专利名称：功率分配系统的制作方法
技术领域：
本发明总的涉及到 一种功率分配系统，特别是一种机器的功率分
配系统。
背景技术：
移动和固定式机器可包括产生功率的能量源。能量源可以是任一 种合适的能量产生设备，例如，发动机或者发电才几。移动和固定式机 器还可包括用产生的功率或用能量源提供的动力推动的设备。这种用 动力推动的设备例如可包括传动系中用于推进机器的元件、 一个或多 个工具(例如一个挖掘工具)和附加装置(例如空调压缩机、润滑油冷 却器泵等)。通常，因为能量源可能无法每次满足各个功率请求，因 而来自各个用动力推动的设备的功率请求可能会发生冲突。
如果用动力推动的设备要求的功率超出能量源可利用的功率，则 某些或所有用动力推动的设备可能无法得到充足的动力，从而/或者
能量源会停转或失效。能量源失效会导致机器停工和效率降低。对机 器不同部件功率的智能分配可以有助于减少能量源失效。另外，从能
量源到用动力推动的设备的功率智能分配可包括决定哪个用动力推 动的设备将接受功率以及接受多少功率。
当确定能量源的功率分配时，现有的功率分配系统不考虑附加装 置。这种附加装置对于传动系元件和工具的充分作用和控制是必要 的，并当传动系元件和工具操作时从能量源得到功率。由于确定能量 源的功率分配时，现有的功率分配系统不考虑附加装置，因此用动力 推动的设备实际消耗的功率仍然可能会超过可利用能量源的功率。
2005年1月11日公告的Andres等人的美国专利6， 842, 689 ('689号 专利)中公开了一种尝试智能分配能量源的功率时考虑附加装置的方案。'689号专利公开了 一种提供功率给多个功率消耗设备的动力系 统。该动力系统包括一个发动机、 一个主功率接收器(也就是， 一个 变速器)和多个附加装置。该系统确定一个与主功率接收器和附加装 置要求的总功率相等的总功率值。如果总功率值超出当前要求，则 会增加发动机的转速，从而产生更多的功率。
当确定如何分配发动机的功率时，'689号专利的分配系统会考虑 附加装置，但这种分配的好处是有限的。特别是，通过增加发动机速 度解决功率不足时，发动机可能会低于最佳转速运转。另外，如果发 动机已经产生可能的最大的功率，增加发动机速度可能不能充分地供 给所有用动力推动的设备动力。
发明内容
本发明的系统用于克服上面所提出的一个或多个问题。 一方面，本发明的内容用于一种具有用来产生功率输出的能量源 的功率分配系统。该功率分配系统还包括一个用来确定由能量源产生
的可利用的总功率的可利用的功率模块。另夕卜，该功率分配系统包括 一个或多个附加功率请求模块，用于获取相关的附加装置功率请求； 和一个或多个非附加功率请求模块，用于获取相关的非附加装置功率 请求。该功率分配系统还包括一个功率分配模块，用于在附加装置和 非附加装置之间的分配功率。在非附加装置之间分配的功率是在附加 装置接受它们请求的功率之后剩下的功率。
根据本发明的另一方面，提供了一种功率分配的方法。该方法包 括接收一个或多个附加功率请求，每个请求与一个附加装置相关。该 方法还包括接收一个或多个非附加功率请求，每个请求与一个非附加 装置相关。另外，该方法还包括在附加装置之间分配可利用的功率。 该方法进一步包括分配剩余功率给非附加装置。
图l是一示例性机器的视5图2是与图1中示例性机器 一 起使用的功率管理系统的程序块简
图；并且
图3是给图1中示例性机器的不同系统分配功率的示例性方法的
流程图。
具体实施例方式
图1所示是 一 个具有多个系统和组件、合作完成某种任务的示例
性的机器IO。机器10完成的任务与特定的产业相关，例如采矿、建筑、 农耕、运输、发电或已知的其他产业。例如，机器10可以是移动机器，
例如图l中的轮式装载机、公共汽车、高速公路拖车或者本领域已知
的其他移动机器。机器10还可包括操作员室12、工具14和一个或多个 牵引设备16。
操作员室12由机器操作员使用，并包括接收来自操作员的表示期 望的机器行驶动作的输入设备。特别地，操作员室12可包括一个或多 个靠近操作员座椅(未示出)的操作员界面设备(未示出)。操作员界面 设备会通过产生的表示期望的机器行驶动作的信号使机器10的运动 初始化或者调控机器10的运动。
工具14可包括用于执行一项特定任务的任何设备。例如，工具14 可包括铲斗、耙装置、叶片、铲、松土机、底卸装置、笤帚、吹雪机、 推进设备、切断设备、抓持设备或者本领域任何已知的执行其他任务 的设备。工具14可通过一个直接枢轴、 一连杆系统、 一个或多个液压 缸或以任何其它适当的方式连接到机器10上。工具14还可相对机器10 枢转、转动、滑动、摇摆、提升或者以本领域已知的任何方式移动。
牵引设备16可具体体现为位于机器10每侧的轮子(仅显示一侧 的)。可选地，牵引设备16可包括履带、传送带或者其他已知的牵引 设备。可想到可驱动或操纵机器10的车轮的任何组合。
如图2的示意图所示，机器1 O还可包括用于在机器10的不同系统 之间分配功率的功率管理系统18。功率管理系统18可包括一个能量源 20、 一个功率转换设备22、 一个或多个功率消耗设备24和一个响应功率消耗设备2 4的请求调控功率转换设备2 2的控制系统2 6 。
能量源20可包括一具有多个协作产生机械能或电能输出的子系 统的内燃机。另外，能量源20可以是任一种类型的内燃机，例如，例 如柴油机、汽油机或者气体燃料发动机。应该理解，能量源20所能产 生的最大功率可以取决于其运转速度。例如，随着能量源20转速的增 加，功率源20的功率产生能力也增加。
功率转换设备22可以是能够将能量源20输出功率的至少一部分 转换为可被功率消耗设备24使用的形式的任何设备。例如，功率转换 设备22可以是一台直流或交流发电机。另外，功率转换设备22可通过 曲轴2 8 ，或者以任何本领域已知的其它方式#皮有效地结合到能量源 20。
功率消耗设备2 4可包括在机器10中任何、;肖耗能量源2 0产生的功 率的设备或系统，例如，附加装置30和非附加装置32。应该理解，虽 然图2中显示了两个附加装置30和两个非附加装置32，功率管理系统 18可根据需要包括任何数目的附加装置30和非附加装置32。另外，功 率消耗设备2 4可通过输电线34接收从功率转换设备2 2转换来的功率 并且使用产生的功率进行预定的操作。可预期的是，部分或所有非附 加装置32可通过曲轴28接收能量源20的功率。附加装置30可包括例 如空调压缩机单元、润滑油冷却器、交流发电机、变速器泵、排气 驱动压缩机或任何其它附加装置。此外，非附加装置32可包括，例如 传动系统中的非附加元件、工具14，或任何其他非附加装置。
控制系统2 6可采取任何形式的电路或系统，例如一基于计算机的 系统、 一基于微处理器的系统、 一微型控制器或者任何其它合适的控 制类型。另外，控制系统26可安装在机器10内的任何地方并可包括不 同组件，用于运行设计用来在功率消耗设备24之中分配能量源2 O所产 生功率的应用软件。例如，控制系统26可包括一个中央处理单元 (CPU)， 一个随机存取存储器(RAM), —输入/输出(1/0)元件等。此外， 控制系统26还可包括可利用的功率模块36, —个或多个附加功率请求 模块38, —个或多个非附加功率请求模块40和一个功率分配模块42。可利用的功率模块36可获得与能量源有关的输入，例如包括能量 源操作条件、扭矩、功率、容量，和/或速度的指示信号。信号可从 一个或多个监测能量源2 0的传感器(未示出)得到。可利用的功率模块 36可使用与能量源有关的输入来确定能量源20在一个运行状态可以 产生的总功率。应该理解到能量源20在指定时间能够产生的总功率取 决于诸如机器等级高低、燃料质量，和/或能量源速度等因素。根据 从一个或多个传感器接受到的能量源数据，可利用的功率模块36可产 生显示能量源20可利用的总功率的信号。
每个附加功率请求模块38可以同对应的附加装置30联系在一起， 并获得与对应的附加装置30有关的输入。这样的输入可包括，例如， 压力、流速、当前功率使用，和/或期望的功率使用。另外，输入可 以是以一个或多个监测各个附加装置30、机器IO、和/或一个外部对 象例如孔或桩的传感器(未示出)所产生的信号的形式。这种信号还可 由机器操作员产生。例如，信号可由操作员操作一个控制设备(未示 出)而产生，例如驾驶室12内的操纵杆、方向盘或油门踏板，从而移 动工具14、牵引设备16和/或机器10。基于这些输入，每个附加功率 请求模块38可产生与各个附加装置30有关的功率请求。
每个非附加功率请求模块40可以同对应的附加装置32联系在一 起，并获得与对应的附加装置32有关的输入。这样的输入可包括，例 如，压力、流速、当前功率使用，和/或期望的功率使用。另外，输 入可以是以一个或多个监测各个非附加装置32、机器IO、和/或一个 外部对象例如孔或桩的传感器(未示出)所产生的信号的形式。这种信 号还可由机器操作员产生。例如，信号可由操作员操作一个控制设备 (未示出)而产生，例如驾驶室12内的操纵杆、方向盘、或油门踏板， 从而移动工具14、牵引设备16和/或机器10。基于这些输入，每个非 附加功率请求模块40可产生与各个非附加装置32有关的功率请求。
与每个非附加功率请求一起，可预期每个非附加功率请求模块40 产生一优先级信号。非附加功率请求模块40产生的优先级信号表明在 非附加装置32之间接受能量源20产生功率的优先级。 一特殊的非附加功率请求模块40产生的优先级信号可包括表示功率请求重要性的优 先级，其基于标准确定。例如，如果制动系统(未示出)请求功率立即
使用，则有关的非附加功率请求模块40会指定一最高优先级给该功率 请求，传达功率请求的重要性。如果一个特殊非附加装置32需要功率 来保护机器10免受损坏，或者免受过度磨损和破坏，则有关的非附加 功率请求模块4 O会指定一种中等水平的优先级给该功率请求，传达该
功率请求具有中等重要性，或者具有比最高优先级功率请求低的重要 性。如果一个特定的非附加装置32需要功率来提高或维护的机器效 率，则有关的非附加功率请求模块40能指定一种低水平的优先级给该 功率请求信号，传达该功率请求具有相对较低的重要性，或者比中等 优先级功率请求低的重要性。优先级别越高，提供功率请求的可能性 越高。
功率分配模块42可直接或间接地卩1起从能量源2 O得到的总功率 在附加装置3 0和非附加装置3 2之间的分配。分配会根据可利用的总功 率、收到的附加功率请求模块38和非附加功率请求模块40的功率请求 和/或从非附加功率请求模块40收到的功率请求的优先级而进行。例 如，功率分配模块42获得可从能量源20得到总功率并计算附加功率请 求模块38要求的总功率，确定可利用净功率。可利用净功率是从能量 源2O得到总功率中减去附加功率请求之后，就是可供非附加装置32利 用的剩余功率。根据确定的可利用净功率，功率分配模块42会比较非 附加功率请求模块40要求的总功率与可利用净功率。如果可利用净功 率满足或超出非附加功率请求模块4O要求的总功率，则所有非附加装 置32会接受请求的功率。然而，如果可利用净功率不足时，功率分配 模块42会根据非附加功率请求模块40的功率请求的数值和/或它们优 先级而分配可利用净功率。
图3中所示是功率管理系统18的操作，这在以下部分中讨论。特 别地，图3中说明了一种在附加装置30和非附加装置32之间分配从能 量源2 0得到的功率的示例性方法。
9工业实用性
这里公开的功率管理系统可充分地分配发动机产生的功率给各 个功率消耗设备而不会使发动机失效或出故障。特别是，当在非附加
功率消耗设备之间分配可利用的总功率时，公开的功率管理系统会考 虑附加装置要求的功率，并会给予功率消耗的优先级。通过考虑附加 装置的功率消耗和给予非附加装置的功率请求优先级，公开的功率管 理系统会防止总的功率需求超出可利用的总功率。现在说明功率管理 系统18的操作。
图3所示为一个分配能量源20产生的可利用总功率的示例性方法 的流程图。该方法始于可利用的功率模块36执行的步骤。当执行这样 一个步骤时，可利用的功率模块3 6会得到与发动机有关的输入(步骤 100)。这些输入是以从各个传感器(未示出)收到的表示参数的信号的 形式，例如发动机运行条件、扭矩、功率、容量和/或速度。可利用 的功率模块3 6使用接收的输入确定能量源2 0产生的总功率(步骤 102)。总功率可由对收到的信号与各种算法、图、表和/或曲线图进 行比较来确定。应该理解，能量源20能够在任何指定时候产生的总功 率取决于这样的因素，例如，机器等级高低、燃料质量和/或发动机 速度。
功率分配模块42从附加功率请求模块38(步骤104)接收功率请 求，求出功率请求之和，计算总附加功率负荷(步骤106)。如果附加 装置30请求功率时，功率请求可根据与附加装置30相关的传感器(未 示出)产生的各种信号确定。产生的信号可以是指示参数，例如压力、 流速、当前功率使用、期望的功率使用或者其它对确定有用的参数。
功率分配模块42还可从非附加功率请求模块40接收功率请求(步 骤108)，求出功率请求之和并计算总的非附加功率负荷(步骤110)。 功率请求可根据与非附加装置32相关的传感器(未示出)产生的各种 信号而确定。另外，产生的信号可以是指示参数，例如压力、流速、 当前功率使用、期望的功率使用或者其它对确定有用的参数。另外， 各个功率请求还包括了一个根据功率请求重要性确定的优先级。例
10如，如果制动系统请求功率立即使用，则有关的非附加功率请求模块 40产生的功率请求会被赋予最高优先级。另外，如果一个非附加装置
32需要功率保护机器10免受过度磨损和破坏，则该功率请求可被赋予 一种中等水平的优先级。另外，非附加装置32需要功率进行常规维护， 则该功率请求信号可被赋予 一种较低优先级。
功率分配设备42会分配或触发功率分配以满足所有附加功率请 求模块38的请求(步骤112)。在分配或触发功率分配给附加装置30后， 功率分配设备42计算可利用的净功率(步骤114)。该可利用的净功率 是满足所有附加功率请求后剩下的可利用功率，并由可利用的功率模 块3 6计算，从总的可利用功率中减去总的附加功率负荷而得出。
在计算出可利用的净功率后，功率分配模块42将可利用的净功率 与总的非附加功率负荷比较，从而确定可利用的净功率是否满足或超 出总的非附加功率负荷(步骤116)。如果功率分配模块42确定可利用 的净功率满足或超出总的非附加功率负荷(步骤116:是)，功率分配 模块42会分配或触发功率分配来满足所有非附加功率请求模块40的 请求(步骤118)。在满足这些请求后，步骤IOO, 104和108可重复进行 (即，可利用的功率模块36获得与发动机有关的输入，功率分配模块 42可从附加和非附加功率请求模块38和40接收功率请求)。
如果功率分配模块42确定可利用的净功率不能满足或超出总的 非附加功率负荷(步骤116:否)，功率分配模块42会根据每个非附加 装置32的优先级，分配或触发功率分配给非附加装置32 (步骤120)。 例如，功率分配模块42会分配或触发功率分配给那些具有最高优先级 的非附加装置32 ，并将剩余可利用的功率与剩余的功率请求以与步骤 116类似的方式进行比较。该步骤可在各个优先级重复，直到所有可 利用的功率分配完或满足了所有功率请求。在分配完所有可利用的功 率后，步骤IOO, 104和108可重复进行(即，可利用的功率模块36获得 与发动机有关的输入，功率分配模块42可从附加和非附加功率请求模 块38和4G接收功率请求)。
在非附加装置之间分配功率前先在附加装置之间分配功率的做法，会使功率充分地分配，而不必调整发动机速度。另外，功率消耗 设备有足够的功率被驱动，而使发动机以最优转速运转。此外，因为 发动机速度不需要调整以分配足够的功率，因此当发动机以其最大能 力产生功率时减少了发动机故障的可能。
明显的，对本领域技术熟练人员，在本发明的范围内进行的各种 修改和改变将不超出本发明的范围。对本领域技术熟练人员来说，考 虑过本发明的说明做出的其它实施例是显而易见的。各种说明和实施 例仅作示例之用，真正的保护范围由所附权利要求及其相等物标明。
权利要求
1、一种功率分配系统，包括用于产生功率输出的能量源；用来确定由所述能量源产生的可利用总功率的可利用的功率模块；一个或多个附加功率请求模块，用于获取相关的附加装置的功率请求；一个或多个非附加功率请求模块，用于获取相关的非附加装置的功率请求；和功率分配模块，用于在所述附加装置和所述非附加装置之间分配功率，在所述非附加装置之间分配的功率是在附加装置接受它们请求的功率之后剩下的功率。
2、 如权利要求l所述的功率分配系统，其中所述功率分配模块用 于计算可利用的净功率并将该可利用的净功率在所述非附加装置之间分配，所述可利用的净功率是由所述能量源产生的可利用的总功率 与在所述附加装置之间分配的功率之间的差值。
3、 如权利要求2所述的功率分配系统，其中所述功率分配模块用于当所述非附加装置要求的总功率比可利用的净功率少时，将可利用 的净功率在所有请求功率的非附加装置之间进行分配。
4、 如权利要求3所述的功率分配系统，其中所述非附加功率请求模块具有相关的优先级。
5、 如权利要求4所述的功率分配系统，其中所述功率分配才莫块用于根据各个功率请求的优先级将可利用的净功率在所述非附加装置 之间分配。
6、 如权利要求5所述的功率分配系统，其中所述优先级包括最高 优先级、中等优先级和低级优先级。
7、 一种用于分配功率的方法，包括 计算可利用的总功率；接收一个或多个附加功率请求，各个附加功率请求与各附加装置相关；接收一个或多个非附加功率请求，各个非附加功率请求与各个非 附加装置相关；和根据附加功率请求在附加装置之间分配可利用的功率；和 将满足附加功率请求后的剩余功率分配给非附加装置。
8、 如权利要求7所述的方法，其中还包括计算可利用的净功率并 将该可利用的净功率在非附加装置之间分配，可利用的净功率是可利 用的总功率与在附加装置之间分配的功率的差值。
9、 如权利要求8所述的方法，其中还包括给各个非附加功率请求 指定一优先级；计算非附加装置请求的总功率；当非附加装置请求的 总功率少于可利用的净功率时，在所有请求功率的非附加装置之间分 配可利用净功率；当非附加装置请求的总功率大于可利用净功率时， 根据非附加功率请求的优先级在所有请求功率的非附加装置之间分 配可利用净功率。
10、 一种机器，包括 一个或多个牵引设备；一个工具；和一个或多个附加装置； 一个或多个非附加装置；和 如权利要求1至6中任一项所述的功率分配系统。
全文摘要
一种功率分配系统，具有一个用于产生功率输出的能量源。该功率分配系统还有一个用来确定由能量源产生的可利用的总功率的可利用的功率模块。另外，功率分配系统具有一个或多个附加功率请求模块，用于获取相关的附加装置的功率请求；和一个或多个非附加功率请求模块，用于获取相关的非附加装置的功率请求。该功率分配系统还包括一个功率分配模块，用于在附加装置和非附加装置之间的分配功率。在非附加装置之间分配的功率是在附加装置接受它们请求的功率之后剩下的功率。
文档编号F02D41/02GK101446239SQ20081017838
公开日2009年6月3日 申请日期2008年11月28日 优先权日2007年11月30日
发明者M·C·哈巴德, S·J·珠里卡克 申请人:卡特彼勒公司