DE102015216952A1

DE102015216952A1 - Verfahren zur Grenzlastregelung eines Antriebs mit einem hydrostatischen Fahrantrieb und Steuereinrichtung

Info

Publication number: DE102015216952A1
Application number: DE102015216952.9A
Authority: DE
Inventors: Stefan Traub; Andreas Litz; Markus Eymüller; Klaus BAUMANN; Maik Dreher
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2015-09-04
Filing date: 2015-09-04
Publication date: 2017-03-09

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Grenzlastregelung eines Antriebs mit einem hydrostatischen Fahrantrieb (14), wobei der Antrieb durch einen Antriebsmotor (2) antreibbar ist, der eine Antriebsleistung mit einer veränderbaren Antriebsdrehzahl zur Verfügung stellt, wobei der hydrostatische Fahrantrieb eine durch den Antriebsmotor (2) antreibbare Hydraulikpumpe (3) mit verstellbarem Fördervolumen und zumindest einen Hydromotor (4, 5) mit verstellbarem Schluckvolumen umfasst, und wobei der Antrieb eine Grenzlastregeleinrichtung umfasst, die eine Überlastung des Antriebsmotors (2) verhindert. Dabei sind zumindest eine erste Eingriffsstufe bei einer Belastung des Antriebsmotors (2) unterhalb eines Grenzlastfalls und eine zweite Eingriffsstufe beim Vorliegen des Grenzlastfalls vorgesehen. In der ersten Eingriffsstufe werden Verstelleinrichtungen für das Fördervolumen der Hydraulikpumpe (3) und für das Schluckvolumen des Hydromotors (4, 5) gehemmt, während in der zweiten Eingriffsstufe das Schluckvolumen des zumindest einen Hydromotors (4, 5) vergrößert wird. Ferner wird eine Antriebssteuereinrichtung (8) angegeben, die zur Durchführung des genannten Verfahrens geeignet ist, sowie ein entsprechendes Computerprogrammprodukt (17).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Grenzlastregelung eines hydrostatischen Antriebs, insbesondere für Baumaschinen, sowie eine Steuereinrichtung, die zur Durchführung des Verfahrens geeignet ist und ein Computerprogrammprodukt zum Steuern des vorgeschlagenen Verfahrens.
Ein hydrostatischer Fahrantrieb bezieht sich allgemein auf einen Antriebsstrang oder auf einen Teil eines Antriebsstrangs beispielsweise in einer Arbeits- oder Baumaschine, der hydraulisches Strömungsmittel, welches durch die Drehung eines Antriebsmotors von einer Hydraulikpumpe unter Druck gesetzt wird, als Bewegungskraft zum Antrieb der Arbeitsmaschine verwendet. In einer typischen Konstruktion wird eine Hydraulikpumpe von einer Ausgangswelle des Antriebsmotors angetrieben und liefert unter Druck gesetztes hydraulisches Strömungsmittel zu einem hydrostatischen Motor, der wiederum mit einer oder mit mehreren Achsen der Arbeitsmaschine gekoppelt ist. Ein hydrostatischer Motor wird im Folgenden auch Hydromotor genannt. Bei vielen Baumaschinen mit hydrostatischem Fahrantrieb haben sowohl die Hydraulikpumpe als auch der Hydromotor jeweils eine variable Verdrängung bzw. ein variables Förder- oder Schluckvolumen, wodurch das relative Drehmoment und die Drehzahl einer Abtriebswelle kontinuierlich variiert werden können. Grundsätzlich sind beispielsweise Radialkolbenmaschinen oder Axialkolbenmaschinen als Hydraulikpumpe und als Hydromotor verwendbar.
Mittels so genannten Grenzlastregelungen wird angestrebt, Antriebe mit hydrostatischen Fahrantrieben über den gesamten Betriebsbereich zuverlässig zu betreiben. Dies soll beispielsweise auch dann gewährleistet sein, wenn neben dem reinen Fahrbetrieb, während dem das Antriebsmoment eines oftmals als Brennkraftmaschine ausgeführten Antriebsmotors im Wesentlichen dem Abtrieb zugeführt wird, zusätzliche Verbraucher mit Drehmoment zu versorgen sind und die Summe der im Bereich der Antriebseinrichtung angeforderten Leistung aller Verbraucher die installierte Antriebsleistung des Antriebsmotors übersteigt. Ein solcher Antrieb umfasst typischerweise einen hydrostatischen Fahrantrieb und zusätzlich zumindest einen Nebenabtrieb, über den weitere Verbraucher bzw. Aggregate von dem Antriebsmotor mit Leistung versorgt werden.
Grenzlastregelungen werden auch bei Landmaschinen, mobilen Arbeitsmaschinen und Baufahrzeugen vorgesehen, um eine Überlastung und damit ein Ausdrücken eines als Brennkraftmaschine ausgeführten Antriebsmotors zu verhindern. In solchen Maschinen werden neben einem Fahrantrieb weitere Verbraucher von einem Antriebsmotor, beispielsweise einem Dieselmotor, mit Leistung versorgt. Ein weiterer Verbraucher kann beispielsweise eine hydraulische Pumpe für die Versorgung von hydraulischen Kolben-Zylindereinheiten oder Hydromotoren zum Betätigen von Aggregaten einer Baumaschine sein. Dabei besteht die Gefahr, dass der Antriebsmotor bei gleichzeitigen hohen Leistungsanforderungen am Fahrantrieb und an den weiteren Verbrauchern ausgedrückt wird. Dabei besteht in der Regel eine Leistungspriorität für die Arbeitshydraulik. Deshalb wird im Rahmen bereits bekannter Grenzlastregelungen die Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine zugunsten der anderen zugeschalteten Antriebe bzw. Verbraucher automatisch reduziert, um eine Überlastung des Antriebsmotors zu vermeiden.
Überlastungen des Antriebsmotors von Arbeitsmaschinen oder Baufahrzeugen treten beispielsweise während einer Bergauffahrt eines stark beladenen Fahrzeuges, bei einem Einfahren in einen Haufen, bei einer zu hohen Drehmomentaufnahme des Antriebsmotors, einer zu hohen Abtriebsdrehmomentanforderung oder durch eine Zuschaltung einer Vielzahl von Neben-/Hauptverbrauchern auf, wobei der Antriebsmotor während besonders ungünstiger Betriebszustandsverläufe in unzulässig hohem Umfang belastet und unter Umständen ausgedrückt werden kann.
Zur Erkennung solcher Betriebszustände erfasst bei herkömmlichen Grenzlastregelungen beispielsweise ein Grenzlast-Regelventil über eine Messblende einen Drehzahlabfall des Antriebsmotors, der als Drehzahldrückung bzw. als Motordrückung bezeichnet wird. Um ein Ausdrücken des Antriebsmotors zu vermeiden, wird bei Vorliegen einer zu hohen Motordrückung und bei entsprechender Ausgestaltung des Steuer- und Regelsystems ein Steuerdruck einer Hydraulikpumpe des hydrostatischen Antriebes reduziert, wodurch das Fördervolumen der Hydraulikpumpe verringert wird. Das verringerte Fördervolumen bewirkt wiederum, dass die Leistungsaufnahme der Hydraulikpumpe und dadurch auch die Motordrückung reduziert werden.
Aus der EP 0325679 A1 ist beispielsweise eine Antriebseinrichtung mit einem hydrostatischen Getriebe bekannt, bei der im Rahmen einer Grenzlastregelung die Durchsatzmengen einer Hydropumpe bzw. eines Hydromotors des hydrostatischen Getriebes abhängig von der ermittelten Motordrückung bzw. Drehzahldrückung des Antriebsmotors verstellt wird, um den Antriebsmotor vor einer Überbelastung zu schützen. Die Motordrückung bzw. die Motorlast ist jedoch bei derart ausgeführten Antriebseinrichtungen nachteilhafterweise nicht über den vollen Betriebsbereich eines hydrostatischen Antriebes als Kriterium für die Grenzlastregelung verwendbar.
Aus der DE 10 2008 002 384 A1 ist ferner ein Verfahren zur Grenzlastregelung eines hydrostatischen Antriebes bekannt, bei dem eine Pumpenförderfehlmenge ermittelt wird. Ist diese Pumpenförderfehlmenge größer als ein vordefinierter Schwellwert, so wird das Schluckvolumen einer Hydromotoreinrichtung des hydrostatischen Antriebes vergrößert. Auf diese Weise sollen sowohl die Antriebseinrichtung als auch die Pumpeneinrichtung des hydrostatischen Antriebes in ihrem optimalen Leistungsbereich betreibbar sein. Bei diesem Verfahren ist die Pumpenförderfehlmenge ein aus der Soll-Pumpenfördermenge und Ist-Pumpenfördermenge errechneter Wert. Die Bestimmung der Ist-Pumpenfördermenge ist jedoch mit Fehlern behaftet, da hierfür weitere angenommene physikalische Größen verwendet werden. Zudem muss bei diesem Verfahren die Hydraulikpumpe „weicher“ gemacht werden, um Laständerungen im Fahrantrieb zu erkennen. Dies hat einen geringeren Wirkungsgrad des hydrostatischen Antriebes zur Folge.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Grenzlastregelung eines Antriebs mit einem hydrostatischen Fahrantrieb zu schaffen, das die oben beschriebenen Nachteile der bekannten Verfahren vermeidet und einen komfortablen und zuverlässigen Arbeits- und Fahrbetrieb des mit dem Antrieb ausgestatteten Fahrzeugs mit möglichst hohem Wirkungsgrad ermöglicht. Zudem sollen eine entsprechende Steuereinrichtung und ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens angegeben werden.
Die Lösung dieser Aufgaben wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, eine Antriebssteuereinrichtung gemäß Anspruch 15 und ein Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 16 erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus den jeweiligen abhängigen Ansprüchen hervor.
Es wird ein Verfahren zur Grenzlastregelung eines Antriebs mit einem hydrostatischen Fahrantrieb vorgeschlagen. Der Antrieb ist dabei durch einen Antriebsmotor antreibbar, der eine Antriebsleistung mit einer veränderbaren Antriebsdrehzahl zur Verfügung stellt. Der hydrostatische Fahrantrieb umfasst eine durch den Antriebsmotor antreibbare Hydraulikpumpe mit verstellbarem Fördervolumen und zumindest einen Hydromotor mit verstellbarem Schluckvolumen. Der Antrieb umfasst eine Grenzlastregeleinrichtung, die eine Überlastung des Antriebsmotors verhindert.
Gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren sind zumindest eine erste Eingriffsstufe bei einer Belastung des Antriebsmotors unterhalb eines Grenzlastfalls und eine zweite Eingriffsstufe beim Vorliegen des Grenzlastfalls vorgesehen. Das Eingreifen ist also zweistufig. In der ersten Eingriffsstufe werden dabei Verstelleinrichtungen für das Fördervolumen der Hydraulikpumpe und für das Schluckvolumen des zumindest einen Hydromotors gehemmt. Dazu werden in der ersten Eingriffsstufe die Verstellgeschwindigkeiten für das Fördervolumen der Hydraulikpumpe und das Schluckvolumen des zumindest einen Hydromotors bis hin zum Wert Null verringert. Unter dem Begriff „hemmen“ wird hier verstanden, dass die Verstellgeschwindigkeit an der Hydraulikpumpe und/oder an dem Hydromotor in Richtung Null verändert werden, d.h. die Verstellgeschwindigkeit wird verlangsamt. Erforderlichenfalls kann auch die Verstellgeschwindigkeit Null erreicht werden, sodass die Verstelleinrichtungen blockiert sind. Das Fördervolumen und das Schluckvolumen werden dann quasi bei dem momentan vorliegenden Wert „eingefroren“, wenn die Belastung des Antriebsmotors zwar bereits hoch, jedoch noch nicht so hoch ist, dass ein Grenzlastfall vorliegt.
Zur Entscheidung, ob in der ersten Eingriffsstufe die Verstelleinrichtung der Hydraulikpumpe oder die Verstelleinrichtung des Hydromotors oder beide gehemmt bzw. blockiert werden, kann eine Fahrbereichsunterscheidung vorgenommen werden in einen ersten und einen zweiten Fahrbereich. In dem ersten Fahrbereich ist die Hydraulikpumpe komplett ausgeschwenkt, d.h. sie ist auf das maximale Fördervolumen eingestellt. In dem zweiten Fahrbereich ist die Hydraulikpumpe nicht komplett ausgeschwenkt, d.h. sie ist nicht auf das maximale Fördervolumen eingestellt. Vorteilhaft werden die beschriebenen Eingriffe im ersten Fahrbereich zunächst nur bei den Hydromotoren vorgenommen, sodass das Fördervolumen der Hydraulikpumpe zunächst nicht verändert wird. In dem zweiten Fahrbereich wird dagegen nur eine Veränderung an der Verstelleinrichtung der Hydraulikpumpe vorgenommen, sodass das Schluckvolumen des Hydromotors bzw. der Hydromotoren nicht verändert wird.
In der zweiten Eingriffsstufe wird das Schluckvolumen des zumindest einen Hydromotors vergrößert. Dazu werden der bzw. die Hydromotoren in Richtung ihres maximalen Schluckvolumens verstellt. In der zweiten Eingriffsstufe ist bereits ein Grenzlastfall erkannt worden, d.h. der Antriebsmotor ist überlastet. Deshalb wird in der zweiten Eingriffsstufe zumindest das Schluckvolumen des Hydromotors vergrößert, was zu einer Entlastung des Antriebsmotors führt. Gleichzeitig oder zeitversetzt dazu kann auch das Fördervolumen der Hydraulikpumpe verringert werden, was zu einer weiteren Entlastung des Antriebsmotors führt. Die gleichzeitige Verringerung des Fördervolumens der Hydraulikpumpe im Grenzlastfall ist insbesondere bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten notwendig.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird also zwischen einem Grenzlastfall und einem Nahgrenzlastfall unterschieden, wobei im Grenzlastfall bereits eine Überlastung des Antriebsmotors vorliegt und direkt die zweite Eingriffsstufe veranlasst wird, bei der unmittelbar eine lastverringernde Volumenverstellung im hydrostatischen Fahrantrieb eingeleitet wird. Dagegen wird im Nahgrenzlastfall, bei dem der Antriebsmotor zwar stark belastet, aber noch nicht überlastet ist, zunächst nur die erste Eingriffsstufe veranlasst, bei der die Volumenverstellung an der Hydraulikpumpe und an dem Hydromotor für eine gewisse Zeit gehemmt und frühestens nach Ablauf dieser Zeit eine lastverringernde Volumenverstellung im hydrostatischen Fahrantrieb eingeleitet wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens wird zunächst geprüft, ob sich eine Ist-Antriebsdrehzahl des Antriebsmotors in einem Unterdrehzahlbereich L unterhalb einer Drehzahl n_Tmax befindet, bei der der Antriebsmotor ein maximales Drehmoment zur Verfügung stellt, oder ob sich die Ist-Antriebsdrehzahl in einem Überdrehzahlbereich R oberhalb der Drehzahl n_Tmax befindet. Wenn die aktuelle Antriebsdrehzahl des Antriebsmotors genau der Drehzahl n_Tmax entspricht, dann wird die aktuelle Antriebsdrehzahl dem Unterdrehzahlbereich L zugerechnet. Die Unterscheidung in den Unterdrehzahlbereich L und den Überdrehzahlbereich R ermöglicht es, die weiteren Verfahrensschritte abhängig von der vorliegenden Antriebsdrehzahl und dem damit verbundenen Reaktionsvermögen des Antriebmotors in den beiden Bereichen einzuleiten. Dies ermöglicht eine zuverlässige Grenzlastregelung und einen komfortablen Betrieb auch im Grenzlastbereich.
Die Ist-Antriebsdrehzahl kann beispielsweise aus der Motorsteuerung ermittelt bzw. von der Motorsteuerung an eine Antriebssteuereinrichtung übermittelt werden. Bei normierten bzw. standardisierten Netzwerkprotokollen zur Übermittlung von Steuerungsinformationen in Nutzfahrzeugen wird der Wert dieses Parameters beispielsweise über einen CAN-Bus in regelmäßigen Zeitabständen kommuniziert. Im Nutzfahrzeugen wird dazu in der Regel das Netzwerkprotokoll nach der Norm SAE J1939 eingesetzt.
Zur Prüfung, ob sich die Ist-Antriebsdrehzahl des Antriebsmotors in dem Unterdrehzahlbereich L oder in dem Überdrehzahlbereich R befindet, ist bevorzugt vorgesehen, dass die Differenz zwischen einer Ist-Antriebsdrehzahl und der Drehzahl n_Tmax gebildet wird, und dass anhand des Vorzeichens der gebildeten Differenz bestimmt wird, ob sich die Ist-Antriebsdrehzahl in dem Unterdrehzahlbereich L oder in dem Überdrehzahlbereich R befindet. Bei positiven Vorzeichen der Differenz befindet sich die Ist-Antriebsdrehzahl in dem Überdrehzahlbereich R. Bei negativem Vorzeichen der Differenz befindet sich die Ist-Antriebsdrehzahl in dem Unterdrehzahlbereich L.
Befindet sich die Ist-Antriebsdrehzahl in dem Unterdrehzahlbereich L so wird vorzugsweise geprüft, ob eine prozentuale Motorlast bei der Ist-Antriebsdrehzahl einen einstellbaren Lastgrenzwert überschreitet. Auch die prozentuale Motorlast bei der Ist-Antriebsdrehzahl kann beispielsweise aus der Motorsteuerung ermittelt bzw. von der Motorsteuerung an eine Antriebssteuereinrichtung übermittelt werden. Auch dieser Parameter wird in üblichen Nutzfahrzeugsteuerungen als ein Signal beispielsweise über einen CAN-Bus kommuniziert. Im Falle einer Überlastung des Antriebsmotors im Unterdrehzahlbereich L muss eine Überlastreaktion zur Entlastung des Antriebsmotors unmittelbar, d.h. ohne Verzögerung, eingeleitet werden, um den Antriebsmotor möglichst schnell zu entlasten. Eine Überlastung des Antriebsmotors wird als Grenzlastfall bezeichnet.
Ein Grenzlastfall liegt gemäß einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens dann vor bzw. der Grenzlastfall wird dann von einer Antriebssteuereinrichtung erkannt, wenn die prozentuale Motorlast bei der Ist-Antriebsdrehzahl den einstellbaren Lastgrenzwert überschreitet. Folglich wird direkt die zweite Eingriffsstufe veranlasst. Der Lastgrenzwert kann in der Antriebssteuereinrichtung als Prozentwert hinterlegt bzw. abgespeichert sein. Der Lastgrenzwert ist einstellbar und kann beispielsweise im Bereich zwischen 80 und 100 Prozent liegen. Der Lastgrenzwert bezieht sich auf eine für den jeweiligen Antriebsmotor bezogene Maximallast, die beispielsweise vom Antriebsmotorhersteller vorgegeben wird.
Wenn die prozentuale Motorlast bei der Ist-Antriebsdrehzahl den einstellbaren Lastgrenzwert nicht überschreitet, wird bevorzugt geprüft, ob eine berechnete Motordrückung einen einstellbaren und von einer Soll-Antriebsdrehzahl abhängigen Motordrückungsgrenzwert überschreitet. Im Falle einer Überschreitung des Motordrückungsgrenzwertes wird eine Verzögerungszeit gestartet, nach deren Ablauf erneut geprüft wird, ob die prozentuale Motorlast bei der Ist-Antriebsdrehzahl den einstellbaren Lastgrenzwert überschreitet und ob die berechnete Motordrückung den einstellbaren Motordrückungsgrenzwert überschreitet. Im Falle einer Überschreitung des Lastgrenzwertes oder des Motordrückungsgrenzwertes wird die zweite Eingriffsstufe veranlasst. Das bedeutet, dass im Falle einer Überschreitung einer der beiden genannten Werte die Belastung auf den Antriebsmotor verringert wird, indem zumindest das Schluckvolumen des zumindest einen Hydromotors vergrößert wird. Auch in diesem Fall kann gleichzeitig oder zeitversetzt zur Schluckvolumenverstellung am Hydromotor auch das Fördervolumen der Hydraulikpumpe verringert werden, was zu einer weiteren Entlastung des Antriebsmotors führt.
Die Motordrückung kann beispielsweise in der Antriebssteuereinrichtung berechnet werden, indem die Differenz aus der Soll-Antriebsdrehzahl und der Ist-Antriebsdrehzahl berechnet wird.
Die Soll-Antriebsdrehzahl ist als ein Sollwert zu verstehen, der zum jeweiligen Zeitpunkt in einer Antriebssteuereinrichtung vorliegt. Die Soll-Antriebsdrehzahl kann abhängig von der Fahrpedalstellung und mit Hilfe einer motorspezifischen Drehzahlkennlinie ermittelt werden und wird vorzugsweise in möglichst kurzen Zeitzyklen in der Antriebssteuereinrichtung aktuell ermittelt. So kann die Soll-Antriebsdrehzahl beispielsweise mit jedem Steuerzyklus neu ermittelt und in der Antriebssteuereinrichtung aktualisiert werden. Ein typischer Steuerzyklus dauert beispielsweise 10 Millisekunden. Ein von einem Motorsteuergerät des Antriebmotors gesendetes Motordrehzahlsignal wird nach SAE-Standard nur alle 250 Millisekunden ausgegeben, wodurch die Motordrückung zu vielen Zeitpunkten falsch berechnet werden würde. Als Folge davon könnten verzögerte Reaktionszeiten zu einem Ausdrücken des Dieselmotors führen. Deshalb ist es vorteilhaft bei dem vorgeschlagenen Verfahren mit einer Soll-Antriebsdrehzahl zu arbeiten, die speziell für die Antriebssteuereinrichtung und die Grenzlastregelung ermittelt und in kürzeren Zeitabständen als 250 Millisekunden aktualisiert wird. Eine solche Soll-Antriebsdrehzahl ist besser geeignet, um eine zeitnah reagierende Regelung zu realisieren, was zur Grenzlastregelung erforderlich ist, um ein Ausdrücken des Antriebsmotors zuverlässig zu verhindern.
Wenn auch nach Ablauf der genannten Verzögerungszeit die prozentuale Motorlast bei der Ist-Antriebsdrehzahl den einstellbaren Lastgrenzwert nicht überschreitet und die berechnete Motordrückung den Motordrückungsgrenzwert nicht überschreitet, soll gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung des Verfahrens geprüft werden, ob ein aktueller prozentualer Motordrehmomentwert größer oder gleich einem einstellbaren ersten Schwellenwert ist, wobei der erste Schwellenwert abhängig von der Soll-Antriebsdrehzahl ist. Wenn nun der aktuelle prozentuale Motordrehmomentwert größer oder gleich dem einstellbaren ersten Schwellenwert ist, so wird die erste Eingriffsstufe veranlasst. Das bedeutet, dass die Verstelleinrichtungen für das Fördervolumen der Hydraulikpumpe und für das Schluckvolumen des Hydromotors gehemmt werden. Auf diese Weise wird verhindert, dass sich das System durch wechselnde Lasten aufschwingt. Dies könnte unkontrollierbare Fahrzustände, wie beispielsweise ruckartige Fahrbewegungen, zur Folge haben.
Mit anderen Worten wird hier zusätzlich zu dem Grenzlastfall und dem Nahgrenzlastfall wird ein Wechsellastfall geprüft, bei dessen Vorliegen eine verzögerte Reaktion im Hinblick auf motorentlastende Maßnahmen stattfinden soll, da ansonsten ein Aufschaukeln möglich ist.
Der aktuelle prozentuale Motordrehmomentwert kann ebenfalls aus dem Motorsteuergerät ermittelt bzw. von dem Motorsteuergerät der Antriebssteuereinrichtung übermittelt werden. Der prozentuale Motordrehmomentwert bezieht sich auf einen motorspezifischen Referenzwert, der in der Regel vom Hersteller des Antriebsmotors angegeben wird. Der erste Schwellenwert kann in der Antriebssteuereinrichtung als Prozentwert hinterlegt bzw. abgespeichert sein. Auch der erste Schwellenwert ist einstellbar und kann beispielsweise im Bereich zwischen 80 und 120 Prozent liegen.
Nachdem im vorherigen Teil die Maßnahmen zur Grenzlastregelung im eingangs definierten Unterlastbereich L beschrieben wurden, werden im Folgenden die Maßnahmen zur Grenzlastregelung im Überlastbereich R beschrieben.
Befindet sich die Ist-Antriebsdrehzahl in dem Überdrehzahlbereich R, so wird zunächst geprüft, ob ein aktueller prozentualer Motordrehmomentwert über eine vorbestimmte Zeitdauer größer oder gleich einem einstellbaren, von der Soll-Antriebsdrehzahl abhängigen, zweiten Schwellenwert ist. Die vorbestimmte Zeitdauer kann in der Antriebssteuereinrichtung beispielsweise Anhand einer Anzahl an Steuerzyklen definiert und festgelegt werden. Denkbar sind hier beispielsweise 5 Steuerzyklen a 10 Millisekunden, sodass die genannte Zeitdauer 50 Millisekunden umfasst.
Bei einer Überschreitung des zweiten Schwellenwertes über die vorbestimmte Zeitdauer wird bevorzugt eine Entprellzeit gestartet. Nach Ablauf der Entprellzeit wird erneut geprüft, ob der aktuelle prozentuale Motordrehmomentwert größer oder gleich dem zweiten Schwellenwert ist. In dem Fall einer erneuten Überschreitung des zweiten Schwellenwertes wird der Grenzlastfall erkannt und dementsprechend die zweite Eingriffsstufe veranlasst.
Wenn der aktuelle prozentuale Motordrehmomentwert nicht über die vorbestimmte Zeitdauer größer oder gleich dem zweiten Schwellenwert ist, wir vorzugsweise geprüft, ob der aktuelle prozentuale Motordrehmomentwert größer oder gleich einem einstellbaren dritten Schwellenwert ist, wobei der dritte Schwellenwert niedriger ist als der zweite Schwellenwert. Bei einer Überschreitung des dritten Schwellenwertes wird die erste Eingriffsstufe veranlasst. Das bedeutet, dass die Verstelleinrichtungen des Hydromotors und der Hydraulikpumpe gehemmt werden.
Wie oben beschrieben kann die Soll-Antriebsdrehzahl abhängig von einer Fahrpedalstellung und mit Hilfe einer Kennlinie ermittelt werden. Dabei basiert die Kennlinie auf einem Antriebsdrehzahlverlauf von einer Leerlaufdrehzahl des Antriebsmotors bei Nulllast bis zu einer maximalen Antriebsdrehzahl des Antriebsmotors bei Nulllast. Diese Soll-Abtriebsdrehzahl kann vorteilhaft zur Verifizierung bzw. Plausibilitätskontrolle abgeglichen werden mit einer von einer Motorsteuereinrichtung des Antriebsmotors ausgegebenen Antriebsdrehzahl verglichen werden.
Bei dem Verfahren ist vorzugsweise vorgesehen, dass eine veranlasste erste oder zweite Eingriffsstufe solange aktiviert bleibt, bis eine erneute Prüfung der Belastung des Antriebsmotors entweder eine Entlastung des Antriebsmotors oder die Anforderung der jeweils anderen Eingriffsstufe ergibt. Wenn also die erste Eingriffsstufe aktiviert ist und eine erneute Prüfung der Belastung des Antriebsmotors ergibt, dass die Belastung des Antriebsmotors in der Zwischenzeit unter die genannten Schwellenwerte gefallen ist, werden die gehemmten Verstelleinrichtungen für das Fördervolumen der Hydraulikpumpe und für das Schluckvolumen des zumindest einen Hydromotors wieder freigegeben und die Hydraulikpumpe und die Hydromotoren können im Rahmen der normalen Antriebssteuerung bzw. -regelung weiter verstellt werden. Bei der vorgeschlagenen Grenzlastregelung kann in der zweiten Eingriffsstufe zusätzlich zu der Vergrößerung des Schluckvolumens des Hydromotors auch das Fördervolumen der Hydraulikpumpe verringert werden. Damit kann die Überlastreaktion und damit die Entlastung des Antriebsmotors beschleunigt werden.
Die vorliegende Erfindung umfasst ferner eine Antriebssteuereinrichtung zum Betreiben eines Antriebs nach dem oben beschriebenen Verfahren. Eine solche Antriebssteuereinrichtung umfasst ein Steuergerät mit einem Prozessor als datenverarbeitendes Element zur Verarbeitung gespeicherter und erfasster Parameter und mit Speichermitteln zum Speichern und Abrufen von Parametern. Zu diesen Parametern zählen beispielsweise die beschriebenen Grenzwerte und Schwellenwerte. Als Speichermittel können ein oder mehrere elektronische Datenspeicher verwendet werden, insbesondere permanente oder semi-permanente Speichermedien, die mit dem Prozessor der Steuerung verbunden sind.
Des Weiteren umfasst die Antriebssteuereinrichtung auch Mittel zur Erfassung einer Antriebsdrehzahl eines Antriebsmotors, Mittel zur Erfassung des eingestellten Fördervolumens einer Hydraulikpumpe und des eingestellten Schluckvolumens des zumindest eines Hydromotors sowie Verstelleinrichtungen zum Verstellen des Fördervolumens der Hydraulikpumpe und zum Verstellen des Schluckvolumens zumindest eines Hydromotors. Schließlich umfasst die Antriebssteuereinrichtung noch Mittel, die geeignet sind, die genannten Verstelleinrichtungen zu hemmen und erforderlichenfalls zu blockieren.
Die Antriebssteuereinrichtung kann als elektronische Steuerung ausgebildet sein und aus mehreren Komponenten bestehen, die an verschiedenen Stellen des Fahrzeugs angeordnet sein können. Die verschiedenen Komponenten der Antriebssteuereinrichtung sind beispielsweise über zumindest ein datenübertragendes Bussystem miteinander verbunden. Die Antriebssteuereinrichtung kann beispielsweise auch ein Fahrzeugsteuergerät und/oder ein Getriebesteuergerät umfassen. Ferner kann die Antriebssteuereinrichtung Sensoren, insbesondere Drehzahlsensoren, sowie Ventile oder Aktuatoren zum Verstellen des Fördervolumens der Hydraulikpumpe und des Schluckvolumens des Hydromotors umfassen.
Eine solche Antriebssteuereinrichtung kann ein elektrisches Steuergerät umfassen, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- oder Datensignale ausgibt. Die Antriebssteuereinrichtung kann eine oder mehrere geeignete Schnittstellen aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein können. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil einer integrierten Schaltung sein, in der Funktionen des Verfahrens oder des Antriebs umgesetzt sind. Die Schnittstellen können auch eigene, integrierte Schaltkreise sein oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
Die Erfindung betrifft ferner ein Computerprogrammprodukt, das derart ausgestaltet ist, dass es den hydrostatischen Antrieb im Sinne des beschriebenen Verfahrens steuern kann. Ein solches Computerprogrammprodukt kann Teil der beschriebenen Antriebssteuereinrichtung und der darin enthaltenen, oben erwähnten Mittel sein.
Die Erfindung kann bei allen Fahrzeugen mit einem hydrostatischen Fahrantrieb im Antriebsstrang genutzt werden, beispielsweise in einem Radlader und einem Gabelstapler. Der hydrostatische Fahrantrieb kann dabei beispielsweise ein hydrostatischmechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe oder ein rein hydrostatisches Getriebe umfassen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Dabei zeigen
1 eine schematische Darstellung eines Antriebs, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betreibbar ist;
2 ein Ablaufdiagramm in dem das vorgeschlagene Verfahren zur Grenzlastregelung dargestellt ist;
3 ein Diagramm mit einer Momentenkennlinie des Antriebsmotors
Die 1 zeigt die wesentlichen Komponenten eines Antriebs 1 in einer vereinfachten Darstellung. Der als Dieselmotor ausgebildete Antriebsmotor 2 treibt dabei über seine Motorabtriebswelle 10 den hydrostatischen Fahrantrieb 14 und über einen Nebenabtrieb 18 einen Verbraucher 19 an. Der Verbraucher 19 kann ein Aggregat einer Baumaschine sein, beispielsweise eine weitere Hydraulikpumpe. Der hydrostatische Fahrantrieb 14 umfasst als wesentliche Komponenten eine Hydraulikpumpe 3, sowie einen ersten Hydromotor 4 und einen zweiten Hydromotor 5. Die Hydraulikpumpe 3 ist von dem Antriebsmotor 2 über dessen Motorabtriebswelle 10 antreibbar. Das Fördervolumen der Hydraulikpumpe 3 ist mittels einer Fördervolumenverstelleinrichtung veränderbar, indem ein Steuerdruck als Stellgröße für das Fördervolumen verändert wird.
Die Hydraulikpumpe 3 treibt über einen hydraulischen Förderkreis 11 einen ersten Hydromotor 4 und einen zweiten Hydromotor 5 an. Die Abtriebsleistung der beiden Hydromotoren 4 und 5 werden durch ein nicht näher dargestelltes mechanisches Summierungsgetriebe 12 aufsummiert auf eine gemeinsame Abtriebswelle 13, die sich im Betrieb mit einer Abtriebsdrehzahl n_AB dreht.
Ferner ist ein Fahrpedal 7 dargestellt, über das der Fahrer des Fahrzeuges seinen Fahrerwunsch eingeben und über eine datenübertragende Verbindung 9 an ein Steuergerät 6 weitergeben kann, sodass der Fahrerwunsch von einer Antriebssteuereinrichtung 8 berücksichtigt werden kann. Die Fahrpedalstellung wird von der Antriebssteuereinrichtung 8 zur Ermittlung einer Soll-Antriebsdrehzahl verwendet.
Das Fahrpedal 7 und alle anderen wesentlichen Komponenten des Fahrzeuges, die zur Steuerung des Antriebs erforderlich sind, über datenübertragende Verbindungen 9 mit dem Steuergerät 6 verbunden. Die datenübertragenden Verbindungen 9 sind symbolisch als Strichlinien dargestellt. Sie können beispielsweise als Kabelverbindungen oder als drahtlose Verbindungen realisiert werden.
Die Antriebssteuereinrichtung 8 des hydrostatischen Antriebs 1 umfasst auch das Steuergerät (ECU) 6. Das Steuergerät 6 ist in der Lage Sensorsignale aufzunehmen, zu verarbeiten und in Abhängigkeit davon Steuer- oder Datensignale auszugeben, um so das vorgeschlagene Verfahren zum Betreiben des hydrostatischen Antriebs zu steuern und zu regeln. Dazu beinhaltet das Steuergerät 6 zumindest einen Prozessor 15 als datenverarbeitendes Element zur Verarbeitung gespeicherter und erfasster Parameter und Speichermittel 16 zum Speichern und Abrufen von Parametern. Zu diesen Parametern zählen beispielsweise eine Ist-Antriebsdrehzahl, eine Soll-Antriebsdrehzahl, sowie verschiedene Grenzwerte und Schwellenwerte.
Die Antriebssteuereinrichtung 8 umfasst des Weiteren Mittel zur Erfassung der jeweiligen Stellung des Fahrpedals 7, Mittel zur Erfassung des eingestellten Fördervolumens der Hydraulikpumpe 3 und der eingestellten Schluckvolumen des ersten und des zweiten Hydromotors 4 und 5. Diese Mittel zum Erfassen der genannten Parameter umfassen geeignete Sensoren für den jeweiligen Parameter, die außerhalb des Steuergeräts 6 an den jeweiligen Komponenten des hydrostatischen Antriebs angeordnet und mittels der Verbindungen 9 mit dem Steuergerät 6 verbunden sind. Entsprechend dem jeweiligen zu erfassenden Parameter kann es sich dabei insbesondere um Drehzahlsensoren und um Positions- bzw. Lagesensoren handeln.
Schließlich umfasst die Antriebssteuereinrichtung 8 auch Verstelleinrichtungen zum Verstellen des Fördervolumens der Hydraulikpumpe 3 und zum Verstellen des Schluckvolumens zumindest eines Hydromotors 4, 5. Schließlich umfasst die Antriebssteuereinrichtung 8 noch Mittel, die geeignet sind, die genannten Verstelleinrichtungen zu hemmen und erforderlichenfalls zu blockieren. Die genannten Mittel umfassen beispielsweise geeignete Hydraulikventile und Hydraulikkomponenten, um den Steuerdruck einzustellen, über den das Fördervolumen der Hydraulikpumpe 3 einstellbar ist, sowie Mittel zum Verstellen der Exzentrizität an den Hydromotoren 4 und 5, womit das Schluckvolumen der Hydromotoren 4 und 5 einstellbar ist.
Die genannten Mittel umfassen jeweils eine datenübertragende Verbindung 9 zu dem Steuergerät 6. Die datenübertragenden Verbindungen 9 zwischen dem Steuergerät 6 und den wesentlichen Komponenten des Antriebs 1 können beispielsweise auch durch ein oder mehrere elektronische Bussysteme realisiert werden.
Das Steuergerät 6 umfasst ferner ein Computerprogrammprodukt 17, welches derart ausgestaltet ist, dass es den hydrostatischen Antrieb 1 im Sinne des oben beschriebenen Verfahrens ansteuern kann.
Die beschriebene Antriebssteuereinrichtung 8 ist dazu eingerichtet, die Grenzlastregelung gemäß dem Ablaufdiagramm der 2 durchzuführen bzw. zu steuern. An den einzelnen Prüfschritten bzw. Entscheidungen in dem Ablaufdiagramm bedeutet J, dass die geprüfte Bedingung erfüllt ist. N bedeutet, dass die geprüfte Bedingung nicht erfüllt ist.
Gemäß 2 beginnt die Grenzlastregelung mit der Prüfung, ob sich die Ist-Antriebsdrehzahl n_ist im Unterdrehzahlbereich L oder im Überdrehzahlbereich R befindet. Dazu wird geprüft, ob die Ist-Antriebsdrehzahl n_ist kleiner oder gleich der Drehzahl n_Tmax ist, bei der der Antriebsmotor 2 sein maximales Drehmoment zur Verfügung stellt. Dies wird vorliegend dadurch festgestellt, dass die Differenz zwischen der Ist-Antriebsdrehzahl n_ist und der Drehzahl n_Tmax gebildet wird, und dass anhand des Vorzeichens der gebildeten Differenz bestimmt wird, ob sich die Ist-Antriebsdrehzahl n_ist in dem Unterdrehzahlbereich L oder in dem Überdrehzahlbereich R befindet. Bei positiven Vorzeichen der Differenz befindet sich die Ist-Antriebsdrehzahl n_ist in dem Überdrehzahlbereich R. Bei negativem Vorzeichen der Differenz befindet sich die Ist-Antriebsdrehzahl n_ist in dem Unterdrehzahlbereich L.
In dem Fällen, in denen die Ist-Antriebsdrehzahl n_ist in dem Unterdrehzahlbereich L liegt, wird danach geprüft, ob eine prozentuale Motorlast bei der Ist-Antriebsdrehzahl n_ist einen einstellbaren Lastgrenzwert überschreitet. Wenn dies der Fall ist, dann wird ein Grenzlastfall erkannt und es wird unmittelbar die zweite Eingriffsstufe veranlasst, indem zumindest das Schluckvolumen des zumindest einen Hydromotors vergrößert wird, sodass die Belastung auf den Antriebsmotor 2 verringert wird.
In den Fällen, in denen die prozentuale Motorlast bei der Ist-Antriebsdrehzahl den einstellbaren Lastgrenzwert nicht überschreitet, wird nachfolgend geprüft, ob eine berechnete Motordrückung einen einstellbaren und von einer Soll-Antriebsdrehzahl abhängigen Motordrückungsgrenzwert überschreitet. Die Motordrückung wird dabei berechnet, indem die Differenz aus der Soll-Antriebsdrehzahl und der Ist-Antriebsdrehzahl n_ist gebildet wird. Dies kann von der Antriebssteuereinrichtung 8 durchgeführt werden. Der Motordrückungsgrenzwert kann in einem Speichermittel 16 der Antriebssteuereinrichtung 8 abgespeichert sein und für diese Berechnung abgerufen werden.
Bei einer Überschreitung des Motordrückungsgrenzwertes wird eine Verzögerungszeit gestartet und nach Ablauf der Verzögerungszeit wird erneut geprüft, ob die prozentuale Motorlast bei der Ist-Antriebsdrehzahl n_ist den einstellbaren Lastgrenzwert überschreitet und ob die berechnete Motordrückung den einstellbaren Motordrückungsgrenzwert überschreitet. Im Falle einer weiterhin vorliegenden Überschreitung des Lastgrenzwertes oder des Motordrückungsgrenzwertes wird nun die zweite Eingriffsstufe veranlasst, um den Antriebsmotor 2 zu entlasten.
Wenn auch nach Ablauf der Verzögerungszeit die prozentuale Motorlast bei der Ist-Antriebsdrehzahl den einstellbaren Lastgrenzwert nicht überschreitet und die berechnete Motordrückung den Motordrückungsgrenzwert nicht überschreitet, wird nachfolgend geprüft, ob ein aktueller prozentualer Motordrehmomentwert größer oder gleich einem einstellbaren ersten Schwellenwert ist. Der erste Schwellenwert ist ein von der Soll-Antriebsdrehzahl abhängiger Wert. Ist nun der aktuelle prozentuale Motordrehmomentwert größer oder gleich dem einstellbaren ersten Schwellenwert, so wird die erste Eingriffsstufe veranlasst. Dabei werden die Verstelleinrichtungen für das Fördervolumen der Hydraulikpumpe 3 und für das Schluckvolumen des Hydromotors gehemmt und erforderlichenfalls komplett blockiert, mit anderen Worten „eingefroren“. Dadurch kann ein Aufschwingen des Systems durch wechselnde Lasten verhindert werden.
Auch in dem rechten Bereich des Ablaufdiagramms nach 2, d.h. im Überdrehzahlbereich R, sind eine erste und eine zweite Eingriffsstufe mit denselben daraus folgenden Regeleingriffen vorgesehen wie in dem oben beschriebenen Unterdrehzahlbereich L. Allerdings sind die Regelgrößen und die Führungsgrößen in den beiden Bereichen zumindest teilweise unterschiedlich.
Wird bei der ersten Prüfung festgestellt, dass sich die Ist-Antriebsdrehzahl in dem Überdrehzahlbereich R befindet, so wird im nächsten Schritt geprüft, ob ein aktueller prozentualer Motordrehmomentwert über eine vorbestimmte Zeitdauer größer oder gleich einem einstellbaren, von der Soll-Antriebsdrehzahl abhängigen, zweiten Schwellenwert ist. Diese Prüfung wird über mehrere Steuerzyklen durchgeführt, um festzustellen, ob die Bedingung über die vorbestimmte Zeitdauer vorliegt. Ein Steuerzyklus dauert im vorliegenden Beispiel 10 Millisekunden. Die genannte Bedingung wird über 5 Steuerzyklen, d.h. über 50 Millisekunden geprüft und gilt als erfüllt, wenn der aktuelle prozentuale Motordrehmomentwert in allen 5 geprüften Steuerzyklen größer oder gleich dem einstellbaren, von der Soll-Antriebsdrehzahl abhängigen, zweiten Schwellenwert liegt. Das schematische Ablaufdiagramm in 2 zeigt diese mehrfache Prüfung nur in einer vereinfachten Darstellung in einem Feld.
Wenn nun der aktuelle prozentuale Motordrehmomentwert über die vorbestimmte Zeitdauer größer oder gleich dem zweiten Schwellenwert ist, wird eine Entprellzeit gestartet und nach deren Ablauf wird erneut geprüft, ob der aktuelle prozentuale Motordrehmomentwert größer oder gleich dem zweiten Schwellenwert ist. Bei erneutem Überschreiten des zweiten Schwellenwertes wird schließlich ein Grenzlastfall erkannt und die zweite Eingriffsstufe veranlasst. Diese, durch die Entprellzeit, zeitlich verzögerte und mehrfache Prüfung des aktuellen prozentualen Motordrehmomentes ist im Überdrehzahlbereich R möglich, weil insgesamt mehr Zeit zur Verfügung steht, um den überlasteten Antriebsmotor 2 erforderlichenfalls zu entlasten. Der Antriebmotor hat in diesem Überdrehzahlbereich R noch Reserven, da bei einem Abfall der Antriebsdrehzahl das Drehmoment zunächst ansteigt, bis zur Drehzahl n_Tmax.
Ergibt die erste oder die erneute Prüfung, dass der aktuelle prozentuale Motordrehmomentwert nicht über die vorbestimmte Zeitdauer größer oder gleich dem zweiten Schwellenwert ist, so wird danach geprüft, ob der aktuelle prozentuale Motordrehmomentwert größer oder gleich einem einstellbaren dritten Schwellenwert ist. Der dritte Schwellenwert ist dabei niedriger als der zweite Schwellenwert. Bei einer Überschreitung des dritten Schwellenwertes wird die erste Eingriffsstufe veranlasst. Es werden also die Verstelleinrichtungen für das Fördervolumen der Hydraulikpumpe 3 und für das Schluckvolumen des Hydromotors gehemmt.
Mit Hilfe des dritten Schwellenwertes kann somit wieder ein Nachgrenzlastfall erkannt werden, in dem der Antriebsmotor 2 zwar hoch belastet ist, aber noch nicht so hoch, dass er unmittelbar entlastet werden muss. Daher wird in diesem Fall mit der ersten Eingriffsstufe reagiert.
Nachdem die erste oder zweite Eingriffsstufe veranlasst, d.h. aktiviert wurde, bleibt diese solange aktiviert, bis eine erneute Prüfung der Belastung des Antriebsmotors entweder eine Entlastung des Antriebsmotors oder die Anforderung der jeweils anderen Eingriffsstufe ergibt. Es kann demnach auch von der ersten Eingriffsstufe in die zweite Eingriffsstufe und umgekehrt gewechselt werden.
Die 3 zeigt ein Diagramm in dem das Motordrehmoment des Antriebsmotors abhängig von der Antriebsdrehzahl eingetragen ist. Auf der horizontalen Achse des Diagramms ist mit n_Mot die Antriebsdrehzahl aufgetragen während auf der vertikalen Achse das Motordrehmoment des Antriebsmotors aufgetragen ist. Eine solche Momentenkennlinie des Antriebsmotors ist in der Regel von jedem Verbrennungsmotor bekannt oder ermittelbar.
Für die vorliegende Erfindung dient diese Motorkennlinie zunächst dazu, die Entscheidung darzustellen, ob sich die Ist-Drehzahl des Antriebsmotors in dem mit L gekennzeichneten Unterdrehzahlbereich oder in dem mit R gekennzeichneten Überdrehzahlbereich befindet. Die Grenze zwischen dem Unterdrehzahlbereich L und dem Überdrehzahlbereich R befindet sich bei der Drehzahl n_Tmax, nämlich bei der Drehzahl, bei der der Antriebsmotor sein maximales Drehmoment T_max zur Verfügung stellt.
Entsprechend dem jeweils vorliegenden Bereich L oder R werden die oben beschriebenen Verfahrensschritte veranlasst. Dabei sind sowohl im Unterdrehzahlbereich L, als auch im Überdrehzahlbereich R jeweils zwei Eingriffsstufen vorgesehen. Zur Aktivierung der beiden Eingriffsstufen werden in den beiden Bereichen jedoch unterschiedliche Kriterien bzw. Voraussetzungen geprüft.
Die aktuell vorliegenden Werte bzw. Punkte auf der Kennlinie werden von einer Motorsteuerung an die Antriebssteuereinrichtung 8 gesendet oder sie werden alternativ über Parameter vorgegeben. Die Aufbereitung und Auswertung der Daten erfolgt in der Antriebssteuereinrichtung 8, welche in Form einer Getriebesteuerung ausgeführt sein kann.
Beispielsweise ermittelt die Antriebssteuereinrichtung 8 in welchem Bereich sich die Ist-Antriebsdrehzahl momentan befindet, indem von der Antriebssteuereinrichtung 8 die Differenz zwischen der Ist-Antriebsdrehzahl und der Drehzahl n_Tmax berechnet wird. Anhand des Vorzeichens der berechneten Differenz wird die aktuelle Ist-Antriebsdrehzahl dem Unterdrehzahlbereich L oder dem Überdrehzahlbereich R zugeordnet. Bei positiven Vorzeichen der Differenz befindet sich die Ist-Antriebsdrehzahl in dem Überdrehzahlbereich R. Bei negativem Vorzeichen der Differenz befindet sich die Ist-Antriebsdrehzahl in dem Unterdrehzahlbereich L.
Eine senkrechte durchgezogene Linie im Diagramm der 3 gibt die Ist-Antriebsdrehzahl n_ist in der dargestellten Situation an. Sie liegt im dargestellten Beispiel im Überdrehzahlbereich R.
Eine waagerechte Linie im Diagramm der 3 markiert ein Referenzmoment von 100 Prozent, auf das sich der aktuelle prozentuale Motordrehmomentwert bezieht. Eine senkrechte gestrichelte Linie rechts von der Drehzahl n_Tmax zeigt lediglich beispielhaft eine nicht näher bezeichnete Drehzahl an, bei der der Antriebsmotor ein aktuelles prozentuales Motordrehmoment in Höhe von 110% des Referenzmomentes liefert.
Bezugszeichenliste

1: Antrieb
2: Antriebsmotor
3: Hydraulikpumpe
4: erster Hydromotor
5: zweiter Hydromotor
6: Steuergerät
7: Fahrpedal
8: Antriebssteuereinrichtung
9: Verbindung
10: Motorabtriebswelle
11: hydraulischer Förderkreis
12: Summiergetriebe
13: Abtriebswelle
14: hydrostatischer Fahrantrieb
15: Prozessor
16: Speichermittel
17: Computerprogrammprodukt
18: Nebenabtrieb
19: Verbraucher

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0325679 A1 [0007]
DE 102008002384 A1 [0008]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Norm SAE J1939 [0017]

Claims

Verfahren zur Grenzlastregelung eines Antriebs mit einem hydrostatischen Fahrantrieb (14), wobei der Antrieb durch einen Antriebsmotor (2) antreibbar ist, der eine Antriebsleistung mit einer veränderbaren Antriebsdrehzahl zur Verfügung stellt, wobei der hydrostatische Fahrantrieb eine durch den Antriebsmotor (2) antreibbare Hydraulikpumpe (3) mit verstellbarem Fördervolumen und zumindest einen Hydromotor (4, 5) mit verstellbarem Schluckvolumen umfasst, und wobei der Antrieb eine Grenzlastregeleinrichtung umfasst, die eine Überlastung des Antriebsmotors (2) verhindert, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine erste Eingriffsstufe bei einer Belastung des Antriebsmotors (2) unterhalb eines Grenzlastfalls und eine zweite Eingriffsstufe beim Vorliegen des Grenzlastfalls vorgesehen sind, und dass in der ersten Eingriffsstufe zumindest eine Verstelleinrichtung für das Fördervolumen der Hydraulikpumpe (3) und/oder für das Schluckvolumen des Hydromotors gehemmt wird, und dass in der zweiten Eingriffsstufe das Schluckvolumen des zumindest einen Hydromotors vergrößert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst geprüft wird, ob sich eine Ist-Antriebsdrehzahl des Antriebsmotors (2) in einem Unterdrehzahlbereich L unterhalb einer Drehzahl n_Tmax befindet, bei der der Antriebsmotor (2) ein maximales Drehmoment zur Verfügung stellt, oder ob sich die Ist-Antriebsdrehzahl in einem Überdrehzahlbereich R oberhalb der Drehzahl n_Tmax befindet.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz zwischen einer Ist-Antriebsdrehzahl und der Drehzahl n_Tmax gebildet wird, und dass anhand des Vorzeichens der gebildeten Differenz bestimmt wird, ob sich die Ist-Antriebsdrehzahl in dem Unterdrehzahlbereich L oder in dem Überdrehzahlbereich R befindet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Ist-Antriebsdrehzahl in dem Unterdrehzahlbereich L geprüft wird, ob eine prozentuale Motorlast bei der Ist-Antriebsdrehzahl einen einstellbaren Lastgrenzwert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn die prozentuale Motorlast bei der Ist-Antriebsdrehzahl den einstellbaren Lastgrenzwert überschreitet, ein Grenzlastfall vorliegt und die zweite Eingriffsstufe veranlasst wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn die prozentuale Motorlast bei der Ist-Antriebsdrehzahl den einstellbaren Lastgrenzwert nicht überschreitet, geprüft wird, ob eine berechnete Motordrückung einen einstellbaren und von einer Soll-Antriebsdrehzahl abhängigen Motordrückungsgrenzwert überschreitet, dass bei Überschreitung des Motordrückungsgrenzwertes eine Verzögerungszeit gestartet wird, dass nach Ablauf der Verzögerungszeit erneut geprüft wird, ob die prozentuale Motorlast bei der Ist-Antriebsdrehzahl den einstellbaren Lastgrenzwert überschreitet und ob die berechnete Motordrückung den einstellbaren Motordrückungsgrenzwert überschreitet, und dass im Falle einer Überschreitung des Lastgrenzwertes oder des Motordrückungsgrenzwertes die zweite Eingriffsstufe veranlasst wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die vorliegende Motordrückung berechnet wird, indem die Differenz aus der Soll-Antriebsdrehzahl und der Ist-Antriebsdrehzahl berechnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn auch nach Ablauf der Verzögerungszeit die prozentuale Motorlast bei der Ist-Antriebsdrehzahl den einstellbaren Lastgrenzwert nicht überschreitet und die berechnete Motordrückung den Motordrückungsgrenzwert nicht überschreitet, geprüft wird, ob ein aktueller prozentualer Motordrehmomentwert größer oder gleich einem einstellbaren ersten Schwellenwert ist, wobei der erste Schwellenwert abhängig von der Soll-Antriebsdrehzahl ist, und dass die erste Eingriffsstufe veranlasst wird, wenn der aktuelle prozentuale Motordrehmomentwert größer oder gleich dem einstellbaren ersten Schwellenwert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Ist-Antriebsdrehzahl in dem Überdrehzahlbereich R geprüft wird, ob ein aktueller prozentualer Motordrehmomentwert über eine vorbestimmte Zeitdauer größer oder gleich einem einstellbaren, von der Soll-Antriebsdrehzahl abhängigen, zweiten Schwellenwert ist.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn der aktuelle prozentuale Motordrehmomentwert über die vorbestimmte Zeitdauer größer oder gleich dem zweiten Schwellenwert ist, eine Entprellzeit gestartet und nach deren Ablauf erneut geprüft wird, ob der aktuelle prozentuale Motordrehmomentwert größer oder gleich dem zweiten Schwellenwert ist, und dass bei erneutem Überschreiten des zweiten Schwellenwertes der Grenzlastfall erkannt und die zweite Eingriffsstufe veranlasst wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn der aktuelle prozentuale Motordrehmomentwert nicht über die vorbestimmte Zeitdauer größer oder gleich dem zweiten Schwellenwert ist, geprüft wird, ob der aktuelle prozentuale Motordrehmomentwert größer oder gleich einem einstellbaren dritten Schwellenwert ist, wobei der dritte Schwellenwert niedriger ist als der zweite Schwellenwert, und dass bei einer Überschreitung des dritten Schwellenwertes die erste Eingriffsstufe veranlasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass, die Soll-Antriebsdrehzahl abhängig von einer Fahrpedalstellung und mit Hilfe einer Kennlinie ermittelt wird, wobei die Kennlinie auf einem Antriebsdrehzahlverlauf von einer Leerlaufdrehzahl des Antriebsmotors (2) bei Nulllast bis zu einer maximalen Antriebsdrehzahl des Antriebsmotors (2) bei Nulllast basiert.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine veranlasste erste oder zweite Eingriffsstufe solange aktiviert bleibt, bis eine erneute Prüfung der Belastung des Antriebsmotors (2) entweder eine Entlastung des Antriebsmotors (2) oder die Anforderung der jeweils anderen Eingriffsstufe ergibt.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Eingriffsstufe zusätzlich zu der Vergrößerung des Schluckvolumens des Hydromotors auch das Fördervolumen der Hydraulikpumpe (3) verringert wird.
Antriebssteuereinrichtung (8) zum Betreiben eines Antriebs (1) gemäß einem Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei die Antriebssteuereinrichtung (8) umfasst: • ein Steuergerät (6) mit einem Prozessor (15) als datenverarbeitendes Element zur Verarbeitung gespeicherter und erfasster Parameter und mit Speichermitteln (16) zum Speichern und Abrufen von Parametern, • Mittel zur Erfassung einer Antriebsdrehzahl eines Antriebsmotors (2), • Mittel zur Erfassung des eingestellten Fördervolumens einer Hydraulikpumpe (3) und der eingestellten Schluckvolumen zumindest eines Hydromotors (4, 5), • Verstelleinrichtungen zum Verstellen des Fördervolumens der Hydraulikpumpe (3) und zum Verstellen des Schluckvolumens zumindest eines Hydromotors (4, 5) • Mittel zum Hemmen der genannten Verstelleinrichtungen.
Computerprogrammprodukt (17), das derart ausgestaltet ist, dass damit ein Antrieb im Sinne eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14 steuerbar ist.