CN117128929A - 坡度严峻性检测 - Google Patents

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Abstract

一种用于机动交通工具中的坡度严峻性检测的设备，该设备包括向控制器提供数据的第一传感器和第二传感器。第一传感器配置成生成指示机动交通工具的至少一个轮的运动数据。第二传感器生成指示机动交通工具的至少一个轮的扭矩的数据。控制器配置成基于扭矩数据以及根据位置数据得出的一个或更多个加速度值来计算机动交通工具的俯仰，并且配置成将计算的俯仰与俯仰阈值进行比较。基于该比较来生成坡度严峻性消息。

Description

坡度严峻性检测
技术领域
本申请涉及电动交通工具的坡度检测。
背景技术
电动交通工具包括以电池电力或其他纯电源运行的一个或更多个马达。术语“电动交通工具”可以不同于电动汽车或电动机动车，并且涵盖各种应用。示例包括建筑交通工具，比如移动式高空升降机、叉车等等。这些交通工具可以包括控制系统，以提供自动运动控制和安全机构。当电动交通工具在倾斜平面或坡道上行驶时，在运动控制方面出现一个挑战。
发明内容
一方面，本发明提供一种用于机动交通工具中的坡度严峻性检测的设备，所述设备包括：第一传感器，所述第一传感器配置成生成指示所述机动交通工具的至少一个轮的运动数据；第二传感器，其中，所述机动交通工具的至少一个轮的扭矩数据是基于所述第二传感器的输出的；以及控制器，所述控制器配置成基于所述扭矩数据以及根据所述运动数据得出的一个或更多个加速度值来计算所述机动交通工具的俯仰，并且配置成将计算的俯仰与俯仰阈值进行比较，其中，基于所述比较来生成坡度严峻性消息。
另一方面，本发明提供一种用于机动交通工具中的坡度严峻性检测的方法，所述方法包括：接收所述机动交通工具的多个轮中的每个轮的第一数据，所述第一数据指示扭矩；接收所述机动交通工具的所述多个轮中的每个轮的运动数据；根据所述运动数据计算轮加速度；基于所述轮加速度和所述扭矩数据来计算所述机动交通工具的俯仰；执行计算的俯仰与俯仰阈值的比较；以及基于所述比较来生成坡度严峻性消息。
又一方面，本发明提供一种方法，包括：基于马达的至少一个电气属性和所述马达的至少一个运动学属性来监测机动交通工具的坡度；将所述机动交通工具的所述坡度与阈值进行比较；以及基于所述坡度与所述阈值的所述比较来调节所述机动交通工具的速度。
附图说明
根据示例性实施方式，本文中参照所附附图描述了示例性实施方式。
图1图示了示例电动交通工具位于坡道上。
图2图示了电动交通工具的轮的示例部分自由体图。
图3图示了电动交通工具的示例自由体图。
图4图示了电动交通工具。
图5图示了用于监测坡度严峻性的第一实施方式的示例框图。
图6图示了交通工具参数和交通工具坡度或斜坡角度的图表。
图7图示了用于监测坡度严峻性的第二实施方式的示例框图。
图8图示了用于监测坡度严峻性的第三实施方式的示例框图。
图9图示了用于监测坡度严峻性或交通工具性能的示例控制器。
图10图示了图9的控制器的流程图。
图11图示了图9的控制器的另一流程图。
具体实施方式
电动交通工具的示例应用包括诸如移动式升降工作平台(MEWP)的高空升降机、诸如高尔夫推车的休闲推车以及全地形/多用途交通工具、诸如叉车或滑移装载机的维修或建筑交通工具。交通工具的MEWP分类包括高空升降机、高空工作平台(AWP)、人力升降机、动力平台和交通工具安装式工作平台。术语“MEWP”包括意在用于将一个或更多个人员、工具和材料移动至工作位置的两个类别的机器，至少包括带有控制件的工作平台、延伸结构和底盘。一个类别的示例是剪刀式升降机，该剪刀式升降机具有工作平台，该工作平台在底盘上方和轮上方的区域中竖向地升降。剪刀式升降机的延伸结构包括交叉支撑梁，这些交叉支撑梁相对于彼此枢转以使工作平台延伸和升降。另一类别的示例是吊臂式升降机，该吊臂式升降机可以在底盘上方的区域之外进行升降。吊臂式升降机的延伸结构可以包括液压臂，该液压臂延伸以使工作平台升降。
图1图示了示例交通工具100，以代表在带有具有角度θ的倾斜平面的示例坡道101上行驶的这些类型的交通工具中的任何交通工具。角度θ相对于水平面(例如，地球表面或者垂直于重力方向的线/平面)测量，使得以度或弧度表示的较高正数表示坡道101的较陡角度。如下文更详细地讨论的，交通工具可以包括一个或更多个马达(例如，每个轮一个马达)以及可以应用于轮中的一个或更多个轮的制动器。材料处理和高空升降行业中的交通工具通常具有限制交通工具在这样的坡道101上时进行的运动的规定。当坡道101的坡度使得其超出安全范围时，交通工具运动的限制被适当地设定。作为示例，当交通工具100处于某种严峻程度的坡度时，限制交通工具行驶速度。交通工具的行驶速度可以通过减慢马达的速度或应用制动器来限制。
在这种情况下，可以利用惯性测量单元(IMU)和/或倾斜传感器(TS)来测量坡度严峻性。IMU包括至少一个陀螺仪和至少一个加速度计(例如，三个方向中的每个方向上的加速度计)以确定交通工具100的俯仰和滚转。TS使用至少一个加速度计来确定俯仰和滚转。TS可以替代性地是机械式的。例如，TS可以包括金属球，该金属球在TS达到预定角度时连接两个电接触点，致使球滚转至两个电接触点。
至少一个示例行业标准、例如EN 280或EN 280-2013定义了移动式升降工作平台的技术，其中，测量俯仰角度和滚转角度以实现安全的交通工具运行。该标准可以指定适用于MEWPs的坡道的最大速度和最大行驶角度。该标准还可以对具有用于坡道的各种速度或行驶角度的平台的使用进行规范。
由交流供电的马达(AC马达或M)可以驱动交通工具100。在本文中描述的实施方式中的任何实施方式中，直流(DC)马达可以代替交流马达。在一些示例中，每个轮均联接至独立的马达。在一些示例中，连接两个或更多个轮的转轴联接至马达。可以存在连接成对的轮的多个转轴。每个转轴均可以具有独立的马达。在一些示例中，仅一个转轴连接至马达。
AC马达驱动系统可能存在的一个问题涉及在坡道上行驶的同时保持安全或可管控的速度。AC马达在低速时具有相对高的扭矩，而在速度超过预定的速度范围或为AC马达驱动器设计的额定速度时具有相对低的扭矩。沿坡道向上行驶往往会导致稳定情况，这是因为交通工具将会减速至马达扭矩增大时的速度，并且坡道能够被爬上去。然而，当行驶下山或沿坡道向下行驶时，会出现不同的情况。当行驶下山时，重力可能会辅助交通工具超过额定速度，从而导致制动扭矩降低。制动力矩降低可能会导致速度不再保持并变得不稳定的情况。例如，交通工具可能会“失控”或以控制系统无法立即通过制动扭矩降低的高速度行驶。
使问题进一步复杂化的情况是，交通工具可能在电池充满的情况下以高速度驶下陡峭山坡。交通工具的再生制动系统通常可以用于吸收驱动系统的功率。然而，再生制动系统只有在电池可以被充电的情况下才能将功率传递给电池。充满的电池基本上不能被充电。因此，在电池不能以足够的速率吸收功率的情况下，驱动系统不会通过再生制动而减速。
当用于使交通工具100减速的这些技术中的一种技术不可用或不足以使沿坡道向下行驶的交通工具减速时，交通工具100的倾斜或俯仰角度可以用于触发另一个系统。例如，IMU或TS可以指示俯仰角度过高并引起备用制动系统。备用制动系统可以包括机械制动器。机械制动器可以与一个或更多个轮机械地接触。也就是说，机械制动器在被致动时可以对一个或更多个轮施加摩擦力，以使一个或更多个轮减速。
然而，使用IMU或TS可能涉及高成本(例如，传感器成本或其他部件成本)，这可能阻止在一些应用中使用这些系统。TS的其他问题是，直接依赖于加速度计会导致对交通工具在运动时的俯仰和滚转角度的不正确估算，因此需要进行过滤，从而引起信号延迟。因此，TS的输出对于某些应用是不理想的。TS在示出角度估算输出之前可能具有延迟期，这可能导致坡道上的交通工具速度限制的延迟。更具体地，TS可能取决于采样周期(例如，每秒一个样本)。对于任何基于TS数据比如俯仰角度的给定条件，对该条件的检测将比实际条件至少滞后了采样周期。在移动式MEWP和其他应用中，TS的采样周期相对较高，因为交通工具往往是刚性的，并且几乎没有暂停期。在加速度计数据中，轮中的一个轮的小碰撞或干扰可能在非常短的时间段反映出大的俯仰角度。为了避免这些误报，TS使用大的采样周期来平滑数据，但大的采样周期本身就涉及延迟。
在一些情况下，交通工具设计可能不包括这样的情况：交通工具以高的速度比率进入具有严峻坡度的坡道，没有足够的制动扭矩来安全停止，从而导致失控情况。尽管AC马达控制系统可以监测马达速度并进行监控，从而设定马达EMB以迅速停止，但是这对于操作者而言并不是理想情况(例如，运动中出现令人不快的颠簸，或出现不受控制的运动风险，比如倾倒或滑动，这可能至少部分地失去牵引力)。IMU和/或TS可以识别这种情况，但是估算的俯仰角度与真实俯仰相比的延迟仍然可能导致超速情况。
下面的实施方式通过引入更简单且更快的计算以使用旋转加速度和扭矩检测严峻坡度来解决这些挑战。IMU和/或TS技术是不可接受的，因为计算中涉及延迟。改善坡度检测的延迟对加快识别严峻坡度提出了挑战。以下实施方式使交通工具在检测到严峻坡度之后减速至可获得更多制动扭矩的速度。以下实施方式不一定检测准确的角度，而是通过使用马达扭矩和马达加速度的值或一系列值(趋势)来识别严峻坡度的更普遍存在。俯仰可以是估算值。术语“俯仰范围”或“俯仰指示器”可以包括倾向于指示误差范围或一般角度范围内的俯仰的值。例如，俯仰范围可以包括0至3度、3度至6度、6度至9度等。在另一个示例中，低俯仰范围是0至12度，并且高俯仰范围是13度或更高。
对坡度严峻性的检测可以在交通工具开始爬上坡道或沿斜坡向下前进但在速度大幅增大之前进行。马达扭矩和马达加速度可以从马达外部测量，或者在AC马达控制软件内部估算。当坡度严峻性检测到坡道时，交通工具的速度通过马达控制来减缓或者防止加速，响应时间比使用TS时更快。以下实施方式中的响应时间可以是100毫秒至200毫秒。
图1示出了交通工具100行驶到具有严峻坡度的坡道101上的基本方法、以及马达扭矩和马达加速度的使用。各种类型的坡道、山坡、斜坡、表面可以由坡道101表示。角度θ可以表示代表严峻坡度的阈值角度。严峻坡度的定义可以改变并且取决于交通工具的类型、交通工具的任何有效载荷、轮胎的类型、坡道101的表面、以及/或者其他因素。角度θ可以在等于或大于14度、15度、20度、22.5度、30度或另一个值时被认为是严峻坡度。替代性地，严峻坡度可以被定义为阈值坡度，比如25％坡度、30％坡度、40％坡度或另一个值。
参照图1，Fv对应于与交通工具沿坡道101向下行驶有关的力(重力的矢量)，并且Ft对应于使交通工具100减速或停止所需的力。Ft可以在马达被命令减缓交通工具的速度的情况下由马达提供。Ft可以由制动器提供。Ft必须大于Fv，以便在沿坡道101向下启动时使交通工具100减速。
图2示出了驱动轮102上的扭矩和交通工具加速度之间的必要关系。当驱动扭矩从驱动模式过渡至再生模式并且加速度在交通工具水平上呈相反方向的趋势时，能够暗示交通工具100正沿坡道101向下行驶。
图3图示了电动交通工具100的示例自由体图。轮102中的每个轮都受到多个力的作用。Ft1和Ft2分别对应于使交通工具100在轮中的每个轮处减速所需的力。法向力Fn1和Fn1与垂直于坡道101的表面的方向上投射的重力(mg)反向。
可以假设交通工具100的简化模型。交通工具100可以在没有打滑的情况下移动到一条直线上，并且因此每个轮将以相同的速度旋转。当在低摩擦环境中的平地上移动时，加速度直接由每个轮102上的扭矩之和引起。马达、轮和交通工具之间的相互作用是刚性的，而没有动力。
等式1至等式9描述了确定坡道101中的坡度严峻性的技术的示例推导。如下文更详细地论述的，实施方案可能不要求从等式1至等式9进行计算，而是可以使用推导结果来模拟和估算确定坡度严峻性所需的参数。
如等式1所示，轮加速度可以定义为交通工具100的驱动轮或相应马达(例如两个马达或四个马达)的组合扭矩Tmotors combined除以反射惯性矩(J)。反射惯性矩(J)是在交通工具100的马达处感知到的惯性(换算至马达)。
反射惯性矩(J)可能取决于交通工具100的具有实质质量的每一部分。等式2描述了基于轮中的每个轮的惯性矩(Jwheel)、交通工具的质量(mvehicle)、轮的半径(rwheel)和马达的惯性矩(Jmotor)来计算反射惯性矩(J)的示例，其中，N是马达与轮之间的传动比，W是轮的数量，并且M是马达的数量。在许多示例中，W＝M。
等式3规定，马达的组合扭矩(Tmotors combined)是每个马达的扭矩之和。
等式4说明，稳态条件下所需的总牵引力(Ft1+Ft2)取决于重力(mvehicle*重力加速度)和俯仰角度(例如，角度θ)的正弦。
Ft＝mvehicle g sin(pitch) 等式4
通过从马达的扭矩(T)来表达，关系如等式5所示。
T＝-mvehicle g sin(pitch)rwheel/N 等式5
对于小俯仰角度，该等式可以线性化。也就是说，当角度θ小于预定角度时，sin(θ)几乎等于θ。在一些示例中，可以假设坡道总是以一角度倾斜以满足该假设(例如，θ小于20度)。等式6去掉了正弦运算符。
T＝-mvehicle·g·pitch·rwheel/N等式6
结合这两个效应，等式7建立如下
因此，通过代数，可以根据等式8估算俯仰。
因为至少在示例情况中，并不意在确定基本的参数或常数，每项的各种常数可以合并成第一因子K1和第二因子K2，如等式9所示。
因此，交通工具100的俯仰可以基于马达的扭矩和轮的角加速度来估算，或者更具体地，基于按第一因子K1缩放的马达的扭矩和按第二因子K2缩放的轮的角加速度来计算。还应当指出的是，尽管等式中没有示出摩擦分量，但是第一因子K1和第二因子K2可以包括摩擦分量。
在一个示例中，等式6中没有使用sin(θ)几乎等于θ的假设。实施正弦项导致等式10和11。
马达的扭矩可以根据马达的电气参数(马达电流和/或马达电压和/或转子位置和/或温度)来确定。一些扭矩的估算是根据基于相同参数的表格得出的。这种确定是非常快的，因为马达是以高速度控制的(例如，采样速率为一千赫兹或更高)。轮或马达的加速度也是以高速率测量的(例如，采样速率为1千赫兹或更高)。轮或马达的加速度可以是马达上的位置或速度传感器。
K1和K2可以通过实验或模拟的经验测试来确定。测试可以包括改变K1和K2的值，同时观测交通工具在已知斜坡角度上的操作。例如，交通工具100可以被设定为以超过阈值俯仰的已知俯仰角度接近坡道101。作为控制，交通工具100可以在没有坡度严峻性控制的情况下行驶，以展示/测量交通工具100的高速状态。交通工具100可以在相同的坡道101上行驶，其初始值为K1和K2。如果交通工具100的性能或速度不受坡度严峻性控制的影响，或者速度没有下降所需的量。则K1和/或K2的值可以被反复调整。例如，K1和/或K2的值可以按各自的预定量增加。在一些示例中，K1的值在预定迭代中增大，并且K2的值在预定迭代中增大。在其他示例中，K1和/或K2可以在连续迭代中减小。
K1和K2的值可以因各种因素而变化。示例因素可以包括交通工具100的型号、交通工具100上的轮胎的类型、交通工具100的行驶方向、交通工具100的轴距、交通工具100的理论最大速度、交通工具100的有效载荷重量、或者交通工具100的升降平台的状态。
图4图示了电动交通工具100的示例。电动交通工具100可以包括底盘202、平台203和多个轮201(例如，四个轮201)。轮201支撑底盘202，底盘202包括用于支撑平台203的一个或更多个升降机构。升降机构可以包括用于升高和降低平台203的剪刀杆。成对的轮201可以通过转轴205连接，转轴205经由连接至马达M的驱动齿轮或变速器旋转。轮201可以由马达M独立驱动。
取决于驱动系统，马达M、转轴205或轮201的操作可以由一个或更多个传感器测量。如所图示的，扭矩传感器T有效地测量扭矩，并且位置传感器P有效地测量位置。扭矩传感器T可以由直接测量马达电流的电流传感器来实现，根据马达电流估算、计算或以其他方式得出扭矩值。
为了方便说明，图4中图示了位置传感器P的位置，但是取决于实施方案，位置传感器P的位置可以定位成紧邻马达M、转轴205或轮201。位置传感器P配置成生成交通工具100的至少一个轮的位置数据。位置传感器P可以测量诸如转轴/轴、齿轮箱、变速器、轮、马达或另一个部件之类的部件的运动。位置传感器可以是旋转位置传感器或角度位置传感器。可以使用各种类型的位置感测技术，包括电阻、电感、电容、磁、涡流、霍尔效应、或光学传感器。在一个示例中，位置传感器P可以检测马达的轴或转子上的部分(例如，标志或标记)。
控制器200可以接收来自扭矩传感器T和位置传感器P的数据并执行坡度严峻性检测。控制器200配置成基于扭矩数据和位置数据来计算机动交通工具的俯仰。具体地，一个或更多个加速度值可以根据位置数据通过对数据进行微分而得出。对于速度矢量位置数据可以进行一次微分，并且对于加速度位置数据可以进行两次微分。控制器200配置成对位置数据进行微分以确定机动交通工具的一个或更多个加速度值。
控制器200还可以基于一个或更多个因子计算俯仰。示例性计算在上面的等式9中，示例因子为K1和K2。控制器200配置成将第一因子应用于一个或更多个加速度值并将第二因子应用于扭矩数据以用于计算俯仰。其他计算和因子也是可能的。
控制器200配置成执行计算的俯仰与俯仰阈值的比较。控制器200可以从存储器访问俯仰阈值。俯仰阈值可以对应于交通工具在行驶过快时可能遭受“失控”状况的(普遍接受的)角度。示例角度可以是15度或20度。俯仰阈值可以是可变的。俯仰阈值可以基于交通工具100来选择。俯仰阈值可以对应于交通工具100可以行驶而不超过马达的扭矩制动能力的角度。俯仰阈值可以基于马达来选择。
俯仰阈值可以基于交通工具的类别来选择。例如，预定的俯仰阈值可以应用于MEWP。俯仰阈值可以基于交通工具100的制造商来选择。
俯仰阈值可以实时变化。在一个示例中，速度传感器检测交通工具100的速度，并且控制器200根据速度来调节俯仰阈值。在高速时可以使用低俯仰阈值，并且在低速时可以使用较高的俯仰阈值。在另一个示例中，重量(例如，总重量或有效载荷重量)由重量传感器测量，并且控制器200调节的俯仰阈值可以根据重量变化。在低重量时可以使用低俯仰阈值，并且在高重量时可以使用高俯仰阈值。
俯仰阈值可以根据交通工具100的用途来设定。例如，对于可能面临高速度的某些用途(例如，运输)，可以使用低俯仰阈值，而对于不太可能面临高速度的用途，可以使用高俯仰阈值。
可以根据交通工具100的环境来设定俯仰阈值。对于可能包括斜坡或山坡的环境(例如，室外地形)，可以使用低俯仰阈值，而对于不太可能包括斜坡或山坡的环境(例如，室内)，可以使用高俯仰阈值。
在另一个示例中，可以根据用户(例如，基于偏好或驾驶历史)来设定俯仰阈值。用户可以通过键盘、转盘或其他设置来输入俯仰阈值。用户可以通过无线通信来输入俯仰阈值。
在一些情况下，刚性俯仰阈值可能导致系统在检测与不检测坡度严峻性之间来回切换。也就是说，当扭矩和角加速度的数据表明俯仰角度非常接近阈值时，小的干扰、噪声或其他变化可能导致结果快速变化。为了抵消这种现象，可以采用滞后。例如，在正(超过阈值)结果之后，坡度严峻性确定的结果替代地可以在预定时间段内被锁定。示例时间段可以是200毫秒或500毫秒。控制器200可以响应于确定俯仰阈值已被超过而设定时间间隔。控制器200在时间间隔过后执行后续比较。在另一个示例中，控制器200可以在确定俯仰阈值已被超过之后改变俯仰阈值。例如，一个俯仰阈值已被超过，俯仰阈值被降低，使得后续数据不会立即将结果推回到俯仰阈值以下。以此方式，控制器200从跨越最小俯仰阈值与最大俯仰阈值的俯仰范围内选择俯仰阈值。为了防止误动作，与时间阈值相结合的数字段应当设定成仅检测严峻坡度情况。
控制器200可以以各种技术访问因子(例如，K1和K2)。这些因子可以提前存储在存储器中。该存储器还可以包括用于各种条件或设备的因子的各种值。例如，存储器可以包括包含若干因子的矩阵或查找表。控制器200可以访问矩阵或查找表来选择因子。在一个示例中，控制器200能够操作多个型号的交通工具100，并且控制器200配置成根据机动交通工具100的型号查询查找表以获得第一因子和/或第二因子。控制器200可以具有使控制器200以特定因子为轴心的设置(例如，拨码开关)或加载的软件。
这些因子还可以根据地理区域、一天中的时间、一年中的一天、当地标准或法规、用户偏好或其他原因而变化。这些因子还可以根据本文中描述的用于俯仰角度阈值的示例中的任何示例而变化。
控制器200配置成基于计算的俯仰角度与俯仰阈值的比较来生成坡度严峻性消息。术语“坡度严峻性消息”涵盖对电气或机械装置的消息(例如，命令)或者对用户的字母数字消息(例如，显示器提示)。
作为等式9中示出的马达的扭矩和角加速度的离散值的替代或者除了等式9中示出的马达的扭矩和角加速度的离散值之外，可以使用一系列值比如趋势、或者变化率。当加速度增加预定量并且扭矩减少预定量时，坡度严峻性消息由控制器200生成。
坡度严峻性消息可以包括对马达M的命令。对马达M的命令可以是目标马达电流值或目标速度值。针对马达M的命令可以是对目标马达电流值的调整或对目标速度值的调整。控制器200可以将马达M的命令应用于与至少一个轮相关联的速度控制反馈回路。
坡度严峻性消息可以包括对交通工具100的制动器的命令。制动器可以是由螺线管、电缆或其他制动驱动器致动的机械装置。制动器配置成将力(例如，摩擦力)置于轮、轴或其他部件上，以使交通工具100减速。
坡度严峻性消息可以包括给用户的消息。该消息可以是警报或警告(例如，超过俯仰角度、紧急序列启动或倾斜警告)。该消息可以是交通工具的状态(例如，倾斜或水平)。消息状态可以由彩色灯来表示(例如，红色表示倾斜)。该消息可以由交通工具100上的显示器呈现。
坡度严峻性消息可以包括记录的或以其他方式发送给制造商或运营商的性能数据。例如，坡度严峻性的数据可以通过互联网、蜂窝电话或其他通信发送至中央服务器。控制器200可以记录数据并以预定时间间隔或在连接至服务装置时将数据发送至中央服务器。
控制器200可以响应于电池213的状态而启用或停用坡度严峻性控制系统。控制器200或电池测试电路可以确定电池213的充电水平。由于充满电的电池抑制再生制动，因而仅在电池213充满电的情况下才需要坡度控制系统。控制器200可以确定电池上的电量是否超过阈值充电水平。当电池213上的电荷量超过电池阈值时，控制器200启用坡度控制系统。当电池上的电荷量小于阈值时，控制器200停用坡度严峻性控制系统。
扭矩数据可能是带噪声的，并且马达位置传感器被微分两次以获得马达加速度。出于该原因，可以对两个信号应用适当的滤波器。在一些示例中，使用低通滤波器。滤波器可以选择类似的时间常数，使得信号保持相位中立。其他影响比如摩擦力可以被考虑在内。这可以通过添加方向性逻辑来实现。
图5图示了用于监测坡度严峻性的第一实施方式的控制系统的示例框图。该框图包括连接至马达M、与马达M相关联的轮305或者可以被感测以测量马达M的操作的另一部件的电流传感器323和位置传感器P。可以由与本文中描述的其他计算相同的控制器实现扭矩计算器324接收来自电流传感器323的传感器数据并根据传感器数据计算扭矩值。电流传感器323和扭矩计算器324的组合可以是扭矩传感器T的示例。马达M可以是由电池310通过逆变器309供电的AC马达。逆变器309配置成将电池310的DC输出转换为马达M的AC电力供应。逆变器309可以包括H桥或整流器。可以使用额外的、不同的或更少的部件。
该框图还包括控制路径和两个反馈路径。第一反馈路径是加速度反馈路径，包括两个微分块304和代表第一因子K1的增益块302。第二反馈路径是扭矩反馈路径，包括代表第二因子K2的增益块306。
控制路径可以包括速度控制块或马达控制器400。坡度严峻性控制系统可以应用于马达控制器400之上。替代性地，这两者可以被整合。马达控制器400包括比例积分(PI)控制器和脉冲宽度调制(PWM)。在一些示例中，马达控制器400使用的“误差分量”触发坡度严峻性检测的操作。误差分量可以是马达的指令速度与检测速度之间的差。当误差分量超过设定值时，坡度严峻性监测或检测被启用。
当向控制路径提供参考角度(例如，交通工具100的阈值俯仰)时，求和块312结合第一反馈和第二反馈以确定该反馈是否指示交通工具100处于超过阈值俯仰的角度。在一些示例中，并非使用求和块312，可以使用更复杂的电路或逻辑。此外，速度调节可以在马达控制器400的内部进行，参考角度和反馈路径直接输入至马达控制器400。如所示出的，该确定是基于增益为K2的扭矩数据和增益为K1的加速度的。求和块312可以对每个输入使用加法或减法。
马达控制器400可以将马达M驱动至目标速度。马达控制器400可以监测速度并响应于测量的速度而改变通向马达M的电流。监测的速度可以被应用于求和块312或应用于马达控制器400内部。
图6图示了交通工具参数和交通工具坡度或斜坡角度的图表。曲线501表示油门/速度命令。曲线502表示再生制动。曲线503表示以每分钟转数为单位的速度。曲线506表示马达M处的扭矩输出。
曲线504表示交通工具状态。在A点，交通工具改变状态。曲线504并不表示控制系统的信号或数据，而是作为参考，以示出其他曲线对交通工具的状态变化的反应。
曲线505表示坡度严峻性输出。曲线507表示来自倾斜传感器的俯仰角度。沿着坡度严峻性输出的点B示出的是，相比于倾斜传感器(在点C处作出响应应)，基于检测到的加速度和扭矩的坡度严峻性检测更快地对交通工具的倾斜作出响应。
图7图示了用于监测坡度严峻性的第二实施方式的示例框图。除了第一反馈路径(加速度)和第二反馈路径(电流/扭矩)之外，图7的示例还包括第三反馈路径，包括表示由电压传感器V检测的电压数据的增益K3的增益块303。该电压数据可以指示马达M的操作。电压数据可以替代性地在电池310和/或逆变器309处检测。
当向控制路径提供参考角度(例如，交通工具100的阈值俯仰)时，求和块312结合第一反馈、第二反馈和第三反馈以确定该反馈是否指示交通工具100处于超过阈值俯仰的角度。如所示出的，该确定是基于增益为K2的扭矩数据、增益为K1的加速度和增益为K3的马达电流的。求和块312可以对每个输入使用加法或减法。
图8图示了用于监测坡度严峻性的第三实施方式的示例框图。在该实施方式中，第二反馈路径包括直接扭矩传感器T。这样的直接扭矩传感器T配置成生成用于交通工具100的至少一个轮的扭矩数据。扭矩传感器T可以测量施加至诸如转轴/轴、齿轮箱、变速器、轮、马达或另一个部件之类的部件的扭矩。扭矩传感器T可以测量旋转轴上的扭矩，并且通过滑环或旋转变压器利用用于扭矩传感器T的非接触电力源。
当向控制路径提供参考角度(例如，交通工具100的阈值俯仰)时，求和块312结合位置反馈和扭矩反馈以确定该反馈是否指示交通工具100处于超过阈值俯仰的角度。如所示出的，该确定是基于具有K5的增益块332的加速度、以及具有K4的增益块333的马达电流。求和块312可以对每个输入使用加法或减法。
图9图示了用于坡度严峻性控制系统的示例控制系统或控制器301。控制器301可以包括处理器300、存储器352、以及用于与装置或与互联网和/或其他网络346相接的通信接口353。除了通信接口353之外，传感器接口可以配置成接收来自本文中描述的传感器的数据或者来自关于机动交通工具100、马达M或轮的位置的任何来源的数据。控制系统的部件可以使用总线348进行通信。控制系统可以连接至工作站或另一个外部装置(例如，控制面板)和/或数据库以用于接收用户输入、系统特征和本文中描述的任何值。
可选地，控制系统可以包括与传感器中的任何传感器通信的输入装置355和/或感测电路356。感测电路从如上文描述的传感器接收传感器测量值。输入装置可以包括任何用户输入，比如按钮、触摸屏、键盘、用于语音输入的麦克风、用于手势输入的相机和/或另一机构。
可选地，控制系统可以包括用于接收和读取具有指令342的非暂时性计算机介质341的驱动单元340。可以包括额外的、不同的或更少的部件。处理器300配置成执行存储在存储器352中的指令342，以用于执行本文中描述的算法。显示器350可以是指示器或其他屏幕输出装置。显示器350可以与用户输入装置355结合。
图10图示了坡度严峻性控制系统的控制器301的流程图。流程图的动作可以由控制系统、网络装置或服务器的任何组合执行。一个或更多个动作的一部分可以由器械执行。可以包括额外的、不同的或更少的动作。
在动作S301中，控制器301(例如，通过处理器300)接收机动交通工具的多个轮中的每个轮的第一传感器数据。该第一传感器数据可以是运动学量，比如位置、速度、速度矢量或加速度。运动数据可以是对于速度矢量进行一次微分或对于加速度进行两次微分的位置数据。
在动作S303中，控制器301(例如，通过处理器300)接收机动交通工具的多个轮中的每个轮的第二传感器数据。第二传感器数据可以是电气量，比如马达电流或马达电压。
在动作S305中，控制器301(例如，通过处理器300)基于第一传感器数据和第二传感器数据来计算机动交通工具的俯仰因子。俯仰因子可以是俯仰的估算值，如本文中的其他实施方式中所描述的。俯仰因子可以是表示俯仰的任何量。例如，俯仰因子可以基于马达电流、电压、转子位置和马达温度的组合。
在动作S307中，控制器301(例如，通过处理器300)执行计算的俯仰因子与阈值的比较。当俯仰因子超过阈值时，控制器301执行动作S308和/或S311。
在动作S309中，控制器301(例如，通过处理器300)基于该比较来计算速度降低。速度降低(例如，上文关于马达控制器400的描述)是下述值：该值调节马达的当前速度和/或马达的指令速度，以使马达减速，并且进而使机动交通工具减速。因此，并非计算或估算机动交通工具的俯仰，此处将来自动作S301和S303的输入与动作S307中的阈值进行比较，以在动作S309中直接调节马达的速度。
在动作S311中，控制器301(例如，通过处理器300)基于该比较来生成坡度严峻性消息。坡度严峻性消息可以是本文中描述的示例中的任何示例，包括给用户、制造商或制动系统的消息。
图10图示了坡度严峻性控制系统的控制器301的流程图。流程图的动作可以由控制系统、网络装置或服务器的任何组合执行。一个或更多个动作的一部分可以由器械执行。可以包括额外的、不同的或更少的动作。
在动作S401中，控制器301(例如，通过处理器300)监测速度反馈回路中的马达控制的误差。马达控制的误差可以是电流误差或速度误差。马达速度的误差可以是指令速度与检测速度之间的差。当马达速度的误差超过阈值时，在动作S403中，控制器301(例如，通过处理器300)响应于马达速度的误差与阈值的比较而启用坡度严峻性控制。所启用的坡度严峻性控制可以是动作S405至S409中的顺序。替代性地，所启用的坡度严峻性控制可以是动作S301至S311中的顺序或本文中描述的任何其他示例。
在动作S405中，控制器301(例如，通过处理器300)基于马达的至少一个电气属性和马达的至少一个运动学属性来监测机动交通工具的坡度。马达的至少一个电气属性包括马达电流，并且马达的至少一个运动学属性包括角加速度。
在动作S407中，控制器301(例如，通过处理器300)将机动交通工具的坡度与阈值进行比较。在动作S409中，控制器301(例如，通过处理器300)基于坡度与阈值的比较来调节机动交通工具的速度。
处理器300可以是通用或特定用途处理器、专用集成电路(ASIC)、一个或更多个可编程逻辑控制器(PLC)、一个或更多个现场可编程门阵列(FPGA)、一组处理组件或其他合适的处理组件。处理器300配置成执行存储在存储器352中或从其他计算机可读介质(例如，嵌入式闪存、本地硬盘存储、本地ROM、网络存储、远程服务器等)接收的计算机代码或指令。处理器300可以是单个装置或者装置的组合，比如与网络、分布式处理或云计算相关联。
存储器352可以包括用于存储数据和/或计算机代码以完成和/或促进本公开中描述的各种过程的一个或更多个装置(例如，存储器单元、存储器装置、存储装置等)。存储器352可以包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬盘存储、临时存储、非易失性存储器、闪存、光学存储器、或者用于存储软件对象和/或计算机指令的任何其他合适的存储器。存储器352可以包括数据库组件、目标代码组件、脚本组件或任何其他类型的信息结构，以用于支持本公开中描述的各种活动和信息结构。存储器352可以经由处理电路可通信地连接至处理器300，并且可以包括用于执行(例如，由处理器300)本文中描述的一个或更多个过程的计算机代码。例如，存储器298可以包括图形、网页、HTML文件、XML文件、脚本代码、淋浴配置文件或其他资源，以用于生成供显示的图形用户界面和/或用于解译用户界面输入以做出命令、控制或通信决策。
除了入口端口和出口端口之外，通信接口353可以包括任何可操作的连接。可操作的连接可以是其中信号、物理通信和/或逻辑通信可以被发送和/或接收的连接。可操作的连接可以包括物理接口、电气接口和/或数据接口。通信接口353可以连接至网络。该网络可以包括有线网络(例如，以太网)、无线网络或其组合。无线网络可以是蜂窝电话网络、802.11、802.16、802.20或WiMax网络、装置的蓝牙配对、或蓝牙网状网络。此外，该网络可以是公共网络比如互联网、私人网络比如内部网、或其组合，并且可以利用现在可用的或以后开发的各种网络协议，包括但不限于基于TCP/IP的网络协议。
尽管计算机可读介质(例如，存储器352)被示出为单个介质，但是术语“计算机可读介质”包括单个介质或多个介质比如集中式或分布式数据库、以及/或者存储一组或更多组指令的相关缓存和服务器。术语“计算机可读介质”也应当包括能够存储、编码或携带一组指令以便由处理器执行的任何介质、或者能够使计算机系统执行本文中公开的方法或操作中的任何的一种或更多种方法或操作的任何介质。
在特定的非限制性、示例性的实施方式中，计算机可读介质可以包括固态存储器比如存储卡或者容纳一个或更多个非易失性只读存储器的其他封装。此外，计算机可读介质可以是随机存取存储器或其他易失性可重写存储器。此外，计算机可读介质可以包括磁光或光学介质比如磁盘或磁带或者其他存储装置，以捕捉载波信号比如通过传输介质通信的信号。电子邮件或其他自成一体的信息档案或档案集的数字文件附件可以被视为是有形存储介质的分布介质。因此，本公开被视为包括计算机可读介质或分布介质以及其中可以存储数据或指令的其他等同物和后续介质中的任何一种或更多种。计算机可读介质可以是非暂时性的，其包括所有有形的计算机可读介质。
在替代性实施方式中，可以构建专用硬件实现形式，比如专用集成电路、可编程逻辑阵列和其他硬件装置，以实现本文中描述的方法中的一种或更多种方法。可以包括各实施方式的设备和系统的应用可以广泛地包括各种电子和计算机系统。本文中描述的一个或更多个实施方式可以使用两个或更多个特定的相互连接的硬件模块或装置来实现功能，这些硬件模块或装置具有可以在模块之间且通过模块进行通信的相关的控制和数据信号，或者作为专用集成电路的各部分。因此，本系统涵盖软件、固件和硬件实现形式。
本文中描述的实施方式的示图意在提供对各种实施方式的结构的一般理解。这些示图并不意在作为对利用本文中描述的结构或方法的设备和系统的所有元件和特征的完整描述。许多其他实施方式可能对于审阅本公开的本领域技术人员是明显的。本公开可以利用和衍生出其他实施方式，使得在不背离本公开的范围的情况下进行结构和逻辑上的替换和改变。此外，示图仅是代表性的，并且可能没有按比例绘制。示图中的某些比例可能被夸大，而其他比例可能被最小化。因此，本公开和图应当被视为说明性的而非限制性的。
尽管本申请文件包含许多具体内容，但是这些内容不应当被理解为对本发明的范围或可能要求保护的内容的限制，而应当被理解为对本发明的特定实施方式的具体特征的描述。本申请文件中在单独实施方式的内容中描述的某些特征也可以在单个实施方式中组合实施。相反，在单个实施方式的内容中描述的各种特征也可以在多个实施方式中单独地或以任何合适的子组合实施。此外，尽管特征在上文中可以被描述为以某些组合进行作用，并且甚至最初也是这样要求保护的，但是在一些情况下可以将来自所要求保护的组合的一个或更多个特征从该组合去除，并且所要求保护的组合可以涉及子组合或子组合的变型。
本公开的一个或更多个实施方式在本文中可以单独地和/或集体地以术语“发明”来提及，这仅仅是出于方便，而非意在将本申请的范围主动限制于任何特定发明或发明概念。此外，尽管本文中已经说明和描述了具体实施方式，但是应当理解的是，被设计成实现相同或类似目的的任何后续布置都可以替代所示出的具体实施方式。本公开意在覆盖各种实施方式的任何和所有后续的调整或变型。上述实施方式的组合、以及本文中未具体描述的其他实施方式对于阅读本描述的本领域技术人员而言将是明显的。
意图将前述详细描述视为说明性的而非限制性的，并且应当理解的是，包括所有等同物的所附权利要求意在界定本发明的范围。权利要求不应当被理解为限于所描述的顺序或元件，除非为此而说明。因此，所附权利要求及其等同物的范围和精神内的所有实施方式都作为本发明而被要求保护。

Claims (20)

1.一种用于机动交通工具中的坡度严峻性检测的设备，所述设备包括：
第一传感器，所述第一传感器配置成生成指示所述机动交通工具的至少一个轮的运动数据；
第二传感器，其中，所述机动交通工具的至少一个轮的扭矩数据是基于所述第二传感器的输出的；以及
控制器，所述控制器配置成基于所述扭矩数据以及根据所述运动数据得出的一个或更多个加速度值来计算所述机动交通工具的俯仰，并且配置成将计算的俯仰与俯仰阈值进行比较，
其中，基于所述比较来生成坡度严峻性消息。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述控制器配置成对所述运动数据进行至少一次微分以确定所述机动交通工具的所述一个或更多个加速度值。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述坡度严峻性消息被提供给用于与所述至少一个轮相关联的马达的速度控制反馈回路。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述坡度严峻性消息被提供给与所述至少一个轮相关联的制动器。
5.根据权利要求1所述的设备，还包括：
显示器，所述显示器配置成提供所述机动交通工具的状态，其中，所述状态至少部分地根据所述坡度严峻性消息得出。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述坡度严峻性消息被提供给中央服务器。
7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述俯仰阈值选自跨越最小俯仰阈值与最大俯仰阈值的俯仰范围。
8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述控制器基于所述计算的俯仰与所述俯仰阈值的先前比较经一时间间隔执行所述比较。
9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述控制器确定电池充电水平，并且在所述电池充电水平低于电池阈值时禁用所述计算的俯仰与所述俯仰阈值的所述比较或者禁用所述坡度严峻性消息。
10.根据权利要求1所述的设备，其中，所述机动交通工具是移动式升降工作平台。
11.根据权利要求1所述的设备，其中，所述运动数据是在与所述至少一个轮相关联的马达处收集的。
12.根据权利要求1所述的设备，其中，所述控制器配置成对所述一个或更多个加速度值应用第一因子，并且对所述扭矩数据应用第二因子，以用于计算所述俯仰。
13.根据权利要求12所述的设备，其中，所述控制器配置成根据所述机动交通工具的型号在查找表中查询所述第一因子和所述第二因子。
14.一种用于机动交通工具中的坡度严峻性检测的方法，所述方法包括：
接收所述机动交通工具的多个轮中的每个轮的第一数据，所述第一数据指示扭矩；
接收所述机动交通工具的所述多个轮中的每个轮的运动数据；
根据所述运动数据计算轮加速度；
基于所述轮加速度和所述扭矩数据来计算所述机动交通工具的俯仰；
执行计算的俯仰与俯仰阈值的比较；以及
基于所述比较来生成坡度严峻性消息。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，根据所述运动数据计算轮加速度还包括：
对所述运动数据进行微分，以确定所述机动交通工具的一个或更多个速度值；以及
对所述一个或更多个速度值进行微分，以确定所述机动交通工具的所述轮加速度。
16.根据权利要求14所述的方法，还包括：
将所述坡度严峻性消息提供给用于与所述多个轮相关联的马达的速度控制反馈回路。
17.根据权利要求14所述的方法，还包括：
将所述坡度严峻性消息提供给与所述机动交通工具的制造商相关联的中央服务器。
18.一种方法，包括：
基于马达的至少一个电气属性和所述马达的至少一个运动学属性来监测机动交通工具的坡度；
将所述机动交通工具的所述坡度与阈值进行比较；以及
基于所述坡度与所述阈值的所述比较来调节所述机动交通工具的速度。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述马达的所述至少一个电气属性包括马达电流，并且所述马达的至少一个运动学属性包括角加速度。
20.根据权利要求18所述的方法，还包括：
监测马达控制的误差；以及
将所述马达控制的误差与阈值进行比较，响应于速度控制的误差超过所述阈值而启用对所述机动交通工具的所述坡度的监测。
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