EP2571714A1 - Verfahren zum energieoptimierten betrieb eines flurgebundenen und auf gummireifen verfahrbaren schwerlast-transportfahrzeugs mit einem elektrischen fahrantrieb - Google Patents

Verfahren zum energieoptimierten betrieb eines flurgebundenen und auf gummireifen verfahrbaren schwerlast-transportfahrzeugs mit einem elektrischen fahrantrieb

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EP2571714A1
EP2571714A1 EP11719797A EP11719797A EP2571714A1 EP 2571714 A1 EP2571714 A1 EP 2571714A1 EP 11719797 A EP11719797 A EP 11719797A EP 11719797 A EP11719797 A EP 11719797A EP 2571714 A1 EP2571714 A1 EP 2571714A1
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EP
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electric motors
electric
heavy
transport vehicle
motors
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Withdrawn
Application number
EP11719797A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Dirk Brandenstein
Uwe Brucherseifer
Branislav Lalik
Heiko Schulz
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Konecranes Global Oy
Original Assignee
Gottwald Port Technology GmbH
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to a method for operating a floor-bound heavy-duty transport vehicle, in particular a driverless heavy-duty transport vehicle, with an electric traction drive comprising at least two electric motors.
  • Gottwald Lift Technology's current brochure entitled Gottwald Lift AGV has disclosed a lorry-mounted and driverless heavy-duty transport vehicle for ISO containers, which has a tare weight of about 34 t and a payload of 60 t that in the
  • Four-wheel vehicle trained transport vehicle consists essentially of a vehicle frame with a front and a rear axle, at the opposite end in each case a frosted wheel is mounted. From the vehicle frame a flat, raised and lowered platform is worn, which serves to accommodate the transported ISO container.
  • the heavy duty transport vehicle is powered by a diesel-electric drive with an internal combustion engine, a
  • the first electric motor drives the front axle and the second
  • the object of the present invention is to improve the overall efficiency of the electric traction drive, in particular of the entire drivetrain, in the case of a ground-based heavy-duty transport vehicle.
  • the map-optimized control significantly reduces the energy consumption of the electric traction drive.
  • Heavy-duty transport vehicle understood a vehicle whose payload per axle line is greater than or equal to 10t. Such heavy duty transport vehicles are particularly suitable for the transport of ISO containers. It is advantageously provided that, via the drive control, at least one of the at least two electric motors is dependent on the given operating conditions of the heavy-duty transport vehicle and its
  • Three-phase motors in particular designed as asynchronous motors, which are controlled by inverters with vector control or DTC (direct torque control).
  • the acceleration, the rotational speed and the effective and reactive current of the electric motors are detected via the drive control and the inverters and thereby the load of the electric motors is determined.
  • Heavy-duty transport vehicle is not adversely affected and a steady drive remains guaranteed.
  • the electric traction drive is designed as a diesel-electric traction drive, the one
  • Combustion engine and an alternator comprises.
  • the electric traction drive is designed as a battery-electric traction drive, which includes a traction battery.
  • Figure 1 is a schematic view of a floor-bound, movable on rubber tires and driverless heavy-duty transport vehicle from below and
  • Figure 2 is a block diagram of a diesel-electric or battery-electric
  • FIG. 3 shows a characteristic diagram of the efficiency of one of the electric motors of the heavy-duty transport vehicle according to FIG. 1.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a floor-bound, movable on rubber tires and driverless heavy duty transport vehicle.
  • Four-wheel vehicle-trained transport vehicle 1 consists essentially of a vehicle frame 2, on which on a common front axle 3a, two front wheels 4a and 3b on a common rear axle two rear wheels 4b are mounted.
  • the four wheels 4a, 4b are provided with tires, in particular air-filled rubber tires.
  • a flat platform is worn, which serves to accommodate the loads to be transported.
  • the heavy-duty transport vehicle 1 is designed so that each axis of the
  • Heavy-duty vehicle 1 loads to be transported with a weight of greater than or equal to 10 tons can be transported. It is to be understood that the heavy duty transport vehicle 1 may have more than the only two shown axles (3a, 3b), all or part of which may be driven.
  • a power supply unit 5 is arranged as
  • diesel-electric drive may be formed with an internal combustion engine, and a first front electric motor 6a and a second rear electric motor 6b supplied with energy.
  • the front electric motor 6a is seen centrally in the longitudinal direction L of the heavy-duty transport vehicle 1 and fastened in the region of the front axle 3a under the vehicle frame 2 and drives on the output side via a first front distributor gear 3c the two front wheels 4a.
  • Electric motor 6b is also seen in the longitudinal direction L of the heavy load transport vehicle 1 centrally and in the region of the rear axle 3b below the
  • Vehicle frame 2 attached and drives on the output side via a second rear distribution gearbox 3d the two rear wheels 4b.
  • an internal combustion engine 6a in particular a diesel engine, is provided, whose generated mechanical energy is converted into electrical energy in the form of a direct current with the aid of an alternator and generator generator.
  • the generator plate is here a so-called boost converter.
  • FIG. 2 shows a block diagram of the diesel-electric or battery-electric traction drive of the heavy-duty transport vehicle 1 according to FIG. 1.
  • the power supply unit 5 provides the required electrical energy in the form of a DC voltage to the drive train.
  • As drive train all components of the heavy-duty transport vehicle 1 are understood, which transmit the torque from the electric motors 6a, 6b on the road.
  • At the DC voltage intermediate circuit 8 are each connected via an inverter 10a, 10b which are operated via the speed controlled.
  • the electric motors 6a, 6b are designed as three-phase motors, in particular as asynchronous motors, which are controlled vector-controlled by means of the inverters 10a, 10b.
  • the first and second electric motors 6a, 6b are connected to the DC voltage circuit 8 via a first inverter 10a and a second inverter 10b.
  • the frequency and the voltage and thus the rotational speed and the torque for the first electric motor 6a and the second electric motor 6b can be adapted to the respective driving situation via the first and second inverters 10a, 10b. This allows the energy transfer from the
  • Power supply unit 5 to the two electric motors 6a, 6b are electronically controlled.
  • the two electric motors 6a, 6b and the respectively associated two inverters 10a, 10b are each connected in terms of control technology to a higher-level drive controller 11.
  • the heavy-duty transport vehicle 1 is also braked via the two electric motors 6a, 6b.
  • the energy fed back by the two electric motors 6a, 6b in the DC voltage circuit 8 during braking, is in one of the
  • the two electric motors 6a, 6b are designed as three-phase motors, in particular as asynchronous motors, which are controlled vector-controlled via the inverters 10a, 10b. All electric motors 6a, 6b are operated speed and torque-controlled. The speed of the electric motors 6a, 6b is tracked according to the required driving speed. Depending on
  • a heavy-duty transport vehicle 1 there is a high mass ratio of the maximum laden heavy-duty transport vehicle 1 to an empty heavy-duty transport vehicle 1, which is about 3.5.
  • the two electric motors 6a, 6b are controlled by the drive control 11 and the inverters 10a, 10b allocated to the respective electric motors 6a, 6b are optimized for the map.
  • the electric motors 6a, 6b if both electric motors 6a, 6b in dual operation or in more than two electric motors 6b, 6c are in a multiple operation, equally busy.
  • this map-optimized control is provided that in operating conditions with low load of the heavy-duty transport vehicle 1 - as for example in an empty drive - one of the two electric motors 6a, 6b is switched off during operation.
  • By switching off one of the two electric motors 6a, 6b results in about twice the load of the driving of the two electric motors 6a, 6b, the power for the operation at a lower power requirement, here the
  • the master drive circuit 11a is associated with the first electric motor 6a and is referred to as a "master” since the associated electric motor 6a is not switched off during the driving operation Accordingly, the slave drive circuit 11b assigned to the electric motor 6b to be turned off is called “master”. Slave ". In principle, it is also possible to load the electric motors 6a, 6b in a balanced manner, to change the master and slave functions according to a predetermined pattern.
  • the master drive circuit 11a and also the slave drive circuit 11b monitor the respectively associated electric motor 6a, 6b or its inverters 10a, 10b via corresponding first sensors 12a and second sensors 12b. The rotational speeds of the electric motors 6a, 6b are detected via the first and second sensors 12a, 12b.
  • the detection of current, acceleration and / or torque of the electric motors 6a, 6b takes place via the inverters 10a, 10b.
  • a utilization of the respective first or second electric motor 6a, 6b is determined in the master drive circuit 11a and the slave drive circuit 11b.
  • the drive control 1 1 switching off the second electric motor 6b with a controlled torque transition of the second electric motor 6b to be switched off controls the first electric motor 6a to be subjected to higher load.
  • the second electric motor 6b to be disconnected thereby gives its performance share slowly and the higher-demanding first
  • Electric motor 6a takes over this power component until the second electric motor 6b finally travels without power in towing operation. In the event that the first electric motor 6a is in stand-alone mode
  • Electric motors are in a minority and in the master drive circuit 1 1 a a load is determined, which is above a preset maximum utilization of the first electric motor 6a alone or the part of the electric motors in the reduced mode, this is the first inverter 10a reported and the second electric motor 6b is switched on again via the slave drive circuit 11b.
  • the pulses of the second inverter 10b are released again and thus the second electric motor 6b starts running again, so that again both electric motors 6a, 6b in dual mode drive the heavy-duty transport vehicle 1 on an equal basis.
  • Such an increased utilization can be achieved by the heavy-duty transport vehicle 1 receiving a load.
  • the power consumption of the first electric motor 6a in sole operation increases thereby and the operating point of the first electric motor 6a could move out of the optimal efficiency range in the map out and on the other hand he could come in extreme cases to its maximum power limit.
  • This is compensated according to the invention by the operating point of the two electric motors 6a, 6b in the combined characteristic field being returned to an optimum efficiency range by connecting the currentlessly connected second electric motor 6b.
  • the drive control 1 1 controls the connection of the second electric motor 6b with a controlled torque transition from the located in single operation first electric motor 6a on the second zuzuchaden electric motor 6b.
  • the first electric motor 6a which is in standalone mode, slowly releases its power component and the second electric motor 6b to be connected takes over this power component until the first electric motor 6a finally drives on an equal basis.
  • a formation of phase opposition Short-circuit currents avoided by 6d detected before the connection of the currentless second electric motor whose speed and / or phase position and with release of the pulse of the second inverter 10b is taken into account.
  • FIG. 3 shows by way of example an efficiency map in this case
  • Heavy duty transport vehicle 1 with two axle lines and two electric motors 6a, 6b for the traction drive.
  • the map shows the efficiency ⁇ of the electric motor 6a, 6b as a function of its speed in revolutions per minute [1 / min], which is plotted on the x-axis, and of its torque in Newton meters [Nm], which on the y Axis is applied.
  • the operation of the electric motor 6a, 6b is a function of its speed in revolutions per minute [1 / min], which is plotted on the x-axis, and of its torque in Newton meters [Nm], which on the y Axis is applied.
  • Heavy-duty transport vehicle 1 with an electric motor 6a compares with an operation of the heavy-duty transport vehicle 1 with two electric motors 6a, 6b, the advantages of the invention are illustrated.
  • a first upper line M1 which is parallel to the x-axis, represents the torque provided by an electric motor 6a for the operation of the heavy-duty transport vehicle 1.
  • the one electric motor 6b provides a torque M1.
  • Each of the two electric motors 6a, 6b provides a torque M2 available.
  • M1 is twice the size of M2.
  • Diagram shows, results for the one electric motor 6a efficiency ⁇ of about 70% and for the two electric motors 6a, 6b each have an efficiency ⁇ of about 50%.
  • the present invention has been described with reference to a floor-bound, movable on rubber and driverless heavy duty transport vehicle 1.
  • a heavy-duty transport vehicle 1 heavy loads such as ISO containers,
  • the heavy-duty transport vehicle 1 may have an empty weight of about 35 t. Then comes the weight of the transported ISO container, so that in
  • the heavy duty transport vehicle 1 may be equipped with a platform for receiving the load to be transported or with a device for receiving or discharging the load. Furthermore, the exemplary embodiment is based on a power supply unit 5, which supplies two electric motors 6a, 6b, which respectively drive the wheels 4a, 4b of an axle 3a, 3b. It is also a single-wheel drive with four electric motors or a more than two-axle design of the heavy-duty transport vehicle 1 in terms of a multi-axle vehicle conceivable, which is accompanied by a corresponding increase in the number of electric motors. Also, multiple axes may be without drive or drivingly connected to a common electric motor.
  • the power supply unit 5 which supplies two electric motors 6a, 6b, which respectively drive the wheels 4a, 4b of an axle 3a, 3b. It is also a single-wheel drive with four electric motors or a more than two-axle design of the heavy-duty transport vehicle 1 in terms of a multi-axle vehicle conceivable,
  • Heavy duty transport vehicle 1 may be equipped with a driver's cabin for manned operation instead of a driverless operation. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines flurgebundenen und auf Gummireifen verfahrbaren Schwerlast-Transportfahrzeuges (1), insbesondere eines fahrerlosen Schwerlast-Transportfahrzeuges, mit einem elektrischen Fahrantrieb, der mindestens zwei Elektromotoren (6a, 6b) umfasst. Um bei einem flurgebundenen Schwerlast-Transportfahrzeug (1) den Gesamtwirkungsgrad des elektrischen Fahrantriebs zu verbessern, wird vorgeschlagen, dass über eine Antriebssteuerung die mindestens zwei Elektromotoren (6a, 6b) kennfeldoptimiert den Betriebsbedingungen des Schwerlast-Transportfahrzeuges (1) und dessen Leistungsanforderung folgend betrieben werden.

Description

Verfahren zum energieoptimierten Betrieb eines flurgebundenen und auf Gummireifen verfahrbaren Schwerlast-Transportfahrzeugs mit einem elektrischen Fahrantrieb
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines flurgebundenen Schwerlast- Transportfahrzeuges, insbesondere eines fahrerlosen Schwerlast- Transportfahrzeuges, mit einem elektrischen Fahrantrieb, der mindestens zwei Elektromotoren umfasst.
Aus dem aktuellen Prospekt der Gottwald Port Technology GmbH mit dem Titel „Gottwald Lift AGV" ist ein flurgebundenes und fahrerloses Schwerlast- Transportfahrzeug für ISO-Container bekannt. Das Schwerlast-Transportfahrzeug hat ein Leergewicht von etwa 34 t und eine Nutzlast von 60 t, so dass im
Beladungszustand ein Gesamtgewicht von etwa 94 t erreicht wird. Das als
Vierradfahrzeug ausgebildete Transportfahrzeug besteht im Wesentlichen aus einem Fahrzeugrahmen mit einer Vorder- und einer Hinterachse, an deren gegenüber liegenden Ende jeweils ein bereiftes Rad gelagert ist. Von dem Fahrzeugrahmen wird eine ebene, heb- und senkbare Plattform getragen, die zur Aufnahme der zu transportierenden ISO-Container dient. Das Schwerlast-Transportfahrzeug wird von einem dieselelektrischen Antrieb mit einem Verbrennungsmotor, einem
Drehstromgenerator und einem ersten Elektromotor und einem zweiten Elektromotor angetrieben. Der erste Elektromotor treibt die Vorderachse und der zweite
Elektromotor die Hinterachse an. Zwischen der Vorderachse und der Hinterachse sowie unter dem Fahrzeugrahmen ist Raum für die Aufhängung von Schaltschränken und die Anordnung des Verbrennungsmotors vorhanden.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, bei einem flurgebundenen Schwerlast-Transportfahrzeug den Gesamtwirkungsgrad des elektrischen Fahrantriebs, insbesondere des gesamten Antriebstranges, zu verbessern.
Erfindungsgemäß wird bei einem Verfahren zum Betrieb eines flurgebundenen und auf Gummireifen verfahrbaren Schwerlast-Transportfahrzeuges, insbesondere eines fahrerlosen Schwerlast-Transportfahrzeuges, mit einem elektrischen Fahrantrieb, der mindestens zwei Elektromotoren umfasst, eine Verbesserung des
Gesamtwirkungsgrades des elektrischen Fahrantriebs dadurch erreicht, dass über eine Antriebssteuerung die mindestens zwei Elektromotoren kennfeldoptimiert den Betriebsbedingungen des Schwerlast-Transportfahrzeuges und dessen
Leistungsanforderung folgend betrieben werden. Durch die kennfeldoptimierte Ansteuerung wird der Energieverbrauch des elektrischen Fahrantriebs deutlich gesenkt. Durch die vorliegende Erfindung wird insbesondere vermieden, dass die Elektromotoren der Schwerlast-Transportfahrzeuges, die auf maximale Leistung für den Betrieb im beladenen Zustand ausgelegt sind, häufig nur mit geringen
Leistungsanforderungen betrieben werden. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt unter einem
Schwerlast-Transportfahrzeug ein Fahrzeug verstanden, dessen Nutzlast je Achslinie größer oder gleich 10t ist. Derartige Schwerlast-Transportfahrzeuge sind inbesondere für den Transport von ISO-Containern geeignet. In vorteilhafter Weise ist vorgesehen, dass über die Antriebssteuerung mindestens einer der mindestens zwei Elektromotoren in Abhängigkeit von den gegebenen Betriebsbedingungen des Schwerlast-Transportfahrzeuges und dessen
Leistungsanforderung während des laufenden Betriebes zu- und abgeschaltet wird. Hierdurch wird eine weitere Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades des elektrischen Fahrantriebs erreicht.
Im Zusammenhang mit der Kennfeldansteuerung sind die Elektromotoren als
Drehstrommotoren, insbesondere als Asynchronmotoren, ausgebildet, die über Wechselrichter mit Vektorregelung oder DTC (direct torque control) angesteuert werden.
Besonders vorteilhaft ist, dass über die Antriebssteuerung und die Wechselrichter die Beschleunigung, die Drehzahl und der Wirk- und Blindstrom der Elektromotoren erfasst werden und dadurch die Belastung der Elektromotoren bestimmt wird.
In besonderer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass bei einem Parallelbetrieb der Elektromotoren und einer Feststellung einer Belastung der Elektromotoren unter einer vorgegebenen Mindestbelastung mindestens einer der Elektromotoren abgeschaltet wird sowie dass bei einem Minderbetrieb der Elektromotoren und einer Feststellung einer Belastung der Elektromotoren über eine vorgegebene Maximalbelastung der im Betrieb befindlichen Elektromotoren mindestens ein weiterer sich in einem
Schleppbetrieb befindlicher Elektromotor zugeschaltet wird.
Um den gesamten Antriebsstrang mit möglichst geringen Drehmomentstößen zu belasten, ist vorgesehen, dass ein Zu- und/oder Abschalten der Elektromotoren über die Antriebssteuerung mit einem kontrollierten Momentenübergang zwischen den Elektromotoren gesteuert wird. Hierdurch wird auch das Fahrverhalten des
Schwerlast-Transportfahrzeuges nicht negativ beeinflusst und ein stetiger Fahrantrieb bleibt gewährleistet.
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass vor Zuschalten der Elektromotoren die Drehzahl- und/oder Phasenlage der in Minderbetrieb befindlichen Elektromotoren erfasst wird und die Drehzahl- und/oder Phasenlage des zu zuschaltenden Elektromotors hierauf abgestimmt wird.
In einer ersten alternativen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der elektrische Fahrantrieb als dieselelektrischer Fahrantrieb ausgebildet ist, der einen
Verbrennungsmotor und einen Drehstromgenerator umfasst. In einer hierzu alternativen zweiten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der elektrische Fahrantrieb als batterieelektrischer Fahrantrieb ausgebildet ist, der eine Traktionsbatterie umfasst.
Nachfolgend wird die Erfindung an Hand eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Ansicht eines flurgebundenen, auf Gummireifen verfahrbaren und fahrerlosen Schwerlast-Transportfahrzeuges von unten und Figur 2 ein Blockschaltbild eines dieselelektrischen oder batterieelektrischen
Fahrantriebs des Schwerlast-Transportfahrzeuges nach Figur 1 und
Figur 3 ein Kennfeld des Wirkungsgrades eines der Elektromotoren des Schwerlast- Transportfahrzeuges gemäß Figur 1.
Die Figur 1 zeigt eine schematische Ansicht eines flurgebundenen, auf Gummireifen verfahrbaren und fahrerlosen Schwerlast-Transportfahrzeuges 1 . Das als Vierradfahrzeug ausgebildete Transportfahrzeug 1 besteht im Wesentlichen aus einem Fahrzeugrahmen 2, an dem auf einer gemeinsamen Vorderachse 3a zwei vordere Räder 4a und auf einer gemeinsamen Hinterachse 3b zwei hintere Räder 4b gelagert sind. Die vier Räder 4a, 4b sind mit einer Bereifung, insbesondere luftbefüllten Gummibereifung, versehen. Von dem Fahrzeugrahmen 2 wird eine ebene Plattform getragen, die zur Aufnahme der zu transportierenden Lasten dient. Hierbei ist das Schwerlast-Transportfahrzeug 1 so ausgelegt, dass je Achslinie des
Schwerlast-Fahrzeugs 1 zu transportierende Lasten mit einem Gewicht von größer oder gleich 10 t transportiert werden können. Es ist selbstverständlich, dass das Schwerlast-Transportfahrzeug 1 mehr als die nur zwei gezeigten Achsen (3a, 3b) aufweisen kann, von denen alle oder ein Teil angetrieben sein können.
Es ist ersichtlich, dass in Längsrichtung L des Schwerlast-Transportfahrzeuges 1 gesehen an dem Fahrzeugrahmen 2 und zwischen der Vorderachse 3a und der Hinterachse 3b eine Energieversorgungseinheit 5 angeordnet ist, die als
dieselelektrischer Antrieb mit einem Verbrennungsmotor ausgebildet sein kann, und einen ersten vorderen Elektromotor 6a und einem zweiten hinteren Elektromotor 6bmit Energie versorgt. Der vordere Elektromotor 6a ist in Längsrichtung L des Schwerlast-Transportfahrzeuges 1 gesehen zentral und im Bereich der Vorderachse 3a unter dem Fahrzeugrahmen 2 befestigt und treibt ausgangsseitig über ein erstes vorderes Verteilgetriebe 3c die beiden vorderen Räder 4a an. Der hintere
Elektromotor 6b ist in Längsrichtung L des Schwerlast-Transportfahrzeuges 1 gesehen ebenfalls zentral und im Bereich der Hinterachse 3b unter dem
Fahrzeugrahmen 2 befestigt und treibt ausgangsseitig über ein zweites hinteres Verteilgetriebe 3d die beiden hinteren Räder 4b an.
Unter einer ist entweder mit einem Verbrennungsmotor, einem Drehstromgenerator und einem Generatorsteller zu verstehen oder batterieelektrischer Antrieb mit einer Traktionsbatterie.
Bei einer Ausgestaltung der Energieversorgungseinheit 5 als dieselelektrischer Antrieb ist ein Verbrennungsmotor 6a, insbesondere Dieselmotor, vorgesehen, dessen erzeugte mechanische Energie mit Hilfe eines Drehstromgenerators und eines Generatorstellers, in elektrische Energie in Form eines Gleichstroms umgewandelt. Der Generatorsteller ist hier ein sogenannter Hochsetzsteller. Außerdem ist ersichtlich, dass zwischen der Vorderachse 3a und der Hinterachse 3b Raum für die Aufhängung von Schaltschränken 7 unter dem Fahrzeugrahmen 2 vorhanden ist, um Steuerungskomponenten aufzunehmen.
Die Figur 2 zeigt ein Blockschaltbild des dieselelektrischen oder batterieelektrischen Fahrantriebs des Schwerlast-Transportfahrzeuges 1 nach Figur 1.
Die Energieversorgungseinheit 5 stellt die benötigte elektrische Energie in Form einer Gleichspannung dem Antriebsstrang zur Verfügung. Als Antriebsstrang werden alle Komponenten des Schwerlast-Transportfahrzeuges 1 verstanden, welche das Drehmoment von den Elektromotoren 6a, 6b auf die Straße übertragen. An dem Gleichspannungszwischenkreis 8 sind über je einen Wechselrichter 10a, 10b die angeschlossen, über den drehzahlgeregelt betrieben werden. Die Elektromotoren 6a, 6b sind als Drehstrommotoren, insbesondere als Asynchronmotoren, ausgebildet, die mittels der Wechselrichter 10a, 10b vektorgeregelt angesteuert werden.
Von den Elektromotoren 6a, 6b wird dann die elektrische Energie in mechanische Antriebsenergie zum Vortrieb des Schwerlast-Transportfahrzeuges 1 umgewandelt. Die ersten und zweiten Elektromotoren 6a, 6b sind über einen ersten Wechselrichter 10a und einen zweiten Wechselrichter 10b an den Gleichspannungsspannungskreis 8 angeschlossen. Über die ersten und zweiten Wechselrichter 10a, 10b kann die Frequenz und die Spannung und somit die Drehzahl und das Moment für den ersten Elektromotor 6a und den zweiten Elektromotor 6b der jeweiligen Fahrsituation angepasst werden. Hierdurch kann die Energieübertragung von der
Energieversorgungseinheit 5 zu den beiden Elektromotoren 6a, 6b elektronisch gesteuert werden. Hierfür sind die beiden Elektromotoren 6a, 6b und die jeweils zugeordneten beiden Wechselrichter 10a, 10b jeweils steuerungstechnisch mit einer übergeordneten Antriebssteuerung 1 1 verbunden.
Das Schwerlast-Transportfahrzeug 1 wird auch über die beiden Elektromotoren 6a, 6b abgebremst. Die von den beiden Elektromotoren 6a, 6b in den Gleichspannungskreis 8 beim Bremsen zurück gespeiste Energie, wird in einen an den
Wechselspannungskreis 8 angeschlossenen Bremschopper und Bremswiderständen 9 geleitet und in Wärme umgewandelt und somit vernichtet. Wie zuvor ausgeführt sind die beiden Elektromotoren 6a, 6b als Drehstrommotoren, insbesondere als Asynchronmotoren, ausgebildet, die über die Wechselrichter 10a, 10b vektorgeregelt angesteuert werden. Alle Elektromotoren 6a, 6b werden drehzahl- und momentengeregelt betrieben. Die Drehzahl der Elektromotoren 6a, 6b wird entsprechend der geforderten Fahrgeschwindigkeit nachgeführt. Je nach
Betriebszustand des Schwerlast-Transportfahrzeug 1 , d.h. beispielsweise Leerfahrt, Fahrt mit geringer Beladung oder Fahrt mit Maximalbeladung, Steigungsfahrt, Gefällefahrt oder Kurvenfahrt, werden über die Antriebssteuerung 1 1 die beiden Wechselrichter 10a, 10b so angesteuert, dass die beiden Elektromotoren 6a, 6b entsprechend ihrem Kennfeld ein ausreichendes Drehmoment zur Verfügung stellen. Bei einem Schwerlast-Transportfahrzeug 1 liegt ein hohes Massenverhältnis von maximal beladenem Schwerlast-Transportfahrzeug 1 zu einem leeren Schwerlast- Transportfahrzeug 1 vor, das ca. 3,5 beträgt. Durch diese verschiedenen
Betriebszustände variieren die Leistungs- und Drehmomentanforderungen an die beiden Elektromotoren 6a, 6b sehr stark und es wird nur gelegentlich die
Maximalleistung der beiden Elektromotoren 6a, 6b benötigt.
Daher ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die beiden Elektromotoren 6a, 6b mittels der Antriebssteuerung 1 1 und den den jeweiligen Elektromotoren 6a, 6b zugeordneten Wechselrichtern 10a, 10b kennfeldoptimiert angesteuert werden.
Hierbei werden die Elektromotoren 6a, 6b, sofern beide Elektromotoren 6a, 6b im Dualbetrieb beziehungsweise bei mehr als zwei Elektromotoren 6b, 6c in einem Mehrfachbetrieb sind, gleich ausgelastet. Im Rahmen dieser kennfeldoptimierten Ansteuerung ist vorgesehen, dass in Betriebszuständen mit geringer Belastung des Schwerlast-Transportfahrzeuges 1 - wie beispielsweise bei einer Leerfahrt - einer der beiden Elektromotoren 6a, 6b während des laufenden Betriebes abgeschaltet wird. Durch Abschaltung einer der beiden Elektromotoren 6a, 6b ergibt sich etwa eine doppelt so hohe Belastung des antreibenden der beiden Elektromotoren 6a, 6b, dessen Leistung für den Betrieb bei geringerer Leistungsanforderung, hier die
Leerfahrt, ausreichend ist. Über die Abschaltung eines der beiden Elektromotoren 6a, 6b kann Energie eingespart werden, ohne den Fahrbetrieb des Schwerlast- Transportfahrzeuges 1 negativ zu beeinflussen. In Bezug auf den in Betrieb verbleibenden Elektromotor 6a, 6b ergibt sich vorteilhafter Weise eine Verschiebung seines Arbeitspunkts in Richtung eines höheren Drehmoments bei gleicher Drehzahl, was zu einem höheren Wirkungsgrad führt. Durch die Abschaltung eines der beiden Elektromotoren 6a, 6b wird der Energieverbrauch des Schwerlast- Transportfahrzeuges 1 deutlich gesenkt. Die kennfeldoptimierte Ansteuerung der beiden Elektromotoren 6a, 6b erfolgt über die Antriebssteuerung 1 1 , die hierzu über eine Master-Antriebschaltung 1 1 a und eine Slave-Antriebschaltung 1 1 b verfügt. Die Master-Antriebschaltung 1 1 a ist dem ersten Elektromotor 6a zugeordnet und wird als„Master" bezeichnet, da der zugeordnete Elektromotor 6a während des Fahrbetriebes nicht abgeschaltet wird. Entsprechender Weise wird die dem abzuschaltenden Elektromotor 6b zugeordnete Slave- Antriebschaltung 1 1 b als„Slave" bezeichnet. Grundsätzlich ist es auch möglich, um die Elektromotoren 6a, 6b ausgeglichen zu belasten, die Master- und Slave- Funktionen nach einem vorher bestimmten Muster zu wechseln. Die Master- Antriebschaltung 1 1 a und auch die Slave-Antriebschaltung 1 1 b überwachen den jeweils zugeordneten Elektromotor 6a, 6b oder dessen Wechselrichter 10a, 10b über entsprechende erste Sensoren 12a und zweite Sensoren 12b. Über die ersten und zweiten Sensoren 12a, 12b werden die Drehzahlen der Elektromotoren 6a, 6b erfasst. Die Erfassung von Strom, Beschleunigung und/oder Drehmoment der Elektromotoren 6a, 6b erfolgt über die Wechselrichter 10a, 10b. An Hand der Messdaten wird in der Master-Antriebschaltung 1 1 a und der Slave-Antriebschaltung 1 1 b eine Auslastung des jeweiligen ersten beziehungsweise zweiten Elektromotors 6a, 6b bestimmt.
Sollte in der Slave-Antriebschaltung 1 1 b eine Auslastung bestimmt werden, die unter einer voreingestellten Mindest-Auslastung liegt, wird dies dem Wechselrichter 10a gemeldet und der zweite Elektromotor 6b über eine in der Slave-Antriebschaltung 1 1 b integrierte Abschalt-Logik ausgeschaltet. Hierfür werden die Impulse zu dem zweiten Wechselrichter 10b gesperrt und somit wird der zweite Elektromotor 6b stromlos in einem sogenannten Schleppbetrieb mitgeschleppt. Um zu verhindern, dass durch das Zu- oder Abschalten einer der Elektromotoren 6a, 6b, der Antriebsstrang oder die Antriebssteuerung 1 1 mit einem Momentenstoss belastet werden, ist vorgesehen, dass die Antriebssteuerung 1 1 das Abschalten des zweiten Elektromotors 6b mit einem kontrollierten Momentenübergang von dem abzuschaltenden zweiten Elektromotor 6b auf den höher zu beanspruchenden ersten Elektromotor 6a steuert. Der abzuschaltende zweite Elektromotor 6b gibt dadurch seinen Leistungsanteil langsam ab und der höher zu beanspruchende erste
Elektromotor 6a übernimmt diesen Leistungsanteil bis der zweite Elektromotor 6b schlussendlich stromlos im Schleppbetrieb mitläuft. Für den Fall, dass sich der erste Elektromotor 6a im Alleinbetrieb befindet
beziehungsweise bei mehr als zwei Elektromotoren 6a, 6b nur ein Teil der
Elektromotoren sich in einem Minderbetrieb befinden und in der Master- Antriebschaltung 1 1 a eine Auslastung bestimmt wird, die über einer voreingestellten Maximal-Auslastung des ersten Elektromotors 6a im Alleinbetrieb oder der Teil der Elektromotoren im Minderbetrieb liegt, wird dies dem ersten Wechselrichter 10a gemeldet und der zweite Elektromotor 6b über die Slave-Antriebschaltung 1 1 b wieder eingeschaltet. Hierfür werden die Impulse des zweiten Wechselrichters 10b wieder frei gegeben und somit läuft der zweite Elektromotor 6b wieder an, so dass wieder beide Elektromotoren 6a, 6b im Dualbetrieb gleichberechtigt das Schwerlast- Transportfahrzeug 1 antreiben. Eine derartige erhöhte Auslastung kann dadurch zustande kommen, dass das Schwerlast-Transportfahrzeug 1 eine Last aufnimmt. Der Leistungsbedarf an den ersten Elektromotor 6a im Alleinbetrieb steigt dadurch und der Arbeitspunkt des ersten Elektromotors 6a könnte sich zum Einen aus dem optimalen Wirkungsgradbereich im Kennfeld heraus bewegen und zum Anderen könnte er im Extremfall an seine maximale Leistungsgrenze kommen. Das wird erfindungsgemäß kompensiert, indem durch Zuschaltung des stromlos geschalteten zweiten Elektromotor 6b der Arbeitspunkt der beiden Elektromotoren 6a, 6b im kombinierten Kennfeld wieder in einen optimalen Wirkungsgradbereich zurückgeführt wird.
Damit durch das Zuschalten des zweiten Elektromotors 6b die
Energieversorgungseinheit 5 und/oder der erste Elektromotor 6a nicht schlagartig belastet werden, ist vorgesehen, dass die Antriebssteuerung 1 1 das Zuschalten des zweiten Elektromotors 6b mit einem kontrollierten Momentenübergang von dem sich im Alleinbetrieb befindlichen ersten Elektromotor 6a auf den zweiten zuzuschaltenden Elektromotor 6b steuert. Der sich im Alleinbetrieb befindliche erste Elektromotor 6a gibt dadurch seinen Leistungsanteil langsam ab und der zuzuschaltende zweite Elektromotor 6b übernimmt diesen Leistungsanteil bis der erste Elektromotor 6a schlussendlich gleichberechtigt antreibt. Außerdem wird beim Zuschalten des stromlosen zweiten Elektromotors 6b eine Entstehung von phasenoppositionellen Kurzschlussströmen vermieden, indem vor dem Zuschalten des stromlosen zweiten Elektromotors 6d dessen Drehzahl und/oder Phasenlage erfasst und mit Freigabe der Impuls des zweiten Wechselrichters 10b berücksichtigt wird. Zudem wird bei
Zuschaltung des zweiten Elektromotors 6b Gleichlauf mit dem im Alleinbetrieb befindlichen ersten Elektromotor 6a geachtet und auf seine Beibehaltung.
Die Figur 3 zeigt beispielhaft ein Wirkungsgradkennfeld der in diesem Fall
baugleichen Elektromotoren 6a, 6b eines als Vierradfahrzeug ausgebildeten
Schwerlast-Transportfahrzeuges 1 mit zwei Achslinien und zwei Elektromotoren 6a, 6b für den Fahrantrieb. Das Kennfeld zeigt den Wirkungsgrad η des Elektromotors 6a, 6b in Abhängigkeit von seiner Drehzahl in Umdrehungen pro Minute [1/min], die auf der x-Achse aufgetragen ist, und von seinem Drehmoment in Newtonmeter [Nm], das auf der y-Achse aufgetragen ist. Anhand eines Beispiels, das den Betrieb des
Schwerlast-Transportfahrzeuges 1 mit einem Elektromotor 6a mit einem Betrieb des Schwerlast-Transportfahrzeuges 1 mit zwei Elektromotoren 6a, 6b vergleicht, werden die Vorteile der Erfindung verdeutlicht.
Eine erste obere Linie M1 , die parallel zu der x-Achse verläuft, stellt das von einem Elektromotor 6a zur Verfügung gestellte Drehmoment für den Betrieb des Schwerlast- Transportfahrzeuges 1 dar. Der eine Elektromotor 6b stellt ein Drehmoment M1 zur Verfügung. Eine zweite untere Linie M2, die ebenfalls parallel zu der x-Achse verläuft, stellt jeweils das von den beiden Elektromotoren 6a, 6b zur Verfügung gestellte Drehmoment für den Betrieb des Schwerlast-Transportfahrzeuges 1 dar. Jeder der beiden Elektromotoren 6a, 6b stellt ein Drehmoment M2 zur Verfügung. M1 ist gleich dem Doppelten von M2.
Bei einer Drehzahl des einen Elektromotors 6a oder der beiden Elektromotoren 6a, 6b, die proportional zur Fahrgeschwindigkeit des Schwerlast-Transportfahrzeuges 1 ist, die durch die dritte sowie parallel zur Y-Achse verlaufende Linie c in dem
Diagramm gezeigt ist, ergibt sich für den einen Elektromotor 6a ein Wirkungsgrad η von etwa 70% und für die beiden Elektromotoren 6a, 6b jeweils ein Wirkungsgrad η von etwa 50%.
Hieraus ergibt sich, dass durch Abschalten eines der beiden bei gleichem
Drehmoment eine Wirkungsgraderhöhung von 20% bei entsprechend gesunkenem Energieverbrauch erzielt werden kann. Zudem entfallen die Verluste des
abgeschalteten Elektromotors 6a, 6b.
Als Einsatzgebiete der beschriebenen Schwerlast-Transportfahrzeuge 1 sind der Umschlag von ISO-Containern im Hafenbereich und im intermodalen Verkehr zwischen Straße und Schiene vorgesehen.
Die vorliegende Erfindung ist an Hand eines flurgebundenen, auf Gummireifen verfahrbaren und fahrerlosen Schwerlast-Transportfahrzeuges 1 beschrieben worden. Grundsätzlich ist es möglich, mit einem derartigen Schwerlast- Transportfahrzeug 1 schwere Lasten wie beispielsweise ISO-Container,
Wechselbehälter, Container, Brammen oder Coils in der Hütten-, Stahl- und
Walzwerkstechnik zu transportieren. In einer Ausgestaltung des Schwerlast- Transportfahrzeuges 1 für einen Transport von ISO-Containern kann das Schwerlast- Transportfahrzeuges 1 ein Leergewicht von etwa 35 t haben. Hierzu kommt dann noch das Gewicht des zu transportierenden ISO-Containers, so dass im
Beladungszustand ein Gesamtgewicht von etwa 95 1 erreicht wird. Das Schwerlast- Transportfahrzeug 1 kann mit einer Plattform zur Aufnahme der zu transportierenden Last oder mit einer Vorrichtung zur Aufnahme oder Abgabe der Last ausgerüstet sein. Des Weiteren ist das Ausführungsbeispiel auf eine Energieversorgungseinheit 5, die zwei Elektromotoren 6a, 6b versorgt, bezogen, die jeweils die Räder 4a, 4b einer Achse 3a, 3b antreiben. Es ist auch ein Einzelradantrieb mit vier Elektromotoren oder eine mehr als zweiachsige Bauweise des Schwerlast-Transportfahrzeuges 1 im Sinne eines Mehrachsfahrzeuges denkbar, womit eine entsprechende Erhöhung der Anzahl der Elektromotoren einhergeht. Auch können mehrere Achsen ohne Antrieb sein oder antriebsmäßig mit einem gemeinsamen Elektromotor verbunden sein. Das
Schwerlast-Transportfahrzeug 1 kann anstatt für einen fahrerlosen Betreib auch mit einer Fahrerkabine für den bemannten Betrieb ausgerüstet sein. Bezugszeichenliste
1 Schwerlast-Transportfahrzeug
2 Fahrzeugrahmen
3a Vorderachse
3b Hinterachse
3c vorderes Verteilgetriebe
3d hinteres Verteilgetriebe
4a vordere Räder
4b hintere Räder
5 Energieversorgungseinheit
6a erster vorderer Elektromotor
6b zweiter hinterer Elektromotor
7 Schaltschränke
8 Gleichspannungskreis
9 Bremswiderstände
10a erster Wechselrichter
10b zweiter Wechselrichter
1 1 Antriebssteuerung
1 1 a Master-Antriebsschaltung
1 1 b Slave-Antriebsschaltung
12a erste Sensoren
12b zweite Sensoren M1 erste Linie
M2 zweite Linie
a dritte Linie
L Längsrichtung

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betrieb eines flurgebundenen und auf Gummireifen verfahrbaren Schwerlast-Transportfahrzeuges, insbesondere eines fahrerlosen Schwerlast- Transportfahrzeuges, mit einem elektrischen Fahrantrieb, der mindestens zwei
Elektromotoren umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass über eine Antriebssteuerung (1 1 ) die mindestens zwei Elektromotoren (6a, 6b) kennfeldoptimiert den
Betriebsbedingungen des Schwerlast-Transportfahrzeuges (1 ) und dessen
Leistungsanforderung folgend betrieben werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass über die
Antriebssteuerung (1 1 ) mindestens einer der mindestens zwei Elektromotoren (6a, 6b) in Abhängigkeit von den gegebenen Betriebsbedingungen des Schwerlast- Transportfahrzeuges (1 ) und dessen Leistungsanforderung während des laufenden Betriebes zu- und abgeschaltet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die als
Drehstrommotoren, insbesondere Asynchronmotoren, ausgebildeten Elektromotoren (6b, 6c) über Wechselrichter (10a, 10b) mit Vektorregelung oder DTC-(direct torque control) Regelung angesteuert werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass über die Antriebssteuerung (1 1 ) und die Wechselrichter (10a, 10b) die Beschleunigung, die Drehzahl und der Wirk- und Blindstrom der Elektromotoren (6a, 6b) gemessen werden und dadurch die Belastung der Elektromotoren (6a, 6b) bestimmt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem
Parallelbetrieb der Elektromotoren (6a, 6b) und einer Feststellung einer Belastung der Elektromotoren (6a, 6b) unter einer vorgegebenen Mindestbelastung mindestens einer der Elektromotoren (6a, 6b) abgeschaltet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Minderbetrieb der Elektromotoren (6a, 6b) und einer Feststellung einer Belastung der Elektromotoren (6a, 6b) über eine vorgegebene Maximalbelastung der im Betrieb befindlichen Elektromotoren (6a, 6b) ein weiterer sich in einem Schleppbetrieb befindlicher Elektromotor (6a, 6b) zugeschaltet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zu- und/oder Abschalten der Elektromotoren (6a, 6b) über die Antriebssteuerung (1 1 ) mit einem kontrollierten Momentenübergang zwischen den Elektromotoren (6a, 6b) gesteuert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass vor einem Zuschalten mindestens einer der Elektromotoren (6a, 6b) die Drehzahl und/oder Phasenlage der in Minderbetrieb befindlichen Elektromotoren (6b, 6c) erfasst wird und die Drehzahl und/oder Phasenlage des mindestens einem zu zuschaltenden
Elektromotors (6a, 6b) hierauf abgestimmt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Fahrantrieb als dieselelektrischer Fahrantrieb ausgebildet ist, der einen
Verbrennungsmotor und einen Drehstromgenerator umfasst.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Fahrantrieb als batterieelektrischer Fahrantrieb ausgebildet ist, der eine Traktionsbatterie umfasst.
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