用于操控移動作業機器的方法和設備的制作方法
【專利摘要】提出一種用于操控帶倒順車傳動機構(11)的移動作業機器的方法，其中，行駛方向逆轉通過獲取行駛方向指令被導入，并且扭矩傳遞從一個行駛方向至另一行駛方向的變換通過負載切換來執行，并且制動再生地進行以使行駛方向逆轉。此外，本發明還涉及一種用于操控移動作業機器的設備，尤其是用于執行所提出的方法的設備。
【專利說明】用于操控移動作業機器的方法和設備

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種根據在權利要求1或13的前序部分中詳細限定的類型的用于操 控移動作業機器的方法和設備。

【背景技術】
[0002] 針對作業機器，尤其是建筑機器，在作業運行期間經常需要反轉，即運動方向逆 轉。這可以通過所謂的"動力切換（Power-Shuttle)"功能來執行。一種可能性是：通過在 主傳動機構中經由倒順車離合器傳動機構的負載切換來變換行駛方向。附加地，液力扭矩 轉換器布置在發動機與倒順車離合器傳動機構之間。當行駛方向逆轉時，扭矩轉換器在此 用于使作業機器制動。然而，由此在扭矩轉換器上在制動期間產生很大的能量損失。DE 602 12 384 T2示出了減少該能量損失的可行方案。在那里描述了一種用于逆轉運動的車輛的 行駛方向的方法，其中，車輛通過行車制動器來制動以使行駛方向逆轉。雖然在此沒有通過 發動機和扭矩轉換器來制動，但在該方法中同樣在車輛制動器上產生很大的能量損失。


【發明內容】

[0003] 因此，本發明的任務是提出一種前述類型的在制動以使移動作業機器的行駛方向 逆轉的情況下減少能量損失的方法和設備。
[0004]根據本發明，該任務通過權利要求1的特征來解決，并且替選地通過權利要求13 的特征來解決。其他有利的設計方案從相應的從屬權利要求、說明書和附圖得到。
[0005] 在此提出：作業機器再生地（rekuperativ)制動以使行駛方向逆轉。以該方式，用 于執行行駛方向逆轉的制動能量是可再獲得的，并且可以再次輸送給作業機器。由此，在制 動時最小化或避免了能量損失。
[0006] 作業機器的再生制動可以通過混合驅動裝置來實現。混合驅動裝置包括主驅動 源，尤其是內燃機或類似裝置以及帶能量存儲器的次驅動源。在次驅動源上再生地產生的 制動能量存儲在該能量存儲器中，并且再次輸送給作業機器的次驅動源。例如，帶有電能存 儲器的能以發動機或發電機方式運行的電機、帶有液壓存儲器的液壓驅動裝置或帶有動能 存儲器的機械驅動裝置可以設置為次驅動源。
[0007] 使作業機器再生制動的特別簡單的可行方案是：根據獲取到的行駛方向指令，作 業機器的動力總成系統中的混合驅動裝置的電機在第一時間點以發電機方式運行。優選 地，這直到在第二時間點近似達到作業機器停止都發生，并且扭矩傳遞從一個行駛方向離 合器至另一行駛方向離合器的變換在近似作業機器停止時才進行。在此，以發電機方式在 電機上產生的電能可以輸送給電能存儲器，例如電池。替選地，電能可以直接輸出到電輸出 裝置總成上。也可以想到的是，再生產生的能量部分直接輸出給用電器，而其余部分則被存 儲。
[0008] 如果電機在作業機器的動力總成系統中在傳力流中布置在倒順車傳動機構 的行駛方向離合器之前，那么配屬于當前的行駛方向的行駛方向離合器保持在掛入 (eingelegtem)狀態下，直到在第二時間點達到接近作業機器停止的速度。在此，在達到第 二時間點之前，配屬于新的行駛方向的行駛方向離合器是閉合的。以該方式，完全再生的 制動通過電機來確保。此外，扭矩傳遞從一個行駛方向離合器至另一行駛方向離合器的變 換因此可以快速且簡單地例如通過借助重疊切換（Gberschneidungsschaltung)的負載切 換，在第二時間點接近作業機器停止時進行。
[0009] 如果電機在作業機器的動力總成系統中在傳力流中布置在液力扭矩轉換器之前， 那么有利的是在作業機器制動期間，扭矩轉換器的轉換器跨接離合器保持在閉合狀態下， 或者被轉換至該閉合狀態下。在達到內燃機的預定的、優選接近停轉邊界的下轉速的情況 下，轉換器跨接離合器可以打開并保持在該狀態下，其中，制動通過作業機器的運行制動器 或車輛制動器進行直到作業機器在第二時間點停止。緊接著可以閉合配屬于新的行駛方向 的行駛方向離合器以將扭矩傳遞變換至新的行駛方向中。
[0010] 在將電機在作業機器的動力總成系統中在傳力流中布置在扭矩轉換器之后的情 況下，在作業機器制動期間，扭矩轉換器的轉換器跨接離合器可以保持在打開狀態下，或者 被轉換至該打開狀態，直到在第二時間點近似達到作業機器停止。由此，在運行時未跨接的 扭矩轉換器確保在制動期間內燃機的轉速與作業機器的速度脫開。由此，可靠地避免了內 燃機停轉，并且能夠實現再生制動，直到在第二時間點達到接近作業機器停止的速度。
[0011] 在完成行駛方向離合器的變換之后，轉換器跨接離合器可以保持在打開狀態下或 者被轉換至該打開狀態，并且驅動，例如沿新的行駛方向的加速通過內燃機進行。在達到轉 換器跨接離合器的預定的運行點時，該轉換器跨接離合器閉合。
[0012] 在閉合轉換器跨接離合器之前和之后，作業機器可以通過內燃機和電機分別單獨 地或者例如為了支持內燃機或電機共同地被朝向新的行駛方向驅動。例如，內燃機可以在 被朝向新的行駛方向驅動期間，在其動力方面被減載，由此減少燃料消耗量和排放量。
[0013] 在將電機在傳力流中布置在行駛方向離合器之前的情況下，有利的是在作業機器 制動期間，內燃機通過打開的分離離合器與動力總成系統脫開。因此確保使盡可能多的制 動能量通過電機再生。
[0014] 如果電機在傳力流中布置在扭矩轉換器之前，那么在作業機器制動期間，在分離 離合器打開的情況下，轉換器跨接離合器可以保持在閉合狀態下或者被轉換至該閉合狀 態，并且因此在內燃機脫離的情況下，在電機上再生。
[0015] 如果在完成行駛方向離合器的變換之后閉合分離離合器，并且轉換器跨接離合器 保持在打開狀態下或者被轉換至該打開狀態，那么沿新的行駛方向的驅動通過內燃機和/ 或電機進行。在達到轉換器跨接離合器的預定的運行點時，轉換器跨接離合器閉合，并且作 業機器同時通過電機來驅動以支持內燃機。
[0016] 替選地，在變換行駛方向離合器之后，轉換器跨接離合器可以保持在打開狀態下 或被轉換至該打開狀態，并且沿新的行駛方向的驅動通過內燃機和/或電機進行。例如，可 以通過電助力（Boosten)盡可能快地達到作業機器的高轉速和高功率。
[0017] 在將電機在作業機器的動力總成系統中在傳力流中布置在扭矩轉換器之后的情 況下，在完成行駛方向離合器的變換之后，轉換器跨接離合器可以保持在打開狀態下或者 被轉換至該打開狀態，并且沿新的行駛方向的驅動通過電機進行，其中，內燃機提供補充直 到達到運行所需的轉速和運行所需的扭矩。以該方式，可以減少內燃機的燃料消耗量和排 放量。
[0018] 在完成行駛方向離合器的變換之后，分離離合器在轉換階段期間可以保持在打開 狀態下或者被轉換至該打開狀態，并且作業機器的驅動通過電機進行，其中，內燃機提供補 充直到達到運行所需的轉速和運行所需的扭矩并緊接著閉合分離離合器，并且作業機器的 驅動通過內燃機進行。
[0019] 優選地，內燃機在分離離合器打開的情況下被切斷。也可以想到的是，在將作業從 動裝置在傳力流中布置在分離離合器之前的情況下，內燃機被運行以驅動作業輸出裝置。
[0020] 如果電機在傳力流中布置在行駛方向離合器之后，那么在第一時間點可以打開倒 順車傳動機構的配屬于當前的行駛方向的行駛方向離合器，并且通過電機使作業機器制動 直到電機在第二時間點停止。由此，制動可以在內燃機脫離的情況下完全再生地通過電機 執行直到電機在第二時間點停止。
[0021] 在倒順車傳動機構的行駛方向離合器打開的情況下，在新的行駛方向上可以通過 電機來驅動，從而不需要內燃機。
[0022] 在此，在作業機器在第二時間點上停止并且行駛方向離合器打開的情況下，作業 機器的驅動可以通過同時相應在相反的轉動方向上運轉的電機執行以變換行駛方向。
[0023] 替選地，在達到第二時間點之前，配屬于新的行駛方向的行駛方向離合器可以連 續閉合，并且作業機器的驅動例如可以通過內燃機來支持。
[0024] 根據另一替選方案，在完成作業機器的行駛方向的變換之后，配屬于新的行駛方 向的行駛方向離合器可以保持打開，并且在達到作業機器的預定的速度時才閉合，并且作 業機器的驅動在此通過內燃機來支持。由此，行駛方向離合器的負載通過高啟動力矩和高 差動轉速可靠地被避免。
[0025] 此外，在制動之后，在作業機器在第二時間點停止時，配屬于新行駛方向的行駛方 向離合器可以轉換至打滑狀態，并且作業機器的啟動通過內燃機來驅動，并且同時通過電 機來驅動以支持該內燃機。在此，可以想到的是，轉換器跨接離合器提早閉合，并且通過內 燃機和電機的啟動過程僅通過打滑的行駛方向離合器來進行。
[0026] 另一可行方案是：在制動期間，當前的行駛方向離合器和轉換器跨接離合器可以 保持在閉合狀態下或者被轉換至該閉合狀態。因此，發動機制動作用可以被用于制動。為 了避免內燃機停轉，在達到內燃機的預定的下轉速邊界時，轉換器跨接離合器打開并保持 在該狀態下，其中，制動僅通過電機進行直到作業機器在第二時間點停止。
[0027]作業機器也可以通過以發電機方式運行的電機，并且通過作業機器的運行制動器 來制動。在此，制動不僅可以在時間上錯開地，而且也可以同時地通過電機和作業機器的運 行制動器進行。
[0028] 基于本發明的任務也通過用于操控帶倒順車傳動機構和混合驅動裝置的移動作 業機器的設備，尤其是用于執行上面所描述的方法的設備來解決。根據本發明的設備包括 在信號技術上與作業機器的動力總成系統連接的控制器以操控無牽引力中斷的行駛方向 逆轉，利用該控制器可操控混合驅動裝置的至少一個電機以使作業機器在行駛方向逆轉期 間再生制動。
[0029] 在此，控制器具有用于獲取油門踏板位置的信號連接、用于獲取駕駛員的行駛方 向指令的信號連接、用于獲取用于存儲再生獲得的能量并將該能量輸出至電機的電能存儲 器的充電狀態的信號連接、用于操控電機的力矩和轉速的信號連接、用于操控倒順車傳動 機構的行駛方向離合器的信號連接和用于操控液力扭矩轉換器的轉換器跨接離合器的信 號連接。也可以想到的是，在控制器上設置有信號連接以操控作業機器的運行制動器。
[0030] 有利的是，控制器在功能上整合到作業機器的傳動機構控制器中。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031] 隨后借助附圖詳細闡述本發明。其中：
[0032] 圖1和圖2分別示出在第一和第二實施例中針對根據本發明用于執行移動作業機 器的行駛方向逆轉的方法的不同參數作為時間函數的三幅線圖；
[0033] 圖3示出借助移動作業機器的動力總成系統控制行駛方向逆轉的示意圖。

【具體實施方式】
[0034] 圖1和圖2分別以線圖示出根據本發明用于執行示例性地從移動作業機器的前進 行駛方向至后退行駛方向的行駛方向逆轉的方法的實施例，其中，根據本發明的方法也可 以應用于相反的方向變換。上方的線圖分別示出作業機器的速度曲線1、5,中間的線圖分別 示出行駛方向離合器的操縱曲線2、3、6、7,下方的線圖分別示出電機9的扭矩曲線4、8。
[0035] 在根據圖1的第一實施例中，根據本發明的方法涉及將混合驅動裝置的電機9在 作業機器的動力總成系統中在傳力流方向上布置在行駛方向離合器之前。通過混合驅動裝 置的內燃機10的驅動，作業機器首先以特定的恒定的初始速度沿前進行駛方向運動，像通 過速度曲線1示出的那樣。在此，當前配屬于前進行駛方向的行駛方向離合器首先保持在 閉合狀態下，而配屬于后退行駛方向的行駛方向離合器則首先保持在打開狀態下，像從操 縱曲線2和3得到的那樣。在獲取到駕駛員的行駛方向指令時，作業機器再生制動（速度 曲線1，第一時間點\)。為此，電機9以發電機方式運行，并且在此產生負扭矩，該負扭矩可 以從扭矩曲線4中看到。在此，作業機器的速度曲線1線性下降，直至在第二時間點t 2下降 到零。配屬于后退行駛方向的行駛方向離合器的操縱曲線3表明，該行駛方向離合器在速 度為零的第二時間點t 2附近連續線性地閉合，從而使該行駛方向離合器在速度為零的第二 時間點t2大致閉合一半。在該時間點，配屬于前進行駛方向的行駛方向離合器突然打開，這 可以從相應的操縱曲線2得到。由此，行駛方向離合器的操縱曲線2和3相交。以該方式， 在作業機器的速度為零的第二時間點t 2之前不久，變換行駛方向離合器以使行駛方向逆轉 通過所謂的重疊切換來實現。因為配屬于前進行駛方向的行駛方向離合器直到作業機器停 止之前不久都保持閉合，所以確保了制動能量直到在第二時間點t 2近似達到作業機器停止 時才通過電機9再生。在行駛方向變換之后，電機9以發動機方式運行以支持內燃機10,并 且在恒定的加速度的情況下產生正扭矩，直到在新的后退行駛方向上達到恒定的初始速度 (速度曲線1，第三時間點t 3)并切斷電機9。
[0036] 在根據圖2的第二實施例中，用于執行行駛方向逆轉的方法涉及將電機9在動力 總成系統中在傳力流方向上布置在行駛方向離合器之后。在該布置中，制動可以通過電機 9在行駛方向離合器打開的情況下執行。為此，在制動過程開始時，當前配屬于前進行駛方 向的行駛方向離合器突然打開，這可以從操縱曲線6(第一時間點得到。以該方式，在 制動過程期間，內燃機10與驅動裝置和電機9脫離。由此，制動能量可以幾乎直到作業機 器停止（第二時間點t2)時才完全在電機9上再生，這可以從負扭矩曲線8得到。在此，配 屬于后退行駛方向的行駛方向離合器根據其操縱曲線7首先保持在打開狀態中。根據速度 曲線5,在作業機器速度為零的時間點（第二時間點t 2)附近，配屬于后退行駛方向的行駛 方向離合器根據操縱曲線7,像在根據圖4的過程中那樣，連續線性地閉合，并且在行駛方 向變換之后，內燃機10通過電機9在沿新的行駛方向加速的情況下通過正扭矩曲線8得到 支持。
[0037] 圖3示例性地示出移動作業機器的動力總成系統，借助該動力總成系統來闡述根 據本發明的用于在移動作業機器中操控無牽引力中斷的行駛方向逆轉的設備。
[0038] 在該動力總成系統中布置有內燃機10、電機9和用于使作業機器的行駛方向逆轉 的倒順車傳動機構11，該倒順車傳動機構至少包括用于前進行駛方向和后退行駛方向的行 駛方向離合器、倒擋傳動機構和主傳動機構，該主傳動機構與作業機器的驅動軸的差速器 Diff連接。內燃機10和電機9形成所謂的并聯混動驅動。內燃機和電機在傳力流中依次 布置在動力總成系統中，從而它們可以共同作用到動力總成系統上。電機9在傳力流中布 置在內燃機10與倒順車傳動機構11的傳動輸入端之間。內燃機9可以在動力總成系統中 產生扭矩T和轉速n。相反地，可以由動力總成系統將扭矩T和轉速n傳遞到內燃機10上。
[0039] 倒順車傳動機構11在動力總成系統中在傳力流中依次具有帶轉換器跨接離合器 的液力扭矩轉換器、至少包括用于前進行駛方向和后退行駛方向的行駛方向離合器和倒擋 傳動機構以及作為主傳動機構的負載切換傳動機構。在此，一個行駛方向離合器配屬于負 載切換傳動機構的多個前進擋，而另一行駛方向離合器配屬于倒擋傳動機構。帶有轉換器 跨接離合器的扭矩轉換器在傳力流中布置在內燃機10與行駛方向離合器之間。負載切換 傳動機構與作業機器的被驅動的車軸的差速器驅動連接，該差速器將在動力總成系統中產 生的驅動功率分配到車軸的車輪上。
[0040] 為了選出用于作業機器的行駛方向逆轉的適合的對策，控制器12獲取系統部件 的信號并評估這些信號。為了執行行駛方向逆轉，系統部件可以通過控制器12來操控。在 制動時通過電機9再生地產生的電能E可以存儲在電能存儲器13 (在此為電池）中，并且 在需要時又輸送給電機9。
[0041] 電信號流連接或信號連接分別通過箭頭示出。控制器12獲取油門踏板位置 AccPos、駕駛員的行駛方向指令DriveDir、電池13的充電狀態S0C、電機9的扭矩T EM和轉 速nEM以及轉換器跨接離合器LC的運行狀態。為了執行行駛方向逆轉，電機9的扭矩T EM和 轉速nEM、轉換器跨接離合器IX、行駛方向離合器KR、KF以及必要時作業機器的作用到車輪 上的運行制動器BRAKE可以通過控制器12來操控。
[0042] 替選地，用于將內燃機9與動力總成系統脫離的未示出的分離離合器可以設置在 內燃機與電機10之間，其中，分離離合器的運行狀態可以通過控制器12來獲取，并且分離 離合器可以通過控制器12來操控。
[0043] 附圖標記列表
[0044] 1 速度曲線
[0045] 2 操縱曲線
[0046] 3 操縱曲線
[0047] 4 扭矩曲線
[0048] 5 速度曲線
[0049] 6 操縱曲線
[0050] 7 操縱曲線
[0051] 8 扭矩曲線
[0052] 9 電機
[0053] 10 內燃機
[0054] 11 倒順車傳動機構
[0055] 12 控制器
[0056] 13 電能存儲器
[0057] E能量
[0058] T扭矩
[0059] N 轉速
[0060] AccPos油門踏板位置的信號連接
[0061] DriveDir行駛方向指令的信號連接
[0062] S0C電池或能量存儲器的充電狀態的信號連接
[0063] Tem電機扭矩的信號連接
[0064] nEM電機轉速的信號連接
[0065] LC轉換器跨接離合器的信號連接
[0066] KF行駛方向離合器的信號連接
[0067] KR行駛方向離合器的信號連接
[0068] BRAKE運行制動器的信號連接
[0069] 第一時間點：再生開始
[0070] t2第二時間點：作業機器停止
[0071] t3第三時間點：切斷電機
[0072] VFz作業機器的速度
[0073] Diff作業機器的驅動軸的差速器
【權利要求】
1. 一種用于操控帶倒順車傳動機構（11)的移動作業機器的方法，其中，行駛方向逆轉 通過獲取行駛方向指令被導入，并且扭矩傳遞從一個行駛方向至另一行駛方向的變換通過 負載切換來執行，其特征在于，移動作業機器再生地制動以使行駛方向逆轉。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在第一時間點（h)獲取到行駛方向指令 之后，為了使作業機器制動，作業機器的動力總成系統中的混合驅動裝置的電機（10)以發 電機方式運行，直到在第二時間點（t 2)近似達到作業機器停止，并且扭矩傳遞從一個行駛 方向至另一行駛方向的變換在接近作業機器停止時進行。
3. 根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，在電機（9)在傳力流中布置在倒順車 傳動機構（11)的行駛方向離合器之前的情況下，在制動期間，倒順車傳動機構（11)的配屬 于當前的行駛方向的行駛方向離合器保持在掛入狀態下，直到在第二時間點（t 2)近似達到 作業機器停止，并且在達到第二時間點（t2)之前，配屬于新的行駛方向的行駛方向離合器 閉合。
4. 根據權利要求3所述的方法，其特征在于，在制動作業機器期間，扭矩轉換器的轉換 器跨接離合器保持在閉合狀態下，或者被轉換至該閉合狀態，在達到內燃機（10)的預定的 下轉速邊界的情況下，轉換器跨接離合器打開并保持在該狀態下，隨后作業機器通過作業 機器的運行制動器制動直到在第二時間點（t 2)停止，并且緊接著閉合配屬于新的行駛方向 的行駛方向離合器。
5. 根據權利要求3或4所述的方法，其特征在于，在完成行駛方向離合器的變換之后， 轉換器跨接離合器保持在打開狀態下，作業機器被朝向新的行駛方向驅動，并且在達到預 定的運行點時閉合轉換器跨接離合器。
6. 根據權利要求5所述的方法，其特征在于，作業機器通過內燃機（10)和/或電機（9) 被朝向新的行駛方向驅動。
7. 根據權利要求1至6中任一項所述的方法，其特征在于，在作業機器通過電機（9)制 動期間，內燃機（10)通過分離離合器與動力總成系統脫離。
8. 根據權利要求5至7中任一項所述的方法，其特征在于，在完成行駛方向離合器的變 換之后，分離離合器閉合，并且轉換器跨接離合器保持在打開狀態下或者被轉換至該打開 狀態，作業機器通過內燃機（10)被朝向新的行駛方向驅動，在達到預定的運行點時閉合轉 換器跨接離合器，并且作業機器通過電機（9)來驅動以支持內燃機（10)。
9. 根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，在將電機（9)在傳力流中布置在行駛 方向離合器之后的情況下，在第一時間點（tj，倒順車傳動機構（11)的配屬于當前的行駛 方向的行駛方向離合器打開，并且作業機器通過電機（9)制動直到作業機器在第二時間點 (t 2)停止。
10. 根據權利要求9所述的方法，其特征在于，在倒順車傳動機構（11)的行駛方向離合 器打開的情況下，在新的行駛方向上通過電機來驅動。
11. 根據權利要求9所述的方法，其特征在于，在達到第二時間點（t2)之前，配屬于新 的行駛方向的行駛方向離合器連續閉合，并且作業機器的驅動通過內燃機來支持。
12. 根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，作業機器通過作業機器的電 機（9)和運行制動器來制動。
13. -種用于操控帶倒順車傳動機構（11)和混合驅動裝置的移動作業機器的設備，尤 其是用于執行根據前述權利要求中任一項所述的方法的設備，其特征在于，在信號技術上 與作業機器的動力總成系統連接的控制器（12)設置成用于操控無牽引力中斷的行駛方向 逆轉，利用所述控制器能操控混合驅動裝置的至少一個電機（9)以使作業機器在行駛方向 逆轉期間再生制動。
14. 根據權利要求13所述的設備，其特征在于，控制器（12)包括用于獲取油門踏板位 置（AccPos)的信號連接、用于獲取駕駛員的行駛方向指令（DriveDir)的信號連接、用于獲 取用于存儲再生獲得的能量（E)并將該能量（E)輸出至電機（9)的電能存儲器（13)的充 電狀態（S0C)的信號連接、用于操控電機（9)的力矩和轉速（T EM、nEM)的信號連接、用于操 控倒順車傳動機構（11)的行駛方向離合器（KR、KF)的信號連接和用于操控液力扭矩轉換 器的轉換器跨接離合器（LC)的信號連接。
15. 根據權利要求13或14所述的設備，其特征在于，控制器（12)在功能上整合到作業 機器的傳動機構控制器中。
【文檔編號】B60W30/18GK104284822SQ201380024664
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2013年4月9日 優先權日:2012年5月31日
【發明者】曼努埃爾·格茨, 馬克·莫爾, 烏多·布雷默, 井內和孝 申請人:Zf 腓德烈斯哈芬股份公司