离合器制动装置的操纵控制的制作方法

专利名称:离合器制动装置的操纵控制的制作方法
本发明大致涉及在车辆的驾驶操纵中控制离合器-制动器机构的一种装置，更具体地说是涉及离合器-制动器机构的一个闭环电子控制回路。
在履带牵引车这一领域中通常使用两种操纵方法，它们各自有其优点和缺点。第一种方法使用分别固定在各履带驾驶通道上的一对离合器-制动器装置来控制操纵方向。操作者通过移动一操纵杆控制行驶的方向，该操纵杆调整驱动压力从而使其中一个履带上的离合器“打滑”(“Slipping”)直至操纵杆越出第一个范围之外。送至“打滑”履带的动力减小，同时打滑的履带相对于另一履带的速度减小。车辆从理论上来说逐渐地沿“打滑”履带的方向转弯。
较小半径的转弯通过将操纵杆进一步调至操纵的第二范围来达到，此时，制动器接合到其中一个履带的驱动装置上。由于制动器的接合，其中一个履带的速度急剧下降从而导致一个较大的速度差以及一较小的转动半径。然而，驾驶的转弯半径和方向并不完全取决于操纵杆的操纵。例如，履带牵引车具有很大的质量，在一个坡度上操作牵引车时，这种惊人的质量可能对操纵方向的运转起不希望的作用。当车辆下坡行驶同时操作者要求一个渐渐的左转弯致使左履带离合器松开时，车辆的质量可能引起左履带实际上的速度增加同时开始逐渐向右转弯。朝着所要求方向相反地操纵车辆在可控性内具有明显的反冲;然而，不协调的操纵响应同样是不希望的特点。例如，当车辆上坡行驶同时操作者要求一逐渐的转弯时，车辆的质量会导致左履带速度的大幅度下降同时车辆会不由地急剧向左转弯。离合器-制动器操纵装置因其结构简单，在直向工作应用中的优越特性而广泛地用于履带牵引车上同时离合器-制动器操纵装置相对要来得便宜。
其中第二种方法通过应用被连续驱动的操纵速差来控制操纵方向，而不对其中的一个履带切断动力流，该操纵速差起降低选定的履带速度同时增加对置的履带的速度。这样的“给以动力的”(Powered”)转向将车辆的应用扩展到了离合器-制动器所操纵的车辆不能运行的海滨地带条件下的区域中。此外，速差操纵车辆由于车辆表现出与转弯半径和方向都相一致的反应从而克服了离合器-制动器操纵方向中的缺点。然而，速差操纵系统在大的履带车辆的费用/性能上是存在缺点的。由于车辆尺寸的增大，操纵元件的尺寸和容量也必须随之增大。这样的元件费用不是与尺寸和容量成线性关系而是相应地随物理变化显著地增加。所以在大的履带牵引车上的速差操纵是离合器-制动器操纵的一个昂贵的替换物。
本发明直接克服了如上陈述的其中的一个或多个问题。
按照本发明的一个方面，提供了具有其上被施加驱动力的一对履带的车辆。该车辆含有分别与其上各侧履带相连的并对操纵车辆的一液压源作出响应的离合器及制动器系统。各个离合器及制动器系统具有一离合器和-制动器，该离合器交替地接合和断开从而分别连通和切断施加到车辆履带上的驱动力;而制动器交替地激励和松开从而分别制动和松开车辆的履带。用于离合器和制动器操纵系统的一控制装置具有分别控制流向离合器及制动器的流体压力的分离的离合器制动器阀门装置，阀门装置响应接收到的分开的电控信号进行控制。第一装置在履带间确定一要求的速度差而第二装置输出与每个履带各自速度相联系的第一和第二信号。一处理装置接收该第一和第二履带的速度信号，计算确定这两个速度信号间的速差，将确定的速差和所要求的速差相比较从而确定速差误差，响应小于预选给定值的误差，对其中的一个履带中的离合器阀装置发出控制信号;而对大于预选给定值的误差向其中一个履带的离合器和制动器阀装置都输出一控制信号。
现有的履带牵引车操纵系统常常因费用低而使用离合器-制动器操纵系统或是因可控性而使用速差操纵系统。该两种系统中的优点和缺点自然地互补，致使一系统中的优点即为另一系统中的缺点。本发明的系统提供了具有速差操纵系统可控性的一费用低的离合器-制动器操纵系统。
图1表示本发明实施例的方框示意图;
图2曲线表示离合器和制动装置的控制压力;
图3表示用于本发明实施例的控制软件的方框示意图;
图4曲线表示操纵杆行程与车辆旋转半径的关系。
现参照附图，其中表明了本装置10的一推荐实施例，图1表示了带左右履带14，16的车辆12。驱动力通过相应的左、右离合器及制动系统18、20施加到履带14、16上，左、右离合器及制动器系统18、20对操纵车辆12的一液压源22起反应。离合器及制动系统18、20是在履带型车辆上常用的一般装置，其中系统18、20各含有一离合器24、25，离合器24、25交替的吸合和脱开从而对应地接通和断开施加于车辆12的履带14和16上的驱动力。离合器24、25由液压方法操纵，通过压力使离合器吸合。更准确地说，离合器24、25在本推荐的实施例中是被完全吸合的并以335磅/平方英寸的力向履带14、16传输动力。在0磅/平方英寸情况下，离合器24、25全脱开，从而没有动力传输给导向装置14、16。当压力处于这两个极端情况之间时，离合器24、25受一控制压力的百分比例值作用而“打滑”，这时仅有部分动力传输到履带14、16。准确调节控制压力可在履带14、16间产生一个精确的速度差。控制压力的大小以相对于电控信号大小成正比的方式变化。作为一个故障自动保险条件，失去液压压力必将导致离合器24、25被完全地断开从而使履带14、16失去动力。
相类似的，离合器及制动系统18、20也各含有制动器26、27，制动器26、27交替地开动和断开从而制动或松开车辆12的履带14、16。制动器26、27一般为一液压操纵的圆盘，压力的作用使施加到制动器的弹簧松开。例如，在本推荐的实施例中一个335磅/平方英寸的制动压力就完全松开制动器26、27而一减小的33磅/平方英寸的压力就完全地吸合制动器26、27。250磅/平方英寸的一中等压力相应地导致常常被称为“制动开始”(“touch up”)的最初的制动。作为一个故障自动保险条件，失去液压压力必将导致制动器26、27完全被弹簧吸合而使车辆12停止。
用于离合器和制动器操纵系统的控制装置10含有一个离合器阀门装置28，离合器阀门装置28根据接收的电控制信号来控制输至离合器24、25上的液体压力。离合器阀门装置28含有隔开的、交替驱动的用来在液压源22和离合器24、25中的每一个之间调节液体输通而连接的电动液压比例阀30、32。阀30、32是常规的设计同时每个阀含有一感应线圈34、36，用来控制一阀杆(未图示)的位置以便控制压力保持在一预选的数值上。该控制压力的大小随电控制信号值成正比地变化。
相类似的，一制动阀装置38根据接收的电子控制信号来控制输到制动器26、27中每一个上的液体压力。该制动阀装置38含有隔开的、交替驱动的用来在液压源22和各个制动器26、27之间调节液体输通而连接的电动液压比例阀40、42。阀40、42是按常规设计的同时每个阀含有一感应线圈44、46，用来控制一阀杆(未图示)的位置以便控制压力保持在一个预选的数值上。该控制压力的大小随电控制信号值成正比例地变化。
一个装置48根据车辆操作者的手动输入量确定履带14和16之间一所需要的速度差。操作者通过手动操纵一个操纵杆50以常规方式控制车辆的方向。在推荐的实施例中，操纵杆50是一个与传感器连接的舵杆柄52，舵杆柄可以带动传感器53旋转，本实施例中传感器53为一回转电位器54。舵杆柄52和电位器54都是弹簧定中心的，这样在没有操作者输入量时，回转的电位器54会回到中间位置同时装置48将要求一个零的履带速度差。
装置56发出与各个履带14、16对应速度相关的第一和第二信号。一对感应传感器58、60靠近一带齿的齿轮放置(未图示)，该带齿的齿轮以直接对应于履带速度相关的速度旋转。变化的磁通量密度导致每个感应传感器58、60发出的信号频率与各自齿轮和履带速度相关。该信号为数字脉冲信号，频率和脉冲持续时间均与履带速度有关。传感器58、60为标准部件并可从市场上买到。
由感应传感器58、60发出的第一和第二数字信号被一处理装置62接收，处理装置62在软件控制下动作从而确定各信号的实际频率。因为信号的频率与履带速度直接有关，所以处理装置62采用一个履带速度减去另一履带速度的方法确定履带14、16之间的速度差。通过装置48确定的所要求的速度差同样由处理装置62接收，处理装置62比较实际的和要求的速度差从而确定差速误差。该处理装置62设法控制各履带14、16上的离合器24、25和制动器26、27从而将差速误差减少到零。经过处理装置62所实现的修正量的大小直接与差速的大小有关。例如，根据小于一预定的给定值的差速误差，一控制信号就发到履带14、16其中一个的离合器阀门装置28上。类似地，根据大于一预定的给定值的差速误差就对履带14、16其中一个的离合器和制动阀门装置28都发出一控制信号。
图2表示了离合器24及制动器26的压力与百分比差速误差的工作关系曲线。在百分比误差为零的情况下，离合器24和制动器26都受到335磅/平方英寸的压力，这样制动器26被完全地断开同时离合器24被完全地接合。控制装置10在差速误差超过约百分之五时才承担修正操作。误差在百分之五和百分之四十五之间时，离合器压力递减到0磅/平方英寸。误差在百分之四十和百分之五十之间时，制动器压力相应地以一预选的速率递减到250磅/平方英寸(制动开始)(touch up)。误差在百分之五十和百分之一百之间时，制动器压力按小于第一预选速率的第二预选速率在250磅/平方英寸和33磅/平方英寸之间变化。因为在33磅/平方英寸时制动器26完全地接合，所以在此范围以外的压力操作对履带速度不起作用，同时进一步减小控制压力对制动器26也不起作用。
图3的方框图是控制装置10的功能简略图，更特别的是它图示了处理装置62使用的软件。虚线大体表示了处理装置62并且含有一个模-数转换器(A/D)66，它具有与回转电位器54的引线相联的一输入量。模-数转换器(A/D)66的输出量被一微处理器68用来存取一查阅表70并确定所要求的速度差。查阅表70如图4中所示并在后面的说明书中进行更详细的讨论。回转电位器54的位置与所要求的履带速度差相关，这一点是应于理解的。
来自模-数转换器(A/D)66的一输出量被发送给选择器72的输入端，该选择器72确定所需要转变的方向。例如，如果电位器中心电位为零伏特，选择器72将会任何正电位判定为要求左转弯。同样地，任何负电位将引起右转弯。
来自查阅表70的一输出量被发送给加法器74的一正输入端。加法74的一负输入端接收实际履带的速度差，这样加法器74的输出量为差速误差信号。微处理器68利用差速误差的大小量以便最终控制左或右向履带14、16上的离合器24、25以及制动器26、27。选择器72有预选确定的要求转弯的方向，有选择地驱动一对门76、78中的一个，该对门76、78分别与左和右向履带14、16相联。门76、78被选择器72激励时，门76、78将向与左和右履带14、16相联系的一对相同控制方程80、82中的一个传递速差误差信号。每个控制方程含有一加权系数84、86，比例项88、89和积分项92、94。微处理器68和利用控制方程80、82的结果从而类似于图2图示的压力迹线那样分别存取一对应左方离合器及制动器的查阅表96、98和对应于右方离合器及制动器的查阅表100、102。但是，查阅表96、98、100、102具有应输出到比例阀30、32、40、42上去的电平，用来产生图2所示的要求的压力。
左方和右方和离合器查阅表96、100的输出量经过一组加权系数104、106到达分别控制离合器阀40、42的一组电磁驱动器电路108、110的输入端。相类似地，左方和右方制动器查阅表98、102的输出量经过一组加权系数112、114到分别控制制动器阀30、32的一组电磁驱动器电路116、118的输入端。离合器24和制动器26对履带14、16操作的影响从功能上看作是一对加法器120、122的输出量，而加法器120、122的输入量则是离合器24和制动器26。
履带的各个速度传感器58、60发出数字信号，该数字信号具有与各履带14、16的速度相关的频率和脉冲宽度持续时间。定时器124、126接收履带的速度传感器信号同时提供与脉冲持续时间有关的对应于各履带14、16的速度的信号。这些履带速度信号经一组加权系数128、130达到加法器132的正和负的输入端。加法器132的输出量必定是实际的履带速度差，该速度差输给加法器74的负输入量。
加权系数104、106、112、114、128、130的使用允许控制装置10很容易地重新组合以适应各种不同的车辆或部件。例如，履带速度的加权系数128、130用来使脉冲宽度信号与一实际的履带速度发生联系。脉冲宽度不仅取决于履带速度而且也受感应检测到的齿轮齿数的影响。如果控制装置10用于齿轮尺寸在某个范围内的不同车辆上，那末履带速度信号可通过加权系数简单的重新编程加以校准。
参照图4，其中表示了要求的速度差的百分比与操作杆行程百分比之间的关系曲线。图示了三条分开的迹线134、136、138，而第一条迹线134为直线。在第一条迹线134中，操作杆行程与要求的速度差成正比例，因而灵敏度在整个操纵杆行程中是恒定的。例如，操纵杆位置的任意百分之五的变化将导致要求速度的百分之五的变化。然而，在要求精细控制的操纵杆行程的某个范围内，可以希望提高操纵杆的敏感度。一般在进行大半径转弯时就要这种精细的控制。例如，笔直往前的行驶就时常需要进行小的操纵调整以便保持车辆前行。如果这种校正相对大时，操作者有将车辆过度转向的倾向并且在路线附近摆动。相反一精细的控制在这种形式的操作中就使操作者准确地完成小的操作调整。
用来确定所需的履带速度差的装置48含有装置140，装置140接收操纵杆的位置信号同时发出要求的速度差信号，该速度差信号具有与操纵杆位置信号大小量成非线性关系的一个数值。在如迹线136所示的第一个实施例中，要求的速度差信号为操纵杆位置信号数值的平方。利用迹线136，车辆12在大半径转弯的操纵杆行程范围内的可控性大大地提高了。例如，操纵杆位置从百分之零至百分之二十中仅仅要求速度差中产生一个百分之四的变化。
在如迹线138所示的第二实施例中，要求的速度差信号为操纵杆位置信号值的立方。利用迹线138，车辆12在大半径转弯的操纵杆行程范围内的可控性可更进一步地提高了。例如，操纵杆位置从百分之零至百分之二十的变化只产生小于所需速度差百分之二的变化。在最佳实施例中，查阅表70，由软件程序设计并保持永久的储存，这样在图示的迹线134、136、138之间或任何迹线之间的变化为相对简易的程序变化。根据车辆12使用的特殊要求，操作者可将每条迹线进行程序设计加以储存并可加以选择。
在控制装置10的整个操纵中，假定车辆12往前向行驶同时操作者选定了一近于百分之二十速度差的左转弯。选择器72确认操作者要求左转弯，并选通门76从而最终使左方离合器24及制动器26动作使左方履带按要求的百分之二十减速。在最初要求转弯的时刻实际的速度差接近于零而最终的速度差误差接近于百分之二十。
控制方程80对速差误差起作用同时产生百分比误差信号，该百分比误差信号用于左方离合器及制动器的查阅表96、98，确定一要求的离合器及制动器阀的控制电位。从图2中可看出百分之二十的误差对制动器操纵杆不受影响但是离合器控制压力减少到近乎于200磅/平方英寸并导致离合器开始打滑。
速度传感器58监控着左方的履带14同时检测实际的速度差并反馈给加法器74。经调整的速度差被发至控制方程80，控制方程80相应地修正百分比误差。查阅表96、98用来确定阀控制电位的误差并影响左方履带的速度。只要操作者继续要求左转弯，调整左方履带速度使之与要求的速度差一致的过程将继续重复进行。
低于百分之四十的操纵速度差不影响制动器动作。低于速度差误差的百分之五十制动器26实际上不提供制动力。在百分之四十和百分之五十之间，制动器26从完全断开的位置调整到一“制动开始”(touch up)的位置。
操作者要求右转弯对舵杆柄52的操纵实质上与左转弯相同。选择器72选通门78以便按要求的百分比使右方离合器25及制动器27最终对右履带进行减速。其后的操作基本与左转弯的操作相似。
本发明的其它方面、目的以及优点可从附图、说明以及所附的权利要求
书的研究中获得。
权利要求
1.具有一对履带14，16的车辆12中，驱动力被施加到这对履带14，16上，它含有分别与各侧履带14，16相联系并响应操纵车辆12的液压源的离合器和制动器系统，每个离合器及制动器系统18，20具有一离合器24，26和一制动器26，27，该离合器交替地接合和断开以便分别连通和切断施加到车辆12的履带14，16上的驱动力，该制动器26，27交替地激励和松开以便分别制动和松开车辆12的履带14，16，一个用于离合器和制动器操纵系统的一控制装置10含有用来根据接收到的电控信号控制输到所述离合器24，25上的液体压力的离合器阀装置28，用来根据接收到的电控信号控制输到所述制动器26，27上的液体压力的制动器阀装置38，用来确定所述履带间所要求的速度差的装置48，用来对应于各个所述履带14，16速度发出第一和第二信号的装置56，处理装置62，它用来接收所述的第一和第二履带速度信号，测定速度信号间的速差，比较所述的测定的和所要求的速度差从而确定速差误差，对其中的一履带中的离合器阀装置28输出相应地小于一预选给定值误差的一控制信号，对其中一履带14，16中的离合器和制动器阀装置28，38两者都输出相应地大于一预选给定值误差的一控制信号。
2.根据权利要求
1所述的控制装置10，其特征在于所述的离合器阀装置28含有分开的、可交替驱动的电动液压比例阀30，32，被连接的电动液压比例阀30，32用来调整所述液压源22与各个所述离合器24，25间的液体流通。
3.根据权利要求
1所述的控制装置10，其特征在于所述的制动器阀装置38含有分开的、可交替驱动的电动液压比例阀40，42被连接的电动液压比例阀40，42用来调整所述液压源与各个所述制动器间的液体流通。
4.根据权利要求
1所述的控制装置10，其特征在于所述的处理装置62，响应于第一预选值的所述操纵信号，对所述离合器阀装置28输出一个幅值足够用来完全断开所述离合器24，25的控制信号。
5.根据权利要求
4所述的控制装置10，其特征在于所述的处理装置62，响应大于第二预选值的所述操纵信号，对所述制动器阀装置38输出一个幅值足够用来接合所述制动器26，27的控制信号。
6.根据权利要求
5所述的控制装置10，其特征在于所述的第二预选量比第一预选量要大。
7.根据权利要求
6所述的控制装置10，其特征在于所述的处理装置62，响应介于所述第一和第二预选量之间的所述操纵信号，对所述的制动器阀装置38输出一个幅值不足以接合所述制动器26，27的控制信号。
8.根据权利要求
6所述的控制装置10，其特征在于所述的处理装置62，响应于一小于预选给定值的要求的速度差，对所述离合器阀和制动器阀装置28，38输出一个幅值足以完全地接合所述离合器24，25并完全地松开所述制动器26，27的控制信号。
9.根据权利要求
1所述的控制装置10，其特征在于用于确定一要求速度差的所述装置48含的可手动定位于许多位置上的一操纵杆50，被连接的并可随操纵杆50活动的一传感器53，同时所配的该传感器53用来发出幅值与所述操纵杆50位置对应的一电位置信号，装置140用来接收所述的位置信号并发出所述的要求的速度差信号，该信号幅值与位置信号幅值成非线性关系。
10.根据权利要求
9所述的控制装置10，其特征在于所述的要求速度差信号的幅值为所述位置信号幅值的平方。
11.根据权利要求
9所述的控制装置10，其特征在于所述的要求速度差的幅值为所述位置信号的立方。
专利摘要
一种电控离合器—制动器操纵控制装置10提供电动液压比例阀30，32，40，42控制信号，用来精确地调整一组操纵离合器及制动器24，25，26，27的控制压力。一对传感器58，60发出至控制装置10的信号，该信号表示履带的速度。该装置10可以相应地调节所选的其中一些阀24，25，26，27，以保持所要求的履带速度差。因此，离合器—制动器操纵系统的可控性大大地增强，从而可以有效地与费用昂贵以及复杂的系统相抗争。
文档编号B62D11/06GK87106843SQ87106843
公开日1988年4月20日 申请日期1987年10月8日
发明者詹姆斯·保罗·米勒, 韦尔登·利昂·斐尔伯斯 申请人:履带股份有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan