WO2024104850A1

WO2024104850A1 - Verfahren, steuereinrichtung und antriebsgruppe zum unterbinden eines ungewollten fahrens einer arbeitsmaschine in eine falsche richtung, sowie arbeitsmaschine

Info

Publication number: WO2024104850A1
Application number: PCT/EP2023/081096
Authority: WO
Inventors: Andreas Rothmund; Matthias MADLENER; Guilherme Ariello
Original assignee: Zf Friedrichshafen Ag
Priority date: 2022-11-14
Filing date: 2023-11-08
Publication date: 2024-05-23
Also published as: DE102022212044A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Unterbinden eines ungewollten Fahrens einer Arbeitsmaschine (14) in eine falsche Richtung beschrieben, wobei die Arbeitsmaschine (14) eine elektrische Maschine (2) zum Vortrieb der Arbeitsmaschine (14) aufweist. Es erfolgt ein Erfassen (S1) eines Fahrtrichtungswunsches (FRW) eines Fahrers der Arbeitsmaschine (14) und ein Erfassen (S2) einer mit einer Ist-Fahrtrichtung der Arbeitsmaschine korrelierenden Zustandsgröße der Arbeitsmaschine (14). Ferner erfolgt ein Bestimmen (S3) auf Basis eines Vergleichs des erfassten Fahrtrichtungswunsches (FRW) und der erfassten Zustandsgröße der Arbeitsmaschine, ob sich die elektrische Maschine (2) in einem sicherheitskritischen Zustand befindet. Sodann erfolgt, falls bestimmt wurde, dass ein sicherheitskritischer Zustand vorliegt, ein Senden (S4) eines Signals an die elektrische Maschine (2) zum Überführen der elektrischen Maschine (2) in einen nicht zum Vortrieb geeigneten Zustand. Ferner wird eine Steuereinrichtung (4) beschrieben, welche eingerichtet ist, ein solches Verfahren auszuführen. Darüber hinaus wird eine Antriebsgruppe (6) mit einer solchen Steuereinrichtung (4), und eine Arbeitsmaschine (14) mit einer solchen Antriebsgruppe (6) beschrieben.

Description

ZF Friedrichshafen AG Akte 212842 Friedrichshafen 2022-11-14 Verfahren zum Unterbinden eines ungewollten Fahrens einer Arbeitsmaschine in eine falsche Richtung Technisches Gebiet Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Unterbinden eines ungewollten Fahrens einer Arbeitsmaschine in eine falsche Richtung. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Steuereinrichtung, welche eingerichtet ist, ein solches Verfahren auszu- führen. Weiter betrifft die vorliegende Erfindung eine Antriebsgruppe mit einer solchen Steuereinrichtung, und eine Arbeitsmaschine mit einer solchen Antriebsgruppe. Stand der Technik Aus dem Stand der Technik sind Verfahren zum Steuern von Fahrverhalten von Fahr- zeugen bekannt. Dabei können Fahrverhalten aktiv herbeigeführt werden, beispielswei- se ein aktives Bremsen. Alternativ können Verfahren verhindert werden, beispielsweise ein Spurwechsel. Darstellung der Erfindung Die vorliegende Erfindung betrifft in einem ersten Aspekt ein Verfahren zum Unterbin- den eines ungewollten Fahrens einer Arbeitsmaschine in eine falsche Richtung. Die Arbeitsmaschine kann eine Landmaschine, eine Baumaschine, eine Transportmaschine oder ein Off-Highway-Fahrzeug sein. Die Arbeitsmaschine weist eine elektrische Ma- schine zum Vortrieb der Arbeitsmaschine auf. Die elektrische Maschine kann mit elektrischer Energie eines Energiespeichers, beispielsweise einer Batterie, wie einer Lithium-Ionen-Batterie, versorgt werden, um die Arbeitsmaschine vorzutreiben. Neben der elektrischen Maschine zum Vortrieb kann die Arbeitsmaschine weitere Maschinen aufweisen, wie weitere elektrische Maschinen, beispielsweise für das Heben eines Hubgerüsts. Ferner kann die Arbeitsmaschine eine Steuereinrichtung aufweisen, wel- che eingerichtet sein kann, das Verfahren zum Unterbinden eines ungewollten Fahrens in eine falsche Richtung auszuführen. Die elektrische Maschine kann einen Inverter, beispielsweise einen Niedervolt-Inverter aufweisen. Das ungewollte Fahren in die fal- sche Richtung kann ein Fahren der Arbeitsmaschine in eine Richtung sein, welches ein ZF Friedrichshafen AG Akte 212842 Friedrichshafen 2022-11-14 Fahrer der Arbeitsmaschine nicht wollte. Das Unterbinden des ungewollten Fahrens kann ein Verhindern oder ein Unterbinden eines weiteren ungewollten Fahrens umfas- sen. Ferner kann das Verfahren ein Unterbinden eines ungewollten Richtungswechsels umfassen. Das Verfahren weist ein Erfassen eines Fahrtrichtungswunsches des Fahrers der Ar- beitsmaschine auf. Dabei kann Information zu einer Stellung eines Fahrtrichtungsschal- ters erfasst werden und an die das Verfahren ausführende Steuereinrichtung gesendet werden. Das Erfassen des Fahrtrichtungswunsches kann ein Empfangen von Informati- on zur Stellung des Fahrtrichtungsschalters umfassen. Das Erfassen des Fahrtrich- tungswunsches kann ein Bestimmen des Fahrtrichtungswunsches in Abhängigkeit der empfangenen Information zur Stellung des Fahrtrichtungsschalters umfassen. Der Fahrtrichtungswunsch kann beispielsweise vorwärts, rückwärts oder neutral sein. Das Verfahren weist ferner ein Erfassen einer mit einer Ist-Fahrtrichtung der Arbeitsma- schine korrelierenden Zustandsgröße der Arbeitsmaschine auf. Eine mit der Ist- Fahrtrichtung der Arbeitsmaschine korrelierende Zustandsgröße kann beispielsweise eine Drehzahl eines Rads oder einer Kette der Arbeitsmaschine sein. Die Drehzahl kann negativ, null oder positiv sein. Je nach Vorzeichen der Drehzahl kann die Ist- Fahrtrichtung der Arbeitsmaschine beispielsweise vorwärts, rückwärts oder neutral sein, wobei neutral bedeuten kann, dass sich die Arbeitsmaschine nicht fortbewegt und im Stillstand ist. Das Erfassen der Zustandsgröße kann ein Empfangen einer Information zu der Zustandsgröße umfassen. Das Verfahren weist ferner ein Bestimmen auf Basis eines Vergleichs des erfassten Fahrtrichtungswunsches und der erfassten Zustandsgröße der Arbeitsmaschine, ob sich die elektrische Maschine in einem sicherheitskritischen Zustand befindet, auf. Bei- spielsweise befindet sich die elektrische Maschine in einem sicherheitskritischen Zu- stand, wenn der Fahrtrichtungswunsch und die mit der Zustandsgröße korrelierende Ist- Fahrtrichtung verschieden sind. Beispielsweise kann der Wunsch des Fahrers sein, vorwärts zu fahren, und die Zustandsgröße kann dabei beispielsweise anzeigen, dass die Ist- Fahrtrichtung rückwärts ist. ZF Friedrichshafen AG Akte 212842 Friedrichshafen 2022-11-14 Ferner weist das Verfahren, falls bestimmt wurde, dass ein sicherheitskritischer Zustand vorliegt, ein Senden eines Signals an die elektrische Maschine zum Überführen der elektrischen Maschine in einen nicht zum Vortrieb geeigneten Zustand auf. Die Steuer- einrichtung zum Ausführen des Verfahrens kann elektronisch mit der elektrischen Ma- schine und mit dem Inverter verbunden sein. So kann dem Inverter und der elektrischen Maschine das Signal zum Überführen der elektrischen Maschine in den nicht zum Vor- trieb geeigneten Zustand gesendet werden. Dabei kann ein Senden einer Sicherheits- zustandsanfrage von der das Verfahren ausführenden Steuereinrichtung an die elektri- sche Maschine oder den Inverter erfolgen. Der nicht zum Vortrieb geeignete Zustand kann dabei ein sicherer Zustand der elektrischen Maschine sein. Im nicht zum Vortrieb geeigneten Zustand kann es vorgesehen sein, dass die elektrische Maschine keine An- triebskraft zum Vortrieb der Arbeitsmaschine aufbringen kann. Mit dem gezeigten Verfahren können somit eine Absicherung und ein Unterbinden ei- nes ungewollten Fahrens, wie eines ungewollten Anfahrens, in die falsche Richtung erfolgen. Ein Fahren, beispielsweise ein Anfahren der Arbeitsmaschine, kann sicher- heitskritisch sein, da sich Personen im Umfeld der Arbeitsmaschine aufhalten können. Ein solches Verfahren kann in Situationen das ungewollte Fahren in die falsche Rich- tung unterbinden, wenn beispielsweise ein Hardware- oder Softwarefehler in der Steu- ereinrichtung vorliegt und ein ungewolltes Fahren in die falsche Richtung ausgelöst wird. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Verfahren dadurch gekennzeichnet sein, dass das Erfassen der mit der Ist-Fahrtrichtung korrelierenden Zustandsgröße ein Erfassen einer Motordrehrichtung der elektrischen Maschine umfasst. Dies kann bei- spielsweise über Sensoren an der elektrischen Maschine erfasst werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Motordrehrichtung über Strom- und Spannungsmessungen am Inverter und alternativ oder zusätzlich an der elektrischen Maschine erfasst werden. Die erfasste Motordrehrichtung kann vom Inverter oder von der elektrischen Maschine an die das Verfahren ausführende Steuereinrichtung gesendet werden, wobei das Erfas- sen der Zustandsgröße ein Empfangen von Information in Form eines Signals umfas- sen kann. Ferner kann das Verfahren dadurch gekennzeichnet sein, dass ein Bestim- men der Ist-Fahrtrichtung auf Basis der erfassten Motordrehrichtung erfolgt. Über ein vorbestimmtes Übersetzungsverhältnis kann in Abhängigkeit von der Motordrehrichtung ZF Friedrichshafen AG Akte 212842 Friedrichshafen 2022-11-14 die Ist-Fahrtrichtung bestimmt werden. Bei einer Motordrehrichtung in eine erste Rich- tung kann beispielsweise die Ist-Fahrtrichtung vorwärts sein. Bei einer Motordrehrich- tung in eine zweite, der ersten entgegengesetzte Richtung, kann die Ist-Fahrtrichtung rückwärts sein. Falls die Motordrehrichtung null ist, kann die Ist-Fahrtrichtung neutral sein und die Arbeitsmaschine kann im Stillstand sein. Ferner kann das Verfahren dadurch gekennzeichnet sein, dass das Bestimmen eines sicherheitskritischen Zu- stands erfolgt, wenn die bestimmte Ist-Fahrtrichtung verschieden von dem erfassten Fahrtrichtungswunsch ist. Beispielsweise kann die Ist-Fahrtrichtung in eine erste Fahrt- richtung, etwa vorwärts, gerichtet sein und der Fahrtrichtungswunsch kann in eine zwei- te, der ersten Fahrtrichtung entgegengesetzten Fahrtrichtung, wie rückwärts, gerichtet sein. Dadurch kann ein Verfahren gezeigt sein, welches mittels einer Information bezüglich der Motordrehrichtung eine Ist-Fahrtrichtung bestimmen kann und mittels dieser Ist- Fahrtrichtung ein Bestimmen des sicherheitskritischen Zustands ausführen kann. Somit ist das Senden des Signals an die elektrische Maschine zum Überführen der elektri- schen Maschine in einen nicht zum Vortrieb geeigneten Zustand basierend auf einer einfach messbaren Zustandsgröße der elektrischen Maschine, der Motordrehrichtung, ausführbar. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Verfahren dadurch gekennzeichnet sein, dass das Erfassen der mit der Ist-Fahrtrichtung korrelierenden Zustandsgröße ein Erfassen einer Motordrehzahl der elektrischen Maschine umfasst. Das Erfassen der Motordrehzahl der elektrischen Maschine kann ein Empfangen eines Signals mit Infor- mation zur Motordrehzahl der elektrischen Maschine vom Inverter und alternativ oder zusätzlich von der elektrischen Maschine umfassen. Die Motordrehzahl kann mittels Sensoren an der elektrischen Maschine erfasst werden. Alternativ oder zusätzlich kann über Strom- und Spannungsmessungen die Motordrehzahl ermittelt werden. Von dem Erfassen der Motordrehzahl kann auch das Erfassen der Motordrehrichtung umfasst sein. Das Bestimmen der Ist-Fahrtrichtung kann damit auf Basis der erfassten Motor- drehzahl erfolgen. Ferner kann das Verfahren dadurch gekennzeichnet sein, dass das Bestimmen eines sicherheitskritischen Zustands erfolgt, wenn die erfasste Motordreh- zahl innerhalb eines Parameterbereichs um eine einen Stillstand der Arbeitsmaschine entsprechenden Motordrehzahl liegt. Die einen Stillstand der Arbeitsmaschine entspre- ZF Friedrichshafen AG Akte 212842 Friedrichshafen 2022-11-14 chende Motordrehzahl kann beispielsweise null sein. Der Parameterbereich kann posi- tive wie auch negative Motordrehzahlen aufweisen, wobei beispielsweise der Parame- terbereich um die Motordrehzahl null symmetrisch angeordnet ist. Alternativ oder zu- sätzlich kann das Bestimmen eines sicherheitskritischen Zustands erfolgen, wenn die erfasste Motordrehzahl von einem Wert wechselt, der einem Stillstand der Arbeitsma- schine entsprechenden Motordrehzahl entspricht. Beispielsweise kann das Bestimmen eines sicherheitskritischen Zustands erfolgen, wenn die Motordrehzahl von einem Wert null auf einen Wert ungleich null wechselt. Mit dem gezeigten Verfahren kann ein sicherheitskritischer Zustand dann bestimmt werden, wenn die Motordrehzahl in einem Bereich um eine dem Stillstand der Arbeits- maschine entsprechenden Motordrehzahl liegt. Damit kann bei kleinen Fahrgeschwin- digkeiten, also beispielsweise beim Anfahren der Arbeitsmaschine, eine Funktionalität des Verfahrens bereitgestellt werden, um das Anfahren in die falsche Richtung zu un- terbinden. Wenn das Bestimmen des sicherheitskritischen Zustands erfolgt, wenn die erfasste Motordrehzahl sich von einem Wert null auf einen Wert ungleich null ändert, kann die Funktion lediglich bei einem Anfahren aus dem Stillstand auslösen und einen sicherheitskritischen Zustand bestimmen, und beispielsweise dann nicht auslösen, also einen sicherheitskritischen Zustand bestimmen, wenn sich die Arbeitsmaschine bereits vor Beginn des Verfahrens bewegte. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Verfahren ferner dadurch gekenn- zeichnet sein, dass ein Bestimmen eines Gradienten der Motordrehzahl auf Basis der erfassten Motordrehzahl erfolgen kann. Dabei kann die Steuereinrichtung eingerichtet sein, das Bestimmen des Gradienten der Motordrehzahl auszuführen. Ferner kann das Verfahren dadurch gekennzeichnet sein, dass das Bestimmen eines sicherheitskriti- schen Zustands erfolgt, wenn ein Wechseln des Fahrtrichtungswunsches vorliegt und ein Vergleichen des bestimmten Gradienten der Motordrehzahl mit einem Mindestgra- dienten ergibt, dass der bestimmte Gradient größer ist. Der Mindestgradient kann dabei ein vorbestimmter Mindestgradient sein und auf der Steuereinrichtung gespeichert sein. Der Mindestgradient kann parametrisierbar beim Kodieren der Steuereinrichtung sein. Das Wechseln des Fahrtrichtungswunsches kann beispielsweise vorliegen, wenn der Fahrer die Stellung des Fahrtrichtungsschalters von einer ersten Richtung, beispiels- weise vorwärts, in eine zweite Richtung, beispielsweise rückwärts, ändert. Das Verglei- ZF Friedrichshafen AG Akte 212842 Friedrichshafen 2022-11-14 chen des bestimmten Gradienten mit dem Mindestgradienten kann von der Steuerein- richtung ausgeführt werden und Teil des Bestimmens des sicherheitskritischen Zu- stands sein oder kurz davor erfolgen. Durch das Verfahren kann eine Reversierung, also ein geänderter Fahrtrichtungs- wunsch des Fahrers, durch das Verfahren berücksichtigt werden. Der sicherheitskriti- sche Zustand wird beispielsweise in dem Fall nicht bestimmt, wenn eine Reversierung vorliegt und der Gradient der Motordrehzahl unterhalb des Mindestgradienten ist. In diesem Fall kann gewünscht sein, dass der Fahrtrichtungswunsch und die Ist- Fahrtrichtung unterschiedlich sind. Dies kann zu einer Steigerung einer Robustheit des Verfahrens beitragen, indem kein Überführen der elektrischen Maschine in einen zum Vortrieb nicht geeigneten Zustand erfolgt, wenn ein gewünschtes Reversieren des Fah- rers erfolgen soll. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Verfahren dadurch gekennzeichnet sein, dass ein Erfassen einer Information zu einem Betriebsmodus der elektrischen Ma- schine erfolgt. Dabei kann das Erfassen ein Empfangen von Information zum Betriebs- modus vom Inverter und alternativ oder zusätzlich von der elektrischen Maschine um- fassen. Der Betriebsmodus kann Information bezüglich eines Drehmoments umfassen, welches von der elektrischen Maschine zum Vortrieb der Arbeitsmaschine bereitgestellt wird. Beispielsweise kann der Betriebsmodus einer von einem Generatorbetrieb, einem Motorbetrieb und einem drehmomentfreien Betrieb sein. Im Generatorbetrieb kann die elektrische Maschine als Generator betreibbar sein und es kann ein negatives Dreh- moment vorliegen, wobei Drehmoment an die elektrische Maschine beispielsweise über den Antriebsstrang übertragen wird. Im Motorbetrieb kann ein positives Drehmoment vorliegen und die elektrische Maschine kann eingerichtet sein, im Motorbetrieb Dreh- moment zum Vortrieb der Arbeitsmaschine bereitzustellen. Im drehmomentfreien Be- trieb kann das Drehmoment, welches von oder an die elektrische Maschine übertragen wird, kleiner als ein oder mehrere Schwelldrehmomente sein. Ferner kann das Verfah- ren dadurch gekennzeichnet sein, dass das Bestimmen eines sicherheitskritischen Zu- stands erfolgt, wenn sich die elektrische Maschine in dem Motorbetrieb befindet. Bei- spielsweise kann somit kein Bestimmen des sicherheitskritischen Zustands erfolgen, wenn sich die elektrische Maschine im Generatorbetrieb oder im drehmomentfreien Be- trieb befindet. Der sicherheitskritische Zustand kann demnach dann bestimmt werden, ZF Friedrichshafen AG Akte 212842 Friedrichshafen 2022-11-14 wenn aktiv Drehmoment von der elektrischen Maschine zum Vortrieb der Arbeitsma- schine übertragen wird. Das Verfahren kann somit einen Betriebsmodus der elektrischen Maschine berücksich- tigen. Dabei kann berücksichtigt werden, ob ein aktives Anfahren oder lediglich ein An- rollen der Arbeitsmaschine erfolgt. Beim Anrollen kann beispielsweise ein drehmoment- freier Zustand der elektrischen Maschine vorliegen, und der sicherheitskritische Zustand kann in so einem Fall beispielsweise nicht bestimmt werden. Dadurch kann ferner die Robustheit des Verfahrens bezüglich Fehlabschaltungen gesteigert werden. Ferner kann ein Niedervoltinverter in Kombination mit einer Steuereinrichtung, welche das Ver- fahren ausführen kann, verwendet werden. Bei solchen Niedervoltinvertern kann es vorkommen, dass eine exakte Information zu aktuellen oder vergangenen Drehmomen- ten an der elektrischen Maschine nicht vorliegt. Lediglich solche Information zum Dreh- moment, ob dieses ober- oder unterhalb gewisser Schwelldrehmomente ist, kann vor- liegen, und beispielsweise in Form des Betriebsmodus an die Steuereinrichtung zum Ausführen des Verfahrens gesendet werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Verfahren dadurch gekennzeichnet sein, dass das Bestimmen eines sicherheitskritischen Zustands erfolgt, wenn der si- cherheitskritische Zustand für die Dauer einer Fehlertoleranzzeit vorliegt. Die Fehlerto- leranzzeit kann beispielsweise mehrere Millisekunden, mehrere Hundertstel oder Zehn- tel von Sekunden oder wenige Sekunden sein. Die Fehlertoleranzzeit kann parametri- sierbar und alternativ oder zusätzlich kodierbar auf der Steuereinrichtung, welche das Verfahren ausführen kann, sein. So kann beispielsweise ein Bestimmen eines sicher- heitskritischen Zustands erfolgen, wenn sich für die Dauer einer Fehlertoleranzzeit so- wohl der Betriebsmodus der elektrischen Maschine im Motorbetrieb befindet als auch der Fahrtrichtungswunsch und die Ist-Fahrtrichtung unterschiedlich sind. Durch Vorsehen der Fehlertoleranzzeit kann ferner das Verfahren robuster hinsichtlich ungewollter Fehlabschaltungen sein. So kann, wenn die Voraussetzungen für das Be- stimmen des sicherheitskritischen Zustands für kürzer als die Dauer der Fehlertoleranz- zeit vorliegen, der sicherheitskritische Zustand nicht bestimmt werden. ZF Friedrichshafen AG Akte 212842 Friedrichshafen 2022-11-14 Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Verfahren dadurch gekennzeichnet sein, dass ein Erfassen einer Fahranforderung des Fahrers erfolgt. Das Erfassen kann ein Empfangen eines Signals zu einer Stellung eines oder mehrerer Pedale der Ar- beitsmaschine umfassen. Die Fahranforderung kann beispielsweise sein, dass der Fah- rer das Gaspedal zur Hälfte drückt. Ferner kann das Verfahren dadurch gekennzeichnet sein, dass ein Bestimmen einer gewünschten Fahrgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der erfassten Fahranforderung erfolgt. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung einge- richtet sein, dieses Bestimmen auszuführen. Beispielsweise kann bei einem zur Hälfte gedrückten Gaspedal der Wert der gewünschten Fahrgeschwindigkeit als die Hälfte der maximal möglichen Geschwindigkeit der Arbeitsmaschine bestimmt werden. Ferner kann das Verfahren dadurch gekennzeichnet sein, dass das Bestimmen des sicher- heitskritischen Zustands erfolgt, wenn ein Vergleichen der gewünschten Fahrgeschwin- digkeit mit einer Mindestgeschwindigkeit ergibt, dass die gewünschte Fahrgeschwindig- keit größer ist. Der Schritt des Vergleichens der gewünschten Fahrgeschwindigkeit mit der Mindestgeschwindigkeit kann ein Teil des Bestimmens des sicherheitskritischen Zustands sein und durch die Steuereinrichtung ausgeführt werden. Die Mindestge- schwindigkeit kann beispielsweise 3 oder 5 km/h betragen. Mit einem solchen Verfahren kann der sicherheitskritische Zustand bestimmt werden, wenn der Fahrer aktiv bis zu einer gewünschten Fahrgeschwindigkeit, welche die Min- destgeschwindigkeit übertrifft, fahren möchte, also ein aktives Anfahren der Arbeitsma- schine wünscht. Dadurch kann ferner das Verfahren robuster werden. So kann das Be- stimmen des sicherheitskritischen Zustands nicht erfolgen, wenn der Fahrer beispiels- weise kein Pedal zum Anfordern einer Fahrgeschwindigkeit drückt. Hier kann durch le- digliches Ändern der Stellung des Fahrtrichtungsschalters in, beispielsweise, eine Vor- wärtsrichtung und kein Drücken des Gaspedals parallel dazu, der sicherheitskritische Zustand nicht bestimmt werden. In diesem Fall erfolgt keine Fehlabschaltung der elektrischen Maschine in einen nicht zum Vortrieb geeigneten Zustand. Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung, welche eingerichtet ist, ein Verfahren zum Steuern einer Arbeitsmaschine nach einer Ausführungsform des ers- ten Aspekts der Erfindung auszuführen. Die Steuereinrichtung kann Schnittstellen zum Empfangen und Senden von Signalen von und an Sensoren, Aktuatoren und weiteren Steuereinrichtungen umfassen. ZF Friedrichshafen AG Akte 212842 Friedrichshafen 2022-11-14 Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft eine Antriebsgruppe mit einer elektrischen Ma- schine und einer Steuereinrichtung nach dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfin- dung. Die elektrische Maschine kann einen Niedervoltinverter aufweisen. Ein vierter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Arbeitsmaschine mit einer Fahrzeugsteuereinrichtung, einem Pedal, einem Fahrtrichtungsschalter und einer An- triebsgruppe nach dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung. Alternativ weist die Arbeitsmaschine mehr als ein Pedal auf. Beispielsweise weist sie ein Brems- und ein Gaspedal auf. Das Pedal und der Fahrtrichtungsschalter können elektrisch mit der Fahrzeugsteuereinrichtung verbunden sein, welche wiederum elektrisch mit der An- triebsgruppe, und dabei mit der Steuereinrichtung der Antriebsgruppe, verbunden sein kann. Signale vom Pedal und vom Fahrtrichtungsschalter können über die Fahrzeug- steuereinrichtung an die Steuereinrichtung gesendet werden. In der Steuereinrichtung können Schritte des Verfahrens zum Unterbinden des ungewollten Fahrens der Ar- beitsmaschine in die falsche Richtung ausgeführt werden. Ferner kann die Arbeitsma- schine eingerichtet sein, die elektrische Maschine in einen zum Vortrieb nicht geeigne- ten Zustand zu überführen. Die Arbeitsmaschine kann eine Bau-, Land-, Transportma- schine oder ein Off-Highway-Fahrzeug sein. Kurze Beschreibung der Figuren Figur 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Arbeitsmaschine gemäß einer Aus- führungsform; Figur 2 zeigt schematisch Schritte eines Verfahrens zum Unterbinden eines un- gewollten Fahrens einer Arbeitsmaschine nach Figur 1 in eine falsche Richtung; Figur 3a zeigt einen zeitlichen Verlauf von Zustandsgrößen während des Ausfüh- rens des Verfahrens mit den schematisch in Figur 2 gezeigten Schritten; Figur 3b zeigt einen alternativen zeitlichen Verlauf des Verfahrens mit den schema- tisch in Figur 2 gezeigten Schritten. ZF Friedrichshafen AG Akte 212842 Friedrichshafen 2022-11-14 Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen Figur 1 zeigt schematisch eine Arbeitsmaschine 14 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Arbeitsmaschine 14 weist eine Antriebsgruppe 6 der vorlie- genden Erfindung auf. Die Antriebsgruppe 6 weist eine Steuereinrichtung 4 und eine elektrische Maschine 2, sowie einen nicht gezeigten Niedervoltinverter auf. Die elektri- sche Maschine 2 ist über den Niedervoltinverter mit der Steuereinrichtung 4 elektrisch und elektronisch verbunden. Ferner weist die Arbeitsmaschine 14 eine mit der Steuer- einrichtung 4 elektronisch verbundene Fahrzeugsteuereinrichtung 8 auf. Die Fahrzeug- steuereinrichtung 8 ist elektronisch mit einem Pedal 10 und mit einem Fahrtrichtungs- schalter 12 verbunden. Die Fahrzeugsteuereinrichtung 8 ist eingerichtet, Signale vom Pedal 10 und vom Fahrtrichtungsschalter 12 zu empfangen, zu verarbeiten und an die Steuereinrichtung 4 zu senden. Die elektrische Maschine 2 und der Niedervoltinverter sind eingerichtet, elektrische Signale an die Steuereinrichtung 4 zu senden. Die Steuer- einrichtung 4 ist eingerichtet, ein Verfahren zum Unterbinden eines ungewollten Fah- rens der Arbeitsmaschine 14 gemäß der schematisch in Figur 2 gezeigten Schritte aus- zuführen. Figur 3a zeigt beispielhaft die zeitliche Veränderung von Zustandsgrößen beim Ausfüh- ren des Verfahrens zum Unterbinden eines ungewollten Fahrens der Arbeitsmaschi- ne 14 in die falsche Richtung. Dabei sind als Zustandsgrößen Fahrtrichtungswunsch FRW, Motordrehzahl n sowie Betriebsmodus BM gegen die Zeit t dargestellt. Zu einem Zeitpunkt t1 wechselt der Fahrtrichtungswunsch FRW nach vorwärts. In einem alternati- ven Fall, gezeigt in Figur 3b, wechselt der Fahrtrichtungswunsch FRW zum Zeitpunkt t1 nach rückwärts. Dies erfolgt, indem der Fahrer die Stellung des Fahrtrichtungsschalters in eine die Vorwärtsrichtung, alternativ die Rückwärtsrichtung, entsprechende Stellung wechselt. Es erfolgt ein Erfassen S1 des Fahrtrichtungswunsches FRW des Fahrer der Arbeitsmaschine 14. Zu einem Zeitpunkt t2 wechselt der Betriebsmodus BM der elektri- schen Maschine 2 in den Motorbetrieb. Dies erfolgt in den in den Figuren 3a und 3b gezeigten Fällen. Im Motorbetrieb wird ein Drehmoment von der elektrischen Maschi- ne 2 zum Vortrieb der Arbeitsmaschine 14 bereitgestellt. Dies erfolgt durch Ansteuern des Inverters durch die Steuereinrichtung 4 und Bestromen der elektrischen Maschine 2 mit Energie aus einem nicht gezeigten Energiespeicher. Es erfolgt ferner ein Erfas- ZF Friedrichshafen AG Akte 212842 Friedrichshafen 2022-11-14 sen S5 einer Information zum Betriebsmodus BM. Der Betriebsmodus BM kann durch den Inverter bestimmbar sein und in Form eines Signals an die Steuereinrichtung 4 ge- sendet werden. Durch das Ansteuern der elektrischen Maschine 2 zum Vortrieb der Arbeitsmaschine 14 erfolgt ein Vortrieb der Arbeitsmaschine 14. Es erfolgt ein Erfassen S2 der Motordreh- zahl n als Zustandsgröße. Der Betrag der Motordrehzahl n nimmt dabei mit der Zeit t zu. In Figur 3a sinkt der Wert der Motordrehzahl n. In der in Figur 3b gezeigten alterna- tiven Situation steigt der Wert der Motordrehzahl n, das Vorzeichen ist im Vergleich zum in Figur 3a gezeigten Fall positiv. In anderen Worten ist die Motordrehzahl n in den Fäl- len gezeigt in den Figuren 3a und 3b um das Vorzeichen unterschiedlich. Ferner erfolgt in einem Schritt eines Erfassens S6.1 ein Erfassen einer Fahranforderung des Fahrers. Der Fahrer kann beispielsweise das Pedal 10 betätigen, wobei das Pe- dal 10 Information zu dieser Betätigung an die Fahrzeugsteuereinrichtung 8 und ferner an die Steuereinrichtung 4 sendet. In einem Schritt S6.2 erfolgt ein Bestimmen einer gewünschten Fahrgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der erfassten Fahranforderung. So wird beispielsweise bei einem zu 30% durchgedrückten Pedal eine Fahrgeschwin- digkeit mit 30% der Maximalgeschwindigkeit bestimmt. Das Verfahren weist ferner einen Schritt eines Bestimmens S3 eines sicherheitskriti- schen Zustands der elektrischen Maschine 2 auf. Es wird ein sicherheitskritischer Zu- stand bestimmt, wenn innerhalb einer Fehlertoleranzzeit T, welche vom Zeitpunkt t2 bis zu einem Zeitpunkt t3 reicht, der Fahrtrichtungswunsch FRW einer ersten Richtung ent- spricht und die Ist-Fahrtrichtung einer zweiten, der ersten Richtung entgegengesetzten Richtung entspricht. In Figur 3a ist der Fahrtrichtungswunsch FRW positiv, was einem Fahrtrichtungswunsch FRW in die Vorwärtsrichtung entspricht. In Figur 3b ist hingegen der Fahrtrichtungswunsch FRW negativ, also ein Fahrtrichtungswunsch FRW in die Rückwärtsrichtung. Ein Bestimmen S2.1 der Ist-Fahrtrichtung erfolgt auf Basis der er- fassten Motordrehzahl n. So entspricht die negative Motordrehzahl n in Figur 3a einer Ist-Fahrtrichtung in die Rückwärtsrichtung, und eine positive Motordrehzahl n, wie in Figur 3b gezeigt, entspricht einer Vorwärtsrichtung. Gleichzeitig muss zum Bestim- men S3 des sicherheitskritischen Zustands für die Fehlertoleranzzeit T ein Motorbetrieb als Betriebsmodus BM der elektrischen Maschine 2 vorliegen. Ferner muss die erfasste ZF Friedrichshafen AG Akte 212842 Friedrichshafen 2022-11-14 Motordrehzahl n innerhalb eines Parameterbereichs P um eine Motordrehzahl n liegen, welche einem Stillstand der Arbeitsmaschine 14 entspricht. In den in Figuren 3a und 3b gezeigten Fällen ist der Stillstand durch eine Motordrehzahl n gleich null definiert. Zu- dem erfolgt ein Bestimmen S3.2 eines Gradienten der Motordrehzahl n. Es erfolgt ein Bestimmen S3 des sicherheitskritischen Zustands, wenn der Gradient größer als ein Mindestgradient ist. Der Mindestgradient kann dabei ein vorbestimmter Mindestgradient sein und auf der Steuereinrichtung 4 gespeichert sein. Wenn alle diese Voraussetzun- gen vorliegen, wird zum Zeitpunkt t3 bestimmt, dass ein sicherheitskritischer Zustand vorliegt. Ferner erfolgt ein Senden S4 eines Signals an die elektrische Maschine 2, und dabei an den Niedervoltinverter, zum Überführen der elektrischen Maschine 2 in einen nicht zum Vortrieb geeigneten Zustand. Dieser nicht zum Vortrieb geeignete Zustand wird dadurch erreicht, dass eine Sicherheitszustandsanfrage von der Steuereinrichtung 4 an den In- verter und ferner an die elektrische Maschine 2 gesendet wird. Nach dem Überführen der elektrischen Maschine 2 in einen nicht zum Vortrieb geeigneten Zustand ist die elektrische Maschine 2 bezüglich des Vortriebs der Arbeitsmaschine 14 drehmoment- frei. Es erfolgt somit keine Kraftübertragung von der elektrischen Maschine 2 zum Vor- trieb der Arbeitsmaschine 14.

ZF Friedrichshafen AG Akte 212842 Friedrichshafen 2022-11-14 Bezugszeichen 2 elektrische Maschine 4 Steuereinrichtung 6 Antriebsgruppe 8 Fahrzeugsteuereinrichtung 10 Pedal 12 Fahrtrichtungsschalter 14 Arbeitsmaschine S1 (Schritt) Erfassen eines Fahrtrichtungswunsches S2 (Schritt) Erfassen einer Zustandsgröße S2.1 (Schritt) Bestimmen einer Ist-Fahrtrichtung S2.2 (Schritt) Bestimmen eines Gradienten der Motordrehzahl S3 Schritt) Bestimmen eines sicherheitskritischen Zustands S4 (Schritt) Senden eines Signals zum Überführen der elektrischen Maschine in einen nicht zum Vortrieb geeigneten Zustand S5 (Schritt) Erfassen einer Information zu einem Betriebsmodus S6.1 (Schritt) Erfassen einer Fahranforderung S6.2 (Schritt) Bestimmen einer gewünschten Fahrgeschwindigkeit BM (Wert) Betriebsmodus FRW (Wert) Fahrtrichtungswunsch n (Wert) Motordrehzahl P Parameterbereich T Fehlertoleranzzeit t Zeit t1 (Zeitpunkt) Wechseln des Fahrtrichtungswunsches t2 (Zeitpunkt) Wechseln des Betriebsmodus t3 (Zeitpunkt) Erreichen des sicherheitskritischen Zustands

Claims

ZF Friedrichshafen AG Akte 212842 Friedrichshafen 2022-11-14 Patentansprüche 1. Verfahren zum Unterbinden eines ungewollten Fahrens einer Arbeitsmaschi- ne (14) in eine falsche Richtung, wobei die Arbeitsmaschine (14) eine elektrische Maschine (2) zum Vortrieb der Arbeitsmaschine (14) aufweist, mit den Schritten: Er- fassen (S1) eines Fahrtrichtungswunsches (FRW) eines Fahrers der Arbeitsmaschi- ne (14); Erfassen (S2) einer mit einer Ist-Fahrtrichtung der Arbeitsmaschine korrelie- renden Zustandsgröße der Arbeitsmaschine (14); Bestimmen (S3) auf Basis eines Vergleichs des erfassten Fahrtrichtungswunsches (FRW) und der erfassten Zu- standsgröße der Arbeitsmaschine, ob sich die elektrische Maschine (2) in einem si- cherheitskritischen Zustand befindet; und falls bestimmt wurde, dass ein sicher- heitskritischer Zustand vorliegt, Senden (S4) eines Signals an die elektrische Ma- schine (2) zum Überführen der elektrischen Maschine (2) in einen nicht zum Vortrieb geeigneten Zustand. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen (S2) der mit der Ist-Fahrtrichtung korrelierenden Zustandsgröße ein Erfassen einer Motordreh- richtung der elektrischen Maschine (2) umfasst, und dadurch, dass ein Bestim- men (S2.1) der Ist-Fahrtrichtung auf Basis der erfassten Motordrehrichtung erfolgt, und dadurch, dass das Bestimmen (S3) eines sicherheitskritischen Zustands erfolgt, wenn die bestimmte Ist-Fahrtrichtung verschieden von dem erfassten Fahrtrich- tungswunsch (FRW) ist. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfas- sen (S2) der mit der Ist-Fahrtrichtung korrelierenden Zustandsgröße ein Erfassen einer Motordrehzahl (n) der elektrischen Maschine (2) umfasst, und dadurch, dass das Bestimmen (S3) eines sicherheitskritischen Zustands erfolgt, wenn die erfasste Motordrehzahl (n) innerhalb eines Parameterbereichs (P) um eine einem Stillstand der Arbeitsmaschine entsprechenden Motordrehzahl (n) liegt. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bestimmen (S2.2) eines Gradienten der Motordrehzahl (n) auf Basis der erfassten Motordrehzahl (n) erfolgt, und dadurch, dass das Bestimmen (S3) eines sicherheitskritischen Zustands erfolgt, wenn ein Wechseln des Fahrtrichtungswunsches (FRW) vorliegt und ein Ver- ZF Friedrichshafen AG Akte 212842 Friedrichshafen 2022-11-14 gleichen des bestimmten Gradienten der Motordrehzahl (n) mit einem Mindestgradi- enten ergibt, dass der bestimmte Gradient größer ist. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Erfassen (S5) einer Information zu einem Betriebsmodus (BM) der elektri- schen Maschine (2) erfolgt, und dadurch, dass das Bestimmen (S3) eines sicher- heitskritischen Zustands erfolgt, wenn sich die elektrische Maschine (2) in einem Mo- torbetrieb befindet. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen (S3) eines sicherheitskritischen Zustands erfolgt, wenn der si- cherheitskritische Zustand für die Dauer einer Fehlertoleranzzeit (T) vorliegt. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Erfassen (S6.1) einer Fahranforderung des Fahrers erfolgt, ein Bestim- men (S6.2) einer gewünschten Fahrgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der erfass- ten Fahranforderung erfolgt, und dadurch, dass das Bestimmen (S3) des sicher- heitskritischen Zustands erfolgt, wenn ein Vergleichen der gewünschten Fahrge- schwindigkeit mit einer Mindestgeschwindigkeit ergibt, dass die gewünschte Fahrge- schwindigkeit größer ist. 8. Steuereinrichtung (4), welche eingerichtet ist, ein Verfahren zum Steuern einer Arbeitsmaschine (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen. 9. Antriebsgruppe (6) mit einer elektrischen Maschine (2) und einer Steuereinrich- tung (4) nach Anspruch 8. 10. Arbeitsmaschine (14) mit einer Fahrzeugsteuereinrichtung (8), einem Pedal (10), einem Fahrtrichtungsschalter (12) und einer Antriebsgruppe (6) nach Anspruch 9.