CN116552226A - 作业车辆和用于在作业车辆中提供牵引控制的方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及作业车辆和用于在作业车辆中提供牵引控制的方法。一种作业车辆包括发动机和变速器组件，变速器组件具有变换器、齿轮传动装置和电机，电机操作性连接到发动机和变换器以向变换器提供旋转动力。变速器组件将动力从发动机和电机中的一者或两者选择性地传递到输出轴以驱动作业车辆的地面接合元件。牵引控制单元控制电机的速度或转矩输出以为作业车辆提供牵引控制，牵引控制单元操作成：接收关于作业车辆的命令的地面速度和实际的地面速度的输入；将命令的地面速度与实际的地面速度进行比较；以及当命令的地面速度超过实际的地面速度达阈值量时，减小电机的速度或转矩输出，由此为地面接合元件提供牵引控制。

Description

作业车辆和用于在作业车辆中提供牵引控制的方法
技术领域
本公开总体上涉及为作业车辆提供牵引控制，并且更具体地涉及经由作业车辆中的电动变速传动装置的操作来提供牵引控制。
背景技术
在各种作业车辆中，利用传统发动机(例如，内燃机)和至少一个电机(电动机/发电机)来向输出构件提供有用的动力可能是有用的。例如，发动机动力的一部分可以被转移以驱动电机，并且组合动力可以以并联路径构造被传送到输出构件(例如，车辆车桥或其他输出轴)，或者仅来自发动机或仅来自电机的直接动力可以以串联构造被传送到输出构件。发动机、电机和输出构件可以经由变速器操作性连接。
发明内容
在一种实现方式中，一种作业车辆包括发动机和变速器组件，该变速器组件具有变换器，该变换器选择性连接到所述发动机。齿轮传动装置被构造成为输出动力从所述变换器到输出轴的传输提供选择性齿轮减速。电机操作性连接到发动机和变换器，电机向变换器提供旋转动力。变速器组件被构造成将动力从发动机和电机中的一者或两者选择性地传递到输出轴，以驱动作业车辆的地面接合元件。作业车辆还包括牵引控制单元，该牵引控制单元包括处理器，该牵引控制单元控制电机的速度或转矩输出以为作业车辆提供牵引控制。所述牵引控制单元操作成：接收与所述作业车辆的命令的地面速度相关联的第一输入；接收与所述作业车辆的实际的地面速度相关联的第二输入；将所述命令的地面速度与所述实际的地面速度进行比较；以及当所述命令的地面速度超过所述实际的地面速度的量大于阈值量时，减小所述电机的速度或转矩输出，以驱动所述输出轴并由此为所述地面接合元件提供牵引控制。
在另一实现方式中，一种方法在作业车辆中提供牵引控制，该作业车辆包括发动机和变速器组件，该变速器组件具有操作性连接到发动机的电机，以通过变速器组件的变换器将动力选择性地传递到输出轴，输出轴驱动作业车辆的地面接合元件。该方法包括：将旋转动力从电机传递到变换器；将第一输入传输到作业车辆的牵引控制单元，第一输入包括作业车辆的命令的地面速度；将第二输入传输到变速器组件的牵引控制单元，第二输入包括作业车辆的实际的地面速度；以及经由牵引控制单元将命令的地面速度和实际的地面速度进行比较。该方法还包括：当命令的地面速度超过实际的地面速度的量大于阈值量时，经由牵引控制单元控制电机以减小电机的提供到变换器并接着提供到输出轴的速度或转矩输出，由此为地面接合元件提供牵引控制。
在又一实施方式中，一种作业车辆包括发动机和变速器组件，该变速器组件具有变换器，该变换器选择性连接到发动机。齿轮传动装置被构造成为输出动力从变换器到输出轴的传输提供选择性齿轮减速。电机操作性连接到发动机和变换器，电机向变换器提供旋转动力。变速器组件被构造成将动力从发动机和电机中的一者或两者选择性地传递到输出轴以驱动作业车辆的地面接合元件。所述作业车辆还包括与所述电机通信的牵引控制单元，所述牵引控制单元包括处理器，所述牵引控制操作成：识别所述作业车辆的地面接合元件与地面之间的打滑状况；以及在识别到所述打滑状况时减小所述电机的速度或转矩输出。
在附图和以下描述中阐述了一个或更多个实施例的细节。根据说明书、附图和权利要求书，其他特征和优点将变得显而易见。
附图说明
在下文中将结合以下附图描述本公开的至少一个示例：
图1示出了根据一个实施例的结合有变速器组件的示例性作业车辆，该变速器组件提供牵引控制以抑制车轮打滑；
图2是根据一个实施例的包括在图1的作业车辆中的示例性变速器组件以及牵引控制单元的示意图；以及
图3是用于在作业车辆中提供牵引控制的控制方案的流程图。
各个附图中的相同附图标记表示相同的元件。为了说明的简单和清楚，可以省略公知特征和技术的描述和细节，以避免不必要地模糊在随后的详细描述中描述的本发明的示例和非限制性实施例。还应当理解，附图中出现的特征或元件不必按比例绘制，除非另有说明。
具体实施方式
本公开的实施例在以上简要描述的附图中示出。在不脱离如所附权利要求所限定的本发明的范围的情况下，本领域技术人员可以想到对示例性实施例的各种修改。
概述
如前所述，各种类型的作业车辆(诸如挖掘装载机和拖拉机)可以包括具有电动无级变速器(“eIVT”)的动力传动系，该电动无级变速器将动力从发动机和一个或更多个电机传递到输出构件或轴，例如驱动作业车辆的地面接合元件(例如车轮，履带等)旋转的车轴。在这种作业车辆的使用中，应当理解，牵引控制系统抑制或限制作业车辆的地面接合元件在加速期间沿不同表面打滑，即“车轮打滑”。当作业车辆的地面接合元件接触表面时建立作业车辆的牵引，使得当地面接合元件通常通过驱动力旋转时，作业车辆将沿着表面在期望的方向上移动。摩擦系数和地面接合元件对表面施加的力的组合产生牵引力。当表面的摩擦系数小于所施加的力时，地面接合元件将在作业车辆的加速期间打滑，从而不利地影响加速性能和驾驶稳定性，并且导致地面接合元件的磨损。一旦识别到这种状况，可以减小施加到地面接合元件的动力(速度和转矩)，从而解决打滑状况。
在现有的作业车辆中，牵引控制系统可以确定打滑状况并工作以通过选择性操作变速器组件中的一个或更多个制动器(例如，车轮制动器)或离合器来限制传递到地面接合元件的动力。牵引控制系统可以向制动器或离合器发送使制动器或离合器接合的压力命令。这要么通过选择性施加制动要么通过使输出轴脱开来减小传递对地面接合元件的动力。
虽然现有的作业车辆牵引控制系统用于减少或消除打滑，但认识到这种系统存在缺点。主要地，应当认识到，被操作成控制传递到地面接合元件的动力输出的制动器或离合器部件在重复使用之后将经历磨损，这可能影响牵引控制系统的性能。因此，在作业车辆的寿命期间，制动器和离合器可能需要更换，可能需要更换多次，从而导致作业车辆的运行成本增大。
为了实现改进的牵引控制性能和寿命，为具有电动无级变速器(eIVT)的作业车辆提供了一种牵引控制单元，该eIVT包括电机，该电机单独地或与发动机组合地将动力选择性地传递到输出轴以驱动作业车辆的地面接合元件。为了为作业车辆提供牵引控制，牵引控制单元识别作业车辆的地面接合元件与地面之间的打滑状况，并且在识别到这种打滑状况时，减小电机的速度或转矩输出。
在一个实施例中，牵引控制单元：接收与作业车辆的命令的地面速度相关联的第一输入；接收与作业车辆的实际的地面速度相关联的第二输入；以及将命令的地面速度与实际的地面速度进行比较。与命令的地面速度相关联的第一输入是速度输入或转矩输入的形式。当命令的地面速度超过实际的地面速度的量大于阈值量时，牵引控制单元减小电机的用于驱动输出轴的速度或转矩输出，由此为地面接合元件提供牵引控制。
在一个实施例中，作业车辆的实际的地面速度由作业车辆运动监测系统确定，该作业车辆运动监测系统被构造成监视作业车辆的实际的地面速度。例如，作业车辆运动监测系统可以是全球定位系统(GPS)或地面雷达系统的形式。
牵引控制单元可用于在eIVT的多个操作模式下向作业车辆的地面接合元件提供牵引控制。也就是说，牵引控制单元可用于在变速器组件以并联路径模式或串联模式操作的情况下向地面接合元件提供牵引控制，在并联路径模式中，来自发动机和电机的动力由变换器相加，在串联模式中，来自电机的动力通过变换器传输到输出轴并且防止来自发动机的直接机械动力传递到输出轴。
在图1至图3中提供了根据本发明的作业车辆的示例性实施例，该作业车辆具有变速器组件和相关联的牵引控制单元，该牵引控制单元在车辆中实现牵引控制方案。尽管如此，其他类型的作业车辆和其他构造的电动无级变速器也将受益于结合在其中的本发明的牵引控制方案。因此，应当认识到，本发明的各方面并不意味着仅限于下文描述的特定实施例。
用于作业车辆中的多层制动和减速的系统的示例性实施例
首先参考图1，示出了可以实现本公开的一个或更多个实施例的细节的作业车辆。在所示的示例中，作业车辆被描述为挖掘装载机，因此在下文中被称为“挖掘装载机10”。然而，应当理解，其他构造也是可能的，所述其他构造包括作业车辆为采矿机、拖拉机、收割机、集材机或各种其他作业车辆类型之一的构造。
挖掘装载机10包括底盘12和地面接合元件14。地面接合元件14能够支撑底盘12并推动底盘12越过地面。尽管所示的挖掘装载机10包括作为地面接合元件14的车轮，但挖掘装载机10可包括其他地面接合机构，例如钢履带、橡胶履带或其他合适的地面接合元件。
挖掘装载机10还包括装载机组件16和挖掘机组件22。如图1所示，装载机组件16包括装载机动臂18和铲斗形式的作业工具20。作业工具20能够移动、挖掘、犁装载物(例如泥土或其他材料)或对装载物执行其他材料处理功能。其他合适的作业工具包括例如铲刀、货叉、草捆提升机、螺旋输送器、收割机、耕作机、割草机和抓斗。装载机动臂18被构造成相对于底盘12移动以移动和操作作业工具20。挖掘装载机10的挖掘机组件22包括挖掘机动臂24和具有远程操作工具特征的工具(诸如挖掘机铲斗26)。挖掘机动臂24通过摆动框架连接到底盘12，其中，挖掘机动臂24可相对于底盘12枢转。挖掘机铲斗26又可枢转地安装到挖掘机动臂24并可通过可伸出的斗杆远离挖掘机动臂24伸出，使得挖掘机铲斗26在操作期间具有进一步的运动自由度。
操作员或自主控制装置可以从挖掘装载机10中的操作员站28操作挖掘装载机10，包括地面接合元件14、装载机组件16和挖掘机组件22。虽然在图1中未示出，但是应当认识到，操作员站28可以在其中包括人-车接口30和各种控制装置，所述控制装置被构造成接收来自操作员的输入命令以控制例如与致动和控制装载机组件16和挖掘机组件22相关联的各种电气或液压系统。人-车接口30可以以各种方式构造，并且可以包括输入装置32，输入装置32可以包括一个或更多个操纵杆、各种开关或手柄、一个或更多个按钮、可以覆盖在显示器上的触摸屏接口、键盘、扬声器、与语音识别系统相关联的麦克风或各种其他人-机接口装置。
挖掘装载机10包括控制器34(或多个控制器)以控制挖掘装载机10的操作的各个方面。通常，控制器34(或其他控制器)可以被构造为具有相关联的处理器装置34a和存储器架构34b的计算装置，被构造为硬连线计算电路(或多个电路)，被构造为可编程电路，或以其他方式构造。这样，控制器34可被构造成执行关于挖掘装载机10的各种计算和控制功能。在一些实施例中，控制器34可以被构造为接收各种格式的输入信号(例如，作为电压信号、电流信号等)，并且输出各种格式的命令信号(例如，电压信号、电流信号等)。在一个实施例中，控制器34可以被构造成接收输入命令并且经由人-车接口30与操作者交互。
控制器34可与挖掘装载机10的各种其他系统或装置通信。例如，控制器34可以与挖掘装载机10内(或外部)的各种致动器、传感器和其他装置通信，包括下面描述的各种装置。控制器34可以以各种已知的方式与其他系统或装置(包括其他控制器)通信，包括经由挖掘装载机10的CAN总线(未示出)，经由无线通信装置，或以其他方式。
如下面更详细地描述的，控制器34可以部分地作为牵引控制单元操作，该牵引控制单元有助于收集与挖掘装载机10相关联的各种类型的车辆运行参数数据，作为在挖掘装载机10中实施牵引控制方案的一部分，这些输入包括命令的作业车辆速度和实际的作业车辆速度。在所示实施例中，作为控制器34作为牵引控制单元的操作的一部分提供给控制器34的输入包括：命令的车辆速度，其例如经由人-车接口30输入到控制器34；和实际的作业车辆速度，其经由作业车辆运动监测系统35输入到控制器34。由控制器34接收的输入和数据用于通过操作和控制包括在挖掘装载机10中的变速器36来提供挖掘装载机10中的牵引控制，下面将对变速器36提供进一步的细节。控制器34可以接收采用任何合适的动力参数的、与命令的车辆速度相关联的输入，即，控制器34可以接收表示命令的地面速度的速度输入或转矩输入。
如图所示，作业车辆运动监测系统35设置在挖掘装载机10上，作业车辆运动监测系统35监测挖掘装载机10在操作期间的实际地面速度。作为非限制性示例，作业车辆运动监测系统35可以是GPS或地面雷达系统的形式，该系统精确定位挖掘装载机10的位置并监视其运动，以获得挖掘装载机10在操作期间的实际地面速度。
挖掘装载机10包括推进源，在示例性实施例中，推进源设置为包括发动机38和多个电机40，42的混合动力驱动系统。发动机38和电机40，42可以向变速器36供应动力。
在一个示例中，发动机38是例如柴油机的内燃机，其由控制器34控制以例如基于从人-车接口30接收的输入来启用发动机38的启动，启用发动机38的关闭，禁用发动机38的操作，和/或修改发动机38或相关系统的某些操作方面。挖掘装载机10可包括发动机速度传感器46，发动机速度传感器46被构造成确定发动机38在操作期间的速度。
在一个示例中，电机40，42是AC电动机，例如永磁体AC电动机或感应电动机。在一个实现方式中，并且如将在图2中更详细地解释的，第一电机40可以从发动机38接收机械动力并且将该动力转换成电力，来自第一电机40的电力然后被提供给第二电机42。该电力然后可以由第二电机42再转换以用于机械输出。电机40，42可由控制器34控制以控制其速度、转矩和/或操作模式，其中。第一电机40可在“再生模式”下操作以将机械能转换成电能，并且第二电机42可在“电动机模式”下操作以将电能转换成机械能。
变速器36将动力从发动机38和第二电机42传递到联接到挖掘装载机10的地面接合元件14(该地面接合元件可包括前轮和后轮)的合适的动力传动系统(未示出)，以使挖掘装载机10能够移动。如下面参考图2更详细描述的，变速器36被构造为以各种模式操作的eIVT。这些模式可以包括一个或更多个纯发动机模式、一个或更多个串联电动(例如，纯电)模式以及一个或更多个分路或双路模式，在串联电动模式中，第二电机42提供最终动力传送(没有来自发动机38的直接机械动力)，在分路或双路模式中，来自发动机38和第二电机42两者的输出加起来并且提供最终动力传送(例如，到车桥)，关于这些将在下面提供进一步的细节。
参见图2，示出了包括在挖掘装载机10中的示例性eIVT 84，其提供了对挖掘装载机10的发动机38、电机40，42和变速器36的结构和布置以及变速器36可如何操作以提供作为由牵引控制单元86实现的牵引控制方案的一部分的牵引控制的更详细的讨论。如前所述，根据一些实施例，牵引控制单元86可以作为单元或模块结合在控制器34中。应当认识到，图2所示和下文所述的eIVT 84仅是示例，并且具有不同布置或构造的变速器可替代地结合本公开的细节。
在所示实施例中，eIVT 84包括变速器36、第一电机40和第二电机42。第一电机40和第二电机42可以通过电缆90连接。可以包括功率逆变器92，并且功率逆变器92可以操作性连接到第一电机40和/或第二电机42。在一些实施例中，功率逆变器92可以将能量馈送到电池或电池组件93和/或从电池或电池组件93接收能量。另外，功率逆变器92可以向eIVT84馈送能量和/或从eIVT 84接收能量。此外，在一些实施例中，功率逆变器92可向机具和/或另一能量外接装置(未示出)外接地供电。
变速器36将动力从发动机38和第二电机42传递到输出轴94。如下所述，变速器36包括多个齿轮传动装置、离合器和控制组件，以适当地以不同速度和在多个方向上驱动输出轴94。通常，在一个示例中，eIVT 84的变速器36可以是任何类型的电动无级变速器装置，可以认识到，图2所示的eIVT 84的替代方案也包括在本发明中。
发动机38可以根据来自牵引控制单元86的基于期望操作的命令经由发动机输出元件(例如飞轮)向发动机轴96提供旋转动力。发动机轴96可被构造成向齿轮98和齿轮99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并且与发动机轴96间隔开。轴102可以支撑eIVT 84的各种部件，如将详细讨论的。
齿轮99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并且与发动机轴96间隔开，并且轴106可以连接到第一电机40。因此，来自发动机的机械动力(即，发动机动力)可经由发动机轴96传递到啮合的齿轮99，104、轴106和第一电机40。第一电机40可以将该动力转换成电力以通过电缆90传输到第二电机42。该转换和传输的动力然后可以由第二电机42再次转换以用于沿轴108的机械输出。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。此外，在一些实施例中，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啮合并且可以将动力传递到齿轮112。齿轮110还可以与齿轮114啮合并且可以将动力传递到齿轮114。因此，来自第二电机42的动力可以在齿轮112和齿轮114之间分配以传递到其他部件，如将在下面更详细地讨论的。
eIVT 84还可包括变换器(variator)116，变换器116表示能够在发动机38和第二电机42与输出轴94之间实现无级变速动力传输的装置的一个示例。在一些实施例中，变换器116可以包括至少两个行星齿轮组。在一些实施例中，该行星齿轮组可以互连并且支撑在一个共用轴上，如轴102，并且这些行星齿轮组可以是基本上同心的。在其他实施例中，这些不同的行星齿轮组可以被支撑在分开的、对应的非同心轴上。行星齿轮组的布置可以根据挖掘装载机10内用于包装eIVT 84的可用空间来构造。
如图2的实施例中所示，变换器116可以包括第一行星齿轮组(即，“低”行星齿轮组)，该第一行星齿轮组具有第一太阳轮118、第一行星齿轮和相关联的行星架120以及第一齿圈122。此外，变换器116可以包括第二行星齿轮组(即，“高”行星齿轮组)，该第二行星齿轮组具有第二太阳轮124、第二行星齿轮和相关联的托架126以及第二齿圈128。第二行星齿轮和托架126可以直接附接到第一齿圈122。而且，第二行星齿轮和行星架126可以直接附接到轴130，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。如图所示，轴130、齿轮132和齿轮134可以各自接收轴102并且可以与轴102基本上同心。尽管没有具体示出，但是应当理解，eIVT 84可以包括用于同心地支撑这些部件的各个轴承。具体地，轴130可以经由轴承可旋转地附接至轴102，并且齿轮134可以经由另一个轴承可旋转地附接至轴130。
在变换器116的相对侧(在图2中从左到右)，齿轮114可以安装在轴136上(例如，固定到轴136)，轴136还支撑第一太阳轮118和第二太阳轮124。在一些实施例中，轴136可以是中空的并且可以接纳轴102。轴承(未示出)可以将轴136基本上同心地、可旋转地支撑在轴102上。
此外，第一行星齿轮和相关的托架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并且与轴102间隔开。
如上所述，eIVT 84可被构造成将动力(从发动机38和第二电机42)经由变速器36传送到输出轴94。输出轴94可被构造成将接收到的动力传输到挖掘装载机10的地面接合元件14。
如上所述，eIVT 84可以以可替代地描述为并联路径、双路或分路模式的方式操作，使得来自发动机38和第二电机42的动力可以通过变换器116加起来，其中，加起来或组合起来的动力被传送到输出轴94。eIVT 84在分路模式中还可以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。此外，eIVT 84可具有用于沿向前方向移动挖掘装载机10的一个或更多个向前模式和用于沿向后方向移动挖掘装载机10的一个或更多个向后模式。根据实施例，eIVT 84还可以以串联电动模式操作，其中，来自第二电机42的动力可以传输到输出轴94，并且可以防止来自发动机38的直接机械动力传递到输出轴94。eIVT 84还可以在纯发动机模式下操作，其中，直接机械动力被传输到输出轴94，而第二电机42没有提供额外的动力输入。
eIVT 84可以使用控制组件144在速度和方向模式之间或在串联和分路模式之间切换。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)，在该第一位置中，相应的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)，在该第二位置中，该装置防止动力从输入部件传输到输出部件。控制组件144的可选择的变速器部件可包括一个或更多个湿式离合器、干式离合器、牙嵌式有滑环离合器、制动器、同步器或其他类似装置。控制组件144还可包括用于在第一位置和第二位置之间致动可选择的传动部件的致动器。
如图2所示，控制组件144可包括第一离合器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。此外，控制组件144可包括向前方向离合器156和向后方向离合器158。在一些实施例中，第一离合器146可以安装并支撑在轴160上。此外，处于接合位置的第一离合器146可将齿轮112与轴160接合以作为一个单元旋转。处于分离位置的第一离合器146可以允许齿轮112相对于轴160旋转。而且，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。向后方向离合器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)。向后方向离合器158可接合齿轮162和齿轮164，或者使齿轮162和齿轮164脱开。齿轮164可以与惰轮166啮合，并且惰轮166可以与齿轮168啮合。向前方向离合器156可支撑在齿轮168上(齿轮168又支撑在轴102上)，以选择性地接合轴130。因此，向前方向离合器156可以与轴130和轴102两者同心。第二离合器148可以被支撑在轴142上。第二离合器148可以接合轴142和齿轮170，或者使轴142和齿轮170脱开。齿轮170可以与齿轮172啮合。齿轮172可以固定到中间轴174并安装在中间轴174上。中间轴174还可以支撑齿轮176。齿轮176可以与齿轮178啮合，齿轮178固定到输出轴94。
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并且与轴142间隔开。而且，齿轮182可以固定到轴180并由轴180支撑。如图所示，齿轮182可以与齿轮134啮合。第三离合器150可以接合齿轮182和齿轮184，或者使齿轮182和齿轮184脱开。齿轮184可以与齿轮172啮合。第四离合器152可以(与第二离合器148共同地)支撑在轴142上。第四离合器152可以接合轴142和齿轮186，或者使轴142和齿轮186脱开。齿轮186可与齿轮188啮合，齿轮188安装在中间轴174上并固定到中间轴174。另外，第五离合器154可(与第三离合器150共同地且同心地)支撑在轴180上。第五离合器154可以接合轴180和齿轮190，或者使轴180和齿轮190脱开。齿轮190可以与齿轮188啮合。
如前所述，eIVT 84可基于变速器的选择性操作以多种模式操作，包括其中来自发动机38和第二电机42的动力被组合的分路模式。如上所述，牵引控制单元86联接到控制组件144，以控制一个或更多个致动器并因此控制变速器36内的一个或更多个选择性变速器部件的运动，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、向前方向离合器156和向后方向离合器158。通常，牵引控制单元86操作控制组件144以及发动机38和第二电机42，以实现期望的功能，例如，在输出轴94处实现所需的转矩，用于挖掘装载机10的总体控制。这包括车辆加速、停止、起动、传动比之间的转换、方向之间的转换等。
根据实施例，牵引控制单元86被构造成选择性地操作第二电机42以向挖掘装载机10的地面接合元件14提供牵引控制。如下所述，牵引控制单元86控制第二电机42的操作以选择性地降低其速度或转矩输出，从而解决挖掘装载机10的车轮打滑。
现在参见图3，并且继续参见图1和图2，示出了根据本公开的用于在作业车辆(例如，挖掘装载机10)中提供牵引控制的方法200的流程图，例如可以由牵引控制单元86执行的方法。牵引控制单元86在eIVT 84的操作期间(例如当要求作业车辆加速时)控制第二电机42的操作，以便解决车轮打滑。
方法200开始于步骤202，其中eIVT 84操作发动机38和第二电机42以提供作业车辆的推进。在这种操作期间，在步骤204，将命令的地面速度输入到牵引控制单元86。在一个实施例中，命令的地面速度经由人-车接口30(图1)输入到牵引控制单元86，例如通过人-车接口30上的输入装置32。命令的地面速度可以是速度输入或转矩输入的形式，控制器34使用速度或转矩参数对速度输入或转矩输入进行处理，这取决于控制算法设计有速度控制逻辑还是转矩控制逻辑。
与输入到牵引控制单元86的命令的地面速度一起，将实际的地面速度也输入到牵引控制单元86，如步骤206所示。根据实施例，实际的地面速度经由设置在作业车辆上的作业车辆运动监测系统35(例如，GPS或地面雷达系统)输入到牵引控制单元86，作业车辆运动监测系统35监测作业车辆在操作期间的实际的地面速度。
方法200在步骤208继续，其中牵引控制单元86将命令的地面速度与实际的地面速度进行比较。具体地，将命令的地面速度与实际地面速度进行比较，以确定命令的地面速度超过实际的地面速度的量是否大于阈值量，该阈值量表示作业车辆中存在车轮打滑。在一个实施例中，阈值量(命令的地面速度和实际的地面速度之间的差被确定为高于该阈值量，这表示车轮打滑)可以是命令的地面速度和实际的地面速度之间的1％或2％的差(即，命令的地面速度超过实际地面速度的量大于1％或2％)。在其他实施例中，阈值可以更大，例如命令的地面速度与实际的地面速度之间的5％差或更大。此外，阈值处理还可以包括求解理论非打滑地面速度确定值，在该理论非打滑地面速度确定值下，最佳动力(速度或转矩)可以被提供给地面接合轮而不打滑。如果是，则步骤208的比较可以进一步包括理论非打滑地面速度与命令的地面速度和实际的地面速度中的任一个或两者的比较。对于理论非打滑地面速度评估，可以应用相同或不同的阈值处理，或者没有应用阈值处理。
如果牵引控制单元86确定命令的地面速度超过实际的地面速度的量不大于阈值量，如210所示，则确定没有发生车轮打滑，并且方法200循环回到步骤204和206，其中，牵引控制单元86监测和/或接收关于命令的地面速度和实际的地面速度的附加输入。替代地，如果牵引控制单元86确定命令的地面速度超过实际的地面速度的量大于阈值量，如212所示，则确定正在发生车轮打滑，并且方法200继续到步骤214，在步骤214，牵引控制单元86向第二电机42提供使其速度或转矩输出减小的命令。在第二电机42输出减小的速度或转矩的情况下，提供给输出轴94的动力(速度和转矩)因此也减小，使得传递到地面接合元件14的动力减小。在向地面接合元件14提供减小的动力的情况下，解决了车轮打滑状况。
在步骤214中减小第二电机42的速度或转矩输出之后，方法200继续监测作业车辆的命令的地面速度和实际的地面速度，在步骤216中将命令的地面速度和实际地面速度的附加/继续输入提供给牵引控制单元86。在接收到这些输入时，牵引控制单元86再次将命令的地面速度与实际的地面速度进行比较，以确定命令的地面速度超过实际的地面速度的量是否大于阈值量，如步骤218所示。如先前所指示的，作为示例，阈值量(命令的地面速度与实际的地面速度之间的差被确定为高于该阈值量，这表示车轮打滑)可以是命令的地面速度与实际地面速度之间的1％或2％的差。在步骤218的比较的阈值处理方面还可以包括求解理论非打滑地面速度，该理论非打滑地面速度与命令的地面速度和实际的地面速度中的任一个或两者进行比较。
如果牵引控制单元86确定命令的地面速度超过实际的地面速度的量仍大于阈值量，如220所示，则确定正在发生车轮打滑并且方法200循环回到步骤212，在步骤212，牵引控制单元86向第二电机42提供命令以进一步减小速度或转矩输出。替代地，如果牵引控制单元86确定命令的地面速度超过实际的地面速度的量不大于阈值量(即，它已经响应于在步骤212执行的速度或转矩减小而下降到阈值以下)，如步骤222所示，则确定不再发生车轮打滑并且方法200继续到步骤224。在步骤224，牵引控制单元86可以向第二电机42提供命令，该命令将第二电机42的速度或转矩输出维持在其当前水平，或者可能地使得第二电机42的速度或转矩输出增加，如果由操作者命令的话或者如果确定速度或转矩可以增加而不导致车轮打滑的话。因此，可以认识到，第二电机42在减小的速度或转矩输出下的操作可以是临时操作状况，在确定车轮打滑不再存在时可以退出该临时操作状况。方法200的另一迭代然后可以作为用于作业车辆的正在进行的牵引控制方案的一部分来执行。
因此，牵引控制单元86提供闭环控制方案，通过该闭环控制方案可以解决作业车辆中的车轮打滑。通过在识别出车轮打滑状况时选择性地控制第二电机42的操作以减小其速度或转矩输出，牵引控制单元86提供准确且快速的响应以解决车轮打滑状况。这种在没有致动eIVT 84中的离合器的情况下解决打滑状况的方案减小了变速器组件中的机械磨损，以便延长其寿命。
列举的示例
提供以下示例，对示例进行了编号以便于参考。
1.一种作业车辆包括发动机和变速器组件，所述变速器组件具有：变换器，其选择性接到所述发动机；齿轮传动装置，其被构造成为输出动力从所述变换器到输出轴的传输提供选择性齿轮减速；以及电机，其操作性连接到所述发动机和所述变换器，所述电机向所述变换器提供旋转动力。变速器组件被构造成将动力从发动机和电机中的一者或两者选择性地传递到输出轴以驱动作业车辆的地面接合元件。所述作业车辆还包括牵引控制单元，所述牵引控制单元包括处理器，所述牵引控制单元控制所述电机的速度或转矩输出以为所述作业车辆提供牵引控制，所述牵引控制单元操作成：接收与所述作业车辆的命令的地面速度相关联的第一输入；接收与所述作业车辆的实际的地面速度相关联的第二输入；将所述命令的地面速度与所述实际的地面速度进行比较；以及当命令的地面速度超过实际的地面速度的量大于阈值量时，减小电机的速度或转矩输出，以驱动输出轴并由此为地面接合元件提供牵引控制。
2.根据示例1所述的作业车辆，其中，所述变速器组件能够以并联路径模式操作，在所述并联路径模式下，来自所述发动机和所述电机的动力由所述变换器相加；或者所述变速器组件能够以串联模式操作，在所述串联模式下，来自所述电机的动力通过所述变换器传输到所述输出轴，并且防止来自所述发动机的直接机械动力传递到所述输出轴。
3.根据示例1所述的作业车辆，其中，所述牵引控制单元被构造成当所述命令的地面速度超过所述实际的地面速度的量大于所述阈值量时，减小所述电机的速度或转矩输出，以向所述变换器提供旋转动力。
4.根据示例1所述的作业车辆，其中，所述牵引控制单元操作成当所述命令的地面速度超过所述实际的地面速度的量大于所述阈值量时，识别到所述作业车辆的所述地面接合元件与地面之间的打滑状况，并且其中，减小所述电机的转矩输出解决所述打滑状况。
5.根据示例1所述的作业车辆，所述作业车辆进一步包括作业车辆运动监测系统，所述作业车辆运动监测系统被构造成监测所述作业车辆的所述实际的地面速度，所述作业车辆运动监测系统向所述牵引控制单元提供所述第二输入。
6.根据示例5所述的作业车辆，其中，所述作业车辆运动监测系统包括全球定位系统(GPS)或地面雷达系统。
7.根据示例1所述的作业车辆，其中，与所述命令的地面速度相关联的所述第一输入是速度输入或转矩输入。
8.根据示例7的作业车辆，其中，在暂时减小所述电机的转矩输出之后，所述牵引控制单元操作成：继续监测所述作业车辆的所述命令的地面速度和所述实际的地面速度；将所述命令的地面速度与所述实际的地面速度进行比较；以及当所述命令的地面速度与所述实际的地面速度之间的差下降到所述阈值量以下时，增大所述电机的转矩输出，以驱动所述输出轴。
9.根据示例1所述的作业车辆，其中，所述电机包括第一电机，并且其中，所述变速器组件进一步包括第二电机，所述第二电机经由发动机驱动的轴联接到所述发动机以从所述发动机接收动力，所述第二电机被构造成响应于受所述发动机驱动的轴的驱动而产生输出电力并将所述输出电力提供给所述第一电机。
10.提供了一种用于在作业车辆中提供牵引控制的方法，该作业车辆包括发动机和变速器组件，该变速器组件具有操作性连接到发动机的电机，以通过变速器组件的变换器将动力选择性地传递到输出轴，该输出轴驱动作业车辆的地面接合元件。该方法包括：将旋转动力从电机传递到变换器；将第一输入传输到作业车辆的牵引控制单元，该第一输入包括作业车辆的命令的地面速度；将第二输入传输到变速器组件的牵引控制单元，该第二输入包括作业车辆的实际的地面速度；以及经由牵引控制单元将命令的地面速度和实际的地面速度进行比较。该方法还包括：当命令的地面速度超过实际的地面速度的量大于阈值量时，经由牵引控制单元控制电机以减小电机的提供到变换器并接着提供到输出轴的速度或转矩输出，由此为地面接合元件提供牵引控制。
11.根据示例10所述的方法，其中，将所述第一输入传输到所述牵引控制单元包括：经由所述作业车辆的操作员接口传输所述命令的地面速度的操作员输入，并且其中，将所述第二输入传输到所述牵引控制单元包括：从作业车辆运动监测系统提供所述实际的地面速度。
12.根据示例10所述的方法，其中，从所述作业车辆监测系统提供所述实际的地面速度包括：从所述作业车辆上的全球定位系统(GPS)或地面雷达系统提供所述实际的地面速度。
13.根据示例11所述的方法，该方法包括：当所述命令的地面速度超过所述实际的地面速度的量大于所述阈值量时，经由所述牵引控制单元识别到所述作业车辆的所述地面接合元件与地面之间的打滑状况；以及经由所述牵引控制单元控制所述电机以减小所述电机的速度或转矩输出并由此减小或消除所述打滑状况。
14.根据示例11的方法，所述方法包括使所述牵引控制单元：在减小所述电机的转矩输出之后，继续向所述牵引控制单元提供所述第一输入和所述第二输入；将所述命令的地面速度与所述实际的地面速度进行比较；以及当所述命令的地面速度与所述实际的地面速度之间的差下降到所述阈值量以下时，经由所述牵引控制单元控制所述电机以增大所述电机的转矩输出，以驱动所述输出轴。
15.一种作业车辆包括发动机和变速器组件，所述变速器组件具有：变换器，其操作性连接到所述发动机；齿轮传动装置，其被构造成为输出动力从所述变换器到输出轴的传输提供选择性齿轮减速；以及电机，其操作性连接到所述发动机和所述变换器，所述电机向所述变换器提供旋转动力。变速器组件被构造成将动力从发动机和电机中的一者或两者选择性地传递到输出轴以驱动作业车辆的地面接合元件。所述作业车辆还包括与所述电机通信的牵引控制单元，所述牵引控制单元包括处理器，所述牵引控制操作成：识别所述作业车辆的地面接合元件与地面之间的打滑状况；以及在识别到所述打滑状况时减小所述电机的速度或转矩输出。
结论
因此，上文已经提供了一种用于作业车辆的牵引控制单元，在作业车辆中包括eIVT。牵引控制单元选择性地控制eIVT的电机，该电机单独地或与发动机组合地将动力选择性地传递到输出轴以驱动作业车辆的地面接合元件。为了为作业车辆提供牵引控制，牵引控制单元识别作业车辆的地面接合元件与地面之间的打滑状况，并且在识别到这种打滑状况时减小电机的速度或转矩输出。可以通过作业车辆的命令的地面速度与作业车辆的实际的地面速度之间的比较来执行打滑状况的识别，其中，当命令的地面速度超过实际的地面速度的量大于阈值量时识别到打滑状况。
如本文所用，除非另外限制或修改，否则具有由连词(例如，“和”)分开并且之前还有短语“一个或更多个”或“至少一个”的元件的列表指示可能包括列表的单独元件或其任何组合的配置或布置。例如，“A、B和C中的至少一个”或“A、B和C中的一个或更多个”表示仅A、仅B、仅C、或A、B和C中的两个或更多个的任何组合的可能性(例如，A和B；B和C；A和C；或A、B和C)。而且，在权利要求中对于某些元件使用“一个或更多个”或“至少一个”并不暗示其他元件是单数的，也不对其他权利要求元件具有任何其他效果。已出于说明和描述的目的呈现了本公开的描述，但不旨在穷举或将本公开限于所公开的形式。在不脱离本公开的范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域普通技术人员将是显而易见的。选择并描述本文明确引用的实施例以最佳地解释本公开的原理及其实际应用，并使本领域的其他普通技术人员能够理解本公开并认识到对所述实例的许多替代、修改和变化。因此，除了明确描述的实施例之外的各种实施例和实现都在以下权利要求的范围内。
最后，如本文所用，单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另外明确指出。还应当理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或添加。
已出于说明和描述的目的呈现了本公开的描述，但不旨在穷举或将本公开限于所公开的形式。在不脱离本公开的范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域普通技术人员将是显而易见的。选择并描述本文明确引用的实施例以最佳地解释本公开的原理及其实际应用，并使本领域的其他普通技术人员能够理解本公开并认识到对所述实例的许多替代、修改和变化。因此，除了明确描述的实施例之外的各种实施例和实现都在以下权利要求的范围内。

Claims (14)

1.一种作业车辆(10)，该作业车辆包括：
发动机(38)；
变速器组件(36)，该变速器组件包括：
变换器(116)，该变换器选择性连接到所述发动机；
齿轮传动装置，该齿轮传动装置被构造成为输出动力从所述变换器(116)到输出轴(94)的传输提供选择性齿轮减速；以及
电机(42)，该电机操作性连接到所述发动机(38)和所述变换器(116)，所述电机(42)向所述变换器(116)提供旋转动力；
其中，所述变速器组件(36)被构造成将动力从所述发动机(38)和所述电机(42)中的一者或两者选择性地传递到所述输出轴(94)以驱动所述作业车辆(10)的地面接合元件(14)；以及
牵引控制单元(86)，该牵引控制单元包括处理器，所述牵引控制单元控制所述电机(42)的速度或转矩输出以为所述作业车辆(10)提供牵引控制，所述牵引控制单元(86)操作成：
接收与所述作业车辆(10)的命令的地面速度相关联的第一输入；
接收与所述作业车辆(10)的实际的地面速度相关联的第二输入；
将所述命令的地面速度与所述实际的地面速度进行比较；以及
当所述命令的地面速度超过所述实际的地面速度的量大于阈值量时，减小所述电机(42)的速度或转矩输出，以驱动所述输出轴(94)并由此为所述地面接合元件(14)提供牵引控制。
2.根据权利要求1所述的作业车辆，其中，所述变速器组件(36)能够以并联路径模式操作，在该并联路径模式下，来自所述发动机(38)和所述电机(42)的动力由所述变换器(116)相加；或者
所述变速器组件(36)能够以串联模式操作，在该串联模式下，来自所述电机(42)的动力通过所述变换器(116)传输到所述输出轴(94)，并且防止来自所述发动机(38)的直接机械动力传递到所述输出轴(38)。
3.根据权利要求1所述的作业车辆，其中，所述牵引控制单元(86)被构造成当所述命令的地面速度超过所述实际的地面速度的量大于所述阈值量时，减小所述电机(42)的速度或转矩输出，以向所述变换器(116)提供旋转动力。
4.根据权利要求1所述的作业车辆，其中，所述牵引控制单元(86)操作成当所述命令的地面速度超过所述实际的地面速度的量大于所述阈值量时，识别到所述作业车辆(10)的所述地面接合元件(14)与地面之间的打滑状况，并且其中，减小所述电机(42)的速度或转矩输出解决所述打滑状况。
5.根据权利要求1所述的作业车辆，所述作业车辆进一步包括作业车辆运动监测系统(35)，该作业车辆运动监测系统被构造成监视所述作业车辆(10)的所述实际的地面速度，所述作业车辆运动监测系统(35)向所述牵引控制单元(86)提供所述第二输入。
6.根据权利要求5所述的作业车辆，其中，所述作业车辆运动监测系统(35)包括全球定位系统(GPS)或地面雷达系统。
7.根据权利要求1所述的作业车辆，其中，与所述命令的地面速度相关联的所述第一输入是速度输入或转矩输入。
8.根据权利要求1所述的作业车辆，其中，在暂时减小所述电机(42)的速度或转矩输出之后，所述牵引控制单元(86)操作成：
继续监测所述作业车辆(10)的所述命令的地面速度和所述实际的地面速度；
将所述命令的地面速度与所述实际的地面速度进行比较；以及
当所述命令的地面速度与所述实际的地面速度之间的差下降到所述阈值量以下时，增大所述电机(42)的转矩输出，以驱动所述输出轴(94)。
9.根据权利要求1所述的作业车辆，其中，所述电机(42)包括第一电机(42)，并且其中，所述变速器组件(36)进一步包括第二电机(40)，所述第二电机(40)经由发动机驱动的轴(96)联接到所述发动机(38)以从所述发动机接收动力，所述第二电机(40)被构造成响应于受所述发动机驱动的轴(96)的驱动而产生输出电力并将所述输出电力提供给所述第一电机(42)。
10.一种用于在作业车辆(10)中提供牵引控制的方法，所述作业车辆(10)包括发动机(38)和变速器组件(36)，该变速器组件具有操作性连接到所述发动机(38)的电机(42)，以通过所述变速器组件(36)的变换器(116)将动力选择性地传递到输出轴(94)，该输出轴驱动所述作业车辆(10)的地面接合元件(14)，所述方法包括：
将旋转动力从所述电机(42)传递到所述变换器(116)；
将第一输入传输到所述作业车辆(10)的牵引控制单元(86)，所述第一输入包括所述作业车辆(10)的命令的地面速度；
将第二输入传输到所述变速器组件(36)的所述牵引控制单元(86)，所述第二输入包括所述作业车辆(10)的实际的地面速度；
经由所述牵引控制单元(86)将所述命令的地面速度与所述实际的地面速度进行比较；以及
当所述命令的地面速度超过所述实际的地面速度的量大于阈值量时，经由所述牵引控制单元(86)控制所述电机(42)以减小所述电机(42)的提供到所述变换器(116)并接着提供到所述输出轴(94)的速度或转矩输出，由此为所述地面接合元件(14)提供牵引控制。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，将所述第一输入传输到所述牵引控制单元(86)包括：经由所述作业车辆(10)的操作员接口(30)传输所述命令的地面速度的操作员输入；以及
其中，将所述第二输入传输到所述牵引控制单元(86)包括：从作业车辆运动监测系统(35)提供所述实际的地面速度。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，从所述作业车辆运动监测系统(35)提供所述实际的地面速度包括：从所述作业车辆上的全球定位系统(GPS)或地面雷达系统提供所述实际的地面速度。
13.根据权利要求10所述的方法，所述方法进一步包括：
当所述命令的地面速度超过所述实际的地面速度的量大于所述阈值量时，经由所述牵引控制单元(86)识别到所述作业车辆(10)的所述地面接合元件(14)与地面之间的打滑状况；以及
经由所述牵引控制单元(86)控制所述电机(42)以减小所述电机(42)的速度或转矩输出并由此减小或消除所述打滑状况。
14.根据权利要求10所述的方法，所述方法进一步包括使所述牵引控制单元(86)：
在减小所述电机(42)的速度或转矩输出之后，继续向所述牵引控制单元提供所述第一输入和所述第二输入；
将所述命令的地面速度与所述实际的地面速度进行比较；以及
当所述命令的地面速度与所述实际的地面速度之间的差值下降到所述阈值量以下时，经由所述牵引控制单元(86)控制所述电机以增大所述电机(42)的转矩输出，以驱动所述输出轴(94)。
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