DE102015222016A1

DE102015222016A1 - Verfahren sowie Antriebs- und Bremssystem zum Bremsen eines vollständig oder teilweise elektromotorisch angetriebenen Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102015222016A1
Application number: DE102015222016.8A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Klinger
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2015-11-09
Filing date: 2015-11-09
Publication date: 2017-05-11

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bremsen eines vollständig oder teilweise elektromotorisch angetriebenen Fahrzeugs (6, 14), insbesondere einer landwirtschaftlichen und/oder forstwirtschaftlichen Arbeitsmaschine (14) oder eines selbstfahrfähigen Anhängewagens (6) einer landwirtschaftlichen und/oder forstwirtschaftlichen Arbeitsmaschine (14), wobei ein an einem Fahrzeugrad (10, 10‘, 10‘‘, 10‘‘‘, 10‘‘‘‘, 10‘‘‘‘‘) angefordertes Bremsmoment (1) als Summe eines drehzahlabhängigen elektromotorischen Bremsmoments (2) eines Elektromotors und eines mechanischen Bremsmoments (3) einer Reibungsbremse (8, 8‘, 8‘‘, 8‘‘‘, 8‘‘‘‘, 8‘‘‘‘‘) bereitgestellt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass ein maximal möglicher Anteil des angeforderten Bremsmoments (1) als elektromotorisches Bremsmoment (2) bereitgestellt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin ein entsprechendes Antriebs- und Bremssystem (5) eine landwirtschaftliche und/oder forstwirtschaftliche Arbeitsmaschine (14) sowie einen selbstfahrfähigen Anhängewagen (6).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bremsen eines vollständig oder teilweise elektromotorisch angetriebenen Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, ein Antriebs- und Bremssystem zum Bremsen eines vollständig oder teilweise elektromotorisch angetriebenen Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 6 sowie eine entsprechende landwirtschaftliche bzw. forstwirtschaftliche Arbeitsmaschine und einen entsprechenden selbstfahrfähigen Anhängewagen.
Im Stand der Technik sind landwirtschaftliche bzw. forstwirtschaftliche Arbeitsmaschinen sowie unterschiedliche Gattungen von Anhängern für derartige Arbeitsmaschinen bekannt. Typische Anhänger sind etwa Ladewagen oder Güllefässer. Die Anhänger sind dabei oftmals als sog. Triebachsenanhänger ausgebildet, welche einen oder mehrere über die Zapfwelle der Arbeitsmaschine mechanisch antreibbare Achsantriebe aufweisen. Der durch die Achsantriebe in Triebachsenanhängern erzeugte Vortrieb verbessert die Geländegängigkeit eines aus Arbeitsmaschine und Triebachsenanhänger bestehenden Gespanns deutlich gegenüber einem aus einer Arbeitsmaschine und einem geschleppten Anhänger bestehenden Gespann. Weiterhin ist es bekannt, landwirtschaftliche bzw. forstwirtschaftliche Arbeitsmaschinen mit hydraulischen Achsantrieben, hydraulischen Einzelradantrieben oder mit elektrischen Einzelradantrieben auszustatten, wobei sich hier insbesondere Vorteile hinsichtlich der räumlichen Trennung des Verbrennungsmotors von den Antriebsrädern und damit verbunden freiwerdender Bauraum in der landwirtschaftlichen bzw. forstwirtschaftlichen Arbeitsmaschine ergeben. Schließlich ist es aus dem PKW-Bereich bekannt, die Elektromotoren von elektrischen Antrieben bei Bremsvorgängen im Generatorbetrieb zum Rekuperieren von elektrischer Leistung zu verwenden.
In diesem Zusammenhang beschreibt die DE 10 2013 001 175 A1 ein Zusatzgerät für eine landwirtschaftliche Arbeitsmaschine mit einer Hydraulikpumpeneinheit, welche dazu eingerichtet ist, ein Hydraulikfluid mit einem vorbestimmten Arbeitsdruck zu fördern. Weiterhin umfasst das Zusatzgerät eine Antriebseinheit, die mit der Hydraulikpumpeneinheit verbunden ist, um diese zur Bereitstellung des Arbeitsdrucks anzutreiben, sowie einen Hydraulikantrieb mit einem Antriebs-Fluideingang, der über eine Druckleitung mit einem Pumpen-Fluidausgang der Hydraulikpumpeneinheit verbunden ist, um dem Hydraulikantrieb unter Arbeitsdruck stehendes Hydraulikfluid zuzuführen. Bei dem Zusatzgerät kann es sich um ein Anbaugerät wie z.B. einen nichtselbstfahrfähigen Ladewagen oder einen Schwader handeln. Die Antriebseinheit kann entweder als Elektromotor oder als Nebenabtrieb der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine ausgebildet sein.
Weiterhin ist der Anmelderin unter dem Namen „Rigitrac EWD120“ eine dieselelektrisch angetriebene landwirtschaftliche Arbeitsmaschine bekannt, die einen dieselgetriebenen Generator zum Bereitstellen einer elektrischen Leistung sowie vier in die Radfelgen integrierte, als Radnabenantriebe ausgebildete, elektrische Einzelradanriebe umfasst. Die vom Generator erzeugte elektrische Leistung wird den Radnabenantrieben zur Verfügung gestellt. Durch die Einzelradanriebe wird eine individuelle Steuerung und Regelung der Antriebsräder ermöglicht. Weiterhin verfügt der „Rigitrac EWD120“ über einen elektrischen Bremswiderstand, der im Generatorbetrieb der Elektromotoren eine elektrische Last darstellt, welche die Elektromotoren belastet und bremst.
Die bekannten Antriebseinheiten für landwirtschaftliche bzw. forstwirtschaftliche Arbeitsmaschinen sowie für selbstfahrfähige Anhänger derartiger Arbeitsmaschinen sind jedoch insofern nachteilbehaftet, als dass im Generatorbetrieb der Antriebseinheiten der Drehzahlabhängigkeit des Bremsmoments der Elektromotoren nicht Rechnung getragen wird.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Bremsen eines vollständig oder teilweise elektromotorisch angetriebenen Fahrzeugs vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren zum Bremsen eines vollständig oder teilweise elektromotorisch angetriebenen Fahrzeugs gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bremsen eines vollständig oder teilweise elektromotorisch angetriebenen Fahrzeugs, insbesondere einer landwirtschaftlichen und/oder forstwirtschaftlichen Arbeitsmaschine oder eines selbstfahrfähigen Anhängewagens einer landwirtschaftlichen und/oder forstwirtschaftlichen Arbeitsmaschine, wobei ein an einem Fahrzeugrad angefordertes Bremsmoment als Summe eines drehzahlabhängigen elektromotorischen Bremsmoments eines Elektromotors und eines mechanischen Bremsmoments einer Reibungsbremse bereitgestellt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass ein maximal möglicher Anteil des angeforderten Bremsmoments als elektromotorisches Bremsmoment bereitgestellt wird.
Indem erfindungsgemäß bei jedem Bremsvorgang also das elektromotorische Bremsmoment maximal ausgeschöpft wird, ergibt sich zunächst der Vorteil, dass ein Verschleiß der Reibungsbremse auf ein Minimum reduziert wird, da diese erfindungsgemäß nur noch herangezogen wird, um eine zwischen dem angeforderten Bremsmoment und dem elektromotorischen Bremsmoment bestehende Bremsmomentlücke zu schließen. Die elektromotorische Bremswirkung wird dabei über eine elektromagnetische – also verschleißfreie – Wechselwirkung des Rotors mit dem Stator des Elektromotors erzeugt.
Weiterhin ergibt sich der Vorteil, dass das durch den Elektromotor bereitgestellte elektromotorische Bremsmoment im Gegensatz zu einem mechanischen Bremsmoment nicht als Wärme verloren geht, sondern durch den beim Bremsvorgang als Generator genutzten Elektromotor in elektrische Leistung umgewandelt wird und anderen elektrischen Verbrauchern oder einem elektrischen Energiespeicher zugeführt werden kann. Eine derartige Umwandlung von Bremsmoment in elektrische Leistung ist allgemein auch als Rekuperation bekannt.
Besondere Vorteile ergeben sich somit beispielsweise bei einer Bergabfahrt eines derartigen Fahrzeugs, welche zwar nur ein geringes, jedoch über einen langen Zeitraum konstantes Bremsmoment erfordert, da in diesem Fall ausschließlich elektromotorisch gebremst werden kann.
Insbesondere können somit vorteilhaft sog. Fading-Erscheinungen der Reibungsbremse vermieden werden.
Unter dem Begriff „Bereitstellung eines maximal möglichen Anteils des angeforderten Bremsmoments als elektromotorisches Bremsmoment“ wird im Sinne der Erfindung verstanden, dass das angeforderte Bremsmoment soweit wie möglich elektromotorisch bereitgestellt wird. Sofern das angeforderte Bremsmoment geringer ist als die zur Verfügung stehende elektromotorische Bremsmoment, so wird das elektromotorische Bremsmoment jedoch nicht vollständig abgerufen sondern nur soweit, bis sie der angeforderte Bremsmoment entspricht. Der Anteil der mechanischen Bremsmoment an der angeforderten Bremsmoment beträgt in letzterem Fall also Null.
Unter dem Begriff „landwirtschaftliche und/oder forstwirtschaftliche Arbeitsmaschine“ wird im Sinne der Erfindung ein Traktor verstanden, der zur Feldarbeit bzw. Forstarbeit geeignet ist und eine Kopplung mit einer Vielzahl unterschiedlicher Anbaugeräte wie z.B. Anhängewagen ermöglicht, wobei die Kopplung auch eine Übertragbarkeit von mechanischer, hydraulischer bzw. elektrischer Leistung umfassen kann.
Unter dem Begriff „selbstfahrfähiger Anhängewagen“ wird im Sinne der Erfindung ein Anhängewagen für eine landwirtschaftliche bzw. forstwirtschaftliche Arbeitsmaschine verstanden, welcher über einen eigenen Fahrantrieb verfügt und eine Kopplung mit der landwirtschaftlichen bzw. forstwirtschaftlichen Arbeitsmaschine ermöglicht. Die Kopplung kann dabei auch eine Übertragbarkeit von mechanischer, hydraulischer bzw. elektrischer Leistung von der Arbeitsmaschine an den Anhängewagen und vom Anhängewagen an die Arbeitsmaschine umfassen.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass das angeforderte Bremsmoment einem von einem Fahrer des Fahrzeugs angeforderten Gesamtbremsmoment entspricht, wobei der Fahrer das Gesamtbremsmoment z.B. nach Maßgabe einer Betätigung eines Bremspedals anfordern kann.
Insbesondere ist es bevorzugt, dass das vom Fahrer angeforderte angeforderten Gesamtbremsmoment mittels eines Bremsensteuergeräts auf alle Fahrzeugräder verteilt wird, so dass jedes Fahrzeugrad mit einem Bruchteil des insgesamt angeforderten Gesamtbremsmoments beaufschlagt wird.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass der mindestens eine Elektromotor als Asynchronmotor ausgebildet ist. Asynchronmotoren weisen eine besonders hohe Effizienz auf und eignen sich zur Erzeugung sehr hoher Drehmomente, was insbesondere Anfahrvorgänge begünstigt. Somit eignen sie sich vorteilhaft zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Anbaugerät.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das elektromotorische Bremsmoment drehzahlabhängig ermittelt wird und dass eine Anpassung der mechanischen Bremsmoment nach Maßgabe einer Änderung des elektromotorischen Bremsmoments erfolgt, um das angeforderte Bremsmoment drehzahlunabhängig bereitzustellen. Da das zur Verfügung stehende elektromotorische Bremsmoment drehzahlabhängig ist, ergibt sich aus der Ermittlung des jeweils zur Verfügung stehenden elektromotorischen Bremsmoments der Vorteil, dass die Summe des elektromotorischen Bremsmoments und des mechanischen Bremsmoments, welche dem insgesamt angeforderten Bremsmoment entspricht, aus drehlzahlabhängig flexibel anpassbaren Summanden unter Wahrung eines konstanten Werts der Summe besteht. Somit wird bei einem Bremsvorgang jederzeit ein maximal möglicher Anteil des angeforderten Bremsmoments elektromotorisch bereitgestellt, ohne dass dabei das insgesamt bereitgestellte Bremsmoment vom angeforderten Bremsmoment abweicht.
Die Drehzahlabhängigkeit des elektromotorischen Bremsmoments ergibt sich allgemein anhand der maximalen Leistung des Elektromotors und anhand der Drehzahl des Elektromotors über den Zusammenhang P = M × ω, wobei P die maximale Leistung, M das Drehmoment und ω die Winkelgeschwindigkeit des Rotors des Elektromotors ist. Da die maximale Leistung konstant ist, nimmt das Drehmoment, welches dem Bremsmoment entspricht, mit abnehmender Winkelgeschwindigkeit zu.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass das elektromotorische Bremsmoment drehzahlabhängig von einer Motordrehzahl oder einer Fahrzeugraddrehzahl bestimmt wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das elektromotorische Bremsmoment aus einer elektronisch abrufbaren Drehzahl-Bremsmoment-Kennlinie ausgelesen wird. Die Drehzahl-Bremsmoment-Kennlinie beschreibt dabei einen Zusammenhang zwischen der jeweiligen Drehzahl und dem jeweils bei dieser Drehzahl zur Verfügung stehenden maximalen elektromotorischen Bremsmoment. Dies stellt eine einfache und effiziente Möglichkeit zum drehzahlabhängigen Ermitteln des elektromotorischen Bremsmoments dar.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das mechanische Bremsmoment mit abnehmender Drehzahl reduziert wird. Da das elektromotorische Bremsmoment sich mit abnehmender Drehzahl erhöht, kann durch eine gleichzeitige Reduzierung des mechanischen Bremsmoments ein drehzahlunabhängiges und konstantes Gesamtbremsmoment zur Verfügung gestellt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das elektromotorische Bremsmoment für einen Generatorbetrieb des Elektromotors herangezogen wird, um elektrische Leistung zu rekuperieren und diese mindestens anteilig einem elektrischen Energiespeicher zuzuführen. Die vom Elektromotor rekuperierte elektrische Leistung kann später bei Bedarf wieder zum Betrieb des Elektromotors oder anderer elektrischer Verbraucher herangezogen zu werden. Dies verbessert die Effizienz des Fahrzeugs deutlich.
Besonders bevorzugt ist der elektrische Energiespeicher als NiMH-Akkumulator oder LiPo-Akkumulator ausgebildet.
Ganz besonders bevorzugt ist es vorgesehen, dass der elektrische Energiespeicher zusätzlich einen Kondensator umfasst, welcher kurzfristig auch sehr hohe elektrische Leistungen aufnehmen kann. Somit kann insbesondere im Rekuperationsbetrieb, welcher kurzfristig das Entstehen von vergleichsweise hohen elektrischen Leistungen, insbesondere von elektrischen Strömen, bewirkt, eine Beschädigung des elektrischen Energiespeichers vermieden werden. Die vom Kondensator kurzfristig aufgenommene elektrische Energie kann dann ebenfalls zum Antrieb des mindestens einen Elektromotors verwendet werden bzw. zum Laden einer Batterie bzw. eines Akkumulators, welche ebenfalls Bestandteil des elektrischen Energiespeichers sind. Ebenso kann die vom Kondensator kurzfristig aufgenommene elektrische Energie auch zum Betrieb anderer elektrischer Verbraucher neben dem Elektromotor verwendet werden.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Antriebs- und Bremssystem für ein vollständig oder teilweise elektromotorisch angetriebenes Fahrzeug, insbesondere für eine landwirtschaftliche und/oder forstwirtschaftliche Arbeitsmaschine oder für einen selbstfahrfähigen Anhänger einer landwirtschaftlichen und/oder forstwirtschaftlichen Arbeitsmaschine, umfassend mindestens eine Antriebseinheit mit einem Elektromotor zum Bereitstellen eines Antriebsmoments und eines drehzahlabhängigen elektromotorischen Bremsmoments, mindestens eine Reibungsbremse zum Bereitstellen und eines mechanischen Bremsmoments und eine Regeleinheit, welche dazu ausgebildet ist, die mindestens eine Antriebseinheit und die mindestens eine Reibungsbremse derart anzusteuern, dass diese eine an einem Fahrzeugrad angeforderte Bremsmoment als Summe des drehzahlabhängigen elektromotorischen Bremsmoments und des mechanischen Bremsmoment bereitstellen. Das erfindungsgemäße Antriebs- und Bremssystem zeichnet sich dadurch aus, dass die Regeleinheit weiterhin dazu ausgebildet ist, die mindestens eine Antriebseinheit und die mindestens eine Reibungsbremse derart anzusteuern, dass ein maximal möglicher Anteil des angeforderten Bremsmoments als elektromotorisches Bremsmoment bereitgestellt wird. Das erfindungsgemäße System umfasst damit alle zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens benötigten Vorrichtungen und ermöglicht somit vorteilhaft das Erlangen der bereits beschriebenen Vorteile.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass die Antriebseinheit und die Reibungsbremse einem gemeinsamen Fahrzeugrad zugeordnet sind. Somit kann das Gesamtbremsmoment des gemeinsamen Fahrzeugrads nach dem erfindungsgemäßen Verfahren geregelt werden.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Antriebseinheit ein Untersetzungsgetriebe, insbesondere eine mehrstufiges Untersetzungsgetriebe, umfasst, wobei eine Motorwelle des Elektromotors trieblich mit dem Untersetzungsgetriebe gekoppelt ist. Dadurch kann ein vergleichsweise kleinbauender Elektromotor mit vergleichsweise hoher Drehzahl verwendet werden. Dies reduziert den benötigten Bauraum für die erfindungsgemäße Antriebseinheit sowie das Gewicht der Antriebseinheit.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das System eine Vielzahl von Antriebseinheiten und Reibungsbremsen umfasst, wobei jeweils einem Fahrzeugrad gemeinsam eine Antriebseinheit und eine Reibungsbremse zugeordnet sind. Insbesondere ist es bevorzugt, dass der Vielzahl von Antriebseinheiten und Reibungsbremsen nur eine einzelne Regeleinheit zugeordnet ist, welche dazu ausgebildet ist, die Vielzahl von Antriebseinheiten und die Vielzahl von Reibungsbremsen im erfindungsgemäßen Sinne anzusteuern.
Besonders bevorzugt ist es vorgesehen, dass das System vier Antriebseinheiten und vier Reibungsbremsen umfasst.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Regeleinheit einen elektronischen Speicher umfasst, in welchem eine Drehzahl-Bremsmoment-Kennlinie abrufbar abgelegt ist. Somit kann die Regeleinheit anhand der Drehzahl-Bremsmoment-Kennlinie bei einem Bremsvorgang jederzeit das angeforderte Bremsmoment als Summe aus elektromotorischem Bremsmoment und mechanischem Bremsmoment bereitstellen. Im gleichen Maße, wie sich das aus elektromotorische Bremsmoment mit abnehmender Drehzahl erhöht, kann somit das mechanische Bremsmoment mit abnehmender Drehzahl reduziert werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das System dazu ausgebildet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Dies ermöglicht die bereits beschriebenen Vorteile.
Die Erfindung betrifft außerdem eine landwirtschaftliche und/oder forstwirtschaftliche Arbeitsmaschine. Die erfindungsgemäße Arbeitsmaschine zeichnet sich dadurch aus, dass die Arbeitsmaschine ein erfindungsgemäßes System aufweist. Daraus ergeben sich die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen System beschriebenen Vorteile auch für die erfindungsgemäße Arbeitsmaschine.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass die Arbeitsmaschine vier Fahrzeugräder umfasst, wobei jedem Fahrzeugrad gemeinsam eine Antriebseinheit und eine Reibungsbremse zugeordnet sind. Dies ermöglicht zunächst das Erzielen einer weitgehend optimalen Geländegängigkeit, da jedes Fahrzeugrad zum Vortrieb beitragen kann. Indem jedes Fahrzeugrad zudem über eine ausschließlich ihm individuell zugeordnete Antriebseinheit verfügt, können auch situationsabhängig unterschiedliche Antriebsmomente erzeugt werden. Dies verbessert wiederum das Schlupfverhalten der Fahrzeugräder und damit das Traktionsvermögen. Außerdem können sogar Lenkbewegungen der Arbeitsmaschine unterstützt werden. Weiterhin ergibt sich der Vorteil, dass die Spurbreite der Arbeitsmaschine flexibel gewählt werden kann, lediglich der Einbauraum für die Antriebseinheiten muss zur Verfügung gestellt werden. Zusätzlich kann der Verschleiß der Reibungsbremsen wesentlich reduziert werden und durch Rekuperation während der elektromotorischen Bremsvorgänge kann die Energieeffizienz der Arbeitsmaschine verbessert werden.
Die Erfindung betrifft schließlich auch einen selbstfahrfähigen Anhängewagen für eine landwirtschaftliche und/oder forstwirtschaftliche Arbeitsmaschine. Der erfindungsgemäße Anhängewagen zeichnet sich dadurch aus, dass der Anhängewagen ein erfindungsgemäßes System aufweist. Daraus ergeben sich die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen System beschriebenen Vorteile auch für den erfindungsgemäßen Anhängewagen.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass der Anhängewagen eine Vielzahl von Fahrzeugrädern umfasst, wobei jedem Fahrzeugrad gemeinsam eine Antriebseinheit und eine Reibungsbremse zugeordnet sind. Mit jedem antreibbaren Fahrzeugrad des Anbaugeräts verbessert sich dessen Vortriebsfähigkeit und damit dessen Geländegängigkeit und Traktionsvermögen. Zusätzlich kann der Verschleiß der Reibungsbremsen wesentlich reduziert werden und durch Rekuperation während der elektromotorischen Bremsvorgänge kann die Energieeffizienz des Anhängewagens verbessert werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
Es zeigen:
1 beispielhaft und schematisch einen Bremsvorgang in Form eines Liniendiagramms,
2 beispielhaft und schematisch einen weiteren Bremsvorgang in Form eines Liniendiagramms,
3 beispielhaft und schematisch einen nochmals weiteren Bremsvorgang in Form eines Liniendiagramms,
4 beispielhaft und schematisch eine mögliche Ausbildungsform eines erfindungsgemäßen Antriebs- und Bremssystems in einem Anhängewagen und
5 eine mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen, vollständig elektromotorisch angetriebenen landwirtschaftlichen bzw. forstwirtschaftlichen Arbeitsmaschine.
Gleiche Gegenstände, Funktionseinheiten und vergleichbare Komponenten sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Diese Gegenstände, Funktionseinheiten und vergleichbaren Komponenten sind hinsichtlich ihrer technischen Merkmale identisch ausgeführt, sofern sich aus der Beschreibung nicht explizit oder implizit etwas anderes ergibt.
1 zeigt beispielhaft und schematisch einen Bremsvorgang in Form eines Liniendiagramms entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren. Auf der linken y-Achse ist die Geschwindigkeit eines elektromotorisch angetriebenen Fahrzeugs 8, 14, welches mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens verzögert, in der Einheit km/h aufgetragen. Die rechte y-Achse zeigt das Bremsmoment in der Einheit Nm an. Die x-Achse schließlich gibt die Zeit in der Einheit s an. Wie zu sehen ist, sind in 1 vier Kurven 1, 2, 3, 4 dargestellt, wobei die gestrichelte Kurve 1 das angeforderte und bereitgestellte Gesamtbremsmoment darstellt, die durchgehende Kurve 2 stellt das elektromotorische Bremsmoment 2 dar, die gestrichpunktete Kurve 3 stellt das mechanische Bremsmoment 3 dar und die doppelt gestrichpunktete Kurve 4 stellt die Geschwindigkeit 4 des elektromotorisch angetriebenen Fahrzeugs 6, 14 dar. Die Geschwindigkeit 4 des Fahrzeugs 6, 14 ist ein Maß für die Drehzahl, mit welcher ein das Fahrzeug 6, 14 antreibender oder verzögernder Elektromotor dreht. Wie in 1 zu sehen ist, wird über die gesamte Dauer des Bremsvorgangs ein konstantes Gesamtbremsmoment 1 bereitgestellt. Dementsprechend nimmt die Geschwindigkeit 4 des Fahrzeugs 6, 14 über die Zeit konstant ab. Wie in der 1 weiterhin zu sehen ist, wird das angeforderte Bremsmoment 1, also das bereitgestellte Gesamtbremsmoment 1, als Summe des drehzahlabhängigen elektromotorischen Bremsmoments 2 eines Elektromotors und des mechanischen Bremsmoments 3 einer Reibungsbremse 8 bereitgestellt. Dabei wird über den gesamten Bremsvorgang ein maximal möglicher Anteil des angeforderten Bremsmoments 1 elektromotorisch bereitgestellt. Da das maximal bereitstellbare elektromotorische Bremsmoment 2 drehzahlabhängig ist, nimmt es mit fortschreitender Zeit über die Dauer des Bremsvorgangs zu. Die Drehzahlabhängigkeit des elektromotorischen Bremsmoments 2 ergibt sich dabei allgemein aus der maximalen Leistung des Elektromotors und aus der Drehzahl des Elektromotors nach dem Zusammenhang P = M × ω, wobei P die maximale Leistung, M das Drehmoment und ω die Winkelgeschwindigkeit des Rotors des Elektromotors ist. Da die maximale Leistung konstant ist, nimmt das Drehmoment, welches dem Bremsmoment entspricht, folglich mit abnehmender Winkelgeschwindigkeit zu. Das zu jedem Zeitpunkt bereitstellbare maximale elektromotorische Bremsmoment 2 wird drehzahlabhängig ermittelt und es erfolgt eine Anpassung im Sinne einer Reduzierung des mechanischen Bremsmoments 3 nach Maßgabe der Änderung der elektromotorischen Bremsmoment 2, um das angeforderte Bremsmoment 1 drehzahlunabhängig bereitzustellen. Andernfalls würde durch die Zunahme des elektromotorischen Bremsmoments 2 das Gesamtbremsmoment 1 im gleichen Maße zunehmen wie das elektromotorische Bremsmoment 2. Somit würde die Verzögerung des Fahrzeugs mit abnehmender Geschwindigkeit 4 immer stärker, was in der Regel unerwünscht ist. Durch die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das elektromotorische Bremsmoment 2 also maximal ausgeschöpft. Dies resultiert in einem auf ein Minimum reduzierten Verschleiß der Reibungsbremse 8, da die Reibungsbremse 8 um das vom Elektromotor bereitgestellte elektromotorische Bremsmoment 2 entlastet wird. Die Bereitstellung des elektromotorischen Bremsmoments 2 ist dabei verschleißfrei, da es auf der des Rotors mit dem Stator des Elektromotors beruht. Außerdem wird das durch den Elektromotor bereitgestellte elektromotorische Bremsmoment 2 durch den beim Bremsvorgang als Generator genutzten Elektromotor in elektrische Leistung umgewandelt. Diese kann anderen elektrischen Verbrauchern oder einem elektrischen Energiespeicher 16 zugeführt werden.
2 zeigt beispielhaft und schematisch einen weiteren Bremsvorgang in Form eines Liniendiagramms entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren. Bei dem im Liniendiagramm der 2 dargestellten Bremsvorgang handelt es sich um eine Bergabfahrt, welche das Aufbringen eines konstanten aber nur geringen Gesamtbremsmoments 1 erforderlich macht. Das Gesamtbremsmoments 1 entspricht auch in diesem Fall wieder dem angeforderten Bremsmoment 1. Wie zu sehen ist, wird das angeforderte Bremsmoment 1 ausschließlich durch den Elektromotor in Form eines elektromotorischen Bremsmoments 2 bereitgestellt. Da das Fahrzeug 6, 14 durch die Bergabfahrt außerdem eine konstante Beschleunigung erfährt, welche beispielsgemäß genau der Verzögerung mit umgekehrtem Vorzeichen entspricht, bleibt die Geschwindigkeit 4 des Fahrzeugs 6, 14 ohne das Bereitstellen eines mechanischen Bremsmoments 3 konstant. Die Reibungsbremse 8 wird also beispielsgemäß nicht für den Verzögerungsvorgang herangezogen. Somit entsteht auch kein Verschleiß an der Reibungsbremse 8. Da der Elektromotor während des Bremsvorgangs im Generatorbetrieb betrieben wird, rekuperiert er elektrische Leistung, anderen elektrischen Verbrauchern oder einem elektrischen Energiespeicher 16 zugeführt werden kann.
3 zeigt beispielhaft und schematisch einen nochmals weiteren Bremsvorgang in Form eines Liniendiagramms entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren. Bei dem im Liniendiagramm der 3 dargestellten Bremsvorgang handelt es sich um eine langsame und gleichmäßige Verzögerung, welche das Aufbringen eines geringen und konstanten Gesamtbremsmoments 1 bzw. angeforderten Bremsmoments 1 erforderlich macht. Wie zu sehen ist, wird auch in diesem Fall das angeforderte Bremsmoment 1 ausschließlich durch den Elektromotor in Form eines elektromotorischen Bremsmoments 2 bereitgestellt. Das elektromotorische Bremsmoment 2 führt zu über die genannte langsame und gleichmäßige Verzögerung zu einer ebenfalls langsamen und gleichmäßigen Reduzierung der Geschwindigkeit 4 des Fahrzeugs 6, 14. Da auch in diesem Ausführungsbeispiel der Elektromotor während des Bremsvorgangs im Generatorbetrieb betrieben wird, rekuperiert er elektrische Leistung, anderen elektrischen Verbrauchern oder einem elektrischen Energiespeicher 16 zugeführt werden kann. Weiterhin entsteht auch kein Verschleiß an der Reibungsbremse 8, da diese nicht zum Bereitstellen eines mechanischen Bremsmoments 3 herangezogen wird.
4 zeigt beispielhaft und schematisch eine mögliche Ausbildungsform eines erfindungsgemäßen Antriebs- und Bremssystems 5 für einen elektromotorisch angetriebenen selbstfahrfähigen Anhängewagen 6 einer landwirtschaftlichen bzw. forstwirtschaftlichen Arbeitsmaschine. Das System 5 umfasst beispielsgemäß zwei Antriebseinheiten 7, 7‘ mit jeweils einem Elektromotor zum Bereitstellen eines Antriebsmoments sowie eines drehzahlabhängigen elektromotorischen Bremsmoments. Weiterhin umfasst das System 5 sechs Reibungsbremsen 8, 8‘, 8‘‘, 8‘‘‘, 8‘‘‘‘, 8‘‘‘‘‘ zum Bereitstellen und eines mechanischen Bremsmoments 3. Schließlich umfasst das System 5 auch eine Regeleinheit 9, welche dazu ausgebildet ist, die Antriebseinheiten 7, 7‘ und die Reibungsbremsen 8, 8‘, 8‘‘, 8‘‘‘, 8‘‘‘‘, 8‘‘‘‘‘ derart anzusteuern, dass diese ein an einem Fahrzeugrad 10, 10‘, 10‘‘, 10‘‘‘, 10‘‘‘‘, 10‘‘‘‘‘ angefordertes Bremsmoment 1 als Summe des drehzahlabhängigen elektromotorischen Bremsmoments 2 und des mechanischen Bremsmoments 3 bereitstellen. Außerdem ist die Regeleinheit weiterhin dazu ausgebildet, die Antriebseinheiten 7, 7‘ und die Reibungsbremsen 8, 8‘, 8‘‘, 8‘‘‘, 8‘‘‘‘, 8‘‘‘‘‘ derart anzusteuern, dass das elektromotorische Bremsmoment 2 zum Bereitstellen des angeforderten Bremsmoments 1 drehzahlunabhängig maximal ausgeschöpft wird. Durch das maximal mögliche Ausschöpfen des bei einer gegebenen Drehzahl vorhandenen elektromotorischen Bremsmoments 2 kann die Belastung und damit der Verschleiß der Reibungsbremsen 8, 8‘, 8‘‘, 8‘‘‘, 8‘‘‘‘, 8‘‘‘‘‘ deutlich reduziert werden. Zur Ermittlung des drehzahlabhängig maximal bereitstellbaren elektromotorischen Bremsmoments 2 ist in einem elektronischen Speicher 11 der Regeleinheit 9, beispielsgemäß einem ROM-Speicherbaustein 11, abrufbar eine Drehzahl-Bremsmoments-Kennlinie abgelegt. Das jeweils angeforderte Bremsmoment 1 wird dabei über eine elektrische Schnittstelle 12 erfasst, über welche ein von einer Arbeitsmaschine ausgegebenes elektrisches Bremsmomentanforderungssignal erfasst wird. Das solcherart erfasste Bremsmomentanforderungssignal wird über eine Datenverbindungsleitung 13 an die Regeleinheit 9 übertragen und von dieser verarbeitet.
5 zeigt eine mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen, vollständig elektromotorisch angetriebenen landwirtschaftlichen bzw. forstwirtschaftlichen Arbeitsmaschine 14. Die Arbeitsmaschine 14 umfasst ein erfindungsgemäßes System 5, bestehend aus vier Antriebseinheiten (von denen in der Darstellung der 4 nur die Antriebseinheiten 7, 7‘ gezeigt sind), vier Reibungsbremsen (von denen in der Darstellung der 4 nur die Reibungsbremsen 8, 8‘ gezeigt sind) und einer Regeleinheit 9. Die Antriebseinheiten 7, 7‘ können die Arbeitsmaschine 14 sowohl anreiben als auch elektromotorische Bremsmomente 2 zur Verzögerung der Arbeitsmaschine 14 bereitstellen. Die Reibungsbremsen 8, 8‘ können mechanische Bremsmomente 3 zur Verzögerung der Arbeitsmaschine 14 bereitstellen. In einem elektronischen Speicher 11 der Regeleinheit 9 ist eine Drehzahl-Bremsmoments-Kennlinie der Elektromotoren der Antriebseinheiten 7, 7‘ abrufbar abgelegt. Weiterhin umfasst die Arbeitsmaschine 14 ein Bremspedal 15, mittels dessen ein Fahrer der Arbeitsmaschine 14 ein Gesamtbremsmoment 1 anfordern kann. Die Regeleinheit 9 stellt nun durch entsprechende Ansteuerung der Antriebseinheiten 7, 7‘ und der Reibungsbremsen 8, 8‘ das angeforderte Bremsmoment 1 als Summe der elektromotorischen Bremsmomenten 2 der Elektromotoren der Antriebseinheiten 7, 7‘ und der mechanischen Bremsmomente 3 der Reibungsbremsen 8, 8‘ bereit. Da das von der Arbeitsmaschine 14 umfasste System 5 das erfindungsgemäße Verfahren ausführt, wird das ein maximal möglicher Anteil des angeforderten Bremsmoments 1 als elektromotorisches Bremsmoment 2 bereitgestellt. Dies reduziert den Verschleiß der Reibungsbremsen 8, 8‘ wesentlich. Durch den Generatorbetrieb der Elektromotoren der Antriebseinheiten 7, 7‘ rekuperieren diese zudem elektrische Leistung, welche einem elektrischen Energiespeicher 16 zugeführt wird, um diese zu bevorraten und bei Bedarf an elektrische Verbraucher, wie z.B. die Antriebseinheiten 7, 7‘, wieder abzugeben. Weiterhin umfasst die der Arbeitsmaschine 14 auch eine elektrische Schnittstelle 12‘, welche dazu ausgebildet ist, elektrische Leistung und Informationen wie z.B. ein elektrisches Bremsmomentanforderungssignal an einen angekoppelten Anhängewagen 5 zu übertragen.
Bezugszeichenliste

1: angefordertes Bremsmoment, Gesamtbremsmoment
2: elektromotorisches Bremsmoment
3: mechanisches Bremsmoment
4: Geschwindigkeit
5: Antriebs- und Bremssystem
6: selbstfahrfähiger Anhängewagen
7, 7‘: Antriebseinheit
8, 8‘, 8‘‘, 8‘‘‘, 8‘‘‘‘, 8‘‘‘‘‘: Reibungsbremse
9: Regeleinheit
10, 10‘, 10‘‘, 10‘‘‘, 10‘‘‘‘, 10‘‘‘‘‘: Fahrzeugrad
11: elektronischer Speicher, ROM-Speicher
12, 12‘: elektrische Schnittstelle
13: Datenverbindungsleitung
14: Arbeitsmaschine
15: Bremspedal
16: Energiespeicher

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102013001175 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Bremsen eines vollständig oder teilweise elektromotorisch angetriebenen Fahrzeugs (6, 14), insbesondere einer landwirtschaftlichen und/oder forstwirtschaftlichen Arbeitsmaschine (14) oder eines selbstfahrfähigen Anhängewagens (6) einer landwirtschaftlichen und/oder forstwirtschaftlichen Arbeitsmaschine (14), wobei ein an einem Fahrzeugrad (10, 10‘, 10‘‘, 10‘‘‘, 10‘‘‘‘, 10‘‘‘‘‘) angefordertes Bremsmoment (1) als Summe eines drehzahlabhängigen elektromotorischen Bremsmoments (2) eines Elektromotors und eines mechanischen Bremsmoments (3) einer Reibungsbremse (8, 8‘, 8‘‘, 8‘‘‘, 8‘‘‘‘, 8‘‘‘‘‘) bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein maximal möglicher Anteil des angeforderten Bremsmoments (1) als elektromotorisches Bremsmoment (2) bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektromotorische Bremsmoment (2) drehzahlabhängig ermittelt wird und dass eine Anpassung des mechanischen Bremsmoments (3) nach Maßgabe einer Änderung des elektromotorischen Bremsmoments (2) erfolgt, um das angeforderte Bremsmoment (1) drehzahlunabhängig bereitzustellen.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elektromotorische Bremsmoment (2) aus einer elektronisch abrufbaren Drehzahl-Bremsmoment-Kennlinie ausgelesen wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanischen Bremsmoment (3) mit abnehmender Drehzahl reduziert wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das elektromotorische Bremsmoment (2) für einen Generatorbetrieb des Elektromotors herangezogen wird, um elektrische Leistung zu rekuperieren und diese mindestens anteilig einem elektrischen Energiespeicher 816) zuzuführen.
Antriebs- und Bremssystem (5) für ein vollständig oder teilweise elektromotorisch angetriebenes Fahrzeug (6, 14), insbesondere für eine landwirtschaftliche und/oder forstwirtschaftliche Arbeitsmaschine (14) oder für einen selbstfahrfähigen Anhänger (6) einer landwirtschaftlichen und/oder forstwirtschaftlichen Arbeitsmaschine (14), umfassend mindestens eine Antriebseinheit (7, 7‘) mit einem Elektromotor zum Bereitstellen eines Antriebsmoments und eines drehzahlabhängigen elektromotorischen Bremsmoments (2), mindestens eine Reibungsbremse (8, 8‘, 8‘‘, 8‘‘‘, 8‘‘‘‘, 8‘‘‘‘‘) zum Bereitstellen und eines mechanischen Bremsmoments (3) und eine Regeleinheit (9), welche dazu ausgebildet ist, die mindestens eine Antriebseinheit (7, 7‘) und die mindestens eine Reibungsbremse (8, 8‘, 8‘‘, 8‘‘‘, 8‘‘‘‘, 8‘‘‘‘‘) derart anzusteuern, dass diese eine an einem Fahrzeugrad (10, 10‘, 10‘‘, 10‘‘‘, 10‘‘‘‘, 10‘‘‘‘‘) angeforderte Bremsmoment (1) als Summe des drehzahlabhängigen elektromotorischen Bremsmoments (2) und des mechanischen Bremsmoment (3) bereitstellen, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinheit (9) weiterhin dazu ausgebildet ist, die mindestens eine Antriebseinheit (7, 7‘) und die mindestens eine Reibungsbremse (8, 8‘, 8‘‘, 8‘‘‘, 8‘‘‘‘, 8‘‘‘‘‘ derart anzusteuern, dass ein maximal möglicher Anteil des angeforderten Bremsmoments (1) als elektromotorisches Bremsmoment (2) bereitgestellt wird.
System (5) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das System (5) eine Vielzahl von Antriebseinheiten (7, 7‘) und Reibungsbremsen (8, 8‘, 8‘‘, 8‘‘‘, 8‘‘‘‘, 8‘‘‘‘‘) umfasst.
System (5) nach mindestens einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass das die Regeleinheit (9) einen elektronischen Speicher (11) umfasst, in welchem eine Drehzahl-Bremsmoment-Kennlinie abrufbar abgelegt ist.
System (5) nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das System (5) dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5 auszuführen.
Landwirtschaftliche und/oder forstwirtschaftliche Arbeitsmaschine (14), dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsmaschine (14) ein System (5) nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 9 aufweist.
Selbstfahrfähiger Anhängewagen (6) für eine landwirtschaftliche und/oder forstwirtschaftliche Arbeitsmaschine (14), dadurch gekennzeichnet, dass der Anhängewagen (6) ein System (5) nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 9 aufweist.