CN104937176A - 基于下坡斜率确认的开环机器马达转速控制 - Google Patents

基于下坡斜率确认的开环机器马达转速控制 Download PDF

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Abstract

描述一种管理机器(100)的操作的方式，其用于防止由于在所述机器(100)沿陡坡行进的时候所述机器/零件在超速下操作而引起的对可移动机器部件的损害/磨损。所述机器操作的管理包括确定在机器行进方向上的下坡斜率值(θ)，然后根据所确定的下坡斜率值(θ)建立最大命令的传动装置输出速度(最大命令的马达转速)。此后基于所述最大命令的传动装置输出速度(最大命令的马达转速)和当前发动机转速为具有可变齿轮比的传动装置建立最大命令的齿轮比。控制器比较所述最大命令的可变齿轮比与操作者请求的齿轮比，且基于所述比较的命令的可变齿轮比与所述操作者请求的齿轮比的最小值为所述传动装置的所述可变齿轮比建立目标齿轮比。

Description

基于下坡斜率确认的开环机器马达转速控制
技术领域
本发明涉及限制机器速度，且更具体地，涉及当机器在机器行进方向沿较陡的坡向下行进的时候，改变操作者请求的机器速度。
背景技术
马达推动重型机械，例如履带驱动式挖土机和其他建筑机械，有时需要在较陡的坡上操作。当操作者操纵这样的车辆下陡坡时，各种制动和拦阻机构可能被激活，以防止不符合规范操作的发生而导致机械损坏。可能损坏的部件的示例包括制动***以及操作速度敏感的部件，例如发动机、泵和/或液压马达。
一些控制方案已经被提出用于控制在严重陡峭坡度上向下的机器速度。例如，在Sychra等人申请的美国专利号7,460,941中，确定下坡坡度和机器地面速度并要求制动量，以防止机器超过用于测量速度的速度限制。在机器的控制方案的另一示例中，确定了目标速度。此外，触发条件是以超过阈值的当前等级为基础的。作为响应，启动控制设备以防止机器超过目标速度。这样的控制设备包括发动机制动器和传动装置减速器。
确保机器没有遇到可以损害发动机运动部件和传动系的超速操作条件的一个方法是调整机器来操作，一旦激活，依据最差情况的下坡斜率方案(例如，沿最陡的预测坡度向下行进)。然而，操作根据该假定的最差情况坡度设定的机器会导致在较小陡坡上过度的机器制动。这会进而导致控制的极限循环(其中在达到触发条件之后，由于机器速度过度降低，出现反复的开/关行为，然后当不符合触发条件时允许加速)。
现有技术的这个和其他缺点通过本文描述的示例性方法和变速传动组件(包括其控制器)的各方面来解决。
发明内容
一方面，本发明描述一种用于管理机器操作的方法，该方法用在机器沿陡坡向下行进时防止可移动机器部件达到超速。该方法包括确定机器行进方向的下坡斜率值，然后根据确定的下坡斜率值建立最大命令的传动装置输出速度。该方法进一步包括基于最大命令的传动装置输出速度和当前发动机转速，为具有可变齿轮比的传动装置建立最大命令的齿轮比，然后比较最大命令的可变齿轮比和操作者请求的齿轮比。该方法还包括基于比较的命令的可变齿轮比和操作者请求的齿轮比的最小值，为传动装置的可变齿轮比建立目标齿轮比。该方法通过对命令的传动装置输出速度施加限制，来确保提供给用于传动装置的控制器的目标齿轮比不超过机器行进方向上的下坡斜率值的当前确定值的最大命令的可变齿轮比。
在第二方面，本发明描述配置有非临时性计算机可读介质的程序控制器，所述非临时性计算机可读介质包括用于管理机器操作的计算机可执行指令，以防止当机器沿陡坡向下行进时可移动机器部件达到超速。由程序控制器执行的计算机可执行指令便于进行一种方法，该方法包括确定机器行进方向的下坡斜率值，然后根据确定的下坡斜率值建立最大命令的传动装置输出速度。该方法进一步包括基于最大命令的传动装置输出速度和当前发动机转速，为具有可变齿轮比的传动装置建立最大命令的齿轮比，然后将最大命令的可变齿轮比和操作者请求的齿轮比进行比较。该方法还包括基于比较的命令的可变齿轮比和操作者请求的齿轮比的最小值，为传动装置的可变齿轮比建立目标齿轮比。该方法通过对命令的传动装置输出速度施加限制，确保提供给用于传动装置的控制器的目标齿轮比不超过机器行进方向上的下坡斜率值的当前确定值的最大命令的可变齿轮比。
在第三方面，本发明描述包括牵引驱动器、发动机以及将来自发动机的动力提供至牵引驱动器的传动装置的机器，传动装置具有可变齿轮比。此外，该机器包括配置有非易失性计算机可读介质的程序控制器，所述非易失性计算机可读介质包括用于管理机器操作的计算机可执行指令，以防止当机器沿陡坡向下行进时可移动机器部件达到超速。由程序控制器执行的计算机可执行指令便于执行的一种方法包括：确定机器行进方向上的下坡斜率值，然后根据确定的下坡斜率值建立最大命令的传动装置输出速度。该方法还包括基于最大命令的传动装置输出速度和当前发动机转速，为具有可变齿轮比的传动装置建立最大命令的齿轮比，然后比较最大命令的可变齿轮比和操作者请求的齿轮比。此外，该方法包括基于比较的命令的可变齿轮比和操作者请求的齿轮比中的最小值，建立传动装置的可变齿轮比的目标齿轮比。该方法通过对命令的传动装置输出速度施加限制，确保提供给用于传动装置的控制器的目标齿轮比不超过机器行进方向上的下坡斜率值的最大的当前确定值的最大命令的可变齿轮比。
根据本文提供的公开，本发明的其他方面将变得显而易见。
附图说明
虽然所附权利要求具体的陈述了本发明的特征，但是本发明和其优点最好结合附图通过下述详细描述而理解，其中：
图1是根据本发明作为机器的一个实例示出的连续履带式机器的轮廓透视图；
图2是是根据本发明的表示示例性机器的发动机、推进***(例如，液压马达、传感器和程序控制器(包括斜率估计值和超速控制模块))的框图；
图3是根据本发明的用于基于机器行进方向上的确定的斜率确定最大命令的马达转速的示例性模型；
图4是根据本发明的概述由控制器执行的示例性过程的操作的流程图，示例性过程的操作用于基于当前斜率和发动机转速确定/应用最大命令的可变齿轮比；
图5a示意性地示出在倾斜角θ(Θ)的斜坡上行进的牵引车的简图；
图5b示意性地示出作用在沿斜坡向下行进的牵引车上的力的自由体受力图；
图5c示意性地示出发动机转速和发动机转动所产生的发动机制动扭矩(Te)之间的关系；
图5d示意性地示出根据本发明的驱动牵引车履带的链轮、最终驱动齿轮(GRFD)、静液压传动装置(Dp/Dm)和发动机之间的物理(力)联动装置；
图5e示意性地示出力线图，从最终驱动器(用于牵引车履带的驱动链轮附接到该最终驱动器)的角度看；以及
图5f示意性地示出沿斜率为θ(Θ)的斜坡向下行进的牵引车的操作模型。
具体实施方式
注意图1，提供机器100的一个实例的轮廓透视图，其可以包括开环下坡机器速度限制控制方案。在图1的说明中，机器100是连续履带牵引车101，其作为机器的一个实例用于说明利用变速传动装置的上面概述的机器速度限制方案。虽然结合连续式履带牵引车101示出该装置，但是本文所描述的装置在各种其他类型的包括变速传动装置的机器中具有潜在的适用性，例如在各种斜坡上行进的轮式推进机器(例如，轮式装载机)。术语牵引驱动器指机器和地面之间的接触面，其实例包括牵引车履带和车轮。术语“机器”指任何执行与产业(例如采矿、建筑、农业、运输或本领域已知的任何其他产业)有关的某种类型的操作的机器。例如，机器可以是运土机器，例如挖掘机。另外地，非履带机器包括自卸卡车、反铲挖土机、自动平地机、材料装卸机等。机器100的其他实例包括道路上车辆。
在图示的实施例中，机器100可包括支撑发动机104的机架102。在图示的实施例中，发动机104可以是以转矩输出的方式向各个机器***提供动力的内燃机。机器100的操作可部分地由操作者控制。可通过联动装置110将叶片108连接到机架102上，且致动器112可将叶片108与机架102互连在可选择位置或高度处。在图示的实施例中，致动器112是液压缸。
机器100可包括地面接合构件，图示为两个连续履带114(仅一个可看到)作为一个实例，但也可使用其它类型。在图示的实施例中，两个连续履带114与一系列空转滚子116相关联，且可以由连接到最终驱动器(链轮)118(仅一个可看到)的两个液压马达(未示出)驱动。在一个可选实施例中，提供了电动机以代替液压马达。在电动机和液压马达两者的布置中，马达均由发动机104的转动输出提供动力。然而，由于电动机和液压马达/驱动器具有不同的机械特性，因此将采用不同的模型使斜率和最大命令的机器速度相关。
图2示出机器(例如机器100(图1))的动力***200的简化框图。动力***200可包括原动机或图示的发动机202。发动机202布置为在操作期间向各个机器***提供动力。此类***用于推进或以其它方式移动机器和/或提供机器功能。在图示的实例中，发动机202通过推进力204输出向操作用以移动机器的一个或多个***提供动力，所述***统一示为机器推进***206。
机器推进***206可包括用于机器100的一种或多种类型的原动力生成，例如液压、电气、机械、气动等。推进动力204以任何适当的方式提供，包括：例如，作为来自旋转轴的机械动力、电力等。机器推进***206可包括一个或多个马达(未示出)，所述马达布置为转动或以其它方式致动提供驱动力的部件，例如机器100的两个连续履带114。
根据上文概述的图示实例，机器推进***206可包括变速传动装置。此外，变速传动装置可为无级变速传动装置(CVT)，例如为静液压驱动***提供的无级变速传动装置。在这种情况下，无级变速传动比对应于泵排量和马达排量的比。通过修改泵和马达中的一者或两者的排量来增加泵排量和马达排量的相对值，从而增加此类***的CVT比。静液压CVT的操作公知且因此本文不对其进行详细的描述。
除推进动力204外，发动机202向机器100的一个或多个机具提供机具动力208，所述机具统一图示为机器机具***210。机器机具***210可包括采用动力输入来执行功能的任何已知类型的致动器。此种动力输入被转换成例如操作机器机具的机械动力。参照图1，例如，以机械动力的方式提供机具动力208以操作液压泵(未示出)，提供增压流体流以使致动器112移动。
发动机202还可提供动力以操作在图2中统一用212表示的其它***。此类其它***可包括风扇、鼓风机、空调压缩机、灯具、电子***和/或其它机器***。
在图示的实施例中，动力***200可包括程序控制器214。程序控制器214是例如单个控制器或选择地可包括一个以上设置为控制机器100的各个功能和/或特征的控制器。程序控制器214例如可包括超速保护模块216。超速保护模块216包括计算机可执行指令，所述计算机可执行指令便于创建、更新和使用所存储的模型(见图3和图4)以在机器100沿下坡行进时指定最大命令的机器/马达转速。机器速度和马达转速均是速度的特定实例，该速度在本文中通常称为“传动装置输出速度”以便在指定机器的运动零件的限制、目标或当前值时用来解释各种不同的驱动机构和参照点。
在所示实施例中，动力***200可以包括各种链路，它们被布置用于在程序控制器214与机器100的各种***之间交换信息和命令的信号。此种链路为任何适当类型，且能够对多个信号进行双向交换。在一个实施例中，此种链路是通过控制器局域网(CAN)而彼此连接的各种装置之间的通信信道。更具体地，推进通信链路218将程序控制器214和机器推进***206进行互连。所述推进通信链路218为机器推进***206提供推进命令的和设置，例如推进机器100和/或指定变速传动装置的目标齿轮比的基于操作者的命令的，其可以包括用于一个或多个驱动***构件的致动信号。所述推进通信链路218还向程序控制器214提供有关机器推进***206的信息。此种信息可以包括一个或多个(液压)马达的运行速度等。
按照类似的方式，机具通信链路220将程序控制器214和机器机具***210进行互连。所述机具通信链路220向程序控制器214提供命令的信号，以操作与机器机具***210相关联的各种机具，并提供有关各种机具的运行的信息，例如转矩或动力利用情况。在一个实施例中，机器的各种其它部件和***212通过其它各自的通信链路与程序控制器214互连，在图2中用标号222统一表示。此种其它通信链路能够在程序控制器214与机器100的各种其它部件和***212之间进行信息和其它信号的双向通信。
机器100的实际当前斜率可以从斜率传感器242提供的信号中直接获得。所述斜率传感器242规定机器正在(前进方向上)行进的坡度。根据一个示例性实施例，从与通过斜率传感器242提供的直接测量值相对的机器运行变量间接计算出斜率估计值。本文在以下描述此替代方案。
程序控制器214可以通过两个通信链路，即发动机输出链路228和发动机输入链路230，通信地连接到发动机202。所述发动机输出链路228表示程序控制器214向控制发动机202运行的各种发动机致动器和***提供命令的信号的能力。众所周知，程序控制器214可以通过例如控制进入发动机202的燃料量和/或空气量来控制发动机转速和动力(当在负载下驱动时)。此种发动机控制通常是基于各种发动机运行参数，例如本文以下概述的超速控制方法中使用的发动机转速，该超速控制方法修改变速传动装置齿轮比以在下坡行进过程中控制(限制)机器100的机器速度(以及间接地控制(限制)诸如发动机的其它旋转部件的速度)。通过发动机输入链路230，向程序控制器214提供指示一个或多个发动机运行参数的信息信号。如上所述，发动机输入链路230和发动机输出链路228可以用任何适当的布置方式予以实施，例如通过使用能够同时传输一个以上信号的CAN链路，但也可以使用其它布置方式。
应当理解的是，本文所讨论的程序控制器214是计算装置，例如处理器，其读取来自计算机可读介质的计算机可执行指令，并执行那些指令。可被计算机读取的介质包括非易失性和易失性介质。前者的实例包括磁盘、光盘、闪存、RAM、ROM、磁带、卡片等。后者的实例包括声信号、电信号、AM和FM波等。如在所附权利要求书中所用的，术语“非易失性计算机可读介质”表示可以被计算机读取的有形介质，除非权利要求书中另有明确说明。
已经描述示例的机器和动力控制装置(图2)，现在参照图3，图3直观地示出示例性最大命令的马达转速模型，由程序控制器214的超速保护模块216维持该最大命令的马达转速模型，以在机器100在超过阀值坡度的斜坡上向下行进时限制/控制增加机器速度的操作者命令的。在说明性示例中，最大命令的马达转速模型用二维图表示。垂直轴表示最大命令的马达转速，并且水平轴表示斜率(测量或估计得到)。举例来说，或凭经验(机器100在各种斜率角度情况下的物理测试)或可选地通过模拟确定用于最大命令的马达转速模型的值，作为下坡斜率的函数。之后，包括斜率值和相应的最大命令的马达转速的模型以各种方式中的任何方式存储，所述各种方式包括查询表、特征方程、一组特征方程(包括指定的斜率范围)等。
其中，S是机器100正在该坡上行进的当前下坡斜率角度/坡度。如上所述，S的值可通过直接测量来确定或通过机器100在斜坡上操作期间观测到的各种动态机械值计算。此外，最大命令的马达转速可基于其他观测参数，包括：操作模式、当前机具负荷(如，设置的铲或平地机刮板)等。可通过维持一组可选择的操作模式-特定模型来调节这样的操作模式变型。可基于指示当前操作模式的检测参数值的组合半自动地(响应于操作者指定的操作模式)或自动地进行这种模型选择。
通常，图3中所示的最大命令的马达转速模型确定一种关系，这种关系的特征在于：随着在机器行进方向上的下坡斜率增加而降低最大命令的马达转速。在操作中，程序控制器214指定马达转速限制以供使用。在图3中提供的实例中，对于小于阀值斜率值(如，15度)的所有下坡斜率而言，最大命令的马达转速设定为最大(5000RPM)。但是，当斜率增加时，如图3所示，对于超过阀值斜率值的下坡行进斜率而言，指定最大命令的马达转速降低。对于正在斜率为40度或更大的斜坡上行进的机器100而言，指定最大命令的马达转速为2000RPM。应当注意，最大命令的马达转速从不与实际测量的马达转速比较。相反，最大命令的马达转速用于导出命令的传动装置齿轮比(如，在液压马达驱动式机器中，泵排量除以马达排量得到的值)，其与命令的马达转速除以当前发动机转速的值大致成比例。就这一点而言，通过长期调整最大命令的马达转速模型以及从一组预配置模型中选择操作模式-特定的模型，来表示开环式机器速度控制方案。
图4概括过程400的一组步骤，在配置有超速保护模块216的程序控制器214的指示下，由机器100执行所述的一组步骤。概括的步骤涉及在下坡行进期间通过超速保护模块216使用最大命令的马达转速模型(参见图3)，以限制最大命令的马达转速。过程400是示例性的。因此，可考虑控制最大命令的马达转速的变型，以防止损害机器运动部件，如机器100中的机器推进***201的静液压传动装置的液压马达和液压泵部件。应当注意，在过程400的操作之前，最大命令的马达转速模型(参见图3)存储在超速保护模块216中。举例来说，通过使机器100沿一组已知的坡度向下行进(或模拟该过程)并实验性地确定各种示例性坡度下的一组最大命令的速度，来创建最大命令的马达转速模型，以产生最大命令的马达转速和测量或估计的(有效的)斜率之间的表征关系。
在步骤403期间，程序控制器214确定在机器行进方向上的当前斜率值。当前斜率值可以是坡度测量仪表提供的实际值。例如，通过斜率传感器242提供斜率信号，以便于计算机器100的当前法向力。但是，根据本文中下面所述的示例性实例(参见本文中下面将讨论的图5a、图5b、图5c、图5d、图5e和图5f)，在机器行进方向上的斜率值是从静态和动态机器参数的组合导出的估计的(有效的)斜率值。估计的(有效的)斜率值可在文中所述的机器/马达转速限制方法中提供更佳的性能，原因在于，实际的斜率值没有考虑由于携带重负载而阻碍机器100行进的阻力的变化或由于设置的刮板、铲或其他机具而阻碍行进的阻力的变化。
在步骤405期间，程序控制器214超速保护模块216将当前斜率应用到最大命令的马达转速模型(参见图3)中以确定对应于当前斜率的最大命令的马达转速。应注意，可用各种方式表示最大命令的马达转速。例如，在机器的地面速度与马达转速成正比的情况下，图3中所示的马达转速模型还表示机器100的最大命令的地面速度与斜率的关系。具有连接到驱动履带的拖拉机链轮的固定齿轮连接的静液压驱动机器(如，双路径拖拉机)就是这种情况。
此后，在步骤407期间，程序控制器214基于最大命令的马达转速(来自于步骤405)和当前发动机转速计算最大命令的可变齿轮比。举例来说，通过当前发动机转速导出将最大命令的马达转速的方式获得最大可变齿轮比。所计算的值可乘以常数以提供最大命令的可变齿轮比。将出现以下情况，例如，最大命令的马达转速用最大命令的地面速度表示。
接着，在步骤409期间，如果操作者请求的齿轮比(机器速度请求)超过在步骤407期间确定的最大命令的可变齿轮比，那么控制进行到步骤411。在步骤411期间，程序控制器214通过设置从例如图3中所示的模型限制导出的最大命令的可变齿轮比来控制操作者请求的齿轮比。
如果在步骤409中，程序控制器214确定操作者请求的齿轮比没有超过最大命令的可变齿轮比，那么控制从步骤409转至步骤413。在步骤413期间，由于操作者没有请求超过例如在图3中示出的模型限制，程序控制器设置操作者请求的水平的目标齿轮比。
在步骤415期间，程序控制器将目标齿轮比发送给机器推进***206内的用于变速传动装置的控制器。举例来说，程序控制器214将信号发送给机器推进***206，以通过相对于液压泵排量增加液压马达的排量来降低静液压传动装置的可变齿轮比(即，降低液压CVT的静液压传动比)。齿轮比降低引起发动机转速短期增加(驱动液压泵)，但是，由于增加的发动机转速引起的阻力增加保证马达转速将长期降低，从而以稳定方式达到期望的稳态条件。然后，控制转到结束。
图4中概述的过程可在机器100的操作期间连续执行，以防止机器部件(诸如发动机)由于机器100沿斜坡向下方向的操作而出现过度操作速度状态。应注意，用于确定是否已超过最大命令的马达转速(步骤409期间)的各种参数可在任何时候产生，并且程序控制器214将当前可用值用于用来确定是否已超过最大命令的马达转速的相关参数。如果相对频繁地执行步骤409，那么可在***操作时重新排列图4中所示的步骤的顺序(并且一些步骤甚至可以被跳过)而不会产生明显影响。
通过基于机器操作参数的估计确定在机器行进方向上的当前斜率，而不是直接测量机器100在其上行进的斜坡，这样的操作可用于在步骤403期间获得斜率值。在这点上，将注意力转移到图5a，图5a示出在具有倾斜角Θ的斜坡上行进的拖拉机500的示意图。也示出一组力，其包括产生对质量为M的拖拉机500进行操作的加速(g)力的重力。重力倾向于向下拉动拖拉机500。由于移动机器零件和部件导致的阻力倾向于阻碍重力的向下力。当两个力平衡时，拖拉机500保持稳定速度。
图5b示出一种滚动链轮，其具有的线速度(x’)与牵引车500的履带驱动链轮半径(在本文不同地称为Rspr、Rs和R)乘以链轮转速(ωspr)的乘积值成比例。此乘积值依次约等于：
(Rspr)(ωe)(Dp/Dm)/GRfd
ωe等于发动机转速，
Dp/Dm等于静液压齿轮(排量)比(在下文中也称为“GR”)，
GRfd等于牵引车驱动链轮上所连接的最终驱动器的齿轮比。
图5c示意性地示出发动机转速和发动机转动所产生的发动机制动转矩(Te)之间的关系，该数值的大小随着发动机转速的增加而增加。发动机制动扭矩(Te)通过线性方程近似，包括常数项(c1)和变量项(c2时的发动机转速)。因而，发动机制动扭矩(Te)近似于方程，其提供的数值随着发动机转速而线性增加。
图5d示意性地示出驱动牵引车履带的链轮、最终驱动器齿轮(GRfd)、静液压传动装置(Dp/Dm)和发动机之间的物理(力)连接。图5d示出与在特定物理连接处所观察到的力(总和)相对应的力表达式，用于表达各自的物理连接。因而，由于在地面和感兴趣的连接之间所观察到的力模型上增加了另一个物理连接，因此在连接处所观察到的力的复杂性将增大。因而，图5d左侧的是最简单的表达式(最终传动链轮处所观察到的力)。在最终驱动齿轮处增加了一项，以说明最终驱动器的齿轮比。在静液压传动装置接口处增加了另一项，以说明静液压传动装置齿轮比。在发动机飞轮接口处增加了一项，以说明发动机飞轮的惯性力(取决于发动机飞轮的转速)。在表达式中，除了预先定义的参数外，Je是发动机(和飞轮)的质量惯性矩，以及x”是机器的线性加速度(即位置x的二阶导数)。
图5e从最终驱动器的透视图的角度示出受力图，所述最终驱动器上附接有牵引车500的牵引驱动链轮，用于模拟牵引车500在具有斜率为Θ的倾斜坡道上向下行进。
图5f示出操作牵引车500在具有斜率为Θ的倾斜坡道上向下行进的模型。在此特定情况下，根据描述链轮、最终驱动器和液压马达之间关系的图表，将液压马达两端的压差ΔP(由传感器向程序控制器214提供)并入力确定中。图5f中示出的模型引入了另一个参数ηmm，其指定了马达机械效率(例如90％)。
在马达两端的压差、马达排量和马达转速(可能会改变)已知/已测得的情况下，根据以下方程可以找到估计的斜率Θ：
其中，“标记”表示通过液压马达的压力的方向和马达旋转的方向(要考虑牵引车500是否在下坡路段上后退而非向前行进)。剩余的参数值已在上文中进行了说明，此处将不再重复。在进行适当的近似处理并忽略次要项(对斜率的最终确定基本无实质性影响)后，上述方程适用于特定的机器配置(在这种情况下为单液压泵和马达配置)。
如果液压马达两端的压差未知，则下坡斜率估计值可以通过以下方程得到，该方程通过从发动机飞轮界面(参见图5d)到静液压传动装置的液压泵观测到的力导出，按照下述方程：
斜率(θ)的求解使得斜率估计值的以下方程不依赖于确定牵引车500的静液压传动装置的液压马达两端的压差。
因而，在具有倾斜角θ的坡道上行进的时候，观察发动机转速的变化，根据随时可用的机器参数值，便可以容易地确定斜率的当前值(估计值)。
可以通过使用附加的和/或替代的输入数据以及模型来改进和/或增强参考图4的本文上面所述的示意性控制过程。例如，要多次建立如图3所示的模型所绘的映射，而不是具有用于机器100的运行的单一模型(例如，查询表)。生成的以供程序控制器214使用的每一模型通过代表运行模式(例如装载、卸载等等)的描述术语和/或机器100行进过的表面来识别，同时生成了多个机器速度限制模型中的特定的一个。潜在地执行多次这样的配置来计算影响例如图3总结的模型的各种地面/表面状况或运行模式。存储的模型组是可扩展的。因此，机器100的操作者可以指定从足够的数据点生成新的模型(例如，特征方程)用于曲线拟合程序的运行。
工业实用性
本发明涉及机器推进***以及运行方法，其结合程序控制器来帮助管理(例如限制到可接受的范围内)各种机器的下坡机器速度，例如双路径牵引车、越野卡车以及长途运输车辆。这样的机器优选地但非必要地具有变速(优选地连续可变)传动装置齿轮比。此外，根据在机器行进方向当前确定的下坡斜率，确定最大命令的机器速度限制。一旦确定了最大命令的机器速度限制，程序控制器就指定变速传动装置齿轮比来获得使机器在不超过最大命令的机器速度限制的速度下运行的目标齿轮比。可以选择命令的机器速度限制以便限制机器部件的某些方面与机器速度(例如用来限制发动机转速或泵流量)不直接成正比。
所公开的***和方法便于限制下坡速度以及直接或间接相关的机器的动态特性，通过使用机器驱动系的活动零件(例如发动机、液压泵和液压马达)来平衡倾向于加速机器的下坡行进速度的力。就不具有摩擦制动器的双路径牵引车而言，当所述牵引车沿陡坡向下行进时，在牵引车下坡行进的方向，对向前运动的静态阻力不超过重力引起的力，由控制机器发动机与驱动系部件(例如液压马达排量、液压泵排量)引起的力被依赖。
在这种情况下，作用于双路径牵引车的静液压驱动***和发动机的重力通过液压泵/马达组合输出净动力。液压泵/马达组合进而驱动发动机。当由发动机和它驱动的子***，例如机具，施加的阻力的总和(随发动机转速的增加而增加)等于来自在行进方向的机器权重向量的部分通过液压泵/马达组合输出的阻力的总和(随斜率的增加而增加)时，达到了平衡点。对于给定的斜率，当发动机转速稳定时，所述平衡点(由于在机器可以下坡行进的各种状况下的动态特性，其不是必然达到或甚至不能达到)取决于静液压传动装置齿轮比(对应于液压泵排量与液压马达排量的比值)。对于较低齿轮比，存在用于给定机器速度的较高的发动机转速。因此，对于给定斜率的在行进方向上的机器的最大速度可以通过选择用于给定发动机转速的特定液压齿轮比来控制。
此外，本文描述开环机器速度控制方案，其在任何情况下不依赖于实际机器速度的确定。相反，基于在机器行进方向的当前确定的下坡斜率，通过程序控制器来确定最大命令的马达转速。通过将最大命令的马达转速除以当前发动机转速来确定最大命令的可变齿轮比。实际机器速度对确定最大命令的可变齿轮比没有影响。
此外，关于将与斜率相关联的模型(例如，查询表、特征方程等)维持为最大命令的马达转速，程序控制器配置成基于操作者偏好(例如，保守-较低速度限制)和/或特别的操作条件(例如，路面、软化土壤、设置的运土机具、负荷拖车等)从潜在的许多与斜率相关联的不同模型选择至最大命令的马达转速。一般来说，模型旨在指定最大的地速，其中由发动机及其从动部件产生的阻力有效地抵抗倾向于使下坡行进的机器加速的重力。
针对限定所描述的发动机超速预防方案的开环操作的给定斜率的最大命令的机器速度可在长期的基础上、通过基于各种由操作者或者在机器的电子控制模块上运行的监督过程观察到的操作反馈来调谐基于斜率的最大命令的马达转速模型进行调整。这样的反馈可以通过实际的操作者观察(例如，在高负载状态下的运土牵引车操作)并且通过观察所产生的地面/马达转速来提供。
关于在机器的操作期间、使用模型(例如，用根据感测到的斜率来索引的查询表)限制最大命令的机器速度，程序控制器基于当前确定的斜率来限制并且如果必要的话减小针对当前发动机转速的变速传动装置的目标齿轮比(例如，泵排量和马达排量的比值)。最大命令的马达转速基于将行进的斜率与机器的最大命令的马达转速相关的模型的当前配置。因此，响应于沿过大斜率下坡的确定(即，触发本文描述的控制)，液压马达驱动式机器中的程序控制器通过对应于泵和马达排量的比值、指定当前发动机转速下的最大命令的可变齿轮比来限制最大命令的马达转速。因此，在特定的实例中，指定的减小的传动装置齿轮比通过减小CVT比来实现。例如通过增大与液压泵排量相关的液压马达排量减小CVT比具有如下效果：在给定的机器转速下增大由机器的发动机及其从动部件所产生的阻力。
可以理解的是，所公开的机器和用于这样的机器的程序控制器方法也可用在其他情况中，且该教导同样广泛地适用。通过使用所公开的原则，程序控制器214通过减小命令的可变齿轮比来限制并且如果必要的话减小命令的马达转速来防止机器超速状况。可以理解的是，此描述提供公开的***和技术的实例。然而，可预期的是，本发明的其他实施例可以在细节上与前述实例不同。此外，对本文示例的引用旨在引用在那点上被讨论的特定范例，但更通常地并不旨在意味着对于本发明的范围的任何限定。关于各个特征的差别和贬低的所有语言旨在指示缺乏对这些特征的偏好，但不是将这些完全排除在本发明的范围之外，除非另有指示。虽然发动机202通常是内燃机，但其他发动机/马达也可被考虑用于机器100，而不偏离本发明的范围。
除非在此另外指出，否则在此对数值范围的叙述仅仅用作一种速记方法，分别涉及落入范围内的各单独数值，并且各单独数值包含在说明书内，如同在此个别列举一样。本文所述的所有方法可以任何合适的顺序进行，并且从任何合适步骤开始，除非在本文中另有陈述或者与上下文明显抵触。

Claims (15)

1.一种用于管理机器(100)的操作以防止在所述机器(100)沿陡坡向下行进的时候可移动机器部件达到超速的方法，所述方法包括：
确定在机器行进方向上的下坡斜率值(θ)；
根据所确定的下坡斜率值(θ)来建立最大命令的传动装置输出速度(最大命令的马达转速)；
基于最大命令的传动装置输出速度(最大命令的马达转速)和当前发动机转速(ωe)来为具有可变齿轮比(D泵/D马达)的传动装置(206)建立最大命令的齿轮比；
比较所述最大命令的可变齿轮比与操作者请求的齿轮比；以及
基于比较的命令的可变齿轮比和操作者请求的齿轮比中的最小值为所述传动装置(206)的所述可变齿轮比(D泵/D马达)建立目标齿轮比，从而确保提供给用于所述传动装置(206)的控制器(214)的所述目标齿轮比不超过在所述机器行进方向上所述下坡斜率值的当前确定值(θ)的所述最大命令的可变齿轮比。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述机器(100)包括静液压驱动***，所述静液压驱动***包括用于驱动所述机器(100)的液压马达，并且其中，所述下坡斜率值(θ)是斜率估计值，并且该斜率估计值是由机器操作参数间接导出的。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述斜率估计值基于所述液压马达两侧的当前压差(Δp)。
4.如权利要求2所述的方法，其中，所述传动装置输出速度为所述液压马达的马达转速。
5.如权利要求4所述的方法，其中，所述斜率估计值是由所述马达转速的变化率导出的。
6.如权利要求2所述的方法，其中，所述斜率估计值是由所述当前发动机转速(ωe)的变化率导出的。
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述下坡斜率值由斜率传感器(242)的测量结果来确定。
8.如权利要求1所述的方法，其中，所述最大命令的传动装置输出速度(最大命令的马达转速)通过将所述下坡斜率值应用于查询表来建立。
9.如权利要求1所述的方法，其中，所述最大命令的传动装置输出速度(最大命令的马达转速)通过将所述下坡斜率值应用于特征方程来建立。
10.如权利要求1所述的方法，其中，所述最大命令的传动装置输出速度根据其建立的模型(图3)包括所述下坡斜率值的至少一个范围，在该范围内最大命令的传动装置输出速度恒定。
11.如权利要求1所述的方法，其中，所述最大命令的传动装置输出速度根据其建立的模型(图3)包括所述下坡斜率值的至少一个范围，在该范围内没有为所述最大命令的传动装置输出速度规定限制。
12.一种非短暂性计算机可读介质，包括计算机可执行指令，其用于管理机器(100)的操作，以防止在所述机器(100)沿陡坡向下行进的时候可移动机器部件达到超速，所述计算机可执行指令便于执行以下步骤：
确定在机器行进方向上的下坡斜率值(θ)；
根据所确定的下坡斜率值(θ)建立最大命令的传动装置输出速度(最大命令的马达转速)；
基于所述最大命令的传动装置输出速度(最大命令的马达转速)和当前发动机转速(ωe)为具有可变齿轮比(D泵/D马达)的传动装置(206)建立最大命令的齿轮比；
将所述最大命令的可变齿轮比与操作者请求的齿轮比进行比较；并且
基于比较的命令的可变齿轮比和所述操作者请求的齿轮比中的最小值为所述传动装置(206)的所述可变齿轮比(D泵/D马达)建立目标齿轮比，从而确保提供给用于所述传动装置(206)的控制器(214)的目标齿轮比不超过在所述机器行进方向上所述下坡斜率值的当前确定值(θ)的所述最大命令的可变齿轮比。
13.一种机器(100)，包括：
牵引驱动器(114)；
发动机(104)；
传动装置(206)，其将来自所述发动机的动力提供给所述牵引驱动器，所述传动装置具有可变齿轮比；和
程序控制器(214)，其配置有非短暂性计算机可读介质，该非短暂性计算机可读介质包括计算机可执行指令，该计算机可执行指令用于管理所述机器(100)的操作，以防止在所述机器(100)沿陡坡向下行进的时候可移动机器部件达到超速，所述计算机可执行指令便于执行以下步骤：
确定在机器行进方向上的下坡斜率值(θ)；
根据所确定的下坡斜率值(θ)建立最大命令的传动装置输出速度(最大命令的马达转速)；
基于所述最大命令的传动装置输出速度(最大命令的马达转速)和当前发动机转速(ωe)为具有可变齿轮比(D泵/D马达)的传动装置(206)建立最大命令的齿轮比；
将所述最大命令的可变齿轮比与操作者请求的齿轮比进行比较；并且
基于比较的命令的可变齿轮比和操作者请求的齿轮比中的最小值为所述传动装置(206)的所述可变齿轮比(D泵/D马达)建立目标齿轮比，从而确保提供给用于所述传动装置(206)的控制器(214)的目标齿轮比不超过在所述机器行进方向上所述下坡斜率值的当前确定值(θ)的所述最大命令的可变齿轮比。
14.如权利要求13所述的机器(100)，其中，所述机器(100)包括静液压驱动***，所述静液压驱动***包括用于驱动所述机器(100)的液压马达，并且其中，所述下坡斜率值(θ)是斜率估计值，且所述斜率估计值是由机器操作参数间接导出的。
15.如权利要求13所述的机器，其中，所述牵引驱动器是用于牵引车(101)的履带驱动器(114)。
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