本發(fā)明涉及一種工程機械的操作方法。

背景技術(shù)：

輪式裝載機通常設(shè)有內(nèi)燃機、傳動系、變速箱、驅(qū)動輪和工作液壓系統(tǒng)。

內(nèi)燃機向輪式裝載機的不同功能提供動力。具體地，內(nèi)燃機向輪式裝載機的傳動系和工作液壓系統(tǒng)提供動力。

傳動系將扭矩從內(nèi)燃機傳遞到變速箱，該變速箱轉(zhuǎn)而又將扭矩提供給裝載機的驅(qū)動輪。具體地，變速箱提供不同的齒輪比，以用于改變驅(qū)動輪的速度以及用于在該輪的向前和向后驅(qū)動方向之間變化。

工作液壓系統(tǒng)用于提升操作和/或用于使輪式裝載機轉(zhuǎn)向。為此，在輪式裝載機中布置有用于提升和降低提升臂單元的至少一個液壓工作缸，鏟斗或其它類型的附加裝置或工具例如叉鏟安裝在該提升臂單元上。通過使用另一液壓工作缸，鏟斗還能傾斜或樞轉(zhuǎn)。此外，稱為轉(zhuǎn)向助力缸的液壓缸布置為通過輪式裝載機的前體部和后體部的相對運動來使輪式裝載機轉(zhuǎn)向。

為保護輪式裝載機的內(nèi)燃機免于變速箱和驅(qū)動輪的工作狀況的突然快速變化的影響，通常為傳動系提供液力變矩器等，該液力變矩器布置在內(nèi)燃機與變速箱之間。液力變矩器提供彈性，使輸出扭矩能夠非常迅速地適應(yīng)變速箱和驅(qū)動輪的工作狀況的變化。此外，在特別沉重的工作運行期間，例如在輪式裝載機的加速期間，變矩器提供增加的扭矩。

例如，如果不具有變矩器等的彈性的輪式裝載機駛?cè)胝系K中，使得車輛的驅(qū)動輪停止，則這也將使內(nèi)燃機停機，因為在這種設(shè)計中，發(fā)動機剛性且不可屈服地連接到驅(qū)動輪的旋轉(zhuǎn)。然而，如果變矩器等布置在發(fā)動機與驅(qū)動輪之間或者更優(yōu)選地在發(fā)動機與變速箱之間，則這種情形將不會發(fā)生。相反，如果輪式裝載機的驅(qū)動輪停止，則這導(dǎo)致該變矩器(渦輪側(cè))的輸出側(cè)(渦輪側(cè))停止，而輸入側(cè)(泵側(cè))繼續(xù)與發(fā)動機一起旋轉(zhuǎn)。發(fā)動機將經(jīng)受來自變矩器的較大內(nèi)阻力，但它將不會停機。

然而，在工作液壓系統(tǒng)與內(nèi)燃機之間不存在液力變矩器等的彈性。相反，內(nèi)燃機例如通過連接在發(fā)動機的輸出軸與一個或多個泵的輸入軸之間的機械式齒輪傳動裝置以程度不同的直接方式向工作液壓系統(tǒng)的一個或多個液壓泵提供動力。換句話說，工作液壓系統(tǒng)上負(fù)載的快速增加被無任何明顯減弱地傳遞到內(nèi)燃機。當(dāng)然，這可導(dǎo)致內(nèi)燃機停機或?qū)е掠蓛?nèi)燃機提供的動力被液壓系統(tǒng)完全消耗，而未給傳動系留下大量動力。這可能給輪式裝載機的操作者留下非常不希望的印象：發(fā)動機已變得無力以可操作的方式使輪式裝載機移動。

解決應(yīng)對工作液壓系統(tǒng)上負(fù)載的突然快速增大的問題的一種方法是使輪式裝載機的內(nèi)燃機運行在其速度范圍的較高端處。這提供了動力裕度(margin)，該動力裕度使內(nèi)燃機更容易應(yīng)對液壓系統(tǒng)上的快速負(fù)載增加，例如通過增大油門來恢復(fù)的時間。然而，通常較高的旋轉(zhuǎn)速度導(dǎo)致明顯增加的損失和因此增加的燃料消耗。因此，關(guān)于燃料消耗，最好使內(nèi)燃機以較低的旋轉(zhuǎn)速度運行。然而，這將為內(nèi)燃機給出從工作液壓系統(tǒng)上負(fù)載的突然快速增大中恢復(fù)的明顯減小的裕度。

此外，為了確保液壓功能在較低的旋轉(zhuǎn)速度下同樣快速，即為了確保在較低旋轉(zhuǎn)速度下的相同液壓流量，必須使用具有更高排量的更大的泵。更大的泵排量需要來自驅(qū)動該泵的源、即來自內(nèi)燃機的更大扭矩。換句話說，如果我們從較高的旋轉(zhuǎn)速度朝著較低的旋轉(zhuǎn)速度移動以減小損失和燃料消耗，則我們將需要具有更高排量的液壓泵，而這轉(zhuǎn)而又導(dǎo)致內(nèi)燃機上的更高的扭矩負(fù)載。處于較低旋轉(zhuǎn)速度下的內(nèi)燃機上的更高的扭矩負(fù)載意味著發(fā)動機被加劇使用。因此，與在較高旋轉(zhuǎn)速度下用于向具有較低排量的液壓泵提供動力的使用相比，對于內(nèi)燃機來說現(xiàn)在已變得更難以從工作液壓系統(tǒng)上負(fù)載的快速增加中恢復(fù)。

因此，當(dāng)為諸如輪式裝載機的工程機械設(shè)計現(xiàn)代內(nèi)燃機時，希望在低旋轉(zhuǎn)速度下獲得高輸出扭矩并獲得對工作液壓系統(tǒng)上負(fù)載的突然快速增大的迅速反應(yīng)。為此，通常采用各種渦輪增壓器或空氣壓縮機。然而，用于增強內(nèi)燃機性能的這些和其它方案通常與愈加嚴(yán)格的排放法規(guī)、特別是與響應(yīng)于工作液壓系統(tǒng)上負(fù)載的突然快速增大而從發(fā)動機排出的廢氣和可見煙相關(guān)的排放法規(guī)相沖突。

考慮到上述內(nèi)容，明顯存在著對如下工程機械的需求，該工程機械具有提高的且更靈活的應(yīng)對工程機械內(nèi)的各種功率需求和/或扭矩需求子系統(tǒng)上負(fù)載的突然快速增大的能力。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種用于以提高的且更靈活的能力操作工程機械的方法，以平衡工程機械內(nèi)的各種功率需求和/或扭矩需求子系統(tǒng)上的負(fù)載的突然快速增大。

通過用于操作如下工程機械的方法實現(xiàn)了此目的，該工程機械設(shè)有：提供動力的動力源和連接到該動力源的多個動力消耗系統(tǒng)，其特征在于如下步驟：提供用于預(yù)測動力消耗系統(tǒng)中的至少一個所需的功率的模型；檢測表示功率需求的至少一個運行參數(shù)；在該預(yù)測模型中使用所檢測的運行參數(shù)；以及根據(jù)該預(yù)測模型將所提供的功率平衡至所需的功率。根據(jù)優(yōu)選實施例，該方法包括將所提供的功率平衡至所需的功率，從而減小動力源上的負(fù)載。

預(yù)測模型可包括動力源與動力消耗系統(tǒng)之間的操作性相互作用的特性表示，例如高級動態(tài)仿真模型和/或簡單的方程或方程組形式的數(shù)學(xué)模型。

本發(fā)明的方法優(yōu)選用在諸如輪式裝載機的工程機械中，其中不同的動力消耗系統(tǒng)同時運行。尤其是在這種應(yīng)用中，優(yōu)選該方法包括同時監(jiān)視多個動力消耗系統(tǒng)的所需的功率并相應(yīng)地平衡該功率。

優(yōu)選地，動力消耗系統(tǒng)包括傳動系，該傳動系布置在工程機械的動力源與驅(qū)動輪之間，用于將扭矩從動力源傳遞到驅(qū)動輪。此外，動力消耗系統(tǒng)優(yōu)選包括工作液壓系統(tǒng)，該工作液壓系統(tǒng)包括由動力源提供動力的至少一個液壓泵，用于移動工程機械上的器具和/或用于使該工程機械轉(zhuǎn)向。

具體實施方式

根據(jù)優(yōu)選實施例，該方法包括檢測表示動力源和/或動力消耗系統(tǒng)中的至少一個的當(dāng)前工作狀況的至少一個運行參數(shù)。與檢測針對求和點的運行參數(shù)相比，檢測針對這些子系統(tǒng)(即，動力源、傳動系和工作液壓系統(tǒng))的運行參數(shù)形成了用于為求和點處的功率平衡或即將到來的功率平衡提供更早指示的條件，特別是如果該求和點是飛輪。

根據(jù)又一優(yōu)選實施例，該方法包括通過檢測來自工程機械操作者的至少一個輸入指令來檢測至少一個運行參數(shù)。檢測給予子系統(tǒng)的指令為求和點處的功率平衡或即將到來的功率平衡提供更早的指示。此外，通過檢測操作者指令，可對動力源和動力消耗系統(tǒng)的工況進(jìn)行精確的預(yù)測。

優(yōu)選地，該方法既包括對表示動力源和/或動力消耗系統(tǒng)中的至少一個的當(dāng)前工作狀況的至少一個運行參數(shù)的檢測又包括對來自工程機械操作者的至少一個輸入指令的檢測。

根據(jù)本發(fā)明方法的又一優(yōu)選實施例，動力消耗系統(tǒng)經(jīng)由分支部連接到動力源，并且預(yù)測模型包括表示該分支部的功率求和點。因而，預(yù)測模型中的求和點對應(yīng)于其中將來自動力源的功率分給不同的動力消耗系統(tǒng)的實際點。換句話說，根據(jù)該預(yù)測模型，將所預(yù)測的到動力消耗系統(tǒng)的功率從所預(yù)測的由動力源提供的功率中減去。該方法優(yōu)選包括：當(dāng)預(yù)測模型指示在求和點處，在動力源和動力消耗系統(tǒng)之間交換的功率小于或?qū)⒁∮诹銜r，平衡功率。此外，該方法優(yōu)選包括如下步驟：暫時調(diào)節(jié)該平衡，直至預(yù)測模型指示如下的平衡條件，即求和點處的所述功率等于或大于零。

所述功率平衡可以用多種替代和/或有利的方式進(jìn)行，例如通過借助外部動力源(例如電機)向傳動系增加扭矩，通過影響動力源和/或動力消耗系統(tǒng)中的至少一個，以及通過相對于所需的功率來減少(例如通過按比例減少)向動力消耗系統(tǒng)中的至少一個提供的實際功率。

使用外部動力源是特別有利的，因為這減少了對降低工程機械內(nèi)的功率需求子系統(tǒng)和/或扭矩需求子系統(tǒng)的性能的需求。此外，能放寬對工程機械的主動力源的要求。

使用至少一個電機是有利的，因為這能實現(xiàn)靈活而緊湊的設(shè)計。電機還能通過多個動力源(例如，電池、發(fā)電機、燃料電池等)提供動力，這提供了增加的設(shè)計自由度。此外，電機對指令反應(yīng)快速并且它們在低旋轉(zhuǎn)速度下就提供大扭矩，考慮到可能必須相當(dāng)快速地供給相當(dāng)大的扭矩，這是有益的。

優(yōu)選將電機布置在可能的傳動單元上游或可能的變速箱上游，該傳動單元布置在傳動系中，并且該變速箱布置在傳動系中。這樣，電機不必既沿順時針方向又沿逆時針方向工作以適應(yīng)通過變速箱選擇的向前和向后驅(qū)動。此外，將電機布置在傳動單元上游能向分支部提供更直接的扭矩支持，在大多數(shù)情形中，該分支部實際定位在位于可能的傳動單元上游的點處。

當(dāng)然，上述說明并非是對本發(fā)明的限制，本發(fā)明也并不限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在本發(fā)明的實質(zhì)范圍內(nèi)，作出的變化、改型、添加或替換，都應(yīng)屬于本發(fā)明本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。