專利名稱：用于建造機器的有界執(zhí)行裝置的液壓控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及一種液壓系統(tǒng)，并且更特別是，涉及一種具有與工作工具選擇相 關(guān)的可構(gòu)造的流量控制液壓系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
許多機器使用多個液壓致動器以實現(xiàn)多種任務(wù)。這種機器的例子沒有限制地包 括推土機、裝載機、挖掘機、機動平地機以及其它類型的重型機械。這種機器中的液壓致動 器經(jīng)由流體流量管線聯(lián)接到與該機器相關(guān)聯(lián)的泵，以便將加壓流體提供給液壓致動器。多 種致動器內(nèi)的腔室響應(yīng)操作者指令或其它信號以受控的流速和/或壓力接收加壓流體。雖 然大多數(shù)這樣的機器被設(shè)計成使得多個致動器同時使用，但在一些情況下，所要求的流體 流量將超過流體泵的輸出能力，特別是在使用單個這樣的泵的情況下。在供應(yīng)到致動器之 一的流體流量小于機器操作者或控制系統(tǒng)所要求的情況下，受到影響的致動器響應(yīng)過于緩 慢、過于微弱或者以不希望的方式動作。對于這種問題，在本領(lǐng)域中開發(fā)了多種解決方法。一種適應(yīng)大于相關(guān)泵的能力的 流體流量的要求的方法在Devier等人的題為“Hydraulic System Having Priority Based Flow Control”的美國申請20060090459 ( “，459申請”)中描述。，459申請描述了一種液 壓系統(tǒng)控制器，該控制器被構(gòu)造成接收將多個流體致動器分類成第一類或第二類的輸入。 在接收到指示用于多個流體致動器的所需流速的輸入時，控制器確定源的當前流速。如果 可以滿足所有被要求的流速，控制器要求這種流量。否則，控制器只要求用于第一類流體致 動器的所需流速，并且對于第二類流體致動器按比例減小所需流速。在只用于第一類流體 致動器的所需流速超過源的當前流速時，控制器按比例減小用于所有流體致動器的所需流 速。因此，具有操作’ 459申請的控制器的三個領(lǐng)域。被公開的液壓系統(tǒng)旨在克服一個或多個以上提出的問題。應(yīng)該理解到前面背景技 術(shù)的描述只用來幫助讀者。不打算限制本發(fā)明的內(nèi)容或權(quán)利要求，因此不應(yīng)該認為是用來 指出現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的任何特定元件不適合使用，也不打算指出包括解決所述問題的任何元 件在實施這里描述的例子或類似例子中是關(guān)鍵的。

發(fā)明內(nèi)容
在一方面，本發(fā)明描述一種在機器內(nèi)的致動器之間分配液壓流體的方法，該方法 接收第一指令，以便將第一所需流體流量提供給第一致動器，其中第一致動器是有界致動 器，其流體流量限制在上限和下限之間，該方法還接收第二指令，以便將第二所需流體流量 提供給不受限制的第二致動器。該系統(tǒng)調(diào)節(jié)第一和第二指令，以產(chǎn)生與被調(diào)節(jié)的第一和第 二流體流量相對應(yīng)的被調(diào)節(jié)的第一和第二指令，使得被調(diào)節(jié)的第一和第二流體流量的總和 小于或等于能夠得到的最大流量，并且被調(diào)節(jié)的第一流體流量滿足或超過第一所需流體流 量和閾值曲線中的較小值，該閾值曲線是發(fā)動機速度的函數(shù)。結(jié)合附圖，被描述的系統(tǒng)和方法的其它方面、特征和實施方式將從以下描述中得以清楚。


圖1是示例性公開的機器的示意側(cè)視圖；圖2是示例性公開的機器的示意頂視圖；圖3是用于圖1和2所示的機器的示例性公開的液壓系統(tǒng)的示意圖；圖4是表示圖1和2所示的機器的控制回路的示意圖；圖5是表示在有界執(zhí)行裝置和無界執(zhí)行裝置之間分配液壓流體的流量分配圖；以 及圖6是表示在圖1和2所示的機器中在有界執(zhí)行裝置和無界執(zhí)行裝置之間分配流 體流量的控制器所使用的示例性過程的流程圖。
具體實施例方式本發(fā)明涉及一種在機器的多個平行回路中控制液壓流體流量的系統(tǒng)和方法。特別 是，控制器采用一個或多個閾值，以便在所有回路所要求的流量超過例如來自于機器的液 壓泵的能夠得到的流量時在平行回路中控制流量優(yōu)先次序。雖然本發(fā)明涉及具有一個以上 的泵的機器，本發(fā)明的技術(shù)特別有利于只使用一個泵的機器。通常通過機器尺寸、發(fā)動機功 率限制或成本要求來驅(qū)使單個泵的使用，并且特別重要的是在這種機器中提供適當控制的 液壓流體流量，以防止機器性能不足。圖1表示示例性的機器10。機器10可以是固定或活動的機器，并且有助于與采 礦、建造、耕作和其它產(chǎn)業(yè)和環(huán)境相關(guān)的操作。采用液壓回路的機器包括挖掘機、推土機、裝 載機、反鏟挖土機、機動平地機和翻斗卡車以及許多其它類型的機器。在所示的例子中，機 器10包括框架12、至少一個執(zhí)行裝置或工具14、操作者界面16、動力源18和至少一個牽引 裝置20。框架12通常包括支承機器10和/或工具14的運動的結(jié)構(gòu)單元。框架12可以例 如是將動力源18連接到牽引裝置20的固定底座框架、具有連桿系統(tǒng)的可動框架構(gòu)件或者 本領(lǐng)域公知的其它框架系統(tǒng)。工具14可以是該機器進行輔助操作的任務(wù)中所使用的多種裝置中的一種。例如， 工具14可包括鏟斗、刮板、平鏟、松土器、翻斗、重錘、螺旋鉆或其它適當?shù)膱?zhí)行任務(wù)的裝 置。工具14可以操縱，以便相對于框架12以本領(lǐng)域公知的方式樞轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)動、滑動、擺動或運動。操作者界面16通常被構(gòu)造成接收來自于機器操作者的指示機器10和/或工具14 的所需運動的輸入。此外，另外或作為替代，用來使機器10和/或工具14運動的輸入可以 是來自于自動系統(tǒng)的計算機產(chǎn)生的指令。在所示例子中，操作者界面16包括第一操作者界面裝置22和第二操作者界面裝 置24。例如，第一操作者界面裝置22可包括定位在操作者站一側(cè)的多軸操縱桿，并且可以 是被構(gòu)造成定位和/或定向工具14的比例控制器。在這種配置中，工具14的運動速度與 第一操作者界面裝置22相對于致動軸線的致動位置相關(guān)。第二操作者界面裝置24可包括例如被構(gòu)造成通過操作者的腳致動的節(jié)流閥踏板，并且還可以是比例控制器，該比例控制器被構(gòu)造成控制牽引裝置20的驅(qū)動轉(zhuǎn)動。在這 種配置中，牽引裝置20的轉(zhuǎn)動速度與第二操作者界面裝置24的致動位置相關(guān)。考慮到在操 作者界面16中還通常包括附加或不同的操作者界面裝置。例如，方向盤、手柄、推拉裝置、 開關(guān)或本領(lǐng)域公知的其它操作者界面裝置可以包含在操作者界面16中。動力源18通常是發(fā)動機，例如柴油發(fā)動機、汽油發(fā)動機、天然氣發(fā)動機或其它本 領(lǐng)域公知的發(fā)動機，但動力源18可替代地包括例如燃料電池、電能存儲裝置、電馬達的另 一種動力源或本領(lǐng)域公知的另一動力源。在所示例子中，牽引裝置20包括位于機器10每 一側(cè)的履帶(示出了一側(cè))。但是，牽引裝置20還可包括輪、帶或其它牽引裝置。牽引裝置 20可以或不可以轉(zhuǎn)向。雖然以上例子與某些類型的機器相關(guān)，其它類型的機器也可采用當前的例子。圖 2所示的活動機器70是輪式裝載機系統(tǒng)，該輪式裝載機系統(tǒng)包括可動部件71、用于提供動 力以便運動可動部件71的動力源72以及用于控制可動部件71的運動的控制器73?；顒?機器70包括推進系統(tǒng)74。可動部件71包括傳遞轉(zhuǎn)向力以便使活動機器70轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)向裝 置75、76。轉(zhuǎn)向裝置75、76在所示例子中是輪子，但是可以另外或者作為替代地包括其它 類型的裝置?？蓜硬考?1可包括連接到轉(zhuǎn)向裝置75、76并可以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向裝置75和轉(zhuǎn)向裝 置76之間的轉(zhuǎn)向角度0的部件。例如，可動部件71可包括轉(zhuǎn)向裝置75安裝其上的框架 區(qū)段77以及轉(zhuǎn)向裝置76安裝其上的框架區(qū)段78?？蚣軈^(qū)段77和78之間的樞轉(zhuǎn)接頭79 通過使得框架區(qū)段77和78圍繞軸線80相對彼此樞轉(zhuǎn)而使得轉(zhuǎn)向角度0得以調(diào)節(jié)。動力源72將加壓液壓流體供應(yīng)到具有殼體81和驅(qū)動構(gòu)件82的液壓缸。控制器 73通常(但并不總是)包括操作者輸入裝置83、用來收集有關(guān)可動部件71和/或致動器 84的運動的信息的裝置和用來控制致動器84的裝置。致動器84可以是線性致動器、轉(zhuǎn)動 致動器或者一種產(chǎn)生純粹轉(zhuǎn)動或線性運動之外的運動的致動器。致動器84被驅(qū)動地連接到可動部件71。例如，如圖2所示，致動器84可以被直接 驅(qū)動地連接到每個框架區(qū)段77和78，并經(jīng)由每個框架區(qū)段77和78被間接驅(qū)動地連接到轉(zhuǎn) 向裝置75和76。這使得致動器84能夠驅(qū)動框架區(qū)段77、78和轉(zhuǎn)向裝置75、76。在一些實 施方式中，致動器84被連接到框架區(qū)段77和78，其方式是通過使得框架區(qū)段77和轉(zhuǎn)向裝 置75相對于框架區(qū)段78和轉(zhuǎn)向裝置76圍繞軸線80樞轉(zhuǎn)，而使得致動器84能夠調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向 角度9。雖然下面的描述主要參考圖1的機器10，將理解到同樣的液壓和機械原理同樣適 用于例如圖2和其它視圖所示的其它機器。如圖3更加總體地描述的那樣，機器10包括具 有多個流體部件的液壓系統(tǒng)26，該流體部件一起協(xié)作以便運動工具14和/或推進機器10。 具體地，液壓系統(tǒng)26包括用于保持流體供應(yīng)的罐28和被構(gòu)造成加壓流體并將被加壓的流 體引導(dǎo)到一個或多個液壓缸32a-32c、一個或多個流體馬達34和/或本領(lǐng)域公知的任何其 它附加的流體致動器的源30。液壓系統(tǒng)26還包括與液壓系統(tǒng)26的一些或所有部件連通的 控制系統(tǒng)36。雖然未示出，但可想到液壓系統(tǒng)26還通常包括其它部件，例如蓄能器、節(jié)流 孔、止回閥、壓力釋放閥、泄漏補給閥、壓力平衡通路以及本領(lǐng)域公知的其它部件。罐28內(nèi)的流體包括例如專用的液壓油、發(fā)動機潤滑油、傳動裝置潤滑油或者本領(lǐng) 域公知的其它適當?shù)牧黧w。機器10內(nèi)的一個或多個液壓系統(tǒng)從罐28抽取流體以及將流體 返回到罐28。在一種實施方式中，液壓系統(tǒng)26被連接到多個分開的流體罐。
源30 (這里還指的是流體泵)產(chǎn)生加壓的流體流，并且可包括可變排量泵、固定排 量泵、可變輸送泵或者加壓流體的其它源。源30可通過例如副軸38、帶(未示出)、電路 (未示出)或者其它適當?shù)姆绞奖贿B接到動力源18，或者可以經(jīng)由扭矩轉(zhuǎn)換器、齒輪箱或者 其它適當?shù)南到y(tǒng)被間接連接到動力源18。如上所述，加壓流體的多個源可被互連，以便將加 壓的流體供應(yīng)到液壓系統(tǒng)26。在被公開的技術(shù)中，通常有用的是能夠測量通過源30提供的流體的流量。能夠從 源30得到的流速可以例如通過檢測源30內(nèi)的旋轉(zhuǎn)斜盤的角度、通過觀察發(fā)送到源30的指 令或者通過其它適當措施來確定。流速可替代地通過例如科里奧利傳感器的流量傳感器來 確定，或者被構(gòu)造成確定從源30輸出的實際流量。還可以根據(jù)其它輸入和/或參數(shù)來估計 所需流量。能夠從源30得到的流速可通常出于多種原因而在實際限制內(nèi)減小或增加。例 如，源的排量可以降低，以確保所需泵功率在高的泵壓力下不超過能夠從動力源18得到的 動力，或者減小或增加液壓系統(tǒng)26內(nèi)的壓力。經(jīng)由直接樞軸、經(jīng)由其中每個液壓缸32a_32c形成連桿系統(tǒng)中的一個構(gòu)件的連桿 系統(tǒng)(參考圖1)或者以任何其它適當方法，液壓系統(tǒng)32a-32c將工具14連接到框架12。 每個液壓缸32a-32c包括管40和設(shè)置在管40內(nèi)的活塞組件(未示出)。管40和活塞組 件中的一個可以被樞轉(zhuǎn)地連接到框架12，而管40和活塞組件中的另一個可被樞轉(zhuǎn)地連接 到工具14。管40和/或活塞組件可替代地固定連接到框架12或工作執(zhí)行裝置14，或者連 接在框架12的兩個或多個構(gòu)件之間。活塞可包括兩個相對的液壓表面，該液壓表面各自與 第一腔室和第二腔室中的每個腔室相關(guān)。兩個表面上的流體壓力的不平衡會造成活塞組件 在管40內(nèi)軸向運動。例如，第一液壓腔室內(nèi)的作用在第一液壓表面上的流體壓力大于第二 液壓腔室內(nèi)的作用在第二相對的液壓表面上的流體壓力會造成活塞組件移動，以增加液壓 缸32a-32c的有效長度。類似地，在作用在第二液壓表面上的流體壓力大于作用在第一液 壓表面上的流體壓力時，活塞組件可在管40內(nèi)縮回，以便減小液壓缸32a-32c的有效長度。例如0形圈的密封構(gòu)件(未示出)可以被連接到活塞，以便限制管40的內(nèi)壁和活 塞的外圓柱形表面之間的流體流量。液壓缸32a-32c的膨脹和縮回可用來幫助運動工具 14。每個液壓缸32a_32c包括用來對從源30到第一和第二液壓腔室中的一個的加壓 流體進行計量的至少一個比例控制閥44以及用來允許流體從第一腔室和第二腔室中的另 一個腔室排放到罐28的至少一個排放閥(未示出)。在一種實施方式中，比例控制閥44包 括彈簧偏壓的比例閥機構(gòu)，該比例閥機構(gòu)是電磁致動的，并被構(gòu)造成在第一位置和第二位 置之間運動，在第一位置上流體可以流入第一腔室和第二腔室中的一個腔室，并且在第二 位置上，阻止流體從第一腔室和第二腔室流動。閥機構(gòu)在第一位置和第二位置之間的定位 確定了被引導(dǎo)到相關(guān)第一腔室和第二腔室內(nèi)的加壓流體的流速。閥機構(gòu)能夠響應(yīng)產(chǎn)生工具 14的所需運動的所需流速而在第一位置和第二位置之間運動。排放閥通常包括彈簧偏壓 的閥機構(gòu)，該閥機構(gòu)是電磁致動的，并且被構(gòu)造成在第一位置和第二位置之間運動，在第一 位置上，流體可以從第一腔室和第二腔室流動，并且在第二位置上，阻止流體從第一腔室和 第二腔室流動。雖然所示的例子采用電磁閥，但比例控制閥44和排放閥可替代地被液壓致 動、機械致動、氣動致動或以另一適當方式致動。對于驅(qū)動機器10來說，馬達34可以是可變排量馬達或固定排量馬達，并且被構(gòu)造成接收來自于源30的加壓流體流。經(jīng)過馬達34的加壓流體流造成被連接到牽引裝置20 的輸出軸46轉(zhuǎn)動，由此推進和/或轉(zhuǎn)向機器10。馬達34可替代地經(jīng)由齒輪箱或以本領(lǐng)域 公知的任何其它方法被間接連接到牽引裝置20。馬達34或其它馬達可被連接到機器10上 的牽引裝置20以外的不同機構(gòu)。例如，馬達34或其它馬達可被連接到轉(zhuǎn)動的工作執(zhí)行裝 置、轉(zhuǎn)向機構(gòu)或本領(lǐng)域公知的其它機構(gòu)。馬達34可包括控制供應(yīng)到馬達34的加壓流體的 流速的比例控制閥48。比例控制閥48可包括彈簧偏壓的比例閥機構(gòu)，該比例閥機構(gòu)是電磁 致動的，并被構(gòu)造成在第一位置和第二位置之間運動，在第一位置上流體可以流過馬達34， 在第二位置上阻止流體從馬達34流過。閥機構(gòu)在第一位置和第二位置之間的定位確定了 被引導(dǎo)經(jīng)過馬達34的加壓流體的流速?？刂葡到y(tǒng)36包括控制器50以及用于運行應(yīng)用和程序的相關(guān)標準電子系統(tǒng)，從而 控制液壓系統(tǒng)26的操作?？刂破?0體現(xiàn)為單個微型處理器或多個微型處理器，標準電子 系統(tǒng)例如緩沖器、存儲器、多路調(diào)制器、顯示驅(qū)動器、電源電路、信號調(diào)節(jié)電路、電磁驅(qū)動器 電路等。多種能夠購買到的微型處理器可被構(gòu)造成執(zhí)行控制器50的功能。將理解到控制 器50可體現(xiàn)為能夠控制多種機器功能的通用機器微型處理器?？刂破?0被構(gòu)造成從操作者界面16接收輸入并響應(yīng)該輸入，以控制流向液壓缸 32a-32c和馬達34的加壓流體的流速。具體地，控制器50分別經(jīng)由連通管線52、54和56 與液壓缸32a-32c的比例控制閥44連通、經(jīng)由連通管線58與比例控制閥48連通、經(jīng)由連 通管線60與第一操作者界面裝置22連通、經(jīng)由連通管線62與第二操作者界面裝置24連 通。在所示實施方式中，控制器50接收由第一操作者界面裝置22產(chǎn)生的比例信號，并選擇 性地致動一個或多個比例控制閥44，以便選擇性地填充與液壓缸32a-32c相關(guān)的第一或第 二致動腔室，從而產(chǎn)生所需工具運動?？刂破?0還接收由第二操作者界面裝置24產(chǎn)生的 比例信號，并選擇性地致動馬達34的比例控制閥48，從而產(chǎn)生牽引裝置20的所需轉(zhuǎn)動運 動。控制器50經(jīng)由連通管線64與源30連通，并被構(gòu)造成響應(yīng)對于加壓流體的要求來 改變源30的操作。具體地，控制器50可被構(gòu)造成確定產(chǎn)生機器操作者希望的機器運動所 需的加壓流體的所需流速(所需總流速)，并經(jīng)由第一和/或第二操作者界面裝置22、24指 示?？刂破?0可被進一步構(gòu)造成確定源30的當前流速和源30的最大流量能力?？刂破?50可被構(gòu)造成在所需總流速大于當前流速并且當前流速小于源30的最大流量能力的情況 下增加源30的當前流速。在一種實施方式中，控制器50還被構(gòu)造成在某些情況下選擇性地減小流向液壓 缸32a-32c和/或馬達34的加壓流體的所需流速，如將更加詳細地描述那樣。特別是，如 果所需總流速超過能夠得到的流速，一個或多個液壓缸32a-32c和/或馬達34將不會接收 足夠的加壓流體的流量，并且工作機器10的相關(guān)運動會是不可預(yù)測的?？偟膩碚f，在控制器50確定所需總流速超過源30的能夠得到的流速時，用于一個 或多個液壓缸32a-32c和/或馬達34的所需流速通過朝著第二位置運動相關(guān)的比例控制 閥44、48來減小。這使得對于每個這樣的實體來說能夠響應(yīng)經(jīng)由操作者界面16接收的輸 入來得到加壓流體的可預(yù)測的流量，由此提供可預(yù)測的機器10和工具14的運動。綜上所述，將理解到多種系統(tǒng)的液壓部件相互作用以及可以控制的方式。下面，將 不進一步詳細描述或參考用于控制流量和運動的電子機械系統(tǒng)，但是將理解到使用以上描述的系統(tǒng)和相互關(guān)系來實施通過控制器50執(zhí)行的步驟。圖4是概念地說明機器10的控制回路的示意圖100，以有助于理解本發(fā)明。操作 者控制器101將一個或多個信號102提供給翻譯算法(翻譯模塊)103，該翻譯算法103輸 出與所需機器運動相對應(yīng)的閥控制指令104。將理解到算法103將如上所述地與來自于多 個系統(tǒng)傳感器105的輸入相結(jié)合操作。閥控制指令104經(jīng)由液壓優(yōu)先算法(平衡模塊)106 處理，與反映來自于流量估計裝置107的能夠得到的流體流量的數(shù)據(jù)相結(jié)合操作，從而產(chǎn) 生被調(diào)節(jié)的閥指令108。被調(diào)節(jié)的閥指令108進一步經(jīng)由閉環(huán)轉(zhuǎn)換裝置(閉環(huán)轉(zhuǎn)換模塊)109根據(jù)來自于 系統(tǒng)傳感器105的反饋來精確化。由于閥控制指令104和被調(diào)節(jié)的閥指令108是基于經(jīng)驗 的，并且機器10的實際操作環(huán)境和/或條件會造成這些數(shù)值的不準確性，這種操作是需要 的。閉環(huán)轉(zhuǎn)換裝置109輸出精確化的閥控制信號110。精確化的閥控制信號110被提供給 適當?shù)拈y111，以實現(xiàn)相關(guān)致動器112的運動，定性地形成所需機器運動，雖然該運動的大 小和/或速度可經(jīng)由操作者控制器101根據(jù)指令減小。在圖5的圖表300中對于所需流量和能夠得到的流體流量描述控制液壓流量的優(yōu) 先次序的閾值。圖表300呈現(xiàn)了流體在兩種功能裝置之間的競爭關(guān)系，流向一種功能裝置 的流量限定在最大許可流量301和最小許可流量302之間。能夠用于分配的流體流量表示 為能夠得到的最大流量303 (MAPF)。能夠得到的最大流量303可以通過機械止擋或通過電 子止擋來限制，例如通過扭矩限制器、功率限制器、排量限制器、流量限制器等限制。此曲線 303在中間的發(fā)動機速度下是線性的，但是由于流量限制而在較高發(fā)動機速度下是高的平 穩(wěn)部。在所示例子中，能夠得到的最大流量303同樣由于電子控制器施加的限制而在較低 發(fā)動機速度下逐漸減小。優(yōu)先閾值304根據(jù)第一執(zhí)行裝置設(shè)定最小流量水平，使得提供給第一執(zhí)行裝置的 流量將總是等于或超過優(yōu)先閾值304。雖然優(yōu)先閾值304在所示例子中是發(fā)動機速度的函 數(shù)，優(yōu)先閾值304可以另外或作為替代地是一個或多個其它機器變量或參數(shù)的函數(shù)，例如 是機器速度、連桿位置、鏟斗和/或提升臂位置、泵速度、泵壓力等的函數(shù)。最后，曲線305 表示能夠得到的最大流量303和第二(無界)執(zhí)行裝置的滿負載應(yīng)用流量。在操作中，有界執(zhí)行裝置總是確保接收到與所需流量和由優(yōu)先閾值304設(shè)定的流 量中的較小一個相對應(yīng)的流量。因此，圖表300代表了標示為區(qū)域1、區(qū)域2、區(qū)域3和區(qū)域 4的四個區(qū)域，在這些區(qū)域中流量優(yōu)先次序可以被不同地調(diào)節(jié)。在區(qū)域1中，能夠得到的最 大流量303和流向無界執(zhí)行裝置的所需流量之間的差落入此區(qū)域中。在這種情況下，不需 要在第一(有界)執(zhí)行裝置和第二(無界)執(zhí)行裝置之間優(yōu)選確定流體流量，并且因此各 自接收其所需流量。在區(qū)域2 (無界執(zhí)行裝置優(yōu)先區(qū)域)中，該系統(tǒng)可以是流量限制的，其中能夠得到 的最大流量303和流向無界執(zhí)行裝置的所需流量之間的差落入用于有界的執(zhí)行裝置的最 大流量極限以下。因此，在此區(qū)域內(nèi)，如果流向有界執(zhí)行裝置的所需流量超過能夠得到的最 大流量303和流向無界執(zhí)行裝置的所需流量之間的差，流向有界執(zhí)行裝置的流量被降低到 優(yōu)先閾值304。在區(qū)域3 (無界執(zhí)行裝置優(yōu)先區(qū)域)中，該系統(tǒng)也是流量限制的，其中能夠得到的 最大流量303和流向無界執(zhí)行裝置的所需流量之間的差落入用于有界執(zhí)行裝置的最大流量極限以下。但是，在此區(qū)域內(nèi)，如果流向有界執(zhí)行裝置的所需流量超過能夠得到的最大流 量303和流向無界執(zhí)行裝置的所需流量之間的差，流向有界執(zhí)行裝置的流量被增加到優(yōu)先 閾值304。有界執(zhí)行裝置流量的這種增加是以無界執(zhí)行裝置為代價的，該無界執(zhí)行裝置現(xiàn)在 接收略微小于所需流量的流量。在區(qū)域4 (無界執(zhí)行裝置優(yōu)先區(qū)域)中，該系統(tǒng)不是流量限制的，其中能夠得到的 最大流量303和流向無界執(zhí)行裝置的所需流量之間的差大于有界執(zhí)行裝置所需流量。在此 區(qū)域內(nèi)，每個執(zhí)行裝置接收其所需流量。在一種實施方式中，控制器50采用圖表300所示的優(yōu)先系統(tǒng)來控制有界執(zhí)行裝置 和至少一個無界執(zhí)行裝置。通過控制器50執(zhí)行的所得控制指令經(jīng)由圖6的流程圖400示 意描述。在初始狀態(tài)401，控制器確定MAPF和無界執(zhí)行裝置流量要求(Uimp_req)之間的差 是否小于0，即流量甚至不足以滿足無界執(zhí)行裝置所需流量。如果滿足這種情況，過程進行 到狀態(tài)402，并且控制器50將無界執(zhí)行裝置的初步流量(Uimp_prelim)設(shè)定成等于能夠得 到的最大流量，并進行到狀態(tài)403。否則，過程直接進行到狀態(tài)403，并且將無界執(zhí)行裝置的 初步流量(Uimp_prelim)設(shè)定成等于有界執(zhí)行裝置的流量要求(Bimp_req)。在狀態(tài)403，控制器50確定MAPF和無界執(zhí)行裝置的初步流量(Uimp_prelim)之間 的差是否大于或等于有界執(zhí)行裝置的流量要求(Bimp_req)。如果滿足此條件，過程400進 行到狀態(tài)405，并且將流量限制標示(fl0W_limited_flag)設(shè)定成等于零，將無界執(zhí)行裝置 的實際流量(Uimp_actUal)設(shè)定成等于無界執(zhí)行裝置的初步流量(Uimp_prelim)，將有界 執(zhí)行裝置的實際流量(Bimp_actUal)設(shè)定成等于有界執(zhí)行裝置的流量要求(Bimp_req)，并 進行到狀態(tài)412。如果在狀態(tài)403不滿足該條件，那么過程400將流量限制標示(floW_limited_ flag)設(shè)定成等于1并進行到狀態(tài)406。在狀態(tài)406，控制器50確定MAPF和無界執(zhí)行裝 置的初步流量(Uimp_prelim)之間的差是否超過優(yōu)先閾值(priority—threshold)。如果 滿足此條件，過程400進行到狀態(tài)407。在狀態(tài)407，過程400將無界執(zhí)行裝置的實際流 量(Uimp_actUal)設(shè)定成等于無界執(zhí)行裝置的初步流量(Uimp_prelim)，將有界執(zhí)行裝置 的實際流量(Bimp_actUal)設(shè)定成等于能夠得到的最大流量和無界執(zhí)行裝置的初步流量 (Uimp_prelim)之間的差，并進行到狀態(tài)411。否則，過程直接從狀態(tài)406進行到狀態(tài)408。在狀態(tài)408，過程400確定有界執(zhí)行裝置的流量要求(Bimp_req)是否小于優(yōu)先閾 值(priority—threshold)。如果滿足此條件，過程400進行到狀態(tài)409。在狀態(tài)409，過程 400將無界執(zhí)行裝置的實際流量(Uimp_actUal)設(shè)定成等于能夠得到的最大流量和有界 執(zhí)行裝置的流量要求(Bimp_req)之間的差。另外，控制器50將有界執(zhí)行裝置的實際流量 (Bimp_actual)設(shè)定成等于有界執(zhí)行裝置的流量要求(Bimp_req)。從狀態(tài)409，過程400進 行到狀態(tài)410。如果在狀態(tài)408沒有滿足該條件，過程400將無界執(zhí)行裝置的實際流量(Uimp_ actual)設(shè)定成等于能夠得到的最大流量和優(yōu)先閾值(priority—threshold)之間的差，將 有界執(zhí)行裝置的實際流量(Bimp_actUal)設(shè)定成等于優(yōu)先閾值(priority—threshold)，并 進行到狀態(tài)410。因此，可以看出無界執(zhí)行裝置的實際流量(Uimp_aCtUal)和有界執(zhí)行裝置的實際 流量(Bimp_actUal)將根據(jù)能夠得到的最大流量、優(yōu)選閾值304以及操作者所需流量大小被設(shè)定成四種組合之一。在第一種組合中，有足夠的流量來滿足所有要求，并且該流量不認 為受到限制。在其它三種組合中，該流量被認為受到限制，并且有界執(zhí)行裝置的實際流量 (Bimp_actual)將被設(shè)定成優(yōu)先閾值304、所需流量或作為能夠得到的最大流量和無界執(zhí) 行裝置流量要求(Uimp_req)函數(shù)的其他值。以此方式，提供給有界執(zhí)行裝置的流量從不小 于優(yōu)先閾值和該執(zhí)行裝置所需實際流量中的較小一個。在一種實施方式中，有界執(zhí)行裝置包括用于機器10轉(zhuǎn)向的一個或多個轉(zhuǎn)向致動 器，并且無界執(zhí)行裝置包括另一致動器或另一組致動器，例如與傾斜功能、提升功能相關(guān)的 致動器。優(yōu)先閾值304的上限301在此實施方式中是轉(zhuǎn)向致動器能夠適應(yīng)的最大流量。優(yōu) 先閾值304上的下限302在此實施方式中是用于轉(zhuǎn)向致動器的可接受的最小流量，例如通 過ISO 5010設(shè)定的流量。因此，流向轉(zhuǎn)向致動器的實際流量將不超過可接受的最大流量， 并且往轉(zhuǎn)向致動器的實際流量也不降低到ISO 5010規(guī)定的最小流量。在操作中，出于安全和操作者所感受的原因，這造成至少可接受的轉(zhuǎn)向能力，而在 轉(zhuǎn)向的同時不相對于其它執(zhí)行裝置造成遲緩的操作，并且在同時操作其它執(zhí)行裝置的同時 不造成不希望的緩慢轉(zhuǎn)向。因此，例如在可轉(zhuǎn)向機器的情況下，該可轉(zhuǎn)向的機器具有正在用 于將材料裝載到卡車或集裝箱的鏟斗，該機器可在鏟斗正在提升、降低或傾斜運動的同時 自由和安全地轉(zhuǎn)向。工業(yè)實用性這里描述的有界液壓流量控制系統(tǒng)的工業(yè)實用性將從以上描述中得到理解。描述 了一種技術(shù)，其中流向例如一個或多個轉(zhuǎn)向致動器的有界流量執(zhí)行裝置和例如鏟斗傾斜/ 提升/降低致動器的無界流量執(zhí)行裝置的液壓流體的流量得到控制，以便在將流向無界執(zhí) 行裝置的流量設(shè)定在用于無界流量執(zhí)行裝置的能夠得到的剩余流量和所需流量的同時，將 流向有界流量執(zhí)行裝置的流量保持在預(yù)定的界限內(nèi)。被公開的液壓系統(tǒng)適用于任何液壓致動的機器，該機器包括多個流體連接的液壓 致動器，其中希望流量分配來消除不能預(yù)料和不希望的機器運動。其中使用所公開的原理 的機器的非限定例子包括堆填壓實機、反鏟裝載機、輪式裝載機、機動平地機、輪式推土機、 鉸接式卡車等。被公開的液壓系統(tǒng)根據(jù)所需流量以及用于有界執(zhí)行裝置的優(yōu)先閾值304在 多個流體連接的液壓致動器中動態(tài)地分配加壓流體源的能夠得到的流速(例如能夠得到 的最大流量)。以此方式，在防止流向有界執(zhí)行裝置的流體流量超過最大許可流量或者防止 落到預(yù)定優(yōu)先閾值曲線304以下的同時，保持機器10和/或工具14的可預(yù)測的操作。在機器10的操作過程中，機器操作者操縱第一操作者界面裝置22和/或第二操 作者界面裝置24，以便產(chǎn)生機器10的所需運動。在此過程中，第一操作者界面裝置22和第 二操作者界面裝置24產(chǎn)生指示供應(yīng)到液壓缸32a-32c和/或馬達34的流體的所需流速， 從而實現(xiàn)所需運動。在接收這些信號之后，控制器50在與圖表300保持一致地執(zhí)行流程圖 400的過程，從而產(chǎn)生運動所述執(zhí)行裝置的實際流量要求指令。將理解到以上描述提供被公開的系統(tǒng)和技術(shù)的例子。但是，可想到其它應(yīng)用會在 細節(jié)上不同于以上例子。這里對于具體例子的所有參考用來參考當時正在描述的特殊例 子，并且一般來說不打算對權(quán)利要求的范圍或者披露形成限制。除非明確說明，相對于被描 述系統(tǒng)或本領(lǐng)域的某些特征的所有區(qū)別性和貶低性修辭只用來說明這些特征并不是優(yōu)選 的，并不是將這些特征完全排除在權(quán)利要求的范圍之外。
這里除非另外說明，這里數(shù)值范圍的列舉只打算用作對落入該范圍的每個離散數(shù) 值單獨參考的簡便方法，并且每個單獨數(shù)值如其被分別描述那樣結(jié)合到說明書中。這里除 非另外說明或者通過文字清楚地反證，這里描述的所有方法可以任何適當順序執(zhí)行。因此，所附的權(quán)利要求包括適用法律允許的所有的變型和等同方案。此外，這里除非另外說明或者通過文字清楚地反證，包含了所述元件在本發(fā)明的所有可能變型中的任何 組合。
權(quán)利要求
一種機器控制器(50)，用于提供液壓閥致動指令，以便控制流向與機器(10、70)相關(guān)的兩個或多個致動器(84)中的每個致動器的液壓流體的流量，所述控制器(50)包括控制器輸入裝置(102)，用于接收操作者指令，以便控制所述兩個或多個致動器(84)；翻譯模塊(103)，用于將所述操作者指令翻譯成第一閥控制指令和第二閥控制指令(104)；以及平衡模塊(106)，用于調(diào)節(jié)所述第一閥控制指令和第二閥控制指令(104)，以便產(chǎn)生相應(yīng)的第一被調(diào)節(jié)的閥指令和第二被調(diào)節(jié)的閥指令(108)，其中在能夠得到的最大流量(303)不足以滿足所述第一閥控制指令和第二閥控制指令(104)并且所述能夠得到的最大流量(303)和與所述第二閥控制指令相對應(yīng)的流量之間的差小于與所述第一閥控制指令相對應(yīng)的流量時，所述第一被調(diào)節(jié)的閥指令是所述第一閥控制指令和機器發(fā)動機速度的閾值函數(shù)(304)中的較小一個。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器(50)，其中在所述第一閥控制指令超過所述閾值函數(shù)(304)并且所述能夠得到的最大流量(303)和與所述第二閥控制指令相對應(yīng)的流量之間的 差小于所述閾值函數(shù)(304)時，所述第一被調(diào)節(jié)的閥指令與閾值函數(shù)(304)上的一個點相 對應(yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器(50)，其中在所述能夠得到的最大流量(303)和與所 述第二閥控制指令相對應(yīng)的流量之間的差大于與所述第一被調(diào)節(jié)的閥指令相對應(yīng)的流量 時，所述第一被調(diào)節(jié)的閥指令與所述第一閥控制指令相對應(yīng)。
4.如權(quán)利要求1所述的控制器(50)，還包括閉環(huán)轉(zhuǎn)換模塊(109)，所述閉環(huán)轉(zhuǎn)換模塊用 于響應(yīng)系統(tǒng)傳感器數(shù)據(jù)(105)來調(diào)整所述被調(diào)節(jié)的閥指令(108)，從而改善所述被調(diào)節(jié)的 閥指令(108)的精度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器(50)，其中所述操作者指令來自于一個或多個操作者 致動控制器(22、24)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制器(50)，其中所述一個或多個操作者致動控制器(22、 24)包括踏板控制器(24)和多軸操作者界面裝置(22)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器(50)，其中優(yōu)先閾值(304)流速是所述發(fā)動機速度的 函數(shù)，并且包括兩個連續(xù)的線性部分，即包括增加到最大數(shù)值(301)的第一線性增加部分 和處于最大數(shù)值(301)的第二恒定部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器(50)，其中所述翻譯模塊(109)和平衡模塊(106)包 括記錄在計算機可讀取介質(zhì)上的計算機可讀取指令，所述控制器(50)還包括用于執(zhí)行所 述計算機可讀取指令的至少一個微型處理器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的控制器(50)，還包括用于執(zhí)行所述計算機可讀取指令的第二 微型處理器。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的控制器(50)，其中所述平衡模塊(106)被聯(lián)接到流量估計 裝置(107)，以便接收能夠得到的流體流量的估計值。
全文摘要
一種在機器(10)內(nèi)的致動器(32A、32B、32C、34)之間分配液壓流體的方法，該方法接收第一指令，以使第一所需流體流量提供給第一致動器，其中第一致動器是例如轉(zhuǎn)向致動器(34)的有界致動器，并且接收第二指令，以使第二所需流體流量提供給第二致動器。該系統(tǒng)調(diào)節(jié)第一和第二指令(104)，以產(chǎn)生與被調(diào)節(jié)的第一和第二流體流量相對應(yīng)的被調(diào)節(jié)的第一和第二指令(108)，使得被調(diào)節(jié)的第一和第二流體流量的總和小于或等于能夠得到的最大流量(303)，并且被調(diào)節(jié)的第一流體流量滿足或超過第一所需流體流量和閾值曲線(304)中的較小值，該閾值曲線(304)是發(fā)動機速度或其它變量的函數(shù)。
文檔編號E02F9/22GK101809234SQ200880109177
公開日2010年8月18日 申請日期2008年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月28日
發(fā)明者B·D·施穆克, B·D·霍夫, S·C·巴德 申請人:卡特彼勒公司