专利名称：用于操作运土机的牵引力控制方法
技术领域：
本发明涉及土壤工作设备，例如被拖拉机拉动的农业工具，更特别地涉及用于控制操作将农业工具连接至拖拉机的连接装置的液压系统的方法。
背景技术：
多种农业工具可以用来由拖拉机拉动,用于对将要种植庄稼或已经种植有庄稼的农田里的土壤进行劳作，。该工具连接至标准三点连接装置，该连接装置具有连接至拖拉机后部的左、右牵引联杆，并且可操作该连接装置，以使工具上升和下降。连接装置被典型地设置有位置控制和牵引力或载荷控制中的一种或两种的系统液压地驱动。位置控制不管土壤情况的差别而将工具保持在恒定的的操作深度。当只使用位置控制时，将操作者输入装置设定为建立三点连接装置相对于由拖拉机所建立的几何平面的所期望的垂直位置。操作者输入装置向液压系统发送命令信号，以使连接装置上升或下降。 位置反馈系统传感实际的连接装置位置，并且当到达所期望的位置时停止上升和下降。该位置由控制系统保持，直到被操作者手动改变。与保持工具的固定位置有关的一个问题在于硬土或障碍物可能施加如此大的力以至于拖拉机发动机停转。在耕作过程中牵引力控制使连接装置上升和下降，这样，虽然土壤中不规则，工具在连接装置上施加的牵引力也保持不变。因此，牵引力控制使得操作工具即使在存在例如石头的障碍物时也能够在不使拖拉机发动机停转的情况下有效地操作。仅使用牵引力控制的拖拉机具有与提升或下降工具连接装置的液压系统连接的力传感器。当牵引力增大时该机构使连接装置上升，当牵引力减小时使连接装置下降。操作者输入装置建立一个或多个参数，例如在工具上升或下降之前必须发生的力阈值。在某些情况下，这些控制技术中的每一个单独地是不完全令人满意的。因此，某些之前的控制系统使用位置和牵引力控制。在这种情况下，连接装置的位置响应于所传感到的牵引力的变化而上升和下降，但是该位置被保持在由操作者所限定的上、下阈值位置所设置的范围内。阈值范围基于操作者提供的牵引力设定而扩大和缩小。当牵引力增大时， 连接装置开始上升，直到达到上阈值位置，或直到牵引力减小。当力减小时，连接装置下降， 直到达到下阈值位置，或直到牵引力增大。操作者牵引力设置受多个因素影响，包括工具的类型，所命令的深度、土壤成分和土壤含水量。在操作者设置与特定的位置和牵引力之间通常没有关联。这些因素使得操作者牵引力设置成为一个尝试性的和有错误的问题。另一个关注点涉及由作用在工具上的横向力所导致的不利的控制效果。某些工具动作，以使土壤朝向车辆的一侧翻转，从而产生具有朝离开车辆行进方向而呈明显角度定向的合力向量载荷。对于具有左、右牵引联杆(drag link)的连接装置发现，这种类型的载荷在一个牵引联杆上为正的载荷力，而在相对的牵引联杆上为负的载荷力。如果这些载荷力被传感并且仅仅被取平均，那么控制系统就不能识别出载荷中的改变，并且不能响应于牵引力载荷的改变，或者以大大降低的对这些载荷情况的灵敏度水平操作。
结果，需要能提供增强的位置和牵引力控制的组合的液压控制系统。
发明内容
车辆具有用于牵弓I能通过连接装置的移动而上升和下降的工具的连接装置。通过操作阀门以控制流体朝向或来自机械地连接至连接装置的液压致动器的流动来移动该连接装置。一种用于控制连接装置的方法包括限定表示期望施加在连接装置上的总牵引力的牵引力设定值。在车辆的操作过程中，传感作用在连接装置一侧的第一牵引力，并且传感作用在连接装置的另一侧的第二牵引力。作为第一牵引力和第二牵引力中的较大者以及第一和第二牵引力之间的差的函数而得出牵引力载荷。然后，牵引力载荷和牵引力设定值被用于产生牵引力误差。例如，牵引力误差基于牵引力载荷和牵引力设定值之间的差。响应于牵引力误差而操作阀门，以选择性地上升和下降连接装置，由此上升和下降连接至连接装置的工具。该方法的另一个方面包括响应于车辆在拉动工具通过特定的土壤状况时所遇到的实际的操作情况来限定牵引力设定值。这时，第一牵引力的第一多个样本和第二牵引力的第二多个样本被传感。例如，可以在连接装置的相对的两侧上传感第一和第二牵引力。然后，计算第一多个样本的第一平均值和第二多个样本的第二平均值。作为第一平均值和第二平均值中的较大者和这些平均值之间的差的函数而得出牵引力设定值。在该方法的一个特别的实施例中，得出牵引力设定值包括将第一和第二平均值中的较大者加到一个基于第一平均值和第二平均值之间的差的绝对值的项。在车辆的随后的操作过程中,类似地通过将第一牵引力和第二牵引力中的较大者加到一个基于第一和第二牵引力之间的差的绝对值的项而得出牵引力载荷。该方法的另一个方面在连接装置达到其可能的运动极限时降低牵引力和作为结果的误差值。例如，存在连接装置不能被物理地上升越过的上位置。控制系统还限定有上阈值位置，当操作特定的农田时不期望连接装置在该上阈值位置上方移动。作用在连接装置上的牵引力会导致控制系统将连接装置上升到上阈值位置上方，而在这种情况下，牵引力载荷按比例地减小。特别地，牵引力载荷基于连接装置的实际位置和上限位置之间的第一关系并响应于阈值位置和上限位置之间的第二关系而减小、降低。例如，计算实际的连接装置位置和上限位置之间的第一差值和上阈值位置和上限位置之间的第二差值。牵引力载荷与第一差值和第二差值之比相乘，乘积变成被用于确定牵引力误差的新的牵引力载荷值。
图I示出拉着农业工具的拖拉机；图2示出拖拉机上用于连接工具的典型的三点连接装置；图3是用于操作三点连接装置的液压系统的图；图4是描述将牵引力控制系统构造为用于特定的工具和特定的土壤情况的工艺流程图；和图5是描述当农业工具在农田中操作土壤时所使用的牵引力控制工艺的流程图。
具体实施例方式首先参照图I和2，诸如多犁片农业耕犁之类的工具10通过三点连接装置12连接至拖拉机14的后部。连接装置12包括左、右牵引联杆16和18，它们的近端通过销15被枢轴连接至拖拉机框架17。通过提升联杆24和25而被连接至牵引联杆16和18的一对提升臂20和22控制牵引联杆的提升。在这种情况下为单作用提升液压汽缸的两个液压致动器 27和28被连接在提升臂20和22以及拖拉机框架17之间，以使提升臂相对于框架上下枢转。牵引联杆16和18的远端分别连接至连接器26的垂直延伸的支腿29和30，该连接器具有连接在支腿的上端之间的横杆32。联杆式液压汽缸34 —端连接至横杆32，另一端则通过销35连接至拖拉机框架17。一对下提升钩36和38从支腿29和30的底端向后突出，上提升钩40被定位在横杆32的中间。提升臂20和22使连接器26沿连接运动的理论轴线“A”双向移动，在这种情况下该理论轴线是垂直的。下、上提升钩36、38和40与工具10的连接结构上的配合部件相配合。具体地，下部提升钩36和38与相对于工具的框架侧向延伸的下连接销相接合。工具还具有当工具10 被连接至拖拉机14时被接纳在上提升钩40中的侧向延伸的上连接销。成为一组的三个提升钩36、38和40形成连接装置12的三个点。参照图3，用于操作三点连接装置12的控制系统50包括液压部分52和电子部分 68。液压部分52包括保持有液压流体的罐54和泵56，当泵56由拖拉机14的发动机驱动时，该泵通过供给管路58发送来自罐的加压液压流体。供给管路58被连接至电子液压三位、三通阀60，罐回流管路62将阀门连接至罐54。阀60具有被连接至两个提升液压致动器27和28的头部腔室。阀门60由螺线管64操作，该螺线管64则由来自控制系统50的电子部分68中的控制器66的电流所激励。控制器66是基于微型计算机的装置，它包括用于存储连接装置控制程序所用的的软件和数据的存储器。控制器还包括产生用于驱动螺线管64的可变电流电平的驱动电路，以按比例地操作电子液压阀60。此外，控制器66具有用于接收来自拖拉机14上的几个传感器和操作者输入装置的信号的模拟和数字输入端口。控制器66从位置传感器70接收表示三点连接装置12的连接器26的垂直位置的信号。可以使用几种类型的传感机构中的任一种。例如，位置传感器70可以是连接至提升液压致动器27或28中的一个的线性装置，以当活塞杆从汽缸体延伸和收缩时产生信号。或者，可将旋转类型的位置传感器连接至提升臂20或22中的一个，以提供表示该臂相对于拖拉机框架17的旋转位置的信号。采用这两种传感技术，来自位置传感器70的信号表示在几何上与连接装置的连接器26相对于拖拉机框架17的垂直位置有关的位置。控制器66 还从左、右牵引力传感器71和72接收信号。这些传感器可以是传统的U形销类型的传感器，该传感器被结合将左、右牵引联杆16和18连接至拖拉机框架17的销15中。该控制系统50在关于左、右传感器的内容中描述，这些传感器具有能测量施加在三点连接装置12的两侧上的不同的力的优点。或者，单个U型销传感器可用于将联杆液压汽缸34连接于拖拉机框架17的销35中。可以利用其它类型的传感器来产生表示作用在三点连接装置12上的牵引力的大小的电信号。人工界面74还产生被应用至控制器66的输入的信号。人工界面74使得拖拉机14的操作者能够设置控制器的构造设置并向控制器发送命令，由此限定液压部分52的操作。特别地，如将要描述的，输入开关75和显示屏77被用于限定所期望的工具深度位置以及当牵引力改变时工具可以在其中自由地移动的位置范围。人工界面74上的混合输入装置76调节牵引力灵敏度和控制系统增益值，如将要进行描述的。例如，混合输入装置76是在两个表示零灵敏度和最大灵敏度的极限位置之间旋转的旋钮，并产生表示旋钮的位置的数字或模拟信号。当期望在农田中使用工具时，操作者将控制系统50置于在图4中所描述的设定程序80通过控制器66执行的模式中。在该设定模式中，拖拉机操作者在步骤82操作人工界面74，以限定工具在土壤中所期望的深度位置，并由此限定所期望的连接装置12位置。在步骤84，操作者还采用人工界面74来设置上阈值位置和下阈值位置，由此限定当土壤情况改变时连接装置12可以在其中上下移动的位置范围。在步骤85，还将混合输入装置76置于用于牵引力控制工艺灵敏度的所需的设置。换句话说，混合设置表示控制系统对作用在连接装置上的牵引力的改变的反应有多快和到什么程度。该混合设置由指示数值(MIX)的电信号表示。将混合输入装置76的旋钮置于一个产生最小MIX值的极限位置，而另一个极限位置产生最大MIX值。旋钮的中间位置产生在最小和最大MIX值之间按比例的值。然后，在步骤86，操作者开始使拖拉机14向前移动，这使工具10掘入土壤，直到在步骤88到达所期望的深度位置，该深度位置由控制器66从位置传感器70所读取的信号确定。当到达所期望的深度位置时，控制器66在步骤90将设定计时器设置为预定的时间，例如两秒。在该段时间内，连接装置12的位置保持固定，而控制器在步骤92周期性地从左、右牵引力传感器71和72读取信号。在步骤94，新获得的样本与通过设定程序所获取的其它样本取平均，由此计算左、右牵引力的单独的平均值。然后，在步骤96确定是否设定计时器时间已过。如果否，那么设定程序80返回再次读取牵引力传感器，并获得另一对用于计算左、右牵引力平均值的数据样本。该过程确定特定的农田土壤情况在连接装置上产生多少载荷。最终，设定计时器在设定程序80前进到步骤98以生成牵引力设定值的点处期满。 应当理解的是，采用某些种类的工具、特别是耕犁，施加在连接装置12的相对两侧上牵引力之间可能存在较大的差别。随着工具10上的拉动载荷变得更大，该差别也增大。因此， 牵引力设定值通过考虑该侧向差别而产生。牵引力设定值按照公式(I)计算牵引力设定值=最大值(平均右牵引力,平均左牵引力)+增益X绝对值(平均右牵引力-平均左牵引力)(I) 其中，“最大值”项选择左、右牵弓I力平均值中的较大者,增益是表示对力的差值的灵敏度的预定因数，“绝对值”项选择左、右牵引力平均值之间的差的绝对值。当得出牵引力设定值时，设定程序80终止。基于当工具操作土壤时遇到的实际牵引力的对牵引力设定值的这一自动确定消除了操作者在拖拉机操作过程中对位置和混合设置进行手动调节的需要。这提供了在工具操作整个农田时一致的犁地操作。当操作者继续驱动拖拉机而工具操作土壤时，控制器66执行图5中的流程图所描述的连接装置控制程序100。该执行使得继续通过该程序，周期性地从传感器71和72读取牵引力以及从位置传感器70读取工具的位置。传感器数据被用于以其中将恒定的牵引力施加在工具10上的方式来操作控制阀60。在步骤102，控制器66从位置传感器70和力传感器71和72读取信号，并得出实际的连接装置位置和左、右牵引力的值。接下来，在步骤104，牵引力值被用在公式(2)中， 以计算在工具上施加的当前的、实际的总牵引力(被称为牵引力载荷)。牵引力载荷=最大值(右牵引力,左牵引力)+增益IX绝对值(右牵引力-左牵引力) (2)其中，增益I是对表示力的差值的灵敏度的预定因数。该牵引力载荷值被用于控制工具10的位置，除非牵引力大到对其的使用导致控制系统使工具上升到由设定程序80所设置的上阈值位置以外。在上阈值位置之下，如果牵引力载荷值大于牵引力设定值，那么工具上升以陷入土壤较少的量，以试图减小施加在连接装置12上的牵引力。但是，如果只采用该简单的控制技术，在非常密的土壤情况下或简单地因为连接装置几何形状，牵引力就可能使工具从土壤中抬出。为了防止这发生，当工具的实际位置到达上阈值位置时，连接装置控制程序100降低如上所计算的牵引力载荷值。 换句话说，当工具上升到在所期望的深度位置上方一个显著的距离时，关于从牵引力设定值而生成牵弓I力载荷的响应被减弱。在步骤106确定是否需要降低牵引力载荷值，在该步骤中，将由来自位置传感器 70的信号所表示的连接装置12的实际位置与由操作者设置的阈值位置进行比较。如果实际位置在该阈值位置下方，那么在前进到步骤110之前，在步骤107通过将被指代为“连接装置牵引力载荷”的变量设置为等于牵引力载荷值而不经改变地使用该牵引力载荷值。但是，如果实际的连接装置位置在阈值位置上方，那么对程序的执行分支到步骤108，在该步骤中，牵引力载荷值被降低。在控制过程中所使用的牵引力载荷值的降低或减小的量基于实际位置在上阈值位置上方多少来确定。牵引力载荷值如公式(3)所给出的与该量成比例地降低
权利要求
1.一种用于控制车辆上的连接装置的方法，其中，连接装置通过液压致动器上升和下降，所述方法包括限定表示期望施加在连接装置上的总牵引力的牵引力设定值；传感作用在连接装置的一侧的第一牵引力；传感作用在连接装置的另一侧的第二牵引力；作为第一牵引力和第二牵引力中的较大者以及第一和第二牵引力之间的差值的函数而得出牵引力载荷；响应于牵引力载荷和牵引力设定值而产生牵引力误差；和响应于牵引力误差而操作液压致动器，以使连接装置选择性地上升和下降。
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，限定牵引力设定值包括在操作车辆时 传感第一牵引力的第一多个样本；传感第二牵引力的第二多个样本；计算第一多个样本的第一平均值；计算第二多个样本的第二平均值；作为第一平均值和第二平均值中的较大者以及第一和第二平均值之间的差值的函数而得出牵引力设定值。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，得出牵引力设定值包括将第一平均值和第二平均值中的较大者加到基于第一和第二平均值之间的差值的绝对值的项上。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，使用下面的公式来得出牵引力设定值 牵引力设定值=最大值(第一平均值，第二平均值)+增益X绝对值(第一平均值-第二平均值)其中，“最大值”项选择第一和第二平均值中的较大者，“绝对值”项选择第一和第二平均值之间差值的绝对值，增益是限定对于差值的灵敏度的因数。
5.如权利要求I所述的方法，其特征在于，得出牵引力载荷包括将第一牵引力和第二牵引力中的较大者加到基于第一和第二牵引力之间的差值的绝对值的项上。
6.如权利要求I所述的方法，其特征在于，使用下面的公式来得出牵引力载荷牵引力载荷=最大值(第一牵引力，第二牵引力)+增益IX绝对值(第一牵引力-第二牵引力)其中，“最大值”项选择第一和第二牵引力中的较大者，“绝对值”项选择第一和第二牵引力之间的差值的绝对值，增益I是限定对差值的灵敏度的因数。
7.如权利要求I所述的方法，其特征在于，还包括限定连接装置的阈值位置；和响应于连接装置的实际位置超过阈值位置的量而降低牵引力。
8.如权利要求I所述的方法，其特征在于，存在连接装置的运动位置极限，且还包括 限定用于连接装置的阈值位置；响应于牵引力载荷、连接装置的实际位置和位置极限之间的第一关系、以及响应于阈值位置和位置极限之间的第二关系，来产生连接装置牵引力载荷值；和响应于连接装置牵弓I力载荷值而产生牵弓I力误差。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，产生连接装置牵引力载荷值包括得出连接装置的实际位置和位置极限之间的第一差值，以及得出阈值位置和位置极限之间的第二差值。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，使用下面的公式产生连接装置牵引力载荷值
11.一种用于控制车辆上的连接装置的方法，其中，连接装置可通过液压致动器而在第一位置极限和第二位置极限之间移动，所述方法包括限定表示期望施加在连接装置上的牵引力的量的牵引力设定值；限定第一和第二位置极限之间的阈值位置；传感作用在连接装置的一侧的第一牵引力；传感作用在连接装置的另一侧的第二牵引力；作为第一牵引力和第二牵引力的函数而得出牵引力载荷；当连接装置的实际位置小于阈值位置时，将连接装置牵引力载荷值设置为等于该牵引力载荷；当连接装置的实际位置大于阈值位置时，响应于牵引力载荷、连接装置的实际位置和第一位置极限之间的第一关系以及阈值位置和第一位置极限之间的第二关系而设置连接装置牵引力载荷值；和响应于连接装置牵引力载荷值和牵引力设定值而产生牵引力误差；和响应于牵引力误差而操作液压致动器，以使连接装置选择性地上升和下降。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，当连接装置的实际位置大于阈值位置时， 设置连接装置牵引力载荷值包括得出连接装置的实际位置和第一位置极限之间的第一差值，和得出阈值位置和第一位置极限之间的第二差值。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，当连接装置的实际位置大于阈值位置时， 使用下面的公式设置连接装置牵引力载荷值
14.如权利要求11所述的方法，其特征在于，限定牵引力设定值包括在操作车辆时 传感第一牵引力的第一多个样本；传感第二牵引力的第二多个样本；计算第一多个样本的第一平均值；计算第二多个样本的第二平均值；作为第一平均值和第二平均值中的较大者和第一和第二平均值之间的差值的函数来得出牵引力设定值。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，得出牵引力设定值包括将第一平均值和第二平均值中的较大者加到基于第一和第二平均值之间的差值的绝对值的项上。
16.如权利要求14所述的方法，其特征在于，使用下面的公式得出牵引力设定值 牵引力设定值=最大值(第一平均值，第二平均值)+增益X绝对值(第一平均值-第二平均值)其中，“最大值”项选择第一和第二平均值中的较大者，“绝对值”项选择第一和第二平均值之间的差值的绝对值，增益是限定对差值的灵敏度的因数。
17.如权利要求11所述的方法，其特征在于，作为第一牵引力和第二牵引力中的较大者和第一和第二牵引力之间的差值的函数而得出牵引力载荷。
18.如权利要求11所述的方法，其特征在于，得出牵引力载荷包括将第一牵引力和第二牵引力中的较大者加到基于第一和第二牵引力之间的差值的绝对值的项上。
19.如权利要求11所述的方法，其特征在于，使用下面的公式得出牵引力载荷牵引力载荷=最大值(第一牵引力，第二牵引力)+增益IX绝对值(第一牵引力-第二牵引力)其中，“最大值”项选择第一和第二牵引力中的较大者，“绝对值”项选择第一和第二牵引力之间的差值的绝对值，增益I是限定对差值的灵敏度的因数。
20.一种用于控制车辆上的连接装置的方法，其中，连接装置可以通过液压致动器而在第一位置极限和第二位置极限之间移动，所述方法包括限定表示期望施加在连接装置上的牵引力的量的牵引力设定值；限定第一和第二位置极限之间的阈值位置；传感作用在连接装置的一侧的第一牵引力；传感作用在连接装置的另一侧的第二牵引力；作为第一牵引力和第二牵引力的函数而得出牵引力载荷；当连接装置的实际位置小于阈值位置时，将连接装置牵引力载荷值设置为等于该牵引力载荷；当连接装置的实际位置大于阈值位置时，设置连接装置牵引力载荷值，作为牵引力载荷和连接装置的实际位置超过阈值位置的量的函数而得出该连接装置牵引力载荷值；和响应于连接装置牵引力载荷值和牵引力设定值而产生牵引力误差；和响应于牵引力误差而操作液压致动器，以使连接装置选择性地上升和下降。
全文摘要
一种用于操作运土机的牵引力控制方法。车辆上的连接装置通过液压致动器移动。一种用于控制液压致动器的方法响应于单独地对作用在连接装置的两侧的两个力取平均同时以设定模式操作而限定出牵引力设定值。在常规的操作过程中，从传感这两个力并从牵引力载荷和牵引力设定值之间的差值得出牵引力误差来计算牵引力载荷。牵引力误差被用于控制向着和来自液压致动器的流体流动。该控制方法的一个方面是，在连接装置移动超出预定的阈值位置时降低牵引力误差。
文档编号A01B63/112GK102598907SQ20121005847
公开日2012年7月25日 申请日期2012年1月12日 优先权日2011年1月13日
发明者D·J·斯凯杰克, E·N·格里斯巴克 申请人:胡斯可国际股份有限公司