WO2024068432A1

WO2024068432A1 - Verfahren zum steuern eines elektrischen antriebsstrangs einer arbeitsmaschine und entsprechende steuervorrichtung

Info

Publication number: WO2024068432A1
Application number: PCT/EP2023/076097
Authority: WO
Inventors: Matthias MADLENER; Stephan Schinacher; Jürgen LEGNER; Werner Denk; Andreas Rothmund
Original assignee: Zf Friedrichshafen Ag
Priority date: 2022-09-26
Filing date: 2023-09-21
Publication date: 2024-04-04
Also published as: DE102022210110A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern eines elektrischen Antriebsstrangs (22) einer Arbeitsmaschine. Das Verfahren weist einen Schritt eines Bestimmens (40), ob eine Bremspedalbetätigung mit einem Betätigungsweg größer als einem Betätigungswegschwellwert für eine Betätigungsdauer länger als einem Betätigungsdauerschwellwert erfolgt ist. Weiterhin weist das Verfahren einen Schritt eines Bestimmens (42), ob keine Antriebsmomentaufrechterhaltbedingung vorliegt, wenn das Bremspedal (12) entsprechend stark und lange betätigt wurde. Zudem weist das Verfahren einen Schritt eines Erzeugens (44) eines Steuersignals zum Abschalten einer Drehmomenterzeugung durch den elektrischen Antriebs- strang (22), wenn keine Antriebsmomentaufrechterhaltbedingung vorliegt. Zudem betrifft die Erfindung eine Steuervorrichtung (18) für einen elektrischen Antriebsstrang (22) und eine Arbeitsmaschine mit elektrischem Antriebsstrang (22).

Description

VERFAHREN ZUM STEUERN EINES ELEKTRISCHEN ANTRIEBSSTRANGS EINER ARBEITSMASCHINE UND ENTSPRECHENDE STEUERVORRICHTUNG

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern eines elektrischen Antriebsstrangs einer Arbeitsmaschine. Zudem bezieht sich die Erfindung auf eine Steuervorrichtung für einen elektrischen Antriebsstrang einer Arbeitsmaschine sowie auf eine Arbeitsmaschine.

Stand der Technik

Bei herkömmlichen Antriebssträngen für Arbeitsmaschinen mit Verbrennungsmotor ist üblicherweise eine Drehmomentübertragungsunterbrechung durch eine Kupplung verfügbar. Im Falle einer Panikbremsung durch einen Fahrer der Arbeitsmaschine kann diese Kupplung sofort geöffnet werden. Dadurch wird von dem Antriebsstrang kein Drehmoment mehr an einen Abtrieb übertragen. So werden beispielsweise jeweilige Räder von einer Motorwelle der Arbeitsmaschine getrennt. Dadurch kann auch im Fehlerfall die Arbeitsmaschine sicher bis zum Stillstand gebremst werden.

Durch eine Elektrifizierung von Arbeitsmaschinen kann eine solche mechanische Drehmomentübertragungsunterbrechung nicht mehr möglich sein. Daneben kann ein Steuerungsverhalten von elektrifizierten Arbeitsmaschinen auch anders sein als bei Arbeitsmaschinen mit Verbrennungsmotor. Beispielsweise kann vermehrt und alternativ oder zusätzlich stärker eine Bremse betätigt werden, um durch eine Rekupera- tion Energie zurückzugewinnen und so eine Effizienz bei der Nutzung der Arbeitsmaschine zu erhöhen. Dabei soll nicht unerwünschter Weise eine Drehmomentübertragungsunterbrechung erfolgen. Im Notfall soll jedoch weiter sichergestellt sein, dass eine Drehmomentübertragungsunterbrechung erfolgt.

Darstellung der Erfindung

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines elektrischen Antriebsstrangs einer Arbeitsmaschine. Das Verfahren kann beispielsweise von einer Steuervorrichtung für den elektrischen Antriebsstrang der Arbeitsmaschine durchgeführt werden. Die Steuervorrichtung kann beispielsweise in einem Inverter integriert sein, welche einen Elektromotor des Antriebsstrangs mit elektrischer Energie versorgt. Eine Arbeitsmaschine kann beispielsweise als Landmaschine, z.B. als Traktor, als Baumaschine oder auch als ein Spezialfahrzeug ausgebildet sein. Die Arbeitsmaschine kann als Fahrzeug ausgebildet sein. Der Antriebsstrang kann dazu ausgebildet sein, für die Arbeitsmaschine eine Antriebsleistung an einem Abtrieb, wie jeweiligen angetriebenen Rädern, bereitzustellen. Optional kann der Antriebsstrang zusätzlich dazu ausgebildet sein, eine Zapfleistung bereitzustellen. Mit der Antriebsleistung kann ein Fahren der Arbeitsmaschine bewirkt werden. Mit der Zapfleistung kann ein Werkzeug der Arbeitsmaschine, wie beispielsweise eine verstellbare Schaufel oder eine Hydraulikpumpe, mit einer Leistung versorgt werden.

Ein elektrischer Antriebsstrang kann einen Elektromotor aufweisen, welche eine Motorwelle zum Bereitstellen einer Antriebsleistung der Arbeitsmaschine aufweist. Der Elektromotor kann beispielsweise dazu ausgebildet sein, den Antriebsstrang der Arbeitsmaschine mit Leistung zu versorgen. Der Antriebsstrang kann eine Energiequelle zum Betreiben des Elektromotors des Antriebsstrangs aufweisen. Beispielsweise kann der Antriebsstrang eine Batterie aufweisen, welche dazu ausgebildet ist, eine elektrische Energie für den Elektromotor bereitzustellen. Der Elektromotor kann dazu ausgebildet sein, eine elektrische Energie in eine mechanische Energie umzuwandeln. Optional kann ein Elektromotor auch zur Rekuperation ausgebildet sein, bei welcher eine mechanische Energie in eine elektrische Energie gewandelt werden kann. Ein Elektromotor kann beispielsweise als Synchronmotor oder Asynchronmotor ausgebildet sein.

Die Arbeitsmaschine kann eine Bremsanlage aufweisen. Die Bremsanlage kann durch ein Bremspedal gesteuert werden. Die Bremsanlage kann bei deren Betätigung verzögernd auf einen Abtrieb des Antriebsstrangs und alternativ oder zusätzlich die Arbeitsmaschine wirken. Die Bremsanlage kann beispielsweise Scheibenbremsen oder Trommelbremsen an jeweiligen Achsen der Arbeitsmaschine aufweisen. Die Bremsanlage kann beispielsweise für eine mechanisch, hydraulisch oder auch elektrisch Betätigung ausgebildet sein. Das Verfahren weist einen Schritt eines Bestimmens auf, ob eine Bremspedalbetätigung mit einem Betätigungsweg größer als einem Betätigungswegschwellwert für eine Betätigungsdauer länger als einem Betätigungsdauerschwellwert erfolgt ist. Dafür kann ein entsprechender Sensor vorgesehen sein. Jeweilige Sensorsignale können beispielsweise durch einen Mikrocontroller ausgewertet werden, welcher als ein Teil der Steuervorrichtung ausgebildet sein kann. Das Bremspedal kann ein Betätigungselement sein, mittels welchem ein Fahrer der Arbeitsmaschine eine Bremskraft vorgeben kann. Das Bremspedal kann für eine Betätigung mittels eines Fußes des Fahrers ausgebildet sein. Das Bremspedal kann auch für ein Bedienen mit einer Hand ausgebildet sein, beispielsweise als Hebel. Für das Bestimmen kann eine Stellung des Bremspedals erfasst werden. Der Betätigungsweg kann einer Auslenkung des Bremspedals entsprechen. Der Betätigungsweg kann eine Strecke und alternativ oder zusätzlich ein Winkel relativ zu einer unbetätigten Stellung des Bremspedals sein. Beispielsweise kann eine Auslenkung des Bremspedals von einer unbetätigten Stellung, insbesondere in Prozent einer maximalen Betätigung, erfasst werden. Die Betätigungsdauer kann eine Zeitdauer sein, für welche das Bremspedal betätigt ist. Beispielsweise kann die Betätigungsdauer eine Zeitdauer sein, für welche das Bremspedal mindestens weiter als der Betätigungswegschwellwert betätigt wurde. Der Betätigungswegschwellwert kann ein Mindestbetätigungsweg sein. Der Betätigungsdauerschwellwert kann eine Mindestbetätigungsdauer sein.

Beispielsweise kann bestimmt werden, ob die Bremspedalbetätigung mit einem Betätigungsweg größer als 99 % eines maximalen Betätigungswegs für eine Betätigungsdauer länger 500 ms erfolgt ist. Durch die entsprechende Prüfung kann sichergestellt werden, dass nur tatsächliche Panikbremsungen berücksichtigt werden. Unbeabsichtigte Betätigungen des Bremspedals mit einem Betätigungsweg größer als dem Betätigungswegschwellwert erfolgen beispielsweise meistens für eine kürzere Zeitdauer. Eine solche unbeabsichtigte Betätigung kann beispielsweise aufgrund von Erschütterungen der Arbeitsmaschine, Schwankungen des Fahrers und alternativ oder zusätzlich einem geringen Pedalbetätigungswiderstand erfolgen. Das Verfahren weist einen Schritt eines Bestimmens auf, ob keine Antriebsmomentaufrechterhaltbedingung vorliegt, wenn bestimmt wurde, dass die Bremspedalbetätigung mit dem Betätigungsweg größer als dem Betätigungswegschwellwert für die Betätigungsdauer länger als dem Betätigungsdauerschwellwert erfolgt ist. Dieser Schritt des Bestimmens kann also beispielsweise nur erfolgen, wenn zuvor bestimmt wurde, dass der Fahrer tatsächlich eine Panikbremsung durchführt. So kann ein Rechenaufwand für diese weitere Bestimmung, ob keine Antriebsmomentaufrechterhaltbedingung vorliegt, gering sein. Der Aufwand für das Verfahren kann so gering sein. Für das Bestimmen, ob keine Antriebsmomentaufrechterhaltbedingung vorliegt, können beispielsweise jeweilige Antriebsstrangsteuersignale, Antriebsstrangzustandsignale und alternativ oder zusätzlich Fahrzeugzustandsignale erfasst werden. Eine Antriebsmomentaufrechterhaltbedingung kann ein bestimmter Fahrzustand und alternativ oder zusätzlich Antriebsstrangzustand sein.

Durch das Berücksichtigen von einer oder mehreren Antriebsmomentaufrechterhaltbedingungen kann verhindert werden, dass bei der Antriebsmaschine trotz einer starken und langen Bremspedalbetätigung unerwünscht kein Drehmoment mehr erzeugt wird. Beispielsweise kann so auch bei einer Notbremsung der elektrische Antriebsstrang rekuperieren und somit zu einer Verzögerung beitragen. Zudem kann es erforderlich sein, dass nach einem Abschalten einer Drehmomenterzeugung eine bestimmte Betätigung durch den Fahrer, wie ein Wechsel aus einem Sicherheitsmodus oder ein Neustarten des Fahrzeugs, notwendig ist. Sofern die Drehmomenterzeugung unerwünscht abgeschaltet wurde, kann dies einen Bedienkomfort senken. Dies kann somit entsprechend verhindert werden, wobei trotzdem im Fehlerfall ein sicheres und schnelles Anhalten möglich ist.

Das Verfahren weist einen Schritt eines Erzeugens eines Steuersignals für den Antriebsstrang zum Abschalten einer Drehmomenterzeugung durch den elektrischen Antriebsstrang, wenn bestimmt wurde, dass keine Antriebsmomentaufrechterhaltbedingung vorliegt. Dadurch kann in einen momentfreien Zustand gewechselt werden. Durch das Steuersignal kann in einen Sicherheitsmodus des Antriebsstrangs gewechselt werden. In dem Sicherheitsmodus kann, zumindest im Sinne einer funktionalen Sicherheit, beispielsweise garantiert werden, dass der Antriebsstrang keinerlei antreibendes Moment mehr am Abtrieb bereitstellt. In dem Sicherheitsmodus kann ein Antriebsmoment unabhängig von einer Betätigung jeweiliger Fahrpedale null bleiben, bis der Sicherheitsmodus wieder deaktiviert wird und alternativ oder zusätzlich in einen Normalmodus gewechselt wird.

Das Verfahren kann einen Schritt eines Übertragens des Steuersignals an den Antriebsstrang aufweisen. Beispielsweise kann das Steuersignal an einen oder alle Inverter des Antriebsstrangs übertragen werden.

In einer Ausführungsform des Verfahrens ist es vorgesehen, dass das Bestimmen, ob die Bremspedalbetätigung mit dem Betätigungsweg größer als dem Betätigungswegschwellwert für die Betätigungsdauer länger als dem Betätigungsdauerschwellwert erfolgt ist, nur erfolgt, falls eine Fahrzeuggeschwindigkeit höher als eine Schwellwertgeschwindigkeit ist. Die Schwellwertgeschwindigkeit kann eine Mindestfahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine sein. Bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit niedriger als die Schwellwertgeschwindigkeit kann eine mechanische Bremsleistung immer ausreichend sein, um die Arbeitsmaschine zum Stillstand zu bringen. Entsprechend kann das Abschalten der Drehmomenterzeugung unnötig sein. Dadurch kann beispielsweise auch der Wechsel in den Sicherheitsmodus vermieden werden, wodurch die Arbeitsmaschine leichter zu bedienen sein kann. Die Schwellwertgeschwindigkeit kann beispielsweise eine Geschwindigkeit höher als eine Geschwindigkeit von null sein. Das Verfahren kann einen Schritt eines Bestimmens, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit schneller als die Schwellwertgeschwindigkeit ist, aufweisen. Das Verfahren kann einen Schritt eines Erfassens der Fahrzeuggeschwindigkeit aufweisen.

In einer Ausführungsform des Verfahrens ist es vorgesehen, dass das Bestimmen, ob keine Antriebsmomentaufrechterhaltbedingung vorliegt, nur solange erfolgt, bis die Bremspedalbetätigung mit einem Betätigungsweg kleiner als einem weiteren Betätigungswegschwellwert für eine Betätigungsdauer länger als einem weiteren Betätigungsdauerschwellwert erfolgt. Der weitere Betätigungswegschwellwert kann kleiner sein als der zuvor geschilderte Betätigungswegschwellwert sein, beispielsweise um 5 % eines maximalen Betätigungswegs. Der weitere Betätigungsdauerschwellwert kann identisch, kürzer oder länger als der zuvor geschilderte Betätigungsdauerschwellwert sein. Sofern also der Fahrer das Bremspedal beispielsweise wieder weniger stark für eine Mindestdauer betätigt, wird wieder nur überwacht, ob erneut eine so starke Bremsung erfolgt, dass ein Abschalten der Drehmomenterzeugung durch den Antriebsstrang sinnvoll ist. Dadurch kann ein permanentes Überwachen der Antriebsmomentaufrechterhaltbedingungen vermieden werden, wodurch ein Rechenaufwand gering sein kann. Zudem kann ein unerwünschtes Abschalten und Wechsel in einen Sicherheitsmodus vermieden werden, wenn der Fahrer bereits keine Panikbremsung mehr durchführt und während der Zeitdauer der Panikbremsung eine der Antriebsmomentaufrechterhaltbedingungen erfüllt war. Beispielsweise werden Antriebsmomentaufrechterhaltbedingungen nur geprüft, sobald der Fahrer einmalig das Bremspedal mit mindestens 95 % des maximalen Betätigungswegs für mindestens 500 ms betätigt hat und diese Prüfung der Antriebsmomentaufrechterhaltbedingungen beendet, sobald der Fahrer das Bremspedal mit höchstens 94 % des maximalen Betätigungswegs für mindestens 500 ms betätigt hat. Dann wird wieder nur bestimmt, ob erneut eine Bremspedalbetätigung mit dem Betätigungsweg größer als dem Betätigungswegschwellwert für eine Betätigungsdauer länger als dem Betätigungsdauerschwellwert erfolgt. Das Verfahren kann also beispielsweise wieder an seinen Ausgangspunkt gelangen, falls die Bremspedalbetätigung mit einem Betätigungsweg kleiner als dem weiteren Betätigungswegschwellwert für eine Betätigungsdauer länger als dem weiteren Betätigungsdauerschwellwert erfolgt ist. Durch die Berücksichtigung des weiteren Betätigungswegschwellwerts und des weiteren Betätigungsdauerschwellwerts kann zudem vermieden werden, dass kurzfristig Bremspedalschwankungen und damit eine geringfügige Verringerung des Betätigungsweg, beispielsweise aufgrund von Erschütterung oder eines Vorbereitens des Fahrers auf einen Zusammenstoß, eine notwendige Antriebsmomentabschaltung verhindert.

In einer Ausführungsform des Verfahrens ist es vorgesehen, dass eine erste Antriebsmomentaufrechterhaltbedingung erfüllt ist, wenn sich eine Abtriebsgeschwindigkeit verringert. Eine Abtriebsgeschwindigkeit kann eine Drehzahl an einer Abtriebswelle des Antriebsstrangs sein. Eine Abtriebsgeschwindigkeit kann eine Drehzahl der Motorwelle des Elektromotors sein. Eine Abtriebsgeschwindigkeit kann eine Drehzahl an einem angetriebenen Rad oder einer angetriebenen Achse der Arbeitsmaschine sein. So erfolgt kein Abschalten der Drehmomenterzeugung, sofern die Arbeitsmaschine verzögert. Somit kann das Abschalten der Drehmomenterzeugung beispielsweise nur erfolgen, wenn eine Bremskraft von einer Bremsanlage nicht mehr ausreicht, um die Arbeitsmaschine bis zu einem Stillstand zu verzögern. Sofern verzögert wird, beispielsweise auch weil der Antriebsstrang durch eine Rekuperation die Arbeitsmaschine verzögert, kann die Drehmomenterzeugung dagegen nicht abgeschaltet werden. Zudem kann so das Abschalten der Drehmomenterzeugung beispielsweise nur erfolgen, wenn aufgrund eines Fehlers der Antriebsstrang und alternativ oder zusätzlich der Elektromotor ein antreibendes Drehmoment erzeugt, welches stärker als eine maximale Verzögerung durch die Bremsanlage ist.

Alternativ oder zusätzlich kann die erste Antriebsmomentaufrechterhaltbedingung oder eine weitere Antriebsmomentaufrechterhaltbedingung erfüllt sein, wenn eine Verzögerung der Arbeitsmaschine geringer als eine Schwellwertverzögerung ist. Ein Gradient der Geschwindigkeit muss dann beispielsweise einen Mindestwert aufweisen, damit nicht das Abschalten der Drehmomenterzeugung erfolgt. So kann berücksichtigt werden, dass sich zwar die Abtriebsgeschwindigkeit verringert, jedoch mit einer zu geringen Rate. Dadurch können potenziell unsichere Fahrzustände aufgrund einer zu geringen Verzögerung und damit zu langsamen Fahrgeschwindigkeitsverringerung vermieden werden.

In einer Ausführungsform des Verfahrens ist es vorgesehen, dass eine zweite Antriebsmomentaufrechterhaltbedingung erfüllt ist, wenn die Arbeitsmaschine steht. Die Arbeitsmaschine steht beispielsweise, wenn die Fahrgeschwindigkeit null ist.

Dadurch kann ein Wechsel in einen Sicherheitsmodus vermieden werden, da bei Stillstand der Arbeitsmaschine beispielsweise eine Panikbremsung unnötig ist.

In einer Ausführungsform des Verfahrens ist es vorgesehen, dass eine dritte Antriebsmomentaufrechterhaltbedingung erfüllt ist, wenn ein Abtriebsmoment nicht in eine beschleunigende Richtung wirkt. Alternativ oder zusätzlich ist die dritte Antriebsmomentaufrechterhaltbedingung erfüllt, wenn das Antriebsmoment kleiner als ein Beschleunigungsmomentschwellwert ist. Dadurch kann beispielsweise ein Betrieb des Antriebsstrang aufrechterhalten werden, wenn der Antriebsstrang rekupe- riert und alternativ oder zusätzlich nur noch ein vernachlässigbares Drehmoment erzeugt. Das Antriebsmoment wirkt beispielsweise in eine beschleunigende Richtung, wenn das Antriebsmoment in die derzeitige Fahrtrichtung wirkt. Das Abtriebsmoment kann ein am Abtrieb des Antriebsstrangs anliegendes von dem Antriebsstrang erzeugtes Drehmoment sein. Der Beschleunigungsmomentschwellwert kann ein maximal zulässiges beschleunigendes Antriebsmoment sein, bei welchem nicht die Abschaltung der Drehmomenterzeugung erfolgt.

In einer Ausführungsform des Verfahrens ist es vorgesehen, dass eine vierte Antriebsmomentaufrechterhaltbedingung erfüllt ist, wenn ein Zustand eines Inverters des Antriebsstrangs kein Antriebszustand ist. Der Zustand des Inverters kann von dem Inverter an eine Fahrzeugsteuerung für eine funktionale Sicherheit gemeldet werden. Der Inverter kann beispielsweise einen rekuperierenden Zustand aufweisen, den Antriebszustand oder einen Abschaltzustand. Der Antriebszustand kann ein Zustand sein, bei welchem von dem Inverter elektrische Energie aus einem Energiespeicher an den Elektromotor zur Drehmomenterzeugung übermittelt wird. So kann bereits die Stromversorgung durch den Inverter berücksichtigt werden, um eine unerwünschte weitere Drehmomenterzeugung zu vermeiden. Beispielsweise kann so ein Fehler berücksichtigt werden, bei welchem der Inverter trotz anderer Steuersignale in dem Antriebszustand verbleibt. Als Zustand des Inverters kann beispielsweise der letzte abgespeicherte Zustand und alternativ oder zusätzlich ein derzeitiger Zustand abgerufen werden.

In einer Ausführungsform des Verfahrens ist es vorgesehen, dass das erzeugte Steuersignal ein Sollmoment von 0 Nm für den Antriebsstrang vorgibt. Das erzeugte Steuersignal kann beispielsweise den Inverter steuern. Durch ein solches Steuersignal kann direkt die Drehmomenterzeugung auf Null kommandiert und damit abgeschaltet werden. Das Sollmoment kann das Drehmoment sein, welches der Antriebsstrang erzeugen soll. In einer Ausführungsform des Verfahrens ist es vorgesehen, dass das erzeugte Steuersignal einen Abschaltzustand für den Inverter vorgibt. Der Abschaltzustand kann ein Zustand sein, in welchem eine Drehmomenterzeugung durch den Antriebsstrang physikalisch nicht mehr möglich ist. Der Abschaltzustand kann ein Zustand sein, in welchem beispielsweise jeweilige Endstufen des Inverters geöffnet sind. Damit kann der Elektromotor nicht mehr mit elektrischer Energie von dem Inverter versorgt werden. Durch das Vorgeben des Abschaltzustands kann mit besonders hoher Sicherheit, auch bei Fehlern, die Drehmomenterzeugung abgeschaltet werden.

In einer Ausführungsform des Verfahrens ist es vorgesehen, dass das erzeugte Steuersignal ein graduelles Reduzieren eines Antriebsmoments für den Antriebsstrang vorgibt. Beispielsweise kann das Steuersignal vorgeben, in welchem Zeitraum das erzeugte Drehmoment auf Null reduziert wird. Das graduelle Reduzieren kann beispielsweise nur erfolgen, sofern zu einem Drehmomentabschaltzeitpunkt noch ein Antriebsmoment gefordert wurde. Durch das graduelle Reduzieren können jeweilige elektronische Bauteile des Antriebsstrangs vor Beschädigungen geschützt werden. Das graduelle Reduzieren kann trotzdem so schnell erfolgen, dass eine Abbremsgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine nicht oder nur unwesentlich reduziert wird.

In einer Ausführungsform des Verfahrens ist es vorgesehen, dass das erzeugte Steuersignal ein sprungartiges Reduzieren eines Antriebsmoments für den Antriebsstrang vorgibt. Beispielsweise kann sofort eine Drehmomenterzeugung von 0 Nm kommandiert werden. Durch das sprungartige Reduzieren kann das Verfahren besonders einfach implementiert werden und einfach bei unterschiedlichen Arbeitsmaschinen eingesetzt werden.

Ein zweiter Aspekt betrifft eine Steuervorrichtung für einen elektrischen Antriebsstrang einer Arbeitsmaschine. Die Steuervorrichtung kann beispielsweise dazu ausgebildet sein, Steuersignale an jeweilige Inverter des Antriebsstrangs zu übertragen. Die Steuervorrichtung kann auch in jeweiligen Invertern des Antriebsstrangs integriert sein. Die Steuervorrichtung kann als elektronisches Bauteil ausgebildet sein und beispielsweise einen Mikrocontroller aufweisen. Die Steuervorrichtung kann dazu aus- gebildet sein, das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt auszuführen. Jeweilige weitere Merkmale, Ausführungsformen und Vorteile sind den Beschreibungen des ersten Aspekts zu entnehmen. Umgekehrt stellen auch Merkmale, Ausführungsformen und Vorteile des zweiten Aspekts Merkmale, Ausführungsformen und Vorteile des ersten Aspekts dar.

Die Steuervorrichtung ist dazu ausgebildet, zu bestimmen, dass eine Bremspedalbetätigung mit einem Betätigungsweg größer als einem Betätigungswegschwellwert für eine Betätigungsdauer länger als ein Betätigungsdauerschwellwert erfolgt ist. Dafür kann die Steuervorrichtung jeweilige Sensoren aufweisen. Alternativ kann die Steuervorrichtung dafür ausgebildet, jeweilige Betätigungssignale des Bremspedals zu empfangen.

Die Steuervorrichtung ist dazu ausgebildet, zu bestimmen, dass keine Antriebsmomentaufrechterhaltbedingung vorliegt, wenn bestimmt wurde, dass die Bremspedalbetätigung mit dem Betätigungsweg größer als dem Betätigungswegschwellwert für die Betätigungsdauer länger als dem Betätigungsdauerschwellwert erfolgt ist. Die Steuervorrichtung ist zudem dazu ausgebildet, ein Steuersignal zum Abschalten einer Drehmomenterzeugung durch den elektrischen Antriebsstrang zu erzeugen, wenn bestimmt wurde, dass keine Antriebsmomentaufrechterhaltbedingung vorliegt. Die Steuervorrichtung kann eine Speichervorrichtung aufweisen, in welchem jeweilige Schwellwerte und alternativ oder zusätzlich Antriebsmomentaufrechterhaltbedingungen hinterlegbar sind.

Ein dritter Aspekt betrifft eine Arbeitsmaschine mit einem elektrischen Antriebsstrang und einer Steuervorrichtung. Der Antriebsstrang ist dazu ausgebildet, das von der Steuervorrichtung erzeugte Steuersignal zu empfangen. Die Steuervorrichtung kann als Steuervorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt ausgebildet sein. Der elektrische Antriebsstrang kann dazu ausgebildet sein, mit dem Verfahren gemäß dem ersten Aspekt gesteuert zu werden. Jeweilige weitere Merkmale, Ausführungsformen und Vorteile sind den Beschreibungen des ersten bzw. des zweiten Aspekts zu entnehmen. Umgekehrt stellen auch Merkmale, Ausführungsformen und Vorteile des dritten Aspekts Merkmale, Ausführungsformen und Vorteile des ersten und des zweiten Aspekts dar.

In einer Ausführungsform der Arbeitsmaschine ist es vorgesehen, dass der elektrische Antriebsstrang einen Inverter und einen durch den Inverter mit elektrischer Energie versorgbaren Elektromotor aufweist. Der Inverter kann eine Leistungselektronik aufweisen. Der Antriebsstrang kann eine Energiequelle, wie eine Batterie, aufweisen. Der Inverter kann dazu ausgebildet sein, eine Energieversorgung des Elektromotors in Abhängigkeit des von der Steuervorrichtung empfangenen Steuersignals zu steuern. Die Arbeitsmaschine kann das Bremspedal aufweisen.

In einer Ausführungsform der Arbeitsmaschine ist es vorgesehen, dass der Antriebsstrang frei von einer Kupplung ist, mittels welcher eine Zugkraftunterbrechung möglich ist. Eine Zugkraftunterbrechung kann ein Zustand sein, bei welchem durch eine geöffnete Kupplung keine Drehmomentübertragung von dem Elektromotor zu einem Abtrieb des Antriebsstrangs oder beispielsweise jeweiligen Rädern der Antriebsmaschine mehr möglich ist. Trotz der fehlenden Möglichkeit zur Zugkraftunterbrechung kann dennoch zuverlässig sichergestellt werden, dass kein Antreiben der Arbeitsmaschine bei einer Panikbremsung erfolgt oder zumindest trotzdem sicher angehalten werden kann.

Kurze Beschreibung der Figuren

Fig. 1 veranschaulicht schematisch die Steuerung eines elektrischen Antriebsstrangs einer Arbeitsmaschine.

Fig. 2 veranschaulicht schematisch ein Verfahren zum Steuern des Antriebsstrangs der Arbeitsmaschine.

Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen Fig. 1 veranschaulicht schematisch die Steuerung eines elektrischen Antriebsstrangs 22 einer Arbeitsmaschine. Die Arbeitsmaschine weist eine Auswertvorrichtung 10 auf. Diese Auswertvorrichtung 10 empfängt eine Pedalstellung eines Bremspedals 12 und eines Fahrtreglers, welcher als Fahrpedal 14 ausgebildet ist. Zusätzlich wird auch die Stellung eines Moduswechselelements in Form eines Fahrbereichwahlhebels 16 empfangen. Die Stellungssignale werden von der Auswertvorrichtung 10 über einen CAN-Bus an eine Steuervorrichtung 18 übertragen. Die Steuervorrichtung 18 erzeugt hieraus Steuersignale für den Antriebsstrang 22, welche an einen Inverter 24 des Antriebsstrangs 22 übertragen werden und einer durch die Steuervorrichtung 18 ermittelte Fahrstrategie mit einer Drehmomentvorgabe entspricht. Durch die Steuersignale wird auch ein Getriebe des Antriebsstrangs 22 durch die Steuervorrichtung 18 gesteuert. Der Inverter 24 versorgt einen Elektromotor 26 in Abhängigkeit von den Steuersignalen mit elektrischer Energie. Dadurch wird eine Drehmomenterzeugung des Antriebsstrangs 22 gesteuert. Das erzeugte Drehmoment wird an einem Abtrieb des Antriebsstrangs 22 zur Verfügung gestellt, um jeweilige Räder der Arbeitsmaschine anzutreiben.

Zusätzlich weist die Arbeitsmaschine eine Bremsanlage auf, welche durch das Bremspedal 12 gesteuert wird. In dem gezeigten Beispiel weist die Bremsanlage eine mechanische oder hydraulische Übertragungsvorrichtung 28 auf, mittels welchem eine Scheibenbremse 30 in Abhängigkeit von der Betätigung des Bremspedals 12 betätigt wird. Bei einer rein mechanischen Bremsanlage wird direkt über eine auf das Bremspedal 12 wirkende Muskelkraft die Bremskraft gesteuert.

Die Steuervorrichtung 18 ist zudem dazu ausgebildet, ein Verfahren zum Steuern des elektrischen Antriebsstrangs 22 durchzuführen, mittels welchem bei einer Panikbremsung eine Abschaltung einer Drehmomenterzeugung durch den Antriebsstrang 22 bewirkt wird. Dieses Verfahren ist in Fig. 2 schematisch dargestellt.

In einem Schritt 40 erfolgt ein Bestimmen, ob eine Bremspedalbetätigung des Bremspedals 12 mit einem Betätigungsweg größer als einem Betätigungswegschwellwert für eine Betätigungsdauer länger als einem Betätigungsdauerschwellwert erfolgt ist. In dem veranschaulichten Beispiel ist der Betätigungswegschwellwert 99 % einer Maximalbetätigung des Bremspedals 12 und der Betätigungsdauerschwellwert 500 ms. Sofern also der Fahrer der Arbeitsmaschine das Bremspedal 12 nahezu vollständig für wenigstens eine halbe Sekunde durchdrückt, wird bestimmt, dass die Bremspedalbetätigung mit einem Betätigungsweg größer als dem Betätigungswegschwellwert für eine Betätigungsdauer länger als dem Betätigungsdauerschwellwert erfolgt ist. In diesem Fall kann davon ausgegangen werden, dass der Fahrer nicht unabsichtlich das Bremspedal 12 kurz stark betätigt hat, beispielsweise aufgrund einer Fahrzeugerschütterung, sondern tatsächlich eine starke Bremsung für einen schnellstmöglichen Stillstand der Arbeitsmaschine kommandieren möchte.

Sofern keine Bremspedalbetätigung mit einem Betätigungsweg größer als der Betätigungswegschwellwert für eine Zeitdauer länger als der Betätigungsdauerschwellwert erfolgt, wird die Bremspedalbetätigung weiter überwacht. Nur wenn eine solche Bremspedalbetätigung erfolgt, wird mit einem Schritt 42 fortgefahren. In Schritt 42 erfolgt ein Bestimmen, ob keine Antriebsmomentaufrechterhaltbedingung vorliegt, wenn in Schritt 42 bestimmt wurde, dass die Bremspedalbetätigung mit dem Betätigungsweg größer als dem Betätigungswegschwellwert für die Betätigungsdauer länger als dem Betätigungsdauerschwellwert erfolgt ist.

Die Steuervorrichtung 18 berücksichtigt dabei eine, mehrere oder alle der folgenden Antriebsmomentaufrechterhaltbedingungen: Eine erste Antriebsmomentaufrechterhaltbedingung ist erfüllt, wenn sich eine Abtriebsgeschwindigkeit verringert. Eine zweite Antriebsmomentaufrechterhaltbedingung ist erfüllt, wenn die Arbeitsmaschine steht, also keine Fahrbewegung durchführt. Eine dritte Antriebsmomentaufrechterhaltbedingung ist erfüllt, wenn ein Abtriebsmoment nicht in eine beschleunigende Richtung wirkt oder kleiner als ein Beschleunigungsmomentschwellwert ist. Eine vierte Antriebsmomentaufrechterhaltbedingung ist erfüllt, wenn ein Zustand des Inverters 24 des Antriebsstrangs 22 kein Antriebszustand ist. Der Zustand des Inverters 24 wird dazu von dem Inverter 24 an die Steuervorrichtung 18 übermittelt. Durch die Berücksichtigung dieser Antriebsmomentaufrechterhaltbedingungen kann ein un- nötiges Abschalten der Drehmomenterzeugung des Antriebsstrangs 22, beispielsweise in Situationen, in welchen der Antriebsstrang 22 zu einem Verzögern der Fahrbewegung der Arbeitsmaschine beiträgt, vermieden werden.

Vor dem Schrit 40 und alternativ oder zusätzlich dem Schritt 42 wird in einer Ausführungsform zusätzlich geprüft werden, ob eine Fahrzeuggeschwindigkeit höher als eine Schwellwertgeschwindigkeit ist. Nur wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit höher als die Schwellwertgeschwindigkeit ist, wird bei dieser Ausführungsform der Schritt 40 und alternativ oder zusätzlich der Schritt 42 des Verfahrens durchgeführt. Dafür kann der Steuervorrichtung 18 eine Ist-Drehzahl des Elektromotors 26 und alternativ oder zusätzlich des Abtriebs des Antriebsstrangs 22 von dem Inverter 24 übermittelt werden.

Die Antriebsmomentaufrechterhaltbedingungen werden in einer Ausführungsform solange überwacht, bis das Bremspedal 12 mit einem Betätigungsweg kleiner als einem weiteren Betätigungswegschwellwert für eine Betätigungsdauer länger als einem weiteren Betätigungsdauerschwellwert erfolgt. Beispielsweise werden die Antriebsmomentaufrechterhaltbedingungen überwacht, bis der Fahrer das Bremspedal 12 höchstens mit 94 % seines maximalen Betätigungswegs mindestens 500 ms betätigt. Dann wird zu Schritt 40 zurückgekehrt.

Wenn in Schritt 42 bestimmt wurde, dass keine Antriebsmomentaufrechterhaltbedingung vorliegt, wird mit Schritt 44 fortgefahren. In dem Schritt 44 erfolgt ein Erzeugen eines Steuersignals für den Antriebsstrang 22 zum Abschalten einer Drehmomenterzeugung durch den elektrischen Antriebsstrang 22. Das Steuersignal wird an den Inverter 24 übertragen. Durch das Steuersignal wird dem Inverter 24 ein Sollmoment von 0 Nm vorgegeben. Der Inverter 24 versorgt den Elektromotor 26 dann beispielsweise nicht mehr mit elektrischem Strom, welcher für eine Drehmomenterzeugung ausreicht. Alternativ oder zusätzlich wird durch das Steuersignal ein Abschaltzustand für den Inverter 24 vorgegeben, wodurch der Inverter 24 als Reaktion seine jeweiligen Endstufen öffnet. Dann ist der Inverter 24 von dem Elektromotor 26 elektrisch getrennt. Bezuqszeichen

10 Auswertvorrichtung

12 Bremspedal

14 Fahrpedal

16 Fahrbereichwahlhebel

18 Steuervorrichtung

22 elektrischer Antriebsstrang

24 Inverter

26 Elektromotor

28 mechanische oder hydraulische Übertragungsvorrichtung

30 Scheibenbremse

40 Schritt eines Bestimmens einer Bremspedalbetätigung

42 Schritt eines Prüfens von Antriebsmomentaufrechterhaltbedingung

44 Schritt eines Erzeugens eines Steuersignal

Claims

Patentansprüche

1 . Verfahren zum Steuern eines elektrischen Antriebsstrangs (22) einer Arbeitsmaschine, wobei das Verfahren wenigstens die folgenden Schritte (40, 42, 44) aufweist:

- Bestimmen (40), ob eine Bremspedalbetätigung mit einem Betätigungsweg größer als einem Betätigungswegschwellwert für eine Betätigungsdauer länger als einem Betätigungsdauerschwellwert erfolgt ist;

- Bestimmen (42), ob keine Antriebsmomentaufrechterhaltbedingung vorliegt, wenn bestimmt wurde, dass die Bremspedalbetätigung mit dem Betätigungsweg größer als dem Betätigungswegschwellwert für die Betätigungsdauer länger als dem Betätigungsdauerschwellwert erfolgt ist;

- Erzeugen (44) eines Steuersignals für den Antriebsstrang (22) zum Abschalten einer Drehmomenterzeugung durch den elektrischen Antriebsstrang (22), wenn bestimmt wurde, dass keine Antriebsmomentaufrechterhaltbedingung vorliegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen (40), ob die Bremspedalbetätigung mit dem Betätigungsweg größer als dem Betätigungswegschwellwert für die Betätigungsdauer länger als dem Betätigungsdauerschwellwert erfolgt ist, nur erfolgt, falls eine Fahrzeuggeschwindigkeit höher als eine Schwellwertgeschwindigkeit ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen (42), ob keine Antriebsmomentaufrechterhaltbedingung vorliegt, nur solange erfolgt, bis die Bremspedalbetätigung mit einem Betätigungsweg kleiner als einem weiteren Betätigungswegschwellwert für eine Betätigungsdauer länger als einem weiteren Betätigungsdauerschwellwert erfolgt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Antriebsmomentaufrechterhaltbedingung erfüllt ist, wenn sich eine Abtriebsgeschwindigkeit verringert.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Antriebsmomentaufrechterhaltbedingung erfüllt ist, wenn die Arbeitsmaschine steht.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Antriebsmomentaufrechterhaltbedingung erfüllt ist, wenn ein Abtriebsmoment nicht in eine beschleunigende Richtung wirkt oder kleiner als ein Beschleunigungsmomentschwellwert ist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine vierte Antriebsmomentaufrechterhaltbedingung erfüllt ist, wenn ein Zustand eines Inverters (24) des Antriebsstrangs (22) kein Antriebszustand ist.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erzeugte Steuersignal ein Sollmoment von 0 Nm für den Antriebsstrang (22) vorgibt.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erzeugte Steuersignal einen Abschaltzustand für den Inverter (24) vorgibt.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erzeugte Steuersignal ein graduelles Reduzieren eines Antriebsmoments für den Antriebsstrang (22) vorgibt.

1 1 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erzeugte Steuersignal ein sprungartiges Reduzieren eines Antriebsmoments für den Antriebsstrang (22) vorgibt.

12. Steuervorrichtung (18) für einen elektrischen Antriebsstrang (22) einer Arbeitsmaschine, wobei die Steuervorrichtung (18) dazu ausgebildet ist, zu bestimmen, dass eine Bremspedalbetätigung mit einem Betätigungsweg größer als einem Betätigungswegschwellwert für eine Betätigungsdauer länger als ein Betätigungsdauer- schwellwert erfolgt ist, wobei die Steuervorrichtung (18) dazu ausgebildet ist, zu bestimmen, dass keine Antriebsmomentaufrechterhaltbedingung vorliegt, wenn bestimmt wurde, dass die Bremspedalbetätigung mit dem Betätigungsweg größer als dem Betätigungswegschwellwert für die Betätigungsdauer länger als dem Betätigungsdauerschwellwert erfolgt ist und wobei die Steuervorrichtung (18) dazu ausgebildet ist, ein Steuersignal zum Abschalten einer Drehmomenterzeugung durch den elektrischen Antriebsstrang (22) zu erzeugen, wenn bestimmt wurde, dass keine Antriebsmomentaufrechterhaltbedingung vorliegt.

13. Arbeitsmaschine mit einem elektrischen Antriebsstrang (22) und einer Steuervorrichtung (18) gemäß Anspruch 12, wobei der elektrische Antriebsstrang (22) dazu ausgebildet ist, das von der Steuervorrichtung (18) erzeugte Steuersignal zu empfangen.

14. Arbeitsmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Antriebsstrang (22) einen Inverter (24) und einen durch den Inverter (24) mit elektrischer Energie versorgbaren Elektromotor (26) aufweist, wobei der Inverter (24) dazu ausgebildet ist, eine Energieversorgung des Elektromotors (26) in Abhängigkeit des von der Steuervorrichtung (18) empfangenen Steuersignals zu steuern.

15. Arbeitsmaschine nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsstrang (22) frei von einer Kupplung ist, mittels welcher eine Zugkraftunterbrechung möglich ist.