用于能移动的做功机械的控制结构、方法和做功机械与流程

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于能移动的做功机械的控制结构。此外，本发明涉及一种利用该控制结构的方法和一种具有该控制结构的做功机械。

背景技术：

能移动的做功机械是车辆，其除了行驶的功能外，还执行其他做功功能。做功功能可以例如是清扫或挖掘。为了驱动做功机械，大多使用燃烧马达、例如柴油马达。这意味着，马达既产生用于行驶驱动的功率，又产生用于做功功能的功率。马达驱动曲轴和/或马达轴，并且不同的功率接收方、例如行驶驱动和/或做功功能，从马达轴或曲轴截取功率。如果在短的时间段内要求很多的功率，也就是说，如果例如存在功率峰值，则可能会使得曲轴的转速降低，也就是说，柴油马达被“压迫（gedrückt）”。如果在过载情况下柴油马达的转速降低，并且进而曲轴的转速也降低，则由此所述做功机械会在短的时间段内提供更多的功率。其原因是，在旋转的曲轴中同样蓄存着能量，轴的旋转能量，其可以在过载情况下转变为功率，以便使得做功机械短时间地更有效率，以便做功机械能够覆盖功率峰值。此外，做功机械因而具有更敏捷的行为，也就是说，做功机械能够更快速地对功率提高做出反应。然而，轴所能够释放和/或吸收的功率大小或能量大小是不确定的，并且例如在功率计算中不能被考虑。

技术实现要素：

本发明的目的是，提出一种用于能移动的做功机械的有效的、在装置技术上简单的且成本低廉的控制结构。此外，本发明的另一目的是，提出一种利用该控制结构来控制做功机械的简单的方法和一种具有该控制结构的做功机械。

有关控制结构的目的根据权利要求1的特征得以实现，有关所述方法的目的根据权利要求14的特征得以实现，并且有关做功机械的目的根据权利要求15的特征得以实现。

本发明的有利的改进是从属权利要求的主题。

根据本发明，设置一种用于做功机械的控制结构，其中，控制结构具有至少一个功率转换器、例如行驶驱动部和/或做功液压部和/或动力输出轴。此外，控制结构具有至少一个功率发送器，这可以例如是燃烧马达和/或电动马达。功率转换器通过可转动的轴来截取由功率发送器提供的功率，所述轴例如是曲轴或马达轴。换句话说，功率发送器、例如柴油马达驱动所述轴，从而该轴转动，并且功率转换器通过轴的旋转而受到驱动。此外，控制结构具有一控制部。该控制部确定轴的动能，以便把轴用作蓄能器。换句话说，控制部确定轴的动能，以便针对马达功率的功率峰值添加该动能，并且由此可以有针对性地通过轴的减速或加速来截住（aufgefangen）功率峰值。

本发明的优点是，通过控制结构可以实现，在功率短暂地提高时有针对性地将轴制动，并由此截获（abzufangen）功率峰值，而功率发送器并无额外消耗，例如，燃烧马达不必提高转速，并且进而不必在短暂的功率提高时提高功率输出。这提高了做功机械的整体效率，因为由此无需短暂地提高功率发送器的功率输出。另外，功率发送器能够在更长的时间段内提高其功率输出，如果功率转换器在更长的时间段内具有增大的功率要求，并且无需功率发送器通过快速地提高功率输出随后快速地减小功率对功率峰值做出反应。换句话说，通过控制结构可以避免提高功率发送器的功率输出，尽管通过功率转换器只要求短暂的功率提高。相反，此外可行的是，所述轴蓄存能量，其方式为，轴旋转得更快，并且因而提高其动能。例如，可以在能移动的做功机械减速时把能量蓄存在轴中，并且由此相比于例如仅仅通过盘式制动设备，使得做功机械更有效地且磨损更少地且排放更少地减速。另外，可以通过提高轴的转速来提高功率发送器的功率吸收能力，该功率发送器例如是燃烧马达，因为固定的拖曳扭矩随着转速而提高。如果做功机械随后又加速，和/或执行做功功能、例如做功液压部的做功功能，则可以把在轴的旋转中蓄存的能量释放出来，并且进而提高做功机械的效率。此外，这导致功率发送器的更小的能耗，并且因而也能减小排放。如果功率发送器例如是电动马达，其具有蓄能器用于供应能量，则除了轴吸收能量外，还可以在做功机械减速时通过回收把能量蓄存在蓄能器中，也就是说，如果电动马达在减速时用作发电机。这可以提高做功机械的整体效率。

轴的能量e与转速nist的平方成比例，而且还与轴的惯性力矩j有关。换句话说，轴的动能e为：。

优选的是，功率发送器在转速带的限度内驱动轴。换句话说，优选的是，存在最小轴转速和最大轴转速，功率发送器能够利用其来驱动所述轴。当功率发送器是燃烧马达时，最小轴转速是特别有利的，因为该功率发送器在一定的转速下就不能工作了，并且马达在一定的转速下被切断。如果功率发送器是电动马达，就不需要最小轴转速来驱动马达。换句话说，对于电动马达而言，可以如此调整最小轴转速，使得它例如是功率转换器的所需要的最小轴转速。选取的最大轴转速大多用于组件保护。这特别在燃烧马达的情况下也是有利的。燃烧马达、比如柴油马达不能长期地提供太高的转速，并且因而当转速在较长的时间内略微提高和/或十分明显地提高时，就会出现马达损坏。如果功率发送器是电动马达，则可行的是，电动马达的最大转速并非做功机械在其整体上所能承受的最大转速，也就是说，对于具有电动马达的做功机械而言，最大转速可以例如用作功率转换器的组件保护。

此外，功率转换器同样可以具有转速带要求。也就是说，功率转换器需要轴的处于转速带内的转速。换句话说，功率发送器可以在转速带内驱动所述轴，功率转换器为了执行做功功能而需要所述轴。在该转速带内，转速优选足够快，从而功率转换器能够吸收足够的能量，以便执行其作用功能，且优选地，轴的转速足够缓慢，以便功率转换器不会因太高的转速而受损。如果功率转换器例如是做功液压部，则转速带要求的最小转速可以是下述转速，在该转速的情况下做功液压部例如能够吸收足够的功率，以便例如抬高挖掘机铲斗，并且最大转速可以如此大，使得做功液压部不会受损。

利用转速带—功率发送器能够利用该转速带来驱动所述轴—和功率转换器的转速带要求可以形成重叠区域，即转速带重叠区域。如果功率发送器例如是马达，则转速带重叠区域的最小转速就是下述转速，在该转速的情况下，马达未切断且功率转换器能够吸收足够的功率以便执行其做功功能。转速带重叠区域的最大转速优选是下述转速，在该转速的情况下，无论是功率发送器或马达还是功率转换器都不会因太高的转速而受损。因而可以在该转速带重叠区域内选取转速，以便例如执行做功功能。

由控制结构确定的转速带重叠区域优选被转达给控制部。转速带重叠区域优选至少具有一最小转速nmin和一最大转速nmax。控制部可以通过转速带重叠区域来获知轴的能量吸收潜力和/或能量输出潜力有多大。控制部可以在转速带重叠区域内例如通过求取轴的当前动能eist和轴的最大的或最小的可能的能量emax或emin的差来计算能量潜力，即或者。轴能够吸收的最大动能通过乘积来计算。与之相应地，轴在转速带重叠区域中具有的最小动能为。控制部也可以计算能量潜力，其方式为，所述控制部求取最小的或最大的转速与轴的当前存在的转速的差，即，其中，或者。

优选地，控制部可以由能量潜力推导出轴的功率潜力。轴的能量被吸收或输出得越快，轴的功率吸收和/或输出就越大。换句话说，如果能量在时间段t内均匀地、即线性地被添加给轴或者由该轴获取，则基于轴的制动的附加功率p利用来计算，并且动态的推进功率、即能通过轴的加速而被吸收的功率利用来计算。也就是说，轴制动和/或加速得越快，轴在此时间点吸收或输出的功率就越大。也就是说，如果由功率转换器要求大量的功率，则可以使得轴非常急剧地和/或快速地制动，并且因而覆盖功率峰值。

在另一设计示例中，控制结构具有至少两个功率转换器，例如一行驶驱动部和一做功液压部。

此外优选的是，控制结构具有功率管理机构。该功率管理机构可以特别是与相应的功率转换器和功率发送器特别是通过统一的和/或标准化的接口连接。通过这些接口可以例如交换统一的和/或标准化的功率数据。功率管理机构优选检测相应的功率转换器的功率要求，且可以从中例如计算出关于整个做功机械的整体功率要求。另外，功率管理机构可以例如控制功率发送器的功率输出。特别地，功率管理机构根据功率转换器所要求的整体功率要求来控制功率发送器的功率输出。换句话说，功率管理机构可以确定相应的功率转换器的功率要求，根据功率发送器的功率要求来要求功率，并且优选地同样影响不同的功率转换器的功率吸收。

另外可行的是，当例如功率接收方的整体功率要求高于功率发送器的最大功率输出和轴的功率潜力时，功率管理机构限制各个功率转换器的功率吸收。换句话说，特别有利的是，功率管理机构附加地知道轴的能量输出潜力和能量吸收潜力或者功率吸收潜力和/或功率输出潜力，以便在功率管理机构的整体功率计算中能对其予以考虑。也就是说，在轴的旋转中所含有的能量和轴的由此产生的能量吸收潜力和/或能量输出潜力，可以在功率管理机构中作为附加的功率发送器和/或附加的功率转换器、即附加的功率源和/或附加的功率降低部，在计算所述机械类型的整体功率时一同予以考虑。

在一种实施例中，计算能量潜力和/或功率潜力的控制部可以是功率管理机构的一部分。这是有利的，因为功率管理机构由此接管了全部的功率计算和/或能量计算，并且因此不需要额外的控制或计算单元。

此外，控制部可以是功率发送器的马达控制部的一部分。换句话说，功率发送器具有马达控制部，该马达控制部例如针对燃烧马达控制燃料的喷射量和/或控制时间。这是有利的，因为马达控制部知道轴的转速，因为它控制马达转速。也就是说，转速必须通过例如测量来确定，比如通过另一传感器来确定，而是可以直接从马达控制器中获得。

在另一设计可行方案中，控制部可以通过统一的标准化的接口与功率管理机构连接。换句话说，控制部可以像比如功率转换器和/或功率发送器那样具有统一的标准化的接口，并且通过该接口将轴的能量潜力和/或功率潜力传达给功率管理机构。换句话说，例如功率转换器的至少一部分、比如行驶驱动部、做功液压部和/或空气控制部可以将其功率吸收潜力传达给功率发送器，并且功率发送器将其功率输出潜力传达给功率管理机构。控制部同样可以将轴的功率输出潜力和/或功率吸收潜力转达给功率管理机构。功率管理机构又可以把功率吸收潜力以及功率输出潜力组合成整体功率，且可以相应地控制不同的功率转换器和/或功率发送器和/或轴的功率输出和/或功率吸收。

另外有利的是，控制结构具有转速管理机构。该转速管理机构可以例如管理相应的多个功率转换器或一个功率转换器的转速带要求，由相应的或所述的功率转换器把这些转速带要求传达给该转速管理机构。转速管理机构可以优选地知道功率发送器的转速带。转速管理机构可以从相应的转速带要求和功率发送器的转速带中计算出转速带重叠，并且转速管理机构可以将其转达给功率管理机构和/或控制结构和/或功率发送器的马达控制部和/或控制结构的另一组件。转速管理机构可以像功率管理机构那样也具有统一的标准化的接口，所述转速管理机构通过该接口与功率管理机构和/或控制部和/或功率转换器的至少一部分或者功率转换器或者功率发送器的马达控制部连接。通过转速管理机构可以实现的是，可以更换不同的组件、比如功率发送器和/或不同的或所述的功率转换器，而不必进行很多改变。如果更换一组件，则该组件可以将其转速带要求例如简单地转达给转速管理机构，并且因而还可以计算转速带重叠。

利用控制结构来控制做功机械，该控制结构具有至少一个功率转换器和/或至少一个功率发送器，它们至少通过能旋转的轴处于作用连接中，这种控制可以是具有如下步骤的方法。首先，通过控制部来确定轴的动能。换句话说，控制部可以从转速中确定出轴的动能，该转速例如由马达控制部和/或传感器系统来转达和/或传递。然后，例如由控制部和/或转速管理机构和/或功率管理机构和/或马达控制部和/或控制结构的另一组件来确定转速带重叠。转速带重叠是多个或一个功率发送器的转速带要求与功率发送器的转速带的重叠。换句话说，求取转速带，该转速带具有最小转速以及最大转速。然后由实际转速与转速带重叠的最小或最大转速的差可以确定出轴的能量吸收潜力和/或能量输出潜力。另一可行方案是，计算轴所能够吸收的最大动能和/或最小动能，并且由轴的当前的动能和最大和/或最小动能的差计算出能量吸收潜力和/或能量输出潜力。

附图说明

下面借助示意图进一步说明本发明的优选的实施例。其中：

图1示出了根据一种实施例的用于能移动的做功机械的控制结构的示意图；并且

图2示出了一图表，该图表显示了轴的转速随时间的变化。

具体实施方式

图1示出了带有轴2的控制结构1，该轴被功率发送器4驱动。此外，功率转换器6与轴2连接，该功率转换器既可以吸收功率又可以将功率输出给轴2，并且因而可以使得轴2的旋转加速或减速。功率转换器6可以例如是行驶驱动部且为了加速而需要能量并且因而使得轴2制动，和/或在能移动的做功机械减速时功率转换器6可以把功率输出给轴2。

此外，控制结构1具有控制部8，该控制部计算旋转的轴2含有多少动能以及在转速带重叠的限度内轴2有怎样的能量吸收潜力和/或能量输出潜力。转速带重叠可以通过功率转换器6的转速带要求与转速带—功率发送器4能够以该转速带来驱动所述轴2—的重叠来确定。此外，在功率发送器4上设置了马达控制部10，该马达控制部可以控制功率发送器4的燃烧过程。该马达控制部可以像功率转换器6那样也与功率管理机构12连接。该功率管理机构可以管理功率转换器6的和/或轴2的功率吸收潜力和/或功率发送器4的和/或轴2的功率输出潜力。为了控制轴2的功率吸收潜力和/或功率输出潜力，功率管理机构12与控制部8连接。控制部8也可以是功率管理机构12的一部分。

另外，控制结构1具有转速管理机构14。该转速管理机构可以例如确定转速带重叠。该转速管理机构为此既与功率转换器6连接，又与马达控制部10连接。为了把功率转换器6与功率发送器4的转速带重叠传达给控制部8，转速管理机构14与控制部8连接。如果转速管理机构14未包含在控制结构1中，则控制部8可以确定转速带重叠本身，为此控制部8可以例如与功率转换器6连接，以便该功率转换器把转速带要求传达给控制部8。此外，控制部8可以知道功率发送器4的转速带。为了确定当前的转速，控制部8此外可以与马达控制部10连接，并且该马达控制部可以把当前的转速传达给控制部8。另外，控制结构1可以具有传感器系统16，该传感器系统测量轴2的旋转，并且将其转达给控制部8。换句话说，存在可以将控制部8集成到控制结构1中的不同的可行方案。

总之，控制部8要么可以通过转速管理机构14得到转速带重叠，和/或可以通过传感器系统16和/或通过马达控制部10确定当前的转速，并且进而确定转速带重叠本身。此外，总之，控制部8可以把能量潜力转达给功率管理机构12，和/或控制部8可以是功率管理机构12的一部分，并且功率管理机构可以根据能量潜力和/或功率潜力来控制轴2的转速。

在图2中示出了一图表。该图表示出了图1的轴2随着时间t的转速n。在该图表中示出了不同的转速带。转速带20描述了下述转速带，在该转速带的情况下功率发送器4能够驱动轴2。转速带22描述了功率转换器6的转速带要求。此外，示出了转速带重叠区域24。轴2的转速26应在该转速带重叠区域24内变动。

在该图表中示出了转速26的示例性的曲线。在时间点t0至时间点t1，功率转换器6（见图1）可以例如特别是通过功率管理机构12从功率发送器4要求恒定的功率。在时间点t1，功率转换器6提高其功率要求。例如，做功机械被加速。为了快速地对这种功率要求做出反应，可以把蓄存在轴中的能量释放出来。为此，直至时间点t1恒定的转速26降低到转速带重叠区域24的最小转速。也就是说，释放出最大可能的动能。通过轴2的制动已传递给功率转换器6的相应功率有多大，这取决于下述时间，在该时间内轴2已被制动。然后，例如通过马达控制部10来调节功率发送器4的转速，并且转速26得以提高。对于燃烧马达而言，这可以例如通过提高喷射量予以控制。然后，相比于在t0至t1的时间段内，由功率转换器调用恒定的更高的功率。在时间点t2，功率转换器6把能量输出给轴2，也就是说，提高了轴2的旋转，并且进而提高了转速26。例如在做功机械减速时就会是这种情况。也就是说，由轴2通过旋转来吸收能量。

公开了一种用于能移动的做功机械的控制结构，其中，该控制结构具有至少一个功率转换器、至少一个功率发送器和一控制部。功率转换器通过轴与功率发送器作用连接，并且控制部确定轴的动能，以便将该轴用作蓄能器。

附图标记清单:

1控制结构

2轴

4功率发送器

6功率转换器

8控制部

10马达控制部

12功率管理机构

14转速管理机构

16传感器系统

20、22转速带

24转速带重叠区域

26转速曲线

n转速

t时间。