KR102625623B1

KR102625623B1 - 구동 장치를 구비한 작업 기계 및 작업 기계를 구동하기 위한 방법

Info

Publication number: KR102625623B1
Application number: KR1020207017040A
Authority: KR
Inventors: 위르겐 레그너
Original assignee: 젯트에프 프리드리히스하펜 아게
Priority date: 2018-03-09
Filing date: 2019-02-06
Publication date: 2024-01-15
Also published as: DE102018203622A1; US20210025137A1; KR20200124646A; EP3762552B1; WO2019170344A1; CN111886387A; CN111886387B; US11905680B2; EP3762552A1

Abstract

휠 로더용 구동 장치는 차량 휠(5)을 구동하기 위한 제1 전기 모터(3) 및 작업 장비(7)용 펌프(6)를 구동하기 위한 제2 전기 모터(4)를 갖는다. 제1 전기 모터(3)와 제2 전기 모터(4)는 액셀러레이터 페달의 위치의 신호에 따라서 제어되어, 차량이 정지 상태일 때, 제1 전기 모터(3)의 토크는 액셀러레이터 페달의 위치에 직접적으로 의존한다.

Description

구동 장치를 구비한 작업 기계 및 작업 기계를 구동하기 위한 방법

본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 규정된 방식에 따른 휠 로더와 같은 작업 기계의 구동 장치에 관한 것이다.

일반적인 구동 장치는 차량 휠을 구동하는 전기 모터를 갖는다.

US 2015/0197239 A1호 및 EP 31 30 708 A1호는 차량 휠을 구동하기 위한 전기 모터를 구비한 휠 로더를 개시하고 있다.

본 발명의 과제는, 차량 휠을 구동하기 위한 전기 모터를 구비한 작업 기계용 구동 장치를 추가로 개선하는 것이다.

상기 과제는 독립 청구항의 특징부의 특징들을 갖는 일반적인 구동 장치에 의해 해결된다.

본 발명에 따라 구동 장치는 액셀러레이터 페달로부터 신호를 수신할 수 있고 차량 휠을 구동하기 위한 제1 전기 모터를 제어하는 컴퓨팅 유닛을 갖는다. 또한, 컴퓨팅 유닛은, 예를 들어 유압 펌프를 구동함으로써, 작업 장비를 구동하는데 적합한 추가 모터를 제어한다. 이러한 추가 모터는 제2 전기 모터일 수 있다. 그러나 이러한 추가 모터는 다른 구조의 모터일 수도 있다. 이하에서 간단함을 위해, 제2 전기 모터라는 용어만이 사용된다.

차량 휠을 구동하기 위한 제1 전기 모터 및 작업 장비를 구동하기 위한 제2 전기 모터는 컴퓨팅 유닛에 의해 서로 별도로 제어될 수 있다.

이로써, 휠 로더가 디젤 엔진에 의해 구동되는 오늘날의 휠 로더와 동일한 주행 거동을 갖도록, 휠 로더와 같은 작업 기계를 제어하는 것이 가능하다. 이로 인해, 운전자는 디젤 엔진에 의해 구동되는 작업 기계에 익숙해질 필요 없이, 순수 전기적 작업 기계를 사용할 수 있다.

작업 기계는 배터리로부터 에너지를 얻을 수 있다. 그러나, 작업 기계는 연료 전지 또는 케이블을 통한 네트워크에 대한 접속부와 같은 다른 전기 에너지원을 가질 수도 있다. 이로 인해, 작업 기계를 순수하게 전기적으로 작동할 수 있다.

액셀러레이터 페달은 휠 로더의 운전실 내에 배치되고, 상기 페달은 컴퓨팅 유닛으로 신호를 출력한다. 액셀러레이터 페달이 작동하지 않는 경우 0%로 신호를 출력할 수 있고, 액셀러레이터 페달이 완전히 작동하는 경우 100%로 신호를 출력할 수 있다. 또한, 차량을 제동하기 위해, 브레이크 페달이 배치된다. 브레이크 페달은 마찬가지로 컴퓨팅 유닛으로 신호를 출력한다. 브레이크 페달의 제1 페달 행정 또는 경로에서 브레이크 페달은 신호를 출력하여, 차량은 서비스 브레이크에 의해 제동될 수 없고, 오히려 소위 인칭 모드가 활성화되어야 한다. 인칭 모드에서 작업 장비를 구동하기 위한 모터의 출력 및 속도는 증가해야 하고, 따라서 차량 휠에서 토크 및 출력은 감소해야 한다. 또한, 휠 로더는 다기능 레버를 가지며, 상기 레버에 의해 리프트 프레임 또는 리프트 장치 및 셔블과 같은 작업 장비의 조작이 가능하고, 주행 방향이 결정될 수 있고, 주행 범위, 예를 들어 고속 주행 범위 및 저속 주행 범위가 선택될 수 있다. 차량은 또한 중립 스위치와 주차 브레이크 작동부를 갖는다. 다기능 레버는 바람직하게 마찬가지로 컴퓨팅 유닛에 연결된다.

디젤 엔진 작업 기계와 같은 거동의 전기 작업 기계를 설계하기 위해, 제1 전기 모터는 액셀러레이터 페달의 위치의 신호에 따라서 제어 가능해야 한다. 이를 위해 액셀러레이터 페달은 아날로그 센서를 가지며, 상기 센서는 액셀러레이터 페달의 위치를 검출하고, 제1 전기 모터의 속도와 토크에 대한 기본값으로서 이용된다. 이 경우, 특성 곡선을 갖는 맵이 저장되는 메모리 유닛이 존재하며, 상기 메모리 유닛에 액셀러레이터 페달의 복수의 페달 위치에 대한 제1 전기 모터의 토크 및 제1 전기 모터의 속도가 저장된다. 특성 곡선은, 제1 전기 모터가 정지 상태일 때 페달 위치에 따라서 토크가 변하도록 형성된다. 이는 예를 들어, 최대 토크는 최대로 작동되는 액셀러레이터 페달에 해당하고, 작동되지 않는 액셀러레이터 페달에는 어떠한 토크도 해당하지 않음으로써 가능하다. 이제 액셀러레이터 페달의 여러 위치 중 액셀러레이터 페달의 각각 하나의 위치가 각각의 특성 곡선에 관련됨으로써, 토크는 액셀러레이터 페달의 변화에 선형으로 관련될 수 있다.

이로 인해, 셔블을 채우기 위해 액셀러레이터 페달의 위치의 변경에 의해 휠 로더가 휠의 트랙션 한계까지 이를 수 있는 주행 거동이 휠 로더에 가능하게 할 수 있다.

또한, 액셀러레이터 페달 위치가 관련된 특성 곡선은 토크가 없을 때 달성될 수 있는 규정된 최대 속도를 포함해야 한다. 이로 인해, 차량이 토크를 요구하지 않는 지형에서 차량이 이동할 때에도, 액셀러레이터 페달을 이용해서 속도를 유지할 수 있다.

차량이 오버런 모드이면, 운전자를 위해 공개된 코스팅(coasting)- 또는 제동 거동을 나타내기 위해, 바람직하게는 제한된 토크가 미리 정해진다. 오늘날의 내연기관식 구동 장치에서 제동 토크는 구동 토크보다 훨씬 작기 때문에, 액셀러레이터 페달의 해당 페달 위치에서 토크 0일 때 최대 속도가 초과되면, 구동 장치 및 제1 전기 기계는 항상 오버런 모드로 전환되어야 한다. 그런 다음 제동 토크는 구배에서 속도가 증가함에 따라 규정된 레벨로 높아져야 하며, 속도가 더 증가하는 경우에도 거의 일정하게 유지되어야 한다. 최대 제동 토크는 이 경우 바람직하게는 액셀러레이터 페달의 페달 위치와 무관하게 미리 정해진다.

액셀러레이터 페달의 페달 작동이 더 작아짐에 따라 제동 토크를 높이고 액셀러레이터 페달의 페달 작동이 커지는 경우 제동 토크를 더 작게 미리 정할 수도 있다.

차량이, 예를 들어 다기능 레버에 고속 주행 범위와 저속 주행 범위를 위한 선택 스위치를 가지면, 고속 주행 범위에서 제1 전기 모터의 최대 속도는 매우 높은 속도로, 즉 기술적으로 적절한 최대 속도로만 제한된다. 저속 주행 범위의 선택 시 속도는 액셀러레이터 페달의 위치에 따라서 훨씬 조기에 제한된다. 이를 위해, 액셀러레이터 페달 위치 0% 내지 100%는 제1 전기 모터의 속도 범위로 분할되며, 이 경우 저속 주행 범위에서의 최대 속도는 예를 들어 고속 주행 범위의 최대 속도의 3분의 1에 해당할 수 있다.

인칭 모드에서 차량을 최적으로 이용하기 위해, 차량은 액셀러레이터 페달 외에 브레이크 페달을 갖는다. 인칭 모드에서 제1 전기 모터의 출력이 감소하고, 제2 전기 모터의 출력은 증가한다. 이를 위해, 브레이크 페달은 브레이크 페달의 위치에 따라서 신호를 출력하는 아날로그 센서를 가질 수 있다. 이러한 신호는 주행 모드를 위한 제1 전기 모터의 속도 및 토크를 감소시키기 위한 기본값으로서 이용된다. 브레이크 페달 작동의 제1 부분에서는 서비스 브레이크가 작동되지 않는다. 이 부분에서 인칭 모드, 즉 제1 전기 모터의 속도와 토크의 감소 및 제2 전기 모터의 출력의 증가를 위해 센서 신호가 이용된다.

브레이크 페달이 더 눌러지면, 추가로 서비스 브레이크가 작동된다.

다른 실시예에서 작업 장비의 작동부를 구동하는 제2 전기 모터는 액셀러레이터 페달의 신호에 따라서 제어된다. 액셀러레이터 페달 신호에 따라서 뿐만 아니라 제1 전기 모터의 속도에 따라서도 제2 전기 모터를 제어할 수 있다. 작업 장비는 예를 들어 리프트- 및 셔블 이동일 수 있으며, 이러한 이동은 다기능 레버로 활성화될 수 있다.

압력 매체가 작업 장비의 실린더에 작용하는 유압 펌프를 제2 전기 모터로 구동시킬 수 있다. 이러한 유압 펌프는 정용량형 펌프로서, 즉 일정한 변위량을 갖는 펌프로 형성될 수 있지만, 조절 가능한 변위량을 갖는 펌프를 사용할 수도 있다. 조절 가능한 변위량을 갖는 펌프를 사용하는 경우 부하 감지 조절 장치가 이용될 수 있다. 일정한 변위량을 갖는 펌프를 사용하는 경우 제2 전기 모터의 속도가 송출량을 결정한다. 제2 전기 모터는, 액셀러레이터 페달을 작동시키지 않고 제2 전기 모터가 최저 속도를 갖도록 제어되어야 하고, 이로 인해 최소 체적 흐름이 송출될 수 있어, 차량이 정지 상태일 때에도 조향 이동이 수행될 수 있다. 제2 전기 모터에 연결된 펌프는 이 경우 압력 매체를 조향 밸브로 송출하고, 상기 밸브는 조향을 위한 액추에이터에 압력 매체를 가한다.

액셀러레이터 페달이 작동되면, 메모리 유닛에 저장된 특성 곡선을 통해 제1 전기 모터를 위한 속도 기본값이 출력된다. 액셀러레이터 페달이 많이 작동될수록, 제1 전기 모터의 속도는 더 높아져야 한다. 제2 전기 모터의 속도는 제1 전기 모터의 속도에 따라서 제한된다. 제1 전기 모터의 속도가 낮은 경우 제2 전기 모터의 속도는 최대 속도까지 가능해야 한다. 제1 전기 모터의 속도가 더 높은 경우, 차량은 더 높은 속도를 가지며 작업 장비, 예를 들어 리프트- 또는 셔블 유압 장치가 신속하게 이동되지 않아도 되기 때문에, 제2 전기 모터의 속도는 감소할 수 있다. 그러나 차량의 조향을 위한 최저 속도를 유지해야 하므로, 제2 전기 모터의 속도는 최저 속도 아래로 낮아져서는 안 된다. 제2 전기 모터의 속도를 제한함으로써 효율이 개선된다.

바람직하게는 제2 전기 모터에 의해 구동되는 일정한 송출량을 갖는 펌프는 더 낮은 출력을 갖는 작업 기계를 위해 사용된다. 더 큰 출력의 작업 기계는 조절 가능한 펌프를 사용하며, 상기 펌프는 바람직하게 부하 감지 시스템과 함께 사용된다. 부하 감지 시스템의 경우 다수의 컨슈머에서 최대 부하 압력과 펌프 조절을 위한 압력 레벨의 펌프 압력이 이용된다. 펌프는 항상, 제어되는 컨슈머가 전체적으로 필요로 하는 만큼만 송출한다. 펌프 압력은 항상 최대 부하 컨슈머에 해당한다. 컨슈머가 제어되지 않으면, 펌프는 누출 오일 흐름만을 송출한다.

다른 실시예에서, 행정량이 조절 가능한 이러한 펌프는 펌프의 현재 송출량을 검출할 수 있는 센서를 갖는다. 이 신호는 제2 전기 모터의 속도 기본값을 위해 이용된다. 이 경우 센서 신호는 교정 및 해석된다. 신호는 0% 내지 100%의 값을 취할 수 있다. 제2 전기 모터의 속도는 이제 센서의 신호에 따라서 해당 요구에 맞춰질 수 있다. 어떠한 작업 기능도 작동되지 않으면, 예를 들어 리프트 장치의 실린더가 제어되지 않으면, 조절 가능한 펌프의 센서 신호는 거의 0이다. 이러한 상태에서 제2 전기 모터를 위한 속도 기본값은 하한값으로 제어된다. 컨슈머가 제어되면, 예를 들어 리프트 장치가 작동되면, 부하 감지 시스템은 작업 펌프에 송출 요구를 보고하고, 작업 펌프는 송출량을 높이고 센서 신호는 증가할 것이다. 작업 펌프라는 용어는 이 경우 제2 전기 모터에 연결된 조절 가능한 펌프를 의미한다. 작업 펌프의 이용 가능한 송출량이 필요한 정도보다 증가하면, 이는 작업 펌프의 감소하는 센서 신호에 의해 인식된다. 추가 속도 증가는 바람직하지 않다. 따라서 제2 전기 모터는, 그 속도를 증가시키지 않도록 제어된다. 임계값의 미달 시 제2 전기 모터를 위한 속도 기본값은 조절 알고리즘에 의해 하한값까지 감소한다. 하한값은, 예를 들어 조향을 위한 최소 체적 흐름에 의해 규정된다. 제2 전기 모터에 대한 속도 기본값을 안정화하기 위해, 이 경우 증가하는 센서 신호와 감소하는 센서 신호 사이에 히스테리시스가 존재한다.

또한, 시간에 따른 센서 신호의 변화는 제2 전기 모터의 속도 기본값을 위해 이용될 수 있다. 급격하게 증가하거나 감소하는 신호는 속도 기본값의 다이내믹에 영향을 미칠 수 있다.

다른 실시예에서, 센서들이 작업 장비, 예를 들어 리프트 장치 및 셔블에 위치된다. 리프트 장치를 제어할 수 있는 다기능 레버 내의 하나 이상의 센서에 의해, 리프트 장치 또는 셔블의 작동을 감지할 수도 있다. 리프트 장치의 작동에 따라서 제2 전기 모터의 속도는 필요에 따라 조정된다.

액셀러레이터 페달 위치 및 제1 전기 모터의 속도에 대한 제2 전기 모터의 속도 기본값의 의존성은 지속될 수 있다. 작업 장비, 즉 리프트 장치와 셔블의 작동을 감지하는 센서 정보는 이러한 의존성에 중첩된다.

다기능 레버 또는 리프트 장치 및 셔블 내의 센서들은 리프트 장치 및 셔블의 작동에 따라 비례 신호를 생성한다. 이 센서 신호는 교정 및 해석된다. 2개의 신호는 -100% 내지 +100%의 값을 취할 수 있다. 리프트 이동의 경우 센서 신호는 최대 하강을 위해 -100%로 교정되고, 최대 상승을 위해 +100%로 교정된다. 셔블 이동의 경우 센서 신호 -100%는 셔블의 최대 팁 아웃(tip out)을 의미하고, +100%는 셔블의 최대 팁 인(tip in)을 의미한다. 다기능 레버가 작동되지 않으면, 즉 리프트 및 셔블에 대한 이동이 요청되지 않으면, 센서들은 각각 0%의 신호를 전달한다. 제2 전기 모터에 대한 속도 기본값은 2개의 센서 신호의 각각의 최대 값을 이용해야 한다. 센서의 신호가 0%이면, 작업 기능의 어떠한 작동도 제공되지 않으며, 그 결과 제2 전기 모터에 대한 속도 기본값은 하한값으로 제어된다. 리프트 장치가 이동되어야 함을 센서가 인식하면, 센서의 신호에 따라서 제2 전기 모터의 속도가 증가한다.

제1 전기 모터와 제2 전기 모터를 제어하기 위해, 제1 전기 모터와 제2 전기 모터는 각각 파워 전자 장치를 갖고, 상기 파워 전자 장치는 제1 전기 모터와 제2 전기 모터에 직접 인접하게 배치될 수 있다. 파워 전자 장치를 다른 위치에 배치할 수도 있다. 제1 전기 모터의 파워 전자 장치 및 제2 전기 모터의 파워 전자 장치는 CAN 버스 시스템을 통해 컴퓨팅 유닛이라고도 하는 차량 컴퓨터에 연결된다. 추가로 CAN을 통해 디스플레이도 연결될 수 있다. 차량 컴퓨터는 브레이크 페달, 액셀러레이터 페달, 주차 브레이크용 스위치 및 주행 방향용 스위치, 고속 주행 속도와 저속 주행 속도 사이의 주행 속도용 스위치 및 중립 위치용 스위치로부터 신호를 수신한다. 제2 전기 모터에 연결된 조절 가능한 작업 펌프를 사용하는 경우, 차량 컴퓨터는 작업 펌프의 행정량의 상태에 따라서 센서의 신호도 수신할 수 있다.

에너지 공급은 배터리를 통해 이루어진다. 그러나, 발전기를 구동하는 내연기관을 통한 에너지 공급을 설계할 수도 있고, 고정식 전력 네트워크에 대한 접속부를 이용해서 차량에 에너지를 공급할 수도 있다. 이러한 에너지 공급들의 조합이 제공될 수도 있다.

컴퓨팅 유닛은 작동 전략에 따라 속도 및 최대 토크에 대한 설정값을 제1 전기 모터의 파워 전자 장치 및 제2 전기 모터의 파워 전자 장치에 출력한다. 파워 전자 장치 자체는 기본값에 따라 2개의 전기 모터를 조절한다. 속도와 토크의 실제값과 2개의 전기 모터의 작동 상태는 컴퓨팅 장치에 다시 보고된다. 결과적으로, 전기 모터를 작동시킬 수 있는 만큼의 컴퓨팅 출력만을 갖는 표준 파워 전자 장치가 사용될 수 있다. 컴퓨팅 유닛은 추가적인 출력부를 필요로 하지 않으며, 오히려 입력부 및 CAN을 통한 통신만을 필요로 한다. 이는 매우 저렴하다.

다른 특징들은 도면의 설명에 제시된다.

도 1은 휠 로더를 도시한 도면.
도 2는 휠 로더의 구동 장치의 모형도를 도시한 도면.
도 3은 고속 주행 범위에 대해 제1 전기 모터를 제어하기 위한 특성 필드를 도시한 도면.
도 4는 저속 주행 범위에 대해 제1 전기 모터를 제어하기 위한 특성 필드를 도시한 도면.
도 5는 브레이크 페달의 작동 시 특성 곡선을 도시한 도면.
도 6은 제2 전기 모터의 속도를 제어하기 위한 특성 곡선을 도시한 도면.
도 7은 제2 전기 모터를 제어하기 위한 특성 곡선을 도시한 도면.
도 8은 제2 전기 모터를 제어하기 위한 특성 곡선을 도시한 도면.
도 9는 액셀러레이터 페달 및 다기능 레버의 신호에 따라서 제2 전기 모터를 제어하기 위한 특성 곡선을 도시한 도면.

도 1:

휠 로더(1)는 제1 전기 모터(3) 및 제2 전기 모터(4)를 위한 에너지를 제공하는 배터리(2)를 갖는다. 제1 전기 모터(3)는 차량 휠(5)을 구동시킨다. 제1 전기 모터(3) 대신 다수의 전기 모터를 사용할 수도 있다. 제2 전기 모터(4)는 펌프(6)를 구동시키고, 상기 펌프는 작업 펌프라고도 하며 리프트 장치(7)의 실린더 및 휠 로더(1)의 조향 장치에 압력 매체를 공급한다. 펌프(6)는 더 낮은 출력을 갖는 차량에서 일정한 행정량을 갖는 펌프로서 구현될 수 있으며, 이 경우 다수의 정용량형 펌프가 사용될 수 있다. 더 높은 출력을 갖는 차량에서, 조절 가능한 송출량을 갖는 하나 이상의 펌프로서 펌프(6)를 설계할 수도 있다. 조절 가능한 송출량을 갖는 이러한 펌프는 종종 부하 감지 펌프로서 구현된다.

도 2:

배터리(2)의 에너지는 파워 전자 장치(8)를 통해 제1 전기 모터(3)에 공급된다. 배터리(2)의 에너지는 파워 전자 장치(9)를 통해 제2 전기 모터(4)에 공급된다. 제2 전기 모터(4)는 펌프(6)를 구동시키며, 상기 펌프의 행정량은 조절 가능하게 구현된다. 제1 모터(3)는 도시되지 않은 차량 휠을 구동시킨다. 작업 장비의 액추에이터(11) 또는 조향 장치는 밸브(10)를 통해 제어될 수 있다. 펌프(6)의 현재 행정량을 감지하기 위해, 센서(12)는 펌프(6)에 연결된다. 라인(13)을 통해, 예를 들어 CAN을 이용해서, 배터리(2), 파워 전자 장치(8), 파워 전자 장치(9), 센서(12) 및 주행 방향, 속도, 주행 범위 및 기타 차량 상태가 디스플레이되는 디스플레이(14)는, 차량 컴퓨터라고도 하는 컴퓨팅 유닛(15)에 연결된다. 컴퓨팅 유닛(15)은 브레이크 페달(16)의 센서, 액셀러레이터 페달(17)의 센서, 주차 브레이크(18)용 스위치 및 다기능 레버(19) 내의 다수의 스위치 및/또는 센서들로부터 신호를 수신하고, 다기능 레버(19)를 이용해서 속도 주행 범위는 중립 기능 및 추가 기능들, 예를 들어 셔블 또는 리프트 장치와 같은 작업 장비의 액추에이터(11)의 작동을 제어할 수 있다. 하나의 레버에 다기능 레버(19)의 기능들을 형성할 수 있다. 그러나 몇 개의 센서와 스위치를 다수의 스위치와 레버에 형성할 수도 있다.

예를 들어 액셀러레이터 페달(17)이 작동되면, 컴퓨팅 유닛(15)은 제1 전기 모터(3)를 위한 신호를 생성한다. 컴퓨팅 유닛(15)은, 다른 도면에 도시된 특성 곡선들이 저장된 메모리 유닛도 포함한다. 컴퓨팅 유닛(15)이 수신한 신호 및 저장된 특성 곡선에 기초하여, 라인(13)을 통해 컴퓨팅 유닛(15)이 출력하는 전치 신호를 계산한다. 이로 인해, 파워 전자 장치(8)와 파워 전자 장치(9)를, 제1 전기 모터(3)와 제2 전기 모터(4)만을 제어할 수 있도록 형성하는 것이 가능하다.

펌프(6)를 부하 감지 펌프로서 사용하는 경우, 센서를 이용하여 펌프(6)의 행정량의 조절을 결정할 수 있다.

부하 감지 시스템의 경우에 다수의 컨슈머에서 압력 조절기의 펌프 압력과 각각의 최고 부하 압력이 펌프의 조절을 위해 이용된다. 펌프는 항상, 제어되는 컨슈머가 전체적으로 필요로 하는 만큼만 송출한다. 펌프 압력은 항상 최대 부하 컨슈머에 대응한다. 컨슈머가 제어되지 않으면, 펌프(6)는 누출 오일 흐름만을 송출한다.

펌프(6)의 조절 시 센서에 의해 펌프의 현재 송출량이 검출될 수 있다. 이 러한 신호는 이제 제2 전기 모터(3)의 속도 기본값에 이용된다. 센서 신호가 교정 및 해석된다. 신호는 0% 내지 100%의 값을 취할 수 있다. 펌프(6)의 조절 시 이러한 센서를 사용함으로써, 제2 전기 모터(4)의 속도 및 펌프(6)의 속도는 필요에 따라 조정될 수 있어 보다 효율적으로 될 수 있다.

작업 장비(11)가 작동되지 않으면, 펌프(6)의 조절의 센서 신호는 거의 0%일 것이다. 이러한 상태에서 제2 전기 모터(4)에 대한 속도 기본값은 하한값으로 제어된다. 이제 컨슈머 및 작업 장비(11)가 제어되면, 부하 감지 시스템은 펌프(6)에 송출 요구를 보고하고, 펌프(6)는 송출량을 높이며, 센서 신호는 증가할 것이다. 제2 전기 모터(4)의 속도 기본값에 대해, 센서 신호를 위한 임계값이 정의되며, 상기 임계값에서 펌프(6)는 거의 완전히, 예를 들어 95% 회전된다. 이러한 임계값이 초과되면, 이는 불충분한 송출량으로서 해석되므로 작업 구동 장치에 대한 속도 기본값은 최대값까지 증가한다.

이용 가능한 송출량이 필요한 정도를 초과하면, 이는 작업 펌프의 감소하는 센서 신호에 의해 인식된다. 추가 속도 증가는 바람직하지 않다. 임계값의 미달 시, 제2 전기 모터(4)에 대한 속도 기본값은 조절 알고리즘에 의해 하한값까지 감소한다.

또한 이러한 임계값 주위의 속도 기본값을 안정화하기 위해 히스테리시스가 사용된다.

제2 전기 모터(4)의 속도 기본값을 위해 시간에 따른 센서 신호의 변화를 이용할 수도 있다. 심하게 상승 또는 하강하는 신호는 속도 기본값의 다이내믹에 영향을 미칠 수 있다.

도 3:

고속 주행 범위 및 저속 주행 범위를 나타내는 특성 곡선들은 도 2의 컴퓨팅 유닛(15)에 저장된다. 도 3에 도시된 다이어그램은 고속 주행 범위를 나타낸다. 차량이 정지될 때까지 쌓아 놓은 더미로 진입 시 휠 로더의 운전자가 차량의 정지 상태에서 차량 휠 상의 토크를 제어할 수 있도록, 액셀러레이터 페달의 위치에 따라서 제1 전기 모터의 토크를 제한할 필요가 있다. 이로 인해, 차량의 정지 상태에서 액셀러레이터 페달의 각 위치마다 차량 휠에서 규정된 토크를 발생시킬 수 있고, 이로 인해 운전자는 액셀러레이터 페달을 통해 트랙션 한계까지 차량을 제어할 수 있다. 이를 위해, 액셀러레이터 페달의 위치는 센서에 의해 결정되고, 액셀러레이터 페달이 작동되지 않은 경우에 센서는 0%의 액셀러레이터 페달 신호(20)에 해당하는 신호를 출력하며, 액셀러레이터 페달이 완전히 작동되는 경우에 센서는 100%의 액셀러레이터 페달 신호(20)에 해당하는 신호를 출력한다. 도 3의 특성 곡선은 직교 좌표계에 표시되고, 이 경우 좌표는 제1 전기 모터의 토크(21)를 나타내며, 가로축은 제1 전기 모터의 속도(22)를 나타낸다. 예를 들어 균일하게 분포될 수 있는 개별 특성 곡선들의 교차점들의 형성에 의해, 실제로 속도가 0일 때 토크 0(23)부터 최대 토크(24)까지 액셀러레이터 페달 신호(20) = 100%를 통해 교차점(25)이 형성되고, 상기 교차점들은 액셀러레이터 페달의 규정된 페달 위치에 관련된다. 예를 들어, 특성 곡선의 정해진 수, 예를 들어 0%, 25%, 50%, 75% 및 100%로 이러한 교차점을 생성할 수 있다. 선형 분포는 단지 예일 뿐이며, 비선형 분포를 생성할 수도 있다. 그런 다음 특성 곡선들 사이의 중간값들은 보간된다. 따라서, 차량이 정지 상태일 때 각각의 액셀러레이터 페달 위치마다 차량 휠에서 토크를 발생시킬 수 있다. 제1 전기 모터의 속도(22)에서 유사하게 처리되며, 그 결과 마찬가지로 토크 0에서 가로축과의 교차점이 생성된다. 차량이 최대 허용 속도를 초과하지 않도록, 제1 전기 모터의 속도(22)는 최대 속도(26)로 제한된다. 이로 인해, 토크가 매우 낮거나 전혀 없는 경우에 액셀러레이터 페달을 이용하여 차량의 속도를 조절할 수 있다. 이어서 다이어그램은, 먼저 최대 가능한 출력이 액셀러레이터 페달 위치에 따라 표시되도록 작성된다. 최대 출력은 선(27)에 표시된다. 다른 선들에서, 세로축의 교차점은 가로축의 교차점에 연결된다.

도시된 다이어그램은 제1 전기 모터의 가능한 작동의 하나의 사분면만을 도시한다. 이러한 사분면에 추세 영역과 앞쪽 회전 방향이 표시된다. 반대인 뒤쪽 회전 방향으로도 유사하거나 거울상의 특성 곡선이 이용될 수도 있다. 오버런 모드에서, 통상적인 코스팅 거동 또는 제동 거동을 나타내기 위해, 바람직하게 제한된 토크가 미리 정해진다. 오늘날의 내연기관식 구동 장치에서 제동 토크는 구동 토크보다 훨씬 작다. 토크 0과 해당하는 페달 위치에서 속도의 교차점이 벗어날 때마다, 항상 구동 장치는 오버런 상태만이 되어야 한다. 그런 다음 생성된 제동 토크는 구배에서 속도가 증가함에 따라 규정된 레벨까지 증가해야 하며, 속도가 더 높아지는 경우에도 거의 일정하게 유지되어야 한다. 최대 제동 토크는 페달 위치와 무관하게 일정하게 미리 정해질 수 있거나 작은 페달 작동으로 더 높게 미리 정해질 수 있고, 강한 페달 작동 시 더 작게 미리 정해질 수 있다.

차량을 하나의 주행 범위만으로도 설계할 수 있으며, 이 경우 고속 주행 범위에 대한 다이어그램이 이용된다. 추가의 저속 구동 범위의 이용 시, 도 4에 따라 추가 다이어그램이 형성된다.

도 4:

도 4에 도시된 저속 주행 범위는 위치 설정 조작을 위해, 예를 들어 정밀한 액셀러레이터 페달 분해능을 갖는 적재용 포크로 작업을 위해 필요하다. 정밀한 액셀러레이터 페달 분해능이라는 용어는 이 경우, 저속 주행 범위에서 최종 속도는 액셀러레이터 페달이 완전히 작동될 때에만 달성되고, 고속 주행 범위에서처럼 액셀러레이터 페달 작동의 1/3에서는 미리 달성되지 않는 것을 의미한다. 속도 0에서 각각의 최대 토크의 교차점(25)은 이 경우 도 3의 고속 작동 범위의 교차점(25)과 동일하다. 그러나 최대 속도(26)는 도 3의 최대 속도(26)에 비해 상당히 감소한다. 그러나 도 4의 최대 속도(26)는 액셀러레이터 페달 신호(20)의 100%일 때에만 달성된다. 이로 인해, 토크 0에서 제1 트랙션 모터의 각각의 최대 속도의 경계선은 더 작은 속도로 스케일링된다.

도 5:

인칭(inching) 기능을 나타내기 위해, 액셀러레이터 페달의 신호에 추가하여 브레이크 페달의 신호가 처리된다. 이로 인해, 차량을 인칭 모드로 작동시킬 수 있고, 즉 제1 전기 모터의 출력, 토크 및 속도를 줄일 수 있고, 작업 장비를 위해, 즉 셔블의 조향 및/또는 리프트 및 회전을 위해 도 2의 펌프(6) 및 제2 전기 모터를 위한 출력, 속도 및 토크를 높일 수 있다. 이를 위해, 브레이크 페달 위치는 센서, 바람직하게는 아날로그 센서에 의해 검출되고, 주행 구동 장치를 위한 제1 전기 모터의 속도, 토크 및 출력을 감소시키기 위한 기본값으로서 이용된다.

도 5의 세로축에는 이를 위해 0% 내지 100%의 액셀러레이터 페달의 신호(20)의 현재 값이 명시되고, 가로축에는 0% 내지 100%의 브레이크 페달(28)의 신호가 명시된다. 브레이크 페달이 작동되지 않으면, 액셀러레이터 페달의 신호는 감소하지 않는다. 100%로 액셀러레이터 페달이 눌러지고 브레이크 페달이 작동되지 않으면, 액셀러레이터 페달(20)의 신호는 동일하게 유지된다. 브레이크 페달이 많이 작동될수록, 액셀러레이터 페달의 신호는 더 감소한다. 브레이크 작동의 제1 부분(29)에서, 서비스 브레이크는 작동되지 않지만, 제1 전기 모터를 위한 출력은 감소하며, 따라서 특성 곡선(30)에 기초하여 액셀러레이터 페달의 신호가 감소하여 제1 전기 모터는 더 작은 설정 신호로 제어된다. 따라서 액셀러레이터 페달을 일정하게 누르면서 브레이크 페달을 점점 더 밟으면 제1 전기 모터에 대한 속도 기본값은 더욱 감소한다. 이 경우 특성 곡선(30)은, 브레이크 페달이 약간만 눌러질 때, 액셀러레이터 페달이 완전히 눌러지면 액셀러레이터 페달의 신호는 이미 크게 감소하도록 형성된다. 액셀러레이터 페달을 약간만 작동하는 경우, 액셀러레이터 페달의 신호를 줄이기 위해, 브레이크 페달을 훨씬 더 눌러야 한다. 추가로 서비스 브레이크는 액셀러레이터 페달의 사전에 규정된 작동 경로에서부터 작동된다. 지점(31)에서 특성 곡선(30)은 가로축과 교차하며, 이는 액셀러레이터 페달이 작동되지 않음을 의미하며, 이 지점(31)은 서비스 브레이크가 작동되는 작동 경로와 일치하거나, 브레이크 페달의 이러한 작동 경로 직후에 선택되므로, 적절한 중복을 보장할 수 있다. 특성 곡선(30)에 의해 액셀러레이터 페달 신호는 브레이크 페달의 작동에 따라서 상응하게 감소함으로써, 속도 및 토크와 관련해서 제1 전기 모터의 변경된 제어가 이루어진다.

도 6:

그러나 브레이크 페달의 작동에 따라서 제1 전기 모터만을 변경하여 제어하지 않도록 하기 위해, 제2 전기 모터도 제어할 필요가 있다. 이를 위해 차량은 운전실에 다기능 레버를 가지며, 상기 레버를 이용해서 작업 장비는 예를 들어 리프트- 및 셔블 이동을 제어할 수 있다. 도 6에 도시된 특성 곡선은 일정한 행정량을 갖는 하나 이상의 펌프를 구비한 제2 전기 모터를 위해 이용된다. 이 실시예에서 송출량은 제2 전기 모터의 속도에 의해서만 결정된다. 다수의 펌프가 사용되는 경우, 예를 들어 휠 로더의 관절식 조향을 위한 펌프와 작업 장비를 위한 제2 펌프가 존재할 수 있다. 제2 전기 모터의 직접 제어는 제2 전기 모터의 속도를 제어함으로써, 요구되는 작업 상황에 맞게 송출량을 조정하는 것을 가능하게 한다. 내연기관을 가진 종래의 휠 로더에서는 펌프가 내연기관에 직접 연결되고, 그 결과 펌프의 자유로운 제어는 불가능하다.

제2 전기 모터의 속도의 제어는 액셀러레이터 페달 신호에 따라서 및 제1 전기 모터의 속도에 따라서 이루어져야 한다. 따라서 도 6의 세로축에 제2 전기 모터의 속도가 표시되고, 가로축에 액셀러레이터 페달의 작동 또는 액셀러레이터 페달 신호가 표시된다. 지점(32)에서 액셀러레이터 페달이 작동되지 않고, 그 결과 차량은 정지 상태에 있게 된다. 그러나 이러한 정지 상태에서 조향 이동이 가능해야 하기 때문에, 제2 전기 모터는 지점(32)에서 알 수 있는 바와 같이 최저 속도에 따라 제어된다. 액셀러레이터 페달 신호가 증가함에 따라, 제2 전기 모터에 대한 속도 기본값은 특성 곡선(33)을 통해 최대 속도(34)까지 높아진다. 제1 전기 모터의 속도에 대한 제2 의존성은 제2 전기 모터의 최대 속도(34)를 제한하기 위해 이용된다. 제1 전기 모터의 속도가 낮으면, 즉 차량이 저속으로 이동하면, 최대 속도까지 제1 전기 모터의 속도가 가능해야 한다. 제1 전기 모터의 속도가 더 빠르고 차량의 주행 속도가 더 빠른 경우에, 제2 전기 모터의 속도를 감소시킬 수 있다. 이는, 셔블과 리프트 장치의 유압 장치가 더 높은 주행 속도에서 빠르게 이동될 필요가 없기 때문이다. 그러나 조향을 위해 최저 속도를 유지하는 것이 중요하다. 제1 전기 모터의 속도에 따라서 및 주행 속도에 따라서 제2 전기 모터의 속도가 감소함으로써 시스템의 효율이 높아진다. 제1 전기 모터의 속도에 따른 제2 전기 모터의 속도의 감소는 도 7에 도시되어 있다.

도 7:

제2 전기 모터의 속도는 세로축에 표시되고, 제1 전기 모터의 속도는 가로축에 표시된다. 지점(35)까지 차량은 여전히 낮은 주행 속도이고, 특성 곡선(36)에 의해 도시된 제2 전기 모터의 최대 가능 속도는 감소하지 않는다. 선(37)은 제1 전기 모터의 최대 속도 또는 저속 주행 범위에서 최대 주행 속도를 나타내고, 선(38)은 제1 전기 모터의 최대 가능 속도 또는 고속 주행 범위에서 차량의 최대 주행 속도를 나타낸다. 조향을 위해 충분한 송출량을 보장하기 위해, 지점(39)까지 제2 전기 모터의 속도는 감소한다.

도 8:

리프트 장치 또는 셔블에 직접 또는 리프트 장치 또는 셔블을 제어할 수 있는 다기능 레버에서 추가 센서의 사용 시 제2 전기 모터의 속도는 필요에 따라 추가로 조정될 수 있다. 이 경우 제2 전기 모터에 대한 속도 기본값의 액셀러레이터 페달 위치 및 제1 전기 모터의 속도에 대한 의존성은 지속된다. 추가로 센서의 정보는 리프트 장치와 셔블의 작동에 이용된다. 이러한 센서들은 작동에 따라, 예를 들어 비례 신호일 수 있는 신호를 전달한다. 이러한 센서 신호는 교정 및 해석된다. 2개의 신호는 -100% 내지 +100%의 값을 취할 수 있고, 리프트 이동의 경우에 센서 신호는 예를 들어 최대 감소를 위해 -100%로 교정될 수 있고, 리프트 이동의 최대 증가를 위해 100%로 교정될 수 있다. 셔블 이동의 경우 -100%의 센서 신호는 셔블의 최대 팁 아웃을 의미하고, +100%의 센서 신호는 셔블의 최대 팁 인을 의미한다. 다기능 레버가 작동되지 않아서 작업 장비 또는 리프트 장치 및 셔블의 이동이 요청되지 않으면, 센서들은 각각 0%의 신호를 전달한다. 제2 전기 모터의 속도 기본값을 위해 2개의 센서 신호 중 각각 최대값이 이용되어야 한다. 도 8은 제2 전기 모터에 대한 속도 기본값의 제1 전기 모터의 속도 및 작업 장비의 센서들의 신호에 대한 의존성을 도시한다. 이 경우 제2 전기 모터의 속도는 세로축에 표시되고, 제1 전기 모터의 속도는 가로축에 표시된다. 선(40)은 제1 전기 모터의 속도의 감소와 동시에 제2 전기 모터의 속도의 증가를 도시한다. 선(37)은 이 경우 저속 주행 범위에서 제1 전기 모터의 최대 달성 가능한 속도이고, 선(38)은 고속 주행 범위에서 제1 전기 모터의 최대 달성 가능한 속도이다. 점들(35, 39)을 포함하는 특성 곡선(36)은 도 7의 특성 곡선(36)에 대응한다. 이러한 속도는 이제 리프트 장비의 센서 신호에 따라 선(40)까지 감소한다. 이는 화살표 41로 도시된다.

도 9:

도 9에는 도 7에서 설명된 바와 같이 작업 장비의 센서들에 따른 제2 전기 모터의 속도의 감소를 도시한다. 이 경우 다이어그램은 도 6에 따른 다이어그램에 대응하고, 화살표(42)는, 제2 전기 모터의 속도가 작업 장비의 센서들의 신호에 따라서 감소하는 것을 나타낸다. 선(43)까지 제2 전기 모터의 속도를 감소시키는 것만이 가능하다.

1 : 휠 로더 2 : 배터리
3 : 제1 전기 모터 4 : 제2 전기 모터
5 : 차량 휠 6 : 펌프
7 : 리프트 장치 8 : 파워 전자 장치
9 : 파워 전자 장치 10 : 밸브
11 : 액추에이터 12 : 센서
13 : 라인 14 : 디스플레이
15 : 컴퓨팅 유닛 16 : 브레이크 페달
17 : 액셀러레이터 페달 18 : 파킹 브레이크
19 : 다기능 레버 20 : 액셀러레이터 페달 신호
21 : 토크 22 : 속도
23 : 토크 0 24 : 최대 토크
25 : 교차점 26 : 최대 속도
27 : 선 28 : 브레이크 페달 신호
29 : 제1 부분 30 : 특성 곡선
31 : 지점 32 : 지점
33 : 특성 곡선 34 : 최대 속도
35 : 지점 36 : 특성 곡선
37 : 특성 곡선 38 : 선
39 : 지점 40 : 선
41 : 화살표 42 : 화살표
43 : 선

Claims

전기 모터(3, 4), 작업 장비 및 액셀러레이터 페달(17)을 포함하는 구동 장치를 구비한 작업 기계로서, 상기 구동 장치는 컴퓨팅 유닛을 갖고, 상기 컴퓨팅 유닛에 의해 차량 휠(5)을 구동하기 위한 제1 전기 모터(3) 및 작업 장비(11)를 구동하기 위한 제2 전기 모터(4)가 제어될 수 있고, 상기 컴퓨팅 유닛은 작업 장비의 리프트 장치 또는 작업 장비의 셔블의 이동의 제어에 해당하는 신호를 처리하도록 형성되고, 상기 컴퓨팅 유닛은 액셀러레이터 페달(17)의 위치에 해당하는 신호를 처리하고, 상기 제1 전기 모터(3)와 상기 제2 전기 모터(4)는 서로 별도로 제어될 수 있고, 상기 제2 전기 모터(4)는 작업 장비의 이동의 제어에 따라 실행되는 작업 기계에 있어서,
상기 제2 전기 모터(4)의 속도의 제어는 상기 액셀러레이터 페달(17)의 신호에 따라서 및 상기 제 1 전기 모터(3)의 속도에 따라서 이루어지고, 액셀러레이터 페달 신호가 증가함에 따라 제2 전기 모터에 대한 속도 기본값은 최대 속도까지 높아지고, 상기 최대 속도는 상기제 1 전기 모터(3)의 속도가 증가함에 따라 낮아지는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
제1항에 있어서, 상기 제1 전기 모터(3)는 상기 액셀러레이터 페달(17)의 신호에 따라서 및 작업 장비의 제어의 신호에 따라서 제어되는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
제1항에 있어서, 상기 제2 전기 모터(4)의 속도는 작업 장비의 이동을 의미하지 않는 신호에서도 미리 정의된 최저 속도 아래로 낮아지지 않는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
제1항에 있어서, 다기능 레버는 작업 장비를 제어하기 위한 신호를 생성하는 센서들을 갖는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
제1항에 있어서, 작업 장비 또는 작업 장비의 액추에이터는 작업 장비를 제어하기 위한 신호를 생성하는 센서들을 갖는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
제1항에 있어서, 작업 기계는 휠 로더로서 형성되는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
휠 로더의 작업 장비를 구동하기 위한 제2 전기 모터(4)의 출력을 제어하기 위한 방법으로서, 상기 제2 전기 모터(4)에 대한 속도 기본값은 차량 휠(5)을 구동하기 위한 제1 전기 모터(3)의 속도에 따라서 및 작업 장비를 제어하기 위한 신호에 따라서 이루어지는 방법에 있어서,
상기 제2 전기 모터(4)의 속도는 액셀러레이터 페달(17)의 신호에 따라서 및 상기 제1 전기 모터(3)의 속도에 따라서 이루어지고, 액셀러레이터 페달 신호가 증가함에 따라 제2 전기 모터에 대한 속도 기본값은 최대 속도까지 높아지고, 상기 최대 속도는 상기 제1 전기 모터(3)의 속도가 증가함에 따라 낮아지는 것을 특징으로 하는 방법.
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