履帶式挖掘機的控制系統及方法

專利名稱：履帶式挖掘機的控制系統及方法
技術領域：
本發明涉及挖掘技術領域，更具體地說，涉及控制履帶式挖掘機并將該履帶式挖掘機的操作狀態通知給駕駛員的系統和方法。
如

圖1和2所示，一臺履帶式挖掘機一般包括一臺與右履帶驅動輪32和左履帶驅動輪34相聯的引擎36，右履帶驅動輪32和左履帶驅動輪34一起構成了履帶式挖掘機30的履帶部分45。在一般情況下，一個與履帶部分45的前端相聯的輔助機構46用于完成特定的挖掘操作。
挖溝鏈50通常被用來以較大的速度較大的溝渠。在工作點附近駕駛挖掘機30作機動運動時，挖溝鏈50一般處于地面上的行走機構56中。挖掘時，挖溝鏈50被降下，掘進地面，以預定的深度和速度掘出一條溝渠，此刻它處于挖溝機構58中。本技術領域內另一種常見的挖掘機構叫做“振動輪”，如圖3所示，它可以以和控制挖溝鏈50的方法相似的方法加以控制。
用現有的控制方式來控制履帶式挖溝機30的話，需要操作手操縱各種操縱桿、開關和按扭，從而實現既安全又高效地操縱履帶式挖溝機30的目的。這樣，就要求操作手必須具備高度的技巧，在以一種或多種方式(特別是挖掘方式和行走方式)操作履帶式挖溝機30時，他必須不停地監視和調整履帶45的推進和轉向以及輔助機構46的工作情況。在既一邊挖掘一邊行走的情況下，使用現有的推進和轉向控制機構來保持最佳的履帶式挖掘機性能一般被認為是一件艱難而又令人疲備的工作。
圖4是履帶式挖掘機30中的常規控制盤62的示意圖。當工作在行走方式時，履帶式挖掘機30的前進和和、轉向是通過操縱左、右履帶桿64和66來加以控制的。左、右履帶桿64和66分別控制左、右履帶驅動輪34和32的動作。比方說，將右履帶桿66向前推，一般來說將使右履帶驅動輪32向前運動，操縱履帶式挖掘機30向左或向右運動，視左履帶驅動輪34的相對速度而定。使右履帶驅動輪32反向運轉通常是通過把右履帶桿66向后拉來實現的，這樣使右履帶驅動輪32在相反的方向上轉動。
使左履帶驅動34前行是通過與上面提到的操縱右履帶驅動輪32的方式基本相同的方式來進行的。因此，前進和轉向都是通過常規的履帶式挖掘機30的履帶桿64和66來控制的。而且，右履帶驅動輪32的前進和轉向控制左履帶驅動輪34的前進和轉向控制是完全獨立的。
在挖掘時，常常希望使發動機36保持在一個恒定的最佳輸出功率上，這反過來也能使挖掘輔助機構46工作在一個最佳挖掘輸出上。圖4中所示的常規控制盤包括許多控制件和開關，如速度范圍開關74、RPM鈕76、轉向平衡調整鈕78及推進平衡調整鈕80。通常在挖掘操作過程中，這些開關和按扭都必須加以調整，從而在輔助機構46的負載發生變化時使引擎維持在所希望的輸出功率上，并使履帶式挖掘機30沿希望的方向前進。此外，左、右泵電位器84和82通常需要調整、再調整，以使左、右泵38和40的工作特性達到一致。
速度范圍開關74一般可在低速、中速和高速之間調整。具體的速度范圍是由挖掘期間的多種因素包括所希望的挖掘速度、待挖掘的土壤類型等所決定的。速度范圍開關74中的高速一般適合于挖掘松軟泥土，由于輔助機構46上的的負載較低，履帶式挖掘機30可以以較高的速度工作。當碰上較堅實的土質如混泥土時，挖掘機構46(一般由發動機36驅動)上的負載將增加，從而造成挖掘機30的速度響應地下降。
操作手必須對這種引擎36上的負載變化迅速作出反應，首先確定要調整的適當開關，再確定開關的調整量。一般情況下，輕微的推進變動通過調節推動控制鈕80來完成，30的推進速度的中度改變通過調節RPM鈕76來實現，挖掘機30的推進速度的較大修正一般這樣來完成把速度范圍開關74從高速切換到中速或低速，然后再次調整推動控制鈕80和RPM鈕76，以避免發動機36失速。
履帶式挖掘機一般采用一個或多個傳感器來檢測機器的眾多物理參數。由傳感器采集到的信息一般被用來調節機器的某個特定功能，或者通過將它們傳送到一個或多個模擬顯示裝置(如測速電機72)上的方式提供給操作手。為了對履帶式挖掘機是否工作在正確的性能和安全余量范圍內作出評價，通過多個模擬顯示裝置送至操作手的信息通常必須是有經驗的操作手才能進行解釋。
因此，在履帶式挖掘機制造商中普遍存在著把在行走狀態、更具體地說是挖掘狀態下操縱履帶式挖掘機的困難程度減小到最小的愿望。業界還有一個愿望是縮短目前培養一個履帶式挖掘機操作手所需的大量時間。另外，挖掘設備制造廠家還有一個迫切需求，就是增強在履帶式挖掘機工作期間將工作、診斷及與安全有關的信息傳送給操作手的裝置。本發明將把這些愿望變為現實。
本發明為一種操縱履帶式挖掘機的推進和轉向控制系統和方法，它包括根據從多個履帶式挖掘機行走狀態下選定的一個狀態、能在多種工作狀態下工作的多狀態推進和轉向控制裝置。本發明還包括用于有選擇地把多個指示履帶式挖掘機的一個或多個工作狀態的工作信息傳送的操作手的裝置。
圖1是履帶式挖溝機側視圖，有挖溝鏈式挖溝附件；圖2為履帶式挖溝機總俯視圖；圖3是履帶式挖溝機側視圖，裝有鉆巖輪式挖溝附件；圖4是作為用于操縱履帶式挖溝機的操縱臺先有技術的例證；圖5是先有技術操縱臺局部視圖，表示操縱一種傳統的履帶式挖溝機所需要的操縱桿和控制器；圖6為履帶式挖溝機操縱臺局部視圖，包括一個新型多方式推進控制器和多方式方向操縱器；圖7為履帶式挖溝機操縱臺總圖，包括多方式推進和方向控制器和一個顯示器；圖8是多方式推進控制的示意圖和按挖溝方式和運輸方式操縱履帶式挖溝機時相關的功能；圖9是當速度控制范圍定在高位時，履帶式挖溝機左右履帶傳動機構的輸出電平隨推進控制器輸出電壓信號的變化曲線圖；圖10為當速度控制范圍定為低位時，履帶式挖溝機左右履帶傳動機構的輸出電平隨推進控制器輸出電壓信號的變化曲線圖；圖11為挖溝作業時產生的發動機目標輸出電平范圍隨部分再校準過程的變化曲線圖；圖12是作為先有技術的方向控制器的示意圖，它包括獨立的左和右履帶操縱桿；圖13為新型多方式方向控制及其按運輸方式和挖溝方式作業的圖解表示；圖14是當使用一種新型多方式方向控制器時，履帶式挖溝機按挖溝方式作業中的左和右履帶傳動機構轉向特性曲線例圖；圖15是當使用一種新型多方式方向控制器時，履帶式挖溝機按運輸方式作業中的左和右履帶傳動轉向特性曲線例圖；圖16為由新型多方式方向控制器提供的轉向能力直觀的圖解表示；圖17是表示用于控制采用了多方式推進和方向控制器和履帶式挖溝機推進和轉向的計算機系統方塊圖；圖18為在顯示器上通知給履帶式挖溝機操作員的各種狀態和故障信息圖例；圖19為一種新型多方式油門控制圖例；圖20為新型多方式方向控制器另一種設計型式的圖例；圖21為根據新型多方式推進控制器產生的運輸推進信號修正履帶傳動機構推進電平的控制過程第一部分圖例；圖22是根據新型多方式推進控制器產生的運輸推進信號修正履帶傳動機構推進電平的控制過程第二部分圖例；圖23是根據新型多方式推進控制產生的挖溝推進信號修正履帶傳動機構推進電平的控制過程第一部分圖例；圖24是根據新型多方式推進控制器產生的挖溝推進信號修正履帶傳動機構推進電平的控制過程第二部分圖例；圖25是根據新型多方式方向控制器產生的方向控制信號實施按運輸方式作業中的履帶式挖溝機轉向的控制過程第一部分圖例；圖26為根據新型多方式方向控制器產生的方向控制信號實施按運輸方式作業中的履帶式挖溝機轉向的控制過程第二部分圖例；圖27為根據新型多方式方向控制器產生的方向控制信號實施按運輸方式作業中的履帶式挖溝機轉向的控制過程第三部分圖例；圖28為根據新型多方式方向控制器產生的方向控制信號實施按運輸方式作業中的履帶式挖溝機轉向的控制過程第四部分圖例；圖29為根據新型多方式方向控制器產生的方向控制信號實施按運輸方式作業中的履帶式挖溝機轉向的控制過程第五部分圖例；圖30為根據新型多方式方向控制器產生的方向控制信號實施按運輸方式作業中的履帶式挖溝機轉向的控制過程第六部分圖例；圖31為根據新型多方式方向控制器產生的方向控制信號實施按挖溝方式作業中的履帶式挖溝機轉向的控制過程第一部分圖例；以及圖32是根據新型多方式方向控制器產生的方向控制信號實施按挖溝方式作業中的履帶式挖溝機轉向的控制過程第二部分圖例。
如上所述，本發明涉及履帶式挖溝機的推進和方向控制系統以及用于操縱和傳輸履帶式挖溝機工作狀態的方法。本申請書敘述用于控制推進和轉向的整個系統和方法，并通知操作員有關履帶式挖溝機的工作狀況，以便可以全面評估系統內的各種功能和動作。因此，在本申請書中所介紹的履帶式挖溝機推進和方向控制系統的各種特點和功能雖然不是本發明的對象，但是是與本申請同時申請的相關未決申請文件中提出權利要求的對象。這些特點和功能的敘述包括在本發明中是為了完整性，并有可能全面評價本發明所公開的履帶式挖溝機推進和方向控制系統的工作。
現在參看圖，尤其是圖6，其中表示了包括用于操縱履帶式挖溝機30的新型多方式推進和方向控制器90和92的操縱臺101。在一種實施例中，推進控制器90、方向控制器和運行方式開關94按多種運行方式之一與履帶式挖溝機30有效的推進和轉向結合起來操縱。推進控制器90和方向控制器92最好是多方式控制器，其中每個控制器90和92根據選定的運行方式完成多種功能。
將表示在圖6中的新型操縱臺與表示在圖5中的先有技術操縱臺相比，易于看出，圖6中表示的多方式推進和方向控制器90和92，比采用先有技術的控制方案操縱履帶式挖溝機30時所需要的操縱桿、開關和微調按鈕，在數量上要少得多。最引人注目的是，取消了兩個先有技術的履帶傳動操縱桿64和66和速度表72，后者是典型地用于監控對發動機36輸出功率調整控制的效果。此外，圖5所示的先有技術操縱臺62上的許多有關速度范圍開關74、RPM按鈕76、方向微調按鈕78以及推進微調按鈕80的功能，要么取消，要么綜合在由圖6所示單一的多方式推進和方向控制器90和92實施的功能之中。應當指出，先有技術的左履帶操縱桿64和右履帶操縱桿66既控制履帶式挖溝機30的方向也控制其推進。還應指出，現有的左履帶操縱桿64典型地控制左履帶傳動機構34，而右履帶操縱桿66控制右履帶傳動機構32。因此，左履帶傳動機構34的操縱，完全獨立于右履帶傳動機構32的操縱。
圖6和7所示新型操縱方案的一項重要優點在于，在操縱履帶式挖溝機30時將方向控制功能與推進控制功能有效地脫開或分開。左和右履帶傳動機構34和32的推進由推進控制器90操縱，而履帶式挖溝機30的方向則由方向控制器92獨立操縱。在按多種運行方式之任何一種工作時履帶式挖溝機30的操縱，由于使用了多方式的推進和方向控制器90和92而大大地簡化了。
現在參見圖8，其中表示了一個多方式推進控制器90，用于在多種運行方式之一中控制履帶式挖溝機30的推進。采用術語“多種方式”(multiple mode)是表示，用單位控制器根據具體選定的工作方式完成多項不同的功能。因此，以前要由履帶式挖溝機30的操作員手動完成的許多操縱任務，現在代之以由單個方式控制器來完成，例如表示在圖8中的推進和方向控制器90和92，要不然如上所述要操作多種多樣的操縱桿、開關和微調按鈕才能完成這些工作。
圖8所示的推進控制器90有一個中立位置，一個最大前進位置，一個最大倒退位置和一個前進和倒退位置的范圍。作為舉例，但不受此限制，此多方式推進控制器90最好能在運輸方式和挖溝方式下操縱，顯然，除運輸和挖溝方式之外的運行方式也是可以選擇的。選擇運輸方式或挖溝方式工作，最好由運行方式開關94的位置決定，開關94改變推進控制器90的功能。
在另一種實施例中，用運行方式開關94手動選擇運行方式被取消。挖溝方式和運輸方式的相互轉換，可通過檢測發動機36油門206的位置來完成。在圖19所示的實施例中，油門206可在一個由最小油門位置232與最大油門位置234所確定的運輸區內操縱。在此運輸區內操縱油門206時，計算機182理解為選擇了運輸的運行方式。
將油門206移入中立區236內時，計算機182理解為要求從運輸或挖溝運行方式改出。將油門206移入挖溝方式區238內時，有效地將運行方式轉為挖溝方式。在移動油門206從挖溝方式區238回到中立區236中時，停止選擇挖溝方式。當油門206移回到最小油門位置232時，便可以選擇運輸方式。因此可以理解，圖19中所表示的油門設計，在運行方式之間轉換時需要操作員明顯地改變油門206的位置，因而減少了選擇錯誤的運行方式的可能性。
在另一種實施例中，油門206包括一個與發動機36相連的傳感器，用于監控輸往發動機36的燃油。燃油調節器204最好設有調整輸往發動機36的燃油量的機構。油門傳感器可與燃油調節器相連，并將燃油調節器的狀況傳遞給計算機182。將油門桿230置于最大油門位置時所表示的最大油門206位置，被計算機182理解為選擇挖溝工作方式。油門206置于除最大油門位置之外的位置，計算機182理解為選擇了運輸工作方式。應當指出，表示在圖19中的油門206不需要有單獨的運輸區和挖溝區。油門206位置的單一區是可以適用的，最大油門位置可供用于履帶式挖溝機30在運輸方式和挖溝方式工作之間進行轉換。
在另一種實施例中，感受附件46的狀態，并以此為基礎用于確是究竟選擇的定運輸方式還是挖溝方式。附件傳感器186最好發出一個指示附件46工作狀態的附件檢測信號。計算機182優先理解活動的附件46是選擇挖溝運行方式，而不活動的附件46則選擇了運輸運行方式。
在圖8中表示的實施例中，操縱履帶式挖溝機30按運輸方式工作，最好通過將運行方式開關94置于運輸方式位置來實現。履帶式挖溝機30前進和倒退地推進，最好根據推進控制器90在前進和倒退最大位置122和124之間的位置。推進控制器90產生一個運輸推進信號，這一信號最好與推進控制器90沿前進或倒退兩個方向相對于中立位置120的位移成比例。此外，運輸推進信號最好體現按每分鐘轉數計量的目標履帶馬達速度。
中立位置120最好與急速狀態相關聯，因此，沒有功率輸給左和右履帶傳動機構34和32。當推進控制器90朝前進方向移動時，成比例地增加從發動機36傳給左和右履帶馬達42和44的功率。推進控制器90位置的前進區126，在中立位置120和最大前進位置122之間決定，而輸往左和右履帶馬達42和40的前進功率，則與推進控制器90在前進位置區126之內的向前位移成比例。類似地，倒退位置范圍128在中立位置120與最大倒退位置124之間確定。功率最好以反方向與推進控制器90在倒退位置區128內的位移成比例地作用在左和右履帶馬達42和44上。
在另一種實施例中，將運行方式開關94置于挖溝方式位置時，使多方式推進控制器90行使挖溝方式工作職能。按挖溝方式操縱履帶式挖溝機30，典型地從將推進控制器90置于中立位置110時開始。接著，操作員最好將推進控制器90移到最大前進位置112。在最大前進位置112，推進控制器90發出一個挖溝推進信號，這一信號最好體現以每分鐘轉數計量的發動機目標輸出電平或速度。如前所述，當在按挖溝方式進行挖掘的過程中，通常要求發動機36保持恒定的輸出電平，因而可命名挖溝附件46在一種最佳的挖溝輸出電平下工作。在采用圖8所示之多方式推進控制器94在挖掘期間操縱履帶挖溝機30，實際上無需操作員對推進控制器90作任何進一步的調整，結束保持發動機36處于發動機目標輸出電平狀態。相反，當置于最大前進位置112時，隨著推進控制器90所產生的挖溝方式信號的變化，左和右履帶馬達42和44的推進電平由計算機182自動加以修正，以便保持發動機36處于目標輸出電平，可參見圖17并在后面還要詳細討論。
當按挖溝方式操縱履帶式挖溝機30時，可能要求改變挖掘的速率，或更具體地說改變發動機36的負荷。采用多方式推進控制器90的另一個優點便在于，在履帶式挖溝機30工作期間，有能力修改推進控制器90實際的或有效的最大前進位置112。新的或經調整的實際有效的最大前進位置，是在觸發復原開關103后，通過將推進控制器90移到一個新的最大前進位置116時建立起來的，可參見圖7。在建立一個新的或改變了的最大前進位置116時，有效地使推進控制器90中產生一個挖溝推進信號，當推進控制器90在挖掘過程被置于新的改變后的最大位置112時，這一信號體現了發動機新的目標輸出電平。在選擇了一個新的最大前進位置116之后，復原開關103可以扳回其原始位置，并可重新開始挖溝。
新的或經調整的發動機目標輸出電平，也可以按另一種方式，通過使用由顯示器100部分提供的專用用戶接口來建立。有效地調整最大前進位置112，最好通過選擇表示在顯示器100上的部分再校準菜單來建立。部分再校準菜單最好通過操縱信息選擇開關99來選擇。操作員典型地將推進控制器90從原始的最大前進位置112，移到中立位置120，利用信息選擇開關99選擇表示在顯示器100上的部分再校準菜單。原有的發動機目標輸出功率最好顯示在顯示器100上。壓下再校準開關(圖中未表示)，最好將發動機目標輸出功率值增加或減少至一個新的或調整后的發動機目標輸出功率。再校準開關停止選擇，最好導致用新的或調整后的發動機目標輸出功率代替儲存在計算機182中的原始發動機目標輸出功率。操作員便可以將推進控制器90從中立位置120移到原始的最大前進位置112，以操縱發動機處于新的或調整后的發動機目標輸出功率。因此，最大前進位置112在部分再校準過程中得到有效的調整，以操縱履帶式挖溝機30在挖掘時處于一個新的或調整后的發動機目標輸出功率。在一種最佳實施例中，操作員可選擇一個新的或調整后的發動機目標輸出功率(以每分鐘轉數計量)，它大于或小于原來的發動機目標輸出電平100RPM，并最好按25RPM遞增。
在另一種實施例中，當履帶式挖溝機30按挖溝方式工作時，發動機目標輸出功率在挖掘過程中可在高速旋轉中(on-the-fly)修正。在圖11中表示了推進控制器90的輸出電壓信號與發動機36目標輸出功率范圍之間的關系。發動機負荷線134表示對于一臺具體的履帶式挖溝機發動機在按挖溝方式工作時，發動機所發出的目標輸出功率譜。在挖掘期間調整推進控制器90到一個新的最大前進位置116，導致推進控制器90產生一個挖溝推進信號，其結果是沿發動機負荷線134自動再調整發動機目標輸出功率。
最佳發動機目標輸出功率通常與履帶式挖溝機30的發動機36產生最大功率的那個轉速相關聯，盡管發動機其他的輸出功率可能也是適用的。與履帶式挖溝機30具體的發動機特性曲線有關，發動機最佳速度范圍將有所不同。用于履帶式挖溝機30的發動機產生的目標輸出電平范圍典型的實例，用圖解表示在圖11中。
進一步研究發動機負荷線134，發動機36例如也許被操縱產生發動機目標輸出功率范圍在2100RPM至2450RPM之間。在2100RPM處，發動機36認為遇到大負荷，因而產生最大功率以及在發動機30中產生最大應力。在2450RPM，認為發動機36負荷最小，因此，針對發動機所產生的目標輸出功率范圍，發動機36產生最小功率。依據推進控制器90產生的挖溝推進信號，手動或在高速旋轉中將發動機目標輸出功率調整到一個新的發動機目標輸出功率，最好通過將推進控制器90調整到在中立位置110與前面已建立的最大前進位置112之間的一個新的或改變了的實際或有效的最大前進位置116來完成。在選擇了一個新的最大前進位置后，在按挖溝方式挖掘時，如前所述，履帶式挖溝機30的操作員對推進控制器90無需作任何進一步的調整。
采用多方式推進控制器90操縱履帶式挖溝機30的一個重要優點在于，借助于一個最好具有一個高位和一個低位的速度范圍開關96，提供了附加的功能。現在來看圖9和10，在那里表示了兩條曲線，它們通過圖示表示推進控制器90的輸出與左和右履帶傳動機構34和32的響應之間的最佳關系。圖9的曲線表示左和右履帶傳動機構34和32以每分鐘英尺(FPM)計量的速度值，當速度范圍開關96置于高位時，與所選擇的推進控制器90的響應之間的關系。圖10表示當速度范圍開關96置于低位時的類似的關系曲線。
推進控制器90最好產生范圍從零到5.0伏之間的輸出電壓信號。推進控制器90輸出電壓信號為2.5伏時，最好與中立位置相關聯，此時，沒有功率輸給左和右履帶馬達42和44。向前推進通過將推進控制器90沿前進方向移動來實現，其結果是將前進功率傳遞給履帶馬達42和44。如圖9所示，當推進控制器90輸出電壓信號為5.0伏時，典型地與履帶傳動機構最大前進速度相關聯，而輸出電壓信號的為零伏時，典型地與履帶傳動機構最大倒退速度相關聯。在一種實施例中，履帶傳動機構最大前進和倒退的速度值，當速度范圍開關96置于高范圍位置時為270FPM，而當選擇低范圍時為125FPM。換一種方式，履帶式挖溝機30可能只在單一的速度范圍工作。顯然，不同于高和低的速度范圍仍屬于本推進控制系統發明的范圍之內。
在操縱履帶式挖溝機30按多種運行方式之一工作時，多方式方向控制器92帶來了其他的優點。表示在圖13中的方向控制器92，有效地將表示在圖12中的先有技術控制方案中由兩個獨立的履帶操縱桿64和66、方向微調按鈕78以及左泵和右泵電位器82和84執行的轉向功能，綜合在單個控制器中。履帶式挖溝機30的轉向，典型地通過操縱左和右履帶傳動機構34和32以不同的速度工作來實現。例如，先有技術的方向控制系統，典型地通過提高右履帶傳動機構32的速度，與此同時保持或降低左履帶傳動機權34的速度，以完成履帶式挖溝機30的向左轉。履帶式挖溝機30的操作員，必須通過分別地連續調整先有技術的左和右履帶操縱桿64和66，改變左和右履帶傳動機構34和32的相對速度，才能完成準確的轉向。這一任務非常復雜，因為先有技術中的履帶操縱桿64和66，還分別控制履帶傳動機構34和32的推進。
具有強烈反差地，這種多方式方向控制器92，為左和右履帶傳動機構34和32兩者的轉向，提供了一種單一的控制方式。此外，方向控制器92為履帶式挖溝機30的操作員提供了一種更為自然的或直觀的履帶式挖溝機30的轉向裝置，正如下面參見圖16更為詳細地介紹的那樣。
表示在圖13和20中的多方式方向控制器92可按多種轉向方式工作，可通過選擇多種運行方式中之一種，最佳地改變所具有的各種轉向方式的特性。在一種實施例中，方向控制器92是一個包括電位器的旋轉控制器，并有中立或零位140以及一個左位和右位的范圍。在另一種實施例中，方向控制器92包括一個基本上有同樣調整位置的方向盤。方向控制器92最好能相對于零位140向左轉動150度和向右轉動150度。左轉和右轉的幅度，最好與方向控制器92從零位140分別沿左向和沿右向旋轉的角度成比例。
采用表示在圖13中的多方式方向控制器92使履帶式挖溝機30轉向，與借助于先有技術的左和右履帶操縱桿64和66完成轉向的方式根本上不相同。傳統的左和右履帶操縱桿64和62獨立地轉向和推進左和右履帶傳動機構34和32，轉向的完成典型地通過使一個履帶傳動機構相對于另一個履帶傳動機構提高速度。方向控制器92由相反，它操縱履帶式挖溝機30的轉向最佳地僅僅通過降低一個履帶傳動機構相對于另一個履帶傳動機構的速度來實現。
采用方向控制器92轉動履帶式挖溝機30方向的重要優點在于，當操縱履帶式挖溝機30按挖溝方式或運輸方式工作時完成轉向的這種方式。當運行方式開關94置于挖溝方式時，方向控制器92最佳地按圖14所示之挖溝轉向方式工作。當選擇運輸方式時，方向控制器92最佳地按運輸轉向方式工作。
在操縱履帶式挖溝機30按挖溝方式工作時，左和右履帶傳動機構34和32的速度值與方向控制器92產生的轉向信號之間的響應關系，如圖14所示。X軸表示由方向控制器92產生的輸出電壓信號的最佳范圍。Y軸表示履帶傳動機構前進速度范圍，以所選擇的履帶傳動機構速度相對于全速的百分數計量。履帶傳動機構的最大速度，最好由推進控制器90的具體位置決定。當方向控制器92置于零位140時最好產生一個輸出電壓信號為2.5伏，并將履帶式挖溝機30轉向為沿直線方向。輸出電壓信號在零與2.5伏之間最好與左轉彎相聯系，以及輸出電壓信號在2.5伏至5.0伏之間，則最好與右轉彎相關聯。
要在挖溝方式時令履帶式挖溝機30向右轉彎時，則通過使方向控制器92從零位140沿右方轉向最大右位144來實現。當方向控制器92轉向右方時，如線156所示左履帶傳動機構34保持100％全速推進，而右履帶傳動機構32如線160所示減速至一個較低的速度。類似地，使履帶式挖溝機30向左方轉彎，是通過使方向控制器92轉向左方來實現的。例如，最大的左轉其特點是，右履帶傳動機構32保持為100％全速，如線154所示，而與此同時，左履帶傳動機構34保持零速度，如線158的142處所示。
在一種最佳實施例中，當操縱履帶式挖溝機30按運輸的運行方式工作時，方向控制器92還提供附加的功能。選擇運輸轉向方式，可以使左和右履帶傳機構34和32按反轉方式工作，以完成小半徑轉向。術語“反轉(counter-rotation)”在先有技術中通常理解為涉及牽引式機器轉向的一種方法，在那里一個履帶傳動機構以前進的速度工作，而另一個履帶傳動機構以倒退的速度工作。
當選擇了運輸轉向方式時，往往要求有高度的機動性。在一種最佳實施例中，方向控制器92提供一種按類似于前面參照圖14所述的方式轉向，直至超過左或右的過渡位置146或148。若為了操縱履帶式挖溝機30分別將方向控制器92置于過渡位置146或148與最大位置142和144之間，則提供朝左和朝右轉向時按比例的反轉轉向度。為了舉例說明，圖中表示的方向控制器92一開始置于在3點鐘(300)位置的零位140。履帶式挖溝機30向左轉向是通過在300位置與在1000位置的最大左位142之間轉動方向控制器92完成的。當超過在1230位置的左過渡位置146時，反轉轉向被使用于方向控制器92位置在1230位置與1000位置之間。履帶式挖溝機30向右轉向基本上以相同的方式進行。
現在參見圖15，圖中表示了在操縱履帶式挖溝機30按運輸轉向方式工作時，方向控制器92最佳的轉向特性。例如，向右轉通過方向控制器92從在300位置的零位140轉向800位置處的最大右位144來完成。當方向控制器92的位置在零位140與在530位置的右過渡位置148之間時，向右轉向是通過保持左履帶傳動機構34為100％全速，如線156所示，而與此同時使右履帶傳動機構32的速度如線160所示降低的情況下完成的。
在530位置處的右過渡位置148的特點是，左履帶傳動機構34以100％全速工作，而右履帶傳動機構32保持為零速。若將方向控制器92轉至超過右過渡位置148之外，結果是使右履帶傳動機構32產生一個負的速度。最大右轉通過將方向控制器92置于在800位置的最大右位144實現的，其中，左履帶傳動機構34保持沿前進方向的100％全速，而右履帶傳動機構32保持沿倒退方向的100％全速，因此利用了100％的反轉轉向。
如前面所討論過的，方向控制器92典型地產生在零至2.5伏之間的輸出電壓信號以完成左轉，以及輸出電壓信號在2.5伏至5.0伏之間時完成右轉。當分別置于左和右過渡位置146和148時，方向控制器92產生輸出電壓信號最好為1.25伏和3.75伏。
應當理解，表示在圖14和15中的方向控制特征曲線，僅僅提供用于舉例圖解的目的，并不構成對新型方向控制器92在完成履帶式挖溝機轉向方式上的任何限制。例如，圖14和15表示在方向控制器92的輸出電壓信號與左和右履帶傳動機構34和32的速度之間成正比關系。左和右履帶傳動機構速度線158和160，例如也可以要求在方向控制器92輸出電壓信號與左和右履帶傳動機構34和32的速度之間為多項式函數的關系。此外，描述100％履帶傳動機構全速的左和右履帶傳動機構速度線154和156，也可以調整為低于100％全速的速度，以及不需要保持履帶傳動機構全速的一個恒定百分比不變。還有，左和右過渡位置146和148可以定位在與圖13所示1230和530位置不同的方向控制器92的位置上。
在另一種實施例中，如圖20所示方向控制器92可包括一根方向桿，而不是旋轉的方向控制器。零位140與履帶式挖溝機30轉為沿直線方向相關聯，以及左和右履帶傳動機構34和32最好以相同的速度工作。圖中表示了在中立位置140與最大右位144之間確定的方向控制器92位置的右區。圖20所示之多方式方向控制器92最好至少按兩種方式工作，即挖溝轉向方式和運輸轉向方式。
當按挖溝轉向方式工作時，履帶式挖溝機轉向右方，是通過將方向控制器92移到零位140與最大右位144之間實現的，而左轉則是將方向控制器92移到零位140與最大左位142之間來完成的。隨著圖20中所示之方向控制器92的位置，調整左和右履帶傳動機構34和32的速度，最好類似于前面有關圖14所作的說明那樣進行。
當操縱履帶式挖溝機30按運輸轉向方式工作時，利用圖20所示之方向控制器92轉動履帶式挖溝機30的方向，按類似的方式，通過將方向控制器92移到一個所要求的相對于零位140左轉或右轉的位置來實現。移動方向控制器92分別超出左和右過渡位置146和148，引起最好按前面有關圖15所述類似方式的左反轉轉向和右反轉轉向。
現在來看圖16，圖中著重表示了當在前進和倒退方向之間轉換時，多方式方向控制器92使履帶式挖溝機30轉向的新型方式。如圖所示，履帶式挖溝機30有一個操作員座椅54，操作員從那里將方向控制器92置于右向位置266，以便相對于正X軸272實施40度右轉。當向前方運動時，履帶式挖溝機將最好遵循一條前進的曲線軌跡262。
當在前進曲線軌跡262上運行時，假定操作員將推進控制器90置于倒退位置，則履帶式挖溝機30將沿反方向工作并最好遵循一條倒退曲線軌跡260。應當指出，倒退曲線軌跡260通常與一個從正X軸272算起為140度的方向控制器左位相對應(或從負X軸274算起為+40度)，它從與前進曲線軌跡262相關聯的原先選擇的40度方向控制器前進右位266算起為180度。然而方向控制器92最好相對于正X軸272保持在此同一個40度前進位置266上，來按倒退曲線軌跡260行駛。本發明人可以肯定，方向控制器92單一的180度“雙穩態(flip-flop)”操縱，倒如在方向控制器92操縱中自動180度改變方向以便前進和倒退方向之間進行轉換，給操作員提供的是一種用于履帶式挖溝機30轉向的直觀或自然的裝置。
當如圖17所示與計算機182結合起來操縱履帶式挖溝機30時，新型的推進和方向控制器90和92提供了有利的推進和轉向功能。盡管推進控制器90和方向控制器92兩者都被表示為圖17中控制系統的組成部分，并結合履帶式挖溝機30的操縱進行總體討論，但應當明白，控制器90和92的每一個都可除另一個之外獨立地提供有利的功能。當例如利用多方式推進控制器90操縱履帶式挖溝機的推進時，前面曾討論過的那些優點，不管如圖17所表示的系統中是否包括方向控制器92都能獲得。類似地，由新型方向控制器92所提供的優點，在這種控制系統中不加入推進控制器90時也能實現。
在一種最佳設計中，左履帶傳動機構34典型地包括一個與左履帶馬達42相連的左履帶泵38，以及，右履帶傳動機構32典型地包括一個與右履帶馬達44相連的右履帶泵40。左和右履帶馬達傳感器198和192最好分別與左和右履帶馬達42和44相連。驅動功率來自發動機36的左和右履帶泵38和40，最好能調整流向左和右履帶馬達42和44的油流量，而履帶馬達42和44則依次為左和右履帶傳動機構34和32提供推進力。
附件46最好包括一個附件馬達48和一個附件控制器98，以及，附件46的驅動功率最好來自發動機36。傳感器186最好與附件馬達46相連。左履帶馬達42、右履帶馬達44以及附件馬達48的工作，分別由傳感器198、192和186監控。傳感器198、192和186產生的輸出信號傳遞給計算機182。
當計算機182從運行方式開關94收到一個運行方式或信號時，最好修改多方式方向控制器92和推進控制器90的功能，用于或按運輸方式或按挖溝方式工作。當選擇運輸方式時，運行方式開關94最好產生一個運輸方式信號，該信號傳給計算機182，而當選擇挖溝方式時，產生并傳遞給計算機182一個挖溝方式信號。方向控制器92和推進控制器90的功能，隨運行方式開關94的狀態不同，通過計算機182以前面已討論過的方式修正。
根據方向和推進控制器的信號，計算機182將形式上典型地為控制電流的控制信號傳遞給左和右履帶泵38和40，而它們又依次調整左和右履帶馬達42和44的運行速度。左和右履帶馬達傳感器198和192，將指標左和右履帶馬達42和44實際速度的履帶馬達檢測信號傳給計算機182。類似地，與發動機36相連的發動機傳感器208，向計算機182提供一個發動機檢測信號，因此，構成了一個用于履帶式挖溝機30牽引部分45的閉環控制系統。技術專家們可以看出，各種已知的計算機配置可提供適用的平臺，用于根據多方式推進和方向控制器90和92產生的推進和轉向信號，實施履帶式挖溝機30推進和方向的改變。
履帶式挖溝機30的附件46部分包括有附件馬達48、附件控制器98和至少一個附件傳感器186、附件馬達48最好根據從計算機182傳遞給附件控制器98的指令工作。附件馬達48的實際輸出由附件傳感器186監控，附件傳感器186產生一個由計算機182接收的附件檢測信號。
在一種最佳實施例中，左和右履帶馬達傳感器198和192通常所涉及的類型在技術上稱為磁脈沖傳感器或PPU。PPU198和192將履帶馬達的旋轉，轉換為連續的系列脈沖信號，其中，脈沖串最好體現以每分鐘轉數計量的履帶馬達旋轉的頻率。
加入新型推進控制器90的履帶式挖溝機控制第系統另一個重要優點在于，當操縱履帶式挖溝機30按運輸方式工作時，計算機182保持左和右履帶傳動機構34和32處在履帶傳動機構目標推進力電平的這種方式。當選擇了運輸的運行方式時，推進控制器90最好產生一個運輸推進控制器信號，它體現用于右和右履帶馬達42和44的目標速度，典型地以每公鐘轉數計量。將運輸推進信號轉換為履帶馬達目標速度的工作，可借助推進控制器90本身來完成，或最好由計算機182來完成。
計算機182典型地將分別由左和右PPU傳感器198和192產生的左和右履帶馬達檢測信號，與由運輸推進信號所體現的履帶馬達目標推進力電平進行比較。計算機182根據比較結果，將適當的泵控制信號傳遞給左和右履帶泵38和40，以補償在履帶馬達實際的和目標的推進力電平之間的任何偏差。
下面參見圖21至24，進一步詳細說明計算機系統根據新型多方式推進控制器90產生的控制信號，控制履帶式挖溝機30推進力的典型方式。圖21和22表示了控制過程的一種實施例，借助于這一過程，計算機182控制以運輸的運行方式工作時的履帶式挖溝機30的推進。當在步驟340選擇了運輸的運行方式時，計算機182在步驟342將推是控制器90產生的推進控制模擬信號，轉換為相應的運輸推進數字信號。
當操縱履帶式挖溝機30在總速狀態時，沒有功率輸往左和右履帶馬達42和44，如前面針對圖9和10曾討論過的，此時最好與運輸推進信號等于2.5伏相關聯。運輸推進信號量在步驟344進行檢驗，若發現等于2.5伏，則沒有電流輸往電位移控制器(EDC)，它們用來分別調整左和右泵38和40的輸出電平。如果在步驟348時經檢驗發現運輸推進信號大于2.5伏，則輸入左泵和右泵的EDC的控制電流最好是正電流。運輸推進信號小于2.5伏則在步驟352中最好與一個負的控制電流相關聯。然后，在步驟354運輸推進信號被計算機182轉換成一個相應的履帶馬達目標速度。計算機186典型地將運輸推進數字信號與以前儲存在計算機186中在履帶馬達目標速度范圍內相應的履帶馬達目標速度聯系起來。應當指出，計算機182典型地計算輸往左和右履帶泵38和40的控制電流必要的量，以保持左和右履帶馬達42和44處于與運輸推進信號相關聯的履帶馬達的目標速度。
如圖22所示，在步驟360，左和右履帶馬達42和44的PPU傳感器198和192的輸出被分別取樣，并確定履帶馬達的實際速度。在步驟362將實際的履帶馬達速度與目標的履帶馬達速度進行比較，如果相等，在步驟364保持輸往泵EDC的正或負的控制電流不變。在步驟366時如果履帶馬達實際速度大于馬達目標速度，則在步驟368計算機182減少供入泵EDC的正或負電流，如果在步驟366時確定履帶馬達實際速度小于履帶馬達目標速度，則在步驟370增大供往泵EDC的控制電流。
與計算機182結合，當操縱履帶式挖溝機30按挖溝運行方式工作時，多方式推進控制器90提供附加的使用功能。當按挖溝方式工作時，計算機182根據發動機36的狀態最好降低左和右履帶馬達42和44的推進力。當計算機182收到來自運行方式開關94的挖溝方式信號時，推進控制器90產生一個最好體現發動機36目標輸出電平的挖溝推進信號。例如，在挖掘期間可能需要具體的發動機在2200RPM下工作。因此，推進控制器90在最大前進位置112時將產生一個代表2200RPM的發動機目標輸出電平的挖溝推進信號。左和右履帶馬達42和44的輸出電平將由計算機182調整，從而保持所要求的2200RPM的發動機目標輸出電平最好在一個公差范圍之內。
在一種實施例中，計算機182修正挖溝推進信號，以保持發動機36處于發動機目標輸出電平。因此，操作員在挖掘期間無需對推進控制器90做任何調整工作。而代之以由計算機182修正或改變推進信號到一個恰當的電平，以便根據作用在發動機36上的負荷有效地增加或減小左和右履帶馬達42和44的推進電平。因此計算機1 82在挖掘期間通過修正左和右履帶傳動機構34和32和推進電平，控制發動機36的負荷，在先有技術中已知的各種模擬和數字裝置可用于實施發動機負荷的控制，以保持發動機在負荷條件改變的情況下以恒定的轉速工作。這類模擬負荷控制器之一是SauerSandstrand生產的Model MCE101C Lood Controller.可適宜于實施發動機負荷控制的一種恰當的數字裝置是Model DCZMicro Con-troller，它同樣是由SAUER SANDSTrand出品的。
左、右馬達傳感器198和192最好將以每分鐘轉數計量的履帶馬達實際速度傳輸給計算機182。發動機36最好有一個發動機傳感器208，它監控發動機36同樣以每分鐘轉數計量的速度，并將實際發動機速度傳遞到計算機182中，在實際的與目標的發動機輸出電平之間的任何偏差，通過計算機182將適當的泵控制信號傳輸給左和右履帶泵38和40進行補償，左和右履帶泵38和40依次再調整左和右履帶馬達42和44的運行速度。
現在參見圖23和24，當在步驟300收到一個挖溝方式信號時，由推進控制器90產生的模擬挖溝推進信號在步驟302轉換為數字挖溝推進信號。如果在步驟304時挖溝推進信號等于2.5伏，則在步驟306中各自沒有電流輸給左泵和右泵38和40的EDC。在步驟308時若挖溝推進信號大于2.5伏，則在步驟310輸往泵EDC的控制電流是正電流。若挖溝推進信號小于2.5伏，則晨步驟312控制電流是一個負的電流。在步驟314，最好通過將挖溝推進信號和以前儲存在計算機182中的相應的發動機速度聯系起來，將挖溝推進信號轉變為相應的發動機目標速度。
發動機36的實際速度在步驟320通過從發動機傳感器208取樣確定，在步驟322如果發動機實際速度等于發動機目標速度，則在步驟324以正或負電流的相同電平輸往泵EDC。如果在步驟326確認發動機實際速度大于發動機目標速度，則在步驟328減少輸往泵EDC的正或負的控制電流。若發動機實際速度小于發動機目標速度，則在步驟330增加輸往泵EDC的正或負的控制電流。
圖25至32中提供了計算機182根據方向控制器92產生的轉向信號完成履帶式挖溝機30改變方向的過程的一種實施例。多方式方向控制器92最好可按多種運行方式進行操作，并至少有一個運輸方式和一個挖溝方式。圖25至30表示在按運輸運行方式工作時用于履帶式挖溝機30轉向的方向控制過程的一種實例，而圖31和32則表示在按挖溝運行方式工作時用于實施轉向的方向控制過程。
如圖25和26所示，在步驟390確定左和右履帶馬達42和44的目標速度(VR和VL)、履帶馬達目標速度VR和VL最好取代計算機182接收的推進控制信號的位置。與另一種方案，按所要求或所選擇的左和右履帶傳動機構34和32相應的適當的信號可利用來作為基礎，用于在步驟390計算左和右履帶馬達42和44的目標速度VR和VL。當在步驟392接收了運輸方式信號時，計算機182在步驟394將從方向控制器92接收到的模擬轉向信號轉換為數字轉向信號。
如果在步驟396轉向信號等于2.5伏，則在步驟400分別從左和右履帶馬達42和44的左和右PPU198和192取樣，并確定左和右履帶馬達42和44的實際速度(VLA和VRA)。在步驟402和412將左和右履帶馬達實際速度VLA和VRA，分別與左和右履帶馬達目標速度VL和VR進行比較，如果算得的履帶馬達實際速度等于履帶馬達目標速度，則在步驟404和414保持輸入左泵和右泵38和40的EDC的電流電平為常數。如果履帶馬達實際速度VLA和VRA大于左和右履帶馬達目標速度VL和VR，則在步驟408和418分別降低輸往左和右泵EDC的控制電流。當履帶馬達的實際速度VLA和VRA小于履帶馬達目標速度VL和VR時，則在步驟410和420分別增加輸入左和右泵EDC的控制電流。
表示的控制過程在圖27中還進一步表明了當方向控制器92置于空位140和右過渡位置148之間以便實現右轉時，方向控制器92具有的新型的轉向特性。在這兩個位置之間時，轉向控制信號最好在2.5伏與3.75伏之間的范圍內。當在步驟440由計算機182在這范圍內確定方向控制信號時，在步驟442將左履帶馬達42保持在100％履帶馬達目標速度VL。為了完成右轉，在步驟444減少輸往右泵40EDC的正電流，在步驟446通過從右PPU取樣確定右履帶馬達44實際的減速度。如前面針對圖14所討論的那樣，右履帶馬達44減速的程度最好與方向控制器92所產生的在2.5與3.75伏之間的轉向信號成正比。
在步驟448，例如，計算機182最好根據方向控制器92位置，通過將原始的右履帶馬達速度VR乘以一個比例系數，計算出一個新的右履帶馬達44的目標速度。應當指出，比例系數的值最好是確定圖15所示方向特性曲線160的方程式的函數，并按從最大在2.5伏到最小在5.0伏(似應為最小2.5伏，最大3.75伏)范圍將轉向控制信號值(SS)折算成百分數變化。若在步驟448中算出右履帶馬達實際速度VRA等于右履帶馬達新的目標速度，則在步驟450保持輸入右泵44的EDC正控制電流的電平不變。若右履帶馬達實際速度VRA小于右履帶馬達新的目標速度VR，則在步驟454增加輸往右泵44EDC的正電流，以及若方向控制器92位置沒有變化，則在步驟446重新從右PPU取樣，以便根據增加后的正控制電流確定實際速度VRA。在右履帶馬達的實際速度VRA大于右履帶馬達新目標速度的情況下，在步驟444降低輸往右泵44EDC的正控制電流。
為實施右轉，將方向控制器92進一步向右移到超過后過渡位置148，導致此新型方向控制系統利用反轉轉向。如圖15和28所示，向右的反轉轉向最好與方向控制器92在3.75伏與5.0伏之間的輸出信號相關聯。當方向控制器92的信號在此范圍時，在步驟462最好保持左履帶馬達42為100％左履帶馬達全速VL。應當指出，在利用反轉轉向實施右轉時，右履帶馬達44相對于左履帶馬達42反向工作。因些，在步驟464向右泵44供入負電流，使右履帶馬達44沿反向運轉。在步驟466，通過從右履帶馬達PPU傳感器192取樣，確定右履帶馬達44的實際速度，其中包括數值和前進或倒退的方向。
在步驟468，計算機最好根據方向控制器92的位置，通過將原有的右履帶馬達速度VR乘以一個比例系數，算出用于右履帶馬達44的新的目標速度。為清楚起見，計算結果的絕對值在步驟468進行比較，盡管右履帶馬達實際速度與目標速度之間的相對差的計算也可以按別的方法進行。如步驟470所指出的，若在履帶馬達實際的與新的目標速度是相等的，則輸往右泵EDC的負控制電流的電平不作任何改變。如果右履帶馬達實際速度VRA大于右履帶馬達新的目標速度，則在步驟474減少供往右泵EDC的負控制電流電平。當右履帶馬達實際速度的絕對值小于右履帶馬達新的目標速度，則在步驟464計算機182實施增加輸往右泵EDC的負控制電流。
圖29和30表示當按運輸運行方式工作時，完成履帶式挖溝機30左轉的方向控制過程步驟的順序。履帶式挖溝機30實施向左轉向和反轉轉向的過程，最好基本上與前面討論過的有關實施右轉時如圖27和28所示的過程相似，然而，計算左履帶馬達新的目標速度的比例系數和方程，當然與用于實現右轉時的不同。
當按挖溝運行方式使履帶式挖溝機30轉向時，多方式方向控制器92提供不同的功能。在圖14、31和32所示的一種實施例中，將履帶式挖溝機30定向為沿直線方向時，與方向控制器92的信號為2.5伏加或減一個公差系數相關聯。在步驟520，計算機182最好將方向控制器92信號超過2.5伏，與履帶式挖溝機向右轉向聯系起來。在步驟522保持左履帶馬達42為100％目標速度VL不變，而在步驟524降低供往右泵EDC的正控制電流。在步驟526，從右PPU傳感器192取樣，以確定右履帶馬達44的實際速度VRA，并在步驟528與右履帶馬達44新的目標速度作比較。應當指出，在步驟528表明為((5.0-SS)/2.5)的比例系數，是由描述方向控制器92輸出信號與右履帶馬達44有關速度的變化之間最佳關系的線160的方程式得來的公式化表示形式。
只要右履帶馬達44實際速度VRA等于右履帶馬達44新的目標速度，便在步驟530保持供往右泵EDC的正控制電流電平不變。正控制電流或在步驟534增大，或在步驟524減小，取決于在步驟532計算機182年完成的對右履帶馬達實際的與新的目標速度比較的結果。使履帶式挖溝機30向左轉向，基本上與前面參見圖31所示之方向控制過程討論過的方式相同地進行。應當指出，當按挖溝方式運作的履帶式挖溝機30轉向時，最好不利用反轉轉向，因此，按挖溝運作方式的履帶式挖溝機30的轉向，通過減少供往適當的履帶傳動機構的正電流電平來實現。
表示在圖17中的新型推進和方向控制系統突出的優點在于，將有關履帶式挖溝機30的運行信息傳輸給操作員的這種方式。如圖7所示的顯示器100與計算機182相連，并最好將指示工作狀態、診斷、校準、故障、安全性的信息以及其他有關信息通知給操作員。借助于計算機182的理解能力，從許多履帶式挖溝機的傳感器獲得數據并加以處理，使顯示器100向操作員提供快速、準確和易懂的信息。因此，操作員無需為了有效和安全地操縱履帶式挖溝機30，而用手工記錄先有技術模擬顯示儀表示許多的讀數，并再以理解和評估其相對重要性。將顯示器100組合在控制系統中并為操作員提供許多直接可以理解的信息性消息，明顯地從根本上改變了操縱履帶式挖溝機30的方式。
顯示器100最好是液晶顯示，盡管其他適用的顯示器類型也是可以使用的，諸如陰極射線管顯示器。在顯示器100附近的信息選擇開關99，提供用作選擇許多如圖18中所示的那些消息性信息的裝置。觸發信息選擇開關99最好導致在顯示器100以上顯示另外的消息性信息。
在圖18中提供的是若干消息性信息類型的舉例，當顯示在顯示器100上時可以通知履帶式挖溝機30的操作員。例如，信息210指出，履帶式挖溝機30正在速度為98FPM的運輸方式下工作，以及速度范圍開關96置于低位。信息210還指出，履帶式挖溝機30正在作最大左轉能力的10％的左轉。連接在履帶式挖溝機30上具體的附件46表明是鏈，這是術語挖溝鏈50的簡稱。當顯示0％全附件46輸出時，表明挖溝鏈50目前沒有工作。應當正確估價這些信息，尤其是履帶式挖溝機30一的速度和轉向狀態信息，而從前在使用先有技術的操縱臺62時，操縱履帶式挖溝機30的操作員是得不到這些信息的。相反，只能由技術熟練的操作員監視和判讀各種模擬顯示儀器的狀態后粗略地進行評估。
消息性狀態信息211說明履帶式挖溝機30當前在挖溝方式的低區的速率1.3FPM的狀態下工作。挖溝鏈50目前工作在72％全附件46輸出，以及，履帶式挖溝機30直線行駛，既無右轉亦無右轉分量。
還可以通知操作員其他各種狀態信息，例如信息212中說明當前發動機速度為2200RPM，發動機經過的總工作時間為322.1小時，電池的工作電壓為12.2伏。應當理解，表示在圖18中的狀態信息只是提供用作舉例，并不代表限定了顯示在顯示器100上的信息的種類。
除了描述履帶式挖溝機30各種工作參數的狀況的狀態信息之外，由異常的工作條件造成的故障狀態也在顯示器100上通知給操作員。典型地，履帶式挖溝機30使用了除圖17所示的那些以外的傳感器。其他的一些組成履帶式挖溝機30的機械或電氣部件典型地有一個或多個傳感器，用于監控各個部件的工作狀態。例如發動機36的油門206可包括一個油門傳感器，它監測油門206的電壓或其他參數。油門206的不正常工作作為故障信息213通知操作員，它說明測得了一個不合格的油門傳感器電壓信號。
左履帶馬達傳感器198的不正常工作可作為故障信息214通知操作員，其中表明左履帶PPU信號丟失，或當前計算機182沒有收到。其他的故障信息可以說明更嚴重的異常工作條件，例如油壓過低信息215，或水或冷卻液的溫度過高信息216。此外，當進行日常維護、修理和校準履帶式挖溝機30時，可將各種操作規程信息通知操作員。還有，顯示器100被利用來提供用戶交互環境，從而顯著改善了履帶式挖溝機30的工作和日常維護，以及提高了通知操作員的信息的質量，增加了信息數量。
新型顯示和控制系統的重要特別在于其有安全可靠的優點。因此當檢測出嚴重的異常工作條件時發動機36自動停車，故障信息215和216指出了兩個此類危險的工作條件，其中檢測出油壓過低或水溫過高。在檢測出嚴重異常的工作條件時，計算機182最好起動發動機停車程序。按此程序，經預定的時間后發動機自動停車。
圖18所表示的警告信息216和217，說明由于檢測出水溫過高發動機將在30秒鐘后停車，因此給予操作員的信息，其中包括至發動機停車前剩余的時間以及異常工作條件的性質這兩個方面。計算機182最好控制用于調節發動機36燃油量的燃油調節器204。當發動機停車程序結束時，這表示規定的30秒期滿，計算機182命令燃油調節器204停止向發動機36供油，因而使發動機36停車。
另一個重要優點涉及到增加操作員安全性的各種性能。在一種實施例中，裝在操作員座椅54中的操作員座椅傳感器200最好與計算機182連接。操作員座椅傳感器200最好是一種常閉式開關或其它類型的開關，用于監測操作員是否在坐在操作員座椅54上。
按另一種方案，傳感器200可適用于感和操作員是否在一個預定的區域內，例如這是一個設計用于操縱履帶式挖溝機30的區域，每當操作員離開此預定區域時，傳感器200向計算機182傳遞一個存在信號。例如，將一個壓力傳感器裝在覆蓋此預定控制區這部分地板的墊席內，或一種光束檢測器可適用于作為另一種裝置，用來監測操作員是否在履帶式挖溝機30這部分控制區內。
當從操作員座椅傳感器200接收到一個存在的信號時，計算機1 82最好發出一個禁止控制信號，它中斷或換句話說使左和右履帶傳動機構34和32不能推進。應當指出，中斷履帶傳動機構34和32的推進，可通過發動機36停車來實現，但當計算機182收到一個存在信號時發動機36最好繼續工作，而使得往履帶傳動機構34和32的功率輸送中斷或成為不可能。因此在這此期間，發動機36的應力顯著減少。這種中斷的狀況最好在顯示器100上通知操作員，以及顯示器100給出關于使履帶式挖溝機30繼續正常工作的正確步驟方面的操作規程的信息。
在一種實施例中，若操作員在座椅傳感器200開始發出存在信號后預定的時間內回一操作員座椅54，則保證履帶式挖溝機30正常工作。例如，操作員需要離開操作員座椅54，但在6秒鐘之內回到了座椅54，那么左和右履帶傳動機構34和32的推進不受影響。當收至存在信號時，除中斷左和右履帶傳動機構34和32的工作外，計算機182最好切斷所有附件46的活動。
當然，應當理解，可以對上面所討論的最佳實施例進行各種修改和增添而不離開本發明的范圍或精神。因此，本發明的范圍不應限于上面討論的具體的實施例，但應僅僅通過下列權利要求和與權利要求等效的內容進行定義。
權利要求
1.一種履帶式挖溝機的操縱系統，這種履帶式挖溝機有一個左履帶傳動機構，一個右履帶傳動機構，以及一臺與左、右履帶傳動機構相連的發動機，該操縱系統包括一個計算機，含有將控制信號傳遞給左和右履帶傳動機構的裝置；運行方式選擇開關，它與計算機相連，并可在至少一個運輸方式位置和一個挖溝方式位置之間選擇，當選擇運輸方式位置時運行方式選擇開關發出一個運輸方式信號，而當選擇挖溝方式位置時它發出一個挖溝方式信號；推進控制器，它與計算機相連并可按運輸推進方式和挖溝推進方式操作，當選擇運輸方式位置時推進控制器發出一個運輸推進信號，而當選擇挖溝方式位置時發出一個挖溝推進信號；以及方向控制器，它與計算機相連并可按運輸轉向方式和按挖溝轉向方式操作，當選擇運輸方式位置時方向控制器發出一個運輸轉向信號，而當選擇挖溝方式位置時發出一個挖溝轉向信號；其中，上述計算機響應所選擇的運輸方式位置和挖溝方式位置，將運輸和挖溝方式控制信號，分別傳輸給左履帶傳動機構和右履帶傳動機構，以實施推進力和方向的改變。
2.按照權利要求1所述之系統，還包括一個顯示器，該顯示器與計算機相連并有一個信息選擇開關，以便可有選擇地在顯示器上至少顯示許多信息之一。
3.按照權利要求1所述之系統，其中方向控制器包括一個電位器，該電位器有一個在零位與最大左位之間的左位區，以及有一個在零位與最大右位之間的右位區，以及選擇左轉向位置時，與右履帶傳動機構推進功率無關地減小左履帶傳動機構推進功率，而選擇右轉向位置時，與左履帶傳動機構推進功率無關地減小右履帶傳動機構推進功率。
4.按照權利要求1所述之系統，其中方向控制器可在零位與最大左位之間左位區內選擇，以及可以在零位與最大右位之間的右位區內選擇；左位區包括一個過渡位置以及右位區包括一個右過渡位置；以及隨著方向控制器分別轉到左和右過渡位置與最大左位和右位之間，方向控制器產生一個反轉轉向信號。
5.按照權利要求1所述之系統，其中當選擇運輸方式位置時推進控制器可在一個前進位置區和一個倒退位置區內操作，推進控制器產生運輸推進信號，這一信號體現在左和右履帶傳動機構的目標速度。
6.按照權利要求1所述之系統，其中當選擇挖溝方式位置時，推進控制器可在一個前進位置區內操作，隨著推進控制器被置于前進位置區的最大前進位置，推進控制器產生體現發動機目標輸出功率的挖溝推進信號。
7.按照權利要求6所述之系統，其中推進控制器的最大前進位置可修改到一個經調整的最大前進位置，推進控制器隨著推進控制器被置于經調整后的最大前進位置而產生一個體現調整后的發動機目標輸出功率的挖溝方式信號。
8.一種履帶式挖溝機的操縱方法，所述履帶式挖溝機有一臺與左和右履傳動機構相連的發動機，此方法包括下列步驟在至少一種運輸運行方式和一種挖溝運行方式之間選擇，以分別產生一個運輸方式信號和一個挖溝方式信號；當選擇運輸運行方式時產生一個運輸轉向信號，而當選擇挖溝運行方式時產生一個挖溝轉向信號；當選擇運輸運行方式時產生一個運輸推進信號，而當選擇挖溝運行方式時產生一個挖溝推進信號；以及與所選擇的運輸運行方式和挖溝運行方式之一有關地響應轉向和推進信號，修正左和右履帶傳動機構的推進力，以實施履帶式挖溝機速度和方向的改變。
9.按照權利要求8所述之方法，還包括下列步驟監控發動機和左和右履帶傳動機構的工作；以及在安裝在履帶式挖溝機上的顯示器上，給操作員顯示表明發動機和左和右履帶傳動機構任何狀態的信息。
全文摘要
本發明履帶式挖溝機的操縱系統和方法包括多方式推進與方向控制器，它們根據所選擇的多種工作方式之一完成多種功能。計算機根據選擇的工作方式修正多方式推進和方向控制器的功能，并響應推進和方向控制器發出的信號協調發動機與履帶式挖溝機的履帶傳動機構的推進力。顯示器在履帶式挖溝機工作期間，將狀態、故障和其他信息通知操作員。當檢測到操作員離開一個控制區或當檢測到許多嚴重異常的工作條件之一時，挖掘和履帶式挖溝機的工作被中斷。
文檔編號B62D11/18GK1154681SQ95194404
公開日1997年7月16日 申請日期1995年7月27日 優先權日1994年7月29日
發明者馬克·R·庫百伯 申請人:維米爾制造公司