DE112014003835T5

DE112014003835T5 - Antriebssystem für Fahrzeug, das geschlepptes Gerät zieht

Info

Publication number: DE112014003835T5
Application number: DE112014003835.0T
Authority: DE
Inventors: Zachary Kail; Matthew J. Harris; Clayton P. Neumann; Joe L. Schutte; Gary S. Keys II; John W. Regenauer; Brian A. Rodrigue
Original assignee: Deere and Co
Current assignee: Deere and Co
Priority date: 2013-08-20
Filing date: 2014-08-19
Publication date: 2016-06-30
Also published as: US9228322B2; US20150053488A1; WO2015026811A1

Abstract

Es wird ein Antriebssystem für ein Schleppfahrzeug (10), das ein geschlepptes Gerät (12) zieht, wie beispielsweise eine Zugmaschine, die einen Schrapper zieht, bereitgestellt. Das Antriebssystem schließt einen Dieselmotor (14), der einen Generator (16) zum Erzeugen von elektrischer Energie antreibt, ein. Ein Zugmaschinenachsen-Antriebsmotor (24) ist durch ein Getriebe (26) mit angetriebenen Rädern (25) der Zugmaschine verbunden. Ein Hilfsantriebsmotor (76) ist antreibend mit angetriebenen Rädern (79) des Schrappers (12) verbunden. Eine Leistungsverteilungseinheit (15) steuert die Verteilung von elektrischer Energie von dem Generator (16) zu der Zugmaschine und Gerätehilfsantriebsmotoren. Eine Steuereinheit (58) steuert die Leistungsverteilungseinheit in Abhängigkeit von einer bedienereingestellten Leistungsverzweigung und anderen abgefühlten Parametern. Eine Einwegkupplung (77) verhindert eine Überdrehzahl des Hilfsantriebsmotors.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Antriebs- und Steuerungssystem für ein Fahrzeug, das ein angetriebenes Gerät zieht.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Eine Zugmaschine, die einen Schrapper zieht, ist ein Beispiel eines Schleppfahrzeugs, das ein geschlepptes Gerät zieht. Erdbewegungsschrapper sind schwer und arbeiten häufig unter Bodenbedingungen, wo das Bringen von Leistung auf den Boden eine Herausforderung sein kann. Das durch die Schrapperreifen getragene Gewicht stellt das Potential bereit, Zugleistung zu entwickeln, um das Schleppfahrzeug beim Bewegen der Maschine zu unterstützen. Falls dieses zusätzliche Zugpotential genutzt werden kann, kann der von der Zugmaschine benötigte Zughakenzug während des Beladens des Schrappers und des Erklimmens steiler Anstiege verringert werden. Der betriebliche Vorteil, der durch das Einsetzen einer mit einem Antriebssteuerungssystem verknüpften Zugachse an dem Schrapper gewonnen wird, kann erheblich sein. Erstens wird das System eine bessere Traktion für das Gesamtsystem entwickeln, was zu schnelleren Muldenfüllungen und dem Entfernen von mehr Erde in weniger Zeit führt. Zweitens wird es auf Grund der Verringerung von Radschlupf und Zughakenlast weniger Verschleiß an den Zugmaschinenreifen geben. Drittens ermöglicht diese Verringerung bei der maximalen Zughakenlast, dass Ballast von der Zugmaschine entfernt wird, und verringert die parasitären Verluste auf Grund des Rollwiderstands des gesamten Zugmaschine-Schrapper-Systems. Dies wird höhere Transportgeschwindigkeiten und einen produktiveren Betrieb ermöglichen, während es einen Kraftstoff-Wirtschaftlichkeitsvorteil während des gesamten Zyklus gewährleistet. Schließlich wird das System die Nutzung der Ausrüstung dadurch steigern, dass es Operationen unter Bedingungen ermöglicht, wo ein normales Zugmaschine-Schrapper-System steckenbleiben würde.
KURZDARSTELLUNG
Nach einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Antriebssystem für ein geschlepptes Gerät, das durch ein Schleppfahrzeug gezogen wird, bereitgestellt. Das Antriebssystem schließt eine Energieerzeugungseinheit auf dem Schleppfahrzeug, wie beispielsweise einen Dieselmotor, der einen Generator zum Erzeugen von elektrischer Energie antreibt, ein. Der Schleppfahrzeug-Antriebsmotor ist antreibend mit angetriebenen Rädern des Schleppfahrzeugs verbunden. Ein zweiter Hilfsantriebsmotor ist antreibend mit angetriebenen Rädern des geschleppten Geräts verbunden. Eine Leistungssteuerungseinheit steuert die Verteilung von elektrischer Energie von dem Generator zu dem Schleppfahrzeug und zu Geräteantriebsmotoren.
Ein Steuerungssystem steuert die Verteilung von elektrischer Energie zu dem Schleppfahrzeug und zu dem geschleppten Gerät. Die Energieverteilung wird in Abhängigkeit von manuellen Eingaben oder durch automatische Regelungsmodi gesteuert. Eine Einwegkupplung gewährleistet einen Elektromotor-Überdrehzahlschutz. Ein solches System könnte mit vielen Arten von geschleppten Geräten oder Geräten, wie beispielsweise Getreidewagen, Schlammtanks, Sägrubberwagen usw., wo zusätzliche Traktion benötigt wird, verwendet werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine vereinfachte schematische Darstellung eines Antriebssystems, das die Erfindung umsetzt,
2 ist eine vereinfachte schematische elektrische Darstellung des Systems von 1, und
3 ist ein Ablaufdiagramm eines durch die Leistungssteuerungseinheit von 2 ausgeführten Algorithmus.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Unter Bezugnahme auf 1 und 2 wird ein Antriebssystem für ein Schleppfahrzeug oder eine Zugmaschine 10, das/die ein Gerät 12 zieht, bereitgestellt. Das Schleppfahrzeug 10 kann eine landwirtschaftliche Zugmaschine sein. Das geschleppte Gerät 12 kann ein Zugschrapper sein. Die Zugmaschine 10 schließt einen Motor 14, wie beispielsweise einen Dieselmotor, ein, der die Zugmaschinenachsen sowie einen elektrischen Generator 16 antreibt. Der Generator 16 stellt elektrische Energie für Leistungselektronikeinheiten 15 bereit. Die Leistungselektronikeinheiten 15 verteilen elektrische Energie zu Antriebsmotoreinheiten 24 und 76, die entsprechende Fahrzeugräder 25 und 79 antreiben. Alternativ kann die Zugmaschine 10 einen Motor haben, der einen Generator antreibt, der elektrische Radmotoren (nicht gezeigt) speist, die Leistung für angetriebene Räder der Zugmaschine bereitstellen. Alternativ kann die Zugmaschine 10, an Stelle eines Dieselmotors, der einen Generator antreibt, eine bekannte Brennstoffzelle (nicht gezeigt) und Leistungselektronik zum Erzeugen von elektrischer Energie aufweisen. Folglich würde dies eine Zugmaschine 10 mit einer Art von elektrischem Antriebsstrang erfordern. Dies wäre normalerweise ein dieselelektrisches System etwas ähnlich einer Lokomotive. Die Antriebsmaschine könnte eine beliebige Art von Verbrennungskraftmaschine oder Brennstoffzelle mit angemessener Kapazität sein, und die elektrische Energie würde vormalerweise dazu verwendet werden, die Antriebsachsen der Zugmaschine 10 anzutreiben.
Das geschleppte Gerät 12 schließt einen elektrischen Hilfs- oder Geräteantriebsmotor 76 ein, der elektrische Energie von der Leistungselektronikeinheit 15 erhält. Der Hilfsmotor 76 treibt eine Achse 78 an, die Räder 79 des geschleppten Geräts 12 antreibt.
Unter Bezugnahme auf 2 ist der elektrische Generator 16 durch eine 3-phasige Verdrahtung 17 an eine Leistungselektronikeinheit 15 angeschlossen, die elektrische Leistungswechselrichter 18, 20 und 22 einschließt. Der Wechselrichter 18 ist durch eine GS-Schiene 19 mit dem Wechselrichter 20 und dem Wechselrichter 22 verbunden. Der Wechselrichter 20 ist durch eine 3-phasige Verdrahtung 21 wirksam an einen Antriebsmotor 24 angeschlossen, der an ein Getriebe 26, wie beispielsweise ein Zweiganggetriebe, gekoppelt ist, das antreibend an angetriebene Räder 25 des Schleppfahrzeugs 10 gekoppelt ist. Der Wechselrichter 22 ist durch eine 3-phasige Verdrahtung 23 an einem 3-phasigen Verbinder 28 angeschlossen, der die Leistungselektronik des Schleppfahrzeugs 10 elektrisch mit dem Geräteantriebsmotor des geschleppten Geräts 12 verbindet.
Steuerverdrahtung 30 verbindet die Wechselrichter 18 bis 22 miteinander, einem Getriebesteuergerät 34, mit der Leistungssteuerungseinheit 58. Steuerverdrahtung 36 verbindet das Getriebesteuergerät 34 mit dem Zweiganggetriebe 26 und mit einem Steuerverbinder 28, der die Steuerelektronik des Schleppfahrzeugs 10 elektrisch mit der Steuerelektronik des geschleppten Geräts 12 verbindet. Steuerverdrahtung 40 verbindet den Wechselrichter 22 mit dem Steuerverbinder 38. Steuerverdrahtung 42 verbindet den Wechselrichter 20 mit dem Generator 16. Steuerverdrahtung 44 verbindet den Wechselrichter 18 mit dem Antriebsmotor 24.
Eine Interlockverdrahtung 46 verbindet den Wechselrichter 20 mit dem Generator 16. Eine Interlockverdrahtung 48 verbindet den Wechselrichter 18 mit dem Motor 24. Eine Interlockverdrahtung 50 verbindet den Wechselrichter 22 mit dem Verbinder 28. Masseverdrahtung 52 verbindet den 3-phasigen Verbinder 28 mit Massepunkten mit gleichem Potential. Die Leistungssteuerungseinheit 58 erlangt den Motorlastfaktor von der Motorsteuereinheit 32, die Leistungsverzweigung von der bedienergesteuerten Leistungsverzweigungseinstelleinheit 54 und dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 57.
Unter Bezugnahme nunmehr auf den Abschnitt des geschleppten Geräts von 2 ist der 3-phasige Verbinder 28 durch die Masseverdrahtung 52, durch Interlockverdrahtung 62 und durch 3-phasige WS-Verdrahtung 64 mit einem Schnittstellenkasten 66 verbunden. Der Schnittstellenkasten 66 ist durch eine 3-phasige WS-Verdrahtung 68 und durch Interlockverdrahtung 70 mit einem Hochstromverbinder 72 verbunden. Der Verbinder 72 ist durch 3-phasige WS-Verdrahtung 74 mit dem Antriebsmotor 76 des geschleppten Geräts verbunden, der antreibend mit der angetriebenen Achse 78 des geschleppten Geräts 12 verbunden ist.
Eine Einwegkupplung 77 ist zwischen den Antriebsmotor 76 und die angetriebene Achse 78 gekoppelt. Weil die Achse 78 des geschleppten Geräts ein so hohes Übersetzungsverhältnis hat, muss, sobald das Fahrzeug höhere Geschwindigkeiten (etwa 11 mph) erreicht, die Achse 78 des geschleppten Geräts von dem Elektromotor 76 ausgerückt werden, um einen Motorschaden durch Überdrehen zu verhindern. Die Einwegkupplung 77 wird dazu verwendet, dies auszuführen, und wird den Elektromotor 76 automatisch von der Achse 78 des geschleppten Geräts ausrücken.
Der Steuerverbinder 38 ist durch Steuerleitungen 80 und 82 und einen Verbinder 84 mit dem Antriebsmotor 76 und mit der Achse 78 des geschleppten Geräts verbunden. Der Steuerverbinder 38 ist ebenfalls durch die Steuerleitung 80 mit Sensoren des geschleppten Geräts und des Fahrzeugs verbunden, die Parameter wie beispielsweise Elektromotortemperaturen, Elektromotor-/Generatordrehzahlen, Geräteradgeschwindigkeiten, Geräteradschlupf (verwendet Radar/GPS und Achsengeschwindigkeiten zum Berechnen) und Geschwindigkeit über Grund abfühlen.
Die Leistungssteuerungseinheit 58 führt einen durch 3 dargestellten Algorithmus 100 aus. Die Umwandlung dieses Ablaufdiagramms in eine Standardsprache zum Umsetzen des durch das Ablaufdiagramm beschriebenen Algorithmus in einem digitalen Rechner oder Mikroprozessor wird für eine Durchschnittsfachperson offensichtlich sein.
In Schritt 102 erlangt die PMU 58 einen Leistungsverzweigungswert, der durch den Bediener festgesetzt wird und der die Verzweigung der elektrischen Leistung zwischen der Zugmaschine 10 und dem geschleppten Gerät 12 bestimmt. Der Bediener beachtet vorzugsweise die Standortbedingungen und bestimmt auf der Grundlage von Erfahrung, wie viel elektrische Energie dem geschleppten Gerät 12 bereitgestellt werden sollte. Typischerweise würde, je loser oder schlüpfriger die Bedingung ist (etwa Schlamm oder Sand), desto mehr Leistung zu dem geschleppten Gerät verlagert werden, um dazu beizutragen, die Gesamttraktion zu verbessern. Auf Lehmboden, wo die Traktion gut ist, würde weniger Leistung von den Zugmaschinenachsen zu dem geschleppten Gerät verlagert werden müssen, da die Zugmaschine weniger Radschlupf erfahren würde. Das Eingeben der Leistungsverzweigung wird durch die Einstelleinheit 54 vorgenommen, die ein Berührungsbildschirm oder ein Drehwähler sein kann.
In Schritt 104 überwacht die PMU 58 Geschwindigkeit über Grund, Motorlast und/oder Zuglast und bestimmt, wann elektrische Energie zu erzeugen und sie zu verteilen ist. Falls Motorlast und/oder Zuglast einen gespeicherten unteren Schwellenwert überschreiten, dann wird begonnen werden, elektrische Energie zu erzeugen, und die Leistung könnte zwischen der Zugmaschine 10 und dem geschleppten Gerät 12 geteilt werden, falls ein Geschwindigkeitsparameter erfüllt ist. Die elektrische Leistung wird weiter zunehmen, und falls ein oberer Schwellenwert überschritten wird, dann wird volle elektrische Leistung angewiesen und ist dazu in der Lage, entweder die Zugmaschinenachse, die Schrapperachse oder eine beliebige Verteilung dazwischen, wie durch den Bediener ausgewählt, anzutreiben.
Schritt 106 leitet die Steuerung zu Schritt 108, falls die abgefühlte Geschwindigkeit über Grund geringer ist als ein gespeicherter Schwellenwert. Schritt 106 leitet die Steuerung zu Schritt 110, falls die abgefühlte Geschwindigkeit über Grund nicht geringer ist als ein gespeicherter Schwellenwert.
Schritt 108 verteilt elektrische Leistung entsprechend der durch den Bediener unter Verwendung der Leistungsverzweigungseinstelleinheit 54 eingestellten Leistungsverzweigung zu dem Zugmaschinenantriebsmotor 24 und zu dem Antriebsmotor 76 des geschleppten Geräts. Folglich wird, falls die Geschwindigkeit über Grund nicht überschritten wird, das System die elektrische Leistung zwischen der Zugmaschine 10 und dem geschleppten Gerät 12 verzweigen, wie durch den Bediener angewiesen. Schritt 108 leitet den Algorithmus dann zu Schritt 114. Schritt 110 verteilt die gesamte elektrische Leistung zu dem Zugmaschinenantriebsmotor 24. Folglich arbeiten die Schritte 106 bis 110, um die Geschwindigkeit über Grund von Zugmaschinenachsen-Sensoren, Radar oder durch GPS zu überwachen, und falls eine Schwellengeschwindigkeit erreicht worden ist, wird die gesamte elektrische Leistung zu der Zugmaschine 10 geleitet werden. Anderenfalls wird die elektrische Leistung zwischen dem geschleppten Gerät 12 und der Zugmaschine 10 geteilt werden, wie durch den Bediener vorgeschrieben.
Schritt 112 überwacht weiter Geschwindigkeit über Grund, Zuglast und Motorlast und führt die Steuerung zurück zu Schritt 104.
Schritt 114 überwacht weiter Geschwindigkeit über Grund, Zuglast und Motorlast und führt die Steuerung zurück zu Schritt 104.
Das System gewährleistet eine bessere Traktion, was zu schnelleren Muldenfüllungen und mehr bewegter Erde in weniger Zeit, falls das geschleppte Gerät ein Schrapper ist, führt. Es gibt ebenfalls auf Grund von weniger Radschlupf und verringerter Zughakenlast weniger Verschleiß an den Zugmaschinenreifen und dem Antriebsstrang. Außerdem wird der Bediener unter weniger als idealen Bodenbedingungen eine gesteigerte Ausrüstungsnutzung haben, weil die Ausrüstung betrieben werden kann, wenn sie normalerweise nicht betrieben werden würde.
Während die Offenbarung in den Zeichnungen und der vorstehenden Beschreibung ausführlich illustriert und beschrieben worden ist, ist eine solche Illustration und Beschreibung als von beispielhaftem und nicht einschränkendem Charakter zu betrachten, wobei es sich versteht, dass illustrative Ausführungsformen gezeigt und beschrieben worden sind und dass gewünscht wird, dass alle Veränderungen und Modifikationen, die innerhalb des Geistes der Offenbarung erscheinen, geschützt werden. Es wird zu erkennen sein, dass alternative Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung nicht alle der beschriebenen Merkmale einschließen mögen, doch von wenigstens einigen Vorteilen solcher Merkmale profitieren können. Die Durchschnittsfachleute können leicht ihre eigenen Umsetzungen entwickeln, die eines oder mehrere der Merkmale der vorliegenden Offenbarung einschließen und in den Geist und Rahmen der vorliegenden Erfindung fallen, wie durch die angefügten Ansprüche definiert.

Claims

Antriebssystem für ein Schleppfahrzeug, das ein geschlepptes angetriebenes Gerät zieht, wobei das Antriebssystem Folgendes umfasst: eine Energieerzeugungseinheit, die einen Generator zum Erzeugen von elektrischer Energie einschließt; einen elektrischen Antriebsmotor, der mit einer angetriebenen Achse des geschleppten Geräts verbunden ist; eine manuell bedienbare Leistungsverteilungseinstelleinheit; einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor zum Erzeugen eines Fahrzeuggeschwindigkeitssignals; eine Leistungsverteilungseinheit zum Steuern der Verteilung von elektrischer Energie von dem Generator zu dem Antriebsmotor des geschleppten Geräts; und eine Steuereinheit, die mit der Einstelleinheit, dem Geschwindigkeitssensor und der Leistungsverteilungseinheit verbunden ist, wobei die Steuereinheit die Leistungsverteilungseinheit als Reaktion auf die Einstelleinheit und das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal steuert.
Antriebssystem nach Anspruch 1, wobei: falls eine abgefühlte Motorlast größer ist als ein Lastschwellenwert, die Steuereinheit dann die Leistungsverteilungseinheit in Abhängigkeit von der abgefühlten Fahrzeuggeschwindigkeit und der Einstelleinheit steuert; und falls eine abgefühlte Motorlast nicht größer ist als der Lastschwellenwert, die Steuereinheit weiter abgefühlte Parameter überwacht.
Antriebssystem nach Anspruch 1, wobei: falls eine abgefühlte Motorlast größer ist als ein Lastschwellenwert und die Fahrzeuggeschwindigkeit geringer ist als ein Geschwindigkeitsschwellenwert, die Steuereinheit veranlasst, dass die Leistungsverteilungseinheit elektrische Leistung zu dem Schleppfahrzeug und zu dem Antriebsmotor des geschleppten Geräts verteilt, wie durch die Einstelleinheit eingestellt; und falls eine abgefühlte Motorlast größer ist als ein Lastschwellenwert und die Fahrzeuggeschwindigkeit nicht geringer ist als der Geschwindigkeitsschwellenwert, die Steuereinheit veranlasst, dass die Leistungsverteilungseinheit die gesamte elektrische Leistung zu dem Schleppfahrzeug verteilt.
Antriebssystem nach Anspruch 1, wobei: eine Einwegkupplung zwischen den elektrischen Antriebsmotor des geschleppten Geräts und die angetriebene Achse des geschleppten Geräts gekoppelt ist, wobei die Kupplung ausrückt, um ein Überdrehen des elektrischen Antriebsmotors des geschleppten Geräts zu verhindern, falls die Fahrzeuggeschwindigkeit ein festgesetztes Geschwindigkeitsniveau überschreitet.
Antriebssystem nach Anspruch 1, wobei: das Schleppfahrzeug eine Zugmaschine umfasst; und das geschleppte Gerät einen Schrapper umfasst.
Antriebssystem für ein Schleppfahrzeug, das ein geschlepptes Gerät zieht, wobei das Antriebssystem Folgendes umfasst: eine Energieerzeugungseinheit, die einen Generator zum Erzeugen von elektrischer Energie einschließt; einen elektrischen Antriebsmotor des geschleppten Geräts, der antreibend mit einer angetriebenen Achse des geschleppten Geräts verbunden ist; eine Einwegkupplung, die zwischen den elektrischen Antriebsmotor des geschleppten Geräts und die angetriebene Achse des geschleppten Geräts gekoppelt ist, wobei die Kupplung ausrückt, um ein Überdrehen des elektrischen Antriebsmotors des geschleppten Geräts zu verhindern, falls die Fahrzeuggeschwindigkeit ein bestimmtes Geschwindigkeitsniveau überschreitet; eine manuell bedienbare Leistungsverteilungseinstelleinheit; einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor zum Erzeugen eines Fahrzeuggeschwindigkeitssignals; eine Leistungsverteilungseinheit zum Steuern der Verteilung von elektrischer Energie von dem Generator zu dem Antriebsmotor des geschleppten Geräts; und eine Steuereinheit, die mit der Einstelleinheit, dem Geschwindigkeitssensor und der Leistungsverteilungseinheit verbunden ist, wobei die Steuereinheit die Leistungsverteilungseinheit als Reaktion auf die Einstelleinheit und das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal steuert, wobei die Steuereinheit die Leistungsverteilungseinheit in Abhängigkeit von einer abgefühlten Fahrzeuggeschwindigkeit und der Einstelleinheit einstellt, falls eine abgefühlte Motorlast größer ist als ein Lastschwellenwert, wobei die Steuereinheit weiter abgefühlte Parameter überwacht, falls die abgefühlte Motorlast nicht größer ist als der Lastschwellenwert, wobei die Steuereinheit veranlasst, dass die Leistungsverteilungseinheit elektrische Leistung zu dem Schleppfahrzeug und zu dem Antriebsmotor des geschleppten Geräts verteilt, wie durch die Einstelleinheit eingestellt, falls die abgefühlte Motorlast größer ist als der Lastschwellenwert und die Fahrzeuggeschwindigkeit geringer ist als ein Geschwindigkeitsschwellenwert, und wobei die Steuereinheit veranlasst, dass die Leistungsverteilungseinheit die gesamte elektrische Leistung zu dem Schleppfahrzeug verteilt, falls die abgefühlte Motorlast größer ist als der Lastschwellenwert und die Fahrzeuggeschwindigkeit nicht geringer ist als der Geschwindigkeitsschwellenwert.