降低動臂振蕩的控制策略的制作方法

降低動臂振蕩的控制策略的制作方法
【專利摘要】一種用于降低動臂(30)的動臂動態行為、同時提供平衡閥保護的液壓系統(600)和方法，包括液壓缸(110)、第一和第二平衡閥(300，400)、第一和第二控制閥(700，800)、以及第一和第二閉塞閥(350，450)。凈負載(90)被液壓缸的第一腔室(116，118)支承，液壓缸的第二腔室(118，116)可以接收來自第二控制閥的波動液壓流體流，以產生抵消動臂上的環境振動(960)的振動響應(950)。該方法可包括測量第二腔室的第一壓力波動并降低第一腔室的第二壓力波動的幅度。壓力波動可以通過使壓力波動與增益相乘和/或相移而變成流動指令。所述增益和/或相移可通過反饋進行調整。該反饋可以包括負載保持腔室的第二壓力波動、液壓致動器的位置、和/或操作員輸入。基準信號可以通過移動平均濾波器進行濾波。
【專利說明】降低動臂振蕩的控制策略
[0001] 相關申請的交叉引用
[0002] 本申請作為PCT國際專利申請于2014年11月7日提交，并要求享有2013年11月14日 提交的美國專利申請系列號61/904,340的優先權，美國專利申請系列號61/904,340的公開 內容通過全文引用的方式并入本文。
【背景技術】
[0003] 各種非公路車輛和公路車輛包括動臂。例如，某些混凝土栗車包括配置為支撐通 道的動臂，通過該通道混凝土從混凝土栗車的基部被栗送到建筑工地上需要混凝土的位 置。這種動臂可能是長而纖細，方便將混凝土栗送到距離混凝土栗車相當遠的距離。此外， 這樣的動臂可以相對較重。動臂的相當大的長度和質量屬性的組合可導致動臂呈現不期望 的動態行為。在某些配置中的某些動臂中，動臂的自然頻率可以是大約0.3赫茲（即每周期 3.3秒）。在某些配置中的某些動臂中，動臂的自然頻率可小于約1赫茲（即每周期1秒）。在某 些配置中的某些動臂中，動臂的自然頻率的范圍是從約0.1赫茲至約1赫茲（即，每周期10秒 至每周期1秒）。例如，當動臂在不同位置間移動時，致動該動臂的啟動和停止負荷可誘發振 動（即，振蕩）。可激發動臂的其它負荷來源包括在混凝土沿動臂被栗送時混凝土的動量，啟 動和停止混凝土沿動臂的栗送，對抗動臂的風負荷和/或其它雜類負荷。
[0004] 其它具有動臂的車輛包括動臂上可能具有梯子的消防車、動臂帶有水管以將水輸 送到需要位置上的消防車、使用動臂以移動鏟斗的挖掘機、使用動臂在建筑物場所周圍輸 送材料的伸縮臂叉車、可以使用動臂將材料從一個地方移動到另一個地方的起重機等。
[0005] 在某些動臂應用中，包括上面提到的那些，可以使用液壓缸來致動所述動臂。通過 致動液壓缸，動臂可根據需要展開和縮回，達到動臂的所需位置。在某些應用中，可以使用 平衡閥（counter-balance valve)，以控制液壓缸的致動和/或防止液壓缸發生非指令的運 動(例如，由部件故障造成）。
[0006] 用于減少上述振蕩的傳統解決方案是典型的被動式（即，孔口），其為一個特殊工 作點而被調整，并往往會對效率具有負面影響。具有延伸動臂的許多機器/車輛由于安全和 安全規范的原因使用平衡閥（CBVs)。這些平衡閥（CBVs)限制/阻滯液壓控制閥在壓力振蕩 下感應并動作的能力。在某些應用中，如混凝土栗車動臂，當機器(例如，動臂）名義上靜止 時，振蕩由外部源(例如，栗送混凝土）引起。在這種情況下，平衡閥（CBVs)被關閉，并且主控 制閥被隔離于振蕩引起的振蕩壓力。有多種解決這個問題的常規解決方案，其通常依賴于 接頭位置傳感器感測振蕩（即，波動/脈動/波紋）并防止由于通過波動消除閥（ripple-cancel ling valve) 流動的漂移 。一些解決方案還具有并行的液壓系統 ，這些并行的液壓系 統當平衡閥(CBVs)在適當的位置時允許波動消除閥運行。

【發明內容】

[0007] 本發明的一個方面涉及用于降低動臂的動臂動態特性(例如，動臂跳動）同時為動 臂提供平衡閥保護的系統和方法。
[0008] 本發明的另一個方面涉及控制動臂中的振動的方法。該方法可以包括:提供具有 第一腔室和第二腔室的液壓致動器;選擇第一腔室或第二腔室作為鎖定腔室;選擇另一腔 室作為作用/工作/主動腔室;鎖定所述鎖定腔室;并傳送振動消除流體流到作用腔室。在某 些實施例中，該方法還可以包括檢測第一和第二腔室中的哪一個是負載保持腔室。負載保 持腔室可以選擇為鎖定腔室，并防止液壓致動器漂移。第一腔室的第一壓力可以被至少間 歇地測量，第二腔室的第二壓力可以被至少間歇地測量。負載保持腔室可通過比較第一和 第二壓力來檢測。可通過處于閉合構型的第一平衡閥防止液壓流體離開鎖定的腔室。振動 消除流體流可經由處于打開構型的第二平衡閥被轉移到作用腔室。
[0009] 在某些實施例中，所述方法還可包括提供適于加壓和排放第一腔室的第一控制 閥，并提供適于加壓和排放第二腔室的第二控制閥。對第二平衡閥的先導部的加壓可通過 第一控制閥來完成，并因此將第二平衡閥配置成打開構型。產生振動消除流體流可通過第 二控制閥來完成。
[0010] 在某些實施例中，所述方法還可包括測量負載保持腔室的壓力波動并通過將振動 消除流體流傳送到作用腔室而降低壓力波動的幅度。在某些實施例中，該方法還可包括測 量作用腔室的第一壓力波動和通過將振動消除流體流傳送到作用腔室而降低負載保持腔 室的第二壓力波動的幅度。對作用腔室的第一壓力波動的測量和振動消除流體流到作用腔 室的傳送可以在時間上分開進行。
[0011] 在某些實施例中，所述方法還可包括通過將第一壓力波動的形狀乘以增益和/或 使第一壓力波動的形狀發生相移而將第一壓力波動的形狀轉變成形成振動消除流體流的 流/流動指令。增益可以是固定的增益和/或相移可以是恒定的相移。增益可以是可變的增 益和/或相移可以是可變的相移。可變增益和可變相移中的至少一個可以通過反饋來調節。 該反饋可以包括負載保持腔室的第二壓力波動。該反饋可以包括液壓致動器的位置。該反 饋可包括操作者輸入。
[0012] 在某些實施例中，所述方法還可以包括在將振動消除流體流傳送到作用腔室之前 開始產生基準信號，從在液壓致動器測得的特性導出一變量，將基準信號和該變量求和并 因此導出一控制變量，和/或利用控制變量形成振動消除流體流的流動特性。基準信號可以 通過移動的平均濾波器進行濾波。基準信號可從第一腔室測量的第一壓力和從第二腔室測 量的第二壓力產生。液壓致動器的第一腔室可以是頭端腔室并且液壓致動器的第二腔室可 以是桿端腔室。液壓致動器的第一腔室可以是桿端腔室，并且液壓致動器的第二腔室可以 是頭端腔室。第一和第二腔室可以在外部負載切換方向時在頭端腔室和桿端腔室之間切 換。
[0013] 各個其它方面將在下面的說明中闡述。這些方面會涉及單獨的特征和特征的組 合。應理解，前面的總體說明和以下詳細說明只是示例性和說明性的，且并非對本文公開的 實施例所基于的寬泛概念加以限制。
【附圖說明】
[0014] 圖1是液壓系統的示意圖，其包括有一對平衡閥的液壓缸并且配置有根據本發明 的原理的具有一對控制閥的液壓缸控制系統；
[0015] 圖2是圖1的示意圖，但具有阻滯流體流向圖1的平衡閥中的一個的先導部的閥；
[0016] 圖3是適合與圖1中的根據本發明的原理的液壓缸控制系統一起使用的液壓缸的 示意圖；
[0017] 圖4是具有動臂系統的車輛的示意圖，所述動臂系統由一個或多個缸致動并用根 據本發明的原理的附圖1的液壓系統進行控制；
[0018] 圖5是適于與圖1中的根據本發明的原理的液壓缸控制系統一起使用的控制系統 的不意圖；
[0019] 圖6是表示圖1的液壓缸控制系統的模擬的曲線圖；
[0020] 圖7是適于與圖1中的根據本發明的原理的液壓缸控制系統一起使用的另一控制 系統的不意圖；
[0021] 圖8是根據本發明的原理的用于減少動臂振蕩的控制策略的示例方法的流程圖； 和
[0022] 圖9是適于與圖1中的根據本發明的原理的液壓系統一起使用的旋轉式致動器。
【具體實施方式】
[0023] 根據本發明的原理，一種包括平衡閥300和400的液壓系統適用于致動液壓缸110， 并進一步提供裝置用于抵消液壓缸110暴露于其中的振動。如圖1中所示，示例性系統600被 表示為具有液壓缸110(即，液壓致動器）、平衡閥300和平衡閥400。圖1中的液壓缸110和平 衡閥300、400可以與現有技術的系統的那些相同。液壓系統600因此可被改裝為現有的和/ 或傳統的液壓系統。在圖1中示出的描述實施例可以表示通過用閥組件690(下文詳細描述） 替換傳統液壓控制閥以及通過增加閥350和/或450被改裝的現有技術液壓系統。液壓缸110 和平衡閥300、400的某些特征在液壓系統600和現有技術的液壓系統之間可以相同或相似。 [0024] 應理解，本文所公開的某些概念和原理適用于線性致動器和旋轉致動器兩者。在 附圖中示出的液壓缸110是示例性致動器。液壓缸110是示例性液壓缸和示例性線性致動 器。在某些應用中，液壓缸110可以用旋轉致動器ll〇R(參見圖9)替換。旋轉致動器110R可以 在小于360度的范圍、360度的范圍、超過360度的范圍上操作，或者可以在一個或兩個旋轉 方向上具有無限范圍。
[0025]根據本發明的原理，液壓系統600的控制策略包括使用閥組件690的方法，所述閥 組件具有兩個獨立的方向控制閥(DCV)700、800,結合打開其中一個平衡閥300或400并鎖定 作為負載保持平衡閥的另一個平衡閥400或300的機構。因此可減少動臂30中的振蕩，同時 還防止液壓缸110或旋轉致動器110R中的漂移。
[0026]在某些實施例中，控制策略僅使用壓力傳感器(例如，壓力傳感器610^6102,620^ 6202)。壓力傳感器(例如，壓力傳感器610^6102)可以被包括在閥組件690中。可以不需要位 置傳感器(例如，位置傳感器620 3)。因此，所需的硬件和傳感器與傳統配置相比可以減少。 [0027]控制策略可以包括交叉端口壓力反饋控制系統。具體地，液壓缸110或旋轉致動器 110R由一對獨立的計量閥700、800致動，所述計量閥可分別控制兩個液壓缸腔室116、116R、 118、118R的流入和流出。在接通主動振動控制之前，兩個腔室116、1161?、118、1181?中的壓力 被記錄并用于初始化待跟蹤的基準壓力。當主動振動控制被接通時，負載保持腔室116、 116R或118、118R被鎖定，沒有流體分別經由控制閥700或800進入或離開負載保持腔室116、 116R或118、118R。在某些實施例中，安裝在負載保持腔室116、116R或118、118R上的壓力傳 感器620^6202連續地測量負載保持腔室116、116R或118、118R中的壓力。
[0028]負載保持腔室116、116R或118、118R被鎖定后，液壓缸110或旋轉致動器110R的振 動控制運動通過操縱與負載保持腔室116、116R或118、118R相對的腔室118、118R或116、 116R( 即，作用腔室）中的壓力來實現。液壓缸110或旋轉致動器110R的位置漂移通過負載保 持側上鎖定的平衡閥300或400被有效阻止。
[0029]用于非負載保持腔室118、118R或116、116R的控制目標是穩定負載保持腔室116、 116R或118、118R中的壓力，這被定義為交叉端口壓力反饋控制。交叉端口壓力反饋控制可 以通過作為施加在液壓缸110或旋轉致動器110R上的外部振動960的重復性外部負載力來 示出。如果兩個腔室116、116R和118、118R都被鎖定，則在這兩個腔室116、116R和118、118R 中的壓力將最終實現重復性模式，具有恒定的平均值(參見圖6)。平均壓力值在控制器640 中實時更新。控制目標是通過控制非負載保持腔室118、118R或116、116R的流入/流出來減 少負載保持腔室116、116R或118、118R中的壓力波動。負載保持腔室壓力穩定后，非負載保 持腔室118、118R或116、116R中的壓力產生足夠的液壓力以補償外部重復性負載力，充當外 部振動960，并且使缸位置穩走。
[0030] 根據本發明的原理，控制策略可在液壓系統600上實現。液壓系統600示于圖1。平 衡閥300控制和/或輸送液壓流體流進出系統600的液壓缸110的第一腔室116。同樣，第二平 衡閥400控制和/或輸送液壓流體流進出液壓缸100的第二腔室118。特別是，平衡閥300的端 口 302被連接到液壓缸110的端口 122。同樣，平衡閥400的端口 402流體連接到液壓缸110的 端口 124。如圖所示，流體管路562將端口 302示意性地連接到端口 122，且流體管路564將端 口 402連接到端口 124。平衡閥300、400通常直接安裝到液壓缸110。端口 302可直接連接到端 口 122，且端口 402可直接連接到端口 124。
[0031] 平衡閥300、400向系統600提供安全保護。特別地，在缸110可發生移動之前，液壓 壓力必須被施加到平衡閥300、400兩者。施加到平衡閥300、400中的一個的液壓壓力被輸送 到液壓缸110的端口 122、124中相應的一個，從而促使液壓缸110的活塞120移動。施加到平 衡閥400、300中的另一個的液壓壓力允許液壓流體流出液壓缸110的端口 124、122中的另一 個。通過要求平衡閥300、400上的液壓壓力對應于正在釋放液壓流體的端口 122、124,供給 或接收來自液壓缸110液壓流體的液壓管路、閥、栗等的故障將不會導致液壓缸110的非指 令運動。
[0032]現在轉向圖1，將詳細說明系統600。如圖所示，閥組件690被用于控制液壓缸110。 可通過供給液壓流體至腔室116推動液壓缸110伸出，并且液壓缸110的腔室118中的液壓流 體被推動排出缸110的端口 124。離開端口 124的液壓流體返回液壓儲箱。液壓缸110可以由 閥組件690通過切斷流向腔室116和118的液壓流體而有效停止。可通過向腔室118供給液壓 流體而促使液壓缸110縮回，并且液壓缸110的腔室116中的液壓流體被推動排出缸110的端 口 122。離開端口 122的液壓流體返回液壓儲箱。在某些實施例中，供給管路502以恒定或接 近恒定的供給壓力供給液壓流體。在某些實施例中，返回管路504以恒定或接近恒定的回流 壓力接收液壓流體。操作員和/或控制系統可根據需要控制閥組件690,并且由此實現液壓 缸110的伸長、縮回、和/或鎖定。
[0033]現在詳細討論當液壓缸110延伸時平衡閥300、400的功能。液壓流體加壓平衡閥 300的端口 304和平衡閥400的端口 406。施加到平衡閥300的端口 304的液壓流體壓力流過平 衡閥300的閥芯310并流過平衡閥300的止回閥320，并由此通過平衡閥300的通道322從端口 304流到端口302。液壓流體壓力進一步流經端口 122并進入腔室116(即，量入(meter-in)腔 室）。施加到平衡閥400的端口 406的壓力使平衡閥400的閥芯410克服彈簧412移動并因此壓 縮彈簧412。施加到端口 406的液壓流體壓力因此打開端口 402和端口 404之間的通道424。通 過施加液壓壓力至端口406(即，先導部），液壓流體可以通過端口 124離開腔室118(即，量出 (meter-out)腔室）、通過管路564、橫跨閥芯410地通過平衡閥400的通道424、通過液壓管路 554、通過閥800并通過返回管路504進入儲箱。量出側可提供背壓。
[0034]現在詳細討論當液壓缸110回縮時平衡閥300、400的功能。液壓流體加壓平衡閥 400的端口 404和平衡閥300的端口 306。施加到平衡閥400的端口 404的液壓流體壓力流經平 衡閥400的閥芯410并經過平衡閥400的止回閥420，從而通過平衡閥400的通道422從端口 404流到端口402。液壓流體壓力進一步流經端口 124并進入腔室118(即，量入腔室）。施加到 平衡閥300的端口 306的液壓壓力使平衡閥300的閥芯310克服彈簧312移動并因此壓縮彈簧 312。施加在端口 306的液壓流體壓力從而打開端口 302和端口 304之間的通道324。通過在端 口306(即，先導部)施加液壓壓力，液壓流體可通過端口 122離開腔室116(即，量出腔室）、通 過管路562、橫跨閥芯310通過平衡閥300的通道324、通過液壓管路552、通過閥700并通過返 回管路504進入儲箱。量出側可以提供背壓。
[0035]液壓缸110可保持凈負荷90,該凈負荷通常可迫使缸110的桿126縮回或延伸。替代 地，旋轉液壓致動器110R可保持凈負荷，該凈負荷通常可迫使旋轉液壓致動器110R的軸 126R第一旋轉或第二旋轉（參見圖9)。桿126連接到缸110的活塞120。如果負荷90迫使液壓 缸110延伸，液壓缸110的桿側114上的腔室118通過負荷90被加壓，平衡閥400起作用以防止 液壓流體從腔室118釋放，并由此起到安全裝置的作用以防止液壓缸110的非指令延伸。換 句話說，平衡閥400鎖定腔室118。除了提供安全性，腔室118的鎖定還防止缸110漂移。振動 控制可經由液壓缸110通過對液壓缸110的頭側112上的腔室116動態加壓和減壓而提供。由 于液壓缸110、液壓缸110附接其上的結構和腔室118內的液壓流體都至少輕微地可變形，液 壓壓力向腔室116的選擇性施加會導致液壓缸110的運動(例如，輕微移動）。這樣的運動，當 與控制策略相結合地定時時，可以用來抵消系統600的振動。
[0036]如果負荷90促使液壓缸110縮回，液壓缸110的頭側112上的腔室116通過負荷90被 加壓，并且平衡閥300起作用以防止液壓流體從腔室116釋放，并由此起到安全裝置的作用 以防止液壓缸110的非指令縮回。換句話說，平衡閥300鎖定腔室116。除了提供安全性，腔室 116的鎖定可防止缸110的漂移。振動控制可經由液壓缸110通過對液壓缸110的桿側114上 的腔室118動態加壓和減壓而提供。由于液壓缸110、液壓缸110附接其上的結構和腔室116 內的液壓流體都至少輕微地可變形，液壓壓力向腔室118的選擇性施加會導致液壓缸110的 運動(例如，輕微移動）。這樣的運動，當與控制方法相結合地定時時，可以用來抵消系統600 的振動。
[0037]負荷90被示出為經由桿連接部128附接至缸110的桿126。在某些實施方案中，負荷 90是橫跨桿連接部128和缸110的頭側112的可拉伸或可壓縮的負荷。
[0038]如下面進一步描述的，系統600提供了控制框架和控制機構，從而可以為非公路車 輛和公路車輛兩者都實現動臂減振。所述減振適于減少具有相對較低的自然頻率的動臂 (例如，混凝土栗車動臂）中的振動。液壓系統600也可以被應用至具有相對較高的自然頻率 的動臂(例如，挖掘機動臂）。與常規方法相比，液壓系統600可通過較少的傳感器和簡化的 控制結構實現了動臂減振。可以在保證某些液壓管路、液壓閥和/或液壓栗的故障保護時實 施該減振方法，如上所述。故障保護可以是自動的和/或機械的。在某些實施方案中，故障保 護可不需要使用任何電信號和/或電力。故障保護可以是和/或符合規章要求(例如，ISO標 準）。規章要求可能要求由液壓系統600提供用于保護的特定機械裝置。
[0039] 某些動臂可包括能傳送和/或放大負荷90的動態行為的剛度和慣性屬性。由于動 態負荷90可包括施加到動臂的外力/位置擾動，特別是當這些擾動接近動臂的自然頻率時 可導致劇烈的振動（即，震蕩）。動臂通過負荷90產生的這種激發可能導致安全問題和/或降 低動臂系統的生產率和/或可靠性。通過測量液壓系統600的參數并適當響應，擾動的影響 可以被減小和/或最小化或甚至消除。所提供的響應可以在廣泛變化的操作條件下都有效。 根據本發明的原理，振動控制可以使用最小數量的傳感器來實現。
[0040] 根據本發明的原理，流向缸110的頭側112的腔室116的液壓流體流與流向缸110的 桿側114的腔室118的液壓流體流被獨立地控制和/或計量以實現動臂減振，同時也防止了 缸110的漂移。根據本發明的原理，液壓系統600可配置成類似于常規平衡系統。
[0041] 在某些實施方案中，當要求缸110的移動時，液壓系統600配置成常規平衡配置。如 下面進一步描述的，液壓系統600可使得能夠在遠離液壓缸110的遠程位置上(例如，在傳感 器610處)測量缸110的腔室116和/或118內的壓力。因此，這種結構可以減少本應定位在動 臂上的質量和/或可簡化液壓管路(例如，硬管道和軟管）的鋪設。機械如混凝土栗動臂和/ 或起重臂的性能可通過這種簡化的液壓管路鋪設和/或降低動臂上的質量而提高。在某些 實施方案中，液壓系統600可使得能夠在液壓缸110處(例如，在傳感器620jP/或620 2處)測 量缸110的腔室116和/或118內的壓力。在圖1所示的實施例中，傳感器62(h可測量腔室116 內的壓力，傳感器62〇2可測量腔室118內的壓力。來自部分或全部傳感器610、620的信號可 被發送到控制器640(例如，用作反饋信號）。
[0042] 平衡閥300和400可以是閥裝置840(即，閥組）的部件。閥裝置840可包括控制和/或 調節流向和/或來自液壓缸110的液壓流體流的各種液壓部件。閥裝置840還可包括控制閥 700 (例如，比例液壓閥）、控制閥800 (例如，比例液壓閥）、閥350 (例如，兩通閥）和閥450 (例 如，兩通閥）。控制閥700和/或800可以是高帶寬和/或高分辨率控制閥。
[0043] 在圖1所示的實施例中，節點51被限定在平衡閥300的端口 302和液壓缸110的端口 122處;節點52被限定在平衡閥400的端口 402和液壓缸110的端口 124處;節點53被限定在平 衡閥300的端口 304、閥450的端口 462、和液壓閥700的端口 702處;節點54被限定在平衡閥 400的端口 404、閥350的端口 362、和液壓閥800的端口 804處；節點55被限定在平衡閥300的 端口 306和閥350的端口 352處；以及節點56被限定在平衡閥400的端口 406和閥450的端口 452處。液壓閥350和450在下面詳細說明。
[0044]現在轉到圖3，液壓缸110被示出成具有閥塊152、154。閥塊152、154可以是彼此分 開的，如圖所示，或者可以是單一的組合閥塊。閥塊152可被安裝到液壓缸110的端口 122和/ 或安裝在液壓缸11 〇的端口 122上方，以及閥塊154可被安裝到液壓缸110的端口 124和/或安 裝在液壓缸110的端口 124上方。閥塊152、154可直接安裝到液壓缸110上。閥塊152可包括平 衡閥300和/或閥350，以及閥塊154可包括平衡閥400和/或閥450。閥塊152和/或154可包括 閥裝置840的附加部件。閥塊152、154,和/或單一的組合閥塊可包括傳感器和/或傳感器端 口（例如，壓力和/或流量傳感器和/或相應端口）。
[0045]現在轉到圖4,詳細描述和說明了示例性動臂系統10。動臂系統10可包括車輛20和 動臂30。車輛20可包括傳動系統22(例如，包括輪子和/或履帶）。如圖5所示，車輛20上還設 置了剛性的可伸縮的支承部24。剛性支承部24可包括延伸以接觸地面并因而支承和/或通 過繞過遠離車輛20的傳動系統22和/或懸掛系統的地面支承件而使車輛20穩定的支腳。在 其它車輛(例如，具有履帶的車輛，沒有懸掛系統的車輛）中，傳動系統22可以是剛性足夠強 并且可能不需要和/或不設置可伸縮的剛性支承部24。
[0046] 如圖4所示，動臂30從第一端32延伸到第二端34。如圖所示，第一端32(例如，通過 轉盤)可旋轉地附接至車輛20。第二端34可通過動臂30的致動來定位，從而按需要定位。在 某些應用中，可能需要在主要水平的方向上使第二端34遠離車輛20延伸一個相當的距離。 在其它實施方案中，可能期望垂直地在車輛20之上一相當距離處定位第二端34。在又一些 其它應用中，動臂30的第二端34可與車輛20垂直地且水平地間隔開。在某些應用中，動臂30 的第二端34可被降低到一個孔洞內并因而定位在低于車輛20的高度。
[0047]如圖所示，動臂30包括多個動臂段36。相鄰的成對動臂段36可通過相應的接頭38 彼此連接。如圖所示，第一動臂段36:在第一接頭38:處可旋轉地附接至車輛20。第一動臂段 36:可通過兩個旋轉接頭被安裝。例如，第一旋轉接頭可包括轉盤，和第二旋轉接頭可包括 水平軸。第二動臂段36 2在第二接頭382處附接至第一動臂段36:。同樣地，第三動臂段363在 接頭38 3處附接至第二動臂段362,以及第四動臂段364在第四接頭384處附接至第三動臂段 36 3。相鄰的成對動臂段36之間的相對位置/取向可通過相應的液壓缸110進行控制。例如， 第一動臂段36:和車輛20之間的相對位置/取向由第一液壓缸ll(h控制。第一動臂段36 1和第 二動臂段362之間的相對位置/取向由第二液壓缸1102控制。同樣地，第三動臂段36 3和第二 動臂段362之間的相對位置/取向由第三液壓缸1103控制，第四動臂段364和第三動臂段36 3 之間的相對位置/取向由第四液壓缸11〇4控制。
[0048]根據本發明的原理，可對動臂30(包括多個動臂段36^)建立模型并且動臂30的振 動可由控制器640控制。具體地，控制器640可以發送信號652到閥700和發送信號654到閥 800。信號652可包括振動分量652v，信號654可包括振動分量654v。振動分量652v、654v可導 致相應的閥700、800在相應的端口 702、804處產生振動流和/或振動壓力。振動流和/或振動 壓力可通過相應的平衡閥300、400被傳送到液壓缸110的相應的腔室116、118。
[0049] 控制器640的信號652、654還可以包括分別使液壓缸110伸出和縮回的移動信號， 并且因此致動動臂30。如將在下面進一步描述的，控制器640的信號652、654還可以包括選 擇平衡閥300、400之一作為保持平衡閥并選擇另一個平衡閥400、300作為振動流/壓力傳遞 平衡閥的選擇信號。在所描述的實施例中，液壓缸11 〇的腔室116、118中有負載的一個（由凈 負荷90加載），對應于保持平衡閥300、400,并且液壓缸110的腔室116、118中無負載的一個 (即，未由凈負載90加載)對應于振動流/壓力傳遞平衡閥400、300。在某些實施例中，振動分 量652v或654v可傳遞到對應于液壓缸110的腔室118、116中無負載的那一個的控制閥800、 700 〇
[0050] 控制器640可從各種傳感器接收輸入，所述傳感器包括傳感器610、可選的遠程傳 感器620、位置傳感器、LVDT、視覺傳感器等，并由此計算出信號652、654,這些信號包括振動 分量652v、654v和選擇信號。控制器640可以包括動臂30的動態模型，并使用動態模型和來 自各種傳感器的輸入來計算信號652、654,包括振動分量652v、654v和選擇信號。在某些實 施例中，選擇信號包括測試信號，以確定液壓缸110的腔室116、118中加載的一個和/或未加 載的一個。
[0051]在某些實施方案中，單個系統如液壓系統600可用在液壓缸110中的一個上(例如， 液壓缸11〇ι)。在另一些實施方案中，多個液壓缸110的每一個都可通過對應的液壓系統600 被致動。在又一些實施方案中，所有液壓缸110的每一個都可通過一系統如系統600被致動。 [0052]現在轉到圖1，將詳細描述液壓系統600的某些元件。示例性液壓系統600包括比例 液壓控制閥700和比例液壓控制閥800。在所描述的實施例中，液壓閥700和800是三通三位 比例閥。閥700和800可組合在共同的閥塊內。在某些實施例中，液壓系統600的閥300、350、 400、450、700和/或800中的部分或全部可組合在共同的閥體和/或共同的閥塊內。在某些實 施例中，閥裝置840的閥300、350、400、450、700和/或800中的部分或全部可組合在共同的閥 體和/或共同的閥塊內。在某些實施例中，閥裝置840的閥300、350和/或700可組合在共同的 閥體和/或共同的閥塊內。在某些實施例中，閥裝置840的閥400、450和/或800可組合在共同 的閥體和/或共同的閥塊內。
[0053] 液壓閥700可包括具有第一構型722、第二構型724和第三構型726的閥芯720。如圖 所示，閥芯720處于第三構型726。閥700包括端口 702、端口 712和端口 714。在第一構型722 中，端口 714被阻斷，并且端口 702流體連接到端口 712。在第二構型724中，端口 702、712、714 全都被阻斷。在第三構型726中，端口702流體連接至端口714，端口712被阻斷。
[0054] 液壓閥800可包括具有第一構型822、第二構型824和第三構型826的閥芯820。如圖 所示，閥芯820處于第三構型826。閥800包括端口 804、端口 812和端口 814。在第一構型822 中，端口 812被阻斷，并且端口 804流體連接到端口 814。在第二構型824中，端口 804、812、814 全都被阻斷。在第三構型826中，端口804流體連接至端口812，端口814被阻斷。
[0055]在所描述的實施例中，液壓管路562將平衡閥300的端口302連接到液壓缸110的端 口 122。節點51可包括液壓管路562。液壓管路564可以將平衡閥400的端口 402連接到液壓缸 110的端口 124。節點52可包括液壓管路564。在某些實施例中，液壓管路562和/或564被包括 在閥塊、殼體等中，并且可以長度較短。液壓管路552可將平衡閥300的端口304與液壓閥700 的端口 702以及與閥450的端口 462連接。節點53可包括液壓管路552。同樣，液壓管路554可 以將平衡閥400的端口 404與液壓閥800的端口 804以及與閥350的端口 362連接。節點54可包 括液壓管路554。液壓管路(未編號)可將平衡閥300的端口 306與閥350的端口 352連接，并且 節點55可包括該液壓管路。同樣地，液壓管路(未編號)可將平衡閥400的端口 406與閥450的 端口 452連接，并且節點56可包括該液壓管路。在其它實施例中，端口 306和352可以彼此直 接連接。同樣地，端口 406和452可以彼此直接連接。
[0056] 如圖1和2所示，閥350是兩通兩位閥。尤其是，閥350包括第一端口 352和第二端口 362。閥350包括具有第一構型372和第二構型374的閥芯370。在第一構型372中（圖1所示）， 端口 352和端口 362流體相連。在第二構型374中（圖2所示），端口 362和端口 352通過單向流 動裝置364(例如，止回閥）連接。如圖所示，閥350包括螺線管376和彈簧378。螺線管376和彈 簧378可用于使閥芯370在第一構型372和第二構型374之間移動。如圖所示，當螺線管376未 通電時，閥芯370被定位在第一構型372。如圖所示，當閥芯370定位在第二構型374時，單向 流動裝置364允許從節點55向節點54流動并阻止從節點54流向節點55 (參見圖3)。
[0057] 如圖所示，閥450也是兩通兩位閥。尤其是，閥450包括第一端口 452和第二端口 462。閥450包括具有第一構型472和第二構型474的閥芯470。在第一構型472中，端口452和 端口462流體相連。在第二構型474中，端口462和端口 452通過單向流動裝置464(例如，止回 閥）連接。如圖所示，閥450包括螺線管476和彈簧478。螺線管476和彈簧478可用于使閥芯 470在第一構型472和第二構型474之間移動。如圖所示，當螺線管476未通電時，閥芯470被 定位在第一構型472。如圖所示，當閥芯470定位在第二構型474時，單向流動裝置464允許從 節點56向節點53流動并阻止從節點53流向節點56。
[0058] 當閥350和閥450都分別位于第一構型372和472時(參見圖1)，液壓系統600可具有 與常規液壓系統相同或相似的功能。液壓系統600可以包括配置在第一構型372、472的閥 350和450的"常規"模式。該"常規"模式可以禁用和/或停用液壓系統600的振動控制功能。 該"常規"模式可以由機器操作者來選擇和/或可以（例如，由控制器640)自動地選擇。"常 規"模式的手動或自動選擇可以由控制器640來實現（例如，通過發送電信號到螺線管376 和/或螺線管476)。如圖所示，螺線管376、476的電力缺失對應于"常規"模式的選擇。在其它 實施方案中，向螺線管376和/或476供電對應于"常規"模式的選擇(例如，將閥350和/或450 配置在第一構型372和/或472)。在某些實施方案中，閥芯370和/或470可以（例如，通過連 桿)手動定位。在某些實施方案中，閥芯370和/或470可以通過先導液壓壓力被定位。在某些 實施方案中，當液壓缸110的缸移動被執行時(例如，當執行動臂30的位置配置改變時)可以 選擇"常規"模式。
[0059]當執行液壓系統600的振動控制特性時，閥350和450中的一個可以被定位在第二 構型372、472。例如，如圖2所示，液壓缸110的腔室116是負載保持和/或漂移防止腔室，并且 振動流和/或振動壓力施加到液壓缸110的腔室118。振動流和/或振動壓力可以通過控制閥 800響應于來自控制器640的信號654v而產生。先導打開壓力（例如，由控制閥700產生)可以 被施加到平衡閥400從而允許由控制閥800產生的振動流和/或振動壓力雙向地通過平衡閥 400到腔室118。振動流和/或振動壓力因此作用在液壓系統600的節點52和54上。在閥350處 于第二構型374的情況下，振動流和/或振動壓力通過閥350的單向流動裝置364被阻斷不能 到達液壓系統600的節點55,平衡閥300不由振動流和/或振動壓力打開，即使在節點54處超 過了平衡閥300的先導打開壓力。
[0060] 在某些條件下和/或在某些實施例中，平衡閥300可以發展/呈現內部流體泄漏。例 如，內部流體泄漏可以使液壓流體從節點51傳遞到節點55和/或可以使液壓流體從節點53 傳遞到節點55。如果發生這樣的內部流體泄漏并且不能排出，節點55處可產生壓力。如果節 點55處的壓力超過平衡閥300的先導打開壓力，閥芯310可能被節點55處的壓力致動，并且 平衡閥300會打開。然而，閥350的單向流動裝置364允許節點55排放到節點54。特別是，可以 產生振動流和/或振動壓力，使得節點54處的壓力至少周期性地低于平衡閥300的先導打開 壓力。因此，在液壓系統600的該配置中，閥350的單向流動裝置364在節點54處的壓力低于 平衡閥300的先導打開壓力時允許節點55排放/連通到節點54,并且節點55處的壓力可保持 低于平衡閥300的先導打開壓力。
[0061] 在另一示例中，液壓缸110的腔室118為負載保持和/或漂移防止腔室，并且振動流 和/或振動壓力被施加到液壓缸110的腔室116。振動流和/或振動壓力可通過控制閥700響 應于來自控制器640的信號652v來產生。先導打開壓力（例如，通過控制閥800產生）可以被 施加到平衡閥300,從而允許由控制閥700所產生的振動流和/或振動壓力雙向地穿過平衡 閥300到腔室116。振動流和/或振動壓力因此作用在液壓系統600的節點51和53上。在閥450 處于第二構型474的情況下，振動流和/或振動壓力通過閥450的單向流動裝置464被阻止到 達液壓系統600的節點56,并且平衡閥400不由振動流和/或振動壓力打開，即使在節點53處 超過了平衡閥400的先導打開壓力。
[0062]在某些條件下和/或在某些實施例中，平衡閥400可以發展/呈現內部流體泄漏。例 如，內部流體泄漏可以使液壓流體從節點52傳遞到節點56和/或可以使液壓流體從節點54 傳遞到節點56。如果發生這樣的內部流體泄漏并且不能排出，節點56處可產生壓力。如果節 點56處的壓力超過平衡閥400的先導打開壓力，閥芯410可能被節點56處的壓力致動，并且 平衡閥400會打開。然而，閥450的單向流動裝置464允許節點56排放/連通到節點53。特別 是，可以產生振動流和/或振動壓力，使得節點53處的壓力至少周期性地低于平衡閥400的 先導打開壓力。因此，在液壓系統600的該配置中，閥450的單向流動裝置464在節點53處的 壓力低于平衡閥400的先導打開壓力時允許節點56排放到節點53,并且節點56處的壓力可 保持低于平衡閥400的先導打開壓力。
[0063] 在其它實施例中，可以實施排放節點55和/或56的其它方法。
[0064] 在某些應用中，當需要（例如，液壓系統600的）振動控制特征時，液壓致動器（例 如，液壓缸110)可以始終或可以主要在同一方向上加載。例如，當需要振動控制特征時，動 臂30的液壓缸ll(h可以始終是或可以主要是壓縮加載，液壓缸ll(h的腔室116可以始終是或 可以主要是負荷保持和/或漂移防止腔室。在這樣的應用中，閥350或450中的一個可以從液 壓系統600除去。例如，如果液壓缸110的腔室116始終是或主要是負荷保持和/或漂移防止 腔室，則閥450可以被移除，并且節點53和56可以結合。作為另一示例，如果液壓缸110的腔 室118始終是或主要是負荷保持和/或漂移防止腔室，則閥350可以被移除，并且節點54和55 可以結合。
[0065]閥350允許由控制閥800所產生的振動流和/或振動壓力超過平衡閥300的先導打 開壓力，而不會打開平衡閥300。同樣地，閥450允許由控制閥700所產生的振動流和/或振動 壓力超過平衡閥400的先導打開壓力，而不會打開平衡閥400。因此，閥350和450允許振動流 和/或振動壓力達到由供給壓力限制的壓力，以及振動響應力/位移950可以相應地較大。 [0066] 在某些環境中，振動響應力/位移950可以適于低于平衡閥300、400的先導打開壓 力的壓力。在這樣的或類似的實施例和/或環境下，閥350、450可保持在第一構型372、472， 和/或液壓系統600可與2013年8月30日申請的、發明名稱為Control Method and System for Using a Pair of Independent Hydraulic Metering Valves to Reduce Boom Oscillations(用于使用一對獨立的液壓計量閥來降低動臂振蕩的控制方法及系統）的美 國專利申請S/N 61/872，424中的液壓系統600相同或相似地運行，所述專利申請通過引用 整體并入本文。
[0067]可提供測量閥700、800的各端口處和/或其他位置處的溫度和/或壓力的傳感器。 具體地，傳感器61(h設置成鄰近閥700的端口 702。如圖所示，傳感器61(h是壓力傳感器并且 可以用于提供關于系統600和/或動臂系統10的動態信息。如圖1和2所示，第二傳感器610 2 設置成鄰近液壓閥800的端口 804。傳感器6102可以是壓力傳感器并且可以用于提供關于系 統600和/或動臂系統10的動態信息。如圖1和2進一步示出，第三傳感器610 3可設置在鄰近 閥800的端口 814處，以及第四傳感器6104可設置在鄰近閥800的端口 812處。傳感器6103和 6104也可以用來提供關于液壓系統600和/或動臂系統10的動態信息。傳感器62(^可以是設 置成鄰近液壓缸110的腔室116的端口 122的壓力傳感器，傳感器6202可以是設置成鄰近液 壓缸110的腔室118的端口 124的壓力傳感器。在某些實施方案中，傳感器6203可以能夠測量 桿126相對于液壓缸110的頭側112和/或殼體的相對位置、速度和/或加速度。在某些實施方 案中，不使用能夠測量桿126相對于液壓缸110的頭側112和/或殼體的相對位置、速度和/或 加速度的傳感器。傳感器620也可被用來提供關于液壓系統600和/或動臂系統10的動態信 息。傳感器610和620可提供反饋信號到控制器640。
[0068]在某些實施方案中，供給管路502內的壓力和/或儲箱管路504內的壓力是公知的， 以及壓力傳感器610dP6102可分別用于計算通過閥700和800的流率。在其它實施方案中，計 算橫跨閥700、800的壓力差。例如，當閥800的閥芯820處于第一位置822時可使用壓力傳感 器610 3及壓力傳感器6102,從而計算通過閥800的流量。同樣地，當閥800的閥芯820處于第三 構型826時可計算傳感器610 2和傳感器6104之間的壓力差。控制器640可以使用這些壓力和 壓力差作為控制輸入。
[0069] 還可以在閥700、800處及其周圍提供溫度傳感器，并因此通過允許計算流過閥 700、800的液壓流體的粘度和/或密度而改善流量測量。控制器640可以使用這些溫度作為 控制輸入。
[0070] 雖然通過第一傳感器61(h、第二傳感器6102、第三傳感器6103和第四傳感器6104示 出，但在替代實施例中可以使用比所示實施例中更少或更多的傳感器。此外，在其它實施例 中，這種傳感器可以定位在各種不同的其它位置。在某些實施方案中，傳感器610可定位于 共同的閥體內。在某些實施方案中，可以使用Eaton公司的uitronics妙伺服閥。所述 Ultronics?伺服閥提供了緊湊和高性能的閥套裝，其包括兩個三通閥（即，閥700和800)、 壓力傳感器61 〇和壓力調節控制器(例如，包括在控制器6 4 〇內）。該Ultronics?伺服閥可 作為閥組件egoiatonXJltronics?伺服閥還包括線性差動變壓器(lvdt)，其分別監測閥 芯720、820的位置。通過使用兩個三通比例閥700、800,腔室116和118的壓力可以獨立地控 制。此外，流入和/或流出腔室116和118的流率可以獨立地控制。在其它實施方案中，腔室 116、118中的一個的壓力可相對于流入和/或流出相對的腔室116、118的流率獨立地控制。
[0071] 與使用單個四通比例閥相比較，液壓系統600的構造可以在更少的能量消耗的情 況下實現和適應更靈活的控制策略。例如，當缸110在移動時，與量出腔室116、118連接的閥 700、800可以操縱腔室壓力，同時與量入腔室連接的閥800、700可以調節進入腔室118、116 的流量。由于量出腔室壓力不與量入腔室流量關聯，量出腔室壓力可以調節得較低，從而減 少相關的節流損失。
[0072] 供給管路502、返回管路504、液壓管路552、液壓管路554、液壓管路562、液壓管路 564、在端口 306和352之間延伸的液壓管路和/或在端口 406和452之間延伸的液壓管路可以 屬于一管線組550。
[0073]當振動控制被停用時（例如，通過操作者輸入），液壓系統600可以將閥裝置840配 置為傳統的平衡/控制閥裝置。當根據移動命令向控制閥700、800移動動臂30時，可使用傳 統的平衡/控制閥裝置。
[0074]當振動控制被激活(例如，通過操作者輸入），閥裝置840可有效鎖住液壓缸110以 免移動。特別的，閥裝置840的激活配置可鎖定液壓缸110的腔室116、118中的一個而傳遞振 動壓力和/或振動流到腔室118、116中的相對的一個。振動壓力和/或振動流可用于抵消動 臂30受到的外部振動960。
[0075]再次轉到圖1和2,將詳細描述平衡閥300、400的某些部件。平衡閥300、400分別包 括第一端口 302、402,第二端口 304、404,和第三端口 306、406。如圖所示，端口 302、402流體 連接到液壓部件（例如，液壓缸110)。端口 304、404流體連接到控制閥（例如，控制閥700、 800)。端口 306、406是經由閥350、450選擇性地流體連接到相對的平衡閥的端口 404、304的 先導端口。通過將端口 306、406選擇性地連接到相對的平衡閥的端口 404、304，端口 306、406 也選擇性地流體連接到與連接到端口 304、404的控制閥700、800相對的控制閥800、700。 [0076] 閥芯310、410在平衡閥300、400的孔內可移動。具體地，閥芯310、410上的凈力移動 或促動閥芯310、410以在孔內移動。閥芯310、410包括彈簧面積和相對的先導面積。彈簧面 積由在端口 304、404處的壓力作用于其上。同樣，先導面積由端口 306、406處的壓力作用于 其上。在某些實施例中，端口302、402處的壓力可能對施加到閥芯310、410推動其移動的力 具有可以忽略的或較小的影響。在其它實施例中，閥芯310、410可進一步包括使平衡閥300、 400適于提供響應于端口302、402處的壓力的安全閥功能的特征。除了由作用于彈簧面積和 先導面積上的流體壓力產生的力，閥芯310、410還由彈簧力作用于其上。在端口 304、404和 306、406處無壓力時，彈簧力推動閥芯310、410至閥座，從而防止端口 302、402和304、404之 間的流體流動。如圖1所示，通道322、422和止回閥320、420允許流體繞過就位于閥座的閥芯 310、410從端口 304、404流到端口 302、402。然而，當閥芯310、410就位于閥座時，從端口 302、 402到端口 304、404的流動被止回閥320、420阻止。
[0077]液壓缸110上的凈負荷方向可以通過比較由傳感器62(h測量的壓力乘以腔室116 的有效面積并與傳感器6202測量的壓力乘以腔室118的有效面積相比較來確定。
[0078] 如果凈負荷90由腔室116支承，那么控制閥700可以經由閥450向端口 406供給先導 打開壓力，并且控制閥800可以向腔室118提供振動消除流體流。傳感器610jP/或6102可以 用于檢測輸入到液壓缸110的任何外部振動輸入的頻率、相位和/或振幅。可替代地或附加 地，到液壓缸110的振動輸入可以通過上游壓力傳感器(例如，傳感器620jP/或620 2)、外部 位置傳感器(例如，傳感器62〇3)、外部加速度傳感器(例如，傳感器62〇3)和/或各種其它傳感 器來測量。如果凈負荷90由腔室118支承，則控制閥800可以經由閥350向端口 306供給先導 打開壓力，并且控制閥700可以向腔室116提供振動消除流體流。傳感器610jP/或6102可以 用于檢測輸入到液壓缸110的任何外部振動輸入的頻率、相位和/或振幅。可替代地或附加 地，到液壓缸110的振動輸入可以通過上游壓力傳感器(例如，傳感器620jP/或620 2)、外部 位置傳感器(例如，傳感器62〇3)、外部加速度傳感器(例如，傳感器62〇3)和/或各種其它傳感 器來測量。
[0079]振動消除算法可以采取不同的形式。在某些實施例中，外部振動960的頻率和相位 可通過濾波算法(例如，通過最小均方、快速傅立葉變換等)識別。在某些實施例中，外部振 動的頻率、幅度和/或相位可以通過各種常規方法來識別。在某些實施例中，在識別外部振 動的頻率、振幅和/或相位時，具有相同的頻率和相近的相移的壓力信號可施加于未加載的 腔室116、118以抵消外部振動960造成的干擾。控制閥700和/或800可與控制器640-起使 用，以便連續監測通過控制閥700和/或800的流動，以確保不會發生意外移動。
[0080] 在所示出的實施例中，利用平衡閥300和400，可以防止傳感器61〇dP61〇2各自在液 壓缸110的端口 122和124處進行測量壓力。因此，可使用獨立于傳感器61〇dP61〇2的方法來 確定缸110上的凈負載90的方向和確定作用于缸110上的外部振動。在某些實施例中，可使 用端口 122和/或124處的壓力傳感器(例如，壓力傳感器620dP6202)。在其它實施例中，可以 使用壓力傳感器610dP610 2。可替代地或附加地，其它傳感器如加速度計、位置傳感器、動臂 30的視覺跟蹤等也可以使用（例如，跟蹤液壓缸110的桿126的運動的位置、速度和/或加速 度傳感器610 3)。
[0081] 圖8示出根據本發明的原理的、實施用于減少動臂振蕩的控制策略的示例性方法 的流程圖1000。動臂跳動降低控制在步驟1002起始。步驟1004跟隨步驟1002并確定腔室116 或118中的哪個腔室是負載保持腔室。步驟1006跟隨步驟1004并鎖定(例如，從中去除先導 壓力)對應于負載保持腔室的平衡閥（CBV)300或400。步驟1008跟隨步驟1006并打開(例如， 施加先導壓力至）對應于與負載保持腔室相對的腔室116或118(即，作用腔室）的平衡閥 (CBV)400或300。步驟1010跟隨步驟1008并測量負載保持腔室中的壓力來初始化基準信號。 步驟1012跟隨步驟1010并產生控制信號652或654給對應于作用腔室的閥700或800。在某些 實施方案中，控制信號652或654基于負載保持壓力的測量和基準信號。步驟1014跟隨步驟 1012并基于作用腔室壓力的測量調整控制信號。在步驟1014中，維持作用腔室中的壓力的 特定平均水平。通過維持特定的平均水平，允許控制壓力在平均值的兩個方向上變化。步驟 1016跟隨步驟1014,但可能連續發生。步驟1016更新基準信號。判斷點1018跟隨步驟1016并 詢問是否仍然能夠降低動臂跳動。如果判斷點1018的結果為"是"，則控制過程被轉移到步 驟1012。如果判斷點1018的結果是"否"，則控制過程被轉移到流程圖1000的終點1020。 [0082]閥裝置840可如下配置為應用抗振動（即，振動抵消）響應。如果確定凈負載90由腔 室116保持，則控制閥700對節點53加壓從而開啟平衡閥400，并進一步推動平衡閥300關閉。 當平衡閥400被打開時，控制閥800可施加抗振動流體壓力/流到腔室118。控制器640可以將 閥350定位到第二構型374(參見圖2)以防止打開平衡閥300。如果確定凈負載90由腔室118 保持，則控制閥800對節點54加壓從而開啟平衡閥300,并進一步推動平衡閥400關閉。在平 衡閥300被打開時，控制閥700可以施加抗振動流體壓力/流到腔室116。控制器640可以將閥 450定位到第二構型474以防止打開平衡閥400。
[0083]在這樣的實施例中，即，獨立地知道凈缸負載90的方向作用在腔室116上，但至少 一些作用于液壓缸110的外部振動參數從外部傳感器信息中是未知的，則壓力傳感器6102 可用于測量腔室118內的壓力波動，并從而確定外部振動的特性。如果獨立地已知凈缸負載 的方向作用在腔室118上，但至少部分作用于液壓缸110的外部振動參數從外部傳感器信息 是未知的，則壓力傳感器610:可用于測量腔室116內的壓力波動，并從而確定外部振動的特 性。
[0084]如圖1示意性所示，環境振動負載960作為凈負載90的分量被施加到液壓缸110上。 如圖1所不，振動負載分量960不包括穩態負載分量。在某些應用中，振動負載960包括動態 負載，例如風荷載、可沿著動臂30移動的材料的動量負載、來自移動車輛20的慣性負載和/ 或其它動態負載。穩態負載可包括可以根據動臂30的結構改變的重力負載。振動負載960可 被各種傳感器610、620和/或其它傳感器感應和估計/測量。控制器640可以處理這些輸入， 并使用動臂系統10的動態行為模型，并由此計算和發送適當的振動信號652v、654v。信號 652v、654v變換成在相應的閥700、800處的液壓壓力和/或流壓流。振動壓力/流經過相應的 平衡閥300、400并傳遞至液壓缸110的相應的腔室116、118。液壓缸110將振動壓力和/或振 動流轉換為振動響應力/位移950。當振動響應950和振動負載960在動臂30上疊加時，產生 合成振動970。合成振動970可以顯著小于在沒有振動響應950的情況下動臂30產生的振動。 動臂30的振動由此被控制和/或減小，增強動臂系統10的性能、耐久性、安全性、實用性等。 液壓缸110的振動響應950在圖2中被描述為液壓缸110的輸出的動態分量。液壓缸110也可 以包括穩態分量(即，靜態分量），其可以反映靜態負載，如重力。
[0085] 根據本發明的原理，控制方法使用具有嵌入式傳感器610(例如，嵌入的壓力傳感 器)的獨立計量主控制閥700、800,這些嵌入式傳感器610可感測振蕩壓力，并通過安裝平衡 閥300、400(CBVs)提供波動消除壓力。該方法要求鎖定致動器110的一側（例如，一個腔室 116或118)就位，以防止致動器110的漂移。根據本發明的原理，提供了主動波動抵消，并且 避免了孔口的效率損失，和/或主控制閥700、800可以是僅有的控制元件。根據本發明的原 理，可以使用嵌入在閥700、800中的嵌入式壓力傳感器610和/或外部壓力/加速度/位置傳 感器620。
[0086] 現在轉到圖5,根據本發明的原理示出控制策略的某些實施方案的某些方面。如圖 所示，在某些實施方案中，不使用位置傳感器監測液壓缸110的桿126的位置。此外，不使用 角度傳感器顯示動臂30的幾何信息。控制策略可以僅通過壓力傳感器來實現。在某些實施 方案中，安裝兩個壓力傳感器620ι、62〇2,每一個壓力傳感器測量腔室116、118中的一個。可 替代地，可以使用一個往復式壓力傳感器，并且僅感測負載保持腔室的壓力。圖5示出在腔 室116激活的"鎖定機構"，從而鎖定腔室116(即，流入或流出腔室116的流量是零）。
[0087] 圖5示出跨端口控制。具體地，供給未鎖定的缸腔室118(即，作用腔室）的流量基于 在鎖定的腔室116測量的壓力來控制。控制目標是穩定鎖定的負載保持腔室116的壓力。在 某些實施方案中，通過自學習生成基準信號Pref。基準信號Pref可通過振動控制啟動之前 的壓力被初始化。一旦啟用振動控制，負載保持腔室116中的壓力Pload被濾波以產生Pref。 可以使用低通濾波器。在某些實施方案中，在作用腔室118測量的壓力可用作控制器640的 輸入。
[0088] 現在轉到圖6,顯示控制策略的模擬結果的曲線圖示出在時間領域內缸桿126的位 置、負載保持腔室的壓力Phead(上壓力跡線）、作用腔室的壓力Prod(下壓力跡線)和流入作 用腔室的流量之間的關系。在該模擬中，缸110的頭端腔室116是負載保持腔室。主動振動控 制在t = 3秒開啟。在t = 3秒處，控制流被提供給缸腔室118的桿側。如圖所示，頭側壓力波動 的尺寸減小，而桿側的壓力波動的尺寸增大。缸位置波動也相應減小，并且缸桿126的平均 位置不漂移。
[0089] 現在轉到圖7,根據本發明的原理示出控制策略的某些實施方案的某些方面。控制 策略可在反饋傳感器的類型上提供靈活性。負載保持側(示為腔室116)的壓力波動的頻率 和/或形狀可以通過觀察非負載保持側(示為腔室118)的壓力來估計，非負載保持側可以具 有打開的平衡閥并且因此可以通過內置在閥800中的傳感器610 2來測量。擾動642的形狀可 與增益646相乘，相位偏移一相移648，并作為流/流動指令654v施加到非負載保持腔室118 的閥800。如果沒有額外的傳感器可用，增益646和/或偏移648可以是固定值，但是，這對操 作條件的變化是適應性不強的。感測波動減少的質量的其它可用測量值644(例如，壓力傳 感器數據，位置傳感器數據，操作者反饋等)可以用來調節增益646和/或相移648。
[0090] 可以附加地或替代地使用擾動估計。可以使用在非負載保持側測得的壓力(例如， 通過內置在閥700、800中的壓力傳感器610^6102)。重復性控制可以用來產生對擾動642的 估計。增益646和/或相移648可以被施加到擾動642以消除干擾力960。增益646和/或偏移 648可以是無需額外的傳感器的常數(即，開環）。
[0091] 可替代地，可以使用某些反饋方法來測量干擾抑制并且然后調整增益646和/或相 移648,以提高性能。該反饋可以是判定干擾抑制的質量的任何手段(例如，加載腔室的壓 力，缸桿126的位置反饋，操作者輸入等）。在圖7中所示的方法為所使用的反饋類型提供了 靈活性，并允許開環實施(無傳感器）。
[0092] 本申請涉及2013年5月31日申請的、發明名稱為Hydraulic System and Method for Reducing Boom Bounce with Counter-Balance Protection(用于通過平衡保護來降 低動臂跳動的液壓系統及方法）的美國臨時專利申請S/N 61/829，796，以及2013年8月30日 申請的、發明名稱為Control Method and System for Using a Pair of Independent Hydraulic Metering Valves to Reduce Boom Oscillations(用于使用一對獨立的液壓 計量閥來降低動臂振蕩的控制方法及系統）的美國專利申請S/N 61/872,424,所述專利申 請通過引用整體并入本文。
[0093] 本發明的各種修改和變型對本領域的技術人員來說將變得明顯而不脫離本發明 的范圍和精神，并且應當理解，本發明的范圍不會不適當地局限于本文闡述的說明性的實 施例。
【主權項】
1. 一種控制動臂振動的方法，該方法包括： 提供包括第一腔室和第二腔室的液壓致動器； 選擇第一腔室和第二腔室中的一個作為鎖定腔室； 選擇第一腔室和第二腔室中的另一個作為作用腔室； 鎖定所述鎖定腔室;和 將振動消除流體流傳送到作用腔室。2. 根據權利要求1所述的方法，還包括： 檢測第一腔室和第二腔室中的哪一個是負載保持腔室； 其中，負載保持腔室被選擇作為鎖定腔室;并且 其中，鎖定腔室防止液壓致動器的漂移。3. 根據權利要求2所述的方法，還包括： 至少間歇地測量第一腔室的第一壓力;和 至少間歇地測量第二腔室的第二壓力； 其中，通過比較所述第一壓力和第二壓力來檢測負載保持腔室。4. 根據權利要求3所述的方法，還包括： 提供至少間歇地流體連接到第一腔室的第一壓力傳感器;和 提供至少間歇地流體連接到第二腔室的第二壓力傳感器； 其中，第一壓力傳感器測量第一壓力;并且 其中，第二壓力傳感器測量第二壓力。5. 根據權利要求4所述的方法，其中，所述第一壓力傳感器持續地流體連接到第一腔室 并且所述第二壓力傳感器持續地流體連接到第二腔室。6. 根據權利要求4所述的方法，其中，所述第一壓力傳感器通過第一平衡閥至少間歇地 流體連接到第一腔室，并且其中，所述第二壓力傳感器通過第二平衡閥至少間歇地流體連 接到第二腔室。7. 根據權利要求3所述的方法，還包括： 提供間歇地流體連接到所述第一腔室和間歇地流體連接到第二腔室的壓力傳感器，所 述壓力傳感器間歇地測量所述第一壓力和間歇地測量所述第二壓力。8. 根據權利要求1所述的方法，還包括： 利用處于關閉構型的第一平衡閥阻止液壓流體離開鎖定腔室； 其中，振動消除流體流經由處于打開構型的第二平衡閥被傳輸到作用腔室。9. 根據權利要求8所述的方法，還包括： 提供適于對第一腔室加壓和排放的第一控制閥； 提供適于對第二腔室加壓和排放的第二控制閥； 利用第一控制閥對第二平衡閥的先導部加壓，并由此將第二平衡閥配置成打開構型； 以及 利用第二控制閥產生振動消除流體流。10. 根據權利要求9所述的方法，還包括： 在第一控制閥的殼體內設置第一壓力傳感器，并由此至少間歇地測量第一腔室的第一 壓力；以及 在第二控制閥的殼體內設置第二壓力傳感器，并由此至少間歇地測量第二腔室的第二 壓力。11. 根據權利要求2所述的方法，還包括： 測量負載保持腔室的壓力波動；以及 通過將振動消除流體流傳送到作用腔室而減小壓力波動的幅度。12. 根據權利要求2所述的方法，還包括： 測量作用腔室的第一壓力波動；以及 通過將振動消除流體流傳送到作用腔室而減小負載保持腔室的第二壓力波動的幅度。13. 根據權利要求12所述的方法，其中，通過適于對作用腔室加壓和排放的控制閥處的 壓力傳感器測量作用腔室的第一壓力波動，其中，平衡閥被定位在所述控制閥和作用腔室 之間，并且其中，當通過所述控制閥處的壓力傳感器測量作用腔室的第一壓力波動時，平衡 閥打開。14. 根據權利要求12所述的方法，其中，測量作用腔室的第一壓力波動和輸送振動消除 流體流到作用腔室在時間上分開。15. 根據權利要求12所述的方法，還包括： 通過以下手段將第一壓力波動的形狀轉換成形成振動消除流體流的流動指令： 使第一壓力波動的形狀與增益相乘;和 使第一壓力波動的形狀發生相移。16. 根據權利要求15所述的方法，其中，所述增益是固定增益，并且其中，所述相移是恒 定相移。17. 根據權利要求15所述的方法，其中，所述增益是可變的增益，所述相移是可變的相 移，并且其中，所述可變增益和可變移相中的至少一個通過反饋來調節。18. 根據權利要求17所述的方法，其中，所述反饋是負載保持腔室處的第二壓力波動。19. 根據權利要求17所述的方法，其中，所述反饋是液壓致動器的位置。20. 根據權利要求17所述的方法，其中，所述反饋是操作員輸入。21. 根據權利要求2所述的方法，還包括： 在將振動消除流體流傳送到作用腔室之前生成基準信號； 從在液壓致動器測得的特性導出變量； 對基準信號和所述變量求和，并由此導出控制變量；以及 利用所述控制變量形成振動消除流體流的流動特性。22. 根據權利要求21所述的方法，其中，所述變量至少部分地從在負載保持腔室處測得 的壓力導出。23. 根據權利要求21所述的方法，還包括： 通過移動平均濾波器對基準信號進行濾波； 其中，所述基準信號從在所述第一腔室測量的第一壓力和在第二腔室測量的第二壓力 產生。24. 根據權利要求1所述的方法，其中，所述液壓致動器的第一腔室是頭端腔室，所述液 壓致動器的第二腔室是桿端腔室。25. 根據權利要求1所述的方法，其中，所述液壓致動器的第一腔室是桿端腔室，所述液 壓致動器的第二腔室是頭端腔室。
【文檔編號】F16F15/023GK105940241SQ201480062160
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2014年11月7日
【發明人】M·R·王, M·B·拉諾
【申請人】伊頓公司