DE102010051963B4

DE102010051963B4 - Verfahren zum Betrieb eines Arbeitsgerätes, Arbeitsgerät und Steuerung für ein Arbeitsgerät

Info

Publication number: DE102010051963B4
Application number: DE102010051963.4A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Slawomir (FH) Para; Christoph Kiegerl
Original assignee: Liebherr Werk Bischofshofen GmbH
Current assignee: Liebherr Werk Bischofshofen GmbH
Priority date: 2010-11-19
Filing date: 2010-11-19
Publication date: 2015-08-20
Anticipated expiration: 2030-11-20
Also published as: DE102010051963A1

Abstract

Verfahren zum Betrieb eines verfahrbaren Arbeitsgerätes, welches einen Verbrennungsmotor aufweist, wobei der Verbrennungsmotor in einem Leerlaufbetriebsmodus betrieben wird und in weitere Energiesparmodi versetzt wird, wobei die Zeitspanne t, für welche der Verbrennungsmotor in dem Leerlaufbetriebsmodus betrieben wird, bevor in den weiteren Energiesparmodus gewechselt wird, auf Grundlage einer Auswertung der Betriebshistorie des Arbeitsgerätes bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer der Zeitspanne t beim Wechsel in den Leerlaufbetriebsmodus jeweils neu bestimmt wird oder eine Aktualisierung der Dauer der Zeitspanne t in regelmäßigen Abständen erfolgt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines verfahrbaren Arbeitsgerätes, welches einen Verbrennungsmotor aufweist, wobei der Verbrennungsmotor in einem Leerlaufbetriebsmodus und in einem weiteren Energiesparmodus betrieben wird, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Arbeitsgerät und eine Steuerung.
Arbeitsgeräte werden üblicherweise für einen relativ hohen Prozentsatz ihrer Einsatzdauer im Leerlauf betrieben. Typischerweise verfügen die Maschinen dabei über eine Vielzahl von Komponenten, insbesondere hydraulische Antriebe, deren Verstellpumpen auch im Leerlaufbetrieb an den Verbrennungsmotor gekoppelt sind. Die Einzelantriebe, insbesondere die Schleppleistung der Hydraulikaggregate, verursachen damit einen ungünstig hohen Kraftstoffverbrauch im Leerlaufbetrieb.
Hintergrund
Die Analyse von kundenspezifischen Felddaten liefert die Erkenntnis, dass der Verbrennungsmotor von verfahrbaren Arbeitsmaschinen größer 15% der Einsatzdauer im Leerlauf betrieben wird. Typischerweise verfügen diese Maschinen über eine Vielzahl hydraulischer Antriebe, deren Verstellpumpen auch im Leerlaufbetrieb an den Verbrennungsmotor gekoppelt sind. Die Schleppleistungen dieser Hydraulikaggregate verursachen einen ungünstig hohen Kraftstoffverbrauch im Leerlaufbetrieb.
Die Erzielung eines niedrigen Kraftstoffverbrauches gilt es auch in Zukunft sicherzustellen. Dies wird durch eine optimierte Leerlaufbetriebsstrategie unterstützt wird. Eine optimierte Leerlaufbetriebsstrategie reduziert des Weiteren den Emissionsausstoß und verringert die Lärmemissionen. Die vorliegende Erfindung stellt somit einen Beitrag zu Ressourcenschonung und Klimaschutz dar und erhöht den Komfort des Fahrers durch verminderte Schallemissionen.
Das Verfahren bzw. die Funktionalität verfolgt das Ziel, eine geeignete Betriebsstrategie des Motors im Leerlauf darzustellen, welche die Kraftstoff sparenden Leerlaufmaßnahmen entsprechend den kundenspezifischen Einsatzbedingungen und Ausprägungen der Leerlaufphasen anpaßt.
Als mögliche Betriebsmodi zur Verbraucheinsparung im Leerlauf werden

• das Absenken der Leerlaufdrehzahl auf möglichst niedriges Niveau,
• Start-Stopp-Betrieb des Motors (auch als Start/Stopp od. Auto Stopp bezeichnet) und
• eine Kombination von beiden Maßnahmen in Betracht gezogen.

In der Umsetzung des Maßnahmenpaktes sollen nur wenige Änderungen bei den Systemkomponenten durchgeführt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sollen daher die elektrischen Verbraucher, der konventionelle Starter und die Bleibatterie beibehalten werden, wobei die Kabinenklimatisierung als Komfortanforderung während der Stillstandsphasen des Dieselmotors bei Start-Stopp-Betrieb durch Installation eines geeigneten Standklimasystems umgesetzt wird.
Die große Herausforderung bei der Entwicklung eines selbstlernenden Systems zur Steuerung des Motorleerlaufes liegt in der Vielfalt an Einsatzbedingungen und Fahrereinflüssen, welche sich sehr stark vom PKW- und LKW-Sektor unterscheiden. Die Leerlaufphasen von PKW und LKW auf Landstraßen sowie in Städten bei Stopps an roten Ampeln sind wesentlich kürzer und die Zeitdauer variiert nur geringfügig, während die Leerlaufphasendauer in der Mobilmaschinenanwendung auch größer 15 Minuten beträgt.
Eine statistische Auswertung der Leerlaufsbetriebsphasen eines verfahrbaren Arbeitsgerätes ist in 1 dargestellt. Die Häufigkeitsverteilung beschreibt auf der Abszisse die Zeitdauer der Leerlaufereignisse und gibt auf der Ordinate den Anteil bezogen auf die Gesamtleerlaufdauer an. Die Summenkurve zeigt, dass der Anteil der Leerlaufereignisse mit einer Dauer von t > 1 Minute rund 75% der Gesamtleerlaufdauer einnimmt. Leerlaufereignisse mit einer Dauer von t > 15 Minuten nehmen einen Anteil von rund 13% der Gesamtleerlaufdauer ein.
Zur Verminderung des Kraftstoffverbrauches ist es daher bereits bekannt, die Leerlaufdrehzahl in längeren Betriebspausen abzusenken oder den Verbrennungsmotor komplett abzustellen. Dabei wurden bereits unterschiedliche Betriebsstrategien vorgeschlagen, wie solche Maßnahmen möglichst sinnvoll bei einem Arbeitsgerät eingesetzt werden können. Eine Betriebsstrategie, welche trotz der Vielfalt an Einsatzbedingungen und Fahrereinflüssen beim Betrieb von Arbeitsgeräten einen zufriedenstellenden Bedienkomfort mit einer zuverlässig umsetzbaren Senkung des Kraftstoffverbrauches kombiniert, konnte dabei jedoch bisher noch nicht verwirklicht werden.
Aus der DE 10 2007 060 019 B3 ist bereits ein gattungsgemäßes Verfahren bekannt. Als Betriebshistorie ist dort die Zeitspanne anzusehen, bis zu der eine vorgegebene Minimaldrehzahl erreicht worden ist oder bis eine vorgegebene Laufruhe erreicht worden ist. Die DE 10 2004 044 473 A1 zeigt eine Steuereinheit und ein Verfahren zur Ansteuerung der Antriebseinheit eines Kraftfahrzeugs, bei dem bereits ein Schlafmodus und ein Betrieb mit abgesenkter Drehzahl bekannt ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betrieb eines Arbeitsgerätes zur Verfügung zu stellen, welches einen niedrigen Kraftstoffverbrauch bei möglichst geringer Einschränkung der Bedienbarkeit bzw. des Fahrerkomforts zur Verfügung stellt. Weiterhin sollen ein entsprechendes Arbeitsgerät und eine Steuerung für das entsprechende Arbeitsgerät geschaffen werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Betrieb eines Arbeitsgerätes gemäß Anspruch 1, durch ein Arbeitsgerät nach Anspruch 8 sowie durch eine Steuerung nach Anspruch 9 gelöst. Weiterbildungen des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dabei auf den Betrieb eines verfahrbaren Arbeitsgerätes mit einem Verbrennungsmotor gerichtet, wobei der Verbrennungsmotor in einem Leerlaufbetriebsmodus und in einem weiteren Energiesparmodus betrieben wird. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass die Zeitspanne t, für welche der Verbrennungsmotor in dem Leerlaufbetriebsmodus betrieben wird, bevor in den weiteren Energiesparmodus gewechselt wird, auf Grundlage einer Auswertung der Betriebshistorie des Arbeitsgerätes bestimmt wird. Erfindungsgemäß wird die Dauer der Zeitspanne t beim Wechsel in den Leerlaufbetriebsmodus jeweils neu bestimmt und eine Aktualisierung der Dauer der Zeitspanne t erfolgt in regelmäßigen Abständen. Hierdurch kann auf einfache und doch effektive Weise die Betriebsstrategie an die konkrete Einsatzsituation angepaßt werden.
Insbesondere startet die Steuerung des Arbeitsgerätes dabei zu Beginn des Betriebes im Leerlaufbetriebsmodus einen Timer, nach dessen Ablauf in den weiteren Energiesparmodus gewechselt wird. Als Laufzeit des Timers wird die Zeitspanne t gewählt, welche von der Steuerung auf Grundlage der Betriebshistorie des Arbeitsgerätes ermittelt wurde. Der Beginn des Betriebes im Leerlaufbetriebsmodus kann dabei anhand der Betriebsbedingungen von der Steuerung erkannt werden oder stellt den Zeitpunkt eines durch die Steuerung veranlaßten Wechsels in diesen Betriebsmodus dar.
Die Zeitspanne t ist dabei ein entscheidender Parameter sowohl für die Erzielung eines niedrigen Kraftstoffverbrauchs, als auch für die Bedienbarkeit und den Komfort bei der Bedienung des Arbeitsgerätes. Dabei hängt die optimale Zeitspanne t von einer Vielfalt an Einflüssen im Hinblick auf die Einsatzbedingungen und die Fahrereinflüsse ab. Erfindungsgemäß wird daher die Zeitspanne t auf Grundlage einer Auswertung der Betriebshistorie des Arbeitsgerätes bestimmt. Hierdurch kann individuell anhand der Betriebshistorie des Arbeitsgerätes eine Optimierung dieser Zeitspanne t auf einen Wert erfolgen, welcher sowohl einen niedrigeren Kraftstoffverbrauch als auch eine gute Bedienbarkeit bzw. einen hohen Komfort bei der Bedienung des Arbeitsgerätes sicherstellt.
Dabei stellt die Zeitspanne t nicht nur einen hoch relevanten Parameter für die Betriebsstrategie der Arbeitsmaschine dar, sondern ermöglicht gleichzeitig eine ebenso einfache wie für den Bediener klar verständliche Optimierung anhand der Betriebshistorie des Arbeitsgerätes. Zudem ist es möglich, die erfindungsgemäße adaptive Steuerung mit relativ geringem Aufwand zu implementieren.
Vorteilhafterweise weisen die erfindungsgemäßen Arbeitsgeräte eine Arbeitsausrüstung auf, welche über Aktoren bewegbar am Arbeitsgerät angelenkt ist. Insbesondere weisen die erfindungsgemäßen Arbeitsgeräte dabei einen Ausleger oder Stiel auf, welcher um eine horizontale Schwenkachse schwenkbar am Arbeitsgerät angelenkt ist und die Arbeitsausrüstung trägt. Bei der Arbeitsausrüstung kann es sich dabei um eine Schaufel, eine Gabel oder um einen Greifer handeln.
Weiterhin kann die Arbeitsausrüstung des Arbeitsgerätes zumindest teilweise hydraulisch bewegt werden. Vorteilhafterweise treibt der Verbrennungsmotor hierfür eine Hydraulikpumpe an, welche hydraulische Aktoren zur Bewegung bzw. zum Antrieb der Arbeitsausrüstung antreibt.
Insbesondere kann es sich bei dem erfindungsgemäßen Arbeitsgerät um ein Baustellengerät handeln, insbesondere um ein Gerät zur Erdbewegung wie um einen Radlader, einen Bagger oder dergleichen. Ebenso kann es sich bei dem Arbeitsgerät um ein Umschlaggerät wie einen Seilbagger oder Kran handeln.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist so ausgestaltet, dass bei der Auswertung der Betriebshistorie jeweils nur die Ereignisse innerhalb einer vorbestimmten vorangegangenen Betriebsdauer berücksichtigt werden. Dies ermöglicht eine relativ schnelle Anpassung der Betriebsstrategie an wechselnde Einsatzbedingungen. Länger zurückliegende Ereignisse werden daher erfindungsgemäß bei dieser Auswertung nicht mehr berücksichtigt. Damit wird der Tatsache Rechnung getragen, dass bei den sich oftmals häufig wechselnden Einsatzbedingungen von Arbeitsgeräten lange zurückliegende Ereignisse nur eine geringe Signifikanz für die aktuellen Einsatzbedingungen aufweisen. In vorteilhafter Weise werden daher bei der Auswertung der Betriebshistorie Ereignisse nicht mehr berücksichtigt, welche länger als eine Woche, in weiterhin vorteilhafter Weise länger als 20 Betriebsstunden, weiterhin vorteilhaft länger als 10 Betriebsstunden zurückliegen. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass die Betriebsstrategie relativ zügig an sich ändernde Einsatzbedingungen angepaßt werden kann. In vorteilhafter Weise werden bei der Auswertung der Betriebshistorie jedoch zumindest solche Ereignisse berücksichtigt, welche innerhalb der vorangegangenen 20 Minuten der Betriebshistorie, weiterhin vorteilhaft innerhalb der vorangegangenen 40 Minuten der Betriebshistorie, weiterhin vorteilhafterweise innerhalb der letzten Stunde der Betriebshistorie vorgefallen sind. Hierdurch wird eine zu häufige oder zu abrupte Änderung der Betriebsstrategie verhindert.
Erfindungsgemäß kann dabei die Zeitspanne t beim Wechsel in den Leerlaufbetriebsmodus jeweils neu anhand der aktualisierten Betriebshistorie bestimmt werden. Allerdings erfordert dies eine relativ hohe Rechenleistung. Daher erfolgt in einer bevorzugten Ausführungsform die Aktualisierung der Zeitspanne t in regelmäßigen Abständen. Vorteilhafterweise erfolgt die Aktualisierung dabei jeweils in Abständen von 15 Minuten bis 4 Stunden, in weiterhin vorteilhafter Weise in Abständen von 30 Minuten bis 2 Stunden. Vorteilhafterweise wird die Aktualisierung dabei angezeigt. Dabei kann die Aktualisierung entweder automatisch erfolgen, oder eine Bestätigung durch den Fahrer benötigen. Hierdurch wird die Betriebsstrategie für den Bediener der Arbeitsmaschine nachvollziehbar angezeigt oder ist von diesen sogar beeinflußbar. Die Aktualisierung der Zeitspanne wird während des Betriebs in regelmäßigen Abständen durch die Steuerung vorgeschlagen. Zusätzlich oder alternativ kann sie auch bei dem manuellen Motorstart vorgeschlagen werden.
Bei dem Leerlaufbetriebsmodus kann es sich um den normalen Leerlaufbetrieb des Arbeitsgerätes handeln. Ebenso kann es sich jedoch bei dem Leerlaufbetriebsmodus um einen Leerlaufbetrieb des Arbeitsgerätes mit verringerter Drehzahl handeln.
Bei dem weiteren Energiesparmodus, in welchen gemäß der vorliegenden Erfindung nach einer Zeitspanne t des Verharrens im Leerlaufbetriebsmodus gewechselt wird, kann es sich dabei um einen Leerlaufbetriebsmodus mit geringerer Drehzahl handeln. Alternativ kann es sich auch um einen Schlafmodus handeln, in welchem der Verbrennungsmotor abgeschaltet wird.
In vorteilhafter Weise sind dabei ein erster und ein zweiter Leerlaufbetriebsmodus sowie ein Schlafmodus vorgesehen. Vorteilhafterweise wird dabei das Arbeitsgerät nach dem Erkennen eines Leerlaufbetriebs eine Zeitspanne t1 in dem ersten Leerlaufbetriebsmodus betrieben (welcher insbesondere den normalen Leerlaufbetrieb darstellen kann), und daraufhin eine Zeitspanne t2 in einem zweiten Leerlaufbetriebsmodus, bevor in den Schlafmodus gewechselt wird. Damit wird das Arbeitsgerät vorteilhafterweise für eine Zeitspanne t3 = t1 + t2 im Leerlauf betrieben, bevor der Verbrennungsmotor abgeschaltet wird. Es kann dabei vorgesehen sein, dass die Zeitspanne t, welche anhand einer Auswertung der Betriebshistorie des Arbeitsgerätes bestimmt wird, der Zeitspanne t1, der Zeitspanne t2 und/oder der Zeitspanne t3 entspricht.
In einem ersten Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird dabei das Arbeitsgerät in einem ersten und einem zweiten Leerlaufbetriebsmodus betrieben, wobei die Zeitspanne t1, für welche der Verbrennungsmotor im ersten Leerlaufbetriebsmodus betrieben wird, bevor er in den zweiten Leerlaufbetriebsmodus mit niedrigerer Drehzahl gewechselt wird, in Abhängigkeit von der Häufigkeit von Leerlaufphasen mit einer solchen Zeitspanne während der Betriebshistorie ermittelt wird. In vorteilhafter Weise kann dabei ein Schwellwert vorgesehen sein, wobei anhand der Betriebshistorie die geringste Zeitspanne t1 ermittelt wird, für welche in der Betriebshistorie eine Häufigkeit von Leerlaufphasen unterhalb des Schwellwertes ermittelt werden konnte.
Insbesondere kann es sich bei dem ersten Leerlaufbetriebsmodus dabei um den normalen Leerlaufbetrieb des Arbeitsgerätes handeln, aus welchem heraus eine zufriedenstellende Beschleunigung bzw. Arbeitsaufnahme möglich ist. Aus energetischer Sicht wäre dabei eine sofortige Reduzierung der Leerlaufdrehzahl auf eine geringere Drehzahl optimal. Allerdings kann der Verbrennungsmotor üblicherweise aus dieser geringeren Drehzahl heraus die Dynamikanforderung für einen komfortablen Betrieb des Arbeitsgerätes nicht erfüllen. Ist nämlich das Betriebsverhalten des Motors zu träge, muss bei einer Lastanforderung durch den Fahrer während des reduzierten Leerlaufbetriebs die Drehzahl zunächst lastfrei angehoben werden, was bei häufigem Wiederholen vom Fahrer möglicherweise als träge und ungeeignet bewertet würde.
Durch die Ermittlung der Zeitspanne t1, in welcher das Arbeitsgerät im ersten Leerlaufbetriebsmodus betrieben wird, bevor in den zweiten Leerlaufbetriebsmodus gewechselt wird, anhand der relativen Häufigkeit solcher Leerlaufphasen während der Betriebshistorie stellt damit sicher, dass eine Lastanforderung durch den Fahrer aus dem zweiten Leerlaufbetriebsmodus heraus nicht allzu häufig vorkommt, so dass das Ansprechverhalten des Arbeitsgerätes vom Bediener weiterhin als schnell und bequem empfunden wird.
Die Bestimmung kann dabei anhand einer absoluten Häufigkeit der Zeitspanne während der Betriebshistorie und/oder einer relativen Häufigkeit der Zeitspanne während der Betriebshistorie erfolgen.
Als Schwellwert kann dabei insbesondere eine absolute Häufigkeit gewählt werden, welche kleiner als 5× pro Stunde, weiterhin vorteilhaft kleiner als 2× pro Stunde, weiterhin vorteilhaft kleiner als 0,5× pro Stunde ist. Als relative Häufigkeit kann dabei ein Schwellwert gewählt werden, welcher vorteilhafterweise kleiner als 10%, weiterhin vorteilhaft kleiner als 5% und weiterhin vorteilhaft kleiner als 2% ist. Als relative Häufigkeit wird dabei der Anteil von Leerlaufphasen mit einer solchen Zeitspanne an der gesamten Leerlaufbetriebsdauer des Arbeitsgerätes definiert.
Dabei wird, wenn neben der Reduzierung der Drehzahl auch ein Abschalten des Verbrennungsmotors in einem Schlafmodus vorgesehen ist, im Hinblick auf die Auswertung zu der Länge der Leerlaufphasen auch die Länge der Abschaltphasen hinzugerechnet, und zur gesamten Leerlaufdauer die Dauer der Abschaltphasen. Hinsichtlich der Auswertung der Betriebshistorie wird daher der Begriff „Leerlauf” sowohl für tatsächlichen Leerlaufbetrieb als auch für Schlafbetrieb verwendet.
Weiterhin kann das vorliegende Verfahren bei einem Arbeitsgerät mit einem elektrischen Energiespeicher und mindestens einem elektrischen Verbraucher eingesetzt werden. Bei dem elektrischen Verbraucher kann es sich dabei insbesondere um die Kabinenklimaanlage des Arbeitsgerätes handeln. In vorteilhafter Weise wird dabei eine Zeitspanne t2, für welche der Verbrennungsmotor in einem Leerlaufbetriebsmodus betrieben wird, bevor der Verbrennungsmotor abgeschaltet wird, in Abhängigkeit von dem Ladungszustand des elektrischen Energiespeichers sowie mindestens einer vorangegangenen Leerlauf- und/oder Abschaltperiode ermittelt. Die vorliegende Erfindung berücksichtigt dabei, dass im Schlafmodus, in welchem der Verbrennungsmotor abgeschaltet ist, die elektrischen Verbraucher über den elektrischen Energiespeicher, insbesondere über die Batterie des Arbeitsgerätes mit Energie versorgt werden müssen. Die Entscheidung, nach welcher Zeitspanne t2 in den Schlafmodus geschaltet wird, wird daher nicht nur von der Betriebshistorie, sondern auch vom aktuellen Ladungszustand des elektrischen Energiespeichers abhängig gemacht.
Bei der Zeitspanne t2 kann es sich dabei um die Zeitspanne handeln, für welche der Verbrennungsmotor insgesamt im Leerlauf betrieben wurde (diese Zeitspanne wird auch als t3 bezeichnet), oder um die Zeitspanne, in welchem der Verbrennungsmotor in einem zweiten Leerlaufbetriebsmodus mit reduzierter Drehzahl betrieben wurde.
In vorteilhafterweise wird erfindungsgemäß die Zeitspanne t2 auf Grundlage der mindestens einen vorangegangenen Leerlauf- und/oder Abschaltperiode sowie des aktuellen Ladungszustands des elektrischen Energiespeichers so gewählt, dass der Energiespeicher den elektrischen Energiebedarf während der auf die Zeitspanne t2 folgenden Abschaltperiode des Verbrennungsmotors voraussichtlich decken kann. Hierdurch kann durch die Berücksichtigung der Betriebshistorie, insbesondere der mindestens einen vorangegangenen Leerlauf- und/oder Abschaltperiode die Wahrscheinlichkeit erhöht werden, dass die Energie des elektrischen Energiespeichers für die auf die Zeitspanne t2 folgende Abschaltperiode des Verbrennungsmotors nicht ausreicht und der Motor gegebenenfalls gestartet werden muss, ohne dass der Bediener des Arbeitsgerätes die Bedienung wieder aufnimmt. Insbesondere kann dabei aus der Betriebshistorie ein repräsentatives zu erwartendes Leerlaufereignis generiert werden, wobei die Zeitspanne t2 so gewählt wird, dass der elektrische Energiebedarf für dieses zu erwartende Leerlaufereignis bereitgestellt werden kann, ohne den Ladezustand der Fahrzeugbatterie zu unterschreiten.
Dieses zu erwartende Leerlaufereignis kann beispielsweise als typisches, häufig auftretendes oder als ein Einzelereignis definiert werden. Weiterhin ist auch eine Gewichtung von häufigen Leerlaufphasen mit moderater Dauer und Einzelereignissen mit tendenziell längerer Dauer möglich.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die gesamte Motorleerlaufdauer t3, für welche der Motor in irgendeinem Leerlaufbetriebsmodus betrieben wird, bevor der Verbrennungsmotor abgeschaltet wird, nicht kleiner gewählt wird als ein aufgrund der Betriebshistorie des Arbeitsgerätes ermittelter Minimalwert, welcher eine gute Bedienbarkeit sicherstellt. Insbesondere kann dieser wie bei der Bestimmung der Zeitspanne t1 in Abhängigkeit von der Häufigkeit von entsprechenden Leerlauf- bzw. Abschaltphasen während der Betriebshistorie ermittelt werden. Wiederum kann die Bestimmung anhand einer absoluten oder relativen Häufigkeit mit entsprechenden Schwellwerten erfolgen. Hierdurch kann verhindert werden, dass durch eine rein energetische Betrachtung der Bedienkomfort zu sehr leidet, da der Motor zu oft abgeschaltet wird.
Bei den zuvor beschriebenen Leerlaufphasen handelt es sich um ein typisches, häufig auftretendes Ereignis oder eine Gewichtung von häufig auftretenden Leerlaufphasen mit moderater Dauer und Einzelereignissen mit tendenziell längerer Dauer. Alternativ kann es sich bei den Leerlaufphasen auch um Einzelereignisse handeln.
Die im Energiesparmodus aktiven elektrischen Verbraucher können eine Standklimaanlage mit einem durch die Fahrzeugbatterie elektrisch betriebenen Klimakompressor enthalten, um die Fahrerkabine zu kühlen. Alternativ können die im Energiesparmodus aktiven elektrischen Verbraucher auch eine Standklimaanlage mit einem Kältespeicher enthalten, um ebenfalls die Fahrerkabine zu kühlen. Die Standklimaanlage kann wahlweise in den Standardkältekreis integriert werden oder als zusätzliche Kompakteinheit mit eigenem Kältekreis ausgeführt sein. Die im Energiesparmodus aktiven elektrischen Verbraucher können eine elektrisch betriebene Kühlwasserumwälzpumpe enthalten, um die Fahrerkabine mit der Motorrestwärme zu heizen.
Zur Ermittlung der Zeitspanne t können energetische Kriterien und subjektive, dem Bedienkomfort zugeordnete Kriterien herangezogen werden.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Zeitspanne t aus einem Wertebereich zwischen einem Minimal- und einem Maximalwert gewählt wird, welche unabhängig von der Betriebshistorie ist. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass zu kurze oder zu lange Zeiten t, in welchen der Verbrennungsmotor in einem Leerlaufbetriebsmodus betrieben wird, ohne dass der Betriebsmodus geändert wird, vermieden werden. In vorteilhafter Weise sind dabei der Minimal- und/oder Maximalwert in der Steuerung abgespeichert.
In vorteilhafter Weise ist die Zeitspanne t, in welcher der Verbrennungsmotor in einem Leerlaufbetriebsmodus betrieben wird, bevor in einen weiteren Energiesparmodus gewechselt wird, im Bereich zwischen 0 und 5 Minuten, in weiterhin vorteilhafter Weise im Bereich zwischen 0 und 2 Minuten. Hierdurch kann eine ausreichend schnelle Reaktion und eine hohe Energieeffizienz erreicht werden. Vorteilhafterweise beträgt daher der Maximalwert für den Wertebereich, aus welchem die Zeitspanne t gewählt werden kann, weniger als 5 Minuten, weiterhin vorteilhaft weniger als 2 Minuten. Bei der Zeitspanne t kann es sich dabei um die oben näher erläuterten Zeitspannen t1, t2 oder t3 handeln, wofür für diese jeweils noch engere spezifische Bereiche günstig seien können.
Wie bereits erläutert, stellt die Zeitspanne t1, in welcher in einem ersten Leerlaufbetriebsmodus gearbeitet wird, bevor in den zweiten Leerlaufbetriebsmodus geschaltet wird, ein Kompromiß zwischen den Dynamikanforderungen des Bedieners sowie der Energieeffizienz der Betriebsstrategie dar. In vorteilhafter Weise befindet sich dabei die Zeitspanne t1 gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Bereich zwischen 0 und 30 Sekunden, weiterhin vorteilhaft in einem Bereich zwischen 3 Sekunden und 20 Sekunden und weiterhin vorteilhaft in einem Bereich zwischen 6 Sekunden und 12 Sekunden.
Die Zeitspanne t2, in welcher der Verbrennungsmotor in einem Leerlaufbetriebsmodus betrieben wird, bevor der Verbrennungsmotor abgeschaltet wird, liegt dagegen vorteilhafterweise in einem Bereich zwischen 0 und 5 Minuten, weiterhin vorteilhaft in einem Bereich zwischen 0 und 2 Minuten und in weiterhin vorteilhafter Weise in einem Bereich zwischen 0 und 1 Minute.
Vorteilhafterweise beträgt dabei die Gesamtzeitspanne t3, für welche der Verbrennungsmotor in irgendeinem Leerlaufbetriebsmodus betrieben wird, bevor er abgeschaltet wird, mehr als 2 Sekunden, weiterhin vorteilhaft mehr als 4 Sekunden und in weiterhin vorteilhafter Weise 6 Sekunden oder mehr. Hierdurch kann verhindert werden, dass die für das Starten des Verbrennungsmotors benötigte Energie größer ist als die Energie, welche durch das Abschalten des Verbrennungsmotors gespart wird.
In vorteilhafter Weise sind zur Einhaltung der oben genannten Zeitspanne Minimal- und/oder Maximalwerte für die Bestimmung der Zeitspanne t, t1, t2 und/oder t3 in der Steuerung der Arbeitsmaschine abgelegt. Die Bedingung für t3 kann dabei auch durch eine entsprechende Bedingung für t1 und/oder t2 sichergestellt werden.
Erfindungsgemäß ist dabei neben einem System, bei welchem die Zeitspannen t1, t2 und t3 anhand der jeweils aktuellen Betriebshistorie bestimmt werden, auch ein System denkbar, bei welchem nur eine dieser Zeitspannen oder zwei dieser Zeitspannen von der Steuerung des Arbeitsgerätes aus der Betriebshistorie bestimmt werden, während die verbleibenden Zeitspannen vorgegeben sind. Vorteilhafterweise können diese Zeitspannen dann vom Benutzer des Arbeitsgerätes über einen entsprechenden Eingabedialog angegeben werden.
Die vorliegende Erfindung umfasst neben dem Verfahren zum Betrieb eines Arbeitsgerätes weiterhin ein Arbeitsgerät mit einer Steuerung, welche ein Verfahren, wie es oben beschrieben wurde, automatisch durchführt, sowie die Steuerung an sich.
Insbesondere weist die Steuerung dabei einen Speicher auf, in welchem Daten zur Betriebshistorie des Arbeitsgerätes abgespeichert werden. In weiterhin vorteilhafter Weise weist die Steuerung eine Auswerteeinheit auf, durch welche diese Daten zur Betriebshistorie ausgewertet werden können, wobei die Auswerteeinheit auf Grundlage dieser Auswertung die Zeitspanne t, für welche der Verbrennungsmotor in dem Leerlaufbetriebsmodus betrieben wird, bevor in den weiteren Energiesparmodus gewechselt wird, bestimmt.
In vorteilhafter Weise sind dabei in der Steuerung der Leerlaufbetriebsmodus und der Energiesparmodus mit den jeweiligen Betriebsbedingungen implementiert. Vorteilhafterweise wechselt die Steuerung dabei automatisch bei Ablauf der Zeitspanne t von dem Leerlaufbetriebsmodus in den Energiesparmodus. In vorteilhafter Weise sind auch die übrigen Verfahrensschritte der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung entsprechend in der Steuerung des Arbeitsgerätes implementiert.
Weiterhin vorteilhaft weist die Steuerung eine Anzeigeeinheit auf, auf welcher Aktualisierungen der Betriebsstrategie angezeigt werden. Weiterhin können auch Eingabeelemente vorgesehen sein, durch welche ein Benutzer eine Aktualisierung bestätigen und/oder auf sonstige Weise in die Betriebsstrategie eingreifen kann.
Neben dem Arbeitsgerät mit einer solchen Steuerung umfasst die vorliegende Erfindung weiterhin eine entsprechende Steuerung, welche in ein Arbeitsgerät eingebaut und welche insbesondere in ein bestehendes Arbeitsgerät nachgerüstet werden kann.
Ein entsprechendes Computerprogramm kann ein erfindungsgemäßes Verfahren in einer Steuerung eines Arbeitsgerätes implementieren. Das Programm umfasst dabei insbesondere Steuerbefehle, welche bei Durchführung des Programms zu einer Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens führen.
Neben der Auswertung der Betriebshistorie des Arbeitsgerätes können selbstverständlich noch andere Einflussfaktoren bei der Bestimmung der Zeitspanne t, für welche der Verbrennungsmotor in dem Leerlaufbetriebsmodus betrieben wird, berücksichtigt werden. Ebenso kann zusätzlich zu der erfindungsgemäßen Bestimmung der Zeitspanne t eine parallele Kontrollinstanz vorgesehen sein, welche unabhängig von der Zeitspanne t einen Wechsel des Betriebsmodus beeinflußt, insbesondere verhindert.
Insbesondere können dabei hinsichtlich der Entscheidung, wann der Verbrennungsmotor abgeschaltet wird, noch weitere Randbedingungen berücksichtigt werden. Insbesondere können dabei die Temperaturen der Umgebung, der Betriebsmedien, z. B. im Kühlkreislauf oder im Hydrauliköl, der Batterie oder des Motors berücksichtigt werden. Insbesondere kann dabei ein Abschalten verhindert werden, wenn die Temperaturen zu niedrig liegen, da ansonsten ein ungünstiges Abkühlen des Systems erfolgen würde. Ebenso können Betriebszustände des Motorsystems berücksichtigt werden, wie z. B. eine aktive Abgasnachbehandlung, während welcher die Motordrehzahl nicht reduziert werden soll oder der Verbrennungsmotor nicht abgeschaltet werden soll. Insbesondere können solche auch als Abschaltverhinderer bezeichneten Randbedingungen dazu führen, dass der Verbrennungsmotor nicht abgeschaltet wird, obwohl die Auswertung der Betriebshistorie und die Berücksichtigung des Ladezustands der Fahrzeugbatterie zu einer Zeitspanne t2 oder t3 führen würden, welche bereits abgelaufen ist. Solche Randbedingungen können aber selbstverständlich auch bereits bei der Bestimmung der Zeitspanne t2 bzw. t3 berücksichtigt werden.
Bei dem vorgenannten Verfahren können durch Überwachung von Maschinenparametern durch das Steuergerät vordefinierte Randbedingungen berücksichtigt werden, um die Einleitung des Leerlaufbetriebsmodus oder des Energiesparmodus zu unterdrücken.
Bei dem vorgenannten Verfahren können die Maschinenparameter Temperaturen, Betriebszustände der Abgasnachbehandlung oder Batteriezustände sein. Alternativ können die Maschinenparameter Sitzbelegungen und Berührungssensoren sein. Weiter alternativ können die Maschinenparameter durch Sensoren ermittelt werden, die auf geöffnete Fenster und Türen hinweisen.
Ein Arbeitsgerät mit einer Steuerung kann das zuvor beschriebene Verfahren automatisch durchführen und über einen ersten Betriebsstundenzähler verfügen, welcher an sämtliche Betriebsmodi des Verbrennungsmotors und der Drehzahl gebunden ist.
Weiterhin kann ein Arbeitsgerät eine Steuerung aufweisen, die ebenfalls das zuvor beschriebene Verfahren automatisch durchführt und über einen zweiten Betriebsstundenzähler verfügt, welcher die Zeitdauer sämtlicher Betriebsmodi des Verbrennungsmotors und der Drehzahl sowie zusätzlich jene Zeitdauer erfaßt, unter welcher der Verbrennungsmotor in jene Art Energiesparmodi versetzt wird, bei welchem der Verbrennungsmotor abgestellt wird.
Ein Arbeitsgerät mit einer Steuerung kann das vorgenannte Verfahren automatisch durchführen, wobei dieses die Möglichkeit bietet, den Wert des zweiten Betriebsstundenzählers zusätzlich zum ersten Betriebsstundenzähler abzufragen und/oder auf einer Anzeigeeinheit darzustellen.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels sowie Zeichnungen näher beschrieben.
Dabei zeigen:
1: Zeitanteile einzelner Leelaufphasen in Bezug auf die Gesamtleerlaufdauer,
2: Zeitliche Abfolge der Maßnahmen zur Leerlaufüberbrückung,
3: Dauer von Leerlaufphasen und deren Anzahl pro Arbeitsstunde zur Bestimmung von t1,
4: Dauer von Leerlaufphasen und deren relative Häufigkeit zur Bestimmung von t1,
5: Zeitlicher Verlauf des Batterieladezustandes (SOC), Motor EIN = Gerät unter Arbeitsbedingungen,
6: Min. Energieüberschuss bzw. max. Energiemangel je Betriebsstunde für einen 8-Stunden-Arbeitstag und
7: Bestimmung der Zeitdauer t2 vor dem Abstellen des Verbrennungsmotors.
Im Folgenden wird nun ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen adaptiven Steuerung des Motorleerlaufes in verfahrbaren Arbeitsmaschinen näher beschrieben.
Beschreibung der Grundfunktionalität
In 2 ist ein schematischer Ablauf eines Motorbetriebs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt. Dabei wird die Motorleerlaufdrehzahl – als erste Maßnahme – nach einer Zeitdauer t1 nach Erkennung von Leerlaufbetrieb {1} zum Zeitpunkt {2} abgesenkt. Das bedeutet, dass der Motor vorerst, für die Zeitspanne t1, bei konventioneller Leerlaufdrehzahl verbleibt. Dadurch soll bei kürzeren Arbeitsunterbrechungen, z. B. t1 < 10 s, das oftmalige Variieren der Motordrehzahl verhindert werden, was der Fahrer als negative Beeinträchtigung bewerten könnte. Anschließend wird die Motordrehzahl abgesenkt wodurch der Treibstoffverbrauch reduziert wird. Alle elektrischen Funktionen bleiben weiterhin aktiv und die Energie wird vorerst nicht der Batterie entnommen.
Nach einer weiteren – entsprechend der Leerlaufausprägung definierten – Zeitperiode t2 wird der Motor abgestellt und in einen Schlafmodus versetzt {3}. Beleuchtung und Komfortverbraucher bleiben in Betrieb, das elektrisch betriebene Standklimasystem übernimmt bei Bedarf die Kabinenklimatisierung. Bei Erkennen einer Leistungsanforderung infolge eines Fahrerwunsches wechselt die Steuerung von reduziertem Leerlaufdrehzahlbetrieb in den Arbeitsmodus bzw. löst einen automatischen Neustart des Motors aus {4}, sofern der Schlafmodus aktiv ist.
1. Ausführungsbeispiel einer Bestimmung der Zeitspannen t1 und t2
In der adaptiven Steuerung des Motorleerlaufes gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Zeitspanne, für welche der Verbrennungsmotor in einem Leerlaufbetriebsmodus betrieben wird, durch Bewertung der Betriebshistorie der verfahrbaren Arbeitsmaschine bestimmt.
Die Erfindung sieht vor, die charakteristischen Parameter

• t1 ... Zeitdauer von Leerlauferkennung bis Drehzahlreduzierung und
• t2 ... Zeitdauer von Drehzahlreduzierung bis Abstellen des Motors

Die Methode kann mit üblichen Rechnerleistungen und Speichermöglichkeiten von bereits bestehenden Fahrzeugsteuerungen umgesetzt werden. Der Algorithmus beinhaltet sowohl physikalische, als auch subjektive – dem Fahrerkomfort zuzuordnende – Kriterien.
Zeitspanne t1 – Drehzahlreduzierung
Aus energetischer Sicht würde ein sofortiges Reduzieren der Leerlaufdrehzahl mit t1 = 0 s die günstigste Variante darstellen. Sofern der Verbrennungsmotor in der Lage ist, den Dynamikanforderungen in diesem Bereich geringer Drehzahl (600...1000 U/min) durch häufige Drehzahlhochläufe unter Last zu entsprechen, würde man für t1 = 0 s wählen.
Ist das Betriebsverhalten des Motors zu träge, muss bei einer Lastanforderung durch den Fahrer während des reduzierten Leerlaufbetriebs die Drehzahl zunächst lastfrei angehoben werden, was bei häufigem Wiederholen vom Fahrer möglicherweise als träge und ungeeignet bewertet würde.
Um dies ausschließen zu können wird in der Fahrzeugsteuerung ein subjektives Kriterium definiert, welches durch die Wahl von t1 > 0 s gewährleistet, Drehzahlsprünge während der häufig auftretenden, kurzen Leerlaufphasen zu vermeiden. Zur Bestimmung der Zeitdauer t1 wird die Historie der Leerlaufereignisse herangezogen.
Um das Verfahren stabil betreiben zu können werden sporadische Leerlaufereignisse ausgeschlossen, beispielsweise entfallen sämtliche Ereignisse mit einer Dauer t < 2 s. Dies wird in der Häufigkeitsdarstellung der Leerlaufphasen in 3 illustriert. Die Abszisse gibt die Zeitdauer der Leerlaufereignisse in Sekunden an, die Ordinate deren stündliches Auftreten.
Kriterium 1
Die Steuerung bestimmt jenen Zeitpunkt, ab welchem kurze Leerlaufereignisse in der Ausprägung ihrer Häufigkeit signifikant seltener auftreten. Beispielsweise würde die Steuerung für die Leerlaufcharakteristik in 3 eine Zeitdauer t1 = 10 s wählen, da dieses Ereignis zumindest 0.5 Mal pro Stunde auftritt. Dieser Wert würde als einstellbarer Schwellwert definiert.
Kriterium 2
Als zweites Kriterium wird die relative Häufigkeit der aufgetretenen Leelaufereignisse betrachtet, siehe 4. Die sporadisch auftretenden Ereignisse t < 2 s werden bei der Bewertung nicht berücksichtigt. Die Steuerung würde nun zur Bestimmung der Zeitdauer t1 jene charakteristische Ereignisdauerklasse wählen, in welcher die relative Häufigkeit von 2% erstmals unterschritten wird. Die relative Häufigkeit stellt einen Schwellwert dar, beispielsweise 2%.
Zur Bestimmung des Zeitpunktes t1, bei welchem die Leerlaufdrehzahl von einem konventionellen, höheren Niveau auf ein tieferes Niveau reduziert wird erfolgt subjektiv anhand der Bewertung der Leerlaufausprägung der vorangehenden Betriebsstunden durch Definition von Schwellwerten für

1. Häufigkeit/Auftreten von Leerlaufereignissen in Anzahl pro Stunde
2. Relative Häufigkeit der Leerlaufereignisse in Bezug auf die Gesamtleerlaufdauer

Der jeweils zuerst überschrittene Schwellwert bestimmt die Zeitdauer t1. Beispielsweise enthält die Historie die jeweils vorangehenden 6 Betriebsstunden, wobei die Aktualisierung des Zeitpunktes t1 in der Steuerung beispielsweise stündlich erfolgen kann durch

1. Automatische Aktualisierung und Anzeige auf einem Bildschirm,
2. Aufforderung zur Aktualisierung/Benachrichtigung auf einem Bildschirm und Bestätigung durch den Fahrer.

Typischerweise würde die Steuerung mit dieser Methode eine Zeitspanne von 6 s < t1 < 12 s wählen. Sofern es die Dynamikeigenschaften des Verbrennungsmotors erlauben, würde man auf das stufenweise Reduzieren der Leerlaufdrehzahl verzichten und für die Dauer t1 = 0 s wählen.
Zeitspanne t2 – Auto Stopp
Bei Erreichen der Zeitdauer t2 bei reduzierter Leerlaufdrehzahl wird der Verbrennungsmotor ausgeschaltet. Die elektrischen Verbraucher müssen weiterhin mit Energie aus der Fahrzeugbatterie versorgt werden. Zusätzlich muss die Temperierung der Kabine sichergestellt werden. Während Energie für das Heizen bei abgestelltem Motor aus der Motorrestwärme bereitgestellt werden kann liefert die Fahrzeugbatterie elektrische Energie zum Betrieb der Standklimaanlage zur Kühlung der Kabine.
Die Start-Stopp-Automatik im Leerlaufbetrieb stellt zusätzliche Anforderungen an die Fahrzeugbatterie:

• Häufung der Startvorgänge mit hohen Stromspitzen
• Elektrischer Standklimabetrieb mit großen Energiehüben insbesondere beim Entladen
• Versorgung der Komfortverbraucher und Beleuchtung während Motorstillstand

Jene Energiemenge, die zur Bewältigung eines Warmstartvorganges der Batterie zugeführt werden muss, wird ebenfalls aus dem Kraftstoff gewonnen und – mit Verlusten behaftet – durch Verbrennungsmotor und Lichtmaschine (Generator) in elektrische Energie umgewandelt.
Das Abstellen des Verbrennungsmotors ab einer gesamten Motorleerlaufdauer von t3 ≈ 6 s, also einem sehr frühen Zeitpunkt (t2 = 0 s), stellt sich als energetisch sinnvoll dar.
Folgende Randbedingungen, umgangssprachlich als Abschaltverhinderer bezeichnet, beeinflussen den Abstellzeitpunkt des Verbrennungsmotors bei einem Start-Stopp-System:

• Temperaturen: z. B. Umgebung, Betriebsmedien (Kühlkreislauf, Hydrauliköl), Batterie
• Betriebszustand: z. B. Abgasnachbehandlung aktiv/inaktiv
• Fahrzeugbatterie: Ladezustand (SOC), Alterungszustand (SOH)

Der Betriebszustand der Fahrzeugbatterie schränkt die Möglichkeit des ehest möglichen Abstellens des Verbrennungsmotors nach t3 ≈ 6 s ein.
Die durch energetische Betrachtung bestimmte Motorleerlaufdauer von t3 ≈ 6 s könnte den Arbeitskomfort durch unerwünschte oder frühzeitige Motorstopps einschränken. Aus diesem Grund kann die Zeitspanne t3 unter Verwendung der Kriterien, welche im Unterkapitel ”Zeitspanne t1 – Drehzahlreduzierung” beschrieben wurden und auf dem Arbeitsverhalten des Bedieners beruhen, verlängert werden. Dadurch könnte die gesamte Motorleerlaufdauer t3 zwischen 6 s bis ca. 12 s betragen (6 s < t3 < 12 s), bevor der Motor automatisch abgestellt wird.
Das von der vorliegenden Erfindung eingesetzte Verfahren zur adaptiven Steuerung der Zeitdauer t2 berücksichtigt den aktuellen Batteriezustand und die Leerlaufausprägung der vorangehenden Betriebsstunden. Die Zeitdauer t2 wird durch den Algorithmus so gewählt, dass unter Betrachtung

• des aktuellen Betriebszustandes der Batterie,
• des aktuellen Stromverbrauches für Beleuchtung und Komfortverbraucher sowie
• dem zu erwartenden Stromverbrauch für die Standklimaanlage der ehest mögliche

Abstellzeitpunkt gefunden wird, wobei der elektrische Energiebedarf für ein aus der Betriebshistorie ermitteltes zu erwartendes Leerlaufereignis bereitzustellen ist, ohne den Ladezustand der Fahrzeugbatterie zu unterschreiten.
Dieses zu erwartende Leerlaufereignis kann beispielsweise als

1. typisches, häufig auftretendes oder
2. Einzelereignis definiert werden oder
3. eine Gewichtung von häufigen Leerlaufphasen mit moderater Dauer und Einzelereignissen mit tendenziell längerer Dauer erfolgen.

Konkret wird der Algorithmus nun anhand eines Beispieles erklärt, welches die Betriebshistorie exemplarisch anhand der Variante 2, aufgetretene Einzelereignisse verwertet.
Es gilt, das Unterschreiten des Ladezustandes der Batterie durch dieses zukünftige – erneut auftretende – Einzelereignis zu vermeiden, was durch entsprechende Anpassung der Zeitdauer t2 erzielt werden kann.
5 zeigt exemplarisch einen Ausschnitt des zeitlichen Verlaufes des Ladezustandes der Fahrzeugbatterie, der im Fahrzeugbetrieb beispielsweise mit einem handelsüblichen Batteriesensor erfaßt werden kann.
Zum Zeitpunkt {1} wird das Gerät im Leerlauf betrieben und der Verbrennungsmotor abgestellt. Die elektrischen Verbraucher, die während der Stillstandsphase von der Fahrzeugbatterie versorgt werden, führen zu einer Reduzierung des Ladezustandes von 80% auf 70%, ehe der Motor zum Zeitpunkt {2} wieder gestartet wird. Zum Zeitpunkt {2} könnte der Leerlauf bei abgestelltem Verbrennungsmotor bei gleicher elektrischer Stromentnahme I_Batt um die Zeitdauer Δt+ fortgesetzt werden, ehe der minimale Ladezustand unterschritten würde.
Vereinfacht errechnet sich die verbleibende Zeitdauer in s zu Δt+ = ΔSOC·3600·η·¹/_IBatt, worin

• ΔSOC ... Ladezustand der Batterie in Ah,
• η ... Wirkungsgrad beim Entladen der Batterie und
• I_Batt ... Batteriestrom in A (Standklimaanlage, Beleuchtung, Komfortverbraucher) darstellen.

Sofern das Gerät vor dem Abstellen des Motors zum Zeitpunkt {1} für die Dauer t2 > 0 s bei Leerlaufdrehzahl betrieben wurde, wäre ein früheres Abstellen um die Zeitdauer Δt+ möglich gewesen. D. h., die Zeitdauer t2 ließe sich um die den Wert Δt+ reduzieren, womit der Motor früher abgestellt werden könnte und die Versorgung der elektrischen Verbraucher durch die Fahrzeugbatterie gewährleistet würde.
Bei Erreichen des Zeitpunktes {3} wurde das Gerät erneut für die Dauer t2 im Leerlauf betrieben. Der Motor wird abgestellt und die elektrischen Verbraucher werden durch die Batterie versorgt. Zum Zeitpunkt {4} wird der minimale Ladezustand des Arbeitsbereiches der Fahrzeugbatterie unterschritten.
Die Leerlaufphase würde bis zum Zeitpunkt {5} dauern und elektrische Energie aus der Fahrzeugbatterie benötigen. Die Zeitspanne zwischen {4} und {5} kann durch folgende Strategien überbrückt werden:

1. Das Unterschreiten des minimalen Ladzustandes ist zulässig; der Motor bleibt abgestellt (vgl. 5, Zeitspanne {4} und {5})
2. Der Motor wird automatisch gestartet und bei konventioneller Leerlaufdrehzahl betrieben so dass ausreichend Ladestrom erzeugt wird und die Batterie geladen wird.
3. Die elektrischen Verbraucher werden ausgeschaltet; der Motor bleibt abgestellt, wobei die Batterie die für den Startvorgang erforderliche Energiemenge bereitstellen kann.

Zum Zeitpunkt {5} wird der Motor aufgrund einer Leistungsanforderung, z. B. Pedalvorgabe, automatisch gestartet und die Batterie geladen. Der Energiemangel zwischen den Zeitpunkten {4} und {5} definiert die Zeitdauer Δt–, um welche der Motor zu früh abgestellt wurde. Zur Überbrückung dieser Leerlaufphase ist es günstiger, die Zeitdauer t2 um Δt– zu verlängern, d. h. den Motor später abzustellen.
Anhand der Betriebshistorie ermittelt die Steuerung zum Zeitpunkt, an dem der Motor vom Last- in den Leerlaufbetrieb wechselt, ob für das zu erwartende Leerlaufereignis bei aktuellem Strombedarf ein Energieüberschuss oder -mangel der Fahrzeugbatterie zu erwarten ist und korrigiert die Zeitdauer t2 um den Wert Δt+ bzw. Δt–.
Bei zu erwartendem Energieüberschuss Δt+ wird der Verbrennungsmotor vorzeitig abgestellt. Bei Energiemangel Δt– wird der Motor zu einem späteren Zeitpunkt abgestellt. Typischerweise liegt die Zeitspanne für t2 im Bereich 0 s ≤ t2 < 60 s, welche während des Maschinenbetriebes beispielsweise stündlich aktualisiert werden kann, dargestellt in 6.
Im konkreten Beispiel geht man von der Randbedingung aus, dass zu Beginn des Arbeitstages keine Betriebshistorie des Vortages vorliegt. Die Zeitdauer t2 zu Beginn des Arbeitstages wird für die erste Betriebsstunde beispielsweise mit t2_Start = t2₁ = 50 s initialisiert.
Betriebsstunde 1
Während der Betriebsstunde 1 tritt bei jeder Leerlaufphase ein Energieüberschuss Δt₁ > 60 s auf. Die Batterie wäre zum Zeitpunkt des Startvorganges bei abgestelltem Motor stets in der Lage, den elektrischen Energiebedarf zumindest weitere 60 s bereitzustellen. Dieser Effekt lässt sich für Betriebsstunde 1 durch folgende Gegebenheiten begründen:

• Die Leerlaufausprägung zeichnet sich dadurch aus, dass keine Leerlaufphase länger als 60 s dauert, und der Motor somit niemals abgestellt würde.
• Die temperaturabhängigen Schwellwerte/Abschaltverhinderer (Kühlwassertemperatur, Umgebungstemperatur) bewerten das Abstellen des Motors als unzulässig.
• Die Leerlaufcharakteristik bedingt zwar, dass der Motor abgestellt wird, jedoch ist der elektrische Energiebedarf während der Stillstandsphasen gering, da die Standklimaanlage nicht benötigt wird.

Betriebsstunde 2
Die Steuerung entscheidet zu Beginn der Betriebsstunde 2 durch Bewertung des Energiebedarfs der vorhergehenden Leerlaufphasen, dass der Motor aufgrund des energetischen Kriteriums ehest möglich abgestellt werden darf. Der Energieüberschuss Δt+ in Betriebsstunde 1 betrug stets mehr als 60 s. Die Steuerung errechnet die Zeitdauer t2 für Betriebsstunde 2 zu
t2₂ = t2₁ – Δt₁ = 50 – 61 = –11 s, woraus folgt,
t2₂ = 0 s.
Der Motor würde in Betriebsstunde 2 sofort – nach vorhergehender Leerlaufdauer von zumindest t3 = 6 s – abgestellt werden.
Betriebsstunde 3
Zu Beginn der Betriebsstunde 3 liegt der Betriebshistorie ein maximaler Energiemangel eines Leerlaufereignisses von Δt₂ = –59 s vor. In Betriebssunde 2 tritt zumindest ein Leerlaufereignis auf, bei welchem der Motor automatisch gestartet werden muss, da der Ladezustand der Batterie infolge des elektrischen Energiebedarfs unterschritten wird. Aufgrund dieses Ereignisses errechnet die Steuerung für Betriebsstunde 3 eine Zeitdauer
t2₃ = t2₂ – Δt₂ = 0 – (–59) = 59 s, woraus folgt,
t2₃ = 50 s, da als maximale Zeitdauer t2 bis zum Abstellen des Motor beispielsweise 50 s definiert wird.
Betriebsabschnitt n
Allgemein ergibt sich für die Zeitdauer t2_n und t2_(n-1), welche in aufeinander folgenden Betriebsabschnitten n und n – 1 gewählt werden, t2_n = t2_(n-1) – Δt_(n-1), wobei zur Bewertung jener Leerlaufereignisse, welche den zu erwartenden Energieüberschuss bzw. -mangel Δt± definieren, folgende Methoden herangezogen werden können:

1. Ermittlung einer typischen, häufig auftretenden Leerlaufphase (moderate Änderung der Zeitdauer t2),
2. Auffinden eines maßgebenden Einzelereignisses (aggressive Änderung der Zeitdauer t2),
3. Gewichtung von häufigen Leerlaufphasen mit moderater Dauer und Einzelereignissen mit tendenziell längerer Dauer, mit dem Vorteil, die Änderung der Zeitendauer t2 weniger aggressiv, in gedämpfter Weise, durchzuführen.

Ausstattungsmerkmale
Die beschriebene Methode einer Start-Stopp-Automatik für verfahrbare Arbeitsmaschinen zeichnet sich insbesondere dadurch aus, während Leerlaufphasen mit Motorstillstand den Klimabetrieb aufrecht erhalten zu können. Im konkreten Beispiel erfolgt dies durch eine elektrische Standklimaanlage, gespeist durch die Fahrzeugbatterie.
Alternativ kann die Bereitstellung der Kälteleistung auch durch Integration eines Kältespeichersystems erfolgen. Auch bei dieser Variante wird die Fahrzeugbatterie zusätzlich belastet, da bei Motorstillstand elektrische Energie durch die Fahrzeugbatterie für Kabinengebläse und Kältemittelumwälzung bereitgestellt werden muss.
Die Start-Stopp-Automatik kann deaktiviert werden

1. durch das Bedienungspersonal über eine Eingabeoberfläche oder
2. durch Servicepersonal über eine Diagnoseschnittstelle.

Das zuvor beschriebene Beispiel sieht ein System vor, welches die Zeitdauer t2 regelmäßig aktualisieren würde, beispielsweise durch

1. Automatische Aktualisierung und Anzeige auf einem Bildschirm,
2. Aufforderung zur Aktualisierung/Benachrichtigung auf einem Bildschirm und Bestätigung durch den Fahrer.
3. Einstellen einer fixen Zeitdauer t2
a. durch das Bedienungspersonal über eine Eingabeoberfläche oder
b. durch Servicepersonal über eine Diagnoseschnittstelle.

Das zuvor beschriebene Beispiel sieht ein System vor, welches die Zeitdauer t2 regelmäßig aktualisieren würde, siehe 7, wobei die Aktualisierung auch häufiger als jede Stunde erfolgen könnte, jedoch unter dem Gesichtspunkt, dies für das Bedienungspersonal in nachvollziehbarer Weise durchzuführen.
Die adaptive Steuerung erlaubt durch Variation der Zeitdauer t2, das Kraftstoffeinsparungspotential im Vergleich zu bekannten Systemen, weiter zu steigern.

Claims

Verfahren zum Betrieb eines verfahrbaren Arbeitsgerätes, welches einen Verbrennungsmotor aufweist, wobei der Verbrennungsmotor in einem Leerlaufbetriebsmodus betrieben wird und in weitere Energiesparmodi versetzt wird, wobei die Zeitspanne t, für welche der Verbrennungsmotor in dem Leerlaufbetriebsmodus betrieben wird, bevor in den weiteren Energiesparmodus gewechselt wird, auf Grundlage einer Auswertung der Betriebshistorie des Arbeitsgerätes bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer der Zeitspanne t beim Wechsel in den Leerlaufbetriebsmodus jeweils neu bestimmt wird oder eine Aktualisierung der Dauer der Zeitspanne t in regelmäßigen Abständen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei bei der Auswertung der Betriebshistorie jeweils nur die Ereignisse innerhalb einer vorbestimmten vorangegangenen Betriebsdauer berücksichtigt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Aktualisierung angezeigt wird und/oder der Fahrer diese bestätigen kann.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei es sich bei den weiteren Energiesparmodi um einen weiteren Leerlaufbetriebsmodus mit geringerer Drehzahl handelt und um einen Schlafmodus, in welchem der Verbrennungsmotor abgeschaltet wird, wobei das Arbeitsgerät nach dem Erkennen eines Leerlaufbetriebs eine Zeitspanne t1 in einem ersten Leerlaufmodus betrieben wird und daraufhin eine Zeitspanne t2 in einem zweiten Leerlaufbetriebsmodus betrieben wird, bevor in den Schlafmodus gewechselt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Arbeitsgerät in einem ersten und einem zweiten Leerlaufbetriebsmodus betrieben wird, wobei eine Zeitspanne t1, für welche der Verbrennungsmotor im ersten Leerlaufbetriebsmodus betrieben wird, bevor in den zweiten Leerlaufbetriebsmodus gewechselt wird, während der Betriebshistorie abhängig von der Häufigkeit von Leerlaufphasen mit einer solchen Zeitspanne ermittelt wird, wobei die Ermittlung anhand einer absoluten Häufigkeit der Zeitspanne gewählt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Arbeitsgerät einen elektrischen Energiespeicher und mindestens einen elektrischen Verbraucher aufweist, wobei eine Zeitspanne t2, für welche der Verbrennungsmotor in einem Leerlaufbetriebsmodus betrieben wird, bevor der Verbrennungsmotor abgeschaltet wird, in Abhängigkeit von dem Ladungszustand des elektrischen Energiespeichers sowie mindestens von der Dauer einer vorangegangenen Leerlauf- und/oder Abschaltperiode ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Zeitspanne t aus einem Wertebereich zwischen einem Minimal- und einem Maximalwert gewählt wird, welcher unabhängig von der Betriebshistorie ist.
Arbeitsgerät mit einer Steuerung, welche ein Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche automatisch durchführt.
Steuerung für ein Arbeitsgerät, welches ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 automatisch durchführt.