CN105297816A - 工程机械的操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种工程机械的操作方法，该工程机械的操作方法，所述工程机械设有：提供动力的动力源和连接到所述动力源的多个动力消耗系统，该方法的特征在于如下步骤：提供用于预测所述动力消耗系统中的至少一个所需的功率的预测模型；根据所述预测模型将所提供的功率平衡至所需的功率，将所述动力消耗系统经由分支部连接到所述动力源，并且所述预测模型包括表示所述分支部功率求和点，以及当所述预测模型指示在所述求和点处，在所述动力源和所述动力消耗系统之间交换的功率小于或将要小于零时，将所提供的功率平衡至所需的功率。可以平衡工程机械内的各种功率需求和/或扭矩需求子系统上的负载的突然快速增大。

Description

工程机械的操作方法

技术领域

本发明涉及一种工程机械的操作方法。

背景技术

轮式装载机通常设有内燃机、传动系、变速箱、驱动轮和工作液压系统。

内燃机向轮式装载机的不同功能提供动力。具体地，内燃机向轮式装载机的传动系和工作液压系统提供动力。

传动系将扭矩从内燃机传递到变速箱，该变速箱转而又将扭矩提供给装载机的驱动轮。具体地，变速箱提供不同的齿轮比，以用于改变驱动轮的速度以及用于在该轮的向前和向后驱动方向之间变化。

工作液压系统用于提升操作和/或用于使轮式装载机转向。为此，在轮式装载机中布置有用于提升和降低提升臂单元的至少一个液压工作缸，铲斗或其它类型的附加装置或工具例如叉铲安装在该提升臂单元上。通过使用另一液压工作缸，铲斗还能倾斜或枢转。此外，称为转向助力缸的液压缸布置为通过轮式装载机的前体部和后体部的相对运动来使轮式装载机转向。

为保护轮式装载机的内燃机免于变速箱和驱动轮的工作状况的突然快速变化的影响，通常为传动系提供液力变矩器等，该液力变矩器布置在内燃机与变速箱之间。液力变矩器提供弹性，使输出扭矩能够非常迅速地适应变速箱和驱动轮的工作状况的变化。此外，在特别沉重的工作运行期间，例如在轮式装载机的加速期间，变矩器提供增加的扭矩。

例如，如果不具有变矩器等的弹性的轮式装载机驶入障碍中，使得车辆的驱动轮停止，则这也将使内燃机停机，因为在这种设计中，发动机刚性且不可屈服地连接到驱动轮的旋转。然而，如果变矩器等布置在发动机与驱动轮之间或者更优选地在发动机与变速箱之间，则这种情形将不会发生。相反，如果轮式装载机的驱动轮停止，则这导致该变矩器(涡轮侧)的输出侧(涡轮侧)停止，而输入侧(泵侧)继续与发动机一起旋转。发动机将经受来自变矩器的较大内阻力，但它将不会停机。

然而，在工作液压系统与内燃机之间不存在液力变矩器等的弹性。相反，内燃机例如通过连接在发动机的输出轴与一个或多个泵的输入轴之间的机械式齿轮传动装置以程度不同的直接方式向工作液压系统的一个或多个液压泵提供动力。换句话说，工作液压系统上负载的快速增加被无任何明显减弱地传递到内燃机。当然，这可导致内燃机停机或导致由内燃机提供的动力被液压系统完全消耗，而未给传动系留下大量动力。这可能给轮式装载机的操作者留下非常不希望的印象：发动机已变得无力以可操作的方式使轮式装载机移动。

解决应对工作液压系统上负载的突然快速增大的问题的一种方法是使轮式装载机的内燃机运行在其速度范围的较高端处。这提供了动力裕度(margin)，该动力裕度使内燃机更容易应对液压系统上的快速负载增加，例如通过增大油门来恢复的时间。然而，通常较高的旋转速度导致明显增加的损失和因此增加的燃料消耗。因此，关于燃料消耗，最好使内燃机以较低的旋转速度运行。然而，这将为内燃机给出从工作液压系统上负载的突然快速增大中恢复的明显减小的裕度。

此外，为了确保液压功能在较低的旋转速度下同样快速，即为了确保在较低旋转速度下的相同液压流量，必须使用具有更高排量的更大的泵。更大的泵排量需要来自驱动该泵的源、即来自内燃机的更大扭矩。换句话说，如果我们从较高的旋转速度朝着较低的旋转速度移动以减小损失和燃料消耗，则我们将需要具有更高排量的液压泵，而这转而又导致内燃机上的更高的扭矩负载。处于较低旋转速度下的内燃机上的更高的扭矩负载意味着发动机被加剧使用。因此，与在较高旋转速度下用于向具有较低排量的液压泵提供动力的使用相比，对于内燃机来说现在已变得更难以从工作液压系统上负载的快速增加中恢复。

因此，当为诸如轮式装载机的工程机械设计现代内燃机时，希望在低旋转速度下获得高输出扭矩并获得对工作液压系统上负载的突然快速增大的迅速反应。为此，通常采用各种涡轮增压器或空气压缩机。然而，用于增强内燃机性能的这些和其它方案通常与愈加严格的排放法规、特别是与响应于工作液压系统上负载的突然快速增大而从发动机排出的废气和可见烟相关的排放法规相冲突。

考虑到上述内容，明显存在着对如下工程机械的需求，该工程机械具有提高的且更灵活的应对工程机械内的各种功率需求和/或扭矩需求子系统上负载的突然快速增大的能力。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于以提高的且更灵活的能力操作工程机械的方法，以平衡工程机械内的各种功率需求和/或扭矩需求子系统上的负载的突然快速增大。

通过用于操作如下工程机械的方法实现了此目的，该工程机械设有：提供动力的动力源和连接到该动力源的多个动力消耗系统，其特征在于如下步骤：提供用于预测动力消耗系统中的至少一个所需的功率的模型；检测表示功率需求的至少一个运行参数；在该预测模型中使用所检测的运行参数；以及根据该预测模型将所提供的功率平衡至所需的功率。根据优选实施例，该方法包括将所提供的功率平衡至所需的功率，从而减小动力源上的负载。

预测模型可包括动力源与动力消耗系统之间的操作性相互作用的特性表示，例如高级动态仿真模型和/或简单的方程或方程组形式的数学模型。

本发明的方法优选用在诸如轮式装载机的工程机械中，其中不同的动力消耗系统同时运行。尤其是在这种应用中，优选该方法包括同时监视多个动力消耗系统的所需的功率并相应地平衡该功率。

优选地，动力消耗系统包括传动系，该传动系布置在工程机械的动力源与驱动轮之间，用于将扭矩从动力源传递到驱动轮。此外，动力消耗系统优选包括工作液压系统，该工作液压系统包括由动力源提供动力的至少一个液压泵，用于移动工程机械上的器具和/或用于使该工程机械转向。

具体实施方式

根据优选实施例，该方法包括检测表示动力源和/或动力消耗系统中的至少一个的当前工作状况的至少一个运行参数。与检测针对求和点的运行参数相比，检测针对这些子系统(即，动力源、传动系和工作液压系统)的运行参数形成了用于为求和点处的功率平衡或即将到来的功率平衡提供更早指示的条件，特别是如果该求和点是飞轮。

根据又一优选实施例，该方法包括通过检测来自工程机械操作者的至少一个输入指令来检测至少一个运行参数。检测给予子系统的指令为求和点处的功率平衡或即将到来的功率平衡提供更早的指示。此外，通过检测操作者指令，可对动力源和动力消耗系统的工况进行精确的预测。

优选地，该方法既包括对表示动力源和/或动力消耗系统中的至少一个的当前工作状况的至少一个运行参数的检测又包括对来自工程机械操作者的至少一个输入指令的检测。

根据本发明方法的又一优选实施例，动力消耗系统经由分支部连接到动力源，并且预测模型包括表示该分支部的功率求和点。因而，预测模型中的求和点对应于其中将来自动力源的功率分给不同的动力消耗系统的实际点。换句话说，根据该预测模型，将所预测的到动力消耗系统的功率从所预测的由动力源提供的功率中减去。该方法优选包括：当预测模型指示在求和点处，在动力源和动力消耗系统之间交换的功率小于或将要小于零时，平衡功率。此外，该方法优选包括如下步骤：暂时调节该平衡，直至预测模型指示如下的平衡条件，即求和点处的所述功率等于或大于零。

所述功率平衡可以用多种替代和/或有利的方式进行，例如通过借助外部动力源(例如电机)向传动系增加扭矩，通过影响动力源和/或动力消耗系统中的至少一个，以及通过相对于所需的功率来减少(例如通过按比例减少)向动力消耗系统中的至少一个提供的实际功率。

使用外部动力源是特别有利的，因为这减少了对降低工程机械内的功率需求子系统和/或扭矩需求子系统的性能的需求。此外，能放宽对工程机械的主动力源的要求。

使用至少一个电机是有利的，因为这能实现灵活而紧凑的设计。电机还能通过多个动力源(例如，电池、发电机、燃料电池等)提供动力，这提供了增加的设计自由度。此外，电机对指令反应快速并且它们在低旋转速度下就提供大扭矩，考虑到可能必须相当快速地供给相当大的扭矩，这是有益的。

优选将电机布置在可能的传动单元上游或可能的变速箱上游，该传动单元布置在传动系中，并且该变速箱布置在传动系中。这样，电机不必既沿顺时针方向又沿逆时针方向工作以适应通过变速箱选择的向前和向后驱动。此外，将电机布置在传动单元上游能向分支部提供更直接的扭矩支持，在大多数情形中，该分支部实际定位在位于可能的传动单元上游的点处。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内，作出的变化、改型、添加或替换，都应属于本发明本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种工程机械的操作方法，所述工程机械设有：提供动力的动力源和连接到所述动力源的多个动力消耗系统，该方法的特征在于如下步骤：提供用于预测所述动力消耗系统中的至少一个所需的功率的预测模型；检测表示功率需求的至少一个运行参数；在所述预测模型中使用所检测到的运行参数；根据所述预测模型将所提供的功率平衡至所需的功率，将所述动力消耗系统经由分支部连接到所述动力源，并且所述预测模型包括表示所述分支部功率求和点，以及当所述预测模型指示在所述求和点处，在所述动力源和所述动力消耗系统之间交换的功率小于或将要小于零时，将所提供的功率平衡至所需的功率。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于如下步骤：将所提供的功率平衡至所需的功率，从而减小所述动力源上的负载。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于如下步骤：检测表示所述动力源和/或所述动力消耗系统中的至少一个的当前工作状况的至少一个运行参数。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于如下步骤：通过测量旋转速度和测量或估计扭矩来检测表示当前工作状况的至少一个运行参数。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于如下步骤：通过测量液压力和测量或估计由所述动力消耗系统中的一个中的液压泵提供的流量来检测表示当前工作状况的至少一个运行参数。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于如下步骤：通过检测来自工程机械操作者的至少一个输入指令来检测至少一个运行参数。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于如下步骤：暂时调节所述平衡，直至所述预测模型指示如下的平衡条件，即所述求和点处的所述功率等于或大于零。