專利名稱：能夠拒絕發(fā)動機速度請求的傳動系控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種變速器控制系統(tǒng)，并且特別地涉及一種能夠拒絕 操作員的發(fā)動機速度請求的變速器控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
當操作員請求改變機器的推進方向時(即，向前推進或向后推 進)，控制系統(tǒng)會啟動控制傳動系以便在當前方向上減速?？刂葡到y(tǒng) 通過調(diào)節(jié)變速器(例如，調(diào)低速檔)從而利用附件功率損耗使機器減 速。然而，調(diào)整變速器來啟動傳動系的減速會使發(fā)動機的速度增加。 如果操作員指定了的目標發(fā)動機速度接近發(fā)動機可期望的最大速度，
燃料系統(tǒng)會盡力做出足夠迅速的反應(yīng)(即，減少燃料供給速度)以防止 啟動傳動系的減速時發(fā)動機的速度增加到發(fā)動機可期望的最大速度之上。
已經(jīng)使用的一種防止駕駛員的輸入引起發(fā)動機轉(zhuǎn)速超過想到極限
的方法在2004年6月29日公告的Woolford等人的美國專利 6, 755， 177('177號專利)中披露。'177號專利中公開的系統(tǒng)中包括一控 制器，用于連續(xù)地監(jiān)測操作員請求的發(fā)動機速度并將請求的發(fā)動機速 度與預定的發(fā)動機速度進行比較。如果請求的發(fā)動機速度比預定的發(fā) 動機速度大，則系統(tǒng)在限速模式下運行。在限速模式下，控制器將發(fā) 動機燃料加注速率維持在防止發(fā)動機的實際速度超出預定發(fā)動機速度 的水平。
雖然在'177號專利中公開的系統(tǒng)可以防止當請求的發(fā)動才幾速度在 閾值之上時操作員的請求引起發(fā)動機速度超出闞值，但系統(tǒng)的效用在 推進力方向改變時可能是有限的。特別是，在推進方向改變期間，發(fā) 動機速度可迅速增加到操作員請求的發(fā)動機速度之上。如果操作員請求的發(fā)動機速度足夠接近發(fā)動機速度閾值，則在與推進方向改變有關(guān) 的迅速增加期間發(fā)動機實際速度可能會超出閾值。所以，在拒絕操作 員請求之前，等待直到操作員請求的發(fā)動機速度超出閾值的做法不會 防止操作員請求在推進力方向改變期間，引起發(fā)動機速度超出發(fā)動機 閾值速度。

發(fā)明內(nèi)容
這里公開的系統(tǒng)用于克服上面指出的一個或多個問題。 一方面，本發(fā)明涉及一種傳動系。該傳動系包括一可操作地連接 到變速器的發(fā)動機。該傳動系還包括至少一個操作員界面設(shè)備，每個 操作員界面設(shè)備用于產(chǎn)生操作員請求。另外，傳動系還包括控制器， 用于響應(yīng)第 一操作員請求、通過將當前發(fā)動機速度降低到低于期望目 標發(fā)動機速度之下的修正后的目標發(fā)動機速度，拒絕對期望的目標發(fā) 動機速度的第二操作員請求。
與本發(fā)明 一致的另 一 方面，還提供了 一種操作動力系統(tǒng)的方法。 該方法包括接收第一操作員請求。另外，該方法還包括接收對于期望 的目標發(fā)動機速度的第二操作員請求。此外，方法包括響應(yīng)于第一操 作員請求、通過將當前發(fā)動機速度降低到低于期望目標發(fā)動機速度之 下的修正后的目標發(fā)動機速度，拒絕對期望的目標發(fā)動機速度的第二 操作員請求。


圖1是 一 示例性機器的示意圖2是 一 用于圖1中機器的示例性操作員室的示意圖3是一用于圖2中操作員室的示例性控制系統(tǒng)的示意圖；和
圖4是一用于操作圖3中的控制系統(tǒng)的示例性方法的流程圖。
具體實施例方式
圖l所示是一具有合作完成某種任務(wù)的多個系統(tǒng)和組件的示例性的機器io。機器10完成的任務(wù)可以與特定的產(chǎn)業(yè)相關(guān)，例如采礦、建 筑、農(nóng)耕、運輸、發(fā)電或本領(lǐng)域已知的其它產(chǎn)業(yè)。例如，機器10可以
是移動機器，例如圖l中的輪式裝載機、公共汽車、高速公路拖車或
者本領(lǐng)域已知的任何其它移動機器。機器10還可包括操作員室12、 一 個或多個牽引設(shè)備14和一可操作地連接用來驅(qū)動至少一個牽引設(shè)備14 的傳動系16。
如圖2所示，操作員室12包括接收來自機器操作員的表示期望的 機器行駛動作的輸入設(shè)備。特別地，操作員室12可包括靠近操作員座 椅20處的一個或多個操作員界面設(shè)備18。操作員界面設(shè)備18會通過產(chǎn) 生的表示期望的機器行駛動作的位移信號啟動機器IO。在一種實施方 式中，操作員界面設(shè)備18可包括左腳踏板22、右腳踏板24和前進-空 檔-后退(FNR)選擇器26。當操作員操作左腳踏板22和/或右腳踏板 24(即，左腳踏板22和/或右腳踏板24偏離中間位置)時，操作員希望 并使機器進行相應(yīng)的行駛運動。另外，隨著操作員將FNR選擇器26移 動到向前、向后或者空檔位置，操作員會影響一種對應(yīng)的變速器操作 模式，例如向前、向后或者空轉(zhuǎn)?？上氲降氖牵绻枰脑?，除去 腳踏板之外的其它操作員界面設(shè)備，例如控制桿、杠桿、開關(guān)、旋 4丑、方向盤和本領(lǐng)域已知的其它設(shè)備可以額外地或可選地用在才喿作員 室12之中，以控制機器10的運動。另外，也可省去FNR選擇器26而通 過其它操作員輸入裝置來影響變速器操作模式。
牽引設(shè)備14 (參考圖l)具體體現(xiàn)為位于機器10每側(cè)的輪子(僅顯 示一側(cè))?？蛇x地，牽引設(shè)備14可包括履帶、傳送帶或者其它已知的 牽引設(shè)備?？沈?qū)動或操縱的機器lO的車輪的任何組合都是可想到的。
如圖3所示，動力系統(tǒng)16可根據(jù)不同的操作員和環(huán)境輸入來驅(qū)動 牽引設(shè)備14(參考圖1)。動力系統(tǒng)16還包括傳動系28、燃料系統(tǒng)30和 用于根據(jù)一個或多個輸入調(diào)控動力系統(tǒng)16工作的控制系統(tǒng)32。
傳動系28可以是整體的成套設(shè)備，用于產(chǎn)生并傳遞功率給牽引設(shè) 備14。特別是，傳動系28還包括可操作地產(chǎn)生功率輸出的動力源 34;變矩器36;連接到牽引設(shè)備14并以有用的方式將功率輸出傳遞給
6牽引設(shè)備14的變速器28(參考圖1)。
動力源34可包括一個具有協(xié)作產(chǎn)生機械能或電能輸出的多個子系 統(tǒng)的內(nèi)燃機。為描述本發(fā)明的目的，動力源34被作為四沖程柴油發(fā)動 機進行描述和說明。本領(lǐng)域技術(shù)人員會認識到，動力源34可以是任何 類型的內(nèi)燃機，例如，汽油機或者氣體燃料發(fā)動機。動力源34中的子 系統(tǒng)還包括例如燃料系統(tǒng)、進氣系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系 統(tǒng)及任何其它合適的子系統(tǒng)。
變矩器36可以是液力-機械裝置，用于將動力源34連接到變速器 單元38。特別地，變矩器36可以在動力源34的輸出和變速器單元38的 輸入之間傳遞壓力流體從而驅(qū)動變速器單元38 ，同時仍然允許動力源 34某種程度獨立地轉(zhuǎn)動變速器單元38。在該布置中，通過在動力源34 的輸出轉(zhuǎn)動和變速器單元38的輸入轉(zhuǎn)動之間允許或禁止空轉(zhuǎn)，變矩器 36可選擇性地吸收和;故大在動力源34和變速器單元38之間傳遞的扭 矩。
變速器單元38可包括相互作用以從動力源34傳遞功率給牽引設(shè)備 14的多個部件。特別地，變速器單元38是一多速雙向機械變速器，其 具有空檔齒輪輸出比、多個前進齒輪輸出比、 一倒檔齒輪輸出比和一 個或多個離合器40。離合器40可選擇地被致動，以使齒輪42的特定組 合接合產(chǎn)生需要的輸出齒輪比?？梢韵氲降氖牵兯倨鲉卧?8可以是 自動變速器，根據(jù)動力源速度、選擇的最大齒輪輸出比和換檔圖進行 換檔操作。變速器單元38可通過變速器輸出軸44與牽引設(shè)備14相連并 驅(qū)動牽引設(shè)備14，從而推進機器IO?？梢韵氲剑鳛樘娲?，變速器單 元38可根據(jù)需要為手動梯:作或連續(xù)可變化的變速器。
燃料系統(tǒng)3 0可包括相互配合將壓力油噴射進動力源34的各個燃燒 室(未示出)的部件。特別地，燃料系統(tǒng)30可包括一用于容納燃料供應(yīng) 的燃料箱46和用于給燃料(燃油)加壓并將加壓后的燃料通過公共管 道5 0輸給多個燃料噴嘴(未示出)的燃料泵送裝置48。
燃料泵送裝置48可包括一個或多個泵送裝置，用于給燃料加壓并 將加壓后的燃料導入公共管道50。在一個例子中，燃料泵送裝置48可包括通過燃料管56流體地串連的低壓源52和高壓源54。低壓源52可以 是輸送泵，用于將低壓燃料提供給高壓源54。高壓源54可以接收低壓 燃料并增加燃料的壓力。高壓源54可以通過燃料管58與/>共管道5 0連 接。還可在燃料管58內(nèi)配置單向閥(未示出)，使從燃料泵送裝置48中 流出的燃料單向地流向7>共管道5 0 。
低壓源52和高壓源54之一或兩個均可操作地被連接到動力源34并 被與動力源34相連的曲軸60驅(qū)動。低壓源52和/或高壓源54可用本領(lǐng) 域技術(shù)人員可以想到的任何方式與曲軸60連接，其中曲軸60的轉(zhuǎn)動會 導致泵的驅(qū)動軸相應(yīng)的轉(zhuǎn)動。例如，高壓源54的泵驅(qū)動軸62可通過齒 輪系64與曲軸60相連。然而可想到的是，低壓源52和高壓源54之一或 兩個可^齊^U也由電力、液力、氣壓或4壬4可適宜的方式驅(qū)動。
控制系統(tǒng)3 2可調(diào)控動力系統(tǒng)16的操作并包括分別用于感測顯示發(fā) 動機速度、變速器輸出和燃料加注速率參量的傳感器66、 68和70?？?制系統(tǒng)還包括控制器72,用于根據(jù)操作員請求、環(huán)境輸入和來自傳感 器66、 68和70的信號調(diào)控動力系統(tǒng)16的運轉(zhuǎn)?？上氲降氖?，控制系統(tǒng) 32還可包括用于感測對動力系統(tǒng)16的運轉(zhuǎn)可能有用的其它參數(shù)的附加 傳感器。
傳感器6 6可以同動力源3 4聯(lián)系在 一 起來感測動力源3 4的輸出速度 并可以與控制器72通過通信線路74進行通信。在一個例子中，傳感器 66具體是一個磁感應(yīng)型傳感器，其中磁體被埋置在傳動系28的旋轉(zhuǎn)部 件例如曲軸60或飛輪內(nèi)。在動力源34運行時，傳感器66會感測i茲體產(chǎn) 生的旋轉(zhuǎn)磁場和產(chǎn)生與動力源3 4的旋轉(zhuǎn)速度相對應(yīng)的信號。 傳感器68可與變速器單元36和/或牽引設(shè)備14(參考圖l)聯(lián)系在一 起來感測變速器單元36的輸出和/或機器10的移動速度，并可與控制 器72通過通信線路76進行通信。在一個例子中，傳感器68可具體為磁 感應(yīng)型傳感器，其中磁體被埋置在傳動系28的旋轉(zhuǎn)部件，例如變速器 的輸出軸38內(nèi)。在機器10運行時，傳感器68會感測磁體產(chǎn)生的》茲場的 轉(zhuǎn)動并產(chǎn)生與變速器單元36的轉(zhuǎn)速和/或機器10的移動速度相對應(yīng)的 信號。傳感器7 0可同燃料系統(tǒng)3 0相連，以感測供給動力源3 4的燃料流速 并與控制器72通過通信線路78進行通信。在一個實施例中，傳感器70 可以是燃料系統(tǒng)30內(nèi)部或附近的燃料流量傳感器，用于監(jiān)測噴入動力 源34的燃燒室(未示出)的燃料流速。可想到地，傳感器70可以是能夠
控制器72可根據(jù)操作員請求、環(huán)境輸入和來自傳感器66、 68和70 信號的操作來調(diào)控動力系統(tǒng)16。操作員請求可包括推進力的大小、推 進力的方向(即，向前或向后)、車速、輸出扭矩或任何其它影響傳動 系16運行的請求。多種圖、算法、表、曲線等可儲存在控制器72的存 儲器內(nèi)，用于解釋表示不同的操作員請求的信號。這些信號可來自 F皿選擇器26、左腳踏板22、右腳踏板24和/或任何其它操作員界面設(shè) 備18。根據(jù)確定的操作員請求，控制器72可從傳感器66、 68和70接收 附加的輸入和/或接收環(huán)境數(shù)據(jù)，來確定操作動力系統(tǒng)16動作的過 程。
一個示例性的操作員請求是改變機器10的推進力方向。操作員可 通過致動各操作員界面設(shè)備18來啟動這樣的請求?？刂破?2可以接收 來自致動的界面設(shè)備18的信號并與上面公開的圖、算法、表和曲線信 號進行比較。這種比較可以使控制器7 2確定操作員改變推進力方向的 請求。在實際改變推進方向之前，控制器72會引發(fā)變速器單元36降低 檔位至一個低速檔位，從而在當前方向上減速。然而，在可減少燃料 加注速率以補償?shù)退贆n之前，這種檔位降低會造成發(fā)動機速度產(chǎn)生高
于發(fā)動機速度閾值之上的脈沖。要阻止這個發(fā)動機速度脈沖，控制器 72可在降低檔位之前拒絕操作員與目標發(fā)動機速度有關(guān)的請求。控制 器72可將目標發(fā)動機速度設(shè)置在低水平，足以使燃料系統(tǒng)30停止提供 燃料給動力源34。將發(fā)動機速度降至這樣的水平可防止發(fā)動機速度脈 沖超出發(fā)動機速度閾值。另外在推進方向改變時，停止供應(yīng)燃料給動 力源34可使動力源34吸收最大的能量，從而使傳動系28提供的減速力 最大。
控制器7 2可具體是單個微處理器或多個微處理器，用來根據(jù)收到的信號控制傳動系16的操作。許多市場買得到的微處理器可用來完成 控制器72的功能。應(yīng)該理解的是，控制器72可具體是一能夠控制許多 機器功能的總的機器微處理器?？刂破?2可包括存儲器、輔助存儲設(shè) 備、處理器和任何其它用于運行應(yīng)用軟件的組件。還有多種其它的電 路與控制器72有關(guān)，例如動力供給電路、信號調(diào)節(jié)電路、電磁線圈驅(qū) 動電路及其它類型的電路。
圖4所示是一種控制動力系統(tǒng)16的示例性方法。特別地，圖4是表 示當操作員請求改變推進力方向時，為動力源34調(diào)控燃料加注速率的 示例性方法的流程圖。下面將進一步討論圖4，說明該公開的系統(tǒng)及 其操作。
工業(yè)實用性
這里公開的動力系統(tǒng)能改變機器的推進方向而不會超出理想的最 大發(fā)動機速度。特別是，該公開系統(tǒng)可以拒絕操作員對目標發(fā)動機速 度的請求并且將目標發(fā)動機速度降低到足以造成燃料系統(tǒng)停止提供燃 料給發(fā)動機的程度。當傳動系開始減速時，這會防止燃料系統(tǒng)造成發(fā) 動機速度超出理想的最大發(fā)動機速度。下面對改變推進方向的方法進 行說明。
如圖4所示，該方法始于控制器72從操作員接收表示希望改變推 進方向時的輸入(步驟IOO)。例如，如果機器10正被向前推進，操作 員可能希望改變推進方向并且開始沿反向推進機器10。操作員操作一 個或多個操作員輸入裝置18時就會產(chǎn)生這種信號。例如，操作員可通 過操作左腳踏板22，右腳踏板24和/或FNR選擇器26產(chǎn)生信號。
當收到表示改變推進力方向的信號后，控制器72會從傳感器66、 68和70接收當前機器狀態(tài)數(shù)據(jù)(步驟102 )。這種數(shù)據(jù)可包括，例如當 前發(fā)動機速度、當前變速器輸出和當前燃料加注速率。在接收機器狀 態(tài)數(shù)據(jù)后，控制器72會確定目標發(fā)動機速度，在該目標發(fā)動機速度 下，燃料系統(tǒng)30會停止供給動力源34燃料(步驟104 )。目標發(fā)動機速 度可以通過對當前機器狀態(tài)數(shù)據(jù)與控制器7 2中存放的各種圖、算法、表和/或曲線圖進行比較來確定?？上氲降氖?，如果需要，控制器72 可使用從其它傳感器傳來的附加數(shù)據(jù)以確定目標發(fā)動機速度。
在確定目標發(fā)動機速度以后，控制器72會拒絕操作員對目標發(fā)動 機速度的請求并開始降低當前發(fā)動機速度(步驟106 )。在降低發(fā)動機 速度時，控制器72會繼續(xù)監(jiān)測燃料加注速率和發(fā)動機速度來確定燃料 系統(tǒng)30是否已經(jīng)基本上停止供給動力源34燃料，或當前發(fā)動機速度是 否基本上與目標發(fā)動機速度相同(步驟108 )。如果控制器72確定出燃 料系統(tǒng)30仍然供給動力源34燃料，或當前發(fā)動機速度與目標發(fā)動機速 度基本上不同(步驟108:否)，控制器72會繼續(xù)降低發(fā)動機速度(步驟 110)。在降低發(fā)動機速度以后，步驟106可被重復(即，控制器72繼 續(xù)監(jiān)測燃料加注速率和發(fā)動機速度來確定燃料系統(tǒng)30是否已經(jīng)基本上 停止供給動力源34燃料，或當前發(fā)動機速度是否基本上與目標發(fā)動機 速度相同)。
如果控制器72確定燃料系統(tǒng)30已經(jīng)基本上停止供給動力源34燃 料，或當前發(fā)動才凡速,復與目標發(fā)動機速,復差、本上相同(步驟108: 是)，控制器72會引發(fā)變速器單元38開始改變推進方向(步驟112)。 推進方向的改變可在將變速器單元28換低速檔至一個較低傳動比時啟 動。這會使用附件功耗來減少在當前方向的推進力?？刂破?2會執(zhí)行 一個或多個調(diào)低速檔操作，直到完成推進方向的改變。
在執(zhí)行調(diào)低速檔操作后，控制器7 2會確定是否已經(jīng)完全地改變了 推進方向(步驟114)。這可通過傳感器68監(jiān)測變速器輸出的信號確 定。例如，如果傳感器68傳送的信號表明機器10的車輛速度是零，控 制器72會確定推進方向已經(jīng)完全改變。
如果控制器72確定推進方向的改變是不完全的(步驟114:否)， 控制器72會繼續(xù)推進方向的改變過程(步驟116)。例如，控制器72會 以當前齒輪比率繼續(xù)操作變速器單元38或執(zhí)行另一個調(diào)低速檔操作。 當繼續(xù)改變推進方向時，控制器72會重復步驟114(即，控制器72確定 推進方向的改變是否是完全的)。如果控制器72確定推進方向的改變 是完全的(步驟114:是)，控制器72會中斷拒絕操作員的發(fā)動機速度的請求(步驟118)。該方法可在執(zhí)行步驟118以后終止。
由于該系統(tǒng)可響應(yīng)于推進方向改變請求而拒絕操作員的發(fā)動機速 度請求，從而減少了發(fā)動機速度超出發(fā)動機閾值速度的可能。特別 是，響應(yīng)于推進方向改變請求而拒絕操作員的發(fā)動機速度請求可防止 實際發(fā)動機速度超出發(fā)動機閾值速度，即使請求的目標發(fā)動機速度在 閾值之下。
很顯然，在不脫離本發(fā)明公開的范圍內(nèi)本領(lǐng)域技術(shù)人員可進行各 種修改和改變。對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，考慮過這里公開的說明做出 的其它實施例是可以想到的。各種it明和實施例zf義作示例之用，真正 的保護范圍由所附權(quán)利要求及其等同物標明。
權(quán)利要求
1、一種傳動系，包括一能夠操作地連接到變速器的發(fā)動機；至少一個操作員界面設(shè)備，每個操作員界面設(shè)備用于產(chǎn)生操作員請求；一控制器，用于響應(yīng)第一操作員請求，通過將當前發(fā)動機速度降低到低于期望目標發(fā)動機速度之下的修正后的目標發(fā)動機速度，拒絕對期望的目標發(fā)動機速度的第二操作員請求。
2、 如權(quán)利要求l所述的傳動系，其中所述控制器還用于在所述控制器停止降低發(fā)動機速度后開始執(zhí)行所述第 一操作員請求。
3、 如權(quán)利要求2所述的傳動系，其中所述控制器還用于在所述第一操作員請求完成之后停止拒絕第二操作員請求。
4、 如權(quán)利要求2所述的傳動系，其中所述控制器還用于根據(jù)感測到的當前發(fā)動機速度和感測到的當前燃料加注速率計算i^正的目標發(fā)動機速度，修正的目標發(fā)動才幾速度低于發(fā)動才幾閾值速度，足以防止在執(zhí)行所述第 一操作員請求時實際發(fā)動機速度超出所述發(fā)動機閾值速度。
5、 如權(quán)利要求4所述的傳動系，其中所述控制器還用于繼續(xù)降低發(fā)動機速度直到感測到的當前發(fā)動機速度與修正后的目標發(fā)動機速度基本相同。
6、 如權(quán)利要求4所述的傳動系，其中所述控制器還用于繼續(xù)降低發(fā)動機速度直到感測到的當前燃料加注速率基本為零。
7、 一種操作動力系統(tǒng)的方法，包括接收期望目標發(fā)動機速度的第一操作員請求；接收第二操作員請求；和響應(yīng)于所述第一操作員請求，通過將當前發(fā)動機速度降低到低于第一期望發(fā)動機速度之下的修正后的目標發(fā)動機速度，拒絕對期望的目標發(fā)動機速度的第二操作員請求。
8、 如權(quán)利要求7所述的方法，其中還包括感測表示發(fā)動機速度的第一參量、感測表示變速器輸出的第二參量，和根據(jù)感測到的發(fā)動機速度和感測到的變速器輸出計算修正的目標發(fā)動機速度。
9、 如權(quán)利要求8所述的方法，其中還包括降低發(fā)動機速度，直到當前發(fā)動4幾速度與修正的目標發(fā)動機速度基本相同。
10、 一種機器，包括至少一個牽引設(shè)備；如權(quán)利要求1至6中任一項所述的傳動系；以及給動力系統(tǒng)供應(yīng)燃料的燃料系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種能夠拒絕發(fā)動機速度請求的傳動系控制系統(tǒng)。其中傳動系包括一能夠操作地連接到變速器的發(fā)動機。該傳動系還包括至少一個操作員界面設(shè)備，每個操作員界面設(shè)備用于產(chǎn)生操作員請求。另外，傳動系還包括控制器，用于響應(yīng)第一操作員請求、通過將當前發(fā)動機速度降低到低于期望目標發(fā)動機速度之下的修正后的目標發(fā)動機速度，拒絕對期望的目標發(fā)動機速度的第二操作員請求。
文檔編號F02D31/00GK101476508SQ20081017838
公開日2009年7月8日 申請日期2008年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月30日
發(fā)明者B·D·霍夫, M·E·雷蒂格 申請人:卡特彼勒公司