РЕГУЛИРОВКА КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА ДЛЯ ПРИВОДА НА ПЕРЕДНИЕ КОЛЕСА

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к приводам на передние колеса, а конкретно к управлению приводами на передние колеса на рабочих транспортных средствах, таких как самоходные грейдеры.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известные рабочие транспортные средства, такие как, например, самоходные грейдеры, имеют возможности привода всех колес по меньшей мере с одним двигателем для приведения в действие передних колес и с трансмиссией для передачи мощности от двигателя или, возможно электрического двигателя, на задние колеса. Во время поворотов транспортного средства, передние колеса могут двигаться по дугообразной или круговой траекториям, и для эффективности транспортного средства, а также по опыту работы, может потребоваться их вращение с большей скоростью, чем задних колес, когда диаметр передних колес равен диаметру задних колес, так как передние колеса могут проходить более большие расстояния. Также, может потребоваться, чтобы переднее колесо на внешнем радиусе поворота (внешнее колесо) вращалось с большей скоростью, чем скорость переднего колеса на внутреннем радиусе поворота (внутреннее колесо), так как траектория внешнего колеса имеет больший радиус, чем траектория, по которой движется внутреннее колесо.

Известные рабочие транспортные средства решают данные проблемы с помощью открытых дифференциалов и вариантов ограниченного дифференциала, включая: дифференциалы с ограниченным проскальзыванием; и дифференциалы, которые являются самоблокирующимися, блокируемые вручную или блокируемые посредством программного обеспечения при пороговых различиях между фактическими скоростями и прогнозируемыми скоростями левого и правого колес (обнаружение проскальзывания) и т.д. В попытках решить очевидные проблемы, проявляемые компоновками, отмечавшимися выше, некоторые решения отслеживают и независимо регулируют скорости вращения каждого из передних колес при всех обстоятельствах на основании углов поворота передних колес, а в случае таких транспортных средств, как самоходные грейдеры, углов артикуляции транспортного средства. Последние решения имеют различные недостатки, которые требуют компромиссов.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Авторы изобретения признают, что просто независимое управление скоростью каждого из передних колес не может обеспечить непосредственного управления независимыми характеристиками управляемости для средних и дифференциальных скоростей. Подобный подход содержит две схемы управления; одну для правого колеса, а другую для левого переднего колеса. Соответственно, имеется компромисс между ускорением и плавностью принятия нагрузки с одной стороны и управлением и боковой тягой с другой стороны. Средняя скорость передних колес, которая является важной для агрессивности и пробуксовывания передних колес, не регулируется; это является побочным эффектом нагрузки и характеристикой управления двух схем. Дифференциальная скорость двух передних колес, которая является важной для эффективности управления, непосредственно не регулируется; это побочный эффект нагрузки и эффективности двух схем регулирования скоростей.

Изобретение может непосредственно решить проблемы, указанные выше, за счет прямого и независимого регулирования средней и дифференциальной характеристик управляемости передних колес. Изобретение также может регулировать характеристики управляемости задних колес для улучшения общей эффективности и опыта эксплуатации.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 иллюстрирует приведенное для примера рабочее транспортное средство, использующее изобретение;

Фиг.2 иллюстрирует схему первого иллюстративного варианта осуществления системы управления приводом колес, подлежащей использованию в иллюстративном рабочем транспортном средстве по Фиг.1;

Фиг.3 иллюстрирует схему второго иллюстративного варианта осуществления системы управления приводом колес; и

Фиг.4 иллюстрирует приведенную для примера блок-схему для определения среднего крутящего момента в иллюстративной системе привода по Фиг.2 и 3;

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Далее приведено подробное описание иллюстративных вариантов осуществления изобретения. Аналогичные ссылочные позиции будут при случае использоваться по всему описанию.

Фиг.1 иллюстрирует приведенное для примера рабочее транспортное средство, самоходный грейдер 1, который может использоваться в изобретении. Самоходный грейдер 1 на Фиг.1 может содержать: кабину 10, имеющую рулевое устройство 11 и сиденье 12; переднюю часть 20, имеющую переднюю раму 20a, ведущее левое переднее колесо 21, ведущее правое переднее колесо 22; заднюю часть 30, содержащую заднюю раму 30a, тандемные устройства 31; задние колеса 32, 33; и механизм 40 соединения, содержащий шарнирное соединение 41 и цилиндр 42 соединения для угловых регулировок между передней и задней частями 20, 30. Также может быть предусмотрено тандемное устройство 31, из которого задние колеса 32 получают двигательную энергию. Самоходный грейдер 1 также может содержать рабочий инструмент 50 для рабочего объема земли по мере того, как рабочее транспортное средство 1 движется по земле.

Фиг.2 представляет схему первого иллюстративного варианта осуществления системы 100 управления приводом колес для левого и правого передних колес 21, 22 и задних колес 32, 33 самоходного грейдера на Фиг.1. Как проиллюстрировано, система 100 привода может, среди прочего, содержать: тандемные устройства 31, через которые задние колеса 32, 33 могут получать двигательную энергию; трансмиссию 34; контроллер 110 трансмиссии, который может быть в сообщении и функционально соединен с: трансмиссией 34; левой гидростатической трансмиссией 120; и правой гидростатической трансмиссией 130. Контроллер 110 трансмиссии также может быть в сообщении с: блоком 36 контроллера двигателя (ECU); датчиком 126 скорости вращения левого переднего колеса; датчиком 127 угла поворота левого переднего колеса; датчиком 136 скорости вращения правого переднего колеса; датчиком 137 угла поворота правого переднего колеса; и датчиком 34a задней скорости вращения. Педаль подачи топлива или дроссельная заслонка 37, имеющая особенность определения и передачи положений педали, может быть в сообщении с ECU 36 для дросселирования двигателя 35. Как проиллюстрировано на Фиг.2, также может быть предусмотрен датчик скорости транспортного средства, такой как, например, радарный детектор 160, который находится в сообщении с контроллером 110 трансмиссии. Как проиллюстрировано, для определения угла артикуляции между передней и задней частями 20, 30 может быть предусмотрен общепринятый датчик 45 угла артикуляции.

Как проиллюстрировано, левая гидростатическая трансмиссия 120 может содержать: левый гидравлический насос 121 с изменяющимся рабочим объемом; соленоид 122 левого насоса для позиционирования качающейся шайбы 121a левого насоса; левый гидравлический двигатель 123; соленоид 124 левого двигателя для позиционирования качающейся шайбы 123a левого двигателя; и левый датчик 125 давления для определения перепада давлений между левым гидравлическим насосом 121 и левым гидравлическим двигателем 123. Контроллер 110 трансмиссии находится в сообщении с левым датчиком 125 давления и функционально соединен с соленоидом 122 левого насоса и соленоидом 124 левого двигателя.

Как и в случае левой гидростатической трансмиссии 120, правая гидростатическая трансмиссия 130 может содержать: правый гидравлический насос 131 с изменяющимся рабочим объемом; соленоид 132 правого насоса для позиционирования качающейся шайбы 131a правого насоса; правый гидравлический двигатель 133; соленоид 134 правого двигателя для позиционирования качающейся шайбы 133a правого двигателя; и правый датчик 135 давления для определения перепада давлений между правым гидравлическим насосом 131 и правым гидравлическим двигателем 133. Контроллер 110 трансмиссии находится в сообщении с правым датчиком 135 давления и функционально соединен с соленоидом 132 правого насоса и соленоидом 134 правого двигателя.

Как проиллюстрировано, левая и правая гидростатические трансмиссии 120, 130 могут быть механически соединены с двигателем 35. Они также могут быть механически соединены с левым и правым передними колесами 20, 30, соответственно.

Фиг.3 иллюстрирует схему второго иллюстративного варианта осуществления системы 100’ управления приводом колес. Различия между первым и вторым иллюстративными вариантами осуществления изобретения 100, 100' могут быть приписаны различиям в задней передаче. Второй иллюстративный вариант осуществления системы 100’ управления приводом колес использует заднюю гидростатическую трансмиссию 60 вместо зубчатой трансмиссии 34 первого иллюстративного варианта осуществления системы 100 управления приводом колес. Как проиллюстрировано, датчик 34a скорости может остаться. Как и в случае левой и правой гидростатических трансмиссий 120, 130 впереди рабочего транспортного средства 1, контроллер 110 трансмиссии может управлять качающимися шайбами 61a, 62a соответствующего насоса и двигателя 61, 62 через функциональные соединения с соответствующими соленоидами 63, 64 насоса и двигателя. Перемещение качающейся шайбы может определять среднюю скорость задних колес 32, 33. ECU 36 может определять текущий крутящий момент двигателя (CET), как функцию текущего расхода топлива, текущего числа оборотов двигателя и текущей рабочей нагрузки, т.е. f(текущего расхода топлива, текущего числа оборотов двигателя, текущей рабочей нагрузки), используя общепринятую формулу или таблицу характеристик двигателя, все из которых выявляются ECU 36 через общепринятое средство.

Фиг.4 иллюстрирует приведенную для примера блок-схему 200 для определения регулировки среднего и дифференциального крутящего момента на передних колесах для иллюстративных систем 100, 100’ привода на Фиг.2 и 3, и что касается Фиг.3, детализируя действия контроллера 110 трансмиссии по отношению к блоку контроллера двигателя (ECU) 36, задней гидростатической трансмиссии 60, заднему датчику 65 давления, соленоиду 63 заднего гидравлического насоса, соленоиду 122 левого насоса, левому датчику 125 давления, датчику 127 угла поворота левого переднего колеса, соленоиду 132 правого насоса, правому датчику давления 135, датчику 137 угла поворота правого переднего колеса, датчику 43 угла артикуляции, устройству 140 ввода данных оператором, и возможно, детектору скорости транспортного средства, отдельного от силового агрегата самоходного грейдера 1, такого как, например, радиолокационный детектор 160 скорости. Что касается Фиг.2, механическая трансмиссия 34 и датчик 34a скорости заменяют заднюю гидростатическую трансмиссию 60 и связанные с ними детали.

Как проиллюстрировано на Фиг.4, регулировка крутящего момента начинается, когда на стадии 201 запускают иллюстративную систему 100 привода. На стадии 202 может быть оценен крутящий момент заднего привода (RDT), с помощью альтернативного варианта 1, посредством вычитания из CET известных паразитных нагрузок на двигатель, таких как, например, вентиляторы и т.д. На стадии 203 контроллер 110 трансмиссии может определять крутящий момент намеченного переднего колеса (TFT) в виде процентной доли RDT.

Как проиллюстрировано на фиг.4, на стадии 204, контроллер 110 трансмиссии может оценивать крутящие моменты передних колес, используя измерения давления и рабочие объемы в каждой из левой и правой трансмиссий 120, 130. Измерения давления могут приниматься от левого и правого датчиков 125, 135 давления, а измерения рабочих объемов могут определяться из регулировок рабочих объемов для левой и правой гидростатических трансмиссий 20, 30 от контроллера 110 трансмиссии. Затем на стадии 205 может быть определен общий измеренный/в виде обратной связи передний крутящий момент (TFTM), посредством добавления крутящих моментов, рассчитанных на левом и правом передних колесах 22, 32. На стадии 206, можно определить ошибку крутящего момента (TE), как разницу между TFT и TFTM в то время, как корректирующую команду (CC) можно определить, как функцию TE с помощью общепринятой формулы или справочной таблицы.

На стадии 207, можно определить номинальную среднюю команду (NMC), т.е. сигнал для регулировки рабочего объема, как функцию задней скорости вращения, входных данных оператора и геометрии транспортного средства, такой как, например угол артикуляции, угол поворота колес и т.д., т.е. номинальная средняя команда = f(задней скорости вращения, входных данных оператора, геометрии транспортного средства). Затем, на стадии 208 можно определить среднюю команду (MC) для каждого из передних колес 20, 30, как сумму NMC и CC, т.е. MC=NMC+CC.

На стадии 209, можно определить дифференциальный измеренный/в виде обратной связи крутящий момент (DTM), беря разницу между крутящими моментами, измеренными на левом и правом передних колесах 22, 32, т.е. разницу между крутящим моментом левого переднего колеса (LWT) и крутящим моментом правого переднего колеса (RWT). На стадии 210, можно определить контрольный/заданный дифференциальный крутящий момент (DTT) за счет данных ввода оператора и геометрии транспортного средства. На стадии 211, можно рассчитать ошибку дифференциального крутящего момента (DTE), как DTT-DTM, и можно определить команду корректировки дифференциального крутящего момента (DCC), как функцию DTE по общепринятой формуле или справочной таблице.

На стадии 212, можно определить номинальную команду дифференциального крутящего момента (NDTC), как функцию задней скорости вращения, данных ввода оператора и геометрии транспортного средства. На стадии 213 можно рассчитать дифференциальную команду (DC), как сумму NDTC и DCC.

В заключение, на стадии 214 можно определить команду левого рабочего объема для левой гидростатической трансмиссии 20, как MC+DC, и можно определить команду правого рабочего объема для правой гидростатической трансмиссии 30, как MC-DC.

Следует отметить, что RDT стадия 202 может быть оценена с помощью альтернативного варианта 2, который состоит в умножении текущих рабочих объемов и измеренных давлений в задней гидростатической трансмиссии 60, оценка которых соответствует альтернативной иллюстративной системе привода Фиг.3.

Также, следует отметить, что определения рабочих объемов для углов поворота передних колес и углов артикуляции могут быть сделаны с нулевыми («0») или несуществующими значениями. Соответственно, хотя датчики 127, 45 углов поворота и артикуляции являются предпочтительными для большей точности оценки, система управления крутящим моментом может функционировать без датчика 127 угла поворота или датчика 45 угла артикуляции.

После описания иллюстративных вариантов осуществления выше, становится понятно, что могут быть выполнены различные изменения, не выходящие за рамки объема, который определен в приложенной формуле изобретения.