CN102741560B - 用于使发生压力传感器故障的液压致动动力系统工作的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于在压力传感器故障期间使液压致动系统（10）工作的方法。该液压致动系统（10）包括泵（14）、储器（12）、第一工作端口（32）和第二工作端口（34）、带有单独孔口（22，38，46，54）的阀系统、压力传感器系统、以及用于基于流体流量请求并基于所确定的压力差而调节液压致动系统（10）的控制器（56）。该方法包括检测用于第一工作端口（32）的压力传感器（22）的故障、封闭第二和第三孔口（22，46）、和调节泵（14）以生成对应于该泵所生成的最大压力的流体流量。该方法还包括对泵压力与主题工作端口（32）的压力之差分配等于对于这两个压力之差的可达范围内的值。此外，该方法包括响应于流体流量请求而调节第一孔口（22）和第四孔口（54）。

Description

用于使发生压力传感器故障的液压致动动力系统工作的方法
技术领域
本发明涉及液压致动系统，且更具体地涉及用于发生压力传感器故障的机械中采用的液压致动系统的工作模式。
背景技术
如用于操作负载转移设备如施工机械中的升降臂的液压致动系统通常包括压力源如泵、流体罐和至少一个流体缸，以控制主题机器的升降臂。
本领域中公知利用压力传感器来控制此类液压致动系统的工作。通常，压力传感器用于控制基于负载而管理流体缸、压力源和流体罐之间的流体流量的阀。然而，可设想这种压力传感器可能发生故障，并使系统不工作。
发明内容
提供一种用于在压力传感器故障期间使液压致动系统工作的方法。该液压致动系统包括设置成响应于流体流量请求而供应流体流的压力源如泵、设置成保持流体的储器、以及第一和第二工作端口。压力源与储器以及第一和第二工作端口流体连通。
该液压致动系统还包括能够控制流体流量的阀系统。该阀系统具有设置在压力源与第一压力腔室之间的第一孔口、设置在压力源与第二压力腔室之间的第二孔口、设置在第一压力腔室与储器之间的第三孔口、和设置在第二压力腔室与储器之间的第四孔口。
该液压致动系统还包括压力传感器系统，该压力传感器系统能够感测由压力源供应的流体的压力（Ps）、供应给第一压力腔室的流体的压力（Pa）和供应给第二压力腔室的流体的压力（Pb）。该液压致动系统另包括控制器，该控制器设置成基于流体流量请求并基于所确定的Ps、Pa、Pb和返回储器的流体的压力（Pt）之间的差异而调节压力源和阀系统。
该方法还包括检测到设置成感测Pa的传感器的个别故障、封闭第二和第三孔口、并调节压力源以生成对应于最大Ps的流体流量。该方法另包括为Ps与Pa之差分配等于对于这两个压力之差可达到的范围内的值的值。此外，响应于流体流量请求而调节第一孔口和第四孔口被包括在内，使得系统继续工作而不顾设置成感测Pa的传感器的故障。
根据该方法，可通过生成等于流量请求乘以第一和第二工作端口的面积之比的通过第四孔口的流量来完成调节第四控制阀。另外，可响应于所述检测到设置成感测Pa的传感器的故障而生成故障信号。
该方法还可包括检测设置成感测Pb的传感器的个别故障、封闭第二和第三孔口、指示压力源生成对应于Ps＞Pa的流体流量、并对Pb与Pt之差分配大致等于最大可达值的值。这种情况下，该方法还包括响应于流体流量请求而调节第一孔口，并调节第四孔口以生成Pb，使得系统继续工作而不顾设置成感测Pb的传感器的故障。此外，通过将Pa保持在其最大值以下来完成调节第四孔口。该方法还可包括响应于所述检测到设置成感测Pb的传感器的故障而生成故障信号。
如果该液压致动系统内采用的储器在最低已知压力以上工作，则该压力传感器系统可另包括能够感测压力Pt的压力传感器。
以上方法可适用于经由液压致动系统工作的机器。该机器的液压致动系统采用具有设置成响应于根据以上说明控制的流体流量而操作机器的臂的第一和第二相对的压力腔室的致动器。
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是图示了采用带有用于控制系统功能的压力传感器的阀的液压致动系统的示意图；
图2是用于控制发生第二压力传感器故障的液压致动系统的方法的流程图；和
图3是用于控制发生第三压力传感器故障的液压致动系统的方法的流程图。
具体实施方式
参照附图，其中全部几幅图中同样的参考标号对应于同样或类似的构件，图1是图示了采用阀系统和压力传感器来控制系统功能的液压致动系统10的示意图。液压致动系统10通常用于推土或施工机器（未示出）中，以提升和/或降低机器的臂，从而转移负载。
液压致动系统10包括经由流体通路13与压力源如泵14流体连通的流体储器12。压力源14经由流体通路16与第一压力传感器18流体连通。传感器18设置成感测由压力源14供应的流体的压力Ps。传感器18经由流体通路20与孔口22流体连通。孔口22与第二压力传感器24流体连通。压力传感器24设置成感测经由流体通路26供应给液压致动器28的流体的压力Pa。
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在活塞头30a侧的第一工作端口或压力腔室32，和在活塞杆30b侧的第二工作端口或压力腔室34。具体而言，通过压力传感器24感测到的压力Pa对应于第一压力腔室32内部的流体的压力。
传感器18另经由流体通路36与孔口38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设置成感测经由流体通路42供应给液压致动器28的流体的压力Pb。具体而言，通过压力传感器40感测到的压力Pb对应于第二压力腔室34内部的流体的压力。
传感器24还经由流体通路44与孔口46流体连通。孔口46与第四压力传感器48流体连通。压力传感器48设置成感测经由流体通路50返回储器12的流体的压力Pt。孔口22和孔口46可为构造成调节压力源14、储器12和第一压力腔室32之间的流体流动的单独控制阀，或者可结合为单个控制阀结构。
传感器40还经由流体通路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可为构造成调节压力源14、储器12和第二压力腔室34之间的流体流动的单独控制阀，或者可结合为单个控制阀结构。
孔口22、38、46和54共同形成用于管理通过液压致动系统10的流体流量的阀系统。控制器56如电子控制单元（ECU）被编程为调节压力源14以及孔口22、38、46和54。如本领域的技术人员理解的，控制器56基于通过控制器计算出的压力Ps、Pa、Pb和Pt之间的差异并根据流体流量请求而调节压力源14以及孔口22、38、46和54。流体流量请求一般通过来自施工机器的操作人员对例如提升或降低特定负载的请求而确立。
另外采用经感测并传送至控制器56的压力数据来确定致动器28的两个腔室32和34中的哪一个承受负载。为了提升负载，调节液压致动系统10以向腔室32供应流体使得腔室32内生成的压力超过腔室34所具有的压力。如本领域的技术人员公知的，通过Pa、Pb、Ps和Pt之间的压力差来控制提升负载的速率。另外，应理解，当提升特定负载时，要求腔室32克服重力工作以操纵该负载，即，该负载为“被动的”，并因此使连接到压力源14的上游工作端口工作。这种情形中，腔室34作为将流体流连接至储器12的下游工作端口工作。另一方面，当降低负载时，重力有助于腔室32的工作，即，负载“超限运动（overrun）”，并因此作为下游工作端口工作，而腔室34作为上游工作端口工作。
优选地，压力传感器18、24、40和48中的至少一个包含温度传感器（未示出），以便检测加压流体的温度并向控制器56提供这种数据。具备这种温度数据使得控制器56能够计算流体的粘度。如本领域的技术人员理解的，在已知流体粘度以及每个特定孔口的位置和跨每个特定孔口的压降的情况下，可计算出跨每个孔口的流体流量。计算出的跨每个特定孔口的流体流量，结合传送的流量请求，被控制器56用于调节流体流量，并因此调节由压力源14提供的压力Ps。液压致动系统10的工作取决于压力源14的最大流体流量能力或性能。因此，来到致动器28以及扩展系统中的其它致动器的流体流量被减小，以便确保不超过压力源的最大能力，并且满足机器操作人员对操纵特定负载的请求。
图2和3分别描绘了用于在压力传感器24或压力传感器40发生故障的情况下使液压致动系统10工作的方法100和200。通常，来自传感器24和40中的一者的数据的丢失引起液压致动系统10停止工作，这是因为在经由压力调节的控制丢失的情况下，对流体流量的控制同样丢失。另外，在这种数据丢失的情况下，识别负载是被动还是超限运动的能力同样丢失，确定克服并转移这种负载所需的压力Ps的量的性能也丢失。另一方面，方法100和200通过将两个腔室32和34置于流量控制模式下——即，在通向两个腔室的流体流量被主动控制在最低的情况下——允许机器的操作人员完成正在进行的作业。
图2所示的方法100开始于框102，其中检测到传感器24的故障。控制器56经由登记/记录（register）否则被连续传送至控制器的压力信号的丢失或者经由登记超出预期范围的信号来检测传感器24的故障。接着框102，该方法转入框104，其中封闭孔口38和孔口46。然后，在封闭孔口38和46之后，该方法进行至框106，其中调节压力源14以生成对应于最大Ps的流体流。最大Ps是压力源14能够提供的最大压力。
从框106，该方法进行至框108，其中将Ps与Pa之差（即，（Ps-Pa））设定为等于这两个压力之差的可达范围内的值的值。采用所设定的（Ps-Pa）的值并用其代替控制器56所使用的未知的（Ps-Pa）的值。基于以下认识来选择设定的（Ps-Pa）的值：虽然不太可能为（Ps-Pa）的实际值，但所选的值使得控制器56能够继续调节液压致动系统10。可将（Ps-Pa）值设为对于主题差的可达范围的平均值或中点作为默认设置。接着框108，该方法转入框110。
在框110中，控制器56响应于如机器的操作人员所指示的流体流量请求而调节孔口22。在框110之后，该方法进行至框112，其中控制器56调节孔口54以生成通过第四孔口的流量，该流量等于被第一腔室32和第二腔室34的面积之比抵消的流量请求。换言之，在孔口54处的流量被设定为流量请求乘以第一腔室32和第二腔室34的面积之比。腔室32和34的面积之比是已知的固定量。作为实施方法100的结果，即使传感器24发生故障，液压致动系统10也被控制以使致动器28工作并支承负载或者使施工机器的臂伸出。
图3所示的方法200开始于框202，其中检测到传感器40的故障。类似于以上传感器24的故障，控制器56经由登记否则被连续传送至控制器的压力信号的丢失或者经由登记超出预期范围的信号来检测传感器40的故障。接着框202，该方法转入框204，其中封闭孔口38和46。在封闭孔口38和46之后，该方法进行至框206。
在框206中，调节压力源14以生成对应于Ps＞Pa的流体流量，即，使得压力源14所生成的流体压力大于在传感器24处的压力。将压力源14的压力设定为大于在传感器24处的压力允许确保压力源14所生成的压力将足以将负载支承在第一压力腔室32。从框206，该方法进行至框208。
在框208，将Pb与Pt之差（即，（Pb-Pt））的值设定为对于主题差的最大可达值。采用（Pb-Pt）的最大值并将其编程到控制器56中。基于以下认识来选择（Pb-Pt）的最大值：虽然不太可能为（Pb-Pt）的实际值，但所选的值使得控制器56能够继续调节液压致动系统10。接着框208，该方法转入框210。
在框210中，控制器56响应于如该施工机器的操作人员所指示的流体流量请求而调节孔口22。在框210之后，该方法进行至框212，其中控制器56调节孔口54，以将Pa保持在其最大允许压力或以下。因此，方法200采用对压力Pa的控制来调节腔室34内的压力，称之为“交叉轴（cross-axis）”控制。作为实施方法200的结果，并且类似于上述方法100，即使传感器40发生故障，液压致动系统10也被控制以操作致动器28并支承负载或者使施工机器的臂伸出。
由于能够通过分配所采用的压力差来控制液压致动系统10而实现方法100和200，所以压力腔室32和34中生成的相应压力并未与所操纵的负载精确匹配。作为采用假设的值来控制液压致动系统10的工作的结果，活塞32在致动器28内的移动量和活塞平移的速率可在一定程度上不同于预期结果。这种精度的损失通常引起液压致动系统的工作效率的下降。不过以下降的效率工作还是维持了该施工机器的功能，并容许机器尽管发生压力传感器故障也完成规定的作业。
虽然不顾压力传感器24或压力传感器40的故障而维持液压致动系统10的工作，但两种方法100和200可供用于向机器的操作人员生成故障信号。这种故障信号可作为可视和/或可闻警报优选地显示在主题机器的仪表板上。
虽然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将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换设计和实施例。

Claims (10)

1.一种用于在压力传感器故障期间使液压致动系统(10)工作的方法，所述液压致动系统(10)包括：
设置成响应于流体流量请求而供应流体流量的压力源(14)；设置成保持流体的储器(12)；第一工作端口(32)和第二工作端口(34)，其中所述压力源(14)与所述储器(12)以及所述第一和第二工作端口(32，34)流体连通；能够控制流体流量的阀系统，其具有设置在所述压力源(14)与所述第一工作端口(32)之间的第一孔口(22)、设置在所述压力源(14)与所述第二工作端口(34)之间的第二孔口(38)、设置在所述第一工作端口(32)与所述储器(12)之间的第三孔口(46)以及设置在所述第二工作端口(34)与所述储器(12)之间的第四孔口(54)；压力传感器系统，其能够感测由所述压力源(14)供应的流体的压力Ps、供应给所述第一工作端口(32)的流体的压力Pa和供应给所述第二工作端口(34)的流体的压力Pb；以及控制器(56)，其设置成基于所述流体流量请求并基于所确定的Ps、Pa、Pb和返回所述储器(12)的流体的压力Pt之差而调节所述压力源(14)和所述阀系统；
所述方法包括：
检测到设置成感测Pa的传感器(24)的个别故障；
封闭所述第二和第三孔口(38，46)；
调节所述压力源(14)以生成对应于最大Ps的流体流量；
对Ps与Pa之差分配等于对于Ps与Pa之差的可达范围内的值的值；
响应于所述流体流量请求而调节所述第一孔口(22)；和
响应于所述流体流量请求而调节所述第四孔口(54)，使得尽管设置成感测Pa的传感器(24)发生故障，所述系统仍继续工作。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过生成经过所述第四孔口(54)的流量来完成所述调节所述第四孔口(54)，经过所述第四孔口(54)的流量等于所述流量请求乘以所述第一和第二工作端口(32，34)的面积之比。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括响应于所述检测到设置成感测Pa的传感器(24)的故障而生成故障信号。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括：
检测到设置成感测Pb的传感器(40)的个别故障；
封闭所述第二和第三孔口(38，46)；
调节所述压力源(14)生成对应于Ps＞Pa的流体流量；
对Pb与Pt之差分配等于对于所述差的最大可达值的值；
响应于所述流体流量请求而调节所述第一孔口(22)；和
响应于所述流体流量请求而调节所述第四孔口(54)，使得尽管设置成感测Pb的所述传感器(40)发生故障，所述系统仍继续工作。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，通过将Pa保持在其最大值或以下来完成所述调节所述第四孔口。
6.根据权利要求4所述的方法，还包括响应于所述检测到设置成感测Pb的所述传感器(40)的故障而生成故障信号。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述压力传感器系统还包括能够感测压力Pt的压力传感器(48)。
8.一种用于在压力传感器故障期间使液压致动系统(10)工作的系统，所述系统包括：
设置成响应于流体流量请求而供应流体流量的压力源(14)；设置成保持流体的储器(12)；第一工作端口(32)和第二工作端口(34)，其中所述压力源(14)与所述储器(12)以及所述第一和第二工作端口(32，34)流体连通；能够控制流体流量的阀系统，其具有设置在所述压力源(14)与所述第一工作端口(32)之间的第一孔口(22)、设置在所述压力源(14)与所述第二工作端口(34)之间的第二孔口(38)、设置在所述第一工作端口(32)与所述储器(12)之间的第三孔口(46)以及设置在所述第二工作端口(34)与所述储器(12)之间的第四孔口(54)；压力传感器系统，其能够感测由所述压力源(14)供应的流体的压力Ps、供应给所述第一工作端口(32)的流体的压力Pa、供应给所述第二工作端口(34)的流体的压力Pb、和返回所述储器(12)的流体的压力Pt；以及控制器(56)，其设置成基于所述流体流量请求并基于所确定的Ps、Pa、Pb和Pt之差而调节所述压力源(14)和所述阀系统；
所述控制器(56)适合于：
检测到设置成感测Pa的传感器(24)的个别故障；
封闭所述第二和第三孔口(38，46)；
调节所述压力源(14)以生成对应于最大Ps的流体流量；
对Ps与Pa之差分配等于Ps与Pa之差的可达范围内的值的值；
响应于所述流体流量请求而调节所述第一孔口(22)；
响应于所述流体流量请求而调节所述第四孔口(54)，使得所述液压致动系统(10)继续工作而不顾设置成感测Pa的传感器(24)的故障；和
响应于所述检测到设置成感测Pa的所述传感器(24)的故障而生成故障信号；
其中，通过生成经过所述第四孔口(54)的流量来完成所述调节所述第四孔口(54)，经过所述第四孔口(54)的流量等于所述流量请求乘以所述第一和第二工作端口(32，34)的面积之比。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述控制器(56)还适合于：
检测到设置成感测Pb的传感器(40)的个别故障；
封闭所述第二和第三孔口(38，46)；
调节所述压力源(14)生成对应于Ps＞Pa的流体流量；
对Pb与Pt之差分配等于对于所述差的最大可达值的值；
响应于所述流体流量请求而调节所述第一孔口(22)；和
响应于所述流体流量请求而调节所述第四孔口(54)，使得所述系统(10)继续工作而不顾设置成感测Pb的传感器(40)的故障。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，通过将Pa保持在其最大值或以下来完成所述调节所述第四孔口(54)。
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