DE102017207522A1 - Verfahren zum Betreiben eines hydrostatischen Fahrantriebs - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines hydrostatischen Fahrantriebs, welcher einen Antriebsmotor, eine Hydropumpe, deren Fördervolumen einstellbar ist, und wenigstens einen Hydromotor umfasst, dessen Schluckvolumen (V, V) einstellbar ist, wobei der Antriebsmotor die Hydropumpe antreibt, wobei die Hydropumpe auf eine maximal vorgesehene Fördermenge (V) eingestellt ist, und wobei der wenigstens eine Hydromotor von der Hydropumpe angetrieben wird. Das Verfahren umfasst in einem ersten Schritt das Ermitteln einer tatsächlichen Abtriebsdrehzahl (n) des wenigstens einen Hydromotors, in einem zweiten Schritt das Berechnen einer theoretischen Abtriebsdrehzahl (n) des wenigstens einen Hydromotors und in einem dritten Schritt das Berechnen eines Gradienten der berechneten tatsächlichen Abtriebsdrehzahl (n) des wenigstens einen Hydromotors. Weiterhin erfolgt in einem vierten Schritt das Bilden einer Differenz zwischen der berechneten theoretischen Abtriebsdrehzahl (n) und der ermittelten tatsächlichen Abtriebsdrehzahl (n), und in einem fünften Schritt das Erhöhen eines Schluckvolumens (V, V) des wenigstens einen Hydromotors, sofern der Gradient negativ ist, eine angeforderte Abtriebsdrehzahl (n) größer ist als die ermittelte tatsächliche Abtriebsdrehzahl (n), und die Differenz zwischen der berechneten theoretischen Abtriebsdrehzahl (n) und der tatsächlichen Abtriebsdrehzahl (n) einen festgelegten Grenzwert überschreitet.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines hydrostatischen Fahrantriebs. Weiterhin betrifft die Erfindung einen hydrostatischen Fahrantrieb, der zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet ist, sowie ein Fahrzeug, welches den hydrostatischen Fahrantrieb aufweist. Weitere Ansprüche sind auf ein das Verfahren betreffende Programmelement sowie ein computerlesbares Medium gerichtet, auf welchem das Programmelement hinterlegt ist.
• Ein hydrostatischer Fahrantrieb wird beispielsweise in einer Arbeitsmaschine oder in einer Baumaschine zu deren Antrieb eingesetzt. Dabei wird typischerweise hydraulisches Strömungsmittel von einer Hydraulikpumpe unter Druck gesetzt, wobei die Hydraulikpumpe durch eine Drehbewegung eines Antriebsmotors angetrieben wird. Das unter Druck gesetzte hydraulische Strömungsmittel kann als Bewegungskraft zum Antrieb der Arbeitsmaschine verwendet werden. Üblicherweise wird dabei eine Hydraulikpumpe (im Folgenden wird eine Hydraulikpumpe auch mit dem Begriff „Hydropumpe“ bezeichnet) von einer Ausgangswelle des Antriebsmotors angetrieben und treibt einen hydrostatischen Motor (im Folgenden wird ein hydrostatischer Motor auch mit dem Begriff „Hydromotor“ bezeichnet) mit unter Druck gesetztem, hydraulischem Strömungsmittel an. Der Hydromotor kann mit einer oder mit mehreren Achsen der Arbeitsmaschine gekoppelt sein, um diese anzutreiben. Bei Baumaschinen mit hydrostatischen Fahrantrieb ist es üblich, dass die Hydropumpe in ihrem Fördervolumen variabel einstellbar ist, und dass der Hydromotor bezüglich seines Schluckvolumens variabel einstellbar ist. Dadurch kann ein relatives Drehmoment und eine relative Drehzahl einer Abtriebswelle, welche durch den Hydromotor angetrieben wird, kontinuierlich variiert werden.
• Der hydrostatische Fahrantrieb kann ein vollhydrostatisches Getriebe umfassen, wobei die gesamte Leistung hydraulisch vom Antrieb auf den Abtrieb übertragen wird. Ein vollhydrostatisches Getriebe bzw. ein vollhydrostatischer Fahrantrieb kann insbesondere eine Axialkolbenpumpe (Hydropumpe) in Schrägscheibenbauweise umfassen, wobei die Axialkolbenpumpe von einem Dieselmotor angetrieben werden kann, um hydraulische Leistung zu erzeugen, welche über Hydraulikleitungen an eine oder mehrere Axial- oder Radialkolbenmotoren (Hydromotoren) weitergeleitet werden kann, um dort in mechanische Leistung gewandelt zu werden. Die mechanische Leistung kann von dem wenigstens einen Hydromotor beispielsweise über ein einstufiges oder ein mehrstufiges Getriebe auf eine Abtriebswelle des vollhydrostatischen Getriebes bzw. des vollhydrostatischen Fahrantriebs übertragen werden.
• Insbesondere bei einem vollhydrostatischen Getriebe kann es vorkommen, dass in bestimmten Fahrzuständen unter Einfluss einer äußeren Last, z.B. verursacht durch eine Silagefahrt oder durch eine Bergauffahrt, eine Abtriebsdrehzahl des Getriebes bzw. eine Drehzahl der Abtriebswelle des vollhydrostatischen Getriebes verringert wird. In dieser Situation entspricht die aktuelle Abtriebsdrehzahl nicht mehr der gewünschten Abtriebsdrehzahl, welche sich unter Normalbedingungen bei bereits eingestellten Schluckvolumina der Hydromotoren ergeben würde. Wenn ein Nutzer des vollhydrostatischen Getriebes, beispielsweise ein Fahrer eines entsprechenden Fahrzeugs mit dem vollhydrostatischen Getriebe, aufgrund der verringerten Abtriebsdrehzahl ein Fahrpedal des Fahrzeugs stärker betätigt, so fordert er auf diese Weise eine noch höhere Abtriebsdrehzahl an. Typischerweise wird eine Getriebesteuerung des vollhydrostatischen Getriebes dementsprechend die Schluckvolumina der Hydromotoren weiter verringern. Dadurch wird innerhalb des hydraulischen Systems des vollhydrostatischen Getriebes ein Hochdruck erzeugt. Dieser Hochdruck ist ohne Messtechnik üblicherweise nicht zu erkennen und kann das vollhydrostatische Getriebe schädigen.
• Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, insbesondere ein Verfahren zum Betreiben eines hydrostatischen Fahrantriebs bereitzustellen, wobei das Verfahren ermöglicht, eine unterhalb einer Anforderung liegende, verringerte Abtriebsdrehzahl zu erkennen und das Entstehen oder Ansteigen eines Hochdrucks zu vermeiden, ohne dass der Hochdruck selbst erkannt werden muss.
• Die Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der folgenden Beschreibung sowie der Figuren.
• Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung, wird ein Verfahren zum Betreiben eines hydrostatischen Fahrantriebs bereitgestellt. Der hydrostatische Fahrantrieb umfasst einen Antriebsmotor, eine Hydropumpe, deren Fördervolumen einstellbar ist, und wenigstens einen Hydromotor, dessen Schluckvolumen einstellbar ist. Dabei treibt der Antriebsmotor die Hydropumpe an, welche wiederum den wenigstens einen Hydromotor antreibt. Bei dem Antriebsmotor kann es sich beispielsweise um einen Verbrennungskraftmotor in Form eines Dieselmotors handeln.
• Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann insbesondere angenommen werden, dass die Hydropumpe, welche auch Fahrpumpe genannt werden kann, in allen Fahrsituationen die volle Ölfördermenge liefert und nicht unter Hochdruckeinfluss zurückgedrückt beziehungsweise zurückgeschwenkt wird. Somit wird davon ausgegangen, dass die Hydropumpe (stets) auf eine maximal vorgesehene Fördermenge eingestellt ist bzw. wird, wobei es sich insbesondere um ein geometrisch und bauartbedingt größtmögliches Fördervolumen der Hydropumpe handeln kann. Weiterhin kann das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere auf der Annahme basieren, dass sich die Abtriebsdrehzahl aus einer Verstellung des Getriebes stets korrekt ergibt.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung wird insbesondere vorgeschlagen, die vorstehend genannte Aufgabe zu lösen, indem stets die theoretische Abtriebsdrehzahl n_{ab theo} errechnet wird, die sich aus einer voll ausgeschwenkten Fahrpumpe und den aktuell eingestellten Schluckvolumina der Hydromotoren des Getriebes ergeben müsste. Die theoretische Abtriebsdrehzahl n_{ab theo} kann gemäß der folgenden Formel berechnet werden: $$n_{abtheo}=\frac{V_{Pmax}\times n_D\times {\eta }_P}{\frac{V_{MA}}{{\eta }_{MA}}\times i_{MA}+\frac{V_{MB}}{{\eta }_{MB}}\times i_{MB}}$$

  
• Hierbei sind:

V_Pmax

der durch die Hydropumpe maximal förderbare Volumenstrom,

n_D

die Drehzahl des Antriebsmotors, welcher die Hydropumpe antreibt,

η_P

der Wirkungsgrad der Hydropumpe,

V_MA

das Schluckvolumen eines ersten Hydromotors,

η_MA

der Wirkungsgrad des ersten Hydromotors,

i_MA

das Übersetzungsverhältnis des ersten Hydromotors (insbesondere das Übersetzungsverhältnis zwischen der Drehzahl einer Antriebswelle des ersten Hydromotors oder der Hydropumpe einerseits und der Drehzahl einer Abtriebswelle des ersten Hydromotors andererseits),

V_MB

das Schluckvolumen eines zweiten Hydromotors,

η_MB

der Wirkungsgrad des zweiten Hydromotors und

i_MB

das Übersetzungsverhältnis des zweiten Hydromotors (insbesondere das Übersetzungsverhältnis zwischen der Drehzahl einer Antriebswelle des zweiten Hydromotors oder der Hydropumpe einerseits und der Drehzahl einer Abtriebswelle des zweiten Hydromotors andererseits).

• Insbesondere kann es sich bei der Abtriebswelle des ersten Hydromotors und der Abtriebswelle des zweiten Hydromotors um eine gemeinsame Abtriebswelle des Fahrantriebs handeln. Sofern lediglich ein Hydromotor vorgesehen ist, enthält der Nenner der vorstehend genannten Formel entsprechend nur einen Term für den entsprechenden einzigen Hydromotor.
• Sofern ein zu ermittelnder Gradient der Abtriebsdrehzahl negativ wird (Verzögerung) und die angeforderte Abtriebsdrehzahl durch den Fahrer (Requested Transmission Output Speed = RTOS) größer ist als die tatsächliche Abtriebsdrehzahl und nun die Differenz aus theoretischer Abtriebsdrehzahl und tatsächlicher Abtriebsdrehzahl eine erste Schwelle bzw. einen ersten Grenzwert übersteigt, ist vorgesehen, dass das Getriebe bzw. dessen wenigstens einer Hydromotor zurückverstellt wird in Richtung eines größeren Schluckvolumens bzw. in Richtung größerer Schluckvolumina (sofern zwei Hydromotoren vorgesehen sind). Sobald die Differenz aus theoretischer und tatsächliche Abtriebsdrehzahl klein genug ist, also unterhalb einer zweiten Schwelle liegt, die geringer ist als die erste Schwelle, oder die geforderte Abtriebsdrehzahl (RTOS) erreicht ist, z.B. weil der RTOS gesunken ist, kann die Verstellung des Getriebes wieder normal erfolgen. Die Pumpenverstellung wird hierbei nicht beeinflusst.
• Das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung kann somit insbesondere die folgenden Verfahrensschritte umfassen:
• (100) Ermitteln einer tatsächlichen Abtriebsdrehzahl des wenigstens einen Hydromotors,
• (200) Berechnen einer theoretischen Abtriebsdrehzahl n_{ab theo} des wenigstens einen Hydromotors,
• (300) Berechnen eines Gradienten der berechneten tatsächlichen Abtriebsdrehzahl des wenigstens einen Hydromotors,
• (400) Bilden einer Differenz zwischen der berechneten theoretischen Abtriebsdrehzahl n_{ab theo} und der ermittelten tatsächlichen Abtriebsdrehzahl, und
• (500) Erhöhen eines Schluckvolumens des wenigstens einen Hydromotors, sofern die folgenden drei Bedingungen bezüglich eines gemeinsamen Zeitpunkts erfüllt sind:
  1. 1. Der berechnete Gradient ist negativ.
  2. 2. Eine angeforderte Abtriebsdrehzahl ist größer als die ermittelte tatsächliche Abtriebsdrehzahl.
  3. 3. Die Differenz zwischen der berechneten theoretischen Abtriebsdrehzahl n_{ab theo} und der tatsächlichen Abtriebsdrehzahl überschreitet einen festgelegten Grenzwert.
• Das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ermöglicht insbesondere, bei Einfluss einer äußeren Last einen Hochdruck innerhalb des Hydrauliksystems des hydrostatischen Fahrantriebs zu vermeiden, indem das Schluckvolumen bzw. die Schluckvolumina erhöht werden. Das Ermitteln des Hochdrucks ist dabei nicht notwendig.
• Neben dem vorstehend genannten Einfluss einer äußeren Last kann ein Hochdruck jedoch auch beispielsweise dadurch entstehen, wenn ein Fahrzeug mit dem hydrostatischen Fahrantrieb wieder beschleunigt wird, beispielsweise
• - während das Fahrzeug ausrollt oder
• - während das Getriebe des Fahrzeugs in eine Neutralstellung gebracht werden soll oder
• - nachdem das Fahrzeug stark abgebremst wurde oder
• - nachdem starkes „Inchen“ angefordert wurde.Auch in diesen genannten Fällen ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren, den Hochdruck innerhalb des Hydrauliksystems des hydrostatischen Fahrantriebs zu vermeiden bzw. zu verringern.
• Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass nach der Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrensschritts (500) die oben genannten Verfahrensschritte (100) bis (500) erneut durchgeführt und mehrmals, bevorzugt durchgehend, wiederholt werden. Somit werden gemäß dieser Ausführungsform mehrmals zeitlich nacheinander die vorstehend genannten Werte ermittelt, berechnet und miteinander verglichen und basierend auf den Ergebnissen des Vergleichs das Schluckvolumen des wenigstens einen Hydromotors erhöht oder nicht.
• Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Programmelement bereitgestellt, das, wenn es auf einer Prozessoreinheit ausgeführt wird, die Prozessoreinheit anleitet, die Verfahrensschritte des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung durchzuführen.
• Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein computerlesbares Medium bereitgestellt, auf dem ein Programmelement gespeichert ist, das, wenn es auf einer Prozessoreinheit ausgeführt wird, die Prozessoreinheit anleitet, die Verfahrensschritte des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung durchzuführen.
• Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird ein hydrostatischer Fahrantrieb bereitgestellt. Der hydrostatische Fahrantrieb umfasst einen Antriebsmotor, eine Hydropumpe, deren Fördervolumen einstellbar ist, wenigstens einen Hydromotor, dessen Schluckvolumen einstellbar ist, und eine Prozessoreinheit. Dabei treibt der Antriebsmotor die Hydropumpe an, die Hydropumpe ist auf eine maximal vorgesehene Fördermenge eingestellt, und der wenigstens eine Hydromotor wird von der Hydropumpe angetrieben. Weiterhin ist die Prozessoreinheit dazu eingerichtet, die im Zusammenhang mit dem Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschriebenen Verfahrensschritte 100 bis 500 durchzuführen.
• Die Prozessoreinheit des hydrostatischen Fahrantriebs kann dazu insbesondere eine Motorsteuerungseinheit (engine control unit ECU) umfassen. Diese Motorsteuerungseinheit kann insbesondere mit dem Antriebsmotor des hydrostatischen Fahrantriebs kommunikativ verbunden sein und beispielsweise die Drehzahl des Antriebsmotors steuern oder regeln. Weiterhin kann die Prozessoreinheit des hydrostatischen Fahrantriebs eine Getriebesteuerungseinheit (transmission control unit TCU) umfassen, welche insbesondere kommunikativ mit der Hydropumpe und mit dem wenigstens einen Hydromotor verbunden sein kann. Die Getriebesteuerungseinheit kann beispielsweise dazu eingerichtet sein, die im Zusammenhang mit dem Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschriebenen Verfahrensschritte durchzuführen. Ferner kann die Prozessoreinheit des hydrostatischen Fahrantriebs eine Fahrzeugsteuerungseinheit (vehicle control unit VCU) umfassen, welche kommunikativ mit der Motorsteuerungseinheit und der Getriebesteuerungseinheit verbunden sein kann.
• Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der hydrostatische Fahrantrieb ein vollhydrostatisches Getriebe umfasst. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass das vollhydrostatische Getriebes den wenigstens einen Hydromotor umfasst, und dass die gesamte Leistung, welche dem wenigstens einen Hydromotor von der Hydropumpe durch verdichtetes Hydraulikmittel bereitgestellt wird, hydraulisch auf eine Abtriebswelle übertragen wird, welche durch den wenigstens einen Hydromotor angetrieben wird.
• Weiterhin kann die Prozessoreinheit dazu eingerichtet sein, die theoretische Abtriebsdrehzahl gemäß der bereits im Zusammenhang mit dem Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschriebenen Formel $$n_{abtheo}=\frac{V_{Pmax}\times n_D\times {\eta }_P}{\frac{V_{MA}}{{\eta }_{MA}}\times i_{MA}+\frac{V_{MB}}{{\eta }_{MB}}\times i_{MB}}$$

  

  zu berechnen.
• Außerdem kann die Prozessoreinheit dazu eingerichtet sein, nach der Durchführung des Verfahrensschritts (500) die Verfahrensschritte (100) bis (500) erneut durchzuführen und mehrmals, bevorzugt durchgehend, zu wiederholen.
• Gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeug bereitgestellt, welches einen hydrostatischen Fahrantrieb umfasst. Bei dem Fahrzeug handelt es sich beispielsweise um ein Kraftfahrzeug, insbesondere eine Arbeitsmaschine oder eine Baumaschine, um ein landwirtschaftliches Nutzfahrzeug wie einen Traktor oder um einen Bagger, Telehandler oder um einen Radlader.
• Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert, wobei gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Hierbei zeigt
• 1 eine Systemübersicht eines Fahrzeugs mit einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen hydrostatischen Fahrantriebs,
• 2 einen Ablaufplan eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines hydrostatischen Fahrantriebs, beispielsweise des hydrostatischen Fahrantriebs nach 1,
• 3 ein Diagramm, welches Parameter eines nach dem Stand der Technik betriebenen hydrostatischen Fahrantriebs zeigt, und
• 4 ein Diagramm, welches Parameter eines nach einem erfindungsgemäßen Verfahren betriebenen hydrostatischen Fahrantriebs zeigt.
• 1 zeigt grob schematisch ein Fahrzeug 1 mit einem exemplarischen hydrostatischen Fahrantrieb 2 gemäß der vorliegenden Erfindung. Der hydrostatische Fahrantrieb 2 kann eine Hydraulikpumpe 3 (Hydropumpe) umfassen, die direkt an einen Antriebsmotor angeflanscht sein kann, in dem gezeigten Ausführungsbeispiel an einen Dieselmotor 4. Weiterhin kann der hydrostatische Fahrantrieb 2 des Fahrzeugs 1 ein vollhydrostatisches Getriebe 5 umfassen, welches in dem gezeigten Ausführungsbeispiel einen ersten Hydromotor 6A und einen zweiten Hydromotor 6B aufweist. Das vollhydrostatische Getriebe 5 und dessen Hydromotoren 6A und 6B können mit der Hydropumpe 3 über Hydraulikschläuche 7 und 8 verbunden sein. Eine Abtriebsleistung des Hydromotors 6A und des zweiten Hydromotors 6B wird beispielsweise über ein Summiergetriebe auf einen Abtrieb (zum Beispiel einen Abtriebsflansch) abgegeben, wobei die Abtriebsleistung dann über eine erste Abtriebswelle 9 auf eine erste Achse 10 und über eine zweite Abtriebswelle 1 auf eine zweite Achse 12 übertragen werden kann.
• Ein Fördervolumen der Hydropumpe 3 kann beispielsweise mittels einer Einrichtung zur Verstellung des Fördervolumens der Hydropumpe 3 verändert werden. Wenn sich der Antriebsmotor 4 dreht, kann beispielsweise ein Steuerdruck, welcher auf die Hydropumpe 3 wirkt, erhöht werden, wodurch die Hydropumpe 3 ausgeschwenkt werden kann, was zur Folge hat, dass die Hydropumpe 3 hydraulisches Strömungsmittel, z.B. Öl, in das hydrostatische Getriebe 5 bzw. in dessen Hydromotoren 6A und 6B fördert, sodass das Fahrzeug 1 beschleunigt werden kann. Grundsätzlich können beispielsweise Radialkolbenmaschinen oder Axialkolbenmaschinen als Hydropumpe 3 und als Hydromotor 6A und 6B verwendet werden. Insbesondere können für die Hydropumpe 3 und/oder die Hydromotoren 6A und 6B sogenannte Schrägscheibenmaschinen zum Einsatz kommen, wobei das Fördervolumen der Hydropumpe 3 bzw. die Schluckvolumina der Hydromotoren 6A und 6B über entsprechende Steuerdrücke gesteuert oder geregelt werden können. Indem die Schluckvolumina der Hydromotoren 6A und 6B eingestellt werden, kann das Übersetzungsverhältnis des vollhydrostatischen Getriebes 5 (Verhältnis zwischen Antriebsdrehzahl der Hydromotoren 6A und 6B und Abtriebsdrehzahl der Hydromotoren 6A bzw. 6 B) verändert werden. Indem das Fördervolumen der Hydropumpe 3 und die Schluckvolumina der Hydromotoren 6A und 6B eingestellt werden, kann das Übersetzungsverhältnis des hydrostatischen Fahrantriebs 2 als Ganzes (Verhältnis zwischen Antriebsdrehzahl der Hydropumpe 3 und Abtriebsdrehzahl der Hydromotoren 6A und 6B) verändert werden.
• Zur Steuerung des hydrostatischen Fahrantriebs 2 weist dieser eine Prozessoreinheit 13 auf. Die Prozessoreinheit 13 ist dazu eingerichtet, die Verfahrensschritte 100 bis 500 gemäß 2 durchzuführen bzw. auszuführen. Insbesondere kann auf einer Speichereinheit der Prozessoreinheit 13 ein Programmelement hinterlegt sein, das, wenn es auf der Prozessoreinheit 13 ausgeführt wird, die Prozessoreinheit 13 anleitet, die Verfahrensschritte 100 bis 500 gemäß 2 durchzuführen.
• In dem durch 1 gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Prozessoreinheit 13 eine Motorsteuerungseinheit ECU, eine Getriebesteuerungseinheit (transmission control unit) TCU und eine Fahrzeugsteuerungseinheit (vehicle control unit) VCU auf. Die Motorsteuerungseinheit ECU kann einerseits insbesondere mit dem Antriebsmotor 4 des hydrostatischen Fahrantriebs 2 kommunikativ verbunden sein und beispielsweise die Drehzahl des Antriebsmotors 4 steuern oder regeln. Andererseits kann ein Fahrpedal 14, über das ein Fahrer (nicht gezeigt) des Fahrzeugs 1 einen Fahrwunsch eingeben kann, insbesondere eine einzustellende Abtriebsdrehzahl der Wellen 9 und 11, kommunikativ mit der Motorsteuerungseinheit ECU verbunden sein. Die Getriebesteuerungseinheit TCU kann insbesondere kommunikativ mit der Hydropumpe 3 und mit den Hydromotoren 6A und 6B verbunden sein. Die Getriebesteuerungseinheit TCU kann beispielsweise dazu eingerichtet sein, die Verfahrensschritte 100 bis 500 durchzuführen. Ferner kann die Fahrzeugsteuerungseinheit VCU kommunikativ mit der Motorsteuerungseinheit ECU und der Getriebesteuerungseinheit TCU verbunden sein kann. Insbesondere können die Motorsteuerungseinheit ECU, die Fahrzeugsteuerungseinheit VCU und die Getriebesteuerungseinheit beliebig miteinander kommunikativ verbunden sein, beispielsweise kann ein Signal- und/oder Datenaustausch über einen CAN-Bus erfolgen. So kann beispielsweise eine Fahrpedalstellung auch an die Getriebesteuerungseinheit TCU übermittelt werden, obwohl das Fahrpedal 14 selbst mit der Motorsteuerungseinheit ECU verbunden ist.
• Die Getriebesteuerungseinheit TCU kann insbesondere die Hydropumpe 3 derart einstellen, dass sie in allen Fahrsituationen die volle Ölfördermenge liefert und nicht unter Hochdruckeinfluss zurückgedrückt beziehungsweise zurückgeschwenkt wird. Somit wird davon ausgegangen, dass die Hydropumpe 3 (stets) auf eine maximal vorgesehene Fördermenge eingestellt ist bzw. wird, wobei es sich insbesondere um ein geometrisch und bauartbedingt größtmögliches Fördervolumen der Hydropumpe handeln kann. Weiterhin kann angenommen werden, dass sich die Abtriebsdrehzahl aus einer Verstellung des Getriebes 5 stets korrekt ergibt.
• 3 zeigt Betriebswerte, welche sich einstellen können, sofern der hydrostatische Fahrantrieb 2 gemäß herkömmlich betrieben wird. In bestimmten Fahrzuständen zu einem Belastungszeitpunkt t₁ unter Einfluss einer äußeren Last, z.B. verursacht durch eine Silagefahrt oder durch eine Bergauffahrt, kann es vorkommen, dass eine Abtriebsdrehzahl des vollhydrostatischen Getriebes 5 bzw. eine Drehzahl der Abtriebswellen 9, 11 des vollhydrostatischen Getriebes 5 verringert wird. In dieser Situation entspricht die aktuelle Abtriebsdrehzahl n_ab , welche insbesondere durch die Getriebesteuerungseinheit TCU mit dazu geeigneter Sensorik ermittelt werden kann, nicht mehr der gewünschten Abtriebsdrehzahl n_R , welche sich unter Normalbedingungen zu einem Ausgangszeitpunkt t₀ bei bereits eingestellten Schluckvolumina der Hydromotoren 6A und 6B ergeben würde.
• Wenn der Fahrer des Fahrzeugs 1 aufgrund der verringerten Abtriebsdrehzahl das Fahrpedal 14 des Fahrzeugs 1 stärker betätigt (ein Verlauf einer Stellung des Fahrpedals 14 ist mit dem Graphen S verdeutlicht), so fordert er auf diese Weise eine noch höhere Abtriebsdrehzahl n_R an. Gemäß bekannter Betriebsverfahren wird die Getriebesteuerungseinheit TCU dementsprechend die Schluckvolumina V_A und V_B der Hydromotoren 6A bzw. 6B weiter verringern. Eine Drehzahl n_D des Antriebsmotors 4 wird dabei typischerweise nicht verändert, und ein Fördervolumen V_P der Hydropumpe 3 wird dabei üblicherweise verringert. Dadurch wird innerhalb des hydraulischen Systems 2 ein Hochdruck P_H erzeugt. Dieser Hochdruck ist ohne Messtechnik üblicherweise nicht zu erkennen und kann den hydrostatischen Fahrantrieb 2 schädigen.
• 4 zeigt Betriebswerte, welche sich einstellen können, sofern der hydrostatische Fahrantrieb 2 erfindungsgemäß betrieben wird. Zu einem Ausgangszeitpunkt t₀ sind insbesondere die Schluckvolumina V_A und V_B der Hydromotoren 6A bzw. 6B auf einen Wert eingestellt, welcher mit einer angerforderten Abtriebsdrehzahl n_R korrespondiert. Diese Einstellung kann durch die Prozessoreinheit 13, insbesondere durch die Getriebesteuerungseinheit TCU, erfolgen. Weiterhin kann die Prozessoreinheit 13, insbesondere die Getriebesteuerungseinheit TCU, die Hydropumpe 3 derart einstellen, dass sie stets ihr maximal vorgesehenes Fördervolumen V_Pmax erbringt. Ferner kann insbesondere die Motorsteuerungseinheit ECU die Drehzahl n_D des Antriebsmotors 4 derart einstellen, dass sie auf einem konstanten Wert gehalten wird. Zu einem Belastungszeitpunkt t₁ kommt es unter Einfluss einer äußeren Last, z.B. verursacht durch eine Silagefahrt oder durch eine Bergauffahrt, zu einer Verringerung der Abtriebsdrehzahl des vollhydrostatischen Getriebes 5 bzw. der Drehzahl der Abtriebswellen 9, 11 des vollhydrostatischen Getriebes 5.
• Mittels der Prozessoreinheit 13, insbesondere mittels der Getriebesteuerungseinheit TCU, wird in einem Verfahrensschritt 100 eine tatsächliche Abtriebsdrehzahl n_ab des vollhydrostatischen Getriebes 5 ermittelt, wobei diese tatsächlich Abtriebsdrehzahl n _ab in dem gezeigten Ausführungsbeispiel einer tatsächlichen Abtriebsdrehzahl des ersten Hydromotors 6A und einer tatsächlichen Abtriebsdrehzahl des zweiten Hydromotors 6B entspricht. Zur Ermittlung der tatsächlichen Abtriebsdrehzahl kann die Prozessoreinheit 13, insbesondere deren Getriebesteuerungseinheit TCU, dazu eingerichtet sein, entsprechende Sensorsignale aufzunehmen und zu verarbeiten.
• Weiterhin ist die Prozessoreinheit 13, insbesondere deren Getriebesteuerungseinheit TCU, dazu eingerichtet, in einem Verfahrensschritt 200 eine einheitliche theoretische Abtriebsdrehzahl n_{ab theo} des ersten Hydromotors 6A und des zweiten Hydromotors 6B zu berechnen. Die theoretische Abtriebsdrehzahl n_{ab theo} kann insbesondere mehrmals zeitig nacheinander, bevorzugt kontinuierlich, gemäß der folgenden Formel berechnet werden: $$n_{abtheo}=\frac{V_{Pmax}\times n_D\times {\eta }_P}{\frac{V_{MA}}{{\eta }_{MA}}\times i_{MA}+\frac{V_{MB}}{{\eta }_{MB}}\times i_{MB}}$$

  
• Hierbei sind:

V_Pmax

der durch die Hydropumpe 3 maximal Fördervolumen,

n_D

die Drehzahl des Antriebsmotors 4,

η_P

der Wirkungsgrad der Hydropumpe 3,

V_MA

das Schluckvolumen des ersten Hydromotors 6A,

η_MA

der Wirkungsgrad des ersten Hydromotors 6A,

i_MA

das Übersetzungsverhältnis des ersten Hydromotors 6A (insbesondere das Übersetzungsverhältnis zwischen der Drehzahl einer Antriebswelle des ersten Hydromotors 6A einerseits und der Drehzahl der Abtriebswelle 9 des ersten Hydromotors 6A andererseits),

V_MB

das Schluckvolumen des zweiten Hydromotors 6B,

η_MB

der Wirkungsgrad des zweiten Hydromotors 6B und

i_MB

das Übersetzungsverhältnis des zweiten Hydromotors 6B (insbesondere das Übersetzungsverhältnis zwischen der Drehzahl einer Antriebswelle des zweiten Hydromotors 6B einerseits und der Drehzahl der Abtriebswelle 11 des zweiten Hydromotors 6B andererseits).

• Basierend auf dieser Funktion der theoretischen Abtriebsdrehzahl kann die Prozessoreinheit 13, insbesondere deren Getriebesteuerungseinheit TCU, in einem weiteren Schritt 300 für jede berechnete tatsächliche Abtriebsdrehzahl n_ab jeweils einen Gradienten berechnen.
• In einem weiteren Verfahrensschritt 400 erfolgt durch die Prozessoreinheit 13, insbesondere durch deren Getriebesteuerungseinheit TCU, das Bilden einer Differenz Δn zwischen der berechneten theoretischen Abtriebsdrehzahl n_{ab theo} und der ermittelten tatsächlichen Abtriebsdrehzahl n_ab .
• Die Prozessoreinheit 13, insbesondere deren Getriebesteuerungseinheit TCU, ist ferner dazu eingerichtet, in einem weiteren Verfahrensschritt 500 das Schluckvolumen des ersten Hydromotors 6A und des zweiten Hydromotors 6B zu erhöhen, sofern zu einem gemeinsamen Zeitpunkt
1. 1. der ermittelte Gradient negativ ist (insbesondere bei einer Verzögerung des Fahrzeugs 1),
2. 2. die angeforderte Abtriebsdrehzahl durch den Fahrer n_r größer ist als die ermittelte tatsächliche Abtriebsdrehzahl n_ab , und
3. 3. die Differenz Δn zwischen der jeweiligen berechneten theoretischen Abtriebsdrehzahl n_{ab1 theo} und der ermittelten tatsächlichen Abtriebsdrehzahl n_ab einen festgelegten Grenzwert überschreitet.
• Nach Durchführung des Verfahrensschritts 500 werden die Verfahrensschritte 100 bis 500 erneut durchgeführt und mehrmals, bevorzugt durchgehend, wiederholt. Durch dieses Zurückverstellen der Schluckvolumina der Hydromotoren 6A und 6B in Richtung großer Schluckvolumina kann einem Hochdruck innerhalb des Systems entgegengewirkt werden. Sobald zu einem zweiten Zeitpunkt t₂ die Differenz Δn aus theoretischer und tatsächliche Abtriebsdrehzahl klein genug ist, also unterhalb einer zweiten Schwelle liegt, die geringer ist als die erste Schwelle, oder die geforderte Abtriebsdrehzahl n_R erreicht ist, z.B. weil n _R gesunken ist, kann die Verstellung des Getriebes 5 wieder normal erfolgen. Die Pumpenverstellung wird hierbei nicht beeinflusst.
• Bezugszeichenliste

ECU

Motorsteuerungseinheit

n_ab

gemessene Abtriebsdrehzahl

n_{ab theo}

berechnete theoretische Abtriebsdrehzahl

n_D

Drehzahl Antriebsmotor

V_P

Fördervolumen Hydropumpe

n_R

angeforderte Abtriebsdrehzahl (Requested Trm Output Speed)

P_H

Hochdruck

V_Pmax

maximal Fördervolumen der Hydropumpe

S

Fahrpedalstellung

t₀

Ausgangszeitpunkt

t₁

Belastungszeitpunkt

TCU

Getriebesteuerungseinheit

V_A, V_B

Schluckvolumen des Hydromotors 6A bzw. 6B

VCU

Fahrzeugsteuerungseinheit

Δn

Differenz zwischen n_{ab theo} und n_AB

1

Fahrzeug

2

hydrostatischer Fahrantrieb

3

Hydropumpe

4

Antriebsmotor

5

vollhydrostatisches Getriebe

6A

erster Hydromotor

6B

zweiter Hydromotor

7

Hydraulikschlauch

8

Hydraulikschlauch

9

erste Abtriebswelle

10

erste Achse

11

zweite Abtriebswelle

12

zweite Achse

13

Prozessoreinheit

14

Fahrpedal

Claims (10)

1. Verfahren zum Betreiben eines hydrostatischen Fahrantriebs (2), welcher einen Antriebsmotor (4), eine Hydropumpe (3), deren Fördervolumen einstellbar ist, und wenigstens einen Hydromotor (6A, 6B) umfasst, dessen Schluckvolumen (V_A, V_B) einstellbar ist, wobei der Antriebsmotor (4) die Hydropumpe (3) antreibt, wobei die Hydropumpe (3) auf eine maximal vorgesehene Fördermenge (V_Pmax) eingestellt ist, und wobei der wenigstens eine Hydromotor (6A, 6B) von der Hydropumpe (3) angetrieben wird, das Verfahren umfassend die Schritte: (100) Ermitteln einer tatsächlichen Abtriebsdrehzahl (n_ab) des wenigstens einen Hydromotors (6A, 6B), (200) Berechnen einer theoretischen Abtriebsdrehzahl (n_{ab theo}) des wenigstens einen Hydromotors (6A, 6B), (300) Berechnen eines Gradienten der berechneten tatsächlichen Abtriebsdrehzahl (n_ab) des wenigstens einen Hydromotors (6A, 6B), (400) Bilden einer Differenz Δn zwischen der berechneten theoretischen Abtriebsdrehzahl (n_{ab theo}) und der ermittelten tatsächlichen Abtriebsdrehzahl (n_ab),und (500) Erhöhen eines Schluckvolumens (V_A, V_B) des wenigstens einen Hydromotors (6A, 6B), sofern der Gradient negativ ist, eine angeforderte Abtriebsdrehzahl (n_r) größer ist als die ermittelte tatsächliche Abtriebsdrehzahl (n_ab), und die Differenz Δn zwischen der berechneten theoretischen Abtriebsdrehzahl (n_{ab theo}) und der tatsächlichen Abtriebsdrehzahl (n_ab) einen festgelegten Grenzwert überschreitet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die theoretische Abtriebsdrehzahl (n_{ab1 theo}) gemäß der Formel $$n_{abtheo}=\frac{V_{Pmax}\times n_D\times {\eta }_P}{\frac{V_{MA}}{{\eta }_{MA}}\times i_{MA}+\frac{V_{MB}}{{\eta }_{MB}}\times i_{MB}}$$

   

   berechnet wird.
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei nach Durchführung des Verfahrensschritts (500) die Verfahrensschritte (100) bis (500) erneut durchgeführt und mehrmals, bevorzugt durchgehend, wiederholt werden.
4. Programmelement, das, wenn es auf einer Prozessoreinheit (13) ausgeführt wird, die Prozessoreinheit (13) anleitet, die Verfahrensschritte (100) bis (500) eines Verfahrens gemäß einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
5. Computerlesbares Medium, auf dem ein Programmelement gespeichert ist, das, wenn es auf einer Prozessoreinheit (13) ausgeführt wird, die Prozessoreinheit (13) anleitet, die Verfahrensschritte (100) bis (500) eines Verfahrens gemäß einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
6. Hydrostatischer Fahrantrieb (2) umfassend einen Antriebsmotor (4), eine Hydropumpe (3), deren Fördervolumen (V_P) einstellbar ist, wenigstens einen Hydromotor (6A, 6B), dessen Schluckvolumen (V_A, V_B) einstellbar ist, und eine Prozessoreinheit (13), wobei - der Antriebsmotor (4) die Hydropumpe (3) antreibt, - die Hydropumpe (3) auf maximales Fördervolumen V_Pmax eingestellt ist, - der wenigstens eine Hydromotor (6A, 6B) von der Hydropumpe (3) angetrieben wird, und - die Prozessoreinheit (13) dazu eingerichtet ist, die Verfahrensschritte (100) bis (500) eines Verfahrens gemäß einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
7. Hydrostatischer Fahrantrieb (2) nach Anspruch 6, wobei der hydrostatische Fahrantrieb (2) ein vollhydrostatisches Getriebe (5) umfasst.
8. Hydrostatischer Fahrantrieb (2) nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Prozessoreinheit (13) dazu eingerichtet ist, die theoretische Abtriebsdrehzahl gemäß der Formel $$n_{abtheo}=\frac{V_{Pmax}\times n_D\times {\eta }_P}{\frac{V_{MA}}{{\eta }_{MA}}\times i_{MA}+\frac{V_{MB}}{{\eta }_{MB}}\times i_{MB}}$$

   

   zu berechnen.
9. Hydrostatischer Fahrantrieb (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Prozessoreinheit (13) dazu eingerichtet ist, nach der Durchführung des Verfahrensschritts (500) die Verfahrensschritte (100) bis (500) erneut durchzuführen und mehrmals, bevorzugt durchgehend, zu wiederholen.
10. Fahrzeug (1) umfassend einen hydrostatischen Fahrantrieb (2) nach einem der Ansprüche 7 bis 9.

Images