专利名称：工程机械的操作系统和方法
技术领域：
本发明总地涉及用于控制工程机械的系统和方法，尤其涉及根据感受到的施工工具的工作特性来改变工程机械的工况的系统和方法。
背景技术：
常规的工程机械可用在许多不同的领域，包括建筑、农业、景观建设、以及采矿。为执行这些任务，典型地，是把施工工具安装于工程机械的升降臂或其它铰接的构件，以及可将其连接于工程机械的一个或多个液压机构。
工程机械的操作者可通过各种操作界面驾驶工程机械并控制连接于工程机械的任何施工工具。这些操作界面可在工作的进行过程中控制液压流体的流量和压力，并进而控制所连接的施工工具的工况。例如，工程机械可包括一个或多个液压回路，用于驱动工程机械上的各种施工工具的升降和倾斜机构。在采用某些施工工具的情况中，可以用一个辅助液压回路把液压流体供给到施工工具，用以操作施工工具上的各种机构。
基于包括例如施工工具的型式和/或制造厂家以及要用施工工具执行的任务的若干因素，对辅助液压回路的需求可能各不相同。此外，每一种特定的施工工具可能有为其设计的速度、压力、流量或其它工作特性的工作范围。使施工工具在这些范围或称设计参数之内工作可提高施工工具的性能。一种规定的施工工具的各个设计参数可以在这种施工工具和/或工程机械的工作允差或称最大允许速度、压力和流量之内，但与之不同。这样，为提高一个工程机械/施工工具系统的性能，可能需要检测施工工具在执行其任务时的工作特性并改变工程机械的工况，以使施工工具在其设计参数范围内执行其功能。
现在的工程机械控制系统可以根据施工工具的最大工作允差改变工程机械的工况，而不是根据施工工具的设计参数改变工程机械的工况。例如，美国专利申请公报No.US 2003/0051470 A1(以下称‘470公报)揭示了一种用于控制液压施工工具的系统。该系统包括一个工程机械、一个控制器计算机、以及连接于工程机械的施工工具。施工工具包括一个储存芯片，并且可包括一个传感器，用以收集连续的工作信息并将其发送至控制器计算机。按照‘470公报，施工工具上的储存芯片把一个代表对应的施工工具的最大工作流体压力和最大工作流体速度的信号发送给控制器计算机。在计算执行所要进行的任务所需要的流体流量和压力时，控制器计算机将这一信息考虑在内，以防止超过施工工具的工作允差。
基于一种特定施工工具的工作允差或限制范围控制工程机械可以防止施工工具的损坏，但是不会提高工程机械/施工工具系统在某种特定的应用中的性能。例如，规定的那些允差可能与为施工工具的有效工作而设计的流体流量或流体压力关联不起来，以及可能明显地高于它们。在这样的情况中，基于允差的控制方法可能在对工程机械的工况施加改变之前已控制工程机械工作到了施工工具的工作极限。结果，施工工具可能被控制成其工作参数超过了其设计参数，而妨碍了工程机械的总体性能。
本发明提供一种工程机械控制系统，其能够避免已有技术中的某些或全部上述缺点。
发明内容
按照本发明的一个方面，一种使工程机械工作的方法包括传感施工工具的表明施工工具实时性能的至少一个工作特性。这种方法还包括响应所述传感来改变所述工程机械的工况，以维持所述施工工具的至少一个工作特性和所述工程机械的至少一个工作特性之间的一种期望的关系。
按照本发明的另一方面，一种使工程机械工作的方法包括传感施工工具流体压力、施工工具速度、或施工工具流体流量中的至少一个。这种方法还包括响应所述传感来调整工程机械的地面速度以维持工程机械的地面速度和施工工具流体压力、施工工具速度、或施工工具流体流量中的至少一个之间的一个期望的比值。
按照本发明的再一方面，一种使工程机械工作的方法包括传感施工工具流体压力、施工工具速度、或施工工具流体流量中的至少一个。这种方法还包括响应所述传感来调整从工程机械到施工工具的流体流量，以维持来自工程机械的流体流量和施工工具流体压力、施工工具速度、或施工工具流体流量中的至少一个之间的一个期望的比值。
按照本发明的再一方面，一种工程机械操作系统包括多个构造成能感受一个施工工具的至少一个工作特性的传感器和至少一个操作界面。这种系统还包括一个构造成能维持施工工具的至少一个工作特性和工程机械的至少一个工作特性之间的一个期望的关系的控制器。
图1是本发明的一个示例性实施例的工程机械的部分侧视示意图；图2是本发明的一个示例性实施例的工程机械控制系统的框图；以及图3是对应于本发明的一个示例性实施例的工程机械控制方略的流程图。
具体实施例方式
详细参照各附图，在所有各附图中尽可能用同样的标号标示相同或类似的部分。
图1表示出本发明的一个示例性实施例的工程机械10。虽然图1描绘的是滑板调位式(skid steer)装载机，但是应能理解，本发明可应用于这一领域已知的任何其它工程机械10。这类工程机械10可包括但不限于轮式推土机、轮式装载机、履带式装载机、反铲装载机、夯实机、森林机械、前式铲土机、液压挖掘机、集成工具载体、多用途装载机、材料搬运机、以及农用拖拉机。
工程机械10可包括一个或多个操作界面40。如图1所示，操作界面40典型地是设置在工程机械10的操作室里，但也可以装在别的地方。这类操作界面40可包括但不限于操作杆、开关、按钮、脚踏板、操纵杆、控制手轮、触摸板、触摸屏幕显示器、LCD显示器、计算机屏幕、以及键盘。可将各操作界面40可工作地连接于工程机械10，以便于进行对工程机械的控制、对施工工具的控制、或对两者的控制。各操作界面40还可便于操作者和控制单元(未示)之间的通讯。
如图1所示，可将一个施工工具15可工作地连接在工程机械10的前端。应能理解，如果工程机械10能够利用后端安装的施工工具15进行工作，那么也可将这样的施工工具15可工作地连接在工程机械10的后端。还应理解，可将施工工具15连接在工程机械10的侧面、顶上、底部或其它部位，并可用本文所述的方法控制施工工具15。
施工工具15可分为几种不同的类型。例如，施工工具15可以是单一用途的，或是不只一种用途的。“单一用途”的施工工具15包括但不限于挖沟工具、材料搬运臂、土钻、路面扫帚、钉齿耙、树桩磨碎机、积雪吹除器、轮盘锯、树木枝干剪断器、轮胎装载器、以及沥青切割器。同样，“多用途”的施工工具可包括但不限于铲挖斗、单刃平切锄铲、冷刨、夯实器、叉杆、园艺耙、抓斗、反铲、自卸翻斗、多用处理装置、桁架伸臂、以及锥镐(thumbs)。在图1所示的示例性实施例中，连接于工程机械10的施工工具15可以是单一用途的或多用途的。
也可以按照是否用液压流体执行任务来对施工工具15进行分类。“液压”的施工工具15可包括例如材料搬运臂、土钻、路面扫帚、树桩磨碎机、轮盘锯、积雪吹除器、沥青切割器、夯实器、抓斗、以及多用处理装置。另一方面，“非液压”的施工工具15可包括例如挖沟工具、钉齿耙、树木枝干剪断器、轮胎装载器、铲挖斗、单刃平切锄铲、冷刨、叉杆、园艺耙、反铲、自卸翻斗、以及桁架伸臂。尽管非液压的施工工具可能不用加压的流体执行任务，但是某些非液压的施工工具可能利用装在工具上的其它控制装置，诸如电动机、气动装置和/或电磁线圈来帮助进行各种工作。本发明的各个方面可用于上述的任何施工工具15，以及这里尚未提到的那些工具，不管施工工具15是属于那一类，也不管它怎样工作。
此外，不管施工工具15的用途是什么，都可以应用本发明的各个方面。这些用途包括例如磨削、堆放、开沟、捶打、挖掘、耙整、平整地面、移动货盘、材料搬运、除雪、耕地、拆除、运载、切割、回填、以及清扫。
图2示意地表示出本发明的一个示例性实施例的用于工程机械10和可工作地连接在其上的施工工具15的控制系统。如图2所示，工程机械10包括一个控制单元20。应能理解，控制单元20可以是例如一个电子控制模块(ECM)、一台系统计算机、一个中央处理单元(CPU)、或本领域已知的其它数据储存和处理设备。控制单元20可设置在工程机械10上的任何地方并可以与上述的操作界面40进行通讯。控制单元20也可以分别与例如施工工具的压力传感器、流量传感器、速度传感器、以及位置传感器25、30、35、36进行通讯，以及与至少一个液压控制设备45诸如施工工具的液压流量阀进行通讯(这些项目都将在下文加以更详细地说明)。
控制单元20可以是能够储存数据的，并可有能进行数据储存的内部存储设备。这样的设备可包括例如硬盘驱动器、软盘驱动器、CD-ROM驱动器、或本领域已知的其它数据储存设备。储存的数据可对应于施工工具15的已知用途，并且控制单元20可以能够以新的数据更新这些和其它数据。应能理解，在本发明的所有实施例中，控制单元20可以储存对应于多个施工工具15的速度、压力、流量、和/或其它工作特性范围的信息。这些信息可以是专属于每个施工工具15，并可限定施工工具15被设计为可工作的工作范围或设计参数。在一项指定的应用中，使施工工具15工作在这些范围或设计参数内可提高施工工具15的性能，还可提高工程机械10在这一应用中的总体性能。
控制单元20也可以能够处理数据并且可以有能进行数据处理的内部数据处理设备。这样的设备包括例如本技术领域已知型式和速度的微处理机。控制单元20可以能接收来自工程机械元件和施工工具传感器的输入信息并向它们发送输出信息，这些传感器的数量是实现本发明的各不同的控制方略所需要的那么多。这些工程机械元件和施工工具传感器可以是在于上述的元件和传感器的基础上附加的。例如，工程机械10可包括多个操作界面40，以及施工工具15可包括不只一个压力传感器、流量传感器、速度传感器、以及位置传感器25、30、35、36。
控制单元20可以是例如由位于美国密西根州的特罗伊(Troy)的DelphiCorporation公司制造的Delphi A1-2C或Delphi A4-M1控制器。控制单元20可以是用本技术领域已知的措施刚性地连接于工程机械10或施工工具15，并且可以进行减震安装，以降低振动、碰撞以及其它突然的抖动、或反复运动的影响。这样的控制单元20可控制施工工具15的驱动功能。这些功能包括例如使施工工具15起动、加速、减速、停止、和转动施工工具15。在某些实施例中，控制单元20可以与设置在施工工具15上的或工程机械10上的任何数目的附加控制器(未示)进行通讯。在这样的实施例中，控制单元20可通过本技术领域已知的区域控制网络或其它通讯手段与那些附加的控制器进行通讯。
还是参照图2，除压力传感器25、流量传感器30、速度传感器35、以及位置传感器36之外，还可把本技术领域已知的光学传感器、声响传感器、或其它传感器或机构连接于控制单元20。可将每个传感器连接于施工工具15的一个元件，并且可将其传感用于确定例如执行规定的任务所需要的作用力、力或能量。
一个特定的传感器在施工工具15上的位置可对应于施工工具15的被测量的工作特性。例如，在本发明的一个实施例中，压力传感器25可以是装在施工工具15的一个或多个液压缸上的液压流体压力传感器，并且可测量各液压缸内的液压流体的压力。流量传感器30可以是流体地连接于施工工具15的液压元件或连接于工程机械10的辅助液压回路44的液压流体流量传感器，并且可测量从工程机械10到施工工具15的液压流体流量。在施工工具15有多个液压部件的实施例中，施工工具15可包括多个流量传感器30。每个流量传感器30可构造成能感受从工程机械10到施工工具15的对应的液压部件的液压流体流量。速度传感器35可以是施工工具速度传感器，例如装在施工工具15的一个或多个运动元件上的轮式速度传感器，并且可测量各元件相对于一个固定的基准点的旋转速度、转动速度、或其它运动速度。
位置传感器36可以是装在施工工具15的任何运动部分上的施工工具位置传感器。位置传感器36可传感施工工具15的各不同部分互相之间的相对位置。位置传感器36也可以传感施工工具15相对于一个基准点的位置。应能理解，位置传感器36可构造成能传感施工工具15或它的各部分相对于基准点的角度、高度、深度、和/或其它位置。基准点可以是工程机械10上的或不在其上的一个固定点。基准点也可以相对于工程机械10移动。例如，在一个实施例中，可将基准点设置在另一个运动着的工程机械10上。在另一个实施例中，位置传感器36可以有全球定位能力。在再一个实施例中，基准点可包括在支承着工程机械10的地面或其它表面上的一个点或其它部位。
应能理解，可将附加的传感器(未示)设置在工程机械10上并且可定位成能传感上述型式的工程机械10的工作特性。这样的工程机械传感器也可以与控制单元20进行通讯。工程机械10的工作特性可包括例如工程机械10的地面速度以及从工程机械10的辅助液压回路44流向施工工具15的液压流体流量。工程机械10的地面速度可以是其在施工场所的行进速度。工程机械10的地面速度可由操作者控制或可用一种控制方法进行自动控制。在自动控制地面速度时，工程机械10可包括电连接于控制单元20并构造成能控制地面速度的液压-机械部件(未示)。应能理解，可将工程机械10的地面速度实质上直接地关联于在施工工具15作用在一种基本上均匀的材料上时施加于施工工具15的负荷。
按照一个示例性实施例，控制单元20可以是一个用于保持施工工具15的至少一个工作特性和工程机械10的至少一个工作特性之间的某种期望的关系或比值的装置。例如，在各传感器25、30、3 5、36传感施工工具流体压力的升高、施工工具流体流量的降低、施工工具速度的降低、或施工工具位置的改变中的至少一个的各种应用中，控制单元20可控制工程机械10的几个方面，以便降低工程机械10的地面速度，和/或增加从工程机械10到施工工具15的流体流量。这种状态的出现可能是由于施工工具15卡住了，被粘住了，或由于其它原因遭受了增大的负荷。在这样的增大了负荷的情况中，施工工具流体流量的降低可能是施工工具流体压力增高的结果，并且由于阀门或其它流量控制器件的工作而可能不会发生。这样，当施工工具15上的负荷增大时，施工工具流体流量和施工工具流体压力可能逆向相关。
另一方面，在各传感器25、30、35、36传感施工工具流体压力的降低、施工工具流体流量的增加、施工工具速度的增加、或施工工具位置的改变中的至少一个的各种应用中，控制单元20可控制工程机械10的几个方面，从而增大工程机械10的地面速度和/或降低从工程机械10到施工工具15的流体流量。这种状态的出现可能是由于施工工具15突然作用在密度相对低的材料上或由于其它原因遭受了负荷降低。在这样的降低了负荷的情况中，施工工具流体流量的增加可能是施工工具流体压力降低的结果，并且由于阀门或其它流量控制器件的工作而可能不会发生。这样，当施工工具15上的负荷降低时，施工工具流体流量和施工工具流体压力可能逆向相关。
以上解释的工程机械10的各个控制方面使施工工具15工作在所期望的性能范围内或工作在比施工工具的工作允差小的设计参数下。施工工具15的工作特性和工程机械10的工作特性之间的这些所期望的关系可以实质上是直接的或间接的。应能理解，所期望的关系或比值可以是基于要执行的任务，并可对应于施工工具15的所期望的性能范围或设计参数。因此，可以控制工程机械10来使施工工具15的效率为最高。
还应理解，在某些应用中，为了使施工工具15工作在其所期望的性能范围内，可能让工程机械10不是工作在其所期望的性能范围内。例如，使一个指定的施工工具15工作在其期望的性能范围内可能要求其上固定着这个施工工具15的那个工程机械10以5英尺/每分钟的地面速度工作。但是，这个特定的工程机械10的期望性能范围可能是大约50-60英尺每分钟。这样，施工工具15工作在其期望性能范围内将导致工程机械10工作在其期望性能范围之外。但是，在某些情况中，使施工工具15、而不是工程机械10工作在其期望性能范围内，这可能做到任务的最佳执行，这样是较佳的。
尽管图2中没有表示，但工程机械10可包括至少一个主液压回路。主液压回路可包括例如若干液压缸、若干液压流量阀、若干液压流体软管、若干配件、若干液压流体泵、以及用于控制液压流体的流动的其它结构件。这些结构件可形成工程机械10上的闭环流体回路，并可与工程机械10的其它部件一起工作以控制工程机械的工作的各个方面。例如，主液压回路的液压缸的一端可连接于工程机械10的铰转臂，而另一端可连接于工程机械10的本体。液压缸可构造成能响应来自例如控制单元20的命令而启动铰转臂。启动铰转臂可能有助于调整连接于它的施工工具15相对于一个基准点的位置。
在本发明的一个实施例中，可以在执行所期望的任务过程中在整个运动范围内控制施工工具15的位置。在这样的实施例中，控制单元20可控制工程机械10来执行一项要求对施工工具15进行动态控制的任务。例如，可对控制单元20编程来控制连接于工程机械10的修剪施工工具15以进行灌木丛的修剪。在这样的实施例中，控制单元20可控制施工工具15的位置和/或运动，使其预定的运动范围对应于所希望的灌木丛形状。位置和/或运动的控制可以是相对于在被修剪的灌木丛所在地的一个基准点。即使在工程机械10相对于那个基准点运动时也可以控制施工工具15的位置和/或运动。
工程机械10的辅助液压回路44可以有类似于针对主液压回路所讨论的设备。但是，辅助液压回路44可构造成能把液压流体供给到施工工具15的液压部件50而不是工程机械10。例如，如上所述，一个施工工具15可包括一个或多个用于执行一项指定任务的液压部件50。各个液压部件50可以是例如液压缸。在施工工具15的各液压部件50是连接于工程机械10，更具体地说，是连接于工程机械10的辅助液压回路44时，各液压部件50可以以受控的方式接收来自辅助液压回路44的液压流体。这样，辅助液压回路44可有助于调整施工工具15的至少一个方面相对于设在或不在工程机械10上的一个基准点的位置。
如图2所示，可由工程机械10上的液压流量控制设备45来控制从辅助液压回路44到施工工具15的液压流体流动。这些控制设备45可包括例如电控装置、液压控制装置、气动控制装置、液压控制阀门、或能够控制或操纵液压流体流动的其它设备。控制设备45可以与控制单元20进行通讯，并且可以是本技术领域已知的任何品牌、型式和型号的。可采用任何常规的措施把控制设备45连接于辅助液压回路44，并且其可以是辅助液压回路44整体的一个部分。
图3表示出本发明的一个示例性实施例的工程机械控制方略55。用控制单元20可使控制方略55更容易实现，控制方略55可用于响应例如传感到的施工工具15的工作特性和/或工程机械10的正在执行的任务来改变工程机械10的工况。也可基于施工工具15的至少一个期望性能范围或设计参数，响应所传感到的工作特性来改变工程机械10的工况。如下文的详述，改变工程机械10的性能或工况可包括改变参数，这些参数为诸如但不限于地面速度、液压缸工作顺序、液压缸压力、液压缸位置、以及从工程机械10的辅助液压回路44到施工工具15的液压流体流量。例如，在本发明的某些实施例中，工程机械10可改变输送到施工工具15的一个或多个液压部件的液压流体的比例。在另一些实施例中，工程机械的工况可以是自动改变的。
改变工程机械10的性能的过程可从识别施工工具15开始(方框60)。可以在施工工具15物理地连接于工程机械10之前或之后，由操作者以任何数目的途径识别施工工具15。例如，在本发明的一个实施例中，可将服务界面软件可工作地安装于一个笔记本电脑(未示)、服务连接器、或本技术领域已知的其它设备。服务界面软件可便于笔记本电脑和控制单元20之间的通讯，并可把操作者的输入信息转变成传输给控制单元20的施工工具识别数据。在本发明的另一实施例中，可通过例如扫描施工工具15上的条形码或通过本技术领域已知的任何无线通讯措施来识别施工工具15。
在再一个实施例中，操作者可以用以上讨论的任何操作界面40把施工工具识别数据直接输入到控制单元20。在本发明的各实施例中，控制单元20可将施工工具识别数据与例如特定的工具15用于工程机械10的小时数结合起来储存。可将施工工具识别数据和使用信息从控制单元20检索并下载到例如一个计算机终端或笔记本电脑，用以进行分析。
施工工具识别数据可包括例如型式、型号、系列编号、制造厂家、或用于一般地或专门地识别施工工具15的其它数据。施工工具识别数据可对应于并可识别施工工具15而不考虑其制造厂家。施工工具识别数据也可以对应于储存在控制单元20的存储器里的预先设定的图谱。这样，一旦操作者已经识别了施工工具15，控制单元20就可自动地选择对应于已被识别的施工工具15的一个或多个预设图谱。预设图谱可包含对应于已被识别的施工工具15能够执行的各项任务的一个或多个算法。如下文的详述，控制单元20可用这些算法计算施工工具的性能轨迹。控制单元20可把计算的施工工具性能轨迹与它的设计参数进行比较，以确定是否需要改变工程机械10的工况。
改变工程机械10的工况的过程的下一个方框包括启用工程机械的控制功能(方框70)。可用本技术领域已知的任何数目的途径实现这一方框。例如，操作者可通过启动上述各操作界面40之一，借以发送一个启用信号给控制单元20，来启用控制功能。或者，可由控制单元20自动地启用控制功能。这种自动启用可对应于工作循环过程中的一个规定的时刻、一个规定的事件的发生、或工程机械10的起动。
控制单元20一收到启用信号就可开始收集数据(方框80)。这些数据可以是施工工具15或工程机械10的例如压力、流量、速度、或位置数据、或其它工作特性数据。控制单元15可收集来自例如上述各传感器25、30、35、36(图2)和各操作界面40的数据(图2)。
在本发明的一个实施例中，工程机械控制方略55可以是一个闭环的方略。各传感器25、30、35、36和各操作界面40可从工程机械10起动到工程机械10停机一直在工作并可连续地发送数据给控制单元20，不管是否启用了闭环控制功能。但是，在已经启用闭环控制功能之后，控制单元20只能收集并利用这些数据。
控制单元20可以用这些数据计算施工工具的至少一个性能轨迹(方框90)。在进行这一计算中，控制单元20可把这些数据输入到一个或多个预设算法，用于确定怎样改变工程机械10的工况来改善性能。每个不同的施工工具15所用的算法可能各不相同。所用的算法也可对应于为控制单元20所利用而基于已被控制单元20识别的施工工具15和收集的数据选择的预设图谱。
例如，控制单元20可通过上述的过程确定连接于工程机械10的是一个沥青切割器。在识别了沥青切割器之后，控制单元20可识别储存在存储器内的对应于已被识别的沥青切割器的一组预设图谱。然后，控制单元20可在若干个工作循环中收集数据。基于收集的数据，控制单元20可从那一组对应的预设图谱中选择一个特定的预设图谱。
所选择的预设图谱可以是与收集的数据最紧密相关的预设图谱。选择的预设图谱以及从沥青切割器收集的数据也可对应于正在由这个沥青切割器执行的任务。预设图谱和收集的数据都可能因任务不同而各不相同。例如，控制单元20可在沥青切割器用于切割相对新的或稠密的沥青块时基于所收集的数据选择一个第一预设图谱，但也可以在同一个沥青切割器用于切割已经老化的或脆裂的沥青块时选择一个第二预设图谱。每个预设图谱可包含专用于所收集的数据范围和/或被执行的任务的算法。应能理解，每个不同的预设图谱可包含用于计算施工工具的性能轨迹的不同算法。
一旦计算出了施工工具的性能轨迹，控制单元20可把计算的施工工具性能轨迹与连接的特定施工工具15的设计参数信息进行比较，以确定是否需要改变工程机械10的工况(方框100)。如果轨迹是在施工工具15的期望性能范围或设计参数之内(方框100否)，那么控制单元20可要求操作者进行是否停用控制功能的输入(方框115)。如果给出停用指令(方框115是)，控制功能就停用了，直到停机(方框120)。应能理解，也可以用任何数目的途径，例如在自动控制或操动一个断开开关过程中操动任一操作界面40，来同时地停用控制功能。如果操作者不愿意停用(方框115否)，控制单元20可继续在方框80收集数据并在方框90计算施工工具的实际性能。
但是，如果计算的轨迹95不是在施工工具15的期望性能或设计参数范围内(方框100是)，那么控制单元20可发送一个改变信号给工程机械10的各部件，诸如液压流量控制设备45和/或工程机械10的地面速度控制装置。改变信号可命令工程机械10进行要求的调整以使施工工具15工作在期望的性能或设计参数范围内，并且可改变工程机械的工况(方框110)。改变信号可例如使从工程机械10的辅助液压回路44到施工工具15的各个液压部件50的液压流体流量增大或减小。改变信号也可使例如工程机械10的地面速度增高或降低或使施工工具的位置发生变化。如上所述，从辅助液压回路44到各液压部件50的液压流体流量的变化和/或工程机械10的地面速度的变化可以是对施工工具15的一个或多个工作特性的感受量的响应。而且，这些变化可维持工程机械10的至少一个工作特性和施工工具15的至少一个工作特性之间的一个所期望的关系或比值。
甚至在控制单元20收集数据、计算施工工具性能轨迹、确定是否改变工程机械10的工况、以及真正地改变工程机械10的工况的同时，工程机械10也可继续工作。应能理解，控制单元20可为连接于工程机械10的前端、后端和/或其它部位或表面的施工工具15改变工程机械10的工况。还应理解，在某些情况中，为了使施工工具15工作在其期望性能或设计参数范围内，工程机械10可能不是工作在其期望的范围内。
工业适用性按照本发明的一个示例性实施例，工程机械10可以是一个滑板调位式(skidsteer)装载机，施工工具15可以是一个树桩磨碎机，以及控制单元20可以是一个电子控制模块(ECM)。为便于说明，在本说明书的余下部分，针对这些具体的设备执行树桩磨碎任务进行说明。
在树桩磨碎机15连接于滑板调位式装载机10之前，操作者用滑板调位式装载机10上的笔记本电脑运行服务界面软件来识别树桩磨碎机15。如果树桩磨碎机15是一个新的型号，其没有识别数据储存在笔记本电脑的存储器内，那么操作者可通过任何常规的途径把识别数据下载到笔记本电脑里。笔记本电脑可将树桩磨碎机识别数据发送给ECM 20。基于这些数据，ECM 20选择对应于连接于滑板调位式装载机10的这个具体树桩磨碎机15的一组预设图谱。
一旦操作者开始进行树桩磨碎任务，操作者可决定启用控制功能。为使这一功能初始化，操作者可启动滑板调位式装载机10的驾驶室里的开关40。一启用ECM 20，它就开始收集并处理连续地来自装在树桩磨碎机15上的液压流体压力传感器25、施工工具速度传感器30、液压流体流量传感器35、以及施工工具位置传感器36的数据。尽管随着操作者开始第一磨碎动作各传感器25、30、35、36开始收集和发送数据并在整个工作循环中继续收集数据，但ECM 20只能在操作者已使控制功能初始化时才能利用数据。
ECM 20可将数据匹配于已经为施工工具15选择的那一组预设图谱中的一个特定的预设图谱。然后ECM 20将数据输入对应于那个特定预设图谱的一个或多个算法，以计算树桩磨碎机的性能轨迹。这样，一个或多个算法就对应于为连接于滑板调位式装载机10的那个特定的树桩磨碎机15收集的数据并可对应于正在被执行的树桩磨碎任务。
ECM 20可基于计算出的树桩磨碎机的性能轨迹和这一装置的已知的设计参数或期望性能范围之间的比较来确定是否需要改变滑板调位式装载机10的工况。如果轨迹是在树桩磨碎机的设计参数之内，那么ECM 20可在闭环意义上继续收集数据并计算轨迹。例如，ECM 20可要求操作者进行输入来决定是否停用控制功能。如果操作者指示ECM 20继续保持控制功能，数据收集和分析可重新开始。如果相反，操作者不愿意继续，ECM 20可停用控制功能。
但是，如果性能轨迹处于树桩磨碎机的设计参数之外，ECM 20将发送一个改变信号给滑板调位式装载机10的辅助液压回路44中的流量控制装置45，以使到树桩磨碎机15的各液压部件50的液压流体流量增加、降低或改变。在滑板调位式装载机10的地面速度影响施工工具的性能的任务中，ECM 20也可发送一个改变信号给工程机械10的构造成可增高、降低或改变地面速度的一个或多个液压机械部件或控制装置。这些改变可有助于完成任务并将提高施工工具的性能。这一提高的施工工具性能可提高工程机械10的总体性能。
例如，如果树桩磨碎机15是被用于磨碎特别致密的一大块木头，施工工具的转速可能降低，这将对树桩磨碎机15的性能有不利的影响。在这样的情况中，上述的改变方框可包括增大流到树桩磨碎机15的液压流体流量，借以提高其转速。改变方框也可包括使滑板调位式装载机10的地面速度降低。或者，在磨碎不太致密的材料的情况中，改变方框可包括使流到树桩磨碎机15的液压流体流量降低和/或使滑板调位式装载机10的地面速度增高。以这种方式改变滑板调位式装载机10的工作可使这一任务的工作减慢以防止树桩磨碎机15的损坏，或可使这一工作加快，以降低由滑板调位式装载机10造成的能量损失。这样的改变是基于并可维持树桩磨碎机15的工作特性和滑板调位式装载机10的工作特性之间的期望的关系和/或比值。这样的改变可提高树桩磨碎机在执行指定的树桩磨碎任务过程中的性能。在对滑板调位式装载机10做了改变之后，ECM 20将继续改变滑板调位式装载机10的工作，以使树桩磨碎机15可在持续地执行任务中工作在其设计参数内，直到滑板调位式装载机10停机，或直到操作者使这一过程停止。
对于熟悉本技术领域的人，从考虑这一说明书和这里描述的作法出发，本发明的其它实施例是很明显的。例如，控制方略55的至少一部分可以是一个开环方略。在这样的实施例中，只要计算的施工工具性能轨迹尚未处于其设计参数内，工程机械10的工况就可被改变。
此外，可以用电流、电压或电阻传感器来收集数据。感受的电流、电压或电阻数据可用于帮助改变工程机械的工况。此外，控制单元20可通过上述的同样的监视器或其它操作界面40与操作者进行通讯。工程机械10可包括一个扬声器或某种其它类似的东西，用以与操作者进行声音通讯。
而且，这种控制方略也可用于控制非液压的施工工具。例如，这里描述的控制方略可用于控制一个连接于滑板调位式装载机的非液压挖沟工具。为了便于这种控制，可以把速度和/或位置传感器连接于挖沟工具的驱动元件来收集数据。传感器可确定在指定的挖沟任务中施加的例如作用力、力、工具速度、工具位置和/或能量。与上述树桩磨碎例子中一样，一旦操作者已经初始化了控制功能，ECM可利用从各传感器收到的数据，通过把数据输入一个对应于这一特定的挖沟工具的算法，计算挖沟工具的性能轨迹。ECM可基于计算出的性能轨迹与那个特定的挖沟工具的已知设计参数之间的比较来确定是否需要改变滑板调位式装载机的工况。相应地，可基于这些计算调整传动元件的工况。
应该认识到，这里的说明和例子只是示例性的，本发明的确切范围应由权利要求书来限定。
权利要求
1.一种使工程机械(10)工作的方法，它包括传感施工工具(15)的表明施工工具实时性能的至少一个工作特性；以及响应所述传感来改变所述工程机械(10)的工况，以维持所述施工工具(15)的所述至少一个工作特性和所述工程机械(10)的至少一个工作特性之间的一种期望的关系。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，改变所述工程机械(10)的工况包括调整所述工程机械的地面速度或调整从所述工程机械(10)到所述施工工具(15)的液压流体流量这两种调整中的至少一种调整。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，改变所述工程机械(10)的工况使所述施工工具(15)的工况发生变化。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述施工工具(15)的所述至少一个工作特性是施工工具的流体压力、施工工具的速度、或施工工具的流体流量中的一个。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，它还包括自动地改变所述工程机械(10)的工况的至少一个方面，而无需操作者的输入。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，用施工工具流体压力传感器(25)、施工工具速度传感器(35)、或施工工具流体流量传感器(30)中的至少一个测量所述施工工具(15)的所述至少一个工作特性。
7.一种工程机械操作系统，它包括构造成能传感一个施工工具(15)的至少一个工作特性的多个传感器(25、30、35、36)；至少一个操作界面(40)，以及用于维持所述施工工具(15)的所述至少一个工作特性和所述工程机械(10)的至少一个工作特性之间的一种期望的关系的装置。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述用于维持一种期望的关系的装置被构造成能自动地改变所述工程机械(10)的工况，而无需操作者的输入。
9.如权利要求22所述的系统，其特征在于，所述多个传感器(25、30、35、36)包括施工工具流体压力传感器(25)、施工工具速度传感器(35)、或施工工具流体流量传感器(30)中的至少一个。
10.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述用于维持一种期望的关系的装置把所述施工工具(15)的多个工作特性组合起来而形成施工工具性能的一个指示。
全文摘要
一种使工程机械(10)工作的方法，它包括传感一个施工工具(15)的表明这个施工工具的实时性能的至少一个工作特性。该方法还包括响应所述传感来改变工程机械(10)的工况，以维持施工工具(15)的至少一个工作特性和工程机械(10)的至少一个工作特性之间的一种期望的关系。
文档编号E02F9/20GK101072917SQ200580042116
公开日2007年11月14日 申请日期2005年10月17日 优先权日2004年12月10日
发明者D·T·托马斯, M·A·斯波尔, K·E·皮尔麦耶, J·D·格罗夫斯 申请人:卡特彼勒S.A.R.L公司