DE102022200249A1 - Method for determining a pump operating variable for controlling a hydraulic system, method for determining a mapping function and machine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen wenigstens einer Pumpenbetriebsgröße zum Ansteuern einer Hydraulikanordnung, die zum Betrieb einer Maschine, vorzugsweise einer Arbeitsmaschine, vorgesehen ist, wobei die Hydraulikanordnung eine Antriebseinheit, eine mittels der Antriebseinheit antreibbare Hydraulikpumpe, bei der ein Fördervolumen verstellbar ist, und wenigstens einen Hydraulikaktor, der von der Hydraulikpumpe (110) mit Hydraulikfluid versorgbar ist, aufweist, umfassend ein Erhalten eines Sollwerts (Fsoll, Vsoll) für wenigstens eine Bewegungsbetriebsgröße des wenigstens einen Hydraulikaktors, ein Bestimmen (200, 220), unter Berücksichtigung wenigstens einer Eigenschaft der Maschine, eines Sollwerts (PS, MS, QS, φS) für wenigstens eine Pumpenbetriebsgröße der Hydraulikpumpe, und ein Ausgeben des Sollwerts (PS, MS, QS, φS) für die wenigstens eine Pumpenbetriebsgröße. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Bestimmen einer Abbildungsfunktion (K1, K2) und eine Maschine.The invention relates to a method for determining at least one pump operating variable for controlling a hydraulic system, which is provided for operating a machine, preferably a working machine, the hydraulic system having a drive unit, a hydraulic pump which can be driven by the drive unit and in which a delivery volume can be adjusted, and at least has a hydraulic actuator which can be supplied with hydraulic fluid by the hydraulic pump (110), comprising obtaining a target value (Fsoll, Vsoll) for at least one movement operating variable of the at least one hydraulic actuator, determining (200, 220) taking into account at least one property of Machine, a target value (PS, MS, QS, φS) for at least one pump operating variable of the hydraulic pump, and outputting the target value (PS, MS, QS, φS) for the at least one pump operating variable. The invention also relates to a method for determining a mapping function (K1, K2) and a machine.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen wenigstens einer Pumpenbetriebsgröße zum Ansteuern einer Hydraulikanordnung, die zum Betrieb einer Maschine, vorzugsweise einer Arbeitsmaschine, vorgesehen ist, ein Verfahren zum Bestimmen wenigstens einer Abbildungsfunktion, eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung, sowie eine Maschine mit einer Hydraulikanordnung.The present invention relates to a method for determining at least one pump operating variable for controlling a hydraulic system that is provided for operating a machine, preferably a working machine, a method for determining at least one mapping function, a computing unit and a computer program for its implementation, and a machine with a hydraulic arrangement.
Hintergrund der ErfindungBackground of the Invention
Maschinen, insbesondere Arbeitsmaschinen oder mobile Arbeitsmaschinen wie z.B. Bagger weisen für den Arbeitsbetrieb einen oder meist mehrere Hydraulikaktoren wie Hydraulikzylinder und Hydraulikmotoren auf. Zur Versorgung der Hydraulikaktoren mit Hydraulikfluid (bzw. Druckmittel) kann eine Hydraulikpumpe vorgesehen sein, die z.B. mittels eines Elektro- oder Verbrennungsmotors angetrieben wird.Machines, in particular work machines or mobile work machines such as e.g. excavators, have one or usually several hydraulic actuators such as hydraulic cylinders and hydraulic motors for the work operation. To supply the hydraulic actuators with hydraulic fluid (or pressure medium), a hydraulic pump can be provided, which is driven, for example, by an electric motor or an internal combustion engine.
Von der Anmelderin werden z.B. sog. DFE-Pumpen vertrieben, die eine elektronische Pumpenregelung aufweisen, um Druck, Volumenstrom (Schwenkwinkel), Leistung (Drehmoment) zu regeln. Dort ist auch eine Erfassung des Druckes und Schwenkwinkels vorgesehen, sowie eine unterlagerte Ventilregelung mit Huberfassung, und ein Ansteuern eines elektrischen Proportionalventils.For example, so-called DFE pumps are sold by the applicant, which have an electronic pump control system in order to regulate pressure, volumetric flow (pivoting angle), power (torque). There is also a detection of the pressure and swivel angle, as well as a subordinate valve control with stroke detection, and control of an electrical proportional valve.
Eine elektronische Pumpenregelung zum Regeln von Druck/Druckdifferenz (Delta-P), Volumenstrom (Schwenkwinkel), Leistung (Drehmoment) kann die Erfassung des Druckes und Schwenkwinkels umfassen, ebenso dann ein Ansteuern eines elektrischen Proportionalventils.An electronic pump control for controlling the pressure/pressure difference (Delta-P), volumetric flow (swivel angle), power (torque) can include the detection of the pressure and swivel angle, as well as the actuation of an electrical proportional valve.
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Aus der
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Eine elektrohydraulische Schnittstelle für offene Kreislaufpumpen zur Vorgabe von Schwenkwinkel und/oder Druck und/oder Leistung sind aus dem Stand der Technik also bekannt, ebenso eine Umsetzung dieser Vorgaben auf der Ebene der Pumpenregelung. Es besteht allerdings Bedarf an einer Möglichkeit, eine solche Schnittstelle z.B. für die Abbildung von Funktionen auf der Maschinenebene flexibel anzupassen oder zu nutzen.An electrohydraulic interface for open circuit pumps for specifying the swivel angle and/or pressure and/or power is therefore known from the prior art, as is an implementation of these specifications at the pump control level. However, there is a need for a way to flexibly adapt or use such an interface, e.g. for mapping functions at machine level.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Bestimmen wenigstens einer Pumpenbetriebsgröße zum Ansteuern einer Hydraulikanordnung, ein Verfahren zum Bestimmen wenigstens einer Abbildungsfunktion, eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung, sowie eine Maschine mit einer Hydraulikanordnung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.According to the invention, a method for determining at least one pump operating variable for controlling a hydraulic arrangement, a method for determining at least one mapping function, a computing unit and a computer program for its execution, and a machine with a hydraulic arrangement with the features of the independent patent claims are proposed. Advantageous configurations are the subject of the dependent claims and the following description.
Die Erfindung beschäftigt sich mit dem Betrieb von Maschinen, insbesondere Arbeitsmaschinen, und insbesondere von Hydraulikanordnungen, die in solchen Maschinen verwendet werden. Eine solche Hydraulikanordnung weist eine Hydraulikpumpe (bzw. Fördereinheit) auf, bei der ein Fördervolumen verstellbar ist; dies kann z.B. durch Verstellung eines Schwenkwinkels einer Schwenkscheibe einer sog. Axialkolbenpumpe erfolgen, beispielsweise durch einen geeigneten Verstellmechanismus. Hierbei ist dann insbesondere auch von einer sog. Verstellpumpe die Rede. Zum Antrieb der Hydraulikpumpe kann eine Antriebseinheit oder Antriebsmaschine wie z.B. ein Elektromotor oder ein Verbrennungsmotor vorgesehen sein. Eine solche Antriebsmaschine - und damit die Hydraulikpumpe - kann in der Regel mit variabler Drehzahl bestrieben werden; es kann dann auch von einer drehzahlvariablen Hydraulikpumpe gesprochen werden.The invention deals with the operation of machines, in particular work machines, and in particular hydraulic arrangements used in such machines. Such a hydraulic arrangement has a hydraulic pump (or delivery unit) in which a delivery volume can be adjusted; this can be done, for example, by adjusting a swivel angle of a swivel disk of what is known as an axial piston pump, for example by means of a suitable adjustment mechanism. Here, in particular, a so-called variable displacement pump is also mentioned. A drive unit or drive machine such as an electric motor or an internal combustion engine can be provided to drive the hydraulic pump. Such a drive machine - and thus the hydraulic pump - can usually be besttrieben with variable speed; one can then also speak of a variable-speed hydraulic pump.
Die Hydraulikanordnung weist weiterhin wenigstens einen Hydraulikaktor auf, der von der Hydraulikpumpe mit Hydraulikfluid versorgbar ist. Typischerweise sind mehrere Hydraulikaktoren vorgesehen, beispielsweise ein oder mehrere Hydraulikzylinder mit Kolben für lineare Bewegungen (z.B. zum Bewegen eines Baggerarms oder einer Schaufel), und/oder ein oder mehrere Hydraulikmotoren für Drehbewegungen (z.B. für einen Fahrantrieb eines Baggers). In aller Regel ist dann auch ein sog. Ventil- oder Steuerblock (auch als Hauptventil bezeichnet) vorgesehen, worüber das von der Hydraulikpumpe bereitgestellte Hydraulikfluid auf geeignete Weise auf die einzelnen Hydraulikaktoren verteilt werden kann. Typischerweise sind in einem solchen Ventilblock mehrere Ventile vorgesehen, die auch individuell angesteuert werden können. Vorzugweise wird eine solche Hydraulikanordnung in einem offenen Hydraulikkreis betrieben.The hydraulic arrangement also has at least one hydraulic actuator, which can be supplied with hydraulic fluid by the hydraulic pump. Typically, several hydraulic actuators are provided, for example one or more hydraulic cylinders with pistons for linear movements (e.g. for moving an excavator arm or a shovel), and/or one or more hydraulic motors for rotary movements (e.g. for a travel drive of an excavator). As a rule, what is known as a valve or control block (also referred to as a main valve) is then also provided, via which the hydraulic fluid provided by the hydraulic pump can be distributed in a suitable manner to the individual hydraulic actuators. A plurality of valves are typically provided in such a valve block, which can also be controlled individually. Such a hydraulic arrangement is preferably operated in an open hydraulic circuit.
Um die Hydraulikaktoren wunschgemäß betreiben bzw. mit Hydraulikfluid versorgen zu können, muss die Hydraulikpumpe das Hydraulikfluid entsprechend bereitstellen. Hierbei kommen verschiedene Betriebsgrößen - nachfolgend auch Pumpenbetriebsgrößen genannt - in Betracht, für die (jeweils) ein Sollwert vorgegeben werden kann, auf den die Pumpenbetriebsgrößen - oder zumindest eine der Pumpenbetriebsgrößen - geregelt werden können. Als solche Pumpenbetriebsgrößen kommen insbesondere ein von der Hydraulikpumpe bereitzustellender Druck (Ausgangsdruck) des Hydraulikfluids, ein von der Hydraulikpumpe bereitzustellender Volumenstrom des Hydraulikfluids, eine für das Fördervolumen der Hydraulikpumpe charakteristische Größe, z.B. der erwähnte Schwenkwinkel, oder auch eine Leistung der Hydraulikpumpe sowie ein Drehmoment der Hydraulikpumpe in Betracht. Die Leistung hängt dabei wiederum vom Drehmoment und der Drehzahl der Hydraulikpumpe ab. Die Drehzahl kann ggf. ebenfalls vorgegeben werden. Außerdem hängt der Volumenstrom wiederum vom Fördervolumen und der Drehzahl ab.In order to be able to operate the hydraulic actuators as desired or to be able to supply them with hydraulic fluid, the hydraulic pump must provide the hydraulic fluid accordingly. Here, various operating variables - also referred to below as pump operating variables - come into consideration for which (in each case) a setpoint can be specified to which the pump operating variables - or at least one of the pump operating variables - can be regulated. Such pump operating variables include, in particular, a pressure (outlet pressure) of the hydraulic fluid to be provided by the hydraulic pump, a volume flow of the hydraulic fluid to be provided by the hydraulic pump, a variable that is characteristic of the delivery volume of the hydraulic pump, e.g. the pivot angle mentioned, or a power of the hydraulic pump and a torque of the Consider hydraulic pump. The power in turn depends on the torque and speed of the hydraulic pump. The speed can also be specified if necessary. In addition, the volume flow in turn depends on the delivery volume and the speed.
Basierend auf Sollwerten einer oder mehrerer dieser Pumpenbetriebsgrößen (bei mehreren Pumpenbetriebsgrößen gibt es insbesondere für jede davon einen Sollwert) kann die Hydraulikpumpe betrieben, insbesondere geregelt werden. Hierzu können insbesondere auch Istwerte der betreffenden Pumpenbetriebsgrößen erfasst und verwendet werden; diese können z.B. mittels geeigneter Sensoren wie Druck-, Schwenkwinkel-, Drehzahlsensoren usw. erfasst werden.The hydraulic pump can be operated, in particular regulated, based on setpoint values for one or more of these pump operating variables (in the case of several pump operating variables, there is in particular a setpoint for each of them). For this purpose, in particular, actual values of the relevant pump operating variables can also be recorded and used; these can be recorded, for example, by means of suitable sensors such as pressure, swivel angle, speed sensors, etc.
Im Rahmen einer solchen Regelung kann eine Stellgröße für einen Verstellmechanismus zum Verstellen des Schwenkwinkels der Hydraulikpumpe bestimmt werden. Eine solche Stellgröße kann zum Ansteuern eines Ventils, z.B. eines elektromagnetischen Proportionalventils, verwendet werden, über das wiederum ein Hydraulikzylinder mit Kolben angesteuert wird, wobei der Kolben die Schwenkscheibe und damit den Schwenkwinkel verstellt. Eine solche Vorgehensweise bzw. eine solche Regelung ist in der schon erwähnten
Die Sollwerte für die Pumpenbetriebsgrößen hängen von den konkreten Betriebswünschen für den einen oder die mehreren Hydraulikaktoren ab, die wiederum z.B. über Bedien- oder Eingabemittel wie Joysticks, Fußpedale, Hebel und dergleichen vorgeben werden können. Je nach Art der Maschine kann für jeden Hydraulikaktor ein Bedien- oder Eingabemittel vorgesehen sein, typischerweise können aber mit einem Bedien- oder Eingabemittel mehrere Hydraulikaktoren (z.B. mit verschiedenen Bewegungsrichtungen eines Joysticks) betätigt werden. Ebenso kann ggf. vorgesehen sein, dass ein Hydraulikaktor von mehr als einem Bedien- oder Eingabemittel beeinflusst wird. Ebenso können - alternativ oder zusätzlich zu den Bedien- oder Eingabemitteln - andere externe Vorgaben für die Hydraulikaktoren verwendet werden, z.B. von Automatisierungsfunktionen für automatisierte Fahr- oder Bewegungsabläufe.The target values for the pump operating variables depend on the specific operating requirements for the one or more hydraulic actuators, which in turn can be specified, for example, via operating or input means such as joysticks, foot pedals, levers and the like. Depending on the type of machine, an operating or input means can be provided for each hydraulic actuator, but typically several hydraulic actuators (e.g. with different directions of movement of a joystick) can be actuated with one operating or input means. Provision can also be made for a hydraulic actuator to be influenced by more than one operating or input means. Likewise - alternatively or in addition to the operating or input means - other external specifications for the hydraulic actuators can be used, e.g. from automation functions for automated driving or movement sequences.
Um die Hydraulikaktoren entsprechend betätigen - und damit z.B. Komponenten wie einen Baggerarm oder eine Schaufel - bewegen zu können, werden die Vorgaben, z.B. von den Bedien- oder Eingabemitteln, in geeignete Sollwerte für eine oder mehrere Betriebsgrößen der Hydraulikaktoren - nachfolgend auch als Bewegungsbetriebsgrößen bezeichnet - umgerechnet. Solche Vorgaben können zunächst z.B. eine bestimmte Neigung eines Joysticks oder auch eine Neigungs- oder Bewegungsgeschwindigkeit eines Joysticks oder dergleichen umfassen. Die daraus zu bestimmenden Bewegungsbetriebsgrößen können z.B. eine von dem Hydraulikaktor bereitzustellende Kraft, eine von dem Hydraulikaktor bereitzustellende Geschwindigkeit, ein von dem Hydraulikaktor bereitzustellendes Drehmoment und eine von dem Hydraulikaktor bereitzustellende Drehzahl umfassen. Dabei kommen Kraft bzw. Geschwindigkeit insbesondere für Hydraulikzylinder in Betracht, Drehmoment und Drehzahl insbesondere für Hydraulikmotoren. Hierbei sind aber auch Umrechnungen möglich, so kann z.B. für eine vorgegebene Fahrgeschwindigkeit, die über einen Hydraulikmotor beeinflusst wird, eine zugehörige Drehzahl bestimmt werden.In order to actuate the hydraulic actuators accordingly - and thus, for example, to be able to move components such as an excavator arm or a shovel - the specifications, e.g. converted. Such defaults can initially include, for example, a specific inclination of a joystick or also an inclination or movement speed of a joystick or the like. The movement operating variables to be determined from this can, for example, be a force to be provided by the hydraulic actuator, a force of include a speed to be provided by the hydraulic actuator, a torque to be provided by the hydraulic actuator and a rotational speed to be provided by the hydraulic actuator. In this context, force or speed come into consideration in particular for hydraulic cylinders, torque and speed in particular for hydraulic motors. Here, however, conversions are also possible, for example, an associated speed can be determined for a specified driving speed, which is influenced by a hydraulic motor.
Wie sich herausgestellt hat, ist eine Bestimmung der erwähnten Pumpenbetriebsgrößen bzw. von deren Sollwerten anhand der Bewegungsbetriebsgrößen bzw. von deren Sollwerten mitunter sehr stark vom konkreten Anwendungsfall bzw. von der konkreten Art der Maschine, in der die Hydraulikaktoren verwendet werden, abhängig bzw. die Bestimmung wird davon beeinflusst.As has been found, determining the pump operating variables mentioned or their target values using the movement operating variables or their target values sometimes depends very heavily on the specific application or the specific type of machine in which the hydraulic actuators are used Determination is influenced by it.
Vor diesem Hintergrund wird vorgeschlagen, ausgehend von einem Sollwert für wenigstens eine Bewegungsbetriebsgröße des wenigstens einen Hydraulikaktors unter Berücksichtigung wenigstens einer Eigenschaft (oder Spezifikation) der Maschine einen Sollwert für wenigstens eine Pumpenbetriebsgröße der Hydraulikpumpe zu bestimmen und auszugeben, z.B. an eine entsprechende Regelung. Basierend auf dem Sollwert für die wenigstens eine Pumpenbetriebsgröße kann dann die Hydraulikpumpe bzw. die Hydraulikanordnung angesteuert werden. Hierzu kann aus dem Sollwert für die wenigstens eine Pumpenbetriebsgröße, insbesondere im Rahmen einer Regelung, eine Stellgröße für einen Verstellmechanismus zum Verstellen des Fördervolumens der Hydraulikpumpe bestimmt werden, wie vorstehend schon erwähnt.Against this background, it is proposed that, starting from a target value for at least one movement operating variable of the at least one hydraulic actuator, taking into account at least one property (or specification) of the machine, a target value for at least one pump operating variable of the hydraulic pump should be determined and output, e.g. The hydraulic pump or the hydraulic arrangement can then be controlled on the basis of the desired value for the at least one pump operating variable. For this purpose, a manipulated variable for an adjustment mechanism for adjusting the delivery volume of the hydraulic pump can be determined from the setpoint for the at least one pump operating variable, in particular as part of a control, as already mentioned above.
Auf diese Weise kann also gezielt auf die konkreten Eigenschaften der zu betreibenden Maschine und auch deren aktuelle Situation abgestellt werden, um sie möglichst effizient zu betreiben.In this way, the concrete properties of the machine to be operated and also its current situation can be targeted in order to operate it as efficiently as possible.
Die (insbesondere technischen) Eigenschaften der Maschine können dabei auf verschiedene Arten berücksichtigt werden. Vorzugsweise wird unter Berücksichtigung einer Kinematik der Maschine und/oder einer Auslegung der Energie- und Bewegungsübertragung (als Eigenschaft(en) der Maschine) ein Sollwert für wenigstens eine Hydraulikbetriebsgröße für den wenigstens einen Hydraulikaktor bestimmt. Unter der Kinematik der Maschine können z.B. die konkreten geometrischen Abmessungen der einzelnen Komponenten der Maschine (z.B. Baggerarme, Schaufel) sowie Übertragungsfunktionen von maschinenbezogenen Bewegungsgrößen auf hydraulische Vorgabegrößen verstanden werden; solche Eigenschaften haben z.B. Einfluss auf die Art und Weise der Bewegungen, die mit der Maschine möglich sind.The (particularly technical) properties of the machine can be taken into account in various ways. A target value for at least one hydraulic operating variable for the at least one hydraulic actuator is preferably determined taking into account the kinematics of the machine and/or a design of the energy and movement transmission (as property(s) of the machine). The kinematics of the machine can be understood, for example, as the concrete geometric dimensions of the individual components of the machine (e.g. excavator arms, shovel) as well as transfer functions from machine-related movement variables to hydraulic default variables; such properties have an influence, for example, on the type of movements that are possible with the machine.
Unter einer Hydraulikbetriebsgröße für einen Hydraulikaktor ist dabei insbesondere eine für den betreffenden Hydraulikaktor individuelle, hydraulische Betriebsgröße des Hydraulikfluids (wie ein für diesen Hydraulikaktor bereitzustellender Druck und/oder ein für diesen Hydraulikaktor bereitzustellender Volumenstrom und/oder eine übertragene Leistung) zu verstehen. Diese Hydraulikbetriebsgrößen sind vom Typ also teils identisch mit oder ähnlich zu den Pumpenbetriebsgrößen, jedoch individuell für die einzelnen Hydraulikaktoren, was insbesondere bei mehreren Hydraulikaktoren von Relevanz sein kann. Basierend auf dem Sollwert für die wenigstens eine Hydraulikbetriebsgröße für den wenigstens einen Hydraulikaktor wird dann der Sollwert für die wenigstens eine Pumpenbetriebsgröße bestimmt. Insbesondere bei mehreren Hydraulikaktoren werden also z.B. die einzelnen Werte addiert und/oder untereinander gewichtet werden, um zu einem insgesamt nötigen Wert zu kommen, den die Hydraulikpumpe liefern soll.A hydraulic operating variable for a hydraulic actuator is to be understood in particular as a hydraulic operating variable of the hydraulic fluid that is specific to the relevant hydraulic actuator (such as a pressure to be provided for this hydraulic actuator and/or a volume flow to be provided for this hydraulic actuator and/or a transmitted power). These hydraulic operating variables are of a type that is partly identical to or similar to the pump operating variables, but individually for the individual hydraulic actuators, which can be relevant in particular when there are a number of hydraulic actuators. The setpoint for the at least one pump operating variable is then determined based on the setpoint for the at least one hydraulic operating variable for the at least one hydraulic actuator. In particular when there are several hydraulic actuators, the individual values are added and/or weighted with one another, for example, in order to arrive at an overall required value that the hydraulic pump is supposed to deliver.
Das Bestimmen des Sollwerts der wenigstens einen Pumpenbetriebsgröße basierend auf dem Sollwert für die wenigstens eine Hydraulikbetriebsgröße erfolgt vorteilhafterweise unter Berücksichtigung wenigstens eines der folgenden, d.h. einer der folgenden Eigenschaften der Maschine und bzw. inkl. der Hydraulikanordnung: einer Konfiguration der Hydraulikanordnung, Hydrauliktoleranzen, Anforderungen an Arbeitsfunktionen der Maschine, und einem Zustand der Maschine und/oder des Antriebsaggregats.The setpoint value of the at least one pump operating variable based on the setpoint value for the at least one hydraulic operating variable is advantageously determined taking into account at least one of the following properties, i.e. one of the following properties of the machine and/or including the hydraulic system: a configuration of the hydraulic system, hydraulic tolerances, requirements Work functions of the machine, and a condition of the machine and / or the drive unit.
Die Konfiguration der Hydraulikanordnung umfasst z.B. die konkrete Art der Verschaltung der einzelnen Komponenten der Hydraulikanordnung, und zwar nicht nur der Hydraulikpumpe und der Hydraulikaktoren, sondern ggf. auch der vorhandenen Ventile, Art der Leitungen und dergleichen.The configuration of the hydraulic system includes, for example, the specific type of connection of the individual components of the hydraulic system, not only the hydraulic pump and the hydraulic actuators, but also the valves that are present, the type of lines and the like.
Unter Hydrauliktoleranzen sind insbesondere Exemplar-Streuungen zu verstehen, die sich auf das hydromechanische Funktionsverhalten auswirken oder auswirken können.Hydraulic tolerances are to be understood in particular as sample spreads that affect or can affect the hydromechanical functional behavior.
Unter den Anforderungen an Arbeitsfunktionen der Maschine sind z.B. aktuelle oder generelle Funktionen, die mit der Maschine durchgeführt werden sollen, und insbesondere deren Ausgestaltung zu verstehen. Beispielsweise Maximalgeschwindigkeiten, Maximalkräfte oder die Abbildung dieser Größen auf einen Aktor die Betriebsart eines feinfühligen Handlings z.B. einer Baggerschaufel, oder aber, ob ein produktives Leistungsarbeiten (z.B. ebenfalls bei einem Bagger) nötig oder gewünscht ist.The requirements for work functions of the machine include, for example, current or general functions that are to be performed with the machine and, in particular, their design. For example, maximum speeds, maximum forces or the mapping of these variables to an actuator, the mode of sensitive handling, e.g. an excavator shovel, or whether productive performance work (e.g. also with an excavator) is necessary or desired.
Unter dem Zustand der Maschine und/oder des Antriebsaggregats ist z.B. eine (aktuell) verfügbare Leistung und/oder eine (aktuelle) Drehzahl zu verstehen, dies hat z.B. einen Einfluss darauf, wie schnell ein gewisser Druck oder eine bestimmte Leistung oder Leistungsänderung von der Hydraulikpumpe zur Verfügung gestellt werden kann. Außerdem können hierunter bestimmte Grenzen, mit denen die Maschine oder die Antriebseinheit betrieben werden können, verstanden werden. Ebenso kann aber z.B. berücksichtigt werden, ob die Antriebseinheit neben der Hydraulikpumpe noch für andere Anwendungen verwendet wird.The condition of the machine and/or the drive unit is to be understood, for example, as a (currently) available power and/or a (current) speed, which has an influence on how quickly a certain pressure or a certain power or change in power from the hydraulic pump can be made available. In addition, this can be understood to mean certain limits with which the machine or the drive unit can be operated. However, it can also be taken into account, for example, whether the drive unit is used for other applications in addition to the hydraulic pump.
Wie erwähnt, kann damit der Sollwert für die für wenigstens eine Pumpenbetriebsgröße bestimmt werden. Während z.B. der von der Hydraulikpumpe bereitzustellende Druck des Hydraulikfluids, der von der Hydraulikpumpe bereitzustellende Volumenstrom des Hydraulikfluids sowie das Drehmoment der Hydraulikpumpe damit direkt bestimmt werden können, kann z.B. die für das Fördervolumen der Hydraulikpumpe charakteristische Größe, z.B. der Schwenkwinkel, unter Berücksichtigung der (aktuellen) Drehzahl der Hydraulikpumpe bzw. der Antriebseinheit aus dem Volumenstrom bestimmt werden.As mentioned, the setpoint for at least one pump operating variable can be determined in this way. While, for example, the pressure of the hydraulic fluid to be provided by the hydraulic pump, the volume flow of the hydraulic fluid to be provided by the hydraulic pump and the torque of the hydraulic pump can be determined directly, the variable characteristic of the delivery volume of the hydraulic pump, e.g. the swivel angle, can be determined taking into account the (current ) The speed of the hydraulic pump or the drive unit can be determined from the volume flow.
Auf diese Weise wird also insbesondere eine standardisierte Möglichkeit zur Parametrierung auf Maschinenfunktionsebene ohne konkrete Kenntnisse über die Hydraulikanordnung möglich. Ebenso ist eine schnelle Anpassung an geänderte Parameter der Maschine möglich. Es wird also eine maschinenfunktionsbezogene Schnittstelle auf Maschinenebene zur Verfügung gestellt, die dann auf Basiseiner vorhandenen Regelung, die auf den Sollwerten der Pumpenbetriebsgröße beruht, verwendet werden kann. Das kann für Automatisierungsfunktionen oder maschinen-externe Steuerungen hilfreich sein, weil sie nicht die Hydraulikarchitektur in ihrer Schnittstelle und ihren erforderlichen Vorgaben berücksichtigen müssen und damit architektur- und sogar antriebstechnologieunabhängig ausgeführt sein könnenIn this way, in particular, a standardized option for parameterization at the machine function level is possible without specific knowledge of the hydraulic arrangement. Rapid adaptation to changed machine parameters is also possible. A machine-function-related interface is thus made available at machine level, which can then be used on the basis of an existing control system that is based on the setpoint values of the pump operating variable. This can be helpful for automation functions or machine-external controls, because they do not have to take the hydraulic architecture into account in their interface and their required specifications and can therefore be implemented independently of the architecture and even of the drive technology
Wie schon erwähnt, werden Vorgaben von Bedien- oder Eingabemitteln wie z.B. Joysticks und dergleichen oder Vorgaben von anderen Funktionen, wie z.B. Automatisierungsfunktionen, in die Bewegungsbetriebsgrößen umgerechnet - oder, mit anderen Worten, die Bewegungsbetriebsgrößen werden aus diesen Vorgaben bestimmt. Dies erfolgt besonders bevorzugt unter Verwendung einer oder mehrerer Abbildungsfunktionen wie z.B. Kennlinien oder Kennfeldern. So kann eine Kennlinie z.B. genau festlegen, bei welcher Neigung und/oder Neigungsgeschwindigkeit eines Joysticks (der für die Bewegung eines Baggerarms vorgesehen ist) der betreffende Hydraulikaktor welche Kraft und/oder welche Geschwindigkeit bereitstellen soll. Allgemein können die Abbildungsfunktionen also insbesondere von Eigenschaften oder Größen der Maschine abhängen, z.B. der geometrischen Abmessung und der Übertragungsfunktionen zu den einzelnen Komponenten.As already mentioned, specifications from operating or input means such as joysticks and the like or specifications from other functions such as automation functions are converted into the movement operating variables - or, in other words, the movement operating variables are determined from these specifications. This is particularly preferably done using one or more mapping functions such as characteristic curves or characteristic diagrams. For example, a characteristic curve can precisely determine at which inclination and/or inclination speed of a joystick (which is provided for moving an excavator arm) the relevant hydraulic actuator should provide which force and/or which speed. In general, the mapping functions can therefore depend in particular on properties or sizes of the machine, e.g. the geometric dimensions and the transfer functions to the individual components.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist dabei ein Verfahren zum Bestimmen wenigstens einer solchen Abbildungsfunktion. Dies erfolgt unter Berücksichtigung wenigstens einer Eigenschaft der Maschine. Die wenigstens eine Abbildungsfunktion kann dann z.B. in dem vorstehend erläuterten Verfahren verwendet werden.A further aspect of the invention is a method for determining at least one such mapping function. This is done taking into account at least one property of the machine. The at least one mapping function can then be used, for example, in the method explained above.
Die wenigstens eine Eigenschaft der Maschine ist dabei vorzugsweise ausgewählt aus einem Bewegungs-Geschwindigkeits-Bedarf (beim späteren Betrieb der Maschine), einem Kraftbedarf (beim späteren Betrieb der Maschine), und Leistungsdaten und/oder Einstellungen aus einer Arbeitsfunktionen der Maschine. Letzteres kann z.B. einen Bedarf an Volumenstrom an Hydraulikfluid für bestimmte Arbeitsfunktionen umfassen, eine Priorisierung bestimmter Komponenten oder auch Grenzen aufgrund von Anbaugeräten (z.B. wenn eine bestimmte Art von Baggerschaufel gewisse Anforderungen oder Grenzen hat).The at least one property of the machine is preferably selected from a movement speed requirement (during subsequent operation of the machine), a power requirement (during subsequent operation of the machine), and performance data and/or settings from a work function of the machine. The latter can, for example, include a need for volume flow of hydraulic fluid for certain work functions, a prioritization of certain components or also limitations due to attachments (e.g. if a certain type of excavator bucket has certain requirements or limitations).
Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät einer Arbeitsmaschine, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.A computing unit according to the invention, e.g. a control unit of a working machine, is set up, in particular in terms of programming, to carry out a method according to the invention.
Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Maschine, insbesondere Arbeitsmaschine, mit einer Hydraulikanordnung, die eine Hydraulikpumpe, bei der ein Fördervolumen verstellbar ist, und wenigstens einen Hydraulikaktor, der von der Hydraulikpumpe mit Hydraulikfluid versorgbar ist, aufweist, und mit einer erfindungsgemäßen Recheneinheit.The invention also relates to a machine, in particular a working machine, with a hydraulic arrangement that has a hydraulic pump with an adjustable delivery volume and at least one hydraulic actuator that can be supplied with hydraulic fluid from the hydraulic pump, and with a computing unit according to the invention.
Auch die Implementierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Computerprogramms oder Computerprogrammprodukts mit Programmcode zur Durchführung aller Verfahrensschritte ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.The implementation of a method according to the invention in the form of a computer program or computer program product with program code for carrying out all method steps is advantageous because this causes particularly low costs, especially if an executing control device is also used for other tasks and is therefore available anyway. Suitable data carriers for providing the computer program are, in particular, magnetic, optical and electrical memories, such as hard drives, flash memories, EEPROMs, DVDs, etc. It is also possible to download a program via computer networks (Internet, intranet, etc.).
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and refinements of the invention result from the description and the attached drawing.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those still to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.The invention is shown schematically in the drawing using an exemplary embodiment and is described in detail below with reference to the drawing.
Figurenlistecharacter list
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1 zeigt schematisch eine Hydraulikanordnung, bei der ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführbar ist.1 shows schematically a hydraulic arrangement in which a method according to the invention can be carried out. -
2 zeigt schematisch einen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform.2 shows schematically a sequence of a method according to the invention in a preferred embodiment. -
3 zeigt schematisch einen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform.3 shows schematically a sequence of a method according to the invention in a further preferred embodiment. -
4 zeigt schematisch eine Maschine, bei der ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführbar ist.4 shows schematically a machine in which a method according to the invention can be carried out.
Detaillierte Beschreibung der ZeichnungDetailed description of the drawing
In
Beispielhaft werden die beiden Hydraulikzylinder 130, 132 gemeinsam mit Hydraulikfluid versorgt. Denkbar ist, dass diese beiden Hydraulikzylinder 130, 132 zum (gemeinsamen) Bewegen eines Baggerarms vorgesehen sind, der Hydraulikzylinder 134 zum Bewegen einer Baggerschaufel und der Hydraulikmotor 136 als Fahrantrieb des Baggers. Es versteht sich, dass dies rein beispielhaft zur Erläuterung dient. In der Praxis können andere und/oder weitere Hydraulikaktoren und Anwendungen hierfür vorgesehen sein.For example, the two
Weiterhin ist eine als Steuergerät ausgebildete Recheneinheit 150 gezeigt, die zum Ansteuern der Hydraulikpumpe 110 bzw. deren Verstellmechanismus 112 sowie der Antriebseinheit 114 dient. Auf die konkrete Art des Verstellmechanismus kommt es vorliegend nicht an. Für eine beispielhafte Erläuterung eines möglichen Verstellmechanismus sei auf die
Weiterhin sind beispielhaft zwei Joysticks 140, 142 sowie ein Fußpedal 144 als Bedien- oder Eingabemittel gezeigt, mittels welcher ein Bediener der Maschine Vorgaben für die Bewegung der Komponente wie Baggerarm, Schaufel und Fahrantrieb machen kann, die dann entsprechend für die Hydraulikaktoren umzusetzen sind. Die Bedien- oder Eingabemittel 140, 142, 144 sind beispielsweise über eine Datenleitung, z.B. einen Datenbus, an die Recheneinheit 150 angebunden, sodass dort die Vorgaben erhalten bzw. empfangen werden können.Furthermore, two
In
Anhand der Vorgabe E, bei der es sich z.B. um eine bestimmte Auslenkung oder Neigung des Joysticks in eine bestimmte Richtung handeln kann (z.B. als Prozentangabe einer maximalen Auslenkung oder einer Rate angegeben), wird basierend auf zwei Kennfeldern K1 und K2 als Abbildungsfunktionen ein Sollwert Fsoll für eine Kraft, die von einem betreffenden Hydraulikaktor aufgebracht werden soll, sowie ein Sollwert Vsoll für eine Geschwindigkeit, mit der der betreffende Hydraulikaktor bewegt werden soll, bestimmt. Anstelle der Kennfelder kommen auch andere Abbildungsfunktionen in Betracht.Based on specification E, which can be, for example, a specific deflection or inclination of the joystick in a specific direction (e.g. given as a percentage of a maximum deflection or a rate), two characteristic diagrams K 1 and K 2 are used as mapping functions Target value F is intended for a force that is applied by a relevant hydraulic actuator is, and a target value V is for a speed at which the relevant hydraulic actuator is to be moved. Instead of the characteristic diagrams, other mapping functions can also be considered.
Eine Möglichkeit, solche Abbildungsfunktionen oder Kennfelder zu bestimmen, soll später noch näher erläutert werden.One possibility of determining such mapping functions or characteristic diagrams will be explained in more detail later.
Bei der Kraft und der Geschwindigkeit für den Hydraulikaktor handelt es sich jeweils um eine Bewegungsbetriebsgröße des Hydraulikaktors, und zwar insbesondere individuell für einen bestimmten Hydraulikaktor. Denkbar ist, dass dies zugleich für zwei Hydraulikaktoren gilt, wenn diese gemeinsam bewegt werden sollen, wie z.B. bei den Hydraulikaktoren 130, 132 gemäß
Die Sollwerte aller Bewegungsbetriebsgrößen werden dann einem Verarbeitungsschritt 200 zugeführt. Dort werden unter Berücksichtigung einer Kinematik 210 der Maschine (bzw. kinematischer Eigenschaften der Maschine) Sollwerte für Hydraulikbetriebsgrößen für die Hydraulikaktoren bestimmt. Beispielhaft sind in
Ebenso können in diesem Verarbeitungsschritt 200 ggf. vorhandene weitere Sollwerte für weitere Bewegungsbetriebsgrößen (wie mittels Punkten angedeutet) berücksichtigt werden. Auch können in diesem Verarbeitungsschritt 200 für ggf. vorhandene weitere Hydraulikaktoren jeweils Sollwerte für weitere Bewegungsbetriebsgrößen (wie mittels gestrichelten Pfeilen angedeutet) bestimmt werden.Likewise, in this
Unter Berücksichtigung der Maschinenkinematikdaten und bekannten Übertragungsfunktion(en) von maschinen-bezogenen Größen (Maschinengrößenwelt) auf hydraulik-bezogene Größen (Hydraulikwelt) findet eine Umrechnung in die physikalischen Größen der Hydraulik statt. Wenn z.B. ein Sollwert der Hebe-Kraft an der Schaufel 3000 N beträgt, bedeutet dies bei vorgegebenen Zylinderdurchmessern und Hebellängen einen Druckbedarf von 190 bar als Sollwert für die Pumpe.Taking into account the machine kinematics data and known transfer function(s) from machine-related variables (machine size world) to hydraulic-related variables (hydraulic world), a conversion into the physical variables of the hydraulics takes place. For example, if a target value for the lifting force on the shovel is 3000 N, this means a pressure requirement of 190 bar as a target value for the pump for the given cylinder diameters and lever lengths.
Die Sollwerte aller Hydraulikbetriebsgrößen werden dann einem Verarbeitungsschritt 220 zugeführt. Dort werden unter Berücksichtigung einer Konfiguration 230 der Hydraulikanordnung sowie Hydrauliktoleranzen 232 (also insbesondere exemplarabhängige Toleranzen oder Streuungen) ein Sollwert PS für einen von der Hydraulikpumpe bereitzustellenden Druck, ggf. ein Sollwert MS für ein Drehmoment der Hydraulikpumpe, sowie ein Sollwert QS für einen von der Hydraulikpumpe bereitzustellenden Volumenstrom des Hydraulikfluids bestimmt. Hier findet insbesondere auch die Umrechnung von den Vorgaben aus den Einzelfunktionen (Sollwerte der Hydraulikbetriebsgrößen) hin zu der Summenvorgabe an die Hydraulikpumpe statt, z.B. eine Summenbildung von zwei Einzel-Volumenstrombedarfen. Wenn der volumetrische Wirkungsgrad exemplarabhängig bekannt oder ermittelt ist, kann das zu dem Bedarf der Einzelverbraucher hinzuaddiert werden und damit ein kompensierter hydraulischer Soll-Vorgabe-Wert (Sollwert der Pumpenbetriebsgröße) generiert werden.The target values of all hydraulic operating variables are then fed to a
Außerdem werden in dem Verarbeitungsschritt 220, um die betreffenden Sollwerte zu bestimmen, Anforderungen 240 an Arbeitsfunktionen der Maschine sowie ein Zustand 242 der Maschine und/oder des Antriebsaggregats, also z.B. eine aktuelle Drehzahl n des Antriebsaggregats berücksichtigt. Die Anforderungen an die Arbeitsfunktionen betreffen z.B. die Art des gewünschten Betriebsmodus wie Handlingsmodus oder Leistungsmodus. Hierbei kann z.B. relevant sein, wie bei etwaiger Unterversorgung von einzelnen Hydraulikaktoren umgegangen wird (z.B. durch geeignete Aufteilung von Hydraulikfluid); ebenso kann z.B. eine Mengenpriorisierung (d.h. eine priorisierte Versorgung mit Hydraulikfluid) von Einzelverbrauchern (Hydraulikaktoren) in Betracht kommen, aber auch eine Leistungsbeschränkung über Mengenbeschränkungen (d.h. die Beschränkung der Menge bzw. des Volumenstroms an Hydraulikfluid) für konkrete Hydraulikaktoren.In addition, in processing
Aus dem Sollwert QS für einen von der Hydraulikpumpe bereitzustellenden Volumenstrom des Hydraulikfluids kann anhand der aktuellen Drehzahl n des Antriebsaggregats bzw. der Hydraulikpumpe außerdem ein Sollwert φs für einen Schwenkwinkel als eine für das Fördervolumen der Hydraulikpumpe charakteristische Größen bestimmt werden.From the setpoint Q S for a volume flow of hydraulic fluid to be provided by the hydraulic pump, a setpoint φ s for a swivel angle can also be determined based on the current speed n of the drive assembly or the hydraulic pump as a characteristic variable for the delivery volume of the hydraulic pump.
Die Sollwerte PS und φS sowie ggf. MS können dann einem Regler 250 zugeführt werden, mittels dessen z.B. eine Stellgrößen für den Verstellmechanismus der Hydraulikpumpe bestimmt werden kann.The desired values P S and φ S and, if applicable, M S can then be supplied to a
In
Hierzu werden verschiedene Eigenschaften der Maschine bzw. Funktionsanforderungen an oder von der Maschine, wie insbesondere ein Bewegungs-Geschwindigkeits-Bedarf 300 (beim späteren Betrieb der Maschine), ein Kraftbedarf 310 (beim späteren Betrieb der Maschine), Leistungsdaten 320 sowie Einstellungen 330 aus einer Arbeitsfunktionen der Maschine berücksichtigt. Letzteres kann z.B. einen Bedarf an Volumenstrom an Hydraulikfluid für bestimmte Arbeitsfunktionen umfassen, eine Priorisierung bestimmter Komponenten oder auch Grenzen aufgrund von Anbaugeräten (z.B. wenn eine bestimmte Art von Baggerschaufel gewisse Anforderungen oder Grenzen hat).For this purpose, various properties of the machine or functional requirements on or from the machine, such as in particular a movement speed requirement 300 (when the machine is later operated), a power requirement 310 (when the machine is later operated),
Mit anderen Worten wird also z.B. unter Berücksichtigung dieser Eigenschaften oder Anforderungen ein Zusammenhang zwischen einer Vorgabe wie z.B. einer Neigung eines Joysticks und den daraus zu generierenden Bewegungsbetriebsgrößen wie Kraft und Geschwindigkeit von Hydraulikaktoren hergestellt. Die auf diese Weise eingestellten oder bestimmten Abbildungsfunktionen können dann z.B. bei der in Bezug auf die
In
Wie in Bezug auf
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