CN102953406A - 用于机器的电力驱动控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于机器的电力驱动控制装置，该机器包括动力源、连接到所述动力源的一个或多个电力推进电机、以及一个或多个升降和倾斜缸。控制系统包括输入单元、处理单元和控制模块。输入单元构造成接收与所述升降和倾斜缸相对应的压力值。处理单元构造成将所述压力值与用于所述升降和倾斜缸的压力阈值相比较以生成操作信号。另外，控制模块构造成基于所述操作信号来控制从所述动力源供给到所述一个或多个电力推进电机的电能。

Description

用于机器的电力驱动控制装置

技术领域

本发明涉及一种用于机器的电子驱动控制装置，特别是一种包括控制系统的电子驱动控制装置。

背景技术

用在土方操作中的机器是现有技术中广为人知的。这些用于举升和处理负载的机器可以电推进并且使用电力推进电机来使驱动轮转动。在操作期间，操作员可提供命令以控制供给到电力推进电机的功率从而确定输出到驱动轮的转矩。

美国专利公开No.7,853,382（以下称为‘382专利）公开了一种具有起重转臂的机器。‘382专利还公开了一种控制器，该控制器适于确定转臂速度并且将转臂速度与命令速度相比较以获得速度误差，并且响应于所获得的速度误差使发动机降级以降低轮的牵引力。

发明内容

在一个方面，本发明提供了一种用于机器的控制系统，该机器包括动力源、连接到所述动力源的一个或多个电力推进电机、以及一个或多个升降缸和倾斜缸。控制系统包括输入单元，该输入单元构造成接收与所述升降缸和倾斜缸相对应的压力值。控制系统还包括处理单元，该处理单元构造成将所述压力值与用于所述升降缸和倾斜缸的压力阈值相比较。处理单元基于该比较生成操作信号。控制系统还包括控制模块，该控制模块构造成基于所述操作信号来控制从所述动力源供给到所述一个或多个电力推进电机的电能。

在另一方面，本发明提供了一种操作机器的方法。该方法包括接收与升降缸和倾斜缸相对应的压力值。该方法还包括将所述压力值与用于所述升降缸和倾斜缸的压力阈值相比较。该方法还包括当压力值大于压力阈值时生成操作信号。该方法还包括基于所述操作信号来控制供给到一个或多个电力推进电机的电能。

从以下的说明和附图可显见本发明的其它特征和方面。

附图说明

图1示出机器的示意图；

图2示出图1机器的根据本发明一实施例的框图；以及

图3示出操作机器的工艺流程。

具体实施方式

图1中示意性地示出一机器100，在该机器中可以实施各种公开的实施例。机器100可用于举升和/或处理负载。所述机器可包括轮式装载机、反铲装载机、工业装载机、集材机、轮式拖拉机、轮式挖掘机、轮式推土机或类似物。机器100可用在各种领域中，所述领域可包括但不限于建筑和矿业。

在一示例性实施例中，如图1所示，机器100可具体是一轮式装载机，其包括机架102。机架102可包括前部段104和后部段106。在一实施例中，前部段104可通过铰接接头（未示出）与后部段106相连接。机器100可还包括一操作员站108，该操作员站包含一个或多个控制器件以控制机器100的操作。机器100还包括接地（地面接合）驱动元件，如安装到前部段104上的前轮112和安装到后部段106上的后轮114。前、后轮112和114相对于地面116支撑机器100。

在一实施例中，机器100可包括安装在机架102的前部段104上的升降臂组件118。升降臂组件118可包括升降臂120，所述升降臂在一个端部122处可枢转地安装在前部段104上。升降臂组件118可还包括一铲斗124，该铲斗可枢转地安装到升降臂120的另一端部126上。升降臂组件118可被操作以举升和处理负载128。

在升降臂组件118中，升降臂120和铲斗124可构造成通过升降缸130和倾斜缸132相对于前部段104枢转。升降缸130和倾斜缸132可以是在一个端部处连接到前部段104的液压缸或气动缸。升降缸130可以操作性地连接到升降臂120，以相对于前部段104抬高或降低升降臂120。另外，倾斜缸132构造成使铲斗124相对于前部段104倾斜或震动（rack）。

图2示出根据本发明一实施例的机器100的框图。在本发明的一实施例中，机器100可包括动力源200。动力源200可提供动力以驱动机器100的各部件。在一实施例中，动力源200可包括发动机202，如内燃机，例如汽油发动机、柴油发动机等。动力源200可还包括联接到发动机202的电单元204。电单元204可作为发电机工作以将来自发动机202的机械能转化成电能。动力源200可还包括功率电子装置205以控制电能和/或将电能从AC转化成DC或反之。另外，动力源200可还包括电池206，该电池与功率电子装置205电联接以存储电能。电池206可以是任何可再充电的电池，如铅酸电池、镍镉（NiCd）电池、镍氢（NiMH）电池、锂离子（Li-ion）电池或类似物。在一实施例中，电单元204可作为电动机工作，将由电池206供给的电能转化成机械能以选择性地驱动发动机202。

在一实施例中，机器100可包括电力推进电机208和210，电力推进电机208和210可分别与前轮112和后轮114相关联。在一实施例中，电力推进电机208和210可以是变速的可反向的AC或DC电机。电力推进电机208和210可通过母线212电连接到功率电子装置205用以接收电能。功率电子装置205可改变来自电单元204的电能的电压和/或频率并将其供给到前、后电力推进电机208和210。替代地，电力推进电机208和210可直接连接到电单元204。电力推进电机208和210操作性地联接到前、后驱动轮112和114以提供转矩输出。在一实施例中，电力推进电机208和210可经由一个或多个减速齿轮组连接到前、后驱动轮112和114。

另外，如图2所示，机器100可包括液压回路214，该液压回路流体联接到升降缸130和倾斜缸132。液压回路214可包括用于存储流体的流体源216。液压回路214可还包括至少一个用于提供流动的机具泵/工作泵218。在一示例性实施例中，机具泵218可以经由与发动机202机械联接而被机械地提供动力。在各种另外的实施例中，机具泵218可由电单元204、功率电子装置205或电池206以电的方式提供动力。液压回路214可还包括机具阀220以基于从操作员接收到的命令控制流向升降缸130和倾斜缸132的流体流动。

在一实施例中，液压回路214可还包括一个或多个方向控制阀222以及一液压马达224。方向控制阀222可引导流体流向升降缸130和倾斜缸132并且当升降缸130或倾斜缸132处在空闲（idle）条件下时允许流体流回到液压回路214中。液压马达224可利用从升降缸130或倾斜缸132流回的流体的压头来通过辅助发电机226产生电能，该辅助发电机用于给电池206充电。

根据本发明的一实施例，传感器单元228可连接到升降缸130和倾斜缸132。传感器单元228可构造成监视机器100的负荷条件。在一实施例中，传感器单元228可包括压力传感器，该压力传感器利用压电回路基于活塞在升降缸130和倾斜缸132中的运动产生电压或电流信号。测得的电压或电流信号可代表基于被供给到升降缸130和倾斜缸132的流体压力的压力值，其进而指示机器100的负荷条件。

图2另外示出机器100中使用的控制系统230的示意性图示。控制系统230可以与机器100的各个部件协调地工作，用以监视和控制机器100的操作。控制系统230可包括输入单元232、处理单元234和控制模块236。在一实施例中，输入单元232可构造成实时接收升降缸130和倾斜缸132中的流体的压力值。输入单元232可还通过使用现有技术中已知的技术来提供信号放大和过滤。

处理单元234可包括例如但不限于一组指令、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、闪存、数据结构、以及类似物。在一个实施例中，处理单元234可存储有与升降缸130和倾斜缸132相应的流体的第一和第二压力阈值。在一实施例中，用于升降缸130和倾斜缸132的流体的第一和第二压力阈值可基于机器100的设计和应用标准，就其而言后轮114可抬离地面116。另外，处理单元234可构造成将在升降缸130和倾斜缸132中的流体的压力值与第一和第二压力阈值相比较并且产生一操作信号。

控制系统230的控制模块236可构造成基于操作信号来控制从动力源200到电力推进电机208和210的电能供给。控制模块236可包括各种限制装置，比如但不限于电阻器、电容器或类似物以控制供给到电力推进电机208和210的电能。在一实施例中，控制模块236可以与动力源200中的功率电子装置205集成在一起。

工业适用性

在机器100工作期间，当升降臂组件118在铲斗124中将负载128抬离地面116或被操纵以放置铲斗124中的负载128时，机器100的重心可能朝向前部段104移动。这可能引起后轮114抬离到地面116上方。在这种情况下，对与后轮114关联的电力推进电机210供给电能可能不会被用于在后轮114和地面116之间产生任何牵引。

在本发明的机器100中，控制系统230构造成基于升降缸130和倾斜缸132中的流体的压力值来确定后轮114的抬离条件。在抬离条件的情况下，控制系统230可构造成降低或停止对驱动后轮114的电力推进电机210的电能供给。因此，控制系统230节省了可能不能提供任何牵引的电能。

图3示出根据本发明的一示例性实施例操作机器100的工艺流程300。如工艺流程300所示，步骤302包括接收与升降缸130和倾斜缸132相应的压力值。该压力值可以从连接到升降缸130和倾斜缸132的传感器单元228接收。压力值可以通过控制系统230中的输入单元232接收。

在步骤304中，处理单元234可将压力值与压力阈值相比较。第一和第二压力阈值可与机器100的抬离条件相对应。第一和第二压力阈值可以被分别限定成当铲斗124中的负载128或为放置铲斗124中的负载128而对升降臂组件118进行的操纵可能引起抬离条件时升降缸130和倾斜缸132中的压力值。处理单元234可计算压力值与压力阈值之差。

另外，在步骤306中，基于步骤304中的比较生成操作信号。处理单元234可在压力值大于阈值时生成所述操作信号。处理单元234可将操作信号传递到控制系统230中的控制模块236。

最后，在步骤308中，控制模块236可基于操作信号控制供给到机器100中的电力推进电机208和210的电能。操作信号可带有指令以基于在步骤304中计算的差值改变供给的电能。所供给的电能可通过控制模块236中的限制装置来控制，所述限制装置改变在功率电子装置205和电力推进电机208、210之间的母线212处的电压或电流。

因此，在本发明的机器100中，当后轮114不能产生任何生产性的牵引力时，控制系统230可降低或消除后轮114的转矩输出。这可在操作期间在机器100中引起降低的电能消耗以及显著的燃料节省。

本发明的控制系统230和工艺流程300可用于任意类型的、处理负载128的机器100中。例如，所示的机器100是前轮式装载机。但在其它实施例中，机器100可以是反铲装载机，其中可能需要在抬离条件下控制供给到前轮112的动力。

尽管可在不脱离以下权利要求范围的情况下并入本文描述的本发明的实施例，本领域技术人员显而易见的是可以作出各种修改和变型。通过考虑说明书以及对所公开的内容进行实践，对本领域技术人员来说其它实施例是显而易见的。本说明书以及示例应当认为仅是示例性的，本发明的范围由所附权利要求及其等效方案指明。

Claims (20)

1.一种用于机器的控制系统，所述机器包括动力源、连接到所述动力源的一个或多个电力推进电机、以及一个或多个升降和倾斜缸，所述控制系统包括：

输入单元，该输入单元构造成接收与所述升降和倾斜缸相对应的压力值；

处理单元，该处理单元构造成将所述压力值与用于所述升降和倾斜缸的压力阈值相比较以生成操作信号；以及

控制模块，该控制模块构造成基于所述操作信号来控制从所述动力源供给到所述一个或多个电力推进电机的电能。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述输入单元构造成从连接到所述升降和倾斜缸的传感器单元接收所述压力值。

3.根据权利要求1所述的控制系统，其中，用于所述升降和倾斜缸的所述压力阈值与所述机器的抬离条件相对应。

4.根据权利要求3所述的控制系统，其中，所述处理单元构造成存储用于所述升降和倾斜缸的所述压力阈值。

5.根据权利要求4所述的控制系统，其中，所述处理单元在所述压力值大于所述压力阈值的情况下生成所述操作信号。

6.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述控制模块构造成停止对所述一个或多个电力推进电机的电能供给。

7.一种机器，所述机器包括：

动力源；

连接到所述动力源的一个或多个电力推进电机；

一个或多个升降和倾斜缸；以及

控制系统，所述控制系统包括：

输入单元，该输入单元构造成接收与所述升降和倾斜缸相对应的压力值；

处理单元，该处理单元构造成将所述压力值与用于所述升降和倾斜缸的压力阈值相比较以生成操作信号；以及

控制模块，该控制模块构造成基于所述操作信号来控制从所述动力源供给到所述一个或多个电力推进电机的电能。

8.根据权利要求7所述的机器，其中，所述一个或多个电力推进电机构造成对前、后轮提供转矩输出。

9.根据权利要求7所述的机器，还包括连接到所述升降和倾斜缸的传感器单元，所述传感器单元构造成向所述输入单元提供所述压力值。

10.根据权利要求7所述的机器，其中，用于所述升降和倾斜缸的所述压力阈值与所述机器的抬离条件相对应。

11.根据权利要求10所述的机器，其中，所述处理单元构造成存储用于所述升降和倾斜缸的所述压力阈值。

12.根据权利要求11所述的机器，其中，所述处理单元在所述压力值大于所述压力阈值的情况下生成所述操作信号。

13.根据权利要求11所述的机器，其中，所述控制模块构造成停止对所述一个或多个电力推进电机的电能供给。

14.一种操作机器的方法，所述方法包括：

接收与升降和倾斜缸相对应的压力值；

将所述压力值与用于所述升降和倾斜缸的压力阈值相比较；

在所述压力值大于所述压力阈值时生成操作信号；以及

基于所述操作信号来控制供给到一个或多个电力推进电机的电能。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，接收压力值包括从连接到所述升降和倾斜缸的传感器单元接收压力值。

16.根据权利要求14所述的方法，还包括基于机器的抬离条件来限定所述压力阈值。

17.根据权利要求15所述的方法，其中，比较压力值包括计算所述压力值和所述压力阈值之间的差。

18.根据权利要求14所述的方法，还包括从动力源向所述一个或多个电力推进电机供给电能。

19.根据权利要求16所述的方法，其中，控制供给的电能包括停止供给到所述一个或多个电力推进电机的电能。

20.根据权利要求14所述的方法，还包括通过所述一个或多个电力推进电机来向所述机器的前、后轮提供转矩。

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