CN101128347A - 用于推进式机械的坡道限制式减速控制装置 - Google Patents

用于推进式机械的坡道限制式减速控制装置 Download PDF

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R·R·西赫拉
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Abstract

提供一种用于消耗推进式机械中的功率的方法，该推进式机械具有电力传动系统和机械制动器系统。确定机械的斜度(101a)。确定机械的速度(135)。根据所确定的斜度和速度确定减速要求(155)。分配将通过电力传动系统满足的减速要求的第一部分，该第一部分小于或等于电力传动系统的减速能力(170)。如果减速要求大于电力传动系统的减速能力(160)，则分配将通过机械制动器系统满足的减速要求的第二部分(175)。

Description

用于推进式机械的坡道限制式减速控制装置
技术领域
本发明一般涉及用于推进式机械的减速控制装置，更具体地，涉及用于具有电力传动装置的推进式机械的减速控制装置。
背景技术
推进式机械例如货车、轮式拖拉机、履带式拖拉机和其它建筑车辆经常在陡坡上工作。当沿着这些斜坡下行时，这些机械可以使用各种不同的减速系统，以便消耗动能来保持安全行驶速度。例如，该机械可通过发动机减速和/或机械制动来变慢。
以前，当在这些坡道上工作时，机械的操作人员负责选择合适的工作速度。例如，操作人员需要选择正确的传动装置并施加正确的制动力，以便在操作人员认为安全的速度下沿坡道下行。然而，如果操作人员在他的选择中粗心大意，则发动机会超速或者制动器过热，因此损坏机械。如果操作人员太小心谨慎，则机械会将比安全地沿坡道下行所需时间要花更多的时间，因此，机械的生产力将不会达到最佳。
已经开发出了当沿坡道下行时用于自动控制车辆减速系统的现有技术系统。一种这样的系统已在标题为“Automatic Retarder Controllor”的美国专利6,299,263中作了说明。在这个系统中，检测车辆的向前倾斜角的斜度，控制器选择传动装置并应用制动器以便根据该角度使机械放慢到预定的下行速度。然而，263’专利的减速技术不适用于具有电力传动推进/减速系统的机械。另外，当选择下行速度时，263’专利所公开的系统未考虑车辆围绕侧倾轴的斜度。
本发明的坡道限制式减速控制系统用于解决现有技术减速控制系统中的一个或多个缺点。
发明内容
提供一种用于消耗推进式机械中功率的方法，所述推进式机械具有电力(电气)传动(驱动)系统和机械制动器系统。确定机械的斜度。确定机械的速度。根据确定的斜度和速度确定减速要求(必要条件)。将减速要求的第一部分分配成通过电力传动系统满足，该第一部分小于或等于电力传动系统的减速能力。如果减速要求大于电力传动系统的减速能力，则将减速要求的第二部分分配成通过机械制动器系统满足。
在另一方面，提供一种系统用于消耗推进式机械中的功率的系统，所述推进式机械具有电力传动系统和机械制动器系统。斜度指示器可操作以输出与机械的斜度相对应的信号。速度指示器可操作以输出与机械的速度相对应的速度。减速要求计算器可操作以根据指示的斜度和速度确定减速要求。控制器可操作以分配将通过电力传动系统满足的减速要求的第一部分一该第一部分小于或等于电力传动系统的减速能力，以及如果减速要求大于电力传送系统的减速能力，则分配将通过机械制动器满足的减速要求的第二部分。
在另一方面，提供一种用于消耗推进式机械中的功率的方法。确定机械围绕机械侧倾轴线的斜度。根据斜度确定机械的坡道限制式速度。确定使机械放慢到坡道限制式速度所需的减速量。
在另一方面，提供一种用于消耗推进式机械的功率的系统。斜度指示器可操作以输出与机械围绕机械的侧倾轴的斜度相对应的信号。坡道限制式速度计算器可操作以根据斜度计算机械的坡道限制式速度。减速要求计算器可操作以计算使机械放慢到坡道限制式速度所需的减速量。
应该理解，上述一般说明和后面的详细说明仅是示例性和说明性的，且不限制所要求保护的本发明。
附图说明
图1示意性地示出一种推进式机械，该推进式机械具有按照本发明的示例性实施例所述的坡道限制式减速控制系统；
图2示意性地示出按照本发明的示例性实施例所述的坡道限制式减速控制系统；
图3是示出按照本发明的示例性实施例所述的减速方案的流程图；
图4示出横过坡道移动的推进式机械；
图5是示出用于示例性的推进式机械的减速能力与斜度之间关系的曲线图。
具体实施方式
图1示意性地示出推进式机械20，该推进式机械20具有按照本发明的示例性实施例所述的坡道限制式减速控制系统60。推进式机械20可包括推进/减速系统30和机械制动器系统40。在所示实施例中，推进/减速系统30是电力传动系统。然而，本发明同等地可适用于具有常规推进/减速系统如机械推进/减速系统的推进式机械。
如图1所示，电力传动式推进/减速系统30可以包括：发动机31，所述发动机31由发动机控制单元51控制，并具有发动机轴31a；发电机32；发电机侧功率变换器33，所述功率变换器33由发电机变换器控制单元53控制；DC(直流)总线34，所述DC总线34由DC总线控制单元54控制，并连接到电阻网34a；由电动机变换器控制单元55控制的电动机侧功率变换器35；电动机36，所述电动机36具有电机轴36a；齿轮传动装置37以及牵引装置38。电力传动式推进/减速系统30的这些部件31-38操作性地连接成在运行的推进阶段提供电力以便推进机械20，以及在运行的减速阶段耗散功率以便使机械20减速。
发动机31可以是任何常规类型发动机。例如，发动机31可以是柴油发动机、汽油发动机或者天然气驱动的内燃机。发动机31可构造成驱动该推进式机械20的各种以机械为动力的附件(未示出)。例如，发动机31可以连接成驱动推进式机械20的一个或多个液压泵、水泵、风扇、交流发电机等。在推进阶段，发动机31可燃烧燃料以使发动机轴31a旋转。在减速阶段，发动机轴31a可由发电机32驱动(因而该发电机32起到电动机的作用)。当用这种方式驱动时，发动机31可以通过发动机摩擦作用、排气限制器、减压装置和发动机的从动附件(例如泵等)消耗不需要的功率。发动机31也可以装备成起空压机的作用，以便在减速阶段消耗额外的能量。例如，发动机31可装备有常规的“Jake制动器”附件。
发动机控制单元51控制发动机轴31a的旋转速度或转矩。例如，发动机控制单元51可以通过发动机速度和转矩指示器51a检测发动机轴31a的旋转速度和转矩，并且例如通过喷油器(未示出)控制待输送到发动机31的燃料量，以便产生所希望的发动机旋转速度和转矩。当在减速阶段发动机31由发电机32(因而起电动机的作用)驱动时，发动机控制单元51可以减少或切断流向发动机31的燃料，因此节约燃料并降低用于机械20的运行费用。
此外，发动机控制单元51可使来自发动机传感器例如发动机速度和转矩指示器51a和/或其它传感器(未示出)的数据在通信总线70上与监管控制器50通信。这些数据可以提供发动机31当前消耗势能的指示。例如，发动机的消耗势能可与不损害发动机轴31a的转速极限相关联，该转速极限为不会引起在发动机31或其传动附件上的不可接受的摩损的转速。
发电机32可为任何合适的类型。例如，发电机32可以是AC(交流)感应发电机、永磁发电机、AC同步发电机或转换式磁阻发电机。在推进阶段，发电机32可由发动机31驱动以产生交流电流。在减速阶段，发电机32可作为电动机以驱动发动机31，因此以上述方式消耗不需要的功率。
发电机变换器控制单元53控制发电机侧功率变换器32的方向，以便控制发电机32和DC母线34之间的功率通量。在推进阶段，发电机变换器控制单元53可控制发电机侧功率变换器32的矢量方向，以将发电机32的AC输出转变成适用于DC总线34的直流。在减速阶段，发电机变换器控制单元53可控制发电机侧功率变换器33的方向，以将DC总线34的DC输出转变成适合于驱动发电机32(因而起电动机的作用)的交流，以便产生所希望的在发动机31的转速极限以内的发动机轴31a的转速。
此外，发电机变换器控制单元53可使来自传感器如温度传感器、电压或电流传感器(未示出)的数据在通信总线70上与监管控制器50通信。这些数据可以提供发电机32的功率消耗势能的指示。例如，发电机32的消耗势能可与发电机32和/或发电机侧功率变换器33的非破坏性的温度、电压或电流的极限相关联。
DC总线34在发电机侧功率变换器33、电动机侧功率变换器35和电阻网34a之间传导电流。DC总线控制单元54控制发电机侧功率变换器33、电动机侧功率变换器35和电阻网34a之间DC功率的分配。在推进阶段，DC总线控制单元54可将DC功率分配到电动机侧功率变换器35上。在减速阶段，DC总线控制单元可将DC功率分配到发电机侧功率变换器33和/或电阻网34a上。
电阻网34a可以是任何可通过将不需要的功率转换成热量而消耗该功率的常规装置。例如，电阻网34a可包括一个或多个电阻器。电阻网34a还可包括合适的冷却系统(未示出)，以帮助耗散过量的热量。
此外，DC总线控制单元54可以使来自DC总线传感器(未示出)的数据在通信总线70上与监管控制器50通信。这些数据可提供电阻网34a的功率消耗势能的指示。例如，电阻网34a的消耗势能可与DC总线34和/或电阻网34a的非破坏性温度、电压或电流的极限相关联。
电动机变换器控制单元55可控制电动机侧功率变换器35的方向，以控制DC总线34与电动机36之间的功率通量。在推进阶段，电动机变换器控制单元55可以控制电动机侧功率变换器35的矢量方向，以将DC总线34的DC输出转变成适合于驱动电动机36的交流电流，从而产生所希望的电机轴速度和转矩。在减速阶段，电动机变换器控制单元55可以控制电动机侧功率变换器35的方向，以将电动机36(起发电机的作用)的AC输出转变成适合于DC总线34的直流电流。
电动机36可以是任何合适的类型。例如，电动机36可以是AC感应电动机、永磁电动机、AC同步电动机或开关式磁阻电动机。在推进阶段，电动机36可将从电动机侧功率变换器35接收的AC功率转换，以产生所希望的电机轴36a的转速和转矩。在减速阶段，电动机36可以逆转以起发电机的作用，所述发电机可以将牵引装置38的非传动式旋转转变成电流。
此外，电动机变换器控制单元55可使来自传感器例如电动机速度和转矩指示器55a和/或温度、电压或电流传感器(未示出)的数据在通信总线70上与监管控制器50通信。这些数据可以提供电动机36的功率消耗势能的指示。例如，电动机36的消耗势能可与电动机36和/或电动机侧功率变换器35的非破坏性的温度、电压或电流极限相关联。电动机36的消耗势能也可与电机轴36a的非破坏性转速极限相关联。
齿轮传动装置37操作性地将电机轴36a连接到牵引装置38例如普通车轮或链轮上。齿轮传动装置37可以包括例如常规的齿轮减速和/或差速器。在推进阶段，电动机36可使电机轴36a转动，并因此使齿轮传动装置37和牵引装置38转动，以在地面上推进机械20。在减速阶段，牵引装置38的非传动式旋转使齿轮传动装置37转动，并因此使电机轴36a转动以驱动电动机36(该电动机则起发电机的作用)。
机械制动器系统40可以包括一个或多个由机械制动器控制单元57控制的机械制动器47。制动器47可以是任何具有可变控制的常规类型。例如，制动器47可以通过合适的机械或液体控制系统用机械方法或液力方法驱动，或者可以取液力减速器的形式。在应用制动器47期间，可能以热的形式消耗不需要的功率。因此，制动器47可以装备一合适的冷却系统。尽管制动器47示出为连接到牵引装置38上，但应该理解，制动器47的数量和位置可以改变，如现有技术中已知的。
机械制动器控制单元57可控制制动器47的应用。此外，机械制动器控制单元57可使来自常规传感器如温度传感器(未示出)的数据在通信总线70上与监管控制器50通信。这些数据可提供制动器47的当前消耗势能的指示。例如，与制动器47的最大非破坏性温度极限相比，制动器47的消耗势能可与制动器的当前温度相关联。
监管控制器50可控制电力传动推进/减速系统30和/或机械制动器系统40，以产生所希望的机械20的推进或减速。控制器50可通过将合适的指令传送到控制单元51、53、54、55和/或57来控制电力传动推进/减速系统30和/或机械制动器系统40。
控制器50也可接收来自控制单元51、53、54、55和/或57的数据。这些数据可以提供电力传动推进/减速系统30和/或机械制动器系统40当前能产生或消耗的功率量的指示。控制器50可以在通信总线70上与控制单元51、53、54、55和/或57通信。
控制器50和控制单元51、53、54、55和57可以用任何合适的方式实现。例如，控制器50和控制单元51、53、54、55和57可以用合适构造的计算机软件实现。尽管控制器50和控制单元51、53、54、55和57是分开示出的，但应该理解，控制单元51、53、54、55和57当中的一个或多个可以与控制器50形成整体，例如，作为监管控制程序内的模块。
图2示意性地示出按照本发明的示例性实施例所述的坡道限制式减速控制系统60。如图2所示，坡道限制式减速控制系统60可以包括：斜度指示器61、机械重量指示器62、行进方向指示器63、减速能力计算器65、最大速度计算器66、期望速度指示器67、机械速度限制器68和机械速度指示器69。如图1所示，控制系统60可以集成在监管控制器50内。或者，控制系统60可以与控制器50分开实现。
坡道限制式减速控制系统60可实施下述减速方案，即，控制电力传动推进/减速系统30和/或机械制动器系统40的运行，以限制该机械20下坡的速度。图3示出按照本发明的示例性实施例所述的减速方案100的流程图。尽管可将示例性减速方案100描述成一系列动作，但所述动作的顺序在本发明的其它实施方案中可以改变。尤其是，无关的动作可以以任何次序实施或者并行实施。
减速方案100可以在步骤105处开始。方案100的开始(105)可在系统时钟(未示出)的控制下进行，以便在机械20运行期间，方案100例如每秒多次或以任何其它期望的时间间隔周期性地重复。这样，减速方案100可以与机械20的工作条件的变化相对应。
在步骤110a处，斜度指示器61输出表征机械20的当前斜度I的信号。图4示出穿越斜坡S移动的机械20(在本例中是推土机)。在一个实施例中，指示器61可以指示机械20围绕该机械20的俯仰轴线P的斜度p。指示器61可以显示正和负的俯仰，以便针对沿向前方向和相反方向的行进确定下坡的坡度。例如，指示器61可以指示±45°(100坡度)的俯仰。或者，指示器61可以指示机械20围绕该机械20的侧倾轴线R的斜度r。再或者，指示器61可以指示机械20围绕俯仰轴线和侧倾轴线二者的斜度I。例如，指示器61可输出一个表征机械20围绕俯仰轴线P的斜度信号以及另一个表征机械20围绕侧倾轴线R的斜度的信号。或者，指示器61可以输出单个的表征该机械围绕俯仰轴线和侧倾轴线二者的斜度的信号，例如表征机械20围绕俯仰轴线P和侧倾轴线R的斜度的加权和的信号。指示器61可由本领域技术人员已知的任何合适的斜度传感器实施。例如，指示器61可以用固定到机械20的机架(未示出)上的一个或多个斜度计或加速度计实施。
在步骤110b处，机械重量指示器62可输出表征机械20的重量W的信号。指示器62可以是例如通过检测机械20的悬挂元件(未示出)上的应力而检测机械20的重量的传感器。或者，指示器62可以是由机械20的操作人员控制的输入端。例如，操作人员可以在操纵机械20之前例如用键盘输入重量的指示。再或者，指示器62可以指示一预定值，例如在机械20正常运行期间所预期的最大重量W。
在步骤110c处，行进方向指示器63可以输出表征机械20的当前行进方向F/R-即机械是正向行进还是反向行进-的信号。指示器63可以用任何本领域技术人员认为合适的传感器实施。例如，指示器63可以检测是机械20的正向杆还是反向杆(未示出)已放在正向或反向位置。或者，指示器63可以检测发电机侧功率变换器33和/或电动机侧功率变换器35的方向是与正向行进还是与反向行进相对应。然而，在一个实施例中，可省略方向指示器63，而坡道限制式减速控制系统60可在正向和反向行进二者期间同等地起作用。或者，控制系统可以只在朝一个方向例如正向行进期间工作。
在步骤115处，减速能力计算器65接收来自斜度指示器61的斜度I，并根据该斜度I输出表征电力传动推进/减速系统20的最大非破坏性减速能力亦即坡道限制式减速能力CED的信号。计算器65可以包括数据例如图，或者限定斜坡例如俯仰和/或侧倾与电力传动推进/减速系统30的减速能力之间关系的公式。
例如，计算器66可含有与针对特定机械构型而开发的电力传动装置减速能力曲线82(见图5)相对应的数据或公式。如图5所示，电力传动装置减速能力曲线表示最大非破坏性正向速度(X轴线)，在该速度下，亦即在不破坏电力传动推进/减速系统的情况下，给定斜度的坡道(Y轴线)可以仅用电力传动推进/减速系统30的减速能力下行。例如，如图5所示，曲线82所针对的特定构型的机械20可以在不破坏的情况下，仅依靠它的电力传动推进/减速系统30以2.5mph的速度下行40％坡度。
通过减速能力计算器65进行的坡道限制式减速能力CED的计算也可以以除斜度之外的其它数据为基础。例如，另外可以根据机械20的重量W(该重量W可以从机械重量指示器62接收)和/或机械20的行进方向F/R(所述行进方向F/R可以从行进方向指示器63接收)计算坡道限制式减速能力CED。另外，可以额外根据通过电力传动控制单元51、53、54和/或55通信的数据计算坡道限制式减速能力CED，所述数据可表征可能影响电力传动推进/减速系统30的减速能力的一个或多个条件。例如，电力传动控制单元51、53、54和/或55可以与表征下降的减速能力的错误条件通信。减速能力计算器65可以包括附加的限定减速能力和这些条件之间关系的数据或公式。
在步骤120处，最大速度计算器66根据斜度I输出表征最大非破坏性机械速度VMAX的信号。计算器66可以包括数据例如图或者限定诸如俯仰和/或侧倾的斜度与电力传动装置20的最大速度之间关系的公式。
例如，计算器66可以含有与针对特定机械构型所开发的总减速能力曲线84(见图5)相对应的数据或公式。如图5所示，总减速能力曲线84指示最大非破坏性速度(X轴线)，在所述速度下，亦即在不破坏这些系统的情况下，给定斜度的坡道(Y轴线)可用电力传动推进/减速系统30及机械制动器系统40的减速能力下行。例如，如图5所示，当机械制动器系统40和电力传动推进/减速系统30都可用于减速时，曲线82所针对的特定构型的机械20可在不破坏的情况下以4.5mph的速度下行40％的坡度。
除了斜度I之外，也可以根据其它数据通过最大速度计算器66计算最大速度VMAX。例如，可以另外根据机械20的重量W(该重量W可以从机械重量指示器接收)和/或机械20的行进方向F/R(所述行进方向F/R可以从行进方向指示器63接收)确定最大速度VMAX。另外，可以额外根据通过电力传动控制单元51、53、54、55和/或57通信的数据计算最大速度VMAX，所述数据可表征可能影响电力传动推进/减速系统30和/或机械制动器系统40的减速能力的一个或多个条件。例如，在机械制动器单元57报告机械制动器47超温条件的位置，最大速度VMAX可能降低。最大速度计算器66可以包括额外的限定最大速度VMAX与这些条件之间关系的数据或公式。
用于特定机械构型的减速能力计算器65和最大速度计算器66可以通过在不同路面斜度上操作性地测试特定机械构型而凭经验开发。或者，计算器65和66可以通过使特定机械构型的性能模型化例如利用计算机模拟技术或者通过经验测试和模拟的组合开发研究。
在步骤125处，期望速度指示器67输出一表征机械20的期望速度VDES的信号。指示器67可以是由机械20的操作人员控制的输入端，例如节流阀或速度选择器。在一个实施例中，指示器67可以是速度选择器，所述速度选择器包括使操作人员能选择最大非破坏性机械速度VMAX作为期望速度的装置。或者，指示器67可以是控制器例如监管控制器50的输出端，上述机械控制器可计算所希望的用于机械20的速度。例如，控制器50可以输出为在机械20的拉杆(未示出)处产生期望的功率量所必需的期望速度和转矩。
在步骤130处，机械速度限制器68可以接收来自期望速度指示器67的期望速度VDES和来自最大速度计算器66的最大速度VMAX，并可以根据期望速度VDES和最大速度VMAX输出表征坡道限制式速度VS的信号。坡道限制式速度VS可以对应于期望速度VDES和最大速度VMAX中较小的。例如，在期望速度VDES比最大速度VMAX低的地方，坡道限制式速度VS可对应于期望速度VDES，以产生由操作者或其它控制器所选定的期望速度。然而，在期望速度VDES高于最大速度VMAX的地方，坡道限制式速度信号VS可以对应于最大速度VMAX，以防止操作人员或其它控制器要求可能损坏机械20的元件的速度。
在步骤135处，机械速度指示器69可以输出与机械20在地面上的速度VM有关的信号。指示器69可以以任何常规方式确定机械速度VM。机械速度VM可能与机械20在地面上的实际速度有关。例如，地面速度可以用对准地面的Doppler雷达测定。可以用类似方式使用Doppler激光器。或者，也可以利用非传动的接触地面的车轮来检测地面速度。地面速度也可以通过例如用全球定位系统(GPS)接收机测量拖拉机的位置随时间的变化来确定。或者，可使机械速度VM与机械20在地面上的理论速度相联系。例如，理论速度可以例如当通过电动机速度和转矩指示器55a通信时，根据牵引装置38的圆周、齿轮传动装置37的减速比以及电机轴36a的旋转速度的变化计算。然而，理论速度可以用本领域技术人员已知的任何其它合适的方式确定。
在步骤140处，监管控制器50可以将从机械速度指示器69接收的机械速度VM与从机械速度限制器68接收的坡道限制式速度VS进行比较。然后监管控制器50可以控制电力传动推进/减速系统30，以便以坡道限制式速度VS推进机械20。
如果机械速度VM等于坡道限制式速度VS(VM＝VS)，达到允许的误差范围内，则监管控制器50可以不采取另外动作，且减速方案100可以返回，以便开始另一周期性重复(步骤105)。
如果机械速度VM比坡道限制式速度VS小(VM＜VS)到大于允许的误差范围，则监管控制器50可以控制电力传动推进/减速系统30，以增加机械速度达到坡道限制式速度。将示例性的总减速能力曲线84(图5)作为例子，如果机械20以4.0mph的速度向下行进40％的坡度，则控制器50可以控制推进/减速系统30，以便增加机械速度来达到4.5nph的坡道限制式速度。
为了增加机械速度，监管控制器50可首先确定机械制动器系统40是否在主动地使推进式机械20减速(步骤145)。例如，控制器50可确定机械制动器控制单元57在上述重复减速方案100期间是否目前例如响应于来自控制器50的减速指令而控制机械制动器47以使机械20减速。如果是那样(步骤145：是)，则控制器50可向机械制动器控制单元发指令，以便减少机械制动器47所消耗的功率量(在步骤150处)，直至达到坡道限制式速度或者机械制动器系统40不再主动使机械20减速(即不再应用机械制动器47)时为止。
如果机械制动器系统40不是主动地使推进式机械20减速(步骤145：否)，且机械速度保持低于坡道限制式速度，则监管控制器50可以确定电力传动推进/减速系统30是否主动使推进式机械20减速(步骤155)。例如，控制器50可以确定推进/减速系统30在上述重复减速方案100期间是否例如响应于来自控制器50的减速指令而当前消耗功率以使机械20放慢。如果是那样(步骤155：是)，则控制器50可向电力传动控制单元51、53、54和/或55发指令，以增加由推进/减速系统30消耗的功率量(在步骤160处)，直至达到坡道限制式速度，或者推进/减速系统30不再主动使机械20减速时为止。
如果电力传动推进/减速系统30不是主动减速推进式机械20(步骤155：否)，并且机械速度保持低于坡道限制式速度，则监管控制器50可以控制电力传动推进/减速系统30以进入推进阶段(步骤165)。在推进阶段，发动机控制单元51可以控制发动机51燃烧所需量的燃料，以便产生发动机轴31a的期望转速和转矩输出。发电机32可将由发动机31所产生的机械功转变成AC功率。发电机变换器控制单元53可以控制发电机侧变换器33的方向，以便发电机32的AC输出转变成DC。DC总线控制单元54可在坡道限制式速度VS下将推进机械20所必需的DC功率部分分配到电动机侧功率变换器35。电动机变换器控制单元55可以控制电动机侧功率变换器35的方向，以使来自DC总线34的电流流向电动机36。电动机36可以使电动机侧功率变换器35的AC输出转变，以产生电机轴36a的期望转速和转矩。电机轴36a的旋转可以通过齿轮传动装置37耦合到牵引装置38上，以便以坡道限制式速度VS推动机械20。
如果机械速度VM比坡道限制式速度VS大(VM＞VS)到大于允许的误差范围，则监管控制器50可进入减速阶段(步骤170)。再利用示例性的总减速能力曲线84(图5)作为例子，如果机械20以6.0mph的速度向下行驶40％坡度，则控制器50可进入减速阶段，以使机械速度降到4.5mph的坡道限制式速度。监管控制器也可以在机械20的操作人员要求减速的任何时间进入减速阶段。在减速阶段下，监管控制器50控制电力传动减速系统30和/或机械制动器系统40，以使机械20放慢到坡道限制式速度VS。
在步骤175处，监管控制器50可以计算减速要求RREQ，该减速要求RREQ表征使机械20从目前的机械速度VM放慢到坡道限制式速度VS所必需消耗的功率量。例如，监管控制器50可以包括数据例如图或者公式，所述数据或公式确定为达到规定的机械速度减少所必需消耗的功率量。通过监管控制器进行的减速要求RREQ计算可以以机械20的斜度I(该斜度I可以从机械斜度指示器61得到)、机械20的重量W(该重量W可以从机械重量指示器62得到)和/或机械20的行进方向F/R(该行进方向F/R可以从行进方向指示器63得到)为基础。
在步骤180处，监管控制器50可以将减速要求RREQ与从减速能力计算器65接收的电力传动装置坡道限制式减速能力CED进行比较，并分配将通过机械20的各种不同减速元件满足的减速要求部分。如果电力传动装置的坡道限制式减速能力CED大于或等于减速要求RREQ(CED≥RREQ)，则监管控制器50可以对电力传动推进/减速系统30分配整个减速要求。例如，监管控制器50可控制电力传动推进/减速系统30以消耗等于减速要求的不需要的功率量，以使机械20放慢到坡道限制式速度VS(步骤185)。然后过程返回以开始另一周期性重复(在步骤105处)。
控制器50可以通过向电力传动控制单元51、53、54和/或55发出合适的指令来控制电力传动推进/减速系统30，以便可通过发动机31和/或电阻网34a消耗不需要的功率。在一个实施例中，首先利用发动机31消耗不需要的功率直至其最大消耗势能，然后利用电阻网34a消耗不需要的功率。
在机械20通过电力传动推进/减速系统30减速期间，可以通过齿轮传动装置37将牵引装置38的非传动式旋转耦合到电动机36上。电动机36则可作为发电机工作，以将电机轴36a的旋转转变成AC功率。电动机变换器控制单元55可控制电动机侧功率变换器35的方向，以将电动机36的AC输出转变成DC。DC总线控制单元54可将DC功率分配在电动机侧功率变换器33和/或电阻网34a之间。发电机变换器控制单元53可控制发电机侧功率变换器33的方向，以使电流从DC总线34流向发电机32。发电机32可以转变发电机侧功率变换器33的AC输出，以产生发动机轴31a的期望转速和转矩，直到发动机31的非破坏性旋转速度限，由此通过发动机减速消耗不需要的功率。电阻网34a可以将DC总线34中的任何剩余DC功率转变成热量，因此消耗掉剩余的不需要的功率。消耗不需要的功率可以使机械20放慢到坡道限制式速度VS。
如果电力传动装置的坡道限制式减速能力CED低于减速要求RREQ(CED＜RREQ)，则监管控制器50可在电力传动推进/减速系统30和机械制动器系统40之间分配减速要求。例如，控制器50可控制电力传动推进/减速系统30以消耗等于其坡道限制式减速能力CED(在步骤190处)的功率量，并且还控制机械制动器系统40以消耗剩余(例如全部剩余RREQ-CED)的不需要的功率(在步骤195处)，以使机器20放慢到坡道限制式速度VS。
再利用示例性总减速能力曲线84(图5)作为例子，如果机械20向下行进40％坡度，则电力传动装置的坡道限制式减速能力CED使机械20能在仅2.5mph的速度下行进。然而，控制器50可以在通过机械制动器控制系统40减速的情况下，通过补充电力传动推进/减速系统30的减速能力而使机械能在4.5mph以内的速度下向下行进40％坡度。然后过程可返回以开始另一周期性重复(步骤105)。
控制器50可通过向机械制动器控制单元57发出合适的指令来控制机械制动器系统40，以通过机械制动器47消耗不需要的功率。在机械20通过机械制动器系统40减速期间，通过控制单元57启动制动器47可以用热的形式消耗不需要的功率。制动器47可以简单地高于它们维持的减速能力应用，以使机械20放慢到非破坏性的坡道限制式速度VS。
工业适用性
本发明的坡道限制式减速控制系统可以适用于任何类型的推进式机械，其中包括带有电力传动系统或其它类型传动系统的推进式机械。在运行时，本发明的减速控制系统提供用于根据机械围绕机械的俯仰轴线和/或侧倾轴线的斜度选择安全而无破坏性的运行速度。通过根据机械的斜度提供对电力传动推进/减速系统的控制，本发明的减速控制系统使得应用这种系统的机械能安全而有效地在坡道上工作。
对本领域技术人员来说，本发明的另一些实施例从本文所公开的说明书的考虑和本发明的实践将变得显而易见。本说明书和示例仅是示例性的，其中本发明的范围由后面的权利要求书指出。

Claims (10)

1.一种用于消耗推进式机械(20)中功率的方法，所述推进式机械(20)包括电力传动系统(30)和机械制动器系统(40)，该方法包括：
确定机械(20)的斜度；
确定机械(20)的速度；
根据确定的斜度和速度确定减速要求；
分配将通过电力传统系统(30)满足的减速要求的第一部分，该第一部分小于或等于电力传动系统(30)的减速能力；和
如果减速要求大于电力传动系统(30)的减速能力，则分配将通过机械制动器系统(40)满足的减速要求的第二部分。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括确定机械(20)的行进方向；以及
其中确定减速要求包括根据行进方向确定减速要求。
3.一种用于消耗推进式机械(20)中功率的方法，包括：
确定机械(20)围绕该机械(20)的侧倾轴线的斜度；
根据该斜度确定机械(20)的坡道限制式速度；
确定为使机械(20)放慢到坡道限制式速度所需要的减速量。
4.按照权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，确定斜度包括确定围绕机械(20)的俯仰轴线的斜度。
5.一种用于消耗推进式机械(20)中功率的系统，该机械(20)具有电力传动系统(30)和机械制动器系统(40)，所述用于消耗机械中功率的系统包括：
斜度指示器(61)，所述斜度指示器(61)能操作以输出与机械(20)的斜度相对应的信号；
速度指示器(69)，所述速度指示器(69)能操作以输出与机械(20)的速度相对应的信号；
减速要求计算器(65)，所述减速要求计算器(65)能操作以根据所指示的斜度和速度确定减速要求；以及
控制器(50)，所述控制器(50)能操作以便：分配将通过电力传动系统(30)满足的减速要求的第一部分，该第一部分小于或等于电力传动系统(30)的减速能力；以及如果减速要求大于电力传动系统(30)的减速能力，则分配将通过机械制动器系统(40)满足的减速要求的第二部分。
6.按照权利要求5所述的系统，其特征在于，还包括行进方向指示器(63)，所述行进方向指示器(63)能操作以指示机械的行进方向；和
其中减速要求计算器(65)还能操作以根据行进方向确定电力传动系统(30)的减速要求。
7.按照权利要求5-6之一所述的系统，其特征在于，控制器(50)还能操作以控制电力传动系统(30)消耗所述第一部分，以及控制机械制动器系统(40)消耗所述第二部分。
8.一种用于消耗推进式机械(20)中功率的系统，包括：
斜度指示器(61)，所述斜度指示器能操作以输出与机械(20)的围绕该机械(20)的侧倾轴线的斜度相对应的信号；
坡道限制式速度计算器(66、68)，所述坡道限制式速度计算器(66、68)能根据斜度计算机械(20)的坡道限制式速度；和
减速要求计算器(65)，所述减速要求计算器(65)能操作以计算使机械(20)放慢到坡道限制式速度所需的减速量。
9.按照权利要求5-8之一所述的系统，其特征在于，斜度指示器(61)能操作以指示围绕机械(20)的俯仰轴线的斜度。
10.一种推进式机械(20)，包括按照权利要求5-9之一所述的系统。
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