CN103109094A - 具有优化的功率管理的多功能轮式装载机联动装置控制 - Google Patents

Abstract

公开了一种液压***和采用所述液压***的土方工程车辆。所述液压***可包括第一液压缸和第二液压缸、第一和第二液压泵以及控制阀，所述控制阀用于针对正被执行的任务而适当地调制从所述第一和第二液压泵到所述第一和第二液压缸的液压流体和压力的供应。如果所述任务为使用所述土方工程车辆挖掘，则所述第一和第二缸可分别与倾斜和升降相关，并且所述控制阀可取向成使每个泵专用于所述缸之一，并且如果不满足需求，则然后削减通向所述传动***的功率以允许执行所述倾斜和升降。组合阀在此期间可以打开或不打开。如果所述任务不是挖掘，则组合阀可以打开以允许所述泵与所述缸之间的交叉流量。

Description

具有优化的功率管理的多功能轮式装载机联动装置控制

技术领域

本发明总体上涉及液压装置，且更具体地涉及用于优化土方工程车辆/土方运输车辆中的液压流体的使用的控制***。

背景技术

许多土方工程车辆使用加压液压流体作为用于执行作业的机构。例如，对于机动平路机而言，从主框架向下悬置的接地铲刀可使用液压缸来升降、旋转和倾斜；而对于挖掘机而言，动臂可与第一和第二铰接臂以及位于臂的终端处的铲斗铰接，每一者都与液压缸相关以实现移动。

另一个示例是装载机。装载机可以属于轮式或履带式品种并且包括铰接在装载机上的升降臂，可旋转的铲斗或其它机具铰接在升降臂的端部上。升降缸可与升降臂相关且倾斜缸可与铲斗或其它机具相关。当希望提升臂时，液压流体被引导到升降缸，而当希望旋转铲斗或机具时，液压流体可被引导到倾斜缸。

为了控制倾斜和升降缸，现行装载机典型地提供单个泵源以采用串联方式将液压流体从储罐或储器引导到缸之一。所使用的泵可以是固定排量型泵，这种情况下可使用控制阀来调节正被传送到缸的流体。可替换地，所使用的泵可以是可变排量型以实现相同的目的。

尽管有效，但这种布置结构的局限在于倾斜和升降缸无法独立和同时地用于大部分情形。例如，当挖掘时，操作员理想而言将能够同时升降和倾斜以便于处理。但是，现行装载机在升降和倾斜功能之间区分优先次序，倾斜典型地优先于升降。结果，操作员的能力明显被限制于执行当前的任务，因为操作员必须在使用倾斜功能和升降功能之间来回切换以装载铲斗。

发明内容

根据本发明的一个方面，公开了一种装载机，该装载机可包括第一液压缸、第二液压缸、可操作地与第一液压缸相关的第一液压泵、可操作地与第二液压缸相关的第二液压泵和组合阀，该组合阀适于允许和不允许第一泵与第二液压缸之间以及第二泵与第一液压缸之间的流体连通。

根据本发明的另一个方面，公开了一种土方工程车辆，该土方工程车辆可包括底盘、被支承在底盘上的发动机、支承底盘的机动底架、连接到车辆的第一工作机具上的第一液压缸、连接到车辆的第二工作机具上的第二液压缸、与第一液压缸可操作地相关的第一液压泵、与第二液压缸可操作地相关的第二液压泵、和组合阀，该组合阀适于允许和不允许第一泵与第二液压缸之间以及第二泵与第一液压缸之间的流体连通。

根据本发明的另一个方面，公开了一种控制液压***的方法，该方法可包括提供升降液压泵，提供倾斜液压泵，计算挖掘功能是否正被执行，以及当判断挖掘功能正被执行时使来自升降泵的流量专用于升降缸并使来自倾斜泵的流量专用于倾斜缸。

在阅读以下结合附图的详细描述后，本发明的这些和其它方面和特征将变得更容易理解。

附图说明

图1是根据本发明的教导构成的装载机的透视图；

图2是根据本发明的教导构成的液压控制***的示意图；

图3是可由所公开的***的处理器采用的车辆控制逻辑的示意图；

图4是所公开的***可采用的阀和泵控制逻辑的示意图；

图5是示出可根据本发明的教导实施的步骤的示范顺序的流程图；以及

图6是延续图5的流程图的流程图。

具体实施方式

现参照附图，且具体参照图1，根据本发明的教导构成的土方工程车辆总体上由参考标号20表示。尽管将该土方工程车辆示为轮式装载机，但应理解的是，本发明的教导同样适用于许多其它土方工程车辆，包括但不限于履带式装载机、挖掘机、机动平路机、滑移转向装载机、压实机、铲运机、铺管机、松土机等。

但是，如在示例性实施例中所示，装载机20可包括支承发动机24且由车轮26支承的底盘22。底盘22也可支承操作员控制台28，和在枢轴32处铰接在底盘22上的升降臂（或一对升降臂）30。铲斗（或其它机具）34可设置在升降臂30的远端36处。尽管未示出，但应理解的是，这种装载机20可以设置有大量机具，包括但不限于铲刀、叉和多种铲斗，例如带齿铲斗、推卸铲斗（ejector bucket）、侧卸铲斗、拆卸铲斗等。

为了升高和降低升降臂30，升降缸38可将底盘22可操作地连接到升降臂30。典型地，为每一个升降臂30设置升降缸38。升降缸38是连接到如文中将更详细地描述的装载机20的液压***40上的液压缸。类似地，为了使铲斗34相对于升降臂30旋转，一个或多个倾斜缸42可将铲斗34可操作地连接到底盘22。同样，升降缸42连接到如文中将更详细地描述的装载机20的液压***40。

如上所述，现有技术典型地采用串联方式将液压流体从单个泵源引导到倾斜和升降缸，从而限制操作员。这减慢了生产率并要求操作员一方非常敏捷和手艺熟练。但是，在这方面，本发明提供了显著的改进。现参照图2，详细示出了液压***40。液压***40包括前述升降缸38和倾斜缸42。此外，专用阀和泵的组合与缸连接以优化性能。更具体而言，升降泵44可主要专用于且可操作地连接到升降缸38，且倾斜泵46可主要专用于且可操作地连接到倾斜缸42。此外，升降控制阀48可设置在升降泵44与升降缸38之间，以调节从升降泵44到升降缸38的液压流体流量和从升降缸38到储罐的回流流量，如文中将更详细地描述的。类似地，倾斜控制阀50可设置在倾斜泵46与倾斜缸42之间。

泵44和46可设置为固定排量泵，其中相关的控制阀完整地调节通向缸的流量，或设置为可变排量泵，其中相关的控制阀结合泵在其下操作以控制流量的可变速率工作。液压***40也可包括升降旁通阀52和倾斜旁通阀54，以使离开泵44和46的流体能够在控制阀48和50处于中性位置时返回液压***20的储罐、储器或集槽56。

为了允许泵44和46在需要时先后工作，组合阀58也可设置为液压***40的一部分。组合阀58允许来自升降泵44的液压流体被传送到倾斜缸42，且来自倾斜泵46的液压流体被传送到升降缸38。组合阀58也能够通过不允许升降泵44与倾斜缸42之间以及倾斜泵46与升降缸38之间的这种连通并且仅允许升降泵44与升降缸38相通且倾斜泵46仅将流体传送到倾斜缸42来使升降功能与倾斜功能完全分离。而且，当调制组合阀58时，充分分离和充分协作之间的任意结合也是可能的。

该后一种提到的特征的意义在于，当装载机20正在执行诸如挖掘或装载的功能时，本发明的液压***40允许两缸同时和专门的使用。这尤其通过为倾斜和升降缸各者提供泵和控制阀的分离来实现。也很重要的是，如文中将更详细地描述的，液压***40连同控制算法一起管理***40的可用液压功率的使用并优化其使用以最有效和有力地执行当前的任务。该管理不仅包括泵44和46中的一者或两者的最佳使用，而且包括车辆传动***59的可用液压功率。如文中所用，传动***59应理解为包括能实现车辆的运动的***、设备和结构。

为实现这一点，液压***40包括处理器60。该处理器60可设置为发动机24或装载机20的较大计算单元或处理器的一部分，或者可以是仅与液压***40相关的专用处理器。处理器60可接收指示所要求的任务的信号，计算适当的优先和组合计划以优化性能，且然后向泵、控制阀和组合阀中的一者或多者产生信号以达到该性能。处理器60可从设置为液压***的一部分的各种传感器62接收信号，例如但不限于设置为操作员控制台28的一部分和液压***40的一部分的操纵杆、控制旋钮和其它输入装置。例如，操作员控制台28可包括用于移动升降缸28和倾斜缸32的单独的操纵杆64，并且传感器62可监视此类操纵杆64的位置，或此类操纵杆的移动所产生的电气特性、缸内的液压压力等。

现参照图3，以示意格式示出了可由处理器60采用的逻辑。如上所述，当装载机履行挖掘或装载功能时，组合阀58在条件允许的情况下移动到完全关闭位置或调制位置，以便使升降泵和倾斜泵专用于升降缸和倾斜缸。这样，升降和倾斜缸可以同时使用且可以最有利地执行挖掘/装载功能。为了确定何时执行挖掘/装载功能，处理器60可采用使用多个输入来判断挖掘/装载是否正被执行的挖掘标志（dig flag）算法80。如图3所示的那些输入可以包括关于升降操纵杆82的位置、倾斜操纵杆84的位置、联动装置传感器86的位置的反馈、指示车辆20的传动***59所啮合的齿轮的信号88、指示升降缸38内的压力的信号90、和指示倾斜缸42内的压力的信号92。基于这些输入和可以采用或不采用的其它输入，算法80然后可以判断挖掘功能是否正被执行，并且将对应的信号94传输到阀和泵控制算法96。

但是，为了阀和泵控制算法96作出其决定，可能需要传动***功率管理算法98发送一些输入。同样，如图3所示，该算法98可采用来自升降缸压力传感器90、倾斜缸压力传感器92的输入、所确定的挖掘标志算法输出信号94、传动***齿轮信号88、和对应于可用的发动机功率的信号99。传动***功率管理算法98然后输出关于可用的传动***功率的第一信号100和关于可用的液压功率的第二信号102。液压功率信号102然后连同挖掘标志算法输出信号94一起被用作对阀和泵控制算法96的输入。这与也被用作对阀和泵控制算法96的输入的升降操纵杆82的位置和倾斜操纵杆84的位置相结合。基于所有这些输入，阀和/或泵控制算法96然后产生信号，以设定升降泵流量输出信号104、倾斜泵流量输出信号106、组合阀位置输出信号108、升降旁通阀流量输出信号110、倾斜旁通阀流量输出信号112、升降控制阀流量输出信号114、倾斜控制阀流量输出信号116、升降控制阀再生流量输出信号117、和倾斜控制阀再生流量输出信号118。

图4中提供了对阀和泵控制逻辑算法96的更详细的说明。如其中所示，如通过信号82和84表示的升降和倾斜杆位置仍作为对控制逻辑的输入被示出。此外，倾斜和升降缸压力90和92也在逻辑图的左侧被示出。但是，图4的阀和泵控制逻辑还示出了力调制和从其得到的修改流量在计算中作为因素考虑，还有在再生方面可用的液压流体，以及如文中将更详细地描述的流量优先和分配。

从力调制的计算开始，在图4的左上角将看到阀和升降操纵杆位置82和84被用于首先将所感测到的操纵杆位置与对应的缸速率映射。这在图4的方框120中示出。这种映射可以在软件模块、查找表等方面执行。一旦计算出缸速率，随后便将该缸速率与液压流体流量映射，如图4的方框122所示。基于方框122所计算出的液压流体流量，然后如方框124所示计算力调制。力调制是基于压力的修改流量请求以形成与开中心式阀***相似的性能。在较高的压力下，缸流量减小到相同的操纵杆输入。

力调制方框124然后输出被馈送到求和函数128的修改流量信号126。求和函数128与修改流量信号126相结合使用也在图4示出的再生流量信号130。再生流量信号130是来自也通过***的软件运行的再生算法132的输出。再生算法132考虑了在前一次运动或活动之后缸内剩余的加压液压流体。该加压流体然后当然可以用于更多功能并因此被馈送到如上所述的求和函数130。

基于修改流量和再生流量的组合，然后计算被馈送到泵控制模块138中的期望流量信号136。泵控制模块138然后如图3和4所示和上文所述产生倾斜和升降流量信号104和106。此外，泵控制模块138还产生输出信号139，该输出信号139然后被用作对组合阀算法140的输入。组合阀算法140还使用来自倾斜和升降泵的压力信号作为如信号90和92所示的输入。最终，组合阀算法140计算并输出上述组合阀位置输出信号108。

对组合阀算法140的又一个输入是通过流量优先逻辑152和流量分配逻辑154确定的分派流量信号150。更具体而言，在求和函数130计算期望流量136之后，所公开的***并非简单地产生通向泵控制模块138和组合阀控制模块140的信号，而是还考虑各种期望流量的优先。因此，基于来自求和函数130的期望流量输出136以及倾斜和升降缸内的压力90、92，然后计算用于倾斜和升降缸的流量优先152并将其用作对流量分配逻辑模块154的输出156。流量分配逻辑模块154然后还考虑来自泵控制算法138的输出信号139并向组合阀算法140产生分派流量输出信号150。

与通向组合阀算法140的输出150相结合，分派流量信号150还被用作对阀控制算法160的输入。阀控制算法160还考虑再生流量信号130、缸压力90、92以及升降和倾斜操纵杆位置82、84。阀控制算法140然后产生上述升降阀流量信号114、倾斜阀流量信号116、升降阀再生流量信号117和倾斜阀再生流量信号118。

在操作中，因此可以看到，本发明阐述了一种用于优化液压***40的可用液压功率的使用以由此使得能够同时执行诸如升降和倾斜的多个液压功能的设备和方法。图5和6的流程图示出了可根据本发明的教导并通过储存在与处理器60相结合地工作的存储器161上的软件实施的步骤的一个示范顺序。

作为第一步骤，基于倾斜和升降操纵杆输入200，该方法可如询问202所示询问挖掘/装载算法是否已指明挖掘序列已开始。如果这一点的答案为“是”，则如步骤204所示使旁通阀52和54适当地定位，如步骤206所示使组合阀58适当地定位，如步骤208所示基于升降操纵杆输入而控制升降控制阀48，并且如步骤210所示基于倾斜操纵杆输入来控制倾斜控制阀50。一旦执行了这些步骤中的每一个，倾斜和升降泵和控制阀便完全专用于相应的倾斜和升降缸，且因此操作人员能够同时使用两者。这可允许升降和倾斜泵以不同压力水平（如果缸负荷不同）操作并因此节省能量。

但是，该过程被持续监视，并且如步骤212所示，该方法的下一个步骤是判断升降和倾斜缸内的压力是否大于预定阈值。如果软件判断该询问的答案为“否”，则该方法如步骤214所示维持升降和倾斜阀位置。但是，如果步骤212判断倾斜和/或升降缸内的压力实际上大于预定阈值，则执行步骤215，其中减小通向传动***的液压功率以便允许倾斜和/或升降缸压力相继减小并因此允许缸继续移动且允许操作员继续挖掘。

完成了图5的流程图，从图6可以看到，如果初始询问202判断挖掘序列未被执行，则该方法然后转入判断是否应该使用组合阀58。此时，组合阀58可充分打开以分别允许倾斜和升降泵之间以及倾斜和升降缸之间的交叉流动，如文中将更详细地描述的那样。例如，如果挖掘/装载算法判断挖掘未被执行，则装载机20可进行其它操作，例如仅升降充填的铲斗34以便在不同位置倾斜到自卸卡车等中。这种情况下，可能希望仅升降装载机20的臂而不使铲斗34倾斜。因此，可有利地引导倾斜泵46的输出以辅助升降泵44升降负载。一旦臂30被举升到充足的高度以允许倾卸，则不再要求升降特征，但将要求倾斜特征以便使铲斗在接收的卡车中卸料。为了辅助该倾斜功能，升降泵44的输出可完全或部分地被引导以辅助倾斜泵46。此时，装载机20的总体操作可以是最佳的且可以提高生产率。

就图6的流程图而言，这时的下一个步骤可以是判断是否正在命令升降功能，如步骤216所示。如果是，则步骤218表明处理器60然后可引导升降泵44仅专用于升降缸38，且此后判断升降泵是否能够满足升降缸需求，如步骤220所示。如果是，则将组合阀维持在关闭位置，并使旁通阀适当地定位，如步骤222所示。如果不是，则使组合阀58定位成允许引导倾斜泵46产生的一部分或全部液压流体辅助升降缸38，也如步骤224所示。如果倾斜缸辅助仍不足以满足所确定的需求，则可以减小被引导到传动***的液压功率并将其重新引导到升降缸。相反地，如果足够，则维持阀位置不变。

在判断升降功能是否正被请求的同时，该方法也可判断倾斜功能是否正被请求，如步骤232所示。这种情况下，步骤234命令倾斜泵46专用于其对倾斜缸42的液压流体的输出的充足水平以完成期望任务。如果倾斜泵46的全部输出不足以完成所需运动，如通过步骤236判断，则也可以通过处理器60适当定位组合阀58来使用升降泵44的一部分或全部输出，如步骤224所示。如果足够，则将组合阀维持在关闭位置，并使旁通阀适当地定位，如步骤238所示。与以上相似，如果与倾斜泵相结合的完全升降泵辅助不足以满足需求，则然后可以采用传动***的液压功率。如果足够，则维持阀位置不变。

在替换方案中，如果倾斜功能和升降功能两者都未被要求，则组合阀58关闭且升降旁通阀52和倾斜旁通阀54一并打开，直至需要这种运动之时，如步骤240所示。

这里，重要的是注意液压***20的控制通过处理器60自动化，可以实行多个控制或反馈环/回路，其中甚至在计算和实行初始优化计划之后，也可以持续监视被引导到相应缸的功率，且如果不满足需求，则再次重新计算。例如，可使用位置传感器来监视铲斗的位置，如果未位于所需位置，则可产生对应的信号并将其传送到处理器60以做出负载共享布置结构的优化所需的修正。类似地，可在缸内使用压力传感器。

工业适用性

从前文可以看到，本文公开的技术在诸如但不限于土方工程车辆的各种环境中具有工业适用性。此类车辆常常采用被要求协同工作的多个液压缸。与一次仅允许给一个缸提供功率的现有技术方案或很有限的交叉调制相反，本发明阐述了一种使多个缸能够被同时提供功率并独立地移动的液压***。

该方案在诸如装载机的土方工程车辆中具有显著的适用性。通过提供负载共享设备和***，装载机的升降和倾斜缸可以同时移动。这又使诸如挖掘的装载机操作更容易和更有效。通过在较短的时间量完成相同的作业而获得了效率。这通过液压回路布置结构来实现，如前文所述通过应用本申请中所述的功率管理和挖掘算法。

在其它环境中，本发明在具有需要同时作业或将受益于同时作业的多个液压缸的任何车辆或机器中具有工业适用性。

Claims (10)

1.一种用于车辆（20）的液压***（40），所述液压***（40）包括：

第一液压缸（38）；

第二液压缸（42）；

与所述第一液压缸（38）可操作地相关的第一液压泵（44）；

与所述第二液压缸（42）可操作地相关的第二液压泵（46）；以及

组合阀（58），其适于允许和不允许所述第一液压泵（44）与所述第二液压缸（42）以及所述第二液压泵（46）与所述第一液压缸（38）之间的流体连通。

2.根据权利要求1所述的液压***（40），还包括液压流体的储罐（56），所述第一和第二液压泵（44，46）两者都与所述储罐（56）连接。

3.根据权利要求1所述的液压***（40），还包括：

位于所述第一液压泵（44）与所述第一液压缸（38）之间的第一控制阀（48）；和

位于所述第二液压泵（46）与所述第二液压缸（42）之间的第二控制阀（50）。

4.根据权利要求3所述的液压***（40），还包括：

位于所述第一控制阀（48）与所述储罐（56）之间的第一旁通阀（52）；以及

位于所述第二控制阀（50）与所述储罐（56）之间的第二旁通阀（54）。

5.根据权利要求1所述的液压***（40），其中，所述组合阀（58）适于使用所述第一液压缸（38）与所述第二液压缸（42）之间的多个分流部将在所述第一液压缸（38）与所述第二液压缸（42）之间被引导的液压流量从完全专用于所述第一液压缸（38）改变为完全专用于所述第二液压缸（42）。

6.一种控制用于装载机（20）的液压***（40）的方法，包括：

提供升降液压泵（44）；

提供倾斜液压泵（46）；

计算挖掘功能是否正被执行；

当判断挖掘功能正被执行时，使来自所述升降泵（44）的流量专用于升降缸（38）并使来自所述倾斜泵（46）的流量专用于倾斜缸（42）。

7.根据权利要求6所述的方法，还包括当判断挖掘功能未被执行以及当需要额外的流量时通过使用组合阀（58）来允许所述升降泵（44）与所述倾斜缸（42）之间以及所述倾斜泵（46）与所述升降缸（38）之间的交叉流量。

8.根据权利要求6所述的方法，还包括当挖掘正被执行且所述缸（38，42）中的至少一个缸内的压力超过预定阈值时减小通向所述装载机（20）的传动***（59）的功率。

9.根据权利要求6所述的方法，其中，通过关闭组合阀（58）来执行所述专用步骤。

10.根据权利要求6所述的方法，还包括当所述挖掘功能正被执行时或者当升降/倾斜功能正被执行时关闭旁通阀（52，54）。

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