專利名稱：用于控制工程機(jī)械的方法和控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于控制工程機(jī)械的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
術(shù)語"工程機(jī)械"包括不同類型的材料處理車輛，例如建筑機(jī)械， 例如輪式裝載機(jī)和自卸卡車(例如鉸接式運(yùn)輸車)。工程機(jī)械設(shè)有鏟斗、 容器或其他類型的作業(yè)工具，用于運(yùn)載/運(yùn)輸載荷。頻繁用于工程機(jī)械 的另外的術(shù)語是"運(yùn)土機(jī)械"、"野外工程機(jī)械"和"建筑設(shè)備"。
例如在承包工程中關(guān)于運(yùn)輸重載荷，頻繁地使用工程機(jī)械。工程 機(jī)械可能在無道路的區(qū)域內(nèi)以大的或重的載荷運(yùn)行，例如在道路和隧 道建設(shè)、沙坑、礦山和類似的環(huán)境中用于運(yùn)輸。
工程機(jī)械經(jīng)常在重復(fù)的工作循環(huán)中使用。術(shù)語"工作循環(huán)"包括 工程機(jī)械的路徑(即工作循環(huán)行駛途徑)和例如鏟斗的作業(yè)工具的移 動(dòng)(升高/降低運(yùn)行)。工作循環(huán)在相同的地理區(qū)域內(nèi)重復(fù)。在工作循環(huán) 執(zhí)行期間，工程機(jī)械經(jīng)常遇到不同的地面坡度(上坡和下坡)和轉(zhuǎn)向 (轉(zhuǎn)彎)。
根據(jù)第一工作循環(huán)示例，輪式裝載機(jī)典型地驅(qū)動(dòng)到材料堆內(nèi)，升 高鏟斗，從堆倒出，轉(zhuǎn)向且向自卸卡車前進(jìn)行駛，輪式裝載機(jī)在自卸 卡車處將材料卸載到其容器上。在卸載后，將鏟斗降低且輪式裝載機(jī)
返回到開始位置。
對(duì)于輪式裝載機(jī)，第二工作循環(huán)示例是最后帶有小斜坡的所謂"裝 載和運(yùn)載循環(huán)"。根據(jù)此示例，將材料收集到鏟斗內(nèi)，輪式裝載機(jī)后退、轉(zhuǎn)向且前進(jìn)長的距離(100至400米)到位于斜坡頂上的破碎機(jī)或傳送帶，且將鏟斗清空。輪式裝載機(jī)然后再次駛回。
根據(jù)第三工作循環(huán)，自卸卡車在第一位置處裝載，沿變化的路徑行駛，在第二位置處卸載，且沿變化的路徑駛回。通常，在第一位置處，挖掘機(jī)或輪式裝載機(jī)裝載自卸卡車的容器。
本發(fā)明將在下文中描述用于輪式裝載機(jī)。這應(yīng)視作工程機(jī)械的非限制性示例。輪式裝載機(jī)包括用于經(jīng)由車輪推進(jìn)機(jī)械的動(dòng)力傳動(dòng)系。例如內(nèi)燃機(jī)且特別是例如柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力源適于給推進(jìn)輪式裝載機(jī)提供動(dòng)力。輪式裝載機(jī)進(jìn)一步包括用于執(zhí)行一定工作功能的液壓系統(tǒng)，例如升高和傾斜作業(yè)工具且使機(jī)械轉(zhuǎn)向。動(dòng)力源也適于為控制液壓工作功能提供動(dòng)力。更具體地，通過動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)一個(gè)或多個(gè)液壓泵，以給液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)(例如液壓缸)提供加壓的液壓流體。
本發(fā)明特別針對(duì)混合動(dòng)力電動(dòng)輪式裝載機(jī)?；旌蟿?dòng)力電動(dòng)輪式裝載機(jī)包括能量儲(chǔ)存裝置，例如電池或電容器(優(yōu)選為超級(jí)電容器)。問
題是以有效方式控制能量儲(chǔ)存裝置運(yùn)行期間的充電狀態(tài)(soc)，以優(yōu)
化能量回收且降低燃料消耗。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是優(yōu)化能量回收和/或降低工程機(jī)械運(yùn)行期間的燃料消耗。
該目的通過根據(jù)權(quán)利要求1的方法來實(shí)現(xiàn)。因此，這通過在重復(fù)的工作循環(huán)中運(yùn)行期間控制工程機(jī)械的方法來實(shí)現(xiàn)，所述方法包括根據(jù)適于工作循環(huán)的特性的預(yù)定控制策略來控制到達(dá)和來自工程機(jī)械內(nèi)的能量儲(chǔ)存裝置的動(dòng)力傳遞的步驟。
工作循環(huán)特征可以涉及工程機(jī)械內(nèi)部特征、例如工程機(jī)械工作情
7況，和/或涉及外部特征、例如工作循環(huán)行駛路徑方向。更具體地，特征可以包括預(yù)測的和/或經(jīng)歷的情況次序，所述情況次序在工作循環(huán)執(zhí)行期間發(fā)生且與工程機(jī)械的控制相關(guān)。
工作循環(huán)的知識(shí)造成了可靠預(yù)測工作循環(huán)中即將來臨的情況(情形)，且以有效方式運(yùn)行到達(dá)和來自能量儲(chǔ)存裝置的動(dòng)力傳遞的條件。
這樣的工作循環(huán)知識(shí)可以從先前進(jìn)行的給定工作循環(huán)的循環(huán)過程(lap)
實(shí)現(xiàn)，和/或從預(yù)先已有的工作循環(huán)信息、例如地形圖來實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，控制策略包括指示工作循環(huán)的一定部分所需能量的量的信息。信息可以例如關(guān)于工程機(jī)械工作情況、工作循環(huán)行駛路徑方向和/或作業(yè)工具運(yùn)行。更具體地，信息可以包括預(yù)測的和/或經(jīng)歷的情況次序，所述情況次序在工作循環(huán)執(zhí)行期間發(fā)生且與工程機(jī)械的控制相關(guān)。每個(gè)這樣的情況代表工程機(jī)械運(yùn)行參數(shù)的重要改變，且每個(gè)情況優(yōu)選與沿工作循環(huán)行駛路徑的位置相關(guān)。因此，根據(jù)優(yōu)選示例，能量信息基于工作循環(huán)行駛路徑上的改變。優(yōu)選地，能量條件基于工作循環(huán)行駛路徑在水平面內(nèi)的方向改變，和/或基于工作循環(huán)行駛路徑的地面傾斜度的改變。
根據(jù)另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，方法包括控制到達(dá)和來自工程機(jī)械內(nèi)的至少一個(gè)動(dòng)力消耗系統(tǒng)的動(dòng)力傳遞的步驟。動(dòng)力消耗系統(tǒng)可以包括用于推進(jìn)工程機(jī)械的動(dòng)力傳動(dòng)系和/或用于移動(dòng)工程機(jī)械的作業(yè)工具的液壓系統(tǒng)。
根據(jù)另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，方法包括如下步驟確定指示工作循環(huán)的一定部分所需能量的量的至少一個(gè)條件，并且基于所述能量條件建立能量控制策略。
能量控制策略(或能量控制模型)基于條件變化構(gòu)建。更具體地，條件變化與工程機(jī)械運(yùn)行特征的變化相關(guān)。換言之，響應(yīng)于沿工作循
8環(huán)路徑的預(yù)測的和/或經(jīng)歷的驅(qū)動(dòng)模式構(gòu)建情況次序。
根據(jù)剛才所述實(shí)施例的另外的擴(kuò)展，方法包括如下步驟檢測工程機(jī)械在相關(guān)工作循環(huán)內(nèi)運(yùn)行期間的至少一個(gè)運(yùn)行參數(shù)，并且基于檢測到的運(yùn)行參數(shù)的大小確定能量條件。
優(yōu)選地，方法包括重復(fù)檢測所述至少一個(gè)運(yùn)行參數(shù)的步驟。另外，優(yōu)選檢測多個(gè)運(yùn)行參數(shù)，例如指示工作循環(huán)行駛路徑的方向改變的運(yùn)行參數(shù)。所述至少一個(gè)運(yùn)行參數(shù)優(yōu)選基本上連續(xù)地重復(fù)檢測。
因此，可以基于在先前執(zhí)行的工作循環(huán)中檢測到的運(yùn)行參數(shù)確定情況，且該情況用于通過控制策略在隨后執(zhí)行的工作循環(huán)中控制工程機(jī)械。更具體地，單獨(dú)的工程機(jī)械可以適于從過去的經(jīng)歷學(xué)習(xí)。例如，識(shí)別和存儲(chǔ)涉及轉(zhuǎn)向盤偏轉(zhuǎn)、油門踏板操作、制動(dòng)踏板操作、作業(yè)工具運(yùn)行等的駕駛模式。另外，檢測對(duì)于給定工作循環(huán)的行駛距離，且識(shí)別和存儲(chǔ)需要提升力時(shí)的時(shí)間/位置。根據(jù)一個(gè)示例，控制策略僅基于由工程機(jī)械內(nèi)的傳感器實(shí)現(xiàn)的駕駛模式信息來確定。
根據(jù)替代的或補(bǔ)充的實(shí)施例，方法包括基于相關(guān)工作循環(huán)的預(yù)先已有的信息預(yù)測至少部分能量條件的步驟。這樣的信息可以通過覆蓋工作循環(huán)行駛路徑的區(qū)域的地形圖、對(duì)于給定工作循環(huán)行駛路徑(包括轉(zhuǎn)向和坡道)的知識(shí)、待運(yùn)輸?shù)牟牧?、地面條件、天氣條件等形成。例如，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)(如GPS)可以用于建立工作循環(huán)行駛路徑。根據(jù)另一個(gè)替代方案，可以使用無線電、雷達(dá)、超聲波、激光掃描、圖像識(shí)別或基于陀螺儀的確定系統(tǒng)。
根據(jù)一個(gè)示例，控制策略基于執(zhí)行工作循環(huán)時(shí)檢測到的運(yùn)行參數(shù)以及相關(guān)工作循環(huán)的可利用信息建立。因此，工作循環(huán)路徑可以在地形圖中指示，其中確定轉(zhuǎn)向和坡道?？刂撇呗曰谶@樣的地形圖且可以基于檢測到的運(yùn)行條件修改。根據(jù)另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，控制策略包括多個(gè)控制步驟，其中每個(gè)步驟基于條件變化建立。優(yōu)選地，工作循環(huán)行駛路徑包括多個(gè)位置，其中每個(gè)位置基于條件變化建立。
每個(gè)控制步驟指示出工程機(jī)械應(yīng)為了最優(yōu)控制而受到影響。這樣的控制步驟可以通過工作循環(huán)行駛路徑中高度改變的位置或方向改變的位置指示。
本發(fā)明的另外的目的是實(shí)現(xiàn)一種適于運(yùn)行期間工程機(jī)械的優(yōu)化能量回收和/或降低燃料消耗的系統(tǒng)。
該目的通過根據(jù)權(quán)利要求24的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。因此，該目的通過用于在重復(fù)的工作循環(huán)中運(yùn)行期間控制工程機(jī)械的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，所述系統(tǒng)包括用于根據(jù)適合于工作循環(huán)的特性的預(yù)定控制策略來控制到達(dá)和來自工程機(jī)械內(nèi)能量儲(chǔ)存裝置的動(dòng)力傳遞的裝置。
從其他專利權(quán)利要求且從如下描述中清楚本發(fā)明的其他有利實(shí)施例及其相關(guān)的優(yōu)點(diǎn)。


下文中參考附圖中示出的實(shí)施例解釋本發(fā)明，其中圖1在側(cè)視圖中示意性示出混合動(dòng)力電動(dòng)輪式裝載機(jī)，圖2示意性示出圖1中的輪式裝載機(jī)的動(dòng)力傳動(dòng)系和液壓系統(tǒng)的第一示例性實(shí)施例，
圖3示意性示出與圖2的動(dòng)力傳動(dòng)系和液壓系統(tǒng)相關(guān)的控制系統(tǒng)
的第一示例性實(shí)施例，
圖4在俯視圖中圖示出使用輪式裝載機(jī)的短循環(huán)裝載，圖5在側(cè)視圖中圖示出使用輪式裝載機(jī)的工作循環(huán)運(yùn)行，圖6圖示出用于輪式裝載機(jī)的控制方法的流程圖，和
10圖7圖示出基于衛(wèi)星的用于監(jiān)測輪式裝載機(jī)的系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式
圖1示出組成輪式裝載機(jī)101的車架轉(zhuǎn)向式工程機(jī)械。輪式裝載
機(jī)101的車身包括前車身部分102和后車身部分103，這些部分各具有用于驅(qū)動(dòng)一對(duì)車輪的軸112、 113。后車身部分103包括駕駛艙114。車身部分102、 103以它們能夠通過兩個(gè)第一執(zhí)行機(jī)構(gòu)繞豎直軸線彼此相對(duì)樞轉(zhuǎn)的方式相互連接，所述第一執(zhí)行機(jī)構(gòu)形式為布置在所述兩個(gè)部分之間的液壓缸104、 105。因此，在車輛行駛方向上的車輛水平中心線的每一側(cè)上布置一個(gè)液壓缸104、 105，以使輪式裝載機(jī)101轉(zhuǎn)向。
輪式裝載機(jī)101包括用于處理物體或材料的設(shè)備111。設(shè)備111包括裝載臂單元106和裝配在該裝載臂單元上的鏟斗形式的工具107。裝載臂單元106的第一端樞轉(zhuǎn)地連接到前車輛部分102。工具107樞轉(zhuǎn)地連接到裝載臂單元106的第二端。
裝載臂單元106能夠通過兩個(gè)液壓缸108、 109形式的兩個(gè)第二執(zhí)行機(jī)構(gòu)相對(duì)于車輛的前部分102升高和降低，所述兩個(gè)液壓缸108、 109中每一個(gè)均在一端連接到前車輛部分102，并在另一端連接到裝載臂單元106。能夠通過液壓缸IIO形式的第三執(zhí)行機(jī)構(gòu)使鏟斗107相對(duì)于裝載臂單元106傾斜，該液壓缸IIO在一端連接到前車輛部分102，并在另一端經(jīng)由連桿臂系統(tǒng)115連接到鏟斗107。
圖2示意性示出動(dòng)力傳動(dòng)系201和液壓系統(tǒng)214的第一實(shí)施例。動(dòng)力傳動(dòng)系201包括柴油發(fā)動(dòng)機(jī)202、變速箱204和橫軸112。
動(dòng)力傳動(dòng)系201是串聯(lián)混合動(dòng)力傳動(dòng)系。動(dòng)力傳動(dòng)系201包括用于驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪的兩個(gè)電機(jī)205、 206。電機(jī)205、 206進(jìn)一步適用于驅(qū)動(dòng)至少一個(gè)另外的電機(jī)219、 220、 221，所述電機(jī)219、 220、 221與液壓系統(tǒng)214內(nèi)的液壓泵215、 216、 217相關(guān)聯(lián)。電機(jī)205、 206進(jìn)
11一步連接到能量儲(chǔ)存裝置208、例如電池或超級(jí)電容器。
第一電機(jī)205連接到內(nèi)燃機(jī)202的輸出軸，并且起到發(fā)電機(jī)的作 用。因此，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)202和發(fā)電機(jī)205 —起形成動(dòng)力產(chǎn)生器203。第 二電機(jī)206連接到車輪且起到馬達(dá)的作用。在此示例中，第二電機(jī)206 連接到變速箱204的輸入軸。電機(jī)205、 206相互電連接，用于經(jīng)由第 一電機(jī)205和第二電機(jī)206將扭矩從內(nèi)燃機(jī)202傳遞到驅(qū)動(dòng)輪。
在此示例中，為每個(gè)工具和/或轉(zhuǎn)向功能布置一個(gè)液壓泵。因此， 液壓系統(tǒng)214包括三個(gè)液壓泵216、 217、 218;第一液壓泵218布置成 提供工具的升高和降低功能，第二液壓泵217布置成提供工具的傾斜 功能，且第三液壓泵216布置為提供工程機(jī)械的轉(zhuǎn)向功能。通過分開 用于這些功能的液壓泵，能夠進(jìn)一步優(yōu)化工程機(jī)械的運(yùn)行，且因此能 夠降低總能量消耗。
因此，每個(gè)液壓泵216、 217、 218設(shè)置有電機(jī)219、 220、 221。動(dòng) 力傳動(dòng)系中的電機(jī)205、 206能夠直接連接到液壓系統(tǒng)中的電機(jī)219、 220、 221，以及連接到電能儲(chǔ)存裝置208，該電能儲(chǔ)存裝置208又連接 到電機(jī)219、 220、 221。電能儲(chǔ)存裝置208適用于儲(chǔ)存能量且將能量提 供給電機(jī)205、 206、 219、 220、 221。
每個(gè)液壓泵216、 217、 218設(shè)置在用于每種工作功能的分開的液 壓回路222、 223、 224內(nèi)。多個(gè)電控閥單元可以液壓地連接在每個(gè)泵 216、 217、 218與缸104、 105、 108、 109、 110之間，用于調(diào)節(jié)缸的往 復(fù)工作。為方便表述，液壓閥單元的系統(tǒng)中每一個(gè)由單獨(dú)的方框225、 226、 227來表示。
圖2中的箭頭圖示出不同部件之間的動(dòng)力的傳遞方式。
圖3示出用于控制輪式裝載機(jī)101的控制系統(tǒng)301的第一示例性實(shí)施例?？刂葡到y(tǒng)201包括控制單元303，該控制單元303具有用于控 制輪式裝載機(jī)101的軟件。控制單元303形成連接到能量儲(chǔ)存裝置208 的裝置，用于根據(jù)已設(shè)立的控制策略來控制到達(dá)和來自能量儲(chǔ)存裝置 的動(dòng)力的傳遞，見如下描述。
圖3中的箭頭圖示出不同部件之間的控制信息傳遞。
換言之，控制系統(tǒng)301利用動(dòng)力產(chǎn)生器203來產(chǎn)生電力，該動(dòng)力 產(chǎn)生器通過電力控制器303聯(lián)接到牽引馬達(dá)206、泵馬達(dá)219、 220、 221或能量儲(chǔ)存裝置208。
控制單元303進(jìn)一步適用于經(jīng)由已知的控制裝置、例如經(jīng)由燃料 泵控制發(fā)動(dòng)機(jī)202的速度?？刂茊卧?03從傳感器309接收關(guān)于發(fā)動(dòng) 機(jī)所需速度的信息，該傳感器309檢測油門踏板的位置，并且向控制 單元303產(chǎn)生帶有關(guān)于油門踏板的位置的信息的信號(hào)。因此，發(fā)動(dòng)機(jī) 速度隨著增加壓下油門踏板而增大。
控制系統(tǒng)包括裝置305、 307、 313、 315,所述裝置305、 307、 313、
315用于確定指示工作循環(huán)的某一部分所需能量的量的至少一種情況。
轉(zhuǎn)向角傳感器307適用于檢測車輛的轉(zhuǎn)向角，即兩個(gè)車輛部分 102、 103關(guān)于豎直軸線之間的傾斜度，且產(chǎn)生用于輸入到控制器303 的對(duì)應(yīng)的信號(hào)。這種傳感器可以由布置用于檢測所述轉(zhuǎn)向缸104、 105 中一個(gè)的延伸度的線性傳感器組成，或者由定位在轉(zhuǎn)向節(jié)處的旋轉(zhuǎn)傳 感器組成。因此，傳感器307適用于檢測水平面內(nèi)行駛路徑方向的改 變?？商娲?，轉(zhuǎn)向角傳感器可以適用于檢測轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)動(dòng)量或轉(zhuǎn)向 桿的偏轉(zhuǎn)量。
傾斜度傳感器305確定工程機(jī)械的水平縱向軸線的傾斜度，并且 產(chǎn)生用于輸入到控制器303的對(duì)應(yīng)的信號(hào)。因此，傾斜度傳感器305適用于檢測行駛路徑的地面傾斜度。根據(jù)替代方案，加速度計(jì)系統(tǒng)可 以用于確定傾斜度，該加速度計(jì)系統(tǒng)例如包括兩個(gè)單軸加速度計(jì)或單 個(gè)雙軸加速度計(jì)。
對(duì)于工程機(jī)械動(dòng)力傳動(dòng)系領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，以上所述的傳感 器在本質(zhì)上是已知的，因此不需在此解釋其結(jié)構(gòu)。
控制系統(tǒng)301進(jìn)一步包括用于確定工程機(jī)械101的位置的裝置
313。定位裝置313形成車輛位置傳感器且由天線組成，并且適用于與 外部裝置、例如衛(wèi)星702通信，見圖7，用于確定工程機(jī)械的位置?？?制系統(tǒng)301使用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，例如GPS、 GLONASS或Gallileo。 根據(jù)對(duì)GPS的替代方案，位置經(jīng)由靜止的無線電浮標(biāo)確定，優(yōu)選經(jīng)由 三角測量過程確定。根據(jù)另外的替代方案，可以使用模式識(shí)別系統(tǒng)、 例如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。以此方式，控制策略基于來自一個(gè)或若干工作循環(huán)的 循環(huán)過程的試驗(yàn)，使得對(duì)于一定的工作循環(huán)部分(位置/時(shí)間)要求更 多(或更少)的能量，而沒有任何必要將這些部分與任何地理位置關(guān) 聯(lián)。
控制系統(tǒng)301進(jìn)一步包括地形圖裝置315，例如地圖數(shù)據(jù)庫。地圖 數(shù)據(jù)庫315可以包括地形信息，例如與工作循環(huán)路徑上的節(jié)點(diǎn)中每一 個(gè)相關(guān)的海拔，由該地形信息能夠?yàn)檠氐貓D中路徑的不同位置計(jì)算出 相關(guān)的勢能差。
控制單元303通常已知為用于車輛運(yùn)行的電子控制的電控單元 (ECU)、中央處理器(CPU)或電子控制模塊(ECM)。在優(yōu)選的實(shí) 施例中，控制單元包括微處理器?？刂茊卧?03包括存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ) 器又包括帶有計(jì)算機(jī)程序段或程序代碼的計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程 序段或程序代碼用于在程序運(yùn)行時(shí)實(shí)施控制方法。例如通過從另一個(gè) 計(jì)算機(jī)經(jīng)由有線方式或無線方式下載，或通過安裝在存儲(chǔ)器電路中， 該計(jì)算機(jī)程序能夠經(jīng)由傳輸信號(hào)以多種方式傳遞到控制單元。特別地，
14傳輸信號(hào)能夠經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)傳輸。
參考圖4，圖中示出用于輪式裝載機(jī)101的所謂短循環(huán)裝載形式的 工作循環(huán)。短循環(huán)裝載的特征在于，車輛在裝載與卸載位置之間的最 長行駛距離不超過一定的米數(shù)，在此情況中不超過15米的量級(jí)。更具 體地，輪式裝載機(jī)101用于使用鏟斗107從裝載位置鏟起材料(挖掘
自然地面401)，并且在卸載位置將其卸載(卸載到鉸接式運(yùn)輸車形式 的自卸卡車420的容器內(nèi))。
圖4示出包括從挖掘到裝載在自卸卡車420上的一系列步驟的驅(qū) 動(dòng)模式。特別地，輪式裝載機(jī)101以例如第二前進(jìn)速度檔向前行駛到 自然地面401，見箭頭402。輪式裝載機(jī)處于直的位置，其中前車輛部 分和后車輛部分共線。當(dāng)輪式裝載機(jī)接近自然地面401時(shí)，輪式裝載 機(jī)以例如第一前進(jìn)速度檔推入到自然地面內(nèi)，以增加牽引力，見箭頭 403。提升臂單元被升高，其中鏟斗107填充有來自自然地面的材料。
當(dāng)挖掘結(jié)束時(shí)，輪式裝載機(jī)101從挖掘運(yùn)行位置以例如第二后退 速度檔的高速度撤回，見箭頭404，并且輪式裝載機(jī)向右(或向左)轉(zhuǎn)， 見箭頭405。輪式裝載機(jī)101然后向前運(yùn)動(dòng)，見箭頭406，同時(shí)向左(或 右)急轉(zhuǎn)，然后車輛伸直而以高速度行駛接近自卸卡車420，見箭頭 407。提升臂單元106被升高，鏟斗107傾斜且材料堆積在鉸接式運(yùn)輸 車的容器上。當(dāng)自卸卡車420的裝載運(yùn)行結(jié)束時(shí)，輪式裝載機(jī)101在 相反方向從自卸卡車420以高速度移開，見箭頭408，轉(zhuǎn)向停止位置， 并且再次朝向自然地面401前進(jìn)驅(qū)動(dòng)410。
參考圖5，圖中示出另一個(gè)工作循環(huán)示例。該工作循環(huán)可以稱為"裝 載和運(yùn)載循環(huán)"，且包括以上參考圖3描述的步驟。相對(duì)于圖4中的短 循環(huán)裝載，輪式裝載機(jī)在裝載與卸載位置之間行駛較長的距離。另外， 材料在臺(tái)地501處被收集(鏟起)且輸送到較低位置處的鉸接式運(yùn)輸 車420。工作循環(huán)路徑包括裝載位置與卸載位置之間的陡峭部分502。
15陡坡的開始點(diǎn)通過參考數(shù)字503表示，且陡坡的結(jié)束點(diǎn)通過參考數(shù)字
504表示。
在運(yùn)載工作循環(huán)的第一輪裝載期間檢測且記錄多個(gè)運(yùn)行參數(shù)。優(yōu) 選地，每個(gè)檢測到的運(yùn)行參數(shù)表示工程機(jī)械工作情況。更具體地，通 過轉(zhuǎn)向角傳感器307檢測任何轉(zhuǎn)動(dòng)。通過傾斜度傳感器305檢測地面 傾斜度的變化503、 504。所檢測運(yùn)行參數(shù)中每一個(gè)形成輸入信號(hào)，并 且發(fā)送到控制單元303且記錄在控制單元303的存儲(chǔ)器內(nèi)。
另外，檢測輪式裝載機(jī)的地理位置，且通過導(dǎo)航系統(tǒng)將所述地理 位置與檢測到的每種情況相關(guān)聯(lián)。因此，工作循環(huán)路徑通過地形圖上 的路徑表示。
控制策略基于輸入信號(hào)內(nèi)的運(yùn)行參數(shù)信息建立。更具體地，每個(gè) 所檢測的運(yùn)行參數(shù)信息被分析，并且如果認(rèn)為運(yùn)行參數(shù)信息的大小將 影響輪式裝載機(jī)在工作循環(huán)中的控制，則運(yùn)行參數(shù)信息通過控制情況 次序中的控制情況來表示。換言之，模型或地圖由包括各鏈接到地理 位置的多個(gè)情況信息的工作循環(huán)構(gòu)成。
在圖5中所示示例中，關(guān)于長度和高度識(shí)別上坡，并且控制策略 建立為使得能量儲(chǔ)存裝置208的充電狀態(tài)(SOC)在輪式裝載機(jī)進(jìn)入斜 坡前處于最大程度，優(yōu)選為滿載。此外，在裝載鏟斗后且在下坡行駛 前，將儲(chǔ)存裝置的充電狀態(tài)控制為最小程度，優(yōu)選為空載。以此方式， 在下坡行駛時(shí)可以回收更多的能量。
根據(jù)一個(gè)示例，響應(yīng)于來自駕駛員操作的加速器踏板309的信號(hào)， 控制器303控制從牽引馬達(dá)206輸出到車輪的動(dòng)力的量。響應(yīng)于來自 牽引馬達(dá)206的動(dòng)力需求且響應(yīng)于所確定的控制策略來控制動(dòng)力產(chǎn)生 器203和能量儲(chǔ)存裝置208。
16例如，控制器303在確定和/或改變具體的總體控制策略中連續(xù)接
收關(guān)于儲(chǔ)存在能量儲(chǔ)存裝置208內(nèi)的能量的量的信息。
由發(fā)電機(jī)或交流發(fā)電機(jī)205產(chǎn)生且不被牽引馬達(dá)206為了驅(qū)動(dòng)工 程機(jī)械101而需要的電力，或由牽引馬達(dá)206從再生制動(dòng)產(chǎn)生的電力 能夠儲(chǔ)存在能量儲(chǔ)存裝置208內(nèi)。
能量儲(chǔ)存裝置208例如可以包括電池、超級(jí)電容器、液壓蓄能器 或飛輪(例如與相關(guān)的馬達(dá)/發(fā)電機(jī)協(xié)作的飛輪)。
因此，能夠遠(yuǎn)在到達(dá)下坡之前切斷、降低或減小至發(fā)動(dòng)機(jī)202的 燃料的流量，以允許從電機(jī)206回收動(dòng)能而作為電能，該電能儲(chǔ)存在 能量儲(chǔ)存裝置208內(nèi)或用于推進(jìn)工程機(jī)械或用于作業(yè)工具的升高/降低 運(yùn)動(dòng)。此外，剩余的儲(chǔ)存能量允許在不需要?jiǎng)恿Ξa(chǎn)生器時(shí)的時(shí)間段臨 時(shí)切斷燃料，且然后通過簡單恢復(fù)至發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料流而再次啟動(dòng)發(fā)動(dòng) 機(jī)。
換言之，由動(dòng)力產(chǎn)生器203實(shí)際產(chǎn)生的動(dòng)力與實(shí)際驅(qū)動(dòng)工程機(jī)械 101所需的動(dòng)力之間的差能夠通過相關(guān)的能量儲(chǔ)存裝置208提供。例如， 如果動(dòng)力產(chǎn)生器203包括油門全開時(shí)最有效運(yùn)行的內(nèi)燃機(jī)202，則在動(dòng) 力產(chǎn)生器203的動(dòng)力輸出程度大于驅(qū)動(dòng)工程機(jī)械所需的動(dòng)力程度的驅(qū) 動(dòng)情況下，來自動(dòng)力產(chǎn)生器203的過多的動(dòng)力能夠儲(chǔ)存在能量儲(chǔ)存裝 置208內(nèi)，或如果在能量儲(chǔ)存裝置208內(nèi)存在足夠儲(chǔ)存能量，則工程 機(jī)械能夠嚴(yán)格以來自能量儲(chǔ)存裝置208的能量運(yùn)行，而不運(yùn)行動(dòng)力產(chǎn) 生器203。在要求多于由動(dòng)力產(chǎn)生器203產(chǎn)生的動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)情況下，工 程機(jī)械能夠以儲(chǔ)存在能量儲(chǔ)存裝置208內(nèi)的能量運(yùn)行，且如果需要， 以由動(dòng)力產(chǎn)生器203產(chǎn)生的動(dòng)力運(yùn)行。因此，混合動(dòng)力車輛系統(tǒng)的控 制涉及確定倘若如此是否處于以下情況，根據(jù)情況確定是否運(yùn)行動(dòng)力 產(chǎn)生器203，是否將能量儲(chǔ)存在能量儲(chǔ)存裝載208內(nèi)，或是否利用來自 能量儲(chǔ)存裝載208的能量，且特別對(duì)于能量儲(chǔ)存裝置確定充電的目標(biāo)狀態(tài)。具體的控制策略的屬性取決于多種因素，例如在圖4中示出的 斜坡。
因此，能量管理系統(tǒng)303能夠設(shè)置用于降低燃料消耗，這通過如 下方式進(jìn)行在工程機(jī)械相對(duì)低至負(fù)動(dòng)力需求的時(shí)間段通過切斷動(dòng)力
產(chǎn)生器203且以來自能量儲(chǔ)存裝置208的儲(chǔ)存能量運(yùn)行，且在需要來 自動(dòng)力產(chǎn)生器203的動(dòng)力的時(shí)間段通過以相對(duì)高的效率、典型以相對(duì) 高的動(dòng)力輸出來運(yùn)行動(dòng)力產(chǎn)生器203，且使用可由動(dòng)力產(chǎn)生器203在這 些情況下產(chǎn)生的過多的動(dòng)力來對(duì)能量儲(chǔ)存裝置208充電。
圖6圖示出用于執(zhí)行根據(jù)一個(gè)示例的方法的步驟總和。流程圖在 方框601處開始。流程圖繼續(xù)到方框602，該方框602包括確定至少一 個(gè)條件的步驟，該條件指示具體的重復(fù)工作循環(huán)的一定部分所需的能 量的量。流程圖繼續(xù)到方框603，該方框603包括響應(yīng)于確定的能量條 件建立控制策略的步驟?，F(xiàn)在，工程機(jī)械準(zhǔn)備以有效的方式在具體的 工作循環(huán)中運(yùn)行。流程圖然后繼續(xù)到方框604，該方框604包括在重復(fù) 的給定工作循環(huán)運(yùn)行期間根據(jù)所述已建立的控制策略來控制能量儲(chǔ)存 裝置208與動(dòng)力消耗系統(tǒng)之間的能量傳遞的步驟。
圖7圖示出用于監(jiān)測多個(gè)輪式裝載機(jī)的位置的基于衛(wèi)星的系統(tǒng) 701。系統(tǒng)701適用于訪問多個(gè)衛(wèi)星702。為確定位置，每個(gè)輪式裝載 機(jī)101與衛(wèi)星通信。
工作循環(huán)的數(shù)個(gè)循環(huán)過程可以用于建立狀況的次序。另外，來自 數(shù)個(gè)工程機(jī)械的信息可以用于建立控制策略。用于建立控制策略的多 個(gè)工作循環(huán)的循環(huán)過程可以通過單獨(dú)的工程機(jī)械或通過不同的工程機(jī) 械進(jìn)行。因此，所建立的控制策略可以響應(yīng)于新的信息連續(xù)改變。在 如果天氣改變(降雨、降雪)而地面條件隨時(shí)間改變的情況中，這可 能是重要的。另外，所建立的控制策略可以根據(jù)具體的工程機(jī)械的單 獨(dú)特征改變。根據(jù)替代或補(bǔ)充方法，控制策略包括關(guān)于運(yùn)行作業(yè)工具的信息以及控制作業(yè)工具運(yùn)行的步驟的方法。更具體地，工程機(jī)械信息涉及工程機(jī)械液壓系統(tǒng)信息，并且方法包括控制液壓系統(tǒng)(特別是泵)的步驟。該替代方案特別用于運(yùn)行作業(yè)工具所需的基本動(dòng)力的工程機(jī)械。這是輪式裝載機(jī)的情況，見圖l至圖5。更具體地，控制策略可以包括關(guān)于能量儲(chǔ)存裝置與液壓系統(tǒng)之間的動(dòng)力分配的信息，并且方法包括響應(yīng)于所述信息控制動(dòng)力傳遞系統(tǒng)內(nèi)的動(dòng)力分配的步驟。
根據(jù)一個(gè)示例，檢測到材料堆的位置。在提升運(yùn)行前，將能量儲(chǔ)存裝置208的充電狀態(tài)控制到高能量狀態(tài)。充電狀態(tài)優(yōu)選相對(duì)于裝載
和提升運(yùn)行所要求的動(dòng)力而匹配。參考圖5，能量儲(chǔ)存裝置108的充電
狀態(tài)被控制為如下狀態(tài)，在進(jìn)入斜坡前，使得基本上所有能量消耗在包括駛上斜坡和裝載和提升鏟斗的工作循環(huán)部分。另外，當(dāng)鏟斗再次降低時(shí)，在能量儲(chǔ)存裝置中可以回收能量。
根據(jù)另一個(gè)替代方案，控制單元303內(nèi)的存儲(chǔ)器可以包括多個(gè)控制策略，每個(gè)控制策略與具體的工作循環(huán)相關(guān)?？刂茊卧?03可以適用于通過檢測工作循環(huán)的位置和方向自動(dòng)識(shí)別工程機(jī)械正在執(zhí)行何種工作循環(huán)，且然后根據(jù)正確的控制策略控制工程機(jī)械。
根據(jù)實(shí)施例，輪式裝載機(jī)的位置被連續(xù)監(jiān)測。以此方式，能夠確定與已建立的工作循環(huán)路徑的任何地理偏差。在這樣偏差的情況下，已建立的控制策略被停止。如果輪式裝載機(jī)再次進(jìn)入工作循環(huán)路徑，則再次激活控制策略且相應(yīng)地控制輪式裝載機(jī)。
在工作循環(huán)執(zhí)行期間所檢測的運(yùn)行參數(shù)不限于工程機(jī)械運(yùn)行參數(shù)，而是也可以包括周圍區(qū)域的信息，特別是沿工作循環(huán)行駛路徑在工程機(jī)械前方的區(qū)域、例如斜坡等。這樣的外部運(yùn)行參數(shù)可以經(jīng)由照相機(jī)或用于再現(xiàn)區(qū)域的其他裝置檢測。
19動(dòng)力產(chǎn)生器203包括柴油發(fā)動(dòng)機(jī)形式的原動(dòng)機(jī)，該原動(dòng)機(jī)產(chǎn)生機(jī)
械動(dòng)力，該機(jī)械動(dòng)力聯(lián)接到發(fā)電機(jī)或交流發(fā)電機(jī)205，以產(chǎn)生電力。原動(dòng)機(jī)能夠根據(jù)多種熱力學(xué)循環(huán)中的任何循環(huán)運(yùn)行，例如奧托(Otto)循環(huán)、狄塞爾(Diesel)循環(huán)、斯特林(Sterling)循環(huán)、布雷頓(Brayton)循環(huán)或蘭金(Rankine)循環(huán)。在另一個(gè)實(shí)施例中，動(dòng)力產(chǎn)生器203包括直接產(chǎn)生電力的燃料電池，該燃料電池的輸出可以通過動(dòng)力轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為適于被牽引馬達(dá)206、泵馬達(dá)219、 220、 221或能量儲(chǔ)存裝置208使用的形式。
能量儲(chǔ)存裝置208能夠從固定電源充電，例如當(dāng)工程機(jī)械停駐時(shí)，通過插入到聯(lián)到電網(wǎng)的固定電源，作為在工程機(jī)械101運(yùn)行期間以動(dòng)力產(chǎn)生器203充電的替代。
能量管理系統(tǒng)301可以進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)環(huán)境傳感器，例如壓力傳感器或溫度傳感器，以提供可能影響總體控制策略的環(huán)境信息。例如，環(huán)境溫度能夠影響能量儲(chǔ)存裝置208的儲(chǔ)存特征，或從環(huán)境壓力傳感器感測到的高度能夠影響內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行特征。
此外，操作者能夠初始化驅(qū)動(dòng)模式數(shù)據(jù)在具體的工作循環(huán)上的記錄，且當(dāng)工作循環(huán)完成時(shí)停止記錄，以建立用于確定能量使用的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)。然而，典型地，能量管理系統(tǒng)301自動(dòng)運(yùn)行，而無需操作者通信。
在以上的實(shí)施例中，使用串聯(lián)混合動(dòng)力電動(dòng)車輛(HEV)。然而，替代地使用并聯(lián)HEV，其中驅(qū)動(dòng)工程機(jī)械的牽引效果通過由牽引馬達(dá)206產(chǎn)生的軸動(dòng)力和由動(dòng)力產(chǎn)生器203產(chǎn)生的且聯(lián)接到車輪117的軸動(dòng)力的組合來提供。
權(quán)利要求
1.一種用于在重復(fù)的工作循環(huán)中在運(yùn)行期間控制工程機(jī)械(101)的方法，所述方法包括根據(jù)適用于工作循環(huán)的特性的預(yù)定控制策略來控制到達(dá)和來自所述工程機(jī)械內(nèi)的能量儲(chǔ)存裝置(208)的動(dòng)力傳遞的步驟。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法， 述工作循環(huán)的一定部分所需能量的量
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法， 環(huán)行駛路徑的變化。其中，所述控制策略包括指示所 的信息。其中，所述能量信息基于工作循
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其中，所述能量信息基于在 水平面內(nèi)的工作循環(huán)行駛路徑的方向變化。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2至4中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述能量信 息基于工作循環(huán)行駛路徑的地面傾斜度的變化。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2至5中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述能量信 息指示所述工作循環(huán)的結(jié)束位置。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述結(jié)束位置代表裝載位 置和/或卸載位置。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，包括在所述工程機(jī)械 (101)在所述工作循環(huán)中運(yùn)行期間響應(yīng)于所述預(yù)定的控制策略控制來自動(dòng)力產(chǎn)生器(203)的動(dòng)力傳遞的步驟。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述動(dòng)力產(chǎn)生器(203)包括內(nèi)燃機(jī)(202)。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，包括控制到達(dá)和來自所述工程機(jī)械內(nèi)的至少一個(gè)動(dòng)力消耗系統(tǒng)(201、 214)的動(dòng)力傳遞 的步驟。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，其中，所述動(dòng)力消耗系統(tǒng)包括 用于驅(qū)動(dòng)所述工程機(jī)械的動(dòng)力傳動(dòng)系(201)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的方法，其中，所述動(dòng)力消耗系 統(tǒng)包括用于移動(dòng)工程機(jī)械的作業(yè)工具(107)的系統(tǒng)(214)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，用于移動(dòng)作業(yè)工具的系 統(tǒng)由液壓系統(tǒng)(214)組成。
14. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，包括如下步驟確 定指示所述工作循環(huán)的一定部分所需能量的量的至少一個(gè)條件，并且 基于所述能量條件建立所述能量控制策略。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，包括如下步驟在工程機(jī)械在 相關(guān)工作循環(huán)中運(yùn)行期間檢測至少一個(gè)運(yùn)行參數(shù)，并且基于所檢測的 運(yùn)行參數(shù)的大小確定所述能量條件。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，包括重復(fù)檢測所述至少一個(gè)運(yùn) 行參數(shù)的步驟。
17. 根據(jù)權(quán)利要求14至16中任一項(xiàng)所述的方法，包括如下步驟 基于相關(guān)工作循環(huán)的預(yù)先已有的信息預(yù)測至少部分能量條件。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述工作循環(huán)的預(yù)先已有的信息包括地形圖。
19. 根據(jù)權(quán)利要求14至18中任一項(xiàng)所述的方法，包括如下步驟 使用基于衛(wèi)星的系統(tǒng)(701)建立所述工作循環(huán)的行駛路徑。
20. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述控制策略包括多個(gè)連續(xù)的控制步驟，其中每個(gè)步驟指示具體的條件變化。
21. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述工作循環(huán)的行駛路徑包括多個(gè)位置，其中每個(gè)位置指示具體的條件變化。
22. —種計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序包括計(jì)算機(jī)程序段，所述 計(jì)算機(jī)程序段用于當(dāng)所述程序在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí)實(shí)施根據(jù)權(quán)利要求i至21中任一項(xiàng)所述方法。
23. —種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包括存儲(chǔ)在計(jì)算 機(jī)可讀取裝置上的計(jì)算機(jī)程序段，所述計(jì)算機(jī)程序段用于當(dāng)所述程序 在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí)實(shí)施根據(jù)權(quán)利要求1至21中任一項(xiàng)所述的方法。
24. —種用于在重復(fù)的工作循環(huán)中在運(yùn)行期間控制工程機(jī)械 (101)的系統(tǒng)(301)，所述系統(tǒng)(301)包括裝置(303)，所述裝置(303)根據(jù)適用于所述工作循環(huán)的特性的預(yù)定控制策略來控制到達(dá) 和來自所述工程機(jī)械內(nèi)的能量儲(chǔ)存裝置(208)的動(dòng)力傳遞。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)包括至少一個(gè) 動(dòng)力消耗系統(tǒng)(201、 214)和用于控制到達(dá)和來自所述動(dòng)力消耗系統(tǒng) 的裝置(303)。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中，所述動(dòng)力消耗系統(tǒng)包括 用于推進(jìn)所述工程機(jī)械的動(dòng)力傳動(dòng)系(201)。
27. 根據(jù)權(quán)利要求25或26所述的系統(tǒng)，其中，所述動(dòng)力消耗系 統(tǒng)包括用于移動(dòng)所述工程機(jī)械的作業(yè)工具(107)的系統(tǒng)(214)。
28. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其中，用于移動(dòng)所述作業(yè)工具 的系統(tǒng)由液壓系統(tǒng)(214)組成。
29. 根據(jù)權(quán)利要求25至28中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述能 量儲(chǔ)存裝置(208)包括電容器。
30. 根據(jù)權(quán)利要求25至28中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，包括用于確定 指示工作循環(huán)的一定部分所需能量的量的至少一個(gè)條件的裝置(305、 307、 313、 315)，其中所述控制策略能夠基于所述條件。
31. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的系統(tǒng)，其中，所述確定裝置(305、 307、 313、 315)適用于在工程機(jī)械在相關(guān)工作循環(huán)中的運(yùn)行期間檢測 至少一個(gè)運(yùn)行參數(shù)。
32. 根據(jù)權(quán)利要求30或31所述的系統(tǒng)，包括用于基于所述條件 建立所述能量控制策略的裝置(303)。
33. —種工程機(jī)械(101)，包括根據(jù)權(quán)利要求25至32中任一項(xiàng) 所述的控制系統(tǒng)(301)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在重復(fù)的工作循環(huán)中運(yùn)行期間控制工程機(jī)械(101)的方法，該方法包括根據(jù)適用于工作循環(huán)的特性的預(yù)定控制策略來控制到達(dá)和來自工程機(jī)械內(nèi)的能量儲(chǔ)存裝置的動(dòng)力傳遞的步驟。
文檔編號(hào)E02F9/20GK101687504SQ200780052924
公開日2010年3月31日 申請(qǐng)日期2007年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月10日
發(fā)明者丹尼爾·福斯勒夫, 雷諾·費(fèi)拉 申請(qǐng)人:沃爾沃建筑設(shè)備公司