专利名称：用于致动液压系统的控制阀的设备和方法
用于致动液压系统的控制阀的设备和方法相关申请的交叉参考本申请在2009年10月16日作为PCT国际专利申请提交，对除美国之外的所有国家指定的申请人为feton Corporation(伊顿公司，美国公司)，仅对美国指定的申请人为 Glenn Clark Fortune (美国公民)及David Malaney (美国公民)，并要求2008年10月17 日提交的美国临时专利申请序列号No. 61/106，197的优先权。
背景技术：
液压系统在不同的公路和越野商用车如轮式装载机、滑移式装载机、挖掘机等上使用。这些液压系统通常利用泵来提供流体给所需的位置如致动器。致动器能在车辆上用于各种不同的应用。例如，致动器能用来推进车辆，升起和降下吊杆等。液压系统还利用不同的阀来控制流体向不同致动器的分配。例如，液压系统可以包括流体调节器、减压阀、方向控制阀等。
发明内容
本发明的一方面涉及一种用于致动液压系统的控制阀的方法。该方法包括接收来自变速部件的输入。基于该输入确定变速部件的频率。选择用于液压系统的控制阀的脉宽调制信号的频率。所选定的脉宽调制信号的频率是基于变速部件的频率。按照选定的脉宽调制信号的频率致动控制阀。本发明的另一方面涉及一种用于致动液压系统的控制阀的方法。该方法包括接收来自变速部件的第一输入。接收来自变速部件的第二输入。将第二输入与预定极限进行比较。如果第二输入是在预定极限的边界内，则启动频率跟踪。频率跟踪包括基于第一输入确定变速部件的频率、基于变速部件的频率选择用于液压系统的控制阀的控制阀致动频率，和按照控制阀致动频率致动控制阀。本发明的另一方面涉及一种液压系统。该液压系统包括动力源。流体驱替(排量， displacement)组件连接到动力源上。多个致动器与流体驱替组件选择性地流体连通。多个控制阀适合于在流体驱替组件和所述多个致动器之间提供选择性的流体连通。电子控制单元适合于致动所述多个控制阀，电子控制单元接收动力源的旋转速度，基于该旋转速度确定动力源的点火频率，基于动力源的点火频率选择用于所述多个控制阀的脉宽调制信号的频率，并按照脉宽调制信号的频率致动所述多个控制阀。各种各样的其它方面将在下文中说明。这些方面能涉及单独的特征或特征的组合。应该理解，上面的一般说明和下面的详细说明二者仅是示例性的和解释性的，不会限制本文公开的实施例所基于的宽泛思想。
图1是具有按照本发明的原理的各方面的示例性特征的液压系统的示意图。图2是第一控制阀处于第二位置的液压系统的示意图。
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图3是第二控制阀处于第二位置的液压系统的示意图。图4是第三控制阀处于第二位置的液压系统的示意图。图5是第四控制阀处于第二位置的液压系统的示意图。图6是用于致动液压系统的控制阀的方法的图示。图7是用于致动液压系统的控制阀的另一种方法的图示。图8是用于致动液压系统的控制阀的另一种方法的图示。图9是用于致动液压系统的控制阀的另一种方法的图示。图10是用于致动液压系统的控制阀的另一种方法的图示。图11是用于致动液压系统的控制阀的另一种方法的图示。
具体实施例方式现在详细参照附图所示的本发明的示例性方面。在一切可能的地方，在所有附图中，同样的标号用来表示同样的或类似的结构。现在参见图1，示出总体用标号10表示的液压系统的示意图。在本发明的一方面， 液压系统10设置在车辆12上，如用于建筑业和/或农业的越野车(例如，轮式装载机、滑移式装载机、挖掘机等)。液压系统10包括泵组件14和致动器16。泵组件14包括轴18、流体驱替组件20 和多个控制阀22。泵组件14的轴18包括第一端M和相对地设置的第二端26。第一端M连接到动力源观上。在本发明的一方面，动力源观是车辆12的发动机。轴18的第二端沈连接到流体驱替组件20上，从而轴18通过动力源观的旋转引起流体驱替组件20的旋转。泵组件14的流体驱替组件20具有流体入口 30和流体出口 32。在本发明的一方面，流体驱替组件20是固定排量组件。这样，在轴18的一个完整旋转中流过流体驱替组件 20的流体入口 30和流体出口 32的流体量大致恒定。在本发明中，术语“大致恒定”考虑了在轴18的一个完整旋转中由于流体驱替组件20的泵送元件(例如，活塞、叶片、齿轮转子 (gerotor)星形齿、齿轮等)所引起的流动脉冲效应而导致的流经流体驱替组件20的流体量的偏差。作为固定排量组件，不能直接调节流体驱替组件20以在轴18的一个完整旋转期间增加或减少流经流体驱替组件20的流体量。所述多个控制阀22适于有效地增加或减少流到致动器16的流体量。在本发明的一方面，泵组件14的所述多个控制阀22中的每个阀都是二位二通型阀。作为二位二通型阀，所述多个控制阀22中的每个阀都具有第一位置P1和第二位置P2。在第一位置P1中，控制阀22阻止流体穿过控制阀22流动。在第二位置P2中，控制阀22允许流体穿过控制阀 22流动。所述多个控制阀22中的每个控制阀都使用脉宽调制在第一和第二位置Pp P2之间重复地循环。流体穿过所述多个控制阀22中的每一个流动的速率取决于所述多个控制阀22中的每一个处于第二位置P2的时间量。换句话说，流体穿过所述多个控制阀22中的每一个流动的速率取决于用于所述多个控制阀22的脉宽调制信号的占空比，其中占空比等于在脉宽调制信号的周期内控制阀22处于第二位置P2的时间量。在本发明的一个方面，控制阀22是快动数字控制阀22。适合于在液压系统10中使用的数字控制阀已在美国专利申请系列号NO. 12/422, 893中说明，该专利通过参考整体
5地结合到本文中。作为快动数字控制阀22，控制阀22能在第一和第二位置Ρ”Ρ2之间快速地被致动。在本发明的一个方面，控制阀22能在小于或等于约Ims的时间内在第一和第二位置之间被致动。控制阀22能响应于来自电子控制单元(ECU) 34的电子信号、液压先导信号、或其组合而被致动。在图1示出的实施例中，所述多个控制阀22包括第一控制阀22a、第二控制阀 22b、第三控制阀22c和第四控制阀22d。第一控制阀2 适于在流体驱替组件20的流体出口 32和第一致动器16a之间提供选择性的流体连通。第二控制阀22b适于在流体驱替组件20的流体出口 32和第二致动器16b之间提供选择性的流体连通。第三控制阀22c适于在流体驱替组件20的流体出口 32和第三致动器16c之间提供选择性的流体连通，而第四控制阀22d适于在流体驱替组件20的流体出口 32和流体驱替组件20的流体入口 30之间提供选择性的流体连通。在本发明的一个方面，第一、第二和第三致动器16a、16b、16c是线性致动器、旋转致动器或其组合。现在说明液压系统10的示例性操作。动力源观使泵组件14的轴18旋转。因为流体驱替组件14具有固定排量，所以在轴18的一个完整回转期间穿过流体驱替组件20的流体量大致恒定。然而，在本实例中，第一、第二和第三致动器16a、16b、16c各要求在不同流速和不同压力下的流体。现在参见图2-5，示出控制阀22的致动循环。为了适应致动器16的流量要求，各控制阀22单独地在第一和第二位置Ρ”Ρ2之间被致动。在本实例中，各控制阀22按顺序被致动。第一控制阀2 被致动到第二位置P2以便将流体从流体驱替组件20的流体出口 32 传送到第一致动器16a(在图2中示出)。随着第一控制阀2 返回到第一位置P1,第二控制阀22b被致动到第二位置P2以便将流体从流体驱替组件20的流体出口 32传送到第二致动器16b (在图3中示出)。随着第二控制阀22b返回到第一位置P1，第三控制阀22c被致动到第二位置P2以便将流体从流体驱替组件20的流体出口 32传送到第三致动器16c (在图4中示出)。随着第三控制阀22c返回到第一位置P1，第四控制阀22d被致动到第二位置 P2以便将流体从流体驱替组件20的流体出口 32传送到流体入口 30 (在图5中示出)。随着第四控制阀22d返回第一位置P1，所述多个控制阀22再次被致动，直至满足各致动器16 的要求。然而，应该理解，视各致动器16的要求而定，各控制阀22的顺序在所述多个控制阀22的随后的致动中可以改变。现在参见图6，示出所述多个控制阀22的示例性致动曲线图。尽管各控制阀22能按任何次序被致动，但图6中所示的致动曲线图对应于上述各控制阀22的依次致动。在图6示出的实例中，致动曲线图包括用于一个循环的第一控制阀22a的致动时间、、第二控制阀22b的致动时间t2，第三控制阀22c的致动时间t3和第四控制阀22d的致动时间t4。在本发明的一方面，每个控制阀22用的致动时间的数量级为若干毫秒。尽管在图6中把各控制阀22的致动时间t示出为持续时间大致相等，但应该理解，视对应致动器16的流量要求而定，每个致动时间t的持续时间能改变。由于在液压系统10的工作期间每个控制阀22的重复致动的结果，流体经过控制阀22脉动传送到各致动器16。流体经过控制阀22的这种脉动能产生类似于液锤噪音的噪
曰O现在参见图1和7，说明用于致动控制阀22的方法200。车辆12包括变速部件。
6变速部件具有变频。该变频能是变速部件中有效噪声的任何频率。变速部件可包括辅助流体泵、辅助流体马达、电动马达和连接到动力源观上的不同器具。可供选择地，变速部件可为动力源28。仅是为了便于说明起见，下面用于致动控制阀22的方法以动力源观是变速部件说明。然而，应该理解，本发明的范围不限于变速部件是动力源观。在本发明的一方面，动力源观是包括在多个气缸中往复运动的多个活塞的发动机。随着活塞在气缸中往复运动，活塞将燃料吸入气缸的燃烧室并将燃料压缩和点火。下文中将在每个气缸中燃料被点火的频率称为“点火频率”。在四冲程发动机中，发动机的曲轴每转两圈每个气缸中的燃料就点火一次。因此，发动机的点火频率能通过气缸数量除以 2并乘以动力源观的旋转速度(每秒转数)来计算。在二冲程发动机中，发动机的曲轴每转一圈每个气缸中的燃料就点火一次。因此，二冲程发动机的点火频率能通过气缸数量乘以动力源观的旋转速度(每秒转数)来计算。在方法200的步骤202中，液压系统10的E⑶34接收与动力源28有关的第一输入。在本发明的一方面，第一输入与动力源观的旋转速度有关。存在其中液压系统10的 ECU 34能接收与动力源观有关的第一输入的多种方法。例如，在第一输入与动力源观的旋转速度有关的情况下，ECU能接收直接来自车辆的CAN-bus (控制器局域网络总线)、来自安装在动力源观的曲轴上的速度传感器、来自设置在与动力源观联接的齿轮箱的背面上的传感器等的旋转速度。在步骤204中，E⑶34确定动力源28的点火频率。在本发明的一方面，点火频率通过将动力源观的气缸总数除以2并将该值乘以动力源观的旋转速度进行计算。在步骤206中，为所述多个控制阀22选择控制阀致动频率。控制阀致动频率是各控制阀22被致动的频率。在本发明的一方面，控制阀致动频率是用于各控制阀22的脉宽调制信号的频率，该频率等于致动所述多个控制阀22所需的时间周期的倒数。控制阀致动频率这样选择，即，使得它与动力源观的点火频率相对应。控制阀致动频率与动力源观的点火频率之间的这种一致性称之为“频率跟踪”，在主题实例方面，控制阀致动频率直接跟踪动力源观的点火频率。换句话说，控制阀致动频率大约等于动力源 28的点火频率。通过按照动力源观的点火频率致动控制阀22，与致动控制阀22有关的任何噪音都被动力源观的噪音掩蔽。如果与致动控制阀22有关的噪音未被完全掩蔽，则与致动控制阀22有关的噪音至少类似于动力源观的噪音。结果，车辆的使用者不会关心与致动控制阀22有关的噪音或被其吓一跳，因为那些噪音具有与动力源观相同的频率。在步骤208中，每个控制阀22都按照选定的控制阀致动频率被致动。在本发明的一方面，E⑶34发送电子信号给每个控制阀22以便在第一和第二位置P1I2之间致动控制阀22。在步骤210中，监测点火频率，以便点火频率的改变导致控制阀致动频率的改变。 在本发明的一方面，连续地监测点火频率。在本发明的另一方面，间歇地监测点火频率。现在参见图1和8，说明掩蔽与致动各控制阀22有关的噪音的另一方法300。在步骤302中，液压系统10的E⑶34接收与动力源观有关的第一输入。在步骤304中，E⑶ 34根据第一输入计算动力源28的点火频率。
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在步骤306中，选择控制阀致动频率。在本发明的一方面，控制阀致动频率和点火频率是谐波频率。谐波频率是基频的整数倍。在本发明的一方面，基频是动力源观的点火频率，因此控制阀致动频率是动力源洲的点火频率的谐波频率。在本发明的另一方面，控制阀致动频率和动力源观的点火频率是次谐波频率。次谐波频率是以比率n/m在基频之下的频率，其中η和m是整数。在本发明的一方面，基频是点火频率，因此控制阀致动频率是点火频率的次谐波频率。在步骤308中，按照选定的控制阀致动频率致动每个控制阀22。现在参见图1和9，说明掩蔽与致动控制阀22有关的噪音的另一个方法400。在步骤402中，液压系统10的E⑶34接收与动力源观有关的第一输入以及与动力源观和液压系统10的至少其中之一有关的第二输入(例如，数据、信息等)。在本发明的一方面， E⑶34接收与动力源观的马力输出有关的第二输入。在本发明的另一方面，E⑶34接收与液压系统10中的流体压力有关的第二输入。在本发明的另一方面，ECU 34接收与动力源观的马力输出和液压系统10的压力有关的第二输入。在步骤404中，E⑶34将来自动力源28和液压系统10的至少其中之一的第二输入与一预定极限/界限进行比较。在本发明的一方面，预定极限是上限。在本发明的另一方面，预定极限是下限。在本发明的另一方面，预定极限是具有下限和上限的范围。术语“预定极限的边界”应理解为，当预定极限是上限时意指从负无穷大到上限的范围，当预定极限是下限时意指从下限到无穷大的范围，当预定极限是具有上限和下限的范围时意指上限和下限。在步骤406中根据第二输入与预定极限的关系启动频率跟踪。例如，如果第二输入是在预定极限的边界内，则在步骤406中启动频率跟踪。例如，如果动力源观的马力输出是在预定极限的边界内(亦即小于或等于上限)或者如果液压系统10的压力是在预定极限的边界内(亦即大于或等于下限或在预定极限范围内)，则在不进行频率跟踪的情况下与致动控制阀22有关的噪音能够在动力源观的噪音之上可辨别。如果启动频率跟踪，则ECU 34在步骤408中计算动力源28的点火频率。在步骤 410中，基于动力源28的点火频率选择控制阀致动频率。如果第二输入是在预定极限的边界之外，则在步骤412中禁止频率跟踪。例如，如果动力源观的马力输出是在预定极限的边界之外(亦即大于上限)或者如果液压系统10 的压力是在预定极限的边界之外(亦即小于下限或在预定极限的范围之外)，则与致动控制阀22有关的噪音不大可能在动力源观的噪音之上被察觉。因此，不需要频率跟踪来掩蔽与致动控制阀有关的噪音。可供选择地，如果第二输入是在预定极限值的范围之外，则在步骤412中禁止频率跟踪。例如，如果第二输入(比如马力)是在上限和下限之外，则禁止频率跟踪。在禁止频率跟踪的情况下，在步骤414中独立于动力源观的点火频率来选择控制阀致动频率。在步骤416中，按照选定的控制阀致动频率致动每个控制阀22。现在参见图1和10，说明掩蔽与致动控制阀22有关的噪音的另一方法500。在步骤502中，液压系统10的ECU 34接收与动力源观有关的第一输入(例如旋转速度等)。 在步骤504中，液压系统10的ECU 34接收与液压系统10有关的第二输入(例如数据、信息等)和与动力源观有关的第三输入。在本发明的一方面，第二输入是液压系统10的压力，而第三输入是动力源28的马力输出。
在步骤506中，将第二输入与第一预定极限进行比较。如果第二输入是在第一预定极限的边界内，则在步骤508中将第三输入与第二预定极限进行比较。如果第三输入是在第二预定极限的边界内，则在步骤510中启动频率跟踪。在启动频率跟踪的情况下，ECU 34在步骤512中计算动力源观的点火频率。在步骤514中，根据动力源的点火频率选择控制阀致动频率。如果第二输入是在第一预定极限的边界之外或者如果第三输入是在第二预定极限的边界之外，则与致动控制阀22相关的噪音不大可能在动力源观的噪音之上被觉察。结果，不需要频率跟踪来掩蔽与致动控制阀22相关的噪音。因此，在步骤516中，禁止频率跟踪。在禁止频率跟踪的情况下，在步骤518中独立于动力源28的点火频率来选择控制阀致动频率。在步骤520中，按照选定的控制阀致动频率致动每个控制阀22。现在参见图1和11，说明掩蔽与致动控制阀22有关的噪音的另一个方法600。在步骤602中，液压系统10的E⑶34接收动力源28的旋转速度。在步骤604中，E⑶34计算动力源观的点火频率。在步骤606中，将点火频率与致动极限值进行比较。致动极限值是用于各控制阀 22的最大频率。该最大频率可以与各控制阀的最大切换速度(亦即控制阀能在第一和第二位置P1、P2之间切换的速度)、获得希望的寿命值所必需的控制阀的切换速度、系统效率等有关。如果点火频率大于致动极限值，则在步骤608中选择控制阀致动频率，使得控制阀致动频率是点火频率的次谐波频率。如果点火频率小于致动极限值，则在步骤610中选择控制阀致动频率，使得控制阀致动频率基于点火频率(例如，大约等于，谐波等)。在步骤 612中，按照选定的控制阀致动频率致动控制阀22。对本领域的技术人员来说，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对本发明的不同修改和变型将是显而易见的，并且应该理解，本发明的范围不应不适当地局限于本文提出的示例性实施例。
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权利要求
1.一种用于致动液压系统的控制阀的方法，该方法包括 接收来自变速部件的输入；基于所述输入确定所述变速部件的频率；选择用于液压系统的控制阀的脉宽调制信号的频率，其中所述选定的脉宽调制信号的频率是基于所述变速部件的频率；和按照所述选定的脉宽调制信号的频率致动所述控制阀。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述液压系统包括与所述控制阀选择性地流体连通的致动器。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述变速部件是动力源。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述脉宽调制信号的频率是所述频率的谐波频率。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述脉宽调制信号的频率是所述频率的次谐波频率。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述脉宽调制信号的频率大约等于所述变速部件的频率。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述输入是发动机、流体泵、流体马达、电动机、和器具的其中之一的旋转速度。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，如果所述变速部件的频率大于致动极限，则将所述控制阀的所述脉宽调制信号的频率选择成，使得所述控制阀的所述脉宽调制信号的频率是所述频率的次谐波频率。
9.一种用于致动液压系统的控制阀的方法，该方法包括 接收来自变速部件的第一输入；接收来自所述变速部件的第二输入； 将所述第二输入与预定极限进行比较；如果所述第二输入是在所述预定极限的边界内则启动频率跟踪，其中频率跟踪包括 基于所述第一输入确定所述变速部件的频率；为液压系统的控制阀选择控制阀致动频率，其中所述控制阀致动频率是基于所述变速部件的所述频率；按照所述控制阀致动频率致动所述控制阀。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第一输入是所述变速部件的旋转速度。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述预定极限是上限。
12.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述控制阀致动频率是所述变速部件的所述频率的谐波频率。
13.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述控制阀致动频率是所述变速部件的所述频率的次谐波频率。
14.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述变速部件选自包括发动机、流体泵、流体马达、电动机、和器具的组。
15.如权利要求9所述的方法，还包括接收来自液压系统的第三输入； 将所述第三输入与第二预定极限进行比较；其中，如果所述第二输入是在所述预定极限的边界内并且如果所述第三输入是在所述第二预定极限的边界内，则启动频率跟踪。
16.一种液压系统，包括 动力源；连接到所述动力源上的流体驱替组件；与所述流体驱替组件选择性地流体连通的多个致动器；适合于在所述流体驱替组件和所述多个致动器之间提供选择性的流体连通的多个控制阀；适合于致动所述多个控制阀的电子控制单元，其中所述电子控制单元接收所述动力源的旋转速度；基于所述旋转速度确定所述动力源的点火频率；基于所述动力源的所述点火频率选择用于所述多个控制阀的脉宽调制信号的频率；并且按照所述脉宽调制信号的所述频率致动所述多个控制阀。
17.如权利要求16所述的液压系统，其特征在于，所述多个控制阀中的每一个都是二位二通数字阀。
18.如权利要求16所述的液压系统，其特征在于，所述动力源是发动机。
19.如权利要求16所述的液压系统，其特征在于，通过CAN-bus接收所述动力源的旋转速度。
20.如权利要求16所述的液压系统，其特征在于，所述点火频率和所述脉宽调制信号的所述频率是谐波频率。
全文摘要
一种液压系统，包括动力源、流体驱替组件、多个致动器、多个控制阀和电子控制单元。流体驱替组件连接到动力源上。所述多个致动器与流体驱替组件选择性地流体连通。所述多个控制阀适合于在流体驱替组件和所述多个致动器之间提供选择性的流体连通。电子控制单元适合于致动所述多个控制阀，电子控制单元接收动力源的旋转速度，根据该旋转速度确定动力源的点火频率，根据动力源的点火频率选择用于所述多个控制阀的脉宽调制信号的频率，并按照所述脉宽调制信号的频率致动所述多个控制阀。
文档编号F15B21/04GK102216625SQ200980145413
公开日2011年10月12日 申请日期2009年10月16日 优先权日2008年10月17日
发明者D·马拉内, G·C·福琼 申请人:伊顿公司