DE112012002685T5 - System zum Leistungsmanagement in einer Maschine mit elektrischen und/oder hydraulischen Vorrichtungen - Google Patents

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Abstract

Ein System zur Leistungssteuerung in einer Maschine weist eine Steuervorrichtung auf. Die Steuervorrichtung ist konfiguriert, um Anfragesignale zu empfangen, welche einen angeforderten Betrieb einer elektrischen Vorrichtung und/oder einer hydraulischen Vorrichtung anzeigen. Die Steuervorrichtung ist weiter konfiguriert, um ein angefordertes Leistungsniveau zu bestimmen, welches erforderlich ist, um den angeforderten Betrieb zu erfüllen bzw. auszuführen, und eine Fähigkeit eines Hauptmotors zu bestimmen, das angeforderte Leistungsniveau zu liefern. Die Steuervorrichtung ist weiter konfiguriert, um Steuersignale zu der mindestens einen Vorrichtung zu liefern, so dass diese entweder Leistung zum Hauptmotor liefert oder Leistung vom Hauptmotor empfängt, und zwar basierend auf der Fähigkeit des Hauptmotors, das angeforderte Leistungsniveau zu liefern. Die Steuervorrichtung ist auch konfiguriert um Steuersignale an den Hauptmotor zu liefern, um die Drehzahl und die Ausgabe des Hauptmotors zu steuern, wobei die Steuersignale, die an den Hauptmotor und die mindestens eine Vorrichtung geliefert werden, einen Betrieb des Hauptmotors innerhalb eines Drehzahlbereiches von einer Zielhauptmotordrehzahl zur Folge haben.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein System und ein Verfahren für Leistungsmanagement in einer Maschine mit elektrischen und/oder hydraulischen Vorrichtungen und insbesondere auf ein System und ein Verfahren zum Steuern von elektrischen und/oder hydraulischen Vorrichtungen zur Unterstützung eines Betriebs eines Verbrennungsmotors.
  • Hintergrund
  • Einige herkömmliche Maschinen haben eine hydraulische Leistungsquelle zum Betrieb von hydraulischen Betätigungsvorrichtungen. Beispielsweise kann eine solche Maschine typischerweise einen Verbrennungsmotor zum Antrieb von einer oder mehreren Hydraulikpumpen aufweisen, die wiederum Leistung zu einer oder mehreren hydraulischen Betätigungsvorrichtungen liefern, um Arbeit auszuführen. Ein Beispiel einer solchen Maschine ist ein Hydraulikbagger. Ein Hydraulikbagger kann typischerweise eine oder mehrere Hydraulikpumpen aufweisen, die Hydraulikleistung in Form eines unter Druck gesetzten Strömungsmittelflusses zu einem oder mehreren Hydraulikmotoren und Hydraulikzylindern liefern, und zwar zum Betrieb eines Auslegers, eines Vorderauslegers und eines Grabwerkzeugs. In einer solchen Maschine können die Hydraulikmotoren verwendet werden, um eine Kabine relativ zu einem Fahrgestell zu drehen, auf dem die Kabine montiert ist, und um mit dem Boden in Eingriff stehende Räder oder Raupen anzutreiben, um die Maschine zu bewegen. Die Hydraulikleistung, die zu den hydraulischen Betätigungsvorrichtungen geliefert wird, kann verwendet werden, um den Ausleger anzuheben und abzusenken und um den Vorderausleger und das Grabwerkzeug zu betätigen, um Grab- und/oder Ladevorgänge auszuführen. Um den Wirkungsgrad zu steigern und/oder um unerwünschte Emissionen zu reduzieren, die aus dem Betrieb des Verbrennungsmotors resultieren, sind Bemühungen unternommen worden, einen Teil der Energie, die typischerweise während des Betriebs einer solchen Maschine verloren geht, wiederzugewinnen. Beispielsweise kann Energie in Form von gespeicherter elektrischer und hydraulischer Energie zur Verwendung durch elektrische und hydraulische Vorrichtungen wiedergewonnen bzw. gespeichert werden. Somit kann es wünschenswert sein, einige Arbeitsfunktionen in einer Maschine sowohl mit gespeicherter hydraulischer Energie als auch mit gespeicherter elektrischer Energie durch Verwendung von sowohl elektrischen als auch hydraulischen Vorrichtungen auszuführen. Jedoch kann es in einer solchen Maschine schwierig sein, die Lieferung von elektrischer und hydraulischer Leistung zu den elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen in einer Weise zu steuern, die eine wünschenswerte Leistung und/oder Effizienz zur Folge hat. Zusätzlich kann der Betrieb der elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen zur Folge haben, dass Lasten auf den Ausgang des Verbrennungsmotors aufgebracht werden, die einen unerwünschten oder ineffizienten Betrieb des Motors zur Folge haben. Daher kann es wünschenswert sein, ein System und ein Verfahren zum Leistungsmanagement in einer Maschine mit sowohl elektrischen als auch hydraulischen Vorrichtungen in einer Weise vorzusehen, dass dies einen wünschenswerten oder effizienten Betrieb des Motors zur Folge hat.
  • Eine Hybrid-Baumaschine wird im US-Patent 7,669,413 B2 von Komiyama und anderen offenbart („das ’413-Patent”). Insbesondere offenbart das ’413-Patent einen Hybrid-Bagger, der eine Hydraulikpumpe, einen Generatormotor, der parallel zu einer Ausgangswelle eines Hauptmotors angeschlossen ist und einen Rotationsmotor aufweist, der von einer Batterie angetrieben wird. Der Generatormotor unterstützt den Hauptmotor, indem er eine Motor- bzw. Antriebsfunktion ausführt. Ein Leistungsverbrauch von sowohl von der Hydraulikpumpe als auch dem Rotationsmotor wird detektiert, und die Ausgabe der Hydraulikpumpe und des Rotationsmotors wird so gesteuert, dass die Summe des detektierten Leistungsverbrauchs nicht eine maximale Versorgungsleistung überschreitet, die als die Summe der Leistung festgelegt ist, die zur Hydraulikpumpe und zum Rotationsmotor geliefert werden kann.
  • Obwohl die in dem ’413-Patent offenbarte Maschine sowohl elektrische als auch hydraulische Vorrichtungen aufweist, kann die Maschine, die in dem ’413-Patent offenbart wird, immer noch nicht die elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen in der Maschine in einer Weise steuern, die wünschenswerte Maschinenleistung und Effizienz vorsieht. Daher kann es wünschenswert sein, ein System und ein Verfahren vorzusehen, um die Leistung in einer Maschine mit sowohl elektrischen als auch hydraulischen Vorrichtungen in einer Weise zu steuern, die einen wünschenswerten und effizienten Betrieb des Hauptmotors zur Folge hat.
  • Zusammenfassung
  • Gemäß einem Aspekt weist die vorliegende Offenbarung ein System zur Steuerung der Leistung in einer Maschine auf, welche einen Hauptmotor aufweist, der konfiguriert ist, um Leistung zu einer elektrischen Vorrichtung und/oder einer hydraulischen Vorrichtung zu liefern und um Leistung von mindestens einer Vorrichtung davon aufzunehmen. Das System weist auch eine Steuervorrichtung auf, die konfiguriert ist, um Anfragesignale zu empfangen, die einen angeforderten Betrieb der mindestens einen Vorrichtung anzeigen, und um basierend auf dem Anfragesignal ein angefordertes Leistungsniveau zu bestimmen, welches erforderlich ist, um den angeforderten Betrieb zu erfüllen. Die Steuervorrichtung ist weiter konfiguriert, um beim Empfang des Anfragesignals eine Fähigkeit des Hauptmotors zu bestimmen, das angeforderte Leistungsniveau zu liefern, und um Steuersignale zu der mindestens einen Vorrichtung zu liefern, um entweder Leistung zum Hauptmotor zu liefern oder Leistung vom Hauptmotor aufzunehmen, und zwar basierend auf der Fähigkeit des Hauptmotors, das angeforderte Leistungsniveau zu liefern. Die Steuervorrichtung ist auch konfiguriert, um Steuersignale an den Hauptmotor zu liefern, um eine Drehzahl und Ausgabe des Hauptmotors zu steuern, wobei die Steuersignale, die zum Hauptmotor und zu der mindestens einen Vorrichtung geliefert werden, einen Betrieb des Hauptmotors innerhalb eines Drehzahlbereiches einer Zielhauptmotordrehzahl zur Folge haben.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt weist die Offenbarung ein Verfahren zur Steuerung der Leistung in einer Maschine auf, welche eine elektrische Vorrichtung aufweist, die konfiguriert ist, um elektrische Leistung zu liefern und elektrische Leistung zu verbrauchen, weiter eine hydraulische Vorrichtung, die konfiguriert ist, um hydraulische Leistung zu liefern und hydraulische Leistung zu verbrauchen, und einen Hauptmotor, der konfiguriert ist, um Leistung an die elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen zu liefern und Leistung von den elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen zu empfangen. Das Verfahren weist auf, Anfragesignale zu empfangen, welche einen angeforderten Betrieb von mindestens einer der elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen anzeigen, und um ein angefordertes Leistungsniveau basierend auf den Anfragesignalen zu bestimmen, welches erforderlich ist, um den angeforderten Betrieb zu erfüllen bzw. auszuführen. Das Verfahren weist weiter auf, beim Empfang des Anfragesignals eine Fähigkeit des Hauptmotors zu bestimmen, das angefragte Leistungsniveau zu liefern, und die elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen so zu betreiben, dass sie entweder Leistung zum Hauptmotor liefern oder Leistung vom Hauptmotor empfangen, und zwar basierend auf der Fähigkeit des Hauptmotors, das angeforderte Leistungsniveau zu liefern. Das Verfahren weist auch auf, den Hauptmotor und die elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen so zu betreiben, dass der Hauptmotor innerhalb eines Drehzahlbereiches einer Zielhauptmotordrehzahl betrieben wird.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt weist die Offenbarung eine Maschine auf, die ein Fahrgestell, eine Bedienerschnittstelle zur Steuerung des Betriebs der Maschine und einen Hauptmotor aufweist, der mit dem Fahrgestell gekoppelt ist. Die Maschine weist weiter eine elektrische Vorrichtung auf, die mit dem Fahrgestell gekoppelt ist, eine hydraulische Vorrichtung, die mit dem Fahrgestell gekoppelt ist, und eine Steuervorrichtung. Die Steuervorrichtung ist konfiguriert, um Anfragesignale zu empfangen, welche einen angeforderten Betrieb der elektrischen und/oder hydraulischen Vorrichtungen anzeigt, und um ein angefordertes Leistungsniveau basierend auf den Anfragesignalen zu bestimmen, welches erforderlich ist, um den angeforderten Betrieb zu erfüllen bzw. auszuführen. Die Steuervorrichtung ist weiter konfiguriert, um beim Empfang der Anfragesignale eine Fähigkeit des Hauptmotors zu bestimmen, das angeforderte Leistungsniveau zu liefern, und Steuersignale an die elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen zu liefern, so dass diese entweder Leistung zum Hauptmotor liefern oder Leistung vom Hauptmotor empfangen, und zwar basierend auf der Fähigkeit des Hauptmotors, das angeforderte Leistungsniveau zu liefern. Die Steuervorrichtung ist auch konfiguriert, um Steuersignale an den Hauptmotor zu liefern, um die Drehzahl und Ausgabe des Hauptmotors zu steuern, wobei die Steuersignale, die an den Hauptmotor und die elektrischen und die hydraulischen Vorrichtungen geliefert werden, einen Betrieb des Hauptmotors innerhalb eines Drehzahlbereiches einer Soll- bzw. Zielhauptmotordrehzahl zur Folge haben.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine bildliche Perspektivansicht einer beispielhaften Ausführungsform einer Maschine, die eine beispielhafte Ausführungsform eines Systems zur Steuerung der Leistung in der Maschine aufweist.
  • 2 ist eine schematische Abbildung einer beispielhaften Ausführungsform einer Maschine, die eine beispielhafte Ausführungsform des Leistungssystems der Maschine aufweist.
  • 3 ist eine schematische Abbildung einer beispielhaften Steuerstrategie zum Betrieb eines Hauptmotors und elektrischer und hydraulischer Vorrichtungen in einer beispielhaften Maschine.
  • 4 ist ein Flussdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform eines Verfahrens zur Steuerung der Leistung in einer beispielhaften Maschine.
  • 5A–5B sind Flussdiagramme von beispielhaften Unterschritten einer beispielhaften Ausführungsform eines Verfahrens zur Steuerung der Leistung in einer beispielhaften Maschine.
  • Detaillierte Beschreibung
  • 1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Maschine 10 zur Ausführung von Arbeit. Insbesondere ist die in 1 gezeigte beispielhafte Maschine 10 ein Bagger zum Ausführen von Betriebsvorgängen, wie beispielsweise Graben und/oder Laden von Material. Obwohl die beispielhaften hier offenbarten Systeme und Verfahren bezüglich eines Baggers beschrieben werden, finden die offenbarten Systeme und Verfahren Anwendung in anderen Maschinen, wie beispielsweise in einem Automobil, einem Lastwagen, einem Ackerbaufahrzeug, einem Arbeitsfahrzeug, einem Radlader, einem Dozer, einem Lader, einem Raupentraktor, einem Grader bzw. Straßenhobel, einem Geländelastwagen oder in irgendwelchen anderen in der Technik bekannten Maschinen.
  • Wie in 1 gezeigt, weist die beispielhafte Maschine 10 ein Fahrgestell 12 auf, an dessen Seite mit dem Boden in Eingriff stehende Glieder 14 zur Bewegung der Maschine 10 vorgesehen sind (beispielsweise über mit dem Boden in Eingriff stehende Raupen oder Räder). Die Maschine 10 weist eine Bedienerkabine 16 auf, die an dem Fahrgestell 12 in einer Weise befestigt ist, welche eine Rotation der Kabine 16 bezüglich des Fahrgestells 12 gestattet. Ein Ausleger 18 ist mit der Kabine 16 in einer Weise gekoppelt, die gestattet, dass der Ausleger 18 bezüglich der Kabine 16 schwenkt. An einem Ende gegenüberliegend zur Kabine 16 ist ein Vorderausleger 20 an dem Ausleger 18 in einer Weise gekoppelt, die gestattet, dass der Vorderausleger 20 bezüglich des Auslegers 18 schwenkt. An einem Ende gegenüberliegend zum Ausleger 18 ist ein Werkzeug 22 (beispielsweise ein Grabwerkzeug oder eine Schaufel) mit dem Vorderausleger 20 in einer Weise gekoppelt, die gestattet, dass das Werkzeug 22 bezüglich des Vorderauslegers 20 schwenkt. Obwohl die in 1 gezeigte beispielhafte Maschine 10 ein Grabwerkzeug aufweist, können andere Werkzeuge mit dem Vorderausleger 20 gekoppelt werden, wenn andere Arten von Arbeit ausgeführt werden sollen.
  • In der bezeigten beispielhaften Ausführungsform ist ein Paar von Betätigungsvorrichtungen 24 mit der Kabine 16 und dem Ausleger 18 gekoppelt, so dass ein Ausfahren und Zurückziehen der Betätigungsvorrichtungen 24 den Ausleger 18 relativ zu der Kabine 16 anhebt bzw. absenkt. Eine Betätigungsvorrichtung 26 ist mit dem Ausleger 18 und dem Vorderausleger 20 derart gekoppelt, dass ein Ausfahren und Zurückziehen der Betätigungsvorrichtung 26 zur Folge hat, dass der Vorderausleger 20 bezüglich des Auslegers 18 nach innen bzw. nach außen schwenkt. Eine Betätigungsvorrichtung 28 ist mit dem Vorderausleger 20 und dem Grabwerkzeug 22 gekoppelt, so dass ein Ausfahren und Einfahren bzw. Zurückziehen der Betätigungsvorrichtung 28 zur Folge hat, dass das Grabwerkzeug 22 bezüglich des Vorderauslegers 20 zwischen geschlossenen bzw. offenen Positionen schwenkt.
  • Wie genauer bezüglich 2 erklärt, sind beispielhafte Betätigungsvorrichtungen 24, 26 und 28 hydraulische Vorrichtungen, insbesondere Hydraulikzylinder, die durch ein Zuleiten und Ableiten von Strömungsmittel aus den Zylindern auf jeder Seite eines Kolbens angetrieben werden, um eine Hin- und Herbewegung des Kolbens innerhalb des Zylinders zu verursachen. Eine oder mehrere Betätigungsvorrichtungen 24, 26 und 28 können nicht hydraulische Betätigungsvorrichtungen sein, ohne von den hier offenbarten Konzepten abzuweichen. Zusätzlich kann die Anzahl von jeder der Betätigungsvorrichtungen 24, 26 und 28, die mit dem Ausleger 18, dem Vorderausleger 20 und/oder dem Werkzeug 22 gekoppelt sind, verändert werden, ohne von den hier offenbarten Konzepten abzuweichen.
  • Mit Bezug auf 2 weist die beispielhafte Maschine 10 ein Leistungssystem 30 auf, welches elektrische und hydraulische Vorrichtungen aufweist, die jeweils über elektrische und hydraulische Leistungsquellen betrieben werden und von einer Steuervorrichtung gesteuert werden. Insbesondere weist das beispielhafte Antriebs- bzw. Leistungssystem 30 einen Verbrennungshauptmotor 32 auf. Der Hauptmotor 32 kann beispielsweise ein verdichtungsgezündeter Motor, ein funkengezündeter Motor, ein Gasturbinenmotor, ein HCCI-Motor (HCCI = homogeneous-charge compression ignition), ein Zwei-Takt-Motor, ein Vier-Takt-Motor oder irgendeine andere Bauart eines dem Fachmann bekannten Verbrennungsmotors sein. Der Hauptmotor 32 kann konfiguriert sein, um mit irgendeinem Brennstoff oder einer Kombination von Brennstoffen zu arbeiten, wie beispielweise Diesel, Biodiesel, Benzin, Äthanol, Methanol oder mit irgendeinem Brennstoff, der dem Fachmann bekannt ist. Weiterhin kann der Hauptmotor 32 mit einem Wasserstoff angetriebenen Motor, mit einer Brennstoffzelle, einer Solarzelle und/oder irgendeiner anderen dem Fachmann bekannten Leistungsquelle unterstützt bzw. versorgt werden.
  • In der gezeigten beispielhaften Ausführungsform weist das Leistungssystem 30 einen elektrischen Motor/Generator 34 (beispielsweise einen AC- bzw. Wechselstrom-Motor/Generator) auf, der mit dem Hauptmotor 32 gekoppelt ist, so dass der Hauptmotor 32 den Motor/Generator 34 antreibt, wodurch elektrische Leistung erzeugt wird. Der Motor/Generator 34 ist elektrisch mit einem Inverter bzw. Wechselrichter 36 gekoppelt (beispielsweise mit einem AC-DC- bzw. Wechselstrom-Gleichstrom-Inverter), der wiederum elektrisch mit einem Bus 38 gekoppelt ist (beispielsweise mit einem Gleichstrom-Bus). Das beispielhafte Leistungssystem 30 weist weiter einen Konverter 40 auf, der elektrisch mit dem Bus 38 gekoppelt ist. Der Konverter 40 kann ein bidirektionaler Gleichstrom-Gleichstrom-Konverter sein, der wiederum elektrisch mit einer elektrischen Speichervorrichtung 42 gekoppelt ist. Die elektrische Speichervorrichtung 42 kann eine oder mehrere Batterien und/oder Ultra-Kondensatoren aufweisen, die konfiguriert sind, um elektrische Energie zu speichern, die von dem Motor/Generator 34 geliefert wird und/oder irgendwelche elektrische Energie, die durch Aufnahme bzw. Wiedergewinnung von Energie erzeugt wird, die mit dem Betrieb der Maschine 10 assoziiert ist, wie beispielsweise Energie, die von einem regenerativen Bremsvorgang von sich bewegenden Teilen der Maschine 10 aufgenommen bzw. wiedergewonnen wird, wie beispielsweise von den mit dem Boden in Eingriff stehenden Gliedern 14 und/oder aus der Rotation der Kabine 16. Elektrische Energie, die in der elektrischen Speichervorrichtung 42 gespeichert wird, kann auch als Quelle für elektrische Leistung verwendet werden, wie genauer unten erklärt wird.
  • Das beispielhafte Leistungssystem 30 weist weiter einen Inverter- bzw. Wechselrichter 44 auf (beispielsweise einen Wechselstrom-Gleichstrom-Inverter), der mit dem Bus 38 gekoppelt ist. Der Inverter 44 ist elektrisch mit einem elektrischen Motor/Generator 46 gekoppelt (beispielsweise mit einem Wechselstrom-Motor/Generator). In der gezeigten beispielhaften Ausführungsform ist der Motor/Generator 46 mit der Kabine 16 derart gekoppelt, dass ein Betrieb des Motor/Generators 46 zur Folge hat, dass die Kabine 16 relativ zum Fahrgestell 12 rotiert. Zusätzlich kann der Motor/Generator 46 die Rotation der Kabine 16 in regenerativer Weise verlangsamen und stoppen, was zur Folge hat, dass elektrische Energie erzeugt wird, die über den Inverter 44, den Bus 38 und den Konverter 40 zur elektrischen Speichervorrichtung 42 geleitet werden kann, so dass diese später elektrische Betätigungsvorrichtungen versorgen kann, wie beispielsweise Motor/Generatoren 34 und 46. Gemäß einigen Ausführungsbeispielen kann elektrische Energie in der elektrischen Speichervorrichtung 42 über den Konverter 40, den Bus 38 und den Inverter 36 zum Motor/Generator 34 geleitet werden, der dann die elektrische Energie verwenden kann, um den Hauptmotor 32 zu unterstützen und/oder um eine oder mehrere hydraulischen Pumpen/Motoren 48a und 48b anzutreiben, was somit ermöglicht, dass elektrische Leistungsquellen den Hauptmotor 32 und/oder hydraulische Vorrichtungen in der Maschine 10 unterstützen. Gemäß einigen Ausführungsbeispielen kann elektrische Energie, die vom Motor/Generator 34 und/oder vom Motor/Generator 46 erzeugt wird, zwischen den zwei Motor/Generatoren 34 und 46 geleitet werden, ohne notwendigerweise in der elektrischen Speichervorrichtung 42 gespeichert zu werden, beispielsweise indem sie vom Motor/Generator 46 über den Inverter 44, den Bus 38 und den Inverter bzw. Wechselrichter 36 zum Motor/Generator 34 geleitet wird, oder vom Motor/Generator 34 über den Inverter 36, den Bus 38 und den Inverter 44 zum Motor/Generator 46.
  • In der in 2 gezeigten beispielhaften Ausführungsform ist der Hauptmotor 32 mit zwei hydraulischen Pumpen/Motoren 48a und 48b gekoppelt, die Pumpen mit fester Verdrängung oder mit variabler Verdrängung aufweisen können. Obwohl die beispielhafte gezeigte Ausführungsform zwei Pumpen/Motoren 48a und 48b aufweist, könnte ein einzelner Pumpen/Motor oder mehr als zwei Pumpen/Motoren verwendet werden. In der gezeigten beispielhaften Konfiguration liefert der Hauptmotor 32 mechanische Leistung zum Antrieb der Pumpen/Motoren 48a und 48b, die wiederum Hydraulikleistung zum Leistungssystem 30 liefern, indem sie bewirken, dass unter Druck gesetztes Strömungsmittel zu den Hydraulikzylindern, 24, 26 und 28 hin und weg von diesen fließt. Gemäß einigen Ausführungsbeispielen können zusätzlich ein oder mehrere der Pumpen/Motoren 48a und 48b Leistung zum Hauptmotor 32 liefern, um beim Betrieb des Hauptmotors 32 zu helfen, beispielsweise um den Motor/Generator 34 anzutreiben, der wiederum elektrische Leistung zu den elektrischen Vorrichtungen der Maschine 10 liefern kann.
  • In der in 2 gezeigten beispielhaften Ausführungsform sind die Pumpen/Motoren 48a und 48b hydraulisch mit Steuerventilen 50 gekoppelt, so dass die Pumpen/Motoren 48a und 48b unter Druck gesetztes Strömungsmittel an die Steuerventile 50 liefern, die wiederum einen Strömungsmittelfluss zu den hydraulischen Vorrichtungen der Maschine 10 und weg von diesen steuern. Wie in 2 gezeigt, sind die Steuerventile 50 beispielsweise hydraulisch mit den Hydraulikzylindern, 24, 26 und 28 und mit dem hydraulischen Pumpen/Motor 52 gekoppelt, der, wenn er mit einem Fluss von unter Druck gesetztem Strömungsmittel versorgt wird, die mit dem Boden in Eingriff stehenden Glieder 14 antreibt. Obwohl ein einzelner Hydraulikmotor 52 gezeigt ist, kann das Leistungssystem 30 einen oder mehrere Hydraulikmotoren 52 aufweisen, beispielsweise einen für jedes der mit dem Boden in Eingriff stehenden Glieder 14. Weiterhin kann bzw. können der bzw. die hydraulischen Pumpen/Motor(en) 52 fähig sein, die mit dem Boden in Eingriff stehenden Glieder 14 in einer regenerativen Weise zu verlangsamen und zu stoppen, was zur Folge hat, dass hydraulische Energie erzeugt wird, die umgeleitet werden kann, um hydraulische Leistung zum Leistungssystem 30 zu liefern, die in einer hydraulischen Speichervorrichtung gespeichert werden kann, um später hydraulische Leistung zu den hydraulischen Betätigungsvorrichtungen zu liefern und/oder um hydraulische Leistung zu den Pumpen/Motoren 48a und 48b zu liefern, welche die Leistung des Hauptmotors 32 unterstützen kann, wie genauer unten erklärt.
  • Das beispielhafte Leistungssystem 30 weist auch einen Akkumulator 54 auf, der hydraulisch mit den Steuerventilen 50 gekoppelt ist. Der Akkumulator 54 ist konfiguriert, um hydraulische Energie zu speichern, die während des Betriebs des Leistungssystems 30 gesammelt bzw. wiedergewonnen wurde. Wie oben erklärt, kann bzw. können der bzw. die Hydraulikmotor(en) 52 beispielsweise konfiguriert sein, um eine Bewegung der mit dem Boden in Eingriff stehenden Glieder 14 zu verlangsamen, indem sie als Pumpen betrieben werden, so dass die mit dem Boden in Eingriff stehenden Glieder 14 die Pumpen antreiben, wodurch die mit dem Boden in Eingriff stehenden Glieder 14 verlangsamt werden. Die Energie, die an das hydraulische Strömungsmittel durch den Pumpvorgang geliefert wird, kann über die Steuerventile 50 zur Speicherung im Akkumulator 54 zur späteren Verwendung geleitet werden und/oder kann zu den Pumpen/Motoren 48a und 48b geleitet werden.
  • In dem beispielhaften Leistungssystem 30 sind die Hydraulikzylinder 24, 26, und 28 jeweils hydraulisch mit den Steuerventilen 50 gekoppelt. Wie mit Bezug auf 1 erklärt, sind die Hydraulikzylinder, 24, 26 und 28 jeweils mit dem Ausleger 18, dem Vorderausleger 20 und dem Werkzeug 22 gekoppelt, um den Ausleger 18, den Vorderausleger 20 und das Werkzeug 22 zu betätigen. In ähnlicher Weise wie der bzw. die Hydraulikmotor(en) 52 können die Hydraulikzylinder, 24, 26 und 28 in regenerativer Weise betrieben werden, was zur Folge hat, dass hydraulische Energie erzeugt wird, die umgeleitet werden kann, um hydraulische Leistung zum Leistungssystem 30 zu liefern und/oder die im Akkumulator 54 gespeichert werden kann. Wenn beispielsweise der Ausleger 18 von einer angehobenen Position abgesenkt wird, wird unter Druck gesetztes Strömungsmittel in gesteuerter Weise aus dem Hydraulikzylinder 24 gedrückt. Dieses unter Druck gesetzte Strömungsmittel kann über die Steuerventile 50 zur Speicherung in den Akkumulator 54 geleitet werden und/oder kann zu einem oder mehreren der Pumpen/Motoren 48a, 48b und 52 geleitet werden, um den Betrieb dieser hydraulischen Vorrichtungen zu unterstützen.
  • Das in 2 gezeigte beispielhafte Leistungssystem 30 weist ein System 55 zur Steuerung des Leistungssystems 30 auf. Beispielsweise weist das Leistungssystem 30 eine Bedienerschnittstelle 56 auf, die in der Kabine 16 angeordnet sein kann. Gemäß einigen Ausführungsformen kann die Bedienerschnittstelle 56 entfernt von der Maschine 10 gelegen sein, beispielsweise als Fernsteuerung der Maschine 10. Die beispielhafte Bedienerschnittstelle 56 weist eine Anzahl von Steuervorrichtungen zur Steuerung der Maschine 10 und ihrer Funktionen auf (beispielsweise Hebel, Pedale und/oder Knöpfe). In der gezeigten beispielhaften Ausführungsform ist die Bedienerschnittstelle 56 mit den Steuerventilen 50 gekoppelt, und zwar elektrisch und/oder hydraulisch, so dass elektrische Steuersignale und/oder hydraulische Steuersignale (beispielsweise über eine hydraulische Vorsteuerschaltung) von der Bedienerschnittstelle 56 zu den Steuerventilen 50 gesendet werden können. Solche elektrischen und hydraulischen Steuersignale können verwendet werden, um den Betrieb der Steuerventile 50 zur Betätigung und Steuerung der Hydraulikvorrichtungen des Leistungssystems 30 zu steuern. Zusätzlich ist die Bedienerschnittstelle 56 elektrisch mit einer Steuervorrichtung 58 gekoppelt, die konfiguriert ist, um den Betrieb von einer oder mehreren elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen des beispielhaften Leistungssystems 30 zu steuern, wie genauer unten erklärt wird.
  • Zusätzlich kann die Steuervorrichtung 58 mit einer Anzahl von Sensoren gekoppelt sein, die mit den Vorrichtungen der Maschine 10 assoziiert sind, um Signale zu empfangen, die den Betrieb der Vorrichtungen anzeigen. Beispielsweise kann die Maschine 10 die folgenden Sensoren aufweisen: einen Hauptmotorsensor 32a, der mit dem Hauptmotor 32 assoziiert ist, einen Motor/Generatorsensor 34a, der mit dem Motor/Generator 34 assoziiert ist, einen Speichervorrichtungssensor 42a, der mit der elektrischen Speichervorrichtung 42 assoziiert ist, einen Motor/Generatorsensor 46a, der mit dem Motor/Generator 46 assoziiert ist, Pumpen/Motorsensoren 48c und 48d, die jeweils mit den Pumpen/Motoren 48a und 48b assoziiert sind, Hydrauliksensoren 24a, 26a und 28a, die jeweils mit den Hydraulikzylindern, 24, 26 und 28 assoziiert sind, einen Akkumulatorsensor 54a, der mit dem Akkumulator 54 assoziiert ist, und einen Pumpen/Motorsensor 52a, der mit dem Pumpen/Motor 52 assoziiert ist. Jeder der oben genannten Sensoren kann einen einzelnen Sensor oder eine Anzahl von Sensoren aufweisen, die zusammenarbeiten, um Signale zu liefern, welche den Betrieb der assoziierten Vorrichtung anzeigen.
  • Der Hauptmotorsensor 32a kann einen Hauptmotordrehzahlsensor aufweisen, einen Luftmassenflusssensor, einen Emissionssensor, einen Sammelleitungsdrucksensor, einen Turbolader-Ladedrucksensor und/oder andere mit dem Hauptmotor in Beziehung stehende Sensoren. Die Motor/Generatorsensoren 34a und 46a können einen Drehzahlsensor, einen Stromsensor, einen Spannungssensor und/oder andere mit dem Motor/Generator in Beziehung stehende Sensoren aufweisen. Der Speichervorrichtungssensor 42a kann einen Ladesensor, einen Stromsensor, einen Spannungssensor und/oder andere mit der elektrischen Speichervorrichtung in Beziehung stehende Sensoren aufweisen. Die Pumpen/Motorsensoren 48c, 48d und 52a können einen Drehzahlsensor, einen Flussratensensor, einen Drucksensor und/oder andere mit der Hydraulikvorrichtung in Beziehung stehende Sensoren aufweisen. Der Akkumulatorsensor 54a kann einen Drucksensor und/oder andere mit der Hydraulik in Beziehung stehende Sensoren aufweisen.
  • Die Steuervorrichtung 58 kann einen oder mehrere Prozessoren, Mikroprozessoren, zentrale Verarbeitungseinheiten, an Bord liegende Computer, elektronische Steuermodule und/oder andere Berechnungs- und Steuervorrichtungen aufweisen, die dem Fachmann bekannt sind. Die Steuervorrichtung 58 kann konfiguriert sein, um ein oder mehrere Software-Programme oder Anwendungen laufen zu lassen, die an einer Speicherstelle gespeichert sind, die von einem computerlesbaren Medium gelesen werden und/oder auf die von einer externen Vorrichtung zugegriffen wird, die betriebsmäßig mit der Steuervorrichtung 58 durch irgendein geeignetes Kommunikationsnetzwerk gekoppelt ist.
  • Die beispielhafte Steuervorrichtung 58 ist konfiguriert, um den Betrieb des Leistungssystems 30 zu steuern, einschließlich des Hauptmotors und der verschiedenen elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen der beispielhaften Maschine 10. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 58 konfiguriert sein, um jede der elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen sowohl als potentielle Versorger als auch als potentielle Verbraucher von elektrischer und hydraulischer Leistung zu sehen, und, auf den Empfang von Bedieneranforderungen hin, den Betrieb des Hauptmotors und der elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen in koordinierter Weise zu steuern, um eine erwünschte Maschinenleistung und Effizienz vorzusehen.
  • Beispielsweise können die elektrischen Motor/Generatoren 34 und 46 arbeiten, indem sie entweder elektrische Leistung verbrauchen oder elektrische Leistung liefern. Sie können elektrische Leistung verbrauchen, wenn sie betrieben werden, um eine von den Motor/Generatoren 34 und 46 angetriebene Vorrichtung zu beschleunigen. Beispielsweise kann der Motor/Generator 34 angetrieben werden, um den Hauptmotor 32 dabei zu unterstützen, Leistung zu den hydraulischen Pumpen/Motoren 48a und 48b zu liefern, und der Motor/Generator 46 kann angetrieben werden, um die Kabine 16 zu drehen. Der Motor/Generator 34 kann auch elektrische Leistung zum Leistungssystem 30 liefern, wenn er so betrieben wird, dass er den Hauptmotor 32 abbremst (beispielsweise wenn der Hauptmotor 32 mit einer (nicht gezeigten) Schwungradspeichervorrichtung gekoppelt ist), und zwar unter Verwendung des Generatorteils des Motor/Generators 34, um elektrische Leistung zu erzeugen, wenn er vom Hauptmotor 32 angetrieben wird. Der Motor/Generator 46 kann auch dahingehend arbeiten, dass er elektrische Leistung zum Leistungssystem 30 in ähnlicher Weise liefert, wenn er die Drehung der Kabine 16 abbremst. Zusätzlich können die Motor/Generatoren 34 und 46 elektrische Leistung zueinander und zur Energiespeichervorrichtung 42 liefern, wenn sie in einem Generatormodus arbeiten.
  • Die Energiespeichervorrichtung 42 kann auch entweder als Lieferant oder Verbraucher von elektrischer Leistung arbeiten. Beispielsweise kann die Energiespeichervorrichtung 42 als Lieferant von elektrischer Leistung arbeiten, indem sie elektrische Leistung zum Motor/Generator 34 liefert, um die Ausgabe des Hauptmotors 32 zu unterstützen und/oder zum Motor/Generator 46, um die Kabine 16 zu drehen. Die Energiespeichervorrichtung 42 kann auch als Verbraucher von elektrischer Leistung wirken, wenn sie elektrische Leistung speichert, die von den Motor/Generatoren 34 und 46 empfangen wird.
  • Die hydraulischen Vorrichtungen können auch sowohl als Verbraucher als auch als Lieferanten von hydraulischer Leistung angesehen werden. Beispielsweise können die Pumpen/Motoren 48a, 48b und 52 so arbeiten, dass sie entweder hydraulische Leistung verbrauchen oder hydraulische Leistung liefern. Sie können hydraulische Leistung verbrauchen, wenn sie so betrieben werden, dass sie die Flussrate und/oder den Druck im Hydrauliksystem erhöhen, beispielsweise um die Hydraulikzylinder 24, 26 und 28 gegen eine Last zu betreiben. Zusätzlich können die Pumpen/Motoren 48a, 48b und 52 so arbeiten, dass sie hydraulische Leistung verbrauchen, um einen anderen der Pumpen/Motoren anzutreiben und/oder um unter Druck gesetztes Strömungsmittel zum Akkumulator 54 zu liefern. Beispielsweise kann bzw. können ein oder mehrere Pumpen/Motoren 48a und 48b als eine Pumpe arbeiten, um Strömungsmittel zum Antrieb des Pumpen/Motors 52 zu liefern, um die mit dem Boden in Eingriff stehenden Glieder 14 anzutreiben, um die Maschine 10 voran zu bewegen.
  • Die Pumpen/Motoren 48a, 48b und/oder 52 können auch hydraulische Leistung zum Leistungssystem 30 liefern. Wenn eine Bewegung der Maschine 10 beispielsweise über den Pumpen/Motor 52 verlangsamt wird, kann der Pumpen/Motor 52 die kinetische Energie der Maschine 10 umwandeln, indem er hydraulisches Strömungsmittel pumpt, wodurch hydraulische Leistung zum Leistungssystem 30 geliefert wird, welche von den Pumpen/Motoren 48a und 48b verwendet werden kann, um den Hauptmotor 32 dabei zu unterstützen, Leistung zu dem elektrischen Motor/Generator 34 zu liefern, um beim Betrieb der Hydraulikzylinder 24, 26 und 28 gegen eine Last zu helfen und/oder um unter Druck gesetztes Strömungsmittel zum Akkumulator 54 zur Speicherung zu liefern.
  • In ähnlicher Weise können die Hydraulikzylinder 24, 26 und 28 so arbeiten, dass sie hydraulische Leistung entweder verbrauchen oder liefern. Wenn beispielsweise der Ausleger 18 abgesenkt wird, kann der Hydraulikzylinder 24 so arbeiten, dass er hydraulische Leistung in Form von unter Druck gesetztem Strömungsmittel zum Hydrauliksystem liefert, welche verwendet werden kann, um Leistung zu den Pumpen/Motoren 48a, 48b und 52, zu anderen Hydraulikzylindern 26 und 28 und/oder zum Akkumulator 54 zu liefern. Der Hydraulikzylinder 24 kann auch als Leistungsverbraucher arbeiten, wenn er gegen eine Last wirkt (beispielsweise zum Anheben des Auslegers 18), indem hydraulische Leistung von einem oder mehreren Pumpen/Motoren 48a, 48b und 52, vom Akkumulator 54 und/oder von anderen Hydraulikzylindern 26 und 28 abgezogen wird.
  • Der Akkumulator 54 kann auch entweder als Versorger oder Verbraucher von hydraulischer Leistung arbeiten. Beispielsweise kann der Akkumulator 54 als Lieferant von hydraulischer Leistung arbeiten, indem er unter Druck gesetztes Strömungsmittel zu den Pumpen/Motoren 48a und 48b liefert, um die Ausgabe des Hauptmotors 32 zu unterstützen, an die Hydraulikzylinder 24, 26 und 28, um gegen eine Last zu wirken und/oder an den Pumpen/Motor 52, um die mit dem Boden in Eingriff stehenden Glieder 14 anzutreiben. Der Akkumulator 54 kann als Verbraucher von hydraulischer Leistung arbeiten, wenn er hydraulische Leistung in Form von unter Druck gesetztem Strömungsmittel speichert, welches er von den Pumpen/Motoren 48a, 48b und 52 und/oder von den Hydraulikzylindern 24, 26 und 28 aufnimmt.
  • Die beispielhafte Steuervorrichtung 58 ist konfiguriert, um Anfragesignale zu empfangen, welche einen angeforderten Betrieb der elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen anzeigen, beispielsweise Signale, die von der Bedienerschnittstelle 56 empfangen werden, und ist konfiguriert, um die elektrische und hydraulische Leistung in der Maschine 10 gemäß einer Steuerstrategie zu steuern. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 58 konfiguriert sein, um die Anfragesignale von der Schnittstelle 56 und Betriebssignale von den elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen beim Empfang der Anfragesignale zu empfangen. Die Betriebssignale zeigen den Status der jeweiligen elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen zum Zeitpunkt des Empfangs der Anfragesignale an. Beispielsweise können die Betriebssignale Signale sein, welche von den Sensoren empfangen werden, die mit den jeweiligen elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen assoziiert sind, und können Informationen über die Leistung aufweisen, die von den elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen beim Empfang der Anfragesignale geliefert oder verbraucht werden. Die Betriebssignale können auch die Fähigkeit der elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen beim Empfang der Anfragesignale durch die Steuervorrichtung 58, entweder Leistung zu liefern oder Leistung zu verbrauchen. Gemäß einigen Ausführungsbeispielen können die Betriebssignale auch Signale aufweisen, die mit dem Betrieb des Hauptmotors 32 assoziiert sind. Die Steuervorrichtung 58 kann das Leistungsniveau bestimmen, welches vom Hauptmotor 32 und den elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen geliefert oder verbraucht wird, und zwar basierend auf den Anfragesignalen, den Betriebssignalen und der Steuerstrategie, und sie kann Steuersignale zum Steuern des Betriebs des Hauptmotors 32 und der elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen der Maschine 10 liefern.
  • 3 ist eine schematische Abbildung einer beispielhaften Steuerstrategie 60 für den Betrieb des Hauptmotors 32 und der elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen in der beispielhaften Maschine 10. Wie in 3 gezeigt, weist die beispielhafte Steuerstrategie 60 Untersystemsteuerungen 62 und eine Überwachungssteuerung 64 auf. Die beispielhaften Untersystemsteuerungen 62 weisen eine Hauptmotoruntersystemsteuerung 62a auf, um den Betrieb des Hauptmotors 32 zu steuern, eine Elektrountersystemsteuerung 62b zum Steuern des Betriebs der elektrischen Vorrichtungen des elektrischen Untersystems, und eine Hydraulikuntersystemsteuerung 62c zum Steuern des Betriebs der hydraulischen Vorrichtungen des Hydraulikuntersystems. Einige Ausführungsbeispiele können zusätzliche Untersystemsteuerungen aufweisen, um den Betrieb von anderen Vorrichtungen zu steuern.
  • Die Untersystemsteuerungen 62 sind konfiguriert, um eine Überwachungssteuerung 64 mit dem Anfragesignal 66 zu beliefern, welche den angeforderten Betrieb der elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen anzeigen. Gemäß einigen Ausführungsbeispielen kann die Überwachungssteuerung 64 Anfragesignale 66 direkt von einer anderen Quelle als von den Untersystemsteuerungen 62 empfangen, wie beispielsweise von der Schnittstelle 56 und/oder vom Hauptmotor 32 und den elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen selbst.
  • Die Untersystemsteuerungen 62 sind auch konfiguriert, um Anfrage- und Bereichssignale für den Betrieb der Energiespeichervorrichtungen zu liefern, die mit dem jeweiligen elektrischen Untersystem und dem hydraulischen Untersystem assoziiert sind, und zwar basierend auf der Beziehung des Betriebs der Vorrichtungen innerhalb des jeweiligen Untersystems. Beispielsweise liefert innerhalb des elektrischen Untersystems die Elektrountersystemsteuerung 62b Anfragesignale zur Steuerung des Betriebs der elektrischen Speichervorrichtung 42 basierend auf dem Betrieb der anderen Vorrichtungen innerhalb des elektrischen Untersystems. In ähnlicher Weise liefert innerhalb des hydraulischen Untersystems die Hydraulikuntersystemsteuerung 62c Anfragesignale zur Steuerung des Betriebs des Akkumulators 54 basierend auf dem Betrieb der anderen Vorrichtungen innerhalb des hydraulischen Untersystems.
  • Die Untersystemsteuerungen 62 sind auch konfiguriert, um Bereichssignale 68 zu liefern, welchen einen Bereich von akzeptablen elektrischen und hydraulischen Leistungsniveaus anzeigen, die mit dem Betrieb der elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen beim Empfang der Anfragesignale 66 assoziiert sind. Die Bereichssignale 68 können auch darauf basieren, wie die Vorrichtung innerhalb eines jeweiligen Untersystems funktioniert. Beispielsweise können für das elektrische Untersystem Bereichssignale 68 für die jeweiligen elektrischen Vorrichtungen auf der Beziehung des Betriebs der elektrischen Vorrichtungen innerhalb des elektrischen Untersystems basieren, wie beispielsweise genauer unten bezüglich der elektrischen Speichervorrichtung 42 erklärt. In ähnlicher Weise können für das hydraulische Untersystem die Bereichssignale 68 für die jeweiligen Hydraulikvorrichtungen auf der Beziehung des Betriebs der hydraulischen Vorrichtungen innerhalb des hydraulischen Untersystems basieren, wie beispielsweise genauer unten bezüglich des Akkumulators 54 erklärt.
  • Die Überwachungssteuerung 64 ist konfiguriert, um Steuersignale 70 zu bestimmen, um den Betrieb des Hauptmotors 32 und der elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen basierend auf Betriebssignalen 72, Bereichssignalen 68 und Anfragesignalen 66 zu steuern, welche den angeforderten Betrieb der elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen anzeigen. In dieser beispielhaften Weise bewertet die Steuervorrichtung 58 den Betrieb des Hauptmotors 32 und der elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen, den angeforderten Betrieb der Vorrichtungen und steuert den Betrieb des Hauptmotors 32 und der Vorrichtungen in koordinierter Weise, um die erwünschte Maschinenleistung vorzusehen und den Wirkungsgrad zu verbessern.
  • Gemäß einigen Ausführungsbeispielen zeigt der Bereich der akzeptablen elektrischen Leistungsniveaus und hydraulischen Leistungsniveaus die maximalen und minimalen Leistungsniveaus, bei denen die elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen beim Empfang des Anfragesignals 66 durch die Steuervorrichtung 58 arbeiten dürfen. Beispielsweise können die maximalen und minimalen Leistungsniveaus auf der Fähigkeit der jeweiligen Vorrichtungen zum Liefern von Leistung oder zum Verbrauch von Leistung basieren oder Leistung basierend auf den vorbestimmten Maschinenkonstruktionsgrenzen zu liefern oder zu verbrauchen. Beispielsweise kann der Pumpen/Motor 48a eine maximale Pumpleistungsausgabe haben und somit kann das maximale Leistungsausgabeniveau auf die maximale Pumpenleistungsausgabe begrenzt sein. Aus der Perspektive des Hauptmotors 32 gesehen, würde dies eine maximale Leistungsverbrauchsgrenze darstellen. Aus der Perspektive der Hydraulikzylinder 24, 26 und 28, des Akkumulators 54 und des Pumpen/Motors 52 würde dies jedoch eine maximale Leistungsversorgungsgrenze darstellen. Alternativ kann die maximale Pumpenleistungsausgabe des Pumpen/Motors 48 basierend auf einer vorbestimmten Konstruktionsgrenze beschränkt sein, beispielsweise um eine übermäßige Abnutzung an dem Pumpen/Motor 48a und/oder an anderen Teilen der Maschine 10 zu vermeiden.
  • Die minimalen Leistungsniveaus der Bereichssignale 68 können sich auf eine vorbestimmte Leistungsgrenze einer akzeptablen Leistungsabgabe beziehen. Für die Pumpen/Motoren 48a und 48b kann beispielsweise die untere Grenze mit der minimalen Leistungsausgabe assoziiert sein, die erforderlich ist, um die Hydraulikzylinder 24, 26 und 28 mit ausreichender Hydraulikleistung zu beliefern um eine Last im Werkzeug 22 auf einer gegenwärtigen Höhe zu halten.
  • Der Hauptmotor 32 kann auch über seine assoziierte Sensoren 32a Betriebssignale 72 liefern, welche den Status des Hauptmotors 32 anzeigen (beispielsweise die gegenwärtige Leistungsausgabe und Drehzahl). Die Hauptmotoruntersystemsteuerung 62a kann Bereichssignale 68 liefern, welche maximale und minimale Leistungsniveaus anzeigen, bei denen der Hauptmotor 32 arbeiten darf, und zwar beim Empfang der Anfragesignale 66 durch die Steuervorrichtung 58.
  • Gemäß einigen Ausführungsbeispielen sehen die Bereiche von akzeptablen elektrischen Ausgabeniveaus, hydraulischen Ausgabeniveaus und Hauptmotorleistungsausgabeniveaus die Grenzen für die Überwachungssteuerung 64 vor, so dass die Überwachungssteuerung 64 keine Steuersignale 70 für die elektrischen Vorrichtungen, die hydraulischen Vorrichtungen und den Hauptmotor 32 liefert, die aus den jeweiligen Grenzen herausfallen. Obwohl die Überwachungssteuerung 64 eine effizienteste Lösung bestimmen kann (d. h. basierend auf den Überlegungen bezüglich des Leistungsverbrauchs alleine), um die Leistungsausgabeniveaus des Hauptmotors 32 und der elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen zu betreiben bzw. festzulegen, können die Bereiche folglich unbeabsichtigte und unerwünschte Konsequenzen der effizientesten Lösung verhindern.
  • Beim Empfang einer Anfrage zur Abbremsung der Drehung der Kabine 16 durch die Steuervorrichtung 58 kann der Motor/Generator 46 beispielsweise als ein Generator arbeiten, wodurch elektrische Leistung zur Maschine 10 geliefert wird. Wenn der Motor/Generator 46 das Ausmaß der Abbremsung der Kabine 16 vergrößert, würde er eine größere Menge an elektrischer Leistung liefern. Dies könnte jedoch zur Folge haben, dass die Drehung der Kabine 16 schneller stoppt, als die Anfrage verlangt, wodurch unerwünschte Steuercharakteristiken folgen. Wenn der Motor/Generator 46 das Ausmaß der Abbremsung der Kabine 16 verringert, würde er eine kleinere Menge an elektrischer Leistung liefern. Jedoch könnte dies zur Folge haben, dass die Drehung der Kabine 16 langsamer stoppt, als die Anfrage verlangt, wodurch ebenfalls unerwünschte Steuercharakteristiken resultieren.
  • Wenn die Steuervorrichtung 58 ein Anfragesignal 66 zur Abbremsung der Kabine 16 empfängt, kann die Elektrountersystemsteuerung 62b einen Bereich von akzeptablen Leistungsversorgungsniveaus für den Motor/Generator 46 während der Abbremsung bestimmen. Weil es für den Betrieb der Maschine 10 unerwünscht sein kann, dass Ausmaß der Abbremsung der Kabine 16 zu verringern oder zu vergrößern, kann, wie oben erwähnt, die Elektrountersystemsteuerung 62b einen schmalen Bereich von akzeptablen Leistungsversorgungsniveaus unter diesen Bedingungen bestimmen. Somit würde die Elektrountersystemsteuerung 62b an die Überwachungssteuerung 64 ein Anfragesignal 66 liefern, welches den angeforderten Betrieb des Motor/Generators 46 anzeigt, und ein Bereichssignal 68, welches einen schmalen Bereich von akzeptablen Leistungsversorgungsniveaus für den Motor/Generator 46 anzeigt. Die Überwachungssteuerung 64 würde danach den Betrieb des Motor/Generators 46 steuern, indem sie ein Niveau der Leistungsversorgung bestimmt, welches von dem Motor/Generator 46 geliefert werden soll, und zwar basierend auf den Anfragesignalen 66, den Betriebssignalen 72 des Hauptmotors 32 und der verschiedenen Vorrichtungen der Maschine 10 und auf dem Bereichssignal 68, welches von der Elektrountersystemsteuerung 62b empfangen wurden. Danach werden Steuersignale 70 zum Motor/Generator 46 geliefert, um seinen Betrieb zu steuern. Die Steuersignale 70 können von der Überwachungssteuerung 64 zur Elektrountersystemsteuerung 62b gesendet werden, welche danach den Betrieb des Motor/Generators 46 steuern kann. Gemäß einigen Ausführungsbeispielen können die Steuersignale 70 direkt zum Motor/Generator 46 gesendet werden, ohne dass sie notwendigerweise durch die Elektrountersystemsteuerung 62b weitergeleitet werden.
  • Als ein weiteres Beispiel nimmt die Steuervorrichtung 58 während der Abbremsung der Kabine 16 ein Anfragesignal 66 zur Beschleunigung auf, und der Motor/Generator 46 arbeitet als Motor, wodurch elektrische Leistung von der Maschine 10 verbraucht wird. Wenn der Motor/Generator 46 das Ausmaß der Beschleunigung der Kabine 16 vergrößert, würde er eine größere Menge an elektrischer Leistung verbrauchen. Wenn der Motor/Generator 46 das Ausmaß der Beschleunigung der Kabine 16 verringert, würde er eine kleinere Menge an elektrischer Leistung verbrauchen.
  • Die Elektrountersystemsteuerung 62b kann einen Bereich von akzeptablen Leistungsverbrauchsniveaus für den Motor/Generator 46 während einer Beschleunigung der Kabine 16 bestimmen. Beispielsweise kann es für den Betrieb der Maschine 10 unerwünscht sein, die Beschleunigung der Kabine 16 über das angeforderte Ausmaß zu vergrößern. Aufgrund von Leistungsbegrenzungen in der Maschine 10 oder aufgrund von anderen Überlegungen kann es jedoch wünschenswert sein, das Ausmaß der Beschleunigung unter das angeforderte Niveau zu reduzieren. Somit kann die Elektrountersystemsteuerung 62b einen Bereich von akzeptablen Leistungsverbrauchsniveaus von einem Maximalwert gleich dem angeforderten Niveau bis zu einem Minimalwert deutlich unter dem angeforderten Niveau vorsehen. Die Elektrountersystemsteuerung 62b würde an die Überwachungssteuerung 64 ein Anfragesignal 66 liefern, welches den angefragten Betrieb des Motor/Generators 46 anzeigt, und ein Bereichssignal 68, welches den Bereich von akzeptablen Leistungsversorgungsniveaus anzeigt. Danach steuert die Überwachungssteuerung 64 unter Verwendung von Steuersignalen 72 den Betrieb des Motor/Generators 46, beispielsweise in der zuvor beschriebenen Weise, indem sie ein Leistungsniveau bestimmt, das der Motor/Generator 46 verbraucht, und zwar basierend auf dem Anfragesignal 66 und dem Bereichssignal 68, welches von der Elektrountersystemsteuerung 62a empfangen wurde, und basierend auf Betriebssignalen 72 des Hauptmotors 32 und der verschiedenen Vorrichtungen der Maschine 10.
  • Die Elektrountersystemsteuerung 62b kann einen Bereich zum Betrieb der elektrischen Speichervorrichtung 42 basierend auf der Wechselbeziehung des Betriebs der elektrischen Vorrichtungen innerhalb des elektrischen Untersystems bestimmen. Wenn beispielsweise keine elektrischen Vorrichtungen innerhalb des elektrischen Untersystems arbeiten, kann die Elektrountersystemsteuerung 62b an die Überwachungssteuerung 64 ein Anfragesignal liefern, welche keine Anfragen für elektrische Vorrichtungen anzeigt, und ein Bereichssignal 68 für jede der elektrischen Vorrichtungen, welches die Fähigkeit bzw. Kapazität der elektrischen Vorrichtungen, einschließlich der elektrischen Speichervorrichtung 42, zum Liefern von Leistung zum Hauptmotor 32 und/oder zum hydraulischen Untersystem über die Unterstützung bzw. Lieferung von Leistung zum Hauptmotor 32 zum Betrieb von einem oder mehreren der Pumpen/Motoren 48a und 48b anzeigt.
  • Wenn jedoch beispielsweise ein Anfragesignal 66 für die Drehung der Kabine 16 (über den Motor/Generator 46) empfangen wird, liefert die Elektrountersystemsteuerung 62b an die Überwachungssteuerung 64 Anfragesignale 66 für jede der elektrischen Vorrichtungen, einschließlich der elektrischen Speichervorrichtung 42. Zusätzlich liefert die Elektrountersystemsteuerung 62b Bereichssignale 68 für jede der elektrischen Vorrichtungen. Das Anfragesignal 66 zum Betrieb des Motor/Generators 46 kann beispielsweise 50 Einheiten elektrischer Leistung zur Drehung der Kabine 16 anfordern. Die Elektrountersystemsteuerung 62b bestimmt, dass der Motor/Generator 34, der vom Hauptmotor 32 angetrieben wird, die Fähigkeit hat, 40 Einheiten elektrischer Leistung zum Motor/Generator 46 zur Drehung der Kabine 16 zu liefern, und dass die elektrische Speichervorrichtung 42 die Fähigkeit hat, 40 Einheiten elektrischer Leistung zum Motor/Generator 46 zur Drehung der Kabine 16 zu liefern. Somit haben der Motor/Generator 34 und die elektrische Speichervorrichtung 42 insgesamt 30 Einheiten übrige Kapazität, um die angeforderte Drehung der Kabine 16 zu erfüllen. Die Elektrountersystemsteuerung 62b bestimmt jeweilige Bereichssignale 66 für den Motor/Generator 34 und die elektrische Speichervorrichtung 42, welche einen Bereich von Leistungsausgaben von 0–40 Leistungseinheiten für sowohl den Motor/Generator 34 als auch die elektrische Speichervorrichtung 42 anzeigt, und ein Anfragesignal 66 für 50 Einheiten für den Motor/Generator 46 zur Drehung der Kabine 16. Die Elektrountersystemsteuerung 62b bestimmt auch ein Bereichssignal für den Motor/Generator 46, wie hier zuvor dargestellt. Weiterhin bestimmt die Elektrountersystemsteuerung 62b Anfragesignale 66 für sowohl den Motor/Generator 34 als auch die elektrische Speichervorrichtung 42, um die 50 Leistungseinheiten an den Motor/Generator 46 zu liefern. Beispielsweise bestimmt die Elektrountersystemsteuerung 62b, dass das Anfragesignal 66 für den Motor/Generator 34 bei 40 Leistungseinheiten liegen wird, und dass das Anfragesignal für die elektrische Speichervorrichtung 42 bei 10 Leistungseinheiten liegen wird, was den 50 Einheiten elektrischer Leistung entspricht, die für den Betrieb des Motor/Generators 46 zur Drehung der Kabine 16 angefragt wurde. Die Anfragesignale 66 und die Bereichssignale 68 werden an die Überwachungssteuerung 64 geliefert.
  • In diesem Beispiel verwendet die Überwachungssteuerung 64 die Anfrage- und Bereichssignale 66 und 68 von der Elektrountersystemsteuerung 62b genauso wie ähnliche Signale von der Hauptmotoruntersystemsteuerung 62a und der Hydraulikuntersystemsteuerung 62c, um Steuersignale 70 zur Steuerung des Betriebs des Hauptmotors 32 und der elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen der Maschine 10 zu bestimmen. Wenn beispielsweise keine elektrische Leistung zur Unterstützung des Hauptmotors 32 oder des hydraulischen Systems benötigt wird, kann die Überwachungssteuerung 64 Steuersignale 70 zur Elektrountersystemsteuerung 62b derart liefern, dass der Motor/Generator 34 beispielsweise 40 Leistungseinheiten zum Motor/Generator 46 liefert, und dass die elektrische Speichervorrichtung 42 10 Leistungseinheiten zum Motor/Generator 46 liefert, wodurch die angeforderten 50 Einheiten zur Drehung der Kabine 16 erfüllt werden.
  • Wenn jedoch die Überwachungssteuerung 64 bestimmt, dass das hydraulische Untersystem Vorteile aus Leistung ziehen würde, die von dem elektrischen Untersystem geliefert wird, beispielsweise wenn das hydraulische Untersystem nicht genügend Hydraulikleistung liefern kann, um die angeforderten Betriebserfordernisse des hydraulischen Untersystems zu erfüllen, beispielsweise wegen begrenzter Leistungsfähigkeit des Hauptmotors 32 und/oder weil der Akkumulator 64 nicht die begrenzte Leistungsfähigkeit des Hauptmotors 32 ausgleichen kann, kann die Überwachungssteuerung 64 bestimmen, dass das elektrische Untersystem Leistung zum unterstützenden Betrieb des Hauptmotors 32 liefern kann, beispielsweise 20 Leistungseinheiten, wodurch die Leistungsfähigkeit des hydraulischen Untersystems vergrößert wird. Weil die Ausgabe der Pumpen/Motoren 48a und 48b aufgrund der augenblicklichen Leistungsfähigkeit des Hauptmotors beschränkt sein kann, kann ein unterstützender Betrieb für den Hauptmotor 32 mit dem elektrischen Untersystem eine Vergrößerung der Hydraulikleistung ermöglichen, welche die Pumpen/Motoren 48a und 48b liefern können. Um die Anforderung von 20 Leistungseinheiten zur Unterstützung des Hauptmotors 32 und die Anforderung von 50 Leistungseinheiten zur Drehung der Kabine 16 zu erfüllen bzw. bereitzustellen, können 70 Leistungseinheiten von den kombinierten 80 Einheiten der verfügbaren Leistung vom Motor/Generator 34 und der elektrischen Speichervorrichtung 42 geliefert werden, so dass 50 Einheiten zur Drehung der Kabine 16 geliefert werden, und dass 20 Einheiten an das hydraulische Untersystem über Leistung geliefert werden, die zum Hauptmotor 32 geliefert wird.
  • In ähnlicher Weise kann die Hydraulikuntersystemsteuerung 62c einen Betriebsbereich für den Akkumulator 54 basierend auf der Wechselbeziehung des Betriebs der Hydraulikvorrichtungen innerhalb des hydraulischen Untersystems bestimmen. Wenn beispielsweise keine hydraulischen Vorrichtungen innerhalb des hydraulischen Untersystems arbeiten, kann die Hydraulikuntersystemsteuerung 62c an die Überwachungssteuerung 64 ein Anfragesignal liefern, welches keine Anfragen für hydraulische Vorrichtungen anzeigt, und ein Bereichssignal 68 für jede der hydraulischen Vorrichtungen, welches die Leistungsfähigkeit der hydraulischen Vorrichtungen, einschließlich des Akkumulators 54 anzeigt, Leistung zum Hauptmotor 32 und/oder zum elektrischen Untersystem über eine Unterstützung bzw. Lieferung von Leistung zum Hauptmotor 32 zum Betrieb des Motor/Generators 34 des elektrischen Untersystems zu liefern.
  • Wenn jedoch beispielsweise ein Anfragesignal 66 für eine Bewegung der Maschine 10 empfangen wird (über den Pumpen/Motor 52 und die mit dem Boden in Eingriff stehenden Glieder 14), liefert die Hydraulikuntersystemsteuerung 62c eine Überwachungssteuerung 64 mit Anfragesignalen 66 für jede der Hydraulikvorrichtungen, einschließlich des Akkumulators 54. Zusätzlich liefert die Hydraulikuntersystemsteuerung 62c Bereichssignale 68 für jede der hydraulischen Vorrichtungen. Beispielsweise kann ein Anfragesignal 66 für den Betrieb des Pumpen/Motors 52 zur Bewegung der Maschine 10 60 Einheiten elektrischer Leistung anfragen. Die Hydraulikuntersystemsteuerung 62c bestimmt, dass die Pumpen/Motoren 48a und 48b, die vom Hauptmotor 32 angetrieben werden, die Fähigkeit haben, 50 Einheiten hydraulischer Leistung zum Motor/Generator 46 zur Bewegung der Maschine 10 zu liefern, und dass der Akkumulator 54 die Fähigkeit hat, 30 Einheiten elektrischer Leistung zum Pumpen/Motor 52 zur Bewegung der Maschine 10 zu liefern. (Gemäß einigen Ausführungsbeispielen können die Hydraulikzylinder 24, 26 und/oder 28 verwendet werden, um Hydraulikleistung zum Pumpen/Motor 52 zu liefern, wie zuvor hier beschrieben.) Somit haben die Pumpen/Motoren 48a und 48b und der Akkumulator 54 insgesamt 20 Einheiten übriger Kapazität, um die angeforderte Bewegung der Maschine 10 zu erfüllen bzw. auszuführen. Die Hydraulikuntersystemsteuerung 62c bestimmt jeweilige Bereichssignale 66 für die Pumpen/Motoren 48a und 48b und den Akkumulator 54, welche einen Bereich von Leistungsausgaben von 0–50 Einheiten für die Pumpen/Motoren 48a und 48b und von 0–30 Leistungseinheiten für den Akkumulator 54 anzeigen, und ein Anfragesignal 66 von 60 Einheiten für den Pumpen/Motor 52 zur Bewegung der Maschine 10. Die Hydraulikuntersystemsteuerung 62c bestimmt auch ein Bereichssignal für den Pumpen/Motor 52, wie zuvor erwähnt. Weiterhin bestimmt die Hydraulikuntersystemsteuerung 62c Anfragesignale 66 für jeden der Pumpen/Motoren 48a und 48b und den Akkumulator 54, um die 60 Leistungseinheiten an den Pumpen/Motor 52 zu liefern. Beispielsweise bestimmt die Hydraulikuntersystemsteuerung 62c, dass die Anfragesignale 66 für die Pumpen/Motoren 48a und 48b insgesamt 50 Leistungseinheiten sein werden, und dass das Anfragesignal 66 für den Akkumulator 54 (und/oder die hydraulischen Betätigungsvorrichtungen 24, 26 und/oder 28) 10 Leistungseinheiten sein wird, was den 60 Einheiten hydraulischer Leistung entspricht, die für den Betrieb des Pumpen/Motors 52 zur Bewegung der Maschine 10 angefragt wurden. Die Anfragesignale 66 und die Bereichssignale 68 werden an die Überwachungssteuerung 64 geliefert.
  • In diesem Beispiel verwendet die Überwachungssteuerung 64 die Anfrage- und Bereichssignale 66 und 68 von der Hydraulikuntersystemsteuerung 62c genauso wie ähnliche Signale von der Hauptmotoruntersystemsteuerung 62a und der Elektrountersystemsteuerung 62b, um Steuersignale zur Steuerung des Betriebs des Hauptmotors 32 und der elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen der Maschine 10 zu bestimmen. Wenn beispielsweise die Hydraulikleistung nicht zur Unterstützung des Hauptmotors 32 oder des elektrischen Untersystems benötigt wird, kann die Überwachungssteuerung 64 Steuersignale an die Hydraulikuntersystemsteuerung 62c liefern, so dass die Pumpen/Motoren 48a und 48b beispielsweise 50 Leistungseinheiten zum Pumpen/Motor 52 liefern, und dass der Akkumulator 54 10 Leistungseinheiten zum Pumpen/Motor 52 liefert, wodurch die angeforderten 60 Einheiten zur Bewegung der Maschine 10 erfüllt werden.
  • Wenn jedoch die Überwachungssteuerung 64 bestimmt, dass das elektrische Untersystem Vorteile aus Leistung ziehen würde, die vom hydraulischen Untersystem geliefert wird, beispielsweise wenn das elektrische Untersystem selbst nicht fähig war, genügend elektrische Leistung zur Erfüllung der angeforderten Betriebsanforderungen des elektrischen Untersystems zu liefern, kann die Überwachungssteuerung 64 bestimmen, dass das hydraulische Untersystem Leistung zum Unterstützen des Betriebs des Hauptmotors 32 liefern kann, beispielsweise 20 Leistungseinheiten. Um die Anforderung von 20 Leistungseinheiten zur Unterstützung des Hauptmotors 32 und die Anforderung von 60 Leistungseinheiten, die erforderlich sind, um die Maschine 10 zu bewegen, zu erfüllen, können 80 Leistungseinheiten von den kombinierten 80 verfügbaren Leistungseinheiten von den Pumpen/Motoren 48a und 48b und dem Akkumulator 54 geliefert werden, so dass 60 Einheiten zur Bewegung der Maschine 10 geliefert werden und dass 20 Einheiten zum elektrischen Untersystem über Leistung geliefert werden, die zum Hauptmotor 32 geliefert wird.
  • 4 zeigt ein Flussdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform eines Verfahrens zur Steuerung der Leistung in einer beispielhaften Maschine 10. Wie in 4 gezeigt, beginnt das beispielhafte Verfahren in einem Schritt 100 mit dem Empfang von Anfragesignalen 66, welche einen angefragten Betrieb der elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen durch die Steuervorrichtung 58 anzeigt, beispielsweise von der Bedienerschnittstelle 56. Auf den Empfang der Anfragesignale 66 hin empfängt die Steuervorrichtung 58 in einem Schritt 110 Betriebssignale 72 von den verschiedenen Sensoren, die mit dem Betrieb des Hauptmotors 32 und der elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen assoziiert sind. Die Betriebssignale 72 zeigen beispielsweise den Status des Hauptmotors 32 und der elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen an, und sie können Informationen über die gegenwärtigen Fähigkeiten bzw. die Leistungsfähigkeit des Hauptmotors 32 und der verschiedenen Vorrichtungen liefern, wie beispielsweise die gegenwärtige Leistungsausgabe, das gegenwärtige Niveau der Energiespeicherung, den gegenwärtigen Leistungsverbrauch und die gegenwärtige Fähigkeit, Leistung zu liefern oder zu verbrauchen.
  • Folgend auf den Empfang der Anfragesignale 66 und der Betriebssignale 72 bestimmt die Steuervorrichtung 58 im Schritt 120 das Niveau bzw. Ausmaß der Leistung, die zum Hauptmotor 32 und den verschiedenen elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen der Maschine 10 geliefert werden soll oder von diesen verbraucht werden soll. In diesem beispielhaften Verfahren wird diese Bestimmung basierend auf Anfragesignalen 66, Betriebssignalen 72 und basierend auf einer Steuerstrategie 60 zur Steuerung der elektrischen und hydraulischen Leistung der Maschine 10 vorgenommen, beispielsweise durch Steuerung des Betriebs des Hauptmotors 32 und der elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen.
  • Gemäß der zuvor hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsform weist die Steuerstrategie 60 die Hauptmotoruntersystemsteuerung 62a zur Steuerung des Hauptmotors 32, die Elektrountersystemsteuerung 62b zur Steuerung der elektrischen Vorrichtungen der Maschine 10 und die Hydraulikuntersystemsteuerung 62c zur Steuerung der hydraulischen Vorrichtungen der Maschine 10 auf. Die beispielhafte Steuerstrategie 60 weist auch die Überwachungssteuerung 64 auf, welche in einem Schritt 130 Steuersignale 70 zur Steuerung des Betriebs des Hauptmotors 32 und der elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen liefert, und zwar basierend auf den Anfragesignalen 66, den Betriebssignalen 72 und basierend auf Signalen, die von der Hauptmotoruntersystemsteuerung 62a, der Elektrountersystemsteuerung 62b und der Hydraulikuntersystemsteuerung 62c empfangen wurden. Die Untersystemsteuerungen 62 liefern Bereichssignale 68, welche den Bereich der akzeptablen Leistungsversorgungsniveaus (Leistungsverbrauchsniveaus oder Leistungslieferniveaus) anzeigen, die mit dem Betrieb des Hauptmotors 32 und der elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen assoziiert sind.
  • Die Überwachungssteuerung 64 ist konfiguriert, um Steuersignale 70 zur Steuerung des Betriebs des Hauptmotors 32 und der elektrischen und hydraulischen Speichervorrichtungen zu bestimmen, und Leistung zu und von den elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen und dem Hauptmotor 32 zu verteilen. Insbesondere bestimmt die Überwachungssteuerung 64 Steuersignale derart, dass der Hauptmotor 32 innerhalb eines Drehzahlbereiches einer Soll- bzw. Zielhauptmotordrehzahl betrieben werden kann. Beispielsweise kann der Hauptmotor 32 mit einer relativ niedrigen und relativen konstanten Drehzahl betrieben werden. Beispielsweise kann der Hauptmotor 32 innerhalb eines Drehzahlbereiches einer Zielhauptmotordrehzahl von 1000 bis 3000 U/min betrieben werden, beispielsweise mit 1400 U/min. Der Drehzahlbereich kann beispielsweise 300 U/min, 200 U/min oder 100 U/min sein. Die Zielhauptmotordrehzahl kann im Wesentlichen einer Hauptmotordrehzahl entsprechen, bei der das Spitzendrehmoment verfügbar ist. Dieser Betrieb des Hauptmotors 32 kann erreicht werden, indem die Ausgabe des Hauptmotors 32 unterstützt wird, wenn unterschiedliche Anforderungen auf die Maschine 10 durch den Betrieb der verschiedenen elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen aufgebracht werden. Normalerweise würde ein solcher Betrieb zur Folge haben, dass auf den Hauptmotor 32 transiente Lasten aufgebracht werden, und der Hauptmotor 32 würde dadurch ansprechen, dass er die Motordrehzahl und das Drehmoment verändert, um die transienten bzw. veränderlichen Lasten zu erfüllen bzw. zu überwinden. Jedoch bestimmt die beispielhafte Überwachungssteuerung 64 Steuersignale 70 für den Hauptmotor 32 und für die elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen, welche zur Folge haben, dass die transienten Lasten auf den Hauptmotor 32 verringert werden, so dass der Hauptmotor 32 mit einer relativ konstanten Drehzahl betrieben werden kann.
  • Beispielsweise kann der Betrieb der Pumpen/Motoren 48a und 48b und des Motor/Generators 34 von der Steuervorrichtung 58 so gesteuert werden, so dass diese entweder den Hauptmotor 32 mit Leistung beliefern oder dass sie Leistung vom Hauptmotor 32 aufnehmen, und zwar in einer Weise, die zur Folge hat, dass die Last auf den Hauptmotor 32 gesteuert wird, so dass der Hauptmotor 32 im Wesentlichen auf einer Drehzahl innerhalb eines Drehzahlbereiches der Zielhauptmotordrehzahl bleibt. Insbesondere bestimmt die Steuervorrichtung 58 Steuersignale 70 für die Pumpen/Motoren 48a und/oder 48b und/oder den Motor/Generator 34 und liefert diese dorthin, so dass diese die Leistungsausgabe des Hauptmotors 32 unterstützen können, wodurch die Last auf den Hauptmotor 32 verringert wird, wenn ein angeforderter Betrieb einer elektrischen Vorrichtung oder einer hydraulischen Vorrichtung eine Steigerung der Belastung auf den Hauptmotor 32 nachfragt. Gemäß einigen Ausführungsbeispielen liefern die Pumpen/Motoren 48a und/oder 48b und/oder der Motor/Generator 34 Leistung zum Hauptmotor 32, wenn der Hauptmotor 32 anfänglich auf den angeforderten Betrieb anspricht. Die Pumpen/Motoren 48a und 48b können mit hydraulischer Leistung vom Akkumulator 54 beliefert werden, und der Motor/Generator 34 kann mit elektrischer Leistung von der elektrischen Speichervorrichtung 42 beliefert werden. Dies verringert die Veränderung der Hauptmotordrehzahl, so dass die Drehzahl des Hauptmotors 32 innerhalb eines Drehzahlbereiches der Zielhauptmotordrehzahl bleibt. Gemäß einigen Ausführungsbeispielen kann die Leistung, welche den Hauptmotor 32 unterstützt, allmählich verringert werden, wenn die Last aufgrund des angeforderten Betriebs über eine Zeitperiode andauert. Wenn danach die Steuervorrichtung 58 bestimmt, dass der Hauptmotor 32 die gesamte Leistung liefern sollte, um den angeforderten Betrieb auszuführen, dann wird die Leistungsunterstützung aufhören.
  • Andrerseits kann die Steuervorrichtung 58 auf das Beenden des angeforderten Betriebs der elektrischen oder hydraulischen Speichervorrichtungen Steuersignale 70 bestimmen und zu den Pumpen/Motoren 48a und/oder 48b und/oder zum Motor/Generator 34 senden, so dass diese Leistung vom Hauptmotor 32 verbrauchen, um zu verhindern, dass der Hauptmotor 32 seine Drehzahl außerhalb des Drehzahlbereiches steigert, wenn die Last auf den Hauptmotor 32 weggenommen wird. Wenn der Hauptmotor 32 auf die Verringerung der Last anspricht und der Betrieb sich bei der Zielhauptmotordrehzahl stabilisiert, verringern die Pumpen/Motoren 48a und 48b und der Motor/Generator 34 den Verbrauch von Leistung vom Hauptmotor 32. Wenn die Pumpen/Motoren 48a und 48b und der Motor/Generator 34 Leistung vom Hauptmotor 32 verbrauchen, kann diese Leistung in dem Akkumulator 54 und/oder der elektrischen Speichervorrichtung 42 zum späteren Gebrauch gespeichert werden. In dieser beispielhaften Weise steuert die Steuervorrichtung 58 den Betrieb des Hauptmotors 32 und der elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen, so dass der Hauptmotor 32 mit einer Drehzahl innerhalb eines Drehzahlbereiches einer Soll- bzw. Zielhauptmotordrehzahl betrieben werden kann.
  • Gemäß einigen Ausführungsbeispielen kann die Steuervorrichtung 58 konfiguriert sein, um die Leistungsmenge zu verringern, die an die elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen geliefert wird, und zwar auf ein Niveau unter dem angefragten Leistungsniveau, beispielsweise wenn die angeforderte Leistung, die mit dem angeforderten Betrieb der elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen assoziiert ist, entweder eine vorbestimmte maximale Leistung (beispielsweise basierend auf Konstruktionsgrenzen der Maschine) oder die Leistungsfähigkeit des Hauptmotors 32 und der elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen überschreitet, das angeforderte Leistungsniveau zu erfüllen. Wenn beispielsweise die Summe der Leistungsanforderungen die Konstruktionsgrenzen der Maschine oder die Konstruktionsgrenzen der elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen überschreitet, ist die Steuervorrichtung 58 konfiguriert, um die Leistungsanforderungen so zu reduzieren, dass die Summe der Leistungsanforderungen nicht länger die vorbestimmte maximale Leistung oder Leistungsfähigkeit des Hauptmotors 32 und der elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen überschreitet, um das angeforderte Leistungsniveau zu erfüllen.
  • Gemäß einigen Ausführungsbeispielen ist die Steuervorrichtung 58 konfiguriert, um die elektrischen Leistungsanforderungen und die hydraulischen Leistungsanforderungen zu verringern, wenn das angeforderte Leistungsniveau, welches mit dem Betrieb der elektrischen Vorrichtungen assoziiert ist, entweder eine vorbestimmte maximal verfügbare elektrische Leistung oder die Leistungsfähigkeit der Maschine 10 überschreitet, das angeforderte Leistungsniveau zu erfüllen. Gemäß einigen Ausführungsbeispielen ist die Steuervorrichtung 58 in ähnlicher Weise konfiguriert, die hydraulischen Leistungsanforderungen und die elektrischen Leistungsanforderungen zu verringern, so dass die hydraulischen Leistungsanforderungen nicht länger die vorbestimmte maximale Leistung oder Leistungsfähigkeit der Maschine 10 überschreitet, die hydraulische Leistungsanforderung zu erfüllen, wenn die angeforderte Leistung, die mit dem Betrieb der Hydraulikvorrichtungen assoziiert ist, entweder eine vorbestimmte maximale verfügbare Hydraulikleistung oder die Leistungsfähigkeit der Maschine 10 überschreitet, die angeforderte Leistung zu erfüllen. Dies kann einen ausgeglichenen Betrieb der elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen zur Folge haben, wenn die Leistungsanforderungen entweder die vorbestimmte maximal verfügbare Leistung oder die Leistungsfähigkeit der Maschine 10 überschreitet, die Leistungsanforderungen zu erfüllen.
  • Wenn die Steuervorrichtung 58 die angeforderte Leistung reduziert, kann die reduzierte Leistung gemäß einigen Ausführungsbeispielen auf vorbestimmten Leistungsausgabeverhältnissen basieren, die mit jeder der elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen assoziiert sind. Wen beispielsweise die Steuervorrichtung 58 reduzierte Leistungsausgabeniveaus für den Betrieb der elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen bestimmt, können die Leistungsausgabeverhältnisse verwendet werden, um die Leistungsausgabe in ausgeglichener Weise zu reduzieren, um einen vorhersagbaren relativen Betrieb zwischen den elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen vorzusehen. Wenn beispielsweise der Betrieb der Auslegerbetätigungsvorrichtung 28 um 50% reduziert wird, kann der Betrieb des Motor/Generators 46 um eine ähnliche Größe reduziert werden (beispielsweise 40–60%), und zwar basierend auf den Leistungsausgabeverhältnissen. Durch Verwendung von Leistungsausgabeverhältnissen kann der Betrieb der elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen gemäß der vorbestimmten Priorisierung reduziert werden. Die Leistungsausgabeverhältnisse können durch eine Berechnung und/oder durch Experimente bestimmt werden, um eine erwünschte Balance des Betriebs zwischen den Vorrichtungen vorzusehen.
  • Gemäß einigen Ausführungsbeispielen führt die Überwachungssteuerung 64 die oben erklärten Strategien in zwei Schritten aus. Der erste Schritt beinhaltet das Bestimmen der Rolle der elektrischen und hydraulischen Speichervorrichtungen entweder beim Liefern von Leistung an den Hauptmotor 32 oder beim Verbrauchen (Speichern) von Leistung, die vom Hauptmotor 32 empfangen wurde. Der zweite Schritt beinhaltet das Bestimmen und Steuern der Leistungsverteilung zwischen dem Hauptmotor 32 und den elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen.
  • Bezüglich des ersten Schrittes beliefern die Elektrountersystemsteuerung 62b und die Hydraulikuntersystemsteuerung 62c die Überwachungssteuerung 64 mit Anfragen für die elektrischen und hydraulischen Speichervorrichtungen, dass diese entweder Leistung zum Hauptmotor 32 liefern oder Leistung vom Hauptmotor 32 verbrauchen. Auf den Empfang hin bestimmt die Überwachungssteuerung 64, ob diese Anforderungen eingestellt werden sollen oder nicht. Gemäß einigen Ausführungsbeispielen unternimmt die Überwachungssteuerung 64 die Bestimmung des ersten Schrittes in vier Unterschritten.
  • In einem ersten Unterschritt 200 (5A) bestimmt die Überwachungssteuerung 64 die maximale Größe, um die jede der Anforderungen der elektrischen und hydraulischen Speichervorrichtungen eingestellt werden kann, und die maximale Größe, um die die Gesamtgröße der Anforderungen für die elektrischen und hydraulischen Speichervorrichtungen eingestellt werden kann. Die Bestimmung kann basierend auf einer Leistungsbalance bzw. Leistungsausgleich und basierend auf den Fähigkeiten bzw. Leistungsfähigkeiten von jeder der elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen der Maschine 10 basieren. Insbesondere können die maximalen Einstellungen auf Folgendem basieren: (1) den Bereichssignalen 68 für jede elektrische und hydraulische Vorrichtung, (2) der Leistungslieferung oder dem Leistungsverbrauch, der eine im Wesentlichen konstante Hauptmotordrehzahl zur Folge hat, (3) den vorbestimmten Konstruktionsgrenzen der Maschine 10, (4) den vorbestimmten Konstruktionsgrenzen des Hauptmotors 32 und der elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen, und/oder (5) den Anfragesignalen 66, die mit jeder der elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen assoziiert sind. Wenn die Überwachungssteuerung 64 bestimmt, dass der Hauptmotor 32 nicht schnell genug ansprechen kann, um im Wesentlichen die Soll- bzw. Zielhauptmotordrehzahl aufrechtzuerhalten, und dass das gesamte angeforderte Leistungsniveau innerhalb der Konstruktionsgrenzen der Maschine ist, wird die Überwachungssteuerung 64 Steuersignale 70 an die elektrischen und hydraulischen Speichervorrichtungen senden, so dass diese die Ausgabe des Hauptmotors 32 unterstützen, so dass der Hauptmotor 32 im Wesentlichen auf der Zielhauptmotordrehzahl bleiben kann, und dass die angeforderte Leistung zu den elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen zum Betrieb geliefert werden kann.
  • 5A ist ein Flussdiagramm, welches ein Beispiel zeigt, wie der erste Unterschritt 200 ausgeführt werden kann. Wie in 5A in einem ersten Unterschritt 200 gezeigt, empfängt die Überwachungssteuerung 64 im Schritt 210 Anfragesignale 66 und Bereichssignale 68 von der Hauptmotoruntersystemsteuerung 62a, von der Elektrountersystemsteuerung 62b und von der Hydraulikuntersystemsteuerung 62c für jede der Vorrichtungen der Maschine 10. In einem Schritt 220 bestimmt die Überwachungssteuerung 64 das Gesamtleistungsniveau, welches für alle Vorrichtungen der Maschine 10 beim Empfang der Anfragesignale angefordert wurde. In einem Schritt 230 bestimmt die Überwachungssteuerung 64 die Gesamtleistungsmenge, die von allen Leistungsquellen der Maschine 10 verfügbar ist. In einem Schritt 240 bestimmt die Überwachungssteuerung 64 basierend auf den Bereichssignalen 68 für die elektrischen und hydraulischen Speichervorrichtungen, wieviel Einstellung an dem Niveau der Leistung vorgenommen werden kann, die zu den elektrischen und hydraulischen Speichervorrichtungen geliefert oder von diesen verbraucht werden soll, und zwar im Verhältnis zum Leistungsniveau, welches mit den Anfragesignalen 66 assoziiert ist. Insbesondere liefern die Elektrountersystemsteuerung 62b und die Hydraulikuntersystemsteuerung 62c Anfragesignale 66 an die Überwachungssteuerung 64, welche das angeforderte Niveau der Leistung anzeigen, die zu den elektrischen und hydraulischen Speichervorrichtungen geliefert werden soll oder von diesen verbraucht (gespeichert) werden soll. Die Elektrountersystemsteuerung 62b und die Hydraulikuntersystemsteuerung 62c beliefern die Überwachungssteuerung 64 auch mit Bereichssignalen 68, welche ein zusätzliches Ausmaß an Einstellung abweichend von dem angeforderten Niveau der Leistung für die elektrischen und hydraulischen Speichervorrichtungen anzeigt. In einem Schritt 240 bestimmt die Überwachungssteuerung 64 basierend auf diesen Bereichssignalen 68, wieviel Gesamteinstellung an dem Gesamtleistungsniveau vorgenommen werden kann, welches für die elektrischen und hydraulischen Speichervorrichtungen angefordert wurde, und wieviel Einstellung an dem Leistungsniveau ausgeführt werden kann, welches für jede der elektrischen und hydraulischen Speichervorrichtungen angefordert wurde.
  • Im Schritt 250 bestimmt die Überwachungssteuerung 64 die Differenz zwischen der gesamt angeforderten Leistung der Vorrichtungen der Maschine 10 und der gesamt verfügbaren Leistung von den Leistungsquellen der Maschine 10 basierend auf der Gesamteinstellung an dem Gesamtleistungsniveau in dem Schritt 240. Bei einem Schritt 260 bestimmt die Überwachungssteuerung 64 die maximale Einstellung, die basierend auf den Konstruktionsgrenzen der Maschine verfügbar ist. In einem Schritt 270 bestimmt die Überwachungssteuerung 64 die maximale Einstellung, die für jede der elektrischen und hydraulischen Speichervorrichtungen verfügbar ist, und die gesamte Einstellung für alle Vorrichtungen der Maschine 10, basierend auf dem restriktiveren Ergebnis aus den Schritten 250 und 260.
  • Gemäß einem zweiten Unterschritt 300 (5B) bestimmt die Überwachungssteuerung 64 das Niveau der Einstellung der Leistungsversorgung oder dem Verbrauch für die elektrischen und hydraulischen Speichervorrichtungen. Die Überwachungssteuerung 64 bestimmt das Niveau der Leistung, die in jeder der elektrischen und hydraulischen Speichervorrichtungen verfügbar ist und bestimmt die Größe der verfügbaren Einstellung basierend auf dem verfügbaren Leistungsniveau. Wenn die gesamte verfügbare Einstellung für die elektrischen und hydraulischen Speichervorrichtungen das erwünschte Einstellungsniveau überschreitet und innerhalb der Konstruktionsgrenzen der Maschine ist, werden Leistungsausgabeverhältnisse verwendet, um das Einstellungsniveau von jeder der elektrischen und hydraulischen Speichervorrichtungen zu priorisieren.
  • 5B ist ein Flussdiagramm, welches ein Beispiel dafür zeigt, wie der zweite Unterschritt 300 ausgeführt werden kann. Wie in 5B gezeigt, empfängt die Überwachungssteuerung 64 im Schritt 310 das maximale Ausmaß der Einstellung, das an den angeforderten Leistungsniveaus für jede der elektrischen und hydraulischen Speichervorrichtungen vorgenommen werden kann, und zwar aus dem ersten Unterschritt 200. Basierend auf diesen Informationen skaliert die Überwachungssteuerung 64 in einem Schritt 320 die Einstellungen für jede der elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen der Maschine 10 zurück, wenn das Leistungs- oder Energieniveau, welches von jeder der elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen verfügbar ist, außerhalb des erwünschten Bereiches der Speicherung ist. In einem Schritt 330 empfängt die Überwachungssteuerung 64 die maximale Gesamteinstellung für die elektrischen und hydraulischen Speichervorrichtungen vom ersten Unterschritt 200. In einem Schritt 340 bestimmt die Überwachungssteuerung 64 Einstellungen für jede der Vorrichtungen basierend auf einer Priorisierung über die Leistungsausgabeverhältnisse, die mit jeder Vorrichtung assoziiert sind, wenn die gesamt verfügbaren Einstellungen nach dem Zurückskalieren einzelner Vorrichtungen größer ist als die erwünschte Gesamteinstellung.
  • In einem dritten Unterschritt 400 (5C) werden die Leistungsausgabe oder der Leistungsverbrauch der elektrischen und hydraulischen Speichervorrichtungen eingestellt, um den Hauptmotor 32 zu unterstützen, so dass dieser im Wesentlichen die Zielhauptmotordrehzahl beibehält, wenn die elektrischen und hydraulischen Speichervorrichtungen innerhalb der Bereiche arbeiten würden, die von der Untersystemsteuerung 62 geliefert werden. 5C ist ein Flussdiagramm, welches ein Beispiel dafür zeigt, wie der dritte Unterschritt 400 ausgeführt werden kann. In einem Schritt 410 summiert die Überwachungssteuerung 64 die Vorrichtungsbefehle. In einem Schritt 420 filtert die Überwachungssteuerung 64 den Gesamtbefehl, der im Schritt 410 erhalten wurde, um eine erwünschte transiente Hauptmotorlast zu bestimmen. Die erwünschte Hauptmotorlast kann auf der Last auf den Hauptmotor 32 basieren, auf welche der Hauptmotor 32 ansprechen kann, ohne wesentlich von der Zielhauptmotordrehzahl abzuweichen. In einem Schritt 430 bestimmt die Überwachungssteuerung 64 die Einstellung der elektrischen und hydraulischen Speichervorrichtungen basierend auf der Differenz zwischen der erwünschten transienten Hauptmotorlast aus dem Schritt 420 und der Summe der Vorrichtungsbefehle aus dem Schritt 410. Als eine Folge sprechen die elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen der Maschine 10 auf Betriebsanforderungen bzw. Betriebsanfragen an, und der Hauptmotor 32 hält im Wesentlichen die Zielhauptmotordrehzahl bei.
  • In einem vierten Unterschritt 500 (5D) überwacht die Überwachungssteuerung 64 die Hauptmotordrehzahl, und wenn diese von der Zielhauptmotordrehzahl abweicht, beispielsweise aufgrund von Steuerfehlern und/oder Steuerverzögerungen, nimmt die Überwachungssteuerung 64 zusätzliche Einstellungen an der Leistungsunterstützung für den Hauptmotor 32 durch die elektrischen und hydraulischen Speichervorrichtungen über Steuersignale 70 vor. 5D ist ein Flussdiagramm, welches ein Beispiel dafür zeigt, wie der vierte Unterschritt 500 ausgeführt werden kann. In einem Schritt 510 empfängt die Überwachungssteuerung 64 Signale, welche bekannte Systemträgheiten anzeigen. In einem Schritt 520 empfängt die Überwachungssteuerung 64 Signale, welche Hauptmotordrehzahlfehler anzeigen, und in einem Schritt 530 empfängt die Überwachungssteuerung 64 Signale, welche die gegenwärtige Last auf dem Hauptmotor 32 anzeigen. In einem Schritt 540 bestimmt die Überwachungssteuerung 64 eine Veränderung des Drehmomentes, die notwendig ist, um den Hauptmotor 32 wieder auf die Zielhauptmotordrehzahl zurückzubringen. In einem Schritt 550 stellt die Überwachungssteuerung 64 die Ausgabe oder Speicherung der Leistung der elektrischen und hydraulischen Speichervorrichtungen ein, um das Drehmoment (positiv oder negativ) zu liefern, welches erforderlich ist, um den Hauptmotor 32 auf die Zielhauptmotordrehzahl zurückzubringen.
  • In dem zweiten Schritt der beispielhaften Steuerstrategie sendet die Überwachungssteuerung 64 Steuersignale 70 an alle elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen basierend auf den Anfragesignalen 66 und den Bereichssignalen 68, die von der Untersystemsteuerung 62 empfangen wurden, basierend auf irgendeiner Priorisierung aufgrund einer Leistungsbalance bzw. einem Leistungsausgleich und basierend auf der Leistungslieferung oder dem Leistungsverbrauch der elektrischen und hydraulischen Speichervorrichtungen, die von der Überwachungssteuerung 64 im ersten Schritt der Strategie bestimmt wurden.
  • Gemäß diesem beispielhaften Verfahren kann die Leistung in der Maschine 10 in einer Weise gesteuert werden, welche zur Folge hat, dass die Maschine 10 erwünschte Betriebscharakteristiken und verbesserten Wirkungsgrad hat. Insbesondere können der Hauptmotor 32 und die elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen in einer koordinierten Weise betrieben werden, so dass sie Leistung in effizienter Weise verbrauchen und zu der Maschine 10 liefern, während immer noch wünschenswerte Betriebscharakteristiken beibehalten werden.
  • Die oben beschriebenen beispielhaften Systeme und Verfahren weisen eine Kombination von elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen und eine Kombination von elektrischen und hydraulischen Speichervorrichtungen auf. Es wird in Betracht gezogen, dass die hier beschriebenen Systeme und Verfahren nicht sowohl elektrische als auch hydraulische Vorrichtungen aufweisen können oder nicht sowohl elektrische als auch hydraulische Speichervorrichtungen aufweisen können. Beispielsweise können die Systeme und Verfahren in Maschinen mit elektrischen Vorrichtungen und Speichervorrichtungen oder mit einer Kombination von elektrischen Vorrichtungen, elektrischen Speichervorrichtungen und nicht-hydraulischen Vorrichtungen (beispielsweise nicht-hydraulischen Speichervorrichtungen, wie beispielsweise einer nicht-hydraulischen mechanischen Speichervorrichtung, wie beispielsweise ein Schwungrad) verwendet werden. Alternativ können die Systeme und Verfahren in Maschinen mit hydraulischen Vorrichtungen und hydraulischen Speichervorrichtungen oder mit einer Kombination von hydraulischen Vorrichtungen, hydraulischen Speichervorrichtungen und nicht-elektrischen Vorrichtungen verwendet werden (beispielsweise nicht-elektrischen Speichervorrichtungen, wie beispielsweise eine nicht-elektrische mechanische Speichervorrichtung, wie beispielsweise ein Schwungrad).
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Die beispielhafte Maschine 10 kann für die Ausführung von Arbeit verwendet werden. Insbesondere ist die in 1 gezeigte beispielhafte Maschine 10 ein Bagger zum Ausführen von Vorgängen, wie beispielsweise dem Graben und/oder Laden von Material. Obwohl die hier beschriebenen beispielhaften Systeme und Verfahren bezüglich eines Baggers beschrieben werden, finden die offenbarten Systeme und Verfahren Anwendung in anderen Maschinen, wie beispielsweise in einem Automobil, einem Lastwagen, einem Ackerbaufahrzeug, einem Arbeitswerkzeug, einem Radlader, einem Dozer, einem Lader, einem Raupentraktor, einem Grader bzw. Motorgrader, einem Geländelastwagen oder in irgendwelchen anderen Maschinen, welche dem Fachmann bekannt sind.
  • Das beispielhafte System 55 zur Steuerung von Leistung in der Maschine 10 kann verwendet werden, um Leistung in einer Maschine zu steuern, die sowohl elektrische als auch hydraulische Vorrichtungen hat, welche entweder als Leistungslieferanten oder als Leistungsverbraucher wirken können. Insbesondere steuert das beispielhafte System 55 die Leistungslieferung und den Leistungsverbrauch der elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen in einer Weise, welche den Wirkungsgrad einer Maschine verbessert, während wünschenswerte Steuercharakteristiken der Maschine beibehalten werden. Die elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen können elektrische und hydraulische Speichervorrichtungen genauso wie elektrische und hydraulische Betätigungsvorrichtungen aufweisen, wie beispielsweise Elektromotoren, elektrische Generatoren, elektrische Motor/Generatoren, Hydraulikpumpen, Hydraulikmotoren, hydraulische Pumpen/Motoren und Hydraulikzylinder. Durch die Steuerung des Betriebs des Hauptmotors 32 und der elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen in der beispielhaften hier beschriebenen Weise kann der Hauptmotor 32 mit einer im Wesentlichen konstanten Hauptmotordrehzahl und/oder auf einem erwünschten Drehmomentniveau betrieben werden. Dies kann einen effizienteren Betrieb des Hauptmotors 32 zur Folge haben, während das erwünschte Ansprechverhalten der elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen beibehalten wird.
  • Es wird dem Fachmann klar sein, dass verschiedene Modifikationen und Variationen an dem beispielhaften offenbarten Systemen, Verfahren und an der Maschine vorgenommen werden können. Andere Ausführungsbeispiele werden dem Fachmann bei einer Betrachtung der Beschreibung und der praktischen Ausführung der beispielhaften offenbarten Ausführungsformen offensichtlich werden. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung und die Beispiele nur als beispielhaft angesehen werden, wobei ein wahrer Umfang durch die folgenden Ansprüche und ihre äquivalenten Ausführungen gezeigt wird.

Claims (10)

  1. System (55) zur Steuerung der Leistung in einer Maschine (10), welche einen Hauptmotor (32) aufweist, der konfiguriert ist, um Leistung zu einer elektrischen Vorrichtung und/oder einer hydraulischen Vorrichtung zu liefern und um Leistung von der mindestens einen Vorrichtung zu empfangen, wobei das System Folgendes aufweist: eine Steuervorrichtung (58), die konfiguriert ist, um Anfragesignale (66) zu empfangen, welche einen angeforderten Betrieb der mindestens einen Vorrichtung anzeigen; ein angefordertes Leistungsniveau basierend auf den Anfragesignalen zu bestimmen, welches erforderlich ist, um den angeforderten Betrieb auszuführen; beim Empfang der Anfragesignale eine Fähigkeit des Hauptmotors zu bestimmen, das angeforderte Leistungsniveau zu liefern; Steuersignale (70) an die mindestens eine Vorrichtung zu liefern, so dass diese entweder Leistung zum Hauptmotor liefert oder Leistung vom Hauptmotor empfängt, und zwar basierend auf der Fähigkeit des Hauptmotors, das angeforderte Leistungsniveau zu liefern; und Steuersignale an den Hauptmotor zu liefern, um Drehzahl und Ausgabe des Hauptmotors zu steuern, wobei die Steuersignale, die an den Hauptmotor und an die mindestens eine Vorrichtung geliefert werden, einen Betrieb des Hauptmotors innerhalb eines Drehzahlbereiches zu einer Zielhauptmotordrehzahl zur Folge haben.
  2. System nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Vorrichtung eine elektrische Vorrichtung aufweist, die konfiguriert ist, um elektrische Leistung zu liefern und elektrische Leistung zu verbrauchen, und eine hydraulische Vorrichtung, die konfiguriert ist, um hydraulische Leistung zu liefern und hydraulische Leistung zu verbrauchen, und wobei die Anfragesignale einen angeforderten Betrieb von mindestens einer der elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen anzeigen, wobei die Steuervorrichtung konfiguriert ist, um Steuersignale an die elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen zu liefern, so dass diese entweder Leistung zum Hauptmotor liefern oder Leistung vom Hauptmotor aufnehmen, und zwar basierend auf der Fähigkeit des Hauptmotors, das angeforderte Leistungsniveau zu liefern, und wobei die Steuersignale, die zum Hauptmotor und zu den elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen geliefert werden, einen Betrieb des Hauptmotors innerhalb des Drehzahlbereiches der Zielhauptmotordrehzahl zur Folge haben.
  3. System nach Anspruch 2, wobei die Anfragesignale eine Initialisierung des angeforderten Betriebs anzeigen, und wobei die Steuersignale zur Folge haben, dass die elektrische Vorrichtung und/oder die hydraulische Vorrichtung Leistung zum Hauptmotor liefern.
  4. System nach Anspruch 3, wobei die Steuersignale zur Folge haben, dass Leistung mit einem ersten Niveau beim Empfang der Anfragesignale zum Hauptmotor geliefert wird, und wobei das Leistungsniveau, welches zum Hauptmotor geliefert wird, danach allmählich verringert wird.
  5. System nach Anspruch 2, wobei die Anfragesignale anzeigen, dass der angeforderte Betrieb aufhört und wobei die Steuersignale zur Folge haben, dass der Hauptmotor Leistung zu der elektrischen Vorrichtung und/oder der hydraulischen Vorrichtung liefert.
  6. System nach Anspruch 5, wobei die Steuersignale zur Folge haben, dass der Hauptmotor Leistung zu der mindestens einen elektrischen und hydraulischen Vorrichtung auf den Empfang der Anfragesignale hin mit einem ersten Niveau liefert, und wobei das Leistungsniveau, welches zu der mindestens einen elektrischen und hydraulischen Vorrichtung geliefert wird, danach allmählich verringert wird.
  7. System nach Anspruch 2, wobei die Steuervorrichtung weiter konfiguriert ist, um ein Signal zu empfangen, welches einen angeforderten elektrischen Betrieb der elektrischen Vorrichtung anzeigt, wobei der angeforderte elektrische Betrieb einem angeforderten elektrischen Leistungsniveau entspricht; ein Signal zu empfangen, welches einen angeforderten hydraulischen Betrieb der hydraulischen Vorrichtung anzeigt, wobei der angeforderte hydraulische Betrieb einem angeforderten hydraulischen Leistungsniveau entspricht; ein kombiniertes angefordertes Leistungsniveau einer Summe der angeforderten elektrischen und hydraulischen Leistungsniveaus mit einem kombinierten maximal verfügbaren Leistungsniveau zu vergleichen; und wobei, wenn das kombinierte maximal verfügbare Leistungsniveau geringer ist als das kombinierte angeforderte Leistungsniveau, die Steuervorrichtung weiter konfiguriert ist, um ein Steuersignal zum Liefern einer Menge an elektrischer Leistung an die elektrische Vorrichtung mit einem geringeren Niveau als dem angeforderten elektrischen Leistungsniveau zu liefern, und ein Signal zum Liefern einer Menge an hydraulischer Leistung zu der hydraulischen Vorrichtung mit einem Niveau von weniger als dem angeforderten hydraulischen Leistungsniveau zu liefern
  8. System nach Anspruch 7, wobei das kombinierte maximal verfügbare Leistungsniveau auf der geringeren Größe der folgenden Größen basiert: einem vorbestimmten maximalen Leistungsniveau oder einem Leistungsniveau, welches von dem Hauptmotor und den elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen beim Empfang der Signale verfügbar ist, welche den angeforderten Betrieb anzeigen.
  9. System nach Anspruch 7, wobei das Niveau, welches geringer ist als das angeforderte elektrische Leistungsniveau, auf einem vorbestimmten elektrischen Leistungsausgabeverhältnis basiert, welches mit der elektrischen Vorrichtung assoziiert ist, und wobei das Niveau, welches geringer ist als das angeforderte hydraulische Leistungsniveau für die hydraulische Vorrichtung, auf einem vorbestimmten hydraulischen Leistungsausgabeverhältnis basiert, welches mit der hydraulischen Vorrichtung assoziiert ist.
  10. Maschine, die Folgendes aufweist: ein Fahrgestell (12); eine Bedienerschnittstelle (56) zur Steuerung des Betriebs der Maschine; einen Hauptmotor, der mit dem Fahrgestell gekoppelt ist; eine elektrische Vorrichtung, die mit dem Fahrgestell gekoppelt ist; eine hydraulische Vorrichtung, die mit dem Fahrgestell gekoppelt ist; und ein System zur Steuerung von Leistung nach einem der Ansprüche 1–9, wobei die Maschine weiter Folgendes aufweist: eine Kabine (16), die drehbar an dem Fahrgestell montiert ist; einen Ausleger (18), der schwenkbar mit der Kabine gekoppelt ist; einen Vorderausleger (20), der schwenkbar mit dem Ausleger gekoppelt ist; und ein Werkzeug (22), welches schwenkbar mit dem Vorderausleger gekoppelt ist, wobei die elektrische Vorrichtung einen Motor/Generator (34) aufweist, der mit der Kabine und dem Fahrgestell gekoppelt ist, um die Kabine bezüglich des Fahrgestells zu drehen; und wobei die hydraulische Vorrichtung einen Pumpen/Motor (48a) aufweist, und wobei die Maschine weiter Folgendes aufweist: einen ersten Hydraulikzylinder (24), der mit der Kabine und dem Ausleger gekoppelt ist, um schwenkbar den Ausleger bezüglich der Kabine zu bewegen, einen zweiten Hydraulikzylinder (26), der mit dem Ausleger und dem Vorderausleger gekoppelt ist, um schwenkbar den Vorderausleger bezüglich des Auslegers zu bewegen, und einen dritten Hydraulikzylinder (28), der mit dem Vorderausleger und dem Werkzeug gekoppelt ist, um schwenkbar das Werkzeug bezüglich des Vorderauslegers zu bewegen, und wobei der Pumpen/Motor konfiguriert ist, um Leistung für die Hydraulikzylinder zu liefern.
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