專利名稱：轉矩分配系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明總體上涉及機械，更具體地說，涉及用于機械系統(tǒng)的電子動力管理和分配。
背景技術：
典型的機械可包括一個或多個用于提供使各種不同機械系統(tǒng)運行所需的動力的 裝置。這些機械系統(tǒng)可包括用以實施不同機械功能的推進系統(tǒng)和機具系統(tǒng)。例如，機械可 包括提供機械動力的內(nèi)燃機。這種機械動力可以直接使用，例如以便推動機械，和/或可以 轉變成另一種動力形式，例如電力或液力。此外，機械可以包括一個以上的動力源。一個這 樣的例子可以是具有電氣系統(tǒng)的機械，該電氣系統(tǒng)可以包括蓄電裝置。機械的電氣系統(tǒng)可 以通過使用連接到內(nèi)燃機上的發(fā)電機來運行該機械的推進系統(tǒng)。內(nèi)燃機還可連接到液力系 統(tǒng)上，該液力系統(tǒng)用來操縱機械的不同機具和轉向系統(tǒng)。機械還可以包括在運行期間消耗動力的不同部件和系統(tǒng)。這些部件和系統(tǒng)可以由 于運行它們的動力的形式或由于它們的功能而具有不同的動力消耗要求。例如，利用電驅 動系統(tǒng)和液力轉向系統(tǒng)的機械可以在運行期間在不同的時間要求一種形式或另一種形式 的動力。在這些系統(tǒng)中管理和分配動力是有挑戰(zhàn)性的，因為要求精細控制發(fā)動機的動力輸 出以保持穩(wěn)定而有效的運行。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，本發(fā)明說明了一種機械，該機械包括提供發(fā)動機轉矩的發(fā)動機。設有第一 裝置以便在機械的運行期間消耗一部分發(fā)動機轉矩，并提供機械功能。設有電子控制器以 便接收表示發(fā)動機工作參數(shù)的發(fā)動機信號，并根據(jù)發(fā)動機工作參數(shù)確定發(fā)動機轉矩輸出能 力(容量)。在電子控制器處接收來自第一裝置的轉矩請求，并將其與轉矩輸出能力進行比 較。根據(jù)轉矩請求和轉矩輸出能力將一部分發(fā)動機轉矩分配(分派)到第一裝置上。另一方面，本發(fā)明說明了一種用于機械的轉矩分配系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括至少一個轉 矩源和多個在運行期間利用轉矩的裝置。該轉矩分配系統(tǒng)包括轉矩源能力模塊，該轉矩源 能力模塊設置成接收表示轉矩源的至少一個工作參數(shù)的信號。該轉矩源能力模塊確定動力 源的轉矩輸出能力，該轉矩輸出能力被轉矩分配模塊接收。多個轉矩請求裝置提供轉矩請 求信號給轉矩分配模塊，每個轉矩請求裝置都與多個消耗轉矩的裝置中對應的一個裝置相 關聯(lián)。轉矩分配模塊設置成將多個轉矩請求中的每個請求合計成總轉矩請求，將總轉矩請 求與轉矩輸出能力進行比較，并根據(jù)轉矩輸出能力將對應的轉矩命令分配到多個裝置中的 每個裝置上。又一方面，本發(fā)明提供了一種用于在機械的(各種)不同的系統(tǒng)之間分配動力的 方法。該方法包括確定機械的動力源的轉矩輸出能力，并收集來自機械的不同系統(tǒng)的轉矩 請求。合計各轉矩請求以便產(chǎn)生總轉矩請求，將該總轉矩請求與轉矩輸出能力進行比較。當 總轉矩請求超過轉矩輸出能力時，計算比例系數(shù)，并根據(jù)相應的轉矩請求和該比例系數(shù)確 定相應的轉矩命令。然后通過向機械的不同系統(tǒng)發(fā)送轉矩命令來分配轉矩輸出能力。


圖1是按照本發(fā)明所述的履帶式拖拉機的輪廓圖。圖2是示出本發(fā)明的機械的不同部件和系統(tǒng)的方框圖。圖3是本發(fā)明的轉矩分配系統(tǒng)的方框圖。圖4是本發(fā)明的發(fā)動機轉矩負載控制模塊的方框圖。圖5和圖6是本發(fā)明的兩個誤差補償器的方框圖。圖7至圖9是本發(fā)明的發(fā)動機運行的三種狀況的圖解表示。圖10是本發(fā)明的分配轉矩的方法的流程圖。圖11是本發(fā)明的調(diào)解極限的方法的圖解表示。
具體實施例方式圖1是機械100的一個例子的輪廓圖。在圖1的示圖中，機械100是履帶式拖拉 機101，該履帶式拖拉機101作為機械的一個例子用來舉例說明動力管理安排。盡管該安 排示出為與履帶式拖拉機101有關，但本文所公開的安排在各種其它類型的機械中具有通 用性。術語“機械”可以涉及實施與一種工業(yè)如采礦、建筑、農(nóng)業(yè)、運輸、或現(xiàn)有技術中已知 的任何其它工業(yè)有關的某種類型作業(yè)的任何機械。例如，機械可以是土方機械，如輪式裝載 機、挖掘機、自卸貨車、反鏟挖土機、自行式平地機、材料裝卸機或諸如此類。另外，可以將機 具連接到機械上。這些機具可用于包括例如裝載、壓實、升舉、刷光的各種各樣的任務，并包 括例如挖斗、壓實器、叉式升舉裝置、刷子、抓斗、刀具、剪刀、刮刀、破碎機/錘子、螺旋推動 器及其它。履帶式拖拉機101包括支承發(fā)動機104的框架102。在所示實施例中，發(fā)動機104 是內(nèi)燃機，該內(nèi)燃機以轉矩輸出的形式給不同的機械系統(tǒng)提供動力。履帶式拖拉機101的 作業(yè)由駕駛室106中的操作人員控制。駕駛室106連接到框架102上，并包括不同的控制 裝置(未示出)。刮刀108通過聯(lián)動裝置110連接到框架102，致動器112使刮刀108在可 選擇的位置或高度處與框架102互連。在所示的實施例中，致動器是液壓缸。履帶式拖拉機101包括兩個履帶114 (僅一個可見)。這兩個履帶114是地面接合 構件的一個例子，但也可以使用其它的地面接合構件，例如車輪。這兩個履帶114屬于常用 類型，并相對于履帶式拖拉機101的框架102沿大致垂直的平面轉動。這兩個履帶114的 轉動通過一系列托鏈輪116推動，所述托鏈輪116直接或間接地連接到框架102上。連接 到齒輪系上的兩個電動馬達(未示出)，或者在這個實施例中，兩個最終傳動裝置(主傳動 裝置)118(僅一個可見)運轉以便給兩個履帶114提供動力。在所示的實施例中，這兩個 最終傳動裝置118分別設置成通過各自的驅動鏈輪120使兩個履帶114之一轉動。履帶式 拖拉機101的運動通過這兩個履帶114的轉動完成。這兩個履帶114沿同一方向并以同一 速度的轉動使履帶式拖拉機101能以筆直路線移動，不同的履帶速度使履帶式拖拉機101 轉向。用于本發(fā)明的一個實施例的驅動和機具系統(tǒng)200的示意圖在圖2的方框圖中示 出。該系統(tǒng)200包括發(fā)動機202，該發(fā)動機202具有轉動輸出軸204。轉動輸出軸204在發(fā) 動機202的運行期間提供轉矩和動力。在所示的實施例中，發(fā)動機202是內(nèi)燃機，但任何其它類型的原動機都可以使用。其它原動機的例子包括電動馬達和渦輪機。發(fā)電機206包括轉子208，該轉子208連接到發(fā)動機202的轉動輸出軸204上。該 發(fā)電機206運行以便將來自轉動輸出軸204的機械動力轉變成電力，該電力在第一輸出引 線210和第二輸出引線212處提供。聯(lián)軸節(jié)214將轉動輸出軸204與靜液壓泵216的輸 入軸互連。靜液壓泵216可以是變量泵，該變量泵具有第一出口導管218和第二出口導管 220，每個導管都能提供可變壓力和流量的加壓的液壓流體流。靜液壓泵運行，以便將來自 轉動輸出軸204的機械動力轉變成靜壓力。在一個實施例中，來自發(fā)電機206的電力推動機械。在所示的系統(tǒng)200中，第一電 動馬達222電連接到第一電輸出引線210上。同樣地，第二電動馬達224連接到第二電輸 出引線212上。第一和第二電動馬達222和224均連接到齒輪系226，該齒輪系226在一個 實施例中包括行星齒輪系。各齒輪系226與各自的驅動鏈輪120相連，所述驅動鏈輪120 為兩個履帶114的之一的轉動提供動力。當系統(tǒng)200運行以推動機械100 (圖1)時，來自 發(fā)動機202的機械動力在發(fā)電機206處被轉變成電力。該電力提供給第一和第二電動馬達 222和224，以使齒輪系226和驅動鏈輪120轉動，由此使兩個履帶114轉動。當利用電力 來推動機械100時，轉矩和負載被傳送到轉動輸出軸204上，這傾向于反抗它的轉動。靜液壓泵216在機械的作業(yè)期間可以與第一和第二電動馬達222和224結合運 行。在所示的實施例中，靜液壓泵216通過第一出口導管218給第一靜壓馬達228提供加 壓流體，并通過第二出口導管220給第二靜壓馬達230提供加壓流體。第一和第二靜壓馬 達228和230可以在機械上實施任何功能，例如，給附件或機具系統(tǒng)如泵、風扇、轉動機具、 谷物提升機和/或其它農(nóng)業(yè)或建筑裝置提供動力。在所示的實施例中，第一和第二靜壓馬 達228和230用來使機械100轉向。第一和第二靜壓馬達228和230每個都連接到排放裝置或儲槽232和控制閥234 上?？刂崎y234簡單地示出為兩位兩通閥(2-2閥)，該閥能在其出口選擇性地提供加壓流 體。當控制閥234起動時，流體流可以經(jīng)過第一和第二靜壓馬達228和230之一，然后通 過儲槽232返回靜液壓泵216。第一和第二靜壓馬達228和230每個都具有與離合器裝置 236相連的輸出軸。每個離合器裝置236都設置成選擇性地接合對應的驅動鏈輪120，以便 能在機械的運動期間調(diào)節(jié)兩個履帶114的其中之一或二者的運動。這種調(diào)節(jié)通常是在機械 移動期間轉動時或固定期間轉動時進行的。控制閥234的起動通過電氣致動器238完成， 所述電氣致動器238與該控制閥234相關聯(lián)并布置成改變其流體連接。除了使機械轉向之外，來自靜液壓泵216的流體也可以與不同機具的運行相關 聯(lián)。一種這樣的機具例如是刮刀108，該刮刀的定位并通過致動器112進行，如圖1所示。 在圖2的示圖中，液壓缸240設置成通過兩個流體導管242接收來自靜液壓泵216的加壓 流體。兩個流體導管242之一內(nèi)加壓流體的存在由機具閥244控制。機具閥244通過合適 的位移運動選擇性地控制第一和第二出口導管218和220與所述兩個流體導管242之間的 流體連接。機具閥244的位移通過電子致動器246完成，但機具閥244和電子致動器246 的其它構型也可以使用。系統(tǒng)200還可以包括不同的動力儲存裝置，所述動力儲存裝置在運行期間工作以 便儲存能量。這種能量可以用來增加或甚至有時替代發(fā)動機202的動力輸出。在所示的實 施例中，該系統(tǒng)包括至少一個一可選地為兩個一儲壓器248。儲壓器248是這樣的裝置它具有內(nèi)部體積(空間)，該內(nèi)部體積被一活動的或柔性的界面分成兩個室。這兩個室中的一 個流體地連接到加壓流體源，而另一個室一般密封并含有可壓縮的氣體如氮氣。在運行期 間，壓力下的流體可以通過占據(jù)相應的流體室而聚集在儲壓器248內(nèi)，該流體室連接到例 如第一和第二出口導管218和220上。在所示的實施例中附加類型的動力儲存是蓄電裝置250。該蓄電裝置250可以是 蓄電池、電容器或任何其它形式的蓄電裝置。蓄電裝置250連接到發(fā)電機206，并在運行期 間積蓄或儲存過量的電力。這種儲存的電力可以在運行期間用來增加或代替發(fā)電機206所 提供的電力。系統(tǒng)200還包括電子控制器252，該電子控制器252與機械100的不同部件和系 統(tǒng)操作性地連接或關聯(lián)(圖1)。電子控制器可以是單個控制器，或者可以包括設置成控制 機械的不同功能和/或特征的一個以上的控制器。例如，用來控制機械的總體運行的主控 制器可以與用來控制發(fā)動機202的發(fā)動機控制器配合實施。在這個實施例中，術語“控制 器”意指包括一個、兩個或多個控制器，所述控制器可以相關聯(lián)，并可以配合以便控制機械 100(圖1)的不同功能和運行。因此，控制器的不同接口相對于圖2的方框圖中所示的驅動 系統(tǒng)的部件說明，但這些接口并非用于限制所連接的部件的類型和數(shù)量或者所說明的控制 器的數(shù)量。因此，電子控制器252連接到提供信號的不同傳感器或其它裝置5，所述信號表示 機械100的不同工作參數(shù)。電子控制器252還連接到不同的致動器或其它裝置上，所述致 動器或其它裝置操縱或控制機械100的不同部件和/或系統(tǒng)的運行。如相對于下面的附圖 更詳細地說明的，電子控制器252能執(zhí)行或否則跟隨(遵循)控制算法，所述控制算法監(jiān)測 和調(diào)節(jié)機械100的不同部件和系統(tǒng)的運行。更具體地說，圖2所示的電子控制器252通過相應的第一和第二馬達控制線路254 和256連接到第一和第二電動馬達222和224之一上，如圖所示。雖然第一和第二馬達控 制線路254、256示出為使電子控制器252與第一和第二電動馬達222和224直接互連，但 這些互連是象征性的，并可以使用其它安排。例如，第一和第二馬達控制線路254和256可 以連接到其它電氣裝置，如逆變器電路上，所述其它電氣裝置可以調(diào)制從發(fā)電機206提供 給第一和第二電動馬達222和224的電力。在這個實施例中，第一和第二馬達控制線路254 和256可以提供工作循環(huán)(％)信號或其它合適的信號，所述信號被其它電氣裝置(未示 出)用來控制第一和第二電動馬達222和224的轉動的速度和轉矩。在可供選擇的實施例 中，可以使用一個電動馬達來驅動兩個履帶114。在這種可供選擇的實施例中，電動馬達的 輸出可以通過合適的齒輪或傳動裝置劃分，所述齒輪或傳動裝置的運行可以通過與電子控 制器252的合適連接來控制。在所示的實施例中，電子控制器252通過蓄電信息線路258連接蓄電裝置250。蓄 電裝置250可以包括分開的控制器(未示出)，該分開的控制器在運行期間任何時間里監(jiān)測 蓄電裝置250的充電和放電循環(huán)，及評估所存在的充電量、所蓄存的充電量，和/或預報蓄 電裝置250的充電狀態(tài)。這種控制器可以通過蓄電信息線258給電子控制器252提供合適 的蓄電信號，所述信號表征蓄電裝置250的功率容量和耗電率。所示實施例的電子控制器252還通過相應的轉向控制線路260連接到電氣致動器 238上。轉向控制線路260可以提供合適的電信號，該電信號使電氣致動器238調(diào)節(jié)位置，并因此調(diào)節(jié)使機械100 (圖1)轉向的靜液壓泵216和控制閥234間的流體連接。為測量第 一和第二出口導管218和220中存在的流體壓力而設置的壓力傳感器262可以通過壓力信 號線路264合適地連接到電子控制器252上。通過壓力信號線路264提供給電子控制器 252的信號實時指示靜液壓泵216所提供的流體的壓力。這些壓力可以用來推斷對靜液壓 泵216的轉矩輸入、儲壓器248的動力容量、及在機械100 (圖1)的運行期間不同機具例如 液壓缸240所消耗的動力的程度。電子控制器252還連接到一個或多個電氣傳感器266上，所述電氣傳感器266在 圖2中集體示出并用一個標號表示。傳感器266可以包括測量涉及發(fā)電機206的運行的電 流、電壓、相平衡、相幅、相位頻率和/或其它電參數(shù)的傳感器?？梢耘c發(fā)電機206相關聯(lián)地 設置附加電子控制器(未示出)。這種附加電子控制器可以連接到不同的傳感器如上面所 列舉的傳感器上，并安裝成至少在附加電子控制器可以提供表示功率輸出、功耗和/或發(fā) 電機206的所指出的功耗的范圍內(nèi)監(jiān)測和證明發(fā)電機206的運行狀態(tài)。這些信號可以通過 發(fā)電機信號線路268提供給電子控制器252。電子控制器252還通過輸出軸信號線路272連接到輸出軸傳感器270上。輸出軸 傳感器270與發(fā)動機202的轉動輸出軸204相關聯(lián)，并安裝成提供表示轉動輸出軸204的 工作參數(shù)的信號。這些工作參數(shù)包括轉動輸出軸204的轉動速度、應力、應變和/或角加速 度。這些和/或另一些參數(shù)可以用來確定從發(fā)動機202傳送到轉動輸出軸204的轉矩。可 以理解，在轉動輸出軸204上發(fā)電機206的轉子208和靜液壓泵216的組合可以影響運行 期間轉動輸出軸204所經(jīng)歷的加速度和/或轉矩。電子控制器252還連接到發(fā)動機傳感器274上。雖然示出一個元件以代表發(fā)動機 傳感器274，但這種傳感器也可以包括一個以上的傳感器，所述傳感器通過發(fā)動機通信線路 276測量一個以上的發(fā)動機工作參數(shù)。另外，發(fā)動機傳感器274可以是發(fā)動機控制器(未示 出)，或者更具體地說，是分開的電子控制器，所述電子控制器除了連接到涉及發(fā)動機202 運行的不同控制裝置和致動器上之外，還連接到發(fā)動機上的不同傳感器上。更具體地說，發(fā) 動機控制器可以是這樣的裝置，該裝置接收表示發(fā)動機202的工作狀態(tài)的信號，處理這些 信號，并提供合適的命令以控制發(fā)動機202的燃料供應和速度。這種信息可以用電氣、電子 或數(shù)字信號的形式通過發(fā)動機通信線路276提供給電子控制器252。在運行期間，以電子和/或液力形式利用的功以轉矩加載形式的負載施加到發(fā)動 機202的轉動輸出軸204上。這種轉矩加載可以具有連續(xù)的或瞬時的性質，并且在運行期 間還可以超過系統(tǒng)200的發(fā)動機202和/或其它蓄電裝置的轉矩能力。由于這個和另一些 原因，本發(fā)明的電子控制器252設置成接收來自機械的各部件和/或系統(tǒng)的不同信號，確定 不同機械系統(tǒng)的轉矩產(chǎn)生和消耗要求，并合適地平衡可用的轉矩。一個能完成這種任務的 控制算法的實施例在下面的說明和后面的附圖中示出。圖3示出轉矩分配策略300和相關系統(tǒng)的框圖。在運行期間，轉矩產(chǎn)生和儲存裝 置的集合302提供信息給轉矩分配策略300，該轉矩分配策略300表示轉矩產(chǎn)生能力和可供 不同系統(tǒng)使用的轉矩。更具體地說，機械可以包括發(fā)動機304、蓄電裝置306、液力儲存裝置 308和/或與其有關的其它動力儲存裝置310。例如，機械100 (圖1)包括發(fā)動機202 (圖 2)，該發(fā)動機202連接到發(fā)電機206 (圖2)和靜液壓泵216 (圖2)上，所述發(fā)電機206和靜 液壓泵216每個都產(chǎn)生或轉換動力。這種動力可以儲存在其它裝置中，例如，儲存在蓄電裝置250 (圖2)和儲壓器248 (圖2)中。輸入到系統(tǒng)的轉矩包括例如由發(fā)動機304或預先儲 存且現(xiàn)在可用的動力所產(chǎn)生的轉矩，該動力例如來自蓄電裝置306、液力儲存裝置308等。集合302內(nèi)的每個部件或系統(tǒng)都將一個或多個相應信號提供給轉矩分配策略 300。這樣提供的信號表示每個部件的瞬時轉矩能力，且還可以包括每個部件的未來或瞬變 轉矩能力的評估。在一個實施例中，集合302內(nèi)的每個部件都與轉矩分配策略300內(nèi)的對 應轉矩能力確定器通信。用這種方法，分配策略可以靈活地適應任何類型的機械或車輛中 所用的任何類型的轉矩。在所示的實施例中，發(fā)動機304提供信息信號給發(fā)動機轉矩負載 控制(ETLC) 312模塊。ETLC312確定并提供有關發(fā)動機304的功能狀態(tài)的信息。同樣，蓄 電裝置306提供信息給電力能力(EPC) 314模塊，液力儲存裝置308提供信息給液力能力 (HPC) 316模塊，系統(tǒng)中任何動力儲存裝置310都能提供信息給其它動力能力模塊318中的 一個或多個，該動力能力模塊為簡化起見集體示出為一個方框。用于在ETLC 312內(nèi)工作的控制算法的一個實施例在圖4的方框圖中示出。在所 示的實施例中，ETLC 312控制算法是一個示例性的實施方案，該實施方案能提供發(fā)動機轉 矩信號402，所述發(fā)動機轉矩信號402表示可供不同的機械系統(tǒng)使用的轉矩。在一個實施例 中，發(fā)動機轉矩信號402是提供給動力分配模塊(PDM)320的信號，如圖中所示的。在所示出的實施例中，ETLC 312設置成接收第一輸入，該第一輸入表示在發(fā)動機 的輸出軸處可用的轉矩。更具體地說，第一輸入404是轉矩輸入，該轉矩輸入在一個實施例 中代表發(fā)動機的輸出軸處發(fā)動機的轉矩輸出和負載轉矩之間的差值。這些參數(shù)是可以估計 和/或測量的。專用的發(fā)動機控制器可以根據(jù)發(fā)動機速度和燃料供應速率確定發(fā)動機的轉 矩輸出。這種信息可以用轉矩的單位確定并作為發(fā)動機控制器(未示出)的輸出。發(fā)動機 的輸出軸上的負載轉矩可以用合適的傳感器例如輸出軸傳感器270 (圖2)測量。發(fā)動機所 產(chǎn)生的轉矩或者轉矩輸出與輸出軸上的負載轉矩之間的差別提供可供其它系統(tǒng)使用的轉 矩范圍，它是在第一輸入404處提供作為信號的參數(shù)。表示發(fā)動機的速度的信號在第二輸 入406處提供?？捎玫陌l(fā)動機轉矩信號在第三輸入408處提供。在第三輸入408處可用的發(fā)動機 轉矩是能由發(fā)動機控制器(未示出)提供的信號，并可以是發(fā)動機在已施加任何所需限制 之后的轉矩輸出的信號。這些限制可以包括任何轉矩限制，對加油速率所施加的煙度限制， 對發(fā)動機功率額定值的不同減小等。可以理解，可用的發(fā)動機轉矩不考慮改變發(fā)動機運行 的狀況，如穩(wěn)態(tài)誤差和/或瞬態(tài)效果。因此，所示實施例的ETLC 312包括一些改進，所述改 進包括能在任何時候都提供更準確的估計發(fā)動機的轉矩能力。所示的用于ETLC 312的實施例包括第一穩(wěn)態(tài)誤差估值器410，該估值器410提供 穩(wěn)態(tài)誤差補償項412。所示的用于ETLC 312的實施例還包括瞬態(tài)誤差估值器414，該估值 器414提供瞬態(tài)誤差補償項416。穩(wěn)態(tài)誤差補償項412表示轉矩計算中的任何誤差，而與原 始點無關，該原始點已結合到單個項中并根據(jù)應用到系統(tǒng)上的物理學原理確定。瞬態(tài)誤差 補償項416顯示任何過量的發(fā)動機轉矩，當發(fā)生發(fā)動機速度的改變時，該過量發(fā)動機轉矩 可以被發(fā)動機消耗掉。圖5和6分別示出穩(wěn)態(tài)誤差估值器410和瞬態(tài)誤差估值器414的一 個實施例的方框圖。圖5中示出的穩(wěn)態(tài)誤差估值器410的實施例是一種用以在轉矩評估中提供穩(wěn)態(tài)誤 差估值的潛在實施方案。這種估值能有利地考慮系統(tǒng)中可能存在的任何確定的或不確定的誤差來源。更具體地說，加到發(fā)動機的轉動輸出軸上的轉矩之和應等于總轉動慣量乘以角 加速度。因此，轉矩的和與角加速度乘以轉動矩的乘積之間的差值應當?shù)扔诹??？梢岳斫猓?這種代數(shù)表達式的任何非零結果都提供系統(tǒng)中的誤差之和。更具體地說，圖5示出用于誤差代數(shù)表達式的穩(wěn)態(tài)誤差估值器410的一個實施例。 穩(wěn)態(tài)誤差估值器410設置成接收第一輸入信號404和第二輸入信號406，所述第一輸入信 號404表示在發(fā)動機的輸出軸處可用的轉矩，而第二輸入信號406表示發(fā)動機速度。在下 面的說明中，為簡化起見，將不同的參數(shù)定性地提供，而不在操作期間插入單位轉換。導數(shù) 函數(shù)502確定發(fā)動機速度的導數(shù)504。發(fā)動機速度的導數(shù)504在乘法器506處乘以在飛輪 或發(fā)動機的輸出軸處存在的總轉動慣量508，以便提供轉矩信號510的改變的速率?？梢岳?解，轉動慣量508是常數(shù)，它代表發(fā)動機、輸出軸和機械的設計成與其一起轉動的任何其它 物理結構的慣量。附加導數(shù)函數(shù)512根據(jù)第一輸入404處的信號確定在發(fā)動機的輸出軸處可用的轉 矩的導數(shù)514。將發(fā)動機的輸出軸處可用的轉矩的導數(shù)514從求和點516處轉矩信號510 的改變速率中減去，以便提供總轉矩改變速率518。積分器522確定穩(wěn)態(tài)誤差補償項412的 積分524，將該積分524在附加求和點526處從總轉矩改變速率518中減去，以便提供經(jīng)過 校正的穩(wěn)態(tài)轉矩誤差528。經(jīng)過校正的穩(wěn)態(tài)轉矩誤差528在附加乘法器532處乘以帶寬常 數(shù)530，以便提供標準化的穩(wěn)態(tài)轉矩誤差534，該標準化的穩(wěn)態(tài)轉矩誤差534提供給積分器 522，并最后產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)誤差補償項412?，F(xiàn)在參見圖6所示的方框圖，其中示出用于圖4中所示的瞬態(tài)誤差估值器414的 一個實施例，實施方案示出用于算術運算，以便提供在轉矩估值時瞬態(tài)誤差的估值。這種估 值能有利地考慮使發(fā)動機從當前發(fā)動機速率加速到所需發(fā)動機速度所要求的轉矩。發(fā)動機 速度和確定所需發(fā)動機速度的方式中的變化不屬于本發(fā)明的范圍，它們是在機械的運行期 間由于不同原因而發(fā)生的操作。對本發(fā)明的場合，在加速到所需工作點時由發(fā)動機所消耗 的轉矩變得相關，因為用于發(fā)動機的加速的這種轉矩不可供其它機械部件或系統(tǒng)利用。在估計加速發(fā)動機所需的轉矩，以使轉矩專用于這個目的而不可供不同機械系統(tǒng) 使用之后，物理原理包括使用下列物理表達式
Jcod = 動機一 Γ負載式中J是發(fā)動機輸出軸的2的轉動慣量，ω是發(fā)動機的角速度， 是所需發(fā)動機 速度和實際發(fā)動機速度之間差值的導數(shù)，Tsatt是發(fā)動機的轉矩輸出，T^^是加載在發(fā)動機 上的轉矩。在某些假定和近似情況下，上述方程能表示成T負載=T發(fā)動機可用-J X Kp Xe式中=Tsattilffl是有限的發(fā)動機輸出，而Kp是常數(shù)。如圖6中所示，瞬態(tài)誤差估值器414則在第二輸入406處接收當前發(fā)動機速度。 將發(fā)動機速度在求和點604處與發(fā)動機速度設定點602進行比較，以確定發(fā)動機速度誤差 606。發(fā)動機速度誤差606在乘法器612處乘以帶寬常數(shù)608和轉動慣量610，以便提供瞬 態(tài)校正因子614。瞬態(tài)校正因子614在確定器或截斷功能616處加了高限和低限之后基本 上是瞬態(tài)誤差補償項416。高限設定成可用的發(fā)動機轉矩408，而低限是用于減速限618的 可校準常數(shù)，該減速限618在附加乘法器620處乘以轉動慣量610。
現(xiàn)在返回圖4的方框圖，可以看出，所有代數(shù)和物理表達式都滿足。在第三輸入 408處可用的發(fā)動機轉矩通過在第一求和點418處添加穩(wěn)態(tài)誤差補償項412進行校正。瞬 態(tài)誤差補償項416在第二求和點420處從第一求和點418的和中減去，以便提供發(fā)動機轉 矩信號402，該發(fā)動機轉矩信號402表示可供不同的機械系統(tǒng)使用的轉矩。圖7、圖8和圖 9中示出ETLC312在不同工作狀況下操作的方式的三個圖，尤其是涉及瞬態(tài)誤差估值器414 的運行。圖7-9均示出一曲線，該曲線顯示發(fā)動機相對于耳狀曲線(lug curve) 702的工作 點。耳狀曲線702是代表發(fā)動機的最大轉矩或馬力的發(fā)動機工作點的集合，依據(jù)在水平軸 線704上所顯示的發(fā)動機速度和在垂直軸線706上所顯示的發(fā)動機燃料供應或轉矩而繪 制。兩個特定的發(fā)動機速度與下面的討論有關，并在曲線上繪出。實際發(fā)動機速度708顯 示發(fā)動機工作的速度，而所需的發(fā)動機速度710顯示發(fā)動機應當以其工作的發(fā)動機速度設 定點。實際發(fā)動機速度708和所需的發(fā)動機速度710用垂直線表示，該垂直線在相應的發(fā) 動機速度值處與水平軸線相交。所述曲線還示出發(fā)動機的工作轉矩。該工作轉矩表示在當前工作狀況下發(fā)動機所 產(chǎn)生的轉矩輸出。每個曲線中的轉矩輸出都用轉矩條712示出。轉矩條712的高度代表沿 著垂直軸線706的轉矩值，該轉矩值代表發(fā)動機在當前工作狀況下的轉矩輸出值。在圖7所示的發(fā)動機的工作狀況下，發(fā)動機是在所需的發(fā)動機速度710下工作。 因此，實際發(fā)動機速度708與所需的發(fā)動機速度710 —致。轉矩條712的高度在耳狀曲線 702的下方，這表示發(fā)動機的轉矩輸出小于發(fā)動機能達到的最大轉矩輸出。在這些狀況下， 存在過量的轉矩容量714。過量的轉矩容量714用轉矩條712與耳狀曲線702分開的高度 圖解表示。當發(fā)動機在圖7所示的狀況下工作時，來自ETLC 312 (圖3)的輸出信號表示發(fā) 動機的過量轉矩容量714。圖8中示出發(fā)動機的不同工作狀況。在這種狀況下，轉矩條712的高度位于耳狀 曲線702上。另外，實際發(fā)動機速度708小于所需的發(fā)動機速度710。在這一狀況下，發(fā)動 機中無可用的過量轉矩容量。換句話說，在這種狀況下發(fā)動機不僅滿載，而且還不能消耗轉 矩，所述轉矩將使發(fā)動機朝所需發(fā)動機速度710方向加速。當發(fā)動機在圖8所示的狀況下 工作時，來自ETLC 312 (圖3)的輸出信號能是零或甚至是負值，所述信號為零表示發(fā)動機 中沒有額外的轉矩可用，而負值表示發(fā)動機過載。圖9中示出發(fā)動機的第三種工作。在這種條件下，轉矩條712的高度在耳狀曲線 702之下，這表示發(fā)動機在這些狀況下具有過量轉矩容量714。實際發(fā)動機速度708也低于 所需的發(fā)動機速度710。在這種狀況下，ETLC312(圖3)可以提供一低于過量轉矩容量714 的值，以便能通過發(fā)動機消耗一部分過量轉矩容量714。過量轉矩容量714的所述被消耗 以使發(fā)動機從實際發(fā)動機速度708加速到所需的發(fā)動機速度710的部分可以小于該過量 轉矩容量714，并可隨著發(fā)動機速度增加而過一段時間進一步調(diào)節(jié)。在一個實施例中，ETLC 312 (圖3)可以調(diào)節(jié)這部分過量轉矩容量714，以使發(fā)動機沿著路線716逐漸地加速，該路 線716將轉矩條712的頂部連接到耳狀曲線702上與所需的發(fā)動機速度710相對應的最大 轉矩的點上。如對ETLC 312的實施例所說明的，其它轉矩能力模塊在提供表示每個動力或轉 矩能力的信號時可以用同樣方式操作?，F(xiàn)在返回圖3，每個轉矩能力模塊都提供一個信號給動力分配模塊(PDM)320。這些信號表示任何時間可供系統(tǒng)內(nèi)使用的轉矩。從ETLC 312、 EPC 314,HPC 316的每一個及任何其它這種模塊提供給PDM 320的信號的組合代表系統(tǒng)可 用的總轉矩。這種總轉矩可用來在運行期間操縱機械系統(tǒng)。因為系統(tǒng)的總轉矩可用性已經(jīng) 確定，所以操縱不同的系統(tǒng)和系統(tǒng)部件所需的轉矩也能確定。在所示的實施例中，不同的轉矩要求由機械的不同部件和系統(tǒng)產(chǎn)生，并提供給PDM 320。更準確地說，監(jiān)測和控制與移動機械有關的部件和系統(tǒng)的推進子系統(tǒng)(未示出)可以 根據(jù)操作人員的命令確定轉矩要求，以用于使機械運動。在一個實施例中，這種推進子系統(tǒng) 包括推進轉矩請求子程序322，所述子程序322提供推進轉矩請求324給PDM 320。在所示 的實施例中，推進轉矩請求子程序322在與PDM 320在其中工作的電子控制器不同或分開 的電子控制器內(nèi)的算法運算。推進轉矩請求324是局域網(wǎng)(CAN)鏈接上傳遞的編碼數(shù)字信 號，所述鏈接使推進轉矩請求子程序322與PDM 320互連，用于與其信息交換。推進轉矩請 求324代表轉矩系統(tǒng)通過推進子系統(tǒng)請求的加載。推進轉矩請求324還能代表機械的操作 人員所請求的推進子系統(tǒng)請求達到推進功能程度的轉矩的量。在同樣方式中，機具子系統(tǒng)包含機具轉矩請求子程序326，該子程序326提供機具 轉矩信號328給PDM 320。在圖3中以一個方框330集體示出的另一些系統(tǒng)提供額外的轉 矩請求給PDM 320，所述額外的轉矩請求集體地以332示出。這些包括在一個方框330中的 額外的系統(tǒng)可包括例如冷卻風扇、空調(diào)壓縮機、不同的電子系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、輔助機具系統(tǒng) 以及其它在機械上工作并消耗功率的系統(tǒng)，上述系統(tǒng)與加到發(fā)動機的轉動軸上的轉矩負載 有關。包括在這些用一個方框330代表的其它系統(tǒng)中的可以是機械的消耗轉矩的系統(tǒng)，因 此它們在轉矩需求不能直接地控制。這些不可控制的系統(tǒng)包括由于摩擦引起的機械中功率 的損失、儲存在發(fā)動機的飛輪內(nèi)的功率、由于液壓流體或電流的泄漏而引起的損失以及諸 如此類。PDM 320設置成接收表示系統(tǒng)的轉矩能力的信號，及表示系統(tǒng)的轉矩消耗需求的 信號。概括地說，PDM 320工作，以便將系統(tǒng)的轉矩消耗與其轉矩產(chǎn)生能力進行比較，以使二 者協(xié)調(diào)從而使機械穩(wěn)定而有效地運行。當實施這種轉矩調(diào)節(jié)時，可以使用不同的標準。在 一個實施例中，PDM 320可以包括與每個系統(tǒng)相對于其它系統(tǒng)的優(yōu)先權的信息。當轉矩不 足以滿足所有轉矩請求時，可以利用這種優(yōu)先權信息來確定哪個系統(tǒng)可以接收轉矩。在一 個實施例中，PDM 320所用的額外標準是系統(tǒng)可以接收代表最小量轉矩的信息。例如，不同 的系統(tǒng)可能需要最小量的轉矩以便運行。在可用轉矩不足的情況下，PDM 320可以調(diào)節(jié)操 縱不同系統(tǒng)的轉矩，而同時保證每個系統(tǒng)被提供至少那個系統(tǒng)運行所必需的最小轉矩量。圖10中示出用于分配轉矩的方法的流程圖。在運行過程中，PDM 320在1002處 合計或計算產(chǎn)生轉矩或正面地有助于系統(tǒng)的轉矩可用性的所有來源之和。在1004處利用 合計的轉矩貢獻來計算代表系統(tǒng)中可用轉矩的數(shù)值。在某些情況下，轉矩被不可控制的裝 置消耗，如上所述。在這些情況下，在1006處將被這些不可控制的裝置消耗或使用的轉矩 從可用的轉矩中減去，以便在1008處產(chǎn)生余下的可用轉矩估計值。在1008處所估計的余 下的可用轉矩代表系統(tǒng)的轉矩能力。這種轉矩可供可控制的裝置如機械的推進或機具系統(tǒng) 使用。已經(jīng)在1008處確定余下的可用轉矩后，PDM 320在1010處合計或計算每個受控 制的系統(tǒng)的所有最小轉矩要求之和，并在1011處合計或計算所有請求的轉矩之和。如上所
12述，在運行中每個系統(tǒng)都可以要求最小的轉矩，以保證連續(xù)地運行。在1012處將最小轉矩 要求之和與余下的可用轉矩進行比較。當最小轉矩等于或大于余下的可用轉矩時，可選地 在1014處增大系統(tǒng)的轉矩能力，而每個轉矩沉槽(接收器，sink)可以在1016處根據(jù)轉矩 可用性和系統(tǒng)優(yōu)先權指定它的最小轉矩。在這種狀況下，機械可以用“應急模式”運行，該 “應急模式”可供用于主要機械系統(tǒng)如推進系統(tǒng)的有限功能，而不向非主要的機械系統(tǒng)如實 施工作功能的機具系統(tǒng)供應轉矩。當余下的可用轉矩值超過最小轉矩請求之和時，在1018處將所請求的轉矩之和 與余下的可用轉矩進行比較。如果所請求的轉矩之和小于余下的可用轉矩，則每個子系統(tǒng) 在1020處接收各子系統(tǒng)所請求的轉矩，且過程重復。可選地，在1022處實施為提高效率而 減少對系統(tǒng)的轉矩輸入的命令。當余下的可用轉矩大于最小轉矩要求但小于轉矩請求之和時，在1024處將余下 的可用轉矩分配在請求轉矩的不同系統(tǒng)中。在一個實施例中，應用比例系數(shù)以便按比例分 配可用的轉矩。在這個實施例中，該比例系統(tǒng)在1026處以可用轉矩值與轉矩請求之和的比 值計算。這種狀況下的比例系數(shù)等于系統(tǒng)的轉矩能力之和除以轉矩請求324、328、332之 和，如圖3中所示，該系統(tǒng)的轉矩能力之和包括從ETLC 312, EPC 314, HPC 136和任何其它 轉矩輸入318中減去由不可控制的裝置所消耗的轉矩。已經(jīng)在1026處確定比例系數(shù)之后，可以在1028處通過將該比例系數(shù)乘以每個轉 矩請求來計算分配到每個子系統(tǒng)的轉矩，以便產(chǎn)生用于每個系統(tǒng)的最終轉矩命令。在一個 實施例中，在1030處將最終轉矩命令與每個相應系統(tǒng)的最小轉矩進行比較。當一特定系統(tǒng) 分配小于相應最小轉矩時，PDM 320可以在1032處增加命令到該系統(tǒng)的轉矩，以便命令最 小的轉矩。這種對特定系統(tǒng)命令的最小轉矩能在1034處從可用的轉矩中減去，然后當分配 由其余系統(tǒng)消耗的轉矩時，可在1026處重新計算比例系數(shù)。再次返回圖3，PDM 320用上述方式分配轉矩或動力，并向機械的不同系統(tǒng)提供合 適的轉矩命令信號。更具體地說，PDM 320給推進輸出命令模塊336提供推進轉矩命令信號 334。將機具輸出命令信號338提供給機具輸出命令模塊340，將其它的輸出命令信號342 提供給其它的輸出命令模塊344，所述模塊集體用一個方框示出。這些其它的輸出命令模 塊344可以包括機械的不同部件或系統(tǒng)，但也能包括一個或多個動力儲存裝置，如蓄電裝 置306或液力儲存裝置308?？梢岳斫?，動力儲存裝置當放電時使儲存的動力可用于系統(tǒng)， 但當充電時也能起轉矩沉槽的作用。推進輸出命令模塊336和機具輸出命令模塊340每個都與機械的相應系統(tǒng)相關 聯(lián)，并安裝成控制其運行。例如，推進輸出命令模塊336可以直接或間接地控制電力，該電 力可通過用以移動兩個履帶114的第一和第二電動馬達222和224(圖2)。同樣地，機具 輸出命令模塊340可以控制機具閥244起動的程度和速率，以使加壓流體能進入液壓缸 240 (圖2)，由此消耗液力。推進輸出命令模塊336和機具輸出命令模塊340每個都安裝成 保證它們控制的裝置消耗轉矩的速率與由PDM 320所確定的輸出命令信號協(xié)調(diào)。轉矩分配策略300還包括轉矩仲裁模塊(TAM) 346。TAM 346用以使系統(tǒng)所用的 動力或轉矩相協(xié)調(diào)，以適應瞬態(tài)轉矩要求及保證機械的所有系統(tǒng)都在合適的運行范圍內(nèi)工 作。TAM 346設置成接收表示不同轉矩輸出命令的信號，例如，推進轉矩命令信號334、機具 輸出命令信號338等。每個轉矩輸出命令信號通常都與最小和最大允許運行的極限相關聯(lián)。這種極限可以用發(fā)動機速度或發(fā)動機負載表示。TAM 346能接收或恢復與在機械中運 行的各子系統(tǒng)相對應的儲存的極限。由于不同的子系統(tǒng)能有不同的要求，所以一個系統(tǒng)可 接受的運行范圍可能延續(xù)到另一些系統(tǒng)不能接受的范圍。為避免這種矛盾，TAM 346安裝 成將所有適用的極限協(xié)調(diào)成一組極限，該組極限限定每個產(chǎn)生轉矩或儲存轉矩的裝置的工 作范圍。圖11中示出通過TAM 346實施的極限調(diào)解的一個實施例的圖解。所示的曲線是 發(fā)動機的轉矩曲線1102，該轉矩曲線是依據(jù)水平軸線上的發(fā)動機速度1104和垂直軸線上 的發(fā)動機轉矩輸出1106繪出的。不同的極限在曲線上繪出，所述極限代表可容許運行的發(fā) 動機速度或發(fā)動機轉矩的范圍。所繪出的每個極限都與機械的轉矩接收子系統(tǒng)相對應。例 如，發(fā)動機速度上的第一組極限用第一最小發(fā)動機速度1108和第一最大發(fā)動機速度1110 表示。第一最小和最大發(fā)動機速度1108和1110可以與第一子系統(tǒng)例如包括液壓缸240 (圖 2)的機具控制系統(tǒng)相對應。發(fā)動機速度上的第二組極限可以應用到機械的運行上，該第二 組極限可包括第二最小發(fā)動機速度1112和第二最大發(fā)動機速度1114。在這個例子中，可以 看出，第一最小發(fā)動機速度1108可小于第二最小發(fā)動機速度1112，如圖所示，而第二最大 發(fā)動機速度1114可大于第一最大發(fā)動機速度1110。用類似的方式，TAM 346能接收和調(diào)解對發(fā)動機的轉矩輸出所提出的極限。例如， 這些轉矩極限可以包括用于不同子系統(tǒng)的最小轉矩要求、對用于限制煙霧的發(fā)動機提出的 轉矩極限等。在圖11的圖表中，這兩種極限定性地示出。第一組轉矩極限用第一最小轉矩 1116和第一最大轉矩1118表示。第二組轉矩極限用第二最小轉矩1120和第二最大轉矩 1122表示，所述第二最小轉矩1120大于第一最小轉矩1116，而第二最大轉矩1122小于第 一最大轉矩1118。當相對于系統(tǒng)中發(fā)動機的工作范圍或任何其它產(chǎn)生轉矩的裝置調(diào)節(jié)子系統(tǒng)的不 同極限時，TAM 346將各最小和最大請求相互比較，并選擇滿足所涉及的所有子系統(tǒng)的合適 的最小和合適的最大請求。參見圖11的示圖，例如，對發(fā)動機的工作圖上所涉及的所有極 限來說，可允許的運行的區(qū)域將在所有極限的重疊區(qū)域1124內(nèi)，該重疊區(qū)域1124在圖11 上用陰影區(qū)域表示?？梢钥闯?，重疊區(qū)域1124限定在各最小發(fā)動機速度極限的最大值、各 最大速度極限的最小值、各最小轉矩極限的最大值和各最大轉矩極限的最小值之間。極限 的這種用以確定重疊區(qū)域以便滿足所有極限的結合使得系統(tǒng)能夠穩(wěn)定而有效地運行。已經(jīng)確定了系統(tǒng)中每個轉矩產(chǎn)生或轉矩分配裝置的運行的合適極限之后，TAM 346能將命令反饋到這些系統(tǒng)，以保證它們的運行合適地受限制。因此，參照圖3，TAM 346 提供發(fā)動機控制信號348給發(fā)動機304，提供蓄電信號350給蓄電裝置306，提供液力儲存 信號352給液力儲存裝置308，和提供其它合適的信號。這些信號可以包括有關所需工作范 圍的信息及表示工作狀態(tài)改變的信息，例如，在或多或少地應將轉矩提供給系統(tǒng)的情況下。 可以設置負載增強式預先控制(LEAC)模塊354，以便與系統(tǒng)中不同的轉矩產(chǎn)生和儲存裝置 通信。LEAC模塊354可以包含能識別系統(tǒng)即將來臨的瞬態(tài)改變的算法，例如在這些改變于 系統(tǒng)中用別的方法實施之前，操作人員控制請求另外的轉矩。LEAC模塊354可以合適地增 加機械的轉矩產(chǎn)生系統(tǒng)中的轉矩輸出，以便當在系統(tǒng)中實施這種運算符或其它請求時，可 以承受轉矩消耗的增加。工業(yè)適用性
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本發(fā)明提供一種用于將機械所產(chǎn)生的轉矩或動力分配給不同的機械子系統(tǒng)的方 法和系統(tǒng)。該機械可以包括產(chǎn)生或儲存可用動力的裝置。一方面，控制生產(chǎn)能力或每個儲 存裝置根據(jù)要求提供轉矩的能力，以保證有足夠的轉矩可用來運行機械。另外，將可供使用 的轉矩分配到請求轉矩的不同系統(tǒng)，以便能使機械的實用性達到最大。另一方面，本發(fā)明提供用于機械的轉矩分配的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個以上的動力 源，所述動力源運行以產(chǎn)生不同類型的動力。另外，機械能包括在運行期間消耗動力的不同 的轉矩沉槽或裝置。本文所公開的用于轉矩管理和分配的系統(tǒng)是靈活的，因為它可適于同 時處理許多轉矩源和轉矩沉槽。系統(tǒng)所管理的轉矩根據(jù)單一量的轉矩處理。這種轉矩當產(chǎn) 生時可認為是對系統(tǒng)的輸入，而當消耗時可認為是系統(tǒng)的輸出。這種在轉矩方面的動力標 準化提供了同時管理各種不同類型的裝置的靈活性。再一方面，本發(fā)明提供一種管理機械中轉矩分配的方法和系統(tǒng)。所公開的系統(tǒng)依 靠不同部件之間的物理相互作用，因此提供一種既精確又很容易適合于不同應用的控制方 案。例如，在確定與估計內(nèi)燃機的轉矩能力有關的誤差時利用自然法則可提供一種控制算 法，該控制算法很容易修改，以便當采取不同發(fā)動機專用參數(shù)如發(fā)動機的轉動慣量的發(fā)動 機時更新。一般地，本發(fā)明描述了一種機械，該機械包括發(fā)動機和至少第一裝置，該發(fā)動機在 運行期間提供發(fā)動機轉矩，該第一裝置設置成在機械的運行期間利用一部分發(fā)動機轉矩并 提供機械功能。至少該機械和第一裝置連接有電子控制器。該電子控制器設置成接收表示 發(fā)動機工作參數(shù)的發(fā)動機信號、根據(jù)發(fā)動機工作參數(shù)確定轉矩輸出能力和接收來自第一裝 置的轉矩請求。電子控制器將轉矩請求與轉矩輸出能力進行比較，并根據(jù)轉矩請求和轉矩 輸出能力將部分發(fā)動機轉矩分配到第一裝置上。在一個實施例中，機械還包括在機械的運行期間提供附加轉矩的附加裝置。在這 個實施例中，電子控制器接收表示附加裝置的工作參數(shù)的信號，并根據(jù)該信號確定轉矩輸 出能力。在一個實施例中，附加裝置是發(fā)電機。本文所述的電子控制器還可以設置成根據(jù)輸出請求和轉矩輸出能力計算比例系 數(shù)，并根據(jù)比例系數(shù)分配發(fā)動機轉矩部分。發(fā)動機工作參數(shù)可以包括發(fā)動機速度和發(fā)動機 轉矩信號，電子控制器可以通過將穩(wěn)態(tài)補償器項和瞬態(tài)補償器項加到發(fā)動機轉矩信號上來 確定轉矩輸出能力。在一個實施例中，機械還可以包括多個系統(tǒng)，所述多個系統(tǒng)提供相應的最小和最 大工作點。在這個實施例中，電子控制器還設置成在相應的若干最大和最小工作點中判斷 以形成一個最大工作點和一個最小工作點。在另一個一般方面，本發(fā)明描述了用于機械的轉矩分配系統(tǒng)。該機械可以包括至 少一個轉矩源和多個在運行期間利用轉矩的裝置。在這個實施例中，轉矩分配系統(tǒng)包括轉 矩源能力模塊，該轉矩源能力模塊設置成接收一表示轉矩源的至少一個工作參數(shù)的信號， 并確定轉矩源的轉矩輸出能力。轉矩分配系統(tǒng)還包括轉矩分配模塊和多個轉矩請求裝置， 所述轉矩分配模塊設置成接收轉矩輸出能力，所示多個轉矩請求裝置每個都與在運行期間 利用轉矩的多個裝置中對應的一個裝置有關。多個轉矩請求裝置中的每一個都設置成提供 轉矩請求信號給轉矩分配模塊，所述轉矩請求信號表示來自多個裝置中對應一個裝置的轉 矩請求。轉矩分配模塊設置成將多個轉矩請求的每一個合計成總轉矩請求，將總轉矩請求與轉矩輸出能力進行比較，并根據(jù)轉矩輸出能力將對應的轉矩命令分配到多個裝置的每一 個上。一般地，轉矩分配系統(tǒng)的每個轉矩請求裝置還設置成提供對應的最小轉矩要求和 對應的優(yōu)先權給轉矩分配模塊。在這個實施例中，轉矩分配模塊還可以設置成根據(jù)對應的 最小轉矩要求和對應的優(yōu)先權分配每個對應的轉矩命令。在所述的實施例中，至少一個轉 矩源可以是內(nèi)燃機、發(fā)電機、靜液壓泵、蓄電裝置和靜液力儲存裝置的至少其中之一。所示 多個轉矩請求裝置可包括液壓缸、液力馬達、電動馬達、蓄電裝置和液力儲存裝置的至少其 中之一。在一個實施例中，轉矩分配系統(tǒng)還包括轉矩仲裁模塊，所述轉矩仲裁模塊設置成 接收對應的轉矩命令，其中每個對應的轉矩命令都與工作范圍相關聯(lián)。在這個實施例中，轉 矩仲裁模塊將多個與多個轉矩命令有關的工作范圍調(diào)解成一個工作范圍。任選地，轉矩仲 裁模塊還能安裝成將一個工作范圍提供給與至少一個轉矩源相關聯(lián)的控制器。轉矩分配系統(tǒng)的轉矩分配模塊還可以設置成根據(jù)轉矩輸出能力在總轉矩請求范 圍內(nèi)計算比例系數(shù)，并通過將多個轉矩請求中的每一個乘以該比例系數(shù)來確定每個轉矩命 令。轉矩分配模塊還可以設置成保證每個對應的轉矩命令大于對應的最小轉矩要求。在另一個一般方面，本發(fā)明提供一種用于在機械的不同系統(tǒng)之間分配動力的方 法。這種方法包括確定機械的動力源的轉矩輸出能力，并收集來自機械的不同系統(tǒng)的轉矩 請求。各轉矩請求可以合計以產(chǎn)生總轉矩請求，該總轉矩請求與轉矩輸出能力進行比較。當 總轉矩請求超過轉矩輸出能力時，在總轉矩請求和轉矩輸出能力之間確定一比例系數(shù)。此 后，根據(jù)相應的轉矩請求和比例系數(shù)確定相應的轉矩命令，以便通過控制轉矩命令將轉矩 分配能力分配在不同系統(tǒng)上。所公開的方法還可以包括將相應的轉矩命令與相應的最小轉矩要求進行比較，且 當所有最小轉矩之和大于轉矩輸出能力時命令一最小轉矩。該方法還可以將相應的最小轉 矩要求與相應的轉矩命令進行比較，且當相應的轉矩命令小于相應的最小轉矩要求時，將 相應的轉矩命令增加至至少等于相應的最小轉矩要求。在這些狀況下，可以調(diào)節(jié)轉矩輸出 能力，以反映相應轉矩命令中的增加。在一個實施例中，動力源的轉矩輸出能力還包括對穩(wěn) 態(tài)誤差補償項和瞬態(tài)誤差補償項的確定。
權利要求
一種機械(100)，包括發(fā)動機(104)，該發(fā)動機在機械(100)的運行期間提供發(fā)動機轉矩(402)；第一裝置(322)，該第一裝置設置成在機械(100)的運行期間利用一部分發(fā)動機轉矩(402)，并提供機械功能；電子控制器(252)，該電子控制器設置成接收表示發(fā)動機(104)工作參數(shù)的發(fā)動機信號(408)；根據(jù)發(fā)動機工作參數(shù)確定發(fā)動機(104)的轉矩輸出能力(312)；接收來自第一裝置(322)的轉矩請求(324)；將該轉矩請求(324)與該轉矩輸出能力(312)進行比較；以及根據(jù)轉矩請求(324)和轉矩輸出能力(312)將部分發(fā)動機轉矩(402)分配到第一裝置(322)。
2.如權利要求1所述的機械(100)，其特征在于，電子控制器(252)包括發(fā)動機轉矩負 載控制模塊(312)，該發(fā)動機轉矩負載控制模塊設置成通過提供施加到發(fā)動機工作參數(shù)上 的穩(wěn)態(tài)誤差補償項(412)和瞬態(tài)誤差補償項(416)來計算發(fā)動機(104)的轉矩輸出能力， 該發(fā)動機工作參數(shù)是可用的發(fā)動機轉矩(402)，該可用的發(fā)動機轉矩表示在當前狀況下的 發(fā)動機(104)的轉矩輸出與最大轉矩輸出之間的差值。
3.如權利要求2所述的機械，其特征在于，穩(wěn)態(tài)誤差補償項(412)表示發(fā)動機(104)的轉動輸出軸(204)處存在的轉矩之和與發(fā) 動機(104)的轉動輸出軸(204)的角速度乘以發(fā)動機(104)的轉動輸出軸(204)和任何安 裝成與其一起轉動的其它部件的轉動慣量(508)的積之間的差值；和瞬態(tài)誤差補償項(416)基于實際發(fā)動機速度(708)和所需發(fā)動機速度(710)之間的差 值，并取決于實際發(fā)動機速度(708)和所需發(fā)動機速度(710)之間的差值乘以發(fā)動機的轉 動輸出軸(204)的轉動慣量(508)，再乘以常數(shù)的積。
4.如權利要求2或3所述的機械(100)，其特征在于，瞬態(tài)誤差項(416)基本等于通過 發(fā)動機(104)從實際發(fā)動機速度(708)加速到所需發(fā)動機速度(710)所用的轉矩，以及電 子控制器(252)設置成將瞬態(tài)誤差補償項(416)從可用的發(fā)動機轉矩(402)中減去。
5.如權利要求1-4之一所述的機械(100)，其特征在于，還包括第二裝置，該第二裝置 設置成利用發(fā)動機轉矩(402)的第二部分，其中，電子控制器(252)還設置成接收來自第二裝置的第二轉矩請求(328)；根據(jù)來自第一裝置(322)的轉矩請求(324)與來自第二裝置的第二轉矩請求(328)之 和計算總轉矩請求；和將總轉矩請求(326)與轉矩輸出能力(312)進行比較。
6.如前述權利要求之一所述的機械(100)，其特征在于，電子控制器(252)還設置成當 總轉矩請求超過轉矩輸出能力時計算比例系數(shù)，以及該比例系數(shù)等于轉矩輸出能力與總轉 矩請求的比值。
7.如權利要求6所述的機械(100)，其特征在于，當總轉矩請求超過轉矩輸出能力 時，發(fā)動機轉矩(402)的分配到第一裝置(322)上的部分等于該比例系數(shù)與來自第一裝置 (322)的轉矩請求(324)之間的乘積。
8.如權利要求1-7之一所述的機械(100)，其特征在于，電子控制器(252)還設置成將發(fā)動機轉矩(402)分配到第一裝置(322)上的部分與對應的同第一裝置(322)有關的最小 轉矩極限進行比較。
9.如權利要求8所述的機械(100)，其特征在于，電子控制器(252)還設置成將發(fā)動機 轉矩(402)的分配到第一裝置(322)上的部分增加到至少匹配與第一裝置(322)相關聯(lián)的 對應最小轉矩極限。
10.如權利要求1-9之一所述的機械(100)，其特征在于，還包括提供各自的最小和最 大工作點的多個系統(tǒng)，以及電子控制器(252)還設置成將各自的最小和最大工作點仲裁成 一個最大工作點和一個最小工作點。
11.如權利要求10所述的機械(100)，其特征在于，所述一個最大工作點是由所述多個 系統(tǒng)提供的多個最大工作點中最小的一個。
12.如權利要求10所述的機械(100)，其特征在于，所述一個最小工作點是由所示多個 系統(tǒng)提供的多個最小工作點中最大的一個。
13.如權利要求10-12之一所述的機械(100)，其特征在于，所述一個最小工作點和所 述一個最大工作點涉及發(fā)動機速度(1104)和發(fā)動機轉矩(402)的至少其中之一。
14.如前述權利要求之一所述的機械(100)，其特征在于，電子控制器(252)包括轉矩 分配系統(tǒng)(200)，其具有轉矩源能力模塊(312)，它設置成接收表示至少一個轉矩源的至少一個工作參數(shù)的信 號，并確定該至少一個轉矩源的轉矩輸出能力(312)； 轉矩分配模塊，它設置成接收轉矩輸出能力(312)；多個轉矩請求(322)裝置，所述多個轉矩請求裝置中的每一個都與多個利用轉矩的裝 置的相應一個相關，其中多個轉矩請求(322)裝置設置成提供多個轉矩請求(324)給轉矩 分配模塊(320)，所述多個轉矩請求(324)包括表示來自所述多個裝置的其中之一的轉矩 請求(324)的相應轉矩請求(324)信號；以及 其中，該轉矩分配模塊(320)設置成 將所述多個轉矩請求(324)中的每一個都合計成總轉矩請求； 將總轉矩請求與轉矩輸出能力進行比較；以及 根據(jù)轉矩輸出能力將對應的轉矩命令分配到所述多個裝置的每一個上。
15.如權利要求1-14之一所述的機械(100)，其特征在于，該機械(100)按一種方法操 作，該方法包括以下步驟確定機械(100)的動力源的轉矩輸出能力(1004)；收集來自機械(100)的不同系統(tǒng)的轉矩請求(1011)；合計所述轉矩請求(1011)，以便產(chǎn)生總轉矩請求(1011)；將轉矩輸出能力與總轉矩請求(1012)進行比較；當總轉矩請求超過轉矩輸出能力(1018)時計算比例系數(shù)(1026)；根據(jù)各轉矩請求和該比例系數(shù)確定各轉矩命令(1028)；以及通過向機械的不同系統(tǒng)的每一個發(fā)送相應轉矩命令來分配轉矩輸出能力(1024)。
全文摘要
一種機械(100)，包括提供發(fā)動機轉矩(402)的發(fā)動機(104)。設置成在運行期間消耗一部分發(fā)動機轉矩(402)的第一裝置(336)提供機械功能。電子控制器(252)設置成接收表示發(fā)動機工作參數(shù)的發(fā)動機信號(408)，根據(jù)發(fā)動機工作參數(shù)確定轉矩輸出能力(312)，接收來自第一裝置(322)的轉矩請求(324)和將轉矩請求(324)與轉矩輸出能力(312)進行比較。該電子控制器(252)還安裝成根據(jù)轉矩請求(324)和轉矩輸出能力(312)將發(fā)動機轉矩(402)的一部分分配到第一裝置(336)。
文檔編號B60K17/00GK101883702SQ200880118633
公開日2010年11月10日 申請日期2008年11月25日 優(yōu)先權日2007年11月30日
發(fā)明者C·L·戈爾曼, E·E·雅各布森, R·T·安德森 申請人:卡特彼勒公司