CN108282999A - 用于具有作业机具的机器的牵引力控制系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种牵引力控制系统(200)，其被配置为限制具有作业机具(140)的机器(100)的滑移，所述牵引力控制系统包括：机器运动传感器(110)，其被配置为确定所述机器(100)的运动；作业机具单元(142)，其被配置为确定所述作业机具(140)是否处于操作状态；动力系统运动传感器(234)，其被配置为确定动力系统部件的运动；以及机器动力系统控制器(240)，其被配置为通过将所述机器(100)的所述运动与所述动力系统部件的所述运动进行比较来确定滑移，其中所述机器动力系统控制器(240)被配置为在滑移被确定时向所述动力系统部件发出扭矩减小的指令。

Description

用于具有作业机具的机器的牵引力控制系统和方法
技术领域
本公开涉及用于机器中的牵引力控制系统和方法，更具体地涉及用于具有作业机具的机器的牵引力控制系统和方法。
背景技术
包括大型轮式装载机、轮式推土机或履带式推土机在内的机器可用于在建筑或采矿工地上与高冲击载荷接合。这种使用通常可以称为“堆接合(pile engagement)”。在与材料堆接合时，这些机器可受益于高扭矩和高发动机转速。通常这些机器在不平坦或未铺砌的地带工作，例如，用于在充满岩石的矿区运输岩堆。在机器的使用寿命内可能造成成本过高的一个问题是轮胎或履带失效。例如，在采矿应用中，岩石或其他材料刺破轮胎，同时仍然留有大量的胎面。在轮胎胎面磨损变薄的整个使用周期之前，轮子上的轮胎可能需要更换。这种对于轮式装载机、轮式推土机或履带式推土机的轮胎或履带更换的成本可占机器操作成本的一大部分。
在这方面，业内的一个问题是，机器的操作员由于没有可靠的轮胎滑移指示器而不能在足够的时间内查清问题以防止这种灾难性的轮胎故障，直至损坏已经发生。这是因为甚至轮胎四分之一的旋转也可能会导致深度撕裂。这样的深度撕裂会使轮胎完全失效。或者，当轮胎一起旋转时，所有四个轮胎都可能会失效，因此，要减小输送到轮胎的扭矩，操作员的稍稍的反应延迟通常都会太晚。
已经开发了一些用于这种机器的牵引力控制的装置或技术，这些装置或技术未能解决上述问题。传统的牵引力控制设计可能试图消除所有情况下的轮胎滑移。然而，这可能会导致成本高昂，因为需要多个轮速传感器、需要知道机器铰接角度、单个轮子速度以及消除每个轮子滑移的手段。
标题为“Vehicle acceleration based traction control”(基于车辆加速度的牵引力控制)的美国专利No.6,182,002讨论了一种牵引力控制系统，其中基于测量的机器加速度而不是测量的轮子速度来检测轮胎旋转状况。电子控制器通过计算车辆驱动轴的加速度，并将计算出的加速度与加速度阈值进行比较，来检测轮胎旋转状况。
然而，诸如′002专利中的系统的现有技术方法实施起来可能昂贵，它们未被配置为确定机器部件的状态以便进行滑移确定(例如堆接合)，和/或未被配置为确定机器动力系统的状态以便进行滑移确定。
发明内容
在一个方面，本公开描述了一种牵引力控制系统，所述牵引力控制系统被配置为限制具有作业机具的机器的滑移，所述牵引力控制系统包括：机器运动传感器，其被配置为确定机器运动；作业机具单元，其被配置为确定机器的作业机具是否处于操作状态；动力系统运动传感器，其被配置为确定动力系统部件的运动；以及机器动力系统控制器，其被配置为：对由机器运动传感器确定的机器的运动与由动力系统运动传感器确定的动力系统部件的运动进行比较以确定滑移；当滑移被确定时向动力系统部件发出扭矩减小的指令；当作业机具单元确定机器的作业机具在操作时启用扭矩减小；以及当作业机具单元确定机器的作业机具未操作时禁用扭矩减小。
在一个方面，本公开描述了一种机器，所述机器包括：机器框架；发动机，其由机器框架容纳；机器运动传感器，其被配置为确定机器的运动；作业机具单元，其被配置为确定机器的作业机具是否处于操作状态；动力系统运动传感器，其被配置为确定动力系统部件的运动；机器动力系统控制器，其被配置为对由机器运动传感器确定的机器的运动与由动力系统运动传感器确定的动力系统部件的运动进行比较以确定滑移；所述机器动力系统控制器进一步被配置为当滑移被确定时向动力系统部件发出扭矩减小的指令；所述机器动力系统控制器进一步被配置为当作业机具单元确定机器的作业机具在操作时启用扭矩减小；所述机器动力系统控制器进一步被配置为使得当作业机具单元确定机器的作业机具未操作时禁用扭矩减小。
在一个方面，本公开描述了一种牵引力控制方法，所述方法被配置为限制具有作业机具的机器的滑移，包括：利用机器运动传感器来确定机器的运动；利用作业机具单元来确定机器的作业机具是否处于操作状态；利用动力系统运动传感器来确定动力系统部件的运动；利用机器动力系统控制器来对由机器运动传感器确定的机器的运动与由动力系统运动传感器确定的动力系统部件的运动进行比较以确定滑移；当滑移被机器动力系统控制器确定时减小传递到动力系统部件的扭矩；当作业机具单元确定机器的作业机具在操作时允许机器动力系统控制器减小扭矩；以及当作业机具单元确定机器的作业机具未操作时禁止机器动力系统控制器减小扭矩。
附图说明
图1示出了根据本公开的各方面的包括牵引力控制系统的机器的侧视图。
图2示出了根据本公开的各方面的用于图1的机器的动力系统和传动系统的示意图。
图3示出了根据本公开的各方面的用于图1的机器的动力系统和传动系统的示意图。
图4示出了根据本公开的各方面的牵引力控制系统的牵引力控制方法的框图。
具体实施方式
本公开涉及一种用于牵引力控制系统和方法的系统和方法，所述牵引力控制系统和方法检测各种输入并通过减小动力系统中的扭矩来进行响应。具体而言，一个输入可以指示由传感器确定的动力系统的加速度和/或速度。另一个输入可以指示由加速度计确定的机器的加速度和/或速度。当机器在未滑移的情况下操作时，动力系统的加速度将与机器的加速度成线性关系。在这些操作中，牵引力控制系统将不采取任何动作。另一方面，当机器在滑移的情况下操作时，根据线性关系，动力系统的加速度将大于机器的加速度。在此类情况下，牵引力控制系统将进行动作以减少滑移。此外，牵引力控制系统只有在机器主动操作机器机具时才起作用。
现在参照附图，其中相同的附图标记表示相同的元件。图1示出了根据本公开的各方面的机器100的侧视图。在一个示例性方面，机器100可以是轮式装载机、非公路卡车、履带式推土机或类似的地面接合机器100，诸如用于建筑、采矿或采石的机器。机器100可以包括机器框架120，该机器框架部分地容纳和包围机器100的非移动结构方面。操作员控制站或操作员室102附接到机器框架120并且可以容纳操作机器100所需的各种控制装置和设备。操作员输入设备104可以包括设置在操作员室102内的转向装置、操纵杆、脚踏板等，并且被配置为接收来自操作员的指示操作员期望的机器100的任何部件的运动的输入。操作员输入系统单元106可以附接到操作员输入设备104。
操作员输入系统单元106可以被配置为提供到操作员输入设备104的接口。在一个方面，操作员输入系统单元106可以被配置为：向操作员输入设备104提供电力；对信号提供信号调节并且存储来自操作员输入设备104的信号；提供来往于操作员输入设备104的通信能力；将模拟信号转换为数字信号；和/或辅助对操作员输入设备104的诊断。此外，操作员输入系统单元106还可以与机器控制器进行通信(如图2所示)。
在图1中，机器加速度计110可以与机器加速度计单元112连接，该机器加速度计单元可以位于操作员室102或机器框架120上的另一个位置，以生成诸如机器100的加速度和/或线速度的输出。机器加速度计单元112可以被配置为提供到机器加速度计110的接口。在一个方面，机器加速度计单元112可以被配置为：向机器加速度计110提供电力；对信号提供信号调节并且存储来自机器加速度计110的信号；提供来往于机器加速度计110的通信能力；将模拟信号转换为数字信号；和/或辅助对机器加速度计110的诊断。
所示方面的机器100可以包括作业机具140，该作业机具可以通过枢转连接点枢转地连接到机器框架120，连接到连杆臂146的一端。连杆臂146可以由操作员输入设备104和/或操作员输入系统单元106控制，并且可以通过机械或液压缸144的系统铰接。另一方面，连杆臂146可以自主或远程控制。作业机具140的移动同样由液压缸144控制，该液压缸可连接到连杆臂146并由操作员输入系统单元106或其他控制器系统控制。图1的方面中示出的作业机具140是用于拾取和运输材料的铲斗。或者，作业机具140可以采用任何其他形式，例如挖掘工具或平铲。
作业机具单元142可位于作业机具140上以监测作业机具140的作业接合状态。或者，作业机具单元142可以容纳于机器100的其他地方，如位于机器框架120上的液压系统上。作业机具单元142可以被配置为监测作业机具140。在一个方面，作业机具单元142可以监测作业机具140的各种输入和参数，例如，与材料堆的接合、处于静止位置和/或挖入地面。作业机具140和作业机具单元142可以通过嵌入在机器100上的传感器系统进行通信。作业机具单元142可以确定机器100是否已与堆接合。与堆的接合可以是机器100在作业机具140正在操作以进行诸如挖掘、搬运负载等活动的情况下的任何活动。在另一方面，作业机具单元142可以被配置为：向与作业机具140相关联的传感器提供电力；对信号提供信号调节并且存储来自与作业机具140相关联的传感器的信号；提供来往于与作业机具140相关联的传感器的通信能力；将模拟信号转换为数字信号；和/或辅助对作业机具140的诊断。
机器框架120可以连接到向机器100提供动力的机器动力系统130。机器动力系统130可以包括发动机132，诸如柴油发动机、汽油发动机、气体燃料动力发动机、本领域公知的任何其他类型的内燃机等。可以设想，机器动力系统130可以替代地包含电动机。机器100可进一步包括非燃烧动力源(未示出)，诸如燃料电池、电力存储装置或另一合适的动力源。
机器动力系统130和发动机132的旋转动力可以通过传动系统(见图2)有效地传递到地面接合构件150，该地面接合构件被配置为支撑和推进机器100。地面接合构件150可以是轮子151，该轮子可以进一步设置有轮胎152。尽管在图1的方面中示出了轮子，但是其他类型的地面接合构件150(例如履带)也可以用在这些机器100上。操作员输入设备104可以被配置为接收用于控制机器100的移动的各种输入。操作员输入系统单元106可以以各种方式同样选择性地延迟地面接合构件150的移动，或调节提供给地面接合构件150的扭矩，并因此选择性地延迟机器100的移动。或者，操作员输入系统单元106可另外地或替代地利用电动液压控制螺线管来操作制动系统(未示出)。
应该注意的是，当与材料堆接合时，机器100可以从扭矩和发动机转速的高值受益，并且当需要时，可以设想手动操作或自动控制系统，该系统指示输送提高或降低的发动机转速或扭矩，例如分别是右或左操作员踏板。或者，电子控制系统可以忽略对操作员向踏板输入的需求。在操作作业机具140时，例如当在堆中挖掘时，较少的动力可为期望的。在该方面，离合器或类似的装置可被配置为调节提供给地面接合构件150的扭矩，而不会影响传递到机器100液压系统或电力系统的功率。
图2示出了机器100的牵引力控制系统200的一个方面的示意图，该牵引力控制系统在机器动力系统控制器240的控制下控制机器动力系统130和/或传动系统250。根据示例性方面，机器动力系统130(下面讨论)可以控制由传动系统250传递的动力和/或扭矩的量。这种动力和/或扭矩传递可以经由轴202实现，该轴经由前差速器206和后差速器208、通过从发动机132的输出提供的旋转动力来将动力传递到地面接合构件150。尽管示出了两个从动轴202，但是根据机器100的类型可以使用单个轴202或两个以上的轴202。尽管在图2的方面中示出了轮子151，但是其他类型的地面接合构件150(例如履带)也可以用在这些机器100上。
根据示例性方面，发动机132可以连接到发动机转速传感器单元213，该发动机转速传感器单元可以被配置为提供到发动机132的接口。在一个方面，发动机转速传感器单元213可以被配置为：对发动机转速信号提供信号调节；为发动机转速信号提供通信能力；以及通常辅助对发动机转速传感器单元213的诊断。发动机132可以经由输出轴214连接到扭矩变换器210。扭矩变换器210可以包括传感器单元211，该传感器单元可以被配置为提供到扭矩变换器210的接口。扭矩变换器可以包括由动力源(例如发动机132)驱动的叶轮、可操作地联接到变速箱220的涡轮以及位于叶轮与涡轮之间以用于重定向从涡轮流向叶轮的流体的定子。在输入转速显著不同于输出转速的情况下，扭矩变换器210能够使扭矩倍增。
在一个方面，扭矩变换器210可以包括滑动离合器212，例如叶轮离合器，其经调制以减小动力系统扭矩并消除轮胎滑移。可以使用机器动力系统130的调节和输送方法，例如通过一个或多个滑动离合器212(例如叶轮离合器、变速箱离合器、差速器离合器和/或机器动力系统130的任何离合部分以及并联或串联路径混合机构(电动或液压))的完全和/或部分脱离而在整个机器动力系统130上均匀地减小扭矩。在一个方面，可以配置或控制扭矩变换器210的叶轮离合器。叶轮离合器的配置或控制可以包括：确定与扭矩的K因子相关的函数；确定当前发动机扭矩；确定期望的叶轮离合器滑移；使用该函数来确定实际叶轮速度并因此确定实际离合器滑移；以及调节叶轮离合器的操作状态以产生期望的叶轮离合器滑移。
在另一方面，跨机器动力系统130减小扭矩可包括在滑移状况下齿轮变速到较高档位。例如，升档至变速箱220中的较高档位以减小扭矩。在升档的传动比改变阶段，可以控制传递到动力系统变速箱220的净扭矩。在较高档位时，每次升档后扭矩都较小，因此在滑移状况下可起到减小扭矩的作用。
扭矩变换器210又可以经由连接轴215连接到变速箱220，并且利用同样经由轴217连接到变速箱220的输入传动齿轮箱216。变速箱220可以联接到变速箱控制器单元222，该变速箱控制器单元可以被配置为提供到变速箱220的接口。变速箱控制器单元222可以配备有变速箱输出速度传感器(未示出)以及其他此类装置，此类装置可以响应于来自控制器240的指令而选择性地啮合和脱离变速箱220的各齿轮组。此外，变速箱控制器单元222还可以被配备成接收、临时存储和输出指示变速箱220的当前齿轮啮合状态的参数。变速箱控制器单元222的这种输入和输出参数可以包括但不限于：传递到地面接合构件150的动力、输出轴214的速度、连接轴215的速度等。在操作期间，变速箱控制器单元222可以被配备成基于例如轮胎滑移事件的预定阈值来向变速箱220发出齿轮变速的指令。在另一方面，变速箱220可以是连续可变的控制变速箱，或者可替代地是变速箱动力系统，例如液压并联路径可变或任何其他类型的动力系统。然后，变速箱220可以经由输出轴219将动力传递到地面接合构件150，该输出轴可以连接到被称为降速箱218的分离器驱动器，该降速箱可以为一个或多个驱动轴204提供动力，每个轴202一个驱动轴204。
根据另一实例，应该理解的是，滑动离合器212可以位于发动机132与地面接合构件150之间的任何部件上。在一个方面，滑动离合器212可以容纳于扭矩变换器210中。例如，滑动离合器212可以实现为扭矩变换器210的叶轮中的叶轮离合器。在另一方面，滑动离合器212可以连接到变速箱220。在另一方面，滑动离合器212可以连接到降速箱218。或者，扭矩和/或动力控制可以用电动传动系统而不是用特定类型的动力系统来实现。
动力系统加速度计234可以联接到动力系统加速度计单元236，动力系统加速度计单元组合在一起或分别感测、测量和/或监测诸如机器动力系统130的加速度和/或速度的运动参数。动力系统加速度计234可以安装在非旋转结构上，例如邻近连接轴215、变速箱220等，以对机器动力系统130的旋转并且因此为地面接合构件150的旋转提供适当的灵敏度。在一个方面，例如，动力系统加速度计234可以位于扭矩变换器210中。动力系统加速度计234只需包含单个传感器以测量机器动力系统130的一些旋转或加速度，但可包含一个以上的传感器，其可测量机器动力系统130或传动系统250的运动。例如，驱动轴204的旋转速度或机器动力系统130的实际加速度可以由控制器240利用机器加速度计110实时输出来测量和评估。根据另一方面，动力系统加速度计234还可以接收机器动力系统130的旋转和速度以及加速度的某个方面的输入。
如示出的方面中所示，牵引力控制系统200的子系统可以与动力系统电控模块(ECM)(或者在本文中也被称为控制器240)进行通信。控制器240可以监测和控制各种发动机系统的功能，例如监测传感器读数、发出指令控制发动机132和变速箱220的速度、负载和作业机具输出等等。控制器240的这种监测和控制通过接收信息、转换和分析信息并通过至少一个通信信道向诸如发动机和变速箱部件的各动力系统部件发送指令来完成。控制器240可以包括可操作地与其他电子部件(例如数据存储设备)相关联的处理器，以及可以接收、转换、存储和输出参数的通信信道。
如一个方面中所示，控制器240可以进一步被配置为接收指示机器动力系统130的其余相关子系统(例如但不限于发动机132、扭矩变换器210和变速箱220)的操作状态的信息。这样，控制器240可以经由发动机转速通信通道244连接到发动机转速传感器单元213经由扭矩变换器通信通道246连接到由传感器单元211指示的扭矩变换器锁定状态，经由变速箱通信信道247连接到变速箱控制器单元222，以及经由加速度计控制单元通信信道245连接到动力系统加速度计234。
根据图示的实例展开，变速箱220可以包括可以响应于来自变速箱控制器单元222的指令而选择性地啮合和脱离各齿轮组(例如输入传动齿轮箱216、降速箱218等等)的结构。此外，这些结构还可以被配置为向变速箱控制器单元222提供指示当前齿轮啮合状态的信息以及其他信息，诸如通过变速箱220传递到地面接合构件150的动力、输出轴的速度219、连接轴215的速度等。在操作期间，变速箱控制器单元222可基于用于升档和降档变化的预定连接轴215、217速度阈值来向变速箱220发出齿轮变速的指令。
在另一方面，信息可以经由数据总线在控制器240与变速箱控制器单元222之间交换。应该认识到，虽然控制器240和变速箱控制器单元222被示为分离的部件，但是，它们可以可选地被集成到单个控制单元中或者被分成两个以上的控制单元。例如，用于控制机器100的整体操作状态和功能的主控制器可以与用于控制发动机132的电动机或发动机控制器单元协作地实现。在这方面，术语“控制器”旨在包括一个、两个或更多个控制器，该控制器可以与机器100相关联并且可以协同控制机器100(图1)的各种功能和操作。这些设备的功能尽管在附图中仅为说明目的而概念性地示为包括各种离散的功能，但是可以以硬件和/或软件来实现，而不考虑所示的离散功能。因此，尽管在图中针对机器动力系统130的动力系统部件描述了控制器240的各种接口，但是此类接口不旨在限制所连接的部件的类型和数量，也不限制所描述的控制器的数量。
控制器240可以进一步被配置为接收和传输指示机器100的其余部分(诸如作业机具140、操作员输入设备104和机器加速度计110)的操作的信息。这样，通过作业机具140的传感器监测状态的作业机具单元142可以经由作业机具接合通信信道241来与控制器240进行通信。例如，作业机具单元142可以被配置为接收输入，例如：来自操作员输入系统单元106的操作员指令和发出指令控制、作业机具140的角度、作业机具重量、与材料负载的接合、连杆臂146液压系统或液压缸148的操作状态等。操作员输入系统单元106可以经由通信信道242与控制器240进行通信。在另一个示例中，诸如踏板传感器的操作员输入设备104可以被配置为向操作员输入系统单元106提供信号和通信，然后向控制器240提供指示期望的机器100的地面速度的信号和通信。
继续参考图2，机器加速度计单元112用于监测机器100的加速度和/或速度，并且可以将机器100的运动经由机器加速器通信信道243传送到控制器240。机器加速度计110可以生成具有关于加速度的信息的加速度信号，并且控制器240被配置为接收信号。在另一方面，机器加速度计单元112可以感测机器的线速度并且基于速度的变化将其转换成加速度。
另一方面，机器动力系统130和/或传动系统250可以包括液压或电动混合动力的实施方式。对于液压实施方式，诸如液压泵、液压马达等的液压部件可位于机器框架120上，例如位于轴202和/或驱动轴204上。牵引力控制系统200可被配置为测量一个或多个液压部件和/或地面接合构件150(例如轮子151、轮胎152或履带(未示出))的加速度。另一方面，机器100可以包括具有混合电气部件的电动混合动力实施方式。混合电气部件可以包括发电机、至少一个电动机等。牵引力控制系统200可被配置为测量一个或多个混合电气部件和/或地面接合构件150(例如轮子151、轮胎152或履带(未示出))的加速度。
与控制器240和机器100子系统通信的所有单元都可以能够生成和接收传感器输入、转换信号以及过滤其他输入。这些单元可以例如过滤输入、提供功率信号、将模拟信号转换为数字信号并且反之亦然，以及许多其他功能。应该理解的是，可以存在控制器240与各发动机和/或机器子系统之间的附加或替代连接，但为了简单起见未示出。
图3示出了图2的牵引力控制系统200的另一方面。参考图3，动力系统加速度计234和相关联的动力系统加速度计单元236可以位于传动系统250或机器框架120上的一个或多个位置处。动力系统加速度计234用于访问和监测机器动力系统130的运动例如加速度和/或速度，并且可以安装在非旋转结构上，以向地面接合构件150(如轮胎152和/或履带(未示出))的旋转提供适当的灵敏度。这种安装位置在这里由X1、X2、X3、...X10指示。可以设想，动力系统加速计234可以安装在动力源(例如发动机132或变速箱220)与地面接合构件150(例如轮子151或履带(未示出))之间的某一位置处。在一个方面，动力系统加速度计234可以位于扭矩变换器210上。另一方面，动力系统加速度计234可位于驱动轴204上。
工业实用性
所述牵引力控制系统可以作为建筑和/或采矿行业的机器等的原始设备的一部分提供，或作为易于改装的附加装置提供，以提供用于与机器100接合的互补结构。该系统可以在许多种类型的机器100(包括非公路和沿公路机器)上利用，这些机器可以执行与诸如采矿、建筑、农业、运输的行业或已知的任何其他行业相关联的某种类型的操作。此外，任何类型的机器100都可以受益于根据本公开的牵引力控制系统。
牵引力控制系统200可以使用软件触发器，该软件触发器检测作业机具140何时正在挖掘或以其他方式与材料堆接合。可以将单个动力系统加速度计234集成到机器100的现有硬件中。当作业机具140正在接合时，控制器240可以监测诸如机器框架120的速度或加速度以及机器动力系统130的轮子或履带速度和加速度的参数的状态。动力系统加速度计234提供关于机器100是否正在加速的独立信息。因此，机器动力系统控制器240对滑移状况的反应比人类操作员反应更快，并且可以被配置为发出在机器动力系统130中进行必要的即时扭矩减小的指令以约束地面接合构件150的滑移。如果机器动力系统130加速度不再超过机器加速度计110加速度值，则牵引力控制方法400获知轮胎152不再滑移并且可以相应地重新引入扭矩。
图4示出了牵引力控制方法400的示例性框图，该牵引力控制方法可以由根据本公开的各方面的牵引力控制系统200来实现，也参考并结合了前面的图1-3中的图示。可以设想，控制器240可以监测机器100子系统的状态。
在框402处，控制器240可以访问或接收来自作业机具单元142以及操作员输入系统单元106的各种输入信号，所述输入信号检测作业机具140是否在操作，诸如正在与材料堆接合。当作业机具140在操作时，控制器240因此可以启用牵引力控制。这种用于进行堆接合检测的输入可以以多种不同方式进行，并且满足存储在控制器240中的预定作业机具接合阈值。可以向控制器240指示堆接合的输入类型的实例可以是当机器速度低时(例如低于2mph的阈值时)，或者当发动机负载高时(大约是发动机功率的70％时)，意味着发动机132正在使用大量的功率来移动材料。指示堆接合的另一此类输入可检测到操作员已向操作员输入设备104发出指令，使得作业机具140在作业时接合。指示堆接合的另一此类输入可表示连杆臂146的角度和/或铲斗的角度处于预定的挖掘位置范围内，该范围指示作业机具140与地面齐平且近乎接触地面。可以向控制器240指示堆接合的另一输入是传感器，该传感器监测液压缸144或液压缸148中针对与负载或堆相关联的倾斜或提升的压力。在所公开的牵引力控制方法400中设想了这些和其他类型的堆接合检测。
参照由框403和404表示的控制器240的输出，控制器240可以发送作业机具140处于接合状态(“是”)或未接合(“否”)的反馈。如果作业机具未与例如材料堆接合，则执行框403以将牵引力控制设定为“禁用”。控制器240可以继续到框402以监测作业机具140的堆接合，然后监测状态改变。但是，如果作业机具与材料堆接合，则执行框404以将牵引力控制设置为“启用”，因此牵引力控制被有效地转变为开启(ON)状态。
即使在牵引力控制系统是“启用”的情况下，也可以设想该方法持续循环进行状态检查，以确定堆是否被接合。如果作业机具在任何时刻都未接合，则框402示出了控制器240可以将牵引力控制引导至框403，以将牵引力控制设置为“禁用”状态。
在这里描述的方面，在框406中，机器动力系统控制器240可以对来自检测机器加速度的机器加速度计单元112的输入进行分析，向接收到的机器加速度输入分配值，然后将该值与控制器240也从动力系统加速度计单元236接收到的动力系统加速度值进行比较。在动力系统变速箱加速度值超过机器加速度计110加速度的时间点，则系统检测到滑移状况。在一个方面，加速度比较可以进一步基于构成滑移状况的各项的预设阈值。
在另一方面，也可以设想，同样可以监测机器100的速度并将其与动力系统速度进行比较。例如，驱动轴204上的动力系统加速度计234可以通过对加速度信号随时间进行求和或积分来确定实际的机器轮子速度或感测轮子速度。或者，可以在驱动轴204上安装速度传感器，以直接确定驱动轴速度、动力系统速度和/或轮速。然后，系统可以将驱动轴速度、动力系统速度和/或轮速与机器速度进行比较。在另一方面，可以将控制器240编程为将实时加速度值转换为速度值，或反之亦然。
在框406，机器动力系统控制器240可以监测和比较机器动力系统130和机器框架120的当前状态，以补充或替代将值与存储在电子处理器中的预定阈值进行比较。当机器100正在挖掘并且作业机具140已接合时，系统可以评估驱动轴速度、动力系统速度和/或地面接合构件150的速度的比例值，并且将该速度与机器框架120的速度进行比较。在驱动轴速度、动力系统速度和/或地面接合构件150的速度超过机器速度值的时间点，则系统已经检测到滑移状况。在一个方面，速度比较可以基于构成滑移状况的各项的预设阈值。
该方法可以进一步被配置为对地面接合构件150的旋转值作出反应，例如旋转八分之一圈、四分之一圈、十六分之一圈或任何其他期望的旋转，以防止轮胎永久损坏。例如，当铲斗进入材料堆时，期望机器100减速，并最终停止。但是如果地面接合构件150没有以相同的速率减速，则地面接合构件150可能滑移到落入严重轮胎损坏和滑移的预定范围内的点。该方法可以分析两条加速度线的趋势，例如动力系统的加速度线和机器100的加速度线。如果加速度线开始发散，则存在滑移状况的可能性。作为另一实例，如果机器100正在挖掘并且机器100的加速度或多或少地指示零加速度值，但是地面接合构件150开始加速，则存在滑移状况的可能性。
监测并允许在预定范围内的滑移可为有益的。可以计算滑移幅度并且可以确定滑移量是否超过预定滑移范围。或者进一步设想，零滑移是理想的，并且因此控制器240可以被配置为用于计算与动力系统加速度相比的、机器100相对于工作表面154的模拟0或1滑移状况加速度。可以设想，滑移误差的表达可以可替代地表示为机器速度或从动速度的一部分、百分比和/或任何其他值(如果需要的话)。在历史上，需要全部四个轮子151处的轮速传感器来执行这种检查，但是在该图示的公开中，控制器240接收开放式动力系统(即变速箱)加速度和机器加速度(其显示机器100正在有多快地加速)，并确定它们的相对值。
在其他设想的方面，在一些地带，作业机具140穿入工作表面154可能会导致机器100滑移。滑移可以通过机器100的实际地面速度与由动力系统加速度计234确定的动力系统的速度之间的差值来例示。也就是说，当机器100的实际地面速度小于由动力系统加速度计234确定的动力系统的速度时，确定发生滑移。滑移幅度可受工作表面154下方的材料的特性、作业机具140的切割深度或角度以及机器100的速度的影响。例如，当机器100在挖掘环境中被接合时，岩石或材料可能会阻止作业机具140在其中的移动，因此会阻止机器100的向前移动。材料施加的阻力大小可能随着作业机具140或连杆臂146的切割深度或角度的增大而增大。随着对作业机具140运动的阻力增大，机器动力系统130的扭矩也可能会增大。最终，由机器动力系统130施加的扭矩可能会超过工作表面154抵抗扭矩的能力，从而可能会发生滑移。
如果控制器240确定动力系统加速度未超过机器加速度，则没有检测到滑移状况，并且框407将“牵引力控制”设定为“非活动(NOT ACTIVE)”。牵引力控制方法400循环，并且框406处的监测继续，以确定该状态是否改变。
框408基于上述框406关于机器100的确定的滑移状态的输出。一旦框406确定存在滑移状况，就可以分配值0或1，该值将牵引力控制启用为活动(ACTIVE)，因为机器100准备缩减传递到机器动力系统130的扭矩。或者，在另一方面，还可以设想，可以向滑移状况分配值，然后，将该值与存储的查询表中的滑移值的范围进行比较，以帮助确定是否需要减小扭矩以及减小多少。框410示出了一旦确定了一个或多个轮胎152正在滑移，控制器240就向地面接合构件150发出扭矩减小的指令。可以使用机器动力系统130的调节方法，例如通过滑动离合器212、变速箱离合器、差速器离合器和/或机器动力系统130的任何离合部分以及并联或串联路径混合机构(电动或液压))的完全和/或部分脱离而在整个机器动力系统130上均匀地减小扭矩。
在另一方面，可以通过使用电动液压(EH)制动器来减小扭矩，以消除滑移。在另一设想的方面，没有离合器或类似装置的并联或串联路径混合动力(电动或液压)动力系统可替代地通过与液压或电动混合动力系统部件进行通信的控制器240来减小扭矩。例如，可以通过改变泵流量来减小液压扭矩。作为另一个实例，可以通过改变电机电流来减小电力扭矩。
可以根据动力系统加速度计234和机器加速度计110之间的加速度差来控制从机器动力系统130子系统移除扭矩的幅度和速率。方法400进行部署以减小扭矩的动作可与这些加速度或减速度偏离的速率成比例。进一步设想的是，控制器240可以向停止滑移状况的点发出扭矩减小的指令，而不一定消除所有扭矩。这又可允许方法400快速反应同时仍然向地面接合构件150提供有效且正向的扭矩，至少与条件允许作业机具140继续工作一样多的扭矩。
或者，可以设想，如果控制器240检测到发生滑移，则控制器240可以向功率离合器或滑动离合器212(例如扭矩变换器210的叶轮离合器)发出功率减小的指令。控制器240可以接收来自机器加速度计110的输入，并检查地面接合构件150的旋转，例如每分钟转数(RPM)，并且还接收来自动力系统加速度计234的输入，并且将该值与机器加速度计110输出进行比较。
框412示出了控制器240可以执行滑移状况是否不再存在的分析。在减小传递到机器动力系统130的扭矩之后，动力系统加速计234可以仍然监测滑移状况是否依旧存在。该计算可能意味着，控制器240以与框412中描述的非常类似的方式接收和评估数据和信号，以比较机器加速度值是否超过动力系统加速度值。如果是，则框414示出了控制器240如何警告机器100滑移状况不再存在，并且可以将扭矩成比例地重新引入到机器动力系统130。例如，推土机100的轮胎152失效的大多数情况是轮子未被铰接-即所有轮子都以相同的速度旋转-并与材料堆接合。因此，可能仅需要单个速度传感器来将运动信号传送至控制器240。例如，可以通过变速箱输出速度传感器来将该输出发送到控制器240。
框414示出了一旦控制器240警告机器100滑移状况不再存在，控制器240就发出指令将扭矩调回机器动力系统130中。然后，将牵引力控制设置为“禁用”(如框403所示)，同时牵引力控制系统将再次循环。控制器240可以将扭矩引回到动力系统，达到标称水平。可以使用机器动力系统130的输送和调节方法，例如通过包括但不仅限于下列滑动离合器的部件(叶轮离合器、变速箱离合器、差速器离合器和/或机器动力系统130的任何离合部分以及并联或串联路径混合机构(电动或液压))的完全和/或部分接合而在整个机器动力系统130上均匀地引入扭矩。
机器100可以设有选择器接口，其被配置为激活机器100的手动模式操作或自动模式操作。实际上，操作员可具有完全忽视牵引力控制的能力，但其可默认为开启状态。
进一步根据本公开的各个方面，本文描述的方法旨在用于专用硬件实现，包括但不限于PC、PDA、半导体、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑阵列、云计算设备以及构造用于实现在此描述的方法的其他硬件设备。
另外，本公开的各个方面也可以在非通用计算机实现中实现。而且，从本公开中显而易见的是，本文阐述的本公开的各个方面改进了系统的运行。此外，本公开的各个方面包括被专门编程以解决本公开所涉及的复杂问题的计算机硬件。因此，本公开的各个方面在其具体实现方式方面总体改善了系统的运行以执行由本公开阐述的以及由权利要求限定的方法。
虽然已经参考上述方面具体示出和描述了本公开的各方面，但是本领域技术人员将理解，在不脱离所公开的内容的精神和范围的情况下，可以通过对所公开的机器、系统和方法的修改而设想到各个附加方面。这些方面应当被理解为落入如根据权利要求及其任何等同物所确定的本公开的范围之内。

Claims (10)

1.一种牵引力控制系统(200)，其被配置为限制具有作业机具(140)的机器(100)的滑移，所述牵引力控制系统(200)包括：
机器运动传感器(110)，其被配置为确定所述机器(100)的运动；
作业机具单元(142)，其被配置为确定所述机器(100)的所述作业机具(140)是否处于操作状态；
动力系统运动传感器(234)，其被配置为确定动力系统部件的运动；以及
机器动力系统控制器(240)，其被配置为：
将由所述机器运动传感器(110)确定的所述机器(100)的所述运动与由所述动力系统运动传感器(234)确定的所述动力系统部件的所述运动进行比较以确定滑移，
当滑移被确定时向所述动力系统部件发出扭矩减小的指令，
当所述作业机具单元(142)确定所述机器(100)的所述作业机具(140)在操作时启用扭矩减小，以及
当所述作业机具单元(142)确定所述机器(100)的所述作业机具(140)未操作时禁用扭矩减小。
2.根据权利要求1所述的牵引力控制系统(200)，
其还包括离合器(212)，所述离合器与所述动力系统(130)设置在一起并且被配置为响应于来自所述机器动力系统控制器(240)的所述指令而减小由动力系统(130)输送的扭矩，
其中所述离合器(212)连接到下列中的一个：扭矩变换器(210)、变速箱(220)、齿轮部件、差速器、轴(202)和驱动轴(204)。
3.根据权利要求2所述的牵引力控制系统(200)，其中所述机器运动传感器(110)包括被配置为确定所述机器(100)的加速度的加速度计，并且其中所述动力系统运动传感器(234)包括用于确定所述动力系统部件的所述加速度的加速度计，
并且进一步地，其中所述动力系统部件包括下列中的至少一个：扭矩变换器(210)、变速箱(220)、齿轮部件、差速器、轴(202)、液压驱动部件、电驱动部件和驱动轴(204)。
4.根据权利要求1所述的牵引力控制系统(200)，其中当所述作业机具(140)与所述工作表面齐平并且与所述工作表面近乎接触时，所述作业机具(140)的所述位置被确定为接合，
并且进一步地，其中所述作业机具(142)基于下列中的至少一项来确定所述操作状态：发出指令控制所述作业机具(140)的操作员设备输出、所述作业机具(140)的位置的输出、与所述作业机具(140)相关联的液压系统中的压力的输出。
5.一种机器(100)，其包括根据权利要求1所述的牵引力控制系统(200)，并且还包括：
机器框架(120)；
由所述机器框架(120)容纳的发动机(132)；以及
至少一个地面接合构件(150)。
6.根据权利要求5所述的机器(100)，其还包括离合器(212)，所述离合器与所述动力系统(130)设置在一起并且被配置为响应于来自所述机器动力系统控制器(240)的所述指令而减小由动力系统(130)输送的扭矩，其中所述离合器(212)连接到下列中的一个：扭矩变换器(210)、变速箱(220)、齿轮部件、差速器、轴(202)和驱动轴(204)。
7.一种牵引力控制方法(400)，其被配置为限制具有作业机具(140)的机器(100)的滑移，所述牵引力控制方法(400)包括：
利用机器运动传感器(110)来确定所述机器(100)的运动；
利用作业机具单元(142)来确定所述机器(100)的所述作业机具(140)是否处于操作状态；
利用动力系统运动传感器(234)来确定动力系统部件的运动；
利用机器动力系统控制器(240)，将由所述机器运动传感器(110)确定的所述机器(100)的所述运动与由所述动力系统运动传感器(234)确定的所述动力系统部件的所述运动进行比较以确定滑移；
当滑移被所述机器动力系统控制器(240)确定时减小传递到所述动力系统部件的扭矩；
当所述作业机具单元(142)确定所述机器(100)的所述作业机具(140)在操作时允许所述机器动力系统控制器(240)减小所述扭矩；以及
当所述作业机具单元(142)确定所述机器(100)的所述作业机具(140)未操作时禁止所述机器动力系统控制器(240)减小所述扭矩。
8.根据权利要求7所述的牵引力控制方法(400)，其中所述减小扭矩还包括利用离合器来减小扭矩，所述离合器被配置为响应于来自所述机器动力系统控制器(240)的指令而减小由动力系统输送的扭矩，其中所述离合器连接到下列中的一个：扭矩变换器(210)、变速箱(220)、齿轮部件、差速器、轴(202)和驱动轴(204)，
并且其中所述动力系统部件包括下列中的至少一个：扭矩变换器(210)、变速箱(220)、齿轮部件、差速器、轴(202)和驱动轴(204)。
9.根据权利要求7所述的牵引力控制方法(400)，其中所述机器运动传感器(110)包括被配置为确定所述机器(100)的加速度的加速度计，并且其中所述动力系统运动传感器(234)包括用于确定所述动力系统部件的所述加速度的加速度计。
10.根据权利要求7所述的牵引力控制方法(400)，其中所述作业机具(142)基于下列中的至少一项来确定所述操作状态：发出指令控制所述作业机具(140)的操作员设备输出、所述作业机具(140)的位置的输出、与所述作业机具(140)相关联的液压系统中的压力的输出，
并且进一步地，其中当所述作业机具(140)与所述工作表面(154)齐平并且与所述工作表面近乎接触时，所述作业机具(140)的所述位置被确定为接合。
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