專利名稱：用于操作運土機的牽引力控制方法
技術領域：
本發明涉及土壤工作設備，例如被拖拉機拉動的農業工具，更特別地涉及用于控制操作將農業工具連接至拖拉機的連接裝置的液壓系統的方法。
背景技術：
多種農業工具可以用來由拖拉機拉動,用于對將要種植莊稼或已經種植有莊稼的農田里的土壤進行勞作，。該工具連接至標準三點連接裝置，該連接裝置具有連接至拖拉機后部的左、右牽引聯桿，并且可操作該連接裝置，以使工具上升和下降。連接裝置被典型地設置有位置控制和牽引力或載荷控制中的一種或兩種的系統液壓地驅動。位置控制不管土壤情況的差別而將工具保持在恒定的的操作深度。當只使用位置控制時，將操作者輸入裝置設定為建立三點連接裝置相對于由拖拉機所建立的幾何平面的所期望的垂直位置。操作者輸入裝置向液壓系統發送命令信號，以使連接裝置上升或下降。 位置反饋系統傳感實際的連接裝置位置，并且當到達所期望的位置時停止上升和下降。該位置由控制系統保持，直到被操作者手動改變。與保持工具的固定位置有關的一個問題在于硬土或障礙物可能施加如此大的力以至于拖拉機發動機停轉。在耕作過程中牽引力控制使連接裝置上升和下降，這樣，雖然土壤中不規則，工具在連接裝置上施加的牽引力也保持不變。因此，牽引力控制使得操作工具即使在存在例如石頭的障礙物時也能夠在不使拖拉機發動機停轉的情況下有效地操作。僅使用牽引力控制的拖拉機具有與提升或下降工具連接裝置的液壓系統連接的力傳感器。當牽引力增大時該機構使連接裝置上升，當牽引力減小時使連接裝置下降。操作者輸入裝置建立一個或多個參數，例如在工具上升或下降之前必須發生的力閾值。在某些情況下，這些控制技術中的每一個單獨地是不完全令人滿意的。因此，某些之前的控制系統使用位置和牽引力控制。在這種情況下，連接裝置的位置響應于所傳感到的牽引力的變化而上升和下降，但是該位置被保持在由操作者所限定的上、下閾值位置所設置的范圍內。閾值范圍基于操作者提供的牽引力設定而擴大和縮小。當牽引力增大時， 連接裝置開始上升，直到達到上閾值位置，或直到牽引力減小。當力減小時，連接裝置下降， 直到達到下閾值位置，或直到牽引力增大。操作者牽引力設置受多個因素影響，包括工具的類型，所命令的深度、土壤成分和土壤含水量。在操作者設置與特定的位置和牽引力之間通常沒有關聯。這些因素使得操作者牽引力設置成為一個嘗試性的和有錯誤的問題。另一個關注點涉及由作用在工具上的橫向力所導致的不利的控制效果。某些工具動作，以使土壤朝向車輛的一側翻轉，從而產生具有朝離開車輛行進方向而呈明顯角度定向的合力向量載荷。對于具有左、右牽引聯桿(drag link)的連接裝置發現，這種類型的載荷在一個牽引聯桿上為正的載荷力，而在相對的牽引聯桿上為負的載荷力。如果這些載荷力被傳感并且僅僅被取平均，那么控制系統就不能識別出載荷中的改變，并且不能響應于牽引力載荷的改變，或者以大大降低的對這些載荷情況的靈敏度水平操作。
結果，需要能提供增強的位置和牽引力控制的組合的液壓控制系統。

發明內容
車輛具有用于牽弓I能通過連接裝置的移動而上升和下降的工具的連接裝置。通過操作閥門以控制流體朝向或來自機械地連接至連接裝置的液壓致動器的流動來移動該連接裝置。一種用于控制連接裝置的方法包括限定表示期望施加在連接裝置上的總牽引力的牽引力設定值。在車輛的操作過程中，傳感作用在連接裝置一側的第一牽引力，并且傳感作用在連接裝置的另一側的第二牽引力。作為第一牽引力和第二牽引力中的較大者以及第一和第二牽引力之間的差的函數而得出牽引力載荷。然后，牽引力載荷和牽引力設定值被用于產生牽引力誤差。例如，牽引力誤差基于牽引力載荷和牽引力設定值之間的差。響應于牽引力誤差而操作閥門，以選擇性地上升和下降連接裝置，由此上升和下降連接至連接裝置的工具。該方法的另一個方面包括響應于車輛在拉動工具通過特定的土壤狀況時所遇到的實際的操作情況來限定牽引力設定值。這時，第一牽引力的第一多個樣本和第二牽引力的第二多個樣本被傳感。例如，可以在連接裝置的相對的兩側上傳感第一和第二牽引力。然后，計算第一多個樣本的第一平均值和第二多個樣本的第二平均值。作為第一平均值和第二平均值中的較大者和這些平均值之間的差的函數而得出牽引力設定值。在該方法的一個特別的實施例中，得出牽引力設定值包括將第一和第二平均值中的較大者加到一個基于第一平均值和第二平均值之間的差的絕對值的項。在車輛的隨后的操作過程中,類似地通過將第一牽引力和第二牽引力中的較大者加到一個基于第一和第二牽引力之間的差的絕對值的項而得出牽引力載荷。該方法的另一個方面在連接裝置達到其可能的運動極限時降低牽引力和作為結果的誤差值。例如，存在連接裝置不能被物理地上升越過的上位置。控制系統還限定有上閾值位置，當操作特定的農田時不期望連接裝置在該上閾值位置上方移動。作用在連接裝置上的牽引力會導致控制系統將連接裝置上升到上閾值位置上方，而在這種情況下，牽引力載荷按比例地減小。特別地，牽引力載荷基于連接裝置的實際位置和上限位置之間的第一關系并響應于閾值位置和上限位置之間的第二關系而減小、降低。例如，計算實際的連接裝置位置和上限位置之間的第一差值和上閾值位置和上限位置之間的第二差值。牽引力載荷與第一差值和第二差值之比相乘，乘積變成被用于確定牽引力誤差的新的牽引力載荷值。


圖I示出拉著農業工具的拖拉機；圖2示出拖拉機上用于連接工具的典型的三點連接裝置；圖3是用于操作三點連接裝置的液壓系統的圖；圖4是描述將牽引力控制系統構造為用于特定的工具和特定的土壤情況的工藝流程圖；和圖5是描述當農業工具在農田中操作土壤時所使用的牽引力控制工藝的流程圖。
具體實施例方式首先參照圖I和2，諸如多犁片農業耕犁之類的工具10通過三點連接裝置12連接至拖拉機14的后部。連接裝置12包括左、右牽引聯桿16和18，它們的近端通過銷15被樞軸連接至拖拉機框架17。通過提升聯桿24和25而被連接至牽引聯桿16和18的一對提升臂20和22控制牽引聯桿的提升。在這種情況下為單作用提升液壓汽缸的兩個液壓致動器 27和28被連接在提升臂20和22以及拖拉機框架17之間，以使提升臂相對于框架上下樞轉。牽引聯桿16和18的遠端分別連接至連接器26的垂直延伸的支腿29和30，該連接器具有連接在支腿的上端之間的橫桿32。聯桿式液壓汽缸34 —端連接至橫桿32，另一端則通過銷35連接至拖拉機框架17。一對下提升鉤36和38從支腿29和30的底端向后突出，上提升鉤40被定位在橫桿32的中間。提升臂20和22使連接器26沿連接運動的理論軸線“A”雙向移動，在這種情況下該理論軸線是垂直的。下、上提升鉤36、38和40與工具10的連接結構上的配合部件相配合。具體地，下部提升鉤36和38與相對于工具的框架側向延伸的下連接銷相接合。工具還具有當工具10 被連接至拖拉機14時被接納在上提升鉤40中的側向延伸的上連接銷。成為一組的三個提升鉤36、38和40形成連接裝置12的三個點。參照圖3，用于操作三點連接裝置12的控制系統50包括液壓部分52和電子部分 68。液壓部分52包括保持有液壓流體的罐54和泵56，當泵56由拖拉機14的發動機驅動時，該泵通過供給管路58發送來自罐的加壓液壓流體。供給管路58被連接至電子液壓三位、三通閥60，罐回流管路62將閥門連接至罐54。閥60具有被連接至兩個提升液壓致動器27和28的頭部腔室。閥門60由螺線管64操作，該螺線管64則由來自控制系統50的電子部分68中的控制器66的電流所激勵。控制器66是基于微型計算機的裝置，它包括用于存儲連接裝置控制程序所用的的軟件和數據的存儲器。控制器還包括產生用于驅動螺線管64的可變電流電平的驅動電路，以按比例地操作電子液壓閥60。此外，控制器66具有用于接收來自拖拉機14上的幾個傳感器和操作者輸入裝置的信號的模擬和數字輸入端口。控制器66從位置傳感器70接收表示三點連接裝置12的連接器26的垂直位置的信號。可以使用幾種類型的傳感機構中的任一種。例如，位置傳感器70可以是連接至提升液壓致動器27或28中的一個的線性裝置，以當活塞桿從汽缸體延伸和收縮時產生信號。或者，可將旋轉類型的位置傳感器連接至提升臂20或22中的一個，以提供表示該臂相對于拖拉機框架17的旋轉位置的信號。采用這兩種傳感技術，來自位置傳感器70的信號表示在幾何上與連接裝置的連接器26相對于拖拉機框架17的垂直位置有關的位置。控制器66 還從左、右牽引力傳感器71和72接收信號。這些傳感器可以是傳統的U形銷類型的傳感器，該傳感器被結合將左、右牽引聯桿16和18連接至拖拉機框架17的銷15中。該控制系統50在關于左、右傳感器的內容中描述，這些傳感器具有能測量施加在三點連接裝置12的兩側上的不同的力的優點。或者，單個U型銷傳感器可用于將聯桿液壓汽缸34連接于拖拉機框架17的銷35中。可以利用其它類型的傳感器來產生表示作用在三點連接裝置12上的牽引力的大小的電信號。人工界面74還產生被應用至控制器66的輸入的信號。人工界面74使得拖拉機14的操作者能夠設置控制器的構造設置并向控制器發送命令，由此限定液壓部分52的操作。特別地，如將要描述的，輸入開關75和顯示屏77被用于限定所期望的工具深度位置以及當牽引力改變時工具可以在其中自由地移動的位置范圍。人工界面74上的混合輸入裝置76調節牽引力靈敏度和控制系統增益值，如將要進行描述的。例如，混合輸入裝置76是在兩個表示零靈敏度和最大靈敏度的極限位置之間旋轉的旋鈕，并產生表示旋鈕的位置的數字或模擬信號。當期望在農田中使用工具時，操作者將控制系統50置于在圖4中所描述的設定程序80通過控制器66執行的模式中。在該設定模式中，拖拉機操作者在步驟82操作人工界面74，以限定工具在土壤中所期望的深度位置，并由此限定所期望的連接裝置12位置。在步驟84，操作者還采用人工界面74來設置上閾值位置和下閾值位置，由此限定當土壤情況改變時連接裝置12可以在其中上下移動的位置范圍。在步驟85，還將混合輸入裝置76置于用于牽引力控制工藝靈敏度的所需的設置。換句話說，混合設置表示控制系統對作用在連接裝置上的牽引力的改變的反應有多快和到什么程度。該混合設置由指示數值(MIX)的電信號表示。將混合輸入裝置76的旋鈕置于一個產生最小MIX值的極限位置，而另一個極限位置產生最大MIX值。旋鈕的中間位置產生在最小和最大MIX值之間按比例的值。然后，在步驟86，操作者開始使拖拉機14向前移動，這使工具10掘入土壤，直到在步驟88到達所期望的深度位置，該深度位置由控制器66從位置傳感器70所讀取的信號確定。當到達所期望的深度位置時，控制器66在步驟90將設定計時器設置為預定的時間，例如兩秒。在該段時間內，連接裝置12的位置保持固定，而控制器在步驟92周期性地從左、右牽引力傳感器71和72讀取信號。在步驟94，新獲得的樣本與通過設定程序所獲取的其它樣本取平均，由此計算左、右牽引力的單獨的平均值。然后，在步驟96確定是否設定計時器時間已過。如果否，那么設定程序80返回再次讀取牽引力傳感器，并獲得另一對用于計算左、右牽引力平均值的數據樣本。該過程確定特定的農田土壤情況在連接裝置上產生多少載荷。最終，設定計時器在設定程序80前進到步驟98以生成牽引力設定值的點處期滿。 應當理解的是，采用某些種類的工具、特別是耕犁，施加在連接裝置12的相對兩側上牽引力之間可能存在較大的差別。隨著工具10上的拉動載荷變得更大，該差別也增大。因此， 牽引力設定值通過考慮該側向差別而產生。牽引力設定值按照公式(I)計算牽引力設定值=最大值(平均右牽引力,平均左牽引力)+增益X絕對值(平均右牽引力-平均左牽引力)(I) 其中，“最大值”項選擇左、右牽弓I力平均值中的較大者,增益是表示對力的差值的靈敏度的預定因數，“絕對值”項選擇左、右牽引力平均值之間的差的絕對值。當得出牽引力設定值時，設定程序80終止。基于當工具操作土壤時遇到的實際牽引力的對牽引力設定值的這一自動確定消除了操作者在拖拉機操作過程中對位置和混合設置進行手動調節的需要。這提供了在工具操作整個農田時一致的犁地操作。當操作者繼續驅動拖拉機而工具操作土壤時，控制器66執行圖5中的流程圖所描述的連接裝置控制程序100。該執行使得繼續通過該程序，周期性地從傳感器71和72讀取牽引力以及從位置傳感器70讀取工具的位置。傳感器數據被用于以其中將恒定的牽引力施加在工具10上的方式來操作控制閥60。在步驟102，控制器66從位置傳感器70和力傳感器71和72讀取信號，并得出實際的連接裝置位置和左、右牽引力的值。接下來，在步驟104，牽引力值被用在公式(2)中， 以計算在工具上施加的當前的、實際的總牽引力(被稱為牽引力載荷)。牽引力載荷=最大值(右牽引力,左牽引力)+增益IX絕對值(右牽引力-左牽引力) (2)其中，增益I是對表示力的差值的靈敏度的預定因數。該牽引力載荷值被用于控制工具10的位置，除非牽引力大到對其的使用導致控制系統使工具上升到由設定程序80所設置的上閾值位置以外。在上閾值位置之下，如果牽引力載荷值大于牽引力設定值，那么工具上升以陷入土壤較少的量，以試圖減小施加在連接裝置12上的牽引力。但是，如果只采用該簡單的控制技術，在非常密的土壤情況下或簡單地因為連接裝置幾何形狀，牽引力就可能使工具從土壤中抬出。為了防止這發生，當工具的實際位置到達上閾值位置時，連接裝置控制程序100降低如上所計算的牽引力載荷值。 換句話說，當工具上升到在所期望的深度位置上方一個顯著的距離時，關于從牽引力設定值而生成牽弓I力載荷的響應被減弱。在步驟106確定是否需要降低牽引力載荷值，在該步驟中，將由來自位置傳感器 70的信號所表示的連接裝置12的實際位置與由操作者設置的閾值位置進行比較。如果實際位置在該閾值位置下方，那么在前進到步驟110之前，在步驟107通過將被指代為“連接裝置牽引力載荷”的變量設置為等于牽引力載荷值而不經改變地使用該牽引力載荷值。但是，如果實際的連接裝置位置在閾值位置上方，那么對程序的執行分支到步驟108，在該步驟中，牽引力載荷值被降低。在控制過程中所使用的牽引力載荷值的降低或減小的量基于實際位置在上閾值位置上方多少來確定。牽引力載荷值如公式(3)所給出的與該量成比例地降低
權利要求
1.一種用于控制車輛上的連接裝置的方法，其中，連接裝置通過液壓致動器上升和下降，所述方法包括限定表示期望施加在連接裝置上的總牽引力的牽引力設定值；傳感作用在連接裝置的一側的第一牽引力；傳感作用在連接裝置的另一側的第二牽引力；作為第一牽引力和第二牽引力中的較大者以及第一和第二牽引力之間的差值的函數而得出牽引力載荷；響應于牽引力載荷和牽引力設定值而產生牽引力誤差；和響應于牽引力誤差而操作液壓致動器，以使連接裝置選擇性地上升和下降。
2.如權利要求I所述的方法，其特征在于，限定牽引力設定值包括在操作車輛時 傳感第一牽引力的第一多個樣本；傳感第二牽引力的第二多個樣本；計算第一多個樣本的第一平均值；計算第二多個樣本的第二平均值；作為第一平均值和第二平均值中的較大者以及第一和第二平均值之間的差值的函數而得出牽引力設定值。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，得出牽引力設定值包括將第一平均值和第二平均值中的較大者加到基于第一和第二平均值之間的差值的絕對值的項上。
4.如權利要求2所述的方法，其特征在于，使用下面的公式來得出牽引力設定值 牽引力設定值=最大值(第一平均值，第二平均值)+增益X絕對值(第一平均值-第二平均值)其中，“最大值”項選擇第一和第二平均值中的較大者，“絕對值”項選擇第一和第二平均值之間差值的絕對值，增益是限定對于差值的靈敏度的因數。
5.如權利要求I所述的方法，其特征在于，得出牽引力載荷包括將第一牽引力和第二牽引力中的較大者加到基于第一和第二牽引力之間的差值的絕對值的項上。
6.如權利要求I所述的方法，其特征在于，使用下面的公式來得出牽引力載荷牽引力載荷=最大值(第一牽引力，第二牽引力)+增益IX絕對值(第一牽引力-第二牽引力)其中，“最大值”項選擇第一和第二牽引力中的較大者，“絕對值”項選擇第一和第二牽引力之間的差值的絕對值，增益I是限定對差值的靈敏度的因數。
7.如權利要求I所述的方法，其特征在于，還包括限定連接裝置的閾值位置；和響應于連接裝置的實際位置超過閾值位置的量而降低牽引力。
8.如權利要求I所述的方法，其特征在于，存在連接裝置的運動位置極限，且還包括 限定用于連接裝置的閾值位置；響應于牽引力載荷、連接裝置的實際位置和位置極限之間的第一關系、以及響應于閾值位置和位置極限之間的第二關系，來產生連接裝置牽引力載荷值；和響應于連接裝置牽弓I力載荷值而產生牽弓I力誤差。
9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，產生連接裝置牽引力載荷值包括得出連接裝置的實際位置和位置極限之間的第一差值，以及得出閾值位置和位置極限之間的第二差值。
10.如權利要求8所述的方法，其特征在于，使用下面的公式產生連接裝置牽引力載荷值
11.一種用于控制車輛上的連接裝置的方法，其中，連接裝置可通過液壓致動器而在第一位置極限和第二位置極限之間移動，所述方法包括限定表示期望施加在連接裝置上的牽引力的量的牽引力設定值；限定第一和第二位置極限之間的閾值位置；傳感作用在連接裝置的一側的第一牽引力；傳感作用在連接裝置的另一側的第二牽引力；作為第一牽引力和第二牽引力的函數而得出牽引力載荷；當連接裝置的實際位置小于閾值位置時，將連接裝置牽引力載荷值設置為等于該牽引力載荷；當連接裝置的實際位置大于閾值位置時，響應于牽引力載荷、連接裝置的實際位置和第一位置極限之間的第一關系以及閾值位置和第一位置極限之間的第二關系而設置連接裝置牽引力載荷值；和響應于連接裝置牽引力載荷值和牽引力設定值而產生牽引力誤差；和響應于牽引力誤差而操作液壓致動器，以使連接裝置選擇性地上升和下降。
12.如權利要求11所述的方法，其特征在于，當連接裝置的實際位置大于閾值位置時， 設置連接裝置牽引力載荷值包括得出連接裝置的實際位置和第一位置極限之間的第一差值，和得出閾值位置和第一位置極限之間的第二差值。
13.如權利要求11所述的方法，其特征在于，當連接裝置的實際位置大于閾值位置時， 使用下面的公式設置連接裝置牽引力載荷值
14.如權利要求11所述的方法，其特征在于，限定牽引力設定值包括在操作車輛時 傳感第一牽引力的第一多個樣本；傳感第二牽引力的第二多個樣本；計算第一多個樣本的第一平均值；計算第二多個樣本的第二平均值；作為第一平均值和第二平均值中的較大者和第一和第二平均值之間的差值的函數來得出牽引力設定值。
15.如權利要求14所述的方法，其特征在于，得出牽引力設定值包括將第一平均值和第二平均值中的較大者加到基于第一和第二平均值之間的差值的絕對值的項上。
16.如權利要求14所述的方法，其特征在于，使用下面的公式得出牽引力設定值 牽引力設定值=最大值(第一平均值，第二平均值)+增益X絕對值(第一平均值-第二平均值)其中，“最大值”項選擇第一和第二平均值中的較大者，“絕對值”項選擇第一和第二平均值之間的差值的絕對值，增益是限定對差值的靈敏度的因數。
17.如權利要求11所述的方法，其特征在于，作為第一牽引力和第二牽引力中的較大者和第一和第二牽引力之間的差值的函數而得出牽引力載荷。
18.如權利要求11所述的方法，其特征在于，得出牽引力載荷包括將第一牽引力和第二牽引力中的較大者加到基于第一和第二牽引力之間的差值的絕對值的項上。
19.如權利要求11所述的方法，其特征在于，使用下面的公式得出牽引力載荷牽引力載荷=最大值(第一牽引力，第二牽引力)+增益IX絕對值(第一牽引力-第二牽引力)其中，“最大值”項選擇第一和第二牽引力中的較大者，“絕對值”項選擇第一和第二牽引力之間的差值的絕對值，增益I是限定對差值的靈敏度的因數。
20.一種用于控制車輛上的連接裝置的方法，其中，連接裝置可以通過液壓致動器而在第一位置極限和第二位置極限之間移動，所述方法包括限定表示期望施加在連接裝置上的牽引力的量的牽引力設定值；限定第一和第二位置極限之間的閾值位置；傳感作用在連接裝置的一側的第一牽引力；傳感作用在連接裝置的另一側的第二牽引力；作為第一牽引力和第二牽引力的函數而得出牽引力載荷；當連接裝置的實際位置小于閾值位置時，將連接裝置牽引力載荷值設置為等于該牽引力載荷；當連接裝置的實際位置大于閾值位置時，設置連接裝置牽引力載荷值，作為牽引力載荷和連接裝置的實際位置超過閾值位置的量的函數而得出該連接裝置牽引力載荷值；和響應于連接裝置牽引力載荷值和牽引力設定值而產生牽引力誤差；和響應于牽引力誤差而操作液壓致動器，以使連接裝置選擇性地上升和下降。
全文摘要
一種用于操作運土機的牽引力控制方法。車輛上的連接裝置通過液壓致動器移動。一種用于控制液壓致動器的方法響應于單獨地對作用在連接裝置的兩側的兩個力取平均同時以設定模式操作而限定出牽引力設定值。在常規的操作過程中，從傳感這兩個力并從牽引力載荷和牽引力設定值之間的差值得出牽引力誤差來計算牽引力載荷。牽引力誤差被用于控制向著和來自液壓致動器的流體流動。該控制方法的一個方面是，在連接裝置移動超出預定的閾值位置時降低牽引力誤差。
文檔編號A01B63/112GK102598907SQ20121005847
公開日2012年7月25日 申請日期2012年1月12日 優先權日2011年1月13日
發明者D·J·斯凱杰克, E·N·格里斯巴克 申請人:胡斯可國際股份有限公司