前輪驅(qū)動(dòng)控制的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種前輪動(dòng)力系統(tǒng)，其使得能夠獨(dú)立地控制至每個(gè)車輪的動(dòng)力以及獲得對(duì)平均速度和前輪差速的直接控制。
【專利說明】前輪驅(qū)動(dòng)控制
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開內(nèi)容涉及前輪驅(qū)動(dòng)裝置，并且具體地，涉及諸如自動(dòng)平地機(jī)之類的作業(yè)車輛上的前輪驅(qū)動(dòng)裝置的控制。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)作業(yè)車輛，例如，自動(dòng)平地機(jī)，包括全輪驅(qū)動(dòng)能力，其中至少一個(gè)馬達(dá)用于驅(qū)動(dòng)前輪，傳動(dòng)裝置用于將來自發(fā)動(dòng)機(jī)或者可能電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳遞至后輪。在車輛轉(zhuǎn)向期間，前輪可以沿弓形或圓形路徑行駛，并且在前輪的直徑等于后輪時(shí)，為了車輛效率以及操作體驗(yàn)，可要求前輪以比后輪大的速度旋轉(zhuǎn)，因?yàn)榍拜喛尚旭偢蟮木嚯x。此外，可要求轉(zhuǎn)向外徑上的前輪(外輪)以比轉(zhuǎn)向內(nèi)徑上的前輪(內(nèi)輪)的速度更大的速度旋轉(zhuǎn)，因此外輪的路徑具有比內(nèi)輪行駛的路徑大的半徑。
[0003]傳統(tǒng)作業(yè)車輛采用開放式差速器和受限差速器的變型來解決這些挑戰(zhàn)，所述受限差速器的變型包括:限滑差速器；和能夠在左和右車輪的實(shí)際速度和預(yù)測(cè)速度之間的閾值差值(滑動(dòng)的檢測(cè))處自鎖、被手動(dòng)鎖定或經(jīng)由軟件鎖定的差速器。在解決由上述布置呈現(xiàn)的挑戰(zhàn)的努力中，一些解決方案基于前輪的轉(zhuǎn)向角和(在諸如自動(dòng)平地機(jī)之類的車輛的情況下)車輛的鉸接角一直監(jiān)測(cè)和獨(dú)立地控制每個(gè)前輪的轉(zhuǎn)速。后面的解決方案具有需要妥協(xié)的各種缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，僅僅對(duì)每個(gè)前輪的速度進(jìn)行獨(dú)立的控制可能不能針對(duì)平均速度和差速的獨(dú)立響應(yīng)特性提供直接的控制。這種方法包括兩個(gè)控制回路:一個(gè)用于右輪，另一個(gè)用于左前輪。因此，一方面在加速和負(fù)載接受平穩(wěn)度之間存在折衷，另一方面在操縱和橫向牽引力之間存在折衷。對(duì)前輪主動(dòng)性(aggressiveness)和滑動(dòng)來說重要的前輪平均速度是不受控制的；它是兩個(gè)回路的負(fù)載和控制性能的副作用。對(duì)轉(zhuǎn)向性能來說重要的兩個(gè)前輪的速度差未被直接地控制；它是兩個(gè)速度回路的負(fù)載和性能的副作用。
[0005]本發(fā)明可通過直接地和獨(dú)立地控制前輪的均速和差速響應(yīng)特性來直接解決上述挑戰(zhàn)。本發(fā)明還可以控制后輪的響應(yīng)特性以改善整體效率和操作體驗(yàn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1描繪了利用本發(fā)明的示例性作業(yè)車輛；
[0007]圖2描繪了將要用在圖1的示例性作業(yè)車輛中的車輪驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的第一示例性實(shí)施例的不意圖；
[0008]圖3描繪了車輪驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的第二示例性實(shí)施的示意圖；
[0009]圖4a描繪了圖2的示例性驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中用于確定平均速度的示例性流程圖；
[0010]圖4b描繪了圖2的示例性驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中用于確定差速的示例性流程圖；以及
[0011]圖4c描繪了用于確定右和左前輪作用力(effort)的示例性流程圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0012]現(xiàn)在將詳述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。在場(chǎng)合允許的情況下在整個(gè)描述中將采用相同的附圖標(biāo)記。
[0013]圖1描繪了示例性的作業(yè)車輛，即自動(dòng)平地機(jī)1，其可以利用本發(fā)明。圖1的自動(dòng)平地機(jī)I可以包括:具有轉(zhuǎn)向裝置11和座位12的駕駛室10 ;前部20，其具有前框架20a、動(dòng)力左前輪21、動(dòng)力右前輪22 ;后部30，其包括后框架30a、串聯(lián)裝置31 ;后輪32，33 ;以及鉸接機(jī)構(gòu)40，其包括用于前部和后部20，30之間的角度調(diào)整的鉸接接頭41和鉸接油缸42。還可包括串聯(lián)裝置31，其中后輪32從該串聯(lián)裝置31接收動(dòng)力。自動(dòng)平地機(jī)I還可包括用于在作業(yè)車輛I在地面上行進(jìn)時(shí)移動(dòng)泥土的作業(yè)工具50。
[0014]圖2呈現(xiàn)了用于圖1的自動(dòng)平地機(jī)的左和右前輪21，22以及后輪32，33的車輪驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)100的第一示例性實(shí)施例的示意圖。如圖所示，其中，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)100可以包括:串聯(lián)裝置31，后輪32，33可以通過該串聯(lián)裝置31接收動(dòng)力；傳動(dòng)裝置34 ;傳動(dòng)裝置控制器110，其可與傳動(dòng)裝置34通信并可操作地連接至傳動(dòng)裝置34 ;左靜液壓傳動(dòng)裝置120 ；和右靜液壓傳動(dòng)裝置130。傳動(dòng)裝置控制器110還可與以下部件通信:發(fā)動(dòng)機(jī)控制器單元(E⑶)36 ;左前輪速度傳感器126 ;左前輪角度傳感器127 ;右前輪速度傳感器136 ;右前輪角度傳感器137 ;和后速度傳感器34a。具有檢測(cè)和發(fā)送踏板位置的特征的加速踏板37可以與E⑶36通信。如圖2所示，車輛速度傳感器，例如，雷達(dá)檢測(cè)器160，也是可用的并且與傳動(dòng)裝置控制器110通信。
[0015]如圖所示，左靜液壓傳動(dòng)裝置120可以包括:具有可變排量的左液壓泵121 ;用于定位左泵斜盤121a的左泵螺線管122 ;左液壓馬達(dá)123 ;用于定位左馬達(dá)斜盤123a的左馬達(dá)螺線管124 ;和用于檢測(cè)左液壓泵121和左液壓馬達(dá)123之間的壓差的左壓力傳感器125。傳動(dòng)裝置控制器110與左壓力傳感器125通信并可操作地連接至左泵螺線管122和左馬達(dá)螺線管124。
[0016]與左靜液壓傳動(dòng)裝置120—樣，右靜液壓傳動(dòng)裝置130可以包括:具有可變排量的右液壓泵131 ;用于定位右泵斜盤131a的右泵螺線管132 ;右液壓馬達(dá)133 ;用于定位右馬達(dá)斜盤133a的右馬達(dá)螺線管134 ;以及用于檢測(cè)右液壓泵131和右液壓馬達(dá)133之間的壓差的右壓力傳感器135。傳動(dòng)裝置控制器110與右壓力傳感器135通信并可操作地連接至右泵螺線管132和右馬達(dá)螺線管134。
[0017]如圖所示，左和右靜液壓傳動(dòng)裝置120、130可以機(jī)械地連接至發(fā)動(dòng)機(jī)35。它們也可以分別機(jī)械地連接至左和右前輪20、30。
[0018]圖3描繪了車輪驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)10(V的第二示例性實(shí)施例的示意圖。本發(fā)明100、100'的第一和第二示例性實(shí)施例之間的差異可能歸因于后傳動(dòng)裝置差異。車輪驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)100'的第二示例性實(shí)施例采用后靜液壓傳動(dòng)裝置60代替車輪驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)100的第一示例性實(shí)施例的齒輪傳動(dòng)裝置34。與作業(yè)車輛I前部處的左和右靜液壓傳動(dòng)裝置120、130—樣，傳動(dòng)裝置控制器110可以經(jīng)由至相應(yīng)的泵和馬達(dá)螺線管63、64的可操作的連接控制相應(yīng)的泵和馬達(dá)61、62的斜盤61a、62a。斜盤位移可以確定后輪32、33的平均速度。
[0019]圖4a, 4b和4c描繪了示例性的流程圖200,該流程圖用于確定圖2和3的示例性驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)100、100'的平均速度和前輪差速控制作用力，并詳述了相對(duì)于傳動(dòng)裝置34、60，后速度傳感器34a、66，左前輪速度傳感器126，左前輪角度傳感器127，右前輪速度傳感器136，右前輪角度傳感器137，鉸接角傳感器43，操作者輸入裝置140，以及可能地與自動(dòng)平地機(jī)I的傳動(dòng)系隔開的車輛速度檢測(cè)器(例如，雷達(dá)速度檢測(cè)器160)的傳動(dòng)裝置控制器110的動(dòng)作。
[0020]如圖4a所示，前輪平均速度控制作用力(ASCE)可以被視為額定作用力和反饋?zhàn)饔昧Φ暮瘮?shù)。如圖所示，在步驟201處，在點(diǎn)火裝置啟動(dòng)并且前輪輔助裝置啟動(dòng)時(shí)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)100被激活。在步驟202處，控制器110可:通過轉(zhuǎn)速檢測(cè)器(例如，后速度檢測(cè)器34a，后速度檢測(cè)器66等)確定作為檢測(cè)到的后速度的韓碩的平均主驅(qū)動(dòng)速度；通過雷達(dá)檢測(cè)器160確定檢測(cè)到的車輛的地面速度、或通過交叉參考泵61和馬達(dá)62處的帶有位移的后速度確定預(yù)期速度。隨后在步驟203處可以基于主驅(qū)動(dòng)平均速度和車輛型號(hào)(即，例如，檢測(cè)到的鉸接角、檢測(cè)到的轉(zhuǎn)向角、鉸接接頭41和前輪21，22a之間的長(zhǎng)度、以及鉸接接頭41和后輪32，33之間的長(zhǎng)度)計(jì)算前輪目標(biāo)平均速度(ATS)。在步驟204處，來自步驟203的前輪目標(biāo)平均速度(ATS)隨后可以用來計(jì)算額定(或前饋)前輪平均速度控制作用力(ΝΑΕ)。在示例性實(shí)施例中，前輪21、22分別由靜液壓傳動(dòng)裝置120，130驅(qū)動(dòng)。在這種情況中，作用力可以被視為位移的函數(shù)。因此，可以通過采用以斜盤121a和131a的位移與前輪速度的交叉對(duì)照查找表或經(jīng)由等效公式確定ΝΑΕ。注意到，在一些情況下，靜液壓傳動(dòng)裝置60處的位移，特別是位移的變化，可以被視為加速，因?yàn)檐囕?2、33可以需要一定的時(shí)間用速度調(diào)整來響應(yīng)該位移。
[0021]如圖所示，在步驟206處，可以根據(jù)由左和右速度傳感器126、136在步驟205處監(jiān)測(cè)到的前輪21、22的速度確定前輪平均速度(AMS)。隨后可以在步驟207處計(jì)算，其中前輪平均速度誤差(ASE)是在步驟206中計(jì)算出的前輪平均速度和在步驟205中計(jì)算出的前輪目標(biāo)平均速度的函數(shù)(例如，ATS減去AMS)。在步驟208處，可以計(jì)算作為ASE的函數(shù)的前輪平均速度反饋?zhàn)饔昧?AFE)。在步驟209，可以用額定前饋前輪速度作用力加上前輪速度反饋?zhàn)饔昧?如，NAE+AFE)來計(jì)算平均速度控制作用力。
[0022]圖4b中描繪的是由控制器110使用用于確定相關(guān)的前輪差速控制作用力(DSCE)的類似圖表。在步驟210處，控制器110可以通過用檢測(cè)到的右前輪速度減去檢測(cè)到的左前輪速度確定前輪差速(DFS)。在步驟211處，控制器110可計(jì)算作為平均主驅(qū)動(dòng)速度和車輛型號(hào)的函數(shù)的前輪目標(biāo)差速TDS，并且車輛型號(hào)可以包括:后輪32、33相對(duì)于鉸接接頭41的位置；前輪21、22相對(duì)于鉸接接頭41的位置；前輪21、22的直徑；后輪32、33的直徑；檢測(cè)到的鉸接角Aa;以及前輪21、22的轉(zhuǎn)向角Ta。其中，平均主驅(qū)動(dòng)速度可基于由后速度傳感器34a檢測(cè)到的轉(zhuǎn)速或基于獨(dú)立于轉(zhuǎn)速的、由速度檢測(cè)器(例如，雷達(dá)速度檢測(cè)器160)檢測(cè)到的車輛I的地面速度。如果車輛具有靜液壓傳動(dòng)裝置60，則可以通過使用位移與平均主驅(qū)動(dòng)速度有效地交叉對(duì)照的查找表或公式用在靜液壓傳動(dòng)裝置60處檢測(cè)到的位移有確定平均主驅(qū)動(dòng)速度。在步驟212處，控制器110可計(jì)算作為檢測(cè)到的前輪差速(DFS)和前輪目標(biāo)差速(TDS)的函數(shù)的前輪差速誤差(DSE)，即，(DSE=TDS-DFS，并且DFE=f (DSE))。在步驟213處，通過將DSE值與位移交叉對(duì)照的適當(dāng)?shù)牟檎冶砘蜻m當(dāng)?shù)墓酱_定DFE。在步驟214處，可以通過使用TDS經(jīng)由位移與車輪速度交叉對(duì)照的查找表或公式找出相應(yīng)的位移的方式確定預(yù)計(jì)或額定前輪差速前饋?zhàn)饔昧?NDE)。最后，在步驟215處，可以計(jì)算作為額定差速前饋?zhàn)饔昧筒钏俜答佔(zhàn)饔昧χ偷牟钏倏刂谱饔昧?DSCE)，即，DSCE=NDE+DFE。[0023]如圖4c所示，在步驟220處，控制器110可以確定作為前輪平均速度控制作用力(ASCE)和DSCE的函數(shù)的右前輪速度控制作用力(RSCE)(如，RSCE=ASCE+0SCE)。在步驟221處，也可確定作為ASCE和DSCE的函數(shù)的左前輪速度控制作用力(LSCE)(如，LSCE=ASCE-0SCE)。控制器110隨后可以發(fā)出用于控制前輪21，22的速度的適當(dāng)?shù)拿?，即，用于控制前?1、22的液壓泵121、131和馬達(dá)123、133的斜盤位置的信號(hào)，并返回步驟201。
[0024]操作者輸入裝置170可以用來發(fā)送主動(dòng)性設(shè)定，S卩，前輪作用作用力和作為由后速度檢測(cè)器34a檢測(cè)到的后速度或例如經(jīng)由雷達(dá)速度檢測(cè)器160檢測(cè)到的車輛速度的百分比或倍數(shù)的前輪目標(biāo)速度的設(shè)定，，和因此由傳動(dòng)裝置控制器110執(zhí)行的主動(dòng)性控制。
[0025]示例性驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)100還可以通過監(jiān)測(cè)左和右前輪21、22處的扭矩值實(shí)現(xiàn)過扭矩飽和控制(over torque windup control)。在靜液壓驅(qū)動(dòng)裝置中，靜液壓或液壓力可以被視為與扭矩成比例。傳動(dòng)裝置控制器110可以通過監(jiān)測(cè)來自左和右壓力傳感器125、135的壓力信號(hào)并經(jīng)由適當(dāng)?shù)姆匠袒虿檎冶泶_定相應(yīng)扭矩的方式監(jiān)測(cè)扭矩值。傳動(dòng)裝置控制器110隨后可以通過控制左和右靜液壓傳動(dòng)裝置120、130控制飽和，使得計(jì)算出的左和右扭矩之間的差保持在預(yù)定范圍內(nèi)。
[0026]已經(jīng)描述了示例性實(shí)施例，將變得明顯的是，在不偏離限定于隨附權(quán)利要求中本發(fā)明的范圍的情況下，可以進(jìn)行多種修改。
【權(quán)利要求】
1.一種用于車輛的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括: 前部，所述前部包括前框架、第一前輪和第二前輪、用于檢測(cè)第一前輪的速度的第一前輪速度傳感器、用于檢測(cè)第二前輪的速度的第二前輪速度傳感器、用于檢測(cè)第一前輪和第二前輪的轉(zhuǎn)向角的車輪角度傳感器、和用于獨(dú)立地向第一前輪和第二前輪提供動(dòng)力的第一動(dòng)力系統(tǒng)和第二動(dòng)力系統(tǒng)； 后部，所述后部包括后框架、后輪、用于檢測(cè)后輪的速度的后速度傳感器、和用于向后輪提供動(dòng)力的第三動(dòng)力系統(tǒng)，所述前框架可樞轉(zhuǎn)地連接至所述后框架； 鉸接角傳感器，用于檢測(cè)前框架和后框架之間的連接角； 操作者輸入裝置，用于檢測(cè)操作者對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的命令； 控制器，該控制器與操作者輸入裝置、鉸接角傳感器、車輪角度傳感器、第一前輪速度傳感器、第二前輪速度傳感器和后輪速度傳感器通信，該控制器被可操作地連接至第一動(dòng)力系統(tǒng)和第二動(dòng)力系統(tǒng)，該控制器確定第一前輪和第二前輪的目標(biāo)平均速度并指令第一和第二動(dòng)力系統(tǒng)向第一前輪和第二前輪傳送足夠的動(dòng)力以獲得所述目標(biāo)平均速度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中第一前輪行駛第一距離，第二前輪行駛比第一距離大的第二距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中控制器至少部分地基于檢測(cè)到的轉(zhuǎn)向角確定第一前輪和第二前輪的差速。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中控制器將所述差速加到平均速度上，并命令第一動(dòng)力系統(tǒng)獲得足以將第一合成速度傳遞至第一前輪和第二前輪中的一個(gè)的位移。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中控制器從平均速度中減去差速，并命令第一動(dòng)力系統(tǒng)獲得足以將第二合成速度傳遞至第一前輪和第二前輪中的另一個(gè)的位移。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中平均速度至少部分地基于檢測(cè)到的鉸接角。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，還包括用于調(diào)整前輪的主動(dòng)性的操作者控制裝置，其中所述平均速度至少部分地基于主動(dòng)性調(diào)整。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，還包括用于確定車輛速度的車輛速度傳感器，其中所述平均速度至少部分地基于所確定的車輛速度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中所述平均速度至少部分地基于由操作者輸入裝置檢測(cè)到的命令。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中所述平均速度至少部分地基于檢測(cè)到的后輪速度。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中前驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括電動(dòng)機(jī)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中前驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括液壓馬達(dá)。
【文檔編號(hào)】B62D113/00GK103802884SQ201310571732
【公開日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2013年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月14日
【發(fā)明者】托德·F·維爾德 申請(qǐng)人:迪爾公司