DE102021211760B3

DE102021211760B3 - Verfahren zum Steuern eines elektrischen Fahrantriebs

Info

Publication number: DE102021211760B3
Application number: DE102021211760.0A
Authority: DE
Inventors: Andreas Rothmund; Matthias MADLENER; Mario BRUGGER
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2021-10-19
Filing date: 2021-10-19
Publication date: 2023-01-19
Anticipated expiration: 2041-10-20
Also published as: WO2023066937A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern eines elektrischen Fahrantriebs (10) einer Arbeitsmaschine (12) mit folgenden Schritten:
- Erfassen (50) einer Betätigung eines Motordrehmomentsteuerelements (14);
- Erfassen (52) einer zur Betätigung des Motordrehmomentsteuerelements (14) gleichzeitigen Betätigung eines Bremsmomentsteuerelements (16);
- Bestimmen (54) eines Motorsteuerwerts in Abhängigkeit von der erfassten gleichzeitigen Betätigung des Motordrehmomentsteuerelements (14) und des Bremsmomentsteuerelements (16), wobei der Motorsteuerwert einen Wert in einem negativen Wertebereich und in einem positiven Wertebereich annehmen kann;
- Steuern (56) einer Elektromaschine (20) des Fahrantriebs (10) in Abhängigkeit von dem bestimmten Motorsteuerwert, wobei die Elektromaschine (20) bei der Steuerung mit einem positiven Motorsteuerwert ein die Arbeitsmaschine (12) antreibendes Motordrehmoment erzeugt und wobei die Elektromaschine (20) bei der Steuerung mit einem negativen Motorsteuerwert ein die Arbeitsmaschine (12) abbremsendes Motordrehmoment erzeugt. Zudem bezieht sich die Erfindung auf eine Steuervorrichtung und eine Arbeitsmaschine (10).

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern eines elektrischen Fahrantriebs einer Arbeitsmaschine. Zudem bezieht sich die Erfindung auf eine Steuervorrichtung zum Steuern eines elektrischen Fahrantriebs einer Arbeitsmaschine und auf eine Arbeitsmaschine.
Stand der Technik
Getriebesysteme für Arbeitsmaschinen mit Verbrennungskraftmaschinen sind häufig sehr komplex und aufwendig. Beispielsweise kann ein hydrostatisch leistungsverzweigtes Getriebe vorgesehen sein, um eine stufenlose Übersetzung bereitstellen zu können, wie z. B. in DE 10 2008 001 612 B4 beschrieben. Durch die Leistungsverzweigung kann sowohl eine Antriebsleistung als auch eine Nebenabtriebsleistung von einer einzigen Verbrennungsmaschine bereitgestellt werden. Je nach gewünschter Verzögerung und Beschleunigung kann die Verbrennungsmaschine und das Getriebesystem entsprechend gesteuert werden. Es ergeben sich zahlreiche Abhängigkeiten bei der Betätigung von Fahrpedal und Bremspedal aufgrund des gemeinsamen Antriebs für Fahrantrieb und Arbeitshydraulik.
Durch die Nutzung eines elektrifizierten Leistungsstrangs können sich hier Vereinfachungen ergeben. Beispielsweise kann eine Elektromaschine nur für das Bereitstellen der Antriebsleistung vorgesehen sein und eine andere Elektromaschine zum Bereitstellen der Nebenantriebsleistung. Ein elektrischer Fahrantrieb kann so unabhängig von einem Arbeitsstrang genutzt werden. Zudem kann mit dem elektrischen Fahrantrieb auch rekuperiert werden. Durch die Rekuperation kann eine Effizienz bei der Nutzung der Arbeitsmaschine erhöht sein. Zudem kann so eine Nutzung einer Betriebsbremse der Arbeitsmaschine gering sein, wodurch diese langsamer verschleißt. Hierfür kann eine angepasste Steuerung sinnvoll sein.
Die DE 10 2012 202 647 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer elektrischen Maschine.
Die DE 10 2018 203 624 A1 beschreibt einen Antrieb für eine Arbeitsmaschine.
Die DE 10 2020 110 013 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines Bremssystems eines Fahrzeugs.
Die DE 10 2018 105 123 A1 beschreibt ein Verfahren und ein System zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs.
Darstellung der Erfindung
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines elektrischen Fahrantriebs einer Arbeitsmaschine. Mit dem Fahrantrieb kann die Arbeitsmaschine verfahren werden. Der Fahrantrieb kann dazu ausgebildet sein, eine Antriebsleistung bereitzustellen, beispielsweise an jeweiligen Rädern der Arbeitsmaschine. Mit der Antriebsleistung kann ein Fahren der Arbeitsmaschine bewirkt werden. Der Fahrantrieb kann beispielsweise eine Elektromaschine aufweisen. Die Elektromaschine kann beispielsweise dazu ausgebildet sein, den Fahrantrieb der Arbeitsmaschine mit Leistung zu versorgen. Der elektrische Fahrantrieb kann dazu ausgebildet sein, zu rekuperieren. Die Elektromaschine des Fahrantriebs kann zur Rekuperation ausgebildet sein.
Die Arbeitsmaschine kann als Landmaschine, z.B. als Traktor, als Baumaschine oder auch als ein Spezialfahrzeug ausgebildet sein. Ein Beispiel für eine Arbeitsmaschine ist ein Radlader, bei dem jeweilige Räder durch die Antriebsleistung antreibbar sind und eine Schaufel als Werkzeug durch die Arbeitshydraulik gehoben und gesenkt werden kann. Die Arbeitsmaschine kann einen Arbeitsstrang zum Bereitstellen einer Nebenantriebsleistung bereitstellen, um so einen Nebenantrieb zu betreiben. Mit der Nebenantriebsleistung kann ein Werkzeug der Arbeitsmaschine, wie beispielsweise eine verstellbare Schaufel oder eine Hydraulikpumpe, mit einer Leistung versorgt werden. Der Nebenantrieb kann die Arbeitshydraulik mit Leistung versorgen. Durch die bereitgestellte Nebenantriebsleistung kann beispielsweise eine Zapfwelle mit einem Drehmoment beaufschlagt werden.
Der Fahrantrieb kann eine Energiequelle zum Betreiben der Elektromaschinen aufweisen. Beispielsweise kann der Fahrantrieb eine Batterie aufweisen, welche dazu ausgebildet ist, eine elektrische Energie für die Elektromaschine bereitzustellen. Die Elektromaschine kann dazu ausgebildet sein, eine elektrische Energie in eine mechanische Energie zu wandeln. Bei der Rekuperation kann die Elektromaschine auch eine mechanische Energie in elektrische Energie wandeln. Eine Elektromaschine kann beispielsweise als Synchronmotor oder Asynchronmotor ausgebildet sein.
Das Verfahren weist einen Schritt eines Erfassens einer Betätigung eines Motordrehmomentsteuerelements auf. Das Motordrehmomentsteuerelement kann für diese Erfassung ausgebildet sein. Das Motordrehmomentsteuerelement wird üblicherweise von dem Fahrer der Arbeitsmaschine für einen Fahrwunsch betätigt. Beispielsweise kann das Motordrehmomentsteuerelement als Fahrpedal oder Handgashebel ausgebildet sein. Das Motordrehmomentsteuerelement kann für die Erfassung von dessen Betätigung einen Sensor aufweisen. Die Betätigung des Motordrehmomentsteuerelements kann beispielsweise ein Verstellen in eine bestimmte Position sein. In diesem Fall wird beispielsweise eine Motordrehmomentsteuerelementstellung erfasst. Die Betätigung des Motordrehmomentsteuerelements kann beispielsweise durch ein Drücken oder ein Ziehen erfolgen. Die Betätigung kann eine Stellung des Motordrehmomentsteuerelements versetzt zu einer Ausgangsstellung verursachen. Die Ausgangsstellung des Motordrehmomentsteuerelements kann eine Neutralstellung sein, in welche das Motordrehmomentsteuerelement selbsttätig nach Beendigung der Betätigung zurückkehrt. Beispielsweise kann durch eine stärkere Betätigung des Motordrehmomentsteuerelements eine größere Antriebsleistung von dem Fahrantrieb angefordert werden.
Das Verfahren weist einen Schritt eines Erfassens einer zur Betätigung des Motordrehmomentsteuerelements gleichzeitigen Betätigung eines Bremsmomentsteuerelements auf. Das Bremsmomentsteuerelement kann für diese Erfassung ausgebildet sein. Das Bremsmomentsteuerelement wird üblicherweise von dem Fahrer der Arbeitsmaschine für einen Bremswunsch betätigt. Beispielsweise kann das Bremsmomentsteuerelement als Bremspedal oder Bremshebel ausgebildet sein. Das Bremsmomentsteuerelement kann für die Erfassung von dessen Betätigung einen Sensor aufweisen. Die Betätigung des Bremsmomentsteuerelements kann beispielsweise ein Verstellen in eine bestimmte Position sein. In diesem Fall wird beispielsweise eine Bremsmomentsteuerelementstellung erfasst. Die Betätigung des Bremsmomentsteuerelements kann beispielsweise durch ein Drücken oder ein Ziehen erfolgen. Die Betätigung kann eine Stellung des Bremsmomentsteuerelements versetzt zu einer Ausgangsstellung verursachen. Die Ausgangsstellung des Bremsmomentsteuerelements kann eine Neutralstellung sein, in welche das Bremsmomentsteuerelement selbsttätig nach Beendigung der Betätigung zurückkehrt. Beispielsweise kann durch eine stärkere Betätigung des Bremsmomentsteuerelements eine größere Bremsleistung von dem Fahrantrieb angefordert werden. Eine Bremsleistung kann dabei durch eine Rekuperation mittels der Elektromaschine als Generator und alternativ oder zusätzlich ein Betreiben einer Betriebsbremse bereitgestellt werden.
Das Verfahren weist einen Schritt eines Bestimmens eines Motorsteuerwerts in Abhängigkeit von der erfassten gleichzeitigen Betätigung des Motordrehmomentsteuerelements und des Bremsmomentsteuerelements auf. Beispielsweise kann der Motorsteuerwert als Durchschnitt einer derzeitigen Auslenkung des Motordrehmomentsteuerelements relativ zu dessen maximaler Auslenkung und einer derzeitigen Auslenkung des Bremsmomentsteuerelements relativ zu dessen maximaler Auslenkung berechnet werden. Aus zwei Sensorsignalen kann so ein kombiniertes Steuerungssignal bestimmt werden. Der Motorsteuerwert kann einen Wert in einem negativen Wertebereich und in einem positiven Wertebereich annehmen. Der Motorsteuerwert kann beispielsweise in dem positiven Wertebereich liegen, wenn das Motordrehmomentsteuerelement stärker betätigt ist als das Bremsmomentsteuerelement. Der Motorsteuerwert kann beispielsweise in dem positiven Wertebereich liegen, wenn das Motordrehmomentsteuerelement schwächer betätigt ist als das Bremsmomentsteuerelement.
Das Verfahren kann einen Schritt eines Steuerns einer Elektromaschine des Fahrantriebs in Abhängigkeit von dem bestimmten Motorsteuerwert aufweisen. Die Elektromaschine erzeugt aufgrund dieser Steuerung mit einem positiven Motorsteuerwert ein die Arbeitsmaschine antreibendes Motordrehmoment. Die Elektromaschine erzeugt aufgrund dieser Steuerung mit einem negativen Motorsteuerwert ein die Arbeitsmaschine abbremsendes Motordrehmoment. Das abbremsende Motordrehmoment kann durch eine Rekuperation erzeugt werden. Die Elektromaschine kann in diesem Fall als Generator betrieben werden.
Mit dem Verfahren kann erfasst werden, wenn der Fahrer gleichzeitig das Motordrehmomentsteuerelement und das Bremsmomentsteuerelement betätigt. Eine solche Betätigung kann eine Fehlbedienung sein, welche dennoch durch das Verfahren sinnvoll verarbeitet werden kann. Eine solche Bedienung kann auch auf ein erlerntes Fahren von konventionellen Arbeitsmaschinen mit Verbrennungsmotor zurückzuführen sein, bei welchem gleichzeitig eine höhere Leistung für das Werkzeug bei simultanem Anhalten bereitgestellt werden soll. Durch die Steuerung der Elektromaschine gemäß dem Verfahren kann verhindert werden, dass die Elektromaschine gegen eine Betriebsbremse anfährt. Zudem kann auch bei einer gleichzeitigen Betätigung von dem Motordrehmomentsteuerelement und dem Bremsmomentsteuerelement eine sinnvolle Steuerung des Fahrantriebs erreicht werden. So muss ein Fahrer für das Fahren einer Arbeitsmaschine mit elektrischem Fahrantrieb nicht umgeschult werden. Zudem kann so neben einer Bedienung einer Betriebsbremse die Bremskraft auch durch ein Generatormoment an der Elektromaschine erhöht werden, selbst wenn der Fahrer zu einem gewissen Grad das Motordrehmomentsteuerelement weiter betätigt, beispielsweise durch Drücken.
In einer Ausführungsform des Verfahrens kann es vorgesehen sein, dass sich der Motorsteuerwert in dem negativen Wertebereich als Funktion nur der erfassten Betätigung des Bremsmomentsteuerelements ändert. Sobald die Elektromaschine als Generator zur Rekuperation betrieben wird, kann so eine durch die Elektromaschine erzeugte Bremskraft nur durch das Bremsmomentsteuerelement verändert werden. Dadurch wird eine ungewollte Veränderung einer Abbremsung durch Betätigung des Motordrehmomentsteuerelements verhindert. Alternativ oder zusätzlich ist es vorgesehen, dass sich der Motorsteuerwert in dem positiven Wertebereich als Funktion der gleichzeitig erfassten Betätigung des Bremsmomentsteuerelements und des Motordrehmomentsteuerelements ändert. So kann der Fahrer ein die Arbeitsmaschine antreibendes Drehmoment der Elektromaschine sowohl durch Betätigung des Motordrehmomentsteuerelements als auch des Bremsmomentsteuerelements verändern. So kann beispielsweise eine Fahrgeschwindigkeit bei Nutzung eines Handgases durch Betätigung des Bremsmomentsteuerelements verringert werden. Dabei fährt die Arbeitsmaschine weiter effizient, da beispielsweise nur die Antriebsleistung verringert werden kann, statt mit gleichbleibender Antriebsleistung gegen eine Bremskraft einer Betriebsbremse zu arbeiten. Entsprechend ist keine Deaktivierung des Handgases notwendig, um eine effizientes elektrisches Fahren zu ermöglichen.
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass das Verfahren einen Schritt eines Erfassens einer Betätigung eines ersten Motordrehmomentsteuerelements aufweist. Zudem weist das Verfahren einen Schritt eines Erfassens einer Betätigung eines zweiten Motordrehmomentsteuerelements auf. Die beiden Motordrehmomentsteuerelement können unterschiedliche Motordrehmomentsteuerelemente sein, wie beispielsweise ein Element zum Steuern eines Handgases, ein Element zum Steuern eines Tempomats und ein Fahrpedal. Eine stärkere Betätigung eines Motordrehmomentsteuerelements kann eine Manipulation des Motordrehmomentsteuerelements durch den Fahrer sein, welche eine gewünschte größere Antriebsleistung bedeutet. Beispielsweise kann ein Drücken eines Fahrpedals auf seine Maximalposition eine stärkere Betätigung sein als ein Ziehen eines Handgases auf eine Mittelstellung.
Das Verfahren weist einen Schritt eines Bestimmens desjenigen des ersten Motordrehmomentsteuerelements und des zweiten Motordrehmomentsteuerelements, welches stärker betätigt ist, auf. Dem Verfahren wird nur die erfasste Betätigung desjenigen der zwei Motordrehmomentsteuerelemente zugrunde gelegt werden, welches stärker betätigt ist. Beispielsweise kann das Bestimmen des Motorsteuerwerts in Abhängigkeit von der erfassten gleichzeitigen Betätigung desjenigen Motordrehmomentsteuerelements, welches stärker betätigt ist, und des Bremsmomentsteuerelements, erfolgen. Somit können beide Motordrehmomentsteuerelemente wahlweise genutzt werden, ohne dass eine Aktivierung oder dergleichen erfolgen muss. So kann auch bei Einstellen des Handgases beispielsweise einfach mit dem Fuß von dem Fahrpedal gegangen werden.
In einer Ausführungsform des Verfahrens kann es vorgesehen sein, dass das Verfahren einen Schritt eines Erfassens einer Betätigung eines Fahrtrichtungswechselelements aufweist. Das Fahrtrichtungswechselelement kann beispielsweise durch einen Fahrbereichswählhebel oder Gangschaltungshebel ausgebildet sein. Durch eine Betätigung des Fahrtrichtungswechselelements kann eine Fahrtrichtung der Arbeitsmaschine umgedreht werden. Beispielsweise kann von einer Antriebskraft, welche in Vorwärtsrichtung wirkt, auf eine Antriebskraft, welche in Rückwärtsrichtung wirkt, umgeschaltet werden. Das Bestimmen des Motorsteuerwerts in Abhängigkeit von der gleichzeitig erfassten Betätigung des Motordrehmomentsteuerelements und des Bremsmomentsteuerelements kann bei erfasster Betätigung des Fahrtrichtungswechselelements mit einer anderen Funktion erfolgen als bei unbetätigtem Fahrtrichtungswechselelement. So kann ein Powerreversieren unterstützt werden. Es erfolgt beispielsweise eine andere Kombination und Verrechnung der Betätigung des Fahrpedals und des Bremspedals, um eine Verzögerung während des Powerreversierens zu erhöhen. Beispielsweise kann diese Funktion zur Bestimmung des Motorsteuerwerts bei erfasster Betätigung des Fahrtrichtungswechselelements für eine vorbestimmte Zeitdauer genutzt werden. Alternativ oder zusätzlich kann diese Funktion zur Bestimmung des Motorsteuerwerts bei erfasster Betätigung des Fahrtrichtungswechselelements bis zum Erreichen einer Mindestgeschwindigkeit und alternativ oder zusätzlich bis zur Fahrtrichtungsumkehr genutzt werden. Anschließend kann beispielsweise wieder die sonst übliche Kombination und Verrechnung der Betätigung des Fahrpedals und des Bremspedals zur Bestimmung des Motorsteuerwerts genutzt werden.
In einer Ausführungsform des Verfahrens kann es vorgesehen sein, dass das Verfahren einen Schritt eines Bedienens einer Betriebsbremse der Arbeitsmaschine in Abhängigkeit von der erfassten Betätigung des Bremsmomentsteuerelements aufweist. Das Bedienen kann ein Steuern der Betriebsbremse sein, damit diese ein abbremsendes Moment erzeugt. Das Bedienen der Betriebsbremse kann beispielsweise erst ab Erreichen eines vorgegebenen Betätigungsgrenzwerts des Bremsmomentsteuerelements erfolgen. Der Betätigungsgrenzwert kann fest vorgegeben sein oder in Abhängigkeit von einer Fahrgeschwindigkeit und alternativ oder zusätzlich einer Betätigung des Motordrehmomentsteuerelements bestimmt werden. Beispielsweise kann die Betriebsbremse bedient werden, sobald das Bremspedal mehr als 50% gedrückt wurde.
Der bestimmte Motorsteuerwert kann bei Betätigung der Betriebsbremse kleiner als oder gleich eines vorgegebenen Maximalmotorsteuerwerts sein. Beispielsweise wird die Betriebsbremse nur bedient, falls der Motorsteuerwert kleiner als oder gleich des vorgegebenen Maximalmotorsteuerwerts ist. Dadurch wird verhindert, dass die Betriebsbremse gegen eine starke Antriebsleistung anwirkt und damit starkem Verschleiß ausgesetzt ist. Beispielsweise wird alternativ oder zusätzlich aufgrund der Bedienung der Betriebsbremse der Motorsteuerwert kleiner als oder gleich des vorgegebenen Maximalmotorsteuerwerts bestimmt. Damit kann die Antriebsleistung automatisch bei Erreichen einer Betätigung des Bremsmomentsteuerelements, welches das Bedienen der Betriebsbremse bedingt, gedrosselt werden. So wird ein ineffizientes Nutzen des Fahrantriebs vermieden. Der Maximalmotorsteuerwert ist beispielsweise größer als null und liegt damit im positiven Wertebereich. Beispielsweise kann so ein Rückrollen am Hang verhindert werden, trotz des gemeinsamen Motorsteuerwerts. Der Maximalmotorsteuerwert kann beispielsweise in Abhängigkeit von einer Neigung der Arbeitsmaschine bestimmt werden. Der Maximalmotorsteuerwert kann ein fest vorgegebener Wert sein. Durch die Berücksichtigung eines Bremspunktes kann sichergestellt werden, dass in einer Normalfahrt nicht gegen die Betriebsbremse angefahren wird. Eine Antriebskraft kann abgebaut sein, sobald die Betriebsbremse beginnt zu wirken. Eine Motorbremskraft durch Rekuperation kann dagegen die Betriebsbremse unterstützen. Die Motorbremskraft durch Rekuperation kann beispielsweise beliebig hoch bei Bedienung der Betriebsbremse sein.
In einer Ausführungsform des Verfahrens kann es vorgesehen sein, dass bei der Erfassung der Betätigung des Motordrehmomentsteuerelements ein Totweg berücksichtigt wird. Beispielsweise haben die ersten 5% einer Betätigung des Motordrehmomentsteuerelements keine Auswirkungen auf den Motorsteuerwert. Dadurch kann beispielsweise verhindert werden, dass ungewünschte Fahranforderungen kommandiert werden, nur weil der Fahrer beispielsweise seinen Fuß auf dem Fahrpedal liegen hat. Der Totweg kann fest vorgegeben sein oder auch parametrierbar sein. Sowohl für das erste Motordrehmomentsteuerelement als auch das zweite Motordrehmomentsteuerelement kann ein Totweg vorgesehen sein, wobei diese Totwege unterschiedlich sein können.
In einer Ausführungsform des Verfahrens kann es vorgesehen sein, dass bei der Erfassung der Betätigung des Bremsmomentsteuerelements ein Totweg berücksichtigt wird. Beispielsweise haben die ersten 5% einer Betätigung des Bremsmomentsteuerelements keine Auswirkungen auf den Motorsteuerwert. Dadurch kann beispielsweise verhindert werden, dass ungewünschte Fahranforderungen kommandiert werden, nur weil der Fahrer beispielsweise seinen Fuß auf dem Bremspedal liegen hat. Der Totweg kann fest vorgegeben sein oder auch parametrierbar sein.
In einer Ausführungsform des Verfahrens kann es vorgesehen sein, dass bei der Erfassung der Betätigung des Motordrehmomentsteuerelements eine Signalfilterung erfolgt. Die Signalfilterung kann beispielsweise eine Signalglättung sein. Dadurch können kleine Änderungen und Schwingungen nicht eine Antriebssteuerung ändern und somit die Steuerung unruhig machen. Beispielsweise können Vibrationen der Antriebsmaschine auch ein Vibrieren des Motordrehmomentsteuerelements verursachen, welche so herausgefiltert werden kann. Sowohl für das erste Motordrehmomentsteuerelement als auch das zweite Motordrehmomentsteuerelement kann eine Signalfilterung vorgesehen sein, wobei diese Signalfilterungen unterschiedlich sein können.
In einer Ausführungsform des Verfahrens kann es vorgesehen sein, dass bei der Erfassung der Betätigung des Bremsmomentsteuerelements eine Signalfilterung erfolgt. Die Signalfilterung kann beispielsweise eine Signalglättung sein. Dadurch können kleine Änderungen und Schwingungen nicht eine Antriebssteuerung ändern und somit die Steuerung unruhig machen. Beispielsweise können Vibrationen der Antriebsmaschine auch ein Vibrieren des Bremsmomentsteuerelements verursachen, welche so herausgefiltert werden kann.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung zum Steuern eines elektrischen Fahrantriebs einer Arbeitsmaschine. Die Steuervorrichtung weist ein Motordrehmomentsteuerelement, welches zum Erfassen einer Betätigung durch einen Fahrer der Arbeitsmaschine ausgebildet ist, auf. Die Steuervorrichtung weist ein Bremsmomentsteuerelement, welches zum Erfassen einer Betätigung durch einen Fahrer der Arbeitsmaschine ausgebildet ist, auf. Die Steuervorrichtung weist eine Bestimmungsvorrichtung, welche zum Bestimmen eines Motorsteuerwerts in Abhängigkeit von einer erfassten gleichzeitigen Betätigung des Motordrehmomentsteuerelements und des Bremsmomentsteuerelements ausgebildet ist, auf. Der Motorsteuerwert kann einen Wert in einem negativen Wertebereich und in einem positiven Wertebereich annehmen. Die Bestimmungsvorrichtung kann beispielsweise als Mikroprozessor ausgebildet sein, welcher dazu ausgebildet ist, jeweilige Erfassungssignale von dem Motordrehmomentsteuerelement und dem Bremsmomentsteuerelement zu empfangen. Die Bestimmung des Motorsteuerwerts kann beispielsweise anhand eines hinterlegten Kennfelds erfolgen. Die Steuervorrichtung weist ein Steuergerät auf, welches zum Steuern einer Elektromaschine des Fahrantriebs in Abhängigkeit von dem bestimmten Motorsteuerwert ausgebildet ist, wobei die Elektromaschine bei der Steuerung mit einem positiven Motorsteuerwert ein die Arbeitsmaschine antreibendes Motordrehmoment erzeugt und wobei die Elektromaschine bei der Steuerung mit einem negativen Motorsteuerwert ein die Arbeitsmaschine abbremsendes Motordrehmoment erzeugt. Das Steuergerät kann beispielsweise dazu ausgebildet sein, den Motorsteuerwert an einen Inverter des elektrischen Fahrantriebs zu übermitteln. Das Steuergerät kann beispielsweise auch als Inverter ausgebildet sein. Das Steuergerät kann dazu ausgebildet sein, den Motorsteuerwert von der Bestimmungsvorrichtung zu erhalten. Das Steuergerät und die Bestimmungsvorrichtung können als gemeinsame elektronische Steuereinheit ausgebildet sein.
Die Steuervorrichtung kann dazu ausgebildet sein, das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt durchzuführen. Jeweilige weitere Merkmale, Ausführungsformen und Vorteile sind den Beschreibungen des ersten Aspekts zu entnehmen. Umgekehrt stellen auch Merkmale, Ausführungsformen und Vorteile des zweiten Aspekts Merkmale, Ausführungsformen und Vorteile des ersten Aspekts dar.
In einer Ausführungsform der Steuervorrichtung kann es vorgesehen sein, dass das Motordrehmomentsteuerelement als Fahrpedal ausgebildet ist. Es ergibt sich eine einfache und intuitive Steuerung. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein Handgashebel als Motordrehmomentsteuerelement vorgesehen sein, beispielsweise als zweites Motordrehmomentsteuerelement.
In einer Ausführungsform der Steuervorrichtung kann es vorgesehen sein, dass das Bremsmomentsteuerelement als Bremspedal ausgebildet ist. Es ergibt sich eine einfache und intuitive Steuerung.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft eine Arbeitsmaschine. Die Arbeitsmaschine weist einen elektrischen Fahrantrieb mit wenigstens einer Elektromaschine auf. Die Arbeitsmaschine weist eine Steuervorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt auf. Die Elektromaschine des Fahrantriebs und auch der Fahrantrieb selber können mit dem Verfahren gemäß dem ersten Aspekt gesteuert werden. Jeweilige weitere Merkmale, Ausführungsformen und Vorteile sind den Beschreibungen des ersten und zweiten Aspekts zu entnehmen. Umgekehrt stellen auch Merkmale, Ausführungsformen und Vorteile des dritten Aspekts Merkmale, Ausführungsformen und Vorteile des ersten und zweiten Aspekts dar.
Figurenliste

1 veranschaulicht schematisch ein Verfahren zum Steuern eines elektrischen Fahrantriebs einer Arbeitsmaschine.
2 veranschaulicht schematisch eine Arbeitsmaschine.
3 veranschaulicht schematisch eine Bestimmung eines Motorsteuerwerts.
4 veranschaulicht weitere Details der Steuerung des Fahrantriebs.

Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen
1 veranschaulicht schematisch ein Verfahren zum Steuern eines elektrischen Fahrantriebs 10 einer Arbeitsmaschine 12, wobei die Arbeitsmaschine 12 in 2 schematisch dargestellt ist. In Schritt 50 erfolgt ein Erfassen einer Betätigung eines Motordrehmomentsteuerelements 14. Wie in 3 zu erkennen ist, ist das Motordrehmomentsteuerelement 14 als Fahrpedal ausgebildet. In Schritt 52 erfolgt ein Erfassen einer zur Betätigung des Motordrehmomentsteuerelements 14 gleichzeitigen Betätigung eines Bremsmomentsteuerelements 16. Wie in 3 zu erkennen ist, ist das Bremsmomentsteuerelements 16 als Bremspedal ausgebildet.
In Schritt 54 erfolgt ein Bestimmen eines Motorsteuerwerts in Abhängigkeit von der erfassten gleichzeitigen Betätigung des Motordrehmomentsteuerelements und des Bremsmomentsteuerelements durch eine Bestimmungsvorrichtung 18. Der Motorsteuerwert kann einen Wert in einem negativen Wertebereich und in einem positiven Wertebereich annehmen, wie noch anhand von 3 genauer beschrieben wird. In Schritt 56 erfolgt ein Steuern einer Elektromaschine 20 des Fahrantriebs 10 in Abhängigkeit von dem bestimmten Motorsteuerwert. Die Elektromaschine 20 erzeugt bei der Steuerung mit einem positiven Motorsteuerwert ein die Arbeitsmaschine 12 antreibendes Motordrehmoment. Die Elektromaschine 20 erzeugt bei der Steuerung mit einem negativen Motorsteuerwert ein die Arbeitsmaschine 12 abbremsendes Motordrehmoment.
3 veranschaulicht die Bestimmung des Motorsteuerwerts anhand eines Kennlinienfelds. Auf der Abszisse 60 ist eine Betätigung des Bremspedals in % einer maximalen Auslenkung des Bremspedals aufgetragen. Auf der Ordinate 62 ist der Motorsteuerwert als % einer maximalen bzw. minimalen Motorsteuerung aufgetragen, welche einer maximalen antreibenden bzw. abbremsenden Motorleistung entspricht. Bei einem Motorsteuerwert von 100% wird die Elektromaschine 20 so gesteuert, dass diese die derzeit maximal verfügbare Antriebsleistung bereitstellt. Bei einem Motorsteuerwert von -100% wird die Elektromaschine 20 so gesteuert, dass diese die derzeit maximal mögliche Generatorleistung zur Rekuperation bereitstellt.
Die drei Kennlinien 64, 66 und 68 entsprechen jeweils einer Fahrpedalstellung. Bei der obersten Kennlinie 64 ist das Fahrpedal 14 zu 100% durchgedrückt. Bei der mittleren Kennlinie 66 ist das Fahrpedal 50% durchgedrückt. Bei der untersten Kennlinie 68 ist das Fahrpedal überhaupt nicht betätigt und damit 0% durchgedrückt.
Die oberste Kennlinie 64 veranschaulicht, dass bei bis zu 5% Bremspedalbetätigung konstant die maximale derzeit verfügbare Antriebsleistung bereitgestellt wird. Dies entspricht einem Totweg des Bremsmomentsteuerelements. Bei der mittleren Kennlinie 66 ist ebenfalls zu erkennen, dass bis zu 5% Bremspedalbetätigung konstant 50% des maximalen Motorsteuerwerts bestimmt werden. Dies entspricht erneut dem Totweg. Bei stärkerer Betätigung des Bremsmomentsteuerelements fällt der Motorsteuerwert sowohl bei 100% durchgedrücktem Fahrpedal 14 als auch bei 50% durchgedrücktem Fahrpedal 14 bei 25% Betätigung des Bremspedals 16 linear auf 0% als Motorsteuerwert. Bei 0% betätigtem Fahrpedal 14 bleibt der Motorsteuerwert bei 0% bis zur 25% Betätigung des Bremspedals 16. In diesem Bereich mit positiven Motorsteuerwert ist die Antriebsleistung also eine Funktion der gleichzeitig erfassten Betätigung des Bremsmomentsteuerelements und des Motordrehmomentsteuerelements. Die tatsächliche Antriebsleistung kann in einer Ausführungsform abhängig von einem derzeitigen Fahrzustand sein und muss sich deshalb nicht linear mit dem Motorsteuerwert ändern.
Ab mehr als 25% betätigtem Bremspedals 16 wird die Elektromaschine 20 als Generator betrieben und bremst so durch Rekuperation die Arbeitsmaschine 12 ab. Der Motorsteuerwert fällt linear auf seinen minimalen Wert von -100%, unabhängig von der Betätigung des Fahrpedals 14. Der Motorsteuerwert wird in dem negativen Wertebereich als Funktion nur der erfassten Betätigung des Bremsmomentsteuerelements bestimmt. Die Generatorleistung und damit das Bremsmoment steigen dabei kontinuierlich, wobei die tatsächliche Bremsleistung in einer Ausführungsform abhängig von einem derzeitigen Fahrzustand sein kann und sich deshalb nicht linear mit dem Motorsteuerwert ändern muss.
4 veranschaulicht auf der Abszisse 80 eine Betätigung des Bremspedals in % einer maximalen Auslenkung des Bremspedals. Eine Kennlinie 82 veranschaulicht eine Motorleistung der Elektromaschine 20 in % einer Maximalleistung. Eine Kennlinie 84 veranschaulicht eine Bremsleistung des Fahrantriebs in % einer Maximalleistung. Erneut ist der Totweg des Bremspredals 16 von 5% zu erkennen. Anschließend fällt die Motorleistung mit weiterer Betätigung des Bremspedals 16. Ab einer Bremspedalbetätigung von 60% wird in der nun veranschaulichten Ausführungsform eine Betriebsbremse 22 bedient, wodurch die Bremsleistung ansteigt. Dabei gibt es einen Überlappungsbereich 86, in welchem gleichzeitig mit der Betriebsbremse 22 geringfügig gebremst wird und mit der Elektromaschine 20 Antriebsleistung bereitgestellt wird. Dies kann ein Rückwärtsrollen an einer Neigung verhindern. Ab einer Bremspedalbetätigung von 70% wird keine Antriebsleistung mehr bereitgestellt und die Kennlinie 82 folgt der Abszisse 80. Ab dieser Betätigung des Bremspedals 16 oder bei einer nochmals erhöhten Bremspedalbetätigung, in 4 durch den Knick von Kennlinie 84 veranschaulicht, erfolgt eine Rekuperation durch die Elektromaschine 20 und die Bremsleistung nimmt stark zu. Ab bereits ca. 90% Bremspedalbetätigung wird die Arbeitsmaschine 12 bereits maximal verzögert.
Bezugszeichenliste

10: elektrischer Fahrantrieb
12: Arbeitsmaschine
14: Motordrehmomentsteuerelement
16: Bremsmomentsteuerelement
18: Bestimmungsvorrichtung
20: Elektromaschine
22: Betriebsbremse
50: Erfassen einer Betätigung eines Fahrpedals
52: Erfassen einer Betätigung eines Bremspedals
54: Bestimmen eines Motorsteuerwerts
56: Steuern einer Elektromaschine
60: Abszisse/ prozentuale Betätigung des Bremspedals
62: Ordinate/ prozentualer Motorsteuerwert
64 - 68: Kennlinien/ Fahrpedalstellungen
80: Abszisse/ prozentuale Betätigung des Bremspedals
82: Kennlinie/ prozentuale Motorleistung
84: Kennlinie/ prozentuale Bremsleistung
86: Überlappungsbereich

Claims

Verfahren zum Steuern eines elektrischen Fahrantriebs (10) einer Arbeitsmaschine (12), welches die folgenden Schritte aufweist: - Erfassen (50) einer Betätigung eines Motordrehmomentsteuerelements (14); - Erfassen (52) einer zur Betätigung des Motordrehmomentsteuerelements (14) gleichzeitigen Betätigung eines Bremsmomentsteuerelements (16); - Bestimmen (54) eines Motorsteuerwerts in Abhängigkeit von der erfassten gleichzeitigen Betätigung des Motordrehmomentsteuerelements (14) und des Bremsmomentsteuerelements (16), wobei der Motorsteuerwert einen Wert in einem negativen Wertebereich und in einem positiven Wertebereich annehmen kann; - Steuern (56) einer Elektromaschine (20) des Fahrantriebs (10) in Abhängigkeit von dem bestimmten Motorsteuerwert, wobei die Elektromaschine (20) bei der Steuerung mit einem positiven Motorsteuerwert ein die Arbeitsmaschine (12) antreibendes Motordrehmoment erzeugt und wobei die Elektromaschine (20) bei der Steuerung mit einem negativen Motorsteuerwert ein die Arbeitsmaschine (12) abbremsendes Motordrehmoment erzeugt, wobei das Verfahren ferner die folgenden Schritte aufweist: - Erfassen einer Betätigung eines ersten Motordrehmomentsteuerelements (14), - Erfassen einer Betätigung eines zweiten Motordrehmomentsteuerelements (14), - Bestimmen desjenigen des ersten Motordrehmomentsteuerelements (14) und des zweiten Motordrehmomentsteuerelements (14), welches stärker betätigt ist, wobei dem Verfahren nur die erfasste Betätigung desjenigen der zwei Motordrehmomentsteuerelemente (14) zugrunde gelegt wird, welches stärker betätigt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Motorsteuerwert in dem negativen Wertebereich als Funktion nur der erfassten Betätigung des Bremsmomentsteuerelements (16) ändert und sich der Motorsteuerwert in dem positiven Wertebereich als Funktion der gleichzeitig erfassten Betätigung des Bremsmomentsteuerelements (16) und des Motordrehmomentsteuerelements (14) ändert.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner den folgenden Schritt aufweist: - Erfassen einer Betätigung eines Fahrtrichtungswechselelements, wobei das Bestimmen des Motorsteuerwerts in Abhängigkeit von der gleichzeitig erfassten Betätigung des Motordrehmomentsteuerelements (14) und des Bremsmomentsteuerelements (16) bei erfasster Betätigung des Fahrtrichtungswechselelements mit einer anderen Funktion erfolgt als bei unbetätigtem Fahrtrichtungswechselelement.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner den folgenden Schritt aufweist: - Bedienen einer Betriebsbremse (22) der Arbeitsmaschine (12) in Abhängigkeit von der erfassten Betätigung des Bremsmomentsteuerelements (16), wobei der bestimmte Motorsteuerwerts bei Betätigung der Betriebsbremse (22) kleiner als oder gleich eines vorgegebenen Maximalmotorsteuerwerts ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Erfassung (50) der Betätigung des Motordrehmomentsteuerelements (14) ein Totweg berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Erfassung (52) der Betätigung des Bremsmomentsteuerelements (16) ein Totweg berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Erfassung (50) der Betätigung des Motordrehmomentsteuerelements (14) eine Signalfilterung erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Erfassung (52) der Betätigung des Bremsmomentsteuerelements eine Signalfilterung erfolgt.
Steuervorrichtung zum Steuern eines elektrischen Fahrantriebs (10) einer Arbeitsmaschine (12), wobei die Steuervorrichtung aufweist: - ein erstes Motordrehmomentsteuerelement (14), welches zum Erfassen (50) einer Betätigung durch einen Fahrer der Arbeitsmaschine (12) ausgebildet ist, - ein zweites Motordrehmomentsteuerelement (14), welches zum Erfassen (50) einer Betätigung durch einen Fahrer der Arbeitsmaschine (12) ausgebildet ist, - ein Bremsmomentsteuerelements (16), welches zum Erfassen (52) einer Betätigung durch einen Fahrer der Arbeitsmaschine (12) ausgebildet ist, - eine Bestimmungsvorrichtung (18), welche zum Bestimmen (54) eines Motorsteuerwerts in Abhängigkeit von einer erfassten gleichzeitigen Betätigung desjenigen des ersten Motordrehmomentsteuerelements (14) und des zweiten Motordrehmomentsteuerelements (14), welches stärker betätigt ist, und des Bremsmomentsteuerelements (16) ausgebildet ist, wobei der Motorsteuerwert einen Wert in einem negativen Wertebereich und in einem positiven Wertebereich annehmen kann, und - ein Steuergerät, welche zum Steuern (56) einer Elektromaschine (20) des Fahrantriebs (10) in Abhängigkeit von dem bestimmten Motorsteuerwert ausgebildet ist, wobei die Elektromaschine (20) bei der Steuerung mit einem positiven Motorsteuerwert ein die Arbeitsmaschine (12) antreibendes Motordrehmoment erzeugt und wobei die Elektromaschine (20) bei der Steuerung mit einem negativen Motorsteuerwert ein die Arbeitsmaschine (12) abbremsendes Motordrehmoment erzeugt.
Steuervorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Motordrehmomentsteuerelement (14) als Fahrpedal ausgebildet ist.
Steuervorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Bremsmomentsteuerelement (16) als Bremspedal ausgebildet ist.
Arbeitsmaschine (12) mit einem elektrischen Fahrantrieb, welcher wenigstens eine Elektromaschine (20) aufweist, und mit einer Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 11.