用來控制液壓流體流的系統和方法
2023-12-02 14:56:51
專利名稱：用來控制液壓流體流的系統和方法
技術領域：
本發明涉及一用來控制工作機器內的液壓流體流的系統和方法。具體來說，本發明涉及一用來控制液壓流體流以補償流體粘度變化的系統和方法。
背景技術：
液壓流體的特性可以部分地取決於其溫度。例如，當流體是冷的時，它可具有高的粘度，而當流體相對變暖時，流體可具有低的粘度。諸如移送駕駛的裝載機之類的工作機器通常使用液壓流體來驅動致動器和/或液壓馬達以操作工作的工具和驅動裝載機從一個地方到另一地方。例如，一移送駕駛裝載機可通過一閥流動液壓流體以便提升或下降一工作工具。當工作機器在停頓之後起動時，流體可能是冷的，則它可能需花費一個小時才能將溫度提高和穩定到操作的溫度。
液壓流體依賴於溫度的特性可影響工作機器的一致性和響應性。對於一給定的控制信號，流動控制閥打開到一預設的百分比，允許一定流量的流體體積通過閥。因為粘度影響流體的流動特性，所以，對於同樣的給定控制信號，通過閥的流體的體積流量在流體高粘度時比在流體相對低粘度時減小。因此，由一操作者發出的指令可導致一工作工具在液壓油冷時以一速度移動，而在液壓油相對變暖時以第二不同速度移動。因此，由於液壓流體內粘度的變化，這可導致效率降低，操作者必須調整到工作機器響應性的差異。
授予Murano等人的美國專利No.5,042,323揭示了一用於車輛的齒輪變化機構的液壓控制方法。該控制方法包括以對一離合器系統保持一要求的流體壓力的頻率控制一閥。閥操作的頻率隨著溫度的變化增量地變化，然而『323專利中所揭示的系統不控制一比例流量來控制流體操作的機器部件。因此，『323專利中揭示的系統不能根據流量控制來提供工作機器的一致性。
本文所揭示的方法和系統可在一溫度變化的環境中對機器提供一更一致性的控制。
發明內容
在一個方面，本發明涉及流動一工作機器內的液壓流體的方法。該方法包括產生從一輸入機構發出的控制信號，以及產生指示液壓流體粘度的特性信號。控制信號和特性信號被接受在一控制模塊內。該方法還包括對控制信號確定一要求的體積流量，並確定達到對於控制信號要求的體積流量所需要的閥控制信號。閥控制信號基於特性信號。閥控制信號輸出到一比例閥，以便對於指令信號提供通過閥的要求的體積流量。
在另一方面，本發明涉及流動一工作機器內的液壓流體的系統。該系統包括一構造成產生一控制信號的輸入機構，以及一構造成產生指示液壓流體粘度的特性信號的特性傳感器。該系統還包括一比例閥。一控制模塊構造成接受控制信號和特性信號。控制模塊儲存對於控制信號的要求的體積流量，並構造成根據特性信號來確定達到對於控制信號要求的體積流量所需要的閥控制信號。控制模塊構造成將閥控制信號輸出到閥，以對於給定指令信號提供所要求的通過閥的體積流量。
附圖的簡要說明
圖1是一示範的移送駕駛的裝載機的示意圖。
圖2是一示出一工作機器的示範的控制系統的方框圖。
圖3是一示範的致動器閥的示意圖。
圖4是示出輸入控制器運動和流體流量之間的示範關係的曲線圖。
圖5是示出輸入控制器運動和閥孔尺寸之間的示範關係的曲線圖。
具體實施例方式
現將詳細地參照附圖中所示的示範實施例。只要可能的話，相同的標號將在所有的附圖中用來表示相同或類似的零件。
圖1示出一工作機器100的一示範的方面，該機器顯示為一移送駕駛裝載機。工作機器100包括一本體102、一操作者工作室104、一工具組件106，以及對應的前和後驅動輪108、110。
本體102可以是一框架結構，其連接到並支承操作者工作室104和工具組件106。它可包括一上支柱112，上支柱連接到工具組件106並可設置在操作者工作室104後面。操作者工作室104可以是一敞開的或封閉的工作室，其可包括一椅子和控制器以便操作工作機器100的各種零件。
工具組件106可包括一左臂組件114和一工作工具116。左臂組件114可包括一提升臂118和一個或多個致動器120。提升臂118和致動器120可連接到支柱112，並可構造成提升、下降和其它方式移動工作工具116。致動器120可以是流體驅動，並可使加壓流體通過一閥(未示出)來進行操作。儘管僅示出一個致動器，但應該理解到致動器120可以代表位於工作機器100上的任何的液壓致動器，而不管其位置或用途如何。工作工具116顯示為一可樞轉地安裝在提升臂118前端上的鏟鬥。然而，可以期望使用其它的工作工具。
前和後驅動輪108、110安裝在本體102上，並由一液壓馬達(圖1中未示出)提供動力，液壓馬達也可安裝在本體102上，位於操作者工作室104後面的後馬達外殼122內。驅動輪108、110可以傳統的移送駕駛的方式進行驅動，在一示範的實施例中，可用左和右循環皮帶或軌組件(未示出)替代。
圖2示出一位於工作機器100上的示範的控制系統130。如圖2所示，控制系統130包括一輸入控制器132、一特性傳感器134，以及一控制模塊136。它還包括一致動器閥138和一馬達閥142，它們可用來驅動流體從動部件。例如，工作機器100的致動器120和一液壓馬達144。輸入控制器132可以位於工作機器100的操作者工作室104內，並可構造成由操作者進行操作以產生一控制信號來操作工具組件106和/或驅動工作機器100。輸入控制器132可以是一控制杆、一操縱杆、一駕駛盤、鍵盤、按鈕，或其它的輸入裝置。
特性傳感器134可以是一構造成監視用來操作工作機器100的液壓流體特性的傳感器。在一示範的實施例中，特性傳感器134是一構造成讀取或檢測液壓流體溫度的溫度傳感器。在另一示範的實施例中，特性傳感器134是一構造成監視通過工作機器100上的一管線或一閥的液壓流體的流動的流量傳感器。測量液壓流體的溫度和/或流量能使控制系統130確定流體的粘度。在所示的示範實施例中，特性傳感器134是設置在工作機器100上的液壓箱145內的溫度傳感器。可以從液壓箱145抽取流體以操作工具組件106和/或液壓馬達144，從而驅動工作機器100。應該指出的是，特性傳感器134可以放置在工作機器100上的其它部位處。
控制模塊136可包括本技術領域內公知的一處理器146和存儲器裝置148。處理器146可以是一微處理器或其它的處理器，並可構造成執行計算機可讀程序或計算機編程，以便執行本技術領域內公知的諸功能。存儲器裝置148可以與處理器146連通，並可提供儲存電腦程式和可執行程序，其中包括算法和對應於工作機器100的已知規格的數據。
控制模塊136與輸入控制器132和特性傳感器134電氣地連通，並構造成接受從輸入控制器132發出的控制信號和從特性傳感器134發出的特性信號。此外，控制模塊136可以與致動器閥138和/或馬達閥142電氣地連通。
致動器閥138可以是一構造成打開和關閉閥孔的比例閥，由此，調節流入致動器120的液壓流體的流量。致動器閥138的一示範的實施例示於圖3的示意形式中。參照圖3，致動器閥138可包括一螺線管150和一本體152。一入口管線154和一出口管線156可以與本體152流體連通。
螺線管150可以與控制模塊136電氣地連通，並可構造成接受諸如電流的電信號。本體152可容納一由螺線管150移動的線管158，以調整孔(未示出)的大小。孔的尺寸可以以本技術領域內公知的方式調整以控制從入口管線154到出口管線156通過本體152的流體的流量。如本技術領域內所公知的，線管158移動的距離越大，則孔的尺寸越大。入口管線154可以與流體箱145連通，而出口管線156可以與致動器120流體地連通。
馬達閥142也可以是一諸如參照圖3所述的閥那樣的比例閥，或可以是一包括一比例閥的泵，該比例閥構造成打開和關閉一孔(如上所述)。返回到圖2，從馬達閥142流出的流體可流入和驅動液壓馬達144。液壓馬達144可提供動力到前和後輪108、110以便操縱和驅動工作機器100。應該指出的是，儘管僅示出一個致動器閥和一個馬達閥，但可以有任意數量的與控制任意數量的液壓驅動的部件的控制模塊連通的閥。
如上所述，液壓流體的粘度取決於流體的溫度。因此，當工作機器100在暫停一定時間之後又起動時，液壓流體會是相當冷，因此，可具有一高的粘度。然而，當工作機器100操作時，流體溫度可提升，因此粘度可降低。
控制模塊136構造成控制閥138、142，這樣，根據操作者的想法，工作機器100基本上將操作者的想法響應到輸入控制器132的輸入，而不管液壓流體的溫度如何。這可通過控制比例致動器閥138或馬達閥142來實現，以對給定的控制信號提供一致的流入流體從動部件內的流體體積流量，而不管流體的溫度如何。
控制模塊136根據從輸入控制器132發出的控制信號和從特性傳感器134發出的特性信號，通過產生和送出閥控制信號到致動器閥138和/或馬達閥142來實現上述操作。閥控制信號致動位於致動器閥138和/或馬達閥142內的螺線管150，將對應的閥孔打開到預定量。
為了便於理解，應該指出的是，當高粘度流體的體積流以與低粘度流體的體積流相同的流量通過閥時，工作機器100的響應性將是一致的。為此，可放大孔的大小以允許一給定體積的高粘度流體以與相對低粘度的流體的體積流相同的流量通過閥。控制模塊136構造成產生一閥信號以在流體溫度較低和流體粘度較高時提供一較大的孔。
圖4示出由操作者作出的輸入控制器132的運動和流過致動器閥138和/或馬達閥142的流體的體積流量之間的一示範的目標關係。圖4中的目標關係可儲存在存儲器148內，並在控制模塊136確定和產生閥控制信號時，可被處理器146參考。
在圖4中，水平軸代表總的輸入控制器運動的百分比，例如一操縱杆向前移動的距離。垂直軸代表流過致動器閥138和/或馬達閥142的流體的目標體積流量(以單位計)。該單位可以是用於測量液體體積流量的任何單位。因此，該曲線示出對於輸入控制器132的運動的百分比的流過閥138、142的流體的目標體積流量。應該指出的是，目標關係可以根據基準流體溫度(例如，標準操作溫度)處的液壓流體的特性進行估算。該基準溫度可根據使用流體的類型、使用工作機器的類型、工作機器的應用、工作機器使用的溫度環境，以及其它的因素中進行預選。或者，基準溫度可以是隨機地進行選擇，並僅用作為與其它溫度比較的一參考點。
輸入控制器132的運動百分比和流過閥138、142的流體的體積流量之間的目標關係是不考慮液壓流體的溫度和粘度的一目標關係。在所示的目標關係中，輸入控制器132的運動達到約50％信號，則控制模塊136打開致動器閥138和/或馬達閥142而提供具有每單位時間約1.2單位體積的體積流量的流體流。因此，因為該關係是一目標關係，所以，控制模塊136構造成控制閥打開閥孔，不管流體粘度如何，對於一50％的控制器輸入允許有每單位時間約1.2單位體積的流體流。
在一示範的實施例中，控制模塊136構造成用查看表或其它圖表方法來確定匹配目標體積流量關系所需要的孔的大小。圖5是一曲線圖，其示出輸入控制器132運動的百分比和致動器閥138和/或馬達閥142的孔的大小之間的一示範的關係。如上所述，孔的尺寸可根據由螺線管150所控制的線管158的移動來確定。
在圖5中，水平軸代表總的輸入控制器運動的百分比，例如一操縱杆向前移動的距離。垂直軸代表致動器閥138和/或馬達閥142內的孔的尺寸，其表示為總的可供孔尺寸的百分比。不同的曲線(160、162和164)對應於不同溫度的液壓流體，並示出這樣的孔尺寸，其能使流體以對於圖4中所示的控制器運動的目標體積流量流動。例如，曲線160示出控制器運動和孔尺寸之間的關係，以在流體溫度比基準溫度低25度時達到圖4的目標體積流量。曲線162示出控制器運動和孔尺寸之間的關係，以在流體溫度到達基準溫度時達到圖4的目標體積流量。曲線164示出控制器運動和孔尺寸之間的關係，以在流體溫度比基準溫度高25度時達到圖4的目標體積流量。
在圖5的曲線中，僅示出選擇的溫度曲線。然而，控制模塊136可對各個溫度儲存一不同的曲線，當控制模塊136根據從輸入控制器132發出的控制信號產生閥控制信號時，可參考合適的曲線。
在另一示範的實施例中，控制模塊136構造成根據調整因子或算法來確定孔的尺寸。算法可計算必要的孔的尺寸，以對於任何給定的溫度允許以圖4所示的關係流動流體。控制模塊136然後可控制閥138、142將孔打開到指定的打開量。
工業應用現將描述控制工作機器的一示範的方法，不管流體溫度如何，該方法對任何給定的輸入提供一致的響應性。在工作機器100的操作過程中，特性傳感器134檢測液壓流體的特性。在一示範的實施例中，檢測的特性是溫度，而在另一實施例中，檢測的特性是流體流量。這些特性可指示出流體的粘度。特性傳感器134電子地連通代表控制模塊136的特性的一特性信號。
一工作機器操作者可移動輸入控制器132來產生一操作流體從動部件的控制信號，所述從動部件諸如工具組件106和液壓馬達144。輸入控制器132將控制信號連通到控制模塊136。在控制模塊136內，一儲存的基準對任何給定的指令信號提供流體的目標體積流量。因為液壓流體的粘度和由此引起的流動性隨溫度變化，所以，通過修正閥138、142的孔的尺寸來達到流體的基準或目標體積流量，例如，當流體溫度不等於基準溫度時可進行補償。
為此，控制模塊136對於給定的控制信號，比較控制信號和儲存在控制模塊136內的基準或目標體積流量。根據從特性傳感器134發出的特性信號，控制模塊136確定對於給定指令信號保持目標基準關系所需要的孔的尺寸。控制模塊136然後產生一指示要求的孔尺寸的閥控制信號，以便對於給定的指令信號流動目標的流體體積流量。
閥控制信號從控制模塊136送到諸如致動器閥138那樣合適的閥，以移動致動器120或馬達閥142從而驅動液壓馬達144。閥接受閥控制信號並響應而將閥孔打開到一指定量，對於指令信號提供一與基準或目標體積流量相一致的體積流量。這可通過對閥138、142內的螺線管150通電來實施，以便將線管158移動一指定的距離而將孔打開到一指定量。當線管158打開孔時，流體流入致動器120或馬達144。
控制模塊136可使用一儲存的查看表和/或調整因子來產生閥控制信號。查看表和/或調整因子可構造來確定對於給定指令信號保持目標體積流量所需要的孔的尺寸。因此，依賴於查看表或調整因子，控制模塊136可確定所需要的流體體積流量，不管流體溫度如何可提供一致的流動。
因為不管液壓油的粘度如何，流體流和輸入控制器運動之間的關係可以調整而大致地匹配目標關係，所以，不管流體溫度怎樣，操作者可感到工作機器100的響應性和可操作性基本上一致。因此，操作者可具有一致的控制並能提供一致的響應和更為可預見的機器，不管是起動時(其時流體是冷的)還是工作幾小時後(其時流體相對暖和)。可在需要液壓流體的任何工作機器上使用溫度反饋控制系統。
本技術領域內的技術人員將會明白，在不脫離本發明的範圍的前提下，在所揭示的實施例中可作出各種修改和變化。考慮本說明書並實踐本文所揭示的方法和系統，本技術領域內的技術人員還將會明白其它的實施例。本說明書和實例應認為僅是示例而已，本發明的真正範圍由附後的權利要求書及其等價物予以指明。
權利要求
1.一流動一工作機器內的液壓流體的方法，該方法包括產生從一輸入機構發出的控制信號；產生一指示液壓流體粘度的特性信號；在一控制模塊內接受控制信號和特性信號；對於控制信號確定一要求的體積流量；確定達到對於控制信號要求的體積流量所需要的閥控制信號，閥控制信號基於特性信號；以及閥控制信號輸出到一比例閥，以便對於指令信號提供通過閥的要求的體積流量。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，確定一閥的控制信號包括確定基於一查看表的閥控制信號。
3.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，查看表影響控制閥信號以控制閥，由此對於在液壓流體粘度增加時的控制信號，閥孔尺寸變大。
4.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，確定一閥控制信號包括根據一調整因子確定閥控制信號。
5.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，對於控制信號確定一要求的體積流量包括儲存一介於輸入機構運動和流體體積流量之間的基準關係。
6.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，產生一特性信號包括測量液壓流體的溫度。
7.一流動一工作機器內的液壓流體的系統，該系統包括一構造成產生一控制信號的輸入機構；一構造成產生指示液壓流體粘度的特性信號的特性傳感器；一比例閥；以及一構造成接受控制信號和特性信號的控制模塊，控制模塊具有儲存在其中的對於控制信號的要求的體積流量，並構造成根據特性信號來確定達到對於控制信號要求的體積流量所需要的閥控制信號，控制模塊構造成將閥控制信號輸出到閥，以對於給定指令信號提供所要求的通過閥的體積流量。
8.如權利要求7所述的系統，其特徵在於，控制模塊構造成根據查看表來確定閥控制信號。
9.如權利要求8所述的系統，其特徵在於，查看表構造成以控制閥的方式來影響閥控制信號，以在液壓流體的粘度增加時使閥孔尺寸變大。
10.如權利要求7所述的系統，其特徵在於，特性傳感器是一溫度傳感器，其構造成測量液壓流體的溫度。
全文摘要
揭示一流動一工作機器內的液壓流體的方法。該方法包括產生從一輸入機構發出的控制信號，以及產生指示液壓流體粘度的特性信號。控制信號和特性信號被接受在一控制模塊內。該方法還包括對控制信號確定一要求的體積流量，並確定對於控制信號達到要求的體積流量所需要的閥控制信號。閥控制信號基於特性信號。閥控制信號輸出到一比例閥，以便對於指令信號提供通過閥的要求的體積流量。
文檔編號G05D24/00GK1755565SQ20051009396
公開日2006年4月5日 申請日期2005年8月30日 優先權日2004年8月30日
發明者M·A·斯波爾, P·A·多佛瑞克, D·T·託馬斯, M·S·弗瑞伯格 申請人:卡特彼勒S·A·R·L公司