CN102829007B - 针对角度范围施行平行提升的系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种液压系统。该液压系统可以具有泵、提升致动器、提升阀装置、倾斜致动器、倾斜阀装置、以及构造成生成第一信号的倾角传感器。该液压系统还可以具有至少一个操作员接口装置和控制器，所述至少一个操作员接口装置可移动，以生成指示期望提升速率的第二信号和指示期望倾斜速率的第三信号。该控制器可以构造成基于第二信号而命令提升阀装置计量供给加压流体，基于第三信号而命令倾斜阀装置计量供给加压流体，并且当第一信号指示在提升期间实际倾角已进入指定的倾角范围时，当实际倾角保持在所述指定范围内时，基于第二信号而命令倾斜阀装置计量供给加压流体。

Description

针对角度范围施行平行提升的系统

技术领域

本发明总的涉及一种系统，更具体地涉及一种针对特定角度范围施行平行提升（平行升降）的液压工具系统。

背景技术

诸如轮式装载机、挖掘机、推土机、自行式平地机和其它类型的重型设备之类的机器使用被供给来自机器上的一个或多个泵的液压流体的多个致动器来完成各种作业。通常尤其基于操作员接口装置的致动位置而对这些致动器进行速率控制。例如，当轮式装载机的操作员向后拉动操纵杆控制器或者向前推动操纵杆控制器时，安装在轮式装载机上的一个或多个提升缸（升降缸）要么伸出以使机器的工作工具远离地面提升，要么缩回以使工作工具以与操纵杆控制器的前/后移位位置有关的速度朝地面降低返回。类似地，当操作员向左或向右推动同一个或另一个操纵杆控制器时，安装在轮式装载机上的倾斜缸要么伸出以使工作工具朝地面向下卸料（dump），要么缩回以使工作工具以与操纵杆控制器的左/右移位位置有关的速度向后远离工作表面装料（rack）。

在一些机器构造中，当使工作工具远离地面提升或朝地面降低时，即使操作员未请求过倾斜，由于连接到工作工具的机械连杆，工作工具相对于地面的倾角也自然改变（例如，工作工具可以在提升期间朝机器的驾驶室向后装料，并且在降低期间朝地面向下卸料）。这种状况下，工作工具内的物料可能在工作工具的边缘上方溢出，在一些情况下溢出到机器上和/或机器的操作员身上。过去，机器的操作员负责在提升期间同时调节倾斜缸的移动，以确保工作工具的倾角保持在期望角度（即抵消提升导致工作工具自然发生的倾斜）。然而，这种双重控制手动步骤会难以控制并且易于出现错误。

自动降低物料在提升期间从机器的工作工具溢出的可能性的一种尝试在2009年5月12日授予Trifunovic的美国专利7,530,185（’185专利）中被公开。具体而言，’185专利记载了一种用于反铲装载机的电子平行提升系统。该电子平行提升系统包括控制器，该控制器使反铲装载机的工具角度基于工具相对于反铲装载机机架的角度的测量值而被自动调节，而不论支承工具连杆、反铲装载机的动臂和工具之间的任何特定机械关系如何。控制器使用至少一个传感器来检测工具相对于车架的角度，然后响应地命令工具致动器根据在动臂移动期间测出的角度来调节工具位置。

发明内容

一方面，本发明针对一种液压系统。该液压系统可以包括构造成对流体进行加压的泵、提升致动器、以及提升阀装置，所述提升阀装置构造成将来自泵的加压流体计量供给到提升致动器内，以提升工作工具。该液压系统还可以具有倾斜致动器、倾斜阀装置、以及倾角传感器，所述倾斜阀装置构造成将来自泵的加压流体计量供给到倾斜致动器内，以使工作工具倾斜，所述倾角传感器与倾斜致动器相关并且构造成生成指示工作工具的实际倾角的第一信号。该液压系统还可以具有至少一个操作员接口装置和控制器，所述至少一个操作员接口装置可由操作员移动，以生成指示工作工具的期望提升速率的第二信号和指示工作工具的期望倾斜速率的第三信号，所述控制器与提升阀装置、提升传感器、倾斜阀装置和至少一个操作员接口装置通信。控制器可以构造成基于第二信号而命令提升阀装置将加压流体计量供给到提升致动器内以提升工作工具，基于第三信号而命令倾斜阀装置将加压流体计量供给到倾斜致动器内以使工作工具倾斜，并且当第一信号指示在提升期间工作工具的实际倾角已进入指定的倾角范围时，基于第二信号而命令倾斜阀装置将加压流体计量供给到倾斜致动器内，并且只要工作工具的实际倾角保持在指定范围内就维持工作工具的期望倾角。

在另一方面，本发明针对一种操作机器的方法。该方法可以包括接收指示工作工具的期望提升速率和工作工具的期望倾斜速率的操作员输入，对流体进行加压，基于期望提升速率而将加压流体计量供给到提升致动器内，并且基于期望倾斜速率而将加压流体计量供给到倾斜致动器内。该方法还可以包括感测工作工具的实际倾角，并且当工作工具的实际倾角在提升期间进入指定的倾角范围时，基于期望提升速率而将加压流体计量供给到倾斜致动器内，以只要工作工具的实际倾角保持在指定范围内就在提升期间维持工作工具的期望倾角。

附图说明

图1是示例性公开的机器的侧视图图形表示；

图2是可以结合图1的机器使用的示例性公开的液压系统的示意图；以及

图3是由图2的液压系统执行的示例性公开的方法的流程图。

具体实施方式

图1示出了具有协作完成作业的多个系统和构件的示例性机器10。机器10可以体现为执行与诸如采矿、施工、耕种、运输之类的行业或本领域内已知的另一种行业相关的某种操作的固定或移动机器。例如，机器10可以是诸如图1所示的装载机的物料运送机器。替换地，机器10可以体现为挖掘机、推土机、反铲装载机、自行式平地机或另一种类似的机器。机器10尤其可以包括构造成使工作工具14移动的连杆系统12和向连杆系统12提供动力的原动机16。

连杆系统12可以包括由流体致动器作用以使工作工具14移动的结构。具体而言，连杆系统12可以包括动臂（即提升部件）17，所述动臂17可由一对相邻、双重作用的液压缸20（图1中仅示出一个）相对于地面18绕水平轴线28竖直地枢转。连杆系统12还可以包括单个的双重作用的液压缸26，该液压缸26绕水平轴线30沿竖直方向相对于动臂17连接到倾斜工作工具14。动臂17可以在一端可枢转地连接到机器10的主体32，而工作工具14可以可枢转地连接到动臂17的相对端。应指出，可选的连杆构造也是可能的。

多个不同的工作工具14可以附装在单个机器10并且被控制成执行特定作业。例如，工作工具14可以体现为铲斗（在图1中示出）、叉形装置、铲刀、铲子、松土器、卸载平板（dump bed）、扫帚、除雪机、推进装置、切割装置、抓取装置或本领域内已知的另一种执行作业的装置。尽管在图1的实施例中被连接成相对于机器10提升和倾斜，但工作工具14可以替换地或另外枢转、旋转、滑动、摆动或以其它合适的方式移动。

原动机16可以体现为发动机，诸如柴油发动机、汽油发动机、气体燃料驱动的发动机或本领域内已知的另一种燃烧发动机，所述发动机由机器10的主体32支承并且可操作以给机器10和工作工具14的移动提供动力。可以设想，如果需要的话，原动机可以替换地体现为非燃烧动力源，诸如燃料电池、蓄电装置（例如电池）或本领域内已知的另一种来源。原动机16可以产生随后可以被转换为用于使液压缸20和26移动的液压动力的机械或电气功率输出。

为了简化的目的，图2示出了仅液压缸26和液压缸20中的一个的组合和连接。然而，应注意，如果需要的话，机器10可以包括连接成以相似的方式使连杆系统12的相同或其它结构部件移动的具有相似组合的其它液压致动器。

如图2所示，液压缸20和26中的每一者均可以包括管34和在管34内布置成形成第一腔室38和第二腔室40的活塞组件36。在一个示例中，活塞组件36的杆部36a可以延伸穿过第二腔室40的一端。因此，第二腔室40可以与其相应的缸的杆端44相关，而第一腔室38可以与其相应的缸的对置的头端42相关。

第一腔室38和第二腔室40均可以被选择性地供给加压流体并排出加压流体，以使活塞组件36在管34内移位，从而改变液压缸20、26的有效长度并且使工作工具14（参照图1）移动。流体进出第一腔室38和第二腔室40的流速可以与液压缸20、26和工作工具14的速率有关，而第一腔室38与第二腔室40之间的压差可以与液压缸20、26在工作工具14上分配的力有关。液压缸20、26的伸出（由箭头46表示）和缩回（由箭头47表示）可以用于采用不同方式协助使工作工具14移动（例如，分别地，提升工作工具14和使工作工具14倾斜）。

为了帮助调节第一腔室38和第二腔室40的填充和排出，机器10可以包括具有多个互连和协作的流体构件的液压控制系统48。液压控制系统48尤其可以包括阀组50，该阀组50至少部分地形成液压缸20、26、发动机驱动的泵52和罐53之间的回路。阀组50可以包括提升阀装置54、倾斜阀装置56以及在一些实施例中以并列方式流体连接成接收和排放加压流体的一个或多个辅助阀装置（未示出）。在一个示例中，阀装置54、56可以包括彼此螺接成形成阀组50的单独的主体。在另一实施例中，阀装置54、56中的每一者均可以是仅借助于外部流体导管（未示出）彼此连接的单独的装置。可以设想，如果需要的话，阀组50内可以包括更大数量、更小数量或不同构造的阀装置。例如，阀组50内可以包括构造成控制连杆系统12的摆动运动的摆动阀装置（未示出）、一个或多个行驶阀装置、以及其它合适的阀装置。液压控制系统48还可以包括控制器58，该控制器58与原动机16和阀装置54、56通信，以控制液压缸20、26的相应移动。

提升阀装置54和倾斜阀装置56中的每一者均可以调节它们相关的流体致动器的运动。具体而言，提升阀装置54可以具有可移动以同时控制两个液压缸20的运动并从而相对于地面18提升动臂17的元件。同样，倾斜阀装置56可以具有可移动以控制液压缸26的运动并从而使工作工具14相对于动臂17倾斜的元件。

阀装置54、56可以连接，以调节加压流体经由公共通路流向液压缸20、26和从液压缸20、26流出的单独流动。具体而言，阀装置54、56可以经由公共供给通路60连接到泵52，并且经由公共排放通路62连接到罐53。提升阀装置54和倾斜阀装置56可以分别经由单独的流体通路66和68并列连接到公共供给通路60，并且分别经由单独的流体通路72和74并列连接到公共排出通路62。压力补偿阀78和/或止回阀70可以配置在各流体通路66、68内，以提供具有大致恒定的通向阀装置54、56的流量的单向流体供给。压力补偿阀78可以是可响应于差压而在流动通过位置与流动阻塞位置之间移动以便即使引向压力补偿阀78的流体的压力改变也向阀装置54和56提供大致恒定的流体流量的前补偿阀（在图2中示出）或后补偿阀（未示出）。可以设想，在一些应用中，如果需要的话，可以省略压力补偿阀78和/或止回阀79。

提升阀装置54和倾斜阀装置56各者可以大致相同并且包括四个独立的计量阀（IMV）。在四个IMV当中，两个可以总体上与流体供给功能相关，而两个可以总体上与排出功能相关。例如，提升阀装置54可以包括头端供给阀80、杆端供给阀82、头端排出阀84和杆端排出阀86。类似地，倾斜阀装置56可以包括头端供给阀88、杆端供给阀90、头端排出阀92和杆端排出阀94。

头端供给阀80可以配置在流体通路66与通向液压缸20的第一腔室38的流体通路104之间，并且构造成响应于来自控制器58的流量命令而调节加压流体进入第一腔室38的流速。头端供给阀80可以包括可变位置、弹簧偏压的阀元件，例如提升阀或阀芯元件，该阀元件采用电磁方式致动并且构造成移动到允许流体流入第一腔室38的第一端位置与阻止流体从第一腔室38流动的第二端位置之间的任何位置。可以设想，头端供给阀80也可以构造成当第一腔室38内的压力超过泵52的压力和/或接收再生流体的腔室的压力时允许来自第一腔室38的流体在再生事件期间流经头端供给阀80。还可以设想，头端供给阀80可以包括另外的元件或与上述不同的元件，诸如固定位置阀元件或本领域内公知的任何其它阀元件。也可以设想，头端供给阀80可以替换地被液压致动、机械致动、气动致动或以另一种合适的方式致动。

杆端供给阀82可以配置在流体通路66与通向液压缸20的第二腔室40的流体通路106之间，并且构造成响应于来自控制器58的流量命令而调节加压流体进入第二腔室40的流速。杆端供给阀82可以包括可变位置、弹簧偏压的阀元件，例如提升阀或阀芯元件，该阀元件采用电磁方式致动并且构造成移动到允许流体流入第二腔室40的第一端位置与阻止流体从第二腔室40流动的第二端位置之间的任何位置。可以设想，杆端供给阀82也可以构造成当第二腔室40内的压力超过泵52的压力和/或接收再生流体的腔室的压力时允许来自第二腔室40的流体在再生事件期间流经杆端供给阀82。还可以设想，杆端供给阀82可以包括另外或不同的阀元件，诸如固定位置阀元件或本领域内公知的任何其它阀元件。也可以设想，杆端供给阀82可以替换地被液压致动、机械致动、气动致动或者采用另一种合适的方式致动。

头端排出阀84可以配置在流体通路104与流体通路72之间，并且构造成响应于来自控制器58的流量命令而调节加压流体从液压缸20的第一腔室38到罐53的流速。头端排出阀84可以包括可变位置、弹簧偏压的阀元件，例如提升阀或阀芯元件，该阀元件采用电磁方式致动并且构造成移动到允许流体从第一腔室38流动的第一端位置与阻止流体从第一腔室38流动的第二端位置之间的任何位置。可以设想，头端排出阀84可以包括另外或不同的阀元件，诸如固定位置阀元件或本领域内公知的任何其它阀元件。也可以设想，头端排出阀84可以替换地被液压致动、机械致动、气动致动或者采用另一种合适的方式致动。

杆端排出阀86可以配置在流体通路106与流体通路72之间，并且构造成响应于来自控制器58的流量命令而调节加压流体从液压缸20的第二腔室40到罐53的流速。杆端排出阀86可以包括可变位置、弹簧偏压的阀元件，例如提升阀或阀芯元件，该阀元件采用电磁方式致动并且构造成移动到允许流体从第二腔室40流动的第一端位置与阻止流体从第二腔室40流动的第二端位置之间的任何位置。可以设想，杆端排出阀86可以包括另外或不同的阀元件，诸如固定位置阀元件或本领域内公知的任何其它阀元件。也可以设想，杆端排出阀86可以替换地被液压致动、机械致动、气动致动或者采用另一种合适的方式致动。

头端供给阀88可以配置在流体通路68与通向液压缸26的第一腔室38的流体通路108之间，并且构造成响应于来自控制器58的流量命令而调节加压流体进入第一腔室38的流速。头端供给阀88可以包括可变位置、弹簧偏压的阀元件，例如提升阀或阀芯元件，该阀元件采用电磁方式致动并且构造成移动到允许流体流入第一腔室38的第一端位置与阻止流体从第一腔室38流动的第二端位置之间的任何位置。可以设想，头端供给阀88也可以构造成当第一腔室38内的压力超过泵52的压力和/或接收再生流体的腔室的压力时允许来自第一腔室38的流体在再生事件期间流经头端供给阀88。还可以设想，头端供给阀88可以包括另外或不同的元件，诸如固定位置阀元件或本领域内公知的任何其它阀元件。也可以设想，头端供给阀88可以替换地被液压致动、机械致动、气动致动或以另一种合适的方式致动。

杆端供给阀90可以配置在流体通路68与通向液压缸26的第二腔室40的流体通路110之间，并且构造成响应于来自控制器58的流量命令而调节加压流体进入第二腔室40的流速。具体而言，杆端供给阀90可以包括可变位置、弹簧偏压的阀元件，例如提升阀或阀芯元件，该阀元件采用电磁方式致动并且构造成移动到允许流体流入第二腔室40的第一端位置与阻止流体从第二腔室40流动的第二端位置之间的任何位置。可以设想，杆端供给阀90也可以构造成当第二腔室40内的压力超过泵52的压力和/或接收再生流体的腔室的压力时允许来自第二腔室40的流体在再生事件期间流经杆端供给阀90。还可以设想，杆端供给阀90可以包括另外或不同的阀元件，诸如固定位置阀元件或本领域内公知的任何其它阀元件。也可以设想，杆端供给阀90可以替换地被液压致动、机械致动、气动致动或者采用另一种合适的方式致动。

头端排出阀92可以配置在流体通路108与流体通路74之间，并且构造成响应于来自控制器58的流量命令而调节加压流体从液压缸26的第一腔室38到罐53的流速。具体而言，头端排出阀92可以包括可变位置、弹簧偏压的阀元件，例如提升阀或阀芯元件，该阀元件采用电磁方式致动并且构造成移动到允许流体从第一腔室38流动的第一端位置与阻止流体从第一腔室38流动的第二端位置之间的任何位置。可以设想，头端排出阀92可以包括另外或不同的阀元件，诸如固定位置阀元件或本领域内公知的任何其它阀元件。也可以设想，头端排出阀92可以替换地被液压致动、机械致动、气动致动或者采用另一种合适的方式致动。

杆端排出阀94可以配置在流体通路110与流体通路74之间，并且构造成响应于来自控制器58的流量命令而调节加压流体从液压缸26的第二腔室40到罐53的流速。杆端排出阀94可以包括可变位置、弹簧偏压的阀元件，例如提升阀或阀芯元件，该阀元件采用电磁方式致动并且构造成移动到允许流体从第二腔室40流动的第一端位置与阻止流体从第二腔室40流动的第二端位置之间的任何位置。可以设想，杆端排出阀94可以包括另外或不同的阀元件，诸如固定位置阀元件或本领域内公知的任何其它阀元件。也可以设想，杆端排出阀94可以替换地被液压致动、机械致动、气动致动或者采用另一种合适的方式致动。

泵52可以具有可变排量并且采用负荷感测方式控制，以从罐53抽吸流体并且向阀装置54、56排放处于规定的升高的压力下的流体。亦即，泵52可以包括行程调节机构96，例如旋转斜盘或溢流阀，基于液压控制系统48的感测到的负荷而液力-机械地调节该行程调节机构的位置，从而改变泵52的输出（例如，排放速度）。泵52的排量可以从基本上没有流体从泵52排放的零排量位置被调节到以最高速度从泵52排放流体的最大排量位置。在一个实施例中，负荷感测通路（未示出）可以将压力信号引向行程调节机构96，并且行程调节机构96的位置可以基于该信号的值（即基于通路内的信号流体的压力）而改变，以增加或减少泵52的输出并从而维持指定的压力。泵52可以由例如副轴、带或采用另一种合适的方式可驱动地连接到机器10的原动机16。替换地，泵52可以经由变矩器、齿轮箱、电路或者采用本领域内公知的任何其它方式间接地连接到原动机16。

罐53可以构成构造用于保持流体供给的储器。流体可以包括例如专用液压油、发动机润滑油、变速器润滑油或本领域内公知的任何其它流体。机器10内的一个或多个液压回路可以从罐53抽吸流体并使流体返回罐53。还可以设想，如果需要的话，液压控制系统48可以连接到多个单独的流体罐。

控制器58可以体现为单个微处理器或多个微处理器，所述微处理器包括用于尤其基于来自机器10的操作员的输入和/或一个或多个感测到的操作参数而控制阀装置54、56的构件。许多商售微处理器能构造成执行控制器58的功能。应理解，控制器58可以易于在能够控制许多机器功能的通用机器微处理器中体现。控制器58可以包括存储器、辅助存储设备、处理器、以及用于运行应用的任何其它构件。各种其它电路可以与控制器58相关，诸如供电电路、信号调节电路、螺线管驱动器电路和其它类型的电路。

控制器58可以经由位于机器10的操作台内的一个或多个接口装置98接收与机器10的期望移动相关的操作员输入。接口装置98可以例如体现为靠近机载操作员座椅定位（如果机器10由机载操作员直接控制）或位于脱离机器10的远程站点内的单轴或多轴操纵杆、杠杆、或其它公知的接口装置。各接口装置98可以是可移动通过从中性位置到最大位移位置以生成指示由液压缸20、26所致的工作工具14期望速率——例如工作工具14的期望提升速率和倾斜速率——的相应的位移信号的比例型装置。期望的提升速率和倾斜速率信号可以由相同或不同的接口装置98独立地或同时生成，并且被引向控制器58以进行进一步处理。

在一些实施例中，模式按钮99或其它类似的启动构件可以与接口装置98相关并由机器10的操作员用于启动机器在特定模式下的操作。例如，模式按钮99可以位于用于请求特定的提升速率和/或倾斜速率的同一个操作员接口装置98上，并且由操作员选择性地启动，以施行固定工作工具提升与倾斜之间的关系以便在提升期间减轻操作员所需的倾斜调节的操作模式。这种固定关系操作模式通常称为平行提升（parallel lift，平行升降），并且用于在提升期间维持工作工具14相对于地面18的特定角度而不需要操作员同时纠正自然发生的工作工具倾斜。与接口装置98相关的同一个或另一个按钮可以由操作员用于设定在平行提升期间维持的特定角度。例如，操作员可以使工作工具14移动到期望定向，然后启动模式按钮99以指示当前定向是期望定向。在下文的章节中将更详细地描述平行提升。

与接口装置信号、对应的期望工作工具速率、相关的流速、阀元件位置、系统压力、操作模式和/或液压控制系统48的其它特性有关的一个或多个脉谱图可以存储在控制器58的存储器中。这些脉谱图中的每个脉谱图均可采用表格、曲线图和/或方程式形式。控制器58可以构造成允许操作员直接修改这些脉谱图和/或从存储在控制器58的存储器中的可用关系脉谱图选择指定脉谱图以实现液压缸20、26的致动。也可以设想，如果需要的话，可以由控制器58基于感测或确定的机器操作模式而自动选择使用的脉谱图。

控制器58可以构造成接收来自接口装置98的输入并且响应于该输入并基于上述关系脉谱图而命令阀装置54、56的操作。具体而言，控制器58可以接收指示期望的工作工具提升/倾斜速率和操作模式的接口装置信号，并且参照存储在控制器58的存储器中的所选择的和/或修改后的关系脉谱图来为阀装置54、56内的适当供给和/或排出元件确定期望流速。然后能命令适当供给和排出元件的期望流速，以使液压缸20、26内的特定腔室以与所选择的操作模式中的期望的工作工具速率相对应的速率来填充。

控制器58在平行提升期间可以至少部分依赖于来自一个或多个传感器的信息。该信息可以包括例如与提升速率和工作工具14相对于地面18的定向有关的感测信息。在所公开的实施例中，经由与液压缸20相关的速率传感器103提供提升速率信息，而经由与液压缸26相关的位置传感器102提供定向信息。传感器102、103均可以体现为与嵌埋在不同液压缸20、26的活塞组件36内的磁体（未示出）相关的磁性拾音型传感器（magnetic pickup typesensor）。在这种构造中，传感器102、103均可以构造成通过监控磁体的相对位置而检测对应的液压缸20、26的伸出位置，并且生成引向控制器58以进行进一步处理的相应的位置信号。可以设想，传感器102、103可以替换地体现为其它类型的传感器，诸如与液压缸20、26内部的波导（未示出）相关的磁致伸缩型传感器、与从外部安装在液压缸20、26上的电缆（未示出）相关的电缆型传感器、从内部或外部安装的光学传感器、与可由液压缸20、26枢转的接头相关的回转式传感器、或本领域内公知的任何其它类型的传感器。从由传感器102、103生成的位置信号并基于液压缸20、26和连杆系统12的已知几何形状和/或动力学结构，控制器58可以构造成计算工作工具14相对于主体32和/或地面18的提升速率和定向。该信息然后可以由控制器58在平行提升期间利用，正如下文将更详细地描述的。

控制器58在对阀装置54、56的控制期间也可以依赖于压力信息。液压控制系统48的压力可以经由压力传感器105直接或者间接测量。压力传感器105可以体现为构造成生成指示液压控制系统48的压力的信号。例如，压力传感器105可以是构造成生成与由与传感器元件连通的流体对相关的传感器元件的压缩成比例的信号的应变仪型（strain gauge-type）、电容型或压电型压缩传感器。由压力传感器105生成的信号可以被引向控制器58以进行进一步处理。

图3示出了由控制器58在平行提升期间执行的示例性操作。将在下文的章节中更详细地论述图3，以进一步说明所公开的概念。

工业适用性

所公开的液压控制系统可以适用于具有工作工具的任何机器，其中希望在工作工具的提升期间维持工作工具的规定定向。所公开的液压控制系统可以用于选择性地实现固定关系操作模式——也称为平行提升，该操作模式提供了在较少或没有操作员介入的情况下维持工作工具定向的能力。现将说明液压控制系统48的操作。

在机器10操作期间，机器操作员可以操纵接口装置98，以请求工作工具14的相应的提升和倾斜移动。例如，操作员可以沿前/后方向移动接口装置98，以分别请求工作工具14在重力作用下朝地面18向下（即下降）的提升以及克服重力远离地面18向上的提升。操作员也可以沿左/右方向移动接口装置98，以分别请求工作工具14的后倾（即装料）和工作工具14的前倾（即卸料）。接口装置98在前/后和左/右方向上的位移位置可以与操作员所希望的工作工具14的提升速率和倾斜速率有关。接口装置98可以生成操作员所希望的工作工具14在操纵期间的提升速率和倾斜速率的第一和第二速率信号，并且将这些速率信号引向控制器58以进行进一步处理。通常，当与向上提升和装料相关时，第一和第二速率信号可以是正信号，而当与下降和卸料相关时，第一和第二速率信号可以是负信号。操作员也可以经由位于接口装置98上的模式按钮99来选择施行平行提升和/或指定期望的工作工具角度。指示对启动平行提升的期望和/或指示在提升期间要维持的期望的工作工具角度的第三信号可以由模式按钮99生成并且被引向控制器58以进行进一步处理。

可以设想，如果需要的话，可采用与经由模式按钮99不同的方式来触发平行提升的施行和/或指定期望的工作工具角度。例如，当不存在期望倾斜速率信号（即，当操作员未请求过工作工具14的倾斜时）或者当操作员已请求的期望倾斜速率小于临界量（例如，小于在提升期间使工作工具14维持在期望角度所需的倾斜速率）时，可以在工作工具提升期间的任何时间自动触发平行提升的施行。在此示例中，工作工具14在操作员经由接口装置98请求提升时的当前角度可以是在平行提升期间由控制器58自动维持的期望角度。

在另一个实施例中，平行提升可以在工作工具14于提升期间定位在指定的倾角范围内或进入该范围的任何时间被自动触发。指定的倾角范围可以定义为在工具工作14的特定表面——例如工作工具14的基本上平坦的底部表面112——与机器10的大体水平的平面——诸如图1中示出为通过机器牵引装置116的中心的平面114——之间测出的角度范围。在所公开的实施例中，用来自动触发平行提升的指定角度范围可以是表面112与平面114之间的约﹢/﹣20°至30°。在此实施例中，在平行提升期间应该维持的工作工具14的角度可以是工作工具14在提升期间在它进入指定的角度范围时的角度，或替换地在请求提升并且启动平行提升时工作工具14在指定的角度范围内的当前角度。可以设想，如果需要的话，可以利用其它确定操作员希望施行平行提升和期望的工作工具14的角度的方式。

在机器10操作期间，控制器58可以经由接口装置98接收操作员输入（例如与期望的工作工具速率、模式启动、和/或期望的工作工具角度有关的信号），并且经由传感器102、103和105接收位置、速率和压力信息（步骤300）。基于操作员和感测输入，控制器58可以使用上述任何方法来判断是否希望工作工具14的平行提升。当控制器58判断机器10的操作员不希望平行提升时（步骤305：否），控制器58可以采用常规方式确定并命令产生操作员期望的工作工具速率的对应于操作员输入的流速（步骤310）。

然而，如果在步骤305，控制器58判断操作员希望平行提升（步骤305：是），则控制器58然后可以判断在提升期间应该维持多大的工作工具14的期望角度（步骤315）。如上所述，期望的工作工具角度可以通过操作员对模式按钮99的操纵而被手动（或采用另一种手动方式）限定，或者，替换地，通过工作工具14在平行提升开始时的定向（例如工作工具14在对平行提升指定的角度范围内的定向）而被自动限定。

在一个实施例中，控制器58可以构造成使在平行提升期间应该维持的工作工具14的期望角度在装料方向上偏离（步骤320）。在所公开的实施例中，倾角偏离可以是可变的并且基于从启动平行提升以来（例如从获得在平行提升期间要维持的期望角度以来）所施行的提升或倾斜量而改变。例如，当首先启动平行提升时，倾角偏离可以是约零度，并且在工作工具14被提升一定量（例如约400mm）和/或以特定角度倾斜时在装料方向上线性地增大至约1°。通过使工作工具14的期望倾角在装料方向上偏离，可以适应与平行提升的施行相关的误差而不允许工作工具14错误地卸载物料。亦即，使工作工具14略微多于所需地装料优于允许工作工具14错误地卸载物料，并且倾角偏离可以提供这种功能。步骤320可以是可选的，并且如果需要的话可以省略。

控制器58可以采用至少三种不同方式来确定在提升期间使工作工具14维持在期望的倾角所需的倾斜速率。具体而言，控制器58可以仅根据如经由传感器103接收的工作工具14的实际提升速率（步骤330）、根据如经由接口装置98接收的实际提升速率和期望提升速率中的较大者（步骤350）、或者仅根据期望提升速率（步骤345）而确定倾斜速率。控制器58在建立哪一种方式来确定工作工具14的期望倾斜速率时尤其可以考虑液压缸20的失速（停顿）状态和液压缸20所分配的工作工具14的提升方向。

具体而言，在步骤315完成之后，且在一些实施例中还在可选的步骤320完成之后，控制器58可以判断缸20是否已失速并且基于该判断而选择性地实现倾斜速率计算。一个失速指示可以与接近最大系统压力的泵52的排放压力（如由传感器105检测）相关。缸20的速率（如经由传感器102检测）可以单独或连同系统压力一起提供另一个失速指示（例如，当缸20具有零速率但被提供加压到最大压力的流体时，可以认为缸20已经失速）。可以设想，如果需要的话，也可以采用其它确定失速的方法。当控制器58判断缸20正经历失速时（步骤325：是），控制可以转入步骤330，其中控制器58利用上述第一选择项计算平行提升所需的倾斜速率。这种状况下仅利用实际提升速率来确定所需的倾斜速率的原因在于，液压缸20的失速状态可能引起期望提升速率与实际提升速率之间的差别（即，在缸失速期间，期望提升速率将为非零，但实际提升速率可能约为零），并且仅可以通过使用实际倾斜速率来实现倾斜控制的精度。如果未检测到失速（步骤325：否），则控制可以改为转入步骤335——其中提升方向可能对倾斜速率计算有影响。

在步骤335，控制器58可以判断操作员在平行提升期间所请求的提升方向是与重力一致还是与重力相反（步骤335）。如果操作员在平行提升期间所请求的提升方向远离地面18向上并且与重力相反（如在一个示例中由正期望提升速率信号或接口装置98的向后倾斜移动表明），则控制器58可以根据期望提升速率而确定在提升期间维持工作工具14的期望角度所需的对应的倾斜速率（即，控制可以继续进行至步骤345）。然而，如果在步骤335判断操作员在平行提升期间所请求的提升方向是朝向地面18向下（如在一个示例中由负期望提升速率信号或接口装置98的向前倾斜移动表明），则控制器58可以在选择使用何种方法来确定该对应的所需倾斜速率之前首先确定期望提升速率的量级。具体而言，控制器58可以在判断是转入步骤345还是转入步骤350之前首先判断期望提升速率是否约为零（即，在零阈值内）（步骤340）。

如果在步骤340控制器58判断期望提升速率约为零（步骤340：是），则控制可以转入步骤345，其中可以根据期望提升速率而确定对应的所需倾斜速率。为何当期望提升速率约为零时可以单独使用期望提升速率来确定在平行提升期间对应的倾斜速率的一个原因在于，可能存在各种状况，尤其是其中由传感器103/控制器58执行的实际提升速率测量和/或液压缸20的响应发生显著延迟的机器应用。在这些状况中，由于时间延迟，如由接口装置98提供的期望提升速率可能约为零，但如由传感器103测量的实际提升速率可能滞后并且大得多。如果在这种状况下使用实际提升速率来确定工作工具14的随后倾斜速率，则可能导致工作工具14在工作工具14不应该再提升或倾斜时倾斜。

然而，如果在步骤340控制器58判断期望提升速率不是约为零，则控制器58可代之以根据期望提升速率和实际提升速率中较大的一者而确定对应的所需倾斜速率。在通过重力的提升移动期间可以使用期望提升速率或实际提升速率中较大的一者（与一直使用期望的提升速率相对而言）的原因在于，工作工具14在被作用重力时（例如在超速（overrunning）状况下）可能实际上移动得比期望提升速率快。这种状况下，根据期望提升速率而确定所需倾斜速率可能引起导致工作工具14以不希望的角度不正确地定位的不准确的倾斜速率（即过慢的速率）。

在上述步骤330、345或350中的任何一个步骤中，控制器58用于确定在平行提升期间维持工作工具14的期望角度所需的倾斜速率的功能可以是比例缩放（scaling）功能。具体而言，控制器58可以构造成比例递减合适的提升速率（与失速状态、提升速率量级和提升方向相应的实际提升速率或期望提升速率），以确定在工作工具14的平行提升期间被用作正馈控制项的所需倾斜速率。在一个实施例中，用于比例递减提升速率的比例缩放系数可以是所使用的固定系数，而不论倾斜方向、角度或速率如何。在另一个实施例中，比例缩放系数可以变化并且至少部分取决于工作工具14的倾斜方向、角度和/或速率。例如，当需要工作工具14在提升期间装料以在提升期间维持期望的工作工具角度时，可以利用第一比例缩放系数来确定对应的倾斜速率，并且当需要工作工具14在提升期间卸料时，可以利用不同于第一比例缩放系数（例如小于第一比例缩放系数）的第二比例缩放系数来确定对应的倾斜速率。在装料和卸料期间使用的比例缩放系数的差异可以帮助适应头端和杆端缸几何形状的内部差异和/或重力的影响以及对工作工具14的倾斜速率的其它不受控的影响。可以设想，如果需要的话，可以使用其它比例缩放系数策略。

用于确定所需倾斜速率的指定比例缩放系数可以取决于机器、工作工具和/或连杆系统，并且基于已知的动力学结构。亦即，对于给定的机器/工具/连杆构造，可以获知特定机器的工作工具14的定向在提升期间自然改变的方式。因此，可以基于已知的动力学结构来计算提升-倾斜比例缩放系数，以使得工作工具14的定向在工作工具14的平行提升期间保持大致相同（即，成操作员希望的角度）。比例缩放系数可以采用系数值、方程式、算法和/或脉谱图的形式提供给控制器58，控制器58然后可以利用它们来为任何给定的提升速率确定比例缩放后的倾斜速率。在比例缩放提升速率（实际速率或期望速率）以确定在平行提升期间被用作正馈控制项的所需倾斜速率之后，控制器58可以将对应于期望提升和倾斜速率的命令引向对应的提升阀装置54和倾斜阀装置56，以使液压缸20、26移动（步骤355）。

由于机器间差异、机器老化和磨损、机器损坏和控制器58所产生的影响小的其它因素，在机器10的平行提升操作期间可能出现大于能够通过倾斜偏离适应的定向误差。亦即，比例缩放后的倾斜速率可能不会在提升期间始终成功地使工作工具14维持在期望定向上。因此，在一些实施例中，控制器58也可以利用来自传感器102、103的反馈来解决和/或修正误差。具体而言，控制器58可以从传感器102和/或103接收工作工具14的实际倾角（即接收实际倾角的指示），并且连续地或者选择性地将实际倾角与期望倾角进行比较，并且判断比例缩放系数在操作员请求的提升期间是否成功地使工作工具14维持在期望的倾角（步骤365）。如果比例缩放系数和相关的倾斜速率未在提升期间成功地维持期望工作工具定向（步骤350：否）（即，如果差异大于临界量），则控制器58可以构造成相应选择性地调节比例缩放系数和/或所命令的倾斜速率（步骤370）。控制可以循环通过步骤365和370直到定向误差已被充分减小。在一些实施例中，如果需要的话，控制器58也可以构造成随着时间推移而对比例缩放系数进行递增调节，所述递增调节能被保存并且每当步骤365的比较完成且确定误差之后用于未来的平行提升操作中，从而提高未来工作工具定向精度。在步骤370成功完成之后，控制可以返回步骤300。

在一些机器应用中的平行提升操作期间，由于连杆系统12的特定构造，工作工具14的倾斜在沿单一方向的提升期间可能需要在装料与卸料之间过渡，以便维持期望角度。亦即，对于特定机器连杆构造，当工作工具14正沿一个方向提升时，控制器58可以判断首先需要装料以维持工作工具14的期望角度。然而，在提升一段时间之后，当工作工具14接近运动圆弧中的特定点例如顶点时，控制器58可以判断随后需要卸料以在继续提升期间维持期望角度。这种状况下，当控制器58在平行提升期间在工作工具14的装料和卸料控制之间过渡时（即，当接近特定点时），控制器58可以构造成命令倾斜阀装置56在包围过渡点的一段提升时间停止计量流体（即，控制器58可以施行死区（deadband））。这种死区可以帮助减小倾斜控制在过渡期间的不稳定性。

在一个示例中，上述死区可以在与工作工具14的装料与卸料之间的过渡不相关的其它时间适用。具体而言，控制器58可以构造成当操作员启动的提升命令引起很小的倾角变化时选择性地命令提升阀装置56停止计量供给流体。虽然这通常发生在装料与卸料之间的过渡点，但这也可以例如发生在刚刚启动提升之时和/或以很慢的速度命令提升之时。

在另一个示例中，代替上述死区或除上述死区外，控制器58可以启动容许误差的死区。具体而言，控制器58可以构造成当期望倾角与实际倾角之间的误差变成大于临界量时基于来自传感器102、103的反馈而仅调节被引向倾斜阀装置56的速率命令。当这种误差小于临界量时，控制器58可以仅利用正馈控制（即仅基于比例缩放后的提升速率的控制）。而且，一旦已超过临界误差量，控制器58便可以利用正馈控制和反馈控制两者，直到该误差量减小到约零。在一些实施例中，临界误差量可以变化并且基于例如正馈控制项的符号（即基于工作工具14是卸料还是装料）。

在一些应用中，可以在平行提升期间对特定机器10的液压控制系统48进行流量限制。亦即，对加压流体的需求可能超过泵52的供给速度。在正平行提升（即在固定关系操作模式下远离地面18提升）期间，压力补偿阀78可以用于向提升阀装置54和倾斜阀装置56中的每一者比例计量地（ratiometrically）分配（即基于提升阀装置54和倾斜阀装置56的流动面积而分配）来自泵52的被限制流量的加压流体（即，压力补偿阀78可以用于以基于压力和流动面积的比例的量而限制通向提升阀装置和倾斜阀装置中的每一者的流量）。因此，即使机器10被限制流量，也可以在正平行提升期间使工作工具14维持在期望角度，不过提升和倾斜两者均可能发生得比通常慢。然而，在当机器10被限制流量时的负平行提升期间（即在通过重力朝向地面18提升期间），控制器58可能需要修改被引向提升阀装置54和/或倾斜阀装置56的速率命令，以帮助确保通过不足的流体供给来使工作工具14维持在期望角度。具体而言，控制器58可以构造成在限制流量的负平行提升期间选择性地减小引向提升阀装置54的速率命令和/或增大引向提升阀装置56的速率命令。引向提升阀装置54的速率命令的减小可以获得一些由倾斜阀装置56使用的流量，而重力对提升速度的影响可以弥补提升流量的减小。因此，所述减小可以是与倾斜阀装置56使工作工具14维持在期望的倾角所需的量有关的量。引向倾斜阀装置56的增加的速率命令可以结合压力补偿阀78的流量分配功能引起一些本来用于提升阀装置54的流量转移到倾斜阀装置56。

控制器58可以基于各种输入而终止平行提升操作。例如，控制器58基于经由模式按钮99接收的操作员输入而终止平行提升（例如，当操作员在平行提升期间操纵模式按钮99时）。在另一个示例中，当操作员经由接口装置98请求约为零的期望提升速率时（即，当操作员停止操纵接口装置98时）或请求期望倾斜速率时，可以终止平行提升。在又一个示例中，当工作工具14的倾角与如经由传感器102提供的指定为在平行提升期间使用的角度范围偏离时（例如，当工作工具14的表面112相对于平面114接近或超过约+/-30°时），控制器58可以结束平行提升。在最后一个示例中，当不可能物理地施行平行提升时，诸如当缸20、26中的一者接近或达到行程末端位置或者达到另一种物理极限时，控制器58可以终止平行提升。其它导致平行提升终止的输入也是可能的。

控制器58可以采用逐渐的方式终止平行提升操作。具体而言，当在平行提升期间模式按钮99被压下时，当期望提升速度达到约零时（即，当操作员停止操纵接口装置98时），当从操作员接收期望倾斜速率时，当倾角接近或超过约+/-30°时，和/或当缸20、26中的一者接近或达到行程末端位置时，控制器58可以逐渐减少对倾斜速率的自动控制，从而使工作工具14的倾斜移动逐渐过渡到零倾斜速率（在模式按钮99被按压或超过指定的角度范围的示例中）或操作员控制的倾斜速率（在操作员请求倾斜速率的示例中），并且避免可能引起工作工具14内的物料移位或溢出的突然的倾斜速率变化。例如，当操作员操纵操作员接口装置98以命令期望倾斜速率时，控制器58可以基于来自传感器102、103的反馈而立即停止命令倾斜阀装置56。此外，随着期望倾斜速率增大，可以减小控制器58所利用的正馈控制项，直到引向倾斜阀装置56的速率命令完全取决于操作员输入。在一个示例中，控制器58可以不开始减小正馈控制项，直到来自接口装置98的速率信号指示至少为临界量的期望速率，例如最大速率的约50%。可以设想，可以如希望的那样采用线性或曲线方式并且基于存储在控制器58的存储器内的方程式和/或脉谱图而施行正馈控制项的逐渐撤除。

在对平行提升操作利用指定的角度范围的示例中和/或在液压缸20、26中的一者达到其行程末端位置的示例中，随着接近指定范围的端点和/或行程末端位置，可以停用反馈控制并且使正馈控制逐渐撤除到约零。类似地，当控制器58检测到故障状态时，可以立即清除反馈控制，并且在设定的时间段使提升和倾斜两种移动逐渐减小到零，以减少工具移动不稳定性。在提升速率和倾斜速率的这种基于时间的逐渐减小期间，仍可以将倾斜速率确定为减小的提升速率的缩放比例，从而可以维持工作工具14的平行移动。

一些状况下，当平行提升提早终止时，针对平行提升所利用的期望工作工具倾角可以改变。具体而言，在终止时，实际倾角可以不等于操作员本来期望的倾角。这种状况下，当平行提升已终止时，当前倾角可能变成在随后的操纵中在再次施行平行提升时使用的期望倾角。

所公开的液压控制系统48可以提供在提升操作期间维持期望的工作工具角度的应答和精确的方式。具体而言，由于可以比例减小期望提升速率以产生应该维持期望定向的倾斜速率，所以液压控制系统48可以是前瞻性的并且不需要在改变（或）调节工作工具14的定向之前首先经历不希望的定向。这种功能可以帮助提高工作工具14的定向的精度以及应答性。事实上，由于液压控制系统48可以具有调节在比例缩放期间使用的比例缩放系数的能力，所以定向的精度可以随着时间推移而更进一步提高。

对本领域的技术人员来说显而易见的是，能够对所公开的液压系统做出各种改型和变型。根据本说明书和对所公开的液压系统的实践，其它实施例对本领域的技术人员来说将显而易见。例如，尽管将步骤300-370示出和描述为以特定次序发生，但可以设想，如果需要的话，可以修改所述步骤的次序。说明书和示例旨在仅被视为示例性的，真实范围通过以下权利要求和它们的等同方案来表示。

Claims (10)

1.一种液压系统，包括：

构造成对流体进行加压的泵；

提升致动器；

提升阀装置，其构造成将来自所述泵的加压流体计量供给到所述提升致动器内，以提升工作工具；

倾斜致动器；

倾斜阀装置，其构造成将来自所述泵的加压流体计量供给到所述倾斜致动器内，以使所述工作工具倾斜；

至少一个相关的传感器，其构造成生成指示所述工作工具的实际倾角的第一信号；

至少一个操作员接口装置，其可由操作员移动，以生成指示所述工作工具的期望提升速率的第二信号和指示所述工作工具的期望倾斜速率的第三信号；以及

控制器，其与所述提升阀装置、所述倾斜阀装置、所述至少一个传感器和所述至少一个操作员接口装置通信，所述控制器构造成：

基于所述第二信号而命令所述提升阀装置将加压流体计量供给到所述提升致动器内，以提升所述工作工具；

基于所述第三信号而命令所述倾斜阀装置将加压流体计量供给到所述倾斜致动器内，以使所述工作工具倾斜；并且

当所述期望提升速率不为零时确定导致在提升期间所述工作工具被维持在期望倾角的倾斜速率，通过在工作工具装料时利用第一缩放比例系数和在工作工具卸料时利用第二缩放比例系数成比例缩放期望提升速率来确定所述倾斜速率；并且

当所述第一信号指示在提升期间所述工作工具的实际倾角已进入指定的倾角范围时，基于所述第二信号而命令所述倾斜阀装置将加压流体计量供给到所述倾斜致动器内，并且只要所述工作工具的实际倾角保持在所述指定范围内，就维持所述工作工具的期望倾角。

2.根据权利要求1所述的液压系统，其特征在于，所述控制器构造成：

仅在所述第三信号指示小于临界量的期望倾斜速率时在工作工具提升期间将所述倾斜命令的完整值引向所述倾斜阀装置。

3.根据权利要求2所述的液压系统，其特征在于，所述控制器构造成当所述第三信号的绝对值指示所述期望倾斜速率增大而超过所述临界量时逐渐撤除所述倾斜命令。

4.根据权利要求3所述的液压系统，其特征在于，所述临界量是最大倾斜速率的约50％。

5.根据权利要求3所述的液压系统，其特征在于，所述控制器还构造成基于所述期望倾角与所述实际倾角的比较而调节所述倾斜命令。

6.根据权利要求4所述的液压系统，其特征在于，所述控制器还构造成仅在所述第三信号的绝对值约为零时基于所述期望倾角与所述实际倾角的比较而调节所述倾斜命令。

7.根据权利要求4所述的液压系统，其特征在于，所述控制器进一步构造成：

判断所述工作工具的倾斜必须在提升期间的特定点切换方向，以便维持所述期望倾角；并且

基于向所述特定点的接近而命令所述倾斜阀装置停止计量供给加压流体。

8.根据权利要求4所述的液压系统，其特征在于，当所述工作工具的当前倾角接近所述范围的边界时，所述控制器构造成停止基于所述期望倾角与所述实际倾角的比较调节所述倾斜命令，并且基于与所述边界的距离逐渐减小所述倾斜阀命令。

9.根据权利要求5所述的液压系统，其特征在于，所述控制器进一步构造成：

仅当所述比较表明所述期望倾角与所述实际倾角之差大于临界量时启动对所述倾斜命令的调节；并且

继续调节所述倾斜命令直到所述期望倾角与所述实际倾角之差约为零。

10.一种操作机器的方法，包括：

接收指示工作工具的期望提升速率和所述工作工具的期望倾斜速率的操作员输入；

对流体进行加压；

基于所述期望提升速率而将加压流体计量供给到提升致动器内；

基于所述期望倾斜速率而将加压流体定量供给到倾斜致动器内；

感测所述工作工具的实际倾角；以及

当所述期望提升速率不为零时确定导致在提升期间所述工作工具被维持在期望倾角的倾斜速率，通过在工作工具装料时利用第一缩放比例系数和在工作工具卸料时利用第二缩放比例系数成比例缩放期望提升速率来确定所述倾斜速率；

当所述工作工具的所述实际倾角在提升期间进入指定的倾角范围时，基于所述期望提升速率而将加压流体计量供给到所述倾斜致动器内，以只要所述工作工具的所述实际倾角保持在所述指定范围内就在提升期间维持所述工作工具的期望倾角。