专利名称：用于驱动系统的控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及通过液压驱动系统提供动力的车辆，并且更具体地，涉及用于驱动系统的控制系统。
背景技术：
典型地，用于车辆的驱动系统包括原动机(例如，柴油机)，通常输出恒定的功率， 并且给发生器提供动力，转而驱动每个车轮的马达。系统反应速度、机动性和变化条件通常无关紧要。当这种驱动系统承载具有多个自由度的负载时，并且共振频率低于驱动系统本身的共振频率，车辆的操纵如果有可能，也是困难的。发明内容
提供了一种控制器，其通过使用可控的可变排量液压马达同时控制车辆速度和牵引力。这通过具有速度控制器和牵引力控制器并基于车辆的参数控制实现，所述速度控制器通过控制若干系统输入控制车辆的速度，所述牵引力控制器确定控制相同输入的车辆的牵引力。为了达到该目的，两个控制器中的每个控制器控制原动机RPM、液压泵排量以及液压马达排量以驱动车辆。原动机的测量的RPM用作对速度控制器的反馈，测量的车辆速度用作对速度控制器和牵引力控制器的反馈，车辆液压系统的测量的驱动压力用作对牵引力控制器的反馈。
通过不断地实时动态控制所有车辆的运动参数、原动机速度、车辆速度和牵引的控制器，同时地管理车辆速度、加速度和牵引力。通过具有速度控制器和力控制器来实现整个系统控制，所述速度控制器基于用户期望的速度输入控制车辆的速度，所述力控制器在考虑车辆当前速度的同时基于使用者输入和力包络图、道路情况、车辆的参数以及引起的结构限制确定加速度以达到车辆的期望速度和牵引力。为此，两个控制器中的每个控制器控制原动机、液压泵以及液压马达以驱动车辆。原动机的测量的RPM用作对速度控制器的反馈，并与期望的功率输出比较。测量的车辆速度用作对速度控 制器和力控制器的反馈，并且车辆的测量的加速度和牵引力(其可以通过若干已知方法中的任一种方法测量)用作对力控制器的反馈。本发明利用根据特定需求并随变化条件而变化(在现在一般是不可能的)的管理规则使液压驱动车辆的实时控制成为可能。
根据当前公开主题的一个方面，提供了一种用于控制驱动系统的操作的主控制器，包括原动机、发生器和马达，原动机配置成提供能量给发生器，发生器配置成驱动马达， 控制器包括
速度控制器，其配置成根据外部提供的速度输入确定马达的目标速度；以及
扭矩控制器，其配置成基于外部提供的扭矩输入和车辆的参数确定马达的目标扭矩；
其中主控制器配置成
·同时确定目标速度和目标扭矩；以及
同时控制原动机、发生器和马达，以使马达以目标速度和目标扭矩操作。
速度控制器进一步配置成根据原动机的功率输出和马达的测量的实际速度确定目标速度，以及扭矩控制器进一步配置成基于马达的测量的实际速度和测量的实际扭矩确定目标扭矩。
根据当前公开的主题的另一方面，提供了一种用于控制驱动系统驱动的车辆的操作的主控制器，所述控制器包括
速度控制器，其配置成根据外部提供的速度输入确定车辆的目标速度；以及
牵引力控制器，其配置成基于外部提供的牵引输入和车辆的参数确定车辆的目标牵引力和加速度；
其中所述主控制器配置成
同时确定目标速度、加速度和牵引力；以及
同时控制驱动系统的原动机、发生器和马达，从而以目标速度、加速度和牵引力驱动车辆。
速度控制器进一步配置成根据原动机的功率和车辆的测量的实际速度确定车辆的目标速度，以及牵引力控制器进一步配置成基于车辆的测量的实际速度和牵引力确定车辆的目标牵引力。
车辆的测量的实际速度通过测量车辆车轮的角速度测量。
主控制器可以配置成
至少通过影响马达的速度影响车辆的速度；以及
至少通过影响马达的扭矩影响车辆的牵引力。
根据上述两个方面，所述扭矩控制器可以进一步配置成根据目标速度确定目标扭矩。
进一步根据上述两个方面，外部提供的速度输入可以包括期望的使用者提供的期望的车辆速度。
进一步根据上述两个方面，外部提供的扭矩输入可以包括与最大和最小设计扭矩有关的彳目息。
进一步根据上述两个方面，原动机可以是引擎，所述主控制器配置成至少通过影响原动机的速度控制原动机。
进一步根据上述两个方面，主控制器可以进一步配置成减少由于驱动系统驱动的车辆上的力干扰(例如，斜坡、风和滚动摩擦)引起的对原动机、马达速度和马达扭矩的影响。
进一步根据上述两个方面，驱动系统可以配置成驱动承受负载的车辆，所述主控制器配置成在承受所述负载的车辆操作期间减少负载的共振。
进一步根据上述两个方面，驱动系统可以是电驱动系统，原动机可以选自由柴油机、一个或多个电池和一个或多个燃料电池构成的群组。发生器可以是发电机。马达可以是电动机。
进一步根据上述两个方面，驱动系统可以是液压驱动系统。原动机可以是柴油机。 发生器可以是液压泵。主控制器可以配置成至少通过影响液压泵的排量控制液压泵。马达可以是液压马达。主控制器可以配置成至少通过影响液压马达的排量控制液压马达。
根据当前公开的主题的进一步的方面，公开了一种用于控制驱动系统的操作的主控制器，所述驱动系统包括原动机、发生器和马达，其中所述原动机配置成向发生器提供能量，发生器配置成驱动马达，所述控制器包括
速度控制器，其配置成根据至少两个不同的输入参数确定马达的目标速度；以及
扭矩控制器，其配置成基于至少两个不同的输入参数确定马达的目标扭矩；
其中主控制器配置成
同时确定目标速度和目标扭矩；以及
同时控制原动机、发生器和马达，以使马达以目标速度和目标扭矩操作。
输入参数可以是测量的输入参数，所述测量的输入参数选自由原动机的功率输出、车辆的测量的实际速度、液压马达的测量的速度和车辆的测量的实际牵引力构成的群组。
输入参数可以是使用者输入参数，所述使用者输入参数选自由用户提供的期望速度、期望的速度可以达到的最大加速度、使用者提供的扭矩、与最大和最小设计扭矩有关的信息、期望的马达速度、车辆的参数(例如，车辆的尺寸和重量)以及车辆承载的实际负载的参数构成的群组。
该输入参数可以是外部输入的参数，所述外部输入的参数选自由其他车辆的位置、道路的坡度、风和滚动摩擦构成的群组。
至少两个不同的输入参数可以包括至少一个来自测量的输入参数、使用者输入参数和外部输入参数中的两个或多个中的每个参数。
根据当前公开主题的再一方面，提供了一种包括前述权利要求中任一项所述的主控制器的车辆。车辆可以 配置成牵引飞机，并且可以进一步配置成容纳飞机的起落架。
为了理解本发明并且了解在实践中如何实施本发明，将参照附图仅通过非限制性实例描述实施方式，在附图中
图1A是具有驱动系统的车辆的示意性图示；
图1B是具有液压驱动系统的在图1A中示出的车辆的示意性图示；
图1C是具有电驱动系统的在图1A中示出的车辆的示意性图示；以及
图2是根据本发明的主控制器的示意性图示。
具体实施方式
如图1A中示意性图示，提供了车辆10，其由驱动系统12提供动力，驱动系统12经设计以驱动车辆。车辆10还包括用于使车辆移动的车轮14以及用于承载负载的平台16， 负载可以是飞机(例如，商用客机)的起落架(未图示)。此外，还提供了控制器(图1中未图示)以通过HDS12控制车辆的操作。
除了上述之外，车辆10可以是飞机牵引车，并且因而设置有用于其的合适的组件。在 W02008/038270、W02008/139437 和 W02008/139440 的一个或多个中，公开了这些车辆和组件中的一些实例，上述整体的公开内容通过引用并入本文。
驱动系统12包括原动机18 (例如，柴油机)、发生器20和马达22，马达22与车辆 10的每个车轮14关联并且经配置以驱动车辆10的每个车轮14 (应该理解，虽然驱动系统 12被描述为具有一个原动机18和一个发生器20，但是其可以包括若干个这些组件以例如提供冗余)。驱动系统12与所属领域的技术人员已知的驱动系统相似。具体地，原动机18 给发生器20提供动力，发生器20驱动每个马达22。如所提及那样，马达22功能性地连接车轮14以向它们提供动力。
平台16与车辆10的底盘连接，底盘具有作为多个自由度负载的一部分的已知弹簧和减震特性。这些参数可以通过已知手段测量和/或经验地估计。此外，可以在平台16 和车辆10的底盘之间设置诸如弹簧和/或减震器的适当的连接器，以根据负载提供期望的特性。
平台16通常被设计以承载具有多个自由度的重的负载。例如，车辆10可以被设置以牵引飞机(例如，商用大型喷气式客机)，在这种情况下，可以将平台16设计成承载飞机的起落架，例如前起落架。
进一步地，车辆10设置有主控制器，该主控制器的一个实例在图2中示意性图示并且以24标示。主控制器24包括速度控制器26，其配置成确定车辆的目标速度(即，速度控制器在考虑输入和如下所述的计算的情况下所计算的车辆能够最理想运行的速度)， 以及力控制器28，其配置成确定车辆的目标加速度和目标牵引力(即，力控制器在考虑输入和如下所述的计算的情况下所计算的车辆能够最理想运行的加速度和牵引力)(应该理解，虽然术语“力控制器”在参照车辆的特定实例下使用，但是它等同于扭矩控制器，扭矩控制器可以由设计成控制HDS操作的主控制器使用，所述的HDS被设计成驱动除了车辆外的一些物体，例如起重装置、天线等)。
速度控制器26被配置成在考虑若干输入的情况下确定目标速度，所述若干输入可以包括
用户提供的期望速度(Vdes，例如关于期望的车辆速度，这可以通过计算机接口或通过传统的脚踏板提供)；
通过其可以达到期望速度的最大加速度；
原动机18的功率输出；以及
车辆10的实际速度(例如，通过测量车辆车轮的角速度)
力控制器28被配置成在考虑若干输入的情况下确定目标加速度和牵引力，所述若干输入可以包括
使用者提供的牵引输入(Fdes，其可以包括设计者预先提供的最大和最小设计车辆牵引力)；
车辆的参数(例如，车辆的尺寸和重量);
车辆操纵的实际负载的参数；
车辆10的实际速度；
速度控制器26确定的目标速度；
车辆18的实际牵引力。
主控制器24被配置成同时确定目标速度、加速度和牵引力，并同时控制原动机 18、发生器20和马达22以实现目标值。为了优选的车辆性能，主控制器24可以直接操作驱动系统12，使得车辆10的功率输出(即，牵引力X速度)始终尽可能地接近原动机18 的功率输出。
为了实现目标值，将主控制器24配置成影响原动机18的功率输出以及发生器20 和马达22的操作。
除了上述之外，可以将主控制器24配置成检测和减轻由于干扰而施加在车辆10 上的外力的影响。这些干扰可以包括车辆行驶道路的斜坡、风对车辆和/或道路的影响以及车辆和被牵引负载的滚动摩擦的影响。
根据在图1B中图示的实例，驱动系统12为液压驱动系统(HDS)。原动机18可以是任何合适的原动机，例如柴油机。发生器20可以是可变排量液压泵20a，马达22可以是可变排量液压马达22a。根据这种布置，原动机的功率输出与其速度有关，并且液压泵向液压马达提供液压流体。
如众所周知，应该理解车辆10的速度与液压马达的速度关联，其牵引力与其液压马达的扭矩关联。
可以进一步将主控制器24配置成通过降低负载的共振频率而保持系统稳定性， 从而使得共振频率不会接近驱动系统12的系统带宽。如果负载的共振接近或低于驱动系统12的系统带宽，那么车辆10将会失控并难以恢复。
通过分析负载动态情况、车辆和驱动系统动态情况以及控制系统动态情况，系统状态矢量空间可以由下列十二个变量定义
权利要求
1.一种用于控制驱动系统的操作的主控制器，包括原动机、发生器和马达，原动机配置成提供能量给发生器，发生器配置成驱动马达，该控制器包括 速度控制器，其配置成根据外部提供的速度输入确定马达的目标速度；以及 扭矩控制器，其配置成基于外部提供的扭矩输入和车辆的参数确定马达的目标扭矩；其中主控制器配置成籲同时确定目标速度和目标扭矩；以及 同时控制原动机、发生器和马达，以使马达以目标速度和目标扭矩操作。
2.根据权利要求1所述的主控制器，其中 速度控制器进一步配置成根据原动机的功率输出和马达的测量的实际速度确定目标速度；以及 扭矩控制器进一步配置成基于马达的测量的实际速度和测量的实际扭矩确定目标扭矩。
3.根据前述权利要求中任一项所述的主控制器，其中所述扭矩控制器进一步配置成根据目标速度确定目标扭矩。
4.根据前述权利要求中任一项所述的主控制器，其中所述外部提供的速度输入包括期望的使用者提供的期望的车辆速度。
5.根据前述权利要求中任一项所述的主控制器，其中所述外部提供的扭矩输入包括与最大和最小设计扭矩有关的信息。
6.根据前述权利要求中任一项所述的主控制器，其中所述原动机是引擎，所述主控制器配置成至少通过影响原动机的速度来控制原动机。
7.根据前述权利要求中任一项所述的主控制器，进一步配置成减少由于驱动系统驱动的车辆上的力干扰弓I起的对原动机、马达速度和马达扭矩的影响。
8.根据权利要求7所述的主控制器，其中所述干扰选自包括斜坡、风和滚动摩擦的群组。
9.根据前述权利要求中任一项所述的主控制器，其中所述驱动系统配置成驱动承受负载的车辆，所述主控制器配置成在承受所述负载的车辆操作期间减少负载的共振。
10.根据前述权利要求中任一项所述的主控制器，其中所述驱动系统是电驱动系统。
11.根据权利要求10所述的主控制器，其中所述原动机选自由柴油机、一个或多个电池和一个或多个燃料电池构成的群组。
12.根据权利要求10和11中任一项所述的主控制器，其中所述发生器是发电机。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的主控制器，其中所述马达是电动机。
14.根据权利要求1至9中任一项所述的主控制器，其中所述驱动系统是液压驱动系统。
15.根据权利要求14所述的主控制器，其中所述原动机是柴油机。
16.根据权利要求14和15中任一项所述的主控制器，其中所述发生器是液压泵。
17.根据权利要求16所述的主控制器，其被配置成至少通过影响液压泵的排量控制液压栗。
18.根据权利要求14至17中任一项所述的主控制器，其中所述马达是液压马达。
19.根据权利要求18所述的主控制器，其被配置成至少通过影响液压马达的排量控制液压马达。
20.一种用于控制由驱动系统驱动的车辆的操作的主控制器，所述控制器包括 速度控制器，其配置成根据外部提供的速度输入确定车辆的目标速度；以及 牵引力控制器，其配置成基于外部提供的牵引输入和车辆的参数确定车辆的目标牵引力和加速度；其中所述主控制器配置成 同时确定目标速度、加速度和牵引力；以及 同时控制驱动系统的原动机、发生器和马达，从而以目标速度、加速度和牵引力驱动车辆。
21.根据权利要求20所述的主控制器，其中 速度控制器进一步配置成根据原动机的功率和车辆的测量的实际速度确定车辆的目标速度；以及 牵引力控制器进一步配置成基于车辆的测量的实际速度和牵引力确定车辆的目标牵引力。
22.根据权利要求21所述的主控制器，其中通过测量车辆车轮的角速度测量所述车辆的测量的实际速度。
23.根据权利要求20和21中任一项所述的主控制器，其配置成 至少通过影响马达的速度来影响车辆的速度；以及 至少通过影响马达的扭矩来影响车辆的牵引力。
24.根据权利要求20至23中任一项所述的主控制器，其中所述牵引力控制器进一步配置成根据目标速度确定目标牵引力。
25.根据权利要求20至24中任一项所述的主控制器，其中所述外部提供的速度输入包括期望的车辆速度。
26.根据权利要求20至25中任一项所述的主控制器，其中所述外部提供的牵引输入包括与最大和最小设计的车辆牵引力有关的信息。
27.根据权利要求20至26中任一项所述的主控制器，其中所述原动机是引擎，所述主控制器配置成至少通过影响原动机的速度来控制原动机。
28.根据权利要求20至27中任一项所述的主控制器，其进一步配置成减轻由于车辆上的力干扰导致的对速度和牵引力的影响。
29.根据权利要求28所述的主控制器，其中所述干扰选自包括斜坡、风和滚动摩擦的群组。
30.根据权利要求20至29中任一项所述的主控制器，其中所述车辆配置成承载负载，所述主控制器配置成在承受所述负载的车辆的操作期间减少负载的共振。
31.根据权利要求20至30中任一项所述的主控制器，其中所述驱动系统是电驱动系统。
32.根据权利要求31所述的主控制器，其中所述原动机选自由柴油机、一个或多个电池和一个或多个燃料电池构成的群组。
33.根据权利要求31和32中任一项所述的主控制器，其中所述发生器是发电机。
34.根据权利要求31至33中任一项所述的主控制器，其中所述马达是电动机。
35.根据权利要求20至30中任一项所述的主控制器，其中所述驱动系统是液压驱动系统。
36.根据权利要求35所述的主控制器，其中所述原动机是柴油机。
37.根据权利要求35和36中任一项所述的主控制器，其中所述发生器是液压泵。
38.根据权利要求37所述的主控制器，其被配置成至少通过影响液压泵的排量控制液压栗。
39.根据权利要求35至38中任一项所述的主控制器，其中所述马达是液压马达。
40.根据权利要求39所述的主控制器，其被配置成至少通过影响液压马达的排量控制液压马达。
41.一种包括根据前述权利要求中任一项所述的主控制器的车辆。
42.根据权利要求41所述的车辆，其配置成牵引飞机。
43.根据权利要求42所述的车辆，其配置成容纳飞机的起落架。
全文摘要
本发明公开了一种主控制器。主控制配器置成控制包括原动机、发生器和马达的驱动系统的操作，其中原动机配置成向发生器提供能量，发生器配置成驱动马达。控制器包括速度控制器和扭矩控制器，速度控制器配置成根据外部提供的速度输入确定马达的目标速度，扭矩控制器配置成基于外部提供的扭矩输入和车辆的参数确定马达的目标扭矩。主控制器配置成同时确定目标速度和目标扭矩，以及同时控制原动机、发生器和马达，以使马达以目标速度和目标扭矩操作。
文档编号F16H61/47GK103025594SQ201180026740
公开日2013年4月3日 申请日期2011年5月30日 优先权日2010年5月30日
发明者兰·布莱尔, 阿里·佩里 申请人:以色列宇航工业有限公司