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CN113286939B - 智能发动机和泵控制 - Google Patents

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Abstract

一种方法，包括：基于使用包括由发动机驱动的泵、流体联接到泵的致动器和可与致动器重新定位的机具的机具系统来检测发动机上负载状况的变化。基于来自控制机具运动的操纵杆的命令信号、泵的出口压力、泵的排量，和/或定位成选择性地将泵联接到发动机的离合器的接合信号的变化来检测负载状况的变化。该方法还包括响应于检测到基于变化的负载状况增加，命令燃料供给系统增加提供给发动机的燃料量和/或命令机器的空气处理系统增加提供给发动机的空气量和/或空气的增压压力。

Description

智能发动机和泵控制
相关专利申请的交叉引用
本申请要求2019年1月8日提交的申请号为62/789,721的美国临时专利申请的权益和优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开涉及用于机械的发动机和泵控制。更具体地，本公开涉及智能地控制机器的发动机和泵，以防止在瞬态负载期间发动机速度的降低。
背景技术
大型机械(例如，挖掘机)的工业发动机经常驱动液压泵来操作大型机械的液压组件(components)。通常，发动机在操作员的指挥下以固定的发动机速度运行。然而，当发动机遇到突然的负载时，有时可能会出现发动机速度的明显下降。这种发动机速度的下降会降低机械在瞬态负载期间充分响应的能力，导致操作员不满意。
发明内容
一个实施例涉及一种方法。该方法包括：通过处理电路，基于机器的机具系统的使用，检测机器的发动机上的负载状况的变化。机具系统包括由机器的发动机驱动的泵、流体联接到所述泵的致动器,和可与所述致动器重新定位的机具。基于(i)来自控制机具运动的操纵杆的命令信号，(ii)泵的出口流体压力，(iii)泵的泵排量，或(iv)定位成选择性地将泵联接到发动机的离合器的离合器接合信号中的至少一个的变化来检测负载状况的变化。该方法还包括响应于检测到增加的负载状况，通过处理电路命令以下中的至少一个：(i)机器的燃料供给系统增加由燃料供给系统提供给发动机的燃料量；或(ii)机器的空气处理系统增加(a)空气量,或(b)通过空气处理系统提供给发动机的空气的增压压力中的至少一个；，基于这种变化，通过基本上防止由于瞬态负载导致的发动机速度降低来改善发动机对瞬态负载的响应。
另一个实施例涉及一种方法。该方法包括：通过处理电路基于机器的机具系统的使用来监视机器的发动机上的负载状况；通过处理电路检测在机具系统的使用过程中负载状况的增加；响应于检测到负载状况的增加，通过处理电路向机器的燃料供给系统提供第一命令，以增加由燃料供给系统提供给发动机的燃料量；以及响应于检测到负载状况的增加，通过处理电路向机器的空气处理系统提供第二命令，以增加(i)空气量,或(ii)空气处理系统提供给发动机的空气的增压压力中的至少一个。
又一个实施例涉及一种系统。该系统包括用于机器的控制系统。该机器包括发动机、由发动机驱动的泵、由泵驱动的致动器和由致动器操纵的机具。该控制系统包括处理电路，所述处理电路具有联接到存储器的至少一个处理器，所述存储器存储指令，所述指令使得所述至少一个处理器基于所述机具的使用来监视所述发动机上的负载状况，在机具使用期间检测负载状况的增加，以及提供以下中的至少一个：(i)响应于检测到负载状况的增加而向机器的燃料供给系统提供第一命令，以增加由燃料供给系统提供给发动机的燃料量；或(ii)响应于检测到负载状况的增加而向机器的空气处理系统提供第二命令，以增加由空气处理系统提供给发动机的(a)空气量，或(b)空气的增压压力中的至少一个。
从以下结合附图的详细描述中，这些和其他特征以及其操作的组织和方式将变得显而易见。
附图说明
图1是根据示例实施例的具有控制器和子系统的机器的示意图。
图2是根据示例实施例的图1的机器的子系统的示意图。
图3是根据示例实施例的图1的机器的控制器的示意图。
图4是根据示例实施例的用于控制机器的组件以防止在瞬态负载期间发动机速度降低的方法的流程图。
具体实施方式
以下是对机器的智能发动机和泵控制的方法、装置和系统的相关的各种概念和实现方式的更具体的描述。以上介绍并在下面更详细讨论的各种概念可以以任何数量的方式实施，因为所描述的概念不限于任何特定的实施方式。提供特定实施方式和应用的示例主要用于说明目的。
大体上参考附图，本文公开的各种实施例涉及用于机器的智能发动机和泵控制的系统、装置和方法，并且更具体地，(i)改善发动机对突然加载(即需求增加)的瞬态响应，以防止发动机速度下降；和/或(i i)当需求/负载减少时，通过降低发动机速度和增加泵排量来提高发动机系统的燃料效率。由于发动机的瞬态响应可能包括在突然瞬态和/或负载增加的情况下发动机速度的显著下降，申请人开发了一种控制系统，该控制系统使用两部分控制方案来控制大型机械的发动机和泵，以使得发动机速度的这种大幅降低最小化。作为一个示例，在预期或检测到负载状况增加的情况下，控制系统可以增加进入发动机的燃料和/或空气流量，以增加发动机的功率和/或扭矩输出，以适应增加的负载状况，从而防止或基本上防止发动机速度和性能的暂时下降，并改善机械的瞬态性能。作为另一个例子，在预期或检测到负载状况降低的情况下，控制系统可以降低发动机的速度并增加泵的排量以提高机械的发动机的效率。
例如，控制系统可以识别负载状况正在增加。这种需求的增加表明需要增加的液压流量状况来满足需求。根据示例实施例，为了满足需求的增加，额外的燃料被喷射到发动机中以增加扭矩。然而，在一些实施例中，增加的燃料喷射本身可能不够。因此，控制系统可首先修改致动器位置(例如，在变截面涡轮增压器(variable-geometry turbocharger，VGT)、排气再循环(EGR)系统、进气歧管中等)，以增加增压压力以向发动机提供更多空气，而不仅仅是增加燃料供应。然后，控制系统可以分析当前液压和泵冲程(即，排量)以计算前馈燃料供给需求。在前馈燃料供给计算的基础上，控制系统相应地增加燃料供给量，从而增加发动机的扭矩输出，改善发动机的瞬态响应。
作为另一示例，控制系统可以识别负载状况正在降低。这种需求的减少表明需要较低的液压流量状况来满足需求。响应于这种需求的减少，控制系统可以降低发动机的速度并增加泵的排量。这种操作可以有利地降低发动机的总燃料消耗，并且当泵在更高的排量下操作时泵可以更高效。
现在参考图1，其示出了根据示例实施例的具有控制器150的机器10的示意图。如图1所示，机器10通常包括动力传动系100、机器子系统120、操作员输入/输出(I/O)设备130、可通信地联接到机器10的一个或多个组件的传感器140，以及控制器150。这些组件将在此处更全面地描述。机器10可以是公路车辆或越野车辆，包括但不限于挖掘机、反铲、前端装载机、滑移装载机、大型机械或适合于本文所述系统的任何其他类型的机器或车辆。因此，本公开适用于多种实施方式。
机器10的组件可使用任何类型和任意数量的有线或无线连接彼此通信或与外部组件通信。例如，有线连接可以包括串行电缆、光纤电缆、CAT5电缆或任何其他形式的有线连接。无线连接可以包括互联网、Wi-Fi、蜂窝、无线电、蓝牙、ZigBee等。在一个实施例中，控制器局域网(CAN)总线提供信号、信息和/或数据的交换。CAN总线包括任意数量的有线和无线连接。因为控制器150可通信地联接到图1的机器10中的系统和组件，所以控制器150被构造为接收关于图1所示的一个或多个组件的数据。例如，数据可以包括由一个或多个传感器(例如传感器140)获取的关于动力传动系100和/或其他组件(例如，发动机、泵、离合器、操作员I/O设备130等)的操作状况的操作数据。作为另一个示例，数据可以包括来自操作员I/O设备130的输入。控制器150可以基于操作数据确定如何控制动力传动系100和/或机器子系统120。
如图1所示，动力传动系100包括发动机系统110，该发动机系统110包括发动机101、变速器102、传动轴103、差速器104和末级传动105。发动机101可以被构造为任何发动机类型，包括火花点火内燃发动机、压燃内燃发动机和/或燃料电池，以及其他替代形式。发动机101可以由任何燃料类型(例如，柴油、乙醇、汽油、天然气、丙烷、氢等)驱动。类似地，变速器102可以构造为任何类型的变速器，例如无级变速器、手动变速器、自动变速器、自动-手动变速器、双离合器变速器等。
因此，当变速器从齿轮变速器到连续配置(例如，无级变速器)，变速器102可以包括各种设置(例如，用于齿轮变速器的齿轮)，这些设置会基于从其(例如，从发电机101等)接收到的输入速度影响不同的输出速度。与发动机101和变速器102类似，驱动轴103、差速器104和/或末级传动105可以根据应用(例如，末级传动105构造成车轮、轨道元件等)而构造成任何构造。此外，驱动轴103可以基于应用构造为任何类型的驱动轴，包括但不限于单件式、两件式和套管式驱动轴。
根据示例实施例，发动机101接收化学能输入(例如，诸如汽油、柴油等的燃料)并燃烧该燃料以产生旋转曲轴形式的机械能。变速器102承接(receive)旋转的曲轴并且操纵曲轴的速度(例如，发动机每分钟转数(RPM)等)以影响期望的驱动轴速度。旋转的驱动轴103由差速器104承接，该差速器104将驱动轴103的旋转能量提供给末级传动105。然后，末级传动105推进或移动机器10。
仍参考图1，机器10包括机器子系统120。机器子系统120可包括组件，该组件包括机械驱动组件或电驱动组件(例如，HVAC系统、灯、泵、液压装置、风扇、燃料供给系统、空气处理系统等)。机器子系统120还可包括用于减少排气排放的任何组件，例如选择性催化还原(SCR)催化剂、柴油氧化催化剂(DOC)、柴油颗粒过滤器(DPF)、带有柴油机排气液供应的柴油排气液(DEF)加料器、用于监视后处理系统的多个传感器(例如，氮氧化物(NOx)传感器、温度传感器等)和/或其他组件。
机器子系统120可包括一个或多个电动附件和/或发动机驱动附件。电动附件可以从车载储能设备和/或发电机接收功率以促进其操作。由于是电动的，附件可以很大程度上独立于机器10的发动机101而被驱动(例如，不脱离皮带驱动、动力输出(PTO)等联接到发动机101)。电动附件可以包括但不限于空气压缩机(例如，用于气动设备等)、空调系统、动力转向泵、发动机冷却剂泵、风扇和/或任何其他电动附件。参考图2和3，本文更详细地描述机器子系统120。
现在参考图2，机器10包括离合器200；发动机系统110，其包括发动机101、燃料供给系统112和空气处理系统114；以及机器子系统120，其包括执行系统210。执行系统210包括泵220、阀230、致动器240和机具250。离合器200被定位成选择性地、机械地将机具系统210的泵220联接到发动机系统110的发动机101(例如，连接到其PTO等)。在一些实施例中，机器10不包括离合器200，使得发动机101(例如，其动力输出(PTO)等)直接联接到泵220。根据示例实施例，发动机101驱动泵220，泵220由此驱动致动器240。例如，泵220可流体联接到流体源(例如，液压流体储存器等)并将流体驱动到致动器240(例如，液压缸等)中以重新定位机具250。机具250可以是可用于本文所述机器10的任何合适的机具。例如，机具250可以是铲斗机具、钻孔机具、破坏球机具、起重机机具、抓取器机具，和/或另一适当类型的机具。
在一个实施例中，泵220是可变排量泵。在这样的实施例中，执行系统210可以包括阀230，或也可以不包括阀230。在另一实施例中，泵220是固定排量泵。阀230可以是电控可变阀和/或定位成选择性地限制由泵220提供到致动器240的流体的流量。
燃料供给系统112可以包括有助于可变地向发动机101提供燃料的各种组件。例如，燃料供给系统112可以包括燃料储存器、燃料喷射器、燃料泵，和/或通常包括在车辆燃料供给系统或机器燃料供给系统中的其他组件。
空气处理系统114可包括有助于可变地向发动机101提供空气(例如，压缩空气等)的各种组件。在一些实施例中，空气处理系统114包括强制进气系统。在一个实施例中，强制进气系统包括一个或多个排气驱动涡轮增压器(例如，VGT等)和/或一个或多个电驱动和排气驱动涡轮增压器(例如，以减少涡轮迟滞等)。在另一实施例中，强制进气系统包括一个或多个传统发动机驱动的增压器和/或一个或多个电驱动的增压器。在其他实施例中，强制进气系统包括涡轮增压器和增压机的组合。在一些实施例中(例如，包括涡轮增压器的实施例等)，空气处理系统114包括EGR系统(例如，以驱动(一个或多个)涡轮增压器等)。在一些实施例中，空气处理系统114包括用于发动机101的进气歧管。因此，空气处理系统114可以构造成便于选择性地改变进入发动机101的燃烧室的空气量和/或增压压力。
返回参考图1，操作者I/O设备130可使机器10的操作者能够与机器10和控制器150通信。举例来说，操作员I/O设备130可以包括但不限于交互式显示器、触摸屏设备、一个或多个按钮和开关、语音命令接收器等。在一个实施例中，操作者I/O设备130包括制动踏板或控制杆、加速踏板或油门、第一操纵杆(例如，运动控制操纵杆等)，和/或第二操纵杆(例如，机具控制操纵杆等)。例如，接合第一操纵杆可使发动机101在整个动力传动系100中提供动力以驱动其组件(例如，变速器102、驱动轴103、差速器104、末级传动105等)。作为另一示例，接合第二操纵杆可使发动机101向机具系统210提供动力以操作机具250(例如，挖掘、提升铲斗、拾取物体、钻孔等)。
传感器140可以包括被定位和/或构造为监视机器10的各种组件的运行特性的传感器。作为示例，传感器140可以包括传感器，该传感器定位成便于监视和检测机具系统210上的负载状况(例如，离合器200的接合/脱离、泵220的出口压力、泵220的排量、操作者I/O设备130的(一个或多个)操纵杆的移动等)。作为另一示例，传感器140可包括传感器，该传感器定位成便于监视发动机101、离合器200、机具系统210(例如，泵220、阀230、致动器240等)、燃料供给系统112和/或空气处理系统114的操作状况。
由于图1和2的组件示出为包含在机器10中，因此控制器150可以构造为一个或多个电子控制单元(ECU)。因此，控制器150可以与变速器控制单元、排气后处理控制单元、动力传动系控制单元、发动机控制单元等中的至少一个分离或包括在其中。关于图3更详细地描述控制器150的功能和结构。
现在参考图3，根据示例实施例示出了图1的机器10的控制器150的示意图。如图3所示，控制器150包括具有处理器152和存储器154的处理电路151；负载检测电路155；燃料供给电路156；空气处理电路157；发动机电路158；泵电路159；以及通信接口153。如本文所述，控制器150被构造成(i)改善发动机101对突然加载(即需求增加)的瞬态响应，以防止发动机速度下降；和/或(ii)当需求减少时，通过降低发动机速度(例如，低于阈值速度，低于发动机101运行的典型速度等)和增加泵220的排量(例如，相对于需求减少之前的排量)来增加发动机101的燃料效率。
在一种配置中，负载检测电路155、燃料供给电路156、空气处理电路157、发动机电路158，和/或泵电路159被实施为可由处理器(例如处理器152)执行的机器或计算机可读介质。如本文所述以及其他用途中，机器可读介质促进特定操作的执行以实现数据的接收和传输。例如，机器可读介质可以提供指令(例如，命令等)以例如获取数据。在这方面，机器可读介质可包括定义数据采集频率(或数据传输)的可编程逻辑。因此，计算机可读介质可包括可以以包括但不限于Java等的任何编程语言和任何常规过程编程语言(诸如“C”编程语言或类似编程语言)编写的代码。计算机可读程序代码可以在一个处理器或多个远程处理器上执行。在后一种情况下，远程处理器可以通过任何类型的网络(例如，CAN总线等)彼此连接。
在另一配置中，负载检测电路155、燃料供给电路156、空气处理电路157、发动机电路158，和/或泵电路159被实施为硬件单元(例如电子控制单元)。就此而言，负载检测电路155、燃料供给电路156、空气处理电路157、发动机电路158，和/或泵电路159可以实施为一个或多个电路组件，包括但不限于处理电路、网络接口、外围设备、输入设备、输出设备、传感器等。在一些实施例中，负载检测电路155、燃料供给电路156、空气处理电路157、发动机电路158，和/或泵电路159可以采取一个或多个模拟电路、电子电路(例如，集成电路(IC)、分立电路、片上系统(SOC)电路、微控制器等)、电信电路、混合电路和任何其他类型的“电路”的形式。在这方面，负载检测电路155、燃料供给电路156、空气处理电路157、发动机电路158,和/或泵电路159可包括用于完成或促进实现本文所述操作实现的任何类型的组件。例如，这里描述的电路可以包括一个或多个晶体管、逻辑门(例如,NAND、AND、NOR、OR、XOR、NOT、XNOR等)、电阻器、多路复用器、寄存器、电容器、电感器、二极管、布线等等。因此，负载检测电路155、燃料供给电路156、空气处理电路157、发动机电路158,和/或泵电路159还可以包括可编程硬件设备，例如现场可编程门阵列、可编程阵列逻辑、可编程逻辑设备等。在这方面，负载检测电路155、燃料供给电路156、空气处理电路157、发动机电路158,和/或泵电路159可包括用于存储可由负载检测电路155、燃料供给电路156、空气处理电路157、发动机电路158,和/或泵电路159的(一个或多个)处理器执行的指令的一个或多个存储器装置。一个或多个存储器设备和处理器可以具有与下面关于存储器154和处理器152提供的相同的定义。因此，在该硬件单元配置中，负载检测电路155、燃料供给电路156、空气处理电路157、发动机电路158,和/或泵电路159可以在地理上分散在机器10中的各个单独位置(例如,单独的控制单元等)。替代地并且如图所示，负载检测电路155、燃料供给电路156、空气处理电路157、发动机电路158,和/或泵电路159可以实施为在单个单元/壳体(其示为控制器150)中或内部。
在所示的示例中，控制器150包括具有处理器152和存储器154的处理电路151。处理电路151可以被构造或配置为执行或实施本文所描述的关于负载检测电路155、燃料供给电路156、空气处理电路157、发动机电路158,和/或泵电路159的指令、命令和/或控制过程。因此，所描述的配置表示上述布置，其中负载检测电路155、燃料供给电路156、空气处理电路157、发动机电路158,和/或泵电路159被实施为机器或计算机可读介质。然而，如上所述，该说明并不意味着限制，因为本公开设想了诸如前述实施例的其他实施例，在其他实施例中,负载检测电路155、燃料供给电路156、空气处理电路157、发动机电路158和泵电路159被配置为硬件单元，或者负载检测电路155、燃料供给电路156、空气处理电路157、发动机电路158和泵电路159中的至少一个电路被配置为硬件单元。所有这些组合和变化都旨在落入本公开的范围内。
处理器152可被实施为一个或多个通用处理器、专用集成电路(ASIC)、一个或多个现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、一组处理组件或者其他合适的电子处理组件。在一些实施例中，一个或多个处理器可以由多个电路共享(例如，发动机速度范围电路155、扭矩曲线区域电路156、发动机速度电路157、发动机扭矩电路158、以及校准电路159可以包括或以其他方式共享相同的处理器，在一些示例性实施例中，该处理器可以执行经由存储器的不同区域存储或以其他方式访问的指令)。可选地或另外地，一个或多个处理器可构造成独立于一个或多个协同处理器来执行或以其他方式执行某些操作。在其他示例实施例中，两个或更多个处理器可通过总线联接以实现独立、并行、流水线或多线程指令执行。所有这些变化都旨在落入本公开的范围内。存储器154(例如，RAM、ROM、闪存、硬盘存储器等)可以存储用于促进本文描述的各种处理的数据和/或计算机代码。存储器154可以可通信地连接到处理器152，以向处理器152提供计算机代码或指令以执行本文描述的至少一些处理。此外，存储器154可以是或包括有形的非瞬态易失性存储器或非易失性存储器。因此，存储器154可以包括数据库组件、目标代码组件、脚本组件、或用于支持本文描述的各种活动和信息结构的任何其他类型的信息结构。
通信接口153可以包括用于与各种系统、设备或网络进行数据通信的有线或无线接口(例如，插孔、天线、发送器、接收器、收发器、有线终端等)。例如，通信接口153可以包括用于经由基于以太网的通信网络发送和接收数据的以太网卡和端口和/或用于经由无线通信网络进行通信的Wi-Fi收发器。通信接口153可以被构造为经由局域网或广域网(例如,因特网等)进行通信并且可以使用多种通信协议(例如,IP、本地操作网络(LON)、控制器局域网(CAN)、J1939、本地互连网络(LIN)、蓝牙、ZigBee、无线电、蜂窝、近场通信等)。
控制器150的通信接口153可以促进控制器150与机器10的一个或多个组件(例如，动力传动系100的组件、机器子系统120、操作者I/O设备130、传感器140等)之间的通信。控制器150与机器10的组件之间以及之中的通信可以通过任何数量的有线或无线连接(例如，IEEE802下的任何标准等)。例如，有线连接可以包括串行电缆、光纤电缆、CAT5电缆或任何其他形式的有线连接。相比之下，无线连接可以包括因特网、Wi-Fi、蜂窝、蓝牙、ZigBee、无线电等。在一个实施例中，CAN总线提供信号、信息和/或数据的交换。CAN总线可以包括任何数量的有线和无线连接，其提供信号、信息和/或数据的交换。CAN总线可以包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，或者可以与外部计算机建立连接(例如，通过使用互联网服务提供商的互联网)。
负荷检测电路155被构造成基于机具系统210的操作来监视和检测发动机101上的负载状况的变化(例如,增加负载、减少负载、突然加载)或缺少负荷状况(例如,持续低负载状况等)。在一个实施例中，负载检测电路155被构造成基于来自操作者I/O设备130的机具控制操纵杆的命令信号(例如，通过传感器140的电流信号等)来检测负载状况的变化。作为示例，负载检测电路155可以响应于来自机具控制操纵杆的指示机具控制操纵杆正在远离标称位置移动(即，指示由操作者请求的增加的需求)的命令信号来检测增加的负载状况。作为另一示例，负载检测电路155可以响应于来自机具控制操纵杆的指示机具控制操纵杆正向标称位置移动(即，指示由操作者请求的减少的需求)的命令信号来检测减少的负载状况。在一些实施例中，在负载状况的改变被负载检测电路155视为有效(例如，过滤掉操纵杆的无意移动等)之前，命令信号必须存在超过阈值时间段(例如，半秒、一秒、两秒等)。
在另一实施例中，负载检测电路155附加地或可选地构造成基于泵220的出口流体压力(例如，通过传感器140等)来检测负载状况的变化。作为示例，负载检测电路155可以响应于泵220的出口流体压力增加(即，指示由操作者请求的增加的需求)来检测增加的负载状况。作为示例，负载检测电路155可以响应于泵的出口流体压力减小(即，指示由操作者请求的减少的需求)来检测减少的负载状况。
在另一实施例中，负载检测电路155附加地或可选地构造成基于泵220的泵排量(例如，通过传感器140等)来检测负载状况的变化。作为示例，负载检测电路155可以响应于泵220的泵排量增加(即，指示由操作者请求的增加的需求)来检测增加的负载状况。作为示例，负载检测电路155可以响应于泵220的泵排量减小(即，指示由操作者请求的减少的需求)来检测减少的负载状况。
在另一实施例中，负载检测电路155附加地或可选地构造成基于离合器200的离合器接合信号(例如，通过传感器140等)来检测负载状况的变化。作为示例，负载检测电路155可以响应于指示离合器200已经接合的离合器200的离合器接合信号(即，指示泵220联接到发动机101并且已经发生由操作者请求的需求)来检测增加的负载状况。作为另一示例，负载检测电路155可以响应于指示离合器200已经脱离的离合器200的离合器接合信号(即，指示泵220没有联接到发动机101，并且没有由操作者请求的需求)来检测降低的负载状况。在一些实施例中，负载检测电路155被构造成基于来自机具控制操纵杆的信号、泵220的出口流体压力、泵220的泵排量和离合器200的离合器接合信号(例如，出口流体压力和泵排量两者等)中的两个或更多个来监视和检测负载状况的变化。
在一些实施例中，负载检测电路155被构造成响应于在阈值时间段内没有发动机101上的负载状况的增加或减少和/或发动机101上的负载小于负载阈值的指示，而检测持续的低负载状况。作为示例，负载检测电路155可以被构造成响应于(i)来自机具控制操纵杆的命令信号，(ii)泵220的出口流体压力，(iii)泵220的泵排量，和/或(iv)离合器200的离合器接合信号在阈值时间段内保持恒定或基本不变，来识别存在持续的低负载状况。
燃料供给电路156被构造成控制燃料供给系统112的操作。作为示例，燃料供给电路156可以构造成响应于负载检测电路155检测到增加的负载状况而增加由燃料供给系统112提供给发动机101的燃料量，以(i)防止或基本上防止发动机速度和性能的暂时下降，以及(ii)改善发动机101、机具系统210和机器10的瞬态性能。作为另一示例，燃料供给电路156可以被构造成响应于负载检测电路155检测到降低的负载状况和/或持续的低负载状况而减少由燃料供给系统112提供给发动机101的燃料量，以增加发动机101的燃料效率。
空气处理电路157被构造成控制空气处理系统114的操作。作为示例，空气处理电路157可以构造成响应于负载检测电路155检测到增加的负载状况而增加由空气处理系统114提供给发动机101的空气量和/或增压压力，以(i)防止或基本上防止发动机速度和性能的暂时下降，以及(ii)改善发动机101、机具系统210和机器10的瞬态性能。例如，响应于检测到增加的负载状况，空气处理电路157可以预发动(pre-spool)空气处理系统114的涡轮增压器(例如，通过激活联接到空气处理系统114的涡轮增压器的电动机，通过接合EGR系统的致动器以向空气处理系统114的涡轮增压器提供更多的排气流量，通过接合空气处理系统114的VGT的致动器以调节VGT的纵横比等)以增加增压压力并防止或基本上最小化任何涡轮滞后，使得发动机功率立即可通过机具250用于执行所请求的操作，而不会由于增加的负载而导致发动机速度的暂时降低。作为另一示例，空气处理电路157可以被构造成响应于负载检测电路155检测到降低负载状况和/或持续的低负载状况，改变(例如，减少等)由空气处理系统114提供给发动机101的空气量和/或增压压力(例如，通过降低涡轮速度等)。
发动机电路158被构造成控制发动机101的操作。作为示例，发动机电路158可以被构造成与燃料供给电路156和/或空气处理电路157协同工作，以响应于负载检测电路155检测到增加的负载状况来控制发动机101，适应提供给发动机101的增加的燃料供应和/或空气流量。作为另一示例，发动机电路158可以被构造成与燃料供给电路156和/或空气处理电路157协同工作，以响应于负载检测电路155检测到降低的负载状况来控制发动机101，适应提供给发动机101的降低的燃料供应和/或空气流量。例如，发动机电路158可以被构造成响应于负载检测电路155检测到降低的负载状况和/或持续的低负载状况而降低发动机101的速度，这可以由此提高发动机101的燃料效率。
泵电路159被构造成控制泵220的操作。作为示例，泵电路159可以被构造成响应于负载检测电路155检测到降低的负载状况和/或持续的低负载状况而增加泵220的排量。根据一示例实施例，降低发动机101的速度和增加泵220的排量将降低发动机101的总燃料消耗，并且泵220可以在更高的排量下更有效地操作(例如，这可能不能在更高的发动机速度下使用等)。关于控制器150、负载检测电路155、燃料供给电路156、空气处理电路157、发动机电路158和泵电路159的功能的进一步详细描述在本文中参考图4提供。
现在参考图4，根据示例实施例示出了用于控制机器组件以防止在瞬态加载期间发动机速度降低的方法400。在一个示例实施例中，方法400可以用图1-3的机器10、机器子系统120和控制器150来实施。这样，可以关于图1-3描述方法400。
在过程402，控制器(例如，控制器150、负载检测电路155等)被构造成基于机器(例如，机器10等)的机具系统(例如，机具系统210等)的使用来监视负载状况。在一些实施例中，基于来自控制机具系统的机具(例如，机具250等)的移动的操纵杆的命令信号来监视负载状况。在一些实施例中，基于由机器的发动机(例如，发动机101等)驱动的机具系统的泵(例如，泵220等)的出口流体压力来监视负载状况。在一些实施例中，基于泵的泵排量来监控负载状况。在一些实施例中，基于离合器(例如，离合器200等)的离合器接合信号来监控负载状况，该离合器被定位成选择性地将泵联接到发动机。在一些实施例中，基于来自操纵杆的命令信号、泵的出口流体压力、泵的泵排量、离合器的离合器接合信号中的两个或两个以上的组合来监控负载状况。
在过程404，控制器被构造成确定或检测负载状况已经改变。根据示例性实施例，基于(i)来自操纵杆的命令信号，(ii)泵的出口流体压力，(ii i)泵的泵排量，或(iv)离合器的离合器接合信号中的至少一个的变化来检测负载状况的变化。控制器被构造成响应于(i)来自操纵杆的命令信号、泵的出口流体压力，和/或泵的泵排量增加，和/或(ii)指示离合器已经(从脱离配置)接合的离合器的离合器接合信号而行进到过程410。或者，控制器被构造成响应于(i)来自操纵杆的命令信号、泵的出口流体压力，和/或泵的泵排量降低，(ii)指示离合器已经(从接合配置)脱离的离合器的离合器接合信号，和/或(iii)持续的低负载状况(例如，在阈值时间段内没有提供命令来移动机具250等)而行进到过程430。
在过程410，控制器(例如，泵电路159等)被构造成确定泵的当前出口流体压力和泵的当前泵排量。在过程412，控制器(例如，泵电路159等)被构造成(例如，基于泵出口压力、泵排量、来自操纵杆的命令信号等)确定泵上的当前泵扭矩需求。过程410和过程412可以连续地、周期性地和/或与过程402同时执行。在过程414，控制器(例如，泵电路159等)被构造成(例如，由来自操纵杆的命令信号的变化指示等)确定所需的附加泵扭矩需求以适应需求的增加。
在过程416，控制器(例如，燃料供给电路156、发动机电路158等)被构造成确定操作发动机以驱动泵来满足附加泵扭矩需求所需的附加燃料需求。在过程418，控制器(例如，空气处理电路157、发动机电路158等)被构造成确定操作发动机以驱动泵来满足附加泵扭矩需求所需的附加流量/增压需求。在一些实施例中，过程418是可选的(例如，如果仅发动机燃料变化就足够了等)。在过程420，控制器(例如，燃料供给电路156、空气处理电路157等)被构造成命令燃料供给系统(例如，燃料供给系统112等)和/或空气处理系统(例如，空气处理系统114等)分别提供附加燃料供给和/或附加流量/增压。
在过程430，控制器(例如，发动机电路158等)被构造成(例如，通过目标量等)降低发动机的发动机速度。在过程432，控制器(例如,泵电路159等)被构造成增加泵的泵排量(例如,以适应发动机速度的降低等)。在一些实施例中，过程432是可选的(例如,如果当前泵排量和降低的发动机速度足以满足降低的负载等)。在过程434，控制器(例如,燃料供给电路156、空气处理电路157、发动机电路158等)被构造成确定所需的燃料供给和/或空气流量/增压，以适应降低的发动机速度和/或增加的泵排量。在过程436，控制器(例如,燃料供给电路156、空气处理电路157等)被构造成命令燃料供给系统和/或空气处理系统根据需要在降低的发动机速度和/或增加的泵排量下提供燃料供给(例如,减少的燃料供给等)和/或空气流量/增压(例如,减少的空气流量/增压等)。
应当理解，本文中主张的元件不应根据35U.S.C.112(f)的规定来解释，除非使用短语“用于....”明确叙述该元件。
为了本公开的目的，术语“联接”是指两个构件直接或间接地彼此连接或链接。这种连接本质上可以是固定的或可移动的。例如，发动机的传动轴“联接”到变速器的表示可移动的联接。这种连接可以用两个构件或两个构件以及任何附加的中间构件来实现。例如，电路A可通信地“联接”到电路B的可表示电路A直接与电路B通信(即没有中间媒介)或与电路B间接通信(例如，通过一个或多个中间媒介)。
虽然在图3中示出了具有特定功能的各种电路，但是应该理解，控制器150可以包括用于完成本文描述的功能的任何数量的电路。例如，负载检测电路155、燃料供给电路156、空气处理电路157、发动机电路158，和/或泵电路159的活动和功能可以组合在多个电路中或作为单个电路。还可以包括具有附加功能的附加电路。此外，应当理解，控制器150可以进一步控制超出本公开范围的其他活动。
如上所述并且在一种配置中，“电路”可以在机器可读介质中实现，以由各种类型的处理器执行，例如图3的处理器152。例如,所识别的可执行代码的电路可以包括计算机指令的一个或多个例如被组织为对象，过程或功能的物理或逻辑块。然而，所识别的电路的可执行文件不需要在物理上位于一起，而是可以包括存储在不同位置的分散指令，当这些指令逻辑地连接在一起时，构成电路并实现电路的所述目的。实际上，计算机可读程序代码的电路可以是单个指令或许多指令，甚至可以分布在不同的程序中以及跨越几个存储器设备上的几个不同的代码段上类似地，可以在电路内识别和说明操作数据，并且可以以任何合适的形式实现操作数据并且在任何合适类型的数据结构内组织操作数据。操作数据可以收集作为单个数据集，或者可以分布在包括不同存储设备的不同位置上，并且可以至少部分地仅作为系统或网络上的电子信号存在。
尽管以上简要地定义了术语“处理器”，但应该理解，术语“处理器”和“处理电路”意在被广泛地解释。就此而言并且如上所述，“处理器”可以被实现为一个或多个通用处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)或构造成执行由存储器提供的指令的其他合适的电子数据处理组件。一个或多个处理器可以采取单核处理器、多核处理器(例如，双核处理器、三核处理器、四核处理器等)、微处理器等形式。在一些实施例中，一个或多个处理器可以在设备外部，例如，一个或多个处理器可以是远程处理器(例如，基于云的处理器)。优选地或另外地，一个或多个处理器可以是在装置的内部和/或本地的。在这方面，给定电路或其组件可以布置在本地(例如，作为本地服务器、本地计算系统等的一部分)或远程(例如，作为远程服务器的一部分，例如基于云的服务器)。为此，如本文所述的“电路”可包括分布在一个或多个位置上的组件。
应该注意的是，虽然这里的图表可以示出方法步骤的具体顺序和组成，但应该理解的是，这些步骤的顺序可以不同于所描绘的。例如，可以同时执行或者部分同时执行两个或更多个步骤。而且，可以组合作为分离的步骤执行的一些方法步骤，可以将组合步骤执行的步骤分成分离的步骤，某些过程的顺序可以颠倒或以其他方式变化，分离的过程的性质或数量可以被改变或变化。根据替代实施例，任何元件或装置的顺序或序列可以变化或替换。因此，所有这样的修改旨在被包括在如所附权利要求所限定的本公开的范围内。这些变化将取决于所选择的机器可读介质和硬件系统以及设计人员的选择。应该理解，所有这些变化都在本公开的范围内。
出于说明和描述的目的提出了对实施例的上述描述。并非旨在穷举或将本公开限制为所公开的精确形式，并且根据上述教导可以进行修改和变化，或者可以从本公开中获得。选择和描述实施例是为了解释本公开的原理及其实际应用，以使本领域技术人员能够利用各种实施方式以及适合于预期的特定用途的各种修改。在不脱离如所附权利要求中表达的本公开的范围的情况下，可以在实施例的设计、操作状况和布置中做出其他替代、修改、改变和省略。

Claims (15)

1.一种用于机器的智能发动机和泵控制的方法，其特征在于，所述方法包括：
通过处理电路检测基于所述机器的机具系统的使用的所述机器的发动机上的负载状况的变化，所述机具系统包括由所述机器的发动机驱动的泵、流体联接到所述泵的致动器以及与所述致动器重新定位的机具，其中基于(i)所述泵的出口流体压力，(ii)所述泵的泵排量，或(iii)定位成选择性地将所述泵联接到所述发动机的离合器的离合器接合信号中的至少一个的变化来检测所述负载状况的变化；和
响应于基于所述变化检测到的增加的负载状况，通过所述处理电路向以下中的至少一个提供命令：(i)所述机器的燃料供给系统，以增加由所述燃料供给系统提供给所述发动机的燃料量；或(ii)所述机器的空气处理系统，以增加通过所述空气处理系统提供给所述发动机的(a)空气量或(b)空气的增压压力中的至少一个，以通过持续防止由于瞬时负载而导致的发动机速度的降低来改善所述发动机对所述瞬时负载的响应；
响应于检测到所述增加的负载状况，向所述燃料供给系统和所述空气处理系统两者提供命令。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步基于来自控制所述机具运动的操纵杆的命令信号的变化来检测所述负载状况的变化。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：
通过所述处理电路提供响应于来自所述操纵杆的处于阈值时间段的所述命令信号的命令，并且不提供响应于来自所述操纵杆的小于阈值时间段的命令信号的命令。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述泵的出口流体压力的变化来检测所述负载状况的变化。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述泵的泵排量的变化来检测所述负载状况的变化。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述离合器的离合器接合信号的变化来检测所述负载状况的变化。
7.一种用于机器的智能发动机和泵控制的方法，其特征在于，所述方法包括：
通过处理电路，基于所述机器的机具系统的使用情况，来检测所述机器的发动机上的负载状况的变化，所述机具系统包括由所述机器的所述发动机驱动的泵，与所述泵联接的致动器，以及通过所述致动器可重新定位的机具，其中基于以下至少两项的变化来检测所述负载状况的变化：(i)来自控制所述机具运动的操纵杆的命令信号，(ii)所述泵的出口流体压力，(iii)所述泵的泵排量，或(iv)定位成选择性地将所述泵联接到所述发动机的离合器的离合器接合信号；以及
响应于检测到增加的负载状况，通过所述处理电路向以下中的至少一个提供命令：(i)所述机器的燃料供给系统，以增加由所述燃料供给系统提供给所述发动机的燃料量；或(ii)所述机器的空气处理系统，以增加通过所述空气处理系统提供给所述发动机的(a)空气量或(b)空气的增压压力中的至少一个，
其中，响应于检测到所述增加的负载状况，向所述燃料供给系统和所述空气处理系统两者提供命令。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
响应于检测到降低的负载状况，而通过所述处理电路降低发动机速度；和
响应于检测到所述降低的负载状况，而通过所述处理电路增加所述泵的泵排量。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括以下中的至少一项：
响应于检测到所述降低的负载状况，通过所述处理电路降低由所述燃料供给系统提供给所述发动机的所述燃料量；或
响应于检测到所述降低的负载状况，通过所述处理电路降低由所述空气处理系统提供给发动机的空气量或空气的增压压力中的至少一个。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
响应于(i)在阈值时间段内不存在所述发动机上的负载状况的增加或减少的指示和(ii)所述发动机上的负载小于负载阈值，通过所述处理电路检测低负载状况；和
响应于检测到所述低负载状况，进行以下中的至少一个：
通过所述处理电路降低所述发动机速度；
通过所述处理电路增加所述泵的泵排量；
通过所述处理电路减少提供给所述发动机的燃料量；或
通过所述处理电路降低由所述空气处理系统提供给所述发动机的空气量或空气的增压压力中的至少一个。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
通过所述处理电路确定所述泵的当前泵扭矩需求；和
基于增加的负载状况，通过所述处理电路确定所述当前泵扭矩需求的增加；
其中所述命令是基于所述当前泵扭矩需求的增加。
12.一种用于机器的智能发动机和泵控制的方法，其特征在于，所述方法包括：
基于所述机器的机具系统的使用，通过处理电路监视所述机器的发动机上的负载状况；
通过所述处理电路检测在所述机具系统的使用过程中所述负载状况的增加；
响应于检测到所述负载状况的增加，通过所述处理电路向所述机器的燃料供给系统提供第一命令，以增加由所述燃料供给系统提供给所述发动机的燃料量；和
响应于检测到所述负载状况增加，通过所述处理电路向所述机器的空气处理系统提供第二命令，以增加由所述空气处理系统提供给所述发动机的(i)空气量或(ii)空气的增压压力中的至少一个；其中，响应于检测到所述负载状况的增加大于阈值量，分别向所述燃料供给系统和所述空气处理系统提供所述第一命令和所述第二命令；和
其中，响应于检测到所述负载状况的增加小于所述阈值量，分别向所述燃料供给系统或所述空气处理系统提供所述第一命令或所述第二命令。
13.一种用于机器的智能泵控制的系统，其特征在于，所述系统包括：
用于所述机器的控制系统，所述控制系统包括发动机、由所述发动机驱动的泵、由所述泵驱动的致动器和由所述致动器操纵的机具，所述控制系统包括处理电路，所述处理电路具有至少一个处理器，所述处理器联接到内部存储指令的存储器，所述指令使所述至少一个处理器：
基于所述机具的使用监视所述发动机上的负载状况；
在所述机具使用期间，检测所述负载状况的增加；和
以下中的至少一个：
(i)响应于检测到所述负载状况的增加，向所述机器的燃料供给系统提供第一命令，以增加由所述燃料供给系统提供给所述发动机的燃料量；或
(ii)响应于检测到所述负载状况的增加，向所述机器的空气处理系统提供第二命令，以增加由所述空气处理系统提供给所述发动机的(a)空气量或(b)空气的增压压力中的至少一个；
其中所述指令还使得所述至少一个处理器：
基于所述负载状况的增加小于阈值量，将所述第一命令或所述第二命令分别提供给所述燃料供给系统或所述空气处理系统；和
基于所述负载状况的增加大于所述阈值量，将所述第一命令和所述第二命令分别提供给所述燃料供给系统和所述空气处理系统。
14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述负载状况的增加是基于以下中的至少一个的变化被检测到：(i)来自操纵杆的控制所述机具的运动的命令信号，(ii)所述泵的出口流体压力，(iii)所述泵的泵排量，或(iv)定位成选择性地将所述泵联接到所述发动机的离合器的离合器接合信号。
15.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述机器还包括传感器，所述传感器被配置为便于检测所述负载状况的增加。
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