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Title:
METHOD FOR CONTROLLING AN AUTOMOTIVE CONSTRUCTION MACHINE AND AN AUTOMOTIVE CONSTRUCTION MACHINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2002/078994
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for controlling a construction machine (M), in particular a wheeled road finisher (S), comprising the following steps: set speeds that are higher than the speed of the rear-wheel drive (HA) by a set differential are predetermined for the front wheels (5, 6, 5', 6'), which allows a maximum transmittable torque to be achieved. The torque for the front-wheel drive (FA) is set depending on a measured actual speed differential between the front-wheel drive and the rear-wheel drive and the selected set differential. For the maximum torque transmittable by the front-wheel drive, the predetermined set speed for each front wheel remains ineffective as a result of the torque control taking precedence over the predetermined set speed. If at least one front wheel loses traction, the speed of said wheel(s) is restricted by the set speed, whilst the pressure control remains unchanged. Each drive unit (12, 13, 12', 13') in the front-wheel drive (FA) of the construction machine has an individual hydraulic control circuit (20, 21, 22, 23).

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Inventors:
BERGHOFF PETER
EUL ACHIM
GREULICH ROLF
LETZ ANDREAS
Application Number:
PCT/EP2002/003335
Publication Date:
October 10, 2002
Filing Date:
March 25, 2002
Export Citation:
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Assignee:
VOEGELE AG J (DE)
International Classes:
B60K17/10; B60K17/356; B60K23/08; (IPC1-7): B60K17/356; B60K23/08
Foreign References:
EP0743219A11996-11-20
US5420791A1995-05-30
DE3620163A11987-12-17
DE3331651C11985-05-02
DE3842405A11990-06-28
Attorney, Agent or Firm:
GRÜNECKER, KINKELDEY, STOCKMAIR & SCHWANHÄUSSER (Maximilianstrasse 58 München, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Verfahren zum Steuern einer Baumaschine (M), insbesondere eines Rad Straßenfertigers (S), die einen Heckantrieb (HA) mit mindestens zwei angetriebenen Hinterrädern (3,3') und einen wahlweise zuschaltbaren Frontantrieb (FA) mit min destens zwei lenkbaren, über hydrostatische Antriebseinheiten (12,13,12', 13') antreibbare Vorderräder (5,6,5', 6') aufweist, wobei die Drehzahlen der Vorderräder einzeln und die Drehzahl des Heckantriebs erfasst und für den Frontantrieb eine/oder mehrere das aufgebrachte Drehmoment beeinflussende Drucksteuerungen unter Be rücksichtigung der erfassten Drehzahlen durchgeführt werden, gekennzeichnet durch folgende Schritte : a) für die Vorderräder (5,6,5', 6') werden im Frontantrieb (FA) gemeinsam oder individuell in Relation zur Drehzahl im Heckantrieb (HA) Solldrehzahlen um eine Solldifferenz höher bzw. ein SolldifferenzVerhältnis vorgegeben, mit der bzw. dem bei vergleichbaren Traktionsverhältnissen beim Frontantrieb und Heckantrieb im Frontantrieb (FA) ein maximales Drehmoment erzielbar ist, b) die IstDrehzahldifferenz zwischen dem Heckantrieb (HA) und dem Frontan trieb (FA) wird fortlaufend gemessen, c) das maximale Drehmoment für den Frontantrieb (FA) wird über die Drucksteuerung abhängig von der gemessenen IstDrehzahldifferenz bzw. dem IstDrehzahlVerhältnis und der gewählten Solldifferenz bzw. dem Soll differenzVerhältnis eingestellt, d) bei Aufbringen des maximalen Drehmoments mit dem Frontantrieb (FA) wird unter automatischem Herbeiführen eines Gleichgewichts zwischen dem vom Frontantrieb aufgebrachten maximalen Drehmoment und dem vom Heckan trieb aufgebrachten Drehmoment die Drucksteuerung gegenüber der Solldreh zahivorgabe für jedes Vorderrad bevorrechtet, und e) bei Traktionsverlust wenigstens eines Vorderrades wird bei unveränderter Drucksteuerung nur dessen Drehzahl mit der Solldrehzahlvorgabe begrenzt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl des je weiligen bei Traktionsverlust durchgehenden Vorderrads (5,6,5', 6') zunächst mit seiner Solldrehzahl begrenzt wird, und dass nachfolgend die Drehzahl dieses Vorder rades bei unveränderter Drucksteuerung reduziert wird, bis das Vorderrad wieder greift.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufbringen des maximalen Drehmoments im Frontantrieb (FA) über die Drucksteuerung der den Hyd romotoren (M5, M5') der hydrostatischen Antriebseinheiten (12,13,12', 13') aufgege bene Druck einzeln oder gemeinsam eingestellt wird, dass zur Vorgabe der Solldreh zahlen der Vorderräder der Hydraulikstrom für jede hydrostatische Antriebseinheit (12, 13,12', 13') eingestellt wird, und dass die Hydraulikströme für die Hydromotoren der Vorderräder individuell variiert werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Vorgabe der Solldrehzahlen der am Frontantrieb (FA) gemessene Lenkwinkel berücksichtigt wird für individuell unterschiedliche Solldrehzahlen der Vorderräder.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Messung der IstDrehzahldifferenz zwischen dem Heckantrieb und dem Frontantrieb zum Aufbauen des maximalen Drehmoments für den Frontantrieb die Drehzahlen mit Hilfe des ge messenen IstLenkwinkels gewichtet werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahlsenso ren (14,15) und/oder Lenkwinkelsensoren (37) auf Fehlerkonditionen überwacht und aus einer festgestellten Fehlerkondition automatisch auf einen Notbetrieb mit manu eller Drehmomentvorwahl, insbesondere für die Drucksteuerung des Frontantriebs (FA), umgeschaltet wird.
7. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass für Transportfahrt der Frontantrieb (FA) deaktiviert und jeweils mit einer Pumpe und einem VolumenStromregler ausgestattete hydrostatische Heck antriebsAntriebseinheiten (8,8') an den beiden Seiten über eine Ausgleichsleitung (9) verbunden und die Drehzahlen der Hinterräder (3,4,3', 4') gemeinsam geregelt wer den, und dass bei einem einseitigen Traktionsverlust bei Transportfahrt die Aus gleichsleitung (9) zur automatischen Differenzialsperrung abgesperrt und nachfolgend die Drehzahlen der Hinterräder individuell geregelt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei durchgängiger Ausgleichsleitung (9) die Pumpe und der VolumenStromregler der jeweiligen An triebseinheit (8,8') von nur einem Drehzahlregler (11) mit einem DrehzahlMittelwert beider Seiten und auf einem gemeinsamen, über die Ausgleichsleitung (9) herge stellten Druckniveau gesteuert werden, dass die HeckantriebsDrehzahlen an beiden Seiten fortlaufend abgetastet und verglichen werden, dass eine unter Berücksichti gung des Lenkwinkels unzulässige IstDrehzahldifferenz zwischen den beiden Seiten ermittelt wird, und dass mit Ermittlung der unzulässigen IstDrehzahldifferenz die Aus gleichsleitung (9) abgesperrt und auf seitenindividuelle Drehzahlregelung umgestellt wird.
9. Baumaschine (M), insbesondere RadStraßenfertiger (F), mit einem hydrostatische Antriebseinheiten (8,8') aufweisenden Heckantrieb (HA) und einem wahlweise zu schaltbaren, mindestens zwei Vorderräder (5,6,5', 6') aufweisenden Frontantrieb (FA) mit einer einen Hydromotor (M5, M5') enthaltenden hydrostatischen Antriebsein heit (12,13,12', 13') für jedes Vorderrad, mit Drehzahisensoren (14,15) für die Vor derräder und den Heckantrieb, und mit einer Regeleinheit (CU) zum Regeln des vom Frontantrieb aufgebrachten Drehmoments u. a. in Abhängigkeit von den Drehzahlen und/oder den Traktionsverhältnissen, wobei für die Antriebseinheiten (12,13,12', 13') des Frontantriebs (FA) eine gemeinsame Hauptpumpe (P2) als Druckquelle und eine Drucksteuerung (ST) zum Einstellen des Drehmoments im Frontantrieb vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass jede Antriebseinheit (12,13,13', 12') im Front antrieb (FA) einen individuellen, an die Regeleinheit (CU) angeschlossenen Hydrau likstromregelkreis (20,21,22,23) aufweist.
10. Baumaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der dem Hydro motor (M5, M5') im Frontantrieb (FA) zugehörige Hydraulikstromregelkreis (20,21,22, 23) zwischen dem Hydromotor und der Hauptpumpe (P2) vorgesehen ist.
11. Baumaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptpumpe (P2) eine lastdrucksignalgeregelte Stellpumpe (16) mit einem dem Schluckvolumen jedes Hydromotors (M5, M5') im Frontantrieb (FA) weitgehend entsprechenden Schluckvolumen ist, deren Druckseite an parallele Versorgungsanschlüsse der Hyd raulikstromregelkreise (20,21,22,23) und deren Regelsektion (17) an einen Last drucksignalBereitstellungsblock (19) angeschlossen sind, wobei zur Drehmomentbe grenzung wenigstens eine gemeinsame oder pro Vorderrad eine einstellbare Druck begrenzungsvorrichtung vorgesehen ist.
12. Baumaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass im Lastdruck signalBereitstellungsblock (19) ein oder mehrere durch einen an die Regeleinheit (CU) angeschlossenen LastdrucksignalProportionalmagneten (25) betätigtes Ein stellventil (e) (24) enthalten ist (sind).
13. Baumaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydromo tor (M5, M5') im SchluckvolumenRegelkreis (34) ein in einer federbelasteten Grund stellung ein minimales Schluckvolumen einstellendes Druckschaltventil (35) enthält, das gegen die Federkraft durch einen Pilotdruck (36) in Richtung auf eine Steigerung des Schluckvolumens verstellbar ist.
14. Baumaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Hydraulik stromregelkreis (20,21,22,23) zwischen dem Versorgungsanschluss und zwei an den Hydromotor (M5, M5') angeschlossenen Arbeitsleitungen (28,29) einen vorge steuerten MehrwegeProportionalsteuerschieber (31,31') mit integrierter Lastdruck anzapfung (27), einem Zulaufregler (26) und ein durch einen an die Regeleinheit (CU) angeschlossenen DrehzahlProportionalmagneten (33,33') einstellbares Vorsteuer ventil (26') aufweist, wobei der Hydraulikstrom für den Hydromotor mit dem Beauf schlagungsstrom des DrehzahlProportionalmagneten (33,33') einstellbar ist.
15. Baumaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekenn zeichnet, dass an die computerisierte und programmierbare Regeleinheit (CU) auch Drehzahfsensoren (14) aller Vorderräder, ein DrehzahlSolidifferenzwähler (D), Dreh zahlsensoren (15) des Heckantriebs, Lenkwinkelsensoren (37, L) des Frontantriebs (FA) und/oder der Baumaschine (M), ein FahrtrichtungsMelder (R), ein Arbeitsfahrt oder TransportfahrtMelder, ein SollgeschwindigkeitsVorwähler (V), eine Drehmo mentVorwähleinrichtung (W), und dgl., angeschlossen sind.
16. Baumaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekenn zeichnet, dass die Baumaschine (M) ein RadStraßenfertiger (F) mit jeweils wenigs tens einem Hinterrad (3,3') und jeweils einem oder zwei lenkbaren Vorderrädern (5, 6,5', 6') pro Seite ist, dass die Drucksteuerung (ST) Vorrang hat gegenüber der Soll drehzahlvorgabe für die Vorderräder, und dass bei Traktionsverlust wenigstens eines Vorderrads zur Drehzahlabweichung die Drucksteuerung und die Hydraulikstromre gelung für dieses Vorderrad wirksam werden.
Description:
Verfahren zum Steuern einer selbstfahrenden Baumaschine und selbstfahrende Baumaschine Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Baumaschine gemäß Oberbegriff des Anspruchs 9.

Bei in Baumaschinen gemäß DE 36 20 163 A, DE 33 31 651 A oder DE 38 42 405 A angewandten Verfahren wird bei aktiviertem Frontantrieb jeweils der das aufgebrachte Drehmoment einstellende Druck unter anderem nach Maßgabe der Drehzahlerfas- sung geregelt. Da für die angetriebenen Vorderräder keine eigenen Stromregelkreise vorgesehen sind, muss bei Traktionsverlust der das Drehmoment bestimmende Druck verringert werden, was in der Folge zu einer Verringerung des gesamten aufgebrach- ten Drehmoments am Frontantrieb führt. Auf diese Weise lässt sich kaum eine gleichmäßige Drehmomentverteilung zwischen dem Heckantrieb und dem Frontan- trieb erzielen und wird außerdem in bestimmten Betriebssituationen nicht die maxi- male Zugkraft umgesetzt. Ferner wird nach einem Traktionsverlust der Druck erst wieder allmählich hochgefahren, so dass bei Greifen eines zunächst durchgehenden Vorderrads die maximale Zugkraft erst mit einer unerwünschten Verzögerung wieder aufgebaut werden muss.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Baumaschine, insbesondere einen Rad-Straßenfertiger anzugeben, bei denen eine möglichst gleichmäßige Drehmomentverteilung zwischen dem Heck-und dem Frontantrieb und in allen Betriebssituationen eine maximale und unmittelbar zur Verfügung stehende Zugkraft erreichbar sind.

Die gestellte Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und des nebengeord- neten Anspruchs 9 gelöst.

Aufgrund der vorgegebenen Solldifferenz (z. B. in Prozent) wird durch den äußeren mechanischen Zwang bei jeder Fahrgeschwindigkeit am Frontantrieb ein maximales Drehmoment aufgebracht. Da sich das aufgebrachte Drehmoment nach der gemes- senen Drehzahidifferenz und der Solldifferenz richtet, wird das vom Frontantrieb auf- gebrachte Drehmoment um so größer, desto höher die Drehzahl des Heckantriebs im Vergleich zur Drehzahl des Frontantriebs ist. Die Drehzahl des Heckantriebs nähert sich dann der Drehzahl des Frontantriebs oder übersteigt sogar die des Frontantriebs, wenn die Hinterräder unter der aufzubringenden Zugkraft Schlupf aufbauen. Dadurch nimmt das Drehmoment der Vorderräder zu und entsteht auch ein Vorderradschlupf, wodurch das Drehmoment und der Schlupf an den Hinterrädern abnehmen. Dies führt dazu, dass auch das von den Vorderrädern aufgebrachte Drehmoment etwas abfällt und sich schließlich ein Gleichgewichtszustand zwischen dem Drehmoment des Heckantriebs und dem Drehmoment des Frontantriebs einstellt. Ist der Vorderrad- schlupf gering, so dass kein Vorderrad bis an die jeweilige Solldrehzahl durchgeht, bleibt die Solldrehzahlvorgabe unwirksam. Die Drucksteuerung bewirkt den Aufbau des jeweils maximalen übertragbaren Drehmoments. Sollte ein Vorderrad die Traktion verlieren und kein nennenswertes Drehmoment mehr aufbringen, steigt seine Dreh- zahl zunächst auf die vorgegebene Solldrehzahl, an der sie gehalten wird. Die ande- ren, nach wie vor greifenden Vorderräder arbeiten davon unabhängig mit dem maxi- malen Drehmoment weiter, weil u. a. wegen des an der Solldrehzahl gefangenen Vor- derrads die Drucksteuerung für die anderen Vorderräder unverändert durchgeführt wird. Die Drucksteuerung für das maximale Drehmoment hat höhere Priorität als die Solldrehzahlvorgabe, und zwar bis zum Erreichen der Traktionsgrenze, ab der das maximale Drehmoment nicht mehr umgesetzt werden kann. Bis dahin ist die Solldreh- zahlvorgabe wirkungslos. Die Solldrehzahlvorgabe kommt erst zum Tragen, wenn ein Vorderrad aufgrund Traktionsverlusts kein ausreichendes Drehmoment mehr aufbringt und durchgeht. Dann wird es sozusagen mit der Solldrehzahl eingefangen. Dies ver- meidet, dass das durchgehende Vorderrad die Steuerung weiterhin greifender Vorder- räder unerwünscht beeinflusst. Da sich auf diese Weise ein relativ stabiles Drehmo- mentgleichgewicht zwischen dem Heckantrieb und dem Frontantrieb einstellt, wird in allen Betriebssituationen maximale Zugkraft erreicht. Da es bei Traktionsverlust we- nigstens eines Vorderrads nicht zur Zurücknahme des das Drehmoment der anderen, greifenden Vorderräder bestimmenden Drucks kommt, steht die maximale Zugkraft sofort wieder zur Verfügung, wenn ein zuvor durchgehendes Vorderrad wieder greift.

Da in der Baumaschine jede Antriebseinheit im Frontantrieb einen individuellen Hyd- raulikstromregelkreis für ihren Hydromotor aufweist, lässt sich die Baumaschine zum Aufbringen maximaler Zugkraft in kritischen Betriebssituationen zusätzlich auch über den Hydraulikstrom steuern. Bei ordnungsgemäßen Traktionsverhältnissen werden die Vorderräder so schnell angetrieben, dass sie das maximal übertragbare Drehmo- ment aufbringen. Erst bei Durchgehen eines Vorderrades wird die Solldrehzahlvorga- be zur Drehzahlbegrenzung dieses Vorderrades eingesetzt und der Drucksteuerung überlagert, so dass die nach wie vor greifenden Vorderräder unabhängig vom Trakti- onsverlust wenigstens eines Vorderrades mit definiertem Drehmoment bzw. dem ma- ximalen Drehmoment weiterarbeiten, und auch, bei wiedereinsetzender Traktion die maximale Zugkraft sofort wieder zur Verfügung steht.

Zweckmäßig wird das Erreichen der Solldrehzahl eines durchgehenden Vorderrades als Anlass für eine Korrektur der Drehzahl dieses Vorderrades genommen, um bei unveränderter Drucksteuerung und weiterhin definiertem Drehmoment bei den ande- ren Vorderrädern das durchgehende Vorderrad durch Verringern seiner Drehzahl wieder zum Greifen zu bringen.

Das Drehmoment der Vorderräder wird über die Drucksteuerung erzeugt, während die Solldrehzahlen mittels der Hydraulikströme eingestellt werden. Da die Hydraulikströ- me für die Vorderräder individuell variiert werden können, wird zweckmäßig nicht nur der Lenkwinkel bei der Steuerung berücksichtigt, sondern lässt sich jedes durchge- hende Vorderrad individuell an seiner Solldrehzahl abfangen bzw. ggfs. später bis zum erneuten Greifen verlangsamen.

Um beim Lenken ein Verspannen im Antriebssystem zu vermeiden, wird der Lenkwin- kel benutzt, um individuell unterschiedliche Solldrehzahlen der Vorderräder vor- zugeben.

Bei der Feststellung der zwischen dem Heckantrieb und dem Frontantrieb vorliegen- den Ist-Drehzahldifferenz zum Einstellen des maximalen Drehmoments im Frontan- trieb werden die gemessenen Drehzahlen mit Hilfe des gemessenen Ist-Lenkwinkels gewichtet. Die Drehzahlen der Vorderräder werden einzeln gemessen. Bestimmte Drehzahlen können in Abhängigkeit von bestimmten Kriterien bei der Berechnung des maximalen Drehmoments sogar ausgeschlossen werden.

Da das Verfahren von der ordnungsgemäßen Funktion der Drehzahisensoren und/oder Lenkwinkelsensoren abhängt, ist es zur Erhöhung der Betriebssicherheit zweckmäßig, bei einer festgestellten Fehlerkondition automatisch auf einen Notbetrieb mit manueller Drehmomentvorwahl umzustellen. Damit lässt sich der wünschenswerte Gleichgewichtszustand zwischen dem Drehmoment des Heckantriebs und dem Drehmoment des Frontantriebs zwar nicht mehr zuverlässig einstellen, jedoch bringen die Vorderräder auch dann noch Zugkraft auf, um den Heckantrieb zu unterstützen und ausreichendes Lenkvermögen sicherzustellen.

Bei Transportfahrt der Baumaschine ist der Frontantrieb deaktiviert. Im Normalfall sind die hydrostatischen Heckantriebseinheiten über die offene Ausgleichsleitung verbun- den. Die Verstelleinheiten, z. B. die Pumpen und Stromregler, an beiden Seiten, wer- den synchron bzw. in Abhängigkeit vom Lenkwinkel gewichtet, von einem Drehzahl- regler angesteuert auf der Basis eines Mittelwerts der linken und rechten Drehzahlen.

Ohne Lenkeinschlag arbeiten beide Antriebseinheiten über die Ausgleichsleitung auf gleichem Druckniveau. Bei Kurvenfahrt findet ein geringer tImengenaustausch von der Kurveninnenseite zur Kurvenaußenseite automatisch statt. Falls ein Hinterrad sei- ne Traktion verlöre, würde der Systemdruck zusammenbrechen, da das durchgehen- de Hinterrad unkontrolliert durchrutschte und das greifende Hinterrad kein Drehmo- ment mehr aufbrächte, so dass die Baumaschine stehen bliebe. In diesem Fall wird deshalb die Drehzahldifferenz zwischen beiden Seiten erkannt und zum Anlass ge- nommen, die Ausgleichsleitung abzusperren und automatisch auf getrennte Drehzahl- regelung für beide Seiten umzustellen. Somit kann zumindest das Hinterrad mit Trak- tion weiterhin Zugkraft aufbringen. Nachdem eine vorbestimmte Zeit verstrichen ist, wird zweckmäßigerweise die Ausgleichsleitung automatisch auf Durchgang geschal- tet.

In der Baumaschine ist im Antriebssystem der Hydraulikstromregelkreis zwischen dem jeweiligen Hydromotor und der Hauptpumpe vorgesehen. Dadurch ist der Hyd- raulikstromregelkreis in der Lage, ohne nennenswerte Beeinflussung des von der Hauptpumpe bereitgestellten Drucks für das maximale Drehmoment den Hydraulik- strom für sein zugeordnetes Vorderrad unter Führung durch die Regeleinheit individu- ell zu variieren.

Zweckmäßig wird eine lastdrucksignalgeregelte Stellpumpe als Hauptpumpe einge- setzt, die auf der Basis der Ist-Drehzahldifferenz und Solldifferenz den zum Erreichen des maximalen Drehmoments erforderlichen, lastabhängigen Druck rasch aufbaut (PI- Regelung). Zwischen der Hauptpumpe und den Hydromotoren sind deren Hydraulik- stromregelkreise angeordnet. Die Regelsektion der Stellpumpe erhält das jeweilige Lastdrucksignal aus dem Block. Die Drehmomentgrenze lässt sich durch eine Druck- begrenzungsvorrichtung wählen, die beispielsweise an der Druckseite der Hauptpum- pe eingreift oder z. B. einzeln über Ventile.

Um stufenlos und feinfühlig steuern zu können, ist ein durch einen Lastdrucksignal- Proportionalmagneten betätigtes Einstellventil vorgesehen, das von der Regeleinheit betätigt werden kann, um das Lastdrucksignal einzustellen und/oder zu begrenzen.

Ist der Hydromotor des Vorderrads mit einem Ventil zum Einstellen des Schluckvolu- mens kombiniert, dann lässt sich über den Pilotdruck das Schluckvolumen verändern, beispielsweise zur Drehzahleinstellung oder zum Deaktivieren des Hydromotors für Transportfahrt.

Die Hydraulikstromregelung lässt sich steuerungstechnisch und baulich einfach und zuverlässig mittels eines Mehrwege-Proportionalsteuerschiebers vornehmen, der den Hydraulikstrom für den Hydromotor einstellt. Ein Drehzahl-Proportionalmagnet an ei- nem Vorsteuerventil des Schiebers arbeitet mit moderaten Stellkräften und präzise.

Ein Zulaufregler (Druckwaage) unterstützt die Stromregelung des Schiebers. Der Be- aufschlagungsstrom des Drehzahl-Proportionalmagneten wird über die Regeleinheit geregelt. Alternativ könnte jeder Antriebseinheit jedoch auch eine eigene verstellbare Pumpe zugeordnet werden.

Insgesamt braucht bei der Regelung nur an dem Lastdrucksignal-Proportional- magneten (zur Drehmomenteinstellung bzw. Drucksteuerung) und an dem Drehzahl- Proportionalmagneten (zur Drehzahleinstellung oder Solldrehzahlvorgabe) eingegrif- fen werden, so dass der Regelaufwand gering ist.

Die Regeleinheit ist zweckmäßigerweise computerisiert und mit einem Mikroprozessor ausgestattet, programmierbar und mit mehreren aktiven oder passiven Komponenten des Antriebssystems verknüpft, um permanent die zur Regelung erforderlichen Infor- mationen und Leitgrößen bzw. Bestätigungen zu erhalten.

Zweckmäßig ist die Baumaschine ein Rad-Straßenfertiger mit wenigstens jeweils ei- nem Hinterrad pro Seite und jeweils einem oder zwei lenkbaren und antreibbaren Vorderrädern pro Seite, wobei zwei lenkbaren Vorderrädern pro Seite der Vorzug zu geben ist. Die Drucksteuerung hat beim Aufbringen des maximalen Drehmoments am Frontantrieb Vorrang gegenüber der Solldrehzahlvorgabe für die Vorderräder. Die Solidrehzahivorgabe soll bei dieser Steuerkondition nur dafür sorgen, dass die Vor- derräder schnell genug drehen, um das maximal übertragbare Drehmoment aufzu- bringen. Es wird zunächst nicht bis zur Solldrehzahl gegangen, sondern die Solldreh- zahivorgabe als Regelparameter für das Drehmoment bzw. die Drucksteuerung be- nutzt. Erst bei Traktionsverlust wenigstens eines Vorderrads wird die Solldrehzahlvor- gabe aktiv zum Einfangen dieses Vorderrads benutzt. Die Drucksteuerung bleibt da- von unabhängig, so dass die nicht betroffenen Vorderräder ordnungsgemäß weiterar- beiten und das maximale Drehmoment übertragen. Um dem durchgehenden Vorder- rad das erneute Greifen zu erleichtern, kann ggfs. sogar nur für dieses Vorderrad die Drehzahl zurückgenommen werden, bis wieder ordnungsgemäße Traktion vorliegt.

Anhand der Zeichnung wird eine Ausführungsform des ErFindungsgegenstandes er- läutert. Es zeigen : Fig. 1 : eine Seitenansicht einer Baumaschine in schematischer Darstellung, Fig. 2 : in einer schematischen Draufsicht Hauptkomponenten des Antriebssystems der Baumaschine von Fig. 1, und Fig. 3 : ein Blockschaltbild mit wichtigen elektronischen und hydraulischen Kompo- nenten des Antriebssystems der Fig. 2.

Eine selbstfahrende Baumaschine M in Fig. 1 ist ein Rad-Straßenfertiger F, der ein Primärantriebsaggregat 1, eine geschleppte Einbaubohle 2 und ein Radfahrwerk RF aufweist. Bei der gezeigten Ausführungsform sind pro Seite ein angetriebenes Hinter- rad 3'im Heckantrieb HA und in einem wahlweise zuschaltbaren Frontantrieb FA pro Seite zwei Vorderräder 5,6 vorgesehen. Wahlweise zuschaltbar bedeutet für den Rad-Deckenfertiger F, dass der Frontantrieb FA für Arbeitsfahrten benutzt wird, wäh- rend er bei Transportfahrten deaktiviert ist. Es könnten pro Seite auch nur ein Vorder- rad und mehrere Hinterräder vorgesehen sein. Sind im Frontantrieb FA (wie gezeigt) vier Vorderräder vorgesehen, so sollten alle angetrieben sein, um bei Arbeitsfahrt ma- ximale Zugriffe zu erzielen.

In dem Antriebssystem in Fig. 2 treibt das Primärantriebsaggregat 1, z. B. ein Diesel- motor, eine (oder zwei) Hydraulikpumpe P1 (P1') für den Heckantrieb, in welchem den Hinterrädern 3,3'getrennte hydrostatische Antriebseinheiten 8,8', z. B. mit Getrieben 7,7', zugeordnet sind. Die hydrostatischen Antriebseinheiten 8,8'sind über eine Aus- . gleichsleitung 9 miteinander verbunden, die mittels eines Absperrorgans 10 wahlwei- se absperrbar ist. Über eine Drehzahlregelung 11 sind die hydrostatischen Antriebs- einheiten 8, 8'z. B. mit der Pumpe P1 (P1') verbunden.

Das Primärantriebsaggregat 1 treibt ferner eine Hauptpumpe P2 für den Frontantrieb, die über eine hydraulische Steuervorrichtung S mit in diesem Fall vier hydrostatischen Antriebseinheiten 12,13,12', 13'der Vorderräder 5,6,5', 6'verbunden ist. Die Dreh- zahlregelung 11 und die hydraulische Steuereinrichtung S sind elektrisch und/oder hydraulisch mit einer Regeleinheit CU verbunden, die (nicht dargestellt) an die Bau- maschinensteuerung angeschlossen ist. Die Regeleinheit CU ist computerisiert und programmierbar bzw. über nicht dargestellte Eingabe-und Anzeigeeinrichtungen handhabbar. Sie lässt sich beispielsweise für einen Notbetrieb manuell übersteuern.

Ferner lässt sich für die Regeleinheit CU eine wählbare Solldifferenz zwischen der Drehzahl des Heckantriebs HA und Solldrehzahlen der Vorderräder in Frontantrieb FA einstellen (Aggressivität).

Im Blockschaltbild in Fig. 3 ist die Hydrauliksteuerung S mit einer Drucksteuerung ST angedeutet. Die Hydrauliksteuerung S weist (entsprechend den Fig. 1 und 2) vier Hydraulikstromregelkreise 20,21,22,23 auf, deren jede einem Hydromotor M5, M5' usw. eines Vorderrades zugeordnet ist. Die Regelkreise 20 bis 23 sind zwischen der Hauptpumpe P2 und Arbeitsleitungen 28,29 der Hydromotoren angeordnet. Ferner ist ein Lastdrucksignal-Einstellblock 19 vorgesehen.

Die Hauptpumpe P2 ist beispielsweise eine lastdrucksignalgeregelte Stellpumpe 16 mit einem Schluckvolumen, das in etwa dem Schluckvolumen jedes Hydromotors M5, M5'entspricht. Die Hauptpumpe P2 weist eine Regelsektion 17 auf, in der über eine Steuerleitung 18 aus dem Block 19 lastabhängig der jeweils eingespeiste Druck ge- steuert wird (PI-Regelung). Die Druckseite der Hauptpumpe P2 ist über eine Druck- leitung 27 an alle Regelkreise 20 bis 23 angeschlossen.

Im Lastdrucksignalblock 19 ist ein Einstellventil 24 enthalten, das durch einen Last- drucksignal-Proportionalmagneten 25 verstellbar ist, um das Lastdrucksignal für die Regelsektion 17 in Abhängigkeit vom durch die Regeleinheit CU eingestellten Strom einzustellen. Das Lastdrucksignal wird im übrigen über eine die Regelkreise 20 bis 23 durchsetzende Steuerdruckleitung 18'bereitgestellt nach Maßgabe des höchsten Lastdrucks an einem der Hydromotoren M5, M5'usw. Für das Lastdrucksignal könnte wahlweise eines von mehreren vorgesehenen Einstellventilen benutzt werden (nicht gezeigt).

In jedem Regelkreis 20 bis 23 ist in einer von der Druckleitung 27 abzweigenden Lei- tung ein Zülaufregler 26 und stromab des Zulaufreglers ein Mehrwege-Proportional- Steuerschieber 31 vorgesehen, der z. B. wenigstens eine Druckvorsteuerung 30 auf- weist und gegen Federkraft verstellbar ist. Die Druckvorsteuerung 30 erhält den Vor- steuerdruck aus einem Vorsteuerventil 32, das durch einen Drehzahl-Proportional- magneten 33 betätigbar ist, der an die Regeleinheit CU angeschlossen ist. Die weite- ren Regelkreise 21,22,23 weisen gleichartige Ausstattungen auf, z. B. je einen Steu- erschieber 31'und einen Drehzahl-Proportionalmagneten 33'. Bei der gezeigten Aus- führungsform sind die Steuerschieber 31,31'mit Lastdruckabzapfungen ausgebildet, über die der jeweilige Lastdruck in die Steuerdruckleitung 18'gebracht wird (sind bei- spielsw, eise nicht gezeigte Wechselventile vorgesehen, um im Block 19 den jeweils höchsten Lastdruck für das Lastdrucksignal zu erhalten).

Jeder Hydromotor M5, M5'ist in der gezeigten Ausführung ein drehrichtungsumkehr- barer Stellmotor mit einem Schluckvolumeneinstellkreis 34. Das Schluckvolumen wird durch ein Ventil 35 eingestellt, das durch einen Pilotdruck 36 gegen Federkraft beaufschlagbar ist. Unter der Federkraft stellt das Druckregelventil 35 das minimale Schluckvolumen, z. B. Null, ein. Schließlich ist gestrichelt eine Druckbegrenzungsvor- richtung DB für die Hauptpumpe P2 zur Begrenzung des maximalen Drehmoments vorgesehen, z. B. im Block 19. Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, jeden Regel- kreis 20 bis 23 mit einer eigenen Druckbegrenzungsvorrichtung auszustatten. Alterna- tiv könnte jeder Hydromotor M5, M5'ein Konstant-Motor mit Freilauf sein, oder der Hydromotor mit Nachsaugung wirken, um bei Transportfahrt deaktiviert werden zu können.

In Fig. 2 sind Drehzahlsensoren 14 für jedes Vorderrad 5, 6,5', 6'vorgesehen und wenigstens ein Lenkwinkelsensor 37. Auch für das Hinterrad ist pro Seite wenigstens ein Drehzahlsensor 15 vorgesehen. Die Sensoren sind an die Regeleinheit CU ange- schlossen.

In Fig. 3 ist schematisch angedeutet, dass an die Regeleinheit ein Drehzahl- Solidifferenzwähler D, der oder die Lenkwinkelsensoren L, ein Fahrtrichtungsmeider R, ein Sollgeschwindigkeits-Vorwähler V, eine Drehmoment-Vorwähleinrichtung W und ein Notbetriebsschalter N u. a. angeschlossen sind.

Operation : Arbeitsfahrt vorwärts : Für die Arbeitsfahrt (Vorwärtsrichtung) wird eine Soligeschwindigkeit vorgewählt und der Regeleinheit CU gemeldet. Die Hauptpumpe P2 wird lastabhängig geregelt und liefert den Druck zum Erzeugen eines maximalen Drehmoments für die Hydromotoren M5, M5'. Die Pumpe P1 (P1') liefert den Druck/den Hydraulik-Strom für die Heckan- triebs-Antriebseinheiten 8,8'. Die jeweiligen Ist-Drehzahlen werden permanent ge- messen. Die Solldifferenz oder ein Solidifferenzverhältnis zwischen der Drehzahl im Frontantrieb und der Drehzahl im Heckantrieb ist vorgewählt. Auf der Basis der einge- stellten z. B. prozentuellen Solldifferenz (Aggressivität) und der gemessenen Ist- Drehzahldifferenz oder dem Ist-Drehzahlverhältnis wird von der Regeleinheit CU bei- spielsweise mittels des Lastdrucksignal-Proportionalmagneten 25 das maximale Drehmoment des Frontantriebs eingestellt, beispielsweise nach der Formel M=K* (X- (nFA-nHA)), wobei M das Drehmoment bzw. die Drehmomentzunahme bzw.-abnahme bedeutet, K'eine z. B. systembedingte Konstante ist, X der Drehzahl-Solidifferenz ent- spricht, nFA die Ist-Drehzahl des Frontantriebs und nHA die gemessene Drehzahl des Heckantriebs ist. Der Drehmomentaufbau erfolgt automatisch und lastabhängig.

Das maximale Drehmoment des Frontantriebs wird um so größer desto höher mo- mentan die Drehzahl des Heckantriebs im Vergleich zur Drehzahl des Frontantriebs ist. Ober den bzw. die Drehzahl-Proportionalmagneten 33 (33') wird für die Hydromo- toren M5, M5'gemeinsam oder individuell eine Solldrehzahl eingestellt, d. h. der Hyd- raulikstrom, den der Steuerschieber 31,31'in die Arbeitsleitung 28 oder 29 im Front- antrieb automatisch ein, solange die Traktionsverhältnisse dies zulassen. Das Dreh- moment wird sicherheitshalber und systembedingt wählbar durch die Druckbegren- zungsvorrichtung DB begrenzt. Bis zur Drehmomentgrenze ist die Solldrehzahlvorga- be wirkungslos, d. h., jedes Vorderrad dreht, wie es zum Aufbringen des maximalen Drehmoments erforderlich ist. Die Drehzahl des Heckantriebs wird dann momentan höher als die Drehzahl des Frontantriebs, wenn wenigstens ein Hinterrad Schlupf auf- baut. Dadurch wird aber das Drehmoment (z. B. nach der Formel) an den Vorderrä- dern gesteigert und nimmt in der Folge der Radschlupf an den Vorderrädern zu. Damit nehmen das Drehmoment und der Schlupf am Hinterrad ab. Da die Hinterräder in Relation zum Frontantrieb dann wieder langsamer drehen, nimmt auch das Drehmo- ment an den Vorderrädern wieder ab. Es stellt sich bei der Soligeschwindigkeit der Baumaschine ein Gleichgewichtszustand zwischen dem vom Frontantrieb aufge- brachten Drehmoment und dem vom Heckantrieb aufgebrachten Drehmoment ein.

Sollte wenigstens ein Vorderrad Traktion verlieren und kein nennenswertes Drehmo- ment mehr aufbringen, steigt seine Drehzahl auf die eingestellte Solldrehzahl an. Da der Druck dabei nicht verändert wird, arbeiten die anderen Vorderräder unabhängig mit definiertem Drehmoment weiter. Die Solldrehzahl des dann schneller drehenden Vorderrades wird über den Hydraulikstrom durch den Steuerschieber gehalten. Greift das betroffene Vorderrad erneut, dann wird unmittelbar wieder das maximale Dreh- moment übertragen und wird die Solldrehzahlvorgabe wieder wirkungslos, weil auch dieses Vorderrad dann so schnell dreht, dass das maximale Drehmoment übertragen wird.

Dank der Einzel-Erfassung der Drehzahlen der Vorderräder ist die Steuereinheit CU über den Traktionsverlust des betroffenen Vorderrades informiert, und darüber, dass das wenigstens eine betroffene Vorderrad mit der Solldrehzahl läuft. Es kann dann als eine Alternative eine Programmroutine eingesetzt werden, um über den Drehzahl- Proportional-Magneten 33 des betroffenen Hydromotors M5, M5'sogar dessen Hyd- raulikstrom (ohne den Druck zu vermindern) und die Drehzahl zu reduzieren, bis das Vorderrad wieder greift.

Sollten grundsätzlich die Drehzahlsensoren 14,15 und/oder die Lenkwinkelsensoren 37 fehlerhaft arbeiten, so wird die Fehlerkondition ermittelt und auf Notbetrieb umge- schaltet. Das Drehmoment für den Frontantrieb kann dann manuell vorgewählt wer- den. Die Aggressivität des Drehmoments im Frontantrieb lässt sich grundsätzlich wählen, wie auch die Solldifferenz der Drehzahlen. Traktionsverluste im Frontantrieb oder/und im Heckantrieb werden automatisch erkannt und berücksichtigt bzw. als Anlass für Korrekturmaßnahmen benutzt. Die Solldrehzahlen der Vorderräder werden in Abhängigkeit vom Lenkwinkel eingestellt oder vorgegeben. Das unkontrollierte Durchrutschen einzelner Räder wird durch Überlagerung der Drehmoment-und der Drehzahleinstellung vermieden.

Transportfahrt : Zur Transportfahrt wird der Frontantrieb deaktiviert, beispielsweise indem Schluckvo- lumen der Hydromotoren M5, M5'usw. über das Druckschaltventil 35 auf Null gestellt wird, und gegebenenfalls auch durch Zurücknehmen des Schluckvolumens der Hauptpumpe P2. Die Ausgleichsleitung 9 (Fig. 2) ist über das Absperrorgan 10 auf Durchgang ge- schaltet. Die nicht gezeigten Pumpen und Stromregler der Antriebseinheiten 8,8' werden synchron und gewichtet mit dem Lenkwinkel vom Drehzahlregler 11 ange- steuert. Bei dieser Drehzahlregelung wird ein Mittelwert der linken und rechten, ge- messenen Heckantriebs-Drehzahlen zugrundegelegt. Über die durchgängige Aus- gleichsleitung 9 arbeiten beide Antriebseinheiten 8,8'auf gleichem Druckniveau. Bei Kurvenfahrt fließt eine geringe Hydraulikmenge von der Kurveninnenseite zur Kurven- außenseite.

Verliert ein Hinterrad Traktion, bricht dennoch der Systemdruck nicht zusammen, weil die entstehende Drehzahidifferenz gemessen und bei Erreichen eines unzulässigen Werts zum Anlass genommen wird, die Ausgleichsleitung 9 über das Absperrorgan 10 abzusperren und auf eine getrennte Drehzahlregelung für beide Seiten umzustellen (Differenzialsperrung). Dann setzt zumindest das mit Traktion arbeitende Hinterrad noch Zugkraft um. Ist in dieser Differenzialsperrungs-Betriebskondition eine vorbe- stimmte Zeit verstrichen, dann wird automatisch die Ausgleichsleitung 9 wieder auf Durchgang geschaltet.