CN101636305A - 用于控制输入功率的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于控制向至少一个功率消耗设备的输入功率的方法，该方法包括如下步骤：－检测至少一个第一运行参数和至少一个第二运行参数；－基于所述第一和第二运行参数的检测值来建立功率值；以及－响应于所建立的功率值来控制所述功率消耗设备。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于控制向至少一个功率消耗设备的输入功率的方法。本发明尤其被指定应用于作业机械。
背景技术
术语“作业机械”包括像建筑机械那样的不同类型的材料运送车辆，例如轮式装载机、挖掘装载机和铰接式运输车。作业机械设有铲斗或其他类型的作业工具，用于搬运/运输重物。其他经常用于作业机械的术语是“土方机械”和“非公路作业机械”。下面，将在本发明应用于车架转向式作业机械的情形下描述本发明，这种车架转向式作业机械构成轮式装载机。这仅应认为是优选应用的示例。
作业机械包括动力传动系，用于经由地面接合构件(车轮或履带)来推进该机械。优选为内燃机、特别是柴油发动机的动力源适于提供用来推进该机械的动力。
作业机械还包括液压系统。液压系统包括至少一个可变排量泵和至少一个由从所述泵输送的加压的液压流体操作地驱动的致动器。该系统可以是载荷传感型，其中，泵排量由表示施加在系统上的载荷的先导压力来控制。该泵通常由柴油发动机操作地驱动。
所述致动器可以为液压缸形式的线性致动器。轮式装载机包括若干这种液压缸，以执行特定功能。轮式装载机是车架转向型的，并且第一对液压缸被布置用于使轮式装载机转动。此外，存在有设置用于提升装载臂单元并使布置在该装载臂单元上的例如铲斗的作业工具倾斜的液压缸。
载荷传感液压系统的特征在于：感测载荷的运行状况；并且控制泵的输出压力，使得该输出压力超过在液压致动器中存在的载荷压力一预定差值。
为使作业车辆运行良好，必须使发动机、变速器和液压系统在有效发动机扭矩和所期望的功率方面平衡。难以找到在不同发动机转速下准确管理所期望功率的发动机。在低发动机转速时，不同功率需求的问题尤其突出。如果驾驶员在低发动机转速时利用来自发动机的功率来驱动车辆的半轴并同时起动液压系统，那么存在如下风险：发动机将熄火或发动机将“卡住”，即，当驾驶员踩下油门踏板时将不能提高发动机转速。当然，当驾驶员感觉到发动机转速下降时，驾驶员能够经由各种控制来调节功率消耗，但这是有问题的，尤其在发动机突然熄火时。此外，即使是熟练的驾驶员，也会进行过度补偿并因此不必要地减少液压作业量，而这些作业量是液压系统实际上能够执行的。结果，机械的生产率降低了。
发明内容
本发明的第一目的是实现一种控制方法，该方法为相对于动力源中的有效功率来准确控制向至少一个功率消耗设备的输入功率创造了条件。更具体地，该方法优选应用于内燃机形式的动力源，其中，在不同的发动机转速下可用不同大小的输出功率。优选地，该方法为限制液压功率来减轻发动机载荷创造了条件，特别是存在发动机失速的风险时。
该目的以权利要求1中所公开的方法来实现。因此，该方法通过如下步骤实现：检测至少一个第一运行参数和至少一个第二运行参数；基于第一和第二运行参数的检测值来建立功率值；以及响应于所建立的功率值来控制功率消耗设备。该功率值优选通过预定的算法来计算。
所述功率消耗设备优选为液压设备，例如具有可变排量的液压泵，该液压设备由动力源驱动。
第一运行参数优选表示构造为推进车辆的动力源的有效输出功率。因此，第一运行参数可表示发动机的有效输出扭矩。此外，该方法优选包括检测多个第二运行参数并响应地控制功率消耗设备。以这种方式，可实现更准确的功率控制。更具体地，一些第二运行参数可表示动力源的有效输出功率不足，而其他第二运行参数可表示动力源的有效输出功率过剩。例如，既可正也可负的多个第二运行参数值加在一起并与由第一运行参数确定的额定功率值相加。
第二运行参数优选包括如下参数中的至少一个：操作员输入信号、涡轮增压器压力、档位状态、液压系统中的液压力、油门踏板的位置、环境压力、车辆速度和车辆角速度。
因此，根据第一优选实施例，该方法包括如下步骤：基于第一运行参数的检测值来建立额定功率值，并基于第二运行参数来建立与额定功率值的偏移量，以及通过将该偏移量与所述额定功率值相加来建立功率值。优选地，响应于多个所检测的第二运行参数来建立该偏移量。
优选地，该方法包括如下步骤：使用表示第一运行参数与功率之间关系的标准曲线来建立额定功率值。从标准曲线开始并加入多个单独偏移量为将功能调整到和适应于不同发动机和应用创造了条件。
本发明的第二目的是实现相应的控制系统，该控制系统为相对于动力源中的有效功率来准确控制向至少一个功率消耗设备的输入功率创造了条件。
该目的通过根据权利要求24所述的系统来实现。因此，该目的通过如下系统实现，该系统包括：用于检测至少一个第一运行参数的装置；用于检测至少一个第二运行参数的装置；用于基于第一和第二运行参数的检测值来建立功率值的装置；以及用于响应于所建立的功率值来控制功率消耗设备的装置。
从其他权利要求和下面的描述中，可以清楚本发明的其他有利实施例及其相关优点。
附图说明
下面参考附图所示的实施例来详细描述本发明，其中：
图1以侧视图示出轮式装载机，
图2示意性示出用于控制输入功率的系统的示例性实施例，
图3是用于根据第一示例的控制方法的流程图，并且
图4是所述控制方法中使用的示例曲线的图例。
具体实施方式
图1示出轮式装载机101。轮式装载机101的车身包括具有前框架的前车身部分102和具有后框架的后车身部分103，所述部分每一个均具有一对半轴112、113。后车身部分103包括驾驶室114。车身部分102、103以如下方式经由铰接接头彼此连接：所述车身部分能够绕竖直轴线彼此相对枢转。该枢转运动通过布置在两个部分102、103之间的液压缸104、105形式的一对第一致动器获得。因此，轮式装载机是铰接式作业车辆。液压缸104、105按如下方式布置：在车辆的沿行驶方向的水平中心线的每一侧上布置一个，以使轮式装载机101转动。
轮式装载机101包括用于运送物体或材料的设备111。该设备111包括装载臂单元106和装配在该装载臂单元上的铲斗形式的作业工具107。装载臂单元106的第一端枢转地连接到车辆前部分102。工具107枢转地连接到装载臂单元106的第二端。
能够通过两个液压缸108、109形式的两个第二致动器将装载臂单元106相对于车辆前部分102举起和放下，所述两个液压缸108、109中的每一个均在一端连接到车辆前部分102，并在另一端连接到装载臂单元106。能够通过液压缸110形式的第三致动器使铲斗107相对于装载臂单元106倾斜，该液压缸110在一端连接到车辆前部分102，并在另一端经由连杆臂系统115连接到铲斗107。
图2示意性示出用于控制向功率消耗设备203的输入功率的系统201，该功率消耗设备203构成可变排量液压泵，其中，能够控制该泵的液压输出。
泵203被构造用于将加压的液压流体从容器202输送到缸104、105、108、109、110。在泵203与缸104、105、108、109、110之间液压连接有多个电控阀单元，用于调节所述缸的往复工作。为了易于表述，液压阀单元的系统由单个方框205表示。
在泵203处布置有排量控制装置204，用于控制该泵的排量。泵203包括可旋转的旋转斜板，用于改变泵排量。在本来公知的设计中，排量控制装置204可包括机械元件并将该机械元件设置在期望的位置，该机械元件联接至旋转斜板以旋转该旋转斜板。排量控制装置204克服弹簧力工作。排量控制装置204优选经由诸如阀的压力传感装置206液压起动，见虚线207。更具体地，液压装置205是载荷传感式的，并且泵排量由表示施加在系统上的载荷的先导压力信号来自动控制。换句话说，泵203的排量由表示实际载荷的载荷信号(压力信号)来控制。
液压系统205还包括梭阀装置，该梭阀装置可运行用于将在控制不同缸104、105、108、109、110的阀单元的输出口处存在的较大流体压力传递到泵排量控制装置，由此自动控制泵203，从而满足最高的载荷需求。泵203被液压控制为传送输出压力，该输出压力等于这种最高载荷压力加上与该载荷相关的阀单元的载荷传感压降。例如，泵可适于传送比该载荷压力高25bar的压力。
动力传动系209包括动力源211和用于从动力源211向车轮传递动力的系统(未示出)，以推进轮式装载机。根据优选的示例，该动力传动系是机械式的，并且从动力源到地面接合构件选包括如下构件：离合器和/或扭矩转换器、变速器、万向轴、差速器和横向半轴。
动力源211(原动机)适于提供用于推进车辆的动力，并且适于经由驱动轴213有效驱动可变排量泵203。动力源211优选为内燃机、特别是柴油发动机。
控制系统201包括控制装置215或控制器(或计算机)。控制装置215被构造成从多个传感器和其他输入装置217、219、221、223、225、227、229接收输入信息，并且经由控制装置204响应地控制液压泵203。更具体地，基于所述输入信息，将液压泵的最大有效排量限制在不同的范围。
更具体地，控制系统201包括用于检测第一运行参数的装置217，该第一运行参数构成表示的动力传动系209的运行状况、即发动机转速的参数。控制系统201还包括用于检测多个第二运行参数的装置。用于检测第二运行参数的装置包括用于检测表示动力传动系209的运行状况的参数的装置，即涡轮增压器压力传感器219和车辆速度传感器221。
用于检测第二运行参数的装置还包括环境压力传感器223、档位选择器传感器225、操作员控制元件(控制杆)输入传感器227、油门踏板传感器229和车辆角速度传感器。
车辆角速度传感器适于检测前后车身部分102、103的相对速度。该传感器可由定位在铰接接头处或定位在所述转向缸104、105之一的连接点处的角度传感器形成。替代地，该传感器可由位于所述转向缸104、105之一处的线性传感器形成。
控制装置215适于通过算法、基于第一和第二运行参数的检测值来建立(计算)输入功率值。控制装置215还适合响应于所建立的输入功率值来控制功率消耗设备203。
根据一个示例，驾驶员提高发动机转速的意图可引起所需的液压作业功能降低，这导致更好的发动机响应。根据另一个示例，当检测到变速箱中的空档位置时，允许液压功率增大。
下面将参考图3中的流程图和由图4中的曲线图表示的算法示例来描述所述控制方法。
参考图4，预定的标准曲线401用于表示发动机转速与流量限制之间的关系，以建立额定流量限制值。合成曲线表示将偏移量405与标准曲线相加的结果，见虚线403。该偏移量通过将多个单独偏移量依次相加而产生，每个单独偏移量均基于特定的运行参数。
进一步参考图4，最大限制(Flow1)对应于0％的输出信号。无限制(Flow5)对应于100％的输出信号。
在发动机转速＞＝Rpm5时，即使满足其他控制条件，也应该无限制(100％)。
在Rpm1＜＝发动机转速＜＝Rpm5时，标准曲线被计算为图4中所示那样。在发动机转速＜Rpm1时，标准曲线产生限制值Flow1。
如果所用发动机扭矩＞最大扭矩值和/或载荷传感压力＞载荷传感极限值，那么标准曲线应当用作输出信号加上(或减去)偏移量。不管标准曲线加上或减去偏移量怎样合计，输出信号都不能大于100％或小于0％。
当载荷传感压力＜＝载荷传感下极限值时，输出信号应当设置成100％，而与任何其他信号无关。所述载荷传感下极限值用作释放压力，以获得载荷传感压力的阻滞，从而避免谐波。
当所检测的涡轮压力＞涡轮上极限值时，将涡轮偏移量与标准曲线相加。当所检测的涡轮压力＜涡轮下极限值时，不向标准曲线增加任何值。应注意，在此存在阻滞，以避免谐波。
当所检测的档位处于空档位置时，将空档偏移量与标准曲线相加。当档位不处于空档位置时，不向标准曲线增加任何值。
当所检测的载荷传感压力＞载荷传感上极限值时，应将标准曲线减去载荷传感偏移量。当所检测的载荷传感压力＜载荷传感上释放值时，那么不应从标准曲线减去任何值(注意到阻滞)。
当油门踏板所处位置＞油门起始位置时，那么将标准曲线减去偏移量。根据如下公式计算偏移量：偏移量＝油门偏移量×(油门踏板位置-油门起始位置)/(100-油门起始位置)。
现在转到图3，逻辑从框301开始。然后，逻辑继续到读取第一运行参数(框303中的发动机转速信号)并在框305中响应地确定额定流量限制值。
该逻辑进一步继续到读取多个第二运行参数：框307中的载荷传感压力信号、框309中的涡轮压力信号、框311中的档位选择器信号，框313中的油门踏板信号、框315中的环境压力信号、框317中的车辆速度信号和框318中的车辆角速度。所检测的第二运行参数中的每一个均表示单独的偏移量。该逻辑在框319中通过将单独的偏移量相加来确定总偏移量。总偏移量405在图4中由虚线403与标准曲线401之间的距离表示。
然后，该逻辑继续到框321，并且通过将总偏移量与来自框305的额定流量限制值相加来建立输入功率值。
然后，该逻辑继续到框323，其中，根据最终确定的输入功率(或者在该情形中根据流量限制)来控制泵203。更具体地，限制最大泵排量。在所建立的上限内，以公知的方式通过表示施加在系统上的载荷的先导压力来控制实际的泵排量。
下面示出如何在特定运行点中计算流量的示例：
标准曲线401应根据发动机动态扭矩特性来绘制。如果本示例中的发动机rpm是rpm3(850rpm)，那么标准流量是Flow3(在该示例中是55％)。
该示例中的单独偏移量是涡轮压力、档位状态、液压载荷、油门踏板位置、环境空气压力、车辆速度。其对最终偏移量的贡献是：
●涡轮压力＞涡轮上极限(超过1.5bar)，那么涡轮偏移量是固定值或与涡轮压力线性相关。由于有效扭矩更大，所以涡轮偏移量对标准曲线是加法。在该示例中，使用20％的固定值。
●档位是前进，那么档位偏移量是固定值。由于有效扭矩更小，所以档位偏移量对标准曲线是减法。在该示例中，使用10％的固定值。
●液压载荷＞液压载荷上极限(超过120bar)，那么液压偏移量是固定值或与液压载荷线性相关。由于液压功率消耗在固定液压流量时更高，所以液压偏移量对标准曲线是减法。在该示例中，使用25％的固定值。
●油门踏板位置＞油门位置极限(超过踏板的20％)，那么油门偏移量是固定值或与油门位置线性相关。由于操作员需要提高的发动机rpm，所以油门偏移量对标准曲线是减法。在该示例中，使用15％的固定值。
●环境空气压力＜环境空气压力极限(超过800bar)，那么环境偏移量是固定值或与环境空气压力线性相关。由于有效扭矩减小，所以环境偏移量对标准曲线是减法。在该示例中，使用15％的固定值。
●车辆速度＞车辆速度极限(超过20km/h)，那么速度偏移量是固定值或与车辆速度线性相关。取决于应用，速度偏移量对标准曲线是加法或减法。出于安全的原因，可以使用减法，而出于性能原因，可以使用加法。在该示例中，使用+10％的固定值。
●车辆角速度×液压载荷＞车辆角速度扭矩极限(超过160)，那么车辆角速度扭矩偏移量是固定值或与车辆角速度×液压载荷线性相关。由于有效扭矩更小，所以车辆角速度扭矩偏移量对标准曲线是减法。在该示例中，使用10％的固定值。
那么，rpm3时的流量＝Flow3+涡轮偏移量-档位偏移量-液压偏移量-油门偏移量-环境偏移量+速度偏移量-车辆角速度扭矩偏移量＝55+20-10-25-15-15+10-10＝10％。
根据替代实施例，该方法适于自动处理从诸如控制杆或操纵杆的操作员控制元件接收的需求信号。该需求信号表示特定作业功能、例如通过作业工具举升重物的期望功率。操作员需求信号在操作员控制元件时运动产生并由控制器接收。控制器根据上述算法计算输入功率并且通过所计算的百分比来限制需求信号。根据所计算的输入功率、通过控制阀单元的位置(限制通向缸的流量)或通过控制泵或其他流量限制装置来控制举升功能。
根据又一替代实施例，本发明的方法用于控制动力传动系中的功率消耗设备，例如转换器。在这种情形下，相应改变转换器特性。
控制装置215包括存储器，该存储器又包括具有计算机程序段的计算机程序或程序代码，用于在程序运行时实现所述控制方法。该计算机程序能够以各种方式经由传输信号传输到控制器，例如通过经由有线和/或无线地从另一台计算机下载，或通过安装在存储器电路中。特别地，该传输信号能够经由互联网传输。
本发明还涉及一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括存储在计算机可读装置上的计算机程序段，用于在程序运行时实现所述测量方法。该计算机程序产品能够包括例如磁盘或CD。
本发明不应视为限于上述实施例，而是能够在以下权利要求的框架内存在多种其他的变型和修改。
动力源(原动机)可以不必是柴油发动机形式的内燃机。而是，还可以使用其他动力源，例如汽油运行的内燃机、电动机、替代的燃料原动机和燃料电池。
动力传动系可替代地构造成静液动力传动装置。根据又一替代方案，可使用混合动力传动系，该混合动力传动系包括至少一个电动机和能量储存装置，例如电池或与该能量储存装置连接的超级电容器。此外，本发明的方法可用于控制这种替代的动力传动系类型中的功率消耗设备。
Claims (29)
1.一种用于控制向至少一个功率消耗设备的输入功率的方法，包括如下步骤：
-检测至少一个第一运行参数和至少一个第二运行参数；
-基于所述第一和第二运行参数的检测值来建立功率值；以及
-响应于所建立的功率值来控制所述功率消耗设备。
2.根据权利要求1所述的方法，包括如下步骤：
-基于所述第一运行参数的检测值来建立额定功率值，并基于所述第二运行参数来建立与所述额定功率值的偏移量，以及
-通过将所述偏移量与所述额定功率值相加来建立所述功率值。
3.根据权利要求2所述的方法，包括如下步骤：利用所述第一运行参数与所述功率之间的预定关系来建立所述额定功率值。
4.根据权利要求2所述的方法，包括如下步骤：利用表示所述第一运行参数与所述功率之间关系的标准曲线来建立所述额定功率值。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括如下步骤：检测多个第二运行参数，并且响应于所检测的所述多个第二运行参数来建立所述功率值。
6.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，包括如下步骤：检测多个第二运行参数，并且响应于所检测的所述多个第二运行参数来建立所述偏移量。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法适用于如下车辆，所述车辆包括构造为推进所述车辆的动力源和液压系统，所述液压系统包括由所述动力源驱动的至少一个功率消耗设备，并且与所述液压系统分开地检测所述第一运行参数。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法适用于车辆，并且所述第一运行参数表示车辆动力传动系的运行状况。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法适用于车辆，并且所述第一运行参数表示构造为推进所述车辆的动力源的有效输出扭矩。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述功率消耗设备是液压设备。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述功率消耗设备是液压系统中的液压致动器。
12.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中，所述功率消耗设备是具有可变排量的液压泵。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述液压泵布置在载荷传感液压系统中。
14.根据权利要求12或13所述的方法，包括如下步骤：响应于所建立的功率值来限制所述泵的最大排量。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第二运行参数包括操作员输入信号。
16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法适用于车辆，并且所述第二运行参数表示车辆动力传动系的运行状况。
17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第二运行参数包括涡轮增压器压力。
18.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第二运行参数包括档位状态。
19.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第二运行参数包括液压系统中的液压力。
20.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第二运行参数包括油门踏板的位置。
21.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第二运行参数包括环境压力。
22.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第二运行参数包括车辆速度。
23.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第二运行参数包括车辆角速度。
24.一种用于控制至少一个功率消耗设备的输入功率的系统，包括：
-用于检测至少一个第一运行参数的装置；
-用于检测至少一个第二运行参数的装置；
-用于基于所述第一和第二运行参数的检测值来建立功率值的装置；以及
-用于响应于所建立的功率值来控制所述功率消耗设备的装置。
25.一种包括权利要求24所述的系统的作业机械。
26.根据权利要求25所述的作业机械，包括前框架、后框架和将所述前框架连接至所述后框架的铰接接头，所述铰接接头允许所述前、后框架相对于彼此绕竖直轴线枢转，从而使所述机械转向。
27.根据权利要求25或26所述的作业机械，其中，所述作业机械构成轮式装载机。
28.一种包括计算机程序段的计算机程序，用于在计算机上运行所述程序时实现权利要求1至23中任一项所述的方法。
29.一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括存储在计算机可读装置上的计算机程序段，用于在计算机上运行所述程序时实现权利要求1至23中任一项所述的方法。
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