CN103403365A - 执行泵转矩限制的液压控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了液压控制系统（48）。所述液压控制系统具有泵（52）、多个致动器（20，26），以及构造成调节加压流体的多个阀装置（54，56）。液压控制系统还具有构造成生成指示多个致动器的期望速度的信号的至少一个操作者输入装置（98），以及控制器（58）。控制器可以构造成：接收泵转矩限制，决定最大泵流量能力，并且基于所述信号决定用于多个阀装置中的每一个的期望流率。控制器还可以构造成基于最大泵流量能力完成期望流率的第一次减小，基于泵转矩限制完成期望流率的第二次减小，并且在所述第二次减小之后命令多个阀装置调节所述期望流率。

Description

执行泵转矩限制的液压控制系统

技术领域

本发明总体上涉及液压控制系统，尤其涉及执行泵转矩限制操作的液压控制系统。

背景技术

机器，诸如轮式装载机、挖掘机、推土机、自动平地机和其它类型的重型设备使用被供以来自在机器上的一个或多个泵的液压流体的多个致动器，以完成各种的任务。通常基于至少操作者接口装置的致动位置控制这些致动器的速度。具体地，当操作者将具体的接口装置运动至规定的位移位置时，操作者期望相应的液压致动器在预定的速度下并且在期望的方向上运动。然而，在操作期间，有可能的是：操作者要求多个致动器以多个速度运动，所述多个速度共同引起供应泵超出驱动该泵的发动机的转矩限制和/或功率输出。如果不进行核查，那么有可能的是：操作者要求的速度引起发动机失速（stall）和/或缺乏效率地操作。

2010年1月24日公开的Brickner等人的美国专利公开文献2010/0154403（’403公开文献）披露了一种减小由机器的液压系统的操作导致的发动机失速的可能性的尝试。具体地，’403公开文献描述了一种具有排量可变的泵和控制器的液压控制系统；所述排量可变的泵由发动机驱动，以将加压流体通过多个阀供应至相应的多个致动器，所述控制器与手动控制装置和所述阀通信。所述控制器构造成接收来自所述手动控制装置的针对每个致动器的期望速度，以及来自发动机的泵转矩限制。所述控制器进一步构造成确定针对所述致动器的与所述期望速度一致的流率，以及基于所述泵转矩限制来确定流量限制。所述控制器构造成计算减小比率，该减小比率等于泵转矩流量限制除以期望流量的总和，并且随后在相应的命令被发送至每个阀之前将该比率应用至每个已确定的流率。按比例改变的比例有助于确保全部被控流率将不会要求大于由发动机规定的转矩限制的泵转矩。

尽管’403公开文献中的系统可以有助于减小发动机失速的可能性，但是却不那么理想。具体地，’403公开文献中的系统没有考虑影响阀流量和泵转矩的其它因素诸如泵流量能力、致动器失速、流量校正或重力辅助。

本发明公开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，本发明涉及液压控制系统。所述液压控制系统包括构造成对流体加压的泵、构造成接收加压流体的多个致动器，以及构造成调节从所述泵进入到所述多个致动器中的加压流体的多个阀装置。所述液压控制系统还可以具有构造成生成指示用于所述多个致动器的期望速度的信号的至少一个操作者输入装置，和与多个阀以及所述至少一个操作者输入装置通信的控制器。所述控制器可以构造成接收泵转矩限制、决定最大泵流量能力，以及基于来自所述至少一个操作者输入装置的信号决定针对所述多个阀装置中的每一个的期望流率。所述控制器还可以构造成基于所述最大泵流量能力完成所述期望流率的第一次减小，基于所述泵转矩限制完成所述期望流率的第二次减小，并且在所述第二次减小之后命令所述多个阀装置调节所述期望流率。

在另一方面中，本发明涉及操作机器的方法。所述方法可以包括对流体加压，接收与所述加压相关的转矩限制，以及决定与所述加压相关的最大流率能力。所述方法可以还包括接收指示用于多个液压致动器的期望速度的操作者输入，并且基于所述期望速度决定用于所述多个液压致动器中的每一个的流体的期望流率。所述方法可以附加地包括基于所述最大流率能力完成所述期望流率的第一次减小，基于所述转矩限制完成所述期望流率的第二次减小，并且在所述第二次减小之后调节进入到所述多个液压致动器中的加压流体。

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可以至少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。应当注意的是替代的连接构型也是可能的。

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（仅在图1中示出）、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、摆动或任何其它适当的方式运动。

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另一类型的燃烧发动机），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。如果希望的话，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（例如，电池）或本领域已知的其它源。原动机16可产生随后可以转变为用于使液压缸20和26运动的液压动力的机械或电动力输出。

原动机16可以具有能专用于液压缸20、26的受限量的动力。当被消耗的动力大于原动机16能够持续提供的动力时，原动机16可能会经历失速状态，造成输出速度和效率的下降。在一些情况中，原动机16甚至可能在所述失速状态期间完全停止起作用。因而，原动机16可以构造成建立起容许液压缸20、26消耗而不引起原动机16经历所述失速状态的最大转矩限制。

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可以包括被连接成使得联接系统12的相同结构构件或其它结构构件以相似方式运动的其它液压致动器。

如图2所示，每个液压缸20和26可以包括管件34和设置在管件34内的活塞组件36以形成第一腔室38和第二腔室40。在一个例子中，活塞组件36的杆部36a可以延伸穿过第二腔室40的端部。这样，第二腔室40可以与各自的缸的杆端44关联，而第一腔室38可以与各自的缸的相对的头端42关联。

第一腔室38和第二腔室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在管件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运动（参见图1）。流体流进和流出第一腔室38和第二腔室40的流率可以与液压缸20、26和作业工具14的速度有关，而第一腔室38和第二腔室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。

为了帮助调节第一腔室38和第二腔室40的填充和排出，机器10可以至少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。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）。在一个例子中，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）彼此连接的独立的装置。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还可以包括与原动机16以及与阀装置54、56通信以在由原动机16建立的转矩限制以内控制液压缸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中的每一个可以调控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可具有能运动以控制液压缸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可具有能运动以控制液压缸26的运动，并借此使作业工具14相对于臂17倾斜的元件。在臂17的降下运动和作业工具14的向下倾斜运动期间，液压缸20、26可以受到重力辅助。相反，在向上举升和倾斜运动期间，液压缸20、26可以抵抗重力工作。在重力辅助运动期间，液压缸20、26能够以再生/回授（regeneration）模式操作，来自第一和第二腔室38、40中的一个的加压流体（即，回授流体）会在足够大的压力下被排出，用于在第一和第二腔室38、40中的另一个的内部立刻重新使用，借此减小液压控制系统48上的负载。

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运动的前补偿阀（图2中所示）或后补偿阀（未示出），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，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运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还可以构造成当第一腔室38内的压力超过泵52的压力和/或接收已回授的流体的腔室的压力时容许来自第一腔室38的流体在回授期间流过头端供应阀80。还可以设想头端供应阀80可以包括额外的或不同于如上所述的元件，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、气动致动或以另一适合的方式致动。

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可以包括位置可变化的弹簧加载的阀元件（例如，提升元件或芯元件），所述阀元件是电磁驱动的并且构造成运动至在容许流体流进第二腔室40中的第一端位置和将流体阻塞在第二腔室40外的第二端位置之间的任何位置。可以设想杆端供应阀82还可以构造成当第二腔室40内的压力超过泵52的压力和/或接收已回授的流体的腔室的压力时容许来自第二腔室40的流体在回授期间流过杆端供应阀82。可以进一步想到杆端供应阀82可以包括额外的或不同的元件，诸如，位置固定的阀元件或本领域已知的任何其它阀元件。还可以想到杆端供应阀82可以替代地被液压致动、机器致动、气体致动或以另一适合的方式致动。

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运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、气动致动或以另一适合的方式致动。

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运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、气动致动或以另一适合的方式致动。

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运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还可以构造成当第一腔室38内的压力超过泵52的压力和/或接收已回授的流体的腔室的压力时容许来自第一腔室38的流体在回授期间流过头端供应阀88。还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、气动致动或以另一适合的方式致动。

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运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还可以构造成当第二腔室40内的压力超过泵52的压力和/或接收已回授的流体的腔室的压力时容许来自第二腔室40的流体在回授期间流过杆端供应阀90。还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、气动致动或以另一适合的方式致动。

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运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、气动致动或以另一适合的方式致动。

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运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、气动致动或以另一适合的方式致动。

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一规定的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（例如，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，基于通路内的信号流体的压力），冲程调整机构96的位置可以改变以增加或减小泵52的输出并由此保持该规定的压力。泵52可以通过例如副轴、带或以另一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。

泵52可以具有至少部分取决于冲程调整机构96的输入速度和排量位置的最大流率能力。也就是说，对于给定的输入速度（即，原动机16的输出速度）和给定的排量，泵52会在一特定时间内排出特定量的加压流体。这个流体的量可以是无需改变泵52的排量和输入速度就能被液压缸20、26消耗的流体的最大量。为了针对给定的输入速度增加泵52的流率，需要增加泵52的排量，最高可达最大排量位置。类似地，为了针对给定的排量增加泵52的流率能力，需要增加泵52的输入速度。然而，在大多数情况下，可以基于与泵52无关的因素（例如，与机器效率和/或机器10的行进速度相关的发动机目标速度）控制泵52的输入速度。因此，控制泵52的流率的主要方法可以包括调节所述泵的排量，最高可达最大排量位置，在该最大排量位置可能不能实现额外的流量。

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至少基于来自机器10的操作者的输入、来自原动机16的转矩极限、泵52的最大流量能力和/或一个或多个感测到的操作参数来控制阀装置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、处理器以及用于开展一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、杆件或靠近车载操作者座椅（如果机器10直接受控于机器上的操作者的话）定位或者在机器10以外的远程工作站内定位的其它已知接口装置。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运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的举升和/或倾斜速度）的相应排量信号。这些期望的举升和倾斜速度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、原动机转矩限制、最大泵流量能力、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。在一个例子中，期望的作业工具速度和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的控制的二维表格的坐标轴。以期望速度运动液压缸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，如所期望的那样。还可以设想在单个二维脉谱图中将期望的速度替代地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，可以基于感测的或确定/决定的机器操作模式通过控制器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可以接收指示期望的作业工具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内的适合的供应元件和/或排出元件确定期望的流率。在传统的液压系统中，随后会将期望的流率指定给合适的供应元件和排出元件，以引起在对应于期望的作业工具速度的速率下充填液压缸20、26内的特定腔室。然而，如上所述，可能有这样的情况，即，期望的流率会共同导致由泵52消耗的转矩超过由原动机16提供的转矩限制，因而增加速度下降、低效率甚至原动机故障的可能性。因此，正如将在以下部分更详细描述的那样，控制器58可以构造成在命令阀装置54、56调节进入到液压缸20、26中的加压流体之前选择性地减小期望的流率，借此限制由泵52消耗的转矩。

控制器58能至少部分地依靠被测量的进入液压缸20、26的流体的流率和/或压力而将不同机器之间的变化考虑在内。被测量的流率可以直接地或间接地由一个或多个传感器102、103感测到。在本发明的实施例中，每个速度传感器102、103可以具体化为与嵌入不同的液压缸20、26的活塞组件36中的磁铁（未示出）关联的磁性拾取器型传感器。在这种构型中，传感器102、103可以各自构造成通过监控所述磁铁的相对位置、指明随时间的位置变化以及生成相应的速度信号来检测相应的液压缸20、26的伸展位置。随着液压缸20、26伸展和缩回，传感器102、103可以生成速度信号并将信号引导至控制器58以便进一步处理。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传感器。还设想；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，其中，控制器58随后指明随时间的位置信号，借此基于来自传感器102、103的信号确定液压缸20、26的速度。根据由传感器102、103提供的速度信息并且基于液压缸20、26的已知几何构型和/或动力学（例如，通流面积），控制器58能够造成计算进入液压缸20、26的流体的流率。也就是说，可以根据该特定液压缸的速度和它的通流截面积由控制器58计算进入特定的液压缸的流体的流率。

可以借助压力传感器105直接或间接地测量液压控制系统48的压力。38.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可以是张力测量型传感器应变仪型、电容型传感器或者压力或压电型压缩传感器，该压力型压缩传感器其被构造成通过为生成与关联的传感器元件流体连通来生成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。

图3示出示例性的由控制器58执行的泵转矩限制操作。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。

工业实用性

本发明的液压控制系统可以应用到包括多个流体致动器、其中机器性能和致动器控制能力成为问题的任何机器中。本发明的液压控制系统能通过泵转矩限制操作来减小原动机失速的可能性和/或影响而提高机器性能。能通过以分布式的和成比例的方式执行与流过每个致动器的流体有关的泵转矩限制操作，以及通过将泵能力、致动器失速、流量校正和重力辅助考虑在内来改善致动器控制能力。现在将解释液压控制系统48的操作。

在机器10的操作期间，机器操作者可以操纵接口装置98来要求作业工具14的相应运动。接口装置98的位移位置可以与作业工具14的操作者期望的速度相关。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些位置信号导引至控制器58以便进一步处理。

控制器58能接收指示期望速度的操作者接口装置位置信号（步骤300），并且参考储存在存储器中的脉谱图，以确定应当引起液压缸20、26在期望速度下运动的相应的期望流率（步骤302）。控制器58可以随后针对每个液压缸20、26对全部期望流率求和（步骤304）。

在完成步骤300-304的大约同时，考虑到当前的操作条件，控制器58还可以确定最大泵流率能力（步骤305）。控制器58能通过结合被储存在存储器中的关系引用当前的泵输入速度（即，当前的原动机16输出速度）来确定泵52在给定速度下可用的最大排量位置。控制器可以随后根据所述输入速度和所述最大排量位置计算相应的流率；在一些实施例中，基于已知的损失、超速的设定点和/或未受控的消耗来自泵52的流量的非致动器负载来补偿流率。在一些实施例中，控制器58还可以将校正因子应用到将不同泵之间的差异考虑在内的泵52的最大流量能力上（步骤306）。所述校正因子的确定将在下面更详细地描述。

控制器58能利用如上所述的最大泵流量能力和期望流率的总和，以确定能有助于确保期望流量不超出泵52的最大能力的流量限制比例因子（步骤308）。尤其，流量限制比例因子可以被确定为所述最大泵流量能力与所述期望流率的总和的比。在本发明的实施例中，这个比可以被限制在0-1的范围内。在确定了流量限制比例因子之后，控制器58可以在期望流率的第一次减小期间应用所述因子。也就是说，控制器58可以让该流量限制比例因子乘以针对每个液压缸20、26的期望流率（步骤310）。控制器58可以随后在已经发生所述第一次减小以后对期望流率求和（步骤312）。

在与完成步骤300-312的大约同时，控制器58还可以接收来自原动机16的针对泵52的转矩限制（步骤314），并且确定相应的转矩流量限制（步骤316）。可以根据由压力传感器105提供的当前压力信号与由原动机16提供的转矩限制来确定转矩流量限制。例如，转矩限制可以除以当前压力以便确定当前转矩流量限制。以与上述步骤306类似的方式，使用将不同泵之间的差异考虑在内的相同或另一校正因子可以校正在步骤316中确定的转矩流量限制。仍如上所述，将在下面更详细地解释校正因子的确定。

控制器58能利用在步骤316、318中确定的已校正的转矩流量限制和在步骤312中确定的按比例改变的期望流率的总和来确定能有助于确保期望流率不会超过由原动机16设定的转矩限制的转矩限制比例因子。具体地，所述转矩限制比例因子可以被确定为已校正的转矩限制流量与按比例改变的期望流率的总和的比。在确定转矩限制比例因子以后，控制器58会在期望流率的第二次减小期间应用所述因子（步骤328），并且随后将所形成的流率分配给相应的阀装置54、56（步骤326）。

在一些情况中，控制器58可以构造成在分配按比例改变的期望流率期间考虑由步骤300中的操作者所要求的运动方向。具体地，控制器58可以构造成确定所要求的作业工具14的运动是否和重力大体上对齐（即，当所要求的流量方向引起相应的液压缸20、26在重力的辅助下或者抵抗重力运动时），或者确定液压缸20、26中的一个的回授何时发生，并且构造成根据所述确定做出不同响应。当所要求的运动是抵抗重力（例如，当作业工具14在举升时或者向上倾斜时）并且没有发生回授时，控制可以推进通过步骤322，正如上所述。然而，所要求的操作与重力一致（例如，当作业工具14下降或向下倾斜时）或者当发生回授时，控制器58可以构造成维持而不改变步骤310中已确定的按比例改变的期望流率（步骤324）（即，转矩限制比例值不可应用）。以这种方式，可以避免引起液压缸比在被控的流体流率下可能的速度更快地运动的重力或回授的影响，并且保留了校正流率的完整性，因而给液压控制系统48提供稳定性。

在一些实施例中，控制器58还可以构造成确定液压控制系统48内的致动器子组是否（即，一个或多个液压缸20、26是否）正经历失速状态（步骤330），并据此响应。在本发明的实施例中，控制器58能至少基于来自速度传感器102、103的信号和来自压力传感器105的信号来确定液压控制系统48的致动器子组正在经历所述失速状态。例如，当由速度传感器102或103确定的液压缸20、26之一的速度明显小于预期的速度（例如，几乎或完全停止）、由压力传感器105确定的液压控制系统的压力高（例如，大于最大系统压力的约90%）并且针对相应的液压缸的期望流率大于最小阈值水平时，控制器58可认为液压缸已经失速。如果希望的话，可以设想可以额外地或替代地利用其它检测方法。

当控制器58确定致动器子组正经历所述失速状态时，控制器58会推断出进入到那个致动器中的加压流体的实际流率接近或等于零。在这个情况下，先前在步骤326中分配好的用于已失速的致动器子组的流率能被其它未失速致动器利用。因此，控制器58可以对起初已分配给已失速致动器的流体流率（现在称为添回流量）求和，将这个总和加到起初期望用于未失速致动器的已分配流量的总和中，并且将所得总数仅重新分配给所述未失速致动器（步骤332）。在一些实施例中，被重新分配的流量可能需要被限制为如上所述在步骤302中已确定的最初期望流量。

已重新分配的流量和未失速的致动器子组的流量（即，较低或零流量）可以由控制器58控制流过系统响应模型，以确定如上所述在步骤306和318中使用的校正因子（步骤334）。在本发明实施例中，所述校正因子可以是阀装置和/或泵特性，并被用来通过针对泵52的每个布置和/或最大流量能力复合期望流率和/或按比例改变期望流率来增大或减小。所述系统反应模型可以用来估计液压控制系统48将如何响应具体的阀装置命令来调节进入到相应的液压缸中的流体的期望流率。在本发明的实施例中，所述系统响应模型可以由三个不同的部分构成，包括泵响应部分、液压缸响应部分和阀行为部分。然而，可以想到，如果希望的话，那么所述系统响应模型可以包括额外的和/或不同的部分。该系统响应模型的每个部分可以包括用于预报液压控制系统48的规定部分的物理响应和/或行为的一个或多个方程式、运算法则、脉谱图和/或子程序。每个方程式、运算法则、脉谱图和/或子程序可以在机器10制造期间形成并且被定期更新和/或基于独立的机器10的实际操作状况被针对性地调整。来自所述系统响应模型的估计输出可以随后与实际测量到的状况（例如，实际的速度、压力、流率等）进行比较，并且根据该比较来计算所述校正因子。

控制器58可以构造成在完成步骤332以后确保与原动机16相关的全部过量转矩流量限制完全被泵52消耗并且控制阀装置54、56以最有效的方式使液压缸20、26运动。具体地，控制器58可以构造成将在步骤318中确定的已校正的转矩流量限制与在步骤332中确定的已重新分配的流率的总和进行比较（即，与已分配的流率加上仅针对未失速的致动器的任何添回流率的总和进行比较），并且确定差值是否大于零（步骤336）。当不存在过量转矩流量限制时（步骤336：否），则可以将在步骤332中重新分配的流率指定给适合的阀装置54、56（步骤340）。否则（步骤336：是），在步骤336中确定的任何非零差值都会被控制器58在未失速的致动器之间成比例地分配，只要所增加的流率不会超过最初期望的流率（步骤338）。在重新分配这个差值以后，将新增加的流率指定给适合的阀装置54、56（步骤340）。通过完全利用全部的转矩流量限制，能改善液压控制系统48的效率。

本发明的液压控制系统48能帮助确保通过泵转矩限制操作来减小原动机失速的可能性和/或影响而改善机器性能。具体地，液压控制系统48可以构造成确定泵52的流量和转矩限制，并且基于这些限制，以有助于确保不超过所述限制的方式按比例改变操作者所要求的流率。以这种方式，能改善原动机16的性能，以及改善机器10的整体性能。

对本领域技术人员而言，显然可以对本发明的液压控制系统做出多种改变和变型。通过考虑本发明液压系统的说明和实践，其它实施例对于本领域技术人员而言将是明显的。意在将说明和示例被视为仅示例性的，同时，真正的范围由所附的权利要求及它们的等效方案表示。

Claims (10)

1.一种液压控制系统（48），包括：

构造成对流体加压的泵（52）；

构造成接收加压流体的多个致动器（20，26）；

多个阀装置（54，56），所述多个阀装置构造成调节从所述泵进入到所述多个致动器中的加压流体；

构造成生成指示所述多个致动器的期望速度的信号的至少一个操作者输入装置（98）；和

与所述多个阀以及所述至少一个操作者输入装置通信的控制器（58），所述控制器构造成：

接收泵转矩限制；

决定最大泵流量能力；

基于来自所述至少一个操作者输入装置的信号决定用于所述多个阀装置中的每一个的期望流率；

基于所述最大泵流量能力实现期望流率的第一次减小；

基于所述泵转矩限制实现期望流率的第二次减小；以及

在所述第二次减小之后命令所述多个阀装置调节期望流率。

2.根据权利要求1所述的液压控制系统，其特征在于：

所述控制器还构造成基于所述泵转矩限制决定泵限制流率，并且构造成基于泵响应延迟的模型来校正所述泵限制流率；并且

所述第二次减小是基于校正之后的泵限制流率。

3.根据权利要求2所述的液压控制系统，其特征在于，所述第二次减小是基于校正后的泵限制流率与所述第一次减小之后的期望流率的比。

4.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：

做出所述多个致动器的子组正经历失速状态的决定；和

基于所述决定将用于所述子组的流体的期望流率重新分配给所述多个致动器中的其余致动器。

5.根据权利要求4所述的液压控制系统，其特征在于，所述控制器构造成基于所述子组的速度和压力来做出所述决定。

6.根据权利要求4所述的液压控制系统，其特征在于，所述控制器还构造成将流体的重新分配的期望流率限制为在所述第一次减小之后并且在所述第二次减小之前的期望流率。

7.根据权利要求4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：

计算校正之后的泵限制流率和重新分配的期望流率之间的差；以及

将所述差成比例地分配给所述多个致动器中的所有未失速的致动器。

8.根据权利要求1所述的液压控制系统，其特征在于：

所述控制器还构造成决定是否所述多个致动器正受到重力辅助或者接收所述加压流体的回授流量；以及

所述控制器构造成仅在所述多个致动器没有受到重力辅助或没有接收加压流体的回授流量时进行所述第二次减小。

9.一种操作机器（10）的方法，包括：

对流体加压；

接收与所述加压相关的转矩限制；

决定与所述加压相关的最大流率能力；

接收指示用于多个液压致动器的期望速度的操作者输入；

基于所述期望速度决定用于所述多个液压致动器（20，26）中的每一个的流体的期望流率；

基于所述最大流率能力实现所述期望流率的第一次减小；

基于所述转矩限制实现所述期望流率的第二次减小；以及

在所述第二次减小之后调节进入所述多个液压致动器中的加压流体。

10.根据权利要求9所述的方法，还包括：

基于所述泵转矩限制决定泵限制流率；和

基于泵响应模型校正所述泵限制流率，

其中所述第二次减小是基于校正后的泵限制流率。

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