CN103403362B - 具有缸失速策略的液压控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于机器（10）的液压控制系统（48）。所述液压控制系统可以具有液压回路（50）、构造成供应加压流体的泵（52），以及构造成生成表示所述液压回路的压力的第一信号的第一传感器（105）。所述液压回路还可以具有流体连接以接收来自所述液压回路的加压流体的第一流体致动器（20）、构造成生成表示所述第一流体致动器的速度的第二信号的第二传感器（103），以及与第一和第二传感器通信的控制器（58）。所述控制器可以构造成接收表示第一流体致动器的期望流率的输入，基于所述第二信号确定所述第一流体致动器的实际流率，以及基于所述期望流率、所述实际流率和所述第一信号确定所述第一流体致动器的失速状态。

Description

具有缸失速策略的液压控制系统

技术领域

本发明总体上涉及液压控制系统，更具体地涉及具有缸失速（stall）检测和控制策略的液压控制系统。

背景技术

机器，诸如轮式装载机、挖掘机、推土机、平地机和其它类型的重型设备使用被供应来自在机器上的一个或多个泵的液压流体的多个致动器，以完成各种任务。通常基于操作者接口装置的致动位置控制这些致动器的速度。然而，当所述致动器之一的移动被外部负载限制时，被限制的致动器会急剧减慢或者甚至完全停止移动，即使操作者接口装置仍被朝向致动位置移动（即，被限制的致动器会失速）。如果基于所述操作者接口装置的位移位置，加压流体继续被分配到已失速的液压缸，就会降低机器的效率。另外，当机器的任何一个致动器的运动被限制时，整个系统的流体压力会突然上升。在一些情况中，压力的上升可能高至足以引起泵失速和/或降低其它连接的致动器的控制能力。此外，由于被供应至所有致动器的流体的压力通常受控于系统内的任何一个致动器的单一最高压力，所以在系统压力上升时的单个致动器失速状态期间，会不必要地降低被供应至全部致动器的流体的流率，这通常导致生产率和控制能力的损失。

2007年8月28日授予Egelja等人的美国专利文献No.7,260,931（’931专利）描述了一种改善失速状态期间机器运行的方法。具体地，’931专利描述了一种用在挖掘机器中的液压系统。该液压系统包括被供应来自第一泵的加压流体并且除了其它致动器外还具有动臂油缸的第一回路。该液压系统还包括被供应来自第二泵的加压流体并且除了其它致动器外还具有摆动马达的第二回路。在挖掘机器的摆动运动期间，当该机器的联接装置接触到障碍物并且所述摆动马达的运动受限时，供应至第二回路的所有致动器的流体压力迅速增大。响应于该迅速增大的压力，第二泵快速地减小冲程试图降低第二回路内的压力并且避免失速状态。为了在降低泵输出期间增强对在所述第二回路内的其它致动器的运动的控制能力，根据第二泵的感测到的压力与失速压力的比来按比例减小指定给第二回路致动器的流率。与此同时，来自第二回路的超出已按比例被减小的流率的任何流量被转入第一回路中并且可被用于促进动臂油缸的运动。

尽管’931专利中的系统可以帮助改善某些机器在失速状态期间的运行，但是所述系统缺少适用性。尤其是，所述系统缺少针对仅具有包括单一泵的单一回路的机器的适用性，和/或缺少对仅与在单一回路内的致动器的子组的失速关联的状态的适用性。

本发明的液压控制系统旨在克服上述的一个或多个问题和/或现有技术的其它问题。

发明内容

在一个方面中，本发明涉及一种液压控制系统。所述液压控制系统可以包括：液压回路；构造成向所述液压回路供应加压流体的泵；以及与所述液压回路相关联并且构造成生成表示所述液压回路的压力的第一信号的第一传感器。所述液压回路还可以包括连接用于接收来自所述液压回路的加压流体的第一流体致动器、与所述第一流体致动器关联并且构造成生成表示所述第一流体致动器的速度的第二信号的第二传感器，以及与第一和第二传感器通信的控制器。所述控制器可以构造成接收表示第一流体致动器的期望流率的输入，基于所述第二信号确定所述第一流体致动器的实际流率，以及基于所述期望流率、实际流率和第一信号确定所述第一流体致动器的失速状态。

在另一方面中，本发明涉及一种操作机器的方法。所述方法可包括：对流体加压，感测流体的压力，以及引导加压流体的第一流量以便以第一方式使所述机器运动。该方法还可包括感测在所述第一方式下的机器运动的实际速度，接收表示所述第一流量的期望速率的输入，以及基于所述实际速度确定所述第一流量的实际速率。所述方法可以额外地包括基于所述期望速率、所述实际速率和所述压力确定与在所述第一方式下的机器运动关联的失速状态。

附图说明

图1是示例性公开的机器的示意性侧视图；

图2是可与图1中的机器结合使用的示例性公开的液压控制系统的示意图；和

图3是说明由图2中的液压控制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示出具有共同合作完成任务的多个系统和部件的示例性机器10。机器10可以具体化为固定式机器或移动式机器，其执行与行业（诸如，矿业、建筑业、农业、运输业或本领域中已知的其它行业）相关的一些类型的操作。例如，机器10可以是物料移动机器，诸如图1中描绘的装载机。或者，机器10可以具体化为挖掘机、推土机、反铲挖土机、自动平地机、自动倾卸卡车或其它土方机器。机器10可以包括构造成使作业工具14运动的联接系统12以及向联接系统12提供动力的原动机16。

联接系统12可以包括由流体致动器作用于其上而使作业工具14运动的结构。具体地，联接系统12可以包括动臂（即，举升构件）17，所述动臂能通过一对邻近的双作用液压缸20（图1中仅示出一个）相对于工作面18竖直地绕着水平轴线28枢转。联接系统12还可以包括单个的双作用液压缸26，该液压缸被连接以使作业工具14相对于动臂17在竖直方向上绕着水平轴线30倾斜。动臂17在一个端部能可枢转地连接至机器10的主体32，而作业工具14能可枢转地连接至动臂17的相对端部。

多种不同的作业工具14可以附接至单个机器10并且受控地执行一具体任务。例如，作业工具14可以具体化为铲斗、叉形装置、叶片、铲子、齿锯、倾卸机架、扫帚、除雪机、推进装置、切割装置、抓取装置或本领域已知的其它任务执行装置。尽管在图1的实施例中被连接用以相对于机器10举升和倾斜，但是作业工具14可以替代地或附加地枢转、旋转、滑动、摆动或以本领域已知的任何其它方式运动。

原动机16可以具体化为发动机（诸如，柴油机、汽油机、气态燃料驱动的发动机或本领域已知的任何其它类型的燃烧发动机），其由机器10的主体32支承并且可操作以便为机器10和作业工具14的运动提供动力。可以设想原动机可替代地具体化为非燃烧动力源，诸如燃料电池、能量储存装置或本领域已知的其它源。原动机可产生随后可以转变为用于使液压缸20和26移动的液压动力的机械或电动力输出。

出于简单的目的，图2示出仅液压缸26和一个液压缸20的构成和连接。然而，应当理解的是如果希望的话，则机器10可以包括具有被连接用以以相似方式使联接系统12的相同结构构件或其它结构构件运动的相似构成的其它液压致动器。

如图2所示，每个液压缸20和26可以包括管子34和设置在管子34内的活塞组件36以形成第一压力腔室38和第二压力腔室40。在一个示例中，活塞组件36的杆部36a可以延伸穿过第二压力腔室40。这样，第二压力腔室40可以与各自的缸的杆端44关联，而第一压力腔室38可以与各自的缸的相对的头端42关联。

第一压力腔室38和第二压力腔室40中的每一个可以选择性地被供应加压流体并将加压流体排出，以引起活塞组件36在管子34内移位，借此改变液压缸20、26的有效长度并使作业工具14移动（参见图1）。流体流进和流出第一压力腔室38和第二压力腔室40的流率可以与液压缸20、26和作业工具14的速度有关，而第一压力腔室38和第二压力腔室40之间的压力差可以与由液压缸20、26施加在作业工具14上的力有关。液压缸20、26的扩展（由箭头46表示）和缩回（由箭头47表示）可以具有辅助作业工具14以不同方式运动（例如，分别举升作业工具14和使作业工具14倾斜）的功能。

为了帮助调节第一压力腔室38和第二压力腔室40的填充和排出，机器10可以包括具有多个相互连接和协作的流体部件的液压控制系统48。尤其是，液压控制系统48可以包括至少部分地在液压缸20、26、发动机驱动的泵52和箱53之间形成回路的阀组50。阀组50可以包括提升阀装置54、倾斜阀装置56，并且在一些实施例中阀组50可以包括流体连接成以并行方式接收和排出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可以包括彼此栓接在一起以形成阀组50的分开的主体。在另一实施例中，每个阀装置54、56都可以是仅借助外部流体管道（未示出）连接的独立的装置。可以设想，如果希望的话，阀组50内可以包括更多数量的阀装置、更少数量的阀装置或者阀装置的不同构型。例如，阀组50内可以包括构造成控制联接系统12的摆动的摆动阀装置（未示出）、一个或多个行进阀装置，以及其它适合的阀装置。液压控制系统48还可以包括与阀装置54、56通信以控制液压缸20、26的相应运动的控制器58。

提升阀装置54和倾斜阀装置56中的每一个可以调节它们相关联的流体致动器的运动。具体地，提升阀装置54可具有能移动以控制液压缸20和举升动臂17两者相对于工作面18的运动的元件。同样地，倾斜阀装置56可具有能移动以控制液压缸26的运动并且使作业工具14相对于动臂17倾斜的元件。

阀装置54、56可以被连接以调节藉由公共通路流至液压缸20、26和从液压缸20、26流出的加压流体的流量。具体地，阀装置54、56可以借助公共供应通路60连接至泵52，并借助公共排出通路62连接至箱53。提升阀装置54和倾斜阀装置56可以分别借助独立的流体通路66和68并行地连接至公共供应通路60，并分别借助独立的流体通路72和74并行地连接至公共排出通路62。压力补偿阀78和/或止回阀79可以被设置在每个流体通路66、68内，以向阀装置54、56提供具有基本恒定的流量的流体的单向供应。压力补偿阀78可以是能响应于流动通过位置和流动阻断位置之间的压力差移动的前补偿阀（图2中所示）或后补偿阀，使得流量基本恒定的流体被提供至阀装置54和56，即使在被引导向压力补偿阀78的流体的压力变化时。可以设想，在一些应用中，如果希望的话则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中的每一个可以基本上相同并且包括四个独立的计量阀（IMV）。四个IMV中的两个可以总体与流体供应功能相关，而另两个可以总体与排出功能相关。例如，提升阀装置54可以包括头端供应阀80、杆端供应阀82、头端排出阀84和杆端排出阀86。类似地，倾斜阀装置56可以包括头端供应阀88、杆端供应阀90、头端排出阀92和杆端排出阀94。

头端供应阀80可以设置在流体通路66和通向液压缸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的流量命令调节至第一腔室38的加压流体的流率。头端供应阀80可以包括位置可变的弹簧偏压的阀元件（例如，提升元件或阀芯元件），所述阀元件是电磁驱动的并且构造成移动至在容许流体流进第一腔室38中的第一端部位置和将流体流与第一腔室38阻断的第二端部位置之间的任何位置。可以设想头端供应阀80可以包括额外的或不同的元件，例如位置固定的阀元件或本领域已知的任何其它阀元件。还可以设想头端供应阀80可以替代地被液压致动、机械致动、气动致动或以任何其它适合方式致动。

杆端供应阀82可以设置在流体通路66和通向液压缸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的流量命令调节至第二腔室40的加压流体的流率。杆端供应阀82可以包括位置可变的弹簧偏压的阀元件（例如，提升元件或阀芯元件），所述阀元件是电磁驱动的并且构造成移动至在容许流体流进第二腔室40中的第一端部位置和将流体与第二腔室40阻断的第二端部位置之间的任何位置。可以设想杆端供应阀82可以包括额外的或不同的阀元件，例如位置固定的阀元件或本领域已知的任何其它阀元件。还可以设想杆端供应阀82可以替代地被液压致动、机械致动、气动致动或以任何其它适合方式致动。

头端排出阀84可以设置在流体通路104和流体通路72之间，并且构造成响应于来自控制器58的流量命令调节从液压缸20的第一腔室38到箱53的加压流体的流率。头端排出阀84可以包括位置可变的弹簧偏压的阀元件（例如，提升元件或阀芯元件），所述阀元件是电磁驱动的并且构造成移动至在容许流体从第一腔室38流出的第一端部位置和阻止流体从第一腔室38流出的第二端部位置之间的任何位置。可以设想头端排出阀84可以包括额外的或不同的阀元件，例如位置固定的阀元件或本领域已知的任何其它阀元件。还可以设想头端排出阀84可以替代地被液压致动、机械致动、气动致动或以任何其它适合方式致动。

杆端排出阀86可以设置在流体通路106和流体通路72之间，并且构造成响应于来自控制器58的流量命令调节从液压缸20的第二腔室40到箱53的加压流体的流率。杆端排出阀86可以包括位置可变的弹簧偏压的阀元件（例如，提升元件或阀芯元件），所述阀元件是电磁驱动的并且构造成移动至在容许流体从第二腔室40流出的第一端部位置和阻止流体从第二腔室40流出的第二端部位置之间的任何位置。可以设想杆端排出阀86可以包括额外的或不同的阀元件，例如位置固定的阀元件或本领域已知的任何其它阀元件。还可以设想杆端排出阀86可以替代地被液压致动、机械致动、气动致动或以任何其它适合方式致动。

头端供应阀88可以设置在流体通路68和通向液压缸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的流量命令调节至第一腔室38的加压流体的流率。头端供应阀88可以包括位置可变的弹簧偏压的阀元件（例如，提升元件或阀芯元件），所述阀元件是电磁驱动的并且构造成移动至在容许流体流进第一腔室38中的第一端部位置和将流体流与第一腔室38阻断的第二端部位置之间的任何位置。可以设想头端供应阀88可以包括额外的或不同的元件，例如位置固定的阀元件或本领域已知的任何其它阀元件。还可以设想头端供应阀88可以替代地被液压致动、机械致动、气动致动或以任何其它适合方式致动。

杆端供应阀90可以设置在流体通路68和通向液压缸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的流量命令调节至第二腔室40的加压流体的流率。具体地，杆端供应阀90可以包括位置可变的弹簧偏压的阀元件（例如，提升元件或阀芯元件），所述阀元件是电磁驱动的并且构造成移动至在容许流体流进第二腔室40中的第一端部位置和将流体与第二腔室40阻断的第二端部位置之间的任何位置。可以设想杆端供应阀90可以包括额外的或不同的阀元件，诸如，位置固定的阀元件或本领域已知的任何其它阀元件。还可以设想杆端供应阀90可以替代地被液压致动、机械致动、气动致动或以任何其它适合方式致动。

头端排出阀92可以设置在流体通路108和流体通路74之间，并且构造成响应于来自控制器58的流量命令调节从液压缸26的第一腔室38到箱53的加压流体的流率。具体地，头端排出阀92可以包括位置可变的弹簧偏压的阀元件（例如，提升元件或阀芯元件），所述阀元件是电磁驱动的并且构造成移动至在容许流体从第一腔室38流出的第一端部位置和阻止流体从第一腔室38流出的第二端部位置之间的任何位置。可以设想头端排出阀92可以包括额外的或不同的阀元件，例如位置固定的阀元件或本领域已知的任何其它阀元件。还可以设想头端排出阀92可以替代地被液压致动、机械致动、气动致动或以任何其它适合方式致动。

杆端排出阀94可以设置在流体通路110和流体通路74之间，并且构造成响应于来自控制器58的流量命令调节从液压缸26的第二腔室40到箱53的加压流体的流率。杆端排出阀94可以包括位置可变的弹簧偏压的阀元件（例如，提升元件或阀芯元件），所述阀元件是电磁驱动的并且构造成移动至在容许流体从第二腔室40流出的第一端部位置和阻止流体从第二腔室40流出的第二端部位置之间的任何位置。可以设想杆端排出阀94可以包括额外的或不同的阀元件，例如位置固定的阀元件或本领域已知的任何其它阀元件。还可以设想杆端排出阀94可以替代地被液压致动、机械致动、气动致动或以任何其它适合方式致动。

泵52可具有可变排量并负载敏感地受控以从箱53中抽取流体并将该流体在升高的压力下排放至阀装置54、56。也就是说，泵52可以包括冲程调整机构96，例如斜盘或溢流阀，基于感测到的液压控制系统48的负载液压机械地（hydro-mechanically）调整所述冲程调整机构的位置以借此改变泵52的输出（即，排放速度）。泵52的排量可以被从基本上没有流体从泵52排出的零排量位置调整到以最大速度将流体从泵52排出的最大排量位置。在一个实施例中，负载敏感通路（未示出）可以将压力信号引导至冲程调整机构96，并且基于这个信号的值（即，基于信号流体的压力），冲程调整机构96的位置可以改变以增加或减小泵52的输出。泵52可以通过例如副轴、带或以任何其它适合的方式可驱动地连接至机器10的原动机16。或者，泵52可以藉由转矩变换器、齿轮箱、电路或以本领域中已知的任何其它方式间接地连接至原动机16。

箱53可以构成被构造为保持流体源的贮存器。流体可以包括，例如，专用的液压油、发动机润滑油、变速箱润滑油或本领域中已知的任何其它流体。机器10内的一个或多个液压回路可以从箱53中抽取流体和使流体返回箱53内。还可以设想，如果希望的话那么液压控制系统48可以连接至多个分离的流体箱。

控制器58可以具体化为包括用于基于来自机器10的操作者的输入和基于感测到的运行参数来控制阀装置54、56的部件的单个微处理器或多个微处理器。多种市场上能买到的微处理器可被构造成执行控制器58的功能。应当意识到控制器58可以容易地具体化为能够控制多种机器功能的综合机器微处理器。控制器58可以包括存储器、辅助存储装置、处理器以及用于运行应用的任何其它部件。多种其它线路可与控制器58相关，诸如动力供应线路、信号调节线路、螺线管驱动器线路以及其它类型的线路。

控制器58能接收借助定位在机器10的操作者工作台内的一个或多个接口装置98输入的、与期望的机器10运动相关的操作者输入。接口装置98可以具体化为，例如，单轴或多轴操纵杆、杆件或靠近操作者座椅定位的其它已知接口装置（如果直接受控于机器上的操作者）。每个接口装置98都可以是比例型装置，其能在从中立位置到最大位移位置的范围内移动以生成指示由液压缸20、26引起的作业工具14的期望速度（例如期望的作业工具14的倾斜和举升速度）的相应排量信号。所述（这些）信号可以由相同或不同的接口装置98独立生成或同时生成，并且被引导向控制器58用于进一步处理。

与（多个）接口装置位置信号、相应的期望作业工具速度、关联的流率、阀元件位置、系统压力和/或液压控制系统48的其它特征相关的一个或多个脉谱图可以被储存在控制器58的存储器中。这些脉谱图中的每一个可以是表格、曲线图和/或方程式的形式。在一个示例中，期望的作业工具速度、系统压力和/或命令流率可以形成用于头端供应阀80、82和杆端供应阀88、90的控制的二维或三维表格的坐标轴。如果希望的话，以期望速度移动液压缸20、26所需要的命令流率以及适合的阀装置54、56的相应阀元件位置可以在相同的或其它独立的二维或三维脉谱图中相关联。还可以设想在单个二维脉谱图中将期望的速度与阀元件位置直接关联。控制器58可以构造成容许操作者直接修改这些脉谱图和/或从储存在控制器58的存储器内的可用的关系脉谱图中选择特定的脉谱图，以影响液压缸20、26的致动。还可以设想，如果希望的话则可以基于感测的或确定的机器运行模式通过控制器58自动地选择脉谱图以供使用。

控制器58可以构造成接收来自接口装置98的输入并且响应于所述输入以及基于如上所述的关系脉谱图来控制阀装置54、56的操作。具体地，控制器58可以接收指示期望速度的接口装置位置信号，并且参照选择的和/或修改的被储存在控制器58的存储器内的关系脉谱图，用以针对在阀装置54、56内的每一个供应元件和排出元件确定期望的流率值和/或相关位置。随后可将期望的流率和/或位置指定给合适的供应元件和排出元件，以引起在导致期望的作业工具速度的速率下充填液压缸20、26的第一腔室38或第二腔室40。

控制器58还可以构造成在机器运行期间基于感测到的液压控制系统48的参数来确定液压缸20、26的失速状态。例如，基于感测到的液压缸20、26的速度、液压缸20、26的期望速度（即，期望的作业工具14的举升和倾斜速度，如从接口装置98接收到的）、液压缸20、26的已知几何构型（比如，液压缸20、26内的流动和/或压力区域），以及通过泵52被供应至液压缸20、26的流体的压力，控制器58可以构造成确定液压缸20、26中的哪一个（如果有的话）失速。出于本发明的目的，可以把缸失速定义为这样一种状态，即，在该状态下缸（比如，液压缸20、26之一）已经被供应了正常情况下足够使缸和加载的作业工具移动的加压流体，但是却没有或几乎没有实现运动。这种状态可能出现在例如当抵抗质量非常大的障碍物通过液压缸20和/或液压缸26使作业工具14运动时，该障碍物以比由液压缸20和/或液压缸26施加的力更大的力阻止工具进一步运动（即，当障碍物的负载超过挖掘力时）。将在以下部分详细描述缸失速确定。

液压缸20、26的实际速度可以由一个或多个速度传感器102、103感测，而液压控制系统48的压力可以由压力传感器105感测。速度传感器102、103可以各自具体化为与嵌置在液压缸20和26的活塞组件36内的磁铁（未示出）关联的磁性拾取类型传感器，其构造成检测液压缸20、26的伸展位置、指明（标示，index）随时间的位置变化，以及生成指示液压缸20、26速度的相应信号。随着液压缸20、26伸展和缩回，速度传感器102、103可以生成信号并将信号引导至控制器58。可以设想的是，速度传感器102、103可以替代地具体化为其它类型的传感器，诸如与在液压缸20、26内部的波导器（未示出）关联的磁致伸缩型传感器、与在外部安装到液压缸20、26上的电缆（未示出）关联的电缆型传感器、内部地或外部地安装的光传感器、与可通过液压缸20、26枢转的接头关联的旋转型传感器，或者本领域中已知的任何其它类型的速度传感器。进一步想到的是，速度传感器102、103可以替代地仅被构造成生成与液压缸20、26的伸展和缩回位置关联的信号。在这种情况下，控制器58可以指明随时间的位置信号，借此基于来自速度传感器102、103的信号确定液压缸20、26的速度。

压力传感器105可以具体化为被构造用以生成指示液压控制系统48的压力的信号的任何类型的传感器。例如，压力传感器105可以是应变仪型、电容型或压电型压缩传感器，其被构造为生成与关联传感器元件借助与该传感器元件连通的流体的压缩成比例的信号。由压力传感器105生成的信号可以被引导至控制器58用于进一步处理。

控制器58可以进一步构造成在液压缸20、26的确定的失速状态期间执行改进机器可控制性、生产率和效率的控制策略。特别地，在液压缸20、26之一的失速状态期间，控制器58可以构造成执行流量分享控制策略，该流量分享控制策略选择性地重新引导流体从已失速的缸离开到没有正在经历失速状态的液压控制系统48的其它缸。将在以下部分更详细地说明该策略。

图3示出由液压系统48执行的示例性操作。将在以下部分更详细地对图3进行说明以进一步解释本发明的构思。

工业适用性

所公开的液压控制系统可以应用到包括多个流体致动器且控制能力、生产率和效率成为问题的机器中。所公开的液压控制系统能通过检测系统的致动器已经失速并且基于失速状态选择性地执行流量分享策略来提高控制能力、生产率和效率。现在将解释液压控制系统48的运行。

在机器10运行期间，机器操作者可以操纵接口装置98以引起作业工具14的相应运动。接口装置98的移位位置可以与操作者期望的作业工具14的速度相关。操作者接口装置98可以在操纵期间生成指示操作者期望速度的位置信号并将这个位置信号导引至控制器58用于进一步处理。

控制器58可在液压缸20、26运行期间接收输入，并且基于所述输入做出决定。具体地，除了其它信号之外控制器58可接收操作者接口装置位置信号并参考被储存在存储器中的脉谱图，以确定针对位于液压控制系统48内的每个流体制动器的期望速度和相应的期望流率。随后可将这些相应的期望流率指定给致动器阀装置54、56的适合的供应元件和排出元件，用于以导致作业工具14的期望速度的方式使液压缸20、26移动。

在机器10运行的某些时刻，可能出现联接系统12的构件的运动被限制的情况。例如，当作业工具14被推进一堆土质物料中时，通过联接系统12作用在液压缸20、26上的铲斗力会增加。在某些情况下，由物料堆施加的反作用力会超过液压缸20、26的挖掘力，由此导致一个或多个液压缸20、26失速并且停止以操作者期望的方式运动。如果不做检查，机器10的运行就会在失速状态期间恶化，使操作者陷于调节作业工具14运动的能力降低以及机器生产率和效率降低的境况。

为了帮助减少与上述缸失速相关联的负面结果，控制器58可以构造成确定哪个液压缸20、26正在经历失速状况，并且选择性地基于确定结果在液压缸20、26之间开始流量分享。如图3所示，流量分享策略中的第一步骤可以包括监控液压缸20、26的期望速度、感测液压缸20、26的实际速度，以及感测液压控制系统48的压力（步骤300）。如上所述，液压缸20、26的期望速度可以借助（多个）接口装置98从机器10的操作者处接收。液压缸20、26的实际速度可以经由速度传感器102、103直接感测，或者替代地液压缸20、26的位置可以由速度传感器102、103直接感测并且随后通过控制器58按照时间被检索/索引以确定实际速度。液压控制系统48的压力可以由压力传感器105感测。指示期望速度、实际速度和压力的信号可以被引导至控制器58用于进一步处理。

控制器58可以构造成在接收到来自（多个）接口装置98、速度传感器102、103和压力传感器105的信号以后计算每个液压缸20、26的实际流体流率和期望的流体流率（步骤310）。每个液压缸20、26的实际流体流率可以根据测量到的或被确定的每个液压缸20、26的速度和每个液压缸20、26内相应的已知通流截面积计算。期望的流体流率可以与传送至相应的阀装置的流率命令一致，所述命令先前已通过结合储存在存储器中的关系脉谱图参照期望的缸速度、液压控制系统48的实际压力以及供应阀的阀开度位置而被确定。随后，控制器58可确定每个液压缸20、26的实际流体流率与期望流体流率的比率/比（步骤320）。

控制器58可以分别比较计算得出的比率与第一比率阈值以及比较系统压力与压力阈值，以确定是否液压缸20、26的各者正经历失速状态。在一个示例中，第一比率阈值可以在大约0-.2范围内，而压力阈值可以是大约等于最大系统压力的90%的压力。当计算得出的比率小于约.2时，能够确定液压缸20、26中的特定一者的实际流率远低于期望这个特定的缸具有的流率，这意味着该特定液压缸的运动很可能正受到限制。当液压系统48的压力大于约90%时，能够断定至少一个液压缸20、26正以极大的力抵抗障碍物推动，这是在失速状态期间常有的情况。

在如上所述的比较期间，当控制器58确定实际流率与期望流率的比率大于第一比率阈值并且系统压力低（即，低于压力阈值）时，控制器58可断定失速状态未出现在任何液压缸20、26中（步骤340）。在这个情况中，可继续将期望流率指定给阀装置54、56的全部阀元件（步骤350）。例如，在一具体应用中，机器10的操作者可以操纵接口装置98，以请求作业工具14在举升和倾斜运动两者中的最大速度，这需要100lpm（升每分钟）的流率通过每个阀装置54、56被引导至液压缸20、26。在这个情况中，泵52能对总流率约100lpm加压。相应地，控制器58可生成被引导至每个阀装置54、56的50lpm的命令流率。完成步骤330期间，控制器58可确定液压缸20、26正以表明相应的实际流率几乎等于期望的和命令的流率的速度移动。相应地，控制器58可针对每个液压缸20、26计算出实际流率和期望流率的比率约为1.0，其比与失速状态相关的第一比率阈值大得多。大致同时地，控制器58可检查系统压力并确定系统压力仅约为最大压力的50%，同样表明运行正常（即，运行期间没有出现失速状态）。因为没有检测到失速状态，所以控制器58可以继续将50lpm的流量命令传送至每个阀装置54、56，只要接口装置98仍保持在相同的最大移位位置。

当控制器58确定关于液压缸20、26的特定子组的比率大于第一比率阈值，但是系统压力高（即，高于压力阈值）时（步骤360），控制器58可确定未包含在所述子组中的液压缸20、26的另一个正经历失速状态（步骤370）。在这个情况中，期望流率加上“添回（addback）”流率可被指定给与未失速液压缸关联的相应的阀装置54、56（步骤380）。接续上述示例——其中机器10的操作者操纵接口装置98以请求作业工具14在举升和倾斜运动两者中的最大速度，并且控制器58生成被引导至每个阀装置54、56的50lpm的命令流率——控制器58现在确定，尽管液压缸26的实际流率和期望流率的比率大于第一阈值比率（即，倾斜正在期望速度下进行），但是系统压力高于压力阈值。在这种情况下，控制器58可确定机器10的另一致动器通过外力已经急剧减慢或者甚至完全停止移动（即，液压缸20已经失速，在当前的示例中），由此引起系统压力的突然上升。在这些状态下，即使50lpm的流率命令仍被引导至每个阀装置54、56，但是实际上只有阀装置56会有在期望流率下或接近期望流率的流体通过。而阀装置54可能只有极少流体通过，如果有的话。因此，此刻泵52会突然具有约50lpm的、未被任何液压缸20、26消耗的过剩容量（即，添回流率）。为了改善机器10的生产率和效率，该过剩容量可以被引导至未失速的致动器（即，至液压缸26，在当前示例中）。因而，被指定但是未被液压缸20、26中失速的那个液压缸所消耗的流体期望流率会被添回到被发送至液压缸20、26中未失速的各液压缸的阀装置的流率命令中。也就是说，由于流过阀装置54的速率，现在将100lpm指定给阀装置56。

在一些应用中，可以受限方式将添回流率添加回到期望流率中，从而抑制机器10的不平稳运动。也就是说，如果被发送至阀装置56的流率命令突然从50lpm跳至100lpm，那么机器10的倾斜运动就会突然速度加倍，这在一些情况中是不期望有的。因此，控制器58可以构造成以平缓方式使流率命令增加添回量。即，控制器58可以限制流率命令增加的速率。在一个实施例中，取决于应用，流率命令增加的速率可以被限制成约100-1500lpm/sec。

当控制器58确定液压缸20、26中的特定一者的比率低于第一比率阈值且系统压力高时（步骤390），控制器58可确定液压缸20、26中的该特定一者自身正经历失速状态（步骤400），并且可以将指定给与失速的液压缸20、26关联的相应的阀装置54、56的流率限制成期望流率或者默认恒定流率中的较低者（步骤410）。在一个示例中，默认恒定流率可以是最大流率的约10-50%并且意图在其中失速状态被突然解除的情况下（即，先前被限制的机器运动突然不再受限制）抑制作业工具的突然运动。接续上述示例——其中确定液压缸20在作业工具14的举升期间已经失速——随后被引导到阀装置54的流率命令可以被减小到约5-25lpm。

在一些应用中，额外的参数可以成为确定液压缸20、26中的一个特定液压缸是否正经历失速状态的因素。尤其，为了失速状态的存在，已公开的实施例可以要求至少存在关于液压缸20、26中的特定一者的最小期望流率。在一个示例中，所述最小期望流率可以是最大流率的约1-10%。在已经要求/命令小于所述最小期望流率的情况中，速度传感器102、103的限制会使期望流量与实际流量的比较变得困难。

控制器58可以构造成甚至在系统压力开始减小和/或实际流率与期望流率的比率开始增大以后仍维持液压缸20、26中的一个特定液压缸的失速状态。也就是说，为了改善接近失速状态中的机器稳定性，控制器58可维持液压缸20、26中的一个特定液压缸的失速状态，直到实际流率与期望流率的比率增大到一比第一比率阈值大的第二比率阈值之上。在一个示例中，第二比率阈值可以是约.3。

所公开的液压控制系统48的控制策略和硬件可帮助改善机器10的生产率和效率。具体地，在机器10的混合运动运行期间（例如，在组合的举升和倾斜运动期间），旨在用于失速的液压缸的过剩流量可以被转向至未失速的液压缸。因为泵52的该过剩容量可以用于未失速的液压缸而不是减小泵52的冲程以降低其输出，所以可改善机器10的生产率和效率。

另外，因为不再要求泵52经常减小冲程并减少其输出或者减小至那样大的程度，所以改善了对未失速液压缸的调节。尤其，随着由泵52排出的流体的压力由于失速的液压缸而增加，泵52的排放速率会愈加减小。这个减小的流率通常会减少流向所有液压致动器的流量，包括未失速的液压致动器。然而，通过将添回流量重定向至未失速的致动器，能够减小系统压力而不需要泵52减小冲程。因此，泵52的输出可在失速状态前或失速状态期间保持基本上恒定，借此提供容许未失速的液压缸的完整调节的足够流量。

最后，因为可以减小指定给失速的液压致动器的流体的流率，所以在所述致动器再次自由运动时可增强对机器10的控制能力。也就是说，一旦解除限制，之前失速的液压致动器可以慢慢地重获其全部速度，因而降低机器运动不平稳的可能。

对本领域技术人员而言显而易见的是可以对本发明的液压控制系统做出多种改变和变形。结合对说明书的考虑及所公开的液压控制系统的实践，其它实施例对于本领域技术人员而言将是显而易见的。说明书和示例仅被视为示例性的，真正的范围由下述权利要求及它们的等同方案表示。

Claims (10)

1.一种液压控制系统(48)，包括：

液压回路(50)；

构造成向所述液压回路供应加压流体的泵(52)；

第一传感器(105)，其与所述液压回路关联并且构造成生成表示所述液压回路的压力的第一信号；

连接用于接收来自所述液压回路的加压流体的第一流体致动器(20)；

第二传感器(103)，其与所述第一流体致动器关联并且构造成生成表示所述第一流体致动器的速度的第二信号；和

与所述第一传感器和第二传感器通信的控制器(58)，所述控制器构造成：

接收表示所述第一流体致动器的期望流率的输入；

基于所述第二信号确定所述第一流体致动器的实际流率；以及

基于所述期望流率、实际流率和第一信号确定所述第一流体致动器的失速状态，所述失速状态是流体致动器已经被供应了正常情况下足够使流体致动器移动的加压流体、但是却没有或几乎没有实现运动的状态。

2.根据权利要求1所述的液压控制系统，其特征在于，根据所述第二信号和所述第一流体致动器的通流面积确定所述实际流率。

3.根据权利要求2所述的液压控制系统，其特征在于：

所述控制器进一步构造成确定所述第一流体致动器的实际流率与期望流率的比率；和

基于所述比率和所述第一信号确定所述第一流体致动器的失速状态。

4.根据权利要求3所述的液压控制系统，其特征在于，所述控制器构造成仅在所述第一流体致动器的期望流率处于最小量或高于最小量时才确定所述第一流体致动器正经历失速状态。

5.根据权利要求3所述的液压控制系统，其特征在于，还包括连接用于接收来自所述液压回路的加压流体的至少一个其它流体致动器(26)，其中，所述控制器进一步构造成基于所述第一流体致动器的实际流率与期望流率的比率以及基于所述第一信号来确定所述至少一个其它流体致动器的失速状态。

6.根据权利要求5所述的液压控制系统，其特征在于，所述控制器构造成在所述第一信号表明压力大于压力阈值并且实际流率与期望流率的比率小于第一比率阈值时确定所述第一流体致动器正经历失速。

7.根据权利要求6所述的液压控制系统，其特征在于，所述控制器构造成在所述第一信号表明压力大于所述压力阈值并且所述比率大于所述第一比率阈值时确定所述至少一个其它流体致动器正经历失速状态。

8.根据权利要求7所述的液压控制系统，其特征在于，所述控制器构造成在所述第一信号表明压力小于所述压力阈值时确定流体连接至所述液压回路的致动器未经历失速状态。

9.根据权利要求6所述的液压控制系统，其特征在于，所述控制器构造成维持所述第一流体致动器的失速状态直到所述比率增大至一比所述第一比率阈值大的第二比率阈值。

10.一种操作机器(10)的方法，包括：

对流体加压；

感测流体的压力；

引导加压流体的第一流量以便以第一方式使所述机器运动；

感测在所述第一方式下的机器运动的实际速度；

接收表示所述第一流量的期望速率的输入；

基于所述实际速度确定所述第一流量的实际速率；和

基于所述期望速率、所述实际速率和所述压力确定与在所述第一方式下的机器运动关联的失速状态。