ES2281322T3

ES2281322T3 - Sistema de direccion de un vehiculo sobre cadenas de deteccion del fallo.

Info

Publication number: ES2281322T3
Application number: ES00120509T
Authority: ES
Inventors: Yifei Hou; Sanjay Ishvarlal Mistry; Mark Allen Bergene; Scott Allen Toppin
Original assignee: Deere and Co
Current assignee: Deere and Co
Priority date: 1999-09-29
Filing date: 2000-09-20
Publication date: 2007-10-01
Anticipated expiration: 2020-09-20
Also published as: EP1088742A3; US6240351B1; DE60033349D1; DE60033349T2; AU6240900A; JP3464782B2; EP1088742A2; AR025907A1; EP1088742B1; BR0004519A; CA2301977C; RU2247049C2; CA2301977A1; JP2001158374A; KR20010050701A; AU762310B2

Abstract

Un sistema de control para un sistema de accionamiento/dirección de vehículo tipo tractor que tiene una bomba (40) de dirección hidráulica accionada por un motor que acciona un motor (42) de la dirección hidráulica, siendo la bomba (40) de la dirección sensible a las señales de control de la dirección que representan un estado de un volante (74) de la dirección manipulado por un operador, proporcionando el motor (42) de la dirección una entrada a un mecanismo de accionamiento de trayectoria diferencial que responde a la manipulación del volante (74) de la dirección y hace girar el vehículo y acciona las orugas izquierda y derecha, comprendiendo el sistema de control: un sensor (62) de velocidad de motor; un sensor (80) de dirección y velocidad de giro del motor de la dirección; y una unidad (70) de control que recibe las señales de control de la dirección y está acoplada al sensor (62) de velocidad del motor del tractor y al sensor (80) de velocidad del motor de la dirección, caracterizadaporque la unidad (70) de control, cuando las señales de control de la dirección indican que el volante de la dirección es girado en un sentido opuesto a un sentido de giro del motor (42) de la dirección, generando y guardando un primer valor de la relación que representa una relación de la velocidad del motor a la velocidad de la bomba, luego, si la señal de control de la dirección no cambia después de un cierto periodo de tiempo, generando y guardando un segundo valor de la relación que representa una relación posterior de la velocidad de motor a la velocidad de la bomba, y calculando la unidad (70) de control un valor de la diferencia que representa una diferencia entre los valores primero y segundo, y generando la unidad (70) de control una señal de defecto si la diferencia de valores tiene una magnitud que es menor que una magnitud predeterminada.

Description

Sistema de dirección de un vehículo sobre cadenas con detección del fallo.

Antecedentes de la invención

La presente invención se refiere a un sistema de dirección/accionamiento de vehículo tipo tractor, como por ejemplo el conocido por el documento US-A-5.948.029, que constituye el preámbulo de la reivindicación 1.

La producción conocida de vehículos sobre cadenas, tales como los tractores de cadenas de las series 8000T y 9000T de John Deere, incluye una bomba de dirección de desplazamiento variable accionada por el motor que alimenta un motor de la dirección de desplazamiento fijo hidráulico. El motor de la dirección acciona, por medio de un árbol transversal y un engranaje, un accionamiento planetario izquierdo. El motor de la dirección acciona también, por medio del árbol transversal, un engranaje y un engranaje inversor, un accionamiento planetario derecho. Una señal de control de la dirección se proporciona mediante un transductor que detecta la rotación de un volante de dirección. La velocidad y el sentido de giro del motor de dirección es normalmente proporcional a la posición del volante de la dirección, y estos parámetros son detectados por un sensor del sentido y la velocidad del motor de efecto Hall. Ciertos tipos de fallos relacionados con la bomba de la dirección, tales como la contaminación en la válvula de control y el mal funcionamiento del enlace de la realimentación entre la placa oscilante de la bomba de dirección y sus válvulas de control de la segunda etapa podría originar que el plato oscilante de la bomba se bloquease hidráulicamente (atasco) en una cierta posición distinta de cero. Este tipo de fallo puede conducir a un giro continuo del vehículo, incluso cuando el volante de la dirección esté en una posición que no ordene girar. Sería conveniente proporcionar un método de detección de tales fallos, y de impedir que el vehículo gire a menos que el giro esté realmente ordenado por el operador.

Sumario de la invención

Consecuentemente, un objeto de esta invención es proporcionar un sistema o método de detección de ciertos fallos en un sistema de accionamiento/gobierno de vehículo tipo tractor.

Un objeto más de la invención es proporcionar un sistema tal que impida que el vehículo gire a menos que el giro sea realmente ordenado por el operador.

Estos y otros objetos se logran mediante la presente invención, en la que un sistema de control para un sistema de accionamiento/gobierno del vehículo tipo tractor que incluye una unidad de control del sistema de dirección que recibe señales de un sensor de la velocidad de la bomba (velocidad de motor) y de un sensor de la velocidad del motor de la dirección. La relación de la velocidad de motor a la velocidad de bomba representa el ángulo del plato oscilante de la bomba de la dirección durante el accionamiento de la dirección. Para un sistema de dirección que funcione normalmente, si la bomba recibe una señal de control en un sentido de la dirección inverso, el ángulo de la placa oscilante empezará a disminuir. Cuando la unidad de control envía un comando de gobierno de la dirección, inverso, mayor que un cierto valor, también calcula y guarda la relación de la velocidad del motor con respecto a la velocidad de la bomba. La unidad de control recalcula la relación anterior después de un cierto periodo de tiempo, si el mismo comando de invertir la dirección está todavía presente. La unidad de control genera una señal de avería si la relación no disminuye.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es un diagrama esquemático simplificado de un sistema de accionamiento de vehículo tipo tractor y de control de la presente invención; y

las figuras 2 a 6 muestran un diagrama de flujo lógico de un algoritmo ejecutado por una unidad de control basada en un microprocesador del sistema de control de la figura 1.

Descripción de la realización preferida

Haciendo referencia a la figura 1, un motor 10 de un vehículo de cadenas tiene un árbol 12 de salida que acciona un engranaje 14 en ángulo recto y una transmisión 16 por medio de un embrague 18. El motor 10 está controlado por una unidad 11 de control de motor electrónica. La transmisión 16 acciona un accionamiento 20 en ángulo recto o final, que acciona una rueda 22 de accionamiento de trayectoria izquierda por medio de un accionamiento 24 planetario de la dirección de lado izquierdo de la trayectoria, y una rueda 26 de accionamiento de la trayectoria de lado derecho por medio de un accionamiento 28 planetario de la dirección derecho de la trayectoria. Los accionamientos 24 y 28 planetarios de la dirección son preferiblemente como se describe en el documento US-A-5.390.751. Planetarios exteriores adicionales (no mostrados), como se proporcionan sobre los tractores 8000T de John Deere, están montados entre los planetarios de la dirección y las respectivas ruedas de accionamiento, pero no se describen con mayor detalle porque no están implicados directamente en el tema de esta solicitud. Un freno 30 de aparcamiento está acoplado al árbol de salida de la transmisión 16, y frenos de servicio izquierdo y derecho, 32 y 34, están acoplados a las ruedas de accionamiento izquierda y derecha, 22 y 26, respectivamente.

El engranaje 14 en ángulo recto acciona una bomba 40 de la dirección de desplazamiento variable, tal como una bomba de la serie 90, de 75 cm^{3}, fabricada por Sauer-Sundstrand. La bomba 40, a su vez, alimenta un motor 42 de dirección de desplazamiento fijo hidráulico, tal como uno de la serie 90, de 75 cm^{3}, fabricado también por Sauer-Sundstrand. El motor 42 de la dirección acciona, por medio de un árbol transversal 44 y un engranaje 46, un engranaje anular 47 de accionamiento planetario 24 izquierdo, y por medio del árbol 44 transversal, el engranaje 48 y el engranaje inversor 50, un engranaje anular 52 de accionamiento planetario 28 derecho.

La bomba 40 de la dirección tiene un plato oscilante (no mostrado), cuya posición es controlada por una válvula de control de plato oscilante o control 60 de desplazamiento electrónico (EDC). El EDC es preferiblemente un dispositivo de dos escalones con un primer escalón que incluye una válvula de tipo de charnela accionada por un par de solenoides 59, 61, y un segundo escalón que incluye un escalón de elevación de la presión tal como se usa en la producción del tractor de cadenas de la Serie 8000T de John Deere.

Un sensor 62 de la velocidad de rotación, tal como un captor magnético disponible comercialmente, montado en la proximidad del accionamiento 14 en ángulo recto, proporciona una señal de la velocidad de motor a una unidad de sistema de direccionamiento (SSU) 70. Los solenoides 59, 61 de la válvula 60 están controlados por señales de mando de la bomba (pump_cmd) generadas por la SSU 70. La SSU 70 está comunicada con la unidad 11 de control de motor.

Un transductor 72 de la posición de giro del volante de la dirección, tal como un potenciómetro giratorio, proporciona a SSU 70 una señal de ángulo de la dirección (steer_angle) que representa la posición de un volante 74 de la dirección controlado por el operador. Esta descripción se refiere a un dispositivo de entrada de la dirección con una posición neutral centrada de resorte. La presente invención podría ser también aplicada a un dispositivo de entrada de la dirección no centrado. La SSU 70 recibe también señales del transductor 73 de la palanca de cambio de engranaje, como se describe en la memoria US-A-5.406.860.

Un sensor 76 de la velocidad de rotación de la línea de accionamiento, preferiblemente un sensor de la velocidad de efecto Hall diferencial tal como el usado en la producción de los tractores 8000T de John Deere, está montado en la proximidad del accionamiento final 20, y proporciona a la SSU 700 una señal de velocidad de vehículo o rueda, de la velocidad de accionamiento final. Un sensor 77 de la temperatura de aceite hidráulico, tal como el usado en los tractores 8000T, proporciona a la SSU 70 una señal de la temperatura de aceite hidráulica. Un anillo 78 magnético está montado para giro con el motor 42, y un transductor 80 de efecto Hall montado cerca del anillo magnético 78 proporciona a la SSU 70 una señal de velocidad de motor y una señal de dirección de motor.

La SSU 70 incluye un microprocesador disponible comercialmente (no mostrado) que efectúa una subrutina o algoritmo 100 que se ilustra mediante las figuras 2 a 6. El funcionamiento correcto de esta subrutina requiere que el dispositivo 72 de entrada de la dirección y la velocidad de motor y el sensor 80 de la dirección sean funcionales. La señal del dispositivo 72 de entrada de la dirección es convertida en valores de comando de solenoide por la SSU 70. Un comando de Solenoide 1 representa un giro a la derecha del dispositivo de entrada de la dirección cuando está en cambio/dirección hacia delante o un giro a la izquierda en cambio/dirección inverso. Un comando de Solenoide 2 representa un giro a la izquierda del dispositivo de entrada de la dirección cuando está en cambio/dirección hacia delante o un giro a la derecha en el cambio/dirección inverso. Si se determina que los valores de la velocidad de motor o dirección no son fiables, como puede ocurrir por un cortocircuito o circuito interrumpido, entonces se sale de esta subrutina/lógica. Por ejemplo, cuando se sabe que el sensor 80 de velocidad de motor es defectuoso, entonces la SSU establece un bucle abierto variable como verdad. Esta variable se usa para desactivar la subrutina en el caso de avería del sensor de la velocidad de motor.

Una etapa 1 de la subrutina 100 incluye las operaciones 102 a 110. La operación 102 se introduce cuando es llamada desde un bucle (no mostrado) de algoritmo principal tal como el ejecutado por la SSU del tractor 8000T de producción. La operación 104 calcula un valor de la velocidad de motor a partir del sensor 80 de velocidad. La operación 106 comprueba el sensor de la velocidad de motor en cuanto a fallos. La operación 108 comprueba 42 en cuanto a condiciones de velocidad excesiva. En la operación 110 se establece un umbral, T, de velocidad de motor que es un valor mínimo de la velocidad de motor requerida por el sistema para ser capaz de detectar la velocidad de motor y un error de la dirección.

En la etapa 2, en las operaciones 112 a 120 la subrutina comprueba y continúa trabajando solamente si las siguientes condiciones son verdad:

a) El comando del Solenoide 1 es superior a 25 mA, o el comando del Solenoide 2 es superior a 25 mA. (Un comando mayor que 25 mA corresponde aproximadamente a una velocidad de motor superior a 100 rpm). Este umbral mínimo se establece para evitar falsas advertencias en el caso de una carga de la dirección excesiva, tal como cuando el motor 42 de la dirección es accionado por energía externa; y

b) la velocidad de motor no es cero; y

c) el indicador que indica plato oscilante atascado es Falso, y

d) la temperatura de aceite hidráulica es mayor de 20 grados Centígrados. Una baja temperatura de aceite originará un retardo de la respuesta de la bomba excesivo en una bomba normal. Para evitar problemas resultantes y para evitar la generación de falsas advertencias, la subrutina se desactiva cuando la temperatura del aceite es inferior a una temperatura de aceite concreta.

Por tanto, las operaciones 112 y 114 funcionan de modo que esta subrutina permanece activa solamente si el transductor 72 de posición del volante de la dirección es operacional y solamente si el vehículo está efectuando un giro a la derecha o un giro a la izquierda.

La operación 116 sale de la subrutina si la velocidad de motor no es mayor que cero. La operación 118 transfiere el control a la operación 140 si un valor el indicador de adherencia no está establecido en Falso. La operación 120 transfiere el control a la operación 140 si la temperatura de aceite hidráulica no es mayor que 20 grados centígrados.

La etapa 3 incluye las operaciones 121 a 132. La operación 121 transfiere el control a la operación 140 si la calibración progresa. La operación 122 transfiere el control a la operación 140 si el modo actual de funcionamiento es de bucle abierto. Por tanto, como un resultado de la operación 122, esta lógica y subrutina se activa solamente cuando el sistema de dirección se activa en el modo de bucle cerrado (es decir la velocidad de motor y el sensor de dirección trabajan correctamente, sin defecto detectable conocido alguno).

La operación 124 dirige el control a la operación 126 si el Solenoide 1 está activado, de lo contrario pasa a la operación 130. La operación 126 dirige el control a la operación 134 si la velocidad de motor es menor que un umbral negativo, -T, de lo contrario pasa a la operación 130. La operación 130 dirige el control a la operación 132 si el Solenoide 2 está activado, de lo contrario pasa a la operación 140. La operación 132 dirige el control a la operación 134 si la velocidad de motor es mayor que el umbral T, de lo contrario pasa a la operación 140.

Por tanto, en la operación 3, como un resultado de las operaciones 122 a 132, otro conjunto de condiciones debe ser satisfecho para que la subrutina funcione. El sistema de dirección no debe ser activo en un modo de bucle abierto (es decir, es activo en un modo de bucle cerrado), tal como cuando el sensor 80 de dirección/velocidad de motor está trabajando correctamente. También, con el solenoide 1 conectado, la velocidad de motor debe ser menor que un valor negativo del umbral de velocidad de motor, con el solenoide 2 conectado, la velocidad de motor debe ser mayor que el valor positivo del umbral de la velocidad de motor.

Como un resultado de las etapas 2 y 3 (las operaciones 112 a 120 y 122 a 132) la lógica garantiza que el comando de control de la bomba es mayor que 25 mA en la dirección opuesta a la de la rotación del motor, es decir, esto, el operador debe estar girando el volante 74 de la dirección en sentido opuesto al sentido de giro presente del vehículo. Las operaciones 126 y 132 funcionan de modo que la subrutina es operativa solamente cuando la velocidad del motor es mayor que 100 rpm. Esto evita la falsa generación de señales defectuosas en el caso en que el motor de la dirección sea accionado por energía externa (carga de dirección de la sobrevelocidad).

En la etapa 4, si estas condiciones se satisfacen entonces la operación 134 asigna el valor de Comando de Solenoide 1 a una variable de Comando Previo si el Solenoide 1 (59) está conectado, y asigna el valor de Comando de Solenoide 2 a la variable de Comando Previo si el solenoide 2 (61) está conectado. Entonces la operación 136 establece un valor del indicador de atascado como verdad, y establece un temporizador atascado (temporizador retardado) con un valor almacenado como un temporizador de Final de Línea (EOL). La operación 138 calcula entonces el valor de la relación temp 1 como la relación de la velocidad del motor a la velocidad de la máquina y multiplica esta por 64 (para incrementar su resolución).

La etapa 5 incluye las operaciones 140 a 148 y funciona para asegurarse de que el vehículo está todavía en el mismo giro en el que había empezado. Si es así, entonces la subrutina empieza reduciendo el valor del temporizador a cero, de otra manera (si el giro ha cambiado), el indicador de atasco se restablece como falso. Más particularmente, la operación 140 dirige el control a la operación 142 si el tiempo de atasco menor que o igual al valor del retardo, de lo contrario pasa a la operación 150. La operación 142 dirige el control a la operación 144 si el tiempo de retardo es mayor que 0, de lo contrario pasa a la operación 150. La operación 144 dirige el control a la operación 148 si las variables de Comando Previo y Comando de Solenoide casan, de lo contrario pasa a la operación 146 que establece el indicador de atascado igual a Falso, entonces pasa a la operación 150. La operación 148 disminuye el valor del temporizador de atasco.

La etapa 6 incluye las operaciones 150 a 154 que calculan la relación temp2 como la relación de la velocidad de motor a la velocidad de la máquina y multiplica esta por 64 (de nuevo para incrementar su resolución), si el indicador de atasco es Verdad y el temporizador del atasco ha sido decrecido a cero, y calcula una diferencia del valor de la relación restando la relación temp2 de temp1. Más particularmente, la operación 150 dirige el control a la operación 152 si el indicador de atasco es verdad, de lo contrario pasa a 168. La operación 152 dirige el control a la operación 154 si el temporizador de atasco es igual a 0, de lo contrario pasa a la operación 168. La operación 154 establece la relación Temp2 igual a la (velocidad de motor)/(velocidad de máquina) y establece un valor de la "diff_ratio" igual a (relación temp1) menos (relación temp2).

La etapa 7 incluye las operaciones 156 a 166 que funcionan para establecer un defecto de atasco del plato oscilante y para establecer un defecto de bomba, si el comando previo es 1 y el solenoide 1 está conectado y la diferencia de relación es mayor que o igual a -5, o si el comando previo es 2 y el solenoide 2 está conectado y la diferencia de la diferencia de la relación es menor que o igual a +5, de otra manera, el indicador de atasco se establece como falso en la operación 163. Por tanto, cuando un defecto de bomba es establecido por SSU 70, entonces SSU 70 envía una señal al controlador 11 de motor para parar el motor 10 por medio de un mensaje sobre un bus CCD (no mostrado). Más particularmente, la operación 156 dirige el control a la operación 158 si el Comando Previo y el comando de Solenoide 1 casan, en otro caso pasa a la operación 160. La operación 158 dirige el control a la operación 166 si "diff_ratio" no es menor que -5, de lo contrario pasa a la operación 160. La operación 160 dirige el control a la operación 162 si el Comando Previo y el comando de Solenoide 2 casan, de lo contrario pasa a la operación 163. La operación 162 dirige el control a la operación 164 si "diff_ratio" no es mayor que 5, de lo contrario pasa a la operación 163. La operación 163 establece un valor de indicador de atasco en falso y dirige la subrutina a la operación 168. La operación 164 establece un indicador de plato oscilante de atasco y un defecto de interrupción del motor. La operación 166 establece un indicador de plato oscilante atascado y un indicador de defecto de interrupción de motor.

La etapa 8 incluye las operaciones 168 a 170 que funcionan para eliminar el defecto de plato oscilante atascado, eliminar el defecto de bomba y establecer el temporizador de atasco como el valor de temporizador de EOL más 0,10 segundos, si el indicador de atasco es falso. Más particularmente, la operación 168 dirige el control a la operación 170 si el indicador de atasco es falso, de lo contrario sale de la subrutina. La operación 170 borra el indicador de plato oscilante atascado y borra el defecto de interrupción de motor y sale de la subrutina.

Por tanto, las operaciones 154 a 166 funcionan para comparar los cambios o diferencia en la relación de velocidad de motor/velocidad de máquina con cambios en las señales de comando que se suponen para determinar el ángulo del plato oscilante (no mostrado) de la bomba 40. Si los cambios en el valor de la relación casan con los cambios en las señales de comando, entonces esto es una indicación de que el sistema funciona correctamente. Si los cambios en el valor de la relación no casan con los cambios en las señales de comando, entonces esto es una indicación de que el sistema no funciona correctamente y el sistema de la presente invención genera una señal de defecto que puede ser usada para disparar una parada de
motor.

Normalmente, cuando el volante 7 de dirección es girado desde una posición de mando una vuelta en un sentido, a través de una posición central a una posición de mando una vuelta en el sentido opuesto, la señal de mando suministrada a la bomba 40 de la dirección será invertida y originará que la placa basculante de la bomba de la dirección invierta su posición y, por lo tanto la relación de la velocidad del motor de la dirección con la velocidad de la bomba variará rápidamente de una manera similar. Si esta relación no varía de manera similar a la variación de la posición del volante de la dirección, esto es una indicación de que se ha producido un fallo de alguna clase y de que la bomba 40 de la dirección ya no responde a la señal de mando de control de la bomba producida por el volante 74 de la dirección.

Esta subrutina se ejecuta continuamente mediante la SSU 70 durante el accionamiento de la dirección de modo que si la SSU 70 detecta una violación prolongada de la relación, se generará y almacenará un código de defecto, y un comando de detención de motor será enviado al controlador 11 de motor para detener el funcionamiento del vehículo inmediatamente.

Aunque la presente invención ha sido descrita en combinación con una realización concreta, se ha de tener en cuenta que muchas alternativas, modificaciones y variaciones serán evidentes para los expertos en la técnica a la vista de la descripción anterior. Consecuentemente, esta invención está destinada a comprender todas esas alternativas, modificaciones y variaciones que caen dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims

1. Un sistema de control para un sistema de accionamiento/dirección de vehículo tipo tractor que tiene una bomba (40) de dirección hidráulica accionada por un motor que acciona un motor (42) de la dirección hidráulica, siendo la bomba (40) de la dirección sensible a las señales de control de la dirección que representan un estado de un volante (74) de la dirección manipulado por un operador, proporcionando el motor (42) de la dirección una entrada a un mecanismo de accionamiento de trayectoria diferencial que responde a la manipulación del volante (74) de la dirección y hace girar el vehículo y acciona las orugas izquierda y derecha, comprendiendo el sistema de control:

un sensor (62) de velocidad de motor;

un sensor (80) de dirección y velocidad de giro del motor de la dirección; y

una unidad (70) de control que recibe las señales de control de la dirección y está acoplada al sensor (62) de velocidad del motor del tractor y al sensor (80) de velocidad del motor de la dirección, caracterizada porque la unidad (70) de control, cuando las señales de control de la dirección indican que el volante de la dirección es girado en un sentido opuesto a un sentido de giro del motor (42) de la dirección, generando y guardando un primer valor de la relación que representa una relación de la velocidad del motor a la velocidad de la bomba, luego, si la señal de control de la dirección no cambia después de un cierto periodo de tiempo, generando y guardando un segundo valor de la relación que representa una relación posterior de la velocidad de motor a la velocidad de la bomba, y calculando la unidad (70) de control un valor de la diferencia que representa una diferencia entre los valores primero y segundo, y generando la unidad (70) de control una señal de defecto si la diferencia de valores tiene una magnitud que es menor que una magnitud predeterminada.

2. El sistema de control de la reivindicación 1, en el que:

la unidad (70) de control genera la señal de defecto cuando el valor de la diferencia no es menor que un umbral.

3. El sistema de control de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que la unidad (70) de control compara las señales de control de la dirección con un valor de referencia para determinar si ha sido, o no, mandado girar el vehículo.

4. El sistema de control de la reivindicación 3, en el que la unidad (70) de control determina que el vehículo ha sido mandado girar cuando la señal de control de la dirección es mayor que el valor de referencia.

5. El sistema de control de una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la unidad (70) de control impide la generación de la señal de defecto cuando la velocidad del motor es baja.

6. El sistema de control de una de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la unidad (70) de control impide la generación de la señal de defecto cuando una temperatura del fluido hidráulico de la bomba y el motor está por debajo de una cierta temperatura.