CN101558242B - 用于控制机器动力的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于控制可变扭矩液压泵(38)的方法。该方法包括监控与动力源(12)相关的参数，包括动力源的燃料限制逼近程度、与动力源相关的速度和大气压力。该方法还包括基于所述参数产生控制信号并基于控制信号的特性控制与可变扭矩液压泵相关的流量。

Description

用于控制机器动力的方法和系统
技术领域
本发明总的涉及控制与机器相关联的动力，更具体地，涉及一种利用与动力源相关联的燃料图来控制与机器相关联的动力分配的系统和方法。 
背景技术
机器，包括专用车辆、非高速路拖运卡车、平地机、轮式装载机和与建筑、采矿和其它产业相关联的其它种类的较大机器经常包括由液压供能的执行工具(例如铲斗式装载机)和转向部件。为了向这些执行工具和部件的运行提供液压，通常在这些机器上包括一个或多个液压泵。 
与机器相关联的液压泵可以由与机器相关联的动力源驱动并且产生的加压流体可以运行机器的需要的部件(例如，转向和执行)。液压泵的这种运行可以特别是基于泵排压(例如，泵上的总负荷的函数)和与液压泵相关联的流速在动力源上施加扭矩。因此，该扭矩可以吸收来自动力源的反扭矩，使动力源可以在用于抵消其它负荷(例如，使机器加速)的更小可用扭矩下继续运行。来自动力源的可用扭矩可以取决于多个因素，例如特别是动力源尺寸和动力源速度。 
由于动力源的扭矩通常受限，可能施加比相关联的动力源能够提供的扭矩负荷更大的扭矩负荷。因此，来自液压泵和机器加速的同步负荷可以阻止相关联的动力源增加其速度，这会特别导致来自机器的响应和/或动力的显著缺乏。当与液压泵相关联的扭矩接近或者超过动力源的运行限制时，动力源会缓慢或者甚至停转。 
另外，与动力源排放相关的政府标准已经增加了制造商减少从 与他们的机器相关联的动力源排放的颗粒物和其它排放物的量的负担。由于转向和执行负荷可以影响该排放(例如，通过扭矩负荷)，因此，期望对作用在动力源上的扭矩负荷施加另外的控制。 
可变排量液压泵可以允许通过将流量控制机构(例如，旋转斜盘)引入到液压泵中来对与液压泵相关联的扭矩进行一定的控制。使用负荷感测压力反馈信号，可以基于包括转向和执行负荷的多个因素来调节来自泵的流量。 
用于控制可变排量液压泵的一种系统公开在Nakamura等人的美国专利申请2005/0071064(‘064公开文献)中。‘064公开文献包括信号处理系统，该系统被设计用来接收与动力源和可变排量液压泵的运行相关联的环境变量。信号处理系统然后可以基于环境变量调节反馈给可变排量液压泵的控制压力，以减小流量并由此减小与可变排量液压泵相关联的扭矩。 
尽管‘064公开文献可以控制与可变排量液压泵相关联的扭矩减小，但‘064公开文献用于具有目标优化速度(例如，每分钟2500转(RPM))的相关动力源的机器。因此，‘064公开文献的系统和有关的环境变量不适用于使用在动力源的速度是瞬变的应用中。此外，‘064公开文献考虑与驱动动力源相关联的特征参数(例如，发动机速度)，由此利用反应措施来控制动力分配，这可以最终影响控制精度。并且，‘064公开文献在确定应当如何调节扭矩时没有考虑造成的排放物(例如，烟尘)。由于排放标准已经变得更加严格，在液压泵运行在特定的流速和压力的过程中要考虑另外的限制，使排放物符合政府要求。 
发明内容
本发明旨在克服现有技术的控制系统中的一个或多个问题。 
在一个方面，本发明提供一种用于控制动力分配的方法。该方法可以包括监控包括动力源的燃料限制逼近程度的与动力源相关的至少一个参数，基于所述至少一个参数产生控制信号，并基于所述 控制信号的特性减小与动力源相关的负荷。 
在另一方面，本发明公开一种用于控制动力分配的系统。该系统可以包括操作地连接到可变排量液压泵并能够驱动可变排量液压泵的动力源和能够监控动力源的包括燃料限制逼近程度的至少一个参数并基于该至少一个参数产生控制信号的控制器。该系统还可以包括能够基于控制信号的特性控制与可变排量液压泵相关的流量的流量控制组件。 
在又一方面，本发明涉及一种机器。该机器可以包括：机架，牵引装置，可变排量液压泵，操作地连接到机架、牵引装置和可变排量液压泵的动力源。该机器还可以包括能够监控动力源的包括燃料限制逼近程度的至少一个参数并能够基于该至少一个参数产生控制信号的控制器。该机器还可以包括能够基于控制信号的特性控制与可变排量液压泵相关的流量的流量控制组件。 
在又一方面，本发明涉及一种用于控制与动力源相关的可变排量泵的方法。该方法可包括确定流向与动力源相关的燃烧室的燃料量并部分基于上述确定控制可变排量泵的排量。 
附图说明
图1示出了机器的一种示例性实施方式； 
图2示出了与本发明的一种实施方式一致的高位液压示意图； 
图3是示出了用于操作本发明的系统的一种方法的示例性流程图。 
具体实施方式
以下主要讨论控制与动力源相关联的动力分配和由可变排量液压泵供能的执行器。但是，重要的是要注意，这里讨论的利用燃料图来控制动力分配和平衡的系统和方法可以等同地适用于多种其它的机器控制结构。例如，本发明的利用燃料图来控制动力分配的系统和方法也可以特别适用于平衡机器转向系统和传动系统之间的动 力。此外，通过利用本发明的系统和方法，可以实现预期的动力分配，而不是反应动力分配，这可以特别是提高控制精度。 
图1示出了机器10的一种示例性实施方式。机器10可以是执行与诸如采矿、建筑、农场等产业或者本领域已知的任何其它产业相关联的一些类型的操作的移动机器。例如，机器10可以是诸如轮式装载机、自卸卡车、反铲挖土机、平地机等土方机器或者任何其它合适的机器。机器10可以包括动力源12、机架7、电控模块(ECM)70、转向机构14和连接到至少一个受驱动的牵引装置17的传动系统30。机器10还可以包括一个或多个执行系统22。 
动力源12可以是例如柴油机、汽油机、诸如天然气发动机的气体燃料发动机或者本领域技术人员清楚的任何其它发动机。动力源12还可以体现为另一种动力源，例如燃料电池、动力存储装置或者本领域已知的任何其它动力源。 
传动系统30可以连接到动力源12并可以包括一个或多个液压泵和/或液压马达90。该一个或多个液压泵和/或液压马达90可以是可变排量、变量输送、固定排量或者本领域已知的任何其它结构。传动系统30可以包括变速器，例如液压操作的行星齿轮变速器、不断变速式机械无级变速器、无限变速式机械无级变速器和本领域已知的任何其它类型的变速器。传动系统30还可以包括将动力源12可操作地连接到牵引装置17的输出轴。机器10可以包括或者不包括减速齿轮装置，例如设置在动力源12和牵引装置17之间的行星齿轮装置。 
执行系统22可以包括用于执行包括例如装载、压实、提升、刷和其它期望的任务的各种任务的执行器24。执行器24可以包括多种装置，例如铲斗、压实器、叉式提升装置、刷子或者完成特定任务所需的其它合适装置。例如，机器10的任务可以是在矿山或类似场地将挖掘的土从一个地方运到另一个地方。该装置可以有益于利用与所示的执行器24类似的铲斗式装载机执行器。 
执行系统22还可以包括用于将动作(例如，提升和/或倾斜执行 器24)传递给执行系统22的各个部分的一个或多个执行液压缸16。执行液压缸16可以和与执行系统22相关联的各个枢转点协同工作，以产生期望的动作。执行系统22的动作可以经由与一个或多个执行液压缸16相关联的活塞的延伸和缩回来传递。 
执行系统22还可以包括被设计用来感测与执行系统22相关的负荷的传感机构。该传感器可以包括电和/或机械传感器或者其任何组合。例如，执行系统22可以包括一个或多个多路阀(未示出)，该多路阀可以包括这种传感机构。与一个或多个多路阀相关联的传感机构可以提供指示执行系统22上的当前负荷的信息。替代地，执行液压缸16可以包括能够传送与执行器24内的执行负荷相关联的液压的负荷传感管路(未示出)。负荷传感管路(未示出)可以是流体连接到液压缸16的一个或者两个缸室并能够允许一些液压流体流动的液压管路。负荷传感管路(未示出)然后可以流体连接到能够将压力信号转换成合适的电和/或机械信号的一个或多个装置。在不脱离本发明的范围的情况下，可以利用提供负荷传感信号的其它装置。 
转向机构14可以包括位于机器10的每一侧上(仅示出了一侧)的与定位在中间的关节头20协作作用的一个或多个转向液压缸18。为了实施转向，定位在机器10的一侧上的液压缸18可以延伸，而定位在机器10的相对侧上的液压缸18可以同时缩回，由此引起机器10的前端相对于机器10的后端绕着关节头20枢转。可以想到，转向机构14可以替代地包括更多或更少个液压缸18，不同结构的液压缸18例如与机器10的一个或多个可转向牵引装置的直接连接，和/或可以省略液压缸18，而由不同类型的液压致动器，例如齿条齿轮结构的液压马达来实施机器10的转向。 
电控模块(ECM)70可以通信地连接到与动力源12和机器10相关联的各种系统，并且能够向和从这些系统提供和接收数据。ECM70可以是本领域已知的适用于接收和提供关于动力源12的运行的数据的任何装置。例如，ECM70可以是计算机或者其它类似装 置。 
图2是用于机器10的一种示例性可变扭矩液压回路的高位示意图。机器10可以包括液压回路33，液压回路33流体连接到能够致动执行系统22的执行回路和能够致动转向机构14的转向回路。尽管图2示出了专用于向执行回路和转向回路供应加压流体的液压回路33，但可以想到，液压回路33可以替代地向期望的更多或更少机器液压回路供应加压流体。此外，执行回路和转向回路可以从共享的液压回路操作，或者可以提供另外的泵和相关联回路，从而每个液压回路可以经由自己的指定的液压泵接收加压流体。 
液压回路33可以包括特别是可变排量液压泵38、一个或多个阀(例如，减压阀40)、流量控制组件52、负荷感测压力传感器67和控制器42。 
可变排量液压泵38能够从容器48抽吸流体并产生特定排压的流体流。以此，可变排量液压泵38可以在动力源12上施加扭矩。该扭矩可以基于泵的排压(即，Pdc)和来自泵的加压液压流体的相关流速来计算。替代地，扭矩可以基于特别是流量控制组件52的情况(例如，旋转斜盘的角度)来计算。可变排量液压泵38可以包括泵流量控制部件，例如能够改变与泵相关联的一个或多个活塞的行程的旋转斜盘。通过改变一个或多个活塞的行程，可以根据需要增加或者减小最大泵流量，由此增加或者减小造成的最大泵扭矩。这里使用的最大泵扭矩将被理解为当可变排量液压泵38运行在最大流量时(即，全命令)在任何特定排压下可变排量液压泵38可以向动力源12施加的最大扭矩。 
可变排量液压泵38可以通过例如，副轴50、带(未示出)、电路(未示出)或者以任何其它合适的方式可操作地连接到动力源12。另外，来自可变排量液压泵38的加压流体可以供应到包含在机器10中的多个信号压力回路。加压流体可以被供应到与机器10相关联的各种阀(例如，减压阀40、一个或多个多路阀(未示出)等)和/或从液压泵38直接供应。例如，与可变排量液压泵38相关的负荷 感测压力(Pdc)可以由接收来自液压泵38的流体流量的多路阀(未示出)来提供。该负荷感测信号然后可以提供给控制器42、与可变排量液压泵38相关联的反馈滑阀和/或其它适合的装置。 
可变排量液压泵38能够接收指示对可变排量液压泵38的运行参数(例如，流速)的调节的压力信号。该压力信号可以包括，例如排压信号(Pdc)和流量调节信号(Pcontrol)。例如，Pdc可以指示与可变排量液压泵38相关的负荷，而Pcontrol可以指示对可变排量液压泵38的流速调节，用于调节与液压泵38相关的扭矩。将该压力信号反馈给可变排量液压泵38可以导致流体流量的相关增加或者减少(例如，通过引起与泵38相关联的旋转斜盘中的角度变化)。 
一个或多个阀可以流体连接在液压回路33中。例如，减压阀40能够接收来自液压泵38的加压液压流体的部分流量，并使用该流量来保持液压回路33的一部分中的特定压力(例如，Ppilot)。此外，一个或多个阀能够向液压回路33的其它部分和/或其它液压回路提供压力信号(例如，Pdc)。这些阀可以包括梭阀、定向阀、减压阀、卸压阀和/或其它适合的装置。尽管Ppilot被显示为从可变排量液压泵38供应到减压阀40，但Ppilot可以从与机器10相关联的其它合适的加压流体源供应。例如，Ppilot可以由负荷感测压力传感器67、液压风扇回路、动力提升回路、先导泵或者任何其它合适的源来供应。 
负荷感测压力传感器67能够接收来自可变排量液压泵38的加压流体的一部分(例如，泵排压的两倍)并能够测量负荷指示压力(例如，Pdc)。负荷感测压力传感器67可以与一个或多个流体处理装置，包括例如多路阀相关联。负荷感测压力传感器67可以包括压力传感器、阀和其它合适的装置。例如，负荷感测压力传感器67能够接收来自可变排量液压泵38的加压流体的一部分并能够在向流量控制组件52和控制器42提供加压流体的一部分的同时测量Pdc。 
流量控制组件52能够控制与可变排量液压泵38相关联的液压流体的流量。流量控制组件52可以包括特别是信号调节部件46和泵流量调节部件(未示出)。信号调节部件46可以包括能够接收第一压力信号(例如，Ppilot)和控制信号并基于控制信号的特性调节第一压力信号以产生流量调节信号(例如，Pcontrol)的电磁阀或者其它合适的装置。例如，信号调节部件46可以基于与从控制器42接收的控制信号相关联的电流增加或者减小Ppilot。这可以通过打开或关闭与电流有关的信号调节部件46来实现。在一种实施方式中，控制信号的特性和与可变排量液压泵38相关联的扭矩之间可能存在反比例关系。换句话说，与控制信号相关联的电流的增加会造成信号调节部件46增加Pcontrol，由此限制最大泵流量并减小最大泵扭矩。相反，当控制信号的特性减小(例如，电流的减小)时，信号调节部件46可以导致Pcontrol减小，由此减小泵流量上的限制并增加最大泵扭矩。 
泵流量调节部件(未示出)能够基于流量调节信号Pcontrol调节与可变排量液压泵38相关的加压液压流体的最大流量。在一种实施方式中，泵流量调节部件可以包括可变排量液压泵38内部的可调旋转斜盘。在该实施方式中，与旋转斜盘相关联的可变角可以通过改变产生加压流体流量的往复活塞的行程长度来影响最大泵流量。本领域的普通技术人员将会认识到，可以使用其它泵流量调节部件(或方法)。例如，可以期望通过泵速度调节器或者其它合适的装置控制泵流量。 
控制器42可以是基于机械或电的控制器，其能够监控、取样和/或接收与机器10和可变排量液压泵38相关的运行参数。例如，参数可以包括可变排量液压泵38的排压(Pdc)、与动力源相关的速度(例如，每分钟的转数)、向动力源的燃料输送速率、动力源的燃料限制逼近程度和大气压力。这里使用的燃料限制逼近程度意为与动力源相关联的预定限制燃料体积和当前向动力源输送的燃料体积的差。例如，动力源12的烟尘限制燃料体积可以基于与动力源12相关的实验和/或测试数据来确定。该数据可以揭示向运行在特定速度(例如，850RPM)的动力源12输送的超过特定体积(例如，每喷射行程85立方毫米)的燃料可以导致烟尘排放，这会违反排放规章和/或浪费燃料。因此，动力源12在850RPM时的烟尘限制燃料体积可以是每喷射行程85立方毫米。运行在850RPM的动力源12的相关烟尘燃料限制逼近程度可以基于每喷射行程85立方毫米的烟尘限制燃料体积减去向动力源12供应的实际燃料体积(例如，70立方毫米)来计算，得到每喷射行程15立方毫米的当前燃料限制逼近程度。燃料限制逼近程度也可以基于其它限制，例如扭矩限制燃料体积来确定。 
控制器42可以通信地连接到与机器10相关联的各种系统，包括，例如特别是流量控制组件52、动力源ECM70和负荷感测压力传感器67。控制器42还能够基于监控的参数向流量控制组件52提供包括各种特性的控制信号。控制信号的特性可以包括，例如，电压、电流、频率和/或其它合适的特性。在一种实施方式中，控制器42能够基于监控的参数改变控制信号的电流和/或电压特性。在该实施方式中，控制器42可以确定作用在特定运行条件下的动力源12上的最大扭矩负荷为175牛米。基于该信息，控制器42可以确定控制信号可以包括2安培的电流。因此，控制器42向流量控制组件52发送2安培的控制信号，导致泵38的最大扭矩减小。 
控制器42可以在存储器或者其它合适的存储位置储存关于燃料限制、扭矩限制、动力源速度、大气压力、动力源扭矩输出、燃料限制逼近程度和相关的控制信号特性及其组合的数据和算法。该数据能够基于与动力源12相关的各种燃料限制确定可以适用的可接受扭矩负荷。数据可以实验地收集并基于特别是动力源尺寸、速度(即，每分钟的转数(RPM))和/或扭矩负荷。该数据可以存储在控制器42的查询表中用于参考和/或数据的部分可以使用储存在控制器42中的算法并基于类似参数来计算。例如，控制器42可以包含指示运行在850RPM的动力源的烟尘限制燃料体积为85立方毫米的数据。控制器42还可以包含指示在85立方毫米的燃料体积和850RPM的动力源速度下，可以适用于动力源12以提供期望性能(例如，没有变慢和/或停转)的最大扭矩是175牛米的数据。因此，控制器42还包含用于确定何时应当向流量控制组件52发送控制信号导致最大 泵扭矩减小的算法。例如，利用上述的情景，当最大扭矩为175牛米时，控制器42可以向流量控制组件发送控制信号，引起泵流量的限制，使得在任何特定的排压，相关联的泵流量不会导致动力源12上的扭矩大于175牛米。 
本领域的技术人员将会认识到，可以基于监控的参数利用控制信号的各种其它特性。例如，控制器42可以基于特定的运行条件来确定控制信号应当具有12伏和1.0安培的特性。 
尽管在本发明的附图中描述了独立于ECM70的控制器42，但可以想到，控制器42可以与ECM70一体，从而单个单元ECM70可以执行控制器42的功能。 
工业实用性 
本发明的系统和方法可以应用于包括液压泵的任何动力系统。本发明的系统和方法可以允许控制动力源向液压泵或其它动力抽吸装置的动力分配。特别地，本发明的系统和方法可以帮助机器和/或执行器响应、排放控制，和限制动力源变慢和/或停转。现在解释本发明的系统和方法的运行。 
动力源能够在特定的动力源速度下提供最大扭矩输出(即，扭矩限制)。例如，动力源可以在速度为1500RPM时具有500牛米的最大扭矩输出。向运行在1500RPM的动力源施加大于500牛米的扭矩会特别导致动力源停止运行(即，停转)。动力源的各个速度可以具有相关联的最大扭矩输出并且该数据可以利用实验获得。任何特定的动力源速度的扭矩限制也可以与向在特定动力源负荷(即，施加的扭矩)下的动力源输送的燃料体积相关。因此，来自动力源12的可用扭矩可以基于待输送的预定燃料体积来预测。向动力源的各个缸输送的燃料体积可以基于燃料泵体积、动力源/燃料泵速度、齿条位置和与动力源相关联的缸数来测量。替代地，实验数据可以用来基于燃料轨压力和喷射器开放期间确定输送的燃料体积。燃料轨可以包括连接多点(例如，多缸)燃料喷射系统中的喷射器的燃 料管路。燃料喷射器可以包括流体连接到燃料轨的装置，该装置包括设计用来打开和关闭的固定或者可变孔，由此计量和雾化从燃料轨进入燃烧室的燃料。ECM70可以储存指示在多个轨道压力和燃料喷射器开放期间时输送的燃料体积的数据。例如，该数据可以指示可以在1500bar且喷射器开放期间为0.2秒下向有关的燃烧室喷射125立方毫米的燃料。因此，ECM70可以监控燃料轨压力和控制喷射开放期间，以向与动力源12相关联的缸输送期望的燃料体积。此外，ECM70可以通信地连接到控制器42，从而可以向控制器42提供燃料输送信息。在不脱离本发明的范围的情况下，也可以使用用于确定输送燃料体积的其它合适结构。 
燃烧室的运行可以取决于运行过程中供应的空气燃气比率。在确定空气燃气比率时，燃烧室中的主要燃料以及其它可燃材料(例如，丙烷等)可以统称为燃气。空气燃气比率通常表示为λ值，从理论配比空气燃气比率获得。理论配比空气燃气比率是发生燃烧的化学校正比率。理论配比空气燃气比率可以被看成相当于λ值为1.0。 
燃烧室可以运行在非理论配比空气燃气比率。具有较低空气燃气比率的燃烧室的λ值小于1.0并被称为富燃烧室。具有较高空气燃气比率的燃烧室的λ值大于1.0并被称为贫燃烧室。 
排放规章通过规定不能向动力源提供能够产生黑烟排放物程度的燃料而施加了另外的标准。当λ小于1.0(即，燃料超过理论配比比率)时会产生黑烟(例如，煤烟)。这种情况特别在动力需求突然增加而动力源的运行速度很低时发生，例如，加速器快速从最小位置降到最大位置或者执行器的全命令。特别是由于较低的涡轮增压器速度，向动力源的空气流受到限制，并且因此增加的燃料导致λ降到1.0以下。因此，特别是在动力源的速度是瞬变时(例如，车辆加速/减速而还运行液压泵)，尤其重要的是要允许动力源增加运行速度并因此获得增加的空气流量。这可以部分通过限制向动力源施加的扭矩负荷来实现。 
由于任何动力源都限制扭矩并且排放标准已经形成了另外的烟 尘燃料限制，因此，用于控制与动力源相关的动力分配的方法是有利的。 
图3是表示用于通过可变排量液压泵来控制向动力源施加的扭矩负荷的一种方法的示例性流程图。控制器42可以监控和/或确定与动力源12的运行相关的至少一个参数(步骤305)。该参数可以包括特别是输送的燃料体积、燃料限制逼近程度、动力源速度和大气压力。例如，动力源12在海平面的最小负荷下怠速在850RPM时具有每喷射行程25立方毫米的输送燃料体积。控制器42还可以包括关于确定各种发动机运行条件下的燃料限制逼近程度的数据和/或算法。例如，数据可以指示在850RPM下的动力源12的烟尘限制燃料体积为每喷射行程85立方毫米的燃料。利用这些信息，控制器42可以确定当前的烟尘燃料限制逼近程度为85立方毫米减去当前供应的25立方毫米体积，或者每喷射行程60立方毫米(步骤310)。然后将确定的燃料限制逼近程度与预定值进行比较，在调节可变排量液压泵38的可用最大扭矩负荷之前，该值可以指示动力源12的最小期望燃料限制逼近程度。在一种实施方式中，预定的燃料限制逼近程度可以是每喷射行程15立方毫米。在当前的实施例中，所计算的烟尘燃料限制逼近程度为每喷射行程60立方毫米，因此，不需要在烟尘燃料限制逼近程度的基础上降低最大扭矩(步骤310：否)。控制器42可以继续产生信号，对泵38的最大流量进行最小调节或者不调节(步骤320)。但是，随着向动力源12施加另外的负荷(例如，执行器运行)并且随着机器的加速(例如，驾驶员致动加速器)可以向动力源12供应额外的燃料。这可以缩小燃料限制逼近程度，不会增加动力源速度并相应增加空气流量。此外，如果基于执行器运行或其它负荷因素的扭矩太大时，可以限制或者阻止动力源12速度增加。利用燃料限制逼近程度可以允许控制器42确定动力源12何时要尝试达到更高的运行速度(例如，加速)，但可以阻止其达到该速度，因为向动力源12施加的负荷可能太大。例如，当燃料限制逼近程度减小到每喷射行程15立方毫米或者更小时(步骤310： 是)，控制器42可以确定正在向动力源12提供更多燃料，但动力源12不能增加其运行速度。因此，控制器42可以导致向动力源12施加的至少一个负荷减小(步骤325)。在一种实施例中，可以调节控制信号的特性(例如，电流)并将信号发送给流量控制组件52，使得通过限制液压泵38的排量减小来自可变排量液压泵38的流量。该减小可以基于机器10的驾驶员要求的当前电流命令来进行。换句话说，当驾驶员命令100％到执行器时，控制器42可以使该命令减小到100％的一部分(例如，30％)。这又会减小可变排量液压泵38可以向动力源12施加的最大扭矩负荷，由此允许动力源12增加动力源速度。随着与动力源12相关的动力源速度的增加，到动力源12的空气流量也增加，由此增加了λ和燃料限制逼近程度。一旦控制器42确定动力源不再受燃料限制逼近程度或者其它因素的限制，则控制器42可以再次允许待施加的所有负荷调节控制信号的特性，使得流量控制组件52允许泵38返回其最大流量(例如，减小流向电磁阀46的电流)(步骤320)。 
本领域的技术人员将会认识到，可以使用其它参数确定与控制信号相关的特性值。在一种实施方式中，防停转算法可以通过仅基于动力源速度限制可变排量液压泵38的最大扭矩来提供较低动力源速度时的停转保护。尽管动力源12可以运行在最优速度以下，但动力源12的扭矩可用性会降低。因此，在发动机速度较低的期间，控制器42可以感测低的发动机速度并相应调节控制信号的特性。例如，由于加速降低，或者负荷增加等，动力源12的速度可以从800RPM降低到700RPM。随着速度降低，控制器42可以增加与发送到流量控制组件52的控制信号相关的电流。电流的增加可以引起Pcontrol增加，造成限制来自可变排量液压泵38的流量，并且由可变排量液压泵38向动力源12施加的最大扭矩相应减小。 
在另一种实施方式中，控制器42可以基于大气压力调节控制信号。例如，当围绕机器10的大气压力低于预定值(例如，80千帕)时，控制器42可以产生控制信号，引起泵38可以施加的最大扭矩 减小。 
通过利用用于动力源的多个运行条件的诸如预定的燃料输送体积和燃料限制逼近程度等数据，与具有更强的瞬变特性(例如，剧烈地加速和减速的机器)的动力源相关的动力分配可以被更精确地控制。此外，由于本发明的方法和系统在确定应当对与可变排量液压泵相关的扭矩如何调节时考虑了造成的排放物(例如，烟尘)，因此能够更好地遵守最新颁布的排放规章。 
尽管本发明讨论了通过暂时地减小执行泵流量来限制负荷(例如，扭矩)，但是，本领域的技术人员将会认识到，也可以利用限制向动力源适用的负荷的其它方法。例如，可以通过减小负荷感测信号，使得反馈到液压泵38的Pdc降低(例如，通过“释放”一些压力)来实现类似的负荷减小。这又会造成来自泵38的流量减小。此外，与多路阀相关的将流体引流到执行器的开口可以调节(例如，减小)以限制来自液压泵38的流量(例如，驾驶员命令100％，阀仅打开30％)。在又一种实施例中，可以通过当控制器42基于燃料限制逼近程度确定需要减小负荷时减小从传动系统得到的用来推进的动力来实现负荷的减小。在不脱离本发明的范围的情况下，可以利用能够减小负荷的多种其它方法。 
本领域的技术人员将会清楚，在不脱离本发明的范围的情况下，对用于控制可变扭矩泵的方法和系统可以进行各种修改和变型。另外，通过考虑说明书，本领域的技术人员可以想到控制可变扭矩泵的方法和系统的其它实施方式。说明书和实施例仅仅是示例性的，本发明的真正保护范围由后附的权利要求书及其等同范围确定。 

Claims (10)

1.一种用于控制可变扭矩液压泵(38)的方法，该方法包括：
监控与动力源(12)相关的参数，包括所述动力源的燃料限制逼近程度、与动力源相关的速度和大气压力，所述动力源可操作地连接到可变扭矩液压泵并能够驱动所述可变扭矩液压泵；
基于所述参数产生控制信号；并且
基于所述控制信号的特性控制与可变扭矩液压泵相关的流量。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
基于所述特性调节输出信号；
向能够控制与所述可变扭矩液压泵相关的流量的流量控制装置提供所述输出信号。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，基于烟尘限制燃料体积和扭矩限制燃料体积中的至少一个和供应的燃料体积计算燃料限制逼近程度。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，随着供应的燃料体积接近烟尘限制燃料体积或者扭矩限制燃料体积，调节所述输出信号以减小流量。
5.一种用于控制可变扭矩液压泵(38)的系统，该系统包括：
动力源(12)，其可操作地连接到所述可变扭矩液压泵并能够驱动可变扭矩液压泵；
控制器(42)，其能够监控包括与所述动力源相关的速度、动力源的燃料限制逼近程度和大气压力的参数并基于这些参数产生控制信号；和
流量控制组件(52)，其能够基于所述控制信号的特性控制与所述可变扭矩液压泵相关的流量。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述流量控制组件包括：
信号调节部件，其能够接收所述控制信号并基于所述特性调节输出信号；
泵流量控制部件，其能够接收所述输出信号并调节与所述可变扭矩液压泵相关联的流量。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，基于烟尘限制燃料体积和扭矩限制燃料体积的至少一个和供应的燃料体积计算燃料限制逼近程度。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，随着供应的燃料体积接近烟尘限制燃料体积或者扭矩限制燃料体积，调节所述输出信号以减小流量。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述控制信号的特性和与所述可变扭矩液压泵相关的扭矩之间存在反比例关系。
10.一种用于控制可变扭矩液压泵的机器(10)，包括：
机架(7)；
牵引装置(17)；
可变扭矩液压泵(38)；
动力源(12)，其操作地连接到所述机架、所述牵引装置和所述可变扭矩液压泵；
控制器(42)，其能够执行根据权利要求1至4的任一项所述的方法；
流量控制组件(52)，其能够基于控制信号的特性控制与所述可变扭矩液压泵相关的流量。
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Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9126598B2 (en) * 2006-06-05 2015-09-08 Deere & Company Power management for infinitely variable transmission (IVT) equipped machines
US7690355B2 (en) * 2007-07-30 2010-04-06 Honeywell International Inc. Fuel metering system with minimal heat input
DE102007058535A1 (de) * 2007-12-06 2009-06-10 Deere & Company, Moline Antriebssystem eines Arbeitsfahrzeugs
EP2318720B1 (en) 2008-09-03 2012-10-31 Parker-Hannifin Corporation Velocity control of unbalanced hydraulic actuator subjected to over-center load conditions
KR101752503B1 (ko) * 2011-01-12 2017-06-30 두산인프라코어 주식회사 휠로더의 유압 펌프 제어 방법
CN102330447A (zh) * 2011-03-17 2012-01-25 陈海波 一种装载机专用大负载装载功率分配控制系统
WO2013082331A1 (en) * 2011-11-29 2013-06-06 Vanguard Equipment, Inc. Auxiliary flow valve system and method for managing load flow requirements for auxiliary functions on a tractor hydraulic system
US9102372B2 (en) * 2012-07-24 2015-08-11 Caterpillar Inc. Track drive system and method
US8973536B2 (en) 2013-01-25 2015-03-10 Caterpillar Inc. Engine compensation for fan power
US10215197B2 (en) * 2013-04-12 2019-02-26 Doosan Infracore Co., Ltd. Method, device, and system for controlling hydraulic pump of construction machine
JP6177913B2 (ja) * 2013-07-24 2017-08-09 住友建機株式会社 ショベル及びショベルの制御方法
US10094308B2 (en) * 2015-09-25 2018-10-09 Cummins, Inc. System, method, and apparatus for improving the performance of an operator of a vehicle
CN110905672B (zh) * 2019-11-28 2022-04-01 徐州徐工基础工程机械有限公司 一种适应发动机不同转速的液压系统功率实时匹配方法
US20220010528A1 (en) * 2020-07-07 2022-01-13 Danfoss Power Solutions Inc. Anti-stall system for open circuit systems
US11052881B1 (en) * 2020-07-23 2021-07-06 Caterpillar Underground Mining Pty. Ltd. Hydraulic retarding control system
CN112412426A (zh) * 2020-11-19 2021-02-26 三一石油智能装备有限公司 压裂车控制方法、装置及压裂车

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN86108529A (zh) * 1985-12-13 1987-06-17 维克斯公司 动力传递系统
US5468126A (en) * 1993-12-23 1995-11-21 Caterpillar Inc. Hydraulic power control system
EP0945619B1 (en) * 1997-09-29 2007-06-06 Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. Hydraulic pump of a hydraulic construction machine
EP1398512B1 (en) * 2001-06-21 2011-01-19 Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. Hydraulic driving unit for working machine, and method of hydraulic drive

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4536126A (en) * 1970-12-18 1985-08-20 Westinghouse Electric Corp. System and method employing a digital computer for automatically synchronizing a gas turbine or other electric power plant generator with a power system
US3792791A (en) 1971-11-17 1974-02-19 Koehring Co Speed responsive governor operated system for pump control
US4637781A (en) 1984-03-30 1987-01-20 Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho Torque regulating system for fluid operated pump displacement control systems
US4523892A (en) 1984-05-14 1985-06-18 Caterpillar Tractor Co. Hydrostatic vehicle control
CA1241214A (en) 1984-10-30 1988-08-30 Shinya Nakamura Control system and method for controllable output type hydraulic fluid pump of automatic transmission providing decreased pump output in association with the engine starting condition
US5638677A (en) 1991-03-29 1997-06-17 Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. Control device for hydraulically propelled work vehicle
US6321866B1 (en) 1998-10-21 2001-11-27 Ag-Chem Equipment Co., Inc. Hydrostatic power distribution/control logic system
US6920387B2 (en) 2001-12-06 2005-07-19 Caterpillar Inc Method and apparatus for parasitic load compensation
DE10211799A1 (de) 2002-03-16 2003-10-02 Deere & Co Antriebssystem eines Arbeitsfahrzeugs
ATE531943T1 (de) 2002-08-26 2011-11-15 Hitachi Construction Machinery Signalverarbeitungsvorrichtung für baumaschinen
SE525818C2 (sv) 2002-10-08 2005-05-03 Volvo Constr Equip Holding Se Förfarande och anordning för styrning av ett fordon samt datorprogramprodukt för att utföra förfarandet
US20040098984A1 (en) 2002-11-26 2004-05-27 Duell Charles A. Combination hydraulic system and electronically controlled vehicle and method of operating same
US6901324B2 (en) 2003-09-30 2005-05-31 Caterpillar Inc System and method for predictive load management
US20050246040A1 (en) 2004-04-29 2005-11-03 Caterpillar Inc. Operator profile control system for a work machine
SE527405C2 (sv) 2004-07-26 2006-02-28 Volvo Constr Equip Holding Se Arrangemang och förfarande för styrning av ett arbetsfordon
JP4270505B2 (ja) 2004-08-11 2009-06-03 株式会社小松製作所 作業車両のエンジンの負荷制御装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN86108529A (zh) * 1985-12-13 1987-06-17 维克斯公司 动力传递系统
US5468126A (en) * 1993-12-23 1995-11-21 Caterpillar Inc. Hydraulic power control system
EP0945619B1 (en) * 1997-09-29 2007-06-06 Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. Hydraulic pump of a hydraulic construction machine
EP1398512B1 (en) * 2001-06-21 2011-01-19 Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. Hydraulic driving unit for working machine, and method of hydraulic drive

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