用于工作机器的功率效率控制机构制造技术

一种用于包括功率消耗者(14)的工作机器的控制系统，所述控制系统包括：原动机(12)；用于储存能量的能量储存单元(24)；用于产生功率或消耗功率的辅助功率单元(20)，所述辅助功率单元具有联接至所述原动机(12)的第一连接部(20a)和可联接至所述能量储存单元(24)的第二连接部。可操作地联接至所述原动机(12)并且可操作地联接至所述功率消耗者(14)的控制器(18)被配置成：估算所述功率消耗者(14)所需功率；并且命令所述原动机(14)在产生所估算的所需功率的最佳操作点处操作。基于所述原动机的功率输出能力和所述功率消耗者的功率消耗之间的关系，所述控制器(18)被配置成以下命令中的至少一个命令：将来自所述原动机的过剩功率容量提供给所述辅助功率单元以储存在所述能量储存单元中，或将储存在所述能量储存单元中的能量提供至所述辅助功率单元以驱动所述功率消耗者。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请数据本申请要求2014年6月20日递交的美国临时申请No.62/014,749的优先权，其通过引用全部并入本文。
本专利技术涉及一种用于控制工作机器的发动机的功率输出的方法和设备以提高工作机器的效率。
技术介绍
工作机器(例如施工机器等)通常具有多种不同液压驱动功能，该功能被闭合的中心液压系统控制。该液压系统通常以多于一个发动机驱动的、可变排量液压泵为特征，泵的排量响应于该系统的需求。在移动应用方面，内燃机(ICE)通常驱动电动或机械控制的液压泵，其用于给液压部件上电。通常，发动机速度被操作者或控制器程序员手动设定，并且该扭矩根据液压系统的功率需求由泵的排量来调节。随着发动机功率输出沿着恒定速度的竖直线运动，发动机的效率显著改变，这由于通常发动机的低扭矩区域相当于低效率，而高扭矩区域相当于高效率。已知根据工作负载用于改变发动机的功率输出的技术。根据该技术，工作机器可以包括其中可以获得高的(例如，最大)功率输出的“重工作模式”和其中可以获得达到预定(低)水平的“轻工作模式”。在操作时，驾驶者经由转换开关而在这些模式之间手动选择。换句话说，如果操作者确定今后将执行的工作是重工作，则他选择重工作模式，而如果他确定该工作为轻工作，则他选择轻工作模式。基于所选择的模式，用于控制发动机的控制器控制发动机的功率输出容量。对于轻工作模式，例如，通过限制供给到发动机的燃料的量，控制器将发动机的功率输出限制到小于或等于预定值(该预定值小于发动机额定功率输出)。在重工作模式中，控制器不对燃料施加限制，因此，可以使发动机的功率输出达到额定功率。如将可以理解的，通常，工作机器不会连续地仅仅执行重工作或仅仅执行轻工作，而是在一系列工作过程期间在重工作和轻工作之间交替。例如，挖掘机在通常的挖掘和装载期间，接连执行多个过程，例如：接近地点(其为轻工作)、在该地点处挖掘并且将挖掘的材料装载到铲斗中(其为重工作)，并且倾倒主题材料以对运输车辆(例如自动倾卸卡车等)进行操作(其为轻工作)。通过该工作过程，为了最大程度上享受到现有技术的益处，驾驶员必须操作转换开关，同时在重工作和轻工作之间改变。然而，对于每一工作过程，执行该切换操作可能很麻烦。因此，通常发生这样的事，通过保持在重工作模式中的转换开关来执行工作，由此不利用由轻工作模式提供的燃料节约的优势。另一方面，如果在轻工作模式时强调燃料消耗和执行工作，则在重工作期间不可能获得足够的功率输出，并且这可能导致了效率的损失。
技术实现思路
根据本专利技术，确定了工作机器的动力需求，从而使用了最佳原动机速度和扭矩并因此提高了能量效率。在由原动机输出的功率超过其它系统的功率需求的情况下，过剩功率可以用于驱动辅助功率装置以用于将功率转换成可以储存在能量储存装置中的形式。相反，如果由原动机输出的功率小于其它系统的功率需求，则储存在能量储存装置中的能量可被用于驱动辅助装置以增加由原动机提供的功率。此外，由工作机器执行的运动轨迹可被存储在控制器的存储器中。然后，所存储的运动轨迹可被用于以节能的方式再现所需运动。同样，系统参数可被监控并且与基线参数比较。系统参数和基线参数之间的任何偏差可以表示明显的部件故障。根据本专利技术的一个方面,一种用于包括功率消耗者的工作机器的控制系统包括：原动机；用于储存能量的能量储存单元；用于产生功率或消耗功率的辅助功率单元，所述辅助功率单元具有联接至所述原动机的第一连接部和可联接至所述能量储存单元的第二连接部；以及控制器，所述控制器可操作地联接至所述原动机并且可操作地联接至所述功率消耗者，所述控制器被配置成：估算所述功率消耗者的所需功率；命令所述原动机在产生所估算的所需功率的最佳操作点处操作；以及基于所述原动机的功率输出能力和所述功率消耗者的功率消耗之间的关系，所述控制器被配置成以下命令中的至少一个命令：将来自所述原动机的过剩功率容量提供给所述辅助功率单元以储存在所述能量储存单元中，或将储存在所述能量储存单元中的能量提供至所述辅助功率单元以驱动所述功率消耗者。根据本专利技术的一个方面，所述系统包括具有第一离合器输入端和第一离合器输出端的第一离合器，所述第一离合器可操作成使所述第一离合器输入端与所述第一离合器输出端选择性地联接或断开联接，其中，所述第一离合器输入端联接至所述原动机并且所述第一离合器输出端联接至所述功率消耗者；以及所述控制器可操作成联接至所述第一离合器，并且被配置成当所估算的所需功率小于第一规定值并且储存在所述能量储存单元中的能量大于第二规定值时，命令所述第一离合器将所述原动机与所述功率消耗者断开联接。根据本专利技术的一个方面，所述控制器还被配置成当所估算的所需功率小于第一规定值并且储存在所述能量储存单元中的能量大于所述第二规定阀值时，禁用所述原动机。根据本专利技术的一个方面，所述控制器还被配置成当所述原动机处于禁用状态中并且储存在所述能量储存单元中的能量大于所述第二规定值时，命令所述辅助功率单元在马达模式中操作。根据本专利技术的一个方面，所述系统包括具有第二离合器输入端和第二离合器输出端的第二离合器，所述第二离合器可操作成使所述第二离合器输入端与所述第二离合器输出端选择性地联接或断开联接，其中，所述第二离合器输入端联接至所述辅助功率单元并且所述第二离合器输出端联接至所述功率消耗者；以及所述控制器可操作地联接至所述第二离合器，并且被配置成当由所述原动机输出的功率和由所述功率消耗者消耗的功率之差为非负并且小于第三规定值时，命令所述第二离合器使所述辅助功率单元与所述功率消耗者断开联接。根据本专利技术的一个方面，估算所述功率消耗者的所需功率包括测量置于所述功率消耗者上的负载，并且基于所测量的负载估算所需功率。根据本专利技术的一个方面，所述系统包括功率消耗者，其中，所述功率消耗者联接至所述原动机和所述辅助功率单元。根据本专利技术的一个方面，所述原动机包括内燃机、液压发动机、或电动机中的一者。根据本专利技术的一个方面，所述辅助功率单元包括液压泵，所述液压泵可在用于产生液压功率的第一模式和用于消耗液压功率的第二模式中操作。根据本专利技术的一个方面，所述辅助功率单元包括液压机器或电力机器中的至少一者。根据本专利技术的一个方面，所述能量储存单元包括用于储存液压能量的蓄能器和用于储存电能的电池中的至少一者。根据本专利技术的一个方面，所述工作机器包括挖掘机。根据本专利技术的一个方面，所述控制器被配置成基于所述原动机的恒定功率线特征来确定所述原动机的最佳操作状态。根据本专利技术的一个方面，所述控制器被配置成通过寻找产生用于所述功率消耗者的所估算的所需功率的最低原动机速度和最高原动机扭矩来确定最佳操作状态。根据本专利技术的一个方面，所述控制器被配置成存储运动轨迹并且自动地执行所存储的运动轨迹。根据本专利技术的一个方面，所述控制器被配置成将系统操作参数与基线参数比较，并且根据所述系统操作参数偏离所述基线参数达规定阀值，推断部件提供了可能的部件故障的指示。根据本专利技术的一个方面，所述系统参数包括原动机功率输出、原动机速度、功率消耗者功率输入、液压单元功率和液压单元压力中的至少一者。根据本专利技术的一个方面，所述工作机器包括功率消耗者、原动机、用于储存功率的能量储存单元、用于产生功率或消耗功率的辅助功率单元，用于所述工作机器的控制器包括：处理器和存储器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于包括功率消耗者的工作机器的控制系统，所述控制系统包括：原动机；用于储存能量的能量储存单元；用于产生功率或消耗功率的辅助功率单元，所述辅助功率单元具有联接至所述原动机的第一连接部和能够联接至所述能量储存单元的第二连接部；以及控制器，所述控制器可操作地联接至所述原动机并且能够可操作地联接至所述功率消耗者，所述控制器被配置成：估算所述功率消耗者的所需功率；命令所述原动机在产生所估算的所需功率的最佳操作点处操作；以及基于所述原动机的功率输出能力和所述功率消耗者的功率消耗之间的关系，所述控制器被配置成以下命令中的至少一个命令：将来自所述原动机的过剩功率容量提供给所述辅助功率单元以储存在所述能量储存单元中，或将储存在所述能量储存单元中的能量提供至所述辅助功率单元以驱动所述功率消耗者。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.20 US 62/014,7491.一种用于包括功率消耗者的工作机器的控制系统，所述控制系统包括：原动机；用于储存能量的能量储存单元；用于产生功率或消耗功率的辅助功率单元，所述辅助功率单元具有联接至所述原动机的第一连接部和能够联接至所述能量储存单元的第二连接部；以及控制器，所述控制器可操作地联接至所述原动机并且能够可操作地联接至所述功率消耗者，所述控制器被配置成：估算所述功率消耗者的所需功率；命令所述原动机在产生所估算的所需功率的最佳操作点处操作；以及基于所述原动机的功率输出能力和所述功率消耗者的功率消耗之间的关系，所述控制器被配置成以下命令中的至少一个命令：将来自所述原动机的过剩功率容量提供给所述辅助功率单元以储存在所述能量储存单元中，或将储存在所述能量储存单元中的能量提供至所述辅助功率单元以驱动所述功率消耗者。2.根据权利要求1所述的系统，还包括具有第一离合器输入端和第一离合器输出端的第一离合器，所述第一离合器可操作成使所述第一离合器输入端与所述第一离合器输出端选择性地联接或断开联接，其中，所述第一离合器输入端联接至所述原动机并且所述第一离合器输出端联接至所述功率消耗者；并且，所述控制器可操作地联接至所述第一离合器，并且被配置成当所估算的所需功率小于第一规定值并且储存在所述能量储存单元中的能量大于第二规定值时，命令所述第一离合器将所述原动机与所述功率消耗者断开联接。3.根据权利要求1至2中任一项所述的系统，其中，所述控制器还被配置成当所估算的所需功率小于第一规定值并且储存在所述能量储存单元中的能量大于第二规定阀值时，禁用所述原动机。4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述控制器还被配置成当所述原动机处于禁用状态中并且储存在所述能量储存单元中的能量大于所述第二规定值时，命令所述辅助功率单元在马达模式中操作。5.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，还包括具有第二离合器输入端和第二离合器输出端的第二离合器，所述第二离合器可操作成使所述第二离合器输入端与所述第二离合器输出端选择性地联接或断开联接，其中，所述第二离合器输入端联接至所述辅助功率单元并且所述第二离合器输出端联接至所述功率消耗者；并且，所述控制器可操作地联接至所述第二离合器，并且被配置成当由所述原动机输出的功率和由所述功率消耗者消耗的功率之差为非负并且小于第三规定值时，命令所述第二离合器使所述辅助功率单元与所述功率消耗者断开联接。6.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，其中，估算所述功率消耗者的所需功率包括测量置于所述功率消耗者上的负载，并且基于所测量的负载估算所需功率。7.根据权利要求1至6中任一项所述的系统，还包括功率消耗者，其中，所述功率消耗者联接至所述原动机和所述辅助功率单元。8.根据权利要求1至7中任一项所述的系统，其中，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：浩·张，雷蒙德·科利特，哲胜·江，布莱克·卡尔，
申请(专利权)人：派克汉尼芬公司，
类型：发明
国别省市：美国;US