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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rückrollsicherung bei einem Fahrzeug mit einer elektrischen Antriebsmaschine, die in einem Antriebsstrang auf einen Abtrieb wirkt, und mit zumindest zwei wählbaren Fahrstufen. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Steuereinheit für eine elektrische Antriebsmaschine, einen Antriebsstrang mit einer solchen Steuereinheit sowie ein Fahrzeug mit einem solchen Antriebsstrang.
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Verfahren zur Rückrollsicherung sind bereits aus dem Stand der Technik bekannt und werden etwa bei Fahrzeugen mit Verbrennungskraftmaschinen als Antriebsvorrichtungen oder hybriden Antriebssträngen eingesetzt. Bei einer an einem Antriebsstrang angekoppelten Verbrennungskraftmaschine liegt bereits im Standgas ein Drehmoment an dem Abtrieb an, das zur Rückrollsicherung beiträgt. Zumeist wird darüber hinaus bei bekannten Verfahren das Fahrzeug bei drohendem oder auftretendem Rückrollen, wenn nicht ausreichend durch eine Verbrennungskraftmaschine, durch die Bremse gehalten. Ein solches Verfahren bei einem hybriden Antrieb ist beispielsweise aus
DE 10 2004 035 089 B4 bekannt.
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Bei rein elektrischen Antrieben, die zunehmend Antriebe mit Verbrennungskraftmaschinen verdrängen, unterscheidet sich das Rückrollverhalten, da kein Standgasmoment einer Verbrennungskraftmaschine vorliegt. Nachteilig ist dies für einen bedienende Person ungewohnt und das ungewohnte Verhalten des Fahrzeugs kann zu Bedienfehlern führen. Insbesondere bei Baumaschinen wird ein kontrolliertes Rückrollverhalten von erfahrenden Bedienpersonen zudem gezielt genutzt. Bei einem Radlader wird das Fahrzeug beispielsweise kontrolliert zurückrollen gelassen, wenn eine Frontschaufel sich in einem Kieshaufen festgesetzt hat. Es besteht daher ein Bedürfnis, auch bei Fahrzeugen mit rein elektrischem Antrieb ein kontrolliertes Rückrollverhalten zu erreichen, das insbesondere variabel auf die Wünsche und Erfahrungen einer bedienenden Person einstellbar ist.
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Unter dem Hintergrund des beschriebenen Standes der Technik ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur kontrollierten Rückrollsicherung bei einem Fahrzeug mit elektrischen Antrieb vorzuschlagen.
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Diese Aufgabe wird nach einem ersten Erfindungsaspekt mit einem Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Die Aufgabe wird weiterhin nach einem zweiten Erfindungsaspekt mit einer Steuereinheit nach Anspruch 11, nach einem dritten Erfindungsaspekt mit einem Antriebsstrang nach Anspruch 12 sowie nach einem vierten Erfindungsaspekt mit einem Fahrzeug nach Anspruch 14 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Der erste Erfindungsaspekt betrifft ein Verfahren zur Rückrollsicherung bei einem Fahrzeug mit einer elektrischen Antriebsmaschine, die in einem Antriebsstrang auf einen Abtrieb wirkt, und mit zumindest zwei wählbaren Fahrstufen, aufweisend die Schritte: Erfassen einer aktiven Fahrstufe, Erfassen einer Ist-Abtriebsdrehzahl, Aufbringen eines Drehmoments zum vorwärts gerichteten Antrieb des Fahrzeugs durch die elektrische Antriebsmaschine bei Erfassen einer aktiven Vorwärts-Fahrstufe und einer rückwärts gerichteten Ist-Abtriebsdrehzahl.
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Ein Fahrzeug mit einer elektrischen Antriebsmaschine ist bevorzugt ein Fahrzeug, bei dem lediglich die elektrische Antriebsmaschine und keine Verbrennungskraftmaschine zum Antrieb es Fahrzeugs vorgesehen ist. Ein Antrieb eines solche Fahrzeugs kann auch mehrere elektrische Maschinen aufweisen, die miteinander zusammenwirken, wobei einzelne elektrische Maschinen, auch die elektrische Antriebsmaschine, in einzelnen Fahrsituationen auch als Generator wirken können. Auch kann ein solcher Antrieb eine Verbrennungskraftmaschine in sekundärer Funktion aufweisen, beispielsweise zum Betreiben einer elektrischen Maschine in einem Ladebetrieb oder in einem seriellen Betrieb. Eine elektrische Maschine zeichnet sich insbesondere dadurch als Antriebsvorrichtung aus, dass sie über einen großen Drehzahlbereich Drehmoment zur Verfügung stellen kann und ein Drehmoment unmittelbar und drehzahlunabhängig zur Verfügung steht, sobald die elektrische Maschine bestromt wird. Bei nicht bestromter elektrischer Maschine stellt diese kein Drehmoment zur Verfügung, insbesondere ist ein Trägheitsmoment der nicht bestromten elektrischen Maschine vernachlässigbar klein.
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Das Fahrzeug kann von beliebiger Art sein. Beispielsweise ist das Fahrzeug ein elektrisch angetriebenes Fahrrad, ein PKW, ein Bus oder eine LKW. Besonders bevorzugt ist das Fahrzeug eine Baumaschine wie etwa ein Frontlader, ein Bagger oder eine Walze. Weiterhin bevorzugt kann das Fahrzeug eine Landmaschine sein.
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Ein Antriebsstrang stellt einen Kraftfluss zwischen einer Antriebsvorrichtung und Rädern eines Fahrzeugs her. Insbesondere weist der Antriebsstrang die Antriebsvorrichtung, die hier eine elektrische Antriebsmaschine ist, und eine Verbindung zum Abtrieb auf. Der Abtrieb kann beispielsweise ein Differential aufweisen, dessen beiden Ausgangswellen zwei Räder des Fahrzeugs antreiben. Zwischen Antriebsvorrichtung und Abtrieb kann bei einem elektrischen Antrieb eine direkte Verbindung bestehen, die in einer Ausführungsform durch eine Trennkupplung unterbrechbar ist. Es kann aber auch ein Getriebe vorgesehen sein, das mehrere schaltbare Übersetzungen zur Verfügung stellt. Bei größeren Baumaschinen, etwa über 10t, ist es beispielsweise üblich, ein Zwei- oder Dreiganggetriebe in dem Antriebsstrang anzuordnen. In dem Antriebsstrang kann weiterhin auch eine Verzweigung vorgesehen sein, mittels der eine Antriebsleistung der Antriebsvorrichtung zu einem zweiten Abtrieb geleitet wird, etwa zum Betreiben einer Arbeitsvorrichtung wie einer Baggerschaufel. Die Antriebsleistung kann dann gänzlich einem der beiden Abtriebe zugeordnet sein oder auf die beiden Abtriebe verteilt sein.
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Eine Fahrstufe ist durch eine bedienende Person durch ein Bedienelement wählbar. Beispielsweise weist ein Fahrzeug eine Vorwärtsfahrstufe, eine Rückwärtsfahrstufe und eine Neutralfahrstufe auf. In einer Vorwärtsfahrstufe wird bei einer Betätigung eines Fahrpedals ein vorwärts gerichtetes Drehmoment durch die elektrische Antriebsmaschine an dem Antriebsstrang aufgebracht. In einer Rückwärtsfahrstufe wird bei einer Betätigung des Fahrpedals ein rückwärts gerichtetes Drehmoment durch die elektrische Antriebsmaschine an dem Antriebsstrang aufgebracht. Als gerichtetes Drehmoment wird dabei verstanden, dass dieses in einer Drehrichtung aufgebracht wird, die mit einer entsprechenden Bewegungsrichtung des Fahrzeugs korrespondiert. Diese Drehrichtung kann von dem Antriebsstrang und einer in einem Getriebe gewählten Gangstufe abhängen. In einer Neutralfahrstufe wird bei Betätigung des Fahrpedals kein Drehmoment durch die elektrische Antriebsmaschine an dem Antriebsstrang aufgebracht. Es können je nach Fahrzeug bzw. Fahrzeugart auch weitere Fahrstufen wählbar sein.
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Eine Abtriebsdrehzahl ist die Drehzahl eines Elements des Antriebsstrangs, die in einem bekannten Zusammenhang mit der Drehzahl der Fahrzeugräder steht. Insbesondere ist die Abtriebsdrehzahl die Drehzahl der Fahrzeugräder selbst. Insofern zwischen dem Element, an dem die Abtriebsdrehzahl erfasst wird und den Fahrzeugrädern eine Übersetzung besteht, kann die Drehzahl der Fahrzeugräder daraus errechnet oder in Relation gesetzt werden. Eine rückwärts gerichtete Ist-Abtriebsdrehzahl wird dann erkannt, wenn sich aus der durch den Sensor erfassten Größe eine Drehzahl an den Fahrzeugrädern ergibt.
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Die Erfindung umfasst nun die Lehre, dass die elektrische Antriebsmaschine einen Drehmoment aufbringt, sobald ein Rückrollen festgestellt wird, wenn eine Vorwärtsfahrstufe eingelegt ist. Eine solche Situation liegt beispielsweise vor, wenn das Fahrzeug an einer Steigung steht und die bedienende Person ein Bremspedal loslässt, um den Fuß auf ein Fahrpedal zu setzen. Eine bedienende Person erwartet dann in einer Vorwärtsfahrstufe, dass ein Rückrollen vermieden ist, insbesondere da die Person ein solches Verhalten von verbrennungskraftgetriebenen Fahrzeugen kennt. Durch die Verwendung der elektrischen Antriebsmaschine bei Erfassen eines Rückrollens ist das Rückrollen vorteilhaft sicher vermieden. Weiterhin besteht durch die Verwendung der elektrischen Antriebsmaschine zum Halten oder Vorwärtstreiben des Fahrzeugs bei auftretendem Rückrollen der Vorteil, dass das Rückrollen kontrolliert vermieden werden kann. Das heißt, dass das Rückrollen beispielsweise gänzlich vermieden werden kann, indem unmittelbar bei Erfassen einer rückwärts gerichteten Ist-Abtriebsdrehzahl ein hohes Moment durch die elektrische Antriebsmaschine aufgebracht wird. Ein Rückrollen kann aber auch bis zu einem tolerierten Weg, bis zu einer tolerierten Ist-Abtriebsdrehzahl oder über eine tolerierte Zeit zugelassen werden und erst dann vermieden werden. Insbesondere kann das Rückrollen mit einem progressiv ansteigenden Drehmoment der elektrischen Antriebsmaschine vermieden werden. Das zum Vermeiden des Rückrollens aufgebrachte Drehmoment kann so gewählt bzw. gesteuert sein, dass das Fahrzeug im Stillstand verbleibt. Es kann auch so gewählt bzw. gesteuert werden, dass das Fahrzeug sich je nach Fahrwiderstand vorwärts bewegt, so dass ein Standgasverhalten einer Verbrennungskraftmaschine nachempfunden wird. Das Verhalten des Fahrzeugs ist insofern in weitern Bereichen auf die Bedürfnisse einer bedienenden Person und/oder entsprechend ihrer Erfahrungen mit älteren Fahrzeugen abstimmbar. Insbesondere kann einer bedienenden Person ein Bedienelement zur Verfügung gestellt werden, mittels dem sie selbst über das Verhalten bei der Rückrollsicherung entscheidet.
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Dabei kann ferner auf die Verwendung einer Bremse zur Rückrollsicherung verzichtet werden, so dass bei einem Bediensignal zum Vorwärtsfahren, etwa bei Betätigung des Fahrpedals, eine solche Bremse nicht erst gelöst werden muss. In einer solchen Situation wird das anliegende Drehmoment lediglich weiter bis zu dem angeforderten Drehmoment gesteigert, so dass das Fahrzeug in eine Vorwärtsbewegung versetzt wird. Bei der Verwendung einer Bremse zur Rückrollsicherung ist das Verhalten zudem nicht in gleichem Maße kontrollierbar.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird ein Drehmoment zum vorwärts gerichteten Antrieb des Fahrzeugs durch die elektrische Antriebsmaschine bei Erfassen einer aktiven Neutralfahrstufe und einer rückwärts gerichteten Ist-Abtriebsdrehzahl aufgebracht. Insofern wird auch in der Neutralfahrstufe das Rückrollen sicher vermieden, wobei wiederum das Verhalten der Rückrollsicherung kontrolliert eingestellt werden kann. Insbesondere ist in der Neutralfahrstufe ein anderes Verhalten der Rückrollsicherung vorgesehen als in der Vorwärtsfahrstufe. Beispielsweise wird in der Neutralfahrstufe ein Rückrollen gänzlich vermieden, während in der Vorwärtsfahrstufe ein kontrolliertes begrenztes Rückrollen zugelassen wird. Insbesondere bei Baumaschinen ist so der Vorteil zu erreichen, dass eine bedienende Person im Betrieb der Baumaschine üblicherweise die Vorwärtsfahrstufe auswählt und dort dann das Rückrollen gezielt nutzen kann, während in der Neutralstufe das Fahrzeug sicher im Stillstand gehalten wird. In einer weiteren, ergänzenden Ausführungsform des Verfahrens wird ein Drehmoment zum rückwärts gerichteten Antrieb des Fahrzeugs durch die elektrische Antriebsmaschine bei Erfassen einer aktiven Neutralfahrstufe und einer vorwärts gerichteten Ist-Abtriebsdrehzahl aufgebracht. Auf diese Weise ist in der Neutralfahrstufe auch ein unerwartetes und/oder ungewolltes Vorwärtsrollen sicher vermieden.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein Drehmoment zum rückwärts gerichteten Antrieb des Fahrzeugs durch die elektrische Antriebsmaschine bei Erfassen einer aktiven Rückwärtsfahrstufe und einer vorwärts gerichteten Ist-Abtriebsdrehzahl aufgebracht. Dies stellt eine Umkehr des Verfahrens bezüglich der Bewegungsrichtungen des Fahrzeugs dar, bei der das Fahrzeug entsprechend der Erwartung der bedienenden Person in einer Rückwärtsfahrstufe nicht oder nur kontrolliert vorwärts rollt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Drehmoments zum Antrieb des Fahrzeugs durch die elektrische Antriebsmaschine erst bei Erfassen einer Ist-Abtriebsdrehzahl oberhalb einer Toleranzgrenze aufgebracht wird. Auf diese Weise wird ein kontrolliertes Rückrollen des Fahrzeugs zugelassen und kann durch die bedienende Person gezielt genutzt werden. Insbesondere kann ein solches Verhalten des Fahrzeugs ein Verhalten von bekannten Antriebsvorrichtungen wie etwa Verbrennungskraftmaschinen nachstellen und so die Erfahrung der bedienenden Person aufgreifen und abbilden. Die Toleranzgrenze kann beispielsweise eine Weg-, eine Zeit- oder eine Drehzahlgrenze sein.
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Besonders bevorzugt wird mit zunehmender Ist-Abtriebsdrehzahl ein zunehmendes Drehmoment zum Antrieb des Fahrzeugs durch die elektrische Antriebsmaschine aufgebracht. Auf diese Weise wird einem stärkeren Rückrollen ein entsprechend großes Drehmoment entgegengesetzt, so dass bei jedem erfassten Rückrollen ein ausreichendes Drehmoment zur Verfügung gestellt wird. Ein entsprechender Zusammenhang zwischen der Ist-Abtriebsdrehzahl und aufzubringendem Drehmoment kann linear oder nicht-linear sein. Bei einem nicht-linearen Zusammenhang, etwa mit einer exponentiellen Steigerung des Drehmoments bei zunehmender Ist-Abtriebsdrehzahl, wird das Fahrzeug besonders sicher auch gegen ein starkes Rückrollen gesichert.
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Weiterhin bevorzugt ist ein Aktiv-Status der Rückrollsicherung wahlweise eingeschaltet oder ausgeschaltet. In dem Verfahren wird dann der Aktiv-Status der Rückrollsicherung erfasst und daraufhin ein Drehmoments zum Antrieb des Fahrzeugs durch die elektrische Antriebsmaschine bei Erfassen eines eingeschalteten Aktiv-Status aufgebracht. Es überbleibt dann der bedienenden Person, ob sie bei einem Rückrollen das erfindungsgemäße Verfahren durch das Fahrzeug ausführen lassen möchte oder ein Fahrzeugverhalten ohne einen solchen Eingriff nutzen möchte.
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Besonders bevorzugt wird ein aufgebrachtes Drehmoment zurückgenommen, wenn der Aktiv-Status der Rückrollsicherung bei aufgebrachtem Drehmoment von Eingeschaltet auf Ausgeschaltet gewechselt wird. Die bedienende Person kann dann in einer Bediensituation, in der sie die Rückrollsicherung als störend empfindet, diese deaktivieren und somit ein Rückrollen des Fahrzeugs zulassen. Beispielsweise kann bei einem Frontlader die Situation auftreten, dass eine Schaufel sich in einem Kies- oder Erdhaufen verkeilt, weil die an der Schaufel anliegende Kraft nicht zum Heben der Schaufelfüllung ausreicht. Der Frontlader kann dann durch eine leichtes Rückrollen wieder freigesetzt werden. Die bedienende Person kann dazu kurzzeitig den Aktiv-Status ausschalten und wieder einschalten, wenn der Frontlader bzw. dessen Schaufel wieder frei ist. Zum gleichen Zweck kann bei einem Frontlader ein begrenztes Rückrollen im Verfahren ohnehin zugelassen sein.
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Bevorzugt wird ein einer Pedalstellung eines Fahrpedals zugeordnetes Drehmoment bei einer Betätigung des Fahrpedals dem aufgebrachten Drehmoment überlagert. Aus dem Zustand der aktiven Rückrollsicherung kann das Fahrzeug dann jederzeit ohne Verzögerung in eine Vorwärtsbewegung versetzt werden. Dazu ist lediglich eine Erhöhung des zur Rückrollsicherung an dem Abtrieb anliegenden Drehmoment nötig, was ein sanftes Anfahren ermöglicht. Eine Bremse muss nicht gelöst werden, um die Vorwärtsbewegung zu ermöglichen. Insofern besteht bei dem Verfahren ein Vereinfachung der Steuerung gegenüber einem Verfahren, bei dem eine Rückrollsicherung über eine Bremse realisiert wird.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Ist-Abtriebsdrehzahl über einen einem Inverter zum Betrieb der elektrischen Antriebsmaschine zugeordneten Sensor erfasst wird. Ein solcher Sensor ist für den Betrieb des Inverters ohnehin vorgesehen, so dass bei dessen Verwendung auch für das erfindungsgemäße Verfahren ein weiterer Sensor eingespart werden kann. Alternativ wird in dem Verfahren die Ist-Abtriebsdrehzahl über einen separaten Sensor erfasst, der beispielsweise an den Fahrzeugrädern oder einer Abtriebswelle angeordnet ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt in einer Schleife ausgeführt, wobei in kurzer zeitlicher Folge die aktive Fahrstufe und die Ist-Abtriebsdrehzahl wiederholt erfasst werden und in ebenso kurzer zeitlicher Folge die Bedingungen zum Aufbringen eines Drehmoments überprüft werden. Sobald das Drehmoment aufgebracht ist, wird in ebenso kurzer zeitlicher Folge überprüft, ob das Drehmoment weiterhin aufgebracht werden muss. Insbesondere kann dazu kurzzeitig die elektrische Antriebsmaschine abgeschaltet werden, so dass das Drehmoment entfällt, und dann mittels dem erfindungsgemäßen Verfahren überprüft werden, ob weiterhin oder wieder ein Rückrollen vorliegt.
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Der zweite Erfindungsaspekt betrifft eine Steuereinheit für eine elektrische Antriebsmaschine, umfassend Mittel zur Ausführung eines vorbeschriebenen Verfahrens nach dem ersten Erfindungsaspekt. Mittels einer solchen Steuereinheit sind auch weitere Komponenten des Fahrzeugs und insbesondere des Antriebsstrangs steuerbar. Insbesondere steuert die Steuereinheit einen Inverter zum Betrieb der elektrischen Antriebsmaschine. Mit einer solchen Steuereinheit sind die vorbeschriebenen Vorteile des Verfahrens entsprechend zu erreichen.
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Der dritte Erfindungsaspekt betrifft einen Antriebsstrang für ein Fahrzeug mit einer elektrischen Antriebsmaschine, die über den Antriebsstrang auf einen Abtrieb wirkt und mit einer vorbeschriebenen Steuereinheit nach dem zweiten Erfindungsaspekt. Insbesondere ist ein solcher Antriebsstrang ein Zentralantriebsstrang, bei dem die elektrische Antriebsmaschine mittig an einer Gehäuse zwischen zwei Fahrzeugrädern angeordnet ist und in dem Gehäuse je Fahrzeugrad eine Radwelle zur Verbindung der elektrischen Antriebsmaschine mit dem jeweiligen Fahrzeugrad gelagert ist. Die elektrische Antriebsmaschine wirkt dann direkt, über eine Stirnradstufe oder über ein Getriebe auf ein Differential, von dem die beiden Radwellen ausgehen. Mit einem solchen Antriebsstrang sind die vorbeschriebenen Vorteile des Verfahrens entsprechend zu erreichen.
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In einer Ausführungsform weist der Antriebsstrang ein Getriebe mit zumindest zwei wählbaren Gangstufen auf. Als Gangstufe wird eine Summe aus Schaltstellungen aller Schaltelemente und Kupplungen in einem Getriebe verstanden, die eine Gesamtübersetzung als Produkt aller Einzelübersetzungen ergibt. Dabei wird die Antriebsleistung in einer Gangstufe über eine bestimmte Folge von Teilen des Getriebes zwischen An- und Abtrieb übertragen. Mittels einem solchen Getriebe kann über den Antriebsstrang die elektrische Antriebsmaschine bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten des Fahrzeugs in jeweils vorteilhaften Lastbereichen betrieben werden. Insbesondere bei großen Baumaschinen jenseits von 10 t kann eine elektrische Antriebsmaschine dann mit einer verbesserten Effizienz betrieben werden.
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Der vierte Erfindungsaspekt betrifft ein Fahrzeug mit einem vorbeschriebenen Antriebsstrang nach dem dritten Erfindungsaspekt und mit zumindest zwei wählbaren Fahrstufen. Mit einem solchen Fahrzeug sind die vorbeschriebenen Vorteile des Verfahrens entsprechend zu erreichen. Besonders bevorzugt ist ein solches Fahrzeug als Baumaschine ausgebildet. Bei einer Baumaschine besteht eine besondere Anforderung an eine Rückrollsicherung, da ein Rückrollen in einzelnen Situationen gewünscht sein kann und einer bedienenden Person das Verhalten des Fahrzeugs dann bekannt sein muss. Weiterhin treten bei Baumaschinen besonders häufig Situationen auf, in denen Rückrollen auftritt oder auftreten kann, denn Baumaschinen bewegen sich oft auf unebenem Grund mit vielfältigen Steigungen und Gefällen.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren beschrieben, die verschiedene Aspekte der Erfindung zeigen, wobei gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Im Einzelnen zeigt:
- 1 ein schematisches Schaubild eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 2 eine stark vereinfachte Darstellung eines erfindungsgemäßen Antriebsstrang,
- 3 eine grafische Darstellung von Zeitverläufen mehrerer Zustandsgrößen im Verlauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 4 einen als Diagramm dargestellten Zusammenhang zwischen der Ist-Abtriebsdrehzahl und dem durch die elektrische Antriebsmaschine aufgebrachten Drehmoment in Abhängigkeit einer Pedalstellung eines Fahrpedals.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren in einer Ausführungsform, wobei in einem ersten Schritt 100 erfasst wird, ob ein Aktiv-Status einer Rückrollsicherung eingeschaltet ist. Ist der Aktiv-Statur ausgeschaltet, so folgt das Verfahren einem erste Verlauf 101 und verbleibt ohne Aktion. Das Verfahren wird dann in einer Schleife nach einer kurzen Zeit erneut mit dem ersten Schritt 100 gestartet. Ist der Aktiv-Status eingeschaltet, folgt das Verfahren einem zweiten Verlauf 102 zu dem zweiten Schritt 200. Im zweiten Schritt 200 wird erfasst, welche Fahrstufe aktiv ist.
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Ist eine Vorwärtsfahrstufe aktiv, folgt das Verfahren einem dritten Verlauf 103 hin zu einem ersten dritten Schritt 310. Im ersten dritten Schritt 310 wird eine Ist-Abtriebsdrehzahl erfasst. Liegt keine oder eine vorwärts gerichtete Ist-Abtriebsdrehzahl vor, so folgt das Verfahren dem dritten Verlauf 103 zurück zum zweiten Schritt 200, der dann in einer Schleife ausgeführt wird. Liegt eine rückwärts gerichtete Ist-Abtriebsdrehzahl vor, so folgt das Verfahren einem vierten Verlauf 104 hin zu einem ersten vierten Schritt 410. Im ersten vierten Schritt 410 wird ein Drehmoment zum vorwärts gerichteten Antrieb des Fahrzeugs durch die elektrische Antriebsmaschine aufgebracht, um ein Rückrollen zu vermeiden.
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Ist eine Rückwärtsfahrstufe aktiv, folgt das Verfahren einem fünften Verlauf 105 hin zu einem zweiten dritten Schritt 320. Im zweiten dritten Schritt 320 wird eine Ist-Abtriebsdrehzahl erfasst. Liegt keine oder eine rückwärts gerichtete Ist-Abtriebsdrehzahl vor, so folgt das Verfahren dem fünften Verlauf 105 zurück zum zweiten Schritt 200, der dann in einer Schleife ausgeführt wird. Liegt eine vorwärts gerichtete Ist-Abtriebsdrehzahl vor, so folgt das Verfahren einem sechsten Verlauf 106 hin zu einem zweiten vierten Schritt 420. Im zweiten vierten Schritt 420 wird ein Drehmoment zum rückwärts gerichteten Antrieb des Fahrzeugs durch die elektrische Antriebsmaschine aufgebracht, um ein Vorwärtsrollen zu vermeiden.
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Ist eine Neutralfahrstufe aktiv, folgt das Verfahren einem siebten Verlauf 107 hin zu einem dritten dritten Schritt 330. Im dritten dritten Schritt 330 wird eine Ist-Abtriebsdrehzahl erfasst. Liegt keine Ist-Abtriebsdrehzahl vor, so folgt das Verfahren dem siebten Verlauf 107 zurück zum zweiten Schritt 200, der dann in einer Schleife ausgeführt wird. Liegt eine rückwärts gerichtete Ist-Abtriebsdrehzahl vor, so folgt das Verfahren einem achten Verlauf 108 hin zu dem ersten vierten Schritt 410. Im ersten vierten Schritt 410 wird ein Drehmoment zum vorwärts gerichteten Antrieb des Fahrzeugs durch die elektrische Antriebsmaschine aufgebracht, um ein Rückrollen zu vermeiden. Liegt eine vorwärts gerichtete Ist-Abtriebsdrehzahl vor, so folgt das Verfahren einem neunten Verlauf 109 hin zu dem zweiten vierten Schritt 420. Im zweiten vierten Schritt 420 wird ein Drehmoment zum rückwärts gerichteten Antrieb des Fahrzeugs durch die elektrische Antriebsmaschine aufgebracht, um ein Vorwärtsrollen zu vermeiden.
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2 zeigt einen erfindungsgemäßen Antriebsstrang 1 für ein Fahrzeug. Der Antriebsstrang umfasst eine elektrische Antriebsmaschine 2, die auf ein Getriebe 3 wirkt. Das Getriebe 3 weist eine Verzweigung auf und wirkt einerseits auf ein Differential 4, das zwei Fahrzeugräder 5.1, 5.2 über Radwellen antreibt. Andererseits wirkt das Getriebe 3 auf einen Sekundärantrieb 6, der etwa einer Arbeitsvorrichtung wie einer Baggerschaufel oder einer Seilwinde zugeordnet ist. Die Antriebsleistung der elektrischen Antriebsmaschine 2 kann jeweils gänzlich dem Differential 4 oder dem Sekundärabtrieb 6 zugeleitet werden oder auf diese Abtriebe aufgeteilt werden.
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Die elektrische Antriebsmaschine 2 wird durch einen Inverter 7 betrieben, der der elektrischen Antriebsmaschine 2 elektrische Energie aus einer Batterie 8 zuleitet. Der Inverter 7 wird mittels einer Steuereinheit 9 gesteuert. Die Steuereinheit 9 weist Mittel zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf. Die Steuereinheit 9 ist weiterhin mit einem Sensor 10 verbunden, der eine Ist-Abtriebsdrehzahl an einer Abtriebswelle des Getriebes 3 erfasst. Die durch den Sensor 10 erfasste Ist-Abtriebsdrehzahl wird in dem Verfahren als Steuergröße genutzt.
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3 zeigt ein Zeitverlaufsdiagramm verschiedener Größen in dem erfindungsgemäßen Verfahren. In einem oberen Bereich ist die gewählte Fahrstufe dargestellt.
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Das hier beispielhaft dargestellte Fahrzeug weist eine Vorwärtsfahrstufe, eine Neutralfahrstufe und eine Rückwärtsfahrstufe auf, von denen über den beispielhaften Zeitverlauf jederzeit die Vorwärtsfahrstufe eingelegt ist. In einem mittleren Bereich ist die tatsächliche Ist-Drehzahl der Fahrzeugräder dargestellt. Diese drehen sich in einem ersten Zeitabschnitt mit abnehmender Drehzahl vorwärts gerichtet, bis sie zu einem Zeitpunkt t1 den Stillstand erreichen bzw. überschreiten. Nach dem Zeitpunkt t1 beginnen die Fahrzeugräder, in einem zweiten Zweitabschnitt rückwärts gerichtet zu drehen. Zum Zeitpunkt t2 überschreitet die Ist-Drehzahl eine Toleranzgrenze Δn. In einem unteren Bereich ist die erfasste Ist-Abtriebsdrehzahl dargestellt. Diese wird als vorwärts gerichtet erfasst, solange die Ist-Drehzahl der Fahrzeugräder vorwärts gerichtet oder rückwärts gerichtet aber unter der Toleranzgrenze Δn liegt. Zum Zeitpunkt t2, beim Überschreiten der Toleranzgrenze Δn, wird die Ist-Abtriebsdrehzahl als rückwärts gerichtet erfasst und es wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Drehmoment zum vorwärts gerichteten Antrieb des Fahrzeugs durch die elektrische Antriebsmaschine aufgebracht.
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4 zeigt den Verlauf eines Drehmoments der elektrischen Antriebsmaschine in Abhängigkeit von der Ist-Abtriebsdrehzahl in Abhängigkeit von einer Pedalstellung eines Fahrpedals in einer Vorwärtsfahrstufe. Ein erster Verlauf 11 entspricht einem vollständig durchgedrückten Fahrpedal, bei dem ein maximales Drehmoment aufgebracht wird, das mit zunehmender Ist-Abtriebsdrehzahl abnimmt. Weitere Verläufe 12, 13, 14, 15 entsprechend weniger weit gedrückten Stellungen des Fahrpedals, bei denen entsprechend jeweils ein geringeres Drehmoment aufgebracht wird, das jeweils entsprechend dem ersten Verlauf 11 mit steigender Drehzahl abnimmt. Ein sechster Verlauf 16 zeigt einen mittels der Steuereinheit im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens Drehmoment der elektrischen Antriebsmaschine. Dieses ist bei einer Ist-Abtriebsdrehzahl im vorwärts gerichteten Bereich gleich Null. Liegt die Ist-Drehzahl jedoch links der y-Achse in einem Bereich rückwärts gerichteter Ist-Abtriebsdrehzahlen, so steigt das mittels Steuerbefehl der Steuereinheit aufgebrachte Drehmoment linear an, um einem Rückrollen entgegenzuwirken.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebsstrang
- 2
- elektrische Antriebsmaschine
- 3
- Getriebe
- 4
- Differential
- 5.1
- Fahrzeugrad
- 5.2
- Fahrzeugrad
- 6
- Sekundärantrieb
- 7
- Inverter
- 8
- Batterie
- 9
- Steuereinheit
- 10
- Sensor
- 11
- erster Verlauf
- 12
- zweiter verlauf
- 13
- dritter Verlauf
- 14
- vierter Verlauf
- 15
- fünfter Verlauf
- 16
- sechster Verlauf
- 100
- erster Schritt
- 101
- erster Verlauf
- 102
- zweiter Verlauf
- 103
- dritter Verlauf
- 104
- vierter Verlauf
- 105
- fünfter Verlauf
- 106
- sechster Verlauf
- 107
- siebter Verlauf
- 108
- achter Verlauf
- 109
- neunter Verlauf
- 200
- zweiter Schritt
- 310
- erster dritter Schritt
- 320
- zweiter dritter Schritt
- 330
- dritter dritter Schritt
- 410
- erster vierter Schritt
- 420
- zweiter vierter Schritt
- t1
- erster Zeitpunkt
- t2
- zweiter Zeitpunkt
- Δn
- Toleranzgrenze
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004035089 B4 [0002]
