DE102005023672A1

DE102005023672A1 - Verfahren zur Steuerung einer Maschine mit elektrischem Antrieb

Info

Publication number: DE102005023672A1
Application number: DE102005023672A
Authority: DE
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2004-06-15
Filing date: 2005-05-23
Publication date: 2006-02-16
Also published as: US20070251740A1; US20050274555A1; JP2006002774A; US7350611B2

Abstract

Es wird ein Verfahren vorgesehen, um eine Arbeitsmaschine mit elektrischem Antrieb zu steuern, die einen Motor und einen Elektromotor aufweist, der Leistung liefert, um zu ermöglichen, dass die Arbeitsmaschine über eine Oberfläche eines Geländes mit gewissen Fahrgeschwindigkeiten fährt. Bei einem Ausführungsbeispiel kann das Verfahren aufweisen, eine Rückwärts-Richtungsumschaltung der Arbeitsmaschine zu detektieren, die bewirkt, dass die Arbeitsmaschine in einem Rückwärts-Antriebszyklus arbeitet. Weiterhin kann das Verfahren die Ausführung eines Motordrehzahlreduktionsprozesses aufweisen, der eine gegenwärtige Drehzahl des Motors, basierend auf der detektierten Rückwärts-Richtungsumschaltung, zu reduzieren, ohne eine Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine während des Rückwärts-Getriebszyklus zu reduzieren.

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Maschinen mit elektrischem Antrieb und insbesondere auf Systeme und Verfahren zur Steuerung der Motordrehzahl einer elektrischen Antriebsmaschine.

Hintergrund

Die Steigerung des Verbrauches von fossilem Brennstoff, die mit der abnehmenden Versorgung mit diesen Ressourcen gekoppelt ist, hat den Einsatz von elektrischen Antriebsmaschinen vorangetrieben. Diese Maschinen können ausgelegt sein, um Kombinationen von elektrischer Leistung und/oder Verbrennungsleistung zum Antriebsstrang der Maschine zu liefern, um den Brennstoffverbrauch zu reduzieren. Bei manchen Konfigurationen treibt ein (Verbrennungs-)Motor einen Generator an, der elektrische Leistung zu einem Batteriesystem und einem Elektromotor liefert. Typischerweise ist der Elektromotor konfiguriert, um die Räder oder Antriebsmechanismen der Arbeitsmaschine anzutreiben (beispielsweise Kettenräder bei einem Raupentraktor usw.). Andere Arten von elektrischen Antriebsmaschinen gestatten, dass sowohl ein Motor als auch ein Elektromotor Leistung zu den Antriebsmechanismen der Arbeitsmaschine liefert.

Die Entwicklung von elektrischen Antriebsmaschinen hat auch neue Arten von Systemen auftauchen lassen, um die Leistung zu steuern, die von dem Elektromotor und/oder dem (Verbrennung-)Motor erzeugt wird. Typischerweise verwenden herkömmliche Steuersysteme für elektrische Antriebsmaschinen verschiedene Maschinenbetriebsbedingungen und Betriebsparameter, um den Betrieb des Motors und/oder des Elektromotors der Maschine einzustellen, und zwar in einem Versuch, den Leistungswirkungsgrad der Arbeitsmaschine zu steigern.

Obwohl herkömmliche Systeme einen Motor in einer elektrischen Antriebsmaschine steuern können, basiert eine solche Steuerung auf vorhergesehenen Veränderungen der Arbeitsbelastungen, die von dem Fahrzeug erfahren werden. Entsprechend können diese Systeme extensive Verarbeitungsfähigkeiten erfordern, um die geeigneten Einstellungen zu bestimmen, die am Betrieb des Motors vorgenommen werden müssen, um die Lasten zu verschieben bzw. auszugleichen, die von dem Motor der Maschine erfahren werden. Eine solche Verarbeitung ist manchmal in Arbeitsumgebungen nicht durchführbar, wo eine Arbeitsmaschine wiederholte Bewegungen ausführt, die viele Richtungsumschaltungen und Geschwindigkeitsfluktuationen bzw. Geschwindigkeitsveränderungen erfordern. Um die Verluste zu reduzieren, die bei solchen Bedingungen von einer Arbeitsmaschine erfahren werden, sind einige Steuersysteme entwickelt worden, die die Geschwindigkeit- oder Richtungsänderungen der Maschine berücksichtigen. Ein solches System wird beschrieben im US-Patent 5 725 064 ("das '064-Patent"), welches ein Steuersystem verwendet, um die Brennstoffversorgung eines Motors einer elektrischen Antriebsmaschine abzuschalten, wenn die Maschine im Rückwärts-Betrieb ist, wenn eine zusätzliche Komponente bzw. Hilfskomponente während Leerlaufbedingungen läuft, oder wenn der Motor ausschließlich verwendet wird, um die Maschine anzutreiben. Das Steuersystem in dem '064-Patent dekomprimiert den Motor folgend auf sein Abschalten, um die Pumpverluste des Motors zu verringern. Dies verringert die Abbremsung durch den Motor, die durch das Abschalten des Motors resultieren kann.

Obwohl das in dem '064-Patent beschriebene System ein Steuersystem verwendet, um den Wirkungsgrad einer elektrischen Antriebsmaschine zu steigern, tut es dies in einer Weise, die erfordert, das der Motor abgeschaltet wird. Somit verlässt sich das Fahrzeug auf den Elektromotor zum Antrieb, während es im Rückwärts-Betriebszustand ist. Weiterhin betrachtet das' 064-Patent, genauso wie andere herkömmliche elektrische Antriebssteuersysteme, keine Überdrehzahlgrenzbedingungen während Richtungsumschaltungen. Entsprechend gibt es eine Notwendigkeit für ein elektrisches Antriebssteuersystem, das den Motor basierend auf Richtungsumschaltungen ohne komplexe Verarbeitung oder drastische mechanische Veränderungen bzw. Umschaltungen steuert, um den Brennstoffwirkungsgrad und die Überdrehzahlbegrenzungsfähigkeiten während gewisser Richtungsumschaltungsbedingungen zu steigern.

Verfahren, Systeme und hergestellte Artikel in Übereinstimmung mit den offenbarten Ausführungsbeispielen sind darauf gerichtet, eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme zu lösen.

Zusammenfassung

Es ist ein Verfahren vorgesehen, um eine elektrische Antriebsmaschine zu steuern, die einen Motor und einen Elektromotor aufweist, der Leistung liefert, um zu ermöglichen, dass die Arbeitsmaschine über eine Geländeoberfläche mit gewissen Fahrgeschwindigkeiten fährt. Bei einem Ausführungsbeispiel kann das Verfahren aufweisen, eine Rückwärts-Richtungsumschaltung der Arbeitsmaschine zu detektieren, was bewirkt, dass die Arbeitsmaschine in einer Rückwärts-Richtung fährt. Weiterhin kann das Verfahren aufweisen, einen Motordrehzahlreduktionsvorgang auszuführen, der eine gegenwärtige Drehzahl des Motors basierend auf der detektierten Rückwärts-Richtungsumschaltung reduziert, ohne die Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine zu reduzieren, während sie in Rückwärts-Richtung fährt.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist ein System vorgesehen, um eine Arbeitsmaschine mit elektrischen Antrieb zu steuern. Das System kann einen Motor aufweisen, weiter einen Elektromotor, der Leistung zu einem Antriebsmechanismus liefert, der gestattet, dass die Arbeitsmaschine über eine Geländeoberfläche mit gewissen Fahrgeschwindigkeiten fährt, und ein Motorsteuersystem. Das Motorsteuersystem kann konfiguriert sein, um zu bestimmen, wann die Arbeitsmaschine eine Rückwärts-Richtungsumschaltung erfährt, was bewirkt, dass die Arbeitsmaschine in einer Rückwärts-Richtung arbeitet. Basierend auf der detektierten Richtungs umschaltung kann das Motorsteuersystem ein Motorsteuersignal an den Motor senden, welches die Drehzahl des Motors von einer gegenwärtigen Motordrehzahl auf eine eingestellte Motordrehzahl reduziert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1A veranschaulicht ein Blockdiagramm einer beispielhaften Arbeitsmaschine in Übereinstimmung mit gewissen offenbarten Ausführungsbeispielen;
1B veranschaulicht ein Blockdiagramm eines beispielhaften Systems, das konfiguriert sein kann, um gewisse Funktionen in Übereinstimmung mit offenbarten Ausführungsbeispielen auszuführen;
2 veranschaulicht ein Blockdiagramm eines beispielhaften Steuersystems in Übereinstimmung mit gewissen offenbarten Ausführungsbeispielen;
3 veranschaulicht ein Flussdiagramm eines beispielhaften Rückwärts-Steuervorgangs in Übereinstimmung mit gewissen offenbarten Ausführungsbeispielen; und
4 veranschaulicht ein Flussdiagramm eines weiteren beispielhaften Rückwärts-Steuervorgangs in Übereinstimmung mit gewissen offenbarten Ausführungsbeispielen.
Detaillierte Beschreibung
Es wird nun im Detail auf gewisse Ausführungsbeispiele Bezug genommen, die in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht sind. Wo immer es möglich ist, werden die gleichen Bezugszeichen in den Zeichnungen verwendet, um sich auf ähnliche oder gleiche Teile zu beziehen.
1A veranschaulicht eine beispielhafte Arbeitsmaschine 100, die als eine Raupenarbeitsmaschine gezeigt ist, die mit Arbeitswerkzeugen 102 ausgerüstet ist und verschiedene Produktionsvorgänge ausführen kann, wie beispielsweise Reißvorgänge, Planiervorgänge und die Bewegung von Material. Die Arbeitsmaschine 100 kann eine Bedienerkabine 104 aufweisen, in der ein Bediener positioniert ist, um die Arbeitsmaschine 100 zu betreiben. Obwohl die Arbeitswerkzeuge 102 so gezeigt sind, dass sie ein Reißwerkzeug 106 und ein Schubschild 108 sind, sei bemerkt, dass irgend eine Art von Arbeitswerkzeugen (beispielsweise Schubschilde bzw. Dozer-Schilde, Schaufeln, Gabeln usw.) oder auch gar keine Arbeitswerkzeug vorgesehen sein kann und von der Arbeitsmaschine 100 verwendet werden kann bzw. können. Die Arbeitsmaschine 100 kann auch Antriebsmechanismen aufweisen, wie beispielsweise Raupen 103, die mit dem Boden in Eingriff stehen und vorwärts und rückwärts auf ebenem oder geneigtem Gelände arbeiten können.
Obwohl die Arbeitsmaschine 100 als eine Raupentraktormaschine gezeigt ist, kann die Maschine 100 weiter irgend eine Art einer mobilen Maschine sein, die mindestens einen Betriebsvorgang ausführt, der mit einem speziellen Industriezweig assoziiert ist, wie beispielsweise Bergbau, Bau, Ackerbau usw., und die zwischen Arbeitsumgebungen oder auf Arbeitsumgebungen arbeitet (beispielsweise einer Baustelle, einer Miene bzw. Abbaustelle, einer Energieerzeugungseinrichtung usw.). Die Arbeitsmaschine 100 kann auch eine mobile Maschine zur Anwendung in einer Umgebung sein, die nicht mit irgend einem Industriezweig zu tun hat (beispielsweise Maschinen für persönlichen Gebrauch). Beispielsweise kann die Arbeitsmaschine 100 eine kommerzielle Maschine darstellen, wie beispielsweise einen Lastwagen, einen Kran, eine Erdbewegungsmaschine, ein Bergbaufahrzeug, einen Baggerlader, eine Materialhandhabungsvorrichtung, eine Ackerbaumaschine und irgendwelche anderen Arten von Maschinen, die in einer kommerziellen oder industriellen Umgebung arbeiten. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Arbeitsmaschine 100 eine elektrisch angetriebene Arbeitsmaschine, die einen Elektromotor aufweist, der zumindest einen Teil der Leistung zu einem Antriebsstrang der Arbeitsmaschine 100 liefert.
Ebenfalls kann die Arbeitsmaschine 100 gemäß gewisser Ausführungsbei spiele eine Maschine sein, die Aufgaben ausführt, die wiederholte Übergänge von einer Vorwärts- auf eine Rückwärts-Richtung erfordern, während diese Aufgaben ausgeführt werden. Beispielsweise ist die Arbeitsmaschine 100 als eine Raupenarbeitsmaschine abgebildet, die von einem Bediener verwendet werden kann, um Material oder das Gelände unter Verwendung der Arbeitswerkzeuge 102 zu verändern bzw. zu bearbeiten, und zwar durch kontinuierliche Hin- und Herbewegung der Maschine 100 nach vorne und hinten während des Verlaufs der Arbeiten.
1B veranschaulicht ein Blockdiagramm von gewissen Komponenten der Arbeitsmaschine 100, die konfiguriert sein kann, um gewisse Funktionen in Übereinstimmung mit gewissen Ausführungsbeispielen auszuführen. Wie gezeigt, kann die Arbeitsmaschine 100 mindestens eine an Bord liegende Datenverbindung 105, ein Arbeitsmaschinensteuersystem 110, ein Motorsteuersystem 120, einen Motor 130, ein Generatorsystem 140, einen Elektromotor 150, einen Antriebs- bzw. Fahrmechanismus 155 und einen oder mehrere Sensoren 160 und 162 aufweisen.
Die an Bord liegende Datenverbindung 105 stellt eine oder mehrere proprietäre und/oder nicht proprietäre Datenverbindungen dar, die Module verbinden, die in der Arbeitsmaschine 100 vorgesehen sind. In einem Ausführungsbeispiel kann die Datenverbindung 105, eine J1939-Datenverbindung der Society of Automotive Engineers (SAE), eine CAN-Datenverbindung (CAN = Controller Area Network) und andere herkömmliche Datenverbindungen darstellen.
Das Steuersystem 110 stellt ein oder mehrere Systeme, Vorrichtungen und/oder Mechanismen dar, die konfiguriert sind, um gewisse Steuerfunktionen für die Arbeitsmaschine 100 und/oder die Komponenten der Arbeitsmaschine 100 auszuführen. Das Steuersystem 110 kann durch Komponenten von Hardware bzw. Komponenten und/oder Software bzw. Programme und/oder Firmware eingerichtet werden. In gewissen Ausführungsbeispielen kann das Steuersystem 110 eine Motorsteuereinheit (ECU = Engine Control Unit) sein, die in der Arbeitsmaschine 100 eingebettet ist, obwohl andere Formen von Steuermodulen eingerichtet sein können. Das Steuersystem 110 kann Sensorsignale von einem oder mehreren Sensoren innerhalb der Arbeitsmaschine 100 aufnehmen und Befehle erzeugen, um ein oder mehrere andere Elemente der Arbeitsmaschine 100 zu steuern, einschließlich anderer Steuersysteme.
Das Motorsteuersystem 120 stellt ein oder mehrere Systeme, Vorrichtungen und/oder Mechanismen dar, die konfiguriert sind, um gewisse Steuerfunktionen für die Arbeitsmaschine 100 und/oder Komponenten der Arbeitsmaschine 100 auszuführen, wie beispielsweise den Motor 130. Das Steuersystem 120 kann durch Komponenten aus Hardware bzw. Komponenten und/oder Software bzw. Programmen und/oder Firmware eingerichtet werden. In gewissen Ausführungsbeispielen kann das Steuersystem 120 eine Motorsteuereinheit sein, die in der Arbeitsmaschine 100 eingebettet ist, obwohl andere Formen von Steuermodulen eingerichtet werden können. Das Steuersystem 120 kann Signale und Befehle von dem Steuersystem 110 aufnehmen. Basierend auf diesen Signalen und Befehlen kann das Steuersystem 120 ein oder mehrere Signale erzeugen, um die Betriebsvorgänge des Motors 130 zu steuern.
Der Motor 130 stellt einen Motor dar, der Leistung für die Arbeitsmaschine 100 und ihre Komponenten liefert. Der Motor 130 kann ein Dieselmotor sein (obwohl andere Arten von Motoren in Betracht gezogen werden), der Leistung erzeugt und auf andere Komponenten der Arbeitsmaschine 100 durch einen Leistungsübertragungsmechanismus überträgt, wie beispielsweise durch eine Welle.
Der Elektromotor 150 stellt einen Motor dar, der die elektrische Leistung, die vom Generator 140 aufgenommen wird, in Leistung überträgt, die einen oder mehrere Mechanismen 155 zum Fahren auf dem Boden antreibt. Zusammen können der Generator 140 und der Elektromotor 150 ein Antriebsstrangsystem 152 für die Arbeitsmaschine 100 darstellen, obwohl zusätzliche (nicht gezeigte) Komponenten in diesem System vorgesehen sein könnten.
Der Mechanismus 155 zum Fahren auf dem Boden kann eine oder mehrere Arten von mechanischen Komponenten darstellen, die gestatten, dass die Arbeitsmaschine 100 auf der Oberfläche einer Art eines Geländes fährt (beispielsweise ein Gelände auf der Erdoberfläche, Oberflächen unter Tage, Oberflächen unter Wasser usw.). Solche Komponenten können Räder, Achsen, Raupen, Kettenräder, die mit Raupen assoziiert sind usw. aufweisen. Wenn die Arbeitsmaschine 100 auf einer Geländeoberfläche fährt, können ein oder mehrere Sensoren 160 Geschwindigkeitssignale messen, sammeln und zum Steuersystem 110 senden, die die Geschwindigkeit der Maschine widerspiegeln. Der Sensor 160 kann Drehzahlsignale an das Steuersystem 110 ansprechend auf eine Anforderung vom System 110 senden, oder der Sensor 160 kann so konfiguriert sein, dass er die Drehzahlsignale periodisch oder ansprechend auf ein Maschinenereignis sendet, wie beispielsweise eine Steigerung der Drehzahl, ein Abbremsungsereignis usw. Weiterhin kann die Arbeitsmaschine 100 die Richtung ändern, während sie fährt. Der Sensor 162 kann eine Vorrichtung sein, die Richtungsumschaltungen der Arbeitsmaschine 100 durch verschiedene Komponenten abfühlt, wie beispielsweise den Motor 130, ein (nicht gezeigtes) Getriebesystem, einen Fahrmechanismus bzw. Antriebsmechanismus 155 usw. Der Sensor 162 kann konfiguriert sein, um ein oder mehrere Richtungsumschaltungssignale an das Steuersystem 110 direkt oder indirekt zu senden. Alternativ oder zusätzlich kann der Sensor 162 Richtungsumschaltungssignale zum Motorsteuersystem 120 für die darauf folgende Verarbeitung senden.
Zusätzlich oder Alternativ kann die Arbeitsmaschine 100 Richtungsumschaltungen basierend auf Bedienereingaben abfühlen, die mit der Richtung der Arbeitsmaschine 100 assoziiert sind. Wenn beispielsweise der Bediener die Richtung der Arbeitsmaschine 100 durch Bedienereingaben umschaltet (beispielsweise Vorwärts- oder Rückwärts-Richtungsmechanismen in der Kabine der Arbeitsmaschine 100), können ein oder mehrere Signale, die diese Richtungsumschaltungen anzeigen, zum Steuersystem 110 oder einem Steuer system geliefert werden, das mit dem Antriebsstrangsystem 152 assoziiert ist. Weiterhin kann die Arbeitsmaschine 100 einen Sensor aufweisen, der die Position der Komponenten innerhalb des Motors 150 überwacht, die die Richtung der Arbeitsmaschine 100 widerspiegeln. Der Motorsensor kann diese Signale zum Steuersystem 110 oder einem Steuersystem senden, das mit dem Antriebsstrangsystem 152 assoziiert ist, und zwar um die Richtung der Arbeitsmaschine 100 zu bestimmen.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der Sensor 162 auch eine Sensorvorrichtung aufweisen, die Motordrehzahlinformationen vom Motor 130 überwacht und sammelt. Der Sensor 162 kann diese Informationen in Form eines Motordrehzahlsignals an das Steuersystem 110 und/oder an das Motorsteuersystem 120 zur Verarbeitung in Übereinstimmung mit gewissen offenbarten Ausführungsbeispielen senden. Weiterhin kann die Arbeitsmaschine 100 Sensoren aufweisen, die die Drehzahl einer Achse messen, die in dem Antriebsmechanismus 155 verwendet wird, die proportional zur Fahrgeschwindigkeit der Maschine 100 ist, oder ähnliche Sensoren, die die tatsächliche Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine 100 durch andere Komponenten der Arbeitsmaschine 100 messen können.
In gewissen Ausführungsbeispielen sendet das Steuersystem 110 einen oder mehrere Befehle an eine oder mehrere Komponenten der Arbeitsmaschine 100, um ihre Betriebsvorgänge zu steuern. Beispielsweise kann das Steuersystem 110 einen Befehle an das Steuersystem 120 ansprechend auf Signale senden, die von den Sensoren 160 und/oder 162 gesandt oder aufgesammelt wurden.
Das Motorsteuersystem 120 kann konfiguriert sein, um herkömmliche Funktionen der Motorsteuereinheit für die Arbeitsmaschine 100 auszuführen. Zusätzlich kann das Motorsteuersystem 120 konfiguriert sein, um einen oder mehrere Motorsteuerprozesse in Übereinstimmung mit gewissen Ausführungsbeispielen einzuleiten oder auszuführen. 2 zeigt ein beispielhaftes Motorsteuersystem 120 gemäß diesen Ausführungsbeispielen. Wie ge zeigt, kann das Motorsteuersystem 120 eine Verarbeitungseinheit 212, eine Speichervorrichtung 214, eine Sensorschnittstelle 216 und eine Steuersignalschnittstelle 218 aufweisen.
Die Verarbeitungseinheit 212 kann eine oder mehrere Logikvorrichtungen und/oder Verarbeitungskomponenten darstellen, die von dem Steuersystem 120 verwendet werden, um gewisse Funktionen der Kommunikation, der Steuerung und von Gesundheits- bzw. Funktionstests auszuführen. Beispielsweise kann die Prozessoreinheit 212 konfiguriert sein, um Informationen zwischen Vorrichtungen innerhalb des Steuersystems 120 und/oder außerhalb des Steuersystems 120 weiterzuleiten. Weiterhin kann die Verarbeitungseinheit 212 konfiguriert sein, um Ausführungsanweisungen von einer Speichervorrichtung auszuführen, wie beispielsweise von einem Speicher 214. Obwohl 2 eine Einheit mit einem einzigen Prozessor aufweist, kann das Steuersystem 120 eine Vielzahl von Prozessoreinheiten aufweisen, wie beispielsweise eine oder mehrere Allzweck-Verarbeitungseinheiten und/oder Prozessoreinheiten für einen speziellen Zweck (beispielsweise ASICs). Die Verarbeitungseinheit 212 kann beispielsweise eines oder mehrere der folgenden Teile aufweisen: einen Mikroprozessor, einen Speicher, Register und andere Verarbeitungsvorrichtungen und Verarbeitungssysteme, falls geeignet.
Bei gewissen Ausführungsbeispielen kann die Funktion der Verarbeitungseinheit 212 in einem integrierten Mikroprozessor oder Mikrocontroller verkörpert sein. Ein solcher Mikrocontroller bzw. eine Mikrosteuervorrichtung kann beispielsweise eine integrierte zentrale Verarbeitungseinheit bzw. CPU, einen Speicher und einen oder mehrere Peripheriegeräte aufweisen. Abhängig von der Einrichtung kann das Motorsteuersystem 120 eine oder mehrere Mikrosteuervorrichtungen bzw. Mikrocontroller zusätzlich zu der Verarbeitungseinheit 212 und dem Speicher 214 oder an Stelle davon aufweisen, wie beispielsweise den PIC-Mikrocontroller von Microchip, den 8051, den 80196 von Intel und die Mikrocontroller der 68HCxx-Serie von Motorola.
Der Speicher 214 kann eine oder mehrere Systeme und/oder Mechanismen darstellen, die Informationen speichern können. Der Speicher 214 kann in einer Vielzahl von Komponenten und/oder Untersystemen verkörpert sein, die einen RAM bzw. Arbeitsspeicher (RAM = Random Access Memory), einen ROM bzw. Lesespeicher (ROM = Read Only Memory), magnetische und optische Speicherelemente, organische Speicherelemente, Audio-Disks und Video-Disks aufweisen. In gewissen Ausführungsbeispielen kann der Speicher 214 eine oder mehrere programmierbare, auslöschbare und/oder wiederverwendbare Speicherkomponenten aufweisen, wie beispielsweise einen EPROM (EPROM = Erasable Programmable Read Only Memory) und einen EEPROM (EEPROM = Erasable Programmable Read Only Memory) aufweisen können. Der Speicher 214 kann auch einen konstant mit Leistung versorgten nicht flüchtigen Speicher aufweisen, der betreibbar ist, um in Blöcken ausgelöscht und programmiert zu werden, wie beispielsweise ein Flash-Speicher (das heißt ein Flash-RAM). Der Speicher 214 kann einen primären Speicher für den Prozessor 212 vorsehen, wie beispielsweise zur Speicherung von Programmcode. Beispielsweise kann der Speicher 214 einen Programmcode für Kommunikationsvorgänge, für Kernel- und Vorrichtungstreiber (Device-Treiber), für Konfigurationsinformationen und für andere Anwendungen aufweisen, die in dem Steuersystem 120 eingebettet sein können. Obwohl ein einziger Speicher gezeigt ist, kann irgendeine Anzahl von Speichervorrichtungen in dem Steuersystem 120 vorgesehen werden und kann konfiguriert sein, um unterschiedliche Funktionen auszuführen. In einem Ausführungsbeispiel kann der Speicher 214 Programmcode aufweisen, der, wenn er von der Verarbeitungseinheit 212 ausgeführt wird, einen oder mehrere Motorsteuerprozesse ausführt, die in Übereinstimmung mit gewissen Ausführungsbeispielen sind.
Die Sensorschnittstelle 216 kann eine optische Vorrichtung sein, die konfiguriert ist, um eine oder mehrere Sensorsignale von einer oder mehreren jeweiligen Sensorvorrichtungen aufzunehmen (beispielsweise von den Sensoren 160, 162), die mit einer oder mehreren entsprechenden Komponenten der Arbeitsmaschine 100 assoziiert sind. In einem Ausführungsbeispiel zieht das Motorsteuersystem 120 die Signale heraus, die an der Sensorschnittstelle 216 empfangen wurden, und liefert sie zu der Verarbeitungseinheit 212 und/oder dem Speicher 214 für die darauf folgende Verarbeitung. Alternativ kann das Motorsteuersystem 120 Sensorsignale über eine Datenverbindung (beispielsweise die Datenverbindung 105) und die Datenverbindungsschnittstelle 218 aufnehmen.
Die Datenverbindungsschnittstelle 218 kann eine oder mehrere Schnittstellenvorrichtungen darstellen, die eine oder mehrere Datenverbindungen (beispielsweise die Datenverbindung 105) mit dem Motorsteuersystem 120 verbinden. Die Datenverbindungsschnittstelle 218 kann eine Verbindung zu proprietären und nicht proprietären Datenverbindungen herstellen. In einem Ausführungsbeispiel kann die Datenverbindungsschnittstelle 218 virtuelle Anschlüsse (d. h. softwarebasierte Anschlüsse) aufweisen, die gestatten, das eine einzige Verbindung so funktioniert, wie wenn es mehrere Verbindungen wären.
Verfahren und ein System in Übereinstimmung mit gewissen offenbarten Ausführungsbeispielen ermöglichen, dass das Motorsteuersystem 120 Arbeitsmaschinensteuervorgänge und Steuerprozesse ausführt. In einem Ausführungsbeispiel kann die Arbeitsmaschine 100 einen oder mehrere Prozesse ausführen, die den Leistungswirkungsgrad der Arbeitsmaschine 100 durch direkte oder indirekte Einwirkung auf eine oder mehrere Komponenten der Arbeitsmaschine steigern, wie beispielsweise der Motor 130, der Motor 150 usw. Beispielsweise kann die Arbeitsmaschine 100 Betriebsvorgänge des Motors 130 und/oder von anderen Komponenten einstellen, während sie in gewissen Richtungen fährt, wie beispielsweise rückwärts.
Während des Betriebs kann die Arbeitsmaschine 100 mit der Arbeit in Beziehung stehende Aufgaben ausführen (beispielsweise Fahrt, die Lieferung, der Bewegung usw.) und zwar mit verschiedenen Fahrgeschwindigkeiten, Motordrehzahlen, Richtungen usw., während sie verschiedene Arten von Lasten manipuliert. In manchen Fällen kann die Arbeitsmaschine 100 zykli sche Arbeitsvorgänge ausführen. Beispielsweise kann die Arbeitsmaschine 100 wiederholt die Richtungen und die Motordrehzahlen umschalten, während sie eine gewisse Art einer Last bewegt oder liefert, wie beispielsweise wenn sich eine Raupentraktormaschine vorwärts bewegt, während sie eine Last (beispielsweise Erde) nach vorne drückt, wenn sie sich rückwärts bewegt, während sie wenig oder keine äußeren Belastungen erfährt, und während sie sich wieder vorwärts bewegt, um die Last zu schieben. Dieser zyklische Prozess kann den ganzen Tag wiederholt werden, oder in manchen Fällen den ganzen Tag und die ganze Nacht, und zwar abhängig von der Arbeit, die von der Arbeitsmaschine 100 ausgeführt wird und/oder von der Art der Arbeitsumgebung, in der die Arbeitsmaschine 100 arbeiten kann. In einem Ausführungsbeispiel kann die Arbeitsmaschine 100 konfiguriert sein, um einen oder mehrere Steuervorgänge auszuführen, die die Richtungsumschaltung, die Belastung und/oder Motordrehzahlveränderungen berücksichtigen, die die Arbeitsmaschine 100 erfahren kann, während sie solche mit der Arbeit in Beziehung stehenden Aufgaben ausführt.
3 veranschaulicht ein Flussdiagramm eines beispielhaften Rückwärts-Steuerprozesses, der von dem Motorsteuersystem 120 und/oder von anderen Elementen der Arbeitsmaschine 100 ausgeführt werden kann. Wie oben erwähnt, kann die Arbeitsmaschine 100 die Richtungen viele Male umschalten, während sie eine oder mehrere Aufgaben ausführt. Entsprechend können in einem Ausführungsbeispiel das Motorsteuersystem 120, das Steuersystem 110 oder andere Steuersysteme (beispielsweise ein Steuersystem, das mit einem Antriebsstrangsystem 152 assoziiert ist) konfiguriert sein, um zu detektieren, wann die Arbeitsmaschine 100 eine Richtungsumschaltung auf rückwärts erfährt (Schritt 310). Um eine solche Umschaltung zu detektieren, kann das Steuersystem 111 Richtungsumschaltungssignale vom Sensor 162 aufnehmen, das anzeigt, dass die Arbeitsmaschine 100 in eine Rückwärts-Richtung oder einen Rückwärts-Betriebszustand umgeschaltet hat, was eine Richtungsumschaltung auf eine Rückwärts-Richtung bewirkt. Der Sensor 162 kann das Richtungsumschaltungssignal basierend auf Informationen erzeugen, die von den Antriebsmechanismen 155 aufgesammelt wur den, wie beispielsweise, dass die Drehung eines Kettenrades die Richtung ändert, und zwar basierend auf Informationen, die von einem (nicht gezeigten) Übertragungssystem bzw. Getriebesystem oder basierend auf Anwenderschnittstellenkomponenten aufgenommen wurden die ein Signal liefern, dass ein Bediener die Richtung der Arbeitsmaschine 100 auf eine Rückwärts-Richtung umgeschaltet hat. Die obigen Beispiele sollen nicht einschränkend sein, und andere Verfahren zum Detektieren, wann die Arbeitsmaschine 100 eine Umschaltung in eine Rückwärts-Richtung erfahren hat, können eingerichtet werden.
Sobald das Steuersystem 110 das Richtungsumschaltungssignal vom Sensor 162 empfängt, kann es eine Nachricht erzeugen und zum Motorsteuersystem 120 über die Datenverbindung 105 senden. Die Nachricht kann Informationen aufweisen, die die Richtungsumschaltung widerspiegeln. Alternativ kann der Sensor 162 das Richtungsumschaltungssignal zum Motorsteuersystem 120 direkt (über die Sensorschnittstelle 216) oder indirekt durch die Datenverbindung 105 und die Datenverbindungsschnittstelle 218 senden. Sobald dies empfangen wurde, kann das Motorsteuersystem 120 ein Rückwärts-Steuerprogramm ausführen, das im Speicher 214 gespeichert ist. In einem Ausführungsbeispiel kann das Rückwärts-Steuerprogramm einen Prozess ausführen, der bestimmt, ob das Motorsteuersystem 120 in einem Geschwindigkeitsparameterbetriebszustand konfiguriert ist (Schritt 320). Der Geschwindigkeitsparameterbetriebszustand kann ein Betriebszustand sein, der gestattet, dass das Motorsteuersystem 120 Einstellungen an den Betriebsvorgängen des Motors 130 basierend auf der Geschwindigkeit der Arbeitsmaschine 100 macht (beispielsweise in Meilen pro Stunde) und/oder der Drehzahl des Motors 130 (beispielsweise U/min). Wenn das Motorsteuersystem 120 nicht in einem Geschwindigkeitsparameterbetriebszustand konfiguriert ist (Schritt 320; Nein) geht der Rückwärts-Steuerprozess weiter zum Schritt 370, wie unten beschrieben. Wenn andererseits das Motorsteuersystem 120 in einem Geschwindigkeitsparameterbetriebszustand konfiguriert ist (Schritt 320; Ja), kann das System 120 bestimmen, ob die Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine 100 über einem vorbestimmten Schwel lenwert ist, während diese in der Rückwärts-Richtung fährt (Schritt 330).
In einem Ausführungsbeispiel kann das Motorsteuersystem 120 die Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine durch den Sensor 160 bestimmen. Wenn beispielsweise die Arbeitsmaschine über eine Geländeoberfläche fährt, kann der Sensor 160 Fahrgeschwindigkeitsinformationen von dem Antriebsmechanismus 155 aufnehmen, die die Fahrgeschwindigkeit anzeigen. Der Sensor 160 kann diese Informationen an das Steuersystem 110 senden, um an das Motorsteuersystem 120 in Form einer Nachricht weitergeleitet zu werden, die über die Datenverbindung 105 geliefert wird. Alternativ kann der Sensor 160 ein Geschwindigkeitssignal bzw. Drehzahlsignal an das Motorsteuersystem 120 senden, und zwar durch die Sensorschnittstelle 216 oder indirekt durch die Datenverbindungsschnittstelle 218. Die Arbeitsmaschine 100 kann unterschiedliche Techniken und Komponenten einrichten, um die Fahrgeschwindigkeit zu bestimmen. Beispielsweise kann bei einem Ausführungsbeispiel das Motorsteuersystem 120 (oder das Steuersystem 110) konfiguriert sein, um die Drehzahlsensordaten vom Sensor 160 anzufordern, wenn dieser eine Richtungsumschaltung detektiert, wie im Schritt 310 ausgeführt. Alternativ kann die Fahrgeschwindigkeit durch Sensoren bestimmt werden, die Signale liefern, die mit der Drehzahl der Drehmomentwandlersystemausgangswelle assoziiert sind, die mit dem Antriebsstrangsystem 152 verbunden sind.
Sobald die Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine 100 bestimmt wurde, kann das Motorsteuersystem 120 diese Geschwindigkeit mit einem vorbestimmten Fahrgeschwindigkeitsschwellenwert vergleichen, der im Speicher 214 programmiert ist. Der Fahrgeschwindigkeitsschwellenwert kann ein Wert sein, der von einem Anwender bestimmt wird, von einem vom Computer ausgeführten Programm, oder von einer Kombination von Prozessen, die von einem Anwender und einem Computer ausgeführt werden. Weiterhin kann der Fahrgeschwindigkeitsschwellenwert auf einer oder mehreren Spezifikationen basieren, die mit einer oder mehreren Komponenten der Arbeitsmaschine 100 assoziiert sind.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann der Bediener der Arbeitsmaschine 100 oder ein anderer Anwender eine maximale oder erwünschte Rückwärts-Fahrgeschwindigkeit auswählen, bevor er eine gewisse Aufgabe mit der Maschine 100 ausführt, oder während dessen. Der Bediener oder der Anwender kann eine Anwenderschnittstellenkomponente in der Maschine 100 verwenden, um den erwünschten Fahrgeschwindigkeitswert auszuwählen. Die Schnittstellenkomponente kann analog oder digital basiert sein und sieht einen Mechanismus für den Anwender oder dem Bediener vor, um einen maximalen Rückwärts-Fahrgeschwindigkeitswert für die Arbeitsmaschine 100 auszuwählen und umzuschalten bzw. zu verändern. Sobald der maximale Fahrgeschwindigkeitswert ausgewählt ist, kann die Arbeitsmaschine 100 eine Computerprozesse ausführen, um den Fahrgeschwindigkeitsschwellenwert basierend auf dem Wert zu bestimmen, der von dem Bediener oder dem Anwender ausgewählt wurde. In einem Ausführungsbeispiel kann die Arbeitsmaschine 100 den Fahrgeschwindigkeitsschwellenwert basierend auf einem Prozentsatz des maximalen Fahrgeschwindigkeitswertes bestimmen, der von dem Bediener oder Anwender ausgewählt wurde. Wenn somit die maximale Fahrgeschwindigkeit als sieben Meilen pro Stunde ausgewählt wird, kann die Arbeitsmaschine 100 den Fahrgeschwindigkeitsschwellenwert als einen Prozentsatz des Wertes von sieben Meilen pro Stunde bestimmen, wie beispielsweise 80% oder 5,6 Meilen pro Stunde.
Die obigen Fahrgeschwindigkeitswerte sind nur beispielhaft und sollen nicht einschränkend sein. Die Arbeitsmaschine 100 kann gestatten, dass der maximale Fahrgeschwindigkeitswert und/oder der Prozentsatzwert, der verwendet wurde, um den Fahrgeschwindigkeitsschwellenwert zu bestimmen, viele unterschiedliche Werte sein können. Weiterhin können offenbarte Ausführungsbeispiele gestatten, dass der Fahrgeschwindigkeitschwellenwert basierend auf anderen Eingangswerten oder Eingangssignalen bestimmt wird. Beispielsweise kann ein Anwender oder Bediener manuell den Fahrgeschwindigkeitsschwellenwert unter Verwendung einer Schnittstellenvorrichtung in der Arbeitsmaschine 100 auswählen. Weiterhin kann der Fahrge schwindigkeitsschwellenwert basierend auf anderen Arten von Werten bestimmt werden, wie beispielsweise den Motordrehzahlwerten in U/min. Somit kann ein Anwender oder ein Computerprozesse eine maximale Motordrehzahl unter Verwendung einer Schnittstellenvorrichtung in der Arbeitsmaschine 100 auswählen, und ein Fahrgeschwindigkeitsschwellenwert kann basierend auf dem ausgewählten maximalen Motordrehzahlwert bestimmt werden.
Mit Bezug auf den Schritt 330 kann das Motorsteuersystem 120 bestimmen, ob die Arbeitsmaschine 100 eine Richtungsumschaltung in eine Vorwärts-Richtung erfahren hat (Schritt 340), wenn die Arbeitsmaschine 100 bestimmt, dass die Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine 100 nicht den Schwellenwert überschreitet (Schritt 330; Nein). Die Arbeitsmaschine 100 kann verschiedene Techniken und Komponenten einsetzen, um zu bestimmen, wann eine Richtungsumschaltung aufgetreten ist, wie beispielsweise jene, die oben in Verbindung mit dem Schritt 310 beschrieben wurde. Beispielsweise können Signale, die eine Bedienereingabe mit Bezug auf eine manuelle Umschaltung von einer Vorwärts-Richtung zu einer Rückwärts-Richtung (oder von einer Rückwärts-Richtung zu einer Vorwärts-Richtung) anzeigen, zu dem Motorsteuersystem 120 oder dem Steuersystem 110 geliefert werden, um Richtungsumschaltungen zu bestimmen. Alternativ können Sensorsignale von verschiedenen Komponenten, wie beispielsweise vom Motor 150, vom Antriebsmechanismus 155 usw. Richtungsumschaltungen widerspiegeln. Die Steuersysteme 120 oder 110 können diese Sensorsignale aufnehmen, um die Veränderung der Richtungsbewegung der Maschine 100 zu detektieren.
Wenn keine Vorwärts-Richtungsumschaltung detektiert wird (Schritt 340; Nein), geht der Rückwärts-Steuerprozess beim Schritt 320 weiter. Wenn jedoch eine Richtungsumschaltung zu einer Vorwärts-Richtung detektiert wird (Schritt 340; Ja), endet der Rückwärts-Steuerprozess.
Alternativ kann der Rückwärts-Steuerprozess beim Schritt 340 beendet wer den, und zwar anstelle oder zusätzlich zu der Detektion der Richtungsumschaltungen, und zwar basierend auf einem gewissen Fahrgeschwindigkeitswert oder einem Bereich von Fahrgeschwindigkeitswerten der Arbeitsmaschine 100. Wenn beispielsweise die Arbeitsmaschine 100 abbremst, während sie rückwärts fährt, kann ein Steuersystem (beispielsweise das System 110; 120, oder ein System, das mit dem Antriebsstrangsystem 152 assoziiert ist) bestimmen, ob die Fahrgeschwindigkeit der Maschine 100 einen gewissen Wert erreicht hat oder innerhalb eines gewissen Bereiches von Werten ist. Basierend auf dieser Bestimmung kann die Arbeitsmaschine 100 den Rückwärts-Steuerprozess beenden. Falls beispielsweise die Arbeitsmaschine 100 ihre Fahrgeschwindigkeit reduzieren sollte, während sie unter einem gewissen Wert oder innerhalb eines Bereiches von Werten rückwärts fährt (beispielsweise 0,25 oder 0 Meilen pro Stunde oder zwischen 0,25 und 0 Meilen pro Stunde), kann die Maschine 100 bestimmen, dass die Maschine sich einem Richtungsumschaltungszustand nähert, und sie beendet somit den Rückwärts-Steuerprozess in Voraussicht einer Richtungsumschaltung auf eine Vorwärts-Richtung. Zusätzliche oder andere Verfahren zur Detektion von Richtungsumschaltungen oder zur Bestimmung von Bedingungen zur Beendigung des Rückwärts-Steuerprozesses können von der Arbeitsmaschine 100 eingerichtet werden.
Mit Bezug auf den Schritt 330 kann das System 120 bestimmen, ob die Arbeitsmaschine 100 eine Belastung erfährt, während sie in der Rückwärts-Richtung fährt (Schritt 350), wenn das Motorsteuersystem 120 bestimmt, dass die Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine 100 den Schwellenwert überschritten hat (Schritt 330; Ja). Eine erfahrene bzw. aufgebrachte Belastung kann mit Veränderungen der äußeren oder inneren Zustände aufgrund von Betriebsvorgängen der Arbeitsmaschine 100 assoziiert sein. Beispielsweise kann eine Belastung basierend auf einer Veränderung einer Gradientenneigung auftreten, auf der die Arbeitsmaschine 100 fährt, wie beispielsweise auf einem Hügel. Alternativ oder zusätzlich kann die Arbeitsmaschine 100 eine Belastung durch Ausführung einer gewissen Aufgabe unter Verwendung von einem oder mehreren Arbeitselementen 102 erfahren, wäh rend sie in einer Rückwärts-Richtung fährt, wie beispielsweise das Schieben, Ziehen und Tragen einer Last (beispielsweise Erde, Materialien usw.) unter Verwendung der Arbeitselemente 102. Dies unterscheidet sich von einer Bedingung, wo die Arbeitsmaschine 100 auf einem geraden Gelände rückwärts fährt oder ohne gewisse Arten von äußerer Arbeit auszuführen, wie beispielsweise das Liefern, das Ziehen, das Reißen usw. Basierend auf diesen Bedingungen können gewisse Komponenten der Arbeitsmaschine 100 Betriebsvorgänge ausführen, die zur Folge haben, dass die Maschine 100 eine Veränderung der Belastung erfährt. Beispielsweise kann die Arbeitsmaschine 100 Lenkungsbelastungen von Lenkpumpen, Zugstangenbelastungen und andere Arten von Belastungen erfahren, die als eine Folge von Geländeveränderungen, Modifikationen der Arten von Betriebsvorgängen, die die Arbeitsmaschine 100 ausführt, während sie rückwärts fährt, und/oder Betriebsvorgängen von einer oder mehreren Komponenten innerhalb der Arbeitsmaschine 100 stattfinden können.
Bei gewissen Ausführungsbeispielen kann die Arbeitsmaschine 100 eine Belastung unter Verwendung von einem oder mehreren (nicht gezeigten) Sensoren detektieren, die Veränderungen der Neigung des Geländes, des Gewichtes der Arbeitsmaschine 100, der Winkel der Arbeitskomponenten, wie beispielsweise eines Arbeitselementes 102, und auch Steigerungen der Motordrehzahl aufgrund dessen, dass Arbeit ausgeführt wird, detektieren. Beispielsweise kann die Arbeitsmaschine 100 konfiguriert sein, um zu detektieren, wann die Drehzahl des Motors 130 unter einen vorbestimmten Wert der U/min abfällt, oder diesen Wert überschreitet. Basierend auf diesen detektierten Veränderungen der Drehzahl kann die Arbeitsmaschine 100 bestimmen, dass die Maschine 100 eine Belastung erfährt. Alternativ oder zusätzlich kann die Arbeitsmaschine 100 eine Belastung detektieren, wenn die Brennstoffmenge, die von dem Brennstoffversorgungssystem zum Motor 130 geliefert wird, über einem vorbestimmten Wert ansteigt oder innerhalb eines Bereiches von Werten liegt. Andere Verfahren und Systeme können von der Arbeitsmaschine 100 eingesetzt werden, um zu bestimmen, wann eine Belastung auftritt, und die obigen Beispiele sollen nicht einschränkend sein.
Mit Bezug auf den Schritt 350 fährt der Rückwärts-Steuerprozess beim Schritt 370 fort, wie unten beschrieben, wenn das Motorsteuersystem 120 bestimmt, dass die Arbeitsmaschine 100 keine Belastung erfährt, während sie rückwärts fährt (Schritt 350; Nein). Wenn andererseits eine Belastung detektiert wird (Schritt 350; Ja) kann das Motorsteuersystem 120 konfiguriert sein, um den Rückwärts-Steuerprozess auszuschalten, um zu gestatten, dass die Arbeitsmaschine 100 soviel Leistung liefert, (beispielsweise volle Leistung) wie erforderlich ist, um die detektierte Belastung zu bewältigen (Schritt 360). In einem Ausführungsbeispiel kann das Motorsteuersystem 120 zeitweise den Rückwärts-Steuerprozess ausschalten, so dass es bestimmt, ob eine Richtungsumschaltung in einer Vorwärts-Fahrtrichtung aufgetreten ist (Schritt 340). Wenn dies so ist, endet der Rückwärts-Steuerprozess. Wenn die Vorwärts-Richtungsumschaltung nicht detektiert wird, fährt der Rückwärts-Steuerprozess beim Schritt 320 fort.
Wie erklärt, kann die Drehzahl des Motors 130 in einer Weise in Übereinstimmung mit den offenbarten Ausführungsbeispielen eingestellt werden (Schritt 370), wenn das Motorsteuersystem 120 bestimmt, dass keine Last auftritt, während man rückwärts fährt. Wenn beispielsweise das Motorsteuersystem 120 bestimmt, dass die Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine 100 über dem Schwellenwert ist (beispielsweise 5 Meilen pro Stunde), kann das System 120 ein Motorsteuersignalerzeugen, welches die Drehzahl des Motors 130 reduziert, was somit die Leistungsmenge reduziert, die vom Motor 130 erzeugt wird. In einem Ausführungsbeispiel kann das Motorsteuersystem 120 ein Programm ausführen, das die Drehzahl bestimmt, auf der der Motor 130 arbeiten sollte, und zwar basierend auf einem oder mehreren Parametern, die mit der Arbeitsmaschine 100 assoziiert sind. Beispielsweise kann das Motorsteuersystem 120 die Drehzahl des Motors 130 basierend auf der gegenwärtigen Drehzahl des Motors 130, basierend auf der gegenwärtigen Leistung, die vom Motor 150 erzeugt wird, basierend auf der Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine 100 usw. einstellen. Zusätzlich oder Alternativ kann das Motorsteuersystem 120 auf eine Datenstruktur zugreifen, die im Speicher 214 gespeichert ist (beispielsweise in einer Tabelle, in einer Anordnung, in einer Karte bzw. einem Kennfeld usw.), die Datenbeziehungen zwischen der Motordrehzahl und diesem einen anderen Parameter oder der Vielzahl von anderen Parametern aufweist. Beispielsweise kann das Motorsteuersystem 120 auf eine Tabelle zugreifen, die in dem Speicher 214 gespeichert ist, die eine Leistungskarte bzw. ein Leistungkennfeld aufweist, das eine Datenbeziehung zwischen den Motorumdrehungen pro Minute und den Fahrgeschwindigkeiten widerspiegelt, und einen Geschwindigkeits- bzw. Drehzahleinstellfaktor. Wenn somit beispielsweise der Motor 130 mit 1950 U/min läuft, während die Arbeitsmaschine 100 sich mit sechs Meilen pro Stunde rückwärts bewegt, kann das Kennfeld anzeigen, dass die Motordrehzahl auf 1500 U/min reduziert werden sollte oder um 450 U/min reduziert werden sollte. Basierend auf diesen Informationen kann das Motorsteuersystem 120 ein Motorsteuersignalerzeugen, das bewirkt, dass der Motor 130 seine Drehzahl entsprechend einstellt. Andere Verfahren und Prozesse können von der Arbeitsmaschine 100 eingerichtet werden, um die Betriebsvorgänge des Motors 130 einzustellen.
In einem Ausführungsbeispiel kann die Arbeitsmaschine 100 konfiguriert sein, um die Übertragung der Leistung vom Motor 130 zum Antriebsstrang 152 auszuschalten oder einzuschalten, während sie diesen Rückwärts-Steuerprozess ausführt. Beispielsweise kann die Arbeitsmaschine 100 konfiguriert sein, um zu gestatten, dass der Motor 150 die gleiche Menge, zusätzliche oder geringere Leistung zum Antriebsmechanismus 155 liefert, wenn die Drehzahl des Motors 130 während dem Rückwärts-Steuerprozess eingestellt wird. Dies ermöglicht, dass die Arbeitsmaschine 100 weiter mit gewissen Fahrgeschwindigkeiten (beispielsweise konstanter Geschwindigkeit, gesteigerter Geschwindigkeit usw.) fährt, während sie die Drehzahl des Motors 130 reduziert. Solche Merkmale reduzieren die Menge des Wärmeverlustes, der von der Arbeitsmaschine 100 wegen diesen reduzierten Motordrehzahlen erfahren wird. Weiterhin gestattet das Einrichten der offenbarten Ausführungsbeispiele eine Verteilung der Wärmebelastung, weil eine höhere Wär mebelastung vom Motor 150 mit niedrigerer Wärmebelastung vom Motor 130 ausgeglichen wird. Weil der Motor 130 mit reduzierter Drehzahl arbeitet, während er rückwärts fährt, wird zusätzlich der Brennstoffverbrauch reduziert. Weiterhin kann eine Geräuschbelastung wegen der reduzierten Motordrehzahl reduziert werden.
Ebenfalls ermöglichen die offenbarten Ausführungsbeispiele, dass die Arbeitsmaschine 100 ihre Verzögerungsleistung verbessert, weil die reduzierte Motordrehzahl ein größeres Potenzial für eine Überdrehzahlgrenze des Motors während Richtungsumschaltungsbedingungen ermöglicht. Eine Überdrehzahlgrenze ist ein Wert, der mit der strukturellen Integrität des Motors 130 und anderen Komponenten der Arbeitsmaschine 100 assoziiert ist. In gewissen Ausführungsbeispielen stellt die Überdrehzahlgrenze eine maximale (oder nahezu maximale) Motordrehzahl dar, die die Arbeitsmaschine 100 ertragen kann, während sie eine Richtungsumschaltung erfährt. Wenn beispielsweise die Arbeitsmaschine 100 die Richtung umschaltet, wird die daraus resultierende kinetische Energie von der Abbremsung der Arbeitsmaschine 100 absorbiert, gespeichert oder abgeleitet werden müssen. Somit gilt, dass je größer die Differenz zwischen der Motordrehzahle und der Überdrehzahlgrenze ist, desto mehr kinetische Energie die Komponenten des Motors 130 oder andere Komponenten der Arbeitsmaschine 100 aufnehmen können, wenn die Maschine 100 eine Richtungsumschaltung auf einer Vorwärts-Richtung fährt. Um dieses Konzept besser zu veranschaulichen, sei das folgende Beispiel betrachtet. Die Arbeitsmaschine kann eine Überdrehzahlgrenze von 2500 U/min haben. Es sei beispielsweise angenommen, dass die Arbeitsmaschine 100 in einer Rückwärts-Richtung fährt, während die Motordrehzahl bei 2000 U/min läuft. Die Differenz zwischen der Überdrehzahlgrenze (d. h. 2500 U/min) und der gegenwärtigen Motordrehzahl (d. h. 2000 U/min) steht in Beziehung mit einer Menge an kinetischer Energie, die die Arbeitsmaschine 100 oder der Motor 130 bewältigen können, wenn die Arbeitsmaschine auf einer Vorwärts-Richtung umschaltet (d. h. 500 U/min). Die Arbeitsmaschine 100 kann die Menge der kinetischen Energie durch Verringerung der Motordrehzahl unter 2000 U/min steigern, bevor die Richtungsumschaltung auftritt.
4 veranschaulicht ein Flussdiagramm eines weiteren beispielhaften Rückwärts-Steuerprozesses, der eine Überdrehzahlgrenze berücksichtigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel können das Motorsteuersystem 120 und/oder das Steuersystem 110 konfiguriert sein, um zu detektieren, wann die Arbeitsmaschine 100 eine Richtungsumschaltung auf rückwärts in einer Weise erfährt, die ähnlich dem ist, was in Verbindung mit dem Schritt 310 der 3 beschrieben wurde (Schritt 410). Basierend auf einer detektierten Richtungsumschaltung nimmt das Motorsteuersystem 120 Daten auf, die die Veränderung der Fahrtrichtung der Arbeitsmaschine 100 widerspiegeln.
Sobald eine solche Anzeige aufgenommen wird, kann das Motorsteuersystem 120 ein Rückwärts-Steuerprogramm ausführen, dass im Speicher 214 gespeichert ist. In einem Ausführungsbeispiel kann das Rückwärts-Steuerprogramm einen Prozess ausführen, der bestimmt, ob das Motorsteuersystem 120 in einem Geschwindigkeitsparameterbetriebszustand bzw. Drehzahlenparameterbetriebszustand konfiguriert ist, und zwar ähnlich jenen, der oben mit Bezug auf den Schritt 320 der 3 beschrieben wurde (Schritt 420). Wenn das Motorsteuersystem 120 nicht in einem Geschwindigkeitsparameterbetriebszustand konfiguriert ist (Schritt 420; Nein), fährt der Rückwärts-Steuerprozess beim Schritt 470 fort, wie unten beschrieben. Wenn andererseits das Motorsteuersystem 120 in einem Geschwindigkeitsparameterbetriebszustand konfiguriert ist (Schritt 420; Ja), kann das System 120 bestimmen, ob die Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine 100 über einen vorbestimmten Schwellenwert ist, während sie in der Rückwärts-Richtung fährt, und zwar in ähnlicher Weise wie dies in Verbindung mit dem Schritt 330 der 3 beschrieben wurde (Schritt 430).
Sobald die Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine 100 bestimmt wurde, kann das Motorsteuersystem 120 diese Geschwindigkeit mit einem vorbestimmten Fahrgeschwindigkeitsschwellenwert vergleichen, der im Speicher 214 programmiert ist. Wenn die Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine 100 nicht den Schwellenwert überschreitet (Schritt 430; Nein), kann das Motorsteuersystem 120 bestimmen, ob die Arbeitsmaschine 100 eine Richtungsumschaltung auf eine Vorwärts-Richtung erfahren hat (Schritt 440), und zwar in ähnlicher Weise, wie dies oben in Verbindung mit dem Schritt 340 der 3 beschrieben wurde. Wenn keine Vorwärts-Richtungsumschaltung detektiert wird (Schritt 440; Nein) fährt der Rückwärts-Steuerprozess beim Schritt 420 fort. Wenn jedoch eine Richtungsumschaltung in eine Vorwärts-Richtung detektiert wird (Schritt 440; Ja), endet der Rückwärts-Steuerprozess.
Wiederum mit Bezug auf den Schritt 430 kann das System 120 die gegenwärtige Motordrehzahl des Motors 130 mit einer Überdrehzahlgrenze vergleichen, die im Speicher 214 gespeichert ist (450), wenn das Motorsteuersystem 120 bestimmt, dass die Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine 100 den Schwellenwert überschritten hat (Schritt 430; Ja). Wenn die Motordrehzahl die Überdrehzahlgrenze nicht überschreitet oder nicht innerhalb eines vorbestimmten Bereichs der Überdrehzahlgrenze ist (Schritt 460; Nein), fährt der alternative Rückwärts-Steuerprozess beim Schritt 440 fort. Wenn andererseits die Motordrehzahl die Überdrehzahlgrenze überschreitet oder innerhalb eines vorbestimmten Bereichs der Überdrehzahlgrenze ist (Schritt 460; Ja), kann andererseits das Motorsteuersystem 120 die Drehzahl des Motors 130 in einer Weise einstellen, die ähnlich jener ist, die oben in Verbindung mit dem Schritt 370 der 3 beschrieben wurde (Schritt 470).
Somit kann bei gewissen Ausführungsbeispielen das Steuersystem 120 einen Prozess ausführen, der das Niveau der kinetischen Energie der Arbeitsmaschine 100 basierend auf der Überdrehzahlgrenze und der gegenwärtigen Motordrehzahl der Arbeitsmaschine 100 bestimmt. Unter Verwendung der bestimmten kinetischen Energie kann das Steuersystem 120 die Drehzahl des Motors 130 einstellen, so dass diese das bestimmte Niveau der kinetischen Energie vor oder während der Richtungsumschaltung in der Arbeitsmaschine 100 erfüllt.
Industrielle Anwendbarkeit
Bei gewissen Ausführungsbeispielen kann eine elektrisch angetriebene Arbeitsmaschine Aufgaben ausführen, so dass Richtungsumschaltungen in Übereinstimmung über eine ausgedehnte Zeitperiode stattfinden. Beispielsweise kann die Arbeitsmaschine, wie beispielsweise eine Dozer-Maschine oder eine Maschine mit Reissvorrichtung, Aufgaben ausführen, die erfordern, dass die Maschine wiederholt rückwärts und vorwärts fährt, während sie das Gelände oder Materialien bearbeitet. Verfahren und Systeme in Übereinstimmung mit den offenbarten Ausführungsbeispielen gestatten, dass die Arbeitsmaschine ihre Leistung während dieser wiederholten Rückwärts-Richtungszyklen steigert. Bei gewissen Ausführungsbeispielen kann die Arbeitsmaschine selektiv die Drehzahl ihres Motors einstellen, wenn sie in einer Rückwärts-Richtung fährt. Die Arbeitsmaschine kann konfiguriert sein, um ihren Elektromotor zu verwenden, um die Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine aufrecht zu erhalten, während sie rückwärts fährt, und während die Motordrehzahl reduziert wird, was somit die Brennstoffausnutzung steigert, was die Verzögerungsleistung verbessert und den Wärmeverlust vom Motor reduziert. Bei gewissen Ausführungsbeispielen kann die Arbeitsmaschine selektiv gewisse Merkmale deaktivieren, wenn die Maschine Belastungen erfährt, während sie in einer Rückwärts-Richtung fährt. Weiterhin kann die Arbeitsmaschine konfiguriert sein, um die Motordrehzahlen basierend auf Überdrehzahlgrenzen einzustellen, die mit der Arbeitsmaschine oder ihren Komponenten assoziiert sind.
Obwohl die offenbarten Ausführungsbeispiele mit Bezug auf Rückwärts-Richtungsumschaltungen beschrieben worden sind, können andere Arten von Richtungsumschaltungen in Betracht gezogen und eingerichtet werden. Beispielsweise können gewisse Ausführungsbeispiele auf Richtungsumschaltungen aus der Rückwärts-Richtung in eine Vorwärts-Richtung angewandt werden.
Wie beschrieben, kann das Motorsteuersystem 120 konfiguriert sein, um den Rückwärts-Steuerprozess auszuschalten, wenn die Arbeitsmaschine eine Belastung erfährt, während sie rückwärts fährt. Ein Beispiel einer solchen Belastung ist, wenn die Arbeitsmaschine 100 eine Oberfläche eines geneigten Geländes rückwärts herauf fährt. Bei solchen Bedingungen kann die Arbeitsmaschine 100 konfiguriert sein, um die Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine durch die Leistung beizubehalten oder zu reduzieren, die vom Motor 150 erzeugt wird. Wenn das Motorsteuersystem 120 bestimmt, dass die Drehzahl des Motors 130 reduziert werden kann, kann weiterhin die vom Motor 150 gelieferte Leistung ebenfalls basierend auf einem oder mehreren Parametern reduziert werden, die mit der Arbeitsmaschine 100 und/oder der Geländeoberfläche assoziiert sind, auf der die Arbeitsmaschine fährt. Beispielsweise kann in Situationen, wo die Geländeoberfläche nach unten geneigt ist, das Motorsteuersystem 120 konfiguriert sein, um die Drehzahl des Motors 130 einzustellen, um die Menge der Wärme und der Leistung zu reduzieren, die verschwendet wird, wenn die Arbeitsmaschine 100 die schräge Neigung rückwärts herunterfährt. Zum gleichen Zeitpunkt kann bei manchen Ausführungsbeispielen die Arbeitsmaschine 100 konfiguriert sein, um die Leistung zu reduzieren, die vom Motor 150 geliefert wird, um unnötige Wärmeverluste zu reduzieren, während sie rückwärts fährt.
Die offenbarten Ausführungsbeispiele können in verschiedenen Umgebungen vorgesehen werden und sollen nicht auf Baustellenumgebungen eingeschränkt sein. Andere Ausführungsbeispiele werden dem Fachmann aus einer Betrachtung der Beschreibung und aus einer praktischen Ausführung der hier offenbarten Ausführungsbeispiele offensichtlich.

Claims

Verfahren zur Steuerung einer elektrisch angetriebenen Arbeitsmaschine (100), die einen Motor (130) und einen Elektromotor (150) aufweist, der Leistung liefert, um zu ermöglichen, dass die Arbeitsmaschine (100) über eine Oberfläche eines Geländes mit gewissen Fahrgeschwindigkeiten fährt, wobei das Verfahren folgendes aufweist: Detektion einer Rückwärts-Richtungsumschaltung der Arbeitsmaschine (100), die bewirkt, dass die Arbeitsmaschine (100) in einem Rückwärts-Antriebszyklus arbeitet; und Ausführung eines Motordrehzahlenreduktionsprozesses, der eine gegenwärtige Drehzahl des Motors (130) basierend auf der detektierten Rückwärts-Richtungsumschaltung reduziert, ohne eine Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine (100) während des Rückwärts-Antriebszyklus zu reduzieren.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren weiter aufweist: zu bestimmen, ob die Arbeitsmaschine (100) eine Belastung während des Rückwärts-Antriebszyklus erfährt; und den Motordrehzahlreduktionsprozess auszuschalten, wenn die Arbeitsmaschine (100) die Belastung während des Rückwärts-Antriebszyklus erfährt.
Verfahren nach Anspruch 1, welches weiter folgendes aufweist: zu bestimmen, ob die Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine (100) einen vorbestimmten Schwellengeschwindigkeitswert überschreitet; und den Motordrehzahlreduktionsprozess zu umgehen, wenn die Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine (100) nicht den vorbestimmten Schwellengeschwindigkeitswert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 3, welches weiter aufweist, zu bestimmen, ob die Arbeitsmaschine (100) einer Belastung während des Rückwärts-Antriebszyklus erfährt; und den Motordrehzahlreduktionsprozess auszuschalten, wenn die Arbeitsmaschine (100) die Belastung während des Rückwärts-Antriebszyklus erfährt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Bestimmung, ob die Arbeitsmaschine (100) eine Belastung während des Rückwärts-Antriebszyklus erfährt, aufweist, zu bestimmen, dass die Arbeitsmaschine (100) auf einer geneigten Oberfläche des Geländes rückwärts fährt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Bestimmung, ob die Arbeitsmaschine (100) eine Belastung während des Rückwärts-Antriebszyklus erfährt, aufweist, zu bestimmen, dass die Arbeitsmaschine (100) eine Last während des Rückwärts-Antriebszyklus bewegt, wobei die Bewegung bzw. Bearbeitung der Last das Schieben einer Last und/oder das Ziehen einer Last und/oder das Tragen einer Last aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Ausführung des Motordrehzahlreduktionsprozesses aufweist, eine gegenwärtige Drehzahl des Motors mit einer Überdrehzahlgrenze zu vergleichen, die eine vorbestimmte Motorschwellendrehzahl widerspiegelt, die mit der Arbeitsmaschine (100) assoziiert ist; und eine gegenwärtige Drehzahl des Motors (130) zu reduzieren, wenn die gegenwärtige Drehzahl des Motors 130 innerhalb eines vorbestimmten Bereiches der Überdrehzahlgrenze ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Ausführung des Motordrehzahlreduktionsprozesses Folgendes aufweist: Bestimmung eines Rückwärts-Energiepotenzials basierend auf der gegenwärtigen Drehzahl des Motors (130) und eines Überdrehzahlbe grenzungswertes, der mit der Arbeitsmaschine (100) assoziiert ist; und Verringerung der gegenwärtigen Drehzahl des Motors, wenn das Rückwärts-Energiepotenzial einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.
System zur Steuerung einer elektrisch angetriebene Arbeitsmaschine (100), das Folgendes aufweist: einen Motor (130); einen Elektromotor (150), der Leistung an einen Antriebsmechanismus (155) liefert, der gestattet, dass die Arbeitsmaschine (100) über eine Geländeoberfläche mit gewissen Fahrgeschwindigkeiten fährt; eine Motorsteuersystem (120), welches Folgendes aufweist: Mittel zur Bestimmung, wann die Arbeitsmaschine (100) eine Rückwärts-Richtungsumschaltung erfährt, die bewirkt, dass die Arbeitsmaschine (100) in einem Rückwärts-Antriebszyklus arbeitet; und Mittel zum senden eines Motorsteuersignals an den Motor (130), welches die Drehzahl des Motors (130) von einer gegenwärtigen Motordrehzahl auf eine eingestellte Motordrehzahl basierend auf der detektierten Richtungsumschaltung reduziert.
Computerlesbares Medium, welches Anweisungen aufweist, um irgend eines der in den Ansprüchen 1-8 beschriebenen Verfahren auszuführen, wenn diese von einem Prozessor ausgeführt werden.