SE525774C2 - Förfarande, anordning samt datorprogramprodukt för styrning av ett fordon - Google Patents

Description

lO 15 20 25 30 525 774 2 _ istället hydraulisk energi till hydraulcylindrarna via en andra hydraulventil, men denna andra hydraulventil styrs av elsignaler, det vill säga vid en förflyttning av spaken genereras en elsignal, som styr den andra hydraulventilen.

Vid spakstyrning styrs hastigheten pà styrvinkel- ändringen av spakens läge. Ett stort spakutslag ger en snabb styrvinkeländring och ett litet spakutslag ger en làngsan1 styrvinkeländring. Dä spaken. efter ett utslag förs tillbaka till neutralläget sä bibehålls den àstadkomna styrvinkeln.

Ratten används vanligtvis vid transport och spaken används vanligtvis vid arbete vid lägre hastigheter som till exempel vid lastning av en lastbil, detta för att öka förarkomforten. I vissa applikationer föredrar emellertid föraren att utnyttja spaken även för transport. Transport och lastning är tvä olika hanteringar av hjullastaren som ställer mycket olika krav pà fordonet. Vid en lastarcykel körs hjullastaren fram och tillbaka korta sträckor och svängs under tiden för att lasta respektive lossa skopan.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Ett första syfte med uppfinningen är att åstadkomma ett förfarande för styrning av ett fordon som råder bot på problem med styrning av fordonet i olika applikationer.

Detta syfte uppnås genom att för åtminstone ett första förbestämt fordonshastighetsintervall innefattar förloppet en ramp vid dess start för att nà till ett bestämt hastighetsvärde pà styrvinkeländringen, och att 10 15 20 25 30 525 774 3 . rampen är tidsmässigt kortare för en avkänd högre fordonshastighet än för en avkänd lägre fordonshastighet.

I det fall att fordonet utgörs av en hjullastare vinklas med andra ord hjullastarens hjulaxlar relativt varandra pà ett bestämt sätt. Med andra ord regleras inte styrvinkelhastigheten enbart beroende av styrspakens förflyttning, utan även av den avkända fordonshastighetenr Med ”förlopp” inbegrips exempelvis amplituden, eller förstärkningen, av styrvinkel- hastigheten.

Genom att ta fordonets hastighet i beaktande skapas förutsättningar för enfi: göra spakstyrning komfortabel och säker. Närmare bestämt kan man ha olika karakteristik för olika hanteringar. Vid en lastarcykel behövs lánga ramper vid förändring av styrvinkelhastighet sä att inte maskinen upplevs ryckig. Hög styrvinkelhastighet krävs för att man inte arbetet och upp i vänta pà Vid transport, ska behöva stanna styrningen. då kursstabilitet behövs, krävs det motsatta, det vill säga mycket korta ramper och làg styrhastighet för att inte erhàlla överstyrning och ”ormig gàng”. Sammanfattningsvis kan man säga att det vore fördelaktigt att: 0 vid låg* hastighet ge den elektriska styrsignalen hög förstärkning och en läng ramptid, detta för att få ett stort men mjukt styrutslag, och 0 vid hög hastighet ge den elektriska styrsignalen làg förstärkning och kort ramptid, detta för att fä ett litet men responssnabbt styrutslag. lO 15 20 25 30 525 774 4 Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen bestäms hastigheten pà styrvinkeländringen som en funktion av den avkända fordonshastigheten. Signalen fràn spaken förstärks (eller försvagas) alltså i olika hög grad beroende av fordonshastigheten. Enligt en vidareutveckling bestäms hastigheten. pà ändringen av styrvinkeln till ett omvänt förhållande relativt den avkända fordonshastigheten. Med andra ord sker styrvinkeländringen för ett specifikt spakutslag snabbare vid lägre fordonshastigheter än vid högre fordonshastigheter.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen förändras för àtminstone ett första förbestämt hastighetsintervall styrvinkelhastigheten med tiden. Med andra ord utnyttjas en sä kallad ramp. Rampen kan vara av ett flertal olika typer, exempelvis linjär, progressiv, degreesiv eller stegformad. Enligt ett föredraget exempel ökas förändringen av styrvinkel- hastigheten proportionellt med tiden under nämnda första hastighetsintervall.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen ändras för àtminstone ett andra förbestämt hastighetsintervall styrvinkelhastigheten direkt svarande mot förflyttningen av styrelementet. Med uttrycket direkt styrning avses ett sätt som kan svara mot mekanisk-hydraulisk överföring utan elektrisk styrning. Med andra ord manipulerar man inte signalen fràn spaken beträffande styrvinkelhastighetsändring.

Däremot kan signalens amplitud förstärkas eller försvagas. Det första förbestämda hastighetsintervallet är företrädesvis lägre än det andra förbestämda hastighetsintervallet. 10 15 20 25 30 Detta första hastighetsintervall är företrädesvis ett lägre hastighetsintervall, svarande mot lastningsmod, exempelvis fràn O km/h till 10 km/h och det andra hastighetsintervallet är företrädesvis ett högre hastighetsintervall, svarande mot transportmod, exempelvis fràn 10 km/h och uppàt.

Ett andra syfte med uppfinningen är att ástadkomma en anordning för styrning av ett fordon som ràder bot pà problem med styrning av fordonet i olika applikationer.

Detta uppnås med en anordning enligt den kännetecknande delen till krav 13.

Ytterligare föredragna utföringsformer av och fördelar med. uppfinningen framgår av de övriga beroendekraven samt av den följande beskrivningen.

KORT BESKRIVNING AV FIGURER Uppfinningen skall beskrivas närmare i det följande, med hänvisning till den utföringsform som visas pà de bifogade ritningarna, varvid FIG 1 visar schematiskt en hjullastare i en vy ovanifrán, FIG 2 visar en anordning för styrning av ett fordon, och FIG 3 och 4 visar grafer över olika exempel pà ramper för styrvinkelhastighetsreglering_ DETALJERAD BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER I Fig l visas i en schematisk vy ovanifrán ett lastfordon i. form av eai hjullastare 100. Hjullastaren 100 innefattar en främre och en bakre del l0l,l02, vilka delar var och en uppvisar en hjulaxel l03,l04. 10 l5 20 25 30 525 774 Fordonsdelarna lOl,lO2 är láëbart förbundna med varandra och delarna är inbördes vridbara relativt varandra kring en led lO5 via medel 16 för svängning av fordonet.

Nämnda svängningsmedel 16 innefattar tvà hydrauliska styrcylindrar 2,3 som är anordnade mellan de tvà delarna. I figur l är fordonsdelarna vridna en vinkel a relativt varandra.

I Fig 2 visas en anordning 1 för reglering av de tvà hydraulcylindrarna 2,3 hos hjullastaren 100. De ledningar som är narkerade med heldragna linjer anger huvudledningar och de ledningar son1 är' markerade .med streckade linjer anger pilotledningar för reglering av olika komponenter i systemet.

Systemet innefattar en första styrventil 4, som regleras mekaniskt av fordonets ratt. Systemet innefattar vidare en andra styrventil 6 som styrs elektroniskt via ett styrelement 7, i forn1 av' en spak eller en joystick.

Styrningen via spaken 7 visas schematiskt med punktade linjer.

(LS) Systemet är lastkännande och innefattar en pump 8 med variabelt deplacement och en tank 9. Pumpen 8 drivs av fordonets framdrivningsmotor 44, i form av en dieselmotor. Pumpen 8 känner av trycket (en LS-signal) från styrcylindrarna 2,3 via en växelventil lO och via den styrventil 4,6 som är aktiverad. Pumpen ställer därefter pà ett tryck som är ett visst antal bar högre än styrcylindrarnas tryck. Härmed uppstår ett oljeflöde ut till styrcylindrarna 2,3 vars nivà beror pà hur mycket den aktiverade styrventilen 4,6 är utstyrd. 10 15 20 25 30 525 774- 7 .

Hydraulcylindrarna 2,3 är inrättade pà sádant sätt att kolvsidan 11 hos den första hydraulcylindern 2 och kolvstàngssidan 12 hos den andra hydraulcylindern 3 ansluts till pumpen 8 för styrning av fordonet ät höger och att första kolvstángssidan 13 hos den hydraulcylindern 2 och kolvsidan 14 hos den andra hydraulcylindern 3 ansluts till pumpen för styrning av fordonet àt vänster.

Inkopplingen av hydraulcylindrarna 2,3 till pumpen 8 och därmed regleringen av hydraulcylindrarna kan utföras antingen via rattstyrning med hjälp av styrventilen 4 eller via spakstyrning med hjälp av styrventilen 6.

Utformningen av och funktionen hos den första styrventilen. 4 är sedan tidigare kända och beskrivs därför inte i detalj här.

Den andra styrventilen 6 innefattar en riktningsventil 18 som bestämmer styrriktning samt styrflöde, och en tryckreduceringsventil 19 som ser till att pilottrycket är begränsat till en bestämd nivá, oavsett pumptryck.

Styrventilen 6 innefattar vidare två elektriskt styrda 20,21, elektrisk signal ventiler vilka regleras indirekt via en från spaken '7. De elektriskt styrda ventilerna 20,21 är anordnade parallellt med varandra Ledningen 28 är vidare ansluten till bàda förflyttning av denna mot fjäderkraft. pà en ledning 28. riktningsventilen 18 pà dess sidor för Pumpen 8 är ansluten till elventilerna 20,21 via en ledning 29 som ansluter till ledningen 28 mellan elventilerna. Detta medför att en aktivering av den högra ventilen 21, via spaken 7, ger ett oljetryck pá riktningsventilen 18 för förflyttning av denna ät höger i figuren mot en 10 15 20 25 30 525 774- 8 _ fjäderkraft, och en aktivering av den vänstra ventilen 20, via spaken 7, ger ett oljetryck pà riktningsventilen 18 för förflyttning av denna åt vänster i figuren mot en fjäderkraft.

För styrning till höger aktiveras alltså den elektriskt styrda, högra ventilen 21 som då styr ut ett oljetryck, till signal som är proportionellt mot den elektriska signalen, riktningsventilen 18. Ju högre elektrisk (oljetryck) desto mer styrs riktningsventilen 18 ut och därmed erhålls ett större styrflöde. För styrning till vänster aktiveras alltsà den elektriskt styrda vänstra ventilen 20 på motsvarande sätt.

LS- till Dà styrventilen 6 ej är aktiverad så kopplas signalen från. växelventilen. 10, se ledning 50, tanken. 9 'via riktningsventilen 18 och. blir därmed i första till princip trycklös. Samma sak gäller den styrventilen 4 som också kopplar LS-signalen tanken 9 när den ej är aktiverad. Pumpen 8 vinklas härmed ned och upprätthåller endast ett lågt tryck. De 20,21 är anordnade pà sådant sätt att aktivering av den ena två elektriskt styrda ventilerna alltsà ventilen medför en förflyttning av riktningsventilen 18 åt ena hållet och aktivering av den andra ventilen medför en förflyttning av riktningsventilen 18 åt det andra hållet.

För att i systemet förhindra undertryck samt tryck som överstiger ett bestämt maxtryck innefattar systemet en efterfyllnadsventil och chockventil, vilka tillsammans anges med hänvisningsbeteckning 5. Efterfyllnads- ventilens och chockventilens funktion är känd sedan tidigare och kommer därför inte beskrivas närmare här. 10 15 20 25 30 Anordningen l innefattar vidare en styrenhet 15 kopplad till benämnas datorenhet eller CPU även Med spaken 7. Styrenheten 15 kan exempelvis (Control Power Unit). hjälp av styrenheten 15 regleras styrventilen 6 med en alltsà till hydraulcylindrarna 2,3 via styrventilen 6. elsignal. Styrenheten 15 är kopplad Anordningen innefattar vidare ett system 17 för avkänning av fordonets hastighet. Avkänningssystemet innefattar exempelvis en eller flera sensorer för avkänning av rotationshastigheten hos en roterande del i fordonets transmission. Detta är i sig känt och kommer inte att beskrivas mer i detalj här. Detta avkänningssystem 17 är kopplat till styrenheten 15.

Styrenheten 15 är inrättad för att bestämma styrvinkelhastigheten som en funktion av den avkända fordonshastigheten. Spakens 7 signal kan alltsá manipuleras i styrenheten 15. Styrenheten 15 har maskinhastigheten och spakläget som insignaler och kan exempelvis bestämma extremvärden för styrutslaget och ramper för att uppnå styrutslaget. Enligt en föredragen storlek en funktion av utföringsform är rampernas maskinhastigheten. Eventuellt kan också "dödslaget”, det vill säga ett maximalt tillàtet styrutslag, vara en funktion av maskinhastigheten. alltsà i efter Styrvinkelvärdet bestäms tidsordning avkänningen av förflyttningen av styrspaken. 10 15 20 25 30 525 774 10 I figur 3 visas tvà kurvor, eller ramper, A,B för reglering av styrvinkelhastigheten som funktion av tiden. Rampen A utnyttjas för làg fordonshastighet och rampen B för hög fordonshastighet. Rampen A har en stor förstärkning (hög slutlig styrvinkelhastighet) och lång ramptid. Detta innebär att ett visst spakutslag ger ett relativt stort styrutslag, som upplevs relativt mjukt (låg Detta för föraren. Rampen B har en làg förstärkning slutlig' styrvinkelhastighet) och kort ramptid. innebär att nämnda spakutslag ger ett styrutslag som svarar mot spakförflyttningen och att det gàr snabbt, det vill säga kort fördröjning. det vill Ramperna A och B är linjära, säga styrvinkelhastigheten ökas proportionellt med ökad tid till ett maxvärde.

I figur 4 visas olika exempel pà karakteristika pá ramper för ändring av styrvinkelhastigheten, nämligen stegformad C, degressiv D, linjär E och progressiv F.

Stigtiden kan exempelvis förändras proportionellt mot fordonshastigheten.

Enligt ett föredraget exempel så utnyttjas en stegformad ramp vid höga hastigheter och en linjär ramp vid làga hastigheter.

Fordonets datorenhet innefattar ett Ininne, son1 i sin tur innefattar en datorprogramprodukt med dataprogramsegment, eller en programkod, för att utföra samtliga steg enligt styrningsförfarandet när programmet körs. Datorprogramprodukten kan vara själva mjukvaran för att utföra förfarandet, eller en 10 15 20 5125 774 ll _ hårdvara, pà vilken mjukvaran är lagrad, det vill säga en disc eller liknande.

Med fordonets hastighet avses en hastighet i fordonets längdriktning, det vill säga sàväl framát som bakàt.

Uppfinningen skall inte anses vara begränsad till de ovan beskrivna utföringsexemplen, utan en1 rad ytter- ligare 'varianter och. modifikationer* är tänkbara inom ramen för efterföljande patentkrav.

Ovanstående kan även appliceras pà styrdon som inte har ett linjärt rörelseschema, sàsom ett angulärt styrdon (exempelvis en ratt eller vev) med sensorer, eller elgivare, som fungerar pà liknande sätt som den beskrivna spaken.

Uppfinningen kan även appliceras pá andra fordon än hjullastare, sáson1 ett midje- eller ramstyrt fordon, även kallat dumper.

Claims (27)

10 15 20 25 30 525 774 12 PATENTKRAV (100), varvid av fordonets förare

1. Förfarande för styrning av ett fordon manövrering av ett styrelement (7) känns av, varvid fordonets styrvinkel regleras beroende av manövreringen av styrelementet, varvid fordonets hastighet känns av, varvid ett förlopp för ändring av fordonets styrvinkel bestäms baserat på styrelementets avkända läge och den avkända fordonshastigheten, och varvid fordonets styrvinkel regleras enligt det bestämda förloppet k ä n n e t e c k n a t av, att för åtminstone ett första förbestämt fordonshastighets- intervall innefattar förloppet en ramp vid dess start till ett hastighetsvärde på för att nå bestämt styrvinkeländringen, och att rampen är tidsmässigt kortare för en avkänd högre fordonshastighet än för en avkänd lägre fordonshastighet.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av, att hastigheten på styrvinkeländringen bestäms som en funktion av den avkända fordonshastigheten.

3. Förfarande enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av, att hastigheten på styrvinkeländringen bestäms till ett förhållande den avkända fordons- omvänt relativt hastigheten.

4. Förfarande enligt något av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n a t av, att för åtminstone ett första förbestämt hastighets- intervall förändras styrvinkelhastigheten med tiden. lO l5 20 25 30 525 774 l3

5. Förfarande enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a t av, ökas att förändringen av styrvinkelhastigheten proportionellt med tiden under nämnda första hastighetsintervall.

6. Förfarande enligt något av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n a t av, att för åtminstone ett andra förbestämt hastighets- intervall ändras styrvinkelhastigheten direkt svarande mot förflyttningen av styrelementet.

7. Förfarande enligt krav 4 eller 5, och krav 6, k ä n n e t e c k n a t av, förbestämda hastighetsintervallet är att det första lägre än det andra förbestämda hastighetsintervallet.

8. Förfarande enligt något av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n a t av, fordonets (18) reglering av till medel att för åstadkommande av regleringen av styrvinkel regleras en riktningsventils läge, vilken riktningsventil är inrättad för tillförsel av en fluid från en pump (8) (l6,2,3) för svängning av fordonet.

9. Förfarande enligt något av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n a t av, att fordonets styrvinkel regleras via ett system av åtminstone en hydraulisk cylinder (2,3).

10. Förfarande enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a t av, 10 15 20 25 30 774- 14 att nämnda hydrauliska cylindersystem är inrättat mellan en främre och en bakre karossdel (101,102) hos fordonet, vilka karossdelar var och en innefattar åtminstone en (103,lO4) hjulaxel samt är vridbart inrättade relativt varandra.

11. Förfarande enligt något av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n a t av, att fordonet utgörs av en arbetsmaskin.

12. Förfarande enligt något av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n a t av, att fordonet utgörs av en hjullastare. (100) för manövrering av

13. Anordning för styrning av ett fordon innefattande ett styrelement (7) (16,2,3) för kopplad till styrelementet medel svängning av (15) och nämnda svängningsmedel för reglering av fordonets fordonets förare, fordonet, en styrenhet styrvinkel beroende av manövreringen av styrelementet, (17) styrenheten för avkänning av fordonets hastighet, (15) är till ett system varvid kopplad avkänningssystemet, och varvid styrenheten är inrättad för att bestämma ett förlopp för ändring av fordonets styrvinkel baserat på styrelementets avkända läge och den avkända fordonshastigheten, och bringa nämnda svängningsmedel (16,2,3) att reglera fordonets styrvinkel enligt det bestämda förloppet k ä n n e t e c k n a d av, att styrenheten (15) är inrättad att för åtminstone ett första förbestämt fordonshastighetsintervall utnyttja en ramp vid förloppets start för att nå till ett bestämt hastighetsvärde på styrvinkeländringen, och att rampen är tidsmässigt _kortare för en avkänd högre 10 15 20 25 30 525 774 15 fordonshastighet än för en avkänd lägre fordonshastighet.

14. Styranordning enligt krav 13, k ä n n e t e c k n a d av, att styrenheten (15) är inrättad för att bestämma hastigheten pà styrvinkeländringen som en funktion av den avkända fordonshastigheten.

15. Styranordning enligt krav 14, k ä n n e t e c k n a d av, (15) är bestämma att styrenheten inrättad att hastigheten pà styrvinkeländringen till ett omvänt förhållande relativt den avkända fordonshastigheten.

16. Styranordning enligt krav 13, 14 eller 15, k ä n n e t e C k n a t av, (15) förbestämt att styrenheten är inrättad att för åtminstone ett första hastighetsintervall förändra styrvinkelhastigheten med tiden.

17. Styranordning enligt krav 16, k ä n n e t e c k n a d av, (15) förändringen av styrvinkelhastigheten. med. tiden under att styrenheten är inrättad att proportionellt öka nämnda första hastighetsintervall.

18. Styranordning enligt något av kraven 13-17, k ä n n e t e c k n a d av, (15) förbestämt att styrenheten är inrättad att för åtminstone ett andra hastighetsintervall ändra styrvinkelhastigheten direkt svarande mot förflyttningen av styrelementet. 10 15 20 25 30 525 774 16 -

19. Styranordning enligt krav 16 eller 17, och 18, k ä n n e t e c k n a d av, första förbestämda att det hastighetsintervallet är lägre än det andra förbestämda hastighetsintervallet.

20. Styranordning enligt något av kraven 13-19, k ä n n e t e c k n a d av, att styranordningen innefattar en riktningsventil (18) som är inrättad för reglering av tillförsel av en fluid (l6,2,3), till till nämnda svängningsmedel (15) är fràn en pump (8) och att styrenheten kopplad riktningsventilen för reglering av dess läge i syfte att reglera fordonets styrvinkel.

21. Styranordning enligt nàgot av kraven 13-20, k ä n n e t e c k n a d av, (16) åtminstone en hydraulisk cylinder innefattar ett system av (2,3) att nämnda svängningsmedel för ändringen av styrvinkeln.

22. Styranordning enligt krav 21, k ä n n e t e c k n a d av, (2,3) är inrättat (101,102) hos innefattar att nämnda hydrauliska cylindersystem mellan en främre och en bakre karossdel karossdelar var och en (lO3,104) fordonet, vilka àtminstone en hjulaxel samt är vridbart inrättade relativt varandra.

23. Styranordning enligt nàgot av kraven 13-22, k ä n n e t e c k n a d av, att styrelementet (7) utgörs av en styrspak.

24. Styranordning enligt nàgot av kraven 13-23, k ä n n e t e c k n a d av, 10 15 525 774 17 att styrelementet (7) utgörs av ett för rotation avsett element, såsom en ratt.

25. Arbetsmaskin k ä n n e t e c k n a d av, något av innefattar en styranordning enligt kraven 13-24. att den

26. Hjullastare k ä n n e t e c k n a d av, styranordning enligt något av att den innefattar en kraven 13-24.

27. Datorprogramprodukt innefattande dataprogramsegment för att bringa fordonets styrenhet att utföra stegen enligt något av kraven l-12.