CN104903137A

CN104903137A - 用于控制车辆的驱动功率的方法和装置

Info

Publication number: CN104903137A
Application number: CN201380069604.5A
Authority: CN
Inventors: A·巴肯; P·凯恩斯; W·斯威克
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2013-01-07
Filing date: 2013-01-07
Publication date: 2015-09-09
Anticipated expiration: 2033-01-07
Also published as: CN104903137B; EP2941361A1; WO2014107168A1; US10029569B2; US20150336584A1

Abstract

当车轮的从动轮与车辆行驶路面之间的驱动力超过可用附着摩擦力时，会发生车轮打滑。车轮打滑可导致车辆失控。本发明根据对车辆的扭矩设定和车速的考虑，可有助于控制发送给车辆从动轮的驱动功率。

Description

用于控制车辆的驱动功率的方法和装置

技术领域

本发明涉及用于控制车辆的驱动功率的方法和装置。

背景技术

当驱动车辆的车轮以使车辆在表面上移动时，车轮与地面之间的连接点处的轮缘上的力被称作轮缘牵引力。当车辆从动轮的轮缘牵引力超过车轮与表面之间的附着力时，在车轮与地面之间就可能会发生打滑。这种打滑现象通常称作“车轮空转”，而且还可以使车辆驾驶员失去对车辆的控制。

可通过降低对车轮进行驱动的扭矩来减少轮缘牵引力的量。扭矩的降低可使轮缘牵引力降至可用附着摩擦力(traction)的水平以下，这样应该能防止车轮与表面之间发生打滑。

柴油电力传动系统、静液压传动系统和液力传动系统等非直接传动系统以一种形式产生功率并且以另一种形式将功率传递至车辆的车轮。

例如，推土机或雪犁等具有静液压传动系统的作业车可从内燃机(例如柴油机)产生机械功率，并利用液压动力将所产生的功率经由静液压传动装置传递至车辆车轮和任何辅助装置(例如铲斗或犁)。

静液压传动装置传递至车辆车轮的功率(即施加于车辆车轮的扭矩)可由控制系统确定。在某些情况下，需要降低施加至车轮的功率量，从而减小轮缘牵引力并由此降低出现车轮打滑的可能性。

美国专利No.5613581描述了一种具有电动液压控制装置的车辆，其中，叶轮离合器踏板的位置用来确定叶轮离合器压力水平(其对电动液压装置传递至车辆车轮的功率产生影响)。车辆的使用者可通过选择所需的轮缘牵引力设置来降低传递至车轮的功率。所需的轮缘牵引力设置是最大有效轮缘牵引力的一个百分比(如，最大轮缘牵引力的60％)。通过选择轮缘牵引力降低设置，根据叶轮离合器压力曲线所确定的叶轮离合器压力水平按所选定的百分比降低。因此，施加至车轮的扭矩以及由此车轮上的轮缘牵引力的量可通过轮缘牵引力降低设置来实现降低。

然而，在某些情况下，由于轮缘牵引力降低的缘故，可能会出现轮缘牵引力不足而无法执行特定行动的情况，例如，当车轮正尝试爬上陡坡或将材料推至堆顶时。

发明内容

本发明涉及一种用于控制发送给车辆从动轮的驱动功率的方法，其中：

根据车辆的扭矩设定和车速来确定发送给从动轮的驱动功率。

本发明还涉及一种用于控制发送给车辆从动轮的驱动功率的控制器，所述控制器设置成：

根据车辆的扭矩设定和车速来确定发送给车辆从动轮的驱动功率。

附图说明

仅通过实例并参照附图，描述了根据本发明所述的用于控制车辆驱动功率的方法和装置，在附图中：

图1示出了车辆动力系统的示意图，所述车辆具有发动机、非直接传动系统、至少一个从动轮以及控制器；

图2示出了一曲线图，该曲线图表示出在根据本公开的第一个实施例的图1中所示动力系统内，可如何对发送给从动轮的功率进行控制；

图3示出了可执行图2中所示功率控制的过程；

图4示出了一曲线图，该曲线曲线图示出在根据本公开的第二个实施例的图1中所示动力系统内，可如何对发送给从动轮的功率进行控制；

图5示出了可执行图4中所示功率控制的过程；

图6示出了可以使用图1中所示动力系统的车辆。

具体实施方式

图1示出了动力系统100的示意图，所述动力系统具有带静液压非直接传动系统20的发动机10。静液压系统20的输出端设置一个压力，用于确定发送给车辆的至少一个从动轮30的功率量，动力系统100可以置于所述从动轮30内。

静液压系统20的输出端处的压力可以视多个因素而定，并且由控制器40控制。控制器可以设定静液压系统输出端处的压力，并因此基于扭矩设定50和车速60设定发送给车轮30的功率量。

扭矩设定50可以由车辆的操作者设定，且可以用于减少车轮30的轮缘拉力。例如，操作者可以选择将扭矩设定为80％、90％和100％，其中设定为100％表示给定车速的全值扭矩，90％表示扭矩为全值扭矩的90％等。

车速60可以用多种不同的方式来确定，例如，它可以是相对于所驶过的表面的车辆速度，可以用任何标准技术来确定。或者，它可以是，例如使车辆100的车轮30旋转的马达角速度。

图2示出了一曲线图，其反映了控制器40如何在考虑扭矩设定50和车速60的情况下通过调节静液压输出压力来对发送给车辆的从动轮的功率进行设定。曲线图上的每一条曲线表示不同的扭矩设定，并且，在图2所示的实例中，曲线2a表示100％的扭矩设定，曲线2b表示90％的扭矩设定，而曲线2c表示80％的扭矩设定。

通过选择例如80％的扭矩设定，可降低静液压力，由此还可降低轮缘牵引力。这将减少车轮打滑的可能性。

从图2可以看出，对于所有曲线来说，当车速处于车速下阈值V_TH1与上车速阈值V_TH2之间的车速之间时，车速的降低可能会导致静液压力的升高，并且由此还使驱动功率和轮缘牵引力增加。车速阈值V_TH2可设定为这样一个水平：在该水平下，车辆预期可执行那些可能需要驱动功率水平提高的操作。

对此，以下将会进行详细的解释。例如，V_TH2可设定为12千米/小时。

车速下阈值V_TH1可设定为这样一个水平：在该水平下，驱动功率进一步增加并不一定会产生作用，其原因在于(例如)预计驱动功率的进一步增加可能会导致打滑。因此，当车速低于V_TH1时，对于进一步降低车速而言，发送给从动轮的功率可保持不变。例如，V_TH1可设定为0.5千米/小时，或者可选地可设定为0千米/小时，这样一来，对于所有12千米/小时以下的前进方向上的车速来说，车速出现任何降低都总是会使发送给从动轮的功率增加。

图2中所示的曲线的形状表示功率在低速至中速过程中增加，这在某些车辆操作下可能是有用的，例如，当搬运材料爬上陡坡或将材料推至堆顶时。如果针对特定扭矩设定的静液压输出压力对于所有车速来说都是相同的，那么，车辆可能很难完成这些功能，这是因为可能无法得到进行这类低速、高功率操作所需的功率。在图2所示的布置中，当车速因为(例如)攀爬陡坡的缘故而降低时，驱动功率便会增加，从而确保有足量的功率来继续进行爬坡，而且，如果将要发生打滑的问题，还为操作者提供通过改变扭矩设定来降低功率的选项。

从图2中还可以看出，因为曲线2b和曲线2c是从曲线2a按比例缩放的，所以用于每一个不同的扭矩设定的曲线的形状是非常相似的。这意味着：对于每一扭矩设定，静液压系统20的输出压力且相应的驱动功率和轮缘拉力，将与车速变化发生类似的变化，因此，不论扭矩设定是怎样的，车辆的操作者都应当感觉车辆正以同样的方式响应。因此，在扭矩设定的基础上，车辆操作者将不需要改变他们的驾驶风格。

考虑到车辆的预期运行状况，曲线2a的形状可以被设置为任何合适形状。曲线2b和2c的缩放可以通过本领域技术人员已知的任何技术实现。

图3示出了如何实现曲线2a、2b和2c的实例。特定的曲线剖面图310可以首先被构想出并被存储。从图3可以看出，在本实例中，曲线剖面图310具有与图2的曲线2a相同的形状。车速60可以输入到剖面图310，这可以为该特定的车速60输入返回比例因子320。然后，静液压系统输出压力级340可以采用计算方法330来确定。计算方法330是以固定的压力值(COR)乘以比例因子320和50％的扭矩设定值，如下：

静液压系统输出压力级340＝比例因子320×COR×50％扭矩设定值

因此，当扭矩设定50是100％(曲线2a)的时候，输出静液压系统压力级340可以是COR乘以由310为当前车速60返回的比例因子320。因此，当扭矩设定是90％(曲线2b)的时候，静液压系统输出压力级340可以是COR乘以由310为乘以0.9的当前车速60返回的比例因子320。

固定的压力值COR可以是静液压系统跨接安全阀，例如其可以是最大容许静液压系统压力，例如450巴或470巴。

当车速在V_TH2以上的时候，可以假设车辆是在公路上行驶，例如从站点移动到站点。这在自动将机器的能力全面提供给操作者，而无需操作者手动选择100％的扭矩设定的那些环境中是有用的。因此，也可以安排成，当车速60在阈值车速V_TH2以上时，不管扭矩设定50是怎样的，静液压系统输出压力都将是相同的。

这可从图2中看出，其中，在车速高于V_TH2时，静液压系统输出压力处于所述级别，使得无论扭矩设定如何，扭矩将不会降低(即，100％的扭矩设定)。同样地，当车速高于V_TH2时，无论扭矩设定如何，可仅通过以当前车速的比例因子320乘COR来设定静液压系统输出压力级340。可选地，可完全绕过图3中所示的过程，简单地将静液压系统输出压力设定为等于COR。可使曲线剖面图310和COR匹配，使得车速增加越过V_TH2时，静液压系统输出压力增加或降低。

因此，当车速低于V_TH2时，车辆可执行低速、高功率操作，当车速高于V_TH2时，车辆可执行稳定的高速操作。

图4示出了另一曲线图曲线图，该曲线图示控制器40通过考虑扭矩设定50和车速60设定静液压系统输出压力的另一种方式。

图4中的曲线图与图2中的曲线图非常相似，但是曲线4c与该曲线图中的其他曲线(4a和4b)的形状有很大不同。在图4中所示的实例中，曲线4c表示较低的扭矩设定，例如60％，并且具有这样的形状：对于V_TH2以下的多数车速，静液压系统输出压力保持极低，仅在车速极低时静液压系统输出压力开始显著增加。由于曲线4c的形状，静液压系统输出压力开始显著增加时的车速60低于对于图4中的其他曲线(4a和4b)而言静液压系统输出压力开始显著增加时的车速60。

图5示出了如何实现该结果的实例。图5中所示的过程与图3中所示的过程十分相似，但是其从步骤S510开始，(步骤S510确定是否已经选择低扭矩设定50)。低扭矩设定可被认为是低于阈值的任何设定，例如60％或更小的任意扭矩设定，由此，使用替换形状的曲线是有用的。

如果步骤S510确定为还没有选择低扭矩设定，该过程就继续进行到曲线剖面图310，并且以与图3所述的相同方式确定静液压系统输出压力级340。

如果步骤S510确定为已选择低扭矩设定，该过程可以进行到曲线剖面图520。如从图5可以看出，剖面图520具有类似图4中所示曲线4c的形状。所述车速60可输入到剖面图520，从而返回用于该特定车速60输入的比例因子530。为了确定静液压系统输出压力级340，程式330以如上述关于图3的相同方式使用比例因子530。

所述第二曲线剖面图520可以对于铲雪机作业特别有用，其中车辆是在仅有非常有限的附着摩擦力的雪和/或冰上工作。因此，当操作者已经选择低扭矩设定的时候，例如60％，为了避免打滑，对于低于V_TH2的大部分车速，他们通常希望低的轮缘牵引力，但是在极低车速时增加轮缘牵引力中的仍然将有利于推动或运送雪到堆的顶部，其通常是在极低速下进行。因此，在多数车速情况下，低的轮缘牵引力可降低打滑几率，但是足够的功率仍然可用于极低速、高功率工作。

第二曲线剖面图520可以具有与第一曲线剖面图310相同的上、下车速阈值，即V_TH1和V_TH2，也可两不相同。最优选的方案是，两个图上的阈值都是V_TH2，这样，不管扭矩设定50如何，静液压系统输出功率对于在V_TH2之上的所有车速是相同的，但是对于这两个图的下阈值则可以是不同的，如图4所示，其中对于曲线4c功率输出继续上升以降低低于使车速降到V_TH1以下。

对于图2和图4中所示的两个实施例，如果操作者在操作车辆的同时从一个扭矩设定改变到另一个，可以配置成将静液压系统输出压力在各自的曲线之间逐渐改变。这确保操作者不会经历轮缘牵引力的快速转换，以免发生车辆控制困难。

虽然在图2或图4任一个图中均未示出，但对一些极低扭矩设定而言，例如50％或更少的扭矩设定，可以配置成对于所有车速静液压系统输出压力被固定为单一值。固定的单一值可以是COR乘以扭矩设定百分比。例如，对于所有车速，40％的扭矩设定可以导致静液压系统输出压力被固定到COR的40％。这是因为如果操作者通过选择低于50％的扭矩设定得到大幅的轮缘牵引力降低下降，则很可能附着摩擦力太低以至于增加极低的静液压系统输出压力极有可能导致打滑，因此，应当避免静液压系统输出压力中的任何增加。

当选择极低扭矩设定且仅如上文所述的方式固定静液压系统输出压力的时候，这可通过省略图3和图5中所示的过程来实现。

图1示出根据本发明的一方面的控制器40。

控制器40可以配置为执行在本发明中所述的控制过程。

控制器40可具有多个输入，可用于确定应当如何控制静液压系统输出压力。例如，输入可能包括但不限于扭矩设定50和车速60。控制器40还可具有一个或多个用于控制静液压系统输出压力的输出。

控制器40可在例如卡特彼勒公司A4：M1或A5：M12的机器控制单元中实施或作为独立的控制单元实施。

虽然上文已阐述本发明的实施例，但本领域技术人员会考虑到各种变化。如不采用静液压系统传动，车辆可采用能够使控制器设定发送给车辆从动轮的功率的任意传动形式，例如柴油电动传动系统或液力传动系统。

虽然在上述实施例中，车辆的操作者必须选择扭矩设定，但可选地也可自动选择扭矩设定，例如可基于车轮滑动量的测量通过控制系统来进行自动选择。

此外，虽然所述实施例示出操作者可用的三个不同的扭矩设定，但事实上可采用任意数目的不同的扭矩设定。可选地，如果不采用多个可选的离散性预设扭矩设定，可由操作者或控制系统将介于0％-100％之间任一值的特定扭矩设定输入控制器40。通过这种方式，所选的扭矩设定可以是无穷变化的。

虽然在图4中仅有一个扭矩设定具有曲线4c的改进形状，但也可设置成不止一个扭矩设定具有这样的形状。

工业实用性

本发明可以应用于减少车辆的车轮与车辆行驶的路面之间滑移，同时仍能使车辆执行低速高功率的操作。

Claims

1.一种用于控制发送给车辆从动轮的驱动功率的方法，其中：

根据车辆的扭矩设定和车速确定发送给从动轮的驱动功率。

2.如权利要求1所述的方法，其中，在车速介于第一车速阈值和第二车速阈值之间时，车速的降低将会导致发送给从动轮的所述驱动功率的增加，其中：

所述第二车速阈值高于所述第一车速阈值。

3.如权利要求2所述的方法，其中：

所述扭矩设定选自扭矩设定列表，其中，所述扭矩设定列表包括：

第一扭矩量，以及

第二扭矩量，且其中，

当所述车速介于所述第一车速阈值和所述第二车速阈值之间时，选择所述第二扭矩量时发送给所述从动轮的驱动功率小于设定所述第一扭矩量时发送给所述从动轮的驱动功率。

4.如权利要求3所述的方法，进一步包括第三扭矩量，其中，

当所述车速介于所述第一车速阈值和所述第二车速阈值之间时，选择所述第三扭矩量时发送给所述从动轮的驱动功率等于或小于选择所述第二扭矩量时发送给所述从动轮的驱动功率。

5.如权利要求书3或权利要求4中任一项所述的方法，其中：

所述第一扭矩量具有相关联的第一驱动功率-车速曲线，所述曲线用于确定当选择所述第一扭矩量时发送给所述从动轮的驱动功率，以及

所述第二扭矩量具有相关联的第二驱动功率-车速曲线，所述曲线用于确定当选择所述第二扭矩量时发送给所述从动轮的驱动功率。

6.如权利要求5所述的方法，其中：

对于低于所述第二车速阈值的车速，所述第二曲线从所述第一曲线按比例缩放得到。

7.如权利要求书5或权利要求6中任一项所述的方法，当从属于权利要求4时，其中：

所述第三扭矩量具有相关联的第三驱动功率-车速曲线，所述曲线用于确定当选择所述第三扭矩量时发送给所述从动轮的驱动功率。

8.如任一项前述权利要求所述的方法，其中，当所述扭矩设定的变化导致发送给所述从动轮的驱动功率发生变化时，发送给所述从动轮的驱动功率在一段时间内逐渐变化。

9.如权利要求2-8中任一项所述的方法，其中，当所述车速高于所述第二车速阈值时，确定发送给所述从动轮的驱动功率，而不需要考虑所述扭矩设定。

10.如任一项前述权利要求所述的方法，其中，所述车辆包括发动机和非直接传动系统，其中，所述非直接传动系统的输出压力设定发送给所述从动轮的驱动功率。

11.一种用于控制发送给车辆的从动轮的驱动功率的控制器，所述控制器设置成：

根据所述车辆的扭矩设定和车速来确定发送给所述车辆的从动轮的驱动功率。

12.一种发动机单元，包括：

发动机；

联接到所述发动机的非直接传动装置；和

如权利要求11所述的控制器，其用于控制所述非直接传动装置的功率输出。

13.一种车辆，其包括如权利要求12所述的发动机单元。