CN1060443C - 用于一种履带车辆的机电式叠加转向传动装置 - Google Patents

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Abstract

一种叠加转向传动装置用于使履带车辆转向并具有下列特征：它至少设有两个固定的机械减速齿轮，它们至少相应地产生两个曲线半径；此外设有一个自动的固定减速齿轮(固定转向半径)之间的转向半径转换装置及还设有一个用于由司机输入所需转向半径的装置。另外设有一个控制单元，它根据司机给定的转向半径在多个固定半径之间转换并近似地逼近所需转向半径。

Description

用于一种履带车辆的机电式叠加转向传动装置
本发明涉及用于一种履带车辆的叠加转向传动装置，尤其是具有多个固定减速齿轮(reduction gear)的叠加转向传动装置(crossdrive steering transmission)。
为了操纵履带车辆转向将产生出两个传动履带的速度差，由此调整一个曲线半径，在该曲率半径情况下，内半径与外半径的比相应于内履带与外履带的速度比。为了产生该速度差采用了叠加转向传动装置，它对于原来的推进叠加右及左履带之间所需的速度差。
现今公知的用于履带车辆的叠加转向传动装置可分为两类：
a)具有固定减速齿轮的机械转向传动装置，它局部附加地支配一个小的无级的大半径范围，及
b)流体静力学或流体动力学的转向传动装置结构形式，它在整个范围或至少一个大范围上无级地工作。
机械转向传动装置通过成本低、效率高、结构简单及小的响应时间而体现其优点，但也具有其缺点，即没有或仅有一个非常小的无级区域，这导致了对驾驶员的高要求及需要相当昂贵的预防转矩过载的防范措施。
流体静力学或流体动力学的转向传动装置基于它的大无级转向范围仅对驾驶员很少的要求并且能简单地预防转矩过载，但它由于结构复杂而导致高成本，并具有低的效率及长的响应时间。
由DE－A3619055公知了一种具有三个半径范围的机械叠加转向传动装置。该传动装置由一个流体静力学的及一个机械的部分传动装置组成。该转向传动装置的一个零轴与基本传动装置的叠加传动装置共同作用。在第一半径范围内仅是流体静力学部分传动装置工作；在第二半径范围内附加上机械部分传动装置；及在第三固定半径上仅是机械部分传动装置工作。
本发明的任务是，继续地开发一种机械的叠加转向传动装置，以使得它一方面仍保留上述优点，但另一方面它形成一个较大的无级转向范围。
为此本发明提出一种用于使一种履带车辆转向的叠加转向传运装置，具有至少两个固定的机械减速齿轮，它们至少要应地产生两个曲线半径，一个用于由驾驶员输入所需转向半径(R_Soll)的装置，一个控制器，它自动地在固定转向半径之间作转换并近似逼近所需转向半径，其特征在于：该控制器是一个具有一微处理机和一程序的电子控制器，借助它在规定一个最大预定偏差(delta_R_max)的情况下由多个相邻的固定转向半径计算出所需的转向半径(R_soll)，并使所需转向半径通过多个各具其固定转向半径的弧段来近似替代。
因此，使用一种本身是传统结构的机械转向传动装置，它设有一个自动转向半径转换装置及一个控制装置，其中根据驾驶员的转向半径预给定值，通过控制装置自动这样地在设有的固定转向半径之间转换，即所需的弧长(具有相应半径)通过多个弧段(具有固定半径)来近似替代。
以下将借助附图中设有一个机械三半径转向传动装置的例子对本发明进行详细描述。此外对附图作以下说明。附图为：
图1：转向传动装置的齿轮部分概图；
图2：履带车辆传动装置概图；
图3：液压系统图；
图4：功能原理图；
图5：转向半径=f(方向盘的转角)；
图6：数字／模拟区域的过渡；
图7：转向角度的划分；
图8和9：转向方案；
图10：曲线行驶；
图11：转向方案；
图12：转向传动装置的关断条件；
图13：转向传动装置保护装置的“复位”条件。
图1表示一个示范的转向传动装置的齿轮部分概图。该转向传动部分基本上由一个传统的具有三个固定半径减速齿轮及一个用于大转向半径的无级半径范围的主动轴传动三半径转向传动装置组成。该无级半径范围通过目标转差在离合器KR1／2／3中达到，及通过一个机械操作的液压式转向控制滑阀来控制。
图2表示履带车辆传动装置的概图。该转向传动装置在转向传动装置输入端、在用于左、右稳定离合器(stabilisierung－skupplung)的输入轴上、及在转向传动装置上各安装一个转速传感器来测量相应转速。
图3表示基于该系统的液压系统概图。转向传动装置离合器KR1／2／3及KR3和制动器BR2／3的控制装置扩展出电磁阀M0、M1、M2及M3以及扩展出控制阀No．11、21、31、12、22、32。在转向位置发送器的操纵轴上固定传动地安装了一个转角发送器，用于测量方向盘角度(驾驶员希望角度)。
图4表示电子传动装置控制器的功能原理图。它相对于硬件及软件的系统扩大了“逻辑－转向传动装置”的功能范围。对此所属的硬件的任务是，对来自转向传动装置或来自外围和来自“逻辑－运行传动装置”的用于软件的输入信号进行处理，以及产生用于转向传动装置、外围及“逻辑－运行传动装置”的输出信号。
图5表示方向盘上的转角和转向半径之间的功能关系。通过转向控制滑阀的操纵轴上的转角发送器向电子控制器连续地传送司机给定的曲线半径。根据该信息将计算出给定曲线半径相对于由转向传动装置提供的固定半径的位置，并借此确定控制方案。
以下描述不同的转向状态：
直线行驶
对于直线行驶，稳定离合器Stab_li和Stab_re(图3)通过液压式转向控制滑阀来控制。由此在不同行驶阻力的情况下强制地进行直线行驶。为了保证快速转向反应，离合器KR1／2／3同样地通过电磁阀M1及阀11以相应的脉冲宽度被脉宽调制，以使得整定到约0．8至1．0巴的压力。
模拟无级转向范围
离合器KR1／2／3在发热上如此设计，以使得在一定转差限度上能产生一个无级的范围。如果给定曲线半径位于此范围中，则离合器KR1／2／3中的压力通过脉宽调制在允许的压力限度内依赖于离合器差分转数一直升高，直到给定曲线半径与实际曲线半径相符合为止，实际曲线半径是通过转向传动装置的从动轴转数及运行传动装置的从动轴转数测得的。这被描绘在图6及7中。
数字无级转向范围
如果所需曲线半径位于小于由模拟无级转向范围能达到的半径的半径上，则使用下述的转向方案。根据给定曲线半径及由转向传动装置提供的固定半径的信息由电子控制器来计算：使用相邻的固定半径中的哪些部分曲线半径能以最小所允许的预定曲线半径偏差来达到给定曲线半径。一种这样的近似描绘在图8和9中。这里履带车辆应按位于由转向传动装置提供的固定半径R1和R2之间的一条曲线半径行驶，即它开始于点1以半径R_Soll绕中点M_Soll行驶，其中给定半径的最大偏差delta_R_max不允许被超过。现在，电子控制器对于最大允许曲线半径偏差delta_R_max计算用于转向传动装置的固定半径的路径分量，并控制相应的转向传动装置离合器及制动器。在此情况下各固定半径将根据关系式R_th=K*n_Ab_Fahrgetr／n_Ab_Lenkgetr被打开。因为比例n_Ab_Fahrgetr／n_Ab_Lenkgetr及由此理论固定半径可根据一个打开的交换离合器(Wandle－kupplung)变化，在路径间隔开始时在运行传动装置的从动轴转数中测得的转差在从点1至点4的路径区段上被认为是恒定的(图10)
这个方案也被应用在这些情况中，即其中给定曲线半径小于通过模拟方法可达到的曲线半径并大于最大的固定曲线半径，如在图11中所描绘的。
最大曲线半径偏差是转向传动装置离合器开关频率的函数。在此情况下最小可能达到的曲线半径偏差delta_R_max通过转向传动装置的离合器热应力来限制。这又意味着，离合器的开关频率必需受这样的限制，即开关频率应在现今通常用手工控制的范围内。
在小的给定曲线半径的情况下，尤其在变换离合器打开的推进运行时，发动机转数并由此转向传动装置驱动轴转数与开关式传动装置从动轴转数的比对于实现给定曲线半径来说太小。在此情况下，由转向传动装置控制器用信号“请求n_An_Lenk”来请求运行传动装置控制器关闭变换离合器及运行传动装置中的反向转换(见图4)。
绕竖轴(枢轴)掉头
在绕枢轴掉头的情况下，将关断数字区域，因为没有运行传动装置的任何叠加转数。这就是说，转向传动装置离合器的控制传统地通过转向控制滑阀来实现。对此通过方向盘预给定仅在模拟区域中提供车辆的无级转动速度。
为了照顾到在可能出现电故障时的安全性，控制系统这样地构成：与转向传动装置离合器的电子控制器并列地使用液压式转向控制滑阀机械地共同控制，并通过由电磁阀M0转换的阀12、22和32与转向传动装置离合器隔开。由此保证了，在电故障情况下通过电磁阀M0的关闭使转向传动装置的控制自动地由液压式转向控制滑阀来接管。电子控制器又是这样构成的，即它自己不断地通过奇偶检验判据来检验(图3)。
在电子传动装置控制器故障的情况下，将用信号“Umschalt．NotLenk”，请求电子运行传动装置控制器短时地打开变换离合器，以避免在转换到故障转向运行时可能出现的曲线半径跳变(图4)。
对转向传动装置的过载将这样地预防，即这样设计转向传动装置的联结，以使得在转向传动装置的转矩过载时使相应的稳定离合器打滑。这些稳定离合器在小速度时不断地检验是否有打滑，在小速度时在履带之间理论上可存在旋转点，并由于非常大的转动阻力可能引起过载。如果识别出滑动，转向传动装置电子控制器首先转换到一个限制滑动的区域中，以使得陷住的车辆首先保持住履带上的转矩。在一个固定的时间期满时，转向传动装置通过转向传动装置控制器对电磁阀M0及电磁阀M1、M2和M3的无压开关的控制而被关停。关停条件的描述被表示在图12上。方向盘角度“alpha_1”涉及这样一个方向盘角，即它保证转向传动装置的工作区域位于持续抗滑动的区域中。在图12中表示的转向传动装置保护装置的关停条件应解释为各种输入量的“与”逻辑连接。通过输入量“速度”将保证，保护装置仅在非常小的速度时才转换到“备用”状态，在该情况下原则上转向传动装置可能遭到过载的危险。出于一般的安全考虑该转向传动装置同样在运行传动装置的运行开关放在中立位置上经过约2．5秒后被关停。如果司机带着插入的固定制动器启动，在驶过方向盘角“alpha_1”时该转向传动装置同样被关停。因为主动轴侧被驱动的转向传动装置直接地由发动机驱动，则在操作转向而履带抱死的紧急制动情况下发动机可能熄火。这是可以避免的，这时转向传动装置在低于一定的发动机转数“n_1”运行时就被关停。
图13表示该转向传动装置保护装置的复位条件，它根据挡选择手柄、方向盘位置及行驶速度来进行。利用输入量“速度”将在任何条件下保证，在超过一定行驶速度“v_2”的情况下接入转向传动装置。
因此根据本发明的用于使一种履带车辆转向的叠加转向传动装置至少包括：至少两个固定的机械减速齿轮，它们至少相应地产生两个曲线半径；一个自动的固定减速齿轮(固定转向半径)之间的转向半径转换装置；一个用于由驾驶员输入所需转向半径的装置；一个控制单元，它根据驾驶员给定的转向半径在多个固定转向半径之间转换并近似逼近所需转向半径。
有利的是，该叠加转向传动装置附加设有一个用于大半径的无级的直接转向区域，并由控制器视预给定的曲线半径而定在无级的直接转向区域及分级的转向区域之间转换。
该叠加转向传动装置的一个有利实施例可以例如具有三个固定减速齿轮。
这样也是有利的：在控制器中设有一个微处理机，它借助一个相应程序在规定一个最大预定偏差的情况下由多个相邻的固定曲线半径计算出所需的曲线半径及控制该转向传动装置。这里也可以进行关于最小数目转换过程的优化。
此外，当该转向传动装置中的离合器和／或制动器设计得当过载时仅是稳定离合器打滑时，也是有利的。
同样有利的是一种叠加转向传动装置，它为了操纵离合器采用了用于在数字转向区域中脉宽调制的与速度有关的基本频率。由此相对于所行驶过的路程形成一个恒定的离合器开关频率，这就是说，对理论曲线分布的最大偏差由此与行驶速度无关。
这样一种叠加转向传动装置也是有利的，即它设有稳定离合器的滑动监控装置，该监控装置通过半径离合器的电磁阀关停转向传动装置或转换到第一半径的无级范围中。
同样有利的是，在该叠加转向传动装置上设置了：在转换回抗滑动区域后的一个预定时间期满后关停转向传动装置。
此外，有利的是，该叠加转向传动装置设有一个机械操作的液压式转向控制滑阀，它总是同时地运行，并当电子控制器故障时自动地使对转向传动装置的控制转移到该液压式转向控制滑阀。由此在电子部分故障时继续提供良好的可使用性(故障转向区域)。当在转换到故障转向区域时，通过短时地打开变换离合器来避免出现曲线半径跳变，这样做是有益的。
根据本发明的叠加转向传动装置不仅适用于主动轴侧(发动机侧)的传动，而且也适用于二次侧(从动轴侧)的传动。

Claims (13)

1．用于使一种履带车辆转向的叠加转向传动装置，具有至少两个固定的机械减速齿轮，它们至少相应地产生两个曲线半径，一个用于由驾驶员输入所需转向半径(R_Soll)的装置，一个控制器，它自动地在固定转向半径之间作转换并近似逼近所需转向半径，其特征在于：该控制器是一个具有一微处理机和一程序的电子控制器，借助它在规定一个最大预定偏差(delta_R_max)的情况下由多个相邻的固定转向半径计算出所需的转向半径(R_soll)，并使所需转向半径通过多个各具其固定转向半径的弧段来近似替代。
2．根据权利要求1的重叠转向传动装置，其特征在于：在转向传动装置中设有一个离合器(KR1／2／3)，它能以目标转差运行，由此可实现用于大转向半径的一个无级转向范围(“模拟”范围)，并由电子控制器视预给定转向半径(R_soll)而定在用于大转向半径的无级转向范围和一个分级的转向范围(“数字”范围)之间作转换。
3．根据权利要求1或2一项的叠加转向传动装置，其特征在于：设有三个固定的减速齿轮。
4．根据权利要求1的叠加转向传动装置，其特征在于：设有稳定离合器(Stab_li，Stab_re)，它们在过载时可以滑动。
5．根据权利要求1的叠加转向传动装置，其特征在于：设有离合器或制动器(KR1／2／3，KR3，BR2／3)，它们可由一开关频率(f_Basis)操作；及该开关频率与行驶速度有关。
6．根据权利要求4的叠加转向传动装置，其特征在于，在转向传动装置输入端，在左及右稳定离合器(Stab_li，Stab_re)的输入轴上及在转向传动装置从动轴上设有转速传感器，它们用于稳定离合器的滑动监测。
7．根据权利要求6的叠加转向传动装置，其特征在于：设有电磁阀(M0、M1、M2、M3)，借助于它们在一个稳定离合器(Stab_li，Stab_re)打滑时使转向传动装置关停。
8．根据权利要求6的叠加转向传动装置，其特征在于，在一个稳定离合器(Stab_li，Stab_re)打滑时使转向传动装置转换到用于大转向半径的无级转向区域(“模拟”区域)。
9．根据权利要求7的叠加转向传动装置，其特征在于：在滑动的情况下首先使转向传动装置转换到一个抗滑动的区域中并在一固定的时间期满后使其关停。
10．根据权利要求1的叠加转向传动装置，其特征在于：附加地设有一个机械操作的液压式转向控制滑阀，它自动地控制转向传动装置，并当电子控制器故障时转换到故障转向运行。
11．根据权利要求10的叠加转向传动装置，其特征在于：设有转换离合器，它在转换到故障转向区域中的情况下短时地打开，由此避免转向半径的跳变。
12．根据权利要求1的叠加转向传动装置，其特征在于：它设来用于主动轴侧的传动。
13．根据权利要求1的叠加转向传动装置，其特征在于，它设来用于从动轴侧的传动。
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