CN101476508A - 能够拒绝发动机速度请求的传动系控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种能够拒绝发动机速度请求的传动系控制系统。其中传动系包括一能够操作地连接到变速器的发动机。该传动系还包括至少一个操作员界面设备，每个操作员界面设备用于产生操作员请求。另外，传动系还包括控制器，用于响应第一操作员请求、通过将当前发动机速度降低到低于期望目标发动机速度之下的修正后的目标发动机速度，拒绝对期望的目标发动机速度的第二操作员请求。

Description

能够拒绝发动机速度请求的传动系控制系统

技术领域

本发明涉及一种变速器控制系统，并且特别地涉及一种能够拒绝操作员的发动机速度请求的变速器控制系统。

背景技术

当操作员请求改变机器的推进方向时(即，向前推进或向后推进)，控制系统会启动控制传动系以便在当前方向上减速。控制系统通过调节变速器(例如，调低速档)从而利用附件功率损耗使机器减速。然而，调整变速器来启动传动系的减速会使发动机的速度增加。如果操作员指定了的目标发动机速度接近发动机可期望的最大速度，燃料系统会尽力做出足够迅速的反应(即，减少燃料供给速度)以防止启动传动系的减速时发动机的速度增加到发动机可期望的最大速度之上。

已经使用的一种防止驾驶员的输入引起发动机转速超过想到极限的方法在2004年6月29日公告的Woolford等人的美国专利6,755,177(‘177号专利)中披露。‘177号专利中公开的系统中包括一控制器，用于连续地监测操作员请求的发动机速度并将请求的发动机速度与预定的发动机速度进行比较。如果请求的发动机速度比预定的发动机速度大，则系统在限速模式下运行。在限速模式下，控制器将发动机燃料加注速率维持在防止发动机的实际速度超出预定发动机速度的水平。

虽然在‘177号专利中公开的系统可以防止当请求的发动机速度在阈值之上时操作员的请求引起发动机速度超出阈值，但系统的效用在推进力方向改变时可能是有限的。特别是，在推进方向改变期间，发动机速度可迅速增加到操作员请求的发动机速度之上。如果操作员请求的发动机速度足够接近发动机速度阈值，则在与推进方向改变有关的迅速增加期间发动机实际速度可能会超出阈值。所以，在拒绝操作员请求之前，等待直到操作员请求的发动机速度超出阈值的做法不会防止操作员请求在推进力方向改变期间，引起发动机速度超出发动机阈值速度。

发明内容

这里公开的系统用于克服上面指出的一个或多个问题。

一方面，本发明涉及一种传动系。该传动系包括一可操作地连接到变速器的发动机。该传动系还包括至少一个操作员界面设备，每个操作员界面设备用于产生操作员请求。另外，传动系还包括控制器，用于响应第一操作员请求、通过将当前发动机速度降低到低于期望目标发动机速度之下的修正后的目标发动机速度，拒绝对期望的目标发动机速度的第二操作员请求。

与本发明一致的另一方面，还提供了一种操作动力系统的方法。该方法包括接收第一操作员请求。另外，该方法还包括接收对于期望的目标发动机速度的第二操作员请求。此外，方法包括响应于第一操作员请求、通过将当前发动机速度降低到低于期望目标发动机速度之下的修正后的目标发动机速度，拒绝对期望的目标发动机速度的第二操作员请求。

附图说明

图1是一示例性机器的示意图；

图2是一用于图1中机器的示例性操作员室的示意图；

图3是一用于图2中操作员室的示例性控制系统的示意图；和

图4是一用于操作图3中的控制系统的示例性方法的流程图。

具体实施方式

图1所示是一具有合作完成某种任务的多个系统和组件的示例性的机器10。机器10完成的任务可以与特定的产业相关，例如采矿、建筑、农耕、运输、发电或本领域已知的其它产业。例如，机器10可以是移动机器，例如图1中的轮式装载机、公共汽车、高速公路拖车或者本领域已知的任何其它移动机器。机器10还可包括操作员室12、一个或多个牵引设备14和一可操作地连接用来驱动至少一个牵引设备14的传动系16。

如图2所示，操作员室12包括接收来自机器操作员的表示期望的机器行驶动作的输入设备。特别地，操作员室12可包括靠近操作员座椅20处的一个或多个操作员界面设备18。操作员界面设备18会通过产生的表示期望的机器行驶动作的位移信号启动机器10。在一种实施方式中，操作员界面设备18可包括左脚踏板22、右脚踏板24和前进-空档-后退(FNR)选择器26。当操作员操作左脚踏板22和/或右脚踏板24(即，左脚踏板22和/或右脚踏板24偏离中间位置)时，操作员希望并使机器进行相应的行驶运动。另外，随着操作员将FNR选择器26移动到向前、向后或者空档位置，操作员会影响一种对应的变速器操作模式，例如向前、向后或者空转。可想到的是，如果需要的话，除去脚踏板之外的其它操作员界面设备，例如控制杆、杠杆、开关、旋钮、方向盘和本领域已知的其它设备可以额外地或可选地用在操作员室12之中，以控制机器10的运动。另外，也可省去FNR选择器26而通过其它操作员输入装置来影响变速器操作模式。

牵引设备14(参考图1)具体体现为位于机器10每侧的轮子(仅显示一侧)。可选地，牵引设备14可包括履带、传送带或者其它已知的牵引设备。可驱动或操纵的机器10的车轮的任何组合都是可想到的。

如图3所示，动力系统16可根据不同的操作员和环境输入来驱动牵引设备14(参考图1)。动力系统16还包括传动系28、燃料系统30和用于根据一个或多个输入调控动力系统16工作的控制系统32。

传动系28可以是整体的成套设备，用于产生并传递功率给牵引设备14。特别是，传动系28还包括：可操作地产生功率输出的动力源34；变矩器36；连接到牵引设备14并以有用的方式将功率输出传递给牵引设备14的变速器28(参考图1)。

动力源34可包括一个具有协作产生机械能或电能输出的多个子系统的内燃机。为描述本发明的目的，动力源34被作为四冲程柴油发动机进行描述和说明。本领域技术人员会认识到，动力源34可以是任何类型的内燃机，例如，汽油机或者气体燃料发动机。动力源34中的子系统还包括例如燃料系统、进气系统、排气系统、润滑系统、冷却系统及任何其它合适的子系统。

变矩器36可以是液力-机械装置，用于将动力源34连接到变速器单元38。特别地，变矩器36可以在动力源34的输出和变速器单元38的输入之间传递压力流体从而驱动变速器单元38，同时仍然允许动力源34某种程度独立地转动变速器单元38。在该布置中，通过在动力源34的输出转动和变速器单元38的输入转动之间允许或禁止空转，变矩器36可选择性地吸收和放大在动力源34和变速器单元38之间传递的扭矩。

变速器单元38可包括相互作用以从动力源34传递功率给牵引设备14的多个部件。特别地，变速器单元38是一多速双向机械变速器，其具有空档齿轮输出比、多个前进齿轮输出比、一倒档齿轮输出比和一个或多个离合器40。离合器40可选择地被致动，以使齿轮42的特定组合接合产生需要的输出齿轮比。可以想到的是，变速器单元38可以是自动变速器，根据动力源速度、选择的最大齿轮输出比和换档图进行换档操作。变速器单元38可通过变速器输出轴44与牵引设备14相连并驱动牵引设备14，从而推进机器10。可以想到，作为替代，变速器单元38可根据需要为手动操作或连续可变化的变速器。

燃料系统30可包括相互配合将压力油喷射进动力源34的各个燃烧室(未示出)的部件。特别地，燃料系统30可包括一用于容纳燃料供应的燃料箱46和用于给燃料(燃油)加压并将加压后的燃料通过公共管道50输给多个燃料喷嘴(未示出)的燃料泵送装置48。

燃料泵送装置48可包括一个或多个泵送装置，用于给燃料加压并将加压后的燃料导入公共管道50。在一个例子中，燃料泵送装置48可包括通过燃料管56流体地串连的低压源52和高压源54。低压源52可以是输送泵，用于将低压燃料提供给高压源54。高压源54可以接收低压燃料并增加燃料的压力。高压源54可以通过燃料管58与公共管道50连接。还可在燃料管58内配置单向阀(未示出)，使从燃料泵送装置48中流出的燃料单向地流向公共管道50。

低压源52和高压源54之一或两个均可操作地被连接到动力源34并被与动力源34相连的曲轴60驱动。低压源52和/或高压源54可用本领域技术人员可以想到的任何方式与曲轴60连接，其中曲轴60的转动会导致泵的驱动轴相应的转动。例如，高压源54的泵驱动轴62可通过齿轮系64与曲轴60相连。然而可想到的是，低压源52和高压源54之一或两个可替代地由电力、液力、气压或任何适宜的方式驱动。

控制系统32可调控动力系统16的操作并包括分别用于感测显示发动机速度、变速器输出和燃料加注速率参量的传感器66、68和70。控制系统还包括控制器72，用于根据操作员请求、环境输入和来自传感器66、68和70的信号调控动力系统16的运转。可想到的是，控制系统32还可包括用于感测对动力系统16的运转可能有用的其它参数的附加传感器。

传感器66可以同动力源34联系在一起来感测动力源34的输出速度并可以与控制器72通过通信线路74进行通信。在一个例子中，传感器66具体是一个磁感应型传感器，其中磁体被埋置在传动系28的旋转部件例如曲轴60或飞轮内。在动力源34运行时，传感器66会感测磁体产生的旋转磁场和产生与动力源34的旋转速度相对应的信号。

传感器68可与变速器单元36和/或牵引设备14(参考图1)联系在一起来感测变速器单元36的输出和/或机器10的移动速度，并可与控制器72通过通信线路76进行通信。在一个例子中，传感器68可具体为磁感应型传感器，其中磁体被埋置在传动系28的旋转部件，例如变速器的输出轴38内。在机器10运行时，传感器68会感测磁体产生的磁场的转动并产生与变速器单元36的转速和/或机器10的移动速度相对应的信号。

传感器70可同燃料系统30相连，以感测供给动力源34的燃料流速并与控制器72通过通信线路78进行通信。在一个实施例中，传感器70可以是燃料系统30内部或附近的燃料流量传感器，用于监测喷入动力源34的燃烧室(未示出)的燃料流速。可想到地，传感器70可以是能够感测显示进入动力源34的燃料速度的任何类型的传感器。

控制器72可根据操作员请求、环境输入和来自传感器66、68和70信号的操作来调控动力系统16。操作员请求可包括推进力的大小、推进力的方向(即，向前或向后)、车速、输出扭矩或任何其它影响传动系16运行的请求。多种图、算法、表、曲线等可储存在控制器72的存储器内，用于解释表示不同的操作员请求的信号。这些信号可来自FNR选择器26、左脚踏板22、右脚踏板24和/或任何其它操作员界面设备18。根据确定的操作员请求，控制器72可从传感器66、68和70接收附加的输入和/或接收环境数据，来确定操作动力系统16动作的过程。

一个示例性的操作员请求是改变机器10的推进力方向。操作员可通过致动各操作员界面设备18来启动这样的请求。控制器72可以接收来自致动的界面设备18的信号并与上面公开的图、算法、表和曲线信号进行比较。这种比较可以使控制器72确定操作员改变推进力方向的请求。在实际改变推进方向之前，控制器72会引发变速器单元36降低档位至一个低速档位，从而在当前方向上减速。然而，在可减少燃料加注速率以补偿低速档之前，这种档位降低会造成发动机速度产生高于发动机速度阈值之上的脉冲。要阻止这个发动机速度脉冲，控制器72可在降低档位之前拒绝操作员与目标发动机速度有关的请求。控制器72可将目标发动机速度设置在低水平，足以使燃料系统30停止提供燃料给动力源34。将发动机速度降至这样的水平可防止发动机速度脉冲超出发动机速度阈值。另外在推进方向改变时，停止供应燃料给动力源34可使动力源34吸收最大的能量，从而使传动系28提供的减速力最大。

控制器72可具体是单个微处理器或多个微处理器，用来根据收到的信号控制传动系16的操作。许多市场买得到的微处理器可用来完成控制器72的功能。应该理解的是，控制器72可具体是一能够控制许多机器功能的总的机器微处理器。控制器72可包括存储器、辅助存储设备、处理器和任何其它用于运行应用软件的组件。还有多种其它的电路与控制器72有关，例如动力供给电路、信号调节电路、电磁线圈驱动电路及其它类型的电路。

图4所示是一种控制动力系统16的示例性方法。特别地，图4是表示当操作员请求改变推进力方向时，为动力源34调控燃料加注速率的示例性方法的流程图。下面将进一步讨论图4，说明该公开的系统及其操作。

工业实用性

这里公开的动力系统能改变机器的推进方向而不会超出理想的最大发动机速度。特别是，该公开系统可以拒绝操作员对目标发动机速度的请求并且将目标发动机速度降低到足以造成燃料系统停止提供燃料给发动机的程度。当传动系开始减速时，这会防止燃料系统造成发动机速度超出理想的最大发动机速度。下面对改变推进方向的方法进行说明。

如图4所示，该方法始于控制器72从操作员接收表示希望改变推进方向时的输入(步骤100)。例如，如果机器10正被向前推进，操作员可能希望改变推进方向并且开始沿反向推进机器10。操作员操作一个或多个操作员输入装置18时就会产生这种信号。例如，操作员可通过操作左脚踏板22，右脚踏板24和/或FNR选择器26产生信号。

当收到表示改变推进力方向的信号后，控制器72会从传感器66、68和70接收当前机器状态数据(步骤102)。这种数据可包括，例如当前发动机速度、当前变速器输出和当前燃料加注速率。在接收机器状态数据后，控制器72会确定目标发动机速度，在该目标发动机速度下，燃料系统30会停止供给动力源34燃料(步骤104)。目标发动机速度可以通过对当前机器状态数据与控制器72中存放的各种图、算法、表和/或曲线图进行比较来确定。可想到的是，如果需要，控制器72可使用从其它传感器传来的附加数据以确定目标发动机速度。

在确定目标发动机速度以后，控制器72会拒绝操作员对目标发动机速度的请求并开始降低当前发动机速度(步骤106)。在降低发动机速度时，控制器72会继续监测燃料加注速率和发动机速度来确定燃料系统30是否已经基本上停止供给动力源34燃料，或当前发动机速度是否基本上与目标发动机速度相同(步骤108)。如果控制器72确定出燃料系统30仍然供给动力源34燃料，或当前发动机速度与目标发动机速度基本上不同(步骤108：否)，控制器72会继续降低发动机速度(步骤110)。在降低发动机速度以后，步骤106可被重复(即，控制器72继续监测燃料加注速率和发动机速度来确定燃料系统30是否已经基本上停止供给动力源34燃料，或当前发动机速度是否基本上与目标发动机速度相同)。

如果控制器72确定燃料系统30已经基本上停止供给动力源34燃料，或当前发动机速度与目标发动机速度基本上相同(步骤108：是)，控制器72会引发变速器单元38开始改变推进方向(步骤112)。推进方向的改变可在将变速器单元28换低速档至一个较低传动比时启动。这会使用附件功耗来减少在当前方向的推进力。控制器72会执行一个或多个调低速档操作，直到完成推进方向的改变。

在执行调低速档操作后，控制器72会确定是否已经完全地改变了推进方向(步骤114)。这可通过传感器68监测变速器输出的信号确定。例如，如果传感器68传送的信号表明机器10的车辆速度是零，控制器72会确定推进方向已经完全改变。

如果控制器72确定推进方向的改变是不完全的(步骤114：否)，控制器72会继续推进方向的改变过程(步骤116)。例如，控制器72会以当前齿轮比率继续操作变速器单元38或执行另一个调低速档操作。当继续改变推进方向时，控制器72会重复步骤114(即，控制器72确定推进方向的改变是否是完全的)。如果控制器72确定推进方向的改变是完全的(步骤114：是)，控制器72会中断拒绝操作员的发动机速度的请求(步骤118)。该方法可在执行步骤118以后终止。

由于该系统可响应于推进方向改变请求而拒绝操作员的发动机速度请求，从而减少了发动机速度超出发动机阈值速度的可能。特别是，响应于推进方向改变请求而拒绝操作员的发动机速度请求可防止实际发动机速度超出发动机阈值速度，即使请求的目标发动机速度在阈值之下。

很显然，在不脱离本发明公开的范围内本领域技术人员可进行各种修改和改变。对本领域技术人员来说，考虑过这里公开的说明做出的其它实施例是可以想到的。各种说明和实施例仅作示例之用，真正的保护范围由所附权利要求及其等同物标明。

Claims (10)

1、一种传动系，包括：

一能够操作地连接到变速器的发动机；

至少一个操作员界面设备，每个操作员界面设备用于产生操作员请求；

一控制器，用于响应第一操作员请求，通过将当前发动机速度降低到低于期望目标发动机速度之下的修正后的目标发动机速度，拒绝对期望的目标发动机速度的第二操作员请求。

2、如权利要求1所述的传动系，其中所述控制器还用于在所述控制器停止降低发动机速度后开始执行所述第一操作员请求。

3、如权利要求2所述的传动系，其中所述控制器还用于在所述第一操作员请求完成之后停止拒绝第二操作员请求。

4、如权利要求2所述的传动系，其中所述控制器还用于根据感测到的当前发动机速度和感测到的当前燃料加注速率计算修正的目标发动机速度，修正的目标发动机速度低于发动机阈值速度，足以防止在执行所述第一操作员请求时实际发动机速度超出所述发动机阈值速度。

5、如权利要求4所述的传动系，其中所述控制器还用于继续降低发动机速度直到感测到的当前发动机速度与修正后的目标发动机速度基本相同。

6、如权利要求4所述的传动系，其中所述控制器还用于继续降低发动机速度直到感测到的当前燃料加注速率基本为零。

7、一种操作动力系统的方法，包括：

接收期望目标发动机速度的第一操作员请求；

接收第二操作员请求；和

响应于所述第一操作员请求，通过将当前发动机速度降低到低于第一期望发动机速度之下的修正后的目标发动机速度，拒绝对期望的目标发动机速度的第二操作员请求。

8、如权利要求7所述的方法，其中还包括感测表示发动机速度的第一参量、感测表示变速器输出的第二参量，和根据感测到的发动机速度和感测到的变速器输出计算修正的目标发动机速度。

9、如权利要求8所述的方法，其中还包括降低发动机速度，直到当前发动机速度与修正的目标发动机速度基本相同。

10、一种机器，包括：

至少一个牵引设备；

如权利要求1至6中任一项所述的传动系；以及

给动力系统供应燃料的燃料系统。

Images