CN104903138A - 启用恒速驱动系统的方法及控制器、包括该控制器的发动机组及包括该发动机组的车辆 - Google Patents

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Abstract

当驾驶车辆时，可使用恒速驱动使得车辆可以维持期望的速度而无需操作者的任何输入，不管车辆行驶的坡度或车辆承载的载荷等。对工作车的控制可能对操作者有苛刻的要求，因此使任何附加的控制负担最小化是理想的。通过考虑车速的稳定性和从操作者发出的发动机转速需求，本公开内容可有助于在具有非直接传动系统的车辆中启用恒速驱动。

Description

启用恒速驱动系统的方法及控制器、包括该控制器的发动机组及包括该发动机组的车辆
技术领域
本发明内容涉及启动恒速驱动系统的方法和设备。
背景技术
非直接传动系统(例如柴油电力传动系统、静液传动系统与液力传动系统)用一种方式产生动力而用另一种方式传输动力。例如，具有静液传动系统的作业车(例如推土机或扫雪机)可以从内燃机(例如柴油机)产生机械动力，然后将产生的动力采用液压动力传输给车轮和任何辅助装置(例如铲斗或犁)。
具有液力传动系统的车辆的速度通常要么仅通过车辆的油门控制，要么通过启用“爬坡(creeper)”功能、锁定油门需求并独立使用爬坡表盘进行控制，要么通过启用爬坡功能并结合使用爬坡表盘以及油门进行控制。当操作者希望在低速下行驶时可以启用爬坡功能，当爬坡表盘转动至100％时，可以设定一个最大的可能的车速，例如12KPH。通过改变爬坡表盘的位置可以降低车辆的最高速度。以这种方式，使用油门锁和独立使用的爬坡表盘可以固定发动机的转速，从而调节车辆的速度。如果所述油门的位置被锁定于低于100％的位置，则所述车辆的速度可以通过调节所述爬坡表盘和/或增加油门需求以增加发动机的转速来改变。
这样的系统允许操作者使用油门设定发动机的转速，然后利用附加控制来控制车轮的驱动和/或外围组件的操作，无需控制发动机转速。
例如，当车辆在低速下进行驱动时，操作者可以锁定油门位置(例如，在100％)并启用爬坡功能，使得仅外围组件的操作和(如果需要对速度稍加调整)所述爬坡表盘需要由操作者控制。
当来回移动车辆时，可能需要启用恒速驱动使得不管车辆行驶的坡度或其承载的载荷等，车辆可以维持所需速度而无需操作者的任何输入。由于操作者不必为了维持所需速度考虑调整爬坡表盘，因此简化了车辆的控制。
申请号为JP2000-6682A的日本专利描述一种车辆恒速驱动系统，当以下三个条件都得到满足时启用该系统：车辆操作者已经启动开关来表示他们想要启用恒速驱动；车辆的速度超过30KPH；以及车辆的速度已经保持稳定三秒。一旦启用，操作者可以通过关闭恒速驱动开关、踩刹车、踩油门或换挡来停用恒速驱动。
在该技术中，为了启用恒速驱动，操作者必须控制恒速驱动开关的操作。这进一步增加了车辆操作的复杂性，对作业车来说尤其如此，因为作业车已经具有复杂的控制系统，该系统要求操作者不仅要控制车辆的移动还要控制辅助装置的操作，如控制铲斗和挖掘工具。此外，作业车通常在繁忙、危险的区域来回移动，这更增加了车辆操作的复杂性。
发明内容
本发明内容涉及一种具有非直接传动系统的车辆的恒速驱动系统的启动控制方法，所述方法包括步骤：
如果满足a)和b)，则启动恒速驱动系统，
a)车辆速度在第一时间段保持稳定；并且
b)车辆操作者对发动机转速的要求在第二时间段保持稳定。
本发明内容还涉及一种用于控制具有非直接传动系统的车辆的恒速驱动系统的启动的控制器，该控制器被配置成：
如果满足a)和b)，则启动恒速驱动系统，
a)车辆速度在第一时间段保持稳定；并且
b)车辆操作者对发动机转速的要求在第二时间段保持稳定。
附图说明
通过实例并仅参照附图，描述了根据本发明内容的恒速驱动(CSD)启用控制过程和装置，附图中：
图1示出根据本发明内容的一个方面的可执行的控制过程，以便控制具有非直接传动的车辆中的CSD的启用；
图2示出根据本发明内容的另一方面的可执行的控制过程，以便控制具有非直接传动的车辆中的CSD的启用；
图3示出可以用于图1和图2的控制过程以便确定车辆速度是否稳定的步骤；
图4示出根据本发明内容的另一方面的可执行的控制过程，以便控制具有非直接传动的车辆中的CSD的停用；
图5示出控制系统的示意图，该控制系统可以用于具有间接传动的车辆中以执行图1、2、3或4中的方法步骤；
图6示出示例车辆，在该车辆中可使用图5的控制器。
具体实施方式
恒速驱动(CSD)是一种控制系统，不论车辆行驶的表面斜度如何或者车辆正进行何种作业，车辆都可以通过该控制系统保持恒速行驶。
图1示出控制过程的步骤，为了确定是否可以激活CSD，可根据本发明内容的一个方面执行该控制过程。
该方法步骤示出确定是否激活CSD的过程，因此在第一步，S110，CSD未工作。在步骤S110，确定是否发动机转速需求在至少发动机转速需求阀值时段TACT1内是稳定的。车辆发动机可以是内燃机，例如柴油机，发动机转速需求可以由油门的位置来设定，该油门可以由车辆的操作者控制。
技术人员考虑包括车辆类型、发动机大小和类型以及预期的车辆运行状况在内的各种因素，可将发动机转速需求必须稳定的阈值时段TACT1设定在任意适当值。例如，阈值时段TACT1可以是5秒，或更优选地2秒。
发动机转速需求的稳定性可以通过考虑发动机转速需求锁(例如油门锁)是否已被激活来确定。油门锁用于在接合时锁定发动机转速需求，这样当油门锁接合的时候，发动机转速需求不能降低，但是可以由操作者进行增加，例如操作者通过改变油门位置来增加需求。
如果发动机转速需求锁已被激活，并且在阀值时段TACT1期间发动机转速需求还没有从该锁接合时的水平增加，则可以认为发动机转速需求在阀值时段TACT1内已为稳定。当判断发动机转速需求是否已从锁定水平增加的时候，可布置成，任何需求水平的增加都被视为改变，或者仅将任何高于阈值水平的增加(例如100RPM锁定需求)视为改变。因此，可以忽略小的、偶然的发动机转速需求的增加，只有明显的主动增加速度才会产生影响。
在发动机转速需求锁还未启动的情况下，如果发动机转速需求处于发动机转速需求阀值VACT1之上，则仍可认定其稳定。技术人员通过考虑各种因素(可能包括车辆类型、发动机大小和类型以及预期的车辆运行状况)，可将阀值VACT1设定在任意适当值。例如，VACT1可以是最大可能发动机转速需求的60％，或更优选地最大可能发动机转速需求的80％。
因此，在步骤S110，还可以布置成，如果在整个TACT1期间内，发动机转速需求锁已开启且发动机需求还未从锁定位置增加，或发动机转速需求锁已关闭且发动机转速需求已超过阀值VACT1，则认定发动机转速需求已在阈值时段TACT1内稳定。
如果认定发动机转速需求在阈值时段TACT1内并不稳定，则控制过程可继续至步骤S140，在此CSD维持停用状态。如图1所示，控制方法随后可以返回至S110。
然而，如果认定发动机转速需求已在整个阈值时段TACT1内稳定，则控制过程可继续至步骤S120，在此确定车速是否已在车速阈值时间段TACT2内稳定。可将阀值时段TACT2设定为与阀值时段TACT1相同，或可将其设定为不同。
可以多种不同方式确定车速，例如，车速可以是车辆相对于其驶过路面的速度，可利用任何标准技术来确定该速度。可选地，车速可以是，例如，使车轮转动的马达的角速度。
为了确定车速是否稳定，可以将车辆在最近一段时间内的平均速度(即运动平均值)与当前车速进行比较，如果当前车速与车速的运动平均值之间的差小于阈限量，则可认定车速稳定。
例如，可通过存储周期性车速测量值，随后由一段时间(例如先前的三秒)内所存储的值确定平均速度，从而确定车辆的运动平均速度。通过这种方式，运动平均速度速度可随着每一新存储的速度测量值不断自我更新。尽管在本例中确定运动平均速度的周期是三秒，但也可选择将其设定为任意适当的时间周期，例如五秒。
或者，车速的移动平均值可以采用加权平均计算方法进行确定。在这种情况下，可以定期地进行车速测量，并通过向最近的测量结果施加较高的权重、而针对越早的测量结果则施加越低的权重的方式对测量值的平均值进行确定。以这种方式，越早的测量值在计算中变得愈加不重要，因此车速的移动平均值自身可以快速更新以反映车速的最新变化。可以采用技术人员所熟知的多种不同技术(例如使车速测量值通过低通滤波器)来确定车速加权移动平均值。
确定车速的移动平均值之后，如果当前车速处于平均车速任一侧的预定限值之内，则可以认定车速是稳定的。
图2示出了步骤S120如何确定车速是否稳定的实例。将车速的移动平均值VAVG从当前车速V中减去，从而确定两个测量值之间差值的模数|V-VAVG|。在步骤S210中，确定|V-VAVG|是否小于稳定阀值。如果|V-VAVG|小于稳定阀值，则可以在步骤S220中设置标志，以表明车速是稳定的。然而，如果|V-VAVG|大于稳定阀值，则可以在步骤S230中设置标志，以表明车速是不稳定的。
可以将稳定阀值设置为特定速度，例如2KPH，这样如果车速V在车速移动平均值VAVG任一侧的2KPH范围之内，则认为车速是稳定的。或者，可以将稳定阀值设置为车速移动平均值VAVG的百分比值，例如车速移动平均值的10％，这样如果|V-VAVG|在平均车速VAVG的10％之内，则认为车速是稳定的。
如果在步骤S120中确定出车速在阀值时间段TACT2内并不稳定，则控制方法可继续前进到步骤S140，在此步骤将CSD维持在非工作状态，然后控制方法可以返回到步骤S110。
然而，如果步骤S120确定车速在阀值时间段TACT2内是稳定的，那么控制方法可继续前进到步骤S130，在此步骤内CSD将被激活。
通过考虑发动机转速需求和车速的稳定性，可以确定CSD是否有用并且无需来自操作者的任何具体请求就可以激活它。因此，与操作者必须自己确定CSD是否有用然后启动开关来表明他们希望激活CSD的系统相比，车辆的控制被简化了。
应该可以理解，图1显示以那样的顺序来执行步骤S110和S120，然而事实上可以以任意顺序来执行所述步骤。
图3显示了为确定CSD是否应该被激活而可以执行的附加方法步骤。不必实施图3所示的所有步骤来执行CSD激活的控制。与此相反，可以使用图3所示的任意一个或多个步骤来控制CSD的激活。然而，一般来说，当图3所述的每一个附加步骤都被实施时，可以更准确地确定是否激活CSD。此外，可以以任意顺序实施图3所示的步骤。
在步骤S310中，确定车辆的爬坡功能是否已经被操作者激活。如果爬坡功能是激活的，这表明操作者希望在较低速度下移动车辆，并且主要希望通过开启油门锁及将爬坡表盘设定至特定位置来设定特定的车速。因此，被激活的爬坡功能表明操作者可以从CSD受益。
如果确定所述爬坡功能还未被操作者激活，则所述控制方法可以继续至步骤S140，在此CSD维持在未激活状态。
然而，如果确定所述爬坡功能已经被操作者激活，则所述控制方法可以继续至步骤S110，在此确定所述发动机转速需求是否在阈值时间段TACT1内已经稳定。关于步骤S110的更多细节在上文得到阐述。
如果确定发动机转速需求在阈值时间段TACT1内并不稳定，则所述控制方法可以继续至步骤S140，在此CSD维持在未激活状态。
然而，如果确定发动机转速需求在阈值时间段内已经稳定，则所述控制方法可以继续至步骤S320，在此确定车辆的速度是否大于阀值VACT2。
如前所述，所述车辆的速度可以由许多不同的测量值表示，包括转动汽车车轮的马达的角速度或相对于车辆行驶的路面的车辆速度，并且所述测量值可使用技术人员所熟知的任何技术获得。
所述阀值VACT2可以设置在由技术人员考虑有关因素，诸如车辆类型、发动机大小和类型以及预期运行条件，而确定的任何值。例如，阀值VACT2可以设置为150RPM或更优选地200RPM的马达转速。如果该马达转速低于所述阀值，CSD的准确控制可能非常困难，所以它不应当被激活。因此，如果该车速小于所述阀值，则所述控制方法可以继续至步骤S140并使CSD维持在非活动状态。然而，如果该车速超出该阈值，则所述控制方法可以继续至步骤S120。
在步骤S120中，确定在阀值时间段TACT2期间车速是否已经稳定。关于步骤S120的更多细节在上文得到阐述。
如果确定车速在阀值时间段TACT2内并不稳定，则控制方法可以继续至步骤S140，该步骤中CSD维持在不活动状态。
然而，如果确定车速在阀值时间段TACT2内一直稳定，则控制方法可以继续至步骤S330，该步骤中确定车辆操作者是否已激活制动需求。
制动需求可以由操作者通过压下刹车踏板激活，或通过任何其他可以导致应用车辆刹车的其他方式。
只要任何非零程度的制动需求已经得到应用，则在步骤S330中该制动需求就可视为已经被激活。或者，只有当制动需求激活的程度超过制动激活装置中的任何死区时，步骤S330可以视为制动需求已经被激活。例如，由于刹车踏板中的死区，初次压下刹车踏板通常不会导致车辆刹车的应用。只有当刹车踏板以超过死区的程度被踩下时，车辆制动器才激活。
如果在步骤S330中确定制动需求已经被激活，所述控制方法可以继续至步骤S140，该步骤中CSD维持在不活动状态。
然而，如果在步骤S330中确定制动需求还没有被激活，所述控制方法可以继续至步骤S130，该步骤中CSD处于激活状态。
在CSD激活之后，可执行图4中所示的方法步骤，以确定CSD应当保持激活还是应当停用。
图4示出可执行以确定CSD是否应当停用的方法步骤。因此，S410起始时，在其第一步处，CSD处于激活状态。
在步骤S410中，确定爬坡功能是否激活。此步骤与步骤S210类似，关于步骤S120的更多细节在上文得到阐述。
如果由步骤S410确定爬坡功能已停用，这表明操作者可能希望显著增加车速。因此，控制方法可继续进行到S490，在此处CSD停用。
然而，如果由步骤S410确定爬坡功能被激活，则控制方法可继续进行到步骤S420，在此处确定发动机转速需求是否稳定。
步骤S420与步骤S110类似，关于步骤S110的更多细节在上文得到阐述。如果发动机转速需求锁关闭，若发动机转速需求处于阀值水平VDACT1之上，则仍可认为发动机转速需求稳定。阈值水平VDACT1与步骤S110中的阈值VACT1类似，并可设置为与之相同或不同的值。
如果步骤S420确定发动机转速需求不稳定，则这可表明车辆操作者希望改变车辆的运行模式，例如改变其速度，所以控制过程可继续进行到步骤S490，在此处停用CSD。
然而，如果由步骤S420确定发动机转速需求稳定，则控制过程可继续进行到步骤S430，在此处确定车速是否低于停用速度阀值VDACT2。
步骤S430与步骤S320类似，关于步骤S320的细节在上文得到阐述。阈值速度值VDACT2可以与VACT2一样，或可设置为不同的阀值。优选地，VDACT2可小于VACT2，例如，如果VACT2是200RPM，则VDACT2可设置成50RPM。通过以这样的方式设置阀值，可将磁滞引入系统，使得CSD不会仅因车速在单一阀值任一侧发生少许改变而定期改变。
如果确定车速低于阀值VDACT2，则可能难以准确地维持CSD，并因此应当关闭所述CSD。
因此，如果步骤S430确定车速低于阀值VDACT2，则控制方法可继续进行到步骤S490，在此处停用CSD。
然而，如果步骤S430确定车速高于阈值VDACT2，则控制过程可继续至步骤S440，在步骤S440中，确定车速是否稳定。
步骤S440类似于步骤S120，其详情如上所述。
如果步骤S440确定车速不稳定，则CSD一定未能正确地运行，例如，这可能是车辆遇到极端上坡或下坡而引起的。如果CSD未能正确地运行，则应当将其关闭，使得车辆可针对情形找到合适的速度，直到可重新激活CSD的时候。
因此，如果步骤S440确定车速不稳定，则控制方法可继续至步骤S490，在步骤S490中，停用CSD。
然而，如果步骤S440确定车速是稳定的，则控制过程可继续至步骤S450，在步骤S450中，确定是否激活制动需求。
步骤S450类似于步骤S330，其详情如上所述。
如果步骤S450确定车辆操作者已激活制动需求，则清楚的是操作者希望改变车辆的速度，因此控制过程可继续至步骤S390，在步骤S390中，停用CSD使得可改变车速。
然而，如果步骤S450确定车辆操作者未激活制动需求，则控制过程可继续至步骤S460，在步骤S460中，确定车辆操作者是否已大量地改变爬坡表盘的位置。
如果爬坡位置从其在激活CSD的时候所在的设置增加或减少了大于阈值量的量，则认为爬坡表盘的位置已被显著改变。阈值量可由技术人员设为任何合适的值，考虑到相关因素，例如车辆类型、发动机型号和大小以及预期的车辆操作条件。例如，阈值量可设置为10％或更优选地5％，使得如果爬坡表盘的位置从其在激活CSD时的设置增加或减少了大于阈值量的量，则认为爬坡表盘的位置已被大量地改变。
如果步骤S460确定操作者已大量地改变了爬坡表盘位置，则清楚的是操作者希望改变车辆的速度，因此控制过程可继续至步骤S490，在步骤S490中，停用CSD。
然而，如果步骤S460确定操作者没有大量地改变爬坡表盘位置，则控制过程可继续至步骤S470，在步骤S470中，确定车辆发动机是否很容易发生熄火。
用于确定车辆发动机是否可能熄火的一种技术是将发动机实际转速与发动机转速需求相比较。当车辆正努力运转时，例如，如果大量的辅助装置正在运行和/或车辆正在爬陡坡，发动机转速会降低并且不能匹配发动机转速需求。如果发动机转速下降到明显低于需求水平，例如，如果发动机转速低于需求水平的70％，可以认为发动机有可能熄火。
如果车辆发动机被认为有可能熄火，CSD应当被停用使得允许降低车速，从而允许车辆发动机转速恢复到安全水平。
因此，如果步骤S470确定发动机转速低于发动机转速需求以下的阈值量，例如，如果低于发动机转速需求的70％，则车辆发动机可被认为有可能熄火，则控制过程可继续至步骤S490，在该步骤S490中，CSD被解除使得可以安全地采取措施来避免车辆发动机熄火，例如通过降低车速。
然而，如果步骤S470确定车辆发动机不太可能熄火，则控制过程可以继续至步骤S480，在该步骤S480中，CSD维持在启动状态，此后控制过程可返回步骤S410并再次开始控制步骤。
尽管图4中所示的上述控制过程包括全部步骤S410、S420、S430、S440、S450、S460和S470，但技术人员将容易地意识到在控制过程中实施所有这些步骤并不是必需的。相反地，可使用图4中所示的任意一个或多个步骤确定CSD是否应当被解除还是保持启动。此外，这些步骤可以按照任意顺序执行。
图5示出了根据本发明内容的一个方面的控制器500。
控制器500可配置成执行本发明内容所述的方法步骤。
控制器500可具有多个输入供使用，以便确定CSD是否应当启动或解除。例如，该输入可包括但不限于发动机转速需求510、是否启用发动机转速需求锁的指示520、车速530、是否启用爬坡系统的指示540、制动需求550、车速需求560及发动机转速570中的至少一个。
控制器500可在例如卡特彼勒(Caterpillar)A4：M1或A5：M12的发动机控制单元中实现，或是作为独立的控制单元实现。
工业实用性
本发明内容发现了对具有非直接传动的车辆内的CSD激活进行控制的应用方法，不需要车辆操作者自己确定CSD是否有用并相应地控制CSD请求开关，这样简化了车辆的控制。

Claims (15)

1.一种对具有非直接传动系统的车辆内的恒速驱动系统的启用进行控制的方法，所述方法包括以下步骤：
如果以下两个条件满足，则启用所述恒速驱动系统：
a)所述车辆的速度在第一时间段保持稳定；和
b)车辆操作者所发出的发动机转速需求在第二时间段是稳定的。
2.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，所述恒速驱动系统的启用进一步取决于：
c)所述车辆的速度大于第一车速阀值。
3.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，所述恒速驱动系统的启用进一步取决于：
d)车辆的操作者不使用车辆制动需求。
4.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，在启用所述恒速驱动系统之后，
如果所述车辆的速度不稳定，则所述恒速驱动系统将被停用。
5.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，在启用所述恒速驱动系统之后，
如果车辆操作者所发出的所述发动机转速需求不稳定，则所述恒速驱动系统将被停用。
6.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，在启用所述恒速驱动系统之后，
如果所述车辆速度小于第二车速阀值，则所述恒速驱动系统将被停用。
7.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，在启用所述恒速驱动系统之后，
如果所述车辆的操作者使用车辆的制动需求，则所述恒速驱动系统将被停用。
8.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，在启用所述恒速驱动系统之后，
如果所述车辆操作者所发出的车速需求与所述恒速驱动系统启用时的车速需求之间的变化值大于车速需求变化阀值，则所述恒速驱动系统将被停用。
9.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，在启用所述恒速驱动系统之后，
如果确定车辆发动机很可能会熄火，则所述恒速驱动系统将被停用。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，如果所述发动机转速在所述发动机转速需求以下超过阀值，则确定所述车辆发动机很可能会熄火。
11.根据前述任一权利要求所述的方法，其中：
如果所述车速与所述车速的移动平均值之间的差值小于稳定性阀值，则所述车速是稳定的，否则，所述车速是不稳定的。
12.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，如果满足以下任一条件，则所述发动机转速需求是稳定的：
发动机转速需求锁接合，并且，与在所述发动机转速需求锁接合时的所述发动机转速需求相比，所述发动机转速需求的改变没有超过发动机转速阀值，或
发动机转速需求锁未接合，并且所述发动机转速需求超过发动机转速需求阀值，
否则
所述发动机转速需求不稳定。
13.一种用于对具有非直接传动系统的车辆中的恒速驱动系统的启用进行控制的控制器，所述控制器被设置成：
如果以下两个条件满足，则启用所述恒速驱动系统：
1)所述车辆的速度在第一时间段是稳定的；和
2)所述车辆的操作者所发出的发动机转速需求在第二时间段是稳定的。
14.一种发动机组，其包括：
权利要求13所述的控制器，和
发动机。
15.一种包括权利要求14所述的发动机组的交通工具。
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