DE202020107297U1 - Control system for a hydrostatic drive - Google Patents
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Abstract
Steuersystem für einen hydrostatischen Antriebsstrang, umfassend eine primäre Verstellpumpe (4) und einen sekundären Verdrängungsmotor (8), die miteinander verbunden sind, wobei der sekundäre Verdrängungsmotor (8) mit einem Getriebesystem (14) verbunden ist, das mindestens eine erste und eine zweite Gangstufe umfasst, wobei der sekundäre Verdrängungsmotor (8) wahlweise mit der ersten Gangstufe und der zweiten Gangstufe gekoppelt werden kann, wobei das Steuersystem dadurch gekennzeichnet ist, dass es Folgendes umfasst:eine Schaltsteuereinheit (30), die konfiguriert ist, um eine Schaltanforderung zwischen der ersten und der zweiten Gangstufe zu empfangen, und einen Schwenkwinkel des sekundären Verdrängungsmotors (8) zu regeln, damit das Drehmoment an einem Getriebesystemeingang des Getriebesystems (14) aufgrund der Schaltanforderung geregelt wird,wobei das Steuersystem so konfiguriert ist, dass der von der primären Verstellpumpe (4) erzeugte Druck bis zu einem vorgegebenen Wert geregelt wird, nachdem die Schaltsteuereinheit (30) erfasst hat, dass der Schwenkwinkel des sekundären Verdrängungsmotors (8) eine vorgegebene Position erreicht hat.Control system for a hydrostatic drive train, comprising a primary variable displacement pump (4) and a secondary displacement motor (8) which are connected to one another, the secondary displacement motor (8) being connected to a transmission system (14) having at least a first and a second gear stage wherein the secondary displacement motor (8) is selectively coupled to the first gear stage and the second gear stage, the control system being characterized in that it comprises: a shift control unit (30) configured to accommodate a shift request between the first and to receive the second gear stage, and to regulate a swivel angle of the secondary displacement motor (8) so that the torque at a transmission system input of the transmission system (14) is regulated based on the shift request, the control system being configured so that the amount of the primary displacement pump ( 4) pressure generated is regulated up to a predetermined value is after the shift control unit (30) has detected that the pivot angle of the secondary displacement motor (8) has reached a predetermined position.
Description
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das technische Gebiet von Steuersystemen für hydrostatische Antriebsstränge, die eine primäre Verstellpumpe und einen sekundären Verdrängungsmotor umfassen, die miteinander verbunden sind, wobei das Steuersystem konfiguriert ist, um eine Drehmomentsteuerung des hydrostatischen Antriebsstrangs basierend auf dem von der primären Verstellpumpe bereitgestellten Druck auszuführen.The present invention relates to the technical field of hydrostatic drive train control systems that include a primary variable displacement pump and a secondary displacement motor connected together, the control system being configured to provide torque control of the hydrostatic drive train based on that provided by the primary variable displacement pump Print.
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
Die Kombination von hydrostatischen und mechanischen Getrieben kann nicht nur die Systemeffizienz verbessern, sondern auch die Nutzbarkeit mobiler Maschinen.The combination of hydrostatic and mechanical transmissions can not only improve system efficiency, but also the usability of mobile machines.
In dem in
Aufgrund der im Vergleich zu Mehrmotorlösungen günstigen Kosten dominiert die Hydrostatik mit Synchrongetriebe
Die Lösung aus dem Stand der Technik ist ein geschwindigkeitsbasiertes Schaltkonzept. Wenn die Geschwindigkeit höher als ein bestimmter Wert ist, schaltet die Maschine hoch. Wenn demgegenüber die Geschwindigkeit jedoch niedriger als eine bestimmte Geschwindigkeit ist, schaltet das Fahrzeug herunter. Um zu vermeiden, dass die Maschine in kurzer Zeit kontinuierlich schaltet, da die Geschwindigkeit schwanken kann, sind zwei Anpassungsbereiche vorgesehen.The prior art solution is a speed-based shifting concept. If the speed is higher than a certain value, the machine shifts up. On the other hand, when the speed is lower than a certain speed, the vehicle downshifts. In order to avoid the machine switching continuously in a short time, as the speed can fluctuate, two adjustment areas are provided.
Der Erfolg dieses Antriebsstrangs liegt vor allem darin, dass er schalten kann, ohne die mobilen Maschinen anzuhalten. Das synchronisierte Getriebe unterscheidet sich geringfügig von den Standard-Schaltgetrieben in PKWs: es hat keine Neutralstellung. Das heißt, entweder ist der erste oder der zweite Gang eingelegt. Wirkt während des Schaltvorgangs noch ein aktives Drehmoment auf die Eingangswelle, so ist beim Synchronisationsvorgang eine Zerstörung der Synchronisierung möglich. Dies hat zur Folge, dass die Zugkraft zum Schalten auf Null reduziert werden muss.The main reason for the success of this drive train is that it can shift gear without stopping the mobile machines. The synchronized gearbox differs slightly from the standard manual gearboxes in cars: it has no neutral position. This means that either first or second gear is engaged. If an active torque is still acting on the input shaft during the shifting process, the synchronization process may be destroyed. The consequence of this is that the pulling force for shifting must be reduced to zero.
Die hydrostatisch-mechanische Antriebslösung nach dem Stand der Technik verwendet bei dem Umschalten ein strömungsbasiertes Regelungskonzept. Das Fahrpedal steuert die Motordrehzahl und den Pumpenschwenkwinkel, woraus sich der von der Hydraulikpumpe gelieferte Volumenstrom ergibt. In der Zwischenzeit wird der Hydraulikmotor in Abhängigkeit von der Motordrehzahl auf einen bestimmten Winkel eingestellt. Somit bestimmt das Fahrpedal die Fahrzeuggeschwindigkeit individuell, wenn das mechanische Getriebe nicht umschaltet. Ein Nachteil ist, dass die gewünschte Geschwindigkeit bei unterschiedlichen Gängen auf unterschiedliche Werte eingestellt wird, was beim Schalten mit konstanter Pedalstellung einen Fahrzeugruck verursachen kann. Der Effekt kann durch zusätzliche Softwarefunktionalität kompensiert werden. Dies führt jedoch zu einem wesentlich höheren Kalibrierungsaufwand und komplizierteren Regelalgorithmen.The hydrostatic-mechanical drive solution according to the prior art uses a flow-based control concept when switching. The accelerator pedal controls the engine speed and the pump swivel angle, which results in the volume flow delivered by the hydraulic pump. In the meantime, the hydraulic motor is set to a certain angle depending on the engine speed. The accelerator pedal thus determines the vehicle speed individually when the mechanical transmission is not shifting. A disadvantage is that the desired speed is set to different values for different gears, which can cause the vehicle to jolt when shifting with a constant pedal position. The effect can be compensated by additional software functionality. However, this leads to a significantly higher calibration effort and more complicated control algorithms.
Das durch die vorliegende Erfindung zu lösende Problem besteht darin, ein einfacher, aber effizienter Regelalgorithmus für das Umschalten herzustellen, der nur wenig Kalibrierungsaufwand benötigt und gleichzeitig ein besseres Schaltverhalten aufweist.The problem to be solved by the present invention is to produce a simple but efficient control algorithm for switching that requires little calibration effort and at the same time has better switching behavior.
FigurenlisteFigure list
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben, wobei sich gleiche Bezugsnummern auf gleiche Teile und/oder ähnliche Teile und/oder entsprechende Teile des Systems beziehen. In den Figuren zeigen:
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1 schematisch einen hydrostatischen Antriebsstrang gemäß dem Stand der Technik; -
2 einen als Fahrantrieb ausgestalteten hydrostatischen Antrieb gemäß einem Ausführungsbeispiel, -
3 ein vereinfachtes Blockdiagramm einer Hydropumpe des Antriebes gemäß2 mit ihren Einrichtungen zur Trajektorienplanung, Vorsteuerung und Regelung, -
4 einen Kontrollfluss eines druckbasierten Regelalgorithmus beim Umschalten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
1 schematically a hydrostatic drive train according to the prior art; -
2 a hydrostatic drive designed as a travel drive according to an embodiment, -
3 a simplified block diagram of a hydraulic pump of the drive according to2 with their facilities for trajectory planning, precontrol and regulation, -
4th a control flow of a pressure-based control algorithm when switching according to an embodiment of the present invention.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben, wie sie in den beigefügten Figuren gezeigt sind. Nichtsdestotrotz ist die vorliegende Erfindung nicht auf die bestimmten Ausführungsformen beschränkt, die in der folgenden ausführlichen Beschreibung beschrieben und in den Figuren gezeigt sind, sondern die beschriebenen Ausführungsformen veranschaulichen einfach verschiedene Gesichtspunkte der vorliegenden Erfindung, deren Umfang durch die Ansprüche definiert ist.In the following, the present invention will be described with reference to specific embodiments as shown in the accompanying figures. Nonetheless, the present one is The invention is not limited to the particular embodiments described in the following detailed description and shown in the figures, but the described embodiments simply illustrate various aspects of the present invention, the scope of which is defined by the claims.
Weitere Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann klar sein. Die vorliegende Beschreibung schließt somit alle genannten Modifikationen und/oder Variationen der vorliegenden Erfindung ein, deren Umfang durch die Ansprüche definiert ist.Further modifications and variations of the present invention will be apparent to those skilled in the art. The present description thus includes all cited modifications and / or variations of the present invention, the scope of which is defined by the claims.
In der vorliegenden Erfindung mit dem Wortlaut „erste Gangstufe“ und „zweite Gangstufe“ werden zwei allgemeine Gangstufen gemeint, die eine allgemeine Übersetzung verursachen. Die Übersetzung der ersten Gangstufe kann entweder kleiner oder größer als die Übersetzung der zweiten Gangstufe sein.In the present invention with the wording “first gear step” and “second gear step” two general gear steps are meant which cause a general translation. The translation of the first gear can either be smaller or greater than the translation of the second gear.
Gemäß
Der Antrieb
Zudem ist ein Mittel
Im gezeigten Ausführungsbespiel ist die Verstelleinrichtung von einem elektromagnetisch betätigbaren hydraulischen Ventil (nicht aufgelöst dargestellt) und einem davon mit Stelldruckmittel beaufschlagbaren, als doppeltwirkender Hydrozylinder ausgestalteten Aktor (ebenso nicht aufgelöst dargestellt) gebildet.In the exemplary embodiment shown, the adjusting device is formed by an electromagnetically actuated hydraulic valve (not shown in detail) and an actuator designed as a double-acting hydraulic cylinder (also not shown in detail), which can be acted upon with actuating pressure medium.
Die Verstellung ist insbesondere als elektrische Direktverstellung oder ET-Verstellung bekannt. Ein Druckmittelvolumenstrom der Hydropumpe
Die Hydropumpe ist mit einer Steuereinheit
Demgemäß hat die Steuereinheit
Gemäß
Die Einrichtung zur Vorsteuerung
Der sich einstellende Druck Δp wird erfasst und auf ein erstes Vergleichsglied
Die dabei ermittelte Abweichung geht in die als PID-Regler ausgebildete Einrichtung zur Regelung
Wie in der Einführung dieser Patentanmeldung erwähnt wurde, muss die Zugkraft beim Schalten, insbesondere beim Synchronisationsvorgang, auf Null reduziert werden (kein aktives Drehmoment darf während des Umschaltens erzeugt werden), damit das Umschalten erfolgreich ausgeführt werden kann.As mentioned in the introduction of this patent application, the tractive force during switching, in particular during the synchronization process, must be reduced to zero (no active torque may be generated during switching) so that switching can be carried out successfully.
Formal kann das Drehmoment wie folgt berechnet werden:
Die Grundidee des druckbasierten Regelalgorithmus (PBCA) ist es, den Druck im Inneren des geschlossenen Kreislaufs auf Null anzupassen, damit der Schwenkwinkel des Motors am den gleichen Winkel wie vor dem Schalten behalten kann. Aufgrund der relativ höheren Dynamik ist die Schaltdauer bei Verwendung des druckbasierten Regelalgorithmus (PBCA) potenziell kürzer als beim schwenkwinkelbasierten Regelalgorithmus (ABCA).The basic idea of the pressure-based control algorithm (PBCA) is to adjust the pressure inside the closed circuit to zero so that the swivel angle of the motor can keep the same angle as before the shift. Due to the relatively higher dynamics, the switching time is potentially shorter when using the pressure-based control algorithm (PBCA) than with the swivel angle-based control algorithm (ABCA).
Da die Drehzahl des Hydraulikmotors im ersten Gang höher ist als im zweiten Gang bei gleicher Geschwindigkeit, wird der Motor während des Synchronisationsvorgangs durch Herunterschalten beschleunigt. Der Schwenkwinkel der Pumpe kann jedoch nicht immer nach oben gehen, um die Druckänderung auszugleichen.Since the speed of the hydraulic motor is higher in first gear than in second gear at the same speed, the motor is accelerated by downshifting during the synchronization process. However, the swivel angle of the pump cannot always go up to compensate for the change in pressure.
Daher sollte für den Herabschaltvorgang ein Vorbereitungsschritt zum gesamten Schaltvorgang hinzugefügt werden. Konkret wird der Schwenkwinkel des Motors vor dem Synchronisationsvorgang auf ein bestimmtes niedriges Niveau reduziert, so dass auch der Schwenkwinkel der Pumpe auf ein niedrigeres Niveau eingestellt wird.Therefore, a preparation step for the downshift should be added to the entire shift. Specifically, the swivel angle of the motor is reduced to a certain low level before the synchronization process, so that the swivel angle of the pump is also set to a lower level.
In
In einem ersten Schritt
In einem zweiten Schritt
In einem dritten Schritt
In einem vierten Schritt
In einem fünften Schritt
Wie in
Während die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschrieben wurde, ist es für den Fachmann klar, dass es möglich ist, verschiedene Modifikationen, Variationen und Verbesserungen der vorliegenden Erfindung im Lichte der oben beschriebenen Lehre und innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche durchzuführen, ohne vom Geist und Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. While the present invention has been described with reference to the embodiments described above, it will be apparent to those skilled in the art that it is possible to make various modifications, variations, and improvements of the present invention in light of the teaching described above and within the scope of the appended claims, without departing from the spirit and scope of the invention.
Zum Beispiel ist es klar, dass, selbst wenn das Getriebesystem
Darüber hinaus wurden solche Bereiche, von denen man glaubt, dass der Fachmann sie kennt, hierin nicht beschrieben, um die beschriebene Erfindung nicht unnötig zu verschleiern.In addition, in order not to unnecessarily obscure the invention described, such areas believed to be known to those skilled in the art have not been described herein.
Dementsprechend soll die Erfindung nicht durch die spezifischen veranschaulichenden Ausführungsformen beschränkt werden, sondern nur durch den Umfang der beigefügten Ansprüche.Accordingly, it is intended that the invention not be limited by the specific illustrative embodiments, but only by the scope of the appended claims.
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2020
- 2020-12-16 DE DE202020107297.8U patent/DE202020107297U1/en active Active
Cited By (2)
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CN116620017A (en) * | 2023-07-26 | 2023-08-22 | 临工重机股份有限公司 | Hydrostatic traveling forklift truck traveling speed control method |
CN116620017B (en) * | 2023-07-26 | 2023-11-17 | 临工重机股份有限公司 | Hydrostatic traveling forklift truck traveling speed control method |
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Date | Code | Title | Description |
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R207 | Utility model specification | ||
R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |