DE69023893T2

DE69023893T2 - Multiplexiertes, hydraulisches Steuerungssystem.

Info

Publication number: DE69023893T2
Application number: DE69023893T
Authority: DE
Inventors: James L. Leeson, Deceased; Dale W. Freeport Illinois 61032 Sievert; John W. Roscoe Illinois 61073 Wardle
Original assignee: Woodward Governor Co
Current assignee: Woodward Inc
Priority date: 1990-01-09
Filing date: 1990-12-28
Publication date: 1996-05-30
Anticipated expiration: 2010-12-29
Also published as: US5081903A; EP0437111B1; EP0437111A2; EP0437111A3; DE69023893D1; JPH0587104A

Description

Diese Erfindung betrifft hydraulische Steuerungssysteme und insbesondere solche Systeme, in denen eine Vielzahl hydraulischer Betätigungsvorrichtungen genau in Abhängigkeit von der Größe einer gleichen Mehrzahl elektrischer Steuersignale positioniert werden müssen.
Es gibt zahlreiche solcher Steuerungssysteme, und diese Erfindung würde einen beträchtlichen Vorteil in Verbindung mit vielen von ihnen darstellen. Eine beispielhafte und sehr bedeutende Anwendung solcher Steuerungen ist in Flugzeugsystemen, wo hydraulische Steuerungen vorgesehen werden, um mechanische Vränderbare in den Düsentriebwerken des Flugzeugs einzustellen. Die Gasturbinenmotoren, die verwendet werden, herkömmliche Düsenflugzeuge anzutreiben, weisen allgemein verwendete, hydraulische Betätigungsvorrichtungen zur Steuerung von Luftventilen, Treibstoffventilen, einer veränderbare Geometrie des Motors und ähnlichem auf. Da Motorkonstrukteure versuchen, von den Gasturbinen mehr und mehr Leistung zu erhalten, hat sich die Anzahl hydraulischer Betätigungsvorrichtungen beträchtlich erhöht, und kann 17 an der Zahl erreichen. Selbst Gasturbinenmotoren, die bei älteren Verkehrsflugzeugen verwendet werden, weisen typischerweise in der Größenordnung von sechs hydraulischen Betätigungsvorrichtungen auf.
Bisher war jede hydraulische Betätigungsvorrichtung mit einer Einrichtung versehen, um ein elektrisches Eingangssignal in eine mechanische Position der Betätigungsvorrichtung umzuwandeln. Typischerweise ist dies mit einem Vorschubmotor vorgenommen worden, der mit einem hydraulischen Servoventil verbunden war und dieses betätigte; das Servoventil wiederum steuerte die Zufuhr von hydraulischem Fluid zu der Betätigungsvorrichtung. Der Vorschubmotor, der für die zugeordnete Betätigungsvorrichtung bestimmt war, konnte solange angetrieben werden, solange eine zusätzliche Bewegung der Betätigungsvorrichtung erwünscht war. Jedoch sind Vorschubmotoren und Servoventile ziemlich teuer und beide sind ziemlich schwere Bauteile, insbesondere bei Flugzeuganwendungen, wo sich Gewichtseinsparungen in der Größenordnung von Pfund in beträchtlichen Einsparungen bei den Betriebskosten über die Lebensdauer des Flugzeugs umsetzen können.
Die Anmelder sind sich eines Konzepts bewußt, das vorgeschlagen worden ist, das Gewicht und die Kosten in einem solchen System zu verringern, indem ein einziges Steuerventil verwendet wird, das unter einer Vielzahl von Betätigungsvorrichtungen gemultiplext wird. Grundsätzlich weist das Steuerventil einen Schieberkolben auf, der zum Multiplexen gedreht wird und vertikal durch den Vorschubmotor positioniert wird, um die Steuererungspositionen herzustellen. Der Schieberkolben und das Ventil würden verändert werden, um eine Mehrzahl von Auslaßöffnungen unter verschiedenen Winkelpositionen des Ventilkolbens vorzusehen, so daß die vertikale Steuerungsposition des Ventus kombiniert mit einer Mehrzahl von winkelmäßigen Multiplex-Positionen verwendet werden könnte, hydraulisches Fluid sequentiell einer Mehrzahl von Betätigungsvorrichtungen zuzuführen. Ein Positionssensor an dem Drehmultiplexer würde verwendet werden, um die gemultiplexten, elektrischen Signale für das Steuerventil mit den Zeitschlitzen des Multiplexers zu koordinieren.
Der Anmelder ist der Auffassung, daß ein System dieser Art praktisch nicht für irgendein außer ein äußerst einfaches System wegen einer Anzahl von Einschränkungen ausgeführt werden könnte, von denen die bedeutendste die wesentlich verringerte Strömungsgeschwindigkeit zu irgendeiner bestimmten Betätigungsvorrichtung für ein Servoventil irgendeiner vernünftigen Größe ist. Die Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit ist ein Ergebnis von zwei Faktoren --1) verringerte Strömung durch ein Steuerventil, das als ein Multiplexer ausgestaltet ist, und 2) die Tatsache des Multiplexens selbst, das einen Fluß zu einer Betätigungsvorrichtung nur während ihres Zeitschlitzes aufweist. Bei einem Baum-Kanalsystem wäre die Strömungsgeschwindigkeit pro Zyklus verglichen mit einem üblichen, nicht gemultiplexten Steuerventil um ungefähr einen Faktor von ungefähr 18 verringert. Während somit grundsätzlich das System bei Anwendungen arbeiten mag, wo die Reaktionsgeschwindigkeit und die Steuerungsfeinheit keine bedeutenden Kriterien sind, schiene das Konzept beispielsweise bei der Steuerung eines Strahltriebwerks nicht arbeitsfähig.
Das Multiplexen hydraulischer Schaltungen ist nicht besonders neu. Es kann bespielsweise beim gemeinsamen Benutzen eines einzigen Wandlers bei einer Anzahl hydraulischer oder pneumatischer Kanäle verwendet werden, wie es in dem US Patent 3,645,141 von Moore u. a. dargestellt ist. Die Möglichkeit, ein Steuerservoventil gemeinsam mit mehreren Betätigungsvorrichtungen zu verwenden, wird auch in der Literatur vorgeschlagen, aber nur ein manuell gesteuertes statt eines gleichzeitig gemultiplexten auf Realzeitbasis, soweit es dem Anmelder bekannt ist. Im Gegensatz dazu wird in einem richtig hydraulisch gemultiplexten System die Steuerung über alle Kanäle aufrechterhalten, während diejenigen Kanäle einzeln und getrennt beschickt werden, aber mit einer ausreichenden Häufigkeit, um die Ausgänge als repräsentativ für die Eingänge im wesentlichen in Realzeit aufrechtzuerhalten.
In bezug auf das frühere Multiplexerkonzept hat dieses sich, soweit es dem Anmelder bewußt ist, auf einen Drehmultiplexer verlassen, um sequentiell die Öffnungen in dem System zu aktivieren. Während Drehmultiplexer grundsätzlich in einer sehr zuverlässigen Weise gebaut werden können, legt die Annahme eines Drehbetriebsmodus eine Anzahl von Nachteilen auf. Äußerst bedeutend ist die Tatsache, daß die Sequenz durch die mechanische Verbindung der Kanäle mit dem Drehmultiplexer festgelegt ist. Jeder Kanal muß in seiner Reihenfolge beschickt werden, ob der Kanal eine Anforderung an eine Bewegung seiner zugeordneten Betätigungsvorrichtung hat oder nicht. Somit muß in dem Fall, daß einer der Kanäle eine große Bewegung der Betätigungsvorrichtung verlangt, wohingegen ein anderer Kanal in dem System vollständig ruhig ist, jeder der Kanäle in seiner zugeordneten Reihenfolge und während der Dauer seines zugeordneten Zeitschlitze beschickt werden, selbst wenn die Beschickung für ersteren unangemessen ist und die Beschickung für letzteren überflüssig ist. Zusammengefaßt ist es nicht nur unmöglich, die Reihenfolge der Kanäle zu ändern, die während des Betriebs des Drehsystems beschickt werden sollen, sondern es ist auch nicht möglich, die Länge des Zeitschlitzes eines Kanals in bezug auf irgendeinen seiner Nachbarn zu ändern. Diese ureigene Inflexibilität ist bei gewissen Umständen unerwünscht.
Die meisten Flugzeuge hoher Leistung, einschließlich großer Düsenverkehrsflugzeuge und Militärflugzeuge, verwenden digitale Computer in den Systemen, die das Flugzeug steuern. Wenn ein solcher digitaler Computer eine bestimmte Flugzeugvariable einstellt, wird er typischerweise die Identität des Kanals oder der Betätigungsvorrichtung "kennen", die er versucht, einzustellen, und diese Kenntnis wird typischerweise in der Form einer binären, digitalen Adresse für den in Frage stehenden Kanal sein. Jedoch war es insbesondere bei Drehsystemen nicht möglich, diese digitale Information zu verwenden, um den Kanal zu adressieren, da die Auswahl durch Drehung des Multiplexers statt durch Adressieren einer bestimmten Einrichtung ausgeführt wird.
In bezug auf Druckschriften des Standes der Technik bezieht sich GB-A-2 174 824 auf ein gemultiplextes Fluidsteuerungssystem von der Art, wie es in dem Oberbegriff des Anspruches 1 angegeben ist. Dieses System ist ein Steuerungssystem für einen Gasturbinenmotor. Das System ist pneumatisch und verwendet eine Luftquelle hohen Drucks, die über ein Servoventil gekoppelt ist, das pneumatische Eingangsimpulse auf ein Drehmultiplexventil koppelt. Das Multiplexventil verteilt die Impulse auf eine Mehrzahl von Steuerventilen in den jeweiligen Kanälen. Die Steuerventile haben zwei Zustände und verriegeln sich in der einen oder der anderen Stellung. Das Servoventil schickt nur einen Puls von Hochdruckluft durch den Multiplexer zu einem Steuerventil, wenn immer das Steuerungssystem entscheidet, das bistabile Ventil in seine andere Position umzuschalten. Dieses System moduliert ein Signal in einem fortlaufend veränderbaren Sinn nicht und verteilt keine solchen modulierten Signale auf Kanäle, um die Betätigungsvorrichtungen in den Kanälen in einem fortlaufend veränderbaren Sinn zu steuern. Ferner muß auf die Kanäle in der Reihenfolge zugegriffen werden, die durch das Drehmultiplexventil festgelegt ist.
Die Erfindung, wie sie im Anspruch 1 definiert ist, zielt darauf ab, diese Probleme zu überwinden. Deshalb ist gemäß der Erfindung das System, das in dem Oberbegriffs des Anspruches 1 angegeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid-Steuerungssystem ein hydraulisches Steuerungssystem ist; die Steuersignalquelle eine Quelle elektrischer, binär gewichteter Mehr-Bit-Auswählsignale umfaßt, um einzeln die jeweiligen Kanäle zu adressieren; der Multiplexer ein hydraulischer Multiplexer ist, der einen gemeinsamen, hydraulischen Eingang 54a und eine Mehrzahl hydraulischer Ausgänge besitzt, die einzeln und selektiv mit dem hydraulischen Eingang verbindbar sind, der Multiplexer einen Auswähleingang besitzt, der mit der Quelle der elektrischen binär gewichteten Auswählsignale verbunden ist, um selektiv den hydraulischen Eingang des Multiplexers mit dem hydraulischen Ausgang, der durch die binär gewichteten Auswählsignale identifiziert ist, zu verbinden; das Steuerventil eine Modulationseinrichtung zum Erzeugen eines modulierten, hydraulischen Signals ist, das eine variable Strömungsgeschwindigkeit aufweist, dessen Wert entsprechend dem Wert eines ausgewählten einer Mehrzahl elektrischer Steuersignale gesteuert wird, die Modulationseinrichtung mit dem hydraulischen Eingang des Multiplexers verbunden ist, um das modulierte, hydraulische Signal auf den hydraulischen Eingang des hydraulischen Multiplexers zum Durchgang durch einen ausgewählten hydraulischen Ausgang davon hindurch zu dem Kanal zu beaufschlagen, der durch den Multiplexer adressiert ist; und eine Steuereinrichtung zur Koordinierung der Modulation des hydraulischen Signals mit den Auswählsignalen, die durch die Quelle der binär gewichteten Auswählsignale derart erzeugt werden, daß das elektrische Steuersignal für einen vorgegebenen Kanal mit den binär gewichteten Auswählsignalen für den vorgegebenen Kanal zusammenfällt, um dadurch modulierte, hydraulische Signale zu den Kanälen zur Steuerung der Positionen der Betätigungsvorrichtungen in den genannten Kanälen gemäß der zugeordneten Mehrzahl elektrischer Steuersignale hindurchzuführen.
US-A-3 708 047 offenbart eine elektro-hydraulische Auswählvorrichtung zur Steuerung mehrerer Lasten, insbesondere in einem Schaltgetriebe eines Automobils. Hydraulische Ventile sind in einem logischen Baum angeordnet, der durch eine Mehrzahl von Solenoidrelais betätigt wird, um selektiv individuelle Wege durch die Mehrniveau-Matrix zu öffnen, um einen von vielen Gängen auszuwählen. Ein Multiplexen findet nicht statt. Es gibt dort keinen Vorschlag, einzelne Betätigungsvorrichtungen in Übereinstimmung mit kontinuierlich veränderbaren, elektronischen Steuersignalen zu multiplexen.
Ausführungsformen der Erfindung, die in beispielhafter Weise beschrieben werden soll, liefern ein hydraulisch gemultiplextes Steuerungssystem für fortlaufend veränderbare, elektrische Eingänge und hydraulische Ausgänge, das sich nicht auf ein Drehumschalten zum Multiplexen verläßt. Die Steuerung weist die Flexibilität auf, die Auslaßkanäle in irgendeiner erwünschten Reihenfolge zu aktivieren. Die beispielhaften Ausführungsformen liefern ferner ein Steuerungssystem, in dem die Programmsteuerung die Möglichkeit hat, Ruhezeiten für jeden Kanal gemäß den Anforderungen des Systems unabhängig einzustellen. Ferner können die beschriebenen, gemultiplexten, hydraulischen Steuerungssysteme nicht nur die Kanäle wahlfrei adressieren, die sie beschicken, sondern auch digitale Signale verwenden, die von einem Steuerungscomputer abgeleitet werden können, um die jeweiligen Kanäle zu adressieren.
Mit den beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung können eine Größen- und Gewichtsverringerung in einem hydraulischen Mehrkanal-Steuerungssystem erreicht werden, indem ein relativ kleines Multiplexventil oder Ventilmehrfachanordnung bereitgestellt wird, die einen gemeinsamen hydraulischen Eingang und eine Mehrzahl einzelner ausgewählter, hydraulischer Ausgänge aufweist. Das Multiplexventil hat einen Steuerungseingang, der auf eine Quelle binär gewichteter Auswähisignale reagiert&sub1; wobei solche Auswähisignale verwendet werden, um irgendeinen bestimmten Kanal unmittelbar zu adressieren, der mit dem Multiplexer verbunden ist. Das System enthält auch eine Einrichtung zum Erzeugen eines modulierten, hydraulischen Signals, das eine veränderbare Strömungsgeschwindigkeit aufweist, deren Wert gemäß dem Wert eines ausgewählten einer Mehrzahl elektrischer Steuersignale gesteuert wird, und wobei das modulierte, hydraulische Signal auf den gemeinsamen hydraulischen Eingang des Multiplexers angewendet wird. Die Steuerungseinrichtung koordiniert dann das Adressieren des Multiplexers mit dem Modulieren des hydraulischen Signals (so daß sich beide auf den selben Kanal beziehen), um sicherzustellen, daß hydraulische Signale geeigneter Größe auf jeden adressierten Kanal gekoppelt werden, wodurch alle Kanäle in Übereinstimmung mit den Steuersignalen für jeden Kanal gesteuert werden.
Es ist ein Vorteil eines solchen Systems, daß die Computersteuerung, die die Aufgabe hat, die Position der Betätigungsvorrichtungen in den Kanälen des hydraulischen Steuerungssignalssystems aufrechtzuerhalten, die Möglichkeit hat, die Kanäle in irgendeiner erwünschten Reihenfolge während irgendeiner erwünschten Zeitdauer und mittels digital codierter Adressen zu aktivieren.
Binäre Auswählsignale mit mehreren Bit werden zum Steuern des Multiplexers bereitgestellt, und jedes Auswählsignal weist einen binären Wert auf, der seinem zugeordneten Kanal des Multiplexers entspricht. Somit kann der Multiplexer, wenn es erwünscht wird, wahlfrei betrieben werden, und, um wahlfrei einen ausgewählten Kanal zu aktivieren, ist es lediglich notwendig, diesen Kanal zu adressieren, damit der Multiplexer eine gesteuerte Fluidströmung zu der Ausgangsöffnung richtet, die den adressierten Kanal beschickt.
Mit der derart vorgesehenen wahlfreien Zugriffsmöglichkeit weist die Steuerung durch Computer, die mit solchen Einrichtungen verbunden werden kann, eine außerordentliche Flexibilität beim Steuern ihrer Kanäle auf. Die Steuerung kann beispielsweise ausgestaltet werden, auf bestimmte Kanäle nur zuzugreifen, wenn diese Kanäle eine Beschickung anfordern, bestimmte Kanäle mit einer Priorität zu versehen, die sich auf Ausrüstung bezieht, deren Bewegung kritischer als diejenige von anderen ist, oder ein normales Muster vom Zugriff auf Anschlüsse in anormalen Situationen zu ändern.
Unter den erreichten Vorteilen ist die Vereinfachung der Multiplexer-Ansteuerungseinrichtung und des Multiplexers selbst. Die Multiplexer-Ansteuerungseinrichtung muß keine komplexe Ansteuerungsschaltung verlangen, wobei es nötig ist, einfach die geeigneten binären Adressen auszuwählen und sie auf den Multiplexer zur geeigneten Zeit und mit dem geeigneten Wert zu koppeln. Der Multiplexer selbst ist auch vereinfacht, indem er einfache und preiswerte Elemente verwendet, wie gewöhnliche solenoidbetätigte Ventile, die erzeugt werden können, mit der hohen Zuverlässigkeit zu arbeiten, die bei Steuerungen von Düsenflugzeugen verlangt wird.
Andere Zielsetzungen und Vorteile werden aus der folgenden, ins einzelne gehenden Beschreibung einer Anzahl von Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen offensichtlich, in denen:
Fig. 1 eine diagrammartige Darstellung einer ersten Ausführungsform eines binär adressierbaren, gemultiplexten, hydraulischen Steuerungssystems ist, das für die vorliegende Erfindung beispielhaft ist;
Fig. 2 eine diagrammartige Darstellung einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, die die Verwendung von Klappenventilen darstellt, die zu einem logischen Baum verbunden sind;
Fig. 3 eine weitere Darstellung des Systems der Fig. 2 ist, wobei die mechanische Ausgestaltung des Systems besser dargestellt ist;
Fig. 4 eine Seitenansicht ist, die die Anordnung der Ventilelemente des Systems der Fig. 3 darstellt;
Fig. 5 und 6 Ansichten sind, die entlang der Linie 5-5 bzw. 6-6 der Fig. 4 genommen sind, wobei die Anordnung der Ventilelemente des Systems der Fig. 3 weiter dargestellt ist;
Fig. 7 eine diagrammartige Darstellung einer noch weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, die die Verwendung von biniren, hydraulischen Logiksignalen darstellt;
Fig. 8 eine diagrammartige Darstellung einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, die auch auf binäre, hydraulische Logiksignale reagiert;
Fig. 9 eine diagrammartige Darstellung ist, die weitere Einzelheiten der Einlaßöffnungsanordnung des Drehabschnitts des Ventils der Fig. 8 zeigt; und
Fig. 10 ein Blockdiagramm ist, das ein Steuerungssystem darstellt, das mit den gemultiplexten, hydraulischen Systemen der Fig. 1-9 betreibbar ist.
Während die Erfindung in Verbindung mit gewissen bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wird, besteht keine Absicht, sie auf diese Ausführungsformen zu beschränken. Im Gegensatz besteht die Absicht darin, alle Alternativen, Abänderungen und Äquivalente zu überdecken, die in der Erfindung eingeschlossen sind, wie sie durch die beigefügten Ansprüche festgelegt ist.
Es wird sich nun den Zeichnungen zugewandt, wobei Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines gemultiplexten, hydraulischen Steuerungssystems zeigt, das für die vorliegende Erfindung beispielhaft ist. Insbesondere stellt Fig. 1 ein gemultiplextes, hydraulisches, Steuerungssystem 20 dar, das eine Multiplexereinrichtung 21, eine gemeinsame Quelle hydraulischen Fluids 22, das nach Maßgabe einer Mehrzahl von elektrischen Steuersignalen moduliert wird, die sich auf die jeweiligen Kanäle beziehen, wobei die Kanäle nur teilweise dargestellt und allgemein durch das Bezugszeichen 23 bezeichnet sind.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform reagiert die Multiplexereinrichtung 21 auf eine Quelle von binären Mehrfachbit-Auswählsignalen, um die jeweiligen Kanäle einzeln zu adressieren, wobei eine solche Quelle als ein Mikroprozessor 25 dargestellt ist. Bei der Ausführung der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung gibt der Mikroprozessor eine binäre Mehrfachbit-Adresse auf einem Ausgangsbus 26 aus, der mit elektrischen Betätigungsvorrichtungen verbunden ist, die allgemein mit 27 angegeben sind, um Ventileinrichtungen in dem Multiplexer 21 zu betätigen, um einzeln und selektiv den Kanal zu aktivieren, dessen Adresse auf dem Bus 26 erscheint.
Bei der Ausführungsform der Fig. 1 ist die Multiplexereinrichtung 21 als ein logischer Baum gezeigt, der drei Niveaus 30, 31, 32 aufweist, wobei jedes Niveau ein Kolbenventil und eine elektrische Betätigungsvorrichtung zum Positionieren des Kolbens einschließt. Beispielsweise ist auf dem untersten Niveau 30 (das auf das niedrigstwertige Bit des Adressenwortes anspricht) ein Solenoid 34 vorgesehen, das ein Paar Ventile 35, 36 betätigt. Das Niveau 30 ist mit dem Solenoid 34 in erregtem Zustand dargestellt, in dem der Ventilabschnitt 35 offen ist, Fluid von der hydraulischen Steuerquelle 22 hindurchzulassen, und das Ventil 36 ist geschlossen, wobei es den Fluidfluß zu seinem Ausgang sperrt.
Die Ausgänge der Ventilglieder 35, 36 der ersten Stufe sind mit ausgewählten Eingängen der Ventilglieder 40, 41 der zweiten Stufe verbunden, deren Position durch ein Betätigungssolenoid 42 gesteuert wird. In der Art des logischen Baumes sind die Ausgänge der Ventile 40, 41 als Eingänge mit ausgewählten Eingängen der Ventile 44, 45 der oberen Stufe verbunden, deren Position durch ein Betätigungssolenoid 46 in Reaktion auf den Wert des meist bedeutenden Bit des Adressenwortes gesteuert wird.
In dem Zustand, der in Fig. 1 dargestellt ist, sind die Solenoide 34 und 46 erregt, während das Solenoid 42 es nicht ist. Somit sieht man, daß die oberen Abschnitte 35, 44 der mit den Solenoiden 34 und 46 verbundenen Ventile offen sind, wohingegen der untere Abschnitt 41, der mit dem enterregten Solenoid 42 verbunden ist, offen ist.
Man wird zu schätzen wissen, daß, indem man dem Strömungsweg mit durchgezogener Linie von dem Einlaß PC durch die offenen Ventile hindurch folgt, die Fluidströmung von dem Einlaß zu dem Auslaß über einen einfachen Weg durch das Ventil 35 der ersten Stufe, dann durch den obersten Abschnitt des Ventils 41 und schließlich durch den dritten Abschnitt des Ventils 44 verläuft, wodurch es durch die Art des logischen Baumes zu dem Ausgang zu dem Kanal 5 des obersten Ventilabschnitts 32 geschickt wird. Die hydraulischen Verbindungen mit unterbrochener Linie zeigen, daß alle anderen Kanäle eine geschlossene Ventilstufe einschließen. Man sieht, daß die Kanäle 0 bis 3 alle aufgrund des nichtbetriebenen Zustands des Ventilabschnitts 45 nicht aktiviert sind, die Kanäle 6 und 7 aufgrund des nichtbetriebenen Zustands des Ventilabschnitts 40 nicht aktiviert sind, und der Kanal 4 aufgrund des nichtaktivierten Zustands des Ventilabschnitts 36 nicht aktiviert ist. Somit werden die Binärsignale, die an die Solenoide 34, 42 und 46 (101 bei dem betrachteten Beispiel) gelegt werden, durch den logischen Baum decodiert, in dem die Ventile verbunden sind, um einzeln den adressierten Kanal zu aktivieren. Als ein weiteres Beispiel würde, wenn eine binäre 7 auf den Adressenbus 26 zu den Solenoiden in dem Multiplexer gekoppelt wäre, ein Weg durch den oberen Abschnitt von jedem oberen Ventil 35, 40 und 44 zu dem Ausgang für den Kanal 7 der oberen Stufe 32 gezogen.
Es ist ferner offensichtlich, daß zusätzliche Niveaus zu dem Ventilbaum hinzugefügt werden können, um zusätzliche Kanäle zu betreiben. Beispielsweise könnte das System, wenn ein Niveau mehr hinzugefügt würde, 16 Kanäle steuern und würde die Verwendung eines Adressenworts mit 4 Bit verlangen.
Wie es bei der Darlegung angegeben worden ist, ist es die Aufgabe des gemultiplexten, hydraulischen Steuerungssystems, eine modulierte, hydraulische Strömung zu den entsprechenden Kanälen hindurchzulassen, um die Positionen von Betätigungsvorrichtungen in diesen Kanälen nach Maßgabe einer Mehrzahl elektrischer Steuersignale zu steuern. Bei den dargestellten Ausführungsformen werden die elektrischen Steuersignale auch von dem Mikroprozessor 25 erzeugt und seriell auf einen Bus 50 zu einer linearen Betätigungsvorrichtung 51 gekoppelt, die die Position eines Kolbens 52 in einem Kolbenventil 53 steuert. Somit erzeugt der Mikroprozessor 25 Signale, die eine Funktion der verlangten Position (siehe Eingänge 55) und der tatsächlichen Position von jeder Betätigungsvorrichtung (siehe Eingänge 56) sind, und, wenn erwünscht wird, eine Betätigungsvorrichtung erneut zu positionieren, wird ein elektrisches Signal auf den Bus 50 gekoppelt, um den Kolben 51 in dem Ventil 53 zu positionieren, der als ein Steuerungsventil wirkt, um die Strömung von entweder der Quelle PC oder zu dem Sumpf PB über eine Ausgangsöffnung 54 des Ventils 53 zu steuern. Die Größe des Signals auf dem Bus 50 steuert die Position des Ventils und somit die Geschwindigkeit und Richtung der hydraulischen Strömung durch die Ausgangsöffnung 54. Gleichzeitig koppelt der Mikroprozessor 25 die elektrischen Steuersignale auf den Bus 50, um die Größe des modulierten, hydraulischen Signals an der Ausgangsöffnung 54 einzustellen, koppelt gleichzeitig Adressensignale auf den Adressenbus 26, um den Multiplexer 21 einzustellen, damit er den mit dem Steuersignal auf dem Bus 50 verbundenen Kanal auswählt. Somit ermöglicht das gemeinsame Auftreten des Steuersignals auf dem Bus 50, das die hydraulische Strömung moduliert, und des Adressensignals auf dem Bus 26, das den Kanal auswählt, der diese Strömung erhalten soll, dem Mikroprozessor 25, irgendeinen der Kanäle zu steuern, der von dem System beschickt werden soll. Diese Kanäle können in einer wiederholten Folge einer gemultiplexten Zeitteilungsart gesteuert werden, oder, wie es oben angegeben worden ist, kann der Mikroprozessor Zustände in den Kanälen sowie andere Zustände auf Anforderungseingänge 55 erfassen, um eine nicht wiederholbare Folge zu bestimmen, um die Betätigungsvorrichtungen in den Kanälen einzustellen.
Es gibt mindestens zwei Möglichkeiten, die modulierte, hydraulische Strömung, die von dem Steuerungsventil 53 erzeugt wird, auf einen gemeinsamen Eingang der adressierten Kanäle zu koppeln. Zunächst kann der Ausgang 54 des Steuerungsventils 53 unmittelbar mit dem Einlaß des niedrigsten Niveaus 30 des logischen Baums verbunden werden, wie es in Verbindung mit Fig. 1 dargestellt ist. Somit wird die modulierte Strmung physikalisch durch den logischen Baum hindurchgeschaltet und unmittelbar von dem adressierten Ausgang des logischen Baums auf den zugeordneten Kanal gekoppelt. Alternativ kann der logische Baum verwendet werden, ein unmoduliertes, hydraulisches Signal zu schalten, das von der Hochdruckquelle PC abgeleitet wird, und die Multiplexerausgänge verwenden, kleine hydraulische Auswählventile, eines in jedem Kanal, zu steuern.
Erinnert man sich, daß der Kanal 5 der aktivierte Kanal bei dem dargestellten Zustand des Multiplexers ist, sieht man, daß die gemeinsame Quelle hydraulischer Strömung von dem Ventil 53 durch den Multiplexer 21 mit einer Steuerungskammer 62a eines Ventils 62 der zweiten Stufe verbunden ist. Eine Strömung in die Steuerungskammer 62a oder aus ihr heraus steuert die Position eines Kolbens 63, der mittels einer Dosierungsfläche 63a die Strömung von der Quelle PC oder dem Sumpf PB durch eine Auslaßöffnung 64 hindurch steuert, die wiederum die Ausgangsbetätigungsvorrichtung 65 positioniert. Der Kolben 63 wird so positioniert, daß die Dosierungsfläche 63a der Auslaßöffnung 64 teilweise zu dem Sumpf PB öffnet, so daß bei dem dargestellten Zustand Fluid mit einer Geschwindigkeit, die durch die Position der Fläche 63a gesteuert wird, von der Kammer 68 der Betätigungsvorrichtung bewegt wird. Wie es vollständiger in dem US Patent US-A-4-984- 505 und in dem entsprechenden europäischen Patent EP-A-0- 381-361 beschrieben ist, sind unter den Aufgaben des Ventils 62 der zweiten Stufe, eine hydraulische Verstärkung zu liefern (eine relativ kleine Strömung in die Steuerungskammer 62a kann eine viel größere Strömung direkt von der Quelle oder dem Sumpf zu der Ausgangsöffnung 64 steuern). Eine zweite Funktion des Ventils der zweiten Stufe zusätzlich dazu, eine Verstärkung zu liefern, ist, die Möglichkeit für eine kontinuierliche Strömung in dem Kanal zu der Betätigungsvorrichtung nicht nur während des Zeitschlitzes, der dem Kanal zugeordnet ist, sondern auch dann bereitzustellen, wenn der Multiplexer andere Kanäle beschickt. Somit ist der Kolben 63 des Ventils 62 der zweiten Stufe in seiner letzten Position verriegelt, wenn immer eine Fluidströmung in die Steuerungskammer 62a oder aus ihr heraus beendet ist, wobei die Möglichkeit für eine fortgesetzte Strömung durch die Auslaßöffnung 64 gelassen wird, selbst wenn das Ventil 62 der zweiten Stufe kein zusätzliches Fluid erhält.
Die Ausgangs-Betätigungsvorrichtung 85 weist einen Kolben 66 auf, der durch die Strömung von dem Ventil der zweiten Stufe in eine Kammer 68 positioniert wird, um den Kolben 66 nach oben zu bewegen, wenn Fluid der Kammer 68 hinzugefügt wird, oder um dem Kolben zu ermöglichen, nach unten zu fallen, wenn Fluid von der Kammer 68 entfernt wird. Eine Zwischenquelle von geregeltem Druck PCR, die mit der oberen Kammer 67 gekoppelt ist, dient als eine hydraulische Feder, um den Kolben 66 nach unten zu zwingen, wenn Fluid aus der Kammer 68 entfernt wird, oder dem Kolben zu ermöglichen, sich nach oben zu bewegen, wenn Fluid hinzugefügt wird. Mechanisch ist mit dem Kolben eine Rückkopplungseinrichtung 69 gekoppelt, die ein elektrisches Signal zurück zu dem Mikroprozessor 25 über einen der Rückkopplungseingänge 56 erzeugt. Es ist bedeutend, daß sich das Signal, das durch die Rückkopplungseinrichtung 69 erzeugt wird, auf die tatsächliche Position des Betätigungsteils der Betätigungsvorrichtung und auf die Bewegungsgeschwindigkeit des Betätigungsteils der Betätigungsvorrichtung bezieht. Die Geschwindigkeits information ist, wie es in der vorgenannten anhängigen Anmeldung, Aktenzeichen Nr. 306,842, beschrieben ist, wichtig beim Stabilisieren der Steuerschleife, die ein Ventil der zweiten Stufe einschließt, das eine Betätigungsvorrichtung betreibt, wobei beide Integrationseinrichtungen sind. In dem notwendigen Maß wird die Offenbarung der genannten parallelen Anmeldung hier durch Bezugnahme auf sie eingegliedert.
Kurz auf den dargestellten Kanal Bezug nehmend, der gegenwärtig nicht bei dem Systemzustand beschickt wird, der in Fig. 1 gezeigt ist, sieht man, daß das Ventil 70 der zweiten Stufe mit dem nichtaktivierten Kanal 1 verbunden ist, und somit bleibt der Eingang des Ventils 70 der zweiten Stufe von der Steuerungsquelle abgeschnitten. Somit wird keine zusätzliche modulierte Strömung zu dem verbundenen Ventil 70 der zweiten Stufe durchgelassen, und der Schieberkolben 71 dieses Ventus der zweiten Stufe bleibt in seiner vorhergehenden eingestellten Position, die eine Strömung zu der verbundenen Betätigungsvorrichtung 72 ermöglicht, wie es durch die vorhergehende, durch den Mikroprozessor 25 vorgenommene Einstellung bestimmt ist. Wie man sehen kann, hat in der vorhergehend eingestellten Position, in der das Ventil 70 der zweiten Stufe verbleibt, die Dosierungsfläche 71a etwas die Ausgangsöffnung zu der Quelle PC geöffnet, die fortfährt, weiteres Fluid in die Steuerungskammer 72a der hydraulischen Betätigungsvorrichtung 72 zu pumpen. Wenn immer es erwünscht ist, die Richtung oder die Bewegungsgeschwindigkeit der Betätigungsvorrichtung 72 zu ändern, muß der Mikroprozessor 25 lediglich den Kanal 1 auf dem Adressenbus 26 adressieren und ein Steuersignal auf den Steuerbus 50 mit der geeigneten Größe koppeln, um entweder zusätzliches Fluid zu dem Ventil 70 der zweiten Stufe zuzulassen, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit dort hindurch verringert wird, oder Fluid von dem Ventil 70 der zweiten Stufe abzuziehen, um die Strömungsgeschwindigkeit dort hindurch zu erhöhen.
Das System der Fig. 1 ist in schematischer Form dargestellt und die Ausgestaltung der mechanischen Ausrüstung, um die im einzelnen oben beschriebenen Funktionen auszuführen, kann gewisse Möglichkeiten beim Verringern der Größe der verlangten Ausrüstungs verwenden. Das System hat keine minimale Ausgestaltung, um gewisse mögliche Merkmale darzustellen, die verwendet werden können, wenn es erwünscht ist. Jedoch können beim Ausgestalten eines minimalen Systems der obere und der untere Ventilabschnitt zu einer einzigen Einheit kombiniert werden, indem man eine einzige Einlaßöffnung hat, die von einem Ventilkolben gesteuert wird, der auf einen von zwei eng benachbarten Auslässen in Abhängigkeit davon geschaltet wird, ob das Solenoid aktiviert oder nicht aktiviert ist. Das elektrische Äquivalent dieser vorgeschlagenen Abänderung ist ein Paar einpoliger Ausschalter durch einen einpoligen Umschalter zu ersetzen.
Es wird sich nun der Fig. 2 zugewandt, wo eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt ist, die einen mehrstufigen logischen Baum von Ventilen unterschiedlicher Art verwendet. Insbesondere ist rechts in der Fig. 2 ein Einlaß 54a gezeigt, der mit einer modulierten Quelle hydraulischen Fluids zu verbinden ist, wie der Ausgang 54 des Steuerventils 53 bei der Ausführungsform der Fig. 1. Wie bei der Ausführungsform der Fig. 1 besteht der Multiplexerabschnitt 73 der Fig. 2 aus drei Niveaus 74, 75, 76 und kann daher auf binäre Weise Fluidströmung in acht Kanäle steuern. Nur einer dieser Kanäle, der unterste Kanal 0, ist in seiner Gesamtheit dargestellt, wobei er einen Ausgang 77 von dem untersten Ventil auf dem dritten Niveau 76 (Kanal 0) aufweist, und er ist gezeigt, daß er ein Ventil 78 der zweiten Stufe einschließt, das unmittelbar von dem Ausgang 77 betätigt wird. Wie bei der Ausführungsform der Fig. 1 ist das Ventil 78 der zweiten Stufe mit der Hochdruckquelle PC und dem Sumpf PB verbunden, um steuerbar eine Fluidströmung zu einer Betätigungsvorrichtung 79 zu schaffen, die Positions- und Geschwindigkeitsrückkopplungssensoren 79a aufweist, die zu dem Steuerungs-Mikroprozessor 25 rückkoppeln. Jedes der anderen Ventile für die Kanäle 1 bis 7 ist gezeigt, als daß es einen verbundenen Ausgang hat, wobei aber, um eine übermäßige Kompliziertheit der Zeichnung zu vermeiden, sind das Ventil der zweiten Stufe, die hydraulische Betätigungsvorrichtung und der Rückkopplungssensor für diese Kanäle fortgelassen worden.
Die Ausführungsform der Fig. 2 stellt die Verwendung eines Ventils einer unterschiedlichen Art dar, das üblicherweise als ein Klappenventil bezeichnet wird und gegenüber den Kolbenventilen der Fig. 1 den Vorteil einer Minimierung der Ventilgliedmasse und des Ausschließens von Späneabscher- Problemen hat. Auf das Ventil 74a auf dem niedrigsten Niveau 71 Bezug nehmend sieht man, daß das Ventil einen Ventilkörper 80 einschließt, der einen Drehpunkt 81 aufweist, an dem ein Klappenmechanismus 82 angebracht ist. In der dargestellten Position ist die Klappe in ihrem angehobenen Zustand, indem sie eine erste Ausgangsöffnung 83 in der geschlossenen Position aufrechterhält, während eine zweite Ausgangsöffnung 84 geöffnet ist, um eine modulierte Strömung von einem Einlaß 85 zu erhalten, der mit der modulierten Quelle 54a verbunden ist. Das Ventil schließt eine elektrische Betätigungseinrichtung 86 ein, die bei der dargestellten Ausführungform als eine drehbare Lautsprecherspule gezeigt ist, die eine ortsfeste, elektrische Spule 87 aufweist, in der eine zentrale, schwimmende Membran 88 angebracht ist, die aus der Ruhe- oder Nullage, die in Fig. 2 dargestellt ist, in ihre oberste Position mit unterbrochener Linie verschwenkt werden kann, wenn die Spule 86 erregt wird. Da ein Arm 89 die bewegbare Membran 88 mit der verschwenkbaren Klappe 82 verbindet, wird, wenn die Spule erregt wird, das Klappenteil 82 in seine abgewechselte Position mit unterbrochener Linie verschwenkt, in der die Ausgangsöffnung 83 geöffnet ist, um eine modulierte Einlaßströmung zu erhalten, und die Ausgangsöffnung 84 geschlossen ist.
Die Klappenventile auf den höheren Niveaus 75, 76 sind dem Ventil 74a auf dem niedrigsten Niveau 74 mit der Ausnahme ähnlich, daß jedes dieser Niveaus nur eine einzige elektrische Betätigungsvorrichtung hat, die die mehreren Klappenventileinrichtungen betätigt. Beispielsweise weist das zweite Niveau 72 eine einzige elektrische Lautsprecherspule 90 auf, die ein Paar Klappenventile 91, 92 betreibt; die Tatsache, daß der Antrieb gemeinsam ist, ist durch die gestrichelte Verbindungslinie 93 dargestellt. Das oberste Niveau schließt vier Ventile 94, 95, 96 und 97 ein, die alle von einer einzigen elektrischen Betätigungsvorrichtung 98 betätigt werden, die mittels der gestrichelten Verbindungslinie 99 zu den Betätigungsvorrichtungen von jedem der Klappenventile auf diesem Niveau zusammengehören.
Es ist somit offensichtlich, daß eine elektrische, binäre Adresse, die durch den Mikroprozessor 25 auf den Adressenbus 26 gekoppelt wird, die Ventile auf den drei Niveaus 74-76 auf binäre Weise auswählt, um nur einen einzigen Weg durch den logischen Baum für eine modulierte Fluidströmung von dem Einlaß 54a zu dem adressierten Auslaß zu erzeugen, wodurch mittels der modulierten Fluidströmung die hydraulische Betätigungsvorrichtung in dem adressierten Kanal eingestellt wird.
Die Fig. 3-6 stellen besser die mechanische Ausgestaltung eines solchen Systems dar und zeigen ferner die geringe Baugröße, die bei einer Ventilanordnung als logischer Baum mit mehreren Niveaus erreicht werden kann, wie es schematisch in Verbindung mit Fig. 2 dargestellt ist. In der Praxis können solche Ventile miniaturisiert werden und sind es typischerweise ziemlich, wobei ihr Durchmesser nur ungefähr 2 Zoll oder sogar weniger hat.
Fig. 3 stellt wie Fig. 2 den logischen Baum mit mehreren Niveaus dar, der das unterste Niveau 74, ein Zwischenniveau 75 und ein höchstes Niveau 76 einschließt, die auf binäre Weise gewichtet sind. Demgemäß dient das Koppeln von Adressensignalen durch den Mikroprozessor 25 auf den Adressenbus 26 dazu, eine binäre Adresse auf den Multiplexer anzuwenden, der seinerseits einen einzigen Weg durch den Multiplexer hindurch erzeugt, der durch die Adresse identifiziert ist, wodurch der Eingang mit dem adressierten Ausgang gekoppelt wird. Das unterste Niveau 74 enthält nur ein einziges Klappenventil 80, das in der gleichen Weise wie das Ventil 80 des untersten Niveaus bei der Ausführungsform der Fig. 2 mit der Ausnahme dargestellt ist, daß bei der Ausführungsform der Fig. 3 die Lautsprecherspule 86 erregt wird, um die Ausgangsöffnung 83 zu öffnen. Man sieht, daß das zweite Niveau 75 des logischen Baums ein Paar Klappenventilabschnitte einschließt, die in einem einzigen Ventilkörper 100 gebildet sind, wobei die Betätigungsteile der Klappenventile mit 111, 112 bezeichnet sind. Eine einzige Lautsprecherspule 90, die bei der Ausführungsform in Fig. 3 erregt gezeigt ist, bewirkt das gleichzeitige Verschwenken der Klappenteile 111, 112, um steuerbar ihre Ausgangsöffnungen zu öffnen oder zu schließen.
Auf gleiche Weise ist das höchste Niveau 76 des logischen Baums an einem einzigen Ventilkörper 120 gebildet, der in diesem Fall vier Klappenbetätigungsteile 121-124 verwendet, die alle gemeinsam um einen einzigen Drehpunkt 125 verschwenkt werden. Die Lautsprecherspule 98 für die obere Stufe ist auch in dem erregten Zustand dargestellt, und wenn sie enterregt??? wird, nehmen die vier Klappenteile ihre entgegengesetzte Position ein, um die Öffnungen zu öffnen, die als geschlossen dargestellt sind, und diejenigen zu schließen, die als offen dargestellt sind.
Man sieht, daß, wenn ein dreistufiger, logischer Baum verwendet wird, acht Kanäle beschickt werden können, und einer der Kanäle ist allgemein mit 130 bezeichnet. Der Kanal 130 enthält, ebenso wie die anderen, ein Ventil 131 der zweiten Stufe, das durch die modulierte Fluidströmung gesteuert wird, die von dem Klappenventil-Multiplexer zu dem Kanal gerichtet wird. Die Strömung durch das Ventil der zweiten Stufe wiederum steuert die Bewegung einer hydraulischen Betätigungsvorrichtung 132, die eine Rückkopplungseinrichtung 133 aufweist, die mit ihr verbunden ist, um ein Rückkopplungssignal zurück zu dem Mikroprozessor 25 zu liefern. Man beachte nebenbei, daß der Kanal 130 eine andersartige Ausgangsausgestaltung darstellt, die doppelwirkende Betätigungsvorrichtungen 132 verwendet, die von den Ventilen 131 der zweiten Stufe betrieben werden und paarweise Ausgänge aufweisen, um gleichzeitig Druck und Sumpf den jeweiligen Kammern der Betätigungsvorrichtung 130 zuzuführen, so daß die volle Leistung auf die Betätigungsvorrichtung in der vorwärtsgehenden und zurückziehenden Richtung angewendet wird. Erinnert man sich, daß bei der Darstellung der Fig. 3 alle Ventile erregt gezeigt sind, erkennt man, daß der im einzelnen dargestellte Kanal 130 der Kanal 7 ist, der am höchsten adressierte Kanal in diesem System. Die Kanalnummern werden auch an den Ausgängen der Multiplexeröffnungen bereitgestellt, die diese Kanäle beschicken.
Fig. 3 zeigt eine andersartige Einrichtung zum Modulieren eines hydraulischen Signals, die, wobei die Drehart der Klappenventile beibehalten wird, auch ein Drehventil ist, das allgemein bei 140 angegeben ist. Das Ventil 140 weist eine elektrische Betätigungsvorrichtung 141 auf, die in der Form einer drehbaren Lautsprecherspule dargestellt ist, wobei aber die drehbare Lautsprecherspule 141 bei der bevorzugten Ausführungsform nicht einfach eine Einrichtung mit zwei Positionen ist, sondern ihre Position ist auf der Grundlage der Größe des mit ihr gekoppelten Signals unbegrenzt veränderbar. Die drehbare Lautsprecherspule ist durch den Arm 142 mit einem drehbaren Ventilteil 143 verbunden, das selektiv entweder die hydraulische Hochdruckquelle PC oder den hydraulischen Sumpf PB mit einer Auslaßöffnung 145 koppelt, die dazu dient, das modulierte, hydraulische Eingangssignal der gemeinsamen 54a des logischen Baums zu liefern. Wenn somit Signale in der Lautsprecherspule 141 von dem Mikroprozessor die Position einer schwimmenden Membran 146 einstellen, wird das Ventilteil 143 gedreht, um die Auslaßöffnung 145 in einem größeren oder geringeren Maß zu öffnen oder zu schließen, um eine gesteuerte Strömung von der Quelle PC oder zu dem Sumpf PW zu erzeugen.
Die Fig. 4-6 stellen besser die Tatsache dar, daß eine Einrichtung mit Drehklappenventilen mit einem drehbaren, hydraulischen Modulator mit sehr kleiner Baugröße gebaut werden kann, wobei die einzelnen Abschnitte übereinander in einer einzigen Einrichtung gestapelt sind. Insbesondere zeigt Fig. 4 eine Seitenansicht des Systems der Fig. 3, bei der ein einziger Ventilkörper 148 verwendet wird, nicht nur das drehbare Multiplexerventil 140 sondern auch jeden der Ventilabschnitte 74, 75, 76 anzubringen. Man sieht, daß jeder der Drehpunkte, wie der Drehpunkt 81 für den Ventilabschnitt 74, der Drehpunkt 143 für das Multiplexerventil 140, der Drehpunkt 125 für den oberen Abschnitt 76 jeweils zur Drehung innerhalb des Ventilkörpers 148 befestigt sind, um die Position der jeweiligen Ventilelemente oder Klappen nach Maßgabe der Bauweise und Funktion einzustellen, die in Verbindung mit Fig. 3 beschrieben worden sind. Wie in Verbindung mit Fig. 3 werden alle Ventilausgänge 0 bis 8 von dem Ventilabschnitt 76 des höchsten Niveaus genommen, das am besten in Fig. 5 dargestellt ist, während das dazwischenliegende Verbinden zwischen den Ventilen auch in den Diagrammen der Fig. 4-6 dargestellt ist. Die gleichen Bezugszeichen werden in den Fig. 4-6 wie in Fig. 3 verwendet, und die Beschreibung dieser Elemente und deren gegenseitige Beziehung wird hier nicht wiederholt. Jedoch stellt die Figur dar, daß das gesamte System der Fig. 3 (ohne Elektronik und Kanalausrüstung) in einem relativ kleinem Block ausgestaltet werden kann, der einen Würfel in Anspruch nimmt, der nur ungefähr 2 Zoll auf ungefähr 2 Zoll auf ungefähr 4 Zoll mißt. Die sich ergebende Gewichts- und Raumeinsparung wird man zu schätzen wissen, wenn daran erinnert wird, daß eine solche Ventileinrichtung nicht nur die modulierte Fluidströmung erzeugt, die zur Steuerung eines Kanals notwendig ist, sondern auch diese modulierte Fluidströmung zur Steuerung von 8 einzelnen Kanälen verwendet.
Fig. 7 stellt eine weitere Ausführungsform der Erfindung dar, die sich von den oben beschriebenen Ausführungsformen in mancher Hinsicht unterscheidet. Zunächst ist, während die Ausführungsform einen Multiplexer enthält, der einen gemeinsamen Eingang und eine Mehrzahl von einzelnen auswählbaren Ausgängen aufweist, der Multiplexer nicht in der Form eines logischen Baums. Somit ist der gemeinsame Eingang einfach eine Verbindung oder Verzweigung, die eine Mehrzahl von Ventilen vom Tortyp in dem Multiplexer mit Fluid von der gemeinsamen Quelle von moduliertem, hydraulischem Fluid versorgt.
Ein zweiter Unterschied ist die Umsetzung der elektrischen, binären Adressensignale der früheren Ausführungsformen in hydraulische, binäre Adressensignale, die an den Multiplexerelementen wirken, um einen einzigen adressierten Ausgang aufzuwählen. Somit ist die Quelle von binären Adressensignalen und mehreren Bit eine hydraulische Quelle, um hydraulische, binäre Adressensignale zu erzeugen, wobei die hydraulische Quelle elektrische Betätigungsvorrichtungen zum Umsetzen der binären, elektrischen Adressensignale, die von dem Mikroprozessor erzeugt worden sind, in die notwendigen binären, hydraulischen Signale umzusetzen, einschließen kann oder nicht.
Es wird sich besonders der Fig. 7 zugewandt, in der wieder ein Mikroprozessor 25 gezeigt ist, der eine Anzahl von Funktionen aufweist, die die Erzeugung einer Mehrzahl von elektrischen Steuersignalen auf seinem Steuerbus 50 einschließt, die sich auf die Position der Betätigungsvorrichtung oder die Änderungen der Position der Betätigungsvorrichtung in den jeweiligen Kanälen bezieht. Der Bus 50 ist mit der Modulationseinrichtung 150 gekoppelt, die dazu dient, modulierte, hydraulische Signale nach Maßgabe der elektrischen Steuersignale zu erzeugen, die auf den Bus 50 gekoppelt werden. Bei der dargestellten Ausführungsform schließt die Moduliereinrichtung 150 einen Vorschubmotor 151 ein, der auf die Folge elektrischer Signale reagiert und ein Kolbenventil 152 betätigt. Das vertikale Positionieren des Kolbens 153 in dem Kolbenventil durch den Vorschubmotor 151 stellt die Position einer Fläche 154 ein, die dadurch das Maß steuert, mit dem eine Ausgangsöffnung 155 geöffnet wird und ob diese Öffnung zu der Hochdruckquelle PC oder zu dem Sumpf PB geöffnet wird. Man sieht, daß die Ausgangsöffnung mit einer schematisch dargestellten Verzweigung 157 gekoppelt ist (die eine einheitliche Verzweigung oder eine Reihe von unabhängigen Verbindungen sein kann), die als ein gemeinsamer Eingang für die Multiplexereinrichtung dient, die allgemein bei 158 angegeben ist. Bei der dargestellten Ausführungsform umfaßt die Multiplexereinrichtung 158 eine Mehrzahl hydraulischer Tore 160-163. Während nur vier Tore in Fig. 7 dargestellt sind, würde, eine Binäradresse mit 3 Bit wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen zu verwenden, acht ermöglichen und diese Adresse mit einem zusätzlichen Bit zu ergänzen, würde 16 ermöglichen. Die Tatsache, daß das System zusätzliche Tore und Kanäle bereitstellt, ist durch die Köpfe in den hydraulischen, logischen Adressenkanälen angegeben, die bei 159 bezeichnet sind.
Jedes der hydraulischen Tore 160-163 weist jeweils eine Steuereingangsöffnung 164-167 auf, die mit der gemeinsamen Quelle modulierter, hydraulischer Signale 157 verbunden ist, und jeweils eine Ausgangsöffnung 170-173, die mit dem zugeordneten Signal verbunden ist. Fig. 7 zeigt im einzelnen nur einen einzigen Kanal, der mit dem hydraulischen Tor 160 verbundene, und zeigt ihn, wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen, daß er ein Ventil 175 der zweiten Stufe einschließt, das mit der hydraulischen Quelle PC und dem hydraulischen Sumpf PB verbunden ist, um steuerbar Fluid zu einer hydraulischen Betätigungsvorrichtung 176 zu liefern, die das betätigbare Element des Kanals ist. Die Betätigungsvorrichtung 176 weist eine Rückkopplungseinrichtung 177 auf, die mit dem Mikroprozessor 25 gekoppelt ist, um eine Information über die Position und die Bewegungsgeschwindigkeit an den Mikroprozessor zu liefern.
Zusätzlich dazu, als die Quelle elektrischer Steuersignale zu arbeiten, arbeitet der Mikroprozessor 25 auch als eine Quelle von binären Auswählsignalen mit mehreren Bit, um die jeweiligen Kanäle einzeln zu adressieren, die von dem Multiplexer 158 beschickt werden. Hierfür weist wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen der Mikroprozessor 25 einen Auswählbus 26 auf, auf dem die binären Mehrbit-Auswählsignale gekoppelt werden.
Bei der Ausführung der Ausführungsform der Fig. 7 werden die binären, elektrischen Signale in binäre, hydraulische Signale durch eine allgemein mit 180 bezeichnete, hydraulische Ventileinrichtung umgewandelt. Die hydraulische Ventileinrichtung 180 reagiert auf die binären, elektrischen Signale, indem sie eine entsprechende Mehrzahl von binären, hydraulischen Auswählsignalen erzeugt. Die hydraulische Ventileinrichtung umfaßt bei der dargestellten Ausführungsform eine Reihe von solenoidbetätigten, hydraulischen Ventilen 181- 183, von denen jedes einen Solenoid 184-186 aufweist, der mit einem Kolbenventil 187-189 gekoppelt ist und es betätigt.
Da es bei dem Codierschema der Fig. 7 notwendig ist, das binäre, hydraulische Signal zu haben, das direkt dem binären, elektrischen Signal sowie seinem umgekehrten entspricht, schließt jedes der hydraulischen Ventile 187-189 ein Paar Flächen 190, 191 und ein Paar Ausgänge 192, 193 ein. Die Quelle PC und der Sumpf PB an hydraulischem Druck sind mit dem Ventil derart verbunden, daß einer der Ausgänge 192, 193 bei Quellen (oder hohem) -Druck und der andere bei Sumpf (oder niedrigem) -Druck für irgendeinen gegebenen Zustand des zugeordneten Solenoids ist. Somit ist bei dem in Fig. 7 gezeigten, nichtaktiven Zustand des Solenoids 187 der Ausgang 192 auf Sumpfdruck und der Ausgang 193 auf Quellendruck. Wenn das Solenoid aktiviert wird, werden die Flächen nach rechts verschoben, wodurch der Ausgang 193 auf den Sumpf und der Ausgang 192 auf die Quelle geschaltet wird.
Bei der Praxis der Ausführungsform der Fig. 7 reagieren hydraulische Tore 160-163 auf die hydraulischen, logischen Signale, die von den Ventilen 187-189 erzeugt werden, um selektiv und einzeln das modulierte, hydraulische Signal auf den gemeinsamen Eingang 157 zu dem adressierten Ausgang zu koppeln. Hierfür arbeiten die Tore 160-163 als drei Eingangs-UND-Tore, beispielsweise das Tor 160, das drei Eingänge 195, 196, 197 aufweist, die alle eine gemeinsame Kammer 198 versorgen. Wenn immer sich alle drei Eingänge auf hohem Druck befinden, wird das Ventil aktiviert, wobei es die modulierte Quelle an der Eingangsöffnung 164 mit dem Ausgang 170 verbindet und dadurch mit ihrem zugeordneten Ventil der zweiten Stufe. Wenn irgendeiner der Eingänge 195- 197 auf Sumpf ist, gibt es einen unzureichenden Druck in der Kammer 198, um den Kolben anzuheben und das Ventil zu öffnen.
Im Hinblick auf die Tatsache, daß die Eingänge 195-197 jeweils mit der linken Öffnung 192, 192a, 192b der binären, hydraulischen Ventile 181-183 verbunden sind, und daran erinnernd, daß alle drei dieser Eingänge auf Sumpf sind, wenn die zugeordneten Solenoide nicht aktiviert sind, erkennt man, daß alle drei Solenoide 184-186 erregt werden müssen, um die Hochdruckquelle mit den Öffnungen 192, 192a, 192b zu koppeln. Somit wird eine binäre 7, die von dem Mikroprozessor 25 erzeugt und auf den Auswählbus 100 gekoppelt worden ist, alle Solenoide 184-186 erregen, wodurch hoher Druck auf die Ausgangsöffnungen 192, 192a, 192b gekoppelt wird, so daß das Auswählventil 160 erregt wird. Wenn eine binäre 6 auf den Bus 100 gekoppelt worden wäre, und man überlegt, daß das Solenoid 184 auf das meist bedeutendste Bit reagiert, ist es nun offensichtlich, daß die Auswähleinrichtung 163 adressiert wird, um ihre Eingangssteueröffnung 167 mit ihrer Ausgangsöffnung 173 zu verbinden und somit moduliertes, hydraulisches Fluid zu dem zugeordneten Kanal hindurchzulassen. Die Aktivierung der Auswähleinrichtung 163 ist durch den angehobenen Zustand des Kolbens 163a dargestellt, der die Öffnung 163b in eine Position überführt, wo sie einen Fluiddurchgang zwischen dem Eingang und dem Ausgang ermöglicht.
Es wird sich nun der Fig. 8 zugewandt, in der eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt ist, die auch binäre, hydraulische Steuersignale zur Betätigung eines hydraulischen Multiplexers verwendet. Wie bei den früheren Ausführungsformen sind Einrichtungen vorgesehen, die in Fig. 8 als ein Mikroprozessor 25 gezeigt sind, um zwei Arten von Signalen zu erzeugen, elektrische Steuersignale, die auf dem Bus 50 zum Modulieren eines hydraulischen Signals ausgegeben werden, und Auswählsignale, die auf den Bus 26 zum Auswählen des Kanals ausgegeben werden, der dem Steuersignal zugeordnet ist, so daß der Multiplexer das modulierte, hydraulische Signal von dem hydraulischen Modulator zu dem adressierten Kanal hindurchlassen kann.
Mehr im einzelnen auf Fig. 8 Bezug nehmend, sieht man, daß die binären, elektrischen Adressensignale, die auf den Bus 26 ausgegeben werden, mit einer Mehrzahl von solenoidbetätigten, hydraulischen Dreiweg-Ventilen 200, 201, 202 gekoppelt sind. Die Ventile 201-202 haben jeweils ein Paar Eingangsöffnungen, eine erste Öffnung 203, die mit der Hochdruckquelle PC gekoppelt ist, und eine zweite Öffnung 204, die mit dem hydraulischen Sumpf PB gekoppelt ist. Die Ausgangsöffnungen 205, 206, 207 tragen binäre, hydraulische Adressen, die in der Form von Hochdrucksignalen PC oder Sumpfsignalen PB in Abhängigkeit davon sind, ob das zugeordnete Solenoidventil 200-202 erregt oder enterregt ist. Im enterregten Zustand ist der Sumpf PD mit der Ausgangsöffnung gekoppelt, wohingegen im erregten Zustand die hydraulische Quelle PC zu dem Ausgang gelangt.
Bei der Ausführung dieser Ausführungsform der Erfindung sind Einrichtungen vorgesehen, um auf die hydraulischen, binären Adressensignale zu reagieren, um den modulierten, hydraulischen Eingang auf den adressierten, hydraulischen Ausgang zu koppeln, um dadurch die Position oder Bewegungsgeschwindigkeit der Betätigungsvorrichtung in dem adressierten Kanal zu steuern. Bei der dargestellten Ausführungsform sind solche Einrichtungen durch einen hydraulisch betätigten Zylinder 210 vorgesehen, der einen Ventilkörper 211 umfaßt, in dem eine hydraulisch betätigte Kolbeneinrichtung 212 angebracht ist. Der Kolben 212 weist eine Mehrzahl binär gewichteter Flächen 213, 214, 215 auf, die in dem Ventilkörper in einzelnen Kammer 216, 217, 218 so angeordnet sind, daß sie einzeln betätigt werden können. Die Flächengrößen der Flächen sind auf binäre Weise gewichtet, wobei beispielsweise die Fläche 213 eine Flächengröße einer Einheit aufweist, die Flächengröße der Fläche 214 zwei Einheiten ist und die Flächengröße der Fläche 215 vier Einheiten ist. Wenn zusätzliche Flächen verwendet werden, würden sie jeweils die Flächengröße von der unmittelbar vorausgehenden Fläche verdoppeln, um die binäre Gewichtung fortzusetzen.
Mit den Flächengrößen der Kolbenflächen, die auf binäre Weise gewichtet sind, mit den Kammern, die mit solchen Flächen verbunden sind, die einzeln mit Druck beaufschlagbar sind, und mit den Auswählventilen 200-202, die mit den jeweiligen Kammern verbunden sind, erkennt man nun, daß die Adresse, die von dem Mikroprozessor erzeugt wird, die Position der Betätigungsvorrichtung 212 steuert. Wenn beispielsweise nur das Ventil 200 erregt ist, wird Druck nur auf die Fläche 213 ausgeübt, der eine Einheit der Bewegung der Betätigungsvorrichtung nach rechts bewirkt. Wenn im Gegensatz dazu das Ventil 202 erregt wäre, dient der gleiche Druck, der auf die Kolbenfläche 215 ausgeübt wird, die eine viermal größere Flächengröße als diejenige der Fläche 213 hat, dazu, die Betätigungsvorrichtung um vier Einheiten zu bewegen. Wenn ferner alle solenoidbetätigten Ventile 200-202 erregt werden, würde Druck auf alle Flächen 213-216 ausgeübt, wodurch bewirkt wird, daß sich die Betätigungsvorrichtung 212 nach rechts um sieben Einheiten bewegt.
Bei der Ausführung der Erfindung sind die Ausgangsöffnungen 220 mit der Betätigungsvorrichtung 212 verbunden, so daß sie einzeln in Abhängigkeit von der Position der Betätigungsvorrichtung 212 und davon geöffnet werden, um wieviele Einheiten sie von ihrer Ruheposition durch die hydraulischen Adressensignale verschoben worden ist. Man beachte, daß die Ausgangsöffnungen nur schematisch in Fig. 8 gezeigt sind, da sie mechanisch eng gepackt werden müssen, um eine unabhängige Öffnungsauswahl bei der zur Verfügung stehenden, begrenzten Bewegung der Betätigungsvorrichtung zu erreichen. Für den Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet ist es offensichtlich, daß bei der mechanischen Ausgestaltung der Ausgangsöffnungen diese axial eng zusammen sind, und daß sie, um dies zu erreichen, ziemlich lang und dünn gemacht werden können und auch umfangsmäßig voneinander um den Ventilkörper herum versetzt sein können, um die gesamte axiale Länge der Öffnung auf die Länge des Ventilkörpers 210 zu beschränken, die das gleiche Maß wie die Bewegung der Betätigungsvorrichtung hat.
Erinnert man sich der Beschreibung der Kolbenverschiebung auf der Grundlage der Kombination der Auswähiventile 200- 202, welche aktiviert ist, erkennt man, daß, wenn keines der Auswählventile aktiviert wird, sich der Kolben in seiner am weitesten linken Ruheposition befindet und der nullte Kanal 221 mit der verschiebbaren Ausgangsöffnung 222 verbunden ist, so daß Fluid zu dem nullten Kanal hindurchgehen kann. Bei dem anderen Extrem, wenn alle Auswähiventile 200-202 erregt sind, ist der mehrflächige Kolben am weitesten nach rechts verschoben, um die bewegbare Ausgangsöffnung 222 mit der Auslaßöffnung 223 des siebten Kanals in Übereinstimmung zu bringen, wodurch Fluid durch den Ausgang hindurch zu dem zugeordneten Kanal hindurchgeht. Der Kanal ist schematisch in Fig. 8 so angegeben, als daß er ein Ventil 225 der zweiten Stufe einschließt, das eine hydraulische Betätigungsvorrichtung 226 betreibt, die eine Rückkopplungseinrichtung 227 aufweist, die zurück mit dem Mikroprozessor in einer Art verbunden ist, die mehr im einzelnen in Verbindung mit den anderen Ausführungsformen dargestellt ist.
Die Ausführungsform der Fig. 8 stellt eine weitere Integration der hydraulischen Modulationseinrichtung, die auf die elektrischen Steuersignale reagiert, mit der Multiplexereinrichtung dar. Hierfür enthält der Ventilkörper 211 ein Paar Einlaßöffnungen 230, 231, wobei die Öffnung 230 mit der hydraulischen Quelle PC und die Öffnung 231 mit dem hydraulischen Sumpf PB gekoppelt ist. Die innere Bohrung 232 des Ventilkörpers 211 ist zylindrisch, und in ihr ist zur Hin- und Herbewegung ein zylindrisches Ventilteil 233 angebracht, das die Ausgangsöffnung 222 trägt. Man sieht, daß das zylindrische Ventilteil 233 an der mehrflächigen Position 212 bei 234 befestigt ist und dadurch in Positionen verschoben wird, die durch die angewendeten, hydraulischen, logischen Signale bestimmt werden. Die PC und PB Einlässe, die mit den Einlaßöffnungen 230, 231 gekoppelt sind, werden steuerbar zu einer inneren Kammer 235 hindurchgelassen, die in dem Ventilteil 233 gebildet ist. Die Öffnungsverhältnisse sind schematisch in Fig. 9 dargestellt. Dort sieht man, daß ein Paar länglicher Schlitze 230, 231 in dem zylindrischen Ventilkörper gefunden werden; es wird auch daran erinnert, daß der Schlitz 230 mit der hydraulischen Quelle PC und die Öffnung 231 mit dem hydraulischen Sumpf PB verbunden ist. Ein weiterer länglicher Schlitz 242 ist in dem zylindrischen Ventilteil 233 zur steuerbaren Verbindung mit den Öffnungen 230, 231 gebildet. Zum Steuern der Kopplung der Zylinderöffnung 242 mit den Eingangsöffnungen 230, 231 ist eine Steuereinrichtung 245 bei der dargestellten Form in der Form einer Dreh-Vorschubeinrichtung oder Lautsprecherspule vorgesehen. Die Betätigungsvorrichtung der Dreh-Vorschubeinrichtung 245 ist mit dem Ventilteil 233 wie mittels einer Keilverbindung verbunden, die der Dreh-Vorschubeinrichtung 245 ermöglicht, das Betätigungsteil 233 zu drehen, aber dem mehrflächigen Kolben 212 erlaubt, die Betätigungsvorrichtung 233 zum Ausführen der Multiplexfunktion zu verschieben.
Somit erzeugt der Mikroprozessor 25 die oben beschriebenen elektrischen Steuersignale, die auf den Bus 50 zu der Dreh- Vorschubeinrichtung 245 gekoppelt werden, um das Betätigungsteil 233 zu drehen, wodurch die Öffnung 242 mit einer der beiden Öffnungen 230 oder 231 steuerbar verbunden wird, was von dem Sinn und der Größe der angelegten elektrischen Signale abhängt. Als ein Ergebnis wird eine modulierte hydraulische Strömung erzeugt, die von dem Multiplexer zu den adressierten Kanälen weitergegeben wird.
Die Dreh-Vorschubeinrichtung 245 kann entweder auf digitale Weise oder auf analoge Weise betätigt werden, wie es in Verbindung mit den früheren Ausführungsformen beschrieben worden ist. Bei der digitalen Weise muß die Dreh-Vorschubeinrichtung nur drei Positionen haben, die Aus-Position, die in Fig. 8 angegeben ist, und ein Paar von Positionen, wo die Öffnung 242 in einem Zustand mit der Öffnung 230 oder in dem anderen Zustand mit 231 verbunden ist. Somit ist die Strömungsgeschwindigkeit, wenn immer die Öffnungen verbunden sind, dieselbe, und der Mikroprozessor 25 steuert die Betätigungszeit, um die Modulation des hydraulischen Signals zu steuern. Im Gegensatz dazu steuert bei der analogen Ausführung, wie bei den früheren Ausführungsformen, der Mikroprozessor 25 den Grad, mit dem die Öffnungen 230 oder 231 als ein Modulationsmechanismus geöffnet sind.
Es wird nun die Aufmerksamkeit auf Fig. 10 gerichtet, in der eine Steuerungsschleife für ein gemultiplextes Mehrkanal- System gezeigt ist, wobei die dargestellten Ausführungsform drei Kanäle umfaßt. Die Ausführungsform der Fig. 10 stellt auch eine weitere Abänderung dahingehend dar, daß zwei der Kanäle herkömmliche Servobetätigungsvorrichtungen mit Positionierungs- und Geschwindigkeits-Rückkopplungseinrichtungen einschließen, während der dritte Kanal eine Ein/Aus-Betätigungsvorrichtung enthält, die keine Rückkopplungseinrichtung verlangt. Ein solches System stellt dar, daß eine oder mehrere Ein/Aus-Einrichtungen bei der gemultiplexten Steuerung mit den gesteuerten Positions-Betätigungsvorrichtungen vermischt werden können, und daß es besonders geeignet bei einem System mit wahifreiem Zugriff ist, wo die Steuerung die Ein/Aus-Kanäle mit Ausnahme der vergleichsweise seltenen Gelegenheit unberücksichtigt lassen kann, wenn es erwünscht ist, von einem Zustand zu dem anderen umzuschalten.
Es wird mehr im einzelnen auf Fig. 10 Bezug genommen, in der eine Eingangspufferschaltung 300 gezeigt ist, die drei Eingangssignale aufweist, die auf die Leitungen 301-303 gekoppelt sind. Zwei der Eingangssignale sind wie jene, die in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben worden sind, das heißt haben Werte (typischerweise Stromwerte) oder binäre, digitale Ventile, die sich auf eine verlangte Position der zugeordneten Betätigungsvorrichtung beziehen. Ein drittes Signal auf der Leitung 303 ist einfach ein Ein/Aus-Signal, das verlangt, daß die Betätigungsvorrichtung in dem verbundenen Kanal entweder ein- oder ausgeschaltet wird. Die Signale, die durch den Puffer 300 hindurchgegangen sind, werden auf zugeordnete Steuerungsschleifen 305, 306, 307 gekoppelt. Die Schleifen 305 und 306 sind einander dahingehend ähnlich, daß sie das zugeordnete Eingangssignal von dem Puffer mit einem Rückkopplungssignal auf den jeweiligen Leitungen 308, 309 vergleichen, um ein Ausgangssignal herzustellen, das der Strömung proportional ist, die zu dem zugeordneten Ventil der zweiten Stufe beim nächsten Zyklus geschickt werden soll. Wie es oben angegeben ist, ist das Rückkopplungssignal bevorzugt ein Positionssignal und ein Geschwindigkeitssignal&sub1; das, wenn es mit dem Eingangsanforderungssignal kombiniert wird, wie es unten beschrieben wird, ein Ausgangssignal zum Steuern der Fluidströmung zu der verbundenen Betätigungsvorrichtung erzeugt.
Das Ein/Aus-Signal von dem dritten Kanal wird mit einer Einstellsteuerungseinrichtung 307 für einen Ein/Aus-Wert gekoppelt, und benötigt in diesem Fall keine Rückkopplung von der zugeordneten Betätigungsvorrichtung. Die drei Signale auf den drei Steuereinrichtungen werden als Eingänge zu einem Signalmultiplexer 310 gekoppelt, der einen einzigen Ausgangsbus 311 aufweist und unter der Steuerung einer Hauptsteuerungseinrichtung 320 betrieben wird, um einzeln Signale auf den Ausgangsbus 311 zu geben, die für die Eingangssignale des Multiplexer repräsentativ sind. Wie es oben angegeben worden ist, können die Signale eine sequentielle Reihenfolge haben, wobei aber die Hauptsteuerungseinrichtung 320 auch die Möglichkeit besitzt, besonders beim Betrieb in Verbindung mit einem Hauptcomputer für das Flugzeug, nicht nur die Reihenfolge der Signale zu ändern, die auf den Bus 311 ausgegeben werden, sondern auch ihre Ruhezeit.
Die Reihenfolge der Steuersignale, deren Werte dazu dienen, die Strömungsgeschwindigkeit zu ausgewählten Kanälen zu bestimmen, werden durch eine herkömmliche Ansteuerungsschaltung 313 hindurchgeschickt, die modulierte Ausgangssignale erzeugt, die verwendet werden, eine modulierende Betätigungsvorrichtung 321 zu steuern. Es wird bei den oben beschriebenen Ausführungsformen daran erinnert, daß die modulierende Betätigungsvorrichtung, die auf ein elektrisches Signal reagiert, um ein entsprechendes hydraulisches Signal zu erzeugen, als ein Vorschubmotor oder eine Lautsprecherspule dargestellt war, die mit einem modulierenden Ventil gekoppelt ist und es betätigt. Wie es in Fig. 10 gezeigt ist, ist die modulierende Betätigungsvorrichtung mit der hydraulischen Quelle PC und dem Sumpf PB verbunden und dient dazu, zwischen diesen Pegeln in Abhängigkeit von dem elektrischen Signal zu modulieren, das von der Ansteuerungseinrichtung 313 geliefert wird. Der einzige hydraulische Eingang, der von der modulierenden Betätigungsvorrichtung 321 erzeugt wird, wird über eine hydraulische Leitung 322 mit dem Eingang 323 eines Multiplexerventils 325 gekoppelt, von dem eine Ausführungsform das Multiplexerventil 21 der Fig. 1 ist. Auf das Multiplexerventil werden Auswähleingänge auf einem binären Bus 326 in der Form von binären, elektrischen Signalen angewendet, die die Kopplung des einzigen Eingangs 322 mit den einzelnen einer Vielzahl von Ausgängen 330, 331, 332 steuert. Die Auswähisignale werden von einer Multiplexer-Auswählansteuerungseinrichtung 335 erzeugt, die ihrerseits auf die Hauptsteuerungseinrichtung 320 reagiert. Die Hauptsteuerungseinrichtung 320 hat somit die vollständige Steuerung über den Signalmultiplexer 310 und die Ansteuerungseinrichtung 335 für die Multiplexer-Auswähleinrichtung, so daß, indem geeignete Signale an ihrem Ausgang erzeugt werden, sie bewirken kann, daß der Signalmultiplexer 310 das elektrische Steuersignal für einen Kanal auswählt, der geändert werden soll, während gleichzeitig Signale der Ansteuerungseinrichtung 335 für die Multiplexer-Auswähleinrichtung auferlegt werden, um zu bewirken, daß das Multiplexerventil diesen Kanal auswählt. Somit erzeugt der Modulator 321 einen hydraulischen Fluß auf der Eingangsleitung 322, von dem erwünscht ist, daß er zu dem in Frage stehenden Kanal gelangt, und das Multiplexerventil wählt diesen Kanal aus, um das Signal zum ausgewählten Kanal geeignet weiterzubringen.
Die hydraulischen Ausgänge von dem Multiplexerventil 323, die auf den Leitungen 330, 331, 332 angetroffen werden, werden auf die jeweiligen Kanäle gekoppelt und dienen als Eingänge zu den Ventilen 340, 341, 342 der zweiten Stufe. Wie es in Verbindung mit beispielsweise Fig. 1 beschrieben worden war, bewirkt das hydraulische Signal, das von dem Multiplexer erhalten wird, eine Verschiebung eines inneren Kolbens in dem Ventil der zweiten Stufe, was eine Strömung zu der Ventilausgangsöffnung von entweder der Hochdruckqueile PC oder dem Niederdrucksumpf PB bewirkt. Man sieht, daß die Ausgangsleitungen von dem Ventil der zweiten Stufe über Leitungen 343, 344 mit geeigneten jeweiligen Servo-Betätigungsvorrichtungen 345, 346 gekoppelt sind. Diese Servo- Betätigungsvorrichtungen wiederum werden in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit durch das Ventil der zweiten Stufe positioniert, die selbst eine Funktion der Strömungsgeschwindigkeit ist, die über das Multiplexerventil 323 von der modulierenden Betätigungsvorrichtung 321 erhalten worden ist.
Wie es oben angemerkt worden ist, schließen die Servoventile Rückkopplungseinrichtungen 347, 348 ein, vorzugsweise, um dem Prozessor eine Angabe über die Position und die Bewegungsgeschwindigkeit zu liefern. Der Ausgang des Ventils 342 der zweiten Stufe ist mit einer hydraulischen Leitung 349 zu einer Ein/Aus-Steuerungseinrichtung 350 gekoppelt und schaltet dadurchdie Steuerungseinrichtung 350 in den Ein/Aus- Zustand in Abhängigkeit von dem Signal von seinem verbundenen Ventil der zweiten Stufe um.
Wie es in Fig. 10 gezeigt ist, kann jede der Rückkopplungseinrichtungen ein Paar Rückkopplungssensoren umfassen. Der erste kann Potentiometer 351, 352 einschließen, die Signale aufweisen, die durch Filter- und Verstärkungsschaltung 353 hindurchgeschickt werden, um die jeweiligen Rückkopplungssignale 308, 309 zu liefern, die den Steuerungseinrichtungen 305, 306 zugeführt werden. Wie es oben angegeben worden ist, können solche Signale eine Positionsinformation zur Verwendung durch die Steuerungseinrichtung beim Ansteuern der Betätigungsvorrichtung in die verlangte Position liefern, die auf den Leitungen 301 und 302 hergestellt wird, und auch Geschwindigkeitsinformationen, die von der Steuerungseinrichtung 320 verwendet werden, um die Schleife zu stabilisieren. Zusätzlich zu den Rückkopplungspotentiometern 351, 352 können zusätzliche Rückkopplungssensoren LVDT-Sensoren 354, 355 einschließen, die Leitungen aufweisen, die als Rückkopplung mit der Hauptsteuerungseinrichtung gekoppelt sind, wie der Hauptsteuerungseinrichtung für das Flugzeug. Die Hauptsteuerungseinrichtung kann die Position der Servos durch die Rückkopplungseinrichtungen erfassen und die Anforderungssignale auf den Leitungen 301, 302 einstellen, um Positionen der Betätigungsvorrichtungen zu erreichen, die von einem Hauptcomputer an Bord berechnet werden können.
Für den Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet ist es offensichtlich, daß die elektrischen Steuerungselemente, die in dem Gesamtsystem der Fig. 10 dargestellt sind, typischerweise als geeignet programmierte Mikroprozessoren ausgestaltet sind, wie der Mikroprozessor 25, der in Verbindung mit den Fig. 1-9 beschrieben worden ist. Bei dieser Ausführung ist es offensichtlich, daß entweder das System digitale Signale als Eingänge auf den Leitungen 301, 302 bereitstellt, oder, wenn analoge Signale verwendet werden, ein Analog/Digital-Umwandler mit dem Eingangspuffer 300 verbunden ist, um diese Signale zu digitalisieren. In gleicher Weise werden digitale Rückkopplungssignale durch die Rückkopplungssensoren 351, 352 erzeugt, oder als Alternative ist, wenn analoge Sensoren verwendet werden, ein geeigneter Analog/Digital-Umwandler mit der Filter- und Verstärkungsschaltung 353 verbunden, um digitale Signale für die verbleibende Verarbeitung zu erzeugen. Schließlich ist ein Digital/Analog-Umwandler mit dem Ausgang der Modulationsansteuerungseinrichtung 313 bei denjenigen Ausführungsformen verbunden, die eine Lautsprecherspule oder einen Vorschubmotor bei ihrer analogen Betriebsart verwenden. Alternativ werden, wenn eine digitale Betätigungsvorrichtung verwendet wird, wie bei der digitalen Betriebsart der Ausführungsform der Fig. 8, digitale Signale verwendet, die Modulations- Betätigungsvorrichtung 321 zu steuern.
Bemerkenswerterweise ist kein Digital/Analog-Umwandler zur Steuerung des Multiplexers notwendig, und die Ansteuerungseinrichtung 335 für die Multiplexer-Auswähleinrichtung gibt die digitalen, binären Signale unmittelbar an das Multiplexerventil zur direkten Adressierung des zugeordneten Kanals weiter. Dieses Merkmal führt ein Maß an Vereinfachung für die Ansteuerungseinrichtung der Multiplexer-Auswähleinrichtung ein, liefert aber zusätzlich ein zusätzliches Maß an Vereinfachung für den Multiplexer selbst. Insbesondere wird, wie es für den Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet offensichtlich ist, das Auswählen und Ansteuern des Multiplexers stark vereinfacht, wobei keine komplizierte Ansteuerungsschaltung für den Multiplexer verlangt wird und in dem Multiplexer Teile verwendet werden, wie übliche solenoidbetriebene Ventile, die einfach und preisgünstig herzustellen sind und erzeugt werden können, mit der hohen Zuverlässigkeit zu arbeiten, die bei Steuerungen für Düsenflugzeuge verlangt wird.
Es ist nun offensichtlich, daß das, was geschaffen worden ist, ein verbessertes hydraulisches, gemultiplextes Steuerungssystem ist, in dem die Steuerungseinrichtung eine äußerst hohe Flexibilität beim Herstellen der Reihenfolge aufweist, mit der die Kanäle zu beschicken sind, und der Ruhezeit zum Beschicken von jedem Kanal. Obgleich es sich sogar beim normalen Betrieb als wünschenswert für die Steuerungseinrichtung herausstellen kann, die Öffnungen in Reihenfolge zu beschicken, hat im Notfall ober bei anormalen Bedingungen die Steuerungseinrichtung, wenn sie richtig programmiert worden ist, die Flexibilität, die höchste Aufmerksamkeit den Kanälen zu geben, die am kritischsten sind, ein Merkmal, das sichtbar bei der Verwendung von Drehmultiplexern fehlt. Ferner ist der Multiplexer selbst ebenso wie die Multiplexer-Ansteuerungsschaltung stark vereinfacht, indem eine direkte digitale Steuerung verwendet wird.

Claims

1. Multiplexiertes Fluid-Steuersystem (20), das eine Vielzahl Kanäle (23), ein Steuerventil (53), das mit einem Multiplexer (21) verbunden ist und auf eine Steuersignalquelle (25) anspricht, um individuell die Positionen einer Vielzahl von Fluidaktuatoren (65) in den jeweiligen Kanälen (23) gemäß einer entsprechenden Vielzahl elektrischer Steuersignale von der Steuersignaiquelle (25) zu steuern, besitzt, wobei das Steuersystem dadurch gekennzeichnet ist, daß das Fluid-Steuersystem (20) ein hydraulisches Steuersystem ist; die Steuersignalquelle (25) eine Quelle elektrischer binär gewichteter Vielfach-Bit-Selektorsignale (26) umfaßt, um individuell die jeweiligen Kanäle (23) zu adressieren; der Multiplexer (21) ein hydraulischer Multiplexer ist, der einen gemeinsamen, hydraulischen Eingang (54a) und eine Vielzahl hydraulischer Ausgänge (0-7) besitzt, die individuell und selektiv mit dem hydraulischen Eingang (54a) verbindbar sind, der Multiplexer (21) einen Selektoreingang (26) besitzt, der mit der Quelle der elektrischen, binär gewichteten Selektorsignalen (25) verbunden ist, um selektiv den hydraulischen Eingang (54a) des Multiplexers mit dem hydraulischen Ausgang (0-7), der durch die binär gewichteten Selektorsignale (26) identifiziert, zu verbinden; das Steuerventil (53) eine Modulationseinrichtung (22) zum Erzeugen eines modulierten, hydraulischen Signals (54a) ist, das eine variable Strdmungsrate besitzt, deren Niveau entsprechend dem Niveau eines ausgewählten einer Vielzahl elektrischer Steuersignale (50) gesteuert wird, die Modulationseinrichtung (22) mit dem hydraulischen Eingang (54a) des Multiplexers (21) verbunden ist, um das modulierte, hydraulische Signal (54a) auf den hydraulischen Eingang des hydraulischen Multiplexers (21) zur Hindurchführung durch einen ausgewählten hydraulischen Ausgang (0-7) davon zu dem Kanal (23), der durch den Multiplexer (21) adressiert ist, zu beaufschlagen; und eine Steuereinrichtung (25) zur Koordinierung der Modulation (51) des hydraulischen Signals (54a) mit den Selektorsignalen (26), die durch die Quelle der binär gewichteten Selektorsignale (25) derart produziert sind, daß das elektrische Steuersignal (50) fur einen vorgegebenen Kanal mit den binär gewichteten Selektorsignalen (26) für den vorgegebenen Kanal Ubereinstimmt, um dadurch modulierte, hydraulische Signale (54a) zu den Kanälen (23) zur Steuerung der Positionen der Aktuatoren (65, 72) in den Kanälen (23) gemäß der zugeordneten Vielzahl elektrischer Steuersignale (50) hindurchzuführen, umfaßt.

2. Multiplexiertes, hydraulisches Steuersystem (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der hydraulische Multiplexer (21) eine Vielzahl Selektorventile (160-163) umfaßt, die hydraulische Ausgänge (170-173) besitzen, die die Ausgänge des Multiplexers (21) bilden, wobei die Selektorventile (160-163) dazu geeignet sind, zu arbeiten, wenn der zugeordnete Kanal (23) durch die elektrischen, binär gewichteten Selektorsignale (26) adressiert ist, und daß eine Verbindung (155) zwischen der Modulationseinrichtung (150) und einem gemeinsamen Eingang (157) der Selektorventile (160-163) zur Hindurchfuhrung des modulierten, hydraulischen Signals durch den hydraulischen Multiplexer (21) zu dem adressierten Kanal (23) vorgesehen ist.

3. Multiplexiertes, hydraulisches Steuersystem (20) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der hydraulische Multiplexer (21) ein einzelnes Niveau von Selektorventilen (160-163) umfaßt, wobei jedes der Selektorventile (160-163), das einen hydraulischen Eingang (164-167) besitzt, die kollektiv als gemeinsamer Eingang des hydraulischen Multiplexers (21) dienen, umfaßt, und daß jedes der Selektorventile (160-163) einen hydraulischen Ausgang (170-173) besitzt, die als jeweilige hydraulische Multiplexer-Ausgänge dienen.

4. Multiplexiertes, hydraulisches Steuersystem (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Multiplexer (21) eine Vielzahl Selektorventile (35,36,40,41,44,45) umfaßt, die in einem logischen Vielfachniveau-Baum angeordnet sind, wobei die Selektorventile (35,36,40,41,44,45) in jedem Niveau Eingänge besitzen, die in einer logischen Baumausführung mit Ausgängen der Selektorventue (35,36,40,41,44,45) in dem vorhergehenden Niveau verbunden sind, wobei das niedrigste Niveau (35,36) seinen Eingang mit der modulierenden Einrichtung (22) zur Aufnahme des modulierten, hydraulischen Signais (54a) verbunden besitzt, die Selektorventile (44,45) in dem höchsten Niveau deren Ausgänge (0-7) mit den Kanälen (23) verbunden besitzen, um als die hydraulischen Multiplexer-Ausgänge (0-7) zu dienen, der logische Baum so angeordnet ist, um einen einzelnen, adressierbaren Pfad durch den logischen Baum zur Aktivierung des adressierten Kanals (23) in Abhängigkeit der elektrischen, binär gewichteten Selektorsignale (26), die durch die Steuersignalquelle (25) produziert werden, zu produzieren.

5. Multiplexiertes, hydraulisches Steuersystem (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Multiplexer (21) eine Vielzahl Selektorventile (35,36,40,41,44,45) aufweist, die in einem logischen Baum mit Vielfachniveaus angeordnet sind, der sich von einem einzelnen hydraulischen Eingang (54a) zu einer Vielzahl hydraulischer Ausgänge (0-7) verzweigt, wobei der hydraulische Eingang (54a) und die Ausgänge (0-7) des logischen Selektorventil-Baums als der hydraulische Multiplexer-Eingang und die -ausgänge jeweils dienen; und daß der Multiplexer (21) weiterhin elektrisch ansprechende Einrichtungen (34,42,46) zum Antworten auf die elektrischen binär gewichteten Vielfach-Bit-Selektorsignale (26) und daraufhin ansprechend zur Steuerung der Selektorventile (35,36,40,41,44,45) in Abhängigkeit einer binären Art und Heise, um den hydraulischen Eingang (54a) mit dem adressierten, hydraulischen Ausgang (0-7) des logischen Baums zu verbinden, umfaßt.

6. Multiplexiertes, hydraulisches Steuersystem (20) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationseinrichtung (22) eine Verbindung (54a) zwischen der Modulationseinrichtung (22) und dem einzelnen Eingang (54a) des logischen Baums zum Hindurchführen der modulierten, hydraulischen Signale durch den logischen Baum von dem Eingang zu dem adressierten Ausgang 0-7) umfaßt.

7. Multiplexiertes, hydraulisches Steuersystem (20) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Selektorventile (74a,91,92,94-97) Klappenventile aufweisen, von denen jedes einen hydraulischen Eingang (85) und einen ersten (83) und einen zweiten (84) hydraulischen Ausgang besitzen, Klappeneinrichtungen (82) zur selektiven Verbindung des Eingangs (85) mit dem ersten (83) oder dem zweiten (84) Ausgang besitzen, wobei die Klappenventile (74a,91,92,94-97) in binär gewichteten Vielfach-Niveaus (74-76) mit Eingängen der Ventile in einem vorgegebenen Niveau, das mit Ausgängen von Ventilen in dem nächsten, niedrigeren Niveau verbunden werden soll, um den logischen Baum zu bilden, verbunden werden, wobei die Ausgänge (83,84) der Ventile in dem höchsten Niveau (76) als Multiplexer-Ausgänge (0-7) dienen, wobei der Eingang (85) des Ventus in dem niedrigsten Niveau (74) als Multiplexer-Eingang (54a) dient.

8. Multiplexiertes, hydraulisches Steuersystem (20) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Multiplexer (21) eine Vielzahl von mittels Solenoid betätigter Selektorventile (74a,91,92,94-97) aufweist, die einen hydraulischen Eingang (85) besitzen, der selektiv mit einem ersten und einem zweiten hydraulischen Ausgang (83,84) verbunden ist, wobei die Solenoideinrichtung (86,90,98) Ein- und Auszustände zum Betätigen der mittels Solenoid betätigten Selektorventile (74a,91,92,94-97) besitzt, um selektiv den hydraulischen Eingang (85) mit dem ersten oder zweiten hydraulischen Ausgang (83,84) zu verbinden, wobei die Solenoideinrichtung (86,90,98) so verbunden wird, um auf die elektrischen, binär gewichteten Vielfach-Bit-Selektorsignale (26) anzusprechen und in Abhängigkeit dazu die mittels Solenoid betätigten Ventile (74a,91,92,94-97) in einer entsprechenden binären Ausfuhrung zu steuern, um das modulierte, hydraulische Signal (54a) von dem hydraulischen Eingang zu dem einzelnen Ausgang (0-7) hin zu führen, der durch die elektrischen, binären Vielfach-Bit-Selektorsignale (26) adressiert ist, wobei die mittels Solenoid betätigten Selektorventile (741,91,92,94,-97) mit vielfach binär gewichteten Niveaus (74,76) verbunden sind, wobei Eingänge der Ventile in einem gegebenen Niveau mit Ausgängen der Ventile in dem nächsten, niedrigeren Niveau verbunden werden, um den logischen Baum zu bilden, wobei die Ausgänge (83,84) der mittels Solenoid betätigten Selektorventile (94-97) auf dem höchsten Niveau (76) als hydraulische Multiplexer-Ausgänge (0-7) dienen, wobei der Eingang (85) des mittels Solenoid betätigten Selektorventils (74a) in dem niedrigsten Niveau (74) als hydraulischer Multiplexer-Eingang (54a) dient.

9. Multiplexiertes, hydraulisches Steuersystem (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle (25) elektrischer, binär gewichteter Vielfach-Bit-Selektorsignale (26) eine Einrichtung zum Erzeugen einer Vielzahl binär gewichteter, hydraulischer Vielfach-Bit-Selektorsignale (205-207) aufweist; wobei der Multiplexer (21) einen hydraulisch betätigten Zylinder (210) aufweist, der einen Kolbenaktuator (212) mit einer Vielzahl von binär gewichteten Stegen (213-215) daran besitzt, wobei die jeweiligen binär gewichteten Stege (213-215) in zugeordneten, individuellen Kammern (216-218) zum Aufnehmen hydraulischen Fluids angeordnet sind, um auf den zugeordneten Steg (213-215) einzuwirken, Einrichtungen, die die binär gewichteten, hydraulischen Signale (205-207) mit den individuellen Kammern (216-216) zum Einwirken auf die binär gewichteten Stege (213-215) koppeln, um den Aktuator (212) um einen Abstand translatierend, der mit dem sich ergebenden Hert der binär gewichteten, hydraulischen Selektorsignale (205-207), die zugefuhrt werden, in Bezug steht, zu koppeln; wobei der hydraulisch betätigte Zylinder (210) eine Vielzahl Auslaßöffnungen (220) besitzt, die in einer vorbestimmten Feldanordnung angeorndet sind, und Einrichtungen (222), die dem Zylinder (210) zur selektiven und individuellen Öffnung der Auslaßöffnungen (220) in Abhängigkeit der Position des Aktuators (212) zugeordnet sind, aufweist, wobei die Auslaßöffnungen (220) so positioniert und angeordnet sind, um selektiv in Abhängigkeit der Position des Aktuators (212) geöffnet zu werden, was durch Fluidfluß zur Kombinationen der binär gewichteten Stege erreicht wird; und daß der hydraulisch betätigte Zylinder (210) eine Einlaßöffnung (230,231) besitzt, die mit einer inneren Kammer (235) verbunden ist, wobei die innere Kammer (235) auch selektiv mit den Auslaßöffnungen (220) für eine Verbindung des Multiplexer-Eingangs mit dem adressierten Ausgang verbindbar ist, ein Paar Einlaßöffnungen (PCR oder PB) besitzt, die zu dem Zylinder (210) zugeordnet sind, wobei eine mit einer Quelle eines hydraulischen Drucks (PCR) und die andere mit einem hydraulischen Sumpf (PB) verbunden ist, wobei die Modulationseinrichtung (22) einen Drehaktuator (245) umfaßt, der selektiv die Einlaßöffnung (230,231) der inneren Kammer (235) mit der Quelle (PCR) oder dem Sumpf (PB) verbindet, um dadurch das modulierte, hydraulische Signal (54a) zu liefern.

10. Multiplexiertes, hydraulisches Steuersystem (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Multiplexer (21) eine Vielzahl hydraulischer Absperreinrichtungen (160-163) aufweist, die den jeweiligen Kanälen (23) zugeordnet sind, wobei jede Absperreinrichtung (160-163) eine Vielzahl hydraulischer, logischer Eingänge (195-197) zur Aktivierung der Absperreinrichtungen (160-163) besitzt, wenn ein erfullter Zustand vorhanden ist, wobei jede Absperreinrichtung (160-163) auch einen modulierten Eingang (164-167), der als Teil des Multiplexer-Eingangs zum Aufnehmen des modulierten, hydraulischen Signals (54a) dient, und einen hydraulischen Ausgang (170-173), der mit dem zugeordneten Kanal (23) verbunden ist, der als Multiplexer-Ausgang fur den zugeordneten Kanal dient, besitzt; wobei die Quelle der elektrischen, binär gewichteten Multi-Bit-Signale (26) eine Einrichtung zum Produzieren einer Vielzahl von binären, hydraulischen Multi-Bit-Selektorsignalen (159) und eine Einrichtung, die ausgewählte, hydraulische Selektorsignale (159) mit den hydraulischen, logischen Eingängen (195-197) der Absperreinrichtungen (160-163) flir eine individuelle Adressierung der Absperreinrichtungen (160-163) verbindet und dadurch das modulierte, hydraulische Signal (54a) mit dem zugeordneten Kanal (23) verbindet, aufweist.