前轮驱动控制的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种前轮动力系统，其使得能够独立地控制至每个车轮的动力以及获得对平均速度和前轮差速的直接控制。
【专利说明】前轮驱动控制
【技术领域】
[0001]本公开内容涉及前轮驱动装置，并且具体地，涉及诸如自动平地机之类的作业车辆上的前轮驱动装置的控制。
【背景技术】
[0002]传统作业车辆，例如，自动平地机，包括全轮驱动能力，其中至少一个马达用于驱动前轮，传动装置用于将来自发动机或者可能电动机的动力传递至后轮。在车辆转向期间，前轮可以沿弓形或圆形路径行驶，并且在前轮的直径等于后轮时，为了车辆效率以及操作体验，可要求前轮以比后轮大的速度旋转，因为前轮可行驶更大的距离。此外，可要求转向外径上的前轮(外轮)以比转向内径上的前轮(内轮)的速度更大的速度旋转，因此外轮的路径具有比内轮行驶的路径大的半径。
[0003]传统作业车辆采用开放式差速器和受限差速器的变型来解决这些挑战，所述受限差速器的变型包括:限滑差速器；和能够在左和右车轮的实际速度和预测速度之间的阈值差值(滑动的检测)处自锁、被手动锁定或经由软件锁定的差速器。在解决由上述布置呈现的挑战的努力中，一些解决方案基于前轮的转向角和(在诸如自动平地机之类的车辆的情况下)车辆的铰接角一直监测和独立地控制每个前轮的转速。后面的解决方案具有需要妥协的各种缺点。
【发明内容】
[0004]发明人已经认识到，仅仅对每个前轮的速度进行独立的控制可能不能针对平均速度和差速的独立响应特性提供直接的控制。这种方法包括两个控制回路:一个用于右轮，另一个用于左前轮。因此，一方面在加速和负载接受平稳度之间存在折衷，另一方面在操纵和横向牵引力之间存在折衷。对前轮主动性(aggressiveness)和滑动来说重要的前轮平均速度是不受控制的；它是两个回路的负载和控制性能的副作用。对转向性能来说重要的两个前轮的速度差未被直接地控制；它是两个速度回路的负载和性能的副作用。
[0005]本发明可通过直接地和独立地控制前轮的均速和差速响应特性来直接解决上述挑战。本发明还可以控制后轮的响应特性以改善整体效率和操作体验。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]图1描绘了利用本发明的示例性作业车辆；
[0007]图2描绘了将要用在图1的示例性作业车辆中的车轮驱动控制系统的第一示例性实施例的不意图；
[0008]图3描绘了车轮驱动控制系统的第二示例性实施的示意图；
[0009]图4a描绘了图2的示例性驱动系统中用于确定平均速度的示例性流程图；
[0010]图4b描绘了图2的示例性驱动系统中用于确定差速的示例性流程图；以及
[0011]图4c描绘了用于确定右和左前轮作用力(effort)的示例性流程图。【具体实施方式】
[0012]现在将详述本发明的示例性实施例。在场合允许的情况下在整个描述中将采用相同的附图标记。
[0013]图1描绘了示例性的作业车辆，即自动平地机1，其可以利用本发明。图1的自动平地机I可以包括:具有转向装置11和座位12的驾驶室10 ;前部20，其具有前框架20a、动力左前轮21、动力右前轮22 ;后部30，其包括后框架30a、串联装置31 ;后轮32，33 ;以及铰接机构40，其包括用于前部和后部20，30之间的角度调整的铰接接头41和铰接油缸42。还可包括串联装置31，其中后轮32从该串联装置31接收动力。自动平地机I还可包括用于在作业车辆I在地面上行进时移动泥土的作业工具50。
[0014]图2呈现了用于图1的自动平地机的左和右前轮21，22以及后轮32，33的车轮驱动控制系统100的第一示例性实施例的示意图。如图所示，其中，驱动系统100可以包括:串联装置31，后轮32，33可以通过该串联装置31接收动力；传动装置34 ;传动装置控制器110，其可与传动装置34通信并可操作地连接至传动装置34 ;左静液压传动装置120 ；和右静液压传动装置130。传动装置控制器110还可与以下部件通信:发动机控制器单元(E⑶)36 ;左前轮速度传感器126 ;左前轮角度传感器127 ;右前轮速度传感器136 ;右前轮角度传感器137 ;和后速度传感器34a。具有检测和发送踏板位置的特征的加速踏板37可以与E⑶36通信。如图2所示，车辆速度传感器，例如，雷达检测器160，也是可用的并且与传动装置控制器110通信。
[0015]如图所示，左静液压传动装置120可以包括:具有可变排量的左液压泵121 ;用于定位左泵斜盘121a的左泵螺线管122 ;左液压马达123 ;用于定位左马达斜盘123a的左马达螺线管124 ;和用于检测左液压泵121和左液压马达123之间的压差的左压力传感器125。传动装置控制器110与左压力传感器125通信并可操作地连接至左泵螺线管122和左马达螺线管124。
[0016]与左静液压传动装置120—样，右静液压传动装置130可以包括:具有可变排量的右液压泵131 ;用于定位右泵斜盘131a的右泵螺线管132 ;右液压马达133 ;用于定位右马达斜盘133a的右马达螺线管134 ;以及用于检测右液压泵131和右液压马达133之间的压差的右压力传感器135。传动装置控制器110与右压力传感器135通信并可操作地连接至右泵螺线管132和右马达螺线管134。
[0017]如图所示，左和右静液压传动装置120、130可以机械地连接至发动机35。它们也可以分别机械地连接至左和右前轮20、30。
[0018]图3描绘了车轮驱动控制系统10(V的第二示例性实施例的示意图。本发明100、100'的第一和第二示例性实施例之间的差异可能归因于后传动装置差异。车轮驱动控制系统100'的第二示例性实施例采用后静液压传动装置60代替车轮驱动控制系统100的第一示例性实施例的齿轮传动装置34。与作业车辆I前部处的左和右静液压传动装置120、130—样，传动装置控制器110可以经由至相应的泵和马达螺线管63、64的可操作的连接控制相应的泵和马达61、62的斜盘61a、62a。斜盘位移可以确定后轮32、33的平均速度。
[0019]图4a, 4b和4c描绘了示例性的流程图200,该流程图用于确定图2和3的示例性驱动系统100、100'的平均速度和前轮差速控制作用力，并详述了相对于传动装置34、60，后速度传感器34a、66，左前轮速度传感器126，左前轮角度传感器127，右前轮速度传感器136，右前轮角度传感器137，铰接角传感器43，操作者输入装置140，以及可能地与自动平地机I的传动系隔开的车辆速度检测器(例如，雷达速度检测器160)的传动装置控制器110的动作。
[0020]如图4a所示，前轮平均速度控制作用力(ASCE)可以被视为额定作用力和反馈作用力的函数。如图所示，在步骤201处，在点火装置启动并且前轮辅助装置启动时驱动系统100被激活。在步骤202处，控制器110可:通过转速检测器(例如，后速度检测器34a，后速度检测器66等)确定作为检测到的后速度的韩硕的平均主驱动速度；通过雷达检测器160确定检测到的车辆的地面速度、或通过交叉参考泵61和马达62处的带有位移的后速度确定预期速度。随后在步骤203处可以基于主驱动平均速度和车辆型号(即，例如，检测到的铰接角、检测到的转向角、铰接接头41和前轮21，22a之间的长度、以及铰接接头41和后轮32，33之间的长度)计算前轮目标平均速度(ATS)。在步骤204处，来自步骤203的前轮目标平均速度(ATS)随后可以用来计算额定(或前馈)前轮平均速度控制作用力(ΝΑΕ)。在示例性实施例中，前轮21、22分别由静液压传动装置120，130驱动。在这种情况中，作用力可以被视为位移的函数。因此，可以通过采用以斜盘121a和131a的位移与前轮速度的交叉对照查找表或经由等效公式确定ΝΑΕ。注意到，在一些情况下，静液压传动装置60处的位移，特别是位移的变化，可以被视为加速，因为车轮32、33可以需要一定的时间用速度调整来响应该位移。
[0021]如图所示，在步骤206处，可以根据由左和右速度传感器126、136在步骤205处监测到的前轮21、22的速度确定前轮平均速度(AMS)。随后可以在步骤207处计算，其中前轮平均速度误差(ASE)是在步骤206中计算出的前轮平均速度和在步骤205中计算出的前轮目标平均速度的函数(例如，ATS减去AMS)。在步骤208处，可以计算作为ASE的函数的前轮平均速度反馈作用力(AFE)。在步骤209，可以用额定前馈前轮速度作用力加上前轮速度反馈作用力(如，NAE+AFE)来计算平均速度控制作用力。
[0022]图4b中描绘的是由控制器110使用用于确定相关的前轮差速控制作用力(DSCE)的类似图表。在步骤210处，控制器110可以通过用检测到的右前轮速度减去检测到的左前轮速度确定前轮差速(DFS)。在步骤211处，控制器110可计算作为平均主驱动速度和车辆型号的函数的前轮目标差速TDS，并且车辆型号可以包括:后轮32、33相对于铰接接头41的位置；前轮21、22相对于铰接接头41的位置；前轮21、22的直径；后轮32、33的直径；检测到的铰接角Aa;以及前轮21、22的转向角Ta。其中，平均主驱动速度可基于由后速度传感器34a检测到的转速或基于独立于转速的、由速度检测器(例如，雷达速度检测器160)检测到的车辆I的地面速度。如果车辆具有静液压传动装置60，则可以通过使用位移与平均主驱动速度有效地交叉对照的查找表或公式用在静液压传动装置60处检测到的位移有确定平均主驱动速度。在步骤212处，控制器110可计算作为检测到的前轮差速(DFS)和前轮目标差速(TDS)的函数的前轮差速误差(DSE)，即，(DSE=TDS-DFS，并且DFE=f (DSE))。在步骤213处，通过将DSE值与位移交叉对照的适当的查找表或适当的公式确定DFE。在步骤214处，可以通过使用TDS经由位移与车轮速度交叉对照的查找表或公式找出相应的位移的方式确定预计或额定前轮差速前馈作用力(NDE)。最后，在步骤215处，可以计算作为额定差速前馈作用力和差速反馈作用力之和的差速控制作用力(DSCE)，即，DSCE=NDE+DFE。[0023]如图4c所示，在步骤220处，控制器110可以确定作为前轮平均速度控制作用力(ASCE)和DSCE的函数的右前轮速度控制作用力(RSCE)(如，RSCE=ASCE+0SCE)。在步骤221处，也可确定作为ASCE和DSCE的函数的左前轮速度控制作用力(LSCE)(如，LSCE=ASCE-0SCE)。控制器110随后可以发出用于控制前轮21，22的速度的适当的命令，即，用于控制前轮21、22的液压泵121、131和马达123、133的斜盘位置的信号，并返回步骤201。
[0024]操作者输入装置170可以用来发送主动性设定，S卩，前轮作用作用力和作为由后速度检测器34a检测到的后速度或例如经由雷达速度检测器160检测到的车辆速度的百分比或倍数的前轮目标速度的设定，，和因此由传动装置控制器110执行的主动性控制。
[0025]示例性驱动系统100还可以通过监测左和右前轮21、22处的扭矩值实现过扭矩饱和控制(over torque windup control)。在静液压驱动装置中，静液压或液压力可以被视为与扭矩成比例。传动装置控制器110可以通过监测来自左和右压力传感器125、135的压力信号并经由适当的方程或查找表确定相应扭矩的方式监测扭矩值。传动装置控制器110随后可以通过控制左和右静液压传动装置120、130控制饱和，使得计算出的左和右扭矩之间的差保持在预定范围内。
[0026]已经描述了示例性实施例，将变得明显的是，在不偏离限定于随附权利要求中本发明的范围的情况下，可以进行多种修改。
【权利要求】
1.一种用于车辆的驱动系统，包括: 前部，所述前部包括前框架、第一前轮和第二前轮、用于检测第一前轮的速度的第一前轮速度传感器、用于检测第二前轮的速度的第二前轮速度传感器、用于检测第一前轮和第二前轮的转向角的车轮角度传感器、和用于独立地向第一前轮和第二前轮提供动力的第一动力系统和第二动力系统； 后部，所述后部包括后框架、后轮、用于检测后轮的速度的后速度传感器、和用于向后轮提供动力的第三动力系统，所述前框架可枢转地连接至所述后框架； 铰接角传感器，用于检测前框架和后框架之间的连接角； 操作者输入装置，用于检测操作者对驱动系统的命令； 控制器，该控制器与操作者输入装置、铰接角传感器、车轮角度传感器、第一前轮速度传感器、第二前轮速度传感器和后轮速度传感器通信，该控制器被可操作地连接至第一动力系统和第二动力系统，该控制器确定第一前轮和第二前轮的目标平均速度并指令第一和第二动力系统向第一前轮和第二前轮传送足够的动力以获得所述目标平均速度。
2.根据权利要求1所述的驱动系统，其中第一前轮行驶第一距离，第二前轮行驶比第一距离大的第二距离。
3.根据权利要求1所述的驱动系统，其中控制器至少部分地基于检测到的转向角确定第一前轮和第二前轮的差速。
4.根据权利要求3所述的驱动系统，其中控制器将所述差速加到平均速度上，并命令第一动力系统获得足以将第一合成速度传递至第一前轮和第二前轮中的一个的位移。
5.根据权利要求4所述的驱动系统，其中控制器从平均速度中减去差速，并命令第一动力系统获得足以将第二合成速度传递至第一前轮和第二前轮中的另一个的位移。
6.根据权利要求1所述的驱动系统，其中平均速度至少部分地基于检测到的铰接角。
7.根据权利要求1所述的驱动系统，还包括用于调整前轮的主动性的操作者控制装置，其中所述平均速度至少部分地基于主动性调整。
8.根据权利要求1所述的驱动系统，还包括用于确定车辆速度的车辆速度传感器，其中所述平均速度至少部分地基于所确定的车辆速度。
9.根据权利要求1所述的驱动系统，其中所述平均速度至少部分地基于由操作者输入装置检测到的命令。
10.根据权利要求1所述的驱动系统，其中所述平均速度至少部分地基于检测到的后轮速度。
11.根据权利要求1所述的驱动系统，其中前驱动系统包括电动机。
12.根据权利要求1所述的驱动系统，其中前驱动系统包括液压马达。
【文档编号】B62D113/00GK103802884SQ201310571732
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年11月13日 优先权日:2012年11月14日
【发明者】托德·F·维尔德 申请人:迪尔公司