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Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerungsvorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung eines Elektromotors, der für eine Arbeitsmaschine einschließlich einer Baumaschine wie ein Bagger, eine Planierraupe, ein Kipplastwagen und einem Radlader verwendet werden kann.
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Hintergrund
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Es gibt bereits eine Arbeitsmaschine, bei der dessen Bediener nach Belieben eine Betriebsart wie eine Leistungsbetriebsart (P-Betriebsart), die Betonung auf Arbeitseffizienz legt, und eine Wirtschaftlichkeitsbetriebsart (E-Betriebsart) einstellen kann, die Betonung auf Kraftstoffwirtschaftlichkeit legt. Demgegenüber weist eine Hybridarbeitsmaschine mit einem Elektromotor zur Betätigung eines Schwenkkörpers, einem Fahrkörper und dergleichen eine Anordnung auf, bei der ein elektrisches Antriebssystem und ein Hydraulikantriebsystem zusammen angeordnet sind, wobei das elektrische Antriebssystem den Elektromotor durch elektrische Energie antreibt, und das Hydraulikantriebssystem ein Arbeitsgerät, eine Fahreinheit und dergleichen durch Betätigung eines Hydraulikzylinders und eines Hydraulikmotors antreibt, indem ein Hydraulikfluid für eine direkt mit einer Maschine verbundenen Hydraulikpumpe betätigt wird. Somit kann, wenn trotz der auf der Maschine entsprechend der eingestellten Betriebsart auferlegten Ausgangsgrenze dem Elektromotor keine Ausgangsgrenze entsprechend der Betriebsart auferlegt wird, der Bediener, der die Hybridarbeitsmaschine betätigt, die Differenz in deren Bedienbarkeit im Vergleich mit der Bedienbarkeit der Arbeitsmaschine, bei der lediglich das Hydraulikantriebssystem eingebaut ist, als eine Bedienungsungleichheit bemerken. Wenn weiterhin keine Ausgangsgrenze entsprechend der Betriebsart auf den Elektromotor trotz der auf die Maschine entsprechend der eingestellten Betriebsart auferlegten Ausgangsgrenze auferlegt wird, würde ein Missverhältnis zwischen den Betriebsgeschwindigkeiten des elektrischen Antriebssystems und des Hydraulikantriebssystem erzeugt, was ebenfalls durch den Bediener, der die Hybridarbeitsmaschine bedient, als Ungleichheit bemerkt werden.
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Zur Beseitigung einer derartigen Betriebsungleichheit gibt es eine Hybridarbeitsmaschine, bei der eine Drehmomentgrenze auf den Elektromotor entsprechend der eingestellten Betriebsart auferlegt wird. Beispielsweise wird die Drehmomentgrenze entsprechend der Betriebart auf einen Schwenkelektromotor auferlegt, der einen oberen Schwenkkörper eines Hybridbaggers schwenkt. 7 veranschaulicht einen Drehmomentliniengraphen eines Schwenkdrehmoments, das in Bezug auf eine Schwenkdrehzahl in dem Hybridbagger ausgeübt werden kann. Eine Kurve LP1 ist eine Maximaldrehmomentlinie, die das maximale Drehmoment wiedergibt, das durch den Schwenkelektromotor ausgegeben werden kann, wenn die P-Betriebsart eingestellt ist. Eine Kurve LE1 gibt eine Maximaldrehmomentlinie wieder, wenn die E-Betriebsart eingestellt ist. Unter einer derartigen Drehmomentgrenze ist das maximale Drehmoment, das bei der Schwenkdrehzahl ausgegeben wird, die gleich oder kleiner als eine vorbestimmte Schwenkdrehzahl ist, kleiner, wenn die E-Betriebsart eingestellt ist, als wenn die P-Betriebsart eingestellt ist.
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Zitierungsliste
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Patentliteratur
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- Patentliteratur 1: JP-A-2009-68197
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Zusammenfassung
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Technisches Gebiet
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Jedoch würde die Drehmomentgrenze, die für die E-Betriebsart eingestellt ist, wie es in 7 veranschaulicht ist, eine Verringerung der Arbeitseffizienz bewirken, da das maximale Drehmoment niedrig begrenzt ist, was bewirkt, dass die Schwenkleistung sich verringert, wenn der obere Schwenkkörper mit einer niedrigen Geschwindigkeit schwenkt. Insbesondere kann keine hohe Schwenkleistung erhalten werden, wenn der obere Schwenkkörper aus einem Stillstand auf eine Höhe von einem Hügel weg mit der Seite einer Schaufel des Arbeitsgeräts zu schwenken ist, wodurch bewirkt wird, dass die Arbeitseffizienz sich verringert.
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Zum Lösen eines derartigen Problems kann, wie es in 8 veranschaulicht ist, die Drehmomentgrenze auferlegt werden, wie sie durch eine Kurve LE2 angeben ist, bei der, wenn die E-Betriebsart eingestellt ist, die Drehmomentgrenze bei einer ausgewählten Schwenkdrehzahl in einem Niedrigdrehzahlbereich aufgehoben wird, so dass das dasselbe Drehmoment erhalten werden kann, als wie wenn die P-Betriebsart eingestellt ist.
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Jedoch würde in diesem Fall bei anderen Schwenkdrehzahlen als diejenigen, bei der die P-Betriebsart und die E-Betriebart unterschiedliche maximale Drehmomente haben, die auf den Schwenkelektromotor auferlegte Ausgangsgrenze für die P-Betriebsart und die E-Betriebsart dieselbe sein. Dies würde eine Differenz in dem Beschleunigungsverhalten zwischen dem elektrischen Antriebssystem und dem Hydraulikantriebssystem verursachen, wenn die P-Betriebsart oder die E-Betriebsart eingestellt ist, wodurch immer noch möglicherweise eine Betriebsungleichheit bei dem Bediener vermittelt würde.
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Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung der vorstehend beschriebenen Probleme vorgeschlagen, und eine Aufgabe davon besteht darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung eines Elektromotors anzugeben, die die Betriebsungleichheit bei dem Beschleunigungsverhalten in der Arbeitsmaschine verringern kann.
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Lösung des Problems
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Zum Lösen der vorstehend genannten Aufgabe weist erfindungsgemäß eine Steuerungsvorrichtung eines Elektromotors auf: eine Betriebszustandseinstellungseinheit, die eingerichtet ist, einen Betriebszustand einzustellen; eine Maximalausgangsleistungsbeschaffungseinheit, die eingerichtet ist, eine maximale Ausgangsleistung des Elektromotors zu beschaffen, die entsprechend dem eingestellten Betriebszustand vorab eingestellt ist; eine Drehzahlerfassungseinheit, die eingerichtet ist, eine Drehzahl des Elektromotors zu erfassen; eine Drehmomentgrenzwertberechnungseinheit, die eingerichtet ist, einen Drehmomentgrenzwert auf der Grundlage der Drehzahl und der Maximalausgangsleistung zu berechnen; und eine Drehmomentbegrenzungseinheit, die eingerichtet ist, ein Drehmoment des Elektromotors durch den Drehmomentgrenzwert zu begrenzen, wenn der Elektromotor beschleunigt wird.
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Erfindungsgemäß begrenzt die Drehmomentbegrenzungseinheit das Drehmoment des Elektromotors durch einen Verlangsamungs-Drehmomentgrenzwert bei Verlangsamung des Elektromotors ungeachtet des eingestellten Betriebszustands.
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Erfindungsgemäß ist die Drehmomentbegrenzungseinheit in der Lage, das maximale Drehmoment bei einer vorbestimmten Drehzahl oder geringer ungeachtet des eingestellten Betriebszustands auszugeben.
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Erfindungsgemäß ist die Betriebszustandseinstellungseinheit eine Betriebsartauswahleinheit und/oder ein Drosselwähler.
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Erfindungsgemäß weist ein Verfahren zur Steuerung eines Elektromotors auf: Einstellen eines Betriebszustands; Beschaffen einer maximalen Ausgangsleistung des Elektromotors, die entsprechend dem eingestellten Betriebszustand vorab eingestellt ist; Erfassen einer Drehzahl des Elektromotors; Berechnen eines Drehmomentgrenzwerts auf der Grundlage der Drehzahl und der Maximalausgangsleistung; und Begrenzen eines Drehmoments des Elektromotors durch den Drehmomentgrenzwert, wenn der Elektromotor beschleunigt wird.
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Erfindungsgemäß weist das Begrenzen auf: Begrenzen des Drehmoments des Elektromotors durch einen Verlangsamungs-Drehmomentgrenzwert bei Verlangsamung des Elektromotors ungeachtet des eingestellten Betriebszustands.
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Erfindungsgemäß weist das Begrenzen auf: in der Lage zu sein, das maximale Drehmoment bei einer vorbestimmten Drehzahl oder geringer ungeachtet des eingestellten Betriebszustands auszugeben.
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Erfindungsgemäß weist das Einstellen ein Betriebsartauswahleinstellen und/oder ein Drosselwählerwerteinstellen auf.
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Die vorliegende Erfindung ist ausgelegt, die Maximalausgangsleistung des Elektromotors zu beschaffen, die entsprechend dem eingestellten Betriebszustand vorab eingestellt ist, und den Drehmomentgrenzwert auf der Grundlage der Drehzahl des Elektromotors und der beschafften Maximalausgangsleistung zu berechnen, wodurch die Betriebsungleichheit bei dem Beschleunigungsverhalten verringert werden kann, wenn die Arbeitsmaschine bedient wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine perspektivische Darstellung, die eine Gesamtanordnung eines Hybridbaggers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
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2 zeigt eine schematische Darstellung, die die Anordnung eines Steuerungssystems des Hybridbaggers gemäß 1 veranschaulicht.
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3 zeigt ein Drehmomentliniengraphen, der einen Überblick über eine Drehmomentgrenze veranschaulicht, die auf einen Schwenkmotor durch eine Steuerungseinrichtung auferlegt wird.
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4 zeigt eine Darstellung, die einen Steuerungsablauf der Drehmomentgrenze veranschaulicht, die durch die Steuerungseinrichtung einem Schwenkmotor auferlegt wird.
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5 zeigt eine Darstellung, die einen Steuerungsablauf der Drehmomentgrenze veranschaulicht, die durch eine Steuerungseinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung einem Elektromotor auferlegt wird.
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6 zeigt eine Darstellung, die einen Steuerungsablauf der Drehmomentgrenze veranschaulicht, die durch eine Steuerungseinrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung einem Elektromotor auferlegt wird.
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7 zeigt einen Drehmomentliniengraphen, der ein Beispiel für eine Drehmomentgrenze veranschaulicht, die einem herkömmlichen Elektromotor auferlegt wird.
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8 zeigt einen Drehmomentliniengraphen, der ein weiteres Beispiel für eine einem herkömmlichen Elektromotor auferlegte Drehmomentgrenze veranschaulicht.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
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(Erstes Ausführungsbeispiel)
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(Gesamtanordnung)
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1 und 2 veranschaulichen die Gesamtanordnung eines Hybridbaggers 1 als ein Beispiel für eine Arbeitsmaschine. Der Hybridbagger 1 weist einen Fahrzeugkörper 2 und ein Arbeitsgerät 3 auf. Der Fahrzeugkörper weist einen unteren Fahrkörper 4 und einen oberen Schwenkkörper 5 auf. Der untere Fahrkörper 4 weist ein Paar Fahreinheiten 4a auf. Jede Fahreinheit 4a weist ein Raupenband 4b auf. Jede Fahreinheit 4a treibt das Raupenband 4b durch einen rechten Fahrmotor und einen linken Fahrmotor (einem Fahrmotor 21) an, um zu bewirken, dass der Hybridbagger 1 fährt. Der obere Schwenkkörper 5 ist schwenkbar an dem unteren Fahrkörper 4 angebracht und schwenkt durch Antrieb eines Schwenkmotors 24 (eines Elektromotors). Der obere Schwenkköper 5 ist ebenfalls mit einer Bedienerkabine 6 versehen. Der obere Schwenkkörper 5 weist einen Kraftstofftank 7, einen Hydraulikfluidtank 8, ein Maschinengehäuse 9 und ein Gegengewicht 10 auf. Der Kraftstofftank 7 speichert Kraftstoff zum Antrieb einer Maschine 17. Der Hydraulikfluidtank 8 speichert ein Hydraulikfluid, das aus einer Hydraulikpumpe 18 zu einem Hydraulikzylinder wie einem Auslegerzylinder 14 oder einer Hydraulikausrüstung wie dem Fahrmotor 21 ausgestoßen wird. In dem Maschinengehäuse 9 sind Teile wie die Maschine 17 und die Hydraulikpumpe 18 untergebracht. Das Gegengewicht 10 ist hinter dem Maschinengehäuse 9 angeordnet.
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Das Arbeitsgerät 3 ist in der Mitte des vorderen Teils des oberen Schwenkkörpers 5 angebracht und weist einen Ausleger 11, einen Arm 12, eine Schaufel 13, den Auslegerzylinder 14, einen Armzylinder 15 und einen Schaufelzylinder 16 auf. Das Basisende des Auslegers 11 ist drehbar mit dem oberen Schwenkkörper 5 verbunden, und das spitze Ende des Auslegers 11 ist drehbar mit dem Basisende des Arms 12 verbunden. Das spitze Ende des Arms 12 ist drehbar mit der Schaufel 13 verbunden. Der Auslegerzylinder 14, der Armzylinder 15 und der Schaufelzylinder 16 sind die Hydraulikzylinder, die ausgelegt sind, teleskopisch durch das aus der Hydraulikpumpe ausgestoßene Hydraulikfluid sich zu bewegen. Der Auslegerzylinder 14, der Armzylinder 15 und der Schaufelzylinder 16 sind ausgelegt, jeweils den Ausleger 11, den Arm 12 und die Schaufel 13 zu schwenken.
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Gemäß 2 weist der Hybridbagger 1 die Maschine 17 als eine Antriebsquelle, die Hydraulikpumpe 18 und einen Generator 19 auf. Eine Dieselmaschine wird als die Maschine 17 verwendet, und eine Hydraulikpumpe mit variablem Versatz (wie eine Taumelscheibenhydraulikpumpe) wird als die Hydraulikpumpe 18 verwendet. Die Hydraulikpumpe 18 und der Generator 19 sind mechanisch mit einer Ausgangswelle der Maschine 17 derart gekuppelt, dass die Hydraulikpumpe 18 und der Generator 19 durch Antrieb der Maschine 17 angetrieben werden können. Ein Hydraulikantriebssystem weist ein Steuerungsventil 20, den Auslegerzylinder 14, den Armzylinder 15, den Schaufelzylinder 16, den Fahrmotor 21 und dergleichen auf, die durch die Hydraulikpumpe 18 als eine Hydraulikquelle angetrieben werden.
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Ein elektrisches Antriebssystem weist einen Kondensator 22, einen Umrichter 23 und einen Schwenkmotor 24 auf. Der Generator 19 und der Kondensator 22 dienen als eine Leistungsquelle für den Schwenkmotor 24 zum Schwenken des oberen Schwenkkörpers 5. Das heißt, der Schwenkmotor 24 übt einen Motorbetrieb durch die aus dem Generator 19 oder dem Kondensator 22 zugeführte elektrische Energie aus, um eine Schwenkbeschleunigung an dem oberen Schwenkkörper 5 durchzuführen, und übt einen Generatorbetrieb aus, wenn der obere Schwenkkörper 5 eine Schwenkverlangsamung erfährt, so dass die elektrische Energie zu dem Kondensator 22 zugeführt (geladen) wird. Ein SR-Motor (geschalteter Reluktanzmotor) wird beispielsweise als der Generator 19 verwendet. Der Generator 19 ist mechanisch mit der Ausgangswelle der Maschine 17 gekuppelt, so dass eine Rotorwelle des Generators 19 durch Antrieb der Maschine 17 gedreht wird. Beispielsweise wird ein elektrischer Doppelschichtkondensator als der Kondensator 22 verwendet. Der Kondensator 22 kann mit einer Nickel-Wasserstoff-Batterie oder eine Lithiumionenbatterie ersetzt werden. Der Schwenkmotor 24 ist mit einem Drehzahlsensor 25 versehen, der eine Drehzahl des Schwenkmotors 24 erfasst und die Drehzahl in ein elektrisches Signal umwandelt, das zu einer in dem Umrichter 23 vorgesehenen Hybridsteuerungseinrichtung 23a auszugeben ist. Beispielsweise wird ein Innenpermanentmagnet-Synchronmotor als der Schwenkmotor 24 verwendet. Ein Resolver, ein Drehencoder oder dergleichen wird als der Drehzahlsensor 25 verwendet. Dabei weist die Hybridsteuerungseinrichtung 23a eine CPU (eine Berechnungseinheit wie einen numerischen Datenprozessor), einen Speicher (eine Speichereinheit) und dergleichen auf. Die Hybridsteuerungseinrichtung 23a verwaltet einen übermäßigen Temperaturanstieg in jeder Einheit wie dem Kondensator 22 durch Empfang eines Signals eines Erfassungswerts, der durch einen Temperatursensor wie einem Thermistor und einer Thermokupplung erfasst wird, die in dem Generator 19, dem Schwenkmotor 24, dem Kondensator 22 und dem Umrichter 23 enthalten sind. Weiterhin führt die Hybridsteuerungseinrichtung 23a eine Lade-/Entladesteuerung an dem Kondensator 22, eine Unterstützungssteuerung der durch den Generator 19 und die Maschine erzeugten Leistung und eine Motorbetriebs-/Generatorbetriebssteuerung an den Schwenkmotor 24 durch.
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Das Hydraulikantriebssystem und das elektrische Antriebssystem werden in Reaktion auf die Bedienung eines Steuerungshebels 26 wie einem Arbeitsgeräthebel, einem Fahrhebel, und eines Schwenkhebel angetrieben, die in der Bedienerkabine 6 des Fahrzeugkörpers 2 vorgesehen sind. Der Steuerungseingang des Steuerungshebels 26 wird durch eine Hebelsteuerungseingangserfassungseinheit 27 in ein elektrisches Signal umgewandelt. Die Hebelsteuerungseingangserfassungseinheit 27 weist einen Drucksensor auf. Ein entsprechend der Bedienung des Steuerungshebels erzeugter Steuerhydraulikdruck wird durch den Drucksensor erfasst, und eine daraus ausgegebene Spannung oder dergleichen wird umgewandelt, um den Hebelsteuerungseingang zu beschaffen. Wenn der Steuerungshebel 26 ein elektrischer Hebel ist, weist die Hebelsteuerungseingangserfassungseinheit 27 eine elektrische Erfassungseinrichtung wie einem Potentiometer auf, wobei der Hebelsteuerungseingang durch Umwandeln der entsprechend dem Hebelsteuerungseingang erzeugten Spannung oder dergleichen beschafft wird.
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In der Bedienerkabine 6 sind ein Kraftstoffregulierungswähler (ein Drosselwähler) 28 und eine Betriebsartumschalteinheit 29 vorgesehen. Der Kraftstoffregulierungswähler (die Drosselwähler) 28 ist ein Schalter zur Einstellung der Maschine 17 zugeführten Kraftstoffmenge, und ein eingestellter Wert des Kraftstoffregulierungswählers (des Drosselwählers) 28 wird in ein elektrisches Signal umgewandelt, das zu einer Maschinensteuerungseinrichtung 30 auszugeben ist.
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Die Maschinensteuerungseinrichtung 30 weist eine Berechnungseinheit wie eine CPU (einen numerischen Datenprozessor) und einen Speicher (eine Speichereinheit) auf. Die Maschinensteuerungseinrichtung 30 erzeugt ein Signal für einen Steuerungsbefehl auf der Grundlage des eingestellten Werts des Kraftstoffregulierungswählers (des Drosselwählers) 28, und eine Common-Rail-Steuerungseinheit 32 empfängt ein Steuerungssignal und reguliert die in die Maschine 17 eingespritzte Kraftstoffmenge. Das heißt, die Maschine 17 ist eine Maschine 17, die einer elektronischen Common-Rail-Steuerung unterzogen werden kann, durch die eine Sollausgangsleistung durch geeignetes Steuern der Kraftstoffeinspritzmenge erzielt werden kann, wobei das Drehmoment, das bei einer Maschinendrehzahl zu einem gegebenen Zeitpunkt ausgeben werden kann, frei eingestellt werden kann.
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Die Betriebsartumschalteinheit 29 stellt eine Betriebsart des Hybridbaggers 1 auf einem Leistungsbetriebsart (P-Betriebsart) oder eine Wirtschaftlichkeitsbetriebsart (E-Betriebsart) ein und weist beispielsweise einen Betätigungsknopf oder -schalter oder ein Touch-Panel auf, die in der Bedienerkabine 6 vorgesehen sind. Der Bediener des Hybridbaggers 1 bedient den Bedienungsknopf oder dergleichen, um die Betriebart zu schalten. Die Leistungsbetriebsart ist die Betriebsart zur Durchführung einer Maschinensteuerung und einer Pumpensteuerung, bei der die Kraftstoffwirtschaftlichkeit niedrig gehalten wird, wohingegen eine schwere Arbeitslast unterstützt wird. Demgegenüber ist die Wirtschaftlichkeitsbetriebsart eine Betriebsart zur Durchführung der Maschinensteuerung und der Pumpensteuerung derart, dass eine Betriebgeschwindigkeit des Arbeitsgeräts 3 bei in einer leichten Arbeitslast gewährleistet wird, während weiterhin die Kraftstoffwirtschaftlichkeit niedrig gehalten wird. Wenn einmal die Betriebsart durch die Betriebsartumschalteinheit 29 eingestellt ist (Umschalten der Betriebsart), wird ein elektrisches Signal entsprechend der Einstellung zu der Maschinensteuerungseinrichtung 30, einer Pumpensteuerungseinrichtung 33 und der Hybridsteuerungseinrichtung 23a ausgegeben. Es sei bemerkt, dass in der Leistungsbetriebsart das Ausgangsdrehmoment der Maschine 17 mit dem Aufnahmedrehmoment der Hydraulikpumpe 18 in einer Region in Übereinstimmung gebracht wird, in der die Maschinenausgangsleistung (die Drehzahl und das Ausgangsdrehmoment) der Maschine 17 relativ hoch ist. In der Wirtschaftlichkeitsbetriebsart tritt dieses In-Übereinstimmung-Bringen auf, wenn die Maschinenausgangsleistung niedriger als im Fall der Leistungsbetriebsart ist.
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Die Pumpensteuerungseinrichtung 33 empfängt das aus der Maschinensteuerungseinrichtung 30, der Betriebsartumschalteinheit 29 und der Hebelsteuerungseingangserfassungseinheit 17 ausgegebene Signal und erzeugt das Signal für den Steuerungsbefehl zum Regulieren der Menge des aus der Hydraulikpumpe 18 ausgestoßenen Hydraulikfluids, indem eine Neigungssteuerung an einem Taumelscheibenwinkel der Hydraulikpumpe 18 durchgeführt wird. Dabei wird ein Signal aus einem Taumelscheibenwinkelsensor 18a, der den Taumelscheibenwinkel der Hydraulikpumpe 18 erfasst, der Pumpensteuerungseinrichtung 33 zugeführt. Die Pumpenkapazität der Hydraulikpumpe 18 kann durch Erfassen des Taumelscheibenwinkels davon durch den Taumelscheibenwinkelsensor 18a berechnet werden. In dem Steuerungsventil 20 ist ein Pumpendruckerfassungseinheit 20a vorgesehen, die den Pumpenausstoßdruck der Hydraulikpumpe 18 erfasst. Der erfasste Pumpenausstoßdruck wird in ein elektrisches Signal umgewandelt und der Pumpensteuerungseinrichtung 33 zugeführt. Es sei bemerkt, dass die Maschinensteuerungseinrichtung 30, die Pumpensteuerungseinrichtung 33 und die Hybridsteuerungseinrichtung 23a über ein fahrzeugeigenes LAN wie einem CAN (Steuerungseinrichtungsbereichsnetzwerk, Controller Area Network) verbunden sind, um Informationen miteinander auszutauschen.
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Überblick über die Drehmomentgrenze
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Ein Überblick über die Drehmomentgrenze bei dem Schwenkmotor 24 ist nachstehend beschrieben. 3 veranschaulicht den Überblick über die Drehmomentgrenze gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, wobei die Drehmomentgrenze durch die Maschinensteuerungseinrichtung 30 dem Schwenkmotor 24 auferlegt wird. Es ist ein Drehmomentliniengraph, der Grenzcharakteristiken des Schwenkdrehmoments in Bezug auf die Schwenkdrehzahl veranschaulicht. Gemäß 3 ist das Schwenkdrehmoment, das im Motorbetrieb (Beschleunigung) erzeugt wird, positiv angegeben, und ist das Schwenkdrehmoment, das im Generatorbetrieb (Verlangsamung) erzeugt wird, negativ angegeben. Wenn die P-Betriebsart durch die Betriebsartumschalteinheit 29 eingestellt wird, wird die Drehmomentgrenze entsprechend einer Drehmomentgrenzkurve LP auferlegt, die das maximale Drehmoment veranschaulicht, das durch den Schwenkmotor 24 ausgegeben werden kann. Wenn demgegenüber die E-Betriebsart durch die Betriebsartumschalteinheit 29 eingestellt wird, wird die Drehmomentgrenze während des Motorbetriebs (Beschleunigung) entsprechend einer Drehmomentgrenzkurve LE auferlegt, durch die die maximale Schwenkausgangsleistung, die für die E-Betriebsart vorab eingestellt ist, begrenzt wird. Das heißt, wenn die Betriebsart eingestellt wird, wird die Drehmomentgrenze entsprechend einer äquivalenten Leistungskurve entsprechend der maximalen Schwenkausgangsleistung für die eingestellte Betriebsart auferlegt. Daher wird eine Verringerung in der maximalen Schwenkausgangsleistung für die Betriebsart durch die äquivalente Leistungskurve des Schwenkmotors 24 dargestellt, die eine Drehmomentgrenzkurve ist, die durch Verschieben der gesamten Kurve nach unten links gebildet wird, wie es in 3 veranschaulicht ist. Als Ergebnis kann der Schwenkbetrieb mit dem Beschleunigungsverhalten entsprechend dem hydraulischen Antriebssystem durchgeführt werden, wodurch die Betriebsungleichheit beseitigt wird.
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Die Drehmomentgrenze wird entsprechend der Drehmomentgrenzkurve (LP oder LE) entsprechend der äquivalenten Leistungskurve auferlegt. Dabei wird in einer Region R1, in der die Schwenkdrehzahl des Schwenkmotors 24 niedrig ist, das maximale Drehmoment TPmax ausgegeben, so dass kein Hindernis wie ein Eindruck unzureichender Leistung bei der Durchführung des Schwenkbetriebs im Weg sein würde. Wenn die E-Betriebsart eingestellt ist, wird die Größe des Drehmoments, das ausgegeben werden kann, in einer Region verringert, in der die Schwenkdrehzahl hoch ist, jedoch kann in der Region, in der die Schwenkdrehzahl hoch ist, die für den Schwenkbetrieb notwendige Ausgangsleistung ausreichend erhalten werden kann, da die Schwenkdrehzahl hoch ist, selbst wenn das Drehmoment niedrig ist. Weiterhin gibt es, wenn eine der Betriebsarten eingestellt ist, eine Drehmomentgrenzkurve für den Generatorbetrieb (Verlangsamung), wie es in 3 veranschaulicht ist, ohne Differenz in der Drehmomentgrenze. Als Ergebnis kann das Stoppverhalten des Schwenkmotors 24 ausreichend geliefert werden.
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Einzelheiten der Drehmomentgrenze
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Nachstehend ist die dem Schwenkmotor 24 auferlegte spezifische Drehmomentgrenzsteuerung unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. Wie es in 4 veranschaulicht ist, werden der Maschinensteuerungseinrichtung 30 direkt oder über die Hybridsteuerungseinrichtung 23a zugeführt: einen Schwenkhebelhub (Steuerungseingang des Steuerungshebels 26) aus dem Steuerungshebel 26, eine Schwenkmotordrehzahl des Schwenkmotors 24, die durch den Drehzahlsensor 25 erfasst wird, und das elektrische Signal, dass die durch die Betriebsartumschalteinheit 29 eingestellte Betriebsart angibt.
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Der Schwenkhebelhub wird einer Schwenkhebelhub-/Sollschwenkdrehzahlumwandlungstabelle TB1 zugeführt. Die Schwenkhebelhub-Sollschwenkdrehzahlumwandlungstabelle TB1 gibt zu einer Berechnungseinheit 101 eine Sollschwenkdrehzahl Sm entsprechend dem Eingangsschwenkhebelhub auf der Grundlage einer vorab eingestellten Beziehung zwischen dem Schwenkhebelhub und der Sollschwenkdrehzahl aus. Die Berechnungseinheit 101 subtrahiert eine durch den Drehzahlsensor 25 erfasste gegenwärtige Schwenkmotordrehzahl Sn von der Sollschwenkdrehzahl Sm und führt die subtrahierte Drehzahlabweichung ΔS einer PID-Steuerungseinheit 102 zu. Die PID-Steuerungseinheit 102 berechnet ein Drehmoment Ta anhand der Drehzahlabweichung ΔS. Dieses Drehmoment Ta wir dann mit einer Verstärkung K durch eine Berechnungseinheit 103 multipliziert, um sie zu einer Minimalwertauswahleinheit MIN-Auswahl) 106 auszugeben. Dabei ist die Verstärkung K auf 1 eingestellt, wenn durch eine Positiv-/Negativbestimmungseinheit 104 bestimmt wird, dass die Schwenkmotordrehzahl Sn positiv ist, und auf –1 eingestellt ist, wenn diese als negativ bestimmt wird.
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Demgegenüber wird das Signal, das die durch die Betriebsartumschalteinheit 29 eingestellte Betriebsart angibt, einer Betriebsart-/Maximalschwenkausgangsleistungsumwandlungstabelle TB11 zugeführt. Die Betriebsart-/Maximalschwenkausgangsleistungsumwandlungstabelle TB11 gibt eine maximale Schwenkausgangsleistung Plim, die für jede Betriebsart vorab eingestellt ist, zu einer Drehmomentgrenzwertberechnungseinheit 105 aus. Die Drehmomentgrenzwertberechnungseinheit 105 berechnet auf der Grundlage der absoluten Werte der eingegebenen maximalen Schwenkausgangsleistung Plim und der Schwenkmotordrehzahl Sn einen Drehmomentgrenzwert Tlim durch die nachfolgende Gleichung. Tlim = (Plim × 1000)/((2π/60) × Sn)
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Der berechnete Drehmomentgrenzwert Tlim wird der Minimalwertauswahleinheit 106 zugeführt.
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Die Minimalwertauswahleinheit 106 wählt das kleinere des aus der Berechnungseinheit 103 zugeführten Drehmoments (des Sollschwenkdrehmoments) und des aus der Drehmomentgrenzwertberechnungseinheit 105 zugeführten Drehmomentgrenzwerts Tlim aus und gibt dieses zu einer Minimalwertauswahleinheit (MIN-Auswahl) 107 aus. Die Minimalwertauswahleinheit 107 gibt das kleinere des aus der Minimalwertauswahleinheit 106 zugeführten Drehmoments und eines Motorbetriebsmaximaldrehmoments TPmax, das ein vorab eingestellter fester Wert ist, zu einer Maximalwertauswahleinheit (MAX-Auswahl) 108 aus. Die Minimalwertauswahleinheit 107 arbeitet derart, dass das Drehmoment ausgegeben wird, das nicht einen größeren Wert auf der positiven Seite als das Motorbetriebsmaximaldrehmoment TPmax während des Motorbetriebs aufweist, insbesondere in der Region R1, in der die Schwenkdrehzahl niedrig ist.
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Die Maximalwertauswahleinheit 108 wählt das Größere des aus der Minimalwertauswahleinheit 107 zugeführten Drehmoments und eines Motorregenerationsbetriebsmaximaldrehmoment TMmax (ein negativer Wert) aus, das ein vorab eingestellter fester Wert ist. Die Maximalwertauswahleinheit 108 wählt während des Motorbetriebs das aus der Minimalwertauswahleinheit 107 zugeführte Drehmoment als den maximalen Wert aus, da das Motorgeneratorbetriebmaximaldrehmoment TMmax ein negativer Wert ist. Während des Generatorbetriebs, wenn das negative Drehmoment aus der Berechnungseinheit 103 ausgegeben wird, gibt jedoch die Maximalwertauswahleinheit 108 das Drehmoment aus, das nicht einen kleineren Wert auf der negativen Seite als das Motorgeneratorbetriebmaximaldrehmoment TMmax aufweist. Das heißt, ein Schwenkmotordrehmomentbefehl Tc wird innerhalb eines Grenzbereichs des Motorgeneratorbetriebmaximaldrehmoments TMmax (der unteren Grenze des Schwenkdrehmoments) entsprechend dem Schwenkhebelhub ausgegeben. Weiterhin ist, wenn eine der Betriebsarten eingestellt ist, der durch die Drehmomentgrenzwertberechnungseinheit 105 während des Generatorbetriebs berechnete Drehmomentgrenzwert Tlim ein positiver Wert, wohingegen das aus der PID-Steuerungseinheit 102 zu der Berechnungseinheit 103 ausgegebenen Drehmoment Ta, das mit der Verstärkung K als –1 aus der Positiv-/Negativbestimmungseinheit 104 versehen ist, ein negativer Wert ist. Als ein Ergebnis wird das negative Drehmoment Ta durch die Minimalwertauswahleinheit 106 ausgewählt. Somit wird während des Generatorbetriebs (Verlangsamung) der Schwenkmotorbefehlswert Tc ungeachtet der Betriebsart berechnet und ausgegeben. Eine Berechnungseinheit 109 multipliziert dann das aus der Maximalwertauswahleinheit 108 ausgegebene Drehmoment mit der Verstärkung K entsprechend dem Vorzeichen der Schwenkmotordrehzahl Sn und gibt das multiplizierte Drehmoment Tc als den Schwenkmotordrehmomentbefehl zu der Hybridsteuerungseinrichtung 23a aus. Durch das vorstehend beschriebene Verfahren kann die Drehmomentbegrenzung durchgeführt werden, wie sie durch den Drehmomentliniengraphen gemäß 3 wiedergegeben ist.
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Es sei bemerkt, dass der vorstehend beschriebene Prozess des Beschaffens des Schwenkmotordrehmomentbefehls durch die Hybridsteuerungseinrichtung 23a anstelle der Maschinensteuerungseinrichtung 30 oder durch eine Steuerungseinrichtung ausgeführt werden kann, in der die Maschinensteuerungseinrichtung 30 und die Hybridsteuerungseinrichtung 23a integriert sind.
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Zweites Ausführungsbeispiel
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Gemäß dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel wird der Drehmomentgrenzwert Tlim durch Verwendung der entsprechend der Betriebsart beschafften maximalen Schwenkausgangsleistung Plim berechnet. Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel wird ein Drehmomentgrenzwert Tlim unter Verwendung einer maximalen Schwenkausgangsleistung Plim berechnet, die durch einen eingestellten Wert des Drosselwählers (eines Kraftstoffregulierungswählers 28) anstelle einer Betriebsart beschafft wird. Dies liegt daran, dass in einem Hybridbagger 1 der Drosselwähler ebenfalls eine Maschinenausgangsteuerung durchführen und den Betriebszustand einstellen kann.
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5 veranschaulicht einen Drehmomentbrennsteuerungsablauf gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. In diesem Drehmomentgrenzsteuerungsablauf wird ein Signal entsprechend dem eingestellten Wert des Drosselwählers (des Kraftstoffregulierungswählers 28) anstelle eines Signals entsprechend der Betriebsart gemäß 4 verwendet, und wird eine Drosselwähler-/Maximalschwenkausgangsleistungsumwandlungstabelle TB12 anstelle der Betriebsart-/Maximalschwenkausgangsleistungsumwandlungstabelle TB11 verwendet. Der Rest der Anordnung ist derselbe wie derjenige gemäß 5.
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Drittes Ausführungsbeispiel
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6 veranschaulicht einen Drehmomentgrenzsteuerungsablauf gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel wird die Drehmomentgrenzsteuerung durch die Kombination der ersten und zweiten Ausführungsbeispiele durchgeführt. Das heißt, ein Signal entsprechend einer Betriebsart als auch ein Signal entsprechend einem eingestellten Wert eines Drosselwählers (eines Kraftstoffregulierungswählers 28) sind einzugeben, wobei jedes Signal in eine Betriebsart-/Maximalschwenkausgangsleistungsumwandlungstabelle TB11 und eine Drosselwähler-/Maximalschwenkausgangsleistungsumwandlungstabelle TB12 jeweils eingegeben wird, und jede Tabelle wandelt die Signale um und gibt Maximalschwenkausgangsleistungen Plima und Plimb jeweils aus. Eine Minimalwertauswahleinheit (MIN-Auswahl) 201 führt dann die Maximalschwenkausgangsleistung Plim, die die kleinste der Maximalschwenkausgangsleistungen Plima und Plimb ist, einer Drehmomentgrenzwertberechnungseinheit 105 zu. Der Rest der Anordnung ist derselbe wie diejenigen gemäß 4 und 5.
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Viertes Ausführungsbeispiel
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Gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel wird ein Signal entsprechend einem Betriebsmuster anstelle des Signals entsprechend der Betriebsart gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel eingegeben. Das Signal entsprechend dem Betriebsmuster ist ein Betriebsmuster, das durch einen Bestimmungsprozess des Betriebsmusters unter einer Vielzahl von Betriebsmutstern bestimmt wird, und wird als ein Signal eingegeben, das das Betriebsmuster angibt. Wenn es einmal eingegeben ist, wird das Signal, das das Betriebsmuster angibt, in eine Maximalschwenkausgangsleistung Plim, das für jedes Betriebsmuster vorab eingestellt ist, durch eine Betriebsmuster-/Maximalschwenkausgangsleistungsumwandlungstabelle umgewandelt und wird ausgegeben.
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Der Bestimmungsprozess des Betriebsmusters bestimmt, dass das Betriebsmuster einer schweren Ausgrabung vorliegt, wenn beispielsweise ein Armhebel zur Bewegung eines Arms 12 unter den Arbeitsgerätehebeln 26 in die Ausgrabungsrichtung betätigt wird, und wenn ein Punpenausstoßdruck einer Hydraulikpumpe 18 höher als ein gewisser eingestellter Wert ist. Zusätzlich bestimmt der Bestimmungsprozess, dass ein Betriebsmuster einer Hebeschwenkung vorliegt, wenn beispielsweise ein Schwenkhebel 26 betätigt wird, und ein Auslegerhebel zur Bewegung eines Auslegers 11 unter den Arbeitsgerätehebel 26 in eine Richtung zum Anheben oder Absenken des Auslegers 11 betätigt wird. Wie es beschrieben worden ist, dient der Bestimmungsprozess des Betriebsmusters dazu, durch einen spezifischen Eingangswert den Betrieb einzuschätzen, der durch einen Bediener zu diesem Zeitpunkt versucht wird. Es sei bemerkt, dass das Hebeschwenken der Betrieb ist, in dem Erde und Sand, die durch eine Schaufel 13 ausgehoben worden sind, an einer gewünschten Position freigegeben werden, an der ein oberer Schwenkkörper 5 das Schwenken stoppt, während der Ausleger 11 angehoben wird.
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Eine ausführlichere Drehmomentgrenzsteuerung kann durch Anwenden eines derartiges Bestimmungsprozesses des Betriebsmusters durchgeführt werden.
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(Fünftes Ausführungsbeispiel)
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Gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel kann eine Hydraulikfluidtemperatur als der Eingang verwendet werden, und eine Hydraulikfluidtemperatur-/Maximalschwenkausgangsleistungsumwandlungstabelle kann eine Maximalschwenkausgangsleistung Plim, die aus jeder Tabelle ausgegeben wird, entsprechend der Hydraulikfluidtemperatur korrigieren und umwandeln. Die Hydraulikfluidtemperatur würde niedrig sein und die Viskosität des Hydraulikfluids würde erhöht werden, wenn unter der Umgebung einer niedrigen Außenlufttemperatur der Hybridbagger 1 gestartet wird, oder dergleichen. Obwohl der Anstieg in der Viskosität des Hydraulikfluids eine Verringerung in der Betriebsgeschwindigkeit eines Arbeitsgeräts mit sich bringen würde, würde ein Schwenkmotor 24, der elektrisch angetrieben wird, ungeachtet der Temperatur des Hydraulikfluids arbeiten. Ein Bediener würde somit das Gefühl einer Ungleichheit haben, wenn die Temperatur des Hydraulikfluids bei dem Betrieb eines oberen Schwenkkörpers 5 durch den Schwenkmotor 24 nicht berücksichtigt werden würde. Daher kann ein Schwenkbetrieb in Übereinstimmung mit der Betriebsgeschwindigkeit eines Arbeitsgeräts 3 durchgeführt werden, indem der Wert der maximalen Schwenkausgangsleistung Plim gemäß der Hydraulikfluidtemperatur korrigiert und umgewandelt wird, wie es gemäß diesem fünften Ausführungsbeispiel beschrieben ist. Es sei bemerkt, dass im Gegensatz zu dem Hybridbagger, ein normaler Hybridbagger, der durch einen Hydraulikmotor schwenkt, eine Verringerung in der maximalen Schwenkausgangsleistung mit einer Verringerung in der Hydraulikfluidtemperatur erfahren würde. Der Bediener würde daher kein Gefühl der Ungleichheit haben, wenn die Steuerung durchgeführt wird, indem Informationen bezüglich der Hydraulikfluidtemperatur einbezogen werden, wie es gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschrieben ist. Hier weist der Hybridbagger 1 einen Sensor zur Erfassung der Hydraulikfluidtemperatur eine Hydraulikpumpe 18 auf, und eine Maschinensteuerungseinrichtung, eine Pumpensteuerungseinrichtung 33 oder eine Hybridsteuerungseinrichtung 23a überwacht die Hydraulikfluidtemperatur.
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Bei Durchführung einer Drehmomentgrenzsteuerung unter Berücksichtigung des Betriebszustands des hydraulischen Antriebssystems würde es eine bessere Ausgangsleistungsausgeglichenheit und eine Drehmomentausgeglichenheit zwischen dem Betrieb des elektrischen Antriebssystem durch den Schwenkmotor 24 und dem Betrieb des hydraulischen Antriebssystems geben, wodurch die Betriebsungleichheit verringert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hybridbagger
- 2
- Fahrzeugkörper
- 3
- Arbeitsgerät
- 4
- unterer Fahrkörper
- 5
- oberer Schwenkkörper
- 11
- Ausleger
- 12
- Arm
- 13
- Schaufel
- 14
- Auslegerzylinder
- 15
- Armzylinder
- 16
- Schaufelzylinder
- 17
- Maschine
- 18
- Hydraulikpumpe
- 18a
- Taumelscheibenwinkelsensor
- 19
- Generator
- 20
- Steuerungsventil
- 20a
- Pumpendruckerfassungseinheit
- 21
- Fahrmotor
- 22
- Kondensator
- 23
- Umrichter
- 23a
- Hybridsteuerungseinrichtung
- 24
- Schwenkmotor
- 25
- Drehzahlsensor
- 26
- Steuerungshebel
- 27
- Hebelsteuerungseingangserfassungseinheit
- 28
- Kraftstoffregulierungswähler
- 29
- Betriebsartumschalteinheit
- 30
- Maschinensteuerungseinrichtung
- 32
- Common-Rail-Steuerungseinheit
- 33
- Pumpensteuerungseinrichtung
- 105
- Drehmomentgrenzwertberechnungseinheit
