铰接作业机械中的差速器锁定控制的制作方法

专利名称：铰接作业机械中的差速器锁定控制的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及用于控制作业机械中差速器的锁定(锁止)状态的方 法和装置，且更具体地涉及一种控制还包括车轮转向的铰接作业机械的差 速器的锁定状态的方法。
背景技术：
许多现代作业机械在难以保持牵引力的较恶劣的环境中运行。诸如机 动平地机的作业机械必须经常在松软的土地、砂砾等上工作，从而当作业 机械被驱动通过工作表面时，作业机械的一个或多个车轮趋于滑转。但是， 当作业机械转向时，需要允许车轮以不同的速度转动，或"差速(差动)"。 为此，大多数现代作业机械包括以熟知方式允许车轮以不同速度转动的差 速器。但是，当遇到低牵引力状况时，车轮的差速会具有不利影响，即， 将动力或"车轮回转力"主要或单独地提供给给定车轴上的旋转车轮，而 另一车轮不转动。
在过去，已经使用各种方法来处理车轮滑转问题。处理车轮滑转问题
的一种方法是选择性地实施制动以减慢滑转车轮，使得车轮回转力返还到
相对的车轮。在一种策略中，当检测到特定车轴上的一个轮子滑转时，操
作员或电子控制器能选择性地在目标车轮上实施制动以使它慢下来，从而 允许旋转车轮重新获得一定的牵引力并将动力返还给相对的车轮。虽然选
择性制动系统在特定环境中工作良好，但它们并非没有限制。 一种这样的 限制涉及由车轮部件上的制动摩擦所产生的热量，最终该热量传递到车轴。 由于该现象，存在着为使温度不超过作业机械的容许温度而对车轮进行选 择性制动的程度限制。另外，选择性制动显然会导致对作业机械制动器的额外磨损和破裂。
处理车轮滑转的另一种方法涉及选择性地锁定作业机械的一个或多个 车轴的差速器。如上所述，在正常运行过程中，差速器允许与车轴连接的 车轮以不同速度转动，进而在作业机械进行转向时允许车轮独立转动。操 作员控制和计算机控制系统是已知的，其中差速器离合器经致动器接合以 使车轴上车轮的转动联接在一起。将车轮转动地联接在一起能以公知的方 式减少车轮滑转和由此产生的牵引力损失。操作员控制的差速器锁和某些 计算机控制系统的固有问题在于可能过度使用和未充分利用差速器锁。特 别地，在操纵作业机械时，操作员经常忙于过多的关注和控制，且公知地 较少地注意差速器锁。结果，差速器经常在它们更应该解锁的情况下被锁 定，反之亦然。
例如，当具有被锁定的差速器的作业机械实施转向时，通常需要解锁
该差速器。如果差速器在转向过程中保持锁定，则包括轮胎在内的外侧车
轮部件和内側车轮部件均会承受显著的应力，传动系的部件也如此。在某
些情况下，实际上会使某些变速器齿轮上的轮齿断裂。甚至更糟地，在作
业机械以全速实施转向的情况下，操作员没有解锁差速器甚至会引起作业
机械倾翻。尽管会在作业机械上产生过度磨损和破裂，但是许多操作员仍 选择不适当地保持差速器锁定而不冒损失牵引力和降低操作效率的风险。
另 一方面，在具有被解锁的差速器的作业机械遇到不良地面条件的情 况下，各个被驱动车轴的车轮之一可能在操作员决定致动差速器锁之前显 著旋转，也导致车轮、轮胎和传动系部件的磨损。尽管过度使用和不充分 使用差速器锁会导致作业机械的磨损和破裂，但是操作员也显然不能仅仅 将他们的注意力集中到控制差速器上。虽然人们希望在一方面的磨损和破 裂与另一方面的操作效率之间实现完美平衡，但是即使是技术水平最高的 操作员也无法监测和控制实现该目标所必须的作业机械操作的所有方面。
已经研制出各种电子控制策略，这些电子控制策略对作业机械中的差 速器锁定状态至少进行一些自动控制，从而允许操作员更好地处理机械的
其它功能并努力减少差速器锁的过度使用和不充分使用。从Kenji的日本专利申请No. 2003-237619 (以下称为"Kenji")中获知这样一种策略。 Kenji涉及一种用于作业车辆的差速器锁切换(开关)装置，该装置根据 所检测到的铰接角度或所检测到的车轮转向角度来切换差速器的锁定状 态。该发明主要针对具有液压差速器锁控制阀(显然用于气动和液压结合 的差速器锁)的机动平地机来描述。虽然Kenji提供了便于对差速器锁定 和解锁进行电子控制的方法，但是Kenji的策略不能解决上述许多机器应 力状况。这样，Kenji的方法中仍然存在操作员控制策略中固有的许多缺 点。Kenji的方法明显使用简单的车轮转向和铰接阈值来触发锁定或解锁， 仅有时向差速器提供适当的锁定和/或解锁，且因此牺牲了操作效率。特别 地，由于Kenji似乎不能改变所述阈值来解决不同的操作状况，因此操作 效率看上去低于最优值。
本发明旨在克服上述一个或多个问题或缺点。

发明内容
一方面，本发明提供一种操作铰接作业机械的方法。该方法包括确定 表示作业机械的铰接角度的值，和确定表示作业机械的与铰接角度分离开 的(相独立的，separate)车轮转向角度的另外的值的步骤。该方法还包 括响应于作业机械的转向半径来控制作业机械差速器的锁定状态的步骤。
另一方面，本发明提供一种铰接作业机械。该作业机械包括前框架单 元和后框架单元，前框架单元包括可操作以使作业机械转向的车轮转向装 置，后框架单元与前框架单元连接且包括可锁定的差速器。该作业机械还 包括连接在前框架单元和后框架单元之间并且也可操作以使作业机械转向 的铰接装置。该作业机械还包括电子控制器，该电子控制器设置成响应于 作业机械的转向半径来控制差速器的锁定和解锁中的至少一者。
又一方面，本发明提供一种电子控制器，该电子控制器设置成至少部 分地通过将铰接作业机械的转向半径与最小转向半径进行比较来控制作业 机械中的差速器的锁定状态，所述最小转向半径基于与至少一个作业机械 操作参数相关的应力表征(stress indicia )。


图1是根据本发明一实施例的机动平地作业机械的示意性侧视图； 图2是机动平地作业机械的示意性俯视图，示出相对于作业机械后框 架呈两种不同取向的作业机械前框架单元；
图3是根据本发明的示例性控制程序；以及 图4是根据本发明的另一示例性控制程序。
具体实施例方式
参照图1，示出根据本发明一实施例的作业机械IO。作业机械10是以 机动平地机为例示出的，该机动平地机具有前框架单元12和后框架单元 14,和可调节平地机刮片(伊板)组件80。作业机械10可包括操作员艙 室16，该操作员舱室具有用于操作作业机械10的各种控制装置，包括诸 如转向盘或转向操纵杆的转向装置18。作业机械10可利用与前轮76连接 的车轮转向装置30进行转向，各个前轮可绕轴线Ai和A2转动。作业机械 10还可通过经铰接装置40绕铰接轴线B调节前框架单元12和后框架单元 14之间的铰接角度进行转向，该铰接装置40例如包括至少一个铰接致动 器44。转向装置18可操作以便经装置30控制车轮转向角度，同时可提供 用于调节前框架单元12和后框架单元14之间的铰接角度的分开的转向控 制装置，例如踏板或控制杆。作业机械10可包括具有第一组车轮72和第 二组车轮74的后车轴64。相应的成组车轮可安装成传统的串列驱动组件 等，使得全部四个车轮可由作业机械10的单个驱动轴来驱动。还提供了可 锁定的差速器60，该差速器构造为选择性地使后轮72转动联接在一起， 且具有如这里所述地受控的锁定状态。虽然作业机械10以机动平地机示 出，但是本领域技术人员可认识到本发明公开内容的教导也可应用于如这 里所述的具有双重转向装置的其它作业机械。
作业机械IO的各方面的操作可以是电子控制的。为此，作业机械IO 包括经通信线路21与转向装置18通信的电子控制器50。操作员输入装置20也设置在操作员舱室16中且可通过另一通信线路23与电子控制器50 电连接，该操作员输入装置可以是例如差速器锁定控制按钮、操纵杆或踏 板。可锁定的差速器60典型地通过电子控制器50控制且经又一通信线路 63与该电子控制器50连接。虽然可以想到作业机械10总是包括用于电子 控制差速器60的锁定状态的装置，但在特定情形下，操作员可能需要使用 手动控制，且作业机械10可包括用于该目的的装置。差速器60的锁定状 态可通过离合器致动器61调节，该离合器致动器设置为通过离合器(未示 出)的接合或分离而锁定或解锁差速器60。例如，离合器致动器61可通 过电动液压控制阀(未示出)操纵。为了该目的，通信线路63可连接致动 器61和离合器致动器61。
作业机械10还可包括各种传感器，包括车轮转向角度传感器31,该 传感器设置为通过感测前轮76相对于前框架单元12的一部分的角度而感 测作业机械10的车轮转向角度。传感器31可通过另一通信线路33与电子 控制器50连接。还可提供地面速度传感器卯，且该地面速度传感器90通 过又一通信线路91与电子控制器50连接。铰接角度传感器42可与铰接装 置40连接且通过又一通信线路43与电子控制器50连接。作业机械10也 可包括具有至少两个前进档位的变速器52，和通过通信线路55与电子控 制器50连接的变速器档位传感器54。作业机械10还可包括车轮滑转传感 器70，该传感器可工作以感测作业机械10的车轮滑转状况，且通过另一 通信线路71与电子控制器50连接。
转向装置18可通过通信线路21与电子控制器50连接。可以想到，如 这里所述，电子控制单元50可利用来自车轮转向传感器32和铰接角度传 感器42的传感器输入来确定作业机械10的转向半径，但是，也可代替使 用来自转向车轮或转向操纵杆位置传感器(未示出)和铰接角度控制装置
(也未示出)的传感器输入。也可以想到直接感测转向半径。此外，虽然 可以想到在特定实施例中实际上可以计算出转向半径，但是在其它实施例 中也可使用与所感测到的车轮转向和/或铰接角度相对应的图语记录
(mapped )转向半径值。在本发明中转向半径的重要性将在接下来的描述中进一步体现。
本发明还提供一种操纵铰接作业机械例如作业机械10的方法。该方法 可包括例如通过铰接角度传感器42来确定表示作业机械10的铰接角度的 值。如这里所用的，术语"表示……的值"应当理解为对所关注的量或特 征的直接测量值，和对例如与所关注的量或特征具有已知关系的不同量或 特征的间接测量值。该方法还可包括例如通过车轮转向传感器32来确定表 示作业机械10的与铰接角度分离开的车轮转向角度的另一值。表示车轮转 向和铰接角度的值在这里被描述为分离开的，以强调瞬时车轮转向角度和 铰接角度是作业机械10的分离开的操作特征。
该方法还可包括响应于转向半径来控制差速器60的锁定状态。可以想 到作业机械10可以，但不需要，以缺省的锁定差速器状态运行。如这里所 述，可以基于作业机械10转向半径来实施对锁定和解锁差速器60中的一 者或两者的控制。
如上间接所述的，转向半径可利用例如来自传感器32和42的输入通 过电子控制器50实时计算。参见图2，以车轮转向和铰接角度两者的调节 表示的第一直取向和第二转弯取向示出作业机械IO。图2中还示出在基于
已知铰接角度0i和已知车轮转向角度02计算转向半径时有用的特定值，
其中作业机械IO的几个长度尺寸也是已知的。在图2中，"和L2分别表 示前框架单元12和后框架单元14的长度。L3表示从作业机械10的大致 中心线(未示出)到右前轮中心的长度。R表示待确定的转向半径，且L 表示当作业机械10处于转弯取向时，前车轴和后车轴在它们的最接近点之 间的与作业机械10的纵向中心线大致平行的待确定长度尺寸。
可以通过用L除以sin (^h + 02)来计算R,该项的商等于转向半径 R。 L可以利用它与Lp "和L3的关系通过等式L-L2 + LlCos (0i) -L3sin (0J来确定。这样，若已知前轮转向角度和铰接角度，且已知各个 长度尺寸，便可以容易地计算转向半径。不论作业机械10是仅利用车轮转 向、或仅利用铰接角度，还是利用车轮转向和铰接两者来转向，利用上述 方法计算转向半径R都是适用的。此外，即使作业机械10以偏航模式运行，其中车轮转向和铰接呈不同方向(一个是正角且一个是负角)，上述 计算也能够确定转向半径，如这里所述，该转向半径又可用于控制作业才几
械10的锁定状态。应当认识到，虽然计算转向半径提供了作为判定差速器
锁定和解锁基础的极好的、较精确的参数，但也可替换地使用估计的方式。 类似地，在特定实施例中，转向半径无需进行计算，而是可固有地包含在 多维图谱中，该图谱具有与转向半径相对应的车轮转向和铰接角度坐标。 本发明公开的方法还可包括针对被锁定的差速器状态确定最小转向半
径的步骤。控制差速器60的锁定状态的步骤也可包括响应于实际转向半径 小于或等于所确定的最小转向半径而由电子控制器50命令解锁差速器60。 换句话说，当操作员以差速器60被锁定的状态使作业机械10转向时，如 果且当转向半径变得等于或小于最小转向半径时，电子控制器50可命令差 速器60解锁。同样，在特定实施例中，当操作员使作业机械转向回到接近 直线行驶而转向半径回到大于最小转向半径的值时，电子控制器50可命令 重新锁定差速器60。
最小转向半径可根据各种因素来确定。也可以想到，在特定实施例中，
针对一组给定的操作参数可以通过至少一个图镨来确定最小转向半径。这 样电子控制器50可参照具有用于作业机械10的各组不同操作条件的多个 最小转向半径的图语。但是，可以想到该图谱是可替换的，电子控制器50 可替换设置成实时计算与最小转向半径相关的全部相关参数，而不依靠图 镨。还应当认识到，可以使用被认为适合于所有操作条件的预定最小转向 半径，而不计算或参考图谱记录的最小转向半径值。
但是，在最小转向半径基于操作条件而变化的情况下(通常都是这样 的情况)，在确定最小转向半径时可结合考虑地面速度，地面速度例如可 由从地面速度传感器90向电子控制器50的输入来确定。 一般地，地面速 度越高，在锁定的差速器状态下最小转向半径越大是合适的。在相对较高 的地面速度下使差速器被锁定的作业机械10以给定转向半径转向时，与在 相对较低的地面速度下以相同转向半径转向时相比，可对各种作业机械部 件产生相对更大的应力和磨损。这样，在一实施例中，电子控制器50可接收所感测的地面速度信号，然后与之响应地确定最小转向半径。在相关实 施例中，可以确定一最大地面速度，大于该最大地面速度时不论转向半径
多大都不允许锁定差速器。例如，利用传感器54向电子控制器50的输入， 也可使用允许锁定差速器的最大变速器档位。
可影响用于锁定差速器条件的最小转向半径的另一操作参数可以是作 业机械10的倾翻稳定性条件。倾翻稳定性可基于例如作业机械10相对于 斜坡的倾斜度和取向、地面速度以及所感测的铰接角度和车轮转向角度来 确定。作为单独-使用地面速度确定最小转向半径的替换或附加，所关注的 操作因素可以是作业机械10的倾翻趋势。对于相对较大的地面速度或较高 倾斜角度，对于给定的铰接角度和车轮转向角度，倾翻稳定性趋于相对较 低。例如，在操作员以较高的地面速度驱动作业机械10通过斜面并尝试较 急迫的上坡转向时，可以想像到他会使机器翻车。对于相对较低的地面速 度、较緩的坡度等，对于给定的铰接角度和车轮转向角度，倾翻稳定性相 对较大。因此，最小转向半径可在任何给定时刻基于倾翻稳定性而变化， 这一般与各种作业机械的质量特性相关。
例如，倾翻稳定性可以通过感测车重和作业机械10上的由其各个车轮 支承的任意其它负载的比例而实时确定。例如，在左车轮或右车轮看上去 支承了比所认为合适的重量比例更大的作业机械10重量比例时，可能存在 不希望的倾翻稳定性条件。通过感测地面速度、车轮转向和铰接角度以及 倾斜度，然后计算倾翻的相对可能性，可进行类似的实时确定。
倾翻稳定性也可基于例如铰接角度、车轮转向角度、斜度和地面速度 之间的已知关系来确定。在这种情况下，最小转向半径图镨可包括与所感 测的地面速度、斜度以及铰接和车轮转向角度相关的倾翻稳定性坐标。这 样，电子控制器50可利用传感器输入通过图i普确定倾翻稳定性且然后相应 地确定最小转向半径，而不实时计算倾翻稳定性。例如，针对特定类别的 作业机械，该图镨可通过建模、通过实验数据或通过这两者来绘制。在一 实施例中，该图镨可通过对机动平地机的一系列试验而制定，例如，该机 动平地机具有针对各组不同操作条件来确定倾翻稳定性所需的各种传感器。例如，试验可以在以各种地面速度、各种斜度行驶并以设定为不同值 的铰接角度和转向角度执行一 系列转向的机动平地机上进行。表示作业机 械倾翻可能性的各种被感测的操作因素的组合可被记录且用于构成图镨。 作为推出经验或实验数据的替换或附加，也可对不同条件和它们对倾翻稳 定性的影响进行计算机模拟仿真。
最小转向半径还可根据作业机械io上的应力表征来确定。如这里所
述，术语"应力表征，，应当理解为广义地指任何可测量或可观测的量或性
质，所述量或性质可直接或间接地引起或影响作业机械10或其一部分来承
受不希望的机械应力、应变或磨损。确定应力表征应当理解成确定存在这
样的状况，其中作业机械10可能承受不能接受程度的应力、应变或磨损。 如这里所述，可通过感测表示作业机械10应力状况的特定操作参数来进行
该确定。因此，本发明将广泛地允许基于在运行中机器的所选部件承受应
力的程度，或它承受的应力或磨损的特定类型来确定作业机械10的最小转
向半径。应当认识到，所关注的应力、应变、磨损等的特定类型将取决于 特定作业机械的类型和规格，以及它的计划工作环境。
已发现，例如机动平地机由于它们的设计和使用可比其它某些类型的 作业机械相对更可能地在框架和铰接装置上承受显著的应力，统称为"框 架应力"。机动平地机中较长的前框架单元的使用会导致在运行中作业机 械的该部分承受大的力，特别是当该作业机械是铰接的时候。此外，由于 长的前框架单元可用作较大的杠杆臂，因此前框架单元的大长度还会导致 给予该机器其它部件相对更大的应力。当机动平地机是铰接的且以差速器 锁定的状态转向时，所产生的应力在某些情形下实际上足以使前框架单元、 铰接装置或其它部件损坏或变形。其它类型的作业机械可能具有关于锁定 差速器转向的在应力方面的不同考虑。
应当i人识到，作业4几械10上的应力表征如框架应力的实时确定，可用 于通过感测表示作业机械10在运行中的特定应力状况的操作参数来确定 最小转向半径。为此，作业机械10可安装一个或多个应变仪(未示出)， 该应变仪设置为感测在运行中前框架单元12、后框架单元14或铰接装置40的所选部件上的相对应变。如果在转向过程中该机器的所测量部件上的 感测到的应力变得过大，则可解锁差速器60，或防止该差速器锁定。
但是，可以想到，虽然可进行框架应力的实时确定，但实际的执行策 略可以是利用应力表征和相关操作参数来绘制最小转向半径图语。这样， 由电子控制器50参照的最小转向半径图谱可包括用于一组给定的操作条 件的框架应力坐标，其是通过实验或通过模拟仿真而与一组给定的操作条 件相关的。在运行过程中，可以感测与特定框架应力状况相关的一个或多 个操作参数以例如通过图谱向电子控制器50报警，告知最小转向半径应当 被设为特定值。与倾翻稳定性相似，框架应力水平可取决于诸如地面速度、 铰接和车轮转向角度或其它因素。
传动系应力(powertrain stress )可表示影响最小转向半径的所关注的 另一方面。这样，当前描述的方法可包括感测表示作业机械10上的传动系 应力的操作参数。在一实施例中，表示传动系应力的操作参数可包括表示 作业机械IO传动系的至少一部分上的转矩的操作参数。所感测到的表示转 矩的值可用于确定最小转向半径，例如，从与传动系的一部分可操作地连 接的转矩传感器输入给电子控制器50的值。作业机械10的传动系上的特 定应力是在任何操作过程中固有的。但是，在作业机械10转向时，与差速 器60未锁定时相比，在差速器60锁定时传动系(包括车轴、驱动轴、差 速器和各种传动系齿轮等)上的应力相对更高。为此，作业机械10可包括 转矩传感器(未示出)，该转矩传感器与其传动输入或输出轴或者传动系 的另一部分连接。与上述框架应力状况类似，传动系应力状况可实时确定， 但是，还可以想到，使用对应于与传动系应力相关的特定操作参数的最小 转向半径的图谱记录值可提供实用的执行策略。在特定条件下的传动系应 力相对水平可通过对测试机器进行实验和/或通过模拟仿真来确定，然后用 于绘制图谱。
传动系应力又可根据作业机械10的转向半径而变化。因此，为了将传 动系应力保持在合理范围内，在传动系应力较大时，用于被锁定的差速器 状态的最小转向半径相对更大，而在传动系应力较低时，该最小转向半径相对更小。变速器档位也可影响传动系应力，且由此表示传动系应力并且 也与传动系上的转矩相关的 一个被感测的操作参数可以是变速器档位。
所述方法还可包括确定作业机械10的车轮滑转状况，并响应于所确定 的车轮滑转而命令差速器60锁定。作业机械10由此可利用车轮滑转传感 器70通过例如针对给定的地面速度对所感测到的转速与期望速度进行比 较来确定车轮滑转。响应于车轮滑转状况而命令差速器60锁定还可包括除 非存在不适合锁定的状况，否则便命令锁定。换句话说，如果存在不适合 锁定的状况，例如框架应力状况、倾翻稳定性状况、传动系应力状况，或 诸如转向半径小于最小半径的其它状况，则禁止差速器60锁定。如上所述，
作业机械10可具有手动模式，其中操作员可例如通过来自操作员输入装置 20的控制信号选择性地命令差速器60锁定或解锁。但是，电子控制器50 可设置成在存在不适合锁定的状况时使操作员要求的控制信号无效。
例如，电子控制器50可设置成通过控制算法、响应于作业机械10的 转向半径来控制差速器60的锁定和解锁中的至少一者。由此电子控制器 50可包括计算机可读介质，例如RAM， ROM或另外合适的介质，差速器 锁定状态控制算法记录在该介质上。在一些实施例中，可使用专门的硬件 而非单独使用软件来执行差速器锁定控制的一部分。电子控制器50还可设 置成确定作业机械10上的应力表征。如这里所述，"确定"应力表征不应 当理解为是指电子控制器50必须实时确定该表征。换句话说，应力表征可 通过图谱确定，在图谱中可确定与被感测的特定操作参数具有已知关系的 应力状况。电子控制器50还可设置成在所确定的转向半径小于或等于也可 由电子控制器50确定的最小转向半径时向差速器60生成差速器解锁控制 信号。这样，对于一组给定的操作条件，电子控制器50可比较所确定的转 向半径和最小转向半径。
工业适用性
作业机械10通常通过对转向装置18和铰接装置40的操作员控制而实 现转向。当调节转向装置18时，电子控制器50将向车轮转向装置30发送控制信号，这样致动器31,例如液压缸，适当地运动以使得车轮76绕它 们各自的轴线&和A2转动。操作员可同时致动一控制装置来调节作业;f几 械10的铰接角度，这样致动器44，例如液压缸，适当运动从而使前框架 单元12绕轴线B相对于后框架单元14以一角度定位。
如这里所述，差速器60通常偏向锁定状态，但也可具有缺省的解锁状 态。在自动的差速器锁定控制模式中，当操作员使作业机械10转向时，地 面速度传感器90可将地面速度信号输入至电子控制器50。车轮转向角度 传感器32和铰接角传感器42也通常输入信号至电子控制器50。电子控制 器50由此可实时确定或估计作业机械10的实际转向半径。仍如这里所述， 响应于来自各种传感器的相关的输入信号值，电子控制器50可确定用于作 业机械10的被锁定的差速器状态的最小转向半径。在至少某些实施例中， 该特征允许转向半径以操作条件为基础。如果所确定的转向半径变得等于 或小于最小转向半径，则电子控制器50可向致动器61产生差速器解锁控 制信号以解锁差速器60。如果操作员此后使作业机械10返回到实际转向 半径大于最小转向半径的状态，则电子控制器50可向致动器61产生差速 器锁定控制信号以使差速器60返回到锁定状态。或者，差速器60的重新 锁定可仅基于操作员的命令。在作业机械10处于手动的差速器锁定控制才莫 式下时，电子控制器50可执行许多相同操作，但是，如这里所述，如果存 在不适合的锁定状况，则它可使操作员锁定差速器60的尝试无效。
转到图3，示出用于控制差速器60的锁定状态的示例性控制程序100。 控制程序100通常在START 110开始，随后转到步骤120，在步骤120中 开始作业机械10的转向。从步骤120，该程序可转到步骤130,在步骤130 中电子控制单元50可询问差速器60是否锁定。如果在步骤130没有锁定 差速器，则该程序可转到步骤200，结束。如果在步骤130差速器是锁定 的，则该程序可转到步骤140，如这里所述，在步骤140中电子控制器50 可确定最小转向半径。如这里所述，在步骤140的确定可包括参考至少一 个图i普145。
从步骤140,该程序可转到步骤150,在步骤150电子控制器50可通角度来确定该铰接角度。从步骤 150,该程序可转到步骤160，在步骤160电子控制器50可通过传感器32 感测作业机械10的车轮转向角度。从步骤160，该程序可转到步骤170, 在步骤170电子控制器50可确定作业机械10的转向半径。从步骤170， 该程序可转到步骤180，在步骤180电子控制器50可比较所确定的转向半 径和最小转向半径。
特别地，在步骤180，电子控制器50可询问所确定的转向半径是否小 于或等于最小转向半径。如果在步骤180，所确定的转向半径小于或等于 最小转向半径，则该程序可转到步骤190，在步骤l卯电子控制器50可输 出控制信号以解锁差速器60且然后转到结束步骤200。如果在步骤180， 所确定的转向半径不小于阈值转向半径，则该程序可返回步骤140，在步 骤140电子控制器50将再次确定最小转向半径。
参照图4，示出才艮据本发明的另一示例性控制程序210。控制程序210 是手动差速器锁定控制模式的示例，其中在特定条件下电子控制器可使操 作员锁定差速器60的尝试无效。控制程序210可在START 220开始，随 后转到步骤230，在步骤230电子控制器50接收差速器锁定控制信号如来 自操作员输入装置20的信号以锁定差速器60。从步骤230该程序可转到 步骤240，在步骤240电子控制器50可例如通过地面速度传感器90确定 作业才几械10的地面速度。从步骤240，该程序可转到步骤250，在步骤250 电子控制器50可询问所确定的地面速度是否大于地面速度极限。如果是， 则该程序可转到结束步骤330而不锁定差速器60。如果在步骤250地面速 度不大于地面速度极限，则该程序可转到步骤260，在步骤260电子控制 器50可确定作业机械10的档位。从步骤260，该程序可转到步骤270,在 步骤270电子控制器50可询问所确定的档位是否高于低档位。如果是，则 该程序可转到结束步骤330而不锁定差速器60。如果否，则该程序可转到 步骤280。
在步骤280,电子控制器50可确定作业机械的车轮转向角度。例如， 通过来自车轮转向角度传感器32的输入进行。从步骤280,该程序可转到
17步骤290，在步骤2卯电子控制器50可确定作业机械10的铰接角度。例 如，通过铰接传感器42进行。从步骤2卯，该程序可转到步骤300,在步 骤300电子控制器50可确定作业机械的转向半径。从步骤300，该程序可 转到步骤310，在步骤310电子控制器50可询问转向半径是否小于或等于 最小转向半径。如果在步骤310转向半径小于或等于最小转向半径，则该 程序可转到结束步骤330。如果在步骤310的回答为否，则该程序可转到 步骤320，在步骤320电子控制器50可向差速器60输出控制信号，调节 致动器61来锁定差速器60。从步骤320，该程序可转到结束步骤330。
这样，本发明提供了一种差速器锁定控制方法和装置，其利用转向半 径来确定差速器是否适于锁定。例如，转向半径可用于确定是否应该锁定 或解锁差速器60或在特定情形中是否应该不考虑操作员锁定差速器60的 尝试。由于各种原因，转向半径的使用提供了比诸如上述的Kenji的某些 早期设计更好的方法。在大多数情况下，与单独的车轮转向角度或铰接角 度相比，转向半径与作业机械上各种应力的关系更紧密。例如，在使用车 轮转向和铰接的简单的阈值角度时，在差速器本不应该锁定的情形中允许 锁定差速器，而在适合于锁定差速器的情形中却不允许锁定。此外，转向 半径的使用适合于所有模式，而免除了在一些早期设计中必须解决铰接和 车轮转向角度方向不同的要求。因此，根据本发明的差速器锁定控制系统
和方法的执行与某些早期设计相比提高了操作效率。但是，提高的效率不 会对作业机械上的不当的应力、应变和磨损等产生不希望的结果，因为本 发明认识到了迄今为止未知的与差速器锁定和解锁的不同条件的适当性或 不适当性有关的因素。
本发明的描述仅用于示例性目的，且不应解释为以任何方式缩小本发 明的范围。这样，本领域技术人员将认识到可对本发明公开的实施例作出 各种修改而不会脱离本发明的精神和范围。例如，虽然本发明的公开内容 主要针对机动平地机进行描述，但是并不限于此。实际上，具有可锁定差 速器的任何铰接机械都可受益于这里的教导。通过参阅附图和所附权利要 求可清楚看到其它方面、特征和优点。
权利要求
1、一种操作铰接作业机械(10)的方法，包括以下步骤确定表示作业机械(10)的铰接角度的值；确定表示作业机械(10)的车轮转向角度的另外的值，所述车轮转向角度与所述铰接角度是分离开的；和响应于作业机械(10)的转向半径来控制作业机械(10)的差速器(60)的锁定状态。
2、 如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括确定用于被锁定 的差速器状态的最小转向半径的步骤，其中控制差速器(60)的锁定状态 的步骤包括响应于所述转向半径小于或等于最小转向半径而命令对差速器(60)解锁。
3、 如权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤至少 部分地基于所感测到的地面速度以及所感测到的铰接角度和车轮转向角度 来确定作业机械(10)的倾翻稳定性状况，其中确定用于被锁定的差速器 状态的最小转向半径的步骤包括确定至少部分地基于所确定的倾翻稳定性 状况的最小转向半径。
4、 如权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤确定作 业机械(10)上的应力表征，其中确定用于被锁定的差速器状态的最小转 向半径的步骤包括确定至少部分地基于所确定的应力表征的最小转向半 径。
5、 如权利要求4所述的方法，其特征在于，确定作业机械(10)上的应力表征的步骤包括感测至少一个表示作业机械(10)的应力状况的操作参数的步骤，包括感测表示作业机械(10)传动系的至少一部分上的转矩 的操作参数。
6、 如权利要求4所述的方法，其特征在于，感测至少一个表示作业机 械(10 )的应力状况的操作参数的步骤包括感测至少一个表示作业机械(10 ) 上的框架应力的操作参数。
7、 如权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤 确定作业机械(10)的车轮滑转状况，其中控制差速器(60)的锁定状态的步骤包括响应于所确定的车轮滑转状况来命令锁定差速器(60)， 除非存在不适合锁定的状况；和接收操作员所要求的差速器锁定控制信号，其中控制差速器的锁定状 态的步骤包括，如果存在不适合锁定的状况，则使该控制信号无效，所述 不适合锁定的状况包括框架应力状况、传动系应力状况、转向半径状况和 倾翻稳定性状况中的至少一个。
8、 一种铰接作业机械(10),包括前框架单元(12)，该前框架单元包括可操作以使作业机械(10)转 向的车轮转向装置(30);后框架单元(14),该后框架单元与前框架单元(12)连接且包括可 锁定的差速器(60);铰接装置(40 )，该铰接装置连接在前框架单元(12 )和后框架单元 (14)之间，并且也可操作以使作业机械(10)转向；和电子控制器(50),该电子控制器设置成响应于作业机械(10)的转 向半径来控制差速器(60)的锁定和解锁中的至少一者。
9、 如权利要求8所述的作业机械(10),其特征在于， 所述电子控制器(50 )设置成确定所述作业机械(10 )上的应力表征，和至少部分地基于所述应力表征来确定最小转向半径，所述电子控制器 (50)还设置成在所确定的转向半径小于或等于最小转向半径时向所述差 速器(60)产生差速器解锁控制信号；所述电子控制器(50)还设置成至少部分地通过图谱来确定最小转向 半径，所述图镨具有与所述作业机械(10)的操作参数相关的第一坐标、 与所述作业机械(10)的至少一个应力状况相关的第二坐标和与所述作业 机械(10)的最小转向半径相关的第三坐标；以及所述作业机械(10)还包括车轮转向传感器(32)和铰接传感器(42)，该车轮转向传感器和铰接传感器与电子控制器(50)连接且设置成分别感测所述作业机械(10)的车轮转向角度和铰接角度；和地面速度传感器(卯)和变速器档位传感器(54),该地面速度传感 器和变速器档位传感器均与所述电子控制器(50)连接；其中所述电子控制器(50 )设置成通过来自所述车轮转向传感器(32 ) 和铰接传感器(42)的输入来确定所述作业机械(10)的转向半径，且设 置成至少部分地通过来自所述车轮转向传感器(32 )、所述铰接传感器(42 )、 所述地面速度传感器(卯)和所述变速器档位传感器(54)的输入来确定 所述作业机械(10)上的所述应力表征。
10、 一种电子控制器(50),该电子控制器设置成响应于对铰接作业 机械(10)的转向半径与最小转向半径的比较来控制作业机械(10)中的 差速器(60)的锁定状态，所述最小转向半径至少部分地基于与至少一个 作业机械操作参数相关的应力表征。
全文摘要
一种操纵铰接作业机械(10)的方法，包括感测作业机械(10)的铰接角度和车轮转向角度，和响应于作业机械的转向半径来控制差速器(60)的锁定状态。还提供了一种铰接框架的轮式作业机械(10)，其包括具有车轮转向装置(30)的前框架单元(12)、后框架单元(14)和连接在前框架单元和后框架单元(12，14)之间的铰接装置(40)。第一和第二传感器(32，42)可操作以感测作业机械(10)的车轮转向角度和铰接角度，且提供了电子控制器(50)，该电子控制器构造为响应于作业机械(10)的转向半径来选择性地锁定或解锁后框架单元(14)的差速器(60)。
文档编号B60K23/04GK101448666SQ200780018446
公开日2009年6月3日 申请日期2007年3月9日 优先权日2006年4月20日
发明者I·加尔萨利, P·A·纽伯里 申请人:卡特彼勒公司