车辆转向装置和方法

专利名称：车辆转向装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种用于作业机械的转向装置和方法。特别地，但非限制 地，涉及一种用于具有开环液力驱动装置的滑移式或履带式车辆的转向装 置和方法。
背景技术：
滑移式或履带式车辆(如小型液力挖掘机(MHE))通常具有用于推 进和使车辆转向的开环液力传动装置。开环系统的一个简化的示例可包括 用于流体(如液压油)的蓄液器， 一泵可从所述蓄液器抽取一定体积的所 述流体。泵使流体加压并将其传送到与履带相连接的两个马达(每个履带 一个马达)中的至少一个，因此所述马达的旋转会转动履带从而使车辆移 动。 一旦流体流经了马达，该流体便返回蓄液器。比较而言，在闭环系统 中，来自马达的回流会返回泵而不返回蓄液器。闭环系统通常会提供更优 越的车辆控制，但通常要求更复杂的泵、马达和控制软件，从而导致复杂 和成本水平较高。在闭环装置中，回流不会比泵能够吸收的快。例如，在倾斜的地势上， 车辆常常会向下滚动，因此履带倾向于驱动马达，而非马达驱动履带。然 而，马达不能够转移比泵能够吸收的(量)更多的流体，因此防止马达加 速，操作者仍保持对车速的控制。在不包括任何附加控制器的开环系统中， 马达却能够向箱自由地转移流体，导致可能不受控的车辆运行状态，如机 械的失控(超速，run-away)状态。为防止这种情况，可在马达回流管路 中嵌入偏心锁定阀。因为马达是双向的，在各马达的供给/回流管路中都嵌 入偏心锁定阀。使具有开环转向装置的车辆转向是通过向两个马达提供不同的流体量或相对的流动实现的，从而使履带具有不同的速度和/或方向。关于开环系统的 一个问题是在转向过程期间响应于变化的流动和压力反复地切换偏心锁定阀。在转向操纵期间，操作者的控制可能不总是平顺的，系统受到转矩变化和功率要求的影响。这致使偏心阀反复地打开和关闭，使得转向操纵不平稳/颠簸并不受控制。这可能对于当在两个地点之间移动时要求高行驶速度以减小行驶时间的现代机械导致问题。为避免这些问题，操作者在 接合转向件之前必须使车辆减速或完全停止。为了在转向期间增加平顺性，可在马达入口与出口之间为机械装备交叉管路安全阀，因为这样会由于在 转向期间流体移动穿过安全阀从而使转向柔和到 一定程度以使受制动的马 达连续地转动。由于局部安全阀设置因系统安全岡的设置而受到限制，交 叉管路安全阀仅部分地緩和了 一些问题。以下公开旨在克服上述缺点中的 一些缺点。发明内容在第一实施方式中，车辆具有开环液力驱动系统。所述开环液力驱动 系统包括用于驱动在所述车辆的相对两侧的地面接合装置的第一和第二可 变排量液力马达，以及用于通过改变所述第一和第二马达中的一个的排量 来使车辆转向的控制装置。第二实施方式公开了一种使具有开环液力驱动系统的车辆转向的方 法，其中，该开环液力驱动系统包括用于驱动在所述车辆的相对两侧的地 面接合装置的第一和第二可变排量液力马达。所述方法包括选择希望的车 辆方向，以及响应于所述对希望的车辆方向的选择来改变所述第一和第二 马达中至少一个的排量，从而使所述车辆转向。通过以下的说明和附图，本发明的其它特征和方面清晰可见。


图l是具有根据本发明的实施例的开环转向系统的车辆。图2是用于控制图1的车辆的示例性方法的流程图。
具体实施方式
图1示出具有转向装置的车辆10的示意图，该装置通过在相对的地面 接合驱动装置(如滑移式机械或履带式车辆中通常具有的装置)之间引起 不同的速度来实现转向。这种机械的示例有履带式液力挖掘机或履带式的 或装备有非转向轮的滑移装载机。仅作为示例性目的，本发明的实施例， 如图1所示的车辆10,可以是带有履带的小型液力挖掘机(MHE)，但 本发明的应用决不局限于带有履带的MHE。车辆10包括用于驱动车辆10的相对两侧的左手侧履带14和右手侧履 带114。两履带都经由轴和变速器装置20和120与液力系统30相连接， 用以驱动车辆10和使车辆10转向。液力系统30的设计可以不同，但其特征可以是将在下文中详细说明的 开环系统。液力系统30可一般地描述为具有用于驱动履带14的第一回路 31、用于驱动履带114的第二回路33以及一个或多个用于车辆10上存在 的其它液力系统的其它回路。履带14和114由独立的但基本相同的回路来 驱动，基于了解到第二回路以基本相同的方式工作，所以以下将仅详细说 明其中一个履带。驱动履带14和114所涉及的具有相同附图标记的部件具 有相同的功能。尽管用于驱动履带的回路在一定程度上是独立的，但在方 便的情况下二者可分享/共用部件，如蓄液器32和流体供给器34。车辆10包括一个或多个可相互连接的蓄液器32,以保持如液压油等 致动流体。流体供给器(如泵34)从蓄液器32中抽出流体。流体供给器 可以是排量可变或固定的由发动机驱动的单泵，用以将流体供给到车辆10 上的所有系统，例如，驱动管路、转向机构、工作臂或工具，或者可以是 具有更专门的供给装置的一组泵。为简化起见，流体供给器将描述为其流 体输出取决于旋转速度和相关损失的固定排量泵34。泵34将流体供给到 可以是任何合适的类型的控制阀36。所示的控制阀36是通常处于使得流 体不从泵34流向马达52以及使得流体不从马达52流向蓄液器32的位置的阀。控制阀36可以是具有无限数量的位置来控制流经控制阀36的流体 的方向和量的比例阀。控制阀36可以由操作者经由适当的输入装置38来 进行操作。输入装置38可以是机械装置，如杆件或电/电子装置，如比例 滚轮开关。取决于由操作者选择的希望的车辆行驶方向，加压流体可从控 制阀36流到管路40或42中。在该示例中，来自泵34的加压流体朝向单 向阀44穿过管路40。单向阀44可以是如图所示地^皮弹性地偏压向中间位 置的、可由先导管路46和48控制的三位两通偏心阀。当单向阀44允许时， 加压流体可经由管路50流向马达52。马达52是可变排量轴向柱塞驱动马 达，该马达原则上具有无限数量的可用的摆角(swash angle)。在一个实 施例中，仅可选择离散数量的所述的位置。例如，在一个实施例中，当仅 可选择第一和第二摆角时，马达可归类为双速马达。流体经由管路56、单 向阀44、管路40、控制阀36和管路58从马达52返回蓄液器32。在该示例中，马达52的摆角位置由包括液力阀60和梭阀62的装置 54控制。如需要也可选择另一合适的装置、也可安装附加的限流器或节流 孔来提高流动特征，例如在改变马达52的摆角位置时减小变化的沖击。阀 60是电液螺线管操作的类型，并由逻辑元件65 (如ECU)来控制。逻辑 元件65经由位于操作者的环境中的几个输入装置接收来自操作者的输入。 例如可以是开关的输入装置64控制两间60和160,并请求逻辑元件65在 两个马达52和152中触发相同的作用。在其中两系统被同样地设定、并且 在设定以及公差中不存在差别的理论原理下工作的情况下，输入装置64 的操作使两个马达52和152处于相同的位置，即两个马达或者都处于第一 摆角位置，或者都处于第二摆角位置。对于马达52，这是通过将阀60切 换到这样的位置来实现的，即使得处于最高压力下的管路(即管路50和 56之一 )经由梭阀62向马达52上的摆角控制器66提供加压油。马达也 可由弹簧偏压成，除非马达接收到来自逻辑单元65的信号，都使得马达处 于缺省位置。除了各输入装置68和168不同时控制两个马达52和152外， 在本示例中可以是开关的输入装置68和168的功能与输入装置64非常相 似。输入装置64控制两个马达52和152，输入装置68控制马达52而不控制马达152，输入装置168控制马达152而不控制马达52。在一个实施 例中，输入装置68和168是被偏压的开关，当操作者不再接合所述输入装 置时返回缺省位置，同时当被操作者选择时输入装置64保持就位。用于使车辆IO转向的方法的一个实施例在图2中示出。注意，该流程 图是非穷尽的，并且可以增加更多的步骤和例程或者可以使某些步骤处于 不同的顺序。框70代表接收由操作者或其它装置(如至少部分自动的管理 系统)选择的改变车辆方向的请求的程序。在本示例中，改变方向的请求 对应于向左转向的请求。改变请求可由确定两马达52和152的当前速度范 围的逻辑元件65接收。在本实施例中，左手侧马达52的速度范围简写成 SRL，而右手側马达的速度范围简写成SRR。 HIGH是指马达的摆角位置 对应于高的车辆速度范围，而LOW是指其对应于低的车辆速度范围。逻 辑元件65可以以4壬何适当的方式，例如测量或检测电或电子信号、检测马 达52和152的部件的实际物理位置，来确定SRL和SRR。为完成向左转 向请求，左手侧履带14必须运行得比右手侧履带114慢，这样马达52必 须运行得比马达152慢。如果SRL和SRR如框72中所示都处于高速位置， 则程序进行到框74,而将SRL改变为LOW。这^吏得马达52和相应的履 带14减速，车辆10向左转向。如果SRL和SRR如框76中所示都处于 HIGH,则然后进行框78的程序，将SRR改变为高。这使得马达152和 相应的履带114加速，车辆10向左转向。在一个实施例中，只要输入装置68和168中的一个被激活，SRL和 SRR就不相等。通过或者将该被激活的输入装置复原，或者将两个输入装 置68和168都激活，可使SRL和SRR相等。通过使SRL和SRR相等， 车辆将再次开始直线行驶，只要不存在其它可能影响车辆方向的因素。工业适用性当车辆不运动时，通过使单向阀44和144阻断从马达52和152到箱 的回流管路，因马达不能够处理任何流体而将马达52和152以及相关联的 履带14和114保持在固定位置，这样便可防止车辆10的任何不希望的运动。在工作期间，操作者以相同的程度致动两控制阀36和136以起动车辆 10沿直线的运动。对于图1所示的示例性实施例，用于控制阀36和136 的控制器可以是两个手动的、相邻安装的、可被拉动或推动的杆件。同样 地，由于用于履带14和114的两个回路的功能相似，所以仅详细说明其中 一个。为了克服车辆移动中的摩擦必须增加马达52中的压力。压力的增加被 单向阀44经由先导管路46感受到。 一旦压力达到一定的水平，阀44便移 到右侧，由此将单向阀44左侧的部分接合到回路中。这便打开了在从马达 到箱的回流管路50与42之间的连接，之后车辆便开始运动。单向阀44具有防止车辆IO在下坡行驶时出现不受控制的失控状态的 功能。在斜坡上时，车辆IO倾向于以高于由操作者选择的速度下行驶。履 带14试图增加马达52的速度，这导致压力56降低，从而导致先导管路 46中的压力降低。这允许单向阀44移动回到中间位置从而阻断回流管路 50与42之间的连接。这样又阻止了马达52旋转，因此对车辆进行制动。 随后管路40和56中的压力会升高，因此单向岡44又再次移动到右侧使得 车辆IO再次开始受控的直线运动。通常，这种循环时间很短以使机械可能 不会完全停止，尽管机械的运行状态可能不平稳。在车辆10工作期间的任何时刻，操作者都可以接合输入装置64。如 上所述，输入装置64会同时将两个马达52和152置于相同的摆角位置。 当选择最小摆角时，车辆10会处于适于例如长距离行驶的工作的高速、低 转矩模式。当选择最大摆角时，机械处于更适合于作业工作或精巧操纵的 低速、高转矩模式。因此，上述控制的组合使得操作者能够用输入装置64选择一速度范围 和通过操作控制阀36和136在所选的速度范围内选择速度。这种系统通常 在发动机速度固定的情况下工作，但如果采用了可变的发动4几速度状态， 这显然会影响泵34的流体输出，从而影响车辆速度。车辆10方向的改变可以通过为控制阀36选择与控制阀136不同的位置，或者相反地为控制阀136选择与控制阀36不同的位置来实现。通过选 择不同的控制阀位置，为马达52和152提供不同的流量，履带14和114 中的一个比另一个运行得更快，因此使车辆10转向。然而，通过控制阀 36和136中的一个改变流量以产生这种转向会导致下游压力的波动，这会 对单向阀44和144的运行产生影响。如上所述，单向阀44和144对与其 相连接的管路中的压力敏感，因此会反复地打开和关闭从而使转向运动不 平稳。特别是在高速情况下，这会导致如下危险情况，即颠簸运动可能被 放大成突然的急动而使操作者前俯或后仰，这又可能导致控制阀36和136 不受操作者控制地运动。因此，在通过控制阀36和136进行转向之前，操 作者可决定显著减小车辆速度或使车辆停止。操作者可决定操作输入装置68和168之一，而不是控制控制阀36和 136。在一个实施例中，输入装置可安装在控制控制阀36和136的杆件上， 这样，操作者便不必将手从杆件上移开。如果，例如操作者想要向左转向， 则左手侧履带14必须以小于右手侧履带114的速度运行。如果马达52和 152都处于高速模式，即处于最小摆角位置，则接合输入装置68会触发逻 辑元件65将马达52置于最大摆角位置，从而减小履带14的速度。如果马 达52和152都处于低速模式，即处于最大摆角位置，则接合输入装置68 会触发逻辑元件65将马达152置于最小摆角位置，从而增加履带114的速 度。因此，可以为逻辑元件65编程，从而尝试使车辆IO对激活输入装置 68和168之一具有一致的响应。例如，激活输入装置68可以，在可能的 情况下，总是导致向左转向，而激活输入装置168可以，在可能的情况下， 总是导致向右转向。如上所述清晰可见，这会要求逻辑元件65不同的动作， 其中可能需要在一定条件下操作马达52而在另外的条件下操作马达152。 所述条件可能需要考虑马达52和152在接收转向请求时的状态，但也可以 根据车辆的类型进行考虑。例如液力挖掘机通常配备有可转动地安装在履 带式底架上的操作者平台。因此，该平台可转动成4吏得操作者如底架所限 定的那样面对机械的前面或后面。这显然会扰乱操作者对左和右的感知。 为使控制对操作者更友好，逻辑元件65可被编程并配备成使得其能够确定操作者的方向或驾驶室的方向，并相应地使响应适合于转向请求。通过接合输入装置68和168中的任一个来使车辆10转向会使得单向 阀44和144的位置千扰最小。当然单向阀44和144可能暂时地^L影响， 但被影响的程度小于通过操作控制阀36和136进行转向时发生的影响。当 然，如果如上所述在斜坡上进行任何操纵时，单向阀44和144仍然可能影 响车辆的运4亍。通过将马达52和152中的一个的摆角位置改变为一预定的位置来使车 辆10转向会导致转向圆具有固定的半径，因为该转向不是成比例地控制 的。这对于技术不高的操作者可能是优选的，例如用于对直线行驶做较小 的修正，这是因为转向长度是由输入装置68和168中的一个的致动持续时 间确定的，而不是由比例阀38和138的控制杆的位移的持续时间和程度确 定的。尽管本文中说明了本发明的优选实施例，但在不背离以下权利要求的 范围的情况下可以做出改进和修改。
权利要求
1.一种具有开环液力驱动系统的车辆，所述开环液力驱动系统包括用于驱动在所述车辆第一侧的地面接合装置的第一可变排量液力马达，用于驱动在所述车辆第二侧的地面接合装置的第二可变排量液力马达，用于通过改变所述第一和第二马达中的一个的排量来使车辆转向的控制装置。
2. 根据权利要求l所述的车辆，其特征在于，所述第一和第二马达 中的每一个均包括离散数量的可选择排量位置。
3. 根据权利要求l所述的车辆，其特征在于，所述控制装置包括用 于分别控制所述第一和第二马达的第一和第二输入装置。
4. 根据权利要求3所述的车辆，其特征在于，所述车辆还包括用于 通过同时为所述第一和第二马达选择相同的排量来控制车辆速度范围的第 三输入装置。
5. 根据权利要求4所述的车辆，其特征在于，所述车辆还包括逻辑 元件，该逻辑元件用于相对于经由所述第三输入装置选择的所述第一和第 二马达的排量，响应于所述第一和第二输入装置的致动来调整所述第一和 第二马达所需要的改变。
6. 根据上迷权利要求中任一项所述的车辆，其特征在于，所述第一和第二马达分别形成第一和第二驱动回路的一部分，所述第一和第二驱动回路还包括至少一个可变的流体供给装置，所述流体供给装置用于为所述 笫一和第二驱动回路中的至少一个供给加压流体。
7. 根据权利要求6所述的车辆，其特征在于，所述第一和第二驱动 回路包括设置在所述至少一个流体供给装置与所述第一马达之间的第一单 向阀，和^L置在所述至少一个流体供给装置与所述第二马达之间的第二单向阀，所述第一和第二单向阀适于防止所述车辆的失控状态。
8. 根据权利要求7或8所述的车辆，其特征在于，所述至少一个流 体供给装置是由所述第一和第二驱动回路共用的泵送装置，由此流入所述 第 一驱动回路的流体量由第 一比例控制阀控制，而流入所述第二驱动回路 的流体量由第二比例控制阀控制。
9. 根据权利要求8所述的车辆，其特征在于，所述车辆包括用于分 别致动所述第一和第二控制阀的第四和第五输入装置。
10. —种使具有开环液力驱动系统的车辆转向的方法，所述开环液力 驱动系统包括用于驱动在所述车辆第一侧的地面接合装置的第一可变排 量液力马达，用于驱动在所述车辆第二侧的地面接合装置的第二可变排量液力马 达，所述方法包括以下步骤 选择希望的车辆方向，响应于所述对希望的车辆方向的选择来改变所述第一和第二马达中至 少一个的排量，从而使所述车辆转向。
11. 根据权利要求10所述的使车辆转向的方法，其特征在于，所述 方法还包括打开所述第一和第二马达中的至少一个的回流管路中的单向 阀，所述单向阀常闭以防止所述车辆的失控状态。
12. 根据权利要求10或11所述的使车辆转向的方法，其特征在于， 所述方法还包括通过基本同时将所述第一和第二马达置于相同的排量来选 择车辆速度范围的步骤。
13. 根据权利要求12所述的使车辆转向的方法，其特征在于，所述 响应于所述对希望的车辆方向的选择来改变所述第一和第二马达中至少一 个的排量的步骤优先于在通过将所述第一和第二马达置于相同的排量来选 择车辆速度范闺的步骤中做出的选择。
14. 根据权利要求10至13中任一项所述的使车辆转向的方法，其特 征在于，所述车辆包括用于供给流向所述第一马达的第一可变流体流和流 向所述第二马达的第二可变流体流的流体供给装置，所述方法还包括通过操纵所述第一和第二可变流体流中的至少一个来控制希望的车辆速度和方 向的步骤。
15. 根据权利要求12至14中任一项所述的使车辆转向的方法，其特 征在于，所迷方法还包括以下步骤接收所请求的车辆方向的改变，确定所述第一马i^目对于所述选择的速度范围的当前位置处于对应于 低车速范围的排量位置，响应于所述请求的车辆方向的改变将所述第一马达的所述当前位置改 变为对应于高车速范围的排量位置。
16. 根据权利要求12至14中任一项所述的使车辆转向的方法，其特 征在于，所述方法还包括以下步骤接收所请求的车辆方向的改变，确定所述第 一马i^目对于所述选择的速度范围的当前位置处于对应于 高车速范围的排量位置，响应于所述请求的车辆方向的改变将所述第一马达的所述当前位置改 变为对应于低车速范围的排量位置。
17. 根据权利要求10至16中任一项所述的使车辆转向的方法，其特 征在于，所述方法包括为所述第 一和第二马达供给不同的流体流量并同时 将所述第一和第二马达置于不同的排量的步骤。
18. 根据权利要求10至14中任一项所述的使车辆转向的方法，其特 征在于，所述方法还包括以下步骤接收第一请求的车辆方向的改变；确定所述第一和第二液力马达都处于相同的速度范围，该速度范围可 从至少第一和第二速度范围中选择；响应于所述第一请求的车辆方向的改变，仅将所述第一和第二液力马 达中的一个从所迷第一速度范围变换到所述第二速度范围；接收第二请求的车辆方向的改变；响应于所述第二请求的车辆方向的改变，仅将所述第一和第二液力马达中的所述一个从所述第二速度范围变换到所述第 一速度范围。
19.根据权利要求10至14中任一项所述的使车辆转向的方法，其特 征在于，所述方法还包括以下步骤 接收第一请求的车辆方向的改变；确定所述第一和第二液力马达都处于相同的速度范围，该速度范围可 从至少第 一和第二速度范围中选择；响应于所述第一请求的车辆方向的改变，仅将所述第一液力马达从所 述第 一速度范围变换到所述第二速度范围；接收第二请求的车辆方向的改变；响应于所述第二请求的车辆方向的改变，仅将所述第二液力马达从所 述第 一速度范围变换到所述第二速度范围。
全文摘要
本发明涉及车辆转向装置和方法。由于必须在开环系统中设置安全阀以防止车辆的失控运动，具有开环液力转向系统的车辆可能会经受急动转向。传统的开环转向装置允许通过控制从泵流向驱动马达的流体量来进行转向。所公开的车辆(10)具有开环液力驱动系统(30)，该开环液力驱动系统(30)包括分别用于驱动在车辆的第一和第二侧的地面接合装置(14，114)的第一和第二可变排量马达(52，152)。该系统包括用于通过改变所述第一和第二马达中的一个的排量来使车辆转向的控制装置(36，136)。这使得操作者能在行驶期间改变驱动马达速度范围。
文档编号B62D11/06GK101336188SQ200680051782
公开日2008年12月31日 申请日期2006年12月21日 优先权日2005年12月28日
发明者A·J·史密斯 申请人:卡特彼勒有限公司