DE102021210068A1

DE102021210068A1 - Verfahren mit einem Antrieb mit einer Verbrennungskraftmaschine und hydraulischen Leistungswandlern, und Antrieb mit einer Verbrennungskraftmaschine und hydraulischen Leistungswandlern

Info

Publication number: DE102021210068A1
Application number: DE102021210068.6A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Oschmann; Botond Szeles; Joerg Spang
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-09-13
Filing date: 2021-09-13
Publication date: 2023-03-16
Also published as: WO2023036678A1

Abstract

Offenbart ist ein Verfahren mit einem Antrieb mit einem elektronischen Steuergerät und einer von diesem gemäß einer insbesondere vorbestimmten Soll-Drehzahl regelbaren Verbrennungskraftmaschine und einer mit dieser drehmomentgekoppelten Hydromaschine, über die wenigstens ein hydraulischer Leistungswandler des Antriebes mit Druckmittel versorgbar ist, wobei ein Drehmoment der Hydromaschine in Abhängigkeit einer an sie gerichteten Anforderung und/oder einer an den Leistungswandler gerichteten Anforderung änderbar ist oder sich in Abhängigkeit einer Last insbesondere des Leistungswandlers ändert, mit Schritten „Regeln der Drehzahl in Abhängigkeit der Soll-Drehzahl“, über ein elektronisches Steuergerät des Antriebes, und „Erfassen der Anforderung und/oder Last“, über eine elektronische Erfassungseinheit des Antriebes.
Offenbart ist zudem ein Antrieb mit einem elektronischen Steuergerät und einer von diesem gemäß einer Soll-Drehzahl regelbaren Verbrennungskraftmaschine und einer mit dieser drehmomentgekoppelten Hydromaschine, über die wenigstens ein hydraulischer Leistungswandler des Antriebes mit Druckmittel versorgbar ist, wobei ein Drehmoment der Hydromaschine in Abhängigkeit einer an sie gerichteten Anforderung und/oder einer an den Leistungswandler gerichteten Anforderung änderbar ist oder sich in Abhängigkeit einer Last insbesondere des Leistungswandlers ändert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren mit einem Antrieb gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie einen Antrieb gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9.
Ein gattungsgemäßer Antrieb hat eine drehzahlgeregelte Verbrennungskraftmaschine und wenigstens eine davon antreibbare und somit im Pumpenbetrieb betreibbare Hydromaschine - im Folgenden als Hydropumpe bezeichnet. Von dieser ist wiederum wenigstens ein hydraulischer Leistungswandler, beispielswiese ein Hydrozylinder oder eine als Hydromotor betreibbare Hydromaschine, mit Druckmittel versorgbar. Der Antrieb kann beispielsweise als Fahrantrieb, Arbeitsantrieb oder kombinierter Fahr- und Arbeitsantrieb ausgebildet sein, wobei die Verbrennungskraftmaschine, insbesondere im Bereich der mobilen Arbeitsmaschinen, häufig als Dieselmotor ausgestaltet ist. Über die Hydropumpe sind beispielsweise Fahrmotoren oder Hydrozylinder der mobilen Arbeitsmaschine, oder Beides, mit Druckmittel versorgbar.
Sowohl die Last des oder der Leistungswandler, als auch eine an diesen/diese gerichtete Anforderung, beispielsweise bezüglich einer Soll-Geschwindigkeit oder -Soll-Beschleunigung, resultieren in einem Soll-Drehmoment der mit der Verbrennungskraftmaschine gekoppelten Hydropumpe. Ebenso resultiert eine direkt an die Hydropumpe gerichtete Anforderung, beispielsweise die Verstellung ihres Fördervolumens, in einem Soll-Drehmoment. Das Soll-Drehmoment der Hydropumpe ist von der Verbrennungskraftmaschine als inneres Drehmoment, bei gleichzeitiger Regelung auf eine vorbestimmte Soll-Drehzahl, bereitzustellen.
Aktuelle Tier4 / Euro5 Verbrennungskraftmaschinen des Standes der Technik (ICE) die im Gebrauch der mobilen Arbeitsmaschinen Anwendung finden, bieten häufig keine Schnittstelle zur direkten Drehmomentregelung. Stattdessen folgt ein inneres Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine im Rahmen einer Drehzahlregelung. Wenn beispielsweise aufgrund einer erhöhten Last des Leistungswandlers oder Anforderung an diesen der Lastdruck im hydraulischen Kreis steigt, erhöht sich das Drehmoment der Hydropumpe. Bei noch gleicher Einspritzung der Verbrennungskraftmaschine fällt in Folge deren Ist-Drehzahl unter die vorbestimmte Soll-Drehzahl. Erst wenn diese Regelabweichung erfasst wird und ans Steuergerät gemeldet wird, wird mehr Kraftstoff in die Verbrennung eingespritzt und der Ladedruck und in Folge das innere Drehmoment erhöhen sich.
Nachteilig hieran ist, dass die Änderung des inneren Drehmomentes erst der Regelabweichung der Drehzahl bedarf, bevor es durch die vermehrte Einspritzung erhöht oder erniedrigt werden kann. Diese tritt aber verzögert auf, da beispielsweise Stellgrößen im hydraulischen System mit einer Verzögerung auf die Anforderung reagieren. In Folge läuft das innere Drehmoment der in Echtzeit elektronisch erfassten Anforderung oder Last nach. Hierdurch kann es bei schnell steigender Anforderung/Last zu einer unerwünschten Drückung der Drehzahl bis hin zum Abwürgen der Verbrennungskraftmaschine kommen. Anders herum kann es bei abruptem Abfall der Last oder Anforderung zu einem unerwünschten Überdrehen der Verbrennungskraftmaschine kommen.
Der unerwünschten Drückung kann gemäß dem Stand der Technik durch eine Begrenzung der Leistung, insbesondere des Drehmoments, der Hydromaschine und der von ihr mit Druckmittel versorgten Leistungswandler entgegengewirkt werden.
Zur Leistungslimitierung derartiger Antriebe mit Verbrennungskraftmaschine als primärer Leistungsquelle kennt der Stand der Technik zum einen eine rein drehzahlbasierte Limitierung, wobei die Ist-Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine mit der Soll-Drehzahl verglichen wird und basierend auf dem Unterschied oder Verhältnis der beiden die Stellgrößen der Leistungswandler, beziehungsweise - abnehmer, limitiert werden.
Nachteilig an dieser Lösung ist eine Neigung zur Schwingung, da eine solche reine Regelung ohne jeglichen Vorsteuerungs-Anteil ausgeführt wird.
Eine andere Lösung nutzt die Bestimmung eines maximal möglichen Drehmoments der Verbrennungskraftmaschine in Abhängigkeit von der Soll-Drehzahl, wobei in Folge dieses maximal mögliche Drehmoment als Führungsgröße für die Leistungslimitierung der Leistungswandler/-abnehmer verwendet wird.
Nachteilig ist, dass die hierbei zur Bestimmung herangezogene Drehmomenthüllkurve nur für einen stationären bis quasistationären Zustand der Verbrennungskraftmaschine gilt, nicht aber für dynamischere Belastungswechsel, wenn die Verbrennungskraftmaschine beispielsweise bei niedriger Leistungsaufnahme relativ schnell belastet wird. Daher ist zur Leistungsbegrenzung weiterhin der Bezug zur vorgenannten drehzahlbasierten Limitierung nötig.
Eine weitere Möglichkeit ist die Berechnung des aktuell theoretisch maximal nutzbaren Antriebsmomentes der Verbrennungskraftmaschine, beispielsweise basierend auf mittels dem Netzwerkprotokoll SAE J1939 mittels CAN-Bus zur Verfügung stehender Informationen der Verbrennungskraftmaschine. Dies sind insbesondere: das aktuelle Prozent-Drehmoment, das Referenz-Drehmoment und die Prozent-Last bei aktueller Drehzahl.
Zwar ist diese Lösung auch für dynamische Belastungsänderungen geeignet, jedoch ist die Signalgüte der Informationen häufig nicht ausreichend. So kann dieses Verfahren entweder gar nicht oder nur mit zusätzlicher und aufwendiger Verarbeitung der ermittelten Führungsgröße (begrenztes Drehmoment) verwendet werden. Hierbei eingesetzte, spezielle Algorithmen erweisen sich als teilweise instabil.
Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Regelung einer Verbrennungskraftmaschine eines Antriebes zu schaffen, das bei Änderungen von Anforderungen oder Lasten des Antriebes eine geringere Dauer oder Höhe der Regelabweichung an der Verbrennungskraftmaschine ermöglicht. Zudem besteht die Aufgabe darin, einen Antrieb zu schaffen, der auf Änderungen von Anforderungen oder Lasten mit einer geringeren Dauer oder Höhe einer Regelabweichung der Verbrennungskraftmaschine reagiert.
Die erste Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, die zweite durch einen Antrieb mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
Ein Verfahren ist mit einem Antrieb vorgesehen, insbesondere mit dem Antrieb einer mobilen Arbeitsmaschine. Der Antrieb hat ein elektronisches Steuergerät und eine über dieses in Abhängigkeit einer insbesondere vorbestimmten Soll-Drehzahl regelbaren Verbrennungskraftmaschine. Die Verbrennungskraftmaschine ist beispielsweise als Dieselmotor ausgebildet. Mit dieser ist wenigstens eine Hydromaschine, im Folgenden als Hydropumpe bezeichnet, drehmomentgekoppelt, über die im offenen oder geschlossenen hydraulischen Kreis wenigstens ein hydraulischer Leistungswandler des Antriebes mit Druckmittel versorgbar ist. Die wenigstens eine Hydropumpe kann mit konstantem oder verstellbarem Verdrängungsvolumen ausgestaltet sein. Der wenigstens eine Leistungswandler kann translatorisch - beispielsweise als Hydrozylinder - oder rotatorisch - beispielsweise als Hydromaschine, insbesondere Hydromotor ausgestaltet sein. Auch er kann mit konstantem oder verstellbarem Verdrängungsvolumen ausgestaltet sein. Die Hydropumpe, der Hydromotor kann beispielsweise als Axialkolbenmaschine in Schrägscheiben- oder Schrägachsenbauweise ausgestaltet sein. Ein Drehmoment der Hydromaschine kann sich in Abhängigkeit einer an die Hydromaschine gerichteten Anforderung - beispielsweise ein Anforderungs-Signal, dass in einer Verstellung ihres Verdrängungsvolumens resultiert - ändern oder das Drehmoment ändert sich in Abhängigkeit einer an den Leistungswandler gerichteten Anforderung oder weil sich dessen Last ändert. Zur Aufrechterhaltung einer, insbesondere vorbestimmten, Soll-Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine, trotz der möglichen Änderungen der Anforderung(en) oder Last(en), hat das Verfahren einen Schritt „Regeln der Drehzahl in Abhängigkeit der Soll-Drehzahl“, über das elektronische Steuergerät. Zudem erfolgt ein Schritt „Erfassen der Anforderung und/oder der Last“, insbesondere über eine elektronische Erfassungseinheit des Antriebes.
Erfindungsgemäß hat das Verfahren einen Schritt „Ermitteln einer Soll-Abweichung der Drehzahl von der Soll-Drehzahl“. Die Ermittlung der Soll-Abweichung erfolgt dabei in Abhängigkeit der elektronisch erfassten Anforderung(en) und/oder Last(en) (im Folgenden aus Gründen der Übersichtlichkeit Anforderung/Last).
In anderen Worten wird eine von der vorbestimmten Soll-Drehzahl abweichende, neue, vorzugsweise temporäre, Soll-Drehzahl ermittelt, die dann in die Regelung der Drehzahl eingeht. Erfindungsgemäß wird dabei ausgenutzt, dass bei dem gattungsgemäßen Antrieb zwischen der elektronischen Erfassung der Anforderung/Last und der Erfassung der daraus resultierenden Drehzahländerung (Drückung bei ansteigender Anforderung/Last, Überdrehen bei abfallender Anforderung/Last) eine Totzeit liegen kann, die im trägen Verhalten hydraulischer Stellglieder begründet ist. Durch die erfindungsgemäß in Echtzeit mit der erfassten Anforderung/Last veränderten Soll-Drehzahl und die damit verbundene, veränderte Einspritzung wird das innere Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine etwa um eine der Totzeit entsprechenden Zeitspanne früher auf die erfasste und damit kommende Anforderung/Last vorbereitet. So kann erfindungsgemäß Einfluss auf die Dauer der Regelabweichung und deren Betrag genommen werden.
Die Ermittlung der Soll-Abweichung erfolgt in einer Weiterbildung derart, dass ein Betrag und/oder eine Dauer einer Regelabweichung, der/die beim Regeln der Drehzahl in Abhängigkeit der Summe aus Soll-Drehzahl und Soll-Abweichung auftritt/auftreten geringer ist/sind als wenn das Regeln der Drehzahl in Abhängigkeit allein der Soll-Drehzahl - also ohne Soll-Abweichung - erfolgt. So kann die Dauer der Regelabweichung und deren Betrag noch gezielter verringert werden.
Die Soll-Abweichung wird vorzugsweise vorzeichenbehaftet ermittelt und weist beispielsweise ein positives Vorzeichen auf, wenn die Anforderung/Last ansteigt, wohingegen sie ein negatives Vorzeichen aufweist, wenn die Anforderung/Last abfällt.
Die Summe aus Soll-Drehzahl und Soll-Abweichung ist also bei ansteigender Anforderung/Last größer als die vorbestimmte Soll-Drehzahl. So wird die Drückung der Drehzahl durch die Last oder Anforderung abgeschwächt und ihre Dauer verringert. Bei abfallender Anforderung/Last hingegen, ist die Summe aus Soll-Drehzahl und Soll-Abweichung kleiner als die vorbestimmte Soll-Drehzahl. So wird das Überdrehen der Drehzahl durch die abnehmende Last oder Anforderung abgeschwächt und dessen Dauer verringert.
Die Anforderung an die Hydromaschine kann beispielsweise ein Soll-Verdrängungsvolumen, ein Soll-Druckmittelvolumenstrom oder ein Soll-Drehmoment sein. Die Anforderung an den oder die Leistungswandler kann eine jeweilige Soll-Geschwindigkeit, eine Soll-Beschleunigung oder ein Soll-Drehmoment sein. Wobei die Last eine zu haltende Masse, eine zu beschleunigende Masse, eine Änderung eines Fahruntergrundes, wie beispielsweise eine Neigungsänderung, oder ein Lastdruck oder dergleichen ist.
Um den Einfluss eines Signalrauschens und einer darauf basierend fehlerhaft oder unnötigerweise ermittelte Soll-Abweichung zu verhindern, weist das Verfahren in einer Weiterbildung einen Schritt „Filtern eines Anforderungssignals und/oder Lastsignals“ auf.
Die neue, vorzugsweise temporäre Soll-Drehzahl geht in einer Weiterbildung des Verfahrens durch einen Schritt „Übersteuern der vorbestimmten Soll-Drehzahl mit der Summe aus vorbestimmter Soll-Drehzahl und Soll-Abweichung“ in die Regelung ein.
Die Übersteuerung der vorbestimmten Soll-Drehzahl darf nicht bei einem oszillierenden Anforderungs- oder Lastsignal und auch nicht bei zu kleinen Änderungen des Anforderungs- oder Lastsignals erfolgen. Ein Maß für ein mögliches Oszillieren ist dabei ein vergleichsweise steiles Ansteigen und Abfallen des erfassten Signals, insbesondere bei gleichzeitig vergleichsweise kleiner Amplitude oder Auslenkung des jeweiligen Signals. In einer Weiterbildung des Verfahrens ist daher ein Schritt „Ermitteln einer Auslenkung und/oder eines Gradienten der Anforderung und/oder Last, oder des jeweiligen Signals“ vorgesehen. Auch diese Ermittlung erfolgt aus genannten Gründen vorzugsweise auf Basis des oder der gefilterten Signale der Anforderung und/oder Last.
Darauf basierend kann gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens ein Schritt „Vergleichen der Auslenkung und/oder des Gradienten der Anforderung und/oder Last mit einer jeweiligen Referenz erfolgen“. Die Referenz für den Gradienten ist vorzugsweise als Anstiegsgeschwindigkeitsparameter, jeweils individuell für eine positive Auslenkung und für eine negative Auslenkung, im elektronischen Steuergerät vorbestimmt abgelegt und vorzugsweise individuell, beispielsweise für einen jeweiligen Maschinentyp einstellbar.
Falls die erfasste Auslenkung kleiner ist als ihre Referenz und/oder der Gradient steiler ist als seine Referenz, so wird von einer Oszillation des betreffenden Signals ausgegangen und es wird wenigstens einer der Schritte „Verzicht auf die Ermittlung der Soll-Abweichung“, „Unterdrücken des Übersteuerns“, „Setzen der Soll-Abweichung zu null“ oder „Regeln der Drehzahl in Abhängigkeit allein der vorbestimmten Soll-Drehzahl“ oder dergleichen ausgeführt.
Ist die Auslenkung hingegen größer und/oder der Gradient flacher als die betreffende Referenz, so kann davon ausgegangen werden, dass kein oszillierendes Signal vorliegt. Der vorgenannte Schritt „Übersteuern der Soll-Drehzahl mit der Summe aus der Soll-Drehzahl und der Soll-Abweichung“ wird dann ausgeführt.
Nicht nur die Soll-Abweichung, sondern auch deren zeitlicher Verlauf nimmt Einfluss auf die Regelabweichung und deren Dauer. In einer Weiterbildung des Verfahrens erfolgt daher ein Schritt „Ermitteln der Soll-Abweichung und/oder ihres Gradienten in Abhängigkeit der Auslenkung und/oder des Gradienten der Anforderung und/oder Last“.
In einer Weiterbildung des Verfahrens ist die Soll-Abweichung über das Steuergerät begrenzbar, vorzugsweise mittels einer Sättigung, sodass übermäßige Abweichungen der Ist-Drehzahl vermieden werden können, die vom Bedienpersonal als eine störende Über- oder Unter-Drehzahl wahrnehmbar sind.
Um zu hohe Summen aus vorbestimmter Drehzahl und anforderungs-/lastabhängig ermittelter Soll-Abweichung zu vermeiden, die auf nicht realisierbaren Anforderungen, insbesondere Soll-Drehmoment-Anforderungen, basieren, weist das Verfahren in einer Weiterbildung einen Schritt „Ermitteln eines Minimums aus einer verfügbaren Leistung, insbesondere einem verfügbaren Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine und der Leistungs-, insbesondere Drehmoment-Anforderung“ auf. Der Schritt „Ermitteln der Soll-Abweichung zur insbesondere vorbestimmten Soll-Drehzahl“ erfolgt dann in Abhängigkeit des ermittelten Minimums.
Ist die Anforderung eine Soll-Leistung oder ein Soll-Drehmoment so kann eine Begrenzung durch einen Schritt „Begrenzen der Leistungs-Anforderung oder Drehmoment-Anforderung durch Begrenzen des Soll-Drehmomentes auf ein Grenz-Drehmoment“ erfolgen. Die Ermittlung des Grenz-Drehmomentes kann vorzugsweise modellbasiert erfolgen.
Hierzu ist in einer Weiterbildung im Steuergerät wenigstens ein statisches oder dynamisches oder zumindest teildynamisches Modell der Verbrennungskraftmaschine eingerichtet, über das ein für die wenigstens eine Hydromaschine oder den wenigstens einen Leistungswandler aktuell angefordertes Soll-Drehmoment auf ein Grenz-Drehmoment begrenzbar ist. Das Soll-Drehmoment ist beispielsweise von einem Bedienpersonal, beispielsweise mittels Auslenkung eines Bedienelementes des Antriebes (Joystick), oder von einer Maschinensteuerung anforderbar.
Das Modell kann ein dynamisches Teilmodell der Verbrennungskraftmaschine aufweisen, über das zumindest in Abhängigkeit der Ist-Drehzahl und der Belastung der Verbrennungskraftmaschine das von dieser zu einem zukünftigen Zeitpunkt, also einem minimal späteren als dem aktuellen Zeitpunkt, bereitstellbare innere Drehmoment ermittelbar ist. In Abhängigkeit von diesem ist dann wiederum das genannte Grenz-Drehmoment ermittelbar.
Diese modellbasierte Abbildung der dynamischen Entwicklung des inneren Drehmomentes der Verbrennungskraftmaschine stellt die Ausnutzung der maximal möglichen Leistung bei gewünschter Soll-Drehzahl sicher, ohne unerwünschte Drehzahleinbrüche. Dies ist vor allem bei genannten Dieselmotoren ab Stufe Tier4 interim vorteilhaft, da diese oft über eine nur geringe Drehmomentenreserve und strikte Vorgaben bezüglich der erlaubten Drehzahl-Drückung verfügen und dadurch eine genaue und stabile Leistungslimitierung der Hydromaschine und/oder der Leistungswandler, beziehungsweise Leistungsabnehmer erforderlich ist.
In einer Weiterbildung ist über das Steuergerät das Grenz-Drehmoment als Führungsgröße für die Limitierung der Leistungsaufnahme der Hydromaschine oder des oder der Leistungswandler ermittelbar. Alternativ kann eine solche Führungsgröße über das Steuergerät aus dem Grenz-Drehmoment ermittelt werden. Insbesondere ist dies der Fall, wenn mehrere Hydromaschinen angetrieben werden oder mehrere Leistungswandler von der oder den Hydromaschinen mit Druckmittel versorgt werden. Dann muss das ermittelte Grenz-Drehmoment über das Steuergerät zunächst auf die Hydromaschinen und/oder Leistungswandler „verteilt“ werden, es wird also pro Hydromaschine oder pro Leistungswandler ein individuelles Grenz-Drehmoment ermittelt. In Abhängigkeit der jeweiligen Führungsgröße ist dann die jeweilige Hydromaschine/ der jeweilige Leistungswandler steuerbar, insbesondere vorsteuerbar, um ihre/seine Leistungsaufnahme zu begrenzen. Durch eine derartige Vorsteuerung kann eine Regelung der Leistungsaufnahme der betreffenden Hydromaschine/des betreffenden Leistungswandlers minimiert oder sogar überflüssig werden.
Zur konkreten Ansteuerung der betreffenden Hydromaschine/des betreffenden Leistungswandlers ist in einer Weiterbildung über das Steuergerät ein Sollwert einer Stellgröße der betreffenden Hydromaschine/des betreffenden Leistungswandlers ermittelbar, von der deren/dessen Drehmoment abhängt. Im Falle einer volumenverstellbaren Hydromaschine oder eines derart ausgebildeten Leistungswandlers ist eine solche Stellgröße beispielsweise das Verdrängungsvolumen.
In einer Weiterbildung hat das Steuergerät ein erstes statisches, stationäres oder quasistationäres Teilmodell, insbesondere ein Kennfeld, über das ein erstes aktuell maximal erlaubtes Drehmoment, insbesondere in Abhängigkeit zumindest der aktuellen Drehzahl und Belastung, insbesondere des aktuellen inneren Drehmoments der Verbrennungskraftmaschine, ermittelbar ist.
In einer Weiterbildung ist über das dynamische Teilmodell das zukünftig bereitstellbare Drehmoment in Abhängigkeit des ersten aktuell maximal erlaubten Drehmoments ermittelbar.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist über das dynamische Teilmodell das zukünftig bereitstellbare Drehmoment in Abhängigkeit des ersten aktuell maximal erlaubten Drehmoments mittels einem Verzögerungsglied n-ter Ordnung, insbesondere zweiter Ordnung, ermittelbar. Vorzugsweise ist eine dynamische Rampenlimitierung vorgesehen.
Vorzugsweise ist Eingangssignalen der jeweiligen Modelle eine Glättung, insbesondere ein Filter, insbesondere mit PT-1 Charakteristik vorgeschaltet.
In einer Weiterbildung hat das dynamische Teilmodell wenigstens einen über die Steuereinheit periodisch oder wiederkehrend aktualisierbaren Eingang, wobei das zukünftig bereitstellbare Drehmoment, insbesondere in gleichem Intervall, aktualisierbar ermittelbar ist. Vorzugsweise steht an diesem Eingang das erste aktuell maximal erlaubte Drehmoment an.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist über die Steuereinheit das erste aktuell maximal erlaubte Drehmoment über die Steuereinheit periodisch oder wiederkehrend aktualisierbar, vorzugsweise mit der gleichen Periode oder zu den gleichen Aktualisierungszeitpunkten wie der Eingang des dynamischen Teilmodells.
In einer Weiterbildung ist die genannte Verzögerung änderbar oder variabel vorgesehen, insbesondere von einem aktuellen Zeitpunkt zu einem zukünftigen oder von einer Aktualisierung zu einer nächsten.
In einer Weiterbildung weist das Modell ein zweites statisches Teilmodell eines zweiten aktuell maximal erlaubten Drehmoments der Verbrennungskraftmaschine in Abhängigkeit einer aktuellen Temperatur, ein drittes statisches Teilmodell, insbesondere einer Drehmomenthüllkurve, eines dritten maximal erlaubten Drehmoments der Verbrennungskraftmaschine in Abhängigkeit der aktuellen Drehzahl, und/oder ein Referenz-Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine auf, in Abhängigkeit von dem oder denen das zukünftig bereitstellbare Drehmoment aufs Grenz-Drehmoment begrenzbar ist.
In einer Weiterbildung ist über die Steuereinheit in Abhängigkeit von insbesondere über CAN-Bus/J1939 bereitstellbaren Informationen der Verbrennungskraftmaschine ein aktuell theoretisch maximal nutzbares Antriebsmoment der Verbrennungskraftmaschine ermittelbar ist.
In einer Weiterbildung ist eine Kombinationseinrichtung vorgesehen, über die in Abhängigkeit des begrenzten oder unbegrenzten, zukünftig bereitstellbaren Drehmoments und des aktuell theoretisch maximal nutzbaren Antriebsmoments ein Hybrid-Drehmoment ermittelbar ist.
In einer Weiterbildung ist eine Auswahleinrichtung vorgesehen, über die das begrenzte oder unbegrenzte, zukünftig bereitstellbare Drehmoment, das aktuell theoretisch maximal nutzbare Antriebsmoment und das Hybrid-Drehmoment einzeln auswählbar ist, wobei in Abhängigkeit der Auswahl das Grenz-Drehmoment ermittelbar ist.
In einer Weiterbildung ist eine Summationseinrichtung vorgesehen, über die eine Summe aus der Auswahl und einem anforderbaren oder abgebbaren Drehmoment wenigstens eines nebengeordneten Leistungswandlers und/oder einem Drehmoment eines Schwungmassenmodells der Verbrennungskraftmaschine bildbar ist.
In einer Weiterbildung ist eine Überlastungsschutzeinrichtung für die Verbrennungsmaschine vorgesehen, über die das Grenz-Drehmoment auf ein reduziertes Grenz-Drehmoment derart reduzierbar ist, dass die zulässige Drückung unterschritten ist.
Vorzugsweise weist die Überlastungsschutzeinrichtung einen PI-Regler auf und die zulässige Drückung der Verbrennungskraftmaschine ist jeweils separat für einen P-Regleranteil und für einen I-Regleranteil des PI-Reglers, in Abhängigkeit einer Soll-Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine verfügbar.
In einer Weiterbildung ist der PI-Regler in Abhängigkeit der aktuellen Belastung, insbesondere des aktuellen Drehmoments der Verbrennungskraftmaschine aktivierbar, beziehungsweise deaktivierbar, damit eine erste Belastung der Verbrennungskraftmaschine möglich ist und die Leistungswandler, -abnehmer möglichst dynamisch beschleunigen zu können.
In einer Weiterbildung hat ein I-Regleranteil des PI-Reglers Regelparameter, die von einem Gradienten der aktuellen Drehzahl abhängig sind oder einstellbar sind. Die unterschiedlichen Regelparameter ermöglichen so, je nach Drehzahländerungsrichtung, eine Reduzierung des Soll-Drehmomentes ohne Schwingungen, bei kontinuierlicher, maximal möglicher Belastung der Verbrennungskraftmaschine.
In einer Weiterbildung ist die Überlastungsschutzeinrichtung bei einer Leerlaufdrehzahl inaktivierbar oder inaktiv und oberhalb einer aktuellen Soll-Drehzahl aktivierbar oder aktiv.
Ein Antrieb für eine mobile Arbeitsmaschine hat ein elektronisches Steuergerät und eine von diesem gemäß einer Soll-Drehzahl regelbare Verbrennungskraftmaschine und eine mit dieser drehmomentgekoppelten Hydromaschine, über die wenigstens ein hydraulischer Leistungswandler des Antriebes mit Druckmittel versorgbar ist. Ein Drehmoment der Hydromaschine ist in Abhängigkeit einer an sie gerichteten Anforderung und/oder einer an den Leistungswandler gerichteten Anforderung änderbar oder ändert sich in Abhängigkeit einer Last insbesondere des Leistungswandlers. Im Steuergerät ist dabei ein Verfahren, das gemäß wenigstens einem Aspekt der vorangegangenen Beschreibung ausgebildet ist, zur Ausführung gespeichert. Dabei ist das Steuergerät erfindungsgemäß derart ausgestaltet, dass darüber eine Soll-Abweichung der Drehzahl von einer im Steuergerät vorbestimmt abgelegten Soll-Drehzahl in Abhängigkeit der elektronisch erfassten Anforderung und/oder Last, derart ermittelbar ist, dass ein Betrag und/oder eine Dauer einer Regelabweichung bei einem Regeln der Drehzahl in Abhängigkeit einer Summe aus der vorbestimmten Soll-Drehzahl und der Soll-Abweichung geringer ist oder sind als bei einem Regeln der Drehzahl in Abhängigkeit allein der vorbestimmten Soll-Drehzahl.
Im Folgenden wird je ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens und Antriebes in Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 einen Antrieb gemäß einem Ausführungsbeispiel,
2 ein Verfahren zum Steuern des Antriebes gemäß 1, gemäß einem Ausführungsbeispiel,
3 ein stark vereinfachtes Block-Schema einer Variante des Antriebes gemäß 1,
4 ein Schema einer Steuereinheit des Antriebes gemäß 1,
5 ein Schema eines in der Steuereinheit abgelegten Modells zur Ermittlung einer Drehmomentgrenze der Verbrennungskraftmaschine als Führungsgröße für die angetriebene Hydromaschine oder die davon druckmittelversorgten Leistungswandler,
6 ein statisches Eingangsmodell des dynamischen Modells gemäß 3,
7 ein Diagramm eines zukünftig von der Verbrennungskraftmaschine bereitstellbaren Drehmoments in Abhängigkeit eines aktuell erlaubten Drehmoments der Verbrennungskraftmaschine,
8 eine Kombinationslogik zur Verrechnung statischer und dynamischer Teilmodelle,
9 ein Schema einer Überlastungsschutzeinrichtung der Verbrennungsmaschine, und
10 ein Diagramm mit zeitabhängigen Verläufen von Betriebsgrößen der Verbrennungskraftmaschine und eines als Hydropumpe ausgebildeten Leistungswandlers ohne und mit eingreifender Soll-Drehzahl Übersteuerung.

Gemäß 1 hat ein Antrieb 1 eine Verbrennungskraftmaschine 2 und einen davon angetriebenen, als Hydromaschine mit verstellbarem Verdrängungsvolumen ausgebildeten, hydraulischen Leistungswandler 4. Von der Hydromaschine 4 sind (nicht dargestellte) hydraulische Leistungswandler, beispielsweise Hydrozylinder oder - motoren, über eine Arbeitsleitung 4a im offenen hydraulischen Kreis aus einem Tank T mit Druckmittel versorgbar. Alternativ kann der hydraulische Kreis geschlossen ausgebildet sein. Die Verbrennungskraftmaschine 2 ist beispielsweise eine Antriebsmaschine einer mobilen Arbeitsmaschine (nicht dargestellt) und als Dieselmotor ausgestaltet. Mit dessen Antriebswelle drehmomentgekoppelt ist die Triebwelle der Hydromaschine 4. Im Falle der mobilen Arbeitsmaschine arbeitet die Hydromaschine 4 vorzugsweise im Pumpenbetrieb, um die Leistungswandler - Hydrozylinder oder - motoren - mittels einem Druckmittelvolumenstrom anzutreiben. Auch ein Motorbetrieb der Hydromaschine 4 ist, beispielsweise bei Lastumkehr der versorgten Leistungswandler, möglich, sodass eine Rekuperation von Druckmittelenergie möglich ist. Die Druckmittelversorgung der Leistungswandler erfolgt über ein jeweiliges Steuerventil (nicht dargestellt), vorzugsweise über eine LS- oder LUDV-Steuerung.
Der Verbrennungskraftmaschine 2 ist ein Steuergerät 3 zugeordnet, das mit einer Steuereinheit 8, welche der Hydromaschine 4 und den (nicht dargestellten) Leistungswandler zugeordnet ist, signalverbunden ist. Über das Steuergerät wird eine Einspritzung des Kraftstoffs in Abhängigkeit einer darin vorbestimmt abgelegten Soll-Drehzahl n_Nsoll gesteuert.
Die Kraftstoffeinspritzung erfolgt dabei im Zuge der Regelung der Drehzahl n der Verbrennungskraftmaschine 2 in Abhängigkeit der vorbestimmten Soll-Drehzahl n_Nsoll, der erfassten Ist-Drehzahl n_ist und erfindungsgemäß in Abhängigkeit der erfassten oder ermittelten Last des wenigstens einen Leistungswandlers, der erfassten oder ermittelten Anforderung an den wenigstens einen Leistungswandler und/oder der erfassten oder ermittelten Anforderung an die wenigstens eine Hydromaschine 4. Letztgenannte wird im Antrieb insbesondere über eine im Ausführungsbeispiel als Joystick ausgestaltete Erfassungseinheit 7 erfasst.
2 zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel, dessen Wirkungsweise im Folgenden unter Zusammenschau mit dem Antrieb gemäß 1 und dem Diagramm gemäß 10 erläutert wird.
Fortwährend erfolgt dabei der Schritt 100 „Erfassen der Anforderung M_soll“. Die Anforderung resultiert im Ausführungsbeispiel aus einer Auslenkung des Joystick 7 gemäß 1. Diese Auslenkung wird über die Steuereinheit 8 als Bewegungsanforderung an einen der von der Hydromaschine 4 mit Druckmittel versorgten hydraulischen Leistungswandler oder an einen von dem oder den Leistungswandlern bewegten Arbeitspunkt (TCP) der Arbeitsmaschine interpretiert. Aus der Auslenkung kann beispielsweise die Anforderung an die Hydromaschine 4 resultieren, den Druckmittelvolumenstrom zur Druckmittelversorgung des wenigstens einen hydraulischen Leistungswandlers zu erhöhen, indem sie ihr Fördervolumen durch Ausschwenken erhöht. Proportional zum vergrößerten Fördervolumen erhöht sich das Drehmoment der Hydromaschine auf ein Soll-Drehmoment M_soll. Letztgenanntes stellt die Anforderung auf Ebene der Verbrennungskraftmaschine 2 dar und muss von dieser bereitgestellt werden. Ergänzend erfolgt fortwährend die Last-Erfassung durch eine Druckerfassungseinheit (nicht dargestellt) des Antriebes 1.
Ebenfalls fortwährend erfolgt im erfindungsgemäßen Verfahren gemäß 2 der Schritt 102 „Filtern der Anforderung M_soll, insbesondere des Anforderungssignals“. Auf diese Weise wird der Einfluss eines Signalrauschens und einer darauf basierend fehlerhaft oder unnötigerweise ermittelten Soll-Abweichung eliminiert.
Das gefilterte Anforderungssignal M_soll wird im folgenden Schritt 104 auf seine Auslenkung ΔM_soll und/oder seine Anstiegsgeschwindigkeit, das heißt seinen zeitlichen Gradienten dM_soll/dt, untersucht.
Die ermittelte Auslenkung ΔM_soll und/oder der Gradient dM_soll/dt werden dann im Schritt 106 mit einer jeweiligen Referenz ΔM_Rsoll und/oder dM_Rsoll/dt verglichen, mit dem Ziel die Ermittlung einer Soll-Abweichung zu verhindern, falls das Anforderungssignal oszillierend ist, also vielmehr auf einer Störung basiert, als auf einer realen Anforderung. Erweist sich dabei die Auslenkung ΔM_soll kleiner als ihre Referenz ΔM_Rsoll und ist gleichzeitig der Gradient dM_soll/dt steiler als dessen Referenz dM_Rsoll/dt, wird von einem oszillierenden Signal ausgegangen und es wird in Folge keine Soll-Abweichung ermittelt. Stattdessen erfolgt die Drehzahlregelung weiterhin allein in Abhängigkeit der vorbestimmten Drehzahl n_Nsoll gemäß dem Schritt 108.
Umgekehrt, wenn die Auslenkung ΔM_soll größer ist als ihre Referenz ΔM_Rsoll und gleichzeitig der Gradient dM_soll/dt flacher ist als seine Referenz dM_Rsoll/dt, kann gemäß dem Schritt 110 eine Soll-Abweichung ±Δn_Tsoll zur Soll-Drehzahl n_Nsoll in Abhängigkeit der elektronisch erfassten Anforderung M_soll ermittelt werden. Erfindungsgemäß erfolgt diese Ermittlung derart, dass der Betrag und die Dauer einer Regelabweichung bei einem Regeln der Drehzahl n in Abhängigkeit einer Summe aus der vorbestimmten Soll-Drehzahl n_Nsoll und der ermittelten Soll-Abweichung ±Δn_Tsoll geringer sind als bei herkömmlichem Regeln der Drehzahl n in Abhängigkeit allein der Soll-Drehzahl n_Nsoll.
Auf Basis der ermittelten Soll-Abweichung ±Δn_Tsoll erfolgt im Schritt 112 das Übersteuern der vorbestimmten Soll-Drehzahl n_Nsoll mit der Summe aus der vorbestimmten Soll-Drehzahl n_Nsoll und der Soll-Abweichung ±Δn_Tsoll. Die Summe stellt dann die temporär geltende, neue Soll-Drehzahl n_soll' dar.
Die Regelung der Drehzahl n erfolgt dann im Schritt 108`, immer noch in Abhängigkeit der vorbestimmten Drehzahl n_Nsoll, welche allerdings erfindungsgemäß um die Soll-Abweichung ±Δn_Tsoll verändert ist.
10 links zeigt den Verlauf der aktuellen Drehzahl n_akt oder Ist-Drehzahl n_ist in Abhängigkeit des Anforderungssignals M_soll bei herkömmlich gleichbleibender Soll-Drehzahl n_soll.
10 rechts zeigt hingegen den Verlauf der aktuellen Drehzahl n_akt oder Ist-Drehzahl nist in Abhängigkeit des Anforderungssignals M_soll bei erfindungsgemäß übersteuerter Soll-Drehzahl n_soll', also bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß 2 ab dem Schritt 110.
Ziel der beschriebenen Soll-Drehzahl-Übersteuerung ist, die Reaktionszeit der Verbrennungskraftmaschine 2 zu verringern, indem diese durch die Übersteuerung der im Steuergerät 3 vorbestimmt abgelegten Soll-Drehzahl n_Nsoll mit der Soll-Abweichung ±Δn_soll auf die kommende ansteigende oder wegfallende Last vorbereitet wird. Insbesondere Tier4/Euro5 Verbrennungsmotoren (ICE) erhöhen ihr inneres Drehmoment nur, wenn eine Drehzahlabweichung auftritt. Bei ansteigender Anforderung oder Last sinkt bei noch gleicher Einspritzung die Ist- oder aktuelle Drehzahl nist oder n_akt unter die vorbestimmte Soll-Drehzahl n_Nsoll. In Folge wird über die Regelung mehr Kraftstoff in die Verbrennung eingespritzt und der Ladedruck und damit das innere Drehmoment wird erhöht, was in Folge zum Ausregeln der Regelabweichung der Drehzahl führt. Das Provozieren dieser Drehzahlabweichung durch Belastung der Verbrennungskraftmaschine 2 durch die Leistungsaufnahme der Hydromaschine 4 (Ausschwenken des Schwenkwinkels α des als Hydropumpe ausgestalteten Leistungswandlers 4) führt bei herkömmlicher Vorgehensweise - das heißt wenn keine Übersteuerung der vorbestimmten Soll-Drehzahl n_Nsoll erfolgt - zur gegenüber der Anforderung oder dem Anforderungssprung M_soll verzögerten Leistungsbereitstellung L_akt (vgl. 10 links).
Um diese Verzögerung zu verringern oder zu vermeiden, wird mittels dem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß 2 und der Soll-Drehzahl-Übersteuereinrichtung 18 des Steuergerätes 3 gemäß 1 und 4 eine positive Soll-Abweichung +Δn in Abhängigkeit des Anforderungssprungs M_soll ermittelt, die zur vorbestimmten Soll-Drehzahl n_Nsoll addiert wird.
Die Soll-Drehzahl-Übersteuereinrichtung kann anstatt im Steuergerät der Verbrennungskraftmaschine natürlich in einer anderen Steuereinheit des Antriebes angeordnet sein, beispielsweise in der Steuereinheit 8.
Die Soll-Drehzahl n_soll wird erfindungsgemäß über ihren normalen/vorbestimmten Betriebswert n_Nsoll hinaus erhöht (herkömmliche Waagrechte in 10 links vs. Spitze in 10 rechts). Dies erfolgt bereits bevor die angetriebene Hydropumpe 4 auf den Anforderungssprung M_soll mit dem Ausschwenken und damit Anstieg ihres Schwenkwinkels α und Fördervolumens reagiert oder eine andere Komponente im Antrieb 1 beginnt, ihre Leistungsaufnahme von der Verbrennungskraftmaschine 2 zu erhöhen.
Der Betrag der positiven Soll-Abweichung +Δn ist im Ausführungsbeispiel von der Höhe des Anforderungssprungs also der Höhe des angeforderten Drehmoments M_soll abhängig (erste Ableitung des Gesamtdrehmomentbedarfs der direkt von der Verbrennungskraftmaschine 2 angetriebenen Hydromaschine 4). Über die Soll-Drehzahl-Übersteuereinrichtung 18 wird die positive Soll-Abweichung +Δn ermittelt und zur vorbestimmten Soll-Drehzahl n_Nsoll addiert. Mit der so ermittelten neuen Soll-Drehzahl n_soll' wird die vorbestimmte Soll-Drehzahl n_Nsoll temporär übersteuert.
Um eine Soll-Abweichungen +Δn zu vermeiden, die auf einer nicht realisierbaren, Anforderung oder einem nicht realisierbaren Anforderungssprung basiert, kann ein Minimum aus dem verfügbarem Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine 2 und dem angefordertem Drehmoment M_soll gewählt.
Sollte die Drehmoment-Anforderung größer als das verfügbare Drehmoment sein, so kann, insbesondere über die Steuereinheit 8, insbesondere über den Leistungsmanager 20, eine an die Hydromaschinen 4 gerichtete Volumenstromanforderung auf das in den 4 bis 9 beschriebene Grenz-Drehmoment M_{Mdl Grenz} oder M_{Mdl Grenz red} als Führungsgröße begrenzt werden.
Um eine stabile positive Soll-Abweichung +Δn zu gewährleisten, kann die in die Soll-Drehzahl-Übersteuereinrichtung 18 eingehende Anforderung gefiltert werden.
Um eine Anpassungsfähigkeit der Funktion an andere Verbrennungskraftmaschinen mit unterschiedlicher Dynamik eines Luftaufladungssystems zu gewährleisten, ist vorzugsweise ein Skalierungsfaktor als P-Anteil vorgesehen.
3 zeigt ein vereinfachtes Blockbild des Antriebes 1, wobei nun mehrere Hydromaschinen 4, 6 von der Verbrennungskraftmaschine 2 angetrieben werden, mit dieser also drehmomentgekoppelt sind. Die Antriebsleistung der Verbrennungskraftmaschine 2 kann insbesondere bei Unterversorgung, wenn die von den Hydromaschinen 4, 6 zur Versorgung ihrer Leistungswandler benötigte oder angeforderte Leistung nicht vollständig von der Verbrennungskraftmaschine 2 gedeckt werden kann, über einen Leistungsmanager des Antriebes 1 auf die Triebwellen der Hydromaschinen 4, 6 distribuiert werden. Hierzu ist sowohl mit der Verbrennungskraftmaschine 2, als auch mit den Hydromaschinen 4, 6 eine Steuereinheit 8 über einen CAN-Bus 10 signalverbunden.
4 zeigt ein detaillierteres Schema der Steuereinheit 8 gemäß 1, die einerseits an den CAN-Bus 10 und andererseits an weitere Maschinensteuerungsfunktionen 12 angebunden ist. Um eine Überlastung zu vermeiden und insbesondere ein „Abwürgen“ der Verbrennungskraftmaschine 2 bei stark steigender Leistungsaufnahme oder -anforderung der Leistungswandler 4, 6 zu verhindern, ist eine Drehmomentermittlungseinrichtung 14 zur modellbasierten Ermittlung eines von der Verbrennungskraftmaschine 2 bereitstellbaren GrenzDrehmoments M_{Mdl Grenz} beinhaltet.
Das Grenz-Drehmoment M_{Mdl Grenz} geht gemäß 2 in eine im gezeigten Ausführungsbeispiel optionale Überlastungsschutzeinrichtung 16 ein und kann dort weiter auf ein reduziertes Grenz-Drehmoment M_{Mdl Grenz red} abgesenkt werden, sodass eine zulässige Drehzahl-Drückung Δn_lim noch sicherer unterschritten bleibt.
Die Steuereinheit 8 hat einen Leistungsmanager 20, um das mittels der Drehmomentermittlungseinrichtung 14 und der Überlastungsschutzeinrichtung 16 ermittelte, reduzierte Grenz-Drehmoment M_{Mdl Grenz red} auf die Leistungsteilnehmer 4, 6 zu distribuieren. Ohne die zuvor erwähnte, optionale Überlastungsschutzeinrichtung 16 würde am Leistungsmanager 20 das Grenz-Drehmoment M_{Mdl Grenz} als Eingangsgröße anstehen.
3 zeigt den Aufbau der Drehmomentermittlungseinrichtung 14 im Detail. Eingänge sind dabei zumindest die aktuellen Werte der Drehzahl n_akt, des Drehmoments M_akt und der Betriebstemperatur T_akt der Verbrennungskraftmaschine 2, sowie das gemäß Netzwerkprotokoll SAE J193 vom CAN-Bus 10 bereitgestellte, aktuelle Prozent-Drehmoment M_akt, Referenz-Drehmoment M_Ref und die Prozent-Last bei aktueller Drehzahl L_akt. Über im Ausführungsbeispiel jeweils als PT-1 Glied ausgebildete Filter 20, 22, 24 werden dabei die Eingänge M_akt und L_akt geglättet.
Eingangsseitig weist die Drehmomentermittlungseinrichtung 14 zwei Abschnitte oder Teilmodelle 26, 28 auf. Ein erstes Teilmodell 26 dient gemäß 3 der Berechnung des aktuell theoretisch maximal nutzbaren Antriebsmomentes M_{akt th max nutz}, basierend auf den genannten, mittels Netzwerkprotokoll SAE J1939 über den CAN-Bus 10 zur Verfügung gestellten Informationen der Verbrennungskraftmaschine 2. Das zweite Teilmodell 28 dient der dynamischen, modellbasierten Ermittlung eines Drehmomentes M_Mdl für einen minimal, ca. 50 - 400 msec, späteren Zeitpunkt in Abhängigkeit der aktuellen Werte n_akt, M_akt, T_akt. Das aktuelle Drehmoment M_akt stellt dabei für sich alleine genommen oder zusammen mit der aktuellen Drehzahl n_akt ein Maß für die aktuelle Belastung der Verbrennungskraftmaschine 2 dar.
Im Ausführungsbeispiel gemäß 3 gehen die beiden Ausgänge M_{akt th max nutz} und M_Mdl der Abschnitte 26, 28 in eine optional vorgesehene Kombinationseinrichtung 30 gemäß 6 ein, über die aus beiden ein „Hybrid-Drehmoment“ M_Hyb ermittelbar ist. In dessen Ermittlung geht insbesondere eine Rampenfunktion des Luftsystems ein. Die Eingangssignale M_{akt th max nutz} und M_Mdl durchlaufen dabei jeweils einen Filter, insbesondere PT-1 -Filter 38, 40, und in Folge eine Ableitung 42, 44. Die Ableitung 44 des Eingangssignals M_Mdl wird mittels einem größer-gleich-Vergleich mit einem minimalen Gradienten dM_{Mdl mm} des Eingangssignals M_Mdl verglichen. Die Ableitung 42 des Eingangssignals M_{akt th max nutz} wird mittels einem größer-gleich-Vergleich mit einem minimalen Gradienten dM_{nutz min} des Eingangssignals M_{akt th max nutz} und mittels einem kleiner-gleich-Vergleich mit dessen maximalem Gradienten dM_{nutz max} verglichen.
Die Ergebnisse der beiden letztgenannten Vergleiche werden gemäß 6 mit einer Und-Verknüpfung kombiniert und gehen in eine Oder-Verknüpfung mit dem Ergebnis des erstgenannten Vergleichs ein. Parallel dazu wird das kleinere der beiden Drehmomente M_{akt th max nutz} und M_Mdl von der Kombinationseinrichtung 30 ermittelt. Über einen Schalter 46 kann in Folge das als kleiner ermittelte der beiden Drehmomente M_akt t_{h max nutz} und M_Mdl oder das modellbasiert ermittelte, verfügbare Drehmoment M_Mdl ausgewählt werden, wobei der Auswahl der aus der Oder-Verknüpfung hervorgehende Gradient aufgeschaltet ist. Die letztgenannte Auswahl geht dann in eine Rampenfunktion 48 ein, deren Ausgang schlussendlich das Hybrid-Drehmoment M_Hyb bildet.
Grundlegend ist das modellbasiert ermittelte, verfügbare Drehmoment M_Mdl des Teilmodells 28 gemäß 3 in allen Betriebszuständen des Antriebes 1 ein stabiles Signal. Für die Fälle niedrigerer und demgegenüber höherer und maximaler Signalwechselhäufigkeit ist zudem eine variable Parametereinstellung der PT2-Charakteristik des dynamischen Teilmodells 18 vorgesehen. Aufgrund von Unterschieden zwischen den idealen Eigenschaften dieses Modells und realen Bedingungen eines ICE-Luftsystems der Verbrennungskraftmaschine 2, wie beispielsweise der Luftmenge und der Temperatur, insbesondere im Turbo, kann die Last der Verbrennungskraftmaschine 2 höher sein als vom ICE bewältigbar. In diesem Fall wird die CAN-basierte Berechnung gemäß dem Teilmodell 26 einen niedrigeren Wert M_{akt th max nutz} liefern, als das modellbasierte Signal M_Mdl gemäß dem Teilmodell 28. Erstgenanntes erweist sich auch als stabil, weil sich ein Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine 2 unter Last nicht so schnell ändert, als dass dies die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 2 negativ beeinflussen würde. In diesem Fall ist das CAN-basierte Signal M_{akt th max nutz} als Basis für eine damit durchgeführte Vorsteuerung ausreichend. In anderen Fällen, wenn die Verbrennungskraftmaschine 2 eine gewisse Reserve hat, kann die CAN-basierte Berechnung von M_{akt th max nutz} zu schnell wechselnden Vorsteuerungssignalen führen, die die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 2 negativ beeinflussen würden.
Um auf diese unterschiedlichen Startbedingungen flexibel reagieren zu können, gehen die beiden Drehmomente M_{akt th max nutz} und M_Mdl, sowie das daraus über die Kombinationseinrichtung 30 gemäß 6 gebildete Hybrid-Drehmoment M_Hyb als Eingangssignale in eine Auswahleinrichtung 32 ein. Hierbei findet vorzugsweise eine Auswahl des kleinsten der drei Drehmomente M_{akt th max nutz}, M_Mdl und M_Hyb statt. Die Auswahl erfolgt vorzugsweise automatisiert. Alternativ oder ergänzend können andere Auswahlkriterien, insbesondere in Abhängigkeit von vom CAN-Bus 10 bereitstellbaren Zustandsgrößen des Antriebes 1, vorgesehen sein.
Wird in der Auswahleinrichtung 32 das modellbasiert ermittelte Drehmoment M_Mdl in einer Beschleunigungsphase der Leistungswandler 4, 6 ausgewählt, ergibt sich eine gewisse Drehmomentreserve im ICE. Dies ist gewollt, da eine stabile und gleichmäßige Bewegungsgeschwindigkeit bei maximal möglicher Dynamik wichtiger ist, als eine maximale Leistungsaufnahme.
Das in der Auswahleinrichtung 32 ausgewählte Drehmoment, sei es nun M_{akt th max nutz}, M_Mdl oder M_Hyb, geht in eine im Ausführungsbeispiel optionale Summationseinrichtung 34 gemäß 3 ein, in der ein Drehmoment oder Drehmomente von Neben-Leistungswandlern, und ergänzend, ein über ein Schwungmassenmodell der Verbrennungskraftmaschine 2 errechnetes Drehmoment berücksichtigt werden, um schließlich das modellbasierte Grenz-Drehmoment M_{Mdl Grenz} zu errechnen.
4 zeigt ein für stationäre Betriebszustände gültiges Kennfeld eines ersten aktuell maximal erlaubten Drehmoments M_{Mdl stat akt max 1} in Abhängigkeit der aktuellen Drehzahl n_akt und des nach J1939 übermittelten, aktuellen Drehmoments M_akt (dimensionslos). Das aus dem Kennfeld ermittelte, erste aktuell maximal erlaubte M_{Mdl stat akt max 1} Drehmoment geht ins dynamische Teilmodell 18 ein, woraus das zukünftig bereitstellbares Drehmoment M_{Mdl dyn} mittels einer Rampenlimitierung und einer Verzögerung zweiter Ordnung berechnet wird. Der Begriff „zukünftig“ richtet sich dabei insbesondere nach Stellzeiten der Leistungswandler 4, 6, die insbesondere im Bereich von etwa 50 bis 400 msec liegen.
Das Diagramm gemäß 5 zeigt die periodische, fortlaufend aktualisierte Berechnung des von der Verbrennungskraftmaschine 2 zukünftig bereitstellbaren Drehmoments M_{Mdl dyn} in Abhängigkeit des ersten aktuell erlaubten Drehmoments M_Mdl _{stat akt max 1} der Verbrennungskraftmaschine 2. Zur Orientierung ist das von den Leistungswandlern 4, 6, beziehungsweise für die Leistungswandler 4, 6 angeforderte Soll-Drehmoment M_{akt soll} im Diagramm eingetragen. Die Berechnung des zukünftig bereitstellbaren Drehmoments M_{Mdl dyn} erfolgt jedoch unabhängig davon.
Zu einem Zeitpunkt t₁ wird mittels dem in der Steuereinheit 8 abgelegten Kennfeld gemäß 4 das erste aktuell erlaubte Drehmoment M_{Mdl stat akt max 1}, _t1 in Abhängigkeit der aktuellen Drehzahl n_akt und des aktuellen Belastungszustandes M_akt gemäß J1939/SPN513 ermittelt.
Das Drehmoment M_{Mdl stat akt max 1}, _t1 stellt zum Zeitpunkt t₁ den Eingang ins dynamische Teilmodell 18 dar. Mittels dessen PT-2 Charakteristik und einer Rampenlimitierung wird in Abhängigkeit des Eingangssignals M_{Mdl stat akt max 1} der zeitliche Verlauf des zukünftig bereitstellbaren Drehmoments M_{Mdl dyn, t1} für Zeitpunkte nach t₁ ermittelt. Gut zu erkenn ist dabei, dass sich das zukünftig bereitstellbare Drehmoment M_{Mdl dyn}, _t1 dem ersten aktuell erlaubten Drehmoment M_{Mdl stat akt max 1, t1} mit einer PT-2 Charakteristik annähert und damit für alle Zeitpunkte vor dieser Annäherung kleiner ist als das erste aktuell erlaubte Drehmoment M_{Mdl stat akt max 1, t1}. Zum Zeitpunkt t₂ erfolgt auf Basis aktualisierter Werte der aktuellen Drehzahl n_akt und des aktuellen Belastungszustandes M_akt gemäß J1939/SPN513 die Neuberechnung des Eingangssignals M_{Mdl stat akt max 1, t2} und in Abhängigkeit davon des zukünftig bereitstellbaren Drehmoments M_{Mdl dyn}, _t2, und so weiter. Über die Zeit (t₁ bis t_n) ergibt sich gesamthaft der Verlauf M_{Mdl dyn}.
Diese periodisch aktualisierte Ermittlung erfolgt mit in der Steuereinheit 8 abgelegten, vorbestimmten Zeitabständen Δt_calc, so dass basierend auf den stets aktuell erfassten und über den CAN-Bus 10 übermittelten Informationen der Verbrennungskraftmaschine 2 die modellbasierte Momentengrenze M_{Mdl dyn} berechnet werden kann. Je größer dabei die Zeitabstände Δt_calc gewählt sind, umso treppenstufiger wird die resultierende Kennlinie M_{Mdl dyn}. Je öfter die Aktualisierung erfolgt, das heißt je kleiner die Zeitabstände Δt_calc sind und je öfter neue Informationen zur Verfügung stehen, umso glatter ist die resultierende Kennlinie M_{Mdl dyn}.
Das errechnete zukünftig bereitstellbares Drehmoment M_{Mdl dyn} kann gemäß 3 weiterhin optional durch weitere statische Modelle M_{Mdl stat akt 3} (drehzahlabhängige Drehmoment-Hüllkurve), k_{Mdl stat akt 2} (temperaturabhängiger Drehmomentfaktor) und/oder ein Referenz-Drehmoment M_Ref der Verbrennungskraftmaschine 2 verändert, insbesondere weiter begrenzt werden, bevor es, wie vorbeschrieben, in die Kombinationseinrichtung 30 und die Auswahleinrichtung 32 eingeht.
7 zeigt die Struktur der Überlastungsschutzeinrichtung 16 gemäß dem Ausführungsbeispiel. Sie basiert auf der Logik eines P-I Reglers, über den das von der Drehmomentermittlungseinrichtung 14 gemäß der vorangegangenen Beschreibung ermittelte Grenz-Drehmoment M_{Mdl Grenz} derart reduzierbar ist, dass eine unerlaubte negative Drehzahländerung der Verbrennungskraftmaschine 2 vermieden wird. Folgende Funktionalitäten weist die in 7 dargestellte Überlastungsschutzeinrichtung 16 auf:

- Für den Zustand das die Soll-Drehzahl n_soll von einer Leerlaufdrehzahl („idle“) wieder auf Betriebsdrehzahl hochdrehen soll, falls beispielsweise Bedienpersonal nach einer Pause den Antrieb 1 wieder betreiben möchte: Durch die Rampenlimitierung dn_{soll lim} der Soll-Drehzahl n_soll greift die Funktion bei Erhöhung der Drehzahl n erst dann ein, wenn die Betriebsdrehzahl eingestellt wurde;
- Für den P- und den I-Regleranteil werden Soll-Drehzahl-abhängige, erlaubte Drehzahldrückungen Δnlim jeweils separat ermittelt;
- Eine vom aktuellen Drehmoment M_akt (J1939/SPN513, „Actual Engine Percent Torque“) abhängige Aktivierung des jeweiligen Regleranteils, damit eine erste Belastung der Verbrennungskraftmaschine 2 erlaubt wird, um dynamisch die Leistungswandler beschleunigen zu können;
- Der I-Regler verfügt über unterschiedliche I-Anteile/Parameter, je nach Vorzeichen, beziehungsweise Richtung der Drehzahländerung, um die Reduzierung des GrenzDrehmoments M_{Mdl Grenz} auf das reduzierte Grenz-Drehmoment M_{Mdl Grenz red} ohne Schwingungen aber bei kontinuierlicher und maximal möglicher Belastung der Verbrennungskraftmaschine 2 sicherzustellen.

Die Steuereinheit 8 in ihrer vollumfänglichen Ausgestaltung gemäß der Erfindung kombiniert unterschiedliche Teilmodelle, um sowohl den dynamischen, als auch den statischen oder stationären Be-, und Entlastungszustand der Verbrennungskraftmaschine 2 abzudecken. Darüber hinaus weist das beinhaltete Steuergerät der Verbrennungskraftmaschine 2 das erfindungsgemäße Verfahren zur Übersteuerung der vorbestimmten Soll-Drehzahl auf. So kann zum einen eine stabile und stetige Limitierung der Hydromaschinen, Leistungswandler und -abnehmer sichergestellt werden, indem eine Führungsgröße für die Leistungslimitierung, insbesondere das Grenzdrehmoment M_{Mdl Grenz} oder M_{Mdl Grenz red}, so bereitstellbar ist, dass auf eine Regelung im Zuge der Leistungslimitierung weitestgehend verzichtet werden kann. Zum anderen wird durch die beschriebene Übersteuerung der Soll-Drehzahl die Dauer und der Betrag der Regelabweichung der Drehzahl auf ein Minimum beschränkt.

Claims

Verfahren mit einem Antrieb, insbesondere dem einer mobilen Arbeitsmaschine, mit einer gemäß einer vorbestimmten Soll-Drehzahl (n_Nsoll) regelbaren Verbrennungskraftmaschine (2) und einer mit dieser drehmomentgekoppelten Hydromaschine (4), über die wenigstens ein hydraulischer Leistungswandler des Antriebes mit Druckmittel versorgbar ist, wobei ein Drehmoment (M_soll) der Hydromaschine in Abhängigkeit einer an sie gerichteten Anforderung und/oder einer an den Leistungswandler gerichteten Anforderung änderbar ist oder sich in Abhängigkeit einer Last ändert, mit Schritten „(108, 108`) Regeln der Drehzahl (n) in Abhängigkeit der vorbestimmten Soll-Drehzahl (n_Nsoll)“, und „(100) Erfassen der Anforderung (M_soll) und/oder Last“, gekennzeichnet durch einen Schritt „(110) Ermitteln einer Soll-Abweichung (±Δn_Tsoll) zur vorbestimmten Soll-Drehzahl (n_Nsoll) in Abhängigkeit der elektronisch erfassten Anforderung (M_soll) und/oder Last“.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Soll-Abweichung (±Δn_Tsoll) derart ermittelt wird, dass ein Betrag und/oder eine Dauer einer Regelabweichung bei einem Regeln der Drehzahl (n) in Abhängigkeit einer Summe aus der vorbestimmten Soll-Drehzahl (n_Nsoll) und der Soll-Abweichung (±Δn_Tsoll) geringer ist oder sind als bei einem Regeln der Drehzahl (n) in Abhängigkeit allein der vorbestimmten Soll-Drehzahl (n_Nsoll)".
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 mit einem Schritt „(102) Filtern eines erfassten Signals der Anforderung und/oder Last“.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einem Schritt „(112) Übersteuern der vorbestimmten Soll-Drehzahl (n_Nsoll) mit einer Summe aus vorbestimmter Soll-Drehzahl (n_Nsoll) und Soll-Abweichung (±Δn_Tsoll)“.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Schritt „(104) Ermitteln einer Auslenkung (ΔM_soll) und/oder eines Gradienten (dM_soll/dt) der Anforderung (M_soll) und/oder Last“.
Verfahren nach Anspruch 5 mit einem Schritt „(106) Vergleichen der Auslenkung (ΔM_soll) und/oder des Gradienten (dM_soll/dt) der Anforderung (M_soll) und/oder Last mit einer jeweiligen Referenz (ΔM_Rsoll, dM_Rsoll/dt)“. und, falls die Auslenkung (ΔM_soll) kleiner ist als ihre Referenz (ΔM_Rsoll) und/oder der Gradient (dM_soll/dt) steiler ist als seine Referenz (dM_Rsoll/dt), wenigstens mit einem der Schritte „Verzicht auf die Ermittlung der Soll-Abweichung“ oder „Unterdrücken des Übersteuerns“ oder „Setzen der Soll-Abweichung (±Δn_Tsoll) zu null“ oder „(108) Regeln der Drehzahl (n) in Abhängigkeit allein der vorbestimmten Soll-Drehzahl (n_Nsoll)“ oder dergleichen.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6 mit einem Schritt „Ermitteln der Soll-Abweichung (±Δn_Tsoll) und/oder ihres Gradienten (dΔn_Tsoll/dt) in Abhängigkeit der Auslenkung (ΔM_soll) und/oder des Gradienten (dM_soll/dt) der Anforderung (M_soll) und/oder Last“.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anforderung ein Drehmoment ist, mit einem Schritt „Ermitteln eines Minimums aus einem verfügbaren Drehmoment (M_th) der Verbrennungskraftmaschine (2) und der Drehmoment-Anforderung (M_soll)“, wobei der Schritt „Ermitteln der Soll-Abweichung (±Δn_Tsoll) zur vorbestimmten Soll-Drehzahl (n_Nsoll)“ dann in Abhängigkeit des Minimums erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anforderung eine Drehmoment-Anforderung (M_soll) ist, mit einem Schritt - Begrenzen der Drehmoment-Anforderung (M_soll) auf ein Grenzdrehmoment (M_{Mdl Grenz}, M_{Mdl Grenz red}).
Antrieb, insbesondere für eine mobile Arbeitsmaschine, mit einem elektronischen Steuergerät (3) und einer von diesem in Abhängigkeit einer vorbestimmten Soll-Drehzahl (n_Nsoll) regelbaren Verbrennungskraftmaschine (2) und einer mit dieser drehmomentgekoppelten Hydromaschine (4), über die wenigstens ein hydraulischer Leistungswandler des Antriebes mit Druckmittel versorgbar ist, wobei ein Drehmoment der Hydromaschine (4) in Abhängigkeit einer an sie gerichteten Anforderung und/oder einer an den Leistungswandler gerichteten Anforderung änderbar ist oder sich in Abhängigkeit einer Last insbesondere des Leistungswandlers ändert, dadurch gekennzeichnet, dass über das Steuergerät (3) eine Soll-Abweichung (±Δn_Tsoll) zur vorbestimmten Soll-Drehzahl (n_Nsoll) in Abhängigkeit der elektronisch erfassten Anforderung (M_soll) und/oder Last ermittelbar ist.