载荷感测系统、包括该系统的工程机械及用于控制液压功能件的方法

摘要

本发明涉及一种载荷感测系统(201)，该载荷感测系统(201)包括：致动器(108、109)的第一组件(203)，该第一组件(203)用于控制第一液压功能件；泵(205)，该泵(205)适于为所述致动器供给加压液压流体；电控阀(241)，该电控阀(241)适于通过液压信号控制泵的输出压力；第一压力传感器(229、231)，所述第一压力传感器(229、231)用于检测第一致动器组件(203)的载荷压力；和控制单元(213)，该控制单元(213)适于接收具有关于由第一压力传感器(229、231)检测到的载荷压力的信息的信号，且适于产生对应于所检测到的载荷压力而通向电控阀(241)的控制信号。

说明书

技术领域

本发明涉及一种载荷感测系统，该系统包括：致动器的第一组件，该第一组件用于控制第一液压功能件；泵，该泵适于为所述致动器供给加压液压流体；和电控阀，该电控阀适于通过液压信号控制泵的输出压力。特别地，本发明涉及一种包括该系统的工程机械。呈轮式装载机形式的工程机械具有液压控制例如器具提升和倾斜及机械转向的若干不同的作业功能件。通常，致动器由液压缸形式的直线马达组成。本发明还涉及一种用于控制液压功能件的方法。

背景技术

在下文中，本发明将结合轮式装载机的运行描述。这是优选的，但不限制本发明的应用。本发明例如也能够用于其他类型的工程机械(或工程车辆)，例如挖掘装载机、挖掘机或例如拖拉机的农机。

因此，液压系统是载荷感测系统。这意味着泵感测来自被致动的液压缸的压力(LS信号)。泵然后设定比缸的压力高一定巴数的压力。这导致由流出到控制缸，控制缸的水平取决于被激活的控制阀被操作的程度。通常，所谓的控制压力是固定的。控制压力是泵压力与载荷压力之间的差。通常，泵适于设定固定的压力，所述压力高于检测到的载荷压力20至30巴。因此，对于所选择的不同的工作位置，控制压力的水平合适地被平衡。也存在能够改变控制压力的系统。

发明内容

本发明的一个目的是实现一种载荷感测系统，该系统形成了关于能量消耗的更有效的运行的先决条件，且在运行中更稳定。本发明特别地力求实现更加优选的系统，其中控制压力能够适应于不同的工作位置或运行条件。

该目的通过根据权利要求1所述的系统来实现。这因此通过载荷感测系统实现，该载荷感测系统包括：

-致动器的第一组件，该第一组件用于控制第一液压功能件；

-泵，该泵适于为所述致动器供给加压液压流体；

-电控阀，该电控阀适于通过液压信号控制泵的输出压力，

其特征在于，该系统包括：

-第一压力传感器，该第一压力传感器用于检测第一致动器组件的载荷压力，和

-控制单元，该控制单元适于接收这样的信号：所述信号具有与由所述第一压力传感器(229、231)检测到的载荷压力相关的信息，且适于产生对应于检测到的载荷压力而通向电控阀的控制信号。

第一液压功能件优选由提升功能件组成，但可以由另一个功能件组成，例如由倾斜或转向功能件组成。

通过以此方式实现可变控制压力，泵例如能够处于低的基本水平且设定在仅高5至10巴的压力上，这意味着压力增加尽可能小(极限通过润滑和冷却能力的要求限定)。如果要求更高的控制压力，例如30巴，则电控的泵控制阀(LS阀)必须对此进行补偿。根据示例，致动器(缸)具有100巴的压力水平。LS阀然后将设定125巴的压力水平，且泵自身添加另外的5巴，这意味着泵压力变成总计130巴。因此，由于低的备用压力，能够获得更低的阻力损失(怠速损失)。当不要求来自泵的流动时，泵在例如5巴的压力下怠速，而非在30巴的压力下怠速。

此外，以向着功能件的更低的流出流量造成了用于更小的压力损失的先决条件。由功能件所要求的流量越小，则能够使用更低的控制压力，因为用于功能件的控制阀内的滑块打开更多。如果操作者需要通向功能件的50％更多的流量，则滑块能够完全打开且控制压力能够例如通过电控阀LS从30巴降低到8巴。在实践中，这意味着所使用的杆偏转越大，则将使用的控制压力越高。

此外，形成了用于有力的震出功能件的先决条件。在一定情况中，期望能够使功能件振动，例如使铲斗振动以将容纳物合适地震出。在这些情况中，振动能够通过按键或通过将杆以一定模式前后移动而被激活。如果计算机记录到操作者期望进行振动，则泵能够通过电LS阀设定到更高的压力水平，且因此通过更高的控制压力产生更大的流量。

根据优选示例，电控泵控制阀适于采用在从控制单元通向阀的输入信号失去时使得通向泵的液压信号产生大体上恒定的泵压力的位置。恒定的泵压力优选形成最大压力。这意味着液压系统然后作为恒定压力系统工作。因此，泵按要求提供流量，但总是在最大压力下运行。因此，操作者能够在电子器件故障时也继续其工作。

根据另一个优选实施例，系统包括转向功能件。通常，方向盘直接驱动液压转向器(orbitrol)单元形式的阀单元用于转向功能件。根据现有技术，存在使方向盘直接驱动液压转向器的转向稳定的问题，因为由于压力波动导致了共振。因为来自方向盘直接驱动液压转向器单元的液压LS信号也振荡，所以所述共振被放大。通过替代地通过压力传感器读取方向盘直接驱动液压转向器单元的LS信号且通过电LS阀设定更高的LS压力，能够获得通向泵的稳定的LS信号，这意味着经滤波的信号。

根据另一个优选示例，系统包括用于致动器的位置传感器。以此方式，形成了用于端部位置阻尼的先决条件。如果系统具有用于功能件例如转向功能件的分开的供给泵，则电LS信号能够用于端部位置阻尼。这意味着控制单元通过位置传感器记录致动器(缸)接近端部位置。电LS阀能够然后将控制压力降低到合适的水平，使得降低最大转向速度，这意味着操作者不能超过一定的转向速度。

位置传感器也形成了用于动力控制的先决条件。在一定的情况中，期望降低最大可能的液压动力输出，例如因为发动机在低rpm时不具有动力。电控功能件能够容易被限制，但方向盘直接驱动液压转向器(非电控)的转向是问题。通过电LS控制，能够通过降低控制压力来降低最大流量。如果泵(多个泵)的压力水平及其流量和系统效率是已知的，则能够计算出液压动力。对于方向盘直接驱动液压转向器单元，流量能够通过由计算机通过位置传感器读取转向轮的位置而及时计算出。如果在此工作位置流量过高(取决于压力水平和其他因素等)，则可将控制压力降低到合适的可接受的最大流量。如果共同的泵用于转向和工作液压器件，这不是问题。工作液压器件能够通过其电控阀降低，且因为转向具有比其他功能件更高的优先性，所以计算机能够(通过转向缸的位置传感器的流量和通过压力传感器的压力)检查操作者的转向动力要求为多大。如果此动力水平处于允许的动力水平以下，则剩余的动力能够用于工作液压器件，且仅在此进行限制。如果此动力水平超过了允许的动力水平，则工作液压期间根本不得到动力，这意味着泵的压力水平仅取决于转向的LS压力，且因此能够通过电LS阀以合适的LS压力实现最大流量。应总是可利用一定程度的转向，其中如果电LS信号设定为零则最低LS水平直接从方向盘直接驱动液压转向器单元获得，即然后控制压力变成等于泵的控制压力，该控制压力处于5至10巴。这也提供了更好的安全性，因为用于转向的LS信号不能通过电LS阀完全设定为零。

根据另一个优选示例，系统包括多个致动器的组件，所述致动器适于控制不同的功能件，且适于用于检测各组件的载荷压力的致动器组件的每个相关的至少一个压力传感器。

以此方式，形成了降低系统内的压力波动的先决条件。控制单元在系统的不同位置处记录了压力。如果控制单元记录了不正常的压力振荡，则能够导致控制压力的改变，其目的是从系统的共振点移开。如果同时使用数个功能件，则控制阀内的滑块能够打开或关闭更多，这取决于控制压力是增加还是降低，其目的是获得相同的流量水平。如果控制压力处于发生共振的低水平，则能够实现控制压力的增加。如果控制压力已是高压力，则能够实现以一定允许增加量的降低。将维持临时改变，直至在系统内发生相对于压力和流量的一定的改变。

本发明的另一个目的是实现一种方法，所述方法提供了对于载荷感测系统在能量消耗方面的有效控制。特别地，本发明针对一种方法，其中控制压力能够适于不同的工作位置或运行条件。

此目的通过根据权利要求18的方法实现。因此，此目的通过包括如下步骤的方法实现：通过压力传感器检测适于控制液压功能件的致动器的载荷压力，且对应于检测到的载荷压力通过液压信号控制适于为所述致动器供给加压液压流体的泵。

根据优选的示例，方法包括如下步骤：通过对应于检测到的载荷压力的电信号致动电控阀，所述阀相应地通过所述液压信号控制泵的输出压力。这形成了运行可靠的系统的先决条件，因为电控阀即使失去通向电控阀的输入信号时也能够布置为使得泵接收液压信号。

根据另一个优选的实施例，方法包括如下步骤：与检测到的载荷压力相称地(且通常在一定水平以上)确定期望的泵压力，且相应地控制泵。因此，控制压力能够基于不同的运行条件变化。这优选通过如下方式完成：也检测来自泵的输出压力，且也基于检测到的输出的泵压力产生控制信号。

根据另一个优选示例，方法包括如下步骤：检测与所述液压功能件相关的操作者控制元件的位置，且基于操作者控制元件的检测到的位置致动布置在泵和致动器之间的控制阀。方法优选包括协调泵的控制与控制阀的致动的步骤。这形成了在通向功能件的更小的输出流量时的更低的控制损失的先决条件。功能件所要求的流量越低，则能够使用更低的控制压力，因为控制阀内的滑块打开更大。

本发明的另外的优选实施例和与之相关的优点从剩余的权利要求中和如下的描述中显见。

附图说明

下面参考附图中所示的实施例更详细地描述本发明，其中：

图1示出了轮式装载机的侧视图，和

图2至图3示出了用于轮式装载机的系统的两个不同的实施例。

具体实施方式

图1示出了轮式装载机101的侧视图。轮式装载机101包括前车辆部分102和后车辆部分103，所述部分每个包括框架和一对驱动轴112、113。后车辆部分103包括驾驶舱104。车辆部分102、103相互连接，其连接方式使得车辆部分102、103能够围绕垂直轴线通过两个液压缸104、105相互旋转，所述液压缸104、105布置在车辆的纵向方向上的中心线的不同侧上，用于使轮式装载机101转向或转弯。

轮式装载机101包括用于处理物体或材料的设备111。设备111包括装载臂单元106和装配在装载臂单元上的铲斗形式的器具107。在此，铲斗107填充以材料116。装载臂单元106的第一端枢转地连接到前车辆部分102以实现铲斗的提升移动。铲斗107枢转地连接到装载臂单元106的第二端，以实现铲斗的倾斜移动。

装载臂单元106能够相对于车辆的前部分102通过两个液压缸108、109升起和降低，液压缸108、109的每个在一端处连接到前车辆部分102且在另一端处连接到装载臂单元106。铲斗107能够相对于装载臂单元106通过第三液压缸110倾斜，所述第三液压缸110在一端处连接到前车辆部分102，且在另一端处通过链接臂系统连接到铲斗107。

在下文中，将更详细地描述轮式装载机101的液压功能件的控制系统的多个实施例。

图2中示出系统的第一实施例。系统201包括致动器的第一组件203，用于控制第一液压功能件，即用于控制装载臂单元的提升和降低。在此，致动器由提升缸108、109组成。

系统201还包括适于为所述致动器通过液压回路供给加压液压流体的泵205。泵205通过车辆的驱动发动机206驱动，所述驱动发动机206具有柴油发动机的形式。泵205具有可变排量。泵205优选适于无限地可变控制。系统201包括阀装置208(见虚线)，所述阀装置208包括具有多个控制阀的液压回路。

流量阀形式的两个控制阀207、209在泵205和提升缸108、109之间布置在回路内，以控制提升和降低移动。这些流量阀的第一阀207布置为将泵205连接到活塞侧，而这些阀的第二阀209布置为将箱243连接到活塞杆侧。此外，第一阀207布置为将箱243连接到活塞侧，且第二阀209则布置为将泵205连接到活塞杆侧。这提供了改变控制的大可能性。特别地，需要将泵和箱同时连接到功能件。

系统201还包括控制单元213或计算机，所述计算机包含用于控制功能件的程序。控制单元也称为CPU(中央处理单元)或ECM(电子控制模块)。控制单元213合适地包括微处理器。

呈提升杆形式的操作者控制元件211以运行方式连接到控制单元213。控制单元213适于从控制杆接收控制信号且相应地致动控制阀207、209(通过阀控制单元215)。控制单元213优选地控制更一般的控制策略，且控制单元215控制阀单元208的基本功能件。当然，控制单元213、215也能够整合为单独的单元。当控制泵205时，存在流出到缸108、109的油，其水平取决于被激活的阀207、209被操作的程度。

系统201还包括致动器的第二组件217，用于控制第二液压功能件，即控制工程机械转向。在此，致动器由转向缸104、105形成。转向轮形式的操作者控制元件219通过具有方向盘直接驱动液压转向器的形式的阀单元液压连接到转向缸104、105用于控制其方向。

系统201还包括致动器的第三组件221，用于控制第三液压功能件，即控制器具的倾斜。在此，所述致动器由倾斜缸110形成。如对于提升功能件，两个控制阀223、225布置在泵205和倾斜缸110之间，用于控制器具相对于装载臂的前后移动。呈倾斜杆形式的操作者控制元件227运行地连接到控制单元213。控制单元213适于从倾斜杆接收控制信号且相应地致动控制阀223、225。

优先阀220布置在泵的出口管道245处，用于自动设定优先性使得转向功能件在提升功能件(和倾斜功能件)前接收到要求的压力。

如上所述，系统201是载荷感测系统，且为此目的包括多个压力传感器229、231、233、235、237，用于检测每个所述功能件的载荷压力。系统的提升功能件包括两个压力传感器229、231，其中之一布置在通向提升缸的活塞侧的管道上，且另一个布置在通向提升缸的活塞杆侧的管道上。以相应的方式，系统的提升功能件包括两个压力传感器235、237，其中之一布置在通向倾斜缸的活塞侧的管道上，且另一个布置在通向倾斜缸的活塞侧的管道上。转向功能件包括在连接到转向缸104、105的管道上的压力传感器233。更确切地，压力传感器233位于LS管道上，当在一个方向上转向时，所述LS管道接收到与在一个缸侧上的压力相同的压力，且当在另一个方向上转向时，所述LS管道接收到与在另一个缸侧上的压力相同的压力。在空档时，LS管道连接到箱。

系统还包括适于通过液压信号控制泵的输出压力的电控阀241。系统201包括另外的压力传感器239，用于检测指示来自泵的输出压力的压力。更确切地，压力传感器239适于检测电控阀241下游位置处的压力。因此，当241完全打开时，压力传感器239直接感测泵压力。在正常运行条件下，压力传感器239检测来自阀241的调节的压力。因此，控制单元213适于从泵压力传感器239接收具有与压力水平相关的信息的信号。

因此，控制单元213以运行方式连接到压力传感器229、231、233、235、237、239和电控阀241。因此，控制单元213接收来自压力传感器229、231、233、235、237、239的电信号，且产生用于致动电控阀241的电信号。此外，控制单元213适于对应于检测到的载荷压力产生通向电控阀241的控制信号。

如前所述，控制单元213适于从控制杆211、227接收信号。当操作者期望提升铲斗时，操作提升杆211。控制单元从控制杆211接收相应的信号，且致动控制阀207、209到一定位置，所述位置使得泵被连接到提升缸108、109的活塞侧且提升缸的活塞杆侧连接到箱243。此外，控制单元从提升缸的活塞侧上的压力传感器229且从泵下游的压力传感器239接收到信号。基于接收到的信号，确定在检测到的载荷压力水平以上的期望的泵压力，且相应地致动电控的泵控制阀241。

控制单元213优选地适于将控制阀207、209的打开程度与泵205的出口压力协调以用于最优运行。根据示例，功能件要求的流量越低，则能够使用更低的控制压力，因为控制阀内的滑块打开更多。如果操作者需要通向功能件的50％的流量，则滑块能够完全打开且控制压力能够通过电控LS阀降低，例如从30巴降低到8巴。在实践中，这意味着所使用的杆偏转越大，则将使用越高的控制压力。以此，根据优选实施例，控制单元213从提升杆接收到带有关于期望的提升或降低移动的信息的信号。此外，控制单元213通过压力传感器229检测提升缸108、109内的压力。然后，确定期望的输出压力，且电控阀241被相应地致动。此外，控制单元213检测电控阀241下游的压力传感器239内的压力，且通过电控阀241的相应的致动将输出压力调整到期望的水平。

倾斜功能件的控制以与提升功能件的控制相应的方式进行。当工程机械转向时，转向功能件的压力传感器233检测转向载荷压力，且产生相应的载荷信号。控制单元213接收此载荷信号和来自电控阀241的出口管道上的压力传感器239的信号。基于接收到的信号，确定在检测到的载荷压力以上的水平的期望的泵压力，且相应地致动电控阀241。

当数个功能件同时使用时，将检测到的载荷压力进行比较，且对应于检测到的载荷压力中的最高的压力控制泵205。

根据优选的示例，控制单元213适于确定期望的泵压力，使得检测到的载荷压力和泵压力之间的相差压力基于不同的运行情况变化。根据一个示例，当期望以大的力振动功能件时，如当进行铲斗震出时，控制压力被调整为直至高水平。

控制单元213适于在运行期间连续确定期望的泵压力且产生相应的信号。

电控的泵控制阀241布置为与来自泵205的出口管道245连接。更确切地，泵控制阀241布置为用于控制管道247的打开程度，所述管道247连接在来自泵205的出口管道245和管道251之间，所述管道251又连接到泵205用于以液压信号控制泵205。泵控制阀241适于采用使得当从控制单元213向阀241的输出信号失去时、通向泵205的液压信号产生大体上恒定的泵压力(最大泵压力)的位置。更确切地，电控的泵控制阀241是弹簧加载的阀且适于采用所述位置，从而通过弹簧力提供了恒定的泵压力。因此，泵控制阀241适于采用这样的打开位置：当从控制单元213向阀241的输出信号失去时，通向泵的控制信号由泵自身的输出压力形成。也可以说在液压回路内存在短路回路。因此，泵控制阀241可以被称为反向。因此，如果不存在电子器件故障，则液压LS信号升高到最大压力水平。这意味着液压系统然后作为恒定压力系统工作。因此，泵按要求提供流量，但总数在最大压力下工作。因此，操作者能够即使在电子期间故障时继续其工作。

因此，电控的泵控制阀241适于在两个端部位置之间无限地可调整，所述两个端部位置为：对应于产生最小压力的泵的第一端部位置，和对应于产生最大压力的泵的第二端部位置。

因此，压力传感器239布置在泵控制阀241下游，即布置在通向泵205的LS管道上。

反向阀形式的液压装置253布置在电控的泵控制阀241和泵之间的管道251上。反向阀253适于从第二致动器组件207(用于转向功能件)和泵控制阀241接收液压信号。此外，反向阀适于对应于具有最大载荷压力的接收信号控制泵205。因此，液压装置(反向阀)253在由两个输入压力信号形成的输出信号内选择了较高的压力。

致动器的第一组件203(用于提升功能件)包括用于检测缸位置的传感器205。这例如能够用于控制端部位置阻尼，即在缸在接近端部位置时使得缸的速度减速。位置传感器257、259也布置为用于检测倾斜功能件和转向功能件的缸位置。

图3示出了控制系统301的第二实施例。与第一实施例不同，用于检测输出泵压力的压力传感器339布置在阀装置306的外侧上，所述阀装置306包括具有控制阀等的液压回路。更确切地，压力传感器339布置在泵205的输出管道245上且紧靠泵205下游布置。因此，控制单元通过紧靠泵下游布置的压力传感器339而作为LS信号压力的替代来读取且调整泵的输出压力。这形成了用于输出泵压力的精确值的先决条件。

本发明不应视作限制为以上所述的典型实施例，而是在附属权利要求的范围内可构思多个另外的变化和修改。

在前述描述中，术语“电控阀”已用于在液压回路上的直接电致动的阀，即阀适于通过电输入信号致动。当然存在落入术语“电控阀”的范围内的变体，例如数个阀的组件，其中第一阀布置在液压回路上，且其中直接电致动的第二阀适于通过液压信号致动第一阀。

根据替代，根据图2和图3的实施例能够组合，其中这样的系统包括在电控阀239下游的压力传感器和紧靠泵下游的压力传感器339。