用于控制車輛的系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明的實(shí)施例大體上涉及車輛控制。其它實(shí)施例涉及控制坡度上的車輛。
【背景技術(shù)】
[0002]大型越野車輛("0HV")如用于拖運(yùn)從露天礦挖掘的較重有效負(fù)載的采礦車輛是公知的，并且典型地使用機(jī)動(dòng)化的輪來(lái)以能量有效的方式使車輛推進(jìn)或減速。該效率典型地通過(guò)連同交流發(fā)電機(jī)、主牽引逆變器以及收納在車輛的后輪胎內(nèi)的一對(duì)輪驅(qū)動(dòng)組件使用大馬力柴油機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。柴油機(jī)與交流發(fā)電機(jī)直接相關(guān)聯(lián)，使得柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)交流發(fā)電機(jī)。交流發(fā)電機(jī)對(duì)主牽引逆變器供能，該主牽引逆變器將具有受控的電壓和頻率的電功率供應(yīng)至兩個(gè)輪驅(qū)動(dòng)組件的電驅(qū)動(dòng)馬達(dá)。各個(gè)輪驅(qū)動(dòng)組件收納行星齒輪變速器，其將相關(guān)聯(lián)的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)能量轉(zhuǎn)換成供應(yīng)至后輪的高轉(zhuǎn)矩低速旋轉(zhuǎn)能輸出。
[0003]0HV中的典型操作負(fù)載可超過(guò)一百噸，而車輛和負(fù)載的總重量可為幾百噸。因此，在坡度上操作這些車輛可提出若干挑戰(zhàn)，尤其是對(duì)于無(wú)經(jīng)驗(yàn)的操作者而言。因此，可合乎需要的是，提供不同于現(xiàn)有系統(tǒng)和方法的用于控制車輛的系統(tǒng)和方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在本發(fā)明的實(shí)施例中，一種系統(tǒng)(例如，用于車輛的控制系統(tǒng))包括構(gòu)造成電聯(lián)接于車輛的傳動(dòng)系統(tǒng)的控制單元。傳動(dòng)系統(tǒng)包括用于將原動(dòng)力提供至車輛的至少一個(gè)牽引馬達(dá)?？刂茊卧獦?gòu)造成控制牽引馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩輸出，以在不知道關(guān)于坡度和/或車輛的負(fù)載的至少一個(gè)操作模式中的信息的情況下保持坡度上的車輛的零速或接近零速。
[0005]在另一個(gè)實(shí)施例中，一種用于控制車輛的方法包括對(duì)車輛的傳動(dòng)系統(tǒng)供電用于車輛推進(jìn)。傳動(dòng)系統(tǒng)包括至少一個(gè)牽引馬達(dá)。該方法還包括利用車輛的控制單元控制至少一個(gè)牽引馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩輸出，以在不知道關(guān)于坡度或車輛的負(fù)載中的至少一個(gè)的至少一個(gè)操作模式中的信息的情況下保持坡度上的車輛的零速或接近零速。
[0006]在另一個(gè)實(shí)施例中，一種系統(tǒng)(例如，用于車輛的控制系統(tǒng))包括構(gòu)造成電聯(lián)接于車輛的傳動(dòng)系統(tǒng)的控制單元。傳動(dòng)系統(tǒng)包括用于將原動(dòng)力提供至車輛的至少一個(gè)牽引馬達(dá)。控制單元構(gòu)造成確定車輛的計(jì)算減速，并且至少部分地基于計(jì)算減速來(lái)將車輛的至少一個(gè)牽引馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩輸出控制為至選擇速度的車輛的目標(biāo)減速，而不應(yīng)用車輛的行車制動(dòng)器。
[0007]在另一個(gè)實(shí)施例中，一種用于控制坡度上的車輛的方法包括利用車輛的車載控制單元確定車輛的計(jì)算減速。該方法還包括利用控制單元至少部分地基于計(jì)算減速來(lái)將車輛的至少一個(gè)牽引馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩輸出控制為至選擇速度的車輛的目標(biāo)減速，而不應(yīng)用車輛的行車制動(dòng)器。
[0008]在另一個(gè)實(shí)施例中，一種車輛包括動(dòng)力系統(tǒng)、控制單元以及至少一個(gè)牽引馬達(dá)。動(dòng)力系統(tǒng)構(gòu)造成將接收的電功率轉(zhuǎn)換成電信號(hào)用于對(duì)至少一個(gè)牽引馬達(dá)供能。(車輛可構(gòu)造用于待從非車載源、車載儲(chǔ)能裝置或車載發(fā)動(dòng)機(jī)交流發(fā)電機(jī)系統(tǒng)接收的電功率。)控制單元構(gòu)造成控制牽引馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩輸出，以在不知道關(guān)于坡度和/或車輛的負(fù)載的至少一個(gè)操作模式中的信息的情況下保持坡度上的車輛的零速或接近零速。例如，控制單元可構(gòu)造成將轉(zhuǎn)矩請(qǐng)求信號(hào)電傳送至動(dòng)力系統(tǒng)以控制至少一個(gè)牽引馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩輸出。此外或作為備選，控制單元可構(gòu)造成確定車輛的計(jì)算減速，以及將轉(zhuǎn)矩請(qǐng)求信號(hào)電傳送至動(dòng)力系統(tǒng)以至少部分地基于計(jì)算減速將至少一個(gè)牽引馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩輸出控制為至選擇速度的車輛的目標(biāo)減速，而不應(yīng)用車輛的行車制動(dòng)器。
【附圖說(shuō)明】
[0009]將從閱讀參照附圖的非限制性實(shí)施例的以下描述來(lái)更好地理解本發(fā)明，其中在下面:
圖1A為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的控制系統(tǒng)的示意圖。
[0010]圖1B和1C分別為配備有控制系統(tǒng)的車輛的透視圖和側(cè)視立面圖。
[0011]圖2A為根據(jù)實(shí)施例的車輛的動(dòng)力/牽引系統(tǒng)的示意圖。
[0012]圖2B為根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的車輛的動(dòng)力/牽引系統(tǒng)的示意圖。
[0013]圖3為示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的示例性重力值計(jì)算功能的圖表。
[0014]圖4為示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于確定將車輛保持在坡度上所需的轉(zhuǎn)矩的斜坡保持控制環(huán)的圖表。
【具體實(shí)施方式】
[0015]將在下面詳細(xì)地參照本發(fā)明的示例性實(shí)施例，其實(shí)例在附圖中示出。只要可能，遍及附圖使用的相同附圖標(biāo)記表示相同或類似的部分。盡管關(guān)于用于露天采礦行業(yè)中的具有柴油機(jī)的拖運(yùn)卡車描述了本發(fā)明的示例性實(shí)施例，但本發(fā)明的實(shí)施例還適用于與內(nèi)燃機(jī)和大體上使用此類發(fā)動(dòng)機(jī)的車輛一起使用。例如，車輛可為設(shè)置成執(zhí)行與特定行業(yè)(如，采礦、建筑、農(nóng)業(yè)等)相關(guān)聯(lián)的操作的越野車輛("0HV")，并且可包括拖運(yùn)卡車、起重機(jī)、推土機(jī)器、采礦機(jī)器、農(nóng)業(yè)設(shè)備、拖拉機(jī)、材料裝卸設(shè)備、推土設(shè)備等。作為備選或此外，車輛可為公路車輛，如，牽引拖車設(shè)備、公路自卸卡車等。如本文中使用的，"電通信"或"電聯(lián)接"意思是某些構(gòu)件構(gòu)造成通過(guò)經(jīng)由直接或間接電連接來(lái)直接或間接發(fā)信號(hào)而與彼此通信。如本文中還使用的，〃零速〃是指在其停止/靜止時(shí)的車輛的狀態(tài)。〃接近零〃速意思是非常接近停止(例如，在實(shí)施例中，行進(jìn)不大于5mph/8kph，或在另一個(gè)實(shí)施例中，行進(jìn)不大于lmph/1.6kph)。
[0016]本發(fā)明的實(shí)施例涉及用于控制車輛的控制系統(tǒng)(和相關(guān)方法)，其提供了在坡度上時(shí)從靜止或接近靜止快速加速，并且防止了車輛在坡度上向后滾動(dòng)，而不需要行車制動(dòng)器應(yīng)用。("坡度"是指具有大于或小于零度的傾斜的非平表面。"行車制動(dòng)器"是指機(jī)械摩擦制動(dòng)器，例如，典型地是其中制動(dòng)襯墊以空氣/氣動(dòng)或液壓系統(tǒng)促動(dòng)來(lái)接合連接于輪或輪軸的轉(zhuǎn)子或盤的類型，并且其典型地與推進(jìn)系統(tǒng)分離。)
圖1A示出了用于車輛12的控制系統(tǒng)10的實(shí)施例。控制系統(tǒng)10包括構(gòu)造成電聯(lián)接于車輛的傳動(dòng)系統(tǒng)16的控制單元14。傳動(dòng)系統(tǒng)16包括用于將原動(dòng)力提供至車輛的至少一個(gè)牽引馬達(dá)18。(牽引馬達(dá)為構(gòu)造成用于移動(dòng)車輛的電動(dòng)機(jī)。)參照?qǐng)D1B，車輛12可為拖運(yùn)卡車。拖運(yùn)卡車為特別設(shè)計(jì)成用于高產(chǎn)量采礦和重載建筑環(huán)境的自卸卡車。拖運(yùn)卡車的傳動(dòng)系統(tǒng)16包括聯(lián)接于柴油電動(dòng)力/牽引系統(tǒng)100的驅(qū)動(dòng)輪20，柴油電動(dòng)力/牽引系統(tǒng)100將原動(dòng)力提供至拖運(yùn)卡車。參照?qǐng)D1C，作為另一個(gè)實(shí)例，車輛12可為地下采礦車輛，如，所示的伊^運(yùn)(load-haul-dump)車輛。(拖運(yùn)卡車和地下采礦車輛大體上是示范性車輛，但在實(shí)施例中，本發(fā)明的系統(tǒng)和/或方法特別是在拖運(yùn)卡車或地下采礦車輛上實(shí)施。)
圖2A示出了動(dòng)力/牽引系統(tǒng)100的實(shí)施例。如上文指示的，拖運(yùn)卡車具有至少兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪20。各個(gè)輪20由三相交流電流(AC)感應(yīng)類型的輪馬達(dá)18驅(qū)動(dòng)。輪馬達(dá)18被稱為第一輪馬達(dá)102和第二輪馬達(dá)104。電功率由驅(qū)動(dòng)三相AC發(fā)電機(jī)/交流發(fā)電機(jī)108的柴油機(jī)106供應(yīng)。在其它實(shí)施例中，可利用其它類型的機(jī)械發(fā)動(dòng)機(jī)。柴油機(jī)106和發(fā)電機(jī)108收納在拖運(yùn)卡車12內(nèi)。發(fā)電機(jī)108的AC輸出供給到一個(gè)或更多個(gè)整流器110中。整流器110的直流(DC)輸出供給到一個(gè)或更多個(gè)功率轉(zhuǎn)換器，例如，第一逆變器系統(tǒng)112和第二逆變器系統(tǒng)114中。(各個(gè)逆變器系統(tǒng)112，114包括一個(gè)或更多個(gè)逆變器。)第一逆變器系統(tǒng)112將三相可變頻率AC功率供應(yīng)至第一輪馬達(dá)102。類似地，第二逆變器系統(tǒng)114將三相AC功率供應(yīng)至第二輪馬達(dá)104。
[0017]如圖2A中進(jìn)一步所示，動(dòng)力/牽引系統(tǒng)100包括電聯(lián)接于一個(gè)或更多個(gè)功率轉(zhuǎn)換器(例如，逆變器系統(tǒng)112，114)的控制單元116，其除了別的任務(wù)以外構(gòu)造成確定和發(fā)送期望的轉(zhuǎn)矩請(qǐng)求信號(hào)至逆變器系統(tǒng)112，114。轉(zhuǎn)矩請(qǐng)求信號(hào)由用于逆變器系統(tǒng)112，114的控制單元處理，以將馬達(dá)18(例如，輪馬達(dá)102，104)驅(qū)動(dòng)至期望的轉(zhuǎn)矩輸出大小，并且沿對(duì)應(yīng)于車輛移動(dòng)的預(yù)期方向的期望旋轉(zhuǎn)方向。如本文中詳細(xì)論述的，控制單元116包括根據(jù)一組儲(chǔ)存指令操作以提供車輛控制的一個(gè)或更多個(gè)處理器/微處理器。
[0018]如本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易理解的，控制單元116可構(gòu)造成從點(diǎn)火開(kāi)關(guān)118、加速器位置換能器120(與操作者加速器控制(例如，“氣動(dòng)踏板”)相關(guān)聯(lián))、制動(dòng)器位置換能器122，和/或用于操作電動(dòng)機(jī)102，104用于驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)車輛12的齒輪選擇器124接收輸入。齒輪選擇器124提供了用于容許操作者選擇車輛移動(dòng)(如，向前移動(dòng)或反向移動(dòng))的預(yù)期或期望方向的器件。
[0019]如上文所論述，逆變器112，114將DC電壓轉(zhuǎn)換成可變頻率的AC用于驅(qū)動(dòng)電感類型的AC馬達(dá)102，104。當(dāng)速度高于某一 rpm并且開(kāi)環(huán)頻率類型的控制低于某一 rpm時(shí)，電流和速度反饋由逆變器系統(tǒng)112，114利用用于閉環(huán)控制。
[0020]控制單元116可構(gòu)造成操作為控制系統(tǒng)10的控制單元14。因此，在實(shí)施例中，控制系統(tǒng)116構(gòu)造成計(jì)算或以另外的方式確定車輛減速，并且在操作者松開(kāi)加速器踏板時(shí)，主動(dòng)地管理成至零速或可選擇的接近零速的目標(biāo)減速。這允許了車輛10在不知道關(guān)于坡度和/或負(fù)載的信息的情況下在坡度上保持零速或接近零速，并且防止了車輛12在坡度上向后滾動(dòng)，而不需要行車制動(dòng)器應(yīng)用。這還確保了在車輛12向前或反向時(shí)，該行進(jìn)方向由控制系統(tǒng)主動(dòng)地保持在該方向上。如本文中使用的，〃主動(dòng)地管理〃意思是響應(yīng)于或取決于時(shí)間間隔內(nèi)的變化的控制輸入(例如，控制環(huán)輸入)來(lái)操作車輛。例如，控制單元1