-
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.