CN109797801B - 用于控制机器的系统及方法 - Google Patents

Abstract

提供一种用于控制机器的方法。机器包括摆动系统以及多个系统。该方法包括：通过惯性测量单元生成与机器的上架相对于作业表面的转动相关的数据；以及基于惯性测量单元所生成的数据通过控制器确定与上架相对于机器的底架的转动相关的数据。该方法包括：基于与上架相对于底架的转动相关的数据通过控制器确定摆动系统从动力源接收到的扭矩量；基于第一扭矩量通过控制器确定总扭矩需求；以及在总扭矩需求超过动力源的最大扭矩容量时，通过控制器调整总扭矩需求。

Description

用于控制机器的系统及方法

技术领域

本发明大体上涉及一种机器。更具体地，本发明涉及用于控制机器的操作的系统及方法。

背景技术

摆动式挖掘机器(例如，液压挖掘机和正铲挖掘机)可用于将材料从挖掘位置转移至倾卸位置。这些机器通常采用一个或多个系统(其消耗来自机器的动力源的扭矩)，进而需要大量的液压力和液压流来执行各种操作(该一个或多个系统包括机具系统、摆动系统等)。例如，摆动系统可包括动力源驱动式摆动泵，该摆动泵使加压流体流经摆动马达以使机器的上架相对于机器的底架进行转动。

此类机器还包括控制系统，该控制系统能够确定一个或多个系统中的每一个所消耗(或从动力源获取)的扭矩，从而高效地控制机器的操作和/或机器的一个或多个系统。对于某些系统而言，可准确地确定从发动机接收到的扭矩。然而，可能无法准确地确定摆动系统所消耗的扭矩。

在这种情况下，控制系统可预测/估计摆动系统所消耗的扭矩值。该预测/估计可能无法得出摆动系统所消耗的准确扭矩值。因此，控制系统可能无法准确地确定总扭矩需求，这可导致机器的操作较为低效。进一步地，由于扭矩的确定不准确，因此，在某些情形中，总扭矩需求超过动力源所能够生成的最大扭矩的状况可能无法被检测出来。在这种情况下，动力源可能会发生停转。

第20130111888A1号美国专利申请公开文本公开了一种液压回路。该液压回路包括具有第一端口以及第二端口的液压摆动马达。第一马达管道连接至液压摆动马达的第一端口，且第二马达管道连接至液压摆动马达的第二端口。液压回路进一步包括泵以用于通过第一马达管道和第二马达管道选择性地将加压液压流体流供给至液压摆动马达。控制器电连接至该泵，以基于液压摆动马达的摆动速度调整所述泵的扭矩输出。

发明内容

在本发明的方面中，公开了一种用于控制机器的方法。该机器包括摆动系统以及多个系统。方法包括通过惯性测量单元生成与机器的上架相对于作业表面的转动相关的数据。方法进一步包括基于惯性测量单元所生成的数据通过控制器确定与上架相对于机器的底架的转动相关的数据，其中摆动系统使上架相对于底架进行转动。方法还包括通过控制器确定摆动系统所消耗的扭矩量。扭矩量基于与上架相对于底架的转动相关的数据进行确定，且摆动系统从机器的动力源接收该扭矩量。之后，方法包括基于扭矩量通过控制器确定总扭矩需求，并在总扭矩需求超过动力源的最大扭矩容量时通过控制器至少部分地调整总扭矩需求，其中调整总扭矩需求包括降低将由多个系统中的一个或多个系统从动力源接收的特定扭矩量。

在本发明的方面中，公开了一种用于控制可操作地联接至机器的动力源的摆动系统和多个系统的控制系统。控制系统包括惯性测量单元以及控制器。惯性测量单元能够确定与机器的上架相对于作业表面的转动相关的数据。控制器可通信地联接至摆动系统、多个系统以及惯性测量单元。控制器能够基于惯性测量单元所生成的数据确定与上架相对于机器的底架的转动相关的数据。摆动系统使上架相对于底架进行转动。控制器还能够确定摆动系统所消耗的扭矩量。扭矩量基于与上架相对于底架的转动相关的数据进行确定。摆动系统从机器的动力源接收扭矩量。控制器还能够基于扭矩量确定总扭矩需求，并在总扭矩需求超过动力源的最大扭矩容量时通过降低将由多个系统中的一个或多个系统从动力源接收的特定扭矩量来调整总扭矩需求。

在本发明的方面中，公开了一种机器。机器包括动力源、底架、上架、多个系统、摆动系统、惯性测量单元以及控制器。上架可转动地安装在底架上。该多个系统以及摆动系统可操作地联接至动力源。摆动系统能够使上架相对于底架进行转动。惯性测量单元能够确定与上架相对于作业表面的转动相关的数据。控制器可通信地联接至摆动系统、多个系统以及惯性测量单元。控制器能够基于惯性测量单元所生成的数据确定与上架相对于机器的底架的转动相关的数据。控制器还能够确定摆动系统所消耗的扭矩量。扭矩量基于与上架相对于底架的转动相关的数据进行确定。摆动系统从机器的动力源接收扭矩量。控制器还能够基于扭矩量确定总扭矩需求。进一步地，控制器能够在总扭矩需求超过动力源的最大扭矩容量时通过降低将由多个系统中的一个或多个系统从动力源接收的特定扭矩量来调整总扭矩需求。

附图说明

图1是示出了根据本发明的实施例的具有上架以及底架的示例性机器的示意图；

图2是示出了根据本发明的实施例的机器的底架的示意图；

图3是示出了根据本发明的实施例的上架的角取向不同于图1所示的上架的取向的机器的示意图；

图4是示出了根据本发明的实施例的机器的一个或多个系统的示意图；

图5是示出了根据本发明的另一实施例的机器的一个或多个系统的示意图；以及

图6示出了根据本发明的实施例的用于控制机器的方法。

具体实施方式

现将详细参考本发明的实施例，这些实施例的示例示出在附图中。在任何可能的情况下，相同的附图标记将在各附图中使用来指代相同或类似的部件。

现参照图1，示出了在工地102处进行操作的示例性机器100。例如，工地102可包括矿场、垃圾填埋场、采石场、建筑工地或任何其他类型的工地。在图1所示的实施例中，机器100为液压采矿挖掘机，其能够从工地102的一个位置移除/挖掘材料，并在工地102上的另一位置处倾卸所收集的材料。然而，在各种其他实施例中，机器100可为任何能够执行推土操作、平整操作、找平操作、块体材料移除操作和/或任何其他类型的能够对工地102进行改造的操作中的一个的机器。在某些实施例中，机器100可为具有各种自主等级的机器，例如，完全自主机器、半自主机器和/或远程操作机器。机器100可用于执行与各种产业相关联的操作，这些产业与采矿、建筑、农业等相关。

机器100包括上架104以及底架106。底架106可为包括一对地面接合履带组件106a和106b的履带架(如图2所示)。该对地面接合组件106a和106b能够与工地102的作业表面128相接合。上架104可转动地安装在底架106上，从而使得上架104能够相对于底架106绕着轴线A-A进行转动。上架104可通过设置在底架106上的摆动组件108可转动地安装在机器100的底架106上(如图2所示)。

上架104能够支撑机器100的各种部件/系统，例如，操作者驾驶室110、动力产生系统112、机具系统116、摆动系统118以及一个或多个辅助系统122。

在所示实施例中，操作者驾驶室110是一种外壳，其可包括电子面板、显示器、按钮、操纵杆和/或各种其他能够使机器100的系统中的一个或多个进行移动的物理致动部件中的一个或多个。

动力产生系统112包括以能够产生扭矩来操作机器100的各种系统的发动机和/或电动马达的形式存在的动力源126。在实施例中，动力源126可为柴油发动机。在各种其他实施例中，动力源126可为任何通过固体、液体或气体燃料进行运行的发动机。虽然在图1中示出了一个动力源126，但在各种其他实施例中，机器100可包括多个能够产生用于操作机器100的各种系统的扭矩的动力源126。

机器100还可包括设置在底架106上的推进系统114。推进系统114能够可操作地联接至动力源126。推进系统114可包括联接至地面接合履带组件106a和106b的马达、传动轴、齿轮、差速器系统、轮轴、惰轮等。推进系统114的这些部件能够从动力源126接收一定量的扭矩，以使地面接合履带组件106a和106b在作业表面128上进行移动。

机具系统116包括动臂130、斗杆131、作业机具132以及液压致动器134、136和138。动臂130的端部可联接至上架104，而动臂130的另一端部可联接至斗杆131的一个端部。斗杆131的另一端部可联接至作业机具132。斗杆131和/或动臂130可经由液压致动器134和136进行操作。液压致动器136能够使斗杆131绕着枢转点X进行移动。作业机具132可通过液压致动器138进行操作。虽然作业机具132在图1中以铲斗的形式实现，但在某些实施例中，其他类型的作业机具(例如，但不限于：铲刀、刮刀等)可被机器100采用，而不偏离本发明的精神。

机具系统116进一步包括可操作地联接至动力源126的机具泵140。机具系统116能够接收/使用来自动力源126的一定量的扭矩，并对储存在储器/蓄液器(未示出)中的流体进行加压。该加压流体可由液压致动器134、136和138利用来使动臂130、斗杆131和/或作业机具132进行移动。虽然在图1中示出了一个机具泵140，但在某些实施例中，机器100可包括多个机具泵140。

图1示出了相对于底架106处于第一角位置处的上架104，而图3示出了相对于底架106处于第二角位置处的上架104。这种转动可由机器100的摆动系统118进行执行。摆动系统118可包括摆动泵144、摆动马达146以及压力测量装置147。摆动泵144能够可操作地联接至动力源126，并能够从动力源126接收一定量的扭矩，以对储存在储器/蓄液器中的流体进行加压。加压流体流经摆动马达146，并产生动力。该动力用于使上架104相对于底架106进行转动。压力测量装置147能够检测在摆动系统118内流动的流体在摆动系统118中的一个或多个位置处的压力(例如，压力测量装置147可检测在摆动系统118的点Z处的压力)。虽然仅示出了一个摆动泵144、一个摆动马达146以及一个压力测量装置147，但在某些实施例中，机器100可包括多个摆动泵144、多个摆动马达146和/或多个压力测量装置147。

机器100包括一个或多个辅助系统122。一个或多个辅助系统122可包括显示器、用于通风的风扇、一个或多个冷却风扇、空气调节单元、照明系统、伺服系统、变速箱冷却系统等。一个或多个辅助系统122能够可操作地联接至动力源126，并能够从动力源126接收一定量的扭矩，以操作显示器、用于通风的风扇、一个或多个冷却风扇、空气调节单元、照明系统、伺服系统、变速箱冷却系统等。

虽然在所示实施例中描述了机器100的若干系统，但在其他实施例中，机器100可进一步包括各种其他系统，这些系统可从动力源126接收一定量的扭矩，以执行特定操作/功能。

为了更好地理解当前公开的内容，将在下文中假定机器100包括摆动系统118以及由附图标记150表示的多个系统(如图4所示)。该多个系统150包括推进系统114、机具系统116以及一个或多个辅助系统122。

机器100进一步包括能够确定各系统(即机器100的摆动系统118以及多个系统150)所消耗的扭矩量(即从动力源126接收到的扭矩)的控制系统160。进一步地，控制系统160能够基于确定扭矩量来高效地控制机器100的操作。控制系统160包括控制器162、存储器164以及通信装置166。

控制器162还能够根据一个或多个指令进行操作。控制器162可包括处理器、微处理器、微控制器或任何其他合适的用于执行指令/计算的装置中的任一个或多个。指令能够可检索地储存在存储器164内。存储器164可设置在控制器162上，或可设置在控制器162的外部。存储器164可包括非瞬变计算机可读介质或存储器，例如，光盘驱动器、闪盘驱动器、光存储器、只读存储器(ROM)等。

控制器162能够可操作地联接至通信装置166。通信装置166可促进与机器100和/或摆动系统118、压力测量装置147以及多个系统150之间的通信。通信装置166可为收发器(即包括发射器和接收器的装置，其中该发射器和接收器结合在一起，并共享公共电路或单个壳体。当发射功能与接收功能之间不存在有公共电路时，该装置为发射器-接收器)。收发器可利用一种或多种已知的通信协议来从部件及一个或多个计算装置发射并接收数据。此类通信协议的示例可包括但不限于：传输控制协议/因特网协议(TCP/IP)、3G、4G、2G、蓝牙、Zigbee、I2C等。

在图4所示的实施例中，示出了直接操作/控制摆动系统118以及多个系统150的单个控制器162。然而，在图5所示的另一实施例中，机器100的各系统可包括能够操作关联/对应系统的子控制器。例如，在图5所示的实施例中，摆动系统118可包括能够控制摆动系统118的操作的第一子控制器119。进一步地，多个系统150中的各系统还可包括其各自的子控制器，这些子控制器能够控制对应系统的操作。例如，机具系统116可包括能够控制机具系统116的操作的第二子控制器117。进一步地，推进系统114可包括能够控制推进系统114的操作的第三子控制器115。此外，一个或多个辅助系统122可包括能够控制该一个或多个辅助系统122的操作的一个或多个第四子控制器123。

在这种结构中，控制器162可为主控制器，该主控制器可通信地联接至子控制器115、117、119和123，并将指令/信号传送至子控制器115、117、119和123，以控制子控制器115、117、119和123的操作。子控制器115、117、119和123可与控制器162相类似，并可具有相同的部件/电路。

控制系统160进一步包括设置在上架104上的惯性测量单元168，该惯性测量单元能够确定/生成与机器100的上架104相对于工地102的作业表面128的转动相关的数据。在某些实施例中，该转动可为机器100的上架104相对于工地102的作业表面128的完全转动(即360°转动)。在某些实施例中，该转动可为机器100的上架104相对于工地102的作业表面128的部分转动(即角度在1～359°的范围内的转动)。惯性测量单元168能够可通信地联接至控制器162，并可包括陀螺仪、加速度计或本领域中已知的任何其他此类装置中的一种或多种。

基于与上架104相对于作业表面128的转动相关的数据，控制器162确定上架104相对于底架106的转动。在某些实施例中，该转动可为上架104相对于底架106的完全转动(即360°转动)。在某些实施例中，该转动可为上架104相对于底架106的部分转动(即角度在1～359°的范围内的转动)。

在确定与上架104相对于底架106的转动相关的数据之后，控制器162针对所接收到的与上架104相对于底架106的转动相关的数据执行一组指令，并确定摆动系统118所消耗的第一扭矩量。

第一扭矩量的确定可包括针对与上架104相对于底架106的转动相关的数据以及来自压力测量装置147的数据执行一组储存在控制器162中的指令。更具体地，该组指令可包括各种计算，当针对与上架104相对于底架106的转动相关的数据进行执行时，这些计算可提供上架104相对于底架106的转速和/或位移。例如，与上架104相对于底架106的转动相关的数据可包括指示上架104的角位移的角位移数据，其中，该角位移可在上架104相对于底架106进行转动时发生。通过利用上架104相对于底架106的这一角位移数据以及在上架104相对于底架106的转动/角运动期间所花费的时间，可确定上架104相对于底架106的转速。例如，在示例性情形中，上架104可相对于底架106以角位移‘ω’(以度、弧度或转数表示)进行转动。要使上架104相对于底架106以角位移‘ω’进行转动，需花费时间‘T’(以秒、分钟或小时表示)。上架104相对于底架106的角速度和/或转速可通过如下等式进行计算：

转速＝角位移/进行角位移所花费的时间

或转速＝‘ω’/‘T’

进一步地，控制器162和/或存储器164可具有预储存计算/指令/等式(例如，摆动马达146的转速＝上架104相对于底架106的转速×传动比^-1——传动比为齿轮的齿数比，其由摆动支承组件108利用来使上架104相对于底架106进行转动)。通过利用预储存等式、所确定的转速和/或上架104相对于底架106的位移，可确定摆动马达146和摆动泵144的转速及位移。一旦控制器162确定了摆动马达146的速度，控制器162就执行计算/指令/等式(其预储存在控制器162和/或存储器164中)，以确定摆动系统118中的液压流体流量。例如，等式可使用如下逻辑：摆动泵144每分钟/秒/小时的一次转动所位移和产生的流体流量等于每分钟/秒/小时的第一流体体积；如此，每分钟/秒/小时的M次转动所位移和产生的流体流量可等于M×每分钟/秒/小时的第一流体体积，其中M对应于摆动泵144的转速。

通过利用上述所确定的摆动系统118中的液压流体流量、摆动马达146的速度以及压力测量装置147的压力读数，控制器162可确定摆动系统118所消耗的第一扭矩量。例如，为了确定第一扭矩量，控制器162能够利用如下等式：

扭矩＝[流体流速(每单位时间的流体流量)×压力(每单位面积的施加力)×常数]/摆动马达146每单位时间的转数。

在一个实施例中，流体流速可用加仑/分钟来进行量化，压力可量化为磅/英寸，且摆动马达146的转动运动可用转数/分钟来进行量化。针对这种数据，扭矩等式可为：

扭矩＝[流体流速(例如，以加仑/分钟表示)×压力(例如，磅/平方英寸)×36.77]/摆动马达的转数/分钟，

其中“36.77”对应于常数。

虽然在所描述的实施例中，常数的值为36.77，但在各种其他实施例中，常数的值可因流体流速、摆动马达146的速度以及摆动系统118内的压力值的不同测量单位而有所不同。

关于第一扭矩量的计算/确定的更详细说明将在后面的说明书中参照示例性情形进行讨论。

控制器162随后基于第一扭矩量确定总扭矩需求。总扭矩需求为多个操作系统及激活系统执行期望操作所要求的总扭矩量。控制器162还能够在总扭矩需求超过动力源126的最大扭矩容量时通过控制将由多个系统150中的一个或多个系统从动力源126接收的扭矩量来调整总扭矩需求。

工业应用性

如上文所讨论的，本发明涉及具有惯性测量单元168的控制系统160，该惯性测量单元能够确定/生成与机器100的上架104相对于工地102的作业表面128的转动相关的数据。通过利用该生成/确定数据，控制系统160的控制器162可确定摆动系统118所消耗的扭矩。控制器162还能够监测机器100的各系统的扭矩需求，并调整总扭矩需求。此类控制系统可准确地测量摆动系统118所消耗的扭矩量值，并有助于有效地利用可用扭矩，由此提高机器100的效率以及机器100的总作业输出。

在本发明的另一方面中，公开了用于通过控制系统160控制机器100的方法600，如图6所示。方法600包括通过惯性测量单元168生成与机器100的上架104相对于工地102的作业表面128的转动相关的数据(步骤602)。方法600进一步包括基于所生成的数据(即与机器100的上架104相对于工地102的作业表面128的转动相关的数据)通过控制器162确定与上架104相对于机器100的底架106的转动相关的数据(步骤604)。方法600进一步包括通过控制器162(以上文所讨论且在下文中更详细地公开的方式)确定摆动系统118所消耗的第一扭矩量(即摆动系统118从动力源126接收到的第一扭矩量)。如上文所公开的，扭矩量基于与上架104相对于底架106的转动相关的数据进行确定(步骤606)。

此外，方法600包括基于第一扭矩量通过控制器162确定总扭矩需求(步骤608)。之后，方法600包括在总扭矩需求超过动力源126的最大扭矩容量时，通过控制器162以如下方式调整总扭矩需求：降低将由多个系统150中的一个或多个系统从动力源126接收的扭矩量(步骤610)。

现将参照图1至5和多个示例性情形对上述方法600以及控制器162和惯性测量单元168的操作进行详细的说明。

在示例性情形中，可假定机器100的动力源126能够生成200牛顿/米的最大扭矩量值(牛顿/米在下文中被称为“Nm”)。进一步地，可假定操作者驾驶室110内的操作者正在操作机器100，以在工地102处执行所期望的作业操作。在该操作期间，机器100可利用多个系统150中的一个或多个系统以及摆动系统118。操作者驾驶室110内的操作者可通过如下方式致动摆动系统118：移动杆或操纵杆/拨动杆，或按压存在于操作者驾驶室110中的按钮。如此，如操作者所期望的，摆动系统118可从动力源126接收一定量的扭矩，以使上架104相对于底架106进行转动。此外，操作者可发出指令使机器100进行移动，从而使得底架106可相对于工地102的作业表面128进行转动和/或回转。

当摆动系统118使上架104相对于底架106进行转动，且机器以上述方式进行移动时，设置在上架104上的惯性测量单元168检测到上架104已相对于作业表面128可转动地移动。针对上架104和底架106的此类运动的检测促使惯性测量单元168生成与上架104相对于作业表面128的转动相关的数据。在实施例中，与上架104相对于作业表面128的转动相关的数据的生成可包括在上架104的转动期间，记录上架104在各时间点下相对于作业表面128的角位移、角取向以及角速度。

与上架104相对于作业表面128的转动相关的数据可包括与摆动系统118所引起的上架104相对于底架106的转动相关的数据。进一步地，与上架104相对于作业表面128的转动相关的数据还可包括与上架104的由底架106相对于作业表面128的转动移动/回转移动引起的转动相关的数据(例如，若底架106相对于地面128进行转动/回转，则其将致使上架104同时进行转动。该转动移动可由惯性测量单元168进行检测，且与该转动相关的数据可被生成)。

控制器162可不断地追踪底架106相对于作业表面128的运动。例如，在实施例中，控制器162能够经由GPS(全球定位系统)追踪机器100的行进路径。控制器162还能够在机器100的整个移动期间(即机器100在路径上的整个行进期间)检测机器100的底架106相对于作业表面128的取向。根据该追踪，主控制器162能够确定机器100的底架106相对于作业表面128的转动移动和/或回转移动。

通过利用该确定数据(即关于机器100的底架106相对于作业表面128的转动移动和/或回转移动的数据)以及与机器100的上架104相对于作业表面128的转动移动相关的数据，控制器162确定与上架104相对于底架106的转动相关的数据。在实施例中，与上架104相对于底架106的转动相关的数据可包括上架104相对于底架106的角速度、角位移以及角取向。

在确定与上架104相对于底架106的转动相关的数据之后，控制器162将信号传送至压力测量装置147。该信号指引压力测量装置147发送摆动系统118中的不同位置处的压力值。从压力测量装置147接收到摆动系统118中的不同位置处的压力值之后，控制器162确定由摆动系统118消耗以使上架104相对于底架106进行转动的第一扭矩量。

如上文所公开的，第一扭矩量的确定可包括针对与上架104相对于底架106的转动相关的数据以及来自压力测量装置147的数据执行一组储存在控制器162中的指令。更具体地，该组指令可包括各种计算，当针对与上架104相对于底架106的转动相关的数据进行执行时，这些计算可提供上架104相对于底架106的转速和/或位移。该组指令可进一步包括各种计算，这些计算基于所确定的上架104相对于底架106的转速确定摆动系统118中的液压流体流量。

现将详细地说明摆动系统118是如何工作的，以及控制器162是如何确定摆动系统118中的流体流量的。摆动泵144从动力源126接收扭矩，并进行转动以对固定体积的流体进行加压并使其位移(该信息可储存在存储器164中)。所位移的加压流体流经摆动马达146，以将转速及位移传递给摆动马达146。摆动马达146可通过具有传动比(驱动齿轮(即相对于从动齿轮(即摆动支承组件108的齿轮)中的齿数通过摆动马达146进行转动的齿轮)中的齿数比)的传动组件(未示出)联接至上架104。摆动马达146的转速及位移因传动组件的传动比而降低，并通过传动组件转移至上架104，以使上架104相对于底架106进行转动。此类关于摆动系统118的工作的信息可预储存在存储器164和/或控制器162中。

进一步地，控制器162和/或存储器164可具有预储存计算/指令/等式(例如，摆动马达146的转速＝上架104相对于底架106的转速×传动比^-1)，其利用传动组件的传动比、所确定的转速和/或上架104相对于底架106的位移来确定摆动马达146和摆动泵144的转速及位移。一旦控制器162确定了摆动马达146的速度，控制器162就执行计算/指令/等式(其预储存在控制器162和/或存储器164中)，以确定摆动系统118中的液压流体流量。例如，等式可使用如下逻辑：摆动泵144每分钟/秒/小时的一次转动所位移和产生的流体流量等于每分钟/秒/小时的第一流体体积；如此，每分钟/秒/小时的M次转动所位移和产生的流体流量可等于M×每分钟/秒/小时的第一流体体积，其中M对应于摆动泵144的转速。

通过利用上述所确定的摆动系统118中的液压流体流量、摆动马达146的速度以及压力测量装置147的压力读数，控制器162可确定摆动系统118所消耗的第一扭矩量。例如，为了确定第一扭矩量，控制器162能够利用如下等式：

扭矩＝[流体流速(每单位时间的流体流量)×压力(每单位面积的施加力)×常数]/摆动马达146每单位时间的转数。

为了更好地理解，可假定控制器162确定摆动系统118从动力源126接收到的第一扭矩量的量值为100Nm。

同时，控制器162确定寄生负载(即不可控负载以及仅可模拟或估计的负载)。寄生负载可包括交流发电机、液压供给泵、先导泵以及某些机器冷却功能所消耗的负载/扭矩。为了更好地理解，可假定控制器162估计寄生负载从动力源126接收到的扭矩量值为20Nm。

控制器162还可同时检测多个系统150中的一个或多个活动系统。例如，可假定在示例性情形中，控制器162检测到机具系统116以及一个或多个辅助系统122中的第一系统124为活动系统(活动系统是指处于运行/活动状态中的系统)。控制器162从安置在一个或多个活动系统上的各种传感器接收与多个系统150中的一个或多个活动系统相关的数据。例如，控制器162可从传感器170(其设置在机具系统116上)接收与机具系统116相关的数据，该传感器能够检测并传送与机具系统116的一个或多个特性相关的数据。该一个或多个特性可包括机具泵140的泵速、流过机具系统116的流体的流量以及在机具系统116内循环的流体的压力。类似地，控制器162能够经由设置在第一系统124上的传感器172接收与第一系统124相关的数据。基于与一个或多个活动系统(即机具系统116以及一个或多个辅助系统122中的第一系统124)相关的数据，控制器162确定一个或多个活动系统从动力源126接收到的第二扭矩量。假定控制器162确定机具系统116所消耗的扭矩量值为40Nm，且第一系统124所消耗的扭矩量值为20Nm(控制器162由此确定第二扭矩量为60Nm)。

在本文所描述的当前示例性情形中，机器100机器100包括能够产生值为200Nm的最大扭矩的动力源。进一步地，机器100具有活动或处于操作状态中的系统。这些系统的总消耗量为180Nm(即100Nm(摆动系统118)、20Nm(寄生负载)、20Nm(第一系统124)以及40Nm(机具系统116))。在机器100的此类作业情形中，操作者驾驶室110内的操作者可为机具系统116请求40Nm的额外扭矩需求。在该情形中，第一扭矩量、第二扭矩量、寄生负载所消耗的扭矩量值和操作/活动系统的额外扭矩需求的总和将达到220Nm。若要求动力源126提供这一超过动力源126所能够产生的最大扭矩的值，则动力源126可能会发生停转。为了避免此类状况，控制器162通过降低将由多个系统150中的一个或多个系统从动力源126接收的扭矩量来调整所需的总扭矩。例如，在实施例中，控制器162可仅将20Nm的扭矩传送至机具系统116，并且还可通知机具系统116无法获得所需的扭矩。在另一实施例中，控制器162可不再(即停止)将20Nm的扭矩传送至第一系统124，然后可将40Nm的可用扭矩传送至机具系统116。

在另一实施例中，机器100包括能够产生值为200Nm的最大扭矩的动力源。进一步地，机器100具有活动或处于操作状态中的系统。这些系统的总消耗量为180Nm(即100Nm(摆动系统118)、20Nm(寄生负载)、20Nm(第一系统124)以及40Nm(机具系统116))。操作者现可请求激活多个系统150中的一个或多个非活动系统，以执行期望操作。控制器162可在致动多个系统150中的一个或多个非活动系统的请求生成时确定一个或多个非活动系统所要求的第三扭矩量。例如，假定操作者驾驶室110内的操作者请求激活一个或多个辅助系统122中的第二系统125(处于非活动系统中的系统)。控制器162通过在预储存在存储器164内的扭矩表中查询扭矩值来确定运行第二系统125所需的扭矩量(扭矩表为具有扭矩值的表，该扭矩由机器100的各系统响应于操作者所生成的请求而消耗)。假定第三扭矩量需求被确定为40Nm。

此时，控制器162通过计算第一扭矩量、第二扭矩量、寄生负载所消耗的扭矩量值和第三扭矩量的总和来确定机器100的总扭矩需求。随后，要求动力源126提供该总扭矩值。在示例性情形中，第一扭矩量、第二扭矩量和第三扭矩量的总和将达到220Nm。若要求动力源126提供这一超过动力源126所能够产生的最大扭矩的值，则动力源126可能会发生停转。为了避免此类状况，控制器162通过降低将由多个系统150中的一个或多个系统从动力源126接收的扭矩量来调整总扭矩需求。

例如，在当前情形中，控制器162检测到值为220Nm的总扭矩需求大于动力源126所能够生成的最大扭矩(即200Nm)。在示例中，控制器162可通过使供给至多个系统150中的一个系统的扭矩量值降低20Nm来调整总扭矩需求的值(例如，控制器162可使供给至机具系统116的扭矩量值降低20Nm。在这种情形下，机具系统116仍可进行操作，但以低于期望值的较低能量运行)。在另一示例中，控制器162可使供给至活动系统和最近激活系统中的每一个的扭矩量值降低预定值，以确保供给至这些系统的总扭矩不超过动力源126所能够生成的最大扭矩。例如，控制器162可使机具系统116、第一系统124和第二系统125中的每一个所需的扭矩降低10Nm。通过这种调整，虽然系统以较低的能量运行，但可避免动力源126发生停转。在又一示例中，控制器162可决定不将扭矩传送至请求激活的一个或多个非活动系统，以避免动力源126发生停转。

在又一示例中，控制器162可终止(即停止)供给至多个系统中的一个或多个系统的扭矩量，从而使得总扭矩需求等于或小于动力源126的最大扭矩容量。例如，控制器162可确定第一系统124可停止运转(可停止将扭矩传送至第一系统124)，以避免动力源126发生停转。在这种情形中，控制器162可选择终止供给至第一系统124的扭矩量，以避免动力源126发生停转。

通常而言，在本发明所公开的机器100中，通过摆动系统118进行的上架104相对于底架106的摆动运动可包括摆动马达146在其期间使机具系统116的摆动移动加速的时间段以及摆动马达146在其期间使机具系统116的摆动移动减速的时间段。在加速时间段期间，摆动马达146需要提供大量的能量，这可通过经由摆动泵144供给至摆动马达146的加压流体来获得实现。在减速时间段期间，上架104相对于底架106的转动动量/转速可用于产生大量以具有动能的加压流体的形式存在的能量。这种能量可通过马达/蓄能器或本领域中已知的其他此类能量转换装置以扭矩的形式进行回收。例如，可迫使加压流体流经回收泵/马达，然后生成再生扭矩。在这种示例性再生设置中，可存在有一个或多个传感器，其能够检测流体流量、加压流体的动能等。基于这些检测到的参数，控制器162能够确定摆动系统118所产生的再生扭矩。

之后，控制器162可在总扭矩需求的计算期间将回收/再生扭矩包括来作为参数中的一个。这可有助于有效地利用可供使用的扭矩。例如，在上文示出的示例性情形中，已知的是，摆动系统118消耗100Nm的扭矩，机具系统116和第一系统124消耗60Nm的扭矩，且最近激活的非活动系统(即第二系统125)需要40Nm的扭矩。

在示例性情形中，假定摆动系统118回收一定量的以再生扭矩的形式存在的能量。假定再生扭矩的值为15Nm。控制器162可将回收扭矩的量值确定为15Nm(通过上文所讨论的确定程序)，并包括该值来计算/修改/更新总扭矩需求。在这种状况下，总扭矩需求将为205Nm(＝100－15+80+40)。在这种情形中，控制器162针对总扭矩值的调整仅为5Nm，而不是20Nm(如在先前提出的示例中)。因此，检测再生扭矩并将再生扭矩包括来作为计算总扭矩需求的参数可避免浪费扭矩，并可提高机器100的生产力。

本发明所描述的方法600及控制系统160有助于准确地确定摆动系统118所消耗的扭矩。这种准确的确定使得控制系统160能够准确地确定总扭矩需求，从而使得机器100的操作较为高效。进一步地，由于扭矩的确定较为准确，因此，总扭矩需求超过动力源126所能够生成的最大扭矩的状况可被检测出来。在检测到此类状况之后，控制器162进行操作，从而使得能够避免动力源126发生停转。因此，此类控制系统及方法可提高机器的生产力，并防止其因停转状况而停止运转/停机。

虽然已参照上述实施例特别地示出并描述了本发明的各方面，但本领域技术人员将理解的是，可在不偏离所公开的内容的精神及范围的情况下，通过对所公开的机器、系统及方法进行修改来构思各种额外实施例。此类实施例应被理解为落入根据权利要求书及其任何等价物确定的本发明的范围之内。元件/部件、任何元件/部件所执行的行为/动作或本文所使用的指令都不应被理解为是关键或实质性的，除非其被明确地描述为是关键或实质性的。此外，除非另有明确说明，否则短语“基于”旨在意指“至少部分地基于”。另外，如本文所使用的冠词“一”及“一个”旨在包括一个或多个项，并可与“一个或多个”交换使用。若仅意指一个项，则使用术语“一个”或类似语言。而且，同样如本文所使用的，术语“具有”、“有”、“具备”等旨在具有开放性。

Claims (16)

1.一种用于控制机器的方法，所述机器包括摆动系统以及多个系统，所述方法包括：

通过惯性测量单元生成与所述机器的上架相对于作业表面的转动相关的数据；

基于所述惯性测量单元所生成的所述数据通过控制器确定与所述上架相对于所述机器的底架的转动相关的数据，其中所述摆动系统使所述上架相对于所述底架进行所述转动；

通过所述控制器确定所述摆动系统所消耗的扭矩量，其中所述扭矩量由所述摆动系统从所述机器的动力源接收，

其中所述扭矩量基于与所述上架相对于所述底架的所述转动相关的所述数据进行确定；

基于所述扭矩量通过所述控制器确定总扭矩需求，其中通过所述控制器确定所述摆动系统所生成的再生扭矩，并且基于所述摆动系统所生成的所述再生扭矩通过所述控制器对所述总扭矩需求进行修改；以及

在所述总扭矩需求超过所述动力源的最大扭矩容量时通过所述控制器调整所述总扭矩需求，

其中所述调整所述总扭矩需求包括降低将由所述多个系统中的一个或多个系统从所述动力源接收的特定扭矩量。

2.根据权利要求1所述的方法，其中与所述上架相对于所述底架的所述转动相关的所述数据包括所述上架相对于所述底架的角位移或所述上架相对于所述底架的所述转动的角速度中的至少一个的量值。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述扭矩量为第一扭矩量，并且其中所述确定所述总扭矩需求包括：

通过所述控制器确定由所述多个系统中的一个或多个活动系统从所述动力源接收的第二扭矩量；

在接收到激活一个或多个非活动系统的请求时通过所述控制器确定操作所述一个或多个非活动系统所需的第三扭矩量；以及

基于所述第一扭矩量、所述第二扭矩量以及所述第三扭矩量通过所述控制器确定所述总扭矩需求。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述扭矩量为第一扭矩量，并且其中所述确定所述总扭矩需求包括：

通过所述控制器确定由所述多个系统中的一个或多个活动系统从所述动力源接收的第二扭矩量；

通过所述控制器确定所述多个系统中的所述一个或多个活动系统中的至少一个系统所请求的额外扭矩需求；以及

基于所述第一扭矩量、所述第二扭矩量以及所述额外扭矩需求通过所述控制器确定所述总扭矩需求。

5.根据权利要求1所述的方法，其中

所述动力源为电动马达或发动机中的一种，并且

所述惯性测量单元包括陀螺仪或加速度计中的一种或多种。

6.一种用于控制可操作地联接至机器的动力源的摆动系统和多个系统的控制系统，所述控制系统包括：

惯性测量单元，所述惯性测量单元能够生成与所述机器的上架相对于作业表面的转动相关的数据；以及

控制器，所述控制器可通信地联接至所述摆动系统、所述多个系统以及所述惯性测量单元，其中所述控制器能够：

基于所述惯性测量单元所生成的所述数据确定与所述上架相对于所述机器的底架的转动相关的数据，其中所述摆动系统使所述上架相对于所述底架进行转动；

确定所述摆动系统所消耗的扭矩量，所述扭矩量由所述摆动系统从所述机器的所述动力源接收，

其中所述扭矩量基于与所述上架相对于所述底架的所述转动相关的所述数据进行确定；

基于所述扭矩量确定总扭矩需求；以及

在所述总扭矩需求超过所述动力源的最大扭矩容量时调整所述总扭矩需求，

其中所述调整所述总扭矩需求包括降低将由所述多个系统中的一个或多个系统从所述动力源接收的特定扭矩量；

其中所述控制器还能够：

确定所述摆动系统所生成的再生扭矩；以及

基于所述摆动系统所生成的所述再生扭矩对所述总扭矩需求进行修改。

7.根据权利要求6所述的控制系统，其中所述控制器能够停止将所述特定扭矩量从所述动力源传送至所述多个系统中的所述一个或多个系统。

8.根据权利要求6所述的控制系统，其中

所述惯性测量单元包括陀螺仪或加速度计中的一种或多种，以生成与所述上架相对于所述底架的所述转动相关的所述数据，并且

所述动力源为发动机或电动马达中的一种。

9.根据权利要求6所述的控制系统，其中与所述上架相对于所述底架的所述转动相关的所述数据包括所述上架相对于所述底架的角位移或所述上架相对于所述底架的所述转动的角速度中的至少一个的量值。

10.根据权利要求6所述的控制系统，其中所述扭矩量为第一扭矩量，并且其中所述控制器还能够：

确定由所述多个系统中的一个或多个活动系统从所述动力源接收的第二扭矩量；

在接收到激活一个或多个非活动系统的请求时确定操作所述一个或多个非活动系统所需的第三扭矩量；以及

基于所述第一扭矩量、所述第二扭矩量以及所述第三扭矩量确定所述总扭矩需求。

11.根据权利要求6所述的控制系统，其中所述扭矩量为第一扭矩量，并且其中所述控制器还能够：

确定由所述多个系统中的一个或多个活动系统从所述动力源接收的第二扭矩量；

确定所述多个系统中的所述一个或多个活动系统中的至少一个系统所请求的额外扭矩需求；以及

基于所述第一扭矩量、所述第二扭矩量以及所述额外扭矩需求确定所述总扭矩需求。

12.一种机器，其包括：

动力源；

底架；

可转动地安装在所述底架上的上架；

可操作地联接至所述动力源的多个系统和摆动系统，其中所述摆动系统能够使所述上架相对于所述底架进行转动；

惯性测量单元，所述惯性测量单元能够生成与所述机器的所述上架相对于作业表面的转动相关的数据；以及

控制器，所述控制器可通信地联接至所述摆动系统、所述多个系统以及所述惯性测量单元，所述控制器能够：

基于所述惯性测量单元所生成的所述数据确定与所述上架相对于所述机器的所述底架的转动相关的数据；

确定所述摆动系统所消耗的扭矩量，所述扭矩量由所述摆动系统从所述机器的所述动力源接收，

其中所述扭矩量基于与所述上架相对于所述底架的所述转动相关的所述数据进行确定；

基于所述扭矩量确定总扭矩需求；以及

在所述总扭矩需求超过所述动力源的最大扭矩容量时调整所述总扭矩需求，

其中所述调整所述总扭矩需求包括降低将由所述多个系统中的一个或多个系统从所述动力源接收的特定扭矩量；

其中所述控制器还能够：

确定所述摆动系统所生成的再生扭矩；以及

基于所述摆动系统所生成的所述再生扭矩对所述总扭矩需求进行更新。

13.根据权利要求12所述的机器，其中所述控制器还能够停止将所述特定扭矩量从所述动力源传送至所述多个系统中的所述一个或多个系统。

14.根据权利要求12所述的机器，其中与所述上架相对于所述底架的所述转动相关的所述数据包括所述上架相对于所述底架的角位移或所述上架相对于所述底架的所述转动的角速度中的至少一个的量值。

15.根据权利要求12所述的机器，其中所述扭矩量为第一扭矩量，并且其中所述控制器还能够：

确定由所述多个系统中的一个或多个活动系统从所述动力源接收的第二扭矩量；

在接收到激活一个或多个非活动系统的请求时确定操作所述一个或多个非活动系统所需的第三扭矩量；以及

基于所述第一扭矩量、所述第二扭矩量以及所述第三扭矩量确定所述总扭矩需求。

16.根据权利要求12所述的机器，其中所述扭矩量为第一扭矩量，并且其中所述控制器还能够：

确定由所述多个系统中的一个或多个活动系统从所述动力源接收的第二扭矩量；

确定所述多个系统中的所述一个或多个活动系统所请求的额外扭矩需求；以及

基于所述第一扭矩量、所述第二扭矩量以及所述额外扭矩需求确定所述总扭矩需求。

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