專利名稱：用于控制控制系統(tǒng)內(nèi)的液壓機構的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于在將液壓機構用作泵時控制控制系統(tǒng)內(nèi)的液 壓機構的方法，其中，電動機構以驅(qū)動方式連接至液壓機構。特別地， 本發(fā)明涉及一種用于限制工程機械的液壓系統(tǒng)內(nèi)的泵壓力的方法。
背景技術：
本發(fā)明將參照具體形式為輪式裝載機的工程機械進行描述。這是 本發(fā)明優(yōu)選但非限制性的應用場合。本發(fā)明還可以用于其他類型的工 程機械(或工程車輛)，比如挖掘裝載機(反鏟裝載機)和挖掘機械。
下面將在一個控制系統(tǒng)內(nèi)描述本發(fā)明，所述控制系統(tǒng)包括液壓機 構，所述液壓機構起到泵和馬達的作用。液壓機構以驅(qū)動方式連接至 電動機構，所述電動機構起到電動機和發(fā)電機的作用。這類控制系統(tǒng) 只是作為本發(fā)明的一個實例，并不限制本發(fā)明的范圍。
因此，在第一工作狀態(tài)，液壓機構起到泵的作用，并且提供加壓 流體至液壓缸。在第二工作狀態(tài)，液壓機構還起到液壓馬達的作用， 并且其由來自液壓缸的液壓流體驅(qū)動。因此，電動機構在第一工作狀 態(tài)起到電動機的作用，在第二工作狀態(tài)起到發(fā)電機的作用。
第一工作狀態(tài)對應于利用液壓缸執(zhí)行的作業(yè)操作，比如提升或傾 斜。因此，液壓流體被引導至液壓缸，用于實現(xiàn)液壓缸活塞的運動。 另一方面，第二工作狀態(tài)是能量回收狀態(tài)。
根據(jù)以前公知的泵，在泵內(nèi)存在調(diào)節(jié)器，所述調(diào)節(jié)器提供限壓功 能，以致在存在過高的壓力時減小泵的排量。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一個目的是提供一種控制方法，其在工作期間為泵提 供有效的保護。
通過根據(jù)權利要求1所述的控制系統(tǒng)來實現(xiàn)此目的。因此，利用 一種用于在將液壓機構用作泵時控制控制系統(tǒng)內(nèi)的液壓機構的方法實 現(xiàn)所述目的，其中，電動機構以驅(qū)動方式連接至液壓機構，所述方法 包括如下步驟檢測至少一個運行參數(shù)；基于檢測到的運行參數(shù)，確 定是否限制由液壓機構提供的壓力；以及相應地控制電動機構。
通過此方法，獲得限壓功能。因此，可以省去結(jié)合在傳統(tǒng)泵內(nèi)的 限壓功能，并且因此能夠使用更簡單/更便宜的泵作為液壓機構。
根據(jù)一個優(yōu)選實施例，所述方法包括如下步驟基于電動機構的 扭矩和液壓機構的排量，確定電動機構輸出的扭矩；以及相應地控制 電動機構。優(yōu)選地，還以與液壓機構的效率相對應的方式控制電動機 構。基于所述輸入數(shù)據(jù)適當?shù)赜嬎汶妱訖C構輸出的扭矩。
根據(jù)上述方法的優(yōu)選實施例，檢測電動機構的扭矩。根據(jù)另一個 實例，優(yōu)選地取決于當前的作業(yè)功能，使用電動機構的扭矩的各種預 定值。
其他從屬權利要求及下面的描述揭示了本發(fā)明的其他優(yōu)選實施例 和發(fā)明效果。
本申請將參照附圖中所示出的實施例對本發(fā)明進行詳細描述，其
中
圖l示出了輪式裝載機的側(cè)視圖。
圖2示出了用于控制輪式裝載機的作業(yè)功能的控制系統(tǒng)的實施例， 圖3示意性地示出了用于液壓機構的壓力限制的控制系統(tǒng)。
具體實施例方式
圖1示出了輪式裝載機101的側(cè)視圖。輪式裝載機101包括車輛 前部102和車輛后部103，所述車輛前部102和車輛后部103都包括車 架和一對驅(qū)動軸112、 113。車輛后部103包括駕駛室114。車輛的前、 后部102、 103以這樣的方式相互連接在一起，即，通過兩個液壓缸104、 105，它們可以繞著豎直軸線相對于對方樞轉(zhuǎn)，所述兩個液壓缸104、 105連接至車輛的前、后部102、 103。因此，液壓缸104、 105設置在 車輛縱向中心線的不同側(cè)，用于使輪式裝載機101轉(zhuǎn)向或轉(zhuǎn)彎。
輪式裝載機101包括用于處理目標物或材料的裝置111。裝置111 包括提升臂裝置106和具體形式為鏟斗的工具107，所述鏟斗安裝在提 升臂裝置上。此處，鏟斗107裝滿材料116。提升臂裝置106的第一端 可旋轉(zhuǎn)地連接至車輛前部102，用于形成鏟斗的提升運動。鏟斗107可 旋轉(zhuǎn)地連接至提升臂裝置106的第二端，用于形成鏟斗的傾斜運動。
通過兩個液壓缸108、 109，提升臂裝置106可以相對于車輛前部 102升高及降低，所述各液壓缸108、 109在一端連接車輛前部102， 在另一端連接提升臂裝置106。通過第三液壓缸IIO，鏟斗107可以相 對于提升臂裝置106傾斜，所述液壓缸110在一端連接至車輛前部102， 在另一端通過連桿臂系統(tǒng)連接至鏟斗107。
圖2示出了用于執(zhí)行提升臂106的提升和下降的控制系統(tǒng)201的 第一實施例，參見圖1。因此，圖2中的液壓缸108相當于提升缸108、 109 (雖然在圖2中只出示了一個液壓缸)。然而，控制系統(tǒng)的實施例 應當還能夠用于通過傾斜液壓缸U0使鏟斗107傾斜。
控制系統(tǒng)201包括電動機構202、液壓機構204和提升缸108。電
動機構202通過中間傳動軸206以可機械驅(qū)動的方式連接至液壓機構 204。液壓缸108通過第一管路210連接至液壓缸108的活塞側(cè)208， 通過第二管路214連接至液壓缸108的活塞桿側(cè)212。
在第一工作狀態(tài)，液壓機構204被設置成起到泵的作用，其由電 動機構202驅(qū)動并且向液壓缸108提供來自油箱216的加壓流體；在 第二工作狀態(tài)，液壓機構204被設置成起到馬達的作用，由來自液壓 缸108的液壓流體驅(qū)動并且驅(qū)動電動機構202。
在第一工作狀態(tài)，液壓機構204適合于控制液壓缸108的活塞218 的速度。因此，對于所述控制來說，在液壓機構和液壓缸之間無需控 制閥。更確切地說，控制系統(tǒng)201包括控制單元302，參見圖3，其電 氣連接至電動機構202，以便在第一工作狀態(tài)通過控制電動機構來控制 液壓缸108的活塞的速度。
液壓機構204具有第一端口 220和第二端口 222，所述第一端口 220通過第一管路210連接至液壓缸的活塞側(cè)208，所述第二端口 222 通過第二管路214連接至液壓缸的活塞桿側(cè)212。此外，液壓機構204 的第二端口 222還連接至油箱216，以便允許液壓機構在第一工作狀態(tài) 通過第二端口 222從油箱216抽取油并通過第一端口 220將油提供至 液壓缸108。
控制系統(tǒng)201包括用于控制壓力的裝置224，所述壓力裝置224 設置在液壓機構204的第二端口 222和油箱216之間的管路226上， 以便允許活塞桿側(cè)212的壓力增大(build-up)。更確切地說，壓力控 制裝置224包括電控限壓閥。
控制系統(tǒng)201還包括用于檢測液壓缸108的活塞側(cè)208的壓力的 傳感器228。
液壓機構204的第一端口 220通過第一吸入管路230連接至油箱 216。具體形式為單向閥的裝置232適合于允許從油箱中吸取液壓流體 并阻止液壓流體通過吸入管路230流向油箱。
液壓機構204的第二端口 222通過第二吸入管路234連接至油箱 216。具體形式為單向閥的裝置236適合于允許從油箱中吸取液壓流體 并阻止液壓流體通過吸入管路234流向油箱。
用于開啟/關閉的裝置237設置在位于液壓機構204的第二端口 222和液壓缸108的活塞桿端212之間的第二管路214上。此裝置237 包括一個二位電控閥。在第一位置，管路214開啟可以雙向流通。在 第二位置，閥具有單向閥功能，只允許流體在朝向液壓缸108的方向 上流動。在提升運動期間，電控閥237打開，電動機構202的轉(zhuǎn)速確 定液壓缸108的活塞218的速度。液壓流體通過第二吸入管路234從 油箱216中抽取，并且通過第一管路210被泵送至液壓缸108的活塞 側(cè)208。
附加管路242連接液壓機構204的第二端口 222和油箱216。
用于開啟/關閉的裝置243設置在位于液壓機構204的第一端口 220和液壓缸108的活塞端208之間的第一管路210上。此裝置243包 括一個二位電控閥。在第一位置，管路210開啟，可以雙向流通。在 第二位置，閥具有單向闊功能，只允許流體在朝向液壓缸108的方向 上流動。
如果在下降運動期間f產(chǎn)斗107應當突然停止(如果鏟斗撞擊地面 將可能發(fā)生這種情況)，那么液壓機構204將沒有時間來停止。在此 狀態(tài)，液壓流體可能通過吸入管路230從油箱216中抽取出來，并且 通過附加管路242。
電控閥237、 243起著負載保持閥的作用。當承載有負載時它們關 閉，以便不消耗電能，同時還防止當驅(qū)動源關閉時負載跌落。根據(jù)可 選的方案，省去了位于活塞桿側(cè)212的閥237。然而，保留閥237是有 利的，因為外力可能升高提升臂106。
過濾裝置238和熱交換器240布置在液壓機構204的第二端口 222 和油箱216之間的附加管路242上。當提升功能處于不作用位置時， 由于液壓機構204驅(qū)動來自油箱216的循環(huán)液流首先通過第一吸入管 路230然后通過附加管路242，可以獲得附加的過濾及加熱液流。因此， 在到達油箱之前，液壓流體通過熱交換器240和過濾裝置238。
通過在液壓流體以上述方式的被泵送至油箱的同時提高電控壓力 限制器224的壓力，還存在液壓流體的輔助加熱的其他可能性。當然， 當使用提升功能時也可以這樣。
此外，電控壓力限制器224可以被用作支持閥(back-up valve)， 用于當執(zhí)行下降操作時使活塞桿側(cè)212再次裝油。背壓可以根據(jù)需要 改變，并且可以盡可能地保持低，這樣節(jié)能。油越熱，背壓可以越低； 下降的速率越慢，背壓可以越低。當存在過濾的液流時，背壓可以為 零。
第一限壓閥245設置在將液壓機構204的第一端口 220連接至油 箱216的管路上。第二限壓閥247設置在將液壓缸108的活塞側(cè)208 連接至油箱216的管路上。兩個限壓閥245、 247連接至位于液壓機構 204和液壓缸108的活塞側(cè)208之間的第一管路210，位于閥243的不 同側(cè)。兩個限壓閥245、 247，其也被稱為震動閥(shockvalve)，它們由 彈簧加載，并且被調(diào)節(jié)成在不同的壓力下開啟。根據(jù)實例，第一限壓 閥245被調(diào)節(jié)成在270bar的壓力下開啟，第二限壓閥247被調(diào)節(jié)成在 380bar的壓力下開啟。
當工程機械101被驅(qū)動朝向一堆砂礫或石頭和/或當工具提升/下
降/傾斜時，鏟斗的運動可能受到障礙物的限制。然后，限壓閥245、 247保證壓力不會增加到對系統(tǒng)有害的水平。
根據(jù)第一實例，鏟斗107處于不動作的位置，即其相對于車輛前 部102的車架來說保持固定。當輪式裝載機101被驅(qū)動朝向一堆石頭 時，在壓力為380bar時第二壓力限制器247開啟。
在下降期間，位于液壓機構204和液壓缸108的活塞側(cè)208之間 的第一管路210上的閥243開啟。當提升臂106降低時，在壓力為270bar 時第一壓力限制器245開啟.如果在動力減少的下降操作期間外力應 使負載臂106向上運動，那么位于液壓機構204的第二端口 222和油 箱216之間的管路226上的壓力限制器224開啟。
根據(jù)限壓閥245、 247被調(diào)節(jié)成在預定壓力下開啟的方案的替代方 案，限壓閥可以被設計具有可變的開啟壓力。根據(jù)一種變型，限壓閥245、 247是電控限壓閥。如果采用電控，那么， 一個閥247就足以滿足震動 功能。取決于閥243是否開啟或關閉對閥247進行控制。取決于激活或 未激活提升/下降功能以及取決于缸的位置，可以調(diào)節(jié)開啟壓力。
控制方法的第一實施例包括如下步驟檢測運行參數(shù)并產(chǎn)生相應 的參數(shù)信號；基于檢測到的運行參數(shù)的水平確定所述壓力的水平；將 確定的壓力水平與預定最大水平相比較；控制液壓機構使得提供的壓 力小于預定最大水平。更具體地說，控制單元(計算機)接收所產(chǎn)生 的參數(shù)信號并進行處理，其后，控制信號被發(fā)送至電動機構，所述電 動機構以驅(qū)動方式連接至液壓機構，如果確定的壓力水平超過預定的 最大水平，那么降低電動機構提供的扭矩。
優(yōu)選的實施例包括如下步驟基于電動機構內(nèi)的扭矩和液壓機構 的排量，確定電動機構輸出的扭矩；以及相應地控制電動機構。優(yōu)選
地，還以與液壓機構的效率相對應的方式控制電動機構。
根據(jù)檢測電動機構的扭矩的替代方案，可以檢測與液壓機構204 相關的管路210內(nèi)的液壓流體的壓力，并且將檢測到的壓力水平與預 定的最大水平相比較。例如，通過壓力傳感器228檢測壓力。
根據(jù)另一個可選方案，檢測表征工具107的位置的參數(shù)，并且相 應地控制電動機構202。例如，通過線性傳感器檢測提升缸內(nèi)的活塞桿 的位置，或者通過角度傳感器檢測裝載臂的角位置。根據(jù)可選的方案 或附加的方案，例如，通過傾斜液壓缸內(nèi)的活塞桿的位置或通過角度 傳感器來檢測工具的位置。優(yōu)選地，反復地、適當?shù)鼗旧线B續(xù)地檢 測位置參數(shù)，并且相應地控制電動機構。因此，取決于工具的位置， 最大泵壓力改變。
根據(jù)另一個可選方案，檢測工程機械的速度、工程機械當前正在 執(zhí)行的作業(yè)內(nèi)容、設置在工程機械上的工具的類型和/或駕駛員選擇的 模式，并且相應地控制電動機構。此處，"當前執(zhí)行的作業(yè)"是指正進行 的作業(yè)，比如處理/運輸碎石、砂礫、粗石、木材、托盤，清理積雪， 等等。"工具類型"此處意味著不同類型的工具，比如鏟斗、集裝箱裝運 叉、木材抓取臂等等。例如，可以自動地檢測工具類型，或者是由駕 駛員手動地選定。當前執(zhí)行的作業(yè)可以在機械操作期間自動地確定， 也可以由駕駛員手動地選定。因此，模式意味著當前執(zhí)行的作業(yè)或工 具類型。
根據(jù)另一個可選方案，檢測表征除了液壓機構被設置成提供壓力 的功能以外的其他不同功能的參數(shù)，并且相應地控制電動機構。例如， 檢測轉(zhuǎn)向運動(通過轉(zhuǎn)向缸104、 105)，并且控制用于提升功能(通 過提升缸108、 109)的最大泵壓力。
優(yōu)選地，多個上述參數(shù)的組合用于確定將如何控制電動機構。 根據(jù)第一個實例，當可以使用最大泵壓力的控制時，裝載臂大約 處于其底部位置和頂部位置之間的中間位置，并且伊斗最大限度地向
下傾斜。裝載臂和鏟斗的幾何結(jié)構意味著，當裝載臂進一步升高時牽產(chǎn) 斗將接觸裝載臂。這可能導致很大的應力。在這樣的條件下，可以限 制泵的最大壓力，或者，可選地，可以完全地停止泵。隨后，駕駛員 必須稍微向外傾斜鏟斗，以便進一步的升高被執(zhí)行的裝載臂。
根據(jù)第二實例，當可以使用最大泵壓力的控制時，機器正進行最
大量的轉(zhuǎn)向運動(通過轉(zhuǎn)向缸104、 105)并開始負載的提升。此位置 可能是不穩(wěn)定的，特別在重載情況下。在這樣的條件下，可以限制泵 的最大壓力，或者，可選地，可以完全地停止泵。隨后，駕駛員必須 減小轉(zhuǎn)向運動，以便進一步的升高被執(zhí)行的裝載臂。
根據(jù)第三實例，取決于情況需要，在工作期間連續(xù)地控制最大泵 壓力。泵的最大可用壓力只是在特定情況下才需要，比如當從前方進 入材料內(nèi)時。在此情況下，裝載臂被設置成處于降低的位置，并且鏟 斗基本上與車輛行駛的地面平齊。因此，在此情況下不限制最大泵壓 力。然而，對于其他的作業(yè)操作，可以將泵壓力限制在不同的程度。 因此，可以增加系統(tǒng)的使用壽命。
圖3示出了用于下降功能的控制系統(tǒng)。電動機構202以這樣的方 式電氣連接至控制單元302， S卩，其受控制單元控制，并且可以提供關 于工作條件的信號(比如扭矩)至控制單元302?？刂茊卧?02通常被 稱為CPU (中央處理單元)，并且包括微處理器和存儲器。優(yōu)選地， 存儲器包括有關液壓機構的排量的信息。此外，位置傳感器248和壓 力傳感器228也連接至控制單元302。
不能認為本發(fā)明僅僅限于如上所述的示例性實施例，應當認為， 本發(fā)明包括在所附權利要求的范圍內(nèi)可以預想到的多種變型與改進。
權利要求
1.一種用于在將液壓機構作為泵使用時控制控制系統(tǒng)內(nèi)的液壓機構(204)的方法，其中，電動機構(202)以驅(qū)動方式連接至液壓機構(204)，所述方法包括如下步驟檢測至少一個運行參數(shù)；基于檢測到的運行參數(shù)，確定是否限制由液壓機構(204)提供的壓力；以及相應地控制電動機構(202)。
2. 如權利要求l所述的方法，包括如下步驟基于檢測到的運行 參數(shù)的水平確定所述壓力的水平；將確定的壓力水平與預定的最大水 平相比較；以及控制液壓機構(202)，使得提供的壓力小于預定的最 大水平。
3. 如權利要求1或2所述的方法，包括如下步驟基于電動機構 的扭矩和液壓機構(204)的排量，確定電動機構(202)輸出的扭矩； 以及相應地控制電動機構(202)。
4. 如權利要求3所述的方法，包括如下步驟以與液壓機構(204) 的效率相對應的方式還控制電動機構(202)。
5. 如權利要求3或4所述的方法，包括如下步驟檢測電動機構 的扭矩。
6. 如權利要求3或4所述的方法，包括如下步驟使用電動機構 的扭矩的不同預定值。
7. 如上述權利要求中任何一項所述的方法，包括如下步驟檢測 與液壓機構(204)相關的液壓；以及相應地控制電動機構(202)。
8. 如上述權利要求中任何一項所述的方法，其中控制系統(tǒng)設置在 工程機械內(nèi)，用于控制工具。
9. 如權利要求8所述的方法，包括如下步驟檢測表征工具(107) 的位置的參數(shù)；以及相應地控制電動機構(202)。
10. 如權利要求8或9所述的方法，包括如下步驟檢測表征除 了液壓機構被設置成提供壓力的功能以外的其他不同功能的參數(shù)；以 及相應地控制電動機構(202)。
11. 如權利要求8—10中任何一項所述的方法，包括如下步驟 檢測工程機械的速度；以及相應地控制電動機構(202)。
12. 如權利要求8—11中任何一項所述的方法，包括如下步驟 與工程機械當前正在執(zhí)行的作業(yè)相對應地控制電動機構(202)。
13. 如權利要求8—12中任何一項所述的方法，包括如下步驟 與設置在工程機械上的工具的類型相對應地控制電動機構(202)。
14. 如權利要求8—13中任何一項所述的方法，包括如下步驟 檢測由駕駛員選擇的模式；以及相應地控制電動機構(202)。
15. 如上述權利要求中任何一項所述的方法，其中液壓機構(204) 向液壓執(zhí)行機構(104， 105， 108， 109， 110)提供加壓流體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在將液壓機構用作泵時控制控制系統(tǒng)內(nèi)的液壓機構(204)的方法，其中，電動機構(202)以驅(qū)動方式連接至液壓機構(204)，所述方法包括如下步驟檢測至少一個運行參數(shù)；基于檢測到的運行參數(shù)，確定是否限制由液壓機構(204)提供的壓力；以及相應地控制電動機構(202)。
文檔編號F15B21/14GK101370988SQ200780002442
公開日2009年2月18日 申請日期2007年1月16日 優(yōu)先權日2006年1月16日
發(fā)明者博·維格霍爾姆, 瑪庫·帕洛 申請人:沃爾沃建筑設備公司