CN106240361A - 一种采用手动脉冲发生器控制车速的车辆及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种采用手动脉冲发生器控制车速的车辆及控制方法，特别适用于带有作业设备的工程车辆。所述车辆包括手动脉冲发生器、控制单元、驱动设备、驱动轮、动力源、车体等；人通过手动脉冲发生器发出信号，控制单元根据接收到的信号并结合控制程序逻辑来调节车速。本发明具有以下优点：人可以简单、快速、精准的设定车辆巡航速度；设定车辆巡航速度增加或减小的斜率是可变的；采用“一键式”技术方案帮助人可以简单、快速、频繁的进行制动和定速巡航工况切换，劳动强度低；当制动信号结束后，车速可以保持当前车速不变，人再次调节和设定车速操作简单、快捷、精准；车辆的车速调节方式可以是开环控制，编程简单，车辆标定工作容易。
Description
技术领域
本发明涉及一种采用手动脉冲发生器（8）控制车速的车辆及控制方法，特别涉及一种采用手动脉冲发生器（8）控制车速并带有作业设备的工程车辆及控制方法。
背景技术
目前车辆上可能用于设定车速的设备主要有以下几种，其各自特征和优缺点见表格1，描述如下：
普通汽车上，控制车速最常见的是油门踏板，一些工程车辆（比如挖机）采用手柄/手动推杆，他们的特征是弹簧自动复位，如果松开脚或者手，这些设备就自动复位，无法保持当前车速。
另外，油门踏板和手柄由于行程有限，分辨率低，很难精准的控制其位置，所以也难以用此精准的设定车速。
采用带有自锁定功能的手柄或可变电阻旋钮可以在松手后保持位置不变，即可以保持设定车速不变，但这种装置只见到在飞机和船舶上采用，车辆上并未见到使用。
以上所述的自动复位或自锁定的油门踏板、手柄/手动推杆、以及可变电阻旋钮输出的都是绝对值模拟信号，即他们的所处位置和所输出的信号严格一一对应且无法改变。如果采用这种特征的设备进行车速控制，则无法实现该功能——车辆在制动取消后在现有车速基础之上连续调节车速，而这个功能对一些工程车辆是非常重要的。
为便于理解该功能，举例说明：比如用一个可变电阻旋钮来设定车速，定义该旋钮转动0度时对应设定车速为0 km/h，定义该旋钮转动360度时对应设定车速为100 km/h，则该旋钮转动180度时对应设定车速为50 km/h且无法改变。假设目前该旋钮在180度位置，车辆以50 km/h匀速巡航行驶，这时司机踩刹车将车速从50 km/h减小到20 km/h然后松开刹车，车辆以20 km/h速度继续滑行，而这时该旋钮位置对应的设定车速仍然是50 km/h，司机就无法简单、快速的使用该旋钮让车速从当前的20 km/h直接增加到21或减小到19km/h。
对于这个问题，现有车辆采用巡航开关和配套的“+”“-”按钮/拨片采用的是增量式数字量信号，再结合油门踏板就可以满足上面所述的功能需求，描述如下：
司机首先踩油门踏板，将车辆调节到50 km/h匀速巡航行驶，然后司机按一下巡航开关激发定速巡航功能，这时司机就可以松开油门踏板，车速保持50 km/h不变；这时司机踩刹车将车速减小到20 km/h然后松开刹车，车辆以20 km/h速度继续滑行，然后司机再次按一下巡航开关激发定速巡航功能，这时司机就可以松开油门踏板，车速保持20 km/h不变，然后司机就可以按“+”按钮将车速从20 km/h直接增加到21或者按“-”按钮将车速从20 km/h直接减小到19km/h。
虽然现有车辆采用巡航开关和配套的“+”“-”按钮/拨片结合油门踏板的这套方案能实现所需功能，但是操作比较麻烦，还需要多个信号输入元器件配合，此外，采用“+”“-”按钮/拨片只能用点动方式逐级定量的调节车速或者按住“+”或“-”按钮/拨片不放以一个固定速率调节车速，不能以变速率灵活的调节车速，所以难以简单、快捷、精准的调节设定车速。
要满足上述需求，设定车速或者说手动控制车速的装置需要有以下特征：
第一：自锁定，手松开后位置不变，用来对应设定车速不变，
第二：分辨率高、行程长，可以精准、容易的对应设定车速，
第三：输出信号为增量式信号，可以实现车辆在制动取消后在现有车速基础之上连续调节车速，
第四：设定车速简单、快捷、灵活、精准，调节车速速率可变。
手动脉冲发生器正好具备以上特征，能够完全满足车辆设定车速的这些功能需求。本发明将手动脉冲发生器用于车速控制，特别是用于带有作业设备的工程车辆的车速控制，能够满足一些工程车辆如上所述的特殊需求。
表格1是可能用于设定车速的设备以及其各自特征和优缺点
发明内容
本发明目的在于提供一种采用手动脉冲发生器（8）控制车速的车辆及控制方法，尤其适用于一种采用手动脉冲发生器（8）控制车速并带有作业设备的工程车辆及控制方法，能够实现车辆在制动取消后在现有车速基础之上连续调节车速，且设定车速简单、快捷、灵活、精准。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种采用手动脉冲发生器（8）控制车速的车辆及控制方法，包括手动脉冲发生器（8）、控制单元、驱动设备、驱动轮（39）、动力源、车体；所述控制单元、驱动设备、驱动轮（39）、动力源都安装在车体上，所述动力源是发动机（19）、或储能单元（1）、或其它能量源，动力源为驱动设备提供能量，驱动设备通过机械传动方式连接驱动轮（39），驱动轮（39）推动车辆行驶，车速、驱动轮（39）转速都和驱动设备转速成正比例关系，驱动设备和驱动轮（39）的传动比固定不变；手动脉冲发生器（8）和控制单元通过电路有线连接或通过电信号无线连接，人通过手动脉冲发生器（8）发出脉冲信号给控制单元；控制单元内部有控制程序，控制单元根据接收到的脉冲信号，或根据所述控制程序自动提供的信息，直接或间接的对应调节驱动设备转速，即，人通过手动脉冲发生器（8）就可以调节车速。
设定车速方式至少包括手动设定输入方式，还可能包括控制单元自动设定输入方式，描述如下：
第一，在正常的车辆起步、加速、匀速、减速行驶过程中，设定车速，即驱动设备的设定转速是由人通过手动脉冲发生器（8）发出脉冲信号进行手动设定，单位数量的脉冲信号表示设定车速在现有设定车速基础之上成比例的增加或减小定量值；当手动脉冲发生器（8）静止不动，即不发出脉冲信号时，表示手动设定车速保持不变；
第二，当控制单元接收到制动信号时，设定车速，即驱动设备的设定转速由控制程序自动设定；当制动信号消失时，设定车速，即驱动设备的设定转速不由控制单元自动设定；
第三，当控制单元接收到车辆的一些报警信号时，可以根据控制程序选择将设定车速由控制程序自动设定或者交由手动脉冲发生器（8）进行手动设定。
优选，所述车辆带有齿轮箱和作业设备，所述齿轮箱和作业设备都安装在车体上；所述发动机（19）和齿轮箱通过机械传动方式连接，发动机（19）向齿轮箱提供能量，发动机（19）通过齿轮箱向作业设备提供能量；所述驱动设备通过齿轮箱向驱动轮（39）提供能量，驱动设备的能量来源可以是所述发动机（19），也可以是所述储能单元（1）或其它能量源；所述齿轮箱包括第一轴（12）、第二轴（31）、第三轴（4）、第四轴（23）、第一齿轮（24）、第二齿轮（3）、第三齿轮（5）、第四齿轮（26）、箱体组件（25）、附件等；
所述齿轮箱具有以下特征：
第一轴（12）、第二轴（31）、第一齿轮（24）、第二齿轮（3）同轴线，第三轴（4）、第三齿轮（5）同轴线，第四轴（23）、第四齿轮（26）同轴线；第一轴（12）和第三轴（4）不同轴线，第二轴（31）和第四轴（23）不同轴线；第一轴（12）的一端为动力输入口（13），和发动机（19）连接；第二轴（31）的一端为行驶动力输出口（32），经车辆驱动轴（34）和驱动轮（39）连接；第三轴（4）接作业设备驱动输出口（11），第四轴（23）接驱动设备；
所述车辆有一种工作模式被称之为作业模式，在所述作业模式下，所述车辆具有以下状态：
第一轴（12）和第一齿轮（24）连接，第二轴（31）和第二齿轮（3）连接；第三轴（4）和第三齿轮（5）连接，第四轴（23）和第四齿轮（26）连接；第一齿轮（24）和第三齿轮（5）啮合，第二齿轮（3）和第四齿轮（26）啮合，第一轴（12）和第二轴（31）脱开；在所述作业模式下，所述车辆有以下能量传递路线，描述如下：机械能由发动机（19）输出，经动力输入口（13）输入，依次经过第一轴（12）、第一齿轮（24）、第三齿轮（5）、第三轴（4）、作业设备驱动输出口（11）传递给所述车辆的作业设备；此外，驱动设备从所述动力源获得能量经第四轴（23）、第四齿轮（26）、第二齿轮（3）和第二轴（31）、行驶动力输出口（32）、车辆驱动轴（34）传递给驱动轮（39）做功；所述齿轮箱各轴之间的传动速比不可改变。
优选，所述驱动设备是液压马达（16），所述控制单元是控制器；所述车辆带有液压泵（36）、液压管路及附件；液压泵（36）和所述发动机（19）通过机械传动方式连接，或液压泵（36）接所述齿轮箱的第三轴（4）；液压泵（36）和液压马达（16）之间采用液压管路A（6）和液压管路B（21）连接形成闭式液压回路；发动机（19）带动液压泵（36）旋转，液压泵（36）带动液压马达（16）旋转，液压马达（16）带动驱动轮（39）旋转，控制器（2）能够调节液压泵（36）的排量，控制器（2）通过调节液压泵（36）的排量就可以调节车速；
在所述作业模式下，所述车辆有以下能量传递路线，描述如下：
发动机（19）提供的能量，依次经过液压泵（36）、液压管路A（6）和液压管路B（21）、液压马达（16）传递给驱动轮（39）。
优选，所述动力源有以下三种方案：
第一：所述动力源是发动机（19），
第二：所述动力源是发动机（19）和储能单元（1），
第三：所述动力源是储能单元（1）；
所述驱动设备是驱动电机/发电机（16），所述控制单元是动力控制及逆变单元（2）；动力控制及逆变单元（2）与驱动电机/发电机（16）通过电路连接，动力控制及逆变单元（2）与储能单元（1）通过电路连接，动力控制及逆变单元（2）通过调节驱动电机/发电机（16）的转速来调节车速；在所述作业模式下，所述车辆有以下能量传递路线，描述如下：
电能从储能单元（1）输出，经动力控制及逆变单元（2），由驱动电机/发电机（16）转变成机械能，再经第四轴（23）、第四齿轮（26）、第二齿轮（3）和第二轴（31）、行驶动力输出口（32）、车辆驱动轴（34）传递给驱动轮（39）做功。
优选，所述车辆带有一个选择开关；所述选择开关至少带两个档位，所述选择开关通过电路和所述控制单元相连；所述选择开关可以是旋钮、按键、触摸屏等可以输出两种信号的设备；当所述制动信号消失时，控制单元会根据选择开关的档位信号来设定车速，具体描述如下；
如果选择开关位于第一个档位：当所述制动信号消失后，控制单元保持当前设定车速不变，即车辆保持当前车速不变；如果当制动信号消失后，人再次通过手动脉冲发生器（8）发出脉冲信号，则一定数量的脉冲信号表示设定车速在现有设定车速基础之上成比例的增加或减小一定数量值；
如果选择开关位于第二个档位：当所述制动信号消失后，控制单元会将当前车速按照一定速率调节到人通过手动脉冲发生器（8）设定的车速；如果在车辆制动过程中，手动脉冲发生器（8）没有发出脉冲信号，则当所述制动信号消失后，控制单元会将当前车速按照一定速率恢复到制动前的车速。
优选，所述手动脉冲发生器（8）为增量式编码器。
优选，设定车速的控制程序逻辑描述如下：
第一，在控制单元的控制程序中定义一个变量X，每次车辆上电初始化时将X赋初始值为0，转动手动脉冲发生器（8）发出脉冲给控制单元，控制程序可以计算脉冲的个数和判断出手动脉冲发生器（8）的转动方向，定义顺时针旋转方向的脉冲为正脉冲，逆时针旋转方向为负脉冲，每次程序循环一个周期，将X加上正脉冲个数，并减去负脉冲个数后的数值赋值给X作为下次程序循环的X值；程序不断循环，X就不断根据手动脉冲发生器（8）的转动角度（脉冲数）和方向对应更新；
第二，控制程序中定义另一个变量——设定车速Y，控制单元始终依据Y值来控制驱动电机/发电机（16）的转速（和车速成比例对应），为了避免转速变化过于剧烈，设定车速Y值的变化速率被控制程序限制在一定范围内；在手动控制车速时（比如在正常的车辆起步、加速、匀速、减速行驶过程中），每次程序循坏，将X赋值给设定车速Y，所以人通过转动手动脉冲发生器（8）就可以调节车速；
第三，在控制程序自动控制车速时（比如在制动过程中，控制器获取到制动信号），设定车速Y就不是由X赋值，而是根据控制程序预先设定的逻辑和其它信息自动分析和计算出Y值，这时人通过转动手动脉冲发生器（8）就不可以调节车速；
第四，在制动信号消失后（制动后），如果再次将X赋值给设定车速Y，则车速就会按照控制程序设定的一定速率恢复到X对应的车速；如果反过来，在制动过程中或制动信号消失瞬间将设定车速Y赋值给X并进行下一次程序循坏，则制动后车速就会对应Y值保持不变，直到手动脉冲发生器（8）再次发出脉冲来更新车速，就可以实现——车辆在制动取消后在现有车速基础之上连续调节车速。
优选，所述手动脉冲发生器（8）是一个圆盘、圆柱或旋钮形状的结构，人通过转动手动脉冲发生器（8）发出脉冲信号。
优选，所述车辆带有变速箱（15）；变速箱（15）的输入端接所述发动机（19）的输出端，变速箱（15）的输出端和所述齿轮箱通过机械传动方式连接。
优选，所述车辆还有发电机（36）；所述发电机（36）和所述第三轴（4），或第一轴（12），或发动机（19）或变速箱（15）连接；所述发电机（36）通过电路与所述动力控制及逆变单元（2）连接；
在所述作业模式下，所述车辆有以下能量传递路线，描述如下：
机械能由发动机（19）输出，由动力输入口（13）输入，依次经过第一轴（12）、第一齿轮（24）和第三齿轮（5）并在第三轴（4）被分为两部分；其中第一部分机械能经作业设备驱动输出口（11）传递给所述车辆的作业设备；而第二部分机械能被发电机（36）转化成电能，经过动力控制及逆变单元（2），既可以以电能形式储存在储能单元（1）中，也可以被驱动电机/发电机（16）转化成机械能，再依次经过第四轴（23）、第四齿轮（26）、第二齿轮（3）和第二轴（31）、行驶动力输出口（32）、车辆驱动轴（34）传递给驱动轮（39）做功；这时，驱动电机/发电机（16）工作在驱动电机状态下，储能单元（1）或者吸收来自发电机（36）的电能，或者提供电能给驱动电机/发电机（16）做功。
优选，所述车辆还有一种工作模式被称之为高速行驶模式；在所述高速行驶模式下，所述车辆具有以下状态：
所述第一轴（12）和第二轴（31）直接连接；
在所述高速行驶模式下，所述车辆有以下能量传递路线，描述如下：
机械能由发动机（19）输出，经动力输入口（13）输入，依次经过第一轴（12）、第二轴（31）、行驶动力输出口（32）、车辆驱动轴（34）传递给驱动轮（39）做功。
优选，所述车辆的车速调节方式可以是开环控制，即不需要根据车速传感器获取的实际车速来闭环修正设定车速。
优选，制动过程中，驱动设备可以吸收车辆的惯性动能或下坡势能。
总之，本发明提供了一种采用手动脉冲发生器（8）控制车速的车辆及控制方法，尤其适用于一种采用手动脉冲发生器（8）控制车速并带有作业设备的工程车辆及控制方法，能够实现车辆在制动取消后在现有车速基础之上连续调节车速，且设定车速简单、快捷、灵活、精准。
附图说明
图1是实施例1的车速控制原理图；
图2是实施例2在作业模式时的车速控制原理图；
图3是实施例3在作业模式时的车速控制原理图；
图4是实施例3在高速行驶模式时的车速控制原理图；
图5是实施例4在作业模式时的车速控制原理图；
图6是实施例1至4的设定车速方案1（制动信号消失后车速保持不变）；
图7是实施例1至4的设定车速方案2（制动信号消失后车速保持不变）；
图8是实施例1至4的设定车速方案3（制动信号消失后车速恢复至手动设定车速A）；
图9是实施例1至4的设定车速方案4（制动信号消失后车速恢复至手动设定车速B）。
图中，1-储能单元、2-动力控制及逆变单元（图1、图2、图3、图4）或 控制器（图5）、3-第二齿轮、4- 第三轴、5- 第三齿轮、6- 液压管路A、7-第二啮合齿套（第二同步器）、8-手动脉冲发生器、11- 作业设备驱动输出口、12- 第一轴、13- 动力输入口、14- 传动轴、15- 变速箱、16- 驱动电机/发电机（图1、图2、图3、图4）或 液压马达（图5）、17-第一啮合齿套（第一同步器）、19- 发动机、21- 液压管路B、22- 轴承、23- 第四轴、24- 第一齿轮、25-箱体组件、26- 第四齿轮、27-第五A齿轮、28- 第五轴、29- 第五B齿轮、31- 第二轴、32- 行驶动力输出口、33-传动轴、34- 车辆驱动轴、36- 发电机（图1、图2、图3、图4）或 液压泵（图5）、39- 驱动轮。
具体实施方式
以下将对本发明的一种采用手动脉冲发生器（8）控制车速的车辆及控制方法进一步的详细描述。
下面将参照附图对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。
为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
参阅图1至图9，对本发明的具体实施方式进一步说明。
本发明目的在于提供一种采用手动脉冲发生器（8）控制车速的车辆及控制方法，尤其适用于一种采用手动脉冲发生器（8）控制车速并带有作业设备的工程车辆及控制方法，能够实现车辆在制动取消后在现有车速基础之上连续调节车速，且设定车速简单、快捷、灵活、精准。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种采用手动脉冲发生器（8）控制车速的车辆及控制方法，包括手动脉冲发生器（8）、控制单元、驱动设备、驱动轮（39）、动力源、车体；所述控制单元、驱动设备、驱动轮（39）、动力源都安装在车体上。
图 1是实施例1的车速控制原理图。
在实施例1中，控制单元是动力控制及逆变单元（2），驱动设备是驱动电机/发电机（16），动力源是发动机（19）和储能单元（1）。
动力控制及逆变单元（2）与驱动电机/发电机（16）通过电路连接，动力控制及逆变单元（2）与储能单元（1）通过电路连接；所述车辆还有发电机（36）；发电机（36）和发动机（19）连接，发电机（36）通过电路与所述动力控制及逆变单元（2）连接；手动脉冲发生器（8）和动力控制及逆变单元（2）通过电路有线连接。
驱动电机/发电机（16）通过机械传动方式连接驱动轮（39），驱动轮（39）推动车辆行驶，车速、驱动轮（39）转速都和驱动电机/发电机（16）转速成正比例关系，驱动电机/发电机（16）和驱动轮（39）的传动比固定不变。
手动脉冲发生器，即增量式光电编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z相；A、B两组脉冲相位差90°，从而可方便地判断出旋转方向，而Z相为每转一个脉冲，用于基准点定位。如果不需要基准点定位，则仅仅需要两组方波脉冲A、B，A、B两组脉冲相位差90°就可以了。它的优点是原理构造简单，机械平均寿命可在几万小时以上，抗干扰能力强，可靠性高，适合于长距离传输。
所述手动脉冲发生器（8）为增量式光电编码器，是一个圆盘形状的结构，人通过转动手动脉冲发生器（8）发出脉冲信号给动力控制及逆变单元（2）。
动力控制及逆变单元（2）根据接收到的脉冲信号，或者根据动力控制及逆变单元（2）内部控制程序自动提供的信息，直接或间接的改变驱动电机/发电机（16）转速；动力控制及逆变单元（2）通过调节驱动电机/发电机（16）的转速来调节车速，所以人通过转动手动脉冲发生器（8）就可以调节车速。
图 2是实施例2在作业模式时的车速控制原理图。
实施例2是在实施例1的基础上增加了设备并进行细化，具体描述如下。
所述车辆带有齿轮箱和作业设备，所述齿轮箱和作业设备都安装在车体上，所述车辆带有变速箱（15）；变速箱（15）的输入端接所述发动机（19）的输出端，变速箱（15）的输出端和所述齿轮箱通过机械传动方式连接。
所述发动机（19）和齿轮箱通过机械传动方式连接，发动机（19）向齿轮箱提供能量，发动机（19）通过齿轮箱向作业设备提供能量，所述驱动设备通过齿轮箱向驱动轮（39）提供能量，驱动设备的能量来源可以是所述发动机（19），也可以是所述储能单元（1）或其它能量源；
所述齿轮箱包括第一轴（12）、第二轴（31）、第三轴（4）、第四轴（23）、第一齿轮（24）、第二齿轮（3）、第三齿轮（5）、第四齿轮（26）、箱体组件（25）、附件等；所述齿轮箱具有以下特征：
第一轴（12）、第二轴（31）、第一齿轮（24）、第二齿轮（3）同轴线，第三轴（4）、第三齿轮（5）同轴线，第四轴（23）、第四齿轮（26）同轴线；第一轴（12）和第三轴（4）不同轴线，第二轴（31）和第四轴（23）不同轴线；第一轴（12）的一端为动力输入口（13），和发动机（19）连接；第二轴（31）的一端为行驶动力输出口（32），经车辆驱动轴（34）和驱动轮（39）连接；第三轴（4）接作业设备驱动输出口（11），第四轴（23）接驱动设备；
所述车辆有一种工作模式被称之为作业模式，在所述作业模式下，所述车辆具有以下状态：
第一轴（12）和第一齿轮（24）连接，第二轴（31）和第二齿轮（3）连接；第三轴（4）和第三齿轮（5）连接，第四轴（23）和第四齿轮（26）连接；第一齿轮（24）和第三齿轮（5）啮合，第二齿轮（3）和第四齿轮（26）啮合，第一轴（12）和第二轴（31）脱开；
所述齿轮箱各轴之间的传动速比不可改变。
在所述作业模式下，所述车辆有以下能量传递路线，描述如下：
机械能由发动机（19）输出，由动力输入口（13）输入，依次经过第一轴（12）、第一齿轮（24）和第三齿轮（5）并在第三轴（4）被分为两部分；其中第一部分机械能经作业设备驱动输出口（11）传递给所述车辆的作业设备；而第二部分机械能被发电机（36）转化成电能，经过动力控制及逆变单元（2），既可以以电能形式储存在储能单元（1）中，也可以被驱动电机/发电机（16）转化成机械能，再依次经过第四轴（23）、第四齿轮（26）、第二齿轮（3）和第二轴（31）、行驶动力输出口（32）、车辆驱动轴（34）传递给驱动轮（39）做功；这时，驱动电机/发电机（16）工作在驱动电机状态下，储能单元（1）或者吸收来自发电机（36）的电能，或者提供电能给驱动电机/发电机（16）做功。
制动过程中，驱动设备可以吸收车辆的惯性动能或下坡势能。
图 3是实施例3在作业模式时的车速控制原理图。
图 4是实施例3在高速行驶模式时的车速控制原理图。
实施例3是在实施例2的基础上对其中一种齿轮箱方案进行了细化，描述了作业模式和高速行驶模式如何切换，具体描述如下：
所述齿轮箱有第一同步器和第二同步器，所述第一同步器可以实现第一轴（12）和第三轴（4）的连接或脱开，所述第二同步器可以实现第二轴（31）和第四轴（23）的连接或脱开；所述第一同步器可以实现第一轴（12）和第二轴（31）的连接或脱开。
所述第一同步器是啮合齿套，所述第二同步器是啮合齿套；所述第一同步器和第一轴（12）同轴线，所述第二同步器和第二轴（31）同轴线。
第一齿轮（24）空套在第一轴（12）上，两者可以发生相对转动，第二齿轮（3）空套在第二轴（31）上，两者可以发生相对转动；第三齿轮（5）和第三轴（4）之间为过盈配合连接，两者不可以发生相对转动；第四齿轮（26）和第四轴（23）为一整体零件，两者不可以发生相对转动；第一齿轮（24）和第三齿轮（5）始终啮合，第二齿轮（3）和第四齿轮（26）始终啮合；
第一啮合齿套（17）向一侧移动时，实现第一轴（12）和第二轴（31）的连接，第一轴（12）和第一齿轮（24）的脱开；反之当第一啮合齿套（17）向另一侧移动时，实现第一轴（12）和第二轴（31）的脱开，第一轴（12）和第一齿轮（24）的连接；第二啮合齿套（7）向一侧移动时，实现第二轴（31）和第二齿轮（3）的脱开；反之当第二啮合齿套（7）向另一侧移动时，实现第二轴（31）和第二齿轮（3）的连接；所述的第二轴（31）两端都采用轴承支撑在壳体组件（25）上；第一轴（12）的一端用轴承支撑在壳体组件（25）上，另一端采用轴承支撑在第二轴（31）端部；
所述第一齿轮（24）通过滚针轴承空套在第一轴（12）上；第二齿轮（3）通过滚针轴承空套在第二轴（31）上；所述第一啮合齿套（17），第二啮合齿套（7）采用花键连接形式实现所述轴和轴，或者所述轴和齿轮之间的连接。
所述车辆包括两种工作模式：
第一种工作模式，称之为高速行驶模式：
第一轴（12）和第二轴（31）连接，第一轴（12）和第一齿轮（24）脱开，同时，第二轴（31）和第二齿轮（3）脱开；在这种工作模式下，机械能由发动机（19）输出，经动力输入口（13）输入，直接经第一轴（12）和第二轴（31），至第二轴（31）的行驶动力输出口（32）输出；第三轴（4）、第四轴（23）、第一齿轮（24）、第二齿轮（3）、第三齿轮（5）、第四齿轮（26）都不发生动力传递；第一齿轮（24）、第二齿轮（3）、第三齿轮（5）、第四齿轮（26）受到静止的作业设备等的摩擦阻力影响而保持静止不转动；
在第一种工作模式下，齿轮都保持静止就不会有齿轮搅油能量损失，齿轮箱内部只有少数轴承发生滚动摩擦，齿轮箱传动效率极高、 温升低、工作可靠；在第一种工作模式下，司机驾驶该车辆和驾驶普通卡车基本没有区别。
第二种工作模式，称之为作业模式： 第一轴（12）和第二轴（31）脱开，第一轴（12）和第一齿轮（24）连接，同时，第二轴（31）和第二齿轮（3）连接；在第二种工作模式下，机械能由发动机（19）输出，由动力输入口（13）输入，依次经过第一轴（12）、第一齿轮（24）和第三齿轮（5）并在第三轴（4）被分为两部分；其中第一部分机械能经作业设备驱动输出口（11）传递给所述车辆的作业设备；而第二部分机械能被发电机（36）转化成电能，经过动力控制及逆变单元（2），既可以以电能形式储存在储能单元（1）中，也可以被驱动电机/发电机（16）转化成机械能，再依次经过第四轴（23）、第四齿轮（26）、第二齿轮（3）和第二轴（31）、行驶动力输出口（32）、车辆驱动轴（34）传递给驱动轮（39）做功；
在第二种工作模式下，司机驾驶该车辆和驾驶普通卡车有显著区别：通常会将发动机设定成恒转速（通常是发动机的大功率经济转速，比如1600至2400rpm，取决于具体机型），采用固定的变速箱档位，以恒定转速驱动作业设备，并通过调节驱动电机/发电机（16）的转速来实现车速的改变。
所述作业设备驱动输出口（11），直接安装作业设备或安装驱动作业设备的皮带轮，或连接驱动作业设备的链轮、传动轴或法兰。
图 5是实施例4在作业模式时的车速控制原理图。
实施例4和实施例2类似，只是用液压传动替代了电机传动，具体区别如下：
所述驱动设备是液压马达（16），所述控制单元是控制器，所述车辆带有液压泵（36）、液压管路及附件；液压泵（36）和所述发动机（19）通过机械传动方式连接，或液压泵（36）接所述齿轮箱的第三轴（4）；液压泵（36）和液压马达（16）之间采用液压管路A（6）和液压管路B（21）连接形成闭式液压回路；发动机（19）带动液压泵（36）旋转，液压泵（36）带动液压马达（16）旋转，液压马达（16）带动驱动轮（39）旋转，控制器（2）能够调节液压泵（36）的排量，控制器（2）通过调节液压泵（36）的排量就可以调节车速；
实施例4中所述车辆不需要实施例2中的发电机、储能单元等电机传动元件；
在所述作业模式下，所述车辆有以下能量传递路线，描述如下：
发动机（19）提供的能量，依次经过液压泵（36）、液压管路A（6）和液压管路B（21）、液压马达（16）传递给驱动轮（39）；制动过程中，驱动设备可以吸收车辆的惯性动能或下坡势能。
所述车辆的车速调节方式是开环控制，即不需要根据车速传感器获取的实际车速来闭环修正设定车速。
图 6是实施例1至4的设定车速方案1（制动信号消失后车速保持不变）。
图 7是实施例1至4的设定车速方案2（制动信号消失后车速保持不变）。
图 8是实施例1至4的设定车速方案3（制动信号消失后车速恢复至手动设定车速A）。
图 9是实施例1至4的设定车速方案4（制动信号消失后车速恢复至手动设定车速B）。
图6至图9描述了实施例1至实施例4都可以使用的设定车速的方法和控制逻辑。
设定车速有手动设定和控制单元自动设定两种输入方式，描述如下：
第一，在正常的车辆起步、加速、匀速、减速行驶过程中，设定车速，即驱动设备的设定转速是由人通过手动脉冲发生器（8）发出脉冲信号进行手动设定，单位数量的脉冲信号表示设定车速在现有设定车速基础之上成比例的增加或减小定量值；当手动脉冲发生器（8）静止不动，即不发出脉冲信号时，表示设定车速保持不变；
第二，当控制单元接收到制动信号时，设定车速，即驱动设备的设定转速由控制单元自动设定；当制动信号消失时，设定车速，即驱动设备的设定转速不由控制单元自动设定；
第三，当控制单元接收到车辆的一些报警信号时，可以根据控制程序选择将设定车速由控制单元自动设定或者交由手动脉冲发生器（8）进行手动设定。
所述车辆带有一个选择开关，所述选择开关至少带两个档位；所述选择开关通过电路和所述控制单元相连；所述选择开关可以是旋钮、按键、触摸屏等可以输出两种信号的设备；当所述制动信号消失时，控制单元会根据选择开关的档位信号来设定车速，具体描述如下；
如果选择开关位于第一个档位：当所述制动信号消失后，控制单元保持当前设定车速不变，即车辆保持当前车速不变；如果当制动信号消失后，人再次通过手动脉冲发生器（8）发出脉冲信号，则一定数量的脉冲信号表示设定车速在现有车速基础之上成比例的增加或减小一定数量值；
如果选择开关位于第二个档位：当所述制动信号消失后，控制单元会将当前车速按照一定速率调节到人通过手动脉冲发生器（8）设定的车速；如果在车辆制动过程中，手动脉冲发生器（8）没有发出脉冲信号，则当所述制动信号消失后，控制单元会将当前车速按照一定速率恢复到制动前的车速。
在实施例1至实施例4中，设定车速的控制程序逻辑可以简单描述如下：
第一，在控制单元的控制程序中定义一个变量X，每次车辆上电初始化时将X赋初始值为0，转动手动脉冲发生器（8）发出脉冲给控制单元，控制程序可以计算脉冲的个数和判断出手动脉冲发生器（8）的转动方向，定义顺时针旋转方向的脉冲为正脉冲，逆时针旋转方向为负脉冲，每次程序循环一个周期，将X加上正脉冲个数，并减去负脉冲个数后的数值赋值给X作为下次程序循环的X值；程序不断循环，X就不断根据手动脉冲发生器（8）的转动角度（脉冲数）和方向对应更新；
第二，控制程序中定义另一个变量——设定车速Y，控制单元始终依据Y值来控制驱动电机/发电机（16）的转速（和车速成比例对应），为了避免转速变化过于剧烈，设定车速Y值的变化速率被控制程序限制在一定范围内；
在手动控制车速时（比如在正常的车辆起步、加速、匀速、减速行驶过程中），每次程序循坏，将X赋值给设定车速Y，所以人通过转动手动脉冲发生器（8）就可以调节车速；
第三，在控制程序自动控制车速时（比如在制动过程中，控制器获取到制动信号），设定车速Y就不是由X赋值，而是根据控制程序预先设定的逻辑和其它信息自动分析和计算出Y值，这时人通过转动手动脉冲发生器（8）就不可以调节车速；
第四，在制动信号消失后（制动后），如果再次将X赋值给设定车速Y，则车速就会按照控制程序设定的一定速率恢复到X对应的车速；如果反过来，在制动过程中或制动信号消失瞬间将设定车速Y赋值给X并进行下一次程序循坏，则制动后车速就会对应Y值保持不变，直到手动脉冲发生器（8）再次发出脉冲来更新车速，就可以实现——车辆在制动取消后在现有车速基础之上连续调节车速。
采用该控制逻辑的车辆可以采用“一键式”技术方案帮助人可以简单、快捷、频繁的进行制动和定速巡航工况切换，人的劳动强度极低。这里的“一键”可以用制动信号来实现，当人踩刹车或用其它方式触发制动信号时，由控制程序自动控制车速；当人松开刹车，即制动信号消失时，采用手动控制车速。
所述的带有作业设备的工程车辆包括洒水车、吹雪车、喷雾降尘车、扫路车、洗扫车等。
总之，本发明提供了一种采用手动脉冲发生器（8）控制车速的车辆及控制方法，尤其适用于一种采用手动脉冲发生器（8）控制车速并带有作业设备的工程车辆及控制方法，能够实现车辆在制动取消后在现有车速基础之上连续调节车速，且设定车速简单、快捷、灵活、精准。
本发明满足了一些工程车辆的几个特殊需求，而这些需求采用原有技术方案都无法实现或非常难以实现：
第一：人通过操作手动脉冲发生器（8）调节车速，手动脉冲发生器（8）转过的角度可以和车速一一对应，人可以简单、快速、精准的设定车辆巡航速度；
第二：设定车辆巡航速度增加或减小的斜率是可变的，在一定范围内，设定车辆巡航速度的变化速率成比例于手动脉冲发生器（8）的转速变化速率；
第三：采用“一键式”（制动信号）技术方案帮助人可以简单、快速、频繁的进行制动和定速巡航工况切换，人的劳动强度极低；
第四：提供个性化选择，人可以选择当制动信号结束后，车速可以保持当前车速不变或自动恢复到人通过操作手动脉冲发生器（8）设定的车速，而这个过程人不需要进行任何操作；
第五，当制动信号结束后，车速可以保持当前车速不变，人再次通过手动脉冲发生器（8）发出一定数量的脉冲信号就可以让车速在现有车速基础之上成比例的增加或减小一定数值，操作简单、快捷、精准；
第六：车辆的车速调节方式可以是开环控制，编程简单，车辆标定工作容易；
第七：采用数字信号输入来控制车速，编程简单，元件可靠性高，信号抗干扰能力强，车辆安全性提高。
上述实施例仅用于解释说明本发明的发明构思，而非对本发明权利保护的限定，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种采用手动脉冲发生器（8）控制车速的车辆及控制方法，包括手动脉冲发生器（8）、控制单元、驱动设备、驱动轮（39）、动力源、车体，其特征在于，所述控制单元、驱动设备、驱动轮（39）、动力源都安装在车体上，所述动力源是发动机（19）、或储能单元（1）、或其它能量源，动力源为驱动设备提供能量，驱动设备通过机械传动方式连接驱动轮（39），驱动轮（39）推动车辆行驶，车速、驱动轮（39）转速都和驱动设备转速成正比例关系；手动脉冲发生器（8）和控制单元通过电路有线连接或通过电信号无线连接，人通过手动脉冲发生器（8）发出脉冲信号给控制单元；控制单元内部有控制程序，控制单元根据接收到的脉冲信号，或根据所述控制程序自动提供的信息，直接或间接的对应调节驱动设备转速，即，人通过手动脉冲发生器（8）就可以调节车速；
设定车速方式至少包括手动设定输入方式，还可能包括控制单元自动设定输入方式，描述如下：
第一，在正常的车辆起步、加速、匀速、减速行驶过程中，设定车速，即驱动设备的设定转速是由人通过手动脉冲发生器（8）发出脉冲信号进行手动设定，单位数量的脉冲信号表示设定车速在现有设定车速基础之上成比例的增加或减小定量值；
第二，当控制单元接收到制动信号时，设定车速，即驱动设备的设定转速由控制程序自动设定；
第三，当控制单元接收到车辆的一些报警信号时，可以根据控制程序选择将设定车速由控制程序自动设定或者交由手动脉冲发生器（8）进行手动设定。
2.如权利要求1所述的一种采用手动脉冲发生器（8）控制车速的车辆及控制方法，其特征在于，所述车辆带有齿轮箱和作业设备；所述齿轮箱和作业设备都安装在车体上，所述发动机（19）和齿轮箱通过机械传动方式连接，发动机（19）向齿轮箱提供能量，发动机（19）通过齿轮箱向作业设备提供能量，所述驱动设备通过齿轮箱向驱动轮（39）提供能量，驱动设备的能量来源可以是所述发动机（19），也可以是所述储能单元（1）或其它能量源；所述齿轮箱包括第一轴（12）、第二轴（31）、第三轴（4）、第四轴（23）、第一齿轮（24）、第二齿轮（3）、第三齿轮（5）、第四齿轮（26）、箱体组件（25）、附件等；
所述齿轮箱具有以下特征：
第一轴（12）、第二轴（31）、第一齿轮（24）、第二齿轮（3）同轴线，第三轴（4）、第三齿轮（5）同轴线，第四轴（23）、第四齿轮（26）同轴线；第一轴（12）和第三轴（4）不同轴线，第二轴（31）和第四轴（23）不同轴线；第一轴（12）的一端为动力输入口（13），和发动机（19）连接；第二轴（31）的一端为行驶动力输出口（32），经车辆驱动轴（34）和驱动轮（39）连接；第三轴（4）接作业设备驱动输出口（11），第四轴（23）接驱动设备；
所述车辆有一种工作模式被称之为作业模式，在所述作业模式下，所述车辆具有以下状态：
第一轴（12）和第一齿轮（24）连接，第二轴（31）和第二齿轮（3）连接；第三轴（4）和第三齿轮（5）连接，第四轴（23）和第四齿轮（26）连接；第一齿轮（24）和第三齿轮（5）啮合，第二齿轮（3）和第四齿轮（26）啮合，第一轴（12）和第二轴（31）脱开；
在所述作业模式下，所述车辆有以下能量传递路线，描述如下：
机械能由发动机（19）输出，经动力输入口（13）输入，依次经过第一轴（12）、第一齿轮（24）、第三齿轮（5）、第三轴（4）、作业设备驱动输出口（11）传递给所述车辆的作业设备；此外，驱动设备从所述动力源获得能量经第四轴（23）、第四齿轮（26）、第二齿轮（3）和第二轴（31）、行驶动力输出口（32）、车辆驱动轴（34）传递给驱动轮（39）做功。
3.如权利要求1或权利要求2所述的一种采用手动脉冲发生器（8）控制车速的车辆及控制方法，其特征在于，所述驱动设备是液压马达（16），所述控制单元是控制器（2）；所述车辆带有液压泵（36）、液压管路及附件；液压泵（36）和所述发动机（19）通过机械传动方式连接，或液压泵（36）接所述齿轮箱的第三轴（4）；液压泵（36）和液压马达（16）之间采用液压管路A（6）和液压管路B（21）连接形成闭式液压回路；发动机（19）带动液压泵（36）旋转，液压泵（36）带动液压马达（16）旋转，液压马达（16）带动驱动轮（39）旋转；控制器（2）能够调节液压泵（36）的排量，控制器（2）通过调节液压泵（36）的排量就可以调节车速；在所述作业模式下，所述车辆有以下能量传递路线，描述如下：
发动机（19）提供的能量，依次经过液压泵（36）、液压管路A（6）和液压管路B（21）、液压马达（16）传递给驱动轮（39）。
4.如权利要求1或权利要求2所述的一种采用手动脉冲发生器（8）控制车速的车辆及控制方法，其特征在于，所述动力源有以下三种方案：
第一：所述动力源是发动机（19），
第二：所述动力源是发动机（19）和储能单元（1），
第三：所述动力源是储能单元（1）；
所述驱动设备是驱动电机/发电机（16），所述控制单元是动力控制及逆变单元（2）；所述动力控制及逆变单元（2）与驱动电机/发电机（16）通过电路连接，动力控制及逆变单元（2）与储能单元（1）通过电路连接，动力控制及逆变单元（2）通过调节驱动电机/发电机（16）的转速来调节车速；在所述作业模式下，所述车辆有以下能量传递路线，描述如下：
电能从储能单元（1）输出，经动力控制及逆变单元（2），由驱动电机/发电机（16）转变成机械能，再经第四轴（23）、第四齿轮（26）、第二齿轮（3）和第二轴（31）、行驶动力输出口（32）、车辆驱动轴（34）传递给驱动轮（39）做功。
5.如权利要求1所述的一种采用手动脉冲发生器（8）控制车速的车辆及控制方法，其特征在于，所述车辆带有一个选择开关，所述选择开关至少带两个档位，所述选择开关通过电路和所述控制单元相连；
当所述制动信号消失时，控制单元会根据选择开关的档位信号来设定车速，具体描述如下；
如果选择开关位于第一个档位：
当所述制动信号消失后，控制单元保持当前设定车速不变，即车辆保持当前车速不变；如果当制动信号消失后，人再次通过手动脉冲发生器（8）发出脉冲信号，则一定数量的脉冲信号表示设定车速在现有设定车速基础之上成比例的增加或减小一定数量值；
如果选择开关位于第二个档位：
当所述制动信号消失后，控制单元会将当前车速按照一定速率调节到人通过手动脉冲发生器（8）设定的车速；如果在车辆制动过程中，手动脉冲发生器（8）没有发出脉冲信号，则当所述制动信号消失后，控制单元会将当前车速按照一定速率恢复到制动前的车速。
6.如权利要求1所述的一种采用手动脉冲发生器（8）控制车速的车辆及控制方法，其特征在于，所述手动脉冲发生器（8）为增量式编码器。
7.如权利要求1所述的一种采用手动脉冲发生器（8）控制车速的车辆及控制方法，其特征在于，设定车速的控制程序逻辑描述如下：
第一，在控制单元的控制程序中定义一个变量X，每次车辆上电初始化时将X赋初始值为0，转动手动脉冲发生器（8）发出脉冲给控制单元，控制程序可以计算脉冲的个数和判断出手动脉冲发生器（8）的转动方向，定义顺时针旋转方向的脉冲为正脉冲，逆时针旋转方向为负脉冲，每次程序循环一个周期，将X加上正脉冲个数，并减去负脉冲个数后的数值赋值给X作为下次程序循环的X值；程序不断循环，X就不断根据手动脉冲发生器（8）的转动角度（脉冲数）和方向对应更新；
第二，控制程序中定义另一个变量——设定车速Y，控制单元始终依据Y值来控制驱动电机/发电机（16）的转速（和车速成比例对应），为了避免转速变化过于剧烈，设定车速Y值的变化速率被控制程序限制在一定范围内；在手动控制车速时（比如在正常的车辆起步、加速、匀速、减速行驶过程中），每次程序循坏，将X赋值给设定车速Y，所以人通过转动手动脉冲发生器（8）就可以调节车速；
第三，在控制程序自动控制车速时（比如在制动过程中，控制器获取到制动信号），设定车速Y就不是由X赋值，而是根据控制程序预先设定的逻辑和其它信息自动分析和计算出Y值，这时人通过转动手动脉冲发生器（8）就不可以调节车速；
第四，在制动信号消失后（制动后），如果再次将X赋值给设定车速Y，则车速就会按照控制程序设定的一定速率恢复到X对应的车速；如果反过来，在制动过程中或制动信号消失瞬间将设定车速Y赋值给X并进行下一次程序循坏，则制动后车速就会对应Y值保持不变，直到手动脉冲发生器（8）再次发出脉冲来更新车速，就可以实现——车辆在制动取消后在现有车速基础之上连续调节车速。
8.如权利要求2所述的一种采用手动脉冲发生器（8）控制车速的车辆及控制方法，其特征在于，所述车辆带有变速箱（15）；
变速箱（15）的输入端接所述发动机（19）的输出端，变速箱（15）的输出端和所述齿轮箱通过机械传动方式连接。
9.如权利要求4或权利要求8所述的一种采用手动脉冲发生器（8）控制车速的车辆及控制方法，其特征在于，所述车辆还有发电机（36）；所述发电机（36）和所述第三轴（4），或第一轴（12），或发动机（19）或变速箱（15）连接；所述发电机（36）通过电路与所述动力控制及逆变单元（2）连接；
在所述作业模式下，所述车辆有以下能量传递路线，描述如下：
机械能由发动机（19）输出，由动力输入口（13）输入，依次经过第一轴（12）、第一齿轮（24）和第三齿轮（5）并在第三轴（4）被分为两部分；其中第一部分机械能经作业设备驱动输出口（11）传递给所述车辆的作业设备；而第二部分机械能被发电机（36）转化成电能，经过动力控制及逆变单元（2），既可以以电能形式储存在储能单元（1）中，也可以被驱动电机/发电机（16）转化成机械能，再依次经过第四轴（23）、第四齿轮（26）、第二齿轮（3）和第二轴（31）、行驶动力输出口（32）、车辆驱动轴（34）传递给驱动轮（39）做功；这时，驱动电机/发电机（16）工作在驱动电机状态下，储能单元（1）或者吸收来自发电机（36）的电能，或者提供电能给驱动电机/发电机（16）做功。
10. 如权利要求2所述的一种采用手动脉冲发生器（8）控制车速的车辆及控制方法，其特征在于，所述车辆还有一种工作模式被称之为高速行驶模式，在所述高速行驶模式下，所述车辆具有以下状态： 所述第一轴（12）和第二轴（31）直接连接；
在所述高速行驶模式下，所述车辆有以下能量传递路线，描述如下：
机械能由发动机（19）输出，经动力输入口（13）输入，依次经过第一轴（12）、第二轴（31）、行驶动力输出口（32）、车辆驱动轴（34）传递给驱动轮（39）做功。
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