DE102023201817A1 - Method for controlling a hydraulic drive system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines hydraulischen Antriebsystems, das einen Motor (4), der eine Antriebsgröße bereitstellt, und mehrere verstellbare Hydraulikmaschinen (2a, 2b) aufweist, die durch den Motor mit der Antriebsgröße angetrieben werden, umfassend Erfassen oder Bestimmen (110) einer Sollvorgabe für jede der Hydraulikmaschinen, Erfassen oder Bestimmen (120) eines Antriebsgrößen-Istwerts für jede der Hydraulikmaschinen (2a, 2b) der Antriebsgröße, der von der jeweiligen Hydraulikmaschine aufgenommen wird, Bestimmen (130) eines Werts der Antriebsgröße, der der jeweiligen Hydraulikmaschine höchstens zur Verfügung gestellt werden soll, als Antriebsgrößen-Grenzwerts für jede der Hydraulikmaschinen (2a, 2b) basierend auf den Sollvorgaben, so dass die Summe der Antriebsgrößen-Grenzwerte gleich oder kleiner einem Antriebsgrößen-Maximum ist, wobei das Antriebsgrößen-Maximum ein Wert der Antriebsgröße ist, die für die mehreren Hydraulikmaschinen maximal verfügbar ist, Bestimmen (140) eines Antriebsgrößen-Bedarfswerts für jede der Hydraulikmaschinen (2a, 2b) aus dem Antriebsgrößen-Istwert und dem Antriebsgrößen-Grenzwert der jeweiligen Hydraulikmaschine, wobei, wenn der Antriebsgrößen-Istwert kleiner als der Antriebsgrößen-Grenzwert ist, der Antriebsgrößen-Bedarfswert als kleiner als der Antriebsgrößen-Grenzwert bestimmt wird, Bestimmen (150) eines Antriebsgrößen-Stellwerts für jede der Hydraulikmaschinen (2a, 2b) aus dem Antriebsgrößen-Maximum und den Antriebsgrößen-Bedarfswerten der jeweilig anderen Hydraulikmaschinen, und Ansteuern (160) der Hydraulikmaschinen (2a, 2b) mit den Antriebsgrößen-Stellwerten.The invention relates to a method for controlling a hydraulic drive system which has a motor (4) which provides a drive variable and a plurality of adjustable hydraulic machines (2a, 2b) which are driven by the motor with the drive variable, comprising detecting or determining (110) a target specification for each of the hydraulic machines, detecting or determining (120) a drive variable actual value for each of the hydraulic machines (2a, 2b) of the drive variable which is received by the respective hydraulic machine, determining (130) a value of the drive variable which is to be made available to the respective hydraulic machine at most as a drive variable limit value for each of the hydraulic machines (2a, 2b) based on the target specifications, so that the sum of the drive variable limit values is equal to or less than a drive variable maximum, wherein the drive variable maximum is a value of the drive variable which is maximally available for the plurality of hydraulic machines, determining (140) a drive variable requirement value for each of the Hydraulic machines (2a, 2b) from the actual drive size value and the drive size limit value of the respective hydraulic machine, wherein, if the actual drive size value is smaller than the drive size limit value, the drive size requirement value is determined to be smaller than the drive size limit value, determining (150) a drive size control value for each of the hydraulic machines (2a, 2b) from the drive size maximum and the drive size requirement values of the respective other hydraulic machines, and controlling (160) the hydraulic machines (2a, 2b) with the drive size control values.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines hydraulischen Antriebsystems.The present invention relates to a method for controlling a hydraulic drive system.
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Arbeitsmaschinen, insbesondere mobile Arbeitsmaschinen wie beispielsweise Bagger, können ein hydraulisches Antriebssystem aufweisen, um die Bewegung von Elementen der Arbeitsmaschine mittels Hydraulikzylindern oder Hydraulikmotoren (hydraulische Verbraucher) zu bewirken. Ein solches hydraulisches Antriebssystem kann mehrere, von einem einzelnen Motor (z.B. Verbrennungsmotor oder Elektromotor) angetriebene Hydraulikpumpen einschließen, die jeweils einen Teil der hydraulischen Verbraucher mit Hydraulikflüssigkeit versorgen.Work machines, in particular mobile work machines such as excavators, can have a hydraulic drive system to effect the movement of elements of the work machine by means of hydraulic cylinders or hydraulic motors (hydraulic consumers). Such a hydraulic drive system can include several hydraulic pumps driven by a single motor (e.g. internal combustion engine or electric motor), each of which supplies a portion of the hydraulic consumers with hydraulic fluid.
In der
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zur Steuerung eines hydraulischen Antriebsystems sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.According to the invention, a method for controlling a hydraulic drive system as well as a computing unit and a computer program with the features of the independent patent claims are proposed. Advantageous embodiments are the subject of the subclaims and the following description.
Die Erfindung bedient sich der Maßnahme, Antriebsgrößen-Grenzwerte für die (verstellbaren) Hydraulikmaschinen basierend auf einem Antriebsgrößen-Maximum und Sollvorgaben für die Hydraulikmaschinen zu bestimmen. Dabei wird für jede Hydraulikmaschine aus dem jeweiligen Antriebsgrößen-Istwert und dem jeweiligen Antriebsgrößen-Grenzwert ein Antriebsgrößen-Bedarfswert so bestimmt, dass wenn der Antriebsgrößen-Istwert kleiner als der Antriebsgrößen-Grenzwert ist, der Antriebsgrößen-Bedarfswert kleiner als der Antriebsgrö-ßen-Grenzwert ist. Weiter werden aus dem Antriebsgrößen-Bedarfswerten Antriebsgrößen-Stellwerte für die Hydraulikmaschinen bestimmt und die Hydraulikmaschinen werden entsprechend angesteuert. Durch die Berücksichtigung der Sollvorgaben bei der Bestimmung der Antriebsgrößen-Grenzwerte wird ermöglicht, bei Ausschöpfung des Antriebsgrößen-Maximums entsprechend der Sollvorgabe gewünschte Bewegungen möglichst einzuhalten. Durch die Berücksichtigung der Antriebsgrößen-Istwerte kann erreicht werden, dass eine freiwerdende Menge der Antriebsgröße, z.B. wenn eine Hydraulikmaschine den Antriebsgrö-ßen-Grenzwert nicht ausgeschöpft bzw. der Antriebsgrößen-Istwert darunter liegt, für andere Hydraulikmaschinen verwendet wird.The invention uses the measure of determining drive size limit values for the (adjustable) hydraulic machines based on a drive size maximum and target specifications for the hydraulic machines. For each hydraulic machine, a drive size requirement value is determined from the respective drive size actual value and the respective drive size limit value in such a way that if the drive size actual value is smaller than the drive size limit value, the drive size requirement value is smaller than the drive size limit value. Furthermore, drive size control values for the hydraulic machines are determined from the drive size requirement values and the hydraulic machines are controlled accordingly. By taking the target specifications into account when determining the drive size limit values, it is possible to maintain the desired movements as far as possible in accordance with the target specification when the drive size maximum is exhausted. By taking the actual drive size values into account, it is possible to ensure that a freed-up amount of the drive size, e.g. if a hydraulic machine does not exhaust the drive size limit or the actual drive size value is below this, is used for other hydraulic machines.
Bei der Antriebsgröße handelt es sich z.B. um ein Drehmoment oder um eine Leistung. Die Werte der Antriebsgröße (Antriebsgrößen-Grenzwerte, Antriebsgrößen-Istwerte, Antriebsgrö-ßen-Maximalwert, Antriebsgrößen-Bedarfswerte, Antriebsgrößen-Maximum, Antriebsgrößen-Stellwerte, ...) können in einer entsprechenden Einheit angegeben werden (z.B. Nm bzw. Watt).The drive variable is, for example, a torque or a power. The values of the drive variable (drive variable limit values, drive variable actual values, drive variable maximum value, drive variable required values, drive variable maximum, drive variable control values, ...) can be specified in an appropriate unit (e.g. Nm or watts).
Die Sollvorgabe einer Hydraulikmaschine ist eine Vorgabe für eine Größe, die von der Hydraulikmaschine bereitgestellt und von mit der Hydraulikmaschine verbunden hydraulischen Verbrauchern aufgenommen wird. Beispielsweise kann die Sollvorgabe ein Sollvolumenstrom, ein Solldrehmoment oder ein Solldruck sein.The target specification of a hydraulic machine is a specification for a quantity that is provided by the hydraulic machine and consumed by hydraulic consumers connected to the hydraulic machine. For example, the target specification can be a target volume flow, a target torque or a target pressure.
Das Antriebsgrößen-Maximum gibt an, welcher Wert der Antriebsgröße für die Hydraulikmaschinen tatsächlich verfügbar ist, um diese anzutreiben. Das Antriebsgrößen-Maximum kann im Grenzfall z.B. ein Antriebsgrößen-Maximalwert sein, der von dem Motor maximal bereitgestellt werden kann. Der Antriebsgrößen-Maximalwert kann drehzahlabhängig sein.The maximum drive size indicates which value of the drive size is actually available for the hydraulic machines to drive them. In the limiting case, the maximum drive size can be, for example, a maximum drive size value that can be provided by the motor. The maximum drive size value can be speed-dependent.
Der Antriebsgrößen-Grenzwert einer Hydraulikmaschine gibt an, welcher Wert der Antriebsgröße dieser Hydraulikmaschine maximal zugewiesen wird. Der Antriebsgrößen-Istwert einer Hydraulikmaschine gibt an, welcher Wert der Antriebsgröße von dieser Hydraulikmaschine zum jeweiligen Zeitpunkt tatsächlich aufgenommen wird (z.B. bestimmbar aus dem Ausgangsdruck, der Verdrängung bzw. dem Schwenkwinkel, der Drehzahl; die etwa mit Sensoren erfasst werden).The drive size limit value of a hydraulic machine indicates the maximum value of the drive size that is assigned to this hydraulic machine. The drive size actual value of a hydraulic machine indicates the value of the drive size that is actually recorded by this hydraulic machine at the respective time (e.g. determinable from the output pressure, the displacement or swivel angle, the speed; which are recorded using sensors, for example).
Der Antriebsgrößen-Bedarfswert einer Hydraulikmaschine gibt an, welcher Wert der Antriebsgröße von dieser Hydraulikmaschine zum jeweiligen Zeitpunkt benötigt wird; d.h. entspricht einem tatsächlichen Bedarf unter Berücksichtigung des Antriebsgrößen-Grenzwerts. Der Antriebsgrößen-Bedarfswert wird so bestimmt, dass er kleiner-gleich dem Antriebsgrößen-Grenzwert ist und, wenn der Antriebsgrößen-Istwert kleiner als der Antriebsgrößen-Grenzwert ist, wird der Antriebsgrößen-Bedarfswert so bestimmt, dass er kleiner als der Antriebsgrößen-Grenzwert ist. Wenn der Antriebsgrößen-Istwert nicht kleiner als der Antriebsgrößen-Grenzwert ist, kann der Antriebsgrößen-Bedarfswert insbesondere als gleich dem Antriebsgrößen-Grenzwert bestimmt werden. Der Antriebsgrößen-Bedarfswert einer Hydraulikmaschine kann beispielsweise als Minimum von Antriebsgrößen-Istwert und Antriebsgrößen-Grenzwert der jeweiligen Hydraulikmaschine bestimmt werden (wobei auch andere funktionale Abhängigkeiten denkbar sind, solange die vorstehenden Bedingungen eingehalten werden).The drive size requirement value of a hydraulic machine indicates which value of the drive size is required by this hydraulic machine at the respective time; i.e. corresponds to an actual requirement taking into account the drive size limit value. The drive size requirement value is determined such that it is less than or equal to the drive size limit value and, if the drive size actual value is less than the drive size limit value, the drive size requirement value is determined such that it is less than the drive size limit value. If the drive size actual value is not less than the drive size limit value, the drive size requirement value can in particular be determined as equal to the drive size limit value. The drive size requirement value of a hydraulic machine can, for example, be the minimum of the drive size actual value and the drive size limit value. limit value of the respective hydraulic machine (although other functional dependencies are also conceivable, as long as the above conditions are met).
Der Antriebsgrößen-Stellwert einer Hydraulikmaschine gibt an, welcher Wert der Antriebsgröße durch Verstellen bzw. Ansteuern der Hydraulikmaschine erreicht werden soll, z.B. durch Verstellen des Schwenkwinkels bzw. der Verdrängung.The drive variable control value of a hydraulic machine indicates which value of the drive variable is to be achieved by adjusting or controlling the hydraulic machine, e.g. by adjusting the swivel angle or the displacement.
Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät einer mobilen Arbeitsmaschine, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.A computing unit according to the invention, e.g. a control unit of a mobile work machine, is set up, in particular in terms of programming, to carry out a method 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 also advantageous, since this causes particularly low costs, especially if an executing control unit is also used for other tasks and is therefore already present. Suitable data carriers for providing the computer program are in particular magnetic, optical and electrical storage devices, such as hard disks, 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 embodiments of the invention emerge from the description and the accompanying drawings.
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 is understood that the features mentioned above and those 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 von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.The invention is illustrated schematically in the drawing using embodiments and is described in detail below with reference to the drawing.
FigurenbeschreibungCharacter description
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1 zeigt den Aufbau eines beispielhaften hydraulischen Antriebsystems, bei dem ein erfindungsgemäßes Steuerungsverfahren angewendet werden kann.1 shows the structure of an exemplary hydraulic drive system in which a control method according to the invention can be applied. -
2 zeigt ein Ablaufdiagramm gemäß eines Ausführungsbeispiels der Erfindung.2 shows a flow chart according to an embodiment of the invention.
Detaillierte Beschreibung der ZeichnungDetailed description of the drawing
Das Antriebssystem umfasst zwei Hydraulikpumpen bzw. Hydraulikmaschinen, nämlich eine erste verstellbare Hydraulikmaschine 2a und eine zweite verstellbare Hydraulikmaschine 2b, die gemeinsam von einem Motor 4 angetrieben werden. Z.B. ist der Motor 4 über Wellen mit der ersten und der zweiten Hydraulikmaschine gekoppelt, um diese anzutreiben. Optional können ein oder mehrere Getriebe zwischen Motor und/oder den Hydraulikmaschinen vorgesehen sein, insbesondere Übersetzungsgetriebe, so dass die Drehzahlen sich entsprechend jeweiliger Übersetzungsverhältnisse unterscheiden können. Die Hydraulikmaschinen 2a, 2b sind z.B. jeweils eingerichtet, Druckmittel (d.h. Hydraulikflüssigkeit, insbesondere ein Hydrauliköl) aus einem Tank in jeweilige Hydraulikleitungen (erste Hydraulikleitung 6a, zweite Hydraulikleitung 6b) zu fördern, die mit ausgangseitigen Ausgängen bzw. Druckausgängen der Hydraulikmaschinen verbunden sind. Beide Hydraulikmaschinen 2a, 2b sind verstellbar, d.h. ihre Verdrängung (d.h. je Umdrehung gefördertes Volumen an Druckmittel, auch als Schluckvolumen bezeichnet) ist veränderbar bzw. verstellbar, z.B. entsprechend einem Schwenkwinkel. Die Hydraulikmaschinen 2a, 2b können Axialkolbenmaschinen, insbesondere Schrägscheibenmaschine, sein. Der Motor 4 kann ein Verbrennungsmotor, insbesondere ein Dieselmotor, oder ein Elektromotor bzw. eine elektrische Maschine sein.The drive system comprises two hydraulic pumps or hydraulic machines, namely a first adjustable
Der Motor 4 stellte eine sogenannte Antriebsgröße bereit, z.B. ein Drehmoment oder eine Leistung. Die bereitgestellte Antriebsgröße wird von den Hydraulikmaschinen (in aufgeteilter Form) in hydraulische Leistungen bzw. hydraulische Größen, z.B. Druck und/oder Volumenstrom, gewandelt. Die vom Motor 4 bereitstellbare Antriebgröße ist nach oben durch ein typischerweise drehzahlabhängiges Antriebsgrößen-Maximum beschränkt.The motor 4 provides a so-called drive variable, e.g. a torque or a power. The drive variable provided is converted by the hydraulic machines (in a split form) into hydraulic power or hydraulic variables, e.g. pressure and/or volume flow. The drive variable that can be provided by the motor 4 is limited upwards by a drive variable maximum that is typically dependent on the speed.
Weiter können Drucksensoren vorgesehen sein, wobei ein erster Drucksensor 8a den Druck (Ausgangsdruck) des Druckmittels am Druckausgang der ersten Hydraulikmaschine 2a (bzw. an der ersten Hydraulikleitung 6a) misst, und ein zweiter Drucksensor 8b den Druck (Ausgangsdruck) des Druckmittels am Druckausgang der zweiten Hydraulikmaschine 2b (bzw. an der zweiten Hydraulikleitung 6b) misst. Auch können Verdrängungssensoren (bzw. Schwenkwinkelsensoren) vorgesehen sein, wobei ein erster Verdrängungssensor 10a die Verdrängung (bzw. den Schwenkwinkel) der ersten Hydraulikmaschine 2a misst oder bestimmt, und ein zweiter Verdrängungssensor 10b die Verdrängung (bzw. den Schwenkwinkel) der zweiten Hydraulikmaschine 2b misst oder bestimmt.Furthermore, pressure sensors can be provided, with a
Der Druckausgang der ersten Hydraulikmaschine 2a ist (mittels der ersten Hydraulikleitung 6a) mit einer ersten Ventilanordnung 12a verbunden, die den Zu- und Abfluss an Druckmittel zu einem oder mehreren (ersten) hydraulischen Verbrauchern 14a steuert. Hier ist beispielsweise ein Hydraulikzylinder als erster hydraulischer Verbraucher 14a dargestellt. Der Druckausgang der zweiten Hydraulikmaschine 2b ist (mittels der zweiten Hydraulikleitung 6b) mit einer zweiten Ventilanordnung 12b verbunden, die den Zu- und Abfluss an Druckmittel zu einem oder mehreren (zweiten) hydraulischen Verbrauchern 14b steuert. Hier ist beispielsweise ein Hydraulikmotor als zweiter hydraulischer Verbraucher 14b dargestellt. Im Fall eines Baggers, in dem das hydraulischen Antriebsystem vorgesehen ist, könnte z.B. der Hydraulikzylinder die Schwenkbewegung des Baggerarms und der Hydraulikmotor die Drehbewegung des Oberwagens relativ zum Fahrgestell bewirken. Jede der Ventilanordnungen 12a, 12b kann alternativ oder zusätzlich zu den dargestellten hydraulischen Verbrauchern mit anderen bzw. weiteren hydraulischen Verbrauchern verbunden sein, um den Zu- und Abfluss an Druckmittel zu/von diesen zu steuern. Im Allgemeinen ist also jede Ventilanordnung 12a, 12b mit wenigstens einem ersten bzw. zweiten hydraulischen Verbraucher 14a, 14b (z.B. wenigstens einem Hydraulikzylinder und/oder Hydraulikmotor) verbunden, um den Zu- und Abfluss an Druckmittel zu diesem bzw. von diesen zu steuern. Die Ventilanordnungen schließen z.B. jeweils ein oder mehrere Ventile ein, insbesondere Wegeventile, die zumindest teilweise steuerbar sind, um den Zu- und Abfluss an Druckmittel zu steuern. Aus gewünschten Bewegungen der hydraulischen Verbraucher und vorliegenden Belastungen der hydraulischen Verbraucher ergeben sich Anforderungen an den Ausgangsdruck und/oder den Volumenstrom der entsprechenden Hydraulikmaschine.The pressure output of the first
Es kann eine elektronische Steuerung 16 (Recheneinheit) vorgesehen sein, die dazu eingerichtet ist, die Hydraulikmaschinen 2a, 2b zu steuern, d.h. deren Verdrängung bzw. Schwenkwinkel zu steuern bzw. zu regeln. Die Steuerung 16 kann dazu Sensordaten vom ersten und zweiten Drucksensor 8a, 8b und/oder vom ersten und zweiten Verdrängungssensor 10a, 10b erfassen. Die Steuerung 16 kann weiterhin dazu eingerichtet sein, den Motor 4 zu steuern (z.B. diesen mit einer Solldrehzahl anzusteuern) und/oder eine Drehzahl des Motors 4 zu erfassen. Auch kann die Steuerung 16 dazu eingerichtet sein, die Ventilanordnungen und damit die hydraulischen Verbraucher zu steuern, z.B. basierend auf Bediensignalen, die durch eine Bedieneinrichtung 18 (etwa ein Joystick) erfasst und an die Steuerung übermittelt werden. Jeweilige Steuerleitungen und/oder Signalleitungen (zur Übermittlung von Steuersignalen bzw. Messdaten) sind in der Figur beispielhaft als gestrichelte Linien eingezeichnet. Die elektronische Steuerung 16 ist insbesondere dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Steuerung eines hydraulischen Antriebsystems durchzuführen.An electronic controller 16 (processing unit) can be provided which is set up to control the
Die Steuerung der Hydraulikmaschinen 2a, 2b erfolgt unter Berücksichtigung von Sollvorgaben für die Hydraulikmaschinen, d.h. für jede Hydraulikmaschine wird eine Sollvorgabe bestimmt oder erfasst. Diese Bestimmung bzw. Erfassung kann durch die Steuerung 16, etwa basierend auf Bediensignalen, erfolgen. Sollvorgaben können z.B. Sollvolumenströme, Solldrehmomente, Solldrücke oder Ähnliches sein. Weiter kann die Steuerung der Hydraulikmaschinen 2a, 2b so erfolgen, dass der von jeder der Hydraulikmaschinen aufgenommene bzw. verbrauchte Anteil der Antriebsgröße jeweils möglichst einem bestimmten Wert entspricht, der als Antriebsgrößen-Stellwert bezeichnet wird. Die Hydraulikmaschinen werden also so verstellt bzw. gesteuert (etwa im Rahmen einer Regelung), dass die jeweiligen Antriebsgrößen-Stellwerte erreicht werden. Der tatsächlich aufgenommene Wert bzw. verbrauchte Anteil der Antriebsgröße, der als Antriebsgrößen-Istwert bezeichnet wird und der mittels der Messdaten des entsprechenden Drucksensors und/oder Verdrängungssensors bestimmt werden kann, kann vom Antriebsgrößen-Stellwert abweichen, z.B. in dynamischen Situationen oder wenn dieser nicht erreicht werden kann, etwa aufgrund einer Beschränkung der maximal möglichen Verdrängung und/oder des maximalen Ausgangsdrucks (z.B. Druckabschneidung einer Hydraulikmaschine).The
In
Das Verfahren bzw. die Schritte des Verfahrens können insbesondere durch eine elektronische Steuerung des hydraulischen Antriebssystems durchgeführt werden.The method or the steps of the method can be carried out in particular by an electronic control of the hydraulic drive system.
In Schritt 110 wird für jede der Hydraulikmaschinen eine Sollvorgabe für die jeweilige Hydraulikmaschine erfasst oder bestimmt. Die Sollvorgabe kann z.B. ein Sollvolumenstrom, ein Solldrehmoment oder ein Solldruck sein. In den nachfolgenden Formeln wird beispielhaft der Sollvolumenstrom verwendet, der etwa aus Volumenstromanforderungen, die sich aus Bedienereingaben ergeben, bestimmt werden können.In
In Schritt 120 wird für jede der Hydraulikmaschinen ein Antriebsgrößen-Istwert bestimmt oder erfasst, der von der jeweiligen Hydraulikmaschine tatsächlich aufgenommen wird, d.h. der Anteil bzw. ein dem Anteil entsprechender Wert der Antriebsgröße, der von der jeweiligen Hydraulikmaschine tatsächlich zum jeweiligen Zeitpunkt der Bestimmung oder Erfassung aufgenommen wird. Dazu können insbesondere von Drucksensoren und Verdrängungssensoren gemessene Ausgangsdrücke bzw. Verdrängungen verwendet werden.In
In Schritt 130 wird für jede Hydraulikmaschine ein sogenannter Antriebsgrößen-Grenzwert bestimmt, wobei die Sollvorgaben für die Hydraulikmaschinen berücksichtigt werden und die Bestimmung so erfolgt, dass die Summe aller Antriebsgrößen-Grenzwerte gleich oder kleiner einem Antriebsgrößen-Maximum ist. Der Antriebsgrößen-Grenzwert einer Hydraulikmaschine bezeichnet den maximalen Wert der Antriebsgröße, der dieser zugewiesen werden darf. Das Antriebsgrößen-Maximum kann als Wert der Antriebsgröße angesehen werden, der von den Hydraulikmaschinen insgesamt maximal verbraucht werden darf. Insbesondere können die Antriebsgrößen-Grenzwerte so bestimmt werden, dass die Verhältnisse jeweils zweier Antriebsgrößen-Grenzwerte (für verschiedene Hydraulikmaschinen) gleich den Verhältnissen der entsprechenden beiden Sollvorgaben sind. Für alle Paare von jeweils zwei Hydraulikmaschinen sollte gelten, dass das Verhältnis der Antriebsgrößen-Grenzwerte, die zu den Hydraulikmaschinen eines Paares korrespondieren, gleich ist dem Verhältnis der Sollvorgaben, die zu den Hydraulikmaschinen des Paares korrespondieren.In
Das Antriebsgrößen-Maximum kann ein Antriebsgrößen-Maximalwert des Motors, d.h. ein maximaler Wert der Antriebsgröße, der vom Motor bereitstellbar ist, sein, der z.B. von der Drehzahl des Motors abhängig ist. Der Antriebsgrößen-Maximalwert des Motors kann erfasst bzw. bestimmt werden. Z.B. kann der augenblickliche Antriebsgrößen-Maximalwert von einer Motorsteuerung an eine elektronische Steuerung, die ein erfindungsgemäßes Verfahren implementiert, übermittelt werden. Es können auch entsprechende Größen (z.B. Drehzahl des Motors) von einer elektronischen Steuerung, die ein erfindungsgemäßes Verfahren implementiert, erfasst werden, z.B. von einer Motorsteuerung übermittelt werden, und durch die elektronische Steuerung kann der augenblickliche Antriebsgrößen-Maximalwert daraus bestimmt werden (z.B. mittels eines Kennfeldes).The maximum drive variable can be a maximum drive variable value of the engine, i.e. a maximum value of the drive variable that can be provided by the engine, which is dependent on the speed of the engine, for example. The maximum drive variable value of the engine can be recorded or determined. For example, the current maximum drive variable value can be transmitted from an engine control to an electronic control that implements a method according to the invention. Corresponding variables (e.g. speed of the engine) can also be recorded by an electronic control that implements a method according to the invention, e.g. transmitted by an engine control, and the electronic control can determine the current maximum drive variable value from them (e.g. using a characteristic map).
Wenn festgestellt wird, z.B. während oder nach zumindest einmaliger Durchführung des Verfahrens, dass sich der Antriebsgrößen-Maximalwert des Motors ändert, kann vorgesehen sein, dass das Antriebsgrößen-Maximum entsprechend geändert wird (d.h. ein geändertes Antriebsgrößen-Maximum bestimmt wird) und dass das Verfahren mit dem geänderten Antriebsgrößen-Maximum wiederholt wird.If it is determined, e.g. during or after at least one execution of the method, that the maximum drive size value of the motor changes, it can be provided that the maximum drive size is changed accordingly (i.e. a changed maximum drive size is determined) and that the method is repeated with the changed maximum drive size.
Im Falle zweier Hydraulikmaschinen können die Antriebsgrößen-Grenzwerte die, die diese Bedingungen (einschließlich der Bedingung an das Verhältnis) erfüllen, z.B. berechnet werden durch:
Dabei bezeichnet Mmax das Antriebsgrößen-Maximum (hier z.B. Drehmoment-Maximum) des Motors, Qdem,1 bezeichnet die Sollvorgabe (hier z.B. Sollvolumenstrom) der ersten Hydraulikmaschine, Qdem,2 bezeichnet die Sollvorgabe (hier z.B. Sollvolumenstrom) der zweiten Hydraulikmaschine, Mlim,1 bezeichnet den Antriebsgrößen-Grenzwert (hier z.B. Drehmoment-Grenzwert) der ersten Hydraulikmaschine und Mlim,2 bezeichnet den Antriebsgrößen-Grenzwert (hier z.B. Drehmoment-Grenzwert) der zweiten Hydraulikmaschine.Here, M max denotes the drive size maximum (here e.g. torque maximum) of the motor, Q dem,1 denotes the target value (here e.g. target volume flow) of the first hydraulic machine, Q dem,2 denotes the target value (here e.g. target volume flow) of the second hydraulic machine, M lim,1 denotes the drive size limit value (here e.g. torque limit value) of the first hydraulic machine and M lim,2 denotes the drive size limit value (here e.g. torque limit value) of the second hydraulic machine.
Entsprechend kann allgemein für jede der Hydraulikmaschinen der Antriebsgrößen-Grenzwert, so dass die obigen Bedingungen (einschließlich der Bedingung an die Verhältnisse) erfüllen sind, berechnet werden als Produkt des Antriebsgrößen-Maximums mit dem Quotienten aus der Sollvorgabe der jeweiligen Hydraulikmaschine und der Summe der Sollvorgaben für alle Hydraulikmaschinen.Accordingly, in general, for each of the hydraulic machines, the drive size limit value such that the above conditions (including the condition on the ratios) are met can be calculated as the product of the drive size maximum with the quotient of the target specification of the respective hydraulic machine and the sum of the target specifications for all hydraulic machines.
Bei der Bestimmung der Antriebsgrößen-Istwerte (Schritt 120) und/oder bei der Bestimmung der Antriebsgrößen-Grenzwerte (Schritt 130) können Wirkungsgrade der Hydraulikmaschinen berücksichtigt werden, die insbesondere von der Drehzahl und/oder der Verdrängung und/oder dem Ausgangsdruck der jeweiligen Hydraulikmaschine abhängig sind. Der Wirkungsgrad einer Hydraulikmaschine bezeichnet insbesondere, inwiefern die eingangsseitig aufgenommene Antriebsgröße (z.B. Drehmoment oder Leistung) von der Hydraulikmaschine in ausgangsseitige Größen umgesetzt wird (z.B. Ausgangsdruck mal Verdrängung oder Ausgangsdruck mal Volumenstrom). Der Wirkungsgrad ist vom Betriebspunkt der jeweiligen Hydraulikmaschine, der z.B. durch die Drehzahl und/oder die Verdrängung und/oder den Ausgangsdruck der jeweiligen Hydraulikmaschine charakterisiert ist, abhängig. Der Betriebspunkt, insbesondere die Drehzahl und/oder die Verdrängung und/oder der Ausgangsdruck, kann aus gemessenen oder erfassten Werten für Drehzahl und/oder Verdrängung und/oder Ausgangsdruck und/oder aus der Sollvorgabe bestimmt werden (zumindest teilweise). Die Wirkungsgrade können z.B. in Form von Kennfeldern in der elektronischen Steuerung gespeichert sein. Bei der Bestimmung des Antriebsgrößen-Grenzwerts kann beispielhaft für jede Hydraulikmaschine statt der Sollvorgabe der Quotient aus Sollvorgabe und Wirkungsgrad verwendet werden (bei entsprechender Definition der Wirkungsgrade).When determining the actual drive values (step 120) and/or when determining the Drive variable limit values (step 130) can take into account the efficiencies of the hydraulic machines, which depend in particular on the speed and/or the displacement and/or the output pressure of the respective hydraulic machine. The efficiency of a hydraulic machine refers in particular to the extent to which the drive variable received on the input side (e.g. torque or power) is converted by the hydraulic machine into output-side variables (e.g. output pressure times displacement or output pressure times volume flow). The efficiency depends on the operating point of the respective hydraulic machine, which is characterized, for example, by the speed and/or the displacement and/or the output pressure of the respective hydraulic machine. The operating point, in particular the speed and/or the displacement and/or the output pressure, can be determined (at least partially) from measured or recorded values for speed and/or displacement and/or output pressure and/or from the target specification. The efficiencies can be stored, for example, in the form of characteristic maps in the electronic control system. When determining the drive size limit value, the quotient of the target value and the efficiency can be used for each hydraulic machine instead of the target value (if the efficiencies are defined accordingly).
In Schritt 140 wird ein Antriebsgrößen-Bedarfswerts für jede der Hydraulikmaschinen aus dem Antriebsgrößen-Istwert und dem Antriebsgrößen-Grenzwert der jeweiligen Hydraulikmaschine bestimmt. Dabei wird der Antriebsgrößen-Bedarfswert jeder der Hydraulikmaschinen insbesondere als gleich dem Minimum Min(Mist,i; Mıim,i) aus dem Antriebsgrößen-Istwert und dem Antriebsgrößen-Grenzwert der jeweiligen Hydraulikmaschine bestimmt, d.h. als kleinerer des Antriebsgrößen-Istwerts und des Antriebsgrößen-Grenzwerts.In
Im Allgemeinen wird der Antriebsgrößen-Bedarfswert kleiner-gleich dem Antriebsgrößen-Grenzwert bestimmt und, wenn der Antriebsgrößen-Istwert kleiner als der Antriebsgrößen-Grenzwert ist, wird der Antriebsgrößen-Bedarfswert als kleiner als der Antriebsgrößen-Grenzwert bestimmt. D.h. neben der Minimumbildung sind auch andere Funktionen denkbar, um den Antriebsgrößen-Bedarfswert zu bestimmen. Z.B. könnte, wenn der Antriebsgrößen-Istwert kleiner als der Antriebsgrößen-Grenzwert ist, ein Durchschnitt dieser Größen verwendet werden. In jedem Fall ist der Antriebsgrößen-Bedarfswert kleiner-gleich dem Antriebsgrößen-Grenzwert.In general, the drive size requirement value is determined to be less than or equal to the drive size limit value and, if the drive size actual value is less than the drive size limit value, the drive size requirement value is determined to be less than the drive size limit value. This means that in addition to the minimum calculation, other functions are also conceivable for determining the drive size requirement value. For example, if the drive size actual value is less than the drive size limit value, an average of these values could be used. In any case, the drive size requirement value is less than or equal to the drive size limit value.
In Schritt 150 wird für jede der Hydraulikmaschinen ein Antriebsgrößen-Stellwert bestimmt. Dabei wird für jede Hydraulikmaschine der dieser zugeordnete Antriebsgrößen-Stellwert als gleich oder kleiner als das Antriebsgrößen-Maximum minus die Antriebsgrößen-Bedarfswerte aller anderen Hydraulikmaschinen (bzw. als gleich dem Antriebsgrößen-Maximum minus die Summe der Antriebsgrößen-Bedarfswerte aller anderen Hydraulikmaschinen oder als kleiner diesem Wert) bestimmt.In
Insgesamt (Schritt 140 und Schritt 150) gilt im Fall von lediglich zwei Hydraulikmaschinen also insbesondere:
Dabei bezeichnet Mset,1 den Antriebsgrößen-Stellwert der ersten Hydraulikmaschine, Mset,2 bezeichnet den Antriebsgrößen-Stellwert der zweiten Hydraulikmaschine, Mist,1 bezeichnet den Antriebsgrößen-Istwert der ersten Hydraulikmaschine und Mist,2 bezeichnet den Antriebsgrößen-Istwert der zweiten Hydraulikmaschine. Liegt also der Antriebsgrößen-Istwert oder Antriebsgrößen-Bedarfswert einer der beiden Hydraulikmaschinen unter deren Antriebsgrößen-Grenzwert, d.h. wenn ein Anteil (freiwerdender Anteil) der Antriebsgröße, der dieser Hydraulikmaschine entsprechend dem Antriebsgrößen-Grenzwert zugeordnet ist, nicht von der Hydraulikmaschine genutzt wird, so wird der freiwerdende Anteil (Antriebsgrößen-Grenzwert minus Antriebsgrößen-Istwert dieser Hydraulikmaschine) der anderen Hydraulikmaschine zugewiesen, d.h. der Antriebsgrößen-Stellwert der anderen Hydraulikmaschine ist entsprechend größer. Der Fall, dass der Antriebsgrößen-Istwert unter dem Antriebsgrößen-Grenzwert liegt, kann z.B. auftreten, wenn eine anderweitige Limitierung der aufgenommenen Antriebsgröße der Hydraulikmaschine vorliegt, etwa wegen Druckabschneidung (interne Druckbegrenzung der Hydraulikmaschine) oder in dynamischen Situationen. Die betreffende Hydraulikmaschine kann daher auch als limitierte Hydraulikmaschine bezeichnet werden.Here, M set,1 denotes the drive variable set point of the first hydraulic machine, M set,2 denotes the drive variable set point of the second hydraulic machine, M ist,1 denotes the actual drive variable value of the first hydraulic machine and M ist,2 denotes the actual drive variable value of the second hydraulic machine. If the actual drive variable value or drive variable requirement value of one of the two hydraulic machines is below its drive variable limit value, i.e. if a portion (freed portion) of the drive variable that is assigned to this hydraulic machine according to the drive variable limit value is not used by the hydraulic machine, the freed portion (drive variable limit value minus actual drive variable value of this hydraulic machine) is assigned to the other hydraulic machine, i.e. the drive variable set point of the other hydraulic machine is correspondingly larger. The case that the actual drive size value is below the drive size limit value can occur, for example, if there is another limitation of the recorded drive size of the hydraulic machine, for example due to pressure cut-off (internal pressure limitation of the hydraulic machine) or in dynamic situations. The hydraulic machine in question can therefore also be referred to as a limited hydraulic machine.
Im Fall von mehr als zwei Hydraulikmaschinen kann eine geeignete Aufteilung des freiwerdenden Anteils (einer limitierten der Hydraulikmaschinen) auf die anderen Hydraulikmaschinen gewählt werden. Beispielsweise kann im Fall von mehr als zwei Hydraulikmaschinen, wenn (z.B. in Schritt 140 oder Schritt 150) festgestellt wird, dass für eine (limitierte) der Hydraulikmaschinen der dieser Hydraulikmaschine entsprechende Antriebsgrößen-Istwert oder Antriebsgrößen-Bedarfswert unter dem dieser Hydraulikmaschine entsprechenden Antriebsgrößen-Grenzwert liegt, wie folgt vorgegangen werden:
- Der Antriebsgrößen-Stellwert für diese (limitierte) Hydraulikmaschine wird als gleich dem Antriebsgrößen-Istwert dieser Hydraulikmaschine bestimmt. Weiter wird ein angepasstes Antriebsgrößen-Maximum als gleich dem (aktuellen) Antriebsgrößen-Maximum minus der Differenz zwischen Antriebsgrößen-Grenzwert und Antriebsgrößen-Istwert dieser (limitierten) Hydraulikmaschine bestimmt. Anschließend werden die
Schritte 130bis 150 eingeschränkt auf die anderen Hydraulikmaschinen (d.h. die von der limitierten Hydraulikmaschine verschiedenen Hydraulikmaschinen) unter Verwendung des angepassten Antriebsgrößen-Maximums erneut durchgeführt.
- The drive size control value for this (limited) hydraulic machine is determined to be equal to the drive size actual value of this hydraulic machine. Furthermore, an adjusted drive size maximum is determined to be equal to the (current) drive size maximum minus the difference between the drive size limit value and the drive size actual value of this (limited) hydraulic machine. Then, steps 130 to 150 are carried out again, restricted to the other hydraulic machines (ie the hydraulic machines other than the limited hydraulic machine), using the adjusted drive size maximum.
In Schritt 160 werden die Hydraulikmaschinen entsprechend den Antriebsgrößen-Stellwerten angesteuert.In
Die Schritte des Verfahrens können wiederholt bzw. fortlaufend durchgeführt werden, so dass die Antriebsgrößen-Stellwerte entsprechend geänderter Sollvorgaben und/oder geänderter Antriebsgrößen-Istwerte und/oder eines geänderten Antriebsgrößen-Maximums fortlaufend aktualisiert bzw. angepasst werden.The steps of the method can be carried out repeatedly or continuously so that the drive variable control values are continuously updated or adjusted according to changed target values and/or changed drive variable actual values and/or a changed drive variable maximum.
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