專利名稱：用于將反饋提供給車輛操作員的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于向車輛操作員提供反饋的方法和系統(tǒng)。本發(fā) 明可以用于任何車輛類型，諸如小汽車、卡車或公共汽車，但是本發(fā) 明特別針對(duì)非公路車輛中的應(yīng)用，諸如作業(yè)機(jī)械。
術(shù)語(yǔ)"作業(yè)機(jī)械"包括類似施工機(jī)械的不同類型的物料處理車輛， 諸如輪式裝載機(jī)、挖掘裝載機(jī)、鉸鏈?zhǔn)狡鸬踯嚒Ｗ鳂I(yè)機(jī)械裝備有鏟斗 或用于承載/運(yùn)輸負(fù)載的其他類型的作業(yè)器具。常用于作業(yè)機(jī)械的另外 的術(shù)語(yǔ)是"土方機(jī)械"、"非公路作業(yè)機(jī)械"、和"施工設(shè)備"。在 以下將描述在本發(fā)明應(yīng)用于構(gòu)成輪式裝載機(jī)的機(jī)架轉(zhuǎn)向的作業(yè)機(jī)械的 情況下的本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)僅將這認(rèn)為是優(yōu)選應(yīng)用的示例。
背景技術(shù)：
與運(yùn)輸重負(fù)載有關(guān)，例如在承包作業(yè)中，經(jīng)常使用作業(yè)機(jī)械。作 業(yè)機(jī)械可以在沒有公路的區(qū)域中操作大且重的負(fù)載，例如用于與公路 或隧道建筑、沙坑、礦山和類似環(huán)境有關(guān)的運(yùn)輸。
輪式裝載機(jī)包括用于經(jīng)由輪子推動(dòng)機(jī)械的動(dòng)力系統(tǒng)。諸如內(nèi)燃機(jī)、 并且尤其是柴油機(jī)的動(dòng)力源適于提供用于推動(dòng)輪式裝載機(jī)的動(dòng)力。輪 式裝載機(jī)進(jìn)一步包括用于執(zhí)行諸如使作業(yè)器具提起和傾斜和使機(jī)械轉(zhuǎn) 向的特定的作業(yè)功能的液壓系統(tǒng)。動(dòng)力源還適于提供用于控制液壓作 業(yè)功能的動(dòng)力。更具體地，為了提供具有加壓的液壓流體的液壓致動(dòng) 器(諸如液壓缸)，由動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)一個(gè)或多個(gè)液壓泵。
在操作期間，操作員接收多種自然反饋參考，諸如主要來(lái)自對(duì)作 業(yè)器具的操作的視覺反饋，主要來(lái)自引擎以及來(lái)自液壓系統(tǒng)的直接音
6頻反饋，以及來(lái)自經(jīng)由座椅和/或操作員控制的沖擊的直接觸覺反饋。
操作員響應(yīng)于不同的自然反饋參考來(lái)響應(yīng)性地控制機(jī)械的進(jìn)一步操作。
對(duì)輪式裝載機(jī)的操作在很大程度上經(jīng)由視覺反饋來(lái)執(zhí)行，諸如在 鏟斗的填充操作期間和在執(zhí)行工作周期期間。操作員從沖擊和聲音模 式的變化中得到附加的操作信息，其中操作員可以對(duì)液壓壓力、引擎 速度、車輪旋轉(zhuǎn)、鏟斗與物料的接觸等進(jìn)行解釋。例如，操作員可以 從液壓泵的聲音來(lái)得出鏟斗是否伸入物料中的結(jié)論。然而，這需要有 經(jīng)驗(yàn)的操作員來(lái)正確地解釋這樣的反饋信號(hào)。因此，沒有經(jīng)驗(yàn)的操作 員不能對(duì)常規(guī)的直接反饋信號(hào)進(jìn)行正確解釋，這導(dǎo)致了低效的操作/生 產(chǎn)率。
進(jìn)一步，操作員經(jīng)常置身于大量外部(和內(nèi)部)生成的噪聲中， 這阻止操作員聽到期望的直接音頻反饋信號(hào)。例如，來(lái)自其他作業(yè)機(jī) 械的操作的噪聲會(huì)消弱操作員自身機(jī)械的直接音頻反饋。進(jìn)一步，諸 如引擎的單一聲源可能太響，以致難以或不可能聽到動(dòng)力系統(tǒng)或液壓
系統(tǒng)中的其他重要組件。
進(jìn)一步，對(duì)操作員舒適度日益增長(zhǎng)的要求可能導(dǎo)致直接音頻反饋 和直接觸覺反饋由于對(duì)駕駛室的隔絕和隔音操作而變得不明顯或者甚 至消失。
進(jìn)一步，諸如混合系統(tǒng)的新類型的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)改變了對(duì)操作員 的常規(guī)反饋信號(hào)。尤其是，引擎速度和扭矩與機(jī)械的速度和牽引力不 再直接相關(guān)。類似的問題與對(duì)液壓系統(tǒng)的操作相關(guān)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的總體目的是提高生產(chǎn)率。通過解決或至少有助于以上定 義的至少一個(gè)問題可以領(lǐng)會(huì)該目的。尤其是，本發(fā)明的目的是將對(duì)操作員的重要操作狀態(tài)的足夠反饋創(chuàng)造條件，諸如在作業(yè)機(jī)械的操作期 間的牽引力和/或液壓壓力。
在權(quán)利要求l中公開的方法實(shí)現(xiàn)了該目的。因此，這通過以下方法 實(shí)現(xiàn) 一種用于將與操作中的車輛之中的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的操作狀態(tài)有 關(guān)的反饋提供給車輛操作員的方法，包括以下步驟檢測(cè)指示所述操 作狀態(tài)的至少一個(gè)操作參數(shù)，以及響應(yīng)于已檢測(cè)到的操作參數(shù)的量值 將音頻反饋信號(hào)提供給操作員。
該動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)包括用于推動(dòng)車輛的動(dòng)力系統(tǒng)(傳送線)，和/ 或用于執(zhí)行特定作業(yè)功能的任何其他動(dòng)力提供系統(tǒng)(諸如液壓系統(tǒng))。 因此，動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)包括從(并且包括)動(dòng)力源到地面結(jié)合構(gòu)件(諸 如輪子)的完整動(dòng)力傳動(dòng)路徑，和/或從動(dòng)力源到接觸物料/地面的作業(yè) 器具的完整動(dòng)力傳動(dòng)路徑。
該方法創(chuàng)造用于改善操作員的作業(yè)條件而同時(shí)不使操作員從當(dāng)前 作業(yè)視覺分心的條件(這可以是在車輛的儀表板中具有附加視覺指示 的情況)。尤其是，檢測(cè)到的操作狀態(tài)可以指示從操作員的位置難以 或不可能看到的情況。進(jìn)一步，該方法創(chuàng)造用于將來(lái)自不同操作狀態(tài) 和/或組件的更多反饋信號(hào)呈現(xiàn)給操作員的條件。優(yōu)選地，音頻信號(hào)是 自動(dòng)的、假想的反饋信號(hào)(與直接、真實(shí)的信號(hào)不同)。進(jìn)一步，本 發(fā)明創(chuàng)造用于將直觀理解/解釋的反饋信號(hào)提供給操作員的條件。
因此，當(dāng)前的操作狀態(tài)對(duì)車輛的未來(lái)操作是重要的，并且音頻信 號(hào)是當(dāng)前操作狀態(tài)的直接反饋。換言之，音頻信號(hào)指示對(duì)于操作員有 價(jià)值的當(dāng)前操作特性，操作員可以以快速和有效的方式來(lái)做出響應(yīng)動(dòng) 作。優(yōu)選地連續(xù)地(重復(fù)地)檢測(cè)操作參數(shù)，并且響應(yīng)性地產(chǎn)生音頻信號(hào)。
進(jìn)一步，在作業(yè)機(jī)械具有混合傳動(dòng)系統(tǒng)的情況下，柴油機(jī)的聲音不再指示作業(yè)機(jī)械的總體性能(牽引力和速度)。本發(fā)明的方法創(chuàng)造 用于通過已生成的音頻信號(hào)糾正不正確的音頻反饋的條件。例如，這 可以實(shí)現(xiàn)的原因是生成了表示由電機(jī)提供的牽引力(或扭矩)的音頻 信號(hào)。
根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，音頻信號(hào)是合成的。因此，音頻信號(hào)不是來(lái)自 當(dāng)前操作的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的真實(shí)聲音，而是在車輛的控制單元(計(jì)算 機(jī))中生成的。合成的音頻信號(hào)優(yōu)選地是討論中的操作狀態(tài)的特征。 因此，不同的聲音可以用于表征不同的操作狀態(tài)。例如，特定聲音可 以用于每個(gè)單獨(dú)的操作狀態(tài)。進(jìn)一步，每個(gè)單獨(dú)的操作狀態(tài)可以指示 特定的組件或系統(tǒng)的操作。
根據(jù)最后提及的實(shí)施例的進(jìn)一步發(fā)展，合成音頻信號(hào)是討論中的 操作狀態(tài)的模仿。例如，音頻信號(hào)可以是對(duì)動(dòng)力源的當(dāng)前聲音的模仿。 更具體地，音頻信號(hào)可以是模擬的柴油機(jī)的聲音。
根據(jù)替代，合成音頻信號(hào)是討論中的操作狀態(tài)的預(yù)先錄制的聲音。 例如，動(dòng)力源的聲音可以是預(yù)先錄制的，并在當(dāng)前情形下以替代方式 呈現(xiàn)給駕駛員。
根據(jù)進(jìn)一步的優(yōu)選實(shí)施例，該方法包括以下步驟響應(yīng)于所檢測(cè) 到的所述操作參數(shù)的量值的變化，改變音頻信號(hào)。優(yōu)選地，音頻信號(hào) 的幅度和/或頻率可以相應(yīng)地變化。因此，該音頻信號(hào)是頻率調(diào)制和/或
幅度調(diào)制的。
根據(jù)進(jìn)一步的優(yōu)選實(shí)施例，操作狀態(tài)指示在車輛傳動(dòng)系統(tǒng)上的負(fù)載。
根據(jù)替代或補(bǔ)充實(shí)施例，操作狀態(tài)指示在車輛液壓系統(tǒng)上的負(fù)載。更具體地，本發(fā)明的方法特別針對(duì)包括用于推動(dòng)機(jī)械的傳動(dòng)系統(tǒng) 和用于執(zhí)行特定作業(yè)功能的液壓系統(tǒng)的作業(yè)車輛。
本發(fā)明的其他有利實(shí)施例及其相關(guān)聯(lián)的優(yōu)點(diǎn)從其他專利權(quán)利要求 和以下描述中是顯而易見的。


以下將參照附圖中示出的實(shí)施例來(lái)更加詳細(xì)地描述本發(fā)明，在附
圖中
圖l示出了輪式裝載機(jī)的側(cè)視圖2示意性示出了傳動(dòng)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和用于將反饋提供給輪式裝
載機(jī)操作員的第一示例性實(shí)施例；
圖3示意性示出了輪式裝載機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)的第二示例 性實(shí)施例；
圖4是用于根據(jù)圖3的傳動(dòng)系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)將反饋提供給輪式裝載 機(jī)操作員的系統(tǒng)的示意性說明；
圖5是用于將反饋提供給輪式裝載機(jī)操作員的方法的一般流程圖； 圖6是根據(jù)一個(gè)示例的油門踏板圖7示出了根據(jù)一個(gè)示例在引擎聲音和引擎速度之間的關(guān)系； 圖8示出了根據(jù)一個(gè)示例與在電機(jī)和柴油機(jī)的速度和扭矩之間的
聲音有關(guān)的關(guān)系；
圖9示出了根據(jù)一個(gè)示例作為假想引擎速度和假想引擎扭矩的函
數(shù)的聲音；
圖10是根據(jù)一個(gè)示例的渦輪性能圖；以及
圖11是根據(jù)一個(gè)示例的弓I擎速度相對(duì)扭矩的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了輪式裝載機(jī)101。輪式裝載機(jī)101的主體包括具有前機(jī) 架的前主體部分102、具有后機(jī)架的后主體部分103，這些部分各自具 有用于驅(qū)動(dòng)一對(duì)輪子的軸112、 113。后主體部分103包括駕駛室114。主體部分102、 103用它們可以繞縱軸相互樞轉(zhuǎn)這樣的方式經(jīng)由鉸接點(diǎn) 相互連接。通過一對(duì)第一致動(dòng)器實(shí)現(xiàn)了樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，第一致動(dòng)器的形式
是布置在兩部分102、 103之間的液壓缸104、 105。因此，輪式裝載機(jī) 是鉸接式作業(yè)車輛。所以，為了轉(zhuǎn)動(dòng)輪式裝載機(jī)IOI，在車輛行使方向 上將液壓缸104、 105布置在車輛的水平中線的兩側(cè)上。
輪式裝載機(jī)101包括用于處理物體或物料的設(shè)備111。設(shè)備lll包括 負(fù)載臂單元106和作業(yè)器具107，作業(yè)器具107的形式是安裝在負(fù)載臂單 元上的鏟斗。不言而喻，可以使用鏟斗以外的其他作業(yè)器具，諸如耙 或抓臂。負(fù)載臂單元106的第一端可樞轉(zhuǎn)地連接到前車輛部分102。器 具107可樞轉(zhuǎn)地連接到負(fù)載臂單元106的第二端。
通過形式是兩個(gè)液壓缸108、 109的兩個(gè)第二致動(dòng)器，可以將負(fù)載 臂單元106相對(duì)于車輛的前部分102抬起和放下，每個(gè)第二致動(dòng)器在一 端上連接到前車輛部分102，并且另一端連接到負(fù)載臂單元106。通過 形式是液壓缸110的第三致動(dòng)器，可以將鏟斗107相對(duì)于負(fù)載臂單元106 傾斜，第三致動(dòng)器在一端上連接到前車輛部分102，在另一端上經(jīng)由連 桿臂系統(tǒng)115連接到鏟斗107。
圖2示意性示出了傳動(dòng)系統(tǒng)201和液壓系統(tǒng)214的第一實(shí)施例。傳動(dòng) 系統(tǒng)201包括形式是內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力源202 (原動(dòng)機(jī))，以及用于將動(dòng)力 從引擎202傳動(dòng)到輪子212以推動(dòng)輪式裝載機(jī)的傳動(dòng)裝置。引擎202優(yōu)選 地是柴油機(jī)。傳動(dòng)系統(tǒng)201是機(jī)械式的，并且包括從引擎202到輪子212 的以下部分形式是變矩器的傳動(dòng)單元203、齒輪箱204、傳動(dòng)軸205、 差動(dòng)齒輪206和橫軸112。齒輪箱適于改變車輛的速度，并且適于在輪 式裝載機(jī)101的向前和向后驅(qū)動(dòng)方向之間變化。
變矩器203能夠增加扭矩，這意味著變矩器的輸出扭矩例如可以在 內(nèi)燃機(jī)202的扭矩的l-3倍的區(qū)間內(nèi)。此外，變矩器優(yōu)選地具有飛輪(free wheel)功能以及鎖定功能，用于在不增加任何扭矩的情況下進(jìn)行直接操作。因此，在鎖定狀態(tài)下的變矩器的傳動(dòng)比是固定的，并且優(yōu)選地 基本上是l: 1。然而，在替代實(shí)施例中，傳動(dòng)單元203可以是用于在不 增加任何扭矩的情況下進(jìn)行脫離或直接操作的普通離合器。這樣的離 合器可以是液壓離合器，也可以是機(jī)械式離合器。
引擎202適于提供用于推動(dòng)車輛的動(dòng)力，并且適于可操作地驅(qū)動(dòng)液
壓系統(tǒng)214中的至少一個(gè)變量泵(variable displacement pump) 213以提 起操作和使輪式裝載機(jī)101轉(zhuǎn)向。液壓泵213優(yōu)選地經(jīng)由布置在變矩器 203和齒輪箱204之間的齒輪由內(nèi)燃機(jī)202驅(qū)動(dòng)。
將泵213配置用于將受壓液壓流體從箱215傳送到缸104、 105、 108、 109、 110。在泵213和缸104、 105、 108、 109、 IIO之間液壓連接多個(gè) 電控閥單元用于調(diào)整缸的往復(fù)作業(yè)。為了便于呈現(xiàn)，通過單個(gè)框216來(lái) 表示液壓閥單元的系統(tǒng)。
進(jìn)一步，圖2示意性示出了用于在輪式裝載機(jī)101的操作期間將反 饋提供給操作員的系統(tǒng)220。系統(tǒng)220包括用于檢測(cè)指示輪式裝載機(jī)的 操作狀態(tài)的至少一個(gè)操作參數(shù)的裝置217、 218、 219、 225。系統(tǒng)220進(jìn) 一步包括用于響應(yīng)于檢測(cè)到的操作參數(shù)的量值將音頻反饋信號(hào)提供給 操作員的裝置221、 222、 223、 224。
更具體地，系統(tǒng)220包括用于接收并處理己檢測(cè)到的操作參數(shù)的裝 置221。處理裝置221由控制單元或計(jì)算機(jī)來(lái)構(gòu)成。進(jìn)一步，系統(tǒng)220包 括基礎(chǔ)聲音生成裝置223，它可操作地連接到聲音合成器222。聲音合 成器222從處理裝置221和從基礎(chǔ)聲音生成裝置223接收信息。進(jìn)一步， 系統(tǒng)220包括用于將音頻信號(hào)引入車輛的操作員隔間的裝置224。所述 裝置224可以由揚(yáng)聲器或頭戴耳機(jī)來(lái)構(gòu)成。
該系統(tǒng)適于對(duì)操作員生成用于傳遞與車輛的操作狀態(tài)相關(guān)的信息 的音頻聲音輸入。更具體地，音頻信號(hào)是操作員易于理解操作狀態(tài)并
12且可相應(yīng)地控制車輛這樣的類型。
所述操作參數(shù)檢測(cè)裝置217、 218、 219中的至少一種指示車輛傳動(dòng) 系統(tǒng)301上的負(fù)載。更具體地，所述操作參數(shù)檢測(cè)裝置217中的一種指 示柴油機(jī)202上的負(fù)載。進(jìn)一步，所述操作參數(shù)檢測(cè)裝置225中的至少 一種指示車輛液壓系統(tǒng)214上的負(fù)載，此處由液壓泵215來(lái)表示。
進(jìn)一步，所述操作參數(shù)檢測(cè)裝置207中的至少一種指示作業(yè)器具 107的狀態(tài)，優(yōu)選地是作業(yè)器具的位置。反饋系統(tǒng)可以包括用于檢測(cè)液 壓系統(tǒng)的操作狀態(tài)的進(jìn)一步的檢測(cè)裝置，諸如缸上的壓力傳感器和/或 位置傳感器。
圖3示意性示出了傳動(dòng)系統(tǒng)301和液壓系統(tǒng)314的第二實(shí)施例。與第 一實(shí)施例相似，傳動(dòng)系統(tǒng)301包括柴油機(jī)302、齒輪箱304和橫軸112。
傳動(dòng)系統(tǒng)301是串聯(lián)混合傳動(dòng)系統(tǒng)。傳動(dòng)系統(tǒng)301與第一實(shí)施例不 同之處在于傳動(dòng)系統(tǒng)301包括兩個(gè)電機(jī)305、 306，用于驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)驅(qū) 動(dòng)輪，和/或用于通過電力對(duì)液壓系統(tǒng)314中的至少一個(gè)液壓泵315、316、 317提供動(dòng)力。
第一電機(jī)305連接到內(nèi)燃機(jī)302的輸出軸，并作用為發(fā)電機(jī)。第二 電機(jī)306連接到輪子，并作用為電動(dòng)機(jī)。在該示例之中，第二電機(jī)306 連接到齒輪箱304的輸入軸。電機(jī)305、 306相互電連接，用于經(jīng)由第一 和第二電機(jī)305、 306將扭矩從內(nèi)燃機(jī)302傳動(dòng)到驅(qū)動(dòng)輪。
在該示例中，對(duì)每個(gè)器具和/或轉(zhuǎn)向功能都布置了一個(gè)液壓泵。因 此，液壓系統(tǒng)314包括三個(gè)液壓泵315、 316、 317，第一液壓泵317被布 置成提供器具的提起和放下功能，第二液壓泵316被布置成提供器具的 傾斜功能，并且第三液壓泵315被布置成提供作業(yè)機(jī)械的轉(zhuǎn)向功能。通 過將用于這些功能的液壓泵分離，可以進(jìn)一步優(yōu)化作業(yè)機(jī)械的操作，并且因此可以降低整體能量消耗。
每個(gè)液壓泵315、 316、 317裝備了電機(jī)318、 319、 320。在傳動(dòng)系 統(tǒng)301中的電機(jī)305、 306電連接到在液壓系統(tǒng)中的電機(jī)318、 319、 320。 在傳動(dòng)系統(tǒng)中的電機(jī)305、 306可以直接連接到在液壓系統(tǒng)中的電機(jī) 318、 319、 320，并且連接到諸如電池或超級(jí)電容器的電能存儲(chǔ)裝置307， 進(jìn)而連接到電機(jī)318、 319、 320。作業(yè)機(jī)械l優(yōu)選地包括這樣的電能存 儲(chǔ)裝置307，用于存儲(chǔ)能量并將能量提供給電機(jī)305、 306、 318、 319、 320。此外，常規(guī)控制單元(未示出)可以用于控制在圖3所示的系統(tǒng) 的不同部件中的能量傳送。
在分離的液壓電路321、 322、 323中提供了每個(gè)液壓泵315、 316、 317用于每種作業(yè)功能。在每個(gè)泵315,316,317和缸104、 105、 108、 109、
IIO之間可以液壓連接多個(gè)電控閥單元用于調(diào)整缸的往復(fù)作業(yè)。為了便 于呈現(xiàn)，通過單個(gè)框324、 325、 326來(lái)表示液壓閥單元的每個(gè)系統(tǒng)。
圖4是用于在輪式裝載機(jī)101的操作期間將反饋提供給操作員的系 統(tǒng)420的第二實(shí)施例的示意性說明。系統(tǒng)420包括用于檢測(cè)指示輪式裝 載機(jī)的操作狀態(tài)的至少一個(gè)操作參數(shù)的裝置402、 404、 405、 406、 407、 408、 409、 410。除了已經(jīng)結(jié)合圖2所描述的檢測(cè)裝置，提供了進(jìn)一步 的檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)指示在傳動(dòng)系統(tǒng)中的電機(jī)305、 306和在液壓系 統(tǒng)中的電機(jī)318、 319、 320中的至少一個(gè)的負(fù)載的操作參數(shù)。
系統(tǒng)420包括用于響應(yīng)于已檢測(cè)到的操作參數(shù)的量值將音頻反饋 信號(hào)提供給操作員的裝置421、 422、 423、 424。所述音頻反饋信號(hào)裝 置421、 422、 423、 424與在圖2中已經(jīng)描述的音頻反饋信號(hào)裝置221 、 222、 223、 224相類似。
控制單元421進(jìn)一步從傳感器303接收與所需的作業(yè)機(jī)械的速度或 牽引力相關(guān)的信息，傳感器303檢測(cè)加速器控制裝置(諸如風(fēng)門踏板或油門踏板)的位置，并對(duì)控制單元421生成具有與風(fēng)門踏板的位置相關(guān) 信息的信號(hào)。
圖5是用于執(zhí)行該方法的一般流程圖。該流程圖開始于框501。 一 般地說，該方法適于檢測(cè)指示預(yù)定的操作狀態(tài)502的操作參數(shù)。該方法 進(jìn)一步包括將已檢測(cè)到的操作參數(shù)的量值與預(yù)設(shè)值或值的集503相評(píng) 估/相比較，并且確定是否應(yīng)當(dāng)生成音頻信號(hào)。該方法進(jìn)一步包括選擇 表示討論中的操作狀態(tài)的聲音，并且響應(yīng)性地對(duì)操作員504產(chǎn)生音頻信 號(hào)。
現(xiàn)在將對(duì)混合串行傳動(dòng)系統(tǒng)(見圖3)描述用于將反饋提供給車輛 操作員的方法的第一實(shí)施例。
在常規(guī)輪式裝載機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)中(例如，見圖2和6)，油門踏板位 置直接控制內(nèi)燃機(jī)的速度。在油門踏板偏斜和引擎速度之間可能存在 線性關(guān)系。內(nèi)燃機(jī)根據(jù)扭矩和速度發(fā)出特有的聲音模式(見圖7)。
與這樣的常規(guī)傳動(dòng)系統(tǒng)相反，油門踏板位置控制混合作業(yè)機(jī)械的 速度或牽引力。連接到輪子的電機(jī)306從能量存儲(chǔ)裝置307和/或由引擎 302驅(qū)動(dòng)的發(fā)電電機(jī)305接收所需的動(dòng)力，并將動(dòng)力提供給輪子。
混合作業(yè)機(jī)械的一個(gè)問題在于柴油機(jī)的速度并不遵循油門踏板的 角度，這使操作員喪失了他正常自然的聲音反饋。
該方法的目的是對(duì)該混合傳動(dòng)系統(tǒng)的駕駛員生成音頻信號(hào)，該音 頻信號(hào)與在基于油門踏板位置的常規(guī)傳動(dòng)系統(tǒng)中的真實(shí)的引擎聲音反 饋相類似。
因此，本方法包括以下步驟感測(cè)風(fēng)門踏板303的位置，經(jīng)由第一 預(yù)定圖(見圖6)在處理裝置221中對(duì)信息進(jìn)行處理，這得到假想的期
15望引擎速度。在第二預(yù)定圖(見圖7)中對(duì)假想的期望引擎速度進(jìn)行處 理，這得到假想的引擎聲音模式，將該假想的引擎聲音模式傳送給聲
音合成器422。
基礎(chǔ)聲音生成裝置223將基礎(chǔ)聲音提供給聲音合成器422，該基礎(chǔ) 聲音可以是處于正常引擎速度的內(nèi)燃機(jī)的預(yù)先錄制的聲音，例如見圖7 中的引擎速度參考值。
聲音合成器422通過針對(duì)幅度和/或頻率改變基礎(chǔ)聲音來(lái)創(chuàng)造假想 的引擎速度聲音?？梢詫⒃摬襟E稱為"音調(diào)移位"。然后，將生成的 假想引擎速度聲音經(jīng)由所述的揚(yáng)聲器424引入車輛的操作員隔間。因 此，輸出音頻信號(hào)是合成的。
優(yōu)選地是，響應(yīng)于油門踏板的偏轉(zhuǎn)，立即將音頻信號(hào)提供給操作員。
根據(jù)使用預(yù)先錄制聲音的替選方案，合成的音頻信號(hào)是對(duì)討論中 的操作狀態(tài)的聲音的模仿。
與以上輪式裝載機(jī)的示例不同，在常規(guī)鉸鏈?zhǔn)狡鸬鯔C(jī)中，油門踏 板位置可以控制引擎扭矩，并從而控制牽引力而不是引擎速度。在該 情況下，油門踏板位置對(duì)期望的引擎速度的線性映射由計(jì)算來(lái)取代， 在該計(jì)算中，油門踏板的位置作為實(shí)際速度的函數(shù)映射到期望的扭矩。
現(xiàn)在將參照?qǐng)D8和9對(duì)于混合串行傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)描述用于將反饋提供 給車輛操作員的方法的第二實(shí)施例。
在常規(guī)輪式裝載機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)中(例如，見圖2)，引擎的聲音模式 響應(yīng)于負(fù)載而變化。因此，引擎聲音模式不僅取決于引擎速度，還取 決于引擎扭矩。
16與這樣的常規(guī)傳動(dòng)系統(tǒng)不同，引擎扭矩與在串聯(lián)混合傳動(dòng)系統(tǒng)中 的牽引力是分離的。
該方法包括測(cè)量作用為電動(dòng)機(jī)的電機(jī)306的速度和扭矩以及響應(yīng)
性地生成音頻信號(hào)的步驟。更具體地，見圖8，將電機(jī)306的速度和扭
矩轉(zhuǎn)換成引擎的假想速度和假想扭矩。簡(jiǎn)單的線性關(guān)系既用于速度又 用于扭矩。
圖9公開了基于假想引擎速度和假想引擎扭矩的假想柴油機(jī)聲音 模式。將假想的柴油機(jī)聲音模式從處理裝置傳送到聲音合成器?；A(chǔ) 聲音是由基礎(chǔ)聲音生成裝置提供給聲音合成器的預(yù)先錄制的引擎聲 音，見圖9中的參考值(100%)。用以上對(duì)第一實(shí)施例所描述相類似的 方式來(lái)生成音頻信號(hào)。
根據(jù)使用預(yù)先錄制的引擎基礎(chǔ)聲音的替代，僅可以使用一部分真 實(shí)的引擎聲音。例如，在柴油機(jī)中有不同的聲源，諸如嘈雜的排氣聲、 在傳動(dòng)裝置中齒輪互動(dòng)的聲音以及渦輪增壓器的聲音。根據(jù)一個(gè)示例， 在該方法中僅可以使用更令人愉快的排氣聲。因此，基礎(chǔ)聲音僅包括 排氣聲成分，并且過濾掉其他成分。
現(xiàn)在將參照?qǐng)D2對(duì)于常規(guī)傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)描述用于將反饋提供給車輛 操作員的方法的第三實(shí)施例。
操作員得到引擎聲音的自動(dòng)反饋，因?yàn)槁曇裟Ｊ礁鶕?jù)引擎速度和 引擎扭矩而變化。然而，操作員通常對(duì)作業(yè)機(jī)械的速度和牽引力更感 興趣。速度由駕駛員直接進(jìn)行登記。然而，牽引力更難于直接解釋。 牽引力間接是引擎速度的函數(shù)，但是適當(dāng)考慮作業(yè)機(jī)械的速度和當(dāng)前 齒輪位置。驟。圖10示出了根據(jù)引擎速度和渦輪速度的渦輪扭矩的曲線圖。根 據(jù)曲線圖，在最高引擎速度和最低引擎速度上實(shí)現(xiàn)了最大渦輪扭矩(因 此，輪式裝載機(jī)處于停頓狀態(tài))。
基于渦輪扭矩、并且利用當(dāng)前應(yīng)用的齒輪、傳動(dòng)系統(tǒng)中的所有齒
輪傳動(dòng)(gearing)和輪子半徑的知識(shí)來(lái)計(jì)算理論上的牽引力。理論上 的牽引力值的量值指示輪式裝載機(jī)在零牽引力和最大牽引力之間操作 的位置。為了一種歸一化的牽引力值，將渦輪扭矩值與當(dāng)前齒輪傳動(dòng) 相乘可能就足夠了。
可以將諸如單正弦波的聲波用作基礎(chǔ)聲音。聲音合成器例如經(jīng)由 頻率調(diào)制合成將簡(jiǎn)單的正弦波基礎(chǔ)聲音修改為歸一化牽引力值的函
數(shù)。頻率調(diào)制合成(或FM合成)是一種音頻合成形式，其中通過利用
也處于音頻范圍中的調(diào)制頻率對(duì)簡(jiǎn)單波形進(jìn)行頻率調(diào)制來(lái)改變?cè)摵?jiǎn)單
波形的音質(zhì)，造成更加復(fù)雜的波形和發(fā)聲不同的音調(diào)。例如，當(dāng)歸一
化牽引力值增加時(shí)，頻率降低。
現(xiàn)在將參照?qǐng)D2對(duì)于常規(guī)傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)描述用于將反饋提供給車輛 操作員的方法的第四實(shí)施例。更具體地，反饋音頻信號(hào)表示柴油機(jī)的 負(fù)載裕度。
引擎扭矩取決于柴油機(jī)中的引擎速度。引擎控制系統(tǒng)在特定引擎 速度上僅允許特定的引擎扭矩。引擎操作點(diǎn)越靠近該最大曲線，則負(fù) 載增加超過該最大曲線的風(fēng)險(xiǎn)就越大，這將導(dǎo)致減速，即柴油機(jī)的速 度或者降低到它可以生成足夠的扭矩來(lái)抵消該負(fù)載的速度，或者直到 突然停止(這通常是不期望的)。駕駛員可能想知道引擎操作相對(duì)該 界限的接近程度。利用這樣的知識(shí)，就可以提高引擎速度來(lái)作為預(yù)防 措施。該方法包括檢測(cè)引擎速度以及測(cè)量或以其他方式獲取(通過估計(jì)/ 計(jì)算)扭矩值的步驟。在圖ll中示出了根據(jù)引擎速度的引擎最大扭矩 曲線。將負(fù)載裕度計(jì)算為在特定引擎速度上的實(shí)際扭矩限度(通過扭 矩曲線來(lái)定義)和實(shí)際扭矩之間的差。
與根據(jù)第三實(shí)施例的方法相似，生成了簡(jiǎn)單聲音，并且聲音合成 器適于根據(jù)當(dāng)前扭矩接近于最大扭矩的程度來(lái)修改該基礎(chǔ)聲音。例如， 引擎操作越接近最大曲線，音頻聲音的頻率就增加，從而創(chuàng)造類似于 警報(bào)的聲音。
根據(jù)替代，操作狀態(tài)指示當(dāng)前動(dòng)力源扭矩相對(duì)于當(dāng)前動(dòng)力源速度 上的最大可用動(dòng)力源扭矩的程度。根據(jù)進(jìn)一步替代，操作狀態(tài)指示當(dāng) 前動(dòng)力源扭矩相對(duì)于全部最大動(dòng)力源扭矩的程度。
進(jìn)一步，包括器具的垂直位置和車輛的高速組合的已檢測(cè)到的操 作狀態(tài)指示不穩(wěn)定條件的風(fēng)險(xiǎn)。更具體地，同時(shí)有高的器具位置和高 速指示輪式裝載機(jī)有翻倒的重大風(fēng)險(xiǎn)。反饋系統(tǒng)可以適于響應(yīng)于不穩(wěn)
定的風(fēng)險(xiǎn)來(lái)生成信號(hào)。因此，控制單元216進(jìn)一步連接到在傳動(dòng)系統(tǒng)201 之中的車輛速度檢測(cè)裝置220，用于接收指示車輛速度的信號(hào)。
控制單元216通常被稱為中央處理單元(CPU)或電子控制模塊 (ECM)，用于對(duì)車輛操作進(jìn)行電子控制。在優(yōu)選實(shí)施例中，控制單 元是微處理器?？刂茊卧?16包括存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器進(jìn)而包括具有計(jì)算 機(jī)程序段、或程序代碼的計(jì)算機(jī)程序，用于在程序運(yùn)行時(shí)實(shí)施控制方 法。可以經(jīng)由傳輸信號(hào)用各種方式將該計(jì)算機(jī)程序傳輸?shù)娇刂茊卧?例如，通過有線和/或無(wú)線地從其他計(jì)算機(jī)下載，或通過安裝在存儲(chǔ)器 電路中。特別地，可以經(jīng)由因特網(wǎng)來(lái)傳輸該傳輸信號(hào)。
本發(fā)明不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為受限于以上描述的實(shí)施例，在以下專利權(quán)利 要求的框架之內(nèi)多種附加變化和修改是可能的。動(dòng)力源(原動(dòng)機(jī))可以不必是形式是柴油機(jī)的內(nèi)燃機(jī)。相反也可 以使用其他動(dòng)力源，諸如汽油操作的內(nèi)燃機(jī)、電機(jī)、替代燃料原動(dòng)機(jī) 和燃料電池。
根據(jù)進(jìn)一步替代，不同的已檢測(cè)到的操作參數(shù)重要性不同，并因 此確定哪種或哪些聲音應(yīng)當(dāng)具有優(yōu)先級(jí)。換言之，確定哪些聲音應(yīng)當(dāng) 應(yīng)該被其他所掩蓋。兩個(gè)競(jìng)爭(zhēng)的聲音可能頻率上接近，并難于相互區(qū) 分。
根據(jù)替代，本發(fā)明不限于圖3-4中公開的串行混合傳動(dòng)系統(tǒng)，而它
可以應(yīng)用于其他類型的混合傳動(dòng)系統(tǒng)，諸如并行混合傳動(dòng)系統(tǒng)。參考
圖3，通過添加從引擎302到輪子的機(jī)械傳動(dòng)路徑，實(shí)現(xiàn)了并行混合傳 動(dòng)系統(tǒng)。例如，可以在兩個(gè)電機(jī)305、 306之間應(yīng)用傳動(dòng)單元，并且從 而在引擎302和齒輪箱304之間建立機(jī)械傳動(dòng)路徑。傳動(dòng)單元可以由機(jī) 械離合器來(lái)構(gòu)成，也可以用形式是流體動(dòng)力變矩器的流體動(dòng)力離合器 來(lái)構(gòu)成。
根據(jù)替代實(shí)施例，操作狀態(tài)指示當(dāng)前執(zhí)行的作業(yè)功能，它至少部 分經(jīng)由液壓系統(tǒng)來(lái)執(zhí)行，操作狀態(tài)指示在車輛液壓系統(tǒng)上的負(fù)載。與 以上針對(duì)引擎速度和扭矩所描述的方式相類似，操作狀態(tài)指示當(dāng)前的 泵壓力和泵流量或排量。例如，操作狀態(tài)指示當(dāng)前泵壓力相對(duì)于當(dāng)前 動(dòng)力源速度上的最大可用泵壓力的程度。根據(jù)替代，操作狀態(tài)指示當(dāng) 前泵壓力相對(duì)于全部最大泵壓力的程度。
權(quán)利要求
1.一種用于將與操作中的車輛動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的操作狀態(tài)有關(guān)的反饋提供給車輛操作員的方法，包括以下步驟對(duì)指示所述操作狀態(tài)的至少一個(gè)操作參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)；以及響應(yīng)于所述已檢測(cè)到的操作參數(shù)的量值，將音頻反饋信號(hào)提供給所述操作員。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述音頻信號(hào)是合成的。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述合成音頻信號(hào)具有討 論中的操作狀態(tài)的特性。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述合成音頻信號(hào)是對(duì)所 述討論中的操作狀態(tài)的真實(shí)聲音的模仿。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述合成音頻信號(hào)是所述討論中的操作狀態(tài)的預(yù)先錄制的聲音。
6. 根據(jù)任何前述權(quán)利要求所述的方法，包括以下步驟響應(yīng)于任何在檢測(cè)到的所述操作參數(shù)的量值的變化，從而改變所述音頻信號(hào)。
7. 根據(jù)任何前述權(quán)利要求所述的方法，包括以下步驟改變所述音頻信號(hào)的幅度。
8. 根據(jù)任何前述權(quán)利要求所述的方法，包括以下步驟改變所述 音頻信號(hào)的頻率。
9. 根據(jù)任何前述權(quán)利要求所述的方法，包括以下步驟將所述音 頻信號(hào)引入所述車輛的操作員隔間中。
10. 根據(jù)任何前述權(quán)利要求所述的方法，其中，所述操作狀態(tài)指 示當(dāng)前執(zhí)行的作業(yè)功能。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述作業(yè)功能至少部分 地經(jīng)由液壓系統(tǒng)來(lái)執(zhí)行。
12. 根據(jù)任何前述權(quán)利要求所述的方法，包括以下步驟檢測(cè)加 速器控制裝置的位置。
13. 根據(jù)任何前述權(quán)利要求所述的方法，其中，所述操作狀態(tài)指 示車輛傳動(dòng)系統(tǒng)上的負(fù)載。
14. 根據(jù)任何前述權(quán)利要求所述的方法，其中，所述操作狀態(tài)指示用于推動(dòng)所述車輛的動(dòng)力源上的負(fù)載。
15. 根據(jù)任何前述權(quán)利要求所述的方法，其中，所述操作狀態(tài)指示由動(dòng)力源提供的當(dāng)前扭矩。
16. 根據(jù)任何前述權(quán)利要求所述的方法，其中，所述操作狀態(tài)指示由動(dòng)力源提供的當(dāng)前扭矩相對(duì)于所述當(dāng)前動(dòng)力源速度下的最大可 用動(dòng)力源扭矩的程度。
17. 根據(jù)任何前述權(quán)利要求所述的方法，其中，所述操作狀態(tài)指示由動(dòng)力源提供的當(dāng)前扭矩相對(duì)于全部最大動(dòng)力源扭矩的程度。
18. 根據(jù)任何前述權(quán)利要求所述的方法，其中，所述操作狀態(tài)指示動(dòng)力源的當(dāng)前速度。
19. 根據(jù)任何前述權(quán)利要求所述的方法，其中，所述操作狀態(tài)指 示電機(jī)的負(fù)載。
20. 根據(jù)任何前述權(quán)利要求所述的方法，其中，所述車輛包括混合傳動(dòng)系統(tǒng)，所述方法包括以下步驟檢測(cè)指示所述操作狀態(tài)的所述混合傳動(dòng)系統(tǒng)的至少一個(gè)操作參數(shù)。
21. —種用于將與操作中的車輛動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的操作狀態(tài)有關(guān)的反饋提供給車輛操作員的系統(tǒng)，包括用于對(duì)指示所述操作狀態(tài)的至少一個(gè)操作參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)的裝置；以及響應(yīng)于所述已檢測(cè)到的操作參數(shù)的量值，從而將音頻反饋信號(hào)提供給所述操作員的裝置。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，包括用于將所述音頻信號(hào)引入所述車輛的操作員隔間中的裝置。
23. 根據(jù)權(quán)利要求21或22所述的系統(tǒng)，其中，所述操作狀態(tài)指示動(dòng)力源上的負(fù)載。
24. 根據(jù)權(quán)利要求21至23中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述操作狀態(tài)指示車輛傳動(dòng)系統(tǒng)上的負(fù)載。
25. 根據(jù)權(quán)利要求21至24中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述操作狀態(tài)指示車輛液壓系統(tǒng)上的負(fù)載。
26. 根據(jù)權(quán)利要求21至25中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述操作狀態(tài)指示電機(jī)的負(fù)載。
27. 根據(jù)權(quán)利要求21至26中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述車輛包括混合傳動(dòng)系統(tǒng)，并且所述操作狀態(tài)指示操作中的所述混合傳動(dòng)系統(tǒng)。
28. —種作業(yè)機(jī)械，包括根據(jù)權(quán)利要求21至27中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)。
29. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的作業(yè)機(jī)械，包括前機(jī)架、后機(jī)架以及將所述前機(jī)架連接到所述后機(jī)架的鉸接接合件，所述鉸接接合件允許 所述機(jī)架繞垂直軸相互樞轉(zhuǎn)，從而用于操縱所述機(jī)械。
30. 根據(jù)權(quán)利要求28或29所述的作業(yè)機(jī)械，其中，所述作業(yè)機(jī)械 構(gòu)成輪式裝載機(jī)。
31. —種包括計(jì)算機(jī)程序段的計(jì)算機(jī)程序，用于當(dāng)所述程序在計(jì) 算機(jī)上運(yùn)行時(shí)，實(shí)施如權(quán)利要求1至20中任一項(xiàng)所述的方法。
32. —種包括存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀裝置上的計(jì)算機(jī)程序段的計(jì)算機(jī) 程序產(chǎn)品，用于當(dāng)所述程序在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí)，實(shí)施如權(quán)利要求1至 20中任一項(xiàng)所述的方法。
全文摘要
一種用于將與操作中的車輛動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的操作狀態(tài)有關(guān)的反饋提供給車輛操作員的方法，包括以下步驟檢測(cè)指示所述操作狀態(tài)的至少一個(gè)操作參數(shù)，以及響應(yīng)于已檢測(cè)到的操作參數(shù)的量值將音頻反饋信號(hào)提供給操作員。
文檔編號(hào)B60W50/08GK101678766SQ200780052531
公開日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2007年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月10日
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