专利名称：在机器中对发动机速度的控制的制作方法
技术领域：
本专利申请总的涉及对带动机器的发动机的功率输出的控制。本申请涉及，例如， 对液压工作机的发动机功率输出进行控制。
背景技术：
在本领域中已知用于液压工作机如履带式拖拉机、履带式装载机、挖掘机和类似 机器的功率控制系统。还已知用于控制履带、车轮和轮胎的功率控制系统。在本领域中，对 机器的推进力、驱动和移动性功能进行了控制。例如，从US5，967，756可知一种用于控制工 作机电液系统的设备，所述工作机具有带动可变排量泵的发动机。所述液压系统可通过使 用用于驱动液压泵和液压马达的发动机来驱动。通常使用可变排量泵向液压系统提供液压 动力。液压马达可驱动多个工作元件，也被称为工作工具，其可以包括驱动系统、铲板、松 土机以及其他类型的工作元件。例如，类似于挖掘机的工作元件可由通过液压系统的液压 动力带动的液压马达来驱动，所述挖掘机在实施大量不同的、多样的任务中可能非常有用， 如铺设管道、大规模挖掘、挖沟、砍伐以及其他任务。当操作工作工具例如铲板、松土机以及类似工具时，对液压动力的需求可能较高。 然而，当工作工具不运转时，液压动力需求降低，因此仅需要从发动机中输入降低的功率。从US 5, 967, 756中可知，使用了一种可变排量泵用于控制液压系统中的液压流， 由此可以反作用于变化的功率需求。此外，为使发动机在理想的转速下运转以向液压系统 中输入理想的功率，还建议对发动机速度进行设定。对发动机速度信号和泵排量信号进行 评估并计算出发动机和泵排量的最佳工况点。发动机，也被称为原动机或机器，可以将它的能量通过液压泵输入到液压系统中。 在液压系统中输入的能量需要在液压马达速度、转矩、功率以及转动方向方面进行调节。在 液压系统中，连接到发动机的泵产生液压流以驱动液压马达，所述马达与工作工具相连接， 这可以被理解为载荷，即驱动系统的动力传动系。如果泵和马达的排量是固定的，来自发动 机的输入功率就被简单地传输到载荷。当使用可变排量泵时，则可以实现恒定的转矩。液 压马达的转矩在任何时期都是恒定的，因为转矩取决于流体压力和马达的排量。当转矩保 持基本恒定时，增加或减少泵排量会使得马达速度相应增加或减少。因此，液压马达的功率 随泵排量增加而增加。此外，可变排量马达可以与定排量泵一起使用。这种结构可以产生传送恒定功率 的传动。如果流进马达的流量是恒定的，并且马达排量是可变的以保持速度和转矩的乘积 恒定，则传送的功率是恒定的。减少马达排量会增加马达速度但是降低转矩。这样的结合 可以在液压马达上保持恒定的功率。在液压系统中也可以将可变排量泵和可变排量马达相结合而能够用于改变液压 马达的转矩和功率。在所有的应用中，从发动机中提供足够的功率到液压系统都是必要的。理想的是 输入所需的功率。此外，理想的是使输入功率尽可能的低。本申请公开的内容意在克服与现有技术相关的一些或全部缺点。
发明内容
根据本发明的一方面，公开了一种用于控制发动机的设备。控制装置可控制为带 动机器而配置的发动机的功率输出。检测装置可以检测到所述机器反向驱动方向的操作。 可以设置控制装置用于为响应对所述反向驱动方向操作的检测而控制所述发动机的功率 输出。根据本申请的另一方面，公开了一种适用于控制发动机的工作机。所述工作机可 以包括用于控制发动机功率输出的控制装置，所述发动机是为带动机器而配置的。该工作 机还可以包括用于检测所述机器的反向驱动方向操作的检测装置。而且该工作机还可包括 被设置用于响应对所述反向驱动方向操作的检测而控制所述发动机的功率输出的控制装置。根据本申请的另外一方面，公开了一种工作机，包括对原动机功率输出的控制。工 作机可以包括用于控制原动机功率输出的控制装置，所述原动机是为操作机器而配置的。 所述工作机还包括用于确认所述机器的反向操纵操作的检测装置。还可设置控制装置用于 响应对所述反向操纵操作的确认而设定所述原动机的功率输出。依据本申请的另一个方面，公开了一种用于控制发动机的方法。该方法可包括对 带动机器的发动机的功率输出进行控制。该方法可包括对所述机器的反向驱动方向的操作 进行检测。而且，所述方法可以包括响应对所述反向驱动方向操作的检测而降低所述机器 的功率输出。本申请公开内容的其他特征和方面从下面的描述以及附图可知。
为了更好的理解本发明，请参考附图，其中图1示出了用于工作机的液压控制系统的框图；图2示出了确定理想发动机速度设定值的系统的进一步框图；图3示出了理想发动机速度设定值对应于理想对地速度设定值的图形表示；图4示出了速度设定值对应于理想对地速度设定值的图形表示；图5示出了另一个用于工作机的液压控制系统的框图；图6示出了另一个用于工作机的液压控制系统的进一步框图；图7示出了根据实施例操作工作机的流程图。
具体实施例方式本申请提供了一种用于控制工作机发动机的控制策略，这样，当工作机被命令为 反向操作或者在反向操作状态下时，可降低发动机速度设定值，所述发动机也叫做原动机 或机器。这样可以在反向操作时提高发动机效率以及降低发动机噪音。已发现在工作机的 工作循环的返回阶段期间，仅需要液压系统降低的性能。由液压系统操作的工作机工作工 具大部分用在工作机正向运动中。在反向运动中，工作工具时常是不活动的或者活动减少。 换句话说，在工作机的反向操作中，工作工具仅要求液压系统中降低的功率。
由发动机输入到液压系统的输入功率在反向模式下可以被降低。降低输入功率可 以通过降低用于驱动液压泵的发动机的转速来实现。对发动机的控制和在后面描述的对地 速度设定值到发动机速度设定值的映射以及仪表盘速度设定值到对地速度设定值的映射 可以依据用户需求被激活或被无效。激活用户驱动的控制策略是可以采用的。描述的控制策略设置用于降低燃油消耗，因为已发现工作机在反向模式上操作的 时间占整个操作时间的20%到40%之间。假设反向时间占37%，燃油消耗可以最多减少到 4%。将在下文中进行描述的控制策略能够使得燃油消耗降低。参考图1，图1示出了依照本申请的工作机的液压系统100的框图。液压系统100 可以被应用到任何类型的液压或电-液控制的工作机上，例如履带式拖拉机、履带式装载 机、挖掘机和类似机器。液压系统100可以包括发动机102。发动机102可以是，例如内燃 机、混合动力发动机、电动发动机、太阳能发动机或者燃料电池发动机或类似的发动机。发 动机102也可以叫原动机或者机器。发动机102可以被理解为液压系统100的动力源。发动机102可以驱动一个或多个液压泵104、106。液压泵104、106可以是可变排 量泵或定排量泵。液压泵104、106可以通过高压输送管108将流体输送到液压马达110、 112。液压马达110、112可以是可变排量马达或者定排量马达。泵104、106设置用于在输送管108中提供高流体压力，例如在40bar到500bar之 间。借助于输送管108中的高流体压力，液压马达110可驱动工作工具114。所述工作工具 114可以是，例如，铲板或者松土机或者任何其他类型的可以由液压马达操作的工作工具。借助于输送管108中的高流体压力，液压马达112可以操作驱动系统116，例如履 带牵弓I装置或者轮胎或任何其他用于提供工作机向前或者向后运动的装置。液压系统还可以包括发动机速度传感器118。发动机速度传感器118可以被设置 来感测发动机的转速，例如发动机102用于带动泵104和106的传动轴120的转速。发动机 102可以以0 4000rpm驱动传动轴120。在一般的使用时，发动机102可以以0 2500rpm 驱动传动轴120。通过驱动传动轴120，发动机102可以带动泵104、106使液压系统100运 转并设置用于在输送管108中提供液体压力以驱动马达110、112。此外图中还示出了控制装置122。控制装置122可包括发动机速度控制器124以 及发动机速度设定单元126。图中还示出了检测装置128。检测装置128能够对工作机正向或者反向的操纵操 作进行检测。检测装置128可以连接到仪表盘，所述仪表盘包括控制操纵杆、启动杆、控制 杆、控制换挡器、变速杆、换挡杆、合间手柄、开关按钮或类似装置。检测装置128能够用于 接收与驱动方向和理想对地速度或者速比相关的用户输入。这些值可以是实际发动机速度。此外，在图中还示出了表示工作机附加损失的消耗装置130。消耗装置130可以 是，例如，发动机102的冷却风扇、电交流发电机以及类似的装置。发动机速度传感器118通过信号线132将发动机速度信号反馈给发动机速度控制 器 124。发动机速度控制器124通过信号线134从发动机速度设定单元126中接收发动机 速度设定值信号。发动机速度设定单元126通过信号线136从检测装置128中接收理想对 地速度信号。理想对地速度信号可以是操作者命令的或者检测装置128中的策略命令的。此外，通过信号线138，发动机速度设定单元126可以接收额外的发动机速度设定信息，例 如取决于机器过热、电池状态、减速踏板调节、速度设定过程中的变量，例如针对转向助力 的及其他类似情况。当通过信号线136从检测装置128接收到指示反向驱动操作的信号时，发动机速 度设定单元126设置用于产生提供给发动机速度控制器124的减小的发动机速度设定值信 号。发动机速度控制器124将发动机速度设定值信号与从发动机速度传感器118中接收到 的实际发动机速度进行比较并降低或增加发动机102速度。一旦实际发动机速度高于设定 值信号所要求的发动机速度，就降低发动机102的发动机速度。一旦实际发动机速度低于 设定值信号所要求的发动机速度，则增加发动机102的发动机速度。为设定发动机速度设定值信号，发动机速度设定单元126通过信号线136接收理 想对地速度设定值信号并通过信号线138接收其他发动机速度设定值信号。图2更加详尽地示出了发动机速度设定单元126。图2示出了带有输入信号线 136、138以及输出信号线134的发动机速度设定单元126。发动机速度设定单元126通过 输入信号线136接收理想对地速度设定值信号。这些信号可以是操作者命令的也可以是由 检测装置128提供的。此外，发动机速度设定单元126通过信号线136接收指示工作机的 反向操纵操作或理想反向操纵操作的信号。发动机速度设定单元126通过信号线134输出发动机速度设定值信号。为计算输 出的发动机速度设定值信号，发动机速度设定单元126包括第一发动机速度选择单元202 以及第二发动机速度选择单元204。在接收到反向驱动信号或指示反向驱动的信号时，第一 发动机速度选择单元202可以降低其输出的发动机速度设定值信号，例如从2000rpm降到 1700rpm。根据从信号线136接收到的理想对地速度设定值，对输出的发动机速度设定值信 号进行计算，如图3中所示。在图3中可见，发动机速度设定值信号与理想对地速度设定值 对应示出。理想对地速度设定值信号是在第一发动机速度选择单元202中接收的。例如， 对于正向运动，理想对地速度+1、+2、+3、+4要求2000rpm的输出发动机速度设定值信号。 当接收到表示反向驱动的负的理想对地速度设定值时，发动机速度设定值信号可以先降到 1700rpmo反方向的理想对地速度设定值增加时，发动机速度设定值信号可因泵流量限制而 增加。这是为实现机器本来的跳转行进速度(original runouttravel speed)。图3中的 曲线将理想对地速度设定值映射到发动机速度设定值，该曲线是可调整的并且可根据现有 需要进行调整。发动机速度设定值信号降低到空挡也是可能发生的。当收到反向驱动信号，将发动机速度设定值从2000rpm降低到1700rpm时，发动机 102在更小的转速下被驱动，从而实现了更少的功率消耗。已发现，在反向驱动的状态下，液 压马达110仅需降低的能量，因为工作工具114可以不进行操作。由发动机102提供的功 率可由泵106和马达112消耗用于驱动系统116。这样，即使在降低发动机速度的情况下， 也产生了等于理想对地速度的对地速度。为了增加液压系统100的可调节性，第二发动机速度选择单元204可以通过信号 线138接收额外的发动机速度设定值信号。将发动机速度选择单元202、204的输出提供给 比较器206。在比较器206中，可以将从发动机速度选择单元202、204接收的两个发动机速 度设定值信号进行比较，并可以使最低的值通过。例如，比较器206可以将最小值函数应用到输入信号上。比较器206的输出可以作为发动机速度设定值信号被提供到信号线134上。参考图1，检测装置128可以接收用户命令的理想速度设定，即仪表盘速度设定 值。为了将仪表盘速度设定值转化为适当的对地速度，当反向的仪表盘速度设定值等于与 绝对值相等的正向的仪表盘速度设定值相同的对地速度时，理想的是将仪表盘速度设定值 映射到对应的对地速度设定值。图4示出了能够用于将仪表盘速度设定值信号映射到对地速度设定值信号的曲 线，所述映射可以运用在检测装置128中。如图所示仪表盘速度设定值信号可以映射到对 应的对地速度设定值信号。曲线404可以是用于正向运动的映射指令。曲线406可以是 用于反向运动的映射指令。对比根据曲线404被映射的正向仪表盘速度设定值，根据曲线 406，反向仪表盘速度设定值会得到不同的对地速度设定值。曲线404、406是可调节的。例 如，可能的是，依照根据图3的理想对地速度到发动机速度设定值的关系，将仪表盘速度设 定值调节到用于反向运动的对地速度设定曲线406。还有可能的是运用一种计算，该计算用 于由仪表板速度设定值信号计算对地速度设定值信号。图5示出了与液压系统100类似的液压系统500。用于驱动驱动系统116的马达 112现在被替换为马达112a、112b。第一马达112a驱动第一驱动系统116a且第二马达112b 驱动第二驱动系统116b。通过为两个驱动系统116a、116b提供两个马达112a、112b，使得 可以利用两个单独的轴驱动工作机。图6示出了与液压系统100类似的液压系统600。除液压系统100以外，液压系 统600还包括了速率限制器602。速率限制器602被包括在发动机速度设定单元102中。 如上文已描述的，发动机速度设定单元设定发动机速度设定值信号以响应在信号线136、 138上接收到的理想对地速度设定值信号。发动机速度设定单元126可以由此改变发动机 速度设定值信号以响应对于输入信号的改变。可以在速率上对发动机速度设定值信号的改 变进行限制。例如，可以将用于正向运动的发动机速度设定值信号的改变速率限制为每秒 +500rpm，用于反向运动的改变速率限制为每秒-500rpm。其他的速率限制也是可以的。可 能的是，提供高达每秒2000rpm的速率限制。工业实用性图7示出了用于操作液压系统100的流程图。当发动机102启动(700)时，液压系统100开始运作。启动(700)后，检测装置 128可以获得通过工作机内仪表盘输入的理想对地速度信号(702)。将理想对地速度信号 提供给发动机速度设定单元126。在发动机速度设定单元126中，对获得的理想对地速度信 号进行评估(704)，如结合图2和图3 —起所描述的。得出的发动机速度设定值信号被输出 到发动机速度控制器124。在发动机速度控制器124中，将发动机速度设定值信号与通过发 动机速度传感器118接收的实际发动机速度进行对比(706)，并为发动机102设置发动机速 度信号以使实际发动机速度与理想对地速度一致(712)。当操作者选择让工作机反向运动时，在检测装置128中检测指示反向操纵的信号 (708)。检测装置128输出指示理想反向运动的信号。所述信号在发动机速度设定单元126 中被接收(710)。在接收反向操作信号时，发动机速度设定单元126依照图3中所示曲线设 定发动机速度(712)。例如，可将发动机速度设定值信号从2000rpm降低到1700rpm。发动
8机速度设定值信号进一步由发动机速度控制器124处理并且响应于该信号，发动机102在 降低的速度，即1700rpm而不是2000rpm下运转。在反向运动时，工作工具114可能只需要降低的液压功率，因为它们现在可能处 在减少的运行中。因此，即使在降低的发动机速度下，液压马达112也可以向驱动系统116 提供足够的功率，从而以合适的对地速度驱动工作机。操作者不会注意到发动机102在降 低的速度下被驱动，因为对地速度与正向运动时的对地速度相等。所述发动机102在更低 的油耗和降低的噪声下运转。由于发动机102在降低的功率下运转，消耗装置130的附加损 失可以降低。例如，发动机风扇可以在降低的速度下运转，因为发动机对冷却的需求降低。 这还可以进一步降低功率损失，因为消耗装置的附加损失的降低与发动机102的功率消耗 的降低相符。虽然已对本发明的优选实施例进行了描述，但是，可以包括改进和修改，而不背离 权利要求的范围。
权利要求
一种设备，包括用于控制发动机功率输出的控制装置，所述发动机是为带动机器而配置的；以及用于检测所述机器的反向驱动方向操作的检测装置；所述控制装置被布置用于响应于对所述反向驱动方向操作的检测而控制所述发动机的功率输出。
2.按照权利要求1所述的设备，其中，所述机器是工作机的液压泵。
3.按照权利要求2所述的设备，其中，所述液压泵被布置用于驱动所述工作机中带液 压执行器的液压系统。
4.按照权利要求1所述的设备，其中，所述控制装置被布置用于通过控制发动机速度 设定值而控制功率输出。
5.按照权利要求1所述的设备，其中，所述控制装置被布置用于通过降低所述发动机 速度设定值而控制功率输出。
6.按照权利要求1所述的设备，其中，所述控制装置被布置用于通过将下列的至少一 项映射到对应的发动机速度设定值以控制功率输出A)理想对地速度设定值；B)理想传动速比。
7 按照权利要求1所述的设备，其中，所述控制装置被布置用于通过在速率限制下改 变发动机速度设定值而控制功率输出。
8.按照权利要求4所述的设备，其中，所述发动机速度设定值是理想发动机速度设定 值，并且还包括比较装置，所述比较装置被布置用于比较所述理想发动机速度设定值和至 少一个另外的发动机速度设定值来源的发动机速度设定值。
9.按照权利要求8所述的设备，其中，所述至少一个另外的发动机速度设定值来源是 下列之一A)操作者命令的发动机速度设定值；B)被自动驱动的怠速发动机速度设定值；C)速度设定过程中的变量。
10.一种工作机，包括按照权利要求1所述的设备。
11.一种工作机，包括用于控制能够操作机器的原动机的功率输出的控制装置；以及 用于确认所述机器的反向操纵操作的检测装置；所述控制装置被布置用于响应于对所述反向操纵操作的确认而设定所述原动机的功 率输出。
12.一种方法，包括控制带动机器的发动机的功率输出； 检测所述机器的反向驱动方向操作；以及响应于对所述反向驱动方向操作的检测而降低所述发动机的功率输出。
13.按照权利要求12所述的方法，其中，对功率输出的控制包括控制发动机速度设定值。
14.按照权利要求13所述的方法，其中，对功率输出的控制包括降低所述发动机速度设定值。
15.按照权利要求12所述的方法，其中，对功率输出的控制还包括将理想对地速度设 定值映射到对应的发动机速度设定值。
16.按照权利要求13所述的方法，其中，还包括在控制所述功率输出时，在速率上限制 所述发动机速度设定值的变化。
17.按照权利要求12所述的方法，其中，还包括将理想发动机速度设定值与至少一个 另外的发动机速度设定值来源的发动机速度设定值进行比较。
18.按照权利要求13所述的方法，其中，还包括通过将用户输入的仪表盘速度设定值 映射到理想对地速度设定值来控制所述发动机速度设定值。
全文摘要
本发明公开了用于控制发动机的一种设备以及一种方法。控制装置(122)可控制发动机(102)的功率输出，该发动机是为带动机器而配置的。检测装置(128)可检测所述机器反向驱动方向的操作。所述控制装置被布置用于响应于对所述反向驱动方向操作的检测而控制所述发动机的功率输出。
文档编号F02D31/00GK101903627SQ200880121692
公开日2010年12月1日 申请日期2008年12月16日 优先权日2007年12月21日
发明者N·A·罗斯 申请人:卡特彼勒公司