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1、10申请公布号CN103261533A43申请公布日20130821CN103261533ACN103261533A21申请号201180057868X22申请日2011113012/958,99820101202USE02F9/20200601E02F3/4320060171申请人卡特彼勒SARL地址瑞士日内瓦72发明人C尼科尔森TR法默74专利代理机构北京市中咨律师事务所11247代理人慈戬吴鹏54发明名称起落臂和执行器控制系统57摘要本发明涉及一种用于装载机（10）的系统（26），所述系统存储有表明执行器（25）的所需倾度的信号。当接收到操作员接口致动信号时，控制器（15）发送信号以将执。
2、行器（25）移至所存储的倾度。控制器（15）进一步发送起落臂（21）指令信号（51）以将起落臂（21）移向起落臂（21）的行程下限。在控制器（15）接收到来自起落臂（21）上的传感器的信号后起落臂指令信号（51）被终止，所述传感器信号表明起落臂（21）接近其行程下限。在指令信号（51）被终止后，控制器（15）可发送第二起落臂指令信号（52）以进一步移动起落臂（21）。30优先权数据85PCT申请进入国家阶段日2013053186PCT申请的申请数据PCT/US2011/0625242011113087PCT申请的公布数据WO2012/078420EN2012061451INTCL权利要求书1页。
3、说明书6页附图4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1页说明书6页附图4页10申请公布号CN103261533ACN103261533A1/1页21一种用于装载机（10）的起落臂（21）和执行器（25）从远程位置到基本位置的自动化运动的系统（26），所述基本位置接近起落臂的行程下限，所述系统包括控制器（15），所述控制器配置成存储表明执行器（25）的所需倾度的信号，所需倾度是基本位置的一个要素；接收表明装载机上的操作员接口（13）被致动的信号（48），操作员接口致动信号（48）表明起落臂（21）和执行器（25）的向基本位置的所需运动；并且对操作员接口致动信号（48）的接。
4、收作出响应；向电动液压系统（23、46）发送执行器指令信号（49）以将执行器（25）移至所述所需倾度；向电动液压系统（23、46）发送起落臂指令信号（51）以将起落臂（21）移向起落臂（21）的行程下限；接收表明起落臂（21）上的传感器（43）基于起落臂（21）上的传感器（43）运动接近了装载机（10）上的传感器触发器（45）而被触发的信号（50），所述传感器触发器在靠近起落臂（21）的行程下限的位置；以及基于接收到传感器触发信号（50）而终止起落臂指令信号（51）。2根据权利要求1所述的系统（26），其中控制器（15）还配置成向电动液压系统（23、46）发送第二起落臂指令信号（52）以在起落。
5、臂指令信号（51）终止后控制起落臂（21）在起落臂行程下限附近的运动。3根据权利要求2所述的系统（26），其中控制器（15）还配置成使得执行器指令信号（49）的发送与起落臂指令信号（51）和第二起落臂指令信号（51）的至少其中之一的发送大体上同时发生。4根据权利要求1至3中的任一项所述的系统（26），其中控制器（15）还配置成使得第二起落臂指令信号（52）包括量值和持续时间两者以便引导起落臂（21）在起落臂（21）的行程下限附近的运动。5根据权利要求1至4中的任一项所述的系统（26），其中控制器（15）还配置成使得在接收到操作员接口致动信号（48）之后，当接收到第二预定的操作员接口致动信号时，。
6、取消起落臂（21）和执行器（25）的自动化运动。6根据权利要求1至5中的任一项所述的系统（26），其中控制器还配置成将由倾度传感器24产生的单个信号存储为所需倾度信号，所述倾度传感器测量执行器相对于地面参照物的倾度。7一种装载机（10），所述装载机包括根据权利要求1至6中的任一项所述的系统（26）。8根据权利要求7所述的装载机（10），其中传感器（43）是向控制器提供二进制信号的转换器。9根据权利要求8所述的装载机（10），其中转换器是接近传感器。10一种由控制器执行的方法，所述方法用于装载机（10）的起落臂（21）和执行器（25）从远程位置至基本位置的自动化运动，所述基本位置邻近起落臂（21。
7、）的行程下限，所述方法包括由权利要求1至9中的任一项所述的系统（26）执行的步骤。权利要求书CN103261533A1/6页3起落臂和执行器控制系统技术领域0001本发明总体上涉及用于控制起落臂和执行器的系统，并且更特别地，涉及用于使起落臂和执行器自动回位至所需位置的系统。背景技术0002带有各种执行器的机器经常用在材料处理和建筑行业。典型地，这些机器包括一个或多个起落臂以便移动执行器从而执行所需的任务。机器经常被用于某些类型的重复运动，例如提举一定载荷的材料并将其运输至另一地点。机器可随后回位至原始地点，而执行器降低至起始位置，从而开始另一个材料移动周期。为实现最大产量，操作员经常同时操纵机。
8、器和调整执行器的位置。若执行器能够回位至预选定的位置而无需操作员的注意，则过程可被显著简化。0003授予BERGER等人的美国专利第7,140,830号披露了用于滑移装载机的电子控制系统。更特别地，BERGER等人的系统提供了综合的多种模式、特征、以及选项以便控制执行器位置，包括自动的“回位以待挖掘”模式，在所述模式下控制器运行以将执行器和悬臂组件移至相对于滑移装载机固定的、被记住的方向和位置。然而，BERGER等人的系统极大地依赖于多个位置传感器来告知和控制执行器位置，这增加了系统的成本和复杂度。0004前文的背景论述仅仅意在帮助读者。它并不意在限制本文描述的发明，也不是意在限制或扩展所论述。
9、的先有技术。因此前文的论述不应被认为是表明先有系统的任何特定元素不适用于本文所述的发明，也并不意在表明任何元素（包括解决诱发本发明问题）对实现本文所述发明是必不可少的。本文所描述发明的实现和应用由所附的权利要求限定。发明内容0005一方面，本文提供了用于装载机的系统。该系统运行以存储表明执行器所需倾度的信号。当接收到表明操作员接口被致动的信号时，控制器向系统发送执行器指令信号以将执行器移至所存储的倾度。控制器可进一步向系统发送起落臂指令信号以将起落臂移向起落臂的行程下限。在控制器接收到一信号之后（所述信号表明起落臂上的传感器被触发，所述触发是基于传感器接近了装载机上靠近起落臂行程下限的传感器触。
10、发器），控制器终止起落臂指令信号并且起落臂的运动可被终止。若需要的话，控制器可向系统发送第二起落臂指令信号以进一步移动起落臂。附图说明0006图1是根据本发明的装载机的正视图；0007图2是系统的示意图，所述系统用于图1所示装载机；0008图3的流程图示出用于控制起落臂和执行器自动化运动至预定位置的过程；以及0009图4的流程图示出用于控制执行器自动化运动至预定倾角的过程。说明书CN103261533A2/6页4具体实施方式0010图1示出范例性装载机10，所述装载机具有罩装操作员座位12的驾驶室11、操作员接口13、控制面板14、以及控制器15。装载机10还包括发动机系统20、一个或多个起落。
11、臂21、起落臂致动系统46、安装在起落臂21上的联接器22、联接器致动系统23、以及安装在联接器22上的角度传感器24。执行器25附接至联接器22。操作员接口13、控制面板14、发动机系统20、起落臂致动系统46、联接器致动系统23、以及角度传感器24每一个都配置成与控制器15通讯。装载机10拥有足够的电气和电子连通性（未示出）以使得实现这种通讯。尽管所示装载机10是滑移装载机，但装载机可以是任何其它类型的装载机。0011控制器15可以是单个微处理器或多个微处理器，并还可视需要包括其它微芯片和用于随机存取存储器的部件、存储、以及其它功能以使得实现本文所述的功能性。起落臂致动系统46是连接控制器。
12、15和起落臂21的电动液压致动系统并且控制起落臂21的运动。联接器致动系统23是连接控制器15和联接器22的电动液压致动系统并且控制联接器22的运动，且由此也控制执行器25的运动。所披露的实施例的角度传感器24可以是倾角计，所述倾角计提供联接器相对于地面参照系的角度。还可采用其它类型的用于测量执行器25倾度的角度传感器。尽管所示执行器25是铲斗，但执行器可以是任何其它类型的附接至联接器22的执行器。0012参考图2，它示出了装载机10的系统26，所述系统用于控制起落臂21的运动和执行器25的角度。系统26包括开环子系统27，闭环子系统30、界限子系统31、以及“回位以待挖掘”子系统47。开环子。
13、系统27包括操作员接口13、控制器15、发动机系统20、以及联接器致动系统23。特别地，在开环子系统27中，控制器15配置成接收表明发动机系统20中的发动机的速度的信号32以及表明操作员接口13被致动的信号33。操作员接口致动信号33表明来自操作员对起落臂21以一定速度运动的指令，所述速度与操作员接口致动的程度相关。例如，操作员接口13可以是操纵杆而指令的起落臂运动速度可直接随操纵杆位移而变化。控制器15至少基于发动机速度信号32和操作员接口致动信号33计算第一角度校正信号，在本文中也被称为开环校正信号34。控制器15随后向联接器致动系统23发送开环校正信号34以移动联接器22，这也导致附接至。
14、联接器22的执行器25运动。0013控制器15通过将初始校正计算值乘以发动机速度系数来计算开环校正信号34。初始校正计算值与受指令的起落臂运动速度相关，而发动机速度系数与发动机速度相关，所述发动机速度由发动机速度信号32表明。这些相关性可在编程至控制器15中的图像、查找表、或类似的数据结构中指定。特别地，当接收到操作员接口致动信号33并从操作员接口致动信号33辨别出受指令的起落臂的运动速度时，控制器15访问将起落臂运动速度与初始校正计算值相关联的第一图像35，并利用第一图像35来确定与起落臂运动速度相关的初始校正计算值，所述起落臂运动速度由操作员接口致动信号33表明。此外，当接收到操作员接口致。
15、动信号33时，控制器15确定由发动机速度信号32所表明的发动机速度，访问将发动机速度与发动机速度系数相关联的第二图像40，并利用第二图像40来确定与发动机速度相关的发动机速度系数，所述发动机速度由发动机速度信号32表明。随后，如前文所述，控制器15将初始校正计算值乘以发动机速度系数以得出待发送给联接器致动系统23的开环校正信号34。0014闭环子系统30包括操作员接口13、控制器15、联接器致动系统23、以及角度传感说明书CN103261533A3/6页5器24。特别地，在闭环子系统30中，控制器15从安装在联接器22上的角度传感器24接收到联接器角度信号41并至少根据联接器角度信号41计算第。
16、二角度校正信号，在本文中也被称为闭环校正信号42。更特别地，当由控制器15接收到的操作员接口致动信号33包括指令来启动起落臂运动或将起落臂运动方向从向上改为向下或相反时，控制器15将由联接器角度信号41所最近表明的联接器角度存储为目标角度。控制器15随后监测联接器角度信号41与目标角度的偏差。随后控制器15计算所存储的目标角度和由联接器角度信号41持续表明的实际角度之间的差值，并基于所计算的角度之间的差值，发送闭环校正信号42至联接器致动系统23，从而使联接器22被移至由联接器角度信号41所表明的实际角度要匹配目标角度所需的程度。0015界限子系统31包括操作员接口13、控制器15、联接器致动。
17、系统23、诸如界限传感器43（图1）的传感器、以及上部和下部传感器触发器44、45。传感器可以是任何类型的存在传感器或接近传感器，而传感器触发器44、45可以是金属条或构造成触发界限传感器43的任何其它元件。若需要的话，传感器可以是机械转换器，所述机械转换器在其移动通过触发器结构时被触发。界限传感器43安装在装载机10的起落臂21上，而传感器触发器44、45安装在装载机10上，从而使得当起落臂分别接近其行程上限和下限时，界限传感器43探测到传感器触发器44、45的存在。0016在一个实施例中，传感器触发器44、45可定位在到达起落臂21行程的物理上限和下限之前约1012英寸。更特别地，参考图1。
18、，起落臂21示为处于其行程下限的位置。如图所示，当起落臂21定位于其行程下限时，界限传感器43并不与下部传感器触发器45对齐，而是定位于下部传感器触发器的略下方或过去一点。这种构型允许起落臂21的端部在界限传感器43经过下部传感器触发器45之后继续行进约1012英寸。类似地，起落臂21可在界限传感器43经过上部传感器触发器之后继续向上或经过上部传感器触发器44行进约1012英寸。经过传感器触发器行进的精确量可根据需要通过适当地配置控制器15来调整。0017当界限传感器43探测到传感器触发器44、45之一的存在时，界限传感器43向控制器15发送二进制信号或界限信号50。控制器15配置成接收界限信。
19、号50，并在接收到界限信号时停止向联接器致动系统23发送开环和闭环校正信号34、42。由系统26带动的联接器22的自动运动因此停止在起落臂21的行程界限附近，从而有助于防止对联接器22的角度的过度校正以及对执行器25的角度的过度校正。0018控制器15还配置成至少基于界限信号50计算起落臂21的位置。控制器15通过参考操作员接口致动信号33来计算起落臂21的位置以确定操作员接口致动信号33最近一次命令起落臂21在哪个方向移动。当控制器15接收到界限信号50时，若操作员接口致动信号33表明起落臂21最近一次被命令向上移动，则控制器15推断界限传感器43已感知到上部传感器触发器44的存在并且起落臂。
20、21已到达接近起落臂行程上限的位置。类似地，若操作员接口致动信号表明起落臂21最近一次被命令向下移动，则控制器15推断界限传感器43已感知到下部传感器触发器45的存在并且起落臂21已到达接近起落臂行程下限的位置。0019“回位以待挖掘”子系统47包括操作员接口13、控制器15、联接器致动系统23、角度传感器24、界限传感器43和起落臂致动系统46。系统26利用“回位以待挖掘”模式，在说明书CN103261533A4/6页6该模式下控制器15运行以将起落臂21回位至邻近其起落臂21行程下限的起始或基本位置，并将执行器25回位至存储的或记忆的方向。在一个范例中，操作员可用起落臂21和执行器25执行。
21、某些类型的重复性的工作操作，例如用铲斗掘取材料。操作员可将起落臂21和执行器25移至运输位置，同时将装载机10移至另一地点，在所述地点将材料从执行器卸载（例如从铲斗倾倒）。当操作员使装载机10回位至原始地点以再次开始工作周期时，操作员可能需要同时并自动地将起落臂21和工作执行器25移至基本位置以使产量最大化。该基本位置通常被称为“回位以待挖掘”位置，即使它并不一定是用于挖掘的位置或方向。在基本或“回位以待挖掘”位置，起落臂21定位成接近其行程的下限，而执行器25定位于由操作员指定的方向。相应地，基本位置包括两个要素一个要素指定起落臂21的位置，而一个要素指定执行器25的方向。起落臂21相对于行。
22、程下限的所需位置可由控制器15内的配置设定，而执行器的所需方向可由操作员设定。0020图3的流程图60示出“回位以待挖掘”过程。在执行器25定位于所需的角方向后，操作员致动操作员接口13的部件（例如转换器）从而在阶段61生成目标信号，所述目标信号表明执行器在基本位置的所需倾度。控制器15随后在阶段62存储目标倾度信号。0021一旦目标倾度信号被存储在控制器15内，所述目标倾度信号表明联接器22的所需倾度，并由此表明执行器25的所需倾度，则操作员可根据需要移动起落臂21、执行器25和装载机10以执行操作员的所需任务。操作员可在任何时间通过这样将起落臂21和执行器25回位至基本位置基于对操作员接口。
23、13的致动（例如通过在阶段63按下“回位以待挖掘”转换器）向控制器15发送“回位以待挖掘”的操作员接口致动信号48。当接收到这种“回位以待挖掘”的操作员接口致动信号48时，控制器15通过监测联接器角度信号41与目标倾度信号的偏差而在阶段64开始控制执行器25的角度。控制器15随后计算所存储的目标倾角和由联接器角度信号41持续表明的实际角度之间的差值，并基于所计算的角度之间的差值，向联接器致动系统23发送执行器指令信号49，从而使联接器22移至由联接器角度信号41表明的实际角度要匹配目标倾度信号所需的程度。0022此外，在阶段65，控制器15向起落臂致动系统46发送第一起落臂指令信号51从而将起。
24、落臂21向下移动。由于装载机10仅包括在起落臂21上的界限传感器43和在装载机10上的传感器触发器44和45，因此控制器15通常并不知晓起落臂21相对于装载机10的精确位置。换句话说，控制器15能够确定起落臂21何时接近上部传感器触发器44或在其之上，但当起落臂21定位成使得界限传感器43在上部传感器触发器44和下部传感器触发器45之间时，由于装载机10的简化的传感系统，控制器15不能确定起落臂21与下部传感器触发器45或行程下限的精确距离。相应地，控制器15向起落臂致动系统46提供第一起落臂指令信号51从而以预定的速率将起落臂21向下推进或移动直至起落臂21上的界限传感器43到达下部传感器触。
25、发器45处。0023在阶段66，使界限传感器43接近或临近传感器触发器45触发了界限传感器43，使其状态从关变为开或从开变为关，这取决于所用界限转换器的类型，而这种状态的改变在阶段66由控制器15监测。基于界限传感器43的状态改变，控制器15认为起落臂21定位成使界限传感器43接近下部传感器触发器45。控制器15随后在阶段67终止第一起落臂指令信号51以终止起落臂21的向下运动。若需要的话，控制器15可在阶段68向起落臂致动系统46发送第二起落臂指令信号52以继续起落臂从一个位置至另一位置的向下运说明书CN103261533A5/6页7动，在所述一个位置中界限传感器43与下部传感器触发器45大。
26、致对齐，所述另一位置更接近起落臂的行程下限。这种由第二起落臂指令信号52引导的额外的向下运动可比由第一起落臂指令信号51引导的向下运动慢。换句话说，控制器15可配置成使得一旦界限传感器43到达下部传感器触发器45处，则控制器15或者停止起落臂21，或者向起落臂致动系统46提供第二起落臂指令信号52以将起落臂21进一步向下移向其行程下限。如果需要的话，可将控制器15配置成使得第二起落臂指令信号向上移动起落臂21远离行程下限。0024在一个实施例中，由于装载机10不包括用来确定起落臂21何时到达其行程下限的传感器，因此控制器15配置成估计起落臂21到达其行程下限所需的向下移动的速度和持续时间并基于。
27、该估计生成第二起落臂指令信号52。控制器随后在阶段68向起落臂致动系统46发送第二起落臂指令信号52。若需要的话，控制器15可配置成通过改变第二起落臂指令信号的计算而使得第二起落臂指令信号将起落臂21定位于不接近行程下限的位置。0025参考图4，流程图70示出控制器15控制执行器25的倾角所用的过程。由于起落臂21在“回位以待挖掘”过程期间向下旋转，而所示实施例中的倾角由倾角计测量，所述倾角计测量联接器22相对于地面参照系的角度，因此执行器25相对于地面参照系的角度将随着起落臂21移动而持续改变。相应地，控制器15配置成监测来自角度传感器24的联接器角度信号41并与联接器致动系统23互动，从而。
28、当起落臂21到达其行程下限时将执行器25定位在所需倾度。更特别地，一旦操作员在图3的阶段63向触发器15发送“回位以待挖掘”的操作员接口致动信号48，则控制器15在阶段71（图4）接收来自角度传感器24的数据并在阶段72利用角度传感器数据确定执行器25的当前倾度。在阶段73，将当前倾度与存储的目标倾度进行对比。如果当前倾度不等于所需的目标倾度，则控制器15产生执行器指令信号49从而移动联接器22以及因此移动执行器25朝向目标倾度信号。执行器指令信号49可以基于存储在控制器15中的数据图像，该数据图像可以是当前倾角与存储的目标倾角之间的差值的函数。一旦产生了执行器指令信号49，控制器15在阶段7。
29、5中将该执行器指令信号发送至联接器致动系统23，从而在希望的方向上移动联接器22和执行器25。在阶段75中发送了执行器指令信号49之后，控制器15继续在阶段71中接收角度传感器数据从而恰当地定位联接器22和执行器25。0026在阶段73中，若由控制器15在阶段72确定的当前倾度等于所需的目标倾度，则控制器15在阶段76确定起落臂21是否已到达其基本位置。一旦起落臂21已到达其基本位置，它将不再旋转或向下移动并因此不再影响执行器25的倾度。这样，若起落臂21和执行器25处于其基本位置，则可终止起落臂和执行器的自动化控制。若起落臂21未到达其基本位置，则起落臂21的进一步运动将改变执行器25的倾角。
30、并且因此在阶段71继续对联接器22和执行器25的倾角的自动化调整直至当前倾角等于所需的目标倾角且起落臂21到达其基本位置。“回位以待挖掘”过程开始之后，操作员可通过操作操作员接口13或另一操作员控制器以预定的方式取消该过程。0027如果需要的话，系统26可用于提供这样的功能性自动将执行器25回位至所需的目标倾角而不用将起落臂21也移至其基本位置。在这种操作中，操作员以类似于图3的阶段61的方式生成表明执行器的所需倾角的目标信号，但并不将执行器移至基本位置。例如，操作员可将执行器移至所需倾度并以预定的方式移动操作员接口。操作员接口的运动可导致目标倾度信号以类似于阶段62的方式被存储在控制器15中。
31、。一旦操作员以类似于说明书CN103261533A6/6页8阶段63的方式提供正确的操作员接口致动信号，系统26就以类似于图4的流程图70中所阐明的方式运行，除了省略在阶段76对臂21的位置的监测。0028工业适用性0029从前文的论述可很容易理解本文所述系统的工业适用性。本发明适用于许多机器和许多由机器完成的任务。系统所适用的一种范例性机器是轮式装载机。但是，系统可适用于任何类型的装载机和任何类型的机器，所述机器可受益于起落臂和相关联的执行器至预选定位置（例如“回位以待挖掘”位置）的自动化运动。0030本发明的系统运行以存储表明执行器的所需倾度的信号。在操作装载机的过程期间，操作员可能希望将。
32、起落臂和执行器移至基本位置，所述基本位置限定为起落臂定位成接近其行程下限而执行器定位成处于其所存储的倾度。当操作员致动指定的操作员接口时，系统的控制器生成并发送执行器指令信号至电动液压系统以将执行器移至所存储的倾度。控制器进一步生成和发送起落臂指令信号至电动液压系统以将起落臂移向起落臂的行程下限。在控制器接收到一信号之后，所述信号表明起落臂上的传感器邻近在装载机上接近起落臂行程下限的传感器触发器，则控制器终止起落臂指令信号，而起落臂的运动可被终止。若需要的话，控制器可发送第二起落臂指令信号至电动液压系统以进一步移动起落臂。0031此外，系统可用类似的方法运行但不将起落臂移至接近其行程下限的位置。
33、。当在第一倾角下加载执行器并在第二方向卸载而不移动起落臂21时，这种功能会是需要的。0032应理解前文的描述提供了本发明系统和技术的范例。但是，应考虑到本发明的其它实施例可在细节上不同于前文的范例。所有对本发明或其范例的参考都意在对特定的范例在该点上的论述进行参考，而并不意在更一般地对本发明的范围带有任何限制。所有对某些特征进行区分和贬抑的语言意在表明对这些特征缺乏偏好，但并不是要将这种特征从本发明的范围完全排除，除非另有说明。0033本文中对取值范围的叙述仅仅是为了起到这样的功能对单独指代每一落入范围的个别值的简化方法，除非在文中另有说明，而每一个个别的值都被纳入到本说明书中，就如同它在文中被单独引用一样。本文所述的所有方法可用任何合适的顺序来执行，除非本文另有说明或除非在内容上明显有矛盾。0034相应地，本发明如适用法律所允许的那样包括本文所附权利要求中所述主旨的所有改型和等价物。此外，在其所有可能的变型种，上述元素的任何组合都包含在本发明中，除非本文另有说明或除非在内容上明显有矛盾。说明书CN103261533A1/4页9图1说明书附图CN103261533A2/4页10图2说明书附图CN103261533A103/4页11图3说明书附图CN103261533A114/4页12图4说明书附图CN103261533A12。