CN107202656B - 检查发动机能力的***和确定发动机的扭矩的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及检查发动机能力的***和确定发动机的扭矩的方法。液压***适合于提供处于可变流体压力的流体流和处于可变流体排量的流体流中的至少一者。压力传感器测量流体压力。控制器与发动机和压力传感器通信。其中，所述控制器发送使所述发动机在打开状态下操作的发动机转速信号并且将所述液压***的流体排量或流体压力控制到第一负载状态。另外，其中，当所述发动机处于所述打开状态并且所述液压***处于所述第一负载状态下时，所述控制器利用所述压力传感器检测发动机转速和所述液压***的流体压力。另外，其中，所述控制器操作地计算所述液压***处于所述第一负载状态下时作为所检测到的发动机转速和流体压力的函数的总发动机扭矩。

Description

检查发动机能力的***和确定发动机的扭矩的方法
技术领域
本公开涉及一种发动机测功器***，更具体而言，涉及一种利用工作机器的部件的发动机测功器***。
背景技术
许多工作机器都利用机械功率源如内燃发动机给机械地联接至该工作机器的子***提供功率。子***经常是将由功率源提供的扭矩转换成可由相应的子***使用的行驶时的机械、液压和电气***。这些子***中的每个子***都依赖于功率源以提供足够扭矩来适当地给相应的子***提供功率。功率源和子***被构造成使得该功率源将提供充足的扭矩以在预期负载状态下按照需要给子***提供功率。典型地，这些子***被设计成利用来自功率源的期望标称扭矩工作。作为设计过程的一部分，当考虑可由作业机器使用的子***的类型时，将依赖于功率源扭矩。
如果工作机器没有按照期望那样操作，则经常难以确定问题的根本原因。在这种情况下，通常测试功率源的性能以确定功率源在操作过程中是否提供预期扭矩。典型地，通过将功率源或其部件联接至测功机(“测功器”)来进行功率源测试。一些测功器被直接联接至功率源，并且要求在能够分析发动机性能之前将其从工作机器移除。其它测功器需要将测功器联接至工作机器的驱动***。这些测功器或者需要将工作机器抬高而使得驱动***不接触下面表面，或者需要将作业机器放置在将驱动***与联接至测功器的旋转鼓对齐的位置。
因而，如果作业机器没有按照期望进行操作，则通常将发动机或作业机器联接至测功器以便确定发动机是否提供足够的扭矩以给联接至发动机的***提供功率。
发明内容
一个实施方式可以是一种用于检查发动机能力的***，该***包括：工作机器，该工作机器具有适合于以发动机转速提供扭矩的发动机；液压***，该液压***适合于提供处于可变流体压力的流体流和处于可变流体排量的流体流中的至少一者；压力传感器，该压力传感器用于测量所述液压***的流体压力；以及控制器，该控制器与所述发动机和所述压力传感器通信，其中，所述控制器发送使所述发动机在打开状态下操作的发动机转速信号，并且将所述液压***的流体排量和流体压力中的至少一者操作地控制到第一负载状态；其中，当所述发动机处于所述打开状态并且所述液压***处于所述第一负载状态下时，所述控制器利用所述压力传感器检测发动机转速和所述液压***的流体压力；并且其中，所述控制器操作地计算作为所述液压***处于所述第一负载状态下时所检测到的发动机转速和流体压力的函数的总发动机扭矩。
在一个实施例中，所述控制器识别所述液压***的流体排量并基于所述流体压力和流体排量来计算液压***扭矩负载。另外，所述控制器将所述总发动机扭矩计算为寄生扭矩负载和液压***扭矩负载的和。所述寄生扭矩负载可以由冷却风扇、交流发电机、空调压缩机、变速器增压泵、变速器扭矩转换器、静压泵、辅助液压***和空气压缩机中的至少一者产生。所述控制器可以确定作为发动机转速的函数所述寄生扭矩负载。
另一个实施例可以包括用于检测所述液压***的流体排量的排量传感器，其中所述排量传感器与所述控制器通信以将所述液压***的流体排量传送至所述控制器。
在另一个实施例中，所述控制器可以将所述液压***的流体排量和流体压力中的至少一者操作地控制成第二负载构造：其中，当所述发动机处于所述打开状态并且所述液压***处于所述第二负载构造中时，所述控制器识别第二发动机转速和所述液压***的第二流体压力读数；并且其中，当所述发动机处于所述打开状态并且所述液压***处于第二负载构造中时，所述控制器使用所述第二流体压力读数来计算第二总发动机扭矩。
另一个实施方式可以是一种用于确定工作机器的发动机的扭矩的方法，该方法包括：提供具有处理器和存储器单元的控制器、输入、至少一个寄生装置以及具有泵和压力传感器的液压***；在所述控制器的存储器单元中存储基于发动机转速识别寄生扭矩负载的寄生负载表；利用所述控制器检测来自所述输入的信号以启动存储在所述存储器单元中的扭矩测量程序；利用所述控制器通过发送使所述发动机以打开状态运转的信号而执行所述扭矩测量程序；利用所述控制器在最小和最大排量之间设定所述液压***的排量并在所述存储器单元中存储排量值；利用所述压力传感器检测所述液压***的流体压力并将所检测到的流体压力传送至所述控制器；以打开状态操作所述发动机并且将操作的发动机转速传送至所述控制器；利用所述控制器从所述寄生负载表识别作为操作的发动机转速的寄生扭矩；利用所述控制器基于设定的排量值以及检测到的流体压力计算液压扭矩；以及利用所述控制器确定作为所述寄生扭矩和所述液压扭矩的函数的总发动机扭矩。
在一个实施例中，所述寄生装置可以是冷却风扇、交流发电机、空调压缩机、变速器增压泵和变速器扭矩转换器中的至少一者。
在另一个实施方式中，识别所述寄生扭矩的步骤可以包括：由所述控制器接收所述发动机处于所述打开状态时的多个传感器读数，所述多个传感器读数表示空气密度、电流、流体排量、出口压力和速度比中的至少一者；以及利用所述控制器基于所述多个传感器读数和所述寄生负载表计算所述寄生负载。
在另一个实施例中，设定所述液压***的排量的步骤可以包括：利用所述控制器调节方向控制或压力控制阀以增加所述液压***上的压力负载。
在另一个实施例中，设定所述液压***的排量的步骤可以包括：利用所述控制器调节可变排量泵以在最小排量和最大排量之间设定所述液压***的排量。另外，计算所述液压扭矩的步骤可以包括：由所述控制器识别所述可变排量泵的流体压力和流体排量。
另一个实施例进一步包括：提供与所述控制器通信的扭矩转换器、变速器和制动***；在执行所述扭矩测量程序步骤过程中利用所述控制器使所述制动***接合以限制所述工作机器的运动；利用所述控制器选择所述变速器的驱动齿轮以在所述发动机上产生扭矩转换器负载；以及在确定所述总发动机扭矩的步骤中利用所述控制器包括所述扭矩转换器负载。
在另一个实施例中，该方法进一步包括：在所述液压***中提供排量传感器；并且利用所述控制器使用所述排量传感器识别流过所述液压***的流体的排量值。
在另一个实施例中，在执行所述扭矩测量程序步骤的过程中可以使用所述控制器将至少一个寄生装置从所述发动机分离。
另一个实施方式可以包括一种用于确定工作机器的发动机的扭矩的方法，该方法包括：提供具有处理器和存储器单元的控制器、输入、至少一个寄生装置、压力传感器以及具有泵的液压***；在所述控制器的存储器单元中存储具有作为发动机转速的函数的寄生负载值的寄生负载查找表和具有作为发动机转速的函数的泵排量值的泵排量查找表；检测来自所述输入的信号以执行扭矩测量程序；利用所述控制器执行所述扭矩测量程序以使所述发动机在打开状态下操作；利用所述控制器将所述液压***设定在最小压力和最大压力之间的流体压力处；利用所述压力传感器测量所述液压***的流体压力并且将所测得的流体压力传送至所述控制器；使所述发动机以打开状态操作并将操作的发动机转速传送给所述控制器；利用所述控制器基于操作的发动机转速借助于所述泵排量查找表和所述寄生负载查找表识别所述寄生扭矩值和所述排量值；利用所述控制器基于排量值和所测得的流体压力计算液压扭矩；以及利用所述控制器确定作为寄生扭矩负载和液压扭矩的函数的总发动机扭矩。
在该实施方式的一个实施例中，所述设定步骤可以包括：利用所述控制器调节可变方向控制或压力控制阀，以增加所述液压***上的压力负载。
在另一个实施例中，所述设定步骤可以包括：利用所述控制器调节可变排量泵以在最小排量和最大排量之间控制所述液压***的排量。
在又一个实施例中，所述方法可以进一步包括：提供与所述控制器通信的扭转转换器、变速器和制动***；在执行扭矩测量过程步骤期间利用所述控制器将所述制动***接合以限制所述工作机器的运动；利用所述控制器选择所述变速器的驱动齿轮以在所述发动机上产生扭矩转换器负载；以及作为所述扭矩转换器负载的函数执行所述确定步骤。
附图说明
通过如下参照结合附图给出的对本公开的实施方式的描述，本发明的上述方面以及实现这些方面的方式将变得更为清楚，并且也将更好地理解公开本身，其中：
图1是工作机器的侧视图；
图2是图1的工作机器的机械***的例示性框图；
图3是由图1的工作机器利用的液压***的一个实施方式的例示性图示；
图4是用于控制***的逻辑流程图的例示性实施方式；以及
图5是示出了作为发动机转速的函数的扭矩的曲线图。
在所有附图中使用对应的附图标记表示对应的零部件。
具体实施方式
下面描述的本公开的实施方式并不是为了穷尽本公开或将本公开限制于如下详细描述中的精确形式。相反，选择并描述这些实施方式是为了使本领域技术人员可以认识并理解本公开的原理和实践。
参照图1，示出了工作机器100。在一个实施方式中，工作机器100可以是反铲挖土机。然而，该公开不限于这种机器。相反，该公开的教导可以适用于任何工作机器，包括但不限于利用原动机120的任何工作机器。
图1中的工作机器100具有联接至一组前车轮114和一组后车轮116的主机架102。联接至主机架102的还可以有操作站104。操作站104还可以限定一内部区域，在该内部区域，用户可以利用操作员控制件110控制工作机器100。
在本公开的一个方面中，操作员控制件110可以由用户操纵以控制一个或多个器具106的位置。然而，在一个实施方式中，可以根本没有器具106。在该实施方式中，操作员控制件110可以控制前后车轮114、116的旋转或方位。操作员控制件110可以是开关、操纵杆、按钮、方向盘、踏板以及任何其它类似控制机构，本公开不限于任何一个。该公开同样适合于类型的工作机器。例如，任何农业、建筑或林业机器都可以利用该公开的教导。
现在参照图2，框图200示出了由作业机器100利用的一些机械、电气和液压***。更具体地说，原动机120可以机械地联接至多个机械***202以向这些机械***202提供扭矩。原动机120可以是本领域中已知的用来提供扭矩的任何装置。原动机120的一些非排它性示例包括利用任何类型的可燃烧燃料产生扭矩的内燃发动机、利用存储在电池中或通过发电机产生的能力来产生扭矩的电动机、通过利用所提供的流体流和压力产生扭矩的液压或气动马达、或者任何其它扭矩产生装置。因而，该公开不限于任何特定类型的原动机120。
原动机120可以通过扭矩传递装置机械地联接至冷却风扇204、交流发电机206和空调(AC)压缩机208。作为一个非限制性实施例，扭矩传递装置可以是将原动机的轴联接至冷却风扇204、交流发电机206和AC压缩机208的带或链(没有具体示出)。然而，该公开不限于这种扭矩传递装置，这里也可以考虑其它扭矩传递装置诸如齿轮等等。此外，冷却风扇204、交流发电机206或AC压缩机208中的任一个都可以直接联接至原动机120的轴。
在另一个非排它的实施方式中，扭矩转换器(“TC”)212可以机械地联接至原动机120并且通过传动轴(未示出)将扭矩选择性地传递至变速器220。更具体地说，TC 212可以具有经由飞轮等联接至原动机120的轴的TC泵壳体。在该构造中，TC泵壳体联接至原动机120的轴，使得TC泵壳体将以与原动机120的轴相同的速率旋转。TC 212还可以具有联接至变速器输入轴的涡轮(未示出)。该涡轮可以流体地联接至TC泵以将由原动机120产生的扭矩选择性地传递至变速器输入轴。本领域技术人员理解，TC 212可以具有停转状态，在该停转状态下，由原动机120产生并输入到TC泵的扭矩可能不足以致使变速器输入轴克服车辆驱动系的阻力。更具体地说，在停转状态下，由原动机120和TC 212产生的扭矩不足以克服驱动系的阻力。在停转状态下，TC泵可以旋转，而涡轮和变速器输入轴基本不旋转。
在一个实施方式中，TC 212可以在变速器220位于空挡状态时产生阻力扭矩。在该实施方式中，变速器输入轴可以在原动机120旋转TC泵时旋转，并且进而旋转涡轮。由于摩擦以及其中产生的热损失而可能产生相对较小的阻力扭矩。在一个实施方式中，由该构造的TC 212产生的阻力扭矩能够根据发动机转速和TC 212的制造商提供或通过测试TC 212标定出的常数来确定。更具体地说，在空挡状态中，变速器220可以不将原动机120产生的扭矩传递至车轮114、116，因此仅仅由变速器220产生轻微的阻力扭矩。
另选地，TC 212可以在变速器220位于驱动位置并且驱动系基本被锁定时产生TC停转阻力扭矩。在该构造中，变速器输入轴可以通过变速器220机械地联接至车轮114、116，因而只有在车轮114、116也旋转时变速器输入轴才旋转。因而，如果车辆制动***限制车轮114、116旋转，则变速器输入轴进而涡轮也会被限制旋转，因为变速器220位于驱动位置，而车轮114、116被限制旋转。另外，TC泵可以与原动机的轴一起旋转。在该构造中，涡轮将增加扭矩阻力，因为其并不相对于TC泵运动。在一个实施方式中，由该构造中的TC 212产生的阻力扭矩也能够根据发动机转速进行确定。
变速器220还可以具有增压泵210该增压泵210向变速器220的部件提供液压流体流和压力。变速器增压泵210可以沿着TC泵的外部联接至TC 212。在该取向中，当原动机120旋转TC泵时，增压泵210也旋转以向变速器220内的液压部件提供液压流体流和压力。因而，增压泵210的机械***也提供与原动机120提供的扭矩相反的阻力扭矩。
原动机120还可以机械联接至如由216、218表示的任何其它机械、电气或液压***(例如，功率断开单元)。本领域技术人员将理解能够利用由原动机120产生的扭矩的许多不同类型的***，并且该公开不限于联接至该原动机的任何具体数量或类型的***。
在另一个实施方式中，工作机器100也包含液压泵214，该液压泵214机械地联接至原动机120。液压泵214可以通过许多不同的机械构造诸如链和链轮、齿轮、带或将原动机120产生的扭矩传递至液压泵214的任何其它机构从原动机120获得扭矩。
液压泵214的另一个实施方式可以通过变速器220间接地获得原动机120产生的扭矩。在该实施方式中，动力输出(“PTO”)可以是变速器220的一部分，并且PTO可以向原动机120产生的扭转中的一些扭矩或全部扭矩提供机械访问。在该实施方式中，液压泵214机械地联接至PTO以在原动机120产生扭矩时给液压泵214提供功率所需的扭矩。
液压泵214可以是布置在工作机器100上的液压***300的一部分，如图3所示。更详细地说，液压***300可以利用经由原动机120供应至液压泵214的机械功率或扭矩。如上所述，原动机120可以通过任何类型的机械连接器302联接至液压泵214。另外，液压泵214可以通过一个或多个流体路径306联接至阀组件304。除了将液压泵214流体联接至阀组件304之外，流体路径306还可以将液压泵214流体地联接至压力传感器308和排量传感器310。阀组件304还可以被构造成选择地将流体路径306路由到一个或多个致动器312。在一个实施方式中，阀组件304可以通过响应于来自操作员控制件110的输入来操纵流体路径306而选择性地控制器具106。
阀组件304还可以被构造成改变液压***300内的流体的压力或排量。更详细地说，阀组件304可选择性地将液压***300的流体路由到布置在工作机器100上的流体箱314。另外，阀组件304可以在不同状态下通过将流体路由至箱314而改变由液压泵214产生的排量或压力。在一个非限制性实施例中，阀组件304可以具有一阀，该阀是可变节流孔阀、方向控制阀或压力控制阀(未示出)，这些阀能够被调节而改变液压***300内的流体的压力或排量。在该实施方式中，当原动机120向液压泵214提供扭转时，液压泵214能够产生最大流体压力，并且能够在液压***300内产生最大流体排量。为了调节液压***300的流体排量或压力，阀组件304可以通过可变阀选择性地将流体路由到箱304。
类似地，液压泵214可以根据可调节的泵设置以不同的流体压力或排量选择性地提供流体。在一个实施方式中，液压泵214可以是能够调节流过的流体的排量的可变排量泵。如本领域中公知的，可变排量泵可以利用摇摆板来控制液压泵214的排量。在该实施方式中，排量传感器310可以是监测摇摆板的位置以确定液压泵214的流体排量的传感器。在另一个实施方式中，液压泵214可以是可调节的以改变液压泵214产生的输出压力。
在液压***300的一个非限制性方面中，控制器316可以通过一个或多个通信路径318与液压***300的部件通信。所述一个或多个通信路径318可以允许控制器316通过本领域中已知的任何形式的通信与液压***300的部件通信。例如，一个通信路径318可以是无线的。另选地，另一个通信路径318可以包括线束的线。本领域技术人员理解用于在控制器和一个或多个部件之间进行通信的许多方式，并且该公开不限于任何一种形式的通信路径318。
另外，控制器316可以由工作机器100使用而用于其它功能。在一个非限制性实施例中，控制器316是也控制原动机120和工作机器100的其它部件的发动机控制模块。在又一个实施方式中，控制器316是也控制变速器的部件的变速器控制模块。在另一个实施例中，控制器316可以控制原动机120和变速器220。本领域技术人员理解，控制器316能够被集成到典型地布置在工作机器上的任何控制***。
在另一个实施方式中，控制器316可以与液压泵214、压力传感器308、排量传感器310、原动机120和阀组件304通信。在该实施方式中，控制器316可以选择性地控制泵设置以改变液压泵214的压力或排量。另外，控制器316还可以控制阀组件304的阀以类似地影响液压***300中的流体的排量或压力。
尽管一个实施方式可以利用控制器316来调节液压泵214和阀组件304，但是另一个实施方式可以仅允许控制器316调节由液压泵214或阀组件304产生的排量或压力中的一者。在该实施方式中，控制器316可以仅调节排量或压力中的一者，而另一个保持恒定值。在该构造中，液压排量或液压流可以通过利用控制器316仅仅调节液压泵214或阀组件304中的一者来改变。
控制器316还可以与压力传感器308通信，以识别液压***300内的流体的压力。类似地，控制器316还可以与排量传感器310或任何其它类型的流量计或摇摆板传感器通信以识别液压***300内的流体的排量。如下面将更详细地描述的，控制器316可以利用压力传感器308和排量传感器310来计算泵阻力扭矩。更详细地说，泵阻力扭矩可以根据如下依赖于可用数据的公式中的任一个公式来确定。
(a)
Figure GDA0002611807620000091
(b)
Figure GDA0002611807620000092
(c)
Figure GDA0002611807620000093
(d)
Figure GDA0002611807620000094
其中流体压力利用压力传感器308识别，而排量利用排量传感器310来识别。
以上所示的公式(a)可以特别地用于包括允许调节排量的可变排量泵的应用。另外，公式(a)可以与位于全排量并且该排量已知的泵一起使用。在又一个实施方式中，公式(a)可以用于具有已知固定排量的泵。在另一个非排它实施方式中，公式(a)除了压力和排量值之外还可以利用泵机械效率映射变量进行扭矩计算。
然而，当液压泵214的具体排量未知或者在实际上无法物理测量或确定时，公式(b)-(d)可能是必要的。在这种情况下，可以在公式(b)中通过将液压泵214的出口处测量的压力和排量相乘并且将和除以单位压力常数来确定液压输出功率。然后，利用公式(c)，可以通过将在公式(b)中确定的液压功率除以总效率来计算液压输入功率。最后，在公式(d)中，可以通过将在(c)中计算的液压输入功率除以液压泵214的输入速度来确定液压输入扭矩。
尽管以上示出并描述了若干具体实施方式以确定液压泵214的阻力扭矩，但是该公开不限于任何具体方法。虽然没有具体描述，但是这里考虑到了许多不同的阻力扭矩或功率计算。本领域技术人员理解，许多方式都可以用来计算泵的扭矩或功率值，并且本公开不限于确定泵的阻力扭矩值的任何具体方式。
另外，泵效率可以是被编程到控制器316内的已知值。对于具体泵设计来说，泵效率值可以是已知特征。更详细地说，可以针对液压***300中使用的具体液压泵214来确定泵效率。流体压力或排量中的任一者都可以是已知值而不是测量值。在一个非排它实施例中，可以针对在工作机器100中实现的具体液压泵214来预先限定流体压力、流体排量和/或泵效率中的任一者。可以基于之前针对具体液压泵214生成的测试数据来生成用于液压泵214的性能数据，以识别预期流体压力、流体排量或泵效率。
另选地，在另一个实施例中，可以基于平均泵性能数据在控制器316中预先限定流体压力、流体排量或泵效率中的任一者。平均泵性能数据可以基于从类似产品泵识别的平均值来生成。也就是说，预期流体压力、流体排量或泵效率数据可以基于之前针对类似泵识别的平均或估计值，而不是基于用于工作机器100中使用的具体泵的实际测试数据。
在一个非排它实施例中，液压泵24的排量可以是已知值，只有流体压力可以变化。在该实施例中，控制器316可以仅仅测量流体压力来确定泵阻力扭矩，因为排量是已知的并且为常数。另选地，流体压力可以保持恒定，并且控制器316只需要测量流体排量来确定泵阻力扭矩。
泵阻力扭矩可以借助于控制器316通过改变如上所述的流体压力或排量而增加或减小。更具体地说，控制器316可以通过增加液压泵214、阀组件304或者这二者的流体压力或排量来增加泵阻力扭矩，如上所述。
参照图4，示出了用于确定由原动机120产生的总扭矩的控制***400。在方框402中，通过从操作员控制件110发送到控制器316的表示总扭矩过程应该启动的输入来启动开始序列。然而，发送到控制器316的输入不限于来自操作员控制件110。在一个实施方式中，该输入可以从无线源远程地发送到控制器。在另一个实施方式中，该输入可以从诊断装置诸如手持计算机发送到控制器。
接下来，在方框404中，控制器316可以超越原动机120的标准控制参数。在一个非限制性实施例中，来自方框404的超越命令可以限制原动机120响应由用户部分地经由操作员控制件110请求的速度命令。在方框404中，控制器316还可以将信号发送到原动机120以在打开或超越状态下操作。在一个非排它实施例中，打开状态可以是其中原动机120操作的状态，就好像控制原动机速度的节流阀完全打开或处于宽打开节流(WOT)状态下一样。另外，控制器316可以将该节流阀改变至关闭状态和打开状态之间的任何位置。在一个非排它实施例中，控制器316可以将节流阀打开到类似于被控节流位置的位置。被控节流位置可以是允许原动机120在预定被控限度(在工作机器100的正常操作过程中利用该预定被控限度)内起作用的位置。然而，该公开不限于任何具体节流位置，并且在方框404中控制器可以向原动机120发送信号以在任何状态下操作来模拟任何节流位置。
在方框406中，控制器316可以禁用功率控制算法。功率控制算法可以典型地控制在各种操作状态下由液压***300消耗的最大输入扭矩或功率的量。然而，当该功率控制算法被禁用时，控制器316可以控制在各种操作状态下由液压***300消耗的最大输入扭矩或功率。
在方框408中，控制器316将可能限制原动机120产生的扭矩的任何不必要***移除。更具体地，在一个实施方式中，控制器316可以将AC压缩机208从原动机120分离。在另一个实施方式中，变速器220可以切换到空挡以限制TC 212的阻力扭矩。此外，在方框408中，可以将在操作过程中在原动机120上产生阻力扭矩的任何***从原动机120分离。在一个非排它实施例中，在方框408中，可以利用一个或多个离合器组件(没有具体示出)将机械***202中的任一个或全部断开。
在另一个非排它实施方式中，在方框408中，控制器316可以移除或限制尽可能多的无关变量。在该实施方式中，控制器316可以将导致限制扭转的部件限制为产生大部分已知且一致的限制扭矩负载的部件。由控制器316限制的具体部件可能不同，该公开不限制于由控制器移除或限制的任何具体一组部件。相反，任何数量的部件都可以被控制器316移除或限制以提供更准确的控制系400，如上所述。
在一个非排它实施例中，方框408可以基本禁用除了液压泵214之外的所有机械***202。在该构造中，反抗原动机120作用的阻力扭矩可以基本是以上描述的泵限制扭矩。在该实施方式中，方框410可以改变液压泵214或阀组件304以将液压***300中的流体的排量改变成期望值。
在下一个方框412中，控制器316可以与压力传感器308或排量传感器310通信以识别在方框410中液压泵214或阀组件304已经改变液压***300中的流体的排量或压力之后的泵出口压力或排量。在方框414中，控制器316可以测量在方框410中液压泵214或阀组件304已经改变液压***300中的流体的排量或压力之后原动机120旋转的速度。
然后，在方框416中，控制器316可以计算在命令发动机到WOT或打开状态并且排量如在方框410中命令的那样由液压泵214或阀组件304改变时的泵限制扭矩。泵限制扭矩可以利用以上标识的公式计算；然而，这里还考虑到了利用压力和排量值识别限制扭矩的任何数学公式。
一旦控制器316已经识别出泵限制扭转，则控制器316可以继续计算原动机120上的任何剩余或寄生负载，如方框418所示。寄生负载可以包括可以抵抗原动机120产生的扭矩的任何已知负载。更具体地说，如果任何一个剩余机械***202仍然接合至原动机120，则控制器316可以在方框418中计算总扭矩时考虑由每个机械***产生的寄生负载。在一个非排它实施例中，寄生负载可以由冷却风扇、交流发电机、空调压缩机、变速器增压泵、变速器扭矩转换器、静压泵、辅助液压***、空气压缩机或可能在原动机上产生阻力扭矩的任何其它已知***或部件产生。
在方框418的一个非排它实施例中，控制器316可以包括由冷却风扇204增加的寄生负载。控制器316可以通过识别出风扇速度、空气温度或空气密度并且将这二者与存储在控制器316中的常数值相乘来计算由冷却风扇204产生的寄生负载。另选地，由冷却风扇204产生的寄生负载可以按查找表的方式编程在控制器316内，从而识别由冷却风扇204产生的常数值。
在另一个非排它实施例中，交流发电机206可在原动机120上产生寄生负载，该寄生负载由控制器316通过参考预先编程在控制器内的查找表来确定。该查找表可以基于原动机120的转速、交流发电机的电流输出或交流发电机的温度来识别由交流发电机产生的寄生负载。AC压缩机208、变速器增压泵210、TC 212和连接至它们的任何其它***216、218也可以利用类似策略来确定由此产生的附加寄生负载。在一个实施方式中，寄生负载查找表可以基于针对增加寄生负载的具体装置形成的测试数据而预先编程到控制器316内。在又一个实施方式中，寄生负载查找表可不依赖于从增加寄生负载的实际装置产生的数据，而是相反，这些寄生负载查找表可以基于由其它类似装置的平均性能产生的数据而被预先编程到控制器316内。
尽管以上已经描述了通过控制器316利用查找表来确定寄生负载的方法，但是该公开还考虑到了作为方框418的一部分来计算或测量寄生负载。更具体地说，控制器316可以使用已知常数以及测量值诸如转速、排量、压力等来计算连接至其的任一个机械***202的寄生负载。因而，该公开不限于确定寄生负载的任何具体方法。
方框418还可以将寄生负载与泵阻力扭力相加以识别由原动机120产生的总扭矩。在方框418中识别的总扭矩可以是在液压***300已经被调节成具有方框410的流体排量和压力时由控制器316计算的总扭矩。
控制器316还可以与由工作机器100利用的其它控制***通信。在方框420中，控制器316可以与发动机控制模块(没有具体示出)通信以识别由发动机控制模块产生的发动机扭矩消息。发动机扭矩消息可以作为由发动机控制模块基于预先编程的发动机数据和来自方框414的测量的发动机速度确定的预期总扭矩而被传送至控制器316。另选地，发动机扭矩消息可以通过监测遍及原动机120的多个传感器由发动机控制模块产生。
在方框422中，来自方框402的发动机扭矩消息可以与在方框418中计算的总扭矩进行比较，并且与发动机设计规范扭矩进行比较。发动机设计规范扭矩可以根据由发动机或其它原动机120的制造商产生并存储在控制器316中的发动机扭矩查找表确定。发动机扭矩查找表可以基于发动机转速识别预期发动机设计规范扭矩。在该实施方式中，控制器可以利用在方框414处确定的发动机转速来通过发动机扭矩查找表确定预期发动机设计规范扭矩。简言之，方框422可以基于在方框412中测量的发动机转速、从方框418计算的总扭矩、由发动机控制模块确定的预期总扭矩以及由发动机扭矩查找表确定的发动机设计规范扭矩来为发动机产生三个不同的扭矩值。
在控制***400的一个方面中，方框410-422可以在不同的负载状态下反复，以产生扭矩曲线，其中相对于原动机转速绘制原动机120的扭矩。在一个非限制性实施例中，在第一循环中，方框410可以改变液压泵214或阀组件304，从而液压***300中的流体的排量或压力将产生低的泵阻力扭矩。控制器316然后可以基于在方框410中设定的液压***300的状态而执行方框412-422，并且存储所计算的用于第一循环的总扭矩、预期总扭矩和发动机设计规范扭矩。控制器316然后可以执行第二循环，其中方框410的执行对液压泵214或阀组件304进行调节，从而液压***300中的流体的排量或压力将产生比在第一循环中产生的泵阻力扭矩高的泵阻力扭矩。控制器316然后可以基于在方框410中设定的液压***300的状态而执行方框412-422，并且存储所计算的用于第二循环的总扭矩、预期总扭矩和发动机设计规范扭矩。
本领域技术人员理解，通过控制器316利用液压泵214或阀组件304可以执行方框410-422的任意数量的循环或迭代，以改变液压***300中的流体的排量或压力，从而改变泵阻力扭矩。另外，当已经完成方框410-422的足够数量的循环或迭代时，控制器316可以执行方框424以启用之前在方框406中禁用的功率控制算法。然后，在方框426中，控制器316可以将原动机120恢复到在方框404中超越的标准控制参数。在方框426中，控制器316可以启用部分地由操作员控制件110产生的速度命令以部分地确定原动机120的操作状态。最后，在方框428中，控制***400可以结束。
在另一个实施方式中，控制器316可以在方框410-422的不同循环或迭代中在最小液压负载状态和最大液压负载状态之间改变液压***300。在最小液压负载状态下，液压***300可以被定向成使得其中的液压压力和排量产生低的泵阻力扭矩。在最小液压负载状态下，原动机可以具有如在方框414中确定的最大发动机转速(参见图5的最大值506)。另选地，最大液压负载状态可以使用液压***300来改变其中的排量和压力以产生最大泵阻力扭矩。最大泵阻力扭矩可以因为最大泵阻力扭矩而导致在方框414中确定的最小发动机转速(参见图5的最小值508)。更具体地说，因为发动机转速命令在方框404中保持恒定，因此改变原动机120上的泵阻力扭矩负载导致在方框404中测量的发动机转速变化。
现在参照图5，示出了扭矩曲线图500，其中作为发动机转速的函数显示了扭矩。更具体地说，第一曲线502可以是由原动机120的制造商提供的扭矩曲线的实施例。第一曲线502可以是识别制造商如何建议原动机120将如何在对应负载状态下进行的预设数据点。
在图5中还示出了第二曲线504。第二曲线504可以代表在执行图4的方框410-422时由控制器计算的值。如上所述，第二曲线504的最大值506可以是其中液压***300仅具有最小泵阻力扭矩的状态。另选地，最小值508可以是其中液压***具有如上所述的最大泵阻力扭矩的状态。
另外，可以在最小值508和最大值506之间计算多个数据点510。由液压***300产生的流体压力或排量可以在方框410中进行调节或改变，并且可以由控制器316执行方框410-422的任意数量的循环或迭代以产生任意数量的数据点510。因而，多个数据点510是在执行方框410的同时建立并且在方框418中由控制器计算的不同负载状态的图像化表示。
尽管第二曲线504指示了表示在方框410-422中产生的值的具体数据点，但是该公开不限于阶梯状或其它分段的数据点。更具体地说，方框410-422可以基本同时地执行。此外，在方框410中，控制器316可以在连续地执行方框412-422的同时在最小泵阻力扭矩负载和最大泵阻力扭矩负载之间调节液压***300。在该实施方式中，第二曲线504可以由无限数量的数据点产生。
在图5中所示的扭矩曲线图500的非限制性实施方式中，在最小值508处示出的最大泵阻力负载可能不足以使原动机120到达停转状态。当总阻力扭矩负载足以致使原动机120停止旋转时，可以发生停转状态。当液压***300是反抗原动机120作用的唯一实质性阻力扭矩负载时，泵阻力扭矩可能不足以引发停转状态。在该实施方式中，可能需要接合一个或多个附加机械***202以产生足够的阻力扭矩来引发停转状态。
一种增加由工作机器100产生的阻力扭矩的非排它方式是在驱动状态下接合变速器22并且如以上详细地描述的那样限制车轮14、116旋转。在该实施方式中，由TC 212添加的阻力扭矩允许控制器316产生第三曲线512。更具体地说，当TC 212处于该构造中时通过执行方框410-422，原动机120上的阻力负载可足以产生停止状态。在一个非排它实施例中，由TC 212添加的负载将第三曲线512相对于第二曲线504移向扭矩曲线图500上的低发动机转速。
尽管以上描述了修改TC 212以添加阻力扭矩负载来产生第三曲线512，但是该公开不限于使用TC 212。其它实施方式可以利用操作任一个机械***202来增加负载。在一个非排它实施例中，AC压缩机208可以被转换到接合模式以增加阻力扭矩负载。此外，冷却风扇204、交流发电机206、变速器增压泵210或其它机械、电气或液压***216、218中的任一个的操作状态都可以被改变以增加寄生阻力扭矩负载，并由此将相应的扭矩曲线移动到不同的发动机转速范围。
在另一个实施方式中，控制***400可以在变速器220处于空挡状态下执行方框410-422以产生第二曲线504。然后，控制器316可以接合原动机120的制动***并且发出将变速器220接合在驱动状态下的信号。控制器316随后可以利用由TC 212产生的增加的阻力扭矩负载执行方框410-422以产生第三曲线512。最后，控制器316可以将第二曲线504和第三曲线512组合以识别出所计算的用于原动机120的整个操作范围的扭矩曲线。
在该公开的另一个方面中，控制器316可以在存储器单元中记录由方框410-422的每个执行的循环或迭代产生的信息。在该实施方式中，控制器可以记录从方框414测量的发动机转速、从方框416计算的液压扭矩、从方框418计算的总扭矩以及来自方框420的发动机扭矩信号等。控制器316可以至少记录用于方框410-422的每个循环或迭代的这些值。更具体地说，控制器316能够记录在方框410过程中产生的用于泵阻力扭矩负载的每个变化的这些值。
除了记录由控制器316在方框410-422的每个循环或迭代中确定的任一信息之外，控制器316还发送包含所有记录信息的输出信号。在一个非限制性实施例中，工作机器100可以具有屏幕(未示出)。控制器316可以向该屏幕发送输出信号以显示在方框410-422过程中确定的记录值的图形表示。在一个实施方式中，该图形表示可以是类似于图5中所示的扭矩曲线图500的扭矩曲线图。所述记录值可以在曲线图上示出，其中y轴表示扭矩值，x轴表示发动机转速值。在该实施方式中，方框410-422的每个循环或迭代都可以使用在方框414中确定的发动机转速以及在方框418中计算的总扭矩以产生能够显示在屏幕上的计算扭矩曲线。
在另一个实施方式中，输出信号可以通过有线连接或无线连接发送到计算装置。在该实施方式中，第三方可以接收在方框410-422期间产生的数据。另外，在方框410-422期间产生的计算扭矩曲线可以通过位于远离工作机器100的位置的计算装置进行分析。
在又一个实施方式中，计算装置能够无线和远程地启动控制***400以执行方框402-428。在该实施方式中，第三方可以利用多个已知无线通信协议无线地访问控制***400。第三方可以开始方框402-428的执行以产生表示原动机120的计算扭矩的扭矩曲线。
控制***400可以具有存储在控制器316的存储器单元中的测试协议。在该实施方式中，用户或第三方可以启动测试序列，该测试序列自动地执行以上所述的方框404-406。在此，测试序列可以具有方框410-422的预定数量的循环或迭代。在410-422的第一循环中，控制器316可以将液压***300的压力或排量设定为最小泵阻力扭矩状态。在第二循环中，控制器316可以调节液压***300的压力或排量以具有略微增加的泵阻力扭矩。控制器316可以执行任意数量的随后循环，从而略微增加泵阻力扭矩，直到达到最大泵阻力扭矩。在此，控制器316可以向制动***发送信号以接合工作机器100的制动器。控制器316然后可以向变速器220发送进入驱动状态的信号，以增加由TC 212产生的阻力扭矩。接下来，控制器316可以再次执行方框410-422，从而在以上描述的最小和最大泵阻力负载之间改变泵阻力扭矩。该测试序列可以通过将变速器处于驱动状态时产生的数据和变速器处于空挡状态时产生的数据组合并将该测试序列过程中产生的所有数据都发送到工作机器100或远程计算装置的屏幕而结束。
尽管已经顺序地描述并示出了控制***400和方框402-428，但是该公开不限于所示的具体顺序。方框402-428中的许多方框都由控制器316以不同的顺序执行。此外，在一个实施方式中，方框402-428中的许多方框都可以由控制器316基本同时地执行。本领域技术人员理解，控制器316可以以许多不同顺序在不同时间执行方框402-428，而不会偏离本公开的教导。因而，该公开不限于图4中所示的控制***400的顺序。
尽管通篇都使用了术语“扭矩”，但是也可以代替地使用“功率”。本领域技术人员理解，该公开可同等地适合于确定工作机器100的功率。更具体地说，可以利用这里描述的扭矩值和发动机转速来确定功率。因而，尽管通篇描述了扭矩值，但是仍然可以使用功率值(诸如马力)，并且该公开不限于其中任一个的排它性使用。
尽管在上文中已经描述了结合本公开的原理的实施方式，但是本公开不限于所描述的实施方式。反而，该申请旨在覆盖该公开的利用其一般原理的所有变动、使用或修改。另外，该申请旨在覆盖在该公开所属领域内的已知或惯常实践范围内并且落入所附权利要求的限定内的从该公开偏离的那些内容。

Claims (19)

1.一种用于检查发动机能力的***，该***包括：
工作机器，该工作机器具有适合于以发动机转速提供扭矩的发动机并且包括布置在该工作机器上的控制***；
液压***，该液压***适合于提供处于可变流体压力的流体流和处于可变流体排量的流体流中的至少一者；
压力传感器，该压力传感器用于测量所述液压***的流体压力；
寄生装置，该寄生装置提供寄生扭矩负载；以及
控制器，该控制器与所述发动机、所述寄生装置和所述压力传感器通信，其中，所述控制器被集成到所述控制***中，
其中，所述控制器发送使所述发动机在宽打开节流状态下操作的发动机转速信号并且将所述液压***的所述流体排量和所述流体压力中的至少一者以及所述寄生装置操作地控制到第一负载状态，其中，处于所述宽打开节流状态下的所述发动机转速信号超越由用户请求的用户速度命令；
其中，当所述发动机处于所述宽打开节流状态并且所述液压***处于所述第一负载状态下时，所述控制器利用所述压力传感器检测第一发动机转速、所述寄生扭矩负载和所述液压***的第一流体压力；并且
其中，所述控制器操作地计算当所述液压***处于所述第一负载状态下时作为在所述宽打开节流状态下检测到的所述第一发动机转速、所述寄生扭矩负载和所述第一流体压力的函数的第一总发动机扭矩；
其中，所述控制器将所述液压***的所述流体排量和所述流体压力中的至少一者操作地控制成第二负载构造；
其中，当所述发动机处于所述宽打开节流状态并且所述液压***处于所述第二负载构造时，所述控制器检测第二发动机转速和所述液压***的第二流体压力；
其中，当所述发动机处于所述宽打开节流状态并且所述液压***处于所述第二负载构造时，所述控制器使用所述第二流体压力来计算第二总发动机扭矩；以及
使得一旦确定所述第一总发动机扭矩和所述第二总发动机扭矩，所述控制器就能够响应所述用户速度命令。
2.根据权利要求1所述的***，其中所述控制器识别所述液压***的流体排量并基于所述流体压力和流体排量来计算液压***扭矩负载。
3.根据权利要求2所述的***，其中，当所述发动机处于所述第一负载构造时，所述控制器将所述第一总发动机扭矩计算为所述寄生扭矩负载和所述液压***扭矩负载的和，并且当所述发动机处于所述第二负载构造时，所述控制器将所述第二总发动机扭矩计算为所述寄生扭矩负载和所述液压***扭矩负载的和。
4.根据权利要求3所述的***，其中所述寄生扭矩负载由冷却风扇、交流发电机、空调压缩机、变速器增压泵、变速器扭矩转换器、静压泵、辅助液压***和空气压缩机中的至少一者产生。
5.根据权利要求4所述的***，其中所述控制器确定作为发动机转速的函数的所述寄生扭矩负载。
6.根据权利要求2所述的***，该***进一步包括用于检测所述液压***的流体排量的排量传感器，其中所述排量传感器与所述控制器通信以将所述液压***的流体排量传送至所述控制器。
7.根据权利要求1所述的***，其中，当所述发动机处于所述第一负载构造时，所述控制器操作地计算作为分离所述寄生扭矩负载的函数的所述第一总发动机扭矩，并且当所述发动机处于所述第二负载构造时，所述控制器将所述第二总发动机扭矩计算为分离所述寄生扭矩负载的函数的第二总发动机扭矩。
8.一种用于确定工作机器的发动机的扭矩的方法，所述方法由根据权利要求1至7中的任一项所述的***实现，该方法包括：
提供具有处理器和存储器单元的控制器、输入、至少一个寄生装置以及具有泵和压力传感器的液压***；
在所述控制器的所述存储器单元中存储基于发动机转速识别寄生扭矩负载的寄生负载表；
利用所述控制器检测来自所述输入的信号以启动存储在所述存储器单元中的扭矩测量程序；
利用所述控制器通过发送使所述发动机以宽打开节流状态运转的信号来执行所述扭矩测量程序；
利用所述控制器在最小排量和最大排量之间设定所述液压***的排量并在所述存储器单元中存储排量值；
利用所述压力传感器检测所述液压***的流体压力并将所检测到的流体压力传送至所述控制器；
以所述宽打开节流状态操作所述发动机并将操作的发动机转速传送至所述控制器；
利用所述控制器从所述寄生负载表识别作为所述操作的发动机转速的函数的寄生扭矩；
利用所述控制器基于设定的排量值以及检测到的流体压力计算液压扭矩；
利用所述控制器确定作为所述寄生扭矩和所述液压扭矩的函数的总发动机扭矩；以及
在执行所述扭矩测量程序的步骤的过程中使用所述控制器使所述至少一个寄生装置与所述发动机分离。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述寄生装置是冷却风扇、交流发电机、空调压缩机、变速器增压泵和变速器扭矩转换器中的至少一者。
10.根据权利要求8所述的方法，其中识别作为所述操作的发动机转速的函数的寄生扭矩的步骤包括：
由所述控制器接收所述发动机处于所述宽打开节流状态时的多个传感器读数，所述多个传感器读数表示空气密度、电流、流体排量、出口压力和速度比中的至少一者；以及
利用所述控制器基于所述多个传感器读数和所述寄生负载表计算寄生负载。
11.根据权利要求8所述的方法，其中设定所述液压***的排量的步骤包括：
利用所述控制器调节方向控制或压力控制阀以增加所述液压***上的压力负载。
12.根据权利要求8所述的方法，其中设定所述液压***的排量的步骤包括：
利用所述控制器调节可变排量泵以在所述最小排量和所述最大排量之间设定所述液压***的排量。
13.根据权利要求12所述的方法，其中计算液压扭矩的步骤包括：
借助于所述控制器识别所述可变排量泵的所述流体压力和流体排量。
14.根据权利要求8所述的方法，该方法进一步包括：
提供与所述控制器通信的扭矩转换器、变速器和制动***；
在执行所述扭矩测量程序的步骤的过程中利用所述控制器使所述制动***接合以限制所述工作机器的运动；
利用所述控制器选择所述变速器的驱动齿轮以在所述发动机上产生扭矩转换器负载；以及
在确定作为所述寄生扭矩和所述液压扭矩的函数的总发动机扭矩的步骤中利用所述控制器来包括所述扭矩转换器负载。
15.根据权利要求8所述的方法，该方法进一步包括：
在所述液压***中提供排量传感器；以及
利用所述控制器使用所述排量传感器识别流过所述液压***的流体的所述排量值。
16.一种用于确定工作机器的发动机的扭矩的方法，所述方法由根据权利要求1至7中的任一项所述的***实现，该方法包括：
提供被集成到所述工作机器的控制***中的控制器、输入、至少一个寄生装置、压力传感器以及具有泵的液压***，所述控制器具有处理器和存储器单元；
在所述控制器的所述存储器单元中存储具有作为发动机转速的函数的寄生负载值的寄生负载查找表以及具有作为发动机转速的函数的泵排量值的泵排量查找表；
检测来自所述输入的信号以执行扭矩测量程序；
利用所述控制器通过使所述发动机在宽打开节流状态下操作来执行所述扭矩测量程序，其中，处于完全打开状态下的所述发动机转速超越由用户请求的用户速度命令；
利用所述控制器将所述液压***设定在最小压力和最大压力之间的流体压力处；
利用所述压力传感器测量所述液压***的流体压力并将所测得的流体压力传送至所述控制器；
将操作的发动机转速传送至所述控制器；
利用所述控制器基于所述操作的发动机转速借助于所述泵排量查找表和所述寄生负载查找表识别所述寄生负载值和所述排量值；
利用所述控制器基于所述排量值和所测得的流体压力计算液压扭矩；
利用所述控制器确定作为所述寄生负载值和所述液压扭矩的函数的总发动机扭矩；以及
使得一确定所述总发动机扭矩所述控制器就能够响应所述用户速度命令。
17.根据权利要求16所述的方法，其中设定在最小压力和最大压力之间的流体压力处的步骤包括：
利用所述控制器调节可变方向控制或压力控制阀以增加所述液压***上的压力负载。
18.根据权利要求16所述的方法，其中设定在最小压力和最大压力之间的流体压力处的步骤包括：
利用所述控制器调节可变排量泵以在最小排量和最大排量之间控制所述液压***的排量。
19.据权利要求16所述的方法，该方法进一步包括：
提供与所述控制器通信的扭矩转换器、变速器和制动***；
在执行扭矩测量程序的步骤的过程中利用所述控制器使所述制动***接合以限制所述工作机器的运动；
利用所述控制器选择所述变速器的驱动齿轮以在所述发动机上产生扭矩转换器负载；以及
作为所述扭矩转换器负载的函数来执行确定作为所述寄生负载值和所述液压扭矩的函数的总发动机扭矩的步骤。
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