本發(fā)明涉及檢測牽引車輛上的載荷力以預(yù)測車輪滑移或滑動。

背景技術(shù)：

當(dāng)諸如自動平地機(jī)的牽引車輛在較差的牽引條件下時，車輪滑移或滑動可能導(dǎo)致車輛的功能較差并且還可能使車輪下方的支撐表面的質(zhì)量退化。當(dāng)車輪滑移被最小化時，在較差的牽引條件中的牽引車輛的牽引力被增強(qiáng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

提供一種在牽引控制系統(tǒng)中預(yù)測車輪滑移的方法將改善車輛后面的支撐表面的質(zhì)量，改善車輛生產(chǎn)率，輔助新的車輛操作員，并且減少有經(jīng)驗的車輛操作員的工作量。

在一方面中，本發(fā)明提供一種最小化牽引車輛中的車輪滑移發(fā)生的方法，所述牽引車輛包括動力傳動系統(tǒng)、用于在支撐表面上提供牽引力的至少一個車輪、以及能夠相對于支撐表面移動的地面接合機(jī)具。該方法包括估算抵靠地面接合機(jī)具作用的第一力，估算由能夠操作以在支撐表面上移動車輛的所述至少一個車輪所提供的第二力，以及基于第一力和第二力之間的差值控制地面接合機(jī)具。

在另一方面中，本發(fā)明提供一種最小化牽引車輛中的車輪滑移發(fā)生的方法，所述牽引車輛包括動力傳動系統(tǒng)、用于在支撐表面上提供牽引力的至少一個車輪、以及能夠相對于支撐表面移動的地面接合機(jī)具。該方法包括估算抵靠地面接合機(jī)具作用的第一力，估算由能夠操作以在支撐表面上移動車輛的所述至少一個車輪所提供的第二力，以及向至少一個車輪應(yīng)用差速鎖以用于與車輛的第二車輪共同轉(zhuǎn)動。

在又一方面中，本發(fā)明提供一種用于最小化牽引車輛中的車輪滑移的發(fā)生的系統(tǒng)，所述牽引車輛包括動力傳動系統(tǒng)、用于在支撐表面上提供牽引力的至少一個車輪、以及能夠相對于支撐表面移動的地面接合機(jī)具。用于最小化牽引車輛中的車輪滑移的發(fā)生的該系統(tǒng)包括控制器，控制器被配置成用于估算抵靠地面接合機(jī)具作用的第一力，估算由能夠操作以在支撐表面上移動車輛的所述至少一個車輪所提供的第二力，以及基于第一力和第二力之間的差值控制地面接合機(jī)具或動力傳動系統(tǒng)中的至少一個。

通過考慮詳細(xì)描述和附圖，本發(fā)明的其它方面將變得顯而易見。

附圖說明

圖1A是根據(jù)本發(fā)明的具有牽引控制系統(tǒng)的牽引車輛。

圖1B是用于圖1A的牽引車輛的牽引控制系統(tǒng)的示意圖。

圖2是牽引車輛的一部分的詳細(xì)視圖，此外圖示了抵靠地面接合機(jī)具作用的拖曳力或阻力。

圖3是圖示預(yù)測和最小化牽引車輛的車輪滑移的方法的流程圖。

具體實施方式

在本發(fā)明的任何實施例被具體地描述之前，應(yīng)該理解本發(fā)明在其應(yīng)用方面不被限制到在下文闡述的或在附圖中圖示的構(gòu)造細(xì)節(jié)和部件實現(xiàn)方式。本發(fā)明能夠具有其它實施例并且以各種方式被實踐或執(zhí)行。

在圖1B中被示意性地圖示的、具有控制器14的牽引控制系統(tǒng)10在本文中被描述為用于牽引車輛18。例如，牽引車輛18可以包括如圖1A所示的自動平地機(jī)。然而，本文中描述的牽引控制系統(tǒng)10在其應(yīng)用方面不被限制到自動平地機(jī)，并且可以應(yīng)用于其它的牽引車輛。例如，牽引控制系統(tǒng)10可以用在諸如但是不受限于，土壤移動設(shè)備、施工設(shè)備、除雪設(shè)備、砂子移動設(shè)備、林業(yè)收割設(shè)備、農(nóng)業(yè)設(shè)備、貨物移動設(shè)備、采礦設(shè)備、公路設(shè)備、汽車等車輛上。牽引控制系統(tǒng)10還可以用在配置有增加牽引車輛18的載荷的地面接合機(jī)具的其它車輛上，如下更詳細(xì)地所述。

舉例來說，圖1A圖示了牽引車輛18，例如，自動平地機(jī)，牽引車輛具有由動力傳動系統(tǒng)30驅(qū)動的多個軸46、50、54和多個驅(qū)動車輪26，動力傳動系統(tǒng)30包括原動機(jī)34和傳動裝置70。牽引車輛18可以具有任意數(shù)量的軸和驅(qū)動車輪。例如，車輛18可以具有第一軸46、第二軸50、第三軸54和與之對應(yīng)的六個驅(qū)動車輪26，如圖所示。動力傳動系統(tǒng)30可以提供動力以驅(qū)動一些或所有車輪26，例如，僅驅(qū)動后車輪，驅(qū)動前車輪和后車輪二者，等等。車輛18可以包括驅(qū)動車輪26，驅(qū)動車輪26具有輪胎、連續(xù)履帶或接合支撐表面58(例如，地面)的其它牽引裝置。驅(qū)動輪26與支撐表面58直接地相互作用，并且負(fù)責(zé)車輛18的運(yùn)動和牽引力。

原動機(jī)34可以包括任何用于提供驅(qū)動系轉(zhuǎn)動動力的動力源。例如，原動機(jī)34可以包括，但是不受限于，內(nèi)燃機(jī)、活塞式發(fā)動機(jī)、旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機(jī)、液壓馬達(dá)、靜液力系統(tǒng)、電動馬達(dá)等。在整個文件中使用的術(shù)語“發(fā)動機(jī)”(例如，如在“發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速”中)通常指原動機(jī)34，并且不受限于發(fā)動機(jī)或任何特定類型的原動機(jī)。

傳動裝置70可以包括單速或多速傳動裝置70，或利用直接聯(lián)軸器裝置的無級傳動裝置、轉(zhuǎn)矩變換驅(qū)動器、靜液壓驅(qū)動器、電動馬達(dá)驅(qū)動器、或在本領(lǐng)域的技術(shù)人員現(xiàn)在或未來已知的任何其它傳動裝置。為了本文中使用的示例，使用直接驅(qū)動多速傳動裝置。然而，應(yīng)用不受限于直接驅(qū)動變速系統(tǒng)。牽引控制系統(tǒng)10可以應(yīng)用于任何動力變速系統(tǒng)。來自傳動裝置的輸出動力驅(qū)動所述驅(qū)動車輪26，并且可以直接地齒輪傳動到驅(qū)動車輪26。

參照圖1A和2，圖示的牽引車輛18包括定位在第二軸50和第三軸54之間的地面接合機(jī)具62(本文中稱為刮鏟或平鏟)。通常，在平地操作過程中，刮鏟62刮擦支撐表面58以使支撐表面58變平。刮鏟62連接到牽引車輛18的機(jī)架64上的至少兩個連接點。特別地，連接到刮鏟62的刮鏟臂68通過多個提升液壓缸或致動器72(僅一個液壓缸或致動器被圖1A和2示出)和鄰近第三軸54定位的樞轉(zhuǎn)連接點A也連接到機(jī)架64。刮鏟62被構(gòu)造成用于通過提升液壓缸72相對于支撐表面58大致上下運(yùn)動，例如，在大致垂直于支撐表面58的方向63上，以朝向和遠(yuǎn)離支撐表面58。換句話說，提升液壓缸72能夠操作以在方向63上移動刮鏟臂68，刮鏟臂68又在方向63上移動刮鏟62。提升液壓缸72定位在從樞轉(zhuǎn)連接點A離開水平距離X₁和從刮鏟臂68的與樞轉(zhuǎn)連接點A相對的邊緣離開水平距離X₂的位置處。在圖示的實現(xiàn)方式中，水平距離X₁約是八英尺，并且水平距離X₂約是兩英尺；然而，在其它的實現(xiàn)方式中，水平距離X₁、X₂可以限定不同距離。圖示的提升液壓缸72包括活塞直徑D₁。在圖示的實現(xiàn)方式中，活塞直徑D₁約是六英寸；然而，在其它的實現(xiàn)方式中，活塞直徑D₁可以是不同的直徑。

參照圖2，刮鏟62還可以圍繞樞轉(zhuǎn)點B沿著(例如，垂直于支撐表面58的)豎直軸線65樞轉(zhuǎn)，以通過多個刮鏟角液壓缸或致動器76(僅一個被圖2示出)使刮鏟62的面66從前部轉(zhuǎn)向側(cè)面。樞轉(zhuǎn)點B是刮鏟62相對于刮鏟臂68的樞轉(zhuǎn)點，使得刮鏟62可以類似地于球窩接頭而圍繞多個軸線轉(zhuǎn)動。因此，刮鏟62可以通過刮鏟角液壓缸76來圍繞本文中未具體地公開的其它軸線樞轉(zhuǎn)。豎直距離Y₁由刮鏟臂68的定位在樞轉(zhuǎn)點B和刮鏟臂68的水平部之間的豎直部限定。圖示的刮鏟角液壓缸76定位在從樞轉(zhuǎn)點B離開豎直距離Y₂的位置處。在圖示的實現(xiàn)方式中，豎直距離Y₁約是兩英尺，并且豎直距離Y₂約是一英尺；然而，在其它的實現(xiàn)方式中，豎直距離Y₁、Y₂可以限定不同距離。圖示的刮鏟角液壓缸76包括活塞直徑D₂。在圖示的實現(xiàn)方式中，活塞直徑D₂約是四英寸；然而，在其它的實現(xiàn)方式中，活塞直徑D₂可以是不同的直徑。另外，刮鏟62還可以定位在最前方軸(例如，第三軸54)的前部，在最后方軸(例如，第一軸46)的后部或在其它軸中間。在其它實現(xiàn)方式中，牽引車輛18可以在這些或其它位置處包括兩個或多個刮鏟62，和/或其它機(jī)具，諸如犁、掃除機(jī)、鏟、碎土器等。

用戶致動式控制器82(例如，操縱桿控制器)定位在牽引車輛18的駕駛室42中，并且能夠操作以用于手動移動刮鏟62(圖1A)。在圖示的實現(xiàn)方式中，操縱桿控制器82在兩個相反方向上徑向地移動。操縱桿控制器82還被偏壓在中間位置或空擋位置處。中間位置或空擋位置對應(yīng)于刮鏟62相對于支撐表面58的固定高度。以另一方式說明的是，當(dāng)操縱桿控制器82位于中間位置或空擋位置處時，刮鏟62不相對于機(jī)架64移動。在操縱桿控制器82在向前方向上運(yùn)動(例如，遠(yuǎn)離就坐在駕駛室42中的操作員)時，刮鏟62朝向支撐表面58降低和/或降低進(jìn)入支撐表面58中。相反，在操縱桿控制器82在向后方向上運(yùn)動(例如，朝向就坐在駕駛室42中的操作員)時，刮鏟62抬高遠(yuǎn)離支撐表面58。用戶致動式控制器82從中間位置或空擋位置的運(yùn)動程度或量對應(yīng)于刮鏟62的不同的移動速度。

再次參照圖1A和1B，牽引車輛18可以具有用于系統(tǒng)操作的用戶接口38，用戶接口38可以定位在牽引車輛18的駕駛室42中，定位在車輛上的另一位置處，或定位在遠(yuǎn)離車輛的其它位置處(例如，用戶接口可以是具有至控制器的無線通信的個人便攜式裝置)?？刂破?4接收來自用戶接口38的、來自操縱桿控制器82的、和來自多個傳感器86的輸入?？刂破?4還具有用于控制原動機(jī)34、傳動裝置70、動力傳輸驅(qū)動選擇機(jī)構(gòu)90(例如，以將動力引導(dǎo)至后車輪、前車輪、所有的車輪等)和刮鏟62的輸出。因而，控制器14可操作地連接到傳動裝置70、原動機(jī)34、刮鏟62和驅(qū)動選擇機(jī)構(gòu)90。另外，用戶接口38被用于選擇支撐表面58的牽引條件。例如，如果支撐表面58是在較差(例如，疏松的土壤)或較好(例如，夯實的土壤)的牽引條件下，則用戶接口38的對應(yīng)設(shè)置被選擇。在其它的實現(xiàn)方式中，用戶接口38可以包括超過兩個的牽引條件設(shè)置和/或可以包括適于不同天氣條件(例如，雪、雨等)的設(shè)置。

參照圖2，傳感器86包括壓力傳感器，該壓力傳感器被連接在液壓缸72、76中并且被構(gòu)造成用于測量液壓缸72、76中的壓力。在其它的實現(xiàn)方式中，傳感器86可以定位在液壓缸72、76的外部?？刂破?4包括用于進(jìn)行下文進(jìn)一步詳述的計算、比較和執(zhí)行邏輯的處理器。額外的傳感器86可以連接到牽引車輛18的其它特征。例如，傳感器86可以測量原動機(jī)34的發(fā)動機(jī)速度和/或傳動裝置70的離合器壓力。

如下進(jìn)一步地詳細(xì)，可能期望預(yù)測在車輪26和支撐表面58之間何時將發(fā)生車輪滑移或滑動，使得適當(dāng)?shù)膭幼?即，相對于支撐表面58移動刮鏟62)可以在車輪滑移或滑動出現(xiàn)之前被操作員或控制器14執(zhí)行。包括牽引控制系統(tǒng)10的本發(fā)明描述了一種通過監(jiān)測和控制作用在刮鏟62上的阻力而預(yù)測和最小化車輪滑移或滑動的方法。

在操作中，隨著通過致動操縱桿控制器82以使刮鏟62降低進(jìn)入支撐表面58中，牽引車輛18在第一方向上沿著支撐表面58移動以執(zhí)行平地操作。作用在刮鏟62上的力由支撐表面58產(chǎn)生，示出為因而產(chǎn)生的阻力F₁，阻力F₁與由驅(qū)動車輪26提供的、用于牽引裝置18沿著支撐表面58的運(yùn)動的移動力F₂相反(圖1A)。因此，凈力或合力由阻力F₁和移動力F₂的總和提供。為了使?fàn)恳囕v18沿著支撐表面58移動，力F₂必須大于阻力F₁(承認(rèn)由于風(fēng)阻、滾動摩擦力等而在車輛上導(dǎo)致的額外的力)。如果凈力或合力是零或近似零，例如阻力F₁近似于或等于移動力F₂(再次承認(rèn)車輛上的由于風(fēng)阻、滾動摩擦力等而導(dǎo)致的額外力)，則驅(qū)動車輪26將相對于支撐表面58滑移或滑動。

參照圖3，牽引控制系統(tǒng)10的控制器14邏輯被圖示。如圖所示，在步驟96中，牽引車輛18的操作員利用用戶接口38選擇支撐表面58的牽引條件。牽引條件涉及在支撐表面58和車輪26之間可獲得的摩擦力。支撐表面58和車輪26之間的摩擦力可以在不同的表面條件(例如，疏松的土壤、夯實的土壤等)以及不同的天氣條件(例如，雨、雪等)之間改變。

在步驟100中，由車輪26抵靠支撐表面58提供的移動力F₂(圖1A)被確定。由控制器14利用車輪26的物理參數(shù)(例如，車輪26的圓周)和從動力傳動系統(tǒng)30供應(yīng)到車輪26的轉(zhuǎn)矩來計算移動力F₂，例如，所述轉(zhuǎn)矩依賴于原動機(jī)34的發(fā)動機(jī)速度和傳動裝置70的齒輪選擇。移動力F₂還依賴于由動力傳動系統(tǒng)30驅(qū)動的車輪26的數(shù)量，例如，兩個、四個或六個車輪。

在步驟104中，控制器14通過連接到提升和刮鏟角液壓缸72、76的壓力傳感器86確定阻力F₁。將阻力F₁與液壓缸72、76的壓力關(guān)聯(lián)的計算公式和方程如下所述。

參照圖2，阻力F₁作用在面66上，使得阻力F₁在順時針方向(負(fù)方向)上產(chǎn)生圍繞樞轉(zhuǎn)點B的力矩。在相同示例中，由刮鏟角液壓缸76施加于刮鏟62的力F₇₆在逆時針方向(正方向)上產(chǎn)生圍繞樞轉(zhuǎn)銷B力矩。在靜態(tài)條件下圍繞樞轉(zhuǎn)點B的力矩的總和被描述為：

∑M_B＝F₇₆·Y₂-F₁·D_F＝0 (1)

豎直距離D_F被限定在阻力F₁和樞轉(zhuǎn)點B之間。力F₇₆是刮鏟角液壓缸P₇₆的壓力(磅每平方英寸)和直徑D₂的函數(shù)，如下所述：

為了求解豎直距離DF，存在如下關(guān)系：

由提升液壓缸72施加到刮鏟臂68的力F₇₂在順時針方向上產(chǎn)生圍繞樞轉(zhuǎn)連接點A的力矩，阻力F₁在逆時針方向上產(chǎn)生圍繞樞轉(zhuǎn)連接點A的力矩。因此，在靜態(tài)條件下圍繞樞轉(zhuǎn)連接點A的力矩的總和被描述為：

∑M_A＝F₁·(Y₁-D_F)-F₇₂·X₁＝0 (4)

力F₇₂是提升液壓缸P₇₂的壓力(磅每平方英寸)和直徑D₁的函數(shù)，如下所述：

因此，將方程(3)和(5)代入方程(4)中并且求解阻力F₁，以下關(guān)系存在于阻力F₁和壓力P₇₂、P₇₆之間：

因為液壓缸72、76中的壓力P₇₂、P₇₆由傳感器86測量，并且刮鏟臂68的物理尺寸X₁、Y₁、Y₂是已知的，所以可以由控制器14計算阻力F₁。

支撐表面58和車輪26之間的摩擦力在不同的牽引條件下變化，使得可獲得的最大移動力F₂變化。在較低的摩擦力條件下，并且因而在較低的可獲得的移動力F₂的情況下，更小的阻力F₁對于車輪26滑移或滑動是必要的。通過操作員從用戶接口38選擇牽引條件(步驟96)，在控制器14的步驟108中確定與輸入的支撐表面條件相關(guān)的閾值力。閾值力是移動力F₂的百分比或其它量，如用于提供偏移車輪滑移的點(即，阻力F₁等于移動力F₂的點)的偏移，因此允許控制器14在車輪滑移出現(xiàn)之前作出反應(yīng)。在一個實現(xiàn)方式中，閾值力以低于最大移動力F₂的預(yù)定量被設(shè)置(例如，閾值力比力F₂小10％)，并且在其它的實現(xiàn)方式中可以或可以不與特定的牽引條件相關(guān)聯(lián)。通常有利的是，將閾值力設(shè)置成接近車輪滑移或滑動閾值以最大化刮鏟62的性能(例如，功效)。在其它的實現(xiàn)方式中，步驟108可以直接地跟隨估算移動力F₂的步驟100，或步驟108可以與步驟100和/或步驟104并行。

控制器14進(jìn)至步驟112并且將阻力F₁與閾值力進(jìn)行比較。如果阻力F₁小于閾值力，則控制器14將返回到步驟100，因為移動力F₂完全地或足夠地大于阻力F₁。然而，如果阻力F₁大于閾值力，則控制器14繼續(xù)至步驟116。

在步驟116中，控制器14自動地修正阻力F₁的增加量并且對所述增加量作出反應(yīng)?？刂破?4可以執(zhí)行多個不同的修改操作，包括向車輪26應(yīng)用差速鎖從而增加移動力F₂，移動刮鏟62遠(yuǎn)離支撐表面58從而減小阻力F₁，或，可選地，減少由動力傳動系統(tǒng)30提供到車輪26的轉(zhuǎn)矩。

特別地，控制器14能夠操作以在差速鎖定條件下使動力傳動系統(tǒng)30接合，從而鎖定至少兩個車輪26以用于共同轉(zhuǎn)動。因而，更多個車輪26被動力傳動系統(tǒng)30驅(qū)動，增加了移動力F₂。轉(zhuǎn)矩的減少可以包括減少原動機(jī)34的發(fā)動機(jī)速度和/或改變傳動裝置70的齒輪齒數(shù)比。通過減小轉(zhuǎn)矩，移動力F₂減小，從而減少了車輪26將滑移的機(jī)會。在其它的實現(xiàn)方式中，控制器14可以同時地移動刮鏟62，應(yīng)用差速鎖，和/或減小轉(zhuǎn)矩。在步驟116的其他實現(xiàn)方式中，控制器14可以經(jīng)由用戶接口38向牽引車輛18的操作員指示阻力F₁大于閾值力或指示阻力F₁接近閾值力。因此，操作員可以使用操縱桿控制器82手動地移動刮鏟62，手動地應(yīng)用差速鎖，和/或減小動力傳動系統(tǒng)30的轉(zhuǎn)矩。在其它的實現(xiàn)方式中，控制器14可以自動地移動刮鏟62，應(yīng)用差速鎖，和/或減小轉(zhuǎn)矩并且經(jīng)由用戶接口38向操作員指示該情況。

如在步驟120中所示，控制器14繼續(xù)測量阻力F₁，并且如在步驟124中所示，將阻力F₁與閾值力進(jìn)行比較。如果阻力F₁大于閾值力，則控制器14執(zhí)行步驟116。相反，如果阻力F₁減小成小于閾值力，則控制器14返回至步驟100以繼續(xù)測量移動力F₂。

在圖示的實現(xiàn)方式中，一旦阻力F₁小于閾值力，則控制器14將刮鏟62移動返回至刮鏟62的如在步驟116之前觀察到的初始位置，分離差速鎖，和/或?qū)⑥D(zhuǎn)矩增加到初始狀態(tài)?？刂破?4可以用與阻力F₁和閾值力之間的差值成比例的速度將刮鏟62降低進(jìn)入支撐表面58中，或在其它的實現(xiàn)方式中，可以用相對于阻力F₁或閾值力的任何其它線性或非線性關(guān)系降低刮鏟62。因此，通過將阻力F₁保持成小于閾值力并且最終小于移動力F₂，牽引車輛18的車輪滑移的發(fā)生被最小化。