通过电子可变负载感测释放、可变操作余量和电子扭矩限制的电子负载感测控制的制作方法

本申请主张2015年1月5日递交的第62/099,612号的美国临时专利申请的优先权权益，该申请通过引用在此全文并入。

技术领域

本发明涉及利用可变负载感测释放、可变操作余量和电子扭矩限制的电子控制系统。所述系统包括具有检测控制阀的相对侧的压力的传感器的设备，所述控制阀控制从源部到液压致动器的液压流。传感器产生指示压力的电信号。响应于传感器信号，控制器产生操作比例控制阀的输出信号以调节液压回路的结点处的压力。

背景技术：

通过改变供应给主阀的流体的压力对结点处的压力作出反应从而获得受控的压力水平的机构在现有技术中是公知的。对于现有技术状态的一个示例，机构使用压力变换器和电子控制单元(ECU)感测施加到各种机器功能元件的负载。ECU程序监测回路中的多个点处的压力以优化与由操作者请求的速度有关的泵送流。现有技术状态的另一个示例使用具有替换液机压力限制器的比例调节器的电子压力控制系统。比例泄压阀作用在液机LS(负载感测)调节器的导频信号上，使得泵压力与控制电流成比例。因此，通过电子控制单元读取两个压力变换器的瞬时测量值来实现负载感测功能，其中第一压力变换器在泵出口管线上，而第二压力变换器在阀LS端口上。输出电流信号控制比例阀，其中所述比例阀根据瞬时LS压力调节泵出口压力。现有技术状态的又一个示例使用嵌入式传感器监测压力、排量、速度和温度。感测数据与机载电子设备相互作用以有助于产生受控功能元件，其包括对泵的旋转斜盘进行定位以产生控制泵功能的流量和压力输出的一体式比例阀。

虽然这些机构在现有技术中已经被改进，但是仍然存在与负载感测系统以及仍然存在这些系统的控制相关联的问题。例如，在其中泵距离控制滑阀长距离的应用中，可能存在与使高压液压软管从控制阀延伸到泵控制装置相关联的困难。软管的长度对整个系统产生响应和稳定性问题。其中响应高度地类似于泵的响应的大超限度负载、高惯性或功能可能导致非稳定操作。

为了改善这些问题，将负载感测信号复制给传统的压力补偿负载感测控制泵的微控制器和电线的使用将是有益的。通过以电子的方式复制泵处的负载感测信号，可以移除液压负载感测线，这可以降低成本。软件的添加可以使回路操作平稳并消除传统负载感测系统所固有的先前的不稳定。此外，通过用电线和软件更换液压信号允许压力从一个方向变化到另一个方向，这提供了真实的可变操作余量可能性。此外，通过将倾角传感器加入到系统允许所有可变电子扭矩控制到系统，这进一步扩大了开路可变轴向活塞泵的性能。

因此，本发明的目的是提供一种使回路操作平稳并消除传统负载感测系统中所固有的不稳定性的负载感测控制系统。

本发明的另一个目的是提供一种提供全可变操作余量的负载感测控制系统。

本发明的进一步目的是提供一种除去液压荷载传感器线并降低成本的负载感测控制系统。

这些目的仅是本发明的几个目的，并且基于随后的说明书和附图，其它目的将对本领域的普通技术人员是显而易见的。

技术实现要素：

通过电子可变负载感测模型、可变操作余量和电子扭矩限制的电子负载感测控制具有将加压流体供应给操作者控制滑阀和致动器的泵。泵还连接到补偿滑阀和负载感测滑阀的管线中。

第一传感器连接到系统以用于测量泵出口压力，而第二传感器连接到系统以用于测量负载处的压力。传感器连接到具有软件逻辑的微处理器。

系统还包括至少一个压力变换器、比例卸压阀、固定孔板、和斜盘倾角传感器。代替比例卸压阀，泵的负载感测端口穿过固定孔板延伸。基于来自第一和/或第二传感器的感测压力，微处理器计算被发送给比例卸压阀的电流。比例卸压阀然后调节压力以等于感测到的负载压力。微处理器还可以基于期望的操作条件对电流进行加法或减法。最后，微处理器部分地基于斜盘倾角计算输入扭矩和最大压力。

附图说明

图1是现有技术压力控制负载感测系统的示意性视图；

图2是压力控制负载感测系统的示意性视图；

图3是压力控制负载感测系统的示意性视图；

图4是压力控制负载感测系统的示意性视图；

图5是压力控制负载感测系统的示意性视图；

图6是显示与解析的负载感测压力相比较的压力的图表；

图7是压力控制负载感测系统的示意性视图；

图8是显示与所需的扭矩相比较的泵排量的图表；以及

图9是显示与所需的扭矩相比较的泵排量的图表。

具体实施方式

图1显示传统的压力控制负载感测系统(PCLS)10。仅以示例的方式，系统10包括连接到压力补偿滑阀14、负载感测滑阀16的管线中的泵12。泵12是任何类型的泵并且优选地是可变排量泵。泵通过流动管线13将受压流体提供给操作者控制滑阀18，在泵12与阀18之间与流动管线13相关联的是用于测量泵出口压力(PA)的传感器。

流体从阀18流动到气缸或致动器15和经由流动管线17流动到压力补偿滑阀14。在气缸15与阀14之间与流动管线17相关联的是用于测量负载处的压力(PB)的传感器。基于操作条件，流体接着从阀14和16经由流动管线21和23流动到扭矩控制阀19。扭矩控制阀19控制斜盘25的位移。

当泵出口压力(PA)超过阀14时，流体通过阀14经由流动管线21路由以使阀25和泵12减少行程。例如，如图1所示，阀14具有250巴的弹簧设定值。当泵出口压力(PA)超过250巴时，压力补偿滑阀14被启动，从而允许流体流动到阀25并使泵12减少行程直到泵出口压力(PA)等于或低于250巴为止。

负载感测滑阀16比较泵出口压力(PA)与在操作者控制滑阀18之后被感测到的负载压力(PB)处的压力。负载感测滑阀16使用弹簧保持泵出口压力(PA)与负载压力(PB)之间的恒定差值。弹簧设定值被添加给负载压力(PB)，并且通过改变泵排量保持总和等于泵出口压力(PA)。因此，泵排量变化以保持操作者控制滑阀18两端的恒定压降。仅作为示例，其中负载压力(PB)等于200巴，并且负载感测滑阀弹簧设定值为20巴，负载感测滑阀16将油端口输出以使泵行程直到泵出口压力(PA)比负载压力(PB)高20巴，使得(PA)等于220巴。

在该基本电子负载感测系统10中，系统10中的解析(最高)负载压力被测量，并且解析压力在泵12的负载感测端口处被复制。由受控制的压力补偿滑阀14控制最大泵压力，并且由负载感测滑阀16弹簧设定值控制泵余量。基于压力平衡和弹簧设定值通过将油端口输出给伺服活塞的传统方法使滑阀14和16两者都处于泵排量的控制中。

为了改进该系统，如图2所示，添加压力变换器20、比例卸压阀22、固定孔板24和倾角传感器26。比例卸压阀22被添加到泵12的控制，同时泵12的负载感测端口穿过孔板24延伸直接到达泵出口(或者在泵出口压力(PA)处的泵12的外侧或者在泵12的控制滑阀的内部)，而不是延伸到达通常位于负载压力(PB)处的阀22中的解析负载感测压力端口。负载压力(PB)被通信给微处理器28，所述微处理器28将负载压力(PB)转化成被发送给比例卸压阀22的相应电流。比例卸压阀22接着释放压力，使得流动管线27中的压力PC等于负载压力(PB)。由泵控制的负载感测滑阀16设定的泵余量压力在固定孔板(余量孔板)24两端被满足。微处理器28不断地进行电流调节，使得压力PC始终等于负载压力(PB)。同时，在余量孔板24和操作者控制滑阀18两端共同地满足余量设定值。此外，通过测量比例卸压阀22处的温度并相对于压力调节电流，能够保持在宽温度范围内更加一致的性能。

通过负载对由泵12提供的流动的抵抗产生系统中的压力。仅作为示例，并且如图3所示，负载压力(PB)为200巴，该压力通过微处理器28和比例卸压阀22被复制，使得PC处的压力也等于200巴。负载感测滑阀16中的20巴的弹簧设定值使泵12行程以保持泵出口压力(PA)高20巴压力，使得泵出口压力(PA)等于220巴。如果负载受到不同的压力，则该不同的压力被通信给微处理器28，所述微处理器28调节PC处压力，并且泵排量进行调节以保持负载感测滑阀16设定值。当操作者改变操作者控制滑阀18时，负载压力(PB)改变，并且系统以与通过正常PCLS系统(电源控制负载系统)进行调节一样的方式进行调节。

如图所示，电子负载感测系统10复制在泵12的负载感测端口中的压力，其在解析负载感测端口处所可见并且通常通过液压负载感测管线被通信。通过复制(重现/重复)负载感测端口中的压力，操作者控制滑阀18两端的余量等于与泵12中的余量弹簧设定值相同的余量孔板24两端的余量。

使用软件逻辑30，代替复制解析负载感测压力，可以通过解析负载感测压力的细微改变或补偿实现电子可变操作余量。仅作为示例，并且所图4所示，负载压力(PB)为200巴。代替复制PC中的压力精确等于200巴负载，软件逻辑30将5巴添加给设定值，使得PC中的压力现在等于205巴。负载感测滑阀16将在泵出口处压力(PA)与PC之间保持20巴余量，使得泵12行程，直到出口压力等于225巴。负载感测滑阀16在余量孔板24处保持20巴的弹簧设定值((PA)-PC)，而操作者控制滑阀18两端的实际操作余量为25(PA)-(PB)。因此，操作者将经历通过阀以给定流动指令的更多流动，并经历在滑阀位于最大排量处时初始获得的流动以上的额外的流动。

在另一个示例中，如图5所示，负载压力(PB)为200巴。软件逻辑从设定值减去5巴，使得PC中的压力等于195巴。这里，负载感测滑阀16将在泵出口(PA)与PC处的压力之间保持20巴余量，使得泵将行程，直到出口压力等于215巴为止。与压力为20巴((PA)-PC)的余量孔板24两端的余量相比较，操作者控制滑阀18两端的余量现在为15巴(PA)-(PB)。用于被减少的任何滑阀设定值，操作者将经历通过阀的较小流动用于给定流动指令。这种操作模式由于使操作者控制滑阀18两端的减小的压降而节省能量。相称地，在215巴泵出口压力(PA)相对于如之前所需的220巴的泵出口压力的情况下，通过升高200巴负载可获得更多的泵出口压力(PA)来进行操作。

为了具有大于传统的系统的操作界限，本领域技术人员仅需要利用高余量设定值和低余量设定值两者的优势或依赖于在高余量设定值与低余量设定值之间连续变化的余量设定值。在低操作者滑阀指令的情况下，可以保持将节省能量的低操作余量。当操作者控制滑阀需求增加时，操作余量压力将增强，提供更多流量用于给定的滑阀设定值。在一个实施例中，这通过软件算法或通过操作者交互控制自动进行。

为了增加系统的稳定性，并且提高整个系统性能，一定量级的流量相关性被设置在操作函数的压力上以抑制系统。这改进了其中PCLS系统控制相对于负载系统中的改变是非常严格的现有技术状态(其可能是系统不稳定的主要驱动器)。

为了实现此目的，如图6中的示例所示，微处理器28稍微修改压力，所述压力在PC处相对于正在(PB)处被测量的压力被复制。当解析负载感测压力增加时，操作者控制滑阀18两端的余量减少，由于(PB)的绝对值增加，使得PC将相对于(PB)下降。因此，对于给定的恒定操作员者指令来说，当负载压力(PB)增加时，在操作者控制孔板处的有效操作余量将减少，导致用于给定函数的流量减小。流量的细微减小将作用为用于系统10的抑制函数。对于不会干扰机器生产力或使机器操作者产生负感知的流动的减少来说，系统将需要被调节。

在(PB)处测量的压力与PC处产生的压力之间由于温度变化而出现细微变化的情况下，靠近与如由图7中示例所示的流动管线27相关联的余量孔板24使用第二压力变换器32。通过测量PC处的压力，使用闭环算法以确保控制算法所需的压力关系被准确再现。

通常，使用负载感测开路系统，将由发动机提供的要求的扭矩超过发动机的性能。当此发生时，操作者减少其指令，这会使机器减速并且使机器难以有效地运行，或者发动机简单地停转，要求重新启动机器。此外，当指令泵12的高流量和压力时，原动机的扭矩需求超过性能，导致发动机失速。为了避免这些情况，使用电子可变扭矩控制，使得泵12的输出压力等于所需的压力以提高负载加上操作者控制滑阀18两端的下降。

为了实现此目的，首先由微计算机28通过获得泵12的输出压力(PA)和保持孔板24两端的LS压降所需的排量的乘积来计算必需由发动机提供的到泵12的输入扭矩。计算的样本显示如下：

泵扭矩＝200bar x 45cc/rev/62.8x 100＝143.31Nm其中提高负载所需的压力等于180巴，而泵12的结果的输出压力(PB)等于200巴。当遇到增加气缸15上的力的回路阻抗，回路中的结果的压力将增加。在阀指令没有改变的情况下，泵12将在较高的压力下试图保持相同的输出流量。例如，在所需的负载压力等于300巴并且在泵处的输出压力为320巴的情况下：

泵扭矩＝320bar x 45cc/rev/62.8x 100％＝229.30Nm

如果机器上的发动机仅能够具有150Nm的输出扭矩，则如果操作者继续指令，该新负载和持续流量指令将控制发动机并且导致失速状态。使用电子扭矩控制，系统可以通过调节受控制的LS压力PC控制泵12的行程，同时将扭矩水平保持在发动机可以提供防止发动机失速的最大扭矩处或在该最大扭矩以下。

如图8所示，基于先前的示例，具有其中泵12能够操作从而导致发动机失速状态的大区域。线34显示发动机能够输送给泵的最大扭矩。线36显示传统的负载感测系统通常所使用的恒定最大压力极限。在操作期间，软件30使用泵12中的斜盘倾角传感器26连续监测斜盘的倾角。使用斜盘倾角计算将导致发动机可能会在给定排量处产生的扭矩水平的最大压力，并且正确的电流在泵控制中被发送给比例泄压阀22以获得PC处的最大压力。使用控制逻辑30，电子扭矩限制能够防止区域38中导致发动机失速的操作，并且代替地在没有发动机失速的情况下，对于给定排量允许液压系统始终输送最大可能压力。

系统还提供了一种电子负载感测模型。因为比例卸压阀22限制由泵控制所看到的压力，因此其还可以代替系统中的另一个负载感测泄压阀。即使负载压力(PB)的峰值达到不期望的水平，微控制器28也可以将发送到泄压阀的压力释放设定值保持到限定压力，并且泵12将减少行程，直到泵出口压力((PA)达到期望的水平。

因此，已经公开了一种至少满足所有陈述目的的电子感测控制装置。