专利名称：使用驾驶室安装件的机器和基于操作员输入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；操作地与框架相联的至少一个可动执行器；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、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；以及控制器，其操作地与线圈相联并且能够基于操作员输入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，该机器包括至少一个可动执行器，该驾驶室安装件具有壳体和相对于壳体可动的销；接收操作员经由驾驶室的操作员界面的输入；并且基于从操作员接收的输入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具有至少一个可动执行器的机器的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、操作员界面和处理器，可控安装件包括壳体、在壳体中可动的销、在壳体中的流变流体容积和靠近流变流体安装的线圈，驾驶室中的操作员界面使得操作员能够输入希望的反馈水平，所述处理器能够从操作员界面接收希望的反馈水平并且基于希望的反馈水平调节引导至线圈的电流水平。
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
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； 至少一个可动执行器068)，其操作地与所述框架(10 相联； 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，并且能够基于操作员输入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，所述操作员能够通过对每个可控安装件 (106)设置最大电流百分比来输入希望的反馈水平。
3.根据权利要求1所述的机器(100)，其中，所述操作员能够通过选择机器(100)待执行的操作类型来输入希望的反馈水平，所述电子控制单元(168)与存储器(194)通信，存储器(194)针对每种操作类型存储特定的反馈水平。
4.根据权利要求1所述的机器(100)，还包括操作员界面(188)，操作员能够通过所述操作员界面输入希望的反馈水平，并且其中所述操作员界面(188)允许操作员从多个最大反馈操作中选择，所述最大反馈操作选自包括精细平地、挖掘、装载、翻土、倾卸和耕作的操作组中的至少两个。
5.根据权利要求1所述的机器(100)，其中，所述机器(100)是履带式机器(100)，并且所述操作员界面(188)允许设置履带滑动检测模式，所述电子控制单元(168)在所述履带滑动检测模式被选择时向所述线圈(131)引导最大电流。
6.根据权利要求1所述的机器(100)，还包括操作员界面(188)，操作员能够通过所述操作员界面输入希望的反馈水平，并且其中所述操作员界面(188)允许操作员从多个最小反馈操作选择，所述最小反馈操作选自包括移动、换向和行路的操作组中的至少两个。
7.根据权利要求1所述的机器(100)，其中，特定操作员的希望的反馈水平存储在与所述电子控制单元(168)相联的存储器(194)中，并且还包括收发器052)，所述收发器能够接收由操作员携带的智能装置(254、256、258J60)传输的识别信号，所述识别信号与存储在与电子控制单元(168)相联的存储器(194)中的识别数据进行比较，并且在验证后施加存储的操作员偏好的反馈。
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)，所述机器(100)具有至少一个可动执行器068)，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)、和靠近所述流变流体(116)定位的线圈(131)；接收操作员经由驾驶室(104)的操作员界面(188)的输入；以及基于从所述操作员接收的输入调节流向所述线圈(131)的电流。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，由所述操作员提供的输入表示希望的反馈水平。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，当操作员希望最大反馈时，将最大电流施加到所述线圈(131)。
全文摘要
公开了一种使用可控安装件(106)的机器(100)和基于操作员输入来控制这种安装件(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)的刚度和阻尼增大。根据各种因素，操作员可能希望特定的反馈水平。例如，当精细平地时，操作员可能想要感觉每个振动并且由此可控安装件(106)的刚度应尽可能大。因此，本发明使得操作员能够选择希望的反馈水平。这可通过操作员界面(188)来完成，操作员界面(188)使得操作员能够具体设置到每个安装件(106)的电流，或者输入其他信息，基于所述信息，控制系统(182)的处理器(168)执行必要的算法(262)以便向操作员提供最佳的反馈水平。
文档编号F16F9/53GK102282319SQ200980154855
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N·S·波利, R·沃纳特, S·琼斯, T·林德纳 申请人:卡特彼勒公司