CN108026713B - 液压作业机器的液压泵控制*** - Google Patents

液压作业机器的液压泵控制*** Download PDF

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Abstract

提供了一种液压作业机，该液压作业机使用可变排量泵(14)和用于控制液压致动器(11)的中心开放型流量控制阀(26)，并且具有被设置在中心旁路油道(26a)中的负控制节气门(32R)以产生负控制压力。液压泵控制***执行虚拟泄放控制用于减少该中心旁路油道(26a)的泄放流量，并且可以与中心开放控制相同的性能来操作液压致动器。该控制***包括旁路切断阀(31R)和负控制压力输出阀(38R)，该旁路切断阀(31R)被设置在该负控制节气门(32R)上游以减少通过中心旁路油道(26a)的流量，该负控制压力输出阀(38R)输出虚拟负控制压力。该控制***被配置为当执行虚拟泄放控制时通过操作旁路切断阀(31R)来减少泄放流量，并且将泵流量减少泄放减少流量。

Description

液压作业机器的液压泵控制***
技术领域
本发明涉及一种诸如液压挖掘机等液压作业机器的液压泵控制***的技术领域。
背景技术
通常，被设置在诸如液压挖掘机等液压作业机器中的液压回路中，中心开放控制***在现有技术中是广为人知的。中心开放控制***被配备有可变排量液压泵、被配置为控制从液压泵至液压致动器的供应流量的中心开放型流量控制阀、从液压泵经由流量控制阀的泄放开口延伸至油箱的中心旁路油道。负控制节气门被设置在泄放开口的下游侧上的中心旁路油道上以产生负控制压力，并且被配置为根据负控制压力来对液压泵的泵流量执行增加和降低控制。
然而，在被配置为使用中心开放型流量控制阀由负控制压力控制泵流量的中心开放控制***中，存在如下问题：由于很多泄放流量从中心旁路油道流向油箱而阻碍能量节约。
因此，在第2013-148174号日本未审查专利申请公开中提出了一种根据由控制器计算的虚拟负控制压力控制泵流量的技术。通过减小在流量控制阀中形成的泄放开口面积，同时在中心旁路油道中不设置负控制节气门，减少泄放流量。
然而，在‘174公开中所公开的***被配置为通过基于液压致动器操纵工具(诸如操作者操纵杆或踏板)的操纵量以及液压泵的排放压力计算虚拟负控制压力并且通过使用电磁比例阀输出虚拟负控制压力来执行液压泵的流量控制。因此，在被配置为检测泵排放压力的压力传感器或电磁比例阀发生故障时，存在如下问题：不可能控制泵流量和操作液压致动器。另外，‘174公开中所使用的流量控制阀是具有小泄放开口面积的专用流量控制阀。如果将使用常规中心开放型流量控制阀的现有***更换为所公开的控制***以减少泄放流量，那么存在成本增加的问题，因为特殊流量控制阀的数量至少等于液压致动器需要准备的数量。
另外，‘174公开中的流量控制阀的泄放开口面积被设定为远小于常规中心开放型流量控制阀的泄放开口面积。因此，预计泄放流量降低且液压***的阻尼变差。而且，因为使用由压力传感器检测到的泵排放压力来计算虚拟负控制压力和虚拟泄放流量，所以也存在可能发生摆动的问题。另外，当液压致动器操纵工具的操纵量较小时，即，当流量控制阀的液压致动器供应开口仅打开很小时，泄放开口面积相当窄。因此，当操纵工具分阶段操作时或当执行在相反方向突然切换操纵工具的反向操作时，因为用于泄放泵流量的泄放开口面积太窄，所以存在如下问题：泵压力迅速上升且可操作性恶化。本发明试图解决这些问题中的一个或多个问题。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种液压作业机器的液压泵控制***，该液压泵控制***包括：可变排量液压泵，其具有可变排量装置用于改变所述液压泵排量；液压致动器，从该液压泵向该液压致动器供应压力油；中心开放型流量控制阀，其具有泄放开口，该泄放开口被配置为允许泵流量在空挡位置处流向油箱，并且该中心开放型流量控制阀基于液压致动器操纵工具的操纵来控制从该液压泵至该液压致动器的供应流量；中心旁路油道，其从该液压泵经由该流量控制阀的泄放开口延伸至该油箱；以及负控制节气门，其被设置在该泄放开口下游的中心旁路油道中以产生负控制压力。该液压泵控制***包括：旁路切断阀，其被设置在该负控制节气门上游以在操作时关闭该中心旁路油道；负控制压力输出阀，其***作以输出虚拟负控制压力；控制装置，其控制该旁路切断阀和该负控制压力输出阀的操作；以及负控制压力引入装置，其选择性地将由该负控制节气门产生的负控制压力和从该负控制压力输出阀输出的虚拟负控制压力中的一个引导至该液压泵的可变排量装置。
根据第二方面，该控制装置基于该液压致动器操纵工具的操纵执行操作该旁路切断阀的虚拟泄放控制，以减少从该中心旁路油道流向该油箱的泄放流量。该控制装置基于在假设不存在该旁路切断阀的情况下获取的虚拟泄放流量与在操作该旁路切断阀时的实际泄放流量之间的差值来确定泄放减少流量。该控制装置通过从以中心开放模式确定获取的虚拟泵流量中减去该泄放减少流量来确定泵请求流量，并且操作该负控制压力输出阀以产生与该泵请求流量对应的虚拟负控制压力。
根据基于第二方面的本发明的第三方面，该控制装置使用该液压致动器操纵工具的操纵信号与该液压泵的泵流量之间的函数表根据该液压致动器操纵工具的操纵量来设定该虚拟泵流量。基于当改变该液压致动器操纵工具的操纵信号时由该负控制节气门产生的负控制压力的检测值使用给定负控制压力下的已知泵流量特性来在旁路切断阀和负控制压力输出阀不操作的情况下提前创建该函数表。
根据结合第二或第三方面的本发明的第四方面，该控制装置基于由该旁路切断阀引起的中心旁路通道的泄放开口面积的变化与滤波后的液压泵压力的乘积来计算泄放减少流量。使用带通过滤器从由用于检测该液压泵的排放压力的压力检测装置产生的泵压力信号中提取液压***固有频率的频率分量。通过从该泵压力中减去所提取的频率分量而获取的压力用作过滤后的液压泵压力。
根据结合第四方面的本发明的第五方面，当确定该泵请求流量时，该控制装置执行通过该带通滤波处理提取的频率分量的压力反馈。
根据结合前五个方面中的任一个的第六方面，该控制装置执行限速器处理以调整被设置在该流量控制阀中的液压致动器压力油供应开口以及该旁路切断阀的开口的打开和关闭正时。当打开该液压致动器压力供应油开口时，该控制装置使该旁路切断阀的操作比该流量控制阀更慢，且当关闭该液压致动器压力油供应开口时，该控制装置使该旁路切换阀的操作比该流量控制阀更快。
根据结合前六个方面中的任一个的本发明的第七方面，当控制该负控制压力输出阀时，该控制装置反馈由用于检测该负控制压力输出阀的输出压力的压力检测装置检测到的实际负控制压力。
根据本发明的第一方面，可减少该液压泵的泄放流量和排放流量，这可有助于能量节约。另外，即使在虚拟泄放控制模式中，也可与常规中心开放控制***同等地操作该液压致动器。另外，在该旁路切断阀和该负控制压力输出阀未***作的状态下，由该负控制节气门产生的负控制压力被引导至该液压泵的可变排量装置。因此，即使该旁路切断阀或该负控制压力输出阀崩溃，也可使用由该负控制节气门产生的负控制压力来执行该液压泵的泵流量控制。另外，也很容易更换现有的中心开放控制***，这可显著地有助于成本抑制。
根据本发明的第三方面，可将虚拟泄放控制中的液压致动器的操作更可靠地设定为等效于现有的中心开放控制。
根据本发明的第四方面，可抑制所计算的泄放减少流量的频率变化，以防止泵压力的摆动。
根据本发明的第五方面，该液压***的阻尼系数增加，这可有助于抑制摆动。
根据本发明的第六方面，因为泵压力平滑地上升，所以改进操作性，且当该液压致动器操纵工具分阶段操作时或当执行在相反方向上突然切换该液压致动器操纵工具的反向操作时，可避免如下问题：该液压泵的排放油受到限制且泵压力迅速上升。
根据本发明的第七方面，可减小负控制压力输出阀的滞后，并且改进响应性和可控性。
附图说明
图1是液压挖掘机的侧视图。
图2是液压挖掘机的液压回路图。
图3是说明控制器的输入和输出的框图。
图4是主例程的流程图。
图5是中心开放控制的流程图。
图6是用于设定虚拟泵流量的表创建控制的流程图。
图7是说明泵和阀控制块的配置的框图。
图8是说明流量控制阀控制块的配置的框图。
图9是说明泄放开口面积设定块的配置的框图。
图10是说明虚拟泵流量设定块的配置的框图。
图11是说明旁路切断阀设定块的配置的框图。
图12是说明泵流量控制块的配置的框图。
图13是说明负控压力输出电磁比例阀控制块的配置的框图。
图14是说明限速器的配置的框图。
图15是说明流量控制阀和旁路切断阀的打开和关闭正时的图。
图16A和16B是中心开放控制***中的中心旁路油道的模型图。
图17是虚拟泄放控制***中的中心旁路油道的模型图。
图18是流量控制阀和旁路切断阀的开口特性图。
图19是泵流量和负控制压力的特性图。
图20是说明增益补偿器的特性的图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。图1是说明作为本发明的液压作业机器的示例的液压挖掘机1的图。液压挖掘机1被配置有上回转体3和前作业部7，该上回转体3可回转地支撑在履带式下行进体2上方，该前作业部7包括被安装在上回转体3上的动臂4、斗杆5和铲斗6。另外，液压挖掘机1被配置为包括驱动下行进体2的左行进电动机8L和右行进电动机8R、驱动上回转体3的回转电动机9，以及诸如动臂缸10、斗杆缸11和铲斗缸12等各种液压致动器，它们分别使动臂4、斗杆5和铲斗6移动。
图2是说明被设置在液压挖掘机1中的液压回路的图，且本发明的液压泵控制***被设置在液压回路中。在图2中，对应的附图标记表示左行进电动机8L和右行进电动机8R、回转电动机9、动臂缸10、斗杆缸11和铲斗缸12中的每一个，它们统称为本发明的液压致动器A。对应的附图标记表示用作液压致动器A的液压供应源的可变排量第一主泵13和第二主泵14，它们是根据本文所述的本实施例的斜板式可变排量活塞泵。附图标记13a和14a表示第一主泵13和第二主泵14的斜板控制，附图标记15表示用作先导液压源的先导泵，且附图标记16表示油箱。另外，附图标记17表示驱动第一主泵13和第二主泵14以及先导泵15的发动机。
在图2中，附图标记18和19表示第一主泵13和第二主泵14的排放油所要供应到的第一和第二排放管线。左行进流量控制阀20、铲斗流量控制阀21、第一转速动臂流量控制阀22以及第二转速斗杆流量控制阀23中的每一个连接至第一排放管线18。右行进流量控制阀24、回转流量控制阀25、第一转速斗杆流量控制阀26以及第二转速动臂流量控制阀27中的每一个连接至第二排放管线19。
左行进流量控制阀20和右行进流量控制阀24是基于左右行进操纵工具的正向侧和反向侧操纵分别控制从第一主泵13和第二主泵14至左行进电动机8L和右行进电动机8R的供应流量以及从左行进电动机8L和右行进电动机8R至油箱16的排放流量的阀。左行进流量控制阀20和右行进流量控制阀24还具有切换油的流动方向的方向控制阀的功能。
另外，铲斗流量控制阀21是基于铲斗操纵工具的关闭侧和开放侧控制从第一主泵13至铲斗缸12的供应流量和从铲斗缸12至油箱16的排放流量的阀，并且还具有切换油的流动方向的方向控制阀的功能。
回转流量控制阀25是基于回转操纵工具的左回转侧和右回转侧控制从第二主泵14至回转电动机9的供应流量和从回转电动机9至油箱16的排放流量的阀，并且还具有切换油的流动方向的方向控制阀的功能。
第一转速动臂流量控制阀22基于动臂控制工具的上升侧和下降侧操纵控制从第一主泵13至动臂缸10的供应流量和从动臂缸10至油箱16的排放流量，并且还具有切换油的流动方向的方向控制阀的功能。基于动臂操纵工具的上升侧操纵，第二转速动臂流量控制阀27控制从第二主泵14至动臂缸10的供应流量。
第一转速斗杆流量控制阀26基于斗杆操纵工具的收回和推出操纵控制从第二主泵14至斗杆缸11的供应流量和从斗杆缸11至油箱16的排放流量，并且还具有切换油的流动方向的方向控制阀的功能。第二转速斗杆流量控制阀23基于斗杆操纵工具的收回和推出操纵控制从第一主泵13至斗杆缸11的供应流量和从斗杆缸11至油箱16的排放流量，并且还具有切换油的流动方向的方向控制阀的功能。
虽然未说明，但是左右行进操纵工具、铲斗操纵工具、回转操纵工具、动臂操纵工具和斗杆操纵工具是操作杆或操作踏板，其也可被称为液压致动器操纵工具或在以下描述中简称为操纵工具并且与本发明的液压致动器操纵工具对应。
所有的左行进流量控制阀20、铲斗流量控制阀21、第一转速动臂流量控制阀22、第二转速斗杆流量控制阀23、右行进流量控制阀24、回转流量控制阀25、第一转速斗杆流量控制阀26和第二转速动臂流量控制阀27均是先导式滑阀，其基于操纵工具的操纵从在对应的先导压力输出电磁比例阀中输出的先导压力切换。虽然先导压力输出电磁比例阀53在图2中未说明，但是其被说明为先导阀块28，该先导阀块28中集成有多个先导压力输出电磁比例阀53。在没有供应先导压力的状态下，先导式滑阀位于空挡位置处，在该空挡位置处，不执行压力油向液压致动器A的供应。然而，当供应先导压力时，滑阀移位且先导式滑阀切换至操作位置，在该操作位置处，执行对液压致动器A的压力油供应控制以打开从第一主泵13和第二主泵14至对应的液压致动器A的压力油供应开口(以下称为PC开口)以及从液压致动器A至油箱的排油开口(在下文称为CT开口)。PC开口和CT开口的开口面积根据滑阀移位量而改变，且因此执行从第一主泵13和第二主泵14至液压致动器A的供应流量控制以及从液压致动器A至油箱16的排放流量控制。另外，将先导压力输出至流量控制阀20至27的先导压力输出电磁比例阀53由下文描述的控制器50控制，且其控制将在下文进行描述。
流量控制阀20至27中的每一个是中心开放型阀，并且具有泄放开口(PT开口)20a至27a以允许第一主泵13和第二主泵14的排放油流向油箱16。如图18中所说明，泄放开口20a至27a的开口面积被设定使得开口面积在空挡位置处最大，且开口面积随着滑阀移位量的增加而降低。在以下描述中，在一些情况下，左行进流量控制阀20、铲斗流量控制阀21、第一转速动臂流量控制阀22、第二转速斗杆流量控制阀23、右行进流量控制阀24、回转流量控制阀25、第一转速斗杆流量控制阀26和第二转速动臂流量控制阀27被称为流量控制阀CV，且流量控制阀20至27中的每一个的泄放开口20a至27a中的每一个也被称为泄放开口CVa。
在图2中，附图标记29和30表示第一和第二中心旁路油道。第一中心旁路油道29形成为从第一排放管线18串联地通过左行进流量控制阀20、铲斗流量控制阀21、第一转速动臂流量控制阀22和第二转速斗杆流量控制阀23中的每一个的泄放开口20a至23a延伸至油箱16。另外，第二中心旁路油道30形成为从第二排放管线19串联地通过右行进流量控制阀24、回转流量控制阀25、第一转速斗杆流量控制阀26和第二转速动臂流量控制阀27中的每一个延伸至油箱16。
在第一中心旁路油道29和第二中心旁路油道30中，第一旁路切断阀31L和第二旁路切断阀31R中的每一个分别被设置在第一中心旁路油道29中的第二转速斗杆流量控制阀23和第二中心旁路油道30中的第二转速动臂流量控制阀27的下游侧。第一负控制节气门32L和第二负控制节气门32R以及第一负控制安全阀33L和第二负控制安全阀33R分别被设置在第一旁路切断阀31L和第二旁路切断阀31R的更下游。
第一旁路切断阀31L和第二旁路切断阀31R是电磁阀，其打开和关闭第一负控制节气门32L和第二负控制节气门32R上游的第一中心旁路油道29和第二中心旁路油道30，并且基于来自随后将描述的控制器50的控制命令被切换至操作位置X，在操作位置X处，第一中心旁路油道29和第二中心旁路油道30从全开位置N可变地关闭(非操作状态)，在该全开位置N中，第一中心旁路油道29和第二中心旁路油道30完全打开。操作位置X的开口面积被控制器50控制为增加或降低。
当第一旁路切断阀31L和第二旁路切断阀31R完全打开时(处于非操作状态)，第一负控制节气门32L和第二负控制节气门32R通过抑制流过第一中心旁路油道29和第二中心旁路油道30的压力油在第一负控制节气门32L和第二负控制节气门32R上游产生控制压力(负控制压力)。在第一负控制节气门31L和第二负控制节气门32L上游产生的负控制压力经由第一负控制管线34L和第二负控制管线34R输入至稍后将描述的第一换向阀35L和第二换向阀35R的输入端口35La和35Ra中的一个。
第一负控制安全阀33L和第二负控制安全阀33R与第一负控制节气门32L和第二负控制节气门32R平行设置，并且被配置为当第一负控制节气门32L和第二负控制节气门32R上游的第一中心旁路油道29和第二中心旁路油道30的压力超过预定安全压力时，将第一中心旁路油道29和第二中心旁路油道30的压力油释放至油箱16。
另外，左行进流量控制阀20、铲斗流量控制阀21、第一转速动臂流量控制阀22、第二转速斗杆流量控制阀23、右行进流量控制阀24、回转流量控制阀25、第一转速斗杆流量控制阀26、第二转速动臂流量控制阀27、第一旁路切断阀31L和第二旁路切断阀31R、第一负控制节气门32L和第二负控制节气门32R以及第一负控制安全阀33L和第二负控制安全阀33R作为控制阀37被组装至某个单元中。
在图2中，附图标记38L和38R表示第一和第二负控制压力输出电磁比例阀(与本发明的负控压力输出阀对应)。第一负控制压力输出电磁比例阀38L和第二负控制压力输出电磁比例阀38R被配置为基于在稍后将描述的虚拟泄放控制中来自控制器50的控制命令而输出负控制压力，且输出压力被输入至第一换向阀35L和第二换向阀35R的输入端口35Lb和35Rb中的另一个。
另外，第一换向阀35L和第二换向阀35R选择从输入端口35La和35Ra中的一个输入的第一负控制管线34L和第二负控制管线34R的压力以及从输入端口35La和35Ra中的另一个输入的第一负控制压力输出电磁比例阀38L和第二负控制压力输出电磁比例阀38R的输出压力当中的高压力侧，并且将选定压力作为泵控制负控制压力输出至第一主泵13和第二主泵14的可变排量装置13a和14a，这些可变排量装置与本实施例中的斜板角度控制致动器对应。如图19的泵流量和负控制压力的特性图中所说明，可变排量装置13a和14a被配置为对随着负控制压力的增加而减小泵流量执行负控制。另外，第一换向阀35L和第二换向阀35R与本发明的负控制压力引入装置对应。
在图2中，附图标记39L和39R表示检测第一主泵13和第二主泵14的排放压力的第一和第二泵压力传感器(与用于检测本发明的液压泵的排放压力的压力检测装置对应)。附图标记40L和40R表示检测从第一换向阀35L和第二换向阀35R输出的泵控制负控制压力的第一和第二负控制压力传感器(与用于检测本发明的负控制输出阀的输出压力的压力检测装置对应)，且从传感器39L、39R、40L和40R输出的检测信号被输入至控制器50。
在图2中，附图标记41表示被设置在回路中的背压止回阀，且附图标记42表示油冷却器。另外，附图标记43表示直行阀，其被配置为从空挡位置N切换至操作位置X以确保在左右行进操纵工具和其它液压致动器操纵工具同时操作时的直行。然而，在本实施例中，在直行阀43位于空挡位置N中的状态下，第一主泵13的排放油被供应至左行进流量控制阀20、铲斗流量控制阀21、第一转速动臂流量控制阀22和第二转速斗杆流量控制阀23，且第二主泵14的排放油被供应至右行进流量控制阀24、回转流量控制阀25、第一转速斗杆流量控制阀26和第二转速动臂流量控制阀27。另外，在图2中，附图标记44表示动臂再生阀，附图标记45表示可变回转优先阀，附图标记46表示斗杆再生阀，且附图标记47表示主安全阀，其连接至第一排放管线18和第二排放管线19。
在图3的框图中说明了本发明的控制装置，该控制装置包括：控制器50；操纵检测装置51，其用于检测每个液压致动器操纵工具(左右行进操纵工具、铲斗操纵工具、回转操纵工具、动臂操纵工具和斗杆操纵工具)的操纵方向和操纵量中的每一个；第一泵压力传感器39L和第二泵压力传感器39R；第一负控制压力传感器40L和第二负控制压力传感器40R；稍后将描述的模式开关52；以及连接至控制器50的输入侧的类似物。同时，先导压力输出电磁比例阀53(左行进前向侧电磁比例阀53-1a、左行进反向侧电磁比例阀53-1b、铲斗关闭侧电磁比例阀53-2a、铲斗开放侧电磁比例阀53-2b、第一转速动臂上升侧电磁比例阀53-3a、第一转速动臂下降侧电磁比例阀53-3b、第二转速斗杆内部电磁比例阀53-4a、第二转速斗杆外部电磁比例阀53-4b、右行进前向侧电磁比例阀53-5a、右行进反向侧电磁比例阀53-5b、左回转侧电磁比例阀53-6a、右回转侧电磁比例阀53-6b、第一转速斗杆内部电磁比例阀53-7a、第一转速斗杆外部电磁比例阀53-7b以及第二转速动臂上升侧电磁比例阀53-8a)连接至控制器50的输出侧中的每一个，将先导压力输出至左行进流量控制阀20、铲斗流量控制阀21、第一转速动臂流量控制阀22、第二转速斗杆流量控制阀23、右行进流量控制阀24、回转流量控制阀25、第一转速斗杆流量控制阀26和第二转速动臂流量控制阀27、第一旁路切断阀31L和第二旁路切断阀31R、第一负控制压力输出电磁比例阀38L和第二负控制压力输出电磁比例阀38R等等，且这些阀连接至被设置在液压挖掘机1的驾驶室中的监视器装置54以便能够执行相互输入和输出。
在此，监视器装置54包括显示器54a，该显示器54a显示诸如装置信息和照相机信息等各种信息；并且包括操纵装置54b(触摸面板、操纵键等)，该操纵装置54b用于执行屏幕切换、各种设定、存储器重写或控制器50的类似操作。
模式开关52是由操作者操纵来切换控制模式的开关，并且被设置在液压挖掘机1的驾驶室中。模式开关52可任意选择稍后将描述的“虚拟泵流量设定表创建模式”、“虚拟泄放控制模式”以及“中心开放控制模式”中一种模式的控制模式。在本实施例中，虽然模式开关52与监视器装置54分开设置，但是也可采用使用监视器装置54的操作装置切换控制模式的配置。
接下来，将参考图4至20来描述由控制器50执行的控制。
图4说明主例程的流程图。当主例程开始时，首先，控制器50在步骤S1中读取第一泵压力传感器39L和第二泵压力传感器39R、第一负控制压力传感器40L和第二负控制压力传感器40R、操纵检测装置51以及模式开关52的信号。接下来，在步骤S2中，控制流量控制阀。流量控制阀的控制是通过稍后将描述的流量控制阀控制块61执行的控制，且基于液压致动器操纵工具的操纵信号来控制流量控制阀20至27中的每一个，这些操纵信号是从操纵检测装置51输入，但是其细节将在稍微进行描述。另外，控制器50在步骤S3中确定由模式开关52选择的模式。当选择“虚拟泵流量设定表创建模式”时，执行“虚拟泵流量设定表创建控制”(步骤S4)，当选择“虚拟泄放控制模式”时，执行“虚拟泄放控制”(步骤S5)，且当选择“中心开放控制模式”时，执行“中心开放控制”(步骤S6)。
在此，“虚拟泵流量设定表创建控制”是用于创建在“虚拟泄放控制”模式中使用的“操纵信号与泵流量”表的控制。“操纵信号与泵流量”的表与将液压泵致动器操纵工具的操纵信号与根据本发明的液压泵的泵流量相关联的函数表对应，并且针对每个相应的液压致动器A而创建。“虚拟泄放控制”是其中用于操作液压致动器A的泵流量控制由控制器以基本上等于常规中心开放控制相等的响应性执行同时通过操作第一旁路切断阀31L和第二旁路切断阀31R显著地减少泄放流量(从第一主泵13和第二主泵14经由第一中心旁路油道29和第二中心旁路油道30流向油箱16的油量)。“中心开放控制”模式基于通过液压致动器流量控制阀20至27的泄放开口20a至27a的油量仅使用由节流阀32L和32R产生的负控制压力来执行泵流量控制。
接下来，将参考图5中所说明的流程图来描述“中心开放控制”模式。当转变至“中心开放控制”时，控制器50将控制命令输出至全开的第一旁路切断阀31L和第二旁路切断阀31R，并且将控制命令输出至第一负控压力输出电磁比例阀38L和第二负控压力输出电磁比例阀38R，使得输出压力变为最小压力(Min压力、油箱压力)(步骤S6-1)。虽然为了简化解释而在本文被描述为“控制命令”，但是实际上第一旁路切断阀31L和第二旁路切断阀31R优选地被配置为当由于图2中示意说明的弹簧的定位而未由控制器50提供电控制信号时完全打开。同样，第一负控制压力输出电磁比例阀38L和第二负控制压力输出电磁比例阀38R优选地被配置为当控制器50没有提供电控制信号时移动至其中换向阀35L和35R的输入端口35Lb和35Rb连接至油箱的位置。因此，即使旁路切断阀或负控制压力输出电磁比例阀由于短路、开路或通常用于操作这些阀的电螺线管的其它故障而不响应于控制命令，仍然可获取常规的中心开放心控制模式。
当在步骤S6-1中第一旁路切断阀31L和第二旁路切断阀31R完全打开时，流过第一中心旁路油道29和第二中心旁路油道30的泄放流量通过完全打开的第一旁路切断阀31L和第二旁路切断阀31R，并且被供应至第一负控制节气门32L和第二负控制节气门33R。因此，根据液压致动器流量控制阀20至27的泄放开口20a至27a的通过量而增大或降低的负控制压力在第一负控制节气门32L和第二负控制节气门33R上游产生，且负控制压力经由第一负控制管线34L和第二负控制管线34R输入至第一换向阀35L和第二换向阀35R的输入端口35La和35Ra中的一个。同时，虽然第一负控制压力输出电磁比例阀38L和第二负控制压力输出电磁比例阀38R的输出压力被输入至第一换向阀35L及第二换向阀35R的输入口35La、35Ra中的另一个，但是因为输出压力在步骤S6-1中被控制为最小值，所以从输入端口35La和35Ra中的一个输入的负控制压力从第一换向阀35L和第二换向阀35R输出，并且输入至第一主泵13和第二主泵14的可变排量装置13a和14a。因此，第一主泵13和第二主泵14的泵流量被控制为通过根据液压致动器流量控制阀20至27的泄放开口20a至27a的通过量产生的负控制压力而增大或降低。
因此，在“中心开放控制”中，第一主泵13和第二主泵14的泵流量被控制为通过根据液压致动器流量控制阀20至27的泄放开口20a至27a的通过量产生的负控制压力而增大或降低。在这种情况下，当液压致动器操纵工具中没有一个***作时，通过泄放开口20a至27a的泄放流量被最大化，负控制压力增加，且因此执行控制使得泵流量变为最小流量。同时，当操纵液压致动器操纵工具时，通过泄放开口20a至27a的排放流量根据操作量而降低，负控制压力降低，且因此执行控制使得泵流量增加。然而，因为采用了来自现有技术的常规控制，所以将不提供其详细描述。
如图18中所说明，虽然处于全开位置N处的第一旁路切断阀31的开口面积比空挡位置中的流量控制阀CV的泄放开口面积小，但是流过第一中心旁路油道29和第二中心旁路油道30的压力油不会被完全打开的第一旁路切断阀31L和第二旁路切断阀31R显著地抑制。因此，在“中心开放控制”模式中，执行与不存在第一旁路切断阀31L和第二旁路切断阀31R的情况基本上相同的负控制。
接下来，将参考图6中所说明的流程图描述“虚拟泵流量设定表创建控制”。当转变至“虚拟泵流量设定表创建控制”时，控制器50将控制信号输出至完全打开的第一旁路切断阀31L和第二旁路切断阀31R，并且将控制信号输出至第一负控压力输出电磁比例阀38L和第二负控压力输出电磁比例阀38R，使得输出压力变为最小压力(Min压力、油箱压力)(步骤S4-1)。步骤S4-1的处理与在上述“中心开放控制”中的步骤S6-1的控制相同，且因此第一主泵13和第二主泵14的泵流量进入其中泵流量被控制为通过根据液压致动器控制阀20至27的泄放开口20a至27a的通过量产生的负控制压力而增大或降低的中心开放控制状态。
在步骤S4-1的处理之后，控制器50在监视器装置54的显示器54a上连续地显示将要操作的液压致动器A以及根据液压致动器A的前作业单元4的期望初始位置中的任一个(步骤S4-2)。根据显示器54a的显示，在将前作业单元4移动至初始位置之后，操作者接通被设置在监视器装置54的操纵装置54b上的启动开关。
接下来，控制器50确定启动开关是否接通(步骤S4-3)。在“否”的情况下，即，当启动开关没有接通时，前作业单元4被呈现为未被设定至初始位置，且该处理返回至步骤S4-2。
同时，在步骤S4-3的确定为“是”的情况下，即，当启动开关接通时，确定前作业部4被设定为初始位置，且控制部50自动增加操纵信号以将监视器装置54上显示的液压致动器A以恒定速度从零移动至最大值(完全操纵)(步骤S4-4)。由稍后描述的流量控制阀控制块61执行基于操纵信号对流量控制阀CV的控制。然而，流速控制阀CV的滑阀通过在步骤S4-4中以恒定速度增加与液压致动器A对应的操纵信号而移位。因此，随着向液压致动器A供应加压油，流量控制阀CV的泄放开口CVa的开口面积降低，且负控制压力降低。控制器50在表中存储操纵信号和此时由压力传感器40L或40R检测到的负控制压力的对应感测值(步骤S4-5)。
接下来，基于第一主泵13和第二主泵14的预定泵流量与负控制压力特性，从负控制压力确定泵流量(步骤S4-6)。如图19中所说明，提前已知泵流量与第一主泵13和第二主泵14的负控压力特性。
接下来，确定操纵信号是否处于最大值(完全操纵)(步骤S4-7)。在“否”的情况下，即，当操纵信号并非最大值时，该处理返回至步骤S4-4，且重复步骤S4-4至步骤S4-6的处理。
同时，在步骤S4-7的确定为“是”的情况下，即，当操纵信号为最大值时，将使用操纵信号和在步骤S4-6中确定的泵流量创建的“操纵信号与泵流量”的函数表存储在存储器中(步骤S4-8)且返回该函数表。
因此，在“虚拟泵流量设定表创建控制”中，在步骤S4-1的处理中设定中心开放控制状态，且在该状态下，创建“操纵信号与泵流量”的表。所创建的“操纵信号与泵流量”的表在稍后将描述的“虚拟泄放控制”中的虚拟泵流量设定中使用。
另外，虽然图6中所说明的流程图说明了用于单个液压致动器的“操纵信号与泵流量”的创建程序，但是同样依次在同一程序中创建用于另一个液压致动器的“操纵信号与泵流量”。
接下来，将参考图7至20描述“虚拟泄放控制”。图7至13中所说明的控制框图说明了与图2的右手侧上的阀、泵和致动器有关的控制。然而，因为与图2左手侧上的阀和致动器有关的控制类似地操作，所以本文不再进一步说明或描述它们。
图7是说明被设置在控制器50中的泵和阀控制块60的图。泵和阀控制块60被设置有不同的块，这些块包括流量控制阀控制块61，其基于左行进操纵信号51-1、铲斗操纵信号51-2、动臂操纵信号51-3和斗杆操纵信号51-4控制左行进流量控制阀20、铲斗流量控制阀21、第一转速动臂流量控制阀22和第二转速斗杆流量控制阀23，这些操纵信号是由操纵检测装置51检测。泄放开口面积设定块62基于从流量控制阀控制块61输出的先导压力输出电磁比例阀命令值来确定流量控制阀20至23中的每一个的泄放口20a至23a的开口面积。虚拟泵流量设定块63基于操纵信号51-1、51-2、51-3和51-4来设定虚拟泵流量。旁路切断阀设定块64基于操纵信号51-1、51-2、51-3和51-4来设定第一旁路切断阀31L的开口面积。泵流量控制块65基于从第一泵压力传感器39L接收到的第一主泵压力信号39L-1以及泄放开口面积设定块62、虚拟泵流量设定块63和旁路切断阀设定块64的输出信号来输出负控制压力命令。负控制压力输出电磁比例阀控制块66基于从第一负控制压力传感器40L接收到的第一负控制压力信号40L-1以及从泵流量控制块65输出的负控制压力命令来控制第一负控制压力输出电磁比例阀38L。第一信号选择器68基于由模式开关52设定的控制模式来选择负控制压力输出电磁比例阀控制块66的输出值以及Min压力设定器67的输出值中的一个。第二信号选择器70基于由模式开关52设定的控制模式来选择旁路切断阀设定块64的输出值以及全开设定器69的输出值中的一个。控制命令从流量控制阀控制块61输出至先导压力输出电磁比例阀53，其包括左行进前向侧电磁比例阀53-1a、左行进反向侧电磁比例阀53-1b、铲斗关闭侧电磁比例阀53-2a、铲斗开放侧电磁比例阀53-2b、第一转速动臂上升侧电磁比例阀53-3a、第一转速动臂下降侧电磁比例阀53-3b、第二转速斗杆内部电磁比例阀53-4a以及第二转速斗杆外部电磁比例阀53-4b。另外，控制命令从第一信号选择器68输出至第一负控制压力输出电磁比例阀38L，并且从第二信号选择器70输出至第一旁路切换阀31L。
虽然稍后将描述相应的块61至66的细节，但是流量控制阀控制块61在前述主例程的步骤S2中执行，并且在所有“虚拟泵流量设定表创建控制、“虚拟泄放控制模式”和“中心开放控制模式”中执行。
第一信号选择器68和第二信号选择器70基于由模式开关52设定的控制模式来切换信号。在设定“中心开放控制模式”或“虚拟泵流量设定表创建控制”时，从Min压力设定器67输出的第一负控制压力输出电磁比例阀38L的最小压力(Min压力、油箱压力)命令值以及从全开设定器69输出的第一旁路切断阀31L的全开命令值各自由第一信号选择器68和第二信号选择器70选择，且因此执行前述步骤S6-1和S4-1的处理。替代地，当选择“虚拟泄放控制”时，负控制压力输出电磁比例阀控制块66中的输出值和旁路切断阀设定块64中的输出值各自由第一信号选择器68和第二信号选择器70来选择。
接下来，将基于图8描述流量控制阀控制块61。在图8中，附图标记61-1表示左行进流量控制阀控制块，其基于左行进操纵信号51-1将控制命令输出至左行进前向侧电磁比例阀53-1a和左行进反向侧电磁比例阀53-1b。左行进流量控制阀控制块61-1被配置为包括如下元件，诸如正侧操纵函数表61-1a，其提取左行进操纵信号51-1的正侧(前向侧)信号；正侧限速器61-1b，其调整该信号的上升和下降响应；左行进前向侧电磁比例阀命令值表61-1c，其基于正侧限速器61-1b中的输出信号来设定左行进前向侧电磁比例阀53-1a的命令值；负侧操纵函数表61-1d，其提取左行进操纵信号51-1的负侧(反向侧)信号；负侧限速器61-1e，其调整该信号的上升和下降响应；以及左行进反向侧电磁比例阀命令信号表61-1f，其基于负侧限速器61-1e中的输出信号来设定左行进反向侧电磁比例阀53-1b的命令值。
而且，附图标记61-2表示铲斗流量控制阀控制块，其基于铲斗操纵信号51将控制命令输出至铲斗关闭侧电磁比例阀53-2a和铲斗开放侧电磁比例阀53-2b，附图标记61-3表示第一转速动臂流量控制阀，其基于动臂操纵信号51-3将控制命令输出至第一转速动臂上升侧电磁比例阀53-3a和第一转速动臂下降侧电磁比例阀53-3b，且附图标记61-4表示第二转速斗杆流量控制阀控制块，其基于斗杆操纵信号51-4将控制命令输出至第二转速斗杆内部电磁比例阀53-4a和第二转速斗杆外部电磁比例阀53-4b。虽然没有说明，但是铲斗流量控制阀控制块61-2、第一转速动臂流量控制阀61-3以及第二转速斗杆流量控制阀控制块61-4被配置为包括与左行进流量控制阀控制块61-1类似的元件。
另外，附图标记61-5表示第二转速斗杆约束表。第二转速斗杆约束表61-5基于动臂上升侧操纵信号来约束斗杆收回操纵信号以用于改进动臂上升与斗杆收回之间的联动操作性。从第二转速斗杆约束表61-5输出的第二转速斗杆收回约束信号被输入至Min(最小值)选择器61-6。另外，Min选择器61-6被配置为选择从第二转速斗杆约束表61-5输出的第二转速斗杆收回约束信号和由操纵检测装置51检测到的斗杆收回操纵信号51-4当中的最小值，并且将最小值作为斗杆收回操纵信号输出至第二转速斗杆流量控制阀控制块61-4。
接下来，将基于图9描述泄放开口面积设定块62。在图9中，附图标记62-1表示左行进泄放开口面积设定块，附图标记62-2表示铲斗泄放开口面积设定块，附图标记62-3表示第一转速动臂泄放开口面积设定块，且附图标记62-4表示第二转速斗杆泄放开口面积设定块。泄放开口设定块62-1、62-2、62-3、62-4中的每一个输入从流量控制阀控制块61输出的先导压力输出电磁比例阀53的命令值，并且基于该命令值获取并输出左行进流量控制阀20、铲斗流量控制阀21、第一转速动臂流量控制阀22以及第二转速斗杆流量控制阀23的泄放开口面积Apti。
将描述泄放开口设定块62-1、62-2、62-3和62-4中的每一个的配置。左行进泄放开口面积设定块62-1被配置为包括如下元件，诸如左行进前向侧泄放开口面积表62-1a，其基于左行进前向侧电磁比例阀53-1a的命令值获取左行进流量控制阀20的泄放开口面积；左行进反向侧泄放开口面积表62-1b，其基于左行进反向侧电磁比例阀53-1b的命令值获取左行进流量控制阀20的泄放开口面积；以及Min(最小值)选择器62-1c，其选择由左行进前向侧泄放开口面积表62-1a和左行进反向侧泄放开口面积表62-1b获取的泄放开口面积当中的最小值。左行进泄放开口面积设定块62-1输出由Min选择器62-1c选择的值作为左行进泄放开口面积Apti。
另外，虽然未说明，但是铲斗泄放开口面积设定块62-2、第一转速动臂泄放开口面积设定块62-3以及第二转速斗杆泄放开口面积设定块62-4包括与左行进泄放开口面积设定块62-1类似的元件。
接下来，将基于图10描述虚拟泵流量设定块63。虚拟泵流量设定块63输入左行进操纵信号51-1、铲斗操纵信号51-2、动臂操纵信号51-3及斗杆操纵信号51-4中的操纵信号，并且基于操纵信号计算并输出虚拟泵流量。
在图10中，附图标记63-1表示左行进虚拟泵流量设定单元，附图标记63-2表示铲斗虚拟泵流量设定单元，附图标记63-3表示第一转速动臂虚拟泵流量设定单元，且附图标记63-4表示第二转速斗杆虚拟泵流量设定单元。在虚拟泵流量设定单元63-1、63-2、63-3和63-4中，使用在“虚拟泵流量设定表创建控制”中创建的用于左行进、铲斗、动臂和斗杆的“操纵信号与泵流量”的表。虚拟泵流量设定单元63-1、63-2、63-3和63-4获取与左行进操纵信号51-1、铲斗操纵信号51-2、动臂操纵信号51-3和斗杆操纵信号51-4中的每一个对应的泵流量，并且输出泵流量作为虚拟泵流量。
附图标记63-5表示第二转速斗杆约束表。第二转速斗杆约束表63-5基于动臂上升侧操纵信号来约束斗杆收回操纵信号以用于改进动臂上升与斗杆收回之间的联动操作性，且从第二转速斗杆约束表输出的第二转速斗杆收回约束信号被输入至Min(最小值)选择器63-6。另外，Min选择器63-6选择从第二转速斗杆约束表63-5输出的第二转速斗杆收回约束信号和由操纵检测装置51检测到的斗杆收回操纵信号当中的最小值，并且将最小值作为斗杆收回操纵信号输出至第二转速斗杆虚拟泵流量表63-4。
另外，附图标记63-7表示Max(最大值)选择器。Max选择器63-7选择从左行进虚拟泵流量设定单元63-1、铲斗虚拟泵流量设定单元63-2、第一转速动臂虚拟泵流量设定单元63-3以及第二转速斗杆虚拟泵流量设定单元63-4输出的虚拟泵流量当中的最大值。可由限速器63-8执行泵流量变化率的调整以限制液压致动器A的加速和减速，且将调整后的最大值作为虚拟泵流量设定块63中的虚拟泵流量Qvp输出。
接下来，将基于图11和18描述旁路切断阀设定块64。图18是说明流量控制阀CV的滑阀移位量、在流量控制阀CV中形成的PC开口面积(至液压致动器A的压力油供应开口的开口面积)、泄放开口面积以及第一旁路切断阀31L的开口面积之间的关系的示例的特性图。如图18中所说明，在“虚拟泄放控制”中，第一旁路切断阀31L比泄放开口CVa更早地关闭，以切断通过第一中心旁路油道29流向油箱16的泄放流量。
在图11中，附图标记64-1表示左行进旁路切断开口设定块，附图标记64-2表示铲斗旁路切断开口设定块，附图标记64-3表示第一转速动臂旁路切断开口设定块，且附图标记64-4表示第二转速斗杆旁路切断开口设定块。旁路切断开口设定块64-1、64-2、64-3、64-4分别基于左行进操纵信号51-1、铲斗操纵信号51-2、动臂操纵信号51-3和斗杆操纵信号51-4来设定在对应的液压致动器A的操作时第一旁路切断阀31L的开口面积。
将描述旁路切断开口设定块64-1、64-2、64-3和64-4中的每一个的配置。左行进旁路切断开口设定块64-1被配置为包括如下元件，诸如前向侧操纵函数表64-1a，其提取左行进操纵信号51-1的正侧(前向侧)信号；正侧限速器64-1b，其调整该信号的变化率；左行进前向侧旁路切断阀开口面积表64-1c，其基于正侧限速器64-1b中的输出信号来设定第一旁路切断阀31L的开口面积；负侧操纵函数表64-1d，其提取左行进操纵信号的负侧(反向侧)信号；负侧限速器64-1e，其调整该信号的上升和下降响应；左行进反向侧旁路切断阀开口面积表64-1f，其基于负侧限速器64-1e中的输出信号来设定第一旁路切断阀31L的开口面积；以及Min选择器64-1g，其选择左行进前向侧旁路切断阀开口面积表64-1c的输出信号和左行进反向侧旁路切换阀开口面积表64-1f的输出信号当中的最小值。由Min选择器64-1g选择的最小值作为左行进旁路切断阀开口面积输出。
另外，虽然未说明，但是铲斗旁路切断开口设定块64-2、第一转速动臂旁路切断开口设定块64-3以及第二转速斗杆旁路切断开口设定块64-4被配置为包括与左行进旁路切断开口设定块64-1类似的元件。铲斗操纵信号51-2、动臂操纵信号51-3和斗杆操纵信号51-4被输入至这些块，以分别输出铲斗旁路切断阀开口面积、第一转速斗杆旁路切断阀开口面积以及第二转速斗杆旁路切断阀开口面积。
而且，附图标记64-5表示第二转速斗杆约束表。第二转速斗杆约束表64-5基于动臂上升侧操纵信号来约束斗杆收回操纵信号以改进动臂上升与斗杆收回之间的联动操作性。从第二转速斗杆约束表64-5输出的第二转速斗杆收回约束信号被输入至Min(最小值)选择器64-6。另外，Min选择器64-6选择从第二转速斗杆约束表输出的第二转速斗杆收回约束信号和由操纵检测装置51检测到的斗杆收回操纵信号当中的最小值，并且将最小值作为斗杆收回操纵信号输出至第二转速斗杆旁路切断开口设定块64-4。
另外，附图标记64-7表示Min选择器。Min选择器64-7选择用于左行进、铲斗、第一转速动臂和第二转速斗杆的从块64-1至64-4中输出的旁路切断阀开口面积当中的最小值。另外，使用旁路切断阀命令值表64-8将与旁路切断阀开口面积Abc对应的选定最小值转换为从旁路切断阀设定块64输出的旁路切断阀命令值。当如上所述通过模式开关52选择“虚拟泄放控制模式”时，第二信号选择器70选择旁路切换阀设定块64中的输出值以控制第一旁路切换阀31L。
图16和17说明了中心旁路油道的模型图。图16A是说明中心开放控制***的模型图。多个流量控制阀的泄放开口CVa(开口面积Apti)和负控制节气门NC(开放面积Anc)与中心开放控制***的中心旁路油道SB串联连接。串联连接的多个泄放开口CVa可被表达为图16B中所说明的等效泄放开口面积Aept的泄放开口CVa(多个泄放开口CVa的开口面积Apti与等效泄放开口面积Aept之间的关系由稍后描述的等式(1)表达)。另外，等效泄放开口面积Aept的泄放开口CVa的上游压力与负控制节气门NC的下游侧之间的压力差值是泵压力Pp。同时，图17是说明本发明的虚拟泄放控制***的模型图，且在虚拟泄放控制***的中心旁路油道SB中，旁路切换阀BC(开口面积Abc)被设置在负控制节气门NC上游。在图16和17中，附图标记P表示液压泵，且附图标记T表示油箱。
在虚拟泄放控制***中，每当操纵工具操纵量较小时，中心旁路油道SB被旁路切断阀BC关闭以便降低泄放流量。同时，为了以与中心开放控制***基本上相等的性能操作液压致动器，通过以下计算步骤(1)至(3)获取泵流量。
(1)从流量控制阀的等效泄放开口面积Aept、负控制节气门开口面积Anc和泵压力Pp获取在假设不存在旁路切断阀BC的情况下图16中所说明的中心开放控制***的泄放流量作为虚拟泄放流量。
(2)从流量控制阀的等效泄放开口面积Aept、负控制节气门开口面积Anc、旁路切断阀开口面积Abc和泵压力Pp获取图17中所说明的虚拟泄放控制***的泄放流量作为实际泄放流量。
(3)使用如下公式获取与中心开放控制***同等地操作液压致动器所需的虚拟泄放控制***的泵请求流量：泵请求流量等于虚拟泵流量减去泄放减少流量。虚拟泵流量是基于不存在旁路切断阀BC的假设，即，当以旁路切断阀全开并且不显著地抑制泄放流量在中心开放控制模式下操作时的泵流量。从前述虚拟泵流量设定模块63输出的虚拟泵流量Qvpthat可用作虚拟泵流量。另外，泄放减少流量是在(1)中获取的虚拟泄放流量与在(2)中获取的实际泄放流量之间的差值。在基于图12描述的泵流量控制块65中执行(1)、(2)和(3)的步骤的计算。
从泄放开口面积设定块62输出的左行进、铲斗、第一转速动臂及第二转速斗杆泄放开口面积Apti、从虚拟泵流量设定块63输出的虚拟泵流量Qvp、从旁路切断阀设定块64输出旁路切断阀开口面积Abc以及由第一泵压力传感器39L检测的第一主泵压力信号39L-1被输入至泵流量控制块65。基于输入信号获取用于虚拟泄放控制的泵请求流量。
在图12中，附图标记65-1表示等效泄放开口面积计算块。等效泄放开口面积计算块65-1使用以下等式(1)从串联连接的左行进、铲斗、第一转速动臂和第二转速斗杆泄放开口面积Apti获取等效泄放开口面积Aept。
Figure BDA0001592764340000281
附图标记65-3表示虚拟中心旁路开口面积计算块。虚拟中心旁路开口面积计算块65-3使用以下等式(2)在未设置第一旁路切断阀31L的情况下从存储在数据部分65-2中的第一负控制节气门32L的开口面积Anc以及由等效泄放开口面积计算块65-1获取的等效泄放开口面积Aept获取第一中心旁路通道29的虚拟中心旁路开口面积Avpt。
Figure BDA0001592764340000282
附图标记65-4表示实际中心旁路开口面积计算块。块65-4使用以下等式(3)基于旁路切断阀开口面积Abc和在虚拟中心旁路开口面积计算块65-3中获取的虚拟中心旁路开口面积Avpt获取当第一旁路切断阀31L***作时第一中心旁路通道29的实际中心旁路开口面积Aapt。
Figure BDA0001592764340000291
另外，附图标记65-5表示第一减法器，其从如同不存在第一旁路切断阀31L时计算的虚拟中心旁路开口面积Avpt中减去当第一旁路切断阀31L***作时的实际中心旁路开口面积Aapt，并且输出所减去的面积(Avpt-Aapt)。
附图标记65-6表示带通滤波器。带通滤波器65-6从由第一泵压力传感器39L检测到的第一主泵压力信号39L-1中提取液压***固有频率的频率分量。第二减法器65-7从第一主泵压力信号39L-1中减去由带通滤波器65-6提取的液压***固有频率的频率分量，并且提供平滑且稳定的泵压力信号Pp。
另外，平方根计算器65-8获取由第二减法器65-7获取的平滑泵压力Pp的平方根，并且将平方根乘以增益放大器65-9中的系数Cq。第一乘法器65-10将从第一减法器65-5输出的面积(Avpt-Aapt)乘以增益65-9的输出值以获取虚拟泄放流量Qvbo。第一减法器65-5、平方根计算器65-8、增益65-9和第一乘法器65-10的处理是由以下等式(4)来表达。
Figure BDA0001592764340000292
另外，增益65-9中使用的系数Cq是由以下等式(5)来表达。
Figure BDA0001592764340000293
在上述等式(5)中，c是流量系数，且ρ是液压流体的密度。
第三减法器65-11从在虚拟泵流量设定块63中输出的虚拟泵流量Qvp中减去由第一乘法器65-10获取的虚拟泄放流量Qvbo以获取泵请求流量Qrq。由带通滤波器65-6提取的液压***固有频率的频率分量乘以反馈增益模块65-12中的压力反馈增益Kp。同样，补偿器65-13基于从等效泄放开口面积计算块65-1输出的等效泄放开口面积Aept输出增益补偿系数。
如图20中所说明，当等效泄放开口面积Aept在所有流量控制阀20至23的空挡位置处全闭和全开时，不需要压力反馈且将增益补偿因数设定为零。在这些位置之间，第二乘法器65-14将增益补偿器65-13的输出值乘以反馈增益模块65-12的输出值。第四减法器65-15执行第二乘法器65-14的输出值对由第三减法器65-11获取的泵请求流量Qrq执行压力反馈，以设定泵流量命令值Qpcd。基于已知的泵流量与负控制压力特性而创建的负控制压力命令表65-16将泵流量命令值Qpcd转换为负控制压力命令值，且从泵流量控制块65中输出负控制压力命令值。
接下来，将基于图13描述负控制压力输出电磁比例阀控制块66。从泵流量控制块65输出的负控制压力命令和由第一负控制压力传感器40L检测到的实际负控制压力信号40L-1被输入至负控制压力输出电磁比例阀控制块66。
在图13中，附图标记66-1表示说明给定的负控制压力命令值与负控制压力输出电磁比例阀命令值之间的关系的电磁比例阀特性表，且使用电磁比例阀特性表66-1从负控制压力命令值中获取负控制压力输出电磁比例阀命令值。
减法器66-2将由第一负控制压力传感器40L检测到的实际负控制压力反馈给负控制压力命令，并且由控制单元66-3执行诸如PID控制等控制操作。另外，加法器66-4将电磁比例阀特性表66-1的输出值和控制单元66-3的输出值相加，并且从负控制压力输出电磁比例阀控制块66输出相加值作为第一负控制压力输出电磁比例阀38L的命令。当如上所述通过模式开关52选择“虚拟泄放控制模式”时，第一信号选择器68选择负控制压力输出电磁比例阀控制模块66中的输出值，以控制第一负控制压力输出电磁比例阀38L。
接下来，将基于图14的计算框图描述示例性限速器71。速度限制71说明流量控制阀控制块61中的正侧限速器61-1b和负侧限速器61-1e、虚拟泵流量设定块63中的限速器63-8、旁路切断阀设定块64中的正侧限速器64-1b和负侧限速器64-1e。
在图14中，附图标记71-1表示减法器，附图标记71-2表示限制减法器71-1的输出的限制器，且附图标记71-3是具有复位功能的积分器。当限制器71-2的正侧约束值增加时，输出迅速上升，且当正侧约束值降低时，上升被延迟。另外，当限制器71-2的负侧约束值降低时，输出迅速恢复至空挡状态，且当负侧约束值增加时，延迟恢复至空挡状态。当相反侧的信号上升时，在具有复位功能的积分器71-3中对积分复位。例如，当在斗杆收回操作之后突然执行斗杆推出操作时，斗杆推出操纵信号上升，且斗杆收回信号可迅速强制恢复为零。因为泵流量信号不具有负方向，所以虚拟泵流量设定块63中使用的限速器63-8的积分器不需要复位功能。
在本实施例中，通过由流量控制阀控制块61和旁路切断阀设定块64中的限速器71执行的限速器处理，调整流量控制阀CV和第一旁路阀切断阀31L的打开和关闭正时，且在图15中说明结果。
在图15的下图中，虚线说明其中未执行限速处理的情况，且实线指示其中执行限速处理的情况。在其中不执行限速处理的情况下，当分阶段地操纵液压致动器操纵工具时，在充分打开流量控制阀CV的PC开口(通向液压促动器A的压力油供应开口)之前关闭第一旁路切断阀31L。因此，存在第一主泵13中的排放油被限制、泵压力上升且主安全阀47喷出的故障。同样，当操纵工具恢复至空挡位置时，第一旁路切断阀31L在PC开口几乎关闭之前不会开始打开，并且导致类似故障。
因此，执行调整流量控制阀CV和第一旁路切换阀31L的PC开口的打开和关闭正时的限速器处理。即，执行限速器处理使得当操纵工具从空挡位置操纵为完全操纵侧时(当PC开口被打开时)，第一旁路切断阀31L***作为比流速控制阀CV更慢，且同时，当操纵工具从全操纵侧操纵为空挡位置时(当PC开口关闭时)，第一旁路切断阀31L***作为比流量控制阀CV更快。在图15中，当PC开口关闭时，流量控制阀CV和第一旁路切断阀31L两者均***作为比不执行限速器处理的情况更慢，但是第一旁路切断阀31L的延迟程度较小，且因此第一旁路切断阀31L***作为比流量控制阀CV更快。当执行这种限速器处理时，即使分阶段地操纵该操纵工具，第一旁路切断阀31L在流量控制阀CV的PC开口面积全开之前不会关闭。另外，当操纵工具恢复至空挡位置时，PC开口直至第一旁路切断阀31L全开之后才关闭，且因此能够可靠地消除其中第一主泵13的排放油被限制且泵压力突然上升的故障。
因此，在“虚拟泄放控制”中，根据从控制器50输出的控制命令，第一旁路切换阀31L基于液压致动器操纵工具的操纵而操作以关闭第一中心旁路油通路29，且减小第一中心旁路油道29的泄放流量。同样，从第一负控制压力输出阀31L输出虚拟负控制压，且通过第一换向阀35L将虚拟负控制压力引导至第一主泵13的可变排量装置13a以控制第一主泵13的排量以及因此泵流量的增加或降低。控制器50在假设不存在第一旁路切断阀31L的情况下的虚拟泄放流量与第一旁路切断阀31L操作时的实际泄放流量之间的差值，在假设不设置第一旁路切断阀31L的情况下，通过从假设不存在第一旁路切断阀31L的情况下的虚拟泵流量中减去泄放减少流量获得泵请求流量作为泄放减少流量，且控制第一负控制压力输出阀38L以将液压泵的排放流量设定为泵请求流量。因此，即使在“虚拟泄放控制”中，也将与中心开放控制相当的泵流量供应至液压致动器A，使得可使液压致动器A等同地操作。
工业实用性
在由控制器50执行的虚拟泄放控制中，可减少从第一中心旁路油道29和第二中心旁路油道30流向油箱16的泄放流量，并且将第一主泵13和第二主泵14的排放流量减少排放减少流量，这可有助于能量节约。另外，至液压致动器A的供应流量相当于在其中不设置第一旁路切断阀31L和第二旁路切断阀31R的常规中心开放控制***中至液压致动器A的供应流量，且因此即使在虚拟泄放控制中也与中心开放控制等同地操作液压致动器A。
另外，在该配置中，当旁路切断阀31L、31R和负控制压力输出电磁比例阀38L、38R未操作时，将由第一负控制压力节气门32L、第二负控制压力节气门32R产生的负控制压力引导至第一主泵13和第二主泵14的可变排量装置13a和14a。因此，如果旁路切断阀、负控制压力输出阀或压力传感器中的任何一个崩溃，或当因为液压致动器操纵工具被完全操作而泄放流量较小时，可执行中心开放控制，其中泵流量仅由通过第一负控制节气门32L和第二负控制节气门32R产生的负控制压力控制而没有任何问题。
另外，本发明具有简易配置，其中第一旁路切断阀31L和第二旁路切断阀31R以及第一负控制压力输出电磁比例阀38L和第二负控制压力输出电磁比例阀38R被添加至常规中心开放控制***的液压回路。因为本发明被配置为使用现有的中心开放控制***的流量控制阀执行虚拟泄放控制，所以对液压回路的必要的物理变化也是容易的，这可显著地有助于成本抑制。
另外，控制器50根据液压致动器操纵工具的操纵量使用液压致动器操纵工具的操纵信号与第一主泵13和第二主泵14的泵流量之间的函数表来设定在假设没有设置第一旁路切断阀31L和第二旁路切断阀31R的情况下的虚拟泵流量，该函数表是基于当液压致动器操纵工具的操纵信号被改变且旁路切断阀和负控制压力输出电磁比例阀38L和38R不进行操作(即，处于中心开放控制状态中)时由第一负控制压力节气门32L和第二负控制压力节气门32产生的负控制压力的检测值来提前创建。因此，虚拟泵流量是基于中心开放控制中的实际泵流量，且因此可更可靠地将虚拟泄放控制中的液压致动器的操作设定为相当于中心开放控制。
另外，控制器50被配置为基于流量控制阀CV的泄放开口面积CVa、第一旁路切断阀31L和第二旁路切断阀31R的开口面积以及第一主泵13和第二主泵14泵压力来计算泄放减少流量。然而，在这种情况下，执行用于从由第一泵压力传感器39L和第二泵压力传感器39R检测到的泵检测压力中提取液压***固有频率的频率分量的带通滤波处理，且通过从泵检测压力中减去所提取的频率分量而获取的平滑且稳定的压力用作第一主泵13和第二主泵14的泵压力。因此，可抑制所计算的泄放减少流量的频率波动，且可防止泵压力的摆动。
另外，控制器50被配置为当获取泵请求流量时执行通过带通滤波处理提取的频率分量的压力反馈。因此，泵流量与液压致动器速度之间的传递函数中的阻尼系数增加且液压***稳定，这可有助于抑制摆动。
另外，控制器50被配置为执行限速器处理以在PC开口打开时使第一旁路切断阀31L和第二旁路切断阀31R的操作比流速控制阀CV更慢，且在PC开口关闭时使第一旁路切断阀31L和第二旁路切断阀31R的操作比流量控制阀CV更快。因此，第一主泵13和第二主泵14的泵压力的上升变得平滑，且改进可操作性。另外，当分阶段操作该操纵工具时，或当执行在相反方向上突然切换操纵工具的反向操作时，可避免第一主泵13和第二主泵14的排放油被限制的故障且泵压力迅速上升至安全压力。
另外，控制器50被配置为在控制第一负控制压力输出电磁比例阀38L和第二负控制压力输出电磁比例阀38R时反馈由第一负控制压力传感器40R和第二负控制压力传感器40L检测到的实际负控制压力。因此，可减小滞后并改进负控制压力输出电磁比例阀38L和38R的响应性和可控性。
当然，本发明不限于上述实施例。例如，在上述实施例中，设置了两个主液压泵，但是当液压泵的数量为一个或三个或更多个时可执行本发明。在这种情况下，还设置了中心旁路油道、负控制节气门、旁路切断阀、负控制压力输出阀和换向阀中的每一个或三个或更多个。
本发明可用于控制诸如液压挖掘机等液压作业机器中的液压泵。另外，本发明可应用于各种液压作业机器的液压泵控制，而不限于液压挖掘机。

Claims (9)

1.一种液压作业机器的液压泵控制***，包括：
可变排量液压泵，其具有可变排量装置用于改变所述液压泵排量；
液压致动器，从所述液压泵向所述液压致动器供应压力油；
中心开放型流量控制阀，其具有泄放开口，所述泄放开口被配置为允许泵流量在空挡位置处流向油箱，并且所述中心开放型流量控制阀基于液压致动器操纵工具的操纵来控制从所述液压泵至所述液压致动器的供应流量；
中心旁路油道，其从所述液压泵经由所述流量控制阀的所述泄放开口延伸至所述油箱；以及
负控制节气门，其被设置在所述泄放开口下游的所述中心旁路油道中以产生负控制压力，
其中所述液压泵控制***包括：
旁路切断阀，其被设置在所述负控制节气门上游以在操作时减少通过所述中心旁路油道的流量；
负控制压力输出阀，其***作以输出虚拟负控制压力；
控制装置，其控制所述旁路切断阀和所述负控制压力输出阀的操作；以及
负控制压力引入装置，其选择性地将由所述负控制节气门产生的所述负控制压力和从所述负控制压力输出阀输出的所述虚拟负控制压力中的一个引导至所述液压泵的所述可变排量装置，
其中所述控制装置：
基于所述液压致动器操纵工具的操纵执行所述旁路切断阀***作的虚拟泄放控制，以减少从所述中心旁路油道流向所述油箱的泄放流量，
基于在假设不存在所述旁路切断阀的情况下获取的虚拟泄放流量与在操作所述旁路切断阀时的实际泄放流量之间的差值来确定泄放减少流量，
通过从假设存在所述旁路切断阀的情况下获取的虚拟泵流量中减去所述泄放减少流量来获取泵请求流量，且
基于所述泵请求流量来操作所述负控制压力输出阀以输出所述虚拟负控制压力。
2.根据权利要求1所述的液压作业机器的液压泵控制***，其中：
所述控制装置根据所述液压致动器操纵工具的操纵量与所述液压泵的泵流量之间的预定关系来设定在假设不存在所述旁路切断阀的情况下获取的所述虚拟泵流量。
3.根据权利要求2所述的液压作业机器的液压泵控制***，其中：
将所述液压致动器操纵工具的操纵量与所述液压泵的泵流量之间的所述预定关系存储为函数表，且
所述控制装置基于在中心开放控制模式中当所述液压致动器操纵工具的操纵信号改变时由所述负控制节气门产生的所述负控制压力的检测值以及与所检测的负控制压力对应的已知泵流量特性来创建所述函数表，在所述中心开放控制模式中，所述旁路切断阀和所述负控制压力输出阀不操作。
4.根据权利要求1所述的液压作业机器的液压泵控制***，其中所述控制装置：
执行基于所述流量控制阀的泄放开口面积、所述旁路切断阀的开口面积和所述液压泵的泵压力计算泄放减少流量的带通滤波处理，
在执行所述计算时从由用于检测所述液压泵的排放压力的压力检测装置检测到的泵检测压力中提取液压***固有频率的频率分量，且
使用通过从所述泵检测压力中减去所提取的频率分量而获取的压力作为所述液压泵的所述检测的泵压力。
5.根据权利要求4所述的液压作业机器的液压泵控制***，其中当获取所述泵请求流量时，所述控制装置对通过所述带通滤波处理提取的所述频率分量执行压力反馈。
6.根据权利要求1所述的液压作业机器的液压泵控制***，其中所述控制装置：
执行限速器处理以调整被设置在所述流量控制阀中的液压致动器压力油供应开口以及所述旁路切断阀的开口的打开和关闭正时，
当所述液压致动器压力油供应开口打开时，所述旁路切断阀的操作比所述流量控制阀更慢，
当所述液压致动器压力油供应开口关闭时，所述旁路切断阀的操作比所述流量控制阀更快。
7.根据权利要求1所述的液压作业机器的液压泵控制***，进一步包括压力检测装置，所述压力检测装置用于检测被提供给所述可变排量装置的负控制压力，其中当控制所述负控制压力输出阀时，所述控制装置反馈所述检测的压力。
8.根据权利要求1所述的液压作业机器的液压泵控制***，其中所述负控制压力引入装置包括：
换向阀，其用于选择由所述负控制节气门产生的压力和由所述负控制压力输出阀输出的压力当中的更高压力侧，并且将选定压力输出至所述液压泵的所述可变排量装置。
9.根据权利要求1所述的液压作业机器的液压泵控制***，其中所述控制装置允许所述旁路切断阀完全打开，并且允许所述负控制压力输出阀将所述负控制压力引入装置的输入以中心开放控制模式连接至油箱。
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