用於具有獨立驅動的車輛的牽引控制方法和裝置的製作方法
2023-10-11 10:09:24 1
專利名稱：用於具有獨立驅動的車輛的牽引控制方法和裝置的製作方法
元和一控制器。多個車輪承受迅速變化的負載並與框架系統相關。多個驅動單元中每一個 與多個車輪中相應的一個車輪相關。所述控制器被構形以根據來自所述多個車輪中至少一 個其它車輪的輪速的積分項計算所述多個車輪中的一個車輪的滑移誤差。所述控制器計算 出所述的一個車輪的滑移目標值。所述控制器進一步利用所述滑移誤差和所述滑移目標值 以得到一控制，該控制被應用到與所述的一個車輪對應的驅動單元。本發明的其中另一種形式涉及一種應用扭矩到裝載車的接地輪的方法，包括以下 步驟計算一滑移誤差，計算一目標值以及應用一扭矩。所述計算滑移誤差步驟利用至少兩 個其它車輪的速度信息計算至少一個車輪的滑移誤差。所述計算滑移目標值步驟根據鉸接 角度和車輪速度計算滑移目標值。所述應用一扭矩步驟包括根據與每個車輪相關的滑移誤 差和滑移目標值將扭矩應用到車輪。
圖1是本發明實施例所述的一種示例性作業機械的側面示意圖；圖2、3和4是表示用於控制圖1中所述的裝載機牽引的方法的流程圖；圖5是用來幫助描述本發明用於圖1-4的圖表；圖6是說明本發明功能的示意性控制電路；圖7是用於圖1-6的裝載機和方法中的驅動系統的示意性表示；圖8是諸如圖1的裝載機的鉸接式車輛的機車的示意性表示。
具體實施例方式現在，參考附圖，示出了實施例所述的本發明的作業機械10。作業機械10用來執 行諸如農業、工業、建造業、林業和/或採礦業操作，也可以是鉸接式車輪驅動裝載機10。作 業機械10是有效載荷運載機車，其通常以一方式運載有效載荷，即載荷迅速變化的方式和 /或載荷裝載部分的不均衡、不可預測的分配方式。為了實現應用，裝載車應包括包含至少 以下兩個驅動單元的機車裝載機、滑動轉向裝載機、鋤耕機、叉狀升降機、自動傾卸卡車、 伐木集材機、伐木歸堆機、伐木收割機、伐木運輸機、和具有能將負載從地上拾起的設備。裝載機10包括駕駛室12，在駕駛室12裡，操作員控制裝載機10的功能調節。裝 載機10包括前部部分，表示為裝載部分14，以及後部部分，表示為動力部分16。裝載部分 14和動力部分16連接在一鉸接點並通過鉸接部分18圍繞該點彼此相對移動。裝載機10包括車輪20、22、24和26，每個車輪由獨立的驅動機構驅動，例如馬達 32。驅動系統28包括與馬達32相連接的控制器30、以及傳感器34。馬達32可以是分別 與各個車輪20、22、24和26相關聯的電驅動的驅動單元。其中，傳感器34檢測車輪20、22、 24和26的每個車輪的轉速。車輪20圍繞軸36轉動，車輪22圍繞軸38轉動，車輪24圍繞軸40轉動，車輪26 圍繞軸42轉動。軸38和軸40可以是同軸，同樣軸36和42也可以是同軸。如圖8所示， 角度44可以被描述成所述的同軸之間存在的角度。裝載部分14的中心線46和動力部分 16的中心線48形成角度50，該角度被認為是裝載部分14和動力部分16之間的鉸接角度， 該鉸接角度與角度44對應。在本發明的一個實施例中，動力部分16包括發動機，該發動機可電動或液壓連接車輪20、22、24和26的每個車輪中的驅動單元。儘管驅動單元可以是任何類型，為了方便 說明，驅動單元將被認為是電驅動馬達，其被以利用控制器30發出指令的指令扭矩獨立驅 動。本發明提供了一種牽引控制系統，該系統既防止過度車輪滑移，又允許運動學上地優化 車輪的速度差，而沒有過多的能量損失，通過響應感知的車輪滑移直接調整應用到每個車 輪的扭矩。本發明方法的實施例表示為方法100，在步驟102，通過傳感器34感應車輪速度w 以及鉸接角度(art)並傳遞到控制器30。在步驟104，鉸接角度被用來計算車輪速度，為操 作員指令的鉸接角度調整車輪速度。鉸接角度的函數乘以測量的車輪速度用來計算為轉向 角度調整的車輪速度(w_art)。在步驟106，接收來自操作員的扭矩指令(cmd_in)，以及在步驟108，如果該扭矩 指令不大於或等於零，方法100進行到步驟110，在這種情況下，車輪速度參考值(W_ref)設 置成等於車輪速度鉸接值的最高值。如果扭矩指令大於或等於零，那麼方法100進行到步 驟112，該步驟中車輪速度參考值設置成等於車輪鉸接速度的最低值。這些步驟估算車輛速 度，其現在被稱為W-ref。在步驟114，滑移目標以slipTargetKI和slipTargetKP形式計 算。這些作為W-ref的函數被計算。根據如圖5所示的預先確定的最大值和最小值來限定 滑移目標值(slipTarget)。這種情況下，方法100以方法200，300，400和500進行計算每 個車輪的增益，而方法300，400，500與此處唯一已說明的方法200大體上相似。左前車輪的 增益用圖3所示的方法200計算。如步驟202所述，滑移誤差(er)等於指令(cmdDir)(其 等於正負(cmd_in))乘以左前輪速度(w_LF)減去左後右後輪的平均速度。這種情況下，誤 差er與slipTargetKI相比。如果負誤差大於或等於slipTargetKI，則方法前往步驟210， 如果該表述錯誤，則方法200前往步驟208。正誤差也與slipTargetKI比較，如果正誤差大 於或等於slipTargetKI，則方法200前往步驟214，否則它前往步驟212。在步驟208，210， 212和214中選擇性地計算誤差l(erl)和誤差2 (er2)。在步驟216，根據誤差大小，利用滑 移slipTargetKI作為應用兩個增益的一個中的參考計算effortl，這樣effort的增加由一 個增益控制，而effort的減小由第二個增益控制。在步驟218中，slipTargetKP被用作誤 差er的死區，接著effortP被設成等於誤差er乘以KP。比例effort的該計算誤差er是 大於slipTargetKP部分的函數(如果er > 0)，或是誤差小於負slipTargetKP部分的函數 (如果er < 0))。在步驟220中，所述effort被作為effortl+effortP的和計算。與左前 輪相關的正增益等於1減去所述effort，而負增益等於1加上effort的數被扭矩變化增 益除，這裡扭矩變化增益是預先確定的值，其控制系統中扭矩的再分配。在步驟222中限制 被應用到正gainLF和負gainLF，通過限定它們在預先確定的最小值和最大值。在這種情 況下，方法200進行到步驟224。如方法200所示的其它車輪的適當的參考在方法300、400 和500中的其它車輪重複。每個車輪的增益在步驟116中計算(見圖4)為該車輪的正增益乘以相對軸上的 車輪的負增益並乘以所述相對軸上的另一個車輪的負增益的積。在步驟118中，該增益採 用可變角一階低通濾波器濾波，其中極點具有較低限制，並且濾波器的極點位置是輸入變 化率的函數。在步驟120中，通過將指令輸入乘以每一相應車輪的增益得到要發送給相關 車輪的每個驅動單元的指令，計算要應用到每個車輪的每個馬達的指令。上述方法已被描述為每個車輪發送命令，可以用類似的方式應用於在不是每個車輪都有驅動時的相關車輪。例如，如果有兩個驅動器，一個驅動器用於前面組的車輪，而另 一個驅動用於後面組的車輪，所述方法能適用於發送指令給所述兩個驅動器的每一個，每 個驅動器與所有車輪的子集相關聯。本發明方法的性能可通過改變各參數值來調節。滑移目標的大小和下限控制允許 的滑移量，尤其處於低速時。兩個積分增益和積分滑移目標的相對大小決定一旦滑移已發 生，牽引力如何快速被再應用。可變角濾波器參數控制牽引力本身如何快速被應用。與每 一計算相關聯的正和負增益的限制和增益的選擇決定算法是否和在何種程度上將以維持 總體牽引力的力重新分配牽引力到無滑移車輪。比例和積分增益的大小以及應用到前和後 輪時這些增益的相對大小控制牽引力是否主要從單個滑移車輪橫向或縱向再分配。本發明的算法的一個優點是不需要額外的方式來估算參考速度，也不假定車輛質 量或車輪半徑緩慢變化，而這些是現有技術中常見的。對於最慢的車輪速度或平均車輪速 度，該方法的優點是它給出了可應用牽引力而無需過多的滑移的車輪的估計。它方法允許 車輪子集的牽引能力超過車輛期望的總牽引能力，因此能夠達到期望的總牽引能力，即使 車輪子集已達到牽引限度，超出的牽引力的應用是期望的總牽引力和每個車輪可獲得的牽 引力的函數，如通過車輪的牽引條件進行控制。它以理想的方式有利地重新分配扭矩，響應 一個或兩個輪胎打滑。這項方案的整體要素的益處是允許車輛滑移的更嚴格控制，並且所 述方法用於控制牽弓I力如何快速被去除以防止滑移並再應用以獲得最大的牽弓I力。以下是對上文和圖中使用的變量的定義，以供參考art:鉸接或轉向角cmd_in 牽引控制調節應用前的扭矩指令cmdLF 對左前輪的牽引控制調節的扭矩指令cmdRF 對右前輪的牽引控制調節的扭矩指令cmdLR 對左後輪的牽引控制調節的扭矩指令cmdRR 對右後輪的牽引控制調節的扭矩指令effortl 控制力的積分分量effortP 控制力的比例分量er 車輪速度和參考車輪速度之差gainLF 用來減小左前輪的扭矩指令的乘數gainLR 用來減小左後輪的扭矩指令的乘數gainRF 用來減小右前輪的扭矩指令的乘數gainRR 用來減小右後輪的扭矩指令的乘數KIl 當速度差的大小，er，超過參考速度差，slipTargetKI，使用的積分增益KI2 當速度差的大小，er，小於參考速度差，slipTargetKI，使用的積分增益negGainLF 當左前輪滑移時用來增加其它車輪的扭矩大小指令的乘數pogGainLF 當左前輪滑移時用來減小左前輪的扭矩大小指令的乘數reference wheel speed 用來決定車輪滑移程度的由一個或多個車輪速度計算 出的速度slipTargetKI 在積分控制計算中使用的參考速度差slipTargetKP 在比例控制計算中使用的參考速度差
W:共同地、測量的車輪速度w_art 共同地，適應轉向角的車輪速度；等效中心線速度，或等效狹窄行進 (strait-travel)速度w_LF 左前輪中心線(調節轉向)速度w_LR 左後輪中心線(調節轉向)速度w_RF 右前輪中心線速度w_RR 右後輪中心線速度w_ref 由一個或多個輪速計算出的參考輪速，用來決定車輪滑移已經描述了優選的實施例，顯然，在不脫離如所附權利要求中限定的本發明的範 圍的情況下可以進行各種變型。
權利要求
1.一種裝載車，包括一框架系統；多個車輪，其承受可迅速變化負載，所述多個車輪與所述框架系統相關聯；多個驅動單元，所述驅動單元的每一個與一對應子集相關聯，所述子集對應所述多個車輪的至少一個車輪；和一控制器，其被構形以根據得自所述多個車輪的至少一個其它車輪的車輪速度的一積分項計算所述多個車輪的一個車輪的一滑移誤差，以及計算所述多個車輪的所述一個車輪的一滑移目標值，所述控制器進一步被構形以使用所述滑移誤差和所述滑移目標值以得到一指令，該指令被應用到對應所述多個車輪的至少一個車輪的所述子集的所述驅動單元。
2.如權利要求l所述的裝載車，其中所述控制器被進一步構形以根據得自所述多個車輪的至少兩個其它車輪的車輪速度的一積分項計算所述多個車輪的一個車輪的所述滑移誤差。
3.如權利要求2所述的裝載車，其中所述多個車輪的所述一個車輪是與一第一旋轉軸相關的一第一車輪，所述多個車輪的所述至少兩個其它車輪包括一第二車輪和一第三車輪，所述第二車輪與一第二旋轉軸相關，所述第三車輪與一第三旋轉軸相關，所述第一軸不同於所述第二軸和所述第三軸的至少其中一個。
4.如權利要求3所述的裝載車，其中所述第二軸和所述第三軸大體上同軸。
5.如權利要求4所述的裝載車，其中所述控制器被構形以計算所述多個車輪的每個車輪的一滑移誤差，以及計算所述多個車輪的每個車輪的一滑移目標值，所述控制器進一步被構形以利用所述滑移誤差和所述滑移目標值以得到用於對應所述多個車輪的每個車輪的所述多個驅動單元的每個驅動單元的指令。
6.如權利要求5所述的裝載車，其中所述控制器被構形以根據對應所述第一軸與所述第二軸之間的一角度差的一鉸接角度計算所述滑移目標值。
7.如權利要求6所述的裝載車，其中每一所述的指令通過一相應驅動單元對應一期望應用的扭矩。
8.如權利要求l所述的裝載車，其中所述滑移目標值包括一死區，在這死區內所述控制器不改變所述指令。
9.如權利要求8所述的裝載車，其中，如果所述滑移誤差在所述死區之外，則所述控制器得到一新指令。
10.一種用於具有多個車輪的裝載車的驅動系統，該驅動系統包括多個驅動單元，每個所述驅動單元與一對應子集相關，所述子集對應所述多個車輪的至少一個車輪；和一控制器，其被構形以根據得自所述多個車輪的至少一個其它車輪的車輪速度的一積分項計算所述多個車輪的一個車輪的一滑移誤差，以及計算所述多個車輪的所述一個車輪的一滑移目標值，所述控制器進一步被構形以使用所述滑移誤差和所述滑移目標值以得到一指令，該指令被應用到對應所述多個車輪的至少一個車輪的所述子集的所述驅動單元。
11.如權利要求lo所述的裝載車，其中所述控制器被進一步構形以根據得自所述多個車輪的至少兩個其它車輪的車輪速度的一積分項計算所述多個車輪的一個車輪的所述滑移誤差。
12.如權利要求11所述的裝載車，其中所述多個車輪的所述一個車輪是與一第一旋轉 軸相關的一第一車輪，所述多個車輪的所述至少兩個其它車輪包括一第二車輪和一第三車 輪，所述第二車輪與一第二旋轉軸相關，所述第三車輪與一第三旋轉軸相關，所述第一軸不 同於所述第二軸和所述第三軸的至少其中一個。
13.如權利要求12所述的裝載車，其中所述第二軸和所述第三軸大體上同軸。
14.如權利要求13所述的裝載機，其中所述控制器被構形以計算所述多個車輪的每個 車輪的一滑移誤差，以及計算所述多個車輪的每個車輪的一滑移目標值，所述控制器進一 步被構形以利用所述滑移誤差和所述滑移目標值以得到用於對應所述多個車輪的每個車 輪的所述多個驅動單元的每個驅動單元的指令。
15.如權利要求14所述的裝載車，其中所述控制器被構形以根據對應所述第一軸與所 述第二軸之間的一角度差的一鉸接角度計算所述滑移目標值。
16.如權利要求15所述的裝載車，其中每一所述的指令通過一相應驅動單元對應一期 望應用的扭矩。
17.如權利要求10所述的裝載車，其中所述滑移目標值包括一死區，在這死區內所述 控制器不改變所述指令。
18.如權利要求17所述的裝載車，其中，如果所述滑移誤差在所述死區之外，則所述控 制器得到一新指令。
19.一種應用扭矩到裝載車的接地輪方法，包括以下步驟使用至少兩個其它車輪的速度信息計算至少一個車輪的一滑移誤差；根據一鉸接角度和車輪速度計算一滑移目標值；根據與一車輪相關的所述滑移誤差和所述滑移目標值應用一扭矩到該車輪。
20.權利要求19所述方法，其中對所述接地輪的每個接地輪進行所述計算一滑移誤差 步驟、所述計算一滑移目標值步驟和所述應用步驟。
全文摘要
一種裝載車，包括框架系統，多個車輪，多個驅動單元和一控制器。多個車輪承受迅速變化負載並與框架系統相關。多個驅動單元分別與至少一個車輪的對應子集相關。所述控制器被構形以根據至少一個其它車輪輪速的積分項計算車輪的滑移誤差。控制器計算車輪的滑移目標值。控制器進一步使用滑移誤差和滑移目標值得到應用到對應一個車輪的驅動單元的指令。
文檔編號H02P23/00GK101999206SQ200880128591
公開日2011年3月30日 申請日期2008年4月14日 優先權日2008年4月14日
發明者託德·F·威爾德, 馬克·切尼 申請人:迪爾公司