CN115516171A - 用于作业机械的功率系统以及对应的操作方法 - Google Patents

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CN115516171A CN202080100437.6A CN202080100437A CN115516171A CN 115516171 A CN115516171 A CN 115516171A CN 202080100437 A CN202080100437 A CN 202080100437A CN 115516171 A CN115516171 A CN 115516171A
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佩尔·马特松
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Abstract

本发明涉及一种用于作业机械(100)的功率系统(1)，包括：原动机(2)和主轴(3)，其中原动机(2)能够驱动地连接到主轴(3)；行星齿轮组(4)，该行星齿轮组包括：驱动地连接到主轴(3)的可旋转第一构件(41)；可旋转第二构件(42)；和用于推进作业机械的可旋转第三构件(43)；液压系统(5)，该液压系统包括至少一个液压致动器(160)，所述至少一个液压致动器(160)用于在作业机械的使用期间执行作业机械的作业功能；电能存储系统(ES)；第一液压机(HM1)，该第一液压机被机械联接到主轴(3)并且被液压联接到液压系统(5)；第一电机(EM1)，该第一电机被机械联接到主轴(3)；第二电机(EM2)，该第二电机被机械联接到可旋转第二构件(42)，其中第一电机(EM1)和第二电机(EM2)被电连接，并且其中电能存储系统(ES)被电连接到第一电机(EM1)和第二电机(EM2)，并且其中该功率系统还包括：第二液压机(HM2)，该第二液压机被机械联接到可旋转第二构件(42)并且被液压联接到液压系统(5)。本公开还涉及一种方法、一种控制单元(170)和一种作业机械(100)。

Description

用于作业机械的功率系统以及对应的操作方法
技术领域
本发明涉及一种用于作业机械的功率系统、一种用于操作用于作业机械的功率系统的方法、一种控制单元和/或一种作业机械。
本发明适用于工业建筑机械或建筑设备领域内的作业机械，诸如轮式装载机。尽管本发明将针对轮式装载机进行描述，但是本发明不限于这种特定的机械，而是也可以用于其他作业机械，诸如铰接式运输机、挖掘机和反铲式装载机。
背景技术
作业机械(诸如轮式装载机)正朝着更加电气化快速发展。例如，作业机械可以是电动混合动力机械，诸如“插入式”电动混合动力机械，其中作业机械通过使用内燃发动机和通过使用与电能存储系统相结合的一个或多个电机来操作，该电能存储系统可以通过插入到电网来进行充电。
作业机械通常包括用于推进作业机械的传动系和一个或多个作业功能。所述作业功能可以是轮式装载机功能、正面起重机功能、伸缩臂叉车功能、林业机械功能、叉式装卸车的铲车功能或者需要液压系统的任何其他作业功能中的任何一种。
鉴于以上内容，正在努力开发更具成本效益和能量效益的作业机械，所述作业机械由发动机和由呈电机形式的一个或多个附加动力源提供动力。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进的用于作业机械的功率系统，所述用于作业机械的功率系统具有成本效益和能量效益或者至少提供了已知的用于作业机械的功率系统的合适的替代方案。本发明的另一个目的是提供一种改进的用于操作用于作业机械的功率系统的方法，所述方法具有成本效益和能量效益。本发明的又一个目的是提供一种包括改进的功率系统的作业机械，所述作业机械具有成本效益和能量效益或者至少提供了已知的作业机械的合适的替代方案。
根据本发明的第一方面，所述目的通过根据权利要求1的功率系统来实现。根据本发明的第二方面，所述目的通过根据权利要求16的方法来实现。根据本发明的第三方面，所述目的通过根据权利要求23的控制单元来实现。根据本发明的第四方面，所述目的通过根据权利要求24的作业机械来实现。
根据第一方面，所述目的通过一种用于作业机械的功率系统来实现，所述功率系统包括：
原动机和主轴，其中所述原动机能够驱动地连接到所述主轴；
行星齿轮组，所述行星齿轮组包括：可旋转第一构件，所述可旋转第一构件被驱动地连接到所述主轴；可旋转第二构件；和可旋转第三构件，所述可旋转第三构件用于推进所述作业机械；
液压系统，所述液压系统包括至少一个液压致动器，所述至少一个液压致动器用于在所述作业机械的使用期间执行所述作业机械的作业功能；
电能存储系统；
第一液压机，所述第一液压机被机械联接到所述主轴并且被液压联接到所述液压系统；
第一电机，所述第一电机被机械联接到所述主轴；
第二电机，所述第二电机被机械联接到所述可旋转第二构件，其中所述第一电机和所述第二电机被电连接，并且其中所述电能存储系统被电连接到所述第一电机和所述第二电机，并且其中所述功率系统还包括：
第二液压机，所述第二液压机被机械联接到所述可旋转第二构件并且被液压联接到所述液压系统。
通过提供如本文所公开的功率系统，实现了用于作业机械的高效且低成本的功率系统。更具体地，通过所述功率系统的构造(特别是通过电机和液压机连接到行星齿轮组和主轴的方式)，能够利用较低的安装功率量提供足够的性能。另外，本文中所公开的功率系统还允许更少且更有效率的功率转换。
可选地，所述第二液压机可以被构造成使得所述第二液压机能够在两个相反的旋转方向上被操作，以便为所述液压系统生成液压功率。这意味着提高了功率系统的多功能性，从而导致功率系统中的更有效率的功率转换。
可选地，所述第一液压机和所述第二液压机中的至少一个可以是电控液压机。电控液压机可以提供具有减少的功率损失量的功率系统。这可以例如使得能够控制液压机的排量，这在如果/当提供与电机之间的电流并行的液压流时可以是有利的。电控液压机进一步意味着增加了选择不同控制策略的自由度，这又可以进一步减少功率损失。
可选地，所述第一液压机和所述第二液压机可以被液压联接，使得液压功率能够在所述第一液压机和所述第二液压机之间在至少一个方向上传递，优选是在任一个方向上传递。因此，可以提供进一步提高的效率，从而实现功率系统的更多可能的控制策略。通常，液压机和电机的峰值效率在不同的操作区域中。因此，能够是更有效率的是根据所要求的扭矩和速度选择性地以液压方式或以电动方式传递功率。例如，当电机具有较差的效率时，在低速和高扭矩期间，可以使用在第一液压机和第二液压机之间传递液压功率。这可以进一步有助于电机的小型化，从而意味着更具成本效益的功率系统。
可选地，所述液压机中的至少一个可以被构造成在正旋转速度和负旋转速度以及正扭矩和负扭矩的所有可能组合下操作，即，所谓的四象限机械。因此，可以提供又进一步提高的效率，从而实现功率系统的更多可能的控制策略。
可选地，所述可旋转第一构件可以是所述行星齿轮组的太阳齿轮。仍然可选地，所述可旋转第二构件可以是所述行星齿轮组的环形齿轮。仍然可选地，所述可旋转第三构件可以是所述行星齿轮组的行星架。然而，应当理解的是，尽管上述的行星齿轮组的构造已经被示出为有利于提供高效率且低成本的功率系统，但其他构造也是可能的。
可选地，所述功率系统还可以包括联接构件，所述联接构件位于所述原动机和所述主轴之间，所述联接构件用于选择性地将所述原动机与所述主轴接合和脱离接合。这使得能够在原动机被断开的情况下实现纯电动驱动。
可选地，所述功率系统还可以包括第一齿轮组，其中所述可旋转第三构件经由所述第一齿轮组能够驱动地连接到用于推进所述作业机械的输出轴。通过提供第一齿轮组，能够对到输出轴的扭矩和速度进行固定调节。进一步，可以提供主轴和输出轴之间的几何高度降(geometrical drop)，这有利于功率系统在作业机械中的安装。
可选地，所述功率系统还可以包括第一齿轮组联接构件，所述第一齿轮组联接构件用于相对于所述输出轴选择性地接合所述可旋转第三构件接合和与所述可旋转第三构件脱离接合。
可选地，所述功率系统还可以包括第二齿轮组，其中所述可旋转第一构件经由所述第二齿轮组能够驱动地连接到所述输出轴。
可选地，所述功率系统还可以包括第二齿轮组联接构件，所述第二齿轮组联接构件用于相对于所述输出轴选择性地接合所述可旋转第一构件和与所述可旋转第一构件脱离接合。通过提供第二齿轮组和第二齿轮组联接构件，可以实现改进的速度范围和增加的最大驱动速度。
可选地，所述功率系统还可以包括反向齿轮组，其中所述可旋转第三构件经由所述反向齿轮组能够驱动地连接到所述输出轴，用于选择性地在所述输出轴上提供反向方向的传出速度。
仍然可选地，功率系统还可以包括用于推进所述作业机械的所述输出轴。
可选地，所述功率系统还可以包括第一机械联接装置和第二机械联接装置，其中所述第一液压机和所述第一电机被直接联接到所述第一机械联接装置，并且所述第二液压机和所述第二电机被直接联接到所述第二机械联接装置，并且其中所述第一机械联接装置被直接联接到所述主轴，并且所述第二机械联接装置被直接联接到所述可旋转第二构件。仍然可选地，所述第一联接装置和所述第二联接装置中的至少一个可以被构造成具有固定的齿轮比。例如，所述第一机械联接装置可以包括两个或更多个机械接合的齿轮，并且所述第二机械联接装置也可以包括两个或更多个机械接合的齿轮。作为替代方案，所述第一机械联接装置和所述第二机械联接装置中的至少一个可以被构造成提供可变齿轮比，诸如通过提供具有不同齿轮比的齿轮箱，从而为功率系统提供更多的控制选项，这可以提供进一步提高的效率。
可选地，所述第一液压机到所述主轴的机械联接和所述第一电机到所述主轴的机械联接可以相对于所述主轴具有不同的齿轮比。仍然可选地，所述第二液压机到所述可旋转第二构件的机械联接和所述第二电机到所述可旋转第二构件的机械联接可以相对于所述可旋转第二构件具有不同的齿轮比。仍然可选地，所述第一液压机和所述第一电机的机械联接可以具有相同的齿轮比。仍然可选地，所述第二液压机和所述第二电机的机械联接可以具有相同的齿轮比。
根据第二方面，所述目的通过一种用于操作用于作业机械的功率系统的方法来实现，其中，所述功率系统包括：
原动机和主轴，其中所述原动机能够驱动地连接到所述主轴；
行星齿轮组，所述行星齿轮组包括：可旋转第一构件，所述可旋转第一构件被驱动地连接到所述主轴；可旋转第二构件；和可旋转第三构件，所述可旋转第三构件用于推进所述作业机械；
液压系统，所述液压系统包括至少一个液压致动器，所述至少一个液压致动器用于在所述作业机械的使用期间执行所述作业机械的作业功能；
电能存储系统；
第一液压机，所述第一液压机被机械联接到所述主轴并且被液压联接到所述液压系统；
第一电机，所述第一电机被机械联接到所述主轴；
第二电机，所述第二电机被机械联接到所述可旋转第二构件，其中所述第一电机和所述第二电机被电连接，并且其中所述电能存储系统被电连接到第一电机和第二电机，并且其中所述功率系统还包括第二液压机，所述第二液压机被机械联接到所述可旋转第二构件并且被液压联接到所述液压系统；
其中，所述方法包括将所述第二液压机作为泵或作为马达来操作。
本发明的第二方面的优点和效果很大程度上类似于本发明的第一方面的优点和效果。更具体地，通过使用如本文中所公开的功率系统的构造，已经实现了能够更有效率地操作功率系统。事实上，在本文中所公开的功率系统中将第二液压机作为泵或作为马达来操作有助于功率系统中的更少且更有效率的功率转换。还应注意的是，本发明的第一方面的所有实施例均适用于本发明的第二方面的所有实施例，反之亦然。
可选地，所述方法还可以包括：
通过使用从所述主轴提供给所述可旋转第二构件的机械功率来将所述第二液压机作为泵来驱动，以及
当存在从所述主轴提供给所述可旋转第二构件的剩余机械功率时：
通过使用所述剩余机械功率将所述第二电机作为发电机来操作。
因此，可以通过第二电机有效地获得剩余机械功率，在该第二电机中，所生成的电功率可以直接或稍后被有效地用于功率系统中的其他目的。这还可以意味着第二电机的更低的所要求的扭矩和/或功率系统中的更低量的再循环能量。
可选地，所述方法还可以包括通过使用由所述第二电机生成的电能对所述电能存储系统进行充电。因此，剩余机械功率可以被有效地转换成电功率，该电功率被存储在电能存储系统以便以后使用，这意味着增加的随时间的机械效率。
可选地，所述方法还可以包括通过使用由所述第二电机生成的电能将所述第一电机作为马达来操作。因此，由第二电机获得的机械功率(诸如上文提及的所获得的剩余机械功率)可以有效地转换成电功率并且传递到第一电机，而无需任何另外的功率转换。
可选地，如上所述，所述第一液压机和所述第二液压机可以被液压联接，使得液压功率能够在所述第一液压机和所述第二液压机之间在至少一个方向上传递，优选是在任一个方向上传递，其中所述方法还可以包括：
将液压功率从所述第一液压机和所述第二液压机中的一个液压机传递到所述第一液压机和所述第二液压机中的另一个液压机。
因此，如上所述，这可以有助于电机的小型化，从而意味着更具成本效益的功率系统。进一步，如上所述，能够更有效率的是根据所要求的扭矩和速度选择性地以液压方式或以电动方式传递功率。
可选地，所述方法还可以包括：
通过使用来自所述主轴的机械功率来将所述第一液压机作为泵来驱动；并且同时：
通过使用存储在所述电能存储系统中的电能将所述第二电机作为马达来操作。这可以意味着进一步提高的效率、减少的功率转换量和降低的功率损耗。
可选地，所述方法还可以包括：
由所述第二电机将所述第二液压机作为泵来驱动。
这在行星齿轮组的可旋转第二构件自由转动的情况下可以尤其有利。由此，第二电机可以以独立于功率系统中的其他旋转速度的方式以优化的旋转速度将液压机作为泵来驱动。由此，来自第二液压机的液压功率可以例如被传递到液压系统的至少一个液压致动器。
根据第三方面，所述目的通过一种用于作业机械的控制单元来实现，其中所述控制单元被配置成执行本发明的第二方面的实施例中的任一个实施例的步骤。
根据第四方面，所述目的通过一种作业机械来实现，所述作业机械包括根据本发明的第一方面的实施例中的任一个实施例的功率系统。
可选地，所述作业机械可以包括根据本发明的第三方面的实施例中的任一个实施例的控制单元。
本发明的其他优点和有利特征在以下描述和从属权利要求中公开。
附图说明
参考附图，下文是作为示例引用的本发明的实施例的更详细的描述。
在附图中：
图1示出了根据本发明的示例实施例的作业机械的示意性立体图；
图2示出了根据本发明的示例实施例的功率系统的示意图；并且
图3示出了根据本发明的另一个示例实施例的功率系统的示意图。
具体实施方式
在图1中，以示意性立体图示出了呈轮式装载机形式的作业机械100。轮式装载机100包括根据本发明的第一方面的实施例中的任一个实施例的功率系统1(未示出)。如图所示，轮式装载机100还可以包括控制单元170，该控制单元170被配置成执行根据本发明的第二方面的方法的步骤中的任一个步骤。
控制单元170可以包括微处理器、微控制器、可编程数字信号处理器或另一个可编程设备。控制单元还可以包括或可以替代地包括专用集成电路、可编程门阵列或可编程阵列逻辑、可编程逻辑器件或数字信号处理器。在控制单元170包括可编程设备(诸如上述微处理器、微控制器或可编程数字信号处理器)的情况下，该处理器还可以包括控制可编程器件的操作的计算机可执行代码。控制单元170可以包括嵌入式硬件(有时带有集成软件)，其中所述硬件显示出紧密的物理关系。物理关系的示例是：安装在一个或若干个电路板上的共享外壳和部件。还应当注意，控制单元170可以是若干个通信连接的控制单元的组合。
如图1所示的轮式装载机100包括四个车轮110、120、130和140。该轮式装载机100还包括前铲斗150。前铲斗150可以通过使用至少一个液压致动器160来致动，所述至少一个液压致动器160由液压系统5来操作和提供动力(例如，参见图2)。
尽管在图1中示出了轮式装载机100，但是应当注意的是，本文中所公开的本发明可以用于也包括具有用于执行作业功能的至少一个液压致动器的液压系统的任何其他类型的作业机械和/或车辆。另外，代替车轮地，作业机械100可以例如包括用于移动作业机械100的履带构件。因此，作业机械100可以包括任何类型的地面接合装置或者不同类型的地面接合装置的任何组合。
关于图2，示出了根据本发明的示例实施例的功率系统1的示意图。功率系统1包括原动机2和主轴3，其中原动机2能够驱动地连接到主轴3。在所示的实施例中，原动机2是内燃发动机，诸如柴油机。然而，应当注意，可以有利地使用任何类型的原动机，诸如主电动马达。因此，根据本发明的示例实施例，作业机械100可以是全电动作业机械。
功率系统1还包括行星齿轮组4，该行星齿轮组4包括：可旋转第一构件41，该可旋转第一构件41被驱动地连接到主轴3；可旋转第二构件42；和可旋转第三构件43，该可旋转第三构件43用于推进作业机械100。在所示的实施例中，可旋转第一构件41是行星齿轮组4的太阳齿轮，可旋转第二构件42是行星齿轮组4的环形齿轮，并且可旋转第三构件43是行星齿轮组4的行星架。然而，应当理解的是，尽管这种构造已经被示出为提供有益的扭矩传递和速度转换，但其他构造也是可能的。可旋转第三构件43进一步能够连接到用于推进作业机械100的输出轴(未示出)。
功率系统1还包括：
液压系统5，该液压系统5包括至少一个液压致动器160(参见图1)，所述至少一个液压致动器160用于在作业机械100的使用期间执行作业机械100的作业功能；
电能存储系统ES；
第一液压机HM1，该第一液压机HM1被机械联接到主轴3并且被液压联接到液压系统5；
第一电机EM1，该第一电机EM1被机械联接到主轴3；以及
第二电机EM2，该第二电机EM2被机械联接到可旋转第二构件42。
电能存储系统ES可以是任何种类的电能存储系统(诸如电池或多个电池组)，其例如可以包括锂离子电池单体。可替代地或补充地，能量存储系统ES可以包括电容器。
第一电机EM1和第二电机EM2被电连接，并且电能存储系统ES被电连接到第一电机EM1和第二电机EM2。电机EM1、EM2和电能存储系统ES可以例如通过接线盒(未示出)等被电连接。通过使用电连接，电功率可以直接在电机EM1、EM2之间传递(这意味着提高的效率)，并且还可以通过电能存储系统传递。因此，由电机EM1、EM2中的任一个生成的电能也可以被存储以便以后使用，这意味着改进了随着时间变化的效率。进一步，电机EM1、EM2中的任一个也可以作为由存储在电能存储系统ES中的电功率所驱动的马达。
功率系统1还包括第二液压机HM2，该第二液压机HM2被机械联接到可旋转第二构件42并且被液压联接到液压系统5。
鉴于上述内容，实现了高效且低成本的用于作业机械100的功率系统1。例如，通过构造如图2所示的功率系统1(其中第一液压机HM1和第一电机EM1被机械联接到主轴3，并且第二液压机HM2和第二电机EM2被机械联接到可旋转第二构件42)，功率系统1能够以较低的安装功率(诸如电功率)量提供有益的性能。该功率系统1还能够实现更少且更有效率的功率转换。
如图2所示的功率系统1还包括第一机械联接装置11和第二机械联接装置12。第一液压机HM1和第一电机EM1被直接联接到第一机械联接装置11，并且第二液压机HM2和第二电机EM2被直接联接到第二机械联接装置12。第一机械联接装置11被直接联接到主轴3，并且第二机械联接装置12被直接联接到可旋转第二构件42。第一机械联接装置11和第二机械联接装置12彼此分离。因此，根据本发明的示例实施例，液压机HM1和HM2彼此机械分离，并且电机EM1、EM2也彼此机械分离，从而形成相应的成对的一个液压机和一个电机，即HM1+EM1和HM2+EM2。在所示的实施例中，第一联接装置11和第二联接装置12被构造成具有固定齿轮比，但可变齿轮比也是可能的，诸如通过提供具有不同齿轮比的齿轮箱。如图所示，从第一液压机HM1和第一电机EM1向主轴3提供固定的齿轮比。此外，从第二液压机HM2和第二电机EM2向可旋转第二构件42提供固定齿轮比。在所示的实施例中，第一机械联接装置11呈两个机械接合的齿轮111、112的形式，并且第二机械联接装置也呈两个机械接合的齿轮121、122的形式。进一步，根据另一个实施例，第一电机EM1可以以第一齿轮比被机械联接到主轴3，并且第一液压机HM1可以以不同于第一齿轮比的第二齿轮比被机械联接到主轴3。第二液压机HM2和第二电机EM2关于可旋转第二构件42也可以具有类似的构造。
进一步，如图2所示的第二液压机HM2可以被构造成使得该第二液压机HM2可以在两个相反的旋转方向上被操作，以便在所述旋转方向中的任一个方向上为液压系统5生成液压功率。更进一步，第一液压机HM1也可以被构造成使得该第一液压机HM1可以在两个相反的旋转方向上被操作，以便在所述旋转方向中的任一个方向上为液压系统5生成液压功率。第一液压机HM1和第二液压机HM2中的至少一个也可以是电控液压机。仅作为示例，第一液压机HM1可以是常规的机械负载感应泵，并且第二液压机HM2可以是电控的。因此，第二液压机HM2可以在某些操作模式期间提升液压功率，以使功率损失最小化。
再进一步，如图2所示的第一液压机HM1和第二液压机HM2可以被液压联接，使得液压功率可以在第一液压机HM1和第二液压机HM2之间在至少一个方向上传递，优选是在任一个方向上传递。在所示的实施例中，液压机HM1、HM2中的至少一个被构造成在正旋转速度和负旋转速度以及正扭矩和负扭矩的所有可能组合下操作。利用这种功能性，可以实现液压变速器。因此，可以以与在电机EM1、EM2之间传递电功率的可能性并行的方式以液压方式传递功率。通常，液压机和电机的峰值效率在不同的操作区域中。因此，能够更有效率的是根据所要求的扭矩和速度以液压方式或以电动方式传递功率。当电机EM1、EM2具有较差效率时，液压功率路径可以例如在较低速度和较高扭矩期间使用。通过使用上述构造，可以能够更进一步使电机EM1、EM2小型化。
进一步，图2示出了发动机2和主轴3之间的联接构件6，该联接构件6用于选择性地将发动机2接合至主轴3和使得发动机2与主轴3脱离接合。因此，发动机2可以被暂时脱离接合，从而实现全电动操作。
图3的实施例示出了与图2所示类似的构造，其中不同之处在于，功率系统1还包括第一齿轮组8、第二齿轮组9和反向齿轮组10。进一步，还示出了输出轴7。
更具体地，除了图2的实施例之外，功率系统1还包括第一齿轮组8，其中可旋转第三构件43通过第一齿轮组8能够驱动地连接到用于驱动作业机械100的输出轴7。功率系统1还包括第一齿轮组联接构件F1，该第一齿轮组联接构件F1用于相对于输出轴7选择性地接合可旋转第三构件43和与可旋转第三构件43脱离接合。应当理解的是，输出轴7可以形成如本文所公开的功率系统1的一部分。
另外，可旋转第一构件41经由第二齿轮组9能够驱动地连接到输出轴7。功率系统1还包括第二齿轮组联接构件F2，该第二齿轮组联接构件F2用于相对于输出轴(7)选择性地接合可旋转第一构件41和与可旋转第一构件41脱离接合。
此外，可旋转第三构件43经由反向齿轮组10能够驱动地连接到输出轴7，用于选择性地在输出轴7上提供反向方向的传出速度。为此，反向齿轮组联接构件R1用于选择性地将可旋转第三构件43接合至输出轴7和与输出轴7脱离接合。
当第一齿轮组联接构件F1单独被接合(并且联接构件F2和R1被脱离接合)时的操作模式被称为模式F1。当第二齿轮组联接构件F2单独被接合时的操作模式被称为模式F2。当反向齿轮组联接构件R1单独被接合时的操作模式被称为模式R1。
通过上述构造，还可以接合第一齿轮组联接构件F1和第二齿轮组联接构件F2，从而提供功率系统1的附加模式F1F2。对于电动操作，F1F2可以提供用于功率系统1的附加扭矩/速度范围(即，当联接构件6被脱离接合时)。
在模式F2下，只有电机EM1可以用于作业机械100的推进。这可以给出较低的最大输出功率。另一方面，第二液压机EM2可以驱动第二液压机HM2。在模式F1和F1F2下，两个电机EM1、EM2可以用于作业机械100的推进。然而，由于行星齿轮组4被锁定在附加机械模式F1F2，所以扭矩/速度范围偏移。这可以用在确定功率系统1的规模以获得F1、F1F2和F2之间的最佳操作时。全部三个模式还可以在纯电动驱动时反向使用，因为根据示例实施例，电机EM1、EM2可以被控制为负速度。这要求第一液压机HM1可以在两个方向上旋转。
在图3中示出的实施例中，液压机HM1、HM2也可以有利地被电控。这可以为模式F2提供更高的输出功率(如果液压作业功能所要求的功率不是太高的话)。然后，第一电机EM1和第一液压机HM1均可以用于向主轴3提供扭矩。
例如图2和图3所示的功率系统1可以根据如本文中所公开的方法的示例实施例来操作。该方法可以包括将第二液压机HM2作为泵或马达来操作的步骤。更进一步，该方法还可以包括通过使用从主轴3提供给可旋转第二构件42的机械功率来将第二液压机HM2作为泵驱动，并且当存在从主轴3提供给可旋转第二构件42的剩余机械功率时，第二电机EM2可以使用剩余机械功率以作为发电机来操作。
如本文中所公开的功率系统1通常可以在三种功率流模式(负循环功率、附加功率和全机械功率)下操作。通过如本文中所公开的功率系统1，负循环功率可以发生在较低速度(例如作业机械100的0至10km/h(取决于齿轮比的选择))下，全机械功率可以发生在较高速度(例如作业机械100的10km/h)下，并且附加功率可以发生在更高速度(例如作业机械100的10至20km/h)下。
在负循环模式下，第二电机EM2可以作为发电机来操作。当液压作业功能需要液压功率时，可以主要使用第二液压机HM2。这可以降低第二电机EM2的所要求的扭矩以及再循环能量的量。这预期发生在例如作业机械100的前铲斗150填充操作期间，在该操作中使用作业液压装置并且作业机械100以较低速度操作。
对于附加功率模式，本发明能够自由地选择第一液压机HM1还是第二液压机HM2应该供应液压功率，以优化效率。例如，当电能存储系统ES正在放电时，一部分功率可以由第二液压机HM2供应，以便在发动机2和第一液压机HM1的最佳效率点处操作。
在全机械点的附近，第二可旋转构件42的速度接近于零。如果第二液压机HM2是电控的，则第二液压机HM2然后可以辅助第二电机EM2向第二可旋转构件42供应扭矩。这可以减少总损失量(液压机HM1、HM2通常在较低速度和较高扭矩下比电机EM1、EM2具有更高的效率)。
该方法还可以包括通过使用由第二电机EM2生成的电能对电能存储系统ES进行充电。
该方法还可以包括通过使用由第二电机EM2生成的电能将第一电机EM1作为马达来操作。
该方法还可以包括将液压功率从第一液压机HM1和第二液压机HM2中的一个液压机传递到第一液压机HM1和第二液压机HM2中的另一个液压机。
该方法还可以包括通过使用来自主轴的机械功率来将第一液压机作为泵来驱动；并且同时通过使用存储在电能存储系统ES中的电能将第二电机EM2作为马达来操作。
该方法还可以包括由第二电机EM2将第二液压机HM2作为泵来驱动。
将理解的是，本发明不限于上文描述和附图中所示的实施例；而是，本领域技术人员将认识到，可以在所附权利要求的范围内进行许多修改和变型。

Claims (25)

1.一种用于作业机械(100)的功率系统(1)，包括：
原动机(2)和主轴(3)，其中所述原动机(2)能够驱动地连接到所述主轴(3)；
行星齿轮组(4)，所述行星齿轮组(4)包括：可旋转第一构件(41)，所述可旋转第一构件(41)被驱动地连接到所述主轴(3)；可旋转第二构件(42)；和可旋转第三构件(43)，所述可旋转第三构件(43)用于推进所述作业机械；
液压系统(5)，所述液压系统包括至少一个液压致动器(160)，所述至少一个液压致动器(160)用于在所述作业机械的使用期间执行所述作业机械的作业功能；
电能存储系统(ES)；
第一液压机(HM1)，所述第一液压机(HM1)被机械联接到所述主轴(3)并且被液压联接到所述液压系统(5)；
第一电机(EM1)，所述第一电机(EM1)被机械联接到所述主轴(3)；
第二电机(EM2)，所述第二电机(EM2)被机械联接到所述可旋转第二构件(42)，其中所述第一电机(EM1)和所述第二电机(EM2)被电连接，并且其中所述电能存储系统(ES)被电连接到所述第一电机(EM1)和所述第二电机(EM2)，并且其中所述功率系统还包括：
第二液压机(HM2)，所述第二液压机(HM2)被机械联接到所述可旋转第二构件(42)并且被液压联接到所述液压系统(5)。
2.根据权利要求1所述的功率系统(1)，其中，所述第二液压机(HM2)被构造成使得所述第二液压机(HM2)能够在两个相反的旋转方向上被操作，以便为所述液压系统(5)生成液压功率。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的功率系统(1)，其中，所述第一液压机(HM1)和所述第二液压机(HM2)中的至少一个是电控液压机。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的功率系统(1)，其中，所述第一液压机(HM1)和所述第二液压机(HM2)被液压联接，使得液压功率能够在所述第一液压机(HM1)和所述第二液压机(HM2)之间在至少一个方向上传递，优选是在任一个方向上传递。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的功率系统(1)，其中，所述液压机(HM1，HM2)中的至少一个被构造成在正旋转速度和负旋转速度以及正扭矩和负扭矩的所有可能组合下操作。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的功率系统(1)，其中，所述可旋转第一构件(41)是所述行星齿轮组的太阳齿轮。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的功率系统(1)，其中，所述可旋转第二构件(42)是所述行星齿轮组的环形齿轮。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的功率系统(1)，其中，所述可旋转第三构件(43)是所述行星齿轮组的行星架。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的功率系统(1)，还包括联接构件(6)，所述联接构件(6)位于所述原动机(2)和所述主轴(3)之间，所述联接构件(6)用于选择性地将所述原动机(2)与所述主轴(3)接合和脱离接合。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的功率系统(1)，还包括第一齿轮组(8)，其中所述可旋转第三构件(43)经由所述第一齿轮组(8)能够驱动地连接到用于推进所述作业机械的输出轴(7)。
11.根据权利要求10所述的功率系统(1)，还包括第一齿轮组联接构件(F1)，所述第一齿轮组联接构件(F1)用于相对于所述输出轴(7)选择性地接合所述可旋转第三构件(43)和与所述可旋转第三构件(43)脱离接合。
12.根据权利要求10或11中的任一项所述的功率系统(1)，还包括第二齿轮组(9)，其中所述可旋转第一构件(41)经由所述第二齿轮组(9)能够驱动地连接到所述输出轴(7)。
13.根据权利要求12所述的功率系统(1)，还包括第二齿轮组联接构件(F2)，所述第二齿轮组联接构件(F2)用于相对于所述输出轴(7)选择性地接合所述可旋转第一构件(41)和与所述可旋转第一构件(41)脱离接合。
14.根据权利要求10至13中的任一项所述的功率系统(1)，还包括反向齿轮组(10)，其中所述可旋转第三构件(43)经由所述反向齿轮组(10)能够驱动地连接到所述输出轴(7)，用于选择性地在所述输出轴(7)上提供反向方向的传出速度。
15.根据前述权利要求中的任一项所述的功率系统(1)，还包括第一机械联接装置(11)和第二机械联接装置(12)，其中所述第一液压机(HM1)和所述第一电机(EM1)被直接联接到所述第一机械联接装置(11)，并且所述第二液压机(HM2)和所述第二电机(EM2)被直接联接到所述第二机械联接装置(12)，并且其中所述第一机械联接装置(11)被直接联接到所述主轴(3)，并且所述第二机械联接装置(12)被直接联接到所述可旋转第二构件(42)。
16.一种用于操作用于作业机械(100)的功率系统(1)的方法，其中，所述功率系统包括：
原动机(2)和主轴(3)，其中所述原动机(2)能够驱动地连接到所述主轴(3)；
行星齿轮组(4)，所述行星齿轮组(4)包括：可旋转第一构件(41)，所述可旋转第一构件(41)被驱动地连接到所述主轴(3)；可旋转第二构件(42)；和可旋转第三构件(43)，所述可旋转第三构件(43)用于推进所述作业机械；
液压系统(5)，所述液压系统(5)包括至少一个液压致动器(160)，所述至少一个液压致动器(160)用于在所述作业机械的使用期间执行所述作业机械的作业功能；
电能存储系统(ES)；
第一液压机(HM1)，所述第一液压机(HM1)被机械联接到所述主轴(3)并且被液压联接到所述液压系统(5)；
第一电机(EM1)，所述第一电机(EM1)被机械联接到所述主轴(3)；
第二电机(EM2)，所述第二电机(EM2)被机械联接到所述可旋转第二构件(42)，其中所述第一电机(EM1)和所述第二电机(EM2)被电连接，并且其中所述电能存储系统(ES)被电连接到所述第一电机(EM1)和所述第二电机(EM2)，并且其中所述功率系统还包括第二液压机(HM2)，所述第二液压机(HM2)被机械联接到所述可旋转第二构件(42)并且被液压联接到所述液压系统(5)；
其中，所述方法包括将所述第二液压机(HM2)作为泵或作为马达来操作。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括：
通过使用从所述主轴(3)提供给所述可旋转第二构件(42)的机械功率将所述第二液压机(HM2)作为泵来驱动，以及
当存在从所述主轴(3)提供给所述可旋转第二构件(42)的剩余机械功率时：
通过使用所述剩余机械功率将所述第二电机(EM2)作为发电机来操作。
18.根据权利要求16或17中的任一项所述的方法，还包括通过使用由所述第二电机(EM2)生成的电能对所述电能存储系统(ES)进行充电。
19.根据权利要求16至18中的任一项所述的方法，还包括通过使用由所述第二电机(EM2)生成的电能将所述第一电机(EM1)作为马达来操作。
20.根据权利要求16至19中的任一项所述的方法，其中，所述第一液压机(HM1)和所述第二液压机(HM2)被液压联接，使得液压功率能够在所述第一液压机(HM1)和所述第二液压机(HM2)之间在至少一个方向上传递，优选是在任一个方向上传递，所述方法还包括：
将液压功率从所述第一液压机(HM1)和所述第二液压机(HM2)中的一个液压机传递到所述第一液压机(HM1)和所述第二液压机(HM2)中的另一个液压机。
21.根据权利要求16至20中的任一项所述的方法，还包括：
通过使用来自所述主轴(3)的机械功率将所述第一液压机(HM1)作为泵来驱动；并且同时：
通过使用存储在所述电能存储系统(ES)中的电能将所述第二电机(EM2)作为马达来操作。
22.根据权利要求16至21中的任一项所述的方法，还包括：
由所述第二电机(EM2)将所述第二液压机(HM2)作为泵来驱动。
23.一种用于作业机械(100)的控制单元(170)，所述控制单元被配置成执行权利要求16至22中的任一项所述的步骤。
24.一种作业机械(100)，包括根据权利要求1至15中的任一项所述的功率系统(1)。
25.根据权利要求24所述的作业机械(100)，包括根据权利要求23所述的控制单元(170)。
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