CN107780449A - 包括主体和能够相对于主体移动的器具的机器 - Google Patents

Abstract

一种用于控制具有主体和可移动臂的机器的方法。液压致动器移动臂并且液压蓄能器衰减其移动。蓄能器阀将液压蓄能器流体地联接于液压致动器，并且传感器确定臂位置。该机器具有：未衰减操作模式，在该未衰减操作模式中，蓄能器阀处于闭合位置中；衰减操作模式，在该衰减操作模式中，蓄能器阀至少部分地打开；以及过渡模式，该过渡模式在未衰减模式和衰减模式之间。为了控制该机器，将传感器信号用作参照数值；蓄能器阀打开，以使得液压流体从液压致动器流至液压蓄能器以衰减臂移动，在延迟之后，获得新的传感器数值并将其用作衰减数值，且液压致动器移动臂直到臂的位置匹配参照数值为止。

Description

包括主体和能够相对于主体移动的器具的机器

技术领域

本发明涉及一种类型的机器领域，该机器包括主体和能够相对于主体移动的器具。

背景技术

已知当具有支撑诸如轮式装载机的器具的一个或多个臂的机器由装载器具驱动时，该机器可能由于装载器具的重量而经受冲击，该装载器具对于机器在其路径中遭遇碰撞物或其它障碍物起反应。为了有助于减小或消除冲击效应，已知使用选择性地连接于液压提升气缸致动器的一个或多个液压蓄能器。液压蓄能器在连接于液压提升气缸致动器的装载端部时用于吸收致动器中的压力波动，由此使得否则会作用在机器的各个部件上的变化力偏移。这是作用在产生冲击的机器上的这些变化力。为了维持蓄能器中的预充量与致动器的装载端部中的压力相等，已知将蓄能器连接于提升气缸致动器的装载端部。这样，气缸的载荷承载端部与蓄能器自由连通，以吸收变化力。此种概念的器具可称为行驶控制系统。

此种行驶控制系统的一个结果可以是器具臂在该行驶控制系统首次接合时改变位置。例如，如果器具重载，则器具臂可能在液压蓄能器首次连接于液压提升气缸致动器时下降。相反，如果臂并非重载(例如，在器具完全不存在的情形下)，则器具臂可能在液压蓄能器首次连接于液压提升气缸致动器时上升。

此外，这可以是在行驶控制模式中，防止操作者改变器具臂的高度。

发明内容

在此背景下，提供一种控制机器的方法，该机器包括：

主体；能够相对于主体移动的臂；液压致动器，该液压致动器配置成致动臂相对于主体的移动；液压蓄能器，该液压蓄能器用于衰减臂相对于主体的移动；蓄能器阀，该蓄能器阀配置成将液压蓄能器选择性地流体地联接于液压致动器；以及传感器，该传感器配置成提供指示臂相对于主体的位置的信号；

该机器具有：未衰减操作模式，在该未衰减操作模式中，蓄能器阀处于闭合位置中；衰减操作模式，在该衰减操作模式中，蓄能器阀处于至少部分地打开位置中；以及过渡模式，该过渡模式在未衰减模式和衰减模式之间过渡时发生；

该方法包括以下步骤，以便：

在过渡模式开始时，获得传感器信号的当前数值来作为参照数值；

至少部分地打开蓄能器阀，以使得液压流体从液压致动器流至液压蓄能器，从而提供对臂相对于主体的移动的衰减；

在延迟之后，获得传感器信号的当前数值来用作衰减数值；以及

致动液压致动器来使得臂相对于主体移动，直到臂位置匹配参照数值为止。

在又一方面中，本发明提供一种机器，该机器包括：

主体；能够相对于主体移动的臂；液压致动器，该液压致动器配置成致动臂相对于主体的移动；液压蓄能器，该液压蓄能器配置成衰减臂相对于主体的移动；蓄能器阀，该蓄能器阀配置成将液压蓄能器选择性地流体地联接于液压致动器；以及传感器，该传感器配置成提供指示臂相对于主体的位置的传感器信号；以及控制器；

该机器具有：未衰减操作模式，在该未衰减操作模式中，蓄能器阀闭合；衰减操作模式，在该衰减操作模式中，蓄能器阀至少部分地打开；以及过渡模式，该过渡模式在未衰减模式和衰减模式之间过渡时发生；

控制器配置成使得：

在过渡模式开始时，控制器获得传感器信号的当前数值来作为参照数值；

控制器输出信号，该信号至少部分地打开蓄能器阀，以使得液压流体从液压致动器流至液压蓄能器，从而提供对臂相对于主体的移动的衰减；

在延迟之后，该控制器获得传感器信号的当前数值来用作衰减数值；以及

控制器致动液压致动器来使得臂相对于主体移动，直到臂位置匹配参照数值为止。

附图说明

图1是根据本发明的机器的高度示意性图示，该机器具有能够相对于主体移动的器具并且配置成受控；

图2是根据本发明的液压流体回路的示意性图示；以及

图3是示出根据本发明的控制操作流程的流程图。

具体实施方式

参照图1，示出称为反铲装载机的机器100。反铲装载机可包括安装在轮子180上的主体110和用于将旋转动能提供给轮子180用以实现机器100的地面推进的装置(例如内燃机)。机器100可进一步包括装载机组件120和反铲组件130。装载机组件可配置成承载器具140。

虽然反铲组件130通常仅仅在机器静止的同时操作，但装载机组件120用于使用机器100的地面推进承载一定距离的载荷。

本发明可具体地适用于装载机组件120。反铲组件130可如本领域已知地那样配置。

装载机组件120包括第一臂170和在机器100的与第一臂170相对的侧部上的第二臂(在图1中不可见)。臂170各自在第一端171处可枢转地附接于臂枢轴160处的主体110。器具140(在图1的示例中示作叉状件)可枢转地附接于每个臂170的第二端172，第二端172与第一端171相对。第一和第二臂170可经由臂枢轴160串联地枢转。经由臂枢轴160来枢转臂170可致使器具140能够相对于主体110上升或下降。

每个臂170相对于主体110的枢转可通过液压致动器150来实现，一个液压致动器针对每个臂。(注意到其中一个轮子180在图1的图示中切除，以使得液压致动器的前端不会被轮子180阻挡)。每个液压致动器150可包括气缸151和杆152，该杆能在伸缩布置中从第一位置滑动至第二位置，在该第一位置中，杆152的大部分容纳在气缸151内，在该第二位置中，杆152的大部分从气缸151突出。气缸151的近端153能可枢转地连接于主体110，而杆154的远端(与气缸151的近端153相对)能可枢转地连接于臂170的远离臂枢轴160的一部分。这样，杆152沿进入气缸151的方向的移动可致使臂170沿向下方向相对于主体110枢转，而杆152沿离开气缸151的方向的移动可致使臂170沿向上方向相对于主体110枢转。

一个或多个传感器(未说明)可设置在主体110上以感测臂170的位置。传感器可以是位于每个臂枢轴160附近的装载机臂角度传感器。由于两个臂170可预期处于同一高度，其中提供两个传感器(一个传感器针对每个臂)，这两个传感器可与其提供相同的角度输出数值。

其它联动件、枢轴以及液压致动器可设置在装载机组件120上，以例如控制器具140相对于臂170的角度。此种布置的示例在图1中示出。

当机器100静止时，可期望并不对液压致动器150衰减，以使得能以更大的精度控制臂170的移动。相反，当机器100正驱动、尤其是以较高的速度并且在不平坦表面之上驱动时，可期望衰减液压致动器150以使得从在不平坦地面之上移动产生的力不会完全地传递至器具140，如果器具处于升起位置中这否则可能是突出的问题。

转向图2，示出根据本发明的液压回路200。示出一对液压致动器150，一个液压致动器针对两个臂的每个。如前文描述，每个液压致动器150包括气缸151和杆152。杆152能够相对于气缸151轴向地移动。杆头部155可位于杆152的端部处，其永久地位于气缸151内。液压流体可朝向气缸151的头部端156供给，以实现杆152离开气缸151的移动。相反，液压流体可朝向气缸151的杆端157供给，以实现杆152进入气缸151的移动。

液压回路200可包括液压流体储罐220、液压流体泵230以及器具控制阀210，该器具控制阀用于经由液压流体泵230控制液压流体在液压流体储罐220之间向气缸151的头部端156或杆端157的流动和方向。

器具控制阀210可包括第一位置211，其中，流动方向可使得经由液压流体泵230来自液压流体储罐220的液压流体供给至气缸151的头部端156，从而杆152移动离开气缸151，以便实现臂170相对于主体110提升并且由此实现器具140的提升。

器具控制阀210可包括第二位置212(例如图2中所示)，其中，防止沿任一方向的流体流动。

器具控制阀210可包括第三位置213，其中，流动方向可使得经由液压流体泵230来自液压流体储罐220的液压流体供给至气缸151的杆端157，从而杆152移动进入气缸151，以便实现臂170相对于主体110下降并且由此实现器具140的下降。

液压回路200可进一步包括衰减布置300，其包括液压蓄能器310。衰减布置300可进一步包括第一比例阀320，其配置成控制在气缸151的头部端156和液压蓄能器310之间的流动。在第一比例阀320的第一位置(例如图2中所示)中，可很大程度地限制或完全地防止流动。当完全地防止时，液压蓄能器310与液压致动器150隔离，以使得并不提供衰减。在阀的第二位置中，流体可在气缸151的头部端156和液压蓄能器310之间自由地流动。

第二比例阀330与第一比例阀320串联地工作，该第二比例阀配置成控制在气缸151的杆端157和液压流体储罐220之间的流动。

第一和第二比例阀320、330可配置成使得：当一个闭合且另一闭合时：当一个完全打开且另一个完全打开时；并且当既非闭合又非完全打开时，一个打开的程度与另一个打开的程度匹配。

可提供控制器。控制器可接收用户输入(例如，请求臂170的移动)，并且响应地该控制器可将输出信号供给至液压流体泵230、器具控制阀210、第一比例阀320和第二比例阀330的一个或多个，以执行用户输入请求。此外，该控制器可接收其它信号(例如传感器数值)并且将输出信号供给至液压流体泵230、器具控制阀210、第一比例阀320以及第二比例阀330。

根据本发明，由控制器对液压回路200的衰减布置300的控制可如下。

在未衰减模式中，第一和第二比例阀320、330可完全地闭合，以使得液压蓄能器310与液压致动器150隔离并且并不提供衰减。

当机器静止以使得并不存在由于在不平坦地面之上的地面推进而产生的力时以及在期望器具位置的精确性、例如当触及具有一对叉状件140的托盘时，该未衰减模式可尤为适用。

器具140的向上和向下移动通过液压致动器150的移动来实现，该液压致动器在液压流体流入到头部端156(用于提升器具140)或者杆端157(用于下降器具140)时移动。

液压流体的流动通过液压流体泵230与器具控制阀210组合地控制。当器具控制阀210处于第一位置211并且液压流体泵230处于操作中时，液压流体可流入到头部端156中。当器具控制阀210处于第二位置212时，不管液压流体泵230是否处于操作中，液压流体都不会流入到液压致动器150的任一端中。当器具控制阀210处于第三位置213并且液压流体泵230处于操作中时，液压流体可流入到杆端157中。

在衰减模式(也称为行驶控制模式)中，第一和第二比例阀320、330可至少部分地打开，以使得液压蓄能器310与气缸151的头部端156流体连通。液压蓄能器310中的流体可用作偏置装置，该偏置装置可用于吸收可能施加于机器的突然力。

当机器移动时、尤其是当处于高速和/或不平坦地面上时，衰减模式可能是尤为适用的，其中，由于机器的移动产生的力的衰减可能是期望的，以减小那些力在器具140和机器100上的影响。

衰减模式可在来自用户的指令下实施；或者当机器速度超过预定阈值或者在任何合适的触发器的情形下实施；

当衰减模式首次实施时，液压流体进入或离开液压蓄能器310的流动可导致气缸151的头部端156处的压力变化，这可能进而导致杆152的不期望移动，从而引起器具140相对于头部端156的不期望移动。

为了补偿器具140的位置上的不期望变化，可提供过渡模式，该过渡模式在未衰减模式和衰减模式之间采用。

在过渡模式中，这可以是限定或限制或防止器具阀的用户控制。替代地，这可以是在接收请求臂的移动的用户输入的情形中，则过渡模式终止并且未衰减模式重新启动。

在过渡模式中，装载机臂位置可由控制器注意到，该控制器注意到来自装载机臂角度传感器的角度输出数值。该数值可由控制器存储为参照数值。

随后，第一和第二比例阀320、330打开一定程度以允许在气缸151的头部端156处的流体压力能释放到液压蓄能器310中(或者，视情况可以是，以允许液压蓄能器310中的流体压力能释放到气缸151的头部端156中)。

该阶段可致使杆152的移动，这导致装载机臂170的高度变化。

装载机臂位置可由控制器持续地注意到，该控制器接收来自装载机臂角度传感器的角度输出数值。该数值可由控制器与参照数值相比较。

响应地，控制器可实施发向器具控制阀210和液压流体泵230的指令，以提供从液压流体储罐220进入液压致动器150的头部端或者气缸151的杆端157的流体，且视情况可以用来使得装载机臂170移动回至参照位置。控制器检测和补偿变化越快，变化就越不明显。臂返回至参照位置可确认何时传感器输出与之前测得的参照数值相同。

器具控制阀210和液压流体泵230在过渡阶段期间的控制能以连续反馈环路配置，以使得响应于装载机臂位置的变化快速地提供补偿流体流，这意味着器具的显著移动对于操作者是不显著的。

在过渡阶段结束时，蓄能器压力和在气缸151的头部端156处的压力得以平衡，以使得不再需要连续反馈。在此点处，可实施衰减模式。过渡模式可持续秒的量级、较佳地是少于10秒、更佳地在2秒和5秒之间，并且可实施为使得持续地防止装载机臂的显著移动。然后，可将第一和第二比例阀320、330设定至与在气缸151的头部端156处测得压力成比例的预定位置。

在衰减模式中，这可以是限定或限制或防止器具阀的用户控制。在接收请求臂的移动的用户输入的情形中，该控制器可自动地终止衰减模式并且启用未衰减模式。

在图3中示出简化的控制过程流程图。这表示可实施具体地控制过渡模式的技术。本领域技术人员会意识到的是，该控制技术并不局限于图3中说明的技术并且对于图3中建议控制技术的修改、附加和减除落在本发明的范围内。

一旦在505过程开始，如果在510请求行驶控制，则在于520接合液压蓄能器310之前，就在515使用装载机臂角度传感器来测量参照臂角度θ_ref。在525测量臂角度θ_n，并且计算θ_ref和θ_n之间的差值(Δθ)。如果在535处Δθ≠0，则可在540实施器具控制阀210和液压流体泵230以补偿Δθ。然后，该过程重复回至在525测量臂角度θ_n的步骤。如果Δθ＝0持续至少最小时间段(例如，10秒、5秒或2秒)，则并不提供进一步补偿。相反，如果Δθ＝0持续小于最小时间段，则该过程然后重复回至在525测量臂角度θ_n的步骤。

当在550接收器具指令时，液压蓄能器310在555脱离接合。对于在510的下一行驶控制请求，该系统环路返回至开始。

工业实用性

本发明的方法、系统以及设备可尤其适用于具有装载模式和驾驶模式两者的机器中，其中，对于衰减的需求在这些模式的每个中均是不同的。

本发明在驾驶模式(其中衰减模式是可适用的)期间提供改进的安全性和舒适性，而并不牺牲装载模式(其中未衰减模式是可适用的)中的精确控制的任何方面。此外，(在未衰减模式和衰减模式之间)的过渡模式可用于补偿如下模式中切换的不期望后果：其中，操作者对于在过渡模式中实施的反馈控制较不了解或者并不了解。

虽然本发明已聚焦在图1中示出的反铲装载机应用上(尽管反铲自身并非是本发明的中心)，但本领域技术人员应意识到的是，本发明可应用于其它机器类型，包括诸如拖拉机式装载机、轮式装载机、滑移转向装载机、伸缩式装载机、履带装载机、履带式装载机和多地形装载机的所有类型装载机。

Claims (12)

1.一种控制机器的方法，所述机器包括：

主体；能够相对于所述主体移动的臂；液压致动器，所述液压致动器配置成致动所述臂相对于所述主体的移动；液压蓄能器，所述液压蓄能器用于衰减所述臂相对于所述主体的移动；蓄能器阀，所述蓄能器阀配置成将所述液压蓄能器选择性地流体地联接于所述液压致动器；以及传感器，所述传感器配置成提供指示臂相对于所述主体的位置的传感器信号；

所述机器具有：未衰减操作模式，在所述未衰减操作模式中，所述蓄能器阀处于闭合位置中；衰减操作模式，在所述衰减操作模式中，所述蓄能器阀处于至少部分地打开位置中；以及过渡模式，所述过渡模式在所述未衰减模式和所述衰减模式之间过渡时发生；

所述方法包括以下步骤，以便：

在所述过渡模式开始时，获得所述传感器信号的当前数值来作为参照数值；

至少部分地打开所述蓄能器阀，以使得液压流体从所述液压致动器流至所述液压蓄能器，从而提供对所述臂相对于所述主体的移动的衰减；

在延迟之后，获得所述传感器信号的当前数值来用作衰减数值；以及

致动所述液压致动器来使得所述臂相对于所述主体移动，直到臂位置匹配所述参照数值为止。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，致动所述液压致动器来使得所述臂相对于所述主体移动，直到臂位置匹配所述参照数值为止的步骤在当前的蓄能器数值匹配所述参照数值时结束。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，所述主体包括推进设备，所述推进设备配置成便于所述主体在所述机器的推进模式中的地面推进，其中，所述方法包含当所述机器处于所述推进模式中时实施所述过渡模式。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述机器包括静止模式，在所述静止模式中，所述推进设备脱离接合，其中，所述方法包含在所述机器处于所述静止模式中时实施所述未衰减模式。

5.根据权利要求4所述的方法，进一步包括在检测从静止模式向推进模式过渡时调用所述过渡模式。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括在所述衰减模式中，调节所述蓄能器阀在所述打开位置和一个或多个中间位置之间的位置。

7.一种机器，包括：

主体；能够相对于所述主体移动的臂；液压致动器，所述液压致动器配置成致动所述臂相对于所述主体的移动；液压蓄能器，所述液压蓄能器用于衰减所述臂相对于所述主体的移动；蓄能器阀，所述蓄能器阀配置成将所述液压蓄能器选择性地流体地联接于所述液压致动器；以及传感器，所述传感器配置成提供指示臂相对于所述主体的位置的传感器信号；以及控制器；

所述机器具有：未衰减操作模式，在所述未衰减操作模式中，所述蓄能器阀闭合；衰减操作模式，在所述衰减操作模式中，所述蓄能器阀至少部分地打开；以及过渡模式，所述过渡模式在所述未衰减模式和所述衰减模式之间过渡时发生；

所述控制器配置成使得：

在所述过渡模式开始时，所述控制器获得所述传感器信号的当前数值来作为参照数值；

所述控制器输出信号，所述信号至少部分地打开所述蓄能器阀，以使得液压流体从所述液压致动器流至所述液压蓄能器，从而提供对所述臂相对于所述主体的移动的衰减；

在延迟之后，所述控制器获得所述传感器信号的当前数值来用作衰减数值；以及

所述控制器致动所述液压致动器来使得所述臂相对于所述主体移动，直到臂位置匹配所述参照数值为止。

8.根据权利要求7所述的机器，其中，所述控制器配置成在当前的蓄能器数值匹配所述参照数值时、停止致动所述液压致动器来使得所述臂相对于所述主体移动。

9.根据权利要求7或权利要求8所述的机器，其中，所述主体包括推进设备，所述推进设备配置成便于所述主体在所述机器的推进模式中的地面推进，并且其中，所述控制器配置成当所述机器处于所述推进模式中时实施所述过渡模式。

10.根据权利要求9所述的机器，包括静止模式，在所述静止模式中，所述推进设备脱离接合，并且其中，所述控制器配置成在所述机器处于所述静止模式中时实施所述未衰减模式。

11.根据权利要求10所述的机器，其中，所述控制器进一步配置成在检测从静止模式向推进模式过渡时调用所述过渡模式。

12.根据权利要求8至11中任一项所述的机器，其中，所述控制器进一步配置成在所述衰减模式中，调节所述蓄能器阀在所述打开位置和一个或多个中间位置之间的位置。