专利名称：用于控制液压系统的系统的制作方法
技术领域：
本发明整体涉及一种用于控制液压系统的系统，更特别地，涉及一种用于控制液压系统的方法和设备。
背景技术：
诸如挖掘机、装载机、推土机的机械以及其它类型的重型机械通常具有可选择地附接到机械上的多种液压控制的执行器(例如，铲斗、抓斗或锤)。控制作业工具的液压系统通常包括多个液压致动器(例如，活塞-气缸配置和/或液压马达)，所述液压致动器与联动系统协作以影响作业工具的运动和操作。液压致动器的运动通过诸如一个或多个控制杆、脚踏板、开关或操纵杆的多种操作员输入装置来控制。除了可选择地附接作业工具之外，联动系统也可以被替换。可附接到机械上的作业工具和联动系统以及将作业工具附接到机械上的联结装置的类型常常具有不同的形状、 尺寸、重量和/或其它特性。这样，作业工具和联动系统的不同组合(即，不同的执行结构) 会影响机械的动作控制并且对操作员的输入的反应不同。例如，相对于相对轻的作业工具和/或相对短的联动系统，相对重的作业工具和/或相对长的联动系统可以造成由执行结构产生的绕机械的相对大的力矩。授权给Krone等人的美国专利No. 5784945 (，945专利)中描述了一种改进作业工具的动作控制的方法。’945专利描述了一种用于确定流体系统中的阀变换曲线的设备。流体系统包括流体致动器，该流体致动器具有被设置用以起动载荷的运动的阀。’ 945专利的系统基于感测的流体致动器的载荷或位置确定流体致动器的希望速度并且形成阀变换曲线以达到希望速度。虽然’ 945专利的系统可以针对与流体致动器相关联的不同载荷改进致动器的动作控制，但’ 945专利的系统在经由同一机械控制不同执行结构时不能提供灵活性。例如， 与可附接到同一机械上的另一种执行结构相比，一种执行结构在给定的输入装置位置/载荷/指令速度关系下可能不希望地工作。另外，’945专利的系统不允许基于不同的作业工具和联动结构对流体致动器的速度关系进行修改或选择。本发明的方法和设备旨在克服上述缺点中的一个或多个或者现有技术中的其它缺点。
发明内容
在一方面，本发明涉及一种操作液压系统的方法。该方法包括将执行结构保持在一定向。该方法还包括在执行结构处于所述定向时，感测与执行结构相联的液压致动器的室中的压力并且将指示感测的第一压力的第一信号与第一压力值进行比较。该方法还包括如果第一信号大于第一压力值，则从存储的多个函数关系中选择第一函数关系，并且如果第一信号小于第一压力值，则从存储的多个函数关系中选择第二函数关系。该方法包括基于所选择的函数关系控制液压致动器。
在另一方面，本发明涉及一种操作液压系统的方法。该方法包括使执行结构运动通过一动作。该方法还包括在执行结构运动通过所述动作时，感测与执行结构相联的液压致动器的室中的压力并且将指示感测的第一压力的第一信号与第一压力值进行比较。该方法还包括如果第一信号大于第一压力值，则从存储的多个函数关系中选择第一函数关系， 并且如果第一信号小于第一压力值，则从存储的多个函数关系中选择第二函数关系。该方法包括基于所选择的函数关系控制液压致动器。在又一方面，本发明涉及一种具有液压系统的机械，包括具有作业工具和联动系统的执行结构。液压系统还包括液压致动器，其影响执行结构的部件的运动。液压致动器包括第一室和第二室。液压系统还包括传感器，在执行结构被以第一方式控制的同时，传感器感测第一或第二室中的压力。控制器将指示所感测的压力的第一信号与第一压力值进行比较。如果第一信号大于第一压力值，则控制器从存储的多个函数关系中选择第一函数关系，并且如果第一信号小于第一压力值，则控制器从存储的多个函数关系中选择第二函数关系。控制器基于所选择的函数关系以第二方式控制液压致动器。
图1是一种示例性公开的机械的示意图；图2是用于图1的机械的一种示例性公开的液压系统的示意图；和图3是操作图2的液压系统的一种示例性方法的流程图。
具体实施例方式图1示出了一种示例性的机械10。机械10可以是固定或活动式机械，其执行与诸如采矿、建筑、农业、运输的产业或现有技术中已知的任何其它产业相关的一些类型的操作。例如，机械10可以是诸如挖掘机、推土机、装载机等运土机械或任何其它已知的机械。 机械10可以包括联动系统12、可通过联结装置(未示出)附接到联动系统12的作业工具
14、与联动系统12互连的一个或多个液压致动器30a-c、和操作员界面16。联动系统12可以包括支撑机械10和/或作业工具14的运动的任何结构单元。联动系统12例如可以包括机架11、悬臂13和杆15。悬臂13可枢转地连接到机架11，并且杆 15在接合部17处可枢转地连接到悬臂13。作业工具14在接合部19处可枢转地连接到杆
15。可以设想，联动系统12可以替代地包括与图1中描绘的不同的结构和/或不同数量的联动构件。作业工具14可经由联结装置(未示出)附接到杆15并且可经由操作员界面16 进行控制。作业工具14可以包括用于执行特定任务的任何装置，诸如铲斗、抓斗、叉配置或现有技术中已知的任何其它任务执行装置。作业工具14能够枢转、旋转、滑动、摆动、举升、 或以现有技术中已知的任何方式相对于机械10运动。可以设想，多种不同类型的作业工具可以附接到杆15。联动系统12和作业工具14的组合可以实施为执行结构。可以设想，各种执行结构可以被大致归类，例如轻型、中型、重型，或者执行结构的部件可以被大致归类， 例如轻型/中型/重型作业工具、轻型/中型/重型杆、轻型/中型/重型悬臂。操作员界面16能够接收来自操作员的指示作业工具的希望运动的输入。特别地， 操作员界面16可以包括操作员界面装置22，诸如位于操作员站一侧的多轴操纵杆。操作员界面装置22可以是比例式控制器，其能够产生指示作业工具14的希望运动的界面装置位
置信号。液压致动器30a-c可以连接到机架11、悬臂13、杆15和/或作业工具14。例如， 如图1所示，液压致动器30a可以连接到作业工具14和杆15，液压致动器30b可以连接到杆15和悬臂13，并且液压致动器30c可以连接到机架11和悬臂13。液压致动器30a_c可以延伸和缩回，以使所连接的机械10的部件运动。可以设想，液压致动器30a-c可以以不同配置连接，并且机械10可以包括任何数量的液压致动器。如图2所示，机械10可以包括具有多个部件的液压系统M，所述多个部件相互协作以使联动系统12和作业工具14运动。特别地，液压系统M可以包括保持流体供应的箱 26和将加压流体引导至液压致动器30b的泵28。虽然图1描绘了由30a、30b和30c表示的三个致动器，但为了简化，图2的液压示意图仅描绘了液压致动器30b。对液压系统24、 特别是液压致动器30b的描述可等同地应用于液压致动器30a、30c。可以设想，液压致动器 30a和30c可以包括在液压系统M或类似于液压系统M的液压系统中。液压致动器30b可以包括管52和布置在管52中的活塞组件M。管52和活塞组件M中的一个可枢转地连接在悬臂13和杆15之间。液压致动器30b可以包括第一室56 和第二室58，该第一室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可以被选择性地供以来自泵观的加压流体，并且选择性地排出流体，以使得活塞组件 54在管52内位移，从而改变液压致动器30b的有效长度。液压致动器30b的展开和缩回可以用于辅助悬臂13、杆15和作业工具14的运动。液压系统M可以包括头端和杆端压力传感器40、42，头端和杆端压力传感器40、42可以分别与第一室56和第二室58流体连通，并且能够产生指示第一室56和第二室58中的流体压力的信号。头端和杆端压力传感器40、 42可以包括现有技术中已知的任何类型的压力传感器。可以设想，除了流体缸之外的液压致动器可以替代地实施在液压系统M中，例如液压马达和/或现有技术中已知的任何其它类型的液压致动器。液压系统M可以包括具有一个或多个阀的阀配置，包括头端供给阀32、头端排放阀拟、杆端供给阀36和杆端排放阀38。头端供给阀32可以布置在泵28和第一室56之间，杆端供给阀36可以布置在泵28和第二室58之间。头端排放阀34可以布置在第一室 56和箱沈之间，杆端排放阀38可以布置在第二室58和箱沈之间。头端供给阀32和杆端供给阀36可以并行地连接至从泵观延伸的共用供给通道68。头端排放阀34和杆端排放阀38可以并行地连接至通向箱沈的共用排放通道70。头端和杆端供给和排放阀32、34、 36和38能够响应于来自控制器48的指令速度调节流向和流自第一室56和第二室58的流体流。头端和杆端供给和排放阀32、36、34和38能够运动到完全打开和关闭位置之间的任意位置，以改变流向和/或流自第一室56和第二室58的流速，从而影响液压致动器30b、进而悬臂13、杆15和/或作业工具14的运动。可以设想，液压系统M可以包括任何配置和 /或数量的阀，以影响液压致动器30b的运动。还可以设想，如果液压致动器30a和30c被包括在液压系统M中，则液压系统M可以另外包括任何配置和/或数量的阀以影响液压致动器30a和30c的运动。液压系统M可以包括与液压系统M的流体部件和操作员界面装置22通信的控制器48。控制器48可以实施为控制液压系统M的单个微处理器或多个微处理器。控制器48可以分别经由通信线80、82、84、86与头端和杆端供给和排放阀32、34、36、38通信、经由通信线88与操作员界面装置22通信，并且分别经由通信线90和92与头端和杆端压力传感器40、42通信。控制器48可以容易地实施成能够控制多种机械功能的通用机械微处理器。控制器48可以包括存储器、辅助存储装置、处理器和能够执行应用程序的任何其它部件。多种其它电路可以与控制器48相联，诸如电源电路、信号处理电路、螺线管驱动器电路和其它类型的电路。一个或多个函数关系71可以存储在控制器48的存储器中。函数关系71可以使操作员输入和对应于液压致动器30b以及液压致动器30a和30c的第一和/或第二室的适用于一类执行结构的操作参数以函数形式相关。函数关系71可以是映射、表格、曲线图、方程式的形式和/或现有技术中已知的任何其它函数关系。如以下详细讨论的，液压致动器 30a-c的第一室和/或第二室中的压力可以指示附接到机械10上的执行结构的类别。替代地，液压致动器30a-c之一的第一和/或第二室中的压力可以指示附接到机械10上的执行结构的单独部件的类别。函数关系71可以提供指示机械10的不同操作参数的数据。特别地，函数关系71 可以提供针对附接到机械10上的执行结构的通用类别或针对附接到机械10上的执行结构的单独部件的类别的操作参数。由函数关系71提供的操作参数可以是建立关于液压致动器30a-c的以下各项中的一个或多个的阀位置设置用于第一和/或第二室的压力设置 (例如背压设置)、动作范围(例如致动限度)、回复指令、力速率限度、力调节曲线、速度调节曲线和/或最大速度设置(例如，快、正常、慢)。例如，用于相对重的执行结构的参数可以包括具有减小的最大速度的速度调节曲线，以改进相对重的作业工具的可控性。另外，相对重的执行结构可以在作业工具14的一定动作范围内和/或在作业工具14的最大速度以下更加可预测地操作。此外，相对重的执行结构可以包括阀位置设置，以获得增加的背压， 这可以减少由重的执行结构弓I起的超载情况。可以设想，操作参数可以在机械10的实验室和/或现场测试和/或数学建模过程中确定，并且可以周期性地重新校准和更新。也可以设想，操作员可以试验执行结构的不同操作参数和类别，以确定哪些操作参数适合执行结构的类别。在操作过程中，液压致动器30a_c(图1)可以响应于操作员输入通过流体压力而运动。图3示出了描绘对能够影响一个或多个液压致动器(例如液压致动器30a_c)的运动的液压系统(例如液压系统24)进行校准的一种示例性方法93的流程图。在步骤94中，执行结构的部件可以组装和附接到机械10上。在步骤96中，可以对执行结构进行定向。在步骤98中，可以感测液压致动器30a-c的相应的一个或两个室中的流体压力。在步骤100 中，控制器48可以从函数关系71选择对应于所感测的压力的函数关系。在步骤102中，控制液压致动器30a-c的液压系统可以基于所选择的一个或多个函数关系来控制。当用新的作业工具和/或联动系统替换时，步骤94、96、98、100和102可以重复。步骤94、96、98、100 和102将在下面更加详细地讨论。在步骤94中，执行结构的部件可以组装和附接到机械10上。例如，部件可以配置为如图1中所示，其中，悬臂13附接到机架11，杆15附接到悬臂13，并且作业工具14附接到杆15。在步骤96中，执行结构可以设置在一定向，例如针对不同执行结构校准控制系统使用的定向。定向的例子包括使联动系统12和作业工具14竖直地或水平地延伸。操作员可以利用操作员界面16来使联动系统12和作业工具14运动，直到联动系统12和作业工具14竖直地或水平地延伸。当不同的执行结构保持在同一定向(例如竖直地延伸)时，液压致动器30a-c的第一和第二室中的流体压力可以根据附接到机械10上的执行结构而改变。例如，在比较被保持在同一定向的不同尺寸的两个杆时，相对重的杆可以向液压致动器 30a_c施加较大的力。该较大的力可以对应于液压致动器30a_c的相应的一个或两个室中用以影响其运动的相对大的流体压力。相应地，当杆15保持在一定向时，所感测的液压致动器30a-c中的压力可以指示附接到机械10上的杆15的类别类型，例如重型、中型、轻型。 可以设想，执行结构可以被总的归类，例如轻型、中型、重型，或者执行结构的部件可以被单独归类，例如轻型、中型、重型作业工具；轻型、中型、重型杆；轻型、中型、重型悬臂。步骤96可以附加地或替代地包括使执行结构以恒速经过一动作运动。当不同的执行结构经过同一动作运动时，液压致动器30a_c的相应的第一或两个室中的流体压力可以根据附接到机械10上的执行结构而改变。例如，在比较以同一动作举升不同尺寸的两个杆时，相对重的杆可以向液压致动器30a_c施加较大的力。相应地，当杆15运动通过一动作时，所感测的液压致动器30a-c的第一室中的压力可以指示附接到机械10上的杆15的类别类型，例如重型、中型、轻型。在步骤98中，可以感测液压致动器30a_c的相应的一个或两个室中的流体压力。 流体压力可以由与液压致动器30a_c相关联的头端和杆端压力传感器中的一个或两个来感测。如上所讨论的，当执行结构保持在一定向或经过一动作运动时，所感测的液压致动器 30a-c的第一和/或第二室中的流体压力可以指示附接到机械10上的执行结构的类别。在步骤100中，控制器48可以从存储在控制器48的存储器中的函数关系71选择对应于所感测的压力的函数关系。函数关系71可以包括多个函数关系，每个函数关系对应于执行结构的总类别以及针对该类别的特定压力值或压力范围。控制器48可以选择函数关系71中的一个或多个，每个所选择的函数关系对应于特定类别和压力值或压力范围。控制器48可以通过将指示所感测的液压致动器30a-c的第一和/或第二室的压力的信号与压力值进行比较来选择函数关系。例如，如果信号大于压力值，则控制器48可以选择第一函数关系71，或者如果信号小于压力值，则控制器48可以选择第二函数关系71。在另一例子中，控制器48可以将指示所感测的压力的信号与和第一函数关系71相关的第一压力范围及和第二函数关系71相关的第二压力范围进行比较。如果信号在第一压力范围内，则控制器48可以选择第一函数关系，并且如果信号在第二压力范围内，则控制器48可以选择第二函数关系。可以设想，控制器48可以通过现有技术中已知的任何方法基于所感测的压力来确定与液压致动器30a-c相关的力。步骤100可以包括通过将指示所计算的力的信号与力值进行比较来选择对应于所确定的力的函数关系71。在另一种实施方式中，函数关系71可以包括多个函数关系，每个函数关系对应于执行结构的部件的特定类别和针对该类别部件的特定压力值或压力范围。控制器48可以选择函数关系71中的一个或多个，每个所选择的函数关系对应于执行结构的部件的特定类别和针对该类别的压力值或压力范围。函数关系71可以以上述关于选择用于执行结构的函数关系的方式来选择。这样，步骤100能够选择对应于附接到机械10上的特定执行结构(例如悬臂、杆和/或作业工具的特定配置)的一个或多个函数关系。可以设想，所选择的一个或多个函数关系可以对应于附接到机械10上的执行结构的类别，例如重型、中型、轻型，或特定部件的类别。可以设想，替代选择函数关系，步骤100可以包括修改函数关系以考虑所感测的压力。即，如果指示所感测的压力的信号大于或小于特定值，则由一个或多个函数关系71 提供的操作参数可以包括作为信号的函数被修改的基本组操作参数。例如，基本组操作参数可以针对执行结构的多种类别单独加权。在步骤102中，控制液压致动器30a-c的液压系统基于所选择的一个或多个函数关系71进行控制。换句话说，液压系统的操作参数可以被调节成与所选择的函数关系71 一致。控制器48可以接收来自操作员界面装置22的指示作业工具的希望运动的输入。控制器48可以经由一个或多个所选择或被修改的函数关系71确定一个或多个阀指令，以影响液压致动器30a_c的希望的运动。因此，液压致动器30a_c的运动可以基本上匹配操作员期望或希望的速度，而与附接到机械10上的执行结构的类型无关。工业实用性本发明的液压控制系统可以应用于包括液压致动器的任何机械，并且可以在改变的执行结构下提供改进的操纵性。以下将参照特定例子说明液压系统M的操作、特别是机械10的校准。需要注意，以下说明仅仅出于清楚的目的。在一个例子中，图1中示出的执行结构可以由新的执行结构替换。悬臂13可以由相对长的悬臂替换，图1中示出为铲斗的作业工具14可以由抓斗替换。在该例子中，可以将悬臂13、杆15和作业工具14从机械10移除，并且可以将新的悬臂、杆15和抓斗组装和附接到机械10上(步骤94)。由于为操作图1中示出的执行结构之前已经对机械10进行了校准，所以为操作新的执行结构不用再校准机械10。相应地，在新的执行结构附接到机械 10上之后，操作员可以利用操作员界面16来使抓斗运动到其竖直延伸的定向，由此将执行结构设置在一定向(步骤96)。在抓斗竖直延伸的同时，与每个液压致动器30a-c相联的头端和杆端压力传感器中的一个或两个可以感测每个液压致动器30a-c的室中的压力(步骤 98)。控制器48可以接收指示所感测的液压致动器30a-c的室的压力的信号。控制器48可以比较该信号和与函数关系71相关的压力值或压力范围(步骤 100)。假定抓斗、杆15和新的悬臂建立中型作业工具、轻型杆、重型悬臂的结构，控制器48 可以选择对应于与中型作业工具、轻型杆和重型悬臂相关的压力值或压力范围的单一函数关系71。可以设想，控制器48可以替代地选择多个函数关系71，每个所选择的函数关系71 对应于与中型作业工具、轻型杆和重型悬臂相关的压力值或压力范围中的至少一个。所选择的函数关系可以针对执行结构的每个部件提供诸如最大速度的操作参数。 控制器48可以查阅所选择的函数关系，并且将与抓斗、杆15和相对长的悬臂相关的操作参数调节为与所选择的一个或多个函数关系71—致(步骤102)。在随后的操作过程中，例如可以防止抓斗、杆15和相对长的悬臂超过与由所选择的一个或多个函数关系71提供的每个函数关系相关的最大速度。通过基于所感测的与液压致动器30a-c相关联的第一和第二室中的压力来校准机械10，可以使用具有可预测操纵性的不同类别的执行结构。由于可以在不知晓作业工具 14和联动系统12的身份或特性的情况下针对不同类别的执行结构设置操作参数，因此可以将不同类别的执行结构、包括未识别的作业工具和联动系统附接到机械10上并且以可预测的速度和控制进行操作。
本领域技术人员将很清楚，可以对本发明的液压系统进行多种修改和变型。考虑本发明的液压系统的说明书和实践，本发明领域技术人员将很清楚其他的实施方式。说明书和例子仅意于作为示例性的，本发明的真正范围由权利要求书及其等同范围表示。
权利要求
1.一种操作液压系统04)的方法，包括 将执行结构保持在一定向；在所述执行结构处于所述定向时，感测与所述执行结构相联的至少一个液压致动器的至少一个室(56，58)中的第一压力；将指示感测的所述第一压力的第一信号与第一压力值进行比较； 如果所述第一信号大于所述第一压力值，则从存储的多个函数关系中选择第一函数关系(71)；如果所述第一信号小于所述第一压力值，则从存储的所述多个函数关系中选择第二函数关系；并且基于所选择的函数关系控制所述液压致动器。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述第一信号与第一压力值进行比较包括将所述第一信号与和所述第一函数关系相关的第一压力值范围及和所述第二函数关系相关的第二压力值范围进行比较。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括如果所述第一信号在所述第一压力值范围内， 则选择所述第一函数关系，并且如果所述第一信号在所述第二压力值范围内，则选择所述第二函数关系。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，存储的所述多个函数关系中的每一个与不同类别的执行结构相关。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述执行结构包括多个部件，并且存储的所述多个函数关系中的每一个与不同类别的部件相关。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，存储的所述多个函数关系中的每一个使操作员输入与对应于所述液压致动器的操作参数以函数形式相关。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述操作参数针对所述液压致动器的所述室建立压力设置。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述操作参数针对所述执行结构的部件建立最大速度。
9.根据权利要求1所述的方法，还包括感测与所述执行结构相联的第二液压致动器的至少一个室中的第二压力；并且将指示所述第二压力的第二信号与第二压力值进行比较。
10.一种具有液压系统04)的机械，包括 执行结构，其包括作业工具04)和联动系统(12)；液压致动器(30a-c)，其影响所述执行结构的部件的运动，所述液压致动器包括第一室 (56)和第二室(58)；传感器G0，42)，在所述执行结构被以第一方式控制的同时，所述传感器感测至少一个室中的压力；以及控制器(48)，其能够执行权利要求1至9中任意一项所述的方法。
全文摘要
公开了一种操作液压系统(24)的方法。该方法包括将执行结构保持在一定向。该方法还包括在执行结构处于所述定向时，感测与执行结构相联的液压致动器(30a-c)的室(56，58)中的压力并且将指示感测的第一压力的第一信号与第一压力值进行比较。该方法还包括如果第一信号大于第一压力值，则从存储的多个函数关系中选择第一函数关系(71)，并且如果第一信号小于第一压力值，则从存储的多个函数关系中选择第二函数关系。该方法包括基于所选择的函数关系控制液压致动器。
文档编号F15B11/16GK102245840SQ200980149966
公开日2011年11月16日 申请日期2009年12月10日 优先权日2008年12月11日
发明者M·T·维库伊伦, R·N·彼得森 申请人:卡特彼勒公司