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1、(10)申请公布号 CN 103592995 A (43)申请公布日 2014.02.19 CN 103592995 A (21)申请号 201310359059.5 (22)申请日 2013.08.16 13/587,313 2012.08.16 US G05G 5/04(2006.01) (71)申请人 迪尔公司 地址 美国伊利诺伊州 (72)发明人 詹姆斯D马修斯 丹尼尔J华莱士 (74)专利代理机构 中科专利商标代理有限责任 公司 11021 代理人 汪洋 (54) 发明名称 电动液压控制器反馈系统和方法 (57) 摘要 本发明公开一种电动液压控制器反馈系统和 方法， 包括电动液压式操。
2、作者控制器和反馈机构。 操作者使用电动液压式操作者控制器控制机器液 压功能， 反馈系统检测液压功能的特性， 并且根据 所检测到的特性在电动液压式操作者控制器中生 成触觉反馈。 电动液压式操作者控制器可以是， 例 如， 操纵杆或控制杆。 触觉反馈可以是根据被检测 到的特性变化的振动。所述振动可以根据使振动 量与被检测到的特性相关联的曲线变化。该曲线 可以包括各种形状的部分， 例如， 线性、 指数或抛 物线形， 并且可以包括断点。 该曲线可以包括其中 被检测到的特性的微小变化将导致大的振动变化 的高灵敏度区域。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 。
3、2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书4页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103592995 A CN 103592995 A 1/2 页 2 1. 一种电动液压控制器反馈系统， 包括 : 电动液压式操作者控制器， 用于由操作者控制机器液压功能 ; 反馈机构， 用于检测机器液压功能的特性， 并且用于基于机器液压功能的被检测到的 特性， 在电动液压式操作者控制器中产生触觉反馈。 2. 根据权利要求 1 所述的电动液压控制器反馈系统， 其中 : 电动液压式操作者控制器通过电动液压式机器控制器控制机器液压功能 ; 并且 反馈机构通过电动液压式。
4、机器控制器检测机器液压功能的特性。 3. 根据权利要求 1 所述的电动液压控制器反馈系统， 其中电动液压式操作者控制器是 操纵杆和控制杆中的一个。 4. 根据权利要求 1 所述的电动液压控制器反馈系统， 其中在电动液压式操作者控制器 中产生的触觉反馈是基于机器液压功能的被检测到的特性变化的振动。 5. 根据权利要求 4 所述的电动液压控制器反馈系统， 其中所述振动的频率基于机器液 压功能的被检测到的特性变化。 6. 根据权利要求 4 所述的电动液压控制器反馈系统， 其中所述振动的幅度基于机器液 压功能的被检测到的特性变化。 7. 一种电动液压控制器反馈系统， 包括 : 电动液压式操作者控制器，。
5、 用于由操作者实际控制机器液压功能 ; 连接到电动液压式操作者控制器的电动液压式机器控制器， 电动液压式机器控制器基 于由操作者对电动液压式操作者控制器的物理定位接收来自电动液压式操作者控制器的 输入电信号， 电动液压式机器控制器基于来自电动液压式操作者控制器的输入电信号产生 输出信号， 并且将所述输出信号发送到多个控制阀以控制机器液压功能， 电动液压式机器 控制器还检测机器液压功能的被检测到的特性 ; 反馈机构， 该反馈机构连接到电动液压式机器控制器和电动液压式操作者控制器， 电 动液压式机器控制器将指示机器液压功能的被检测到的特性的传感器信号发送到反馈机 构， 反馈机构基于来自电动液压式机。
6、器控制器的传感器信号产生反馈信号以在电动液压式 操作者控制器中引起触觉反馈。 8. 根据权利要求 7 所述的电动液压控制器反馈系统， 其中电动液压式操作者控制器是 操纵杆和控制杆中的一个。 9. 根据权利要求 7 所述的电动液压控制器反馈系统， 其中在电动液压式操作者控制器 中产生的触觉反馈是基于机器液压功能的被检测到的特性变化的振动。 10. 根据权利要求 9 所述的电动液压控制器反馈系统， 其中所述振动根据用户能够选 择的曲线变化。 11. 根据权利要求 10 所述的电动液压控制器反馈系统， 其中所述曲线包括断点， 所述 振动在达到所述断点之前增强， 用于增加机器液压功能的被检测到的特性的。
7、值， 并且所述 振动在机器液压功能的被检测到的特性超过所述断点时停止。 12. 根据权利要求 11 所述的电动液压控制器反馈系统， 其中所述断点被选择以位于机 器液压功能能够由操作者视觉地感觉到的区域中。 13. 根据权利要求 10 所述的电动液压控制器反馈系统， 其中所述曲线包括第一断点和 第二断点， 所述振动在达到第一断点之前增强， 用于增加机器液压功能的被检测到的特性 权 利 要 求 书 CN 103592995 A 2 2/2 页 3 的值， 所述振动在第一断点和第二断点之间减弱， 用于增加机器液压功能的被检测到的特 性的值， 并且所述振动在机器液压功能的被检测到的特性超过第二断点时停。
8、止。 14. 根据权利要求 10 所述的电动液压控制器反馈系统， 其中所述曲线具有对数函数形 状。 15. 根据权利要求 14 所述的电动液压控制器反馈系统， 其中所述曲线包括断点， 所述 振动在达到所述断点之前根据所述对数函数形状增强， 用于增加机器液压功能的被检测到 的特性的值， 并且所述振动在机器液压功能的被检测到的特性超过所述断点时停止。 16. 根据权利要求 10 所述的电动液压控制器反馈系统， 其中所述曲线包括高灵敏度区 域， 在该高灵敏度区域中机器液压功能的被检测到的特性的值的小的变化导致所述振动的 大的变化。 17. 一种用于提供电动液压控制器反馈的方法， 所述方法包括下述步骤。
9、 : 使用电动液压式操作者控制器控制机器液压功能 ; 检测机器液压功能的被检测到的特性 ; 以及 基于机器液压功能的被检测到的特性， 在电动液压式操作者控制器中产生触觉反馈。 18. 根据权利要求 17 所述的方法， 其中在电动液压式操作者控制器中产生触觉反馈的 方法包括下述步骤 : 引起电动液压式操作者控制器振动 ; 以及 基于机器液压功能的被检测到的特性改变所述振动。 19. 根据权利要求 18 所述的方法， 其中使用电动液压式操作者控制器控制机器液压功 能的步骤包括下述步骤 : 基于电动液压式操作者控制器的物理定位， 发送电信号到电动液压式机器控制器， 基于来自电动液压式操作者控制器的电。
10、信号， 从电动液压式机器控制器产生输出信 号 ; 以及 将所述输出信号发送到多个控制阀， 以控制机器液压功能 ; 并且其中检测机器液压功 能的被检测到的特性的步骤包括下述步骤 : 使用电动液压式机器控制器检测机器液压功能的被检测到的特性 ; 以及 发送传感器信号到反馈机构， 该传感器信号指示机器液压功能的被检测到的特性。 20. 根据权利要求 18 所述的方法， 其中基于机器液压功能的被检测到的特性改变所述 振动的步骤包括根据使振动频率与机器液压功能相关联的曲线改变所述振动。 权 利 要 求 书 CN 103592995 A 3 1/4 页 4 电动液压控制器反馈系统和方法 技术领域 0001。
11、 本发明涉及机器操作者界面领域， 更具体地说， 涉及用于电动液压控制的感觉反 馈 (sensory feedback)。 背景技术 0002 电动液压控制在机器操作者站中已经变得更标准， 试图减少操作者工作和提高工 效。电动液压系统通常采用某种类型的指令电子信号来激活液压功能。传统的机器操作者 习惯于机械致动液压阀， 其中物理联接装置将控制阀连接到液压控制杆。由于直接传动联 接， 标准液压控制装置本身提供触觉反馈， 操作者可以使用以该触觉反馈使他 / 她的机器 操作更精确和准确。这种感觉反馈可以在很大程度上归因于由液压流体产生的可变流动 力， 所述液压流体作用在处于不同的阀槽位置的液压控制阀上。
12、。 0003 熟悉具有机械致动液压阀的操作设备的机器操作者表示难以适应电动控制， 很大 程度上是因为缺乏来自操纵杆的反馈。在使用电子操纵杆致动液压功能时， 在非常小的操 作者命令和大的操作者命令之间非常难以辨别， 因为没有感觉刺激产生， 不同于调整操纵 杆所需要的操纵杆力和位置。因此， 操作者表示更多地依赖他们的视觉感觉以操作电动液 压控制装置。 发明内容 0004 公开了在一中示例性的电动液压控制器反馈系统， 包括电动液压式操作者控制器 和反馈机构。电动液压式操作者控制器使得操作者能够控制机器液压功能。反馈系统检测 机器液压功能的特性， 并且基于机器液压功能的被检测到的特性在电动液压式操作者。
13、控制 器中生成触觉反馈。 电动液压式操作者控制器可以通过电动液压式机器控制器控制机器液 压功能， 并且反馈机构可以通过电动液压式机器控制器检测机器液压功能的特性。电动液 压式操作者控制器可以是， 例如， 操纵杆或控制杆。 在电动液压式操作者控制器中产生的触 觉反馈可以是根据机器液压功能的被检测到的特性改变频率或幅度的振动。 所述振动的频 率和 / 或幅度可以基于机器液压功能的被检测到的特性变化。 0005 公开一种示例的电动液压控制器反馈系统， 包括电动液压式操作者控制器、 电动 液压式机器控制器和反馈机构。电动操作控制器使得操作者能够实际控制机器液压功能。 电动液压式机器控制器连接到电动液压。
14、式操作者控制器。电动液压式机器控制器基于操 作者对电动液压式操作者控制器的物理定位接收来自电动液压式操作者控制器的输入电 信号， 电动液压式机器控制器基于来自电动液压式操作者控制器的输入电信号产生输出信 号， 并且将输出信号发送到多个控制阀以控制机器液压功能， 电动液压式机器控制器还检 测机器液压功能的被检测到的特性。 反馈机构连接到电动液压式机器控制器和电动液压式 操作者控制器， 电动液压式机器控制器将指示机器液压功能的被检测到的特性的传感器信 号发送到反馈机构， 反馈机构基于来自电动液压式机器控制器的传感器信号产生反馈信号 以在电动液压式操作者控制器中引起触觉反馈。 电动液压式操作者控制器。
15、可以是， 例如， 操 说 明 书 CN 103592995 A 4 2/4 页 5 纵杆或控制杆。 0006 在电动液压式操作者控制器中产生的触觉反馈是基于机器液压功能的被检测到 的特性变化的振动。所述振动根据用户能够选择的曲线变化。该曲线包括断点， 所述振动 在达到所述断点之前增加， 用于增加机器液压功能的被检测到的特性的值， 并且所述振动 在机器液压功能的被检测到的特性超过断点时停止。 所述断点被选择为在机器液压功能可 以由操作者视觉地感觉到的区域中。 该曲线可以包括多个断点。 例如， 该曲线包括第一断点 和第二断点， 所述振动在达到第一断点之前增加， 用于增加机器液压功能的被检测到的特 。
16、性的值， 所述振动在第一断点和第二断点之间可以减弱， 用于增加机器液压功能的被检测 到的特性的值， 并且所述振动在机器液压功能的被检测到的特性超过第二断点时停止。该 曲线可以包括各种形状的部分， 包括， 例如， 直线部分、 指数部分或其它形状的部分。 该曲线 包括高灵敏度区域， 在高灵敏度区域中机器液压功能的被检测到的特性的值的小的变化导 致所述振动的大的变化。 0007 公开了一种用于提供电动液压控制器反馈的方法， 包括使用电动液压式操作者控 制器控制机器液压功能， 检测机器液压功能的被检测到的特性， 和基于机器液压功能的被 检测到的特性， 在电动液压式操作者控制器中产生触觉反馈。在电动液压。
17、式操作者控制器 中产生触觉反馈包括引起电动液压式操作者控制器振动， 和基于机器液压功能的被检测到 的特性改变振动。使用电动液压式操作者控制器控制机器液压功能可以包括下述步骤 : 基 于电动液压式操作者控制器的物理定位， 发送电信号到电动液压式机器控制器， 基于来自 电动液压式操作者控制器的电信号， 从电动液压式机器控制器产生输出信号 ; 和发送输出 信号到多个控制阀， 以控制机器液压功能。检测液压功能的被检测到的特性包括使用电动 液压式机器控制器检测机器液压功能的被检测到的特性， 和发送指示机器液压功能的被检 测到的特性的传感器信号到反馈机构。 基于机器液压功能的被检测到的特性改变振动包括 根。
18、据使振动频率与机器液压功能相关联的曲线改变振动。 附图说明 0008 图 1 显示示例性反馈系统的概观 ; 0009 图 2 显示示例性的指数增加的反馈曲线 ; 0010 图 3 显示示例性的线性增加的反馈曲线 ; 0011 图 4 显示示例性的线性增加和然后减少的反馈曲线 ; 和 0012 图 5 显示示例性的高灵敏度区域反馈曲线。 具体实施方式 0013 为了促进理解新颖的发明的原则的目的， 现在将参考在此描述和在附图中图示的 实施例， 并且特定语言将被用于描述实施例。 然而应当理解的是， 不是由此意图限制新颖的 发明的范围， 在图示的装置和方法中的这些变更和进一步的修改， 以及如在此图示。
19、的新颖 的本发明的原理的进一步应用， 被视为新颖的发明涉及的领域的技术人员通常想到的。 0014 电动液压控制杆反馈基于给定的操作者指令输入使用振动或其他触觉反馈将机 械反馈提供给操作者。 电动液压控制系统中固有地缺乏的这种触觉反馈机构可以帮助机器 操作者监测机器液压。例如， 操作者控制杆或操纵杆可以基于电动液压控制阀内侧的液压 说 明 书 CN 103592995 A 5 3/4 页 6 流体流的启动和计量而振动。反馈机构可以被设计为模拟标准的机械致动阀的 “感觉” 。反 馈机构可以由机器操作者用来辨别操作者实际输入命令和机器工作状况之间的关系。 被提 供到操纵杆的触觉反馈使机器操作者能够通。
20、过触摸感而不是仅仅通过视觉反馈更有效、 更 高效地衡量液压功能的响应。 0015 图1图示可以用在典型的机器结构的电动液压控制器反馈系统100的示例性实施 例的概观。系统 100 包括将命令发送给电动液压式机器控制器 104 的电动液压式操作者 控制器 102( 例如， 操纵杆或控制杆 )， 电动液压式机器控制器 104 进而控制机器液压功能 106。电动液压式机器控制器 104 还监测机器液压功能 106 的状态， 并且提供这些信息到反 馈机构108。 基于由电动液压式机器控制器104检测到的信息， 反馈机构108提供触觉反馈 给电动液压式操作者控制器 102。电动液压式机器控制器 104 。
21、可以包括用于监测机器液压 功能 106 的状态的压力传感器、 流量传感器和 / 或其他类型的传感器。 0016 首先， 机器操作者通过物理地致动电动液压式操作者控制器 102 控制功能。响应 于操作者实际输入， 电动液压式操作者控制器 102 产生电信号， 所述电信号被发送到电动 液压式机器控制器 104 以被处理。当接收输入电信号时， 电动液压式机器控制器 104 随后 发送输出信号到电动液压控制阀， 以控制机器液压功能 106。同时， 电动液压式机器控制器 104 检测机器液压功能 106 的特性， 并且发送输出电信号到反馈机构 108。基于来自电动液 压式机器控制器 104 的信号， 反。
22、馈机构 108 在电动液压式操作者控制器 102 中产生触觉反 馈， 例如振动。因此， 到电动液压式操作者控制器 102 的触觉反馈根据机器液压功能 106 的 状态改变， 所述机器液压功能 106 根据操作者控制的输入改变。 0017 图 2-5 显示可以由反馈机构 108 实现的一些示例性反馈关系或曲线。在这些示例 性的曲线中， X 轴显示通过控制器 102 到操作者输入装置的液压功能响应 106( 例如， 最大 流量的百分比)， 并且Y轴显示通过反馈机构108反馈回到控制器102的触觉运动的量(例 如， 频率或每秒的脉冲数 )。反馈曲线可以是用户可选择的， 使得用户能够选择通常优选的 曲。
23、线， 或者优选用于特定功能的曲线。可以由反馈系统使用的液压功能响应的示例是专用 于给定液压功能的液压流的速率。反馈回到控制器 102 的触觉运动的一些示例是控制器运 动的频率和 / 或幅度。到电动液压式操作者控制器 102 的反馈可以基于反馈关系增加， 而 不存在如在机械致动式液压阀中那样对控制器的运动的阻力增加的情况， 在机械致动式液 压阀中， 物理联接装置将操作者控制器 102 连接到机器液压功能 106。 0018 对于大的液压功能响应 ( 大的 X 值 )， 机器功能运动容易由操作者看到， 并且通过 控制器 102 进行的触觉反馈通常并不重要。当液压功能响应相对较小 ( 小的 X 值 。
24、) 时， 其 中机器功能动作不容易看到， 通过控制器 102 进行的触觉反馈是更重要的， 并且可能是来 自机器液压功能 106 的由操作者感觉到的唯一反馈。 0019 图 2 显示具有断点的示例性的指数增加的反馈曲线 200。对于反馈曲线 200， 在检 测到的液压功能响应增加时， 到操作者控制器102的反馈沿着指数增加部分202增加， 直到 液压功能响应达到断点 204， 并且对于断点 204 之外的液压功能响应， 不存在到操作者控制 器 102 的反馈。断点 204 可以被设置位于液压功能运动可以由操作者很容易地看到的区域 中。 0020 图 3 显示具有断点的示例性的线性增加的反馈曲线 。
25、300。对于反馈曲线 300， 到操 作者控制器 102 的反馈在检测到的液压功能响应增加时沿着线性增加部分 302 增加， 直到 说 明 书 CN 103592995 A 6 4/4 页 7 液压功能响应达到断点 304， 并且对于断点 304 之外的液压功能响应， 不存在到操作者控制 器 102 的反馈。断点 304 可以被设置位于液压功能运动可以很容易地由操作者看到的区域 中。 0021 图4显示示例性的线性增加然后减小的反馈曲线400。 对于反馈曲线400中， 到操 作者控制器 102 的反馈在检测到的液压功能响应增加时沿着线性增加部分 402 增加， 直到 液压功能响应达到第一断点 。
26、404， 在第一断点 404 处， 到操作者控制器 102 的反馈在检测到 的液压功能响应继续增加时开始沿着线性减小部分 404 减少， 直到液压功能响应达到第二 断点 408， 在第二断点 408 处， 到操作者控制器 102 的反馈在检测到的液压功能响应继续增 加时停止， 并且在断点 408 之外没有反馈。断点 404 可以被设置到液压功能运动开始被操 作者看见的区域， 并且断点 408 可以被设置到液压功能运动容易地被操作者看见的区域。 0022 图 5 显示具有断点的示例性的对数函数反馈曲线 500。对于反馈曲线 500， 到操作 者控制器 102 的反馈在检测到的液压功能响应增加时沿。
27、着对数形部分 502 增加， 直到液压 功能响应达到断点504， 在断点504处， 到操作者控制器102的反馈停止， 并且在断点504之 外没有反馈。 对数反馈曲线500包括具有陡峭斜坡的高灵敏度区域506， 在该陡峭斜坡中液 压功能响应中小的变化导致触觉反馈中大的变化。高灵敏度区域 506 可以被设置在对于机 器液压功能 106 的小的变化具有高灵敏度的区域中。断点 504 可以设置在液压功能运动可 以很容易地由操作者看到的区域中。 0023 虽然上文中已经公开了结合本发明的原则的示例性实施例， 本发明并不限于所公 开的实施例。相反地， 本申请旨在使用其一般性的原则覆盖本发明的任何变化、 使用或调 整。 另外， 本申请意图覆盖源自本发明的、 落入本发明所属技术领域内公知或习惯做法的偏 离。 说 明 书 CN 103592995 A 7 1/2 页 8 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103592995 A 8 2/2 页 9 图 3 图 4 图 5 说 明 书 附 图 CN 103592995 A 9 。