CN104846869A - 具有牵引控制系统的轮辅助驱动装置以及方法 - Google Patents

Abstract

提供一种具有牵引控制系统的轮辅助驱动装置以及方法，具体地，用在诸如平地机的机器上的轮辅助驱动系统和方法。轮辅助驱动系统包括用于提供全轮驱动的自由旋转阀、用于提供牵引控制的分流阀和用于选择性地旁通分流阀的旁通阀。旁通阀的操作基于自由旋转阀的状态，以减少由液压流体流经过分流阀引起的热量产生和损失。

Description

具有牵引控制系统的轮辅助驱动装置以及方法

技术领域

本发明整体涉及轮辅助驱动装置，更具体地涉及用在前辅助驱动装置中的分流阀的致动和控制。

背景技术

多种类型的机器采用轮辅助驱动装置在打滑条件下提供全轮驱动。例如平地机通常用在难以获得充分牵引的野外环境中，以执行掘沟作业、场地准备及其它地面构形和修整任务。平地机通常具有由燃烧发动机或主液压泵直接驱动的第一组轮(诸如一对后轮)。第二组轮(诸如一对前轮)通常用于转向。但是，前轮可以由液压辅助马达驱动，液压辅助马达是允许全轮驱动的轮辅助驱动装置的部分。

轮辅助驱动装置可以选择性地接合使得机器仅在期望时以全轮驱动模式操作。例如，机器可以包括允许操作者开启或切断轮辅助驱动的用户界面。附加地或替代地，可操作地联接至轮辅助驱动的控制器可以基于指示轮与地面之间的牵引水平的反馈自动接合或断开轮辅助驱动装置。

一些在先的轮辅助驱动装置已结合分流阀使用以减少前轮打滑。在没有分流阀的情况下，当与打滑轮关联的第一辅助马达更快速转动时，其抽吸增加的液压流体流。给打滑辅助马达增加的液压流体流将减少给第二辅助马达的液压流体流，这又减小具有牵引的轮的旋转速度。在过度打滑情况中，基本上所有液压流可以被引向与打滑轮关联的辅助马达，由此影响机器在地面上行进的能力。分流阀通过调节给联接至前轮的两个液压辅助马达的液压流体流来解决轮打滑情况。一般地，分流阀通过使输送给辅助马达的液压压力接近于相等来调节液压压力。更具体地，分流阀感测输送至每个液压辅助马达的液压流体压力，并且当在辅助马达之一处感测到降低的压力时，分流阀调节以减少给那个辅助马达的液压流体流，从而改善与另一辅助马达关联的轮的牵引。

虽然分流阀的使用缓解轮打滑问题，经过分流阀的液压流体流产生高热量负载并且由于阀调整损失导致液压系统效率低下。在一些现有机器中，分流阀通常是有源的，由此持续产生过多热量并且液压系统效率低下。Harber等人的美国专利No.5647211中描述的另一系统提出一种控制方案，其中，操作者可以独立地控制全轮驱动模式的启动和分流阀旁通。虽然Harber等人的系统与具有持续有源分流阀的系统相比可以减少热产生和液压系统效率低下，但其仍然允许分流阀的不必要启动及与之伴随的问题。

发明内容

根据本发明的一方面，提供一种控制具有第一和第二轮马达和用于循环液压流体的主泵的机器上的前轮辅助和牵引控制的方法。该方法可以包括提供具有与第一和第二分流出口流体地连通的分流入口的分流阀，第一分流出口与第一轮马达流体地连通并且第二分流出口与第二轮马达流体地连通。可以在分流阀的上游提供旁通阀，旁通阀具有旁通模式和分流模式，在旁通模式中，液压流体的至少一部分围绕分流阀连通至第一和第二轮马达，在分流模式中，液压流体经过分流阀连通至第一和第二轮马达。可以在旁通阀的上游提供自由旋转阀，自由旋转阀具有自由旋转模式和驱动辅助模式，在自由旋转模式中，主泵与第一和第二轮马达之间的流体连通被阻止，在驱动辅助模式中，主泵与第一和第二轮马达流体地连通。该方法可以包括确定自由旋转阀的启动状态；当自由旋转阀处于自由旋转模式中时，以旁通模式操作旁通阀；以及当自由旋转阀处于驱动辅助模式中时，以旁通模式和分流模式中的任一种操作旁通阀。

根据本发明的另一方面，提供一种控制具有第一和第二轮马达和用于循环液压流体的主泵的机器上的前轮辅助和牵引控制的方法。该方法可以包括提供具有与第一和第二分流出口流体地连通的分流入口的分流阀，第一分流出口与第一轮马达流体地连通并且第二分流出口与第二轮马达流体地连通。可以在分流阀的上游提供旁通阀，旁通阀具有旁通模式和分流模式，在旁通模式中，液压流体的至少一部分围绕分流阀连通至第一和第二轮马达，在分流模式中，液压流体经过分流阀连通至第一和第二轮马达。可以在旁通阀的上游提供自由旋转阀，自由旋转阀具有自由旋转模式和驱动辅助模式，在自由旋转模式中，主泵与第一和第二轮马达之间的流体连通被阻止，在驱动辅助模式中，主泵与第一和第二轮马达流体地连通。该方法可以包括初始地将旁通阀设置为旁通模式，确定自由旋转阀的启动状态，并且当自由旋转阀处于驱动辅助模式并且牵引控制启用时以分流模式操作旁通阀。

根据本发明的另一方面，提供一种用于具有主泵和第一和第二接地构件的机器的驱动辅助系统。该驱动辅助系统可以包括可操作地联接至第一接地构件的第一液压马达和可操作地联接至第二接地构件的第二液压马达。自由旋转阀可以设置在主泵与第一和第二轮马达之间，自由旋转阀可在自由旋转模式和驱动辅助模式之间操作，自由旋转模式阻止从主泵到第一和第二轮马达的流体流，驱动辅助模式允许从主泵到第一和第二轮马达的流体流。分流阀可以设置在自由旋转阀与第一和第二轮马达之间。第一旁通导管可以与第一马达流体地连通并且围绕分流阀构件，并且第二旁通导管可以与第二马达流体地连通并且围绕分流阀构件。系统还可以包括设置在分流阀与自由旋转阀之间的旁通阀，旁通阀具有允许自由旋转阀与分流阀之间的流体连通的分流模式和允许自由旋转阀与第一和第二旁通导管之间的流体连通的旁通模式。控制器可以可操作地联接至自由旋转阀和旁通阀，并且能够确定自由旋转阀的启动状态；当自由旋转阀处于自由旋转模式中时，以旁通模式操作旁通阀构件；以及当自由旋转阀处于驱动辅助模式中时，以旁通模式和分流模式中的任一种操作旁通阀构件。

附图说明

图1是平地机的示意性侧视图，其中可以实施本发明的一种或多种实施方式；

图2是平地机的示意性俯视图，其中可以实施本发明的一种或多种实施方式；

图3是根据本发明的方面构造的平地机的轮辅助驱动系统的示意图；和

图4是示出根据本发明的方面控制轮驱动辅助系统中的牵引控制装置的过程的流程图。

具体实施方式

公开轮辅助驱动系统及方法的实施方式用在机器上。在这里描述的示例性实施方式中，机器是平地机。轮辅助驱动系统包括用于提供全轮驱动的自由旋转阀、用于提供牵引控制的分流阀、以及用于选择性地旁通分流阀的旁通阀。旁通阀的操作基于自由旋转阀的状态，以减少由经过分流阀的液压流体流引起的热量产生和损失。

图1和2描绘诸如平地机10的机器的示例性实施方式。平地机10可以主要用作将土质或其它材料的地面11造型成最终布置的修整工具。不是像诸如推土机等其它机器使大量土在行进方向上运动，平地机10通常将相对少量的土从一侧运至另一侧。话句话说，平地机10通常将土移经待平区域，而非直向前。虽然示例性实施方式是以平地机10的形式示出，将理解当前系统和方法可以与受益于这里教导的优点的其它类型机器一起使用。

更具体地，平地机10包括前框架12、后框架14、和诸如刀片16的平地机机具。前框架12和后框架14通过诸如一组后轮18a和一组前轮18b的接地单元支撑。包含操作平地机10必需的许多控制装置19的操作者室20安装在前框架12上。主动力源21可以由后框架14支撑并且通过传动装置23可操作地联接至后轮18a用于主机器推进。主动力源21例如可以是柴油发动机、汽油发动机、天然气发动机或本领域已知的任何其它发动机。主动力源21也可以是连接至燃料电池的电马达、电容存储装置、电池或本领域已知的另外的动力源。传动装置可以是机械传动装置、液压传动装置或本领域已知的任何其它传动装置类型。传动装置可操作以在动力源和从动牵引装置之间产生多个输出速度比(或连续可变速度比)。

车辆转向系统17包括使前轮18b转向的转向致动器13。车辆转向系统17还可以包括使前轮18b从左倾向右的轮倾斜致动器15。

替代地称作推板的刀片16用以移土。刀片16安装在连杆组件上，总的以22示出。连杆组件22允许刀片16相对于平地机10移至各种不同位置。

连杆组件22可以包括通过球形接头安装至前框架12的牵引杆24。牵引杆24的位置通过三个液压致动器控制，这三个液压致动器通常称为右侧提升致动器28、左侧提升致动器30和中央位移致动器32。总的以34示出的联接将三个致动器28、30和32连接至前框架12。联接34能够在刀片重新定位过程中运动，但在移土操作过程中固定下来。刀片16相对于平地机10下面的地面的高度(通常称为刀片高度)主要通过右侧提升致动器28和左侧提升致动器30控制。右侧提升致动器28和左侧提升致动器30分别连接至刀片16的右侧部分31和左侧部分33。致动器28、30能够被独立地控制，并且由此用以使刀片16的底部刀刃35相对于地面11成角度。中央位移致动器32主要用以相对于前框架12侧向移动牵引杆24，以及安装至牵引杆的包括刀片16的端部的所有部件。该侧向移动通常称为牵引杆侧向移动或圆心移动。

牵引杆24包括通常称为轭板36的大的平板，如图2和3所示。在轭板36下方是通常称作圆形物38的大齿轮。圆形物38通过通常称为圆形物驱动装置40的液压马达旋转，如图1所示。圆形物38通过圆形物驱动装置40的旋转(通常称为圆形物转动)使刀片16围绕固定至牵引杆24的第一竖向轴线V1枢转，以建立刀片切削角。刀片切削角限定为刀片16相对于前框架12的角度。在零度刀片切削角处，刀片16相对于前框架12以直角对准。在图2中，刀片16被示出设置在零度刀片切削角。

刀片16通过支架安装至圆形物38上的铰接件。刀片末端致动器46用以向前或向后倾斜支架。换句话说，刀片末端致动器46用以翻倒或倾斜刀片16的底部刀刃35前面或后面的刀片16的上边缘47。刀片16的上边缘47相对于刀片16的底部刀刃35的位置通常称为刀片末端。

刀片16安装至支架中的滑动接头，允许刀片16相对于支架或圆形物38从一侧滑动或移动至另一侧。这种一侧至另一侧的移动通常称为刀片侧向移动。侧向移动致动器50用以控制刀片侧向移动。

具体地参照图2，总的以52示出的右侧关节运动致动器安装至后框架14的右侧，总的以54示出的左侧关节运动致动器安装至后框架14的左侧。右侧关节运动致动器52和左侧关节运动致动器54用以使前框架12围绕图1中所示的第二竖向轴线V2旋转。轴线V2通常称为关节运动轴线。在图2中，平地机10被示出定位在空档或零关节运动角度。

图3图示可以用以驱动前轮18b的轮辅助驱动系统60。轮辅助驱动系统60可以包括可操作地联接至主动力源21的主泵62，用于使液压流体循环经过系统。也可以提供先导泵64，以帮助致动系统的各种液压部件。

轮辅助驱动系统60可以被配置为当期望时液压地驱动前轮18b。在图示实施方式中，第一轮马达66和第二轮马达68可操作地联接至前轮18b。由主泵62供应的液压流体流经第一轮马达66和第二轮马达68以旋转关联的前轮18b，由此以全轮驱动模式操作机器。给第一轮马达66和第二轮马达68的液压流体流可以通过自由旋转阀70和分流阀72选择性地控制，如以下更详细的描述。

提供自由旋转阀70以允许或阻止给第一轮马达66和第二轮马达68的流体流，由此控制机器是否以后轮驱动或全轮驱动操作。如图3中最佳示出的，自由旋转阀70通常可以被配置为滑阀，其具有与主泵62流体地连通的第一入口74和第二入口76和与第一轮马达66和第二轮马达68流体地连通的第一出口78和第二出口80。自由旋转阀70可以至少具有图3中示意性图示的位置或模式。在第一或自由旋转模式82中，自由旋转阀70处于如图3中所示的其最右侧位置。在该位置，来自主泵62的流体流被防止从出口78、80流出，由此阻止到第一轮马达66和第二轮马达68的流体流。在第二或驱动辅助模式84中，自由旋转阀70移动至其最左侧位置以允许液压流体流至第一出口78和第二出口80。在如所示的一种实施方式中，在自由旋转模式和驱动辅助模式之间也可以设置第三或过渡模式86，以在驱动辅助模式84和自由旋转模式82之间进行平滑过渡。

可以提供电液压滑阀90以控制自由旋转阀70的位置。如图3中示意性所示，电液压滑阀90与设置在自由旋转阀70的相对端上的先导压力口92、94流体地连通。电液压滑阀90可以移动以控制连通至先导压力口92、94的液压流体压力，由此将自由旋转阀70移至期望模式。

轮辅助驱动系统60还可以包括分流组件100，分流组件100通常包括分流阀72、旁通阀104和开/关电液压阀106。

分流阀72可以用以执行牵引控制，由此减少轮打滑。相应地，分流阀72可以包括与第一分流出口112和第二分流出口114流体地连通的分流入口110。第一分流出口112与第一轮马达66流体地连通，而第二分流出口114与第二轮马达68流体地连通。分流阀构件116设置在分流入口110与第一和第二分流出口112、114之间并且可以具有三个位置。在第一或相等流量模式118中，给第一轮马达66和第二轮马达68提供基本相等的液压流体流，如图3所示。分流阀构件116可以向右移至第一流量模式120，其中给第一轮马达66提供更多的流体流。附加地，分流阀构件116可以向左移至第二流量模式122，其中给第二轮马达68提供更多的流体流。分流阀构件116的操作可以被控制以均等化提供给第一分流出口112和第二分流出口114的液压流体压力，由此提供牵引控制。

分流阀72还可以包括用于选择性地旁通分流阀构件116并停止牵引控制的旁通组件。旁通组件可以包括围绕分流阀构件116分别流体地连通至第一轮马达66和第二轮马达68的第一旁通导管124和第二旁通导管126。附加地，旁通组件可以包括旁通阀128，该旁通阀128具有与第一自由旋转阀出口78流体地连通的旁通入口130、与第一旁通导管124流体地连通的第一旁通出口132、与第二旁通导管126流体地连通的第二旁通出口134、和与分流入口110流体地连通的第三旁通出口136。

旁通阀构件140设置在旁通入口130和旁通出口132、134、136之间，并且可在旁通模式142和分流模式144之间运动。在图3中所示的旁通模式142中，旁通入口130与第一旁通出口132和第二旁通出口134流体地连通，以引导液压流体围绕分流阀构件116并且停用牵引控制。在图示的实施方式中，旁通入口130还与第三旁通出口136流体地连通，但是仅有限的液压流体量可以流经分流阀构件116。在分流模式144中，旁通入口130仅与第三旁通出口136流体地连通，使得基本所有的液压流体被引导经过分流阀构件136以提供牵引控制。

提供开/关电液压阀106以在旁通模式142和分流模式144之间致动旁通阀104。如图3中示意性所示，开/关电液压阀106与设置在旁通阀构件140的与弹簧148相对的一端上的先导压力口146流体地连通。开/关电液压阀106可以移动以控制连通至先导压力口146的液压流体压力，由此将旁通阀构件140转换至期望模式。

轮辅助驱动系统60还可以包括反馈装置以提供可在系统的控制中使用的信息。例如，第一轮速度传感器150和第二轮速度传感器152可以与第一和第二轮马达66、68和/或前轮18b关联，并且配置为提供指示轮速度的反馈。可以设置其它传感器或反馈装置，以提供附加信息。

可以提供控制器160以控制轮辅助驱动系统60的操作。例如，控制器160可以可操作地联接至电液压滑阀90和开/关电液压阀106以选择性地控制自由旋转阀70和旁通阀构件140的操作模式。附加地，控制器160可以可操作地联接至第一和第二轮速度传感器150、152和主动力源21以接收指示机器操作参数的反馈信号或发送控制信号以操作一个或多个机器部件。控制器160可以包括驱动辅助逻辑回路，其包括一个或多个中央处理单元和一个或多个存储装置，所述一个或多个存储装置储存指令，所述指令在由一个或多个中央处理单元执行时，导致驱动辅助逻辑回路执行这里描述的功能。

工业实用性

本发明可应用于具有轮驱动辅助系统的机器。这些系统可以包括自由旋转阀以选择性地控制全轮驱动模式中的操作和分流阀以允许牵引控制。根据本发明，旁通阀设置在自由旋转阀和分流阀之间以选择性地引导液压流体流经过分流阀或者围绕分流阀。更具体地，旁通模式中的操作用以减少与传统分流阀操作关联的热量产生和阀调整损失。

图4以流程图图示用于控制轮辅助驱动系统60的操作的示例性过程200。在过程200的阶段202处，旁通阀构件140被设置为旁通模式142并且过程200继续向前到阶段204。

在阶段204处，确定全轮驱动是否被启用。全轮驱动可以通过用户输入或贮存在控制器160或其它位置中的控制逻辑启动。如果全轮驱动未启用，过程继续到阶段206，在该处，自由旋转阀70被设置为自由旋转模式82并且过程200返回至阶段202。

但是，如果在阶段204处确定全轮驱动被启用，过程200继续向前到阶段208，在阶段208处，自由旋转阀70被致动为驱动辅助模式84。这可以例如通过致动电液压滑阀90以提供将自由旋转阀70转换至驱动辅助模式84的先导压力来完成。

过程200接着继续到阶段210，在该处，确定牵引控制是否被启用。对于全轮驱动，牵引控制可以通过用户输入或贮存在控制器160或其它位置的控制逻辑来启动。如果牵引控制未启用，过程200返回至阶段202并且旁通阀构件140保持在旁通模式142。

否则，如果确定牵引控制被启用，过程200继续向前到阶段212，在该处，旁通阀构件140被设置为分流模式144。将旁通阀构件140设置为分流模式144可以例如通过致动开/关电液压阀106以提供足以克服弹簧148的先导压力来完成，由此将旁通阀构件140转换为分流模式144。过程200接着返回至阶段210以再次确定牵引控制是否保持启用。当牵引控制不再启用时，接着过程将返回阶段202，在该点处，旁通阀构件140将返回到旁通模式142。

根据过程200，旁通阀构件140的操作是基于自由旋转阀70的状态。更具体地，如果自由旋转阀70处于自由旋转模式82中，旁通阀构件140可以仅在旁通模式142中操作。因此，旁通阀构件140可以仅当自由旋转阀70处于驱动辅助模式84时在分流模式144中操作。以此方式，液压回路效率低下和过多的热量产生减少。

轮辅助驱动系统60的控制可以经由储存在例如驱动盘、闪存驱动器、光学存储器、ROM等非瞬时计算机可读介质或存储器上的指令的计算化执行来执行。执行主体可以是一个或多个控制器并且可以与诸如一个或多个发动机控制器和/或传动装置控制器的一个或多个现存控制器分离或为其部分。

将理解的是，前述描述提供本发明组件和技术的例子。但是，可以设想到本发明的其它执行方式可以在细节上与前述例子不同。对其公开或例子的所有参照意于参照在该点讨论的具体例子并且不意于暗示更广泛地针对本发明的范围的任何限制。针对一些特征的区别和偏见的任何语言意于指示对这些特征缺乏优先，但不从本发明的范围整体排除，除非另外指明。

这里对值的范围的记载仅仅意于用作单独地指示落入范围内的每个单独值的简化方法，除非在这里另外指明，并且每个单独值如同其在这里单独记载地并入说明书中。这里描述的所有方法能够以任何适当的顺序执行，除非在这里另外指明或者以其它方式通过上下文清楚否定。

因此，本发明包括如适用法律所容许的所附权利要求中记载的主题的所有变型和等效。此外，上述元件以其所有可能变形的任意组合被本发明包含，除非在这里另外指明或者以其它方式通过上下文清楚否定。

Claims (7)

1.一种控制具有第一和第二轮马达和用于循环液压流体的主泵的机器上的前轮辅助和牵引控制的方法，该方法包括：

提供具有与第一和第二分流出口流体地连通的分流入口的分流阀，第一分流出口与第一轮马达流体地连通并且第二分流出口与第二轮马达流体地连通；

在分流阀的上游提供旁通阀，旁通阀具有旁通模式和分流模式，在旁通模式中，液压流体的至少一部分围绕分流阀连通至第一和第二轮马达，在分流模式中，液压流体经过分流阀连通至第一和第二轮马达；

在旁通阀的上游提供自由旋转阀，自由旋转阀具有自由旋转模式和驱动辅助模式，在自由旋转模式中，主泵与第一和第二轮马达之间的流体连通被阻止，在驱动辅助模式中，主泵与第一和第二轮马达流体地连通；

确定自由旋转阀的启动状态；

当自由旋转阀处于自由旋转模式中时，以旁通模式操作旁通阀；以及

当自由旋转阀处于驱动辅助模式中时，以旁通模式和分流模式中的任一种操作旁通阀。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，机器包括平地机。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，平地机包括一对后轮和一对前轮，并且其中，第一和第二轮马达联接至该对前轮。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，平地机还包括主动力源，并且其中，主泵可操作地联接至主动力源。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，该对后轮通过传动装置连接至主动力源。

6.根据权利要求1所述的方法，还包括当自由旋转阀处于驱动辅助模式中时，确定牵引控制是否被启用，并且仅当牵引控制启用时以分流模式操作旁通阀。

7.一种用于具有主泵和第一和第二接地构件的机器的驱动辅助系统，该驱动辅助系统包括：

可操作地联接至第一接地构件的液压第一轮马达；

可操作地联接至第二接地构件的液压第二轮马达；

设置在主泵与第一和第二轮马达之间的自由旋转阀，自由旋转阀能够在自由旋转模式和驱动辅助模式之间操作，自由旋转模式阻止从主泵到第一和第二轮马达的流体流，驱动辅助模式允许从主泵到第一和第二轮马达的流体流；

设置在自由旋转阀与第一和第二轮马达之间的分流阀；

与第一轮马达流体地连通并且围绕分流阀构件的第一旁通导管；

与第二轮马达流体地连通并且围绕分流阀构件的第二旁通导管；

设置在分流阀与自由旋转阀之间的旁通阀，旁通阀具有允许自由旋转阀与分流阀之间的流体连通的分流模式和允许自由旋转阀与第一和第二旁通导管之间的流体连通的旁通模式；以及

可操作地联接至自由旋转阀和旁通阀的控制器，所述控制器能够：

确定自由旋转阀的启动状态；

当自由旋转阀处于自由旋转模式中时，以旁通模式操作旁通阀构件；以及

当自由旋转阀处于驱动辅助模式中时，以旁通模式和分流模式中的任一种操作旁通阀构件。