CN102016186A - 用于控制作业机械的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于控制作业机械的方法，所述作业机械包括用于控制多个工作功能的液压系统，所述多个工作功能包括工具的提升和倾斜，其中所述方法包括以下步骤：为所述工作功能中的至少一种单独确定用于利用所述工具执行特定任务的液压流体的最大压力；以及，为所述工作功能供应至多被加压到所确定的最大压力的液压流体。

Description

用于控制作业机械的方法

技术领域

本发明涉及一种用于控制作业机械的方法，所述作业机械包括用于控制多个工作功能的液压系统，所述多个工作功能包括工具的提升和倾斜。

背景技术

下面，将结合轮式装载机形式的工作车辆来描述本发明。这是本发明的优选但绝非限制性的应用。例如，本发明还能用于其它类型的作业机械(或工作车辆)，例如反铲装载机、挖掘机或者诸如拖拉机的农业机械。

轮式装载机能够用于多种活动领域，例如提升和运输岩石和砂砾、运输托盘和原木。在这些活动的每一种中，使用了不同的设备，包括铲斗形式的工具、叉形工具和抓持臂。更具体地，所述设备包括相对于轮式装载机的车架以枢转方式布置的负载臂单元或动臂。在车架和负载臂单元之间布置有两个液压缸，以便实现负载臂单元的提升和降低运动。工具以枢转方式布置在负载臂单元上。在工具和负载臂单元之间布置有另外的液压缸，以便实现该工具的倾斜运动。

液压系统包括适于经由包括多个控制阀的液压回路向液压缸供应经加压的液压流体的泵。

根据现有技术，该液压系统是负载传感式的。根据先前已知的这种负载传感式系统，最大可用进给压力是固定的。即，最大进给压力受到泵或阀的限制。此外，该液压系统的尺寸是针对最高的预定最大压力要求而确定的。在先前已知的用于轮式装载机的液压系统中，当处于低位置的铲斗被推入材料堆中以掘起材料时，提升能力也许太小。为了解决这个问题，可以使用更大的液压缸，这将需要更大的泵来应对液压缸速度。其缺点在于：这意味着该系统的成本变得更高，即，它在运行中造成更多损失并且需要大的安装空间。

发明内容

本发明的第一个目的是实现一种用于控制作业机械的方法，该方法以成本有效的方式提供改进的操作(特别是关于掘起力方面)，优选具有不变或延长的服务寿命。

通过根据权利要求1所述的方法实现了该目的。因此，通过如下步骤来实现该目的：为工作功能中的至少一种单独确定用于执行特定任务的液压流体的最大压力；以及，为所述工作功能供应至多被加压到所确定的最大压力的液压流体。以此方式，能够获得根据功能按需控制的可变最大压力。

根据现行操作模式(即正在使用的功能、缸位置、工具的类型、处理等)，最大可用进给压力的要求是不同的。

因此，根据一个优选实例，该方法包括如下步骤：基于现行操作模式为所述工作功能单独确定液压流体的最大压力。例如，当处于低位置中的铲斗被推入材料堆中以掘起材料时，能够暂时产生用于提升功能的较高压力。相应地，提升缸在其缩进(穿入材料堆中)时需要高压力，而在其伸出时需要较低压力，从强度的观点来看，这样很好，因为缸在伸出位置中最易受影响。

根据一个实例，该方法包括以下步骤：连续确定所述功能是否仅仅需要处于比最大压力的基本水平低的水平上的最大压力，如果仅仅需要较低的最大压力水平，则将最大压力的水平降低到比基本水平低的水平。以此方式，能够在尽可能多的操作模式中维持最低可能的最大压力，并因此能够获得长的服务寿命。

根据一个实例，该方法包括以下步骤：检测至少一个操作参数，并且基于检测到的操作参数的数值为所述工作功能单独确定液压流体的最大压力。该操作参数例如是表示缸位置、工具的类型、正在执行的处理等的操作参数。根据一个实例，该系统是自适应的。控制单元能够通过检测所述操作参数来在特定时段内记录轮式装载机是如何操作的，并且关于正在执行的处理和/或正在使用的工具的类型作出结论。基于此，控制单元然后能够选择最大压力。可替代地或者作为补充，基于来自操作员控制元件(例如操作杆、按钮或者驾驶室中的其它控制装置)的信号来确定最大压力。

根据另一个优选实例，该方法包括以下步骤：为所述工作功能中的至少两种单独确定用于利用所述工具执行特定任务的液压流体的最大压力，并且为所述工作功能中的每一种供应至多被加压到所确定的最大压力的液压流体。这些工作功能例如包括提升和倾斜。该方法优选还包括以下步骤：为所述工作功能中的每一种同时供应至多被加压到所确定的压力的液压流体。

该液压系统优选是负载传感式的。这意味着：泵在系统的操作期间从被致动的液压缸感测压力(LS信号)。该压力信号源自以可操作方式连接到液压缸的压力传感器。此后，所述泵设定比缸的压力高出特定巴数的压力。这引起流出到液压缸的油流，该油流的水平取决于已被致动的控制阀被操作的程度。根据一个优选实例，LS信号根据上述参数而受到限制。仅在所述功能之间发生协作的情形中，如果某一种功能需要更高的压力，则所述阀才能够根据以上说明来限制最大压力。主要通过电LS信号进行限制的优点在于：损失变得更低，因为当提升功能同时停止时，用于例如提升功能的控制压力降低。

从其余权利要求和以下描述中，本发明的其他优选实施例和与之相关的优点是显而易见的。

附图说明

下面将参考附图所示的实施例来更详细地描述本发明，其中

图1示出轮式装载机的侧视图，

图2示出用于该轮式装载机的系统的一个实施例，并且

图3示出用于控制根据图2的系统的框图。

具体实施方式

图1示出轮式装载机101的侧视图。轮式装载机101包括前车辆部分102和后车辆部分103，每个所述部分均包括车架和一对驱动轴112、113。后车辆部分103包括驾驶室114。车辆部分102、103以如下方式彼此连接：即，它们能够借助于连接到这两个部分的、形式为液压缸104、105的两个执行机构而绕竖直轴线相对于彼此枢转。因此，液压缸104、105设置在车辆的纵向方向中心线的不同侧，以使轮式装载机101转向或转动。

轮式装载机101包括用于处理物体或材料的设备111。该设备111包括：负载臂单元106，和装配在该负载臂单元上的、铲斗形式的工具107。这里，铲斗107装填有材料116。负载臂单元106的第一端以枢转方式连接到前车辆部分102，以便实现铲斗的提升运动。铲斗107以枢转方式连接到负载臂单元106的第二端，以便实现铲斗的倾斜运动。

负载臂单元106能够借助于液压缸108、109形式的两个执行机构而相对于前车辆部分102升高和降低，每个液压缸均在一端处连接到前车辆部分102并在另一端处连接到负载臂单元106。铲斗107能够借助于第三执行机构(液压缸)110而相对于负载臂单元106倾斜，该第三执行机构在一端处连接到前车辆部分102并在另一端处经由连杆臂系统连接到铲斗107。

在图2中示出了该系统的第一实施例。系统201包括适于经由液压回路向液压缸供应经加压的液压流体的泵205。泵205由柴油机形式的车辆推进发动机206驱动。泵205具有可变排量。泵205优选适用于无级可变控制。系统201包括阀装置208(见点划线)，阀装置208包括具有用于控制提升和倾斜功能的多个控制阀的液压回路。

在该回路中，在泵205和提升缸108、109之间布置有流量阀207、209形式的两个控制阀，以控制所述提升和降低运动。这些阀中的第一阀207布置成将泵205连接到活塞侧，而这些阀中的第二阀209布置成将油箱243连接到活塞杆侧。此外，第一阀207布置成将油箱243连接到活塞侧，相应地，第二阀209布置成将泵205连接到活塞杆侧。这提供了用于改变所述控制的、大的可能性。特别地，不必将泵和油箱同时连接用于所述功能。

系统201还包括：控制单元213；或者包含用于控制所述功能的软件的计算机。控制单元还被称为CPU(中央处理单元)或者ECM(电子控制模块)。控制单元213适当地包括微处理器。

提升杆形式的操作员控制元件211以可操作方式连接到控制单元213。控制单元213适于从控制杆接收控制信号并相应地(经由阀控制单元215)致动所述控制阀207、209。控制单元213优选控制更普通的控制策略并且控制单元215控制所述阀单元208的基本功能。当然，控制单元213、215还能集成为单个单元。当控制所述泵205时，存在流出到缸108、109的油流，该油流的水平取决于受致动的阀207、209被操作的程度。

方向盘形式的操作员控制元件219经由转阀式全液压(orbitrol)单元220形式的阀单元而以液压方式连接到转向缸104、105，以直接控制转向缸104、105。

与所述提升功能类似，在泵205和倾斜缸110之间布置有两个控制阀223、225，以控制所述工具相对于负载臂单元的向前和返回运动。倾斜杆形式的操作员控制元件227以可操作方式连接到控制单元213。控制单元213适于从倾斜杆接收控制信号并相应地致动所述控制阀223、225。

优先权确定阀220布置在所述泵的出口导管245上，以自动地优先使得转向功能在提升功能(和倾斜功能)之前接收到所需压力。

系统201是负载传感式的，为此，其包括用于检测每一个所述功能的负载压力的多个压力传感器229、231、233、235、237。该系统的提升功能部分包括两个压力传感器229、231，其中的一个布置在通向提升缸的活塞侧的导管上，而另一个布置在通向提升缸的活塞杆侧的导管上。以相应的方式，该系统的倾斜功能部分包括两个压力传感器235、237，其中的一个布置在通向倾斜缸的活塞杆侧的导管上，而另一个布置在通向倾斜缸的活塞侧的导管上。转向功能部包括在连接到转向缸104、105的导管上的压力传感器233。更精确地，压力传感器233位于LS导管上，当沿一个方向转向时，该LS导管接收与一个缸侧上相同的压力，当沿另一方向转向时，该LS导管接收与另一缸侧上相同的压力。在中间，该LS导管被连接到油箱。

该系统还包括适于经由液压信号来控制泵所述的输出压力的电控阀241。系统201包括用于检测压力(指示来自所述泵的输出压力)的、另外的压力传感器239。更精确地，压力传感器239适于检测电控阀241下游位置的压力。因此，当阀241完全打开时，压力传感器239直接感测泵压力。在正常驱动状态下，压力传感器239从阀241检测经调节的压力。相应地，控制单元213适于从泵压力传感器239接收带有与压力水平有关的信息的信号。

相应地，控制单元213从压力传感器229、231、233、235、237、239接收电信号并且产生用于致动所述电控阀241的电信号。

如上文所述，控制单元213适于从控制杆211、227接收信号。当操作员期望提升铲斗时，可操作该提升杆211。控制单元从提升杆211接收相应信号并且将控制阀207、209致动到如下位置：即，使所述泵连接到提升缸108、109的活塞侧，并且提升缸的活塞杆侧连接到油箱243。此外，控制单元从提升缸的活塞侧上的负载压力传感器229并从所述泵下游的压力传感器239接收信号。基于所接收到的信号，处于所检测到的负载压力以上的水平的预期泵压力得以确定，并且电控泵控制阀241被相应致动。

控制单元213优选适于协调控制阀207、209的开度和泵205的输出压力，以实现最佳操作。

以与提升功能相应的方式来控制倾斜功能。当使该机械转向时，转向功能部分的压力传感器233检测转向负载压力并且产生相应的负载信号。控制单元213接收该负载信号和来自电控阀241的出口导管上的压力传感器239的信号。基于所接收到的信号，处于所检测到的负载压力以上的水平的预期泵压力得以确定，并且电控泵控制阀241被相应致动。

当同时使用几种功能时，对检测到的负载压力进行比较，并且相应于所检测到的负载压力中的最高一个来控制所述泵205。

相应地，电控泵控制阀241适于能够在两个末端位置、即对应于泵产生最小压力的第一末端位置和对应于泵产生最大压力的第二末端位置之间进行无级调节。

换向阀形式的液压装置253布置在位于电控泵控制阀241和所述泵之间的导管251上。换向阀253适于从转向功能部分和泵控制阀241接收液压信号。此外，该换向阀适于相应于所接收到的具有最大负载压力的信号来控制所述泵205。相应地，液压装置(换向阀)253在由两个输入压力信号组成的输出信号中选择较高的压力。

该系统还包括用于检测提升缸位置的传感器255。传感器255以可操作方式连接到控制单元213。以此方式，控制单元213能够决定是执行负载的提升还是降低运动。

图3示出用于控制作业机械101的方法的实例。该方法在起始于框302(“开始”)。在下一框304中，现行操作模式被检测或确定(见下文)并且控制单元接收相应信号。该控制单元继续进行到下一框306，并且基于操作状态为所述工作功能中的至少一个单独确定用于利用所述工具执行特定任务的液压流体的最大压力。该控制单元继续进行到下一框308并且确保为所述工作功能供应至多被加压到所确定的最大压力的液压流体。根据第一实例，最大压力得以确定并且针对所述工作功能来基于要求而连续改变。所述要求本身对于不同的操作模式而言是不同的。

根据操作模式的第一实例，表示所述工具位置的操作参数得以检测。该工具位置包括：倾斜位置，即相对于动臂的定向(这能够通过检测倾斜缸位置来确定)；高度位置，即动臂相对于轮式装载机的车架沿高度方向的定向(这能够通过检测提升缸位置来确定)；和/或横向位置，即轮式装载机的车辆部分102、103的相对定向(这能够通过检测转向缸位置来确定)。

更具体地，关于操作员正在调节的功能来检测缸的位置：例如当从材料堆中掘起材料时，其中，该提升操作需要高压力，因为负载臂单元处于较低水平，在此情况下，对该机械的拉拽力抵消了提升工作。根据一种替代方案或者变型，对于另一功能检测缸的位置。例如，对于提升功能，当掘起材料时，如果记录到提升位置和倾斜缸位置，则更易于识别出已执行掘起。此外，根据另一实例，当掘起材料时，对提升功能的依赖因素还能够是转向缸104、105的位置的函数。其目的在于避免后轮的提升，否则在被释放时后轮可能会砰地返回地面。转向角度越大，则用于提升功能的最大压力变得越低。相应地，为第一工作功能检测操作参数，并且为第二工作功能确定液压流体的最大压力。根据一种替代方案，相反，检测被所述缸致动的本体的位置。

从上述操作参数中的单个或若干个参数或其组合中确定最大压力。根据第二实例，从作为上述参数的函数的最大压力曲线中确定最大压力，并且该曲线还能够具有根据另外的操作参数(例如正在执行的处理、正在使用的工具和操作员控制元件的设置(操作杆偏转))而不同的曲线形状。

例如，当利用铲斗执行垃圾处理时，希望借助降低功能来使用铲斗装载材料，但并不希望提升前轮，因为它们沉重并且当前轮撞击地面时操作员会感到非常震颤。在这个处理中，用于降低的最大压力能够被设为如下水平：即，几乎但并非完全能够提升该机械。

就所述工具的类型而言，对于利用货叉的处理来说，需要较低的最大压力，因为其仅仅执行提升任务，但铲斗处理则需要较高的最大压力，以掘起材料。

就操作杆的响应而言，到所述缸的流量是用于负载传感式系统的操作杆偏转的函数。然而，操作杆偏转同时还可以是最大力调节的，即，操作杆偏转越大，则最大压力越增加。

所述处理、工具和操作杆偏转的最大压力曲线的依赖因素能够经由面板上的按钮/旋钮记录在控制单元中，或者记录在自动记录该依赖因素的任何其它系统中。

用于每一种功能的主阀207、209、223、225既用于流量控制又用作经由控制单元213调整的减压器。当存在从泵205流出到缸108、109的油流时，控制单元经由与所述缸接触的压力传感器229、231检验压力是否超过最大压力。当压力超过最大压力时，阀被控制单元关闭。另一方面，当压力降至低于最大压力时，阀被再次打开至操作员所请求的位置(假设没有任何其它超控功能希望不同地致动该阀)。

如果将以上内容与能够可变调节的负载感测信号(见上文)组合，则也能够影响燃料消耗。控制单元213则主要通过限制取决于上述参数的LS信号来限制最大调节泵压力。仅在所述功能之间发生协作的情形中，如果某一功能需要更高压力，所述阀才能够根据以上说明来限制最大压力。主要经由负载感测电信号进行限制的优点在于：损失变得更低，因为当提升功能同时停止时，用于例如倾斜功能的控制压力降低。

本发明不应视为限于上述示例性实施例，而是能够在以下权利要求的范围内构思出多个其他变型和修改。特别地，上述优选实施例能够以多种不同的方式组合。

此外，能够为两种不同的工作功能设定不同的、固定的最大压力水平。此外，与正在执行的工作功能相关的最大压力然后得以选择。

根据进一步的实例，检测表示作业机械上的负载的操作参数。例如，检测用于一种工作功能的液压力，即所述液压缸之一中的液压力。此外，基于检测到的操作参数来确定用于该工作功能(或者另一工作功能)的最大压力。相应地，正好在上述工具被推入材料堆中并且将要掘起材料的瞬间，能够将用于倾斜和/或提升功能的最大压力向上调节。

根据一个实例，该控制方法还能够包括以下步骤：将(操作员的)预期压力与所确定的最大压力进行比较；以及，为所述工作功能供应具有该预期压力和所确定的最大压力中的较小压力的液压流体。

根据其中为所述工作功能连续改变最大压力的实例的一种替代方案，在多个不同的水平下预先确定最大压力，并且控制单元根据操作模式来选择这些预定的最大压力之一。

Claims (26)

1.一种用于控制作业机械(101)的方法，所述作业机械包括用于控制多个工作功能件(203，217，221)的液压系统(201)，所述多个工作功能件包括实现工具(107)的提升和倾斜，其中，所述方法包括以下步骤：

为所述工作功能件中的至少一个工作功能件单独确定用于执行特定任务的液压流体的最大压力；和

将至多被加压到所确定的最大压力的液压流体供应至所述工作功能件。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述液压流体的不同的最大压力与所述工作功能件中的至少两个工作功能件相关联，其中，所述方法包括如下步骤：选择与正在执行的工作功能件相关联的最大压力。

3.根据权利要求1或2所述的方法，包括以下步骤：基于现行操作模式，为所述工作功能件单独确定所述液压流体的最大压力。

4.根据前面权利要求中的任一项所述的方法，包括以下步骤：检测至少一个操作参数，并且基于检测到的操作参数的数值为所述工作功能件单独确定所述液压流体的最大压力。

5.根据权利要求4所述的方法，包括以下步骤：检测第一工作功能件的操作参数，并且确定用于第二工作功能件的液压流体的最大压力。

6.根据前面权利要求中的任一项所述的方法，包括以下步骤：检测表示所述工具的位置的操作参数，并且基于检测到的操作参数来确定用于所述工作功能件的最大压力。

7.根据前面权利要求中的任一项所述的方法，包括以下步骤：检测表示所述作业机械的定向的操作参数，并且基于检测到的操作参数来确定用于所述工作功能件的最大压力。

8.根据前面权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述液压系统包括用于控制每个所述工作功能件的至少一个液压致动机构(104，105，108，109，110)。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述执行机构包括用于所述工作功能件的提升和倾斜中的每一种的至少一个液压缸。

10.根据权利要求7和9所述的方法，包括以下步骤：检测表示液压缸的位置的操作参数。

11.根据前面权利要求中的任一项所述的方法，包括以下步骤：检测表示所述作业机械上的负载的操作参数，并且基于检测到的操作参数来确定用于所述工作功能件的最大压力。

12.根据前面权利要求中的任一项所述的方法，包括以下步骤：检测与所述工作功能件之一相关联的液压压力，并且基于检测到的操作参数来确定用于所述工作功能件之一的最大压力。

13.根据前面权利要求中的任一项所述的方法，包括以下步骤：根据正在执行的处理、为所述工作功能件单独确定所述液压流体的最大压力。

14.根据前面权利要求中的任一项所述的方法，包括以下步骤：根据所述工具的类型、为所述工作功能件单独确定所述液压流体的最大压力。

15.根据前面权利要求中的任一项所述的方法，包括以下步骤：根据所述工具的类型、为所述工作功能单独确定所述液压流体的最大压力。

16.根据前面权利要求中的任一项所述的方法，包括以下步骤：根据来自操作员控制元件(211，227)的信号、为所述工作功能件单独确定所述液压流体的最大压力。

17.根据前面权利要求中的任一项所述的方法，包括以下步骤：确定所述功能件是否需要比所述最大压力的基本水平还高的最大压力水平，并且将所述最大压力暂时增加到高于所述基本水平。

18.根据前面权利要求中的任一项所述的方法，包括以下步骤：连续确定所述功能件是否仅仅需要比所述最大压力的基本水平还低的最大压力水平，如果仅仅需要所述较低的最大压力水平，则将所述最大压力降低到低于所述基本水平。

19.根据前面权利要求中的任一项所述的方法，包括以下步骤：为所述工作功能件中的至少两个工作功能件单独确定用于利用所述工具执行特定任务的液压流体的最大压力，并且将至多被加压到所确定的最大压力的液压流体供应至所述工作功能件中的每一个。

20.根据权利要求19所述的方法，包括以下步骤：将至多被加压到所确定的压力的液压流体同时供应至所述工作功能件中的每一个。

21.根据前面权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述液压系统包括用于多个所述功能件中的每一个的至少一个控制阀(207，209，223，225)，并且所述方法包括如下步骤：经由所述控制阀来控制供应至所述工作功能件的所述液压流体的压力。

22.根据权利要求21所述的方法，包括以下步骤：经由电信号致动所述控制阀。

23.根据前面权利要求中的任一项所述的方法，包括以下步骤：连续检测用于所述功能件的液压压力；将检测到的压力与所确定的最大压力进行比较；当检测到的压力大于所确定的最大压力时，中断对所述功能件的加压。

24.根据前面权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述液压系统包括公用泵(205)，所述公用泵(205)适于为多个所述功能件供应经加压的液压流体。

25.根据权利要求24所述的方法，包括以下步骤：经由电信号控制所述泵。

26.根据权利要求24或25所述的方法，包括以下步骤：限制最大调节泵压力。

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