本发明涉及一种用于作业机械的牵引系统。本发明还涉及具有这种牵引驱动系统的作业机械。此外，本发明涉及一种用于操作作业机械的牵引驱动系统的方法和一种用于执行这种方法的控制装置。
背景技术：
1、电驱动作业机械是已知的。它们的传动系可以具有电动马达和通过至少两个换挡级可操作地机械连接到电动马达的变速器。可以基于电动马达的驱动要求和映射来选择对应的换挡级。换挡级在作业机械的速度和牵引力方面的大重叠在此是可能的。
技术实现思路
1、本发明一方面涉及一种用于作业机械的牵引驱动系统。牵引驱动系统可以被设计为用于可电操作的作业机械的电牵引驱动系统。牵引驱动系统设计成移动作业机械。作业机械的牵引驱动器可以驱动底盘，作业机械可以通过底盘移动。作业机械可以是自主作业机械。因此，作业机械可以是移动式作业机械。作业机械可以设计为电池提供动力的作业机械或所谓的bev作业机械。作业机械可以被设计为车辆，该车辆被设计为执行至少一个未被指定用于运输人和/或货物的作业任务。为此，作业机械可以具有作业装置或作业工具。为了驱动作业装置，作业机械可以具有作业驱动器。作业机械可以是建筑作业机械和/或农业作业机械。例如，作业机械是轮式装载机、拖拉机、混凝土搅拌机、处置车或冷藏车。作业机械可以是可远程控制的可自动操作的作业机械。可自动操作的作业机械可以被设计为自主作业机械。
2、牵引驱动系统具有至少一个电动马达和变速器装置。作业机械的牵引驱动器可以经由变速器装置和所述至少一个电动马达来驱动。此外，作业机械的作业驱动器可以由所述至少一个电动马达经由离合器驱动。可以从能量源向所述至少一个电动马达供应能量。能量源可以是可以布置在作业机械上的电池和/或燃料电池。电动马达可以设计为异步电机、同步电机和/或磁阻电机。换句话说，所述至少一个电动马达可以具有任何已知的电动马达设计，其已经被设想为驱动作业机械的牵引驱动器。
3、牵引驱动系统还具有控制装置，该控制装置配置成根据所述至少一个电动马达的马达输出的预期的变化来选择变速器装置的传动比。马达输出的预期的变化在这里取决于变速器装置的传动比的变化，并且基于作业机械的至少一个操作参数来确定。用于执行步骤的控制装置的配置被理解为用于执行步骤的控制装置的具体准备，例如编程。因此，所述至少一个操作参数可以构成控制装置的输入变量，该输入变量可以由控制装置经由至少一个接口读取。然后，控制装置可以由此确定电动马达的马达输出的预期的变化。此外，控制装置可以具有用于向变速器装置输出控制命令的接口。控制命令可包括可由变速器装置供应的选择的传动比。此外，控制装置可以被配置为用于设定变速器装置的传动比的变速器控制系统。控制装置可以用作驾驶策略控制系统或用作驾驶策略调节器。
4、变速器装置可具有至少一个传动比。根据该传动比，变速器装置可以将电动马达的马达速度转换为用于驱动作业机械的驱动速度。替代地或附加地，变速器装置还可以将电动马达的马达速度转换成用于作业机械的作业装置的作业速度。为此，变速器装置一方面可以可操作地机械连接到电动马达，另一方面可以可操作地机械连接到用于驱动作业机械的驱动装置或作业机械的作业装置。这种转换可以通过啮合齿轮来实现。根据作业机械的类型，变速器装置也可以具有多个传动比。在这种情况下，例如，可以提供用于作业机械的驱动状态的第一传动比和用于作业机械的作业状态的第二传动比。然后，在作业机械的操作期间，例如通过作业机械的驾驶员致动操作元件，可以在这些传动比之间换挡。变速器装置的传动比的变化可以是作业机械的两个不同换挡级之间的换挡程序。
5、如上所述，可以针对作业机械的相应操作状态（例如，驱动状态和作业状态）提供变速器装置的不同传动比。由电动马达可用的输出可以以对于作业机械的相应操作状态而言合适的方式传递到作业机械的驱动装置或作业装置。例如，在作业机械的驱动状态下，电动马达的马达输出的大部分可以通过第一传动比尽可能均匀地传递到作业机械的驱动装置，以便能够快速且平稳地驱动作业机械。然后，马达输出的其余部分可以通过该第一传动比传递到作业装置，使得作业装置仅保持在期望的状态。在该示例性实施例中，在第一传动比的作业装置的移动是不可能的。在另一示例中，在作业机械的作业状态下，电动马达的马达输出借助于变速器装置的第二传动比传递到作业装置，使得能够实现适用于任务（例如精确或快速）的作业机械的作业。在该示例性实施例中，作业机械的驱动装置以第二传动比被供应有少量马达输出。换句话说，变速器装置的传动比的变化可以引起电动马达的马达输出的变化。
6、根据作业机械的相应操作状态，控制装置可以基于作业机械的至少一个操作参数来确定电动马达的马达输出的变化，该变化取决于电动马达的马达输出的变化。控制装置可以确定马达输出的变化，例如在其绝对值、其相对值、其总持续时间或其随时间的进展的方法，特别是其幅度的方面。为此，可以直接检测所述至少一个操作参数，并且由此确定电动马达的马达输出的预期的变化。马达输出的变化可以例如借助于由控制装置执行的模拟来确定。替代地，作业机械的检测到的操作参数的值可以由控制装置在中间步骤中进一步处理，并且仅在后续步骤中确定马达输出的预期的变化。例如，控制装置可以首先从多个检测到的绝对值计算其随时间的变化，然后根据随时间的变化确定电动马达的马达输出的预期的变化。
7、所提出的牵引驱动系统使得电动作业机械能够以性能优化的方式移动。更确切地说，利用所提出的牵引驱动系统，可以以尽可能避免由传动比的变化引起的电动马达的马达输出的中断的方式实现变速器装置的传动比的变化。由传动比的变化引起的电动马达的马达输出的中断可以是牵引力的中断。根据本发明，以牵引驱动系统上的较高热负载为代价，将电动马达的牵引力保持在尽可能恒定的水平。因此，可以避免由牵引力的中断引起的缺点，例如不稳定的驾驶行为或向用于执行必要作业的作业装置供应不足的动力。
8、根据牵引驱动系统的一个实施例，所述至少一个操作参数选自以下中的一个：a）作业机械的速度，b）作业机械的速度的变化，以及c）从用于向所述至少一个电动马达供应能量的电能源输出的电能的变化。可以从这些参数非常可靠地计算电动马达的马达输出的即将变化，特别是牵引力的中断。例如，在作业机械的相对高的速度的情况下，可以认为变速器装置的传动比的变化导致牵引力的相对高的中断。因此，在这种情况下应保持变速器装置的当前传动比。类似地，在作业机械的相对低的速度的情况下，可以认为变速器装置的传动比的变化仅引起牵引力的相对小的中断。这里可以相应地执行换挡程序。此外，作业机械的当前速度的变化可以例如是作业机械从相对长的行程返回到作业位置的指示器。例如，在速度降低的情况下可以是这种情况。可替代地，在速度增加的情况下，可以认为作业机械在相对长的运输行程上从作业位置出发、装载。在第一种情况下，仅可以再次预期由换挡程序引起的牵引力的小中断，而在第二种情况下，换挡程序可以引起牵引力的相对大的变化。最后，由能量源输出的能量的量的增加可以指示例如作业程序已经开始。在这种情况下，变速器装置的传动比的变化会导致牵引力的不期望的大中断。然后可以通过根据本发明的牵引驱动系统来避免换挡程序。替代地，由能量源输出的能量的量的减少可以例如指示作业程序已经结束并且运输行程已经开始。在这种情况下，变速器装置的传动比的变化仅导致牵引力的小中断。然后可以进行换挡程序。最后，可以容易且成本有效地测量所选择的操作参数。因此，所描述的操作参数的选择使得能够预期可靠且同时简单且成本有效地确定电动马达的马达输出的变化。
9、根据所述牵引驱动系统的另一实施例，所述控制装置被配置以选择所述变速器装置的至少两个不同的传动比。控制装置可以例如在适于相对长行程的传动比和适于作业机械的作业程序的传动比之间进行选择。因此，可以针对每个可选传动比避免牵引力的中断。因此，可以改善作业机械的驾驶员的驾驶体验和操作舒适性。
10、在牵引驱动系统的该实施例中，控制装置被配置为当马达输出的预期的变化低于预定阈值时，选择变速器装置的不同于第一传动比的第二传动比。阈值可以例如通过电动马达的期望速度、驱动装置的期望速度或作业装置的期望速度来确定。替代地，阈值可以由上述部件的最小或最大速度确定。阈值可以根据变速器装置的选择的传动比而不同。替代地，也可以为所有可选择的传动比确定相同的、特别是最大的阈值。可以根据所述至少一个操作参数来确定阈值。阈值也可以独立于所述至少一个操作参数来确定。例如，可以通过用户输入来确定阈值。可以根据作业机械的操作持续时间或操作状态来调适阈值。借助于阈值选择变速器装置的传动比提供了容易理解的控制装置的选择程序的记录和监测的可能性。换句话说，基于超过或低于阈值的值，可以容易地理解是否发生了换挡程序。此外，通过手动调适阈值，齿轮的选择可以通过控制装置而可操作地适于，例如，驾驶员的需要或操作情况。
11、根据所述牵引驱动系统的另一实施例，所述控制装置被配置以考虑所述牵引驱动系统的总输出而选择所述变速器装置的所述传动比。除了选择变速器装置的传动比之外，牵引驱动系统的总输出还可以用作在最小化牵引力的中断方面用于合适的换挡级的进一步选择标准。因此，也可以有利地在优化牵引驱动系统的总输出方面来控制作业机械的换挡行为。
12、牵引驱动系统的总输出可以基于作业机械的以下操作参数中的至少一个来确定：a）在传动比的变化期间的输出的变化；b）由于变速器装置的传动比的效率的不同程度而导致的输出的变化；c）由于牵引驱动系统内的力的不完全传递而导致的输出的变化；以及d）牵引驱动系统的输出特性，其被保存在作业机械的存储器装置中。例如，当变速器装置的齿轮彼此啮合时，由于机械或热负载的发生，在传动比的变化期间输出的变化可能发生。取决于电动马达的速度，当变速器装置的传动比变化时，由电动马达产生的输出可以不同地传递到驱动装置或作业装置。因此，也可能发生牵引驱动系统的总输出内的输出的变化。此外，换挡可以通过手动力传递元件，特别是离合器进行。牵引驱动系统的总输出也可能受到离合器的不正确或太快致动的不利影响。最后，牵引驱动系统的输出特性可能已经保存在作业机械的存储器装置中，例如由于作业机械的驾驶行为的较早记录。这些可以表示例如作业机械的期望驾驶行为或不期望驾驶行为。牵引驱动系统的总输出也可以基于这些输出特性来确定。上述参数可容易地测量或量化，并且同时精确地形成牵引驱动系统的总输出。所描述的参数的选择因此能够可靠且同时简单地确定牵引驱动系统的总输出。
13、根据所述牵引驱动系统的另一实施例，所述控制装置还被配置成考虑所述牵引驱动系统中的温度状态来选择所述变速器装置的传动比。例如，可以监测电动马达的绕组的温度，并且在电动马达可以维持当前操作状态的持续时间中能够估计其变化。可替代地或附加地，可以测量作业机械的离合器的温度，并由此进行估计操作时间的估计。因此，除了估计的牵引力中断之外，还可以基于牵引驱动系统的部件中的至少一个部件的温度来选择变速器装置的传动比的变化。因此，就牵引驱动系统内的热负载而言，还可以有利地执行或避免换挡程序。
14、根据另一实施例，牵引驱动系统包括用于检测作业机械周围的地形结构的传感器。根据该实施例，控制装置被配置为考虑地形结构来选择变速器装置的传动比。例如，可以通过传感器识别在驾驶方向上作业机械前方的斜坡或不平坦表面。在这种情况下，不同传动比的选择可以导致牵引力的中断，这可以由于所提出的牵引驱动系统而避免。相反，当传感器检测到平坦且笔直的道路时，换挡程序仅引起马达输出的小变化。这里的控制装置然后可以选择变速器装置的不同传动比。基于检测到的地形结构的变速器装置的传动比的附加选择的优点在于电动马达的马达输出的变化也基于要行驶过的地形而被调适的可能性。因此，可以进一步改进牵引驱动系统的换挡行为。
15、根据所述牵引驱动系统的另一实施例，所述控制装置被配置为考虑可操作地连接到作业驱动器的作业装置的操作状态来选择所述变速器装置的传动比。操作状态可以包括作业装置的作业液压系统或作业工具的操作状态。操作状态可以包括作业工具的位置、移动或填充水平。作业工具可以是例如升降台或铲斗。因此，可以考虑当前作业情况来激活变速器装置，使得所述至少一个电动马达也可以在当前作业情况期间在优化的操作点处操作。如果作业机械是轮式装载机，则可以考虑升降台或铲斗的操作状态，例如在轮式装载机离开并同时提升铲斗时的轮式装载机的上升/运行期间。
16、本发明另一方面涉及一种具有根据上述实施例之一的牵引驱动系统的作业机械。牵引驱动系统配置成借助于牵引驱动器驱动作业机械。
17、另一方面，本发明涉及一种用于操作作业机械的牵引驱动系统的方法，该牵引驱动系统具有至少一个电动马达和变速器装置。在该方法的一个步骤中，基于作业机械的至少一个操作参数来确定所述至少一个电动马达的马达输出的预期的变化。马达输出的预期的变化取决于变速器装置的传动比的变化。在该方法的另一步骤中，根据马达输出的预期的变化来选择变速器装置的传动比。
18、本发明在另一方面涉及一种控制装置，该控制装置可以通过至少一个接口连接到根据第一方面的牵引驱动系统，并且被配置为执行根据第二方面的方法的步骤。控制装置可以是关于第一方面描述的控制装置。参考以上解释来理解各个特征及其优点。
1.一种用于作业机械（200）的牵引驱动系统（100），所述牵引驱动系统（100）具有至少一个电动马达（50）、变速器装置（10）和控制装置（110），所述控制装置（110）被配置成根据所述至少一个电动马达（50）的马达输出的预期的变化来选择所述变速器装置（10）的传动比（30、40），
2.根据权利要求1所述的牵引驱动系统（100），其中，所述至少一个操作参数选自以下中的一个：
3.根据权利要求1或2所述的牵引驱动系统（100），其中，所述控制装置（110）被配置成选择所述变速器装置（10）的至少两个不同的传动比（30、40）。
4.根据权利要求3所述的牵引驱动系统（100），其中，所述控制装置（110）被配置成当所述马达输出的预期的变化低于预定阈值时选择所述变速器装置（10）的与第一传动比（30）不同的第二传动比（40）。
5.根据前述权利要求中的一项所述的牵引驱动系统（100），其中，所述控制装置（110）被配置成考虑所述牵引驱动系统（100）的总输出来选择所述变速器装置（10）的传动比（30、40）。
6.根据权利要求5所述的牵引驱动系统（100），其中，至少基于所述作业机械（200）的以下操作参数中的一个来确定所述牵引驱动系统（100）的总输出：
7.根据前述权利要求中的一项所述的牵引驱动系统（100），其中，所述控制装置（110）被配置成考虑所述牵引驱动系统（100）中的温度状态来选择所述变速器装置（10）的传动比（30、40）。
8.根据前述权利要求中的一项所述的牵引驱动系统（100），包括用于检测所述作业机械（200）周围的地形结构的至少一个传感器（130、140、150），
9.根据前述权利要求中的一项所述的牵引驱动系统（100），其中，所述控制装置（110）被配置成考虑所述作业机械（200）的可操作地连接到作业驱动器（90）的作业装置（92）的操作状态来选择所述变速器装置（10）的传动比（30、40）。
10.一种作业机械（200），具有根据前述权利要求中的一项所述的牵引驱动系统（100），
11.一种用于操作用于作业机械（200）的牵引驱动系统的方法，所述牵引驱动系统具有至少一个电动马达（50）和变速器装置（10），
12.一种控制装置（110），所述控制装置（10）能够通过至少一个接口（11；111）连接到牵引驱动系统（100），并且被配置为执行根据权利要求11所述的方法的步骤。
