DE3806194A1 - Automotive antriebseinrichtung fuer maschinen und fahrzeuge - Google Patents
Automotive antriebseinrichtung fuer maschinen und fahrzeugeInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebseinrichtung
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein Antriebsmotor mit durch ein Einstellglied stufenlos
veränderlicher Drehzahl erzeugt ein annähernd von der
Drehzahl unabhängiges Drehmoment. Fahrzeuge und Arbeitsmaschinen
benötigen jedoch zur Überwindung von Fahrwiderständen
wie Steigungen, zur Erzeugung von Schub- bzw.
Zugkräften oder zum Beschleunigen stark wechselnde
Antriebskräfte. Dabei soll die installierte Antriebsleistung
möglichst vollständig als Arbeitsleistung
in der Antriebseinrichtung umgesetzt werden. Diese
Forderung wird durch einen zwischen dem Antriebsmotor
und der Antriebswelle der Antriebseinrichtung eingeschalteten
Wandler mit einem Drehzahlregler erfüllt, der
den Wandler in Abhängigkeit des Lastzustandes des Antriebsmotors
unter Berücksichtigung von dem Lastzustand entsprechenden
Steuer- oder Regelsignalen so regelt, daß
eine angestrebte Drehzahldrückung des Antriebsmotors
nicht unterschritten wird. Als Drehzahldrückung wird
der Unterschied bzw. das Verhältnis zwischen der durch
das Einstellglied vorgegebenen Drehzahl und der sich
unter der Last einstellenden Drehzahl des Antriebsmotors
bezeichnet. Als Wandler eignet sich vorzüglich ein
hydrostatisches Getriebe und zwar insbesondere aufgrund
seiner baulichen Vorteile und aufgrund der Möglichkeit
des Eingriffs in die Verstellung der Hydropumpe und/oder
des Hydromotors. Es ist jedoch auch ein mechanischer
Wandler einsetzbar, z. B. ein stufenlos verstellbares
mechanisches Getriebe.
Eine bekannte Antriebseinrichtung der eingangs bezeichneten
Art ist als Fahrantrieb insbesondere für Baumaschinen
wie Radlader, Bagger und Erdschieber sowohl für Vorwärts-
als auch Rückwärtsfahrt eingerichtet, wobei sie eine
hydraulische Regelvorrichtung mit einem Stellkolben
aufweist, welcher durch Federn in seiner Mittellage
zentriert ist. Der Stellkolben ist mit der Schwenkwiege
der Hydropumpe formschlüssig verbunden. Ein vorgeschaltetes
Fahrtrichtungsventil legt die Verstellrichtung des
Stellkolbens und damit die Förderrichtung der Hydropumpe
fest. Die Größe des Verstellweges und damit das Fördervolumen
der Hydropumpe ist abhängig von der Größe eines
Steuerdrucks, der von einer mit der Hydropumpe synchron
angetriebenen Hilfspumpe konstanten Fördervolumens
erzeugt wird und den Stellkolben beaufschlagt. Der
drehzahlproportionale Förderstrom der Hilfspumpe erzeugt
an einer Blende einen Druckabfall, der dazu ausgenutzt
wird, mittels eines Steuerkolbens den Steuerdruck einzustellen.
Ein solches Steuerventil, das auf dem vorliegenden
Fachgebiet unter dem Begriff "Druckwaage" bekannt ist,
ist in der DE-PS 21 47 437 beschrieben und dargestellt.
Es ist auch schon eine Antriebseinrichtung vorgeschlagen
worden, bei der ein fest vorgegebener Zusammenhang
(Steuerkennlinie) zwischen dem Einstellglied des Antriebsmotors
und dem Verstellglied des zugehörigen Wandlers
zu dessen Drehzahl- bzw. Fördermengeneinstellung besteht,
wobei durch einen Lastbegrenzungsregler eine Überbelastung
(Abwürgen) des Antriebsmotors verhindert wird.
Bei den vorbeschriebenen Antriebseinrichtungen wird
bei einer zu großen Drückung des Antriebsmotors der
zugehörige Wandler so geregelt, daß eine bestimmte
Drehzahl des Antriebsmotors nicht unterschritten wird,
wodurch insbesondere bei einem Verbrennungsmotor wie
einem Dieselmotor ein Abwürgen vermieden und insbesondere
beim Vorhandensein eines nachgeordneten Schaltgetriebes
ein hinsichtlich Leistungsausnutzung und Kraftstoffverbrauch
günstiger Drehzahlbereich angestrebt wird.
Alle diese Antriebseinrichtungen bekannter Art besitzen
eine fest eingestellte Kennlinie, wodurch diejenigen
Drehzahlen des Antriebsmotors festgelegt sind, ab welchen
die Lastbegrenzungsregelung zum Einsatz kommt.
Wird also z. B. bei der jeweiligen Stellung des Gaspedals
die zulässige Drehzahldrückung des Antriebsmotors (welche
durch die die fest eingestellte Kennlinie definiert
ist) nicht unterschritten, so wird bei den bekannten
Ausgestaltungen der Wandler mit zunehmender Antriebsmotor
drehzahl auf zunehmendes Übersetzungsverhältnis gesteuert,
was bei einem hydrostatischen Getriebe durch eine Vergrößerung
des Pumpenförderstroms bewirkt wird.
Wird die zulässige Drehzahldrückung des Antriebsmotors
(infolge des Fahrwiderstandes) unterschritten, so wird
der Wandler nicht mehr wie vorbeschrieben drehzahlproportional
gesteuert, sondern der Wandler wird so verstellt
bzw. geregelt, daß die der fest eingestellten Kennlinie
entsprechende Antriebsmotordrehzahl nicht unterschritten
wird (Lastbegrenzungsregelung, d. h. anti-abwürge-Regelung).
Die Nachteile der bekannten Ausgestaltungen sind insbesondere
folgende:
Veränderung der Steuer- und Regelcharakteristik aufgrund von Verschleiß an hydraulischen Steuerteilen wie z. B. Blenden, Schiebern und dgl. oder mechanischen Steuerteilen wie Steuergliedern, Gasgestänge und sonstige Verstellgestänge.
Nach Eingriffen im System wie z. B. Wechsel des Antriebsmotors, Einspritzpumpe, Gasgestänge, Hydroeinheiten ist eine teilweise bzw. komplette Neueinstellung erforderlich.
Großer Einstellaufwand.
Temperaturabhängigkeit.
Viskositätsabhängigkeit (bei hydraulischen Regelvorrichtungen).
Bei einem Wandler mit drehzahlabhängiger Verstellung (z. B. Fördervolumeneinstellung der Hydropumpe) liegt eine schlechte Ausnutzung der Leistung des Antriebsmotors insbesondere im Bereich niedriger Drehzahlen vor.
Keine Einstellbarkeit der vom Antriebsmotor abgegebenen maximalen Leistung.
Veränderung der Steuer- und Regelcharakteristik aufgrund von Verschleiß an hydraulischen Steuerteilen wie z. B. Blenden, Schiebern und dgl. oder mechanischen Steuerteilen wie Steuergliedern, Gasgestänge und sonstige Verstellgestänge.
Nach Eingriffen im System wie z. B. Wechsel des Antriebsmotors, Einspritzpumpe, Gasgestänge, Hydroeinheiten ist eine teilweise bzw. komplette Neueinstellung erforderlich.
Großer Einstellaufwand.
Temperaturabhängigkeit.
Viskositätsabhängigkeit (bei hydraulischen Regelvorrichtungen).
Bei einem Wandler mit drehzahlabhängiger Verstellung (z. B. Fördervolumeneinstellung der Hydropumpe) liegt eine schlechte Ausnutzung der Leistung des Antriebsmotors insbesondere im Bereich niedriger Drehzahlen vor.
Keine Einstellbarkeit der vom Antriebsmotor abgegebenen maximalen Leistung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebseinrichtung
der eingangs bezeichneten Art so auszugestalten,
daß Unabhängigkeit von einer vorgegebenen Einstellung
bzw. Kennlinie des Antriebsmotors besteht.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Lösung führt zu einer Antriebseinrichtung,
deren Regelvorrichtung der Zusammensetzung zwischen
der jeweiligen Stellung des Einstellgliedes und der
zugehörigen Drehzahl des Antriebsmotors eingegeben
bzw. einprogrammiert werden kann oder den Zusammenhang
zu lernen bzw. durch Bildung einer Kennlinie (Lernkurve)
festzuhalten vermag, und zwar nach Maßgabe der vorhandenen
Ausbildung und Einstellung des Antriebsmotors. Hierdurch
wird die angestrebte Unabhängigkeit von einer vorgesehenen
Einstellung des Antriebsmotors erreicht.
Das der Erfindung zugrundeliegende Problem stellt
sich insbesondere dann, wenn Teile (wie das Gestänge,
die Einspritzpumpe und/oder der Vergaser) der Steuereinrichtung
des Antriebsmotors verschleißen oder ausgetauscht
bzw. neu eingestellt werden, so daß sich wesentliche
Unterschiede zu einer beispielsweise durch die
Charakteristik einer Feder vorgegebene Kennlinie einstellen.
Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird die
wirksame Kennlinie unter Berücksichtigung der Feinheiten
von den nach einer Grund-Steuerkennlinie hergestellten
Regelgliedern gebildet bzw. erlernt, wodurch auch nach
einem Verschleiß bzw. Austausch betreffender Einzelteile
des Antriebsmotors die Kennlinie mit der konstruktiven
bzw. funktionellen Wirklichkeit der Einzelteile konform
ist, wenn sie nach dem Eintritt des Verschleißes bzw.
nach dem Austausch bzw. nach der Neueinstellung der
Einzelteile gebildet bzw. gelernt wird. Es ist deshalb
von Vorteil die Ausgestaltung so zu treffen, daß die
Steuerkennlinie wahlweise zu löschen und eine neue
Steuerkennlinie einspeicherbar ist.
Durch eine variable Einstellung der zulässigen Drehzahldrückung
gemäß Anspruch 4 wird neben dem Regelverhalten
der Antriebsmotor-Lastbegrenzungsregelung auch das
Fahrverhalten und die Leistungsentfaltung der von der
Antriebseinrichtung angetriebenen Maschine bzw. Fahrzeugs
insbesondere im Bereich niedriger bis mittlerer Drehzahl
beeinflußt. Dabei ist es möglich, daß die Kennlinie
durch den vorhandenen Prozessor automatisch oder mittels
eines Einstellgliedes wahlweise einstellbar verschoben
bzw. verlagert, eingespeichert bzw. gelernt wird.
Die Ausgestaltung nach den Ansprüchen 6 und/oder 7
führt zu einer Antriebseinrichtung, bei welcher der
Wandler nicht in Abhängigkeit der Antriebsmotordrehzahl
verstellt wird (keine drehzahlproportionale Verstellung),
sondern bei welcher der Wandler in Abhängigkeit der
durch die erlernbare maßgebliche Kennlinie für die zulässige
Drehzahldrückung des Antriebsmotors verstellt wird.
Die bekannte drehzahlabhängige Verstellung wird im
Rahmen der Erfindung somit durch eine von der Drehzahldrückung
abhängige Verstellung ersetzt.
Wird also die der jeweiligen Stellung des Einstellgliedes
zugehörige zulässige Drehzahldrückung (aufgrund zu
geringer Fahrwiderstände) nicht erreicht, so wird der
Wandler auf minimales Übersetzungsverhältnis
gesteuert.
Danach wird die Fahrgeschwindigkeit der Maschine bzw.
des Fahrzeugs nur noch über die variable Antriebsmotordrehzahl
verändert und nicht mehr durch Veränderungen des
Übersetzungsverhältnisses.
Wird die zur jeweiligen Stellung des Einstellgliedes
zugehörige zulässige Drehzahldrückung (aufgrund größerer
Fahrwiderstände) erreicht, so wird der Wandler so geregelt,
daß die Antriebsmotordrehzahl die maßgebliche Kennlinie
nicht unterschreitet.
Diese Ausgestaltung ermöglicht somit eine gute Leistungs-
bzw. Drehmomentausnutzung.
Die Ausgestaltung nach Anspruch 6 ist von selbständiger
erfinderischer Bedeutung, da die durch sie erzielbaren
Vorteile unabhängig von der Lösung gemäß Anspruch 1
sind.
Die erfindungsgemäßen Lösungen sind sowohl als Fahrantrieb
als auch als Maschinenantrieb zu verwirklichen. Es
läßt sich beispielsweise die Fahr- und/oder Arbeitshydraulik
eines Baggers oder Radladers erfindungsgemäß so
regeln, daß die Abweichung von der Kennlinie ein variabel
einstellbares Maß an Drehzahldrückung nicht unterschreitet.
Ein solcher Bagger könnte dann bei variabel möglicher
Dieselmotordrehzahl (in Wohngebieten geringere Dieselmotordrehzahl;
auf freiem Gelände volle Dieselmotordrehzahl)
mit der vorbeschriebenen erfindungsgemäßen Grenzlastregelung
arbeiten. Bekannte Bagger werden immer mit einer
fest eingestellten Dieselmotordrehzahl entsprechend
der Maximal-Dieselmotordrehzahl betrieben. Die Erfindung
überwindet diesen Nachteil.
Weiterbildungen der Erfindung sind in weiteren Unteransprüchen
beschrieben.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in einer
Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher
erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine erfindungsgemäß ausgestaltete Antriebseinrichtung
in schematischer Darstellung;
Fig. 2 ein Funktionsdiagramm der Antriebseinrichtung.
Die allgemein mit 1 bezeichnete Antriebseinrichtung
ist als Fahrantrieb für eine Baumaschine wie einen
Radlader, Erdschieber oder fahrbaren Bagger eingerichtet.
Die wesentlichen Teile der Antriebseinrichtung 1 sind
ein Verbrennungsmotor in Form eines Dieselmotors als
Antriebsmotor 2, ein von der Antriebswelle 3 des Antriebsmotors
2 angetriebenes hydrostatisches Getriebe 4 mit
einer allgemein mit 5 bezeichneten Regeleinrichtung
und ein mit der Antriebswelle 6 des hydrostatischen
Getriebes 4 in Verbindung stehendes mechanisches Getriebe
7, vorzugsweise ein Lastschaltgetriebe. Das hydrostatische
Getriebe 4 weist eine von der Antriebswelle 3 angetriebene
Hydropumpe 9 und einen Hydromotor 11 auf, die in der
Förder- bzw. Schluckmenge einstellbar und für den Betrieb
in beide Drehrichtungen eingerichtet sind. Die die
Hydroeinheit miteinander verbindende Arbeitsleitung
des hydrostatischen Getriebes 4 im geschlossenen Kreislauf
ist mit 12 bezeichnet.
Neben dem auch allgemein mit Fahrhydraulik 13 bezeichneten
hydrostatischen Getriebe weist die Antriebseinrichtung
1 auch ein zweites angedeutetes hydrostatisches Getriebe
14 mit einer Hydropumpe 15 auf, die durch ein Verteilergetriebe
16 mit der Antriebswelle 3 des Antriebsmotors
2 verbunden ist und für den Antrieb einer weiteren
Arbeitsvorrichtung der Baumaschine insbesondere für
den Antrieb der Ladeschaufel eines Radladers vorgesehen
ist. Das zweite hydrostatische Getriebe ist auch als
Arbeitshydraulik 17 bezeichnet. Die Regeleinrichtung
5 kann auch die Pumpe 14 der Arbeitshydraulik 17 mit
berücksichtigen und gemäß dem schon beschriebenen
Regelalgorythmus verstellen.
Der Regeleinrichtung 5 sind ein elektronisches Regelgerät
18 und eine elektrisch-proportionale Verstellvorrichtung
19 für die Hydropumpe 9 sowie ggf. auch eine elektrisch-
proportionale Verstelleinrichtung 21 für den
Hydromotor 11 zugeordnet. Letztere Verstellvorrichtung
21 ist andeutungsweise dargestellt. Weitere Regel-
oder auch Steuerglieder der Regeleinrichtung 5 sind
ein Drehzahlmesser 22 an der Antriebswelle 3 des Antriebsmotors
2, der durch eine Signalleitung 23 mit dem elektronischen
Regelgerät 18 verbunden ist, in der ein Frequenz-
Analog-Wandler 24 angeordnet ist, ein Positions-
bzw. Wegmesser in Form eines Potentiometers 24 für
das Gaspedal 25 des Antriebsmotors 2, ein Betriebs
artenschalter 26, ein Motordrückungs-Einstellglied
in Form eines Potentiometers 27, ein Einstellglied
28 zum sogenannten "Inchen", ein Fahrtrichtungs-Wählschalter
29 und Proportionalverstärker 31, 32, die durch
Signalleitungen 33 bis 39 mit dem elektronischen Regelgerät
18 verbunden sind. Die Elektronik des Regelgeräts 18
umfaßt einen Speicher bzw. Mikrocomputer mit analogen
und digitalen Ein- und Ausgängen, der in der Lage ist,
die Reglerkennlinie der Regeleinrichtung 17 nach Maßgabe
der Stellungen des Gaspedals 25 und zugehörigen Drehzahlen
der Antriebswelle 3 zu bilden und zu speichern.
Außerdem kann der Antriebseinrichtung eine automatische
Schalteinrichtung 41 zugeordnet sein, die durch ein
mit dem mechanischen Getriebe 7 in Schaltantriebsverbindung
stehendes Schaltglied 42 z. B. in Form eines Schaltmagneten,
einen Frequenz-Analog-Wandler 43 und einen Drehzahlmesser
44 an der Ausgangswelle 6 des hydrostatischen
Getriebes 4 angedeutet ist. Der Drehzahlmesser 44 steht
durch eine Signalleitung 45 und über den Wandler 43
mit dem elektronischen Regelgerät 18 in Verbindung.
Das Schaltglied 42 ist durch eine Signalleitung 40
mit dem elektronischen Regelgerät 18 verbunden.
Die Funktionsweise des selbstlernenden, prozessorgesteuerten
automotiven Fahrantriebs 1 ist folgende.
Bevor die Antriebseinrichtung 1 zum ersten mal in Betrieb
genommen werden kann, muß unter Zuhilfenahme des Betriebsartenschalters
26 die Leerlaufkurve (Lernkurve) des
Antriebsmotors 2 "programmiert" werden. Dies geschieht
in einfacher Weise durch einmaliges Betätigen des Betriebsarten
schalters 26 und durch langsames Gasgeben des
Antriebsmotors 2 im unbelasteten Zustand bis zu dessen
maximaler Drehzahl. Der im elektronischen Regelgerät
18 vorhandene Prozessor speichert während diesem "Lernvorgang"
den Zusammenhang zwischen der Gaspedalstellung
und der zugehörigen Leerlaufdrehzahl des Antriebsmotors 2,
im vorliegenden Fall ein Dieselmotor, als "Lernkurve"
in einem bestimmten Speicherbereich (batteriegepufferter
RAM (random access memory)) ab.
Fig. 2 zeigt das Funktionsdiagramm, wobei auf den drei
Achsen die Spannung am Gaspedal-Potentiometer 24, die
Dieselmotordrehzahl und das Drehmoment des Dieselmotors
2 bei unterschiedlichen Dieselmotor-Einspritzpumpenstellungen
aufgetragen sind.
Durch Einstellung am Motordrückungs-Potentiometer 27
läßt sich in einem Einstellbereich eine wahlweise Motordrückung
vorgeben, wodurch eine gegenüber der gelernten
Kennlinie 46 verlagerte wirksame bzw. maßgebliche Kennlinie
47 geschaffen wird, die zur gelernten Kennlinie 46
parallel oder winkelverschoben sein oder in jedem beliebigen,
mathematisch eindeutig beschreibbaren Zusammenhang
verlaufen kann. Auf diese Weise ist es möglich,
die Leistungsausnutzung des Antriebsmotors 1 zu begrenzen.
Im Funktionsdiagramm sind zwei maßgebliche Kennlinien
47, 47.1 bzw. Abregellinien, nämlich eine für etwa 12,5%
und eine für 20% zulässige Drehzahldrückung des Dieselmotors
2 exemplarisch eingezeichnet.
Die zulässige Drehzahldrückung kann nach Beendigung
des Lernvorganges durch Betätigung des Drückungssollwert-
Potentiometers 27 zwischen Null und 20% beliebig
eingestellt werden. Durch die variable Einstellung
der zulässigen Drehzahldrückung wird neben dem Regelverhalten
der Dieselmotor-Lastbegrenzungsregelung auch das
dem Dieselmotor 2 (zur jeweils mittels des Gaspedals
25 eingestellten Antriebsdrehzahl) maximal abnehmbare
Drehmoment beeinflußt.
Die Einfachheit halber wurde der Zusammenhang zwischen
den Stellungen bzw. dem Weg des Gaspedal-Potentiometers
24 und der Dieselmotordrehzahl als gerade Linie eingezeichnet.
Sie kann jedoch jeden beliebigen mathematisch
eindeutigen und stetigen Funktionsverlauf einnehmen.
Anders als bei bislang bekannten automotiven Fahrantrieben,
bei denen mit zunehmender Betätigung des Antriebs-Gaspedals
die elektrisch-proportionale Verstelleinrichtung mitverstellt
wird (gasabhängige Steuerung) benötigt die erfindungsgemäße
Antriebseinrichtung 1 keine solche
"Steuerkennlinie".
Die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung arbeitet in
dem Drehzahlbereich oberhalb der maßgeblichen Kennlinie
47, 47.1 als Steuerung und unterhalb als Regelung, wobei
die zur jeweiligen Gaspedal-Potentiometereinstellung
gehörige zulässige minimale Dieselmotordrehzahl (Lernkurve
minus zulässiger Drückung) die Führungsgröße und die
momentane Drehzahl des Dieselmotors 2 die Regelgröße
bildet.
Während bei allen Betriebszuständen, bei denen aufgrund
einer zu geringen Belastung der Antriebseinrichtung
die eingestellte zulässigen Drückung der Dieselmotordrehzahl
nicht unterschritten wird und damit die Regelung auch
nicht erforderlich ist, wird die Hydropumpe 9 auf maximales
Fördervolumen eingestellt. Hierdurch hängt die Geschwindigkeit
der Baumaschine bzw. des Fahrzeugs in diesen Betriebszuständen
nur von der Drehzahl des Dieselmotors 2 ab.
Im Stillstand des Fahrzeugs ist die zulässige Drückung
Null. Dies bedeutet, daß die Hydraulik den Dieselmotor
2 überhaupt nicht belasten kann, da die Regeleinrichtung
5 die Hydropumpe 9 dann ebenfalls auf Null stellt.
Sobald der Fahrer jedoch das Gaspedal 25 betätigt und
damit die Spannung am Potentiometer 24 erhöht, ergibt
sich eine zunehmende zulässige Drehzahldrückung des
Dieselmotors 2 mit dem Effekt, daß die Hydropumpe 9
entsprechend dem gerade anliegenden Fahrwiderstand
(Betriebsdruck) auszuschwenken beginnt.
Die programmierte Regelung - zweckmäßigerweise ein
PID-Regler - wird dabei unter allen auftretenden dynamischen
Bedingungen verhindern, daß die zulässige Drückung
des Dieselmotors 2 unterschritten und der Dieselmotor
2 überlastet oder abgewürgt wird.
Nach Erreichen eines gewissen Betriebsdruckes setzt
sich die Baumaschine bzw. das Fahrzeug in Bewegung.
Bei weiterer Betätigung des Gaspedals 25 wird - wie
Fig. 2 zeigt, die zulässige Drehzahldrückung und damit
auch das dem Dieselmotor 2 entnommene maximale Drehmoment
und die entnommene Leistung immer größer, wodurch die
Regelung die von der Fahrhydraulik 13 aufgenommene
Leistung durch Vergrößerung bzw. Verkleinerung der
Fördermengen- bzw. Durchsatzmengeneinstellungen der
Hydropumpe 9 des Hydromotors 11 immer mehr vergrößern
kann. Beim Auftreten plötzlicher Belastungsspitzen
im Arbeitsbetrieb wird die Regeleinrichtung 5 die von
der Fahrhydraulik 13 aufgenommene Leistung so stark
verringern, daß die entsprechende maßgebliche Kennlinie
47, 47.1 bzw. Abregellinie nicht unterschritten und
der Dieselmotor 2 ebenfalls nicht abgewürgt wird.
Wie Fig. 2 weiter zeigt, wird im vorliegenden Beispiel
dem Dieselmotor bei 12,5% zulässiger Drückung (relativ
zu 800 l/min) und bei Nenndrehzahl (2200 l/min) das
maximale Drehmoment entnommen.
Wird die zulässige Drückung reduziert, z. B. auf etwa
9,375% (6,25%, 3,175%) so beträgt das dem Dieselmotor
2 abgenommene maximale Drehmoment nur noch etwa 75%
(50%, 25%) des maximal möglichen Drehmomentes.
Eine zulässige Drehzahldrückung von mehr als 12,5%,
z. B. 20% scheint bei Höchstdrehzahl im vorliegenden
Beispiel wenig sinnvoll, daß der Dieselmotor 2 dann
das abgegebene Drehmoment nicht mehr weiter steigern
kann.
Es ist jedoch möglich, durch entsprechende Gestaltung
der Kennlinie der zulässigen Drückung (in Fig. 2 beispielhaft
als Gerade gezeichnet), z. B. als eine gekrümmte
Kurve, die Drehmomentaufnahme des Fahrantriebs bei
niedrigen Drehzahlen zu beeinflussen und dadurch eine
höhere Drehmomentabgabe des Dieselmotors 2 zu erzielen
(20%-Bereich in Fig. 2).
Eine weitere Variante der flexiblen Drückungskurvengestaltung
besteht in der Möglichkeit diese so auszuführen,
daß der Fahrantrieb unter Last auf die Kennlinie des
geringsten Kraftstoffverbrauches gedrückt wird.
Die Verstellvorrichtung 19 und ggf. auch 21 ist von
elektro-hydraulischer Bauart. Sie umfaßt einen Zylinder
51 mit einem mittels Federn 52 mittenzentrierten Doppelkolben
53, der im Zylinder 51 zwei Arbeitsräume 54, 55
bildet, deren hydraulische, durch Leitungen 56, 57 verdeutlichte
Beaufschlagung mit einem Steuerdruck durch ein
elektromagnetisches Fahrtrichtungsventil in Form eines
Regelventils 58 (Proportionalventil) geregelt wird,
dessen Ventilschieber 59 durch zu beiden Seiten beiderseits
angeordnete Elektromagnete verschiebbar ist, deren
Aktivität vom elektronischen Regelgerät 18 über den
Proportionalverstärker 31 geregelt wird.
Zur Bereitstellung des Steuerdruckes kann eine an sich
bekannte Hilfspumpe 61 konstanten Fördervolumens dienen,
die vom Antriebsmotor 2 angetrieben sein kann und in
deren Förderleitung 62 das Regelventil 58 angeordnet
ist, oder es kann der Steuerdruck auch vom Arbeitsdruck
in der Arbeitsleitung 12 abgeleitet werden. Mit 63
ist ein Druckbegrenzungsventil bezeichnet. Zwischen
dem Regelventil 58 und der Verstellvorrichtung 19 ist
eine sogenannte Wegrückführung zwecks Soll-Istwertvergleichs
vorgesehen. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist eine mechanische Wegrückführung in Form einer mechanischen
Verbindung 64 zwischen dem Kolben 53 (bzw. dessen
Kolbenstange) und dem Gehäuse 65 des Regelventils 58,
das folglich eine von der Bewegung des Kolbens 53 abhängige
Relativverschiebung bezüglich des Ventilschiebers 59
ausführt.
Zusammengefaßt ergeben sich für die selbstlernende
mikroprozessorgesteuerte automotive Antriebseinrichtung
mit Antriebsmotor-Lastbegrenzungsregelung folgende
Vorteile:
- - einfacher modularer hard- und softwareseitiger Aufbau
- - geringer Installationsaufwand
- - durch Lernvorgang praktisch keine Einstellung erforderlich (Regelbeginn, Regelende, Inchen, usw.)
- - sowohl als automotiver Fahrantrieb, als auch als Bagger-Grenzlastregelung (bei variabel möglicher Dieselmotordrehzahl) einsetzbar
- - keine Veränderung der Regelcharakteristik im Laufe der Lebensdauer
- - schnelle und einfache Anpassung der Regelung auf Veränderungen an Systemkomponenten (neues "Lernen" möglich)
- - variabel einstellbare zulässige Antriebsmotordrückung; hierdurch variabel einstellbarer vom Antriebsmotor abgenommener Drehmomentverlauf
- - weitere optionale elektronisch gesteuerte Funktionen ohne Zusatz-Elektronik integrierbar, wie z. B. Schaltimpulse für mechanische Lastschaltgetriebe, Zugkraftbegrenzungsregler, Betriebsdatenüberwachungs- und Diagnose systeme, usw.
Claims (11)
- . Automotive Antriebseinrichtung (1) für Maschinen und Fahrzeuge, insbesondere Fahrantriebseinrichtung für Baufahrzeuge wie Radlader und Raupen, bestehend aus einem Antriebsmotor (2) mit durch ein Einstellglied (25) stufenlos veränderlicher Drehzahl und einem Wandler (4) mit einer Regeleinrichtung (5) zur Regelung dessen Abtriebsdrehzahl in Abhängigkeit von einer mittels Signalgebern ermittelten Drehzahldrückung des Antriebsmotors (2), dadurch gekennzeichnet, daß der Regeleinrichtung (5) ein elektronisches Regelgerät (18) mit einem Speicher zugeordnet ist, in den der Zusammenhang zwischen den Stellungen des Einstellgliedes (25) und den zugehörigen Drehzahlen des Antriebsmotors (2) bzw. entsprechenden Signalen bei im unbelasteten Zustand (Leerlauf) durchlaufenem Drehzahlbereich des Antriebsmotors (2) als Kennlinie (46) einspeicherbar ist.
- 2. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusammenhang zwischen den Stellungen des Einstellgliedes (25) und den zugehörigen Drehzahlen des Antriebsmotors (2) bzw. entsprechenden Signalen bei im unbelasteten Zustand durchlaufenem Drehzahlbereich des Antriebsmotors (2) automatisch einprogrammiert bzw. gelernt wird.
- 3. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kennlinie (46) mit einer sich aus der vorgegebenen Drehzahldrückung ergebenden zulässigen Abweichung, vorzugsweise einer maximal zulässigen Abweichung der Antriebsmotordrehzahl von der Leerlaufdrehzahl (Drehzahldrückung) korrigiert wird, und die korrigierte Kennlinie (47, 47.1) als maßgebliche Kennlinie dient.
- 4. Antriebseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abweichung bzw. Korrektur durch einen Sollwertgeber (27) variabel einstellbar ist.
- 5. Antriebseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die maßgebliche Kennlinie (47, 47.1) wenigstens in einem Teilbereich im Sinne des geringsten Kraftstoffverbrauchs des Antriebsmotors (2) korrigiert ist.
- 6. Antriebseinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (4) auf maximales Übersetzungsverhältnis gesteuert wird, wenn die Antriebsmotordrehzahl größer ist als die durch die maßgebliche Kennlinie (47, 47.1) entsprechend vorgegebene Antriebsmotordrehzahl.
- 7. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (4) derart verstellt wird, daß die durch die maßgebliche Kennlinie (47, 47.1) entsprechend vorgegebene Antriebsmotordrehzahl nicht unterschritten wird.
- 8. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler ein hydrostatisches Getriebe (4) mit wenigstens einer Hydropumpe (9) und wenigstens einem Hydromotor (11) ist, von denen wenigstens eine und/oder einer von verstellbarer Durchsatzmenge und vorzugsweise umkehrbarer Drehrichtung ist.
- 9. Antriebseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydropumpe (9) und/oder der Hydromotor (11) jeweils durch eine elektro-hydraulische Verstellvorrichtung verstellbar ist bzw. sind.
- 10. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusammenhang zwischen den Stellungen des Einstellgliedes (25) und den zugehörigen Antriebsmotor drehzahlen zur Zustandserkennung ausgenutzt wird, ob ein positiver oder negativer Kraftfluß, d. h. ein Kraftfluß vom Antriebsmotor (2) auf den Wandler (4) oder umgekehrt (Schubbetrieb) erfolgt.
- 11. Antriebseinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit vom Übergang zum negativen Kraftfluß ein Schaltsignal (Runterschalten) für ein dem Wandler (4) nachgeordnetes Getriebe (7) und/oder für eine Überdrehzahlsicherung des Antriebsmotors (2), der Hydropumpe (9) und/oder des Hydromotors (11) erzeugt wird.
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