SE522819C2 - Styrsystem och metod för svängning av ledade maskiner - Google Patents

Description

nnaas ønnnz 10 15 20 25 30 35 I §22 §19 '=="a .fa ':. -zs 2:-' :euros-u \\cv.mnzsn-r\oa\nmnc\noc\z>\ s -o .dec g 2" §";'-_- 3,- ,:, ° " ' ' " 2 när motorn driver hjulen samtidigt som maskinen vrids av de hydrauliska cylindrarna.

Det har utvecklats alternativ till de tidigare styr- systemen i de ledade maskinerna enligt ovan. Ett sàdant exempel är en maskin som använder glidstyrning. Glidsty- rande maskiner styrs genom att driva hjulen pä en sida av maskinen med en annan hastighet eller riktning än hjulen pà den andra sidan. I ett sàdant styrsystem tilläts till exem- pel inte att de främre hjulen svängs relativt de bakre hju- len. Detta resulterar i att flera av hjulen dras eller gli- der när maskinen svänger eftersom alla hjulen inte roterar med samma hastighet. Eftersom hjulen dras är glidstyrning vanligtvis begränsad till maskiner med en kort hjulbas och/eller låg vikt.

Det är sålunda önskvärt att åstadkomma ett förbättrat styrsystem för en ledad maskin, vilket minskar nackdelarna med den tidigare kända tekniken. Den föreliggande uppfinningen avhjälper ett eller flera av problemen som be- skrivits ovan.

Sammanfattning av uppfinningen Ett syfte med den föreliggande uppfinningen är att åstadkomma ett system för styrning av en maskin. Systemet har ett flertal hjul som inkluderar ett första och ett I andra hjul, vilka har en gemensam första rotationsaxel.

Hjulen inkluderar också åtminstone ett medföljande hjul (“tether wheel") som har en andra rotationsaxel och kan vridas relativt de första och andra hjulen. De första och andra rotationsaxlarna definierar en vridningsvinkel. Ett flertal drivenheter inkluderar första och andra drivenheter för oberoende rotation av de första och andra hjulen med olika hastigheter. En styrinmatningsanordning alstrar en styrinmatningssignal, och en kontrollenhet mottar styr- inmatningssignalen och alstrar drivenhetens styrsignaler för att reglera drivenheterna. Drivenhetens styrsignaler 10 15 20 25 30 35 oo nu: non: ao . a n n u 522 819 zæßëzçw ;».~:¿ .

E zooi-oa-is \\cunnsm\na\vubnc\noc\1>\1es1»ovz.acc»mg g g g'°,' ..' .:. .. '..' ..' kan beordra en sväng genom att rotera hjulen med olika' hastigheter, varigenom vridningsvinkeln ändras och maskinen svänger. Den föreliggande uppfinningen kan pà detta sätt styra maskinen utan vridcylindrar, en transmission, en drivaxel eller en differential.

Ett annat syfte med den föreliggande uppfinningen är att åstadkomma en metod för att svänga en maskin. Metoden inkluderar alstring av en styrinmatningssignal fràn en styrinmatningsanordning, vilken signal motsvarar en önskad vridningsvinkel, och behandling av vridningsvinkeln i en kontrollenhet. Metoden inkluderar vidare alstring av ett flertal styrsignaler för drivenheten med hjälp av kontroll- enheten för att reglera ett flertal oberoende drivenheter, vilka genom rotation driver ett flertal hjul samt driver hjulen med olika rotationshastigheter för styrning av maskinen.

Kort beskrivning av ritningarna Fig. 1 är en schematisk sidovy av en ledad maskin; Fig. 2 är en schematisk planvy uppifrån av den ledade maskinen visad i Fig. 1; och _ Fig. 3 är en alternativ utförandeform av den förelig- gande uppfinningen.

Bästa utförandeformen för utövning av uppfinningen Med hänvisning till figurerna 1 och 2 betecknas en ledad maskin allmänt med 10 och kan exemplifiera maskiner lastbil, skogsmaskin. Maskinen 10 inkluderar en främre ram 12 och en sàsom till exempel en väghyvel, skrapa eller en bakre ram 14. Ramarna 12, 14 är förbundna genom en vridled 16 som tillåter att ramarna rör sig relativt varandra.

Vridleden 16 förbättrar manövrerbarheten för maskinen 10, såsom diskuterats ovan.

Maskinen 10 inkluderar ett styrsystem, allmänt be- tecknat med 20, för att svänga maskinen 10. Systemet 20 har 111m; 10 15 20 25 30 35 ëï? 319 ïÅÉïï-ïÅÉï 4 cm»- 2001403-16 E:\PubliC\DOC\P\1687-072 .dOC nu - o s ett flertal hjul 22, 24, 26, 28 som stödjer den främre' ramen 12 och den bakre ramen 14. Ett första hjul 22 och ett andra hjul 24 upphängs i främre ramen 12 och har en gemensam första rotationsaxel A. Hjulen inkluderar också två medföljande hjul ("tether wheels") 26, 28, vilka upp- hängs i den bakre ramen 14 och har en andra rotationsaxel B och kan vridas relativt det första hjulet 22 och det andra hjulet 24.

Med "tether wheel", medföljande hjul, menas vilket hjul som helst som är passivt svängbart relativt ett annat hjul, liknande en länkrulle relativt ett annat hjul med en fast axel. Med passivt svängbart menas att vridningsaxeln för det medföljande hjulet ("tether wheel") inte ändras aktivt av ett länksystem, såsom en kuggstángsdrivning.

Vrídningsaxeln för det medföljande hjulet ("tether wheel") svänger snarare när riktningen pà maskinen ändras. Det vill säga, de medföljande hjulen ("tether wheels") följer helt enkelt med i svängens riktning under maskinens rörelse.

Sàsom beskrivs ovan används inga anordningar för att ändra hjulens orientering relativt den stödjande ramen, pà det sätt som en kuggstàngsdrivning skulle ha gjort. Vidare används inga vridcylindrar för att ändra orienteringen pà de bakre hjulen relativt de främre hjulen. De bakre hjulen följer istället helt enkelt riktningen pà maskinen. I en ledad maskin är de medföljande hjulen ("tether wheels") desamma som de bakre hjulen, vilka tillåts att svänga runt vridleden i förhållande till axeln för de främre hjulen.

För mindre icke ledade maskiner, sàsom en gaffeltruck, kan det självklart vara lämpligt att antingen använda ett eller ett par länkrullsliknande hjul (tydligast visat i figur 3), vilket beskrivs mer i detalj nedan.

De första och andra rotationsaxlarna A och B definie- rar en vridningsvinkel T. I figur 2 visas en vridningsvin- kel T pà noll grader eftersom de första och andra axlarna A och B är parallella till varandra. När den bakre ramen 14 :apan .|»|» 10 15 20 25 30 35 522 819 -ë 2001-03-16 \\ClIRRE!fP\DB\PubliC\DOC\P\l687-072 .dOC Hbg 5 svänger relativt den främre ramen 12 runt vridleden 16 änd- ras vridningsvinkeln T. Under en svag sväng kan vridnings- vinkeln T bara vara nágra fä grader medan den kan vara mycket större under en skarp sväng.

Systemet 20 har också ett flertal drivenheter 32, 34, 36, 38, vilka inkluderar en första drivenhet 32 och en andra drivenhet 34 för oberoende rotation av det första hjulet 22 och det andra hjulet 24 med varierande hastigheter. De medföljande hjulen ("tether wheels") 26, 28 kan också drivas av en tredje och en fjärde drivenhet 36, 38 sà att maskinen drivs på alla hjulen.

Drivenheterna 32, 34, 36, 38 kan antingen vara hy- drauliska eller elektriska motorer som är hopkopplade an- tingen via en hydraulisk pump eller en generator, allmänt betecknad med 40. En förbränningsmotor 42 driver pumpen eller generatorn 40.

Systemet 20 inkluderar vidare en styrinmatningsanord- ning 44, en kontrollenhet 46, en ledsensor 48 och hjulhas- tighetssensorer 50, vilka alla reglerar drivenheterna 32, 34, 36, 38 vid utförande av en sväng. Det framgår emeller- tid att inte alla av de ovannämnda anordningarna är nödvän- diga för den föreliggande uppfinningen. Hastighetssenso- rerna 50 kan t.ex. elimineras om dragkraftsreglering inte är en önskad egenskap hos systemet 20. Ytterligare regler- anordningar kan dessutom sättas in i systemet 20 för att förbättra dess prestanda.

Styrinmatningsenheten 44 kan vara av vilken konstruk- tion som helst, liknande styrratten som visas eller en joy- stickreglering. Styrinmatningsanordningen 44 ger en styrin- matningssignal 54 som motsvarar en önskad vridningsvinkel T.

Kontrollenheten 46 mottar och behandlar styrinmat- ningssignalen 54 och alstrar drivenhetsstyrsignaler 56 för att reglera drivenheterna 32, 34, 36, 38. Drivenhetsstyr- signalerna 56 kan beordra en sväng genom att rotera hjulen Luna: n-m» 10 15 20 25 30 35 2001-03-16 \\cunnmrr\l>a\1>ub1ic\noc\1>\1eav-on.dec x-mg med olika hastigheter, och därigenom ändra vridningsvinkeln och svänga maskinen.

En vänstersväng kommer att användas för att visa flera sätt på vilka systemet 20 kan utföra en sväng. Det andra hjulet 24 kan stå stilla medan den första drivenheten 32 roterar hjulet 22, och därigenom svänger maskinen 10 runt det första hjulet 24. Alternativt kan den första driv- enheten 32 och den andra drivenheten 34 driva det första hjulet 22 och det andra hjulet 24, där den första driv- enheten 32 roterar med en högre hastighet. Maskinen 10 kan också utföra en vänstersväng genom att den andra driv- enheten 34 roterar i motsatt riktning medan den första drivenheten 32 roterar i riktning framåt. Den tredje och den fjärde drivenheten 26, 28 kan också användas för att vrida maskinen 10. När drivenheterna påverkas på ovan-_ stående sätt svänger den bakre ramen 14 runt vridleden 16 och följer med bakom den främre ramen 12.

Det framgår av beskrivningen ovan att behovet av vridcylindrar, transmission, drivaxel och differential har eliminerats.

Ledsensorn 48 kan användas som indikering för kon- trollenheten 46 när den önskade vridningsvinkeln T har upp- nåtts. Ledsensorn 48 alstrar en vridningsvinkelsignal 58 som motsvarar den befintliga vridningsvinkeln T. Kontroll- enheten 46 mottar vridningsvinkelsignalen 58 och ändrar drivenhetsstyrsignalerna 56 enligt denna. Det vill säga, drivenhetsstyrsignalerna 56 kan ändras för att beordra en justering av drivenhetshastigheterna om den önskade vrid- ningsvinkeln T redan har uppnåtts eller om den inte har uppnåtts efter en förutbestämd tid.

Hjulhastighetssensorerna 50 kan användas för att ge en mer förfinad reglering av drivenheterna 32, 34, 36, 38.

När ett hjul 22, 24, 26, 28 glider och förlorar dragkraft kan det rotera mycket fortare än vad som är önskvärt. För att åtgärda detta kan kontrollenheten 46, vilken mottar en 522 819 ;:::i¿:¿:_ 1>@-» ,1|1| 10 15 20 25 30 35 522 819 ;::= gig; - 2001-03-16 \\CIJ'RREN'1'\DB\Public\DOC\P\l687-072 .dec Hbg 7 signal fràn varje hjulhastighetssensor 50, bestämma vilket av hjulen 22, 24, 26, 28 som roterar fortare än de andra, och alstra en drivenhetsstyrsignal för att sänka hastig- heten på det snabbare roterande hjulet så att det fritt roterande hjulet àterfàr dragkraften. Om den ledade mas- kinen 10 svänger, kommer däremot hjulen 22, 24, 26, 28 av- siktligt att roteras med olika hastigheter. Som ett re- sultat gör ledsensorn 48 det möjligt för kontrollenheten 46 att bestämma de önskade relativa hastigheterna hos hjulen 22, 24, 26, 28, och vilket som helst hjul 22, 24, 26, 28 som roterar med en klart högre hastighet kommer att anses som att det glider eller spinner. Kontrollenheten 46 kan sedan göra de lämpliga korrigeringarna. Med andra ord an- vänds hjulhastighetssensorerna 50 och/eller ledsensorn 48 som en del av dragkraftregleringssystemet som justerar drivenheterna för att kompensera för det slirande hjulet.

Med hänvisning nu till figur 3 betecknas en mycket lättmanövrerad icke ledad maskin allmänt med'70. Maskinen 70 visar tillämpningen av den föreliggande uppfinningen i mindre maskiner, såsom en gaffeltruck. Styrinmatnings- anordningen, kontrollenheten, drivenheterna och andra komponenter hos den föreliggande uppfinningen visas inte.

Ett första hjul 22' och ett andra hjul 24' är upphängda pá den främre delen av ramen 72 och drivs av drivenheterna.

Medföljande hjul 26', 28' ("tether wheels") är svängbart lagrade på den bakre delen av ramen 72. Drivenheterna kan drivas pà vilket som helst sätt, sàsom beskrivs ovan. Genom att till exempel använda den visade konstruktionen kan maskinen 70 göra mycket skarpa svängar genom att rotera det andra hjulet 24' i motsatt riktning medan det första hjulet 22' roteras i en riktning framåt. På detta sätt àstadkommes ett mycket lättmanövrerat styrsystem för maskiner med korta hjulbaser. 0.01; v|».> 10 15 20 25 f' fi 2001-03-16 \\c1mnsu'r\na\vub1ic\mc\v\1ssv»Qzéo gmzm 8 Industriell tillämpning Denna uppfinning hänför sig huvudsakligen till ett styrsystem 20 för en ledad maskin 10, vilket utnyttjar oberoende anordningar med variabel hastighet. Systemet 20 har ett flertal hjul 22, 24, 26, 28 som inkluderar ett första hjul 22 och ett andra hjul 24, vilka har en gemensam första rotationsaxel A. Hjulen 22, 24, 26, 28 inkluderar också àtminstone ett medföljande hjul (“tether wheel") 26, 28 som har en andra rotationsaxel B och kan svängas rela- tivt det första hjulet 22 och det andra hjulet 24. De första och andra rotationsaxlarna A och B definierar en vridningsvinkel T. Ett flertal drivenheter 32, 34, 36, 38 inkluderar en första drivenhet 32 och en andra drivenhet 34 för att oberoende rotera det första hjulet 22 och det andra hjulet 24 med varierande hastigheter. En styrinmatningsan- ordning 44 alstrar en styrinmatningssignal 54, och en kon- trollenhet 46 mottar styrinmatningssignalen 54 och alstrar drivenhetsstyrsignalerna 56 för att reglera drivenheterna 32, 34, 36, 38. Drivenhetsstyrsignalerna 56 kan beordra en sväng genom att rotera hjulen 22, 24, 26, 28 med olika has- tigheter och/eller riktningar, och därigenom ändra vrid- ningsvinkeln T och svänga maskinen 10. Den föreliggande uppfinningen kan pà detta sätt styra maskinen utan vridcy- lindrar, transmission, drivaxel eller differential.

Andra syften, mål och egenskaper med den föreliggande uppfinningen framgår genom att studera ritningarna, be- skrivningen och de bifogade kraven.

Claims (13)

10 15 20 25 30 35 522 319%a==;;=a=.__.f aik-Ia ~ 021121 As s=\xsn\sr\p\v ieuv-ovzw isav-ovz nya kravz oznzzlhdoë" å g nu u n o | no PATENTKRAV

1. Styrsystem (20) för svängning av en maskin (10, 70) innefattande: ett flertal hjul (22, 22', 24, 24', 26, 26', 28, 28') inkluderande ett första hjul (22, 22') och ett andra hjul (24, 24'), vilka har en gemensam första rotationsaxel (A) (22, 22', 24, 24', 26, 26', 28, 28') inkluderar åtminstone ett medföljande hjul ("tether wheel”) (26, 26', 28, (B); en vridningsvinkel (T) som definieras av den första varvid hjulen 28') med en andra rotationsaxel (A) och den andra rotationsaxeln; ett flertal drivenheter (32, 34, 36, 38) som inkluderar en första drivenhet (32) och en andra drivenhet (34), vilka oberoende av varandra roterar det första hjulet (22, 22') och det andra hjulet (24, 24') med varierande hastigheter; en främre (12) en styrinmatningsanordning (44) som alstrar en och en bakre ram(l4); styrinmatningssignal (54); (46) (54) och alstrar drivenhetsstyrsignaler (56) för styrning ett styrdon som mottar styrinmatningssignalen av drivenheterna (32, 34, 36, 38), vilka roterar hjulen (22, 22', 24, 24', 26, 26', 28, 28') med olika hastigheter för att därigenom ändra vridningsvinkeln (T) och svänga maskinen (10, 70); varvid de främre (12) och bakre ramarna (14) är sammankopplade med en vridningsled (16), varvid nämnda första (22,22') (24, 24') främre ram (12) och nämnda minst ett medföljande hjul och andra hjul bärs upp på nämnda ("tether wheel”) (26,26',28, 28') bärs upp på nämnda bakre ram (14), varvid nämnda vridningsvinkel (T) ändras när nämnda främre ram (12) vrider sig relativt nämnda bakre ram (14) runt nämnda vridningsled (16). 10 15 20 25 30 35 34.2 819 anwa: = =-- ... u. . . g f I Å 'f 021121 AB s;\HsM\Er\P\P 1sa7-o72\P 16s1~o12 Nya krav: oznzLdoc IO

2. Styrsystem (20) enligt krav l, dessutom innefattande en vridningssensor (48) för att producera en vridvinkelsignal (T), varvid nämnda styrdon (46) tar emot nämnda vridningsvinkelsignal (T) och ändrar nämnda drivenhetsstyrsignaler (56) enligt denna.

3. Styrsystem (20) enligt krav 2, dessutom innefattande ett flertal hjulhastighetssensorer (50) för att ge ett flertal hjulhastighetssignaler (60), varvid nämnda styrdon (46) tar emot nämnda hjulhastighetssignaler (60) och ändrar nämnda drivenhetsstyrsignaler (56) enligt dessa.

4. Styrsystem (20) enligt krav 1, varvid antalet nämnda minst ett medföljande hjul (”tether wheels”) (24, 24', 26, 26') är två.

5. Styrsystem (20) enligt krav 4, varvid nämnda medföljande hjul (”tether wheels”) (24, 24', 26, 26') drivs av tredje och fjärde drivenheter (36,38).

6. Styrsystem (20) enligt krav 1, dessutom innefattande en hydraulisk pump (40) driven av en motor (42), varvid nämnda drivenheter (32, 34, 36, 38) är hydrauliska motorer som är fluidkopplade till nämnda hydrauliska pump (40).

7. Styrsystem (20) enligt krav l, dessutom innefattande en generator (40) som drivs av en motor (42), varvid nämnda drivenheter (32, 34, 36, 38) är elektriska motorer som är elektriskt kopplade till nämnda generator (40).

8. Styrsystem (20) enligt krav l, varvid en av nämnda första (32) och andra drivenheter (34) roterar i en 10 15A 20 25 30 C O 5. ,» -»- - - ~ ~ ' : v21.. gg; ;°,_: :§'_2_'§ '3_'_3'_3 g-'E I O Ü 021121 ms :Az-xsrmzrunv 1ss7«o1z\1> 1691-072 nya krav: oznzrdoå 3 ' ' ' '°' "" "" ' ' ll bakàtriktning och den andra av nämnda första (32) och andra drivenheterna (34) roterar i en framåtriktning för att vrida maskinen (lO,70).

9. Metod för svängning av en maskin (l0,70) innefattande stegen att: (a) alstra en styrinmatningssignal (54) med hjälp av en styrinmatningsordning (44), vilken signal motsvarar en (T); (b) behandla vridningsvinkeln (T) i ett styrdon (46); önskad vridningsvinkel (c) alstra ett flertal drivenhetsstyrsignaler (56) (46) för att reglera ett flertal (32,34,36,38) (22,22', med hjälp av styrdonet oberoende drivenheter driver ett flertal hjul som genom rotation 24,24', 26,26', 28,28'); och (d) genom rotation driva hjulen (22,22', 24,24', 26,26', 28,28') med olika hastigheter med hjälp av driv- (32,34,36,38) (lO,70). (e) alstra en vridningsvinkelsignal (58) med hjälp av enheterna för styrning av maskinen en vridningssensor (48), vilken signal motsvarar en (T); (f) behandla vridningsvinkelsignalen (58) i styrdonet befintlig vridningsvinkel (46), vilket ändrar drivenhetsstyrsignalerna (56) enligt denna behandling.

10. Metod enligt krav 9, vilken vidare inkluderar stegen att: (g) alstra ett flertal hjulhastighetssignaler (60) med hjälp av ett flertal hjulhastighetssensorer (50); och (h) behandla hjulhastighetssignalerna (60) i styrdonet (46), vilken ändrar drivenhetsstyrsignalerna (56) enligt denna behandling.

11. ll. Metod enligt krav 9, varvid steg (c) inkluderar: 10 15 522 819 -s -s u 021121 AB E:\HBM\EI\P\P l687-072\P 1687-072 Nya krav2 021121.d0C Il reglering av en tredje (36) och en fjärde drivenhet (36, 38) med hjälp av drivenhetsstyrsignalerna (56) för att genom rotation driva ett tredje och ett fjärde hjul.

12. Metod enligt krav ll, varvid steg (d) inkluderar: att genom rotation driva endera av den första driv- enheten (32) och den andra drivenheten (34) i bakåtrikt- ning, och genom rotation driva den andra av den första drivenheten (32) och den andra drivenheten (34) i en framàtriktad riktning för att svänga maskinen.

13. Metod enligt krav 9, varvid steg (c) inkluderar: selektiv reglering av en eller flera av ett flertal drivenheter (32,34,36,38) för att återfå dragkraften i ett slirande hjul genom att använda inmatningssignaler från hjulhastighets- och vridningssensorerna (48) så att ändrade regleringssignaler alstras då ett slirande tillstånd upptäcks.