CN114906121A - 作业车辆和用于提供多级制动和减速的控制系统 - Google Patents

作业车辆和用于提供多级制动和减速的控制系统 Download PDF

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K·K·麦坎齐
C·G·詹森
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Deere and Co
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Abstract

本公开涉及作业车辆和用于提供多级制动和减速的控制系统。提供了一种用于在作业车辆中实现多级制动和减速的控制系统，作业车辆包括具有发动机和一个或更多个电机的混合电动驱动系统。所述控制系统包括制动和减速系统，其耗散由所述作业车辆的运动产生的能量，其中所述制动和减速系统包括制动电阻器、发动机制动器和能操作成提供变速器制动的变速器。控制器接收关于制动转矩要求以及所述混合电动驱动系统和所述制动和减速系统的操作参数的输入，确定满足所述制动转矩要求所必需的能量吸收量，并根据基于待吸收的能量以及混合电动驱动系统和制动和减速系统的操作参数的分级能量分配方案将待吸收的能量分配在所述制动和减速系统内。

Description

作业车辆和用于提供多级制动和减速的控制系统
技术领域
本公开总体上涉及用于作业车辆的制动系统，并且更具体地，涉及用于作业车辆的多级制动和减速系统。
背景技术
诸如铰接式自卸车、半挂车等这样的大型作业车辆常常需要大量的制动功率来控制车辆的速度，尤其是当车辆正在下陡坡或者正在运载沉重的有效载荷时。因此，作业车辆通常配备有至少两种类型的制动系统，其中同时使用了摩擦制动系统和减速器系统。摩擦制动系统有效地使车辆放慢速度，但如果使用太频繁，则易遭磨损并且需要维修或更换。减速器系统可以包括诸如发动机制动器和流体减速器这样的装置，例如，所述装置能够经由控制车辆中的发动机或变速器来降低车辆速度。发动机制动器利用发动机内部产生的压力(包括通过选择性操作排气阀来控制或改变发动机中的压缩冲程)，以使车辆放慢速度。可以在变速器中设置流体减速器，以吸收与车辆关联的部分动量，其中在通过减速器抽吸的流体上引起粘性阻力，从而通过驱动轴吸收能量，由此使车辆放慢速度。
发明内容
提供了一种用于在作业车辆中提供多级制动和减速的控制系统，所述作业车辆包括具有发动机和一个或更多个电机的混合电动驱动系统。所述控制系统包括制动和减速系统，其被配置为耗散由所述作业车辆的运动产生的能量，其中所述制动和减速系统还包括制动电阻器、发动机制动器和能操作成提供变速器制动的变速器。所述控制系统还包括控制器，所述控制器包括处理器和存储器架构，所述控制器操作性连接到所述混合电动驱动系统和所述制动和减速系统。所述控制器被配置为：接收多个输入，所述多个输入包括来自操作者的制动转矩要求以及所述混合电动驱动系统和所述制动和减速系统的操作参数；确定所述作业车辆中满足所述制动转矩要求所必需的能量吸收量；并且根据分级能量分配方案将待吸收的所述能量分配在所述制动和减速系统内，其中，所述能量是基于所确定的能量吸收量以及所述混合电动驱动系统和所述制动和减速系统的所述操作参数来分配的。
在另一实现方式中，一种作业车辆包括传动系，所述传动系包括发动机、一个或更多个电机和变速器，所述变速器用于选择性将动力从所述发动机和所述一个或更多个电机中的至少一者传递到输出轴。所述作业车辆还包括制动和减速系统，所述制动和减速系统被配置为耗散由所述作业车辆的运动产生的能量，其中所述制动和减速系统具有制动电阻器、发动机制动器和由所述变速器提供的变速器制动。所述作业车辆还包括控制器，所述控制器包括处理器和存储器架构，所述控制器与所述传动系和所述制动和减速系统通信。所述控制器被配置为：接收多个输入，所述多个输入包括来自操作者的制动转矩要求以及所述传动系和所述制动和减速系统的操作参数；确定所述作业车辆中满足所述制动转矩要求所必需的能量吸收量；并且根据分级能量分配方案将待吸收的所述能量分配在所述制动和减速系统内，其中，所述能量是基于所确定的能量吸收量以及所述混合电动驱动系统和所述制动和减速系统的所述操作参数来分配的。
在附图和以下描述中阐述了一个或更多个实施方式的细节。根据说明书、附图和权利要求书，其他特征和优点将变得清楚。
附图说明
下文中，将结合以下附图来描述本公开的至少一个示例：
图1例示了按照实施方式的包含提供多级制动和减速的控制系统的示例作业车辆；
图2是图1的作业车辆的包括示例无级变速器的混合电动传动系的示意图；
图3是提供针对图1的用于作业车辆的多级制动和减速的控制系统的输入和该控制系统的部件的框图；以及
图4是用于提供作业车辆中的多级制动和减速的控制方案的流程图。
在各个附图中，类似的参考符号指示类似的元件。为了例示的简单和清晰，可以省去公知的特征和技术的描述和细节以避免不必要地模糊在后续的具体实施方式中描述的本发明的示例和非限制性的实施方式。应当进一步理解，除非另外说明，否则附图中出现的特征或元件不必按比例绘制。
具体实施方式
在以上简要描述的图的附图中示出了本公开的实施方式。本领域的技术人员可以在不脱离如所附权利要求书阐述的本发明的范围的情况下料想到对示例实施方式的各种修改。
概述
如前所述，诸如自卸车和半挂车这样的作业车辆常常利用减速器系统在正在下陡坡或者运载沉重的有效载荷时提供制动功率。在具有常规变速器的作业车辆中，减速器系统可以利用专用的流体减速器或作为流体减速器操作的现有变矩器，以通过吸收与车辆关联的部分动量来提供车辆的减速。液体减速器可以直接安装在变速器上，其中液体减速器的叶片附接到在离合器和行走轮之间的变速器传动轴上。叶片被封闭在静态室中，与室壁的间隙小，室壁也是带叶片的。当流体减速器被致动时，压缩空气将流体(例如，标准传动流体(齿轮油)、单独的油供应或水)抽吸到室中，室的一侧有定子而另一侧有转子。转子的旋转运动使流体加速，并产生了经由螺旋齿轮拉动转子的转矩。定子将流体移回转子，该动作产生了使转子减速的制动转矩或粘性阻力，由此向车辆的驱动轮传递制动功率。在操作时，流体减速器能够耗散车辆产生的大量的能量，使得它是用于提供制动功率的有效机构。
虽然流体减速器有效地在作业车辆中提供了制动功率，但要认识到，在某些作业车辆及其变速器系统中包括流体减速器可能是不切实际的。例如，在具有混合电动变速器(或电动无级变速器(eIVT))的作业车辆中，通常不能包括变矩器或专用流体减速器，并且这种流体减速器的添加可能成本高昂并且封装在车辆上是繁琐的。然而，从作业车辆中排除流体减速器可以导致剩余的大量车辆能量，这些能量必须经由其他制动和减速装置耗散。
为了在不使用流体减速器的情况下在作业车辆中提供能量耗散，为具有混合电动传动系的作业车辆提供了控制系统，所述控制系统实现车辆中的多级制动和减速方案。该控制系统利用各种能量储存和耗散装置来吸收车辆中的能量，所述装置包括电池储存器、制动电阻器、发动机制动器、车轴用制动器、发动机摩擦力、冷却风扇和其他发动机附件。控制系统可以与eIVT系统一起实现，其中控制系统操作eIVT以作为用于吸收能量的附加手段提供变速器制动。
在实施方式中，控制系统实现闭环控制方案，以对作业车辆施加多级制动和减速控制。在实施控制方案时，控制系统中的控制器接收与针对作业车辆所请求的制动转矩相关的操作者命令。控制器计算为适应制动转矩将需要在车辆中吸收的动力量，并将计算出的动力与在作业车辆中受监测的多个车辆操作参数进行比较，以确定用于在作业车辆中的能量储存和耗散装置之间分配动力的适当方案。然后，控制器使用以最佳方式分配动力的多级分级方法在车辆中的能量储存和耗散装置之间分配动力。根据示例，控制器提供有序的减速动力分配，该分配优化了该动力的使用和耗散。首先，可以将动力引导到作业车辆中的一个或更多个能量储存装置(例如，电池组)，以储存尽可能多的动力。然后，将剩余动力分配到作业车辆上的可能消耗动力的其他附件之间并分配到作业车辆的可以耗散大量动力的非磨损部件。作为用于耗散动力的又一装置，车辆上的磨损部件可以被接合，以进一步耗散作业车辆中的动力。
在一个实施方式中，如果需要与操作者命令关联地被吸收的动力太高以致于不能适于在车辆中，则控制器还可以修改操作者命令中请求的制动转矩。控制器可以发出后退命令以减小针对作业车辆所请求的制动转矩，由此减少必须在车辆中吸收的动力量。凭借使用后退命令，结合如上所述在车辆的能量储存和耗散装置之间分配功率，控制系统为作业车辆的各种装置提供保护，该各种装置包括例如发动机、制动器和变速器离合器。
根据本公开，在图1至图4中提供了作业车辆的示例实施方式，该作业车辆具有混合电动变速器和在车辆中实现多级制动和减速方案的控制系统。尽管有以下示例，但其他类型的作业车辆和其他配置的混合电动变速器系统也将受益于并入本文中的本发明的多级制动和减速方案。因此，要认识到，本发明的各方面并不意味着仅限于此后描述的特定实施方式。
用于作业车辆中的多级制动和减速的系统的示例实施方式
初始地，参照图1，示出了可以实现本发明的实施方式的作业车辆10。在所例示的示例中，作业车辆10是铰接式自卸车，但要理解其他车辆配置可以是可能的，包括将作业车辆10作为不同种类的非公路车辆的配置。作业车辆10包括底盘或车架12，驾驶室部分14和拖车部分16安装在底盘或车架12上。驾驶室部分14包括驾驶室18，操作者可以在车辆10操作期间坐在驾驶室18中。前轮组件20支撑驾驶室部分14，并可操作地联接到车架12。拖车部分16包括由车架12支撑的翻倾式车身或料箱22，其中料箱22限定可以接纳有效载荷的容器。诸如液压缸24这样的一个或更多个致动器可以联接到料箱22，以相对于车架12成角度地提升料箱22。后轮组件26支撑拖车部分16，并可操作地联接到车架12，其中后轮组件26包括两组车轮28、30。
作业车辆包括控制器32(或多个控制器)，以控制作业车辆10的各个方面的操作。通常，控制器32(或其他控制器)可以被配置为具有关联的处理器装置32A和存储器架构32B的计算系统、一个硬连线计算电路(或多个硬连线计算电路)、可编程电路、液压、电气或电液控制器或其他。如此，控制器32可以被配置为相对于作业车辆10执行各种计算和控制功能。在一些实施方式中，控制器32可以被配置为接收各种格式的输入信号(例如，液压信号、电压信号、电流信号等)，并输出各种格式的命令信号(例如，液压信号、电压信号、电流信号、机械移动等)。
控制器32可以与作业车辆10的各种其他系统或装置进行电子、液压、机械或其他通信。例如，控制器32可以与作业车辆10内(或外部)的各种致动器、传感器和其他装置(包括下述各种装置)电子通信或液压连通。控制器32可以按各种已知方式与其他系统或装置(包括其他控制器)通信，包括经由作业车辆10的CAN总线(未示出)、经由无线通信装置或液压连通装置或其他。在图1中描绘了控制器32的示例位置；然而，要理解作业车辆10上的其他位置是可能的。
在一些实施方式中，控制器32可以被配置为接收输入命令并经由人-车辆接口34与操作者交互，人-车辆接口34可以设置在作业车辆10的驾驶室18内以使操作者容易触及。可以按各种方式配置人-车辆接口34。在一些实施方式中，人-车辆接口34可以包括输入装置36，输入装置36具有一个或更多个操纵杆、各种开关或杠杆、一个或更多个按钮、可以覆在显示器上的触摸屏界面、键盘或各种其他人机接口装置。
如下面更详细描述的，作为在车辆10中实现多级制动和减速方案的控制系统40的一部分操作，控制器32可以促成：输入各种类型的操作者命令；并且收集与作业车辆10关联的各种类型的车辆操作参数数据，其中控制系统40被理解为包括控制器32和作业车辆10中的多个能量储存和耗散装置，并且其中控制系统40的各方面在控制器32上实现/由控制器32实现。如以上指示的，操作者命令可以经由人-车辆接口34输入到控制器32，而车辆操作参数数据可以是来自下述的适用传感器(或其他来源)的原始数据的形式，或者经历控制器32中的一些处理以提取期望特性。控制器32接收到的输入和数据由控制系统40利用，以经由作业车辆10中的各种能量储存和耗散装置在作业车辆10中提供制动和减速控制，下面将提供关于此的其他细节。
作业车辆10包括推进源，在示例实施方式中，该推进源被提供作为包括发动机42和一个或更多个电机47、49的混合电动驱动系统。发动机42和电机47、49可以向变速器44供应动力。
在一个示例中，发动机42是诸如柴油发动机这样的内燃机，发动机由控制器32控制，以例如基于从人-车辆接口34接收的输入，允许发动机42的启动、允许发动机42的关闭、禁止发动机42的操作和/或修改发动机42或关联系统的操作的某个方面。作业车辆10可以包括被配置为确定操作期间发动机42的速度的发动机速度传感器46。
在一个示例中，电机47、49是诸如永磁体AC电动机或感应电动机这样的AC电机。在一个实现方式中，并且如将在图2中更详细地说明的，第一电机47可以从发动机42接收机械动力并将该动力转换为电力，其中来自第一电机47的电力然后被提供到第二电机49。然后，该电力可以由第二电机49再次转换，以便进行机械输出。电机47、49可以由控制器32控制，以控制其速度和操作模式，其中电机47、49能既在“电动机模式”下操作以将电能转换为机械能，又在“再生模式”下操作以将机械能转换为电能。
变速器44将动力从发动机42和/或电机47、49传递到与作业车辆10的从动轮联接的合适的传动系统(未示出)以使得作业车辆10能够移动，该从动轮可以包括前轮组件20和/或后轮组件26。如下面参照图2时更详细描述的，变速器44可以被配置为混合电动变速器或eIVT，其组合来自发动机42和电机47、49二者的输出以提供最终的动力传递(例如，传递到车辆车轴)，下面将提供关于此的其他细节。变速器44可以包括传感器48，传感器48测量变速器44的诸如变速器输出速度、变速器变速比和变速器油温度这样的一种或更多种特性。在一个示例中，作为由控制系统40实现的多级制动和减速方案的一部分，由控制器32控制变速器44，以例如基于从人-车辆接口34接收的输入来允许或禁止作业车辆10的运动。
作业车辆10还可以包括与发动机42和/或作业车辆10的其他部分关联的润滑系统50。可以根据来自控制器32的信号来控制润滑系统50，以使液体润滑剂(例如，油)围绕发动机42(例如，活塞、气缸、轴承)循环和/或使液体润滑剂(例如，油)循环到诸如车辆10的车轴52这样的作业车辆10的其他部件。尽管未详细示出，但润滑系统50可以包括诸如油箱、导管和泵这样的部件，以使润滑剂循环进出发动机42和其他适用部件。在一个示例中，润滑系统50可以包括一个或更多个传感器54，以测量一种或更多种润滑系统特性。在一个示例中，传感器54可以包括温度传感器，以测量润滑系统50内一个或更多个位置处的润滑剂的温度，诸如车轴52处的油温度。在一个实施方式中，控制器32可以从传感器54接收温度读数，并可以基于该温度读数来控制润滑系统50和/或改变控制系统40的操作。
作业车辆10还可以包括经由DC总线58电连接到车辆中的其他电气部件的能量储存装置56。能量储存装置56可以被配置为高压或大功率能量储存装置，并且根据一个示例，可以是电池或电池组，使得能量储存装置在此后被称为“电池组件56”。电池组件56可以向作业车辆10的各种部件提供电力，并还可以例如从诸如电机47、49这样的部件接收再充电电力。可以认为电池组件56具有代表电池组件56在特定时间能够提供的电力量的荷电状态。荷电状态可以受到包括电池使用和温度的多种因素的影响。通常，电池组件56在发动机42操作时被再充电。在给定时间，荷电状态可以由电池传感器60测量或以其他方式确定，电池传感器60向控制系统40的控制器32提供适当的信号。可以由控制器32基于经由人-车辆接口34来自操作者的命令和/或基于电池传感器60获取的读数来控制电池组件56。
作业车辆10还包括附加的制动和减速部件，所述附加的制动和减速部件在致动/启动后进行操作以吸收和耗散能量以使作业车辆10放慢速度。作为示例，作业车辆可以包括可以用于使作业车辆10放慢速度的车轴用制动器(axle service brake)64和发动机制动器66(例如，排气制动器、Jake制动器)。在作业车辆10中也可以设置制动电阻器68(和关联的斩波器69)以提供减速，其中斩波器69关闭以将制动能量切换到制动电阻器68，其中制动电阻器68发挥作用以将制动能量转换为热，由此耗散能量并使作业车辆10的移动放慢速度。例如，基于从人-车辆接口34和从作业车辆10中的各种传感器接收的输入，可以通过来自控制器32的命令来致动以上指示的制动和减速部件。在一个示例中，车轴用制动器64、发动机制动器66和/或制动电阻68可以由来自控制器32的制动转矩命令激活。可以设置一个或更多个制动传感器70以收集诸如车轴用制动器64的温度这样的与车轴用制动器64关联的信息。
作业车辆10还可以包括可以在车辆上汲取动力的其他部件。作为非限制示例，这些部件可以包括车辆冷却风扇72和总体以74指示的发动机附件，诸如交流发电机和HVAC压缩机。车辆冷却风扇72和发动机附件74可以基于来自控制器32和/或控制系统40的信号进行操作。
可以提供附加的传感器，以观察与作业车辆10关联的各种状况。例如，冷却风扇传感器76可以设置在车辆冷却风扇72的上面或附近，以测量其操作参数，诸如冷却风扇速度。另外，可以利用各种传感器78来监测上述发动机附件74的状况。此外，作业车辆10可以包括测量作业车辆10的DC总线上的电流(即，逆变器DC总线电压)的一个或更多个电压传感器80。
根据如上所述的作业车辆10的各种部件和特征，可以在作业车辆10中实现多级制动和减速方案。控制系统40可以进行操作，以选择性储存和耗散在作业车辆10操作期间(尤其是在车辆放慢速度期间和/或当车辆正在下陡坡时)由作业车辆10的运动产生的能量。根据由控制器32实现的分级或优先的能量分配方案，在作业车辆中的(上述)多个能量储存、制动和减速部件之间分配能量，以使该能量的使用最大化并使可能由于制动和减速动作产生的部件磨损最小化。在作业车辆中，在不使用流体减速器而是替代地使用控制系统40将来自作业车辆的能量在制动和减速系统82中的多个能量吸收部件之间分配的情况下实现制动和减速，其中制动和减速系统82被表征为包括各种能量储存、制动和减速部件，这些部件包括电池组件56、制动电阻器68、发动机制动器66、车轴用制动器64、车辆冷却风扇72、发动机附件74(交流发电机、HVAC压缩机等)、经由变速器44的变速器制动和/或发动机42内的发动机摩擦力。控制系统40响应于操作者所请求的制动转矩命令而采用多级制动和减速方案以使作业车辆10的移动放慢速度，其中控制系统40将能量选择性分配给作业车辆中的各种吸收部件。
参照图2，例示了作业车辆10中所包括的混合电动驱动系统或传动系84的示例，该示例提供了对作业车辆10的发动机42、电机47、49和变速器44的结构和布置以及变速器44如何操作的更详细讨论，变速器44可以操作以提供变速器制动从而耗散能量(作为由控制系统40实现的多级制动和减速方案的一部分)，以在动态事件期间(诸如，当作业车辆10正在下坡行驶时)耗散车辆能量以使车辆的发动机以期望速率放慢速度。根据下面的公开，变速器44可进行操作以启动“4平方”(“4squaring”)离合器以耗散作业车辆10中的能量，其中该能量由现有的变速器硬件消耗。在由本申请的受让人共同拥有并以引用方式并入本文中的美国公开No.US 2020/0309258中更充分地公开了变速器44和整个传动系84提供变速器离合器制动的操作。然而，要认识到，图2中例示和下面在此描述的传动系84仅仅是示例，并且变速器制动可以由具有不同布置或构造的变速器提供，并且下面描述的特定变速器44在这方面并没有限制本发明的实施方式。
在所例示的实施方式中，传动系84包括发动机42、第一电机47和第二电机49。第一电机47和第二电机49可以通过电导管90连接。可以包括功率逆变器92，并且功率逆变器92可以可操作地连接到第一电机47和/或第二电机49。在一些实施方式中，功率逆变器92可以向电池组件56供给能量和/或从电池组件56接收能量。另外，功率逆变器92可以向传动系84供给能量和/或从传动系84接收能量。此外，在一些实施方式中，功率逆变器92可以向机具和/或另一外接的能量装置(未示出)外接地供能。
变速器44将来自发动机42、第一电机47和/或第二电机49的动力传递到输出轴94。如下所述，变速器44包括多个齿轮装置、离合器和控制组件，以在多个方向上以不同速度适当地驱动输出轴94。通常，在一个示例中，传动系84的变速器44可以是任何类型的电动无级变速器(eIVT)布置(eIVT)，其中认识到图2中例示的变速器的替代物可以被包括在传动系84中。
发动机42可以基于期望操作，根据来自控制器32的命令将旋转动力经由发动机输出元件(诸如飞轮)提供到发动机轴96。轴96可以被配置为向齿轮98提供旋转动力。齿轮98可以与齿轮100啮合，齿轮100可以支撑在轴102上(例如，固定到轴102)。轴102可以基本上平行于发动机轴96并与发动机轴96分隔开。轴102可以支撑传动系84的各种部件，如将详细讨论的。
齿轮98还可以与齿轮104啮合，齿轮104支撑在轴106上(例如，固定到轴106)。轴106可以基本上平行于发动机轴96并与发动机轴130分隔开，并且轴106可以连接到第一电机47。因此，来自发动机的机械动力(即，发动机动力)可以经由发动机轴96传递到啮合的齿轮98、104，传递到轴106并传递到第一电机47。第一电机47可以将该动力转换为电力以便通过导管90传输到第二电机49。然后，该转换后的传输的动力可以由第二电机49再次转换，以便沿着轴108进行机械输出。可以提供各种已知的控制装置(未示出)来调节这种转换、传输、再次转换等。另外，在一些实施方式中，轴108可以支撑齿轮110(或其他类似部件)。齿轮110可以与齿轮112啮合，并可以将动力传递到齿轮112。齿轮110还可以与齿轮114啮合，并可以将动力传递到齿轮114。因此，来自第二电机49的动力(即，CVP动力)可以在齿轮112和齿轮114之间分配，以便传输到其他部件，如下面将更详细讨论的。
传动系84还可以包括变换器116，变换器116表示使得在发动机42和电机47、49与输出轴94之间能够进行无级动力传输的布置的一个示例。如以下讨论的，该布置还使得变速器44能够执行变速器离合器制动，在该变速器离合器制动中通过将至少一部分能量传递回发动机42以及将一部分传递到离合器制动的组合来耗散过量的能量。然而，可以提供变换器116、发动机42和电机47、49的其他布置。
在一些实施方式中，变换器116可以包括至少两个行星齿轮组。在一些实施方式中，行星齿轮组可以互连并支撑在诸如轴102这样的公共轴上，并且行星齿轮组可以基本上同心。在其他实施方式中，不同的行星齿轮组可以支撑在分离的、相应的非同心轴上。行星齿轮组的布置可以根据车辆10内的用于封装传动系84的可用空间来配置。
如图2的实施方式中所示，变换器116可以包括具有第一太阳轮118、第一行星齿轮和关联托架120以及第一齿圈122的第一行星齿轮组(即，“低”行星齿轮组)。此外，变换器116可以包括具有第二太阳轮124、第二行星齿轮和关联托架126以及第二齿圈128的第二行星齿轮组(即，“高”行星齿轮组)。第二行星齿轮和托架126可以直接附接到第一齿圈122。另外，第二行星齿轮和托架126可以直接附接到轴130，在轴130上固定有齿轮132。此外，第二齿圈128可以直接附接到齿轮134。如所示出的，轴130、齿轮132和齿轮134可以各自接纳轴102，并且可以与轴102基本上同心。尽管未具体示出，但应该理解，传动系84可以包括用于同心地支撑这些部件的各种轴承。具体地，轴130可以经由轴承旋转地附接到轴102，并且齿轮134可以经由另一轴承旋转地附接到轴130上。
在变换器116的相对侧(图2中从左到右)上，齿轮114可以安装(例如，固定)在轴136上，轴136还支撑第一太阳轮118和第二太阳轮124。在一些实施方式中，轴136可以是中空的，并可以接纳轴102。轴承(未示出)可以基本上同心地将轴136旋转地支撑在轴102上。
此外，第一行星齿轮和关联托架120可以附接到齿轮138。齿轮138可以与固定到轴142的齿轮140啮合。轴142可以基本上平行于轴102并与轴102分隔开。
如上所述，传动系84可以被配置用于将动力(来自发动机42、第一电机47和/或第二电机49)经由变速器44传递到输出轴94。输出轴94可以被配置为将接收到的该动力传输到车辆10的车轮。
传动系84可以具有多种可选模式，诸如直接驱动模式、分路模式和串联模式。在直接驱动模式下，来自发动机42的动力可以传输到输出轴94，并且可以防止来自第二电机49的动力传递到输出轴94。在分路模式下，来自发动机4的动力和第二电机49的动力可以被变换器116相加，并且相加或组合后的动力可以传递到输出轴94。此外，在串联模式下，来自第二电机49的动力可以传输到输出轴94，并且可以防止来自发动机42的动力传递到输出轴94。传动系84还可以在直接驱动、分路和串联模式中的一种或多种中具有不同的速度模式，并且这些不同的速度模式可以为输出轴94提供不同的角速度范围。传动系84可以在多种模式之间切换，以保持合适的操作效率。此外，传动系84可以具有用于将车辆10在正向定向上移动的一种或更多种正向模式以及用于将车辆10在反向定向上移动的一种或更多种反向模式。
传动系84可以例如使用控制组件144在不同的模式之间切换。控制组件144可以包括一个或更多个可选择的变速器部件。可选择的变速器部件可以具有第一位置(接合位置)，在第一位置中，相应装置将动力从输入部件传输到输出部件。可选择的变速器部件还可以具有第二位置(脱离位置)，在第二位置中，装置防止动力从输入传输到输出部件。控制组件144的可选择的变速器部件可以包括一个或更多个湿式离合器、干式离合器、齿环离合器、制动器、同步器或其他类似装置。控制组件144还可以包括用于将可选择的变速器部件在第一位置和第二位置之间致动的致动器。
如图2中所示，控制组件144可以包括第一离合器146、第二离合器148、第三离合器150、第四离合器152和第五离合器154。另外，控制组件144可以包括正向定向离合器156和反向定向离合器158。在一些实施方式中，第一离合器146可以安装和支撑在轴160上。另外，处于接合位置的第一离合器146可以将齿轮112与轴160接合以作为一个单元旋转。处于脱离位置的第一离合器146可以允许齿轮112相对于轴160旋转。另外，齿轮162可以固定到轴160，并且齿轮162可以与固定到轴130的齿轮132啮合。反向定向离合器158可以支撑在轴160上(即，与第一离合器146共同支撑在轴160上)。反向定向离合器158可以使齿轮162和齿轮164接合，并另选地使齿轮162和齿轮164脱离。齿轮164可以与空转齿轮166啮合，并且空转齿轮166可以与齿轮168啮合。正向定向离合器156可以支撑在齿轮168上(齿轮168进而支撑在轴102上)，以选择性使轴130和轴102接合。因此，正向定向离合器156可以与轴130和轴102二者同心。第二离合器148可以支撑在轴142上。第二离合器148可以使轴142和齿轮170接合，并另选地使轴180和齿轮208脱离。齿轮170可以与齿轮172啮合。齿轮172可以固定到并安装在副轴174上。副轴174也可以支撑齿轮176。齿轮176可以与固定到输出轴94的齿轮178啮合。
第三离合器150可以支撑在轴180上。轴180可以基本上平行于轴142并与轴142分开一定距离。另外，齿轮182可以固定到轴180上并由轴180支撑。齿轮182可以与齿轮134啮合，如所示出的。第三离合器150可以使齿轮182和齿轮184接合，并另选地使齿轮182和齿轮184脱离。齿轮184可以与齿轮172啮合。第四离合器152可以支撑在轴142上(与第二离合器148共同地)。第四离合器152可以使轴142和齿轮186接合，并另选地使轴142和齿轮186脱离。齿轮186可以与安装并固定到轴174的齿轮188啮合。另外，第五离合器154可以支撑在轴180上(与第三离合器150共同地且同心地)。第五离合器154可以使轴180和齿轮190接合，并另选地使轴180和齿轮190脱离。齿轮190可以与齿轮188啮合。
如先前指示的，基于变速器的选择性操作，传动系84能在多种模式下操作，该多种模式包括至少一种分路模式、直接驱动模式和串联模式，在分路模式下，来自发动机42的动力和来自电机47、49中的一个或更多个的动力被组合，在直接驱动模式下，仅从发动机42提供动力，在串联模式下，仅从电机47、49提供动力。如以上介绍的，控制器32联接到控制组件144以控制一个或更多个致动器，结果是控制变速器44内的一个或更多个选择性变速器部件的移动，该一个或更多个选择性变速器部件包括第一离合器146、第二离合器148、第三离合器150、第四离合器152、第五离合器154、正向定向离合器156和反向离合器158。通常，控制器32操作控制组件144以及发动机42和电机47、49，以实现期望功能，例如，在输出轴94处实现请求的转矩以对作业车辆10进行整体控制。这包括车辆加速、停止、启动、传动比之间的转换、方向之间的转换等。
在期望耗散作业车辆10的能量的情形下，变速器44还可以在各方面操作期间提供变速器制动(变速器离合器制动)。特别地，在动态事件期间，诸如，当作业车辆10正在下陡坡并因此承受过量能量时，可以利用变速器制动，并且期望变速器制动施加负转矩以便保持或降低车辆速度，这会导致发动机处的能量过量。如下面更详细描述的，变速器制动使得该能量的至少一部分能够经由变速器44的定向离合器156、158施加，以在飞轮处反向驱动发动机42，使得内部损失(例如，热和摩擦)可以耗散过量能量的至少一部分。然而，如果该能量导致发动机42以其他方式超过预定速度阈值，则控制器32可以命令接合相反的定向离合器158、156，以经由定向离合器158、156处的摩擦和热损失进一步耗散该能量。实际上，可以基于发动机速度选择性实现“4平方”离合器布置的形式，以使发动机输出轴进一步放慢速度。发动机反向驱动与相反定向离合器接合的该组合可以在不利用输出侧离合器制动的情况下和/或以独立于车轮制动的方式实现足够的能量耗散。
在动态事件期间，诸如，当作业车辆10正在下坡并且传动系84被置于如上所述的正向定向模式或直接驱动模式时，来自发动机42的动力通过正向定向离合器156从发动机轴96传递，并最终通过所描述的布置传递到输出轴94。因此，当在这些模式下正向定向离合器156接合期间反向定向离合器158接合时，应用反向定向离合器158进行操作以施加相反的转矩来使发动机轴96放慢速度。换句话说，反向定向离合器158在发动机轴96上的传动系84内充当离合器制动器。在一个示例中，反向定向离合器158在这些模式下用作离合器制动器，因为在反向定向离合器158一侧的齿轮164正在与在反向定向离合器158另一侧的齿轮162相反的方向上移动，并且反向定向离合器158的离合器元件的接合在旋转时产生摩擦阻力，该摩擦阻力进而通过轴102传递到发动机42处的轴96。
控制器32用于在作业车辆的不同定向模式期间选择性控制正向定向离合器156和反向定向离合器158的致动，以提供变速器制动。控制器32可以基于来自发动机速度传感器46和来自多个附加传动传感器192、194、196的输入来生成用于实现变速器制动的命令。传感器192可操作地与输入装置36关联，以从输入装置36接收齿轮或操作模式的选择，而传感器194可操作地与正向定向离合器156关联，以识别离合器156的接合状态，并且传感器196可操作地与反向定向离合器158关联，以识别离合器158的接合状态。
现在参照图3，框图例示了控制系统40在作业车辆10中实现多级制动和减速方案时的操作，包括对控制系统40的输入和控制系统40的部件的例示。根据本公开的控制系统40的实施方式可以包括对控制器32的各种输入、控制器32内的各种子模块或算法以及作业车辆10内的各种能量吸收部件的激活。
提供给控制器32的输入通常可以分为操作者命令200和闭环控制参数202。例如，操作者命令200可以通过作业车辆10上的人-车辆接口34和输入装置36提供到控制器32。提供到控制器32的操作者命令200可以包括操作者请求的制动转矩204和关联的操作者请求的减速速度206。操作者向控制器32提供关于在作业车辆10下坡行驶时使作业车辆10放慢速度和/或保持车辆速度的期望的制动转矩量和减速量的命令。
闭环控制参数202可以经由使用包括在作业车辆中的各种传感器46、48、54、60、70、76、78、80、192、194、196提供到控制器32，如以上相对于图1描述的，其中传感器获取关于在作业车辆10操作期间作业车辆10的各种操作参数的读数或测量值。控制参数202可以包括但不限于发动机速度208、车辆冷却风扇速度210、车轴油温度212、变速器油温度214、逆变器DC总线电压216、发动机附件状态218、电池荷电状态220、变速器输出速度222和变速器变速比224。因此，控制参数202指示车辆传动系84和作业车辆10中的各种能量吸收部件的当前状态，其中控制器32分析控制参数202，以确定在制动和减速系统82中的那些能量吸收部件之间分配能量的最佳方式。
如图3中例示的，控制器32可以包括多个子模块或算法，通过这些子模块或算法，控制器32确定在作业车辆10的制动和减速系统82中的部件之间分配能量的最佳方式。控制器32包括用作车辆和传动系运动观察器的子模块226，其中子模块226响应于来自操作者的转矩命令而观察变速器44的操作，包括例如输出轴94的速度。例如，可以向子模块226提供关于发动机速度208、变速器变速比224和变速器输出速度222的闭环控制参数输入。
控制器32还包括发动机保护子模块228，发动机保护子模块228用于识别发动机42的当前操作状态并在作业车辆10中提供适当的制动和减速，以为发动机提供保护。可以向发动机保护子模块228提供关于发动机速度208的闭环控制参数输入，以监测发动机42的当前操作速度。然后，发动机保护子模块228可以通过经由作业车辆10的制动和减速系统82中的期望部件选择性耗散能量来控制发动机速度，以防止出现发动机超速状况。
控制器32还包括车轴制动保护子模块230，车轴制动保护子模块230用于监测车轴用制动器64的温度，并提供针对车轴用制动器64的适当操作控制方案以为车轴用制动器64提供保护。可以向车轴制动保护子模块230提供关于车轴油温度212和/或车轴用制动器64的其他方面的闭环控制参数输入，以监测车轴的温度。然后，车轴制动保护子模块230可以通过经由作业车辆10的制动和减速系统82(而非车轴用制动器64)中的期望部件选择性耗散能量来防止车轴用制动器64的过热，并且以其他方式为车轴用制动器64提供保护。
控制器32还包括变速器离合器保护子模块232，变速器离合器保护子模块232用于监测变速器离合器156、158的温度，并提供针对变速器44的适当操作控制方案以为变速器离合器156、158提供保护。可以向变速器离合器保护子模块232提供关于变速器油温度214和/或变速器44的其他方面的闭环控制参数输入，以监测变速器离合器156、158的温度。然后，变速器离合器保护子模块232可以通过经由作业车辆10的制动和减速系统82(而非变速器64)中的期望部件选择性耗散能量来防止变速器离合器156、158的过热，并且以其他方式为变速器提供保护。
控制器32还包括用作能量吸收优先权控制的子模块234，即，优先权控制子模块234。即，优先权控制子模块234用于确定分级，根据该分级，在制动和减速系统82中的部件之间分配或划分作业车辆10产生的能量。在确定分级能量分配方案时，优先权控制子模块234接收各种闭环控制参数202(如关联传感器测得的)和操作者命令200，并与控制器32中的其他子模块通信。优先级控制子模块234评估这些输入和通信，并识别制动和减速系统82中的部件之间的能量分配，该能量分配将充分吸收车辆能量并且以优化能量捕获/储存且使制动和减速系统82中的磨损部件的使用最小化的方式充分吸收车辆能量。优先权控制子模块234向制动和减速系统82中的各种部件输出命令，以将能量引导到所述部件或以其他方式致动所述部件以吸收能量。
现在参照图4，按照本公开，提供用于在作业车辆10中提供多级制动和减速的方法236的流程图，诸如该方法可以由控制器32执行。通常，当例如在车辆下陡坡向前推进期间需要制动或减速时，在作业车辆10操作期间实现方法236。如下面将详细说明的，方法236实现用于当在作业车辆10中执行制动和减速时分配能量的分级能量分配方案，其中首先将能量分配给作业车辆10中的能量储存装置，然后将能量分配给作业车辆10上的其他耗能附件和非磨损部件，之后采用磨损部件以耗散剩余能量。方法236提供了可以实现的分级能量分配方案的示例，但要认识到，可以实现其他类似的分级能量分配方案，以在作业车辆10中提供多级制动和减速，其中可以提供不同的分级和/或其中利用作业车辆10中的能量吸收部件的某种不同组合。
方法236开始于步骤238，在步骤238中，操作者要求针对作业车辆10的制动转矩以使其移动放慢速度。所要求的制动转矩可以随着作业车辆10正在行驶的速度、车辆的重量(即，车辆所运载的有效载荷的重量)和/或车辆正下坡行驶的坡度的变化而变化，因为这些参数将至少部分地确定将必需的制动转矩的量。
响应于所要求的制动转矩，在步骤240中，控制器32计算必须从作业车辆10中的各种能量吸收部件请求的减速动力或能量的量，以满足所要求的制动转矩，即，必须在作业车辆10中/由作业车辆10吸收以满足制动转矩要求的能量的量。另外，在步骤240中，并与计算所请求的减速功率的量相结合，控制器32还设置针对作业车辆10中所包括的电机47、49的初始转矩命令，以在作业车辆10中正在进行制动和减速时控制电机47、49的操作。提供到电机47、49的初始转矩命令用于控制在制动和减速期间提供回作业车辆10中的DC总线的功率的量。
在所例示的示例中，方法236接下来继续到步骤242，在步骤242中，确定电池组件56中是否存在任何可用充电容量。控制器32可以从电池传感器60接收关于电池组件56的荷电状态的输入，以确定电池组件56中是否有任何充电容量可用。如果确定在电池组件56中有充电容量可用，则方法236继续到步骤244，在步骤244中执行电池功率汲取。在步骤246中，从先前在步骤240计算出的所请求的总减速功率中减去由电池组件56汲取的功率量，以输出仍必须由作业车辆10中的制动和减速系统82吸收的剩余减速功率量，其中随着方法236的继续，该值由控制器32储存。
在正在出现来自电池组件56的潜在功率汲取时，方法236沿着平行轨道继续，其中在步骤248中，确定关于DC总线58上的电压是否处于高水平，其中高水平的DC总线电压被视为存在需要由控制系统40进一步吸收或减速的能量。在执行步骤248时，控制器32可以从电压传感器80接收关于DC总线电压水平的输入，其中例如将所测得的DC总线电压与预定的DC总线电压阈值进行比较，以确定DC总线电压是否处于高水平。如果确定DC总线58上的电压处于高水平，则经由制动电阻器68(和制动斩波器)的操作从DC总线58耗散进一步的功率。即，首先在步骤250中关闭制动斩波器，其中在步骤252中关闭制动斩波器从而致使随后向制动电阻器68提供功率。在步骤252中，从先前在步骤246中计算出的待吸收的(剩余)减速动力中减去由制动电阻器68消耗的功率量，以输出仍必须由作业车辆10中的制动和减速系统82吸收的经修改的剩余减速功率量，其中随着方法236的继续，该修改值由控制器32储存。
在步骤252中由制动电阻器68提供的功率消耗之后，方法236在步骤254中继续另外确定DC总线58上的电压是否仍处于高水平。同样，在执行步骤254时，控制器32可以从电压传感器80接收关于DC总线电压水平的输入。如果在步骤254中确定DC总线58上的电压仍处于高水平，则控制器32可以用于发出后退命令，由此经由修改提供到电机47、49的初始转矩命令来减小针对作业车辆10所请求的制动转矩。后退命令用于通过减少在作业车辆10减速期间提供到DC总线58的功率量来减少必须在作业车辆10中吸收的功率量。因此，在步骤256中将减小转矩命令提供到电机47、49，并且在步骤258中，将与减小转矩命令关联的功率减小量化并从先前在步骤252中计算出的待吸收的(剩余)减速功率中减去该功率减小，以输出仍必须由作业车辆10中的制动和减速系统82吸收的经修改的剩余减速功率量，其中随着方法236的继续，该修改值由控制器32储存。
当在步骤254中DC电压受到监测并且在步骤256、258中经由功率减小被潜在修改时，方法236沿着平行轨道继续，其中在步骤260中确定发动机42的速度是否处于高水平，其中高水平的发动机速度被视为可以被表征为超速状况或接近超速状况的速度。在执行步骤260时，控制器32可以从发动机速度传感器46接收关于发动机速度的输入。如果确定发动机速度处于高水平，则在步骤262中经由修改车辆冷却风扇72的操作和/或将附加的能量引导到作业车辆10上的一个或更多个发动机附件74来进一步耗散功率。即，控制器32可以致使车辆冷却风扇72以最大速度操作，以便消耗附加的功率和/或致使发动机附件74汲取附加的功率(例如，致使HVAC压缩机汲取增加的功率，以提供附加的车辆冷却)。在执行步骤262时，控制器32可以从传感器76、78接收关于冷却风扇速度和发动机附件状态的输入，以确定适于车辆冷却风扇72和发动机附件74的功率消耗。在步骤264中，从先前在步骤258中计算出的待吸收的(剩余)减速动力中减去由车辆冷却风扇72和/或发动机附件74消耗的功率量，以输出仍必须由作业车辆10中的制动和减速系统82吸收的经修改的剩余减速功率量，其中随着方法236的继续，该修改值由控制器32储存。
随着方法236的继续，在步骤266中确定是否仍必须吸收附加的功率以满足操作者所要求的制动功率(即，所请求的总减速功率是否已经被作业车辆10中的能量吸收部件吸收)。
如果在步骤266中确定不存在需要经由控制系统40进一步制动和减速的剩余功率，则方法236继续到步骤268，其中控制器32向电机47、49提供最终命令以控制电机47、49的操作。在步骤268完成后，方法236将在随后的程序循环中重复，在该程序循环中控制器32将再次检查或接收来自操作者的制动转矩要求，针对制动转矩要求计算所请求的减速功率，并继续分级能量分配方案(步骤238-266)以在作业车辆10中的多个制动和减速部件之间分配能量吸收。
如果在步骤266中确定存在需要经由控制系统40进一步制动和减速的剩余功率，则方法236继续到步骤269，在步骤269中，启动或应用发动机制动器66(例如，排气制动器、Jake制动器)和车轴用制动器64中的一个或更多个。可以作为作业车辆10中剩余的待减速功率的函数来应用发动机制动器66和车轴用制动器64，并且特别是针对车轴用制动器64，还作为车轴用制动器64的热容量或温度(例如，由传感器70测得的车轴油温度)来应用车轴用制动器64。在一个实现方式中，发动机制动器66的应用可以优先于车轴用制动器64，因为与车轴用制动器64相比，发动机制动器66被识别为响应于增加的使用而并不劣化的非磨损部件。在步骤270中，从先前在步骤264中计算出的待吸收的(剩余)减速功率中减去由发动机制动器66和/或车轴用制动器64耗散的功率量，以输出仍必须由作业车辆10中的制动和减速系统82吸收的经修改的剩余减速功率量，其中随着方法236的继续，该修改值由控制器32储存。
方法236继续到步骤272，在步骤272中确定是否仍必须吸收附加的功率以满足操作者所要求的制动功率(即，所请求的总减速功率是否已经被作业车辆10中的能量吸收部件吸收)。如果不存在需要经由控制系统40进一步制动和加速的剩余功率，则方法236通过执行如先前描述的步骤268而前进。相反地，如果在步骤272中确定存在需要经由控制系统40进一步制动和减速的剩余功率，则方法236继续到步骤274，在步骤274中，经由变速器44中的离合器156、158的选择性致动，可以执行变速器制动，如先前相对于图2描述的。可以作为作业车辆10中剩余的待减速功率的函数并且作为变速器中热容量(例如，由传感器48测得的变速器油温度)的函数来应用变速器制动。
在执行任何必要的变速器制动后，方法236可以在步骤276中另外确定发动机42的速度是否仍处于高水平，即，处于或接近超速状况。在执行步骤276时，控制器32可以从传感器46接收关于发动机速度的输入。如果发动机速度处于可接受水平，则方法236通过执行如先前描述的步骤268而前进。相反，如果确定发动机速度仍处于高水平，则控制器32可以用于在步骤278中发出另一后退命令，由此经由进一步修改提供到电机47、49的转矩命令来减少作业车辆10所请求的制动转矩，由此减少必须在作业车辆10中吸收的功率量。
在步骤278中进一步减少提供到电机47、49的转矩命令后，方法236前进到步骤268，在步骤268中将在步骤278经修改的命令作为最终命令提供到电机47、49。如先前描述的，在步骤268完成后，方法236将在随后的程序循环中重复，在该程序循环中控制器32将再次检查或接收来自操作者的制动转矩要求，针对制动转矩要求计算所请求的减速功率，并继续分级能量分配方案(步骤238-268或238-278)以在作业车辆10中的多个制动和减速部件之间分配能量吸收。
因此，本控制系统40提供了用于根据分级能量分配方案在作业车辆10中提供制动和减速的有效方法。在一个示例中，控制系统40可以顺序地将能量分配给电池组件56、制动电阻器68、车辆冷却风扇72(和发动机附件74)、发动机制动器66、车轴用制动器64和传动离合器156、158，以诸如当在陡坡上或运载沉重的有效载荷时，储存和耗散作业车辆10中的过量能量。单独地，特别是组合地，控制系统40的这些方面可以消除在具有混合电动驱动系统的作业车辆中对流体减速器的需要，并使为了作业车辆10放慢速度进行的车轴用制动器的使用最小化。
列举的实例
提供了以下实例，对这些示例进行编号以容易参考。
1.提供了一种用于在作业车辆中提供多级制动和减速的控制系统，所述作业车辆包括具有发动机和一个或更多个电机的混合电动驱动系统。所述控制系统包括制动和减速系统，其被配置为耗散由所述作业车辆的运动产生的能量，其中，所述制动和减速系统还包括制动电阻器、发动机制动器和能操作成提供变速器制动的变速器。所述控制系统还包括控制器，所述控制器包括处理器和存储器架构，所述控制器操作性连接到所述混合电动驱动系统和所述制动和减速系统。所述控制器被配置为：接收多个输入，所述多个输入包括来自操作者的制动转矩要求以及所述混合电动驱动系统和所述制动和减速系统的操作参数；确定所述作业车辆中满足所述制动转矩要求所必需的能量吸收量；并且根据分级能量分配方案将待吸收的所述能量分配在所述制动和减速系统内，其中，所述能量是基于所确定的能量吸收量以及所述混合电动驱动系统和所述制动和减速系统的所述操作参数来分配的。
2.根据实例1所述的控制系统，其中，所述制动和减速系统还包括能量储存装置，所述能量储存装置能被由所述作业车辆的运动产生的所述能量充电。
3.根据实例2所述的控制系统，其中，在根据所述分级能量分配方案分配所述能量时，所述控制器被配置为：通过向所述能量储存装置供应充电能量来执行第一能量减除，并且在执行所述第一能量减除之后，通过向所述制动电阻器供应能量来执行第二能量减除。
4.根据实例3所述的控制系统，其中，所述控制器被配置为：在执行所述第一能量减除和所述第二能量减除之后，测量与所述制动电阻器和所述能量储存装置联接的DC总线上的电压；确定所述电压是否高于DC总线电压阈值；并且当所述电压高于所述DC总线电压阈值时，降低所述制动转矩要求的水平。
5.根据实例3所述的控制系统，其中，所述制动和减速系统还包括车轴用制动器以及车辆和发动机附件，所述车辆和发动机附件包括交流发电机、HVAC压缩机和车辆冷却风扇中的一者或更多者。
6.根据实例5所述的控制系统，其中，在根据所述分级能量分配方案分配所述能量时，所述控制器被配置为：在执行所述第二能量减除之后，通过向所述车辆和发动机附件供应能量来执行第三能量减除；并在执行所述第三能量减除之后，通过经由所述发动机制动器和所述车轴用制动器的致动耗散能量来执行第四能量减除。
7.根据实例6所述的控制系统，其中，在根据所述分级能量分配方案分配所述能量时，所述控制器被配置为在执行所述第四能量减除之后通过控制所述变速器执行变速器制动来执行第五能量减除。
8.根据实例7所述的控制系统，其中，所述变速器包括无级变速器，所述无级变速器被配置为选择性将动力从所述发动机和所述一个或更多个电机中的一者或二者传递到输出轴，并且其中，所述无级变速器通过选择性接合所述无级变速器中的多个离合器来执行所述变速器制动。
9.根据实例3所述的控制系统，其中，所述控制器被配置为：确定所述能量储存装置是否具有任何可用充电容量；当存在可用充电容量时，通过向所述能量储存装置提供充电能量来执行所述第一能量减除；并且如果不存在可用充电容量，则跳过所述第一能量减除。
10.根据实例2所述的控制系统，其中，所述操作参数包括发动机转速、车轴油温度、变速器油温度、DC总线电压、能量储存装置的荷电状态、变速器输出速度、变速器变速比、发动机附件状态和冷却风扇速度中的至少一些。
11.根据实例1所述的控制系统，其中，根据所述分级能量分配方案分配待吸收的所述能量为所述发动机提供了超速保护。
12.根据实例1所述的控制系统，其中，所述分级能量分配方案是迭代控制方案，其中，由所述控制器执行多个程序循环。
13.一种作业车辆包括传动系，所述传动系包括发动机、一个或更多个电机和变速器，所述变速器用于选择性将动力从所述发动机和所述一个或更多个电机中的至少一者传递到输出轴。所述作业车辆还包括制动和减速系统，所述制动和减速系统被配置为耗散由所述作业车辆的运动产生的能量，其中，所述制动和减速系统具有制动电阻器、发动机制动器和由所述变速器提供的变速器制动。所述作业车辆还包括控制器，所述控制器包括处理器和存储器架构，所述控制器与所述传动系和所述制动和减速系统通信。所述控制器被配置为：接收多个输入，所述多个输入包括来自操作者的制动转矩要求以及所述传动系和所述制动和减速系统的操作参数；确定所述作业车辆中满足所述制动转矩要求所必需的能量吸收量；并且根据分级能量分配方案将待吸收的所述能量分配在所述制动和减速系统内，其中，所述能量是基于所确定的能量吸收量以及所述传动系和所述制动和减速系统的所述操作参数来分配的。
14.根据实例13所述的作业车辆，其中，所述制动和减速系统还包括能量储存装置，所述能量储存装置被配置为作为所述分级能量储存方案的一部分汲取功率。
15.根据实例14所述的作业车辆，其中，在根据所述分级能量分配方案分配所述能量时，所述控制器被配置为将最高优先权指派给储存能量，并将次高优先权指派给接合所述制动和减速系统的非磨损部件以耗散能量。
结论
因此，以上提供了用于在包括混合电动驱动系统的作业车辆中提供多级制动和减速的控制系统。该控制系统实现分级能量分配方案，以选择性储存和耗散由作业车辆的运动产生的能量，其中。所述控制系统在作业车辆中的多个能量储存、制动和减速部件之间分配能量。分级能量分配方案优先进行能量储存、制动和减速部件之间的能量划分，以使该能量的使用最大化并使可能由制动和减速动作导致的部件磨损最小化。在不使用流体减速器的情况下，而是利用控制系统在作业车辆中实现制动和减速，所述控制系统替代地将来自作业车辆的能量在多个能量吸收部件之间分配，同时还经由发动机摩擦力和变速器制动来耗散能量，这些能量吸收部件可以包括电池组件、制动电阻器、发动机制动器、车轴用制动器、冷却风扇和其他发动机附件。
如本文中使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另外清楚指示。将进一步理解，当在本说明书中使用时，术语“包括(comprise)”和/或“包括(comprising)”指定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除存在或者添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组。
已经出于例示和描述的目的展示了本公开的描述，但该描述并不旨在是排他性的或限于所公开形式的公开内容。在不脱离本公开的范围和精神的情况下，许多修改形式和变形形式对于本领域的普通技术人员将是显而易见的。为了最好地解释本公开的原理及其实际应用并且使本领域的其他普通技术人员能够理解本公开并且识别所描述示例的替代形式、修改形式和变形形式，选择和描述本文中的明确引用的实施方式。因此，除了明确描述的那些之外的各种实施方式和实现方式在以下权利要求书的范围内。

Claims (15)

1.一种用于在作业车辆(10)中提供多级制动和减速的控制系统(40)，所述作业车辆(10)包括具有发动机(42)和一个或更多个电机(47，49)的混合电动驱动系统(84)，所述控制系统(40)包括：
制动和减速系统(82)，其被配置为耗散由所述作业车辆(10)的运动产生的能量，所述制动和减速系统(82)包括制动电阻器(68)、发动机制动器(66)和能操作成提供变速器制动的变速器(44)；以及
控制器(32)，其包括处理器(32A)和存储器架构(32B)，所述控制器(32)操作性连接到所述混合电动驱动系统(84)和所述制动和减速系统(82)，所述控制器(32)被配置为：
接收多个输入，所述多个输入包括来自操作者的制动转矩要求以及所述混合电动驱动系统(84)和所述制动和减速系统(82)的操作参数；
确定所述作业车辆(10)中满足所述制动转矩要求所必需的能量吸收量；并且
根据分级能量分配方案将待吸收的所述能量分配在所述制动和减速系统(82)内，其中，所述能量是基于所确定的能量吸收量以及所述混合电动驱动系统(84)和所述制动和减速系统(82)的所述操作参数来分配的。
2.根据权利要求1所述的控制系统(40)，其中，所述制动和减速系统(82)还包括能量储存装置(56)，所述能量储存装置(56)能被由所述作业车辆(10)的运动产生的所述能量充电。
3.根据权利要求2所述的控制系统(40)，其中，在根据所述分级能量分配方案分配所述能量时，所述控制器(32)被配置为：
通过向所述能量储存装置(56)供应充电能量来执行第一能量减除；并且
在执行所述第一能量减除之后，通过向所述制动电阻器(68)供应能量来执行第二能量减除。
4.根据权利要求3所述的控制系统(40)，其中，所述控制器(32)被配置为：
在执行所述第一能量减除和所述第二能量减除之后，测量所述作业车辆(10)中的DC总线(58)上的电压，所述DC总线(58)电联接到所述制动电阻器(68)和所述能量储存装置(56)；
确定所述电压是否高于DC总线电压阈值；并且
当所述电压高于所述DC总线电压阈值时，降低所述制动转矩要求的水平。
5.根据权利要求3所述的控制系统(40)，其中，所述制动和减速系统(82)还包括车轴用制动器(64)和发动机附件(74)，所述发动机附件(74)包括交流发电机、HVAC压缩机和车辆冷却风扇中的一者或更多者。
6.根据权利要求5所述的控制系统(40)，其中，在根据所述分级能量分配方案分配所述能量时，所述控制器(32)被配置为：
在执行所述第二能量减除之后，通过向所述发动机附件(74)供应能量来执行第三能量减除；并且
在执行所述第三能量减除之后，通过经由所述发动机制动器(66)和所述车轴用制动器(64)的致动耗散能量来执行第四能量减除。
7.根据权利要求6所述的控制系统(40)，其中，在根据所述分级能量分配方案分配能量时，所述控制器(32)被配置为在执行所述第四能量减除之后通过控制所述变速器(44)执行变速器制动来执行第五能量减除。
8.根据权利要求7所述的控制系统(40)，其中，所述变速器(44)包括无级变速器，所述无级变速器被配置为选择性将动力从所述发动机(42)和所述一个或更多个电机(47，49)中的一者或二者传递到输出轴(94)，并且其中，所述无级变速器通过选择性接合所述无级变速器中的多个离合器来执行所述变速器制动。
9.根据权利要求3所述的控制系统(40)，其中，所述控制器(32)被配置为：确定所述能量储存装置(56)是否具有任何可用充电容量；
当存在可用充电容量时，通过向所述能量储存装置(56)供应充电能量来执行所述第一能量减除；并且
如果不存在可用充电容量，则跳过所述第一能量减除。
10.根据权利要求2所述的控制系统(40)，其中，所述操作参数包括发动机转速、车轴油温度、变速器油温度、DC总线电压、能量储存装置的荷电状态、变速器输出速度、变速器变速比、发动机附件状态和冷却风扇速度中的至少一些。
11.根据权利要求1所述的控制系统(40)，其中，根据所述分级能量分配方案分配待吸收的所述能量为所述发动机(42)提供了超速保护。
12.根据权利要求1所述的控制系统(40)，其中，所述分级能量分配方案是迭代控制方案，其中，由所述控制器(32)执行多个程序循环。
13.一种作业车辆(10)，所述作业车辆(10)包括：
传动系(84)，其包括发动机(42)、一个或更多个电机(47，49)和变速器(44)，所述变速器(44)用于选择性将动力从所述发动机(42)和所述一个或更多个电机(47，49)中的至少一者传递到输出轴(94)；以及
制动和减速系统(82)，其被配置为耗散由所述作业车辆(10)的运动产生的能量，所述制动和减速系统(82)包括制动电阻器(68)、发动机制动器(66)和由所述变速器(44)提供的变速器制动；以及
控制器(32)，其包括处理器(32A)和存储器架构(32B)，所述控制器(32)与所述传动系(84)和所述制动和减速系统(82)通信，所述控制器(32)被配置为：
接收多个输入，所述多个输入包括制动转矩要求以及所述传动系(84)和所述制动和减速系统(82)的操作参数；
确定所述作业车辆(10)中满足所述制动转矩要求所必需的能量吸收量；并且
根据分级能量分配方案将待吸收的所述能量分配在所述制动和减速系统(82)内，其中，所述能量是基于所确定的能量吸收量以及所述传动系(84)和所述制动和减速系统(82)的所述操作参数来分配的。
14.根据权利要求13所述的作业车辆(10)，其中，所述制动和减速系统(82)还包括能量储存装置(56)，所述能量储存装置(56)被配置为作为所述分级能量储存方案的一部分汲取功率。
15.根据权利要求14所述的作业车辆(10)，其中，在根据所述分级能量分配方案分配所述能量时，所述控制器(32)被配置为将最高优先权指派给储存能量，并将次高优先权指派给接合所述制动和减速系统(82)的非磨损部件以耗散能量。
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