DE102021207156A1 - Method for operating the drive train, 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 (10) einer Arbeitsmaschine (50), wobei der Antriebsstrang (10) mindestens einen Elektromotor (21, 31) umfasst, wobei der mindestens eine Elektromotor (21, 31) bei einer Fahrt der Arbeitsmaschine (50) in einem Fahrbetrieb betrieben wird, wobei der mindestens eine Elektromotor (21, 31) im Fahrbetrieb drehmomentabhängig geregelt wird und wobei der mindestens eine Elektromotor (21, 31) bei einem Anhalten der Arbeitsmaschine (50) in einem Haltebetrieb betrieben wird (110). Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass der mindestens eine Elektromotor (21, 31) im Haltebetrieb drehzahlabhängig geregelt wird (110). Die Erfindung betrifft weiterhin einen entsprechenden Antriebsstrang (10) und eine Arbeitsmaschine (50).The invention relates to a method for operating a drive train (10) of a work machine (50), the drive train (10) comprising at least one electric motor (21, 31), the at least one electric motor (21, 31) being activated when the work machine ( 50) is operated in a driving mode, wherein the at least one electric motor (21, 31) is controlled in driving mode as a function of the torque and wherein the at least one electric motor (21, 31) is operated in a holding mode when the work machine (50) is stopped (110) . The method according to the invention is characterized in that the at least one electric motor (21, 31) is regulated (110) as a function of speed in the holding mode. The invention also relates to a corresponding drive train (10) and a working machine (50).
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 10 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 10 and a corresponding work machine.
Im Stand der Technik sind elektrisch angetriebene Arbeitsmaschinen, wie etwa Radlader, Kompaktlader, Teleskoplader, Dumper und Bagger, bekannt. Diese elektrisch angetriebenen Arbeitsmaschinen sind dabei entweder rein elektrisch angetrieben, d.h. sie verfügen für ihre Leistungsversorgung ausschließlich über eine elektrische Batterie bzw. einen elektrischen Akkumulator, oder aber sie sind diesel-elektrisch angetrieben, was bedeutet, dass die benötigte Leistung 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.Electrically driven work machines, such as wheel loaders, compact loaders, telehandlers, dumpers and 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 power supply, or they are diesel-electrically driven, which means that the required power is usually provided by a diesel-driven generator in connection with an electrical buffer storage, such as a suitably dimensioned capacitor. In all cases, the mechanical power required for the travel drive and the working drive is provided by one or more electric motors.
In diesem Zusammenhang beschreibt die
Ebenso ist es im Stand der Technik allgemein bekannt, dass eine Regelung des Fahrantriebs einer elektrisch angetriebenen Arbeitsmaschine grundsätzlich über vier verschiedene Regelgrößen möglich ist: Über die elektrische Spannung, mit welcher der Elektromotor beaufschlagt wird, über den elektrischen Strom, mit welchem der Elektromotor beaufschlagt wird, über das vom Elektromotor bereitgestellte Drehmoment und über die vom Elektromotor bereitgestellte Drehzahl.It is also generally known in the prior art that the traction drive of an electrically driven machine can be controlled using four different control variables: the electrical voltage applied to the electric motor, the electrical current applied to the electric motor , via the torque provided by the electric motor and via the speed provided by the electric motor.
Weiterhin sind im Stand der Technik sog. Hillholder-Funktionalitäten bekannt, die es ermöglichen, dass ein Kraftfahrzeug bei einem Anfahrvorgang hangaufwärts nach dem Lösen der Bremse noch kurzzeitig festgehalten und an einem Hangabrollen gehindert wird.Furthermore, so-called hillholder functionalities are known in the prior art, which make it possible for a motor vehicle to be held briefly during a starting process uphill after releasing the brake and to be prevented from rolling down a slope.
So offenbart beispielsweise die
Die bekannten elektrisch angetriebenen Arbeitsmaschinen sind jedoch dahingehend nachteilbehaftet, als dass eine für den Fahrer möglichst einfache und intuitive Art der Geschwindigkeitssteuerung über das vom Elektromotor bereitgestellte Drehmoment als Regelgröße erfolgt. Dementsprechend wird der Antrieb einer Vielzahl von elektrisch angetriebenen Arbeitsmaschinen über das vom Elektromotor bereitgestellte Drehmoment geregelt. Das Bereitstellen einer Hillholder-Funktionalität erfolgt im Bereich der elektrisch angetriebenen Arbeitsmaschinen üblicherweise über den elektrischen Antrieb und ohne das Heranziehen einer mechanischen Bremse, so dass ein hohes Dynamikverhalten und ein schnelles Wiederanfahren gewährleistet werden. Beim Bereitstellen einer Hillholder-Funktionalität erweist sich eine Drehmomentregelung jedoch als nachteilig, weil das zum Kompensieren der Hangabtriebskraft benötigte, aufzubringende Drehmoment nur vergleichsweise ungenau bereitgestellt werden kann, so dass die Arbeitsmaschine oftmals nicht völlig still steht sondern eine geringfügige, ungewollte Vorwärts- oder Rückwärtsbewegung ausführt.However, the known electrically driven working machines are disadvantageous in that a type of speed control that is as simple and intuitive as possible for the driver takes place via the torque provided by the electric motor as a control variable. Accordingly, the drive of a large number of electrically driven working machines is regulated via the torque provided by the electric motor. In the field of electrically driven work machines, hillholder functionality is usually provided via the electric drive and without using a mechanical brake, so that high dynamic behavior and rapid restarting are ensured. When providing a hillholder functionality, however, torque control proves to be disadvantageous because the torque to be applied to compensate for the downhill force required can only be provided comparatively imprecisely, so that the working machine often does not stand still completely but performs a slight, unwanted forward or backward movement .
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 mindestens einen Elektromotor umfasst, wobei der mindestens eine Elektromotor bei einer Fahrt der Arbeitsmaschine in einem Fahrbetrieb betrieben wird, wobei der mindestens eine Elektromotor im Fahrbetrieb drehmomentabhängig geregelt wird und wobei der mindestens eine Elektromotor bei einem Anhalten der Arbeitsmaschine in einem Haltebetrieb betrieben wird. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass der mindestens eine Elektromotor im Haltebetrieb drehzahlabhängig geregelt wird.The invention relates to a method for operating a drive train of a work machine, the drive train comprising at least one electric motor, the at least one electric motor being operated when the work machine is moving in a driving mode, the at least one electric motor being torque-controlled in driving mode and the at least an electric motor is operated in a holding mode when the working machine is stopped. The method according to the invention is characterized in that the at least one electric motor is regulated as a function of speed in the holding mode.
Die Erfindung beschreibt also ein Verfahren, nach dem ein Antriebsstrang betrieben werden kann. Der Antriebsstrang ist dabei zum Antreiben einer Arbeitsmaschine geeignet. Da Arbeitsmaschinen in der Regel die meiste Zeit unter hohen Antriebsauslastungen betrieben werden und insbesondere auch absolut gesehen vergleichsweise hohe Arbeitsleistungen erbringen müssen, unterscheidet sich der erfindungsgemäße Antriebsstrang in seiner Auslegung beispielsweise von einem PKW-Antriebsstrang, der typischerweise in einem Auslastungsbereich von 5 % bis 10 % der Maximalleistung betrieben wird sowie insbesondere vergleichsweise geringere absolute Arbeitsleistungen erbringt.The invention thus describes a method according to which a drive train can be operated. The drive train is suitable for driving a work machine. Since work machines are usually operated most of the time under high drive loads and, in particular, have to produce comparatively high work performance in absolute terms, the drive train according to the invention differs in its design from, for example, a passenger car drive strand, which is typically operated in a utilization range of 5% to 10% of the maximum output and, in particular, produces comparatively lower absolute work outputs.
Der Antriebsstrang umfasst mindestens einen Elektromotor, der vorteilhaft einem Fahrantrieb des Antriebsstrangs zugeordnet ist. Weiterhin kann der Antriebsstrang auch einen oder mehrere Elektromotoren umfassen, die beispielsweise einem Arbeitsantrieb der Arbeitsmaschine zugeordnet sind.The drive train includes at least one electric motor, which is advantageously assigned to a traction drive of the drive train. Furthermore, the drive train can also include one or more electric motors, which are assigned, for example, to a working drive of the working machine.
Bei den Elektromotoren handelt es sich bevorzugt um sog. Asynchronmotoren.The electric motors are preferably so-called asynchronous motors.
Bei einer Fahrt der Arbeitsmaschine treibt der mindestens eine Elektromotor die Arbeitsmaschine an. Während der Fahrt wird der mindestens eine Elektromotor im Fahrbetrieb betrieben, wobei der Fahrbetrieb eine drehmomentabhängige Regelung des mindestens einen Elektromotors vorgibt. D.h., dass ein Fahrer der Arbeitsmaschine über eine Betätigung eines Fahrpedals ein Soll-Drehmoment vorgibt, welches der mindestens eine Elektromotor bereitstellen soll. Die Höhe des Soll-Drehmoments entspricht dabei proportional der Betätigung des Fahrpedals.When the working machine is being driven, the at least one electric motor drives the working machine. While driving, the at least one electric motor is operated in the driving mode, with the driving mode specifying a torque-dependent regulation of the at least one electric motor. This means that a driver of the work machine specifies a target torque, which the at least one electric motor is to provide, by actuating an accelerator pedal. The level of the target torque corresponds proportionally to the actuation of the accelerator pedal.
Eine drehmomentabhängige Regelung des mindestens einen Elektromotors bietet dabei den Vorteil, dass sie dem Fahrer der Arbeitsmaschine eine Steuerung des Antriebs der Arbeitsmaschine ermöglicht, die weitestgehend der von Verbrennungsmotoren bekannten Steuerung entspricht. Somit kann ein Fahrer den erfindungsgemäßen elektrischen Antriebsstrang aus seiner Erfahrung mit verbrennergetriebenen Antrieben heraus intuitiv betreiben.Torque-dependent regulation of the at least one electric motor offers the advantage that it enables the driver of the working machine to control the drive of the working machine, which largely corresponds to the control known from internal combustion engines. A driver can therefore intuitively operate the electric drive train according to the invention based on his experience with combustion-powered drives.
Bei einem Anhalten der Arbeitsmaschine wird der mindestens eine Elektromotor aus dem Fahrbetrieb in den Haltebetrieb versetzt. Im Haltebetrieb wird die Arbeitsmaschine durch das Aufbringen eines Motormoments festgehalten. Eine mechanische Reibungsbremse ist damit zum Halten der Arbeitsmaschine nicht erforderlich.When the work machine is stopped, the at least one electric motor is switched from driving mode to holding mode. In holding mode, the machine is held in place by applying engine torque. A mechanical friction brake is therefore not required to hold the working machine.
Ein Festhalten der Arbeitsmaschine durch ein Motormoment des mindestens einen Elektromotors bietet dabei gegenüber einem Festhalten durch eine Reibungsbremse den Vorteil, dass der Prozess des Anhaltens und Wiederanfahrens vergleichsweise schneller abläuft, was beispielsweise bei einem Radlader im sog. Y-Betrieb vorteilhaft ist. Insgesamt ermöglicht das Festhalten durch das Motormoment ein deutlich dynamischeres Anhalten und Wiederanfahren.Holding the work machine by a motor torque of the at least one electric motor offers the advantage over holding by a friction brake that the process of stopping and restarting runs comparatively faster, which is advantageous for a wheel loader in so-called Y mode, for example. Overall, being held by the engine torque allows for significantly more dynamic stopping and restarting.
Das Festhalten der Arbeitsmaschine durch ein Motormoment bietet insbesondere auf einem abschüssigen Untergrund Vorteile. Im Haltebetrieb wird die Arbeitsmaschine entgegen der Hangabtriebskraft auf dem abschüssigen Untergrund durch das Aufbringen eines Motormoments festgehalten. Das Motormoment erzeugt eine Haltekraft, welche der Hangabtriebskraft entgegenwirkt und sie vorteilhaft genau kompensiert, so dass eine ungewollte Hangabbewegung der Arbeitsmaschine, die in der Regel auch eine Gefährdung darstellt, vermieden werden kann.Holding the work machine in place by means of an engine torque offers advantages, particularly on a sloping surface. In holding mode, the working machine is held against the downhill force on the sloping ground by applying engine torque. The engine torque generates a holding force which counteracts the downhill force and advantageously precisely compensates for it, so that an undesired downhill movement of the work machine, which as a rule also represents a hazard, can be avoided.
Erfindungsgemäß ist es nun vorgesehen, dass der mindestens eine Elektromotor im Haltebetrieb drehzahlabhängig geregelt wird. Bei einer drehzahlabhängigen Regelung des mindestens einen Elektromotors wird dem Elektromotor über die Betätigung des Fahrpedals eine Soll-Drehzahl vorgegeben, welche der mindestens eine Elektromotor daraufhin bereitstellen soll. In anderen Worten ändert sich die Regelung des mindestens einen Elektromotors also dahingehend, dass diesem im Haltebetrieb nicht mehr ein Soll-Drehmoment vorgegeben wird, sondern eine Soll-Drehzahl. Die Erfindung macht sich dabei die Erkenntnis zu Nutze, dass das Ermitteln des zum Festhalten der Arbeitsmaschine am Hang benötigte Drehmoment nur vergleichsweise schwer exakt zu bestimmen ist, so dass bei einem drehmomentgeregelten Festhalten oftmals ein langsames „Abdriften“ der Arbeitsmaschine vorwärts oder rückwärts nicht verhindert werden kann. Ein drehzahlgeregeltes Festhalten hingegen erlaubt ein sehr zuverlässiges und ortsgenaues Festhalten, da lediglich die Drehzahl des mindestens einen Elektromotors bei null gehalten werden muss.According to the invention, it is now provided that the at least one electric motor is controlled as a function of speed in the holding mode. In the case of speed-dependent control of the at least one electric motor, a target speed is specified for the electric motor via the actuation of the accelerator pedal, which the at least one electric motor is then intended to provide. In other words, the regulation of the at least one electric motor changes in such a way that a target torque is no longer specified for it in the holding mode, but rather a target speed. The invention makes use of the knowledge that determining the torque required to hold the working machine on a slope is comparatively difficult to determine exactly, so that with torque-controlled holding, a slow "drifting" of the working machine forwards or backwards is often not prevented can. A speed-controlled holding, however, allows a very reliable and locally accurate holding, since only the speed of the at least one electric motor has to be kept at zero.
Die Erfindung verbindet somit vorteilhaft ein drehmomentgesteuertes Fahren der Arbeitsmaschine im Fahrbetrieb, welches dem Fahrer eine intuitive und verbrennungsmotorähnliche Bedienung erlaubt, mit einem drehzahlgeregelten Festhalten der Arbeitsmaschine im Haltebetrieb, welches ein zuverlässiges Festhalten und Stillhalten der Arbeitsmaschine erlaubt.The invention thus advantageously combines torque-controlled driving of the working machine in driving mode, which allows the driver intuitive operation similar to that of an internal combustion engine, with speed-controlled holding of the working machine in holding mode, which allows reliable holding and stopping of the working machine.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der mindestens eine Elektromotor im Haltebetrieb betrieben wird, wenn
- - eine Drehzahl des mindestens einen Elektromotors größer als null ist, aber einen vorgegebenen Drehzahlgrenzwert unterschreitet,
- - eine Betätigung eines Fahrpedals einen vorgegebenen Fahrpedalgrenzwert überschreitet und
- - eine Betätigung eines Bremspedals einen vorgegebenen Bremspedalgrenzwert überschreitet.
- - a speed of the at least one electric motor is greater than zero, but falls below a specified speed limit value,
- - an actuation of an accelerator pedal exceeds a predetermined accelerator pedal limit value and
- - An actuation of a brake pedal exceeds a predetermined brake pedal limit value.
Diese drei Voraussetzungen müssen kumulativ erfüllt sein, um vom Fahrbetrieb in den Haltebetrieb umzuschalten. Die Drehzahl des mindestens einen Elektromotors zeigt an, dass die Arbeitsmaschine voraussichtlich angehalten werden soll, wenn sie den vorgegebenen Drehzahlgrenzwert unterschreitet, aber noch größer als null ist. Der Drehzahlgrenzwert ist dabei positiv. Der vorgegebene Drehzahlgrenzwert kann beispielsweise 200 U/min sein, was bei einer typischen Getriebeuntersetzung eines elektrischen Antriebsstrangs einer Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine von weniger als 0,5 km/h entspricht. Die Betätigung des Fahrpedals über den vorgegebenen Fahrpedalgrenzwert hinaus zeigt an, dass der Fahrer - trotz der geringen Drehzahl - ein bestimmtes, oberhalb des Fahrpedalgrenzwert liegendes Drehmoment anfordert, beispielsweise aufgrund einer Hangauffahrt. Die gleichzeitige Betätigung des Bremspedals über den vorgegebenen Bremspedalgrenzwert hinaus wiederum zeigt an, dass der Fahrer die Arbeitsmaschine voraussichtlich bis zum Stillstand abbremsen möchte.These three requirements must be met cumulatively in order to switch from driving to holding drive to switch. The speed of the at least one electric motor indicates that the work machine is expected to be stopped if it falls below the specified speed limit but is still greater than zero. The speed limit is positive. The specified speed limit value can be 200 rpm, for example, which corresponds to a driving speed of the work machine of less than 0.5 km/h with a typical gear reduction of an electric drive train. Actuation of the accelerator pedal beyond the specified accelerator pedal limit value indicates that the driver—despite the low engine speed—is requesting a specific torque that is above the accelerator pedal limit value, for example due to driving up a slope. Simultaneous actuation of the brake pedal beyond the specified brake pedal limit value, in turn, indicates that the driver probably wants to brake the work machine to a standstill.
Anhand dieser Kriterien kann auf einfache Weise erkannt werden, dass der Antriebsstrang vom Fahrbetrieb in den Haltebetrieb versetzt werden soll.Based on these criteria, it can be recognized in a simple manner that the drive train is to be switched from driving mode to holding mode.
Gemäß einer alternativ bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der mindestens eine Elektromotor im Haltebetrieb betrieben wird, wenn
- - eine Drehzahl des mindestens einen Elektromotors negativ ist,
- - eine Betätigung eines Fahrpedals einen vorgegebenen Fahrpedalgrenzwert überschreitet und
- - eine Betätigung eines Bremspedals einen vorgegebenen Bremspedalgrenzwert überschreitet.
- - a speed of the at least one electric motor is negative,
- - an actuation of an accelerator pedal exceeds a predetermined accelerator pedal limit value and
- - An actuation of a brake pedal exceeds a predetermined brake pedal limit value.
Auch diese drei Voraussetzungen müssen kumulativ erfüllt sein, um vom Fahrbetrieb in den Haltebetrieb umzuschalten. Der wesentliche Unterschied gegenüber der zuerst genannten Ausführungsvariante liegt darin, dass die Drehzahl des mindestens einen Elektromotors nicht nur zwischen null und dem positiven Drehzahlgrenzwert liegt, sondern dass bewusst ein kurzes Zurückrollen der Arbeitsmaschine abgewartet wird, um am mindestens einen Elektromotor eine negative Drehzahl zu erzeugen. Das Zurückrollen der Arbeitsmaschine kann dabei weniger als 5 cm betragen, insbesondere nur etwa 1 cm. Aufgrund des typischerweise hochübersetzenden Getriebes eines elektrischen Antriebsstrangs ist bereits eine derart kurze Strecke als Drehzahl am Elektromotor deutlich erfassbar.These three requirements must also be met cumulatively in order to switch from driving mode to holding mode. The main difference compared to the first-mentioned variant is that the speed of the at least one electric motor is not only between zero and the positive speed limit value, but that the driven machine deliberately waits for a short rollback in order to generate a negative speed on the at least one electric motor. The rolling back of the work machine can be less than 5 cm, in particular only about 1 cm. Due to the typically high-ratio transmission of an electric drive train, such a short distance can already be clearly detected as the speed of the electric motor.
Gemäß einer nochmals alternativ bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der mindestens eine Elektromotor im Haltebetrieb betrieben wird, wenn
- - eine Drehzahl des mindestens einen Elektromotors null ist und
- - über einen Lagesensor eine Schräglage der Arbeitsmaschine erkannt wird.
- - A speed of the at least one electric motor is zero and
- - An inclined position of the working machine is detected via a position sensor.
Auch gemäß dieser Ausführungsform müssen die beiden genannten Voraussetzung kumulativ erfüllt sein, um vom Fahrbetrieb in den Haltebetrieb umzuschalten. Ein Stillstand der Arbeitsmaschine wird dabei über die Drehzahl des mindestens einen Elektromotors von null erkannt. Gleichzeit kann eine durch einen abschüssigen Untergrund verursachte Schräglage der Arbeitsmaschine, welche in einer Hangabtriebskraft resultiert, durch einen Lagesensor erkannt werden. Der Lagesensor kann beispielsweise Bestandteil einer ohnehin vorhandenen Lageregelung oder einer Überschlagserkennung der Arbeitsmaschine sein. Übliche ESP-Sensorik umfasst z.B. in der Regel einen zum Erkennen der Schräglage geeigneten Sensor.According to this embodiment, too, the two prerequisites mentioned must be met cumulatively in order to switch from driving mode to holding mode. A standstill of the work machine is detected by the speed of the at least one electric motor being zero. At the same time, an inclined position of the work machine caused by a sloping ground, which results in a downhill force, can be detected by a position sensor. The position sensor can, for example, be a component of a position control that is present in any case or of a rollover detection system of the work machine. Conventional ESP sensors usually include, for example, a sensor that is suitable for detecting the leaning position.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der mindestens eine Elektromotor im Haltebetrieb betrieben wird, solange das Bremspedal betätigt wird. Die fortgesetzte Betätigung des Bremspedals wird dabei als Indikator dafür verstanden, dass der Fahrer beabsichtigt, die Arbeitsmaschine weiterhin an der vorgegebenen Stelle festzuhalten, beispielsweise auf einem abschüssigen Untergrund. Erst, wenn der Fahrer das Bremspedal löst und somit seine Absicht, die Arbeitsmaschine wieder anfahren zu lassen, anzeigt, wird der Haltebetrieb beendet und der Antriebsstrang wird in den Fahrbetrieb versetzt.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the at least one electric motor is operated in holding mode as long as the brake pedal is actuated. The continued actuation of the brake pedal is understood as an indicator that the driver intends to continue holding the work machine at the specified location, for example on a sloping surface. Only when the driver releases the brake pedal and thus indicates his intention to start the work machine again does the holding mode end and the drive train is switched to driving mode.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der mindestens eine Elektromotor im Fahrbetrieb betrieben wird, wenn das Bremspedal gelöst wird. Durch das Lösen des Bremspedals kann der Fahrerwunsch nach einem unmittelbar bevorstehenden Anfahren der Arbeitsmaschine erkannt werden. Somit kann das Lösen des Bremspedals als Auslöser genommen werden, vom Haltebetrieb in den Fahrbetrieb umzuschalten.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the at least one electric motor is operated in driving mode when the brake pedal is released. By releasing the brake pedal, the driver's request for an imminent start-up of the working machine can be recognized. Thus, the release of the brake pedal can be taken as a trigger to switch from holding mode to driving mode.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der mindestens eine Elektromotor im Fahrbetrieb betrieben wird, wenn das Fahrpedal gelöst und erneut betätigt wird. Auch durch das erneute Betätigen des Fahrpedals nach einem Lösen des Fahrpedals kann der Fahrerwunsch nach einem unmittelbar bevorstehenden Anfahren der Arbeitsmaschine erkannt werden. According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the at least one electric motor is operated in driving mode when the accelerator pedal is released and actuated again. The driver's desire for an imminent start-up of the work machine can also be recognized by actuating the accelerator pedal again after the accelerator pedal has been released.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der mindestens eine Elektromotor im Fahrbetrieb betrieben wird, wenn die Drehzahl des mindestens einen Elektromotors negativ ist. In diesem Fall wird ein leichtes Zurückrollen der Arbeitsmaschine aufgrund eines Lösens des Bremspedals als Auslöser herangezogen, um den Antriebsstrang vom Haltebetrieb in den Fahrbetrieb zu versetzen. Alternativ kann auch ein leichtes Vorwärtsrollen der Arbeitsmaschine aufgrund des Motormoments als Auslöser genommen werden, um den Antriebsstrang vom Haltebetrieb in den Fahrbetrieb zu versetzen.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the at least one electric motor is operated in driving mode when the speed of the at least one electric motor is negative. In this case, a slight rollback of the work machine due to the brake pedal being released is used as a trigger to switch the drive train from holding mode to driving mode. Alternatively, a slight forward rolling of the work machine due to the engine torque can also be used as a trigger to switch the drive train from holding mode to driving mode.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Antriebsstrang weiterhin einen dem mindestens einen Elektromotor zugeordneten Inverter umfasst, wobei der mindestens eine Elektromotor im Haltebetrieb durch den Inverter drehzahlabhängig geregelt wird. Das bedeutet also, dass die Regelung des mindestens einen Elektromotors im Haltebetrieb nicht mehr durch eine üblicherweise dazu vorgesehenen Steuereinheit erfolgt, welche die Betätigung des Fahrpedals bzw. des Bremspedals ausliest und dann nach Maßgabe dieser Betätigung einen Sollwert für die Regelgröße an den Inverter ausgibt. Stattdessen erfolgt die drehzahlabhängige Regelung im Haltebetrieb direkt über den Inverter und ohne die übergeordnete Steuereinheit, indem dem Inverter als Sollwert einmalig eine Drehzahl von null vorgegeben wird. Dadurch ergibt sich ein sehr schneller und effizienter Regelkreis.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the drive train further comprises an inverter assigned to the at least one electric motor, the at least one electric motor being speed-controlled by the inverter in holding mode. This means that the at least one electric motor is no longer regulated in the holding mode by a control unit that is usually provided for this purpose, which reads the actuation of the accelerator pedal or the brake pedal and then, based on this actuation, outputs a setpoint value for the controlled variable to the inverter. Instead, the speed-dependent control in holding mode takes place directly via the inverter and without the higher-level control unit, by specifying a speed of zero as a one-time setpoint for the inverter. This results in a very fast and efficient control loop.
Vorteilhaft ist dabei jedem Elektromotor jeweils ein Inverter zur Ansteuerung des Elektromotors zugeordnet.In this case, each electric motor is advantageously assigned an inverter for controlling the electric motor.
Sofern dem Fahrantrieb mehrere Elektromotoren zugeordnet sind, kann auch allen dem Fahrantrieb zugeordneten Elektromotoren ein gemeinsamer Inverter zugeordnet sein.If several electric motors are assigned to the traction drive, a common inverter can also be assigned to all electric motors assigned to the traction drive.
Ebenso kann - sofern dem Arbeitsantrieb mehrere Elektromotoren zugeordnet sind - auch allen dem Arbeitsantrieb zugeordneten Elektromotoren ein gemeinsamer Inverter zugeordnet sein.If several electric motors are assigned to the working drive, a common inverter can also be assigned to all electric motors assigned to the working drive.
Die Erfindung betrifft weiterhin einen Antriebsstrang für eine Arbeitsmaschine, wobei der Antriebsstrang mindestens einen Elektromotor umfasst und wobei der mindestens eine Elektromotor einem Fahrantrieb des Antriebsstrangs zugeordnet ist. Der erfindungsgemäße Antriebsstrang zeichnet sich dadurch aus, dass der Antriebsstrang dazu ausgebildet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.The invention also relates to a drive train for a work machine, the drive train comprising at least one electric motor and the at least one electric motor being assigned to a traction drive of the drive train. The drive train according to the invention is characterized in that the drive train is designed to carry out the method according to the invention.
Der Antriebsstrang umfasst bevorzugt alle Mittel und Vorrichtungen zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wie beispielsweise antreibbare Fahrzeugräder, ein Fahrpedal mit Betätigungserfassungsmitteln, ein Bremspedal mit Betätigungserfassungsmitteln, einen Lagesensor und mindestens eine elektronische Recheneinheit, die dazu ausgebildet ist, das erfindungsgemäße Verfahren in Form eines Software-Algorithmus auszuführen.The drive train preferably includes all means and devices for carrying out the method according to the invention, such as drivable vehicle wheels, an accelerator pedal with actuation detection means, a brake pedal with actuation detection means, a position sensor and at least one electronic processing unit which is designed to implement the method according to the invention in the form of a software to run the algorithm.
Daraus ergeben sich die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Vorteile auch für den erfindungsgemäßen Antriebsstrang.This also results in the advantages already described in connection with the method according to the invention for the drive train 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 zeigt beispielhaft und stark schematisch eine mögliche Ausbildungsform eines Antriebsstrangs für eine in1 nicht dargestellte Arbeitsmaschine, -
2 beispielhaft und schematisch eine Arbeitsmaschine auf einem abschüssigen Untergrund und -
3 eine mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Flussdiagramms.
-
1 shows an example and highly schematic of a possible embodiment of a drive train for an in1 work machine not shown, -
2 exemplary and schematic of a working machine on a sloping ground and -
3 a possible embodiment of the method according to the invention in the form of a flowchart.
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.
Weiterhin sind dem Fahrantrieb 20 ein Fahrpedal 23, ein Bremspedal 24 sowie eine Steuereinheit 25 zugeordnet. Die Steuereinheit 25 liest kontinuierlich eine Betätigung sowohl des Fahrpedals 23 als auch des Bremspedals 24 aus und gibt der Betätigung entsprechende Werte als Soll-Werte an den Inverter 22 aus, welcher den Elektromotor 21 daraufhin entsprechend ansteuert. Der Inverter 22 liest auch eine Drehzahl des Elektromotors 21 aus und übermittelt sie an die Steuereinheit 25.Furthermore, an accelerator pedal 23 , a
In einem Fahrbetrieb des Elektromotors 21 erfolgt die Regelung des Elektromotors 21 drehmomentabhängig. D.h., jeder Betätigung des Fahrpedals 23 wird ein Soll-Drehmoment des Elektromotors 21 zugeordnet.When the electric motor 21 is in driving operation, the electric motor 21 is controlled as a function of the torque. That is, a target torque of the electric motor 21 is assigned to each actuation of the accelerator pedal 23 .
Wenn die Steuereinheit 25 nun beispielsgemäß erkennt, dass
- - eine Drehzahl des mindestens einen Elektromotors 21 größer als null ist, aber trotzdem einen vorgegebenen Drehzahlgrenzwert von 300 U/min unterschreitet,
- - eine Betätigung eines Fahrpedals 23 einen vorgegebenen Fahrpedalgrenzwert von 10 % einer Maximalbetätigung überschreitet und gleichzeitig
- - eine Betätigung eines Bremspedals 24 einen vorgegebenen Bremspedalgrenzwert von 15 % einer Maximalbetätigung überschreitet,
- - a speed of the at least one electric motor 21 is greater than zero, but still falls below a specified speed limit value of 300 rpm,
- - An actuation of an accelerator pedal 23 exceeds a predetermined accelerator pedal limit value of 10% of a maximum actuation and at the same time
- - an actuation of a
brake pedal 24 exceeds a specified brake pedal limit value of 15% of a maximum actuation,
Im Haltebetrieb wird der Elektromotor 21 einer drehzahlabhängig Regelung unterworfen, um ein Festhalten der Arbeitsmaschine 50 an der vom Fahrer vorgegebenen Position sicher zu gewährleisten. Dazu wird dem Inverter 22 von der Steuereinheit 25 als Soll-Drehzahl der Wert null vorgegeben, auf welchen der Inverter 22 den Elektromotor 21 nun regelt. Die Regelung des Elektromotor 21 erfolgt im Haltebetrieb ausschließlich über den Inverter 22 und nicht mehr über die Steuereinheit 25, so dass ein sehr schneller Regelkreis besteht.In the holding mode, the electric motor 21 is subject to speed-dependent regulation in order to ensure that the
Der Haltebetrieb wird beispielsgemäß beendet, wenn das Bremspedal 24 vollständig gelöst wird. Dann wird der Elektromotor 21 wieder im Fahrbetrieb betrieben.For example, the holding operation is terminated when the
In einem ersten Verfahrensschritt 100 wird eine Betätigung des Bremspedals 24 überwacht. Sofern festgestellt wird, dass das Bremspedal 24 für einen Zeitraum von mindestens 200 ms zu mindestens 25 % seiner Maximalbetätigung betätigt wird, wird das Verfahren in Schritt 101 fortgesetzt. Andernfalls wird das Verfahren in Schritt 102 fortgesetzt und beginnt in Schritt 100 erneut.In a
Gleichzeitig zu Schritt 100 wird in Schritt 103 eine Betätigung des Fahrpedals 22 überwacht. Sofern festgestellt wird, dass das Fahrpedal 22 für einen Zeitraum von mindestens 10 ms soweit betätigt wird, dass ein Drehmoment von mindestens 100 Nm angefordert wird, wird das Verfahren in Schritt 104 fortgesetzt. Andernfalls wird das Verfahren in Schritt 105 fortgesetzt und beginnt in Schritt 103 erneut.At the same time as
Ebenfalls gleichzeitig zu Schritt 100 und Schritt 103 wird in Schritt 106 eine Drehzahl des Elektromotors 21 überwacht. Sofern festgestellt wird, dass die Drehzahl sich für einen Zeitraum von beispielsgemäß 100 ms zwischen dem Wert null einem vorgegebenen Drehzahlgrenzwert, der beispielsgemäß 200 U/min beträgt, befindet, wird das Verfahren in Schritt 107 fortgesetzt. Andernfalls wird das Verfahren in Schritt 108 fortgesetzt und beginnt in Schritt 106 erneut.Likewise at the same time as
In Schritt 109 wird überprüft, ob das Verfahren kumulativ in die Schritte 101, 104 und 107 übergeleitet wurde. Sofern dies der Fall ist wird in Schritt 110 der Elektromotor 21 in den Haltebetrieb versetzt und von nun an im Haltebetrieb betrieben, in welchem er drehzahlabhängig geregelt wird. Sofern dies jedoch nicht der Fall ist, beginnt das Verfahren in den Schritten 100, 103 und 106 erneut.In
In Schritt 111 wird wiederum die Betätigung des Bremspedals 24 überwacht. Sofern festgestellt wird, dass das Bremspedal 24 für einen Zeitraum von mindestens 10 ms zu höchstens 20 % seiner Maximalbetätigung betätigt wird, wird das Verfahren in Schritt 112 fortgesetzt. Andernfalls wird das Verfahren in Schritt 113 fortgesetzt und beginnt wieder bei Schritt 111.In
Gleichzeitig zu Schritt 111 wird in Schritt 114 wiederum die Betätigung des Fahrpedals 22 überwacht. Sofern festgestellt wird, dass das Fahrpedal 22 für einen Zeitraum von mindestens 10 ms soweit betätigt wird, dass ein Drehmoment größer als null angefordert wird, wird das Verfahren in Schritt 1115 fortgesetzt. Andernfalls wird das Verfahren in Schritt 116 fortgesetzt und beginnt wieder bei Schritt 114.At the same time as
In Schritt 117 wird überprüft, ob das Verfahren kumulativ in die Schritte 112 und 115 übergeleitet wurde. Sofern dies der Fall ist wird in Schritt 118 der Elektromotor in den Fahrbetrieb versetzt und von nun an im Fahrbetrieb betrieben, in welchem er drehmomentabhängig geregelt wird. Sofern dies jedoch nicht der Fall ist, beginnt das Verfahren in den Schritten 111 und 114 erneut.In
Bezugszeichenlistereference list
- 1010
- Antriebsstrangpowertrain
- 1111
- Energiespeicherenergy storage
- 2020
- Fahrantriebtraction drive
- 2121
- Elektromotorelectric motor
- 2222
- Inverterinverters
- 2323
- Fahrpedalaccelerator pedal
- 2424
- Bremspedalbrake pedal
- 2525
- Steuereinheitcontrol unit
- 3030
- Arbeitsantriebworking drive
- 3131
- Elektromotorelectric motor
- 3232
- Inverterinverters
- 5050
- Arbeitsmaschineworking machine
- αa
- Steigungswinkel pitch angle
- 100100
- Überwachung der Betätigung des BremspedalsMonitoring of the actuation of the brake pedal
- 101101
- erforderliche Betätigung des Bremspedalsrequired actuation of the brake pedal
- 102102
- keine erforderliche Betätigung des Bremspedalsno need to press the brake pedal
- 103103
- Überwachung der Betätigung des FahrpedalsMonitoring of the actuation of the accelerator pedal
- 104104
- erforderliche Betätigung des Fahrpedalsrequired actuation of the accelerator pedal
- 105105
- keine erforderliche Betätigung des Fahrpedalsno need to press the accelerator pedal
- 106106
- Überwachung der Drehzahl des ElektromotorsMonitoring of the speed of the electric motor
- 107107
- Drehzahl für einen Zeitraum zwischen dem Wert null einem vorgegebenen DrehzahlgrenzwertRPM for a period of time between zero and a predetermined RPM limit
- 108108
- Drehzahl nicht für einen Zeitraum zwischen dem Wert null einem vorgegebenen DrehzahlgrenzwertSpeed not between zero for a period of time before a preset speed limit
- 109109
-
Überprüfen, ob das Verfahren kumulativ in die Schritte 101, 104 und 107 übergeleitet wurdeCheck whether the procedure has been cumulatively passed to
101, 104 and 107steps - 110110
- Versetzen des Elektromotors in den HaltebetriebPlacing the electric motor in holding mode
- 111111
- Überwachung der Betätigung des BremspedalsMonitoring of the actuation of the brake pedal
- 112112
- erforderliche Betätigung des Bremspedalsrequired actuation of the brake pedal
- 113113
- keine erforderliche Betätigung des Bremspedalsno need to press the brake pedal
- 114114
- Überwachung der Betätigung des FahrpedalsMonitoring of the actuation of the accelerator pedal
- 115115
- erforderliche Betätigung des Fahrpedalsrequired actuation of the accelerator pedal
- 116116
- keine erforderliche Betätigung des Fahrpedalsno need to press the accelerator pedal
- 117117
-
Überprüfen, ob das Verfahren kumulativ in die Schritte 112 und 115 übergeleitet wurdeCheck whether the procedure has been cumulatively passed to
112 and 115steps - 118118
- Versetzen des Elektromotors in den FahrbetriebPutting the electric motor into driving operation
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
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