CN103249973B - 用于控制具有cvt的移动式机器的动力源的方法和系统 - Google Patents

用于控制具有cvt的移动式机器的动力源的方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了用于控制具有无级变速器(38)的移动式机器(10)的动力源(36)的方法和系统。在一个实施方式中，该方法包括从移动式机器(10)的操作人员接收选择移动式机器(10)的多个目标行驶速度(60)中的一个的输入以及表示动力源(36)的要求输出速度的输入。该方法还包括计算所选择的目标行驶速度(60)与移动式机器(10)的实际行驶速度之差。最后，该方法包括基于计算出的行驶速度之差来调节动力源(36)的要求输出速度和基于调节后的动力源(36)的要求输出速度来命令所述动力源(36)。

Description

用于控制具有CVT的移动式机器的动力源的方法和系统
技术领域
本发明涉及具有无级变速器(CVT)系统的移动式机器。更特别地，本发明涉及用于控制具有CVT的移动式机器的动力源的速度的方法和系统。
背景技术
诸如轮式装载机、推土机、反铲挖土机、拖运卡车、拖拉机以及其他重型设备之类的移动式机器用于执行各种任务。为了有效地执行这些任务，这些机器需要动力源，比如发动机，其通过变速器向一个或多个地面接合装置提供足够的转矩。一般地，这些机器具有手动变速器，其具有分离的几个有级变化的输出比或档位以控制地面接合装置的速度和转矩。
档位对应于相应已知的机器行驶速度。例如，当轮式装载机的操作人员在第二档位下完全压下加速器踏板时，轮式装载机加速到大约18kph的最大行驶速度。因此，机器操作人员已经习惯于使用某些档位来完成某些任务。例如，从经验来讲，轮式装载机的操作人员可以获知第二档位的速度适合于有效地将给定尺寸的土堆弄平。类似地，操作人员可以获知第三档位的速度适合于安全地携带负载穿过工地而没有明显的泄露。
然而，最近以来，在这些移动式机器上正在用无级变速器(CVT)替代传统的有级变速器。CVT提供了在其整体范围内无限数量的转矩-速度输出比。尽管CVT改善了发动机效率，但是其不能以上面关于有级变速器和行驶速度讨论的方式起作用。例如，完全压下具有CVT的移动式机器中的加速器踏板将使机器加速到最大可能的速度，因为发动机输出和CVT输出分别增加到最大可行速度。因此，在具有CVT的机器中，为了以小于最大速度的期望速度行驶，操作人员必须将加速器踏板保持在中间位置。然而，正如可以意识到的，这在对于许多工地常见的不平地形中证明是困难的，导致操作人员过度疲劳。
在Thomson等人的美国专利号7,641,588(“专利’588”)中披露了一种控制具有CVT的机器的行驶速度的方法。专利’588描述了一种CVT系统，其提供了对应于机器的不同行驶速度范围的多个“虚拟档位”。具体地，机器的操作人员可以基于该操作人员要执行的任务选择期望的“虚拟档位”。之后，与该系统相关的控制器控制动力源的输出和/或CVT的输出以使得机器的行驶速度保持在对应于所选择的虚拟档位的速度范围内。例如，如果操作人员选择虚拟的第二档位，控制器就可以控制动力源和/或CVT以使得该机器在对应于具有在第二档位中操作的手动变速器的机器中的第二档位的速度范围内(例如小于18kph)行驶。专利’588的CVT系统以这种方式使操作人员能够控制移动式机器来至少是在行驶速度方面以熟悉的方式起作用，导致在完成任务中更大的操作人员信心和舒适度。
尽管专利’588的系统可以解决与在具有CVT的机器中保持期望的行驶速度相关的问题，但是其具有一些缺点。例如，虽然该系统可以控制动力源和/或CVT以使得机器以在所选择的虚拟档位的范围内的速度行驶，但是在某些情况下该系统可能不是以经济的方式操作动力源和/或CVT。
本发明解决了上面叙述的一个或多个问题以及本领域中的其他问题。
发明内容
本发明的一个方面涉及一种用于控制具有无级变速器(CVT)的移动式机器的动力源的方法。该方法可以包括接收对移动式机器的多个目标行驶速度的其中一个的选择、接收表示动力源的要求输出速度的输入以及计算所选择的目标行驶速度与移动式机器的实际行驶速度之差。该方法还可以包括基于计算出的行驶速度之差来调节动力源的要求输出速度。最后，该方法可以包括基于调节后的动力源的要求输出速度来命令动力源。
本发明的另一个方面涉及一种用于控制具有无级变速器(CVT)的移动式机器的动力源的控制系统。该系统可以包括存储移动式机器的多个目标行驶速度的存储器、配置成从移动式机器的操作人员接收所述多个目标行驶速度中所选择一个的输入的第一操作人员输入装置以及配置成从操作人员接收表示动力源的要求输出速度的输入的第二操作人员输入装置。该系统还可以包括配置成感测移动式机器的实际行驶速度的传感器。该系统还可以包括控制器。所述控制器可以计算移动式机器的所选择目标行驶速度与移动式机器的实际行驶速度之差，并且可以基于计算出的行驶速度之差来调节动力源的要求输出速度。最后，所述控制器可以基于调节后的要求输出速度来命令所述动力源。
本发明的又一个方面涉及一种移动式机器。该移动式机器可以具有配置成推进该移动式机器的至少一个牵引装置、配置成产生动力输出的动力源以及配置成利用所述动力输出来驱动所述至少一个牵引装置的无级变速器(CVT)。该移动式机器还可以具有存储该移动式机器的多个目标行驶速度的存储器、配置成从移动式机器的操作人员接收所述多个目标行驶速度中所选择一个的输入的第一操作人员输入装置以及配置成从操作人员接收表示动力源的要求输出速度的输入的第二操作人员输入装置。该移动式机器还可以包括配置成感测移动式机器的实际行驶速度的传感器。该移动式机器还可以包括控制器。所述控制器可以计算移动式机器的所选择目标行驶速度与移动式机器的实际行驶速度之差，并且可以基于计算出的行驶速度之差来调节动力源的要求输出速度。最后，所述控制器可以基于调节后的要求输出速度来命令所述动力源。
本发明的又一个方面涉及另一种用于控制具有无级变速器(CVT)的移动式机器的动力源的方法。该方法可以包括从移动式机器的操作人员接收表示动力源的要求输出速度的输入以及基于动力源的要求输出速度来命令该动力源。该方法还可以包括判定动力源和CVT是否已经保持状态-状态输出达一段时间。当判定为动力源和CVT已经保持状态-状态输出达一段时间时，该方法可以用动力源的减小的要求动力源输出速度覆盖(代替，override)动力源的要求输出速度，并且可以基于动力源的减小的要求输出速度来命令该动力源。
附图说明
图1是示例性移动式机器的视图；
图2是移动式机器的示例性披露的操作人员站的视图；
图3是与移动式机器相关的示例性显示装置的视图；
图4是与移动式机器相关的示例性动力传动系的视图；
图5是与移动式机器的控制器相关的示例性虚拟档位映射(脉谱图)的视图；
图6是与控制器相关的示例性转矩映射的视图；
图7是与控制器相关的示例性踏板缩放比例映射的视图；
图8是与控制器相关的示例性动力源速度指令映射的视图；
图9是控制器的示例性控制策略的视图；以及
图10是由控制器执行的示例性动力源控制方法的视图。
具体实施方式
图1示出了一种示例性移动式机器10，其具有协同完成一项任务的多个系统和元件。由机器10执行的任务可以与特定的工业相关，比如采矿业、建筑业、农业、运输业或者其中使用移动式机器的任何其他工业。例如，机器10可以具体体现为如图1中绘出的轮式装载机、公路或越野拖运卡车、乘用车或者任何其他类型的移动式机器。机器10可以包括操作人员站12，操作人员可以从操作人员站12实现对机器10的控制。机器10还可以包括以可操作方式连接的基于CVT的动力传动系14以向一个或多个牵引装置16(比如车轮、轨道或带)提供移动动力。
如图2中所示，操作人员站12可以包括从机器操作人员接收表示期望的机器行驶、操纵和/或控制的输入的装置。例如，操作人员站12可以包括位于操作人员座位20附近的操作人员界面18。对操作人员界面18的输入可以通过提供表示期望的机器行驶、操纵和/或控制的信号来启动机器10的运动。在一个实施方式中，操作人员界面18可以包括左脚踏板22、右脚踏板24、前进-空档-倒退(FNR)选择器26、虚拟档位选择器28和显示装置30。
当操作人员通过使左脚踏板22远离其中性位置移动而操纵左脚踏板22时，操作人员可以希望并实现机器10的推进或行驶的相应阻滞。另一方面，当操作人员操纵右脚踏板24时，操作人员可以希望并实现机器10的推进或行驶的相应增大。
FNR选择器26可以使操作人员能够选择性地将CVT动力传动系14放置在前进行驶模式、空档模式和倒退行驶模式中。例如，如图2中所示，FNR选择器26可以是经过对应于前进行驶模式、空档模式和倒退行驶模式的三个位置活动的杠杆。
虚拟档位选择器28可以由操作人员操纵以从用于机器行驶的多个可用虚拟档位中选择期望的“虚拟档位”。例如，如图2中所示，虚拟档位选择器28可以具体体现为使操作人员能够在可用的虚拟档位切换或转换的杠杆或操纵杆。
在一个实施方式中，可以提供多个虚拟档位，比如虚拟档位1到4。此外，可以提供增量的虚拟档位，比如每半个、四分之一个或十分之一个档位(例如虚拟档位1.1、2.5、或3.75)。正如下面更详细讨论的，每个虚拟档位可以对应于移动式机器10的特定的“目标”行驶速度。在一个实施方式中，目标行驶速度可以是与虚拟档位相关的预先设定的最大行驶速度。一旦已经选择虚拟档位，CVT动力传动系14随后可以被控制成使得机器10在小于与所选虚拟档位相关的目标行驶速度的速度范围内行驶。
图2中示出了具体体现为踏板、杠杆或操纵杆的左脚踏板22、右脚踏板24、FNR选择器26和虚拟档位选择器28。然而，应该意识到的是，这些装置可以替代性地或者另外包括按钮、开关、旋钮、轮子、键盘、触控板、控制面板和/或本领域中已知的用于从机器10的操作人员接收输入的任何其他装置。
显示装置30可以配置成向操作人员显示与机器10的操作有关的信息。如图3中所示，显示装置30可以显示虚拟仪表板，除了别的信息以外包括所选虚拟档位的读出器。在一个实施方式中，显示装置30可以包括安装在机器上的显示计算机、监视器、触摸屏、便携式计算装置、智能手机、笔记本电脑、平板电脑或者本领域中已知的任何其他类型的计算机显示器。在某些实施方式中，显示装置30可以配置成从操作人员接收输入，比如通过触摸屏、软件按键、面板按键、实体按键、键盘和/或其他输入装置。
如图4中所示，动力传动系14可以是整体件，其产生动力并且向牵引装置16传递动力。特别地，动力传动系14可以包括可操作成产生动力输出的动力源36、连接成接收动力源的动力输出并且以有用方式向牵引装置16传递动力输出的CVT38。动力传动系14还可以包括配置成响应于与移动式机器10相关的一个或多个输入和/或操作信息来调节CVT38和/或动力源36的操作的控制器40。
动力源36可以包括具有多个子系统的内燃机，这些子系统协同作用以产生机械或电力输出。在一个实施方式中，动力源36可以是四冲程柴油发动机。然而可以意识到的是，动力源36可以是本领域中已知的任何其他类型的内燃机，比如汽油或气态燃料驱动的发动机。包含在动力源36内的子系统例如可以包括燃料系统、进气系统、排气系统、润滑系统、冷却系统或者任何其他合适的系统。
动力源速度传感器42可以与动力源36相关联并且配置成感测其输出速度。例如，传感器42可以具体体现为(例如在CVT38的输入端处)与嵌入在动力传动系14的旋转元件(比如曲轴或飞轮)内的磁体联通的磁感应式传感器。在动力源36操作期间，传感器42可以检测由嵌入的磁体产生的旋转磁场并且产生对应于动力源36的转速的信号。在其他实施方式中，除了物理传感器之外，传感器42可以具体体现为虚拟传感器，比如由控制器40执行的软件模块，其配置成基于机器10的一个或多个测量到的输入参数来确定动力源36的转速。
CVT38可以是任何类型的无级变速器，比如液压CVT、流体机械CVT、电CVT或者对于本领域技术人员显而易见的其他结构。在一些实施方式中，CVT38可以包括通过一个或多个齿轮组件——比如行星齿轮架、齿圈和太阳轮组合——与CVT并联连接的传统的自动或手动变速器以驱动牵引装置16。在图4中示出的一个实施方式中，CVT38可以包括主动元件44和从动元件46。
主动元件44可以接收动力源36的输出。主动元件44可以将动力输出连接到从动元件46，该从动元件46继而可以驱动牵引装置16并推进机器10。可以响应于控制器40的输出转矩需求来控制主动元件44和/或从动元件46的一个或多个操作特性以实现无级变化的转矩-速度比率。
在一个示例性的电CVT结构中，主动元件44可以是发电机，比如三相永磁交变磁场式发电机或者本领域中已知的其他类型的发电机。另一方面，从动元件46可以是电动机，比如永磁交变磁场式电动机或者本领域中已知的其他类型的电动机。发电机可以连接成接收动力源36的机械动力输出并且产生相应的电力输出。发电机可以用通过电力电子器件48输出的电力来驱动电动机。电力电子器件48可以响应于控制器40的输出转矩指令来改变供应到电动机的电力，以提供无级变化的转矩-速度比率。在一些情况下，电动机也可以通过电力电子器件48在相反方向上驱动发电机。
电力电子器件48可以包括发电机相连元件和电动机相连元件。例如，电力电子器件48可以包括一个或多个驱动变频器(未示出)，其配置成将三相交流电变换为直流电或者相反。该驱动变频器可以具有各种电元件，包括绝缘栅双极晶体管(IGBT)、微处理器、电容器、存储器装置和用于操作主动元件44和从动元件46的任何其他类似的元件。可以与驱动变频器相关联的其他元件包括电源电路、信号调节电路和电磁阀驱动电路等。此外，电力电子器件48可以包括分别与主动元件44和从动元件46联通的发电机散热片(未示出)和电动机散热片(未示出)。每个散热片可以吸收来自于其各自的电力电子器件48的元件的热量并且将该热量传递到冷却系统(未示出)。
在一个示例性机械CVT结构中，主动元件44和从动元件46可以分别包括主动和从动摩擦元件。主动摩擦元件可以将动力源36的机械动力输出通过主动摩擦元件和从动摩擦元件的摩擦接触表面传递到从动摩擦元件。此外，电力电子器件48可以响应于从控制器40接收到的输出转矩指令来改变主动摩擦元件和从动摩擦元件之一或两者的接触表面的直径，以实现无级变化的转矩-速度比率。
在一个液压CVT结构中，主动元件44和从动元件46可以分别包括液压泵和马达。所述泵可以将动力源36的机械动力输出通过流体通道传递到所述马达。电力电子器件48可以响应于从控制器40接收到的输出转矩指令来改变泵、马达或者泵和马达两者的排量，以实现无级变化的转矩-速度比率。
CVT38可以至少部分地用左右脚踏板22和24控制。在一个实施方式中，当操作人员操纵右脚踏板24时，右脚踏板24可以提供表示期望的机器行驶的位移信号。具体地，该位移信号可以表示动力源36的受控的输出速度和/或CVT38的受控的输出转矩。另一方面，当操作人员操纵左脚踏板22时，左脚踏板22可以提供表示期望的机器行驶的阻滞或者给定的右踏板指令的无效的位移信号。
例如，左右脚踏板22和24可以从最小的位移位置到最大的位移位置移动。传感器50和52可以分别与左右脚踏板22和24相关联地设置，以感测其位移位置并且基于踏板22和24的位移位置产生相应的位移信号。传感器50和52可以是能够感测脚踏板22和24的位移的任何类型的传感器，例如开关或电位计。传感器50和52的位移信号可以提供给控制器40，以控制动力源36和/或CVT38。在一个实施方式中，与右脚踏板24相关的位移信号和与左脚踏板22相关的位移信号相结合可表示对应于操作人员所期望的总体机器行驶的“净”位移信号。
继续参见图4，行驶速度传感器54可以与CVT38和/或牵引装置16(图1)相关联，以感测机器10的行驶速度。在一个示例中，传感器54可以具体体现为与嵌入动力传动系14的旋转元件(比如驱动轴)内的磁体联通的磁感应式传感器。在机器10操作期间，传感器54可以检测由磁体产生的旋转磁场并且产生对应于CVT38(例如从动元件46)的旋转速度和/或机器10的行驶速度的信号。在其他实施方式中，不同于物理传感器，传感器54可以具体体现为虚拟传感器，比如由控制器40执行的软件模块，其配置成基于移动式机器10的一个或多个测量到的操作参数来确定移动式机器10的期望行驶速度。
控制器40可以具体体现为用于响应于接收到的信号来控制动力传动系14的操作的单个微处理器或者多个微处理器。许多可买到的微处理器可以配置成执行控制器40的功能。应该意识到的是，控制器40可以便利地具体体现为能够控制多个机器功能的总体机器微处理器。控制器40可以包括存储器、二级数据存储装置、计算机处理器和/或用于运行应用或程序逻辑的任何其他元件。各种其他电路可以与控制器40相关联，比如电源电路、信号调节电路、放大电路、电磁阀驱动电路和/或其他类型的电路。在一个实施方式中，控制器40可以包括电子控制模块(EMC)，比如发动机和/或变速器控制模块，其配置成执行所披露的过程。
控制器40可以包括存储在与控制器40相关的存储器中的一个或多个映射。每个映射可以包括以例如备份表、曲线图和/或方程形式的数据集。如图5中所示，在一个实施方式中，控制器40可以包括至少一个虚拟档位映射56。虚拟档位映射56可以存储将一个或多个操作人员可选虚拟档位58映射到(即，建立对应关系)机器10的相应的目标行驶速度60的信息。在一个实施方式中，虚拟档位58的目标行驶速度60可以对应于具有手动有级变速器的类似机器10在以相应档位操作时的最大或目标行驶速度。例如，在图5中示出的虚拟档位映射56的非限制性示例中，虚拟档位1中的目标机器行驶速度是8.0kph，与虚拟档位3.25相关的目标机器行驶速度是27.5kph。
此外，虚拟档位映射56还可以包括用于每个虚拟档位58的踏板缩放比例指示器61，其指示当机器10以该虚拟档位操作时右脚踏板24的位移信号是否要被缩放。在一些情况下，机器10的操作人员想要以一定的速度行驶。因而，操作人员可以使用虚拟档位选择器28来选择具有合适目标行驶速度60的期望的虚拟档位58，并且使右脚踏板24完全移位。响应于由传感器52产生的最大位移信号，可以命令动力源36达到最大输出速度(即旋转速度)并且可以命令CVT38达到最大输出转矩，使机器10获得虚拟档位的目标行驶速度60。
与所披露的实施方式一致，可能希望修改或缩放右脚踏板24的位移信号以减小动力源36的输出速度并且以更经济的方式操作机器10。例如，当机器10在一般用于行驶的虚拟档位(比如虚拟档位4)中接近目标行驶速度(即满载(run-out))时，可能需要较低的动力源36的输出速度来以可接受的方式使机器10加速到目标行驶速度。此外，一旦达到目标行驶速度，可能需要较少的动力输出来将机器10维持在该速度。然而，由于操作人员已经使右脚踏板24完全移位，所以动力源36被命令达到最大输出速度，其可能超出使机器10加速到目标速度和/或维持该目标速度所必要的速度。因此，如图5中所示，与高虚拟档位58(比如虚拟档位2.5以上的虚拟档位和虚拟档位增量)相关联的踏板缩放比例指示器61可以指示控制器40应该缩放右脚踏板24的位移信号，以在机器10的行驶速度接近与这些虚拟档位相关联的目标行驶速度60时减小动力源36的输出速度。
另一方面，在动力源36的高输出速度是有利的或必要的的情况下，比如当操作人员正在以一般用于工作任务(比如推土、平土或拖运)的低虚拟档位操作机器10时，可能不希望减小动力源36的输出速度。因此，在图5中示出的一个实施方式中，与低虚拟档位58(比如虚拟档位2.5以下的虚拟档位和增量)相关联的踏板缩放比例指示器61可以指示控制器40不应该缩放右脚踏板24的位移信号来在机器10的行驶速度接近与这些虚拟档位相关联的目标行驶速度60时减小动力源36的输出速度。
尽管虚拟档位映射56仅示出了虚拟档位1和4之间的四分之一档位增量的虚拟档位58，但是可以意识到的是，虚拟档位的任何数量和/或增量以及与这些档位相关联的任何目标行驶速度60都在本发明的范围内。此外，可以想到的是踏板缩放比例指示器61可以设置成使得操作人员的右脚踏板指令在除了图5中示出的那些虚拟档位之外的另外的和/或不同的虚拟档位中缩放。换言之，图5的虚拟档位映射56是说明性的而不是限定性的。
图6图示了存储在与控制器40相关联的存储器中的示例性转矩映射62。如图所示，转矩映射62可将右踏板24的实际位移量PRActual映射到相应的被命令或请求的CVT38的转矩输出(指令转矩)TCommand。可以意识到的是，一般来说操作人员使右脚踏板24移动的越多，操作人员所期望的CVT38的转矩输出越大。因此，在一个实施方式中，转矩映射62可以具有基本正的斜率，并且可以将0％到100％的实际右踏板位移值PRActual映射到CVT38的被命令的转矩输出TCommand的相应增加量。
图7图示了存储在与控制器40相关联的存储器中的示例性右踏板缩放比例映射64。如图所示，右踏板缩放比例映射64可以包括一条或多条曲线66。曲线66可以将机器10的实际行驶速度TSActual与用于虚拟档位58的机器10的目标行驶速度60(TSTarget)之差映射到0％和100％之间的相应的踏板比例因数SF。如下面详细讨论的，在机器10的行驶速度接近所选虚拟档位的目标行驶速度TS时，控制器40可以使用从右踏板缩放比例映射64确定的踏板比例因数SF以覆盖或修改操作人员的右踏板指令并且减小动力源36的输出速度。因此，动力源36可以以经济的速度操作同时仍然保持或加速到用于所选虚拟档位的期望目标行驶速度TSTarget。
在图7中示出的一个实施方式中，右踏板缩放比例映射64可以包括用于每个虚拟档位58的曲线66。为了简单起见，仅示出了用于虚拟档位1到4的曲线。然而，可以想到的是，用于虚拟档位58和/或虚拟档位增量的任何数量和/或组合的曲线66可以包含在右踏板缩放比例映射64中。在某些结构中，用于低虚拟档位(比如在1和2.5之间的虚拟档位和虚拟档位增量)的曲线66可以在机器100的实际行驶速度TSActual和与虚拟档位相关联的机器10的目标行驶速度TSTarget之差的整个范围规定100％的右踏板比例因数SF。这是因为在低虚拟档位中，操作人员通常可能正在执行需求或者得益于动力源36的更大输出速度的任务，比如推土、定坡度或拖运任务。此外，在执行这些任务的过程中，可能发生动力源36需求的输出速度的突然增加。因此，在一个实施方式中，与低虚拟档位相关联的曲线66可以配置成控制器40——甚至当接近虚拟档位的目标行驶速度TSTarget或以该速度行驶时——不可以覆盖或修改操作人员的右踏板指令(可以将比例因数SF规定在100％或大约100％)，以确保当必要时可以获得高的动力输出。
另一方面，用于高虚拟档位的曲线66，比如在2.5和4.0之间的虚拟档位和虚拟档位增量，可以根据机器10的实际行驶速度TSActual与虚拟档位的目标行驶速度TSTarget之差规定不同的右踏板比例因数SF。在一个结构中，当机器10的实际行驶速度TSActural接近虚拟档位的目标行驶速度TSTarget时，由曲线66规定的右踏板比例因数SF可以减小。例如，如图7中所示，用于虚拟档位3.0的曲线66规定了在机器10的实际行驶速度TSActual达到2kph之后踏板比例因数SF开始从100％减小到75％。类似地，用于虚拟档位4.0的曲线66规定了在机器10的实际行驶速度TSActual达到3kph之后踏板比例因数SF开始从100％减小到75％。这是因为，在高虚拟档位中，当机器10的实际行驶速度TSActua接近虚拟档位的目标行驶速度TSTarget时，加速度更小，因此可能要求更低的动力源36的输出速度来将机器10加速到并维持在目标行驶速度TSTarget。此外，当使用高虚拟档位时，机器10通常以恒定的或者接近恒定的高速行驶，这与在低虚拟档位中的操作相比可能需要基本稳定并且低的动力源36的输出速度。因此，在高虚拟档位中，当机器10接近满载时，存在覆盖或修改操作人员右踏板指令的可能性，以经济地减小动力源36的输出速度而不牺牲所期望的机器性能。换言之，用于高虚拟档位的曲线66在机器10的实际行驶速度TSActual接近虚拟档位的目标行驶速度TSTarget60时可以提供逐渐“衰减”的动力源输出速度。
尽管映射64的示例性曲线66可以描述或显示为将特定的机器10的实际行驶速度TSActualt与虚拟档位58的目标行驶速度TSTarget之差映射到特定的踏板比例因数SF，但是这些示例是说明性的而不是限定性的。实际上，与曲线66相关联的形状、比例因数SF和/或速度可以根据机器10的结构、类型、期望的性能和/或旨在的操作环境而改变并且落入本发明的范围内。
图8图示了存储在与控制器40相关联的存储器中的示例性动力源速度指令映射。如图所示，动力源速度指令映射68可以将使用从右踏板缩放比例映射64确定的比例因数SF缩放的右踏板24的缩放位移量PRScaled映射到动力源36的相应缩放的被命令或请求的输出速度SScaled。在一个实施方式中，右脚踏板24的位移量可以确定如下：
PRScaled＝PRActualxSF(1)
其中PRActual是表示右踏板24的实际位移的在0和100％之间的值，如由来自于传感器52的信号所指示的；SF是从右踏板缩放比例映射64确定的在0和100％之间的踏板比例因数；PRScaled是在0和100％之间的右脚踏板24的缩放位移值。如下面详细讨论的，控制器40可以使用缩放的右踏板位移PRScaled和动力源速度指令映射68来确定动力源36的缩放的被命令或请求的输出速度SScaled。在其他情况下，比如当操作人员的右踏板指令不被缩放时，可以使用动力源速度指令映射68基于右脚踏板24的实际位移PRActual来确定未缩放的动力源输出速度SUnscaled。
图9图示了可以由控制器40执行来实施所披露的过程的示例性控制策略70。在一个实施方式中，控制策略70可以包括存储在存储器中并且由控制器40执行的软件程序或元件的任何组合。替代性地或者另外地，控制策略70的一个或多个方面可以使用与控制器40相关联的单独的硬件元件来实施。
如图9中所示，控制策略70可以包括减法模块72。减法模块72可以接收机器10的实际行驶速度TSActual，如由来自于传感器54的信号所指示的。减法模块72还可以接收用于所选虚拟档位的机器10的目标行驶速度TSTarget。在一个实施方式中，用于所选虚拟档位的目标行驶速度TSTarget可以通过在虚拟档位映射56中查找由从虚拟档位选择器28接收到信号所指示的所选虚拟档位来确定。减法模块72可以从实际机器行驶速度TSActual减去用于所选虚拟档位的目标行驶速度TSTarget来确定行驶速度差TSΔ——即在虚拟档位满载之下的机器10的速度。
控制策略70还可以包括踏板缩放模块74。踏板缩放模块74可以基于虚拟档位选择器28的信号来接收所选虚拟档位VG的指示。踏板缩放模块74还可以接收由减法模块72确定的速度差TSΔ。踏板缩放模块74可以在踏板缩放比例映射64中识别与所选虚拟档位VG相关联的曲线66。然后，踏板缩放模块74可以对于所选虚拟档位VG在识别出的曲线66上查找与速度差对应的踏板比例因数SF。
控制策略70还可以包括配置成选择是否缩放操作人员的右踏板指令的踏板缩放逻辑开关76。具体地，踏板缩放逻辑开关76可以确定是否要将由踏板缩放模块74确定的比例因数SF应用到由从右脚踏板传感器52接收到的位移信号所指示的实际踏板位移PRActual，从而减小动力源36的输出速度。如上面讨论的，在某些情况下，比如当机器10正在以一般用于行驶的高虚拟档位中运转时，在机器10的实际行驶速度TSActual接近虚拟档位的目标行驶速度TSTarget时可能希望减小动力源36的输出速度以便以经济的方式操作机器10。因而，在一个实施方式中，踏板缩放逻辑开关76可以接收指示所选虚拟档位VG的虚拟档位选择器28的信号。踏板缩放逻辑开关76然后可以在虚拟档位映射56中查找所选虚拟档位VG，并且检索对应于所选虚拟档位58的踏板缩放比例指示器61。如果检索到的踏板缩放比例指示器61指示应该将缩放应用到所选虚拟档位VG中的实际踏板位移PRActual，则踏板缩放逻辑开关76可以选择并输出比例因数SF。然而，如果检索到的踏板缩放比例指示器61指示缩放不应该应用到所选虚拟档位VG中的实际踏板位移指令PRActual，则踏板缩放逻辑开关76可以选择并输出100％的值。
控制策略70还可以包括配置成将缩放因数SF与实际踏板位移PRActual相乘的乘法器78，以使用方程(1)确定缩放的踏板位移PRScaled：
PRScaled＝PRActualxSF
作为一个示例，如果踏板缩放模块74确定比例因数SF在这些情况下是75％，并且踏板缩放逻辑开关76确定机器10正在以其中要应用踏板缩放的虚拟档位VG(例如虚拟档位4)运转，则缩放的踏板位移PRScaled将等于实际踏板位移PRActual的75％。另一方面，如果踏板缩放逻辑开关76确定机器10正在以其中不应用踏板缩放的虚拟档位VG(例如虚拟档位1)运转，从而输出100％的值，则缩放的踏板位移PRScaled将等于实际踏板位移PRActual。
控制策略70还可以包括动力源指令模块80。动力源指令模块80可以从乘法器78接收缩放的踏板位移PRScaled并且产生命令动力源36的缩放速度SScaled的相应的输出信号。具体地，在一个实施方式中，动力源指令模块80可以在动力源速度指令映射68中查找缩放的踏板位移PRScaled以确定对应于该缩放的踏板位移PRScaled的缩放的被命令的动力源速度SScaled(例如1600RPM)。动力源指令模块80然后可以产生表示缩放的被命令的动力源速度SScaled的动力源指令信号，其可以被传送到动力源36。在响应中，动力源36可以调节其当前输出速度以达到或追随缩放的动力源速度SScaled。因而，就缩放的踏板位移PRScaled小于实际踏板位移PRActual(例如75％)来说，可以减小动力源36的输出速度。
继续参见图9，控制策略70还可以包括转矩指令模块82。转矩指令模块82可以接收如由与右脚踏板24相关联的信号所指示的实际踏板位移PRActual，并且可以产生命令CVT38的转矩输出TCommanded的相应的输出信号。具体地，在一个实施方式中，转矩指令模块82可以在转矩映射62中查找实际踏板位移PRActual以确定对应于该实际踏板位移PRActual的被命令的转矩输出TCommanded。转矩指令模块82然后可以产生表示被命令的转矩输出TCommanded的转矩输出指令信号，其可以被传送到CVT38。在响应中，CVT38可以调节其实际转矩输出以达到或追随被命令的转矩输出TCommanded。因而，就动力源36的输出速度响应于小于实际踏板位移PRActual的缩放的踏板位移PRScaled而减小来说，CVT38(即从动元件46)的输出速度将增加，以便保持被命令的转矩输出TCommanded。因此，当机器10的行驶速度TSActual接近和/或保持在与所选虚拟档位VG相关联的目标行驶速度TSTarget时，可以减小动力源36的输出速度和/或动力，使机器10能够以经济的方式操作而不牺牲所期望的性能。
图10是图示了与所披露的实施方式一致的示例性动力源控制方法84的流程图。在一个实施方式中，方法84可以由执行控制策略70的控制器40实施。
在步骤86中，控制器40可以接收对虚拟档位的选择。例如，机器10的操作人员可以向档位选择器28提供合适的输入以选择虚拟档位4.0或虚拟档位2.5。在一些实施方式中，控制器40可以更新显示装置30以在读出器34中显示所选虚拟档位的指示。
在步骤88中，控制器40可以从虚拟档位映射56检索与所选虚拟档位相关联的信息。例如，控制器40可以在虚拟档位映射56中查找所选虚拟档位并且检索与所选虚拟档位相关联的相应的目标行驶速度60和踏板缩放比例指示器61。
在步骤90中，控制器40可以判定对于所选虚拟档位是否允许操作人员的右踏板位移指令的缩放。换言之，如上面讨论的，控制器40可以判定在某些情况下，比如当机器10的实际行驶速度TSActual接近和/或已经达到与所选虚拟档位相关联的目标行驶速度TSTarget时，是否允许与右脚踏板24相关联的实际踏板位移PRActual的覆盖或修改。具体地，在一个实施方式中，控制器40可以基于在步骤88中检索到的踏板缩放比例指示器61来判定是否允许踏板缩放。例如，如果在步骤86中操作人员选择了虚拟档位4，则控制器40可以基于在虚拟档位映射56中列出的用于虚拟档位4的踏板缩放比例指示器61允许踏板缩放。另一方面，如果在步骤86中操作人员选择了虚拟档位1.5，则控制器40可以基于在虚拟档位映射56中列出的用于虚拟档位1.5的踏板缩放比例指示器61不允许踏板缩放。
如果在步骤90中判定为对于虚拟档位允许踏板缩放，则在步骤92中，控制器40可以确定对于所选虚拟档位的目标行驶速度TSTarget与机器10的实际行驶速度TSActual之差TSΔ。换言之，控制器40可以确定对于所选虚拟档位在满载之下机器10的速度。例如假如操作人员已经选择了虚拟档位4.0，并且控制器40确定虚拟档位4.0具有35kph的目标行驶速度TSTarget，如在虚拟档位映射56中示出的。当操作人员完全压下右脚踏板24时，动力源36可以将其输出速度调节到最大，并且CVT38可以将其输出速度调节到最大，使机器10加速到35kph。同时，控制器40可以定期地或者连续地计算35kph的目标行驶速度TSTarget与机器10的实际行驶速度TSActual之差TSΔ。例如，在机器10达到30kph的实际行驶速度TSActual时，控制器40可以计算5kph的速度之差TSΔ(35kph-30kph)。
在步骤94中，控制器40可以基于如在步骤92中确定的对于所选虚拟档位的目标行驶速度TSTarget与机器10的实际行驶速度TSActual之差TSΔ来确定踏板比例因数SF。具体地，在一个实施方式中，控制器40可以在踏板缩放比例映射64中识别与所选虚拟档位VG相关联的曲线66。继续上面选择了虚拟档位4的示例，控制器40可以识别与虚拟档位4相关联的曲线66。然后，控制器40可以在用于虚拟档位4的曲线66上查找对应于速度之差TSΔ的踏板比例因数SF。例如，假设机器10现在已经达到32.5kph的实际行驶速度TSActual，其对应于2.5kph的速度之差TSΔ(即距离满载2.5kph)。通过在用于虚拟档位4的曲线66上查找2.5kph，控制器40可以确定合适的踏板比例因数SF是大约90％，意味着与右脚踏板24相关联的实际位移PRActual将减小或者缩放10％。另一方面，假设机器10仅达到30kph的行驶速度，或者说5kph的速度之差TSΔ(距离满载5kph)。在这种情况下，控制器40可以在用于虚拟档位4的曲线66上查找5kph并且确定合适的踏板比例因数SF是100％，意味着与右脚踏板24相关联的实际位移PRActual将不被减小或修改。
在步骤96中，控制器40可以基于在步骤94中确定的比例因数SF使用方程(1)缩放实际踏板位移PRActual：
PRScaled＝PRActualxSF
如上所述，操作人员已经完全压下右脚踏板24以使机器10加速到用于虚拟档位4的35kph的目标行驶速度TSTarget。因此，来自于传感器52的信号可以指示100％的实际踏板位移PRActual。因而，在控制器40已经计算出100％的比例因数SF的情况下，控制器40可以计算出100％的缩放的踏板位移PRScaled，其等于实际位移PRAcutal。然而，如果控制器40计算出90％的比例因数SF，则控制器40可以计算出90％的缩放的踏板位移PRScaled。
在步骤98中，控制器40可以基于在步骤96中确定的缩放的踏板位移PRScaled来确定缩放的动力源输出速度SScaled。具体地，在一个实施方式中，控制器40可以在动力源速度指令映射68上查找缩放的踏板位移PRScaled以确定相应的缩放的动力源输出速度SScaled。
在步骤100中，控制器40可以产生表示缩放的动力源输出速度SScaled的指令信号并且向动力源36发送该指令信号。在响应中，动力源36可以调节其当前输出速度以达到或追随缩放的动力源速度SScaled。因而，就缩放的踏板位移PRScaled小于实际的踏板位移PRActual来说，动力源36的输出速度和/或动力可以减小，从而节约燃料和/或其他资源。作为一个示例，如果缩放的踏板位移PRScaled是实际踏板位移PRActual的90％，则可以将动力源36的输出速度减小10％，比如从1600RPM减小到1440RPM。
此外，因为操作人员仍然完全压下右脚踏板24，并且实际踏板位移PRActual保持在100％，所以控制器40仍然可以命令CVT38的最大的转矩输出TCommanded。由于动力源36的输出速度的减小，CVT38因此可以增加其输出速度以维持被命令的输出转矩TCommanded。例如，响应于动力源36的输出速度中的10％的减小，CVT38可以使其转矩-速度比率增加10％。因而，虽然如此，机器10可以达到和/或维持在与所选虚拟档位相关联的目标行驶速度TSTarget(例如35kph)。
回到步骤90，如果判定为对于所选虚拟档位不允许踏板缩放，则在步骤102中，控制器40可以基于实际踏板位移PRActual来确定未缩放的动力源输出速度SUnscaled。例如，如果选择了1.5的虚拟档位，并且控制器40确定不允许踏板缩放(见虚拟档位映射56)，则控制器40可以在动力源速度指令映射68中查找实际踏板位移PRActual(即100％)以识别相应的未缩放的动力源输出速度SUnscaled。然后，控制器40可以产生并且向动力源36发送表示未缩放的动力源输出速度SUnscaled的信号，如上面结合步骤100讨论的。在响应中，动力源36可以调节其当前输出速度以达到或追随未缩放的动力源输出速度SUnscaled。
工业实用性
所披露的系统和方法可适用于具有CVT的任何车辆或其他移动式机器。特别地，所披露的系统和方法可适用于具有提供一个或多个操作人员可选的虚拟档位的CVT系统的移动式机器，所述档位具有各自的机器的最大或目标行驶速度。
当机器在一个或多个虚拟档位中接近满载时通过缩放或减小对机器的发动机或其他动力源的操作人员右脚踏板指令，可以减小输出速度，节约燃料或其他车载资源。此外，因为合适的转矩指令或请求仍然提供到CVT，所以机器仍然可以加速到和/或维持在虚拟档位的期望的最大或目标行驶速度。因此，所披露的实施方式实现了以经济方式操作具有CVT系统的机器。
对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的精髓或范围的前提下可以对所披露的实施方式做出各种修改和变型。例如，可以利用不同类型的机器、动力源、CVT和/或与不同目标行驶速度相关联的虚拟档位来实施所披露的系统和方法。
此外，可以使用不同的方法来覆盖和/或缩放操作人员的右踏板指令以减小动力源的输出速度。例如，在另一个实施方式中，操作人员的右踏板指令可以被覆盖或缩放，从而在移动式机器的动力源、CVT和/或其他系统已以稳态条件运转一段时间之后减小动力源的输出速度。例如，在CVT已以一定的转矩-速度比率运转一段时间之后，操作人员的右踏板指令可以被覆盖或缩放，并且可以减小动力源的输出速度。替代性地或另外地，在动力源已以一定的输出速度(例如阈值速度以上)运转一段时间之后，操作人员的右脚踏板指令可以被覆盖或缩放，并且可以减小动力源的输出速度。在另一种构型中，在操作人员已将右脚踏板保持在某一位置(例如移动过阈值)一段时间之后，操作人员的右踏板指令可以被覆盖或缩放，并且可以减小动力源的输出速度。在另一个实施方式中，如果移动式机器正在使用比动力源的当前或可用动力输出小的动力，则操作人员的右脚踏板指令可以被覆盖或缩放并且可以减小动力源的输出速度。
从说明书以及所披露的实施方式的实施中，其他实施方式对于本领域的技术人员将会是显而易见的。说明书和示例旨在认为仅是示例性的，真实范围由如下的权利要求以及它们的等价方式表明。

Claims (10)

1.一种用于控制具有无级变速器(38)的移动式机器(10)的动力源(36)的方法(84)，该方法包括：
从移动式机器的操作人员接收选择移动式机器的多个目标行驶速度(60)中的一个的输入；
从操作人员接收表示动力源的要求输出速度的输入；
计算所选择的目标行驶速度与移动式机器的实际行驶速度之差；
基于计算出的行驶速度之差来调节动力源的要求输出速度，包括确定对应于计算出的行驶速度之差的用于所选择的目标行驶速度的比例因数；以及
基于调节后的动力源的要求输出速度来命令动力源。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，调节动力源的要求输出速度包括减小动力源的要求输出速度。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，调节动力源的要求输出速度包括：
基于所述比例因数来调节动力源的要求输出速度。
4.根据权利要求1所述的方法，其中确定比例因数包括：
访问用于目标行驶速度的缩放比例映射，该缩放比例映射将目标行驶速度与移动式机器的实际行驶速度之差映射到相应的比例因数；以及
基于计算出的行驶速度之差在所述缩放比例映射上查找所述比例因数。
5.根据权利要求1所述的方法，其中确定比例因数包括确定比例因数以使得当计算出的行驶速度之差减小时调节后的动力源的要求输出速度相对于动力源的要求输出速度减小。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括：
判定对于所选择的目标行驶速度是否允许动力源的要求输出速度的调节；以及
调节动力源的要求输出速度仅当判定为对于所选择的目标行驶速度允许该调节时进行。
7.根据权利要求6所述的方法，其中：
目标行驶速度包括各自的缩放比例指示器(61)，所述缩放比例指示器指示对于目标行驶速度是否允许动力源的要求输出速度的调节；以及
判定是否允许调节包括识别用于所选择的目标行驶速度的缩放比例指示器。
8.根据权利要求7所述的方法，其中：
所述多个目标行驶速度包括目标行驶速度范围；以及
判定是否允许调节包括判定所选择的目标行驶速度是否在所述范围中的一点之上或之下。
9.一种用于控制具有无级变速器(38)的移动式机器(10)的动力源(36)的控制系统(14)，该系统包括：
存储器，其存储移动式机器的多个目标行驶速度(60)；
第一操作人员输入装置，其配置成从移动式机器的操作人员接收选择所述多个目标行驶速度中的一个的输入；
第二操作人员输入装置，其配置成从操作人员接收表示动力源的要求输出速度的输入；
传感器(54)，其配置成感测移动式机器的实际行驶速度；以及
控制器(40)，其配置成：
计算移动式机器的所选择的目标行驶速度与移动式机器的实际行驶速度之差；
确定对应于计算出的行驶速度之差的用于所选择的目标行驶速度的比例因数；
基于所述比例因数来调节动力源的要求输出速度；以及
基于调节后的要求输出速度来命令所述动力源。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述控制器配置成通过减小动力源的要求输出速度来调节动力源的要求输出速度。
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