用於控制液壓系統的系統的製作方法

2023-09-13 15:59:00

專利名稱：用於控制液壓系統的系統的製作方法
技術領域：
本發明整體涉及一種用於控制液壓系統的系統，更特別地，涉及一種用於控制液壓系統的方法和設備。
背景技術：
諸如挖掘機、裝載機、推土機的機械以及其它類型的重型機械通常具有可選擇地附接到機械上的多種液壓控制的執行器(例如，鏟鬥、抓斗或錘)。控制作業工具的液壓系統通常包括多個液壓致動器(例如，活塞-氣缸配置和/或液壓馬達)，所述液壓致動器與聯動系統協作以影響作業工具的運動和操作。液壓致動器的運動通過諸如一個或多個控制杆、腳踏板、開關或操縱杆的多種操作員輸入裝置來控制。除了可選擇地附接作業工具之外，聯動系統也可以被替換。可附接到機械上的作業工具和聯動系統以及將作業工具附接到機械上的聯結裝置的類型常常具有不同的形狀、 尺寸、重量和/或其它特性。這樣，作業工具和聯動系統的不同組合(即，不同的執行結構) 會影響機械的動作控制並且對操作員的輸入的反應不同。例如，相對於相對輕的作業工具和/或相對短的聯動系統，相對重的作業工具和/或相對長的聯動系統可以造成由執行結構產生的繞機械的相對大的力矩。授權給Krone等人的美國專利No. 5784945 (，945專利)中描述了一種改進作業工具的動作控制的方法。』945專利描述了一種用於確定流體系統中的閥變換曲線的設備。流體系統包括流體致動器，該流體致動器具有被設置用以起動載荷的運動的閥。』 945專利的系統基於感測的流體致動器的載荷或位置確定流體致動器的希望速度並且形成閥變換曲線以達到希望速度。雖然』 945專利的系統可以針對與流體致動器相關聯的不同載荷改進致動器的動作控制，但』 945專利的系統在經由同一機械控制不同執行結構時不能提供靈活性。例如， 與可附接到同一機械上的另一種執行結構相比，一種執行結構在給定的輸入裝置位置/載荷/指令速度關係下可能不希望地工作。另外，』945專利的系統不允許基於不同的作業工具和聯動結構對流體致動器的速度關係進行修改或選擇。本發明的方法和設備旨在克服上述缺點中的一個或多個或者現有技術中的其它缺點。

發明內容
在一方面，本發明涉及一種操作液壓系統的方法。該方法包括將執行結構保持在一定向。該方法還包括在執行結構處於所述定向時，感測與執行結構相聯的液壓致動器的室中的壓力並且將指示感測的第一壓力的第一信號與第一壓力值進行比較。該方法還包括如果第一信號大於第一壓力值，則從存儲的多個函數關係中選擇第一函數關係，並且如果第一信號小於第一壓力值，則從存儲的多個函數關係中選擇第二函數關係。該方法包括基於所選擇的函數關係控制液壓致動器。
在另一方面，本發明涉及一種操作液壓系統的方法。該方法包括使執行結構運動通過一動作。該方法還包括在執行結構運動通過所述動作時，感測與執行結構相聯的液壓致動器的室中的壓力並且將指示感測的第一壓力的第一信號與第一壓力值進行比較。該方法還包括如果第一信號大於第一壓力值，則從存儲的多個函數關係中選擇第一函數關係， 並且如果第一信號小於第一壓力值，則從存儲的多個函數關係中選擇第二函數關係。該方法包括基於所選擇的函數關係控制液壓致動器。在又一方面，本發明涉及一種具有液壓系統的機械，包括具有作業工具和聯動系統的執行結構。液壓系統還包括液壓致動器，其影響執行結構的部件的運動。液壓致動器包括第一室和第二室。液壓系統還包括傳感器，在執行結構被以第一方式控制的同時，傳感器感測第一或第二室中的壓力。控制器將指示所感測的壓力的第一信號與第一壓力值進行比較。如果第一信號大於第一壓力值，則控制器從存儲的多個函數關係中選擇第一函數關係，並且如果第一信號小於第一壓力值，則控制器從存儲的多個函數關係中選擇第二函數關係。控制器基於所選擇的函數關係以第二方式控制液壓致動器。


圖1是一種示例性公開的機械的示意圖；圖2是用於圖1的機械的一種示例性公開的液壓系統的示意圖；和圖3是操作圖2的液壓系統的一種示例性方法的流程圖。
具體實施例方式圖1示出了一種示例性的機械10。機械10可以是固定或活動式機械，其執行與諸如採礦、建築、農業、運輸的產業或現有技術中已知的任何其它產業相關的一些類型的操作。例如，機械10可以是諸如挖掘機、推土機、裝載機等運土機械或任何其它已知的機械。 機械10可以包括聯動系統12、可通過聯結裝置(未示出)附接到聯動系統12的作業工具
14、與聯動系統12互連的一個或多個液壓致動器30a-c、和操作員界面16。聯動系統12可以包括支撐機械10和/或作業工具14的運動的任何結構單元。聯動系統12例如可以包括機架11、懸臂13和杆15。懸臂13可樞轉地連接到機架11，並且杆 15在接合部17處可樞轉地連接到懸臂13。作業工具14在接合部19處可樞轉地連接到杆
15。可以設想，聯動系統12可以替代地包括與圖1中描繪的不同的結構和/或不同數量的聯動構件。作業工具14可經由聯結裝置(未示出)附接到杆15並且可經由操作員界面16 進行控制。作業工具14可以包括用於執行特定任務的任何裝置，諸如鏟鬥、抓斗、叉配置或現有技術中已知的任何其它任務執行裝置。作業工具14能夠樞轉、旋轉、滑動、擺動、舉升、 或以現有技術中已知的任何方式相對於機械10運動。可以設想，多種不同類型的作業工具可以附接到杆15。聯動系統12和作業工具14的組合可以實施為執行結構。可以設想，各種執行結構可以被大致歸類，例如輕型、中型、重型，或者執行結構的部件可以被大致歸類， 例如輕型/中型/重型作業工具、輕型/中型/重型杆、輕型/中型/重型懸臂。操作員界面16能夠接收來自操作員的指示作業工具的希望運動的輸入。特別地， 操作員界面16可以包括操作員界面裝置22，諸如位於操作員站一側的多軸操縱杆。操作員界面裝置22可以是比例式控制器，其能夠產生指示作業工具14的希望運動的界面裝置位
置信號。液壓致動器30a-c可以連接到機架11、懸臂13、杆15和/或作業工具14。例如， 如圖1所示，液壓致動器30a可以連接到作業工具14和杆15，液壓致動器30b可以連接到杆15和懸臂13，並且液壓致動器30c可以連接到機架11和懸臂13。液壓致動器30a_c可以延伸和縮回，以使所連接的機械10的部件運動。可以設想，液壓致動器30a-c可以以不同配置連接，並且機械10可以包括任何數量的液壓致動器。如圖2所示，機械10可以包括具有多個部件的液壓系統M，所述多個部件相互協作以使聯動系統12和作業工具14運動。特別地，液壓系統M可以包括保持流體供應的箱 26和將加壓流體引導至液壓致動器30b的泵28。雖然圖1描繪了由30a、30b和30c表示的三個致動器，但為了簡化，圖2的液壓示意圖僅描繪了液壓致動器30b。對液壓系統24、 特別是液壓致動器30b的描述可等同地應用於液壓致動器30a、30c。可以設想，液壓致動器 30a和30c可以包括在液壓系統M或類似於液壓系統M的液壓系統中。液壓致動器30b可以包括管52和布置在管52中的活塞組件M。管52和活塞組件M中的一個可樞轉地連接在懸臂13和杆15之間。液壓致動器30b可以包括第一室56 和第二室58，該第一室56和第二室58由具有活塞杆62的活塞60分隔。第一室56和第二室58可以被選擇性地供以來自泵觀的加壓流體，並且選擇性地排出流體，以使得活塞組件 54在管52內位移，從而改變液壓致動器30b的有效長度。液壓致動器30b的展開和縮回可以用於輔助懸臂13、杆15和作業工具14的運動。液壓系統M可以包括頭端和杆端壓力傳感器40、42，頭端和杆端壓力傳感器40、42可以分別與第一室56和第二室58流體連通，並且能夠產生指示第一室56和第二室58中的流體壓力的信號。頭端和杆端壓力傳感器40、 42可以包括現有技術中已知的任何類型的壓力傳感器。可以設想，除了流體缸之外的液壓致動器可以替代地實施在液壓系統M中，例如液壓馬達和/或現有技術中已知的任何其它類型的液壓致動器。液壓系統M可以包括具有一個或多個閥的閥配置，包括頭端供給閥32、頭端排放閥擬、杆端供給閥36和杆端排放閥38。頭端供給閥32可以布置在泵28和第一室56之間，杆端供給閥36可以布置在泵28和第二室58之間。頭端排放閥34可以布置在第一室 56和箱沈之間，杆端排放閥38可以布置在第二室58和箱沈之間。頭端供給閥32和杆端供給閥36可以並行地連接至從泵觀延伸的共用供給通道68。頭端排放閥34和杆端排放閥38可以並行地連接至通向箱沈的共用排放通道70。頭端和杆端供給和排放閥32、34、 36和38能夠響應於來自控制器48的指令速度調節流向和流自第一室56和第二室58的流體流。頭端和杆端供給和排放閥32、36、34和38能夠運動到完全打開和關閉位置之間的任意位置，以改變流向和/或流自第一室56和第二室58的流速，從而影響液壓致動器30b、進而懸臂13、杆15和/或作業工具14的運動。可以設想，液壓系統M可以包括任何配置和 /或數量的閥，以影響液壓致動器30b的運動。還可以設想，如果液壓致動器30a和30c被包括在液壓系統M中，則液壓系統M可以另外包括任何配置和/或數量的閥以影響液壓致動器30a和30c的運動。液壓系統M可以包括與液壓系統M的流體部件和操作員界面裝置22通信的控制器48。控制器48可以實施為控制液壓系統M的單個微處理器或多個微處理器。控制器48可以分別經由通信線80、82、84、86與頭端和杆端供給和排放閥32、34、36、38通信、經由通信線88與操作員界面裝置22通信，並且分別經由通信線90和92與頭端和杆端壓力傳感器40、42通信。控制器48可以容易地實施成能夠控制多種機械功能的通用機械微處理器。控制器48可以包括存儲器、輔助存儲裝置、處理器和能夠執行應用程式的任何其它部件。多種其它電路可以與控制器48相聯，諸如電源電路、信號處理電路、螺線管驅動器電路和其它類型的電路。一個或多個函數關係71可以存儲在控制器48的存儲器中。函數關係71可以使操作員輸入和對應於液壓致動器30b以及液壓致動器30a和30c的第一和/或第二室的適用於一類執行結構的操作參數以函數形式相關。函數關係71可以是映射、表格、曲線圖、方程式的形式和/或現有技術中已知的任何其它函數關係。如以下詳細討論的，液壓致動器 30a-c的第一室和/或第二室中的壓力可以指示附接到機械10上的執行結構的類別。替代地，液壓致動器30a-c之一的第一和/或第二室中的壓力可以指示附接到機械10上的執行結構的單獨部件的類別。函數關係71可以提供指示機械10的不同操作參數的數據。特別地，函數關係71 可以提供針對附接到機械10上的執行結構的通用類別或針對附接到機械10上的執行結構的單獨部件的類別的操作參數。由函數關係71提供的操作參數可以是建立關於液壓致動器30a-c的以下各項中的一個或多個的閥位置設置用於第一和/或第二室的壓力設置 (例如背壓設置)、動作範圍(例如致動限度)、回復指令、力速率限度、力調節曲線、速度調節曲線和/或最大速度設置(例如，快、正常、慢)。例如，用於相對重的執行結構的參數可以包括具有減小的最大速度的速度調節曲線，以改進相對重的作業工具的可控性。另外，相對重的執行結構可以在作業工具14的一定動作範圍內和/或在作業工具14的最大速度以下更加可預測地操作。此外，相對重的執行結構可以包括閥位置設置，以獲得增加的背壓， 這可以減少由重的執行結構弓I起的超載情況。可以設想，操作參數可以在機械10的實驗室和/或現場測試和/或數學建模過程中確定，並且可以周期性地重新校準和更新。也可以設想，操作員可以試驗執行結構的不同操作參數和類別，以確定哪些操作參數適合執行結構的類別。在操作過程中，液壓致動器30a_c(圖1)可以響應於操作員輸入通過流體壓力而運動。圖3示出了描繪對能夠影響一個或多個液壓致動器(例如液壓致動器30a_c)的運動的液壓系統(例如液壓系統24)進行校準的一種示例性方法93的流程圖。在步驟94中，執行結構的部件可以組裝和附接到機械10上。在步驟96中，可以對執行結構進行定向。在步驟98中，可以感測液壓致動器30a-c的相應的一個或兩個室中的流體壓力。在步驟100 中，控制器48可以從函數關係71選擇對應於所感測的壓力的函數關係。在步驟102中，控制液壓致動器30a-c的液壓系統可以基於所選擇的一個或多個函數關係來控制。當用新的作業工具和/或聯動系統替換時，步驟94、96、98、100和102可以重複。步驟94、96、98、100 和102將在下面更加詳細地討論。在步驟94中，執行結構的部件可以組裝和附接到機械10上。例如，部件可以配置為如圖1中所示，其中，懸臂13附接到機架11，杆15附接到懸臂13，並且作業工具14附接到杆15。在步驟96中，執行結構可以設置在一定向，例如針對不同執行結構校準控制系統使用的定向。定向的例子包括使聯動系統12和作業工具14豎直地或水平地延伸。操作員可以利用操作員界面16來使聯動系統12和作業工具14運動，直到聯動系統12和作業工具14豎直地或水平地延伸。當不同的執行結構保持在同一定向(例如豎直地延伸)時，液壓致動器30a-c的第一和第二室中的流體壓力可以根據附接到機械10上的執行結構而改變。例如，在比較被保持在同一定向的不同尺寸的兩個杆時，相對重的杆可以向液壓致動器 30a_c施加較大的力。該較大的力可以對應於液壓致動器30a_c的相應的一個或兩個室中用以影響其運動的相對大的流體壓力。相應地，當杆15保持在一定向時，所感測的液壓致動器30a-c中的壓力可以指示附接到機械10上的杆15的類別類型，例如重型、中型、輕型。 可以設想，執行結構可以被總的歸類，例如輕型、中型、重型，或者執行結構的部件可以被單獨歸類，例如輕型、中型、重型作業工具；輕型、中型、重型杆；輕型、中型、重型懸臂。步驟96可以附加地或替代地包括使執行結構以恆速經過一動作運動。當不同的執行結構經過同一動作運動時，液壓致動器30a_c的相應的第一或兩個室中的流體壓力可以根據附接到機械10上的執行結構而改變。例如，在比較以同一動作舉升不同尺寸的兩個杆時，相對重的杆可以向液壓致動器30a_c施加較大的力。相應地，當杆15運動通過一動作時，所感測的液壓致動器30a-c的第一室中的壓力可以指示附接到機械10上的杆15的類別類型，例如重型、中型、輕型。在步驟98中，可以感測液壓致動器30a_c的相應的一個或兩個室中的流體壓力。 流體壓力可以由與液壓致動器30a_c相關聯的頭端和杆端壓力傳感器中的一個或兩個來感測。如上所討論的，當執行結構保持在一定向或經過一動作運動時，所感測的液壓致動器 30a-c的第一和/或第二室中的流體壓力可以指示附接到機械10上的執行結構的類別。在步驟100中，控制器48可以從存儲在控制器48的存儲器中的函數關係71選擇對應於所感測的壓力的函數關係。函數關係71可以包括多個函數關係，每個函數關係對應於執行結構的總類別以及針對該類別的特定壓力值或壓力範圍。控制器48可以選擇函數關係71中的一個或多個，每個所選擇的函數關係對應於特定類別和壓力值或壓力範圍。控制器48可以通過將指示所感測的液壓致動器30a-c的第一和/或第二室的壓力的信號與壓力值進行比較來選擇函數關係。例如，如果信號大於壓力值，則控制器48可以選擇第一函數關係71，或者如果信號小於壓力值，則控制器48可以選擇第二函數關係71。在另一例子中，控制器48可以將指示所感測的壓力的信號與和第一函數關係71相關的第一壓力範圍及和第二函數關係71相關的第二壓力範圍進行比較。如果信號在第一壓力範圍內，則控制器48可以選擇第一函數關係，並且如果信號在第二壓力範圍內，則控制器48可以選擇第二函數關係。可以設想，控制器48可以通過現有技術中已知的任何方法基於所感測的壓力來確定與液壓致動器30a-c相關的力。步驟100可以包括通過將指示所計算的力的信號與力值進行比較來選擇對應於所確定的力的函數關係71。在另一種實施方式中，函數關係71可以包括多個函數關係，每個函數關係對應於執行結構的部件的特定類別和針對該類別部件的特定壓力值或壓力範圍。控制器48可以選擇函數關係71中的一個或多個，每個所選擇的函數關係對應於執行結構的部件的特定類別和針對該類別的壓力值或壓力範圍。函數關係71可以以上述關於選擇用於執行結構的函數關係的方式來選擇。這樣，步驟100能夠選擇對應於附接到機械10上的特定執行結構(例如懸臂、杆和/或作業工具的特定配置)的一個或多個函數關係。可以設想，所選擇的一個或多個函數關係可以對應於附接到機械10上的執行結構的類別，例如重型、中型、輕型，或特定部件的類別。可以設想，替代選擇函數關係，步驟100可以包括修改函數關係以考慮所感測的壓力。即，如果指示所感測的壓力的信號大於或小於特定值，則由一個或多個函數關係71 提供的操作參數可以包括作為信號的函數被修改的基本組操作參數。例如，基本組操作參數可以針對執行結構的多種類別單獨加權。在步驟102中，控制液壓致動器30a-c的液壓系統基於所選擇的一個或多個函數關係71進行控制。換句話說，液壓系統的操作參數可以被調節成與所選擇的函數關係71 一致。控制器48可以接收來自操作員界面裝置22的指示作業工具的希望運動的輸入。控制器48可以經由一個或多個所選擇或被修改的函數關係71確定一個或多個閥指令，以影響液壓致動器30a_c的希望的運動。因此，液壓致動器30a_c的運動可以基本上匹配操作員期望或希望的速度，而與附接到機械10上的執行結構的類型無關。工業實用性本發明的液壓控制系統可以應用於包括液壓致動器的任何機械，並且可以在改變的執行結構下提供改進的操縱性。以下將參照特定例子說明液壓系統M的操作、特別是機械10的校準。需要注意，以下說明僅僅出於清楚的目的。在一個例子中，圖1中示出的執行結構可以由新的執行結構替換。懸臂13可以由相對長的懸臂替換，圖1中示出為鏟鬥的作業工具14可以由抓斗替換。在該例子中，可以將懸臂13、杆15和作業工具14從機械10移除，並且可以將新的懸臂、杆15和抓斗組裝和附接到機械10上(步驟94)。由於為操作圖1中示出的執行結構之前已經對機械10進行了校準，所以為操作新的執行結構不用再校準機械10。相應地，在新的執行結構附接到機械 10上之後，操作員可以利用操作員界面16來使抓斗運動到其豎直延伸的定向，由此將執行結構設置在一定向(步驟96)。在抓斗豎直延伸的同時，與每個液壓致動器30a-c相聯的頭端和杆端壓力傳感器中的一個或兩個可以感測每個液壓致動器30a-c的室中的壓力(步驟 98)。控制器48可以接收指示所感測的液壓致動器30a-c的室的壓力的信號。控制器48可以比較該信號和與函數關係71相關的壓力值或壓力範圍(步驟 100)。假定抓斗、杆15和新的懸臂建立中型作業工具、輕型杆、重型懸臂的結構，控制器48 可以選擇對應於與中型作業工具、輕型杆和重型懸臂相關的壓力值或壓力範圍的單一函數關係71。可以設想，控制器48可以替代地選擇多個函數關係71，每個所選擇的函數關係71 對應於與中型作業工具、輕型杆和重型懸臂相關的壓力值或壓力範圍中的至少一個。所選擇的函數關係可以針對執行結構的每個部件提供諸如最大速度的操作參數。 控制器48可以查閱所選擇的函數關係，並且將與抓斗、杆15和相對長的懸臂相關的操作參數調節為與所選擇的一個或多個函數關係71—致(步驟102)。在隨後的操作過程中，例如可以防止抓斗、杆15和相對長的懸臂超過與由所選擇的一個或多個函數關係71提供的每個函數關係相關的最大速度。通過基於所感測的與液壓致動器30a-c相關聯的第一和第二室中的壓力來校準機械10，可以使用具有可預測操縱性的不同類別的執行結構。由於可以在不知曉作業工具 14和聯動系統12的身份或特性的情況下針對不同類別的執行結構設置操作參數，因此可以將不同類別的執行結構、包括未識別的作業工具和聯動系統附接到機械10上並且以可預測的速度和控制進行操作。
本領域技術人員將很清楚，可以對本發明的液壓系統進行多種修改和變型。考慮本發明的液壓系統的說明書和實踐，本發明領域技術人員將很清楚其他的實施方式。說明書和例子僅意於作為示例性的，本發明的真正範圍由權利要求書及其等同範圍表示。
權利要求
1.一種操作液壓系統04)的方法，包括 將執行結構保持在一定向；在所述執行結構處於所述定向時，感測與所述執行結構相聯的至少一個液壓致動器的至少一個室(56，58)中的第一壓力；將指示感測的所述第一壓力的第一信號與第一壓力值進行比較； 如果所述第一信號大於所述第一壓力值，則從存儲的多個函數關係中選擇第一函數關係(71)；如果所述第一信號小於所述第一壓力值，則從存儲的所述多個函數關係中選擇第二函數關係；並且基於所選擇的函數關係控制所述液壓致動器。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，將所述第一信號與第一壓力值進行比較包括將所述第一信號與和所述第一函數關係相關的第一壓力值範圍及和所述第二函數關係相關的第二壓力值範圍進行比較。
3.根據權利要求2所述的方法，還包括如果所述第一信號在所述第一壓力值範圍內， 則選擇所述第一函數關係，並且如果所述第一信號在所述第二壓力值範圍內，則選擇所述第二函數關係。
4.根據權利要求1所述的方法，其中，存儲的所述多個函數關係中的每一個與不同類別的執行結構相關。
5.根據權利要求1所述的方法，其中，所述執行結構包括多個部件，並且存儲的所述多個函數關係中的每一個與不同類別的部件相關。
6.根據權利要求1所述的方法，其中，存儲的所述多個函數關係中的每一個使操作員輸入與對應於所述液壓致動器的操作參數以函數形式相關。
7.根據權利要求6所述的方法，其中，所述操作參數針對所述液壓致動器的所述室建立壓力設置。
8.根據權利要求6所述的方法，其中，所述操作參數針對所述執行結構的部件建立最大速度。
9.根據權利要求1所述的方法，還包括感測與所述執行結構相聯的第二液壓致動器的至少一個室中的第二壓力；並且將指示所述第二壓力的第二信號與第二壓力值進行比較。
10.一種具有液壓系統04)的機械，包括 執行結構，其包括作業工具04)和聯動系統(12)；液壓致動器(30a-c)，其影響所述執行結構的部件的運動，所述液壓致動器包括第一室 (56)和第二室(58)；傳感器G0，42)，在所述執行結構被以第一方式控制的同時，所述傳感器感測至少一個室中的壓力；以及控制器(48)，其能夠執行權利要求1至9中任意一項所述的方法。
全文摘要
公開了一種操作液壓系統(24)的方法。該方法包括將執行結構保持在一定向。該方法還包括在執行結構處於所述定向時，感測與執行結構相聯的液壓致動器(30a-c)的室(56，58)中的壓力並且將指示感測的第一壓力的第一信號與第一壓力值進行比較。該方法還包括如果第一信號大於第一壓力值，則從存儲的多個函數關係中選擇第一函數關係(71)，並且如果第一信號小於第一壓力值，則從存儲的多個函數關係中選擇第二函數關係。該方法包括基於所選擇的函數關係控制液壓致動器。
文檔編號F15B11/16GK102245840SQ200980149966
公開日2011年11月16日 申請日期2009年12月10日 優先權日2008年12月11日
發明者M·T·維庫伊倫, R·N·彼得森 申請人:卡特彼勒公司