EP4479597A1 - Verfahren zum betreiben eines antriebsstrangs einer arbeitsmaschine, elektrifizierter antriebsstrang und arbeitsmaschine - Google Patents

Verfahren zum betreiben eines antriebsstrangs einer arbeitsmaschine, elektrifizierter antriebsstrang und arbeitsmaschine

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Publication number
EP4479597A1
EP4479597A1 EP23705505.8A EP23705505A EP4479597A1 EP 4479597 A1 EP4479597 A1 EP 4479597A1 EP 23705505 A EP23705505 A EP 23705505A EP 4479597 A1 EP4479597 A1 EP 4479597A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
brake
drive train
speed
actuation
working machine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23705505.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Norbert Feuchtner
Alexander Stöbich
Erwin Greil
Kai Kraft
Jürgen LEGNER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE102023200708.8A external-priority patent/DE102023200708A1/de
Application filed by ZF Friedrichshafen AG filed Critical ZF Friedrichshafen AG
Publication of EP4479597A1 publication Critical patent/EP4479597A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/2058—Electric or electro-mechanical or mechanical control devices of vehicle sub-units
    • E02F9/2062—Control of propulsion units
    • E02F9/207—Control of propulsion units of the type electric propulsion units, e.g. electric motors or generators
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/2058—Electric or electro-mechanical or mechanical control devices of vehicle sub-units
    • E02F9/2083—Control of vehicle braking systems

Definitions

  • the present invention relates to a method for operating a drive train of a work machine according to the preamble of claim 1, an electrified drive train for a work machine according to the preamble of claim 11 and a corresponding work machine.
  • electrically driven working machines such as wheel loaders, compact loaders, telehandlers, dumpers or excavators are also known in the prior art.
  • Such work machines are either driven purely electrically, i.e. they only have an electric battery or a fuel cell for generating electricity from hydrogen as energy storage.
  • diesel-electrically driven which means that the energy required is provided by a diesel-driven generator and, if necessary, by an electrical buffer storage device, such as a suitably dimensioned capacitor or a comparatively small battery.
  • the mechanical power required for the travel drive and the working drive is provided by one or more drive motors. It is also known to use the drive motors of electric drives during braking operations in generator mode to recuperate electric power.
  • a mechanical friction brake is always provided so that a sufficiently large braking power can be provided at any time for safety reasons.
  • EP 0962 597 A2 describes a battery-operated work machine which has two drive motors for the traction drive and a further drive motor for the work drive.
  • WO 2008/128674 A1 discloses a work machine with a hybrid drive train, comprising an internal combustion engine and an electric machine.
  • An electrical energy store is used to supply the electric machine with energy provided, which can be recuperatively charged by the drive motor being operated in generator mode during a braking process of the working machine.
  • DE 10 2020 203 594 A1 discloses a method for operating an electric drive train for a work machine. Automated braking intervention takes place here if impermissible acceleration occurs during recuperation operation, for example if the work machine should actually be braked recuperatively, but the braking effect is too low due to the downhill force.
  • Automated braking intervention takes place here if impermissible acceleration occurs during recuperation operation, for example if the work machine should actually be braked recuperatively, but the braking effect is too low due to the downhill force.
  • the entire disclosure of DE 10 2020 203 594 A1 is incorporated by reference into the present patent application.
  • SAHR brakes are also known in the prior art.
  • SAHR means Spring Applied Hydraulic Released and identifies intrinsically safe brakes that close without pressure and can be used both as an auxiliary brake and as a parking brake.
  • the braking effect is achieved by the spring force acting on friction elements, which are connected to the ground via the torque train of a machine.
  • This functionality can also be achieved by means of brakes that can be released using gas pressure.
  • SAHR brake is used for both hydraulically and pneumatically releasable brakes.
  • the known drive trains for work machines in particular the known electric drive trains for work machines, have the disadvantage that, when descending a slope at a comparatively high speed, they are often no longer able to apply a sufficiently large braking torque or recuperation torque to prevent further impermissible acceleration of the work machine due to the To prevent downhill force in a speed range that is inadmissibly high for the working machine.
  • the invention relates to a method for operating a drive train of a work machine, the drive train having a drive motor, a service brake and an auxiliary brake, the drive motor of the drive train being coupled to at least one wheel of the work machine so that when going down a slope a braking torque of the drive motor counteracts the downhill slope force acting on the working machine, with the auxiliary brake being actuated automatically when the working machine is subjected to impermissible acceleration, and with the auxiliary brake being actuated in accordance with a required braking torque.
  • a method which relates to the operation of a drive train of a work machine.
  • the drive train includes a drive motor, which provides drive power for driving the work machine.
  • the drive motor can be assigned exclusively to a travel drive or can also be assigned to a working drive of the working machine.
  • the drive train also includes a service brake and a backup brake, with the backup brake being able to perform a parking brake function, for example.
  • Both the service brake and the support brake are preferably mechanical friction brakes.
  • the drive motor of the drive train is drivingly coupled to at least one wheel of the work machine, for example via a gearbox and a detachable clutch, in particular via a multi-plate clutch. It follows from the driving coupling between the drive motor and the at least one wheel that an acceleration torque generated by the drive motor leads to an increase in the speed of the at least one wheel.
  • the speed increase of the at least one wheel corresponds to the speed increase of the drive motor, taking into account a transmission ratio between the drive motor and the at least one wheel.
  • a braking torque generated by the drive motor leads to a speed reduction of the at least one wheel.
  • a braking torque generated by at least one wheel which can result, for example, from the work machine driving up a slope, correspondingly leads to a reduction in the speed of the drive motor.
  • the auxiliary brake is actuated automatically when the work machine is subjected to an impermissible acceleration, for example due to going down a slope.
  • the backup brake is actuated in accordance with a required braking torque, the required braking torque advantageously being that braking torque which is required to reduce the speed of the working machine to such an extent that no further impermissible acceleration takes place solely due to the braking torque of the drive motor.
  • the drive motor generates a braking torque when it is not actively operated and provides a torque, but is passively driven by the wheel rotation of the work machine.
  • the braking torque corresponds to the so-called drag torque
  • the braking torque corresponds to the so-called recuperation torque.
  • impermissible acceleration is understood to mean, on the one hand, an acceleration not initiated by a driver of the working machine, such as can occur, for example, due to driving down a slope or a downhill force acting to accelerate the working machine.
  • impermissible acceleration is also understood to mean acceleration of the working machine that is deliberately initiated by the driver but is abusive in a speed range in which components of the drive train can be damaged or even destroyed due to the high speed. Driving at impermissibly high speeds can also lead to safety-relevant or safety-critical driving conditions.
  • the impermissible acceleration can, for example, like any other acceleration of the working machine, based on the monitoring and time differentiation of a detected wheel speed, engine speed or other speed can be detected in a transmission of the machine. It is also conceivable that the acceleration is detected, for example, via a satellite navigation system. In particular, however, it can also be concluded from the mere occurrence of acceleration during recuperation operation of an electric drive motor or during towing operation of the combustion engine-powered drive motor that the acceleration is inadmissible, since recuperation operation or towing operation of the drive motor usually leads to deceleration Working machine is used because the recuperation operation or drag operation inherently provides a braking torque. Acceleration that occurs at the same time is therefore in contrast to a deceleration initiated by the driver of the work machine or at least the desire to maintain the current speed, which is to be brought about by the recuperation operation or towing operation.
  • the method according to the invention is characterized in that the actuation of the support brake also takes place in accordance with a thermal load on the support brake and that the support brake is designed as a spring-loaded brake that can be released hydraulically or pneumatically.
  • the support brake is therefore a so-called SAHR brake, for example a disk brake designed as a SAHR brake.
  • a modulation of the applied opening pressure ie the counterforce to the spring elements.
  • a preferred possibility for modulation are electronically controlled proportional valves in the supply line of the SAHR spring accumulator. The pressure can be regulated almost steplessly by stimulating the valve. For safety reasons, the corresponding valves are advantageously open when de-energized.
  • the balance of braking deceleration, energy input (heating of the auxiliary brake), frequency and time interval of actuation can be worked out analytically or mathematically or in road tests, for example, and serves as the basis for actuating the auxiliary brake.
  • the impermissible acceleration to be detected by simultaneously monitoring and relating a setting of a device for specifying the rotational speed of the drive motor and a driving speed of the working machine.
  • the device for setting the speed can be any control or regulating device for setting the speed of the drive motor, e.g. an accelerator pedal, a lever or a turntable.
  • Impermissible acceleration can thus be detected simply by comparing information that is available in the work machine without additional sensors. If, for example, the driving speed of the working machine increases, which can be detected in particular from a change in wheel speed, a change in engine speed or a change in transmission speed, but at the same time a setting of the device for specifying the speed of the drive motor remains unchanged, i.e.
  • Impermissible acceleration can also be detected if the setting of the device for specifying the rotational speed of the drive motor is even reversed and the speed of the working machine nevertheless increases.
  • Means for detecting a gradient can be provided for this purpose.
  • the means for detecting a slope can be designed, for example, as a satellite navigation system.
  • the satellite navigation system can be, for example, GPS, Trade Galileo or Glonass.
  • the satellite navigation system also includes a digital memory in which digital map data are stored. This digital map data advantageously includes topographical data, ie elevation information and elevation changes.
  • a slope can thus also be detected using the satellite navigation system, namely by determining a current position of the working machine and reading out the topographical map data at the determined position of the working machine.
  • the means for detecting a gradient are designed as filling level sensors of fluid containers of the work machine.
  • Suitable fluid containers of the work machine can be a possibly provided fuel tank, a cooling water tank, a windshield washer fluid tank or an expansion tank for hydraulic fluid of a working drive of the work machine.
  • the filling level sensors can thus detect an inclination of the working machine, and based on the detected inclination of the working machine it can in turn be recognized that the working machine is on a slope.
  • the counter can advantageously be reset to an initial value, for example the value zero, if an ignition of the working machine is switched off and switched on again after a definable time interval.
  • the impermissible acceleration is not automatically counteracted by actuating the auxiliary brake as long as the driving speed of the work machine does not exceed the limit speed.
  • the driver of the work machine naturally has the option of manually intervening on the brakes, for example using the service brake, in order to prevent impermissible acceleration.
  • a hydraulic or pneumatic actuation takes place by means of a corresponding modulation of the support brake.
  • the modulation ensures that the braking torque of the support brake is not developed suddenly, but rather evenly.
  • the braking torque can also be metered in this way in order to provide a braking torque that is adapted to the braking that is required in each case.
  • the working machine can continue driving without further intervention in the brakes and thus without brake wear.
  • the entire braking energy is provided by recuperation, it can also be converted almost entirely into electrical energy, which is later available again to drive the working machine.
  • the auxiliary brake can be opened to cool down.
  • a maximum permissible vehicle speed of the work machine is limited and/or the speed threshold value is reduced as long as the counter is above a limit value.
  • the limit value advantageously indicates a thermal load capacity of the support brake, ie it is an indicator of how much heat can be introduced into the brake during a braking operation before it suffers permanent damage or at least before the braking properties of the auxiliary brake have temporarily deteriorated due to the amount of heat introduced.
  • the brake actuation is repeated a first time with a first changed modulation and a first changed limit value is specified if the vehicle speed is still above the limit speed when the limit value is reached by the counter.
  • the first changed modulation can, for example, generate a higher braking torque than the previously used modulation, so that there is a greater speed reduction and the working machine can be brought into a speed range via the first changed modulation, in which the working machine can only be controlled via the braking torque in the Recuperation operation of the drive motor can be braked.
  • the limit value of the counter is advantageously chosen such that the auxiliary brake can carry out another brake actuation without being thermally damaged or even destroyed. Accordingly, the first modified limit value of the counter is at a higher value of the counter than the original limit value.
  • the brake actuation is repeated a second time with a second changed modulation and a second changed limit value is specified if the vehicle speed is still above the limit speed when the first changed limit value is reached by the counter lies.
  • the second changed modulation can, for example, generate an even higher braking torque than the first changed modulation, so that there is an even greater speed reduction and the working machine can be brought into a speed range via the second changed modulation, in which the working machine can be driven exclusively via the braking torque can be braked in recuperation mode of the drive motor.
  • the first changed limit value of the counter is advantageously chosen such that the auxiliary brake can also carry out the further brake actuation without damage and non-destructively. Accordingly, the second modified limit value of the counter is at a higher value of the counter than the first modified limit value.
  • the actuation of the auxiliary brake is terminated when the cumulative counter reaches the limit value, the first modified limit value or the second modified limit value and/or a specifiable period of time for actuating the auxiliary brake has been exceeded and /or the speed has fallen below the limit.
  • an acoustic and/or visual and/or haptic warning is issued to the driver when the actuation of the auxiliary brake is terminated without the speed falling below the limit.
  • the invention also relates to an electrified drive train for a work machine, the drive train having a drive motor, a service brake and an auxiliary brake, with the drive motor of the drive train being coupled to at least one wheel of the work machine so that a braking torque of the drive motor acts on the work machine Can counteract downhill slope force, the drive train being designed to carry out an automated actuation of the auxiliary brake when the work machine is subject to impermissible acceleration and the drive train being designed to carry out the actuation of the auxiliary brake in accordance with a required braking torque.
  • the drive train according to the invention is characterized in that the drive train is also designed to actuate the backup brake based on a thermal load on the backup brake and that the backup brake is designed as a spring-loaded brake that can be released hydraulically or pneumatically.
  • the drive train is designed to carry out the method according to the invention.
  • the invention also relates to a work machine comprising a drive train according to the invention.
  • the work machine is preferably a wheel loader. But it can also be a compact loader, telehandler, dumper, excavator or tractor.
  • the invention is explained below by way of example using the embodiments shown in the figures.
  • FIG. 1 shows a possible embodiment of the method according to the invention by way of example and in the form of a flow chart.
  • FIG. 1 shows, by way of example and in the form of a flow chart, a possible embodiment of the method according to the invention.
  • method step 100 an ignition of the working machine is actuated or it is put into operation via a switch and the method according to the invention is thus started.
  • the parameters describing the working machine, the drive train and the auxiliary brake are loaded from a read-only memory into the main memory of a computing unit, which executes the method in the form of a software algorithm.
  • the actual and a maximum permissible driving speed are recorded at points in time that are specified by a clock generator.
  • the maximum permissible driving speed represents a limit speed and is characterized by an incline of the slope on which the work machine travels downhill.
  • step 102 If it is detected in step 102 that the actual driving speed has exceeded the speed limit, then the auxiliary brake, which is designed as a so-called SAHR brake, is automatically actuated. While in step 103 the automated actuation of the support brake takes place, a cumulative counter is increased cumulatively with each clock signal in accordance with the clock generator. The counter is thus a measure of the thermal load on the auxiliary brake, the temperature of which continues to increase as the auxiliary brake is actuated.
  • the heat introduced into the auxiliary brake by the actuation of the auxiliary brake is successively absorbed by the transmission oil in step 104 or radiated into the environment.
  • This cooling process takes place continuously as long as the working machine does not fall below a defined minimum speed.
  • the cumulative counter is therefore clock-related reduced as a function over time, whereby the counter cannot become negative.
  • the reduction of the counter by cooling the auxiliary brake occurs cumulatively to the increase of the counter by actuating the auxiliary brake, so that the reduction of the counter and the increase of the counter are offset against each other at the times specified by the clock generator.
  • the cooling times are disproportionately long, which is why the counter is not reduced below the minimum speed.
  • step 105 the actuation of the auxiliary brake is aborted if the counter has exceeded a limit value.
  • the actuation of the auxiliary brake is aborted in step 106 when the working machine has reached a driving speed that is below the speed limit.
  • the limit speed remains reduced in step 107 until the counter has reached a value due to cooling, at which further actuation of the auxiliary brake is possible.
  • step 109 the auxiliary brake is actuated again with a second modified modulation.
  • step 111 a warning is issued to the driver of the working machine and he is asked to check the actual driving speed of the working machine.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs einer Arbeitsmaschine, wobei der Antriebsstrang einen Antriebsmotor, eine Betriebsbremse und eine Unterstützungsbremse aufweist, wobei eine triebliche Kopplung des Antriebsmotors des Antriebsstrangs mit mindestens einem Rad der Arbeitsmaschine besteht, sodass ein Bremsmoment des Antriebsmotors einer auf die Arbeitsmaschine wirkenden Hangabtriebskraft entgegenwirkt, wobei eine automatisierte Betätigung der Unterstützungsbremse erfolgt (103), wenn die Arbeitsmaschine einer unzulässigen Beschleunigung unterliegt (102) und wobei die Betätigung der Unterstützungsbremse nach Maßgabe eines erforderlichen Bremsmoments erfolgt (103). Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Betätigung der Unterstützungsbremse auch nach Maßgabe einer thermischen Belastung der Unterstützungsbremse erfolgt (107, 111) und dass die Unterstützungsbremse als federdruckbeaufschlagte und hydraulisch oder pneumatisch lösbare Bremse ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft weiterhin einen elektrifizierten Antriebsstrang und eine entsprechende Arbeitsmaschine.

Description

Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs einer Arbeitsmaschine, elektrifizierter
Antriebsstrang und Arbeitsmaschine
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs einer Arbeitsmaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 , einen elektrifizierten Antriebsstrang für eine Arbeitsmaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 11 sowie eine entsprechende Arbeitsmaschine.
Im Stand der Technik sind neben konventionell angetriebenen Arbeitsmaschinen auch elektrisch angetriebene Arbeitsmaschinen, wie etwa Radlader, Kompaktlader, Teleskoplader, Dumper oder Bagger bekannt. Derartige Arbeitsmaschinen sind entweder rein elektrisch angetrieben, d.h. sie verfügen als Energiespeicher ausschließlich über eine elektrische Batterie bzw. eine Brennstoffzelle zur Erzeugung von Elektrizität aus Wasserstoff. Oder aber sie sind diesel-elektrisch angetrieben, was bedeutet, dass die benötigte Energie von einem dieselgetriebenen Generator sowie ggf. von einem elektrischen Pufferspeicher, wie z.B. einem entsprechend dimensionierten Kondensator oder einer vergleichsweise kleinen Batterie, bereitgestellt wird. In allen Fällen wird die für den Fahrantrieb und den Arbeitsantrieb benötigte mechanische Leistung von einem oder mehreren Antriebsmotoren erbracht. Weiterhin ist es bekannt, die Antriebsmotoren von elektrischen Antrieben bei Bremsvorgängen im Generatorbetrieb zum Rekuperieren von elektrischer Leistung zu verwenden. Zusätzlich ist dabei stets eine mechanische Reibungsbremse vorgesehen, damit aus Sicherheitsgründen jederzeit eine ausreichend große Bremsleistung bereitgestellt werden kann.
In diesem Zusammenhang beschreibt die EP 0962 597 A2 eine batteriebetriebene Arbeitsmaschine, welche für den Fahrantrieb zwei Antriebsmotoren aufweist und einen weiteren Antriebsmotor für den Arbeitsantrieb aufweist.
Die WO 2008/128674 A1 offenbart eine Arbeitsmaschine mit einem Hybridantriebsstrang, umfassend eine Verbrennungskraftmaschine und eine Elektromaschine. Zur Energieversorgung der Elektromaschine ist ein elektrischer Energiespeicher vorgesehen, der rekuperativ geladen werden kann, indem der Antriebsmotor bei einem Bremsvorgang der Arbeitsmaschine im Generatorbetrieb betrieben wird.
Die DE 10 2020 203 594 A1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Antriebsstrangs für eine Arbeitsmaschine. Hier findet ein automatisierter Bremseneingriff statt, wenn während eines Rekuperationsbetriebs eine unzulässige Beschleunigung erfolgt, also beispielsweise wenn die Arbeitsmaschine eigentlich rekuperativ gebremst werden soll, die Bremswirkung aber aufgrund der Hangabtriebskraft zu gering ist. Die gesamte Offenbarung der DE 10 2020 203 594 A1 sei durch Verweis in die vorliegende Patentanmeldung miteinbezogen.
Weiterhin sind im Stand der Technik sog. SAHR-Bremsen bekannt. SAHR bedeutet Spring Applied Hydraulic Released und kennzeichnet eigensichere Bremsen, die drucklos schließen und sowohl als Hilfs- wie auch als Feststellbremse genutzt werden können. Die Bremswirkung wird erzielt, indem die Federkraft auf Reibelemente wirkt, welche über den Drehmomentstrang einer Maschine mit dem Untergrund verbunden sind. Diese Funktionalität lässt sich auch durch mittels Gasdruck lösbare Bremsen erreichen. Im folgenden wird der Begriff SAHR-Bremse sowohl für hydraulisch als auch für pneumatisch lösbare Bremsen verwendet.
Die bekannten Antriebsstränge für Arbeitsmaschinen, insbesondere die bekannten elektrischen Antriebsstränge für Arbeitsmaschinen, sind jedoch dahingehend nachteilbehaftet, als dass sie bei einer Hangabfahrt mit vergleichsweise hoher Geschwindigkeit oftmals kein ausreichend großes Bremsmoment bzw. Rekuperationsmoment mehr aufbringen können, um eine weitere unzulässige Beschleunigung der Arbeitsmaschine aufgrund der Hangabtriebskraft in einen für die Arbeitsmaschine unzulässig hohen Geschwindigkeitsbereich zu verhindern.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs einer Arbeitsmaschine vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs einer Arbeitsmaschine gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs einer Arbeitsmaschine, wobei der Antriebsstrang einen Antriebsmotor, eine Betriebsbremse und eine Unterstützungsbremse aufweist, wobei eine triebliche Kopplung des Antriebsmotors des Antriebsstrangs mit mindestens einem Rad der Arbeitsmaschine besteht, sodass bei einer Hangabfahrt ein Bremsmoment des Antriebsmotors einer auf die Arbeitsmaschine wirkenden Hangabtriebskraft entgegenwirkt, wobei eine automatisierte Betätigung der Unterstützungsbremse erfolgt, wenn die Arbeitsmaschine einer unzulässigen Beschleunigung unterliegt und wobei die Betätigung der Unterstützungsbremse nach Maßgabe eines erforderlichen Bremsmoments erfolgt.
Erfindungsgemäß ist also ein Verfahren vorgesehen, welches das Betreiben eines Antriebsstrangs einer Arbeitsmaschine betrifft. Der Antriebsstrang umfasst einen Antriebsmotor, welcher eine Antriebsleistung zum Antrieb der Arbeitsmaschine bereitstellt. Der Antriebsmotor kann ausschließlich einem Fahrantrieb zugeordnet sein oder auch einem Arbeitsantrieb der Arbeitsmaschine zugeordnet sein. Der Antriebsstrang umfasst weiterhin eine Betriebsbremse und eine Unterstützungsbremse, wobei die Unterstützungsbremse beispielsweise eine Parkbremsfunktion erfüllen kann. Sowohl bei der Betriebsbremse als auch bei der Unterstützungsbremse handelt es sich bevorzugt um mechanische Reibungsbremsen.
Der Antriebsmotor des Antriebsstrangs ist dabei mit mindestens einem Rad der Arbeitsmaschine trieblich gekoppelt, beispielsweise über ein Getriebe und eine lösbare Kupplung, insbesondere über eine Lamellenkupplung. Aus der trieblichen Kopplung zwischen dem Antriebsmotor und dem mindestens einen Rad folgt, dass ein vom Antriebsmotor erzeugtes Beschleunigungsmoment zu einer Drehzahlerhöhung des mindestens einen Rads führt. Die Drehzahlerhöhung des mindestens einen Rads entspricht dabei der Drehzahlerhöhung des Antriebsmotors unter Berücksichtigung eines Übersetzungsverhältnisses zwischen dem Antriebsmotor und dem mindestens einen Rad. In analoger Weise führt ein vom Antriebsmotor erzeugtes Bremsmoment zu einer Drehzahlreduzierung des mindestens einen Rads. Umgekehrt führt auch ein Beschleunigungsmoment des mindestens einen Rads, welches beispielsweise aus einer Hangabfahrt der Arbeitsmaschine resultieren kann, zu einer Drehzahlerhöhung des Antriebsmotors. Ein von mindestens einem Rad erzeugtes Bremsmoment, welches sich beispielsweise aus einer Hangauffahrt der Arbeitsmaschine ergeben kann, führt entsprechend zu einer Drehzahlreduzierung des Antriebsmotors.
Es erfolgt eine automatisierte Betätigung der Unterstützungsbremse, wenn die Arbeitsmaschine einer unzulässigen Beschleunigung unterliegt, beispielsweise aufgrund einer Hangabfahrt. Die Unterstützungsbremse wird dabei nach Maßgabe eines erforderlichen Bremsmoments betätigt, wobei das erforderliche Bremsmoment vorteilhaft dasjenige Bremsmoment ist, welches erforderlich ist, um eine Geschwindigkeit der Arbeitsmaschine soweit zu reduzieren, dass alleine aufgrund des Bremsmoment des Antriebsmotors keine weitere unzulässige Beschleunigung mehr stattfindet.
Der Antriebsmotor erzeugt ein Bremsmoment, wenn er nicht aktiv betrieben wird und ein Drehmoment bereitstellt, sondern über Raddrehung der Arbeitsmaschine passiv angetrieben wird. Bei einem Verbrennungsmotor entspricht das Bremsmoment dem sog. Schleppmoment, bei einem Elektromotor entspricht das Bremsmoment dem sog. Rekuperationsmoment.
Unter einer unzulässigen Beschleunigung wird im Sinne der Erfindung einerseits eine von einem Fahrer der Arbeitsmaschine nicht initiierte Beschleunigung verstanden, wie sie beispielsweise aufgrund einer Hangabfahrt bzw. einer auf die Arbeitsmaschine beschleunigend wirkenden Hangabtriebskraft auftreten kann. Andererseits wird unter einer unzulässigen Beschleunigung aber auch eine vom Fahrer zwar bewusst initiierte, jedoch missbräuchliche Beschleunigung der Arbeitsmaschine in einen Geschwindigkeitsbereich verstanden, bei dem Komponenten des Antriebsstrangs aufgrund der hohen Drehzahl beschädigt oder gar zerstört werden können. Das Fahren bei unzulässig hohen Geschwindigkeiten kann darüber hinaus auch zu sicherheitsrelevanten bzw. sicherheitskritischen Fahrzuständen führen.
Die unzulässige Beschleunigung kann dabei z.B. wie jede andere Beschleunigung der Arbeitsmaschine anhand der Überwachung und zeitlichen Differenzierung einer erfassten Raddrehzahl, Motordrehzahl oder sonstigen Drehzahl in einem Getriebe der Arbeitsmaschine erkannt werden. Ebenso ist es denkbar, dass die Beschleunigung z.B. über ein Satellitennavigationssystem erkannt wird. Insbesondere kann aber auch bereits aus dem bloßen Auftreten einer Beschleunigung während des Re- kuperationsbetriebs eines elektrischen Antriebsmotors bzw. während des Schleppbetriebs des verbrennerkraftgetriebenen Antriebsmotors geschlossen werden, dass die Beschleunigung unzulässig ist, da der Rekuperationsbetrieb bzw. Schleppbetrieb des Antriebsmotors in der Regel zum Verzögern der Arbeitsmaschine herangezogen wird, weil der Rekuperationsbetrieb bzw. Schleppbetrieb prinzipbedingt ein Bremsmoment bereitstellt. Eine gleichzeitig auftretende Beschleunigung steht somit im Gegensatz zu einer vom Fahrer der Arbeitsmaschine initiierten Verzögerung oder zumindest dem Wunsch, die gegenwärtige Geschwindigkeit beizubehalten, welche durch den Rekuperationsbetrieb bzw. Schleppbetrieb bewirkt werden soll.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Betätigung der Unterstützungsbremse auch nach Maßgabe einer thermischen Belastung der Unterstützungsbremse erfolgt und dass die Unterstützungsbremse als federdruckbeaufschlagte und hydraulisch oder pneumatisch lösbare Bremse ausgebildet ist.
Das heißt also, dass für die Betätigung der Unterstützungsbremse nicht nur das jeweils erforderliche Bremsmoment berücksichtigt wird, sondern darüber hinaus auch die thermische Belastung der Unterstützungsbremse berücksichtigt wird. Dies ermöglicht es vorteilhaft, als Unterstützungsbremse eine federdruckbeaufschlagte und hydraulisch oder pneumatisch lösbare Bremse zu verwenden, welche für gewöhnlich aufgrund ihrer Auslegung nicht als Betriebsbremse verwendbar ist.
Bei der Unterstützungsbremse handelt es sich also um eine sog. SAHR-Bremse, beispielsweise um eine als SAHR-Bremse ausgebildete Scheibenbremse.
Um ein schlagartiges Auftreten der Bremswirkung vorteilhaft zu vermeiden und eine Abstufung der Bremswirkung, z.B. aus Komfortgründen, zu erreichen, ist vorteilhaft eine Modulation des anliegenden Öffnungsdrucks, also der Gegenkraft zu den Federelementen, vorgesehen. Eine bevorzugte Möglichkeit zur Modulation sind elektronisch geregelte Proportionalventile in der Zuleitung des SAHR-Federspeichers. Über die Anregung des Ventils lässt sich der Druck annähernd stufenlos einregeln. Aus Sicherheitsgründen sind die entsprechenden Ventile vorteilhaft stromlos offen.
Die Balance aus Bremsverzögerung, Energieeintrag (Aufheizung der Unterstützungsbremse), Häufigkeit und zeitlichem Abstand der Betätigung kann beispielsweise analytisch bzw. rechnerisch oder in Fahrversuchen erarbeitet werden und dient als Basis für die Betätigung der Unterstützungsbremse.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass die unzulässige Beschleunigung erkannt wird, indem eine Einstellung einer Einrichtung zur Drehzahlvorgabe des Antriebsmotors sowie eine Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine gleichzeitig überwacht und in Relation gesetzt werden. Die Einrichtung zur Drehzahlvorgabe kann dabei eine beliebige Steuer- oder Regelvorrichtung zur Drehzahlvorgabe des Antriebsmotors sein, z.B. ein Gaspedal, ein Hebel oder auch ein Drehsteller sein. Somit kann eine unzulässige Beschleunigung alleine durch Abgleich von Informationen, welche ohne zusätzliche Sensorik in der Arbeitsmaschine vorliegen, erkannt werden. Wenn beispielsweise die Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine zunimmt, was insbesondere anhand einer Raddrehzahländerung, einer Motordrehzahländerung oder einer Getriebedrehzahländerung erkannt werden kann, wobei gleichzeitig jedoch eine Einstellung der Einrichtung zur Drehzahlvorgabe des Antriebsmotors unverändert bleibt, d.h., dass gemäß dem Wunsch des Fahrers der Arbeitsmaschine offensichtlich keine Beschleunigung erfolgen soll, so wird auf eine unzulässige Beschleunigung erkannt. Ebenso kann auch auf eine unzulässige Beschleunigung erkannt werden, wenn die Einstellung der Einrichtung zur Drehzahlvorgabe des Antriebsmotors sogar zurückgenommen wird und die Geschwindigkeit der Arbeitsmaschine sich dennoch erhöht.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass eine Erkennung eines Gefälles erfolgt. Dazu können Mittel zur Erkennung eines Gefälles vorgesehen sein. Die Mittel zur Erkennung eines Gefälles können beispielsweise als Satellitennavigationssystem ausgebildet sein. Bei dem Satellitennavigationssystem kann es sich beispielsweise um GPS, Galileo oder Glonass handeln. Das Satellitennavigationssystem umfasst weiterhin einen digitalen Speicher, in welchem digitale Kartendaten abgelegt sind. Diese digitalen Kartendaten umfassen vorteilhaft topographische Daten, d.h. Höhenangaben und Höhenänderungen. Somit kann auch anhand des Satellitennavigationssystems, nämlich durch Bestimmung einer aktuellen Position der Arbeitsmaschine sowie Auslesen der topographischen Kartendaten an der festgestellten Position der Arbeitsmaschine ein Gefälle erkannt werden.
Alternativ bevorzugt ist es vorgesehen, dass die Mittel zur Erkennung eines Gefälles als Füllstandssensoren von Fluidbehältnissen der Arbeitsmaschine ausgebildet sind. Geeignete Fluidbehältnisse der Arbeitsmaschine können etwa ein ggf. vorgesehener Treibstofftank, ein Kühlwassertank, ein Scheibenwischwassertank oder ein Ausgleichsbehälter für Hydraulikfluid eines Arbeitsantriebs der Arbeitsmaschine sein. Je nach ihrer spezifischen Anordnung in den Fluidbehältnissen der Arbeitsmaschine können die Füllstandssensoren dadurch eine Neigung der Arbeitsmaschine erkennen, und anhand der erkannten Neigung der Arbeitsmaschine wiederum kann erkannt werden, dass sich die Arbeitsmaschine an einem Gefälle befindet. Beispielsweise ist es möglich, dass ein Füllstandssensor im Kühlwasserbehälter, welcher den Kühlwasserfüllstand erfasst, bei einer Neigung der Arbeitsmaschine in Frontrichtung, was einer Hangabfahrt der Arbeitsmaschine entspricht, eine vermeintliche Zunahme des Kühlwasserstands erfasst. Umgekehrt würde dieser Füllstandssensor bei einer Hangauffahrt der Arbeitsmaschine eine plötzliche vermeintliche Abnahme des Kühlwasserstands erfassen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Antriebsmotor als Elektromotor ausgebildet ist und in einem Rekuperationsbe- trieb das vom Antriebsmotor erzeugte Bremsmoment bereitstellt. Im Rekuperations- betrieb stellt der als Elektromotor ausgebildete Antriebsmotor ein Bremsmoment bereit und rekuperiert gleichzeitig elektrische Energie. Somit wird ein energieeffizienter Betrieb des Antriebsstrangs ermöglicht.
Da das im Rekuperationsbetrieb bereitstellbare Bremsmoment maßgeblich durch die
Drehzahl des Elektromotors geprägt ist, wobei das Bremsmoment bei geringen Drehzahlen vergleichsweise groß ist und zu höheren Drehzahlen hin vergleichsweise gering wird, muss die Betätigung der Unterstützungsbremse abhängig vom Wert der unzulässigen Beschleunigung die Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine soweit reduzieren, dass sich der Antriebsmotor in einem Drehzahlbereich befindet, in welchem er aufgrund der Rekuperation ein ausreichendes Bremsmoment bereitstellen kann. Dies kann auch zu einer Reduzierung der Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine unter diejenige Fahrgeschwindigkeit führen, welche die Arbeitsmaschine vor dem Auftreten der unzulässigen Beschleunigung hatte. Vorteilhaft erfolgt die Betätigung der Unterstützungsbremse nur so lange, bis die Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine bzw. die Drehzahl des Antriebsmotors ausreichend reduziert wurde.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass eine der Unterstützungsbremse in einem Bremsbetrieb zugeführte Wärmemenge kontinuierlich ermittelt wird und ein kumulierender Zähler während der Betätigung erhöht wird, wobei der kumulierende Zähler über die Zeit wieder reduziert wird, wenn keine Betätigung erfolgt. Der kumulierende Zähler ist somit ein Maß für die Wärmemenge, die in die Unterstützungsbremse aufgrund des Bremsbetriebs eingetragen wird. Er steigt, solange eine Betätigung der Unterstützungsbremse erfolgt und sinkt mit der Zeit wieder ab, wenn keine Betätigung der Unterstützungsbremse erfolgt. Somit kann auf vergleichsweise einfache Weise ausschließlich anhand des Zählers und insbesondere ohne Temperaturmessung ein Maß für die Temperatur und damit für die weitere Bremsfähigkeit der Unterstützungsbremse ermittelt werden.
Der Zähler berücksichtigt dabei durch Vorgabe entsprechender Parameter beispielsweise eine Masse der Arbeitsmaschine, eine aufgebrachte Bremskraft sowie eine maximal zulässige Temperatur der Unterstützungsbremse. Der Zähler berücksichtigt weiterhin vorteilhaft eine auf die Unterstützungsbremse wirkende Kühlleistung, beispielsweise in Form der Menge und der Temperatur von der Unterstützungsbremse zugeführtem Kühlöl.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der kumulierende Zähler nicht im Stillstand der Arbeitsmaschine reduziert wird. Da im Stillstand der Arbeitsmaschine üblicherweise kein Kühlöl gefördert wird und ebenso kein Fahrtwind an der Unterstützungsbremse entlangströmen kann, erfolgt hier ein vergleichsweise langsames Abkühlen, welches zur Vereinfachung des Verfahrens ignoriert wird, indem der Zähler im Stillstand der Arbeitsmaschine nicht reduziert wird.
Vorteilhaft kann der Zähler auf einen Ausgangswert, beispielsweise den Wert null, zurückgesetzt werden, wenn eine Zündung der Arbeitsmaschine ausgeschaltet und mit einem vorgebbaren zeitlichen Abstand wieder eingeschaltet wird.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass eine aktuelle Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine kontinuierlich erfasst und kontinuierlich gegen eine vorgebbare Grenzgeschwindigkeit verglichen wird, wobei bei einem Überschreiten der Grenzgeschwindigkeit das Bremsmoment der Unterstützungsbremse durch eine Modulation des hydraulischen oder pneumatischen Drucks derart eingestellt wird, dass die Betätigung der Unterstützungsbremse eine Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine soweit reduziert, dass alleine aufgrund des vom Antriebsmotor erzeugten Bremsmoments keine unzulässige Beschleunigung mehr erfolgt.
In anderen Worten wird der unzulässigen Beschleunigung also solange nicht durch die Betätigung der Unterstützungsbremse automatisiert entgegengewirkt, wie die Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine die Grenzgeschwindigkeit nicht überschreitet. Unabhängig davon bleibt dem Fahrer der Arbeitsmaschine natürlich die Möglichkeit, einen manuellen Bremseneingriff, beispielsweise mittels der Betriebsbremse, vorzunehmen, um eine unzulässige Beschleunigung zu verhindern.
Die Grenzgeschwindigkeit ist dabei vorteilhaft abhängig von der jeweils wirkenden Hangabtriebskraft und damit von der Steigung des Hangs, den die Arbeitsmaschine herabfährt. Je größer nämlich die Hangabtriebskraft ist, desto größer muss auch das von der Unterstützungsbremse aufzubringende Bremsmoment sein, um die Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine konstant zu halten oder zu reduzieren. Da gleichzeitig das im Rekuperationsbetrieb bereitstellbare Bremsmoment des Antriebsmotors maßgeblich durch die Drehzahl des Antriebsmotors geprägt ist, wobei das Bremsmoment bei geringen Drehzahlen vergleichsweise groß ist und zu höheren Drehzahlen hin vergleichsweise gering wird, ist die Grenzgeschwindigkeit bei einem vergleichsweise steilen Hang vorteilhaft geringer als bei einem vergleichsweise flachen Hang.
Je nachdem, ob die Unterstützungsbremse hydraulisch oder pneumatisch betätigbar ist, erfolgt eine hydraulische oder pneumatische Betätigung mittels einer entsprechenden Modulation der Unterstützungsbremse. Die Modulation sorgt einerseits dafür, dass das Bremsmoment der Unterstützungsbremse nicht schlagartig, sondern gleichmäßig entfaltet wird. Andererseits kann dadurch das Bremsmoment auch dosiert werden, um ein an die jeweils erforderliche Bremsung angepasstes Bremsmoment bereitzustellen.
Indem die Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine soweit reduziert wird, dass dann alleine aufgrund des Rekuperationsbetriebs keine unzulässige Beschleunigung mehr erfolgt, kann die Arbeitsmaschine ohne weiteren Bremseneingriff und damit ohne Bremsenverschleiß die Fahrt fortsetzen. Da zudem die gesamte Bremsenergie durch Rekuperation bereitgestellt wird, kann sie auch nahezu vollständig in elektrische Energie gewandelt werden, die später zum Antrieb der Arbeitsmaschine wieder zur Verfügung steht.
Nachdem die Arbeitsmaschine auf eine Fahrgeschwindigkeit unterhalb der Grenzgeschwindigkeit abgebremst wurde, kann die Unterstützungsbremse geöffnet werden, um abzukühlen.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass eine maximal zulässige Fahrzeuggeschwindigkeit der Arbeitsmaschine begrenzt wird und/oder der Geschwindigkeitsschwellwert reduziert wird, solange der Zähler oberhalb eines Grenzwerts liegt.
Der Grenzwert gibt dabei vorteilhaft eine thermische Belastbarkeit der Unterstützungsbremse an, d.h., er ist ein Indikator, wieviel Wärmemenge bei einem Bremsvorgang in die Bremse eingetragen werden kann, bevor diese dauerhaft Schaden nimmt oder zumindest bevor die Bremseigenschaften der Unterstützungsbremse aufgrund der eingetragenen Wärmemenge vorübergehend verschlechtert sind.
Indem die maximal zulässige Fahrzeuggeschwindigkeit der Arbeitsmaschine begrenzt wird und/oder der Geschwindigkeitsschwellwert reduziert wird, kann sichergestellt werden, dass die Arbeitsmaschine zuverlässig alleine über das Bremsmoment im Rekuperationsbetrieb des Antriebsmotors in einem Geschwindigkeitsbereich gehalten wird, der keine weitere Betätigung der Unterstützungsbremse erfordert.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Bremsbetätigung mit einer ersten geänderten Modulation ein erstes Mal wiederholt wird und ein erster geänderter Grenzwert vorgegeben wird, wenn bei Erreichen des Grenzwerts durch den Zähler die Fahrzeuggeschwindigkeit noch oberhalb der Grenzgeschwindigkeit liegt. Die erste geänderte Modulation kann dabei beispielsweise ein höheres Bremsmoment erzeugen als die zuvor verwendete Modulation, so dass sich eine stärkere Geschwindigkeitsreduzierung ergibt und die Arbeitsmaschine ggf. über die erste geänderte Modulation in einen Geschwindigkeitsbereich gebracht werden kann, in dem die Arbeitsmaschine ausschließlich über das Bremsmoment im Rekuperationsbetrieb des Antriebsmotors gebremst werden kann.
Sofern eine Wiederholung der Bremsbetätigung mit einer ersten geänderter Modulation vorgesehen ist, ist der Grenzwert des Zählers vorteilhaft so gewählt, dass die Unterstützungsbremse eine weitere Bremsbetätigung ausführen kann, ohne dabei thermisch beschädigt oder gar zerstört zu werden. Der erste geänderte Grenzwert des Zählers liegt entsprechend bei einem höheren Wert des Zählers als der ursprüngliche Grenzwert.
Gemäß einer nochmals weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Bremsbetätigung mit einer zweiten geänderten Modulation ein zweites Mal wiederholt wird und ein zweiter geänderter Grenzwert vorgegeben wird, wenn bei Erreichen des ersten geänderten Grenzwerts durch den Zähler die Fahrzeuggeschwindigkeit noch oberhalb der Grenzgeschwindigkeit liegt. Die zweite geänderte Modulation kann dabei beispielsweise ein nochmals höheres Bremsmoment erzeugen als die erste geänderte Modulation, so dass sich eine nochmals stärkere Geschwindigkeitsreduzierung ergibt und die Arbeitsmaschine ggf. über die zweite geänderte Modulation in einen Geschwindigkeitsbereich gebracht werden kann, in dem die Arbeitsmaschine ausschließlich über das Bremsmoment im Reku- perationsbetrieb des Antriebsmotors gebremst werden kann.
Sofern eine zweite Wiederholung der Bremsbetätigung mit einer entsprechenden, zweiten geänderter Modulation vorgesehen ist, ist der erste geänderte Grenzwert des Zählers vorteilhaft so gewählt, dass die Unterstützungsbremse auch die nochmals weitere Bremsbetätigung beschädigungsfrei und zerstörungsfrei ausführen kann. Der zweite geänderte Grenzwert des Zählers liegt entsprechend bei einem höheren Wert des Zählers als der erste geänderte Grenzwert.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Betätigung der Unterstützungsbremse beendet wird, wenn der kumulierende Zähler den Grenzwert, den ersten geänderten Grenzwert oder den zweiten geänderten Grenzwert erreicht und/oder eine vorgebbare Zeitdauer für die Betätigung der Unterstützungsbremse überschritten ist und/oder die Grenzgeschwindigkeit unterschritten wurde. Somit ist einerseits gewährleistet, dass die Unterstützungsbremse durch den fortgesetzten Bremsbetrieb und die damit einhergehende thermische Belastung nicht zerstört wird. Andererseits wird die Unterstützungsbremse keinem unnötigen Verschleiß ausgesetzt und die durch Rekuperation zurückgewinnbare Energie erhöht, indem das erforderliche Bremsmoment ausschließlich durch den Rekupe- rationsbetrieb des Antriebsmotors aufgebracht wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass eine akustische und/oder optische und/oder haptische Warnung an den Fahrer ausgegeben wird, wenn die Betätigung der Unterstützungsbremse beendet wird ohne dass die Grenzgeschwindigkeit unterschritten wurde. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass der Fahrer gewarnt werden kann, wenn eine unzulässige Beschleunigung vorliegt, welche nicht durch das Bremsmoment des Rekuperationsbetriebs und der Unterstützungsbremse kompensiert werden kann. Um eine weitere Beschleunigung zu vermeiden, die ggf. zu einer Gefahrensituation führen kann, kann der Fahrer dann über die Betriebsbremse ggf. einen Bremsvorgang einleiten.
Die Erfindung betrifft außerdem einen elektrifizierten Antriebsstrang für eine Arbeitsmaschine, wobei der Antriebsstrang einen Antriebsmotor, eine Betriebsbremse und eine Unterstützungsbremse aufweist, wobei eine triebliche Kopplung des Antriebsmotors des Antriebsstrangs mit mindestens einem Rad der Arbeitsmaschine besteht, sodass ein Bremsmoment des Antriebsmotors einer auf die Arbeitsmaschine wirkenden Hangabtriebskraft entgegenwirken kann, wobei der Antriebsstrang dazu ausgebildet ist, eine automatisierte Betätigung der Unterstützungsbremse vorzunehmen, wenn die Arbeitsmaschine einer unzulässigen Beschleunigung unterliegt und wobei der Antriebsstrang dazu ausgebildet ist, die Betätigung der Unterstützungsbremse nach Maßgabe eines erforderlichen Bremsmoments vorzunehmen.
Der erfindungsgemäße Antriebsstrang zeichnet sich dadurch aus, dass der Antriebsstrang weiterhin dazu ausgebildet ist, die Betätigung der Unterstützungsbremse auch nach Maßgabe einer thermischen Belastung der Unterstützungsbremse vorzunehmen und dass die Unterstützungsbremse als federdruckbeaufschlagte und hydraulisch oder pneumatisch lösbare Bremse ausgebildet ist.
Daraus ergeben sich die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Vorteile auch für den erfindungsgemäßen Antriebsstrang.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Antriebsstrang dazu ausgebildet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
Die Erfindung betrifft schließlich auch eine Arbeitsmaschine, umfassend einen erfindungsgemäßem Antriebsstrang.
Bei der Arbeitsmaschine handelt es sich bevorzugt um einen Radlader. Es kann sich aber auch um einen Kompaktlader, Teleskoplader, Dumper, Bagger oder Traktor handeln. Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
Es zeigt:
Fig. 1 beispielhaft und in Form eines Flussdiagramms eine mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Gleiche Gegenstände, Funktionseinheiten und vergleichbare Komponenten sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Diese Gegenstände, Funktionseinheiten und vergleichbaren Komponenten sind hinsichtlich ihrer technischen Merkmale identisch ausgeführt, sofern sich aus der Beschreibung nicht explizit oder implizit etwas anderes ergibt.
Fig. 1 zeigt beispielhaft und in Form eines Flussdiagramms eine mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In Verfahrensschritt 100 wird eine Zündung der Arbeitsmaschine betätigt bzw. diese über einen Schalter in Betrieb genommen und damit das erfindungsgemäße Verfahren gestartet. Die Arbeitsmaschine, den Antriebsstrang und die Unterstützungsbremse beschreibende Parameter werden dabei aus einem Festspeicher in den Arbeitsspeicher einer Recheneinheit geladen, welche das Verfahren in Form eines Software-Algorithmus ausführt.
Im folgenden Verfahrensschritt 101 werden zu Zeitpunkten, die durch einen Taktgeber vorgegeben werden, die tatsächliche sowie eine maximal zulässige Fahrgeschwindigkeit erfasst. Die maximal zulässige Fahrgeschwindigkeit stellt eine Grenzgeschwindigkeit dar und ist geprägt durch eine Steigung des Hangs, den die Arbeitsmaschine hangabwärts befährt.
Wenn in Schritt 102 erkannt wird, dass die tatsächliche Fahrgeschwindigkeit die Grenzgeschwindigkeit überschritten hat, so erfolgt eine automatisierte Betätigung der Unterstützungsbremse, die als sog. SAHR-Bremse ausgebildet ist. Während in Schritt 103 die automatisierte Betätigung der Unterstützungsbremse erfolgt, wird ein kumulierender Zähler nach Maßgabe des Taktgebers bei jedem Taktsignal kumulierend erhöht. Der Zähler ist damit ein Maß für die thermische Belastung der Unterstützungsbremse, deren Temperatur sich mit der Dauer der Betätigung der Unterstützungsbremse immer weiter erhöht.
Die durch die Betätigung der Unterstützungsbremse in die Unterstützungsbremse eingetragene Wärme wird in Schritt 104 sukzessive vom Getriebeöl aufgenommen bzw. in die Umgebung abgestrahlt. Dieser Kühlvorgang erfolgt kontinuierlich, solange die Arbeitsmaschine eine definierte Mindestgeschwindigkeit nicht unterschreitet. Der kumulierende Zähler wird daher taktgebunden als Funktion über die Zeit reduziert, wobei der Zähler nicht negativ werden kann. Die Reduzierung des Zählers durch Kühlung der Unterstützungsbremse erfolgt kumulierend zur Erhöhung des Zählers durch Betätigung der Unterstützungsbremse, so dass die Reduzierung des Zählers und die Erhöhung des Zählers zu den vom Taktgeber vorgegebenen Zeitpunkten jeweils gegeneinander verrechnet werden. Im Stillstand der Arbeitsmaschine hingegen sind die Abkühlzeiten überproportional lang, weshalb unterhalb der Mindestgeschwindigkeit keine Reduzierung des Zählers erfolgt.
In Schritt 105 wird die Betätigung der Unterstützungsbremse abgebrochen, wenn der Zähler einen Grenzwert überschritten hat. Alternativ wird die Betätigung der Unterstützungsbremse in Schritt 106 abgebrochen, wenn die Arbeitsmaschine eine Fahrgeschwindigkeit erreicht hat, die unter der Grenzgeschwindigkeit liegt.
Sofern der Zähler während der Betätigung der Unterstützungsbremse einen Schwellwert überschritten hat, bleibt die Grenzgeschwindigkeit in Schritt 107 reduziert, bis der Zähler durch Kühlung einen Wert erreicht hat, auf dem eine weitere Betätigung der Unterstützungsbremse möglich ist.
Falls die tatsächliche Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine bei Beendigung der
Betätigung der Unterstützungsbremse in Schritt 108 jedoch noch über der Grenzgeschwindigkeit liegt, wird die Betätigung beispielsgemäß nicht abgebrochen, sondern mit einer ersten geänderten Modulation wiederholt.
Ist auch dieser zweite Versuch zur Reduzierung der tatsächlichen Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine nicht ausreichend, erfolgt in Schritt 109 eine nochmalige Betätigung der Unterstützungsbremse mit einer zweiten geänderten Modulation.
Sollte auch dieser dritte Versuch nicht zur Reduzierung der tatsächlichen Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine unter die Grenzgeschwindigkeit führen, so wird die Betätigung der Unterstützungsbremse in Schritt 110 abgebrochen und die Unterstützungsbremse gelöst, um abkühlen zu können.
Im folgenden Schritt 111 wird eine Warnung an den Fahrer der Arbeitsmaschine ausgegeben und dieser aufgefordert, die tatsächliche Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine zu kontrollieren.
Gemäß einem weiteren, in den Figuren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel findet nach dem ersten Versuch nur noch ein zweiter Versuch zur Reduzierung der tatsächlichen Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine, nicht aber ein dritter Versuch.
Bezuqszeichen
Zündung I Betätigung des Hauptschalters der Arbeitsmaschine
Erfassung tatsächliche und maximal zulässige Fahrgeschwindigkeit
Fahrgeschwindigkeit überschreitet Grenzgeschwindigkeit automatisierte Betätigung der Unterstützungsbremse
Abkühlung der Unterstützungsbremse
Zähler überschreitet Grenzwert
Fahrgeschwindigkeit unterschreitet Grenzgeschwindigkeit
Reduzierung der Grenzgeschwindigkeit zweiter Versuch zur Reduzierung der tatsächlichen Fahrgeschwindigkeit dritter Versuch zur Reduzierung der tatsächlichen Fahrgeschwindigkeit
Abkühlung der Unterstützungsbremse
Warnung an den Fahrer

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs einer Arbeitsmaschine, wobei der Antriebsstrang einen Antriebsmotor, eine Betriebsbremse und eine Unterstützungsbremse aufweist, wobei eine triebl iche Kopplung des Antriebsmotors des Antriebsstrangs mit mindestens einem Rad der Arbeitsmaschine besteht, sodass bei einer Hangabfahrt ein Bremsmoment des Antriebsmotors einer auf die Arbeitsmaschine wirkenden Hangabtriebskraft entgegenwirkt, wobei eine automatisierte Betätigung der Unterstützungsbremse erfolgt (103), wenn die Arbeitsmaschine einer unzulässigen Beschleunigung unterliegt (102) und wobei die Betätigung der Unterstützungsbremse nach Maßgabe eines erforderlichen Bremsmoments erfolgt (103), dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigung der Unterstützungsbremse auch nach Maßgabe einer thermischen Belastung der Unterstützungsbremse erfolgt (107, 111 ) und dass die Unterstützungsbremse als federdruckbeaufschlagte und hydraulisch oder pneumatisch lösbare Bremse ausgebildet ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor als Elektromotor ausgebildet ist und in einem Rekuperationsbetrieb das vom Antriebsmotor erzeugte Bremsmoment bereitstellt.
3. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Unterstützungsbremse in einem Bremsbetrieb zugeführte Wärmemenge kontinuierlich ermittelt wird und ein kumulierender Zähler während der Betätigung erhöht wird (103), wobei der kumulierende Zähler über die Zeit wieder reduziert wird, wenn keine Betätigung erfolgt (104).
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der kumulierende Zähler nicht im Stillstand der Arbeitsmaschine reduziert wird.
5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine aktuelle Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine kontinuierlich erfasst und kontinuierlich gegen eine vorgebbare Grenzgeschwindigkeit verglichen wird (101 , 102), wobei bei einem Überschreiten der Grenzgeschwindigkeit das Bremsmoment der Unterstützungsbremse durch eine Modulation des hydraulischen oder pneumatischen Drucks derart eingestellt wird (103), dass die Betätigung der Unterstützungsbremse eine Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine soweit reduziert, dass alleine aufgrund des vom Antriebsmotor erzeugten Bremsmoments keine unzulässige Beschleunigung mehr erfolgt (106).
6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine maximal zulässige Fahrzeuggeschwindigkeit der Arbeitsmaschine begrenzt wird und/oder der Geschwindigkeitsschwellwert reduziert wird, solange der Zähler oberhalb eines Grenzwerts liegt (107).
7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsbetätigung mit einer ersten geänderten Modulation ein erstes Mal wiederholt wird und ein erster geänderter Grenzwert vorgegeben wird, wenn bei Erreichen des Grenzwerts durch den Zähler die Fahrzeuggeschwindigkeit noch oberhalb der Grenzgeschwindigkeit liegt (108).
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsbetätigung mit einer zweiten geänderten Modulation ein zweites Mal wiederholt wird und ein zweiter geänderter Grenzwert vorgegeben wird, wenn bei Erreichen des ersten geänderten Grenzwerts durch den Zähler die Fahrzeuggeschwindigkeit noch oberhalb der Grenzgeschwindigkeit liegt (109).
9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigung der Unterstützungsbremse beendet wird, wenn der kumulierende Zähler den Grenzwert, den ersten geänderten Grenzwert oder den zweiten geänderten Grenzwert erreicht und/oder eine vorgebbare Zeitdauer für die Betätigung der Unterstützungsbremse überschritten ist (105) und/oder die Grenzgeschwindigkeit unterschritten wurde (106).
10. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine akustische und/oder optische und/oder haptische Warnung an den Fahrer ausgegeben wird, wenn die Betätigung der Unterstützungsbremse beendet wird ohne dass die Grenzgeschwindigkeit unterschritten wurde (111 ).
11 . Elektrifizierter Antriebsstrang für eine Arbeitsmaschine, wobei der Antriebsstrang einen Antriebsmotor, eine Betriebsbremse und eine Unterstützungsbremse aufweist, wobei eine triebliche Kopplung des Antriebsmotors des Antriebsstrangs mit mindestens einem Rad der Arbeitsmaschine besteht, sodass ein Bremsmoment des Antriebsmotors einer auf die Arbeitsmaschine wirkenden Hangabtriebskraft entgegenwirken kann, wobei der Antriebsstrang dazu ausgebildet ist, eine automatisierte Betätigung der Unterstützungsbremse vorzunehmen, wenn die Arbeitsmaschine einer unzulässigen Beschleunigung unterliegt und wobei der Antriebsstrang dazu ausgebildet ist, die Betätigung der Unterstützungsbremse nach Maßgabe eines erforderlichen Bremsmoments vorzunehmen, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsstrang weiterhin dazu ausgebildet ist, die Betätigung der Unterstützungsbremse auch nach Maßgabe einer thermischen Belastung der Unterstützungsbremse vorzunehmen und dass die Unterstützungsbremse als federdruckbeaufschlagte und hydraulisch oder pneumatisch lösbare Bremse ausgebildet ist.
12. Antriebsstrang nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsstrang dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11 auszuführen.
13. Arbeitsmaschine, umfassend einen Antriebsstrang nach mindestens einem der Ansprüche 11 und 12.
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