CN100378276C - 机械控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在若干不同工作状态下控制机械的装置，该机械用于在至少两种这样的工作状态下利用不同类型的设备以完成不同的作业，该装置包括装备(1)，该装备可被驱动并可被设定在多个不同的位置(2-6)上，以选择所述的工作状态中的其中一个，用于控制对应所选工作状态的特定工作参数，其中每个位置对应工作状态的至少一个范围，其中该装置包括多个控制器(12)，用于在所述的范围内对设备进行控制/调整，该装置包含装备(26)，用于检测设备的位置，且不同的位置对应不同的范围。通过该装置，可以使机械的操作变得更加简单、更加快速和/或更加可靠，并且能对该机械进行更加有效的利用。

Description

机械控制装置及方法

技术领域

本发明涉及一种能在多种不同工作状态下控制机械的装置，该机械可以在至少两种这样的工作状态下，使用不同类型的设备，以完成不同的作业。这样的一种装置可以在施工设备如轮式装载机中看到。本发明将在应用于一种轮式装载机中的情况下加以说明。但这只应被视为优选应用的一个例子。本发明还涉及一种用于所述的控制的方法。

背景技术

轮式装载机可以应用在多种作业场合，如提升和运载石料和砾石，集运架和木材。对于每一种作业，使用包括铲斗、叉、夹臂等工具的不同的设备。此外，该设备还可以包括一个或多个工作油缸，用于操作/移动所述的工具。

逐年以来，轮式装载机的功能种类越来越多，而实现这些功能的方法也变得越来越多和越来越复杂。在轮式装载机的驾驶舱中，有多种用于设定和操作所述的工具的控制装置。随着功能和控制的增加，驾驶员越来越难以寻找最佳的设定以获得机械最大的性能。

对于驾驶员频繁变动，并且他们没有过多对于所操作的轮式装载机的经验的情况下，这个问题就越发明显。在这些情况下，经常出现的问题是如何以最佳的方式来设定机械以进行操作。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种装置，该装置可以使机械的操作变得更加简单、更加快速和/或更加可靠，该装置可以工作于多种不同的工作状态下，所述的机械可以在至少两种这样的工作状态下利用不同类型的设备来进行不同的作业。本发明的另一个目的是对所述的机械进行更加有效的利用。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于在若干不同工作状态下控制机械的装置，该机械用于在至少两种这样的工作状态下利用不同类型的设备以完成不同的作业，该装置包括一个装备，该装备可被驱动并可被设定在多个不同的位置上，以选择所述的工作状态中的其中一个，用于控制对应所选工作状态的特定工作参数，其中每个所述的位置对应所述工作状态的至少一个范围，其中该装置包括多个控制器，用于在所述的范围内对设备进行控制/调整，该装置还包含一种装备，用于检测设备的位置，且不同的位置对应不同的范围。

根据本发明的一个优选实施例，所述的执行器可以被操作员直接操作，并被布置在驾驶舱中。这样可以使操作员的操纵变得简单方便。

根据本发明的另一个优选实施例，每个所述的位置对应所述的工作状态的至少一个范围，并且该装置包括多个用于在所述的范围控制/调整设备的控制器。该机械因此在一个或多个方面上受所述的范围的限制。该限制可以只包含一个上限。在轮式装载机中，该限制可以是工具或者装载臂的最高运动速度。所述的控制器由多个电子控制杆所组成。

根据上述实施例的一种改进，该装置包括用于检测设备位置的装备，并且不同的位置对应不同的范围。通过这种方式，根据所在的位置，可以将设备的最高运动速度限制在一个可变的范围内。

根据本发明的另一个优选实施例，所述的设备包括一个工具，该工具可以被控制与所要进行操作或者移动的物体或材料所接触。该设备还包括工作油缸，用于移动所述的工具。在这，每个所述的执行器的位置对应所述的可被移动的工具的速度范围。

该装置还可优选地包括中央单元，用于控制所述的设备，且该中央单元与所述的执行器和所述的设备接触。

本发明的另一个目的是提供一种方法，该方法使得操纵一个要在多个工作状态下工作的机械变得更简单、更快速和/或更可靠，该机械可在至少两种所述的这样的工作状态下使用不同类型的设备以完成不同的作业。另一个目的是对所述的机械进行更加有效的利用。

这些目的得以实现，在于执行器的位置得到检测，然后根据所检测到的位置，对应所选的工作状态的特定工作参数得到控制。

本发明其他的优选实施例和优点将从下面的说明和权利要求中显得更加清楚。

附图说明

下面将结合附图中的实施例详细地对本发明进行说明，其中

图1是一个装置的优选实施例，该装置可被操作员所驱动，并可被设定在多个不同的位置上；另外

图2概略地描绘了一种机械控制装置的一个优选实施例。

具体实施方式

图1示出了一个执行器1，该执行器包括一个控制器7，该控制器可被设定在多个位置2-6上。该控制器7可以转动，并被布置在轮式装载机的驾驶舱内的仪表板上，可由驾驶员用手操纵。不同的位置2-6限定了不同的工作状态。位置2-4对应于不同类型的设备被用于移动物体的工作状态。确切地说，位置2表示轮式装载机配有一个叉形工具，如可用于集运架作业，位置3表示该轮式装载机配有一个夹臂单元，如可用于木材作业，而位置4表示该轮式装载机配有一个铲斗，如可用于进行石块或砾石的作业。

不同的工具(叉，夹臂，铲斗)用于进行不同的作业，为了使具有这些工具的车辆能最佳地运转，对于运动的速度或平稳性也具有不同的要求。根据所要使用的工具，在控制器7的辅助下，可以对车辆进行设定以最优的方式操纵工具。也就是说，多个工作参数由所选的工作状态所控制。根据本实施例，根据所选的工作状态，该机械的运动和工具的最高运动速度被限制在不同的范围里。

控制器7的位置5对应的工作状态为“标准”，即对应一个可在大多数作业情况使用、但对于任何一种特定的作业或任何一种特定的工具不是最佳的工作参数。因此，“标准”就是一种通用模式，可用于扫雪、清扫等。控制器7的位置6对应于一种“手动”工作状态，这意味着驾驶员或其他操作人员可以为更个别的工具和/或操作模式设定个性化的工作参数，目的是在这些应用中能够继续最佳地使用该轮式装载机。该模式允许操作员为升高、降低、向内倾斜(装货)和向外倾斜(卸货)设定参数。

该执行器1还包括用于在上述所有的工作状态中分别设定经济模式9和性能或动力模式10的元件8，80。在这，所述的设定元件8，80由两个按钮所组成，每个按钮对应一种模式。当选择经济模式9时，发动机的最大速度就会对应操作类型和该机械的经济性而被电子地限制在一个最佳的状态下。传动切换点也对应操作类型和该机械的经济性而被电子地选择在一个最佳的状态下。当动力模式10被选定时，发动机最大速度就会对应操作类型和该机械的性能而被电子地升高到一个最佳的状态下。传动切换点也对应操作类型和该机械的性能而被电子地选择在一个最佳的状态下。

这种人机界面使得可以通过清晰和直觉的方式以最佳的方式控制机械。

图2示出了用于控制轮式装载机的装置的一个实施例。实线表示液压管路，而虚线表示电子信号线路。该装置包括中央单元11，或计算机，执行器1与之相连。布置在驾驶舱内的多个电子操纵杆12与该中央单元11相连，适用于处理操纵杆的信号。多个电子控制液压阀13，14与中央单元11电气相连，并连接到多个工作油缸15-19上，用于调整这些工作油缸的往复运动。同时提供一个油泵20，以通过液压阀13，14为工作油缸15-19提供液压油。

工作油缸15，16由所谓的转向助力油缸所组成，并适用于通过前后缸体的相对运动而使轮式装载机转向。工作油缸17，18由所谓的起重缸所组成，并用于升高和降低安装有工具的起重臂单元。工作油缸19有所谓的摆动油缸(tilting cylinder)所组成，并用于倾斜作业，也就是说，以铲斗绕起重臂单元的柱销转动的方式来转动工具。在工作油缸17-19的辅助下，轮式装载机可以完成升高、降低、装货和卸货的动作。一个优先阀21连接于油泵20和电子阀13，14之间。该优先阀21适用于使转向液力优先于抬升液力。

蓄能器24连接到负载油缸17，18上，使得车辆在带有负载的工具而被驱动时可以获得弹簧作用的特性。

根据选定的执行器1的设置，电子操纵杆12的信号在中央单元11中以特性的方式被转换并作为输出信号被传送到电子控制液压阀13，14中，以控制工作油缸15-19。这种与所选操作有关的信号转换为驾驶员提供了对应所选操作的最佳的机动性。

根据一个工作实例，该机械以下列的方式被控制在不同的工作状态下(百分比代表最大性能的比例)

集运架作业状态(叉形工具)：

·降低的升高速度(合适70-85％，优选75-80％)

·降低的降低速度(合适70-85％，优选75-80％)

·降低的装货速度(合适70-90％，优选80％左右)

·降低的卸货速度(合适70-80％，优选75％左右)

·负载臂弹簧作用，在依赖速度的状态下，由蓄能器24的设置所决定

木材作业状态(夹臂单元)：

·降低的升高速度(合适70-90％，优选80％左右)

·降低的降低速度(合适70-90％，优选80％左右)

·降低的装货速度(合适80-90％，优选85％左右)

·降低的卸货速度(合适70-85％，优选75-80％)

·负载臂弹簧作用，在依赖速度的状态下，由蓄能器24的设置所决定

铲斗作业状态：

·全升高速度(100％)

·高的降低速度(＞95％)

·高的装货速度(＞95％)

·高的卸货速度(＞90％)

·负载臂弹簧作用，在依赖速度的状态下，由蓄能器24的设置所决定

标准状态

·正常升高速度(合适80-90％，优选85％左右)

·正常降低速度(合适85-95％，优选90％左右)

·正常装货速度(合适85-95％，优选90％左右)

·正常卸货速度(合适80-90％，优选85％左右)

·负载臂弹簧作用，在依赖传动和依赖速度之间可选的状态和关闭状态下，由蓄能器24的设置所决定

手动状态

·可调整的升高速度(基本值85％左右，可变50％-100％)

·可调整的降低速度(基本值90％左右，可变50％-100％)

·可调整的装货速度(基本值90％左右，可变50％-100％)

·可调整的卸货速度(基本值85％左右，可变50％-100％)

·负载臂弹簧作用，在依赖传动和依赖速度之间可选的状态和关闭状态下，由蓄能器24的设置所决定

图2示出了另一个阀25。该阀25适用于调整工具的液压单元的供油量，并通过优先阀21而与油泵20相连，同时与中央单元11连接。所述的工具液压单元可以由夹臂的工作油缸所组成，用于使这些夹臂产生相对运动，或可由叉形工具的工作油缸所组成，用于使这两个支架产生相对运动。优先阀也适用于使转向液压优先于所述的工具的液压。

图2还示出了车辆的发动机22和变速器23，它们都与中央单元11电气相连。除了控制器1的信号，中央单元11还对来自设定元件8的经济或性能信号进行处理，并根据设定元件8和控制器1所选择的状态，导出发动机22的最大速度和变速器23的选定档位(速度)。

由执行器1所选的工作状态而决定的工作参数并不限于调整工具运动的最高速度。根据一种改进，该机械的其他特性也根据所选的工作状态而受到不同的控制。这些特性的实现，例如，可以通过对应不同的工作状态而变换或选择机械变速箱的不同算法，或者变换或选择发动机不同的力矩曲线。

该装置还包括用于检测工具或负载臂单元的位置的装置26。该检测装备可由一种传统的传感器所组成。该检测装备26连接到中央单元11上。工具或负载臂单元不同的检测位置或区域对应不同的工作参数，如不同的最高运动速度的限制。根据一个实施例，该工具由一个铲斗所组成，而最高的运动速度在当铲斗位于垂直方向的较低位置也就是靠近地面的时候被限制为一个较高的极限值，在当铲斗位于垂直方向的较高位置时被限制为一个较低的极限值。这使得铲斗在较低的位置时运动较快，而在较高的位置时运动较慢。当然该实施例的其他变动或补充也是可能的，例如可根据负载臂位于横向不同的位置时而限制运动速度。当然也可以使用两个以上的不同位置或区域。

根据上述的说明，本发明实施在一种轮式装载机上。在这种情况下，所述的其中一个工具被用于第一用途，例如铲斗被用于将砾石装入到卡车的平台上。当希望将轮式装载机用于其他用途时，如运载木材，该铲斗就被替换为夹臂单元。也就是说，铲斗从负载臂单元中被卸下，而夹臂单元被安装到该位置上。在控制器7的辅助下，驾驶员可以变换到所需的工作状态下。本发明当然还可以应用在工具不需更换的情况下，也就是说两种所述的工具同时布置在施工车辆的不同位置上。例如有一种施工机械，其中前面为轮式装载机单元，后面为挖掘机单元，也就是所谓的挖掘装载机。

本发明不应被视为只限于上述的实施例，在下面的权利要求的范围内，多种其他的变化或改动也是可能的。例如，图2所述的液压系统只应被视为一个例子。本发明也可以应用独立的转向液压系统和装载液压系统。

在本发明的范围内，执行器也可以以多种方式设计。例如，执行器可以包括一个或多个的一组按钮，每个对应一种特定的工作状态。另外还可以使用一种线性导向控制。此外，该执行器还可以包含一个显示器，可以在其上面选择所需的工作状态。显示器上实际的选择操作可以通过与显示器连接的键盘或者显示器上的按钮来完成。

该执行器当然也不仅限于如图1所示的作业类型，更多的作业类型也是可以的。

根据对布置于该机械的驾驶舱内的执行器的一个改进，该执行器可以布置在该机械外。此外，根据另一种修改，该执行器被布置在工具在该机械上的固定位置附近。每种工具可以被设计成带有一个指示类型的部件。当该工具被安装在该机械上时，该部件对该机械上相应的设计部件进行作用，发出一个信号到中央单元内并指示出安装在该机械上的工具的类型。该装置从而可以被设计成工具与该机械之间的信号传递是通过信号线或者无线电子收发器所完成。

根据上述修改的一个改进，一个信号可以从检测何种工具安装在机械上的传感器中发出，对应执行器1上的该工具的标记/位置2-4可以点亮或者以另外的方式告知驾驶员何种工具安装在该机械上，并建议应该选择何种工作状态。

根据上述实施例的一个修改，对于同类型的工具，执行器可以被设定在两个不同的位置上。这两个位置对应不同的工作情况，使得该机械可以以不同的方式进行工作。

虽然根据上述的优选实施例，对应执行器1不同位置2-4的标记表示不同的工具(叉形工具、夹臂、铲斗)，但每个位置对应一种工作状态。工作状态代表一种作业类型或使用范围，如集运架作业，木材作业，砾石作业或砂土作业。当然也可以将同样的工具应用在需要不同工作参数的不同使用范围里。例如，铲斗操作可以应用在砾石采掘、砂土运送或采矿中。不同的工具也可以被选用为同种使用范围。因此，根据一个修改，个别的作业类型/任务/使用范围可以取代之以执行器上的不同位置来描述。驾驶员因此可以根据他所希望的功能而选择将控制器设定在对应工作参数的使用范围。根据一个实例，该驾驶员因此可以将铲斗模式应用在集运架作业中。

根据另一个修改，可以对车辆的控制单元11进行编程，从而在选择作业模式时可以对驾驶情况进行分析，优化各种工作参数的控制。可以由该控制单元检测和分析的方面包括：驾驶员驾驶的主动性，行驶的坡道情况(如坡道的数量、长度以及坡度)，铲斗的载重量(或者是空的)、拆卸、耕作、照明打开(或者没有)，室外温度和发动机温度。该控制单元从而对驾驶情况进行分析，并对工作参数进行修改，例如将作业的重点放在燃油经济性上。

由驾驶员利用执行器1来选择的作业类型为系统提供输入数据，该系统作用于液压管路、发动机和变速器。对于变速器，运动方向并不受到控制。另一方面，档位情况，使用哪一档，何时换档以及如何换档，都受到控制。

Claims (18)

1.一种用于在若干不同工作状态下控制机械的装置，该机械用于在至少两种这样的工作状态下利用不同类型的设备以完成不同的作业，该装置包括装备(1)，该装备可被驱动并可被设定在多个不同的位置(2-6)上，以选择所述的工作状态中的其中一个，用于控制对应所选工作状态的特定工作参数，其中每个所述的位置对应所述工作状态的至少一个范围，其中该装置包括多个控制器(12)，用于在所述的范围内对设备进行控制/调整，其特征在于，该装置包含装备(26)，用于检测设备的位置，且不同的位置对应不同的范围。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述的执行器(1)适用于由机械的操作员直接操作。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于所述的执行器(1)布置在该机械的驾驶舱内。

4.如上述任何一项权利要求所述的装置，其特征在于所述的机械由车辆所组成。

5.如权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于所述的机械由施工车辆所组成。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于所述的设备包括一个工具，该工具用于使之与所要处理或移动的物体或材料接触。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于每个所述的位置(2-6)对应所述的工具可被移动的速度范围。

8.如权利要求6或7所述的装置，其特征在于所述的工具中的一个由铲斗所组成。

9.如权利要求6或7所述的装置，其特征在于所述的工具中的一个由叉形工具所组成。

10.如权利要求6或7所述的装置，其特征在于所述的工具中的一个由夹臂单元所组成。

11.如权利要求6或7所述的装置，其特征在于所述的工具中的至少两个可在同一位置上互换安装。

12.如权利要求6或7所述的装置，其特征在于所述的工具中的至少两个可同时布置在施工车辆的不同位置上。

13.如权利要求6或7所述的装置，其特征在于所述的设备包括工作油缸(17-19)，用于移动所述的工具。

14.如权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于该装置包括中央单元(11)，用于控制所述的设备，并且该中央单元与所述的执行器(1)和所述的设备相连。

15.如权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于其中所述的执行器(1)的所述位置中的一个对应一种工作状态，该工作状态对应不同设备的多个不同工作状态的折中状态。

16.如权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于所述的执行器适用于，不管在何种工作状态下，都允许按照燃料消耗来设定经济操作。

17.一种在若干不同工作状态下控制机械的方法，该机械用于在至少两种这样的工作状态下利用不同类型的设备以完成不同的作业，执行器(1)的位置受到检测，并根据所检测到的位置，进行对应所选工作状态的特定工作参数的控制，其中每个所述的位置对应所述工作状态的至少一个范围，并且多个控制器(12)的工作受到检测，用于在所述的范围内对设备进行控制/调整，其特征在于，设备的位置受到检测，并且不同的位置对应不同的范围。

18.如权利要求17所述的方法，其特征在于所述的机械由施工车辆所组成。

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