WO2023036678A1 - Method with a drive with an internal combustion engine and hydraulic power converters, and drive with an internal combustion engine and hydraulic power converters - Google Patents

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WO2023036678A1
WO2023036678A1 PCT/EP2022/074305 EP2022074305W WO2023036678A1 WO 2023036678 A1 WO2023036678 A1 WO 2023036678A1 EP 2022074305 W EP2022074305 W EP 2022074305W WO 2023036678 A1 WO2023036678 A1 WO 2023036678A1
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WO
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torque
speed
internal combustion
combustion engine
load
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/074305
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German (de)
French (fr)
Inventor
Botond Szeles
Sebastian Oschmann
Joerg Spang
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/22Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/2221Control of flow rate; Load sensing arrangements
    • E02F9/2225Control of flow rate; Load sensing arrangements using pressure-compensating valves
    • E02F9/2228Control of flow rate; Load sensing arrangements using pressure-compensating valves including an electronic controller
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
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    • E02F9/2221Control of flow rate; Load sensing arrangements
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    • E02F9/2235Control of flow rate; Load sensing arrangements using one or more variable displacement pumps including an electronic controller
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    • E02F9/2246Control of prime movers, e.g. depending on the hydraulic load of work tools
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D29/00Controlling engines, such controlling being peculiar to the devices driven thereby, the devices being other than parts or accessories essential to engine operation, e.g. controlling of engines by signals external thereto
    • F02D29/04Controlling engines, such controlling being peculiar to the devices driven thereby, the devices being other than parts or accessories essential to engine operation, e.g. controlling of engines by signals external thereto peculiar to engines driving pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2250/00Engine control related to specific problems or objectives
    • F02D2250/18Control of the engine output torque
    • F02D2250/24Control of the engine output torque by using an external load, e.g. a generator

Definitions

  • the invention relates to a method with a drive according to the preamble of patent claim 1 and a drive according to the preamble of patent claim 9.
  • a generic drive has a speed-controlled internal combustion engine and at least one hydraulic machine that can be driven by it and can therefore be operated in pump operation—referred to below as a hydraulic pump.
  • at least one hydraulic power converter for example a hydraulic cylinder or a hydraulic machine that can be operated as a hydraulic motor
  • the drive can, for example, be in the form of a travel drive, work drive or combined travel and work drive, with the internal combustion engine often being in the form of a diesel engine, particularly in the field of mobile work machines.
  • traction motors or hydraulic cylinders of the mobile work machine, or both can be supplied with pressure medium via the hydraulic pump.
  • Both the load of the power converter or converters and a request directed at them result in a target torque of the hydraulic pump coupled to the internal combustion engine.
  • a request directed directly at the hydraulic pump results in a target torque.
  • the target torque of the hydraulic pump is to be provided by the internal combustion engine as an internal torque, with simultaneous regulation to a predetermined target speed.
  • Current state-of-the-art Tier4 / Euro5 internal combustion engines (ICE) used in mobile work machines often do not offer an interface for direct torque control. Instead, an internal torque of the internal combustion engine follows as part of a speed control.
  • the load pressure in the hydraulic circuit increases due to an increased load on the power converter or a demand on it, the torque of the hydraulic pump increases. If the injection of the internal combustion engine is still the same, its actual speed falls below the predetermined target speed. Only when this control deviation is recorded and reported to the control unit is more fuel injected into the combustion system and the boost pressure and, as a result, the internal torque increase.
  • the disadvantage here is that the change in the internal torque first requires the control deviation of the speed before it can be increased or decreased by the increased injection. However, this occurs with a delay because, for example, manipulated variables in the hydraulic system react to the request with a delay. As a result, the internal torque follows the demand or load electronically recorded in real time. As a result, when the demand/load increases rapidly, the speed can be undesirably reduced and the internal combustion engine can stall. Conversely, an abrupt drop in load or demand can lead to an undesired overspeed of the internal combustion engine.
  • the undesired pressure can be counteracted by limiting the power, in particular the torque, of the hydraulic machine and the power converter supplied with pressure medium by it.
  • Another solution uses the determination of a maximum possible torque of the internal combustion engine as a function of the setpoint speed, with this maximum possible torque being used as a reference variable for the power limitation of the power converter Z consumers.
  • the disadvantage is that the torque envelope curve used for the determination only applies to a steady to quasi-steady state of the internal combustion engine, but not to more dynamic load changes when the internal combustion engine is loaded relatively quickly, for example with low power consumption. Therefore, the reference to the aforementioned speed-based limitation is still necessary for power limitation.
  • a further possibility is the calculation of the currently theoretically maximum usable drive torque of the internal combustion engine, for example based on information from the internal combustion engine that is available by means of the network protocol SAE J1939 via the CAN bus. In particular, these are: the current percent torque, the reference torque and the percent load at the current speed.
  • the invention is based on the object of creating a method for controlling an internal combustion engine of a drive, which allows a shorter duration or level of the control deviation on the internal combustion engine when there are changes in the requirements or loads of the drive.
  • there is Task is to create a drive that responds to changes in requirements or loads with a shorter duration or level of deviation of the internal combustion engine.
  • the first task is solved by a method with the features of patent claim 1, the second by a drive with the features of patent claim 9.
  • a method is provided with a drive, in particular with the drive of a mobile working machine.
  • the drive has an electronic control unit and an internal combustion engine that can be controlled via this as a function of a particularly predetermined setpoint speed.
  • the internal combustion engine is designed as a diesel engine, for example.
  • At least one hydraulic machine hereinafter referred to as hydraulic pump, is torque-coupled to this, via which at least one hydraulic power converter of the drive can be supplied with pressure medium in the open or closed hydraulic circuit.
  • the at least one hydraulic pump can be designed with a constant or adjustable displacement volume.
  • the at least one power converter can be designed in a translatory manner—for example as a hydraulic cylinder—or in a rotary manner—for example as a hydraulic machine, in particular a hydraulic motor.
  • the hydraulic pump, the hydraulic motor can be designed, for example, as an axial piston machine with a swash plate or bent axis design.
  • a torque of the hydraulic machine can change depending on a request directed at the hydraulic machine - for example a request signal that results in an adjustment of its displacement volume - or the torque changes depending on a request directed at the power converter or because its load changes.
  • the method has a step of "regulating the speed in Dependence on the target speed”, via the electronic control unit.
  • the method has a step “determining a target deviation of the speed from the target speed”.
  • the target deviation is determined as a function of the electronically recorded requirement(s) and/or load(s) (hereinafter, for reasons of clarity, requirement/load).
  • a new, preferably temporary, target speed that deviates from the predetermined target speed is determined, which then goes into controlling the speed.
  • use is made of the fact that in the generic drive between the electronic detection of the request/load and the detection of the resulting speed change (depression with increasing request/load, overspeeding with decreasing request/load) there can be a dead time, which results in the sluggish behavior of hydraulic actuators is justified.
  • Due to the setpoint speed changed according to the invention in real time with the detected requirement/load and the associated modified injection the internal torque of the internal combustion engine is prepared earlier for the detected and thus upcoming requirement/load by a period of time corresponding to the dead time.
  • the duration of the control deviation and its amount can be influenced.
  • the setpoint deviation is determined in such a way that the amount and/or duration of a control deviation that occurs when the speed is controlled as a function of the sum of the setpoint speed and the setpoint deviation is/are less than if the speed is controlled as a function of the setpoint speed alone - i.e. without setpoint deviation. In this way, the duration of the control deviation and its amount can be reduced in an even more targeted manner.
  • the setpoint deviation is preferably determined with a sign and has, for example, a positive sign when the requirement/load increases, whereas it has a negative sign when the requirement/load falls.
  • the sum of the target speed and the target deviation is therefore greater than the predetermined target speed when the requirement/load increases.
  • the speed depression caused by the load or demand is mitigated and its duration is reduced.
  • the sum of the setpoint speed and setpoint deviation is less than the predetermined setpoint speed. In this way, the speed over-revving caused by the decreasing load or demand is mitigated and its duration is reduced.
  • the demand on the hydraulic machine can be, for example, a target displacement volume, a target pressure medium volume flow or a target torque.
  • the request to the power converter or converters can be a respective target speed, a target acceleration or a target torque.
  • the load is a mass to be held, a mass to be accelerated, a change in a driving surface such as a change in inclination, or a load pressure, or the like.
  • the method has a step “filtering a request signal and/or load signal” in a further development.
  • the new, preferably temporary target speed is included in the regulation by a step “overriding the predetermined target speed with the sum of the predetermined target speed and target deviation”.
  • the predetermined set speed must not be overridden in the event of an oscillating demand or load signal or if the changes in the demand or load signal are too small.
  • a measure of a possible oscillation is a comparatively steep rise and fall of the detected signal, in particular when the amplitude or deflection of the respective signal is comparatively small at the same time.
  • a step “comparing the deflection and/or the gradient of the requirement and/or load with a respective reference” can take place.
  • the reference for the gradient is preferably stored in the electronic control unit as a rate of increase parameter, each individually for a positive deflection and for a negative deflection, in a predetermined manner and can preferably be set individually, for example for a particular machine type.
  • the signal in question is oscillating and at least one of the steps “waiver of determination of the target deviation”, “suppression of the Oversteering”, “setting the target deviation to zero” or “regulating the speed solely as a function of the predetermined target speed” or the like is carried out.
  • a step “determining the setpoint deviation and/or its gradient as a function of the deflection and/or the gradient of the requirement and/or load” therefore takes place.
  • the setpoint deviation can be limited via the control device, preferably by means of saturation, so that excessive deviations in the actual speed can be avoided, which the operating personnel can perceive as a disruptive overspeed or underspeed.
  • the method has a step in a further development: “determining a minimum from an available power, in particular an available torque of the internal combustion engine and the performance, in particular torque requirement”. The step “determining the target deviation from the particularly predetermined target speed” then takes place as a function of the determined minimum.
  • a limitation can be carried out by a step “Limiting the power requirement or torque requirement by limiting the target torque to a limit torque”.
  • the limit torque can preferably be determined on the basis of a model.
  • At least one static or dynamic or at least partially dynamic model of the internal combustion engine is set up in the control unit, via which a target torque currently requested for the at least one hydraulic machine or the at least one power converter can be limited to a limit torque.
  • the setpoint torque can be requested, for example, by an operator, for example by deflecting an operating element of the drive (joystick), or by a machine controller.
  • the model can have a dynamic partial model of the internal combustion engine, via which the internal torque that can be provided by the internal combustion engine at a future point in time, i.e. a minimally later than the current point in time, can be determined at least as a function of the actual speed and the load on the internal combustion engine.
  • the specified limit torque can then in turn be determined as a function of this.
  • the limit torque can be determined via the control unit as a reference variable for limiting the power consumption of the hydraulic machine or of the power converter(s).
  • a command variable can be determined from the limit torque via the control unit.
  • the limit torque determined must then first be “distributed” to the hydraulic machines and/or power converters via the control unit, i.e. an individual limit torque is determined for each hydraulic machine or per power converter.
  • the respective hydraulic machine/the respective power converter can then be controlled, in particular pilot-controlled, in order to limit its power consumption.
  • a control of the power consumption of the relevant hydraulic machine/the relevant power converter can be minimized or even superfluous by such a pre-control.
  • a setpoint value of a manipulated variable of the relevant hydraulic machine/the relevant power converter can be determined via the control unit, on which its torque depends.
  • a manipulated variable is, for example, the displacement volume.
  • control unit has a first static, stationary or quasi-stationary partial model, in particular a characteristic map, via which a first currently maximum permitted torque can be determined, in particular as a function of at least the current speed and load, in particular the current internal torque of the internal combustion engine.
  • torque that can be provided in the future can be determined via the dynamic partial model as a function of the first currently maximum permitted torque.
  • the torque that can be provided in the future can be determined via the dynamic partial model as a function of the first currently maximum permitted torque by means of a delay element of the nth order, in particular of the second order.
  • Dynamic ramp limitation is preferably provided.
  • input signals of the respective models are preceded by smoothing, in particular a filter, in particular with a PT-1 characteristic.
  • the dynamic sub-model has at least one input that can be updated periodically or recurringly via the control unit, it being possible to determine the torque that can be provided in the future, in particular at the same interval, so that it can be updated.
  • the first currently maximum permitted torque is preferably present at this input.
  • the first currently maximum permitted torque can be updated periodically or recurringly via the control unit, preferably with the same period or at the same update times as the input of the dynamic partial model.
  • the mentioned delay is changeable or variable, in particular from a current point in time to a future point in time or from one update to the next.
  • the model has a second static partial model of a second currently maximum permitted torque of the internal combustion engine as a function of a current temperature, a third static partial model, in particular a torque envelope, of a third maximum permitted Torque of the internal combustion engine depending on the current speed, and / or a reference torque of the internal combustion engine, depending on which or which the future torque can be limited to the limit torque.
  • a currently theoretically maximum usable drive torque of the internal combustion engine can be determined via the control unit as a function of information from the internal combustion engine that can be made available in particular via CAN bus/J1939.
  • a combination device via which a hybrid torque can be determined as a function of the limited or unlimited torque that can be provided in the future and the currently theoretically maximum usable drive torque.
  • a selection device via which the limited or unlimited torque that can be provided in the future, the currently theoretically maximum usable drive torque and the hybrid torque can be individually selected, with the limit torque being able to be determined depending on the selection.
  • a summation device via which a sum can be formed from the selection and a requestable or deliverable torque of at least one secondary power converter and/or a torque of a flywheel mass model of the internal combustion engine.
  • an overload protection device is provided for the internal combustion engine, via which the limit torque can be reduced to a reduced limit torque in such a way that the permissible pressure is not reached.
  • the overload protection device has a PI controller and the permissible pressure of the internal combustion engine is in each case separately for a P Controller portion and for an I controller portion of the PI controller, depending on a target speed of the internal combustion engine available.
  • the PI controller can be activated or deactivated depending on the current load, in particular the current torque of the internal combustion engine, so that an initial load on the internal combustion engine is possible and the power converters and consumers can be accelerated as dynamically as possible.
  • an I controller component of the PI controller has control parameters that are dependent on a gradient of the current speed or that can be set. Depending on the direction of speed change, the different control parameters enable a reduction of the target torque without oscillations, with continuous, maximum possible load on the internal combustion engine.
  • the overload protection device can be deactivated or inactive at an idle speed and can be activated or active above a current target speed.
  • a drive for a mobile working machine has an electronic control unit and an internal combustion engine that can be controlled by this according to a target speed and a hydraulic machine torque-coupled to this, via which at least one hydraulic power converter of the drive can be supplied with pressure medium.
  • a torque of the hydraulic machine can be changed as a function of a request directed at it and/or a request directed at the power converter or changes as a function of a load, in particular of the power converter.
  • a method which is designed according to at least one aspect of the preceding description, is stored in the control unit for execution.
  • the control unit is designed according to the invention in such a way that a target deviation of the speed from a target speed stored in a predetermined manner in the control unit as a function of the electronically recorded requirement and/or load can be determined in such a way that an amount and/or a duration of a control deviation when controlling the speed depending on a sum of the predetermined setpoint Speed and the target deviation is lower or are than when controlling the speed solely as a function of the predetermined target speed.
  • Figure 1 shows a drive according to an embodiment
  • Figure 2 shows a method for controlling the drive according to Figure 1, according to an embodiment
  • FIG. 3 shows a greatly simplified block diagram of a variant of the drive according to FIG.
  • FIG. 4 shows a schematic of a control unit of the drive according to FIG. 1,
  • Figure 5 shows a diagram of a model stored in the control unit for determining a torque limit of the internal combustion engine as a reference variable for the driven hydraulic machine or the power converters supplied with pressure medium
  • Figure 6 a static input model of the dynamic model according to Figure 3
  • Figure 7 a diagram of one that can be provided by the internal combustion engine in the future Torque depending on a currently permitted torque of the internal combustion engine
  • FIG. 8 a combination logic for calculating static and dynamic partial models
  • Figure 9 is a schematic of an overload protection device of the internal combustion engine.
  • FIG. 10 shows a diagram with time-dependent curves of operating variables of the internal combustion engine and a power converter designed as a hydraulic pump, with and without oversteering the setpoint speed.
  • a drive 1 has an internal combustion engine 2 and a hydraulic power converter 4 driven by it and designed as a hydraulic machine with an adjustable displacement volume hydraulic circuit from a tank T can be supplied with pressure medium. Alternatively, the hydraulic circuit can be closed.
  • the internal combustion engine 2 is, for example, a Prime mover of a mobile work machine (not shown) and configured as a diesel engine.
  • the drive shaft of the hydraulic machine 4 is torque-coupled to its drive shaft.
  • the hydraulic machine 4 preferably works in pump operation in order to drive the power converters—hydraulic cylinders or motors—by means of a pressure medium volume flow.
  • the power converter is supplied with pressure medium via a respective control valve (not shown), preferably via an LS or LUDV control.
  • the internal combustion engine 2 is assigned a control unit 3, which is signal-connected to a control unit 8, which is assigned to the hydraulic machine 4 and the power converter (not shown).
  • An injection of the fuel is controlled via the control unit as a function of a setpoint speed nNsoii stored in a predetermined manner.
  • the fuel is injected as part of the regulation of the speed n of the internal combustion engine 2 as a function of the predetermined setpoint speed nNsoii, the detected actual speed nist and according to the invention as a function of the detected or determined load of the at least one power converter, the detected or determined demand on the at least one power converter and/or the recorded or determined requirement for the at least one hydraulic machine 4.
  • the latter is recorded in the drive, in particular via a recording unit 7 designed as a joystick in the exemplary embodiment.
  • FIG. 2 shows a method according to the invention according to an exemplary embodiment, the mode of operation of which is explained below by looking at it together with the drive according to FIG. 1 and the diagram according to FIG.
  • Step 100 “detection of the requirement M so ii” takes place continuously.
  • the request results from a deflection of the joystick 7 according to FIG.
  • This deflection is via the control unit 8 as a movement request to one of the hydraulic machine 4 with pressure medium Supplied hydraulic power converter or interpreted at one of the power converter or moving working point (TCP) of the machine.
  • the deflection can, for example, result in the requirement for the hydraulic machine 4 to increase the pressure medium volume flow for supplying pressure medium to the at least one hydraulic power converter by increasing its delivery volume by pivoting out.
  • the torque of the hydraulic machine increases to a target torque M so ii in proportion to the increased delivery volume.
  • the latter represents the requirement at the level of the internal combustion engine 2 and must be provided by it.
  • the load is continuously detected by a pressure detection unit (not shown) of the drive 1 .
  • Step 102 “filtering the request Msoii, in particular the request signal” also takes place continuously in the method according to the invention as shown in FIG. In this way, the influence of signal noise and a setpoint deviation that is incorrectly or unnecessarily determined based thereon is eliminated.
  • the filtered request signal Msoii is examined for its deflection AMsoii and/or its rate of rise, ie its time gradient dM SOii /dt.
  • the determined deflection AMsoii and/or the gradient dM SOii /dt are then compared in step 106 with a respective reference AMR SOII and/or dMpsoii/dt, with the aim of preventing the determination of a setpoint deviation if the request signal is oscillating is based on a disturbance rather than on a real requirement. If the deflection AMsoii is smaller than its reference AMR SOII and the gradient dMSOii /dt is steeper than its reference dMRSOii /dt, an oscillating signal is assumed and no setpoint deviation is subsequently determined. Instead, the speed control continues to take place solely as a function of the predetermined speed nNsoii according to step 108.
  • step 110 if the deflection AMsoii is greater than its reference AMR SO II and at the same time the gradient dM SO ii / dt is flatter than its reference dMR SO ii / dt, according to step 110, a setpoint deviation ⁇ AnTsoii to the setpoint speed nNsoii dependent on the electronically recorded requirement M so ii are determined.
  • this determination is made in such a way that the amount and duration of a control deviation when controlling the speed n as a function of a sum of the predetermined setpoint speed nNsoii and the determined setpoint deviation ⁇ AnTsoii are lower than with conventional control of the speed n as a function only the setpoint speed nNsoii.
  • step 112 Based on the determined setpoint deviation ⁇ AnTsoii, in step 112 the predetermined setpoint speed nNsoii is overridden with the sum of the predetermined setpoint speed nNsoii and the setpoint deviation ⁇ AnTsoii. The sum then represents the temporary, new target speed n S oir.
  • the speed n is then controlled in step 108', still as a function of the predetermined speed nNsoii, which, however, according to the invention is changed by the desired deviation ⁇ AnTsoii.
  • FIG. 10 on the left shows the course of the current speed n a kt or actual speed nact as a function of the request signal Msoii with a conventionally constant desired speed nsoii .
  • Figure 10 on the right shows the course of the current speed n a kt or actual speed nact as a function of the request signal Msoii with the setpoint speed n so ii 'overridden according to the invention, i.e. when using the method according to the invention according to Figure 2 from step 110.
  • the aim of the described target speed override is to reduce the reaction time of the internal combustion engine 2 by preparing it for the upcoming increasing or decreasing load by overriding the target speed nNsoii stored in a predetermined manner in the control unit 3 with the target deviation ⁇ An SO ii becomes.
  • Tier4/Euro5 Internal Combustion Engines ICE only increase their internal torque when an RPM deviation occurs.
  • the requirement or load increases, the actual or current speed nact or n a kt falls below the predetermined desired speed nNsoii while the injection remains the same.
  • more fuel is injected into the combustion via the control and the boost pressure and thus the internal torque is increased, which in turn leads to the control deviation of the speed being corrected.
  • a positive target deviation +An depending on the requirement jump M so ii is determined using the method according to FIG is added to the predetermined setpoint speed nNsoii.
  • the setpoint speed override device can, of course, be located in another control unit of the drive, for example in control unit 8, instead of in the control unit of the internal combustion engine.
  • the setpoint speed n S0 n is increased beyond its normal/predetermined operating value nNsoii (conventional horizontal line in FIG. 10 left vs. peak in FIG. 10 right). This takes place even before the driven hydraulic pump 4 responds to the jump in demand Msoii by swiveling out and thus increasing its swivel angle ⁇ and delivery volume, or another component in the drive 1 begins to increase its power consumption from the internal combustion engine 2 .
  • the amount of the positive target deviation +An is dependent on the magnitude of the step in the requirement, ie the magnitude of the requested torque Msoii (first derivation of the total torque requirement of the hydraulic machine 4 driven directly by the internal combustion engine 2).
  • the positive target deviation +An is determined and added to the predetermined target speed ANSOII.
  • the predetermined desired speed riNsoii is temporarily overridden with the new desired speed risoir determined in this way.
  • a minimum of the available torque of the internal combustion engine 2 and the requested torque M so ii can be selected.
  • a volume flow requirement directed to the hydraulic machines 4 can be applied to the limit torque MMCII Grenz or MMCII described in Figures 4 to 9, in particular via the control unit 8, in particular via the power manager 20 Limit red can be limited as a reference variable.
  • the request coming into the setpoint speed override device 18 can be filtered.
  • a scaling factor is preferably provided as a P component.
  • FIG. 3 shows a simplified block diagram of the drive 1, several hydraulic machines 4, 6 now being driven by the internal combustion engine 2, that is to say being torque-coupled to it.
  • the drive power of the internal combustion engine 2 can be transferred to the drive shafts of the hydraulic machines 4, 6 via a power manager of the drive 1, particularly in the event of undersupply, when the power required or requested by the hydraulic machines 4, 6 to supply their power converters cannot be completely covered by the internal combustion engine 2 be distributed.
  • a control unit 8 is signal-connected both to the internal combustion engine 2 and to the hydraulic machines 4 , 6 via a CAN bus 10 .
  • FIG. 4 shows a more detailed diagram of the control unit 8 according to FIG.
  • a torque determination device 14 for the model-based determination of a limit torque MMCII Grenz that can be provided by the internal combustion engine 2 is included.
  • the limit torque MMCII Grenz goes into an overload protection device 16, which is optional in the exemplary embodiment shown, and can be further reduced there to a reduced limit torque MMCII donnered, so that the permissible speed reduction Aniim remains even more reliably undershot.
  • the control unit 8 has a power manager 20 in order to distribute the reduced limit torque MMÜI Grenz red determined by means of the torque determination device 14 and the overload protection device 16 to the power users 4 , 6 . Without the aforementioned, optional overload protection device 16, the power manager 20 would have the limit torque MMCII limit as an input variable.
  • FIG. 3 shows the structure of the torque determination device 14 in detail.
  • Inputs are at least the current values of the speed n a kt, the torque Makt and the operating temperature cycle of the internal combustion engine 2, as well as the current percentage torque Makt, reference torque Mpe f and provided by the CAN bus 10 in accordance with the network protocol SAE J193 the percent load at the current speed lact.
  • the Makt and Lakt inputs are smoothed by filters 20, 22, 24, each designed as a PT-1 element in the exemplary embodiment.
  • the torque determination device 14 has two sections or partial models 26, 28.
  • a first partial model 26 is used to calculate the currently theoretically maximum usable drive torque Makt th max nutz, based on the aforementioned, using the SAE J1939 network protocol via the CAN bus 10
  • the second partial model 28 is used for the dynamic, model-based determination of a torque MMCII for a minimum, approx. 50-400 msec, later point in time as a function of the current values n a kt, Makt, Takt.
  • the current torque Makt taken alone or together with the current speed n a kt, represents a measure of the current load on internal combustion engine 2.
  • the two outputs Makt th max nutz and MMCII of sections 26, 28 enter an optionally provided combination device 30 according to FIG. 6, via which a “hybrid torque” Mhyb can be determined from the two.
  • a ramp function of the air system is included in its determination.
  • the input signals Makt th max nutz and MMCII each pass through a filter, in particular PT-1 filter 38, 40, and as a result a derivative 42, 44.
  • the derivative 44 of the input signal MMCII is determined by means of a greater than or equal comparison with a minimum Compared gradient dMMdi min of the input signal MMCII.
  • the derivative 42 of the input signal Makt th max nutz is compared with a minimum gradient dMnutz min of the input signal Makt th max nutz by means of a greater than or equal comparison and with its maximum gradient dMnutz max by means of a less than or equal comparison.
  • the results of the two last-mentioned comparisons are combined with an AND operation and enter into an OR operation with the result of the first-mentioned comparison.
  • the smaller of the two torques Makt th max nutz and MMCII is determined by the combination device 30 .
  • a switch 46 can be used to select the smaller of the two torques Makt th max nutz and MMCII or the available torque MMCII determined on the basis of the model, the gradient resulting from the OR link being applied to the selection. The latter selection is then included in a ramp function 48, the output of which finally forms the hybrid torque Mhyb.
  • the available torque MMCII of the partial model 28 according to FIG. 3, determined on the basis of a model, is a stable signal in all operating states of the drive 1.
  • a variable parameter setting of the PT2 characteristic of the dynamic partial model 18 is also provided for the signal change frequency. Due to differences between the ideal properties of this model and real conditions of an ICE air system of the internal combustion engine 2, such as air volume and temperature, especially in the turbo, the load on the internal combustion engine 2 may be higher than the ICE can handle. In this case, the CAN-based calculation according to the partial model 26 will deliver a lower value Maktth max nutz than the model-based signal MMCII according to the partial model 28.
  • the former also proves to be stable because an operating state of the internal combustion engine 2 does not change as quickly under load changes, as this would affect the speed of the internal combustion engine 2 negatively.
  • the CAN-based signal Makt th max nutz is sufficient as a basis for a pilot control carried out with it.
  • the CAN-based calculation of Makt th max use can result in rapidly changing feedforward signals that would negatively affect the speed of the internal combustion engine 2 .
  • the smallest of the three torques Makt th max nutz, MMCII and Mhyb is preferably selected.
  • the selection is preferably automated.
  • other selection criteria can be provided, in particular as a function of state variables of the drive 1 that can be provided by the CAN bus 10 .
  • the torque MMCII determined based on the model is selected in the selection device 32 in an acceleration phase of the power converters 4, 6, a certain torque reserve results in the ICE. This is intentional, since a stable and even movement speed with maximum possible dynamics is more important than maximum power consumption.
  • the torque selected in the selection device 32 goes into an optional summation device 34 in the exemplary embodiment according to FIG Flywheel mass model of the internal combustion engine 2 calculated torque are taken into account to finally calculate the model-based limit torque MMCII limit.
  • FIG. 4 shows a map valid for stationary operating states of a first currently maximum permitted torque MMCII stat akt max 1 as a function of the current speed n a kt and the current torque Makt (dimensionless) transmitted according to J1939.
  • the first currently maximum permitted MMCII stat act max 1 torque determined from the characteristics map is entered into the dynamic sub-model 18, from which the torque MMCII dyn that can be provided in the future is calculated by means of a ramp limitation and a second-order delay.
  • the term “in the future” is based in particular on the positioning times of the power converters 4, 6, which are in particular in the range from about 50 to 400 msec.
  • the first currently permitted torque MMdi stat akt max i, ti is determined as a function of the current speed n a kt and the current load state Makt in accordance with J1939/SPN513 using the characteristics map stored in control unit 8 according to FIG.
  • the torque MMdi stat akt max i, ti represents the input into the dynamic sub-model 18 at the time ti.
  • the time profile of the future is dependent on the input signal MMdi stat akt max 1 available torque MMCII dyn, n determined for times after ti. It is easy to see that the torque MI I dyn,ti that can be provided in the future is the first currently permitted torque MMdistataktmaxi.
  • ti approaches with a PT-2 characteristic and is therefore smaller than the first currently permitted torque MMdistataktmaxi for all points in time before this approach. ti.
  • the input signal MMdistataktmaxi, t2 and, depending on this, the torque Mividi dyn, t2, which can be provided in the future, are recalculated on the basis of updated values of the current speed n a kt and the current load state Makt in accordance with J1939/SPN513, and so on.
  • the course Mivididyn results overall.
  • This periodically updated determination takes place at predetermined time intervals At caic stored in control unit 8 so that the model-based torque limit MI I dyn can be calculated based on the information from internal combustion engine 2 that is always recorded and transmitted via CAN bus 10 .
  • the larger the time intervals At ca ic are selected the more stair-stepped the resulting Mivididyn characteristic curve becomes.
  • the more frequently the update takes place that is to say the smaller the time intervals At ca ic are and the more frequently new information is available, the smoother the resulting Mivididyn characteristic curve.
  • the calculated torque MMdidyn that can be provided in the future can also optionally be changed, in particular further limited, by further static models Mividistat akts (speed-dependent torque envelope), kmdi statakt2 (temperature-dependent torque factor) and/or a reference torque Mp e f of the internal combustion engine 2 , before it enters the combination device 30 and the selection device 32, as described above.
  • FIG. 7 shows the structure of the overload protection device 16 according to the exemplary embodiment. It is based on the logic of a PI controller, via which the limit torque MI I Grenz determined by the torque determination device 14 according to the previous description can be reduced in such a way that an impermissible negative speed change of the internal combustion engine 2 is avoided.
  • the I controller has different I components/parameters, depending on the sign or direction of the speed change, in order to reduce the limit torque MMCII Grenz to the reduced limit torque MMCII Grenz red without oscillations but with continuous and maximum possible load of the internal combustion engine 2 to ensure.
  • the control unit 8 in its comprehensive configuration according to the invention combines different partial models in order to cover both the dynamic and the static or stationary loading and unloading state of the internal combustion engine 2 .
  • the included control unit of the internal combustion engine 2 has the method according to the invention for overriding the predetermined setpoint speed.
  • a stable and constant limitation of the hydraulic machines, power converters and consumers can be ensured by providing a reference variable for the power limitation, in particular the limit torque MMCII limit or MMCII limit red, in such a way that regulation in the course of the power limitation is largely dispensed with can be.
  • the duration and amount of the control deviation of the speed is limited to a minimum by the described overriding of the setpoint speed.

Abstract

A method is disclosed with a drive (1) with an electronic control unit (3) and an internal combustion engine (2) which can be regulated thereby in accordance with an in particular predefined setpoint rotational speed, and with a hydraulic machine (4) which is coupled in terms of torque to said internal combustion engine (2) and via which at least one hydraulic power converter of the drive can be supplied with pressure medium, wherein a torque of the hydraulic machine can change in a manner which is dependent on a request directed at it and/or a request directed at the power converter, or in a manner which is dependent on a load in particular of the power converter, with the steps: "regulating of the rotational speed in a manner which is dependent on the setpoint rotational speed", via an electronic control unit of the drive, and "detecting of the request and/or load", via an electronic detection unit of the drive. In addition, a drive (1) is disclosed with an electronic control unit (3) and an internal combustion engine (2) which can be regulated thereby in accordance with a setpoint rotational speed, and with a hydraulic machine (4) which is coupled in terms of torque to said internal combustion engine (2) and via which at least one hydraulic power converter of the drive can be supplied with pressure medium, wherein a torque of the hydraulic machine can change in a manner which is dependent on a request directed at it and/or a request directed at the power converter, or changes in a manner which is dependent on a load in particular of the power converter.

Description

Verfahren mit einem Antrieb mit einer Verbrennungskraftmaschine und hydraulischen Leistungswandlern, und Method with a drive with an internal combustion engine and hydraulic power converters, and
Antrieb mit einer Verbrennungskraftmaschine und hydraulischen Leistungswandlern Drive with an internal combustion engine and hydraulic power converters
Beschreibung Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren mit einem Antrieb gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 , sowie einen Antrieb gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9. The invention relates to a method with a drive according to the preamble of patent claim 1 and a drive according to the preamble of patent claim 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. A generic drive has a speed-controlled internal combustion engine and at least one hydraulic machine that can be driven by it and can therefore be operated in pump operation—referred to below as a hydraulic pump. From this, in turn, at least one hydraulic power converter, for example a hydraulic cylinder or a hydraulic machine that can be operated as a hydraulic motor, can be supplied with pressure medium. The drive can, for example, be in the form of a travel drive, work drive or combined travel and work drive, with the internal combustion engine often being in the form of a diesel engine, particularly in the field of mobile work machines. For example, traction motors or hydraulic cylinders of the mobile work machine, or both, can be supplied with pressure medium via the hydraulic pump.
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. Both the load of the power converter or converters and a request directed at them, for example with regard to a target speed or target acceleration, result in a target torque of the hydraulic pump coupled to the internal combustion engine. Likewise, a request directed directly at the hydraulic pump, for example the adjustment of its delivery volume, results in a target torque. The target torque of the hydraulic pump is to be provided by the internal combustion engine as an internal torque, with simultaneous regulation to a predetermined target speed. Current state-of-the-art Tier4 / Euro5 internal combustion engines (ICE) used in mobile work machines often do not offer an interface for direct torque control. Instead, an internal torque of the internal combustion engine follows as part of a speed control. If, for example, the load pressure in the hydraulic circuit increases due to an increased load on the power converter or a demand on it, the torque of the hydraulic pump increases. If the injection of the internal combustion engine is still the same, its actual speed falls below the predetermined target speed. Only when this control deviation is recorded and reported to the control unit is more fuel injected into the combustion system and the boost pressure and, as a result, the internal torque increase.
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. The disadvantage here is that the change in the internal torque first requires the control deviation of the speed before it can be increased or decreased by the increased injection. However, this occurs with a delay because, for example, manipulated variables in the hydraulic system react to the request with a delay. As a result, the internal torque follows the demand or load electronically recorded in real time. As a result, when the demand/load increases rapidly, the speed can be undesirably reduced and the internal combustion engine can stall. Conversely, an abrupt drop in load or demand can lead to an undesired overspeed of the internal combustion engine.
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. According to the prior art, the undesired pressure can be counteracted by limiting the power, in particular the torque, of the hydraulic machine and the power converter supplied with pressure medium by it.
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. In order to limit the power of such drives with an internal combustion engine as the primary power source, the prior art knows a purely speed-based limitation, with the actual speed of the internal combustion engine being compared with the target speed and based on the difference or ratio of the two, the manipulated variables of the power converters, respectively - buyers, are limited. A disadvantage of this solution is a tendency to oscillate, since such a pure regulation is carried out without any pilot control component.
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 LeistungswandlerZ-abnehmer verwendet wird. Another solution uses the determination of a maximum possible torque of the internal combustion engine as a function of the setpoint speed, with this maximum possible torque being used as a reference variable for the power limitation of the power converter Z consumers.
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. The disadvantage is that the torque envelope curve used for the determination only applies to a steady to quasi-steady state of the internal combustion engine, but not to more dynamic load changes when the internal combustion engine is loaded relatively quickly, for example with low power consumption. Therefore, the reference to the aforementioned speed-based limitation is still necessary for power limitation.
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. A further possibility is the calculation of the currently theoretically maximum usable drive torque of the internal combustion engine, for example based on information from the internal combustion engine that is available by means of the network protocol SAE J1939 via the CAN bus. In particular, these are: the current percent torque, the reference torque and the percent load at the current speed.
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. Although this solution is also suitable for dynamic load changes, the signal quality of the information is often insufficient. This method can either not be used at all or only with additional and complex processing of the determined reference variable (limited torque). Special algorithms used here have proven to be partially unstable.
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. In contrast, the invention is based on the object of creating a method for controlling an internal combustion engine of a drive, which allows a shorter duration or level of the control deviation on the internal combustion engine when there are changes in the requirements or loads of the drive. In addition, there is Task is to create a drive that responds to changes in requirements or loads with a shorter duration or level of deviation of the internal combustion engine.
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. The first task is solved by a method with the features of patent claim 1, the second by a drive with the features of patent claim 9.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Patentansprüchen beschrieben. Advantageous developments of the invention are described in the respective dependent patent claims.
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. A method is provided with a drive, in particular with the drive of a mobile working machine. The drive has an electronic control unit and an internal combustion engine that can be controlled via this as a function of a particularly predetermined setpoint speed. The internal combustion engine is designed as a diesel engine, for example. At least one hydraulic machine, hereinafter referred to as hydraulic pump, is torque-coupled to this, via which at least one hydraulic power converter of the drive can be supplied with pressure medium in the open or closed hydraulic circuit. The at least one hydraulic pump can be designed with a constant or adjustable displacement volume. The at least one power converter can be designed in a translatory manner—for example as a hydraulic cylinder—or in a rotary manner—for example as a hydraulic machine, in particular a hydraulic motor. It too can be designed with a constant or adjustable displacement volume. The hydraulic pump, the hydraulic motor can be designed, for example, as an axial piston machine with a swash plate or bent axis design. A torque of the hydraulic machine can change depending on a request directed at the hydraulic machine - for example a request signal that results in an adjustment of its displacement volume - or the torque changes depending on a request directed at the power converter or because its load changes. In order to maintain a target speed of the internal combustion engine, in particular a predetermined one, despite possible changes in the requirement(s) or load(s), the method has a step of "regulating the speed in Dependence on the target speed”, via the electronic control unit. In addition, there is a step “detection of the request and/or the load”, in particular via an electronic detection unit of the drive.
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). According to the invention, the method has a step “determining a target deviation of the speed from the target speed”. The target deviation is determined as a function of the electronically recorded requirement(s) and/or load(s) (hereinafter, for reasons of clarity, requirement/load).
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. In other words, a new, preferably temporary, target speed that deviates from the predetermined target speed is determined, which then goes into controlling the speed. According to the invention, use is made of the fact that in the generic drive between the electronic detection of the request/load and the detection of the resulting speed change (depression with increasing request/load, overspeeding with decreasing request/load) there can be a dead time, which results in the sluggish behavior of hydraulic actuators is justified. Due to the setpoint speed changed according to the invention in real time with the detected requirement/load and the associated modified injection, the internal torque of the internal combustion engine is prepared earlier for the detected and thus upcoming requirement/load by a period of time corresponding to the dead time. Thus, according to the invention, the duration of the control deviation and its amount can be influenced.
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. In a further development, the setpoint deviation is determined in such a way that the amount and/or duration of a control deviation that occurs when the speed is controlled as a function of the sum of the setpoint speed and the setpoint deviation is/are less than if the speed is controlled as a function of the setpoint speed alone - i.e. without setpoint deviation. In this way, the duration of the control deviation and its amount can be reduced in an even more targeted manner.
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. The setpoint deviation is preferably determined with a sign and has, for example, a positive sign when the requirement/load increases, whereas it has a negative sign when the requirement/load falls. The sum of the target speed and the target deviation is therefore greater than the predetermined target speed when the requirement/load increases. Thus, the speed depression caused by the load or demand is mitigated and its duration is reduced. On the other hand, if the requirement/load falls, the sum of the setpoint speed and setpoint deviation is less than the predetermined setpoint speed. In this way, the speed over-revving caused by the decreasing load or demand is mitigated and its duration is reduced.
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. The demand on the hydraulic machine can be, for example, a target displacement volume, a target pressure medium volume flow or a target torque. The request to the power converter or converters can be a respective target speed, a target acceleration or a target torque. Wherein the load is a mass to be held, a mass to be accelerated, a change in a driving surface such as a change in inclination, or a load pressure, or the like.
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. In order to prevent the influence of signal noise and a target deviation that is incorrectly or unnecessarily determined based thereon, the method has a step “filtering a request signal and/or load signal” in a further development.
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. In a further development of the method, the new, preferably temporary target speed is included in the regulation by a step “overriding the predetermined target speed with the sum of the predetermined target speed and target deviation”.
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. The predetermined set speed must not be overridden in the event of an oscillating demand or load signal or if the changes in the demand or load signal are too small. A measure of a possible oscillation is a comparatively steep rise and fall of the detected signal, in particular when the amplitude or deflection of the respective signal is comparatively small at the same time. In a further development of the method, a step "determining a deflection and/or a gradient of the requirement and/or load, or of the respective signal”. For the reasons mentioned, this determination is also preferably carried out on the basis of the filtered signal(s) of the request and/or load.
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. Based on this, according to a development of the method, a step “comparing the deflection and/or the gradient of the requirement and/or load with a respective reference” can take place. The reference for the gradient is preferably stored in the electronic control unit as a rate of increase parameter, each individually for a positive deflection and for a negative deflection, in a predetermined manner and can preferably be set individually, for example for a particular machine type.
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. If the deflection detected is smaller than its reference and/or the gradient is steeper than its reference, it is assumed that the signal in question is oscillating and at least one of the steps “waiver of determination of the target deviation”, “suppression of the Oversteering", "setting the target deviation to zero" or "regulating the speed solely as a function of the predetermined target speed" or the like is carried out.
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. If, on the other hand, the deflection is greater and/or the gradient is flatter than the relevant reference, it can be assumed that there is no oscillating signal. The aforementioned step "overriding the target speed with the sum of the target speed and the target deviation" is then carried out.
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“. Not only the target deviation, but also its development over time influences the control deviation and its duration. In a further development of the method, a step “determining the setpoint deviation and/or its gradient as a function of the deflection and/or the gradient of the requirement and/or load” therefore takes place.
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-Zlastabhängig 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. In a development of the method, the setpoint deviation can be limited via the control device, preferably by means of saturation, so that excessive deviations in the actual speed can be avoided, which the operating personnel can perceive as a disruptive overspeed or underspeed. In order to avoid excessively high totals from the predetermined speed and the target deviation determined as a function of the requirement and load, which are based on requirements that cannot be realized, in particular target torque requirements, the method has a step in a further development: “determining a minimum from an available power, in particular an available torque of the internal combustion engine and the performance, in particular torque requirement”. The step “determining the target deviation from the particularly predetermined target speed” then takes place as a function of the determined minimum.
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. If the requirement is a target power or a target torque, a limitation can be carried out by a step “Limiting the power requirement or torque requirement by limiting the target torque to a limit torque”. The limit torque can preferably be determined on the basis of a model.
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. For this purpose, in one development, at least one static or dynamic or at least partially dynamic model of the internal combustion engine is set up in the control unit, via which a target torque currently requested for the at least one hydraulic machine or the at least one power converter can be limited to a limit torque. The setpoint torque can be requested, for example, by an operator, for example by deflecting an operating element of the drive (joystick), or by a machine controller.
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. The model can have a dynamic partial model of the internal combustion engine, via which the internal torque that can be provided by the internal combustion engine at a future point in time, i.e. a minimally later than the current point in time, can be determined at least as a function of the actual speed and the load on the internal combustion engine. The specified limit torque can then in turn be determined as a function of this.
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. This model-based depiction of the dynamic development of the internal torque of the internal combustion engine ensures the utilization of the maximum possible power at the desired target speed, without undesired ones RPM dips. This is particularly advantageous for the above-mentioned diesel engines from Tier 4 interim upwards, as these often have only a small torque reserve and strict specifications regarding the permitted speed reduction, which means that precise and stable power limitation of the hydraulic machine and/or the power converter or power consumer is required .
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. In one development, the limit torque can be determined via the control unit as a reference variable for limiting the power consumption of the hydraulic machine or of the power converter(s). Alternatively, such a command variable can be determined from the limit torque via the control unit. In particular, this is the case when several hydraulic machines are driven or several power converters are supplied with pressure medium by the hydraulic machine or machines. The limit torque determined must then first be “distributed” to the hydraulic machines and/or power converters via the control unit, i.e. an individual limit torque is determined for each hydraulic machine or per power converter. Depending on the respective command variable, the respective hydraulic machine/the respective power converter can then be controlled, in particular pilot-controlled, in order to limit its power consumption. A control of the power consumption of the relevant hydraulic machine/the relevant power converter can be minimized or even superfluous by such a pre-control.
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. For the specific control of the relevant hydraulic machine/the relevant power converter, in one development, a setpoint value of a manipulated variable of the relevant hydraulic machine/the relevant power converter can be determined via the control unit, on which its torque depends. In the case of a volume-adjustable hydraulic machine or a power converter designed in this way, such a manipulated variable is, for example, the displacement volume.
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 a further development, the control unit has a first static, stationary or quasi-stationary partial model, in particular a characteristic map, via which a first currently maximum permitted torque can be determined, in particular as a function of at least the current speed and load, in particular the current internal torque of the internal combustion engine. In a further development, the torque that can be provided in the future can be determined via the dynamic partial model as a function of the first currently maximum permitted torque.
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. In a preferred development, the torque that can be provided in the future can be determined via the dynamic partial model as a function of the first currently maximum permitted torque by means of a delay element of the nth order, in particular of the second order. Dynamic ramp limitation is preferably provided.
Vorzugsweise ist Eingangssignalen der jeweiligen Modelle eine Glättung, insbesondere ein Filter, insbesondere mit PT-1 Charakteristik vorgeschaltet. Preferably, input signals of the respective models are preceded by smoothing, in particular a filter, in particular with a PT-1 characteristic.
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 one development, the dynamic sub-model has at least one input that can be updated periodically or recurringly via the control unit, it being possible to determine the torque that can be provided in the future, in particular at the same interval, so that it can be updated. The first currently maximum permitted torque is preferably present at this input.
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 a preferred development, the first currently maximum permitted torque can be updated periodically or recurringly via the control unit, preferably with the same period or at the same update times as the input of the dynamic partial model.
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 a further development, the mentioned delay is changeable or variable, in particular from a current point in time to a future point in time or from one update to the next.
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 one development, the model has a second static partial model of a second currently maximum permitted torque of the internal combustion engine as a function of a current temperature, a third static partial model, in particular a torque envelope, of a third maximum permitted Torque of the internal combustion engine depending on the current speed, and / or a reference torque of the internal combustion engine, depending on which or which the future torque can be limited to the limit torque.
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 a development, a currently theoretically maximum usable drive torque of the internal combustion engine can be determined via the control unit as a function of information from the internal combustion engine that can be made available in particular via CAN bus/J1939.
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 one development, a combination device is provided, via which a hybrid torque can be determined as a function of the limited or unlimited torque that can be provided in the future and the currently theoretically maximum usable drive torque.
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 one development, a selection device is provided, via which the limited or unlimited torque that can be provided in the future, the currently theoretically maximum usable drive torque and the hybrid torque can be individually selected, with the limit torque being able to be determined depending on the selection.
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 one development, a summation device is provided, via which a sum can be formed from the selection and a requestable or deliverable torque of at least one secondary power converter and/or a torque of a flywheel mass model of the internal combustion engine.
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. In a further development, an overload protection device is provided for the internal combustion engine, via which the limit torque can be reduced to a reduced limit torque in such a way that the permissible pressure is not reached.
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. Preferably, the overload protection device has a PI controller and the permissible pressure of the internal combustion engine is in each case separately for a P Controller portion and for an I controller portion of the PI controller, depending on a target speed of the internal combustion engine available.
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 a further development, the PI controller can be activated or deactivated depending on the current load, in particular the current torque of the internal combustion engine, so that an initial load on the internal combustion engine is possible and the power converters and consumers can be accelerated as dynamically as possible.
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 one development, an I controller component of the PI controller has control parameters that are dependent on a gradient of the current speed or that can be set. Depending on the direction of speed change, the different control parameters enable a reduction of the target torque without oscillations, with continuous, maximum possible load on the internal combustion engine.
In einer Weiterbildung ist die Überlastungsschutzeinrichtung bei einer Leerlaufdrehzahl inaktivierbar oder inaktiv und oberhalb einer aktuellen Soll-Drehzahl aktivierbar oder aktiv. In one development, the overload protection device can be deactivated or inactive at an idle speed and can be activated or active above a current target speed.
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. A drive for a mobile working machine has an electronic control unit and an internal combustion engine that can be controlled by this according to a target speed and a hydraulic machine torque-coupled to this, via which at least one hydraulic power converter of the drive can be supplied with pressure medium. A torque of the hydraulic machine can be changed as a function of a request directed at it and/or a request directed at the power converter or changes as a function of a load, in particular of the power converter. In this case, a method, which is designed according to at least one aspect of the preceding description, is stored in the control unit for execution. The control unit is designed according to the invention in such a way that a target deviation of the speed from a target speed stored in a predetermined manner in the control unit as a function of the electronically recorded requirement and/or load can be determined in such a way that an amount and/or a duration of a control deviation when controlling the speed depending on a sum of the predetermined setpoint Speed and the target deviation is lower or are than when controlling the speed solely as a function of the predetermined target speed.
Im Folgenden wird je ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens und Antriebes in Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: In the following, one exemplary embodiment of a method and drive according to the invention is explained in more detail in drawings. Show it:
Figur 1 einen Antrieb gemäß einem Ausführungsbeispiel, Figure 1 shows a drive according to an embodiment,
Figur 2 ein Verfahren zum Steuern des Antriebes gemäß Figur 1 , gemäß einem Ausführungsbeispiel, Figure 2 shows a method for controlling the drive according to Figure 1, according to an embodiment,
Figur 3 ein stark vereinfachtes Block-Schema einer Variante des Antriebes gemäß Figur 1 , FIG. 3 shows a greatly simplified block diagram of a variant of the drive according to FIG.
Figur 4 ein Schema einer Steuereinheit des Antriebes gemäß Figur 1 , FIG. 4 shows a schematic of a control unit of the drive according to FIG. 1,
Figur 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, Figur 6 ein statisches Eingangsmodell des dynamischen Modells gemäß Figur 3, Figur 7 ein Diagramm eines zukünftig von der Verbrennungskraftmaschine bereitstellbaren Drehmoments in Abhängigkeit eines aktuell erlaubten Drehmoments der Verbrennungskraftmaschine, Figure 5 shows a diagram of a model stored in the control unit for determining a torque limit of the internal combustion engine as a reference variable for the driven hydraulic machine or the power converters supplied with pressure medium, Figure 6 a static input model of the dynamic model according to Figure 3, Figure 7 a diagram of one that can be provided by the internal combustion engine in the future Torque depending on a currently permitted torque of the internal combustion engine,
Figur 8 eine Kombinationslogik zur Verrechnung statischer und dynamischer Teilmodelle, FIG. 8 a combination logic for calculating static and dynamic partial models,
Figur 9 ein Schema einer Überlastungsschutzeinrichtung der Verbrennungsmaschine, und Figure 9 is a schematic of an overload protection device of the internal combustion engine, and
Figur 10 ein Diagramm mit zeitabhängigen Verläufen von Betriebsgrößen der Verbrennungskraftmaschine und eines als Hydropumpe ausgebildeten Leistungswandlers ohne und mit eingreifender Soll-Drehzahl Übersteuerung. FIG. 10 shows a diagram with time-dependent curves of operating variables of the internal combustion engine and a power converter designed as a hydraulic pump, with and without oversteering the setpoint speed.
Gemäß Figur 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. According to Figure 1, a drive 1 has an internal combustion engine 2 and a hydraulic power converter 4 driven by it and designed as a hydraulic machine with an adjustable displacement volume hydraulic circuit from a tank T can be supplied with pressure medium. Alternatively, the hydraulic circuit can be closed. The internal combustion engine 2 is, for example, a Prime mover of a mobile work machine (not shown) and configured as a diesel engine. The drive shaft of the hydraulic machine 4 is torque-coupled to its drive shaft. In the case of the mobile working machine, the hydraulic machine 4 preferably works in pump operation in order to drive the power converters—hydraulic cylinders or motors—by means of a pressure medium volume flow. Motor operation of the hydraulic machine 4 is also possible, for example when the load on the supplied power converters is reversed, so that recuperation of pressure medium energy is possible. The power converter is supplied with pressure medium via a respective control valve (not shown), preferably via an LS or LUDV control.
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 nNsoii gesteuert. The internal combustion engine 2 is assigned a control unit 3, which is signal-connected to a control unit 8, which is assigned to the hydraulic machine 4 and the power converter (not shown). An injection of the fuel is controlled via the control unit as a function of a setpoint speed nNsoii stored in a predetermined manner.
Die Kraftstoffeinspritzung erfolgt dabei im Zuge der Regelung der Drehzahl n der Verbrennungskraftmaschine 2 in Abhängigkeit der vorbestimmten Soll-Drehzahl nNsoii, der erfassten Ist-Drehzahl nist 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. The fuel is injected as part of the regulation of the speed n of the internal combustion engine 2 as a function of the predetermined setpoint speed nNsoii, the detected actual speed nist and according to the invention as a function of the detected or determined load of the at least one power converter, the detected or determined demand on the at least one power converter and/or the recorded or determined requirement for the at least one hydraulic machine 4. The latter is recorded in the drive, in particular via a recording unit 7 designed as a joystick in the exemplary embodiment.
Figur 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel, dessen Wirkungsweise im Folgenden unter Zusammenschau mit dem Antrieb gemäß Figur 1 und dem Diagramm gemäß Figur 10 erläutert wird. FIG. 2 shows a method according to the invention according to an exemplary embodiment, the mode of operation of which is explained below by looking at it together with the drive according to FIG. 1 and the diagram according to FIG.
Fortwährend erfolgt dabei der Schritt 100 „Erfassen der Anforderung Msoii“. Die Anforderung resultiert im Ausführungsbeispiel aus einer Auslenkung des Joystick 7 gemäß Figur 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 Msoii. 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 . Step 100 “detection of the requirement M so ii” takes place continuously. In the exemplary embodiment, the request results from a deflection of the joystick 7 according to FIG. This deflection is via the control unit 8 as a movement request to one of the hydraulic machine 4 with pressure medium Supplied hydraulic power converter or interpreted at one of the power converter or moving working point (TCP) of the machine. The deflection can, for example, result in the requirement for the hydraulic machine 4 to increase the pressure medium volume flow for supplying pressure medium to the at least one hydraulic power converter by increasing its delivery volume by pivoting out. The torque of the hydraulic machine increases to a target torque M so ii in proportion to the increased delivery volume. The latter represents the requirement at the level of the internal combustion engine 2 and must be provided by it. In addition, the load is continuously detected by a pressure detection unit (not shown) of the drive 1 .
Ebenfalls fortwährend erfolgt im erfindungsgemäßen Verfahren gemäß Figur 2 der Schritt 102 „Filtern der Anforderung Msoii, insbesondere des Anforderungssignals“. Auf diese Weise wird der Einfluss eines Signalrauschens und einer darauf basierend fehlerhaft oder unnötigerweise ermittelten Soll-Abweichung eliminiert. Step 102 “filtering the request Msoii, in particular the request signal” also takes place continuously in the method according to the invention as shown in FIG. In this way, the influence of signal noise and a setpoint deviation that is incorrectly or unnecessarily determined based thereon is eliminated.
Das gefilterte Anforderungssignal Msoii wird im folgenden Schritt 104 auf seine Auslenkung AMsoii und/oder seine Anstiegsgeschwindigkeit, das heißt seinen zeitlichen Gradienten dMSOii/dt, untersucht. In the following step 104, the filtered request signal Msoii is examined for its deflection AMsoii and/or its rate of rise, ie its time gradient dM SOii /dt.
Die ermittelte Auslenkung AMsoii und/oder der Gradient dMSOii/dt werden dann im Schritt 106 mit einer jeweiligen Referenz AMRSOII und/oder dMpsoii/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 AMsoii kleiner als ihre Referenz AMRSOII und ist gleichzeitig der Gradient dMSOii/dt steiler als dessen Referenz dMRSOii/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 nNsoii gemäß dem Schritt 108. The determined deflection AMsoii and/or the gradient dM SOii /dt are then compared in step 106 with a respective reference AMR SOII and/or dMpsoii/dt, with the aim of preventing the determination of a setpoint deviation if the request signal is oscillating is based on a disturbance rather than on a real requirement. If the deflection AMsoii is smaller than its reference AMR SOII and the gradient dMSOii /dt is steeper than its reference dMRSOii /dt, an oscillating signal is assumed and no setpoint deviation is subsequently determined. Instead, the speed control continues to take place solely as a function of the predetermined speed nNsoii according to step 108.
Umgekehrt, wenn die Auslenkung AMsoii größer ist als ihre Referenz AMRSOII und gleichzeitig der Gradient dMSOii/dt flacher ist als seine Referenz dMRSOii/dt, kann gemäß dem Schritt 110 eine Soll-Abweichung ±AnTsoii zur Soll-Drehzahl nNsoii in Abhängigkeit der elektronisch erfassten Anforderung Msoii 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 nNsoii und der ermittelten Soll-Abweichung ±AnTsoii geringer sind als bei herkömmlichem Regeln der Drehzahl n in Abhängigkeit allein der Soll-Drehzahl nNsoii. Conversely, if the deflection AMsoii is greater than its reference AMR SO II and at the same time the gradient dM SO ii / dt is flatter than its reference dMR SO ii / dt, according to step 110, a setpoint deviation ± AnTsoii to the setpoint speed nNsoii dependent on the electronically recorded requirement M so ii are determined. According to the invention, this determination is made in such a way that the amount and duration of a control deviation when controlling the speed n as a function of a sum of the predetermined setpoint speed nNsoii and the determined setpoint deviation ±AnTsoii are lower than with conventional control of the speed n as a function only the setpoint speed nNsoii.
Auf Basis der ermittelten Soll-Abweichung ±AnTsoii erfolgt im Schritt 112 das Übersteuern der vorbestimmten Soll-Drehzahl nNsoii mit der Summe aus der vorbestimmten Soll-Drehzahl nNsoii und der Soll-Abweichung ±AnTsoii. Die Summe stellt dann die temporär geltende, neue Soll-Drehzahl nSoir dar. Based on the determined setpoint deviation ±AnTsoii, in step 112 the predetermined setpoint speed nNsoii is overridden with the sum of the predetermined setpoint speed nNsoii and the setpoint deviation ±AnTsoii. The sum then represents the temporary, new target speed n S oir.
Die Regelung der Drehzahl n erfolgt dann im Schritt 108‘, immer noch in Abhängigkeit der vorbestimmten Drehzahl nNsoii, welche allerdings erfindungsgemäß um die Soll- Abweichung ±AnTsoii verändert ist. The speed n is then controlled in step 108', still as a function of the predetermined speed nNsoii, which, however, according to the invention is changed by the desired deviation ±AnTsoii.
Figur 10 links zeigt den Verlauf der aktuellen Drehzahl nakt oder Ist-Drehzahl nist in Abhängigkeit des Anforderungssignals Msoii bei herkömmlich gleichbleibender Soll- Drehzahl nsoii. FIG. 10 on the left shows the course of the current speed n a kt or actual speed nact as a function of the request signal Msoii with a conventionally constant desired speed nsoii .
Figur 10 rechts zeigt hingegen den Verlauf der aktuellen Drehzahl nakt oder Ist-Drehzahl nist in Abhängigkeit des Anforderungssignals Msoii bei erfindungsgemäß übersteuerter Soll-Drehzahl nsoii‘, also bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Figur 2 ab dem Schritt 110. Figure 10 on the right, on the other hand, shows the course of the current speed n a kt or actual speed nact as a function of the request signal Msoii with the setpoint speed n so ii 'overridden according to the invention, i.e. when using the method according to the invention according to Figure 2 from step 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 nNsoii mit der Soll-Abweichung ±AnSOii 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 nakt unter die vorbestimmte Soll-Drehzahl nNsoii. 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 a des als Hydropumpe ausgestalteten Leistungswandlers 4) führt bei herkömmlicher Vorgehensweise - das heißt wenn keine Übersteuerung der vorbestimmten Soll-Drehzahl nNsoii erfolgt - zur gegenüber der Anforderung oder dem Anforderungssprung Msoii verzögerten Leistungsbereitstellung Lakt (vgl. Figur 10 links). The aim of the described target speed override is to reduce the reaction time of the internal combustion engine 2 by preparing it for the upcoming increasing or decreasing load by overriding the target speed nNsoii stored in a predetermined manner in the control unit 3 with the target deviation ±An SO ii becomes. In particular, Tier4/Euro5 Internal Combustion Engines (ICE) only increase their internal torque when an RPM deviation occurs. When the requirement or load increases, the actual or current speed nact or n a kt falls below the predetermined desired speed nNsoii while the injection remains the same. As a result, more fuel is injected into the combustion via the control and the boost pressure and thus the internal torque is increased, which in turn leads to the control deviation of the speed being corrected. Provoking this rotational speed deviation by loading the internal combustion engine 2 through the power consumption of the hydraulic machine 4 (pivoting out the swivel angle a of the power converter 4 designed as a hydraulic pump) leads to the conventional procedure - i.e. if the predetermined setpoint rotational speed nNsoii is not overridden - compared to the request or the requirement jump M so ii delayed provision of power Lakt (see FIG. 10 left).
Um diese Verzögerung zu verringern oder zu vermeiden, wird mittels dem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß Figur 2 und der Soll-Drehzahl- Übersteuereinrichtung 18 des Steuergerätes 3 gemäß Figur 1 und 4 eine positive Soll- Abweichung +An in Abhängigkeit des Anforderungssprungs Msoii ermittelt, die zur vorbestimmten Soll-Drehzahl nNsoii addiert wird. In order to reduce or avoid this delay, a positive target deviation +An depending on the requirement jump M so ii is determined using the method according to FIG is added to the predetermined setpoint speed nNsoii.
Die Soll-Drehzahl-Übersteuereinrichtung kann anstatt im Steuergerät der Verbrennungskraftmaschine natürlich in einer anderen Steuereinheit des Antriebes angeordnet sein, beispielsweise in der Steuereinheit 8. The setpoint speed override device can, of course, be located in another control unit of the drive, for example in control unit 8, instead of in the control unit of the internal combustion engine.
Die Soll-Drehzahl nS0nwird erfindungsgemäß über ihren normalen/vorbestimmten Betriebswert nNsoii hinaus erhöht (herkömmliche Waagrechte in Figur 10 links vs. Spitze in Figur 10 rechts). Dies erfolgt bereits bevor die angetriebene Hydropumpe 4 auf den Anforderungssprung Msoii mit dem Ausschwenken und damit Anstieg ihres Schwenkwinkels a und Fördervolumens reagiert oder eine andere Komponente im Antrieb 1 beginnt, ihre Leistungsaufnahme von der Verbrennungskraftmaschine 2 zu erhöhen. According to the invention, the setpoint speed n S0 n is increased beyond its normal/predetermined operating value nNsoii (conventional horizontal line in FIG. 10 left vs. peak in FIG. 10 right). This takes place even before the driven hydraulic pump 4 responds to the jump in demand Msoii by swiveling out and thus increasing its swivel angle α and delivery volume, or another component in the drive 1 begins to increase its power consumption from the internal combustion engine 2 .
Der Betrag der positiven Soll-Abweichung +An ist im Ausführungsbeispiel von der Höhe des Anforderungssprungs also der Höhe des angeforderten Drehmoments Msoii abhängig (erste Ableitung des Gesamtdrehmomentbedarfs der direkt von der Verbrennungskraftmaschine 2 angetriebenen Hydromaschine 4). Über die Sol I- Drehzahl-Übersteuereinrichtung 18 wird die positive Soll-Abweichung +An ermittelt und zur vorbestimmten Soll-Drehzahl ANSOII addiert. Mit der so ermittelten neuen Soll- Drehzahl risoir wird die vorbestimmte Soll-Drehzahl riNsoii temporär übersteuert. In the exemplary embodiment, the amount of the positive target deviation +An is dependent on the magnitude of the step in the requirement, ie the magnitude of the requested torque Msoii (first derivation of the total torque requirement of the hydraulic machine 4 driven directly by the internal combustion engine 2). The positive target deviation +An is determined and added to the predetermined target speed ANSOII. The predetermined desired speed riNsoii is temporarily overridden with the new desired speed risoir determined in this way.
Um eine Soll-Abweichungen +An 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 Msoii gewählt. In order to avoid a setpoint deviation +An, which is based on a requirement that cannot be realized or a requirement jump that cannot be realized, a minimum of the available torque of the internal combustion engine 2 and the requested torque M so ii can be selected.
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 Figuren 4 bis 9 beschriebene Grenz-Drehmoment MMCII Grenz oder MMCII Grenz red als Führungsgröße begrenzt werden. If the torque requirement is greater than the available torque, a volume flow requirement directed to the hydraulic machines 4 can be applied to the limit torque MMCII Grenz or MMCII described in Figures 4 to 9, in particular via the control unit 8, in particular via the power manager 20 Limit red can be limited as a reference variable.
Um eine stabile positive Soll-Abweichung +An zu gewährleisten, kann die in die Soll- Drehzahl-Übersteuereinrichtung 18 eingehende Anforderung gefiltert werden. In order to ensure a stable, positive setpoint deviation +An, the request coming into the setpoint speed override device 18 can be filtered.
Um eine Anpassungsfähigkeit der Funktion an andere Verbrennungskraftmaschinen mit unterschiedlicher Dynamik eines Luftaufladungssystems zu gewährleisten, ist vorzugsweise ein Skalierungsfaktor als P-Anteil vorgesehen. In order to ensure that the function can be adapted to other internal combustion engines with different dynamics of an air charging system, a scaling factor is preferably provided as a P component.
Figur 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. Figur 4 zeigt ein detaillierteres Schema der Steuereinheit 8 gemäß Figur 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 Grenz- Drehmoments MMCII Grenz beinhaltet. FIG. 3 shows a simplified block diagram of the drive 1, several hydraulic machines 4, 6 now being driven by the internal combustion engine 2, that is to say being torque-coupled to it. The drive power of the internal combustion engine 2 can be transferred to the drive shafts of the hydraulic machines 4, 6 via a power manager of the drive 1, particularly in the event of undersupply, when the power required or requested by the hydraulic machines 4, 6 to supply their power converters cannot be completely covered by the internal combustion engine 2 be distributed. For this purpose, a control unit 8 is signal-connected both to the internal combustion engine 2 and to the hydraulic machines 4 , 6 via a CAN bus 10 . FIG. 4 shows a more detailed diagram of the control unit 8 according to FIG. 1, which is connected to the CAN bus 10 on the one hand and to further machine control functions 12 on the other hand. In order to avoid overloading and in particular to prevent the internal combustion engine 2 from "stalling" when the power consumption or demand of the power converters 4, 6 increases sharply, a torque determination device 14 for the model-based determination of a limit torque MMCII Grenz that can be provided by the internal combustion engine 2 is included.
Das Grenz-Drehmoment MMCII Grenz geht gemäß Figur 2 in eine im gezeigten Ausführungsbeispiel optionale Überlastungsschutzeinrichtung 16 ein und kann dort weiter auf ein reduziertes Grenz-Drehmoment MMCII Grenz red abgesenkt werden, sodass eine zulässige Drehzahl-Drückung Aniim noch sicherer unterschritten bleibt. According to FIG. 2, the limit torque MMCII Grenz goes into an overload protection device 16, which is optional in the exemplary embodiment shown, and can be further reduced there to a reduced limit torque MMCII Grenzred, so that the permissible speed reduction Aniim remains even more reliably undershot.
Die Steuereinheit 8 hat einen Leistungsmanager 20, um das mittels der Drehmomentermittlungseinrichtung 14 und der Überlastungsschutzeinrichtung 16 ermittelte, reduzierte Grenz-Drehmoment MMÜI Grenz red auf die Leistungsteilnehmer 4, 6 zu distribuieren. Ohne die zuvor erwähnte, optionale Überlastungsschutzeinrichtung 16 würde am Leistungsmanager 20 das Grenz-Drehmoment MMCII Grenz als Eingangsgröße anstehen. The control unit 8 has a power manager 20 in order to distribute the reduced limit torque MMÜI Grenz red determined by means of the torque determination device 14 and the overload protection device 16 to the power users 4 , 6 . Without the aforementioned, optional overload protection device 16, the power manager 20 would have the limit torque MMCII limit as an input variable.
Figur 3 zeigt den Aufbau der Drehmomentermittlungseinrichtung 14 im Detail. Eingänge sind dabei zumindest die aktuellen Werte der Drehzahl nakt, des Drehmoments Makt und der Betriebstemperatur Takt der Verbrennungskraftmaschine 2, sowie das gemäß Netzwerkprotokoll SAE J193 vom CAN-Bus 10 bereitgestellte, aktuelle Prozent- Drehmoment Makt, Referenz-Drehmoment Mpef und die Prozent-Last bei aktueller Drehzahl Lakt. Über im Ausführungsbeispiel jeweils als PT-1 Glied ausgebildete Filter 20, 22, 24 werden dabei die Eingänge Makt und Lakt geglättet. FIG. 3 shows the structure of the torque determination device 14 in detail. Inputs are at least the current values of the speed n a kt, the torque Makt and the operating temperature cycle of the internal combustion engine 2, as well as the current percentage torque Makt, reference torque Mpe f and provided by the CAN bus 10 in accordance with the network protocol SAE J193 the percent load at the current speed lact. The Makt and Lakt inputs are smoothed by filters 20, 22, 24, each designed as a PT-1 element in the exemplary embodiment.
Eingangsseitig weist die Drehmomentermittlungseinrichtung 14 zwei Abschnitte oder Teilmodelle 26, 28 auf. Ein erstes Teilmodell 26 dient gemäß Figur 3 der Berechnung des aktuell theoretisch maximal nutzbaren Antriebsmomentes Makt 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 MMCII für einen minimal, ca. 50 - 400 msec, späteren Zeitpunkt in Abhängigkeit der aktuellen Werte nakt, Makt, Takt. Das aktuelle Drehmoment Makt stellt dabei für sich alleine genommen oder zusammen mit der aktuellen Drehzahl nakt ein Maß für die aktuelle Belastung der Verbrennungskraftmaschine 2 dar. On the input side, the torque determination device 14 has two sections or partial models 26, 28. According to FIG. 3, a first partial model 26 is used to calculate the currently theoretically maximum usable drive torque Makt th max nutz, based on the aforementioned, using the SAE J1939 network protocol via the CAN bus 10 The second partial model 28 is used for the dynamic, model-based determination of a torque MMCII for a minimum, approx. 50-400 msec, later point in time as a function of the current values n a kt, Makt, Takt. The current torque Makt, taken alone or together with the current speed n a kt, represents a measure of the current load on internal combustion engine 2.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 gehen die beiden Ausgänge Makt th max nutz Und MMCII der Abschnitte 26, 28 in eine optional vorgesehene Kombinationseinrichtung 30 gemäß Figur 6 ein, über die aus beiden ein „Hybrid-Drehmoment“ Mhyb ermittelbar ist. In dessen Ermittlung geht insbesondere eine Rampenfunktion des Luftsystems ein. Die Eingangssignale Makt th max nutz und MMCII durchlaufen dabei jeweils einen Filter, insbesondere PT-1 -Filter 38, 40, und in Folge eine Ableitung 42, 44. Die Ableitung 44 des Eingangssignals MMCII wird mittels einem größer-gleich-Vergleich mit einem minimalen Gradienten dMMdi min des Eingangssignals MMCII verglichen. Die Ableitung 42 des Eingangssignals Makt th max nutz wird mittels einem größer-gleich-Vergleich mit einem minimalen Gradienten dMnutz min des Eingangssignals Makt th max nutz und mittels einem kleiner-gleich-Vergleich mit dessen maximalem Gradienten dMnutz max verglichen. In the exemplary embodiment according to FIG. 3, the two outputs Makt th max nutz and MMCII of sections 26, 28 enter an optionally provided combination device 30 according to FIG. 6, via which a “hybrid torque” Mhyb can be determined from the two. In particular, a ramp function of the air system is included in its determination. The input signals Makt th max nutz and MMCII each pass through a filter, in particular PT-1 filter 38, 40, and as a result a derivative 42, 44. The derivative 44 of the input signal MMCII is determined by means of a greater than or equal comparison with a minimum Compared gradient dMMdi min of the input signal MMCII. The derivative 42 of the input signal Makt th max nutz is compared with a minimum gradient dMnutz min of the input signal Makt th max nutz by means of a greater than or equal comparison and with its maximum gradient dMnutz max by means of a less than or equal comparison.
Die Ergebnisse der beiden letztgenannten Vergleiche werden gemäß Figur 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 Makt th max nutz und MMCII von der Kombinationseinrichtung 30 ermittelt. Über einen Schalter 46 kann in Folge das als kleiner ermittelte der beiden Drehmomente Makt th max nutz und MMCII oder das modellbasiert ermittelte, verfügbare Drehmoment MMCII 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 Mhyb bildet. According to FIG. 6, the results of the two last-mentioned comparisons are combined with an AND operation and enter into an OR operation with the result of the first-mentioned comparison. In parallel with this, the smaller of the two torques Makt th max nutz and MMCII is determined by the combination device 30 . A switch 46 can be used to select the smaller of the two torques Makt th max nutz and MMCII or the available torque MMCII determined on the basis of the model, the gradient resulting from the OR link being applied to the selection. The latter selection is then included in a ramp function 48, the output of which finally forms the hybrid torque Mhyb.
Grundlegend ist das modellbasiert ermittelte, verfügbare Drehmoment MMCII des Teilmodells 28 gemäß Figur 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 Maktth max nutz liefern, als das modellbasierte Signal MMCII 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 Makt 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 Makt th max nutz ZU schnell wechselnden Vorsteuerungssignalen führen, die die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 2 negativ beeinflussen würden. The available torque MMCII of the partial model 28 according to FIG. 3, determined on the basis of a model, is a stable signal in all operating states of the drive 1. For the cases lower and on the other hand higher and maximum A variable parameter setting of the PT2 characteristic of the dynamic partial model 18 is also provided for the signal change frequency. Due to differences between the ideal properties of this model and real conditions of an ICE air system of the internal combustion engine 2, such as air volume and temperature, especially in the turbo, the load on the internal combustion engine 2 may be higher than the ICE can handle. In this case, the CAN-based calculation according to the partial model 26 will deliver a lower value Maktth max nutz than the model-based signal MMCII according to the partial model 28. The former also proves to be stable because an operating state of the internal combustion engine 2 does not change as quickly under load changes, as this would affect the speed of the internal combustion engine 2 negatively. In this case, the CAN-based signal Makt th max nutz is sufficient as a basis for a pilot control carried out with it. In other cases, when the internal combustion engine 2 has a certain reserve, the CAN-based calculation of Makt th max use can result in rapidly changing feedforward signals that would negatively affect the speed of the internal combustion engine 2 .
Um auf diese unterschiedlichen Startbedingungen flexibel reagieren zu können, gehen die beiden Drehmomente Makt th max nutz und MMCII, sowie das daraus über die Kombinationseinrichtung 30 gemäß Figur 6 gebildete Hybrid-Drehmoment Mhyb als Eingangssignale in eine Auswahleinrichtung 32 ein. Hierbei findet vorzugsweise eine Auswahl des kleinsten der drei Drehmomente Makt th max nutz, MMCII und Mhyb 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. In order to be able to react flexibly to these different starting conditions, the two torques Makt th max nutz and MMCII, as well as the hybrid torque Mhyb formed therefrom via the combination device 30 according to FIG. In this case, the smallest of the three torques Makt th max nutz, MMCII and Mhyb is preferably selected. The selection is preferably automated. Alternatively or additionally, other selection criteria can be provided, in particular as a function of state variables of the drive 1 that can be provided by the CAN bus 10 .
Wird in der Auswahleinrichtung 32 das modellbasiert ermittelte Drehmoment MMCII 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 Makt th max nutz, MMCII oder Mttyb, geht in eine im Ausführungsbeispiel optionale Summationseinrichtung 34 gemäß Figur 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 MMCII Grenz zu errechnen. If the torque MMCII determined based on the model is selected in the selection device 32 in an acceleration phase of the power converters 4, 6, a certain torque reserve results in the ICE. This is intentional, since a stable and even movement speed with maximum possible dynamics is more important than maximum power consumption. The torque selected in the selection device 32, whether it is Makt th max nutz, MMCII or Mttyb, goes into an optional summation device 34 in the exemplary embodiment according to FIG Flywheel mass model of the internal combustion engine 2 calculated torque are taken into account to finally calculate the model-based limit torque MMCII limit.
Figur 4 zeigt ein für stationäre Betriebszustände gültiges Kennfeld eines ersten aktuell maximal erlaubten Drehmoments MMCII stat akt max 1 in Abhängigkeit der aktuellen Drehzahl nakt und des nach J1939 übermittelten, aktuellen Drehmoments Makt (dimensionslos). Das aus dem Kennfeld ermittelte, erste aktuell maximal erlaubte MMCII stat akt max 1 Drehmoment geht ins dynamische Teilmodell 18 ein, woraus das zukünftig bereitstellbares Drehmoment MMCII 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. FIG. 4 shows a map valid for stationary operating states of a first currently maximum permitted torque MMCII stat akt max 1 as a function of the current speed n a kt and the current torque Makt (dimensionless) transmitted according to J1939. The first currently maximum permitted MMCII stat act max 1 torque determined from the characteristics map is entered into the dynamic sub-model 18, from which the torque MMCII dyn that can be provided in the future is calculated by means of a ramp limitation and a second-order delay. The term “in the future” is based in particular on the positioning times of the power converters 4, 6, which are in particular in the range from about 50 to 400 msec.
Das Diagramm gemäß Figur 5 zeigt die periodische, fortlaufend aktualisierte Berechnung des von der Verbrennungskraftmaschine 2 zukünftig bereitstellbaren Drehmoments MMdi dyn in Abhängigkeit des ersten aktuell erlaubten Drehmoments MMdi 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 Maktsoii im Diagramm eingetragen. Die Berechnung des zukünftig bereitstellbaren Drehmoments MMdi dyn erfolgt jedoch unabhängig davon. The diagram according to FIG for the power converters 4, 6 requested setpoint torque Maktsoii entered in the diagram. However, the torque MMdi dyn that can be provided in the future is calculated independently of this.
Zu einem Zeitpunkt ti wird mittels dem in der Steuereinheit 8 abgelegten Kennfeld gemäß Figur 4 das erste aktuell erlaubte Drehmoment MMdi stat akt max i, ti in Abhängigkeit der aktuellen Drehzahl nakt und des aktuellen Belastungszustandes Makt gemäß J1939/SPN513 ermittelt. At a point in time ti, the first currently permitted torque MMdi stat akt max i, ti is determined as a function of the current speed n a kt and the current load state Makt in accordance with J1939/SPN513 using the characteristics map stored in control unit 8 according to FIG.
Das Drehmoment MMdi stat akt max i, ti stellt zum Zeitpunkt ti den Eingang ins dynamische Teilmodell 18 dar. Mittels dessen PT-2 Charakteristik und einer Rampenlimitierung wird in Abhängigkeit des Eingangssignals MMdi stat akt max 1 der zeitliche Verlauf des zukünftig bereitstellbaren Drehmoments MMCII dyn, n für Zeitpunkte nach ti ermittelt. Gut zu erkenn ist dabei, dass sich das zukünftig bereitstellbare Drehmoment MI I dyn, ti dem ersten aktuell erlaubten Drehmoment MMdistataktmaxi. ti mit einer PT-2 Charakteristik annähert und damit für alle Zeitpunkte vor dieser Annäherung kleiner ist als das erste aktuell erlaubte Drehmoment MMdistataktmaxi. ti. Zum Zeitpunkt t2 erfolgt auf Basis aktualisierter Werte der aktuellen Drehzahl nakt und des aktuellen Belastungszustandes Makt gemäß J1939/SPN513 die Neuberechnung des Eingangssignals MMdistataktmaxi, t2 und in Abhängigkeit davon des zukünftig bereitstellbaren Drehmoments Mividi dyn, t2, und so weiter. Über die Zeit (ti bis tn) ergibt sich gesamthaft der Verlauf Mivididyn. The torque MMdi stat akt max i, ti represents the input into the dynamic sub-model 18 at the time ti. Using its PT-2 characteristic and a ramp limitation, the time profile of the future is dependent on the input signal MMdi stat akt max 1 available torque MMCII dyn, n determined for times after ti. It is easy to see that the torque MI I dyn,ti that can be provided in the future is the first currently permitted torque MMdistataktmaxi. ti approaches with a PT-2 characteristic and is therefore smaller than the first currently permitted torque MMdistataktmaxi for all points in time before this approach. ti. At time t2, the input signal MMdistataktmaxi, t2 and, depending on this, the torque Mividi dyn, t2, which can be provided in the future, are recalculated on the basis of updated values of the current speed n a kt and the current load state Makt in accordance with J1939/SPN513, and so on. Over time (ti to t n ) the course Mivididyn results overall.
Diese periodisch aktualisierte Ermittlung erfolgt mit in der Steuereinheit 8 abgelegten, vorbestimmten Zeitabständen Atcaic, so dass basierend auf den stets aktuell erfassten und über den CAN-Bus 10 übermittelten Informationen der Verbrennungskraftmaschine 2 die modellbasierte Momentengrenze MI I dyn berechnet werden kann. Je größer dabei die Zeitabstände Atcaic gewählt sind, umso treppenstufiger wird die resultierende Kennlinie Mivididyn. Je öfter die Aktualisierung erfolgt, das heißt je kleiner die Zeitabstände Atcaic sind und je öfter neue Informationen zur Verfügung stehen, umso glatter ist die resultierende Kennlinie Mivididyn. This periodically updated determination takes place at predetermined time intervals At caic stored in control unit 8 so that the model-based torque limit MI I dyn can be calculated based on the information from internal combustion engine 2 that is always recorded and transmitted via CAN bus 10 . The larger the time intervals At ca ic are selected, the more stair-stepped the resulting Mivididyn characteristic curve becomes. The more frequently the update takes place, that is to say the smaller the time intervals At ca ic are and the more frequently new information is available, the smoother the resulting Mivididyn characteristic curve.
Das errechnete zukünftig bereitstellbares Drehmoment MMdidyn kann gemäß Figur 3 weiterhin optional durch weitere statische Modelle Mividistat akts (drehzahlabhängige Drehmoment-Hüllkurve), kMdi statakt2 (temperaturabhängiger Drehmomentfaktor) und/oder ein Referenz-Drehmoment Mpef der Verbrennungskraftmaschine 2 verändert, insbesondere weiter begrenzt werden, bevor es, wie vorbeschrieben, in die Kombinationseinrichtung 30 und die Auswahleinrichtung 32 eingeht. According to Figure 3, the calculated torque MMdidyn that can be provided in the future can also optionally be changed, in particular further limited, by further static models Mividistat akts (speed-dependent torque envelope), kmdi statakt2 (temperature-dependent torque factor) and/or a reference torque Mp e f of the internal combustion engine 2 , before it enters the combination device 30 and the selection device 32, as described above.
Figur 7 zeigt die Struktur der Überlastungsschutzeinrichtung 16 gemäß dem Ausführungsbeispiel. Sie basiert auf der Logik eines P-l Reglers, über den das von der Drehmomentermittlungseinrichtung 14 gemäß der vorangegangenen Beschreibung ermittelte Grenz-Drehmoment MI I Grenz derart reduzierbar ist, dass eine unerlaubte negative Drehzahländerung der Verbrennungskraftmaschine 2 vermieden wird. Folgende Funktionalitäten weist die in Figur 7 dargestellte Überlastungsschutzeinrichtung 16 auf: - Für den Zustand das die Soll-Drehzahl nS0n von einer Leerlaufdrehzahl („idle“) wieder auf Betriebsdrehzahl hochdrehen soll, falls beispielsweise Bedienpersonal nach einer Pause den Antrieb 1 wieder betreiben möchte: Durch die Rampenlimitierung dnSoii iim der Soll-Drehzahl nS0n greift die Funktion bei Erhöhung der Drehzahl n erst dann ein, wenn die Betriebsdrehzahl eingestellt wurde; FIG. 7 shows the structure of the overload protection device 16 according to the exemplary embodiment. It is based on the logic of a PI controller, via which the limit torque MI I Grenz determined by the torque determination device 14 according to the previous description can be reduced in such a way that an impermissible negative speed change of the internal combustion engine 2 is avoided. The overload protection device 16 shown in FIG. 7 has the following functionalities: - For the state in which the setpoint speed n S0 n is to be increased from an idle speed ("idle") back to the operating speed if, for example, operating personnel want to operate drive 1 again after a break: through the ramp limitation dn S oii iim the setpoint speed n S0 n when the speed n increases, the function intervenes only after the operating speed has been set;
- Für den P- und den I-Regleranteil werden Soll-Drehzahl-abhängige, erlaubte Drehzahldrückungen Anlim jeweils separat ermittelt; - Permitted speed reductions Anlim, which are dependent on the setpoint speed and the I controller component, are each determined separately for the P and I controller components;
- Eine vom aktuellen Drehmoment Makt (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; - An activation of the respective controller component dependent on the current torque Makt (J1939/SPN513, "Actual Engine Percent Torque"), so that an initial load on the internal combustion engine 2 is permitted in order to be able to dynamically accelerate the power converter;
- Der I-Regler verfügt über unterschiedliche I-Anteile/Parameter, je nach Vorzeichen, beziehungsweise Richtung der Drehzahländerung, um die Reduzierung des Grenz- Drehmoments MMCII Grenz auf das reduzierte Grenz-Drehmoment MMCII Grenz red ohne Schwingungen aber bei kontinuierlicher und maximal möglicher Belastung der Verbrennungskraftmaschine 2 sicherzustellen. - The I controller has different I components/parameters, depending on the sign or direction of the speed change, in order to reduce the limit torque MMCII Grenz to the reduced limit torque MMCII Grenz red without oscillations but with continuous and maximum possible load of the internal combustion engine 2 to ensure.
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 MMCII Grenz oder MMCII 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. The control unit 8 in its comprehensive configuration according to the invention combines different partial models in order to cover both the dynamic and the static or stationary loading and unloading state of the internal combustion engine 2 . In addition, the included control unit of the internal combustion engine 2 has the method according to the invention for overriding the predetermined setpoint speed. On the one hand, a stable and constant limitation of the hydraulic machines, power converters and consumers can be ensured by providing a reference variable for the power limitation, in particular the limit torque MMCII limit or MMCII limit red, in such a way that regulation in the course of the power limitation is largely dispensed with can be. On the other hand, the duration and amount of the control deviation of the speed is limited to a minimum by the described overriding of the setpoint speed.

Claims

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Patentansprüche Verfahren mit einem Antrieb, insbesondere dem einer mobilen Arbeitsmaschine, mit einer gemäß einer vorbestimmten Soll-Drehzahl (nNsoii) 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 (Msoii) 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 Method with a drive, in particular that of a mobile work machine, with an internal combustion engine (2) that can be regulated according to a predetermined setpoint speed (nNsoii) and a hydraulic machine (4) torque-coupled thereto, via which at least one hydraulic power converter of the drive can be supplied with pressure medium , wherein a torque (M so ii) of the hydraulic machine can be changed as a function of a request directed at it and/or a request directed at the power converter or changes as a function of a load, with steps
„(108, 108‘) Regeln der Drehzahl (n) in Abhängigkeit der vorbestimmten Soll- Drehzahl (nNsoii)“, und "(108, 108') Controlling the speed (n) depending on the predetermined target speed (nNsoii)", and
„(100) Erfassen der Anforderung (Msoii) und/oder Last“, gekennzeichnet durch einen Schritt "(100) Capture the request (Msoii) and/or load", identified by a step
„(110) Ermitteln einer Soll-Abweichung (±AnTsoii) zur vorbestimmten Soll-Drehzahl (nNsoii) in Abhängigkeit der elektronisch erfassten Anforderung (Msoii) und/oder Last“. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Soll-Abweichung (±AnTsoii) 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 (nNsoii) und der Soll-Abweichung (±AnTsoii) geringer ist oder sind als bei einem Regeln der Drehzahl (n) in Abhängigkeit allein der vorbestimmten Soll- Drehzahl (nN soll) ■ 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 (nNsoii) mit einer Summe aus vorbestimmter Soll-Drehzahl (nNsoii) und Soll-Abweichung (±AnTsoii)“. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Schritt "(110) Determining a setpoint deviation (±AnTsoii) from the predetermined setpoint speed (nNsoii) as a function of the electronically recorded request (Msoii) and/or load". The method of claim 1, wherein the target deviation (± AnTsoii) is determined such that an amount and / or a duration of a deviation when controlling the speed (n) depending on a sum of the predetermined target speed (nNsoii) and the target deviation (± AnTsoii) is lower or are than when controlling the speed (n) depending solely on the predetermined target speed (nN target) ■ Method according to claim 1 or 2 with a step “(102) filtering a detected signal of demand and/or load”. A method according to any one of claims 1 to 3 comprising one step "(112) Overriding the predetermined setpoint speed (nNsoii) with a sum of the predetermined setpoint speed (nNsoii) and setpoint deviation (±AnTsoii)". A method according to any one of the preceding claims comprising one step
„(104) Ermitteln einer Auslenkung (AMsoii) und/oder eines Gradienten (dMSOii/dt) der Anforderung (Msoii) und/oder Last“. Verfahren nach Anspruch 5 mit einem Schritt "(104) Determination of a deflection (AMsoii) and/or a gradient (dM SO ii/dt) of the requirement (M so ii) and/or load". A method according to claim 5 comprising one step
„(106) Vergleichen der Auslenkung (AMsoii) und/oder des Gradienten (dMSOii/dt) der Anforderung (Msoii) und/oder Last mit einer jeweiligen Referenz (AMRSOII, dMRsoii/dt)“. und, falls die Auslenkung (AMsoii) kleiner ist als ihre Referenz (AMRSOII) und/oder der Gradient (dMSOii/dt) steiler ist als seine Referenz (dMRSoii/dt), wenigstens mit einem der Schritte "(106) Comparing the deflection (AMsoii) and/or the gradient (dM SO ii/dt) of the demand (Msoii) and/or load with a respective reference (AMRSOII, dMRsoii/dt)". and if the displacement (AMsoii) is smaller than its reference (AMR SO II) and/or the gradient (dM SO ii/dt) is steeper than its reference (dMR S oii/dt), at least one of the steps
„Verzicht auf die Ermittlung der Soll-Abweichung“ oder „Unterdrücken des Übersteuerns“ oder „Setzen der Soll-Abweichung (±AnTsoii) zu null“ oder „(108) Regeln der Drehzahl (n) in Abhängigkeit allein der vorbestimmten Soll-Drehzahl (nNsoii)“ oder dergleichen. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6 mit einem Schritt "Doing without determining the setpoint deviation" or "Suppressing oversteer" or "Setting the setpoint deviation (±AnTsoii) to zero" or "(108) Regulating the speed (n) solely as a function of the predetermined setpoint speed ( nNsoii)” or something like that. A method according to claim 5 or 6 comprising one step
„Ermitteln der Soll-Abweichung (±AnTsoii) und/oder ihres Gradienten (dAnTsoii/dt) in Abhängigkeit der Auslenkung (AMsoii) und/oder des Gradienten (dMSOii/dt) der Anforderung (Msoii) 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 (Mth) der Verbrennungskraftmaschine (2) und der Drehmoment-Anforderung (Msoii)“, wobei der Schritt "Determining the target deviation (±AnTsoii) and/or its gradient (dAnTsoii/dt) as a function of the deflection (AMsoii) and/or the gradient (dM SO ii/dt) of the requirement (Msoii) and/or load". A method as claimed in any preceding claim, wherein the request is torque, having a step "Determining a minimum of an available torque (Mth) of the internal combustion engine (2) and the torque request (Msoii)", wherein the step
„Ermitteln der Soll-Abweichung (±AnTsoii) zur vorbestimmten Soll-Drehzahl (nNsoii)“ dann in Abhängigkeit des Minimums erfolgt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anforderung eine Drehmoment-Anforderung (MS0n) ist, mit einem Schritt "Determining the setpoint deviation (±AnTsoii) from the predetermined setpoint speed (nNsoii)" then takes place as a function of the minimum. Method according to one of the preceding claims, wherein the request is a torque request (M S0 n), with one step
- Begrenzen der Drehmoment-Anforderung (MS0n) auf ein Grenzdrehmoment (MMCII Grenz, MMCII Grenz red). Antrieb, insbesondere für eine mobile Arbeitsmaschine, mit einem elektronischen Steuergerät (3) und einer von diesem in Abhängigkeit einer vorbestimmten Soll- Drehzahl (nNsoii) 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 (±AnTsoii) zur vorbestimmten Soll-Drehzahl (nNsoii) in Abhängigkeit der elektronisch erfassten Anforderung (MS0n) und/oder Last ermittelbar ist. - Limiting the torque requirement (M S0 n) to a limit torque (MMCII limit, MMCII limit red). Drive, in particular for a mobile work machine, with an electronic control unit (3) and an internal combustion engine (2) that can be controlled by this as a function of a predetermined target speed (nNsoii) and a hydraulic machine (4) torque-coupled thereto, via the at least one hydraulic power converter of the drive can be supplied with pressure medium, in which case a torque of the hydraulic machine (4) can be changed as a function of a request directed at it and/or a request directed at the power converter or changes as a function of a load, in particular of the power converter, characterized in that via the Control unit (3) a target deviation (± AnTsoii) to the predetermined target speed (nNsoii) as a function of the electronically recorded request (M S0 n) and / or load can be determined.
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