高速降擋管理的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及在大型機器中的換擋管理，并且更具體地涉及在這些機器中的制動與 降擋的協(xié)作。
【背景技術(shù)】
[0002] 由發(fā)動機或馬達(dá)使用變速箱或類似傳動系統(tǒng)驅(qū)動的機器可通過將機器放置在較 低擋位以利用發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩來使機器減速。當(dāng)機器在高速運行情況下降擋時，大的負(fù)轉(zhuǎn)矩 可通過整個傳動系統(tǒng)傳輸，引起發(fā)動機和其它傳動系統(tǒng)部件的角速度（即，每分鐘轉(zhuǎn)數(shù))突 然且劇烈地增加，有可能對傳動系統(tǒng)部件包括差速器、變速器、變矩器以及發(fā)動機部件如曲 軸和活塞桿造成損壞或過度磨損。
[0003] 美國專利US 6,979,280("'280專利"）描述了在降擋過程中施加制動力以實現(xiàn)預(yù) 定的目標(biāo)減速值的系統(tǒng)。'280專利要求當(dāng)請求降擋并設(shè)定減速值目標(biāo)時已經(jīng)實施了制動， 但未能公開用于在降擋之前實現(xiàn)具體目標(biāo)機器速度或發(fā)動機每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(rpm)的制動系 統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 在本發(fā)明的一個方面中，一種用于在機器降擋過程中控制傳動系統(tǒng)(動力傳動系） 部件磨損的系統(tǒng)包括傳動裝置、電聯(lián)接到該傳動裝置的擋位選擇器、配置成用于遠(yuǎn)程起動 (使之起作用）的制動機構(gòu)、和聯(lián)接到該擋位選擇器以及該制動機構(gòu)的控制器。所述控制器 可以配置成:經(jīng)由所述擋位選擇器接收一信號，以使傳動裝置從當(dāng)前擋位變換到新?lián)跷?，?新?lián)跷槐仍摦?dāng)前擋位低;計算與在該新?lián)跷贿\行該傳動裝置相對應(yīng)的新的發(fā)動機每分鐘轉(zhuǎn) 數(shù)(rpm);確定該新的發(fā)動機rpm高于目標(biāo)發(fā)動機rpm;確定機器的新速度，在該新速度下，該 新?lián)跷恢械脑撔碌陌l(fā)動機rpm將處于或低于目標(biāo)發(fā)動機rpm。所述控制器可以構(gòu)造成隨后起 動該制動機構(gòu)，以使機器在傳動裝置接合該新?lián)跷恢皽p慢到該新速度。
[0005] 在本發(fā)明的另一方面中，用于在機器降擋過程中控制傳動系統(tǒng)部件的磨損的方法 可以包括:接收降擋到新?lián)跷坏恼埱?在執(zhí)行向該新?lián)跷唤祿踔?，估計與該新?lián)跷粚?yīng)的 新的發(fā)動機每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(rpm);當(dāng)所估計的新的發(fā)動機rpm高于目標(biāo)rpm時，確定機器的新速 度，該新速度對應(yīng)于在該新?lián)跷恢械哪繕?biāo)rpm。該方法接下來可以是在換擋到該新?lián)跷恢?施加制動以使機器減速到該新速度。
[0006] 在本發(fā)明的又一方面中，用于在機器降擋過程中控制傳動部件的磨損的方法可以 包括:確定機器的當(dāng)前速度;接收從當(dāng)前擋位降擋到新?lián)跷坏恼埱?在改變到新?lián)跷恢埃?確定新?lián)跷恢袀鲃酉到y(tǒng)部件的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(rpm)。當(dāng)該新?lián)跷恢械膫鲃酉到y(tǒng)部件的rpm高于 目標(biāo)rpm時，確定一個新速度并且在變換到該新?lián)跷恢笆乖摍C器減慢到該新速度，在該新 速度下，傳動系統(tǒng)部件的rpm將保持低于目標(biāo)rpm。
【附圖說明】
[0007] 圖1是在有利的坡道上的機器的側(cè)視圖；
[0008] 圖2是圖1的機器的框圖，示出了關(guān)于降擋管理的元件；
[0009] 圖3是用在圖1的機器中的示例性控制器的框圖；和
[0010] 圖4是在圖1的機器中管理降擋的示例性方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0011] 圖1示出作業(yè)現(xiàn)場100,其中機器102在有利的坡道104上以下行姿態(tài)向前運動。坡 道104可以是從水平106測量成角度Θ108。坡道104被稱為有利的是因為該坡道傾向于增大 前進(jìn)速度。還示出了更緩的角度110和更陡的角度112。機器102實際上可以是使用發(fā)動機制 動以自身減速的任何機器，包括但不限于履帶型拖拉機、推土機、鉸接式卡車、公路卡車和 越野卡車。
[0012] 圖2是圖1所示機器102的高度簡化的框圖。在該示例性實施例中，機器102被示為 具有發(fā)動機122、變矩器124、以及驅(qū)動車軸128和驅(qū)動輪132的傳動裝置126,所述驅(qū)動輪132 進(jìn)而驅(qū)動履帶130。附加的驅(qū)動輪132可通過車軸134相連并經(jīng)由驅(qū)動軸136驅(qū)動。在實踐中， 傳動系統(tǒng)可顯著地更加復(fù)雜，并可包括軸間差速器和交叉軸差速器以提高牽引力，這不屬 于本發(fā)明的范圍。其它車輛或機器類型可以具有不同的傳動系統(tǒng)和傳動輪配置，其同樣適 用于降擋管理。
[0013] 機器102還可包括控制器142。控制器142可從變矩器124、傳動裝置126和能報告車 輛角度的儀器如加速計或傾斜計(傾角計）144接收輸入?？刂破?42也可以從操作臺（未示 出）中的擋位選擇器140接收信號。該信號可以反映操作者對傳動裝置126的擋位選擇。在一 個實施例中，擋位選擇器140可以直接聯(lián)接到傳動裝置126或單獨的傳動裝置控制器(未示 出）。在另一實施例中，擋位選擇器140可以連接到控制器142,以便使操作者請求的擋位選 擇作為控制器142的輸入，該控制器也可以控制傳動裝置126。
[0014] 圖3是圖2的控制器142的框圖，它可在降擋管理中使用。控制器142可包括經(jīng)由總 線156連接的處理器152和存儲器154。總線156也可以將處理器152連接到多個輸入和輸出。 所述輸入可包括傾斜計輸入158、換擋輸入160、傳動裝置輸入162和速度輸入164。在一些實 施例中，傳動裝置輸入162可以接收用于推導(dǎo)速度的數(shù)據(jù)，從而不需要獨立的速度輸入164。 然而，在一些跳動(runout)情況下一其中變矩器和傳動裝置設(shè)定值不能與發(fā)動機rpm相結(jié) 合以確定速度，與傳動裝置輸入162相關(guān)聯(lián)的信號可能不代表機器速度。這種狀況將在下面 更詳細(xì)地討論。在其它實施方案中，機器102的速度可基于來自單獨的地面速度傳感器(未 示出）的信號。
[0015] 控制器142可具有用于經(jīng)由電的或機械的接口（未示出）施加制動的制動輸出166。 控制器142也可以具有傳動裝置輸出167,該傳動裝置輸出可以在一些實施方案中被用于延 遲降擋，直到已經(jīng)施加制動并且機器速度已經(jīng)降低。在其他實施方案中，施加制動的效果是 如此之快，以至于在傳動裝置126響應(yīng)降擋要求的正常運行中不需要任何干預(yù)。
[0016] 存儲器154可以是物理存儲器，包括易失性和/或非易失性物理存儲器，它們包括 但不限于RAM、R0M、可編程陣列、閃存等，但不包括載波信號或其它傳播介質(zhì)存儲器?？刂破?142可以包括操作系統(tǒng)168,例如實時操作系統(tǒng)(RTOS)或其它已知的操作系統(tǒng)，并且可以包 括可支持常規(guī)功能例如通信和診斷的設(shè)施170。
[0017] 存儲器154還可包括可以用于實現(xiàn)降擋管理的程序代碼172。程序代碼172可包括 模塊174和模塊176，所述模塊174用來執(zhí)行對當(dāng)前狀況的分析、包括確定速度，所述模塊176 根據(jù)需要在降擋操作過程中確定何時施加制動以及施加多少制動。
[0018] 控制器142可以是如圖所示獨立的單元，或可以作為包括在不同的物理的面向計 算機的處理器或發(fā)動機控制器(未示出）中的功能。在獨立的控制器的其它實施方案中，實 際的功能可以用不同的方式來實現(xiàn)，例如現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、比例控制器，或者可以 使用實現(xiàn)等同功能的不同的特定子系統(tǒng)的組合。
[0019] 工業(yè)適用性
[0020] 圖4是在諸如機器102的機器中管理降擋的示例方法的流程圖200。為了示例，所示 出的機器102是履帶式拖拉機，它例如可以用在采礦或道路施工作業(yè)中。通常，該方法的目 標(biāo)是在完成降擋之后使機器102減速到防止發(fā)動機rpm上升至高于目標(biāo)發(fā)動機rpm的速度。
[0021] 在方框202,機器102正常運行，假定為滿載并在向前的方向上行駛。在方框204,收 到降至較低擋位的請求。
[0022]在方框208,在控制器142分析傾斜信號以確定機器102是否在有利的坡道的下行 方向運行。此外，機器102的速度可以被確定為高于最低速度。如果機器102在有利的下行斜 坡上運行，并且如果可選的速度測試指示速度高于最低速度，則運行可以繼續(xù)到方框210。 如果任一條件不為真，則采取"否"分支到方框202，該方框202可以包括執(zhí)行所請求的降擋 而不自動施加制動。
[0023] 在方框210,可以確定機器102的當(dāng)前速度。在具有直接地面速度傳感器或集成式 GPS傳感器的機器中，這可以是簡單的直接測量。沒有地面速度傳感器時，地面速度可以直 接根據(jù)傳動裝置輸出rpm或者變矩器r