DE102004060167A1 - Verzögerungssteuerung für eine elektrische Antriebsmaschine - Google Patents

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Brian D. Metamora Kuras
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Abstract

Ein Verfahren zur Ableitung von Leistung in einer angetriebenen Maschine mit einem elektrischen Antrieb weist die Umwandlung von unerwünschter Leistung in elektrische Leistung durch den elektrischen Antrieb auf, den Antrieb eines Verbrennungmotors mit mindestens einem Teil der elektrischen Leistung, bevor im Wesentlichen Leistung mit irgendeiner anderen Leistungsableitungsvorrichtung abgeleitet wird.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Diese Erfindung bezieht sich auf elektrische Antriebssysteme für angetriebene Maschinen und insbesondere auf eine Verzögerungssteuerung für angetriebene Maschinen mit einem elektrischen Antrieb.
  • Hintergrund
  • Herkömmliche angetriebene Maschinen können im Allgemeinen einen Verbrennungsmotor aufweisen, der mechanisch durch eine Getriebeanordnung und einen Antriebsstrang mit den angetriebenen Rädern oder Kettenrädern der Maschine gekoppelt ist. Im Gegensatz dazu weisen angetriebene Maschinen mit elektrischen Antriebssystemen einen Verbrennungsmotor auf, der mechanisch gekoppelt bzw. angeschlossen ist, um einen Generator anzutreiben, der elektrische Leistung erzeugt. Die Leistung von dem Generator wird dann durch einen Motor verbraucht, der mechanisch angekoppelt ist, um die Räder oder Kettenräder der angetriebenen Maschine anzutreiben. Entsprechend können der Generator und der Motor der elektrischen Antriebssysteme das mechanische Getriebe und den Antriebsstrang von herkömmlichen mit Verbrennungsmotor angetriebenen Maschinen ersetzen. Dies kann eine angetriebene Maschine mit einem überlegenen Antriebsstrangwirkungsgrad und verbesserter Antriebsleistung zur Folge haben, was mit einer Maschine mit besserer Brennstoffausnutzung und reduzierten Emissionen in Übereinstimmung ist.
  • Der Wirkungsgrad des elektrischen Antriebssystems jedoch ist so effizient, dass die Verzögerungsleistung des angetriebenen Fahrzeugs ein Betrachtungspunkt wird. Die Verzögerungsleistung einer angetriebenen Maschine bezieht sich auf die Fähigkeit der angetriebenen Maschine, unerwünschte Leistung oder Energie abzuleiten. Eine solche unerwünschte Leistung kann die Leistung der Maschine aufweisen, wenn sie sich mit einer unerwünschten Geschwindigkeit und/oder in einer unerwünschten Richtung bewegt. Beispielsweise kann die unerwünschte Leistung der Maschine aus einem Weg einen Abhang herunter resultieren, oder kann gerade nach der Einleitung einer Richtungsumschaltung der Maschine von einer Rückwärts-Richtung zu einer Vorwärts-Richtung oder umgekehrt vorhanden sein.
  • Herkömmliche angetriebene Maschinen mit mechanischen Getrieben und Antriebssträngen leiten Teile der unerwünschten Leistung als Wärme mittels mechanischer Kupplungen, Drehmomentwandler und mittels des Motors ab. Im Gegensatz dazu sind der elektrische Generator und der elektrische Motor einer elektrisch angetriebenen Maschine extrem effiziente Komponenten und leiten somit selbst nicht gut unerwünschte Leistung ab.
  • Das US-Patent 5 954 799 von Bernd Dietzel ("das '799-Patent") offenbart ein angetriebenes Fahrzeug mit einem Prozess zur Beeinflussung des Zugdrehmomentes eines elektrischen Antriebssystems. Das Verfahren weist die Anwendung eines elektrischen Antriebssystems mit einem umschaltbaren Generator und zwei umschaltbaren Elektromotoren auf. Die Elektromotoren können als Generatoren wirken und elektrische Leistung ansprechend auf Energie erzeugen, die dahingehend wirkt, dass sie die Räder der Maschine dreht. Die erzeugte elektrische Leistung kann dann zum Generator geliefert werden, der dann als ein Motor wirken kann, um den Verbrennungsmotor anzutreiben. Der Antrieb des Verbrennungsmotors durch den Generator mit einer Drehzahl gleich einer Leerlaufdrehzahl des Motors dient dazu, die Brennstoffausnutzung des Fahrzeugs zu verbessern, indem man die Notwendigkeit umgeht, Brennstoff in den Motor einzuspritzen.
  • Das '799-Patent ist im Allgemeinen darauf gerichtet, eine erwünschte Drehzahl bzw. Geschwindigkeit des Fahrzeugs aufrecht zu erhalten, es offenbart jedoch nicht die Maximierung des möglichen Zugdrehmomentes des elektrischen Antriebssystems in dem Fall einer kompletten Abbremsung des Fahrzeugs oder einer kompletten Hierarchie von Leistungsableitungsvorrichtungen. Entsprechend sorgt das '799-Patent beispielsweise nicht für eine voll ständige Verzögerungsstrategie zur Ableitung der unerwünschten Leistung in einer angetriebenen Maschine mit einem elektrischen Antrieb.
  • Die vorliegende Erfindung vermeidet einige oder alle der zuvor erwähnten Nachteile des Standes der Technik.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist ein Verfahren zur Ableitung von Leistung in einer angetriebenen Maschine mit einem elektrischen Antrieb die Umwandlung der unerwünschten Leistung in elektrische Leistung durch den elektrischen Antrieb und den Antrieb eines Verbrennungsmotors mit mindestens einem Teil der elektrischen Leistung auf, bevor im Wesentlichen die Leistung mit irgendeiner anderen Leistungsableitungsvorrichtung abgeleitet wird.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren zur Ableitung von Leistung in einer angetriebenen Maschine mit einem elektrischen Antrieb die Umwandlung von unerwünschter Leistung in elektrische Leistung durch den elektrischen Antrieb auf, und den Antrieb eines Verbrennungsmotors mit mindestens einem ersten Teil der ersten elektrischen Leistung. Das Verfahren weist weiter die Lieferung eines zweiten Teils der elektrischen Leistung zu einer Energiespeicherkomponente und/oder zu einer elektrisch angetriebenen Zusatzeinrichtung der angetriebenen Maschine auf, wobei der zweite Teil der elektrischen Leistung entspricht, die eine vorbestimmte Ableitungsgrenze des Verbrennungsmotors überschreitet. Zusätzlich weist das Verfahren die Ableitung von unerwünschter Leistung durch das Anlegen von mindestens einer Bremse der angetriebenen Maschine auf.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren zur Ableitung von unerwünschter Leistung in einer angetriebenen Maschine mit einer elektrischen Vorrichtung den Antrieb eines Verbrennungsmotors mit der unerwünschten Leistung auf, weiter das Liefern von uner wünschter Leistung zu einer Energiespeicherkomponente und/oder zu einer elektrisch angetriebenen Zusatzeinrichtung der angetriebenen Maschine, und das Anlegen von mindestens einer Bremse der angetriebenen Maschine.
  • Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine angetriebene Maschine erste Mittel auf, um unerwünschte Leistung abzuleiten, weiter zweite Mittel, um unerwünschte Leistung abzuleiten und dritte Mittel, um unerwünschte Leistung abzuleiten. Die angetriebene Maschine weist auch einen elektrischen Antrieb und eine Steuervorrichtung auf, die konfiguriert ist, um die Anwendung der ersten, zweiten und dritten Ableitungsmittel mit Prioritäten zu versehen, so dass die Ableitungsmittel mit der höchsten Priorität die Leistung bis zu einer vorbestimmten Grenze ableiten, wenn mehr als ein Ableitungsmittel erforderlich ist.
  • Es sei bemerkt, dass sowohl die vorangegangene allgemeine Beschreibung als auch die folgende detaillierte Beschreibung nur beispielhaft und erklärend sind und nicht einschränkend für die Erfindung, wie sie beansprucht wird.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 veranschaulicht eine schematische Darstellung eines elektrischen Antriebssystems für eine angetriebene Maschine gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
  • 2 zeigt ist ein Flussdiagramm, welches eine beispielhafte Verzögerungsstrategie der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht; und 3 ist ein Flussdiagramm, welches eine weitere beispielhafte Verzögerungsstrategie der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Es wird nun im Detail auf die Zeichnungen Bezug genommen. Wo immer es möglich ist, werden die gleichen Bezugszeichen in den gesamten Zeichnungen verwendet, um sich auf die gleichen oder auf ähnliche Teile zu beziehen.
  • 1 veranschaulicht schematisch eine angetriebene Maschine 10 mit einem elektrischen Antrieb 12 gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung. Der elektrische Antrieb 12 kann bei irgendeiner Bauart einer Maschine mit Rädern oder Kettenrädern 15 verwendet werden, um die angetriebene Maschine 10 anzutreiben. Beispielsweise kann der elektrische Antrieb 12 bei einer Dozer-Maschine verwendet werden, die Raupen besitzt, die von Kettenrädern 15 angetrieben werden, die mit dem elektrischen Antrieb 12 gekoppelt sind.
  • Wie in 1 veranschaulicht, kann die elektrische Vorrichtung 12 einen Verbrennungsmotor 12 aufweisen, der so angekoppelt ist, dass er Leistung an einen elektrischen Generator 16 liefert. Der Generator 16 kann Leistungselektronik 18 aufweisen und erzeugten Strom zu einem Gleichstrombus 20 und zu einem oder mehreren Elektromotoren 22 leiten. Zusätzlich kann der Gleichstrombus 20 mit einem Widerstandsgitter 24 gekoppelt sein, welches assoziierte Leistungselektronik 26 besitzt, weiter mit einer Energiespeicherkomponente 28 und mit elektrisch angetriebenen Zusatzeinrichtungen 30 der angetriebenen Maschine 10.
  • Der Elektromotor 22 kann auch Leistungselektronik 32 aufweisen, und kann mechanisch angekoppelt sein, um eine Antriebskraft zu Rädern oder Kettenrädern 15 der Maschine 10 zu liefern. Bremsen 34 können mit jedem Rad oder Kettenrad gekoppelt sein.
  • Der Verbrennungsmotor 14 kann irgendeine Bauart oder Größe aufweisen. Beispielsweise kann der Verbrennungsmotor 14 ein mit Diesel, Benzin oder Erdgas angetriebener Motor sein. Alle solche alternativen Konfigurationen des Verbrennungsmotors 14 können im Allgemeinen als Motormittel bezeichnet werden. Wie oben erwähnt, kann der Verbrennungsmotor 24 konfiguriert sein, den elektrischen Generator 16 anzutreiben. Zusätzlich kann der Verbrennungsmotor 14 mechanisch angekoppelt sein, um eine Anzahl von anderen Komponenten der angetriebenen Maschine 10 anzutreiben. Bei spielsweise kann der Verbrennungsmotor 14 mechanisch angekoppelt sein, um eine oder mehrere Hydraulikpumpen, eine oder mehrere Wasserpumpen, einen Ventilator und/oder einen Wechselstromgenerator der angetriebenen Maschine 10 anzutreiben.
  • Der elektrische Generator 16 kann von irgendeiner geeigneten Bauart sein, beispielsweise eine Bauart mit Wechselstrominduktion, geschalteter Reluktanz oder Permanentmagnet. Wie genauer unten beschrieben wird, kann der Elektromotor 16 mit einer Leistungsumschaltfähigkeit konfiguriert werden, um es ihm zu ermöglichen, als ein Elektromotor zum Antrieb des Verbrennungsmotors 14 zu arbeiten. Zusätzlich kann der elektrische Generator 16 geeignete Leistungselektronik 18 aufweisen. Die Leistungselektronik 18 kann beispielsweise eine geeignete Hardware bzw. Komponenten und Software bzw. Programme aufweisen, um den Betrieb des elektrischen Generators 16 zu steuern, wie es in der Technik bekannt ist.
  • Der Gleichstrombus 20 der angetriebenen Maschine 10 kann eine elektrische Speichervorrichtung mit einem gegebenen Spannungspegel aufweisen. Entsprechend kann der Gleichstrombus 20 so konfiguriert sein, dass er in geeigneter Weise die von dem Betrieb der elektrischen Vorrichtung 12 erzeugte Leistung führt und verteilt. Beispielsweise kann der Gleichstrombus 20 in geeigneter Weise konfiguriert sein, um die Leistung aufzunehmen, die von dem elektrischen Generator 16 erzeugt wird, und er kann, wie genauer unten beschrieben werden wird, die von dem Elektromotor 22 erzeugte Leistung aufnehmen, wenn der Elektromotor 22 als ein Generator arbeitet.
  • Wie oben erwähnt, kann der Gleichstrombus 20 mit einem Widerstandsgitter 24 gekoppelt sein. Das Widerstandsgitter 24 kann konfiguriert werden, um Elektrizität in Wärme umzuwandeln, beispielsweise durch Steuerung des Stroms an einem Leistungswiderstand. Aufgrund der hohen Temperaturen, die von dem Leistungswiderstand erzeugt werden können, kann das Widerstandsgitter 24 ein geeignetes Luft- oder Flüssigkeitskühlungssystem aufweisen (nicht gezeigt). Das Widerstandsgitter 24 kann in Betrieb durch beabsichtigte Erzeugung eines Spannungsanstiegs in den Gleichstrombus sichtigte Erzeugung eines Spannungsanstiegs in den Gleichstrombus 20 ausgelöst werden, und zwar durch Erzeugung einer Leistungsdifferenz zwischen dem Elektromotor und dem elektrischen Generator 16. Wie es schon verständlich wurde, kann das Widerstandsgitter 24 irgendeine Anzahl von alternativen Konfigurationen aufweisen, die einen Leistungswiderstand aufweisen können oder nicht, solange die Konfiguration zu einem primären Zweck der Umwandlung von unerwünschter elektrischer Leistung in Wärme dient. Alle diese alternativen Konfigurationen können allgemein als Widerstandsgittermittel bezeichnet werden. Die Energiespeicherkomponente 28 kann von irgendeiner herkömmlichen Bauart zur Speicherung von elektrischer Energie sein. Beispielsweise kann die Energiespeicherkomponente 28 einen oder mehrere Kondensatoren und/oder Batterien aufweisen, die in geeigneter Weise angeschlossen sind und geeignete Steuerelektronik besitzen. Zusätzlich können die elektrischen Leistungszusatzeinrichtungen 30 alle oder einige der Komponenten der angetriebenen Maschine 10 aufweisen, die elektrische Leistung erfordern. Der Elektromotor 22 und die entsprechende Leistungselektronik 32 können konfiguriert sein, um adäquat die erforderliche Leistung der angetriebenen Maschine 10 zu behandeln. In ähnlicher Weise wie der elektrische Generator 16 kann der Elektromotor 22 mit einer Fähigkeit zur Umschaltung der Leistung konfiguriert sein, um zu ermöglichen, dass er als ein Generator zur Erzeugung elektrischer Leistung arbeitet. Die Leistungselektronik 32 des Elektromotors 22 kann geeignete Hardware bzw. Komponenten und Software bzw. Programme aufweisen, um den Betrieb des Elektromotors 22 zu steuern, wie es in der Technik bekannt ist.
  • Die Bremsen 34 können von irgendeiner herkömmlichen Bauart sein, die eine variable Steuerung besitzt. Beispielsweise können die Bremsen 34 mechanisch oder hydraulisch durch ein geeignetes mechanisches Steuersystem oder Strömungsmittelsteuersystem betätigt werden, oder sie können in Form eines hydraulischen Retarders bzw. einer Verzögerungsvorrichtung sein. Alle diese alternativen Konfigurationen der Bremsen 34 können im Allgemeinen als Bremsenmittel bezeichnet werden. Während der Anwendung der Bremsen 34 wird Leistung der Maschine von den Bremsen 34 in Form von abge gebener Wärme abgeleitet. Entsprechend können die Bremsen 34 ein geeignetes Kühlungssystem erfordern. Die Bremsen 34 können das primäre Bremssystem für die angetriebene Maschine 10 sein, oder sie können ein Zusatzsystem zur Anwendung alleine oder in erster Linie in Verbindung mit der Verzögerungsstrategie der vorliegenden Offenbarung sein.
  • Während des Antriebs der angetriebenen Maschine 10 durch den elektrischen Antrieb 12 verbrennt der Verbrennungsmotor 14 Brennstoff zum Antrieb des elektrischen Generators 16. Der elektrische Generator 16 wiederum erzeugt elektrische Leistung, die zu dem Gleichstrombus 20 geliefert wird. Der Gleichstrombus 20 liefert dann elektrische Leistung zu den verschiedenen elektrisch angetriebenen Zusatzeinrichtungen 30, wie sie benötigt wird, und zum elektrischen Motor 22, um die Räder oder Kettenräder 15 anzutreiben. Der allgemeine Fluss der Leistung, der während des Antriebes des elektrischen Antriebs 12 erzeugt wird, wird vom Pfeil P in 1 gezeigt. Die angetriebene Maschine 10 kann auch unerwünschte Leistung/Energie verzögern oder ableiten. Solche unerwünschte Leistung kann in der Form von Leistung sein, die der angetriebenen Maschine 10 basierend auf ihrem Weg eine Neigung hinunter zugeführt wird, oder in Form einer Bewegung der angetriebenen Maschine 10 in einer langsameren erwünschten Geschwindigkeit als der tatsächlichen Geschwindigkeit. Der Verzögerungsprozess, der mit diesen zwei Kategorien von unerwünschter Leistung assoziiert ist, wird im Allgemeinen als Bergabfahrtsverzögerung bzw. Richtungsumschaltverzögerung bezeichnet. Es sei bemerkt, dass die Ausdrücke "Energie" und "Leistung" hier als austauschbar bezeichnet werden, und zwar dahingehend, dass die Leistung allein die Zeitableitung der Energie ist. Die angetriebene Maschine 10 sieht einen Verzögerungsprozess vor, wobei die unerwünschte Leistung vollständig durch die angetriebene Maschine 10 abgeleitet wird. Insbesondere kann die unerwünschte Leistung durch vier Hauptkategorien von Komponenten der angetriebenen Maschine 10 abgeleitet werden; nämlich den Verbrennungsmotor 14, die Energiespeicherungskomponente 28 und/oder die elektrisch angetriebenen Zusatzeinrichtungen 30, das Widerstandgitter 24 und die Bremsen 34. Diese vier Kategorien von Komponenten können alle der alternativen Konfigurationen aufweisen, die oben in Verbindung mit den einzelnen Komponenten detailliert dargestellt wurden, und können als erste, zweite, dritte und vierte Mittel zur Ableitung von unerwünschter Leistung bezeichnet werden. Mit Bezug auf die Ableitung der unerwünschten Leistung durch den Verbrennungsmotor 14, die Energiespeicherkomponenten 28 und/oder die elektrisch angetriebenen Zusatzeinrichtungen 30 und das Widerstandsgitter 24 wird der allgemeine Fluss der Leistung durch den Pfeil R in 1 gezeigt.
  • Während des mit dem elektrischen Antrieb 12 assoziierten Verzögerungsprozesses wird unerwünschte Leistung von den Rädern oder Kettenrädern 15 aufgenommen und auf den Elektromotor 22 aufgebracht. Bei diesem Prozess arbeitet jedoch der Elektromotor 22 als Generator und erzeugt elektrische Leistung. Die von dem Elektromotor 22 erzeugte elektrische Leistung wird dann zum Gleichstrombus 20 geliefert. Dann wird gemäß der Verzögerungsstrategie, die unten in Verbindung mit 2 besprochen werden soll, die elektrische Leistung des Gleichstrombusses 20 zu dem Verbrennungsmotor 14, der Energiespeicherkomponente 28, den elektrisch angetriebenen Zusatzeinrichtungen 30 und dem Widerstandsgitter 24 verteilt, welches die elektrische Leistung ableitet.
  • Beispielsweise können die gesamte elektrische Energie in dem Gleichstrombus 20 oder ein Teil davon zu dem elektrischen Generator 16 verteilt werden (der nun als ein Elektromotor arbeiten würde), um den Verbrennungsmotor 14 anzutreiben. Auf den Antrieb des Verbrennungsmotors 14 hin wird die unerwünschte elektrische Leistung durch natürliche Motorreibung, Auslass- bzw. Abgaseinschränkungen, Druckauslassvorrichtungen bzw. Motorbremsvorrichtungen und angetriebene Zusatzeinrichtungen des Motors abgeleitet. Es sei bemerkt, dass der Antrieb des Verbrennungsmotors 14 durch den elektrischen Generator 16 Brennstoffeinsparungen vorsieht, weil kein Brennstoff erforderlich ist, um den Verbrennungsmotor 14 am Laufen zu halten. Andere Teile der elektrischen Leistung in dem Gleichstrombus 20 können zu dem Widerstandsgitter 24 geliefert werden, um den assoziierten Leistungs widerstand aufzuheizen. Wenn man dies so tut, wird elektrische Leistung, die zu dem Widerstandsgitter 24 geliefert wurde, in Form von Wärme abgeleitet. Wie oben bemerkt, ist verständlich, dass das Widerstandsgitter 24 ein geeignetes Luft- oder Flüssigkeitskühlungssystem erfordern kann, um das Widerstandsgitter innerhalb seiner Temperaturgrenzen zu halten.
  • Zusätzlich zu den oben beschriebenen Dingen zur Ableitung von elektrischer Leistung, die zu dem Gleichstrombus 20 durch den Elektromotor 22 geliefert wird, könnte die elektrische Leistung zu den elektrisch angetriebenen Zusatzeinrichtungen 30 verteilt werden und von diesen abgeleitet werden, oder könnte in der Energiespeicherkomponente 28 gespeichert werden.
  • Wie oben erwähnt, kann unerwünschte Leistung in der angetriebenen Maschine 10 auch von den Bremsen 34 abgeleitet werden. Dies wird erreicht durch Aktivierung der Bremsen 34, die wiederum die unerwünschte Leistung in der angetriebenen Maschine in Form einer Aufheizung der Komponenten der Bremse 34 ableiten. Entsprechende herkömmliche Bremsenkühlsysteme können vorgesehen werden, um die Bremsen 34 unter unerwünschten Temperaturen zu halten.
  • 2 veranschaulicht eine Verzögerungsstrategie 40 gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung. Wie gezeigt, bestimmt eine Bedienergeschwindigkeitseingabe 42 eine erwünschte Geschwindigkeit der angetriebenen Maschine 10. Die erwünschte Geschwindigkeit kann von dem Bediener durch irgendeine herkömmliche Eingabevorrichtung eingestellt werden, beispielsweise durch ein Fußpedal oder durch einen Handsteuerhebel. Die Bedienergeschwindigkeitseingabe 42 kann das Halten einer speziellen positiven Geschwindigkeit der angetriebenen Maschine 10, die Abbremsung auf eine Geschwindigkeit von Null oder die Verlangsamung auf eine Geschwindigkeit von Null und eine Beschleunigung auf eine positive Geschwindigkeit in einer Richtung entgegengesetzt zur Bewegung der angetriebenen Maschine 10 aufweisen (d.h. eine Richtungsumschaltung von vorwärts nach rückwärts oder umgekehrt). Die Bedienergeschwindigkeitseinga be 42 wird dann mit einer gemessenen Geschwindigkeit 44 der angetriebenen Maschine 10 verglichen. Die gemessene Geschwindigkeit 44 kann in irgendeiner herkömmlichen Weise erhalten werden, beispielsweise durch Messung der Drehzahl der Wellen, die mit den Rädern oder Kettenrädern 15 verbunden sind.
  • Der Vergleich der Bedienergeschwindigkeitseingabe 42 mit der gemessenen Geschwindigkeit 44 findet in einer Geschwindigkeitsvergleichsbox 46 in 2 statt. Wenn die gemessene Geschwindigkeit 44 der angetriebenen Maschine 10 ausreichend nahe an der Bedienergeschwindigkeitseingabe 42 ist, oder geringer als diese ist, ist keine Verzögerung der angetriebenen Maschine 10 nötig, und eine geeignete Pause wird eingeleitet, bevor wiederum die Bedienergeschwindigkeitseingabe 42 mit der gemessenen Geschwindigkeit 44 verglichen wird. Wenn die gemessene Geschwindigkeit 44 größer als die Bedienergeschwindigkeitseingabe 42 ist, dann ist eine Verzögerung nötig, um die unerwünschte Leistung abzuleiten, die mit der zusätzlichen Geschwindigkeit assoziiert ist.
  • Der Kasten 48 der 2 stellt den Berechnungsschritt der Bestimmung der Menge der unerwünschten Leistung dar, die abgeleitet werden muss, um die Geschwindigkeit der angetriebenen Maschine 10 auf den Wert der Bedienergeschwindigkeitseingabe 42 zu reduzieren. Dieser Wert für die unerwünschte Leistung wird im Folgenden als ein erforderlicher Verzögerungsleistungswert 50 bezeichnet und kann unter anderem durch irgendeinen geeigneten Mikroprozessor berechnet werden, der herkömmliche Techniken verwendet.
  • Sobald der erforderliche Verzögerungsleistungswert 50 bestimmt ist, bestimmt die Verzögerungsstrategie 40 den besten Weg zur Ableitung der Verzögerungsleistung durch die angetriebene Vorrichtung 10. Wie in 2 veranschaulicht, weist die Verzögerungsstrategie 40 eine Hierarchie von Vorrichtungen auf, die verwendet werden, um die Verzögerungsleistung abzuleiten. Die Hierarchie legt den Verbrennungsmotor 14 als die erste Ableitungsvorrichtung fest, dann die elektrisch angetriebenen Zusatzeinrichtungen 30 und/oder die Energiespeicherkomponente 28, dann das Widerstandsgitter 24 und schließlich die Bremsen 34.
  • Insbesondere sorgt der Verbrennungsmotor 14 für eine Ableitung der Verzögerungsleistung bis dorthin, was erreicht wird, wenn die Drehzahlgrenze des Verbrennungsmotors 14 erreicht ist. Entsprechend weist der Verbrennungsmotor 14 ein maximales Ableitungspotential auf, welches mit seinem Betrieb bei seiner Drehzahlgrenze assoziiert ist. Der Kasten 52 in 2 vergleicht den erforderlichen Verzögerungsleistungswert 50 mit dem maximalen Ableitungspotential des Verbrennungsmotors 14. Wenn das maximale Ableitungspotential des Verbrennungsmotors 14 größer als der erforderliche Verzögerungsleistungswert 50 ist, dann werden der Elektromotor 22, der Gleichstrombus 20 und der elektrische Generator 16 so gesteuert, wie oben beschrieben, um den Verbrennungsmotor 14 anzutreiben und die gesamte Verzögerungsleistung abzuleiten. Dieser Schritt wird mit dem Kasten 54 in 2 festgelegt. Die Verzögerungsstrategie 40 geht kontinuierlich zurück zum Vergleich der Bedienergeschwindigkeitseingabe 42 mit der gemessenen Geschwindigkeit 44 der angetriebenen Vorrichtung 10 in einer vordefinierten Mikroprozessorausführungszeitsteuervorrichtung (Timer).
  • Wenn der erforderliche Verzögerungsleistungswert 50 das maximale Ableitungspotential des Verbrennungsmotors 14 überschreitet, dann wird der Verbrennungsmotor 14 verwendet, um die Verzögerungsleistung bis zu seinem maximalen Potential abzuleiten (Kasten 58 in 2), und ein erster Restbruchteil 56 der Verzögerungsleistung wird zu mindestens einer der elektrisch angetriebenen Zusatzeinrichtungen 30 und zur Energiespeicherkomponente 28 geliefert, den nächsten Ableitungsvorrichtungen in der Hierarchie der Verzögerungsstrategie 40.
  • Ähnlich wie bei dem Verbrennungsmotor 14 weisen die elektrisch angetriebenen Zusatzeinrichtungen 30 und die Energiespeicherkomponente 28 beide maximale Ableitungspotentiale auf. Diese maximalen Ableitungspotentiale können beispielsweise mit Temperatur- oder Spannungsgrenzen oder Mo tornennleistungen der Zusatzeinrichtungen der Komponenten assoziiert sein, die die elektrisch angetriebenen Zusatzeinrichtungen 30 und die Energiespeicherkomponente 28 bilden. Entsprechend vergleicht der Kasten 62 in 2 den ersten Restbruchteil 56 mit dem maximalen Ableitungspotential der elektrisch angetriebenen Zusatzeinrichtungen 30 und der Energiespeicherkomponente 28. Wenn die maximalen Ableitungspotentiale der elektrisch angetriebenen Zusatzeinrichtungen 30 und der Energiespeicherkomponente 28 größer sind als der erste Restbruchteil 56, dann werden der Elektromotor 22 und der Gleichstrombus 20 wie oben beschrieben gesteuert, um Strom zu den elektrisch angetriebenen Zusatzeinrichtungen 30 und zur Energiespeicherkomponente 28 zu liefern, um den gesamten ersten Restbruchteil 56 abzuleiten. Dieser Schritt wird mit dem Kasten 64 in 2 bezeichnet.
  • Wenn der erste Restbruchteil 56 die maximalen Ableitungspotentiale der elektrisch angetriebenen Zusatzeinrichtungen 30 und der Energiespeicherkomponente 28 überschreitet, dann werden die elektrisch angetriebenen Zusatzeinrichtungen 30 und die Energiespeicherkomponente 28 verwendet, um den ersten Restbruchteil 56 bis zu ihrem maximalen Potential abzuleiten (Kasten 68 von 2), und ein zweiter Restbruchteil 66 der Verzögerungsleistung wird zu dem Widerstandsgitter 24 geliefert, der nächsten Vorrichtung in der Hierarchie der Verzögerungsstrategie 40.
  • Wie bei den anderen Leistungsableitungsvorrichtungen weist das Widerstandgitter 24 ein maximales Ableitungspotential auf. Das maximale Ableitungspotential kann beispielsweise mit den Temperaturgrenzen der Komponenten assoziiert sein, die das Widerstandsgitter 24 bilden. Entsprechend vergleicht der Kasten 72 in 2 den zweiten Restbruchteil 66 mit dem maximalen Ableitungspotential des Widerstandsgitters 24. Wenn das maximale Ableitungspotential des Widerstandsgitters 24 größer ist als der zweite Restbruchteil 66, dann werden der Elektromotor 22 und der Gleichstrombus 20 wie oben beschrieben gesteuert, um Strom zum Widerstandsgitter 24 zu liefern, um den gesamten zweiten Restbruchteil 66 abzuleiten. Dieser Schritt wird in 2 mit dem Kasten 74 bezeichnet.
  • Wenn der zweite Restbruchteil 66 das maximale Ableitungspotential des Widerstandsgitters 24 überschreitet, dann wird das Widerstandsgitter 24 verwendet, um den zweiten Restbruchteil 66 bis zu seinem maximalen Potential abzuleiten (Kasten 78 von 2), und ein dritter Restbruchteil 76 der Verzögerungsleistung wird von den Bremsen 34 absorbiert, die nächste Ableitungsvorrichtung in der Hierarchie der Verzögerungsstrategie 40.
  • Die Bremsen 34 leiten vollständig den dritten Restbruchteil 76 ab, wobei somit die gesamte erforderliche Verzögerungsleistung 50 abgeleitet wird. Dieser Prozess wird mit dem Kasten 82 in 2 festgelegt.
  • Es sei bemerkt, dass die Verzögerungsstrategie 40 von einer geeigneten Steuervorrichtung vorangetrieben wird. Eine solche Steuervorrichtung kann von irgendeiner herkömmlichen Konstruktion mit Hardware bzw. Komponenten und Software bzw. Programmen sein, um die Berechnungen auszuführen und geeignete Signale zu senden und zu empfangen, um die Verzögerungsstrategie 40 auszuführen. Die Steuervorrichtung kann eine oder mehrere Steuervorrichtungseinheiten aufweisen, und kann nur konfiguriert sein, um die Verzögerungsstrategie 40 auszuführen oder um die Verzögerungsstrategie 40 und andere Prozesse der angetriebenen Maschine 10 auszuführen. Die zahlreichen verschiedenen Alternativen für die Steuervorrichtung werden allgemein als Steuervorrichtungsmittel bezeichnet.
  • Zusätzlich sei bemerkt, dass die maximalen Ableitungspotentiale für die Ableitungsvorrichtungen 14, 24, 28 und 30 feste oder variable Werte sein könnten. Beispielsweise könnte das maximale Ableitungspotential von irgendeiner der Ableitungsvorrichtungen kontinuierlich von der Steuervorrichtung berechnet werden, und könnte beispielsweise basierend auf der Umgebungstemperatur abgesenkt werden, die die Antriebsmaschine 10 umgibt.
  • Zusätzlich kann die Steuerstrategie 40 der 2 modifiziert werden, um (1) die Anwendung der elektrisch angetriebenen Zusatzeinrichtungen 30 und der Energiespeicherkomponente 28 als Ableitungsvorrichtungen wegzulassen, weiter um (2) nur die elektrisch angetriebenen Zusatzeinrichtungen 30 oder die Energiespeicherkomponente 28 als Ableitungsvorrichtung zu verwenden oder um (3) sowohl die elektrisch angetriebenen Zusatzeinrichtungen 30 als auch die Energiespeicherkomponente 28 als Ableitungsvorrichtungen zu verwenden, jedoch nicht gleichzeitig.
  • 3 veranschaulicht ein anderes beispielhaftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung. 3 weist eine Verzögerungsstrategie 90 auf, die ähnlich der Verzögerungsstrategie 40 der 2 ist, außer dass die Ableitung durch die elektrisch angetriebenen Zusatzeinrichtungen 30, die Energiespeicherkomponente 28, das Widerstandsgitter 24 und die Bremsen 34 im Wesentlichen gleichzeitig vorgesehen ist (Kasten 92 der 3).
  • Es sei bemerkt, dass zahlreiche andere Verzögerungsstrategien gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet werden könnten. Beispielsweise kann eine Verzögerungsstrategie die Ableitung von Leistung durch die elektrisch angetriebenen Zusatzeinrichtungen 30 und/oder die Energiespeicherkomponente 28 vor der Ableitung durch den Verbrennungsmotor 14 aufweisen, oder die Ableitung von Leistung durch das Widerstandsgitter 24 vor der Ableitung durch die elektrisch angetriebenen Zusatzeinrichtungen 30 und/oder die Energiespeicherkomponente 28. Zusätzlich sei bemerkt, dass die offenbarten Verzögerungsstrategien mit irgendeiner Art einer elektrischen Antriebskonfiguration verwendet werden könnten, die in der Technik bekannt sind, und zwar zusätzlich zu dem in 1 veranschaulichten elektrischen Hybrid-Reihenantrieb. Beispielsweise können die offenbarten Verzögerungsstrategien mit einem parallelen elektrischen Hybrid-Antrieb verwendet werden. Weiter sei bemerkt, dass die Konzepte hinter den offenbarten Verzögerungsstrategien leicht zur Anwendung mit einem hydrostatischen Getriebesystem oder mit anderen hydrostatischen Konfigurationen modifiziert werden können.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Die Verzögerungsstrategien 40, 90 für die angetriebene Maschine 10 gemäß der vorliegenden Offenbarung sehen eine im Wesentlichen vollständige Verwendung der angetriebenen Maschine 10 bei der Ableitung von unerwünschter Leistung vor. Wie bemerkt, wird Leistung durch den Verbrennungsmotor 14, ein Widerstandsgitter 24, elektrisch angetriebene Zusatzeinrichtungen 30, Energiespeicherkomponenten 28 und Bremsen 34 abgeleitet.
  • Entsprechend wird ein größerer Brennstoffwirkungsgrad durch die Verringerung der Notwendigkeit von Brennstoff in dem Verbrennungsmotor 14 erreicht, wenn der Motor 14 durch den elektrischen Generator 16 angetrieben wird. Weiterhin steigert die Leistungsverteilung unter den verschiedenen Komponenten der angetriebenen Maschine 10 die Lebensdauer von jeder der Leistungsableitungsvorrichtungen, einschließlich der Bremsen 34.
  • Zusätzlich gestatten die Verzögerungsstrategien 40, 90 der 2 und 3, dass der Verbrennungsmotor 14 Leistung bis zu seiner Drehzahlgrenze ableitet, bevor eine Leistungsableitung von einer anderen Vorrichtung erforderlich wird. Dies stellt die maximalen Brennstoffeinsparungen sicher. Zusätzlich sieht die Anordnung der Bremsen als die letzte Leistungsableitungsvorrichtung in der Hierarchie der Leistungsableitungsvorrichtungen vor, dass die Bremsen 34 minimale Abnutzung während der Verzögerung haben. Schließlich sorgt die Anwendung der Energiespeicherkomponente 28 für eine zukünftige vorteilhafte Anwendung der Verzögerungsleistung.
  • Andere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden dem Fachmann aus einer Betrachtung der Beschreibung und der praktischen Ausführung der hier offenbarten Erfindung offensichtlich. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung und die Beispiele nur als beispielhaft angesehen werden, wobei ein wahrer Umfang der Erfindung durch die folgenden Ansprüche gezeigt wird.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Ableitung von Leistung in einer angetriebenen Maschine (10), die einen elektrischen Antrieb (12) hat, welches Folgendes aufweist: Umwandlung von unerwünschter Leistung in elektrische Leistung durch den elektrischen Antrieb; und Antrieb eines Verbrennungsmotors (14) mit mindestens einem Teil der elektrischen Leistung, bevor im Wesentlichen die Leistung mit irgendeiner anderen Leistungsableitungsvorrichtung abgeleitet wird.
  2. Verfahren zur Ableitung von Leistung nach Anspruch 1, wobei der Antrieb des Verbrennungsmotors den Antrieb des Motors bis zu einer vorbestimmten Grenze aufweist.
  3. Verfahren zur Ableitung von Leistung nach Anspruch 2, wobei die vorbestimmte Grenze einer Drehzahlgrenze des Verbrennungsmotors entspricht.
  4. Verfahren zu Ableitung von Leistung nach Anspruch 1, welches weiter aufweist, einen weiteren Teil der elektrischen Leistung zu einer Energiespeicherkomponente (28) und/oder einer elektrisch angetriebenen Zusatzeinrichtung (30) der angetriebenen Maschine zu liefern.
  5. Verfahren zur Ableitung von Leistung nach Anspruch 4, welches weiter aufweist, unerwünschte Leistung durch eine Anwendung von mindestens einer Bremse (34) der angetriebenen Maschine abzuleiten.
  6. Verfahren zur Ableitung von Leistung nach Anspruch 4, welches weiter aufweist, einen weiteren Teil der elektrischen Leistung zu einem Widerstandsgitter (24) zu liefern.
  7. Verfahren zur Ableitung von Leistung nach Anspruch 6, wobei die Lieferung des weiteren Teils der elektrischen Leistung zu einem Widerstandsgitter die Lieferung von elektrischer Leistung bis zu einer vorbestimmten Grenze aufweist.
  8. Verfahren zur Ableitung von Leistung nach Anspruch 6, welches weiter aufweist, unerwünschte Leistung durch eine Anwendung von mindestens einer Bremse der angetriebenen Maschine abzuleiten.
  9. Verfahren zur Ableitung von Leistung nach Anspruch 1, welches weiter aufweist, simultan einen weiteren Teil der elektrischen Leistung zu einer Energiespeicherkomponente und/oder einer elektrisch angetriebenen Zusatzeinrichtung der angetriebenen Komponente und/oder zu einem Widerstandsgitter zu liefern, und unerwünschte Leistung durch eine Anwendung von mindestens einer Bremse der angetriebenen Maschine abzuleiten.
  10. Angetriebene Maschine, die Folgendes aufweist: erste Mittel zur Ableitung von unerwünschter Leistung; zweite Mittel zur Ableitung von unerwünschter Leistung; dritte Mittel zur Ableitung von unerwünschter Leistung; einen elektrischen Antrieb (12); und eine Steuervorrichtung, die konfiguriert ist, um die Anwendung von den ersten oder zweiten oder dritten Ableitungsmitteln so mit Prioritäten zu versehen, dass die Ableitungsmittel mit der höchsten Priorität Leistung bis zu einer vorbestimmten Grenze ableiten, wenn mehr als ein Ableitungsmittel erforderlich ist.
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