DE102020210997A1 - Method for operating a drive train of a work machine, drive train for a work machine and work machine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs (1)00 einer Arbeitsmaschine, wobei der Antriebsstrang (100) eine Bremse, einen elektrischen Fahrmotor (104) und einen elektrischen Energiespeicher (116) umfasst, wobei der Fahrmotor (104) zum Betrieb des Fahrmotors (104) vom Energiespeicher (116) nach Maßgabe einer Antriebsanforderung mit einer elektrischen Leistung versorgt wird (10, 20), wobei vom Fahrmotor (104) in einem Rekuperationsbetrieb ein Bremsmoment und eine elektrische Leistung nach Maßgabe einer Bremsanforderung erzeugt werden (30) und wobei die elektrische Leistung dem Energiespeicher (116) zugeführt wird (70). Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass eine Aufnahmefähigkeit des Energiespeichers (116) zur Aufnahme von elektrischer Leistung bestimmt wird (40), dass das vom Fahrmotor (104) erzeugte Bremsmoment so begrenzt wird, dass die erzeugte elektrische Leistung vollständig vom Energiespeicher (116) aufgenommen werden kann (50) und dass mittels der Bremse (102) ein zusätzliches Bremsmoment erzeugt wird (60), wenn das vom Fahrmotor (104) erzeugte Bremsmoment aufgrund einer zu geringen Aufnahmefähigkeit hinter der Bremsanforderung zurückbleibt. Die Erfindung betrifft weiterhin einen entsprechenden Antriebsstrang (100) und eine Arbeitsmaschine.The invention relates to a method for operating a drive train (1)00 of a work machine, the drive train (100) comprising a brake, an electric traction motor (104) and an electrical energy store (116), the traction motor (104) for operating the traction motor (104) is supplied with electrical power (10, 20) by the energy accumulator (116) in accordance with a drive request, with the traction motor (104) in recuperation mode generating a braking torque and electrical power in accordance with a braking request (30) and with the electrical power is supplied to the energy store (116) (70). The method according to the invention is characterized in that the capacity of the energy store (116) to absorb electrical power is determined (40), that the braking torque generated by the traction motor (104) is limited in such a way that the electrical power generated is completely consumed by the energy store (116 ) can be recorded (50) and that the brake (102) generates an additional braking torque (60) when the braking torque generated by the traction motor (104) falls short of the braking request due to insufficient absorption capacity. The invention also relates to a corresponding drive train (100) and a working machine.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs einer Arbeitsmaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, einen Antriebsstrang für eine Arbeitsmaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 8 sowie eine entsprechende Arbeitsmaschine.The present invention relates to a method for operating a drive train of a work machine according to the preamble of claim 1, a drive train for a work machine according to the preamble of claim 8 and a corresponding work machine.
Im Stand der Technik sind elektrisch angetriebene Arbeitsmaschinen, wie etwa Radlader, Kompaktlader, Teleskoplader, Dumper oder auch Bagger, bekannt. Diese elektrisch angetriebenen Arbeitsmaschinen sind entweder rein elektrisch angetrieben, d.h. sie verfügen für ihre Energieversorgung ausschließlich über eine elektrische Batterie bzw. einen elektrischen Akkumulator, oder aber sie sind diesel-elektrisch angetrieben, was bedeutet, dass die benötigte Energie von einem dieselgetriebenen Generator, üblicherweise in Verbindung mit einem elektrischen Pufferspeicher, wie z.B. einem entsprechend dimensionierten Kondensator, bereitgestellt wird. In allen Fällen wird die für den Fahrantrieb und den Arbeitsantrieb benötigte mechanische Leistung von einem oder mehreren Elektromotoren erbracht. Weiterhin sind auch hybrid-elektrische Arbeitsmaschinen bekannt, bei denen die zum Betrieb benötigte mechanische Leistung in erster Linie von einem Verbrennungsmotor, üblicherweise einem Dieselmotor, erbracht wird. Ein zusätzlich vorgesehener Elektromotor wird von einer Batterie bzw. einem Akkumulator gespeist und übernimmt hier typischerweise eine sog. Boost-Funktion.Electrically driven work machines, such as wheel loaders, skid steer loaders, telehandlers, dumpers or even excavators, are known in the prior art. These electrically driven working machines are either purely electrically driven, i.e. they only have an electric battery or an electric accumulator for their energy supply, or they are diesel-electrically driven, which means that the required energy is provided by a diesel-driven generator, usually in Connection to an electrical buffer storage, such as an appropriately sized capacitor, is provided. In all cases, the mechanical power required for the travel drive and the working drive is provided by one or more electric motors. Furthermore, hybrid-electric working machines are also known in which the mechanical power required for operation is primarily provided by an internal combustion engine, usually a diesel engine. An additionally provided electric motor is fed by a battery or an accumulator and typically assumes a so-called boost function here.
Darüber hinaus ist es im Stand der Technik bekannt, die zum Antrieb der Arbeitsmaschinen verwendeten Elektromotoren im Rahmen eines Bremsvorgangs zum Rekuperieren von elektrischer Energie zu verwenden. Bei einem Rekuperationsvorgang wird mechanische Energie, nämlich kinetische Energie, in elektrische Energie umgewandelt, indem der Elektromotor im Generatorbetrieb betrieben wird. Die solcherart zurückgewonnene elektrische Energie kann dann der Batterie zugeführt werden, um diese zu laden. Bei Bedarf kann die elektrische Energie der Batterie wieder entnommen werden, um den Elektromotor anzutreiben.In addition, it is known in the prior art to use the electric motors used to drive the work machines in the context of a braking process to recuperate electrical energy. In a recuperation process, mechanical energy, namely kinetic energy, is converted into electrical energy by the electric motor being operated in generator mode. The electrical energy recovered in this way can then be supplied to the battery in order to charge it. If necessary, the electrical energy can be drawn from the battery again to drive the electric motor.
In diesem Zusammenhang beschreibt die
Aus der
Die bekannten elektrisch angetriebenen Arbeitsmaschinen sind jedoch dahingehend nachteilbehaftet, als dass eine mögliche elektrische Ladungsaufnahmefähigkeit der Batterie oder eines sonstigen elektrischen Energiespeicher durch eine Vielzahl von Faktoren beeinflusst wird. Beispielsweise kann ein bereits vollständig geladener Energiespeicher keine weitere Energie mehr aufnehmen, ohne die Gefahr einer Beschädigung des Energiespeichers in Kauf zu nehmen. Ebenso kann beispielsweise ein nahezu vollständig entladener Energiespeicher, zumindest sofern es sich um eine NiMH- oder Li-Ionen-Batterie handelt, zunächst nur geringe Stromstärken aufnehmen, bis ein höheres Ladeniveau erreicht ist. Andernfalls droht auch hier eine Beschädigung. Somit kann eine durch den Rekuperationsbetrieb maximal bereitstellbare Bremsleistung nur dann ausgenutzt werden, wenn zusätzlich ein sog. Bremswiderstand vorgesehen ist, der die im Rekuperationsbetrieb erzeugte elektrische Leistung vollständig in Wärme umwandelt und an die Umgebung abgeben kann. Ein derartiger Bremswiderstand muss jedoch vergleichsweise groß sein und ggf. sogar aktiv gekühlt werden, wodurch er auch entsprechend kostenintensiv ist.However, the known electrically driven working machines are disadvantageous in that a possible electrical charge acceptance capacity of the battery or some other electrical energy store is influenced by a large number of factors. For example, an energy store that is already fully charged can no longer absorb any more energy without risking damage to the energy store. Likewise, for example, an almost completely discharged energy storage device, at least if it is an NiMH or Li-ion battery, can initially only draw low current intensities until a higher charge level is reached. Otherwise there is a risk of damage here too. Thus, a maximum braking power that can be provided by the recuperation mode can only be utilized if a so-called braking resistor is also provided, which completely converts the electrical power generated in the recuperation mode into heat and can emit it to the environment. However, such a braking resistor must be comparatively large and, if necessary, even actively cooled, which means that it is also correspondingly expensive.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs einer Arbeitsmaschine vorzuschlagen.It is an object of the invention to propose an improved method for operating a drive train of a working machine.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs einer Arbeitsmaschine gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.According to the invention, this object is achieved by the method for operating a drive train of a work machine according to claim 1 . Advantageous refinements and developments of the invention emerge from the dependent claims.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs einer Arbeitsmaschine, wobei der Antriebsstrang eine Bremse, einen elektrischen Fahrmotor und einen elektrischen Energiespeicher umfasst, wobei der Fahrmotor zum Betrieb des Fahrmotors vom Energiespeicher nach Maßgabe einer Antriebsanforderung mit einer elektrischen Leistung versorgt wird, wobei vom Fahrmotor in einem Rekuperationsbetrieb ein Bremsmoment und eine elektrische Leistung nach Maßgabe einer Bremsanforderung erzeugt werden und wobei die elektrische Leistung dem Energiespeicher zugeführt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass eine Aufnahmefähigkeit des Energiespeichers zur Aufnahme von elektrischer Leistung bestimmt wird, dass das vom Fahrmotor erzeugte Bremsmoment so begrenzt wird, dass die erzeugte elektrische Leistung vollständig vom Energiespeicher aufgenommen werden kann und dass mittels der Bremse ein zusätzliches Bremsmoment erzeugt wird, wenn das vom Fahrmotor erzeugte Bremsmoment aufgrund einer zu geringen Aufnahmefähigkeit hinter der Bremsanforderung zurückbleibt.The invention relates to a method for operating a drive train of a work machine, the drive train comprising a brake, an electric traction motor and an electric energy store, the traction motor being supplied with electrical power from the energy store in accordance with a drive requirement in order to operate the traction motor, the traction motor in a recuperation mode, a braking torque and electrical power are generated according to a braking request, and the electrical power is supplied to the energy store. The method according to the invention is characterized in that the capacity of the energy store to absorb electrical power is determined, that the braking torque generated by the traction motor is limited in such a way that the electrical power generated can be completely absorbed by the energy store, and that an additional braking torque is applied by means of the brake is generated when the braking torque generated by the traction motor falls short of the braking request due to insufficient absorption capacity.
Die Erfindung beschreibt also ein Verfahren, welches das Betreiben eines Antriebsstrangs einer Arbeitsmaschine betrifft, wobei der Antriebsstrang eine Bremse, einen elektrischen Energiespeicher und zumindest einen elektrischen Fahrmotor umfasst. Bevorzugt umfasst der Antriebsstrang weiterhin auch einen elektrischen Arbeitsmotor, um eine Arbeitsvorrichtung anzutreiben. Der Fahrmotor und der Arbeitsmotor sind bevorzugt unabhängig voneinander antreibbar.The invention thus describes a method which relates to the operation of a drive train of a work machine, the drive train including a brake, an electrical energy store and at least one electric drive motor. The drive train preferably also includes an electric working motor in order to drive a working device. The traction motor and the working motor can preferably be driven independently of one another.
Denkbar und bevorzugt ist auch nicht nur das Bereitstellen eines einzelnen Fahrmotors bzw. eines einzelnen Arbeitsmotors, sondern auch mehrerer Fahrmotoren bzw. Arbeitsmotoren, die z.B. über ein Summiergetriebe miteinander gekoppelt sein können oder über jeweils einzelne Triebanbindungen trieblich lösbar mit einem Fahrantrieb bzw. mit einem Arbeitsantrieb verbunden sein können.It is also conceivable and preferred not only to provide a single traction motor or a single working motor, but also several traction motors or working motors, which can be coupled to one another via a summing gear, for example, or can be detachably driven with a traction drive or with a working drive via individual drive connections can be connected.
Der Fahrmotor wird dabei nach Maßgabe einer Antriebsanforderung vom Energiespeicher mit der zu seinem Betrieb notwendigen elektrischen Leistung versorgt. Unter einer Antriebsanforderung wird dabei allgemein eine Steuereingabe für den Fahrmotor verstanden, beispielsweise eine gewünschte Erhöhung der Fahrgeschwindigkeit. Eine derartige Steuereingabe hat zur Folge, dass der Fahrmotor die zur Umsetzung der Steuereingabe erforderliche mechanische Leistung bereitstellen muss. Aus diesem Grund ist eine Steuereingabe in nahezu allen Situationen mit einer entsprechenden Antriebsanforderung verknüpft. Es ist dabei unerheblich, ob die Antriebsanforderung durch eine Eingabe eines Bedieners der Arbeitsmaschine erfolgt, z.B. durch Betätigung eines Fahrpedals, oder durch einen automatisierten Steuereingriff eines Assistenzsystems der Arbeitsmaschine.The drive motor is supplied with the electrical power required for its operation by the energy store in accordance with a drive requirement. A drive request is generally understood to be a control input for the drive motor, for example a desired increase in the driving speed. Such a control input means that the traction motor has to provide the mechanical power required to implement the control input. For this reason, a control input is linked to a corresponding drive request in almost all situations. It is irrelevant whether the drive request is made by an operator of the working machine, e.g. by actuating an accelerator pedal, or by an automated control intervention of an assistance system of the working machine.
In analoger Art und Weise wird auch der Arbeitsmotor nach Maßgabe einer den Antriebsmotor betreffenden Antriebsanforderung vom Energiespeicher mit der zu seinem Betrieb notwendigen elektrischen Leistung versorgt.In an analogous manner, the working engine is also supplied with the electrical power required for its operation by the energy store in accordance with a drive requirement relating to the drive engine.
Bei dem elektrischen Energiespeicher handelt es sich bevorzugt um eine wiederaufladbare Batterie, beispielsweise um eine NiMH- oder Li-Ionen-Batterie.The electrical energy store is preferably a rechargeable battery, for example an NiMH or Li-ion battery.
Die Bremse ist bevorzugt als hydraulisch oder elektrisch betätigbare und mechanisch wirkende Reibungsbremse ausgebildet. Vorteilhaft umfasst die Bremse an jedem Rad der Arbeitsmaschine ein Bremselement, beispielsweise in Form einer Bremsscheibe und an diese anlegbare Bremsklötze.The brake is preferably designed as a hydraulically or electrically actuable and mechanically acting friction brake. Advantageously, the brake on each wheel of the work machine includes a braking element, for example in the form of a brake disc and brake pads that can be placed on it.
Der Fahrmotor ist dabei weiterhin zum Rekuperieren von kinetischer Energie im Bremsbetrieb der Arbeitsmaschine ausgebildet, d.h., dass die Arbeitsmaschine gebremst werden kann, indem der Fahrmotor in den Rekuperationsbetrieb versetzt wird. Durch den Rekuperationsbetrieb entsteht eine elektrische Leistung, deren Höhe abhängig ist von einer Bremsleistung und damit von einer Bremsanforderung. Die Bremsanforderung kann beispielsweise durch einen Bediener der Arbeitsmaschine, etwa durch Betätigung eines Bremspedals, oder durch einen automatisierten Steuereingriff eines Assistenzsystems der Arbeitsmaschine erzeugt werden. Wie auch schon die Antriebsanforderung stellt die Bremsanforderung eine Steuereingabe dar.The traction motor is also designed to recuperate kinetic energy when the working machine is in braking mode, i.e. the working machine can be braked by the traction motor being switched to recuperation mode. The recuperation mode produces electrical power, the amount of which depends on braking power and thus on a braking request. The braking request can be generated, for example, by an operator of the work machine, for example by actuating a brake pedal, or by an automated control intervention of an assistance system of the work machine. Like the drive request, the brake request is a control input.
Die solcherart rekuperierte Leistung kann dann dem Energiespeicher zugeführt werden. Dies stellt einen Ladevorgang des Energiespeichers dar. Später kann die Leistung dem Energiespeicher wieder entnommen werden, um den Fahrmotor bzw. den Arbeitsmotor mit elektrischer Leistung zu versorgen.The power recuperated in this way can then be supplied to the energy store. This represents a charging process for the energy store. Later, the power can be drawn from the energy store again in order to supply the traction motor or the working motor with electrical power.
Erfindungsgemäß ist es nun vorgesehen, dass kontinuierlich oder regelmäßig, beispielsweise alle 200 ms, alle 500 ms, jede Sekunde oder bei jedem Rekuperationsvorgang die Aufnahmefähigkeit des Energiespeichers zur Aufnahme von elektrischer Leistung bestimmt wird. Die Aufnahmefähigkeit des Energiespeichers hängt nämlich - je nach konkreter Ausbildungsform des Energiespeichers - von einer Reihe von veränderlichen Faktoren ab, und muss, um eine Beschädigung oder gar Zerstörung des Energiespeichers zu vermeiden, bei der Zuführung von elektrischer Leistung zumindest dahingehend berücksichtigt werden, dass dem Energiespeicher weder zuviel elektrische Ladung noch eine zu große elektrische Stromstärke zugeführt wird.According to the invention, it is now provided that the capacity of the energy store to absorb electrical power is determined continuously or regularly, for example every 200 ms, every 500 ms, every second or with every recuperation process. The capacity of the energy store depends namely - depending on the specific form of the energy store - on a number of variable factors, and in order to avoid damage or even destruction of the energy store, when supplying electrical power at least be taken into account that the energy store neither too much electrical charge nor too great an electrical current is supplied.
Somit kann es in bestimmten Situationen passieren, dass eine durch eine Bremsanforderung ausgelöste Rekuperation zu einer elektrischen Leistung führt, die dem Energiespeicher nicht mehr zugeführt werden kann, ohne seine Beschädigung oder Zerstörung zu riskieren.It can thus happen in certain situations that a recuperation triggered by a braking request leads to electrical power that can no longer be supplied to the energy store without risking its damage or destruction.
In diesem Fall wird nun erfindungsgemäß die Rekuperationsleistung und daraus resultierend auch die Bremsleistung über den Fahrmotor soweit reduziert, dass die durch die Rekuperation erzeugte elektrische Leistung beschädigungsfrei vom Energiespeicher aufgenommen werden kann. Im Extremfall kann die Rekuperationsleistung und somit die Bremsleistung über den Fahrmotor auch auf Null reduziert werden.In this case, according to the invention, the recuperation power and, as a result, also the braking power via the traction motor are reduced to such an extent that the electrical power generated by the recuperation can be absorbed by the energy store without being damaged. In extreme cases, the recuperation power and thus the braking power can also be reduced to zero via the traction motor.
Um dennoch in allen Fahrsituationen ausreichend Bremsmoment bereitstellen zu können und das Auftreten von Gefährdungen zu vermeiden, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass mittels der Bremse ein zusätzliches Bremsmoment erzeugt wird, wenn das vom Fahrmotor erzeugte Bremsmoment aufgrund einer zu geringen Aufnahmefähigkeit des Energiespeichers hinter der Bremsanforderung zurückbleibt. In anderen Worten heißt das, dass die Bremsanforderung immer vollständig erfüllt wird, wobei das vom Fahrmotor durch den Rekuperationsbetrieb beigesteuerte Bremsmoment durch eine Aufnahmefähigkeit des Energiespeichers begrenzt sein kann, so dass in diesem Fall ein noch zum vollständigen Erfüllen der Bremsanforderung notwendiges Bremsmoment als zusätzliches Bremsmoment von der Bremse erzeugt wird. Für einen Bediener der Arbeitsmaschine ist dabei nicht wahrnehmbar, ob das angeforderte Gesamtbremsmoment vom Fahrmotor, von der Bremse oder anteilig vom Fahrmotor und der Bremse erzeugt wird.In order to be able to provide sufficient braking torque in all driving situations and to avoid the occurrence of hazards, the invention provides that an additional braking torque is generated by means of the brake if the braking torque generated by the traction motor falls short of the braking request due to insufficient absorption capacity of the energy store . In other words, this means that the braking request is always fully met, whereby the braking torque contributed by the traction motor through the recuperation mode can be limited by the absorption capacity of the energy store, so that in this case a braking torque that is still necessary to fully meet the braking request is used as an additional braking torque of the brake is generated. For an operator of the work machine, it is not perceptible whether the requested total braking torque is generated by the traction motor, by the brake, or proportionally by the traction motor and the brake.
Insbesondere ist es auch möglich, dass sich das vom Fahrmotor erzeugbare Bremsmoment während des Bremsvorgangs ändert, beispielsweise bei einer längeren Bergabfahrt der Arbeitsmaschine, welche einen langanhaltenden Bremsvorgang erforderlich macht. Beispielsweise kann der Energiespeicher durch die fortgesetzte Zufuhr von elektrischer Leistung an seine Kapazitätsgrenze gelangen und immer weniger elektrische Leistung aufnehmen. In diesem Fall würde das von der Bremse erzeugte zusätzliche Bremsmoment im gleichen Maße erhöht, wie das vom Fahrmotor erzeugte Bremsmoment abnimmt. Ebenso ist es auch denkbar, dass der Energiespeicher zu Beginn des langanhaltenden Bremsvorgangs seine Betriebstemperatur noch nicht erreicht hat und deswegen nur eine reduzierte Aufnahmefähigkeit aufweist. Mit steigender Temperatur des Energiespeichers steigt auch dessen Aufnahmefähigkeit, so dass das vom Fahrmotor erzeugte Bremsmoment erhöht werden kann. Das von der Bremse erzeugte zusätzliche Bremsmoment wird dann im gleichen Maße reduziert.In particular, it is also possible for the braking torque that can be generated by the traction motor to change during the braking process, for example when the work machine travels downhill for a long time, which requires a long-lasting braking process. For example, the energy store can reach its capacity limit due to the continued supply of electrical power and consume less and less electrical power. In this case, the additional braking torque generated by the brake would be increased to the same extent as the braking torque generated by the traction motor decreases. It is also conceivable that the energy store has not yet reached its operating temperature at the beginning of the prolonged braking process and therefore only has a reduced capacity. As the temperature of the energy store increases, so does its absorption capacity, so that the braking torque generated by the traction motor can be increased. The additional braking torque generated by the brake is then reduced to the same extent.
Daraus ergibt sich gegenüber dem Stand der Technik der Vorteil, dass auf einen vergleichsweise teuren, weil großen und ggf. sogar aktiv gekühlten, Bremswiderstand verzichtet werden kann. Stattdessen wird die beim Bremsen zu absorbierende Energie - soweit sie nicht dem Energiespeicher zugeführt und von diesem aufgenommen werden kann - in Form von Reibung direkt in die ohnehin gesetzlich vorgeschriebene Bremse eingeleitet. Somit wird also stets soviel Energie wie möglich dem Energiespeicher zugeführt, um diese Energie später wieder zum Betrieb des Fahrmotors bzw. des Arbeitsmotors zu verwenden. Dies reduziert den Bedarf an Zufuhr von externer Energie so weit wie möglich, wodurch der erfindungsgemäße Antriebsstrang sehr effizient betrieben werden kann. Lediglich wenn eine Beschädigung oder gar Zerstörung des Energiespeichers droht, wird die beim Bremsen erzeugte Energie über die Bremse als Wärme an die Umgebung abgegeben.This results in the advantage over the prior art that a braking resistor, which is comparatively expensive because it is large and possibly even actively cooled, can be dispensed with. Instead, the energy to be absorbed during braking - insofar as it cannot be fed to the energy store and absorbed by it - is fed directly into the brakes, which are required by law anyway, in the form of friction. Thus, as much energy as possible is always supplied to the energy store in order to use this energy again later to operate the traction motor or the working motor. This reduces the need for the supply of external energy as much as possible, as a result of which the drive train according to the invention can be operated very efficiently. Only when there is a risk of damage or even destruction of the energy store is the energy generated during braking released to the environment as heat via the brakes.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Bremse und der Fahrmotor über ein einziges gemeinsames Steuereingabemittel gesteuert werden. Bei dem gemeinsamen Steuereingabemittel kann es sich bevorzugt um das Fahrpedal handeln. Dabei kann beispielsweise eine Betätigungskennlinie des Fahrpedals so angepasst werden, dass bei einer Betätigung des Fahrpedals über eine vorgebbare Schwelle hinaus der Fahrmotor eine entsprechende Antriebsanforderung erhält und die Arbeitsmaschine bzw. den Antriebsstrang antreibt. Die Antriebsanforderung an den Fahrmotor kann dabei beispielsweise linear der Betätigung über die vorgebbare Schwelle hinaus folgen. Ebenso ist es denkbar, dass die Antriebsanforderung an den Fahrmotor exponentiell der Betätigung des Fahrpedals über die vorgebbare Schwelle folgt. In analoger Weise kann eine Bremsanforderung erzeugt werden, wenn das Fahrpedal unterhalb der vorgebbaren Schwelle betätigt wird bzw. gar nicht betätigt wird, wobei in diesem Fall die Bremsanforderung desto höher ausfällt, je weniger das Fahrpedal betätigt wird. Bei einem unbetätigten Fahrpedal ist die Bremsanforderung somit maximal. Sofern die Bremsanforderung ausschließlich über den Rekuperationsbetrieb des Fahrmotors erfüllt werden kann, wird die Bremse nicht betätigt.According to a preferred embodiment of the invention, it is provided that the brake and the traction motor are controlled via a single common control input means. The common control input means can preferably be the accelerator pedal. For example, an actuation characteristic of the accelerator pedal can be adjusted such that when the accelerator pedal is actuated beyond a definable threshold, the traction motor receives a corresponding drive request and drives the work machine or the drive train. The drive request to the traction motor can, for example, linearly follow the actuation beyond the predefinable threshold. It is also conceivable that the drive request to the traction motor follows the actuation of the accelerator pedal exponentially via the predefinable threshold. In an analogous manner, a brake request can be generated if the accelerator pedal is actuated below the predefinable threshold or is not actuated at all, in which case the brake request turns out to be higher the less the accelerator pedal is actuated. If the accelerator pedal is not actuated, the braking request is therefore at its maximum. If the braking request can only be met via the recuperation mode of the traction motor, the brake is not actuated.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass bei einer Betätigung der Bremse und des Fahrmotors über das gemeinsame Steuermittel eine maximale Bremsanforderung gedeckelt wird. Beispielsweise kann die Bremsanforderung auf ein Bremsmoment gedeckelt werden, welches im Rekuperationsbetrieb vom Fahrmotor bei maximaler Aufnahmefähigkeit des Energiespeichers maximal bereitstellbar ist.Provision is preferably made for a maximum braking request to be capped when the brake and the traction motor are actuated via the common control means. For example, the braking request can be capped at a braking torque that can be provided as a maximum by the traction motor in recuperation mode when the energy store is at its maximum capacity.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Verfahren in Abhängigkeit eines wählbaren Betriebsmodus des Antriebsstrangs ausgeführt wird. Das heißt also, dass die Arbeitsmaschine bzw. der Antriebsstrang über mehrere durch einen Bediener der Arbeitsmaschine wählbare Betriebsmodi verfügt, wovon zumindest ein wählbarer Betriebsmodus den Antriebsstrang bzw. die Arbeitsmaschine in einen Betriebsmodus versetzt, in welchem sie das erfindungsgemäße Verfahren ausführt. Somit kann der Bediener der Arbeitsmaschine wählen, ob die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer aktuell vorliegenden Situation sinnvoll ist. Beispielsweise kann der Bediener die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeben, wenn die Arbeitsmaschine in einem sog. Reversierbetrieb betrieben wird, in welchem sie periodisch stets dieselben, vergleichsweise kurzen Vorwärts- und Rückwärtsstrecken zurücklegen muss. Bei einem solchen Reversierbetrieb folgen Beschleunigungsvorgänge und Bremsvorgänge in ständigem Wechsel aufeinander. Ebenso kann es beispielsweise sinnvoll sein, das erfindungsgemäße Verfahren bei einer längeren Hangabfahrt auszuführen.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the method is carried out depending on a selectable operating mode of the drive train. This means that the work machine or the drive train has several operating modes that can be selected by an operator of the work machine, of which at least one selectable operating mode puts the drive train or the work machine into an operating mode in which it executes the method according to the invention. The operator of the work machine can thus choose whether it makes sense to carry out the method according to the invention in a currently existing situation. For example, the operator can specify the execution of the method according to the invention when the work machine is in what is known as reverse operation is operated, in which they must periodically always cover the same, comparatively short forward and reverse routes. In such a reversing operation, acceleration processes and braking processes follow one another in constant alternation. It can also be useful, for example, to carry out the method according to the invention when descending a long slope.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Betriebsmodus durch Betätigung eines Auswahlmittels vorgegeben wird und/oder automatisiert erkannt und vorgegeben wird. Beispielsweise kann ein Wählhebel oder ein Wählschalter oder auch ein Software-Button in einem Menüpunkt einer als Touchscreen ausgebildeten kombinierten Anzeige- und Eingabevorrichtung vorgesehen sein, über die der Bediener der Arbeitsmaschine den Betriebsmodus vorgibt.According to a particularly preferred embodiment of the invention, it is provided that the operating mode is specified by actuating a selection means and/or is recognized and specified automatically. For example, a selector lever or a selector switch or a software button can be provided in a menu item of a combined display and input device designed as a touchscreen, via which the operator of the work machine specifies the operating mode.
Ebenso kann über Neigungssensorik oder Standortbestimmungsmittel in Verbindungmit digitalen Kartendaten beispielsweise erkannt werden, dass die Arbeitsmaschine eine Hangabfahrt ausführt und entsprechend das Auswahlmittel automatisiert betätigt werden.Likewise, it can be recognized via inclination sensors or location determination means in connection with digital map data, for example, that the work machine is running down a slope and the selection means can be actuated automatically accordingly.
Gemäß einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Betriebsmodus durch Umfeldsensorik automatisiert erkannt wird. Die Umfeldsensorik kann beispielsweise als Kamerasensorik, Radarsensorik, Lidarsensorik, als Neigungssensorik, Fahrsensorik bzw. Standortbestimmungsmittel wie etwa GPS, GLONASS und GALLILEO in Verbindung mit digitalen Kartendaten ausgebildet sein. Wenn also beispielsweise die Umfeldsensorik, insbesondere über Kamerasensoren, Radarsensoren bzw. Lidarsensoren, in Verbindung mit der Fahrsensorik, insbesondere über Raddrehzahlsensoren, einen Reversiervorgang erkennt, so kann vorteilhaft das Auswahlmittel automatisiert betätigt werden.According to a very particularly preferred embodiment of the invention, it is provided that the operating mode is recognized automatically by environment sensors. The environment sensor system can be designed, for example, as a camera sensor system, radar sensor system, lidar sensor system, as an inclination sensor system, driving sensor system or location determination means such as GPS, GLONASS and GALLILEO in connection with digital map data. If, for example, the environment sensors, in particular via camera sensors, radar sensors or lidar sensors, in conjunction with the driving sensors, in particular via wheel speed sensors, detect a reversing process, the selection means can advantageously be actuated automatically.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Aufnahmefähigkeit des Energiespeichers nach Maßgabe eines Ladezustands des Energiespeichers, einer Temperatur des Energiespeichers und einer maximal aufnehmbaren Stromstärke ermittelt wird. Anhand dieser Kriterien kann der Zustand bzw. die Aufnahmefähigkeit des Energiespeichers zuverlässig beurteilt werden, so dass insbesondere ein Überladen mit einer zu hohen elektrischen Ladung sowie eine Überlastung mit einer zu hohen elektrischen Stromstärke vermieden werden können.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the capacity of the energy store is determined according to a state of charge of the energy store, a temperature of the energy store and a maximum absorbable current. Based on these criteria, the state or the capacity of the energy store can be reliably assessed, so that in particular overcharging with an excessively high electrical charge and overloading with an excessively high electrical current intensity can be avoided.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das zusätzliche Bremsmoment der Bremse und das vom Fahrmotor erzeugte Bremsmoment in Summe die Bremsanforderung erfüllen. Somit wird gewährleistet, dass ein erforderliches Bremsmoment in Summe immer vollständig bereitgestellt wird und die Arbeitsmaschine die erforderliche Verzögerung erfährt. Dadurch können Gefahrensituationen vermieden werden.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the additional braking torque of the brake and the braking torque generated by the traction motor together meet the braking requirement. This ensures that a required total braking torque is always provided in full and that the working machine experiences the required deceleration. In this way, dangerous situations can be avoided.
Die Erfindung betrifft weiterhin einen Antriebsstrang für eine Arbeitsmaschine, wobei der Antriebsstrang eine Bremse, einen elektrischen Fahrmotor und einen elektrischen Energiespeicher umfasst, wobei der Fahrmotor zum Betrieb des Fahrmotors vom Energiespeicher nach Maßgabe einer Antriebsanforderung mit einer elektrischen Leistung versorgbar ist, wobei vom Fahrmotor in einem Rekuperationsbetrieb ein Bremsmoment und eine elektrische Leistung nach Maßgabe einer Bremsanforderung erzeugbar sind und wobei die elektrische Leistung dem Energiespeicher zuführbar ist. Der erfindungsgemäße Antriebsstrang zeichnet sich dadurch aus, dass der Antriebstrang dazu ausgebildet ist, eine Aufnahmefähigkeit des Energiespeichers zur Aufnahme von elektrischer Leistung zu bestimmen, dass der Antriebstrang dazu ausgebildet ist, das vom Fahrmotor erzeugte Bremsmoment so zu begrenzen, dass die erzeugte elektrische Leistung vollständig vom Energiespeicher aufgenommen werden kann und dass der Antriebstrang dazu ausgebildet ist, mittels der Bremse ein zusätzliches Bremsmoment zu erzeugen, wenn das vom Fahrmotor erzeugte Bremsmoment aufgrund einer zu geringen Aufnahmefähigkeit hinter der Bremsanforderung zurückbleibt.The invention further relates to a drive train for a work machine, the drive train comprising a brake, an electric traction motor and an electric energy store, the traction motor for operating the traction motor being able to be supplied with electrical power from the energy store in accordance with a drive requirement, the traction motor in a Recuperation mode, a braking torque and electrical power can be generated according to a braking request and the electrical power can be fed to the energy store. The drive train according to the invention is characterized in that the drive train is designed to determine the capacity of the energy store to absorb electrical power, that the drive train is designed to limit the braking torque generated by the traction motor in such a way that the electrical power generated is completely absorbed by the Energy storage can be included and that the drive train is designed to generate an additional braking torque by means of the brake when the braking torque generated by the traction motor lags behind the braking request due to insufficient absorption capacity.
Der erfindungsgemäße Antriebsstrang ermöglicht somit die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, was zu den bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Vorteilen führt.The drive train according to the invention thus enables the method according to the invention to be carried out, which leads to the advantages already described in connection with the method according to the invention.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Antriebsstrang weiterhin einen elektrischen Arbeitsmotor umfasst, wobei der Arbeitsmotor zum Betrieb des Arbeitsmotor vom Energiespeicher nach Maßgabe einer den Arbeitsmotor betreffenden Antriebsanforderung mit elektrischer Leistung versorgbar ist. Der Arbeitsmotor dient dabei zum Antrieb eines Arbeitsantriebs, beispielsweise eines hydraulischen Arbeitsantriebs mit einer hydraulischen Pumpe.According to a preferred embodiment of the invention, it is provided that the drive train further comprises an electric working motor, wherein the working motor for operating the working motor can be supplied with electrical power from the energy store in accordance with a drive requirement relating to the working motor. The working motor serves to drive a working drive, for example a hydraulic working drive with a hydraulic pump.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Antriebsstrang weiterhin Umfeldsensorik zur Erfassung eines Betriebsmodus umfasst. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass ein Betriebsmodus, beispielsweise ein Reversierbetrieb, automatisiert erkannt werden kann. In einem weiteren Schritt kann dann das erfindungsgemäße Verfahren automatisiert ausgeführt werden.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the drive train also includes environment sensors for detecting an operating mode. This results in the advantage that an operating mode, for example reverse operation, can be recognized automatically. In a further step, the method according to the invention can be carried out automatically.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Antriebsstrang weiterhin ein Fahrgetriebe umfasst, wobei das Fahrgetriebe über eine Vielzahl von Gangstufen lastschaltbar ausgebildet ist. Dabei treibt der Fahrmotor über das Fahrgetriebe die Arbeitsmaschine an. Dies führt zu einer erhöhten Flexibilität des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the drive train also includes a driving gear, wherein the driving gear is designed to be power-shiftable over a large number of gears. The drive motor drives the working machine via the drive gear. This leads to increased flexibility of the drive train according to the invention.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass der Antriebsstrang weiterhin ein Arbeitsgetriebe umfasst. Dabei treibt der Arbeitsmotor über das Arbeitsgetriebe den Arbeitsantrieb an.It is preferably provided that the drive train also includes a working gear. The working motor drives the working drive via the working gear.
Bevorzugt weist zumindest das Fahrgetriebe eine Vielzahl von als Vorwärtsgänge ausgebildete Gangstufen und mindestens eine als Rückwärtsgang ausgebildete Gangstufe auf. Besonders bevorzugt entspricht die Zahl der Vorwärtsgänge der Zahl der Rückwärtsgänge. Auch das Arbeitsgetriebe kann mehr als nur eine als Vorwärtsgang ausgebildete Gangstufe aufweisen. Darüber hinaus sind auch eine oder mehrere als Rückwärtsgang ausgebildete Gangstufen des Arbeitsgetriebes denkbar. At least the drive transmission preferably has a large number of gear stages designed as forward gears and at least one gear stage designed as reverse gear. The number of forward gears particularly preferably corresponds to the number of reverse gears. The working transmission can also have more than one gear stage designed as a forward gear. In addition, one or more gear stages of the working transmission designed as a reverse gear are also conceivable.
Das Fahrgetriebe bzw. das Arbeitsgetriebe können wahlweise in Planetenbauweise oder in Vorgelegebauweise ausgeführt sein und sowohl Stirnradstufen als auch beliebige andere Übersetzungsformen aufweisen.The driving gear or the working gear can be designed either in planetary design or in countershaft design and have both spur gears and any other form of transmission.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Fahrmotor und der Arbeitsmotor in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Dies ermöglicht eine platz- und gewichtsparende Anordnung des Fahrmotors und des Arbeitsmotors innerhalb des Antriebsstrangs in einer Arbeitsmaschine. Zudem werden durch das gemeinsame Gehäuse im Vergleich zu zwei Einzelgehäusen Gewicht und Kosten eingespart. Der Fahrmotor und der Arbeitsmotor können beispielsweise axial hintereinander in ein gemeinsames Gehäuse gebaut werden, wobei die Motorabtriebswellen z.B. in entgegengesetzte Axialrichtungen aus dem Gehäuse weisen können. Ebenso ist aber auch eine Anordnung axial nebeneinander in einem entsprechend ausgebildeten Gehäuse möglich und bevorzugt, so dass beide Motorabtriebswellen beispielsweise in die gleiche Axialrichtung weisen können.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the traction motor and the working motor are arranged in a common housing. This enables the traction motor and the working motor to be arranged in a space- and weight-saving manner within the drive train in a working machine. In addition, the common housing saves weight and costs compared to two individual housings. The traction motor and the working motor can, for example, be installed axially one behind the other in a common housing, with the motor output shafts being able to point out of the housing in opposite axial directions, for example. However, an arrangement axially next to one another in a correspondingly designed housing is also possible and preferred, so that both motor output shafts can point in the same axial direction, for example.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Antriebsstrang dazu ausgebildet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the drive train is designed to carry out a method according to the invention.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Arbeitsmaschine, umfassend einen erfindungsgemäßen Antriebsstrang. Daraus ergeben sich die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Antriebsstrang beschriebenen Vorteile auch für die erfindungsgemäße Arbeitsmaschine.The invention further relates to a working machine, comprising a drive train according to the invention. This also results in the advantages already described in connection with the drive train according to the invention for the work machine according to the invention.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass die Arbeitsmaschine als Radlader, Dumper, Bagger, Teleskoplader, Kommunalfahrzeug, Müllfahrzeug, Minenfahrzeug, Kompaktlader, Flugzeugschlepper oder Traktor ausgebildet ist.Provision is preferably made for the work machine to be in the form of a wheel loader, dumper, excavator, telehandler, municipal vehicle, garbage truck, mining vehicle, skid steer loader, aircraft tractor or tractor.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beispielhaft erläutert.The invention is explained below by way of example using the embodiments shown in the figures.
Es zeigen:
-
1 beispielhaft eine mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Antriebsstrangs einer Arbeitsmaschine in Form eines Flussdiagramms und -
2 beispielhaft und schematisch eine mögliche Ausbildungsform eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs für eine Arbeitsmaschine.
-
1 an example of a possible embodiment of a method according to the invention for operating a drive train of a working machine in the form of a flowchart and -
2 exemplary and schematic of a possible embodiment of a drive train according to the invention for a working machine.
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.Identical objects, functional units and comparable components are denoted by the same reference symbols across the figures. These objects, functional units and comparable components are designed to be identical in terms of their technical features, unless the description explicitly or implicitly states otherwise.
BezugszeichenlisteReference List
- 100100
- Antriebsstrangpowertrain
- 102102
- Bremsebrake
- 104104
- elektrischer Fahrmotorelectric traction motor
- 106106
- elektrischer Arbeitsmotorelectric working motor
- 108108
- Fahrgetriebedriving gear
- 110110
- hydraulische Pumpehydraulic pump
- 112112
- antreibbare Achsedrivable axis
- 114114
- Hubkinematiklifting kinematics
- 116116
- elektrischer Energiespeicher, wiederaufladbare Batterieelectrical energy storage, rechargeable battery
- 1010
- Antriebsanforderung an FahrmotorDrive request to traction motor
- 2020
- Versorgung des Fahrmotors mit elektrischer LeistungSupplying the traction motor with electrical power
- 3030
- Bremsanforderung an FahrmotorBraking request to traction motor
- 4040
- Bestimmung der Aufnahmefähigkeit des EnergiespeichersDetermination of the capacity of the energy store
- 5050
- Begrenzung des BremsmomentsLimitation of the braking torque
- 6060
- Erzeugung eines zusätzlichen BremsmomentsGeneration of an additional braking torque
- 7070
- Zuführung der elektrischen Leistung zum EnergiespeicherSupply of the electrical power to the energy storage device
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
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- EP 0962597 A2 [0005]EP 0962597 A2 [0005]
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