专利名称：工程车辆的摆动控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及到一种工程车辆，例如铲车的摆动控制装置，它控制车辆轴的垂直摆动。
普通的铲车以这种方式典型设计，即后轴以垂直(滚动)方向相对车架可摆动地支撑，从而改善铲车的驾驶舒适性和行驶的稳定性。另外，铲车的重力中心根据各种因素变化，如承运负载的重量和承运负载的提升高度。当后轴摆动时，车辆的重力中心同样在左右(横向)方向上移动。这导致车辆失去横向稳定性。为了克服该缺点，当铲车运载重负载时，当提升负载到一高位时，或当铲车做叉形件转动时，暂时限制普通铲车的轴摆动。
例如第58-167215号日本未审查专利说明书公开了一种机构，用于当叉形件上所装负载等于或大于一预定重量时，以及当所装负载的提升位置高于预定位置时，限制后轴的摆动。一般，必须将车辆的重力中心保持在稳定区中，它位于铲车的四个轮胎和地面的接触点确定的平面内，从而确保车辆处于稳定状态。
较重的负载重量或较高的负载位置导致车辆重力中心横向移出稳定区。因此，上述公开说明书中的铲车根据负载重量和负载高度限制后轴的摆动来确保车辆的稳定性。
当铲车运载像木材这样的长物体时，夹持物体，以致于使物体的重力中心与铲车的中心实质对正是困难的。即物体的重力中心从铲车的中心横向移开。另外，当运输时，在铲车的行进方向上物体摆动，这也会横向移动物体的重力中心。换句话讲，运输物体具有较宽的稳定区有益于车辆的横向稳定性。
达到加宽重力稳定区的中心的简单方式是在每个前轮上使用双轮胎。双轮胎的使用增加了稳定区的横向宽度。即每个外轮的宽度有助于增加稳定区的宽度。与一般在前轮上使用单轮胎的铲车相比较，车辆前部的横向稳定区被加强。因为使用双轮胎显著增宽了稳定区，该铲车可以稳定方式运载长负载，像木材。
当运载木材或类似物体时，双轮胎铲车的柱件可向前倾斜。在这种情况下，车辆的重力中心移向车辆的前部，或稳定区的前部。如果在这种状态中如
图10和图11所述，限制后轴的摆动，当铲车50的后轮51压过地面52上的凸起部53时，车辆50的后部被提升，同时两后轮54保持在地平面上。结果车辆50前倾。这转移了车辆的重力中心到进一步向前的位置，并在向前的方向上降低了车辆50的稳定性。
本发明的目的是提供一种用于工程车辆的摆动控制装置，当车辆的后轮压过一个凸起，车辆的重力中心位于车辆的前部时，它可抑制车辆的前倾，在保持横向稳定性的同时，保持车辆的纵向稳定性。
为了达到上述目的，一种用于运载负载的工程车辆包括一车架。一对前轮由车架可转动地支撑。每个前轮装有一外轮和一内轮。车架支撑一后轴。该后轴相对车架以枢轴转动。一对后轮可旋转地安装在后轴上。一限制装置根据所承载的负载有选择地允许和限制后轴的枢轴转动。设有一检测装置用于检测车辆的重力中心。当重力中心位于一预定区内时，限制装置允许后轴的枢轴转动。
从以下说明中，结合根据本发明的原理举例表述的附图，可对本发明的其它部分和优点更加明了。
参照下面给出的最佳实施例的描述，并结合相应的附图，可以更好地理解本发明及其目的和优点，其中图1是表示根据本发明的铲车摆动控制装置的结构示意图；图2是图1所示铲车的侧视图；图3是表示液压回路的结构示意图；图4是表示控制单元的电路方块图；图5是表示车辆重力中心稳定区，前方稳定区和重力中心的示意图；图6是表示后轴和车体的示意图；图7是摆动控制过程的流程图；图8是摆动控制过程的流程图；图9是摆动控制过程的流程图；图10是描述一辆具有在摆动限制下的后轴的普通铲车示意图；图11是表示图10的铲车后轴在摆动限制下的结构示意图。
现参照图1到9说明本发明。
图2表示了一辆工程车辆，或者一部四轮、前驱动、后转向的铲车1。在铲车1底盘的前部可倾斜支撑的是外柱件2，它在以垂直可移动方式支撑的内柱件3之间。叉形件4以垂直可移动方式被支撑在内柱件上。在内柱件3的上端设有链轮5。外柱件2的上端通过一链条(未示出)连接到叉形件4上，它与链轮5相啮合。与底盘前端配合的是倾斜油缸6，其活塞杆6A具有连接到外柱件2的末端。提升油缸7设置在外柱件2的后侧，其活塞杆的末端被联接到内柱件3的上端。位于底盘左右前端的前轮8通过差动齿轮9和传动系统(未示出)与发动机可运行地联接。
如图1所示，设置在外柱件2的下部的是卷轴11。一端连接到内柱件3的缆绳(未示出)缠绕在卷轴11上。卷轴11在缠绕缆绳的方向上加荷。缆绳11设有用于检查卷轴11总转动数的高度传感器12。每个提升油缸7设有一重量传感器13，用于检测油缸7内基于装载重量的液体压力。每个倾斜油缸6设有柱体角度传感器14，用于检测油缸6的倾斜角度。在每个前轮8上装有外胎8a和内胎8b。
如图1和3所示，在车架15的后部下，后轴16被围绕中心销17在垂直方向(滚动方向)上枢轴支撑。在车架15和后轴16之间设有弹性件15a。在后轴16的左右侧上支撑可转动的主销(未示出)。在主轴上支撑转向轮19，转向轮19可操作地连接到转向盘18(如图2所示)，从而使转向轮19转动来使铲车转向。
如图1所示，在后轴16的一侧上设有转向角度传感器20，用于检测所装主销转动量，或轮子角度。靠近差动齿轮9的是车辆速度传感器21，它检测每单位时间齿轮9的转数。
如图3所示，在车架15和后轴16之间设有多重作用的液压油缸22。液压油缸22的缸套23被联接到车架15。由油缸套23伸出的活塞杆24具有联接到后轴16的一端。活塞杆24的另一端被固定到活塞26上，将油缸套23分为第一油室R1和第二油室R2。第一油室R1和第二油室R2经各自的导管或管路27A和27b连接到-电磁阀28。液压油缸22成为一个液压缓冲器，用来吸收后轴16相对于车架15的摇动。液压油缸22还用作为一锁定油缸，用于限制后轴16相对于车架15的摇动。
在该实施例中，电磁阀28是一个常闭、四端口、两位置开关阀。四端口用字母“a”、“b”、“c”和“d”标示。在电磁控制阀中确定了阻塞位置28a和联络位置28b。当电磁线圈29未被激励时，电磁控制阀被转换到阻塞位置28a，从而阻塞端口a和c之间及端口b和d之间的液体流动。当电磁线圈29被激励时，电磁控制阀28被转换到联络位置28b，从而在端口a和c之间及端口b和d之间建立联络。管路27a被连接到电磁控制阀28a的端口a，而管路27B被连接到端口b。一储液器31经管路30被连接到端口c和d。在车架15上设有一控制单元32。
现描述摆动控制装置的电气结构。
如图4所示，高度传感器12、重量传感器13、柱件角度传感器14、转向传感器20和车辆速度传感器21被电连接到控制单元32，电磁线圈29被电连接到控制单元32。
转向角度传感器20将转向角度信号传送给控制单元32，该转向角度信号基于主销7的对应后轮19的转向角θ1的转量。车辆速度传感器21将车辆速度信号传送给控制单元32，该车辆速度信号基于差动齿轮9的对应于车辆速度V的转速。高度传感器12将高度信号传送给控制单元32，该高度信号基于对应叉形件4的高度Hs的卷盘11的总转数。重量传感器13将重量信号传送给控制单元32，该重量信号基于对应装载重量Ws的液压。柱件角度传感器14将柱件角度信号传送给控制单元32，该角度信号基于对应外柱件2的倾角θ2的倾斜油缸6的倾角。
如图4所示，控制单元32具有一微型计算机33，它包括一中央处理器(CPU)34、只读存储器(ROM)35和随机存取存储器(RAM)36。控制单元32还具有一个电磁阀驱动电路(未示出)，该电路接收并输出信号来驱动电磁阀线圈。一组A/D转换器(未示出)将由所连接的传感器送来的模拟信号转换成数字信号，然后将数字信号传送给控制单元32，上述转换器分别连接到各传感器12、13、14、20和21。
在本实施例中，高度传感器12、重量传感器13、柱件角度传感器14和控制单元32构成一个重力中心检测器，液压缸22、电磁控制阀28和控制单元32构成一个摆动限制装置。进一步讲，控制单元32构成重力中心判定装置和摆动限制抑制装置。
ROM35存储控制程序，用于执行摆动控制过程它暂时限制后轴16的摇摆。执行摆动控制过程，防止后轴16相对车架15的过量摆动，并稳定车辆。ROM35还存储横向加速度的设定值G0、偏摆度变化率的设定值Y0、重量的设定值W0和提升高度的设定值H0。将各设定值G0、Y0、W0和H0预定为基准值，在执行摆动限制控制时，这些基准值与所结合的检测值相比较。RAM36瞬时存储由CPU34进行运算的结果。
当点火钥匙(未示出)打开开关时，CPU34被激励。根据控制程序，CPU34经电磁阀驱动电路给电磁控制阀28提供执行电流，从而激励电磁控制阀28。经各A/D转换器CPU34接收车辆速度信号、转向角度信号、高度信号、重量信号和柱件角度信号，并根据这些信号在每一预定的时间段重复执行摆动控制处理。
在摆动控制处理中，CPU34由转向角度信号计算转向角度θ1，由转向角度信号θ1计算车辆的转弯半径r。CPU34还由车辆速度信号计算车辆速度V。利用所计算的转向角度θ1和车辆速度V,CPU34由以下等式(1)计算横向加速度Gs。
Gs=V2/r(1)然后CPU34判定横向加速度Gs是否等于或大于设定值G0。当横向加速度Gs等于或大于设定G0时，CPU34确定车辆的转动状态降低了车辆的横向稳定性。然后，CPU34停止输出执行电流，并限制后轴16的摆动。基于装载重量和提升高度设定横向加速度Gs的设定值G0，从而使进行装载的车辆能稳定转弯。
CPU34利用由转向角信号计算出的转向角度θ1、由转向角度θ1计算出的转弯半径r和由车辆速度信号计算出的车辆信号V，根据以下等式(2)计算偏摆度Δω/ΔT的变化率。
Δω/Δt=V*Δ(1/r)/ΔT(2)在等式中Δ(1/r)是每预定时间ΔT(例如几微秒范围)转弯半径r的倒数1/r的变化量。差值Δ(1/r)是由公式Δ(1/r)=｜1/r-1/rb｜计算得出的(其中rb是前面预定时间ΔT出现的转弯半径)，利用几个以前的转向角度θ1(曾出现在预定ΔT中的)的数据、前面预定时间ΔT出现的转向角度数据θb和由转向角数据θb确定的转弯半径倒数。
CPU34判定所计算的偏摆度Δω/Δt的变化率是否等于或大于设定值y0。当偏摆度Δω/Δt的变化率等于或大于设定值y0时，CPU34判定车辆的转向状态降低了车辆的横向稳定性。因此，CPU34停止提供执行电流，从而限制后轴16的摆动。偏摆度Δω/Δt的变化率的设定值是根据运行试验和理论计算设定的。在本实施例中，横向加速度Gs和偏摆度Δω/Δt的变化率是相等于对应车辆转动状态的设定值。
CPU34由高度信号确定提升高度Hs并判定提升高度Hs是否等于或大于设定值H0。当提升高度Hs等于或大于设定值H0时，CPU34判定当后轴16摆动时，在提升高度Hs上车辆Pg的重力中心的垂直位置降低了车辆的横向稳定性。因此，CPU34停止提供执行电流，从而限制后轴16的摆动。
CPU34由重量信号计算重量Ws判定重量Ws是否等于或大于设定值W0。当重量Ws等于或大于设定值W0时，CPU34判定当进行装载时，如果后轴16摆动，车辆Pg的重力中心的垂直位置降低了车辆的横向稳定性。因此，CPU34停止提供执行电流，从而限制后轴16的摆动。
在本实施例中如果提升高度Hs等于或大于设定值H0或如果重量Ws等于或大于设定值W0，则根据装载状态限制后轴16的摆动。
CPU34由柱件角度信号计算柱角度θ2。根据柱角度θ2、由高度信号计算出的提升高度Hs和由重量信号计算出的重量Ws,CPU34判定车辆重力中心Pg的纵向位置相对沿水平面的中心线Lg，如图5所示。
下面讨论车辆重力中心Pg。
图5表示各重力中心稳定区Ag、Bg、Cg和Dg，它们被定义在双轮胎车辆和单轮胎车辆中前轮8和后轮19与地面接触的接触点之间。在图5中，双轮胎车辆的内轮胎8b对应单轮胎车辆的前轮。
双轮胎车辆和单轮胎车辆的中心线Lc连接点Pfc到点Prc，点Pfc位于左右外轮8a接触地面的接地点Pfo的中心，点Prc位于左右后轮19处接触地面的接地点Pr之间的中心。
对于双轮胎车辆，在摆动限制下与后轴16平行的平面上确定的重力中心稳定区是一个不规则的四边形区Ag，它由连接两外轮8a的接地点Pfo和两后轮19的接地点Pr所构成。当车辆的重力中心Pg位于摆动限制下后轴16的重力中心稳定区Ag时，可保持车辆的横向稳定性。自由摆动下与后轴16平行的水平面的重力中心稳定区是一三角形区域Bg，它由连接两外轮8a的接地点Pfo和两后轮19接地点Pr之间的中点Pc而构成。当车辆重力中心Pg位于自由摆动下后轴16的重力中心稳定区Bg时，可维持车辆的横向稳定性。
对于单轮胎车辆，在摆动限制下，后轴16的重力中心稳定区是一个不规则四边形Cg(在图5中为方便起见，示为一矩形)，它由连接单前轮8b的接地点Pfi和两后轮19的接地点Pr所构成。自由摆动下后轴16的重力中心稳定区是一个三角形区域Dg，它由连接两单前轮8b的接地点Pfi和两后轮19的接地点Pr之间的中点Pc而构成。
外轮8a加宽了双轮胎车辆的重力中心稳定区Ag和Bg，这可解释为在后轴16的摆动被限制时，和允许后轴16的摆动时，在车辆的横向与单轮胎车辆的重力中心稳定区Cg和Dg相比较。
在中心线Lc上的车辆重力中心Pg和每个重力中心稳定区的外边界之间的最小距离定义车辆是否在横向上确实稳定。即最小距离代表当车辆在横向倾斜时，同时后轴处于摆动限制或自由摆动状态下，车辆重力中心Pg移过每个重力中心稳定区的困难程度。如果车辆重力中心Pg位于某一点A，如图5所示，由A点(车辆重力中心Pg)伸延并垂直相交重力中心稳定区Bg的外边界的线长，即为最短距离L1，它表示在摆动自由状态下，有后轴16的双轮胎车辆的横向稳定性。同样，由点A(车辆重中心Pg)伸延并垂直相交重力中心稳定区Cg的外边界的线长，即为最短距离L2，它代表在摆动限制下有后轴16的单轮胎车辆的横向稳定性。
这意味着当点A位于这样的位置时，即，具有双轮胎车辆的后轴16的在摆动自由状态下的最小距离L1等于在摆动限制下具有单轮胎车辆的后轴16的最小距离L2时，相对于点A，车辆的重力中心Pg位于车辆的前方，当双轮胎车辆的后轴处于摆动限制状态时，车辆的横向稳定性大于单轮胎车辆的后轴处于摆动限制状态时。
当在水平面上的中心线L1上车辆的重力中心Pg位于前稳定区Sg中时，前稳定区Sg被设置在A点前部或重力中心稳定区Ag的前方。因此，车辆的横向稳定性可充分保持，而不限制后轴16的摆动。CPU34判定在中心线Lc上的车辆重力中心Pg是否位于前稳定区Sg。
当在中心线Lc上的车辆重力中心Pg位于前稳定区Sg,CPU34确定车辆的横向稳定性是充分的，尽管后轴16被设置在摆动自由状态。在这种情况下，CPU34不限制后轴16的摆动，即使当提升高度Hs等于或大于设置值H0或重量Ws等于或大于设定值W0时后轴16的摆动将限制。在该控制中，CPU34试图确保在装载进行情况下后轴16设置为自由摆动中转动长度方向的稳定性，而不是改善基于装载状态的车辆横向稳定性。
现参照图7到图9的流程图解释摆动控制装置的工作过程。
当进入摆动控制过程时，CPU34在步骤1中从传感器12--14、20和21中读取检测信号(此后仅以S1表示，并也用于其它步骤)。
在S2中，CPU根据车辆速度信号和转向角度信号计算横向加速度Gs，并确定所计算的横向加速度Gs是否等于或大于设定值G0。当在S2中判定横向加速度Gs等于或大于设定值G0时，CPU34在S3中将标记Fg“1”设置，然后进行到S4。当在S2中判定横向加速度Gs小于设定值G0时，CPU在进行到S4之前设定标记Fg为“0”。
在S4中，CPU根据车辆速度信号和转向角度信号计算偏摆度Δω/Δt的变化率，并确定所计算的偏摆度Δω/Δt的变化率是否等于或大于设定值Y0。当在S4中判定所计算的偏摆度Δω/Δt的变化率等于或大于设定值Y0时，CPU34进到S6，并设置标记Fy“1”。CPU34然后进到S7。当在S4中判定所计算的偏摆度Δω/Δt的变化率小于设定值Y0时，CPU34进到S8，并设置标记Fy“0”。然后CPU34进到S7。
在S7中，CPU34根据高度信号、重量信号和柱件角度信号求出中心线Lc上的车辆重力中心Pg的位置，并判定所求出的车辆重力中心Pg是否位于点A的前方，即是否重力中心Pg位于前稳定区Sg。当在S7中判定车辆重力中心Pg不位于前稳定区Sg中时，CPU34执行S9，如图8中所示。
在S9中，CPU34根据高度信号计算提升高度Hs，并确定所计算的提升高度Hs是否大于或等于设定值H0。当在S9中确定所计算的提升高度Hs等于或大于设定值S0时，CPU34进到S10，并设置标记Fh“1”。然后CPU34进到S11。当在S9中确定所计算的提升高度Hs小于设定值S0时，CPU34进到S12，并在进到S11之前设置“0”给标记Fh。
在S11中，CPU34根据重量信号计算重量Ws，并确定所计算的重量Ws是否大于或等于设定值W0。当在S11中确定所计算的重量Ws等于或大于设定值W0时，CPU34在S13中设置“1”给标记Fw和进到S14。当在S11中，确定所计算的重量Ws小于设定值W0时，CPU34在S15中在进到S14之前设置“0”给标记Fw。
在S14中CPU34确定是否标记Fg、Fy、Fh和Fw其中至少一个被设置为“1”。当标记Fg、Fy、Fh和Fw中任一个被设置在“1”时，CPU34在S16设“1”给Fsl。当标记Fg、Fy、Fh和Fw的全部在S14中为“0”时，CPU34在S17中设置“0”给标记Fsl，并终止该处理过程。
当执行主程序完成摆动控制过程之后，如果标记Fsl为“0”，则CPU34保持提供执行电流，如果标记Fsl为“1”，则停止提供执行电流。当横加速度Gs、偏摆率Δω/Δt的变化率、提升高度Hs和重量Ws中任一个等于或大于所对应的设定值G0、Y0、H0或W0时，电磁控制阀28从联络位置28B转向阻塞位置28A，从而阻止液压缸22中两油室R1和R2之间的液压液流动。这限制了液压缸22的动作并抑制了后轴16相对于车架15的摆动。因此，在转动期间的车辆状态基于横向加速度Gs或偏摆率Δω/Δt的变化率被确定。当测定结果显示车辆的横向稳定性变低时，限制后轴16的摆动，从而确保稳定性。
根据当前的提升高度Hs和重量Ws确定所进行装载的运输状态时，以及可能减少车辆的横向稳定性时，限制后轴16的摆动，从而确保车辆的横向稳定性。在这种状态下即使后轮19在铲车行进中越过一个道路上的隆起，后轴16也不摆动。因此，由隆起抬起车辆的后部，结果车辆向前倾斜。但是，因为沿水平面在中线Lc上的车辆几何中心Pg位于点A的后方，或在重力中心稳定区Bg的后部，车辆可保持纵向稳定性。
当在S7中，确定车辆的重力中心Pg位于前稳定区Sg，如图9所示，CPU34进到S18，在S18中，CPU34判定是否标记Fg和标记Fy中任一个为“1”。当标记Fg或标记Fy的任一个为“1”时，在S19中CPU34设置“1”给标记Fsl。当两标记Fg和Fy在S18中为“0”时，在S20中CPU34设置“0”给标记Fsl在运行主程序时，执行完摆动控制过程之后，当标记Fsl为“1”时，CPU34停止提供执行电流，当标记Fsl为“0”时，CPU34保持提供执行电流。如果，在水平面上的中心线Lc上的车辆重力中心Pg位于前稳定区Sg上，则当并仅当横向加速度Gs等于或大于设定值G0，或者当偏摆度Δω/Δt的变化率等于或大于Y0时，抑制液压缸22的动作，从而限制后轴16的摆动。即，甚至如果提升高度Hs等于或大于H0或重量Ws等于或大于设定值W0，在横向加速度Gs小于设定值G0时，和当偏摆度Δω/Δt的变化率小于设定值Y0时，设定后轴16处于自由摆动状态。
当在水平面上的中心线Lc上的车辆重力中心Pg位于前稳定区Sg上，其中车辆的横向稳定性高，无需限制后轴16的摆动，后轴16的摆动被设置成自由摆动，即便重量Ws等于或大于W0或提升高度Hs等于或大于H0。如图6所示，当沿道路行驶时，在后轮19压过一个隆起T时，后轴16和在地面上两前轮8摆动。因此，车辆后部的最大抬升量不被增加，由此抑制车辆的前倾。
上面描述了详细的实施例说明，该实施例的摆动控制装置具有以下优点。
(a)在其前轮8使用双轮胎，以及其后轴16是可摆动的车辆中，根据叉形件4运载的重量Ws或提升高度Hs限制后轴16的摆动。这确保了车辆的横向稳定性。当在中心线Lc上的车辆重力中心Pg位于重力中心稳定区Ag的前稳定区Sg中时，根据重量Ws和提升高度Hs不进行后轴16的摆动限制。
当车辆的横向稳定性充分并不需限制后轴16的摆动时，后轴16的摆动限制不基于提升高度Hs或重量Ws。因此，如果车辆的重力中心Pg位于车辆的前部，由于车辆运载重负载，或倾斜的柱件的结果，后轮19压过隆起T的话，后轴16与和地面接触的两前轮8摆动。它抑制了车辆的前倾。维持车辆的横向稳定性和纵向稳定性。
(b)基于重量Ws，提升高度Hs和柱件角度θ2预测中心线Lc上的车辆重力中心Pg。以当车辆重力中心Pg仅由重量Ws和提升高度Hs测定车辆重力中心Pg时相比较，提高了位置测定的精确度，当车辆重力中心Pg位于前稳定区Sg中时，允许后轴16摆动，并当后轮19压过一隆起时，抑制车辆的前倾。
(c)如果将摆动限制的液压缸22作为吸收摆动动作的缓冲器，则没有必要提供类似于液压缓冲器的单个减震器。从而提供更多的空间，并有助于液压缸22的安装。
(d)本发明适用于双轮胎铲车，其中常常利用车辆的重力中心位于车辆的前侧和其后轴16以可摆动方式支撑。所以，当将重的负载高举时，可确保双轮胎铲车的横向稳定性，以及当后轮19压过一隆起T时，抑制铲车的前倾，从而确保纵向稳定性。
(e)因为，电磁控制阀28是常闭式阀，当控制单元32故障时，可限制液压缸22的动作。当控制单元32发生故障，则限制后轴16的摆动，使得在修理控制单元32之前可以将负载装运到一定的稳定状态位置。
显而易见，对于本领域普通专业技术人员可以采用许多其它特殊方式实现本发明，而不脱离本发明的构思或范围。特别可以理解的是本发明可以下面的方式实现。
在最佳和已描述的实施例当中，前稳定区Sg由点A向前伸延，其中从车辆重力中心Pg到重力中心稳定区Bg边界的最小距离L1等于从车辆的重力中心Pg到重力中心稳定区Cg边界的最小距离L2。但是，前稳定区Sg的开始点可以设计在点A的前部，从而克服传感器的错误检测。在这种情况下，如果实际车辆重力中心Pg位于前稳定区Sg，则不限制后轴16的摆动。这确保了车辆的纵向稳定性。
摆动控制装置可进一步包括一个摆动限制装置，用于根据负载状态，在预定的摆动限制条件下限制后轴16的摆动，以及一个重力中心检测装置，用于当提升负载时相对车辆的垂直方向检测车辆的重力中心，以及一个重力中心确定装置，用于确定车辆前倾对车辆重力中心的影响。在这种情况下，当重力中心确定装置确定相对于垂直方向的重力中心等于或大于限制高度时，由摆动限制装置操纵的后轴16的摆动限制被抑制。重力中心检测装置包括高度传感器12、重量传感器13和柱件角度传感器14，同时摆动限制装置和重力中心确定装置可以包括控制单元32。
因此，相对垂直方向的重力中心高于限制高度时，以及当车辆重力中心向前转动时，如果后轮压过一个隆起，该隆起使车辆在摆动限制下其后轴倾斜的话，允许后轴摆动。因此，当后轮压过一个隆起，该隆起使车辆以位于车辆前侧的车辆重力中心倾斜时，车辆的横向稳定被保持，并抑制车辆的前倾。这确保了使用简单控制方式保证车辆的纵向稳定性。
可以设计限制控制装置仅在所预定的摆动条件下根据至少对应有双轮胎的车辆的转动状态的一个测定值，如车辆速度V转向角θ1、横向速度Gs和偏摆率Δω/Δt的变化率来限制后轴16的摆动。利用该结构在车辆的横向加稳定性不被车辆的转动减少的情况下可确保车辆的充分的横向稳定性，即使当摆动限制根据由表征装载状态的参数确定时，例如提升高度Hs和柱件角度θ2，从而允许后轴16摆动。即使后轮19压过一隆起T，当车辆重力中心Pg位于重力中心稳定区Bg的前部时，这时不能提供足够范围的车辆纵向稳定性，在确保车辆横向稳定性的同时，当后轮19压过一凸出部T时，能维持车辆的纵向稳定性。
在这种情况下，横向加速度Gs或偏摆率Δω/Δt的变化率可以通过车辆速度V和转向角θ1来计算得出，或者直接由横加速传感器或偏摆度陀螺仪测出。
当利用偏摆率Δω/Δt的变化率做为测定值时，在转向开始或当铲车改变方向时能进行摆动控制。这确保了在转向开始或当改变方向时车辆的横向稳定性。
摆动限制条件可以是负载重量Ws、提升高度Hs、柱件角度θ2和类似参数的条件之一，或是这些参数的一个组合值。根据对应车辆的转动状态的测定值，如车辆速度V、转向角θ1、横向加速度Gs和偏摆率Δω/Δt的变化率，也可以不进行后轴16上的摆动限制。
为了在倾斜位置上精确测定车辆重力中心Pg，在柱件上设有倾斜传感器，使得可基于柱件的绝对倾斜角度检测纵向上的车辆重力中心Pg。这种结构在保证车辆的横向稳定性的同时，即使车辆的后轮压过泥浆道路上的隆起时，也能确保车辆的纵向稳定性。
没有必要由对应提升油缸7的液压的压力传感器(重量传感器13)来检测重量Ws，而可以通过使用负载传感器或压敏导电橡胶来检测重量Ws。对于运载一给有固定重量Ws的物体的车辆，可检测负载的有无来代替检测负载的重量。
用于检测提升高度Hs的装置不限于卷盘式传感器(高度传感器12)，可以是超声波传感器，它可以连续检测提升高度Hs。另外，也可以使用逐步检测提升高度的限位开关、进位开关、电位计或类似设置。
柱件角度θ2的检测不限于借助电位计(柱件角度传感器13)、转动式编码器或类似设置来间接检测倾斜缸的转动量，还可以借助设置在柱件上的倾斜传感器直接进行检测。
电磁控制阀28可以是常开型阀。在这种情况下，当由于控制单元32故障时，可允许液压缸22动作。因此，当摆动控制不能执行时有可能使后轴16摆动。本发明不局限于这种类型的摆动控制装置，其中通过使用仅设置在后轴16一侧上的多动作液压缸22来限制后轴16的摆动。
本发明还可以用于这样一种摆动控制装置，其中借助于设置在后轴16两侧上的单动作液压缸来限制后轴16的摆动。
本发明不局限于使用双轮胎前轮的铲车，也可用于使用宽、单轮胎前轮的铲车。在这种情况下，通过增加前轮的宽度改善车辆的稳定性。
本发明不局限于铲车，而且可用于其它型式的工程车辆，例如具有可摆动后轴的斗式装载机。
因此，本文中的举例和实施例可以认为是作为并不受限制说明，本发明不局限于在此所给出的解释，而且在所附权利要求书的范围和等同物内可以修改。
权利要求
1．一种用于运载负载的工程车辆，包括一车架；一对前轮，可转动地支撑在车架上，每个前轮装有一外轮和一内轮；一后轴，支撑在车架上，该后轴相对车架以枢轴转动；一对后轮，可旋转地安装在后轴上；一限制装置，根据所承载的负载状态有选择地允许和限制后轴的枢轴转动；一检测装置，用于检测车辆的重力中心；其中，当重力中心位于一预定区内时，限制装置允许后轴的枢轴转动。
2．根据权利要求1所述的工程车辆，其中预定区被定义为前轮接触地面的点的后部，以及在内轮胎之间。
3．根据权利要求2所述的工程车辆，其中将预定区定义在一矩形区内，该矩形区由内轮胎接触地面的点和后轮接触地面的点来确定。
4．根据权利要求2所述的工程车辆，其中车辆具有一中心线，该中心线穿过后中心点和前中心点伸延，后中心点位于后轮的接地点之间，前中心点位于内轮台的接地点之间；其中车辆具有一个三角形区域，该区域由后中心点与外轮胎接触地面的点来确定；其中中心线包括一个预定稳定点，该点由从中心线到三角区外边界的第一距离和由中心线到矩形区的外边界的第二距离来确定，第一和第二距离相互等长；以及其中预定稳定区位于预定稳定点的前方。
5．根据权利要求4所述的工程车辆，其中工程车辆包括一种铲车，其中铲车具有用于提升负载的叉形件，以及用于提升和降落叉形件的柱件，其中该柱件是可倾斜的。
6．根据权利要求5所述的工程车辆，其中检测装置包括用于检测负载提升量的提升量传感器；用于检测负载重量的重量传感器；以及用于检测柱件倾斜的柱件角度传感器；其中检测装置根据提升量、负载重量和柱件倾斜计算车辆的重力中心。
7．根据权利要求1所述的工程车辆，其中限制装置包括用于连接后轴到车架的油缸，该油缸通过由液压油产生的压力膨胀和收缩来使后轴枢轴运动；提供油给油缸的管路；连接到该管路用于有选择地打开和闭合该管路的控制阀；以及用于控制该控制阀的控制单元，其中当打开管路时，允许从管路供油给油缸，当闭合管路时停止供油。
8．根据权利要求6所述的工程车辆，进一步包括用于检测车辆速度的速度传感器；用于检测后轮轮子角度的车轮角度传感器；以及用于根据车辆速度及车轮角度计算施加给车辆的横向加速度和偏摆率的变化率的运算单元。
9．根据权利要求8所述的工程车辆，其中车辆具有一控制单元，该控制单元确定横向加速度是否大于或等于预定基准值，确定偏摆率的变化率是否大于或等于预定基准值，确定重力中心是否在预定区内，以及，其中当控制单元确定重力中心在预定区内时，控制单元根据横向加速度和偏摆率的变化率的确定结果控制限制装置，从而限制后轴的枢轴转动。
10．根据权利要求9所述的工程车辆，其中当控制单元确定重力中心不在预定区内时，控制单元确定柱件角度是否大于一预定基准值，以及确定负载重量是否大于一预定基准值，其中控制单元根据横向加速度、偏摆度的变化率、柱件角度和负载重量的确定结果控制限制装置，从而限制后轴的枢轴转动。
全文摘要
一种用于运载负载的工程车辆,包括一车架。一对前轮可转动地支撑在车架上。每个前轮装有一外轮和一内轮。车架支撑一后轴,该后轴相对车架以枢轴转动。一对后轮可旋转地安装在后轴上。一限制装置根据所承载的负载状态有选择地允许和限制后轴的枢轴转动。设有一检测装置用于检测车辆的重心。当重心位于一预定区内时,限制装置允许后轴的枢轴转动。
文档编号B66F9/20GK1210089SQ98109408
公开日1999年3月10日 申请日期1998年4月17日 优先权日1997年7月15日
发明者石川和男 申请人:株式会社丰田自动织机制作所