CN1378938A - 履带式车辆的转向装置 - Google Patents

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Abstract

一种履带式车辆的转向装置,在左右各个输出轴上具有一对制动装置,并且通过行星齿轮装置把油压马达的驱动力传动至各个输出轴,在车辆的原地转向时,在规定的时间内使由所述制动器驱动装置驱动的左右任意一方的输出轴的制动动作和从所述油压马达向所述差动转向装置的驱动力传动同时进行,然后切断从油压马达到行星齿轮装置的驱动力传动。而且,在车辆的原地转向时,控制发动机的转速,使根据斜轴转速检测器测得的车体速度达到规定值。这种履带式车辆的转向装置,与路面负荷无关、可防止在原地转向时的马达的超限旋转,同时防止发生转向时的动力不足。

Description

履带式车辆的转向装置
技术领域
本发明涉及一种在左右输出轴上具有一对制动装置，并且使油压马达的驱动力通过差动转向装置传动至所述各个输出轴的履带式车辆的转向装置。
背景技术
以前，作为例如推土机等的履带式车辆的转向装置，人们了解有一种通过由发动机驱动油压泵来驱动油压马达，通过行星齿轮装置等的差动操作装置把该油压马达的输出传动至左右输出轴，通过使左右链轮以不同转速旋转，形成车辆的转向。
但是，在这样的履带式车辆的转向装置中，在车辆的转向时，油压马达要承受车辆的转向阻抗的反力，而且车辆的转向半径越小则对油压马达的反力作用就越大，因此，存在着转弯半径不能超过油压泵及油压马达的能力的问题。另外，由于使用该油压马达的转向装置是全部通过油压来提供转向时所需要的动力，因此存在着必须使发动机功率留有余量的问题。
为了解决这样的问题，例如在特开昭63-235173号公报中，提出了一种在油压泵与油压马达的封闭回路中分别设置左右转向制动阀，同时在横轴上设有的一对制动器中，当转向操纵杆的操作位置超过了中间操作量时，通过把油压马达的输出降到零，并且对左右链轮的任意一方进行制动，构成在进行原地转向(一侧履带不旋转，另一侧履带旋转的转向)等的转向半径小的转向时不产生对油压马达的反力作用的装置。
但是，在所述公报所提出的技术中，存在着在由制动器对链轮的制动时间与油压马达的驱动力切断时间的关系中，如果制动时间迟于驱动力切断时间，则左右链轮的相对速度只受各个履带从路面承受的负荷的影响，不能形成一定的车体转弯半径，而相反地，如果制动时间早于驱动力切断时间，则在该时刻的进入原地转向的瞬间将会受到巨大的冲击的问题。
因此，为了解决这个问题，本专利申请人在以前的专利申请中，已经提出了一种构成在车辆的原地转向时，在规定的时间内使左右任意一方输出轴的制动器的动作和从油压马达向差动操作装置的驱动力传动同时进行，然后切断从油压马达向差动转向装置的驱动力传动的履带式车辆的转向方法(特願2000-83329号)。另外，在该前专利发明中，还公开了一种在通过使一侧的制动器动作来停止该侧的驱动轴旋转时，为了防止油压马达因受到从还在旋转的一侧驱动轴的驱动力而导致马达的超限旋转，把车辆在原地转向时的发动机转速控制在规定转速以下的方法。
但是，在把所述前专利发明中提出的防止马达超限旋转的方法进行实际应用时，根据履带式车辆行驶的不同路面状态，或是马达转速与期望值形成偏差，或是过度地限制了发动机的旋转，因此又生成了在原地转向时功率不足等新的问题。
本发明就是为了解决这样的问题，其目的是提供一种与路面负荷无关的、可防止在原地转向时的马达的超限旋转的、并在转向时不会发生动力不足的履带式车辆的转向装置。
发明内容
为了达到上述的目的，本发明的履带式车辆的转向装置，是一种在左右各个输出轴上具有一对制动器，并且通过差动转向装置把油压马达的驱动力传动至所述各个输出轴的履带式车辆的转向装置，其特征在于：具有：使左右制动器进行相互独立动作的制动器驱动装置；切断从所述油压马达到所述差动转向装置的驱动力传动的驱动力传动切断装置；检测出已发出车辆的原地转向控制指令信号的原地转向控制指令信号检测装置；检测车辆的车体速度的车速检测装置；控制所述制动器驱动装置及所述驱动力传动切断装置，使其根据所述原地转向控制指令信号检测装置的输出，在规定的时间内使由所述制动器驱动装置驱动的左右任意一方的输出轴的制动动作和从所述油压马达向所述差动转向装置的驱动力传动同时进行，然后通过所述驱动力传动切断装置切断从所述油压马达到所述差动转向装置的驱动力传动的控制装置；该控制装置用于控制发动机的转速，使车辆在原地转向时由所述车速检测装置检测出的车辆的车体速度达到规定值。
在本发明中，在车辆的原地转向时，在规定的时间内使由所述制动器驱动装置驱动的左右任意一方的输出轴的制动动作和从所述油压马达向所述差动转向装置的驱动力传动同时进行，然后切断从油压马达到差动转向装置的驱动力传动，使油压马达形成自由状态。从而可避免因制动动作的时间滞后、在该制动动作之前油压马达持续自由状态而导致的不良现象的发生，换言之，可避免左右链轮的相对速度只受各个履带承受的路面负荷的支配的不良现象的发生，并且可避免在进入原地转向的瞬间车体受到大的冲击的不良现象的发生。另外，在该原地转向时，由于切断了从油压马达到差动转向装置的驱动力传动，所以油压马达不会受到路面的反力作用，从而可使用以往的小容量的油压马达进行原地转向。另外，本发明的控制装置，由于在车辆原地转向时控制发动机转速使由车速检测装置检测出的车辆的车体速度达到规定值，所以在通过单侧的制动动作停止了该侧的驱动轴旋转时，可避免因油压马达受到旋转侧驱动轴的驱动力而导致的马达的超限旋转的不良现象的发生。另外，由于是根据车辆的车体速度的检测信号进行对发动机的控制，所以无论路面是什么样的状态也可与该路面负荷无关地控制发动机，从而可有效地避免在转向时的动力不足。
在本发明中，理想的是，通过检测变速器输出侧的转速来检测出所述车体速度，所述控制装置对应被检测出的该车体速度，控制发动机旋转指令值。另外，如果是在变速器的输出侧检测该车体速度，则即可以进行对变速器的输出轴的检测，也可以进行对斜轴或横轴的检测。
在这样的情况下，理想的是，所述控制装置，根据表示所述车体速度与发动机旋转指令值之间关系的曲线图对发动机进行控制。并且，理想的是，所述曲线图包括决定对应被检测出的车体速度决定的发动机的旋转指令值的第1曲线图，和对根据该第1曲线图决定的发动机旋转指令值进行相对目标车体速度偏差进行修正的第2曲线图。通过这样的构成，在根据第1曲线图取得对应目标车体速度的发动机旋转指令值的近似值后，可根据第2曲线图对目标车体速度与当前车体速度的偏差进行修正，不会发生速度不稳的现象，并且可防止对发动机转速的过度限制，并可在短时间内使其稳定在所希望的车体速度上。
在本发明中，理想的是，增设检测车辆牵引力的牵引力检测装置，在车辆的原地转向时，当由牵引力检测装置检测出的牵引力超过规定值时，所述控制装置控制变速器进行向下位段的速度变速。这样，由于在上位的速度段中，当根据转向阻抗需要大的牵引力时，可通过转换到下位的速度段来获得大的牵引力，所以可提高转向效率。
在这样的情况下，理想的是，所述变速器在进行向下位段的变速时，在表示车体速度与牵引力特性关系的速度段曲线图中，选择相对同一车体速度的牵引力值大的速度段曲线图进行变速。从而可进行效率最高的转向动作。
附图说明
图1是表示本发明一实施例的推土机的外观图。
图2是表示本实施例控制系统的构成图。
图3是表示模式选择控制流程的流程图。
图4是表示本实施例的原地转向控制流程的流程图(前段)。
图5是表示本实施例的原地转向控制流程的流程图(后段)。
图6(a)是表示区域的视图，图6的(b)是原地转向控制的特性图。
图7是为了取得制动动作时的发动机旋转指令值的曲线图。
图8的(a)是取得制动动作时的发动机旋转指令值的曲线图1，图8的(b)是取得制动动作时的发动机旋转指令值的曲线图2(修正曲线图)。
图9是表示一例牵引力减速换档的曲线图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的履带车辆的转向装置的具体实施例进行说明。
本实施例是应用于推土机的转向装置。图1是表示本发明一实施例的推土机的外观图。
在本实施例的推土机1中，在车体2上设有发动机罩3及驾驶座4，在车体2的前进方向的左右各侧部上设有使车体2前进、后退及转向的履带5。该履带5通过从发动机20(参照图2)传动的驱动力，由所对应的链轮6对各个履带5进行独立的驱动。
另外，在车体2左右的侧部，设有把推土铲7支撑在前端侧的左及右两个直体支撑杆8、9，其基端部被支撑在耳轴(图中未示出右侧的耳轴)10上，使推土铲7能够进行上升或下降的动作。并且，在推土铲7与车体2之间配置有左右一对使该推土铲7可进行上升或下降动作的推土铲提升油缸11、11，而且，对于使推土铲7进行左右倾斜的支撑臂12及推土铲摆动油缸13，把支撑臂12配置在推土铲7与左直体支撑杆8之间，把推土铲摆动油缸13配置在推土铲7与右直体支撑杆9之间。
另外，在驾驶座4的左侧，分别设置有可进行前后行驶选择·行驶及变速操作的行驶操纵杆(与本发明的转向操纵杆对应)15及燃料控制标度盘16，在右侧设置有使推土铲7进行上升、下降、左倾斜及右倾斜的推土铲控制杆18等。另外，在驾驶座4的前方设置有在图中未示出的减速器踏板。
下面，在表示动力传动系统及本实施例的控制系统的构成的图2中，从发动机20输出的旋转驱动力通过减震器、PTO(二者均未图示)被传动至配置有的锁定装置的液压变矩器21，再从该液压变矩器21的输出轴被传动至变速器22，然后从该变速器22的输出轴通过伞齿轮23被传动至横轴24。在该横轴24上分别连接左右2个行星齿轮装置(相当于本发明中的差动转向装置)25、25，各个行星齿轮装置25、25的输出轴分别通过制动装置26、26(制动器)及最后减速装置27、27与链轮6、6连接。
所述行星齿轮装置25、25与被设置在控制转向用的固定容量型油压马达(HSS马达)28的输出轴上的副齿轮29构成驱动连接。另外，在所述液压变矩器21的输出侧连接着可变容量型的油压泵(HSS泵)30，从该油压泵30输出的输出油通过管路31或管路32被导入所述油压马达28。把包括油压泵30和油压马达28的转向控制系统油压回路构成独立封闭的回路，由从油压泵30的一侧输出的压力油使油压马达28正方向旋转，由从油压泵30的另一侧输出的压力油使油压马达28向反方向旋转。另外，所述各个管路31、32通过连通路33构成可连通的连接，在该连通路33的途中插入设置连通阀(放泄阀)34。控制该连通阀34，使其在电磁线圈(螺线管)为消磁状态时，阻断连通路33，当电磁线圈被控制器35的电磁线圈驱动指令信号所激磁时，使连通路33连通。
这样，向油压马达28供给油压泵30的输出油，由与该油压马达28的输出轴连接的左右各行星齿轮装置25、25，通过使左右链轮6、6以不同速度旋转来调整左右各个履带5、5的行走速度，使车体2进行左右的转向。另外，通过改变油压泵30的斜板30a的角度来改变输出油量，可增减油压马达28的转速，可控制车体2的转向半径，而通过改变斜板30a的方向来改变输出油的方向，可改变车体2的转向方向。
当对行驶操纵杆15进行手动操作时，从分压器36输出对应该操纵杆位置的输出电压(操纵杆行程电压)，然后再输入到所述控制器35。然后，该控制器35的输出信号被输入到未图示的伺服电磁阀，对应该伺服电磁阀的切换，控制未图示的伺服泵的活塞位置，通过该活塞位置的改变来调整所述油压泵30的斜板30a的角度。
被设置在所述各个行星齿轮装置25、25与各个最终减速装置27、27之间的制动装置26、26，在各个制动阀(制动驱动装置)37、37的电磁线圈被激磁时供给油压，使制动装置26、26形成非制动状态，当电磁线圈被控制器35的制动指令信号消磁后，制动装置26、26在弹簧力的作用下形成制动状态。
所述控制器35除了输出对于所述油压泵30的斜板30a的斜板指令信号、对于连通阀34的电磁线圈驱动指令信号及对于制动阀37的制动指令信号，还向发动机20输出使发动机转速下降的发动机限制指令信号(发动机旋转指令信号)。为了能够进行这些控制，向所述控制器35除了输入所述行驶操纵杆15的操纵杆行程电压信号，还输入有附设在发动机20上的发动机转速检测器38输出的发动机转速信号、附设在变速器22输出侧的斜轴上的斜轴转速检测器39输出的斜轴转速信号，并且，还输入有从用于检测车体前后方向倾角的车体倾角传感器输出的车体倾角信号，及检测变速器22档位的档位信号等。
另一方面，在驾驶座4附近的规定部位上，设有由操作者选择是否进行后述的车辆原地转向控制的开关式(ON·OFF式)的模式选择开关40。如图3的流程图所示，由控制器35判断该模式开关40是否被进行了开操作(步骤S1)，在该模式选择开关40为关状态时，行驶操纵杆15的操纵杆行程即使进入预先设定的原地转向区域(在本实施例中为行程终端)，也是执行通常的由油压马达28驱动的转向控制(以下称为“HSS控制”)，即所谓的差动转向(步骤S2)，而在模式选择开关40被开启时，在行驶操纵杆15的操纵杆行程进入预先设定的原地转向区域时，执行后述的本实施例的原地转向控制(HSS控制+制动控制)(步骤S3)。
下面，参照图4及图5所示的流程图对本实施例的原地转向控制(制动控制)进行说明。
T1：根据车体倾角传感器输出的车体倾角信号，判断车体的倾角是否小于规定值(例如9°)，由于在超过规定值的下坡行驶时车辆的速度加快，所以不进行在以下步骤中执行的原地转向控制，只在小于规定值的情况下进入步骤T2。
T2：判断行驶操纵杆15的操纵杆行程是否在原地转向区域内。在本实施例中，原地转向区域(原地点)是如图6(a)所示的，当操纵杆行程为100％时的区域，换言之，是被设定为在操纵杆15被推倒至行程终端的情况。
T3～T4：在操纵杆行程在原地转向区域内时，测量该在原地转向区域内的行驶操纵杆15的维持时间的计时器1进行正计时，判断该计时器1是否超过了规定时间(在本实施例中为1～3秒)。另外，之所以这样设置计时器1，是因为操作者把操纵杆15推倒至行程终端，并且维持在该位置的行为，被判断为是想进一步减小车辆转弯半径的意思的表现，所以，进入以下的原地转向控制是合理的。
T5：在操纵杆不在原地区域时，将计时器1清零，并再一次进行步骤T2的判断。
T6：由于当液压变矩器21的锁定装置被开启后，进行原地转向时会发生动力不足，所以在该原地转向控制中禁止对锁定装置进行开启动作。
T7～T8：在制动动作之前，判断根据由斜轴转速检测器39检测出的斜轴转速而得出的车体速度(车速)是否小于预先设定的规定车速，在不小于规定车速的情况下，为了降低发动机的转速，向发动机20发出发动机限制指令，使发动机转速降低。进行这个控制是为了在执行原地转向控制时，把油压马达27的转速限制在允许转速的范围内。图7所示的是，一例为了取得此时的发动机旋转指令值所使用的曲线图，根据该曲线图可获得对应于目标车速与当前车速之差的发动机旋转指令值。另外，这种曲线图是对应变速器22的速度段(F1、F2、R1、R2)作成的曲线图，图7表示例如前进1速(F1)的曲线图。
T9：在车速小于规定车速时，向一侧的制动阀37发出制动指令信号，制动装置26开始动作。此时的制动装置25的制动模式被设定为如图6(b)的处理A所示那样的，从制动开放状态(a1点)返回压力油，使制动压力下降到a2点，从这个a2点向a3点逐渐增加制动力，制动器在时刻T1的a3点被结合，使该结合后的制动压力为零的模式。
T10～T11：通过判断制动装置26的动作在结束之后是否经过了规定时间L1，来判断制动器动作压力是否下降到规定值以下，在经过了规定时间L1的情况下，向连通阀34的电磁线圈发出驱动指令信号，使连通路33连通。从而，在左或右制动装置26从被制动到经过规定时间L1后，油压马达28的输出变为零，该油压马达28形成自由状态，换言之，制动装置26的动作和对链轮6的油压马达28的驱动力的传动，在同时使用了规定时间后，油压马达28才形成自由状态。因此，通过使制动装置26的动作时间滞后使油压马达28在制动装置26动作之前一直持续自由状态，可避免左右链轮的相对速度只受履带承受路面的负荷的支配这种不良状态的发生。另外，在进入原地转向的瞬间，车体不会受到很大的冲击，从路面传来的转向反作用力不会作用到油压马达28上，能够顺利地进行原地转向。这里，虽然把所述规定时间L1试验性地设在0.2～0.5秒之间，但进入原地转向的瞬间冲击最小的效果是理想。另外，所述连通阀34的动作一直持续到操纵杆行程脱离原地转向区域为止。
T12～T13：再一次判断操纵杆行程是否在原地转向区域，当在原地转向区域时，作为第1阶段，指定在当前的各个速度段(F1、F2、R1、R2)所设定的目标发动机旋转指令值。图8(a)表示为了取得此时的发动机旋转指令值所使用的第1曲线图的一个实例(以速度段F1的例)，通过该曲线图可得出对应当前车体速度(车速)的发动机旋转指令值。例如，在车体速度小于1.5km/h时，选择发动机旋转指令值为1900rpm～2200rpm之间的值，从而使车体速度被限制在1.5km/h～2.5km/h之间的值(发动机转速＝1900rpm)。另外，与此相反，当车体速度在2.5km/h～3.0km/h之间时，作为发动机旋转指令值选择为1700rpm～1900rpm之间的值，这样也是把车体速度限制在1.5km/h～2.5km/h之间的值(发动机转速＝1900rpm)。
T14～T15：根据发动机转速检测器38发出的发动机转速信号和斜轴转速检测器39发出的斜轴转速信号计算出车体的牵引力，判断该计算出的牵引力是否大于规定值。而且，当牵引力大于规定值时，则判断为路面的阻力增大，并由于此时如果以下一挡的速度段进行转向动作则可实现良好效率的转向，所以，例如从前进2速(F2)转换至前进1速(F1)那样，自动地转换到下位的速度段。在这种情况下，在向下位的速度段转变速度时，在如图9所示的表示对应车体速度的牵引力特性的速度段曲线图中，理想的是，对于同一车体速度选择牵引力值大的速度段曲线图。在该图9所示的实例中，使用前进2速(F2)的牵引力曲线图进行控制，当被检测出的牵引力上升到超过牵引力交点的值时，把该牵引力交点作为转换点进行换档，转换到前进1速(F1)的牵引力曲线图中。通过这样地转换，可进行最高效率(速度快)的转向动作。
T16～T19：然后，作为第2阶段的发动机旋转指令，为了相对在上面步骤T13设定的发动机旋转指令值，修正相对目标车体速度的偏差，判断通过在斜轴转速检测器39检测出的斜轴转速求出的车速是否小于在当前的每个速度段(F1、F2、R1、R2)中所设定的目标车速，在小于的情况下，进行增加发动机旋转指令的控制。但是，该发动机旋转指令值应在不大于发动机燃料控制标度盘和减速器踏板的指令值的范围内。然后，判断车速是否大于在当前的每个速度段中所设定的目标车速，在大于的情况下，进行减少发动机旋转指令的控制。图8(b)表示为了得出此时的发动机旋转指令所使用的第2曲线图的一个实例(速度段F1的例)。依照该曲线图，例如当目标车速为2km/h时，如果实际车体速度为2.5km/h，则相对在所述第1曲线图(参照图8(a))所设定的发动机旋转指令值，设定进一步降低167rpm的旋转。通过进行这样的修正，可形成以发动机转速1900rpm为中心，把车体速度保持在2km/h。
T20：当操纵杆行程脱离原地转向区域时，使连通阀34停止动作。由此来解除油压马达27的自由状态。
T21～T22：通过对从连通阀34的动作停止时起是否经过了规定时间L2进行判断来判断制动工作压力是否大于规定值，在经过了规定时间L2的情况下，开始开放制动装置26。此时的制动装置26的开放模式被设定为如图6(b)所示那样的模式，即，在时刻T2从制动压力从零的状态开始供给压力油，使制动压力上升到b1点，从该b1点向b2点的方向逐渐减小制动力，在b2点解除制动，之后使制动压力上升到b3点。这里，所述规定时间L2与规定时间L1相同，虽然实验性地设定为0.2～0.5秒，但理想的是从原地转向脱离的瞬间的冲击最小。
T23～T24：在解除了锁定装置的禁止状态后，把速度段(变速器)还原并结束本流程。
在本实施例中，是在行驶操纵杆15的操纵杆行程位于原地转向区域，在行驶操纵杆15在该原地转向区域内被维持的时间超过了规定时间时执行原地转向的控制，但也可以在行驶操纵杆15的适当部位设置原地转向控制指令开关，只有在操纵杆行程位于原地转向区域内、且原地转向控制指令开关被开启时，执行原地转向控制。
在本实施例中，虽然对适用于推土机的装置进行了说明，但不言而喻，本发明亦可适用于其他的履带式车辆。

Claims (6)

1.一种履带式车辆的转向装置，在左右各个输出轴上具有一对制动器，并且通过差动转向装置把油压马达的驱动力传动至所述各个输出轴；其特征在于：具有：
使左右制动器进行相互独立动作的制动器驱动装置；
切断从所述油压马达到所述差动转向装置的驱动力传动的驱动力传动切断装置；
检测出已发出车辆的原地转向控制指令信号的原地转向控制指令信号检测装置；
检测车辆的车体速度的车速检测装置；
控制所述制动器驱动装置及所述驱动力传动切断装置，使其根据所述原地转向控制指令信号检测装置的输出，在规定的时间内，使由所述制动器驱动装置所驱动的左右任意一方的输出轴的制动动作和从所述油压马达向所述差动转向装置的驱动力传动同时进行，然后通过所述驱动力传动切断装置切断从所述油压马达到所述差动转向装置的驱动力传动的控制装置；
该控制装置用于控制发动机的转速，使车辆在原地转向时由所述车速检测装置检测出的车辆的车体速度达到规定值。
2.根据权利要求1所述的履带式车辆的转向装置，其特征在于：通过检测变速器输出侧的转速来检测出所述车体速度，所述控制装置对应被检测出的该车体速度，控制发动机旋转指令值。
3.根据权利要求2所述的履带式车辆的转向装置，其特征在于：所述控制装置根据表示所述车体速度与发动机旋转指令值之间关系的曲线图对发动机进行控制。
4.根据权利要求3所述的履带式车辆的转向装置，其特征在于：所述曲线图，由决定对应被检测出的车体速度的发动机旋转指令值的第1曲线图和对根据该第1曲线图决定的发动机旋转指令值进行对目标车体速度偏差修正的第2曲线图构成。
5.根据权利要求1所述的履带式车辆的转向装置，其特征在于：还设有检测车辆牵引力的牵引力检测装置，在车辆的原地转向时，当通过该牵引力检测装置检测出的牵引力超过规定值时，所述控制装置控制变速器的速度段进行向下位段的变速。
6.根据权利要求5所述的履带式车辆的转向装置，其特征在于：在进行所述变速器的速度段向下位段的变速时，在表示车体速度与牵引力特性关系的速度段曲线图中，选择相对同一车体速度的牵引力值大的速度段曲线图进行变速。
CNB021084165A 2001-03-29 2002-03-29 履带式车辆的转向装置 Expired - Fee Related CN1253339C (zh)

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