CN115803217A - 用于运行作业机械的电的驱动系的方法、用于作业机械的电的驱动系和作业机械 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于运行作业机械(10)的电的驱动系(11)的方法，其中，驱动系(11)包括具有液压的作业装置(22)和电的作业马达(21)的作业驱动器(20)以及包括具有电的行驶马达(31)的行驶驱动器(30)，其中，作业驱动器(20)的运行以独立于行驶驱动器(30)的运行的方式进行(100)。按本发明的方法的特征在于，在考虑到作业马达(21)的效率和作业装置(22)的效率的情况下提供(100、106)作业驱动器(20)所要求的功率。本发明还涉及一种对应的电的驱动系(11)和一种对应的作业机械(10)。

Description

用于运行作业机械的电的驱动系的方法、用于作业机械的电 的驱动系和作业机械

技术领域

本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分所述的用于运行作业机械的电的驱动系的方法、一种按照权利要求9的前序部分所述的用于作业机械的电的驱动系以及一种对应的作业机械。

背景技术

在现有技术中已知诸如轮式装载机、紧凑型装载机、伸缩式装载机、自卸车或挖掘机之类的电驱动的作业机械。这些电驱动的作业机械要么纯电驱动，这就是说它们仅通过电池供能，要么是柴油-电驱动，这意味着，所需的能量由柴油驱动的发电机通常结合电的缓冲存储器、如对应地设定尺寸的电容器提供。在所有情况下，行驶驱动器和作业驱动器所需的机械的功率由一个或多个电动马达提供。此外，混合电动的作业机械也是已知的，在这些作业机械中，运行所需的机械功率首先由内燃机、通常柴油机提供。额外设置的电动马达由电池馈能并且在此典型地承担起所谓的动力增强功能。

在现有技术中还已知内燃机驱动的作业机械，在这些作业机械中，行驶驱动器和作业驱动器共同由内燃机驱动。作业驱动器在此通常具备带有液压泵的作业液压机构，其直接地或者通过变速级传动地与内燃机联接。但因为内燃机在其有待提供的扭矩和其有待提供的转速方面首先是按行驶驱动器的要求来驱控的，所以液压泵构造成所谓的变量泵，该变量泵可以通过在一定范畴内调整旋转角而独立于其转速地提供体积流量和液压压力。

在这种相互关系下，DE 20 2014 000 738 U1说明了一种纯电动马达驱动的轮式装载机，其具有用于行驶驱动器的第一电动马达和用于作业驱动器的第二电动马达。

由EP 0 962 597 A2已知一种电池运行的作业机械，该作业机械为了具有两个用于行驶驱动器的电动马达和另一个用于作业驱动器的电动马达。

但公知的电驱动的作业机械缺点是，作业驱动器或作业驱动器的作业液压机构通常由一个仅配属于作业驱动器的电动马达驱动，而没有合理地充分利用通过与行驶驱动器的这种脱开获得的自由度。

发明内容

本发明所要解决的任务是，建议一种用于运行作业机械的电的驱动系的经改进的方法。

该任务按照本发明通过按照权利要求1所述的用于运行作业机械的电的驱动系的方法解决。本发明的有利的设计方案和扩展设计方案由从属权利要求得出。

本发明涉及一种用于运行作业机械的电的驱动系的方法，其中，驱动系包括具有液压的作业装置和电的作业马达的作业驱动器以及包括具有电的行驶马达的行驶驱动器，其中，作业驱动器的运行以独立于行驶驱动器的运行的方式进行。按本发明的方法的出众之处在于，在考虑到作业马达的效率和作业装置的效率下提供作业驱动器所要求的功率。

因此本发明说明了一种方法，该方法涉及到作业机械的电的驱动系的运行，其中，驱动系至少由两个能独立于彼此运行的驱动器构成，即由作业驱动器和行驶驱动器构成。“能独立于彼此运行的驱动器”按照本发明指的是至少两个驱动器，按照本发明即行驶驱动器和作业驱动器，在它们之间在运行中不存在相互作用。作业驱动器的运行因此可以完全独立于行驶驱动器的运行，反之亦然，这就是说，行驶驱动器的运行点可以独立于作业驱动器的运行点设定。

此外，还可以想到的并且优选的是，驱动系也包括另外的元件或另外的驱动器，例如动力输出装置或辅助驱动器。它们可以例如同样独立于彼此地或者独立于行驶驱动器和作业驱动器地运行。但在此也可以想到的是这些另外的驱动器至少部分彼此间联接或者与行驶驱动器或者与作业驱动器联接。另外的驱动器中的多个驱动器例如可以具有共同的驱动马达或者由行驶马达或由作业马达驱动，因而存在传动联接。

驱动系特别是也包括电的储能器，其优选构造成能重复充电的电池。

无论是作业驱动器还是行驶驱动器，均有利地分别包括一个或多个电动马达。电动马达可以额外包括变速器或变速级、从动器、液压的部件、控制电子器件和功率电子器件。电动马达特别有利地涉及用于行驶驱动器的和用于作业驱动器的分别构造相同的电动马达。因此就电动马达而言，可以促成降低成本的规模效应。

作业驱动器此外还包括液压的作业装置，该液压的作业装置由作业马达驱动。液压的作业装置本身优选包括液压泵、特别是所谓的变量泵，其可以通过在一定范畴内调整旋转角与其转速无关地提供体积流量以及液压压力并且直接地或通过变速级被作业马达驱动。

按照本发明现在规定，在考虑到作业马达的效率和作业装置的效率下提供作业驱动器所要求的功率。无论是作业马达还是作业装置，通常分别具有与运行点相关的效率。在此，构造成电动马达的作业马达的效率通常在边界范围内，即在较小的和较高的转速下，要比在中间的运行范围内更小。作业装置例如在作为变量泵的构造形式中在较大的旋转角范围内同样具有比在较小的旋转角范围内更高的效率。为了提供作业驱动器所要求的功率，因此存在作业马达的和作业装置的运行点的多种可能的组合。作业驱动器的总效率因此决定性地由作业马达的效率和作业装置的效率的数学乘积得出。

由于按本发明考虑到了作业马达的效率和作业装置的效率，现在获得的优点是，可以设定作业驱动器的各自最为有效的总效率，以便提供作业驱动器所要求的功率。因此除了节能和与之相关的节约成本外，特别是在电池电力的驱动系中，在电的储能器的充电过程(并且因此中断作业运行)变得有必要之前，还延长了运行持续时间。

按照本发明的一种优选的实施方式规定，在考虑到作业马达的惯性矩的情况下改变所提供的功率。因为作业马达构造成电动马达，所以该作业马达受构造方式所限具有较大的惯性矩，惯性矩对抗所要求的转速变化并且仅能通过施加相应大的电能量克服，电能量然后作为旋转能量存在。本申请人的认知现在是，为了尽可能有效地运行作业驱动器，不仅应当观察作业马达的和作业液压机构的效率，而且还应当额外观察作业马达的特别是在转速方面改变运行点所需的能耗。如已经表明的那样，尽管作业马达的其它运行点可能对于提供改变后的功率来说更为有效，但让作业马达保持在已经设定的运行点中可以更为有效，并且取而代之地仅相应地改变作业装置的运行点，即使作业装置由此无法在比之前更为有效的运行点中运行。

优选规定，也在考虑到作业装置的惯性矩的情况下进行已经提供的功率的改变。作业装置通常也具有惯性矩，该惯性矩对抗所要求的转速变化。

按照本发明的另一种优选的实施方式规定，在考虑到对液压的转向力支持的需求的情况下提供所要求的功率。因此有利地规定，作业机械具备带有液压的转向力支持的转向机构，其中，液压的转向力支持由作业驱动器供以所需的液压功率。通过同样在选择作业马达的和作业装置的运行点时考虑到或者在运行点改变时考虑到液压的转向力支持所需的功率，可以还更为有效地提供作业驱动器所要求的功率。

按照本发明的另一种优选的实施方式规定，使作业装置的转速在驱动系运行中不为零。由此获得的优点是，一方面作业驱动器不必从静止状态对用于提供功率的要求作出反应，这通常不仅会导致作业驱动器的反应上的虽然短暂但明显的迟滞，而且，此外由于作业马达的和作业装置的所需的快速的加速，这也不必在不利的运行点中运行。取而代之的是，可以较为缓慢地并且因此有效地设定作业驱动器的提供所要求的功率所需的总运行点。

按照本发明的一种特别优选的实施方式规定，在考虑到状况检测的情况下准备好变化。通过借助所出现的状况检测到有待由作业驱动器提供的功率发生了改变，不必突然地和较为低效地改变例如作业马达的转速，而且可以已经前瞻性地在更早的时间点上导入，这例如允许了转速的更为缓慢的并且较为有效的提高。

按照本发明的一种完全特别优选的实施方式规定，借助周围环境传感机构进行状况检测。合适的周围环境传感器可以特别是相机传感器、雷达传感器或激光雷达传感器。周围环境传感器例如特别是结合对应的传感器数据评估来识别如下的状况，在所述状况中，作业装置的使用迫在眉睫。例如可以识别到，构造成轮式装载机的作业机械靠近土堆，以便将铲斗插入到土堆中并且铲起土。由此可以有准备地缓慢提高作业马达的转速。

按照本发明的另一种完全特别优选的实施方式规定，借助监控作业驱动器的状态进行状况检测。作业驱动器的“状态”在此指的是在作业驱动器中的体积流量和液压压力。优选例如也指的是升降支架的升降高度或者铲斗的和铲斗臂的位置和取向，倘若作业装置包括这些的话。同样可以有利地将用于控制作业驱动器的输入器件、例如为此所构造的操纵杆以如下方式用于状况检测，即，评估该操纵杆的操纵信号。因此可以例如借助已知的和重复的模式来识别作业驱动器所要求的功率的即将发生的变化。当例如构造成轮式装载机的作业机械将铲斗向下倾斜并且铲斗然后下降时，就可以识别到，铲斗很有可能将要铲起和提升装载物，为此必须由作业驱动器在特定的时间段内提供高功率。

按照本发明的另一种完全特别优选的实施方式规定，在考虑到分配给作业驱动器和行驶驱动器的电功率的情况下进行所提供的功率的改变。视驱动系的或者电的储能器的、行驶驱动器的和作业驱动器的设计方案而定，可能出现的是，储能器无法同时以各自所要求的高度提供由行驶驱动器所要求的电能和由作业驱动器所要求的电能。在这种状况下，可以例如规定，由作业机械的操作者将可以由储能器提供的电的最大功率按固定的比例分配给行驶驱动器和作业驱动器。现在通过在有待由作业驱动器提供的功率改变时考虑到这个必要时受限制的、可供作业驱动器的电功率，可以有利地避免作业驱动器的否则的话可能出现的错误行为以及避免由此可能出现的危险的状况。

本发明还涉及一种用于作业机械的电的驱动系，其中，该驱动系包括具有液压的作业装置和电的作业马达的作业驱动器以及包括具有电的行驶马达的行驶驱动器，并且其中，作业驱动器能独立于行驶驱动器地运行。按本发明的驱动系的出色之处在于，所述驱动系被构造成用于在考虑到作业马达的效率和作业装置的效率的情况下提供作业驱动器所要求的功率。

按本发明的驱动系因此使得能实施按本发明的方法，这带来了已经结合按本发明的方法所说明的优点。

液压的作业装置优选包括所谓的旋转泵。作业装置还特别优选包括能液压地操纵的铲斗和能液压地操纵的用于提升和降下铲斗的升降臂。

作业驱动器优选还包括电子的存储器，其以能电子地调用的方式包含了作业马达的效率综合特性曲线。作业马达的效率综合特性曲线在此有利地说明了作业马达的取决于作业马达的所提供的转速以及作业马达的所提供的扭矩的效率。

可以有利地从作业驱动器所包括的逆变器读取作业马达的所提供的转速和作业马达的所提供的扭矩，其中，该逆变器设置用于驱控作业马达。

电子的存储器同样优选也包含作业装置的效率综合特性曲线。效率综合特性曲线可以例如说明了作业装置的取决于作业装置的旋转泵的旋转角和旋转泵的转速的效率。

驱动系优选也包括电的储能器，该电的储能器可以例如构造成能重复充电的电池。

本发明还涉及一种作业机械，该作业机械包括按本发明的驱动系。由此产生了也针对按本发明的作业机械的已经结合按本发明的驱动系所说明的优点。

按照本发明的一种优选的实施方式规定，作业机械构造成轮式装载机。

附图说明

接下来借助附图所示的实施方式示例性地阐释本发明。

图中：

图1以流程图的形式示例性地示出了用于运行构造成轮式装载机的作业机械的电的驱动系的按本发明的方法的一种可能的实施方式；

图2示例性地以工作原理图的形式示出了用于运行作业机械的电的驱动系的按本发明的方法的一种可能的实施方式；并且

图3示例性地和示意性地示出了按本发明的作业机械的一种可能的构造形式。

相同的主题、功能单元和相似的部件跨越附图地标以相同的附图标记。这些主题、功能单元和相似的部件在它们的技术特征方面设计成一致的，倘若说明书没有明确或隐晦地另行说明的话。

具体实施方式

图1以流程图的形式示例性地示出了用于运行构造成轮式装载机10的作业机械10的电的驱动系11的按本发明的方法的一种可能的实施方式。驱动系11在此包括具有液压的作业装置22和电的作业马达21的作业驱动器20以及包括具有电的行驶马达31的行驶驱动器30。液压的作业装置22本身包括构造成旋转泵23的液压泵23以及铲斗24和用于提升和降下铲斗24的升降臂25。作业驱动器20的运行能独立于行驶驱动器30的运行，这就是说，行驶驱动器30的运行点可以独立于作业驱动器20的运行点设定，并且反之亦然。在第一方法步骤100中，由作业驱动器20提供所要求的第一功率。所要求的第一功率在此满足作业机械100的液压的转向力支持的以及在行驶变速器33中的润滑剂泵的要求。在第二方法步骤101中进行状况检测，其中，借助转向角检测、借助速度检测和借助周围环境传感机构12、例如借助多个相机传感器12确认：轮式装载机10在不降低其速度的情况下直线地靠近土堆。在考虑到这种状况检测的情况下，在步骤102中识别到，迫在眉睫的是将作业驱动器20的所要求的第一功率提高到所要求的第二功率。所要求的第二功率在此这样大，使得其还可以供应液压的转向力支持以及润滑泵并且额外可以向作业装置22供应预测性所需的功率。在步骤103中现在获知：在作业马达21的哪种效率下和作业装置22的哪种效率下可以总体上最为有效地提供第二功率。同时在步骤104中获知：在考虑到作业马达22的惯性矩的情况下如何能最为有效地改变所提供的功率，这就是说从第一功率改变到第二功率。因为作业马达22的转速提高是必需的，所以必然需要特定的能量独自用于提高作业马达22的旋转能量，而这个旋转能量无需在提供第二功率时可用。因此在步骤105中在考虑到作业马达21的效率和作业装置22的效率以及在考虑到作业马达22的惯性矩时获知：如何能最为有效在预期的时间段内提供第二功率。在步骤106中相应地驱控作业马达21和作业装置22或旋转泵23。

图2示例性地以工作原理图的形式示出了用于运行作业机械10的电的驱动系11的按本发明的方法的一种可能的实施方式。驱动系11在此包括具有液压的作业装置22和电的作业马达21的作业驱动器20以及包括具有电的行驶马达31的行驶驱动器30。液压的作业装置22本身包括构造成旋转泵23的液压泵23以及铲斗24和用于提升和降下铲斗24的升降臂25。作业驱动器20的运行能独立于行驶驱动器30的运行，这就是说，行驶驱动器30的运行点可以独立于作业驱动器20的运行点设定，并且反之亦然。功能块200至213在此针对所提供的功率从第一功率到第二功率的改变阐明按本发明的方法。在第一功能块200中，获知行驶变速器33的必需的体积流量需求以及为此有待由作业马达33提供的功率。在功能块201中，读取用于控制作业驱动器20的输入器件、例如为此构造的操纵杆的操纵信号，以便借助监控作业驱动器20的状态实施状况检测。功能块202说明了借助周围环境传感机构12、例如借助相机传感器、雷达传感器和超声波传感器的状况检测。在功能块203中检测属于作业装置22的升降架的位置。功能块204说明了对同样属于作业装置22的旋转泵23的所设定的旋转角的检测。功能块205说明了对电的能量源的最大能提供的电功率的可供用于作业驱动器20的那一部分的检测。在功能块206中最后从电子的存储器读取作业马达21的效率综合特性曲线并且在功能块207中从电子的存储器读取旋转泵23的效率综合特性曲线。作业马达21的惯性矩在功能块208中同样从电子的存储器读取。在功能块209中，由在块200至208中收集的状况检测获知：比如如何来改变作业马达21的和旋转泵23的运行点，以便以最为有效的途径达到用于提供第二功率的最为有效的运行点。有关从作业马达21的当前的运行点起用于提供第二功率的最为有效的运行点以及用于达到这个运行点的最为有效的途径的信息，在功能块210中被输出给作业驱动器20的逆变器。同时在功能块211中将就旋转泵23而言以最为有效的途径提供第二功率的最为有效的运行点的信息输出给旋转泵23的促动器。逆变器然后在功能块212中驱控作业马达21并且促动器在功能块213中驱控旋转泵23。

图3示例性地和示意性地示出了按本发明的作业机械10的一种可能的构造形式。作业机械10例如构造成轮式装载机10并且包括电的驱动系11。电的驱动系11本身又包括具有电的作业马达21和液压的作业装置22的作业驱动器20以及包括具有电的行驶马达31和被驱动的车轮32的行驶驱动器30。作业驱动器20本身包括构造成旋转泵23的液压泵23以及铲斗24和用于提升和降下铲斗24的升降臂25。车轮32能通过行驶变速器33与行驶马达31传动式刚性联接。驱动系11被构造成用于在考虑到作业马达21的效率和作业装置22的效率的情况下提供作业驱动器20所要求的功率。在考虑到作业马达21的惯性矩的情况下迫在眉睫地并且在考虑到状况检测的情况下前瞻性地准备好改变所提供的功率。状况检测在此借助适用于此的周围环境传感机构12、例如借助相机传感器12进行。

附图标记列表

10作业机械、轮式装载机

11电的驱动系

12周围环境传感机构、相机传感器

20 作业驱动器

21 作业马达

22液压的作业装置

23液压泵、旋转泵

24 铲斗

25 升降臂

30 行驶驱动器

31 行驶马达

32 车轮

33 行驶变速器

100 提供所要求的功率

101 状况检测

102识别到即将提高所要求的功率

103获知效率

104获知用于改变功率的最为有效的途径

105获知如何能最为有效地提供所要求的功率

106驱控作业马达和作业装置

200获知有待提供的功率

201借助监控作业驱动器的状态的状况检测

202借助周围环境传感机构的状况检测

203 检测升降架的位置

204 检测所设定的旋转角

205检测可供作业驱动器使用的电功率

206读取作业马达的效率综合特性曲线

207读取旋转泵的效率综合特性曲线

208读取作业马达的惯性矩

209获知如何能最为有效地提供所要求的功率

210 输出给逆变器

211 输出给旋转泵的促动器

212 驱控作业马达

213 驱控促动器。

Claims (12)

1.用于运行作业机械(10)的电的驱动系(11)的方法，其中，所述驱动系(11)包括具有液压的作业装置(22)和电的作业马达(21)的作业驱动器(20)以及包括具有电的行驶马达(31)的行驶驱动器(30)，其中，所述作业驱动器(20)的运行以独立于行驶驱动器(30)的运行的方式进行(100)，

其特征在于，在考虑到所述作业马达(21)的效率和所述作业装置(22)的效率的情况下提供(100、106)作业驱动器(20)所要求的功率。

2.按照权利要求1所述的方法，

其特征在于，在考虑到所述作业马达(21)的惯性矩的情况下进行所提供的功率的改变(104、208)。

3.按照权利要求1和2中至少一项所述的方法，

其特征在于，在考虑到对液压的转向力支持的需求的情况下提供(200)所要求的功率。

4.按照权利要求1至3中至少一项所述的方法，

其特征在于，使所述作业装置(22)的转速在所述驱动系(11)运行中不为零。

5.按照权利要求2至4中至少一项所述的方法，

其特征在于，在考虑到状况检测的情况下准备好所述改变(200、201、202、203、204、205)。

6.按照权利要求5所述的方法，

其特征在于，借助周围环境传感机构(12)进行状况检测(202)。

7.按照权利要求5和6中至少一项所述的方法，

其特征在于，借助对所述作业驱动器(20)的状态的监控进行状况检测(201、203、204)。

8.按照权利要求2至7中至少一项所述的方法，

其特征在于，在考虑到分配给所述作业驱动器(20)和所述行驶驱动器(30)的电功率的情况下进行所提供的功率的改变(205)。

9.用于作业机械(10)的电的驱动系(11)，其中，所述驱动系(11)包括具有液压的作业装置(22)和电的作业马达(21)的作业驱动器(20)以及包括具有电的行驶马达(31)的行驶驱动器(30)，并且其中，所述作业驱动器(20)能独立于行驶驱动器(30)地运行，

其特征在于，所述驱动系(11)被构造成用于在考虑到所述作业马达(21)的效率和所述作业装置(22)的效率的情况下提供作业驱动器(20)所要求的功率。

10.按照权利要求9所述的驱动系(11)，

其特征在于，所述驱动系(11)被构造成用于实施按照权利要求1至9中至少一项所述的方法。

11.作业机械(10)，所述作业机械包括按照权利要求9和10中至少一项所述的驱动系(11)。

12.按照权利要求10所述的作业机械(10)，

其特征在于，所述作业机械(10)构造成轮式装载机(10)。

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