CN111824156B - 用于作业机械的行驶驱动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于作业机械的行驶驱动系统，所述行驶驱动系统具有：电动马达，该电动马达具有第一范围和第二范围，在第一范围内扭矩随着转速的增加保持恒定，在第二范围内功率随着转速的增加保持恒定；以及与电动马达在机械方面操作性相连的变速器，其中行驶驱动系统能够藉由变速器从作业机械的针对较低的行驶速度的状态转换至针对较高的行驶速度的状态。行驶驱动系统的特征在于：电动马达和变速器相互协调，从而使得电动马达能够在整个针对较低的行驶速度的状态下都只在第一范围和第二范围内运行。

Description

用于作业机械的行驶驱动系统
技术领域
.本发明涉及一种用于作业机械的行驶驱动系统以及一种具有这样的行驶驱动系统的作业机械。行驶驱动系统包括电动马达和与该电动马达在机械方面操作性相连的变速器。
背景技术
.常规的轮式装载机具有用于使轮式装载机行进的行驶驱动器和用于利用轮式装载机来执行作业任务的作业驱动器。常规地，行驶驱动器和作业驱动器藉由燃烧发动机被驱动。在此，燃烧发动机例如可以为液压回路供能，藉由该液压回路进而可以驱动该轮式装载机的车轮。此外，已知的是用电动马达代替燃烧发动机以使驱动系电气化。
发明内容
.本发明涉及一种用于作业机械的行驶驱动系统。如开篇所述，作业机械的行驶驱动器用于使作业机械行进，即向前行驶和/或向后行驶。除此之外，作业机械可以具有用于执行作业任务(例如用于抬升和/或翻转挖斗)的作业驱动器。作业机械的行驶驱动器可以包括车轮和/或履带，这些车轮和/或履带是能够藉由行驶驱动器被驱动的。原则上，作业机械可以涉及任何任意的作业机械，诸如涉及建筑机械或者农业机械。
.行驶驱动系统具有电动马达，该电动马达可以为同步马达或异步马达。在一个实施方式的范畴内，行驶驱动系统仅具有一个电动马达并且不具有其他马达。本发明的电动马达包括第一运行范围，在该第一运行范围内该电动马达的扭矩随着转速的增加保持恒定。在这个第一运行范围内，电动马达的功率可以随转速的增加而增加。此外，电动马达还包括第二运行范围，在该第二运行范围内该电动马达的功率随着转速的增加保持恒定，其中电动马达的扭矩在这个第二运行范围内可以随着转速的增加而降低。可以设想的是，第一运行范围从电动马达的静止状态达到上至第一转速，并且第二运行范围从第一转速达到上至第二转速，该第二转速可以大于第一转速。电动马达的功率和扭矩分别可以涉及该电动马达的从动端上的变量。
.此外，行驶驱动系统具有与电动马达在机械方面操作性相连的变速器。变速器可以被设置成处于作业机械的电动马达与车轮/履带之间的机械功率流(Leistungsfluss)中。行驶驱动系统可以藉由变速器从第一状态转换至第二状态，在该第一状态中作业机械可以以较低的行驶速度行进，在该第二状态中作业机械可以以较高的行驶速度行进。
.在此，本发明的行驶驱动系统的电动马达和变速器相互协调，从而使得电动马达可以在整个针对较低的行驶速度的状态下都只在第一运行范围和第二运行范围内运行。换言之，电动马达在针对较低的行驶速度的状态下只在扭矩或功率随着转速的增加保持恒定的范围内运行。在针对较低的行驶速度的状态下，行驶速度可以从静止状态达到上至具有一定大小的第一行驶速度。然而，同样还可以设想的是：在针对较低的行驶速度的状态下可以实现从不等于零的行驶速度达到上至更高的行驶速度的行驶速度范围。
.利用本发明的行驶驱动系统可以使电动马达以优化的方式运行。因此，电动马达在起步时可以在第一范围内运行，在该第一范围内可以提供为进行起步所需的高的牵引力。接着，在达到一定的行驶速度(该行驶速度例如可以为约4km/h至6km/h)时，电动马达可以在第二范围内运行，在该第二范围内可以在车轮/履带处提供恒定的功率。因此作为结果可以最佳地表现出行驶驱动系统的牵引力特性曲线。
.此外，可以设想的是，电动马达具有第三运行范围，在该第三运行范围内功率随着转速的增加而降低。在这个第三范围内电动马达的扭矩也可以随着转速的增加而降低。电动马达在第一范围内可以以低转速运行；在第二范围内可以以中等转速运行；并且在第三范围内可以以高转速运行。此外，行驶驱动系统还可以具有控制装置，该控制装置被配置成用于在作业机械加速时在达到过渡转速之前使变速器从针对较低的行驶速度的状态转换至针对较高的行驶速度的状态，该电动马达自该过渡转速起在第三范围内运行。用于执行某种功能的控制装置的配置可以被理解为用于执行该功能的控制装置的特殊布置(例如编程)。因此，在电动马达在第三范围内运行之前，藉由控制装置可以通过变速器来切换行驶驱动系统的状态。通过切换行驶驱动系统的状态，可以在作业机械的较大的行驶速度范围上使电动马达在第二范围内运行，在该第二范围内功率随着转速的增加保持恒定。
.变速器可以具有针对较低的行驶速度的第一挡位和针对较高的行驶速度的第二挡位。在针对较低的行驶速度的状态下可以挂入变速器中的第一挡位，而在针对较高的行驶速度的状态下可以挂入第二挡位。这两个挡位可以涉及将电动马达的转速相应地转变至慢速的减速挡位。第一挡位可以具有从数值上比第二挡位更大的传动比。然而就这一点而言还可以设想的是，变速器仅具有唯一的挡位，该挡位同样可以被设计为减速级。在这种情况下在针对较低的行驶速度的状态下可以挂入第一挡位，而在针对较高的行驶速度的状态下，电动马达可以直接与行驶驱动系统的从动端或作业机械的车轮/履带相联接，而并不进行进一步的变速/减速。变速器还可以具有多于两个(例如三个或四个)的挡位。
.在一个实施方式的范畴内，第一挡位与第二挡位之间的挡位阶跃(Gangsprung)被选择成使得这两个挡位的牵引力特性曲线至少区段性地在叠合范围内叠合、即形成为彼此一致的。挡位的牵引力特性曲线可以被理解为牵引力关于作业机械的行驶速度的曲线。由于挡位的此类重合，因此可以提供整个行驶驱动系统的经优化的牵引力特性曲线。此外，由于重合可以省去换挡，这是因为行驶速度可以在重合范围内相应地由两个不同的挡位来实现。在一个实施方式的范畴内，行驶驱动系统在此可以被设计为使得在牵引力特性曲线的叠合范围内达到过渡转速。通过这个设计方案可以实现连续地(例如不中断且可差动地)从第一挡位的牵引力特性曲线过渡到第二挡位的牵引力特性曲线。因此作为结果提供的是具有经优化的牵引力曲线的行驶驱动系统。
.在一个实施方式的范畴内，电动马达和变速器相互协调，从而使得电动马达在针对较高的行驶速度的状态下可以在第二范围和第三范围内运行。在一个实施方式的范畴内可以设想的是，电动马达在针对较高的行驶速度的状态下只在第二范围和第三范围内运行。控制装置也可以对应地被配置为例如对应地控制电动马达。因此，通过将行驶驱动系统从针对较低的行驶速度的状态转换至针对较高的行驶速度的状态，电动马达首先继续在第二范围内运行，在该第二范围内功率随着转速的增加保持恒定。在这个实施方式的范畴内，只有在高的行驶速度(该行驶速度可能接近作业机械的最大行驶速度)下，才可以使电动马达在第三范围内运行。通过这个实施方式可以增大向车轮/履带传输恒定的功率的行驶速度范围。这能够通过如下方式来实现，即通过切换变速器可以在作业机械的更大的行驶速度范围上使电动马达在其第二运行范围内运行。因此，可以减少行驶驱动系统的成本以及牵引损耗并且可以提高效率。此外，通过使电动马达在高的行驶速度下在第三范围内运行可以使挡位级的数量保持得相对较少。在此，在高的行驶速度下，作业机械的功率需求无论如何都可以是相对较小的，这是因为高的行驶速度通常仅须在未装载的状态下和/或在平面上实现。因此，在第三范围内以高的行驶速度运行电动马达通常不会导致行驶驱动系统的性能的重大损失。
.在一个实施方式的范畴内，行驶驱动系统还能够藉由变速器转换至针对还更高的行驶速度的状态。可以提供这个针对还更高的行驶速度的状态，以使作业机械以与针对较高的行驶速度的状态下相比更高的行驶速度行驶。此外，在这个实施方式的范畴内，电动马达和变速器相互协调，从而使得电动马达能够在整个针对较高的行驶速度的状态下都只在第二范围内运行。在针对还更高的行驶速度的状态下，电动马达例如可以仅在第二范围和第三范围内运行。由于提供针对还更高的行驶速度的其他状态，可以将范围(在该范围中电动马达可以在第二范围内运行并且可以为作业机械的车轮/履带提供恒定的功率)增大到更高的行驶速度。为此，变速器可以具有第三挡位，可以在针对还更高的行驶速度的状态下在行驶驱动系统的变速器中挂入第三挡位。第三挡位可以为减速级并且例如可以具有从数值上比第一挡位和二挡位更小的传动比。
.在一个实施方式的范畴内，变速器可以涉及动力换挡变速器。在动力换挡变速器中，可以在不中断牵引力的情况下改变处于荷载下(即行驶期间)的传动比。在动力换挡变速器中，可以在切换挡位时断开原有挡位的换挡元件并且同时闭合新挡位的另一个换挡元件。为此，动力换挡变速器例如可以具有被设计为摩擦离合器的换挡元件。通过设置动力换挡变速器，可以以在换挡过程中不中断的方式提供经优化的牵引力特性曲线。
.在另一个方面中，本发明涉及一种作业机械，该作业机械具有根据前述实施方式之一的行驶驱动系统。作业机械可以涉及能够在正常运行中在装载的情况下以低的行驶速度行驶并且在未装载的情况下以其最大行驶速度行驶的作业机械。根据本发明的行驶驱动系统尤其在此类作业机械的情况下实现最佳的运行条件，这是因为该行驶驱动系统在主要作业范围内在低的行驶速度下为车轮/履带提供恒定的功率。相比之下，在高的行驶速度下，电动马达在其第三范围内运行，在该第三范围内随着转速的增加导致功率损失。然而，这些功率损失是不重要的，这是因为作业机械在高的行驶速度下由于未装载的状态无论如何都不需要高的功率。作业机械可以涉及轮式装载机、平路机、自卸车、伸臂式起重机、叉车、物料搬运车或牵引机。在此，还可以设想其他的作业机械。关于各个特征的理解和优点参考上述实施方式。
附图说明
.图1示出根据本发明的一个实施方式的作业机械。
.图2示出在图1中所示的作业机械的行驶驱动系统。
.图3示出取决于在图2中所示的行驶驱动系统的电动马达的转速的功率和扭矩特性曲线。
.图4示出根据本发明的第一实施方式的图2的行驶驱动系统的牵引力曲线。
.图5示出根据本发明的第二实施方式的图2的行驶驱动系统的牵引力曲线。
具体实施方式
.图1示出根据本发明的一个实施方式的轮式装载机1。轮式装载机1具有用于使轮式装载机1行进的行驶驱动器2和用于利用轮式装载机1执行作业任务的作业驱动器3。行驶驱动器2包括在图2中示出的行驶驱动系统10，该行驶驱动系统藉由(未示出的)轴与轮式装载机1的车轮4在机械方面操作性相连。藉由行驶驱动系统10和与其在机械方面操作性相连的车轮4可以使轮式装载机1行进。轮式装载机1的作业驱动器3具有主臂5，在该主臂的远端处以可旋转的方式装配有轮式装载机挖斗6。挖斗6可以藉由作业液压系统7升高、降低和翻转，以便例如将一堆散装货物装载到翻斗车中。
.轮式装载机1的在图2中示出的行驶驱动系统10具有电动马达11，该电动马达藉由轴13与变速器12在机械方面操作性相连。变速器12被布置成处于轮式装载机1的电动马达11与车轮4之间的机械功率流中。因此，电动马达11的功率可以藉由变速器12被传输至车轮4以使轮式装载机1行进。为此，变速器12具有从动端19，车轮4藉由(未示出的)轴与该从动端在机械方面操作性相连。在以下所描述的实施方式中，变速器12具有各自有不同传动比的两个或三个挡位。此外，行驶驱动系统10包括控制装置14，该控制装置经由马达接口15和变速器接口16与电动马达11或变速器12电连接。藉由控制装置14，可以取决于行驶请求(例如油门踏板位置)来控制电动马达11(例如电动马达11的转速)以及变速器12(例如变速器12的挡位)。经由请求接口17可以为控制装置14提供行驶请求。请求发送器18(例如轮式装载机1的油门踏板)可以与请求接口17相连接。
.轮式装载机1的电动马达11被设计成使得该电动马达具有参考图3所描述的取决于该电动马达的转速N的功率特性/扭矩特性。更确切地说，电动马达11具有第一范围I，该第一范围从静止状态(即转速N＝0)达到上至马达转速N1。在这个第一范围I内，功率P随着转速N的增加从P＝0线性地增加直至达到功率P＝P1。在这个第一范围I内，电动马达11的扭矩随着转速N的增加具有恒定的值M＝M1。此外，电动马达11包括第二范围II，该第二范围从转速N＝N1达到上至N＝N2，其中N2大于N1。在这个第二范围II内，电动马达11的功率随着转速N的增加具有恒定的值P＝P1。在这个第二范围II内，电动马达11的扭矩M曲线型地从恒定的值M＝M1下降到值M＝M2。此外，电动马达11具有第三范围III，该第三范围从电动马达11的转速N＝N2达到上至最大转速N＝N3。在这个第三范围III内，电动马达11的功率P从恒定的值P＝P1线性地下降到值P＝P2。在这个第三范围III内，电动马达11的扭矩M也线性地从值M＝M2下降到更小的值M＝M3。
.在参考图4所描述的第一实施方式中，在图2中示出的行驶驱动系统10具有带有两个挡位的变速器12。在此，变速器12的这两个挡位的传动比相互协调并且调整电动马达11，从而使得具有行驶驱动系统10的轮式装载机1可以实现轮式装载机1的整个行驶速度范围(例如0km/h至40km/h)内的任何行驶速度。如从图4中可看到的，变速器12具有第一挡位和第二挡位，该第一挡位具有取决于轮式装载机1的行驶速度v的第一牵引力特性曲线Z1，该第二挡位具有取决于该轮式装载机的行驶速度的第二牵引力特性曲线Z2。第一挡位被设置成用于较低的行驶速度v，而第二挡位被设置成用于较高的行驶速度。变速器12的这两个挡位相互协调成使得这两个挡位的牵引力特性曲线Z1和Z2在过渡范围b1内是彼此一致的。这两个挡位涉及减速级，其中第一挡位具有比第二挡位更高的减速比。
.此外，在图4中示出了具有恒定功率的曲线K。如从图4中可看到的，第一实施方式的行驶驱动系统10被设计成使得第一挡位的牵引力特性曲线Z1在较低的行驶速度v下沿曲线K延伸。然而，在过渡范围b1在换挡速度v2处结束时，特性曲线Z1下降到低于具有恒定功率的曲线K。相比之下，第二挡位的牵引力特性曲线Z2沿具有恒定功率的曲线K从在过渡范围b1开始时存在的换挡速度v1延伸直至上至相对较高的行驶速度vk(该行驶速度高于换挡速度v2)。然而针对高于行驶速度vk的行驶速度v，牵引力特性曲线Z2下降到低于具有恒定功率的曲线K。牵引力特性曲线Z1和Z2的这种设计通过对应地适配挡位阶跃(即第一挡位与第二挡位之间的传动比的比值)来实现。
.控制装置14被配置为：当经由请求接口17接收由请求发送器18产生的对应信号时，沿牵引力特性曲线Z1以第一挡位使轮式装载机1起步。因此，在起步直至上至例如为4km/h至6km/h的行驶速度va时，首先可以提供较高的恒定的牵引力(例如作业机械的自重的80％至110％)。行驶驱动系统10的控制装置14还被配置为用于在继续加速的情况下沿牵引力特性曲线Z1以第一挡位使轮式装载机1运行，并且在达到换挡速度v2时经由变速器接口16将变速器12从第一挡位切换至第二挡位。因此，具有本发明的行驶驱动系统10的轮式装载机1在起步后能够在介于行驶速度va与vk之间的主作业范围内沿具有恒定功率的曲线K运行。如果轮式装载机1要被加速到高于vk的速度，那么轮式装载机继续沿牵引力特性曲线Z2加速直至上至最大行驶速度，其中这个牵引力特性曲线在高的行驶速度下低于具有恒定功率的曲线K而延伸。
.此外，控制装置14被配置成用于在制动作业机械1时使轮式装载机1以与加速时相同的挡位并且沿与加速时相同的牵引力特性曲线Z1、Z2运行。然而，控制装置14被配置为用于在达到换挡速度v1时从第二挡位切换回到第一挡位。通过设置过渡范围b1并且在加速和制动时在过渡范围相应结束时进行挡位切换，可以减少换挡的次数，这例如使变速器磨损最小化。
.在此，第一实施方式的行驶驱动系统10被设计成使得电动马达11在变速器12的第一挡位中仅在图3中的第一范围I和第二范围II内运行，在该第一范围和该第二范围内扭矩M或功率P随着转速N的增加保持恒定。此外，行驶驱动系统10被设计成使得电动马达11在第二挡位中仅在图3中的第二范围II和第三范围III内运行。
.图5示出根据本发明的第二实施方式的图2的行驶驱动系统的牵引力曲线。除以下所描述的不同之处之外，参考图5所描述的实施方式对应于参考图4所描述的实施方式。与第一实施方式的不同之处在于，第二实施方式的变速器12具有三个挡位。第一挡位和第二挡位的传动比相互协调，从而使得这两个挡位的牵引力特性曲线Z1和Z2在从行驶速度v1达到上至更大的行驶速度v2的过渡范围b1内重合。此外，第二挡位和第三挡位的传动比相互协调，从而使得这两个挡位的牵引力特性曲线Z2和Z3在从行驶速度v3(该行驶速度大于v2)达到上至还更大的行驶速度v4的过渡范围b2内重合。这个第二实施方式的控制装置14被配置成用于在轮式装载机1加速的情况下在达到换挡速度v2时将变速器12从第一挡位切换至第二挡位，并且在达到换挡速度v4时从第二挡位切换至第三挡位。此外，控制装置14被配置成用于在轮式装载机1减速的情况下在达到换挡速度v3时将变速器12从第三挡位切换至第二挡位，并且在达到换挡速度v1时从第二挡位切换至第一挡位。
.在这个第二实施方式中，行驶驱动系统10被设计成使得电动马达11在第一挡位中仅在图3中的范围I和II中运行；在第二挡位中仅在范围II中运行；并且在第三挡位中仅在范围II和III中运行。与第一实施方式相比，在第二实施方式中可以增大轮式装载机1沿具有恒定功率的曲线K运行最高可达到的行驶速度vk。行驶速度vk例如可以为30km/h。
.附图标记清单
.1 轮式装载机，作业机械
.2 行驶驱动器
.3 作业驱动器
.4 车轮
.5 主臂
.6 挖斗
.7 作业液压系统
.10 行驶驱动系统
.11 电动马达
.12 变速器
.13 轴
.14 控制装置
.15 马达接口
.16 变速器接口
.17 请求接口
.18 请求发送器
.19 从动端
.M，M1，M2，M3 扭矩
.P，P1，P2 功率
.N，N1，N2，N3 转速
.Z，Z1，Z2，Z3 牵引力
.v，v1，v2，v3，v4，vk，va 行驶速度
.b1，b2 过渡范围
.I，II，III 电动马达的运行范围
.K 具有恒定功率的曲线

Claims (9)

1.一种用于作业机械(1)的行驶驱动系统(10)，所述行驶驱动系统具有：
电动马达(11)，所述电动马达具有第一范围(I)和第二范围(II)，在所述第一范围内扭矩(M)随着转速(N)的增加保持恒定，在所述第二范围内功率(P)随着转速(N)的增加保持恒定；以及
与所述电动马达(11)在机械方面操作性相连的变速器(12)，
其中所述行驶驱动系统(10)能够藉由所述变速器(12)从所述作业机械(1)的针对较低的行驶速度(v)的状态转换至针对较高的行驶速度(v)的状态，
其特征在于，所述电动马达(11)和所述变速器(12)相互协调，从而使所述电动马达(11)能够在整个针对较低的行驶速度(v)的状态下都只在所述第一范围(I)和所述第二范围(II)内运行，
所述电动马达(11)具有第三范围(III)，在所述第三范围内所述功率(P)随着转速(N)的增加而降低；并且
所述行驶驱动系统(10)包括控制装置(14)，所述控制装置被配置为用于在所述作业机械(1)加速时在达到所述电动马达(11)从其开始在所述第三范围(III)内运行的过渡转速之前使所述变速器(12)从针对较低的行驶速度(v)的状态转换至针对较高的行驶速度(v)的状态。
2.根据权利要求1所述的行驶驱动系统(10)，其特征在于，所述变速器(12)具有针对较低的行驶速度(v)的第一挡位和针对较高的行驶速度(v)的第二挡位。
3.根据权利要求2所述的行驶驱动系统(10)，其特征在于，所述第一挡位与所述第二挡位之间的挡位阶跃被选择成使得所述第一挡位的牵引力特性曲线(Z1)和所述第二挡位的牵引力特性曲线(Z2)以区段性地在行驶速度的过渡范围(b1)内重合的方式形成。
4.根据权利要求3所述的行驶驱动系统(10)，其特征在于，所述行驶驱动系统(10)被设计成使得在所述牵引力特性曲线(Z1，Z2)以区段性地重合的方式形成的所述过渡范围(b1)内达到所述过渡转速。
5.根据权利要求1至4之一所述的行驶驱动系统(10)，其特征在于，所述电动马达(11)和所述变速器(12)相互协调，从而使得所述电动马达(11)能够在针对较高的行驶速度(v)的状态下在所述第二范围(II)和所述第三范围(III)内运行。
6.根据权利要求1至4之一所述的行驶驱动系统(10)，其特征在于，所述行驶驱动系统(10)能够藉由所述变速器(12)而转换至针对还更高的行驶速度(v)的状态，其中所述电动马达(11)和所述变速器(12)进一步相互协调，从而使得所述电动马达(11)能够在整个针对较高的行驶速度(v)的状态下都只在所述第二范围(II)内运行。
7.根据权利要求1至4之一所述的行驶驱动系统(10)，其特征在于，所述变速器(12)是动力换挡变速器。
8.一种作业机械(1)，所述作业机械具有根据权利要求1至7之一所述的行驶驱动系统(10)。
9.根据权利要求8所述的作业机械(1)，其特征在于，所述作业机械能够在运行中在装载的情况下以较低的行驶速度行驶并且在未装载的情况下以其最大行驶速度行驶。
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