操作液压电路的控制系统的方法、控制液压致动系统的方法、为液压系统配置控制器的方法技术方案

本发明专利技术涉及操作用于车辆中的液压电路的控制系统的方法、用于控制液压致动系统的方法、为液压系统配置控制器的方法，该方法包括：接收来自液压电路中的多个传感器的输入信号；执行第一控制算法，以生成到液压电路中的多个控制组件的输出信号，第一控制算法合并了传感器输入信号中的至少一些传感器的输入信号；在控制系统中检测涉及与执行第一控制算法相关联的传感器或控制组件的故障条件；通过识别为故障条件负责的故障传感器或控制组件，来隔离故障条件；以及重新配置控制器以执行第二控制算法而不是第一控制算法，第二控制算法排除了故障传感器或控制组件，其中第二算法使用解析冗余来创建取代故障传感器或控制组件的虚拟传感器或控制组件。

【技术实现步骤摘要】
操作液压电路的控制系统的方法、控制液压致动系统的方法、为液压系统配置控制器的方法本申请是2012年3月5日提交的申请号为201280011648.8、专利技术名称为“用于施工设备中的控制电动液压系统的故障检测、隔离及重新配置系统和方法”的专利申请的分案申请。相关申请的交叉引用本申请于2012年3月5日提出申请的PCT国际专利申请，申请人为：指定除美国外的所有国家，申请人为美国Eaton公司；指定仅为美国的申请人为中国公民QinghuiYuan、美国公民MichaelBerneRannow、美国公民WadeLeoGehlhoff、美国公民ChristopherWilliamSchottler、以及未知国籍公民VishalMahulkar,并要求享有于2011年3月3日申请的、申请号为NO.61/448,742的美国专利申请的优先权，该申请以全文引用的方式并入本文中。
本专利技术通常涉及用于电动液压系统的控制系统，特别是施工设备中用于控制电动液压系统的故障检测、隔离及重新配置系统。重型施工车辆，如挖掘机(前端装载机，反铲式和轮式装载机等等)通常包括用于致动设备不同组件的液压致动系统。例如，前端装载机配备有挖掘臂，由提举液压缸使其升、降。通常在挖掘臂端部枢转安装铲斗，用倾斜液压缸使铲斗相对于挖掘臂转动/倾斜。此外，前端装载机也可包括支臂悬挂系统，以减轻震动和冲击力，提高操作舒适度。典型的支臂悬挂系统包括液压蓄电池。典型的液压致动系统还包括：液压泵，用于为系统提供加压液流；以及蓄水罐，供液压泵吸取液压流体。本技术中公知的是，使用传感器(如压力传感器、位置传感器)来用于控制液压致动系统的操作。为安全性和可靠性起见，公知的是提供故障检测系统来用于识别何时一个或多个传感器出现故障。
技术实现思路
本专利技术涉及用于液压致动系统中的故障检测、隔离及重新配置的方案、架构和方法。更多方面内容在下列说明中阐述。这些内容涉及单独特性和特性组合。应理解为，本文中此前的总述和此后的详述仅为范例性和解释性的，具体实施例依据的广泛概念不受限于此。附图说明图1是依照本专利技术的原理绘制的控制架构框图。图2展示了可应用这里公开的系统架构的轮式装载机。图3是依照本专利技术的原理绘制的节点示意图。图4是依照本专利技术的原理绘制的故障检测、隔离、重新配置架构图。图5是图4中转向节点的一部分。图6是示例阀门压力映射(map)，展示了流体压力和阀芯位置的映射。图7是示例阀芯位置映射，展示流体、压力和阀芯位置的映射。图8-11展示了各种传感器级别故障。图12展示了关于阀芯位置的用于检测组件级别故障的逻辑。图13展示了关于压力的用于检测组件级别故障的控制逻辑。图14是展示了子系统级别故障检测技术示例的图表。图15是示例故障检测、故障识别、重新配置矩阵。图16是提举液压缸控制节点示意图，该提举缸配备有连杆传感器。图17展示了依照本专利技术原理的一个隔离矩阵。图18展示了依照本专利技术原理的另一个隔离矩阵。图19展示了依照本专利技术原理用于控制多级阀的控制回路方案。图20展示了可用图19所示控制方案进行控制的示例多级阀。图21是用于隔离图20所示阀门故障的一个隔离矩阵。图22是依照本专利技术原理的另一个故障隔离矩阵。图23是依照本专利技术原理的另一个故障隔离矩阵。图24是具有根据本专利技术原理的方面的示例的特征的液压系统示意图。图25是多个故障检测和隔离表的示意图，该表可储存于图24所示液压系统的控制器中。图26是图25所示故障检测表中一个示例性实施例的示意图。图27是图25所示非流量共享初级故障隔离矩阵的一个示例性实施例示意图。图28是图25所示流量共享初级故障隔离矩阵的一个示例性实施例示意图。图29是图25所示非流量共享次级故障隔离矩阵的一个示例性实施例示意图。图30是图25所示流量共享次级故障隔离矩阵的一个示例性实施例示意图。图31是用于操作图24所示转向电路的控制器储存的控制算法示意图。图32是用于操作图24所示作业电路的控制器储存的控制算法示意图。图33是图24所示作业电路正常操作的表现图。图34展示了当位置传感器初始发生故障时，图24作业电路操作的表现图。图35展示了当故障被检测和隔离，且作业电路的控制算法被重新配置之后，图24作业电路操作的表现图。图36展示当一个故障被检测和隔离，且作业电路的控制算法被史密斯(Smith)预估器重新配置之后，图24作业电路操作的表现图。图37是包括具有根据本专利技术原理的方面的示例的特征的离线隔离过程的车辆操作方法示意图。图38是图37所示离线隔离过程的进一步详细示意图。图39是图37所示离线隔离过程的进一步详细示意图。图40是图4所示液压系统低流量模式操作示意图。具体实施方式本专利技术通常涉及用于液压致动系统的故障检测、隔离和重新配置方案。在某些实施例中，使用模块化、分布式控制系统架构。通过使用模块化方案，该系统可以降低其复杂性，并且增强灵活性。通过使用具有重叠和冗余故障检测策略的分散式架构，故障隔离性能得到加强。此外，重叠和冗余故障检测策略为重新配置系统提供了多种选项，使得即使当一个故障传感器被从系统隔离时，该系统仍能继续运行。在某些实施例中，提供了解析冗余方法，通过使用第一组件与一个或多个第二组件(如阀门)之间的操作关系，从一个或多个第二组件生成参考参数(如流量)，与第一组件相应的运行参数(如流量)做对比。该参考和运行参数可根据流体映射技术或其他技术来确定。基于参考参数和运行参数之间的比较，可以确定故障是否存在。故障可能会由一个节点内或交叉几个节点的多个不同传感器中的一个所引起。解析(如基于矩阵的解析)可在节点级别和/或系统级别使用，以便隔离(即明确识别)故障传感器。一旦传感器被隔离，即可使用虚拟参考参数来产生虚拟信号，该虚拟信号可代入第一组件的控制算法，作为被隔离传感器的故障信号的替代。这样，故障传感器的数据在第一组件的控制算法中不再使用，而系统可以继续运行。I、通用架构总述图1描述了依照本专利技术原理进行的故障检测、隔离及重新配置(FDIR)架构20的示例。FDIR架构20用于车辆(诸如施工车辆)的液压致动系统的控制。在一个具体实施例中，FDIR架构20用于控制一种轮式装载机22(见图2)的液压致动系统。FDIR架构20包括监督控制器24，用于与轮式装载机50的主控制器26连接。该监督控制器24处于液压致动系统的监督控制级别。例如，监督控制器24用于监督并连接多个控制节点(如控制模块，控制子系统等等)，上述控制节点处于FDIR架构20的节点级别。FDIR架构20被配置成使得所有节点通过监督控制器24反馈报告。在某些实施例中，节点之间没有直接的相互通信，取而代之的是，节点与监督控制器24垂直连接，该监督控制器24用于协调不同节点的操作。如图1所示，上述节点可包括泵控制节点28、倾斜缸控制节点30、提举缸控制节点32、支臂悬挂系统控制节点34、蓄水罐控制单元节点36、以及一个或多个附加辅助节点38。如图3所示，展示了节点40示例。可以理解节点40可作为上述各个节点的代表。节点40包括一个或多个组件42(如两级滑阀、三级提升阀或其他阀之类的阀门)。一个或多个组件组件42的操作由节点控制器44来控制。节点控制器44与传感器46(如压力传感器，位置传感本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种操作用于车辆中的液压电路的控制系统的方法，该方法包括以下步骤：a、接收来自所述液压电路中的多个传感器的输入信号；b、执行第一控制算法，以生成到所述液压电路中的多个控制组件的输出信号，所述第一控制算法合并了所述传感器输入信号中的至少一些传感器的输入信号；c、在所述控制系统中检测涉及与执行所述第一控制算法相关联的传感器或控制组件的故障条件；d、通过识别为所述故障条件负责的故障传感器或控制组件，来隔离所述故障条件；以及重新配置所述控制器以执行第二控制算法而不是所述第一控制算法，所述第二控制算法排除了所述故障传感器或控制组件，其中所述第二算法使用解析冗余来创建取代所述故障传感器或控制组件的虚拟传感器或控制组件。

【技术特征摘要】
2011.03.03 US 61/448,7421.一种操作用于车辆中的液压电路的控制系统的方法，该方法包括以下步骤：a、接收来自所述液压电路中的多个传感器的输入信号；b、执行第一控制算法，以生成到所述液压电路中的多个控制组件的输出信号，所述第一控制算法合并了所述传感器输入信号中的至少一些传感器的输入信号；c、在所述控制系统中检测涉及与执行所述第一控制算法相关联的传感器或控制组件的故障条件；d、通过识别为所述故障条件负责的故障传感器或控制组件，来隔离所述故障条件；以及重新配置所述控制器以执行第二控制算法而不是所述第一控制算法，所述第二控制算法排除了所述故障传感器或控制组件，其中所述第二算法使用解析冗余来创建取代所述故障传感器或控制组件的虚拟传感器或控制组件。2.一种用于控制液压致动系统的方法，该方法包括：为第一组件生成第一操作参数；为一个或多个第二组件生成第二操作参数，所述第二操作参数与所述第一操作参数数学相关；以及比较所述第一操作参数和所述第二操作参数，以识别故障条件。3.根据权利要求2所述的方法，其中如果与所述第一组件相对应的传感器出现故障，则所述方法还包括采用所述第二操作参数作为参考参数取代所述第一操作参数来重新配置所述液压致动系统。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述第二操作参数用于生成虚拟信号，该虚拟信号在控制所述第一组件的操作的控制算法中取代来自出现故障的传感器的信号。5.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一组件和所述一个或多个第二组件被公共液压致动器关联操作。6.根据权利要求5所述的方法，其中所述第一组件和所述一个或多个第二组件是所述公共液压致动器的进表阀和出表阀，并且其中所述第一操作参数和所述第二操作参数包括计算出的流量值。7.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一组件和所述一个或多个第二组件包括蓄电池以及控制流入和流出所述蓄电池的流量的阀。8.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一组件包括第一阀，并且所述一个或多个第二组件包括多个阀，所述多个阀协作为所述第一阀提供流量，其中所述多个阀的合并流量是所述第二操作参数和经过所述第一阀的计算出的流量。9.一种为液压系统配置控制器的方法，该方法包括：a、在所述控制器中定义多个传感器输入；b、在所述控制器中定义标称控制算法，以用于依靠所述多个传感器输入来操作所述液压系统；c、在所述控制系统中定义多个故障条件，每个故障条件具有预定义参数以允许所述控制器检测所述多个传感器输入中的一个传感器输入中的故障；d、在所述多个故障条件与所述多个传感器之间定义关联关系，以使得所述多个传感器中的一个传感器所引起的故障能够在检测到所述故障条件时被隔离，而不会中断所述标称控制算法的执行；以及e、在所述控制器中定义重新配置控制算法，以用于在故障传感器被所述控制器隔离时，取代所述标称控制算法，所述重新配置控制算法排除来自被隔离的故障传感器的输入。10.根据权利要求9所述的方法，其中在所述多个故障条件与所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：Q·袁，M·B·拉诺，W·L·吉尔霍夫，C·W·舍特勒尔，V·马胡尔卡，
申请(专利权)人：伊顿公司，
类型：发明
国别省市：美国,US