CN101041331A - 具有改进的牵引控制的流体传动装置 - Google Patents

Abstract

一种用于有多个液压驱动的车轮的车辆的电子牵引控制系统包括多个数字式液压容积泵、多个有各自的背压阀和用于驱动各车轮的各液压马达的驱动组件、以及配用于每个驱动组件的各电子流量控制阀。此外，这种系统还有电子地连接于数字式传感器和比例传感器的转向机构，这些传感器发送信号给控制各数字式液压容积泵的功能的系统控制器。

Description

具有改进的牵引控制的流体传动装置

技术领域

本发明涉及有多个车轮且每个车轮由各自的液压马达单独驱动的车辆领域。更具体地说，本发明是一种用于这样的车辆的低成本的电子牵引控制系统。

背景技术

对于道路和非道路车辆或机器，两轮、三轮、以及四轮液压驱动布置是已知的。多车轮液压驱动布置中普遍存在的两个问题是：1)车轮打滑(超转速)，以及2)车轮滞转(欠转速)。当一个车轮的液压马达以比其它车轮的液压马达或当时的牵引状态高得多的转速驱动它的车轮时，就会出现车轮打滑或超转速现象。于是，这个车轮倾向于自转，而变成对车辆牵引和转向不起作用。而且，自转的车轮可能消耗来自液压泵的全部可用工作流量，从而使其它液压马达得不到足够的工作流量，甚至使车辆停止。当车轮以突然的方式停止或减慢时，就会出现车轮滞转或欠转速现象。车轮的突然减速可能导致草地损坏、车上人员向前冲撞、车辆转向失控、以及轮胎的过度磨损。

解决这些问题的一种传统的办法是设置有液压组合器/分配器(C/D)阀门的回路。C/D阀门的成本相对较低，但是，这种阀门用在这种回路中会限制性能。C/D阀门依靠跨越供液口和工作口的压力差而工作。当机器最需要正向牵引时，来自驱动泵的流量往往相当低。所以，跨越C/D阀门的压力降往往不足以使这种阀门的工作阀芯正确地动作。没有操作者的进一步干预，一个打滑的车轮可能消耗全部可用的工作流量，乃至使机器停止。通常操作者必须命令液压泵给出对应于更高的行驶速度的更大流量，来达到一个能够产生必要的压力降的流量阈值，以使C/D阀门能执行其预期的强制地把流量分配给各个工作马达的功能。在建筑工地、人群、普通设备附近工作时，操作者命令驱动泵增加工作流量来达到牵引控制功能，不仅是不希望进行的，而且是不安全的。常规的C/D阀门还会由于有压力降而给液压回路里生产大量的热。这种压力降正比于系统的流量并且在机器处于高速行驶状态而不是在转弯或低速非道路运行时达到最大。在机器以较高的速度行驶时通常不需要进行牵引控制。这样，不管车辆牵引控制的实际需要如何，由C/D阀门产生的热量总是被不断地添加到液压系统中。然而，热是液压传动装置的天敌。因此，需要有一种不复杂的、低成本的电子牵引控制系统来提供改进的性能。

解决上述问题的另一个办法是采用可变液压容积泵并把它在一个闭式回路里连接于多个两口、两位、双向、常开的比例流量控制阀，这些阀门控制着供给到分别使各驱动车轮转动的各液压马达的流量。尽管这种办法比上述方法更有改进，但是这种办法仍存在问题。特别是，为了精确地控制可变液压容积泵，需要把各个马达转速传感器连接于把每个马达连接至每个驱动车轮的输出轴，以测定输出轴的转速。然后，各个传感器发出电子信号给一个控制可变液压容积泵的电子控制器。在每个驱动车轮的每个输出轴上采用多个速度传感器是昂贵的。还有，这种传动装置必须有能够引起压力降的闭式回路，但闭式回路的效率低是众所周知的。

所以，本发明的一个主要目的是提供一种用于四轮驱动车辆的改进的电子牵引控制系统。本发明的另一个目的是提供一种耐久的、生产成本低的、使用可靠的电子控制系统。

本发明的这些和其它目的将在附图、说明和后附的权利要求书中显现出来。

发明内容

一种用于有多个液压驱动的轮子的车辆的电子牵引控制系统。这种系统包括转向机构、系统控制器、多个数字式液压容积泵、多个有各自的背压阀和用于驱动各自轮子的马达的驱动组件、以及配用于每个驱动组件和转向机构的电子流量控制阀。系统控制器接收来自转向机构的信号而命令各数字式液压容积泵提供流体通过各电子流量控制阀给每个驱动组件，而使车辆的各轮子根据电子信号来转动。

附图说明

附图表示出液压系统原理图，其描绘出用于四轮驱动车辆的防打滑组件及其在液压传动回路里的布置。

具体实施方式

图1表示出一个作为开式回路的液压传动回路10，其包括多个数字式容积泵12、14、16、18、20，它们提供流体排量的各个不连续的单元。数字式容积泵是一种正排量流体工作机器，用这种机器，可通过发送脉冲给电子控制的数字式流体阀门而不是机械换向器装置来达到流体换向，使对应于一个全工作行程或部分工作行程的各个不连续的工作流量体积单元由发送给各数字式阀门的正确的脉冲序列来产生或吸收。

各个数字式容积泵12、14、16、18、20由输入轴22驱动，而后者由原动机24驱动。有各自的负荷控制阀门诸如背压阀34、36、38和40的多个液压驱动组件26、28、30和32分别连接于马达42、44、46和48，而各马达的输出轴50、52、54和56分别可驱动地连接于驱动车轮58、60、62和64。背压阀34、36、38和40的作用是为车轮58、60、62和64产生两个转动方向上的驱动扭矩和制动扭矩。分别连接于数字式容积泵14、12、18、20的各比例流量控制阀或称转换阀66、68、70、72分别流体地连接于驱动组件26、28、30、32。每个转换阀66、68、70、72是用于改变各自对应的马达42、44、46、48的转动方向。

各个数字式容积泵12、14、16、18、20还流体地连接于一个比例流量控制阀或称转换阀74，而后者把转向机构76流体地连接于数字式容积泵16。转向机构76有各背压阀78和电子地连接于数字式传感器82的作动筒80，后者可决定转向机构的转向角度和转向动作。在设置有数字式传感器82时，一个数字式容积泵可通过直接排量控制来控制转向作动筒并且只需要在中位附近设置一个数字式传感器82。转向角度可从已经排出的累积体积和来自数字式传感器82的信号的组合推导出来，每当转向角度通过中性点时这个传感器重新校准这一估计值。

作为选项，在另一个实施例中，用一个比例传感器84取代数字式传感器82来决定转向机构76的角度和动作。在这一实施例中，设置了一个常规的转向系统并且它要求转向角度的模拟量反馈。

数字式传感器82和比例传感器84都是电子地且可工作地连接于系统控制器86，使数字式传感器82和比例传感器84能发送输入信号给系统控制器86。系统控制器86也接收来自操作者88的输入信号并且可工作地连接于各数字式液压容积泵12、14、16、18、20。

系统控制器86发送诸如脉冲序列之类的信号给各数字式容积泵12、14、16、18、20里的各换向阀，使之产生流量脉冲序列，流量脉冲序列的时间平均值对应于根据传感器和操作者的输入供给到每个驱动组件26、28、30、32用于车轮58、60、62、64的不打滑转动的正确液压流量。特别是，系统控制器根据转向角度和车辆的几何参数计算每个车轮的最佳速度并发送信号给每个泵装置命令其流量与所希望的车辆道路速度成比例。优选的是，通过系统控制器将泵从流量需求方式转换到压力需求方式，限制给每个马达供应流体的每个供液管路里的压力，这种压力需求方式可降低泵的流量，而使得不会超过一个压力限制值。

作为一个例子，在一个替换实施例中，系统控制器86可命令各泵12、14、18、20根据每个马达42、44、46、48的流量限制值产生跨越每个马达42、44、46、48的压力。在这一实施例中，流量限制值是根据车辆的平均速度、车辆的转向角度和车辆的转向几何参数来计算。

采用各数字式容积泵12、14、16、18、20有几个优点。各泵12、14、16、18、20补偿压力和/或轴转速变动而精确地产生命令所要求的流量。这样，由于各泵12、14、16、18、20能够精确地给出命令所要求的流量或称累积的体积排量，所以不需要车轮速度传感器。此外，系统控制器86补偿马达的漏泄特性而使马达的实际速度精确地等于所希望的速度。特别是，这一控制器通过把已知的马达漏泄特性作为压力、转速和温度的函数，并通过增加对每个泵的流量需求，来补偿每个马达内的漏泄，这种控制通过让各泵按照数字式排量原理工作来达到非常精确的流量控制而方便地实现。可以这样电子地调整发动机的转速，就是使对任一泵装置要求的最高流量等于或小于那个泵装置能够产生的最大流量。

在转向机构76流体地连接于数字式容积泵16时，不必为了正确地命令各数字式容积泵12、14、16、18、20而把转向角度发送给系统控制器86。而是反过来，可从各泵12、14、16、18、20给出的流量的时间积分来推导出转向角度，所述泵的流量是等同于分别对各个泵12、14、16、18、20要求的流量。但是，在这一实施例中，是用二进制数字式传感器来重新校准转向机构76在动作过程中的导出位置。

或者，不把转向机构76流体地连接于数字式容积泵16，而是只把各驱动组件26、28、30、32连接于各数字式容积泵12、14、18、20。在这一实施例中，比例传感器84的输入和操作者的其它输入是用于正确地操控车辆的行驶和转向。

在液压传动回路10处于运行中时，系统控制器86把来自传感器82或84的信号和来自操作者88的信号进行比较而使各个数字式容积泵12、14、16、18、20按照所需要的应用给出排量。每个泵12、14、16、18和20根据系统控制器86发来的信号把可变的流体量送到每个相关的比例控制阀66、68、70、27、74。然后，各比例控制阀66、68、70、27、74与各驱动组件26、28、30、32和转向机构76一起工作，以确保每个马达42、44、46、48以及转向机构76里得到正确的流体流量，以使各车轮58、60、62、64转动而又没有打滑或无效现象。

由于采用各数字式容积泵12、14、16、18、20，来自各数字式液压容积泵12、14、16、18、20的流体流量是以不连续的流体排量单元给各马达42、44、46、48提供极其精确的流体供应。这可避免用昂贵的速度传感器设置在各个马达输出轴50、52、54、56上来进行正确的牵引控制。这也允许即使在全转向角度时车辆也能在锁住差动装置的情况下使用全部牵引力，而不会打滑。各数字式液压容积泵12、14、16、18、20还附加地允许回路10是一个开式回路，这样可消除闭式液压回路中存在的压力降和无效现象。由此可见，上述本发明的各目的至少都已达到了。

熟悉本技术领域的人应能领会到，在本发明的精神和范围内，可以对本发明的这种装置做出各种改变和变型。因此认为，所有这样的变型和改变都属于权利要求书的范围之内。

Claims (10)

1.一种液压传动装置，包括：

转向机构；

系统控制器，可工作地连接于所述转向机构；

至少一个数字式液压容积泵，可工作地连接于所述系统控制器；

驱动组件，流体地连接于所述数字式容积泵，所述驱动组件接收来自所述数字式容积泵的流体而使轮子转动。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述转向机构流体地连接于所述数字式容积泵。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述数字式容积泵在具有流体储存器的开式回路里。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括流体地连接于所述数字式容积泵的双向阀门。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括多个数字式容积泵，每个泵都流体地连接于独立的驱动组件。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述驱动组件包括至少一个背压阀，其流体地连接于马达，使所述马达产生控制所述轮子的转动的驱动扭矩和制动扭矩。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述转向机构联有传感器，用以检测转向角度。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述传感器电子地连接于系统控制器，该系统控制器发出信号给所述数字式容积泵而使所述轮子转动。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述信号是发给所述数字式容积泵里的换向阀以产生流量脉冲序列的脉冲序列，所述流量脉冲序列的时间平均值对应于供给到驱动组件正确流量，从而根据所述传感器和操作者输入使所述轮子转动。

10.一种开式液压回路，包括：

多个数字式液压容积泵，沿着输出轴布置；

原动机，可工作地连接于所述输出轴；以及

多个驱动组件，流体地连接于所述数字式容积泵，所述驱动组件接收来自所述各数字式容积泵的流体而使多个轮子转动。

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