CN101061016B - 可变精度控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于动力机械(10)的控制系统(50),其产生可调节的速度控制机构(70)和其它控制机构的所选的精度,以便为操作人员提供用于精确定位的多种选择。本发明的内容包括用于动力机械(10)的控制系统。所述动力机械(10)具有全速。所述控制系统(50)具有可调节的推进控制器(92),操作人员可在移动范围内对其进行定位。操作人员可在移动范围内对其进行定位的可调节的推进控制器(92)的实例。可调节的推进控制器(92)的实例包括操纵杆或加速踏板。在所述移动范围内对所述推进控制器(92)的定位实现在第一速度和第二速度之间来选择所述动力机械(10)的速度,其中所述第一速度高于所述第二速度。所述第一速度可从所述全速的多个百分比中来选取。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于诸如移送装载机的动力机械的控制系统。更具体地,本发明涉及一种用于动力机械的控制系统,其具有对精确定位的可调节控制的可变精度。
背景技术
动力机械包括很多作业车辆,例如移送装载机。移送装载机通常具有机架,机架支承着驾驶室和可移动的提升臂,提升臂支承着作业工具,例如铲斗、升降叉等。可移动的提升臂利用诸如液压缸的动力致动器与机架连接。另外,该工具通过一个或多个液压缸与提升臂连接。操控移送装载机的操作人员通过促动液压缸来操控该工具。另外,移送装载机通常具有发送机,用于驱动动力液压牵引电机的液压泵。牵引电机通常通过驱动机构与轮子连接,以便移动或驱动移送装载机。
动力机械还包括用于控制车辆的速度的致动器,即可调节的速度控制器。可调节的速度控制器的一个实例是移送装载机上的操纵杆,其既能用于控制行驶速度,又能用于控制行驶的行程。用户可以在动作范围内操控可调节的速度控制器,以便控制移送装载机在一速度范围内工作。
一些装载机为用户配备有输入件,用于使得装载机在两个速度范围中所选的一个内工作。例如,在装载机已被租给初学用户时,出租商可能希望将速度设定成低速。同样,在装载机上接有诸如升降叉的易损的工具,且用户正靠近集装箱时,用户可能希望将装载机的工作切换成较慢的、低反应速度的允许精确定位的模式。相反,在只是沿路行驶时,用户可能希望将装载机控制在高速模式下。因此,一些装载机已配备有选择器,对选择器进行操控可以实现在低速和高速模式之间进行选择。
发明内容
本发明提出一种具有发动机的动力机械,所述动力机械包括:液压驱动系统,包括与所述发动机连接的液压泵和与所述泵连接的液压电机;和控制系统,所述控制系统包括:连接至所述液压泵的电子控制器;可在移动范围内定位的可调节的推进控制器,所述可调节的推进控制器将一输入提供给所述电子控制器,其中在所述移动范围内对所述推进控制器的定位实现独立于发动机速度在第一速度和第二速度之间选择所述动力机械的所述液压电机的运转速度,其中所述第一速度高于所述第二速度;模式选择器,其可在第一模式和第二模式之间进行选择,所述模式选择器将一输入提供给所述电子控制器,其中所述第一模式下的第一速度为全速,所述第二模式下的第一速度为最高速度,其中所述最高速度为所述全速的百分比;且其中所述最高速度可调,且从所述全速的多个百分比中选取;且其中所述电子控制器产生一信号,用于调节所述液压泵,以便在所述模式选择器处于所述第二模式下时,独立于发动机速度以全速的较低的百分比提供给液压电机,以获得所述可调节的推进控制器的高精度。
一方面,控制系统包括两种模式。在第一种模式下,第一速度为全速。例如,在第一方向被完全推进的操纵杆将控制装载机以全速行驶。在第二模式下,操纵杆控制装载机仅以全速的百分比行驶。在第二模式下,所述全速百分比可调,以便提供用于精确定位的若干选择。
应该理解,尽管本发明的大部分内容涉及可调的速度控制精度,但本发明也适于动力机械的其它功能或控制机构。例如,本发明还涵盖用于使得提升臂升起和倾斜的控制机构。根据本方面,用于提升臂或缸或两者的控制系统包括两种模式。在第一种模式下,第一控制机构反应速度为全反应速度。例如,在一个方向上被完全推进的操纵杆或其它致动器将控制缸或提升臂以全速或全反应速度移动。在第二模式下,操纵杆或致动器控制装载机仅以全反应速度的百分比移动。在第二模式下,所述全反应速度的百分比可调,以便为精确的定位提供若干选择。
附图说明
图1为根据本发明第一实施方式设计的移送装载机的正面图。
图2为图1的移送装载机的示例性的控制系统的方框图。
图3为作用于图1的移送装载机的示例性的驱动系统的控制系统的方框图。
图4为本发明的控制系统示意方框图。
图5为本发明的另一控制系统示意方框图。
具体实施方式
本发明涉及一种诸如移送装载机的动力机械和用于所述动力机械的控制系统。本发明以及附图结合若干示意性的实例对动力机械和控制系统进行了说明。例如,下面对本发明的一种移送装载机加以阐述。然而应该说明,本发明同样也适于诸如微型挖掘机的其它动力机械。本发明所述的装载机仅用作说明。除了下述实例之外,本领域技术人员还可以联想到其它实例。本发明的保护范围并不局限于几个实例,即不限于本发明的所述实例。更确切地说,本发明的保护范围由所附的权利要求限定。可以在所述权利要求的保护范围内,对所述实例做出改型,包括其它种设计。
本发明使用“在...之间”一词来说明几个范围。目的在于将所述范围的极限值包括在该范围内。例如,在句子“在第一速度和第二速度之间”中,该范围包括所述的第一速度和第二速度。同样,在句子“在全速的百分之五十和百分之百之间”中,该范围包括全速的百分之五十和百分之百。还可以举出其它例子。
另外,速度属于表示反应性的术语,也可以联想到除了速度之外的其它表示反应性的术语。
图1为移送装载机10的侧视图。移送装载机10包括被轮子14支承的机架12。而且机架12支承驾驶室16,驾驶室16限定了操作员室,并将座椅19基本封闭,操作人员坐在座椅19上,以便控制移送装载机10。驾驶室16可以具有任一种需要的形状,图中所示的形状仅用于说明。驾驶室16的一部分通过枢轴与座椅杆21连接。在操作人员坐到座椅19上时,操作人员将座椅杆21从被升高的位置(如图1中的虚线所示)回转到图1所示的被降低的位置。
机架12与提升臂17在枢轴点20连接(图1中只示出枢轴点20中的一个,其它的枢轴点相同地位于装载机10的相对侧)。一对液压缸22(图 1中仍然只示出液压缸22中的一个)通过枢轴与机架12在枢轴点24连接,并与提升臂17在枢轴点26连接。提升臂17还与作业工具,即本优选实施方式中的铲斗28连接。提升臂17通过枢轴与铲斗28在枢轴点30连接。另外,另一液压缸32通过枢轴与提升臂17在枢轴点32连接,并与铲斗28在枢轴点36连接。尽管只示出一个液压缸32,但应理解,可以采用任意需要数量的液压缸,用于使得铲斗28或任何其它合适的工具工作。同样也可以采用其它机械连接。
坐在驾驶室16中的操作人员可以通过有选择地致动液压缸22和32来操纵提升臂17和铲斗28。通过致动液压缸22和引起它们增加长度,操作人员使得提升臂17通常垂直向上地在箭头38所示的方向上移动,由此移动铲斗28。相反,在操作人员致动液压缸22并引起它缩短长度时,铲斗28通常垂直向下移动到图1中所示的位置。
操作人员还可以通过致动液压缸32来操纵铲斗28。在操作人员使得液压缸32增加长度时,铲斗28围绕枢轴点30向前倾斜。相反,在操作人员使得液压缸32缩短长度时,铲斗28围绕枢轴点30向后倾斜。所述倾斜通常是沿着箭头40所示的弧形路径的。
图1还示出了位于操作员室16内的多个手控机构,或手持机构39。手持机构39例如设有多个致动器(诸如按钮、电位计、开关等),其可由操作人员操控,以实现某些功能。根据一个示例性的实施方式,可由操作人员致动的位于手持机构39上的输入件将电信号提供给控制计算机(将在说明书的后面部分加以详细阐述),控制计算机响应于所接收到的信号对装载机10的某些功能进行控制。
另外,根据一个示例性的实施方式,在操作员室16内设有一个或多个操作员输入和显示板(如图2所示)。操作员输入显示板为操作人员显示某些信息,此外也可以设置其它输入装置,例如膜片式键盘、触敏屏等,操作人员通过它可进行输入。
然而,应该说明,也可以以机械方式来设置输入件。例如,手持机构39可以与通过机械连接机构对滑阀或螺线管进行控制的杆件连接。同样,也可以在操作员室16内设置踏脚板,其同样也通过机械连接机构对滑阀或螺线管进行控制。
另外,装载机10例如具有一个或多个辅助的液压联接器(图1中未示出),其可配备有快速断开式配件。辅助的联接器的液压压力也可以基于来自在操作员室16内部的一个或多个操作员输入装置的信号来控制。
图2是控制系统50的一个实施方式的方框图。系统50包括控制器52、控制板输入件54、传感器输入件56、手/脚输入件58、传感器60、液压致动器64、机电螺线管66和显示板装置67。控制器52例如是数字计算机、微处理器或微控制器,其具有集成的或单独配置的存储器。控制器52还包括适当的计时电路。
控制板输入件54可以包括多种操作员接口,用于控制诸如车头灯、互锁系统、点火装置等部件。该信息可以经由直接或无线数字输入、单向串行流或任意数目的双向串行通信协议被传输至控制器52。同样,控制板输入件54和控制器52之间的连接例如也包括电源和地连接。
另外,传感器输入件56可以包括指示工作状况或其它检测项目的多种模拟或数字传感器或频率输入件,例如发动机油压传感器、燃料传感器、发动机冷却传感器、空气过滤传感器(其指示减少的空气流,--由此指示被阻塞的空气过滤器)、发动机速度传感器、液压油温度传感器、液压油充装压力传感器、和/或液压油过滤器压力开关等。
另外,手持和踏脚板输入件58可以包括多个输入装置,其构成在操作员室16内部的可由操作员致动的输入件。这种输入件可以产生信号,用于指示所要求的辅助的液压联接器的动作(例如调制控制)、所要求的制动、所要求的在多速装载机中的高速或低速运行和其它所要求的功能(例如安装在装载机上的工具的提升和倾斜等)。
座椅杆传感器60例如与座椅杆21连接。座椅杆传感器60例如产生指示座椅杆21是否处于图1所示的升高或降低的位置的信号。
液压致动器64例如包括:提升和倾斜缸,用于操控工具28(如图1所示);高流速阀,用于响应于用户输入射出高流速液压流;转向阀,用于响应于用户输入将液压流转向至辅助的联接器;辅助的减压阀;多个切断阀,用于响应于操作员输入或者响应于某些被检测的操作参数而被致动。当然,液压致动器通过操纵受控的特定致动器和液压流源或液压流储池之间连接的阀的阀槽控制。这种阀包括一个或多个用于控制流至主要液 压联接器的流体的主要阀和可选的一个或多个用于控制流至辅助液压联接器的流体的辅助阀。所述阀可以电控制、液压控制或机械控制。方框64表示所有这些元件。
另外,机电螺线管66包括多种部件。一些部件例如为继电器,其通过给继电器线圈供电来控制。这种机电装置例如包括:启动继电器,用于给启动器供电;开关电源继电器,用于为开关电源装置提供蓄电池电源;燃料切断继电器,用于为燃料切断阀供电;牵引锁继电器,用于为牵引锁螺线管供电;电热塞继电器,用于为电热塞供电;和灯继电器,用于控制各种灯(例如车头灯、信号灯等)。
显示板装置67例如为接收控制器52的输出、并且将信息指示给操作人员的装置。这种装置例如可以包括指示灯、计时计、量表等。显示板装置67可以与控制板输入件54集成为一体的输入和显示板,或者也可以分别单独配置。
在工作时,控制器52接收控制板输入件54、传感器输入件56、可由手和脚促动的输入件58和座椅杆传感器60的各种输入。响应于那些输入,控制器54将输出提供至液压致动器64、机电装置66和显示板装置67,以便装载机10上的各种功能。
图3为作用在驱动电路70上的用于控制轮子方向和速度的控制系统50的一个实例。该实例的装载机10包括发动机72,其与一对液压的或水压的用于控制左副轮和右副轮14L和14R的驱动系统74、76联接。上述的手持机构39在本实例中是用于向控制器52产生驱动输入的左操纵杆和右操纵杆78、80。控制器52向驱动系统74、76产生信号,驱动系统74、76用于控制在装载机10的左侧和右侧的轮子14L和14R的速度和方向。
根据本实例,发动机72和控制器52与一对位置可变的水压泵82L和82R连接。泵82L与液压的或水压的电机86L的一对系统端口84和85连接。泵82R同样也与液压的或水压的电机86R的一对系统端口87和89连接。电机86L、86R分别与轮子14L、14R连接。
每个驱动系统74、76都是闭环系统。根据一个实例,系统端口84是正向的入口,端口85是正向的出口,而端口85是反向的入口,端口84是反向的出口。闭环系统76包括以类似方式工作的端口87和89。
根据一特定的实例,泵82L、82R是电位移控制泵,例如是可由Ames、Iowa的Sauer-Danfoss得到的Series 42EDC。电机86L、86R是通常的可由德国的Mannesman Rexroth的Rexroth液压部得到的固定位移径向活塞电机。根据这种设置,由泵82L、82R供应的流体的量决定了关系到轮子14L、14R的速度的电机旋转速度。
尽管可以采用单个的操纵杆或其它推进或速度控制机构,但本实例中仅举例示出一对操纵杆78、80。一个操纵杆用于控制一个驱动系统,另一个操纵杆用于控制另一个驱动系统。操纵杆78、80中的每一个都从电位计或其它可变电压源激励一电压信号,用于指示相关电机的转向为应该为正向还是应该为反向。
另外,可变的电压信号可以控制电机速度。例如,处于静止位置的操纵杆能产生约为2.5伏的直流电压信号,该电压被控制器转变为电机的停止位置。操纵杆也可以在第一方向被完全推进,以便产生约为4.5伏的直流电压信号,用于指示约为7英里每小时的最大正向速度。操纵杆也可以在第二方向,即与第一方向相反的方向被完全推进,以便产生约为0.5伏的直流电压信号,用于指示最大反向速度。
本实例的控制系统还包括模式选择器88,其能够在第一模式和第二模式之间触发(toggle)驱动系统70。在第一模式下,在第一方向被完全推进的操纵杆在正向全速驱动轮子。在第二模式下,在第一方向被完全推进的操纵杆在正向以全速的百分比的速度驱动轮子。全速的百分比也可以选择。下面将说明该工作。
图4示意示出包括控制器52的控制系统90的方框图,所述控制器52接收来自可调节的推进控制器92和模式选择器88的输入。控制器将至少一个输出94提供给驱动系统74、76,以便驱动动力机械。
可调节的推进控制器92基于轮子14的实际定位对轮子14的速度进行控制。根据上述实例,可调节的推进控制器是操纵杆。根据另一实例,它是加速踏板、旋钮、按钮、杆件、开关等。也可以联想到其它实例。操作人员例如可以在可进行的动作范围内对可调节的推进控制器进行实际定位。动作范围可以处于第一位置和第二位置之间。例如,就操控杆而言,第一位置是全推进位置,而第二位置则可以是静止位置。操作人员可以将 操纵杆移动到在静止位置和全推进位置之间的任意处,以便控制轮子的速度。
在模式选择器88处于第一模式下时,操作人员可以利用可调节的位置控制器来选择直到全速的速度。在可调节的推进控制器处于全推进位置,例如第一位置时可以实现全速。全速例如是轮子旋转或动力机械行驶的最快的正向速度,其由可调节的推进控制器92在一定条件下加以控制。这种条件包括车辆的维护、有效载荷的重量、地面状况、地形坡度等。根据另一实例,全速是车辆在第一位置行驶的最快正向速度。
第二速度比第一速度慢。根据一实例,第二速度为零或停止。根据本实例,可调节的推进控制器92可以在一动作范围内移动,从而在停止和全速之间选择一速度。
根据一些实例,可调节的推进控制器92用于对动力机械的行驶方向进行控制。对于操纵杆来说,操纵杆可以在相反的方向上,而不是朝向第一位置被推进,从而反向选择动力机械的速度。根据这种情形的一个实例,可以考虑使得可调节的推进控制器92的位置除了可达到的上述第一动作范围之外还包括第二动作范围。第一动作范围正向地在停止和全速之间控制速度,第二动作范围反向地在停止和全速之间控制速度。对控制系统90的说明适于第二或另外的动作范围。
根据用于控制速度和方向的可调节的推进控制器92的另一实例,可以考虑使得动作范围包括全部动作范围,例如从正向全速到反向全速。其中,反向全速低于正向全速,因为此处所采用的反向速度是负的速度。
在模式选择器88置于第二模式下的情况下,在可调节的推进控制器92处于第一位置时,该速度不必是全速。相反,该速度是“最高速度”,其是全速的百分比(小于或等于100%,或者在某些情况下大于100%)。根据一实例,第二模式设有最高速度,其处于全速的50%至100%之间,即可在50%至100%之间“无限调节”。根据另一实例,最高速度可以以全速的1%来变化,例如100%、99%、98%等。也可以采用其它百分比。因此,在可调节的推进控制器被完全推进到第一位置时,如果车辆的全速为7.0英里每小时,则在可调节的推进控制器被完全推进到第一位置时,设定为全速的50%的最高速度仅为3.5英里每小时。
采用第二模式允许进行较慢的、低反应速度的控制,从而实现精确的调整。换句话说,慢控制可以实现可调节的推进控制器的高反应速度,其仍可利用同样的动作范围。反应速度可调是因为操作人员或其它人可以从多个最高速度之间进行选择的缘故。根据一实例,操作人员可以基于对动力机械的使用目的对最高速度所占的百分比进行设定。沿路行驶时可以采用第一模式,铲起造景石时可以采用最高速度设定为全速的75%的第二模式,在山区地形工作时可以采用最高速度设定为全速的67%的第二模式,或者在移动集装箱时可以采用最高速度设定为全速的50%的第二模式,等等。根据另一实例,可以采用第二模式进行“巡航控制”。例如,用户可能希望以所选的全速的百分比行驶。第二模式被设定成所选的速度,且用户可以利用可调节的推进控制器在第一位置进行驾驶。
设定在第二模式下的诸如提升臂控制的其它功能允许进行慢的且低反应速度的控制,其也可以实现精确的定位。低反应速度的控制可以产生提升臂致动器的高反应速度,这仍可采用同一动作范围。反应速度可调是因为操作人员或其它人可以从多个最高反应速度之间进行选择的缘故。
出租商可以基于租贷计划和租贷能力或其它标准来设置和锁定全反应速度的百分比。初学用户可能在反应速度仅为全反应速度的50%时才觉得推进机构、提升臂、倾斜缸、工具和辅助控制机构等比较舒适。由于反应速度可调,所以用户可以选择适合他们的恰当的反应速度,且一有必要即可对反应速度进行调节。装载机的控制系统可以根据用户来定制。
图5为控制系统96的另一实例的方块图,其中同样的部件标有相同的参考数字。控制系统96包括控制器52,用于从可调节的推进控制器92和模式选择器88接收输入,和向驱动系统74、76产生输出。系统96还包括显示器98和与控制器52连接的速度选择器99。
显示器98指示所选的与在模式选择器88被设在模式二时的最高速度相对应的全速百分比。根据一实例,显示器98是时计数显示器的两倍。在模式选择器88将控制系统96设定在第一模式下时,显示器98指示出动力机械10的运行时间。在模式选择器88将控制系统96设定在第二模式下时,显示器98指示出所选的全速百分比。根据一实例,显示器98是液晶显示器。根据本实例,显示器是多功能显示器,因为其用于多种目的。
在选择最高速度时,用户可以向最高速度选择器99输入,以改变全速的百分比。选择器99可以是号码盘、上下按钮、键盘等。根据一实例,部件最高速度选择器99和模式选择器88可以集成到同一装置内。
在图4和5的系统90和96中,控制系统将输出提供给驱动系统74、76。该输出可以包括几个方面。其中的一个方面是用于控制水压泵82L、82R的信号,以产生所选的速度。另一方面可以用于向泵82L、82R指示已选第二模式。
根据一实例,选择第二模式可以实现泵82L、82R的调节,以改变控制机构92的精度。例如,泵82L、82R可以包括可调的旋转斜板,其可以基于所选的最高速度来调节。在最高速度低于全速时,对旋转斜板的调节可以产生一短的冲程。这将使得控制器92在可调节的推进控制器的整个动作范围内进行精确定位。当然,也可以联想到通过对驱动系统74、76进行机械调节来改变反应速度的其它实例。
根据一实例,第一模式为默认模式,并且在上电时被激活。第二模式利用操纵杆上的按钮来激活。利用具有增加、中间和减少位置的三位置瞬时摇臂开关来实现全速的百分比。增加位置增加在第二模式下的全速百分比,减少位置减少在第二模式下的全速百分比。摇臂开关在一位置上保持得越长久,百分比增加得就越快。本实例既可以实现高的反应速度,又可以实现快速的速度改变。
现在,已经结合几个实施方式对本发明进行了说明。前述详细说明和实例仅用于易于理解。本领域技术人员将可以理解,可以在不偏离本发明的保护范围和实质的前提下,对所述实施方式加以各种改型。因此,本发明的保护范围并不限于其中所述的具体细节和设计,更确切地说,其由所附的权利要求和等效部分加以限定。例如,本发明就移送装载机进行了说明,但也可容易地适于其它动力机械,例如微型挖掘机、全轮转向车辆、牵引驱动车辆或其它动力机械。
尽管已经结合优选的实施方式对本发明进行了说明,但本领域技术人员将可以理解,可以在不偏离本发明的保护范围和实质的前提下,做出一些形式和内容上的改变。
Claims (5)
1.一种具有发动机的动力机械,所述动力机械包括:
液压驱动系统,包括与所述发动机连接的液压泵和与所述泵连接的液压电机;和
控制系统,所述控制系统包括:
连接至所述液压泵的电子控制器;
可在移动范围内定位的可调节的推进控制器,所述可调节的推进控制器将一输入提供给所述电子控制器,其中在所述移动范围内对所述推进控制器的定位实现独立于发动机速度在第一速度和第二速度之间选择所述动力机械的所述液压电机的运转速度,其中所述第一速度高于所述第二速度;
模式选择器,其可在第一模式和第二模式之间进行选择,所述模式选择器将一输入提供给所述电子控制器,其中所述第一模式下的第一速度为全速,所述第二模式下的第一速度为最高速度,其中所述最高速度为所述全速的百分比;且其中所述最高速度可调,且从所述全速的多个百分比中选取;且
其中所述电子控制器产生一信号,用于调节所述液压泵,以便在所述模式选择器处于所述第二模式下时,独立于发动机速度以全速的较低的百分比提供给液压电机,以获得所述可调节的推进控制器的高精度。
2.如权利要求1所述的动力机械,其中所述动力机械包括两个液压驱动系统,且所述可调节的推进控制器对所述两个液压驱动系统中的一个进行控制。
3.如权利要求1所述的动力机械,其中所述液压驱动系统为闭环系统。
4.如权利要求1所述的动力机械,其中所述液压泵可调,且在选择所述全速的较低的百分比时电子控制器控制所述泵产生短的冲程。
5.如权利要求1所述的动力机械,其中所述控制系统另外包括显示器,用于指示最高速度相对应的全速百分比。
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