專利名稱：使用前饋控制的液壓控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明整體涉及液壓控制系統(tǒng)，更具體地，涉及使用前饋控制的液壓控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
諸如挖掘機(jī)、裝載機(jī)、推土機(jī)和自動(dòng)平地機(jī)的機(jī)械通常使用供給有來(lái)自液壓泵的液壓流體的多個(gè)工具致動(dòng)器來(lái)執(zhí)行多種任務(wù)。這些工具致動(dòng)器通常被先導(dǎo)控制，使得隨著操作者運(yùn)動(dòng)輸入裝置(例如控制桿)，一定量的先導(dǎo)流體被引導(dǎo)至工具控制閥以使得工具控制閥運(yùn)動(dòng)。隨著工具控制閥運(yùn)動(dòng)，成比例的量的流體被從泵引導(dǎo)至工具致動(dòng)器。已經(jīng)執(zhí)行了多種液壓控制策略來(lái)控制在泵和工具致動(dòng)器之間的流體流量，包括負(fù)載感測(cè)控制策略。負(fù)載感測(cè)控制策略測(cè)量多個(gè)工具致動(dòng)器的最大負(fù)載壓力與泵輸送壓力之間的壓差。通?？刂破鹘邮諌翰顢?shù)據(jù)并且控制泵的排量以輸送最大負(fù)載需求。更具體地，負(fù)載感測(cè)控制系統(tǒng)意圖控制泵的排量以保持泵輸送壓力和最大負(fù)載壓力之間希望的緩沖壓力。為了保持泵控制穩(wěn)定性，泵通常被控制以過(guò)高的壓力輸送流體，以確保最大負(fù)載壓力對(duì)于工具致動(dòng)器可用。于2002年4月23日授權(quán)予Du等人的美國(guó)專利No. 6374722 (，722專利)中說(shuō)明了一種用于調(diào)節(jié)泵輸出的控制系統(tǒng)。’ 722專利說(shuō)明了一種系統(tǒng)，其具有可變排量泵、控制器、傳感器、伺服閥、伺服機(jī)構(gòu)和伺服控制，所述伺服控制可操作以指令調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)斜盤傾斜角度，從而調(diào)節(jié)泵的排出壓力。在’ 722專利中，控制器基于泵排出壓力指令調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)斜盤傾斜角度。傳感器產(chǎn)生表示泵排出壓力的信號(hào)，并且將該信號(hào)發(fā)送至控制器。當(dāng)接收到信號(hào)并且確定錯(cuò)誤時(shí)，控制器指令伺服閥的伺服機(jī)構(gòu)改變旋轉(zhuǎn)斜盤傾斜角度，從而調(diào)整泵的輸出。雖然’ 722專利的系統(tǒng)可以提高泵排出壓力的調(diào)節(jié)精確性，但是仍然存在一些缺點(diǎn)。例如，出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)間與修正錯(cuò)誤時(shí)間之間的延時(shí)可能導(dǎo)致系統(tǒng)響應(yīng)延遲。此外，由于延時(shí)，系統(tǒng)可能難以調(diào)節(jié)并且具有不穩(wěn)定性。本發(fā)明的系統(tǒng)旨在克服上述一個(gè)或多個(gè)問(wèn)題和/或現(xiàn)有系統(tǒng)的其他問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種液壓控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以包括泵和能夠通過(guò)所述泵提供的受壓流體流使得工具運(yùn)動(dòng)的工具致動(dòng)器。該系統(tǒng)還可以包括工具控制閥，其能夠控制去往所述工具致動(dòng)器的受壓流體流。該系統(tǒng)還可以包括控制器，其能夠操作地與所述工具控制閥和所述泵連接。所述控制器能夠接收工具運(yùn)動(dòng)要求。所述控制器還能夠估計(jì)與所述工具運(yùn)動(dòng)要求相關(guān)聯(lián)的經(jīng)過(guò)所述工具控制閥的流量需求變化。所述控制器還能夠基于估計(jì)的所述流量需求變化指令調(diào)整所述泵的排出流動(dòng)速率，以滿足所述工具運(yùn)動(dòng)要求。在另一方面，本發(fā)明涉及一種用于通過(guò)液壓控制系統(tǒng)控制工具的運(yùn)動(dòng)的方法。該方法可以包括通過(guò)泵將流體加壓。此外，該方法還可以包括接收運(yùn)動(dòng)所述工具的操作者指令以及基于運(yùn)動(dòng)所述工具的操作者指令估計(jì)所述液壓控制系統(tǒng)中的流量需求變化。該方法還可以包括基于所估計(jì)的所述流量需求變化調(diào)整所述泵的排出流動(dòng)速率。另外該方法還可以包括基于所述操作者指令引導(dǎo)受壓流體的至少一部分以運(yùn)動(dòng)所述工具。


圖1是一種示例性的機(jī)械的示意圖；圖2是可以用于圖1的機(jī)械的一種示例性的液壓控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)圖；且圖3是圖2的液壓控制系統(tǒng)所執(zhí)行的一種示例性的前饋和負(fù)載感測(cè)控制過(guò)程的流程圖。
具體實(shí)施例方式圖1示出機(jī)械10的一種示例性的實(shí)施方式。機(jī)械10可以是能夠執(zhí)行一項(xiàng)或多項(xiàng)任務(wù)的運(yùn)動(dòng)或固定機(jī)械。例如，機(jī)械10可以是用于建筑工業(yè)的前端式裝載機(jī)?？梢韵氲?， 機(jī)械10可以用于多種產(chǎn)業(yè)，例如運(yùn)輸業(yè)、礦業(yè)、農(nóng)業(yè)或任何其他產(chǎn)業(yè)。在本實(shí)施方式中，機(jī)械10可以包括工具12、操作者站14、一個(gè)或多個(gè)牽引裝置16和功率源18。工具12可以包括多種不同的執(zhí)行器，例如斗、叉、鉆、刷、吊升裝置或本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚的任何其他執(zhí)行器。工具12的運(yùn)動(dòng)可以由一個(gè)或多個(gè)工具致動(dòng)器引起，包括例如第一工具致動(dòng)器20和第二工具致動(dòng)器22(圖2示出)，可以從操作者站14控制工具致動(dòng)器。第一工具致動(dòng)器20和第二工具致動(dòng)器22可以是能夠運(yùn)動(dòng)工具12(參見(jiàn)圖1)的一對(duì)鄰近的、雙動(dòng)式液壓致動(dòng)器。操作者站14可以包括用于操作和駕駛機(jī)械10的控制裝置。一種控制裝置可以包括工具控制裝置，例如可操作地通過(guò)第一和第二工具致動(dòng)器20、22來(lái)調(diào)節(jié)工具12的運(yùn)動(dòng)的控制桿M。當(dāng)被機(jī)械操作者操作時(shí)，控制桿24可以啟動(dòng)對(duì)液壓控制系統(tǒng)沈的指令，以調(diào)節(jié)到第一和第二工具致動(dòng)器20、22的受壓流體流(例如液壓流體)以運(yùn)動(dòng)工具12。控制桿M可以調(diào)節(jié)到第一和第二工具致動(dòng)器20、22的流動(dòng)速率和方向，從而控制工具12的運(yùn)動(dòng)速度和方向?，F(xiàn)在參照?qǐng)D2，功率源18可以向與第一和第二工具致動(dòng)器20、22相關(guān)聯(lián)的液壓控制系統(tǒng)沈提供功率。功率源18可以是發(fā)動(dòng)機(jī)，例如柴油機(jī)、汽油機(jī)、天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)或本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚的任何其他發(fā)動(dòng)機(jī)。在至少一種實(shí)施方式中，功率源18能夠通過(guò)軸觀向液壓控制系統(tǒng)沈提供基本恒定的轉(zhuǎn)動(dòng)功率。液壓控制系統(tǒng)沈可以包括液壓回路30和控制器32?？刂破?2可以控制液壓控制系統(tǒng)沈的多個(gè)部件以控制經(jīng)過(guò)液壓回路30的流體流。液壓回路30可以包括用于引導(dǎo)液壓控制系統(tǒng)沈中的受壓流體流的多個(gè)液壓部件。例如，液壓回路30可以包括儲(chǔ)液槽34、 泵36、第一工具致動(dòng)器20、第二工具致動(dòng)器22和其他部件，下面將進(jìn)行討論。泵36可以使用功率源18提供的轉(zhuǎn)動(dòng)功率以從儲(chǔ)液槽34抽取流體并且將流體加壓以便第一和第二工具致動(dòng)器20、22使用?？刂破?2可以操作地連接至泵36、第一和第二工具致動(dòng)器20、22以及功率源18，以選擇性地引導(dǎo)受壓流體以使得連接至第一和第二工具致動(dòng)器20、22的工具12 運(yùn)動(dòng)。泵36可以從儲(chǔ)液槽34抽吸流體并且將流體加壓以便在流體回路30中使用。泵 36可以是例如具有可傾斜的旋轉(zhuǎn)斜盤38的可變排量液壓泵。泵36可以經(jīng)由泵輸入端口40從儲(chǔ)液槽34抽取流體并且在壓力下以與旋轉(zhuǎn)斜盤38的傾斜角度α和軸觀的轉(zhuǎn)速相應(yīng)的排出流動(dòng)速率將流體輸送至液壓通道42。泵36的排出流動(dòng)速率可以通過(guò)使用諸如傾斜致動(dòng)器44的泵致動(dòng)器改變傾斜角度 α來(lái)控制。在最大傾斜角度α?xí)r，傾斜致動(dòng)器44可以導(dǎo)致泵36的排出流動(dòng)速率最大。相對(duì)的，在最小傾斜角度α?xí)r，傾斜致動(dòng)器44可以導(dǎo)致泵36的排出流動(dòng)速率最小。這樣，排出流動(dòng)速率、以及因此液壓回路30的壓力可以主要通過(guò)傾斜致動(dòng)器44控制旋轉(zhuǎn)斜盤38的運(yùn)動(dòng)來(lái)調(diào)節(jié)。傾斜致動(dòng)器44可以是能夠調(diào)整傾斜角度α并從而調(diào)整泵36的排出流動(dòng)速率的任何部件。在一種示例性的實(shí)施方式中，傾斜致動(dòng)器44可以包括被布置成形成第一室50和第二室52的氣缸46和活塞48。第一室50可以通過(guò)第一室通道M恒定地供給來(lái)自泵36 的受壓流體。第二室52可以通過(guò)第二室通道56選擇性地供給或排放流體。泵控制閥58可以與第二室通道56相連地定位，以控制去往和來(lái)自第二室52的流體流，從而調(diào)整旋轉(zhuǎn)斜盤38的傾斜角度α。泵控制閥58可以是多種類型的控制閥之一，包括例如柱形閥。在一個(gè)例子中，泵控制閥58可以是三通比例柱形閥。S卩，泵控制閥58可以在三個(gè)操作狀態(tài)之間無(wú)級(jí)可變(下文將具體討論)，在這些操作狀態(tài)下流體流選擇性地從三個(gè)單獨(dú)的通道經(jīng)過(guò)或者阻隔?？梢允褂帽每刂崎y致動(dòng)器來(lái)致動(dòng)泵控制閥58。例如，可以使用螺線管、伺服機(jī)構(gòu)、 先導(dǎo)操作機(jī)構(gòu)、或本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何其他方式致動(dòng)泵控制閥58。如圖2的實(shí)施方式所示，螺線管60可以通過(guò)控制器32供能以使得泵控制閥58在第一、第二和第三狀態(tài)之間運(yùn)動(dòng)。在第一狀態(tài)下(圖2所示)，泵控制閥58可以基本阻塞液壓通道42和第二室通道 56之間的流體流。此外，在第一狀態(tài)下，也可以基本阻止第二室通道56和泵排放通道62之間的流體流。在第一狀態(tài)下，旋轉(zhuǎn)斜盤38的傾斜角度α的調(diào)整基本不會(huì)出現(xiàn)。在第二狀態(tài)下，泵控制閥58可以將第二室通道56與泵排放通道62連接，使得根據(jù)柱塞在泵控制閥58中的相對(duì)位置可變的量的流體從第二室52流向儲(chǔ)液槽34，有效地使第二室52減壓。在該狀態(tài)下，第一室50中的受壓流體可以使得活塞48縮回至氣缸46中， 從而減小傾斜致動(dòng)器44的有效長(zhǎng)度并且增大旋轉(zhuǎn)斜盤38的傾斜角度α。在第三狀態(tài)下，泵控制閥58可以通過(guò)液壓通道42將泵36的輸出與第二室通道56 連接，使得根據(jù)柱塞在泵控制閥58中的相對(duì)位置可變的量的流體進(jìn)入第二室52。在該狀態(tài)下，流入第二室52的受壓流體可以作用于活塞48，導(dǎo)致活塞48延伸(即擴(kuò)大第二室52的體積)，從而增大傾斜致動(dòng)器44的有效長(zhǎng)度并且減小旋轉(zhuǎn)斜盤38的傾斜角度α。替代地， 可以想到，如果希望的話，傾斜致動(dòng)器44可以被重新配置成使得活塞48延伸可以導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)斜盤38的傾斜角度α增大，且活塞48縮回可以導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)斜盤38的傾斜角度α減小。在第二狀態(tài)或第三狀態(tài)，泵控制閥58的柱塞的位置可以在一定范圍內(nèi)改變，以改變?nèi)ネ騺?lái)自傾斜致動(dòng)器44的流動(dòng)速率。工具控制閥64可以經(jīng)由液壓通道42接收來(lái)自泵36的受壓流體流，以將流體供給至第一和第二工具致動(dòng)器20、22中以使得工具12運(yùn)動(dòng)。流體可以根據(jù)工具控制閥64的操作狀態(tài)經(jīng)由第一工具供給通道66 (即用于延伸工具致動(dòng)器20、2幻或第二工具通道68 (即用于縮回工具致動(dòng)器20、2幻引導(dǎo)至第一和第二工具致動(dòng)器20、22。來(lái)自第一和第二工具致動(dòng)器20、22的流體可以經(jīng)由工具排放通道70排放。工具控制閥64可以由工具控制閥致動(dòng)器致動(dòng)，包括例如伺服機(jī)構(gòu)、螺線管、先導(dǎo)控制機(jī)構(gòu)或本領(lǐng)域已知的任何其他方式。如圖 2的實(shí)施方式所示，伺服機(jī)構(gòu)72可以由控制器32供能以運(yùn)動(dòng)工具控制閥64，從而使得工具 12運(yùn)動(dòng)。機(jī)械操作者可以使用控制桿M指令工具12的運(yùn)動(dòng)，且控制傳感器74可以被布置成產(chǎn)生表示操作者指令的信號(hào)。即，控制傳感器74可以產(chǎn)生并且向控制器32傳送與控制桿M從空檔位置的位移成比例的信號(hào)。該信號(hào)可以被控制器32接收，并且控制器32可以確定指令(下文具體討論)以響應(yīng)地向伺服機(jī)構(gòu)72供能以使得工具控制閥64運(yùn)動(dòng)相應(yīng)的量，從而導(dǎo)致第一和第二工具致動(dòng)器20、22被希望地調(diào)整以運(yùn)動(dòng)工具12?？刂破?2可以實(shí)施為包括用于控制和操作液壓控制系統(tǒng)沈的部件的裝置的多個(gè)微處理器，或單個(gè)微處理器。關(guān)聯(lián)多個(gè)系統(tǒng)參數(shù)的一個(gè)或多個(gè)映射可以被存儲(chǔ)在控制器32 的存儲(chǔ)器中。每個(gè)映射可以包括表格、曲線圖、等式和/或其他適當(dāng)形式的數(shù)據(jù)集。映射可以由控制器32或操作者自動(dòng)地或手動(dòng)地選擇和/或修正以影響附接至機(jī)械10的部件的致動(dòng)。也可以想到，液壓控制系統(tǒng)沈可以允許控制器32替代使用映射地使用其他控制函數(shù) (例如等式、查閱表)。在第一和第二工具致動(dòng)器20、22根據(jù)操作者輸入延伸或縮回以使得工具12運(yùn)動(dòng)時(shí)，流入第一和第二工具致動(dòng)器20、22的流體可以影響經(jīng)過(guò)工具控制閥64的壓力。經(jīng)過(guò)工具控制閥64的壓降可以通過(guò)一個(gè)或多個(gè)壓力傳感器感測(cè)。例如，第一壓力傳感器76可以沿著液壓通道42定位以感測(cè)泵36和工具控制閥64之間的流體壓力。更具體地，第一壓力傳感器76可以被定位成緊鄰工具控制閥64。類似地，第二壓力傳感器78可以沿著第一工具供給通道66定位，以感測(cè)例如工具12延伸期間工具控制閥64和第一和第二工具致動(dòng)器 20,22之間的流體壓力。同樣，第三壓力傳感器80可以沿著第二工具供給通道68定位，以感測(cè)例如工具12縮回期間工具控制閥64和第一和第二工具致動(dòng)器20、22之間的流體壓力。第一、第二和第三壓力傳感器76、78、80可以向控制器32傳送壓力信號(hào)。控制器32可以從第一、第二和第三壓力傳感器76、78、80接收壓力信號(hào)并且比較這些信號(hào)以確定經(jīng)過(guò)工具控制閥64的實(shí)際壓力梯度值?？刂破?2可以將使得經(jīng)過(guò)工具控制閥64的實(shí)際壓力梯度值與一個(gè)或多個(gè)預(yù)定壓力梯度值相關(guān)聯(lián)的負(fù)載感測(cè)控制映射100存儲(chǔ)在其存儲(chǔ)器中。可以想到，負(fù)載感測(cè)控制映射100可以包括用于不同操作狀況的多種預(yù)定的壓力梯度值。但是，也可以想到，可以存儲(chǔ)用于在所有操作狀況下使用的單個(gè)預(yù)定的壓力梯度值。使用負(fù)載感測(cè)控制映射100時(shí)，如果控制器32確定經(jīng)過(guò)工具控制閥64的實(shí)際壓力梯度值相對(duì)于預(yù)定壓力梯度值偏移大于可接受的量，控制器32可以識(shí)別錯(cuò)誤并且產(chǎn)生負(fù)載感測(cè)控制信號(hào)以調(diào)節(jié)泵控制閥58?；谪?fù)載感測(cè)控制信號(hào)，控制器32可以使得泵控制閥58改變到傾斜致動(dòng)器44的流體流。例如，如果實(shí)際壓力梯度值小于預(yù)定壓力梯度值，控制器32可以指令泵控制閥58 在第二狀態(tài)下操作，從而增大泵36的排出流動(dòng)速率。相反，如果實(shí)際壓力梯度值大于預(yù)期， 控制器32可以指令泵控制閥58在第三狀態(tài)下操作，從而減小泵36的排出流動(dòng)速率。這樣， 至少可以在液壓控制系統(tǒng)26的流量需求不是過(guò)度地突然或瞬態(tài)時(shí)傾向于保持經(jīng)過(guò)工具控制閥64的壓力梯度基本恒定。為了使得控制器32指令泵控制閥58的運(yùn)動(dòng)，可以使用與泵控制閥58的操作相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)泵控制閥映射。例如，控制器32可以將使得泵控制閥58的位置與泵36的排出流動(dòng)速率相關(guān)的泵控制閥位置映射102存儲(chǔ)在其存儲(chǔ)器中。泵控制閥位置映射102可以被控制器32用于確定獲得希望的傾斜致動(dòng)器44的運(yùn)動(dòng)需要的工具控制閥58的位置的調(diào)整。在一些情況下，可能有必要計(jì)算螺旋管60用以適當(dāng)?shù)囟ㄎ槐每刂崎y58以獲得希望的流體流動(dòng)速率所需要的力。為便于進(jìn)行該計(jì)算，控制器32可以將使得泵控制閥58的位置與使泵控制閥58運(yùn)動(dòng)就位所需要的力(例如流體壓力)相關(guān)的泵控制閥力映射104存儲(chǔ)在其存儲(chǔ)器中。具體來(lái)說(shuō)，泵控制閥力映射104可以包含與克服螺旋管60作用的諸如復(fù)位彈簧82的偏置裝置相關(guān)聯(lián)的常數(shù)“k”，并且使得螺線管60運(yùn)動(dòng)泵控制閥58所需要的相應(yīng)的力與激勵(lì)電流相關(guān)，這能夠幫助控制器32指令泵36的排出流動(dòng)速率的調(diào)整。此外，控制器32可以將使得激勵(lì)電流和/或流體壓力與需要的螺線管的力相關(guān)的泵控制閥電流映射 106存儲(chǔ)在其存儲(chǔ)器中。即，泵控制閥電流映射106也可以幫助控制器32指令泵36的排出流動(dòng)速率的調(diào)整。為了改進(jìn)液壓控制系統(tǒng)沈的響應(yīng)性，可以使用前饋控制。雖然可以想到，前饋控制可以作為負(fù)載感測(cè)控制的替代使用，但是可能希望將前饋與負(fù)載感測(cè)結(jié)合地使用，以利用前饋控制的響應(yīng)特性和負(fù)載感測(cè)控制的驗(yàn)證前饋調(diào)整的準(zhǔn)確性并且修正任何不準(zhǔn)確的能力。前饋控制能夠估計(jì)與機(jī)械操作者對(duì)工具12的工具運(yùn)動(dòng)要求相關(guān)聯(lián)的流量需求變化。 此外，前饋控制能夠估計(jì)經(jīng)過(guò)工具控制閥64的壓力梯度的變化。估計(jì)的壓力梯度變化可以與估計(jì)的流量需求變化相關(guān)，并且可以與工具12的激活相關(guān)聯(lián)。例如，從泵36流入液壓通道42的流體可能傾向于在液壓通道42中形成壓力上升。替代地，流出液壓通道42并進(jìn)入第一和第二工具致動(dòng)器20、22的流體可能傾向于在液壓通道42中形成壓力下降?；诠烙?jì)的流量需求變化，前饋控制可以調(diào)節(jié)泵36的排出流動(dòng)速率并且可以對(duì)由工具12的致動(dòng)導(dǎo)致的經(jīng)過(guò)工具控制閥64的壓力變化進(jìn)行補(bǔ)償。前饋控制可以用于在液壓控制系統(tǒng)沈要求前或要求時(shí)改變流體供給。這里使用的前饋控制可以指以預(yù)定的方式對(duì)估計(jì)的擾動(dòng)作出響應(yīng)的控制系統(tǒng)。例如，當(dāng)指令工具12的運(yùn)動(dòng)時(shí)，前饋控制可以在出現(xiàn)相應(yīng)的壓力變化的大約同時(shí)響應(yīng)估計(jì)的流量需求變化?？梢韵氲?，前饋控制可以調(diào)整泵36 的排出流動(dòng)速率，以適應(yīng)經(jīng)過(guò)工具控制閥64的估計(jì)的流量需求變化。泵36的排出流動(dòng)速率的調(diào)整可能在控制器32通過(guò)工具控制閥64指令工具12的致動(dòng)的大約同時(shí)或者之前發(fā)生。在前饋控制的一種示例性的實(shí)施方式中，控制器32可以接收控制傳感器74產(chǎn)生的信號(hào)。這些信號(hào)例如可以表示機(jī)械操作者所操縱的控制桿M的位置。在接收到控制傳感器74產(chǎn)生的信號(hào)時(shí)，控制器32可以開(kāi)始計(jì)算前饋控制響應(yīng)。前饋控制響應(yīng)可以包括控制器32作出的大致在工具12如機(jī)械操作者指令地運(yùn)動(dòng)的同時(shí)或之前調(diào)整泵36的排出流動(dòng)速率的指令。前饋控制響應(yīng)可以由控制器32使用存儲(chǔ)在控制器32的存儲(chǔ)器中的前饋控制映射 108確定。例如，控制器32可以將從控制傳感器74接收的信號(hào)與前饋控制映射108進(jìn)行比較，所述前饋控制映射108使工具運(yùn)動(dòng)要求(即控制桿M的位置)與泵36的排出流動(dòng)速率的變化相關(guān)。然后，控制器32可以使用前饋控制映射108來(lái)估計(jì)第一和第二工具致動(dòng)器 20,22運(yùn)動(dòng)工具12所要求的流量需求變化。例如，如果操作者啟動(dòng)表示流量需求增加的工具運(yùn)動(dòng)要求，控制器32可以增加泵36的排出流動(dòng)速率。相反，如果操作者啟動(dòng)表示流量需求減小的工具運(yùn)動(dòng)要求，控制器32可以減小泵36的排出流動(dòng)速率。在確定泵36的新的排出流動(dòng)速率時(shí)，控制器32可以執(zhí)行與泵控制閥58相關(guān)的泵控制閥映射102、104、106中的至少一個(gè)，以確定控制器32給泵控制閥58的螺線管60的指令。即，控制器32可以使用泵控制閥位置映射102，泵控制閥位置映射102可以使泵36的排出流動(dòng)速率與泵控制閥58調(diào)整傾斜致動(dòng)器44以執(zhí)行泵36的變化的排出流動(dòng)速率所要求的位置相關(guān)。因?yàn)楸每刂崎y58可以被復(fù)位彈簧82偏置，控制器32可以使用包含彈簧常數(shù)“k”的泵控制閥力映射104，以確定螺旋管60運(yùn)動(dòng)泵控制閥58所要求的力。最后，控制器32可以使用泵控制閥電流映射106，泵控制閥電流映射106可以使將泵控制閥58運(yùn)動(dòng)至導(dǎo)致泵36的變化的排出流動(dòng)速率所要求的位置所需要的力與螺線管60要求的激勵(lì)電流相關(guān)。在控制器32指示流量需求增大的情況下，控制器32可以例如指令泵控制閥58進(jìn)入其第二狀態(tài)以增加泵36的排出流動(dòng)速率。同樣，在控制器32指示流量需求減小的情況下，控制器32可以例如指令泵控制閥58進(jìn)入其第三狀態(tài)以減小泵36的排出流動(dòng)速率?？梢韵氲剑刂破?2可以通過(guò)指令前饋控制響應(yīng)結(jié)合負(fù)載感測(cè)控制響應(yīng)來(lái)調(diào)整泵36的排出流動(dòng)速率。這些響應(yīng)中的每個(gè)可以由控制器32指令以獨(dú)立地或大致同時(shí)地進(jìn)行，如下文將更具體說(shuō)明的。為了根據(jù)來(lái)自控制桿M的操作者輸入來(lái)控制工具12，控制器32也可以利用來(lái)自控制傳感器74的信號(hào)來(lái)指令工具控制響應(yīng)指令?？刂破?2可以在指令前饋控制響應(yīng)的大致同時(shí)或正好之后指令工具控制響應(yīng)指令?？刂破?2可以執(zhí)行工具控制響應(yīng)指令，以根據(jù)機(jī)械操作者的希望致動(dòng)第一和第二工具致動(dòng)器20、22以運(yùn)動(dòng)工具12?？刂破?2可以將工具控制映射110存儲(chǔ)在其存儲(chǔ)器中，工具控制映射110使工具運(yùn)動(dòng)要求與工具控制閥64的流體輸出相關(guān)。工具控制映射110可以被用于確定工具控制閥64的流體輸出變化。為了根據(jù)確定的工具控制閥64的流體輸出變化指令工具控制閥64 的調(diào)整，控制器32可以將工具指令映射112存儲(chǔ)在其存儲(chǔ)器中，工具指令映射可以使所確定的工具控制閥64的流體輸出變化與工具控制閥64的位置相關(guān)。當(dāng)確定了工具控制閥64所要求的位置時(shí)，控制器32可以指令伺服機(jī)構(gòu)72例如通過(guò)使流體經(jīng)過(guò)第一和第二供給通道66、68之一和經(jīng)由排放通道70將流體排入儲(chǔ)液槽34中來(lái)調(diào)整工具控制閥64以運(yùn)動(dòng)工具12。工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明的液壓控制系統(tǒng)可能適用于調(diào)節(jié)泵的排出流動(dòng)速率的任何機(jī)械中。所公開(kāi)的技術(shù)方案可以特別適用于液壓工具系統(tǒng)，特別是用于活動(dòng)機(jī)械的車載液壓工具系統(tǒng)。如圖3所示，機(jī)械操作者可以通過(guò)執(zhí)行前饋控制結(jié)合負(fù)載感測(cè)控制以調(diào)整泵36的排出流動(dòng)速率以滿足機(jī)械10的可變流量需求，從而啟動(dòng)調(diào)節(jié)液壓控制系統(tǒng)沈的操作的過(guò)程。在液壓控制系統(tǒng)沈的操作期間，機(jī)械操作者可以例如通過(guò)控制桿M提供操作者輸入， 以啟動(dòng)工具運(yùn)動(dòng)要求(步驟200)。操作者輸入可以通過(guò)控制傳感器74感測(cè)(步驟202)， 控制傳感器74可以產(chǎn)生操作者輸入信號(hào)(例如工具運(yùn)動(dòng)要求)，操作者輸入信號(hào)被轉(zhuǎn)發(fā)至控制器32。操作者輸入信號(hào)(例如工具運(yùn)動(dòng)要求)可以被控制器32接收并且可以與一個(gè)或多個(gè)映射結(jié)合使用以產(chǎn)生至少兩個(gè)響應(yīng)信號(hào)(例如前饋?lái)憫?yīng)信號(hào)或工具響應(yīng)信號(hào))?？刂破?2可以使用一個(gè)或多個(gè)映射確定前饋?lái)憫?yīng)信號(hào)。更特別地，控制器32可以例如使用前饋控制映射108來(lái)估計(jì)由于操作者輸入導(dǎo)致經(jīng)過(guò)工具控制閥64的流量需求的變化(步驟204)。為了對(duì)估計(jì)的流量需求變化以及相應(yīng)有關(guān)的壓力梯度變化進(jìn)行補(bǔ)償， 控制器32可以確定足以滿足估計(jì)的流量需求速率的泵36的排出流動(dòng)速率的調(diào)整。此外， 控制器32可以執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)泵控制閥映射102、104、106以確定足以執(zhí)行泵36的排出流動(dòng)速率調(diào)整的用于泵控制閥58的指令(步驟206)。一旦控制器32估計(jì)用于前饋控制的泵排出流動(dòng)速率的調(diào)整并且確定用于泵控制閥58的指令，控制器32可以指令泵控制閥58調(diào)整傾斜致動(dòng)器44，以根據(jù)估計(jì)的流量需求變化修正泵36的排出流動(dòng)速率(步驟208)。然后或同時(shí)，控制器32可以使用一個(gè)或多個(gè)映射產(chǎn)生工具響應(yīng)信號(hào)。更特別地， 控制器32可以使用工具控制映射110利用由控制傳感器74感測(cè)的操作者輸入確定工具響應(yīng)信號(hào)，并且使用工具指令映射112確定如何指令工具控制閥64來(lái)執(zhí)行工具控制(步驟 210)。然后控制器32可以將工具控制響應(yīng)指令發(fā)送至伺服機(jī)構(gòu)72以調(diào)整工具控制閥64， 工具控制閥64可以延伸或縮回第一和第二工具致動(dòng)器20、22以使得工具12運(yùn)動(dòng)(步驟 212)。到第一和第二工具致動(dòng)器20、22的流體流可以導(dǎo)致經(jīng)過(guò)工具控制閥64的壓降變化， 這可以由第一、第二和第三壓力傳感器76、78、80感測(cè)?？刂破?2可以通過(guò)首先從第一、第二和第三壓力傳感器76、78、80接收壓力信號(hào)來(lái)確定實(shí)際壓力梯度值，從而執(zhí)行負(fù)載感測(cè)控制(步驟214)。控制器32可以執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)映射以響應(yīng)于負(fù)載感測(cè)控制確定泵排出流動(dòng)調(diào)整。更具體地，控制器32可以執(zhí)行負(fù)載感測(cè)控制映射100來(lái)確定是否有錯(cuò)誤。即，當(dāng)實(shí)際壓力梯度值相對(duì)于預(yù)定的壓力梯度值偏移大于可接受的量時(shí)可以定義錯(cuò)誤(步驟216)。基于在實(shí)際壓力梯度值和預(yù)定壓力梯度值之間確定的錯(cuò)誤，控制器32可以通過(guò)將錯(cuò)誤與負(fù)載感測(cè)控制映射100中的修正因子進(jìn)行比較來(lái)啟動(dòng)指令以修正錯(cuò)誤。此外，控制器32可以執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)泵控制閥映射102、104、106 來(lái)確定用于泵控制閥58修正錯(cuò)誤的指令(步驟206)。一旦控制器32確定用于負(fù)載感測(cè)控制的修正因子并確定用于泵控制閥58基于錯(cuò)誤調(diào)整排出流動(dòng)速率的指令，控制器32可以指令泵控制閥58調(diào)整傾斜致動(dòng)器44，從而調(diào)整泵36的排出流動(dòng)速率。在第一個(gè)例子中，機(jī)械操作者可以指令工具12以對(duì)應(yīng)于例如最大舉升速率的百分之二十的速率舉升?，F(xiàn)在參照?qǐng)D3，機(jī)械操作者可以通過(guò)操縱控制桿M指令該舉升速率。作為操作者指令的結(jié)果，控制傳感器74可以產(chǎn)生表示百分之二十的希望工具舉升速率的信號(hào)(例如工具運(yùn)動(dòng)要求)。當(dāng)接收到信號(hào)時(shí)，控制器32可以執(zhí)行與泵控制閥映射102、 104、106結(jié)合的前饋控制映射108，以確定將泵控制閥58調(diào)整至第二狀態(tài)以增加泵36的排出輸出的指令。在執(zhí)行前饋控制的同時(shí)或大致同時(shí)，控制器32可以通過(guò)工具控制映射110 和工具指令映射112執(zhí)行工具控制，以指令工具控制閥64運(yùn)動(dòng)工具12。此外，控制器32 可以通過(guò)使用第一、第二和第三壓力傳感器76、78、80來(lái)執(zhí)行負(fù)載感測(cè)控制，以監(jiān)控經(jīng)過(guò)工具控制閥64的壓力梯度。在接收到壓力信號(hào)時(shí)，控制器32可以執(zhí)行與泵控制閥映射102、 104,106結(jié)合的負(fù)載感測(cè)控制映射100，以確定實(shí)際壓降值與預(yù)定壓降相比是否偏移大于可接受的量，然后根據(jù)泵36的排出流動(dòng)速率的調(diào)整來(lái)確定調(diào)整泵控制閥58的指令。S卩，負(fù)載感測(cè)控制可以幫助確定前饋控制是否錯(cuò)誤估計(jì)了流量需求。例如，在前饋控制過(guò)度估計(jì)流量需求的情況下，控制器32可以指令泵36的排出流動(dòng)速率的修正性減小。在第二個(gè)例子中，機(jī)械操作者可以將舉升速率從對(duì)應(yīng)于最大舉升速率的百分之二十的舉升速率向下調(diào)整至對(duì)應(yīng)于最大舉升速率的百分之五的速率。機(jī)械操作者可以通過(guò)操縱控制桿M指令該舉升速率。由于操作者的指令，控制傳感器74可以產(chǎn)生表示百分之五的希望工具舉升速率的信號(hào)(例如工具運(yùn)動(dòng)要求)。執(zhí)行前饋控制的控制器32可以識(shí)別流量需求的減小，并且控制器32可以相應(yīng)地作用以減小泵36的排出輸出。此外，執(zhí)行負(fù)載感測(cè)控制的控制器32可以通過(guò)第一、第二和第三壓力傳感器76、78、80感測(cè)到前饋控制錯(cuò)誤估計(jì)流量需求。例如，在前饋控制低估流量需求的情況下，控制器32可以指令泵36的排出流動(dòng)速率的修正性增大。雖然所公開(kāi)的實(shí)施方式包括多個(gè)映射(例如100、102、104、106、108、110和112)，
但是可以使用足以指令控制器32調(diào)節(jié)液壓控制系統(tǒng)沈中的流體流動(dòng)的任何數(shù)量或組織的映射。例如，多個(gè)映射中的一個(gè)或多個(gè)可以被結(jié)合成單個(gè)映射或者劃分成額外的映射。此外，液壓控制系統(tǒng)沈可以包括多種部件以調(diào)節(jié)機(jī)械10的流量需求。例如，在機(jī)械10包括多個(gè)工具或用于操作工具的多種致動(dòng)器的情況下，液壓控制系統(tǒng)沈可以包括足以執(zhí)行前饋控制和負(fù)載感測(cè)控制的任何數(shù)量或類型的部件。本發(fā)明的方法和設(shè)備可以通過(guò)在流量需求變化出現(xiàn)之前對(duì)其進(jìn)行估計(jì)、預(yù)測(cè)和/ 或抵消，從而提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和系統(tǒng)響應(yīng)。通過(guò)使用液壓控制系統(tǒng)沈，該液壓控制系統(tǒng)沈利用快速地預(yù)測(cè)并且響應(yīng)流量需求的前饋控制、結(jié)合驗(yàn)證響應(yīng)于前饋控制指令的流量需求在可接受范圍內(nèi)的負(fù)載感測(cè)控制，液壓控制系統(tǒng)沈與現(xiàn)有系統(tǒng)相比能夠?qū)毫μ荻冗M(jìn)行更響應(yīng)性和更準(zhǔn)確的調(diào)節(jié)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將很清楚，對(duì)于本發(fā)明的液壓控制系統(tǒng)可以進(jìn)行多種修正和變形，而不脫離本發(fā)明的范圍。根據(jù)所公開(kāi)的說(shuō)明書和實(shí)踐的考慮，本領(lǐng)域技術(shù)人員也將清楚本發(fā)明的液壓控制系統(tǒng)的其他的實(shí)施方式。說(shuō)明書和例子僅意于是示例性的，本發(fā)明的真正范圍由權(quán)利要求書及其等同范圍表示。
權(quán)利要求
1.一種液壓控制系統(tǒng)，包括泵；工具致動(dòng)器，其能夠通過(guò)所述泵提供的受壓流體流使得工具運(yùn)動(dòng)；工具控制閥，其能夠控制去往所述工具致動(dòng)器的受壓流體流；以及控制器，其能夠操作地與所述工具控制閥和所述泵連接，所述控制器能夠接收工具運(yùn)動(dòng)要求；估計(jì)與所述工具運(yùn)動(dòng)要求相關(guān)聯(lián)的經(jīng)過(guò)所述工具控制閥的流量需求變化；以及基于估計(jì)的所述流量需求變化指令調(diào)整所述泵的排出流動(dòng)速率，以滿足所述工具運(yùn)動(dòng)要求。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓控制系統(tǒng)，還包括控制傳感器，其能夠基于工具控制裝置的操作者操縱來(lái)感測(cè)所述工具運(yùn)動(dòng)要求的指示。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的液壓控制系統(tǒng)，其中，所述控制器包括使所述工具運(yùn)動(dòng)要求與所述泵的排出流動(dòng)速率的變化相關(guān)的前饋控制映射，且所述控制器能夠通過(guò)執(zhí)行所述前饋控制映射來(lái)估計(jì)所述流量需求變化。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的液壓控制系統(tǒng)，還包括泵控制閥，其能夠控制到泵致動(dòng)器的受壓流體流。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的液壓控制系統(tǒng)，其中，所述控制器包括使所述泵控制閥的位置與所述泵的排出流動(dòng)速率相關(guān)的泵控制閥位置映射，且所述控制器能夠通過(guò)執(zhí)行所述泵控制閥位置映射指令所述排出流動(dòng)速率的調(diào)整。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的液壓控制系統(tǒng)，其中，所述控制器包括使所述泵控制閥的位置與克服偏置裝置地調(diào)整所述泵控制閥所需要的力相關(guān)的泵控制閥力映射，且所述控制器能夠通過(guò)執(zhí)行所述泵控制閥力映射指令所述排出流動(dòng)速率的調(diào)整。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的液壓控制系統(tǒng)，其中，所述控制器包括使克服偏置裝置地調(diào)整所述泵控制閥所需要的力與閥致動(dòng)器調(diào)整所述泵控制閥的位置所需要的激勵(lì)電流相關(guān)的泵控制閥電流映射，且所述控制器能夠通過(guò)執(zhí)行所述泵控制閥電流映射指令所述排出流動(dòng)速率的調(diào)整。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的液壓控制系統(tǒng)，其中，所述控制器包括使所述工具運(yùn)動(dòng)要求與所述工具控制閥的流體輸出相關(guān)的工具控制映射，且所述控制器還能夠通過(guò)執(zhí)行所述工具控制映射確定所述工具控制閥的流體輸出的變化。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的液壓控制系統(tǒng)，其中，所述控制器包括使所述工具控制閥的流體輸出的變化與所述工具控制閥的位置相關(guān)的工具指令映射，且所述控制器還能夠通過(guò)執(zhí)行所述工具指令映射來(lái)指令所述工具控制閥的位置的變化從而使得所述工具運(yùn)動(dòng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的液壓控制系統(tǒng)，其中，所述控制器能夠在指令所述工具控制閥的位置的變化的大致同時(shí)指令所述泵的排出流動(dòng)速率的調(diào)整。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的液壓控制系統(tǒng)，其中，所述控制器能夠在指令所述工具控制閥的位置的變化之前指令所述泵的排出流動(dòng)速率的調(diào)整。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓控制系統(tǒng)，還包括至少一個(gè)壓力傳感器，其能夠感測(cè)至少一個(gè)壓力值并且將所述至少一個(gè)壓力值傳送給所述控制器，使得所述控制器能夠確定實(shí)際壓力梯度值，且所述控制器能夠通過(guò)將所述實(shí)際壓力梯度值與預(yù)定壓力梯度值進(jìn)行比較來(lái)確定錯(cuò)誤。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的液壓控制系統(tǒng)，其中，所述控制器包括使得錯(cuò)誤與所述泵的排出流動(dòng)速率的變化相關(guān)的負(fù)載感測(cè)控制映射，且所述控制器能夠通過(guò)執(zhí)行所述負(fù)載感測(cè)控制映射確定所述泵的排出流動(dòng)速率的附加的變化。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的液壓控制系統(tǒng)，其中，所述控制器包括使所述泵的排出流動(dòng)速率的附加的變化與所述泵控制閥的特性相關(guān)的至少一個(gè)泵控制閥映射，并且所述控制器能夠通過(guò)執(zhí)行所述至少一個(gè)泵控制閥映射指令所述泵的排出流動(dòng)速率的調(diào)整。
15.一種用于通過(guò)液壓控制系統(tǒng)控制工具的運(yùn)動(dòng)的方法，包括 通過(guò)泵將流體加壓；接收運(yùn)動(dòng)所述工具的操作者指令；基于運(yùn)動(dòng)所述工具的操作者指令估計(jì)所述液壓控制系統(tǒng)中的流量需求變化； 基于所估計(jì)的所述流量需求變化調(diào)整所述泵的排出流動(dòng)速率；以及基于所述操作者指令引導(dǎo)受壓流體的至少一部分以運(yùn)動(dòng)所述工具。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括確定經(jīng)過(guò)工具控制閥的壓降，其中調(diào)整所述泵的排出流動(dòng)速率除了基于所估計(jì)的流量需求變化調(diào)整所述泵的排出流動(dòng)速率之外，包括基于經(jīng)過(guò)所述工具控制閥的壓降來(lái)調(diào)整所述排出流動(dòng)速率。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括在引導(dǎo)受壓流體的至少一部分以運(yùn)動(dòng)所述工具的大致同時(shí)基于所估計(jì)的流量需求變化調(diào)整所述泵的排出流動(dòng)速率。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括在引導(dǎo)受壓流體的至少一部分以運(yùn)動(dòng)所述工具之前基于所估計(jì)的流量需求變化調(diào)整所述泵的排出流動(dòng)速率。
19.一種機(jī)械，包括 功率源；泵，其由所述功率源機(jī)械地驅(qū)動(dòng)；泵致動(dòng)器，其流體連接至所述泵并且能夠調(diào)整所述泵的排量；工具致動(dòng)器，其能夠從所述泵接收受壓流體流以使得工具運(yùn)動(dòng)；工具控制閥，其能夠控制去往所述工具致動(dòng)器的受壓流體流；控制傳感器，其能夠產(chǎn)生表示工具運(yùn)動(dòng)要求的第一信號(hào)；以及控制器，其能夠操作地連接至所述控制傳感器和所述工具控制閥，所述控制器能夠估計(jì)與所述工具運(yùn)動(dòng)要求相關(guān)聯(lián)的經(jīng)過(guò)所述工具控制閥的流量需求變化；指令所述工具控制閥運(yùn)動(dòng)以滿足所述工具運(yùn)動(dòng)要求；以及在所述工具控制閥被指令運(yùn)動(dòng)以滿足所述工具運(yùn)動(dòng)要求的大致同時(shí)，指令去往所述泵致動(dòng)器的受壓流體流以調(diào)整所述泵的排出流動(dòng)速率，以適應(yīng)所估計(jì)的流量需求變化。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的機(jī)械，還包括能夠產(chǎn)生表示一個(gè)或多個(gè)壓力值的第二信號(hào)的至少一個(gè)壓力傳感器，所述控制器能夠操作地連接至所述至少一個(gè)壓力傳感器并且還能夠根據(jù)基于所述第二信號(hào)的經(jīng)過(guò)所述工具控制閥的實(shí)際壓力梯度值與經(jīng)過(guò)所述工具控制閥的預(yù)定壓力梯度值之間的差確定錯(cuò)誤；根據(jù)所述錯(cuò)誤指令去往所述泵致動(dòng)器的受壓流體流以調(diào)整所述泵的排出流動(dòng)速率。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種液壓控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以具有泵和能夠通過(guò)所述泵提供的受壓流體流使得工具運(yùn)動(dòng)的工具致動(dòng)器。該系統(tǒng)還可以具有工具控制閥，其能夠控制去往所述工具致動(dòng)器的受壓流體流。該系統(tǒng)還可以具有控制器，其能夠操作地與所述工具控制閥和所述泵連接?？刂破髂軌蚪邮展ぞ哌\(yùn)動(dòng)要求。控制器還能夠估計(jì)與所述工具運(yùn)動(dòng)要求相關(guān)聯(lián)的經(jīng)過(guò)所述工具控制閥的流量需求變化?？刂破鬟€能夠基于估計(jì)的所述流量需求變化指令調(diào)整所述泵的排出流動(dòng)速率，以滿足所述工具運(yùn)動(dòng)要求。
文檔編號(hào)F04B49/03GK102292505SQ200980155493
公開(kāi)日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2009年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月23日
發(fā)明者A·J·克拉杰尼克, P·W·小蘇利萬(wàn) 申請(qǐng)人:卡特彼勒公司