專利名稱：功率分配系統的制作方法
技術領域：
本發明總的涉及到 一種功率分配系統，特別是一種機器的功率分
配系統。
背景技術：
移動和固定式機器可包括產生功率的能量源。能量源可以是任一 種合適的能量產生設備，例如，發動機或者發電才幾。移動和固定式機 器還可包括用產生的功率或用能量源提供的動力推動的設備。這種用 動力推動的設備例如可包括傳動系中用于推進機器的元件、 一個或多 個工具(例如一個挖掘工具)和附加裝置(例如空調壓縮機、潤滑油冷 卻器泵等)。通常，因為能量源可能無法每次滿足各個功率請求，因 而來自各個用動力推動的設備的功率請求可能會發生沖突。
如果用動力推動的設備要求的功率超出能量源可利用的功率，則 某些或所有用動力推動的設備可能無法得到充足的動力，從而/或者
能量源會停轉或失效。能量源失效會導致機器停工和效率降低。對機 器不同部件功率的智能分配可以有助于減少能量源失效。另外，從能
量源到用動力推動的設備的功率智能分配可包括決定哪個用動力推 動的設備將接受功率以及接受多少功率。
當確定能量源的功率分配時，現有的功率分配系統不考慮附加裝 置。這種附加裝置對于傳動系元件和工具的充分作用和控制是必要 的，并當傳動系元件和工具操作時從能量源得到功率。由于確定能量 源的功率分配時，現有的功率分配系統不考慮附加裝置，因此用動力 推動的設備實際消耗的功率仍然可能會超過可利用能量源的功率。
2005年1月11日公告的Andres等人的美國專利6， 842, 689 ('689號 專利)中公開了一種嘗試智能分配能量源的功率時考慮附加裝置的方案。'689號專利公開了 一種提供功率給多個功率消耗設備的動力系 統。該動力系統包括一個發動機、 一個主功率接收器(也就是， 一個 變速器)和多個附加裝置。該系統確定一個與主功率接收器和附加裝 置要求的總功率相等的總功率值。如果總功率值超出當前要求，則 會增加發動機的轉速，從而產生更多的功率。
當確定如何分配發動機的功率時，'689號專利的分配系統會考慮 附加裝置，但這種分配的好處是有限的。特別是，通過增加發動機速 度解決功率不足時，發動機可能會低于最佳轉速運轉。另外，如果發 動機已經產生可能的最大的功率，增加發動機速度可能不能充分地供 給所有用動力推動的設備動力。
發明內容
本發明的系統用于克服上面所提出的一個或多個問題。 一方面，本發明的內容用于一種具有用來產生功率輸出的能量源 的功率分配系統。該功率分配系統還包括一個用來確定由能量源產生
的可利用的總功率的可利用的功率模塊。另夕卜，該功率分配系統包括 一個或多個附加功率請求模塊，用于獲取相關的附加裝置功率請求； 和一個或多個非附加功率請求模塊，用于獲取相關的非附加裝置功率 請求。該功率分配系統還包括一個功率分配模塊，用于在附加裝置和 非附加裝置之間的分配功率。在非附加裝置之間分配的功率是在附加 裝置接受它們請求的功率之后剩下的功率。
根據本發明的另一方面，提供了一種功率分配的方法。該方法包 括接收一個或多個附加功率請求，每個請求與一個附加裝置相關。該 方法還包括接收一個或多個非附加功率請求，每個請求與一個非附加 裝置相關。另外，該方法還包括在附加裝置之間分配可利用的功率。 該方法進一步包括分配剩余功率給非附加裝置。
圖l是一示例性機器的視5圖2是與圖1中示例性機器 一 起使用的功率管理系統的程序塊簡
圖；并且
圖3是給圖1中示例性機器的不同系統分配功率的示例性方法的
流程圖。
具體實施例方式
圖1所示是 一 個具有多個系統和組件、合作完成某種任務的示例
性的機器IO。機器10完成的任務與特定的產業相關，例如采礦、建筑、 農耕、運輸、發電或已知的其他產業。例如，機器10可以是移動機器，
例如圖l中的輪式裝載機、公共汽車、高速公路拖車或者本領域已知
的其他移動機器。機器10還可包括操作員室12、工具14和一個或多個 牽引設備16。
操作員室12由機器操作員使用，并包括接收來自操作員的表示期 望的機器行駛動作的輸入設備。特別地，操作員室12可包括一個或多 個靠近操作員座椅(未示出)的操作員界面設備(未示出)。操作員界面 設備會通過產生的表示期望的機器行駛動作的信號使機器10的運動 初始化或者調控機器10的運動。
工具14可包括用于執行一項特定任務的任何設備。例如，工具14 可包括鏟斗、耙裝置、葉片、鏟、松土機、底卸裝置、笤帚、吹雪機、 推進設備、切斷設備、抓持設備或者本領域任何已知的執行其他任務 的設備。工具14可通過一個直接樞軸、 一連桿系統、 一個或多個液壓 缸或以任何其它適當的方式連接到機器10上。工具14還可相對機器10 樞轉、轉動、滑動、搖擺、提升或者以本領域已知的任何方式移動。
牽引設備16可具體體現為位于機器10每側的輪子(僅顯示一側 的)。可選地，牽引設備16可包括履帶、傳送帶或者其他已知的牽引 設備。可想到可驅動或操縱機器10的車輪的任何組合。
如圖2的示意圖所示，機器1 O還可包括用于在機器10的不同系統 之間分配功率的功率管理系統18。功率管理系統18可包括一個能量源 20、 一個功率轉換設備22、 一個或多個功率消耗設備24和一個響應功率消耗設備2 4的請求調控功率轉換設備2 2的控制系統2 6 。
能量源20可包括一具有多個協作產生機械能或電能輸出的子系 統的內燃機。另外，能量源20可以是任一種類型的內燃機，例如，例 如柴油機、汽油機或者氣體燃料發動機。應該理解，能量源20所能產 生的最大功率可以取決于其運轉速度。例如，隨著能量源20轉速的增 加，功率源20的功率產生能力也增加。
功率轉換設備22可以是能夠將能量源20輸出功率的至少一部分 轉換為可被功率消耗設備24使用的形式的任何設備。例如，功率轉換 設備22可以是一臺直流或交流發電機。另外，功率轉換設備22可通過 曲軸2 8 ，或者以任何本領域已知的其它方式#皮有效地結合到能量源 20。
功率消耗設備2 4可包括在機器10中任何、;肖耗能量源2 0產生的功 率的設備或系統，例如，附加裝置30和非附加裝置32。應該理解，雖 然圖2中顯示了兩個附加裝置30和兩個非附加裝置32，功率管理系統 18可根據需要包括任何數目的附加裝置30和非附加裝置32。另外，功 率消耗設備2 4可通過輸電線34接收從功率轉換設備2 2轉換來的功率 并且使用產生的功率進行預定的操作。可預期的是，部分或所有非附 加裝置32可通過曲軸28接收能量源20的功率。附加裝置30可包括例 如空調壓縮機單元、潤滑油冷卻器、交流發電機、變速器泵、排氣 驅動壓縮機或任何其它附加裝置。此外，非附加裝置32可包括，例如 傳動系統中的非附加元件、工具14，或任何其他非附加裝置。
控制系統2 6可采取任何形式的電路或系統，例如一基于計算機的 系統、 一基于微處理器的系統、 一微型控制器或者任何其它合適的控 制類型。另外，控制系統26可安裝在機器10內的任何地方并可包括不 同組件，用于運行設計用來在功率消耗設備24之中分配能量源2 O所產 生功率的應用軟件。例如，控制系統26可包括一個中央處理單元 (CPU)， 一個隨機存取存儲器(RAM), —輸入/輸出(1/0)元件等。此外， 控制系統26還可包括可利用的功率模塊36, —個或多個附加功率請求 模塊38, —個或多個非附加功率請求模塊40和一個功率分配模塊42。可利用的功率模塊36可獲得與能量源有關的輸入，例如包括能量 源操作條件、扭矩、功率、容量，和/或速度的指示信號。信號可從 一個或多個監測能量源2 0的傳感器(未示出)得到。可利用的功率模塊 36可使用與能量源有關的輸入來確定能量源20在一個運行狀態可以 產生的總功率。應該理解到能量源20在指定時間能夠產生的總功率取 決于諸如機器等級高低、燃料質量，和/或能量源速度等因素。根據 從一個或多個傳感器接受到的能量源數據，可利用的功率模塊36可產 生顯示能量源20可利用的總功率的信號。
每個附加功率請求模塊38可以同對應的附加裝置30聯系在一起， 并獲得與對應的附加裝置30有關的輸入。這樣的輸入可包括，例如， 壓力、流速、當前功率使用，和/或期望的功率使用。另外，輸入可 以是以一個或多個監測各個附加裝置30、機器IO、和/或一個外部對 象例如孔或樁的傳感器(未示出)所產生的信號的形式。這種信號還可 由機器操作員產生。例如，信號可由操作員操作一個控制設備(未示 出)而產生，例如駕駛室12內的操縱桿、方向盤或油門踏板，從而移 動工具14、牽引設備16和/或機器10。基于這些輸入，每個附加功率 請求模塊38可產生與各個附加裝置30有關的功率請求。
每個非附加功率請求模塊40可以同對應的附加裝置32聯系在一 起，并獲得與對應的附加裝置32有關的輸入。這樣的輸入可包括，例 如，壓力、流速、當前功率使用，和/或期望的功率使用。另外，輸 入可以是以一個或多個監測各個非附加裝置32、機器IO、和/或一個 外部對象例如孔或樁的傳感器(未示出)所產生的信號的形式。這種信 號還可由機器操作員產生。例如，信號可由操作員操作一個控制設備 (未示出)而產生，例如駕駛室12內的操縱桿、方向盤、或油門踏板， 從而移動工具14、牽引設備16和/或機器10。基于這些輸入，每個非 附加功率請求模塊40可產生與各個非附加裝置32有關的功率請求。
與每個非附加功率請求一起，可預期每個非附加功率請求模塊40 產生一優先級信號。非附加功率請求模塊40產生的優先級信號表明在 非附加裝置32之間接受能量源20產生功率的優先級。 一特殊的非附加功率請求模塊40產生的優先級信號可包括表示功率請求重要性的優 先級，其基于標準確定。例如，如果制動系統(未示出)請求功率立即
使用，則有關的非附加功率請求模塊40會指定一最高優先級給該功率 請求，傳達功率請求的重要性。如果一個特殊非附加裝置32需要功率 來保護機器10免受損壞，或者免受過度磨損和破壞，則有關的非附加 功率請求模塊4 O會指定一種中等水平的優先級給該功率請求，傳達該
功率請求具有中等重要性，或者具有比最高優先級功率請求低的重要 性。如果一個特定的非附加裝置32需要功率來提高或維護的機器效 率，則有關的非附加功率請求模塊40能指定一種低水平的優先級給該 功率請求信號，傳達該功率請求具有相對較低的重要性，或者比中等 優先級功率請求低的重要性。優先級別越高，提供功率請求的可能性 越高。
功率分配模塊42可直接或間接地卩1起從能量源2 O得到的總功率 在附加裝置3 0和非附加裝置3 2之間的分配。分配會根據可利用的總功 率、收到的附加功率請求模塊38和非附加功率請求模塊40的功率請求 和/或從非附加功率請求模塊40收到的功率請求的優先級而進行。例 如，功率分配模塊42獲得可從能量源20得到總功率并計算附加功率請 求模塊38要求的總功率，確定可利用凈功率。可利用凈功率是從能量 源2O得到總功率中減去附加功率請求之后，就是可供非附加裝置32利 用的剩余功率。根據確定的可利用凈功率，功率分配模塊42會比較非 附加功率請求模塊40要求的總功率與可利用凈功率。如果可利用凈功 率滿足或超出非附加功率請求模塊4O要求的總功率，則所有非附加裝 置32會接受請求的功率。然而，如果可利用凈功率不足時，功率分配 模塊42會根據非附加功率請求模塊40的功率請求的數值和/或它們優 先級而分配可利用凈功率。
圖3中所示是功率管理系統18的操作，這在以下部分中討論。特 別地，圖3中說明了一種在附加裝置30和非附加裝置32之間分配從能 量源2 0得到的功率的示例性方法。
9工業實用性
這里公開的功率管理系統可充分地分配發動機產生的功率給各 個功率消耗設備而不會使發動機失效或出故障。特別是，當在非附加
功率消耗設備之間分配可利用的總功率時，公開的功率管理系統會考 慮附加裝置要求的功率，并會給予功率消耗的優先級。通過考慮附加 裝置的功率消耗和給予非附加裝置的功率請求優先級，公開的功率管 理系統會防止總的功率需求超出可利用的總功率。現在說明功率管理 系統18的操作。
圖3所示為一個分配能量源20產生的可利用總功率的示例性方法 的流程圖。該方法始于可利用的功率模塊36執行的步驟。當執行這樣 一個步驟時，可利用的功率模塊3 6會得到與發動機有關的輸入(步驟 100)。這些輸入是以從各個傳感器(未示出)收到的表示參數的信號的 形式，例如發動機運行條件、扭矩、功率、容量和/或速度。可利用 的功率模塊3 6使用接收的輸入確定能量源2 0產生的總功率(步驟 102)。總功率可由對收到的信號與各種算法、圖、表和/或曲線圖進 行比較來確定。應該理解，能量源20能夠在任何指定時候產生的總功 率取決于這樣的因素，例如，機器等級高低、燃料質量和/或發動機 速度。
功率分配模塊42從附加功率請求模塊38(步驟104)接收功率請 求，求出功率請求之和，計算總附加功率負荷(步驟106)。如果附加 裝置30請求功率時，功率請求可根據與附加裝置30相關的傳感器(未 示出)產生的各種信號確定。產生的信號可以是指示參數，例如壓力、 流速、當前功率使用、期望的功率使用或者其它對確定有用的參數。
功率分配模塊42還可從非附加功率請求模塊40接收功率請求(步 驟108)，求出功率請求之和并計算總的非附加功率負荷(步驟110)。 功率請求可根據與非附加裝置32相關的傳感器(未示出)產生的各種 信號而確定。另外，產生的信號可以是指示參數，例如壓力、流速、 當前功率使用、期望的功率使用或者其它對確定有用的參數。另外， 各個功率請求還包括了一個根據功率請求重要性確定的優先級。例
10如，如果制動系統請求功率立即使用，則有關的非附加功率請求模塊 40產生的功率請求會被賦予最高優先級。另外，如果一個非附加裝置
32需要功率保護機器10免受過度磨損和破壞，則該功率請求可被賦予 一種中等水平的優先級。另外，非附加裝置32需要功率進行常規維護， 則該功率請求信號可被賦予 一種較低優先級。
功率分配設備42會分配或觸發功率分配以滿足所有附加功率請 求模塊38的請求(步驟112)。在分配或觸發功率分配給附加裝置30后， 功率分配設備42計算可利用的凈功率(步驟114)。該可利用的凈功率 是滿足所有附加功率請求后剩下的可利用功率，并由可利用的功率模 塊3 6計算，從總的可利用功率中減去總的附加功率負荷而得出。
在計算出可利用的凈功率后，功率分配模塊42將可利用的凈功率 與總的非附加功率負荷比較，從而確定可利用的凈功率是否滿足或超 出總的非附加功率負荷(步驟116)。如果功率分配模塊42確定可利用 的凈功率滿足或超出總的非附加功率負荷(步驟116:是)，功率分配 模塊42會分配或觸發功率分配來滿足所有非附加功率請求模塊40的 請求(步驟118)。在滿足這些請求后，步驟IOO, 104和108可重復進行 (即，可利用的功率模塊36獲得與發動機有關的輸入，功率分配模塊 42可從附加和非附加功率請求模塊38和40接收功率請求)。
如果功率分配模塊42確定可利用的凈功率不能滿足或超出總的 非附加功率負荷(步驟116:否)，功率分配模塊42會根據每個非附加 裝置32的優先級，分配或觸發功率分配給非附加裝置32 (步驟120)。 例如，功率分配模塊42會分配或觸發功率分配給那些具有最高優先級 的非附加裝置32 ，并將剩余可利用的功率與剩余的功率請求以與步驟 116類似的方式進行比較。該步驟可在各個優先級重復，直到所有可 利用的功率分配完或滿足了所有功率請求。在分配完所有可利用的功 率后，步驟IOO, 104和108可重復進行(即，可利用的功率模塊36獲得 與發動機有關的輸入，功率分配模塊42可從附加和非附加功率請求模 塊38和4G接收功率請求)。
在非附加裝置之間分配功率前先在附加裝置之間分配功率的做法，會使功率充分地分配，而不必調整發動機速度。另外，功率消耗 設備有足夠的功率被驅動，而使發動機以最優轉速運轉。此外，因為 發動機速度不需要調整以分配足夠的功率，因此當發動機以其最大能 力產生功率時減少了發動機故障的可能。
明顯的，對本領域技術熟練人員，在本發明的范圍內進行的各種 修改和改變將不超出本發明的范圍。對本領域技術熟練人員來說，考 慮過本發明的說明做出的其它實施例是顯而易見的。各種說明和實施 例僅作示例之用，真正的保護范圍由所附權利要求及其相等物標明。
權利要求
1、一種功率分配系統，包括用于產生功率輸出的能量源；用來確定由所述能量源產生的可利用總功率的可利用的功率模塊；一個或多個附加功率請求模塊，用于獲取相關的附加裝置的功率請求；一個或多個非附加功率請求模塊，用于獲取相關的非附加裝置的功率請求；和功率分配模塊，用于在所述附加裝置和所述非附加裝置之間分配功率，在所述非附加裝置之間分配的功率是在附加裝置接受它們請求的功率之后剩下的功率。
2、 如權利要求l所述的功率分配系統，其中所述功率分配模塊用 于計算可利用的凈功率并將該可利用的凈功率在所述非附加裝置之間分配，所述可利用的凈功率是由所述能量源產生的可利用的總功率 與在所述附加裝置之間分配的功率之間的差值。
3、 如權利要求2所述的功率分配系統，其中所述功率分配模塊用于當所述非附加裝置要求的總功率比可利用的凈功率少時，將可利用 的凈功率在所有請求功率的非附加裝置之間進行分配。
4、 如權利要求3所述的功率分配系統，其中所述非附加功率請求模塊具有相關的優先級。
5、 如權利要求4所述的功率分配系統，其中所述功率分配才莫塊用于根據各個功率請求的優先級將可利用的凈功率在所述非附加裝置 之間分配。
6、 如權利要求5所述的功率分配系統，其中所述優先級包括最高 優先級、中等優先級和低級優先級。
7、 一種用于分配功率的方法，包括 計算可利用的總功率；接收一個或多個附加功率請求，各個附加功率請求與各附加裝置相關；接收一個或多個非附加功率請求，各個非附加功率請求與各個非 附加裝置相關；和根據附加功率請求在附加裝置之間分配可利用的功率；和 將滿足附加功率請求后的剩余功率分配給非附加裝置。
8、 如權利要求7所述的方法，其中還包括計算可利用的凈功率并 將該可利用的凈功率在非附加裝置之間分配，可利用的凈功率是可利 用的總功率與在附加裝置之間分配的功率的差值。
9、 如權利要求8所述的方法，其中還包括給各個非附加功率請求 指定一優先級；計算非附加裝置請求的總功率；當非附加裝置請求的 總功率少于可利用的凈功率時，在所有請求功率的非附加裝置之間分 配可利用凈功率；當非附加裝置請求的總功率大于可利用凈功率時， 根據非附加功率請求的優先級在所有請求功率的非附加裝置之間分 配可利用凈功率。
10、 一種機器，包括 一個或多個牽引設備；一個工具；和一個或多個附加裝置； 一個或多個非附加裝置；和 如權利要求1至6中任一項所述的功率分配系統。
全文摘要
一種功率分配系統，具有一個用于產生功率輸出的能量源。該功率分配系統還有一個用來確定由能量源產生的可利用的總功率的可利用的功率模塊。另外，功率分配系統具有一個或多個附加功率請求模塊，用于獲取相關的附加裝置的功率請求；和一個或多個非附加功率請求模塊，用于獲取相關的非附加裝置的功率請求。該功率分配系統還包括一個功率分配模塊，用于在附加裝置和非附加裝置之間的分配功率。在非附加裝置之間分配的功率是在附加裝置接受它們請求的功率之后剩下的功率。
文檔編號F02D41/02GK101446239SQ20081017838
公開日2009年6月3日 申請日期2008年11月28日 優先權日2007年11月30日
發明者M·C·哈巴德, S·J·珠里卡克 申請人:卡特彼勒公司