使用驾驶室安装件的机器和基于机器位置来控制驾驶室安装件的方法

专利名称：使用驾驶室安装件的机器和基于机器位置来控制驾驶室安装件的方法
技术领域：
本发明整体上涉及驾驶室安装件，更特别地，涉及使用驾驶室安装件的机器和控制驾驶室安装件的方法。
背景技术：
在许多不同的重型设备机器中，操作员驾驶室由机器的带有驾驶室安装件的框架支撑。驾驶室安装件可以采用许多不同的形式和结构，并且通常试图将驾驶室与机器的底盘隔离，以便在机器运动或执行作业时限制操作员经受的振动冲击。例如，装载机行驶过岩石地形时，装载机的机架、底盘和轮/履带会以相当大的程度推撞和颤动，但由于驾驶室未固定安装到框架，所以由驾驶室安装件提供的间隙减轻了所述动作对操作员的影响。这些安装件能够简单地实施为提供固定水平的振动阻尼的机械弹簧或弹性阻尼器。其它类型的安装件是流体或电化学性质的。磁流变(MR)或电流变(ER)安装件是这种安装件的两个例子。以MR安装件为例，通常其包括含有MR流体的壳体、运动经过MR流体的结构、以及用于提供穿过MR流体的磁场的线圈。通过将电流引向线圈，不仅形成穿过MR 流体的磁场，而且MR流体的表观粘度也增大。随着所述结构运动经过MR流体，MR流体的表观粘度的增大使得安装件的刚性更大。美国专利No. 7063191中公开了 MR安装件的一个例子。‘191专利公开了液压安装件，其包括分离器子组件、填充有MR流体的主体、泵送室和隔膜室。主体可以由柔性、模制的弹性体形成，使得来自发动机的振动输入使泵送室弹性变形，以导致泵送室和隔膜室之间通过分离器子组件的流体输送，用于粘性阻尼。虽然在一定程度上有效，但这种安装件不提供反馈。Kenneth Alan St. Clair.等人的于2007年11月8日公布的美国专利申请公开文本No. 2007/0257408中公开了 MR安装件的另一个例子。‘408公开文本中公开了带有磁流变流体阻尼器的支柱，该磁流变流体阻尼器包括填充有磁流变流体的管状壳体和在管状壳体内沿着其纵向长度可动的活塞头部。

发明内容
因此，根据本发明的一方面，公开一种机器，其包括框架；由框架支撑的操作员驾驶室；可控安装件，其将操作员驾驶室操作地连接到框架，并且包括壳体、安装在壳体中的销、在壳体中的流变流体和相对于壳体定位以产生经过流变流体的场的线圈；以及电子控制单元，其操作地与线圈相联并且能够基于机器位置改变施加到线圈的电流水平，以调节流变流体的表观粘度。根据本发明的另一方面，公开了一种控制驾驶室安装件的方法，其中，该方法包括使用驾驶室安装件将驾驶室连接到机器，该驾驶室安装件具有壳体和相对于壳体可动的销；接收有关机器位置的信息；并且基于机器位置调节流向线圈的电流。
根据本发明的又一方面，公开了一种用于控制将操作员驾驶室操作地连接到机器框架的安装件的控制系统，其中，该控制系统包括可控安装件、全球定位收发器和电子控制单元，其中，可控安装件包括壳体、在壳体中可动的销、壳体中的流变流体容积和靠近流变流体安装的线圈，所述电子控制单元能够经由全球定位收发器接收机器的位置并且基于机器位置调节指向线圈的电流水平。


图1是根据本发明的教导构造的机器的透视图；图2是根据本发明的教导构造的可控安装件的剖视图；图3是描绘在初始使用、随着时间以及经过校正的过程中可控安装件的弹性构件的蠕变的曲线图；图4是根据本发明教导构造的控制系统的示意图；图fe-d是用于感测安装件位移的替代实施方式的示意图；图6是根据本发明教导构造的操作员界面的框图；图7是标绘频率与谱密度的曲线图，描绘了与可控安装件相关的历史数据并识别安装件何时应当被更换或修理；图8是标绘频率与振幅的曲线图，描绘了根据本发明教导控制频率与振幅的叠加算法；图9a_e是不同安装件位置实施方式的示意图。
具体实施例方式现在参照附图，并且具体参照图1，根据本发明的教导构造的机器整体由附图标记100表示。机器100包括支撑操作员驾驶室104的框架102。如图所示，机器100被描绘为履带式拖拉机，但可以理解本发明的教导能够以同等的效力用于其它重型产业和建筑机器，诸如但不限于反铲装载机、轮式装载机、履带式装载机、铰接式卡车、越野载重车、挖掘机、自动平地机、叉车、铲车或现有技术中已知的包括安装到框架的驾驶室的任何其它机
ο现在参照图2，剖视图示出了用于这里公开的机器100和方法的可控安装件106的一种实施方式的例子。如图所示，可控安装件106可以包括壳体108，该壳体108可以经由安装凸缘110安装到框架102(参照图1)。壳体108可以包括第一室112和第二室114。如这里将进一步详细地说明，第一室112可以填充有诸如磁流变(MR)流体或电流变(ER)流体的流变流体116。第二室114可以填充有压缩流体118，诸如包括压缩空气的压缩气体。可控安装件106也可以包括销120，该销120部分地布置在壳体108中并且可以在安装端122处附接到驾驶室104。销120可以通过弹性构件124附接到壳体108，该弹性构件IM允许销120有限地沿着轴线1 轴向运动和垂直于轴线1 径向运动。弹性构件 IM可以对销120和壳体108之间的轴向和径向运动产生阻尼。如图所示，阻尼板1 可以附接到销120并且布置在第一室112的流变流体116 中。阻尼板1 可以包括多个孔130，以允许流变流体116通过阻尼板128。随着阻尼板128 运动经过流变流体116，壳体108和销120之间的相对运动被阻尼。阻尼的水平可以通过向流变流体116施加磁场或电场来调节。此外，通过改变磁场或电场的强度，流变流体116的表观粘度成比例地改变，由此提供一种能够使可控安装件106提供的阻尼程度适应操作员需求的机构。为了产生磁场或电场，线圈131靠近流变流体116设置。更特别地，线圈131可以在侧面邻近第一室112地安装在壳体108上。导线132可以从线圈131延伸，用于连接到可控电源134。替代地或附加地，线圈131可以安装在销120和/或阻尼板128上。销120也可以包括柱塞136，该柱塞136将第一室112与第二室114分开。柱塞 136可以包括密封件138，该密封件138抵靠壳体108的轴140密封。在这种结构中，柱塞 136和第二室114用作气压弹簧142，用于将销120定位在理想制动高度144，其重要性将在这里进一步详细地描述。气压弹簧142中的压缩流体118的压力可以经由阀146调节。通过调节压缩流体118的压力，气压弹簧142施加到柱塞136的偏置力也被调节。第一软管或管148可以连接到阀146，以便向第二室114供应加压流体118。阀146也可以包括第二软管或管150，以使第二室114中的加压流体118返回到储存罐152或通向大气。为了辅助朝向理想制动高度144偏置柱塞136，也可以使用机械弹簧154。弹簧巧4可以围绕销120的引导延伸部156布置，并且在该引导延伸部156和壳体108的底部 158之间延伸。引导延伸部156可以被定位成接触壳体108，并且用作可控安装件106的第一端止。可控安装件106还可以包括传感器160，该传感器160用于产生指示驾驶室104和框架102之间的相对位移的信号。在当前的实施方式中，这是通过确定壳体108和销120 之间的相对位移来实现的。传感器160可以包括布置在弹性构件IM中的通道162内的应变计(未示出)。替代地，通道162可以填充有导电弹性体164，该导电弹性体164具有随着其伸长和回缩而改变的电导率和电阻。更特别地，导电弹性体164上的应变可以与导电弹性体164具有的电阻相关。因此，随着电阻被测量，可以计算出壳体108和销120之间的相对位移。导线166可以用于将数据从传感器160传送到电子控制单元168(参照图4)。可控安装件106还可以包括传感器170，用以监控第二室114中的流体118的压力。压力传感器170也可以通过导线172连接到电子控制单元168。通常，压力传感器170 可以用于测量压力尖峰以及由此弹性构件1 上的磨损。通过这样做，可以计算出可控安装件106的剩余寿命和可用性。另外，传感器160或170的失效可以指示可控安装件106 需要更换或修理。作为弹性构件124中的传感器160的替代或除了该传感器160之外，压力传感器 170也可以被用于确定销120相对于壳体108的位移。更特别地，可以利用以下公式确定位移Vn = PjViA3n其中Vn是新的容积；Pi是初始压力；Vi是初始容积；和Pn是新的压力。初始压力和初始容积可以从销120的已知位置初始地计算出，并且可以对应于第二室114的容积和压力。新的压力和新的容积可以对应于从初始位置的位移。可以利用以下公式由新的容积确定新的位置D = (Vn-Vi) / ( π *R2)其中D是位移变化；R是轴140的半径；Vi是初始容积；和Vn是新的容积。温度补偿也可以用于增加位移测量的准确性。替代地，位移可以通过存储的表格来确定，在该表格中，这些计算已经被确定。所计算的位移然后可以用于在由控制安装件106的电子控制单元168执行的控制算法中提供反馈。更特别地，所计算的位移数据可以用于调节施加给可控安装件106的线圈131的电流，并且因此调节可控安装件106的表观粘度，以提供改进的性能。在一种实施方式中，流变流体116的表观粘度与安装件106的位移直接相关地改变。因此，随着销120远离理想制动高度144地运动，更多的电流施加给线圈，并且流变流体116的表观粘度增大，以便偏置销120使其远离与壳体108的接合。通过这样做，销120 和阻尼板1 的运动阻力更大，并且由此该反馈控制可以用于使出现销120到达端止的情况(也已知为触底或达到极限)的可能性最小。在另一种实施方式中，对一个或多个传感器160、170的数据的统计分析可以用于解释可控安装件106随时间的位移，并且使可控安装件106的控制适应于驾驶室重量的改变，即不同操作员、他们的工具和附件等的重量。初始压力和初始容积可以在工厂和在机器维护过程中确定和校准。该位移数据也可以被统计分析并且保持长期存储。历史数据可以包括平均位移、 频域和功率谱密度数据。历史统计位移数据可以用于确定何时对特定的安装件进行更换。 例如，如果可控安装件在其历史平均之外操作，则可控安装件被认为需要更换。另外，在可控安装件的整个寿命期间可以接收历史，以发展长期历史平均。长期历史平均可以与中期历史和短期历史进行比较，以提供总误差或点误差的点，以寻找性能问题。通过追踪和保持位移的历史统计平均，也可以确定弹性构件124的永久变形 (set)和蠕变。如这里所用的，弹性构件124的“永久变形”和“蠕变”是指弹性体弹性的变化。起初，弹性体将可预测地变形，并且返回到相同的形状和强度。但是，随着时间和反复的运动，弹性体开始在分子水平改变，从而不呈现相同的弹性。在本申请中，这能够导致弹性构件124随着时间开始松弛。在图解形式中，这意味着随着弹性构件IM松弛、永久变形和开始蠕变，弹性构件 IM可以如图3中所示非线性地表现。如图所示，弹性构件1 起初可以在端止176之间以如线174所指示的大致线性方式表现。但是，随着时间，弹性构件IM可以呈现永久变形并且开始如线178所示地蠕变。电子控制单元168可以用于补偿材料特性的这种变化，以及使得蠕变的影响最小。例如，电子控制单元168可以用于调节施加到线圈130的电流并且由此针对弹性构件 124的材料特性的变化进行校正，如虚线180所示。因此，当确定为负位移时，可以向线圈 130施加更大的电流，在确定为正位移时，施加更小的电流。在可使用气动系统来增加气压弹簧142中的气体压力的构造中，增加的气体压力可以用于进一步补偿并且朝向理想制动高度144偏置销120。现在参照图4，示意图示出了用于机器100的控制系统182，其中，可控安装件106 可以用在机器100上。如图所示，系统182包括电子控制单元168，其与机器传感器186、操作员界面188和电源190电通信。电子控制单元168可以包括处理器192和用于存储指令的计算机可读介质或存储器194。机器传感器186可以包括多种传感器，包括加速度计、倾角计、温度传感器、压力换能器和用在机器100上的现有技术中已知的其它传感器。操作员界面188可以包括操纵杆、踏板、开关、按钮、触摸屏、键盘和用于接收操作员输入的现有技术中已知的其它装置。电子控制单元168也可以与用于将驾驶室104安装到机器框架102的多个可控安装件106电通信。这种安装件106可以包括右前方可控安装件198、右后方可控安装件200、 左后方可控安装件202和左前方可控安装件204。右前方可控安装件198、右后方可控安装件200、左后方可控安装件202和左前方可控安装件204中的每个可以包括上述可控安装件 106的特征以及现有技术中已知的可控安装件的其它特征。在一种实施方式中，可控安装件106可以是相同的。但是，它们在机器框架102和驾驶室104上的物理位置可以是不同的，并且经由设置在可控安装件106和电子控制单元 168之间的线束206可知。例如，一系列开关208可以编码以指示每个可控安装件106在机器框架102上的位置。如果使用例如四个安装件106，则可以使用下面表格1的代码表格1
位置开关1开关2驾驶室，前向，右00驾驶室，前向，左01驾驶室，后向，右10驾驶室，后向，左11线束代码可以通过作为线束206的一部分延伸到每个安装位置的两根导线和一根地线(未示出)提供开关功能。上述表格的开关208接着在每个连接器中通过将相应的导线接地来提供1，和保持打开来提供0。这可以通过连接器连通到可控安装件106，使得可控安装件106能够识别其在机器框架102上的位置。该位置信息可以用于调整并且更精确地控制机器框架102上的可控安装件106。在另一种实施方式中，可控安装件106可以是不同的，并且能够从线束206接收特定连接器。替代地，可以使用总的线束206并且可以由技术人员给出每个可控安装件106 的地址，以将其位置通信到电子控制单元168。可选地并且如图所示，可控安装件106中的每个可以包括上文关于图2讨论的气压弹簧142。每个气压弹簧142可以气动地连接到诸如泵210的加压气体源和诸如罐152 的低压气体源。在所述实施方式中，电子控制单元168被示出为与泵210通信，但该控制不必是电子的。例如，可以使用机械阀布置。但是，在电子实施方式中，如果右前方可控安装件198的气压弹簧142内的气体压力例如被确定为过低，则电子控制单元168可以指令泵 210提供加压气体并且指令右前方可控安装件198的气动阀(未示出)打开并接收加压气体以增大气压弹簧142中的气体压力。当气压弹簧142的压力足够，电子控制单元168可以闭合阀并且关闭泵210。替代地，在气压弹簧142中的压力过高的情况下，电子控制单元 168可以打开通向罐152的阀，并且在压力已经充分减小时闭合阀。精确的安装件位移测量允许可控安装件106保持在理想制动高度144处或附近， 以使可控安装件106最大有效。通过将每个安装件在它们的使用寿命中保持在它们的理想制动高度144处，可以最小化或防止机器操作过程中安装件106的过度承载和触底/达到极限。因此，在机器100的寿命中可能需要更少的驾驶室104和安装件106的更换部件。本发明以及其对于驾驶室104的不同静载荷的适应性可以允许在不同时候安装不同的系统和选择而不必更换安装件106，由此在整个机器寿命中在保持相同安装件封装的同时提供针对特定应用对机器100的高度模块化和适应性。现在参照图5a_d，除了上述方法和系统之外，可控安装件位移测量能够利用其它传感器(包括通过使用霍尔效应传感器214)来实现。例如，如图如所示，永久磁铁216可以定位在可控安装件106的壳体108上。传感器芯片218可以连接到驾驶室104并且定位成用于感测磁铁216的相对位置。在另一种实施方式(图恥)中，可膨胀室220可以在一端容纳激光器222并且在另一端容纳接收器224。每个端部可以附接到驾驶室104和机器框架102之一。在室220随着驾驶室104和框架102的相对运动而膨胀和收缩时，可以实现精确的安装件位移测量。在另一种实施方式中，条形码读出器2 可以被定位成读出不锈钢或其它抗腐蚀材料条形码显示件228，如图5c所示。显示件2 可以附接到框架102， 并且条形码读出器226附接到驾驶室104。在又一种实施方式中，带有被设置成沿齿条234 上下运动的齿轮232的旋转传感器230(参照图5d)也可以用于确定位移。除了诊断和校正弹性构件124的蠕变或永久变形之外，本发明的可控安装件106 还设置一种机构，通过该机构可以向操作员提供机器反馈。例如，可控安装件106能够被硬化并且由此选择性地减小阻尼以便从机器框架102传递更多的振动和冲击载荷到驾驶室 104。如上所示，硬化可控安装件106发生在电流被提供到线圈131并且流变流体116的表观粘度增大时。相反地，当机器反馈不如操作员期望的那样舒适时，可控安装件106可以通过去除或减小电流来软化以便降低阻尼。阻尼水平可以由操作员手动选择、被编程为在机器操作的特定间隔期间和/或如以下更加详细说明地基于传感器输入而改变。本发明的另一特征在于操作员界面188可以允许操作员有效控制可控安装件 106。例如，如图6示意性地示出的，操作员界面188可以包括通/断开关236，以使操作员能够关闭可控安装件106并且由此始终提供最柔和的乘坐。在这种情况中，可控安装件106 简单地用作粘性安装件。替代地，操作员可以经由增量开关238、触摸屏240或键盘242来按照比例调节由控制算法决定的通过可控安装件106的电流。例如，操作员可以将控制算法按比例调节至百分之五十(或其它)，以便获得较柔和的乘坐，这会导致控制系统182的不同的动态率和阻尼特征。在另一种实施方式中，操作员界面188可以允许操作员直接控制施加到每个可控安装件106的电流。例如，四个滑动条或者如果使用不同数量的可控安装件则为不同数量)可以分别表示四个相应的安装件106并且允许操作员使滑动条244在操作员界面188上移动以配合他或她的个人喜好。操作员界面188可以是触摸屏240以允许直接控制， 或者鼠标246或操纵杆248可以用于使光标在屏240上移动以对可控安装件设置作出期望改变。此外，可控安装件106的控制可以通过机器100的菜单或操作系统250访问。在一些实施方式中，可控安装件106的控制可以经由密码保护而仅由维修技术员访问，或者可以预先编程作为将针对特定操作员设置调节的操作员识别装置252的一部分。这可以通过使用RFID识别卡254、或存储在如手机256、闪存盘258、个人数字助理260或其它计算机可读介质或装置的这种装置上的操作员信息来实现。操作员界面188也可以允许操作员输入或自动输入机器100的地理位置以及道路和工地材料状况。因此，电子控制单元168可以调节或执行控制算法，以便最好地补偿工地的单独的地形特征并由此提供最好的乘坐。例如，如果横穿岩石工地，那么电子控制单元 168可以将流向每个可控安装件106中的线圈131的电流增大到更高水平，以便为驾驶室 104和操作员提供更多的阻尼。在一个例子中，机器100在岩石地形上行驶时可以在最大电流的百分之五十操作，并且在平滑工地上以百分之零操作。在一种不同的结构中，操作员也可以指定机器要执行的任务类型，在这种情况下， 采用被编程为在适当时最佳地缓冲振动并且在其它时间接收反馈的不同控制算法262。例如，如果所选择的任务是从材料堆装载卡车，则可以选择装载算法264。装载算法264可以在在卡车和堆之间运动时给可控安装件106提供最大电流的百分之五十(或其它)，但在铲斗装载的过程中和在铲斗提升到预定高度以上时，电子控制单元168可以将电流增大到百分之百，以便提供机器反馈并由此提供更好的操作员控制。在另一例子中，操作员可以指示机器100是自动平地机，并且待执行的任务是精细平地。那么，电子控制单元168可以在机器100的传动处于前进档时使得可控安装件106 变硬，并且在处于倒车档时变软。在精细平地过程中，操作员希望尽可能多的反馈，以便更快地在特定公差内完成工作。附加地或替代地，可控安装件106可以根据操作员的希望调整为选择的操作设置。例如，操作员可以指示电子控制单元168在精细平地过程中传递百分之百的电流，在行路(roading)过程中传递百分之零，并且在除雪过程中传递百分之五十。在其它例子中，轮式装载机可以在行路和绕着工地行驶的过程中使可控安装件 106保持软，但在铲斗提升时使可控安装件106变硬，使得操作员能够更好地感觉机器的操作。在又一个例子中，履带式拖拉机的可控安装件可以在机器100举起铲斗和粗齿锯运动的同时保持尽可能软且使得零电流通过线圈131。相同的机器100可以被编程为在任一执行器执行任务时传递最大电流。类似地，如果机器100是挖掘机，当布置大的载荷时，可控安装件106可以变硬以便给操作员提供有价值的反馈。相反，当挖掘机运动时，可以使零电流通过可控安装件106 以便给操作员提供更软且更舒适的乘坐。通常对于挖掘机，可控安装件106常常可以是软的，除非在倾斜、挖掘或其它事件过程中出现瞬变时。本发明的教导也能够用于检测履带式拖拉机中的履带滑动。通过将可控安装件 106设定为高电流设置，能够向操作员提供增加的反馈。该反馈可以指示操作员履带出现了滑动。在这种事件中，操作员可以选择停止操作，从而能够执行维护并由此使底盘磨损最
本发明的控制系统182也可以利用任意控制算法沈2，以最有效且迅速地平衡反馈和舒适。除了上述装载算法264之外，电子控制单元168可以使用预测算法266来控制可控安装件106。可控安装件106可以被调整为正在执行的特定机器用途和任务，诸如推土、 翻土、平地或挖掘，或者调整为希望的设置，诸如改进的乘坐、噪音减小或操作员舒适度。特定机器用途和任务可以如上所述由操作员输入，或者可以从由执行器位置传感器269感测的机器100的平铲、粗齿锯、铲斗或其它执行器沈8的位置来确定。替代地，它们可以从操作员界面188、液压压力计270、工地地图272、全球定位系统信息274、激光分级输入276、地形图278、倾斜计观0、确定的俯仰率观2、转向信号观4、测高计观5、铰接接头位置286和温度计287推断。例如，可以从卡车在装载区域中的位置来预测冲击载荷，并且由此可控安装件106可以被相应地调节以吸收来自载荷的尽可能多的冲击。替代地，当轮式装载机、履带式装载机、挖掘机的铲斗，或使用铲斗的其它机器的铲斗下降并且定位用于接合堆时，可控安装件106可以起初是软的，并且在液压缸压力超过预定阈值时变硬，以便在使铲斗接合堆的冲击最小的同时向操作员提供反馈。另外，机器 100的速度可以用于预测可控安装件106的希望设置。例如，在由速度计288感测的较高速度下，可控安装件106可以较软，并且随后在机器100变慢时变硬。该变硬和变软也可以取决于机器100的变速器观9，特别是机器100操作的档位。在第一档中，百分之五十(或其它)的电流可以通过线圈131，并且在第二档中，百分之四十可以通过。在第三档中，百分之二十五的电流可以通过，并且在第四档中，百分之零可以通过。在较低速度下较硬的安装件会给操作员提供更好的反馈，而在较高速度提供更好的舒适度。预测算法沈6也可以使用感测的执行器速度，以控制可控安装件106。例如，当平铲被降低时，与地面的初始接触能够震动操作员。因此，当平铲下降时，可控安装件106可以预测到冲击而变软，并且在已经接触之后变硬以改进反馈和控制。通常，也可以建立控制算法沈2，以控制振动、举起、俯仰、侧倾和偏转模式。预测算法266也可以用于预测执行器 268何时不被使用并且机器100以相对高的速率运动，这可以意味着正在进行行路并且可控安装件106应当被调节用于最大舒适度。也可以使用历史算法四0。更特别地，可以从与每个可控安装件106相联的传感器获得每个可控安装件106的性能的直方图。直方图可以用于将每个单独的可控安装件106 连续地调整到当前状况。换句话说，电子控制单元168使用传感器历史来使可控安装件106 适应当前性能，由此提供随着时间和使用而改进的性能。例如，峰值压力和频率可以被保持以发展性能的历史，以识别何时以衰变率硬化和软化。如果可控安装件106在过去的历史中经历非常少的运动，其能够软化自身以避免不必要的颠簸和能量的消耗。随着看到更多的运动，可控安装件106接着能够增大阻尼。例如，如果机器在行路时感测到高频小位移振动，则可控安装件106能够软化到使噪音最小、增加舒适度和节约能量。当机器100开始遇到不平地形，则电子控制单元168可以增大电流以改变可控安装件106的阻尼，从而对较大的低频位移进行补偿。为了防止可控安装件106之一的失效通过继续使用而导致其它可控安装件106和 /或其它机器系统的损坏，从与可控安装件106相联的传感器收集的传感器数据可以通过历史算法四0收集和使用，以提供操作历史，该操作历史随后可以用于确定操作公差。电流传感器数据可以用于提供可控安装件106的功率谱密度并确定是否应当更换可控安装件106。例如，参照图7，虚线292可以表示用于可控安装件106的可接受操作的公差，实线 294可以表示实际运行功率谱密度。公差带四8以外的峰值296或超出公差带四8的平均误差可以指示可控安装件106应当被更换。在一种替代方案中，驾驶室104相对于安装件 106的位移和加速或者安装部件的准确位移可以用于跟随可控安装件106的寿命并且提供历史算法四0以控制可控安装件106的刚度。这些控制算法262和这里讨论的其它也可以被实施为叠加算法300。例如，电子控制单元168可以使用默认算法302、端止算法304和谐振控制算法306。默认算法302可以使用可控安装件历史将电流调节为性能所需。这三种算法可以一起计算，并且优先权可以被给予在当前情况下对可控安装件106提供最大力控制的算法。例如，参照图8，机器100 可以行路，在该过程中，默认算法302可以用于控制可控安装件106。如果机器100行驶经过路面凹坑，将向控制系统182提供脉冲，该脉冲如果未被缓冲则由线308表示。线310表示响应于脉冲由叠加算法300产生的效应。默认算法302可以控制直到端止算法304随后可以被给予优先权以控制可控安装件106。在端止算法304已经作用之后，谐振控制算法 306可以被给予优先权以缓冲由地面凹坑的冲击引起的谐振。一旦谐振已经被控制，默认算法302可以恢复对可控安装件106的控制。除了操作员选择的控制和提供操作员反馈的控制之外，电子控制单元168可以用于提供驾驶室104水平和调节。特别地，通过调节气压弹簧142以偏置每个安装件106的销 120使其朝着其理想制动高度144远离与壳体108的接合可以实现静态载荷调节和乘坐高度调节。因此，这避免了销120以“达到极限”或“触底”的方式接合壳体108。电子控制单元168可以监控相对位移并且通过增加或释放气体来调节气压弹簧142。如果传感器160、 170指示安装件106在理想制动高度144处或附近，则电子控制单元168不需采取任何动作来调节气压弹簧142中的压力。可控安装件106的这种调节对于补偿在驾驶室104中可能携带或不携带工具、食物和其它设备的不同体型的操作员来说是有益的。不同载荷会使可控安装件106运动远离理想制动高度144。在一些应用中，机器100可以在斜坡上操作，并且由此底侧可控安装件可以承受较大部分载荷。因此，底侧可控安装件可能不位于其理想制动高度144。每个安装件106的气动室114由此可以单独地调节以使每个安装件106回复到理想制动高度144。高程和环境温度的改变也可以使可控安装件106从其理想制动高度144运动。例如，在海平面在零度温度下操作并且然后进入山区并且在海平面以上6千英尺处在五十度温度下使用的机器100的安装件可以不再被设置在它们的理想制动高度144。因此，本发明可以针对高程和环境温度的这种改变进行调节，以使安装件106回复到其理想制动高度 144。混合的安装件布置也可以用于在提供与可控安装件相关的许多益处的同时降低成本和复杂性。例如，如图9a_e所示，可控安装件106可以在一些位置处使用，以便在使用较低成本安装件来帮助在其它位置处支撑/附接驾驶室104的同时提供对驾驶室响应的可控性。在一种希望控制驾驶室104的俯仰的实施方式(参照图9a)中，两个被动安装件312 可以定位在驾驶室104的前部314，并且两个可控安装件106可以定位在后部位置316。因此，通过可控安装件106的选择性硬化，可以控制俯仰和侧倾运动。结构也可以如图9b中相反，两个被动安装件312定位在驾驶室104的后部316，并且两个可控安装件106定位在驾驶室104的前部314。如这里所使用的，被动安装件具有在操作过程中不能变化的阻尼特征，并且包括例如粘性和橡胶安装件。替代地，如图9c所示，三点系统也可以具有在驾驶室104的前部314的单个被动安装件312和在驾驶室104的后部316处的两个可控安装件106，使得结构更廉价并且更容易制造成平面和位置对准。在又一种实施方式(参照图9d)中，两个被动安装件312可以安装在惯性俯仰轴线318附近，第三可控安装件106远离轴线318地安装。另一驾驶室安装布置可以使用包括外部倾翻保护结构320的机器100。例如，如图9e所示，被动安装件312可以安装在机器100的驾驶室104和框架102之间。一个或多个可控安装件106可以设置在驾驶室104上方并且安装在驾驶室104和外部倾翻保护结构 320之间。在该构造中，被动安装件312提供噪音降低并且上方的可控安装件106可以提供乘坐控制。工业实用性从前文可以看出本发明的教导具有在多种产业情况，特别是安装有操作员驾驶室的机器中的应用。这些机器可以包括但不限于履带式拖拉机、轮式装载机、装车机、挖掘机、 自动平地机、铰接式卡车、越野载重车、铲装机、集材机等。机器可以利用可控安装件，以便使由机器的底盘和发动机产生的振动与驾驶室并由此与驾驶室内的操作员隔离。另外，通过提供诸如这里公开的安装件，销在壳体中的理想制动高度能够保持。通过这样，能够消除或者使机器操作过程中安装件的过度装载和触底或达到极限最小化。这又能够帮助延长安装件的可用寿命。此外，通过监控销相对于壳体的相对位移，能够产生指示安装件的弹性构件或安装件本身何时应当被更换的诊断。本发明的教导也可以用于构建为操作员提供增加的反馈的机器。通过使安装件变硬，操作员将更加灵敏地感觉振动，可以证明这在执行诸如精细平地、耕作或挖掘的任务或感测诸如履带滑动的状况中是有用的。相反地，当行路时，安装件能够放松以减少反馈并由此提供更好的操作员舒适度。本发明也具有提供机器安装件控制系统的应用，其中，操作员能够通过适当的操作员界面选择希望的硬度或反馈水平。这种操作员界面也能够允许操作员选择所执行的任务类型，并且控制系统然后能够相应地设置安装件。传感器也能够监控机器或执行器的位置或速度，以随后预测被执行的任务类型。 一旦被预测，能够使用适当的安装件设置。这种预测算法方法不仅能使用机器感测的参数， 还能利用全球定位卫星和其它制图技术以预测任务和希望的安装件设置。
权利要求
1.一种机器(100)，包括框架(102)；操作员驾驶室(104)，其由所述框架(102)支撑；可控安装件(106)，其将所述操作员驾驶室(104)操作地连接到所述框架(102)，所述可控安装件(106)包括壳体(108)；销(120)，其安装在所述壳体(108)中；所述壳体(108)中的流变流体(116)；和线圈(131)，其相对于所述壳体(108)定位以产生经过所述流变流体(116)的场；以及电子控制单元(168)，其操作地与所述线圈(131)相联，并且能够基于机器位置改变施加到所述线圈(131)的电流水平，以调节所述流变流体(116)的表观粘度。
2.根据权利要求1所述的机器(100)，其中，所述电子控制单元(168)与全球定位卫星 (274)通信并且基于由所述全球定位卫星(274)提供的位置改变施加到所述线圈(131)的电流水平。
3.根据权利要求1所述的机器(100)，其中，所述电子控制单元(168)在所述机器 (100)处于不平坦地面上时增大施加到所述线圈(131)的电流，并且在所述机器(100)处于平坦地面上时减小施加到所述线圈(131)的电流。
4.根据权利要求1所述的机器(100)，还包括高程传感器085)，所述电子控制单元 (168)能够基于所感测的高程调节施加到所述线圈(131)的电流。
5.根据权利要求1所述的机器(100)，还包括温度传感器087)，所述电子控制单元能够基于所感测的温度调节施加到所述线圈(131)的电流。
6.根据权利要求1所述的机器(100)，还包括倾斜传感器080)，所述电子控制单元能够基于所感测的倾斜调节施加到所述线圈(131)的电流。
7.根据权利要求1所述的机器(100)，其中，所述操作员驾驶室(104)由所述框架 (102)借助于多个可控安装件(106)支撑，每个所述可控安装件(106)能够单独调节，并且其中所述多个可控安装件(106)至少包括一个前向安装件和一个后向安装件，并且所述可控安装件(106)还包括加压流体室(114)，所述后向安装件在车辆(100)沿前向方向上斜坡时比所述前向安装件更多地被加压，并且在机器沿着由传感器(观0)感测的前向方向下斜坡时比前向安装件更少地被加压。
8.—种控制驾驶室安装件(106)的方法，包括使用驾驶室安装件(106)将驾驶室(104)连接到机器(100)，所述驾驶室安装件(106) 具有壳体(108)、能够相对于所述壳体(108)运动的销(120)、所述壳体(108)中的流变流体(116)容积、和靠近所述流变流体(116)容积安装的线圈(131)；接收有关所述机器(100)的位置的信息；以及基于所述机器(100)的位置调节流向所述线圈(131)的电流。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，有关所述机器(100)的位置的信息是从全球定位卫星(274)接收的。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，有关所述机器(100)的位置的信息是从将该信息手动输入到操作员界面(188)中的操作员接收的。
全文摘要
公开了一种使用可控安装件(106)的机器(100)和基于机器位置来控制这种安装件(106)的方法。可控安装件(106)可以包括壳体(108)、销(120)、壳体(108)中的流变流体(116)、和靠近流变流体(116)设置的线圈(131)。随着电流施加到线圈(131)，流变流体(116)的表观粘度增大，并且通过这样，可控安装件(106)的硬度增大。但是，根据机器位置，操作员可能希望可控安装件(106)中的一个或多个具有不同水平的硬度。例如，当在岩石地形上行路时，操作员可能希望安装件(106)相对松弛，以便吸收大的振动输入并且带来更加舒适的乘坐。因此，本发明通过全球定位卫星信息、地形图、倾斜计、测高计、操作员输入等来识别机器位置，并且控制到线圈的电流，并且由此相应地控制可控安装件的相对硬度和阻尼。
文档编号E02F9/20GK102282317SQ200980154851
公开日2011年12月14日 申请日期2009年12月15日 优先权日2008年12月15日
发明者B·埃伦, R·沃纳特, S·琼斯 申请人:卡特彼勒公司