專利名稱：用于控制機(jī)器動(dòng)力的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及控制與機(jī)器相關(guān)聯(lián)的動(dòng)力，更具體地，涉及一 種利用與動(dòng)力源相關(guān)聯(lián)的燃料圖來控制與機(jī)器相關(guān)聯(lián)的動(dòng)力分配的 系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
機(jī)器，包括專用車輛、非高速路拖運(yùn)卡車、平地機(jī)、輪式裝載 機(jī)和與建筑、采礦和其它產(chǎn)業(yè)相關(guān)聯(lián)的其它種類的較大機(jī)器經(jīng)常包 括由液壓供能的執(zhí)行工具(例如鏟斗式裝載機(jī))和轉(zhuǎn)向部件。為了 向這些執(zhí)行工具和部件的運(yùn)行提供液壓，通常在這些機(jī)器上包括一 個(gè)或多個(gè)液壓泵。
產(chǎn)生的加壓流體可以運(yùn)行機(jī)器的需要的部件(例如，轉(zhuǎn)向和執(zhí)行)。 液壓泵的這種運(yùn)行可以特別是基于泵排壓(例如，泵上的總負(fù)荷的
函數(shù))和與液壓泵相關(guān)聯(lián)的流速在動(dòng)力源上施加4a矩。因此，該扭 矩可以吸收來自動(dòng)力源的反扭矩，使動(dòng)力源可以在用于抵消其它負(fù) 荷(例如，使機(jī)器加速)的更小可用扭矩下繼續(xù)運(yùn)行。來自動(dòng)力源 的可用扭矩可以取決于多個(gè)因素，例如特別是動(dòng)力源尺寸和動(dòng)力源速度。
由于動(dòng)力源的扭矩通常受限，可能施加比相關(guān)聯(lián)的動(dòng)力源能夠 提供的扭矩負(fù)荷更大的扭矩負(fù)荷。因此，來自液壓泵和機(jī)器加速的 同步負(fù)荷可以阻止相關(guān)聯(lián)的動(dòng)力源增加其速度，這會(huì)特別導(dǎo)致來自 機(jī)器的響應(yīng)和/或動(dòng)力的顯著缺乏。當(dāng)與液壓泵相關(guān)聯(lián)的扭矩接近或 者超過動(dòng)力源的運(yùn)行限制時(shí)，動(dòng)力源會(huì)緩慢或者甚至停轉(zhuǎn)。
另外，與動(dòng)力源排放相關(guān)的政府標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)增加了制造商減少?gòu)呐c他們的機(jī)器相關(guān)聯(lián)的動(dòng)力源排放的顆粒物和其它排放物的量的負(fù) 擔(dān)。由于轉(zhuǎn)向和執(zhí)行負(fù)荷可以影響該排放(例如，通過扭矩負(fù)荷)， 因此，期望對(duì)作用在動(dòng)力源上的扭矩負(fù)荷施加另外的控制。
可變排量液壓泵可以允許通過將流量控制機(jī)構(gòu)(例如，旋轉(zhuǎn)斜 盤)引入到液壓泵中來對(duì)與液壓泵相關(guān)聯(lián)的扭矩進(jìn)行一 定的控制。 使用負(fù)荷感測(cè)壓力反饋信號(hào)，可以基于包括轉(zhuǎn)向和執(zhí)行負(fù)荷的多個(gè) 因素來調(diào)節(jié)來自泵的流量。
用于控制可變排量液壓泵的一種系統(tǒng)公開在Nakamura等人的美 國(guó)專利申請(qǐng)2005/0071064 ('064公開文獻(xiàn))中。'064公開文獻(xiàn)包括 信號(hào)處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)被設(shè)計(jì)用來接收與動(dòng)力源和可變排量液壓泵 的運(yùn)行相關(guān)聯(lián)的環(huán)境變量。信號(hào)處理系統(tǒng)然后可以基于環(huán)境變量調(diào) 節(jié)反饋給可變排量液壓泵的控制壓力，以減小流量并由此減小與可 變排量液壓泵相關(guān)聯(lián)的扭矩。
盡管'064公開文獻(xiàn)可以控制與可變排量液壓泵相關(guān)聯(lián)的扭矩減 小，但'064公開文獻(xiàn)用于具有目標(biāo)優(yōu)化速度(例如，每分鐘2500轉(zhuǎn) (RPM))的相關(guān)動(dòng)力源的機(jī)器。因此，'064公開文獻(xiàn)的系統(tǒng)和有 關(guān)的環(huán)境變量不適用于使用在動(dòng)力源的速度是瞬變的應(yīng)用中。此外， '064公開文獻(xiàn)考慮與驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源相關(guān)聯(lián)的特征參數(shù)(例如，發(fā)動(dòng)機(jī) 速度)，由此利用反應(yīng)措施來控制動(dòng)力分配，這可以最終影響控制 精度。并且，'064公開文獻(xiàn)在確定應(yīng)當(dāng)如何調(diào)節(jié)扭矩時(shí)沒有考慮造 成的排放物(例如，煙塵)。由于排放標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)變得更加嚴(yán)格，在 液壓泵運(yùn)行在特定的流速和壓力的過程中要考慮另外的限制，使排 放物符合政府要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的控制系統(tǒng)中的 一 個(gè)或多個(gè)問題。 在一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種用于控制動(dòng)力分配的方法。該方 法可以包括監(jiān)控包括動(dòng)力源的燃料限制逼近程度的與動(dòng)力源相關(guān)的 至少一個(gè)參數(shù)，基于所述至少一個(gè)參數(shù)產(chǎn)生控制信號(hào)，并基于所述
5控制信號(hào)的特性減小與動(dòng)力源相關(guān)的負(fù)荷。
在另一方面，本發(fā)明公開一種用于控制動(dòng)力分配的系統(tǒng)。該系 統(tǒng)可以包括操作地連接到可變排量液壓泵并能夠驅(qū)動(dòng)可變排量液壓 泵的動(dòng)力源和能夠監(jiān)控動(dòng)力源的包括燃料限制逼近程度的至少 一個(gè) 參數(shù)并基于該至少 一 個(gè)參數(shù)產(chǎn)生控制信號(hào)的控制器。該系統(tǒng)還可以 包括能夠基于控制信號(hào)的特性控制與可變排量液壓泵相關(guān)的流量的 流量控制組件。
在又一方面，本發(fā)明涉及一種機(jī)器。該才幾器可以包括機(jī)架， 牽引裝置，可變排量液壓泵，操作地連接到機(jī)架、牽引裝置和可變 排量液壓泵的動(dòng)力源。該機(jī)器還可以包括能夠監(jiān)控動(dòng)力源的包括燃 料限制逼近程度的至少一個(gè)參數(shù)并能夠基于該至少一個(gè)參數(shù)產(chǎn)生控 制信號(hào)的控制器。該機(jī)器還可以包括能夠基于控制信號(hào)的特性控制 與可變排量液壓泵相關(guān)的流量的流量控制組件。
在又一方面，本發(fā)明涉及一種用于控制與動(dòng)力源相關(guān)的可變排 量泵的方法。該方法可包括確定流向與動(dòng)力源相關(guān)的燃燒室的燃料 量并部分基于上述確定控制可變排量泵的排量。


圖1示出了機(jī)器的一種示例性實(shí)施方式；
圖2示出了與本發(fā)明的一種實(shí)施方式一致的高位液壓示意圖3是示出了用于操作本發(fā)明的系統(tǒng)的一種方法的示例性流程圖。
具體實(shí)施例方式
以下主要討論控制與動(dòng)力源相關(guān)聯(lián)的動(dòng)力分配和由可變排量液 壓泵供能的執(zhí)行器。但是，重要的是要注意，這里討論的利用燃料 圖來控制動(dòng)力分配和平衡的系統(tǒng)和方法可以等同地適用于多種其它 的機(jī)器控制結(jié)構(gòu)。例如，本發(fā)明的利用燃料圖來控制動(dòng)力分配的系 統(tǒng)和方法也可以特別適用于平衡機(jī)器轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)之間的動(dòng)力。此外，通過利用本發(fā)明的系統(tǒng)和方法，可以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的動(dòng)力分 配，而不是反應(yīng)動(dòng)力分配，這可以特別是提高控制精度。
圖1示出了機(jī)器10的一種示例性實(shí)施方式。機(jī)器10可以是執(zhí)
行與諸如采礦、建筑、農(nóng)場(chǎng)等產(chǎn)業(yè)或者本領(lǐng)域已知的任何其它產(chǎn)業(yè)
相關(guān)聯(lián)的一些類型的操作的移動(dòng)機(jī)器。例如，機(jī)器IO可以是諸如輪 式裝載機(jī)、自卸卡車、反4產(chǎn)挖土機(jī)、平地機(jī)等土方機(jī)器或者任何其 它合適的機(jī)器。機(jī)器IO可以包括動(dòng)力源12、機(jī)架7、電控模塊(ECM) 70、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)14和連接到至少一個(gè)受驅(qū)動(dòng)的牽引裝置17的傳動(dòng)系 統(tǒng)30。機(jī)器IO還可以包括一個(gè)或多個(gè)執(zhí)行系統(tǒng)22。
動(dòng)力源12可以是例如柴油機(jī)、汽油機(jī)、諸如天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的氣 體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)或者本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚的任何其它發(fā)動(dòng)機(jī)。動(dòng)力源 12還可以體現(xiàn)為另一種動(dòng)力源，例如燃料電池、動(dòng)力存儲(chǔ)裝置或者 本領(lǐng)域已知的任何其它動(dòng)力源。
傳動(dòng)系統(tǒng)30可以連接到動(dòng)力源12并可以包括一個(gè)或多個(gè)液壓 泵和/或液壓馬達(dá)90。該一個(gè)或多個(gè)液壓泵和/或液壓馬達(dá)90可以是 可變排量、變量輸送、固定排量或者本領(lǐng)域已知的任何其它結(jié)構(gòu)。 傳動(dòng)系統(tǒng)30可以包括變速器，例如液壓操作的行星齒輪變速器、不 斷變速式機(jī)械無級(jí)變速器、無限變速式機(jī)械無級(jí)變速器和本領(lǐng)域已 知的任何其它類型的變速器。傳動(dòng)系統(tǒng)30還可以包括將動(dòng)力源12 可操作地連接到牽引裝置17的輸出軸。機(jī)器IO可以包括或者不包 括減速齒輪裝置，例如設(shè)置在動(dòng)力源12和牽引裝置17之間的行星 齒輪裝置。
執(zhí)行系統(tǒng)22可以包括用于執(zhí)行包括例如裝載、壓實(shí)、提升、刷 和其它期望的任務(wù)的各種任務(wù)的執(zhí)行器24。執(zhí)行器24可以包括多種 裝置，例如4產(chǎn)斗、壓實(shí)器、叉式提升裝置、刷子或者完成特定任務(wù) 所需的其它合適裝置。例如，機(jī)器10的任務(wù)可以是在礦山或類似場(chǎng) 地將挖掘的土從一個(gè)地方運(yùn)到另一個(gè)地方。該裝置可以有益于利用 與所示的執(zhí)行器24類似的伊斗式裝載機(jī)執(zhí)行器。
執(zhí)行系統(tǒng)22還可以包括用于將動(dòng)作(例如，提升和/或傾斜執(zhí)行器24)傳遞給執(zhí)行系統(tǒng)22的各個(gè)部分的一個(gè)或多個(gè)執(zhí)行液壓缸16。 執(zhí)行液壓缸16可以和與執(zhí)行系統(tǒng)22相關(guān)聯(lián)的各個(gè)樞轉(zhuǎn)點(diǎn)協(xié)同工作， 以產(chǎn)生期望的動(dòng)作。執(zhí)行系統(tǒng)22的動(dòng)作可以經(jīng)由與一個(gè)或多個(gè)執(zhí)行 液壓缸16相關(guān)聯(lián)的活塞的延伸和縮回來傳遞。
執(zhí)行系統(tǒng)22還可以包括被設(shè)計(jì)用來感測(cè)與執(zhí)行系統(tǒng)22相關(guān)的 負(fù)荷的傳感機(jī)構(gòu)。該傳感器可以包括電和/或機(jī)械傳感器或者其任何 組合。例如，執(zhí)行系統(tǒng)22可以包括一個(gè)或多個(gè)多路閥(未示出)， 該多路閥可以包括這種傳感機(jī)構(gòu)。與 一 個(gè)或多個(gè)多路閥相關(guān)聯(lián)的傳 感機(jī)構(gòu)可以提供指示執(zhí)行系統(tǒng)22上的當(dāng)前負(fù)荷的信息。替代地，執(zhí) 行液壓缸16可以包括能夠傳送與執(zhí)行器24內(nèi)的執(zhí)行負(fù)荷相關(guān)聯(lián)的 液壓的負(fù)荷傳感管路(未示出)。負(fù)荷傳感管路(未示出)可以是 流體連接到液壓缸16的 一 個(gè)或者兩個(gè)缸室并能夠允許 一 些液壓流體 流動(dòng)的液壓管路。負(fù)荷傳感管路(未示出)然后可以流體連接到能 夠?qū)毫π盘?hào)轉(zhuǎn)換成合適的電和/或機(jī)械信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)裝置。在 不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可以利用提供負(fù)荷傳感信號(hào)的其它 裝置。
轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)14可以包括位于機(jī)器IO的每一側(cè)上(僅示出了一側(cè)) 的與定位在中間的關(guān)節(jié)頭20協(xié)作作用的一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)向液壓缸18。 為了實(shí)施轉(zhuǎn)向，定位在才幾器10的一側(cè)上的液壓缸18可以延伸，而 定位在才幾器10的相對(duì)側(cè)上的液壓缸18可以同時(shí)縮回，由此引起才幾 器10的前端相對(duì)于機(jī)器10的后端繞著關(guān)節(jié)頭20樞轉(zhuǎn)?？梢韵氲?， 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)14可以替代地包括更多或更少個(gè)液壓缸18,不同結(jié)構(gòu)的液 壓缸18例如與機(jī)器10的一個(gè)或多個(gè)可轉(zhuǎn)向牽引裝置的直接連接， 和/或可以省略液壓缸18，而由不同類型的液壓致動(dòng)器，例如齒條齒 輪結(jié)構(gòu)的液壓馬達(dá)來實(shí)施機(jī)器10的轉(zhuǎn)向。
電控模塊(ECM) 70可以通信地連接到與動(dòng)力源12和機(jī)器10 相關(guān)聯(lián)的各種系統(tǒng)，并且能夠向和從這些系統(tǒng)提供和接收數(shù)據(jù)。 ECM70可以是本領(lǐng)域已知的適用于接收和提供關(guān)于動(dòng)力源12的運(yùn) 行的數(shù)據(jù)的任何裝置。例如，ECM70可以是計(jì)算機(jī)或者其它類似裝置。
圖2是用于機(jī)器10的一種示例性可變扭矩液壓回路的高位示意 圖。機(jī)器10可以包括液壓回i 各33，液壓回路33流體連接到能夠致 動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)22的執(zhí)行回路和能夠致動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)14的轉(zhuǎn)向回路。盡 管圖2示出了專用于向執(zhí)行回路和轉(zhuǎn)向回路供應(yīng)加壓流體的液壓回 路33，但可以想到，液壓回路33可以替代地向期望的更多或更少機(jī) 器液壓回路供應(yīng)加壓流體。此外，執(zhí)行回路和轉(zhuǎn)向回路可以從共享 的液壓回路操作，或者可以提供另外的泵和相關(guān)聯(lián)回路，從而每個(gè) 液壓回3各可以經(jīng)由自己的指定的液壓泵^妄收加壓流體。
液壓回路33可以包括特別是可變排量液壓泵38、 一個(gè)或多個(gè)閥 (例如，減壓閥40)、流量控制組件52、負(fù)荷感測(cè)壓力傳感器67 和控制器42。
可變排量液壓泵38能夠從容器48抽吸流體并產(chǎn)生特定排壓的 流體流。以此，可變排量液壓泵38可以在動(dòng)力源12上施加扭矩。 該扭矩可以基于泵的排壓(即，Pde)和來自泵的加壓液壓流體的相 關(guān)流速來計(jì)算。替代地，扭矩可以基于特別是流量控制組件52的情 況(例如，旋轉(zhuǎn)斜盤的角度)來計(jì)算?？勺兣帕恳簤罕?8可以包括 泵流量控制部件，例如能夠改變與泵相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)活塞的行 程的旋轉(zhuǎn)斜盤。通過改變一個(gè)或多個(gè)活塞的行程，可以根據(jù)需要增 加或者減小最大泵流量，由此增加或者減小造成的最大泵扭矩。這 里使用的最大泵扭矩將被理解為當(dāng)可變排量液壓泵38運(yùn)行在最大流 量時(shí)(即，全命令)在任何特定排壓下可變排量液壓泵38可以向動(dòng) 力源12施加的最大扭矩。
可變排量液壓泵38可以通過例如，副軸50、帶(未示出)、電 路(未示出)或者以任何其它合適的方式可操作地連接到動(dòng)力源12。 另外，來自可變排量液壓泵38的加壓流體可以供應(yīng)到包含在機(jī)器10 中的多個(gè)信號(hào)壓力回路。加壓流體可以被供應(yīng)到與才幾器IO相關(guān)聯(lián)的 各種閥(例如，減壓閥40、 一個(gè)或多個(gè)多路閥(未示出)等)和/ 或從液壓泵38直接供應(yīng)。例如，與可變排量液壓泵38相關(guān)的負(fù)荷感測(cè)壓力(Pdc)可以由接收來自液壓泵38的流體流量的多路閥(未 示出)來提供。該負(fù)荷感測(cè)信號(hào)然后可以提供給控制器42、與可變 排量液壓泵38相關(guān)聯(lián)的反饋滑閥和/或其它適合的裝置。
可變排量液壓泵38能夠接收指示對(duì)可變排量液壓泵38的運(yùn)行 參數(shù)(例如，流速)的調(diào)節(jié)的壓力信號(hào)。該壓力信號(hào)可以包括，例
如排壓信號(hào)(Pde)和流量調(diào)節(jié)信號(hào)(Pe。ntr。,)。例如，Pde可以指示 與可變排量液壓泵38相關(guān)的負(fù)荷，而Pc。ntr。!可以指示對(duì)可變排量液
壓泵38的流速調(diào)節(jié)，用于調(diào)節(jié)與液壓泵38相關(guān)的扭矩。將該壓力 信號(hào)反饋給可變排量液壓泵38可以導(dǎo)致流體流量的相關(guān)增加或者減 少(例如，通過引起與泵38相關(guān)聯(lián)的旋轉(zhuǎn)斜盤中的角度變化)。
一個(gè)或多個(gè)閥可以流體連4妄在液壓回路33中。例如，減壓閥40 能夠4妄收來自液壓泵38的加壓液壓流體的部分流量，并使用該流量 來保持液壓回路33的一部分中的特定壓力(例如，Ppil。t)。此外， 一個(gè)或多個(gè)閥能夠向液壓回^各33的其它部分和/或其它液壓回路提 供壓力信號(hào)(例如，Pdc)。這些閥可以包括梭閥、定向閥、減壓閥、
卸壓閥和/或其它適合的裝置。盡管Ppu。t被顯示為從可變排量液壓泵
38供應(yīng)到減壓閥40,但Pp"。t可以從與機(jī)器IO相關(guān)聯(lián)的其它合適的 加壓流體源供應(yīng)。例如，Pp歸可以由負(fù)荷感測(cè)壓力傳感器67、液壓 風(fēng)扇回路、動(dòng)力提升回路、先導(dǎo)泵或者任何其它合適的源來供應(yīng)。
負(fù)荷感測(cè)壓力傳感器67能夠接收來自可變排量液壓泵38的加 壓流體的一部分(例如，泵排壓的兩倍)并能夠測(cè)量負(fù)荷指示壓力 (例如，Pdc)。負(fù)荷感測(cè)壓力傳感器67可以與一個(gè)或多個(gè)流體處理 裝置，包括例如多路閥相關(guān)聯(lián)。負(fù)荷感測(cè)壓力傳感器67可以包括壓 力傳感器、閥和其它合適的裝置。例如，負(fù)荷感測(cè)壓力傳感器67能 夠接收來自可變排量液壓泵38的加壓流體的一部分并能夠在向流量 控制組件52和控制器42提供加壓流體的一部分的同時(shí)測(cè)量Pdc。
流量控制組件52能夠控制與可變排量液壓泵38相關(guān)聯(lián)的液壓 流體的流量。流量控制組件52可以包括特別是信號(hào)調(diào)節(jié)部件46和 泵流量調(diào)節(jié)部件(未示出)。信號(hào)調(diào)節(jié)部件46可以包括能夠接收第一壓力信號(hào)(例如，Ppil。t)和控制信號(hào)并基于控制信號(hào)的特性調(diào)節(jié)第 一壓力信號(hào)以產(chǎn)生流量調(diào)節(jié)信號(hào)(例如，Pc。ntrol)的電磁閥或者其它
合適的裝置。例如，信號(hào)調(diào)節(jié)部件46可以基于與從控制器42接收 的控制信號(hào)相關(guān)聯(lián)的電流增加或者減小Ppil。t。這可以通過打開或關(guān) 閉與電流有關(guān)的信號(hào)調(diào)節(jié)部件46來實(shí)現(xiàn)。在一種實(shí)施方式中，與可 變排量液壓泵38相關(guān)聯(lián)的特性和扭矩之間可能存在反比例關(guān)系。換 句話說，與控制信號(hào)相關(guān)聯(lián)的電流的增加會(huì)造成信號(hào)調(diào)節(jié)部件4 6增 加Pc。ntr。1，由此限制最大泵流量并減小最大泵扭矩。相反，當(dāng)控制信 號(hào)的特性減小(例如，電流的減小)時(shí)，信號(hào)調(diào)節(jié)部件46可以導(dǎo)致
Pc。ntr。1減小，由此減小泵流量上的限制并增加最大泵扭矩。
泵流量調(diào)節(jié)部件(未示出)能夠基于流量調(diào)節(jié)信號(hào)Pe。n^調(diào)節(jié)與 可變排量液壓泵38相關(guān)的加壓液壓流體的最大流量。在一種實(shí)施方
式中，泵流量調(diào)節(jié)部件可以包括可變排量液壓泵38內(nèi)部的可調(diào)旋轉(zhuǎn) 斜盤。在該實(shí)施方式中，與旋轉(zhuǎn)斜盤相關(guān)聯(lián)的可變角可以通過改變 產(chǎn)生加壓流體流量的往復(fù)活塞的行程長(zhǎng)度來影響最大泵流量。本領(lǐng) 域的普通技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，可以使用其它泵流量調(diào)節(jié)部件(或 方法)。例如，可以期望通過泵速度調(diào)節(jié)器或者其它合適的裝置控 制泵流量。
控制器42可以是基于機(jī)械或電的控制器，其能夠監(jiān)控、取樣和 /或接收與機(jī)器IO和可變排量液壓泵38相關(guān)的運(yùn)行參數(shù)。例如，參 數(shù)可以包括可變排量液壓泵38的排壓(Pde)、與動(dòng)力源相關(guān)的速度 (例如，每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù))、向動(dòng)力源的燃料輸送速率、動(dòng)力源的燃 料限制逼近程度和大氣壓力。這里使用的燃料限制逼近程度意為與 動(dòng)力源相關(guān)聯(lián)的預(yù)定限制燃料體積和當(dāng)前向動(dòng)力源輸送的燃料體積 的差。例如，動(dòng)力源12的煙塵限制燃料體積可以基于與動(dòng)力源12 相關(guān)的實(shí)驗(yàn)和/或測(cè)試數(shù)據(jù)來確定。該數(shù)據(jù)可以揭示向運(yùn)行在特定速 度(例如，850RPM)的動(dòng)力源12輸送的超過特定體積(例如，每 噴射行程85立方毫米)的燃料可以導(dǎo)致煙塵排放，這會(huì)違反排放規(guī) 章和/或浪費(fèi)燃料。因此，動(dòng)力源12在850RPM時(shí)的煙塵限制燃料體積可以是每噴射4于程85立方毫米。運(yùn)行在850RPM的動(dòng)力源12 的相關(guān)煙塵燃料限制逼近程度可以基于每噴射行程85立方毫米的煙 塵限制燃料體積減去向動(dòng)力源12供應(yīng)的實(shí)際燃料體積(例如，70 立方毫米)來計(jì)算，得到每噴射行程15立方毫米的當(dāng)前燃料限制逼 近程度。燃料限制逼近程度也可以基于其它限制，例如扭矩限制燃 料體積來確定。
控制器42可以通信地連接到與機(jī)器10相關(guān)聯(lián)的各種系統(tǒng)，包 括，例如特別是流量控制組件52、動(dòng)力源ECM70和負(fù)荷感測(cè)壓力 傳感器67?？刂破?2還能夠基于監(jiān)控的參數(shù)向流量控制組件52提 供包括各種特性的控制信號(hào)?？刂菩盘?hào)的特性可以包括，例如，電 壓、電流、頻率和/或其它合適的特性。在一種實(shí)施方式中，控制器 42能夠基于監(jiān)控的參數(shù)改變控制信號(hào)的電流和/或電壓特性。在該實(shí) 施方式中，控制器42可以確定作用在特定運(yùn)行條件下的動(dòng)力源12 上的最大扭矩負(fù)荷為175牛米?；谠撔畔ⅲ刂破?2可以確定控 制信號(hào)可以包括2安培的電流。因此，控制器42向流量控制組件52 發(fā)送2安培的控制信號(hào)，導(dǎo)致泵3 8的最大扭矩減小。
控制器42可以在存儲(chǔ)器或者其它合適的存儲(chǔ)位置儲(chǔ)存關(guān)于燃料 限制、扭矩限制、動(dòng)力源速度、大氣壓力、動(dòng)力源扭矩輸出、燃料 限制逼近程度和相關(guān)的控制信號(hào)特性及其組合的數(shù)據(jù)和算法。該數(shù) 據(jù)能夠基于與動(dòng)力源12相關(guān)的各種燃料限制確定可以適用的可接受 扭矩負(fù)荷。數(shù)據(jù)可以實(shí)驗(yàn)地收集并基于特別是動(dòng)力源尺寸、速度(即， 每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)(RPM))和/或扭矩負(fù)荷。該數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)在控制器 42的查詢表中用于參考和/或數(shù)據(jù)的部分可以使用儲(chǔ)存在控制器42 中的算法并基于類似參數(shù)來計(jì)算。例如，控制器42可以包含指示運(yùn) 行在850RPM的動(dòng)力源的煙塵限制燃料體積為85立方毫米的數(shù)據(jù)。 控制器42還可以包含指示在85立方毫米的燃料體積和850RPM的 動(dòng)力源速度下，可以適用于動(dòng)力源12以提供期望性能(例如，沒有 變慢和/或停轉(zhuǎn))的最大扭矩是175牛米的數(shù)據(jù)。因此，控制器42 還包含用于確定何時(shí)應(yīng)當(dāng)向流量控制組件52發(fā)送控制信號(hào)導(dǎo)致最大泵扭矩減小的算法。例如，利用上述的情景，當(dāng)最大扭矩為175牛 米時(shí)，控制器42可以向流量控制組件發(fā)送控制信號(hào)，引起泵流量的 限制，使得在任何特定的排壓，相關(guān)聯(lián)的泵流量不會(huì)導(dǎo)致動(dòng)力源12 上的扭矩大于175牛米。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，可以基于監(jiān)控的參數(shù)利用控制 信號(hào)的各種其它特性。例如，控制器42可以基于特定的運(yùn)行條件來 確定控制信號(hào)應(yīng)當(dāng)具有12伏和1.0安培的特性。
盡管在本發(fā)明的附圖中描述了獨(dú)立于ECM70的控制器42，但可 以想到，控制器42可以與ECM70—體，從而單個(gè)單元ECM70可以 執(zhí)行控制器42的功能。
工業(yè)實(shí)用性
本發(fā)明的系統(tǒng)和方法可以應(yīng)用于包括液壓泵的任何動(dòng)力系統(tǒng)。 本發(fā)明的系統(tǒng)和方法可以允許控制動(dòng)力源向液壓泵或其它動(dòng)力抽吸 裝置的動(dòng)力分配。特別地，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法可以幫助機(jī)器和/或 執(zhí)行器響應(yīng)、排放控制，和限制動(dòng)力源變慢和/或停轉(zhuǎn)?，F(xiàn)在解釋本 發(fā)明的系統(tǒng)和方法的運(yùn)4亍。
動(dòng)力源能夠在特定的動(dòng)力源速度下提供最大扭矩輸出(即，扭 矩限制)。例如，動(dòng)力源可以在速度為1500RPM時(shí)具有500牛米的 最大扭矩輸出。向運(yùn)行在1500RPM的動(dòng)力源施加大于500牛米的扭 矩會(huì)特別導(dǎo)致動(dòng)力源停止運(yùn)行(即，停轉(zhuǎn))。動(dòng)力源的各個(gè)速度可 以具有相關(guān)聯(lián)的最大扭矩輸出并且該數(shù)據(jù)可以利用實(shí)驗(yàn)獲得。任何
施加的扭矩)下的動(dòng)力源輸送的燃料體積相關(guān)。因此，來自動(dòng)力源 12的可用扭矩可以基于待輸送的預(yù)定燃料體積來預(yù)測(cè)。向動(dòng)力源的 各個(gè)缸輸送的燃料體積可以基于燃料泵體積、動(dòng)力源/燃料泵速度、 齒條位置和與動(dòng)力源相關(guān)聯(lián)的缸數(shù)來測(cè)量。替代地，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以 用來基于燃料軌壓力和噴射器開放期間確定輸送的燃料體積。燃料 軌可以包括連接多點(diǎn)(例如，多缸)燃料噴射系統(tǒng)中的噴射器的燃料管路。燃料噴射器可以包括流體連接到燃料軌的裝置，該裝置包 括設(shè)計(jì)用來打開和關(guān)閉的固定或者可變孔，由此計(jì)量和霧化從燃料
軌進(jìn)入燃燒室的燃料。ECM70可以儲(chǔ)存指示在多個(gè)軌道壓力和燃料 噴射器開放期間時(shí)輸送的燃料體積的數(shù)據(jù)。例如，該數(shù)據(jù)可以指示 可以在1500bar且噴射器開放期間為0.2秒下向有關(guān)的燃燒室噴射 125立方毫米的燃料。因此，ECM70可以監(jiān)控燃料軌壓力和控制噴 射開放期間，以向與動(dòng)力源12相關(guān)聯(lián)的缸輸送期望的燃料體積。此 外，ECM70可以通信地連接到控制器42，從而可以向控制器42提 供燃料輸送信息。在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，也可以使用用 于確定輸送燃料體積的其它合適結(jié)構(gòu)。
燃燒室的運(yùn)行可以取決于運(yùn)行過程中供應(yīng)的空氣燃?xì)獗嚷?。?確定空氣燃?xì)獗嚷蕰r(shí)，燃燒室中的主要燃料以及其它可燃材料(例 如，丙烷等)可以統(tǒng)稱為燃?xì)?。空氣燃?xì)獗嚷释ǔ１硎緸閄值，從 理論配比空氣燃?xì)獗嚷诗@得。理論配比空氣燃?xì)獗嚷适前l(fā)生燃燒的 化學(xué)校正比率。理論配比空氣燃?xì)獗嚷士梢?陂看成相當(dāng)于X值為1.0。
燃燒室可以運(yùn)行在非理論配比空氣燃?xì)獗嚷?。具有較低空氣燃 氣比率的燃燒室的X值小于1.0并被稱為富燃燒室。具有較高空氣燃 氣比率的燃燒室的X值大于1.0并被稱為貧燃燒室。
排放規(guī)章通過規(guī)定不能向動(dòng)力源提供能夠產(chǎn)生黑煙排放物程度 的燃料而施加了另外的標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)X小于1.0(即，燃料超過理論配比 比率)時(shí)會(huì)產(chǎn)生黑煙(例如，煤煙)。這種情況特別在動(dòng)力需求突 然增加而動(dòng)力源的運(yùn)行速度很低時(shí)發(fā)生，例如，加速器快速?gòu)淖钚?位置降到最大位置或者執(zhí)行器的全命令。特別是由于較低的渦輪增 壓器速度，向動(dòng)力源的空氣流受到限制，并且因此增加的燃料導(dǎo)致X 降到1.0以下。因此，特別是在動(dòng)力源的速度是瞬變時(shí)(例如，車輛 加速/減速而還運(yùn)行液壓泵)，尤其重要的是要允許動(dòng)力源增加運(yùn)行 速度并因此獲得增加的空氣流量。這可以部分通過限制向動(dòng)力源施 加的扭矩負(fù)荷來實(shí)現(xiàn)。塵燃料限制，因此，用于控制與動(dòng)力源相關(guān)的動(dòng)力分配的方法是有 利的。
圖3是表示用于通過可變排量液壓泵來控制向動(dòng)力源施加的扭 矩負(fù)荷的 一 種方法的示例性流程圖。控制器4 2可以監(jiān)控和/或確定與 動(dòng)力源12的運(yùn)行相關(guān)的至少一個(gè)參數(shù)(步驟305 )。該參數(shù)可以包 括特別是輸送的燃料體積、燃料限制逼近程度、動(dòng)力源速度和大氣 壓力。例如，動(dòng)力源12在海平面的最小負(fù)荷下怠速在850RPM時(shí)具 有每噴射行程25立方毫米的輸送燃料體積?？刂破?2還可以包括 關(guān)于確定各種發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行條件下的燃料限制逼近程度的數(shù)據(jù)和/或算 法。例如，數(shù)據(jù)可以指示在850RPM下的動(dòng)力源12的煙塵限制燃料 體積為每噴射行程85立方毫米的燃料。利用這些信息，控制器42 可以確定當(dāng)前的煙塵燃料限制逼近程度為85立方毫米減去當(dāng)前供應(yīng) 的25立方毫米體積，或者每噴射行程60立方亳米(步驟310)。然 后將確定的燃料限制逼近程度與預(yù)定值進(jìn)行比較，在調(diào)節(jié)可變排量 液壓泵38的可用最大扭矩負(fù)荷之前，該值可以指示動(dòng)力源12的最 小期望燃料限制逼近程度。在一種實(shí)施方式中，預(yù)定的燃料限制逼 近程度可以是每噴射行程15立方毫米。在當(dāng)前的實(shí)施例中，所計(jì)算 的煙塵燃料限制逼近程度為每噴射行程60立方毫米，因此，不需要 在煙塵燃料限制逼近程度的基礎(chǔ)上降低最大扭矩(步驟310:否)。 控制器42可以繼續(xù)產(chǎn)生信號(hào)，對(duì)泵38的最大流量進(jìn)行最小調(diào)節(jié)或 者不調(diào)節(jié)(步驟320)。但是，隨著向動(dòng)力源12施加另外的負(fù)荷(例 如，執(zhí)行器運(yùn)行)并且隨著機(jī)器的加速(例如，駕駛員致動(dòng)加速器) 可以向動(dòng)力源12供應(yīng)額外的燃料。這可以縮小燃料限制逼近程度， 不會(huì)增加動(dòng)力源速度并相應(yīng)增加空氣流量。此外，如果基于執(zhí)行器 運(yùn)行或其它負(fù)荷因素的扭矩太大時(shí)，可以限制或者阻止動(dòng)力源12速 度增加。利用燃料限制逼近程度可以允許控制器42確定動(dòng)力源12 何時(shí)要嘗試達(dá)到更高的運(yùn)行速度(例如，加速)，但可以阻止其達(dá) 到該速度，因?yàn)橄騽?dòng)力源12施加的負(fù)荷可能太大。例如，當(dāng)燃料限 制逼近程度減小到每噴射行程15立方毫米或者更小時(shí)(步驟310:
15是)，控制器42可以確定正在向動(dòng)力源12提供更多燃料，但動(dòng)力 源12不能增加其運(yùn)行速度。因此，控制器42可以導(dǎo)致向動(dòng)力源12 施加的至少一個(gè)負(fù)荷減小(步驟325 )。在一種實(shí)施例中，可以調(diào)節(jié) 控制信號(hào)的特性(例如，電流)并將信號(hào)發(fā)送給流量控制組件52, 使得通過限制液壓泵38的排量減小來自可變排量液壓泵38的流量。 該減小可以基于機(jī)器IO的駕駛員要求的當(dāng)前電流命令來進(jìn)行。換句 話說，當(dāng)駕駛員命令100%到執(zhí)行器時(shí)，控制器42可以使該命令減 小到100%的一部分(例如，30%)。這又會(huì)減小可變排量液壓泵38 可以向動(dòng)力源12施加的最大扭矩負(fù)荷，由此允許動(dòng)力源12增加動(dòng) 力源速度。隨著與動(dòng)力源12相關(guān)的動(dòng)力源速度的增加，到動(dòng)力源12 的空氣流量也增加，由此增加了 X和燃料限制逼近程度。 一旦控制 器42確定動(dòng)力源不再受燃料限制逼近程度或者其它因素的限制，則 控制器42可以再次允許待施加的所有負(fù)荷調(diào)節(jié)控制信號(hào)的特性，使 得流量控制組件52允許泵38返回其最大流量(例如，減小流向電 磁閥46的電流)(步驟320)。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，可以使用其它參數(shù)確定與控制 信號(hào)相關(guān)的特性值。在一種實(shí)施方式中，防停轉(zhuǎn)算法可以通過僅基 于動(dòng)力源速度限制可變排量液壓泵38的最大扭矩來提供較低動(dòng)力源 速度時(shí)的停轉(zhuǎn)保護(hù)。盡管動(dòng)力源12可以運(yùn)行在最優(yōu)速度以下，但動(dòng) 力源12的扭矩可用性會(huì)降低。因此，在發(fā)動(dòng)機(jī)速度較低的期間，控 制器4 2可以感測(cè)低的發(fā)動(dòng)機(jī)速度并相應(yīng)調(diào)節(jié)控制信號(hào)的特性。例如， 由于加速降低，或者負(fù)荷增加等，動(dòng)力源12的速度可以從800RPM 降低到700RPM。隨著速度降低，控制器42可以增加與發(fā)送到流量 控制組件52的控制信號(hào)相關(guān)的電流。電流的增加可以引起Pc。他。!增 加，造成限制來自可變排量液壓泵38的流量，并且由可變排量液壓 泵38向動(dòng)力源12施加的最大4丑矩相應(yīng)減小。
在另一種實(shí)施方式中，控制器42可以基于大氣壓力調(diào)節(jié)控制信 號(hào)。例如，當(dāng)圍繞機(jī)器IO的大氣壓力低于預(yù)定值(例如，80千帕) 時(shí)，控制器42可以產(chǎn)生控制信號(hào)，引起泵38可以施加的最大扭矩減小。
通過利用用于動(dòng)力源的多個(gè)運(yùn)行條件的諸如預(yù)定的燃料輸送體 積和燃料限制逼近程度等數(shù)據(jù)，與具有更強(qiáng)的瞬變特性(例如，劇 烈地加速和減速的機(jī)器)的動(dòng)力源相關(guān)的動(dòng)力分配可以被更精確地 控制。此外，由于本發(fā)明的方法和系統(tǒng)在確定應(yīng)當(dāng)對(duì)與可變排量液 壓泵相關(guān)的扭矩如何調(diào)節(jié)時(shí)考慮了造成的排放物(例如，煙塵)， 因此能夠更好地遵守最新頒布的排放規(guī)章。
盡管本發(fā)明討論了通過暫時(shí)地減小執(zhí)行泵流量來限制負(fù)荷(例 如，扭矩)，但是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，也可以利用限
制向動(dòng)力源適用的負(fù)荷的其它方法。例如，可以通過減小負(fù)荷感測(cè) 信號(hào)，使得反饋到液壓泵38的Pde降低(例如，通過"釋放"一些壓
力)來實(shí)現(xiàn)類似的負(fù)荷減小。這又會(huì)造成來自泵38的流量減小。此 外，與多路閥相關(guān)的將流體引流到執(zhí)行器的開口可以調(diào)節(jié)(例如， 減小)以限制來自液壓泵38的流量(例如，駕駛員命令100%,閥 僅打開30%)。在又一種實(shí)施例中，可以通過當(dāng)控制器42基于燃料 限制逼近程度確定需要減小負(fù)荷時(shí)減小從傳動(dòng)系統(tǒng)得到的用來推進(jìn) 的動(dòng)力來實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的減小。在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可以 利用能夠減小負(fù)荷的多種其它方法。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)清楚，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下， 對(duì)用于控制可變扭矩泵的方法和系統(tǒng)可以進(jìn)行各種修改和變型。另 外，通過考慮說明書，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以想到控制可變扭矩泵 的方法和系統(tǒng)的其它實(shí)施方式。明書和實(shí)施例〗又^又是示例性的， 本發(fā)明的真正保護(hù)范圍由后附的權(quán)利要求書及其等同范圍確定。
1權(quán)利要求
1.一種用于控制可變扭矩液壓泵(38)的方法，該方法包括監(jiān)控與動(dòng)力源(12)相關(guān)的參數(shù)，包括所述動(dòng)力源的燃料限制逼近程度、與動(dòng)力源相關(guān)的速度和大氣壓力；基于所述參數(shù)產(chǎn)生控制信號(hào)；并且基于所述控制信號(hào)的特性控制與可變扭矩液壓泵相關(guān)的流量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括 基于所述特性調(diào)節(jié)輸出信號(hào)；向能夠控制與所述可變扭矩液壓泵相關(guān)的流量的流量控制裝置 提供所述輸出信號(hào)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，基于煙塵限制燃料體積 和扭矩限制燃料體積中的至少一個(gè)和供應(yīng)的燃料體積計(jì)算燃料限制逼近程度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，隨著供應(yīng)的燃料體積接 近煙塵限制燃料體積或者扭矩限制燃料體積，調(diào)節(jié)所述輸出信號(hào)以 減小流量。
5. —種用于控制可變扭矩液壓泵(38)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括 動(dòng)力源(12)，其可操作地連接到所述可變扭矩液壓泵并能夠驅(qū)動(dòng)可變4丑矩液壓泵；控制器(42)，其能夠監(jiān)控包括與所述動(dòng)力源相關(guān)的速度、動(dòng)力;言號(hào);'和 '又 、、》''、'- 多"流量控制組件(52)，其能夠基于所述控制信號(hào)的特性控制與所 述可變扭矩液壓泵相關(guān)的流量。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，所述流量控制組件包括 信號(hào)調(diào)節(jié)部件，其能夠接收所述控制信號(hào)并基于所述特性調(diào)節(jié)輸出信號(hào)；泵流量控制部件，其能夠接收所述輸出信號(hào)并調(diào)節(jié)與所述可變扭矩液壓泵相關(guān)聯(lián)的流量。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中，基于煙塵限制燃料體積 和扭矩限制燃料體積的至少 一個(gè)和供應(yīng)的燃料體積計(jì)算燃料限制逼 近程度。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，隨著供應(yīng)的燃料體積接 近煙塵限制燃料體積或者扭矩限制燃料體積，調(diào)節(jié)所述輸出信號(hào)以 減小流量。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，與所述可變扭矩液壓泵 相關(guān)的所述特性和扭矩之間存在反比例關(guān)系。
10. —種機(jī)器(10),包括 機(jī)架(7 );牽引裝置(17); 可變扭矩液壓泵(38);動(dòng)力源(12),其操作地連接到所述機(jī)架、所述牽引裝置和所述 可變扭矩液壓泵；控制器(42),其能夠執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至4的任一項(xiàng)所述的 方法；流量控制組件(52),其能夠基于控制信號(hào)的特性控制與所述可 變扭矩液壓泵相關(guān)的流量。
全文摘要
本發(fā)明公開一種用于控制可變扭矩液壓泵(38)的方法。該方法包括監(jiān)控與動(dòng)力源(12)相關(guān)的參數(shù)，包括動(dòng)力源的燃料限制逼近程度、與動(dòng)力源相關(guān)的速度和大氣壓力。該方法還包括基于所述參數(shù)產(chǎn)生控制信號(hào)并基于控制信號(hào)的特性控制與可變扭矩液壓泵相關(guān)的流量。
文檔編號(hào)F04B49/00GK101558242SQ200780046062
公開日2009年10月14日 申請(qǐng)日期2007年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月6日
發(fā)明者A·N·希夫爾爾, J·D·鮑斯 申請(qǐng)人:卡特彼勒公司