CN1155488C - 一种液压推进的车辆及其转向助力和防止打滑的方法 - Google Patents

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Abstract

一种液压推进的车辆具有一车辆本体，该车辆本体具有一对前轮和一对后轮。一单个流体排量泵(10)可操作地连接于每个车轮(18)。一流体排量马达(12)连接于每个车轮。泵(10)流体连接于每个马达(12)。一流体排量计算机控制器(14)借助电脉冲可根据来自流体排量致动器(24)和转向角度传感器(20)的信息来计算每个马达(12)的期望速度。控制器(14)上的一个电路可将马达(12)的实际速度与其推算速度作比较，从而可以减少任何一个超过推算速度的马达(12)的流体排量。

Description

一种液压推进的车辆及其转向助力 和防止打滑的方法
技术领域
本发明涉及车辆推进系统。更具体地说，本发明涉及一种液压车辆推进系统，其是由与多个变排量流体马达联合使用的单个变排量流体泵、以及马达排量控制器构成，可以提供转向助力和防止打滑的作用。
背景技术
液压车辆推进系统经常是采用与多个变排量流体马达联合使用的单个变排量流体泵。已经证明，这样的推进系统设计对那些机械传动和轮轴结构不太适应的车辆是非常有用的。例如收割机之类的车辆经常需要远距离的发动机位置或特别的构造，以容纳用于收集、供送和分离农作物的处理机构。在这样的情况下，采用可独立地位于各驱动轮位置的多个液压驱动器是非常有利的。
采用在一并联回路内连接于一单个变排量流体泵的多个变排量流体马达会产生若干问题。一个问题是，当车辆通过转向操纵器来驾驶时，使马达扭矩保持正确平衡的问题。另一个问题是，当一个或多个车轮丧失牵引力的情况下，防止车轮打滑或滑转的问题。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种车辆推进系统，它是由在一个并联液压回路内连接于多个变排量流体马达的单个变排量流体泵组成。
另外，本发明的一个目的在于，提供一种可以调节马达流体排量使其与车辆转向几何结构相匹配的控制系统。
此外，本发明的一个目的在于，通过测量每个车轮的转向角度而确定车辆的转向几何结构。
本发明的另一个目的在于，它能以一种可防止车轮打滑的形式来控制马达的流体排量。
本发明还有一个目的在于，结合每个车轮的转向角度来测量其转速，以便确定并进而控制每个马达适当的流体排量，从而有助于转向并防止车轮打滑。
本发明涉及由在一并联流体回路内连接于多个变排量流体马达的单个变排量流体泵组成的车辆推进系统。各马达可以为车辆驱动轮提供动力，各马达的流体排量受到一马达排量控制机构的控制。这种控制根据马达速度和转向角度以及程序存贮的已知车辆几何结构来确定马达的流体排量。
该推进系统包括一通常由内燃发动机驱动的变排量流体泵。该泵在一个封闭且并联的液压回路内连接于多个变排量流体马达。这些马达通常是以将单个马达定位成能给每个驱动轮提供动力的方式来布置的。最普通的结构是四轮车辆，也就是在液压推进系统内安装四个马达。
当泵被驱动而向车轮驱动马达供给流体时，推进系统可为车辆提供动力。泵通常可以提供双向液流，以便车辆可以向前或向后行驶。各马达的流体排量最初是设定为最大值。当设定为最大流体排量时，马达可产生最大扭矩输出，但是被限制为相对低的转速。为了获得较高转速，可以降低马达的流体排量，从而使它们在每次回转输出时消耗较少体积的流体，或者说是在单位流体下获得较高的回转输出。随着流体被泵送至马达，可在车轮处产生扭矩，从而令车轮转动而带动车辆。车辆的移动取决于车辆与地面之间的牵引界面。如果该界面不足以有效地反抗车轮的输出扭矩，则车轮会打滑，也可以称为“牵引损失”状态。为了消除车轮打滑现象或使之最小化，可以安装一个马达排量控制器。
流体排量控制机构中必须考虑的另一个车辆推进特性是转向问题。转向可以由车轮(“转向轮”)相对于车辆纵轴线的角度偏移量的各种组合来实现。车辆前轮可以在后轮保持“笔直向前”的情况下转向，反之亦然。所有四个轮子可以以“协调”的方式同时转向，以便产生一个很小的回转半径。此外，所有四个轮子能以“单向”方式转向而产生一种称之为“蟹式”转向。在“蟹式”转向方式下，车辆沿着偏离车辆纵轴线一角位移的一直线运行。随着车辆在转向操作时啮合，马达的流体排量必须变化，经常是彼此相对变化。这样的功能还可以由前述马达排量控制器来实现。
马达排量控制器能使推进系统内的每个马达持续保持合适的流体排量。控制器接收来自马达的速度信号，并接收来自转向机构的角度位置信号。这些输入信号通过预先编程的算法进行处理，所述算法可确定各马达的流体排量对当前的车辆速度和转向几何结构而言是否正确。因此，若控制器推断出任何一个马达是以与设定工况不符的方式工作，则会向出错的马达流体排量致动器传送一个信号，以便进行修正。
马达排量控制器的两个由程序识别和控制的特殊工况是车轮打滑和转向助力。车轮打滑是对车辆最佳性能有害的工况。车轮打滑发生在车轮与地面之间的牵引界面不足以抵抗车轮的输出扭矩。牵引力的损失可能是因为传递至车辆的重量向下作用于车轮的力不够，或者是因为地面的摩擦系数相对较低。无论是出于何种原因，结果都造成车轮打滑，车轮周向的直线速度变得高于车辆速度。控制器被编程，通过对车轮速度、转向角度和车辆几何数据等因素综合地加以考虑，识别出这一情况，并进而识别出最低车轮速度，并将该速度与其它被驱动车轮的速度对比，就可辨别出打滑情况。如果辨别出任何一个车轮速度与这些条件不符，就向出错的马达传递信号，以减少其流体排量。减少流体排量可以降低马达的输出扭矩，直到马达扭矩不足以使超速的车轮打滑。
转向助力是这样一种情况，即，各马达的流体排量被调整为能在车轮转弯时，在车辆的内外车轮之间提供一个不同的扭矩。在车辆直线推进的过程中，各马达被设定为等排量，以便在车辆两侧产生相等的驱动扭矩。这一扭矩均衡作用有助于保持车辆直线向前。当车辆操作者希望车辆转弯时，成对的可转向车轮直接围绕一垂直轴线一起转动，相对于车辆的纵轴线偏转一个角度。最终形成的车轮角度位置使得车辆随着车轮的方向转弯。已经确定的是，通过在车辆的相对于转弯轴线而言的内侧和外侧之间的驱动轮上形成一个扭矩差，可以实现附加的转弯效果。扭矩差分转向的原理通常用于滑动转向的车辆，例如履带驱动式车辆。在轮式车辆的情况下，可以采用扭矩差分型转向来使车辆转弯，此类车辆的车轮固定安装在平行于车辆纵轴线的笔直前进的方向上。这种构造通常结合在滑动转向型装载车内。
扭矩差分型转向变成了车轮转向型车辆的一种助力机构。在本发明的情况下，扭矩差分型辅助转向是通过改变马达的流体排量来实现的。当车轮转向时，与朝着车辆外转弯半径定位的马达相比，朝着车辆内转弯半径定位的马达的流体排量较小。马达排量控制器可以通过对转向角度和车辆几何数据进行估算而实现上述功能。因此，控制器可确定并向马达的排量致动器传送合适的流体排量控制命令。
对马达转速、转向角度和车辆几何数据的连续处理可以使马达排量控制器在该车辆推进系统内提供转向助力和防止打滑功能。
附图说明
图1是本发明的单个泵、多个马达以及排量控制系统的示意图；
图2-6是由本发明控制的各种转向结构的示意图。
具体实施方式
图1中示意性地示出了本发明。该液压推进系统主要是由一单个变排量流体泵10、多个(这里是四个)变排量流体马达12、以及一马达排量控制器14。泵10和马达12流体连接在一个闭环液压回路16内。每个马达12驱动一车轮18。每个马达12均配备了一个速度传感器22和一个流体排量致动器24。此外，在每个可转向车轮的位置上有一个转向角度传感器20。
工作时，通常由车辆上的内燃机驱动的泵10可提供压力流体，以驱动马达12。车辆操作者可控制泵10的流体排量，以便确定车辆的前、后行驶方向以及车辆的地面行驶速度。车辆操作者还能通过控制车轮18的转向角度来确定车辆的行驶路线。在车辆的工作过程中，马达速度传感器22可检测马达12的速度。车轮的转向角度由转向角度传感器20来确定。来自传感器20和22的信号被连续地供给马达排量控制器14。
参见图2-图6，一车辆26具有一对前轮28和一对后轮30。每对车轮中的每个车轮都是由马达12之一来提供动力。每对车轮18中的每个车轮相互一致地围绕垂直轴线32移动。编号34表示车辆26的纵向中心线或纵轴线。
图2示出了车辆以笔直向前的方式(箭头35)运行的情况；图3示出了车辆以蟹式转向的方式沿箭头36运行的情况；图4-图6示出了车辆以箭头38所示的各种方式进行转弯的情况。
在车辆正处于行驶的情况下，控制器14可对传感器22接收到的速度进行估算。将这些信号与最低速度进行比较，就可以确定马达。将最低速的马达12作为地面行驶速度的基准。控制器14可利用转向角度和车辆几何结构来推算其余马达12的期望速度。随后将计算出来的速度与传感器22汇报的实际速度作比较。任何超过计算值的速度信号均表示车轮打滑或滑转。控制器14继而向犯错马达12的排量致动器24传送一信号，使其流体排量减少。马达12的流体排量减少可以导致输出扭矩降低，因而就使该马达不会发生打滑或滑转。当马达12达到令人满意的速率时，控制器14向排量致动器24发出一信号，以使马达在其正常功能的流体排量下恢复工作。控制器14连续地进行速度分析和调整，以便为车辆推进系统提供防止打滑的控制。
当车辆沿直线行驶(图2)时，马达12的流体排量全部相等，因而可以为车轮18提供相等的输出扭矩。所形成的扭矩均衡状态有助于车辆沿直线连续运行。如果车辆操作者希望车辆转弯，如图4-图6所示，角度转向车轮12转向所需方向。如图2-图6所示，车辆26趋向于跟随车轮18指向的方向。作为一种可进一步有助于车辆转弯的手段，马达的流体排量是变化的。当车轮18处于转向位置时，转向角度传感器20向控制器14传送相关信号。控制器对这些信号进行估算，以确定转动的方向，进而识别出朝着车辆内弯半径定位的车轮。随后，控制器向内车轮马达12的排量致动器24发出信号，以降低它们的流体排量。流体排量减小可降低内车轮18的扭矩输出。内、外车轮之间的扭矩差可在车辆内产生一附加的转向趋势，并跟随在转向到的方向上。当车轮18转向至直线方向(图2)时，控制器14可以由来自转向角度传感器20的被处理信号识别出这一情况，并且会指令排量致动器24使各马达12的流体排量返回相等的值。控制器14可连续地进行这种转向分析和调整，以便为车辆推进系统提供转向助力。
因此，可以看出，本发明至少可实现所述的各个目的。

Claims (2)

1.一种液压推进的车辆，包括：一车辆本体，它具有一对前轮和一对后轮，两对车轮中的至少一对是可转向的车轮并且安装在车辆本体上以围绕一垂直轴线朝某一方向枢转，所述各可转向的车轮适于一致地并且以大致平行的关系一起移动；连接于每个车轮以驱动车轮围绕一旋转轴线转动的一变排量流体马达；一位于所述车辆本体上并且流体连通于每个马达而形成一个闭环液压回路的液压泵；可操作地连接于每个马达以设定其排量的一流体排量致动器；位于车辆本体上靠近每个可转向车轮的一转向角度传感器，用以检测车轮的角度位置；在每个马达上用于测量其输出转速的一速度传感器；在所述车辆上用于使所述可转向车轮围绕垂直轴线枢转的装置；在所述车辆上用于驱动泵而为液压回路提供能量的动力装置；一在所述车辆上用于控制各马达流体排量的流体排量计算机控制器，该控制器通过电脉冲而可操作地连接于所述速度传感器和所述转向角度传感器，因而该控制器可以利用实际的可转向车轮角度和马达速度来推算马达的期望速度；在所述控制器上，用于将所述各马达的实际速度与其推算速度作对比的装置，借以使控制器可以向一超过推算速度的马达的排量致动器传递一信号，使其流体排量减少。
2.一种为液压推进车辆提供转向助力和防止打滑系统的方法，所述车辆包括：一车辆本体，它具有一对前轮和一对后轮，两对车轮中的至少一对是可转向的车轮并且安装在车辆本体上以围绕一垂直轴线朝某一方向枢转，所述各可转向的车轮适于一致地并且以大致平行的关系一起移动；所述方法包括如下步骤：
为每个车轮提供一个用以驱动车轮围绕一旋转轴线转动的变排量流体马达；在所述车辆上将一液压泵流体连接于每个马达而形成一个闭环液压回路；在所述车辆上靠近每个可转向车轮的位置设置一个转向角度传感器，用以检测车轮的角度位置；在每个马达上设置一个用于测量其输出转速的速度传感器；在每个马达上设置一个用以设定其排量的流体排量致动器；设置一个用于控制各马达流体排量的流体排量计算机控制器，该控制器通过电脉冲而可操作地连接于所述速度传感器、所述流体排量致动器和所述转向角度传感器，因而使该控制器可以接收实际的转向角度和马达速度，并根据这些数据来推算马达的期望速度；将所述各马达的实际速度与其推算速度作对比，借以使一超过推算速度的马达的排量致动器的流体排量减少。
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