專利名稱:用于推進式機械的坡道限制式減速控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明一般涉及用于推進式機械的減速控制裝置,更具體地,涉及用 于具有電力傳動裝置的推進式機械的減速控制裝置。
背景技術(shù):
推進式機械例如貨車、輪式拖拉機、履帶式拖拉^L和其它建筑車輛經(jīng) 常在陵坡上工作。當(dāng)沿著這些斜坡下行時,這些機械可以使用各種不同的 減速系統(tǒng),以便消耗動能來保持安全行駛速度。例如,該機械可通過發(fā)動 才幾減速和/或機械制動來變慢。以前,當(dāng)在這些坡道上工作時,機械的操作人員負(fù)責(zé)選擇合適的工作 速度。例如,操作人員需要選擇正確的傳動裝置并施加正確的制動力,以 便在操作人員認(rèn)為安全的速度下沿坡道下行。然而,如果操作人員在他的 選擇中粗心大意,則發(fā)動機會超速或者制動器過熱,因此損壞機械。如果 操作人員太小心謹(jǐn)慎,則機械會將比安全地沿坡道下行所需時間要花更多 的時間,因此,機械的生產(chǎn)力將不會達(dá)到最佳。已經(jīng)開發(fā)出了當(dāng)沿坡道下行時用于自動控制車輛減速系統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù) 系統(tǒng)。 一種這樣的系統(tǒng)已在標(biāo)題為"AutomaticRetarder Controllor,,的美 國專利6,299,263中作了說明。在這個系統(tǒng)中,檢測車輛的向前傾斜角的斜 度,控制器選擇傳動裝置并應(yīng)用制動器以便根據(jù)該角度使機械放慢到預(yù)定 的下行速度。然而,263,專利的減速技術(shù)不適用于具有電力傳動推進/減速 系統(tǒng)的機械。另外,當(dāng)選擇下行速度時,263,專利所7>開的系統(tǒng)未考慮車 輛圍繞側(cè)傾軸的斜度。一寸系統(tǒng)中
的一個或多個缺點。 發(fā)明內(nèi)容提供一種用于消耗推進式機械中功率的方法,所述推進式機械具有電 力(電氣)傳動(驅(qū)動)系統(tǒng)和機械制動器系統(tǒng)。確定機械的斜度。確定 機械的速度。根據(jù)確定的斜度和速度確定減速要求(必要條件)。將減速 要求的第一部分分配成通過電力傳動系統(tǒng)滿足,該第一部分小于或等于電 力傳動系統(tǒng)的減速能力。如果減速要求大于電力傳動系統(tǒng)的減速能力,則 將減速要求的第二部分分配成通過機械制動器系統(tǒng)滿足。在另一方面,提供一種系統(tǒng)用于消耗推進式機械中的功率的系統(tǒng),所 述推進式機械具有電力傳動系統(tǒng)和機械制動器系統(tǒng)。斜度指示器可操作以 輸出與機械的斜度相對應(yīng)的信號。速度指示器可操作以輸出與機械的速度 相對應(yīng)的速度。減速要求計算器可操作以根據(jù)指示的斜度和速度確定減速 要求。控制器可操作以分配將通過電力傳動系統(tǒng)滿足的減速要求的第一部 分一該第一部分小于或等于電力傳動系統(tǒng)的減速能力,以及如果減速要求大于電力傳送系統(tǒng)的減速能力,則分配將通過機械制動器滿足的減速要求 的第二部分。在另一方面,提供一種用于消耗推進式機械中的功率的方法。確定機 械圍繞機械側(cè)傾軸線的斜度。根據(jù)斜度確定機械的坡道限制式速度。確定 使機械放慢到坡道限制式速度所需的減速量。在另一方面,提供一種用于消耗推進式機械的功率的系統(tǒng)。斜度指示 器可操作以輸出與機械圍繞機械的側(cè)傾軸的斜度相對應(yīng)的信號。坡道限制 式速度計算器可操作以根據(jù)斜度計算機械的坡道限制式速度.減速要求計 算器可操作以計算使機械放慢到坡道限制式速度所需的減速量。應(yīng)該理解,上述一般說明和后面的詳細(xì)說明僅是示例性和說明性的, 且不限制所要求保護的本發(fā)明。
圖1示意性地示出一種推進式機械,該推進式機械具有按照本發(fā)明的示例性實施例所述的坡道限制式減速控制系統(tǒng);圖2示意性地示出按照本發(fā)明的示例性實施例所述的坡道限制式減速 控制系統(tǒng);圖3是示出按照本發(fā)明的示例性實施例所述的減速方案的流程圖; 圖4示出橫過坡道移動的推進式機械;圖5是示出用于示例性的推進式機械的減速能力與斜度之間關(guān)系的曲 線圖。
具體實施方式
圖1示意性地示出推進式機械20,該推進式機械20具有按照本發(fā)明 的示例性實施例所述的坡道限制式減速控制系統(tǒng)60。推進式機械20可包 括推進/減速系統(tǒng)30和機械制動器系統(tǒng)40。在所示實施例中,推i^/減速系 統(tǒng)30是電力傳動系統(tǒng)。然而,本發(fā)明同等地可適用于具有常規(guī)推ii/減速 系統(tǒng)如機械推進/減速系統(tǒng)的推進式機械。如圖l所示,電力傳動式推ii/減速系統(tǒng)30可以包括發(fā)動機31,所 述發(fā)動機31由發(fā)動機控制單元51控制,并具有發(fā)動機軸31a;發(fā)電機32; 發(fā)電機側(cè)功率變換器33,所述功率變換器33由發(fā)電機變換器控制單元53 控制;DC (直流)總線34,所述DC總線34由DC總線控制單元54控制, 并連接到電阻網(wǎng)34a;由電動機變換器控制單元55控制的電動機側(cè)功率變 換器35;電動機36,所迷電動機36具有電機軸36a;齒輪傳動裝置37以 及牽引裝置38。電力傳動式推ii/減速系統(tǒng)30的這些部件31-38操作性地 連接成在運行的推進階段提供電力以便推進機械20,以及在運行的減速階 段耗散功率以便使機械20減速。發(fā)動機31可以是任何常規(guī)類型發(fā)動機。例如,發(fā)動機31可以是柴油 發(fā)動機、汽油發(fā)動機或者天然氣驅(qū)動的內(nèi)燃機。發(fā)動機31可構(gòu)造成驅(qū)動該 推進式機械20的各種以機械為動力的附件(未示出)。例如,發(fā)動機31 可以連接成驅(qū)動推進式機械20的一個或多個液壓泵、水泵、風(fēng)扇、交流發(fā)
電機等。在推進階段,發(fā)動機31可燃燒燃料以使發(fā)動機軸31a旋轉(zhuǎn)。在減 速階段,發(fā)動機軸31a可由發(fā)電機32驅(qū)動(因而該發(fā)電機32起到電動機 的作用)。當(dāng)用這種方式驅(qū)動時,發(fā)動機31可以通過發(fā)動機摩擦作用、排 氣限制器、減壓裝置和發(fā)動機的從動附件(例如泵等)消耗不需要的功率。 發(fā)動機31也可以裝備成起空壓機的作用,以便在減速階段消耗額外的能 量。例如,發(fā)動機31可裝備有常規(guī)的"Jake制動器"附件。發(fā)動機控制單元51控制發(fā)動機軸31a的旋轉(zhuǎn)速度或轉(zhuǎn)矩。例如,發(fā)動 機控制單元51可以通過發(fā)動機速度和轉(zhuǎn)矩指示器51a檢測發(fā)動機軸31a 的旋轉(zhuǎn)速度和轉(zhuǎn)矩,并且例如通過噴油器(未示出)控制待輸送到發(fā)動機 31的燃料量,以便產(chǎn)生所希望的發(fā)動機旋轉(zhuǎn)速度和轉(zhuǎn)矩,當(dāng)在減速階M 動機31由發(fā)電機32 (因而起電動機的作用)驅(qū)動時,發(fā)動機控制單元51 可以減少或切斷流向發(fā)動機31的燃料,因此節(jié)約燃料并降低用于機械20 的運行費用。此外,發(fā)動機控制單元51可使來自發(fā)動機傳感器例如發(fā)動機速度和轉(zhuǎn) 矩指示器51a和/或其它傳感器(未示出)的數(shù)據(jù)在通信總線70上與監(jiān)管 控制器50通信。這些數(shù)據(jù)可以提供發(fā)動機31當(dāng)前消耗勢能的指示。例如, 發(fā)動機的消耗勢能可與不損害發(fā)動機軸31a的轉(zhuǎn)速極PM目關(guān)聯(lián),該轉(zhuǎn)速極 限為不會引起在發(fā)動機31或其傳動附件上的不可接受的摩損的轉(zhuǎn)速。發(fā)電機32可為任何合適的類型。例如,發(fā)電機32可以是AC (交流) 感應(yīng)發(fā)電機、永磁發(fā)電機、AC同步發(fā)電機或轉(zhuǎn)換式磁阻發(fā)電機。在推進 階段,發(fā)電機32可由發(fā)動機31驅(qū)動以產(chǎn)生交流電流。在減速階段,發(fā)電 機32可作為電動機以驅(qū)動發(fā)動機31,因此以上述方式消耗不需要的功率。發(fā)電機變換器控制單元53控制發(fā)電機側(cè)功率變換器32的方向,以便 控制發(fā)電機32和DC母線34之間的功率通量。在推進階段,發(fā)電機變換 器控制單元53可控制發(fā)電機側(cè)功率變換器32的矢量方向,以將發(fā)電機32 的AC輸出轉(zhuǎn)變成適用于DC總線34的直流。在減速階段,發(fā)電機變換器 控制單元53可控制發(fā)電機側(cè)功率變換器33的方向,以將DC總線34的 DC輸出轉(zhuǎn)變成適合于驅(qū)動發(fā)電機32 (因而起電動機的作用)的交流,以
便產(chǎn)生所希望的在發(fā)動機31的轉(zhuǎn)速極限以內(nèi)的發(fā)動機軸31a的轉(zhuǎn)速。此外,發(fā)電機變換器控制單元53可使來自傳感器如溫度傳感器、電壓 或電流傳感器(未示出)的數(shù)據(jù)在通信總線70上與監(jiān)管控制器50通信。 這些數(shù)據(jù)可以提供發(fā)電機32的功率消耗勢能的指示。例如,發(fā)電機32的 消耗勢能可與發(fā)電機32和/或發(fā)電機側(cè)功率變換器33的非破壞性的溫度、 電壓或電流的極P艮相關(guān)聯(lián)。DC總線34在發(fā)電機側(cè)功率變換器33、電動機側(cè)功率變換器35和電 阻網(wǎng)34a之間傳導(dǎo)電流。DC總線控制單元54控制發(fā)電機側(cè)功率變換器33、 電動機側(cè)功率變換器35和電阻網(wǎng)34a之間DC功率的分配。在推進階段, DC總線控制單元54可將DC功率分配到電動機側(cè)功率變換器35上。在 減速階段,DC總線控制單元可將DC功率分配到發(fā)電機側(cè)功率變換器33 和/或電阻網(wǎng)34a上。電阻網(wǎng)34a可以是任何可通過將不需要的功率轉(zhuǎn)換成熱量而消耗該功 率的常規(guī)裝置。例如,電阻網(wǎng)34a可包括一個或多個電阻器。電阻網(wǎng)34a 還可包括合適的冷卻系統(tǒng)(未示出),以幫助耗散過量的熱量。此外,DC總線控制單元54可以使來自DC總線傳感器(未示出)的 數(shù)據(jù)在通信總線70上與監(jiān)管控制器50通信。這些數(shù)據(jù)可提供電阻網(wǎng)34a 的功率消耗勢能的指示。例如,電阻網(wǎng)34a的消耗勢能可與DC總線34和/或電阻網(wǎng)34a的非破壞性溫度、電壓或電流的極限相關(guān)聯(lián)。電動機變換器控制單元55可控制電動機側(cè)功率變換器35的方向,以 控制DC總線34與電動機36之間的功率通量。在推進階段,電動機變換 器控制單元55可以控制電動機側(cè)功率變換器35的矢量方向,以將DC總 線34的DC輸出轉(zhuǎn)變成適合于驅(qū)動電動機36的交流電流,從而產(chǎn)生所希 望的電機軸速度和轉(zhuǎn)矩。在減速階段,電動機變換器控制單元55可以控制 電動機側(cè)功率變換器35的方向,以將電動機36 (fe4L電機的作用)的AC 輸出轉(zhuǎn)變成適合于DC總線34的直流電流.電動機36可以是任何合適的類型。例如,電動機36可以是AC感應(yīng) 電動機、永磁電動機、AC同步電動機或開關(guān)式磁阻電動機。在推進階段,
電動機36可將從電動機側(cè)功率變換器35接收的AC功率轉(zhuǎn)換,以產(chǎn)生所 希望的電機軸36a的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩,在減速階段,電動機36可以逆轉(zhuǎn)以M 電機的作用,所述發(fā)電機可以將牽引裝置38的非傳動式旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變成電流。此夕卜,電動機變換器控制單元55可使來自傳感器例如電動機速度和轉(zhuǎn) 矩指示器55a和/或溫度、電壓或電流傳感器(未示出)的數(shù)據(jù)在通信總線 70上與監(jiān)管控制器50通信。這些數(shù)據(jù)可以提供電動機36的功率消耗勢能 的指示。例如,電動機36的消耗勢能可與電動機36和/或電動機側(cè)功率變 換器35的非破壞性的溫度、電壓或電流極PM目關(guān)聯(lián)。電動機36的消耗勢 能也可與電機軸36a的非破壞性轉(zhuǎn)速極限相關(guān)聯(lián)。齒輪傳動裝置37操作性地將電機軸36a連接到牽引裝置38例如普通 車輪或鏈輪上。齒輪傳動裝置37可以包括例如常規(guī)的齒輪減速和/或差速 器。在推進階段,電動機36可使電機軸36a轉(zhuǎn)動,并因此使齒輪傳動裝置 37和牽引裝置38轉(zhuǎn)動,以在地面上推進機械20。在減速階段,牽引裝置 38的非傳動式旋轉(zhuǎn)使齒輪傳動裝置37轉(zhuǎn)動,并因此使電機軸36a轉(zhuǎn)動以 驅(qū)動電動機36 (該電動機則起發(fā)電機的作用)。機械制動器系統(tǒng)40可以包括一個或多個由機械制動器控制單元57控 制的機械制動器47。制動器47可以是任何具有可變控制的常規(guī)類型。例 如,制動器47可以通過合適的機械或液體控制系統(tǒng)用機械方法或液力方法 驅(qū)動,或者可以取液力減速器的形式。在應(yīng)用制動器47期間,可能以熱的 形式消耗不需要的功率。因此,制動器47可以裝備一合適的冷卻系統(tǒng)。盡 管制動器47示出為連接到牽引裝置38上,但應(yīng)該理解,制動器47的數(shù)量 和位置可以改變,如現(xiàn)有技術(shù)中已知的。機械制動器控制單元57可控制制動器47的應(yīng)用。此外,機械制動器 控制單元57可使來自常規(guī)傳感器如溫度傳感器(未示出)的數(shù)據(jù)在通信總 線70上與監(jiān)管控制器50通信。這些數(shù)據(jù)可提供制動器47的當(dāng)前消耗勢能 的指示。例如,與制動器47的最大非破壞性溫度極限相比,制動器47的 消耗勢能可與制動器的當(dāng)前溫度相關(guān)聯(lián)。監(jiān)管控制器50可控制電力傳動推i^/減速系統(tǒng)30和/或機械制動器系統(tǒng)40,以產(chǎn)生所希望的機械20的推進或減速??刂破?0可通過將合適的指 令傳送到控制單元51、 53、 54、 55和/或57來控制電力傳動推i^/減速系統(tǒng) 30和/或機械制動器系統(tǒng)40.控制器50也可接收來自控制單元51、 53、 54、 55和/或57的數(shù)據(jù)。 這些數(shù)據(jù)可以提供電力傳動推i^/減速系統(tǒng)30和/或機械制動器系統(tǒng)40當(dāng)前 能產(chǎn)生或消耗的功率量的指示。控制器50可以在通信總線70上與控制單 元51、 53、 54、 55和/或57通信。控制器50和控制單元51、 53、 54、 55和57可以用任何合適的方式實 現(xiàn)。例如,控制器50和控制單元51、 53、 54、 55和57可以用合適構(gòu)造的 計算機軟件實現(xiàn)。盡管控制器50和控制單元51、 53、 54、 55和57是分開 示出的,但應(yīng)該理解,控制單元51、 53、 54、 55和57當(dāng)中的一個或多個 可以與控制器50形成整體,例如,作為監(jiān)管控制程序內(nèi)的模塊。圖2示意性地示出按照本發(fā)明的示例性實施例所述的坡道限制式減速 控制系統(tǒng)60。如圖2所示,坡道限制式減速控制系統(tǒng)60可以包括斜度 指示器61、機械重量指示器62、行進方向指示器63、減速能力計算器65、 最大速度計算器66、期望速度指示器67、機械速度限制器68和機械速度 指示器69。如圖l所示,控制系統(tǒng)60可以集成在監(jiān)管控制器50內(nèi)?;蛘撸?控制系統(tǒng)60可以與控制器50分開實現(xiàn)。坡道限制式減速控制系統(tǒng)60可實施下述減速方案,即,控制電力傳動 推進/減速系統(tǒng)30和/或機械制動器系統(tǒng)40的運行,以限制該機械20下坡 的速度。圖3示出按照本發(fā)明的示例性實施例所述的減速方案100的流程 圖。盡管可將示例性減速方案IOO描述成一系列動作,但所述動作的順序 在本發(fā)明的其它實施方案中可以改變。尤其是,無關(guān)的動作可以以任何次 序?qū)嵤┗蛘卟⑿袑嵤?。減速方案100可以在步驟105處開始。方案100的開始(105 )可在系 統(tǒng)時鐘(未示出)的控制下進行,以便在機械20運行期間,方案100例如 每秒多次或以任何其它期望的時間間隔周期性地重復(fù)。這樣,減速方案100 可以與機械20的工作條件的變化相對應(yīng)。 在步驟110a處,斜度指示器61輸出表征機械20的當(dāng)前斜度I的信號。 圖4示出穿越斜坡S移動的機械20 (在本例中是推土機).在一個實施例 中,指示器61可以指示機械20圍繞該機械20的俯仰軸線P的斜度p。指 示器61可以顯示正和負(fù)的俯仰,以便針對沿向前方向和相反方向的行進確 定下坡的坡度。例如,指示器61可以指示±45° (IOO坡度)的俯仰?;?者,指示器61可以指示機械20圍繞該機械20的側(cè)傾軸線R的斜度r。再 或者,指示器61可以指示機械20圍繞俯仰軸線和側(cè)傾軸線二者的斜度I。 例如,指示器61可輸出一個表征機械20圍繞俯仰軸線P的斜度信號以及 另一個表征機械20圍繞側(cè)傾軸線R的斜度的信號,或者,指示器61可以 輸出單個的表征該機械圍繞俯仰軸線和側(cè)傾軸線二者的斜度的信號,例如 表征機械20圍繞俯仰軸線P和側(cè)傾軸線R的斜度的加權(quán)和的信號。指示 器61可由本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何合適的斜度傳感器實施。例如,指示 器61可以用固定到機械20的機架(未示出)上的一個或多個斜度計或加 速度計實施。在步驟110b處,機械重量指示器62可輸出表征機械20的重量W的 信號。指示器62可以是例如通過檢測機械20的懸掛元件(未示出)上的 應(yīng)力而檢測機械20的重量的傳感器。或者,指示器62可以是由機械20 的操作人員控制的輸入端。例如,操作人員可以在操縱機械20之前例如用 鍵盤輸入重量的指示。再或者,指示器62可以指示一預(yù)定值,例如在機械 20正常運行期間所預(yù)期的最大重量W。在步驟110c處,行進方向指示器63可以輸出表征機械20的當(dāng)前行進 方向F/R—即機械是正向行進還是反向行進一的信號。指示器63可以用任 何本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)為合適的傳感器實施。例如,指示器63可以檢測是機 械20的正向桿還是反向桿(未示出)已放在正向或反向位置?;蛘?,指示 器63可以檢測發(fā)電機側(cè)功率變換器33和/或電動機側(cè)功率變換器35的方 向是與正向行進還是與反向行進相對應(yīng)。然而,在一個實施例中,可省略 方向指示器63,而坡道限制式減速控制系統(tǒng)60可在正向和反向行進二者 期間同等地起作用?;蛘?,控制系統(tǒng)可以只在朝一個方向例如正向行進期
間工作。在步驟115處,減速能力計算器65接收來自斜度指示器61的斜度I, 并根據(jù)該斜度I輸出表征電力傳動推i^/減速系統(tǒng)20的最大非破壞性減速 能力亦即坡道限制式減速能力Ced的信號。計算器65可以包括數(shù)據(jù)例如能力之間關(guān)系的公式。例如,計算器66可含有與針對特定機械構(gòu)型而開發(fā)的電力傳動裝置減 速能力曲線82 (見圖5)相對應(yīng)的數(shù)據(jù)或公式。如圖5所示,電力傳動裝 置減速能力曲線表示最大非破壞性正向速度(X軸線),在該速度下,亦 即在不破壞電力傳動推ii/減速系統(tǒng)的情況下,給定斜度的坡道(Y軸線) 可以僅用電力傳動推ii/減速系統(tǒng)30的減速能力下行。例如,如圖5所示, 曲線82所針對的特定構(gòu)型的機械20可以在不破壞的情況下,僅依靠它的 電力傳動推進/減速系統(tǒng)30以2.5mph的速度下行40%坡度。通過減速能力計算器65進行的坡道限制式減速能力ced的計算也可 以以除斜度之外的其它數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)。例如,另外可以根據(jù)機械20的重量 W (該重量W可以從機械重量指示器62接收)和/或機械20的行進方向 F/R (所述行進方向F/R可以從行進方向指示器63接收)計算坡道限制式 咸速能力Ced。另外,可以額外才艮據(jù)通過電力傳動控制單元51、 53、 54和 /或55通信的數(shù)據(jù)計算坡道限制式減速能力CED,所述數(shù)據(jù)可表征可能影 響電力傳動推ii/減速系統(tǒng)30的減速能力的一個或多個條件.例如,電力 傳動控制單元51、 53、 54和/或55可以與表征下降的減速能力的錯誤條件 通信。減速能力計算器65可以包括附加的限定減速能力和這些條件之間關(guān) 系的數(shù)據(jù)或7>式。在步驟120處,最大速度計算器66根據(jù)斜度I輸出表征最大非破壞性 機械速度VMAX的信號。計算器66可以包括數(shù)據(jù)例如圖或者限定諸如俯仰 和/或側(cè)傾的斜度與電力傳動裝置20的最大速度之間關(guān)系的公式。例如,計算器66可以含有與針對特定機械構(gòu)型所開發(fā)的總減速能力曲 線84 (見圖5)相對應(yīng)的數(shù)據(jù)或公式。如圖5所示,總減速能力曲線84
指示最大非破壞性速度(x軸線),在所述速度下,亦即在不破壞這些系統(tǒng)的情況下,給定斜度的坡道(Y軸線)可用電力傳動推i^/減速系統(tǒng)30 及機械制動器系統(tǒng)40的減速能力下行.例如,如圖5所示,當(dāng)機械制動器 系統(tǒng)40和電力傳動推ii/減速系統(tǒng)30都可用于減速時,曲線82所針對的 特定構(gòu)型的機械20可在不破壞的情況下以4.5mph的速度下行40%的坡 度。除了斜度I之外,也可以根據(jù)其它數(shù)據(jù)通過最大速度計算器66計算最 大速度VMAX,例如,可以另外根據(jù)機械20的重量W (該重量W可以從 機械重量指示器接收)和/或機械20的行進方向F/R (所述行進方向F/R可以從行進方向指示器63接收)確定最大速度vmax。另外,可以額外才艮據(jù)通過電力傳動控制單元51、 53、 54、 55和/或57通信的數(shù)據(jù)計算最大速 度VMAX,所述數(shù)據(jù)可表征可能影響電力傳動推勿減速系統(tǒng)30和/或機械 制動器系統(tǒng)40的減速能力的一個或多個條件。例如,在機械制動器單元 57報告機械制動器47超溫條件的位置,最大速度Vmax可能降低。最大速 度計算器66可以包括額外的限定最大速度VMAX與這些條件之間關(guān)系的數(shù) 據(jù)或7〉式。用于特定機械構(gòu)型的減速能力計算器65和最大速度計算器66可以通 過在不同路面斜度上操作性地測試特定機械構(gòu)型而憑經(jīng)驗開發(fā)?;蛘撸?算器65和66可以通過使特定機械構(gòu)型的性能模型化例如利用計算機才莫擬 技術(shù)或者通過經(jīng)驗測試和模擬的組合開發(fā)研究。在步驟125處,期望速度指示器67輸出 一表征機械20的期望速度VDES 的信號。指示器67可以是由機械20的操作人員控制的輸入端,例如節(jié)流 閥或速度選擇器。在一個實施例中,指示器67可以是速度選擇器,所idil 度選擇器包括使操作人員能選擇最大非破壞性機械速度VMAX作為期望速 度的裝置?;蛘?,指示器67可以是控制器例如監(jiān)管控制器50的輸出端, 上述機械控制器可計算所希望的用于機械20的速度。例如,控制器50可 以輸出為在機械20的拉桿(未示出)處產(chǎn)生期望的功率量所必需的期望速 度和轉(zhuǎn)矩。
在步驟130處,機械速度限制器68可以接收來自期望速度指示器67 的期望速度Vdes和來自最大速度計算器66的最大速度VMAX,并可以根據(jù) 期望速度VDES和最大速度VMAX輸出表征坡道限制式速度Vs的信號。坡 道限制式速度Vs可以對應(yīng)于期望速度Vdes和最大速度Vmax中較小的。 例如,在期望速度Vdes比最大速度Vmax低的地方,坡道限制式速度Vs 可對應(yīng)于期望速度VDES,以產(chǎn)生由操作者或其它控制器所選定的期望速 度。然而,在期望速度Vdes高于最大速度Vmax的地方,坡道限制式速度 信號Vs可以對應(yīng)于最大速度VMAX,以防止操作人員或其它控制器要求可 能損壞機械20的元件的速度。在步驟135處,機械速度指示器69可以輸出與機械20在地面上的速 度Vm有美的信號。指示器69可以以任何常規(guī)方式確定機械速度VM。機 械速度VM可能與機械20在地面上的實際速度有關(guān)。例如,地面速度可以 用對準(zhǔn)地面的Doppler雷達(dá)測定。可以用類似方式4吏用Doppler激光器。 或者,也可以利用非傳動的接觸地面的車輪來檢測地面速度。地面速度也 可以通過例如用全球定位系統(tǒng)(GPS)接收機測量拖拉機的位置隨時間的 變化來確定?;蛘撸墒箼C械速度VM與機械20在地面上的理論速度相聯(lián) 系。例如,理論速度可以例如當(dāng)通過電動機速度和轉(zhuǎn)矩指示器55a通信時, 根據(jù)牽引裝置38的圓周、齒輪傳動裝置37的減速比以及電機軸36a的旋 轉(zhuǎn)速度的變化計算。然而,理論速度可以用本領(lǐng)域才支術(shù)人員已知的任何其 它合適的方式確定。在步驟140處,監(jiān)管控制器50可以將從機械速度指示器69接收的機 械速度Vm與從機械速度限制器68接收的坡道限制式速度Vs進行比較。 然后監(jiān)管控制器50可以控制電力傳動推1減速系統(tǒng)30,以便以坡道限制 式速度Vs推進機械20。如果機械速度Vm等于坡道限制式速度Vs (VM=VS),達(dá)到允許的誤 差范圍內(nèi),則監(jiān)管控制器50可以不采取另外動作,且減速方案100可以返 回,以便開始另一周期性重復(fù)(步驟105)。如果機械速度VM比坡道限制式速度Vs小(VM<VS)到大于允許的誤
差范圍,則監(jiān)管控制器50可以控制電力傳動推it/減速系統(tǒng)30,以增加才幾 械速度達(dá)到坡道限制式速度。將示例性的總減速能力曲線84 (圖5)作為 例子,如果機械20以4.0mph的速度向下行進40%的乾變,則控制器50 可以控制推ii/減速系統(tǒng)30,以便增加機械速度來達(dá)到4.5nph的坡道限制 式速度。為了增加機械速度,監(jiān)管控制器50可首先確定機械制動器系統(tǒng)40是 否在主動地使推進式才幾械20減速(步驟145),例如,控制器50可確定 機械制動器控制單元57在上述重復(fù)減速方案IOO期間是否目前例如響應(yīng)于 來自控制器50的減速指令而控制機械制動器47以使機械20減速。如果是 那樣(步驟145:是),則控制器50可向機械制動器控制單元發(fā)指令,以 便減少機械制動器47所消耗的功率量(在步驟150處),直至達(dá)到坡道限 制式速度或者機械制動器系統(tǒng)40不再主動使機械20減速(即不再應(yīng)用機 械制動器47)時為止。如果機械制動器系統(tǒng)40不是主動地使推進式機械20減速(步驟145: 否),且機械速度保持低于坡道限制式速度,則監(jiān)管控制器50可以確定電 力傳動推i^/減速系統(tǒng)30是否主動使推進式機械20減速(步驟155)。例 如,控制器50可以確定推it/減速系統(tǒng)30在上述重復(fù)減速方案100期間是 否例如響應(yīng)于來自控制器50的減速指令而當(dāng)前消耗功率以使機械20放慢。 如果是那樣(步驟155:是),則控制器50可向電力傳動控制單元51、 53、 54和/或55發(fā)指令,以增加由推1減速系統(tǒng)30消耗的功率量(在步驟160 處),直至達(dá)到坡道限制式速度,或者推ii/減速系統(tǒng)30不再主動使機械 20減速時為止。如果電力傳動推ii/減速系統(tǒng)30不是主動減速推進式機械20 (步驟 155:否),并且機械速度保持低于坡道限制式速度,則監(jiān)管控制器50可 以控制電力傳動推ii/減速系統(tǒng)30以進入推進階段(步驟165 )。在推進階 段,發(fā)動機控制單元51可以控制發(fā)動機51燃燒所需量的燃料,以便產(chǎn)生 發(fā)動機軸31a的期望轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩輸出。發(fā)電機32可將由發(fā)動機31所產(chǎn)生 的機械功轉(zhuǎn)變成AC功率。發(fā)電機變換器控制單元53可以控制發(fā)電機側(cè)變
換器33的方向,以便發(fā)電機32的AC輸出轉(zhuǎn)變成DC。 DC總線控制單元 54可在坡道限制式速度Vs下將推進機械20所必需的DC功率部分分配到 電動機側(cè)功率變換器35。電動機變換器控制單元55可以控制電動機側(cè)功 率變換器35的方向,以使來自DC總線34的電流流向電動機36.電動機 36可以使電動機側(cè)功率變換器35的AC輸出轉(zhuǎn)變,以產(chǎn)生電機軸36a的 期望轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。電機軸36a的旋轉(zhuǎn)可以通過齒輪傳動裝置37耦合到牽引 裝置38上,以便以坡道限制式速度Vs推動機械20。如果機械速度VM比坡道限制式速度Vs大(VM> Vs)到大于允許的誤 差范圍,則監(jiān)管控制器50可進入減速階段(步驟170)。再利用示例性的 總減速能力曲線84 (圖5)作為例子,如果機械20以6.0mph的速度向下 行駛40%坡度,則控制器50可進入減速階段,以使機械速度降到4.5mph 的坡道限制式速度,監(jiān)管控制器也可以在機械20的操作人員要求減速的任 何時間進入減速階段。在減速階段下,監(jiān)管控制器50控制電力傳動減速系 統(tǒng)30和/或機械制動器系統(tǒng)40,以使機械20放慢到坡道限制式速度Vs。在步驟175處,監(jiān)管控制器50可以計算減速要求RREQ,該減速要求 Rreq表征使機械20從目前的機皿度VM放慢到坡道限制式速度Vs所必 需消耗的功率量。例如,監(jiān)管控制器50可以包括數(shù)據(jù)例如圖或者公式,所 述數(shù)據(jù)或公式確定為達(dá)到規(guī)定的M速度減少所必需消耗的功率量。通過 監(jiān)管控制器進行的減速要求RREQ計算可以以機械20的斜度I (該斜度I 可以從機械斜度指示器61得到)、機械20的重量W (該重量W可以從 才幾械重量指示器62得到)和/或機械20的行進方向F/R (該行進方向F/R 可以從行進方向指示器63得到)為基礎(chǔ)。在步驟180處,監(jiān)管控制器50可以將減速要求RRE<3與從減速能力計 算器65接收的電力傳動裝置坡道限制式減速能力CED進行比較,并分配將 通過機械20的各種不同減速元件滿足的減速要求部分。如果電力傳動裝置 的坡道限制式減速能力Ced大于或等于咸速要求Rreq (CED>RREQ),則 監(jiān)管控制器50可以對電力傳動推i^/減速系統(tǒng)30分配整個減速要求。例如, 監(jiān)管控制器50可控制電力傳動推ii/減速系統(tǒng)30以消耗等于減速要求的不 需要的功率量,以使機械20放慢到坡道限制式速度Vs(步驟185)。然后 過程返回以開始另一周期性重復(fù)(在步驟105處).控制器50可以通過向電力傳動控制單元51、 53、 54和/或55發(fā)出合 適的指令來控制電力傳動推勿減速系統(tǒng)30,以便可通過發(fā)動機31和/或電 阻網(wǎng)34a消耗不需要的功率。在一個實施例中,首先利用發(fā)動機31消耗不 需要的功率直至其最大消耗勢能,然后利用電阻網(wǎng)34a消耗不需要的功率。在機械20通過電力傳動推i^/減速系統(tǒng)30減速期間,可以通過齒輪傳 動裝置37將牽引裝置38的非傳動式旋轉(zhuǎn)耦合到電動機36上。電動機36 則可作為發(fā)電機工作,以將電機軸36a的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變成AC功率。電動機變 換器控制單元55可控制電動機側(cè)功率變換器35的方向,以將電動機36 的AC輸出轉(zhuǎn)變成DC。 DC總線控制單元54可將DC功率分配在電動機 側(cè)功率變換器33和/或電阻網(wǎng)34a之間。發(fā)電機變換器控制單元53可控制 發(fā)電機側(cè)功率變換器33的方向,以使電流從DC總線34流向發(fā)電機32。 發(fā)電機32可以轉(zhuǎn)變發(fā)電機側(cè)功率變換器33的AC輸出,以產(chǎn)生發(fā)動機軸 31a的期望轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩,直到發(fā)動機31的非破壞性旋轉(zhuǎn)速度限,由此通過 發(fā)動機減速消耗不需要的功率,電阻網(wǎng)34a可以將DC總線34中的任何剩 余DC功率轉(zhuǎn)變成熱量,因此消耗掉剩余的不需要的功率.消耗不需要的 功率可以使機械20放慢到坡道限制式速度Vs.如果電力傳動裝置的坡道限制式減速能力Ced低于咸速要求Rreq (CED<RREQ),則監(jiān)管控制器50可在電力傳動推ii/減速系統(tǒng)30和機械 制動器系統(tǒng)40之間分配減速要求。例如,控制器50可控制電力傳動推ii/ 減速系統(tǒng)30以消耗等于其坡道限制式減速能力CED (在步驟190處)的功 率量,并且還控制機械制動器系統(tǒng)40以消耗剩余(例如全部剩余RREq -ced)的不需要的功率(在步驟195處),以使機器20放慢到坡道限制式 速度Vs。再利用示例性總減速能力曲線84(圖5)作為例子,如果機械20向下 行進40%坡度,則電力傳動裝置的坡道限制式減速能力Ced使機械20能 在僅2.5mph的速度下行進。然而,控制器50可以在通過機械制動器控制
系統(tǒng)40減速的情況下,通過補充電力傳動推ii/減速系統(tǒng)30的減速能力而 使機械能在4.5mph以內(nèi)的速度下向下行進40%波變.然后過程可返回以 開始另一周期性重復(fù)(步驟105).控制器50可通過向機械制動器控制單元57發(fā)出合適的指令來控制機 械制動器系統(tǒng)40,以通過機械制動器47消耗不需要的功率.在機械20通 過機械制動器系統(tǒng)40減速期間,通過控制單元57啟動制動器47可以用熱 的形式消耗不需要的功率。制動器47可以簡單地高于它們維持的減速能力 應(yīng)用,以使機械20放慢到非破壞性的坡道限制式速度Vs。工業(yè)適用性本發(fā)明的坡道限制式減速控制系統(tǒng)可以適用于任何類型的推進式機 械,其中包括帶有電力傳動系統(tǒng)或其它類型傳動系統(tǒng)的推進式機械。在運 行時,本發(fā)明的減速控制系統(tǒng)提供用于根據(jù)機械圍繞機械的俯仰軸線和/ 或側(cè)傾軸線的斜度選擇安全而無破壞性的運行速度。通過根據(jù)機械的斜度 提供對電力傳動推ii/減速系統(tǒng)的控制,本發(fā)明的減速控制系統(tǒng)使得應(yīng)用這 種系統(tǒng)的機械能安全而有效地在坡道上工作。對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說,本發(fā)明的另 一些實施例從本文所公開的說明書的考慮和本發(fā)明的實踐將變得顯而易見。本說明書和示例僅是示例性的, 其中本發(fā)明的范圍由后面的權(quán)利要求書指出。
權(quán)利要求
1.一種用于消耗推進式機械(20)中功率的方法,所述推進式機械(20)包括電力傳動系統(tǒng)(30)和機械制動器系統(tǒng)(40),該方法包括確定機械(20)的斜度;確定機械(20)的速度;根據(jù)確定的斜度和速度確定減速要求;分配將通過電力傳統(tǒng)系統(tǒng)(30)滿足的減速要求的第一部分,該第一部分小于或等于電力傳動系統(tǒng)(30)的減速能力;和如果減速要求大于電力傳動系統(tǒng)(30)的減速能力,則分配將通過機械制動器系統(tǒng)(40)滿足的減速要求的第二部分。
2. 按照權(quán)利要求l所述的方法,其特征在于,還包括確定機械(20) 的行進方向;以及其中確定減速要求包括根據(jù)行進方向確定減速要求。
3. —種用于消耗推進式機械(20)中功率的方法,包括 確定機械(20)圍繞該機械(20)的側(cè)傾軸線的斜度; 根據(jù)該斜度確定機械(20)的坡道限制式速度; 確定為使機械(20)放慢到坡道限制式速度所需要的減速量。
4. 按照權(quán)利要求l-3之一所述的方法,其特征在于,確定斜度包括確 定圍繞機械(20)的俯仰軸線的斜度。
5. —種用于消耗推進式機械(20)中功率的系統(tǒng),該機械(20)具有 電力傳動系統(tǒng)(30)和機械制動器系統(tǒng)(40),所述用于消耗機械中功率 的系統(tǒng)包括斜度指示器(61),所述斜度指示器(61)能操作以輸出與機械(20) 的斜度相對應(yīng)的信號;速度指示器(69),所^Jt度指示器(69)能操作以輸出與機械(20) 的速度相對應(yīng)的信號;減速要求計算器(65),所述減速要求計算器(65)能操作以根據(jù)所 指示的斜度和速度確定減速要求;以及控制器(50),所述控制器(50)能操作以便分配將通過電力傳動 系統(tǒng)(30)滿足的減速要求的第一部分,該第一部分小于或等于電力傳動 系統(tǒng)(30)的減速能力;以及如果減速要求大于電力傳動系統(tǒng)(30)的減 速能力,則分配將通過機械制動器系統(tǒng)(40)滿足的減速要求的第二部分。
6. 按照權(quán)利要求5所述的系統(tǒng),其特征在于,還包括行進方向指示器 (63),所述行進方向指示器(63)能操作以指示機械的行進方向;和其中減速要求計算器(65)還能操作以根據(jù)行進方向確定電力傳動系 統(tǒng)(30)的減速要求。
7. 按照權(quán)利要求5-6之一所述的系統(tǒng),其特征在于,控制器(50)還 能操作以控制電力傳動系統(tǒng)(30)消耗所述第一部分,以及控制機械制動 器系統(tǒng)(40)消耗所述第二部分。
8. —種用于消耗推進式機械(20)中功率的系統(tǒng),包括 斜度指示器(61),所述斜度指示器能操作以輸出與機械(20)的圍繞該機械(20)的側(cè)傾軸線的斜度相對應(yīng)的信號;坡道限制式速度計算器(66、 68),所述坡道限制式速度計算器(66、 68)能根據(jù)斜度計算機械(20)的坡道限制式速度;和減速要求計算器(65),所述減速要求計算器(65)能操作以計算使 機械(20)放慢到坡道限制式速度所需的減速量。
9. 按照權(quán)利要求5-8之一所述的系統(tǒng),其特征在于,斜度指示器(61) 能操作以指示圍繞機械(20)的俯仰軸線的斜度。
10. —種推進式機械(20),包括按照權(quán)利要求5-9之一所述的系統(tǒng)。
全文摘要
提供一種用于消耗推進式機械中的功率的方法,該推進式機械具有電力傳動系統(tǒng)和機械制動器系統(tǒng)。確定機械的斜度(101a)。確定機械的速度(135)。根據(jù)所確定的斜度和速度確定減速要求(155)。分配將通過電力傳動系統(tǒng)滿足的減速要求的第一部分,該第一部分小于或等于電力傳動系統(tǒng)的減速能力(170)。如果減速要求大于電力傳動系統(tǒng)的減速能力(160),則分配將通過機械制動器系統(tǒng)滿足的減速要求的第二部分(175)。
文檔編號B60W30/18GK101128347SQ200680006335
公開日2008年2月20日 申請日期2006年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月28日
發(fā)明者R·R·西赫拉, S·C·加尼特 申請人:卡特彼勒公司