CN101370702B - 用于车辆的车架转向的控制系统以及用于控制车架转向式车辆中的两个转向液压缸的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于车架转向式车辆的控制系统(201)，所述系统包括第一转向液压缸(104)和第二转向液压缸(105)，所述各转向液压缸被设置成用于车辆的车架转向。所述系统包括第一驱动装置(202)和第二驱动装置(204)，各驱动装置都包括电动机构(206，208)和液压机构(210，212)。各相应的电动机构是可驱动地连接至与其相关联的液压机构，其中，两个液压机构中的第一个(210)被设置成与第一转向液压缸(104)的活塞侧(214)和第二转向液压缸(105)的活塞杆侧(216)流体相通。两个液压机构中的第二个(212)被设置成与第二转向液压缸的活塞侧(218)和第一转向液压缸的活塞杆侧(220)流体相通。

Description

用于车辆的车架转向的控制系统以及用于控制车架转向式车辆中的两个转向液压缸的方法
技术领域
本发明涉及用于控制车架转向式车辆的控制系统，所述系统包括第一转向液压缸和第二转向液压缸，所述两个转向液压缸被设置成用于车辆的车架转向。本发明还涉及一种用于控制车架转向式车辆中的两个转向液压缸的方法。
背景技术
例如，可以在各种类型的作业车辆内发现这样的控制系统，所述作业车辆包括车辆前部和车辆后部，车辆前部和车辆后部都具有车架和至少一根轮轴。车辆各部分以能够枢转的方式相互连接，并且，通过所述两个转向液压缸，车辆各部分可以相对于对方绕着所述枢轴点转动。
本发明参照具体形式为轮式装载机的工程机械进行描述。这是本发明优选但非限制性的应用场合。本发明还可以用于其他类型的车架转向式车辆，比如铰接载重汽车。
工程机械的转向必须非常可靠。装载机通常具有常用的方向盘，但是，同时，其也可以装备成通过操作杆转向。在行驶期间使用方向盘，在低速的作业期间使用操纵杆，例如在装载时，因为这样对于驾驶员来说更为舒适。
常规控制系统包括泵，其由车辆的马达驱动，并且该泵向转向液压缸提供来自油箱的加压流体。第一液压阀机械地连接至方向盘，并且被设置在泵和转向液压缸之间的管路上，为此，当驾驶员转动方向盘时，液压能被传递至转向液压缸。第二液压阀，通常为比例单向阀，通过控制单元电气连接至转向杆，并且，所述第二液压阀设置在泵和转向液压缸之间的管路上。因此，当驾驶员移动操纵杆时，液压能传递至转向液压缸。
发明内容
本发明的第一个目的是实现一种用于使车架转向式工程机械转向的控制系统，其使得在关于能量方面具有更高的转向效率。
因此，利用这样的控制系统实现此目的，所述控制系统包括第一驱动装置和第二驱动装置，各驱动装置均包括电动机构和液压机构，其中，各相应的电动机构可驱动地连接至与其相关联的液压机构，其中，两个液压机构中的第一个被设置成与第一转向液压缸的活塞侧和第二转向液压缸的活塞杆侧流体相通，两个液压机构中的第二个被设置成与第二转向液压缸的活塞侧和第一转向液压缸的活塞杆侧流体相通。
优选地，电动机构电气连接至控制单元。方向盘和/或转向杆电气连接至控制单元，用于发送控制信号。当命令朝向特定方向转向时，控制单元发送控制信号至电动机构，因此，第一液压机构通过与其相关联的电动机构驱动，并且向液压缸提供来自油箱的加压流体。第二液压机构由来自液压缸的液流驱动，并且驱动与其相关联的电动机构。因此，第二电动机构起到了发电机的作用，可以回收来自转向运动的能量。因此，第一液压机构起到了泵的作用，并且确定转向速度。第二液压机构起到了马达的作用，并且产生一定的抵抗扭矩，其被再生为电能。
优选地，通过电动机构直接地控制转向液压缸的速度，也就是说，在液压机构和转向液压缸之间无需控制阀来调节转向运动的方向和速度。在某些情况下，需要通/断阀，其开启和关闭液压流体流的通道。
本发明的第二个目的是实现一种用于使车架转向式工程机械转向的方法，其使得在在能量方面具有更高的转向效率。
因此，利用这样的方法实现此目的，所述方法包括如下步骤：驱动第一液压机构，以向第一转向液压缸的活塞侧和第二转向液压缸的活塞杆侧提供加压流体；通过来自第二转向液压缸的活塞侧和第一转向液压缸的活塞杆侧的液压流体流，允许第二液压机构的驱动。
通过阅读其他从属权利要求以及下面的描述，其他优选实施例及其具有的发明效果将显而易见。
附图说明
下面将参照附图中示出的实施例对本发明进行更详细的描述，其中：
图1示出了轮式装载机的侧视图，
图2-6示出了用于轮式装载机的车架转向的控制系统的不同的实施例，
图7示出了用于控制轮式装载机的提升、倾斜和转向中的一个或多个的控制装置。
具体实施方式
图1示出了轮式装载机101的侧视图。轮式装载机101包括车辆前部102和车辆后部103，车辆前部102和车辆后部103都包括车架和轮轴112、113。后部底盘部分103包括驾驶室114。车辆的前后、部102、103以这样的方式相互连接，即，通过设置在车辆的前后、部102、103之间的两个液压缸104、105，它们可以绕着竖直轴相对于对方枢转。因此，液压缸104、105设置在车辆纵向中心线的不同侧，用于使轮式装载机101转向或转弯。
轮式装载机101包括用于处理目标物或材料的设备111。设备111包括提升臂装置106和具体形式为铲斗的装置107，所述铲斗安装在提升臂装置上。此处铲斗107装满了材料116。提升臂装置106的第一端以可旋转的方式连接至车辆前部102，以便实现铲斗的提升运动。装置107以可旋转的方式连接至提升臂装置106，以便实现铲斗的倾斜运动。
通过两个液压缸108、109，提升臂装置106可以相对于车辆前部102升高及降低，所述液压缸108、109在一端连接至车辆前部102，在另一端连接至提升臂装置106。通过具体形式为液压缸110的第三致动装置，铲斗107可以相对于提升臂装置106倾斜，所述液压缸110在一端连接至车辆前部102，在另一端通过连杆臂系统连接至铲斗107。
图2示出了用于轮式装载机101的车架转向控制系统201的第一实施例。
控制系统201包括所述第一转向液压缸104和第二转向液压缸105。此外，控制系统201还包括第一驱动装置202和第二驱动装置204，所述第一驱动装置202和第二驱动装置204都包括电动机构206、208和液压机构210、212。各电动机构206、208通过中间轴211、213机械地、可驱动地连接至与其相关联的液压机构210、212。
两个液压机构中的第一个210被设置成与第一转向液压缸104的活塞侧214和第二转向液压缸105的活塞杆侧216流体相通。两个液压机构中的第二个212被设置成与第二转向液压缸105的活塞侧218和第一转向液压缸104的活塞杆侧220流体相通。
第一驱动装置202的液压机构210通过第一管路222连接至液压缸104、105，第二驱动装置204的液压机构212通过第二管路224连接至液压缸104、105。用于控制通过管路的流体的流向的装置226、228设置在第一管路和第二管路222、224上。所述控制装置包括电控阀226、228。
为使轮式装载机101朝向一个方向(例如向右)转向，第一电控阀226开启，第一液压机构210由与其相关联的电动机构206驱动并向液压缸104、105提供来自油箱230的加压流体，并且，通过来自液压缸104、105的液流，第二液压机构212被驱动，并且驱动与其相关联的电动机构208。
为使轮式装载机101向左转向，取而代之的是，第二电控阀226开启，第二液压机构212由与其相关联的电动机构208驱动并向液压缸104、105提供来自油箱230的加压流体，并且，通过来自液压缸104、105的液流，第一液压机构210被驱动，并且驱动与其相关联的电动机构206。
因此，当轮式装载机101在转向时，液压机构210、212同时在相反的方向上被驱动。
因此，起到了泵作用的液压机构确定转向速度。因此，在液压机构和转向液压缸104、105之间无需控制阀来用于所述转向。
起到了马达作用的液压机构由液流驱动，并且产生一定的抵抗扭矩，其被再生为电能。作为转向速度和/或机械速度的函数，反作用扭矩的大小可以增加或降低。反向扭矩也可以根据需要改变。通过液压机构的转速的导数，可以检测出急速的转向。对于下坡，可能需要将反向扭矩增加至一个更高的水平。
第一限压阀232设置在管路233上，所述管路233将第一管路222连接至油箱230。第二限压阀234设置在管路235上，所述管路235将第二管路224连接至油箱230。
过滤装置238和热交换器240设置在管路242上，所述管路242将液压机构210、212连接至油箱230。通过液压机构210、212之间存在的流动差，获得过滤液流和加热液流，其中，缸运动中的几何差异导致所述流动差。热交换器240被设置成将热量从来自车辆的驱动马达(适当地，是柴油机)的冷却水传递至系统的液压流体。因此，当需要时，可以实现液压流体的加热。
此外，液压机构210、212通过第一抽吸管路244连接至油箱230。具体形式为单向阀的装置246被设置成允许从油箱230中抽吸液压流体并防止液流通过抽吸管路244回到油箱。
传感器250被设置成检测车辆前、后部102、103的相对位置。传感器250包括位置检测器，其被设置成检测一个转向液压缸104内的活塞杆的位置。传感器250反复地、基本上连续地检测活塞杆的位置，并且产生相应的信号。
在已经以一定频率进行转向运动之后和/或如果位置检测器250表明未启动的转向运动，立即通过液压机构210、212对流体进行加压。在这样的情况下，比如，当机械处于上坡路面(承载有负载)或在震动后又进行清空时，位置检测器250可以用于记录在加压时没有无意识的转向产生。
图3示出了用于轮式装载机101的车架转向的控制系统301的第二实施例。两个液压机构210、212通过与液压缸并联的管路302相互连接。更具体地说，并联管路302连接位于液压机构210、212和液压缸104、105之间的第一管路和第二管路222、224。
装置304设置在并联管路302上，用于在转向运动开始时实现液压机构210、212之间的泄流。此处，泄流装置包括电控泄流阀304。利用此装置，在运动开始时可以获得更佳的控制。
在转向开始时，泄流阀304打开，以致液压机构210、212在转向执行之前获得特定的初始转速。这样是用于克服初始摩擦。随后，随着转向速度增加，泄流阀304可以关闭。泄流阀304是一个小阀，其仅仅生成充足的泄流，以使液压机构能够在缸运动开始之前起动。作为阀304的替代方案，可以使用常设的调节器，以致自始至终获得泄流。然而，调节器导致一定的能量损耗。
图4示出了用于轮式装载机101的车架转向的控制系统401的第三实施例。
此外，液压机构210、212通过第二抽吸管路444连接至油箱230。装置446，具体形式为单向阀，其被设置成允许从油箱230中吸取液压流体并防止液流通过抽吸管路444回到油箱。第二抽吸管路444被设置成与第一抽吸管路244并联。
横向管路402连接抽吸管路244、444，位于单向阀246、446的下游。更具体地说，横向管路402连接液压机构210、212的油箱侧。具有过滤装置238和热交换器240的管路242连接至位于抽吸管路244、444之间的横向管路402。在用于管路242的连接部分的两侧，具体形式为单向阀的第一装置和第二装置404、406设置在横向管路402上。单向阀404、406控制流体从液压缸104、105经管路242回流到油箱230，即，经过滤装置238和热交换器240回流。换句话说，当第一液压机构210在泵送油时，第二单向阀406控制流体从转向液压缸104、105通过管路242回流至油箱；当第二液压机构212在泵送油时，第一单向阀404控制流体从转向液压缸104、105通过管路242回流至油箱。
图5示出了用于轮式装载机101的车架转向的控制系统501的第四实施例。第四实施例是第三实施例的变型，仅有的差异在于，抽吸管路244、444上的单向阀246、446由电控阀546、548代替。电控阀546、548由通/断阀组成。利用此装置，可以减少在吸入侧出现气穴现象。
作为另一种替代方案，可以使用先导控制(pilot-controlled)单向阀，其中，特定的先导力(磁力或压力)控制球体阀门的开启。当与其相关联的液压机构210、212以使液压流体流向转向液压缸的方向旋转时，相应的阀546、548可以开启。当旋转方向反向时，阀546、548关闭。
图6示出了用于轮式装载机101的车架转向的控制系统601的第五实施例。此实施例是对如图2所示的第一实施例的进一步发展，以便获得备用(back-up)控制。
控制系统601被设置成控制车辆的提升缸108、109(在图6中只示出了一个)的运动。可选地或附加地，控制系统可以控制车辆的倾斜液压缸110。控制系统601包括电动机构602和液压机构604，其中电动机构602可驱动地连接至液压机构604。
液压机构604通过第一管路610连接至液压缸108的活塞侧608，通过第二管路614连接至液压缸108的活塞杆侧612。在第一工作模式，液压机构604被设置成由电动机构602驱动，并且向液压缸108提供来自油箱230的加压流体；在第二工作模式，其由来自液压缸108的液流驱动，并且驱动电动机构602。
旁通管路616将用于提升功能的液压机构604连接至转向液压缸104、105。用于控制来自液压机构604的液压流体的方向的装置618设置在旁通管路616上，并且通过两个不同的管路620、622连接至转向液压缸104、105。此处，控制装置618包括方向阀(directional valve)。第一管路620将用于提升功能的液压机构604连接至第一转向液压缸104的活塞侧和第二转向液压缸105的活塞杆侧。第二管路622将用于提升功能的液压机构604连接至第二转向液压缸105的活塞侧和第一转向液压缸104的活塞杆侧。
图7示出了用于控制控制系统601的控制装置，所述控制系统601用于图6中示出的转向功能和提升功能。控制单元702电气连接至电动机构206、208、602，用于通过控制电动机构(一个或多个)来控制转向液压缸104、105的速度。电动机构206、208、602以这样的方式电气连接至控制装置702，即，它们由控制单元控制，并且它们可以向控制单元提供有关工作状态的信号。
多个元件或控制装置704、706、708设置在驾驶室114内，用于驾驶员人工操作，并且，它们电气连接至控制单元702，用于控制不同的功能。方向盘704和转向杆706被设置成用于控制转向功能。提升杆708被设置成用于控制提升功能。
控制系统包括一个或多个储能装置720，其连接至所述电动机构206、208、602中的一个或多个。例如，储能装置720可以包括电池或超级电容。当电动机构起到电动机的作用并驱动与其相关联的泵时，储能装置720被设置成向电动机构提供能量。当电动机构由与其相关联的泵驱动并起到发电机的作用时，电动机构被设置成向储能装置720充能。
此外，轮式装载机101包括用于车辆驱动的动力源722，其具体形式为内燃机，通常包括柴油机。柴油机722连接至车辆的车轮，并且通过传动系统(未示出)驱动它们。此外，柴油机722通过发电机(未示出)连接至储能装置720，用于能量的传输。
可以设置用于产生电能的替代机构/装置。根据第一可选方案，燃料电池用于向电动机构提供能量。根据第二可选方案，具有发电机的燃气轮机用于向电动机构提供能量。
此外，图7示出了附加的元件，比如电控阀226、228以及位置检测器250，根据用于提升功能的驱动装置的第一实施例，它们连接至控制单元702，参见图2。需要理解的是，用于转向功能的相应的元件连接至控制单元702。
不能认为本发明仅仅限制于如上所述的实施例，多种变型与改进可能处于所附权利要求的范围之内。

Claims (24)

1.一种用于车架转向式车辆(101)的控制系统，所述系统包括液压缸，该液压缸包括第一转向液压缸(104)和第二转向液压缸(105)，所述第一转向液压缸和第二转向液压缸被设置成用于车辆的车架转向，其特征在于：所述系统包括第一驱动装置(202)和第二驱动装置(204)，各驱动装置分别包括电动机构(206，208)和液压机构(210，212)，其中各电动机构可驱动地连接至与其相关联的液压机构，其中，两个液压机构中的第一个(210)被设置成与第一转向液压缸(104)的活塞侧(214)和第二转向液压缸(105)的活塞杆侧(216)流体相通，两个液压机构中的第二个(212)被设置成与第二转向液压缸的活塞侧(218)和第一转向液压缸的活塞杆侧(220)流体相通。
2.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于：对于车辆朝向一个方向转向，液压机构(210，212)的第一液压机构被设置成由与其相关联的电动机构(206，208)驱动并且向液压缸(104，105)提供来自油箱(230)的加压流体，第二液压机构被设置成由来自液压缸的液压流体流驱动并且驱动与其相关联的电动机构，并且对于车辆朝向另一个方向转向，所述第二液压机构被设置成由与其相关联的电动机构驱动并且向液压缸提供来自油箱的加压流体，所述第一液压机构被设置成由来自液压缸的液压流体流驱动并且驱动与其相关联的电动机构。
3.如权利要求2所述的控制系统，其特征在于：以这样的方式控制由来自液压缸(104，105)的液压流体流驱动的液压机构(210，212)，即，所述液压机构(210，212)提供特定的阻力，以致来自液压流体流的能量被再生至与其相关联的电动机构(206，208)。
4.如权利要求1-3中任何一项所述的控制系统，其特征在于：各液压机构(210，212)被设置成控制用于使车辆转向的液压缸(104，105)的活塞的方向和速度。
5.如权利要求1-3中任何一项所述的控制系统，其特征在于：控制系统包括控制单元(702)，所述控制单元(702)电气连接至电动机构(206，208)，用于控制使车辆转向的液压缸(104，105)的活塞的方向和速度。
6.如权利要求1-3中任何一项所述的控制系统，其特征在于：第一驱动装置(202)的液压机构(210)通过第一管路(222)连接至液压缸(104，105)，第二驱动装置(204)的液压机构(212)通过第二管路(224)连接至液压缸，并且用于控制液流方向的液流方向控制装置(226，228)设置在第一管路和第二管路上。
7.如权利要求6所述的控制系统，其特征在于：所述液流方向控制装置包括电控阀(226，228)。
8.如权利要求1-3中任何一项所述的控制系统，其特征在于：两个液压机构(210，212)通过与所述第一转向液压缸和第二转向液压缸(104，105)并联的管路(302)连接。
9.如权利要求8所述的控制系统，其特征在于：泄流装置(304)设置在并联管路(302)上，用于在转向运动开始时获得液压机构(210，212)之间的泄流。
10.如权利要求9所述的控制系统，其特征在于：泄流装置包括可控制的泄流阀(304)。
11.如权利要求1-3中任何一项所述的控制系统，其特征在于：第一控制装置(246，548)设置在抽吸管路(244)上，以允许从油箱中抽取液压流体并防止液压流体回流至油箱，所述抽吸管路(244)至少将第二液压机构(212)连接至油箱(230)。
12.如权利要求11所述的控制系统，其特征在于：第二控制装置(446，546)设置在第二抽吸管路(444)上，以允许从油箱中抽取液压流体并防止液压流体回流至油箱，所述第二抽吸管路(444)将第一液压机构(210)连接至油箱(230)。
13.如权利要求12所述的控制系统，其特征在于：所述第一和第二控制装置(246，446)都包括单向阀。
14.如权利要求12所述的控制系统，其中所述第一和第二控制装置(546，548)都包括可控制的方向阀。
15.如权利要求1-3中任何一项所述的控制系统，其特征在于：横向管路(402)在两个液压机构(210，212)的油箱侧连接所述两个液压机构(210，212)。
16.如权利要求15所述的控制系统，其特征在于：过滤装置(238)设置在附加管路(242)上，所述附加管路(242)将所述第一转向液压缸和第二转向液压缸连接至油箱(230)。
17.如权利要求16所述的控制系统，其特征在于：具有过滤装置(238)的所述附加管路(242)将所述横向管路(402)连接至油箱(230)。
18.如权利要求17所述的控制系统，其特征在于：在具有过滤装置(238)的所述附加管路(242)的连接部分的各侧，单向控制装置(404，406)设置在所述横向管路(402)上，并且，所述各单向控制装置(404，406)允许液压流体从所述第一转向液压缸和第二转向液压缸流向所述附加管路(242)，并防止液压流体在其他方向上流动。
19.如权利要求18所述的控制系统，其特征在于：位于所述横向管路(402)上的所述各单向控制装置(404，406)都包括单向阀。
20.一种用于通过第一转向液压缸(104)和第二转向液压缸(105)控制车架转向式车辆(101)的方法，所述方法包括下列步骤：驱动第一液压机构(210)，以向第一转向液压缸(104)的活塞侧(214)和第二转向液压缸(105)的活塞杆侧(216)提供加压流体；允许通过来自第二转向液压缸(105)的活塞侧(218)和第一转向液压缸(104)的活塞杆侧(220)的液压流体流驱动第二液压机构(212)。
21.如权利要求20所述的方法，其包括如下步骤：控制第一电动机构(206)，以机械地驱动第一液压机构；通过第二液压机构机械地驱动第二电动机构(208)；以及，再生能量。
22.如权利要求20或21所述的方法，包括如下步骤：在已经执行完转向运动后，通过液压机构(210，212)进行加压，用于再次装油。
23.如权利要求22所述的方法，其包括如下步骤：检测转向液压缸(104，105)的位置，以及利用该位置以记录在加压期间没有出现不希望的偏差。
24.如权利要求20或21所述的方法，其包括如下步骤：在转向期间和/或在转向之后，检测转向液压缸(104，105)的位置，以及利用该位置以指示是否正执行车架转向。
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