CN112654578B - 基于计算负载的工业车辆最大车辆速度控制***和方法 - Google Patents

基于计算负载的工业车辆最大车辆速度控制***和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及控制工业车辆(10)的最大车辆速度，其包括：通过工业车辆的处理器(216)确定施加到工业车辆的牵引轮(20)上的扭矩；将扭矩转换为等效力值；以及确定扭矩施加到牵引轮上时工业车辆的加速度。额外的步骤包括：至少部分地基于加速度和等效力值来计算工业车辆移动的负载；以及基于工业车辆移动的所计算出的负载来控制工业车辆的最大速度。

Description

基于计算负载的工业车辆最大车辆速度控制***和方法
技术领域
本发明总体上涉及物料搬运车辆，并且更具体地涉及控制车辆的牵引速度。
背景技术
叉车和其它类型的工业车辆期望在各种不同的条件下操作。此外，这样的车辆通常包括许多不同的功能***，例如用于控制车辆的行驶速度的牵引***和用于控制车辆的行驶方向的转向***。
在各种车辆操作条件下，例如在车辆移动负载时控制最大车辆速度可能是有益的。
发明内容
本发明的各方面涉及用于控制工业车辆的最大车辆速度的方法。该方法包括：由工业车辆的处理器确定施加到工业车辆的牵引轮上的扭矩；以及由工业车辆的处理器确定在扭矩施加到牵引轮上时工业车辆的加速度。该方法还包括至少部分地基于加速度和施加到牵引轮上的扭矩，由工业车辆的处理器计算由工业车辆移动的负载。该方法还包括由工业车辆的处理器基于由工业车辆移动的所计算出的负载来控制工业车辆的最大速度。作为一个示例，负载可以包括由工业车辆拉动的一个或多个拖车。另一个示例，工业车辆可以包括用于承载负载的叉组件。
本发明的其它方面涉及由工业车辆的处理器确定所述工业车辆在先前停止后是否行驶超过预定距离，其中延迟计算由工业车辆移动的负载，直到确定工业车辆已经行驶超过预定距离为止。
本发明的其它方面涉及由工业车辆的处理器基于所计算出的负载和工业车辆行驶的路径的坡度来确定工业车辆的最大速度。
本发明的其它方面涉及由工业车辆的处理器确定在移动负载时工业车辆的滚动阻力，其中至少部分地基于所述滚动阻力来计算由工业车辆移动的负载。
本发明的其它方面涉及由工业车辆的处理器确定在移动负载时工业车辆行驶的路径的坡度，其中至少部分地基于所述坡度来计算由工业车辆移动的负载。
根据本发明原理的计算负载的其它方面涉及：计算包括由工业车辆移动的负载的至少最小数量的个体值的集合；以及将所述至少最小数量的个体值进行平均以确定用于该集合的相应值。本发明的其它方面涉及：由工业车辆的处理器收集由工业车辆移动的负载的个体负载值的多个集合；以及对所述多个集合的相应值进行平均，以确定所计算出的负载。
本发明的另一方面涉及由工业车辆的处理器将所计算出的负载的初始值限定为工业车辆被设计为移动的最大负载。
本发明的另一方面涉及由工业车辆的处理器确定工业车辆的升降机构何时升高或降低，其中在升降机构升高或降低时，可以不进行基于加速度和扭矩的由工业车辆移动的负载的计算。另外，本发明的另一方面涉及响应于确定工业车辆的升降机构升高或降低，由工业车辆的处理器将所计算出的负载限定为工业车辆被设计为移动的最大负载。
本发明的其它方面涉及：响应于工业车辆加速到高于第一预定值并且行驶了至少预定距离，计算包括由工业车辆移动的负载的预定数量的个体值的集合；以及将所述预定数量的个体值进行平均，以确定该集合的相应值。负载的个体值的预定数量可以等于或小于200。
根据本发明的原理计算负载的另一方面涉及：由工业车辆的处理器检测第一操作条件，所述第一操作条件包括：a)工业车辆的加速度小于第一预定值，和b)工业车辆的速度小于第二预定值；在第一操作条件之后，由工业车辆的处理器确定第二操作条件，所述第二操作条件包括工业车辆在第一操作条件之后的预定时间段内：a)开始再次加速到超过第一预定值，和b)已行驶了预定距离；响应于第一操作条件的发生和在第一操作条件之后的预定时间段内第二操作条件的发生，由工业车辆的处理器收集由工业车辆移动的负载的个体负载值的另一个集合；和对所述多个集合的相应值进行平均，以计算所计算出的负载。
根据本发明的原理计算负载的另一方面涉及：由工业车辆的处理器检测第一操作条件，所述第一操作条件包括：a)工业车辆的加速度小于第一预定值，和b)工业车辆的速度小于第二预定值；在第一操作条件之后，由工业车辆的处理器确定第三操作条件，所述第三操作条件包括工业车辆的速度在第一操作条件之后的预定时间段内未达到或超过第二预定值；响应于第一操作条件的发生和在第一操作条件之后的预定时间段内第三操作条件的发生，由工业车辆的处理器将所计算出的负载限定为工业车辆被设计为移动的最大负载。
本发明的各方面涉及用于控制工业车辆的最大车辆速度的***。该***包括：存储可执行指令的存储装置；和与存储装置进行通信的处理器。具体地，处理器在执行可执行指令时：a)确定施加到工业车辆的牵引轮上的扭矩；b)确定在扭矩施加到牵引轮上时工业车辆的加速度；c)至少部分地基于加速度和扭矩来计算工业车辆移动的负载；和d)基于工业车辆移动的所计算出的负载来控制工业车辆的最大速度。作为一个示例，负载可以包括由工业车辆拉动的一个或多个拖车。作为另一个示例，工业车辆可以包括用于承载负载的叉组件。
本发明的另外的方面涉及其中当处理器执行可执行指令时，处理器确定工业车辆在先前停止后是否行驶超过预定距离；并且其中延迟计算由工业车辆移动的负载，直到确定工业车辆已经行驶超过预定距离为止。
本发明的另一方面涉及其中当处理器执行可执行指令时，处理器基于所计算出的负载和工业车辆行驶的路径的坡度来确定工业车辆的最大速度。
本发明的另外的方面涉及处理器确定在移动负载时工业车辆的滚动阻力，其中至少部分地基于所述滚动阻力来计算由工业车辆移动的负载。
本发明的另外的方面涉及处理器确定在移动负载时工业车辆行驶的路径的坡度，其中至少部分地基于所述坡度来计算由工业车辆移动的负载。
本发明的其它方面涉及其中处理器在执行可执行指令时，计算包括由工业车辆移动的负载的至少最小数量的个体值的集合；和将所述至少最小数量的个体值进行平均以确定用于该集合的相应值。此外，当执行可执行指令时，处理器收集由工业车辆移动的负载的个体值的多个集合；和对所述多个集合的相应值进行平均，以确定所计算出的负载。
根据本发明的另一方面，当执行可执行指令时，处理器将所计算出的负载的初始值限定为工业车辆被设计为移动的最大负载。
根据本发明的另一方面，处理器在执行可执行指令时确定工业车辆的升降机构何时升高或降低，其中在升降机构升高或降低时，不进行基于加速度和扭矩的由工业车辆移动的负载的计算。此外，处理器在执行可执行指令时可以响应于确定工业车辆的升降机构升高或降低，将所计算出的负载限定为工业车辆被设计为移动的最大负载。
根据本发明的又一方面，当执行可执行指令时，处理器响应于工业车辆加速到高于第一预定值并且行驶了至少预定距离，计算包括由工业车辆移动的负载的预定数量的个体值的集合；以及将所述预定数量的个体值进行平均，以确定该集合的相应值。
根据本发明的另一个方面，处理器在执行可执行指令时：检测第一操作条件，所述第一操作条件包括：a)工业车辆的加速度小于第一预定值，和b)工业车辆的速度小于第二预定值；在第一操作条件之后，确定第二操作条件，所述第二操作条件包括工业车辆在第一操作条件之后的预定时间段内：a)开始再次加速到超过第一预定值，和b)已经行驶了预定距离；响应于第一操作条件的发生和在第一操作条件之后的预定时间段内第二操作条件的发生，收集由工业车辆移动的负载的个体值的另一个集合；和对所述多个集合的相应值进行平均，以计算所计算出的负载。
根据本发明的另一方面，处理器在执行所述可执行指令时：检测第一操作条件，所述第一操作条件包括：a)工业车辆的加速度小于第一预定值，和b)工业车辆的速度小于第二预定值；在第一操作条件之后，确定第三操作条件，所述第三操作条件包括工业车辆的速度在第一操作条件之后的预定时间段内未达到或超过第二预定值；和响应于第一操作条件的发生和在第一操作条件之后的预定时间段内第三操作条件的发生，将所计算出的负载限定为工业车辆被设计为移动的最大负载。
本发明的另一方面涉及根据以下公式计算所计算出的负载：
Figure BDA0002959130210000051
TC是扭矩命令，TIT是惯性扭矩。齿轮箱传动比是工业车辆的预定齿轮箱传动比；齿轮箱效率是工业车辆的预定齿轮箱效率；从动轮半径是牵引轮的半径；R％是滚动阻力值；G％是工业车辆行驶的表面的当前坡度，为百分比；VAg是工业车辆的以g表示的加速度；个体负载值＝TVM–(工业车辆的空载重量)。
本发明的另一方面涉及施加到牵引轮上的扭矩被转换成等效力FA，并且根据以下公式计算所计算出的负载：
Figure BDA0002959130210000052
其中FA是等效力值；R％是滚动阻力值；G％是工业车辆行驶的表面的当前坡度，为百分比；VAg是工业车辆以g为单位的加速度；个体负载值＝TVM–(工业车辆的空载重量)。
附图说明
图1A是根据本发明的一个方面的物料搬运车辆的透视图。
图1B和1C是根据本发明的一个方面的另一物料搬运车辆的视图。
图2A示出了用于在图1A-1C的车辆的车辆控制模块(VCM)中提供控制逻辑的计算环境。
图2B示意性地示出了根据本发明原理的车辆和示例性车辆控制模块(VCM)的所选特征。
图3A和3B是示出了根据本发明原理的车辆负载、最大行驶速度和表面坡度之间的关系的图表。
图4是示出了根据本发明原理的车辆速度、行驶距离和加速度之间的关系的图表。
图5和图6是根据本发明原理的用于计算或估计车辆正在移动的负载而不直接测量或感测该值的示例性过程的流程图。
具体实施方式
在以下对优选实施例的详细描述中，参考了构成其一部分的附图，并且在附图中以说明而非限制的方式示出了可以实践本发明的特定优选实施例。应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以利用其它实施例，并且可以进行改变。
现在参考图1A，示出了物料搬运车辆10(以下称为“车辆”)，其是叉车。
车辆10包括主体或动力单元12，该主体或动力单元包括限定车辆10的主要结构部件的框架14并且容纳电池15。车辆10还包括：一对叉侧支撑轮16，其连接到第一和第二悬臂梁18；从动和转向轮20(在本文中也称为“牵引轮”)，其安装在动力单元12的后部12A处的第一拐角附近；以及脚轮(未示出)，其安装到动力单元12的后部12A处的第二拐角。轮16、20允许车辆10在地板表面上移动。
操作者舱室22位于动力单元12内，用于接纳驾驶车辆10的操作者。在操作者舱室22内设有舵柄旋钮24，用于控制车辆10的转向。车辆10的移动速度和运动方向(前进或后退)由操作者通过靠近操作者座椅28设置的多功能控制手柄26控制，该控制手柄26可以控制一个或多个其它车辆功能，这是本领域普通技术人员应理解的。车辆10还包括高架防护件30，该高架防护件包括固定到车辆框架14的竖直支撑结构32。
车辆10的负载搬运组件40通常包括桅杆组件42和滑架组件44，滑架组件可以沿着桅杆组件42竖直地移动。桅杆组件42位于悬臂梁18之间，并且包括固定在框架14上的固定桅杆构件46以及嵌套的第一和第二可移动桅杆构件48、50。要注意的是，桅杆组件42可以包括比图1A所示的两个构件(即第一和第二可移动桅杆构件48、50)更多或更少的可移动桅杆构件。滑架组件44包括常规结构，该常规结构包括伸出组件52，叉滑架54以及包括一对叉56A，56B的叉结构。如本文所限定的可移动组件47包括下部和上部可移动桅杆构件48、50以及滑架组件44。桅杆组件42可以构造为Steven C.Billger等人的美国专利No.8,714,311中描述的单体桅杆，该美国专利于2014年5月6日授权并且转让给申请人Crown EquipmentCorporation，该美国专利的全部公开内容由此通过引用并入本文中。
通过示例的方式提供了图1A的车辆10，并且在本发明的范围内可以想到许多不同类型的物料搬运车辆。例如，图1B和1C示出了拖曳牵引车式工业车辆或物料搬运车辆10'。类似于图1A的车辆10，拖曳牵引车10'包括主体或动力单元12'，该主体或动力单元包括限定车辆10'的主要结构部件的框架并且容纳电池15'。位于动力单元12'的拐角部分上的牵引和转向或者从动和转向轮(未示出)驱动拖曳牵引车10'和使拖曳牵引车转向。操作者经由多功能控制手柄100控制车辆10'的速度、运动方向(前进或后退)和转向。如本领域普通技术人员将理解的，控制手柄100可以控制一种或多种其它车辆功能。
如图1C所示，拖曳牵引车10'可用于拉动多个拖车102，每个拖车都有相应的联动装置104，以用于联接到车辆10'或另一个拖车102。如下面更详细地说明的，当车辆10'从停止状态开始向前移动时，联动装置或联接件104可具有一定的松弛度，使得所有拖车最初都不会一起向前移动，直到所有联动装置或联接件104的松弛被克服为止。
尽管这里参考所示的物料搬运车辆10和10'描述了本发明，但是对于本领域的技术人员显而易见的是，本发明可以用于多种其它类型的物料搬运车辆。
图2A示出了根据本文所示和描述的一个或多个实施例的用于在车辆控制模块(VCM)200中提供控制逻辑和软件应用的计算环境的框图级视图。车辆控制模块200及其与车辆10的各种操作者控制和其它功能***的接口方式可以类似于美国专利公开号2010/0228428、2014/0188324和2017/0043787中公开的控制结构。其全部内容通过引用并入本文。VCM是许多协作模块之一，例如除了牵引控制模块(TCM)或转向控制模块(SCM)之外，其还可以协作地控制车辆10或10'的操作。每个协作模块可以包括一个或多个相应的处理器、存储可执行程序代码的存储器、和配置成执行其各自功能以及彼此通信的其它电路，如下面详细描述的。TCM在这里也可以被称为“牵引控制器”，而SCM在这里也可以被称为“转向控制器”。
在所示的实施例中，VCM 200包括一个或多个处理器或微控制器216、输入/输出硬件218、网络接口硬件220、数据存储部件222和存储器部件202。数据存储部件222和存储器部件202每个可以被配置为易失性和/或非易失性存储器，并且因此可以包括随机存取存储器(包括SRAM、DRAM和/或其它类型的RAM)、闪存、安全数字(SD)存储器、寄存器、光盘(CD)、数字多功能光盘(DVD)和/或其它类型的非暂时性计算机可读介质。预期在车辆10、10'停机和重新启动之后可用的任何存储信息可以有利地存储在非易失性存储器中。此外，根据特定实施例，上述非暂时性计算机可读介质可以驻留在VCM 200内和/或VCM 200的外部。
另外，存储器部件202可以存储可由一个或多个处理器或微控制器216执行(即，使用可执行代码)的软件或应用程序。因此，存储器部件202可以存储操作应用程序或逻辑204、牵引应用程序或逻辑208、转向应用程序或逻辑206、升降应用程序或逻辑210以及附件应用程序或逻辑212。操作逻辑204可以包括操作***和其它软件，例如用于管理VCM 200的部件的与诊断有关的应用程序。牵引应用程序或逻辑208可以配置有一种或多种算法和参数，以便于车辆10、10'的优化牵引控制。转向应用程序或逻辑206可以配置有一种或多种算法和参数，以便于车辆10或10'的优化转向控制。升降应用程序或逻辑210可以包括一种或多种算法和参数，以便于车辆10、10'的优化升降控制，其用作用于升高和降低车辆10的可移动组件47的主要负载搬运组件***。另外，附件应用程序或逻辑212可以包括一种或多种算法和参数，用于提供对车辆10、10'的附件的控制，例如辅助负载搬运组件***，其执行附加任务，例如滑架组件44的倾斜和侧移。局部通信接口214也包括在图2A中，并且可以被实施为总线或其它通信接口，以便于VCM 200的部件之间的通信。
一个或多个处理器或微控制器216可以包括可用于接收和执行指令(诸如来自数据存储部件222和/或存储器部件202的程序代码)的任何处理部件。处理器或微控制器216可以包括任何种类的装置，该装置接收输入数据，通过计算机指令处理该数据，并生成输出数据。这样的处理器可以是微控制器、手持装置、膝上型或笔记本计算机、台式计算机、微型计算机、数字信号处理器(DSP)、大型机、服务器、手机、个人数字助理、其它可编程计算机装置或其任何组合。这样的处理器还可以使用诸如现场可编程门阵列(FPGA)之类的可编程逻辑装置来实施，或者替代地，实现为专用集成电路(ASIC)或类似装置。术语“处理器”还旨在涵盖两个或更多个上述装置的组合，例如，两个或更多个微控制器。
输入/输出硬件218可以包括和/或配置为与监视器、定位***、键盘、触摸屏、鼠标、打印机、图像捕获装置、麦克风、扬声器、陀螺仪、指南针和/或其它用于接收、发送和/或呈现数据的装置接口。网络接口硬件220可以包括和/或配置为与任何有线或无线网络硬件通信，包括天线、调制解调器、LAN端口、无线保真(Wi-Fi)卡、WiMax卡、移动通信硬件和/或用于与其它网络和/或装置进行通信的其它硬件。通过该连接，可以便于VCM 200与其它计算装置之间的通信，该其它计算装置包括与车辆10或10'上的CAN总线或类似网络耦合的其它部件。
应当理解，图2A中示出的部件仅是示例性的，并不旨在限制本公开的范围。尽管图2A中的部件被示为驻留在VCM 200内，但这仅是示例。在一些实施例中，一个或多个部件可以驻留在VCM 200的外部。还应该理解，尽管图2A中的VCM 200被示为单个装置；但是，这也仅仅是示例。在一些实施例中，牵引应用程序208、转向应用程序206、升降应用程序210和/或附件应用程序212可以驻留在不同的装置上。此外，虽然VCM 200示出为具有牵引应用程序208、转向应用程序206、升降应用程序210和附件应用程序212作为单独的逻辑部件，但这也是示例。在一些实施例中，单个复合软件应用程序可以使VCM 200提供所描述的功能。
还应该理解，VCM 200可以与车辆10的各种传感器和其它控制电路通信以协调车辆10的手动操作和自动操作的各种条件。
图2B示意性地示出了车辆10或10'的选择特征以及示例性车辆控制模块200，其有助于描述利用牵引应用程序和转向应用程序的车辆控制操作。从图2B中省略了相对于图1A和图2A描述的车辆10或10'和VCM 200的其它特征，以免使本文所述的车辆操作的示例性控制的方面变得不清楚。
参考图2B，VCM 200包括处理器216，该处理器示出为包括转向应用程序206、牵引应用程序208和要由处理器216执行的其它应用程序(未示出)。在其它示例实施例中，VCM200可以包括一个以上的微控制器，例如主微控制器和从微控制器。
在图2B中，形成包括图1A中所示的车辆10的舵柄旋钮24的转向装置的一部分的操作者控制的转向控制输入传感器276向车辆控制模块(VCM)200提供限定一个或多个转向命令信号278的传感器输出信号值(例如，模拟电压)。图1B和1C中的车辆10'的操作者控制手柄100可以类似地配置。转向控制输入传感器276也可以形成另一转向装置的一部分，该另一转向装置包括方向盘、转向舵柄或类似的转向元件。转向命令信号278可以被调整或以其它方式被调节，并且可以例如被提供给VCM 200内的处理器216的输入引脚。该信号可以被进一步调节并作为输入值提供给由处理器216执行的转向应用程序206。例如，转向命令信号278的电压或该电压的变化率可以基于与转向装置(即，在所示的实施例中，舵柄旋钮24)相关联的转向控制输入传感器276的位置和位置变化率而变化。基于转向应用程序206接收到的与转向命令信号278相对应的输入信号，转向应用程序206确定与车辆的转向轮20有关的控制属性的设定点。例如，可以将电压值与查找表一起使用，以将电压值与转向设定点的特定轮角度值相关联，或者可以将电压的变化率乘以预定比例因子以将该变化率转换为改变转向马达角速度的设定点。因此，控制属性例如可以是转向轮角度或转向马达274的角速度，因此，设定点的值可以是转向轮角度θ1或转向马达角速度ω1。转向设定点ω1或θ1可以提供给转向控制模块(SCM)272。SCM 272使用设定点ω1或θ1来控制转向马达274，该转向马达将转向轮20定位为符合操作者对转向控制输入传感器276的操纵所指示的期望位置。SCM272还可以提供与转向轮有关的控制属性的反馈值θ2或ω2。具体地，反馈值是转向轮20的测量的或实际的转向轮角度θ2，或者是转向马达274的测量的或实际的角速度ω2。SCM 272可以例如将反馈值θ2或ω2提供给转向应用程序206。
转向应用程序206另外产生提供给牵引应用程序208的目标转向角度θT，该目标转向角度可以如在美国专利公开号2017/0043787中所讨论的那样计算，该专利先前通过引用并入本文。在牵引应用程序208处从转向应用程序206接收的目标转向角度θT用作限制约束，该限制约束由牵引应用程序208经由预定的期望的速度-轮-角度关系转换为牵引控制速度限制，并用于确定期望的牵引速度设定ω4和牵引扭矩设定点τ1。牵引轮速度或牵引马达速度可以被认为是与车辆10的牵引轮或从动轮20有关的控制属性，用于牵引马达264或牵引轮20的期望牵引速度设定ω4以及用于牵引马达的牵引扭矩设定点τ1可以被认为是用于与牵引轮相关的该控制属性的相应设定点。
牵引扭矩设定点τ1可以提供给牵引控制模块(TCM)258。TCM258使用牵引扭矩设定点τ1来控制牵引马达264的操作。TCM 258监测牵引马达264，并将牵引反馈速度ω3提供给牵引应用程序208和转向应用程序206。牵引反馈速度ω3可以是牵引马达264或从动轮20的角速度/速率，如下文进一步讨论的。在一些实施例中，通过牵引应用程序208将牵引速度或速度反馈ω3转换为车辆10的实际线速度可能是有益的。如果例如速度反馈ω3是牵引马达264的角速度，则牵引应用程序208可以基于a)牵引马达264和从动轮20之间的传动比以及b)从动轮20的周长将该值缩放为车辆10的实际线速度v3。可替代地，如果速度反馈ω3是从动轮20的角速度，则牵引应用程序208可以基于从动轮20的周长将该值缩放为车辆10的实际线速度v3。假定从动轮没有打滑，则车辆的线速度等于从动轮20的线速度。
牵引力设定点τ1由牵引应用程序208基于从诸如车辆10的多功能控制手柄26的操作者控制的牵引速度控制输入传感器262接收到的牵引速度命令信号260以及从转向应用程序206输出的目标转向角度θT来确定。牵引设定点τ1作为扭矩值从牵引应用程序208输出到TCM 258，该扭矩值导致在TCM 258的控制下牵引马达264的对应速度。
能够根据拖车负载或叉负载来控制车辆的速度，以确保安全制动，这也是有益的。具体地，本发明的实施例涉及在没有任何直接测量车辆的负载的手段的情况下确定或估计车辆的负载。在某些情况下，空载的车辆10或10'可能重约1,000kg，但最多可拖曳5,000kg的负载。
图3A的图表的顶部具有竖直轴308，其表示基于车辆10或10'的制动能力的车辆10或10'的最大速度。水平轴306表示拖曳力，该拖曳力可能取决于车辆行驶的坡度和车辆当前负载的重量。图3A的图表的下部具有水平轴302和竖直轴304，水平轴表示由车辆10或10'移动的负载，竖直轴表示车辆行驶的坡度(在图3A中，大于0％的任何百分比是下坡坡度)
对于空载且在水平地板上行驶的车辆，最大允许速度为12.5公里/小时(kph)。但是，在下坡坡度为5％的情况下，同一车辆的最大允许速度为9.2kph。图3B是与图3A相似的图表，但着重指出，如果车辆正在移动5公吨或5,000千克的负载，则在水平地板上的最大允许速度为7.5kph，在3％以上的任何下坡坡道上，最大允许速度为2.0kph。
普通技术人员将认识到，对于拖曳牵引车10'或叉车10，可以通过电动马达或内燃机的输出扭矩来提供使车辆加速的力。仅作为示例并且不意图限制本发明的方面，下面的说明描述了使用三相感应马达、所示实施例中的牵引马达264以及所示实施例中的处理器216，来控制车辆10或10'的牵引速度。从理论上讲，如果在任何时候都能以高保真度知道这种马达的输出扭矩，则可以通过借助于齿轮箱传动比(这里所用的“变速箱传动比”是指从动轮RPM与电动马达轴RPM之比)和从动轮20的直径将旋转扭矩转换为等效线性力来确定等效力。施加到车辆10或10'上的等效力(牛顿)将是马达扭矩(Nm)乘以齿轮箱传动比与齿轮箱效率(这里所用的“齿轮箱效率”是以马达扭矩的百分比表示的扭矩损失或功率损失)的乘积，除以从动轮或牵引轮20的半径(米)。处理器216可以使用牵引马达264的旋转或角速度(rpm)的变化来计算车辆的加速度(米/秒2)，该角速度值是从牵引控制模块258接收的，除以60秒/分钟，除以齿轮箱传动比，再乘以从动轮或牵引轮20的旋转周长(米)，再除以牵引控制模块258提供的角速度的采样率(秒)。
但是，在车辆10或10'加速时，还有其它作用在车辆上的显著力，这在将马达扭矩转换为等效力时也可以考虑。需要一定量的扭矩来加速车辆10、10'的旋转部件(例如马达转子、齿轮和从动轮20)的惯性。还有滚动阻力和路面坡度或倾斜度，根据车辆10或10'是沿坡度向上还是向下加速，以正或负的方式起作用。因此，可以根据公式1计算车辆移动负载所需的总力，该公式如下：
所需的总力＝(加速总车辆和负载质量的力)+(爬坡/下坡的力)+(加速旋转部件的惯性的力)+(克服滚动阻力的力)
如上所述，假设没有轮胎打滑，可以通过将牵引马达的旋转加速度转换为线性加速度来计算车辆加速度。可替代地，加速度计可以存在于车辆10或10'上，并直接感测车辆的加速度。上斜/下斜坡度可以通过使用相同的机载加速度计或加速度计和陀螺仪的组合来确定。可以通过确定上述旋转部件的惯性矩(即旋转惯性)并乘以牵引马达264的角加速度来计算加速车辆旋转部件(例如马达转子、齿轮和从动轮20)的惯性所需的扭矩。如本领域技术人员所公知的，该“旋转惯性”值可以是预先计算的常数，对于不同的车辆是不同的并且可以容易地计算。滚动摩阻或滚动阻力是许多变化的车辆和环境因素的函数，例如车辆和负载重量、轮胎材料、温度和地板条件。估计恒定滚动阻力值，其等于百分比，例如1.5％。因此，可以通过将恒定滚动阻力值(例如.015)乘以车辆结合任何负载的重量来确定滚动阻力。一旦车辆行驶，滚动摩阻或滚动阻力就相对恒定。
在水平表面上的稳态行驶(即，没有车辆加速)的情况下，滚动阻力很可能是车辆10或10'上的最大阻力，但在大加速度下，滚动阻力可能会变得最小。因此，如下所述，根据本发明的原理，可以在车辆处于大加速度时执行有关车辆负载的计算，以使上述公式1中的(加速总车辆和负载质量的力)分量具有更大的重要性。
初始加速度包括与车辆10、10'连接并被该车辆拉动的一个或多个拖车102的联动装置或联接件104的松弛或松弛度。当松弛在每个联接件中被吸收时，由于车辆10、10'承担了额外的负载，因此可能会经历急动或拉动，这由图4的示例性数据中所示的加速度尖峰表示，当车辆10或10'从停止状态加速时，该数据示出了车辆速度、加速度和距离可以如何随时间变化。因此，将负载的计算延迟到所有联接件完全接合之前可能是有益的。
图5和图6是根据本发明原理的用于计算或估计车辆正在移动的负载而不直接测量或感测该值的示例性过程的流程图。例如，图5和图6中的过程可以利用由之前描述的VCM200执行的可执行代码来实施。可以使用位于车辆10或10'的部件上的适当传感器来感测车辆10或10'的多种操作条件。这些感测的值可以直接由该过程使用，或者可以用于导出过程可以使用的其它值。
通常并且如下面更全面地描述的，该过程在某些车辆操作条件下计算用于估计车辆当前正在移动的负载的个体值(在本文中称为“个体负载值”)。在计算最小数量或预定最大计数数量的个体负载值之后，将这些个体负载值的平均值视为有效集合的负载估计值(在此称为“集合负载值”)。计算集合负载值的数个集合，并保持这些集合的多个集合负载值的运行平均值。VCM 200将运行平均值视为车辆10或10'当前正在移动的负载(在此称为“输出负载值”或“LoadOut”)。然后，在确定车辆10或10'的最大允许速度时，VCM 200可以将该输出负载值用作车辆当前正在移动的负载。
如上所述，图5和图6示出了用于计算或估计由工业车辆移动的负载的一个示例性过程。对于具有可移动的负载支撑平台(例如，车辆10的叉滑架54)的工业车辆，图5和图6所示的示例性过程假定工业车辆的叉不移动。当在执行图5和图6的任何步骤的同时工业车辆检测到叉正在升高或降低时，控制返回到步骤502，并将工业车辆的计算出的负载限定为工业车辆被设计移动的最大负载，例如5000kg。
首先，在步骤502中，初始化在该过程的后续步骤中使用的数个值。这些值包括：“计数”，其表示在当前集合中已计算出的个体负载值的数量；“总和”值，其表示在当前集合中已计算出的个体负载值的运行总和；“LDCount”值，其表示已计算出的集合负载值的数量；“LDSum”值，其表示已计算出的负载集合值的运行总和；“有效”值，其表示是否已收集到个体负载值的有效集合；“dist”值，其表示车辆行驶距离。这些值中的每一个最初都设定为“0”。在步骤502中初始化的另一个值是“LoadOut”值，其表示输出负载值，该过程将该输出负载值看做是车辆正在移动的当前负载。该值最初设定为车辆被设计移动的最大负载，例如5000kg。
在步骤502中，该过程在初始化之后还开始计算“dist”的值。在下面的讨论中，示例性采样率被认为是0.01秒，可以表示为“dt”。普通技术人员将容易认识到，在不脱离本发明的范围的情况下，可以利用更大或更小的采样率。距离值“dist”可根据以下公式计算：
公式2：dist(n)＝dist(n-1)+(车辆线速度xdt)
其中“dist(n)”是正在计算的当前距离值，“dist(n-1)”是先前计算的距离值，并且“车辆线速度”可以根据前面讨论的反馈值ω3确定。如上所述，TCM 258监测牵引马达264，并将牵引反馈速度ω3提供给牵引应用程序208和转向应用程序206。在一些实施例中，通过牵引应用程序208将牵引速度或速度反馈ω3转换为车辆10的实际线速度可能是有益的。如果例如速度反馈ω3是牵引马达264的角速度，则牵引应用程序208可以基于a)牵引马达264和从动轮20之间的传动比以及b)从动轮20的周长将该值缩放为车辆10的实际线速度。可替代地，如果速度反馈ω3是从动轮20的角速度，则牵引应用程序208可以基于从动轮20的周长将该值缩放为车辆10的实际线速度。假定从动轮没有打滑，则车辆的线速度等于从动轮20的线速度。
在步骤504中，通过确定车辆行驶的距离是否大于预先确定距离(在本文中也称为“预定距离”(例如1.0米))以及车辆的加速度是否大于预定加速度(在本文中也称为“第一预定值”(例如0.2m/s2)),来继续进行该过程。预定距离被选择为这样一个距离，在该距离处，连接到车辆10、10'的一个或多个拖车102的联动装置或联接件104的所有松弛都应被吸收。预定加速度被选择为表示相对“大”加速度的足够大小的值。如果车辆行驶的距离不大于预定距离(例如1.0米)和/或车辆的加速度不大于预定加速度(例如0.2m/s2)，则过程返回到步骤502，并且该循环通过再次执行步骤504而重复。一旦步骤504的两个条件都满足，则过程前进到步骤506，在该步骤中收集或计算个体负载值。对于每个收集到的个体负载值，通过计算或收集当前的个体负载值，“计数”增加，“总和”增加。接下来，在步骤508中，该过程进行检查以查看已经针对当前集合计算出的个体负载值的数量(等于如上所述的“计数”值)是否等于最小计数数量或预定最大计数数量或值。可以将“计数”的值与预定最大计数数量(在此也称为“预定数量”)(例如“100”)进行比较。“预定计数数量”可以是除100以外的任何值，但是优选地大于1。进一步优选的是，预定最大计数数量在采样率为0.01秒时不超过例如200，更优选地在采样率为0.01秒时不超过150，并且更优选地在采样率为0.01时不超过100。还优选的是，选择预定最大计数数量和采样率，使得计数在从首次增加计数的时间起2秒内、优选地在1.5秒内并且最优选地在1秒内达到预定最大计数数量。这是因为，当车辆处于大加速度时，使用上面的公式1计算出更准确的“个体负载值”，使得上面的公式1中的(加速总车辆和负载质量的力)分量具有更重要的意义。因此，优选的是，选择预定计数数量，使得当“计数”值达到预定最大计数数量时，车辆最有可能仍在加速并且尚未达到稳态行驶状态。一旦收集到预定数量的个体负载值，即计数等于预定数量，就可以将“有效”的值设定为“1”或“真”，等等。
如果步骤508的测试失败，则控制转到步骤516，以确定车辆当前是否正在加速，即车辆的加速度是否大于预定加速度(例如0.2m/s2)。如果不是，则在步骤518中确定“有效”的值是“0”还是“1”(或者“假”或“真”等)。第一次通过图5中的过程的这一部分，“有效”的值将为“0”，因此过程返回到步骤502。该路径表示车辆开始加速但没有持续足够长的时间以收集用于第一集合的最小数量或预定最大数量的个体负载值的操作条件。短语“第一次通过”是指自上次在步骤502中初始化该过程以来，该过程甚至没有一次成功地到达步骤510。
然而，如果步骤518中的“有效”的值为“1”，则过程前进到步骤514，并且前进到图6的步骤602。该路径表示这样一种操作状态，在该操作状态下，在可以收集到最小数量或预定最大数量的个体负载值之前，可以预先计算一个或多个集合负载值，但在当前集合期间车辆停止加速。
如果在步骤516中确定车辆仍在加速，则该过程循环回到步骤506至508，以收集另一个个体负载样本，即计算另一个个体负载值。如上所述，在第一次通过图5的过程期间，一旦收集了最小数量或预定最大数量的个体负载值或样本，则“有效”的值可以更改为“1”而不是“0”，并且可以从“计数”和“总和”计算出个体负载值的平均值，以计算当前集合负载值，即当前集合负载值＝总和除以计数。该过程继续到步骤510，其中“LDCount”值增加，并且“LDSum”值增加刚刚计算出的当前集合负载值。也可以基于“LDCount”和“LDSum”的新值来更新运行平均“LoadOut”值，即LoadOut＝LDSum除以LDCount。
在步骤512中，车辆(例如，VCM 200)确定车辆是否已经停止移动并停止加速。例如，该过程可以确定车辆的速度是否小于第二预定值(例如0.02m/s)并且车辆当前没有加速，即其加速度小于第一预定值(0.2m/s2)。本领域普通技术人员将认识到可以替换其它预定值，并且还认识到在功能上等效的是，在步骤512中确定速度高于预定阈值和车辆当前正在加速，以得出检测到相反的车辆条件的结论(例如，车辆没有停止行驶和加速)。如果步骤512的两个条件都满足，则过程前进到步骤514，并前进到图6的步骤602。在步骤512中，如果过程确定车辆的速度不小于第二预定值(例如0.02m/s)和/或确定车辆当前仍在加速，即其加速度大于或等于第一预定值(0.2m/s2)，则该过程继续监测车辆速度和加速度，并且直到检测到车辆已经停止移动，即步骤512的两个条件都已经被满足，才继续进行到下一步骤514。因此，在初始车辆加速期间相当快地计算出当前集合负载值，然后直到步骤512的两个条件都满足，才进一步计算出个体负载值，并且如下面将更详细地讨论的，车辆已经行驶的距离至少大于预定距离(例如1.0米)，并且车辆已经加速到大于第一预定值(例如0.2m/s2)的值。
在步骤602中，值“dist”再次被初始化为“0”。在步骤604中，该过程确定车辆10、10’的速度是否保持小于第二预定值(例如0.02m/s)。如果车辆10、10'保持停止，即其速度小于第二预定值超过预定时间段(例如5秒)，则过程返回到图5的步骤502，并且所有先前估计车辆正在移动的负载的计算被丢弃，该过程重新开始，所有值重新初始化。该路径由步骤604和步骤606表示，步骤604确定车辆速度是否保持大致等于“0”(例如，低于诸如第二预定值的预定值)，步骤606确定车辆停止条件至少持续了预定时间段(例如5秒)。因此，在步骤608，处理返回到步骤502。如果在步骤606中过程确定车辆停止状态持续的时间少于预定时间段，则过程返回步骤604。
如果在步骤604中过程确定车辆10、10′的速度等于或大于第二预定值，则过程前进到步骤610。当车辆仅在小于预定时间段的短时间内减速或停车，但是随后其速度增加到第二预定值以上时，就会发生这种情况。步骤610确定车辆加速度大于大约零(例如，大于诸如第一预定值之类的预定值)，然后在步骤612中等待直到车辆行驶了至少最小距离(例如1.0米)。在这些条件下，“总和”和“计数”值设定为“0”，这实际上将丢弃作为当前集合负载值一部分的个体负载值，并通过前进到步骤616开始新的集合，在此过程返回到图5的步骤506。
在图5和图6的过程中的任何时候，都有一个值“LoadOut”可供其它过程(例如，牵引应用程序208)使用，以基于车辆当前正在移动的负载来控制车辆的最大允许牵引速度。以这种方式，防止了车辆的速度超过车辆不能够在预设的准则或要求内制动的速度。VCM200可以在其存储部件202中存储查找表，该查找表基于“LoadOut”和坡度角度或百分比和符号的输入向牵引应用程序208提供最大卡车速度，其中正号表示坡度沿运动方向是上斜的，负号表示坡度沿运动方向是下斜的。
如上所述，在图5的步骤506中，计算个体负载值。下面描述根据本发明原理的一种可能的方法。
如上所述，车辆的当前线速度v3或VSM(m/s)可以由VCM利用牵引马达264的角速度ω3来感测或计算。该值可用于帮助检测车辆速度何时基本为零，并且还可以用于得出车辆的线性加速度VAM(m/s2)。如上所述，车辆的线性加速度也可以利用牵引马达264的角速度来得出。除了由VCM 200从VSM样本中得出或使用牵引马达264的角速度来测量/计算车辆加速度之外，还可以替代地直接使用单独的加速度计来测量车辆加速度。
在TCM 258或牵引马达264内，可以存在监测各种部件的速度的传感器。例如，可以通过适当放置的传感器来测量电动马达轴的转速MSM(RPM)。根据以下公式，该马达速度可以由VCM 200中的处理器216转换为代表马达速度的值，以rad/s表示，MSR(rads/s)：
MSR(rads/s)＝MSMx(2πrads/转)x(1分钟/60秒)。
VCM 200中的处理器216可以以预设采样率(例如dt＝0.01s)采样MSR的当前值，这允许根据以下公式计算两个最近的MSR采样值之间出现的电动马达转速的变化ΔMSR(rads/s)：
ΔMSR(rads/s)＝MSR[n]-MSR[n-1]
以及根据以下公式计算在采样周期内的牵引马达264的马达轴的角加速度：
MA(rads/s2)：＝ΔMSR/dt。
如上所述，存在预定恒定值，转动惯量RI(kg m2)，例如0.0153kg m2，其是车辆动力传动系中的旋转部件(例如马达转子、齿轮和从动轮20)的转动惯量。因此，可以根据以下公式计算出惯性扭矩TIT(Nm)，即加速RI所需的惯性扭矩：
TIT(N m)＝MA x RI。
VCM 200计算等于牵引扭矩设定点τ1的扭矩命令TC，该扭矩命令TC被提供给TCM258以控制牵引马达264的操作，并且旨在表示当前由牵引马达的轴提供的总扭矩。但是，由于存在惯性扭矩TIT的存在，因此通过从扭矩命令Tc中减去惯性扭矩TIT来计算由牵引马达264提供给传动系的有效扭矩TE，如下所示：
TE＝TC-TIT。
电动牵引马达264可以通过一个或多个齿轮和一个或多个轴与从动轮20机械地联接。因此，施加到从动轮20的扭矩基于TE，但是还取决于电动牵引马达264和从动轮20之间的齿轮的齿轮箱传动比和齿轮箱效率。恒定的示例性齿轮箱传动比可以是15.6，恒定的示例性齿轮箱效率可以是0.95。因此，可以根据以下公式计算或确定施加到从动轮20的扭矩TT(Nm)：
TT(Nm)＝TEx(齿轮箱传动比)x(齿轮箱效率)。
假设从动轮轴穿过从动轮或牵引轮20的中心，则与扭矩TT相关联的力矩臂将是从动轮或牵引轮20的半径。因此，可以计算出等效于扭矩TT的作用在车辆10、10'上的力；在这种情况下，可以根据以下公式计算等效线性力：
FA(N)＝TT/(从动轮半径，以米为单位)。
如上所述，车辆的加速度还受到滚动阻力和车辆行驶的表面的坡度的影响。滚动阻力值R％(无单位/100)被认为是预定的恒定值，但对于不同的车辆和不同的表面可能会有所不同。坡度G％(无单位/100)具有正号或负号，并且可以通过车辆的传感器(例如，加速度计和/或陀螺仪)检测到。
如果表面坡度在车辆10、10'的行驶方向上是上坡，则G％的符号为正。如果表面坡度在车辆10、10'的行驶方向上是下坡，则G％的符号为负。
因此，等效力FA可以分为三个分量来完成三个不同的任务：
FA＝(FT：加速总车辆质量(TVM)的力+
FG：爬坡/下坡的力+
FR：克服滚动阻力的力)
其中：
TVM(kg)是负载、任何拖车和车辆的组合质量，
FT(N)＝(TVM x VAM),
FG(N)＝(TVM x G％x 9.8m/s2),和
FR(N)＝(TVM x R％x 9.8m/s2)，
得出公式4：
FA＝(TVM x VAM)+(TVM x G％x 9.8m/s2)+(TVM x R％x 9.8m/s2)。
公式4可以这样来处理，即将两边均除以9.8m/s2来求解TVM(kg)：
Figure BDA0002959130210000211
其中VAg(无单位)是以g表示的车辆加速度，等于VAM/(9.8m/s2)。
因此，根据以下式子确定由车辆移动的负载，图5和图6的过程在步骤506中将该负载计算为个体负载值(其可以是拖车加上拖车上或拖车中的货物的重量或者叉上的负载(货物)的重量的估计值)：
负载(kg)＝TVM–(空载车辆重量，kg)
其中空载车辆重量是车辆的已知空载重量值。
在上述用于估计车辆10、10'移动的负载的示例性过程中，施加到从动轮20的扭矩被转换成由轮20施加于地板的等效线性力。不需要这种转换，并且如下面详细描述的，可以基于扭矩值来计算每个个体负载值。如上所述，扭矩命令TC导致施加在电动马达轴上的有效扭矩TE以及施加为克服转动惯量RI的惯性扭矩TIT，使得TC＝TE+TIT。可以重新排列以给出有效扭矩的公式：
TE＝TC-TIT
如上所述，施加到从动轮20的扭矩基于TE，但是还取决于电动牵引马达264和从动轮20之间的齿轮的齿轮箱传动比和齿轮箱效率。恒定的示例性齿轮箱传动比可以是15.6，恒定的示例性齿轮箱效率可以是0.95。因此，可以根据以下公式计算施加到从动轮20的扭矩TT(Nm)：
TT＝TEx(齿轮箱传动比)x(齿轮箱效率)
其中TT是施加到从动轮20的扭矩。
使用以上两个公式，可以根据以下公式计算TT：
TT＝(TC-TIT)x(齿轮箱传动比)x(齿轮箱效率)。
假设从动轮轴穿过从动轮的中心，则与扭矩TT相关联的力矩臂将是从动轮的半径。如上所述，可以确定等效于扭矩TT的、作用在车辆上的力FA的公式；在这种情况下，等效线性力的公式为：
FA＝TT/(从动轮半径，以米为单位)。
结合以上两个公式，可以将力FA的公式改写为：
Figure BDA0002959130210000221
如上所述，车辆的加速度还受到滚动阻力和车辆行驶的表面的坡度的影响。滚动阻力值R％(无单位/100)被认为是预定的恒定值，但对于不同的车辆和不同的表面可能会有所不同。因此，等效力FA可以分为三个分量来完成三个不同的任务：
FA＝(FT：加速总车辆质量(TVM)的力+
FG：爬坡/下坡的力+
FR：克服滚动阻力的力)
其中：
TVM(kg)是负载、任何拖车和车辆的组合质量，
FT(N)＝(TVM x VAM),
FG(N)＝(TVM x G％x 9.8m/s2),和
FR(N)＝(TVM x R％x 9.8m/s2)。
因此，和上面的公式4一样：
FA＝(TVM x VAM)+(TVM x G％x 9.8m/s2)+(TVM x R％x 9.8m/s2)。
上面公式中的元素重新排列提供：
Figure BDA0002959130210000231
就像在前面的示例性实施例中一样，将右侧的分子和分母都除以9.8可得出：
Figure BDA0002959130210000232
其中VAg(无单位)是以g表示的车辆加速度，等于VAM/(9.8m/s2)。
将上述等效力FA的公式代入上式，可以根据以下公式计算TVM：
Figure BDA0002959130210000233
因此，根据以下公式确定由车辆移动的负载，图5和图6的过程在步骤506中将该负载计算为个体负载值(其可以是拖车加上拖车上或拖车中的货物的重量或者叉上的负载(货物)的重量的估计值)：
负载(kg)＝TVM–(空载车辆重量，kg)
其中空载车辆重量是车辆的已知值。
上面已经描述了用于控制工业车辆的最大车辆速度的***和处理器实施的方法，其包括：确定施加到工业车辆的牵引轮上的扭矩；确定扭矩施加到牵引轮上时工业车辆的加速度；至少部分地基于加速度和扭矩，计算工业车辆移动的负载；以及基于所计算出的工业车辆移动的负载来控制工业车辆的最大速度。在一些情况下，扭矩可以被转换成等效力值，其中所计算出的负载值至少部分地基于等效力值来计算。
作为一个示例，负载可以是由工业车辆拉动的一个或多个拖车，无论是空的还是不空的。作为另一个示例，工业车辆可以具有叉组件或某种其它类型的升降平台，以承载负载。
当工业车辆首次启动时，在操作条件允许计算被移动的负载之前可能需要一段时间。结果，在上述***和方法中，可以将用于所计算出的负载的初始值设定为工业车辆被设计为移动的最大负载。
如图4所示，工业车辆从停止状态开始的加速度在行驶开始后的最初几秒钟内波动很大。因此，在计算工业车辆移动的负载之前，等到工业车辆已经行驶了最小的预定距离可能是有益的。相应地，上述***和方法可以包括：确定工业车辆在先前停止之后开始行驶时是否已经行驶超过预定距离，其中延迟计算由工业车辆移动的负载，直到确定工业车辆已经行驶超过预定距离为止。
然而，在公式1中，当工业车辆最大加速时，表示使整个车辆和负载质量加速的力的项较大，而当工业车辆接近稳态速度时，该项较小。此外，在估计负载值之前，上述示例性过程使用车辆10、10'被设计为移动的最大负载作为估计或计算出的负载。如上所述，可以基于该计算出的负载施加车辆10、10'的最大速度限制。因此，有益的是，在车辆10、10'能够达到等于最大速度极限的速度之前，使用上述过程来计算初始负载值，该最大速度极限与等于车辆10、10'被设计为移动的最大负载的负载相对应。例如，如果初始计算出的负载小于车辆10、10'被设计为移动的最大负载，并且初始计算的负载的最大速度限制(以下称为第一最大速度限制)大于针对与车辆10、10'被设计为移动的最大负载相等的负载的最大速度限制(在下文中称为第二最大速度限制)，则通过在车辆达到等于第二最大速度限制的速度之前计算初始计算出的负载，来避免车辆减速至第二最大速度限制并且接着允许其将速度增加至第一最大速度限制的情形。
对于工业车辆而言，其在预定准则内成功制动的能力受工业车辆的重量、其移动的负载、坡度角度和工业车辆速度的影响。因此，上述***和方法可以包括：基于由工业车辆移动的所计算出的负载或者计算出的负载和坡度，使用例如查询表或公式来确定最大速度限制；以及基于所确定的最大速度限制来限制工业车辆的最大速度。例如，VCM 200可以在其存储部件202中存储包括例如图3A的数据的查找表，并使用该查找表来基于“LoadOut”和坡度角度或百分比和符号的输入确定最大卡车速度并向牵引应用程序208提供该最大卡车速度，其中正号表示坡度沿运动方向是上斜的，负号表示坡度沿运动方向是下斜的。在所示的实施例中，对于所有正的上斜，在图3中坡度％被认为等于0％。对于为下斜的所有坡度，使用图3A中提供的对应坡度％。但是，可以想到的是，可以为正的上斜提供单独的查找表或公式。
其它力也影响工业车辆的加速能力。这种力的一个例子是滚动阻力。此外，由车辆行驶的坡度所产生的力是这种力的另一个示例。因此，上述***和方法可以包括：a)确定在移动负载时工业车辆的滚动阻力，其中至少部分基于该滚动阻力来计算由工业车辆移动的负载；和/或b)确定在移动负载时工业车辆行驶的路径的坡度，其中至少部分地基于该坡度计算工业车辆移动的负载。
可以计算多个个体负载值，然后将它们一起进行平均，作为提高所计算出的负载的准确性的一种方式，而不是为工业车辆移动的负载计算单个估计值。因此，可以存在个体负载值的集合，使得它们的平均值被视为集合负载值。另外，在被认为是有效集合之前，可以将集合限定为至少包括最小数量或预定最大数量的个体负载值。因此，上述***和方法可以包括：计算集合，该集合包括由工业车辆移动的负载的预定数量的个体负载值；以及将所述预定数量的个体负载值进行平均，以确定该集合的相应集合负载值。
除了具有预定数量的个体负载值的集合之外，个体负载值的收集可以限于工业车辆的某些操作条件。作为一个示例，如前所述，可以延迟计算负载，直到工业车辆行驶了至少某个最小距离为止。另一个约束可能是仅在工业车辆的加速度高于第一预定值的情况下才计算负载。因此，上述***和方法可以包括：响应于工业车辆加速到高于第一预定值并且行驶了至少预定距离，计算包括由工业车辆移动的负载的预定数量的个体负载值的集合；以及将所述预定数量的个体值进行平均，以确定该集合的相应集合负载值。
可以通过将数个集合负载值进行平均来进一步细化对计算出的负载的估计。因此，上述***和方法可以包括：收集由车辆移动的负载的个体负载值的多个集合；以及对所述多个集合的相应值进行平均以确定所计算出的负载。
因为升高和降低工业车辆的升降机构(例如，叉)可能指示正在移动的负载发生变化，所以当检测到升降机构的运动时，可以停止以上述方式进行负载的计算。此外，在可以以上述方式重新开始计算负载之前可以有一段时间；因此，当检测到升降机构的运动时，可以将计算出的负载的值设定被等于工业车辆被设计为要移动的最大负载。因此，上述***和方法可以包括确定何时升高或降低工业车辆的升降机构，其中在该升降机构升高或降低的情况下，不执行基于加速度和扭矩所进行的由工业车辆移动的负载的计算。此外，上述***和方法可以包括：响应于确定工业车辆的升降机构升高或降低，将所计算出的负载限定为工业车辆被设计为移动的最大负载。
工业车辆的操作者的控制输入可能并不总是平稳和精确的。因此，尽管操作者的意图是继续加速，但工业车辆可能会出现短暂停止加速、短暂减速甚至短暂停止的情形。在其它情况下，操作者的意图可能是停止车辆，这可以允许正在移动的负载进行改变。因此，在计算由车辆移动的负载时，确定哪些操作条件对应于车辆短暂减速以及哪些操作条件对应于车辆停止，可能是有用的。
这样，上述***和方法可以包括收集个体负载值的集合，然后检测第一操作条件的发生，然后检测随后的第二操作条件的发生。第一操作条件包括：a)工业车辆的加速度小于第一预定值，和b)工业车辆的速度小于第二预定值。随后的第二操作条件包括在第一操作条件之后的预定时间段内，工业车辆a)再次开始加速到超过第一预定值，和b)已经行驶了预定距离。这些操作条件可能对应于仅短暂减速的工业车辆。因此，响应于第一操作条件的发生和第二操作条件的发生，上述***和方法可以包括：收集由工业车辆移动的负载的个体负载值的另一个集合；对所述多个集合的相应值进行平均以计算所计算出的负载。
此外，上述***和方法可以包括收集个体负载值的集合，然后检测第一操作条件的发生，然后检测随后的第三操作条件的发生。第一操作条件包括：a)工业车辆的加速度小于第一预定值，和b)工业车辆的速度小于第二预定值。随后的第三操作条件包括在第一操作条件之后的预定时间段内工业车辆的速度未达到或超过第二预定值。这些操作条件可能对应于已经停止的工业车辆。因此，响应于第一操作条件的发生和第三操作条件的发生，上述***和方法可以包括将计算出的负载限定为工业车辆被设计为移动的最大负载。
上述***和方法可以包括计算或估计以上讨论的每个个体负载值的特定方式。具体地，根据至少两个不同的公式之一来计算由工业车辆移动的负载的个体负载值：
Figure BDA0002959130210000271
或者
Figure BDA0002959130210000281
其中FA是施加到牵引轮20的扭矩的等效力值；TC是扭矩命令；TIT是惯性扭矩；R％是滚动阻力值；G％是工业车辆行驶的表面的当前坡度，为百分比；VAg是工业车辆以g为单位的加速度；个体负载值＝TVM–(工业车辆的空载重量)。
尽管已经示出和描述了本发明的特定实施例，但是对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以做出各种其它改变和修改。因此，意图在所附权利要求书中涵盖在本发明的范围内的所有这样的改变和修改。

Claims (38)

1.一种用于控制工业车辆的最大车辆速度的方法，其包括：
由工业车辆的处理器确定施加到工业车辆的牵引轮上的扭矩；
由工业车辆的处理器确定在扭矩施加到牵引轮上时工业车辆的加速度；
至少部分地基于加速度和施加到牵引轮上的扭矩，由工业车辆的处理器计算由工业车辆移动的负载；
由工业车辆的处理器基于由工业车辆移动的所计算出的负载来控制工业车辆的最大速度；
由工业车辆的处理器确定工业车辆的升降机构何时升高或降低，
其中在升降机构升高或降低时，不进行基于加速度和扭矩的由工业车辆移动的负载的计算；
响应于确定工业车辆的升降机构升高或降低，由工业车辆的处理器将所计算出的负载限定为工业车辆被设计为移动的最大负载。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述负载包括由工业车辆拉动的一个或多个拖车。
3.根据权利要求1所述的方法，其包括：
由工业车辆的处理器确定所述工业车辆在先前停止后开始行驶时是否行驶超过预定距离；并且
其中延迟计算由工业车辆移动的负载，直到确定工业车辆已经行驶超过预定距离为止。
4.根据权利要求1所述的方法，其还包括：
由工业车辆的处理器将施加到牵引轮上的扭矩转换为等效力值；并且
其中至少部分地基于所述等效力值来计算由工业车辆移动的负载。
5.根据权利要求1所述的方法，其包括：
由处理器基于所计算出的负载和工业车辆行驶的路径的坡度来确定工业车辆的最大速度。
6.根据权利要求1所述的方法，其包括：
由工业车辆的处理器确定在移动负载时工业车辆的滚动阻力；并且
其中至少部分地基于所述滚动阻力来计算由工业车辆移动的负载。
7.根据权利要求1所述的方法，其包括：
由工业车辆的处理器确定在移动负载时工业车辆行驶的路径的坡度；并且
其中至少部分地基于所述坡度来计算由工业车辆移动的负载。
8.根据权利要求1所述的方法，其中计算负载包括：
计算包括由工业车辆移动的负载的至少最小数量的个体负载值的集合；和
将所述至少最小数量的个体负载值进行平均以确定用于该集合的相应的集合负载值。
9.根据权利要求1所述的方法，其中由工业车辆移动的负载的每个个体负载值根据以下公式计算：
Figure FDA0003923714940000021
其中
FA是等效力值，等效于施加到牵引轮上的扭矩；
R％是滚动阻力值；
G％是工业车辆行驶的表面的当前坡度，为百分比；
VAg是以g表示的工业车辆的加速度；和
个体负载值＝TVM–工业车辆的空载重量。
10.根据权利要求1所述的方法，其中由工业车辆移动的负载的每个个体负载值根据以下公式计算：
Figure FDA0003923714940000022
其中
TC是扭矩命令，
TIT是惯性扭矩；
齿轮箱传动比是工业车辆的预定齿轮箱传动比；
齿轮箱效率是工业车辆的预定齿轮箱效率；
从动轮半径是牵引轮的半径；
R％是滚动阻力值；
G％是工业车辆行驶的表面的当前坡度，为百分比；
VAg是以g表示的工业车辆的加速度；和
个体负载值＝TVM–工业车辆的空载重量。
11.根据权利要求8所述的方法，其中计算负载包括：
由工业车辆的处理器收集由工业车辆移动的负载的个体负载值的多个集合；和
对所述多个集合的相应值进行平均，以确定所计算出的负载。
12.根据权利要求1所述的方法，其中工业车辆包括叉组件。
13.根据权利要求1所述的方法，其包括：
由工业车辆的处理器将所计算出的负载的初始值限定为工业车辆被设计为移动的最大负载。
14.根据权利要求1所述的方法，其中计算包括由工业车辆移动的负载的至少最小数量的个体负载值的集合包括：
响应于工业车辆加速到超过第一预定值并行驶至少预定距离，计算包括由工业车辆移动的负载的预定数量的个体负载值的集合；和
将所述预定数量的个体负载值进行平均，以确定用于该集合的相应的集合负载值。
15.一种用于控制工业车辆的最大车辆速度的方法，其包括：
由工业车辆的处理器确定施加到工业车辆的牵引轮上的扭矩；
由工业车辆的处理器确定在扭矩施加到牵引轮上时工业车辆的加速度；
至少部分地基于加速度和施加到牵引轮上的扭矩，由工业车辆的处理器计算由工业车辆移动的负载；以及
由工业车辆的处理器基于所计算出的由工业车辆移动的负载来控制工业车辆的最大速度；
其中计算负载包括：
响应于工业车辆加速到超过第一预定值并行驶至少预定距离，计算包括由工业车辆移动的负载的预定数量的个体负载值的集合；和
将所述预定数量的个体负载值进行平均，以确定用于该集合的相应的集合负载值；
由工业车辆的处理器检测第一操作条件，所述第一操作条件包括：
a)工业车辆的加速度小于第一预定值，和
b)工业车辆的速度小于第二预定值；
在第一操作条件之后，由工业车辆的处理器确定第二操作条件，所述第二操作条件包括工业车辆在第一操作条件之后的预定时间段内：
a)开始再次加速到超过第一预定值，和
b)已经行驶了预定距离；
响应于第一操作条件的发生和在第一操作条件之后的预定时间段内第二操作条件的发生，由工业车辆的处理器收集由工业车辆移动的负载的个体负载值的另一个集合；和
对多个集合的相应值进行平均，以计算所计算出的负载。
16.一种用于控制工业车辆的最大车辆速度的方法，其包括：
由工业车辆的处理器确定施加到工业车辆的牵引轮上的扭矩；
由工业车辆的处理器确定在扭矩施加到牵引轮上时工业车辆的加速度；
至少部分地基于加速度和施加到牵引轮上的扭矩，由工业车辆的处理器计算由工业车辆移动的负载；以及
由工业车辆的处理器基于所计算出的由工业车辆移动的负载来控制工业车辆的最大速度；
其中计算负载包括：
响应于工业车辆加速到超过第一预定值并行驶至少预定距离，计算包括由工业车辆移动的负载的预定数量的个体负载值的集合；和
将所述预定数量的个体负载值进行平均，以确定用于该集合的相应的集合负载值；
由工业车辆的处理器检测第一操作条件，所述第一操作条件包括：
a)工业车辆的加速度小于第一预定值，和
b)工业车辆的速度小于第二预定值；
在第一操作条件之后，由工业车辆的处理器确定第三操作条件，所述第三操作条件包括工业车辆的速度在第一操作条件之后的预定时间段内未达到第二预定值；和
响应于第一操作条件的发生和在第一操作条件之后的预定时间段内第三操作条件的发生，由工业车辆的处理器将所计算出的负载限定为工业车辆被设计为移动的最大负载。
17.一种用于控制工业车辆的最大车辆速度的***，其包括：
存储装置，其存储可执行指令；以及
处理器，其与存储装置通信，其中处理器在执行可执行指令时：
确定施加到工业车辆的牵引轮上的扭矩；
确定在扭矩施加到牵引轮上时工业车辆的加速度；
至少部分地基于加速度和施加到牵引轮上的扭矩来计算工业车辆移动的负载；和
基于工业车辆移动的所计算出的负载来控制工业车辆的最大速度；
确定工业车辆的升降机构何时升高或降低，
其中在升降机构升高或降低时，不进行基于加速度和扭矩的由工业车辆移动的负载的计算
响应于确定工业车辆的升降机构升高或降低，将所计算出的负载限定为工业车辆被设计为移动的最大负载。
18.根据权利要求17所述的***，其中所述负载包括由工业车辆拉动的一个或多个拖车。
19.根据权利要求17所述的***，其中处理器在执行可执行指令时：
确定工业车辆在先前停止后是否行驶超过预定距离；并且
其中延迟计算由工业车辆移动的负载，直到确定工业车辆已经行驶超过预定距离为止。
20.根据权利要求17所述的***，其中处理器在执行可执行指令时：
将施加到牵引轮上的扭矩转换为等效力值；并且
其中至少部分地基于所述等效力值来计算由工业车辆移动的负载。
21.根据权利要求17所述的***，其中处理器在执行可执行指令时：
基于所计算出的负载和工业车辆行驶的路径的坡度来确定工业车辆的最大速度。
22.根据权利要求17所述的***，其中处理器在执行可执行指令时：
确定在移动负载时工业车辆的滚动阻力；并且
其中至少部分地基于所述滚动阻力来计算由工业车辆移动的负载。
23.根据权利要求17所述的***，其中处理器在执行可执行指令时：
确定在移动负载时工业车辆行驶的路径的坡度；并且
其中至少部分地基于所述坡度来计算由工业车辆移动的负载。
24.根据权利要求17所述的***，其中处理器在执行可执行指令时：
计算包括由工业车辆移动的负载的至少最小数量的个体值的集合；和
将所述至少最小数量的个体值进行平均以确定用于该集合的相应值。
25.根据权利要求24所述的***，其中处理器在执行可执行指令时：
收集由工业车辆移动的负载的个体值的多个集合；和
对所述多个集合的相应值进行平均，以确定所计算出的负载。
26.根据权利要求17所述的***，其中工业车辆包括叉组件。
27.根据权利要求17所述的***，其中处理器在执行可执行指令时：
将所计算出的负载的初始值限定为工业车辆被设计为移动的最大负载。
28.根据权利要求17所述的***，其中由工业车辆移动的负载的每个个体负载值根据以下公式计算：
Figure FDA0003923714940000071
其中
FA是等效线性力值，等效于施加到牵引轮上的扭矩；
R％是滚动阻力值；
G％是工业车辆行驶的表面的当前坡度，为百分比；
VAg是以g表示的工业车辆的加速度；和
个体负载值＝TVM–工业车辆的空载重量。
29.根据权利要求17所述的***，其中由工业车辆移动的负载的每个个体负载值根据以下公式计算：
Figure FDA0003923714940000072
其中：
TC是扭矩命令；
TIT是惯性扭矩；
齿轮箱传动比是工业车辆的预定齿轮箱传动比；
齿轮箱效率是工业车辆的预定齿轮箱效率；
从动轮半径是牵引轮的半径；
R％是滚动阻力值；
G％是工业车辆行驶的表面的当前坡度，为百分比；
VAg是以g表示的工业车辆的加速度；和
个体负载值＝TVM–工业车辆的空载重量。
30.根据权利要求17所述的***，其中处理器在执行可执行指令时：
响应于工业车辆加速到超过第一预定值并行驶至少预定距离，通过计算包括由工业车辆移动的负载的预定数量的个体值的集合，来计算包括由工业车辆移动的负载的至少最小数量的个体值的集合；和
将所述预定数量的个体值进行平均以确定用于该集合的相应值。
31.根据权利要求30所述的***，其中处理器在执行可执行指令时将负载的个体值的预定数量限定为等于或小于200。
32.根据权利要求30所述的***，其中处理器在执行可执行指令时限定负载的个体值的预定数量和采样率，使得负载的个体值的计数从第一次增加计数开始在2秒内达到所述预定数量。
33.一种用于控制工业车辆的最大车辆速度的***，其包括：
存储装置，其存储可执行指令；以及
处理器，其与存储装置通信，其中处理器在执行可执行指令时：
确定施加到工业车辆的牵引轮上的扭矩；
确定在扭矩施加到牵引轮上时工业车辆的加速度；
至少部分地基于加速度和施加到牵引轮上的扭矩来计算工业车辆移动的负载；和
基于所计算出的工业车辆移动的负载来控制工业车辆的最大速度；
其中处理器在执行可执行指令以计算负载时进一步：响应于工业车辆加速到超过第一预定值并行驶至少预定距离，计算包括由工业车辆移动的负载的预定数量的个体值的集合；和
将所述预定数量的个体值进行平均以确定用于该集合的相应值；检测第一操作条件，所述第一操作条件包括：
a)工业车辆的加速度小于第一预定值，和
b)工业车辆的速度小于第二预定值；
在第一操作条件之后，确定第二操作条件，所述第二操作条件包括工业车辆在第一操作条件之后的预定时间段内：
a)开始再次加速到超过第一预定值，和
b)已经行驶了预定距离；
响应于第一操作条件的发生和在第一操作条件之后的预定时间段内第二操作条件的发生，收集由工业车辆移动的负载的个体值的另一个集合；和
对多个集合的相应值进行平均，以计算所计算出的负载。
34.根据权利要求33所述的***，其中处理器在执行可执行指令时将负载的个体值的预定数量限定为等于或小于200。
35.根据权利要求33所述的***，其中处理器在执行可执行指令时限定负载的个体值的预定数量和采样率，使得负载的个体值的计数从第一次增加计数开始在2秒内达到所述预定数量。
36.一种用于控制工业车辆的最大车辆速度的***，其包括：
存储装置，其存储可执行指令；以及
处理器，其与存储装置通信，其中处理器在执行可执行指令时：
确定施加到工业车辆的牵引轮上的扭矩；
确定在扭矩施加到牵引轮上时工业车辆的加速度；
至少部分地基于加速度和施加到牵引轮上的扭矩来计算工业车辆移动的负载；和
基于所计算出的工业车辆移动的负载来控制工业车辆的最大速度；
其中处理器在执行可执行指令以计算负载时进一步：响应于工业车辆加速到超过第一预定值并行驶至少预定距离，计算包括由工业车辆移动的负载的预定数量的个体值的集合；和
将所述预定数量的个体值进行平均以确定用于该集合的相应值；检测第一操作条件，所述第一操作条件包括：
a)工业车辆的加速度小于第一预定值，和
b)工业车辆的速度小于第二预定值；
在第一操作条件之后，确定第三操作条件，所述第三操作条件包括工业车辆的速度在第一操作条件之后的预定时间段内未达到或超过第二预定值；和
响应于第一操作条件的发生和在第一操作条件之后的预定时间段内第三操作条件的发生，将所计算出的负载限定为工业车辆被设计为移动的最大负载。
37.根据权利要求36所述的***，其中处理器在执行可执行指令时将负载的个体值的预定数量限定为等于或小于200。
38.根据权利要求36所述的***，其中处理器在执行可执行指令时限定负载的个体值的预定数量和采样率，使得负载的个体值的计数从第一次增加计数开始在2秒内达到所述预定数量。
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