專利名稱：基于任務(wù)進(jìn)行控制的工作機(jī)械的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明整體涉及機(jī)械系統(tǒng)，更具體地涉及基于機(jī)械系統(tǒng)的作業(yè)工具的分類任務(wù)對
機(jī)械系統(tǒng)的功率源進(jìn)行控制。
背景技術(shù)：
移動機(jī)械，包括輪式裝載機(jī)、推土機(jī)、平地機(jī)以及其他類型的重型設(shè)備被用來進(jìn)行 各種操作。為了完成這些操作，機(jī)械通常包括原動機(jī)，例如內(nèi)燃機(jī)。原動機(jī)通常連接至牽引 設(shè)備以推進(jìn)機(jī)械并且還能夠?yàn)楦窖b到機(jī)械上的作業(yè)工具提供功率。 機(jī)械通常具有"高怠速"操作模式。在使用高怠速操作模式期間，通常將原動機(jī)的 輸出設(shè)定到足以向牽引設(shè)備和/或作業(yè)工具快速產(chǎn)生最大輸出的水平。換句話說，為了確 保機(jī)械在所有條件下都具有足以使機(jī)械和/或作業(yè)工具移動的功率，原動機(jī)的輸出(即，速 度、轉(zhuǎn)矩或者速度和轉(zhuǎn)矩的結(jié)合)被設(shè)定在高的水平，即使機(jī)械執(zhí)行的當(dāng)前操作的需求小 于該高的輸出水平也如此。盡管將原動機(jī)的輸出設(shè)定到高的水平允許立即可用的功率，但 可能效率很差并會造成過量的燃料燃燒、廢氣排放和發(fā)動機(jī)噪聲。 1987年10月6日授予0kabe等人的美國專利No. 4697418 ('418專利)公開了控 制原動機(jī)輸出的一種方法。'418專利涉及用于液壓挖掘機(jī)的控制系統(tǒng)。該挖掘機(jī)具有原動 機(jī)、由原動機(jī)驅(qū)動的可變排量液壓泵、由來自泵的加壓流體驅(qū)動的至少一個(gè)致動器、用于感 測致動器的操作狀態(tài)的設(shè)備以及與致動器相關(guān)聯(lián)的工作元件。用于感測致動器操作狀態(tài)的 設(shè)備包括用于感測移動電機(jī)是否運(yùn)行的壓力開關(guān)和感測用于驅(qū)動前部連接件的動臂油缸、 大臂油缸或鏟斗油缸以及用于旋轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)裝置的回轉(zhuǎn)電機(jī)是否運(yùn)行的壓力開關(guān)。該挖掘機(jī)還 具有用于為每個(gè)工作元件選擇操作模式的選擇部件。該選擇部件包括適用于重度挖掘操作 的功耗模式(P模式)和適用于輕度挖掘操作的經(jīng)濟(jì)模式(E模式)。 基于來自傳感器和選擇部件的輸出信號，控制器選擇原動機(jī)的最大轉(zhuǎn)數(shù)和泵的最 大排量的組合(例如，控制器可根據(jù)是在功耗模式挖掘或在經(jīng)濟(jì)模式挖掘而選擇不同的原 動機(jī)和泵設(shè)置)?？刂撇考缓笤O(shè)定原動機(jī)的最大轉(zhuǎn)數(shù)和液壓泵的最大排量。根據(jù)選擇部 件和致動器的操作模式設(shè)定原動機(jī)的最大轉(zhuǎn)數(shù)和泵的最大排量可幫助減少燃料燃燒和噪
聲° 盡管'418專利的建筑機(jī)械可通過根據(jù)選擇部件和致動器的操作模式設(shè)定原動機(jī) 的最大轉(zhuǎn)數(shù)和泵的最大排量來改善燃料效率和噪聲，但仍然不是最優(yōu)的。'418專利的控制 系統(tǒng)只檢測致動器是否運(yùn)行(即運(yùn)行或者停止)，而不檢測致動器運(yùn)行時(shí)在完成何種操作 (即，提升鏟斗、傾倒材料、挖掘等)。換句話說，'418專利的控制系統(tǒng)可能通過將原動機(jī)的 最大轉(zhuǎn)數(shù)和泵的最大排量設(shè)定到對于正在執(zhí)行的操作來說太高或太低的水平來對致動與 前部連接件相關(guān)聯(lián)的壓力開關(guān)的任何操作做出反應(yīng)。而且，'418專利的控制系統(tǒng)只通過設(shè) 定最大轉(zhuǎn)數(shù)來控制原動機(jī)的操作，這會限制用于特定任務(wù)的機(jī)械的對地速度并由此限制其 生產(chǎn)率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的機(jī)械系統(tǒng)旨在克服上述的一個(gè)或多個(gè)問題。 在一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種機(jī)械控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)可包括功率源、能夠生成 指示希望的功率源操作模式的第一信號的操作員輸入設(shè)備以及由功率源驅(qū)動的作業(yè)工具。 該控制系統(tǒng)還可包括與功率源和操作員輸入設(shè)備通信的控制器。該控制器能夠?qū)ψ鳂I(yè)工具 當(dāng)前執(zhí)行的任務(wù)進(jìn)行分類并基于作業(yè)工具當(dāng)前執(zhí)行的任務(wù)分類和第一信號選擇輸出映射。 該控制器還能夠利用所述輸出映射控制功率源操作。 在另一方面，本發(fā)明提供一種操作機(jī)械的方法。該方法可包括接收指示希望的功 率輸出生成模式的使用者輸入，產(chǎn)生功率輸出，并引導(dǎo)功率輸出以致動作業(yè)工具。該方法還 可包括對作業(yè)工具當(dāng)前執(zhí)行的任務(wù)進(jìn)行分類并基于作業(yè)工具當(dāng)前執(zhí)行的任務(wù)和希望的功 率輸出生成模式選擇輸出關(guān)系。該方法還可包括利用所述輸出關(guān)系調(diào)節(jié)功率輸出生成。


圖1是一種示例性公開的機(jī)械的示意圖； 圖2是用于圖1的機(jī)械的一種示例性公開的控制系統(tǒng)的示意圖；
圖3是一種示例性輸出映射的曲線圖；
圖4是一種示例性輸出映射的另一曲線圖；
圖5是一種示例性輸出映射的另一曲線圖；禾口 圖6是描述圖2中所示的控制系統(tǒng)的一種示例性操作的流程圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了機(jī)械10的一種示例性實(shí)施方式。機(jī)械10可以是執(zhí)行例如與采礦、建 筑、農(nóng)業(yè)等行業(yè)或本領(lǐng)域已知的其他行業(yè)相關(guān)聯(lián)的一些類型的任務(wù)或操作的移動機(jī)械。例 如，機(jī)械10可以是土方機(jī)械，例如輪式裝載機(jī)、挖掘機(jī)、反鏟挖土機(jī)、平地機(jī)，或者是本領(lǐng)域 已知的任何其他合適的土方機(jī)械。機(jī)械IO可包括傳動系11、至少一個(gè)牽引設(shè)備14、作業(yè)工 具32和操作員站20。 如圖2所示，傳動系11可包括功率源12、變速器16和變矩器18。這些部件可相 互配合以推進(jìn)機(jī)械10。功率源12可體現(xiàn)為發(fā)動機(jī)，例如柴油機(jī)、汽油機(jī)、氣體燃料發(fā)動機(jī) (例如，天然氣發(fā)動機(jī))，或者本領(lǐng)域已知的任何其他類型的內(nèi)燃機(jī)。功率源12可以替代地 體現(xiàn)為非燃燒式功率源，例如燃料電池、功率存儲設(shè)備、電動機(jī)或者其他類似設(shè)備。功率源 12可連接至驅(qū)動牽引設(shè)備14(見圖1)，由此推進(jìn)機(jī)械10。功率源12可具有可控的輸出速 度和轉(zhuǎn)矩。 變速器16可將功率從功率源12傳輸至牽引設(shè)備14。特別地，變速器16可體現(xiàn) 為具有多個(gè)前進(jìn)檔、一個(gè)或多個(gè)倒檔、一個(gè)或多個(gè)離合器(未示出)的多速、雙向機(jī)械變速 器。變速器16可選擇性地致動離合器以接合產(chǎn)生希望輸出檔的預(yù)定齒輪組合(未示出)。 變速器16可以是自動式變速器，其中，基于功率源速度、操作員選定的最大傳動比和控制 器內(nèi)儲存的換擋映射來進(jìn)行換擋。替代地，變速器16可以是手動變速器，其中操作員手動 選擇接合的齒輪。變速器16可通過變矩器18連接至功率源12。變速器16的輸出可通過 軸23旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動牽引設(shè)備14，由此推進(jìn)機(jī)械10。
再次參照圖l，牽引設(shè)備14可將變速器16提供的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成機(jī)械10的平移 運(yùn)動。牽引設(shè)備14可包括定位在機(jī)械10的每側(cè)上的輪子。替代地，牽引設(shè)備14可包括履 帶、皮帶或其他驅(qū)動牽弓I設(shè)備。 作業(yè)工具32可包括用來執(zhí)行特定任務(wù)的任何設(shè)備，例如鏟斗、鏟刀、吊斗、粗齒鋸 或者本領(lǐng)域已知的任何其他任務(wù)執(zhí)行設(shè)備。 一個(gè)或多個(gè)作業(yè)工具32能夠附接到單個(gè)機(jī)械 10上并能夠通過操作員站20進(jìn)行控制。作業(yè)工具32可借助直接樞軸、聯(lián)動系統(tǒng)、一個(gè)或多 個(gè)液壓缸、電機(jī)或者以任何其他合適的方式連接到機(jī)械10。作業(yè)工具32可以本領(lǐng)域已知的 任何方式相對于機(jī)械10樞轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)、滑動、擺動、提升或移動。 如圖2進(jìn)一步示出的，機(jī)械10可包括液壓系統(tǒng)22和控制系統(tǒng)34。液壓系統(tǒng)22可 包括相互配合以致動作業(yè)工具32的多個(gè)部件。特別地，液壓系統(tǒng)22可包括一個(gè)或多個(gè)液 壓缸24、泵28、罐30和控制閥42?？梢酝ㄟ^泵28從罐30抽吸流體并對流體加壓。 一旦被 加壓，流體可由控制閥42定量供給并被供應(yīng)至液壓缸24或者機(jī)械10的其他部件以執(zhí)行有 用的工作。低壓流體可返回罐30以進(jìn)一步由泵28加以利用?？梢韵氲?，液壓系統(tǒng)22可包 括另外或不同的部件，例如蓄能器、單向閥、壓力釋放閥或備用閥、壓力補(bǔ)償元件、節(jié)流孔和 本領(lǐng)域已知的其他液壓部件。 通過在設(shè)置于每個(gè)液壓缸24的管27內(nèi)的活塞組件25上形成不平衡力可以實(shí)現(xiàn) 液壓缸24的軸向位移。具體來說，每個(gè)液壓缸24可包括由活塞組件25分開的第一室和第 二室。活塞組件25可包括兩個(gè)相對的液壓表面，其分別與第一室和第二室相關(guān)聯(lián)。可選擇 性地向第一室和第二室供應(yīng)加壓流體和從第一室和第二室排出加壓流體，以在兩個(gè)表面上 形成不平衡力。不平衡力可引起活塞組件25在管27內(nèi)軸向位移。 液壓缸24可被用來為機(jī)械10的各個(gè)部件，例如作業(yè)工具32提供致動力。作業(yè)工 具32可通過直接樞軸或聯(lián)動系統(tǒng)連接至機(jī)械10的框架，此時(shí)，液壓缸24是樞軸或聯(lián)動系 統(tǒng)的一個(gè)構(gòu)件。隨著液壓缸24軸向位移，樞軸或聯(lián)動系統(tǒng)可以平移或旋轉(zhuǎn)，由此使操作員 能夠利用作業(yè)工具32執(zhí)行希望的任務(wù)?？梢韵氲?，可在樞軸或聯(lián)動系統(tǒng)中使用多個(gè)液壓缸 24來使作業(yè)工具32進(jìn)行另外自由度的運(yùn)動。 泵28可產(chǎn)生機(jī)械10使用的加壓流體流。泵28可體現(xiàn)為可變排量泵、固定排量 泵、變流量泵或者本領(lǐng)域已知的任何其他加壓流體源。泵28可例如通過副軸36、皮帶(未 示出)、電路(未示出)或者以任何其他合適的方式能夠驅(qū)動地連接至功率源12。盡管圖 2示出的泵28專門用于只向液壓缸24供應(yīng)加壓流體，但可以想到，泵28可向機(jī)械10的其 他液壓部件供應(yīng)加壓流體。 罐30可體現(xiàn)為能夠保持流體供應(yīng)的容器。流體可包括液壓油或者本領(lǐng)域已知的 任何其他液壓流體。泵28可從罐30抽吸流體并向罐30返回流體?？梢韵氲?，泵28可連 接至多個(gè)單獨(dú)的罐30。 控制閥42可定量供給在泵28和液壓缸24之間連通的流體?？刂崎y42可通過供 應(yīng)管線38連接至泵28并通過排放管線40連接至罐30?？刂崎y42可包括至少一個(gè)閥元 件，其定量供給流向液壓缸24內(nèi)的第一室和第二室中的一個(gè)的加壓流體，同時(shí)允許流體從 第一室和第二室中的另一個(gè)排至罐30。 控制閥42可以克服彈簧偏置被先導(dǎo)致動，以在若干位置之間移動。這些位置可包 括允許流體流入第一室且從第二室向罐30排放流體的第一位置、阻止流體流向第一室和第二室的第二中間位置、以及與第一位置的流體流動方向相反的第三位置。第一、第二和第 三位置之間的閥元件位置可決定流入和流出第一室和第二室的加壓流體的流量和相應(yīng)的 致動速度?？梢韵氲剑刂崎y42可替代地用獨(dú)立控制每個(gè)液壓缸24的每個(gè)第一室和第二 室的填充和排放功能的多個(gè)獨(dú)立的計(jì)量閥所代替。還可以想到，控制閥42可替代地由電致 動、機(jī)械致動或者以任何其他合適的方式致動。 操作員站20(見圖1)可以是操作員控制機(jī)械10的操作的地方。操作員站20可 位于機(jī)械10上或脫離機(jī)械10并可以包括一個(gè)或多個(gè)操作員輸入設(shè)備21，例如操作模式選 擇器45和節(jié)氣門鎖定選擇器46。操作員輸入設(shè)備21可位于操作員座位附近并可以與控制 臺相聯(lián)。操作員輸入設(shè)備21可體現(xiàn)為單軸或多軸操縱桿、方向盤、旋鈕、推拉設(shè)備、按鈕、踏 板、開關(guān)和/或本領(lǐng)域已知的其他操作員輸入設(shè)備。 操作模式選擇器45可以是接收操作員輸入、指示希望的操作模式的設(shè)備。在一種 實(shí)施方式中，操作模式選擇器45可以是具有兩個(gè)可選位置的搖桿開關(guān)。搖桿開關(guān)的每個(gè)位 置可對應(yīng)于一個(gè)操作模式，例如正常模式和經(jīng)濟(jì)模式。正常模式可允許機(jī)械10的標(biāo)準(zhǔn)操 作。經(jīng)濟(jì)模式可通過調(diào)節(jié)功率源12改善燃料效率、廢氣排放和發(fā)動機(jī)噪聲。可以想到，操 作模式選擇器45可具有與操作模式相關(guān)的任何數(shù)量的可選位置。 節(jié)氣門鎖定選擇器46可接收操作員輸入并指示功率源12要求的節(jié)氣門設(shè)定。節(jié) 氣門鎖定選擇器46可包括用于致動或解除節(jié)氣門鎖(例如，通斷開關(guān)、按鈕或轉(zhuǎn)盤)的部 件和用于輸入要求的節(jié)氣門設(shè)定的部件(未示出)。節(jié)氣門設(shè)定部件可體現(xiàn)為單獨(dú)的設(shè)備 (例如，單獨(dú)的踏板、轉(zhuǎn)盤或電子鍵盤)或者可集成到致動部件(例如，具有與功率源12要 求的節(jié)氣門設(shè)定相關(guān)聯(lián)的可選的斷開位置和一系列接通位置的單個(gè)轉(zhuǎn)盤)中。當(dāng)節(jié)氣門鎖 定選擇器46被致動時(shí)，功率源12可保持在要求的節(jié)氣門設(shè)定。可以想到，節(jié)氣門鎖定選擇 器46的要求的節(jié)氣門設(shè)定可根據(jù)一個(gè)或多個(gè)輸入自動調(diào)節(jié)。 控制系統(tǒng)34可監(jiān)測并調(diào)節(jié)機(jī)械IO及其部件的性能。具體地，控制系統(tǒng)34可包括 任務(wù)傳感器44和控制器48?？刂破?8可借助通信線路52與功率源12通信、借助通信線 路50與操作模式選擇器45通信、借助通信線路58與節(jié)氣門鎖定選擇器46通信、借助通信 線路54與泵28通信，以及借助通信線路56與任務(wù)傳感器44通信?？梢韵氲?，控制器48 還可與變速器16、控制閥42和/或機(jī)械10的其他部件通信。 —個(gè)或多個(gè)任務(wù)傳感器44可向控制器48提供可用來對當(dāng)前任務(wù)進(jìn)行分類的信 息。每個(gè)任務(wù)傳感器44例如可體現(xiàn)為作業(yè)工具位置和/或速度傳感器、機(jī)械行進(jìn)速度傳感 器、變速器檔位傳感器、功率源速度傳感器、操作員輸入設(shè)備傳感器、與驅(qū)動作業(yè)工具32的 加壓流體相關(guān)的壓力傳感器以及與機(jī)械10的性能、操作和/或生產(chǎn)率相關(guān)的任何其他傳感 器。使用的傳感器的類型和數(shù)量可根據(jù)應(yīng)用來改變。例如，位置和/或速度任務(wù)傳感器可 體現(xiàn)為分壓計(jì)、流速計(jì)或者光學(xué)編碼器。壓力任務(wù)傳感器可體現(xiàn)為壓電換能器、電容傳感器 或者應(yīng)力計(jì)?？刂破?8可利用來自以任意組合的一個(gè)或多個(gè)任務(wù)傳感器44的信息對當(dāng)前 執(zhí)行的任務(wù)進(jìn)行分類。 控制器48可體現(xiàn)為包括用于控制機(jī)械10的操作的部件的單個(gè)微處理器或多個(gè)微 處理器。很多能夠買到的微處理器可執(zhí)行控制器48的功能，應(yīng)當(dāng)理解，控制器48可簡單地 體現(xiàn)為能夠控制機(jī)械的多種功能的通用機(jī)械微處理器?？刂破?8可包括內(nèi)存、次級存儲設(shè) 備、處理器和用于運(yùn)行應(yīng)用程序的任何其他部件。各種其他電路可與控制器48相關(guān)，例如
6供電電路、信號調(diào)節(jié)電路、數(shù)據(jù)采集電路、信號輸出電路、信號放大電路和本領(lǐng)域已知的其 他類型的電路。 控制器48可使用任何合適的控制算法，例如開關(guān)控制、比例控制、比例積分微分 控制、自適應(yīng)控制、基于模型的控制、基于邏輯的控制或本領(lǐng)域已知的任何其他控制方法。 控制器48可使用開放式回路、前饋和/或反饋控制。 可以想到，控制器48可包括存儲在控制器48的內(nèi)存中的一個(gè)或多個(gè)映射。這些 映射中的每一個(gè)可包括表格、曲線和/或等式形式的數(shù)據(jù)集合。特別地，控制器48可包括 任務(wù)映射，控制器48可使用該任務(wù)映射來識別作業(yè)工具32當(dāng)前執(zhí)行的任務(wù)。每個(gè)任務(wù)映 射可包括與預(yù)先編程的作業(yè)工具任務(wù)有關(guān)的預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)范圍和/或特定數(shù)據(jù)值。數(shù)據(jù)例如可 包括作業(yè)工具位置、作業(yè)工具速度、機(jī)械行進(jìn)速度、變速器檔位、功率源速度、操作員輸入設(shè) 備位置、作業(yè)工具流體壓力和/或本領(lǐng)域已知的有關(guān)機(jī)械的任何其他數(shù)據(jù)(可以設(shè)想該數(shù) 據(jù)是依賴機(jī)械的數(shù)據(jù))。預(yù)先編程的作業(yè)工具任務(wù)可包括挖掘任務(wù)、穿越任務(wù)、卸載任務(wù)和 其他作業(yè)工具任務(wù)。每個(gè)預(yù)先編程的作業(yè)工具任務(wù)可以是高功率任務(wù)或者低功率任務(wù)。例 如，挖掘任務(wù)可以是高功率任務(wù)，卸載任務(wù)可以是低功率任務(wù)。可以想到，也可以包括中間 任務(wù)水平(即，中功率任務(wù))。 控制器48可包括將任務(wù)映射內(nèi)的預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)與任務(wù)傳感器信息和/或其他模擬信 息進(jìn)行比較的內(nèi)部邏輯。內(nèi)部邏輯可使作業(yè)工具當(dāng)前執(zhí)行的任務(wù)與預(yù)先編程的作業(yè)工具任 務(wù)中的一個(gè)相關(guān)聯(lián)，由此將作業(yè)工具當(dāng)前執(zhí)行的任務(wù)分為高功率任務(wù)或低功率任務(wù)?？梢?想到，可利用任務(wù)傳感器信息或操作員提供的信息對預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)范圍或數(shù)據(jù)值進(jìn)行更新。
如圖3-5所示，控制器48還可包括用于控制功率源輸出的一個(gè)或多個(gè)映射。該輸 出映射可包括功率源速度(X軸)和功率源轉(zhuǎn)矩(Y軸)之間的關(guān)系。輸出映射可包括高功 率映射60和低功率映射62。高功率映射60可對應(yīng)于功率源轉(zhuǎn)矩和功率源速度的最大范圍 (功率源轉(zhuǎn)矩和功率源速度的最大范圍可由管理員設(shè)置或者由機(jī)械10的物理限制設(shè)置)。 對于低功率映射62，功率源轉(zhuǎn)矩和功率源速度中的至少一個(gè)會受到高功率映射60給出的 最大功率源轉(zhuǎn)矩和/或功率源速度的限制。例如，如圖3所示，速度限制映射62a可以限制 可用功率源速度。在圖4所示的另一例子中，轉(zhuǎn)矩限制映射62b可限制作為可用功率源速度 的函數(shù)的可用功率源轉(zhuǎn)矩，但仍可實(shí)現(xiàn)最大功率源速度。在圖5所示的最后例子中，轉(zhuǎn)矩速 度限制映射62c可限制可用功率源速度和作為可用功率源速度的函數(shù)的可用功率源轉(zhuǎn)矩。 可以想到，控制器48可例如通過降低和/或增加噴射的燃料量、流入的空氣量、流入空氣的 壓力、功率源定時(shí)和/或功率源12的閥門定時(shí)來調(diào)節(jié)功率源12的速度和/或轉(zhuǎn)矩。
控制器48可基于模式選擇(例如正常模式或經(jīng)濟(jì)模式)和作業(yè)工具的任務(wù)分類 (例如高功率任務(wù)或低功率任務(wù))來選擇輸出映射?？刂破?8可選擇輸出映射來提供實(shí)現(xiàn) 作業(yè)工具當(dāng)前執(zhí)行的任務(wù)所要求的必要功率，而不會造成不必要的燃料燃燒?？梢韵氲?，控 制器48選擇的輸出映射可更改當(dāng)前的節(jié)氣門鎖定設(shè)置。還可以想到，控制器48選擇的輸 出映射可更改液壓系統(tǒng)22可用的功率。功率源輸出和液壓系統(tǒng)22可用的功率之間的關(guān)系 可包括在控制邏輯中，以確保有充足的可用功率來操作作業(yè)工具32?？梢韵氲?，泵28的排 量可由控制器48調(diào)節(jié)，以增加用于操作作業(yè)工具32的可用功率。還可以想到，可以調(diào)節(jié)泵 28的排量以減少功率源12的負(fù)載并由此減少燃料燃燒。
工業(yè)實(shí)用性
本發(fā)明的控制系統(tǒng)可應(yīng)用于希望控制功率源的任何機(jī)械。特別地，本發(fā)明的控制 系統(tǒng)可提供多個(gè)可選操作模式，包括至少一個(gè)經(jīng)濟(jì)模式。此外，本發(fā)明的控制系統(tǒng)可基于選 擇的功率源操作模式和低功率任務(wù)和高功率任務(wù)的分類自動調(diào)節(jié)功率源輸出。這種根據(jù)當(dāng) 前任務(wù)進(jìn)行的調(diào)節(jié)可使燃料燃燒、廢氣排放和發(fā)動機(jī)噪聲整體降低?，F(xiàn)在描述控制系統(tǒng)34 的操作。 如圖6所示，操作員可(通過操作模式選擇器45)在若干可用的機(jī)械操作模式之 間進(jìn)行選擇(步驟100)。在接收模式選擇后，控制器48可確定操作員選擇了經(jīng)濟(jì)操作模式 還是正常操作模式(步驟110)。當(dāng)操作員選擇了正常操作模式時(shí)，控制器48可利用高功率 映射60控制功率源12 (步驟120)。在為了機(jī)械10的響應(yīng)性和/或容量而犧牲經(jīng)濟(jì)性時(shí)， 操作員可為任務(wù)選擇正常模式?？刂破?8可保持在正常模式，直到操作員選擇新的操作模 式。 當(dāng)操作者選擇經(jīng)濟(jì)操作模式時(shí)，控制器48可與任務(wù)傳感器44通信以接收與機(jī)械 10當(dāng)前執(zhí)行的任務(wù)有關(guān)的信息?？刂破?8然后可以根據(jù)本發(fā)明的控制算法將作業(yè)工具當(dāng) 前執(zhí)行的任務(wù)分為高功率任務(wù)或低功率任務(wù)(步驟130)。 例如，機(jī)械10可以是執(zhí)行裝載循環(huán)的輪式裝載機(jī)。該裝載循環(huán)可基本包括挖掘任 務(wù)、穿越任務(wù)和卸載任務(wù)。在裝載循環(huán)中，控制器48可從任務(wù)傳感器44接收有關(guān)作業(yè)工具 位置、作業(yè)工具速度、機(jī)械行進(jìn)速度、變速器檔位、功率源速度和/或負(fù)載、操作員輸入設(shè)備 位置和/或作業(yè)工具流體壓力的測量結(jié)果?？刂破?8可將這些測量結(jié)果與其內(nèi)存中存儲 的任務(wù)映射進(jìn)行關(guān)聯(lián)以對作業(yè)工具當(dāng)前執(zhí)行的任務(wù)進(jìn)行分類。例如，當(dāng)作業(yè)工具32處于降 低的位置、變速器16處于較低的前進(jìn)檔、且功率源12被加載時(shí)可確定在執(zhí)行挖掘任務(wù)?？?制器48可將挖掘任務(wù)識別為高功率任務(wù)并通過實(shí)施高功率映射60進(jìn)行自動響應(yīng)(步驟 120)?？刂破?8可持續(xù)利用高功率映射60，直到輪式裝載機(jī)不再執(zhí)行高功率任務(wù)和/或 控制器48將作業(yè)工具當(dāng)前執(zhí)行的任務(wù)分類為低功率任務(wù)，例如穿越任務(wù)或卸載任務(wù)(步驟 140)。 控制器48可選擇有效實(shí)現(xiàn)作業(yè)工具的分類任務(wù)的低功率映射62。例如，要求高功 率源轉(zhuǎn)矩但僅需要有限功率源速度的作業(yè)工具任務(wù)可利用速度限制映射62a來完成。替代 地，要求高功率源速度(例如，該任務(wù)要求高的運(yùn)行速度)但僅需要有限功率源轉(zhuǎn)矩的作業(yè) 工具任務(wù)可利用轉(zhuǎn)矩限制映射62b來完成。要求有限的功率源轉(zhuǎn)矩和功率源速度的作業(yè)工 具任務(wù)可利用轉(zhuǎn)矩速度限制映射62c來完成。 本發(fā)明的控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)多個(gè)好處。具體來說，該控制系統(tǒng)可提供多個(gè)可選的機(jī) 械操作模式并在任務(wù)要求高功率操作時(shí)自動調(diào)節(jié)功率源輸出?？蛇x操作模式和自動任務(wù)調(diào) 節(jié)的結(jié)合可提高效率，又不會增加操作員輸入的復(fù)雜性。本發(fā)明的系統(tǒng)還可基于當(dāng)前執(zhí)行 的任務(wù)選擇性地控制功率源轉(zhuǎn)矩和速度，以提高機(jī)械效率，而基本不會降低生產(chǎn)率。
本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解，在不脫離本發(fā)明范圍的條件下可以對公開的任務(wù)調(diào)節(jié) 的經(jīng)濟(jì)模式系統(tǒng)進(jìn)行各種修改和變型。通過考慮本文公開的機(jī)械控制系統(tǒng)的詳述和實(shí)踐， 本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到機(jī)械控制系統(tǒng)的其他實(shí)施方式。這些詳述和實(shí)施例應(yīng)當(dāng)僅僅被認(rèn) 為是示例性的，本發(fā)明的真正范圍由權(quán)利要求書及其等同范圍指明。
權(quán)利要求
一種機(jī)械控制系統(tǒng)(34)，包括功率源(12)；操作員輸入設(shè)備(45)，其能夠生成指示希望的功率源操作模式的第一信號；作業(yè)工具(32)，其由所述功率源驅(qū)動；和控制器(48)，其與所述功率源和所述操作員輸入設(shè)備通信，該控制器能夠?qū)ψ鳂I(yè)工具當(dāng)前執(zhí)行的任務(wù)進(jìn)行分類；基于作業(yè)工具當(dāng)前執(zhí)行的任務(wù)的分類和所述第一信號選擇輸出映射；利用所述輸出映射控制功率源操作。
2. 如權(quán)利要求1所述的機(jī)械控制系統(tǒng)，其中，所述輸出映射包括可用功率源速度和可用功率源轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系。
3. —種機(jī)械控制方法，包括接收指示希望的功率輸出生成模式的使用者輸入； 產(chǎn)生功率輸出；引導(dǎo)所述功率輸出以致動作業(yè)工具(32); 對作業(yè)工具當(dāng)前執(zhí)行的任務(wù)進(jìn)行分類；基于作業(yè)工具當(dāng)前執(zhí)行的任務(wù)和希望的功率輸出生成模式選擇輸出關(guān)系； 利用所述輸出關(guān)系調(diào)節(jié)功率輸出生成。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述輸出關(guān)系使可用功率輸出速度和可用功率輸出轉(zhuǎn)矩發(fā)生聯(lián)系；禾口 所述輸出關(guān)系選自多個(gè)輸出關(guān)系，其中，所述多個(gè)輸出關(guān)系包括高功率關(guān)系和低功率 關(guān)系。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述低功率關(guān)系涉及限制以下項(xiàng)中的至少一個(gè) 可用功率輸出速度；作為功率輸出速度的函數(shù)的可用功率輸出轉(zhuǎn)矩；或可用功率輸出速度和作為功率輸出速度的函數(shù)的可用功率輸出轉(zhuǎn)矩。
6 如權(quán)利要求5所述的方法，其中，限制涉及調(diào)節(jié)節(jié)氣門鎖定設(shè)置和用于產(chǎn)生功率輸 出的燃料量。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其中，接收使用者輸入包括接收指示經(jīng)濟(jì)模式或正常模 式的至少一個(gè)的使用者輸入。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，還包括生成指示作業(yè)工具位置、作業(yè)工具速度和功率輸 出速度的至少一個(gè)的信號，其中，所述信號用于對作業(yè)工具當(dāng)前執(zhí)行的任務(wù)進(jìn)行分類。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中，選擇涉及在以下情況時(shí)選擇高功率關(guān)系 作業(yè)工具當(dāng)前執(zhí)行的任務(wù)被分類為高功率任務(wù)；禾口 當(dāng)前選擇的功率源操作模式是經(jīng)濟(jì)模式。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述高功率任務(wù)是挖掘任務(wù)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種用于機(jī)械(10)的控制系統(tǒng)(34)。該控制系統(tǒng)可以包括功率源(12)、能夠生成指示希望的功率源操作模式的第一信號的操作員輸入設(shè)備(45)以及由功率源驅(qū)動的作業(yè)工具(32)。該控制系統(tǒng)還可具有與功率源和操作員輸入設(shè)備通信的控制器(48)。該控制器能夠?qū)ψ鳂I(yè)工具當(dāng)前執(zhí)行的任務(wù)進(jìn)行分類并基于作業(yè)工具當(dāng)前執(zhí)行的任務(wù)分類和第一信號選擇輸出映射。該控制器還能夠利用所述輸出映射控制功率源操作。
文檔編號E02F9/22GK101790614SQ200880101537
公開日2010年7月28日 申請日期2008年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月31日
發(fā)明者L·A·卡納普, 何蘊(yùn)仁, 林弘均 申請人:卡特彼勒公司