專利名稱：用于使發(fā)生壓力傳感器故障的液壓致動動力系統(tǒng)工作的方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及液壓致動系統(tǒng)，且更具體地涉及用于發(fā)生壓力傳感器故障的機械中采用的液壓致動系統(tǒng)的工作模式。
背景技術(shù)：
如用于操作負載轉(zhuǎn)移設備如施工機械中的升降臂的液壓致動系統(tǒng)通常包括壓力源如泵、流體罐和至少一個流體缸，以控制主題機器的升降臂。本領域中公知利用壓力傳感器來控制此類液壓致動系統(tǒng)的工作。通常，壓力傳感 器用于控制基于負載而管理流體缸、壓力源和流體罐之間的流體流量的閥。然而，可設想這種壓力傳感器可能發(fā)生故障，并使系統(tǒng)不工作。

發(fā)明內(nèi)容
提供一種用于在壓力傳感器故障期間使液壓致動系統(tǒng)工作的方法。該液壓致動系統(tǒng)包括設置成響應于流體流量請求而供應流體流的壓力源如泵、設置成保持流體的儲器、以及第一和第二工作端口。壓力源與儲器以及第一和第二工作端口流體連通。該液壓致動系統(tǒng)還包括能夠控制流體流量的閥系統(tǒng)。該閥系統(tǒng)具有設置在壓力源與第一壓力腔室之間的第一孔口、設置在壓力源與第二壓力腔室之間的第二孔口、設置在第一壓力腔室與儲器之間的第三孔口、和設置在第二壓力腔室與儲器之間的第四孔口。該液壓致動系統(tǒng)還包括壓力傳感器系統(tǒng)，該壓力傳感器系統(tǒng)能夠感測由壓力源供應的流體的壓力(Ps)、供應給第一壓力腔室的流體的壓力(Pa)和供應給第二壓力腔室的流體的壓力(Pb)。該液壓致動系統(tǒng)另包括控制器，該控制器設置成基于流體流量請求并基于所確定的Ps、Pa、Pb和返回儲器的流體的壓力(Pt)之間的差異而調(diào)節(jié)壓力源和閥系統(tǒng)。該方法還包括檢測到設置成感測Pa的傳感器的個別故障、封閉第二和第三孔口、并調(diào)節(jié)壓力源以生成對應于最大Ps的流體流量。該方法另包括為Ps與Pa之差分配等于對于這兩個壓力之差可達到的范圍內(nèi)的值的值。此外，響應于流體流量請求而調(diào)節(jié)第一孔口和第四孔口被包括在內(nèi)，使得系統(tǒng)繼續(xù)工作而不顧設置成感測Pa的傳感器的故障。根據(jù)該方法，可通過生成等于流量請求乘以第一和第二工作端口的面積之比的通過第四孔口的流量來完成調(diào)節(jié)第四控制閥。另外，可響應于所述檢測到設置成感測Pa的傳感器的故障而生成故障信號。該方法還可包括檢測設置成感測Pb的傳感器的個別故障、封閉第二和第三孔口、指示壓力源生成對應于Ps > Pa的流體流量、并對Pb與Pt之差分配大致等于最大可達值的值。這種情況下，該方法還包括響應于流體流量請求而調(diào)節(jié)第一孔口，并調(diào)節(jié)第四孔口以生成Pb，使得系統(tǒng)繼續(xù)工作而不顧設置成感測Pb的傳感器的故障。此外，通過將Pa保持在其最大值以下來完成調(diào)節(jié)第四孔口。該方法還可包括響應于所述檢測到設置成感測Pb的傳感器的故障而生成故障信號。
如果該液壓致動系統(tǒng)內(nèi)采用的儲器在最低已知壓力以上工作，則該壓力傳感器系統(tǒng)可另包括能夠感測壓力Pt的壓力傳感器。以上方法可適用于經(jīng)由液壓致動系統(tǒng)工作的機器。該機器的液壓致動系統(tǒng)采用具有設置成響應于根據(jù)以上說明控制的流體流量而操作機器的臂的第一和第二相對的壓力腔室的致動器。本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點以及其它特征和優(yōu)點易于從下文結(jié)合附圖對用于實施本發(fā)明的最佳模式的詳細描述而顯而易見。


圖I是圖示了采用帶有用于控制系統(tǒng)功能的壓力傳感器的閥的液壓致動系統(tǒng)的示意圖；圖2是用于控制發(fā)生第二壓力傳感器故障的液壓致動系統(tǒng)的方法的流程圖；和 圖3是用于控制發(fā)生第三壓力傳感器故障的液壓致動系統(tǒng)的方法的流程圖。
具體實施例方式參照附圖，其中全部幾幅圖中同樣的參考標號對應于同樣或類似的構(gòu)件，圖I是圖示了采用閥系統(tǒng)和壓力傳感器來控制系統(tǒng)功能的液壓致動系統(tǒng)10的示意圖。液壓致動系統(tǒng)10通常用于推土或施工機器(未示出)中，以提升和/或降低機器的臂，從而轉(zhuǎn)移負載。液壓致動系統(tǒng)10包括經(jīng)由流體通路13與壓力源如泵14流體連通的流體儲器12。壓力源14經(jīng)由流體通路16與第一壓力傳感器18流體連通。傳感器18設置成感測由壓力源14供應的流體的壓力Ps。傳感器18經(jīng)由流體通路20與孔口 22流體連通。孔口 22與第二壓力傳感器24流體連通。壓力傳感器24設置成感測經(jīng)由流體通路26供應給液壓致動器28的流體的壓力Pa。液壓致動器28包括可移動的活塞30，該活塞30包括活塞頭30a和桿30b?；钊?0將液壓致動器分隔為在活塞頭30a側(cè)的第一工作端口或壓力腔室32，和在活塞桿30b側(cè)的第二工作端口或壓力腔室34。具體而言，通過壓力傳感器24感測到的壓力Pa對應于第一壓力腔室32內(nèi)部的流體的壓力。傳感器18另經(jīng)由流體通路36與孔口 38流體連通?？卓?38與第三壓力傳感器40流體連通。壓力傳感器40設置成感測經(jīng)由流體通路42供應給液壓致動器28的流體的壓力Pb。具體而言，通過壓力傳感器40感測到的壓力Pb對應于第二壓力腔室34內(nèi)部的流體的壓力。傳感器24還經(jīng)由流體通路44與孔口 46流體連通?？卓?46與第四壓力傳感器48流體連通。壓力傳感器48設置成感測經(jīng)由流體通路50返回儲器12的流體的壓力Pt。孔口 22和孔口 46可為構(gòu)造成調(diào)節(jié)壓力源14、儲器12和第一壓力腔室32之間的流體流動的單獨控制閥，或者可結(jié)合為單個控制閥結(jié)構(gòu)。傳感器40還經(jīng)由流體通路52與孔口 54流體連通?？卓?54與壓力傳感器48流體連通。孔口 38和孔口 54可為構(gòu)造成調(diào)節(jié)壓力源14、儲器12和第二壓力腔室34之間的流體流動的單獨控制閥，或者可結(jié)合為單個控制閥結(jié)構(gòu)。孔口 22、38、46和54共同形成用于管理通過液壓致動系統(tǒng)10的流體流量的閥系統(tǒng)?？刂破?6如電子控制單元(E⑶)被編程為調(diào)節(jié)壓力源14以及孔口 22、38、46和54。如本領域的技術(shù)人員理解的，控制器56基于通過控制器計算出的壓力Ps、Pa、Pb和Pt之間的差異并根據(jù)流體流量請求而調(diào)節(jié)壓力源14以及孔口 22、38、46和54。流體流量請求一般通過來自施工機器的操作人員對例如提升或降低特定負載的請求而確立。另外采用經(jīng)感測并傳送至控制器56的壓力數(shù)據(jù)來確定致動器28的兩個腔室32和34中的哪一個承受負載。為了提升負載，調(diào)節(jié)液壓致動系統(tǒng)10以向腔室32供應流體使得腔室32內(nèi)生成的壓力超過腔室34所具有的壓力。如本領域的技術(shù)人員公知的，通過Pa、Pb、Ps和Pt之間的壓力差來控制提升負載的速率。另外，應理解，當提升特定負載時，要求腔室32克服重力工作以操縱該負載，即，該負載為“被動的”，并因此使連接到壓力源14的上游工作端口工作。這種情形中，腔室34作為將流體流連接至儲器12的下游工作端口工作。另一方面，當降低負載時，重力有助于腔室32的工作，S卩，負載“超限運動(overrun)”， 并因此作為下游工作端口工作，而腔室34作為上游工作端口工作。優(yōu)選地，壓力傳感器18、24、40和48中的至少一個包含溫度傳感器(未示出)，以便檢測加壓流體的溫度并向控制器56提供這種數(shù)據(jù)。具備這種溫度數(shù)據(jù)使得控制器56能夠計算流體的粘度。如本領域的技術(shù)人員理解的，在已知流體粘度以及每個特定孔口的位置和跨每個特定孔口的壓降的情況下，可計算出跨每個孔口的流體流量。計算出的跨每個特定孔口的流體流量，結(jié)合傳送的流量請求，被控制器56用于調(diào)節(jié)流體流量，并因此調(diào)節(jié)由壓力源14提供的壓力Ps。液壓致動系統(tǒng)10的工作取決于壓力源14的最大流體流量能力或性能。因此，來到致動器28以及擴展系統(tǒng)中的其它致動器的流體流量被減小，以便確保不超過壓力源的最大能力，并且滿足機器操作人員對操縱特定負載的請求。圖2和3分別描繪了用于在壓力傳感器24或壓力傳感器40發(fā)生故障的情況下使液壓致動系統(tǒng)10工作的方法100和200。通常，來自傳感器24和40中的一者的數(shù)據(jù)的丟失引起液壓致動系統(tǒng)10停止工作，這是因為在經(jīng)由壓力調(diào)節(jié)的控制丟失的情況下，對流體流量的控制同樣丟失。另外，在這種數(shù)據(jù)丟失的情況下，識別負載是被動還是超限運動的能力同樣丟失，確定克服并轉(zhuǎn)移這種負載所需的壓力Ps的量的性能也丟失。另一方面，方法100和200通過將兩個腔室32和34置于流量控制模式下——即，在通向兩個腔室的流體流量被主動控制在最低的情況下——允許機器的操作人員完成正在進行的作業(yè)。圖2所示的方法100開始于框102，其中檢測到傳感器24的故障。控制器56經(jīng)由登記/記錄(register)否則被連續(xù)傳送至控制器的壓力信號的丟失或者經(jīng)由登記超出預期范圍的信號來檢測傳感器24的故障。接著框102，該方法轉(zhuǎn)入框104，其中封閉孔口 38和孔口 46。然后，在封閉孔口 38和46之后，該方法進行至框106，其中調(diào)節(jié)壓力源14以生成對應于最大Ps的流體流。最大Ps是壓力源14能夠提供的最大壓力。從框106，該方法進行至框108，其中將Ps與Pa之差(S卩，(Ps-Pa))設定為等于這兩個壓力之差的可達范圍內(nèi)的值的值。采用所設定的(Ps-Pa)的值并用其代替控制器56所使用的未知的(Ps-Pa)的值?；谝韵抡J識來選擇設定的(Ps-Pa)的值雖然不太可能為(Ps-Pa)的實際值，但所選的值使得控制器56能夠繼續(xù)調(diào)節(jié)液壓致動系統(tǒng)10?？蓪?Ps-Pa)值設為對于主題差的可達范圍的平均值或中點作為默認設置。接著框108，該方法轉(zhuǎn)入框110。在框110中，控制器56響應于如機器的操作人員所指示的流體流量請求而調(diào)節(jié)孔口 22。在框110之后，該方法進行至框112，其中控制器56調(diào)節(jié)孔口 54以生成通過第四孔口的流量，該流量等于被第一腔室32和第二腔室34的面積之比抵消的流量請求。換言之，在孔口 54處的流量被設定為流量請求乘以第一腔室32和第二腔室34的面積之比。腔室32和34的面積之比是已知的固定量。作為實施方法100的結(jié)果，即使傳感器24發(fā)生故障，液壓致動系統(tǒng)10也被控制以使致動器28工作并支承負載或者使施工機器的臂伸出。圖3所示的方法200開始于框202，其中檢測到傳感器40的故障。類似于以上傳感器24的故障，控制器56經(jīng)由登記否則被連續(xù)傳送至控制器的壓力信號的丟失或者經(jīng)由登記超出預期范圍的信號來檢測傳感器40的故障。接著框202，該方法轉(zhuǎn)入框204，其中封閉孔口 38和46。在封閉孔口 38和46之后，該方法進行至框206。在框206中，調(diào)節(jié)壓力源14以生成對應于Ps > Pa的流體流量，即，使得壓力源14所生成的流體壓力大于在傳感器24處的壓力。將壓力源14的壓力設定為大于在傳感器、處的壓力允許確保壓力源14所生成的壓力將足以將負載支承在第一壓力腔室32。從框206，該方法進行至框208。在框208，將Pb與Pt之差(S卩，(Pb-Pt))的值設定為對于主題差的最大可達值。采用(Pb-Pt)的最大值并將其編程到控制器56中?；谝韵抡J識來選擇(Pb-Pt)的最大值雖然不太可能為(Pb-Pt)的實際值，但所選的值使得控制器56能夠繼續(xù)調(diào)節(jié)液壓致動系統(tǒng)10。接著框208，該方法轉(zhuǎn)入框210。在框210中，控制器56響應于如該施工機器的操作人員所指示的流體流量請求而調(diào)節(jié)孔口 22。在框210之后，該方法進行至框212，其中控制器56調(diào)節(jié)孔口 54，以將Pa保持在其最大允許壓力或以下。因此，方法200采用對壓力Pa的控制來調(diào)節(jié)腔室34內(nèi)的壓力，稱之為“交叉軸(cross-axis)”控制。作為實施方法200的結(jié)果，并且類似于上述方法100，即使傳感器40發(fā)生故障，液壓致動系統(tǒng)10也被控制以操作致動器28并支承負載或者使施工機器的臂伸出。由于能夠通過分配所采用的壓力差來控制液壓致動系統(tǒng)10而實現(xiàn)方法100和200，所以壓力腔室32和34中生成的相應壓力并未與所操縱的負載精確匹配。作為采用假設的值來控制液壓致動系統(tǒng)10的工作的結(jié)果，活塞32在致動器28內(nèi)的移動量和活塞平移的速率可在一定程度上不同于預期結(jié)果。這種精度的損失通常引起液壓致動系統(tǒng)的工作效率的下降。不過以下降的效率工作還是維持了該施工機器的功能，并容許機器盡管發(fā)生壓力傳感器故障也完成規(guī)定的作業(yè)。雖然不顧壓力傳感器24或壓力傳感器40的故障而維持液壓致動系統(tǒng)10的工作，但兩種方法100和200可供用于向機器的操作人員生成故障信號。這種故障信號可作為可視和/或可聞警報優(yōu)選地顯示在主題機器的儀表板上。雖然已詳細描述了用于實施本發(fā)明的最佳模式，但熟悉本發(fā)明相關(guān)領域的技術(shù)人員將認識到用于在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)實施本發(fā)明的各種替換設計和實施例。
權(quán)利要求
1.一種用于在壓力傳感器故障期間使液壓致動系統(tǒng)(10)工作的方法，所述液壓致動系統(tǒng)(10)包括 設置成響應于流體流量請求而供應流體流量的壓力源(14);設置成保持流體的儲器(12);第一工作端口(32)和第二工作端口(34)，其中所述壓力源(14)與所述儲器(12)以及所述第一和第二工作端口(32，34)流體連通；能夠控制流體流量的閥系統(tǒng)，其具有設置在所述壓力源(14)與所述第一工作端口(32)之間的第一孔口(22)、設置在所述壓力源(14)與所述第二工作端口(34)之間的第二孔口(38)、設置在所述第一工作端口(32)與所述儲器(12)之間的第三孔口(46)以及設置在所述第二工作端口(34)與所述儲器(12)之間的第四孔口(54);壓力傳感器系統(tǒng)，其能夠感測由所述壓力源(14)供應的流體的壓力(Ps)、供應給所述第一工作端口(32)的流體的壓力(Pa)和供應給所述第二工作端口(34)的流體的壓力(Pb );以及控制器(56 )，其設置成基于所述流體流量請求并基于所確定的Ps、Pa、Pb和返回所述儲器(12)的流體的壓力(Pt)之差而調(diào)節(jié)所述壓力源(14)和所述閥系統(tǒng)；所述方法包括 檢測到設置成感測Pa的傳感器(34)的個別故障； 封閉所述第二和第三端口(38，46)； 調(diào)節(jié)所述壓力源(14)以生成對應于最大Ps的流體流量； 對Ps與Pa之差分配等于對于Ps與Pa之差的可達范圍內(nèi)的值的值； 響應于所述流體流量請求而調(diào)節(jié)所述第一孔口(22);和 響應于所述流體流量請求而調(diào)節(jié)所述第四孔口(54)，使得所述系統(tǒng)繼續(xù)工作而不顧設置成感測Pa的傳感器(24)的故障。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，通過生成等于所述流量請求乘以所述第一和第二工作端口(32，34)的面積之比的通過所述第四孔口(54)的流量來完成所述調(diào)節(jié)所述第四孔口(54)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，還包括響應于所述檢測到設置成感測Pa的傳感器(24)的故障而生成故障信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，還包括 檢測到設置成感測Pb的傳感器(40)的個別故障； 封閉所述第二和第三端口(38，46)； 指示所述壓力源(14)生成對應于Ps > Pa的流體流量； 對Pb與Pt之差分配大致等于對于所述差的最大可達值的值； 響應于所述流體流量請求而調(diào)節(jié)所述第一孔口(22);和 響應于所述流體流量請求而調(diào)節(jié)所述第四孔口(54)，使得所述系統(tǒng)繼續(xù)工作而不顧設置成感測Pb的所述傳感器(40)的故障。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，通過將Pa保持在其最大值或以下來完成所述調(diào)節(jié)所述第四孔口。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，還包括響應于所述檢測到設置成感測Pb的所述傳感器(40)的故障而生成故障信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述壓力傳感器系統(tǒng)還包括能夠感測壓力Pt的壓力傳感器(48)。
8.一種用于在壓力傳感器故障期間使液壓致動系統(tǒng)(10)工作的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 設置成響應于流體流量請求而供應流體流量的壓力源(14);設置成保持流體的儲器(12);第一工作端口(32)和第二工作端口(34)，其中所述壓力源(14)與所述儲器(12)以及所述第一和第二工作端口(32，34)流體連通；能夠控制流體流量的閥系統(tǒng)，其具有設置在所述壓力源(14)與所述第一工作端口(32)之間的第一孔口(22)、設置在所述壓力源(14)與所述第二工作端口(34)之間的第二孔口(38)、設置在所述第一工作端口(32)與所述儲器(12)之間的第三孔口(46)以及設置在所述第二工作端口(34)與所述儲器(12)之間的第四孔口(54);壓力傳感器系統(tǒng)，其能夠感測由所述壓力源(14)供應的流體的壓力(Ps)、供應給所述第一工作端口(32)的流體的壓力(Pa)、供應給所述第二工作端口(34)的流體的壓力(Pb)、和返回所述儲器(12)的流體的壓力(Pt);以及控制器(56)，其設置成基于所述流體流量請求并基于所確定的Ps、Pa、Pb和Pt之差而調(diào)節(jié)所述壓力源(14)和所述閥系統(tǒng)； 所述控制器(56)適合于 檢測到設置成感測Pa的傳感器(24)的個別故障； 封閉所述第二和第三端口(38，46)； 調(diào)節(jié)所述壓力源(14)以生成對應于最大Ps的流體流量； 對Ps與Pa之差分配等于Ps與Pa之差的可達范圍內(nèi)的值的值； 響應于所述流體流量請求而調(diào)節(jié)所述第一孔口(22)； 響應于所述流體流量請求而調(diào)節(jié)所述第四孔口(54)，使得所述液壓致動系統(tǒng)(10)繼續(xù)工作而不顧設置成感測Pa的傳感器(24)的故障；和 響應于所述檢測到設置成感測Pa的所述傳感器(24)的故障而生成故障信號； 其中，通過生成等于所述流量請求乘以所述第一和第二工作端口(32，34)的面積之比的通過所述第四孔口( 54 )的流量來完成所述調(diào)節(jié)所述第四孔口( 54 )。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器(56)還適合于 檢測到設置成感測Pb的傳感器(40)的個別故障； 封閉所述第二和第三端口(38，46)； 指示所述壓力源(14)生成對應于Ps > Pa的流體流量； 對Pb與Pt之差分配大致等于對于所述差的最大可達值的值； 響應于所述流體流量請求而調(diào)節(jié)所述第一孔口(22);和 響應于所述流體流量請求而調(diào)節(jié)所述第四孔口(54)，使得所述系統(tǒng)(10)繼續(xù)工作而不顧設置成感測Pb的傳感器(40)的故障。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，通過將Pa保持在其最大值或以下來完成所述調(diào)節(jié)所述第四孔口(54)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于在壓力傳感器故障期間使液壓致動系統(tǒng)(10)工作的方法。該液壓致動系統(tǒng)(10)包括泵(14)、儲器(12)、第一工作端口(32)和第二工作端口(34)、帶有單獨孔口(22，38，46，54)的閥系統(tǒng)、壓力傳感器系統(tǒng)、以及用于基于流體流量請求并基于所確定的壓力差而調(diào)節(jié)液壓致動系統(tǒng)(10)的控制器(56)。該方法包括檢測用于第一工作端口(32)的壓力傳感器(22)的故障、封閉第二和第三孔口(22，46)、和調(diào)節(jié)泵(14)以生成對應于該泵所生成的最大壓力的流體流量。該方法還包括對泵壓力與主題工作端口(32)的壓力之差分配等于對于這兩個壓力之差的可達范圍內(nèi)的值的值。此外，該方法包括響應于流體流量請求而調(diào)節(jié)第一孔口(22)和第四孔口(54)。
文檔編號F15B11/00GK102741560SQ201080056332
公開日2012年10月17日 申請日期2010年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月13日
發(fā)明者C·W·舍特勒爾, W·L·戈爾霍夫 申請人:伊頓公司