CN102057112B - 一种控制动力源的方法 - Google Patents

Abstract

为了达到所述的目的，本发明涉及用于对适用于驱动工作机器的至少一个地面啮合元件的动力源进行控制的方法、电控单元、车辆控制系统和工作机器。该方法包括以下步骤：对指示动力源控制的操作者控制输入进行接收(30)。该方法的显著特点是其包括以下步骤：对指示机器操作状态的状态输入进行接收(31)；响应于操作者控制输入和操作状态输入来确定(32)操作信号；发送(33)所确定的操作信号，用于相应地控制动力源。本发明还涉及适用于执行根据本发明的任何方法步骤的加速器信号转换器。此外，本发明涉及包括加速器信号转换器的电控单元(ECU)、包括ECU的车辆控制系统以及包括车辆控制系统的工作机器。

Description

一种控制动力源的方法

技术领域

本发明涉及一种对适用于驱动工作机器的至少一个地面啮合元件的动力源进行控制的方法、加速器信号转换器、电控单元、车辆控制系统以及工作机器。在下文中，术语“动力源”以内燃机的例子示出，例如，柴油机。应该将这一举例视为这样的动力源的非限制性示例。

背景技术

一些驾驶员体验到工作机器(诸如，轮式装载机)难于操作。其原因在于该工作机器中的发动机用于给机器的液压系统和牵引系统都提供能量。因为机器的实现方式(例如铲斗)在砂砾堆上或者该机器工作的其他目标上作业，所以将有强力通过这两个系统耦合到发动机。

因此，由于牵引力与液压力相抵消，所以发动机会和其自身相抵消。牵引力到砂砾堆的传送是从发动机到机器的车轮，并进一步传送到砂砾堆放置的地面。液压力从发动机传送到该实现方式，并进一步传送到砂砾堆。这就意味着，使用更高的牵引力，则升力就会减少。以相似的方式，由液压系统进行的倾斜操作会被牵引系统所抵消。

图1示出了一个例子。牵引力(力[kN])依赖于发动机速度。当发动机速度增加时，牵引力会如上所述地降低有效升力(LF)和倾斜力(BF)。液压力的降低与牵引力成比例，并与发动机速度平方地成比例(在具有液力变矩器的动力传送系统中)。因此，驾驶员经常需要通过控制工作机器的液压杆和加速器踏板来平衡液压系统和牵引系统。

现在，有多种可用解决方案，它们都减小牵引，从而，限制发动机速度不超过特定的牵引力。使用这样的解决方案，驾驶员将无法使发动机速度增加到超过特定限制。即，驾驶员操纵机器的可能性受到限制，从而，其无法完全决定如何操作该机器。

例如，当装载砂砾时的另一个现象是车轮打滑。当通过牵引系统传送的扭矩/动力超过(车轮和地面之间的结合)摩擦力时，车轮打滑。这一点也消极地影响驾驶员的操纵可能性。

此外，当驾驶员以恒定速度驾驶该机器时，该机器会开始振荡。其原因在于加速器踏板角度耦合到发动机速度要求，并且从而耦合到发动机速度，以及进一步通过发动机的扭矩耦合到机器的牵引力。加速器踏板的正规映射是一种妥协。当驾驶员以低速并在低档驾驶机器时，这种映射很起作用。加速器踏板的角度导致合适的机器速度。然而，这一映射在较高发动机速度并且尤其在低档时作用不佳。高速会导致驾驶员的座椅开始摇晃，这种摇晃导致驾驶员的脚开始变化，并因此导致踏板角度开始变化。已变化的角度将不可避免地导致发动机速度要求的变化，这一变化的发动机速度要求经由发动机通过在达到较高速之前增加扭矩来达成。

在没有变矩器的工作机器或者具有激活锁止(activated lock-up)的变矩器的工作机器的动力传动系统中，发动机的振荡扭矩直接传送到车轮，并产生振荡牵引力。在这两种情况下，会最终导致消极的影响，即整个机器开始振荡。

发明内容

本发明的第一个目标是通过平衡液压系统和牵引系统，而不限制操作机器的可能性，来解决上述的至少一个问题。第二个目标是避免高速驾驶机器时的振荡，并避免例如装载砂砾时的车轮打滑。

本发明的目标是通过根据权利要求1所述的方法来达到的。更具体地说，本发明涉及一种对适用于驱动工作机器的至少一个地面啮合元件的动力源进行控制的方法。该方法包括：接收的步骤，对指示动力源的控制的操作者控制输入进行接收。该方法的显著特征在于，其包括以下步骤：

对指示机器的操作状态的状态输入进行接收，

响应于操作者控制输入和操作状态输入，来确定操作信号，

发送确定的操作信号，用于相应地控制动力源。

本发明也涉及一种适用于执行根据权利要求1-11中的任何权利要求所述的任何方法步骤的加速器信号转换器。此外，本发明涉及：包括根据权利要求12的加速器信号转换器的电控单元(ECU)，包括根据权利要求13所述的ECU的车辆控制系统，以及包括根据权利要求14所述的车辆控制系统的工作机器。

本发明的主要优势在于：加速器信号转换器最终修正了加速器踏板角度和发动机速度之间的关系，这样帮助驾驶员操纵该机器。这样使得液压系统和牵引系统之间发动机扭矩的平衡更容易处理。从而，映射可以适用于特定的操作状态，这一特点的效果在于：发动机控制单元/实体能够在不同的工作条件中协助驾驶员。

本发明的其他优选实施例和优势将在附属权利要求以及下文中进行详细描述。

附图说明

在下文中，将参照附图来详细描述本发明。这些附图仅仅用于说明，而不是以任何方式限制本发明的范围。

图1示出了在停转的转换器和铲斗处发动机速度和抬升及倾斜力之间的相依性；

图2示出了轮式装载机形式的工作机器；

图3示出了轮式装载机中的液压系统和牵引系统是如何通过发动机和砂砾堆耦合的；

图4示出了在装载砂砾时牵引力和液压抬升和倾斜力是怎样运作的；

图5示出了根据第一实施例加速器踏板角度和发动机速度之间关系的映射；

图6示出了根据第二实施例加速器踏板角度和发动机速度之间关系的映射；

图7示出了根据第三实施例加速器踏板角度和发动机速度之间关系的映射；

图8示出了根据第四实施例加速器踏板角度和发动机速度之间关系的映射；以及

图9示出了根据本发明的方法。

具体实施方式

现在，将参照在详细论述中所描述的并且在附图中所示的实施例，来详细描述本发明。在下文中描述的本发明的实施例的进展应理解为仅仅是示例性的，并且不以任何方式限制由专利权利要求提供的保护范围。

本发明涉及一种对适用于驱动工作机器的至少一个地面啮合元件的动力源进行控制的方法、加速器信号转换器、加速器信号转换器、电控元件、车辆控制系统和工作机器。在下文中，动力源示例为内燃机。

加速器信号转换器、电控单元、车辆控制系统和工作机器适用于执行根据本文所述的实施例描述的方法步骤。因此，本领域的技术人员应该理解这一事实，加速器信号转换器、控制单元、系统和机器执行方法步骤意味着方法实施例也包括转换器、单元、系统和机器，尽管并没有在这里详细描述它们。

图2示出了轮式装载机形式的工作机器1。工作机器1的机体包括前体部分2以及后体部分3。后体部分3包括驾驶室4。体部分2、3被相互连接使得它们枢轴连接。提供一对转向助力油缸21，用于操控轮式装载机。工作机器1包括设备9，用于处理物体或者材料。设备9包括装载臂单元6和安装在装载臂单元上的铲斗(或者耙或抓木器)形式的工具7。装载臂单元6的第一端被枢轴连接到前体部分2。工具7连接到装载臂单元6的第二端。

装载臂单元6可以通过两个液压缸8形式的两个第二促进器来相对于机器的前部2提升或者下降，两个液压缸8中的每个被连接到前体部分2的至少一端以及装载臂单元6的另一端。铲斗7可以通过在液压缸5形式的第三促进器相对于装载臂单元6倾斜，液压缸5的一端连接到前体部分2，并且另一端通过连杆臂系统连接到铲斗7。工作机器1具有传动线，下文中将进行描述。

图4示出了液压系统和牵引系统怎么在工作机器(诸如，轮式装载机)中耦合的。如图所示，发动机10扭矩/力通过液压泵11和变矩器12反馈到两个系统。

参照图3，液压系统操作设备9。由发动机10通过液力变矩器(未示出)驱动的至少一个液压泵11为液压缸5、8、21提供液压机液体。用于控制液压系统的控制单元24(H-ECU)耦合到驾驶室(未示出)中布置的多个电动操作杆，以从这些杆接收电子控制输入。系统中的多个电子控制的液压阀13电连接到控制单元24，并且液压地连接到气缸5、8、21，以调节它们的工作。气缸和阀在图3中使用附图标记13表示。

控制单元还可以控制泵的排量和速度。当控制杆被致动时，将电控输入反馈到单元24。该输入由单元处理，并且反馈控制信号，以控制液压阀和气缸13。这导致实现方式的移动。控制信号通过阀和/或液压泵11控制油的流动(速度或者排量)。

参照图4，牵引系统操作工作机器在地面19上运行。来自变矩器12的力通过传送轴17反馈到车轮18。由于车轮通过渗透和牵引20作用于地面，所以在发动机10和地面19之间将耦合有牵引力。例如，传输控制单元(T-ECU)控制传输事件的经过。

如图3所示，发动机控制单元(E-ECU)25基于由加速信号转换器(未示出)接收的操作信号来控制发动机10。加速器信号转换器的功能是将操作者控制输入从操作者的驾驶室中的加速踏板转换为操作信号。该输入由加速器信号转换器接收，该加速度信号转换器以发动机速度设置值的形式来确定操作信号(例如，以‰的形式或者是诸如0到1的间隔的形式)。

当驾驶员推动加速器踏板时，创建操作者控制输入。也可以使用其他方式替代踏板，诸如：按钮、控制杆或者触摸屏。在使用踏板的情况下，信号(电流或者电压)取决于转动的踏板的角度。

在图3中没有将加速器信号转换器示为单独的单元。该转换器应该是位于机器内的另一个电控单元(ECU)中单独的单元或者实体，诸如：车辆ECU 30(V-ECU)或者机器内的其他ECU。控制单元是工作机器中车辆控制系统的一部分。车辆控制系统涉及工作机器的全部系统，诸如：牵引系统和液压系统的控制系统，如图3所示。

工作机器中的控制单元可以是工作机器的公共控制系统中单独的单元或者功能体(实体)。在这种情况下，功能体是存储在系统内的用于控制工作机器的特定部分的程序代码。

发动机10用于给液压系统和牵引系统提供能量，并且有强力通过这两个系统耦合到发动机。在图4中对其进行说明。当液压系统增加汽缸中的湍流时，起重油缸8生成液压力(Fcyl)。起重油缸8以特定的距离从起重臂6的枢心26链接到起重臂6。从而，起重动量以及因此导致的起重力就实现了。由操作的铲斗7影响的砂砾堆将体验到起重力为向上的力(Flift)。

发源于发动机10并且通过变矩器传送到轮轴的牵引力Ftrac，还通过在车轮18和地面19之间耦合的牵引力传送到铲斗。由于砂砾堆贴在地面上，所以当铲斗将要从砂砾堆中盛满砂砾时，铲斗物理地与地面连接。由于这个事实，牵引力在砂砾堆和铲斗之间产生了力，这个力在升降臂6的枢轴点26处产生动量，该动量与由液压系统生成的升降动量相抵消。

本发明涉及一种控制发动机10以便平衡液压系统和牵引系统，而不限制操作机器的可能性的方法。该发动机适用于驱动工作机器1的至少一个地面啮合元件18。该地面啮合元件是例如车轮18或者使机器相对于地面运动的任何其他装置，如图4所示。由于车轮通过渗透和牵引20作用于地面，因此，在发动机和地面19之间耦合有牵引力。

在根据本发明的方法中，参照图3，发动机控制单元25(E-ECU)根据由加速度信号转换器确定的操作信号来控制发动机10(动力源)。该方法包括第一步骤，如图9所示，在第一步骤中，加速器信号转换器对指示发动机(动力源)10的控制的操作者控制输入进行接收30。

根据本发明的方法的显著特征在第二步骤中，如图9所示，其中，加速器信号转换器对指示机器的操作状态的状态输入进行接收31。在第三步骤中，加速器信号转换器响应于操作者控制输入和操作状态输入来确定32到发动机控制单元25的操作信号。在第四步骤中，加速器信号转换器发送33确定的操作信号，用于相应地控制发动机(动力源)10。

操作信号可以表示操作者控制输入和操作信号之间的至少部分的非线性关系。操作信号还可以表示或者作为另一种替选表示操作者控制输入和操作信号之间的至少部分的线性关系。

该方法可以包括以下步骤：提供至少两个操作模式，其中包括至少一个特定的控制模式。加速信号转换器基于操作状态输入来选择所述操作模式中的一个。随后，以所述至少一个特定控制模式，来确定操作信号。

两个操作模式可以包括表示对发动机(动力源)10的默认控制的标准模式。标准模式关系是线性的，这意味着，在标准模式控制映射中，加速器踏板的角度与发动机的操作信号控制成比例。在使用加速踏板的情况下，操作者控制输入对应于加速踏板的角度。

操作信号的效果会在发动机(动力源)10的操作领域与标准模式有关的第一部分中降低，并会在动力源的操作领域与标准模式有关的第二部分中增加。

该方法可以包括以下步骤：提供至少两个特定控制模式，其包括不同的控制映射。对于机器1的每种操作状态，存在一种控制映射。

使用可选择控制映射(如图5-8中所示)意味着特定操作者控制输入值将根据所选择的控制映射来导致对发动机控制单元25不同的操作信号。也就是说，根据当前加速器信号转换器使用的哪种映射，相同的加速器踏板角度会导致不同的发动机速度。

操作信号会关于操作者控制输入和操作信号之间的标准模式关系而降低或者增加。这就意味着，每个所选择的映射适用于特定的操作状态。图5-8的控制映射提供了该关系的临时再映射，从而驾驶员协助控制加速器信号，以避免上述问题，而不限制驾驶员完全决定怎样操作机器的能力。

在所有控制映射中，踏板角度(PA)是在x轴，而操作信号(OS)是在y轴上。操作信号包含在用于控制发动机速度的设定值中。操作者控制输入和踏板角度之间的关系是线性的。图中点划线示出了踏板角度和操作信号之间的标准模式(线性)关系。在左边，x轴开始于最小的踏板角度，标记为0，并结束于最大的踏板角度，标记为X。y轴开始于0％，并结束于100％。这意味着，操作信号(设置值)直接控制发动机的操作水平(发动机速度)。系统的操作区域是0-100％。

参照图5，根据可选择映射中的一种，操作信号在发动机的操作区域的第一部分26中降低。此外，其在该区域的第二部分27中增加。该曲线图进一步示出，在加速器踏板的间隔28中，操作信号(其为设定值)保持基本不变。从而，这一控制映射在操作区域的一部分中，使得发动机速度对于加速器踏板的角度不那么敏感。如果驾驶员以较高的恒速驾驶该机器，则座椅的摆动将导致驾驶员脚部变化，并因此导致踏板角度开始变化。然而，这一特定控制映射确保踏板角度的变化不会直接导致发动机速度的变化。在这一操作状态中的踏板角度将正常地在间隔28内。因此，避免了振动。

图5中的映射是在特定操作状态中，适合的控制映射如何协助驾驶员的一个例子。图5-6示出了发动机10的部分或者整个操作区域上的非线性关系延伸。

使用根据图6的控制映射，驾驶员会在全神贯注地控制加速器信号的时候的得到协助，以便平衡液压系统和牵引系统，例如，参照图3。当致动该踏板时，发动机响应将不是立即的。驾驶员能够更自由地按压和释放踏板，而不必处理发动机处的直接响应。从而，能够更容易地控制牵引力，并且，例如，砂砾的装载会更容易执行。另一个优点是避免了车轮打滑。如上所述，即使，在最大踏板角度处，发动机的运行水平也永远不会达到100％。

使用根据图7所示的控制映射，在控制加速器信号用于平衡多个力以及为了避免车轮打滑的目的时，驾驶员也会得到帮助。使用该映射，牵引力增加(发动机速度)在特定踏板角度29处停止。驾驶员必须将踏板“踩倒”(K)，以进一步增加牵引力。当该过程完成时，牵引力快速地增加，如图7所示。如上所述，在最大踏板角度处，发动机的操作水平达到100％。作为替选方案，或者添加到上述“踩倒”方案，该踏板也可以被设计为使得踩倒点能够实际上由驾驶员体验到增加的阻力。

图8中的映射是适当的控制映射如何在特定操作状态中协助驾驶员的另一个例子。在发动机的整个操作区域存在线性关系。牵引力的增加在整个可操作区域中是非常慢的，并且，即使是在最大踏板角度处，发动机的运行水平也远达不到100％。例如，在处理货物时，该映射是合适的。

可以由操作者对装置的致动用于选择不同的操作状态来决定状态输入。例如，通过使用操纵钮/轮/杆来达到对运行的手动确定。在专利申请WO 03089723中有对这样系统的描述。

可替选地，状态输入可以自动地确定。操作状态可以基于至少一个检测到的操作条件来自动地确定。例如，通过识别用于典型的经测量信号的模式，这些信号诸如传动装置位置、发动机功率、液压、发动机速度等。作为替选方案，该操作状态可以通过机器的地理位置来确定(使用GPS、陀螺仪或者图像检测)。

加速器信号转换可以在单独的加速器信号转换器单元中执行，或者在工作机器的车辆控制系统内的另一个电控单元内安装的诸如车辆ECU 30(V-ECU)或者机器内的任何其他ECU的实体中执行。控制单元是工作机器中车辆控制系统的一部分。因此，本领域技术人员应该理解，本发明包括工作机器内的任何位置的加速器信号转换器。从而，将加速器信号控制功能性限定为加速器信号转换器。

上面示例的动力源为内燃机。然而，也可以使用其他类型的动力源，诸如：燃气涡轮、燃料电池或者自由活塞式发动机。

Claims (16)

1.一种对适用于驱动工作机器(1)的至少一个地面啮合元件(18)的动力源(10)的速度进行控制的方法，所述方法包括以下步骤：

从加速器踏板接收(30)操作者控制输入，所述操作者控制输入指示所述动力源(10)的所述速度的控制，

对指示所述工作机器(1)的操作状态的状态输入进行接收(31)，其特征在于，

响应于所述操作者控制输入以及所述操作状态输入，来确定(32)操作信号，所述操作信号控制所述动力源的速度，从而改变所述加速器踏板角度与发动机速度之间的关系，以便在操纵所述工作机器时协助所述工作机器的操作者，以及，

发送(33)所确定的操作信号，用于相应地控制所述动力源(10)的速度。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，

所述操作信号表示所述操作者控制输入和所述操作信号之间的至少部分的非线性关系。

3.根据权利要求1-2中任何一项所述的方法，其中，

所述操作信号表示所述操作者控制输入和所述操作信号之间的至少部分的线性关系。

4.根据上述权利要求1-2中任何一项所述的方法，包括以下步骤：

提供至少两个操作模式，所述至少两个操作模式包括至少一个特定控制模式，以及

基于所述操作状态输入来选择所述操作模式中的一个，

其中，在所述至少一个特定控制模式中确定出所述操作信号。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，

所述至少两个操作模式包括：表示所述动力源(10)的默认控制的标准模式。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，

所述操作信号的作用在与所述标准模式有关的所述动力源的操作区域的第一部分中降低，并在与所述标准模式有关的所述动力源的所述操作区域的第二部分中增加。

7.根据权利要求6所述的方法，包括以下步骤：

提供至少两个特定控制模式，所述至少两个特定控制模式包括不同的控制映射。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，对于所述机器(1)的每种操作状态，存在一种控制映射。

9.根据前述权利要求1-2中任何一项所述的方法，其中，

所述操作者控制输入对应于加速踏板的角度。

10.根据前述权利要求1-2中任何一项所述的方法，其中，

通过所述操作者对用于选择不同操作状态的装置进行致动来确定所述操作状态输入。

11.根据前述权利要求1-2中任何一项所述的方法，其中，

基于至少一个所检测的操作条件来自动地确定所述状态输入。

12.根据前述权利要求1-2中任何一项所述的方法，其中，

所述动力源(10)包括内燃机。

13.一种加速器信号转换器，所述加速器信号转换器适用于执行根据权利要求1-12中任何一项所述的方法的任何步骤。

14.一种电控单元(ECU)，所述电控单元(ECU)包括根据权利要求13所述的加速器信号转换器。

15.一种车辆控制系统，所述车辆控制系统包括根据权利要求14所述的电控单元(ECU)。

16.一种工作机器，所述工作机器包括根据权利要求15所述的车辆控制系统。

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