CN102725542A

CN102725542A - 超范围传感器重校准

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Publication number: CN102725542A
Application number: CN2010800625686A
Authority: CN
Inventors: W·L·戈尔霍夫; C·W·朔特勒; K·巴拉苏布拉马尼安; C·法格尔伦德
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 2009-11-30
Filing date: 2010-11-25
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2030-11-25
Also published as: US20110126608A1; EP2507519A1; US8166795B2; BR112012012882A2; KR20120098788A; JP2013512370A; CN102725542B; EP2507519B1; CA2782281A1; MX2012006168A; KR101801991B1; WO2011064652A1; JP5769725B2

Abstract

本发明提供一种用于重置液压致动系统（10）中超范围操作的传感器的校准的方法。该液压致动系统（10）包括泵（14）、储器（12）、多个工作端口（32，34，68，70）、多个传感器（18，24，40，48，60，76）、阀系统（22，38，46，54，58，74，82，88）、以及用于基于流体流量需求和所感测到的压力而调节液压致动系统（10）的控制器（90）。该方法包括检测超范围操作的传感器，使所有工作端口（32，34，68，70）向储器（12）开启，将所有传感器（18，24，40，48，60，76）重置为储器（12）压力，向所有传感器（18，24，40，48，60，76）供给处于最大泵（14）压力下的流体，以及感测各传感器处的所述最大泵（14）压力。此外，该方法包括确定跨所有传感器（18，24，40，48，60，76）的平均压力值，将所确定的平均压力值分配给超范围操作的传感器，并且基于储器（12）压力和平均压力值而重置超范围操作的传感器的校准。

Description

超范围传感器重校准

技术领域

本发明涉及传感器校准，更具体地涉及用于液压致动系统的超范围传感器的预置或自动重校准。

背景技术

如用于操作诸如施工机械之类的负载转移设备的液压致动系统通常包括诸如泵之类的压力源、流体箱和至少一个流体缸，以控制主题机器的提升臂。

本领域中公知利用诸如用于感测工作流体的压力或阀的位置的各种传感器来控制此类液压致动系统的操作。可以设想，这种压力传感器可能丧失校准或脱离检测范围，并且无法生成恰当地对应于所感测到的参数的信号。这种故障可能导致关键数据的丢失，并且使系统不工作。

发明内容

提供了一种用于重置液压致动系统中在规定范围以外操作的传感器的校准的方法。该液压致动系统包括布置成响应于流体流量需求而供给流体流的泵、布置成保持流体的储器、以及多个工作端口。泵与储器和多个工作端口流体连通。

该液压致动系统还包括多个传感器，各传感器均布置成感测各对应的工作端口处的压力。该液压致动系统还包括布置成控制泵、储器和多个工作端口之间的流体的阀系统。该液压致动系统还包括控制器，该控制器布置成响应于流体流量需求和所感测到的压力而调节泵和阀系统。

该方法包括检测在规定范围以外操作的传感器，释放液压致动系统中的压力，使所有工作端口向储器开启，感测各传感器处的压力，并且将所有传感器重置为储器压力。该方法还包括向所有传感器供给处于最大泵压力下的流体，感测各传感器处的最大泵压力，并且确定跨所感测到的压力在最大泵压力的规定范围内的所有传感器的平均压力值。

此外，该方法包括：如果在规定范围以外操作的传感器在相对于最大泵压力的容许的误差区域内，则将所确定的平均压力值分配给在规定范围以外操作的传感器。此外，该方法包括基于储器压力和平均压力值而重置在规定范围以外操作的传感器的校准。

该方法还可以包括识别在规定范围以外操作的传感器是否在相对于最大泵压力的容许的误差区域内。这种情况下，如果在规定范围以外操作的传感器在相对于最大泵压力的容许的误差区域内，则完成将所确定的平均压力值分配给在规定范围以外操作的传感器。另一方面，如果在规定范围以外操作的传感器未处于相对于最大泵压力的容许的误差区域内，则该方法还可以包括生成故障信号。

根据该方法，释放液压致动系统中的压力可以被执行预定量的时间，并且可以自动完成，或者由液压致动系统的操作员手动完成。可以采用非特定的次序逐一执行使所有工作端口向储器开启。同样可以逐一执行向所有传感器供给处于最大泵压力下的流体。

上述方法可以适用于经由液压致动系统操作的机器。该机器的液压致动系统采用布置成响应于根据以上描述而被控制的流体流量而提供能量传递的多个工作端口。

本发明的上述特征和优点以及其它特征和优点易于从下文结合附图对用于实施本发明的最佳模式的详细描述而显而易见。

附图说明

图1是示出了采用用于控制系统功能的压力传感器的液压致动系统的示意图；以及

图2是用于控制使用超范围传感器操作的图1的液压致动系统的方法的流程图。

具体实施方式

参照附图，其中全部几个附图中同样的标号对应于同样或相似的构件，图1示出了示出采用用于控制系统功能的压力传感器的液压致动系统10的示意图。液压致动系统10通常被用在用于完成诸如输送负载之类规定作业的运土或施工机器（未示出）中。

液压致动系统10包括经由流体通道13与诸如泵14之类的压力源流体连通的流体储器12。压力源14经由流体通道16与第一压力传感器18流体连通。传感器18布置成感测由压力源14供给的流体的压力Ps。在传感器18之后，流体经由通道20被传送。通道20将流体传送到一接合部，流体经由通道21从该接合部被传送到孔口22。孔口22与第二压力传感器24流体连通。压力传感器24布置成感测经由流体通道26被供给到液压致动器28的流体的压力Pa1。

液压致动器28包括可移动的活塞30，该活塞30包括活塞头30a和杆30b。活塞30将液压致动器分隔为位于活塞头30a侧的第一工作端口或压力腔室32以及位于活塞杆30b侧的第二工作端口或压力腔室34。具体而言，由压力传感器24感测到的压力Pa1对应于第一压力腔室32内部的流体压力。

在与通道21的接合部处，通道20还与向孔口38供给流体的流体通道36流体连通。孔口38与第三压力传感器40流体连通。压力传感器40布置成感测经由流体通道42供给到液压致动器28的流体的压力Pb1。具体而言，由压力传感器40感测到的压力Pb1对应于第二压力腔室34内部的流体压力。

传感器24还经由流体通道44与孔口46流体连通。孔口46经由流体通道47与第四压力传感器48流体连通。压力传感器48布置成感测经由流体通道50返回储器12的流体的压力Pt。孔口22和孔口46可以是构造成调节压力源14、储器12和第一压力腔室32之间的流体流量的单独的控制阀，或者可以结合为单个控制阀结构。

传感器40还经由流体通道52与孔口54流体连通。孔口54与压力传感器48流体连通。孔口38和孔口54可以是构造成调节压力源14、储器12和第二压力腔室34之间的流体流量的单独的控制阀，或者可以结合为单个控制阀结构。

在传感器18之后，流体还经由通道56被传送到一接合部，流体经由通道57从该接合部被输送到孔口58。孔口58与第五压力传感器60流体连通。压力传感器60布置成感测经由流体通道62供给到液压致动器64的流体的压力Pa2。

液压致动器64包括可移动的活塞66，该活塞66包括活塞头66a和杆66b。活塞66将液压致动器分隔为位于活塞头66a侧的第一工作端口或压力腔室68以及位于活塞杆66b侧的第二工作端口或压力腔室70。具体而言，由压力传感器60感测到的压力Pa2对应于第一压力腔室68内部的流体压力。

在与通道57的接合部处，通道56还与向孔口74供给流体的流体通道72流体连通。孔口74与第六压力传感器76流体连通。压力传感器76布置成感测经由流体通道78供给到液压致动器64的流体的压力Pb2。具体而言，由压力传感器76感测到的压力Pb2对应于第二压力腔室70内部的流体压力。

传感器60还经由流体通道80与孔口82流体连通。孔口82经由流体通道84与第四压力传感器48流体连通，流体经由通道50从所述流体通道84中被传送到储器12。孔口58和孔口82可以是构造成调节压力源14、储器12和第一压力腔室68之间的流体流量的单独的控制阀，或者可以结合为单个控制阀结构。

传感器76还经由流体通道86与孔口88流体连通。孔口88与压力传感器48流体连通。孔口74和孔口88可以是构造成调节压力源14、储器12和第二压力腔室70之间的流体流量的单独的控制阀，或者可以结合为单个控制阀结构。

八个孔口22、38、46、54、58、74、82和88共同形成用于管理通过液压致动系统10的流体流动的阀系统。诸如电子控制单元（ECU）之类的控制器90被编程成调节压力源14以及孔口22、38、46、54、58、74、82和88。正如本领域的技术人员所理解的那样，控制器90基于由控制器计算出的压力Ps、Pa1、Pb1、Pa2、Pb2和Pt之差以及根据流体流量需求而调节压力源14和孔口22、38、46、54、58、74、82和88。流体流量需求一般通过来自施工机器的操作人员例如升高或降低特定负载的请求而确立。

所感测到并传送到控制器90的压力数据还被用于确定致动器28的两个腔室32和34中的哪一个腔室以及致动器64的两个腔室68和70中的哪一个腔室承受负载。例如，为了经由致动器28升高负载，液压致动系统10被调节成向腔室32供给流体，以使得在通道16内产生的压力超过腔室32所具备的压力。正如本领域的技术人员公知的那样，通过改变特定孔口处的限流以及Pa1、Pb1、Ps和Pt之间的压差来控制升高负载的速率，该速率由通过特定孔口的流速设置。还应理解，当升高特定负载时，要求腔室32克服重力操作以处理该负载，即该负载为“被动的”，因此操作连接到压力源14的上游工作端口。这种状况下，腔室34作为将流体流连接到储器12的下游工作端口操作。另一方面，当降低负载时，重力有助于腔室32的操作，即，负载“超速（overrunning）”，并因此作为下游工作端口操作，而腔室34作为上游工作端口操作。致动器64类似于致动器28操作，因此也根据以上描述而被控制。

压力传感器18、24、40、48、60和76中的至少一个可以包含温度传感器（未示出），以便检测加压流体的温度并且向控制器90提供这种数据。具备这种温度数据使得控制器90能够计算流体的粘度。正如本领域的技术人员所理解的那样，在已知流体粘度以及跨各特定孔口的压降的情况下，可以调节跨各孔口的流体流量。控制器90通过调节各相应的孔口22、38、46、54、58、74、82和88的开度以及由压力源14提供的压力Ps来调节流体流量。液压致动系统10的操作受制于压力源14的最大流体流量能力或性能。因此，通向腔室32和32以及腔室68和70的流体流量以相等的比例减小，以便确保不超过压力源的最大容量，并且满足机器操作员对处理特定负载的需求。

结合图1中公开并且在上文描述的结构参照图2，提供了一种用于重置在规定范围以外操作的压力传感器的校准的方法100。根据方法100，校准的重置在液压致动系统10完全可操作的同时发生，并且设置成有利于系统10对由机器操作员生成的流体流量需求作出更精确的响应。

通常，超出范围的压力传感器，诸如传感器18、24、40、48、60和76中的一个传感器，可能导致错误的压力数据被传送到控制器90并从而被用于控制液压致动系统10。这种事件可能导致对液压致动系统10的控制的部分或完全丧失，因为在丧失经由压力调节的控制的情况下，对流体流量的控制同样丧失。另一方面，方法100允许在不使机器停止工作的情况下对超范围传感器进行重校准，从而恢复机器的期望的操作。

图2所示的方法100以框102开始，其中检测到在规定范围以外操作的传感器。传感器18、24、40、48、60和76中的一个传感器的超范围操作通常由控制器90经由登记相对于预期的压力读数在规定的公差或裕度以外的感测到的压力值来检测。通常，诸如本文设想的压力传感器基于具有线性级数的增益而操作，即传感器的输出与所接收的输入成正比。因此，为了估计用于传感器如18、24、40、48、60和76的后续校准的增益，仅需确定两个值。为了限制所估计的增益的不精确，优选所确定的值中的一个值处于感测范围的下端，而另一个值处于上端。

在框102之后，该方法转入框104，其中向大气释放液压致动系统10中的压力。为使液压致动系统10进入压力释放模式（又称“浮动模式”），系统可以请求操作员确认期望的操作。在框104中，液压致动系统10中的压力优选被释放预定量的时间，以保证系统已被充分减压。

在释放液压致动系统10中的压力之后，该方法进行至框106，其中所有工作端口32、34、68和70均开启。使工作端口32、34、68和70逐一地、但不采用特定次序经由开启孔口22、38、46、54、58、74、82和88向储器12开启。从框106，该方法进行至框108，其中感测各传感器处的压力并由控制器90存储。在框108之后，该方法转入框110，其中将所有传感器重置为储器12的压力。视各种功能要求而定，可以将储器12的压力设置为某一升高的压力值，但通常将被设定为1Bar（100kPa）或以下。因此，由此确定处于用于超范围传感器的感测范围的下端的值。

在框110之后，该方法转入框112，其中向所有传感器供给处于泵14能够提供的最大压力下的流体。在向传感器提供最大流体压力之后，该方法转入框114。在框114中，在各传感器18、24、40、48、60和76处感测该最大泵压力。在框114之后，该方法进行至框116。在框116中，确定跨感测到的压力在最大泵压力的规定（即可接受的）范围内的所有传感器的平均压力值。

这种感测到的最大泵压力的可接受的范围将在液压致动系统10的设计和开发期间基于系统的设计参数及其功能要求而确定。感测到的最大泵压力的可接受的范围通常将在预期的（即已知的）最大泵压力值的小比例方差内。此外，可以基于感测到的值在彼此的特定比例方差内的多个传感器而确定平均压力值。

在框116之后，该方法转入框118，其中将所确定的平均压力值分配给在规定范围以外操作的传感器。因此，由此确定处于超范围传感器的感测范围的上端的值。如果特定传感器保持在相对于最大泵压力的容许的误差区域内，则可以将所确定的平均压力值分配给超范围传感器。通常在液压致动系统10的设计和开发期间基于系统的设计参数以及功能要求而确定这种容许的误差区域。在框118之后，该方法进行至框120，其中基于储器压力和最大压力值的平均值而重置在规定范围以外操作的传感器的校准或增益。

作为施行方法100的结果，尽管传感器18、24、40、48、60和76中的一个传感器超范围操作，液压致动系统10也被控制成重校准超范围传感器以使机器回到预期的性能。然而，可能判断超范围传感器未在相对于最大泵压力的容许的误差区域内操作。这种情况下，控制器90可以生成故障信号，以提醒机器操作员超范围传感器的重校准不成功，并且需要进行实际修理。

尽管已详细描述了用于实施本发明的最佳模式，但熟悉本发明相关领域的技术人员应该认识到用于在所附权利要求的范围内实施本发明的各种替代设计和实施例。

Claims

1.一种用于重置液压致动系统（10）中在规定范围以外操作的传感器的校准的方法，所述液压致动系统包括：

泵（14），其布置成响应于流体流量需求而供给流体流；布置成保持流体的储器（12）；多个工作端口（32，34，68，70），其使得所述泵与所述储器和所述多个工作端口流体连通；多个传感器（18，24，40，48，60，76），每个传感器均布置成感测所述多个工作端口（32，34，68，70）中对应的一个工作端口处的压力；阀系统（22，38，46，54，58，74，82，88），其布置成控制所述泵、所述储器和所述多个工作端口（32，34，68，70）之间的流体流量；以及控制器（90），其布置成响应于所述流体流量需求和感测到的压力而调节所述泵（14）和所述阀系统（22，38，46，54，58，74，82，88）；

所述方法包括：

检测在所述规定范围以外操作的传感器；

释放所述液压致动系统（10）中的压力；

使所有工作端口（32，34，68，70）向所述储器开启；

感测各传感器（18，24，40，48，60，76）处的压力；

将所有所述传感器（18，24，40，48，60，76）重置为储器（12）压力；

向所有所述传感器（18，24，40，48，60，76）供给处于最大泵（14）压力下的流体；

感测所述多个传感器（18，24，40，48，60，76）中的每一个传感器处的所述最大泵（14）压力；

确定跨所述多个传感器（18，24，40，48，60，76）中感测到的压力在所述最大泵压力的所述规定范围内的所有传感器的平均压力值；

将所确定的平均压力值分配给在所述规定范围以外操作的传感器；以及

基于所述储器（12）压力和所述平均压力值而重置在所述规定范围以外操作的所述传感器的校准。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括识别在所述规定范围以外操作的传感器是否在相对于所述最大泵（14）压力的容许的误差区域内，其中，如果在所述规定范围以外操作的传感器在相对于所述最大泵（14）压力的所述容许的误差区域内，则完成所述向在所述规定范围以外操作的传感器分配所确定的平均压力值。

3.根据权利要求2所述的方法，还包括：如果在所述规定范围以外操作的传感器未在相对于所述最大泵（14）压力的所述容许的误差区域内，则生成故障信号。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，由所述液压致动系统的操作员手动完成所述释放所述液压致动系统（10）中的压力。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述释放所述液压致动系统（10）中的压力被执行预定量的时间。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，逐一执行所述使所有工作端口（32，34，68，70）向所述储器（12）开启。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，逐一执行所述向所有传感器（18，24，40，48，60，76）供给处于最大泵（14）压力下的流体。

8.一种用于恢复由具有在规定范围以外操作的传感器的液压致动系统（10）控制的机器的期望的操作的方法，所述液压致动系统包括：

泵（14），其布置成响应于流体流量需求而供给流体流；布置成保持流体的储器（12）；多个工作端口（32，34，68，70），其使得所述泵（14）与所述储器（12）和所述多个工作端口（32，34，68，70）流体连通；多个传感器（18，24，40，48，60，76），每个传感器均布置成感测所述多个工作端口（32，34，68，70）中对应的一个工作端口处的压力；阀系统（22，38，46，54，58，74，82，88），其布置成控制所述泵（14）、所述储器（12）和所述多个工作端口（32，34，68，70）之间的流体流量；以及控制器（90），其布置成响应于所述流体流量需求和感测到的压力而调节所述泵（14）和所述阀系统（22，38，46，54，58，74，82，88）以操作所述机器；

所述方法包括：

检测在所述规定范围以外操作的传感器；

释放所述液压致动系统（10）中的压力；

使所有工作端口（32，34，68，70）向所述储器开启；

感测各传感器处的压力；

将所有所述传感器重置为储器（12）压力；

向所有所述传感器供给处于最大泵（14）压力下的流体；

确定跨所述多个传感器（18，24，40，48，60，76）中感测到的压力在所述最大泵（14）压力的所述规定范围内的所有传感器的平均压力值；

基于所述储器（12）压力和所述平均压力值而重置在所述规定范围以外操作的传感器的校准，从而恢复所述机器的期望的操作。

9.根据权利要求8所述的方法，还包括识别在所述规定范围以外操作的传感器是否在相对于所述最大泵（14）压力的容许的误差区域内，其中，如果在所述规定范围以外操作的传感器在相对于所述最大泵（14）压力的所述容许的误差区域内，则完成所述向在所述规定范围以外操作的传感器分配所确定的平均压力值。

10.一种用于重置液压致动系统（10）中在规定范围以外操作的传感器的校准的系统，所述液压致动系统包括：

泵（14），其布置成响应于流体流量需求而供给流体流；布置成保持流体的储器（12）；多个工作端口（32，34，68，70），其使得所述泵（14）与所述储器和所述多个工作端口流体连通；多个传感器（18，24，40，48，60，76），每个传感器均布置成感测所述多个工作端口（32，34，68，70）中对应的一个工作端口处的压力；阀系统（22，38，46，54，58，74，82，88），其布置成控制所述泵、所述储器和所述多个工作端口（32，34，68，70）之间的流体流量；以及控制器（90），其布置成响应于所述流体流量需求和感测到的压力而调节所述泵（14）和所述阀系统（22，38，46，54，58，74，82，88）；

所述控制器（90）适合于：

检测在所述规定范围以外操作的传感器；

释放所述液压致动系统（10）中的压力；

使所有工作端口（32，34，68，70）向所述储器（12）开启；

感测各传感器处的压力；

将所有所述传感器重置为储器（12）压力；

识别在所述规定范围以外操作的传感器是否在相对于所述最大泵（14）压力的容许的误差区域内；

如果在所述规定范围以外操作的传感器处于相对于所述最大泵（14）压力的所述容许的误差区域内，则将所确定的平均压力值分配给在所述规定范围以外操作的传感器；以及

11.根据权利要求10所述的系统，其中，由所述液压致动系统的操作员手动完成所述释放所述液压致动系统（10）中的压力。

12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述释放所述液压致动系统（10）中的压力被执行预定量的时间。

13.根据权利要求10所述的方法，其中，逐一执行所述使所有工作端口（32，34，68，70）向所述储器（12）开启。

14.根据权利要求10所述的方法，其中，逐一执行所述向所有传感器（18，24，40，48，60，76）供给处于最大泵（14）压力下的流体。

15.根据权利要求10所述的方法，还包括：如果在所述规定范围以外操作的传感器未在相对于所述最大泵（14）压力的所述容许的误差区域内，则生成故障信号。