用于操控移动作业机器的方法和设备的制作方法
【专利摘要】提出一种用于操控带倒顺车传动机构(11)的移动作业机器的方法，其中，行驶方向逆转通过获取行驶方向指令被导入，并且扭矩传递从一个行驶方向至另一行驶方向的变换通过负载切换来执行，并且制动再生地进行以使行驶方向逆转。此外，本发明还涉及一种用于操控移动作业机器的设备，尤其是用于执行所提出的方法的设备。
【专利说明】用于操控移动作业机器的方法和设备
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种根据在权利要求1或13的前序部分中详细限定的类型的用于操 控移动作业机器的方法和设备。
【背景技术】
[0002] 针对作业机器，尤其是建筑机器，在作业运行期间经常需要反转，即运动方向逆 转。这可以通过所谓的"动力切换（Power-Shuttle)"功能来执行。一种可能性是：通过在 主传动机构中经由倒顺车离合器传动机构的负载切换来变换行驶方向。附加地，液力扭矩 转换器布置在发动机与倒顺车离合器传动机构之间。当行驶方向逆转时，扭矩转换器在此 用于使作业机器制动。然而，由此在扭矩转换器上在制动期间产生很大的能量损失。DE 602 12 384 T2示出了减少该能量损失的可行方案。在那里描述了一种用于逆转运动的车辆的 行驶方向的方法，其中，车辆通过行车制动器来制动以使行驶方向逆转。虽然在此没有通过 发动机和扭矩转换器来制动，但在该方法中同样在车辆制动器上产生很大的能量损失。
【发明内容】
[0003] 因此，本发明的任务是提出一种前述类型的在制动以使移动作业机器的行驶方向 逆转的情况下减少能量损失的方法和设备。
[0004]根据本发明，该任务通过权利要求1的特征来解决，并且替选地通过权利要求13 的特征来解决。其他有利的设计方案从相应的从属权利要求、说明书和附图得到。
[0005] 在此提出：作业机器再生地（rekuperativ)制动以使行驶方向逆转。以该方式，用 于执行行驶方向逆转的制动能量是可再获得的，并且可以再次输送给作业机器。由此，在制 动时最小化或避免了能量损失。
[0006] 作业机器的再生制动可以通过混合驱动装置来实现。混合驱动装置包括主驱动 源，尤其是内燃机或类似装置以及带能量存储器的次驱动源。在次驱动源上再生地产生的 制动能量存储在该能量存储器中，并且再次输送给作业机器的次驱动源。例如，带有电能存 储器的能以发动机或发电机方式运行的电机、带有液压存储器的液压驱动装置或带有动能 存储器的机械驱动装置可以设置为次驱动源。
[0007] 使作业机器再生制动的特别简单的可行方案是：根据获取到的行驶方向指令，作 业机器的动力总成系统中的混合驱动装置的电机在第一时间点以发电机方式运行。优选 地，这直到在第二时间点近似达到作业机器停止都发生，并且扭矩传递从一个行驶方向离 合器至另一行驶方向离合器的变换在近似作业机器停止时才进行。在此，以发电机方式在 电机上产生的电能可以输送给电能存储器，例如电池。替选地，电能可以直接输出到电输出 装置总成上。也可以想到的是，再生产生的能量部分直接输出给用电器，而其余部分则被存 储。
[0008] 如果电机在作业机器的动力总成系统中在传力流中布置在倒顺车传动机构 的行驶方向离合器之前，那么配属于当前的行驶方向的行驶方向离合器保持在挂入 (eingelegtem)状态下，直到在第二时间点达到接近作业机器停止的速度。在此，在达到第 二时间点之前，配属于新的行驶方向的行驶方向离合器是闭合的。以该方式，完全再生的 制动通过电机来确保。此外，扭矩传递从一个行驶方向离合器至另一行驶方向离合器的变 换因此可以快速且简单地例如通过借助重叠切换（Gberschneidungsschaltung)的负载切 换，在第二时间点接近作业机器停止时进行。
[0009] 如果电机在作业机器的动力总成系统中在传力流中布置在液力扭矩转换器之前， 那么有利的是在作业机器制动期间，扭矩转换器的转换器跨接离合器保持在闭合状态下， 或者被转换至该闭合状态下。在达到内燃机的预定的、优选接近停转边界的下转速的情况 下，转换器跨接离合器可以打开并保持在该状态下，其中，制动通过作业机器的运行制动器 或车辆制动器进行直到作业机器在第二时间点停止。紧接着可以闭合配属于新的行驶方向 的行驶方向离合器以将扭矩传递变换至新的行驶方向中。
[0010] 在将电机在作业机器的动力总成系统中在传力流中布置在扭矩转换器之后的情 况下，在作业机器制动期间，扭矩转换器的转换器跨接离合器可以保持在打开状态下，或者 被转换至该打开状态，直到在第二时间点近似达到作业机器停止。由此，在运行时未跨接的 扭矩转换器确保在制动期间内燃机的转速与作业机器的速度脱开。由此，可靠地避免了内 燃机停转，并且能够实现再生制动，直到在第二时间点达到接近作业机器停止的速度。
[0011] 在完成行驶方向离合器的变换之后，转换器跨接离合器可以保持在打开状态下或 者被转换至该打开状态，并且驱动，例如沿新的行驶方向的加速通过内燃机进行。在达到转 换器跨接离合器的预定的运行点时，该转换器跨接离合器闭合。
[0012] 在闭合转换器跨接离合器之前和之后，作业机器可以通过内燃机和电机分别单独 地或者例如为了支持内燃机或电机共同地被朝向新的行驶方向驱动。例如，内燃机可以在 被朝向新的行驶方向驱动期间，在其动力方面被减载，由此减少燃料消耗量和排放量。
[0013] 在将电机在传力流中布置在行驶方向离合器之前的情况下，有利的是在作业机器 制动期间，内燃机通过打开的分离离合器与动力总成系统脱开。因此确保使尽可能多的制 动能量通过电机再生。
[0014] 如果电机在传力流中布置在扭矩转换器之前，那么在作业机器制动期间，在分离 离合器打开的情况下，转换器跨接离合器可以保持在闭合状态下或者被转换至该闭合状 态，并且因此在内燃机脱离的情况下，在电机上再生。
[0015] 如果在完成行驶方向离合器的变换之后闭合分离离合器，并且转换器跨接离合器 保持在打开状态下或者被转换至该打开状态，那么沿新的行驶方向的驱动通过内燃机和/ 或电机进行。在达到转换器跨接离合器的预定的运行点时，转换器跨接离合器闭合，并且作 业机器同时通过电机来驱动以支持内燃机。
[0016] 替选地，在变换行驶方向离合器之后，转换器跨接离合器可以保持在打开状态下 或被转换至该打开状态，并且沿新的行驶方向的驱动通过内燃机和/或电机进行。例如，可 以通过电助力（Boosten)尽可能快地达到作业机器的高转速和高功率。
[0017] 在将电机在作业机器的动力总成系统中在传力流中布置在扭矩转换器之后的情 况下，在完成行驶方向离合器的变换之后，转换器跨接离合器可以保持在打开状态下或者 被转换至该打开状态，并且沿新的行驶方向的驱动通过电机进行，其中，内燃机提供补充直 到达到运行所需的转速和运行所需的扭矩。以该方式，可以减少内燃机的燃料消耗量和排 放量。
[0018] 在完成行驶方向离合器的变换之后，分离离合器在转换阶段期间可以保持在打开 状态下或者被转换至该打开状态，并且作业机器的驱动通过电机进行，其中，内燃机提供补 充直到达到运行所需的转速和运行所需的扭矩并紧接着闭合分离离合器，并且作业机器的 驱动通过内燃机进行。
[0019] 优选地，内燃机在分离离合器打开的情况下被切断。也可以想到的是，在将作业从 动装置在传力流中布置在分离离合器之前的情况下，内燃机被运行以驱动作业输出装置。
[0020] 如果电机在传力流中布置在行驶方向离合器之后，那么在第一时间点可以打开倒 顺车传动机构的配属于当前的行驶方向的行驶方向离合器，并且通过电机使作业机器制动 直到电机在第二时间点停止。由此，制动可以在内燃机脱离的情况下完全再生地通过电机 执行直到电机在第二时间点停止。
[0021] 在倒顺车传动机构的行驶方向离合器打开的情况下，在新的行驶方向上可以通过 电机来驱动，从而不需要内燃机。
[0022] 在此，在作业机器在第二时间点上停止并且行驶方向离合器打开的情况下，作业 机器的驱动可以通过同时相应在相反的转动方向上运转的电机执行以变换行驶方向。
[0023] 替选地，在达到第二时间点之前，配属于新的行驶方向的行驶方向离合器可以连 续闭合，并且作业机器的驱动例如可以通过内燃机来支持。
[0024] 根据另一替选方案，在完成作业机器的行驶方向的变换之后，配属于新的行驶方 向的行驶方向离合器可以保持打开，并且在达到作业机器的预定的速度时才闭合，并且作 业机器的驱动在此通过内燃机来支持。由此，行驶方向离合器的负载通过高启动力矩和高 差动转速可靠地被避免。
[0025] 此外，在制动之后，在作业机器在第二时间点停止时，配属于新行驶方向的行驶方 向离合器可以转换至打滑状态，并且作业机器的启动通过内燃机来驱动，并且同时通过电 机来驱动以支持该内燃机。在此，可以想到的是，转换器跨接离合器提早闭合，并且通过内 燃机和电机的启动过程仅通过打滑的行驶方向离合器来进行。
[0026] 另一可行方案是：在制动期间，当前的行驶方向离合器和转换器跨接离合器可以 保持在闭合状态下或者被转换至该闭合状态。因此，发动机制动作用可以被用于制动。为 了避免内燃机停转，在达到内燃机的预定的下转速边界时，转换器跨接离合器打开并保持 在该状态下，其中，制动仅通过电机进行直到作业机器在第二时间点停止。
[0027]作业机器也可以通过以发电机方式运行的电机，并且通过作业机器的运行制动器 来制动。在此，制动不仅可以在时间上错开地，而且也可以同时地通过电机和作业机器的运 行制动器进行。
[0028] 基于本发明的任务也通过用于操控带倒顺车传动机构和混合驱动装置的移动作 业机器的设备，尤其是用于执行上面所描述的方法的设备来解决。根据本发明的设备包括 在信号技术上与作业机器的动力总成系统连接的控制器以操控无牵引力中断的行驶方向 逆转，利用该控制器可操控混合驱动装置的至少一个电机以使作业机器在行驶方向逆转期 间再生制动。
[0029] 在此，控制器具有用于获取油门踏板位置的信号连接、用于获取驾驶员的行驶方 向指令的信号连接、用于获取用于存储再生获得的能量并将该能量输出至电机的电能存储 器的充电状态的信号连接、用于操控电机的力矩和转速的信号连接、用于操控倒顺车传动 机构的行驶方向离合器的信号连接和用于操控液力扭矩转换器的转换器跨接离合器的信 号连接。也可以想到的是，在控制器上设置有信号连接以操控作业机器的运行制动器。
[0030] 有利的是，控制器在功能上整合到作业机器的传动机构控制器中。
【专利附图】
【附图说明】
[0031] 随后借助附图详细阐述本发明。其中：
[0032] 图1和图2分别示出在第一和第二实施例中针对根据本发明用于执行移动作业机 器的行驶方向逆转的方法的不同参数作为时间函数的三幅线图；
[0033] 图3示出借助移动作业机器的动力总成系统控制行驶方向逆转的示意图。
【具体实施方式】
[0034] 图1和图2分别以线图示出根据本发明用于执行示例性地从移动作业机器的前进 行驶方向至后退行驶方向的行驶方向逆转的方法的实施例，其中，根据本发明的方法也可 以应用于相反的方向变换。上方的线图分别示出作业机器的速度曲线1、5,中间的线图分别 示出行驶方向离合器的操纵曲线2、3、6、7,下方的线图分别示出电机9的扭矩曲线4、8。
[0035] 在根据图1的第一实施例中，根据本发明的方法涉及将混合驱动装置的电机9在 作业机器的动力总成系统中在传力流方向上布置在行驶方向离合器之前。通过混合驱动装 置的内燃机10的驱动，作业机器首先以特定的恒定的初始速度沿前进行驶方向运动，像通 过速度曲线1示出的那样。在此，当前配属于前进行驶方向的行驶方向离合器首先保持在 闭合状态下，而配属于后退行驶方向的行驶方向离合器则首先保持在打开状态下，像从操 纵曲线2和3得到的那样。在获取到驾驶员的行驶方向指令时，作业机器再生制动（速度 曲线1，第一时间点\)。为此，电机9以发电机方式运行，并且在此产生负扭矩，该负扭矩可 以从扭矩曲线4中看到。在此，作业机器的速度曲线1线性下降，直至在第二时间点t 2下降 到零。配属于后退行驶方向的行驶方向离合器的操纵曲线3表明，该行驶方向离合器在速 度为零的第二时间点t 2附近连续线性地闭合，从而使该行驶方向离合器在速度为零的第二 时间点t2大致闭合一半。在该时间点，配属于前进行驶方向的行驶方向离合器突然打开，这 可以从相应的操纵曲线2得到。由此，行驶方向离合器的操纵曲线2和3相交。以该方式， 在作业机器的速度为零的第二时间点t 2之前不久，变换行驶方向离合器以使行驶方向逆转 通过所谓的重叠切换来实现。因为配属于前进行驶方向的行驶方向离合器直到作业机器停 止之前不久都保持闭合，所以确保了制动能量直到在第二时间点t 2近似达到作业机器停止 时才通过电机9再生。在行驶方向变换之后，电机9以发动机方式运行以支持内燃机10,并 且在恒定的加速度的情况下产生正扭矩，直到在新的后退行驶方向上达到恒定的初始速度 (速度曲线1，第三时间点t 3)并切断电机9。
[0036] 在根据图2的第二实施例中，用于执行行驶方向逆转的方法涉及将电机9在动力 总成系统中在传力流方向上布置在行驶方向离合器之后。在该布置中，制动可以通过电机 9在行驶方向离合器打开的情况下执行。为此，在制动过程开始时，当前配属于前进行驶方 向的行驶方向离合器突然打开，这可以从操纵曲线6(第一时间点得到。以该方式，在 制动过程期间，内燃机10与驱动装置和电机9脱离。由此，制动能量可以几乎直到作业机 器停止（第二时间点t2)时才完全在电机9上再生，这可以从负扭矩曲线8得到。在此，配 属于后退行驶方向的行驶方向离合器根据其操纵曲线7首先保持在打开状态中。根据速度 曲线5,在作业机器速度为零的时间点（第二时间点t 2)附近，配属于后退行驶方向的行驶 方向离合器根据操纵曲线7,像在根据图4的过程中那样，连续线性地闭合，并且在行驶方 向变换之后，内燃机10通过电机9在沿新的行驶方向加速的情况下通过正扭矩曲线8得到 支持。
[0037] 图3示例性地示出移动作业机器的动力总成系统，借助该动力总成系统来阐述根 据本发明的用于在移动作业机器中操控无牵引力中断的行驶方向逆转的设备。
[0038] 在该动力总成系统中布置有内燃机10、电机9和用于使作业机器的行驶方向逆转 的倒顺车传动机构11，该倒顺车传动机构至少包括用于前进行驶方向和后退行驶方向的行 驶方向离合器、倒挡传动机构和主传动机构，该主传动机构与作业机器的驱动轴的差速器 Diff连接。内燃机10和电机9形成所谓的并联混动驱动。内燃机和电机在传力流中依次 布置在动力总成系统中，从而它们可以共同作用到动力总成系统上。电机9在传力流中布 置在内燃机10与倒顺车传动机构11的传动输入端之间。内燃机9可以在动力总成系统中 产生扭矩T和转速n。相反地，可以由动力总成系统将扭矩T和转速n传递到内燃机10上。
[0039] 倒顺车传动机构11在动力总成系统中在传力流中依次具有带转换器跨接离合器 的液力扭矩转换器、至少包括用于前进行驶方向和后退行驶方向的行驶方向离合器和倒挡 传动机构以及作为主传动机构的负载切换传动机构。在此，一个行驶方向离合器配属于负 载切换传动机构的多个前进挡，而另一行驶方向离合器配属于倒挡传动机构。带有转换器 跨接离合器的扭矩转换器在传力流中布置在内燃机10与行驶方向离合器之间。负载切换 传动机构与作业机器的被驱动的车轴的差速器驱动连接，该差速器将在动力总成系统中产 生的驱动功率分配到车轴的车轮上。
[0040] 为了选出用于作业机器的行驶方向逆转的适合的对策，控制器12获取系统部件 的信号并评估这些信号。为了执行行驶方向逆转，系统部件可以通过控制器12来操控。在 制动时通过电机9再生地产生的电能E可以存储在电能存储器13 (在此为电池）中，并且 在需要时又输送给电机9。
[0041] 电信号流连接或信号连接分别通过箭头示出。控制器12获取油门踏板位置 AccPos、驾驶员的行驶方向指令DriveDir、电池13的充电状态S0C、电机9的扭矩T EM和转 速nEM以及转换器跨接离合器LC的运行状态。为了执行行驶方向逆转，电机9的扭矩T EM和 转速nEM、转换器跨接离合器IX、行驶方向离合器KR、KF以及必要时作业机器的作用到车轮 上的运行制动器BRAKE可以通过控制器12来操控。
[0042] 替选地，用于将内燃机9与动力总成系统脱离的未示出的分离离合器可以设置在 内燃机与电机10之间，其中，分离离合器的运行状态可以通过控制器12来获取，并且分离 离合器可以通过控制器12来操控。
[0043] 附图标记列表
[0044] 1 速度曲线
[0045] 2 操纵曲线
[0046] 3 操纵曲线
[0047] 4 扭矩曲线
[0048] 5 速度曲线
[0049] 6 操纵曲线
[0050] 7 操纵曲线
[0051] 8 扭矩曲线
[0052] 9 电机
[0053] 10 内燃机
[0054] 11 倒顺车传动机构
[0055] 12 控制器
[0056] 13 电能存储器
[0057] E能量
[0058] T扭矩
[0059] N 转速
[0060] AccPos油门踏板位置的信号连接
[0061] DriveDir行驶方向指令的信号连接
[0062] S0C电池或能量存储器的充电状态的信号连接
[0063] Tem电机扭矩的信号连接
[0064] nEM电机转速的信号连接
[0065] LC转换器跨接离合器的信号连接
[0066] KF行驶方向离合器的信号连接
[0067] KR行驶方向离合器的信号连接
[0068] BRAKE运行制动器的信号连接
[0069] 第一时间点：再生开始
[0070] t2第二时间点：作业机器停止
[0071] t3第三时间点：切断电机
[0072] VFz作业机器的速度
[0073] Diff作业机器的驱动轴的差速器
【权利要求】
1. 一种用于操控带倒顺车传动机构（11)的移动作业机器的方法，其中，行驶方向逆转 通过获取行驶方向指令被导入，并且扭矩传递从一个行驶方向至另一行驶方向的变换通过 负载切换来执行，其特征在于，移动作业机器再生地制动以使行驶方向逆转。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在第一时间点（h)获取到行驶方向指令 之后，为了使作业机器制动，作业机器的动力总成系统中的混合驱动装置的电机（10)以发 电机方式运行，直到在第二时间点（t 2)近似达到作业机器停止，并且扭矩传递从一个行驶 方向至另一行驶方向的变换在接近作业机器停止时进行。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在电机（9)在传力流中布置在倒顺车 传动机构（11)的行驶方向离合器之前的情况下，在制动期间，倒顺车传动机构（11)的配属 于当前的行驶方向的行驶方向离合器保持在挂入状态下，直到在第二时间点（t 2)近似达到 作业机器停止，并且在达到第二时间点（t2)之前，配属于新的行驶方向的行驶方向离合器 闭合。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在制动作业机器期间，扭矩转换器的转换 器跨接离合器保持在闭合状态下，或者被转换至该闭合状态，在达到内燃机（10)的预定的 下转速边界的情况下，转换器跨接离合器打开并保持在该状态下，随后作业机器通过作业 机器的运行制动器制动直到在第二时间点（t 2)停止，并且紧接着闭合配属于新的行驶方向 的行驶方向离合器。
5. 根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，在完成行驶方向离合器的变换之后， 转换器跨接离合器保持在打开状态下，作业机器被朝向新的行驶方向驱动，并且在达到预 定的运行点时闭合转换器跨接离合器。
6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，作业机器通过内燃机（10)和/或电机（9) 被朝向新的行驶方向驱动。
7. 根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，在作业机器通过电机（9)制 动期间，内燃机（10)通过分离离合器与动力总成系统脱离。
8. 根据权利要求5至7中任一项所述的方法，其特征在于，在完成行驶方向离合器的变 换之后，分离离合器闭合，并且转换器跨接离合器保持在打开状态下或者被转换至该打开 状态，作业机器通过内燃机（10)被朝向新的行驶方向驱动，在达到预定的运行点时闭合转 换器跨接离合器，并且作业机器通过电机（9)来驱动以支持内燃机（10)。
9. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在将电机（9)在传力流中布置在行驶 方向离合器之后的情况下，在第一时间点（tj，倒顺车传动机构（11)的配属于当前的行驶 方向的行驶方向离合器打开，并且作业机器通过电机（9)制动直到作业机器在第二时间点 (t 2)停止。
10. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在倒顺车传动机构（11)的行驶方向离合 器打开的情况下，在新的行驶方向上通过电机来驱动。
11. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在达到第二时间点（t2)之前，配属于新 的行驶方向的行驶方向离合器连续闭合，并且作业机器的驱动通过内燃机来支持。
12. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，作业机器通过作业机器的电 机（9)和运行制动器来制动。
13. -种用于操控带倒顺车传动机构（11)和混合驱动装置的移动作业机器的设备，尤 其是用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法的设备，其特征在于，在信号技术上 与作业机器的动力总成系统连接的控制器（12)设置成用于操控无牵引力中断的行驶方向 逆转，利用所述控制器能操控混合驱动装置的至少一个电机（9)以使作业机器在行驶方向 逆转期间再生制动。
14. 根据权利要求13所述的设备，其特征在于，控制器（12)包括用于获取油门踏板位 置（AccPos)的信号连接、用于获取驾驶员的行驶方向指令（DriveDir)的信号连接、用于获 取用于存储再生获得的能量（E)并将该能量（E)输出至电机（9)的电能存储器（13)的充 电状态（S0C)的信号连接、用于操控电机（9)的力矩和转速（T EM、nEM)的信号连接、用于操 控倒顺车传动机构（11)的行驶方向离合器（KR、KF)的信号连接和用于操控液力扭矩转换 器的转换器跨接离合器（LC)的信号连接。
15. 根据权利要求13或14所述的设备，其特征在于，控制器（12)在功能上整合到作业 机器的传动机构控制器中。
【文档编号】B60W30/18GK104284822SQ201380024664
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2013年4月9日 优先权日:2012年5月31日
【发明者】曼努埃尔·格茨, 马克·莫尔, 乌多·布雷默, 井内和孝 申请人:Zf 腓德烈斯哈芬股份公司