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Die Erfindung betrifft einen hydrostatischen Hybridantrieb gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Fahrzeug damit gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8.
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Hydrostatische Hybridantriebe werden insbesondere als Fahr- und 1 oder Arbeitsantrieb für mobile Bau- oder Landmaschinen eingesetzt. Weiterhin sind sie in Lastkraftwagen oder in Fahrzeugen des öffentlichen Personennahverkehrs bevorzugt verwendet. Sie weisen eine Antriebsmaschine auf, insbesondere einen Verbrennungs- oder Dieselmotor, mit dem zumindest eine hydrostatische Maschine gekoppelt ist. Die Kopplung erfolgt dabei über eine Triebwelle der Antriebsmaschine. Über die hydrostatische Maschine wird beispielsweise eine Rad- oder eine Achseinheit des Fahrzeugs angetrieben. Weiterhin kann über diese hydrostatische Maschine oder über eine andere mit der Antriebsmaschine gekoppelte hydrostatische Maschine ein Arbeitsgerät des Fahrzeugs beispielsweise ein Hub- oder Drehwerk oder ein Lüfter oder eine Klimaanlage mit Druckmittel und damit mit Antriebsenergie versorgt werden. Mit Hilfe der Antriebsmaschine beziehungsweise des Verbrennungsmotors werden auf dieses Weise der Fahrantriebdiverse Arbeitsfunktionen und die vorbeschriebenen Arbeitsaggregate des Fahrzeugs mit hydrostatischer Druckmittelenergie als Antriebsenergie versorgt.
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Vor dem Hintergrund strengerer Abgasgrenzwerte und einer zu erzielenden Reduktion von CO
2 Emissionen stellt sich die Aufgabe, die Energieeffizienz des Antriebs zu erhöhen. Eine Lösung hierfür besteht in Antrieben mit hydropneumatischen Energiespeichern, über die beispielsweise regeneratives Bremsen ermöglicht ist. Eine derartige Lösung beschreibt die Offenlegungsschrift
DE 10 2006 010 508 A1 . Darin wird ein hydrostatischer Hybridantrieb beschrieben, der einen Antriebsmotor aufweist, insbesondere einen Dieselmotor, der über eine Welle mit zwei Hydromaschinen gekoppelt ist. Dabei kann an der Welle ein Antriebsmoment für eine Achs- beziehungsweise Radeinheit abgegriffen werden und über die erste Hydromaschine kann ein hydropneumatischer Speicher und eine zweite Hydromaschine eines hydrostatischen Arbeitskreislaufs mit Druckmittel versorgt werden. Im Normalbetrieb wird die Achseinheit vom Verbrennungsmotor über die Welle angetrieben. Im Bremsbetrieb wird ein Bremsmoment erzeugt, indem die erste Hydromaschine im Pumpenbetrieb läuft und Druckmittel in den hydropneumatischen Speicher fördert. Auf diese Weise wird Bremsenergie, die normalerweise verloren gegangen wäre, in Form von Druckmittelenergie im hydropneumatischen Speicher vorgehalten. Für folgende Anfahrvorgänge oder zur Verwendung im Arbeitskreislauf kann die Rückgewinnung der Druckmittelenergie erfolgen.
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Gegenüber dieser Lösung erscheint die Energieeffizienz des Antriebs noch verbesserungsbedürftig.
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Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, einen hydrostatischen Hybridantrieb mit einer höheren Energieeffizienz zu schaffen. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde ein Fahrzeug mit einer höheren Energieeffizienz zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen hydrostatischen Hybridantrieb mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des hydrostatischen Hybridantriebs sind in den Patentansprüchen 2 bis 7 beschrieben, vorteilhafte Weiterbildungen des Fahrzeugs sind im Patentanspruch 9 beschrieben.
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Ein hydrostatischer Hybridantrieb, insbesondere einer mobilen Bau- oder Landmaschine oder eines Lastkraftwagens oder eines Fahrzeugs des öffentlichen Personennahverkehrs oder eines Kommunalfahrzeugs, zum Beispiel einer Kehrmaschine oder eines Multigeräteträgers, hat eine Antriebsmaschine, die insbesondere als Verbrennungs- oder Dieselmotor oder als Elektromotor ausgestaltet ist. Weiterhin weist der Hybridantrieb eine insbesondere über eine Welle mit der Antriebsmaschine koppelbare erste Hydromaschine auf. Über diese ist zumindest ein hydrostatischer Verbraucher mit Druckmittel versorgbar. Des Weiteren hat der Hybridantrieb eine Steuereinheit (Fahrzeugsteuergerät), die mit der Antriebsmaschine, insbesondere mit deren Steuergerät, und mit dem hydrostatischen Verbraucher, insbesondere mit einer Sensoreinheit des hydrostatischen Verbrauchers und gegebenenfalls (allen) weiteren energierelevanten und systemrelevanten Fahrzeugsystemen (zum Beispiel Bremsanlage, Klimaanlage), in Signalverbindung steht. Dabei ist über die Steuereinheit ein Druckmittelbedarf des zumindest einen hydrostatischen Verbrauchers ermittelbar. Ermittelbar ist auch, ob für jegliche weitere Verbraucher eine laufende Antriebsmaschine erforderlich ist. Erfindungsgemäß ist die Antriebsmaschine über die Steuereinheit in Abhängigkeit des ermittelten Druckmittelbedarfs und den allgemeinen Fahrzeuganforderungen automatisiert stopp- beziehungsweise deaktivierbar. Das Stoppen erfolgt erfindungsgemäß dann, wenn über die Steuereinheit ermittelt wird, dass der zumindest eine hydrostatische Verbraucher keinen Druckmittelbedarf hat beziehungsweise keine systemrelevante Fahrzeugfunktion mit Leistung versorgt werden muss. Von Vorteil ist dabei, wenn das regenerative Hybridsystem beim Abschalten Energie gespeichert hat, damit anschließend der Dieselmotor auch über das Hybridsystem wieder gestartet werden kann.
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Gegenüber herkömmlichen hydrostatischen Hybridantrieben, wie sie beispielsweise im Stand der Technik gemäß der
DE 10 2006 010 508 A1 offenbart sind, weist der erfindungsgemäße Hybridantrieb somit eine Stopp-Automatik der Antriebsmaschine beziehungsweise der Verbrennungskraftmaschine auf, was einen „unnötigen” Leerlauf der Antriebsmaschine während Betriebszeiten des Hybridantriebes, in denen die hydrostatischen oder der hydrostatische Verbraucher kein Druckmittel benötigt oder keine systemrelevante Funktionen gefordert werden, verhindert. Die „unnötigen” Leerlaufzeiten betragen insbesondere bei Baumaschinen etwa 20 bis 50% der Betriebszeit und haben einen Anteil von etwa 10% am Energieverbrauch der Arbeitsmaschine. Der erfindungsgemäße Hybridantrieb hat somit eine verbesserte Energieeffizienz beziehungsweise Energieausbeute gegenüber den Hybridantrieben des Standes der Technik, da er diesen unnötigen Leerlaufbetrieb verhindert.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung hat der hydrostatische Hybridantrieb eine Bedienerschnittstelle, die mit der Steuereinheit in Signalverbindung steht und über die zumindest eine Betriebsanforderung eines Bedieners erfassbar ist. Dabei ist die Antriebsmaschine über die Steuereinheit zu dem in Abhängigkeit der zumindest einen Betriebsanforderung automatisiert stoppbar. Neben dem automatisierten Stoppen der Antriebsmaschine bei fehlendem Druckmittelbedarf ist somit ein automatisiertes Stoppen der Antriebsmaschine bei einer fehlenden Betriebsanforderung ermöglicht. Mögliche Betriebsanforderungen sind dabei beispielsweise ein Beschleunigen, Heben, Senken oder Drehen einer Last durch den hydrostatischen Verbraucher beziehungsweise eine Erzeugung eines Antriebsmomentes durch die Antriebsmaschine. Durch diese Weiterbildung der Erfindung ist der hydrostatische Hybridantrieb bezüglich seiner Energieeffizienz noch weiter verbessert.
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Alternativ oder ergänzend dazu weist eine Weiterbildung der Erfindung eine mit der Steuereinheit in Signalverbindung stehende Erfassungseinheit auf, über die eine Anwesenheit eines Bedieners erfassbar ist. Dabei ist die Antriebsmaschine über die Steuereinheit in Abhängigkeit der Anwesenheit beziehungsweise einer Abwesenheit des Bedieners automatisiert stoppbar. Die Erfassungseinheit kann beispielsweise ein Bewegungsmelder oder eine Lichtschranke sein. Diese Weiterbildung des hydrostatischen Hybridantriebs ergibt eine weitere Verbesserung der Energieeffizienz, da die Antriebsmaschine bei Abwesenheit des Bedieners nicht automatisch im Leerlauf weiterbetrieben wird und Energie verbraucht.
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In einer besonders bevorzugten und vorteilhaften Weiterbildung ist die Energieeffizienz des hydrostatischen Hybridantriebs dadurch weiter verbessert, dass der Hybridantrieb einen hydropneumatischen Speicher aufweist, der über jeweils zumindest eine Arbeitsleitung mit der ersten Hydromaschine und mit dem oder den hydrostatischen Verbrauchern in Druckmittelverbindung bringbar ist. Dabei sind die Arbeitsleitungen und der hydropneumatische Speicher an eine Ventileinheit angeschlossen, die mit der Steuereinheit in Signalverbindung steht. Auch der hydrostatische Speicher ist bevorzugt über eine Arbeitsleitung an die Ventileinheit angeschlossen. Ist der hydrostatische Verbraucher beispielsweise in einem Betriebszustand, in dem er Arbeit beziehungsweise Druckmittelenergie abgibt, kann die Ventileinheit über die Steuereinheit derart geschaltet werden, dass das Druckmittel direkt in den Speicher gefördert wird. Beispielsweise kann auf diese Weise bei Absenkung einer Last des hydrostatischen Verbrauchers eine Speicherung der potentiellen Energie der Last in Form von Druckmittelenergie erfolgen. In einer bevorzugten Weiterbildung hat der hydrostatische Hybridantrieb eine zweite Hydromaschine, die mit der ersten Hydromaschine gekoppelt ist, und über die ein oder mehrere weitere hydrostatische Verbraucher mit Druckmittel versorgbar sind. Befindet sich nun der über die zweite Hydromaschine versorgte hydrostatische Verbraucher in einem Betriebszustand, in dem er Arbeit abgibt, treibt er die zweite Hydromaschine an. Diese gibt im Motorbetrieb ein Antriebsmoment an die erste Hydromaschine ab, die dadurch Druckmittel in den hydropneumatischen Speicher fördert. Ein Beispiel hierfür ist die Speicherung kinetischer Energie beziehungsweise von Bremsenergie des hydrostatischen Hybridantriebs in Form von hydraulischer Druckenergie im hydropneumatischen Speicher. Der erfindungsgemäße hydrostatische Hybridantrieb eignet sich in beiden Weiterbildungen zum hydrostatischen regenerativen Bremsen. Die im hydropneumatischen Speicher gespeicherte Druckmittelenergie kann dem hydrostatischen Verbraucher über eine entsprechende Schaltstellung der Ventileinheit entweder direkt oder mittelbar über die erste und zweite Hydromaschine bereitgestellt werden.
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In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die erste oder zweite Hydromaschine verstellbar, insbesondere durchschwenkbar, ausgebildet. Alternativ dazu kann die erste oder zweite Hydromaschine als Konstantmaschine ausgebildet sein.
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Eine besonders vorteilhafte und komfortable Bedienung des hydrostatischen Hybridantriebs ergibt sich in einer Weiterbildung, in der die Steuereinheit derart ausgestaltet ist, dass die Antriebsmaschine über sie in Abhängigkeit des ermittelten Druckmittelbedarfs und/oder der erfassten Betriebsanforderung und/oder der erfassten Anwesenheit des Bedieners und/oder von der Forderung nach systemrelevanten Funktionen automatisiert startbar ist. Es ergibt sich eine Start-Stopp-Automatik in Abhängigkeit der genannten Betriebszustände beziehungsweise Betriebsbedingungen des hydrostatischen Hybridantriebs.
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Bevorzugt ist die Signalverbindung beziehungsweise sind die Signalverbindungen über einen Feldbus, insbesondere einen CAN-Bus, ausgestaltet. Eine derartig serielle Signalverbindung weist gegenüber herkömmlich parallelen Signalverbindungen einen geringeren Verkabelungsaufwand auf. Alternativ können aber auch diskrete Signalübermittlungen, zum Beispiel per Analog-Spannungs-Signal, oder andere verwendet werden.
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Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug, insbesondere eine mobile Baumaschine oder mobile Landmaschine oder ein Fahrzeug des öffentlichen Personennahverkehrs, wie beispielsweise ein Personenbus oder ein Kommunalfahrzeug, weist einen hydrostatischen Hybridantrieb gemäß der vorangehenden Beschreibung auf. Dabei ist der zumindest eine hydrostatische Verbraucher mit einem Arbeitsgerät des Fahrzeugs, insbesondere mit einem Hub- oder Drehwerk, oder mit einer Rad- oder Achseinheit oder mit einem Lüfter oder mit einer Klimaanlage des Fahrzeugs gekoppelt und treibt diese an. Das Fahrzeug ist aufgrund der vorbeschriebenen Stoppautomatik der Antriebsmaschine in Abhängigkeit des Druckmittelbedarfs besonders energieeffizient. Die Energieeffizienz des Fahrzeugs erhöht sich dabei analog zur vorhergehenden Beschreibung des Hybridantriebs mit den jeweiligen erfindungsgemäßen Weiterbildungen des Hybridantriebs.
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Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen hydrostatischen Hybridantriebs anhand einer Zeichnung näher erläutert.
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Ein hydrostatischer Hybridantrieb 1 hat eine Antriebsmaschine 2, die über eine Welle 4a mit einer ersten Hydromaschine 5 und über Wellen 4b und 4c mit einer zweiten Hydromaschine 8 gekoppelt ist. Die Antriebsmaschine 2 ist weiterhin über die Wellen 4a und 4b mit einer Hydropumpe 10 gekoppelt. Der hydrostatische Hybridantrieb 1 gemäß 1 ist dabei zum Beispiel in eine landwirtschaftliche Zugmaschine oder in ein Kommunalfahrzeug eingebaut. Der hydrostatische Hybridantrieb weist weiterhin zwei hydrostatische Verbraucher 12 und 14 auf, wobei der hydrostatische Verbraucher 12 als einfach wirkender hydraulischer Zylinder und der hydrostatische Verbraucher 14 als doppeltwirkender Hydraulikzylinder ausgestaltet ist. Über die hydrostatischen Verbraucher 12, 14 werden nicht dargestellte Hubwerke des Treckers angelenkt.
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Über eine erste und eine zweite Arbeitsleitung 18, 20 ist die Hydromaschine 8 mit der Hydromaschine 16 verbunden. Die beiden Hydromaschinen 8, 16 arbeiten dabei im geschlossenen Kreislauf, wobei gemäß 1 Tankleitungen 22a, 22b, die mit einem Tank T verbindbar sind, angedeutet sind. Die Hydromaschine 16 ist über eine Welle 5 mit einem Getriebe 44 einer Achseinheit 46 der Landmaschine verbunden. Die Achseinheit 46 hat zwei Räder 47.
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Des Weiteren hat der hydrostatische Hybridantrieb 1 gemäß 1 einen hydropneumatischen Speicher 24, der über eine Arbeitsleitung 26, eine nicht dargestellte Schaltstellung einer Ventileinheit 28 und eine Arbeitsleitung 30 mit der ersten Hydromaschine 6 verbindbar ist. Als weiteren hydrostatischen Verbraucher 32 weist der hydrostatische Hybridantrieb 1 einen Lüfter der Antriebsmaschine 2 auf. Die Antriebsmaschine 2 ist dabei als Dieselmotor ausgebildet. Der hydrostatische Verbraucher 32 beziehungsweise der Lüfter ist über nicht dargestellte Schaltstellungen der Ventileinheit 28 entweder über eine Arbeitsleitung 34 mit dem hydropneumatischen Speicher 24 oder über die Arbeitsleitung 26 mit der ersten Hydromaschine 6 verbindbar. Er ist somit entweder über die Antriebsmaschine 2 und die Hydromaschine 6 oder über den hydropneumatischen Speicher 24 mit Druckmittel versorgbar.
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Die beiden hydrostatischen Verbraucher 12 und 14 sind über zwei Arbeitsleitungen 36 beziehungsweise 38 mit einer Ventileinheit 40 verbunden und können jeweils über eine nicht dargestellte Schaltstellung der Ventileinheit 40 und eine Arbeitsleitung 42 mit der Ventileinheit 28 verbunden werden. Wie angedeutet ist die Arbeitsleitung 42 auch mit einem Tank verbindbar. Die Verbindung zum Tank wird durch ein nicht näher dargestelltes Ventil abgesperrt, wenn Speicher 24 und Verbraucher 12 oder 14 miteinander verbunden werden. Über nicht dargestellte Schaltstellungen der Ventileinheit 28 sind die hydrostatischen Verbraucher 12, 14 des Weiteren entweder mit dem hydropneumatischen Speicher 24 oder mit der Hydromaschine 6 verbindbar. Somit sind auch diese hydrostatischen Verbraucher 12, 14 entweder über die Antriebsmaschine 2 und die Hydromaschine 6 oder über den hydropneumatischen Speicher 24 mit Druckmittel versorgbar. Die Ventileinheiten 28 und 40 weisen weitere Arbeitsleitungen 48 und 50 auf, die gemäß 1 angedeutet sind. An diese beiden Arbeitsleitungen können weitere hydrostatische Verbraucher, Aggregate oder Speicher angeschlossen werden. Das Ventil 40 kann dafür in nicht näher dargestellter Weise über eine Pumpenleitung mit der Hydromaschine 10 fluidisch verbunden sein.
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Für eine Steuerung des hydrostatischen Antriebs 1 hat dieser eine Bedienerschnittstelle 52 und eine Steuereinheit 54. Die Bedienerschnittstelle 52 umfasst nicht dargestellte Bedienelemente zur Betätigung der hydrostatischen Verbraucher 12, 14 beziehungsweise der Hubwerke, sowie ein Bedienelement zur Steuerung der Antriebsmaschine 2 durch den Bediener, insbesondere zur Beschleunigung der Landmaschine, sowie ein Bedienelement zur Steuerung einer nicht dargestellten Klimaanlage der Landmaschine. Zur Steuerung der Antriebsmaschine 2 hat der hydrostatische Hybridantrieb 1 ein Dieselsteuergerät 56.
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Um eine Steuerung der Antriebsmaschine 2 in Abhängigkeit des Druckmittelbedarfs, einer Betriebsanforderung durch den Bediener oder dessen An- beziehungsweise Abwesenheit zu ermöglichen oder um zu ermitteln, ob systemrelevante Funktionen gefordert werden, hat der hydrostatische Hybridantrieb 1 gemäß 1 eine Vielzahl von Bestimmungs- und Erfassungseinheiten, über die ein Betriebszustand der hydrostatischen Verbraucher 12, 14, 32, der Ventileinheiten 28, 40, des hydropneumatischen Speichers 24, der Antriebsmaschine 2, sowie der Hydromaschine 6, 8, 16, der Hydropumpe 10 und der Achseinheit 46 erfassbar oder bestimmbar ist: Es werden somit alle zur Start-Stopp-Entscheidung erforderlichen systemrelevanten Signale erfasst und bewertet. Eine an die Arbeitsleitung 30 angeschlossene Druckbestimmungseinheit 58, über die ein Speicherdruck des hydropneumatischen Speichers 24 bestimmbar ist, ein (beziehungsweise mehrere bei mehreren Verbrauchern am Ventil) Betätigungselement 60 beziehungsweise 62 der Ventileinheiten 28 beziehungsweise 40, über das eine jeweilige Schaltstellung der entsprechenden Ventileinheit 28, 40 bestimmbar und steuerbar ist, ein Weggeber 60 beziehungsweise 66 der Hydraulikzylinder beziehungsweise hydrostatischen Verbraucher 12, 14, über den die Position des Kolbens im Hydraulikzylinder 12, 14 bestimmbar ist, eine Temperaturbestimmungseinheit 68, über die eine Öl- oder Kühlwassertemperatur der Antriebsmaschine 2 bestimmbar ist, eine Drehzahlbestimmungseinheit 70, über die eine Drehzahl der Achseinheit 46 bestimmbar ist, und schließlich eine Erfassungseinheit 72, über die ein Bediener des hydrostatischen Hybridantriebs 1 beziehungsweise der Landmaschine erfassbar, das heißt detektierbar, ist.
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Die genannten Erfassungs- beziehungsweise Bestimmungseinheiten sind dabei über einen seriellen CAN-Bus 74 oder per diskreter Signalleitung (zum Beispiel Analogsignal) mit der Steuereinheit 54 verbunden. Gemäß 1 ist der CAN-Bus 74 oder die Signalleitung dabei für jede der Bestimmungs- beziehungsweise Erfassungseinheiten als gestrichelte Signalleitung dargestellt. Bei diskreter Signalleitung sind gegebenenfalls mehrere Leitungen erforderlich. Über den CAN-Bus 74 kann dabei nicht nur eine Bestimmung oder Erfassung einer entsprechenden Größe der jeweiligen Bestimmungsbeziehungsweise Erfassungseinheit erfolgen, sondern unter Umständen auch eine Ansteuerung eines zugeordneten Stellelementes (zum Beispiel bei Ventilen mit On-Board-Elektronik) erfolgen. In der Regel erfolgt dies aber über eine diskrete Ansteuerung, also per Strom- oder Spannungssignal an den Verbraucher. Dies betrifft insbesondere die verstellbar ausgelegten Hydromaschinen 6, 8, 16, sowie die verstellbare Hydropumpe 10 und den mit einem Verstellmotor ausgestalteten hydrostatischen Verbraucher 32 des Lüfters, sowie die beiden Ventileinheiten 28 und 40. Diese Wirkrichtung der Steuereinheit 54 auf die genannten Stellelemente beziehungsweise Stelleinheiten wird gemäß 1 durch einen auf die Stelleinheiten gerichteten Pfeil der den CAN-Bus repräsentierenden gestrichelten Linien dargestellt.
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In der erfindungsgemäßen Steuereinheit 54 laufen somit den Betriebszustand des hydrostatischen Hybridantriebs 1 definierenden Zustandsgrößen wie der Druck im hydropneumatischen Speicher 24, die Temperatur der Antriebsmaschine 2, die Drehzahl der Achseinheit 46, die Position der Kolben der hydrostatischen Verbraucher 12 und 14, und die Ventilschaltstellungen der Ventileinheiten 28 beziehungsweise 40 also alle für die Start-Stopp-Entscheidung erforderlichen systemrelevanten Signale zusammen. Hinzu kommt, dass der Steuereinheit 54 eine Information darüber zugeht, ob der Bediener der Landmaschine beziehungsweise des hydrostatischen Hybridantriebs 1 anwesend ist. Dies erfolgt über die Erfassungseinheit 72. Als weitere Information gehen in die Steuereinheit 54 über eine Signalverbindung 53 die vorgenannten Einstellungen beziehungsweise Sollwerte der Bedienerschnittstelle 52 ein.
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Erfindungsgemäß ist die Steuereinheit 54 derart ausgestaltet, dass die über die Bedienerschnittstelle 52 eingestellten Sollwerte, sowie die anderen genannten Messgrößen der Bestimmungs- beziehungsweise Erfassungseinheiten von der Steuereinheit 54 ausgewertet werden und ein Druckmittelbedarf, beispielsweise für einen Antrieb der Achseinheit 46 oder für eine Druckmittelversorgung der hydrostatischen Verbraucher 12, 14, 32 oder des hydropneumatischen Speichers 24 ermittelt wird. Stellt die Steuereinheit 54 fest, dass kein Druckmittelbedarf besteht und dass kein weiteres systemrelevantes Element mit Antriebsenergie aus der Antriebsmaschine versorgt werden muss, ergeht von der Steuereinheit 54 ein Signal an das Steuergerät 56 der Antriebsmaschine 2, diese abzuschalten beziehungsweise zu stoppen. Dies erfolgt durch eine CAN-Botschaft zur Unterbrechung der Einspritzung (Motor = Stopp). Auf diese Weise läuft die Antriebsmaschine 2 beziehungsweise der Dieselmotor lediglich dann, wenn einer der hydrostatischen Verbraucher 12, 14, 32 oder der Fahrantrieb beziehungsweise die Achseinheit 46 Druckmittel benötigt, ein systemrelevantes Element mit Energie versorgt werden muss oder der hydropneumatische Speicher 24 mit Druckmittel aufgeladen werden soll.
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Die erfindungsgemäße Steuereinheit 54 ist nun weiterhin derart ausgestaltet, dass das Abschalten der Antriebsmaschine 2 auch in Abhängigkeit einer Anwesenheit beziehungsweise der Abwesenheit des Bedieners erfolgt. Voraussetzung hierfür ist jedoch, dass die Steuereinheit 54 vorher feststellen konnte, dass kein Druckmittelbedarf besteht. Über die Bedienerschnittstelle 52 ist die Steuereinheit 54 derart konfigurierbar, dass die Erfassung des Bedieners in die automatisierte Abschaltung der Antriebsmaschine 2 eingeht oder nicht.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Steuereinheit 54 weiterhin derart ausgestaltet, dass sie die Antriebsmaschine 2 auch dann ausschaltet beziehungsweise stoppt, wenn innerhalb einer vorbestimmten, konfigurierbaren Zeitspanne keine Betriebsanforderung des Bedieners an die Bedienerschnittstelle 52 ergeht. Dabei steht nach wie vor im Vordergrund, dass – basierend auf den eingestellten Sollwerten der Bedienerschnittstelle 52, über welche auch diese Start-Stopp-Funktion deaktiviert werden kann, und den von den Bestimmungs- beziehungsweise Erfassungseinheiten gemeldeten Werten – von der Steuereinheit 54 für die hydrostatischen Verbraucher 12, 14, 32 oder die Achseinheit 46 oder den hydropneumatischen Speicher 24 kein Druckmittelbedarf ermittelt wird und kein systemrelevantes Element mit Energie versorgt werden muss. Nur wenn diese Bedingung erfüllt ist, erfolgt die Abschaltung der Antriebsmaschine 2.
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Die vorbeschriebenen automatisierten Abschaltungen der Antriebsmaschine 2 bei fehlendem Druckmittelbedarf, fehlenden Betriebsanforderungen des Bedieners, wenn kein systemrelevantes Element mit Energie versorgt werden muss, oder bei erfasster Abwesenheit des Bedieners verringern die Betriebszeiten, in denen der hydrostatische Hybridantrieb 1 im Leerlauf betrieben wird. Auf diese Weise ist eine Stoppautomatik des Hybridantriebs 1 realisiert und dessen Energieeffizienz erhöht. Im Wesentlichen wird durch die Abschaltung der Antriebsmaschine deren Leerlauf und somit „unnötiger” Verbrauch von Benzin oder Diesel vermieden, was entsprechend zur Steigerung der Energieeffizienz der Gesamtmaschine führt.
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Um die Energieeffizienz des hydrostatischen Hybridantriebs 1 weiter zu erhöhen, ist im hydropneumatischen Speicher 24 Bremsenergie oder nicht benötigte potentielle oder kinetische Energie der durch die hydrostatischen Verbraucher 12, 14, 32 bewegten Lasten speicherbar. Beispielsweise kann eine über die Benutzerschnittstelle 52 angeforderte Bremsung der Achseinheit 46 anstatt über (nicht dargestellte) herkömmliche Bremsen der Achseinheit 46 über einen Schiebebetrieb der Hydromaschine 16 erfolgen. In Abhängigkeit der Fahrtrichtung des Hybridantriebs 1 beziehungsweise der Landmaschine wird dabei über die Arbeitsleitung 18 beziehungsweise 20 die Hydromaschine 8 als Hydromotor betrieben. Die Hydromaschine 8 gibt an die Hydromaschine 6 über die Wellen 4c und 4b ein Antriebsmoment ab, wodurch die Hydromaschine 6 den hydropneumatischen Speicher 24 über die Arbeitsleitungen 26 und 30 mit Druckmittel befüllt. Dabei wird die Ventileinheit 28 über die Steuereinheit 54 derart angesteuert, dass die beiden Arbeitsleitungen 26 und 30 verbunden sind. Eine analoge Befüllung des hydropneumatischen Speichers 24 kann über die Arbeitsleitungen 36 beziehungsweise 38 und 42 und 30 durch beispielsweise ein Abbremsen oder Absenken einer Last der hydrostatischen Verbraucher 12, 14 erfolgen. Umgekehrt kann die im hydropneumatischen Speicher 24 gespeicherte Druckmittelenergie der Achseinheit 46 oder den hydrostatischen Verbrauchern 12, 14, 32 über eine Ventilschaltstellung der Ventileinheiten 28 beziehungsweise 40 bereitgestellt werden. Diese Bereitstellung wird über die Steuereinheit 54 und den CAN-Bus 74 oder per diskretem Steuersignal (zum Beispiel Strom am Ventilmagneten) gesteuert.
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Die erfindungsgemäße Steuereinheit 54 ist derart ausgestaltet, dass neben der vorbeschriebenen Stoppautomatik auch eine Startautomatik der Antriebsmaschine 2 in Abhängigkeit des Druckmittelbedarfs, bei Energiebedarf systemrelevanter Elemente oder der Betriebsanforderung durch den Bediener oder der erneuten Anwesenheit des Bedieners erfolgt. Dabei sind zwei Varianten denkbar: Einerseits kann die Steuereinheit 54 bei ermitteltem Druckmittelbedarf, bei Energiebedarf systemrelevanter Elemente oder bei erfasster Betriebsanforderung oder Anwesenheit des Bedieners das Starten der Antriebsmaschine 2 über einen nicht dargestellten elektrischen Startermotor veranlassen. Diese Alternative weist jedoch den Nachteil auf, dass der Startermotor Verschleiß unterworfen ist. Daher wird diese Alternative insbesondere bei drucklosem hydropneumatischem Speicher 24 bevorzugt. Alternativ oder ergänzend dazu kann die Steuereinheit 54 die Antriebsmaschine 2 über die Hydromaschine 6 unter Ausnutzung der im hydropneumatischen Speicher 24 gespeicherten Druckmittelenergie starten. In diesem Fall wird von der Steuereinheit 54 über den CAN-Bus 74 oder mittels diskretem Signal (zum Beispiel Strom am Ventilmagneten) ein Steuersignal an die Stelleinheit 60 der Ventileinheit 28 gesendet, so dass die Arbeitsleitungen 30 und 26 verbunden werden und ein Arbeitsanschluss der Hydromaschine 6 mit Druckmittel beaufschlagt wird. In der Folge treibt die Hydromaschine 6 die Welle 4a an, um die Antriebsmaschine 2 (ohne die Verwendung des elektrischen Startermotors) zu starten. Die Hydromaschine 6 ist durchschwenkbar ausgestaltet.
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Die Steuereinheit 54 ist überwachend ausgestaltet, das heißt sie gleicht fortlaufend die über den CAN-Bus 74 oder alternative Feldbussysteme an die Steuereinheit 54 gemeldeten Zustandsinformationen der Bestimmungs- beziehungsweise Erfassungseinheiten des hydrostatischen Hybridantriebs 1 mit den über die Benutzerschnittstelle 52 eingestellten Sollwerten ab und ermittelt den Druckmittelbedarf beziehungsweise prüft über diverse Sensoreinheiten, ob systemrelevante Element mit Energie versorgt werden müssen.
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Offenbart ist ein hydrostatischer Hybridantrieb der eine Antriebsmaschine und eine mit dieser koppelbare Hydromaschine aufweist. Über die Hydromaschine ist dabei zumindest ein hydrostatischer Verbraucher mit Druckmittel versorgbar. Weiterhin hat der hydrostatische Hybridantrieb eine Steuereinheit die mit der Antriebsmaschine in Signalverbindung steht. Über die Steuereinheit wird dabei ein Druckmittelbedarf des hydrostatischen Verbrauchers ermittelt. Dabei ist die Antriebsmaschine über die Steuereinheit in Abhängigkeit des ermittelten Druckmittelbedarfs automatisiert stoppbar.
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Offenbart ist weiterhin ein Fahrzeug mit diesem hydrostatischen Hybridantrieb.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006010508 A1 [0003, 0009]
