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，太多的车轮滑移或滑动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的至少一个车轮、以及能够相对于支撑表面移动的地面接合机具。牵引控制系统还包括可操作以监测所述至少一个车轮的车轮滑移的控制器。控制器能够操作以使地面接合机具以与车轮滑移的量成比例的移动速度移动。

在另一方面中，本发明提供一种用于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、以及能够相对于支撑表面移动的地面接合机具。该方法还包括监测所述至少一个车轮的车轮滑移的量，和与车轮滑移的量成比例地控制地面接合机具的移动速度。

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是图示在已经发生滑移的情况下恢复牵引车辆的牵引力的方法的流程图。

图3是曲线图，图示了相对于时间绘制的牵引车辆的地面接合机具的高度和百分比形式的车轮滑移。

图4是曲线图，图示了相对于牵引车辆的地面接合机具的升高速度绘制的百分比形式的车轮滑移。

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构造细节和部件实现方式。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，土壤移动设备、施工设备、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还可以用在配置有增加牵引车辆18的载荷的地面接合机具的其它车辆上，如下更详细地所述。

举例来说，图1A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和多个驱动车轮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。在其它的实现方式中，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可以包括驱动车轮26，驱动车轮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。

动力传动系统30包括传动装置70，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可以应用于任何动力变速系统。来自传动装置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。

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。

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。刮铲62连接到牵引车辆18的机架64上的至少两个连接点。特别地，连接到刮铲62的刮铲臂68通过多个液压缸72(仅一个液压缸在图1A中示出)和邻近第三轴54定位的枢转连接点74也连接到机架64。刮铲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。换句话说，液压缸72能够操作以在方向Y上移动刮铲臂68，刮铲臂68又在方向Y上移动刮铲62。刮铲62还可以沿着(例如，垂直于支撑表面58的)竖直轴线YY枢转，以使刮铲62的面66从前部转向侧面。另外，刮铲62可以围绕本文中未具体地公开的其它轴线枢转。刮铲62还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。

用户致动式控制器82(例如，操纵杆控制器)定位在牵引车辆18的驾驶室42中，并且能够操作以用于手动移动刮铲62。在图示的实现方式中，操纵杆控制器82在两个相反方向上径向地移动。操纵杆控制器82还被偏压在中间位置或空挡位置处。中间位置或空挡位置对应于刮铲62相对于支撑表面58的固定高度。以另一方式说明的是，当操纵杆控制器82位于中间位置或空挡位置处时，刮铲62不相对于机架64移动。在操纵杆控制器82在向前方向上运动(例如，远离就坐在驾驶室42中的操作员)时，刮铲62朝向支撑表面58降低和/或降低进入支撑表面58中。相反，在操纵杆控制器82在向后方向上运动(例如，朝向就坐在驾驶室42中的操作员)时，刮铲62抬高远离支撑表面58。用户致动式控制器82从中间位置或空挡位置的运动程度或量对应于刮铲62的不同的移动速度。

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、来自操纵杆控制器82的、和来自多个传感器86(图1B)的输入。控制器14还具有用于控制原动机34、传动装置70、动力传输驱动选择机构90(例如，以将动力引导至后车轮、前车轮、所有的车轮等)和刮铲62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、刮铲62和驱动选择机构90。

参照图1B，传感器86包括车轮速度传感器88和地速传感器92。地速传感器92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92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88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)。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。另外的传感器86可以连接到牵引车辆18的其它特征。例如，传感器86可以测量原动机34的发动机转速和/或传动装置70的离合器压力。

如下进一步地详细，在车轮滑移或滑动出现时或高于阈值时的较差牵引条件过程中，可以期望的是，控制刮铲62的移动速度以减少牵引车辆18上的载荷。包括牵引控制系统10的本发明描述了通过控制器14自动地管理车轮牵引力和刮铲62相对于支撑表面58的移动速度的方法。

在操作中，随着通过致动操纵杆控制器82以执行平地操作，刮铲62降低进入支撑表面58中，牵引车辆18在第一方向上沿着支撑表面58移动。因此，由支撑表面58产生的力作用在刮铲62上，该力被示出为合力F₁，力F₁与由驱动车轮26提供的、用于沿着支撑表面58移动牵引车辆18力F₂相反(图1A)。通常，如果力F₁近似或超过力F₂(确认在车辆上的由于风阻、滚动摩擦力等而导致的额外力)，则驱动车轮26将相对于支撑表面58滑移。

参照图2，牵引控制系统10的控制器14的逻辑被图示。经由地速传感器92测量地速96的步骤和经由速度传感器88测量驱动车轮26的车轮速度100的步骤首先被计算或执行，以确定牵引车辆18的实际车轮滑移104。作为一个示例，控制器14可以通过从车轮速度100中减去地速96来计算速度差(例如，可以首先将车轮速度从车轮转动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，度量所计算的车轮滑移104。当车轮未滑移时，车轮滑移是0％，并且当车轮完全地滑移而没有任何牵引力时，车轮滑移是100％。在其它的实现方式中，被计算的车轮滑移104可以以其它方法被量化并且以其它单位表示，如，以地速和车轮速度之间的绝对速度差表示。

如果没有车轮滑移104被观测到，则控制器14返回步骤96，直到车轮滑移104被观测到。一旦车轮滑移或滑动104被观测到，则步骤108包括将车轮滑移104与车轮滑移或滑动阈值112(图3)进行比较。车轮滑移阈值112是在控制器14中的车轮滑移的已被编程的设定点。在图示的实现方式中，车轮滑移阈值112表示车轮滑移约为10％；然而，在其它的实现方式中，车轮滑移阈值112可以大于或小于10％。如果车轮滑移104小于车轮滑移阈值112，则控制器又返回步骤96。在其他实现方式中，车轮滑移阈值112选择性地改变以适于支撑表面58的不同状态。例如，如果支撑表面58的质量较差，这增加车轮滑移的几率，则车轮滑移阈值112可以被降低。

参照图3，相对于时间(例如，分钟)绘制车轮滑移104的幅值(例如，百分比滑移)和刮铲114相对于支撑表面58的高度(例如，英寸)。刮铲62的最初被设置成进入支撑表面58中的初始位置由曲线图中的水平轴线表示。图3的第一阶段118对应于图2的步骤96、100、104、108，其中随着车轮滑移104增加，刮铲62在初始位置处是固定的。

为了给牵引车辆18的操作员提供对于刮铲62的运动的最大控制，操纵杆控制器82的致动优于控制器14。例如，一旦操纵杆控制器82在向前(用于降低刮铲62)或向后(用于抬高刮铲62)方向上被致动，则控制器14被停用而不干扰刮铲62的手动运动。因此，一旦车轮滑移104大于车轮滑移阈值112，则控制器14进至步骤115以确定操纵杆控制器82是否能够操作(图2)。如果操纵杆控制器82正在操作刮铲62的运动，则控制器14又返回到步骤96。

继续参照图2，如果操纵杆控制器82定位在中间或空挡位置处，则控制器14进至步骤116，由此以与车轮滑移104成比例的速度自动地抬高刮铲62。随着刮铲62相对于刮铲62的初始位置的高度增加，进入图3中的对应于图2的步骤104、116的第二阶段122。只要车轮滑移大于阈值112，即使当车轮滑移104可能开始减少时，控制器14也继续抬高刮铲。第二阶段122图示了刮铲62的升高速度相对于车轮滑移104和车轮滑移阈值112之间的幅值差的变化(例如，刮铲114在递增的一段时间中的高度变化或表示图3中的刮铲114的高度的曲线的斜率)。总的来说，随着车轮滑移104和车轮滑移阈值112之间的差值增加，刮铲62的升高速度也增加。

特别地，车轮滑移104的量(在水平轴线上图示)和刮铲62的升高速度(在竖直轴线上图示)之间的关系的两个示例在图4中示出。以百分比(％)为单位度量车轮滑移104的量，并且以英寸每秒(in/s)为单位度量刮铲62的升高速度。在一个实现方式中，线性关系130限定刮铲62的升高速度和车轮滑移104的量。随着车轮滑移104增加，刮铲62的升高速度也增加成正比例的量。在另一实现方式中，非线性关系134，例如二次关系，限定刮铲62的与车轮滑移104的量成比例的升高速度。总的来说，当支撑表面58在较好的牵引条件下时(例如，夯实的土壤)，可以通过控制器14利用线性关系130，并且当支撑表面58在较差的牵引条件下时(例如，疏松的土壤)，可以通过控制器14利用正非线性关系134。与诸如曲线134所示的非线性关系相比，在线性关系130的情况下，刮铲62的升高速度的灵敏度通常是较低的。例如，在非常疏松的牵引条件下，车轮滑移104可以快速增加，从而作为响应，导致刮铲62快速移动以限制车轮滑移104和非线性速度增加。在其它的实现方式中，线性关系130和非线性关系134可以被组合，例如，在高于车轮滑移阈值112的车轮滑移阈值处过渡到非线性关系134之前，升高速度以线性关系130开始。对于与不同的地面接合机具62(例如，犁、扫除机、铲、碎土器等)组合的不同牵引车辆18(例如，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)，车轮滑移104和刮铲62的升高速度之间的关系可以改变以更有效地增加牵引控制系统10的特定应用的牵引力。

参照图2，一旦车轮滑移104低于或小于车轮滑移阈值112，则控制器14继续进至步骤120，步骤120包括以被编程到控制器14中的设定速度降低刮铲62。因此，降低刮铲62的速度不依赖于车轮滑移104。然而，如果在降低操作过程中车轮滑移104又增加到高于或大于车轮滑移阈值112，则控制器14将又以与所计算的车轮滑移104成比例的速度抬高刮铲62(步骤116)。相反，如果车轮滑移104继续相对于车轮滑移阈值112减少，则控制器14进至步骤124以降低刮铲62，直到达到刮铲62的初始位置。

图3的第三阶段126对应于图2的步骤120、104、124。刮铲62的降低速度是恒定的，使得刮铲114的高度被图示为线性的，即，恒定的斜率。在图示的实现方式中，在刮铲114的高度到达初始位置之前，车轮滑移104返回到0％。在其它的示例中，在操作过程中，在车轮滑移104返回0％之前，刮铲114的高度可以达到初始位置。因为车轮滑移104依赖于支撑表面58和车轮26之间的牵引力，所以在牵引力减少的情况下牵引控制系统10可以再进入第二阶段122，而不需要刮铲62或车轮滑移104分别地返回至初始位置或0％。在其它的实现方式中，刮铲62的降低速度可以依赖于车轮滑移104，如上类似地关于刮铲62的升高速度所述。

因此，依赖于支撑表面58的条件，牵引控制系统10可以在牵引车辆18的操作过程中在阶段118、122、126之间往复运动。例如，随着牵引车辆18沿着支撑表面58移动，支撑表面58的条件(例如，牵引力的改变程度)可以发生，这可以影响在车轮滑移阈值112上方和下方波动的车轮滑移104。另外，在牵引车辆18的操作过程中的任何时候，当操纵杆控制器82被致动时，则控制器14将被停用，向操作员给予刮铲62的移动的全部控制。