DE10257411A1 - System und Verfahren zur Steuerung einer Hydraulikströmung - Google Patents

System und Verfahren zur Steuerung einer Hydraulikströmung

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DE10257411A1
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Stephen V Lunzman
John T Reedy
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Caterpillar Mitsubishi Ltd
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Caterpillar Mitsubishi Ltd
Shin Caterpillar Mitsubishi Ltd
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Abstract

Ein Verfahren zur Steuerung einer Hydraulikströmung durch ein Ventil ist vorgesehen. Das Verfahren umfasst das Bestimmen eines Druckabfalls am Ventil und das Schätzen einer Strömungsrate durch das Ventil, basierend auf dem Druckabfall und einer Verschiebung des Ventils. Ein Befehlssignal zur Betätigung des Ventils wird berechnet, basierend auf einer Soll-Strömungsrate und der geschätzten Strömungsrate durch das Ventil.

Description

    Technisches Gebiet
  • Diese Erfindung bezieht sich auf ein System und ein Verfahren zur Steuerung einer Hydraulikströmung durch ein Ventil. Insbesondere ist die Erfindung gerichtet auf ein System und Verfahren zur Steuerung einer Hydraulikströmung durch ein Ventil durch Überwachen eines Druckabfalls am Ventil.
    • Hintergrund
  • Es ist bekannt, ein Ventil in einem Hydraulikkreis einer Maschine, beispielsweise einen Bagger oder einen Lader zu verwenden, um eine Hydraulikströmung von einer Pumpe zu einem Zylinder, einem Hydraulikmotor oder irgendeiner anderen Vorrichtung zu steuern. Wenn ein Bedienungsmann der Maschine ein Ventil betätigt, beispielsweise durch Bewegen eines Hebels, strömt durch das Ventil ein Druckströmungsmittel von der Pumpe zur Vorrichtung. Die Menge der Hydraulikströmung zur Vorrichtung kann gesteuert werden durch Ändern der Verschiebung eines im Ventil angeordneten Ventilkolbens.
  • Typischerweise ist ein zur Steuerung der Hydraulikströmung verwendetes Ventil mit einem Ventilkolben ausgestattet, der Zumessschlitze aufweist, die die Strömung durch das Ventil steuern. Das Ventil kann verschiedene Arten von Hydraulikströmungen steuern, beispielsweise eine Strömung von einer Pumpe zu einem Zylinder oder von einem Zylinder zu einem Behältertank. In einem Ventil, das zur Steuerung der Hydraulikströmung verwendet wird, ist es bekannt, einen Druckkompensationskolben zu verwenden, um eine konstante Hydraulikströmung durch das Ventil beizubehalten, wenn sich die Pumpen und Lastdrücke verändern. Der Druckkompensationskolben gestattet jedoch keine flexeble Steuerung über die Hydraulikströmung am Ventil. Der Druckkompensationskolben versieht den Hydraulikkreis auch nicht mit Dämpfung, und der Kolben kann nicht elektrisch eingestellt werden. Darüber hinaus erhöht der Druckkompensationskolben die Herstellungskosten und die Maschinen- bzw. Anlagengröße. Somit ist ein Hydraulikkreis mit einem Druckkompensationskolben nicht immer eine wünschenswerte Alternative.
  • Ein hydraulisches Strömungssteuersystem ohne einen Druckkompensationskolben ist in der US-PS 5,218,820 offenbart. Dieses Hydrauliksteuersystem steuert ein Ventil durch Verwendung von Zylinderdrucksensoren. Das offenbarte System weist jedoch keine genauen Strömungssteuerfähigkeiten auf und gestattet keine genaue Strömungssteuerung durch das Ventil.
  • Somit ist es wünschenswert, ein hydraulisches Strömungssteuersystem zu schaffen, das eine genaue und flexible Steuerung der Hydraulikströmung durch das Ventil vorsieht, relativ kostengünstig herzustellen ist und eine kompakte Größe aufweist. Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der mit den bisherigen Konstruktionen zusammenhängenden Probleme zu lösen.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Gemäß einem Aspekt ist ein Verfahren zur Steuerung einer Hydraulikströmung durch ein Ventil vorgesehen. Das Verfahren umfasst das Bestimmen eines Druckabfalls am Ventil, das Schätzen einer Strömungsrate durch das Ventil, basierend auf dem Druckabfall und einer Verschiebung des Ventils und das Berechnen eines Befehlssignals, um das Ventil zu betätigen, basierend auf einer Soll-Strömungsrate und der geschätzten Strömungsrate durch das Ventil.
  • Gemäß einem anderen Aspekt ist ein System zur Steuerung einer Hydraulikströmung durch ein Ventil vorgesehen. Das Ventil weist einen Einlassanschluss und einen Auslassanschluss auf und ist an einen Betätiger zur Betätigung des Ventils gekuppelt. Das System umfasst eine Drucksensoranordnung, die konfiguriert ist, um einen Druckabfall am Ventil zu überwachen, und eine Strömungssteuervorrichtung, die an die Drucksensoranordnung gekuppelt ist. Die Strömungssteuervorrichtung ist konfiguriert, um eine Strömungsrate durch das Ventil zu schätzen, basierend auf dem Druckabfall und einer Verschiebung des Ventils, und um ein Befehlssignal an den Betätiger zu bestimmen, basierend auf der geschätzten Strömungsrate und einer Soll-Strömungsrate durch das Ventil.
  • Es ist klar, dass sowohl die vorstehende allgemeine Beschreibung als auch die folgende detaillierte Beschreibung nur beispielhaft sind und der Erklärung dienen und die Erfindung nicht einschränken sollen, wie beansprucht.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • Die beigefügte Zeichnung, die in die Beschreibung einbezogen und Bestandteil derselben ist, zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung und dient, zusammen mit der Beschreibung, die Prinzipien der Erfindung zu erläutern. Es zeigen:
  • Fig. 1 eine schematische und graphische Darstellung eines hydraulischen Strömungssteuersystems gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
  • Fig. 2 eine schematische und graphische Darstellung eines Verfahrens des hydraulischen Strömungssteuersystems gemäß Fig. 1.
    • Detaillierte Beschreibung
  • Es wird nun detailliert Bezug genommen auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in der beigefügten Zeichnung dargestellt ist. Wo immer möglich, werden gleiche Bezugsziffern in der ganzen Zeichnung verwendet, um gleiche oder ähnliche Teile zu kennzeichnen.
  • Fig. 1 zeigt schematisch und graphisch eine Maschine, die ein System zur Steuerung einer Hydraulikströmung durch ein Ventil gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung aufweist. Die in Fig. 1 gezeigte Maschine 10 kann ein Bagger, ein Lader oder jedes andere Gerät sein, das ein Hlydrauliksystem benutzt, um eine Last zu bewegen. Die Maschine 10 umfasst eine Pumpe 12, die typischerweise Kraft von einem (in der Figur nicht dargestellten) Motor, beispielsweise einen Verbrennungsmotor, erhält. Die Pumpe 12 weist einen Pumpenauslassanschluss 14 auf, der mit einer Leitung 16 verbunden ist.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst die Maschine 10 einen doppelt-wirkenden Zylinder 18. Der doppelt-wirkende Zylinder 18 weist ein Paar von Betätigungskammern auf, nämlich eine Kopfendbetätigungskammer 20 und eine Stangenendbetätigungskammer 22. Die Kopfendbetätigungskammer 20 und die Stangenendbetätigungskammer 22 sind durch einen Kolben 24 getrennt, der eine Kolbenstange 26 aufweist. Der doppelt-wirkende Zylinder 18 kann ein Hydraulikzylinder oder jede andere geeignete Werkzeugvorrichtung sein, die zum Anheben, Absenken oder anderweitigem Bewegen eines Teils der Maschine 10, beispielsweise eines Werkzeugs, verwendet werden. Obwohl das Ausführungsbeispiel in Bezug auf einen Hydraulikzylinder beschrieben wird, sollte diese Erfindung nicht auf einen Zylinder beschränkt werden, und die Maschine 10 kann einen Hydraulikmotor oder jedes andere geeignete Werkzeug einschließen.
  • Die Maschine 10 umfasst ein hydraulisches Strömungssteuersystem 27. Das hydraulische Strömungssteuersystem 27 weist ein Ventil 28 auf, das über eine Leitung 16 mit dem Druckauslassanschluss 14 der Pumpe 12 verbunden ist. Das Ventil 28 weist einen Ventilkolben 30 auf. In dem in Fig. 1 gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Ventil 28 ein Vier-Wege-Proportionalventil. Jedoch ist die Erfindung nicht auf ein Vier-Wege-Proportionalventil beschränkt, und das Ventil 28 kann jedes andere geeignete, im Stand der Technik bekannte Ventil sein. Nur beispielhaft soll in Betracht gezogen werden, dass das Ventil 28 ein unabhängiges Zumessventil (independent metering valve = IMV) sein kann. Wie dem Fachmann bekannt ist, weist ein IMV typischerweise eine Vielzahl von unabhängig arbeitenden Ventilen auf, die in Strömungsmittelverbindung sein können mit einer Pumpe, einem Zylinder, einem Behälter und/oder jeder anderen in einem Hydraulikkreis vorhandenen Vorrichtung. Das IMV gestattet ein unabhängiges Zumessen jedes der Ventile, um die Hydraulikströmung in vielfachen Hydraulikpfaden zu steuern. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann das hydraulische Strömungssteuersystem jedes der unabhängig arbeitenden Ventile im IMV steuern.
  • Im offenbarten Ausführungsbeispiel weist das hydraulische Strömungssteuersystem 27 einen Betätiger 32 auf, um den Ventilkolben 30 in eine Soll-Position zu bewegen, um dadurch die Hydraulikströmung durch das Ventil 28 zu steuern. Die Verschiebung des Ventilkolbens 30 ändert die Strömungsrate des hydraulischen Strömungsmittels durch das Ventil 28. Der Betätiger 32 kann ein Elektromagnetbetätiger oder jeder andere im Stand der Technik bekannte Betätiger sein.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst das Ventil 28 einen mit der Pumpe 12 durch die Leitung 16 verbundenen ersten Anschluss 34, einen mit einem Behältertank 38 durch eine Leitung 40 verbundenen zweiten Anschluss 36, einen mit der Kopfendbetätigungskammer 20 des Zylinders 18 durch eine Leitung 44 verbundenen dritten Anschluss 42 und einen mit der Stangenendbetätigungskammer 22 des Zylinders 18 durch eine Leitung 48 verbundenen vierten Anschluss 46.
  • Das Ventil 28 dieses bevorzugten Ausführungsbeispiels weist eine erste Position, eine zweite Position und eine neutrale Position auf. In der (in Fig. 1 gezeigten) ersten Position steht der erste Anschluss 34 mit dem dritten Anschluss 42 in Strömungsmittelverbindung, und das Ventil 28 leitet das Strömungsmittel von der Pumpe 12 zur Kopfendbetätigungskammer 20 des Zylinders 18 durch. Gleichzeitig steht der zweite Anschluss 36 mit dem vierten Anschluss 46 in Strömungsmittelverbindung, und das Ventil 28 entleert das Strömungsmittel aus der Stangenendbetätigungskammer 22 zum Behältertank 38.
  • Alternativ steht in der (in Fig. 1 nicht gezeigten) zweiten Position der erste Anschluss 34 mit dem vierten Anschluss 46 in Strömungsmittelverbindung, so dass das Ventil 28 das Strömungsmittel von der Pumpe 12 zur Stangenendbetätigungskammer 22 durchleitet. Gleichzeitig steht der zweite Anschluss 36 mit dem dritten Anschluss 42 in Strömungsmittelverbindung, um das Strömungsmittel von der Kopfendbetätigungskammer 20 zum Behältertank 38 durchzuleiten. Der Ventilkolben 30 des Ventils 28 kann durch den Betätiger 32 bewegt werden, um den Strömungsmittelfluss durch das Ventil 28 zuzumessen sowie um das Ventil 28 zwischen der ersten Position und der zweiten Position zu bewegen.
  • Das beispielhafte hydraulische Strömungssteuersystem 27 weist auch Drucksensoren 52 auf, um einen Einlassanschlussdruck und einen Auslassanschlussdruck des Ventils 28 zu überwachen, um eine Druckdifferenz oder einen Druckabfall am Ventil 28 zu bestimmen bzw. festzustellen. In dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Drucksensoren 52 an jeder der Leitungen 16,40,44,48 angeordnet. Wenn das Strömungsmittel von der Pumpe 12 zur Kopfendbetätigungskammer 20 fließt, überwacht der Sensor 52 an der Leitung 16 den Einlassanschlussdruck, und der Sensor 52 an der Leitung 44 überwacht den Auslassanschlussdruck. Aus den Druckablesungen von den Drucksensoren 52 an den Leitungen 16,44 kann der Druckabfall am Ventil 28 für die Pumpen-Zu-Zylinder-Strömung bestimmt werden. Die Sensoren 52 an den Leitungen 40,48 können auch den Druckabfall am Ventil 28 für die Zylinder-Zu-Tank- Strömung überwachen, wenn es so erwünscht sein sollte.
  • Wenn das Strömungsmittel von der Pumpe 12 zur Stangenendbetätigungskammer 22 fließt, überwachen die Sensoren 52 an den Leitungen 16,48 den Druckabfall am Ventil 28 für die Pumpen-Zu-Zylinder-Strömung. In diesem Falle überwacht der Sensor 52 an der Leitung 16 den Einlassanschlussdruck, und der Sensor 52 an der Leitung 48 überwacht den Auslassanschlussdruck. Die Sensoren 52 an den Leitungen 40,44 können auch den Druckabfall am Ventil 28 für die Zylinder-Zu-Tank-Strömung überwachen.
  • Die Orte und die Anzahl der Sensoren 52 der vorliegenden Erfindung sind nicht auf die in Fig. 1 dargestellte besondere Anordnung begrenzt. Die Drucksensoren 52 können an jedem Ort angeordnet werden, der geeignet ist, um einen Soll-Druckabfall am Ventil 28 zu bestimmen. Dem Fachmann ist es klar, dass jede Drucksensoranordnung verwendet werden kann, die in der Lage ist, einen Druckabfall am Ventil 28 zu ermitteln.
  • Das beispielhafte hydraulische Strömungssteuersystem 27 umfasst eine Steuervorrichtung 50, die an den Betätiger 32 und die Drucksensoren 52 elektrisch gekoppelt ist. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel empfängt die Steuervorrichtung 50 die Druckablesungen Ppump und Pload von den Drucksensoren 52 an der Pumpenseite bzw. Zylinderseite des Ventils 28. Die Steuervorrichtung 50 sendet auch ein elektrisches Befehlssignal icmd zum Betätiger 32. Ansprechend auf das elektrische Befehlssignal, legt der Betätiger 32 eine veränderliche Kraft an, um den Ventilkolben 30 steuerbar um eine Soll-Verschiebung zu bewegen, um die Hydraulikströmung durch das Ventil 28 zu steuern.
  • Ein Bedienungseingabemittel 54, beispielsweise ein Hebel, kann mit der Steuervorrichtung 50 elektrisch verbunden werden, und ein hydraulischer Strömungsratenbefehl Qcmd kann vom Bedienungseingabemittel 54 zur Steuervorrichtung 50 gesendet werden. Durch Betätigen des Bedienungseingabemittels 54, um die hydraulische Strömungsrate durch das Ventil 28 zu steuern, kann der Bedienungsmann den Zylinder 18 in gewünschter Weise steuern.
  • Fig. 2 zeigt eine schematische und graphische Darstellung eines Verfahrens des hydraulischen Strömungssteuersystems von Fig. 1 für eine Pumpen-Zu-Zylinderströmung. Das hydraulische Strömungssteuersystem 27 hat die Drucksensoren 52 an den Leitungen 16, 44. Wie vorstehend beschrieben, können die Anzahl und die Orte der Drucksensoren 52 ohne weiteres verändert werden. Wie in Fig. 2 gezeigt, überwacht der Drucksensor 52 an der Leitung 16 den Einlassanschlussdruck, und der Drucksensor 52 an der Leitung 44 überwacht den Auslassanschlussdruck.
  • In dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die Steuervorrichtung 50 Geräuschfilter 56. Die Pumpendruckablesung und die Lastdruckablesung Ppump und Pload von den Drucksensoren 52 können einem der Geräuschfilter 56 zugeleitet werden. Die Geräuschfilter 56 entfernen unerwünschtes Geräusch von den Druckablesungen, wie beispielsweise Druckoszillation und Vibration, und stabilisieren die Druckablesungen Ppump und Pload. Die Steuervorrichtung 50 kann auch einen Hochpassfilter 58, eine Begrenzungsfunktionseinheit und einen Kompensator 60 aufweisen. Der Hochpassfilter 58 fügt die Dämpfung zum Hydraulikkreis hinzu, der die Pumpe 12, den Zylinder 18 und den Behältertank 38 verbindet. Die Begrenzungsfunktionseinheit begrenzt das hohe Ende der Ausgangsgröße vom Hochpassfilter 58, um ungewolltes Schließen des Ventils 28 zu verhindern. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann das Hochendlimit bestimmt werden durch den hydraulischen Strömungsratenbefehl Qcmd. Der Kompensator 60 sieht eine einstellbare Verstärkung zu seiner Eingangsgröße vor, um die Genauigkeit eines Rückkopplungsverfahrens zu verbessern, und fügt Dynamik zu dem Verfahren hinzu. Der Kompensator 60 kann derart ausgelegt werden, dass er eine geeignete Verstärkung zum hydraulischen Strömungssteuersystem 27 vorsieht, so dass das System nicht instabil wird. Der Fachmann kann ohne weiteres bestimmen, wie viel Verstärkung der Kompensator 60 vorsehen sollte, um die Rückkopplungsgenauigkeit zu verbessern. Der Kompensator 60 kann ein Kompensator der proportional-integralen Bauart oder von jeder anderen Bauart sein, die geeignet ist, die Stabilität, das Ansprechen oder die Genauigkeit des elektrischen Signals icmd zu verbessern.
  • Die Steuervorrichtung 50 kann eine Betätigerkarte 62 und eine Kolbenkarte 64, gespeichert in einem Speicher, aufweisen. Die Betätigerkarte 62 enthält die Beziehung zwischen dem elektrischen Befehlssignal icmd an den Betätiger 32 und der Verschiebung oder Position des Ventilkolbens 30. Diese Beziehung kann aus Labortests oder aus einem Testlauf vor dem Betrieb des Systems bestimmt werden. Durch Benutzung der Betätigerkarte 62 kann die Verschiebung des Ventilkolbens 30 geschätzt werden aus einem Wert des elektrischen Befehlssignals icdm. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann das hydraulische Strömungssteuersystem 27 einen Kolbenpositionssensor 51 besitzen, der die Ist- Position 30 Xact des Ventilkolbens bestimmt, anstelle der Betätigerkarte 62. Der Kolbenpositionssensor 51 kann ein optischer Sensor oder jeder andere geeignete Sensor sein, der in der Lage ist, die Position des Ventilkolbens 30 abzufühlen. Da die Verschiebung des Ventilkolbens 30 in diesem alternativen Ausführungsbeispiel nicht geschätzt wird, kann die Genauigkeit der hydraulischen Strömungssteuerung verbessert werden.
  • Die Kolbenkarte 64 enthält die Beziehung zwischen der Verschiebung des Ventilkolbens 30, dem Druckabfall (ΔP) am Ventil 28 und einer hydraulisclhen Strömungsrate am Ventil 28. Diese Werte können bestimmt werden entweder während eines Testlaufs des hydraulischen Strömungssteuersystems 27 oder während eines Labortests. Zusätzlich zu den vorstehenden Werten kann die Kolbenkarte 64 die Temperatur des hydraulischen Strömungsmittels umfassen, um die Genauigkeit des Systems zu verbessern. Das hydraulische Strömungssteuersystem 27 kann einen Temperatursensor aufweisen, um die Temperatur des hydraulischen Strömungsmittels zu überwachen. In dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel schätzt die Kolbenkarte 64 die Strömungsrate Qest durch das Ventil 28 aus der geschätzten Betätigerverschiebung Xest und dem Druckabfall ΔP am Ventil 28. In einem anderen Ausführungsbeispiel können die Kolbenkarte 64 und die Betätigerkarte 62 zu einer einzigen Karte kombiniert werden.
  • Die Steuervorrichtung 50 weist eine Offset-Logik bzw. Ausgleichs-Logik 66 und eine Ratenbegrenzungsvorrichtung 68 auf. Die Offset-Logik 66 bestimmt einen Ausgleich des Ventils 28, der benutzt wird, um das Ventil 28 vorzuspannen, um sein Totband, Lecken etc. zu berücksichtigen. Die Offset-Logik 66 empfängt den hydraulischen Strömungsratenbefehl Qcmd und kann auch eine Ventilstatusinformation empfangen, die den Betriebsstatus des Ventils 28 anzeigt, wie beispielsweise geschlossen, zumessen und so weiter.
  • Die Ratenbegrenzungsvorrichtung 68 ist an die Offset-Logik 66 gekoppelt. Die Ratenbegrenzungsvorrichtung 68 reduziert einen Effekt des Anwendens bzw. Anlegens einer Schrittänderung beim Ausgleich (offset) des Ventils 28 und wirkt auf glatte bzw. kontinuierliche Änderungen infolge des Ausgleichs (offset). Die Ratenbegrenzungsvorrichtung 68 kann ein Tiefpassfilter erster Ordnung oder jeder andere Filter sein, der in der Lage ist, den Effekt von Offset-Änderungen zu glätten.
    • Industrielle Anwendbarkeit
  • Gemäß Fig. 2 überwachen die Drucksensoren 52 die Einlassanschluss- und Auslassanschlussdrücke, die die Drücke an der Pumpenseite bzw. an der Zylinderseite sind. Jede der Druckablesungen an der Pumpenseite und an der Zylinderseite Ppump und Pload wird dem entsprechenden Geräuschfilter 56 zugeleitet. Die Geräuschfilter 56 entfernen Geräusch und stabilisieren die Druckablesungen. An einer ersten Subtrahier-Verbindung 70 wird der Druckabfall ΔP am Ventil 28 durch Subtrahieren einer Druckablesung von der anderen Druckablesung bestimmt. Der Wert des ΔP wird sodann der Kolbenkarte 64 zugeleitet.
  • Nach Stabilisierung durch den Geräuschfilter 56 wird die Druckablesung Pload an der Zylinderseite dem Hochpassfilter 58 zugeleitet. Der Hochpassfilter 58 leitet hohe Frequenzen durch und dämpft niedrige Frequenzen. Dies hat zur Folge, dass der Hochpassfilter 58 dem Hydraulikkreis eine Dämpfung zufügt. Wenn die Druckablesung Pload an der Zylinderseite stetig ist, gibt der Hochpassilter 58 den Wert null aus.
  • Der hydraulische Strömungsratenbefehl Qcmd wird vom Bedienungseingabemittel 54 gesandt. An einer zweiten Subtrahier-Verbindung 72 wird die Ausgangsgröße des Hochpassfilters 58 subtrahiert vom hydraulischen Strömungsratenbefehl Qcmd, um den unstetigen Druck an der Zylinderseite zu berücksichtigen.
  • Der hydraulische Strömungsratenbefehl Qcmd wird auch der Offset-Logik 66 zugeleitet. Die Offset-Logik 66 bestimmt einen Ausgleich (offset) des Ventils 28, basierend auf dem hydraulischen Strömungsratenbefehl und der Ventilstatusinformation. In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann der Ausgleich (offset) des Ventils 28 verwendet werden, um den Ventilkolben 30 in Vonrvegnahme seiner Bewegung zu ordnen und um die Effekte des Totbands des Ventils 28 zu berücksichtigen. Durch Berücksichtigung derartiger Effekte kann der hydraulische Strömungsratenbefehl Qcmd übertragen werden als eine unmittelbare hydraulische Flusssteuerung.
  • Die Ausgangsgröße von der Offset-Logik 66 wird der Ratenbegrenzungsvorrichtung 68 zugeleitet. Die Ratenbegrenzungsvorrichtung 68 reduziert einen Effekt der Anwendung einer Schrittänderung in der Offset-Ausgangsgröße von der Offset-Logik 66, und glättet den Effekt der Änderungen infolge des Ausgleichs (offset). Die Ausgangsgröße von der Ratenbegrenzungsvorrichtung 68 wird zur Ausgangsgröße vom Kompensator 60 an einer Summier-Verbindung 74 hinzuaddiert.
  • Nach Verarbeitung an der zweiten Subtrahier-Verbindung 72 wird der hydraulische Strömungsratenbefehl Qcmd an einer dritten Subtrahier-Verbindung 76 verarbeitet. An der dritten Subtrahier-Verbindung 76 wird der hydraulische Strömungsratenbefehl Qcmd subtrahiert von der geschätzten hydraulischen Strömungsrate Qest, die durch die Kolbenkarte 64 bestimmt wird. Die Ausgangsgröße der dritten Subtrahier-Verbindung 76 wird sodann dem Kompensator 60 zugeleitet.
  • Vom hydraulischen Strömungsratenbefehl, verarbeitet durch die zweite und dritte Subtrahier-Verbindung 72, 76, berechnet der Kompensator 60 das elektrische Signal, das erforderlich ist, um die hydraulische Strömungsrate zu erreichen. Die Ausgangsgröße der Ratenbegrenzungsvorrichtung 68 wird sodann hinzuaddiert zum elektrischen Signal, berechnet durch den Kompensator 60 an der Summier-Verbindung 74, und dem Betätiger 32 als das elektrische Befehlssignal icmd zugeführt, um den Ventilkolben 30 zu manipulieren.
  • Das elektrische Befehlssignal icmd von der Summier-Verbindung 74 wird auch der Betätigerkarte 62 zugeleitet. Aus dem elektrischen Befehlssignal schätzt die Betätigerkarte 62 die Verschiebung des Betätigers 32 und gibt die geschätzte Betätigerverschiebung XeSt aus.
  • Die geschätzte Betätigerverschiebung Xest und der Druckabfall ΔP am Ventil 28 werden der Kolbenkarte 64 zugeleitet, und die Kolbenkarte 64 schätzt die hydraulische Strömungsrate durch das Ventil 28 und gibt die geschätzte hydraulische Strömungsrate Qest aus, die an den hydraulischen Strömungsratenbefehl Qcmd zurückgespeist wird, der einen elektrischen Stromantreiber mit geschlossener Schleife und eine Kolbenpositionssteuerung mit geschlossener Schleife definiert.
  • Daher sieht die vorliegende Erfindung ein hydraulisches Strömungssteuersystem vor, das eine genaue Steuerung der hydraulischen Strömung durch das Ventil vorsieht. Darüber hinaus ist das hydraulische Strömungssteuersystem kostengünstig herzustellen und kompakt in seiner Größe. Das offenbarte hydraulische Strömungssteuersystem kann eine genaue und flexible Steuerung einer hydraulischen Strömung in einer Vielzahl von Arbeitsmaschinen vorsehen.
  • Es ist dem Fachmann klar, dass verschiedene Modifikationen und Änderungen in dem Ventilströmungssteuersystem und im Verfahren der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne den Rahmen und Geist der Erfindung zu verlassen. Andere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden dem Fachmann offenbar aus der Betrachtung der Beschreibung und Ausübung der hier offenbarten Erfindung. Es ist beabsichtigt, dass die Spezifikation und die Beispiele nur als exemplarisch anzusehen sind, wobei der wahre Rahmen und der Geist der Erfindung durch die folgenden Ansprüche angezeigt werden. (S- 20403)

Claims (10)

1. Verfahren zur Steuerung einer Hydraulikströmung durch ein Ventil, wobei folgende Schritte vorgesehen sind:
Bestimmen eines Druckabfalls am Ventil;
Schätzen einer Strömungsrate durch das Ventil, basierend auf dem Druckabfall und einer Verschiebung des Ventils; und
Berechnen eines Befehlssignals zur Betätigung des Ventils, basierend auf einer Soll-Strömungsrate und der geschätzten Strömungsrate durch das Ventil.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Strömungsrate durch das Ventil durch eine Kolbenkarte geschätzt wird, und die Verschiebung des Ventils geschätzt wird, basierend auf einem Befehlssignal, das zum Ventil geliefert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Befehlssignal durch ein System mit geschlossener Schleife (Regelsystem) berechnet wird, und eine Differenz zwischen der Soll-Strömungsrate und der geschätzten Strömungsrate kompensiert wird, um das Befehlssignal zur Betätigung des Ventil zu bestimmen.
4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Druckabfall am Ventil bestimmt wird durch Überwachen eines Einlassanschlussdruckes und eines Auslassanschlussdruckes des Ventils, und die Signale für den überwachten Einlassanschlussdruck und den überwachten Auslassanschlussdruck zur Stabilisierung einem Geräuschfilter (56) unterworfen sind.
5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Verschiebung des Ventils durch einen Ventilpositionssensor gemessen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ferner folgendes vorgesehen ist:
Bestimmen eines Totband-Offsets (deadband offset) des Ventils, und wobei das Ventil betätigt wird, basierend auf der Soll-Strömungsrate und der geschätzten Strömungsrate durch das Ventil und den Ausgleich (offset) des Ventils.
7. System zur Steuerung einer Hydraulikströmung durch ein Ventil, das einen Einlassanschluss und einen Auslassanschluss aufweist und zur Betätigung des Ventil an einen Betätiger gekuppelt ist, wobei folgendes vorgesehen ist: eine Drucksensoranordnung, die konfiguriert ist, um einen Druckabfall am Ventil zu überwachen; und einen Strömungssteuervorrichtung, die an die Drucksensoranordnung gekuppelt ist, wobei die Strömungssteuervorrichtung konfiguriert ist, um eine Strömungsrate durch das Ventil zu schätzen, basierend auf dem Druckabfall und einer Verschiebung des Ventils, und um ein Befehlssignal zum Betätiger zu bestimmen, basierend auf der geschätzten Strömungsrate und einer Soll-Strömungsrate durch das Ventil.
8. System nach Anspruch 7, wobei die Strömungssteuervorrichtung eine Speichereinheit zur Speicherung einer Kolbenkarte aufweist, um die Strömungsrate und die Betätigerkarte zu schätzen, um die Ventilverschiebung zu schätzen, basierend auf dem an den Betätiger zu liefernden Befehlssignal.
9. System nach Anspruch 7, wobei das Befehlssignal an den Betätiger konfiguriert ist, um durch ein System mit geschlossener Schleife (closed-loop system) bestimmt zu werden, wobei die Strömungssteuervorrichtung einen Kompensator zum Kompensieren einer Differenz zwischen der Soll-Strömungsrate und der geschätzten Strömungsrate aufweist, um das Befehlssignal an den Betätiger zu bestimmen, und wobei die Strömungssteuervorrichtung eine Offset-Logikeinheit zur Bestimmung eines Totband-Offsets (deadband offset) des Ventils umfasst, und das Befehlssignal bestimmt wird, basierend auf der Soll-Strömungsrate und der geschätzten Strömungsrate durch das Ventil und dem Totband-Offset des Ventils.
10. System nach Anspruch 7, das ferner einen Ventilpositionssensor aufweist, der an die Steuervorrichtung gekuppelt ist zum Abfühlen der Verschiebung des Ventils.
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