CN101300165B - 液压制动和转向*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液压***(200)。该液压***包括一加压流体源(30)和构造成影响施加到相关联的牵引设备(18)上的阻抗转矩的大小的多个流体致动器(22)。该液压***还包括多个阀(34)，它们分别构造成选择性地向所述多个流体致动器之一传输加压流体。该液压***还包括构造成根据至少一转向指令来控制所述多个阀的控制器(104)。

Description

液压制动和转向***

技术领域

本发明涉及一种液压***，更具体地涉及一种液压制动和转向***。

背景技术

车辆例如汽车、卡车、作业机械和其它类型的车辆通常包括一个或多个牵引设备，以影响车辆相对于地面或其它表面的运动。这些牵引设备由车辆动力设备进行驱动，并通常通过多液压***进行控制，以影响牵引设备的转向或制动。车辆通常包括三个独立的液压***，一个液压***构造成用于影响制动，两个液压***—第一/主液压***和第二/次液压***—构造成用于影响转向。第二液压***通常为冗余的备用***，并且构造成在第一液压***发生故障或失效时影响转向。这些液压***中的每一个通常包括一电-液力阀装置，该装置流体连接在泵和一个或多个致动器之间，以控制来自和去往一个或多个致动器的腔的加压流体的流率和方向。这样，所述阀装置例如通过使致动器动作以影响机械制动器相对于牵引设备的活动部分的接合、或者通过使致动器动作以影响一个或多个牵引设备相对于车架的角度来影响制动或转向。尽管具有三个独立的液压***的车辆可实现对牵引设备的充分控制，但是，多液压***会增加车辆的复杂性。

授予Johnson的U.S.专利No.6,935,445(′445专利)公开了一种用于履带式车辆在第一液压***不能正常工作时的备用转向***。’445专利公开了一种在泵和左、右行车制动器之间连接有多个阀的液压***。同时致动所述行车制动器可使相关车辆减速，单独致动所述行车制动器可使相关车辆转向。具体来讲，’445专利公开了一种电控制的主阀，该主阀选择性地引导流体朝向模式控制阀以造成其液力偏置运动。在致动主阀时，模式控制阀作出响应而使流体从泵流通到行车制动器，以同时致动该制动器。’445专利还公开了一对备用螺线管阀/电磁阀，该阀选择性地和独立地使流体从泵经由模式控制阀流通到行车制动器之一。这样，’445专利提供了左右行车制动器在正常制动模式例如致动主阀或备用模式例如致动一个或全部两个备用阀下的双控制。

尽管’445专利可提供一种用于在第一转向***不正常工作时控制履带式车辆的备用转向***，但是，在第一转向***正常工作期间，所公开的***可能不能够提高相关车辆的可操作性。另外，’445专利在向相关车辆设置备用转向***时可能会使正常的制动***断开连接。同时，’445专利可能需要复杂的阀装置和控制方法来实现对相关车辆的备用转向控制。

本发明的目的在于克服一个或多个上述问题。

发明内容

一方面，本发明涉及一种液压***。该液压***包括一加压流体源和构造成改变施加到相关联的牵引设备上的阻抗转矩的量的多个流体致动器。该液压***还包括多个阀，它们分别构造成选择性地向所述多个流体致动器之一传输加压流体。该液压***还包括构造成根据至少一个转向指令来控制所述多个阀的控制器。

另一方面，本发明涉及一种操作液压***的方法。该方法包括使流体加压和将加压流体引导至分别与多个致动器之一相关联的多个阀。该方法还包括根据第一信号将加压流体选择性地引导通过所述多个阀中的每一个并朝向所述多个致动器引导。该方法还包括根据第二信号将加压流体选择性地引导通过所述多个阀中的次级单元。

附图说明

图1是根据本发明的车辆的示例性实施例；以及

图2是图1的车辆的液压***的示例性实施例。

具体实施方式

图1示出示例性的车辆10。车辆10具体可以是汽车、卡车、作业机械和/或任何移动车辆。仅为清楚起见，车辆10示出为自卸车，但是，应注意，这里公开的内容适应于任何移动机械。具体地，车辆10可包括车架12、操作员界面14和多个牵引设备18。

车架12可包括支承车辆10的运动的任何结构单元。车架12可例如是连接动力源和牵引设备18的固定式底架例如底盘、连接一个或多个机具和动力源的活动式车架构件例如联接***和/或现有技术中所知的任何其它类型的车架。

操作员界面14可构造成接收来自操作员的输入，这些输入表明所希望的操作，例如车架12、牵引设备18的运动和/或车辆10的任何其它适当的操作。具体地，操作员界面14可包括构造成定位和/或定向车辆10的组成部件的一个或多个操作员界面设备16，这些设备可包括比例型控制器例如踏板和/或方向盘。可以设想，在操作员界面14中可包括有其它和/或不同的操作员界面设备16，例如多轴线操纵杆、旋钮、推拉设备、开关和/或现有技术中已知的其它操作员界面设备。

牵引设备18可包括车轮、履带和/或构造成支承和/或影响车辆10相对于地面等表面的偏转的任何机构。每个牵引设备18均可转向或不可转向，并可包括在相对于车架12的一个或多个位置上的任何数量的机构，例如，一个牵引设备18可包括彼此协同配合的两个相邻的车轮。例如，车辆10可包括第一、第二、第三和第四牵引设备18a、18b、18c、18d，其中的两个—第一和第三牵引设备18a、18c在图1中示出。仅为清楚起见，第一、第二、第三和第四牵引设备18a、18b、18c、18d可分别看作是左前、右前、左后、右后牵引设备，与通常对运动车辆而言的相同。可以设想，牵引设备18可通过任何传统的布置进行构造，例如使各牵引设备18能够转向或者仅使第一和第二牵引设备18a、18b能够转向。还可以设想，牵引设备18可以任何常规的方式例如传动系、差动齿轮传动机构、振动吸收机构和/或其它适宜的机构操作性地一起连接到车架12和/或车辆10的动力源。还可以设想，每个牵引设备18可包括一个或多个彼此相邻布置的单独机构，例如分别将第三和第四牵引设备18c、18d与两个车轮设置成如现有技术中通常所知的那样。

如图2所示，牵引设备18可分别可操作地连接到液压***20。具体地，液压***20可包括一个或多个液压致动器22，它们均构造成影响机械制动器的接合，并从而影响施加到牵引设备18中每一个上的阻抗转矩的量。机械制动***可包括任何常规的制动***，其构造成根据液压致动器的伸出和/或收回而向牵引设备18之一施加阻抗转矩。例如，机械制动***可包括盘式制动器，其中，盘式制动器的钳盘可根据相关联的液压致动器的伸出和/或收回而摩擦接合制动盘。为清楚起见，省略了对机械制动***的进一步说明。可以设想，牵引设备18之一的运动速度可根据施加在其上的阻抗转矩的量进行变化。

液压致动器22可分别与牵引设备18之一相关联。例如，第一、第二、第三和第四致动器22a、22b、22c、22d可分别与第一、第二、第三和第四牵引设备18a、18b、18c、18d相关联。仅为清楚起见，对液压致动器22的进一步的说明将在下文中参考第一致动器22a进行，应注意，该说明适用于第二、第三和第四致动器22b、22c、22d。

第一液压致动器22a可包括限定有缸和活塞24的管状部分23，该活塞24将所述缸分成用于容纳加压流体的第一腔室25和用于容纳弹簧27的第二腔室26。活塞24可响应于供给第一腔室25的流体压力沿第一方向移动，并可响应于第二腔室26中的弹簧27沿与第一方向相反的第二方向移动。具体地，第一腔室25内的加压流体可使活塞24沿第一方向偏置，以增加可操作地连接到第一牵引设备18a的机械制动器的摩擦接合。相反，第二腔室26内的弹簧27可使活塞24沿第二方向偏置，以减少可操作地连接到第一牵引设备18a的机械制动器的摩擦接合。这样，机械制动器的接合量以及从而施加到第一牵引设备18a上的阻抗转矩的量可根据供给第一腔室25的加压流体的量进行变化。可以设想，液压致动器22也可被弹簧朝向伸出位置偏压，而被液力朝向收回位置偏压。

液压***20还可包括加压流体源30、低压源32和一个或多个阀34，以影响液压致动器22的伸出和/或收回。可以设想，液压***20可包括多个流体通路，它们相互之间流体连通一个或多个组成部件，如现有技术中常见的那样。还可以设想，液压***20可包括另外和/或不同的部件，例如温度传感器、位置传感器、卸压阀、蓄电池、调压器和/或现有技术中已知的其它部件。还可以设想，液压***20还可构造成影响一个或多个牵引设备18上的静止装置例如停车装置、致动器的接合。

加压流体源30可构造成产生加压流体流，并可包括变量泵、定量泵和/或现有技术中已知的其它加压流体源。源30可例如通过中间轴、传动带、电路或任何其它适宜的方式可驱动地连接到一动力源。源30可布置在低压源32的上游，并可向阀34供给加压流体。可以设想，源30也可以包括多个泵，它们构造成现有技术中常见的多级泵。

低压源32可例如包括构造成盛放供给流体的贮液器或储罐。所述流体可例如包括专用液压油、发动机润滑油、传动润滑油或现有技术中已知的任何其它流体。车辆10内的一个或多个液压***可从低压源32抽取流体，和使流体返回低压源32。可以设想，液压***20可连接到多个单独的低压源。

阀34可包括第一、第二、第三和第四阀34a、34b、34c、34d，它们分别与第一、第二、第三和第四致动器22a、22b、22c、22d相关联。阀34可分别构造成调节去往液压致动器22之一的加压流体流。具体地，阀34可分别包括比例阀元件，其可被弹簧偏压和螺线管致动成朝向多个位置中的任一位置运动。仅为清楚起见，对阀34的进一步说明参考第一阀34a进行，应注意，该说明适用于第二、第三和第四阀34b、34c、34d。

例如，第一阀34a的阀元件可从第一位置移动，在该第一位置中加压流体流朝向第一液压致动器22a的流动基本被阻断。阀元件还可从第一位置朝向第二位置或第三位置移动，在该第二位置中最大流量的加压流体能够从源30流向第一液压致动器22a，在该第三位置中最大流量的加压流体能够从第一液压致动器22a流向低压源32。可以设想，第一阀34a也可以是液力致动的、机械致动的、气动的或以任何其它适宜的方式进行致动。还可以设想，第一阀34可包括多个独立的计量阀、固定流通面积阀和/或现有技术中已知的任何其它阀装置。应注意，机械制动器的摩擦接合量以及由此施加到第一牵引设备18a上的阻抗转矩的量可根据第一阀34a的阀元件的致动量以及加压流体可流动通过其中的流通面积的量而变化。

同样如图2所示，液压***20可通过控制***100进行控制。具体地，控制***100可构造成经由操作员界面设备16接收操作员的输入，并响应于此操作液压***20的一个或多个组成部件。具体地，控制***100可包括控制器104和传感器106，并可构造成控制阀34的移动。可以设想，控制***100可包括另外的部件，例如信号通信线路、放大器、过滤器、动力设备和/或现有技术中已知的其它部件。

控制器104可包括用于控制液压***20的操作的一个或多个微处理器。控制器104可包括存贮器、数据存贮设备、通信总线和/或现有技术中已知的其它部件。具体地，控制器104可构造成接收来自操作员界面设备16和传感器106的输入。控制器104还可构造成执行一种或多种算法和/或访问一个或多个相关数据库，例如图、方程和/或查图表。控制器104可根据接收到的输入、执行的算法和/或访问的数据库向阀34发出指令。例如，控制器104可发出例如电流或电压信号，以影响阀34的阀元件的移动，从而选择性地控制流率、压力和/或加压流体相对于液压致动器22的方向。可以设想，控制器104还可接收和/或发出向液压***20的其它部件、例如源30的指令。还可以设想，控制器104可构造成单独的控制器，或集成到能够控制车辆10的各种其它功能的总车辆控制***中。还可以设想，控制器104可包括多个控制器，它们分别用于控制液压***20的一个或多个部件。

传感器106可包括任何常规的传感器，并可构造成检测表征单独的转向***200的操作状况的一个或多个参数。传感器106可例如包括构造成检测转向***200中的加压流体压力的压力传感器。这样，传感器106可向控制器104传输信号，该信号可与可被接受的值或值的范围进行比较，以判定转向***200是否发生故障，例如不正常工作。可以设想，传感器106也可以是任何类型的传感器，如位置传感器、温度传感器、功率传感器、流量传感器、电压传感器、电流传感器和/或现有技术中已知的其它传感器。还可以设想，控制***100可包括用于检测转向***200的一个或多个参数的任意数量的传感器。

转向***200可包括构造成影响一个或多个牵引设备18相对于车架12的定向以从而影响和/或控制车辆10相对于表面的偏转的任何常规***。例如，转向***200可包括液压***、电气***和/或机械***。因此，为清楚起见，省略了对转向***200的进一步说明。还可以设想，转向***200可基于任何理由而被认为发生故障：例如，液压***中的致动压力不足、电气***中的电压不足、对转向***中的一个或多个部件的致动和/或控制少于所希望的情况和/或任何其它希望的标准。还可以设想，转向***200可通过改变牵引设备18相对于以任何适宜的定向的车架12的角度来改变牵引设备18的定向。

工业适用性

本发明的液压***可适用于具有制动和转向操作和/或对牵引设备的控制的任何车辆。本发明的***可构造成在第一转向***发生故障时提供备用转向能力和/或对第一转向***的功能进行补充。下面说明液压***20的操作。

参照图2，源30可接收来自低压源32的加压流体，并向阀34的上游侧供给加压流体。阀34可响应于其各自的阀元件的相对位置而选择性地控制流率、压力和/或加压流体的方向。例如，阀34可分别从基本阻断加压流体朝向各自的液压致动器22流动的第一位置向第二位置或第三位置移动。阀34之一的阀元件的朝向第二位置的移动可使加压流体能够从源30朝向相关联的液压致动器22之一的第一腔室25流动，以形成能够压缩弹簧27的力。阀34之一的阀元件朝向第三位置的移动可使加压流体从相关联的液压致动器22之一的第一腔室25朝向低压源32流动，以形成能够释放弹簧27的力。这样，阀34的阀元件的选择性地移动可影响液压致动器22的选择性移动，这转而将影响施加到各牵引设备18上的阻抗转矩的量。

液压致动器22可响应于经由操作员界面设备16传输的操作员输入而移动。例如，可经由车辆传动系向牵引设备18提供驱动转矩，以如现有技术中常见的那样相对于表面推进车辆10。操作员可能希望车辆10减速，并从而可能致动操作员界面设备16之一，例如操作员可压下车辆10的踏板。另外，操作员可能希望改变车辆10相对于表面的方向，并从而可能致动另一操作员界面设备16，例如操作员可致动车辆10的方向盘。致动一个或多个操作员界面设备16可以与它们的相对位置对应地向控制器104传输信号。控制器104可响应于一个或多个接收到的信号而控制一个或多个阀34，以使加压流体能够从源30朝向各自的液压致动器22流动和/或使加压流体能够从各自的液压致动器朝向低压源32流动。

响应于用于使车辆10减速的操作员输入，控制器104可控制各个阀34朝向其第二位置的移动。例如，控制器104可控制第一液压阀34a的阀元件朝向第二位置，以便使由源30供应的加压流体与液压致动器22a的第一腔室25流体连通。供给第一腔室25的加压流体可反抗弹簧27的偏压以影响活塞24的移动，并从而增加施加到牵引设备18a上的阻抗转矩。控制器104可类似地控制第二、第三、第四阀34b、34c、34d，这样，车辆10可根据操作员界面设备16之一的致动量减速。可以设想，控制器104可构造成如传统技术那样在增加作用于第一和第二牵引设备18a、18b上的阻抗转矩之前选择性地使作用于第三和第四牵引设备18c、18d上的阻抗转矩增加预定的时间段，以便减少所造成的围绕第一和第二牵引设备18a、18b的力矩。也就是说，控制器104可构造成在使作用于前牵引设备上的阻抗转矩增加之前增加作用于车辆10的后牵引设备上的阻抗转矩，以减少所造成的可能会使车辆10围绕前牵引设备枢转的力矩，从而潜在地减少第三和第四牵引设备18c、18d相对于表面的牵引。

响应于用于改变车辆10的方向例如用于改变车辆10的偏转的操作员输入，控制器104可选择性地控制一个或多个阀34朝向其第二位置的移动。例如，控制器104可将从传感器106接收到信号与预定值相比较，以评估转向***200的操作状态。如果从传感器106接收到的信号小于预定值，则控制器104可判定转向***200发生故障。例如，假设传感器106可包括压力传感器，则当接收到的信号表明例如在液压转向***200中基本没有压力或压力不够高时，控制器104可判定转向***200发生故障。因此，控制器104可构造成选择性地控制液压***20以使车辆10实现所希望的转向。可以设想，控制器104可基本同时控制第一和第三阀34a、34c，以使施加到第一和第三牵引设备18a、18c上的阻抗转矩基本同时增加。还可以设想，控制器可类似地控制第二和第四阀34b、34d与第二和第四牵引设备18b、18d。

控制器104可选择性地控制液压***20特别是阀34，以在接收到转向指令和判定转向***200发生故障时影响车辆10的转向。例如，响应于使车辆10朝向左侧转向的指令，控制器104可使施加到第一和第三(即左前和左后)牵引设备18a、18c上的阻抗转矩增加。控制器104可控制第一和第三阀34a、34c各自的阀元件朝向第二位置，以使加压流体能够朝向第一和第三致动器22a、22c流动。这样，第一和第三牵引设备18a、18c可相对于第二和第四(即右前和右后)牵引设备18a、18c减速，从而造成车辆10朝向左侧转向。类似地，控制器104可使施加到第二和第四(即右前和右后)牵引设备18b、18d上的阻抗转矩增加，以影响车辆10朝向右侧转向。具体地，如现有技术中所知，车辆的位于内转弯半径上的牵引设备(当车辆10左转弯时即第一和第三牵引设备18a、18c)以慢于在外转弯半径上的牵引设备的速度运行。这样，通过选择性地放慢第一和第三牵引设备18a、18c或第二和第四牵引设备18b、18d，控制器104可在转向***200可能发生故障时影响车辆10的转向。

控制器104还可选择性地控制液压***20特别是阀34，以在接收到转向指令和判定转向***200未发生故障时增大车辆10的转向。例如，响应于使车辆10以特定转向半径向左侧转向的指令，控制器104可使施加到第一和第三(即左前和左后)牵引设备18a、18c上的阻抗转矩增加。这样，控制器104可使车辆10能形成转弯半径，该转弯半径小于仅控制牵引设备18的朝向的转向***200形成的转弯半径。可以设想，控制器104可包括一种或多种算法并且/或者接收一个或多个输入，以表明操作员所希望的转弯半径可能不能仅通过转向***200实现。具体地，控制器可判定从操作员界面16之一输入的转向指令大于预定限值，例如操作员致动操作员界面设备16之一以形成车辆10的这样的转弯半径，即，如果不通过液压***20进行补充则可能不同仅通过转向***200形成的转弯半径。

响应于用于改变车辆10的速度和方向的操作员输入，例如，操作员希望在转向***200发生故障时使车辆10减慢和转向，控制器104可在根据用于改变车辆10的方向的输入选择性地控制阀34之前，根据用于改变车辆10的速度的输入选择性地控制一个或多个阀34的移动。具体地，控制器104可构造成控制阀34以适当地影响施加到牵引设备18上的希望的阻抗转矩，以在建立车辆10的期望转向量之前建立车辆10的期望减速量。例如，控制器104可使施加到各牵引设备18上的阻抗转矩增加，以在还使施加到第一和第三牵引设备18a、18c上的阻抗转矩增加以建立车辆10的转弯半径之前如上所述地使车辆10减速。这样，控制器104可构造成使用于使车辆10减速的操作员输入成为比用于改变车辆10的方向的输入具有较高优先级的输入。可以设想，控制器104可构造成执行一种或多种算法，以在建立车辆10的期望转向量之前建立车辆10的期望减速量。还可以设想，控制器104可通过建立单一指令—例如根据用于减速的操作员输入和用于转向的操作员输入而变化的指令，或者通过建立多指令—例如分别根据用于减速或用于转向的操作员输入而变化的两个指令，来使用于使车辆10减速和转向的操作员输入优先，以便使各个阀34响应于用于改变车辆10的速度和方向的操作员输入来控制其运动。

因为液压***20，特别是控制器104，可选择性地控制液压致动器22的运动，从而可独立地控制施加到牵引设备18上的阻抗转矩的相应的量，因此，液压***20可为车辆10提供备用转向***。这样，可能不需要单独的备用转向***，并可减低车辆10的复杂性。同时，因为液压***20，特别是控制器104，可构造成独立于转向***200影响车辆10的转向，因此，液压***20可增大车辆10的转向能力。这样，可减小车辆10的转弯半径，这将增加车辆10的可操纵性。另外，因为液压***20可包括构造成响应于操作员所希望的制动命令和转向命令来控制阀34的控制***100，可通过选择性地控制不具有其它部件的液压制动***来实现使车辆10转向。这样，可实现简单的阀装置和控制器。

本领域的技术人员将能显见，可对本发明的液压***作出多种变型和改变。通过考虑本说明书和所公开的***的实施例，本领域的技术人员将能显见其它实施例。应当理解，本说明书和示例仅应被看作是示例性的，其真实范围通过所附权利要求及其等同方案进行限定。

Claims (10)

1.一种液压***(20)，包括：

加压流体源(30)；

多个流体致动器(22)，它们各自构造成选择性地改变施加到相关联的牵引设备(18)上的阻抗转矩的大小；

多个阀(34)，它们各自构造成选择性地向所述多个流体致动器之一传输加压流体；以及

控制器(104)，其构造成根据转向指令来控制所述多个阀，

其中，所述多个阀构造成选择性地允许加压流体从加压流体源流向至少一个流体致动器，以使阻抗转矩增加。

2.根据权利要求1所述的液压***，其特征在于，还包括：

第一操作员界面设备，其构造成向控制器传输表征制动指令的第一信号；以及

第二操作员界面设备，其构造成向控制器传输表征转向指令的第二信号；

其中，所述控制器构造成根据所述第一信号和所述第二信号来选择性地控制所述多个阀。

3.根据权利要求1所述的液压***，其特征在于，

所述多个流体致动器包括至少四个流体致动器，它们各自构造成独立地影响施加到相关联的牵引设备上的阻抗转矩的大小；以及

所述控制器还构造成控制所述多个阀以响应于第一转向指令基本同时地增加作用在第一两个牵引设备上的阻抗转矩，以及控制所述多个阀以响应于第二转向指令基本同时地增加作用在第二两个牵引设备上的阻抗转矩。

4.根据权利要求3所述的液压***，其特征在于，所述液压***构造成车辆的组合式制动***和备用转向***。

5.根据权利要求3所述的液压***，其特征在于，还包括：

传感器，其构造成传输表征转向***的参数的信号；以及

所述控制器构造成当所述信号低于预定值时根据转向指令选择性地控制所述多个阀中的两个阀，以选择性地增加施加到相关联的牵引设备上的阻抗转矩的大小。

6.根据权利要求5所述的液压***，其特征在于，所述转向***是车辆的第一转向***，所述预定值是表征低于该值则第一转向***发生故障的阈值。

7.根据权利要求1所述的液压***，其特征在于，

所述液压***构造成车辆的制动***的至少一部分；以及

所述控制器还构造成在用于控制所述多个牵引设备之一的定向的第二***被判定发生故障时选择性地增加作用在所述多个牵引设备中至少一个上的阻抗转矩。

8.一种操作液压***(20)的方法，包括：

使流体加压；

将加压流体引导至多个阀(34)，所述多个阀中的每一个均与多个致动器(22)中的一个操作性地相关联，其中，所述多个阀构造成选择性地允许加压流体从加压流体源流向至少一个流体致动器，以使阻抗转矩增加；

根据第一信号选择性地将加压流体通过所述多个阀中的每一个朝向所述多个致动器引导；以及

根据第二信号选择性地将加压流体引导通过所述多个阀中的次级单元。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一信号表征用于减小车辆的运动速度的操作员输入，所述第二信号表征用于改变车辆的运动方向的操作员输入。

10.一种车辆(10)，包括：

车架(12)；以及

操作性地连接到车架的多个牵引设备(18)；以及

根据权利要求1-7中任一项所述的液压***。