具有在过载情况下的待机模式的负载传感控制的制作方法
【专利摘要】本发明公开了控制液压回路的方法，该液压回路具有泵、液压致动器以及设置在泵和液压致动器之间的控制阀。该方法包括根据液压致动器液压压力和至少一个最大压力极限值之间的关系，选择性地将液压回路设置在工作模式和工作待机模式之间。该工作模式包括将控制阀移动到打开位置以使得泵和液压致动器彼此流体流通，并命令泵产生大于测得的液压致动器液压压力的输出压力值。该工作待机模式包括将控制阀移动到关闭位置以使得泵与液压致动器隔离，并命令泵产生独立于测得的液压致动器液压压力的输出压力值。
【专利说明】具有在过载情况下的待机模式的负载传感控制
[0001]相关申请
[0002]本申请是于2012年2月10日作为PCT国际专利申请提交的，除了美国之外的所有国家指定的 申请人:都为美国公司伊顿公司，仅在美国指定的 申请人:为美国公民Wade L.Gehlhoff，且本申请要求2011年2月10日提交的、系列号为61/441，453的美国临时专利申请的优先权，该申请通过引用而合并于此。
【背景技术】
[0003]诸如叉车、轮式装载机、履带式装载机、挖掘机、反铲挖掘机/装载机、推土机以及伸缩式装卸机之类的作业机械是已知的。作业机械可以用于移动物料，例如集装箱、泥土和/或碎石。作业机械通常包括与作业机械连接的作业机具(例如，叉)。附接到作业机械上的作业机具通常由液压系统提供动力。该液压系统可以包括由原动机(如柴油机)提供动力的液压泵。在这种机器中常见的是，液压泵向液压系统内的各种阀提供流体功率。希望作出改进。例如，作业机具——如叉车上的叉——通常通过杆的操作而升高和降低，该杆经由控制阀驱动一个或多个液压致动器。在多个阀或者其他流体功率消耗装置提供有来自同一个泵的加压流体的系统中，该泵必须在足够大的压力工作，以满足具有最高压力需求的阀或部件。在一些情况下，工作回路中的液压致动器将暴露于外部引入的负载，该负载超过了泵的产生足够的压力来实际举升负载的能力。该条件在一些应用中将使得泵以其最大输出值工作，尽管与液压致动器相关联的阀将由于存在压力不足的情况而保持关闭。这种情况发生时，能量不必要地消耗在产生比使用系统中流量的其他阀所需的压力的大压力中。
【发明内容】
[0004]公开了一种控制液压回路的方法，该液压回路具有泵、液压致动器、以及设置在泵和液压致动器之间的控制阀。在该方法的一个步骤中，接收液压回路中的工作杆希望进行工作操作的指示。在一个实施方式中，该工作操作为提升操作，且工作杆为提升杆。在该方法的另一步骤中，也接收测得的液压致动器液压压力。该方法还包括当所测得的液压致动器液压压力低于第一最大压力极限值时将液压回路置于工作模式的步骤。工作模式包括移动控制阀到打开位置，使得泵和液压致动器彼此液体流通。工作模式还包括当测得的液压致动器液压压力低于最大压力极限值时，命令泵产生大于所测得的液压致动器液压压力的输出压力值。该方法进一步包括当测得的液压致动器液压压力高于第二最大压力极限值时将液压回路置于工作待机模式的步骤。工作待机模式包括移动控制阀到关闭位置以使得泵与液压致动器隔离，并命令泵产生独立于所测得的液压致动器液压压力的输出压力值。
[0005]还公开了一种用于机动车中的液压系统。在一个实施方式中，液压系统包括电子控制器、至少一个液压致动器、与电子控制器通信的液压泵、以及与电子控制器通信的控制阀。该控制阀设置在泵和液压致动器之间，并可从关闭位置移动到打开位置，在该打开位置中液压致动器和液压泵彼此流体连通。还包括与电子控制器通信的第一压力传感器，该第一压力传感器用于测量控制阀和液压致动器之间的液压压力。还提供了与电子控制器通信的第二压力传感器，该第二压力传感器与用于测量泵和控制阀之间的液压压力。在一个实施方式中，电子控制器被配置成在工作模式和工作待机模式之间操作该系统，其中当第一压力传感器处的液压压力低于第一最大压力极限值时工作模式被启动，当第一压力传感器处的液压压力高于第二最大压力极限值时工作待机模式被启动。在一个实施方式中，工作模式包括控制阀处于打开位置，且泵被设置成产生大于测得的液压致动器液压压力的输出压力值。在一个实施方式中，工作待机模式包括控制阀处于关闭位置，且泵被设置成产生独立于测得的液压致动器液压压力的输出压力值。
[0006]还公开了一种用于液压回路中的电子控制器，该液压回路具有泵、液压致动器、以及设置在泵和液压致动器之间的控制阀。电子控制器包括非瞬态存储媒介、处理器、以及存储在非瞬态存储媒介中并可由处理器执行的控制算法。在一个实施方式中，控制算法被配置成允许电子控制器在工作模式和工作待机模式之间操作液压回路，如上所述。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]参考以下的附图对非限定性和非排他性的实施例进行说明，这些附图没有按比例绘制，其中除非特别指出，各个附图中相似的附图标记指相似的部件。
[0008]图1为具有根据本发明原理的各方面示例的特征的作业机械的示意图。
[0009]图2为适用于图1中所示的作业机械中的液压回路的部分示意图。
[0010]图3为用于图2中所示液压回路的电子控制系统的示意图。
[0011]图4为示出了图2中所示工作回路的操作方法的过程流程图。
[0012]图5为示出了图2中所示工作回路的操作方法的过程流程图。
【具体实施方式】
[0013]将参考附图详细说明各个实施例，其中多个附图中，相似的附图标记表示相似的部件和组件。参考各个实施例并不会限制所附的权利要求的范围。此外，说明书中阐明的任何示例并不是用于限制，且仅仅是针对权利要求对多个可能实施方式中的一些进行说明。
[0014]一般件说明
[0015]如图1所示，示出了作业机械200。作业机械200包括用于执行各种工作任务的作业机具202。在一个实施方式中，作业机械200是叉式装卸车，且作业机具202包括两个叉。然而，本领域技术人员了解作业机具可以是任意液压驱动的作业机具。
[0016]作业机械200还示出为包括至少一个驱动轮204以及至少一个转向轮206。在一些实施方式中，一个或多个驱动轮204可以与一个或多个转向轮206组合。驱动轮通过与泵210和212流体连通的发动机208驱动。泵210与发动机208机械连接，而泵212经由液压系统214连接到发动机208。泵212还经由车轴216、差速器218和传动轴220机械连接到(多个)驱动轮204。
[0017]工作回路222和转向回路224也与液压系统214流体连通。工作回路222驱动作业机具22，以使得能够执行工作任务，而转向回路224使得作业机械200选择性地沿期望的方向转向。
[0018]工作回路
[0019]参考图2，示出了液压系统的工作回路222和其他部件的示例。工作回路222用于启动作业机械222的作业机具202。工作回路222包括第一阀组件20，其用于启用工作功能，例如机具提升功能。工作回路222还可以包括多个额外的阀和/或用于在液压系统214中启用其他功能的液体动力消耗部件228。在所示的特别实施方式中，第一阀组件20为比例阀，其具有套筒22，阀柱24设置在该套筒中。
[0020]第一阀组件20被配置为并设置为选择性地向一个或多个液压致动器40提供来自泵210的加压液体，该致动器可机械联接到作业机具202。术语“液压致动器”的使用，是指包括液压缸(如，提升缸)、液压马达和类似物。在图2中示出的示例性实施方式中，(多个)液压致动器40是液压提升缸。第一阀组件20的操作使得作业机具202可选择性地在作业功能中被启动。(多个)液压致动器40的启动速度是经过第一阀组件20的流的结果。经过第一阀组件20的流可以通过成对的可变电磁阀致动器58、60来控制，这些可变电磁阀致动器作用于阀20的阀柱24的每一端。可变电磁阀致动器58、60可分别借助控制管线66、70由控制系统50操作。
[0021]如所示，第一阀组件20是与泵210、储罐230和(多个)液压致动器40流体连通的三位三通阀。本领域技术人员可以理解，可以代替单个三向阀20而使用两个阀。可选地，可利用单个阀来控制流体同时进出液压致动器，如图1大体所示。在这样的方式中，一个阀可以与泵210及(多个)液压致动器40流体连通，而第二个阀可以与储罐230及(多个)液压致动器40流体连通。在所示实施方式中，第一阀组件20可从关闭位置或中间(neutral)位置A移动到工作位置B和移动到下降位置C。
[0022]在关闭位置A，端口 26A、28A和30A关闭，使得泵210和储罐230都与(多个)液压致动器40隔离。在该位置，作业机具202保持在静态位置，既不升起也不下降。
[0023]在工作位置B，第一阀组件20定位成使得端口 26B和30B被设置成彼此流体连通。该位置使得泵210与(多个)液压致动器40流体连通。当泵压力超过由于负载42引起的压力时，(多个)液压致动器将使得负载42升起。在工作位置，储罐230在端口 28B处被阻塞。
[0024]在下降位置C，第一阀组件20被定位成使得端口 28C和30C被设置为彼此流体连通。该位置使得储罐230与(多个)液压致动器40流体连通。下降位置C使得流体从(多个)液压致动器40排到储罐230，因而使得负载42下降。
[0025]工作回路222进一步示出为具有设置在(多个)液压致动器40和第一阀组件20之间的第一压力传感器56。该传感器经由控制管线68与电子控制器50通信。第一压力传感器56为控制器50提供用于(多个)液压致动器40中的压力的输入。当第一阀组件20处于关闭位置时，第一压力传感器56提供了由负载42引起的系统上的压力的指示。
[0026]工作回路222进一步示出为具有设置在泵210和第一阀组件20之间的第二压力传感器54。该传感器被设置为经由控制管线64与电子控制器50通信。第二压力传感器54为控制器50提供由泵210产生的压力的输入。泵输出压力可以通过经由控制管线72与电子控制器50通信的泵控制器52来控制。
[0027]在所示实施方式中，其他控制阀或压力消耗装置228可以是或者可以不为工作回路222的一部分。这些装置228也可以经由(多条)控制管线74与电子控制器50通信。
[0028]电子控制系统
[0029]液压系统214基于(例如，由操作者)施加给作业机械200的命令在各种模式下工作。电子控制系统监控并允许各种模式在适当时间启动。
[0030]电子控制器50监控各种传感器和液压系统214的操作参数，以配置液压系统214进入到最适宜的模式。这些模式包括工作回路工作模式和工作回路待机模式。
[0031]参考图3，电子控制器50被示意地示出为包括处理器50A和非瞬态存储媒介或者存储器50B，如RAM、闪存驱动器或硬盘驱动器。存储器50B用于存储可执行代码、操作参数、来自操作者界面的输入，而处理器50A用于执行该代码。电子控制器50还被示出为具有可用于执行工作回路工作模式和工作回路工作待机模式的多个输入输出。如上所述，输入之一是由压力传感器52提供的测得的泵输出压力100。另一输入是由压力传感器56提供的测得的液压致动器压力102。本领域技术人员可以理解的是，许多其他的输入也是可以的。例如，测得的发动机速度可被提供为进入电子控制器50的直接输入，或者可以通过控制局域网(CAN)从控制系统的另一部分接收。也可以提供——例如通过排量反馈传感器——测得的泵送排量。
[0032]输入到电子控制器50的另一输入为来自工作杆62的杆位置输入104。在一个实施方式中，杆位置输入是来自诸如提升杆之类的电子杆的直接数字信号。工作杆62向控制器50提供用户指示，指示希望由(多个)液压致动器40进行负载工作操作。
[0033]仍然参考图3,不出了从电子控制器50输出的若干输出。一个输出为泵输出命令106，其用于调整泵102的输出压力。在一个实施方式中，泵压力输出可以通过调整可变排量轴向柱塞泵中旋转斜盘的角度来控制。又一个输出为阀位置命令108。在所示的特别实施方式中，阀命令输出108为经由控制管线66、70通到控制阀20的电磁阀58、60的比例信号。额外的阀输出位置命令可以从控制器50发送到装置228。
[0034]电子控制器50还可以包括若干映射图或算法，以使得控制器502的输入和输出相关联。例如，控制器502可包括基于在传感器54和56处测得的压力控制泵输出压力和第一阀组件20位置的算法。在一个实施方式中，控制器50包括在工作模式和工作待机模式中控制系统的算法，如下面操作方法部分进一步描述的。
[0035]电子控制器50也可存储若干预定和/或可配置的参数，以及对确定何时启动和/或终止每一模式的偏移。如本文所用，术语“可配置”指可在控制器中选择(即，通过拔码开关)或者可以在控制器中进行调整的参数或偏移值。
[0036]操作方法
[0037]参考图4，示出了操作泵210和控制阀组件20的方法1000。应注意到的是，尽管图4示意性地示出了按照特定顺序的方法步骤，但该方法不必限于按照所示顺序执行。而是，至少在一些所示的步骤可以按重叠方式、以不同顺序和/或同时来执行。
[0038]在方法1000的第一步骤1002中，电子控制器50接收来自使用者的、希望操作工作模式的指示。该指示可以来自各种使用者输入。例如，使用者可移动与(多个)液压致动器40相关联的杆。另一个示例是，使用者通过使用控制系统500的用户界面，直接或间接地选择模式。为简化目的，该系统可以说是在步骤1002中处于工作待机模式，其中第一控制阀组件处于关闭位置或者中间位置，且泵压力被控制为独立于测得的液压致动器液压压力的值。如此，在工作待机模式下，即使使用者将工作杆移动到工作位置，控制系统也防止泵进行到完全压力输出操作状态。
[0039]在第二步骤1004中，电子控制器50接收测得的液压致动器压力，例如该压力来自压力传感器56。在负载已经放置在作业机具202上的情况下，该压力相应于由负载42引起的感生压力。
[0040]在第三步骤1006中，做出测得的液压致动器压力是否低于第一最大压力极限值的判定。在一个实施方式中，第一最大压力极限值等于最大允许泵压力极限。在一个实施方式中，第一最大压力极限值等于最大允许泵压力极限加上第一偏移值。在一个示例中，第一偏移值被设定为零。第一最大压力极限值和第一偏移值都可以在控制器50中进行配置，使得这些值可以为实现系统的最佳性能而被调整和优化。
[0041]如果测得的液压致动器压力不低于第一最大压力极限值，则处理返回到最初，系统保持在工作待机模式下。在负载42引入了大到泵210无法克服的压力的情况下将存在这一条件。由此，不是命令泵达到最大压力输出——这会浪费能量，而是系统不会对希望进行负载提升的指示作出回应。在工作待机模式中，泵反而独立于液压致动器所需的压力进行工作。
[0042]如果测得的液压致动器低于第一最大压力极限值，则处理进行到步骤1008，其中工作模式被启动。在工作模式中，泵被命令为产生大于所测得的液压致动器液压压力的输出压力值。一旦泵压力已经达到该值，控制阀就打开到工作位置，使得(多个)液压致动器和泵210彼此流体连通。在一个实施方式中，泵输出压力值被限定为在传感器56处测得的液压致动器压力加上第三偏移值。在一个示例中，第三偏移值约为lObar。第三偏移值可以在控制器50中进行配置，使得该值可以为实现系统的最佳性能而被调整和优化。
[0043]在步骤1010中，做出测得的液压致动器压力是否高于第二最大压力极限值的第二判定。在一个实施方式中，第二最大压力极限值等于最大允许泵压力极限。在一个实施方式中，第二最大压力极限值等于最大允许泵压力极限加上第二偏移值。在一个实施例中，第二偏移值约为5bar。该第二偏移值可在控制器50中进行配置，使得该值可以为实现系统的最佳性能而被调整且优化。
[0044]如果测得的液压致动器压力低于第二最大压力极限值，则控制器允许系统保持在工作模式下，且处理返回到步骤1008。然而，如果测得的液压致动器压力高于第二最大压力极限值，则系统在步骤1012处返回到工作待机模式。如上所述，工作待机模式包括阀被关闭以使得泵和(多个)液压致动器彼此隔开，且泵压力输出被设定到待机压力或者独立于(多个)液压致动器的需求进行操作的其他压力。
[0045]参考图5，示出了操作泵210和控制阀组件20的第二种方法1100。应注意到的是，尽管图4示意性地示出了按照特定顺序的方法步骤，但该方法不必限于按照所示顺序执行。而是，至少在一些所示的步骤中可以按重叠方式、以不同顺序和或同时来执行。由于很多步骤包括了与方法1000中所述相似的特征，因而对于方法1000的说明的全部内容可以通过引用而结合到对于方法1100的说明中，反之亦然。
[0046]步骤1102和1104与方法1000中的步骤1002和1004相同，因而不再进行进一步的讨论。
[0047]在步骤1106中，通过将测得的提升缸压力与偏移值相加而计算泵压力要求值。在一个实施方式中，偏移值约为lObar。
[0048]在步骤1108中，在泵压力要求值与最大允许泵压力极限值减去第二偏移值之间进行比较。在一个实施方式中，第二偏移值约为5bar。如果泵压力要求值小于泵压力极限值减去第二偏移值，则回路在步骤1108处被置于工作模式。否则，回路仍保持在工作待机模式中，且处理返回到步骤1102。
[0049]在步骤1110处，泵被命令为达到泵压力要求值，且控制阀被打开到工作位置，使得泵和液压致动器彼此流体连通。
[0050]在步骤1112处，在泵压力要求值与最大允许泵压力之间进行第二比较。如果泵压力要求值小于泵压力极限，则回路继续保持在工作模式，且处理返回到步骤1110。如果泵压力要求值大于泵压力极限，该回路离开工作模式，并在步骤1114被置于待机模式。
[0051]在步骤1114中，阀被关闭到中间位置，使得泵和液压致动器彼此隔离。泵压力也被设定为供给压力要求，该供给压力要求等于可配置的待机压力，等于足以满足系统中其他部件的压力，或者要不然等于独立于液压致动器压力的压力值。
[0052]应该理解的是，上述过程和相关的公开通过仅当可以事先确定泵实际上能够产生工作操作、例如提升操作所需的压力时命令泵增加输出压力，使得系统以更为经济的模式来操作泵。
[0053]上述各种实施方式仅作为举例说明来提供，且不应被理解为对权利要求进行限制。本领域的技术人员将易于认识到那些未在本文中说明和描述的示例性实施方式和应用所作出的各种修正和改变，且这些修正和改变并未脱离本发明真正的精神和范围。
【权利要求】
1.一种控制液压回路的方法，该液压回路具有泵、液压致动器、以及设置在泵和液压致动器之间的控制阀，该方法包括以下步骤: (a)接收液压回路中的工作杆希望进行工作操作的指示； (b)接收测得的液压致动器液压压力； (c)当测得的液压致动器液压压力低于第一最大压力极限值时，将液压回路置于工作模式，该工作模式包括: 1.将控制阀移动到工作位置，使得泵和液压致动器彼此流体连通； ?.当测得的液压致动器液压压力低于最大压力极限时，命令泵产生大于测得的液压致动器液压压力的输出压力值； (d)当测得的液压致动器液压压力高于第二最大压力极限值时，将液压回路置于工作待机模式，该待机模式包括: 1.将控制阀移动到关闭位置，使得泵和液压致动器隔离； ?.命令泵产生独立于测得的液压致动器液压压力的输出压力值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，第一最大压力极限值包括允许的最大允许泵压力极限。
3.根据权利要求2所 述的方法，其中，第一最大压力极限值包括最大允许泵压力极限加上第一偏移值。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，第二最大压力极限值包括允许的最大允许泵压力极限。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，第一最大压力极限值包括最大允许泵压力极限加上第二偏移值。
6.根据权利要求3所述的方法，其中，第一最大压力极限值包括最大允许泵压力极限加上第二偏移值。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，第一偏移值约为Obar，第二偏移值约为5bar。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，在工作模式中泵的输出压力值被设定为等于测得的液压致动器液压压力加上第三偏移值。
9.一种用于机动车中的液压系统，该系统包括: (a)电子控制器； (b)至少一个液压致动器； (C)与电子控制器通信的液压泵； (d)与电子控制器通信的控制阀，该控制阀设置在泵和液压致动器之间，且可从关闭位置移动到液压致动器和液压泵彼此流体连通的工作位置； (e)与电子控制器通信的第一压力传感器，该第一压力传感器用于测量控制阀和液压致动器之间的液压压力；以及 (f)与电子控制器通信的第二压力传感器，该第二压力传感器用于测量泵和控制阀之间的液压压力； (g)电子控制器被配置成在工作模式和工作待机模式之间操作该系统，当第一压力传感器处的液压压力低于第一最大压力极限值时启动工作模式，当第一压力传感器处的液压压力高于第二最大压力极限值时启动工作待机模式；(h)工作模式包括: i.控制阀位于工作位置； ii.泵被设定成产生大于测得的液压致动器液压压力的输出压力值； (i)工作待机模式包括: i.控制阀位于关闭位置； ii.泵被设定成产生独立于测得的液压致动器液压压力的输出压力值。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，第一最大压力极限值包括允许的最大允许泵压力极限。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，第一最大压力极限值包括最大允许泵压力极限加上第一偏移值。
12.根据权利要求9所述的方法，其中，第二最大压力极限值包括允许的最大允许泵压力极限。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，第一最大压力极限值包括最大允许泵压力极限加上第二偏移值。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，第一最大压力极限值包括最大允许泵压力极限加上第二偏移值。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，第一偏移值约为Obar，第二偏移值约为5bar。
16.根据权利要求9所述的方法，其中，在工作模式中泵的输出压力值被设定为等于测得的液压致动器液压压力加上第三偏移值。
17.一种用于液压回路中的电子控制器，该液压回路具有泵、液压致动器、以及设置在泵和液压致动器之间的控制阀，该电子控制器包括: (a)非瞬态存储媒介； (b)处理器； (c)存储在非瞬态存储媒介中并可由处理器执行的控制算法； (d)该控制算法被配置成允许电子控制器在工作模式和工作待机模式之间操作液压回路，当与液压致动器相关的、测得的液压压力低于第一最大压力极限值时启动工作模式，当测得的液压压力高于第二最大压力极限值时启动工作待机模式； (e)工作模式包括: 1.控制阀位于工作位置； ii.泵被设定成产生大于测得的液压致动器液压压力的输出压力值； (f)工作待机模式包括: 1.控制阀位于关闭位置； ii.泵被设定成产生独立于测得的液压致动器液压压力的输出压力值。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，第一最大压力极限值包括允许的最大允许泵压力极限。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，第一最大压力极限值包括最大允许泵压力极限加上第一偏移值。
20.根据权利要求17所述的方法，其中，第二最大压力极限值包括允许的最大允许泵压力极限。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，第一最大压力极限值包括最大允许泵压力极限加上第二偏移值。
22.根据权利要求19所述的方法，其中，第一最大压力极限值包括最大允许泵压力极限加上第二偏移值。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，第一偏移值和第二偏移值可在控制器中配置。
24.根据权利要求22所述的方法，其中，第一偏移值约为Obar，第二偏移值约为5bar。
25.根据权利要求17所述的方法，其中，在工作模式中泵的输出压力值被设定为等于测得的液压致动器液压压力加上第三偏移值。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，第三偏移值可在控制器中配置。
27.根据权利要求26 所述的方法，其中，第三偏移值约为lObar。
【文档编号】F15B20/00GK103459860SQ201280008518
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2012年2月10日 优先权日:2011年2月10日
【发明者】W·L·吉尔霍夫 申请人:伊顿公司