對牽引車輛中的車輪滑移作出反應的系統和方法與流程
2023-06-03 08:44:56 1
本發明涉及對牽引車輛中的車輪滑移或滑動的調節。
背景技術：
當諸如自動平地機的牽引車輛在較差的牽引條件下時，太多的車輪滑移或滑動可能導致車輛的功能較差並且還可能使車輪下方的支撐表面的質量退化。之前已經通過將轉矩限制到電動驅動馬達，通過向滑移車輪施加單獨的車輪制動，並且通過應用靜液力轉矩驅動系統和無級變速液壓驅動轉矩限制系統，處理較差的牽引條件。對車輪滑移的其它反應通常地在操作員掌握中。
技術實現要素：
提供一種用於減少車輪滑移的自動牽引控制的方法，將改善車輛後面的支撐表面的質量，改善車輛生產率，輔助新的車輛操作員，並且減少有經驗的車輛操作員的工作量。
在一個方面中，本發明提供一種用於車輛的車輛牽引控制系統，所述車輛具有原動機、用於在支撐表面上提供牽引力的至少一個車輪、以及能夠相對於支撐表面移動的地面接合機具。牽引控制系統還包括可操作以監測所述至少一個車輪的車輪滑移的控制器。控制器能夠操作以使地面接合機具以與車輪滑移的量成比例的移動速度移動。
在另一方面中，本發明提供一種用於調節牽引車輛中的車輪滑移的方法，所述牽引車輛具有原動機、用於在支撐表面上提供牽引力的至少一個車輪、以及能夠相對於支撐表面移動的地面接合機具。該方法還包括監測所述至少一個車輪的車輪滑移的量，和與車輪滑移的量成比例地控制地面接合機具的移動速度。
通過考慮詳細描述和附圖，本發明的其它方面將變得顯而易見。
附圖說明
圖1A是根據本發明的具有牽引控制系統的牽引車輛。
圖1B是用於圖1A的牽引車輛的牽引控制系統的示意圖。
圖2是圖示在已經發生滑移的情況下恢復牽引車輛的牽引力的方法的流程圖。
圖3是曲線圖，圖示了相對於時間繪製的牽引車輛的地面接合機具的高度和百分比形式的車輪滑移。
圖4是曲線圖，圖示了相對於牽引車輛的地面接合機具的升高速度繪製的百分比形式的車輪滑移。
具體實施方式
在本發明的任何實施例被具體地描述之前，應該理解本發明在其應用方面不被限制到在下文闡述的或在附圖中圖示的構造細節和部件實現方式。本發明能夠具有其它實施例並且以各種方式被實踐或執行。
在圖1B中被示意性地圖示的、具有控制器14的牽引控制系統10在本文中被描述為用於牽引車輛18。例如，牽引車輛18可以包括如圖1A所示的自動平地機。然而，本文中描述的牽引控制系統10在其應用方面不被限制到自動平地機，並且可以應用於其它的牽引車輛。例如，牽引控制系統10可以用在諸如但是不受限於，土壤行動裝置、施工設備、除雪設備、砂子行動裝置、林業收割設備、農業設備、貨物行動裝置、採礦設備、公路設備、汽車等車輛上。牽引控制系統10還可以用在配置有增加牽引車輛18的載荷的地面接合機具的其它車輛上，如下更詳細地所述。
舉例來說，圖1A圖示了牽引車輛18，例如，自動平地機，牽引車輛具有由動力傳動系統30驅動的多個軸46、50、54和多個驅動車輪26，動力傳動系統30由原動機34驅動。牽引車輛18可以具有任意數量的軸和驅動車輪。例如，車輛18可以具有第一軸46、第二軸50、第三軸54和與之對應的六個驅動車輪26，如圖所示。動力傳動系統30可以提供動力以驅動一些或所有車輪26，例如，僅驅動後車輪，驅動前車輪和後車輪二者，等。動力傳動系統30可以包括驅動選擇機構90，以選擇性地驅動車輪，使得用戶可以選擇哪個車輪被驅動。例如，後車輪可以通常在正常操作狀態中被驅動，並且前車輪可以被選擇性地接合以根據需要接收來自後車輪的傳動裝置輸出轉矩的一部分。在其它的實現方式中，其它車輪可以以任何組合的方式被正常地被驅動和被選擇性地驅動。車輛18可以包括驅動車輪26，驅動車輪26具有輪胎、連續履帶或接合支撐表面58(例如，地面)的其它牽引裝置。驅動輪26與支撐表面58直接地相互作用，並且負責車輛18的運動和牽引力。
動力傳動系統30包括傳動裝置70，如單速或多速傳動裝置，或利用直接聯軸器裝置的無級傳動裝置、轉矩變換驅動器、靜液壓驅動器、電動馬達驅動器、或在本領域的技術人員現在或未來已知的任何其它傳動裝置。為了本文中使用的示例，使用直接驅動多速傳動裝置。然而，應用不受限於直接驅動變速系統。牽引控制系統10可以應用於任何動力變速系統。來自傳動裝置的輸出動力驅動所述驅動車輪26，並且可以直接地齒輪傳動到驅動車輪26。
原動機34可以包括任何用於提供驅動系轉動動力的動力源，驅動系轉動動力包括至動力傳動系統30的輸入動力。例如，原動機34可以包括，但是不受限於，內燃機、活塞式發動機、旋轉式發動機、液壓馬達、靜液力系統、電動馬達等。在整個文件中使用的術語「發動機」(例如，如在「發動機轉速」中)通常指原動機34，並且不受限於發動機或任何特定類型的原動機。
圖示的牽引車輛18包括定位在第二軸50和第三軸54之間的機具62，如刮鏟或平鏟。機具62是地面接合工具。例如，在平地操作過程中，刮鏟刮擦支撐表面58以使支撐表面58變平。機具62可以包括其它機具，諸如碎土器、鬆土機、前部附接件、犁、掃除機、鏟等，並且車輛18可以包括一個或多個所述機具。刮鏟62連接到牽引車輛18的機架64上的至少兩個連接點。特別地，連接到刮鏟62的刮鏟臂68通過多個液壓缸72(僅一個液壓缸在圖1A中示出)和鄰近第三軸54定位的樞轉連接點74也連接到機架64。刮鏟62被構造成用於相對於支撐表面58大致上下移動，例如，在大致垂直於支撐表面58的方向Y上移動，以朝向和遠離支撐表面58。換句話說，液壓缸72能夠操作以在方向Y上移動刮鏟臂68，刮鏟臂68又在方向Y上移動刮鏟62。刮鏟62還可以沿著(例如，垂直於支撐表面58的)豎直軸線YY樞轉，以使刮鏟62的面66從前部轉向側面。另外，刮鏟62可以圍繞本文中未具體地公開的其它軸線樞轉。刮鏟62還可以定位在最前方軸(例如，第三軸54)的前部，在最後方軸(例如，第一軸46)的後部或在其它軸中間。
用戶致動式控制器82(例如，操縱杆控制器)定位在牽引車輛18的駕駛室42中，並且能夠操作以用於手動移動刮鏟62。在圖示的實現方式中，操縱杆控制器82在兩個相反方向上徑向地移動。操縱杆控制器82還被偏壓在中間位置或空擋位置處。中間位置或空擋位置對應於刮鏟62相對於支撐表面58的固定高度。以另一方式說明的是，當操縱杆控制器82位於中間位置或空擋位置處時，刮鏟62不相對於機架64移動。在操縱杆控制器82在向前方向上運動(例如，遠離就坐在駕駛室42中的操作員)時，刮鏟62朝向支撐表面58降低和/或降低進入支撐表面58中。相反，在操縱杆控制器82在向後方向上運動(例如，朝向就坐在駕駛室42中的操作員)時，刮鏟62抬高遠離支撐表面58。用戶致動式控制器82從中間位置或空擋位置的運動程度或量對應於刮鏟62的不同的移動速度。
再次參照圖1A和1B，牽引車輛18可以具有用於系統操作的用戶接口38，用戶接口38可以定位在牽引車輛18的駕駛室42中，定位在車輛上的另一位置處，或定位在遠離車輛的其它位置處(例如，用戶接口可以是具有至控制器的無線通信的個人可攜式裝置)。控制器14接收來自用戶接口38的、來自操縱杆控制器82的、和來自多個傳感器86(圖1B)的輸入。控制器14還具有用於控制原動機34、傳動裝置70、動力傳輸驅動選擇機構90(例如，以將動力引導至後車輪、前車輪、所有的車輪等)和刮鏟62的輸出。因而，控制器14可操作地連接到傳動裝置70、原動機34、刮鏟62和驅動選擇機構90。
參照圖1B，傳感器86包括車輪速度傳感器88和地速傳感器92。地速傳感器92可以包括雷達機構、全球定位系統(GPS)或其它適當的線性速度測量傳感器。地速傳感器92測量牽引車輛18相對於支撐表面58的速度，並且向控制器14發送地速信號。車輪速度傳感器88測量由傳動裝置70驅動的至少一個車輪的速度，並且向控制器14發送車輪速度信號。車輪速度可以包括轉動速度或線性速度(例如，車輪可以在沒有車輪滑移的情況下基於其轉動速度而移動的線性速度)。控制器14包括處理器以用於進行下文進一步詳述的計算、比較和執行邏輯。另外的傳感器86可以連接到牽引車輛18的其它特徵。例如，傳感器86可以測量原動機34的發動機轉速和/或傳動裝置70的離合器壓力。
如下進一步地詳細，在車輪滑移或滑動出現時或高於閾值時的較差牽引條件過程中，可以期望的是，控制刮鏟62的移動速度以減少牽引車輛18上的載荷。包括牽引控制系統10的本發明描述了通過控制器14自動地管理車輪牽引力和刮鏟62相對於支撐表面58的移動速度的方法。
在操作中，隨著通過致動操縱杆控制器82以執行平地操作，刮鏟62降低進入支撐表面58中，牽引車輛18在第一方向上沿著支撐表面58移動。因此，由支撐表面58產生的力作用在刮鏟62上，該力被示出為合力F1，力F1與由驅動車輪26提供的、用於沿著支撐表面58移動牽引車輛18力F2相反(圖1A)。通常，如果力F1近似或超過力F2(確認在車輛上的由於風阻、滾動摩擦力等而導致的額外力)，則驅動車輪26將相對於支撐表面58滑移。
參照圖2，牽引控制系統10的控制器14的邏輯被圖示。經由地速傳感器92測量地速96的步驟和經由速度傳感器88測量驅動車輪26的車輪速度100的步驟首先被計算或執行，以確定牽引車輛18的實際車輪滑移104。作為一個示例，控制器14可以通過從車輪速度100中減去地速96來計算速度差(例如，可以首先將車輪速度從車輪轉動速度被轉換成如上所述的線性車輪速度)。可以按照百分比，例如，按照速度差相對於車輪速度的百分比，度量所計算的車輪滑移104。當車輪未滑移時，車輪滑移是0％，並且當車輪完全地滑移而沒有任何牽引力時，車輪滑移是100％。在其它的實現方式中，被計算的車輪滑移104可以以其它方法被量化並且以其它單位表示，如，以地速和車輪速度之間的絕對速度差表示。
如果沒有車輪滑移104被觀測到，則控制器14返回步驟96，直到車輪滑移104被觀測到。一旦車輪滑移或滑動104被觀測到，則步驟108包括將車輪滑移104與車輪滑移或滑動閾值112(圖3)進行比較。車輪滑移閾值112是在控制器14中的車輪滑移的已被編程的設定點。在圖示的實現方式中，車輪滑移閾值112表示車輪滑移約為10％；然而，在其它的實現方式中，車輪滑移閾值112可以大於或小於10％。如果車輪滑移104小於車輪滑移閾值112，則控制器又返回步驟96。在其他實現方式中，車輪滑移閾值112選擇性地改變以適於支撐表面58的不同狀態。例如，如果支撐表面58的質量較差，這增加車輪滑移的機率，則車輪滑移閾值112可以被降低。
參照圖3，相對於時間(例如，分鐘)繪製車輪滑移104的幅值(例如，百分比滑移)和刮鏟114相對於支撐表面58的高度(例如，英寸)。刮鏟62的最初被設置成進入支撐表面58中的初始位置由曲線圖中的水平軸線表示。圖3的第一階段118對應於圖2的步驟96、100、104、108，其中隨著車輪滑移104增加，刮鏟62在初始位置處是固定的。
為了給牽引車輛18的操作員提供對於刮鏟62的運動的最大控制，操縱杆控制器82的致動優於控制器14。例如，一旦操縱杆控制器82在向前(用於降低刮鏟62)或向後(用於抬高刮鏟62)方向上被致動，則控制器14被停用而不幹擾刮鏟62的手動運動。因此，一旦車輪滑移104大於車輪滑移閾值112，則控制器14進至步驟115以確定操縱杆控制器82是否能夠操作(圖2)。如果操縱杆控制器82正在操作刮鏟62的運動，則控制器14又返回到步驟96。
繼續參照圖2，如果操縱杆控制器82定位在中間或空擋位置處，則控制器14進至步驟116，由此以與車輪滑移104成比例的速度自動地抬高刮鏟62。隨著刮鏟62相對於刮鏟62的初始位置的高度增加，進入圖3中的對應於圖2的步驟104、116的第二階段122。只要車輪滑移大於閾值112，即使當車輪滑移104可能開始減少時，控制器14也繼續抬高刮鏟。第二階段122圖示了刮鏟62的升高速度相對於車輪滑移104和車輪滑移閾值112之間的幅值差的變化(例如，刮鏟114在遞增的一段時間中的高度變化或表示圖3中的刮鏟114的高度的曲線的斜率)。總的來說，隨著車輪滑移104和車輪滑移閾值112之間的差值增加，刮鏟62的升高速度也增加。
特別地，車輪滑移104的量(在水平軸線上圖示)和刮鏟62的升高速度(在豎直軸線上圖示)之間的關係的兩個示例在圖4中示出。以百分比(％)為單位度量車輪滑移104的量，並且以英寸每秒(in/s)為單位度量刮鏟62的升高速度。在一個實現方式中，線性關係130限定刮鏟62的升高速度和車輪滑移104的量。隨著車輪滑移104增加，刮鏟62的升高速度也增加成正比例的量。在另一實現方式中，非線性關係134，例如二次關係，限定刮鏟62的與車輪滑移104的量成比例的升高速度。總的來說，當支撐表面58在較好的牽引條件下時(例如，夯實的土壤)，可以通過控制器14利用線性關係130，並且當支撐表面58在較差的牽引條件下時(例如，疏鬆的土壤)，可以通過控制器14利用正非線性關係134。與諸如曲線134所示的非線性關係相比，在線性關係130的情況下，刮鏟62的升高速度的靈敏度通常是較低的。例如，在非常疏鬆的牽引條件下，車輪滑移104可以快速增加，從而作為響應，導致刮鏟62快速移動以限制車輪滑移104和非線性速度增加。在其它的實現方式中，線性關係130和非線性關係134可以被組合，例如，在高於車輪滑移閾值112的車輪滑移閾值處過渡到非線性關係134之前，升高速度以線性關係130開始。對於與不同的地面接合機具62(例如，犁、掃除機、鏟、碎土器等)組合的不同牽引車輛18(例如，泥土行動裝置、除雪設備、砂子行動裝置、林業收割設備、農業設備、貨物行動裝置、採礦設備、公路設備、汽車等)，車輪滑移104和刮鏟62的升高速度之間的關係可以改變以更有效地增加牽引控制系統10的特定應用的牽引力。
參照圖2，一旦車輪滑移104低於或小於車輪滑移閾值112，則控制器14繼續進至步驟120，步驟120包括以被編程到控制器14中的設定速度降低刮鏟62。因此，降低刮鏟62的速度不依賴於車輪滑移104。然而，如果在降低操作過程中車輪滑移104又增加到高於或大於車輪滑移閾值112，則控制器14將又以與所計算的車輪滑移104成比例的速度抬高刮鏟62(步驟116)。相反，如果車輪滑移104繼續相對於車輪滑移閾值112減少，則控制器14進至步驟124以降低刮鏟62，直到達到刮鏟62的初始位置。
圖3的第三階段126對應於圖2的步驟120、104、124。刮鏟62的降低速度是恆定的，使得刮鏟114的高度被圖示為線性的，即，恆定的斜率。在圖示的實現方式中，在刮鏟114的高度到達初始位置之前，車輪滑移104返回到0％。在其它的示例中，在操作過程中，在車輪滑移104返回0％之前，刮鏟114的高度可以達到初始位置。因為車輪滑移104依賴於支撐表面58和車輪26之間的牽引力，所以在牽引力減少的情況下牽引控制系統10可以再進入第二階段122，而不需要刮鏟62或車輪滑移104分別地返回至初始位置或0％。在其它的實現方式中，刮鏟62的降低速度可以依賴於車輪滑移104，如上類似地關於刮鏟62的升高速度所述。
因此，依賴於支撐表面58的條件，牽引控制系統10可以在牽引車輛18的操作過程中在階段118、122、126之間往復運動。例如，隨著牽引車輛18沿著支撐表面58移動，支撐表面58的條件(例如，牽引力的改變程度)可以發生，這可以影響在車輪滑移閾值112上方和下方波動的車輪滑移104。另外，在牽引車輛18的操作過程中的任何時候，當操縱杆控制器82被致動時，則控制器14將被停用，向操作員給予刮鏟62的移動的全部控制。