Antriebsstrang und Arbeitsmaschine

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs einer Arbeitsmaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 , einen elektrifizierten Antriebsstrang für eine Arbeitsmaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 11 sowie eine entsprechende Arbeitsmaschine.

Im Stand der Technik sind neben konventionell angetriebenen Arbeitsmaschinen auch elektrisch angetriebene Arbeitsmaschinen, wie etwa Radlader, Kompaktlader, Teleskoplader, Dumper oder Bagger bekannt. Derartige Arbeitsmaschinen sind entweder rein elektrisch angetrieben, d.h. sie verfügen als Energiespeicher ausschließlich über eine elektrische Batterie bzw. eine Brennstoffzelle zur Erzeugung von Elektrizität aus Wasserstoff. Oder aber sie sind diesel-elektrisch angetrieben, was bedeutet, dass die benötigte Energie von einem dieselgetriebenen Generator sowie ggf. von einem elektrischen Pufferspeicher, wie z.B. einem entsprechend dimensionierten Kondensator oder einer vergleichsweise kleinen Batterie, bereitgestellt wird. In allen Fällen wird die für den Fahrantrieb und den Arbeitsantrieb benötigte mechanische Leistung von einem oder mehreren Antriebsmotoren erbracht. Weiterhin ist es bekannt, die Antriebsmotoren von elektrischen Antrieben bei Bremsvorgängen im Generatorbetrieb zum Rekuperieren von elektrischer Leistung zu verwenden. Zusätzlich ist dabei stets eine mechanische Reibungsbremse vorgesehen, damit aus Sicherheitsgründen jederzeit eine ausreichend große Bremsleistung bereitgestellt werden kann.

In diesem Zusammenhang beschreibt die EP 0962 597 A2 eine batteriebetriebene Arbeitsmaschine, welche für den Fahrantrieb zwei Antriebsmotoren aufweist und einen weiteren Antriebsmotor für den Arbeitsantrieb aufweist.

Die WO 2008/128674 A1 offenbart eine Arbeitsmaschine mit einem Hybridantriebsstrang, umfassend eine Verbrennungskraftmaschine und eine Elektromaschine. Zur Energieversorgung der Elektromaschine ist ein elektrischer Energiespeicher vorgesehen, der rekuperativ geladen werden kann, indem der Antriebsmotor bei einem Bremsvorgang der Arbeitsmaschine im Generatorbetrieb betrieben wird.

Die DE 10 2020 203 594 A1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Antriebsstrangs für eine Arbeitsmaschine. Hier findet ein automatisierter Bremseneingriff statt, wenn während eines Rekuperationsbetriebs eine unzulässige Beschleunigung erfolgt, also beispielsweise wenn die Arbeitsmaschine eigentlich rekuperativ gebremst werden soll, die Bremswirkung aber aufgrund der Hangabtriebskraft zu gering ist. Die gesamte Offenbarung der DE 10 2020 203 594 A1 sei durch Verweis in die vorliegende Patentanmeldung miteinbezogen.

Weiterhin sind im Stand der Technik sog. SAHR-Bremsen bekannt. SAHR bedeutet Spring Applied Hydraulic Released und kennzeichnet eigensichere Bremsen, die drucklos schließen und sowohl als Hilfs- wie auch als Feststellbremse genutzt werden können. Die Bremswirkung wird erzielt, indem die Federkraft auf Reibelemente wirkt, welche über den Drehmomentstrang einer Maschine mit dem Untergrund verbunden sind. Diese Funktionalität lässt sich auch durch mittels Gasdruck lösbare Bremsen erreichen. Im folgenden wird der Begriff SAHR-Bremse sowohl für hydraulisch als auch für pneumatisch lösbare Bremsen verwendet.

Die bekannten Antriebsstränge für Arbeitsmaschinen, insbesondere die bekannten elektrischen Antriebsstränge für Arbeitsmaschinen, sind jedoch dahingehend nachteilbehaftet, als dass sie bei einer Hangabfahrt mit vergleichsweise hoher Geschwindigkeit oftmals kein ausreichend großes Bremsmoment bzw. Rekuperationsmoment mehr aufbringen können, um eine weitere unzulässige Beschleunigung der Arbeitsmaschine aufgrund der Hangabtriebskraft in einen für die Arbeitsmaschine unzulässig hohen Geschwindigkeitsbereich zu verhindern.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs einer Arbeitsmaschine vorzuschlagen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs einer Arbeitsmaschine gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs einer Arbeitsmaschine, wobei der Antriebsstrang einen Antriebsmotor, eine Betriebsbremse und eine Unterstützungsbremse aufweist, wobei eine triebliche Kopplung des Antriebsmotors des Antriebsstrangs mit mindestens einem Rad der Arbeitsmaschine besteht, sodass bei einer Hangabfahrt ein Bremsmoment des Antriebsmotors einer auf die Arbeitsmaschine wirkenden Hangabtriebskraft entgegenwirkt, wobei eine automatisierte Betätigung der Unterstützungsbremse erfolgt, wenn die Arbeitsmaschine einer unzulässigen Beschleunigung unterliegt und wobei die Betätigung der Unterstützungsbremse nach Maßgabe eines erforderlichen Bremsmoments erfolgt.

Erfindungsgemäß ist also ein Verfahren vorgesehen, welches das Betreiben eines Antriebsstrangs einer Arbeitsmaschine betrifft. Der Antriebsstrang umfasst einen Antriebsmotor, welcher eine Antriebsleistung zum Antrieb der Arbeitsmaschine bereitstellt. Der Antriebsmotor kann ausschließlich einem Fahrantrieb zugeordnet sein oder auch einem Arbeitsantrieb der Arbeitsmaschine zugeordnet sein. Der Antriebsstrang umfasst weiterhin eine Betriebsbremse und eine Unterstützungsbremse, wobei die Unterstützungsbremse beispielsweise eine Parkbremsfunktion erfüllen kann. Sowohl bei der Betriebsbremse als auch bei der Unterstützungsbremse handelt es sich bevorzugt um mechanische Reibungsbremsen.

Der Antriebsmotor des Antriebsstrangs ist dabei mit mindestens einem Rad der Arbeitsmaschine trieblich gekoppelt, beispielsweise über ein Getriebe und eine lösbare Kupplung, insbesondere über eine Lamellenkupplung. Aus der trieblichen Kopplung zwischen dem Antriebsmotor und dem mindestens einen Rad folgt, dass ein vom Antriebsmotor erzeugtes Beschleunigungsmoment zu einer Drehzahlerhöhung des mindestens einen Rads führt. Die Drehzahlerhöhung des mindestens einen Rads entspricht dabei der Drehzahlerhöhung des Antriebsmotors unter Berücksichtigung eines Übersetzungsverhältnisses zwischen dem Antriebsmotor und dem mindestens einen Rad. In analoger Weise führt ein vom Antriebsmotor erzeugtes Bremsmoment zu einer Drehzahlreduzierung des mindestens einen Rads. Umgekehrt führt auch ein Beschleunigungsmoment des mindestens einen Rads, welches beispielsweise aus einer Hangabfahrt der Arbeitsmaschine resultieren kann, zu einer Drehzahlerhöhung des Antriebsmotors. Ein von mindestens einem Rad erzeugtes Bremsmoment, welches sich beispielsweise aus einer Hangauffahrt der Arbeitsmaschine ergeben kann, führt entsprechend zu einer Drehzahlreduzierung des Antriebsmotors.

Es erfolgt eine automatisierte Betätigung der Unterstützungsbremse, wenn die Arbeitsmaschine einer unzulässigen Beschleunigung unterliegt, beispielsweise aufgrund einer Hangabfahrt. Die Unterstützungsbremse wird dabei nach Maßgabe eines erforderlichen Bremsmoments betätigt, wobei das erforderliche Bremsmoment vorteilhaft dasjenige Bremsmoment ist, welches erforderlich ist, um eine Geschwindigkeit der Arbeitsmaschine soweit zu reduzieren, dass alleine aufgrund des Bremsmoment des Antriebsmotors keine weitere unzulässige Beschleunigung mehr stattfindet.

Der Antriebsmotor erzeugt ein Bremsmoment, wenn er nicht aktiv betrieben wird und ein Drehmoment bereitstellt, sondern über Raddrehung der Arbeitsmaschine passiv angetrieben wird. Bei einem Verbrennungsmotor entspricht das Bremsmoment dem sog. Schleppmoment, bei einem Elektromotor entspricht das Bremsmoment dem sog. Rekuperationsmoment.

Unter einer unzulässigen Beschleunigung wird im Sinne der Erfindung einerseits eine von einem Fahrer der Arbeitsmaschine nicht initiierte Beschleunigung verstanden, wie sie beispielsweise aufgrund einer Hangabfahrt bzw. einer auf die Arbeitsmaschine beschleunigend wirkenden Hangabtriebskraft auftreten kann. Andererseits wird unter einer unzulässigen Beschleunigung aber auch eine vom Fahrer zwar bewusst initiierte, jedoch missbräuchliche Beschleunigung der Arbeitsmaschine in einen Geschwindigkeitsbereich verstanden, bei dem Komponenten des Antriebsstrangs aufgrund der hohen Drehzahl beschädigt oder gar zerstört werden können. Das Fahren bei unzulässig hohen Geschwindigkeiten kann darüber hinaus auch zu sicherheitsrelevanten bzw. sicherheitskritischen Fahrzuständen führen.

Die unzulässige Beschleunigung kann dabei z.B. wie jede andere Beschleunigung der Arbeitsmaschine anhand der Überwachung und zeitlichen Differenzierung einer erfassten Raddrehzahl, Motordrehzahl oder sonstigen Drehzahl in einem Getriebe der Arbeitsmaschine erkannt werden. Ebenso ist es denkbar, dass die Beschleunigung z.B. über ein Satellitennavigationssystem erkannt wird. Insbesondere kann aber auch bereits aus dem bloßen Auftreten einer Beschleunigung während des Re- kuperationsbetriebs eines elektrischen Antriebsmotors bzw. während des Schleppbetriebs des verbrennerkraftgetriebenen Antriebsmotors geschlossen werden, dass die Beschleunigung unzulässig ist, da der Rekuperationsbetrieb bzw. Schleppbetrieb des Antriebsmotors in der Regel zum Verzögern der Arbeitsmaschine herangezogen wird, weil der Rekuperationsbetrieb bzw. Schleppbetrieb prinzipbedingt ein Bremsmoment bereitstellt. Eine gleichzeitig auftretende Beschleunigung steht somit im Gegensatz zu einer vom Fahrer der Arbeitsmaschine initiierten Verzögerung oder zumindest dem Wunsch, die gegenwärtige Geschwindigkeit beizubehalten, welche durch den Rekuperationsbetrieb bzw. Schleppbetrieb bewirkt werden soll.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Betätigung der Unterstützungsbremse auch nach Maßgabe einer thermischen Belastung der Unterstützungsbremse erfolgt und dass die Unterstützungsbremse als federdruckbeaufschlagte und hydraulisch oder pneumatisch lösbare Bremse ausgebildet ist.

Das heißt also, dass für die Betätigung der Unterstützungsbremse nicht nur das jeweils erforderliche Bremsmoment berücksichtigt wird, sondern darüber hinaus auch die thermische Belastung der Unterstützungsbremse berücksichtigt wird. Dies ermöglicht es vorteilhaft, als Unterstützungsbremse eine federdruckbeaufschlagte und hydraulisch oder pneumatisch lösbare Bremse zu verwenden, welche für gewöhnlich aufgrund ihrer Auslegung nicht als Betriebsbremse verwendbar ist.

Bei der Unterstützungsbremse handelt es sich also um eine sog. SAHR-Bremse, beispielsweise um eine als SAHR-Bremse ausgebildete Scheibenbremse.

Um ein schlagartiges Auftreten der Bremswirkung vorteilhaft zu vermeiden und eine Abstufung der Bremswirkung, z.B. aus Komfortgründen, zu erreichen, ist vorteilhaft eine Modulation des anliegenden Öffnungsdrucks, also der Gegenkraft zu den Federelementen, vorgesehen. Eine bevorzugte Möglichkeit zur Modulation sind elektronisch geregelte Proportionalventile in der Zuleitung des SAHR-Federspeichers. Über die Anregung des Ventils lässt sich der Druck annähernd stufenlos einregeln. Aus Sicherheitsgründen sind die entsprechenden Ventile vorteilhaft stromlos offen.

Die Balance aus Bremsverzögerung, Energieeintrag (Aufheizung der Unterstützungsbremse), Häufigkeit und zeitlichem Abstand der Betätigung kann beispielsweise analytisch bzw. rechnerisch oder in Fahrversuchen erarbeitet werden und dient als Basis für die Betätigung der Unterstützungsbremse.

Bevorzugt ist es vorgesehen, dass die unzulässige Beschleunigung erkannt wird, indem eine Einstellung einer Einrichtung zur Drehzahlvorgabe des Antriebsmotors sowie eine Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine gleichzeitig überwacht und in Relation gesetzt werden. Die Einrichtung zur Drehzahlvorgabe kann dabei eine beliebige Steuer- oder Regelvorrichtung zur Drehzahlvorgabe des Antriebsmotors sein, z.B. ein Gaspedal, ein Hebel oder auch ein Drehsteller sein. Somit kann eine unzulässige Beschleunigung alleine durch Abgleich von Informationen, welche ohne zusätzliche Sensorik in der Arbeitsmaschine vorliegen, erkannt werden. Wenn beispielsweise die Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine zunimmt, was insbesondere anhand einer Raddrehzahländerung, einer Motordrehzahländerung oder einer Getriebedrehzahländerung erkannt werden kann, wobei gleichzeitig jedoch eine Einstellung der Einrichtung zur Drehzahlvorgabe des Antriebsmotors unverändert bleibt, d.h., dass gemäß dem Wunsch des Fahrers der Arbeitsmaschine offensichtlich keine Beschleunigung erfolgen soll, so wird auf eine unzulässige Beschleunigung erkannt. Ebenso kann auch auf eine unzulässige Beschleunigung erkannt werden, wenn die Einstellung der Einrichtung zur Drehzahlvorgabe des Antriebsmotors sogar zurückgenommen wird und die Geschwindigkeit der Arbeitsmaschine sich dennoch erhöht.

Bevorzugt ist es vorgesehen, dass eine Erkennung eines Gefälles erfolgt. Dazu können Mittel zur Erkennung eines Gefälles vorgesehen sein. Die Mittel zur Erkennung eines Gefälles können beispielsweise als Satellitennavigationssystem ausgebildet sein. Bei dem Satellitennavigationssystem kann es sich beispielsweise um GPS, Galileo oder Glonass handeln. Das Satellitennavigationssystem umfasst weiterhin einen digitalen Speicher, in welchem digitale Kartendaten abgelegt sind. Diese digitalen Kartendaten umfassen vorteilhaft topographische Daten, d.h. Höhenangaben und Höhenänderungen. Somit kann auch anhand des Satellitennavigationssystems, nämlich durch Bestimmung einer aktuellen Position der Arbeitsmaschine sowie Auslesen der topographischen Kartendaten an der festgestellten Position der Arbeitsmaschine ein Gefälle erkannt werden.

Alternativ bevorzugt ist es vorgesehen, dass die Mittel zur Erkennung eines Gefälles als Füllstandssensoren von Fluidbehältnissen der Arbeitsmaschine ausgebildet sind. Geeignete Fluidbehältnisse der Arbeitsmaschine können etwa ein ggf. vorgesehener Treibstofftank, ein Kühlwassertank, ein Scheibenwischwassertank oder ein Ausgleichsbehälter für Hydraulikfluid eines Arbeitsantriebs der Arbeitsmaschine sein. Je nach ihrer spezifischen Anordnung in den Fluidbehältnissen der Arbeitsmaschine können die Füllstandssensoren dadurch eine Neigung der Arbeitsmaschine erkennen, und anhand der erkannten Neigung der Arbeitsmaschine wiederum kann erkannt werden, dass sich die Arbeitsmaschine an einem Gefälle befindet. Beispielsweise ist es möglich, dass ein Füllstandssensor im Kühlwasserbehälter, welcher den Kühlwasserfüllstand erfasst, bei einer Neigung der Arbeitsmaschine in Frontrichtung, was einer Hangabfahrt der Arbeitsmaschine entspricht, eine vermeintliche Zunahme des Kühlwasserstands erfasst. Umgekehrt würde dieser Füllstandssensor bei einer Hangauffahrt der Arbeitsmaschine eine plötzliche vermeintliche Abnahme des Kühlwasserstands erfassen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Antriebsmotor als Elektromotor ausgebildet ist und in einem Rekuperationsbe- trieb das vom Antriebsmotor erzeugte Bremsmoment bereitstellt. Im Rekuperations- betrieb stellt der als Elektromotor ausgebildete Antriebsmotor ein Bremsmoment bereit und rekuperiert gleichzeitig elektrische Energie. Somit wird ein energieeffizienter Betrieb des Antriebsstrangs ermöglicht.

Da das im Rekuperationsbetrieb bereitstellbare Bremsmoment maßgeblich durch die

Drehzahl des Elektromotors geprägt ist, wobei das Bremsmoment bei geringen Drehzahlen vergleichsweise groß ist und zu höheren Drehzahlen hin vergleichsweise gering wird, muss die Betätigung der Unterstützungsbremse abhängig vom Wert der unzulässigen Beschleunigung die Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine soweit reduzieren, dass sich der Antriebsmotor in einem Drehzahlbereich befindet, in welchem er aufgrund der Rekuperation ein ausreichendes Bremsmoment bereitstellen kann. Dies kann auch zu einer Reduzierung der Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine unter diejenige Fahrgeschwindigkeit führen, welche die Arbeitsmaschine vor dem Auftreten der unzulässigen Beschleunigung hatte. Vorteilhaft erfolgt die Betätigung der Unterstützungsbremse nur so lange, bis die Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine bzw. die Drehzahl des Antriebsmotors ausreichend reduziert wurde.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass eine der Unterstützungsbremse in einem Bremsbetrieb zugeführte Wärmemenge kontinuierlich ermittelt wird und ein kumulierender Zähler während der Betätigung erhöht wird, wobei der kumulierende Zähler über die Zeit wieder reduziert wird, wenn keine Betätigung erfolgt. Der kumulierende Zähler ist somit ein Maß für die Wärmemenge, die in die Unterstützungsbremse aufgrund des Bremsbetriebs eingetragen wird. Er steigt, solange eine Betätigung der Unterstützungsbremse erfolgt und sinkt mit der Zeit wieder ab, wenn keine Betätigung der Unterstützungsbremse erfolgt. Somit kann auf vergleichsweise einfache Weise ausschließlich anhand des Zählers und insbesondere ohne Temperaturmessung ein Maß für die Temperatur und damit für die weitere Bremsfähigkeit der Unterstützungsbremse ermittelt werden.

Der Zähler berücksichtigt dabei durch Vorgabe entsprechender Parameter beispielsweise eine Masse der Arbeitsmaschine, eine aufgebrachte Bremskraft sowie eine maximal zulässige Temperatur der Unterstützungsbremse. Der Zähler berücksichtigt weiterhin vorteilhaft eine auf die Unterstützungsbremse wirkende Kühlleistung, beispielsweise in Form der Menge und der Temperatur von der Unterstützungsbremse zugeführtem Kühlöl.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der kumulierende Zähler nicht im Stillstand der Arbeitsmaschine reduziert wird. Da im Stillstand der Arbeitsmaschine üblicherweise kein Kühlöl gefördert wird und ebenso kein Fahrtwind an der Unterstützungsbremse entlangströmen kann, erfolgt hier ein vergleichsweise langsames Abkühlen, welches zur Vereinfachung des Verfahrens ignoriert wird, indem der Zähler im Stillstand der Arbeitsmaschine nicht reduziert wird.

Vorteilhaft kann der Zähler auf einen Ausgangswert, beispielsweise den Wert null, zurückgesetzt werden, wenn eine Zündung der Arbeitsmaschine ausgeschaltet und mit einem vorgebbaren zeitlichen Abstand wieder eingeschaltet wird.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass eine aktuelle Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine kontinuierlich erfasst und kontinuierlich gegen eine vorgebbare Grenzgeschwindigkeit verglichen wird, wobei bei einem Überschreiten der Grenzgeschwindigkeit das Bremsmoment der Unterstützungsbremse durch eine Modulation des hydraulischen oder pneumatischen Drucks derart eingestellt wird, dass die Betätigung der Unterstützungsbremse eine Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine soweit reduziert, dass alleine aufgrund des vom Antriebsmotor erzeugten Bremsmoments keine unzulässige Beschleunigung mehr erfolgt.

In anderen Worten wird der unzulässigen Beschleunigung also solange nicht durch die Betätigung der Unterstützungsbremse automatisiert entgegengewirkt, wie die Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine die Grenzgeschwindigkeit nicht überschreitet. Unabhängig davon bleibt dem Fahrer der Arbeitsmaschine natürlich die Möglichkeit, einen manuellen Bremseneingriff, beispielsweise mittels der Betriebsbremse, vorzunehmen, um eine unzulässige Beschleunigung zu verhindern.

Die Grenzgeschwindigkeit ist dabei vorteilhaft abhängig von der jeweils wirkenden Hangabtriebskraft und damit von der Steigung des Hangs, den die Arbeitsmaschine herabfährt. Je größer nämlich die Hangabtriebskraft ist, desto größer muss auch das von der Unterstützungsbremse aufzubringende Bremsmoment sein, um die Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine konstant zu halten oder zu reduzieren. Da gleichzeitig das im Rekuperationsbetrieb bereitstellbare Bremsmoment des Antriebsmotors maßgeblich durch die Drehzahl des Antriebsmotors geprägt ist, wobei das Bremsmoment bei geringen Drehzahlen vergleichsweise groß ist und zu höheren Drehzahlen hin vergleichsweise gering wird, ist die Grenzgeschwindigkeit bei einem vergleichsweise steilen Hang vorteilhaft geringer als bei einem vergleichsweise flachen Hang.

Je nachdem, ob die Unterstützungsbremse hydraulisch oder pneumatisch betätigbar ist, erfolgt eine hydraulische oder pneumatische Betätigung mittels einer entsprechenden Modulation der Unterstützungsbremse. Die Modulation sorgt einerseits dafür, dass das Bremsmoment der Unterstützungsbremse nicht schlagartig, sondern gleichmäßig entfaltet wird. Andererseits kann dadurch das Bremsmoment auch dosiert werden, um ein an die jeweils erforderliche Bremsung angepasstes Bremsmoment bereitzustellen.

Indem die Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine soweit reduziert wird, dass dann alleine aufgrund des Rekuperationsbetriebs keine unzulässige Beschleunigung mehr erfolgt, kann die Arbeitsmaschine ohne weiteren Bremseneingriff und damit ohne Bremsenverschleiß die Fahrt fortsetzen. Da zudem die gesamte Bremsenergie durch Rekuperation bereitgestellt wird, kann sie auch nahezu vollständig in elektrische Energie gewandelt werden, die später zum Antrieb der Arbeitsmaschine wieder zur Verfügung steht.

Nachdem die Arbeitsmaschine auf eine Fahrgeschwindigkeit unterhalb der Grenzgeschwindigkeit abgebremst wurde, kann die Unterstützungsbremse geöffnet werden, um abzukühlen.

Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass eine maximal zulässige Fahrzeuggeschwindigkeit der Arbeitsmaschine begrenzt wird und/oder der Geschwindigkeitsschwellwert reduziert wird, solange der Zähler oberhalb eines Grenzwerts liegt.

Der Grenzwert gibt dabei vorteilhaft eine thermische Belastbarkeit der Unterstützungsbremse an, d.h., er ist ein Indikator, wieviel Wärmemenge bei einem Bremsvorgang in die Bremse eingetragen werden kann, bevor diese dauerhaft Schaden nimmt oder zumindest bevor die Bremseigenschaften der Unterstützungsbremse aufgrund der eingetragenen Wärmemenge vorübergehend verschlechtert sind.

Indem die maximal zulässige Fahrzeuggeschwindigkeit der Arbeitsmaschine begrenzt wird und/oder der Geschwindigkeitsschwellwert reduziert wird, kann sichergestellt werden, dass die Arbeitsmaschine zuverlässig alleine über das Bremsmoment im Rekuperationsbetrieb des Antriebsmotors in einem Geschwindigkeitsbereich gehalten wird, der keine weitere Betätigung der Unterstützungsbremse erfordert.

Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Bremsbetätigung mit einer ersten geänderten Modulation ein erstes Mal wiederholt wird und ein erster geänderter Grenzwert vorgegeben wird, wenn bei Erreichen des Grenzwerts durch den Zähler die Fahrzeuggeschwindigkeit noch oberhalb der Grenzgeschwindigkeit liegt. Die erste geänderte Modulation kann dabei beispielsweise ein höheres Bremsmoment erzeugen als die zuvor verwendete Modulation, so dass sich eine stärkere Geschwindigkeitsreduzierung ergibt und die Arbeitsmaschine ggf. über die erste geänderte Modulation in einen Geschwindigkeitsbereich gebracht werden kann, in dem die Arbeitsmaschine ausschließlich über das Bremsmoment im Rekuperationsbetrieb des Antriebsmotors gebremst werden kann.

Sofern eine Wiederholung der Bremsbetätigung mit einer ersten geänderter Modulation vorgesehen ist, ist der Grenzwert des Zählers vorteilhaft so gewählt, dass die Unterstützungsbremse eine weitere Bremsbetätigung ausführen kann, ohne dabei thermisch beschädigt oder gar zerstört zu werden. Der erste geänderte Grenzwert des Zählers liegt entsprechend bei einem höheren Wert des Zählers als der ursprüngliche Grenzwert.

Gemäß einer nochmals weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Bremsbetätigung mit einer zweiten geänderten Modulation ein zweites Mal wiederholt wird und ein zweiter geänderter Grenzwert vorgegeben wird, wenn bei Erreichen des ersten geänderten Grenzwerts durch den Zähler die Fahrzeuggeschwindigkeit noch oberhalb der Grenzgeschwindigkeit liegt. Die zweite geänderte Modulation kann dabei beispielsweise ein nochmals höheres Bremsmoment erzeugen als die erste geänderte Modulation, so dass sich eine nochmals stärkere Geschwindigkeitsreduzierung ergibt und die Arbeitsmaschine ggf. über die zweite geänderte Modulation in einen Geschwindigkeitsbereich gebracht werden kann, in dem die Arbeitsmaschine ausschließlich über das Bremsmoment im Reku- perationsbetrieb des Antriebsmotors gebremst werden kann.

Sofern eine zweite Wiederholung der Bremsbetätigung mit einer entsprechenden, zweiten geänderter Modulation vorgesehen ist, ist der erste geänderte Grenzwert des Zählers vorteilhaft so gewählt, dass die Unterstützungsbremse auch die nochmals weitere Bremsbetätigung beschädigungsfrei und zerstörungsfrei ausführen kann. Der zweite geänderte Grenzwert des Zählers liegt entsprechend bei einem höheren Wert des Zählers als der erste geänderte Grenzwert.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Betätigung der Unterstützungsbremse beendet wird, wenn der kumulierende Zähler den Grenzwert, den ersten geänderten Grenzwert oder den zweiten geänderten Grenzwert erreicht und/oder eine vorgebbare Zeitdauer für die Betätigung der Unterstützungsbremse überschritten ist und/oder die Grenzgeschwindigkeit unterschritten wurde. Somit ist einerseits gewährleistet, dass die Unterstützungsbremse durch den fortgesetzten Bremsbetrieb und die damit einhergehende thermische Belastung nicht zerstört wird. Andererseits wird die Unterstützungsbremse keinem unnötigen Verschleiß ausgesetzt und die durch Rekuperation zurückgewinnbare Energie erhöht, indem das erforderliche Bremsmoment ausschließlich durch den Rekupe- rationsbetrieb des Antriebsmotors aufgebracht wird.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass eine akustische und/oder optische und/oder haptische Warnung an den Fahrer ausgegeben wird, wenn die Betätigung der Unterstützungsbremse beendet wird ohne dass die Grenzgeschwindigkeit unterschritten wurde. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass der Fahrer gewarnt werden kann, wenn eine unzulässige Beschleunigung vorliegt, welche nicht durch das Bremsmoment des Rekuperationsbetriebs und der Unterstützungsbremse kompensiert werden kann. Um eine weitere Beschleunigung zu vermeiden, die ggf. zu einer Gefahrensituation führen kann, kann der Fahrer dann über die Betriebsbremse ggf. einen Bremsvorgang einleiten.

Die Erfindung betrifft außerdem einen elektrifizierten Antriebsstrang für eine Arbeitsmaschine, wobei der Antriebsstrang einen Antriebsmotor, eine Betriebsbremse und eine Unterstützungsbremse aufweist, wobei eine triebliche Kopplung des Antriebsmotors des Antriebsstrangs mit mindestens einem Rad der Arbeitsmaschine besteht, sodass ein Bremsmoment des Antriebsmotors einer auf die Arbeitsmaschine wirkenden Hangabtriebskraft entgegenwirken kann, wobei der Antriebsstrang dazu ausgebildet ist, eine automatisierte Betätigung der Unterstützungsbremse vorzunehmen, wenn die Arbeitsmaschine einer unzulässigen Beschleunigung unterliegt und wobei der Antriebsstrang dazu ausgebildet ist, die Betätigung der Unterstützungsbremse nach Maßgabe eines erforderlichen Bremsmoments vorzunehmen.

Der erfindungsgemäße Antriebsstrang zeichnet sich dadurch aus, dass der Antriebsstrang weiterhin dazu ausgebildet ist, die Betätigung der Unterstützungsbremse auch nach Maßgabe einer thermischen Belastung der Unterstützungsbremse vorzunehmen und dass die Unterstützungsbremse als federdruckbeaufschlagte und hydraulisch oder pneumatisch lösbare Bremse ausgebildet ist.

Daraus ergeben sich die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Vorteile auch für den erfindungsgemäßen Antriebsstrang.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Antriebsstrang dazu ausgebildet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.

Die Erfindung betrifft schließlich auch eine Arbeitsmaschine, umfassend einen erfindungsgemäßem Antriebsstrang.

Bei der Arbeitsmaschine handelt es sich bevorzugt um einen Radlader. Es kann sich aber auch um einen Kompaktlader, Teleskoplader, Dumper, Bagger oder Traktor handeln. Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beispielhaft erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 beispielhaft und in Form eines Flussdiagramms eine mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Gleiche Gegenstände, Funktionseinheiten und vergleichbare Komponenten sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Diese Gegenstände, Funktionseinheiten und vergleichbaren Komponenten sind hinsichtlich ihrer technischen Merkmale identisch ausgeführt, sofern sich aus der Beschreibung nicht explizit oder implizit etwas anderes ergibt.

Fig. 1 zeigt beispielhaft und in Form eines Flussdiagramms eine mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In Verfahrensschritt 100 wird eine Zündung der Arbeitsmaschine betätigt bzw. diese über einen Schalter in Betrieb genommen und damit das erfindungsgemäße Verfahren gestartet. Die Arbeitsmaschine, den Antriebsstrang und die Unterstützungsbremse beschreibende Parameter werden dabei aus einem Festspeicher in den Arbeitsspeicher einer Recheneinheit geladen, welche das Verfahren in Form eines Software-Algorithmus ausführt.

Im folgenden Verfahrensschritt 101 werden zu Zeitpunkten, die durch einen Taktgeber vorgegeben werden, die tatsächliche sowie eine maximal zulässige Fahrgeschwindigkeit erfasst. Die maximal zulässige Fahrgeschwindigkeit stellt eine Grenzgeschwindigkeit dar und ist geprägt durch eine Steigung des Hangs, den die Arbeitsmaschine hangabwärts befährt.

Wenn in Schritt 102 erkannt wird, dass die tatsächliche Fahrgeschwindigkeit die Grenzgeschwindigkeit überschritten hat, so erfolgt eine automatisierte Betätigung der Unterstützungsbremse, die als sog. SAHR-Bremse ausgebildet ist. Während in Schritt 103 die automatisierte Betätigung der Unterstützungsbremse erfolgt, wird ein kumulierender Zähler nach Maßgabe des Taktgebers bei jedem Taktsignal kumulierend erhöht. Der Zähler ist damit ein Maß für die thermische Belastung der Unterstützungsbremse, deren Temperatur sich mit der Dauer der Betätigung der Unterstützungsbremse immer weiter erhöht.

Die durch die Betätigung der Unterstützungsbremse in die Unterstützungsbremse eingetragene Wärme wird in Schritt 104 sukzessive vom Getriebeöl aufgenommen bzw. in die Umgebung abgestrahlt. Dieser Kühlvorgang erfolgt kontinuierlich, solange die Arbeitsmaschine eine definierte Mindestgeschwindigkeit nicht unterschreitet. Der kumulierende Zähler wird daher taktgebunden als Funktion über die Zeit reduziert, wobei der Zähler nicht negativ werden kann. Die Reduzierung des Zählers durch Kühlung der Unterstützungsbremse erfolgt kumulierend zur Erhöhung des Zählers durch Betätigung der Unterstützungsbremse, so dass die Reduzierung des Zählers und die Erhöhung des Zählers zu den vom Taktgeber vorgegebenen Zeitpunkten jeweils gegeneinander verrechnet werden. Im Stillstand der Arbeitsmaschine hingegen sind die Abkühlzeiten überproportional lang, weshalb unterhalb der Mindestgeschwindigkeit keine Reduzierung des Zählers erfolgt.

In Schritt 105 wird die Betätigung der Unterstützungsbremse abgebrochen, wenn der Zähler einen Grenzwert überschritten hat. Alternativ wird die Betätigung der Unterstützungsbremse in Schritt 106 abgebrochen, wenn die Arbeitsmaschine eine Fahrgeschwindigkeit erreicht hat, die unter der Grenzgeschwindigkeit liegt.

Sofern der Zähler während der Betätigung der Unterstützungsbremse einen Schwellwert überschritten hat, bleibt die Grenzgeschwindigkeit in Schritt 107 reduziert, bis der Zähler durch Kühlung einen Wert erreicht hat, auf dem eine weitere Betätigung der Unterstützungsbremse möglich ist.

Falls die tatsächliche Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine bei Beendigung der

Betätigung der Unterstützungsbremse in Schritt 108 jedoch noch über der Grenzgeschwindigkeit liegt, wird die Betätigung beispielsgemäß nicht abgebrochen, sondern mit einer ersten geänderten Modulation wiederholt.

Ist auch dieser zweite Versuch zur Reduzierung der tatsächlichen Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine nicht ausreichend, erfolgt in Schritt 109 eine nochmalige Betätigung der Unterstützungsbremse mit einer zweiten geänderten Modulation.

Sollte auch dieser dritte Versuch nicht zur Reduzierung der tatsächlichen Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine unter die Grenzgeschwindigkeit führen, so wird die Betätigung der Unterstützungsbremse in Schritt 110 abgebrochen und die Unterstützungsbremse gelöst, um abkühlen zu können.

Im folgenden Schritt 111 wird eine Warnung an den Fahrer der Arbeitsmaschine ausgegeben und dieser aufgefordert, die tatsächliche Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine zu kontrollieren.

Gemäß einem weiteren, in den Figuren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel findet nach dem ersten Versuch nur noch ein zweiter Versuch zur Reduzierung der tatsächlichen Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine, nicht aber ein dritter Versuch.

Bezuqszeichen

Zündung I Betätigung des Hauptschalters der Arbeitsmaschine

Erfassung tatsächliche und maximal zulässige Fahrgeschwindigkeit

Fahrgeschwindigkeit überschreitet Grenzgeschwindigkeit automatisierte Betätigung der Unterstützungsbremse

Abkühlung der Unterstützungsbremse

Zähler überschreitet Grenzwert

Fahrgeschwindigkeit unterschreitet Grenzgeschwindigkeit

Reduzierung der Grenzgeschwindigkeit zweiter Versuch zur Reduzierung der tatsächlichen Fahrgeschwindigkeit dritter Versuch zur Reduzierung der tatsächlichen Fahrgeschwindigkeit

Abkühlung der Unterstützungsbremse

Warnung an den Fahrer