CN104220677B - 用于移动式机器的防回滚系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种供具有发动机(22)和传动装置(24)的移动式机器(10)使用的防回滚系统(26)。所述防回滚系统可以具有构造成接收指示所述移动式机器的期望行进方向的输入的输入装置(18)、构造成产生指示所述移动式机器的实际行进方向的信号的传感器(42)，以及与所述输入装置、所述传感器、所述发动机和所述传动装置通信的控制器(40)。所述控制器可以构造成基于所述信号做出所述移动式机器的实际行进方向与期望的行进方向相反的判定，并确定所述传动装置上的负荷。所述控制器还可以构造成仅在所述传动装置上的负荷小于临界值时基于所述判定选择性地增加所述传动装置的转矩输出。

Description

用于移动式机器的防回滚系统

技术领域

本发明涉及防回滚系统，更具体地涉及用于移动式机器的防回滚系统。

背景技术

诸如轮式装载机、推土机、公路用卡车和其它重型设备的移动式机器用于执行许多任务。为了高效地执行这些任务，机器需要通过传动装置向一个或多个地面接合装置提供相当大转矩的发动机。传动装置可以包括例如机械动力变换传动装置、静液压传动装置、电动传动装置或混合动力传动装置(例如，包括技术组合的并列路径传动装置)。

在移动式机器运行期间，机器可沿着与机器的操作员已经选择的期望方向相反的方向移动。例如，操作员可以在向前行进方向与倒退行进方向之间进行选择。而且，在一些情形中，即使操作员已经选择了向前行进方向，移动式机器还是可以沿着倒退行进方向移动。特别地，当移动式机器正在斜坡上运行且操作员已从传动装置要求不足量的向前的转矩时，可能因为重力而导致移动式机器克服所要求的转矩并向后沿斜坡向下滚动。在一些应用中，移动式机器的不受控的回滚可能是有害的。

在2009年5月21日公布的Leibbrandt等人的美国专利公报No.2009/0127012(’012公报)中描述了一种防止移动式机器的不受控回滚的尝试。具体地，’012公报描述了一种机器控制方法。该方法包括检测在制动器释放之后移动式机器沿与期望的移动方向相反的方向的移动，以及基于所述检测逐渐增大来自自动传动装置的与回滚方向相逆的转矩。由自动传动装置施加的与回滚方向相逆的转矩的量不超过限定的最大值，使得回滚加速度降低为零或正的向前移行速度。

尽管’012公报的方法可以帮助防止移动式机器的回滚，但该方法可能不是最佳的。特别地，有时可能期望机器回滚和/或无法避免机器回滚。在这些情形中尝试防止回滚可能适得其反。

本发明的防回滚系统解决了上述问题中的一个或多个和/或现有技术的其它问题。

发明内容

本发明的一个方案涉及用于具有发动机和传动装置的移动式机器的防回滚系统。所述防回滚系统可以包括构造成接收指示所述移动式机器的期望行进方向的输入的输入装置、构造成产生指示所述移动式机器的实际行进方向的信号的传感器，以及与所述输入装置、所述传感器、所述发动机和所述传动装置通信的控制器。所述控制器可以构造成基于所述信号做出所述移动式机器的实际行进方向与期望的行进方向相反的判定，并确定所述传动装置上的负荷。所述控制器还可以构造成仅在所述传动装置上的负荷小于临界值时基于所述判定选择性地增加所述传动装置的转矩输出。

本发明的另一方案涉及防止具有发动机和传动装置的移动式机器回滚的方法。所述方法可以包括接收指示所述移动式机器的期望行进方向的输入、检测所述移动式机器的实际行进方向，以及做出所述实际行进方向与期望行进方向相反的判定。所述方法还可以包括确定所述移动式机器的传动装置负荷，并且仅在所述传动装置负荷小于临界值时基于所述判定选择性地增加所述移动式机器的传动装置转矩输出。

附图说明

图1是示例性公开的机器的概略图；

图2是可以结合图1的机器使用的示例性公开的防回滚系统的示意图；

图3是描绘了可以由图2的防回滚系统执行的示例性公开的操作的流程图；和

图4是描绘了可以由图2的防回滚系统执行的另一示例性公开的操作的流程图。

具体实施方式

图1图解了具有协作的多个系统和构件以完成任务的示例性机器10。由机器10执行的任务可以与诸如采矿、建设施工、农耕、运输、发电的特定行业或本领域中公知的其它行业相关。例如，机器10可以是移动式机器——诸如图1所示的轮式装载机、公路或非公路拖运卡车或本领域中公知的其它类型的移动式机器。机器10可以包括框架11、由框架11支承的操作员站12、可转动地连接至框架1的一个或多个牵引装置14，以及由框架11支承并且可操作地连接以响应于从操作员站12接收到的输入而驱动牵引装置14中的至少一者的动力系统16。

操作员站12可以是大致包封的控制室，其具有接收指示期望的机器操纵的手动信号的装置。具体地，操作员站12可以包括位于操作员座椅20附近的一个或多个接口装置(即，输入装置)18。接口装置18可以通过产生指示期望的机器功能的信号来启动机器10的移动和/或活动特征。如图2的示例性实施例中所示，接口装置18可以包括一个或多个脚踏板18a和齿轮选择器18b。当操作员操纵脚踏板18a(即，使脚踏板18a移位离开中性位置/空档位置)时，操作员可以预期并实现对应的机器行进功能(例如，制动)。当操作员操纵齿轮选择器18b时，操作员可能正在选择行进方向(例如，倒退、中性或向前)和/或在特定方向上的期望行进速度、极限或范围。设想到如果需要，则操作员站12内可以另外或替代地设置有不同于脚踏板和齿轮选择器的接口装置——诸如用于机器10的行进控制的操纵杆、控制杆、开关、旋钮/按钮、方向盘和本领域中已知的其它装置。

可以与脚踏板18a相关地设置传感器19——诸如开关或电位计，以感测脚踏板的移位位置并响应于移位后的位置产生对应的(移位)信号。来自传感器19的移位信号可以用于控制动力系统16的操作，如下文将更详细地描述的。

牵引装置14(参照图1)可以是位于机器10的每一侧(仅示出一侧)的轮。替代地，牵引装置14可以包括履带、带或其它已知的牵引装置。设想到机器10上的轮的任意组合可以被驱动和/或转向。尽管未示出，但如果需要则制动器可以与牵引装置14中的一个或多个相关并经由脚踏板18a选择性地激活以延迟牵引装置14的运动。还设想到，如果需要则牵引装置14可除直接制动外或代替直接制动地基于来自脚踏板18a的信号通过选择性的动力系统操作(例如，施加抵抗转矩)制动。

动力系统16可以是构造成响应于从接口装置18接收到的信号而产生动力并将动力传递至牵引装置14的整体组件/成套装置。特别地，动力系统16可以包括：可操作以产生动力输出的发动机22；传动装置24，该传动装置连接成接收动力输出并以有益的方式将动力输出传递至牵引装置14(参照图1)；和控制系统26，该控制系统构造成响应于由脚踏板18a、齿轮选择器18b和/或一个或多个不同的传感器产生的一个或多个信号来调整发动机22和传动装置24的操作。

发动机22可以是具有协作的多个子系统以产生机械和/或电动力输出的内燃发动机。出于本发明的目的，将发动机22描绘并描述为四冲程柴油发动机。然而，本领域的技术人员将会理解，发动机22可以是任意其它类型的内燃发动机，例如汽油机或气体燃料动力发动机。发动机22内所包括的子系统可以包括例如燃料系统、进气系统、排气系统、润滑系统、冷却系统和其它合适的系统。

在所公开的实施例中，传动装置24可以是具有用于将动力从发动机22传递到牵引装置14的多个流动路径的混合传动装置。特别地，传动装置24可以包括贯穿多速双向机械传动装置的第一动力路径27和贯穿液压(或替代地电的)无级传动装置(CVT)的第二动力路径28。第一动力路径27和第二动力路径28可以串联或并联布置、源自共同的发动机22机械输出并具有通过一个或多个最终齿轮组件30(图2中仅示出一个)的共同的终端。如果需要，则传动装置24内还可以包括多个流体激活的离合器(未示出)。这些离合器可以选择性地充填加压流体，从而引起最终齿轮组件30的部分的接合。已接合离合器的组合可以决定传动装置24的分级输出速比。

传动装置24内的CVT部分或第二动力路径28可以包括借助第一流体通路36和第二流体通路38而相互连接的泵32和马达34。泵32可以是例如通过发动机22机械地转动以对流体加压的可变排量泵。加压流体可以根据机器10的行进方向借助流体通路36或38而被引导通过马达34。由加压流体驱动的马达34可以使最终齿轮组件30的一部分转动。所述转动的方向和速度可以影响传动装置24的输出比。控制器40可以利用泵命令信号来操纵泵32的排量，以借此控制马达34的转动和由此得到的传动装置24的输出转矩和速度。设想到如果需要则马达34也可以是可变排量装置，并且也借助来自控制器40的命令信号被调节。要指出的是，在电CVT构型中，发电机和电动马达可以取代上述流体泵和马达。

传感器42可以与传动装置24和/或牵引装置14(参照图1)相关，以感测机器10的实际行进速度和方向。在一个示例中，传感器42可以是与嵌在动力系统16的转动构件——诸如传动装置输出轴——内的磁体相关的磁拾取型转动传感器。在机器10运行期间，传感器42可以感测由磁体产生的旋转场并生成与机器10的对应的实际行进速度和方向对应的信号。

控制器40可与接口装置18、传感器19和42及传动装置24的排量控制机构一起构成控制系统26。控制器40可以是单个微处理器或多个微处理器，所述处理器包括用于响应于接收到的信号控制动力系统16的操作的装置。许多商售微处理器可构造成用于执行控制器40的功能。应该了解的是，控制器40可以容易地体现为能够控制多种机器功能的通用机器微处理器。控制器40可以包括存储器、辅助存储设备、处理器和用于运行应用的任何其它构件。各种其它电路——例如动力供应电路、信号调节电路、螺线管驱动器电路和其它类型的电路——可以与控制器40相关。

与踏板18a的移位位置、齿轮选择器18b的状态、机器10的实际行进速度和方向、发动机22上的负荷和/或其它控制变量有关的一个或多个动力系统控制图谱可以储存在控制器40的存储器中。这些图谱中的每一者都可以是表、曲线图和/或公式的形式，并且包括从实验室和/或动力系统16的室外操作收集的汇编数据。控制器40可以参考这些图谱并且控制传动装置24以使动力系统16的操作与预期的和/或期望的机器10性能一致。

图3和4描绘了操作由控制器40调整的控制系统26的示例性方法。在下面的部分中将更详细地说明图3和4，以进一步明晰所公开的系统的各个方面。

工业适用性

所公开的控制系统可以用于以响应方式并且仅在需要时防止移动式机器的回滚。所公开的控制系统可以通过检测在与期望方向相反的方向上的机器行进并响应地控制相关的传动装置以增加抵抗转矩输出来防止回滚。所公开的控制系统可以在不需要回滚时通过考虑移动式机器上的操作员调整的负荷来防止回滚。所公开的控制系统可以响应于操作员启动的制动调整防回滚。现在将参考图3和4详细描述控制系统26的操作。

如图3的流程图所示，防止机器10的非期望回滚的第一步骤可以包括控制器从机器10的操作员接收与期望行进方向有关的指示(步骤300)。这个信号可以借助由齿轮选择器18b产生的信号来提供。例如，操作员可以通过以对应的方式操纵齿轮选择器18b来选择向前行进方向作为机器10的期望行进方向。响应于这个操纵，齿轮选择器18b可以产生指示期望行进方向的信号并将该信号传送至控制器40。

基于来自齿轮选择器18b的信号并基于机器10的实际行进方向(由传感器42持续提供)，控制器40可以判定机器10当前是否正沿着与期望行进方向相反的方向移动(例如，机器10是否正在沿着倒退行进方向移动)(步骤310)。只要控制器40判定机器10未移动或正沿着与操作员期望的方向相同的方向移动，则控制可以在控制器40不采取预防动作的情况下返回步骤300。

然而，当控制器40在步骤310判定机器10正沿着与期望行进方向相反的方向行进时(步骤310：YES)，则控制器40可以使传动装置24接合以增加其转矩输出并阻止机器10的当前行进(步骤320)。在一个实施例中，在控制器40可以使传动装置24接合以增加其转矩输出之前，机器10可能首先被要求以大于临界值(例如，大约0.1kph)的速度沿着相反的方向行进。控制器40可以通过例如增大泵32(和马达34，如果需要)的排量、输出流量和/或输出压力来使传动装置24增大其抵抗转矩输出，由此产生通过马达34经齿轮组件30沿期望方向施加至牵引装置14的更大的转矩。

在一个示例中，由传动装置24施加至牵引装置14以防止机器10回滚的转矩的量可以与机器10的行进速度相关。例如，由传动装置24施加的抵抗牵引装置14的运动的转矩可以因为机器10在与操作员所期望的方向相反的方向上的更大的速度而增大。而且，当机器10的行进速度由于增大的转矩阻止其运动而减小时，输出转矩也可减小直到最终使机器10从低于期望临界值(例如，低于约0.1kph)达到完全停止，或甚至在期望行进方向上具有正速度。在防回滚策略下，当机器10的行进方向不再与期望行进方向相反时，控制器40可以解除其对传动装置24的控制。设想到，如果需要则控制器40在防止机器10回滚之后在替代驱动策略下继续使传动装置24对牵引装置14施加转矩。

在机器10的防回滚期间，控制器40可以持续监控来自操作员的手动输入。例如，控制器40可以判定操作员是否已经(例如，经由脚踏板18a)启动机器10的制动(步骤330)，并相应地调节传动装置24的控制。亦即，只要在防回滚期间操作员未启动制动，则控制就可以如上文所述地正常继续。然而，当操作员在通过控制器40进行防回滚期间启动制动时，控制器40可以响应性地使传动装置24断开接合(即，使传动装置24将施加至牵引装置14的抵抗转矩减小为约零)(步骤340)。具体地，牵引装置14的制动控制可以优于经由传动装置进行的防回滚控制，从而允许操作员独自手动地停止机器10的回滚。然而，设想到在一些实施例中，控制器40可以替代地构造成在操作员以增加的量使脚踏板18a移位时以增加的量逐渐减小由传动装置24施加的抵抗转矩，或者仅在脚踏板18a已经以最低量移位之后使传动装置24断开接合，而不是基于脚踏板18a的任何操纵使传动装置24完全断开接合。以此方式，如果需要，则控制器40可以允许传动装置和制动力两者同时防止机器10的回滚。

在使传动装置24断开接合之后，控制器40仍可以继续监控手动制动。亦即，控制器40可以判定操作员何时释放机器制动器(步骤350)，并相应地做出响应。只要操作员维持制动(即，只要操作员维持脚踏板18a的移位)，则控制就可以重复循环步骤350。然而，当操作员释放制动器时(步骤350：YES)，控制器40可以构造成用于以在牵引装置14制动之前就已存在的初始转矩输出水平立即使传动装置24重新接合(步骤360)。亦即，在操作员释放脚踏板18a之后在引起传动装置24施加抵抗转矩之前，可不要求控制器40检测机器10的非期望移动。以此方式，即使在操作员停止手动地制动机器10的运动之后，机器10也不应该从操作员起初停止机器10回滚的位置明显地移动。在一些应用中，设想到，如果需要则控制器40可以替代地使由传动装置24施加的抵抗转矩逐渐上升(即，上升到初始量)。控制器然后可以从步骤360返回步骤300。

如图4的流程图所示，在一些应用中，控制器40可以在防回滚期间考虑机器10上的负荷(例如，传动装置24上的负荷)。具体地，可能有时回滚对于操作员而言无法避免和/或可接受，并且在这些情形中尝试防止回滚可能是无效的、低效的和/或甚至损坏机器10。例如，可能在机器10驶入一堆物料并试图给机器的机具装载该物料时存在这些情形。在所述情形中，物料可对机器10施加一沿着与操作员所选择的期望行进方向相反的方向推进机器10的力。因此，在(如上描述的)步骤300和310完成之后的任何时间，控制器40可以将传动装置24上的负荷与临界值进行比较(步骤400)。

可以采用任何数量的不同方式来确定传动装置24上的负荷。例如，脚踏板18a(用于制动机器10的同一个或另一个脚踏板)可以用于指定期望的传动装置转矩输出，并且控制器40可以将脚踏板18a的移位位置与传动装置24的负荷关联起来。在另一个示例中，控制器40可以经由检测马达34处的压力(或电流)的传感器(未示出)直接地监控传动装置24的转矩输出。在一个实施例中，所述临界值可以与传动装置24的最大传动装置转矩输出的约50％对应。

当传动装置24上的负荷小于临界值(步骤400：No)时，控制可以从图3的流程图返回步骤320，其中控制器40增加传动装置转矩输出以停止机器10的非期望行进。然而，当传动装置24上的负荷大于临界值(步骤400：YES)时，控制器40可以改为允许机器10回滚(即，沿着与操作员期望的如经由齿轮选择器18b指示的方向相反的方向移动)(步骤410)，并且控制可以返回步骤300。

由于所公开的控制系统可以在不希望回滚时防止回滚，故可以实现机器10的更好性能和效率。此外，通过基于操作员启动的制动来调节防回滚，可以向操作员提供对机器10的更好的控制。

对本领域的技术人员来说显而易见的是，可以对公开的控制系统做出各种改型和变型。根据本说明书和对所公开的控制系统的实践，其它实施例对本领域的技术人员来说将显而易见。应该认为说明书和示例仅为示范性的，真实范围通过所附权利要求和它们的等同方案指明。

Claims (10)

1.一种用于具有发动机(22)和传动装置(24)的移动式机器(10)的防回滚系统(26)，所述防回滚系统包括：

输入装置(18)，所述输入装置构造成接收指示所述移动式机器的期望行进方向的输入；

传感器(42)，所述传感器构造成产生指示所述移动式机器的实际行进方向的信号；和

控制器(40)，所述控制器与所述输入装置、所述传感器、所述发动机和所述传动装置通信，所述控制器构造成：

基于所述输入和所述信号做出所述移动式机器的实际行进方向与所述期望行进方向相反的判定；

确定所述传动装置上的负荷；以及

仅在所述传动装置上的负荷比临界值小时基于所述判定选择性地增大所述传动装置的转矩输出。

2.根据权利要求1所述的防回滚系统，其特征在于：

所述信号还指示所述移动式机器在所述实际行进方向上的实际行进速度；以及

所述控制器构造成增加所述传动装置的转矩输出直到所述移动式机器在所述实际行进方向上的实际行进速度减小到临界行进速度之下。

3.根据权利要求2所述的防回滚系统，其特征在于，所述临界行进速度是约0.1kph。

4.根据权利要求1所述的防回滚系统，其特征在于，所述临界值是最大转矩输出的约50％。

5.根据权利要求4所述的防回滚系统，其特征在于，所述控制器构造成基于感测到的压力确定所述传动装置上的负荷。

6.根据权利要求1所述的防回滚系统，其特征在于，所述传感器是与所述移动式机器的转动动力传动系统构件相关的转动传感器。

7.根据权利要求1所述的防回滚系统，其特征在于，所述输入装置是齿轮选择器(18b)。

8.根据权利要求1所述的防回滚系统，其特征在于，所述控制器构造成使所述传动装置的转矩输出增加与所述移动式机器在所述实际行进方向上的速度相关的量。

9.根据权利要求1所述的防回滚系统，其特征在于：

所述传动装置包括马达(34)；和

所述控制器构造成通过增加所述马达的转矩输出来增加所述传动装置的转矩输出。

10.根据权利要求9所述的防回滚系统，其特征在于，所述马达是液压驱动的。