DE3517104A1 - Antriebssystem mit einer verstellbaren hydrostatischen maschine - Google Patents

Antriebssystem mit einer verstellbaren hydrostatischen maschine

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DE3517104A1 DE19853517104 DE3517104A DE3517104A1 DE 3517104 A1 DE3517104 A1 DE 3517104A1 DE 19853517104 DE19853517104 DE 19853517104 DE 3517104 A DE3517104 A DE 3517104A DE 3517104 A1 DE3517104 A1 DE 3517104A1
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Description

Mannesmann Rexroth GmbH
Postfach 340 25. März 1985
8770 Lohr
ANTRIEBSSYSTEM MIT EINER VERSTELLBAREN HYDROSTATISCHEN MASCHINE
Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem mit einer verstellbaren hydrostatischen Maschine mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmalen. Bei einem bekannten Antriebssystem (DE-OS 33 02 546) ist die hydrostatische Maschine zum Antrieb eines Fahrzeuges vorgesehen, wobei die Einstellung einer bestimmten Geschwindigkeit mittels einer Drehzahlregelung erfolgt, die auf die Verstelleinrichtung der hydrostatischen Maschine wirkt. Es wird ein der Drehzahl der Maschine proportionaler hydraulischer Steuerstrom in einem hydrostatischen Tachogenerator erzeugt, der in einen an einer einstellbaren Drossel abfließenden Sollstrom und einen entsprechenden Differenzstrom aufgeteilt wird, der dem Verstellzylinder der Maschine zugeführt wird.
Im Gegensatz zu der vorgenannten hydraulischen Drehzahlregelung kann die Regelung auch auf elektrischem Wege erfolgen (P 34 41 185). Dabei wird einem elektronischen Drehzahlregler der Drehzahlsollwert sowie der in einem Tachogenerator erzeugte Drehzahlistwert zugeführt. An den Regler ist ein elektrisch betätigbares Servoventil angeschlossen, von dem die Verstelleinrichtung hydraulisch betätigt wird. Ein Vorteil eines Antriebes mit hydrostat!-
scher Maschine besteht darin, daß die Volumenverstellung der Maschine bei Änderung des Drehzahlsollwerts verhältnismäßig rasch erfolgt. Die hydrostatische Maschine weist aber auch die Eigenschaft auf, daß die Maschine über den Nullpunkt hinaus in den Verstellbereich geschwenkt wird, in dem die Maschine nicht mehr als Pumpe, sondern als Motor arbeitet, also von der Last her angetrieben wird und dabei die Last stark abbremst, wenn beim Einleiten eines Verzögerungsvorganges eine zu rasche Änderung des Drehzahl-Sollwerts erfolgt. Auch bei einer Beschleunigung der Last kann bei einer zu starken Erhöhung des Drehzahlsollwerts das Beschleunigungsdrehmoment der Maschine so stark vergrößert werden, daß die Last ruckartig beschleunigt wird. Auch beim Abbremsen der Maschine, wenn diese also zum Abbremsen der Last vom Pumpenbetrieb in den Motorbetrieb umgeschwenkt wird, können ruckartige Bremsvorgänge die Folge sein.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht somit darin, bei willkürlich eingeleiteten Beschleunigungs-, Verzogerungs- und Bremsvorgängen, wenn also entsprechende Sollwerte eingegeben werden, die Verstellung der hydraulischen Maschine so anzusteuern, daß sich ein verbessertes, insbesondere ungefährliches Betriebsverhalten der Maschine ergibt.
Die genannte Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die in den Patentansprüchen gekennzeichneten Merkmale gelöst, in denen auch vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gekennzeichnet sind.
Das der Erfindung zugrunde liegende Prinzip besteht darin, von der im Tachogenerator gemessenen Istwertdrehzahl der hydrostatischen Maschine ein Führungssignal abzuleiten, und das modifizierte Führungssignal als Sollwert dem Drehzahlregler zuzuführen. Die Modifizierung des Führungssignales erzeugt selbsttätig eine Verzogerungs- bzw. Bremsrampe, mit der der Drehzahlregler gespeist wird, so daß
der Verzögerungsvorgang bzw. Bremsvorgang der Maschine entsprechend der vorgegebenen Rampe erfolgt, falls die Sollwerteingabe für die Drehzahl zu rasch geändert wird.
Solange die Drehzahl der Maschine verringert werden soll, wird das Drehzahlsollwertsignal mit dem Führungssignal in der Auswahlstufe verglichen. Wird der Sollwert zu stark verringert und damit das an der Auswahlstufe anstehende Sollwertsignal kleiner als das Führungssignal, so wird der Sollwert gesperrt und die Verzögerung der Maschine erfolgt durch das Führungssignal, das einer bestimmten Verzögerungsrampe folgt.
Auch bei einem Bremsvorgang der Maschine wird der Drehzahlsoliwert gesperrt und ein führungssignalabhängiges Bremssignal erzeugt, das ebenfalls mit dem Führungssignal verglichen wird, wobei die Differenz der beiden Signale dem Drehzahlregler zugeführt wird. Auf diese Weise wird verhindert, daß bei einem kleinen Bremssignal eine zu starke Verzögerung der Maschine ausgelöst wird.
Um eine zu starke Änderung des Sollwertsignals beim Einleiten eines Beschleunigungsvorgangs zu vermeiden, ist zwischen der Sollwerteingabe und der Auswahlstufe eine Beschleunigungsbegrenzerstufe geschaltet.
Erfindungsgemäß erfolgt also die Ansteuerung des Drehzahlreglers durch eine Signalumformung der Sollwerte für die Beschleunigung, die Verzögerung und das Bremsen. Damit wird ein verbessertes Betriebsverhalten der Maschine und insbesondere eine erhöhte Sicherheit bei Fehlbedienung erzielt, wenn die Eingabe der Sollwerte sprunghaft erfolgen sollte.
Dient die hydrostatische Maschine als Fahrantrieb, z.B. für einen Hydrobus, so wird mit der Erfindung ein weiterer Vorteil dahingehend erzielt, daß das Betriebsverhalten eines Fahrantriebes mit Brennkraftmaschine beim Beschleu-
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nigen, Verzögerung und Bremsen nachgeahmt wird. Es ergibt sich somit ein Fahrverhalten des Antriebes mit hydrostatischer Maschine, das dem Fahrverhalten mit einer Brennkraftmaschine ähnlich ist.
. ■
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert, in deren einziger Figur ein Signalflußplan zur Regelung einer hydrostatischen Antriebsmaschine dargestellt ist.
10
Eine über den Nullpunkt hinaus in beide Verstellbereiche für Pumpen- und Motorbetrieb verstellbare hydrostatische Maschine 10 mit verstellbarem Volumen
ist mit einem Getriebe 11 für einen Fahrantrieb und mit einem Tachogenerator 12 gekuppelt, der ein Istwertsignal der Drehzahl liefert. Die Maschine 10 ist an einen Speicher 13 und über ein Schaltventil 14 an eine Druckleitung 15 mit eingeprägtem Druck angeschlossen. Das Stellglied 16 der Maschine ist mit einem Verstellzylinder 17 verbunden, der von einem Servoventil 18 mit Druckmittel beaufschlagbar ist. Das Servoventil 18 wird über eine Treiberstufe 19 von einem Positionsregler elektrisch betätigt, um das Stellglied 16 der Maschine 10 so zu verstellen, daß über das Schluck- bzw. Fördervolumen der Maschine 10 bei einem bestimmten Lastmoment eine gewünschte Drehzahl erreicht wird. Beim Beschleunigen und im Fahrbetrieb arbeitet die Maschine 10 als Motor. Zum Bremsen schwenkt sie über den Nullpunkt in den anderen Verstellbereich und arbeitet als vom Fahrantrieb her angetriebene Pumpe, welche Druckmittel in den Speicher 13 fördert.
Dem Positionsregler 20 wird ein Istwertsignal für die Position des Stellgliedes 16 zugeführt. Hierzu ist ein Wegaufnehmer 22, ein Impedanzwandler 23 und ein Spannungsanpasser 24 vorgesehen. Der zweite Eingang des Positionsreglers 20 ist mit dem Ausgangssignal des Drehzahlreglers 26 belegt. Weicht der Istwert der Position um ein vorbestimmtes Maß gegenüber dem vom Drehzahlregler 26 zugeführ-
ten Sollwert ab, so wird dies in einem Differenzglied 27 festgestellt und mit einem Gerät 28 angezeigt. Das Differenzglied 27 weist eine bestimmte Verzögerung auf, um ί eine vorzeitige Anzeige zu vermeiden. Der Positionsreg-
5 ler weist ein proportionales Regelverhalten auf, da es sich bei der Verstellung der Maschine um einen Verstellzylinder handelt, der einen integralen Fehler aufweist. Das integrierende Verhalten der Regelstrecke muß also mit einem proportionalen Verhalten des Reglers kompensiert werden. Mit dem vorstehend geschilderten Positionsregelkreis wird die richtige Betriebsweise des Servoventils 18 überwacht. Ein Klemmen oder Verschmutzen des Ventils führt zu einer zu großen Abweichung zwischen Istwert und Sollwert, der angezeigt wird.
15
Ein Geber 30 zum Beschleunigen und Verzögern der Maschine 10 besteht aus einem Potentiometer 31, das über einen Umschalter 32 für Vorwärtsfahrt und Rückwärtsfahrt an eine unterschiedlich gepolte Spannungsquelle angeschlossen ist.
Die von einem nach Art eines Gaspedals betätigten Schleifer 33 abgegriffene Spannung stellt den Sollwert für die Drehzahl dar, der über einen Impedanzwandler 34, einen Umschalter 35 und wahlweise Dioden 36,36* und ein Begrenzerglied 37,37' auf ein Summierglied 38, ein weiteres Begrenzerglied 39, eine Auswahlstufe 40 und ein Summierglied 41 auf den Sollwerteingang des Drehzahlreglers 26 geführt wird.
Die Dioden 36 bzw. 36' sind im umgekehrten Sinne zueinander gepolt, so daß aufgrund der unterschiedlichen Polarität der Spannung am Geber 30 das Begrenzer.glied 37 für die Vorwärtsfahrt und das Begrenzerglied/ für die Rückwärtsfahrt wirksam ist. Wird also am Geber 30 zu stark beschleunigt, so daß s, die Anstiegsflanke des Sollwerts zu steil wird, so wird
der Anstieg in der jeweiligen Begrenzerstufe 37 oder 3-7 · auf einen vorbestimmten Wert verlangsamt. Damit wird vermieden, daß bei kleiner Last und starker Beschleunigung die Maschine 10 ruckartig beschleunigt.
Der vom Tachogenerator 12 gelieferte Drehzahlistwert wird über einen Impedanzwandler 43 und einen Spannungsanpasser 44 an den Istwerteingang des Drehzahlreglers geführt. Aus dem zugeführten Sollwert und Istwert der Drehzahl erzeugt der Drehzahlregler 26 eine Regelgröße, die dem Positionsregler 20 eingegeben wird. Der Drehzahlregler 26 weist ein proportionales-integrierendes Verhalten auf. Der integrierende Anteil kann über eine Verzögerungsstufe 46 und einen Schalter 47 abgeschaltet werden, wenn der Drehzahlistwert gleich Null ist. Damit wird vermieden, daß der Drehzahlregler 26 infolge seines integrierenden Verhaltens jede kleinste Drehzahlabweichung von Null aufaddiert, bis der Reglerausgang so groß ist, daß das Stellglied 16 der Maschine angesteuert wird, um die Drehzahl Null der Maschine zu erreichen. Da jedoch das Stellglied bereits in der Lage für Stillstand ist, würde das Ausgangssignal des Drehzahlreglers eine Verstellung und damit einen Anlauf der Maschine bewirken. Dies wird durch Abschalten des integralen Anteils des Reglers bei Stillstand verhindert.
Das Istwertsignal des Tachogenerators 12 wird außerdem über ein Multiplikationsglied 50 und eine Begrenzerstufe 51 auf den zweiten Eingang der Auswahlstufe 40 geführt.
In dem Multiplikationsglied 50 wird der Drehzahlistwert proportional beispielsweise um den Faktor k = 0,9 verringert, so daß am zweiten Eingang der Auswahlstufe 40 stets ein Führungssignal anliegt, das um 10% kleiner als das Drehzahlistwertsignal ist. Die Begrenzerstufe flacht bei starken Änderungen des Istwerts das Führungssignal ab und dient somit zur Beruhigung des RegeIvorgangs.
Wird der Sollwert für die Drehzahl am Geber 30 zu rasch verringert, so hat die Maschine 10 die Eigenschaft, daß sie über Null in den anderen Verstellbereich umgeschwenkt wird, in dem sie als Pumpe arbeitet und dabei ein Bremsmoment auf die Last ausübt, was bei Betätigung des Gebers 30 unerwünscht ist. Wird somit der an der Auswahlstufe 40
anstehende Sollwert durch "Gas wegnehmen" kleiner als das Führungssignal, so wird von der Auswahlstufe 40 der Sollwert gesperrt und das Führungssignal ausgewählt und allein auf den Drehzahlregler 26 geführt. Dies bedeutet, daß die Maschine 10 langsam zurückschwenkt, da das Führungssignal gegenüber dem Drehzahlistwert umd 10% verringert ist, die Drehzahl der Maschine sinkt weiter und hat wiederum eine kleinere Eingangsgröße für den Drehzahlregler 26 zur Folge. Solange das vom Geber 30 eingegebene Sollwertsignal in der Auswahlstufe 40 unterdrückt ist, erfolgt also die Verzögerung der Maschine 10 längs einer durch das Führungssignal vorgegebenen Rampe, die sich selbsttätig durch die Modifizierung des Drehzahlistwerts in der Multiplikationsstufe 50 einstellt und durch deren Faktor k vorgegeben ist.
Solange jedoch das Führungssignal kleiner ist als der Drehzahlsollwert, ist das Führungssignal von der Auswahlstufe 40 gesperrt und erfolgt Beschleunigung und Verzögerung allein durch den am Geber 30 und allenfalls in den Begrenzerstufen 37 und 37' verzögerten Sollwert.
Zum Bremsen ist ein weiterer Geber 55 vorgesehen, dessen Widerstand 56 von einem von dem Drehzahlistwert in einer Multiplikationsstufe 60 abgeleiteten Signal gespeist wird.
Die Multiplikationsstufe 60 weist beispielsweise einen Faktor von k = 2 auf. An einem nach Art eines Bremspedals betätigten Abgriff 57 wird somit ein Bremssignal abgenommen, das der Summierstufe 41 zugeführt wird und das in dem gewählten Beispiel zwischen Null und der doppelten Drehzahlistwertspannung schwanken kann.
Wird der Bremsgeber 55 betätigt, so erfolgt über ein Verzögerungsglied 58 eine Betätigung des Schalters 35 zum Abschalten des Drehzahlsollwertsignals. Das am Bremsgeber 55 eingestellte Bremssignal wird in der Summierstufe 41 mit dem von der Auswahlstufe 40 durchgelassenen Führungssignal verglichen, wobei die Differenz zwischen beiden Signalen gebildet wird. Solange das Bremssignal größer ist
als das Führungssignal, wenn also am Geber 55 nur leicht gebremst wird, bleibt der Ausgang des Summiergliedes 41 positiv, so daß über den Drehzahlregler 26 und den Positionsregler 20 das Servoventil 18 und damit das Stell- i glied 16 im Sinne eines Zurückschwenkens der Maschine 10 'k auf kleineres Volumen angesteuert wird. Bei stärkerem *
Bremsen wird jedoch das am Geber 55 abgegriffene Bremssignal erhöht, bis schließlich das Bremssignal den doppelten Wert des Drehzahlxstwerts besitzt, so daß die in der Summierstufe 41 gebildete Differenz Führungssignal minus Bremssignal negativ wird und damit der Drehzahlregler 26 mit einem negativen Signal an seinem Sollwerteingang angesteuert wird. Dies hat ein sofortiges Zurückschwenken der Maschine 10 über den Nullpunkt hinaus zur Folge, so daß ein entsprechender Bremsvorgang der Maschine eingeleitet wird. Die zwischen der Auswahlstufe 40 und dem Geber 30 geschaltete Begrenzerstufe 39 wird von einem druckabhängigen Signal erzeugt. Dabei wird der Druck in der Druckleitung 15 der Maschine in einer Druckmeßdose 61 gemessen und über einen Impedanzwandler 62 und einen Spannungsanpasser 63, an dem ein Schwellwert über ein Potentiometer 64 einstellbar ist, an die Begrenzerstufe 39 geführt. Sinkt der Druck in der Druckleitung 15 um einen vorbestimmten Wert ab, so wird in der Stufe 39 der am Geber 30 eingestellte Sollwert für die Drehzahl auf eine vorbestimmte Amplitude begrenzt. Es kann also bei geringerem Druck in der Druckleitung nur eine kleinere Drehzahl erreicht werden.
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Claims (1)

  1. Patentansprüche
    1../ Antriebssystem mit einer-verstellbaren hydrostatischen
    Maschine, die an eine Druckleitung angeschlossen ist f und als Motor oder Pumpe arbeitend Druckmittel aus der * Druckleitung entnimmt oder in die Druckleitung fördert, ·**■" mit einem Wegeventil zur Betätigung des Verstellgliedes der hydrostatischen Maschine zur Einstellung einer Drehzahl, mit einem Drehzahlregler, dem von einem mit der Maschine gekuppelten Tachogenerator der Drehzahlistwert und ein willkürlich einstellbarer Drehzahlsollwert zugeführt werden und der ein Regelsignal zur Ansteuerung des Wegeventils erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß dem Sollwerteingang des Drehzahlreglers
    (26) eine Auswahlstufe (40) vorgeschaltet ist, der der Drehzahlsollwert und ein von dem Drehzahlistwert abgeleiteter, unterhalb dem Drehzahlistwert liegendes Führungssignal zugeführt werden, und daß die Auswahlstufe das jeweils größere Signal auf den Sollwerteingang des Drehzahlreglers schaltet.
    2. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungssignal in einem an den Tachogenerator angeschlossenen Multiplikationsglied (50) gebildet wird.
    3. Antriebssystemnach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Multiplikationsglied (50) und der Auswahlstufe (40) ein Begrenzerglied (51) geschaltet ist.
    4. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Sollwerteingang der Auswahlstufe ^ (40) eine Begrenzungsschaltung (37,37') vorgeschaltet * ist, von der die Ä'nderungsgesehwindigkeit des Drehzahl- w Sollwerts begrenzt wird.
    5. Antriebssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Drehrichtung der Maschine je ein Begrenzer-
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    glied (37,37') vorgesehen ist, deren Ausgänge über ein Summierglied (38) an die Auswahlstufe (40) angeschlossen sind.
    r 56. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Sollwerteingang der Auswahlstufe (40) eine Begrenzerschaltung (39) vorgeschaltet ist, von der abhängig vom Druck in der Druckleitung (15) der Maschine der eingestellte Drehzahlsollwert veränderbar ist.
    7. Antriebssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzahlsollwert bei Unterschreiten eines vorbestimmten Druckes auf einen vorbestimmten Wert verringert wird.
    8. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Sollwerteingang des Drehzahlreglers (26) eine Summierstufe (41) vorgeschaltet ist, der das von der Auswahlstufe (40) ausgewählte Signal und ein willkürlich einstellbares Bremssignal zuführbar ist, daß das.Bremssignal ein von dem Drehzahlistwert abgeleitetes, über dem Drehzahlistwert liegendes und von dem Bremsgeber (55) modifiziertes Signal ist, und daß dem Sollwerteingang des Drehzahlreglers (26) die Differenz zwischen dem Führungssignal und dem Bremssignal zugeführt wird.
    9. Antriebssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Bremsgeber (55) zugeführte Signal in einer
    an den Tachogenerator (12) angeschlossenen Multiplikationsglied (60) gebildet wird.
    10. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß bei Betätigen des Bremsgebers (55)
    das Drehzahlsollwertsignal abgeschaltet wird.
    11. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch"
    gekennzeichnet, daß der Drehzahlregler (26) ein PI-Regler ist, dessen I-Anteil bei einem Drehzahlistwert gleich Null abschaltbar ist.
    12. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Drehzahlregler (26) und dem Wegeventil (18) ein Positionsregler (20) geschaltet ist, dem das Ausgangssignal des Drehzahlreglers als Sollwert und das von einem am Verstellzylinder
    (17) der Maschine angeordneten Stellungsgeber (22) erzeugte Signal für die Regelstellung der Maschine als Istwert zugeführt werden, und daß beim überschreiten einer vorbestimmten Differenz zwischen dem Istwert und dem Sollwert eine Anzeige der zu großen Regelabweichung erfolgt.
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