对牵引车辆中的车轮滑移作出反应的系统和方法与流程

本发明涉及对牵引车辆中的车轮滑移或滑动的调节。

背景技术：

当诸如自动平地机的牵引车辆在较差的牵引条件下时，太多的车轮滑动或滑移可能导致车辆的功能较差并且还可能使车轮下方的支撑表面的质量退化。之前已经通过将转矩限制到电动驱动马达，通过向滑移车轮施加单独的车轮制动，并且通过应用静液力转矩驱动系统和无级变速液压驱动转矩限制系统，处理较差的牵引条件。对车轮滑移的其它反应通常地在操作员掌握中。

技术实现要素：

提供一种用于减少车轮滑移的自动牵引控制的方法，将改善车辆后面的支撑表面的质量，改善车辆生产率，辅助新的车辆操作员，并且减少有经验的车辆操作员的工作量。

在一个方面中，本发明提供一种用于车辆的车辆牵引控制系统，所述车辆具有原动机、用于在支撑表面上提供牵引力并且能够滑移的至少一个车轮、以及具有可操作地连接到原动机的输入侧和可操作地连接到所述至少一个车轮的输出侧的传动装置。牵引控制系统包括控制器，控制器能够操作以通过自动地激活用于减少车轮滑移的多个反应而对车轮滑移作出反应，其中所述多个反应被分层次地设置，使得控制器以预定顺序有序地激活每个反应。

在又一方面中，本发明提供一种用于车辆的车辆牵引控制系统，所述车辆具有原动机、用于在支撑表面上提供牵引力的至少一个车轮、以及具有可操作地连接到原动机的输入侧和可操作地连接到所述至少一个车轮的输出侧的传动装置。牵引控制系统包括控制器，所述控制器能够操作以通过激活用于减少车轮滑移的多个反应而对车轮滑移作出反应，所述控制器能够操作以接收来自用户的输入以选择所述多个反应中的一个或多个，并且所述控制器能够操作以响应于车轮滑移的反应阈值水平而自动地激活所选择的多个反应中的至少一个。

在另一个方面中，本发明提供一种自动地调节牵引车辆中的车轮滑移的方法，所述牵引车辆具有原动机、用于在支撑表面上提供牵引力的至少一个车轮、以及具有可操作地连接到原动机的输入侧和可操作地连接到所述至少一个车轮的输出侧的传动装置。该方法包括通过以预定顺序激活多个反应以减少车轮滑移，而自动地对车轮滑移作出反应。

在再一方面中，本发明提供一种自动地调节牵引车辆中的车轮滑移的方法，所述牵引车辆具有原动机、用于在支撑表面上提供牵引力的至少一个车轮、以及具有可操作地连接到原动机的输入侧和可操作地连接到所述至少一个车轮的输出侧的传动装置。该方法包括将来自用户的输入接收到控制器中，选择多个反应中的一个或多个以用于减少车轮滑移，并且响应于车轮滑移的反应阈值水平，自动地激活所选择的多个反应中的至少一个。

通过考虑详细描述和附图，本发明的其它方面将变得显而易见。

附图说明

图1A是根据本发明的具有牵引控制系统的牵引车辆。

图1B是用于图1A的牵引车辆的牵引控制系统的示意图。

图2是车轮滑移随着时间的过去而变化的曲线图，图示了车轮滑移反应状态。

具体实施方式

在本发明的任何实施例被具体地描述之前，应该理解本发明在其应用方面不被限制到在下文阐述的或在附图中图示的部件的构造和布置的细节。本发明能够具有其它实施例并且以各种方式被实践或执行。

在图1B中被示意性地图示的、具有控制器14的牵引控制系统10在本文中被描述为用于牵引车辆18。例如，牵引车辆18可以包括如图1A所示的自动平地机。然而，本文中描述的牵引控制系统10在其应用方面不被限制到自动平地机，并且可以应用于其它的牵引车辆。例如，牵引控制系统10可以用在诸如但是不受限于，泥土移动设备、除雪设备、砂子移动设备、林业收割设备、农业设备、货物移动设备、采矿设备、公路设备、汽车等车辆上。牵引控制系统10还可以用在其它车辆上，优选地但不限于配置有包括摩擦离合器或能够滑移的离合器的传动装置的那些车辆。

举例来说，图1图示了牵引车辆18，例如，自动平地机，牵引车辆具有由动力传动系统30驱动的多个轴46、50、54和多个车轮26，动力传动系统30由原动机34驱动。牵引车辆18可以具有任意数量的轴和驱动车轮。例如，车辆18可以具有第一轴46、第二轴50、第三轴54和与之对应的六个驱动车轮26，如图所示。动力传动系统30可以提供动力以驱动一些或所有车轮26，例如，仅驱动后车轮，驱动前车轮和后车轮二者，等。动力传动系统30可以包括驱动选择机构90，以选择性地驱动车轮，使得用户可以选择哪个车轮被驱动。例如，后车轮可以通常在正常操作状态中被驱动，并且前车轮可以被选择性地接合以根据需要接收来自后车轮的传动装置输出转矩的一部分。在其它的构造中，其它车轮可以以任何组合的方式被正常地被驱动和被选择性地驱动。车辆18可以包括车轮26，车轮26具有轮胎、连续履带或接合支撑表面58(例如，地面)的其它牵引装置。驱动轮26与支撑表面58直接地相互作用，并且负责车辆18的运动和牵引力。

图示的牵引车辆18包括定位在第二轴50和第三轴54之间的机具62，如刮铲或平铲。机具62是地面接合工具。例如，在平地操作过程中，刮铲刮擦支撑表面58以使支撑表面58变平。机具62可以包括其它机具，诸如碎土器、松土机、前部附接件、犁、扫除机、铲等，并且车辆18可以包括一个或多个所述机具。机具62可以定位在最前方轴(例如，第三轴54)的前部，在最后方轴(例如，第一轴46)的后部或在其它轴中间。然而在其它构造中，牵引车辆18可以在这些或其它位置处以任何组合的方式包括两个或多个机具62。机具62被构造成用于相对于支撑表面58大致上下移动，例如，在大致垂直于支撑表面58的方向Y上移动，以朝向和远离支撑表面58。本文中，该移动通常被称为升高(远离支撑表面58)和降低(朝向支撑表面58)。机具62还可以包括沿着(例如，垂直于支撑表面58的)竖直轴线YY的枢轴，以使机具62的面66从前部转向侧面。例如，机具62可以被控制器14电动液压地控制或可以被其它适当机构控制。

原动机34可以包括任何用于提供驱动系转动动力的动力源，驱动系转动动力包括至动力传动系统30的输入动力。例如，原动机34可以包括，但是不受限于，内燃机、活塞式发动机、旋转式发动机、液压马达、静液力系统、电动马达等。在整个文件中使用的术语“发动机”(例如，如在“发动机转速”中)通常指原动机34，并且不受限于发动机或任何特定类型的原动机。

动力传动系统30包括传动装置70，诸如单速或多速传动装置，或利用直接联轴器装置的无级传动装置、转矩变换驱动器、静液压驱动器、电动马达驱动器、或在本领域的技术人员现在或未来已知的任何其它传动装置。为了本文中使用的示例，使用直接驱动多速传动装置。然而，应用不受限于直接驱动变速系统。牵引控制系统10优选地应用于包括摩擦元件的任何动力传递系统，或能够滑动或滑移的任何其它传动系统，并且还可以应用于具有其它动力传递系统的车辆。

传动装置70包括通过多个齿轮和离合器22或能够传输转矩的其它类似的摩擦元件连接的输入侧74和输出侧78。输入侧74接收输入动力，并且在输出侧78将输入动力转换成输出动力。例如，来自输出侧78的输出动力驱动所述驱动车轮26，并且可以直接地齿轮传动到驱动车轮26。一般而言，摩擦传动装置，包括一个或多个摩擦离合器，将输入侧74摩擦地连接到输出侧78，以将运动(例如，转动)和/或动力从输入侧74传递至输出侧78。例如，可以期望使输出侧78达到与输入侧74相同的速度。当输入侧74和输出侧78处于相同速度时，没有滑动或滑移或离合器滑移。压力或离合器压力应用于摩擦连接，并且可以被控制器14控制，以选择性地增加和减少输入侧74和输出侧78之间的摩擦力(摩擦力与离合器压力成比例)，从而控制传动装置转矩。控制离合器压力和发动机转速可以影响离合器滑移或滑动的量。例如，在加压弹簧释放式离合器中，可以通过电动液压阀调节离合器压力。控制器14控制到该阀的电流，以便以与电流成比例的方式调节离合器压力。应该理解，可以以其它适当的方式控制离合器压力，特别是以下方式，其中其它类型的传动装置被使用，应该显而易见的是其它对应的离合器压力调节机构可以被使用。

为了更好的效率，可能期望在正常操作状态下在输入侧74和输出侧78之间具有尽可能小的离合器滑移或滑动。

再次参照图1A和1B，牵引车辆18可以具有用于系统操作的用户接口38，用户接口38可以定位在牵引车辆18的驾驶室42中，定位在车辆上的另一位置处，或定位在远离车辆的其它位置处(例如，用户接口可以是具有至控制器的无线通信的个人便携式装置)。控制器14接收来自用户接口38的输入、来自用户受控式节流阀82的用于控制发动机转速的输入、和来自多个传感器86的输入。控制器14还具有用于控制离合器压力、发动机转速、刮铲升高和降低以及动力传输驱动选择机构90(例如，用于将来自传动装置70的动力选择性地引导至后车轮、前车轮、所有的车轮等的能够选择的车轮驱动接合)的输出。因而，控制器14可操作地连接到传动装置70、原动机34、机具62和驱动选择机构90。

传感器86可以包括适合于每个应用的任何传感器，包括但是不受限于，诸如车轮速度传感器和/或地速传感器之类的速度传感器、包括输入侧速度传感器和输出侧速度传感器的离合器滑移传感器、以及离合器温度传感器(或传动装置温度传感器)。

地速传感器可以包括雷达机构、全球定位系统(GPS)或其它适当的线性速度测量传感器。地速传感器测量牵引车辆18相对于支撑表面58的速度，并且向控制器14发送地速信号。车轮速度传感器测量由传动装置70驱动的至少一个车轮的速度，并且向控制器14发送车轮速度信号。车轮速度可以包括转动速度或线性速度(例如，车轮可以在没有车轮滑移的情况下基于其转动速度而移动的线性速度)。输入侧速度传感器和输出侧速度传感器可以包括转动速度传感器或其它适当的传感器。控制器14包括处理器以用于进行下文进一步详述的计算、比较和执行逻辑。

通过比较车轮速度和地速，控制器14计算车轮滑移。作为一个示例，控制器14可以通过从车轮速度中减去地速而计算速度差(例如，可以首先将车轮速度从转动车轮速度被转换成如上所述的线性车轮速度)。可以按照百分比，例如，按照速度差相对于车轮速度的百分比，度量车轮滑移或滑动。当车轮未滑移时，车轮滑移或滑动是0％，并且当车轮完全地滑移而没有任何牵引力时，车轮滑移或滑动是100％。在其它构造中，车轮滑移或滑动可以以其它方法被量化并且以其它单位表示，诸如但是不受限于，由地速和车轮速度之间的绝对速度差量化或表示。

作为另一示例，通过将来自输入侧速度传感器的输入侧74速度(例如，发动机转速)与传动装置70的来自输出侧速度传感器的输出侧78速度进行比较，控制器14确定离合器滑移。通过从输入侧速度中减去输出侧速度，控制器14可以计算离合器偏差或增量(delta)(转动滑移)。可以按照百分比，例如，按照离合器偏差或增量相对于输入速度的百分比，或通过离合器偏差或增量(转动速度差)，度量离合器滑移。在其它构造中，可以以其它方法量化并且以其它单位表示离合器滑移。

如下进一步地详述，在车轮滑移出现的较差的牵引条件中，或车轮滑移高于或大于阈值时，可能期望例如通过自动地控制一个或多个反应中的任何一个来控制离合器滑移以恢复车轮牵引力，所述一个或多个反应例如是1)通过车轮驱动选择机构90进行的转矩重新分配(例如，与前车轮共用后车轮转矩的一部分或大致根据需要向任何车轮分配传动装置转矩)，2)机具升高和降低，3)传动装置转矩调整(例如，控制离合器压力)，和4)发动机转速调整。包括牵引控制系统10的本发明描述了一种方法，所述方法允许操作员输入预设反应层级并且然后基于用户选择的反应层级自动地管理车轮牵引力。

通过向车轮26的任何组合重新分配传动装置输出转矩，转矩重新分配反应减少了车轮滑移。例如，在车轮滑移低于或小于反应阈值时的正常操作状态过程中，后车轮可以被正常地驱动，并且当被测量的车轮滑移达到反应阈值时，前车轮可以被选择性地(和另外地)驱动。转矩的这种重新分配使得前车轮与后车轮共用转矩以辅助正在滑移的后车轮。然而，车轮26的任何组合可以被正常地驱动和被选择性地驱动以减少车轮滑移。

在转矩重新分配反应过程中，控制器14监控选择性驱动的车轮(例如，前车轮)的一个或多个的转矩。可以由控制器根据一个或多个传感器86的输入计算转矩。当达到反应阈值时，转矩重新分配反应被控制器14自动地输入。转矩重新分配反应保持激活，直到1)被测量的车轮滑移下降到低于或小于离开阈值，和2)被选择性驱动的车轮的转矩在预定时间量内下降到低于或小于阈值转矩。被驱动的车轮的转矩在一段时间内的下降表示被选择性驱动的车轮不再承载很大的转矩，即，被选择性驱动车轮不再以期望的量辅助被驱动的车轮。当转矩分配反应失效时，转矩分配返回正常值，例如，以仅驱动后车轮。使转矩分配模式失效对改善燃料效率来说可能是期望的。

机具升高/降低反应通过调整车辆载荷来减少车轮滑移。例如，当被测量的车轮滑移达到反应阈值时，机具62可以被提升以减少与地面58的接合，从而降低车辆上的载荷以减少车轮滑移。在机具升高/降低反应过程中，控制器14监控被测量的车轮滑移。机具62可以以与车轮滑移成比例的速度被提升，例如，当车轮滑移增加时，机具62被提升得更快。名称为“SYSTEM AND METHOD OF REACTING TO WHEEL SLIP IN A TRACTION VEHICLE”并且与本专利申请在相同日期提交的美国专利申请NO.14/845,190(代理案号208065-9010-US00)中详细描述了机具升高/降低反应，所述申请的全部内容通过引用被纳入本文中。

当达到反应阈值时，机具升高/降低反应被控制器14自动地输入。机具升高/降低反应保持激活，直到车轮滑移下降到低于或小于离开阈值(exit threshold)或操作员手动地控制机具移动。因而，操作员通过进行手动刮铲运动，例如通过向控制器14发送手动刮铲运动信号，可以在任何时候超驰自动刮铲运动。当机具升高/降低反应被失效时，机具返回到操作员的最后的手动刮铲运动信号对应的高度。

传动装置转矩反应通过快速地和按比例地减小传动装置70的输出转矩以减少车轮滑移。当达到反应阈值并且提供使传动装置转矩自动地交替的方法作为转矩调节的形式来减少车轮滑移时，传动装置转矩反应被控制器14自动地输入。系统10以如下方式运行，即检测车轮滑移，然后调节传动装置70中的摩擦元件的离合器压力，以限制能够通过传动装置70传递的转矩，从而限制和调节车轮转矩，因而减少车轮空转或滑移。更具体地，通过将离合器压力从正常离合器压力下降到较低的离合器压力，并且然后根据所测量的离合器滑移水平使离合器压力在更高的幅值和更低的幅值之间重复地交替，系统10自动地对车轮滑移作出反应。当车轮滑移下降到低于或小于离开阈值时，控制器使传动装置转矩反应失效，并且随着时间的过去将离合器压力线性地升高返回到正常离合器压力。因而，传动装置转矩返回到操作员要求的传动装置转矩。名称为“SYSTEM AND METHOD OF REGULATING WHEEL SLIP IN A TRACTION VEHICLE”并且与本专利申请在相同日期提交的美国专利申请NO.14/845,182(代理案号208065-9008-US00)中充分地具体地描述了传动装置转矩反应，所述申请的全部内容通过引用被纳入本文中。

发动机转速反应通过减少发动机转速而减少离合器滑移，导致较低的离合器温度。通过控制发动机转速，发动机转速反应还减少车轮滑移。例如，与操作员输入的发动机转速信号(例如，调节阀输入)成比例地降低发动机转速，或与低速成比例地降低发动机转速。当车轮滑移达到反应阈值时，发动机转速反应被激活，并且当车轮滑移下降到低于或小于离开阈值时，发动机转速反应被失效。当发动机转速反应被失效时，发动机转速升高返回到操作员要求的发动机转速。名称为“SYSTEM AND METHOD OF REGULATING WHEEL SLIP IN A TRACTION VEHICLE”并且与本专利申请在相同日期提交的美国专利申请NO.14/845,182(代理案号208065-9008-US00)中详细描述了发动机转速反应，所述申请的全部内容通过引用被纳入本文中。

传动装置转矩调整反应和发动机转速调整反应可以被限定为单个反应、传动装置转矩/发动机转速反应。在传动装置转矩/发动机转速反应中，传动装置转矩调整在车轮滑移阈值处出现，并且发动机转速调整在离合器滑移阈值处开始。名称为“SYSTEM AND METHOD OF REGULATING WHEEL SLIP IN A TRACTION VEHICLE”并且与本专利申请在相同日期提交的美国专利申请NO.14/845,182(代理案号208065-9008-US00)中充分地具体地描述了传动装置转矩/发动机转速反应，所述申请的全部内容通过引用被纳入本文中。

在操作中，操作员选择来自一组反应中的一个或多个反应，例如但是不受限于以上列出的那些反应。通过用户接口38或其它的适当机构，用户可以向控制器14输入选择。该组反应还可以包括用于影响车轮滑移的其它方法，并且可以包括比本文中讨论的反应更少或更多的反应。在一些构造中，反应被预编程到控制器14中，控制器14被分配预定顺序(本文中，预定顺序也被称为层次或层级或优先级)。当相应的车轮滑移阈值相交时，控制器14以该预定顺序激活反应，如以下示例更详细地所述。在其它构造中，例如，通过将所述选择和所述顺序输入用户接口38中并且因此输入控制器14中，操作员选择一个或多个反应并且将一个或多个反应以预定顺序放置。在任何情况下，所述顺序是当检测车轮滑移到时控制器14响应于车轮滑移而自动地激活反应的顺序。随着车轮滑移增加，反应被顺次地而非突然地激活，以最大化车辆生产率。将多个反应分层次地设置到车轮滑移使得操作员应对车轮滑移条件的反应的量最少，并且防止可能导致车辆动量的损耗的突然过度反应。

控制器14连续监控由传动装置70驱动的车轮26中的一个或多个的车轮滑移(例如，百分比或其它单位，如上所述)。每个反应在所测量的车轮滑移达到相应的车轮滑移阈值(本文中也被称为反应阈值)时由控制器激活。通过将相应的反应阈值从最低到最高排序，即，从最低的车轮滑移触发到最高的车轮滑移触发，从第一个到最后一个分层次地设置所述反应。这样，仅一个反应在最低阈值处被触发，并且紧接的反应在逐渐更高的阈值处根据需要被触发。例如，第一反应具有反应阈值R1，第二反应具有第二反应阈值R2，第三反应具有第三反应阈值R3，并且第四反应具有第四反应阈值R4。(如上所述，可以具有更多或更少的反应。)图2中示出了R1-R3的示例，并且下文更详细地描述了所述示例。当反应被分层次地设置成以第一反应、第二反应、第三反应然后和第四反应的顺序启动时，则R1是最低阈值，R2大于R1且小于R3，R3大于R2且小于R4，并且R4是最高阈值。

反应阈值可以被预编程到控制器14中，并且可以由用户通过用户接口38进行选择。在一些构造中，反应阈值被预编程到控制器14中，并且适合特定应用，例如，适合特定类型的车辆18和机具62，和/或适于对燃料效率、机具生产率等区分优先次序。例如，可以期望将最低的反应阈值分配到转矩重新分配反应，将下一个较高的反应阈值分配到机具升高/降低反应，将下一个较高的反应阈值分配到传动装置转矩调整反应，并且将下一个较高的反应阈值分配到发动机转速调整反应(如图2中的示例所示)。在一些应用中，可以期望将最高的反应阀值分配到机具升高/降低反应，或完全地消除机具升高/降低反应(例如，通过用户不选择机具升高/降低反应)。延迟或消除机具升高/降低反应允许机具尽可能长时间维持功能和生产率(例如，与地面58接合)。反应的任伺期望的顺序是可行的。

每个反应都还具有离开阈值，离开阈值是车轮滑移阈值，低于或小于该车轮滑移阈值时，控制器退出该反应或使该反应失效，并且放弃正常控制/操作。当车轮滑移下降到相应的离开阈值时，每个反应都通过控制器被失效。例如，第一反应具有离开阈值E1，第二反应具有离开阈值E2，第三反应具有离开阈值E3，并且第四反应具有离开阈值E4。图2中示出了E1-E3的一个示例，并且下文更详细地描述了所述示例。在该示例中，E2高于E1，E1高于E3。反应不一定以与它们激活的顺序相同的顺序失效。可以基于特定应用选择离开阈值，例如，针对车辆18和机具62的特定类型选择离开阈值，和/或离开阈值被选择以区分燃料效率、机具生产率等的优先级。离开阈值的任何期望的要顺序是可行的。

离开阈值可以被预编程到控制器14中，并且可以由用户通过用户接口38进行选择。例如，可以期望将最高的离开阈值分配到机具升高/降低反应，将下一个较低的离开阈值分配到转矩重新分配反应，将下一个较低的离开反应阈值分配到发动机转速调整反应，并且将最低的离开阈值分配到传动装置转矩调整反应。离开阈值可以与其相应的反应阈值相同或不同(例如，高于或低于其相应的反应阈值)。例如，一些或所有离开阈值可以低于其相应的反应阈值以产生滞后作用。在一些应用中，可以期望将最高的离开阈值分配到机具升高/降低反应以尽快放弃正常机具控制。

图2图示了在车轮滑移随着时间变化的曲线图上分层次地设置的反应的一个示例，并且不被认为是限制性的。上部水平线表示传动装置转矩/发动机转速反应的激活，中部水平线表示机具升高/降低反应的激活，并且下部水平线表示转矩分配反应的激活(例如，前轮驱动启动)。在该示例中，控制器14在所测量的车轮滑移达到R1时激活转矩重新分配反应，在所测量的车轮滑移达到R2时(R2高于R1)激活机具升高/降低反应，在被测量的车轮滑移达到R3(R3高于R1和R2)时激活传动装置转矩/发动机转速调整反应。每个反应在紧接的反应被激活时通常被保持激活。例如，在时间＝25秒处，所有的三个反应是激活的。

当所测量的车轮滑移下降到E2时，控制器14首先使机具升高/降低反应失效。离开机具升高/降低反应的离开阈值E2低于进入机具升高/降低反应的反应阈值R2，产生滞后作用或效果。控制器14将机具62降低返回至操作员最近或最后所命令的高度。

当所测量的车轮滑移下降到E3时，控制器14使传动装置转矩/发动机转速反应失效，E3低于E2。离开传动装置转矩/发动机转速反应的离开阈值E3低于进入机具升高/降低反应的反应阈值R3，产生滞后作用或效果。

当两个条件被满足时，即，1)当所测量的车轮滑移下降到E1时和2)当前车轮(或其它的被选择性驱动的车轮)在预定的时间量内承载小于阈值转矩的转矩时，如上所述，控制器14使转矩重新分配反应失效。因而，转矩分配反应相对于其他反应失效的顺序可以改变。离开转矩分配反应的离开阈值E1低于进入转矩分配反应的反应阈值R1，产生滞后作用或效果。然而，根据被选择性驱动的车轮的转矩，转矩分配反应可以是最后失效的反应。

因而，本发明提供用于对针对车轮滑移的反应进行选择和区分优先次序并且自动地执行操作员对车轮滑移的所述反应的牵引控制系统和方法。操作员可以选择(或不选择)用于减少车轮滑移的多个反应，如1)转矩重新分配，2)机具升高和降低，3)传动装置转矩调整，和4)发动机转速调整。所被选择的反应被区分优先级或优先次序以确定反应被启动或激活的顺序，和用于触发所选择的反应的启动或激活的车轮滑移阈值量。被区分优先级或优先次序的反应被控制器自动地启动，缓解操作员对于车轮滑移的反应的复杂负担并且允许多个反应被同时地执行。在以下权利要求中阐述本发明的多个特征和优点。