专利名称：用来控制液压流体流的系统和方法
技术领域：
本发明涉及一用来控制工作机器内的液压流体流的系统和方法。具体来说，本发明涉及一用来控制液压流体流以补偿流体粘度变化的系统和方法。
背景技术：
液压流体的特性可以部分地取决于其温度。例如，当流体是冷的时，它可具有高的粘度，而当流体相对变暖时，流体可具有低的粘度。诸如移送驾驶的装载机之类的工作机器通常使用液压流体来驱动致动器和/或液压马达以操作工作的工具和驱动装载机从一个地方到另一地方。例如，一移送驾驶装载机可通过一阀流动液压流体以便提升或下降一工作工具。当工作机器在停顿之后起动时，流体可能是冷的，则它可能需花费一个小时才能将温度提高和稳定到操作的温度。
液压流体依赖于温度的特性可影响工作机器的一致性和响应性。对于一给定的控制信号，流动控制阀打开到一预设的百分比，允许一定流量的流体体积通过阀。因为粘度影响流体的流动特性，所以，对于同样的给定控制信号，通过阀的流体的体积流量在流体高粘度时比在流体相对低粘度时减小。因此，由一操作者发出的指令可导致一工作工具在液压油冷时以一速度移动，而在液压油相对变暖时以第二不同速度移动。因此，由于液压流体内粘度的变化，这可导致效率降低，操作者必须调整到工作机器响应性的差异。
授予Murano等人的美国专利No.5,042,323揭示了一用于车辆的齿轮变化机构的液压控制方法。该控制方法包括以对一离合器系统保持一要求的流体压力的频率控制一阀。阀操作的频率随着温度的变化增量地变化，然而‘323专利中所揭示的系统不控制一比例流量来控制流体操作的机器部件。因此，‘323专利中揭示的系统不能根据流量控制来提供工作机器的一致性。
本文所揭示的方法和系统可在一温度变化的环境中对机器提供一更一致性的控制。
发明内容
在一个方面，本发明涉及流动一工作机器内的液压流体的方法。该方法包括产生从一输入机构发出的控制信号，以及产生指示液压流体粘度的特性信号。控制信号和特性信号被接受在一控制模块内。该方法还包括对控制信号确定一要求的体积流量，并确定达到对于控制信号要求的体积流量所需要的阀控制信号。阀控制信号基于特性信号。阀控制信号输出到一比例阀，以便对于指令信号提供通过阀的要求的体积流量。
在另一方面，本发明涉及流动一工作机器内的液压流体的系统。该系统包括一构造成产生一控制信号的输入机构，以及一构造成产生指示液压流体粘度的特性信号的特性传感器。该系统还包括一比例阀。一控制模块构造成接受控制信号和特性信号。控制模块储存对于控制信号的要求的体积流量，并构造成根据特性信号来确定达到对于控制信号要求的体积流量所需要的阀控制信号。控制模块构造成将阀控制信号输出到阀，以对于给定指令信号提供所要求的通过阀的体积流量。
附图的简要说明
图1是一示范的移送驾驶的装载机的示意图。
图2是一示出一工作机器的示范的控制系统的方框图。
图3是一示范的致动器阀的示意图。
图4是示出输入控制器运动和流体流量之间的示范关系的曲线图。
图5是示出输入控制器运动和阀孔尺寸之间的示范关系的曲线图。
具体实施例方式
现将详细地参照附图中所示的示范实施例。只要可能的话，相同的标号将在所有的附图中用来表示相同或类似的零件。
图1示出一工作机器100的一示范的方面，该机器显示为一移送驾驶装载机。工作机器100包括一本体102、一操作者工作室104、一工具组件106，以及对应的前和后驱动轮108、110。
本体102可以是一框架结构，其连接到并支承操作者工作室104和工具组件106。它可包括一上支柱112，上支柱连接到工具组件106并可设置在操作者工作室104后面。操作者工作室104可以是一敞开的或封闭的工作室，其可包括一椅子和控制器以便操作工作机器100的各种零件。
工具组件106可包括一左臂组件114和一工作工具116。左臂组件114可包括一提升臂118和一个或多个致动器120。提升臂118和致动器120可连接到支柱112，并可构造成提升、下降和其它方式移动工作工具116。致动器120可以是流体驱动，并可使加压流体通过一阀(未示出)来进行操作。尽管仅示出一个致动器，但应该理解到致动器120可以代表位于工作机器100上的任何的液压致动器，而不管其位置或用途如何。工作工具116显示为一可枢转地安装在提升臂118前端上的铲斗。然而，可以期望使用其它的工作工具。
前和后驱动轮108、110安装在本体102上，并由一液压马达(图1中未示出)提供动力，液压马达也可安装在本体102上，位于操作者工作室104后面的后马达外壳122内。驱动轮108、110可以传统的移送驾驶的方式进行驱动，在一示范的实施例中，可用左和右循环皮带或轨组件(未示出)替代。
图2示出一位于工作机器100上的示范的控制系统130。如图2所示，控制系统130包括一输入控制器132、一特性传感器134，以及一控制模块136。它还包括一致动器阀138和一马达阀142，它们可用来驱动流体从动部件。例如，工作机器100的致动器120和一液压马达144。输入控制器132可以位于工作机器100的操作者工作室104内，并可构造成由操作者进行操作以产生一控制信号来操作工具组件106和/或驱动工作机器100。输入控制器132可以是一控制杆、一操纵杆、一驾驶盘、键盘、按钮，或其它的输入装置。
特性传感器134可以是一构造成监视用来操作工作机器100的液压流体特性的传感器。在一示范的实施例中，特性传感器134是一构造成读取或检测液压流体温度的温度传感器。在另一示范的实施例中，特性传感器134是一构造成监视通过工作机器100上的一管线或一阀的液压流体的流动的流量传感器。测量液压流体的温度和/或流量能使控制系统130确定流体的粘度。在所示的示范实施例中，特性传感器134是设置在工作机器100上的液压箱145内的温度传感器。可以从液压箱145抽取流体以操作工具组件106和/或液压马达144，从而驱动工作机器100。应该指出的是，特性传感器134可以放置在工作机器100上的其它部位处。
控制模块136可包括本技术领域内公知的一处理器146和存储器装置148。处理器146可以是一微处理器或其它的处理器，并可构造成执行计算机可读程序或计算机编程，以便执行本技术领域内公知的诸功能。存储器装置148可以与处理器146连通，并可提供储存计算机程序和可执行程序，其中包括算法和对应于工作机器100的已知规格的数据。
控制模块136与输入控制器132和特性传感器134电气地连通，并构造成接受从输入控制器132发出的控制信号和从特性传感器134发出的特性信号。此外，控制模块136可以与致动器阀138和/或马达阀142电气地连通。
致动器阀138可以是一构造成打开和关闭阀孔的比例阀，由此，调节流入致动器120的液压流体的流量。致动器阀138的一示范的实施例示于图3的示意形式中。参照图3，致动器阀138可包括一螺线管150和一本体152。一入口管线154和一出口管线156可以与本体152流体连通。
螺线管150可以与控制模块136电气地连通，并可构造成接受诸如电流的电信号。本体152可容纳一由螺线管150移动的线管158，以调整孔(未示出)的大小。孔的尺寸可以以本技术领域内公知的方式调整以控制从入口管线154到出口管线156通过本体152的流体的流量。如本技术领域内所公知的，线管158移动的距离越大，则孔的尺寸越大。入口管线154可以与流体箱145连通，而出口管线156可以与致动器120流体地连通。
马达阀142也可以是一诸如参照图3所述的阀那样的比例阀，或可以是一包括一比例阀的泵，该比例阀构造成打开和关闭一孔(如上所述)。返回到图2，从马达阀142流出的流体可流入和驱动液压马达144。液压马达144可提供动力到前和后轮108、110以便操纵和驱动工作机器100。应该指出的是，尽管仅示出一个致动器阀和一个马达阀，但可以有任意数量的与控制任意数量的液压驱动的部件的控制模块连通的阀。
如上所述，液压流体的粘度取决于流体的温度。因此，当工作机器100在暂停一定时间之后又起动时，液压流体会是相当冷，因此，可具有一高的粘度。然而，当工作机器100操作时，流体温度可提升，因此粘度可降低。
控制模块136构造成控制阀138、142，这样，根据操作者的想法，工作机器100基本上将操作者的想法响应到输入控制器132的输入，而不管液压流体的温度如何。这可通过控制比例致动器阀138或马达阀142来实现，以对给定的控制信号提供一致的流入流体从动部件内的流体体积流量，而不管流体的温度如何。
控制模块136根据从输入控制器132发出的控制信号和从特性传感器134发出的特性信号，通过产生和送出阀控制信号到致动器阀138和/或马达阀142来实现上述操作。阀控制信号致动位于致动器阀138和/或马达阀142内的螺线管150，将对应的阀孔打开到预定量。
为了便于理解，应该指出的是，当高粘度流体的体积流以与低粘度流体的体积流相同的流量通过阀时，工作机器100的响应性将是一致的。为此，可放大孔的大小以允许一给定体积的高粘度流体以与相对低粘度的流体的体积流相同的流量通过阀。控制模块136构造成产生一阀信号以在流体温度较低和流体粘度较高时提供一较大的孔。
图4示出由操作者作出的输入控制器132的运动和流过致动器阀138和/或马达阀142的流体的体积流量之间的一示范的目标关系。图4中的目标关系可储存在存储器148内，并在控制模块136确定和产生阀控制信号时，可被处理器146参考。
在图4中，水平轴代表总的输入控制器运动的百分比，例如一操纵杆向前移动的距离。垂直轴代表流过致动器阀138和/或马达阀142的流体的目标体积流量(以单位计)。该单位可以是用于测量液体体积流量的任何单位。因此，该曲线示出对于输入控制器132的运动的百分比的流过阀138、142的流体的目标体积流量。应该指出的是，目标关系可以根据基准流体温度(例如，标准操作温度)处的液压流体的特性进行估算。该基准温度可根据使用流体的类型、使用工作机器的类型、工作机器的应用、工作机器使用的温度环境，以及其它的因素中进行预选。或者，基准温度可以是随机地进行选择，并仅用作为与其它温度比较的一参考点。
输入控制器132的运动百分比和流过阀138、142的流体的体积流量之间的目标关系是不考虑液压流体的温度和粘度的一目标关系。在所示的目标关系中，输入控制器132的运动达到约50％信号，则控制模块136打开致动器阀138和/或马达阀142而提供具有每单位时间约1.2单位体积的体积流量的流体流。因此，因为该关系是一目标关系，所以，控制模块136构造成控制阀打开阀孔，不管流体粘度如何，对于一50％的控制器输入允许有每单位时间约1.2单位体积的流体流。
在一示范的实施例中，控制模块136构造成用查看表或其它图表方法来确定匹配目标体积流量关系所需要的孔的大小。图5是一曲线图，其示出输入控制器132运动的百分比和致动器阀138和/或马达阀142的孔的大小之间的一示范的关系。如上所述，孔的尺寸可根据由螺线管150所控制的线管158的移动来确定。
在图5中，水平轴代表总的输入控制器运动的百分比，例如一操纵杆向前移动的距离。垂直轴代表致动器阀138和/或马达阀142内的孔的尺寸，其表示为总的可供孔尺寸的百分比。不同的曲线(160、162和164)对应于不同温度的液压流体，并示出这样的孔尺寸，其能使流体以对于图4中所示的控制器运动的目标体积流量流动。例如，曲线160示出控制器运动和孔尺寸之间的关系，以在流体温度比基准温度低25度时达到图4的目标体积流量。曲线162示出控制器运动和孔尺寸之间的关系，以在流体温度到达基准温度时达到图4的目标体积流量。曲线164示出控制器运动和孔尺寸之间的关系，以在流体温度比基准温度高25度时达到图4的目标体积流量。
在图5的曲线中，仅示出选择的温度曲线。然而，控制模块136可对各个温度储存一不同的曲线，当控制模块136根据从输入控制器132发出的控制信号产生阀控制信号时，可参考合适的曲线。
在另一示范的实施例中，控制模块136构造成根据调整因子或算法来确定孔的尺寸。算法可计算必要的孔的尺寸，以对于任何给定的温度允许以图4所示的关系流动流体。控制模块136然后可控制阀138、142将孔打开到指定的打开量。
工业应用现将描述控制工作机器的一示范的方法，不管流体温度如何，该方法对任何给定的输入提供一致的响应性。在工作机器100的操作过程中，特性传感器134检测液压流体的特性。在一示范的实施例中，检测的特性是温度，而在另一实施例中，检测的特性是流体流量。这些特性可指示出流体的粘度。特性传感器134电子地连通代表控制模块136的特性的一特性信号。
一工作机器操作者可移动输入控制器132来产生一操作流体从动部件的控制信号，所述从动部件诸如工具组件106和液压马达144。输入控制器132将控制信号连通到控制模块136。在控制模块136内，一储存的基准对任何给定的指令信号提供流体的目标体积流量。因为液压流体的粘度和由此引起的流动性随温度变化，所以，通过修正阀138、142的孔的尺寸来达到流体的基准或目标体积流量，例如，当流体温度不等于基准温度时可进行补偿。
为此，控制模块136对于给定的控制信号，比较控制信号和储存在控制模块136内的基准或目标体积流量。根据从特性传感器134发出的特性信号，控制模块136确定对于给定指令信号保持目标基准关系所需要的孔的尺寸。控制模块136然后产生一指示要求的孔尺寸的阀控制信号，以便对于给定的指令信号流动目标的流体体积流量。
阀控制信号从控制模块136送到诸如致动器阀138那样合适的阀，以移动致动器120或马达阀142从而驱动液压马达144。阀接受阀控制信号并响应而将阀孔打开到一指定量，对于指令信号提供一与基准或目标体积流量相一致的体积流量。这可通过对阀138、142内的螺线管150通电来实施，以便将线管158移动一指定的距离而将孔打开到一指定量。当线管158打开孔时，流体流入致动器120或马达144。
控制模块136可使用一储存的查看表和/或调整因子来产生阀控制信号。查看表和/或调整因子可构造来确定对于给定指令信号保持目标体积流量所需要的孔的尺寸。因此，依赖于查看表或调整因子，控制模块136可确定所需要的流体体积流量，不管流体温度如何可提供一致的流动。
因为不管液压油的粘度如何，流体流和输入控制器运动之间的关系可以调整而大致地匹配目标关系，所以，不管流体温度怎样，操作者可感到工作机器100的响应性和可操作性基本上一致。因此，操作者可具有一致的控制并能提供一致的响应和更为可预见的机器，不管是起动时(其时流体是冷的)还是工作几小时后(其时流体相对暖和)。可在需要液压流体的任何工作机器上使用温度反馈控制系统。
本技术领域内的技术人员将会明白，在不脱离本发明的范围的前提下，在所揭示的实施例中可作出各种修改和变化。考虑本说明书并实践本文所揭示的方法和系统，本技术领域内的技术人员还将会明白其它的实施例。本说明书和实例应认为仅是示例而已，本发明的真正范围由附后的权利要求书及其等价物予以指明。
权利要求
1.一流动一工作机器内的液压流体的方法，该方法包括产生从一输入机构发出的控制信号；产生一指示液压流体粘度的特性信号；在一控制模块内接受控制信号和特性信号；对于控制信号确定一要求的体积流量；确定达到对于控制信号要求的体积流量所需要的阀控制信号，阀控制信号基于特性信号；以及阀控制信号输出到一比例阀，以便对于指令信号提供通过阀的要求的体积流量。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定一阀的控制信号包括确定基于一查看表的阀控制信号。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，查看表影响控制阀信号以控制阀，由此对于在液压流体粘度增加时的控制信号，阀孔尺寸变大。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定一阀控制信号包括根据一调整因子确定阀控制信号。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对于控制信号确定一要求的体积流量包括储存一介于输入机构运动和流体体积流量之间的基准关系。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，产生一特性信号包括测量液压流体的温度。
7.一流动一工作机器内的液压流体的系统，该系统包括一构造成产生一控制信号的输入机构；一构造成产生指示液压流体粘度的特性信号的特性传感器；一比例阀；以及一构造成接受控制信号和特性信号的控制模块，控制模块具有储存在其中的对于控制信号的要求的体积流量，并构造成根据特性信号来确定达到对于控制信号要求的体积流量所需要的阀控制信号，控制模块构造成将阀控制信号输出到阀，以对于给定指令信号提供所要求的通过阀的体积流量。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，控制模块构造成根据查看表来确定阀控制信号。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，查看表构造成以控制阀的方式来影响阀控制信号，以在液压流体的粘度增加时使阀孔尺寸变大。
10.如权利要求7所述的系统，其特征在于，特性传感器是一温度传感器，其构造成测量液压流体的温度。
全文摘要
揭示一流动一工作机器内的液压流体的方法。该方法包括产生从一输入机构发出的控制信号，以及产生指示液压流体粘度的特性信号。控制信号和特性信号被接受在一控制模块内。该方法还包括对控制信号确定一要求的体积流量，并确定对于控制信号达到要求的体积流量所需要的阀控制信号。阀控制信号基于特性信号。阀控制信号输出到一比例阀，以便对于指令信号提供通过阀的要求的体积流量。
文档编号G05D24/00GK1755565SQ20051009396
公开日2006年4月5日 申请日期2005年8月30日 优先权日2004年8月30日
发明者M·A·斯波尔, P·A·多佛瑞克, D·T·托马斯, M·S·弗瑞伯格 申请人:卡特彼勒S·A·R·L公司