DE10156440A1

DE10156440A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung eines Ventilzustandes

Info

Publication number: DE10156440A1
Application number: DE10156440A
Authority: DE
Inventors: Alan L Ferguson; Matthew C Full; Matthew J Miller; Michael K Oudyn; Derek A Sauder
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2000-12-08
Filing date: 2001-11-16
Publication date: 2002-07-04
Also published as: US6463949B2; JP2002266810A; US20020069916A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung sieht ein Verfahren und eine Vorrichtung vor, um einen Zustand eines Ventils zu detektieren, wobei das Ventil mit einer Strömungsmittelschaltung verbunden wird. Das Verfahren weist die Schritte auf, einen erwarteten Wert einer Charakteristik des Strömungsmittels der Strömungsmittelschaltung einzurichten, einen tatsächlichen Wert der Strömungsmittelcharakteristik der Strömungsmittelschaltung zu bestimmten, und einen Ventilzustand, ansprechend auf den tatsächlichen Wert und den erwarteten Wert, zu bestimmen.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Strömungsmittelschaltung und insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Zustandes eines Ventils, das mit der Strömungsmittelschaltung assoziiert ist.

Technischer Hintergrund

Strömungsmittelschaltungen werden in mobilen Maschinen bei vielen unter schiedlichen Anwendungen verwendet, wie beispielsweise zum Antrieb von Hydraulikzylindern zum Anheben oder Steuern des Schildes oder der Schaufel einer Erdbewegungsmaschine, oder bei Maschinen mit einem hy drostatischen Antriebsstrang, die Strömungsmittelleistung verwenden, um die Bewegung der Maschine zu steuern. Ein ordnungsgemäßer Betrieb der Ventile in diesen Strömungsmittelschaltungen ist wichtig, um den erwünsch ten Betrieb der Maschine zu erreichen. Zusätzlich ist eine genaue Status überwachung des Ventils wichtig, um sicherzustellen, daß wenn eine Ventil fehlfunktion oder ein Versagen auftritt, die ordnungsgemäße Handlung un ternommen wird, um sicherzustellen, daß kein weiterer Schaden an der Strömungsmittelschaltung oder der Maschine selbst auftritt. Falls nötig kann beispielsweise die Maschine schnell gestoppt werden.

Einige Systeme, wie beispielsweise jenes, das im US-Patent 5,322,003 von Winyard offenbart wird, offenbaren ein System, das ein Ventilversagen durch Vergleich eines tatsächlichen Ventildruckes mit einem erwarteten Strö mungsmitteldruck bestimmt. Wenn das Ventil innerhalb der festgelegten Konstruktionsparameter arbeitet, dann wird bestimmt, daß das Ventil ord nungsgemäß arbeitet. Jedoch offenbart Winyard nicht die Bestimmung einer Fehlerschwelle ansprechend auf eine Schaltungscharakteristik und die Ver wendung der Fehlerschwelle, wenn man die tatsächlichen und erwarteten Strömungsmitteldrücke vergleicht. Daher werden Schaltungszustände, die den Betrieb der Strömungsmittelschaltung beeinflussen, nicht berücksichtigt. Zusätzlich werden Veränderungen bei den Schaltungszuständen nicht be rücksichtigt. Das Ergebnis ist, daß das System von Winyard nicht ordnungs gemäß bestimmt, wann ein Versagen auftritt, teilweise weil das System nicht die Zustände der Schaltung berücksichtigt. Daher kann in einem Beispiel ein falscher Alarm existieren, was in unrichtiger Weise zu einem Abschalten des Systems oder zu einer Anfrage für eine Instandhaltung führen kann. Zusätz lich werden die erwarteten Ventildrücke des Systems von Winyard offline bzw. nicht dauernd bestimmt, und in das System heruntergeladen. Daher können Veränderungen bei der Herstellung der Hardware bzw. der Kompo nenten der Strömungsmittelschaltung nicht zum Vergleich der tatsächlichen mit den erwarteten Druckwerten berücksichtigt werden.

Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme zu überwinden.

Offenbarung der Erfindung

Gemäß eines Aspektes der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Bestimmung des Zustandes eines Ventils in einer Strömungsmittelschaltung offenbart, die mit einer mobilen Maschine assoziiert ist. Die Strömungsmit telschaltung hat eine Pumpe, die konfiguriert ist, um Strömungsmittel in die Schaltung zu pumpen. Das Verfahren weist die Schritte auf, einen erwarte ten Wert einer Charakteristik des Strömungsmittels der Strömungsmittel schaltung einzurichten, einen tatsächlichen Wert der Charakteristik des Strömungsmittels der Strömungsmittelschaltung zu bestimmen, und einen Ventilzustand ansprechend auf den tatsächlichen Wert und den erwarteten Wert zu bestimmen.

Gemäß eines weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung wird eine Vor richtung offenbart, die konfiguriert ist, um einen Zustand eines Ventils in ei ner Strömungsmittelschaltung zu bestimmen. Die Schaltung hat eine Pumpe, die konfiguriert ist, um Strömungsmittel zur Schaltung zu liefern. Die Vorrich tung weist einen Sensor auf, der konfiguriert ist, um eine Charakteristik des Strömungsmittels in der Strömungsmittelschaltung abzufühlen und darauf ansprechend ein Strömungsmittelcharakteristiksignal zu erzeugen, und eine Steuervorrichtung, die konfiguriert ist, um das Strömungsmittelcharakteri stiksignal aufzunehmen, einen erwarteten Wert der Strömungsmittelcharak teristik einzurichten, und einen Ventilzustand ansprechend auf den er wünschten Strömungsmittelwert und den erwarteten Wert zu bestimmen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Diagramm auf hohem Niveau von einem Ausführungs beispiel einer Strömungsmittelschaltung;

Fig. 2 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Bestimmung des Zustandes eines Ventils in einer Strö mungsmittelschaltung; und

Fig. 3 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel der Strömungsmittel schaltung.

Bester Weg zur Ausführung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung sieht ein Verfahren und eine Vorrichtung vor, um einen Zustand eines Ventils zu bestimmen, das in einer Strömungsmittel schaltung gelegen ist. Fig. 1 ist eine Darstellung von einem Ausführungs beispiel einer Strömungsmittelschaltung 102. Die in Fig. 1 veranschaulichte Strömungsmittelschaltung 102 läßt sich auf eine Maschine mit einem hydro statischen Antrieb anwenden, wie beispielsweise auf einen Raupenlader, einen Raupentraktor usw. Wie jedoch beschrieben wird, ist die Erfindung gleichfalls auf andere Strömungsmittelschaltungen anwendbar, als jene, die mit hydrostatischen Antrieben assoziiert sind, und die Schaltung 102 der Fig. 1 ist nur zu Beispielszwecken vorgesehen. Die Strömungsmittelschaltung 102 weist zwei proportionale Steuerventile 108a, 108b auf, die von der Steu ervorrichtung 110 gesteuert werden. Die Steuerventile 108a, 108b sind strö mungsmittelmäßig mit jeweiligen Steuervorrichtungen 116a, 116b der zwei Pumpen 104a bzw. 104b verbunden. Die Proportionalsteuerventile 108a, 108b werden auch strömungsmittelmäßig mit jeweiligen Motorsteuervorrich tungen 120a, 120b der zwei Motoren 106a bzw. 106b verbunden. Die zwei Pumpen 104a, 104b sind strömungsmittelmäßig mit den zwei Motoren 106a, 106b verbunden und treiben diese an. Die zwei Motoren 106a, 106b treiben jeweils wiederum eine (nicht gezeigte) linke und rechte Raupe der Maschine an. Die Schaltung 102 weist auch eine Pilot- bzw. Vorsteuerpumpe 130 auf, die Strömungsmittel an die Steuerventile 108a, 108b durch ein Übersteue rungsventil 122 liefert. Die Vorsteuerpumpe 130 wird durch einen Motor 132 angetrieben, der auch von der Steuervorrichtung 110 gesteuert wird. In ei nem Ausführungsbeispiel hat die Strömungsmittelschaltung 102 einen linken Raupenteil 126a und einen rechten Raupenteil 126b. Jeder Raupenteil 120a, 120b der Schaltung 102 weist einen Vorwärts- und einen Rückwärtsteil auf.

Während des Betriebes der Maschine nimmt die Steuervorrichtung 110 eine oder mehrere (nicht gezeigte) Bedienereingaben auf, die die erwünschte Richtung und die erwünschte Geschwindigkeit der Maschine anzeigen. Die Steuervorrichtung 110 bestimmt dann die entsprechenden Ventilbefehls signale, die benötigt werden, um die erwünschte Maschinenbewegung zu erreichen. Die Steuervorrichtung 110 liefert die entsprechenden Ventilbefeh le an die Proportionalsteuerventile 108a, 108b. Wenn beispielsweise der Bediener die Maschine nach rechts drehen möchte, und zwar in Vorwärts richtung, dann wird das mit der linken Raupe assoziierte Steuerventil 108a angewiesen, sich in eine Position zu bewegen, um Strömungsmittel zu er möglichen, über den linken Vorwärtsteil 112a der Strömungsmittelschaltung 102 zu fließen. In einem Ausführungsbeispiel hat das Proportionalsteuer ventil zwei Elektromagneten 114a, 114b, die ermöglichen, daß das Ventil 108a das Volumen des Strömungsmittels steuert, das an den linken Vor wärtsteil 112a der Strömungsmittelschaltung 102 fließt, und auch an den linken Rückwärtsteil 112b der Strömungsmittelschaltung 102. Die Betätigung des linken Vorwärtselektromagneten 114a wird ermöglichen, daß unter Druck gesetztes Strömungsmittel durch den linken Vorwärtsteil 112a der Steuerschaltung 102 zu einer Pumpensteuervorrichtung 116a proportional ansprechend auf die Größe des aufgenommenen Befehls fließt. Die Pum pensteuervorrichtung 116a nimmt das unter Druck gesetzte Strömungsmittel auf und steuert die Verdrängung der Pumpe 104 und die Richtung der Ver drängung ansprechend auf die Größe des dominanten Druckes von entwe der dem linken Vorwärtsteil oder dem linken Rückwärtsteil 112a, b der Schaltung 102. Der umgekehrte Fluß von der Pumpe 104a wird durch Betä tigung des Elektromagneten 114b gesteuert. Die Pumpe 104a ist vorzugs weise eine Pumpe mit variabler Verdrängung, die Strömungsmittel an den Motor 106a durch eine von zwei Strömungsmittelleitungen liefert, und zwar abhängig davon, ob die Raupe sich in einer Vorwärtsrichtung oder einer Rückwärtsrichtung bewegen soll. Zusätzlich bestimmt ein Resolver 118a, welcher der Strömungsmitteldrücke der Strömungsmitteldruck des linken Vorwärtsteils 112a der Strömungsmittelschaltung oder des linken Rück wärtsteils 112b der Strömungsmittelschaltung auf einem höheren Druck ist und liefert das Strömungsmittel mit dem höheren Druck an die Motorsteuer vorrichtung 120a. Die Motorsteuervorrichtung 120a nimmt das Strömungs mittel vom Resolver 118a auf und steuert die Verdrängung des Motors, was somit die Rate steuert, mit der sich der Ausgang bzw. die Ausgangswelle aus dem Motor 106a dreht. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel dreht sich der Motor 106a entweder in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung, und zwar ansprechend auf den Empfang des Strömungsmittels von der Pumpe ent weder in der Vorwärts- oder Rückwärtsströmungsmittelschaltung.

Wenn daher die Maschine für eine Richtung nach links vorne angewiesen wird, pumpt die Pumpe 104a das Strömungsmittel mit einer Flußrate und einem Druck ansprechend auf den Ventilbefehl, der von dem Ventil 112b aufgenommen wird. Der von der Pumpe erzeugte Strömungsmittelfluß treibt dabei den Motor 106a an, der wiederum verwendet wird, um die linke Raupe in der erwünschten Richtung rriit der erwünschten Geschwindigkeit anzutrei ben. Der rechte Raupenteil 126b der Schaltung 102 arbeitet in analoger Weise wie der linke Raupenteil 126a der Schaltung 102. Wenn folglich glei che Befehle an Proportionalventile 108a, 108b geliefert werden, würde sich die Maschine in einer geraden Linie nach vorne bewegen.

Das Übersteuerungsventil 122 nimmt unter Druck gesetztes Strömungsmittel von der Vorsteuerpumpe 130 auf, und wenn es steuerbar betätigt wird, liefert es das unter Druck gesetzte Strömungsmittel durch die Proportionalsteuer ventile 108a, 108b an die linken und rechten Raupenteile 126a, 126b der Strömungsmittelschaltung 102. Die Steuervorrichtung 110 steuert auch die Position des Übersteuerungsventils 122, was entweder ein Proportionalsteu erventil oder ein An/Aus-Ventil oder ein Zwei-Positionen-Ventil sein kann. In einem Ausführungsbeispiel weist die Steuervorrichtung 110 das Übersteue rungsventil 122 zu einer offenen Position während der normalen Betriebs vorgänge der Maschine an. Jedoch kann im Falle eines Systemfehlers das Übersteuerungsventil 122 zu einer geschlossenen Position angewiesen wer den, so daß kein Strömungsmittel zu irgendeinem der Proportionalsteuer ventile 108a, 108b fließt. Daher wird weder von den Pumpen 104a, b noch von den Motoren 106a, b Leistung erzeugt, und entsprechend kommt die Maschine schnell zum Stopp.

Die Strömungsmittelschaltung 102 weist auch einen oder mehrere Sensoren 124 auf, die konfiguriert sind, um eine Charakteristik des Strömungsmittels in der Strömungsmittelschaltung 102 abzufühlen, und um darauf ansprechend ein Strömungsmittelcharakteristiksignal an die Steuervorrichtung 110 zu lie fern. Die Art der abgefühlten Strömungsmittelcharakteristiken weist den Druckpegel oder die volumetrische Flußrate auf. In dem bevorzugten Aus führungsbeispiel ist der Sensor ein Drucksensor, der konfiguriert ist, um ei nen Druck des Strömungsmittels abzufühlen. Alternativ kann der Sensor ein Strömungsmittelflußsensor sein, der konfiguriert ist, um den Strömungsmit telfluß der Schaltung abzufühlen. Die Anzahl der verwendeten Sensoren ist abhängig von der Einrichtung. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Strömungsmittelschaltung drei Drucksensoren 124a, 124b, 124c auf, um den höchsten Druck der Strömungsmittelschaltung 126a der linken Raupe, den höchsten Druck der rechten Strömungsmittelschaltung 126b und den Druck des Strömungsmittels abzufühlen, das aus dem Übersteuerungssteuerventil 122 austritt.

Bei einem Ausführungsbeispiel kann ein (nicht gezeigter) Temperatursensor verwendet werden, um eine Temperatur der Strömungsmittelschaltung abzu fühlen, und um darauf ansprechend ein Temperatursignal an die Steuervor richtung 110 zu liefern. Der Temperatursensor kann in dem Strömungsmit teltank 136 der Strömungsmittelschaltung 102 gelegen sein.

Fig. 2 veranschaulicht ein Flußdiagramm von einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens der vorliegenden Erfindung zur Bestimmung eines Zustan des eines Ventils in der Strömungsmittelschaltung 102. In einem ersten Steuerblock 202 wird ein erwarteter Wert der Charakteristik des Strö mungsmittels der Strömungsmittelschaltung eingerichtet. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der erwartete Wert der erwartete Strömungsmittel druck des Strömungsmittels, das aus dem überwachten Ventil austritt. Eine alternative Strömungsmittelcharakteristik ist beispielsweise die Strömungs mittelflußrate. Beispielsweise mit Bezug auf den erwarteten Strömungsmit teldruck nimmt die Steuervorrichtung 110 eine oder mehrere (nicht gezeigte) Bedienereingangsgrößen auf, und bestimmt darauf ansprechend die er wünschte Geschwindigkeit und die erwünschte Richtung der Maschine. Die Bedienereingangsgrößen bzw. Bedienereingaben können eine Joystick- bzw. Steuerhebeleingangsgröße aufweisen, die die Maschinenrichtung anzeigt, und eine Drossel- bzw. Gaspedaleingangsgröße, die die Maschinenge schwindigkeit anzeigt. In einem Ausführungsbeispiel kann die Steuervorrich tung 110 die nötigen Ventilbefehle bestimmen, um die erwünschte Ge schwindigkeit und Richtung zu erreichen, sobald die erwünschte Drehzahl und die erwünschte Richtung bestimmt wurden oder irgendwelche Anzeigen davon. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist eine Ventilansprechtabel le eingerichtet worden, die eine Bedienereingabe mit einem Ventilbefehl in Beziehung setzt, der nötig ist, um die erwünschte Ausgangsströmungsmit telcharakteristik zu erreichen, d. h. einen Strömungsmitteldruck, und zwar aus dem bezeichneten Ventil 112a, 112b, und zwar für eine spezielle Pumpen drehzahl. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Ventilan sprechtabelle die Strömungsmittelcharakteristik, beispielsweise den Strö mungsmitteldruck, auf, von der erwartet wird, daß sie aus dem Ventilbefehl bei einer gegebenen Pumpendrehzahl folgen soll. Unter normalen Betriebs zuständen wird Strömungsmittel, das an die Proportionalsteuerventile 108a, b geliefert wird, auf einem stetigen Druck geliefert, beispielsweise 2500 kPa (360 psi). Entsprechend ist der Druck des Strömungsmittels, der aus den Ventilen 108a, 108b austritt, eine Funktion der Ventilposition. Daher kann basierend auf den Bedienereingabebefehlen und auf einer eingerichteten Ventilansprechtabelle der erwartete Ausgangsströmungsmitteldruck für ein gegebenes Proportionalsteuerventil bestimmt werden. Die Ventilansprechta belle kann durch empirische Analyse bestimmt werden. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Ventilansprechtabelle für jede Maschine ange paßt, um Veränderungen zu berücksichtigen, die von einer Strömungsmittel schaltung zur nächsten auftreten können. Die Ventilansprechtabelle kann auch als Kalibrierungstabelle bezeichnet werden. In einem Ausführungsbei spiel können Gleichungen anstelle oder in Verbindung mit einer variablen Ansprechtabelle verwendet werden, um die Beziehung zwischen dem Be dienerbefehl und dem assoziierten Ventilbefehl und der erwarteten Strö mungsmittelcharakteristik zu bestimmen. Zusätzlich können andere Strö mungsmittelcharakteristiken, wie beispielsweise ein Strömungsmittelfluß, in der Ventilansprechtabelle gespeichert werden, und zwar anstelle des oder zusätzlich zu dem Strömungsmitteldruck.

In einem zweiten Steuerblock 204 kann der tatsächliche Wert der Strö mungsmittelcharakteristik der Strömungsmittelschaltung bestimmt werden. In der in Fig. 1 veranschaulichten Strömungsmittelschaltung 102 fließt das Strömungsmittel mit dem höchsten Druck von entweder dem linken Vor wärtsteil 112a oder dem linken Rückwärtsteil 112b durch den Resolver 118a. Daher fühlt der Drucksensor 122a den höchsten Druck von entweder dem linken Vorwärtsteil 112a oder dem linken Rückwärtsteil 112b der Strö mungsmittelschaltung 102. Alternativ können der Druck des Strömungsmit tels in dem linken Vorwärtsteil 112a der Schaltung 102 und dem linken Rückwärtsteil 112b der Schaltung 102 direkt abgefühlt werden, und zwar anstelle des Abfühlens eines einzigen Druckes am Ausgang des Resolvers 118a. In jedem Fall kann die Ventilansprechtabelle konfiguriert sein, so daß sie die assoziierten erwarteten Strömungsmitteldrücke an der abgefühlten Stelle aufweist, und zwar basierend auf den Bedienereingaben.

In einem dritten Steuerblock 206 wird eine Fehlerschwelle, oder ein Fehler bereich, die mit dem erwarteten Wert assoziiert ist, ansprechend auf eine Schaltungscharakteristik bestimmt. Wie beschrieben wird, wird ein Vergleich zwischen dem tatsächlichen Strömungsmittelwert, beispielsweise dem abge fühlten Druck, und dem erwarteten Strömungsmittelwert, beispielsweise dem erwarteten Druck, vorgenommen, um den Zustand des Ventils zu bestim men. Um jedoch akzeptablen Veränderungen der Schaltungszustände Rechnung zu tragen, wird eine Fehlerschwelle oder ein Bereich eingerichtet, so daß beispielsweise der tatsächliche Strömungsmittelwert nicht genau gleich dem erwarteten Wert sein muß, sondern vielmehr in einen Bereich oder eine Schwelle um den erwarteten Wert herum fallen kann, und immer noch als akzeptabel angesehen wird. Bei der vorliegenden Erfindung wird die Fehlerschwelle ansprechend auf einen Schaltungszustand eingerichtet. Schaltungszustände, die berücksichtigt werden können, sind beispielsweise die Strömungsmitteltemperatur, der Eingangsströmungsmitteldruck aus dem Übersteuerungsventil 122, die Eingangsströmungsmittelflußrate aus dem Übersteuerungsventil 122 und/oder die Vorsteuerpumpenverdrängung oder der volumetrische Fluß aus der Vorsteuerpumpe, die das Übersteuerungs ventil 122 speist. Daher können Fluktuationen in den Schaltungszuständen auftreten, die zu größeren oder kleineren Fehlern führen können, die nicht dem Proportionalventil selbst zuzurechnen sind. In einem Ausführungsbei spiel kann der Betrieb eines Ventils, wie beispielsweise des Proportional steuerventils 108a, 108b für den Betrieb der Maschine nötig sein. Wenn bestimmt wird, daß das Ventil eine Fehlfunktion zeigt, dann wird der Betrieb der Maschine gestoppt. Um jedoch eine Fehldiagnose des Ventils zu ver meiden, ist es wünschenswert, falsche Versagensvorgänge herauszufiltern. Die vorliegende Erfindung erreicht dies durch Bestimmung der Fehlerschwel le ansprechend auf einen oder mehrere Schaltungszustände. Beispielsweise gibt es in einem Ausführungsbeispiel wenn die Strömungsmitteltemperatur unter einer Temperaturschwelle ist, Veränderungen in der Schaltungsdyna mik. Diese Veränderungen können Anomalien in der Strömungsmittelschal tung 102 aufweisen, die zu Strömungsmitteldruckspitzen führen, oder die Veränderungen können einen allmählicheren und vorsagbareren Effekt auf die Strömungsmittelschaltung haben. In jedem Fall kann ein Schaltungszu stand bestimmt werden, beispielsweise die Strömungsmitteltemperatur, und eine Fehlerschwelle kann ansprechend auf die Strömungsmitteltemperatur bestimmt werden. Beispielsweise kann eine größere Fehlerschwelle verwen det werden, wenn die Temperatur unter einer Schwelle ist, beispielsweise unter 20 Grad C, um den sporadischen Anomalien Rechnung zu tragen, wie beispielsweise einer Druckspitze. Alternativ kann die Flußrate als ein Schal tungszustand überwacht werden. Es kann bestimmt werden, daß eine lang samere Flußrate eine kühlere Temperatur anzeigt, und daher kann eine grö ßere Fehlerschwelle verwendet werden, wenn die Flußrate kleiner ist als ei ne Schwelle um der potentiellen Veränderung des Schaltungsansprechens bei kalten Temperaturen Rechnung zu tragen. Daher wird in einem Ausfüh rungsbeispiel die Fehlerschwelle ansprechend auf einen oder mehrere Schaltungszustände bestimmt.

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Fehlerschwelle anspre chend auf eine Veränderung des Schaltungszustandes modifiziert. Bei spielsweise kann die Strömungsmitteltemperatur überwacht werden, und wenn die Temperatur über die Temperaturschwelle ansteigt, kann die Feh lerschwelle modifiziert werden. In einem Ausführungsbeispiel kann die Feh lerschwelle oder der Fehlerbereich verringert werden, wenn die Temperatur über die Temperaturschwelle ansteigt, da die oben erwähnten Druckspitzen nicht länger vorausgesehen werden.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der überwachte Schaltungs zustand der Strömungsmitteldruck des Strömungsmittels sein, der aus dem Übersteuerungsventil austritt. Wenn der Strömungsmitteldruck des Strö mungsmittels von dem Übersteuerungsventil 120 abfällt, kann der Druck des Strömungsmittels, das von dem Proportionalsteuerventil ausgegeben wird, ebenfalls abfallen. Daher kann bei einem Ausführungsbeispiel eine andere Fehlerschwelle verwendet werden, wenn der Strömungsmitteldruck von dem Proportionalventil auf einem maximalen Wert ist, als wenn der Strömungs mitteldruck beispielsweise auf 75 Prozent des maximalen Wertes abgefallen ist. Wenn entsprechend der Strömungsmitteldruck unter eine Strömungsmit teldruckschwelle fällt, kann die Fehlerschwelle ausgeweitet werden, um der Tatsache Rechnung zu tragen, daß der tatsächliche Strömungsmitteldruck von dem Proportionalsteuerventil auch abfallen wird, jedoch nicht als eine Folge einer Fehlfunktion des Proportionalsteuerventils. Der Druck des Strö mungsmittels, das aus dem Ühersteuerungsventil 122 austritt, kann aus Gründen abfallen, die beispielsweise folgende sind: das Übersteuerungs ventil 122 zeigt eine Fehlfunktion, die Pumpe 130 oder der assoziierte Motor zeigen eine Fehlfunktion, oder der Druck nimmt allmählich aufgrund von Ab nutzung und Abrieb der Elemente der Schaltung ab, beispielsweise beim Motor 132, bei der Pumpe 130 oder den Ventile 122, 108a, 108b, usw.

Wenn in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Strömungsmitteldruck von dem Übersteuerungsventil unter eine Druckschwelle fällt, wird der Druck modifiziert, der erwartungsgemäß von dem Proportionalsteuerventil ausge geben wird. Im Lichte dieser Modifikation wird der Fehlerbereich oder die Fehlerschwelle vorzugsweise ebenfalls modifiziert, um der Veränderung des Strömungsmitteldruckes Rechnung zu tragen. Wiederum kann die variable Ansprechtabelle die erwünschte Ventilposition berücksichtigen, um einer Pumpenverdrängung Rechnung zu tragen und/oder den Eingangsströ mungsmitteldruck zu verändern.

Analoge Strategien können für Veränderungen bei anderen Schaltungszu ständen verwendet werden, wie beispielsweise Veränderung der Strö mungsmittelflußrate von dem Proportionalsteuerventil oder Veränderungen der bestimmten Pumpenverdrängung.

In einem vierten Steuerblock 208 wird ein Ventilzustand im Lichte des tat sächlichen Strömungsmittelwertes, des erwarteten Strömungsmittelwertes und der bestimmten Fehlerschwelle bestimmt. In dem bevorzugten Ausfüh rungsbeispiel wird der tatsächliche Strömungsmittelwert mit dem erwarteten Strömungsmittelwert verglichen. Wenn die Differenz zwischen den zwei Werten größer ist, als die Fehlerschwelle, dann kann bestimmt werden, daß eine Ventilfehlfunktion existiert. Wenn beispielsweise der abgefühlte Druck nicht innerhalb der Fehlerschwelle des erwarteten Strömungsmitteldruckes ist, dann kann bestimmt werden, daß eine Ventilfehlfunktion auftritt. Der Ventilzustand kann einen guten Zustand und einen Versagenszustand (oder Fehlfunktionszustand) aufweisen. Wenn der Ventilzustand als versagt bzw. kaputt angesehen wird, dann kann abhängig von der Einrichtung die Strö mungsmittelschaltung 102 abgeschaltet werden. Wenn beispielsweise eines der Proportionalsteuerventile 108a, 108b versagt, kann das Übersteuerungs ventil 122 in einer Weise aktiviert werden, die verhindert, daß irgendwelches Strömungsmittel durch irgendeines der Ventile 108a, 108b fließt, wodurch der Strömungsmittelfluß zu sowohl den Pumpen 104a, 104b als auch dem Motor 106a, 106b gestoppt wird, wodurch die Bewegung der Maschine ge stoppt wird.

Während Fig. 1 das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung veran schaulicht, ist die Erfindung gleichfalls auf andere Strömungsmittelschaltun gen mit Steuerventilen anwendbar. Die in Fig. 3 veranschaulichte Strö mungsmittelschaltung 302 weist einen Pumpenmotor 304 auf, der eine Pumpe 306 antreibt. Die Pumpe 306 kann entweder eine Pumpe mit fester Verdrängung oder eine Pumpe mit variabler Verdrängung sein. Die Pumpe 306 liefert Betätigungsströmungsmittel an die Schaltung 302. Insbesondere liefert die Pumpe 306 Strömungsmittel an eine Strömungsmittelbetätigungs vorrichtung 310 über ein Steuerventil 308. In einem Ausführungsbeispiel ist die Betätigungsvorrichtung 310 ein Zylinder. Nur eine Strömungsmittelbetäti gungsvorrichtung 310 und ein Ventil 308 sind in Fig. 3 veranschaulicht, je doch können mehrere Ventile und Zylinder mit der Pumpe 306 verbunden werden. Das Proportionalsteuerventil 308 steuert den Strömungsmittelfluß zum Zylinder 110. Andere Arten von Ventilen können anstelle des Proportio nalsteuerventils verwendet werden. Das Strömungsmittel fließt durch das Ventil 308 in das Kopfende 318 des Zylinders 310, tritt aus dem Stangenen de 332 des Zylinders 310 aus und kehrt zu einem Strömungsmittelsumpf 312 oder den Tank zurück. Der Tank 312 ist auch an der Pumpe 306 angebracht. Die Schaltung 302 weist ein Entlastungsventil 314 auf, das zwischen der Pumpe 306 und dem Tank 312 angeschlossen ist.

Die Schaltung 302 weist eine Steuervorrichtung 316 auf. Die Steuervorrich tung 316 ist elektrisch mit dem Ventil 108 verbunden. Die Steuervorrichtung 316 nimmt Bedienereingaben auf und steuert darauf ansprechend die Posi tion des Zylinders 310 durch Steuerung der Position des Ventils 308. Die Steuervorrichtung 316 liefert Befehlssignale an das Ventil 308, um die Posi tion des Ventils 308 zu steuern, wodurch die Menge des Strömungsmittels gesteuert wird, die zum Zylinder 310 fließt. Daher wird die Position des Zy linders 310 durch die Steuervorrichtung 316 gesteuert. Die Steuervorrichtung 316 nimmt auch Eingangsgrößen aus einem oder mehreren Strömungsmit telcharakteristiksensoren auf. Beispielsweise fühlen in Fig. 3 drei Druck sensoren 350a, 350b, 350c den Druck an unterschiedlichen Stellen in der Strömungsmittelschaltung ab, und liefern darauf ansprechend Drucksignale an die Steuervorrichtung 316. Ansprechend auf die Sensoreingangsgrößen kann ein Softwareprogramm, das innerhalb der Steuervorrichtung 316 aus geführt wird, den Zustand des Ventils 308 bestimmen.

In einem Ausführungsbeispiel kann eine Ventilansprechtabelle für das Steu erventil 308 entwickelt werden. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 316 einen Bedienereingabebefehl aufnehmen, der die erwünschte Bewe gung der Betätigungsvorrichtung betrifft, beispielsweise die Betätigungsvor richtung auszufahren oder einzufahren, und die Geschwindigkeit, mit der dies erwünscht ist. Die Ventilansprechtabelle kann verwendet werden, um den Bedienereingabebefehl mit dem entsprechenden Ventilbefehl in Bezie hung zu setzen, um die notwendige Ventilposition für die erwünschte Betäti gungsvorrichtungsbewegung zu erreichen. Zusätzlich kann die Tabelle auch die assoziierten Strömungsmittelcharakteristiken haben, beispielsweise ei nen Strömungsmitteldruck oder Strömungsmittelfluß, die ansprechend auf den Ventilbefehl erwartet werden, oder eine erwartete daraus resultierende Ventilposition. In einem Ausführungsbeispiel kann daher ein erwarteter Wert einer Charakteristik des Strömungsmittels bestimmt werden. Beispielsweise kann die Ventilansprechtabelle verwendet werden, um den erwarteten Strö mungsmitteldruck des Strömungsmittels zu bestimmen, das in das Kopfende 318 des Zylinders eintritt/austritt, und zwar ansprechend auf den Ventilbefehl oder den Bedienereingabebefehl. Der tatsächliche Wert der Strömungsmit telcharakteristik, beispielsweise der abgefühlte Strömungsmitteldruck, kann bestimmt werden. Eine Fehlerschwelle, die mit dem erwarteten Strömungs mittelwert assoziiert ist, kann ansprechend auf eine Schaltungscharakteristik bestimmt werden. Bespiele von Schaltungscharakteristiken sind beispiels weise die Strömungsmitteltemperatur, der Systemdruck, der Strömungsmit telfluß durch das Entlastungsventil 314, die Pumpenverdrängung oder ande re analoge Charakteristiken. Die Fehlerschwelle wird vorzugsweise modifi ziert, wenn sich die Schaltungscharakteristik verändert. Beispielsweise kann die Fehlerschwelle absinken, wann die Strömungsmitteltemperatur über 20 Grad C ansteigt.

Der Ventilzustand kann dann ansprechend auf den tatsächlichen Strö mungsmittelwert, den erwarteten Strömungsmittelwert und die Fehlerschwel le bestimmt werden. Wie zuvor können beispielsweise die tatsächlichen und erwarteten Strömungsmittelwerte miteinander verglichen werden. Wenn die Differenz größer ist als die Fehlerschwelle dann kann bestimmt werden, daß eine Ventilfehlfunktion existiert.

Industrielle Anwendbarkeit

Die vorliegende Erfindung sieht ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Detektieren eines Zustandes eines Ventils vor. Das Verfahren weist die Schritte auf, einen erwarteten Wert einer Charakteristik des Strömungsmit tels der Strömungsmittelschaltung einzurichten, einen tatsächlichen Wert der Strömungsmittelcharakteristik der Strömungsmittelschaltung zu bestimmen, eine Fehlerschwelle zu bestimmen, die mit dem erwarteten Wert assoziiert ist, und zwar ansprechend auf eine Schaltungscharakteristik, und einen Ventilzustand ansprechend auf den tatsächlichen Wert, den erwarteten Wert und die Fehlerschwelle zu bestimmen.

Wenn bestimmt wird, daß das Ventil eine Fehlfunktion zeigt, dann kann eine Steuervorrichtung den Bediener bezüglich einer Anzeige des Versagens des Ventils benachrichtigen, egal ob er an Bord ist oder nicht an Bord ist, wie beispielsweise durch ein Warnlicht oder eine Nachricht auf der Anzeige. Zu sätzlich kann das Versagen für den Bediener basierend auf der Ernsthaftig keit des Fehlers klassifiziert werden. Der Bediener kann angewiesen werden, entweder eine Instandhaltung zu verabreden, oder die Maschine abzuschal ten, und zwar abhängig von der Ernsthaftigkeit des Versagens. In einem Ausführungsbeispiel kann die Maschine abhängig von der Funktion des Ventils, beispielsweise wenn es Strömungsmittel zu einem hydrostatischen Antrieb liefert, so schnell wie möglich abgeschaltet werden, sobald die Fehl funktion detektiert wird, um sicher zu stellen, daß kein weiterer Schaden an der Maschine entsteht. Mit Bezug auf Fig. 1 kann beispielsweise das Übersteuerungssteuerventil 122 geschlossen werden, wenn die Steuervor richtung 110 bestimmt, daß die abgefühlte Strömungsmittelcharakteristik nicht innerhalb einer Fehlerschwelle der erwarteten Strömungsmittelcharak teristik ist, wodurch verhindert wird, daß Strömungsmittel entweder zu den Steuerventilen 108a, 108b oder den assoziierten Pumpen und Motoren fließt. Wenn zusätzlich die Vonsteuerpumpe 130 eine Pumpe mit variabler Verdrängung ist, dann kann der Hub der Vorsteuerpumpe 130 auf Null ge stellt werden, d. h. die Strömungsmittelverdrängung kann auf Null verringert werden, um sicher zu stellen, daß kein Strömungsmittel zu den Proportio nalsteuerventilen 108a, 108b fließt, und zwar in dem Fall, daß das Über steuerungsventil 122 auch eine Fehlfunktion zeigt. Zusätzlich kann die (nicht gezeigte) Park- bzw. Feststellbremse der Maschine eingeschaltet werden. In dieser Weise kann die Maschine zu einem schnellen Stopp gebracht wer den, wenn eine Ventilfehlfunktion bestimmt wird.

Andere Aspekte, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung können aus einem Studium der Zeichnungen, der Offenbarung und der Ansprüche erhal ten werden.

Claims

1. Verfahren zur Bestimmung des Zustandes eines Ventils in einer Strömungsmittelschaltung, die mit einer mobilen Maschine assoziiert ist, wobei die Strömungsmittelschaltung eine Pumpe hat, die konfigu riert ist, um Strömungsmittel in der Schaltung zu pumpen, und wobei das Ventil konfiguriert ist, um das Strömungsmittel aufzunehmen, wo bei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Einrichten eines erwarteten Wertes einer Charakteristik des Strö mungsmittels der Strömungsmittelschaltung;
Bestimmung eines tatsächlichen Wertes der Strömungsmittelcharak teristik;
Bestimmung einer Fehlerschwelle, die mit dem erwarteten Wert as soziiert ist, und zwar ansprechend auf eine Schaltungscharakteristik; und
Bestimmung eines Ventilzustandes ansprechend auf den tatsächli chen Wert, den erwarteten Wert und die Fehlerschwelle.

2. Verfahren nach Anspruch 1, das weiter den Schritt aufweist, die Feh lerschwelle ansprechend auf eine Veränderung der Schaltungscharak teristik zu modifizieren.

3. Verfahren nach Anspruch 2, das weiter den Schritt aufweist, den er warteten Wert ansprechend auf die veränderte Schaltungscharakte ristik zu modifizieren.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Schaltungscharakteristik eine Charakteristik des Strömungsmittels aufweist, das in das Ventil eintritt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Schaltungscharakteristik eine Strömungsmitteltemperatur ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, das weiter den Schritt aufweist, die Feh lerschwelle ansprechend darauf zu vergrößern, daß die Strömungs mitteltemperatur unter einer Temperaturschwelle ist.

7. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Strömungsmittelcharakteristik ein Druck des Strömungsmittels ist, das in das Ventil eintritt, wobei es weiter den Schritt aufweist, die Fehlerschwelle ansprechend darauf zu modifizieren, daß der Strömungsmitteldruck unter einer Druckschwelle ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, das den Schritt aufweist, den erwarteten Wert ansprechend darauf zu verringern, daß der Strömungsmittel druck unter der Druckschwelle ist.

9. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Strömungsmittelcharakteristik ein Fluß des Strömungsmittels ist, der in das Ventil eintritt, wobei es weiter den Schritt aufweist, die Fehlerschwelle ansprechend darauf zu modifizieren, daß der Strömungsmittelfluß unter einer Flußschwelle ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, das den Schritt aufweist, den erwarteten Wert ansprechend darauf zu verringern, daß der Strömungsmittelfluß unter der Flußschwelle ist.

11. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Strömungsmittelcharakteristik entweder ein Strömungsmitteldruck oder ein Strömungsmittelfluß ist.

12. Vorrichtung, die konfiguriert ist, um einen Zustand eines Ventils in ei ner Strömungsmittelschaltung zu bestimmen, wobei die Schaltung ei ne Pumpe besitzt, die Strömungsmittel an die Schaltung liefert, und ein Ventil, das konfiguriert ist, um das Strömungsmittel aufzunehmen, wobei die Vorrichtung folgendes aufweist:
einen Sensor, der konfiguriert ist, um eine Charakteristik des Strö mungsmittels in der Strömungsmittelschaltung abzufühlen, und darauf ansprechend ein Strömungsmittelcharakteristiksignal zu erzeugen; und
eine Steuervorrichtung, die konfiguriert ist, um das Strömungsmit telcharakteristiksignal aufzunehmen, einen erwarteten Wert der Strö mungsmittelcharakteristik einzurichten, eine Fehlerschwelle zu be stimmen, die mit dem erwarteten Wert assoziiert ist, und zwar anspre chend auf eine Schaltungscharakteristik, und einen Ventilzustand an sprechend auf den abgefühlten Strömungsmittelwert, den erwarteten Wert und die Fehlerschwelle zu bestimmen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Steuervorrichtung weiterhin konfiguriert ist, um die Fehlerschwelle ansprechend auf eine Verände rung der Schaltungscharakteristik zu modifizieren.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Steuervorrichtung weiterhin konfiguriert ist, um den erwarteten Wert ansprechend auf die verän derten Schaltungscharakteristiken zu modifizieren.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Schaltungscharakteristik eine Charakteristik des Strömungsmittels aufweist, das in das Ventil eintritt.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Schaltungscharakteristik eine Strömungsmitteltemperatur aufweist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Steuervorrichtung weiterhin konfiguriert ist, um die Fehlerschwelle ansprechend darauf zu verrin gern, daß die Strömungsmitteltemperatur unter einer Temperatur schwelle ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Vorsteuerströmungsmit telcharakteristik ein Vorsteuerdruck ist, und wobei die Steuervorrich tung weiterhin konfiguriert ist, um die Fehlerschwelle ansprechend darauf zu modifizieren, daß der Vorsteuerströmungsmitteldruck unter einer Druckschwelle ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei die Steuervorrichtung weiterhin konfiguriert ist, um den erwarteten Wert ansprechend darauf zu ver ringern, daß der Vorsteuerströmungsmitteldruck unter der Druck schwelle ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Vorsteuerströmungsmit telcharakteristik ein Vorsteuerfluß ist, wobei die Steuervorrichtung weiterhin konfiguriert ist, um die Fehlerschwelle ansprechend darauf zu modifizieren, daß der Vorsteuerströmungsmittelfluß unter einer Flußschwelle ist.

21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei die Steuervorrichtung weiterhin konfiguriert ist, um den erwarteten Wert ansprechend darauf zu ver ringern, daß der Vorsteuerströmungsmittelfluß unter der Flußschwelle ist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Strömungsmittelcharakteri stik entweder ein Strömungsmitteldruck oder ein Strömungsmittelfluß ist.