CN101317028A - 用于控制动力输出的系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于控制动力输出的系统(10)。该系统包括液力致动器(16)和加压流体源，所述液力致动器构造成输出第一扭矩，所述加压流体源构造成向该液力致动器供应加压流体流。该系统还包括一控制器(104)，该控制器构造成根据第一扭矩、预定扭矩和由与所述液力致动器可操作地连接的负载(50)引起的第一扭矩的变化来控制该加压流体流。

Description

用于控制动力输出的系统

技术领域

本发明涉及用于控制动力输出的系统，具体地说，本发明涉及用于控制扭矩和/或速度输出的方法和设备。

背景技术

作业机械例如推土机、装载机、挖掘机、机动平地机、自卸货车和其它类型的机械通常包括动力传动系统，以便将由动力源产生的动力例如扭矩和转速传递给一个或多个连接的负载，例如作业机械的一个或多个组件。这种动力传动系统通常包括定比传动装置以便操作一连接的负载，所述定比传动装置可操作地与动力源连接并构造成将动力转换为一个或多个希望的动力比，例如一个或多个希望的扭矩和速度比。定比传动装置通常包括一个或多个不连续的齿轮速比，通过该齿轮速比，由动力源产生的动力被转换为以步进的方式驱动负载，当负载变化时，需要手动或自动地控制换档机构来选择不同的齿轮速比。这种传动系统的缺陷是不能以不连续的齿轮速比之外的其它比率输出扭矩和/或速度。

一种改进的动力传动系统可以包括两个可操作地与单一的动力源连接的传动装置。这两个传动装置中的一个通常为定比传动装置，另一个通常为与所述定比传动装置并行的变比传动装置。可以调节变比传动装置的动力输出以便选择性地补足固定齿轮传动装置的不连续的动力比，从而提供连续可变的扭矩和速度比率输出。这种动力传动系统通常称为“无级”传动装置。无级传动装置通常包括液力-机械传动装置，该液力机械传动装置包括可驱动地与液力马达连接的变量输出泵，所述液力马达可操作地与定比传动装置连接。这样，泵输出的变化影响来自液力马达的动力输出的变化，该液力马达与定比传动装置的不连续动力比结合以便提供连续可变的扭矩和速度比输出。

授予Mizuno等人的美国专利No.4261229(“’229专利”)公开了一种速比控制系统，该系统包括可操作地与液力-机械传动装置连接的发动机，所述液力-机械传动装置具有泵、马达和多个齿轮速比，该齿轮速比由控制器根据希望的发动机输出和实际的发动机输出来控制。具体地，’229专利的控制器根据通过比较希望的发动机输出和实际的发动机输出而得到的偏差产生一控制信号。该控制信号构造成驱动一致动器，该致动器可操作地改变泵的排量并且继而改变液力-机械传动装置的速比。

虽然’229专利的系统可以提供速比控制，但是该系统不能充分地适应可操作地与液力-机械传动装置连接的变化的负载。由于作业机械可能经历大量的和/或快速的负载变化，例如作业机械在其上行走的地形的变化或作业机具移动通过的土壤的特性的变化，因此’229专利的系统不能基于希望的和实际的发动机输出充分地调节速比。当可操作地连接的负载大小改变时，’229专利的系统也不能充分地保持来自液力-机械传动装置的希望的扭矩和/或速度输出，例如，’229专利的系统不能充分地改变速度输出以便保持希望的扭矩输出并且不能改变扭矩输出以便保持希望的速度输出。此外，’229专利需要复杂的控制系统和设备来影响速比的变化。

发明内容

本发明的目的是解决上述一个或多个问题。

一方面，本发明涉及一种用于控制动力输出的系统。该系统也包括构造成输出第一扭矩的液力致动器和构造成向该液力致动器供应加压流体流的加压流体源。该系统还包括构造成根据第一扭矩、预定扭矩和由与该液力致动器操作性地连接的负载引起的第一扭矩的变化来控制加压流体流的控制器。

另一方面，本发明涉及一种用于控制动力输出的方法。该方法包括向液力致动器供应第一加压流体流以及产生第一扭矩。该第一扭矩根据可操作地与液力致动器连接的负载选择性地变化。该方法还包括根据希望的扭矩和第一扭矩选择性地控制第一加压流体流。

再一方面，本发明涉及一种传动系统。该传动系统包括构造成产生扭矩和速度的动力源。该传动系统还包括可操作地与动力源连接并构造成向负载输出第一动力输出的第一传动装置。该传动系统还包括可操作地与动力源和第一传动装置连接的第二传动装置。该第二传动装置构造成向第一传动装置输出第二动力输出。该传动系统还包括构造成根据希望的第一动力输出和负载来改变第二动力输出的控制器。

附图说明

图1是根据本发明的示例性传动系统的示意图。

具体实施方式

图1示出用于控制动力输出的示例性系统10。系统10可以构造成产生并向负载50输出动力。系统10可以包括动力源12、液力源14、液力致动器16和传动装置18。系统10还可以包括致动器20、阀32和控制系统100，该控制系统100构造成控制液力源14的操作并且由此影响传动装置18的动力输出。具体地，动力源12可操作地与液力源14和传动装置18并行地连接，并且液力源14可以可操作地与液力致动器16和传动装置18串联地连接。这样，动力源12可以可操作地与传动装置18以两条并行的通道连接。传动装置18可以与负载50连接以便向负载50提供动力。可以设想，负载50可以包括希望由传动装置18驱动的任何可变或常量负载，例如作业机械的一个或多个牵引装置、一个或多个作业机具和/或一个或多个构件。还可设想，外部条件的变化可以影响负载50的类型和/或大小。可进一步设想，负载50可以包括多个负载。

动力源12可以包括发动机，例如柴油发动机、汽油发动机、气体燃料驱动式发动机或本领域已知的任何其它发动机。动力源12可以构造成向液力源14、输出传动装置18和/或系统10的附加组件供应动力，例如扭矩和转速。可设想，动力源12可以选择性地包括另外的动力源，例如燃料电池、动力储存装置、电动或液力马达和/或本领域已知的其它动力源。还可设想，动力源12可以通过任何本领域已知的合适的方式-例如齿轮连接、中间轴和/或带-与传动装置18和/或液力源14可操作地连接。

液力源14可以构造成产生可变的加压流体输出并可以包括斜盘泵和/或任何其它类型的变排量泵。液力源14可以通过第一和第二通道15a、15b与液力致动器16流体地连接从而影响液力致动器16的操作。具体地，第一和第二通道15a，15b可以使来自液力源14的加压流体输出流与液力致动器16连通，并可以使来自液力致动器16的加压流体输入流与液力源14连通。这样，液力源14可以建立加压流体流的循环，由此建立第一和第二通道15a和15b之间的压力差。可设想，液力源14可以例如通过改变斜盘的角度而以可变流速向液力致动器16提供加压流体。还可设想，液力源14可以通过第一通道15a或第二通道15b中的任何一个基于例如斜盘的角度来选择性地向液力致动器16供应加压流体流量输出。

液力致动器16可以包括定排量液力马达，并且可以通过第一和第二通道15a，15b与液力源14流体地连接。具体地，液力致动器16可以构造成通过例如多个泵送室、助推器和/或本领域已知的其它合适的装置将压力源14建立起的压力差转化成动力输出。液力致动器16可以与传动装置18可操作地连接以向传动装置18传送动力，从而影响传动装置18的操作。可设想液力致动器16可以以本领域已知的任何合适的方式例如齿轮连接、中间轴和/或带与传动装置18连接。还可设想，液力致动器16可以选择性地包括变排量马达。

传动装置18可以包括任何构造成接受动力输入并向负载50传送动力的常规传动装置，例如具有一个或多个齿轮速比的行星齿轮系统。具体地，传动装置18可以构造成接受来自动力源12的第一动力输入和来自液力致动器16的第二动力输入，将第一和第二动力输入结合并向负载50传送共同的动力输出。可以设想，第一和第二动力输出可以具有不同的扭矩和/或速度。还可设想，第一和第二动力输入可以根据系统10的操作条件变化，这样，传动装置18可以根据变化的第一和第二动力输入向负载50提供变化的输出扭矩和/或转速。可进一步设想，传动装置18和液力致动器16的动力输出可以根据本领域常见的不同且/或变化的负载而改变。

致动器20可以构造成改变来自液力源14的输出流的量。具体地，致动器20可以包括气缸22和将气缸22分隔成第一和第二室26、28的活塞24。活塞24可以响应作用在该活塞24两侧的力的不平衡而相对于气缸22移动，这在本领域是常规的。力的不平衡可以这样引起，即使具有较高压力的加压流体与第一和第二室26，28中的一个连通，并且使具有较低压力的加压流体与第一和第二室26，28中的另一个。活塞24相对于气缸22的移动可以引起致动器20的延伸或回缩，该致动器可以影响液力源14的流量输出。例如，活塞24可以与液力源14的斜盘可操作地连接，并且活塞24的移动可以改变斜盘的角度以便由此改变液力源14的输出流量。可以设想，气缸20可以与相对于液力源14较固定的元件可操作地连接。或者，还可设想，气缸20可以与液力源14可操作地连接，并且活塞24可以与相对于液力源14较固定的元件可操作地连接。

致动器20还可以包括第一和第二弹簧30a、30b，各弹簧构造成沿相对的方向相对于气缸22偏置活塞24。具体地，第一和第二弹簧30a、30b可以构造成朝向中位，例如朝向其中液力源14不会产生加压流体流的位置，偏置弹簧24。如果希望，可以设想省略弹簧30a和30b中的一个或者全部两个。

阀32可以构造成选择性地向第一和第二室26、28供应加压流体从而影响活塞24相对于气缸22的移动。具体地，阀32可以构造成选择性地使高压源34和第一和第二室26、28中的一个流体连通，并且选择性地使低压源16和第一第二室26，28中的另一个流体连通。这样，阀32可以建立活塞24两侧的压力差。阀32可以包括比例弹簧偏压式阀机构，该阀机构可以被电磁制动并构造成在几个位置之间移动以选择性地影响活塞24的比例移动。例如，阀32可以包括第一位置，在该位置，加压流体基本上被阻止向致动器20流动或从致动器20流出。阀32可以成比例地朝向第二位置移动(表示为图1中最左边的阀位置)，从而允许来自高压源34的加压流体朝向第一室26逐渐增加地流动，并且允许来自第二室28的加压流体朝向低压源36逐渐增加地流动。阀32还可以朝向第三位置(在图1中示出为最右边的阀位置)移动，从而允许来自高压源34的加压流体朝向第二室28逐渐增加地流动，并且允许来自第一室26的加压流体朝向低压源36逐渐增加地流动。可以设想，阀32可以以合适的比例，例如线性的和/或非线性的，来改变流向和/或来自第一和第二室26，28的加压流体流。

高压源34可以包括任何加压流体源，例如泵或蓄能器。低压源36可以包括任何加压流体源，例如油箱或贮液器。可以设想，高压源34可以包括处在任何高于低压源36中的加压流体压力的压力下的加压流体。还可设想，加压流体可以是本领域已知的任何工作流体，例如润滑流体、变速器流体、专用流体和/或共用流体。

控制系统100可构造成影响液力致动器16的动力输出。具体地，控制系统100可包括操作者界面装置102、控制器104和传感器106、108和110。操作者界面装置102可以包括任何构造成从操作者向控制器104输入动力的已知装置，例如，踏板、操纵杆和/或杠杆。例如，操作者界面装置102可包括构造成传递表征希望向负载50输送的动力输出的信号的节流控制器。传感器106，108可以包括构造成向控制器104输送表征加压流体压力的信号的任何传感器，例如，压力变换器。具体地，每个传感器106、108都可构造成传递表征第一和第二通道15a和15b中加压流体的压力的信号。传感器110可以包括构造成传递表征液力致动器16的动力输出的信号的任何已知传感器。可以设想，传感器110可包括两个传感器，一个构造成传递表征动力输出的转速的信号-例如霍尔效应传感器，另一个构造成传递表征动力输出的扭矩的信号-例如旋转或反作用扭矩传感器。

控制器104可包括一个或多个微处理器、存储器、数据存储装置、通讯集线器和/或其它本领域已知的组件。可以设想，控制器104可进一步构造成接收表征系统10和/或其它组件例如温度传感器、位置传感器的各种操作参数和/或本领域已知的任何其它参数的额外输入(未示出)。还可设想，可利用表征系统10和/或与系统10有关的参数和/或常量对控制器40编程。还可设想，控制器104可以向现有技术那样通过一个或多个通讯线路(未示出)接收和传递信号。可进一步设想，所接收和传递的信号可以是任何已知的信号格式，例如电流或电压。

控制器104可以构造成控制阀32的致动以建立活塞24两侧的合适压力差，从而得到希望的液力致动器16的输出。具体地，控制器104可以构造成接收来自操作者界面装置102和传感器106、108、110的输入信号，并执行一个或多个算法以确定用于控制阀32的合适的输出信号。例如，控制器104可以根据液力致动器16的希望的动力输出和液力致动器16的实际的动力输出来确定活塞24两侧的压力差。控制器104可以执行一个或多个算法，该算法构造成根据来自操作者界面装置102的输入来确定液力致动器16的希望的动力输出例如扭矩和/或转速，确定活塞24的两侧压力差以便得到希望的动力输出，并且比较希望的动力输出与来自传感器110的表征液力致动器16的实际动力输出的信号。可以设想，动力输出可以根据负载50的变化而改变。

由控制器104执行的算法可以构造成处理来自操作者界面装置102和传感器106、108、110的输入。例如，控制器104可以包括构造成与系统10的一个或多个可变和/或不可变操作参数相关的算法，所述参数例如活塞24的头部的面积、弹簧30a、30b的弹簧常量、第一室26和第二室28之间的泄露率、阀32的流量面积、高压源和低压源34，36中的加压流体的压力、液力源14的排量、液力致动器16的排量、阀32的系数、从操作者界面装置102和传感器106、108、110的接收的信号、阀32的阀元件的惯性、斜盘角度和/或系统10的其它操作参数。该算法可以包括一个或多个数学关系，该数学关系构造成确定用于控制阀32的指令以便在活塞24两侧建立合适的压力差，从而影响致动器20的延伸和/或回缩以及由此影响液力源14的输出。通过控制液力源14，控制器104可以构造成控制液力致动器16的动力输出并相应地控制传动装置18的动力输出。因此，控制器104可以构造成接收希望的扭矩，控制液力致动器16以建立希望的扭矩，并且比较所建立的扭矩和希望的扭矩并根据系统10的操作参数改变液力致动器16的输出从而保持希望的扭矩。可以设想，该算法可以包括一个或多个等式、一个或多个二维或三维图、一个或多个查图表(look-up table)和/或任何其它数学关系式。还可设想，该算法可以储存在存储器中并可以选择性地被控制器104存取和执行。

工业适用性

所公开的用于控制动力输出的系统可用于希望控制扭矩和/或速度输出的任何动力传动系统。所公开的系统可构造成根据作用在系统上的负载的变化来控制动力输出。下面说明系统10的操作。

参考图1，系统10可以由控制器104根据通过操作者界面装置102传递的操作者输入来控制。例如，操作者可能希望传动装置18向负载50输出给定的动力。这样，可控制动力源12以向传动装置18传递第一动力输出以及向液力源14传递第二动力输出。液力源14可以在第一和第二通道15a、15b内建立加压流体循环以操作液力致动器16。例如，液力源14可以基于斜盘泵的斜盘的角度建立加压流体循环。液力致动器16可以根据液力源14的排量向传动装置18传递第三动力输出。传动装置18可以结合第一和第三动力输出，并向负载50传递被结合的动力输出。可以设想，液力源14的排量的改变可以相应于第三动力输出的变化，并且这样可影响传动装置18向负载50传递的动力输出的变化。还可设想，第三动力输出可增加和/或减少第一动力输出。这样，传动装置18向负载50传递的结合的动力输出可包括根据第一和第三动力输出的连续可变的动力输出。

控制器104可接收来自传感器106、108、110的信号，并可执行一个或多个算法以建立和/或保持传动装置18的希望的动力输出。应当注意，希望的动力输出可包括扭矩和速度分量，并可具有根据系统10的一个或多个组件的物理条件的动力限制。例如，可能希望输出来自动力源12的动力以便在预定的扭矩和速度范围内操作液力源14和液力致动器16，从而减少对动力源12的损害的可能性。这样，控制器104可进一步构造成控制动力源12，并由此通过例如限制来自动力源12的动力来限制向动力源14的动力输入。还可设想控制器104可以以不同的模式操作，例如，保持希望的扭矩输出的第一模式或者保持希望的转速输出的第二模式。

例如，控制器104可根据操作者输入来确定系统10的希望的扭矩输出，并可确定相应的液力致动器16的希望的扭矩输出。控制器可将液力致动器16的希望的扭矩输出与传感器110传递的检测到的液力致动器16的扭矩输出进行比较，并执行一个或多个算法以确定活塞24两侧的合适的压力差，从而使活塞24相对于气缸22位于合适的位置，以使液力致动器16的希望的扭矩输出和检测到的液力致动器16的扭矩输出基本相符。

控制器104可连续地或周期性地监视液力致动器16的输出和希望的扭矩，并可连续地或周期性地确定活塞24两侧的合适的压力差。这样，当负载50变化时，控制器104可以影响阀32的制动，并且由此导致致动器20延伸和/或回缩从而根据希望的扭矩来保持液力致动器16的输出扭矩。可以设想，液力致动器16的输出可以由于负载50的变化而变化，该负载例如为推动作业机械爬坡的牵引装置、从软土到硬土转移的作业机具和/或其它输送至传动装置18的外部负载。还可设想适用类似的操作以确定并保持系统10的希望的速度输出。

由于系统10根据负载的变化建立并保持希望的动力输出，因此系统10可以根据希望的扭矩和/或速度输出和实际的扭矩和/或速度输出来控制扭矩和/或速度输出。这样，系统10能够响应作用在传动装置18上并影响来自传动装置18的动力输出的变化的负载50。

本领域技术人员应当理解，可对本发明的用于控制动力输出的系统进行各种修改和变型。通过对本发明的系统的说明书和操作的研究，其它实施方式对本领域的技术人员是显而易见的。本说明书和例子仅仅是示例性的，本发明的真正范围由下面的权利要求及其等效方案限定。

Claims (10)

1.一种用于控制动力输出的系统，包括：

构造成输出第一扭矩的液力致动器(16)；

构造成向所述液力致动器供应加压流体流的加压流体源(14)；以及

控制器(104)，所述控制器构造成根据第一扭矩、预定的扭矩和由可操作地与液力致动器连接的负载(50)引起的第一扭矩的变化来控制该加压流体流。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述加压流体源是变排量泵，所述控制器构造成调节该泵的排量以改变第一扭矩。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器构造成控制加压流体流以使第一扭矩基本等于预定的扭矩。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述预定扭矩是与表征操作者界面装置(102)的位置的第一信号相对应的希望的扭矩。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，还包括：

第一传感器(110)，该第一传感器构造成将表征第一扭矩的第二信号输送至控制器；

其中，所述控制器进一步构造成比较第一信号和第二信号。

6.一种用于控制动力输出的方法，包括：

向液力致动器(16)供应第一加压流体流并产生第一扭矩，所述第一扭矩根据可操作地与该液力致动器连接的负载(50)而选择性地改变；以及

根据希望的扭矩和所述第一扭矩选择性地控制第一加压流体流。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：

产生第二扭矩；

向加压流体源(14)提供所述第二扭矩的第一部分；

向传动装置(18)提供所述第二扭矩的第二部分；以及

向所述传动装置提供第一扭矩；

其中所述传动装置构造成向负载供应第三扭矩，该负载可操作地与传动装置连接。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述加压流体源构造成向所述液力致动器供应第一加压流体流。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述可操作地与传动装置连接的负载是变化的，该方法还包括根据该变化的负载选择性地控制第一加压流体流的量。

10.一种传动系统(10)，包括：

动力源(12)，所述动力源构造成产生扭矩和速度；

第一传动装置(18)，所述第一传动装置与所述动力源可操作地连接并构造成向负载(50)输出第一动力输出；以及

根据权利要求1-5中任一项所述的系统。

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