專利名稱：用于包括挖掘機(jī)懸臂回轉(zhuǎn)動(dòng)力管理的電動(dòng)液壓回路和系統(tǒng)的工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本專利公開一般涉及電動(dòng)液壓動(dòng)力/功率(power)管理，更具體地說(shuō)，涉及動(dòng)力管 理系統(tǒng)及方法，以使發(fā)動(dòng)機(jī)效率最大和液壓機(jī)器的工作循環(huán)時(shí)間最少。
背景技術(shù)：
液壓機(jī)器，例如液壓挖掘機(jī)，利用發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)變量泵，所述變量泵給氣缸提供液 壓動(dòng)力。發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)常在固定的高速下工作，而不管機(jī)器的實(shí)際瞬時(shí)動(dòng)力需求如何。因此，即 使當(dāng)動(dòng)力需求低時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)也在效率低的高速下運(yùn)轉(zhuǎn)，而造成比必要的燃料消耗更高的燃 料消耗和發(fā)動(dòng)機(jī)磨損。然而，當(dāng)動(dòng)力需求高時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)在高速下運(yùn)轉(zhuǎn)，且必需的動(dòng)力能 被輸送到液壓系統(tǒng)。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)高動(dòng)力需求的任務(wù)是在最佳速度下運(yùn)轉(zhuǎn)，但對(duì)較低動(dòng)力 需求的任務(wù)來(lái)說(shuō)是在效率低的速度下運(yùn)轉(zhuǎn)。一種示例性的液壓機(jī)器是液壓挖掘機(jī)，該液壓挖掘機(jī)對(duì)許多任務(wù)有用，所述許多 任務(wù)能評(píng)定作為截然不同的步驟。挖掘機(jī)經(jīng)常用來(lái)挖掘溝渠。在典型的挖掘循環(huán)期間，挖 掘機(jī)通過(guò)將其鏟斗挖掘到土壤中以挖掘步驟開始。接下來(lái)，在舉升和回轉(zhuǎn)步驟期間，挖掘機(jī) 將土壤舉升到空中，并朝卸斜位置，例如正在等候的自卸卡車回轉(zhuǎn)。在傾卸步驟期間，機(jī)器 在傾卸位置處傾卸土壤。最后，在返回步驟期間，挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)到挖掘位置，同時(shí)降下鏟斗，并 因此準(zhǔn)備下一個(gè)挖掘循環(huán)。在整個(gè)挖掘循環(huán)期間，機(jī)器在最大功率下運(yùn)轉(zhuǎn)。然而，只有挖掘 步驟及舉升和回轉(zhuǎn)步驟需要高發(fā)動(dòng)機(jī)功率。傾卸和返回步驟需要較少的功率，但機(jī)器通常 在高速下運(yùn)轉(zhuǎn)，因此不必要地消耗燃料。已經(jīng)實(shí)施一些簡(jiǎn)單的控制方案來(lái)降低液壓機(jī)器的發(fā)動(dòng)機(jī)速度，并因此在低動(dòng)力需 求操作期間節(jié)省燃料。例如，在持續(xù)等待的時(shí)間里，發(fā)動(dòng)機(jī)速度已減小到空轉(zhuǎn)以節(jié)省燃料。 然而，當(dāng)需要低于全發(fā)動(dòng)機(jī)速度和液壓泵流量時(shí)，這種控制方案在有效工作循環(huán)期間不改 變發(fā)動(dòng)機(jī)速度。已經(jīng)采用了更復(fù)雜的控制方案來(lái)在有效工作循環(huán)期間改變發(fā)動(dòng)機(jī)速度。在授予 Devier等人的美國(guó)專利5967756中公開了一種用于在有效工作循環(huán)期間控制發(fā)動(dòng)機(jī)速度 的示例性方法和設(shè)備。所公開的方法根據(jù)期望的泵排量和期望的發(fā)動(dòng)機(jī)速度改變液壓機(jī)器 的發(fā)動(dòng)機(jī)速度。根據(jù)期望的泵排量將發(fā)動(dòng)機(jī)速度減小到有效的發(fā)動(dòng)機(jī)速度。盡管這種方法 提供了更有效的機(jī)器，但它沒(méi)有根據(jù)機(jī)器所執(zhí)行的實(shí)際工作優(yōu)化機(jī)器的效率。因此，所公開 的方法沒(méi)有實(shí)現(xiàn)最佳優(yōu)化。上述背景討論僅用于幫助讀者。它不打算限制本發(fā)明，因此不應(yīng)被認(rèn)為是表明現(xiàn) 有技術(shù)系統(tǒng)的任何具體元件不適合于在本發(fā)明的范圍內(nèi)使用，也不表明任何要素(包括解 決動(dòng)機(jī)問(wèn)題)在實(shí)施本文所述的發(fā)明中是必不可少的。本文所述發(fā)明的實(shí)施和應(yīng)用由所附 權(quán)利要求書限定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一方面說(shuō)明了一種有效地操縱電動(dòng)液壓機(jī)器的方法。該機(jī)器包含發(fā)動(dòng)機(jī)， 該發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)至少一個(gè)變量泵。該泵連接到至少一個(gè)液壓致動(dòng)器。操作人員能通過(guò)將標(biāo)度 盤(dial)設(shè)定到期望的發(fā)動(dòng)機(jī)速度來(lái)控制發(fā)動(dòng)機(jī)速度。系統(tǒng)監(jiān)測(cè)電動(dòng)液壓系統(tǒng)中的壓力。 此外，系統(tǒng)監(jiān)測(cè)指示液壓致動(dòng)器的期望運(yùn)動(dòng)的命令信號(hào)?；诎l(fā)動(dòng)機(jī)速度、液壓系統(tǒng)中的壓 力、及所述指示液壓致動(dòng)器的期望運(yùn)動(dòng)的命令信號(hào)，系統(tǒng)確定機(jī)器正在執(zhí)行的當(dāng)前操作。最 后，在確定正在執(zhí)行的操作之后，控制發(fā)動(dòng)機(jī)在對(duì)于該具體操作有效的速度下工作。另一方面，公開了一種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，該介質(zhì)具有用于控制電動(dòng)液壓系統(tǒng)的計(jì) 算機(jī)可執(zhí)行的指令。計(jì)算機(jī)可執(zhí)行的指令包括用于監(jiān)測(cè)液壓系統(tǒng)的壓力的指令。計(jì)算機(jī)可 執(zhí)行的指令還包括用于接收指示至少一個(gè)液壓致動(dòng)器的期望運(yùn)動(dòng)的命令的指令。計(jì)算機(jī)可 執(zhí)行的指令還包含邏輯指令，所述邏輯指令根據(jù)液壓系統(tǒng)的壓力和指示至少一個(gè)液壓致動(dòng) 器的期望運(yùn)動(dòng)的命令確定作業(yè)機(jī)器正在執(zhí)行的操作。最后，計(jì)算機(jī)可執(zhí)行的指令包含使發(fā) 動(dòng)機(jī)在對(duì)于正在執(zhí)行的操作有效的速度下工作的指令。


圖1A是發(fā)動(dòng)機(jī)速度和負(fù)荷比與示例性機(jī)器工作循環(huán)的關(guān)系曲線圖，其中發(fā)動(dòng)機(jī) 速度保持恒定；圖1B是發(fā)動(dòng)機(jī)速度和負(fù)荷比與示例性機(jī)器工作循環(huán)的關(guān)系曲線圖，其中在機(jī)器 工作循環(huán)的較低負(fù)荷比區(qū)段期間發(fā)動(dòng)機(jī)速度減小到較低速度；圖1C是發(fā)動(dòng)機(jī)速度和負(fù)荷比與示例性機(jī)器工作循環(huán)的關(guān)系曲線圖，其中在機(jī)器 工作循環(huán)的較高負(fù)荷比區(qū)段期間發(fā)動(dòng)機(jī)速度增加到較高速度；圖1D是發(fā)動(dòng)機(jī)速度和負(fù)荷比與示例性機(jī)器工作循環(huán)的可選擇的關(guān)系曲線圖，其 中在機(jī)器工作循環(huán)的較高負(fù)荷比區(qū)段期間發(fā)動(dòng)機(jī)速度增加到較高速度，然而，在較低負(fù)荷 比區(qū)段期間將發(fā)動(dòng)機(jī)速度設(shè)定為比圖1C中對(duì)照區(qū)段的發(fā)動(dòng)機(jī)速度低的值；圖2是機(jī)器電動(dòng)液壓系統(tǒng)的示意圖；圖3是用于機(jī)器電動(dòng)液壓系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的邏輯方框圖；圖4是示出圖1D所示的用于控制電動(dòng)液壓機(jī)器的發(fā)動(dòng)機(jī)速度的工藝/過(guò)程 (process)的流程圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明涉及用于控制電動(dòng)液壓機(jī)器的發(fā)動(dòng)機(jī)速度的系統(tǒng)和方法。所說(shuō)明的技術(shù)包 括監(jiān)測(cè)液壓系統(tǒng)中的壓力和接收指示系統(tǒng)中至少一個(gè)液壓致動(dòng)器的期望運(yùn)動(dòng)的命令?；?所述液壓系統(tǒng)中的壓力和指示所述至少一個(gè)液壓致動(dòng)器的期望運(yùn)動(dòng)的命令，確定由機(jī)器執(zhí) 行的當(dāng)前操作。然后基于所執(zhí)行的操作將發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)定為在有效的速度下操作?，F(xiàn)在參見附圖，圖1A示出由一機(jī)器例如挖掘機(jī)所執(zhí)行的實(shí)例操作的負(fù)荷比。所述 操作包括中性操作(neutral) 100。在中性操作100期間，機(jī)器開動(dòng)和處于準(zhǔn)備好的狀態(tài)，但 不執(zhí)行具體任務(wù)。在中性操作100期間，液壓系統(tǒng)的負(fù)荷比112低。然而，在中性操作100 期間，液壓系統(tǒng)的負(fù)荷比112可以不是零。例如，機(jī)器的重量可能必須由液壓系統(tǒng)支承。在所示的實(shí)例中，下一個(gè)操作是挖掘操作102。挖掘操作102可以包括將土壤或
4別的材料挖到一裝置如鏟斗中。該裝置能附裝到機(jī)器上或者能是機(jī)器的整體部分。在挖掘 操作102期間，液壓系統(tǒng)的負(fù)荷比112高。圖1A示出在挖掘操作102期間液壓系統(tǒng)的負(fù)荷 比112為100%。然而，負(fù)荷比112能小于100%。例如，如果被挖掘的材料輕或者沒(méi)有緊 密地堆積，則液壓系統(tǒng)的負(fù)荷比112可小于100%。在圖1A所示的實(shí)例中，下一個(gè)操作是舉升和回轉(zhuǎn)操作104。在這個(gè)實(shí)例中，在舉升 和回轉(zhuǎn)操作104期間，已加載的裝置如鏟斗被舉升到空中并遠(yuǎn)離挖掘地點(diǎn)回轉(zhuǎn)。在所示的實(shí)例 中，在舉升和回轉(zhuǎn)操作104期間，液壓系統(tǒng)的負(fù)荷比112為100%。然而，如果裝置未裝滿或者 如果它裝載有輕質(zhì)材料，則在舉升和回轉(zhuǎn)操作104期間，液壓系統(tǒng)的負(fù)荷比112可小于100%。在舉升和回轉(zhuǎn)操作104之后，下一個(gè)例證性的操作是傾卸操作106。舉升和回轉(zhuǎn)操 作將裝有挖出的材料的裝置定位以待排空。傾卸操作106將裝有挖出的材料的裝置排空。 在該實(shí)例中所示的傾卸操作106具有為大約60%的相關(guān)的負(fù)荷比112。然而，傾卸操作的 實(shí)際負(fù)荷比112可以根據(jù)許多因素改變，所述因素包括挖出的材料的重量和機(jī)器的重量。如果在傾卸操作106之后，機(jī)器將執(zhí)行另一個(gè)循環(huán)，則機(jī)器進(jìn)入返回操作108。然 而，如果機(jī)器不執(zhí)行另一個(gè)循環(huán)，則機(jī)器可以直接轉(zhuǎn)到中性操作100。在這個(gè)實(shí)例中，在返回 操作108期間，機(jī)器返回到挖掘地點(diǎn)，以便能開始下一個(gè)挖掘操作110。在這個(gè)實(shí)例中，在返 回操作108期間，液壓系統(tǒng)的負(fù)荷比112為40%。負(fù)荷比與許多因素有關(guān)，其中包括機(jī)器的 重量。因此，在這個(gè)實(shí)例中，機(jī)器執(zhí)行周期性的工作，每個(gè)操作都按已知順序進(jìn)行。然而， 在另一些實(shí)施例中，機(jī)器不執(zhí)行周期性的工作，且機(jī)器操作能按操作人員期望的任何順序 進(jìn)行。在圖1A所示的實(shí)例中，發(fā)動(dòng)機(jī)速度114保持在恒速10下，該恒速10是最大容許 發(fā)動(dòng)機(jī)速度。然而，在另一些實(shí)施例中，例如在圖1B所示的實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)速度隨機(jī)器所 執(zhí)行的操作不同而改變。在圖1B所示的實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)速度116默認(rèn)/缺省為10，即最 大容許發(fā)動(dòng)機(jī)速度。因此，在中性循環(huán)100期間，發(fā)動(dòng)機(jī)速度116設(shè)定為10。默認(rèn)發(fā)動(dòng)機(jī)速 度能是任何合適的值。例如，發(fā)動(dòng)機(jī)默認(rèn)速度可以為9、8、7、6、5等等。此外，機(jī)器的操作人 員可能夠選擇默認(rèn)速度。在中性操作100之后，機(jī)器進(jìn)入挖掘操作102。在挖掘操作102期間，負(fù)荷比112 高。因此，系統(tǒng)將發(fā)動(dòng)機(jī)速度116設(shè)定到高值。在這個(gè)實(shí)例中，發(fā)動(dòng)機(jī)速度116被設(shè)定到最 大值或10。在所示的實(shí)例中，下一個(gè)操作是舉升和回轉(zhuǎn)操作104。在舉升和回轉(zhuǎn)期間，負(fù)荷 比112高。根據(jù)高負(fù)荷比，系統(tǒng)將發(fā)動(dòng)機(jī)速度116設(shè)定到高值。下一個(gè)實(shí)例操作是傾卸操作 106。在傾卸期間，液壓系統(tǒng)的負(fù)荷比112減小到約60%。因此，當(dāng)機(jī)器進(jìn)入傾卸操作106 時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)速度116減小。在圖1B所示的實(shí)例中，在傾卸操作106期間，系統(tǒng)將發(fā)動(dòng)機(jī)速度 116從最大值或10減小到較低的值8。然而，任何合適的減小的值都可以使用。在某些系 統(tǒng)中，為9、8、7、6、5等等的減小的值也許是合適的。在傾卸操作106之后，機(jī)器進(jìn)入返回操作108。在返回操作108期間，液壓系統(tǒng)的 負(fù)荷比112低。在這個(gè)實(shí)例中，負(fù)荷比112為約40%。因此，在所示的實(shí)例中，在返回操作 108期間，系統(tǒng)將發(fā)動(dòng)機(jī)速度116設(shè)定到數(shù)值為8。然而，任何適合的減小的發(fā)動(dòng)機(jī)速度116 值都可以使用。在該實(shí)例中，在返回操作108之后，機(jī)器進(jìn)入挖掘操作110。如上所述，在挖 掘操作110期間負(fù)荷比112高。因此，在挖掘操作110期間，系統(tǒng)將發(fā)動(dòng)機(jī)速度116設(shè)定到高值。圖1C示出一示例性實(shí)施例，此處發(fā)動(dòng)機(jī)速度默認(rèn)為低值，而在高負(fù)荷比112操作 期間增加。例如，在中性操作100期間，負(fù)荷比112低。系統(tǒng)將發(fā)動(dòng)機(jī)速度118設(shè)定為默認(rèn) 值/缺省值。在這個(gè)實(shí)例中，發(fā)動(dòng)機(jī)速度118的默認(rèn)值為9。挖掘操作102對(duì)液壓系統(tǒng)產(chǎn)生 高負(fù)荷比112。因此，在挖掘操作102期間，系統(tǒng)將發(fā)動(dòng)機(jī)速度118設(shè)定到高值10。同樣， 舉升和回轉(zhuǎn)操作104對(duì)液壓系統(tǒng)產(chǎn)生高負(fù)荷比112。因此，系統(tǒng)保持在挖掘操作期間所設(shè) 定的高發(fā)動(dòng)機(jī)速度118。如上所述，傾卸操作106產(chǎn)生較低的負(fù)荷比112。因此，在圖1C所 示的實(shí)例中，在傾卸操作106期間，系統(tǒng)將發(fā)動(dòng)機(jī)速度118減小到數(shù)值9。返回操作108也 具有低負(fù)荷比112。在返回操作106期間，系統(tǒng)將發(fā)動(dòng)機(jī)速度118設(shè)定到低值9。在返回操 作106之后，系統(tǒng)進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)，且挖掘操作110開始。在挖掘操作110期間，液壓系統(tǒng) 中的負(fù)荷比112高，且發(fā)動(dòng)機(jī)速度118增加。在圖1C所示的實(shí)例中，默認(rèn)的發(fā)動(dòng)機(jī)速度118的數(shù)值為9。發(fā)動(dòng)機(jī)速度設(shè)定為9 能根據(jù)具體的機(jī)器產(chǎn)生不同的發(fā)動(dòng)機(jī)RPMs (轉(zhuǎn)數(shù)/分)。圖ID示出與圖1C類似的系統(tǒng)，不 過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)速度120默認(rèn)值設(shè)定為8。例如，在中性操作100期間，負(fù)荷比112低，發(fā)動(dòng)機(jī)速 度120設(shè)定到默認(rèn)值8。在挖掘操作102期間，負(fù)荷比高，且發(fā)動(dòng)機(jī)速度120設(shè)定到最大值 10。同樣，在舉升和回轉(zhuǎn)操作104期間，負(fù)荷比112保持高，因此發(fā)動(dòng)機(jī)速度120保持處于 最大值10。在傾卸操作106期間，負(fù)荷比下降到約60%。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)速度120從最大值 減小到較低的默認(rèn)值8。在返回操作108期間，發(fā)動(dòng)機(jī)速度120保持處于默認(rèn)值8。最后， 機(jī)器以挖掘操作110開始下一個(gè)循環(huán)。默認(rèn)值能視任務(wù)和機(jī)器而改變。由于機(jī)器可能夠更快地完成某些操作，所以較高 的默認(rèn)值可導(dǎo)致生產(chǎn)率稍微增加。例如，圖1C中的返回操作108使用的發(fā)動(dòng)機(jī)速度118為 9，而圖1D中的返回操作108使用的發(fā)動(dòng)機(jī)速度120為8。圖1C中的返回操作可以比圖1D 中的返回操作更快地完成。然而，由于圖1C保持較高的發(fā)動(dòng)機(jī)速度118，所以圖1C中所示 的實(shí)施方案可能比圖1D中所示的實(shí)施方案使用更多的燃料。在某些實(shí)施例中，操作人員選 擇默認(rèn)最小發(fā)動(dòng)機(jī)速度，并甚至可以超越系統(tǒng)，強(qiáng)制使機(jī)器總是在特定速度下工作，如圖1A 中所示。在另一些實(shí)施例中，用戶不能設(shè)定默認(rèn)發(fā)動(dòng)機(jī)速度。設(shè)定默認(rèn)發(fā)動(dòng)機(jī)速度的方法 包括在工廠設(shè)定速度或者根據(jù)所完成的工作利用算法確定速度。根據(jù)所執(zhí)行的任務(wù)和默認(rèn)發(fā)動(dòng)機(jī)速度值，確定有效的發(fā)動(dòng)機(jī)速度。如后面所使用 的，有效發(fā)動(dòng)機(jī)速度改變機(jī)器所用的燃料量和完成工作循環(huán)的時(shí)間。系統(tǒng)可以按需要將有 效發(fā)動(dòng)機(jī)速度偏向燃料效率或偏向工作循環(huán)時(shí)間。例如，圖1C中所示的系統(tǒng)保持有效發(fā)動(dòng) 機(jī)速度至少為9，而圖1D所示的系統(tǒng)保持有效發(fā)動(dòng)機(jī)速度至少為8。因此，圖1C中所示的 系統(tǒng)可以標(biāo)定為突出循環(huán)時(shí)間超過(guò)燃料效率，而仍然達(dá)到超過(guò)圖1A所示穩(wěn)態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)速度 的燃料效率增益。圖1D中所示的系統(tǒng)可以標(biāo)定為突出燃料效率超過(guò)循環(huán)時(shí)間，而仍然提供 給用戶易于響應(yīng)的機(jī)器。此外，在某些實(shí)施例中，操作人員可以改變?nèi)剂闲屎脱h(huán)時(shí)間的 關(guān)系，以便實(shí)現(xiàn)適合于特定操作人員需要的有效發(fā)動(dòng)機(jī)速度。圖2示出用于一機(jī)器的示例性電動(dòng)液壓控制系統(tǒng)122，不過(guò)不同的控制系統(tǒng)可適 用于電動(dòng)液壓機(jī)器?？刂葡到y(tǒng)122包括若干裝置，如所示的操縱桿124，所述裝置用于指示 至少一個(gè)液壓致動(dòng)器126的期望的運(yùn)動(dòng)。傳感器128檢測(cè)操縱桿124的運(yùn)動(dòng)，并將與操縱 桿124運(yùn)動(dòng)有關(guān)的數(shù)據(jù)傳送到機(jī)器電子控制模塊(ECM) 130。根據(jù)所需的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，機(jī)器ECM130對(duì)閥ECM 132、變量泵134和發(fā)動(dòng)機(jī)136發(fā)出命令。變量泵134的輸出能在集流閥142 處結(jié)合?？蛇x擇地，變量泵134的輸出能傳送到另外的致動(dòng)器系統(tǒng)143。閥ECM 132用任何合適的通信機(jī)構(gòu)與機(jī)器ECM 130通信。在所示的實(shí)例中，利用 CAN總線138在機(jī)器ECM 130和閥ECM 132之間傳遞信息。能有任何數(shù)量的電子控制模塊， 每個(gè)電子控制模塊都對(duì)執(zhí)行機(jī)器的軟件代碼負(fù)責(zé)。在所示的實(shí)例中，示出了兩個(gè)電子控制 模塊，但能夠使用任何數(shù)量的控制模塊(包括一個(gè))。如上所述，機(jī)器ECM 130控制泵134、 發(fā)動(dòng)機(jī)136和閥ECM 132。閥ECM 132對(duì)計(jì)量元件140a、140b、140c和140d發(fā)出命令，所述 計(jì)量元件140a、140b、140c和140d控制液壓流體在系統(tǒng)中的流量。然而，在一些可選擇的 實(shí)施例中，能有任何數(shù)量的計(jì)量閥。此外，閥ECM用傳感器144a和144b監(jiān)測(cè)液壓系統(tǒng)中的 壓力。機(jī)器ECM用傳感器144c和144d監(jiān)測(cè)液壓系統(tǒng)中的壓力。機(jī)器ECM監(jiān)測(cè)泵傳感器。 機(jī)器ECM 130和閥ECM 132在必要時(shí)共享傳感器信息，且如果需要能訪問(wèn)CAN總線138。每 個(gè)電子控制模塊都能被獨(dú)立地實(shí)施。適合于實(shí)施電子控制模塊的示例性構(gòu)造包括通用處理 器、特定應(yīng)用集成電路和可編程邏輯裝置。利用操縱桿124，操作人員能控制機(jī)器的電動(dòng)液壓系統(tǒng)。圖2示出一個(gè)液壓致動(dòng) 器126。然而，為完成任務(wù)能在一臺(tái)機(jī)器上實(shí)施多個(gè)液壓致動(dòng)器。利用操縱桿124，操作人 員能指示液壓致動(dòng)器126應(yīng)當(dāng)延伸。例如，觀察圖1D，從中性循環(huán)100轉(zhuǎn)到挖掘循環(huán)102可 能需要一個(gè)或多個(gè)液壓致動(dòng)器延伸，而同時(shí)將發(fā)動(dòng)機(jī)速度從標(biāo)度盤數(shù)字8增加到標(biāo)度盤數(shù) 字10。為了完成這個(gè)任務(wù)，用戶操縱操縱桿124。操縱桿傳感器128檢測(cè)操縱桿124的運(yùn) 動(dòng)，并將信息傳送到機(jī)器ECM 130。機(jī)器ECM 130還從閥ECM 132獲得壓力數(shù)據(jù)，該閥ECM 132監(jiān)測(cè)壓力傳感器144a和144b以及如果需要監(jiān)測(cè)泵壓力傳感器。根據(jù)液壓系統(tǒng)中增加 的壓力和操縱桿124的運(yùn)動(dòng)，機(jī)器ECM判明機(jī)器正進(jìn)入新的循環(huán)，例如挖掘循環(huán)102。響應(yīng)于進(jìn)入挖掘循環(huán)102，機(jī)器ECM將信息傳送到發(fā)動(dòng)機(jī)136以便增加它的速度。 因此，在這個(gè)實(shí)例中，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入速度10。機(jī)器ECM 130還將命令傳送到變量泵134，以使 其移位到合適的值。最后，機(jī)器ECM 130通過(guò)CAN總線138將命令傳送到閥ECM 132，指示 液壓致動(dòng)器126應(yīng)當(dāng)伸展或縮進(jìn)。響應(yīng)于來(lái)自機(jī)器ECM 130的命令，閥ECM 132打開頭端 閥P-C HE 140b。閥ECM 132還保持桿端閥140d和頭端閥140a關(guān)閉并打開桿端閥140c。 因此，泵134的輸出可以在集流閥142處結(jié)合，并穿過(guò)閥P-CHE 140b，然后到達(dá)液壓缸126 的頭端146，且液壓缸桿端側(cè)的液流到達(dá)箱150。因此，液壓致動(dòng)器伸展。這代表閥操作的 一種示例性方式。當(dāng)進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)例如傾卸循環(huán)106時(shí)，用戶用操縱桿124指示期望的機(jī)器運(yùn)動(dòng)。 操縱桿124的運(yùn)動(dòng)由傳感器128檢測(cè)。傳感器128將所述運(yùn)動(dòng)傳送到機(jī)器ECM 130。機(jī)器 ECM 130判明機(jī)器進(jìn)入傾卸循環(huán)。因此，機(jī)器ECM 130將信息傳送到發(fā)動(dòng)機(jī)136，以便降低 它的速度。因此，在這個(gè)實(shí)例中，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入速度8。機(jī)器ECM 130還將命令傳送到變量泵 134，以便減少它們的排量。機(jī)器ECM 130還通過(guò)CAN總線138將命令傳送到閥ECM 132，指 示液壓致動(dòng)器126的合適運(yùn)動(dòng)。示例性的電動(dòng)液壓系統(tǒng)支持再生(正反饋，regeneration)。因此，當(dāng)液壓致動(dòng)器 126縮進(jìn)時(shí)，來(lái)自頭端146的流體能穿過(guò)頭端閥140b、經(jīng)過(guò)桿端閥140d到達(dá)桿端148，而不 直接到達(dá)容器150。例如，流體能從致動(dòng)器126的頭端146，穿過(guò)P-C HE閥140b、穿過(guò)閥P-C RE 140d流動(dòng)，然后流到致動(dòng)器126的桿端148。利用再生需要較少的來(lái)自泵134的流量。
7因此，泵使用較少動(dòng)力，且發(fā)動(dòng)機(jī)136能更有效地工作，而同時(shí)節(jié)約燃料。圖3示出用于機(jī)器電動(dòng)液壓系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的邏輯方框圖。操作人員利用操縱桿 124來(lái)向系統(tǒng)輸入方向命令。機(jī)器ECM 130內(nèi)的桿速度級(jí)(lever velocity stage) 152確 定期望的致動(dòng)器運(yùn)動(dòng)的方向，并根據(jù)操縱桿124的位置計(jì)算運(yùn)動(dòng)的期望速度。操縱桿124 位置還饋送(feed)閥狀態(tài)邏輯級(jí)154。閥狀態(tài)邏輯確定頭端閥140a、140b及桿端閥140c 和140d是否應(yīng)當(dāng)打開或關(guān)閉，以便達(dá)到期望的液壓致動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)。此外，操縱桿124位置 饋送循環(huán)邏輯級(jí)156。循環(huán)邏輯156確定機(jī)器執(zhí)行哪一個(gè)操作循環(huán)。例如，根據(jù)圖1中機(jī)器 所完成的任務(wù)，循環(huán)是中性(循環(huán))100、挖掘102、舉升和回轉(zhuǎn)104、傾卸106、返回108和挖 掘110。為了確定循環(huán)，循環(huán)邏輯156還接收來(lái)自壓力邏輯級(jí)158的壓力傳感器144的數(shù) 據(jù)。壓力邏輯158位于閥ECM 132內(nèi)。桿速度級(jí)152將所請(qǐng)求的來(lái)自操縱桿124的運(yùn)動(dòng)信息傳送到所請(qǐng)求的流量級(jí)160。 所請(qǐng)求的流量級(jí)160確定在期望的速度下移動(dòng)液壓致動(dòng)器所需的液壓流體量，并將所需的 流量信號(hào)傳送到求和級(jí)162。求和級(jí)162接收來(lái)自閥ECM 132中的再生級(jí)164的再生信息。 求和級(jí)162從由所請(qǐng)求的流量級(jí)160計(jì)算的所需液壓流量減去通過(guò)再生獲得的液壓流量。 將必需的流量信號(hào)從求和級(jí)162傳送到泵控制級(jí)166。泵控制級(jí)166計(jì)算必需的泵排量，并 將數(shù)值傳送到變量泵134。通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)速度控制級(jí)168計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)速度。發(fā)動(dòng)機(jī)速度控制級(jí)168根據(jù)機(jī)器的 循環(huán)_所述機(jī)器的循環(huán)通過(guò)循環(huán)邏輯156計(jì)算-和當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)速度169計(jì)算正確的發(fā)動(dòng)機(jī) 速度。在這個(gè)實(shí)例中，發(fā)動(dòng)機(jī)速度控制級(jí)168還接受用戶速度設(shè)定170。用戶速度控制170 能用來(lái)超越計(jì)算得到的發(fā)動(dòng)機(jī)速度。此外，用戶速度控制170能用來(lái)設(shè)定發(fā)動(dòng)機(jī)的基本速 度。例如，在圖1C中，發(fā)動(dòng)機(jī)的基本速度為9，這能在中性循環(huán)100期間看到。在圖1D中， 發(fā)動(dòng)機(jī)的基本速度為8，這也能在中性循環(huán)100期間看到。圖4是示出用于控制如圖1D所示的電動(dòng)液壓機(jī)器的發(fā)動(dòng)機(jī)速度的示例性工藝的 流程圖。該示例性工藝從機(jī)器處于中性級(jí)174、發(fā)動(dòng)機(jī)速度為8開始。但是，該示例性工藝 能從機(jī)器處于任何循環(huán)開始。判定點(diǎn)176確定操縱桿和鏟斗桿是否已移動(dòng)使得機(jī)器進(jìn)入挖 掘循環(huán)102。此外，判定點(diǎn)176監(jiān)測(cè)壓力傳感器，以確定液壓系統(tǒng)中的壓力是否增加。如果 機(jī)器沒(méi)有進(jìn)入挖掘循環(huán)102，則該工藝保持處于中性級(jí)174。如果機(jī)器進(jìn)入挖掘循環(huán)102，則 工藝運(yùn)行到挖掘級(jí)178。在挖掘級(jí)178期間，將發(fā)動(dòng)機(jī)速度設(shè)定為10。增加發(fā)動(dòng)機(jī)速度允 許液壓系統(tǒng)利用更多的動(dòng)力來(lái)挖掘。在判定點(diǎn)180處，系統(tǒng)監(jiān)測(cè)懸臂桿和回轉(zhuǎn)桿，以便確定 懸臂是否吊離地面并且回轉(zhuǎn)離開挖掘地點(diǎn)。系統(tǒng)還監(jiān)測(cè)壓力傳感器(包括與懸臂、回轉(zhuǎn)、和 鏟斗有關(guān)的傳感器)，以便確定液壓系統(tǒng)中的壓力是否高——這表明懸臂正在舉升且挖掘 循環(huán)已結(jié)束。如果系統(tǒng)確定懸臂舉升并回轉(zhuǎn)遠(yuǎn)離挖掘地點(diǎn)，則系統(tǒng)進(jìn)入舉升和回轉(zhuǎn)級(jí)182， 否則系統(tǒng)保持在挖掘級(jí)178。在進(jìn)入舉升和回轉(zhuǎn)級(jí)182之后，發(fā)動(dòng)機(jī)速度保持為10。該工 藝接下來(lái)在判定點(diǎn)184處監(jiān)測(cè)鏟斗桿和操縱桿。如果鏟斗桿和操縱桿指示系統(tǒng)正在傾卸鏟 斗，則系統(tǒng)進(jìn)入傾卸級(jí)186，否則系統(tǒng)保持處于舉升和回轉(zhuǎn)級(jí)182。在傾卸級(jí)186期間，系統(tǒng)將發(fā)動(dòng)機(jī)速度減小到8，以便在低液壓需求操作期間節(jié)省 能量。在判定點(diǎn)188處，系統(tǒng)監(jiān)測(cè)懸臂桿、回轉(zhuǎn)桿和系統(tǒng)壓力。如果機(jī)器開始回轉(zhuǎn)離開傾卸 地點(diǎn)，則系統(tǒng)進(jìn)入返回級(jí)190，否則系統(tǒng)保持處于傾卸循環(huán)。在返回級(jí)190期間，系統(tǒng)將發(fā)動(dòng) 機(jī)速度設(shè)定為8以便節(jié)省燃料。最后，在判定點(diǎn)192處，系統(tǒng)監(jiān)測(cè)操縱桿、鏟斗桿和液壓系
8統(tǒng)壓力。如果操縱桿和鏟斗桿下降且壓力增加，則系統(tǒng)進(jìn)入挖掘級(jí)178。如果操縱桿和鏟斗 桿停止運(yùn)動(dòng)且壓力保持低，則系統(tǒng)進(jìn)入中性級(jí)174。圖4中所示的示例性工藝過(guò)程示出了 一臺(tái)機(jī)器實(shí)施一種可能的任務(wù)的一種可能的方法。能夠?qū)嵤┰S多方法以便各種各樣的機(jī)器 完成各種各樣的任務(wù)。圖4中所示的工藝是用于舉例說(shuō)明的目的，而不是用來(lái)限制本發(fā)明。 在可選擇的實(shí)施例中，系統(tǒng)還監(jiān)測(cè)液壓系統(tǒng)中的流量。通過(guò)監(jiān)測(cè)流量和壓力二者，系統(tǒng)能確 定機(jī)器正在執(zhí)行哪個(gè)操作級(jí)。工業(yè)適用性本文所說(shuō)明的用于包括挖掘機(jī)動(dòng)力管理的電動(dòng)液壓回路和系統(tǒng)的工藝的工業(yè)適 用性從上述討論很容易理解。本發(fā)明可適用于許多機(jī)器和許多由機(jī)器完成的任務(wù)。一種適 合于本發(fā)明的示例性機(jī)器是挖掘機(jī)。挖掘機(jī)是常常在土壤中挖掘的電動(dòng)液壓機(jī)器。圖4中 提供的示例性方法舉例說(shuō)明了一種在以挖掘?yàn)槿蝿?wù)的挖掘機(jī)上實(shí)施該工藝的方法。應(yīng)該重 申，上述討論適用于許多完成各種各樣任務(wù)的機(jī)器。挖掘機(jī)具有多個(gè)由操作人員控制的操縱桿。利用上述方法，挖掘機(jī)監(jiān)測(cè)操縱桿的 運(yùn)動(dòng)和電動(dòng)液壓系統(tǒng)中的壓力。如果操縱桿指示將要完成動(dòng)力增強(qiáng)的任務(wù)且液壓系統(tǒng)中的 壓力開始增加，則挖掘機(jī)增加發(fā)動(dòng)機(jī)功率。增加發(fā)動(dòng)機(jī)功率使用額外的燃料，因此當(dāng)需要時(shí) 機(jī)器更多產(chǎn)，但運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用更高。當(dāng)操縱桿的運(yùn)動(dòng)指示將要完成較低動(dòng)力增強(qiáng)的任務(wù)且液壓 系統(tǒng)中的壓力開始下降時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)功率同樣減少，并因此機(jī)器的燃料效率提高。同樣，上述方法和系統(tǒng)能適用于各種各樣的機(jī)器和任務(wù)。例如，反鏟裝載機(jī)、壓實(shí) 機(jī)、伐木歸堆機(jī)、林業(yè)機(jī)器、工業(yè)裝載機(jī)、滑動(dòng)轉(zhuǎn)向裝載機(jī)、輪式裝載機(jī)、及許多其它機(jī)器能 從上述方法和系統(tǒng)中獲益。應(yīng)該理解，上述說(shuō)明提供了所公開的系統(tǒng)和技術(shù)的實(shí)例。然而，可以設(shè)想，本發(fā)明 的其它實(shí)施方案在細(xì)節(jié)上可能與上述實(shí)例不同。所有對(duì)本發(fā)明或其實(shí)例的引用是對(duì)文中討 論的具體實(shí)例的引用，而不是意味著更廣義地對(duì)本發(fā)明的范圍的任何限制。所有對(duì)某些特 征的區(qū)分和貶低的語(yǔ)言用于表明那些特征不是優(yōu)選的，但除非另外指出，否則不把這些特 征完全從本發(fā)明的范圍中排除。除非本文另外指出，本文所列舉的數(shù)值范圍僅打算用作單獨(dú)引用落入該范圍內(nèi)的 每個(gè)單獨(dú)的值的簡(jiǎn)略方法，且每個(gè)單獨(dú)的值都包括到說(shuō)明書中，好像本文單獨(dú)列舉它一樣。 除非另外指出或者明顯地與上下文相矛盾，本文所說(shuō)明的所有方法都能用任何合適的次序 執(zhí)行。因此，本發(fā)明包括如可適用法律允許的所附權(quán)利要求書中列舉的主題的所有修改 和等同物。另外，除非本文另外指出或者明顯地與上下文矛盾，否則上述元素在其所有可能 的變型中的任何組合都被本發(fā)明包括在內(nèi)。
權(quán)利要求
一種控制電動(dòng)液壓系統(tǒng)(122)的方法，所述電動(dòng)液壓系統(tǒng)(122)具有發(fā)動(dòng)機(jī)(136)，所述發(fā)動(dòng)機(jī)(136)驅(qū)動(dòng)至少一個(gè)變量泵(134)，所述變量泵(134)連接到至少一個(gè)液壓致動(dòng)器(126)上，所述方法包括以下步驟以第一預(yù)定速度操縱發(fā)動(dòng)機(jī)(136)；監(jiān)測(cè)電動(dòng)液壓系統(tǒng)(122)中的壓力；接收至少一個(gè)指示所述至少一個(gè)液壓致動(dòng)器的期望運(yùn)動(dòng)的命令；響應(yīng)于電動(dòng)液壓系統(tǒng)的壓力和所述至少一個(gè)指示所述至少一個(gè)液壓致動(dòng)器的期望運(yùn)動(dòng)的命令確定電動(dòng)液壓系統(tǒng)(122)正在執(zhí)行的操作；響應(yīng)于所述正在執(zhí)行的操作使發(fā)動(dòng)機(jī)(136)在有效的速度下工作。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括保持至少預(yù)定的最小發(fā)動(dòng)機(jī)(136)速度的步驟。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，還包括利用用戶輸入裝置(124)設(shè)定所述預(yù)定的最小發(fā) 動(dòng)機(jī)速度的步驟。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，監(jiān)測(cè)電動(dòng)液壓系統(tǒng)中的壓力還包括 測(cè)量驅(qū)動(dòng)所述液壓系統(tǒng)的所述至少一個(gè)變量泵(134)的壓力。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，監(jiān)測(cè)電動(dòng)液壓系統(tǒng)的壓力還包括 測(cè)量計(jì)量閥(140)或液壓致動(dòng)器(126)的至少其中之一的液壓。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，使發(fā)動(dòng)機(jī)(136)在有效的速度下工作還包括響應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)速度控制用戶選擇裝置。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，自動(dòng)地確定所述第一預(yù)定速度。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，確定正在執(zhí)行的操作包括在第一電子控制 模塊(130)上執(zhí)行計(jì)算機(jī)指令和在第二電子控制模塊(132)上執(zhí)行另外的計(jì)算機(jī)指令。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種控制電動(dòng)液壓系統(tǒng)的方法，該電動(dòng)液壓系統(tǒng)具有驅(qū)動(dòng)變量泵的發(fā)動(dòng)機(jī)，液壓閥和液壓致動(dòng)器，以便實(shí)現(xiàn)更有效的發(fā)動(dòng)機(jī)操作。監(jiān)測(cè)電動(dòng)液壓系統(tǒng)中的壓力，并接收指示液壓致動(dòng)器的期望運(yùn)動(dòng)的命令。根據(jù)所述壓力和命令，確定機(jī)器正在執(zhí)行的操作，且將發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)定到對(duì)于機(jī)器操作的特定區(qū)段有效的設(shè)置。
文檔編號(hào)F02D29/04GK101855435SQ200880115952
公開日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2008年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月13日
發(fā)明者A·M·埃格爾杰, M·T·韋爾庫(kù)倫, R·N·彼得森, T·L·貝克爾, 芳野鐵也 申請(qǐng)人:卡特彼勒公司;卡特彼勒日本株式會(huì)社