專利名稱：獨(dú)立計(jì)量閥控制系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及一種控制系統(tǒng)和方法，更具體地涉及一種用于控制獨(dú)立的計(jì)量閥裝置的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
作業(yè)機(jī)械如挖掘機(jī)、裝載機(jī)、推土機(jī)、機(jī)動(dòng)平路機(jī)和其它類型的重型機(jī)械使用多個(gè)液壓致動(dòng)器來(lái)完成不同的任務(wù)。這些致動(dòng)器通常是基于操作員界面裝置的致動(dòng)位置進(jìn)行速度控制的。例如，可使操作員界面裝置如操縱桿、踏板或其它任何適宜的操作員界面裝置運(yùn)動(dòng)以產(chǎn)生表示有關(guān)液壓致動(dòng)器的希望速度的信號(hào)。當(dāng)操作員移動(dòng)界面裝置時(shí)，操作員希望液壓致動(dòng)器以相關(guān)的預(yù)定速度運(yùn)動(dòng)。但是，該預(yù)定速度是在作業(yè)機(jī)械的制造過(guò)程中設(shè)定的，(設(shè)定時(shí))通常未向液壓致動(dòng)器施加載荷。在作業(yè)機(jī)械的操作過(guò)程中，當(dāng)向液壓致動(dòng)器施加的載荷較小時(shí)，液壓致動(dòng)器可按與操作員所希望的速度基本上相等的速度運(yùn)動(dòng)。但是，當(dāng)向液壓致動(dòng)器施加的載荷較大時(shí)，液壓致動(dòng)器可能會(huì)以較慢的、未預(yù)期或不希望的速度運(yùn)動(dòng)。如果不考慮載荷情況而試圖控制液壓致動(dòng)器的速度會(huì)導(dǎo)致液壓致動(dòng)器劇烈地或急劇地發(fā)生運(yùn)動(dòng)。在2005年4月19日授予Pfaff等人的U. S.專利No. 6，880，332 (，332專利)中描述了一種改善液壓致動(dòng)器速度的可預(yù)見(jiàn)性并實(shí)現(xiàn)液壓致動(dòng)器的平穩(wěn)運(yùn)行的方法?！?32專利描述了一種由電液壓比例閥控制以在不同的計(jì)量模式下運(yùn)行的液壓制動(dòng)器。操縱桿位置信號(hào)轉(zhuǎn)換成液壓致動(dòng)器的希望速度信號(hào)。然后利用該希望速度信號(hào)發(fā)出各電液壓比例閥的開(kāi)啟量的指令，以用希望速度驅(qū)動(dòng)液壓致動(dòng)器。液壓致動(dòng)器上的載荷通過(guò)測(cè)量與液壓致動(dòng)器相關(guān)的壓力來(lái)確定，液壓致動(dòng)器基于所確定的載荷在不同模式下運(yùn)行。使用一種轉(zhuǎn)變策略進(jìn)行運(yùn)行模式之間的轉(zhuǎn)變，其中，供給管線和回流管線的壓力設(shè)定成在從舊運(yùn)行模式轉(zhuǎn)變之前新運(yùn)行模式所要求的閾值壓力。盡管’ 332專利的液壓致動(dòng)器和控制策略可通過(guò)使運(yùn)行模式以測(cè)得的載荷狀況為基礎(chǔ)來(lái)改善流體致動(dòng)器在變化載荷下的速度可預(yù)測(cè)性，但很復(fù)雜且仍然缺乏足夠的控制。特別地，由于要根據(jù)希望速度信號(hào)對(duì)每個(gè)電液壓比例閥進(jìn)行控制，將使控制策略復(fù)雜且需要準(zhǔn)確的定時(shí)和校準(zhǔn)以避免不希望的閥的相互作用。此外，由于閥的開(kāi)啟量?jī)H以希望速度為基礎(chǔ)，壓力波動(dòng)仍能嚴(yán)重地影響液壓致動(dòng)器的可預(yù)測(cè)性。本發(fā)明所公開(kāi)的液壓控制系統(tǒng)意在克服上述的一個(gè)或多個(gè)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
—方面，本發(fā)明涉及一種液壓控制系統(tǒng)。該液壓控制系統(tǒng)包括具有第一室和第二室的流體致動(dòng)器、第一計(jì)量閥和第二計(jì)量閥。所述第一計(jì)量閥具有一閥元件，該閥元件可在允許加壓流體流入第一室以便于流體致動(dòng)器沿第一方向運(yùn)動(dòng)的第一位置和阻止加壓流體流入第一室的第二位置之間移動(dòng)。所述第二計(jì)量閥具有一閥元件，該閥元件可在允許流體從第二室中流出以便于流體致動(dòng)器沿第一方向運(yùn)動(dòng)的第一位置和阻止流體從第二室中流出的第二位置之間移動(dòng)。所述液壓控制系統(tǒng)還包括至少一個(gè)與流體致動(dòng)器相聯(lián)的流體傳感器，并構(gòu)造成產(chǎn)生表示流體致動(dòng)器上的載荷的載荷信號(hào)；以及操作員界面裝置，該操作員界面裝置能夠移動(dòng)以產(chǎn)生表示操作員所希望的流體致動(dòng)器速度的希望速度信號(hào)。所述液壓控制系統(tǒng)還包括與第一和第二計(jì)量閥、所述至少一個(gè)流體傳感器以及操作員界面裝置相連的控制器。該控制器構(gòu)造成根據(jù)希望速度信號(hào)使第一計(jì)量閥的閥元件移動(dòng)到位于第一和第二位置之間的位置，以及根據(jù)載荷信號(hào)和第二室中的希望壓力使第二計(jì)量閥的閥元件移動(dòng)到位于第一和第二位置之間的位置。另一方面，本發(fā)明涉及一種操作液壓控制系統(tǒng)的方法。該方法包括計(jì)量進(jìn)入液壓致動(dòng)器的第一室中的加壓流體，以便于流體致動(dòng)器沿第一方向的運(yùn)動(dòng)；以及計(jì)量來(lái)自液壓致動(dòng)器的第二室的流體，以便于流體致動(dòng)器沿第一方向的運(yùn)動(dòng)。該方法還包括檢測(cè)流體致動(dòng)器上的載荷并產(chǎn)生表示載荷的載荷信號(hào)。該方法還包括接收表示操作員所希望的流體致動(dòng)器速度的希望速度信號(hào)。該方法還包括根據(jù)希望速度信號(hào)計(jì)量進(jìn)入第一室的流體，以及根據(jù)載荷信號(hào)和第二室中的希望壓力計(jì)量來(lái)自第二室的流體。


圖1是示例示出的作業(yè)機(jī)械的側(cè)視示意圖；圖2是示例示出的用于圖1的作業(yè)機(jī)械的液壓控制系統(tǒng)的示意圖；圖3是對(duì)圖2的控制系統(tǒng)的示例性操作方法進(jìn)行說(shuō)明的流程圖；以及圖4是對(duì)圖2的控制系統(tǒng)的另一示例性操作方法進(jìn)行說(shuō)明的流程圖。
具體實(shí)施例方式圖1示出一示例性的作業(yè)機(jī)械10，該作業(yè)機(jī)械10具有多個(gè)部件。作業(yè)機(jī)械10可以是執(zhí)行與采礦業(yè)、建筑業(yè)、耕作、運(yùn)輸業(yè)或現(xiàn)有技術(shù)所知的任何其它行業(yè)有關(guān)的某些類型的操作的固定式的或可移動(dòng)式的機(jī)械。例如，作業(yè)機(jī)械10可以是運(yùn)土機(jī)械，如挖掘機(jī)、推土機(jī)、裝載機(jī)、鋤耕機(jī)、機(jī)動(dòng)平路機(jī)、自動(dòng)傾卸卡車或任何其它運(yùn)土機(jī)械。作業(yè)機(jī)械10可包括機(jī)架12、作業(yè)機(jī)具14、將作業(yè)執(zhí)行裝置14連接到機(jī)架12的一個(gè)或多個(gè)液壓致動(dòng)器30a-c、操作員工作站16、動(dòng)力源18和至少一個(gè)牽引裝置20。機(jī)架12可包括任何支承作業(yè)機(jī)械10的運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)單元。機(jī)架12可例如體現(xiàn)為連接動(dòng)力源18與牽引裝置20的靜止的底架、聯(lián)接系統(tǒng)的可動(dòng)的機(jī)架構(gòu)件、或現(xiàn)有技術(shù)所知的任何其它的機(jī)架。單個(gè)作業(yè)機(jī)械10上可安裝多個(gè)不同的作業(yè)機(jī)具14，這些作業(yè)機(jī)具可通過(guò)操作員工作站16進(jìn)行控制。作業(yè)機(jī)具14可包括用于執(zhí)行特定任務(wù)的任何裝置，如鏟斗、叉狀裝置、切割裝置、抓緊裝置或現(xiàn)有技術(shù)所知的任何其它的執(zhí)行任務(wù)用裝置。作業(yè)機(jī)具14可經(jīng)由導(dǎo)向樞軸、經(jīng)由聯(lián)接系統(tǒng)、經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)液壓缸、經(jīng)由電機(jī)或通過(guò)任何其它適宜的方式與作業(yè)機(jī)械10相連。作業(yè)機(jī)械14可構(gòu)造成以現(xiàn)有技術(shù)所知的任何方式相對(duì)于作業(yè)機(jī)械10樞轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)動(dòng)、滑動(dòng)、擺動(dòng)、抬升或移動(dòng)。
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操作員工作站16可構(gòu)造成接收來(lái)自作業(yè)機(jī)械操作員的、表示所希望的作業(yè)機(jī)具運(yùn)動(dòng)的輸入。具體地，操作員工作站16可包括操作員界面裝置22，其實(shí)現(xiàn)為位于座椅一側(cè)的、單軸線或多軸線的操縱桿。操作員界面裝置22可以是比例型的控制器，它構(gòu)造成用于定位和/或定向作業(yè)機(jī)具14和產(chǎn)生表示作業(yè)機(jī)具14的所希望的速度的界面裝置位置信號(hào)?？梢栽O(shè)想在操作員工作站16中包括其它和/或不同的操作員界面裝置，例如操作盤(pán)、旋鈕、推拉裝置、開(kāi)關(guān)、踏板及現(xiàn)有技術(shù)中已知的其它操作員界面裝置。動(dòng)力源18可實(shí)現(xiàn)為發(fā)動(dòng)機(jī)，例如柴油機(jī)、汽油機(jī)、由氣體燃料驅(qū)動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)或現(xiàn)有技術(shù)中已知的任何其它類型的發(fā)動(dòng)機(jī)?？梢栽O(shè)想動(dòng)力源18可選擇地實(shí)現(xiàn)為其它動(dòng)力源，如燃料電池、能量存貯裝置、電動(dòng)機(jī)或液力馬達(dá)或現(xiàn)有技術(shù)中已知的其它動(dòng)力源。牽引裝置20可包括位于作業(yè)機(jī)械10各側(cè)(僅示出一側(cè))的履帶。可選擇地，牽引裝置20可包括車輪、帶或其它牽引裝置。牽引裝置20可以能轉(zhuǎn)向或不能轉(zhuǎn)向?？梢栽O(shè)想牽引裝置20是液壓控制的、機(jī)械控制的、電力控制的或通過(guò)任何其它適宜的方式進(jìn)行控制。如圖2所示，作業(yè)機(jī)械10可包括液壓控制系統(tǒng)M，該液壓控制系統(tǒng)M具有多個(gè)共同配合以使作業(yè)機(jī)具14運(yùn)動(dòng)的流體部件。具體地，液壓控制系統(tǒng)M可包括保持流體供給的容器26以及構(gòu)造成用于對(duì)流體加壓和將加壓的流體引導(dǎo)至液壓致動(dòng)器30a-c的源觀。液壓控制系統(tǒng)M還可包括頭端供給閥32、頭端排放閥34、桿端供給閥36、桿端排放閥38、頭端壓力傳感器40、桿端壓力傳感器42和加速傳感器44。液壓控制系統(tǒng)M還可包括與液壓控制系統(tǒng)M的流體部件相連的控制器48?？梢栽O(shè)想液壓控制系統(tǒng)M包括其它和/或不同的部件，如蓄能器、節(jié)流孔、節(jié)流閥、卸壓閥、混合閥、壓力平衡通道、溫度傳感器、位置傳感器和現(xiàn)有技術(shù)中已知的其它此類部件。容器沈可由構(gòu)造成用于保持流體供給的存貯器組成。所述流體可包括例如專用液壓油、發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油、傳動(dòng)潤(rùn)滑油或現(xiàn)有技術(shù)中已知的任何其它流體。作業(yè)機(jī)械10中的一個(gè)或多個(gè)液壓系統(tǒng)可從容器26中抽取流體和使流體返回到容器沈中。還可以設(shè)想液壓控制系統(tǒng)M與多個(gè)獨(dú)立的流體容器相連。源觀可構(gòu)造成用于產(chǎn)生加壓流體流，并可包括泵，如可變排量泵、固定排量泵或現(xiàn)有技術(shù)中已知的任何其它加壓流體源。源28可例如通過(guò)副軸(countershaft) 50、傳動(dòng)帶(未示出)、電路(未示出)或通過(guò)其它任何適宜的方式可驅(qū)動(dòng)地與作業(yè)機(jī)械10的動(dòng)力源18相連?？蛇x擇地，源觀可經(jīng)由轉(zhuǎn)矩變換器、傳動(dòng)箱或以現(xiàn)有技術(shù)中已知的任何其它方式間接地與動(dòng)力源18相連?？梢栽O(shè)想多個(gè)加壓流體的源(部件)彼此相連以向液壓控制系統(tǒng)M提供加壓流體。應(yīng)注意到，盡管圖1示出了用30a、30b、30c標(biāo)記的三個(gè)液壓致動(dòng)器，為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，圖2的液壓系統(tǒng)示意圖僅示出了液壓致動(dòng)器30c。因此，盡管對(duì)液壓控制系統(tǒng)M的全部說(shuō)明都將只參照液壓致動(dòng)器30c進(jìn)行，但是，這些說(shuō)明同樣適用于液壓致動(dòng)器30a和30b。液壓致動(dòng)器30c可包括一流體缸，該流體缸經(jīng)由直接樞軸(direct pivot)、經(jīng)由液壓致動(dòng)器30c在其中形成一構(gòu)件的聯(lián)接系統(tǒng)或通過(guò)任何其它適宜的方式將作業(yè)機(jī)具14連接到機(jī)架12(參考圖1)。可以設(shè)想，可選地將流體缸以外的液壓致動(dòng)器設(shè)置在液壓控制系統(tǒng)M內(nèi)，如液壓馬達(dá)或現(xiàn)有技術(shù)中已知的任何其它類型的致動(dòng)器。如圖2所示，液壓致動(dòng)器30c可包括管52和設(shè)置在管52中的活塞組件M。管52和活塞組件M之一可與機(jī)架12可樞轉(zhuǎn)地相連接，而管52和活塞組件M中的另一個(gè)可與作業(yè)機(jī)具14可樞轉(zhuǎn)地相連接。除此以外，可以設(shè)想，管52和/或活塞組件M固定連接在機(jī)架12或作業(yè)機(jī)具14上。液壓致動(dòng)器30c可包括通過(guò)活塞60分隔的第一室56和第二室58。第一和第二室56和58可選擇性地被供以來(lái)自源觀的加壓流體，并選擇性地與容器26相連，以使活塞組件M在管52中移位，從而改變液壓致動(dòng)器30c的有效長(zhǎng)度。液壓致動(dòng)器30c的膨脹和收縮可起到輔助作業(yè)機(jī)具14的運(yùn)動(dòng)的作用。活塞組件M可包括軸向與管52對(duì)齊且設(shè)置在管52中的活塞60、以及可與機(jī)架12和作業(yè)機(jī)具14 (參考圖1)之一相連的活塞桿62?；钊?0可包括第一液壓表面64和與第一液壓表面64相對(duì)的第二液壓表面66。由作用在第一和第二液壓表面64和66上的流體壓力造成的力的不平衡可導(dǎo)致活塞組件M在管52中運(yùn)動(dòng)。例如，作用在第一液壓表面64上的力大于作用在第二液壓表面66上的力，可導(dǎo)致活塞組件M向使液壓致動(dòng)器30c的有效長(zhǎng)度增加的方向移置。類似地，當(dāng)作用在第二液壓表面66上的作用力大于作用在第一液壓表面64上的作用力時(shí)，活塞組件M可在管52中回縮以減小液壓致動(dòng)器30c的有效長(zhǎng)度。進(jìn)入和流出第一和第二室56和58的流體的流量可決定液壓致動(dòng)器30c的速度，而與第一和第二液壓表面64和66接觸的流體的壓力可決定液壓致動(dòng)器30c的致動(dòng)力。活塞60上可連接有密封元件(未示出)如0形環(huán)，以限制流體在管52的內(nèi)壁和活塞60的外側(cè)圓柱表面之間的流動(dòng)。頭端供給閥32可設(shè)置在源28和第一室56之間，并構(gòu)造成用于響應(yīng)于來(lái)自控制器48的指令速度而調(diào)節(jié)加壓流體向第一室56的流動(dòng)。具體地，頭端供給閥32可包括螺線管致動(dòng)的比例彈簧偏壓閥機(jī)構(gòu)，且構(gòu)造成在允許流體流入第一室56的第一位置和阻止流體流出第一室56的第二位置之間移動(dòng)。頭端供給閥32可移動(dòng)到第一和第二位置之間的任何位置，以改變進(jìn)入第一室56的流量，從而影響液壓致動(dòng)器30c的速度。可以設(shè)想，頭端供給閥32可選地是液壓致動(dòng)的、機(jī)械致動(dòng)的、氣動(dòng)致動(dòng)的或以任何其它適宜的方式進(jìn)行致動(dòng)。還可以設(shè)想，頭端供給閥32構(gòu)造成，在當(dāng)?shù)谝皇?6內(nèi)的壓力超出從源觀指向頭端供給閥32的壓力時(shí)的再生過(guò)程中，允許來(lái)自第一室56的流體流動(dòng)通過(guò)頭端供給閥32。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，所述再生可包括作為進(jìn)入充注的室的總流量的一部分，將加壓流體從第一和第二室56和58中排放的室中引導(dǎo)至第一和第二室中充注的室中。頭端排放閥34可設(shè)置在第一室56和容器沈之間，并構(gòu)造成用于響應(yīng)于來(lái)自控制器48的指令壓力而調(diào)節(jié)從第一室56到容器沈的流體流。具體地，頭端排放閥34可包括螺線管致動(dòng)的比例彈簧偏壓閥機(jī)構(gòu)，且構(gòu)造成在允許流體從第一室56流出的第一位置和阻止流體從第一室56流出的第二位置之間移動(dòng)。頭端排放閥34可移動(dòng)到第一和第二位置之間的任何位置，以改變?cè)诘谝皇?6內(nèi)的流體的壓力?？梢栽O(shè)想，頭端排放閥34可選地是液壓致動(dòng)的、機(jī)械致動(dòng)的、氣動(dòng)致動(dòng)的或以任何其它適宜的方式進(jìn)行致動(dòng)。桿端供給閥36可設(shè)置在源28和第二室58之間，且構(gòu)造成用于響應(yīng)于來(lái)自控制器48的指令速度而調(diào)節(jié)加壓流體向第二室58的流動(dòng)。具體地，桿端供給閥36可包括螺線管致動(dòng)的比例彈簧偏壓閥機(jī)構(gòu)，且構(gòu)造成在允許流體流入第二室58的第一位置和阻止流體流出第二室58的第二位置之間移動(dòng)。桿端供給閥36可移動(dòng)到第一和第二位置之間的任何位置，以改變進(jìn)入第二室58的流量，從而影響液壓致動(dòng)器30c的速度?？梢栽O(shè)想桿端供給閥36可選地是液壓致動(dòng)的、機(jī)械致動(dòng)的、氣動(dòng)致動(dòng)的或以任何其它適宜的方式進(jìn)行致動(dòng)。還可設(shè)想桿端供給閥36構(gòu)造成在當(dāng)?shù)诙?8內(nèi)的壓力超出從源觀指向桿端供給閥36的壓力時(shí)的再生過(guò)程中允許來(lái)自第二室58的流體流動(dòng)通過(guò)桿端供給閥36。桿端排放閥38可設(shè)置在第二室58和容器沈之間，并構(gòu)造成用于響應(yīng)于來(lái)自控制器48的指令壓力而調(diào)節(jié)從第二室58到容器沈的流體流動(dòng)。具體地，桿端排放閥38可包括螺線管致動(dòng)的比例彈簧偏壓閥機(jī)構(gòu)，且構(gòu)造成在允許流體從第二室58流出的第一位置和阻止流體從第二室58流出的第二位置之間移動(dòng)。桿端排放閥38可移動(dòng)到第一和第二位置之間的任何位置，以改變?cè)诘诙?8內(nèi)的流體的壓力?？梢栽O(shè)想，桿端排放閥38可選地是液壓致動(dòng)的、機(jī)械致動(dòng)的、氣動(dòng)致動(dòng)的或以任何其它適宜的方式進(jìn)行致動(dòng)。頭端和桿端供給閥和排放閥32-38可在流體上互相連通。特別地，頭端和桿端供給閥32、36可并聯(lián)地連接到從源觀延伸出來(lái)的共用供給通路68。頭端和桿端排放閥34、38可并聯(lián)地連接到引導(dǎo)至容器沈的共用排放通路70。頭端供給和排放閥32、34可并聯(lián)連接到第一室通路72上，以響應(yīng)于來(lái)自控制器48的指令速度和壓力選擇性地向第一室56供給和從第一室56排放。桿端供給和排放閥36、38可并聯(lián)地連接到共用的第二室通路74上，以響應(yīng)于來(lái)自控制器48的指令速度和壓力選擇性地向第二室58供給和從第二室58排放。頭端和桿端壓力傳感器40、42可分別與第一和第二室56、58流體相通，并構(gòu)造成用于檢測(cè)在第一和第二室56、58中的流體的壓力。頭端和桿端壓力傳感器40、42還可構(gòu)造成用于產(chǎn)生表示在第一和第二室56、58中的壓力的載荷信號(hào)。由頭端和桿端壓力傳感器40,42產(chǎn)生的壓力測(cè)量結(jié)果可與時(shí)間測(cè)量結(jié)果相對(duì)比，以產(chǎn)生表示液壓缸30c加速的動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量結(jié)果。 加速傳感器44可與液壓缸30c相聯(lián)，并構(gòu)造成用于檢測(cè)缸運(yùn)動(dòng)的加速和產(chǎn)生相應(yīng)的加速信號(hào)?？梢栽O(shè)想，在需要時(shí)省去加速傳感器44，從上述動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量結(jié)果來(lái)確定液壓缸30c的加速。還可以設(shè)想，在實(shí)現(xiàn)加速傳感器44時(shí)，可利用所述動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量結(jié)果來(lái)校準(zhǔn)加速傳感器44。控制器48可實(shí)現(xiàn)為包括用于控制液壓控制系統(tǒng)M的運(yùn)行的器件的單個(gè)微處理器或多個(gè)微處理器。多種市售微處理器可構(gòu)造成執(zhí)行控制器48的功能。應(yīng)該理解，控制器48可容易地在通用作業(yè)機(jī)械中實(shí)現(xiàn)為能夠控制多種作業(yè)機(jī)械功能的微處理器?？刂破?8可包括記憶存儲(chǔ)器/內(nèi)存、輔助存儲(chǔ)裝置、處理器和用于運(yùn)行應(yīng)用程序的任何其它部件?？刂破?8可與各種其它電路/回路相聯(lián)，如動(dòng)力供應(yīng)電路、信號(hào)調(diào)整電路、螺線管驅(qū)動(dòng)器電路和其它類型的電路?？稍诳刂破?8的記憶存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)一個(gè)或多個(gè)與液壓致動(dòng)器30c的界面裝置位置、流體致動(dòng)器載荷、指令速度和指令壓力有關(guān)的映射(圖)。這些映射中的每一個(gè)都可以是表、圖形和/或公式的形式。在一個(gè)示例中，界面裝置位置和指令速度可形成用于控制頭端和桿端供給閥32、36的二維表的坐標(biāo)軸。可使有關(guān)供給閥的指令速度和閥元件位置關(guān)聯(lián)到另一單獨(dú)的二維映射中，或者與界面裝置位置一起關(guān)聯(lián)到一三維映射中。還可以設(shè)想，將界面裝置位置信號(hào)在單一的二維映射中直接與閥元件位置相關(guān)。在相同的示例中，控制器48的記憶存儲(chǔ)器內(nèi)的另一二維圖譜的兩個(gè)軸線可使載荷信息與用于控制頭端和桿端排放閥34、38的指令壓力相關(guān)聯(lián)?？刂破?8可構(gòu)造成允許操作員直接修改所述映射以及/或者從存儲(chǔ)在控制器48的記憶存儲(chǔ)器中的可用關(guān)系映射中選擇特定的映射，以影響液壓致動(dòng)器30c的致動(dòng)。可以設(shè)想，根據(jù)作業(yè)機(jī)械運(yùn)行模式如阻力(resistive)、超越(overrunning)、過(guò)渡和其它機(jī)械運(yùn)行模式來(lái)選擇映射。阻力運(yùn)行模式可包括液壓致動(dòng)器30c反抗外力的操作。超越運(yùn)行模式可包括作業(yè)機(jī)械10上的載荷自然導(dǎo)致液壓致動(dòng)器30c沿希望的方向運(yùn)動(dòng)的操作。過(guò)渡模式可包括液壓致動(dòng)器30c在阻力模式和超越模式之間轉(zhuǎn)變的操作。在任一運(yùn)行模式中，頭端和桿端供給和排放閥32-38中只有兩個(gè)工作，而其余兩個(gè)處于流動(dòng)阻止位置。例如，當(dāng)液壓致動(dòng)器30c伸出以使機(jī)架12的臂部(參考圖1)克服重力牽引而向上移動(dòng)時(shí)(阻力模式)，頭端供給閥32(參考圖2)可朝向第一或流動(dòng)通過(guò)位置移動(dòng)，以用加壓流體充注第一室56。同時(shí)，桿端排放閥38可朝向流動(dòng)通過(guò)位置移動(dòng)，以允許流體從第二室58排放到容器沈中。在該情況下，頭端排放閥34和桿端供給閥36均可處于第二或流動(dòng)阻止位置，以防止液壓致動(dòng)器30c不希望地運(yùn)動(dòng)。類似地，當(dāng)液壓致動(dòng)器30c縮回以使機(jī)架12的臂部(參考圖1)利用重力牽引向下移動(dòng)時(shí)(超越模式)，頭端排放閥34 (參考圖幻可移動(dòng)到第一或流動(dòng)通過(guò)位置，以使加壓流體從第一室56中排出。同時(shí)，桿端供給閥36可朝向流動(dòng)通過(guò)位置移動(dòng)，以用加壓流體充注第二室58。在該情況下，頭端供給閥32和桿端排放閥38均可處于第二或流動(dòng)阻止位置，以防止液壓致動(dòng)器30c不希望地運(yùn)動(dòng)?？刂破?8可構(gòu)造成接收來(lái)自操作員界面裝置22和頭端、桿端壓力傳感器40、42的輸入，并響應(yīng)于該輸入和上述關(guān)系映射指令頭端和桿端供給和排放閥32-38的運(yùn)行。具體地，控制器48可分別經(jīng)由通信線路80、82、84和86與液壓致動(dòng)器30c的頭端和桿端供給閥和排放閥32-38相連；經(jīng)由通信線路88與操作員界面裝置22相連；以及分別經(jīng)由通信線路90和92與頭端和桿端壓力傳感器40、42相連?？刂破?8可接收來(lái)自操作員界面裝置22的界面裝置位置信號(hào)以及來(lái)自頭端和桿端壓力傳感器40、42的液壓致動(dòng)器載荷信號(hào)，并參考儲(chǔ)存在控制器48的存儲(chǔ)器中的經(jīng)選定和/或經(jīng)修改的關(guān)系映射來(lái)確定指令速度和壓力值。指令速度可使頭端和桿端供給閥32和36按照能產(chǎn)生作業(yè)機(jī)具的希望速度的流量選擇性地充注適當(dāng)?shù)氖?。指令壓力可使頭端和桿端排放閥34和38按照能在相應(yīng)的排放室內(nèi)產(chǎn)生希望壓力的流量選擇性地使第一和第二室56、58排放?？刂破?8可構(gòu)造成響應(yīng)于液壓致動(dòng)器30c的加速而影響頭端和桿端供給閥和排放閥32-38的閥元件的運(yùn)動(dòng)。特別地，控制器48可經(jīng)由通信線路94與加速傳感器44相連，并構(gòu)造成接收來(lái)自加速傳感器44的加速信號(hào)?？刂破?8可構(gòu)造成響應(yīng)于加速信號(hào)修改指令速度和/或壓力?？稍诳刂破?8的記憶存儲(chǔ)器中的一個(gè)或多個(gè)表、圖形或公式中包含指令速度和/或壓力與加速信號(hào)之間的關(guān)系。控制器48還可構(gòu)造成選擇性地實(shí)施再生。具體地，控制器48可接收來(lái)自壓力傳感器40和42的載荷信號(hào)，并判定是否可能再生。例如，當(dāng)液壓致動(dòng)器30c縮回，流出第二室58的流體的壓力超出來(lái)自源觀的流體的壓力時(shí)，則控制器48可判定來(lái)自第二室58的流體的至少一部分可被再引導(dǎo)至第一室56。在這種情況下，所需的源觀的輸出可能低于不能回收的情況，這樣，可以減少的動(dòng)力消耗水平操作源觀?？刂破?8可根據(jù)操作員的輸入調(diào)節(jié)再生的量和源觀的輸出。特別地，再生流體與來(lái)自源觀的流入充注室的流體的比率可基于操作員輸入裝置22的致動(dòng)位置?？稍诳刂破?8的記憶存儲(chǔ)器中的表、圖形或公式中可包含操作員界面裝置位置與允許的再生流百分比之間的關(guān)系。這樣，可操作源觀以產(chǎn)生使液壓致動(dòng)器30c以希望的速度運(yùn)動(dòng)所需的加壓流體的流量減去從第二室58再生的流體的量。如果不能夠再生，則可操作源28以產(chǎn)生使液壓致動(dòng)器30c以希望的速度運(yùn)動(dòng)所需的加壓流體的全部流量。圖3和4表示操作液壓控制系統(tǒng)M的示例方法。將在下文中說(shuō)明圖3和4，以進(jìn)一步闡明本發(fā)明的系統(tǒng)及其運(yùn)行。工業(yè)適用性本發(fā)明的液壓控制系統(tǒng)可應(yīng)用于在變化的載荷和運(yùn)行模式下希望具有速度的可預(yù)測(cè)性的、包括液壓致動(dòng)器的任何作業(yè)機(jī)械。本發(fā)明的液壓控制系統(tǒng)可通過(guò)使液壓致動(dòng)器載荷和加速與液壓致動(dòng)器聯(lián)接的閥指令的速度和/或壓力相關(guān)聯(lián)來(lái)改善操作員控制。下面說(shuō)明所述液壓控制系統(tǒng)M的操作。在作業(yè)機(jī)械10的操作過(guò)程中，作業(yè)機(jī)械操作員可操縱操作員界面裝置22以產(chǎn)生作業(yè)機(jī)具14的運(yùn)動(dòng)?？墒共僮鲉T界面裝置22的致動(dòng)位置與操作員所預(yù)期或希望的作業(yè)機(jī)具14的速度相關(guān)聯(lián)。操作員界面裝置22可在操作員操縱過(guò)程中生成表示操作員的預(yù)期或希望速度的位置信號(hào)，并將該位置信號(hào)發(fā)送給控制器48。在液壓缸30c的運(yùn)行過(guò)程中，控制器48可接收多種輸入。如圖3的流程圖所示，控制器48可接收操作員界面裝置位置信號(hào)(步驟100)、接收來(lái)自頭端和桿端壓力傳感器40、42的載荷信號(hào)(步驟110)、以及接收表示測(cè)定和/或確定的液壓缸30c的加速的信號(hào)(步驟120)?？刂破?8可由載荷信號(hào)確定在液壓缸30c上的載荷的大小。載荷的大小可從使所測(cè)壓力與第一和第二液壓表面64和66的受力面積相關(guān)聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)公式中計(jì)算出。另外，可通過(guò)使所測(cè)壓力與一組預(yù)定的壓力閾值相比來(lái)確定運(yùn)行模式(即阻力、超越和過(guò)渡)。例如，如果在液壓缸30c的第一室56中的壓力高于一預(yù)定值，而在第二室58中的壓力低于一預(yù)定值，則控制器48可確定液壓缸30c在阻力模式下運(yùn)行。類似地，如果在液壓缸30c的第一室56中的壓力低于一預(yù)定值，而在第二室58中的壓力高于一預(yù)定值，則控制器48可確定液壓缸30c在超越模式下運(yùn)行。若在液壓缸30c的第一室56中的壓力低于一預(yù)定值并開(kāi)始減小，則控制器48可確定液壓缸30c正在進(jìn)入阻力模式和超越模式之間的過(guò)渡模式。同樣，如果在液壓缸30c的第一室56中的壓力低于預(yù)定值并開(kāi)始增大，則控制器48可確定液壓缸30c正在進(jìn)入介于超越模式和阻力模式之間的過(guò)渡模式。當(dāng)在阻力模式或超越模式下運(yùn)行時(shí)，控制器48可設(shè)定排放閥的閥元件位置，以在第一和第二室56、58中排放的室內(nèi)提供希望的壓力。希望的壓力和相關(guān)聯(lián)的閥機(jī)構(gòu)位置可基于測(cè)得的液壓缸30c的負(fù)載狀況，并通過(guò)查詢存儲(chǔ)在控制器48的記憶存儲(chǔ)器內(nèi)的表、圖形和/或公式來(lái)確定(步驟130)?？筛鶕?jù)從頭端和桿端壓力傳感器40、42中適當(dāng)?shù)囊粋€(gè)傳感器接收到的載荷信號(hào)連續(xù)地控制位于流動(dòng)通過(guò)位置和流動(dòng)阻止位置之間的閥元件位置，以在排放室內(nèi)產(chǎn)生希望壓力。此外，在液壓缸30c按阻力模式或超越模式運(yùn)行的過(guò)程中，控制器48可使來(lái)自操作員界面裝置22的希望速度信號(hào)與存儲(chǔ)在控制器48的記憶存儲(chǔ)器中的關(guān)系映射進(jìn)行對(duì)比，以為頭端和桿端供給閥32、36中工作的閥確定合適的速度指令。這樣，控制器48可指令頭端和桿端供給閥32和36中適當(dāng)?shù)囊粋€(gè)閥的閥元件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，以調(diào)節(jié)進(jìn)入第一和第二室56、58中適當(dāng)?shù)囊粋€(gè)室的加壓流體的流量，從而使液壓致動(dòng)器30c的運(yùn)動(dòng)基本上符合操作員所預(yù)期和希望的速度(步驟140)?？刂破?8可導(dǎo)致液壓致動(dòng)器30c加速。具體地，控制器48可根據(jù)由加速傳感器44的檢測(cè)到的加速信息或根據(jù)由動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量確定的加速信息來(lái)修改相關(guān)充注和排放閥的所指令的閥元件位置(步驟150)。如上所述，可通過(guò)參考查閱表或圖形，或通過(guò)利用一個(gè)或多個(gè)公式計(jì)算來(lái)確定改變的量，從而，例如當(dāng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，液壓致動(dòng)器30c的速度將基本上等于希望的速度，而將排放室內(nèi)的壓力設(shè)定成希望的值?？刂破?8可在按超越模式的操作過(guò)程中根據(jù)操作員的輸入對(duì)再生進(jìn)行調(diào)節(jié)。特別地，控制器48可首先通過(guò)推斷液壓致動(dòng)器30c當(dāng)前按超越模式運(yùn)行以及在第一和第二室56、58中的排放的室中的壓力超出預(yù)定值來(lái)確定是否可能再生(步驟160)。如果可能再生，則控制器48可確定進(jìn)入充注室中的總流中可從排放室再生的百分比(步驟170)。可基于操作員界面裝置22的位置和存儲(chǔ)在控制器48的記憶存儲(chǔ)器中的關(guān)系來(lái)進(jìn)行確定。可根據(jù)允許的再生流的百分比不同地控制源觀的輸出流。具體地，如果可能再生，則可指令源觀以這樣的流量輸出加壓流體的流，該流量基本上等于進(jìn)入充注室的希望的流體流量減去允許的再生流的百分比(180)。例如，如果為了使液壓致動(dòng)器30c以希望的速度伸出需要進(jìn)入第一室56的流量為30單位/分鐘，而允許的再生流百分比為10%，則必須操作源觀以產(chǎn)生27單位/分鐘的流量。但是，如果不能再生(例如，如果液壓致動(dòng)器30c按阻力模式運(yùn)行)，則必須操作源觀以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于所希望的速度的全部30單元/分鐘。在阻力模式與超越模式之間的過(guò)渡過(guò)程中，控制器48可精密地調(diào)節(jié)第一和第二室56和58內(nèi)的壓力以使發(fā)生氣蝕的可能性最小。具體地，控制器48可首先確定液壓致動(dòng)器30c是否已進(jìn)入過(guò)渡模式。當(dāng)?shù)谝缓偷诙?6、58中被充注的室(在圖4的流程圖中標(biāo)記為室A)內(nèi)的壓力減小時(shí)，控制器48可確定已進(jìn)入過(guò)渡模式(步驟200)。如果控制器48確定室A中的流體的壓力已減小到預(yù)定閾值(步驟210)，則控制器48可將室A中的壓力保持為所述閾值，并允許先前排放的室(在圖4的流程圖中標(biāo)記為室B)內(nèi)的壓力增加(步驟220)?？刂破?8可確定室B內(nèi)的壓力是否已增加到第二預(yù)定閾值(步驟230)，并相應(yīng)地影響室A中流體的壓力。具體地，如果室B內(nèi)的壓力已增加到第二預(yù)定閾值，則控制器48可保持室B中的壓力，并允許室A中的壓力進(jìn)一步減小(步驟M0)。此時(shí)，控制器48可監(jiān)測(cè)室A中的壓力并確定該壓力是否已達(dá)到最小閾值(步驟250)。如果室A中的壓力已達(dá)到最小閾值，則控制器48可將室A中的壓力保持為最小閾值，并允許室B中的壓力基于來(lái)自操作員界面裝置22的希望的速度信號(hào)增加至超出第二閾值(步驟沈0)。由于基于希望速度對(duì)頭端和桿端供給閥32和36進(jìn)行控制，頭端和桿端排放閥34和38基于第一和第二室56、58中排放的室中的希望壓力進(jìn)行控制，從而可以簡(jiǎn)化對(duì)液壓致動(dòng)器30a-c的控制。另外，由于頭端和桿端排放閥34和38基于希望壓力和所測(cè)載荷進(jìn)行控制，液壓致動(dòng)器30a-c可在變化的載荷下可預(yù)測(cè)地運(yùn)行，并實(shí)現(xiàn)在阻力模式和超越模式之間完全連續(xù)地過(guò)渡。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的是，可對(duì)本發(fā)明的液壓控制系統(tǒng)做出多種變型和改變。通過(guò)研究對(duì)本發(fā)明的液壓控制系統(tǒng)的說(shuō)明和實(shí)施，其它實(shí)施方式對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員是顯而易見(jiàn)的。所述說(shuō)明內(nèi)容和示例應(yīng)被看成只是示例性的，其真實(shí)范圍通過(guò)所附權(quán)利要求及其等效方案進(jìn)行說(shuō)明。
權(quán)利要求
1.一種操作液壓控制系統(tǒng)04)的方法，包括計(jì)量進(jìn)入液壓致動(dòng)器(30c)的第一室(56)中的加壓流體，以便于流體致動(dòng)器沿第一方向的運(yùn)動(dòng)；計(jì)量來(lái)自液壓致動(dòng)器的第二室(58)的流體，以便于流體致動(dòng)器沿第一方向的運(yùn)動(dòng)；檢測(cè)流體致動(dòng)器上的載荷并產(chǎn)生表示載荷的載荷信號(hào)；接收表示操作員所希望的流體致動(dòng)器速度的希望速度信號(hào)；根據(jù)希望速度信號(hào)計(jì)量進(jìn)入第一室的流體；以及根據(jù)載荷信號(hào)和第二室中的希望壓力計(jì)量來(lái)自第二室的流體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括 根據(jù)載荷信號(hào)確定是否可能再生液壓能；根據(jù)希望的速度信號(hào)實(shí)現(xiàn)一定量的再生；以及根據(jù)再生的量和希望的速度信號(hào)調(diào)節(jié)加壓流體的源08)的輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，對(duì)載荷檢測(cè)包括檢測(cè)第一室中的壓力和第二室中的壓力；所述方法還包括當(dāng)?shù)谝皇抑械膲毫p小到低于第一預(yù)定值時(shí)執(zhí)行一轉(zhuǎn)變策略。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述轉(zhuǎn)變策略包括在第一室中的壓力已達(dá)到該第一預(yù)定值后，允許第二室中的壓力根據(jù)載荷信號(hào)增加； 將第一室中的壓力保持在該第一預(yù)定值，直到第二室中的壓力達(dá)到第二預(yù)定值； 在第二室中的壓力已達(dá)到第二預(yù)定值后，允許第一室中的壓力減小到低于該第一預(yù)定值；將第二室中的壓力保持在第二預(yù)定值，直到第一室中的壓力達(dá)到最小預(yù)定值；以及在第一室中的壓力已達(dá)到最小預(yù)定值后，允許第二室中的壓力根據(jù)載荷信號(hào)超過(guò)第二預(yù)定值。
5.一種液壓控制系統(tǒng)(M)，包括流體致動(dòng)器(30c)，該流體致動(dòng)器具有第一室(56)和第二室(58)； 第一計(jì)量閥(32)，該第一計(jì)量閥具有能夠在允許加壓流體流入第一室以便于流體致動(dòng)器沿第一方向運(yùn)動(dòng)的第一位置和阻止加壓流體流入第一室的第二位置之間移動(dòng)的閥元件；第二計(jì)量閥(38)，該第二計(jì)量閥具有可在允許流體從第二室中流出以便于流體致動(dòng)器沿第一方向運(yùn)動(dòng)的第一位置和阻止流體從第二室中流出的第二位置之間移動(dòng)的閥元件；至少一個(gè)流體傳感器G0，42)，所述流體傳感器與流體致動(dòng)器相聯(lián)，并構(gòu)造成用于產(chǎn)生表示流體致動(dòng)器上的載荷的載荷信號(hào)；操作員界面裝置(22)，該操作員界面裝置能夠移動(dòng)以產(chǎn)生表示操作員所希望的流體致動(dòng)器速度的希望速度信號(hào)；以及與第一和第二計(jì)量閥、所述至少一個(gè)流體傳感器以及操作員界面裝置相聯(lián)的控制器 (48)，該控制器構(gòu)造成執(zhí)行如權(quán)利要求1所述的方法。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的液壓控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器還構(gòu)造成用于根據(jù)液壓致動(dòng)器的加速來(lái)修改第一和第二計(jì)量閥的閥元件位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的液壓控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括加壓流體的源( )，其中所述控制器還構(gòu)造成用于根據(jù)載荷信號(hào)判定是否可能再生液壓能； 根據(jù)操作員界面裝置的位置實(shí)現(xiàn)一定量的再生；以及根據(jù)再生的量和希望速度信號(hào)調(diào)節(jié)源的輸出。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的液壓控制系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)流體傳感器是與第一室相聯(lián)的第一壓力傳感器GO)；所述液壓控制系統(tǒng)還包括與第二室相聯(lián)的第二壓力傳感器0 ；以及所述控制器還構(gòu)造成在第一室中的壓力減小到低于第一預(yù)定值時(shí)執(zhí)行一轉(zhuǎn)變策略。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的液壓控制系統(tǒng)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)變策略包括在第一室中的壓力已達(dá)到所述第一預(yù)定值后，允許第二室中的壓力根據(jù)載荷信號(hào)增加；將第一室中的壓力保持在該第一預(yù)定值，直到第二室中的壓力達(dá)到第二預(yù)定值； 在第二室中的壓力已達(dá)到第二預(yù)定值后，允許第一室中的壓力減小到低于該第一預(yù)定值；將第二室中的壓力保持在第二預(yù)定值，直到第一室中的壓力達(dá)到最小預(yù)定值；以及在第一室中的壓力已達(dá)到最小預(yù)定值后，允許第二室中的壓力根據(jù)載荷信號(hào)超過(guò)第二預(yù)定值。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于作業(yè)機(jī)械(10)的液壓控制系統(tǒng)(24)。該液壓控制系統(tǒng)包括流體致動(dòng)器(30c)，其具有第一室(56)和第二室(58)；第一和第二計(jì)量閥(32，28)，其具有可移動(dòng)以分別使第一和第二室充注和排放的閥元件；以及至少一個(gè)流體傳感器(40)，其構(gòu)造成用于產(chǎn)生表示流體致動(dòng)器上的載荷的載荷信號(hào)。所述液壓控制系統(tǒng)還包括操作員界面裝置(22)，其可移動(dòng)以產(chǎn)生流體致動(dòng)器的希望速度信號(hào)。該液壓控制系統(tǒng)還包括與第一和第二計(jì)量閥、所述至少一個(gè)流體傳感器以及操作員界面裝置相聯(lián)的控制器(48)。該控制器構(gòu)造成用于根據(jù)希望速度信號(hào)使第一計(jì)量閥的閥元件移動(dòng)到一位置，以及根據(jù)載荷信號(hào)和第二室中的希望壓力使第二計(jì)量閥的閥元件移動(dòng)到一位置。
文檔編號(hào)F15B11/042GK102562695SQ20121004848
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2006年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月31日
發(fā)明者A·埃蓋利亞, M·T·韋爾奎倫, 章佼, 馬鵬飛 申請(qǐng)人:卡特彼勒公司, 新卡特彼勒三菱株式會(huì)社