CN1688473A - 用于控制车辆转向的方法、设备以及计算机程序产品 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于控制车辆的方法，检测车辆驾驶员对于控制元件(7)的操作，并依赖于控制元件的操作来调节车辆的转向角。检测车辆的速度，基于检测的控制元件的操作和检测的车辆速度定义用于改变车辆的转向角的过程，并且根据定义的过程来调节车辆的转向角。本发明还涉及用于控制车辆的设备。

Description

用于控制车辆转向的方法、设备以及计算机程序产品

技术领域

本发明涉及一种用于控制车辆的方法，检测车辆驾驶员对于控制元件的操作，并依赖于控制元件的操作来调节车辆的转向角。本发明还涉及一种根据权利要求20的前序部分的用于控制车辆的设备。

背景技术

本发明主要涉及轮式装载机形式的工作机器。轮式装载机包括前机身部分和后机身部分，这两个部分以铰接方式相互连接，并且它们各自拥有驱动轴。机身部分可以经由在这两个部分之间排列的两个液压缸而围绕铰链彼此相对旋转。在下文中提到的“转向角”是指两个驱动轴的相互调节。所以，液压缸用于操纵，也就是说，用于转动轮式装载机。

轮式装载机通常有正常的转向轮转向，但可能会同时配置杠杆转向。使用转向轮转向，驾驶员机械地调节第一液压阀，然后第一液压阀将液压能量传送给液压缸。当使用杠杆转向时，液压能量将通过第二液压阀传送给液压缸，但是这第二液压阀是由电信号控制的，也就是说当杠杆被移动时，产生控制第二液压阀的电信号。

当使用杠杆转向的时候，通过杠杆的位置来控制转向角的改变速度。大的杠杆偏移给出快的转向角变化，小的杠杆偏移给出慢的转向角变化。当杠杆经过偏移后被引导回空档位置的时候，保持达到的转向角。

转向轮通常用于运输，而杠杆通常用于一些低速工作，比如装载卡车，以提高驾驶员的舒适度。然而，在一些应用场合驾驶员也会在运输中更青睐使用杠杆。运输和装载是轮式装载机的两种不同的操作，这两种操作给车辆下发不同的指令。在一个装载循环中，为了装货或者卸货，轮式装载机被驱动短距离前后移动并且同时转向。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种用于控制车辆的方法来弥补在不同应用中控制车辆所带来的一些问题。

这个目的是通过以下事实实现的：检测车辆的速度，基于检测的控制元件的操作和检测的车辆速度而定义用于改变车辆的转向角的过程，根据这个定义的过程来调节车辆的转向角。换言之，在车辆由轮式装载机构成的情况下，轮式装载机的轮轴以定义的方式相互成一角度。换言之，不仅依赖于杠杆的运动而且依赖于检测的车辆速度，调节转向角速度。“过程”包括例如转向角速度的幅度或放大倍数。

通过考虑进车辆的速度，可以得到让杠杆转向更加舒适和安全的机会。更为特别的，可以对于不同的处理操作得到不同的特性。在一个装载循环中，当转向角速度变化的时候需要长斜坡，使得机器不会感到冲击。需要高的转向角速度，以使不需要停下工作来等待转向。在运输期间，当需要方向稳定性时，有相反的需求，即，需要很短的斜坡和低的转向速度，以获得过度转向和“蛇形运动”。简而言之，可以说在以下情况将是具有优点的：

●  在低速的时候为电控制信号提供高放大倍数和长斜坡时间，以得到大的但是平稳的转向偏移，以及

●  在高速的时候为电控制信号提供低放大倍数和短斜坡时间，以得到小的但是快速响应的转向偏移。

根据本发明的优选实施例，转向角的改变速度被定义为检测的车辆速度的函数。于是来自杠杆的信号被依赖于车辆速度放大(或者衰减)到不同的程度。根据一种发展，以相对于检测的车辆速度相反的关系定义转向角的改变速度。也就是说，对于特定的杠杆偏移，转向角的改变在较低车辆速度的情况比在较高车辆速度的情况更迅速。

根据本发明的另一优选实施例，对于至少第一预定速度范围，转向角速度随时间改变。换言之，使用所谓的斜坡。斜坡可以有很多种类型，比如线性，递增，递减或者阶梯形状。根据一个优选的例子，转向角速度的改变在所述第一速度范围内随时间成比例增加。

根据本发明的另一优选实施例，对于至少第二预定速度范围，转向角速度直接对应于控制元件的运动而改变。“直接控制”意味着一种可以对应于机械液压传送而并无需电气控制的方法。换言之，来自杠杆的信号并不是与改变转向角速度相关地被操作。另一方面，信号的幅度可以被放大或衰减。第一预定速度范围优选地低于第二预定速度范围。

第一速度范围优选的是对应于装载模式的低速范围，比如0km/h～10km/h，而第二速度范围优选的是对应于运输模式的高速范围，比如10km/h以上。

本发明的第二个目的是提供一种用于控制车辆的设备，其弥补在不同应用中与控制车辆相关的问题。

这个目的是由根据权利要求20的特征部分的设备实现的。

从其它从属权利要求和下面的说明书中可以看出本发明的进一步的优选实施例和优点。

附图说明

下面参考附图中示出的实施例更加详细地描述本发明，附图中：

图1显示了从轮式装载机上方得到的视图；

图2显示了用于控制车辆的设备；

图3和图4显示了用于转向角速度调节的不同斜坡实例的图表；和

图5示意性显示了用于控制车辆的另一设备。

具体实施方式

图1显示了从轮式装载机100形式的重型车辆上方得到的视图。轮式装载机100包括前部分101和后部分102，这两个部分各自具有轮轴103和104。车辆部分101和102以铰接方式相互连接，并且这两个部分可以经由用于使车辆转弯的装置16而围绕铰链105相对彼此旋转。

上述转弯装置16包括两个液压缸2和3，它们被配置在两个部分之间。在图1中车辆部分相对彼此旋转角度α。

图2显示了用于调节轮式装载机100的两个液压缸2和3的设备1。图中实线表示干线，虚线表示用于调节系统中不同部件的导航线。

系统包括第一控制阀4，它由车辆的转向轮机械地调节。系统还包括第二控制阀6，它是通过杠杆或者操纵杆形式的控制元件7而电子地控制的。通过杠杆7的控制由点线示意性显示。

系统是负载检测(LS)的，并且包括可变排量泵8和水箱9。泵8由车辆的柴油机形式的推进发动机44驱动。泵8通过往复阀10和被启动的控制阀4、6而检测来自转向缸2和3的压力(LS信号)。然后泵设置比转向缸的压力高一定巴的压力。这使得油流出转向缸2和3，其液位依赖于被启动的控制阀4和6的操作情况。

以这样的方式调节液压缸2和3，使得第一液压缸2的活塞侧11和第二液压缸3的活塞杆侧12连接到泵8，用于使车辆往右转；并且第一液压缸2的活塞杆侧13和第二液压缸3的活塞侧14连接到泵，用于使车辆往左转。

液压缸2、3到泵8的连接以及液压缸的调节可以利用控制阀4而经由转向轮转向而执行，或者利用控制阀6而经由杠杆转向而执行。

第一控制阀4的设计以及功用是已知的，所以这里就不详细介绍了。

第二控制阀6包括确定转向方向和控制流量的方向阀18，以及减压阀19，其保证无论泵压力如何都将导杆压力限制在定义的水平。控制阀6还包括两个电控阀门20和21，它们被来自杠杆7的电信号间接地控制。电控阀20和21在线28上相互并列排列。线28也连接到方向阀18的两侧，以使其对抗弹簧力运动。泵8通过线29连接到电控阀20和21，线29在电控阀20和21之间连接至线28。这样的结果是，经由杠杆7对右手侧阀门21的启动在方向阀18上产生油压，以使后者对抗弹簧力向图中右边运动，并且经由杠杆7对左手侧阀门20的启动在方向阀18上产生油压，以使后者对抗弹簧力向图中左边运动。

对于向右转向，右手侧电控阀21就会被启动，其然后将与电信号成比例的油压施加给方向阀18。电信号(油压)越大，方向阀18操作的越多，并且因而获得越大的控制流量。对于向左转向，以相应的方式启动左手侧电控阀20。

当控制阀6不被启动的时候，LS信号通过方向阀18从往复阀10(见线50)连接到水箱9，并且因而在原则上无压。同样应用于第一控制阀4，当它不被启动的时候，也将LS信号连接到水箱9。于是泵8被向下调节并仅保持低压。于是以这样的方式排列两个电控阀20和21，使得一个阀门的启动导致方向阀18在一个方向的运动，且另一阀门的启动导致方向阀18在另一方向上的运动。

为了避免系统中出现负压力或者是超过定义的最大压力的压力，系统包括一个修饰(top-up)阀和一个阻气阀，它们一起由参考数字5指示。修饰阀和阻气阀的功用是已知的，所以这里就不作详细描述了。

设备1还包括连接至杠杆7的控制单元15。控制单元15还可以被称为比如计算机单元或者CPU(控制动力单元)。通过控制单元15，控制阀6被电信号调节。所以，控制单元15通过控制阀6连接至液压缸2和3。

该设备还包括系统17用来检测车辆的速度。检测系统包括例如一个或者多个传感器，用于在车辆运输中检测转动部分的转动速度。这是已知的，所以在这里将不会详细介绍。这个检测系统17连接至控制单元15。

调整控制单元15来将转向角速度定义为检测到的车辆速度的函数。于是杠杆7的信号在控制单元15被控制。控制单元15具有机器速度和杠杆位置作为输入信号，并且例如可以定义转向偏移和斜坡的极限值，来实现转向偏移。依照一个优选实施例，斜坡的大小是机器速度的函数。如果合适的话，偏移限度，也就是说最大容许转向偏移也可以是机器速度的函数。

于是在检测控制杠杆的移动后，以时间顺序定义转向角值。

图3显示了两条曲线或者斜坡A、B，用于调节作为时间的函数的转向角速度。斜坡A用于低车辆速度，斜坡B用于高车辆速度。斜坡A具有大的放大倍数(高的最终转向角速度)和长的斜坡时间。这意味着一定的杠杆偏移给出相对大的转向偏移，驾驶者对此感到比较平缓。斜坡B具有小的放大倍数(低的最终转向角速度)和短的斜坡时间。这意味着所述杠杆偏移会给出对应于杠杆运动的转向偏移，并且它快速发生，也就是说延迟短。斜坡A和斜坡B都是线性的，也就是说转向角速度会着时间增加而成比例的增大，一直到最大值。

图4显示了用于改变转向角速度的斜坡特征的不同例子。比如阶梯状C，递减的D，线性的E和递增的F。上升时间可以与例如车辆速度成比例地改变。

根据一个优选例子，在高速时使用阶梯状斜坡而在低速时使用线性斜坡。

车辆的计算机单元包括存储器，存储器包括具有计算机程序段或者程序代码的计算机程序产品，用于当程序运行时执行根据控制方法的所有步骤。计算机程序产品可以是用于执行方法的实际的软件，或者是上面存储了软件的硬件，比如说磁盘等。

车辆的速度是指车辆在长度方向上的速度，也就是说前向或后向。

以上也可以应用于不具有线性运动模式的控制装置，诸如带有传感器的角度控制设备(例如转向轮或者曲柄)，或者是与所说明的杠杆有类似功能的电气变换器。

图5示意性说明了这样的一个实施例，其中控制元件包括转向轮107。转向轮107的移动被连接到控制单元115的一个或者多个传感器200所检测。用于检测车辆速度的系统117同样连接到控制单元115。第二控制阀106被控制单元115电子地控制。第二控制阀115反过来按照上文所述的方法来调节转弯装置116，转弯装置116为排列在两个车辆部分之间的两个液压转向阀2和3的形式。

根据第一替换方案，传感器200检测角度位置，控制单元115包括时间计数器，控制单元可以利用它来把检测到的角度位置转换为转向轮速度。根据第二替换方案，转向轮速度被直接检测，比如通过连接到控制单元115的脉冲仪。然后依赖于转向轮速度来控制转向角速度，也就是车辆转向角的变化速度。

所以上文描述的用于杠杆转向的例子可以同样适用于转向轮转向。于是特定的转向轮速度可以在一定车辆速度范围内对应于转向角的改变的某一速度。同样的转向轮速度可以在第二更高车辆速度范围内对应于转向角改变的较低速度。例如有可能使用根据图3或4的斜坡，以得到转向角速度的不同改变。

根据图2的电气杠杆转向的实施例当然可以与根据图5的电气转向轮转向的实施例结合。

本发明不应被认为限于上面说明的示例性实施例，而是应当认为许多进一步的变型和修改都落在所附前来邀请的范围中。本发明还可以例如应用于轮式装载机之外的车辆，诸如铰接或者机架转向的车辆，如垃圾车。

Claims (37)

1.一种控制车辆的方法，它通过检测车辆的驱动设备来对一个控制要素进行操作，并基于这种操作来调节车辆的转向角。它的特性表现为车辆的速度被检测，然后基于检测的车辆运行速度和对一个控制要素的操作定义一个控制转向角的程序，最后根据这个定义过的程序来调节车辆的转向角。

2.如权利要求1的方法，其中控制元件的位置被检测，控制车辆转向角的程序直接基于该控制元件的位置来定义。

3.如权利要求1的方法，其中控制元件的调整速度被确定下来，然后基于确定下来的控制元件调整速度定义车辆转向角的变化程序。

4.如上述任何一个权利要求的方法，其中车辆转向角的速度变化并定义为被检测的车辆速度的函数。

5.如权利要求4中的方法，其中车辆转向角的变化速度与被检测的车辆速度成相反的关系。

6.如上述任何一个权利要求的方法，其中这个程序包括从一开始就有的斜坡(A，B，C，D，E)来得到一个定义的车辆转向角的变化速度。

7.如权利要求6的方法，其中不同倾斜角度的斜坡(A，B，C，D，E)至少应用在两个不同的车辆速度范围。

8.如权利要求6的方法，其中检测到的车辆速度较高的时候斜坡的长度比检测到的车辆速度较低的时候斜坡长度短。

9.如上述任何一个权利要求的方法，其中车辆转向角速度至少会在第一事先定义的速度范围随时间变化。

10.如权利要求6的方法，其中在所述的第一速度范围里车辆转向角速度随着时间按比例的增加。

11.如上述任何一个权利要求的方法，其中车辆转向角速度至少会在第二事先定义的速度范围直接随着控制元件的移动而变化。

12.如权利要求9、10或者11的方法，其中第一事先预定的速度范围要低于第二事先预定的速度范围。

13.如上述任何一个权利要求的方法，其中在车辆转向的时候为了带来车辆转向角的变化，要调节方向阀18的位置，而依照方向阀18的位置的调节得到不同的泵8的流体供给水平(16，116，2，3)。

14.如上述任何一个权利要求的方法，其中至少通过一个液压缸(2，3)来调节车辆的转向角。

15.如权利要求14的方法，其中上述的液压缸2，3系统是安置在车辆的前后两个主体(101，102)之间的，两个主体各自拥有至少一个轮轴(103，104)并且可以相对转动。

16.如上述任何一个权利要求的方法，其中车辆包括一个工作机器。

17.如上述任何一个权利要求的方法，其中车辆包括一个轮式装载机。

18.控制车辆(100)的设备，包括一个车辆假设操作的控制单元(7，107)，方法(16，116，2，3)来使车辆装相并有一个连接到控制元件的控制单元(15，115)，还包括基于控制元件操作的用于调节车辆转向角的上述方法，其特性表现为一个设备包括检测车辆速度的系统(17，117)和一个连接到检测系统的控制单元(15，115)。控制单元被调节用来定义一个基于被检测的控制元件操作和被检测的车辆速度的改变车辆转向角的程序。基于这个定义的程序来通过上述的方法(16，116，2，3)来调节车辆的转向角。

19.如权利要求18的控制设备，其中该设备包括一个监测控制元件(7)的传感器，并且基于被检测的控制元件的位置，控制单元被调节用来定义一个改变车辆转向角的程序。

20.如权利要求18或者19的控制设备，其中这个设备包括一个用来决定根速控制元件(107)调节速度的方法，表现在控制单元(115)基于事先确定的控制元件速度被调节来定义一个改变车辆转向角的程序。

21.如上述权利要求18到20之一的控制设备，其中控制单元(15)被调节以定义车辆转向角变化速度为被检测的车辆速度的函数。

22.如权利要求21的控制设备，其中控制单元(15)被调节以定义车辆转向角变化速度与被检测的车辆速度成取反的关系。

23.如上述权利要求18到22的任何一个的控制设备，其中控制单元(12，115)被调节以在程序的初始采用一个斜坡(A，B，C，D，E)来使车辆转向角变化达到一个定义的值。

24.如权利要求23的控制设备，其中斜坡(A，B，C，D，E)在不同的车辆速度范围有不同的长度。

25.如权利要求23的控制设备，其中斜坡(A，B，C，D，E)在车辆速度高的时候比车辆速度低的时候随时间的长度短。

26.如上述权利要求18到25的任何一个的控制设备，其中控制单元(15)被调节以在至少第一事先预定的速度范围来随着时间调节车辆转向角速度。

27.如权利要求26的控制设备，其中控制单元(15)被调节以在上述的第一速度范围内使车辆转向角的变化速度随时间成比例增加。

28.如上述权利要求18到25的任何一个的控制设备，其中控制单元(15)在至少第二事先设定的速度范围被调节以直接根据控制元件的移动来改变车辆转向角速度。

29.如权利要求26、27或者28的控制设备，其中第一事先预定的速度范围比第二事先预定的速度范围低。

30.如上述权利要求18到29的任何一个的控制设备，其中该控制设备包括一个方向阀(18)，它被调节以改变从泵(8)给上述方法(16，116，2，3)发出的流体供给；表现在为了调节车辆的转向角控制单元(15)被连接到方向阀。

31.如上述权利要求18到30的任何一个的控制设备，其中所说的方法(16，116)至少包括用来改变转向角的一个液压缸(2，3)。

32.如权利要求31的控制设备，其中所说的液压缸(2，3)被安置在车辆的前后主体之间，前后两个主体至少有各自的一个轮轴，并可以相对转动。

33.如上述权利要求18到32的任何一个的控制设备，其中控制元件(7)包括一个控制杠杆。

34.如上述权利要求18到33的任何一个的控制设备，其中控制元件(7)包括一个用于转向的元件，比如转向轮。

35.一种工作机器，其特征在于，包括上述权利要求18到34中的控制设备。

36.一种轮式装载机，其特征在于，包括上述权利要求18到34中的控制设备。

37.一种计算机程序产品，包括用来使车辆控制单元按照权利要求1到17的步骤运行的程序片断。

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