專利名稱：用于液壓推進(jìn)車輛并能提供轉(zhuǎn)向助力及防止打滑系統(tǒng)的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及車輛推進(jìn)系統(tǒng)。更具體地說，本發(fā)明涉及一種液壓車輛推進(jìn)系統(tǒng)，其是由與多個變排量流體馬達(dá)聯(lián)合使用的單個變排量流體泵、以及馬達(dá)排量控制器構(gòu)成，可以提供轉(zhuǎn)向助力和防止打滑的作用。
液壓車輛推進(jìn)系統(tǒng)經(jīng)常是采用與多個變排量流體馬達(dá)聯(lián)合使用的單個變排量流體泵。已經(jīng)證明，這樣的推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計對那些機(jī)械傳動和輪軸結(jié)構(gòu)不太適應(yīng)的車輛是非常有用的。例如收割機(jī)之類的車輛經(jīng)常需要遠(yuǎn)距離的發(fā)動機(jī)位置或特別的構(gòu)造，以容納用于收集、供送和分離農(nóng)作物的處理機(jī)構(gòu)。在這樣的情況下，采用可獨立地位于各驅(qū)動輪位置的多個液壓驅(qū)動器是非常有利的。
采用在一并聯(lián)回路內(nèi)連接于一單個變排量流體泵的多個變排量流體馬達(dá)會產(chǎn)生若干問題。一個問題是，當(dāng)車輛通過轉(zhuǎn)向操縱器來駕駛時，使馬達(dá)扭矩保持正確平衡的問題。另一個問題是，當(dāng)一個或多個車輪喪失牽引力的情況下，防止車輪打滑或滑轉(zhuǎn)的問題。
本發(fā)明的主要目的是提供一種車輛推進(jìn)系統(tǒng)，它是由在一個并聯(lián)液壓回路內(nèi)連接于多個變排量流體馬達(dá)的單個變排量流體泵組成。
另外，本發(fā)明的一個目的在于，提供一種可以調(diào)節(jié)馬達(dá)流體排量使其與車輛轉(zhuǎn)向幾何結(jié)構(gòu)相匹配的控制系統(tǒng)。
此外，本發(fā)明的一個目的在于，通過測量每個車輪的轉(zhuǎn)向角度而確定車輛的轉(zhuǎn)向幾何結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的另一個目的在于，它能以一種可防止車輪打滑的形式來控制馬達(dá)的流體排量。
本發(fā)明還有一個目的在于，結(jié)合每個車輪的轉(zhuǎn)向角度來測量其轉(zhuǎn)速，以便確定并進(jìn)而控制每個馬達(dá)適當(dāng)?shù)牧黧w排量，從而有助于轉(zhuǎn)向并防止車輪打滑。
附圖簡要說明

圖1是本發(fā)明的單個泵、多個馬達(dá)以及排量控制系統(tǒng)的示意圖；圖2-6是由本發(fā)明控制的各種轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)的示意圖。
本發(fā)明涉及由在一并聯(lián)流體回路內(nèi)連接于多個變排量流體馬達(dá)的單個變排量流體泵組成的車輛推進(jìn)系統(tǒng)。各馬達(dá)可以為車輛驅(qū)動輪提供動力，各馬達(dá)的流體排量受到一馬達(dá)排量控制機(jī)構(gòu)的控制。這種控制根據(jù)馬達(dá)速度和轉(zhuǎn)向角度以及程序存貯的已知車輛幾何結(jié)構(gòu)來確定馬達(dá)的流體排量。
該推進(jìn)系統(tǒng)包括一通常由內(nèi)燃發(fā)動機(jī)驅(qū)動的變排量流體泵。該泵在一個封閉且并聯(lián)的液壓回路內(nèi)連接于多個變排量流體馬達(dá)。這些馬達(dá)通常是以將單個馬達(dá)定位成能給每個驅(qū)動輪提供動力的方式來布置的。最普通的結(jié)構(gòu)是四輪車輛，也就是在液壓推進(jìn)系統(tǒng)內(nèi)安裝四個馬達(dá)。
當(dāng)泵被驅(qū)動而向車輪驅(qū)動馬達(dá)供給流體時，推進(jìn)系統(tǒng)可為車輛提供動力。泵通?？梢蕴峁╇p向液流，以便車輛可以向前或向后行駛。各馬達(dá)的流體排量最初是設(shè)定為最大值。當(dāng)設(shè)定為最大流體排量時，馬達(dá)可產(chǎn)生最大扭矩輸出，但是被限制為相對低的轉(zhuǎn)速。為了獲得較高轉(zhuǎn)速，可以降低馬達(dá)的流體排量，從而使它們在每次回轉(zhuǎn)輸出時消耗較少體積的流體，或者說是在單位流體下獲得較高的回轉(zhuǎn)輸出。隨著流體被泵送至馬達(dá)，可在車輪處產(chǎn)生扭矩，從而令車輪轉(zhuǎn)動而帶動車輛。車輛的移動取決于車輛與地面之間的牽引界面。如果該界面不足以有效地反抗車輪的輸出扭矩，則車輪會打滑，也可以稱為“牽引損失”狀態(tài)。為了消除車輪打滑現(xiàn)象或使之最小化，可以安裝一個馬達(dá)排量控制器。
流體排量控制機(jī)構(gòu)中必須考慮的另一個車輛推進(jìn)特性是轉(zhuǎn)向問題。轉(zhuǎn)向可以由車輪(“轉(zhuǎn)向輪”)相對于車輛縱軸線的角度偏移量的各種組合來實現(xiàn)。車輛前輪可以在后輪保持“筆直向前”的情況下轉(zhuǎn)向，反之亦然。所有四個輪子可以以“協(xié)調(diào)”的方式同時轉(zhuǎn)向，以便產(chǎn)生一個很小的回轉(zhuǎn)半徑。此外，所有四個輪子能以“單向”方式轉(zhuǎn)向而產(chǎn)生一種稱之為“蟹式”轉(zhuǎn)向。在“蟹式”轉(zhuǎn)向方式下，車輛沿著偏離車輛縱軸線一角位移的一直線運行。隨著車輛在轉(zhuǎn)向操作時嚙合，馬達(dá)的流體排量必須變化，經(jīng)常是彼此相對變化。這樣的功能還可以由前述馬達(dá)排量控制器來實現(xiàn)。
馬達(dá)排量控制器能使推進(jìn)系統(tǒng)內(nèi)的每個馬達(dá)持續(xù)保持合適的流體排量。控制器接收來自馬達(dá)的速度信號，并接收來自轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的角度位置信號。這些輸入信號通過預(yù)先編程的算法進(jìn)行處理，所述算法可確定各馬達(dá)的流體排量對當(dāng)前的車輛速度和轉(zhuǎn)向幾何結(jié)構(gòu)而言是否正確。因此，若控制器推斷出任何一個馬達(dá)是以與設(shè)定工況不符的方式工作，則會向出錯的馬達(dá)流體排量致動器傳送一個信號，以便進(jìn)行修正。
馬達(dá)排量控制器的兩個由程序識別和控制的特殊工況是車輪打滑和轉(zhuǎn)向助力。車輪打滑是對車輛最佳性能有害的工況。車輪打滑發(fā)生在車輪與地面之間的牽引界面不足以抵抗車輪的輸出扭矩。牽引力的損失可能是因為傳遞至車輛的重量向下作用于車輪的力不夠，或者是因為地面的摩擦系數(shù)相對較低。無論是出于何種原因，結(jié)果都造成車輪打滑，車輪周向的直線速度變得高于車輛速度。控制器被編程，通過對車輪速度、轉(zhuǎn)向角度和車輛幾何數(shù)據(jù)等因素綜合地加以考慮，識別出這一情況，并進(jìn)而識別出最低車輪速度，并將該速度與其它被驅(qū)動車輪的速度對比，就可辨別出打滑情況。如果辨別出任何一個車輪速度與這些條件不符，就向出錯的馬達(dá)傳遞信號，以減少其流體排量。減少流體排量可以降低馬達(dá)的輸出扭矩，直到馬達(dá)扭矩不足以使超速的車輪打滑。
轉(zhuǎn)向助力是這樣一種情況，即，各馬達(dá)的流體排量被調(diào)整為能在車輪轉(zhuǎn)彎時，在車輛的內(nèi)外車輪之間提供一個不同的扭矩。在車輛直線推進(jìn)的過程中，各馬達(dá)被設(shè)定為等排量，以便在車輛兩側(cè)產(chǎn)生相等的驅(qū)動扭矩。這一扭矩均衡作用有助于保持車輛直線向前。當(dāng)車輛操作者希望車輛轉(zhuǎn)彎時，成對的可轉(zhuǎn)向車輪直接圍繞一垂直軸線一起轉(zhuǎn)動，相對于車輛的縱軸線偏轉(zhuǎn)一個角度。最終形成的車輪角度位置使得車輛隨著車輪的方向轉(zhuǎn)彎。已經(jīng)確定的是，通過在車輛的相對于轉(zhuǎn)彎軸線而言的內(nèi)側(cè)和外側(cè)之間的驅(qū)動輪上形成一個扭矩差，可以實現(xiàn)附加的轉(zhuǎn)彎效果。扭矩差分轉(zhuǎn)向的原理通常用于滑動轉(zhuǎn)向的車輛，例如履帶驅(qū)動式車輛。在輪式車輛的情況下，可以采用扭矩差分型轉(zhuǎn)向來使車輛轉(zhuǎn)彎，此類車輛的車輪固定安裝在平行于車輛縱軸線的筆直前進(jìn)的方向上。這種構(gòu)造通常結(jié)合在滑動轉(zhuǎn)向型裝載車內(nèi)。
扭矩差分型轉(zhuǎn)向變成了車輪轉(zhuǎn)向型車輛的一種助力機(jī)構(gòu)。在本發(fā)明的情況下，扭矩差分型輔助轉(zhuǎn)向是通過改變馬達(dá)的流體排量來實現(xiàn)的。當(dāng)車輪轉(zhuǎn)向時，與朝著車輛外轉(zhuǎn)彎半徑定位的馬達(dá)相比，朝著車輛內(nèi)轉(zhuǎn)彎半徑定位的馬達(dá)的流體排量較小。馬達(dá)排量控制器可以通過對轉(zhuǎn)向角度和車輛幾何數(shù)據(jù)進(jìn)行估算而實現(xiàn)上述功能。因此，控制器可確定并向馬達(dá)的排量致動器傳送合適的流體排量控制命令。
對馬達(dá)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向角度和車輛幾何數(shù)據(jù)的連續(xù)處理可以使馬達(dá)排量控制器在該車輛推進(jìn)系統(tǒng)內(nèi)提供轉(zhuǎn)向助力和防止打滑功能。
圖1中示意性地示出了本發(fā)明。該液壓推進(jìn)系統(tǒng)主要是由一單個變排量流體泵10、多個(這里是四個)變排量流體馬達(dá)12、以及一馬達(dá)排量控制器14。泵10和馬達(dá)12流體連接在一個閉環(huán)液壓回路16內(nèi)。每個馬達(dá)12驅(qū)動一車輪18。每個馬達(dá)12均配備了一個速度傳感器22和一個流體排量致動器24。此外，在每個可轉(zhuǎn)向車輪的位置上有一個轉(zhuǎn)向角度傳感器20。
工作時，通常由車輛上的內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動的泵10可提供壓力流體，以驅(qū)動馬達(dá)12。車輛操作者可控制泵10的流體排量，以便確定車輛的前、后行駛方向以及車輛的地面行駛速度。車輛操作者還能通過控制車輪18的轉(zhuǎn)向角度來確定車輛的行駛路線。在車輛的工作過程中，馬達(dá)速度傳感器22可檢測電動機(jī)12的速度。車輪的轉(zhuǎn)向角度由轉(zhuǎn)向角度傳感器20來確定。來自傳感器20和22的信號被連續(xù)地供給馬達(dá)排量控制器14。
參見圖2-圖6，一車輛26具有一對前輪28和一對后輪30。每對車輪中的每個車輪都是由馬達(dá)12之一來提供動力。每對車輪18中的每個車輪相互一致地圍繞垂直軸線32移動。編號34表示車輛26的縱向中心線或縱軸線。
圖2示出了車輛以筆直向前的方式(箭頭35)運行的情況；圖3示出了車輛以蟹式轉(zhuǎn)向的方式沿箭頭36運行的情況；圖4-圖6示出了車輛以箭頭38所示的各種方式進(jìn)行轉(zhuǎn)彎的情況。
在車輛正處于行駛的情況下，控制器14可對傳感器22接收到的速度進(jìn)行估算。將這些信號與最低速度進(jìn)行比較，就可以確定馬達(dá)。將最低速的馬達(dá)12作為地面行駛速度的基準(zhǔn)。控制器14可利用轉(zhuǎn)向角度和車輛幾何結(jié)構(gòu)來推算其余馬達(dá)12的期望速度。隨后將計算出來的速度與傳感器22匯報的實際速度作比較。任何超過計算值的速度信號均表示車輪打滑或滑轉(zhuǎn)。控制器14繼而向犯錯馬達(dá)12的排量致動器24傳送一信號，使其流體排量減少。馬達(dá)12的流體排量減少可以導(dǎo)致輸出扭矩降低，因而就使該馬達(dá)不會發(fā)生打滑或滑轉(zhuǎn)。當(dāng)馬達(dá)12達(dá)到令人滿意的速率時，控制器14向排量致動器24發(fā)出一信號，以使馬達(dá)在其正常功能的流體排量下恢復(fù)工作?？刂破?4連續(xù)地進(jìn)行速度分析和調(diào)整，以便為車輛推進(jìn)系統(tǒng)提供防止打滑的控制。
當(dāng)車輛沿直線行駛(圖2)時，馬達(dá)12的流體排量全部相等，因而可以為車輪18提供相等的輸出扭矩。所形成的扭矩均衡狀態(tài)有助于車輛沿直線連續(xù)運行。如果車輛操作者希望車輛轉(zhuǎn)彎，如圖4-圖6所示，角度轉(zhuǎn)向車輪12轉(zhuǎn)向所需方向。如圖2-圖6所示，車輛26趨向于跟隨車輪18指向的方向。作為一種可進(jìn)一步有助于車輛轉(zhuǎn)彎的手段，馬達(dá)的流體排量是變化的。當(dāng)車輪18處于轉(zhuǎn)向位置時，轉(zhuǎn)向角度傳感器20向控制器14傳送相關(guān)信號?？刂破鲗@些信號進(jìn)行估算，以確定轉(zhuǎn)動的方向，進(jìn)而識別出朝著車輛內(nèi)彎半徑定位的車輪。隨后，控制器向內(nèi)車輪馬達(dá)12的排量致動器24發(fā)出信號，以降低它們的流體排量。流體排量減小可降低內(nèi)車輪18的扭矩輸出。內(nèi)、外車輪之間的扭矩差可在車輛內(nèi)產(chǎn)生一附加的轉(zhuǎn)向趨勢，并跟隨在轉(zhuǎn)向到的方向上。當(dāng)車輪18轉(zhuǎn)向至直線方向(圖2)時，控制器14可以由來自轉(zhuǎn)向角度傳感器20的被處理信號識別出這一情況，并且會指令排量致動器24使各馬達(dá)12的流體排量返回相等的值?？刂破?4可連續(xù)地進(jìn)行這種轉(zhuǎn)向分析和調(diào)整，以便為車輛推進(jìn)系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)向助力。
因此，可以看出，本發(fā)明至少可實現(xiàn)所述的各個目的。
權(quán)利要求
1．一種液壓推進(jìn)的車輛，包括一車輛本體，它具有一對前輪和一對后輪，兩對車輪中的至少一對是可轉(zhuǎn)向的車輪并且安裝在車輛本體上以圍繞一垂直軸線朝某一方向樞轉(zhuǎn)，所述各可樞轉(zhuǎn)的車輪適于一致地并且以大致平行的關(guān)系一起移動；一連接于每個車輪以驅(qū)動車輪圍繞一旋轉(zhuǎn)軸線轉(zhuǎn)動的變排量流體馬達(dá)；一位于所述車輛本體上并且流體連通于每個馬達(dá)而形成一個閉環(huán)液壓回路的液壓泵；一可操作地連接于每個馬達(dá)以設(shè)定其排量的流體排量致動器；一位于車輛本體上靠近每個可轉(zhuǎn)向車輪的轉(zhuǎn)向角度傳感器，用以檢測車輪的角度位置；一在每個馬達(dá)上用于測量其輸出轉(zhuǎn)速的速度傳感器；在所述車輛上用于使所述可轉(zhuǎn)向車輪圍繞垂直軸線樞轉(zhuǎn)的裝置；在所述車輛上用于驅(qū)動泵而為液壓回路提供能量的動力裝置；一在所述車輛上用于控制各馬達(dá)流體排量的流體排量計算機(jī)控制器，該控制器通過電脈沖而可操作地連接于速度傳感器和轉(zhuǎn)向角度傳感器，因而該控制器可以利用實際的可轉(zhuǎn)向車輪角度和馬達(dá)速度來推算馬達(dá)的期望速度；在所述控制器上，用于將所述各馬達(dá)的實際速度與其推算速度作對比的裝置，借以使控制器可以向一超過推算速度的馬達(dá)的排量致動器傳遞一信號，使其流體排量減少。
2．一種為液壓推進(jìn)車輛提供轉(zhuǎn)向助力和防止打滑系統(tǒng)的方法，所述車輛包括一車輛本體，它具有一對前輪和一對后輪，兩對車輪中的至少一對是可轉(zhuǎn)向的車輪并且安裝在車輛本體上以圍繞一垂直軸線朝某一方向樞轉(zhuǎn)，所述各可樞轉(zhuǎn)的車輪適于一致地并且以大致平行的關(guān)系一起移動；所述方法包括如下步驟為每個車輛提供一個用以驅(qū)動車輪圍繞一旋轉(zhuǎn)軸線轉(zhuǎn)動的變排量流體馬達(dá)；在所述車輛上將一液壓泵流體連接于每個馬達(dá)而形成一個閉環(huán)液壓回路；在所述車輛上靠近每個可轉(zhuǎn)向車輪的位置設(shè)置一個轉(zhuǎn)向角度傳感器，用以檢測車輪的角度位置；在每個馬達(dá)上設(shè)置一個用于測量其輸出轉(zhuǎn)速的速度傳感器；在每個馬達(dá)上設(shè)置一個用以設(shè)定其排量的流體排量致動器；設(shè)置一個用于控制各馬達(dá)流體排量的流體排量計算機(jī)控制器，該控制器通過電脈沖而可操作地連接于速度傳感器、流體排量致動器和轉(zhuǎn)向角度傳感器，因而使該控制器可以接收實際的轉(zhuǎn)向角度和馬達(dá)速度，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)來推算馬達(dá)的期望速度；將所述各馬達(dá)的實際速度與其推算速度作對比，借以使一超過推算速度的馬達(dá)的排量致動器的流體排量減少。
3．一種為液壓推進(jìn)車輛提供轉(zhuǎn)向助力和防止打滑系統(tǒng)的方法，所述車輛包括一車輛本體，它具有一對前輪和一對后輪，兩對車輪中的至少一對是可轉(zhuǎn)向的車輪并且安裝在車輛本體上以圍繞一垂直軸線朝某一方向樞轉(zhuǎn)，所述各可樞轉(zhuǎn)的車輪適于一致地并且以大致平行的關(guān)系一起移動；所述方法包括如下步驟借助具有旋轉(zhuǎn)動力輸出的液壓馬達(dá)來驅(qū)動各車輪；通過檢測馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)動力輸出并檢測可轉(zhuǎn)向車輪的取向情況來收集數(shù)據(jù)；根據(jù)收集到的數(shù)據(jù)來計算馬達(dá)旋轉(zhuǎn)動力輸出的期望速度；將馬達(dá)旋轉(zhuǎn)動力輸出的實際速度與推算出來的期望轉(zhuǎn)速作比較；使超過期望旋轉(zhuǎn)動力輸出的液壓馬達(dá)的流體排量降低。
全文摘要
一種液壓推進(jìn)的車輛具有一車輛本體,該車輛本體具有一對前輪和一對后輪。一單個流體排量泵(10)可操作地連接于每個車輪(18)。一流體排量馬達(dá)(12)連接于每個車輪。泵(10)流體連接于每個馬達(dá)(12)。一流體排量計算機(jī)控制器(14)借助電脈沖可根據(jù)來自流體排量致動器(24)和轉(zhuǎn)向角度傳感器(20)的信息來計算每個馬達(dá)(12)的期望速度。控制器(14)上的一個電路可將馬達(dá)(12)的實際速度與其推算速度作比較,從而可以減少任何一個超過推算速度的馬達(dá)(12)的流體排量。
文檔編號B62D6/00GK1236717SQ9910537
公開日1999年12月1日 申請日期1999年4月27日 優(yōu)先權(quán)日1998年4月27日
發(fā)明者J·R·里德 申請人:沙厄股份有限公司