履带式车辆
阅读说明：本技术 履带式车辆 (Track vehicle ) 是由 马丁·帕尔 克劳斯·格拉纳 于 2019-07-02 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种履带式车辆,其包括至少两个可驱动的履带(2、3)、用于检测至少两个履带(2、3)中每者的实际速度的传感器装置(9)以及用于控制至少两个履带(2、3)的驱动速度的控制装置(14),其中,控制装置包括曲线控制模块(15),曲线控制模块用于根据来自转向信号发送器的转向信号为至少两个履带(2、3)调节不同的驱动速度以转弯行驶。根据本发明的第一方面,在至少两个履带(2、3)具有单独驱动器的情况下,在一个驱动马达(5)发生故障时,另一仍可运转的驱动马达(5)不再遵循针对常规操作指定的目标转速,而是在考虑到转向信号以及命令曲线所需的左右履带侧之间的速度差的情况下遵循由传感器检测的故障驱动器的履带速度或传动系统速度。(The invention relates to a tracked vehicle comprising at least two drivable tracks (2, 3), a sensor device (9) for detecting the actual speed of each of the at least two tracks (2, 3), and a control device (14) for controlling the driving speeds of the at least two tracks (2, 3), wherein the control device comprises a curve control module (15) for adjusting the different driving speeds for the at least two tracks (2, 3) in dependence on a steering signal from a steering signal transmitter for cornering. According to a first aspect of the invention, in the case of at least two tracks (2, 3) having separate drives, in the event of failure of one drive motor (5), the other, still operable drive motor (5) no longer follows the target rotational speed specified for normal operation, but follows the track speed or drive train speed of the failed drive detected by the sensor taking into account the steering signal and the speed difference between the left and right track sides required for the command curve.)
技术领域
本发明涉及具有至少两个可驱动的履带的履带式车辆、用于检测所述至少两个履带中的每者的实际速度的传感器装置以及用于控制所述至少两个履带的驱动速度的控制装置，其中，控制装置包括凸轮控制模块，该凸轮控制模块用于根据来自转向信号发送器(Signalgebers)的转向信号调节至少两个履带的不同驱动速度以转弯行驶。
背景技术
这种履带式车辆在各种实施例中是众所周知的，并例如可以是诸如履带式推土机或履带式挖掘机等建筑机械，或者也可以形成如在滑雪场中使用的推雪机。在此情况下，为了转弯行驶，履带被以不同的速度驱动，以便在左右履带之间产生速度差，该速度差随后导致转弯行驶。通常在这种情况下，两个履带仍被在相同的方向上(即，向前或向后)驱动，不过原则上已知的是，为了可以说在静止时转向，向前驱动一个履带，并且向后驱动另一履带。
在此，原则上可以以不同的方式驱动履带。一方面，已知使用中心驱动马达，该中心驱动马达的驱动运动通过传动装置被传递到右履带和左履带。为了能够在中心驱动马达的情况下仍以不同速度驱动左右侧的链轮，可以使用所谓的叠加式转向机构(-Lenkgetriebe)，该转向机构基本上包括两个行星齿轮，通过中心驱动马达的中心驱动轴以相同的速度驱动行星齿轮的太阳轮，并且行星齿轮的行星齿轮架分别连接到左或右履带的驱动导轮(Turas)。为了能够改变两个行星齿轮架相对彼此的旋转速度，转向驱动器例如可以通过反向旋转齿轮级在彼此相反的方向上驱动齿圈。根据设计的不同，中心驱动轴、与驱动导轮连接的驱动轴和转向驱动器的连接方式也可以不同，例如使得中心驱动马达的中心输出轴耦接到两个齿圈，并且转向机构使太阳轮在彼此相反的方向上旋转。
另一方面，最近也将单独驱动器用于履带，其中每个履带都具有其自己的驱动马达，其中每个驱动马达都可独立控制或者两个驱动马达可以以不同的驱动速度运行，以便能够以不同的速度驱动履带以转弯行驶。
例如，在文献DE 10 2012 212 248 A1和DE 10 2012 216 661 A1中示出了这种履带式车辆。
在这种单独驱动器的情况下，当两个驱动器中的一者故障时，可能导致转向问题。即使另一驱动器可以相对快速地关闭，也不再能够维持由转向系统指定的曲线半径，因为这样一来，车辆实际上将在不被驱动的情况下直行滑行。但是，如果不能足够快速地关闭仍在运行的驱动器，则可能导致完全不受控制的转弯行为。
上述中心驱动器可能出现类似的问题。例如，如果转向驱动器发生故障，使得不再在相反方向上驱动叠加式转向机构的两个行星齿轮的齿圈，则履带式车辆基本上只能直线行驶。如果中心驱动器发生故障，则反应取决于转向驱动器的连接。如果中心驱动器给转向驱动器提供能量或为其供电，则转向驱动器也将发生故障且履带式车辆只能直线向前行驶。另一方面，如果转向驱动器具有自己的电源，则由于继续在相反的方向上驱动齿圈，所以可能导致履带式车辆不受控制地转向。
发明内容
在此基础上，本发明的目的在于提供一种改进的所述类型的履带式车辆，其避免了现有技术的缺点并以有利的方式进一步改进了现有技术。特别地，即使在驱动器发生故障时也应实现稳定的转向性能。
根据本发明，该目的通过根据权利要求1的履带式车辆和根据权利要求7的履带式车辆实现。本发明的优选实施例是从属权利要求的主题。
根据第一方面提出了，在至少两个履带的单独驱动的情况下，如果一个驱动马达发生故障，则另一仍可运转的驱动马达不再遵循针对常规操作(即，无错误的操作)指定的目标转速，而是在考虑到转向信号以及由此产生的为可能的命令曲线所需的左右履带侧之间的速度差的同时遵循由传感器检测的故障驱动器的履带速度或传动系统速度。根据本发明，用于这种履带式车辆的单独驱动器的控制装置的曲线控制模块包括故障控制模块，该故障控制模块用于在一个履带的驱动器发生故障时控制另一个履带的剩下的可运转的驱动器，其中，所述故障控制模块被设计为根据由传感器装置检测的其驱动器发生故障的履带的实际速度并根据转向信号来控制剩下的可运转的驱动器，使得至少两个履带具有转向信号所要求的不同实际速度。如果转向信号指定直线行驶，则所需的实际速度当然是相同的且差速为零。
在其中一个单独驱动器发生故障时被激活的所述故障控制模块不再使用目标速度信号(可以在常规操作中从速度缺省值和转向信号中计算出该目标速度信号)来控制剩下的可运转的驱动器，而是使用另一故障履带的实际速度信号，并在考虑到转向信号但不考虑由行驶速度选择杆指定的目标速度的情况下，为剩下的可运转的驱动器计算新的控制信号，以便尽管在另一履带未被驱动的情况下仍保持与指定的转向信号或后面的车辆驾驶员的转向请求相对应的弯曲半径。
在此有利地，冗余地设计了用于检测至少两个履带的实际速度的所述传感器装置，以便当相关的驱动器发生故障时也能够可靠地检测至少两个履带中的每者的实际速度。
在此，传感器装置可以检测至少两个履带在不同位置或元件处的驱动速度。有利地，传感器装置可以包括用于检测至少两个履带中的每者的链轮的实际速度的转速传感器，和/或用于检测每个单独驱动器的输出侧或输出轴的实际转速的转速传感器，和/或用于检测每个履带的驱动导轮与每个驱动器的输出轴之间的传动系统传动元件的实际速度的转速传感器。
原则上，传感器装置也可以直接检测履带的运行速度，例如通过具有在履带上运行的仿形轮的传感器或非接触式检测装置来确定履带的运行速度。
在此，所述故障控制模块不仅可以控制剩下的可运转的驱动器以转弯行驶，还可以在转向信号指定直行行驶时，根据故障履带的实际转速信号或实际速度信号控制该驱动器以直行行驶。
在此有利地，所述故障控制模块被设计为连续地或周期性地更新转向信号(在考虑到故障履带的速度的同时，根据该转向信号来控制剩下的可运转的驱动器)，以便满足在驱动器故障后输入的转向请求。因此，如果机器操作员在其中一个驱动器发生故障时使履带式车辆直行行驶，则所述故障控制模块首先在考虑到履故障履带的情况下控制剩下的可运转的驱动器，使得车辆继续直行行驶。但是，如果机器操作员随后转向(例如，为了避开障碍物)，则故障控制模块考虑更新后的转向信号，并根据故障履带的当前实际速度调节剩下的可运转的驱动器，使得车辆以对应于转向请求的弯曲半径行驶。
为了不仅能够根据行驶情况(例如，上坡或下坡行驶)继续驱动剩下的可运转的驱动器，而且还能够在必要时制动剩下的可运转的履带，以便能够保持期望的直线行驶或转弯行驶，在本发明的有利改进示例中，还可以有利地制动剩下的可运转的驱动器或由其提供制动力矩。
有利地，单独驱动器可以被设计成电动马达或包括电动马达，其中，为了还提供制动转矩，可以有利地接通例如栅格箱形式的制动电阻器，这可以由所述故障控制模块启动。
然而，原则上，驱动马达不仅可以是电动马达，而且可以被设计成由压力源(例如，泵)提供的液压马达。
在电动马达的情况下，有利地是，每个分别驱动至少两个履带中的一者的电动马达分别分配有换流器，通过该换流器可以控制相应的马达。
为了提供能量，履带式车辆可以包括发电机，该发电机可以由诸如柴油机等内燃机驱动，其中，在本发明的改进示例中，发电机产生的电流可以被供应给整流器，该整流器随后可以将电流提供给两个所述的换流器中的每者。
制动电阻器可以连接到所述整流器，以便也能够制动驱动马达或在驱动马达上产生制动力矩，这否则将被反馈给发电机，这基本上也是可能的，以便能够使用内燃机的制动力矩。
如果两个电动马达中的一者发生故障，所述制动电阻器(即使其被分配给中心整流器)和/或发电机的制动功率也可用于制动仍运转的驱动马达。
尽管如此，替代地或补充地，两个或多个驱动马达中的每者具有单独的制动电阻器，以便能够单独地制动。
作为驱动马达的再生制动的替代和补充，还可通过机械制动器产生制动功率，如有必要所述故障控制模块可以有利地通过控制该机械制动器，以便在一个驱动马达发生故障时提供转弯行驶所需的速度差。有利地，如有必要，可以向每个链轮和/或每个驱动马达的输出轴和/或中间传动系统元件分配机械制动装置，以能够在每个链轮上产生制动力矩。有利地，如有必要，每个所述的制动装置都可以由故障控制模块控制，以便在一个驱动器发生故障时能够制动故障驱动器的链轮和/或仍运转的驱动器的链轮。有利地，所述控制故障模块根据故障履带的实际速度信号并根据转向信号来控制相应的制动装置，以便实现两个履带的必要的速度差，其中，在转向信号为直行行驶的情况下，该速度差也可以为零。
根据本发明的另一方面，在使用通过叠加式转向机构驱动至少两个履带的中心驱动器的情况下，也设置故障控制模块，该故障控制模块在转向驱动器发生故障时或在中心驱动器发生故障时和/或在叠加式转向机构发生故障时被激活，并根据由传感器装置检测的两个履带的实际速度以及根据转向信号来控制用于制动每个履带的至少一个机械制动装置，使得履带具有对应于转向信号的不同的实际速度。在转向信号对应于直行行驶的情况下，所述故障控制模块当然也可以控制制动装置，使得履带具有相同的实际速度。
因此，换句话说，在发生故障的情况下，如果传动系统的一侧断裂或转向驱动器发生故障，则控制仍可运转侧的驱动器的制动器和/或故障侧的制动器(如果在此的制动器仍可运转)，使得仍然遵循当前的转向指令，如在命令曲线上(或必要时直线)行驶所必要的，相对于故障侧链轮转速调节可运转侧链轮转速。因此，车辆始终保持可操纵性，并可以通过通常的制动功能安全地停下来。
在此，也就是在这种中心驱动装置的情况下，传感器装置有利地以所述方式冗余地设计，并且可以包括上述的转速传感器或其它用于速度检测的传感器。
已经说明的履带式车辆的其它设计也能够以相同的方式在中心驱动器中提供。
附图说明
下面将参考优选的示例性实施例和相关附图更详细地说明本发明。
图1示出了具有单独驱动器的履带式车辆的示意图，驱动器分别包括用于驱动每个履带的驱动导轮的可独立控制的电动马达。
图2示出了履带式车辆的中心驱动器的示意图，该履带式车辆的央驱动马达通过叠加式转向机构驱动两个履带的两个驱动导轮。
具体实施方式
如图1所示，履带式车辆1在车身或底盘的左右侧分别具有履带2和3，这些履带可以在多个链轮上无休止地循环，并共同形成履带式车辆1的行走机构。在此，履带2、3可根据履带式车辆的类型而进行不同的设计，例如为钢平环链、塑料和/或橡胶轮廓链(Profilkette)或例如用于平整滑雪场的轮廓杆链(Profilstabkette)的形式。
此外，如图1所示，履带2和3中的每者分别由驱动导轮(Turas)4驱动，该驱动导轮与相应的履带2和3的内侧周向地啮合，并且可以围绕其旋转轴线被旋转地驱动，该旋转轴线可横向于行驶方向水平地布置。
在此，图1示出了单独的驱动器，其中，每个驱动导轮4可以由其自己的驱动马达5驱动，其中，，驱动马达5的输出轴可以布置成与驱动导轮轴线同轴，或者特别是当驱动马达5和驱动导轮4之间还插入有齿轮(例如，具有一个或两个或多个档位的中间轴齿轮的形式)时也可以以平行于驱动导轮轴线的方式偏移地布置。如图1所示，两个履带2和3的两个驱动导轮4可以彼此同轴地布置，其中在这种情况下，驱动马达5也可以有利地彼此同轴地布置，特别是马达轴相对于行驶方向横向地对齐。但是原则上，特别是当履带2和3在行驶方向上布置在相同高度时，也可以例如通过将一个驱动导轮4布置在一个履带的后端并将另一驱动导轮4布置在另一履带的前端而使驱动导轮4在行驶方向上彼此偏移地布置。
此外，还可能的是，驱动马达5的马达轴布置成横向于驱动导轮4的驱动轴，例如通过角度级(Winkelstufe)与驱动轴成直角，或通过正齿轮传动级平行地偏移。
有利地，驱动马达5可以是电动马达，但其中，原则上也可以考虑液压马达以及混合动力混合形式。
有利地，每个驱动马达5可以单独地且独立于另一驱动马达5进行控制，以便能够彼此独立地调节两个驱动导轮4的转速或使转速相对彼此变化，并且与此相应的以不同的速度驱动履带2和3。
如图1所示，每个驱动马达5可以具有自己的控制模块7，当驱动马达5被设计为电动马达时，该控制模块可以均包括换流器8，该换流器8将电流加载到驱动马达5。
两个换流器8可以由整流器9供电，该整流器将发电机10产生的电流提供给所述换流器8。
所述发电机10可以由诸如柴油发动机等内燃机11例如直接地驱动或经由例如泵分配传动装置(Pumpenverteilergetriebes)12形式的传动装置驱动。
此外，如图1所示，与电动马达5连接的供电电路还可以包括例如栅格箱(Grid-Box)形式的制动电阻器13，以便能够制动驱动马达5并且能够在驱动马达5作为发电机操作时在所示制动电阻器13处对反馈能量进行热耗散。如已经说明，为了制动驱动马达5，在那里产生的制动扭矩还可以通过发电机10和与其连接的内燃机发动机11来承担。
通过两个换流器8，可以相对彼此改变并独立地调节驱动马达5的转速，这特别可以用于通过使一个履带比另一履带运行得更快而使履带式车辆1转弯行驶。
为此，可例如包括微处理器、存储有软件的存储器模块以及其它硬件模块的电子控制装置14可以控制与驱动马达5连接的电力电子器件，并特别是通过上述换流器8进行控制。
如图1所示，所述控制装置14在此可以包括曲线控制模块15，该曲线控制模块在输入侧从转向装置16接收转向信号，车辆驾驶员可以通过该转向装置输入自己的转向请求。这种转向装置可以包括传统的方向盘，也可以包括操纵杆或其它车把设计。例如，转向装置16可以包括转向角检测器，该转向角检测器检测方向盘的转向角度并提供与该转向角度成比例的转向信号，然后曲线控制模块15对该信号进行处理，以便在驱动马达5上产生相应的，特别是不同的驱动转速，使得履带2和3以不同的速度运动。
此外，所述控制装置14包括速度控制模块17，该速度控制模块控制或调节履带式车辆1的行驶速度，并将行驶速度信号提供给电力电子器件，特别是提供给所述换流器8，以便以相应的扭矩和/或相应的速度驱动驱动马达5。在此，所述行驶速度控制模块17可以包括行驶速度请求杆(例如，油门踏板或操纵杆的形式)，以便使车辆驾驶员能够指定期望的行驶速度，然后(在考虑到功率储备的情况下)根据该期望的行驶速度通过上述换流器8控制驱动马达5并实现期望的行驶速度。
在与上述曲线控制模块15交互作用下，行驶速度调节器的速度控制信号可以转换为基本控制信号，并随后在输入期望的弯曲角度请求或转向角度请求时，针对左右驱动马达进行相应的修改，以便在基本实现期望的行驶速度时将左右侧调节为不同的履带速度，从而实现转弯行驶。
如果现在其中一个驱动马达5发生故障，则所述控制装置14转换到故障模式，在该模式下改变对驱动马达5的控制。
特别地，在其中一个驱动马达5发生故障时可以激活故障控制模块18，该故障控制模块可以是电子控制装置14的一部分并控制剩下的可运转的驱动马达5，使得即使另一驱动马达发生故障，也能保持或尽可能地保持期望的弯曲半径。
为此，履带式车辆1包括冗余设计的传感器装置19，该传感器装置检测每个履带2和3的实际速度，这可以直接或间接地实现。例如，传感器装置19可以包括一对转速传感器20，它们检测两个驱动导轮4的转速和/或检测中间齿轮6的输出轴(例如，所述末级驱动器(Seitenvorgelege)的形式)的转速。替代地或补充地，上述传感器装置19还可包括履带速度传感器21，该传感器检测履带2和3的旋转速度。
因此，如果两个驱动马达5中的一者发生故障，则所述故障控制模块18在考虑曲线控制模块15或转向装置16的转向角信号的同时根据检测的其驱动马达发生故障的另一履带的实际速度来控制剩下的可运转的驱动马达5。根据测量的其驱动马达发生故障而不再被驱动的履带的实际速度，调节另一履带的旋转速度，使得不再被驱动的履带与被驱动的履带之间的速度差产生弯曲半径，该弯曲半径对应于转向请求或所述转向信号。
为此，仍可运转侧的驱动马达5被控制为，使得在仍然遵循当前的转向指令的同时，其调节相对于故障侧的转速，该转速是命令曲线上(或可选地还直线向前)的行驶所必需的。
如果需要制动仍可运转的驱动马达5以维持转弯行驶所需的两个履带2和3之间的速度差，则所述故障控制模块18例如还可以通过所述制动电阻器13实现再生制动(regeneratorisches Bremsen)。
此外，履带式车辆1还可以包括具有机械制动器23的制动装置22，机械制动器用于机械地制动每个履带2和3，其中，这种机械制动器23例如啮合到驱动导轮4的驱动轴，或者也可以制动驱动导轮4本身，其中，然而替代地或补充地，与相应的履带2或3接合的专门的单独链轮可用作制动轮并且可以被制动。
如果需要，所述故障控制模块18可以调用并控制制动装置22，以操作其中一个机械制动器23，从而确保命令曲线所需的履带2和3上的速度差。
如图2所示，履带式车辆1还可以包括中心驱动器，其中中心驱动马达5驱动两个驱动导轮4。参见图2，为了将驱动马达5的旋转驱动运动分开或分支到两个驱动导轮4上，可以设置可包括由驱动马达5驱动的中心输入轴25的叠加式转向机构24。
这种叠加式转向机构24可以包括两个行星齿轮26、27，它们的太阳轮28可以有利地彼此同轴地驱动，并且经由共同的驱动轴29同步(参见图2)，其中，所述驱动轴29以及因此两个太阳轮28都可以由驱动马达5驱动。
参见图2，行星齿轮26和27的每个行星齿轮架30可以通过各自的输出轴31驱动左右履带2和3的驱动导轮4。
参见图2，为了能够尽管在中心驱动马达的情况下仍相对彼此改变左右履带2和3的驱动速度，两个行星齿轮的两个齿圈32彼此反向地驱动，也就是通过转向驱动器33进行驱动，根据所述转向信号控制该转向驱动器，并且可以通过反向旋转齿轮级34使齿圈32彼此反向地旋转。
如果驱动侧发生故障(例如由于行星齿轮架断裂)或如果转向驱动器33发生故障，履带式车辆1不再能够保持预定的弯曲半径，则激活所述故障控制模块，以便替换或修改中心驱动马达5和转向驱动器33的“常规”控制，并确保在故障操作模式下的转弯行驶。为此，所述故障控制模块控制制动装置22并控制两个机械制动器23中的至少一者，以便确保预定的转向信号和相应的期望弯曲半径所需的两个驱动导轮4的速度差。如图2所示，两个制动器23可以例如作用在输出轴29上，该输出轴将行星齿轮26和27连接到两个驱动导轮4。
在此，参见图2，根据由传感器装置19检测的两个履带2和3的实际速度与所述转向信号一起进行制动装置22的控制，其中在此，例如转速传感器20可以检测驱动导轮4或所述输出轴31的转速。
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