专利名称：基于功率的低速控制的制作方法
技术领域：
一般地，本发明涉及控制CVT变速箱的系统和方法，更具体地，涉及用于具有CVT 变速箱的机器的防停顿(anti-lugging)系统和方法。
背景技术：
大部分引擎包括多个旋转部件，因此具有其功率输出最佳的理想速度范围。这个 理想的范围可相应于例如根据RPM展现峰值扭矩输出的范围。更大的容许速度范围包含这 个理想范围并且包括引擎可运行的更大和更小的速度，即使在次最佳方式下。最后，这个容 许速度范围以外的速度使得引擎不能够提供持续运行。例如，比容许速度范围内的最大速 度更大的速度可引起引擎、变速箱、或工具系统的极大加速或毁灭性故障。在比更大范围的底限更低的速度，引擎可能停止旋转。具体地，大部分引擎经由惯 性驱动周期来运行，其中先前的燃烧事件经由引擎的旋转惯性将引擎朝向随后的燃烧事件 驱动。当引擎速度下降到某一低限度以下时，引擎的旋转惯性不足以使得引擎达到随后燃 烧事件。基于这个原理的最低可靠运行速度的实例是引擎“怠速”速度。典型地，更低的引 擎速度是可能的，但是将怠速速度设置为允许引擎速度略微降低而不会导致引擎失去持久 燃烧范围的值。在典型的机器设置中，引擎惯性不仅必须足以克服促使随后燃烧事件的内部阻 力，而且要克服由传动系施加的任何外部阻力。例如，当机器挂挡时，必须克服在移动机器 时涉及的惯性、摩擦力、或其他阻力。因此，在机器静止时怠速速度为实际底限，而运行中的 机器可具有提高的底限，在这个提高的底限之下引擎不具有足够的动力来加速或甚至继续 当前操作。当引擎速度下降超过这个底限时，引擎被称为“停顿”或“停滞”，并且会危及持 续的可靠操作。在传统驱动的机器中，引擎通常经由扭矩转换器链接至机器的传动系和其他动力 接收器。在这些系统中，通过扭矩转换器的自然加载特征自动地减轻更大的阻力(所需的 扭矩)，由此防止引擎停顿和失速。然而，在CVT驱动机器(“CVT”指的是无极变速器)中， 通常不存在扭矩转换器，并且在缺少外部控制机构的情况下，机器阻力将能够使得引擎停 顿和失速。典型地，针对停顿/失速问题而监视引擎，并且例如在电子控制模块(ECM)中经 由软件引擎低速算法(EUA)主动控制变速箱，以避免停顿/失速，并迫使引擎以期望的最佳 速度状况运行。换句话说，EUA用于防止失速，并随后还可用于将引擎返回至其峰值动力点。典型的EUA降低了动力传统系统变速箱速度需求，以回应在实际引擎速度和期望 引擎速度(例如“速度标准”)之间的差，这是响应于改变的状况从用户接口或从引擎控制 组件检测的。尽管发明人发现了期望解决现有技术的缺陷，但是这样的解决并非公开的原理的 重要或主要限制。此外，呈现这个背景技术部分，便于并非本领域普通技术人员的读者。然 而，可理解，这个部分太简短，以至于无法尝试精确地和完整地概述现有技术。因此，先前背 景技术的描述是简化和传闻式的叙述，并不是要取代本领域印刷的参考文献。在印刷领域
3的所示状态和以上叙述之间存在不一致或省略的情况下，以上叙述并不是要解决这种不一 致或省略。相反，申请人遵守印刷领域的所示状态。
发明内容
一方面，提供一种调节引擎驱动的机器的操作以避免引擎低速(imderspeed)的 方法。所述方法包括接收初始命令，其指定与期望扭矩相关的值；以及将接收的命令转换 成功率命令。当感测到引擎低速状况，所述系统将所述功率命令缩减(reduce)成低速处理 的功率命令；以及将所述低速处理的功率命令转换成与所述初始命令的单元相同的单元。 最后，向所述机器的一部分发出转换的低速处理的功率命令，以缓解引擎低速状况。另一方面，提供一种调节引擎驱动的机器的操作以避免引擎低速的控制器。在这 一方面，所述控制器包括在计算机可读介质上的计算机可读指令，包括用于接收初始命令 的指令，所述初始命令指定与期望扭矩相关的值；以及将接收的命令转换成功率命令的指 令。依据进一步的指令，当感测到引擎低速状况，所述控制器将所述功率命令缩减成低速处 理的功率命令；将所述低速处理的功率命令转换成与所述初始命令的单元相同的单元；以 及向所述机器的一部分发出转换的低速处理的功率命令，以缓解引擎低速状况。另一方面，提供具有功率域低速功能的引擎驱动的机器。所述机器具有引擎和链 接至引擎的变速箱。控制器从引擎接收数据以及向变速箱发送命令。控制器适于检测引擎 低速状况，以及将第一域中的接收命令转换成功率命令，并对该功率命令执行低速处理以 生成缩减的功率命令。将缩减的功率命令转换成第一域中的最终命令。
图1是根据公开原理的在其中可采用引擎低速算法的传动系系统的系统示意图；图2是根据公开原理的传动系系统的系统数据流示意图；图3是概括示出根据公开原理的用户命令和自动生成的命令的处理流的数据流 示意图；图4是示出根据公开原理的在功率域中执行低速处理的数据流示意图；图5是根据公开原理的用于创建修简的功率命令的修简逻辑的图形视图；图6是示出根据公开原理的PI增益调度的数据流示意图；图7是根据公开原理的示例性低速模块的实现的逻辑视图；以及图8是示出根据公开原理的基于功率的低速校正的处理的流程图。
具体实施例方式典型的EUA系统通过感测在请求的引擎速度和实际引擎速度之间的差超过预定 阈值来运行。当检测到符合的差时，EUA降低变速箱、工具、和/或寄生动力需求。操作员可 能期望机器或引擎速度或动力的快速增加，并因此请求相关参数的阶跃变化。机载EUA用 于例如通过降低引擎上的负载来使得引擎免于由于停顿(低速)而引起的失速。不具有公开的改进的EAU在低油门和低负载操作下可引起某些性能缺陷，并且可 以抹杀EUA的防停顿特征，但这将导致在某些条件下不期望的引擎停顿。相反，在一实施例 中，通过期望的功率塑形的技术来优化机器性能，随后将对其进行描述。期望的功率塑形的技术限制了机器所需的功率，以避免停顿(例如低速状况)。如随后所述，公开的原理可通过传统PID(比例-积分-微分)控制器来实现，其 可以是最小化处理变量和变量的设定点之间的错误的控制循环反馈机构。通常，公开实施 例中的PID控制器通过导出适当的校正行为并由此调节机器操作来运行。尽管可使用其他适合的反馈校正机构，但是PID控制器可采用比例、积分和微分 参数。比例参数确定系统对于当前不精确性的反应，积分参数确定系统对于近来错误的反 应，微分参数确定系统对于错误改变率的反应。这些参数的函数用于最小化被跟踪的变量 和针对该变量的设定点之间的距离。在一实施例中，由于微分函数可能对于测量噪声是敏 感的，所以PI控制器(其省略了微分参数)可替代地可用于避免不稳定的性能或矫枉过 正。参照附图，图1中示意性示出传动系系统输入和元件之间的交互。系统10包括引 擎11、变速箱12、和负载13。负载可以是引擎11的惯性或重量或相关的机器自身，或某些 其他负载。系统10还包括控制器14和用户接口 15。用户接口可包括在传统机器中可见的 典型用户接口元件，例如用于控制油门和/或速度和/或扭矩的摇杆移动命令设备和踏板 或操纵杆致动器。控制器14从用户接口 15接收关于例如期望的机器速度和/或功率的输入。控制 器14还从引擎和变速箱12接收输入，其指示这些元件的操作状态，例如引擎速度/扭矩和 变速箱速度/扭矩。控制器14还可从其他系统(例如工具和其他寄生负载)接收输入。基 于这些各种输入，控制器14以计算的方式控制引擎11和变速箱12、工具19a和其他寄生设 备19b的操作，以执行符合系统限制的从用户接口 15接收的命令，例如防停顿、防超速等。在图2的示意性概况图中示出系统元件之间的数据流。用户接口 15向引擎11发 送期望的功率信号15，但是该期望的功率信号15被拦截并进一步处理。(期望的功率信号 15指示或可被处理以指示期望的功率)。在EAU 16(其可位于控制器14中或可以是其一部分)中，功率限制算法17接收期 望的功率信号15。功率塑形算法17修改期望的功率信号15，以创建修改的功率命令。然 后，EUA 16向传动系控制18以及适当地还向引擎11提供修改的功率命令。可理解，引擎 11或传动系控制18或两者可影响由机器使用的功率。图3是在抽象层面示出一实施例中用户命令和自动生成的命令的处理流的数据 流程图。图3和4的图示是在图1和图2中所述的元件和系统组件的环境中给出。可看出， 转换和控制处理对于原始扭矩命令20进行操作，所述原始扭矩命令20是由用户接口 15提 供，或可选地从先前值(例如原始速度命令27)导出。将原始扭矩命令20处理成功率域的 值，为了在低速阶段28处的低速控制的目的，该值被缩减或以其他方式修改。在功率域中 执行了低速控制之后，将修改的功率域的值重新转换到扭矩域，并且作为处理后扭矩命令 26输出。将处理后扭矩命令26，或可选地，进一步的处理后速度命令29提供至传动系控制 19 (和/或工具控制和/或寄生负载控制)。图4是详细示出图3的功率域低速控制过程(阶段28)的数据流视图。将原始扭 矩命令20处理成原始功率命令21，将其修剪(clip)以限制请求功率，将修剪的功率命令 22提供至EUA 16。可理解，各个功率命令可涉及机器运动功率、工具功率、和/或寄生负载 功率。以下参照另一附图分别讨论在实施例中使用的用以生成修剪的功率命令22的修剪过程。仍旧参照图4的数据流程图，为了低速控制的目的将修剪的功率命令22缩减，以 生成低速处理的功率命令23。在随后将参照图7更详细地讨论系统操作的这个方面。在功率域中执行低速控制后，将处理的功率命令23重新转换到扭矩域，由逆转换 的扭矩命令24表示。基于机器传动系因子来缩放逆转换的扭矩命令24，以生成输出轴转换 的扭矩命令25。最后，可选地处理输出轴转换的扭矩命令25，(例如当传动系不能够遵守扭矩/速 度命令时减轻极端的引擎停顿)，以生成处理后的扭矩命令26。这个处理后可涉及发出实 际上系统不可达成的，但是使得变速箱尽可能卸载的命令，例如当挖铲撞击岩石或土堆时。 如上所述，将处理后扭矩命令26提供至传动系控制19 (和/或工具控制和/或寄生负载控 制)，接受控方式实现原始扭矩命令20。图5中图形地示出创建修剪的功率命令22的修剪逻辑。具体地，当引擎低速状况 在时间 \(30)开始时，修剪原始功率命令21。可看出，引擎速度31随着负载增加而减少， 直到超过阈值32，在这点处诊断出低速状况。直到这个点T1 (30)，在修剪的功率命令22中 遵循原始功率命令21的增加。然而，在点 \(30)诊断出引擎低速状况之后，在修剪的功率 命令22中不再遵循原始功率命令21的进一步增加。在一实施例中，仅当引擎经历低速或 停顿状况时执行图5中所示的修剪。一旦原始功率命令21落回到在其修剪的水平以下，则修剪的功率命令22再次遵 循原始功率命令21。因此，在所示实例中，当原始功率命令21在1^(33)落回到在其修剪的 水平以下时，修剪的功率命令22再次开始遵循原始功率命令21。如果在Τ2(33)之后，原始 功率命令21增加，则计算修剪的功率命令22的新水平。新值可能与初始的修剪的功率命 令22值不同。再次临时参照图3，将回忆起，为了低速控制的目的而对修剪的功率命令22进行 修改，以生成低速处理的功率命令23。在一实施例中，与某些PI/PID处理一致地执行这个 修改处理。现在参照图6，示出用于PI增益调度的数据流40。这个技术可结合图3的逻辑 流使用，以创建低速处理的功率命令23。作为一个输入，数据流具有引擎低速错误41。存在多个方式来表征和识别引擎低 速，但是在一个实例中，将引擎速度与静态或动态阈值相比较，并且使用差值来指示引擎低 速的程度，其中大于阈值量的差导致引擎低速的诊断。P_Gain错误调度42接收引擎低速错 误41，并提供P_Gain信号，这与引擎低速错误41成比例，并与引擎低速错误41相乘以产 生P输出43。P_Gain错误调度42在图示的实例中被塑形，使得错误增加(例如从垂直轴 的距离增加)导致校正程度增加。I_Gain错误调度48接收引擎低速错误41，并提供与引擎低速错误41的积分相关 的I_Gain信号。计算I_Gain信号和引擎低速错误41的乘积的积分，以生成I输出49。对 于I输出49和P输出43求和，以生成PI值。同时，PI_Gain输出速度调度44接收变速箱输出速度信号45作为输入。PI_Gain 输出速度调度44提供塑形输出46，其与PI值相乘以建立缩减信号47。PI_Gain输出速度 调度在所示实施例中塑形，从而缩减低输出速度时的总体系统增益，因为在低输出速度时 很小的功率改变会产生大的扭矩改变。
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在实施例中，经由低速算法进一步处理缩减信号47，以适应最大低速功率差和在 用于建立低速处理的功率命令23之前的整体重置。图7示出示例性低速模块50的逻辑视 图形式的方案。低速模块50根据以下原理运行如果工具使得引擎速度经历瞬时下降，则 在零速时请求零功率可导致机器在斜坡上实际向后滚动。同时，低速模块50允许在较高对 地速度推迟命令(当没有向后滚动的风险时)，以在变速箱12没有完全遵循命令的功率时 考虑到引擎11的极端加载条件。因此，高度推迟命令迫使变速箱12使其能力饱和，以降低 对于引擎11的负载。经验地，基于变速箱12的能力确定最大推迟水平，以遵循命令的功率。 例如，紧密遵循命令(例如电驱动)的变速箱可将这个值设置为接近零的功率限制。因此，低速模块50经由增益曲线51转换变速箱输出速度信号45，以生成最大低速 功率限制52。限制器53将最大低速功率限制52与缩减信号47相比较，并提供限制后的低 速命令54。从修剪的功率命令22减去限制后的低速命令54，以生成低速处理的功率命令 23。本领域普通技术人员应理解，如果期望，可经由分数乘法器而不是减法步骤执行对于修 剪的功率命令22的功率缩减。图8是示出用于基于功率的低速校正的处理60的流程图。在处理60的阶段61， 接收扭矩或速度命令。在阶段62，将初始命令转换成功率命令。在阶段63，缩减功率命令， 以缓解引擎低速。在阶段64可进一步处理缩减的功率命令，确保将极端的引擎停顿缓解到 可能的程度。在阶段65，将缩减的和处理后的命令转换回其原始域(例如速度或扭矩)，并 发送至机器的相关(多个)部分。工业实用性本发明适用于可能会引擎停顿的具有CVT驱动的变速箱或其他直接驱动变速箱 的机器。在这些类型的变速箱中，通常在适当位置存在控制，以确保引擎不会在负载下停 顿。这些控制通常分析请求的油门增加，以确定引擎是否没有遵循所请求的增加。如果引 擎没有遵循所请求的增加，则引擎低速算法可降低总体被请求的系统功率，帮助引擎速度 响应。公开的原理允许系统通过操作基于功率的参数，而非单独的基于速度的参数，或单独 的基于扭矩的参数，来执行更加有效的低速处理。可理解，以上说明书提供了公开的系统和技术的实例。然而，可认识到，本发明的 其他方案可能在细节上与以上实例不同。对说明书及其实例的所有参照旨在参照此时讨论 的特定实例，而不是要暗示关于一般的本发明的范围的任何限制。对于某些特征的区别和 不同的所有语言用于指出不存在那些特征的偏好，并且不排除在完全公开的本发明的范围 之外，除非特别指出。这里的值的范围的列举仅用作分别引用落入范围内的每个单值的速记法，除非这 里特别指出，每个单值被引入到说明书中，如同在本文中分别列举。这里所述的方法可通过 任意适合的顺序来执行，除非另有指出或与上下文明显抵触。由此，本发明包括在所附权利要求中列举的主题的所有修改和等同物，这是适当 法律所允许的。此外，本发明涵盖了在其所有可能变型中的上述元素的任意组合，除非另有 指出或与上下文明显抵触。
权利要求
一种调节引擎驱动的机器(10)的操作以避免引擎低速的方法，所述方法包括接收(61)初始命令(20，27)，其指定与期望扭矩相关的值；将接收的命令(20，27)转换成(62)功率命令(21)；感测引擎低速状况；将所述功率命令(21)缩减成(63)低速处理的功率命令(23)；将所述低速处理的功率命令(23)转换为(65)与所述初始命令(20，27)的单元相同的单元；以及向所述机器(10)的一部分发出(65)转换的低速处理的功率命令，以缓解引擎低速状况。
2.如权利要求1所述的方法，其中与所述期望扭矩相关的值是扭矩值。
3.如权利要求1所述的方法，其中与所述期望扭矩相关的值是速度值。
4.如权利要求1所述的方法，其中感测引擎低速状况包括检测引擎(11)的速度(31) 下降到预定阈值(32)以下。
5.如权利要求1所述的方法，还包括缩减(64)所述低速处理的功率命令(23)，以缓 解极端引擎停顿。
6.如权利要求1所述的方法，其中向所述机器的一部分发出(65)转换的低速处理的功 率命令包括向所述机器(10)的变速箱(12)发出转换的低速处理的功率命令(26)。
7.如权利要求1所述的方法，其中将所述功率命令(21)缩减成(63)低速处理的功 率命令(23)包括以检测到低速状况时所述功率命令(21)所在的水平修剪所述功率命令 (21)，从而使得，如果功率命令(21)上升到检测到低速状况时其所在的水平(31)以上，则 修剪功率命令(21)，否则不修改。
8.如权利要求7所述的方法，其中将所述功率命令(21)缩减成(63)低速处理的功 率命令(23)还包括当检测到低速状况时，应用I_Gain错误调度(48)、P_Gain错误调度 (42)、和PI_Gain输出速度调度(44)。
9.一种执行权利要求1-8中任一项的方法的控制器(14)。
10.一种具有根据权利要求9的控制器(4)的引擎驱动机器(10)。
全文摘要
一种调节引擎驱动的机器(10)的操作以避免引擎低速的方法需要将接收的速度或扭矩命令(22，20)转换成(62)功率命令(21)。当感测到引擎低速状况时，系统在将低速处理的功率命令(23)转换回(65)原始域的单元之前在功率域执行低速校正。向变速箱(12)或其他组件发出转换的低速处理的功率命令(23)，以缓解引擎低速状况。
文档编号F16H63/00GK101965470SQ200980108170
公开日2011年2月2日 申请日期2009年2月6日 优先权日2008年2月8日
发明者B·D·库拉斯, B·D·霍夫, F·A·德马科, M·巴恩格罗弗, T·M·索普科 申请人:卡特彼勒公司