CN101903224A - 用于控制工作车辆的方法和系统以及工作车辆 - Google Patents

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Abstract

一种用于控制中部转向式发动机驱动工作车辆(1)的制动的方法和系统，所述工作车辆(1)具有车轮和转向节(4)，呈斗式装载机的形式，所述斗式装载机具有装载斗和至少两个车轮轴，所述车辆具有：用于各个车轮(2a，2b，3a，3b)的单独启动的制动单元(16-19)，和传动系统，所述传动系统包括：驱动齿轮(13)，所述驱动齿轮(13)用于将转矩传递给所述车轮轴(20，21)之间的传动轴(11)；差速齿轮(14，15)，所述差速齿轮(14，15)位于所述传动轴和各个所述车轮轴之间；以及位于所述转向节的区域中的旋转刚性的万向节。对影响所述车辆的至少一个条件变量，感测或计算至少一个是值，所述至少一个是值表示在制动期间出现在所述车辆的传动系统中的寄生转矩，并且根据所述是值控制至少一个制动单元(16-19)，以减小所施加的制动力的大小，并从而减小所述寄生转矩。本发明还涉及一种工作车辆(1)。

Description

用于控制工作车辆的方法和系统以及工作车辆
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于控制工作车辆的制动的方法。本发明还涉及一种用于控制工作车辆的制动的系统以及包括该系统的工作车辆。
背景技术
在运行期间，用于例如在地下矿井中装载作业的重型工作车辆经受不平坦的和变化的地面。由于水、泥、砂砾等，在这些环境中的地面经常呈现不良的驾驶性能，这导致车辆的低摩擦。以大载荷经过不同的高度对驱动系统和制动系统的要求很高。由于高产的需要，同时对工作车辆的使用寿命和可操纵性提出高要求，例如在弯路中行驶和短制动距离方面。
根据本发明的工作车辆经常但不只是地下车辆，该地下车辆具有带有至少一个前车轮轴和至少一个后车轮轴的中部转向。前车轮轴和后车轮轴由差速齿轮驱动。车辆可以在窄的巷道上和具有小弯曲半径的弯路周围行驶。另外，车辆经受大载荷、高推进动力以及带有高但是强烈变化的车轮载荷的快速阻滞/加速。
滑动的轮胎意味着除了妨碍装载能力，还增加了轮胎磨损和轮胎故障的危险，因为锋利的风石等导致其经受额外的破坏。
US 5 865 512描述一种控制系统，其中，从动车轮被监视，并且滑动的车轮被制动到可以期望到与地面更有效的驱动接触的水平。
发明内容
本发明的目的是提供一种如开始所述的方法，其中，对根据背景技术的用于制动车辆的方法进行了进一步的发展。根据本发明，通过以下方式实现了这个目的：对影响车辆的至少一个条件变量感测或计算至少一个是值，该至少一个条件变量表示在制动期间出现在车辆传动系统中的寄生转矩，并且根据所述是值控制至少一个制动单元，用于减小所施加的制动力的大小，并因此减小所述寄生转矩。
在具有所谓的“寄生转矩”的运行情况下(例如后轮减轻和前轮重载的车辆下坡行驶的情况或者轮胎由于路滑而打滑的情况)，该方法具有很大的优点。
当例如具有前装载斗的重载车辆在下坡过程中制动时，车重的非常大的一部分落在前轮上，而后轮只承受非常小的一部分载荷(如果有的话)。因此，这些车轮将不能够传递任何显著的制动力到地面。
应当注意，术语“根据所述是值”此处也意在包括所述是值在用于控制前的先期调节、传递、比较以及其他处理之后，控制各个制动单元。
根据背景技术领域的先前已知的工作车辆缺少位于传动(万向节)轴的前部和后部之间的差速齿轮。其原因是这种(万向节)差速齿轮需要高昂的成本，并需要不期望的大空间。因为它还会对车辆的制动和驱动能力不利，所以不期望这种类型的车辆中具有该部件。相反，在车辆的转向节区域中，将旋转刚性的万向节或卡登接头设置在传动轴中。在制动和驱动这种车辆期间，将因此以相同的旋转速度驱动前车轮轴和后车轮轴。这导致在所述制动运行期间(其中，后车轮不处于将任何重要的制动动力传递给地面的位置)，属于这些车轮的后制动单元将由前车轮通过其间的所有传动元件旋转地驱动，并且导致这些后制动单元将有助于制动前车轮。其结果是此处称为寄生转矩的显著的内部转矩将出现在传动系中，这将拉紧轮毂减速齿轮、车轮轴差速齿轮以及传动轴部件。
内部/寄生转矩是传动系统中的叠加转矩，该传动系统将动力即转矩从第一车轮轴传递到第二车轮轴。这超出了连接于前轴的传动轴前部和连接于后轴的后部具有相同的转矩和方向的理想状态，其中，方向由转矩是推进的或是制动的而限定(即，例如，引擎的推进转矩在前轴和后轴之间近似相等地分配)。典型的情况是在硬性制动期间，由于与地面的摩擦低而使后车轮不是通过车轮和地面之间的接触驱动而是通过传动轴驱动时。在这种情况下，由后车轮制动的转矩从地面传递到前轮，并且向后一路通过传动系统传递到位于后车轮处的制动器。
通过本发明，能够减小致动施加轻量载荷在地面上的车轮和甚至“提起的车轮”的制动动力，并且在主要部分的车辆制动将针对的是承受来自负载车辆的重量的绝大部分的车轮。因此，传动系统中的寄生转矩减小，而且，将保护轴、传动轴以及中间的普通差速齿轮等使其免于否则会出现的有害载荷。
实际上，制动力的分配可以取决于在具体的车轮或具体的车轮轴上存在的载荷的较高或较低的程度(例如，与存在的载荷成比例)。
制动动力优选地施加于优选被测量的各个车轮上，使得制动动力是存在于各个轴上的载荷的函数。优选地，对于在某一轴上在该水平以下的载荷，没有制动动力施加在这个轴的车轮上。
优选根据来自下组中的至少任何一个条件变量来计算致动动力的分配：装载斗中的载荷、工作车辆关于水平面的倾斜度、在传动系统中传递的转矩、作为传动系统的一部分的部件的扭转、所述至少两个车轮轴中的每一个受到的载荷、以及影响工作车辆的加速力和阻滞力。
因此，装载斗中的载荷可以通过任何本身已知的方法来计算或检测，该任何本身已知的方法包括通过例如运载臂上的应变仪、举升缸中的液压压力等进行变形测量。
工作车辆关于水平面的倾斜度可以通过倾斜计检测。
传动系统中传递的转矩可以通过传动系统中的转矩传感器直接计算，或通过例如用于测量传动系统中的部件的扭转的应变仪间接计算。
所述至少两个车轮轴中的每一个受到的载荷可以通过布置在悬架中的载荷检测单元来感测，或通过可获得的关于装载斗载荷、车辆重量等的信息间接计算。
影响工作车辆的加速力和阻滞力可以利用加速度计结合重量数据来感测或估算。
当条件变量是下组中的任何一个时，优选对被测量的各个车轮施加制动载荷，使得制动力是当前计算或测量出的载荷的函数，所述组为：所述车轮轴中的每一个受到的载荷；装载斗中的载荷。当涉及所述至少两个车轮轴中的每一个受到的载荷时，特别地，使得制动载荷是存在于各个轴上的载荷的函数。这提供根据本发明的系统的简单计算和控制。
当条件变量是下组中的任何一个时，优选对被测量的各个车轮施加制动力，使得制动力是计算或测量出的是值的函数，所述组为：工作车辆关于水平面的倾斜度，影响工作车辆的加速力和阻滞力。
在某些情况期间，根据期望的车辆运行分别计算对应于所述是值的应当值是适当的和优选的，其中寄生转矩处于特定水平以下。另外，将所述是值与应当值作比较，以产生描述偏差的表示，并且在至少一个制动单元中对所施加的制动力的大小进行控制，以减小所述偏差，从而减小所述寄生转矩。这在条件变量是下组中的任何一个时是特别优选的，所述组为：传动系统中传递的转矩，传动系统中部件的扭转。根据该方面，所述应当值设定为与传动系统中的部件的可接受扭转分别地确定的传递转矩。
本发明的全部重要的优点为：工作车辆的重要部件的使用寿命可以延长，这些部件的尺寸可以减小，以及制动期间的可控制性可以增加。因此车辆的总的经济性和生产率得到了提高。
本发明还涉及一种用于控制马达驱动的工作车辆的制动的系统，该工作车辆具有车轮和带有转向节的中部转向，并且涉及一种包括如上所述的系统的工作车辆。
通过相应的设备特征而获得与方法特征相对应的优点。
附图说明
现在将通过附图下的实施方式描述本发明，其中，
图1示意性地示出了根据本发明的工作车辆处于地面上；
图2示意性地示出了根据图1的工作车辆的驱动部件；
图3示意性地示出了根据图1的工作车辆处于运行位置，其中，本发明能够应用于该工作车辆，以及
图4示意性地示出了根据本发明的方法顺序。
具体实施方式
在图1中，附图标记1表示具有车轮的中部转向工作车辆，该中部转向工作车辆用于在地下环境、坑道、通道等中装载作业。工作车辆1具有前车轮和后车轮，其中，如图所示，一个车轮用2a表示，并具有后车轮轴2’。所示的前车轮3a具有前车轮轴3’。车辆以一种本身已知的方式具有带竖直轴线的居中定位的转向节4。
工作车辆1设有用于装载碎石、松散矿石等的相对非常大的装载斗5。通过控制单元或CPU 6控制工作车辆，该控制单元或CPU 6具有用于与车辆中的不同功能进行通信的控制总线9。来自不同传感器和来自被驾驶者影响的部件的输入信号传给控制单元1的入口，这以箭头10表示。
特别地，在图4中示出了加速度计7和载荷传感器8，加速度计7感测运行期间车辆所经受的加速和阻滞，载荷传感器8设置成感测装载斗5中存在的载荷。
在图1中进一步示出了影响车辆的其中一些力，即，车辆重力分量FV，可能存在的载荷的重力分量FL，作用在右前车轮3a上的法向力FN1，以及作用在右后车轮2a上的法向力FN2。在理论对称的位置，作用在左车轮(未示出)上的各个法向力成对地相同。
在图2中，工作车辆1的驱动部件示出为具有传动齿轮13，该传动齿轮13将传动力从发动机(未示出)传递到传动(万向节)轴11。传动轴11在转向节4的区域中(见图1)具有旋转刚性的万向节12，这意味着传动轴11的前部11’和后部11”彼此同步地旋转。
传动轴11的前部11’驱动连接于前车轮轴20的前差速齿轮14，该前车轮轴20反过来驱动前车轮3a和3b。传动轴11的后部11”驱动连接于后车轮轴21的后差速齿轮15，该后车轮轴21反过来驱动两个后车轮2a和2b。
单独启动的制动单元16-19与各个车轮相关联。22a-d表示与各个车轮相关联的传感器，所述传感器用于传递表示各个车轮的旋转速度的信号。
每个传感器22a-d与控制单元CPU 6进行通信，该控制单元CPU 6也与用于制动控制的控制电路23进行通信，或包括用于制动控制的控制电路23，该控制电路23具有发送用于分别启动每个制动单元16-19的信号的能力。
在图2中，示出了带有所示转向范围的工作车辆1，该所示转向范围可以是最大转向范围。工作车辆1具有以SN表示的自然转弯中心。这意味着对于正常地面的正常行驶和所示的转向范围，车辆1将以转弯半径R绕着点SN转动。
通过本身已知但未示出的单元，可以计算或测量车速。角度检测器24设置在转向节的区域中。
当使用车辆时，而且，当车辆静止时，车辆受处于平衡状态的许多不同的力和相反力影响。例如，所述力为重力、动态质量力等。相反力作用在车辆和地面之间的接触点上：例如，通过装载斗作用在车轮上或与地面的其他可能的接触点上。
在静态平衡期间，车辆以保持的角速度在保持的方向上以保持的速度行驶。
因为传动轴在转向节的区域具有旋转刚性的万向节，并且车轮轴因此同步地旋转，所以在诸如以上所指出的某些运行情况下可能出现寄生转矩，例如，在后车轮轻载、前部重载的车辆上会出现寄生转矩。除了重载车辆在下坡时的制动外(其中，非常大的一部分车辆重量作用在前轮上)，在不同的制动力传递可以从不同车轮到地面发生时的每次制动期间，可以基本上出现寄生转矩。当车轮轴中的任何一个车轮与地面具有较低的摩擦并且特别是当涉及载荷较小的车轮轴时，这是最显著的。
在每个车轮上的最大的可能摩擦力静态地和动态地取决于竖直法向力与轮胎和地面之间的摩擦系数的乘积。竖直力和摩擦系数变化都非常大。竖直力取决于例如车辆的倾斜度、车辆的加速度以及来自满载或甚至空的装载斗的静态车轮载荷等。
在许多真实情况中，一个车轮上的竖直力可以接近于0或甚至为0。同时，摩擦系数可以根据车辆所处的基底很大地变化。
本发明不仅涉及“开-关”方法，而且涉及连续可控地增加/减小制动动力以连续地减小较小的寄生转矩的可能性。车辆可以由电动引擎或柴油发动机或任何其他的方式驱动，并且具有两个或更多个车轮轴。工作车辆也可以设有差速齿轮制动器/锁。
参考图2，系统包括条件电路25，其感测或计算影响车辆的至少一个条件变量或至少一个是值；优选地，包括计算/设定单元26，该计算/设定单元26用于根据车辆的期望运行计算/设定对应于所述是值的应当值；以及同样优选地，包括比较单元27，该比较单元27用于比较所述实际值与应当值，以产生描述偏差的表示；以及包括控制回路23，该控制单元23用于在施加的制动力大小方面控制至少一个制动单元。所述条件电路、计算单元、比较单元以及控制电路适于作为CPU的集成部分，但也可以是相互连接的单独的单元，如图2中为了清楚起见所示的那样。
在图3中，示出了在以角度V倾斜的道路上向下前进的工作车辆。作用在车辆上的力基本上和图1中的力相同，不同之处在于后车轮2a、2b几乎不接触地面，并且因此只受小的法向力的影响。所有实际中可能的制动力因此必须转到前车轮3a、3b上。
对于根据背景技术的工作车辆的制动，在该运行情况下将发生的是，后制动单元和前制动单元将被施加制动力。因为后车轮轴将由靠着地面的前车轮旋转地驱动，由于后车轮的制动，寄生转矩将在传动系统中出现，一路通过制动单元16、17(同样见图2)、出现在车轮轴21上、差速齿轮15上、传动轴的后部11”上、万向节12上、传动轴的前部11’上、差速齿轮14上以及车轮轴20上。所有这些部件(可能还有其他部件)将受该寄生转矩影响。相反，根据本发明，适当的制动力将施加在前制动单元18、19上，并且作用在后制动单元16、17上的制动力将减小，因此，寄生转矩将相应地减小或甚至设为0。
图4示出根据本发明的示例性方法顺序的框图。
位置28表示顺序的开始。
位置29表示感测或计算(至少)一个是值或条件变量，例如在传动系统中传递的转矩。
位置30表示对于运行情况将实际值与预定的应当值作比较，以产生描述偏差的表示。
位置31表示将偏差的表示传输给控制电路，控制电路在所述偏差超过某一预定值的情况下控制后制动单元，用于减小制动力。
位置32表示返回到位置29。
位置33表示顺序的结束。
优选地，在计算期间，考虑多于一个的条件变量。例如，装载斗中的载荷以及工作车辆1关于水平面的倾斜度或传动系统中传递的转矩。
在某些运行情况下，当前的装载状态以及车轮和地面之间的摩擦允许相对可接受水平的寄生转矩产生在传动系统中而不使用该发明。这可以是较低载荷、向上驱动、干燥地面等的情况。然而，通过以有利的方式分配车轮轴之间的致动力，本发明在这些运行情况期间也是有效的，并且因此降低了传动磨损。
可以与以上关于从车轮传递的力所述类似地感测或计算车轮轴经受的载荷。可以根据液体回路中的压力值计算对各个车轮施加的制动动力。
可以简单并成本有效地感测或计算全部这些变量。
不排除考虑下组中的至少一个作为计算的依据：每个车轮的当前滑差、轮胎尺寸、轮胎磨损，其给出用于控制的增加位置。当特定轴20、21上的载荷在特定水平以下时，可以设置成不对该轴上的车轮2a、2b、3a、3b施加制动力。

Claims (13)

1.一种用于控制中部转向式发动机驱动工作车辆(1)的制动的方法，所述工作车辆(1)具有车轮和转向节(4)，呈斗式装载机的形式，所述斗式装载机具有装载斗和至少两个车轮轴，所述车辆具有：
用于各个车轮(2a，2b，3a，3b)的单独启动的制动单元(16-19)，和
传动系统，所述传动系统包括：驱动齿轮(13)，所述驱动齿轮(13)用于将转矩传递到所述车轮轴(20，21)之间的传动轴(11)；差速齿轮(14，15)，所述差速齿轮(14，15)位于所述传动轴和各个所述车轮轴之间；以及位于所述转向节的区域中的旋转刚性的万向节，
其特征在于：
对影响所述车辆的至少一个条件变量，感测或计算至少一个是值，所述至少一个条件变量代表在制动期间出现在所述车辆的传动系统中的寄生转矩，以及
根据所述是值控制至少一个制动单元(16-19)，以减小所施加的制动力的大小，从而减小所述寄生转矩。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述条件变量是来自下组中的任何一个：所述装载斗中的载荷，所述工作车辆(1)关于水平面的倾斜度，在所述传动系统中传递的转矩，作为所述传动系统的一部分的部件的扭转，所述至少两个车轮轴(20，21)中的每一个受到的载荷，以及影响所述工作车辆(1)的加速力和阻滞力。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述条件变量是来自下组中的任何一个：所述至少两个车轮轴(20，21)中的每一个受到的载荷，所述装载斗中的载荷，其特征在于，将制动力施加于被测量的各个车轮(2a，2b，3a，3b)，使得所述制动力是当前计算或测量出的载荷的函数。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述条件变量是来自下组中的任何一个：所述工作车辆(1)关于水平面的倾斜度，影响所述工作车辆(1)的加速力和阻滞力，其特征在于，将制动动力施加于被测量的各个车轮(2a，2b，3a，3b)，使得所述制动力是计算或测量出的是值的函数。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述车辆(1)的期望运行来设定或计算对应于所述是值的应当值，其中寄生转矩处于特定水平以下；
将所述是值与应当值作比较，以产生描述偏差的表示；
在所施加的制动力的大小方面控制至少一个制动单元(16-19)，以减小所述偏差，并且因此减小所述寄生转矩。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述条件变量是来自下组中的任何一个：在所述传动系统中传递的转矩，所述传动系统中的部件的扭转。
7.一种用于控制中部转向式发动机驱动工作车辆(1)的制动的方法，所述工作车辆(1)具有车轮和转向节(4)，呈斗式装载机的形式，所述斗式装载机具有装载斗和至少两个车轮轴，所述车辆具有：
用于各个车轮(2a，2b，3a，3b)的单独启动的制动单元(16-19)，和
传动系统，所述传动系统包括：驱动齿轮(13)，所述驱动齿轮(13)用于将转矩传递到所述车轮轴(20，21)之间的传动轴(11)；差速齿轮(14，15)，所述差速齿轮(14，15)位于所述传动轴和各个所述车轮轴之间；以及位于所述转向节的区域中的旋转刚性的万向节，
其特征在于：
条件电路，所述条件电路对影响所述车辆的至少一个条件变量感测或计算至少一个是值，所述至少一个条件变量表示在制动期间出现在所述车辆的传动系统中的寄生转矩，以及
控制电路，所述控制电路根据所述是值控制至少一个制动单元(16-19)，用于减小所施加的制动力的大小，并且因此减小所述寄生转矩。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述条件电路设置成对来自下组中的任何条件变量感测或计算所述是值：所述装载斗中的载荷，所述工作车辆(1)关于水平面的倾斜度，在所述传动系统中传递的转矩，所述传动系统中的部件的扭转，所述至少两个车轮轴(20，21)中的每一个受到的载荷，以及影响所述工作车辆(1)的加速力和阻滞力。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述条件变量是来自下组中的任何一个：所述至少两个车轮轴(20，21)中的每一个受到的载荷，所述装载斗中的载荷，其特征在于，所述控制电路设置成控制各个所述制动单元，从而对被测量的各个车轮(2a，2b，3a，3b)施加制动力，使得所述制动力是当前计算或测量出的载荷的函数。
10.根据权利要求8所述的系统，其中，所述条件变量是来自下组中的任何一个：所述工作车辆(1)关于水平面的倾斜度，影响所述工作车辆(1)的加速力和阻滞力，其特征在于，所述控制电路设置成控制各个所述制动单元，从而对被测量的各个车轮(2a，2b，3a，3b)施加制动力，使得所述制动力是计算或检测出的是值的函数。
11.根据权利要求8所述的系统，特征在于，
计算/设定单元，所述计算/设定单元用于根据所述车辆(1)的期望运行设定或计算对应于所述是值的应当值，其中，寄生转矩处于特定水平以下，
比较单元，所述比较单元用于将所述是值与应当值作比较，用于产生描述偏差的表示，以及
控制单元，所述控制单元设置成在所施加的制动力的大小方面控制至少一个制动单元(16-19)，以减小所述偏差并因而减小所述寄生转矩。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述条件变量是来自下组中的任何一个：在所述传动系统中传递的转矩，所述传动系统中的部件的扭转。
13.一种工作车辆，其包括根据权利要求7至12中任一项所述的系统。
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