CN101506745B - 监测静液压传动装置的传动系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及传动系统和用于监测静液压传动装置(1)的方法。所述静液压传动装置(1)具有至少一个静液压活塞发动机(2)，在所述静液压活塞发动机(2)上布置有对所述静液压活塞发动机(2，2’)进行控制的控制单元(6，6’)，其中所述控制单元(6，6’)通过第一接口(14)被连接至对所述传动系统(1)进行控制的中央控制器(13)。用于控制所述传动系统(1)的控制信号能够利用第一接口(14)被发送。所述中央控制器(13)还通过第二接口(26，26’)连接至所述控制单元(6)，并且切断信号能够利用第二接口(26，26’)从所述控制单元(6，6’)被发送至所述中央控制器(13)和/或从所述中央控制器(13)被发送至所述控制单元(6，6’)。

Description

监测静液压传动装置的传动系统和方法

技术领域

本发明涉及一种监测静液压传动装置的传动系统和方法。

背景技术

在静液压传动装置的设计中，越来越多地利用电子设备来控制传动装置。如DE 43 27 651 A1中所示出的，中央电子设备可以与布置在静液压机器上的电子组件结合起来。这使得通过中央电子设备对静液压传动装置进行控制成为可能，其中用于调节特定静液压机器的各调节设备由布置在该静液压机器本地的电子设备进行控制。在各种情况下，中央电子设备与非中央控制单元通过一个接口彼此连接。通过该接口，中央电子设备产生的控制信号被传递给分立的静液压机器的控制单元。中央电子设备还对可能需要的任意其它阀进行控制。

在DE 43 27 651 A1中提出的系统的例子中，缺点在于没有提供互相监测功能。因此如果发生故障，也不切断整个传动装置。具体来说，控制功能分布在中央电子设备和静液压机器的本地控制单元中的非中央电子系统不会通过互相监测和在错误情况下切断来利用风险最小化的潜力。

发明内容

因此，本发明以创建对静液压传动装置进行监测的传动系统和方法的目的为基础，其中如果发生控制错误，则静液压传动装置被切断或被转换到安全状态。

该目的是由根据本发明和权利要求1或15的传动系统以及根据本发明和权利要求10或16的监测静液压传动装置的方法来实现的。

在根据本发明的具有至少一个静液压活塞发动机的传动系统的情况下，控制单元连接至所述静液压活塞发动机以对其进行控制。中央控制器通过第一接口连接至该控制单元。中央控制器通过第一接口发送控制信号以控制静液压传动装置。根据本发明，中央控制器和控制单元通过至少一个第二接口互相连接，并且切断信号可以通过该第二接口从控制单元被发送至中央控制器和/或从中央控制器被发送至控制单元。因此，如果控制单元检测到故障，则整个静液压系统可以通过切断实施中央控制功能的中央控制器而被切断，和/或中央控制器可以通过独立的切断通路切断控制单元。

可替换地，根据本发明的传动系统具有至少两个静液压活塞发动机，在每个静液压活塞发动机上布置有对活塞发动机进行控制的控制单元，所述控制单元通过第一接口互相连接。所述控制单元还通过第二接口互相连接，切断信号能够通过第二接口从所述控制单元之一发送给其它控制单元中的至少一个。

为了实现控制单元的互相监测，在每种情况下，每个控制单元的控制信号通过第一接口发送给至少一个另外的第一控制单元。如果检测到故障，则切断信号通过第二接口从监测控制单元发送给被监测控制单元。该监测可以仅由一个其它的控制单元或由几个或所有其它的控制单元来进行。

根据本发明，控制单元读入中央控制器的控制信号，并针对它们的真实性对它们进行检查。如果控制单元检测到错误，即不真实的控制信号，则其输出切断信号。控制单元将切断信号发送给中央控制器，这样整个静液压传动装置就被转换为停止。

传动系统和监测静液压传动装置的方法的优点在于，中央控制器的电子器件的冗余备用就不再必需。相反，中央控制器由静液压机器上提供的现有控制单元进行监测。具体来说，这种所谓的板上(on-board)电子单元被提供用于使布设线缆的成本尽可能低。这样，监测可以通过静液压机器上的一个或多个这种控制单元，以分散(decentralised)方式发生。

在从属权利要求中对根据本发明的传动系统和监测静液压系统的方法的进一步优点展开进行解释。

具体来说，所述控制单元具有第一监测部件，并且所述中央控制器具有第二监测部件是有利的。这样，在中央控制器可以实施内部错误监测，基于该内部错误监测，可以在内部切断控制信号的输出。另一方面，中央控制器的冗余监测由布置在控制单元中的第一监测部件在控制单元中进行。这样，中央控制器的功能的冗余监测在中央控制器本身或在外部的控制单元中进行。

中央控制器通过第一接口输出其控制信号。这些通过第一接口输出的控制信号由控制单元进行检查。尤其优选的是，第二监测部件可以包括运算单元以模拟中央控制器的控制功能，尤其优选的是模拟在考虑同时被传送给中央控制器的相同输入参数的情况下实施。这些输入参数还例如通过第一接口被提供给控制单元。使用模拟中央控制器的功能的这种运算单元，可以独立地预测中央控制器输出的控制信号。如果检测到中央控制器实际输出的控制信号偏离了基于模拟得到的值，则确定发生了故障，并且因此控制单元输出切断信号。

根据另一优选实施例，期望值被存储在控制单元的第一监测部件中。替代对中央控制器的全部功能的模拟，仅针对与期望值的一致性对中央控制器输出的控制信号进行检查。该检查仅需要很少的计算功率。

为了切断中央控制器，切断信号优选被输出至中央控制器，从而使中央控制器的功率电子器件可以被直接切断。因此，即使是在中央控制器中实施计算例程的中央控制器中央运算单元发生故障的情况下，给静液压传动装置的组件的控制信号的输出也可以被切断。如果控制信号被切断，静液压传动装置被设计为它们通常进入到安全操作状态。

根据另一优选实施例，切断信号也可以由中央控制器通过第一接口输出，该另外的切断信号用于切断活塞发动机控制信号从控制单元的输出。这样，反过来，如果错误发生并且被中央控制器的内部错误监测检测到，则控制信号从控制单元向例如静液压活塞发动机的输出可以被抑制。

用于实施该方法的根据本发明的传动系统的优选实施例示于附图中，并在以下的说明书中进行更详细的解释。

附图说明

图1示出根据本发明的传动系统的示意性表示；和

图2示出对根据本发明的监测传动系统的方法进行解释的框图。

具体实施方式

在详细解释根据本发明的传动系统的结构和用于监测静液压传动装置的流程之前，为了更好地理解本发明，首先对具有其主要组件的静液压传动装置进行解释。例如，图1中所示的静液压传动装置1打算用于驱动轨行车辆。因此在所示出的实施例中，静液压传动装置1包括两个具体以同样方式实现的静液压电路。为了避免解释中的不必要重复，以下仅详细解释两个静液压电路中的一个。用于指代第二静液压电路的相应附图标记右上角标有一撇。

传动装置1的静液压电路包括液压泵单元2。该液压泵单元2具有液压泵3。液压泵3通过传动轴4驱动。

液压泵3被设计为在两个方向上传送，并且其传送容量是可调节的。为了调节液压泵3的传送方向和传送容量，提供调节器5。调节器5与液压泵3的调节机制配合动作。为了对调节器5起作用，在泵单元2中集成控制单元6。

依据调节器5的设置，液压泵3将加压的介质传送到第一工作线路7或第二工作线路8中。

工作线路7、8被连接至液压电机9。液压电机9驱动传动轴10，传动轴10例如以未示出的方式被连接至轨行车辆的链条传动装置。传动轴10的转速通过转速传感器11捕获，且相应值通过第一传感器线路12报告回控制单元6。在根据本发明的用于静液压传动装置的控制系统的情况下，控制单元6通过活塞发动机控制信号来控制调节器5。为此目的，控制单元6向调节器5的相应组件传递活塞发动机控制信号。这些组件具体可以是用于设置液压泵单元2中的控制和调整压力的比例磁体(proportional magnet)。

在每种情况下所需的设置值并不是由控制单元6单独确定的，而是由中央控制器13结合例如静液压传动装置1的其它静液压活塞发动机的另外的控制单元来确定，然后被发送至控制单元6用于实施。

中央控制器13通过公共接口与控制单元6通信，其中公共接口在所示出的例子中是总线系统。CAN总线作为车辆中使用的优选总线系统而被使用。中央控制器13和控制单元6之间的数据传输是双向的，这通过双箭头在所示出的实施例中表示。

在中央控制器13中存储调整或控制算法，该调整或控制算法基于例如操纵杆15的设置来计算所需的静液压传动装置的设置参数。对应于所计算的设置参数，中央控制器13输出控制信号，该控制信号通过CAN总线14被发送至控制单元6。通过CAN总线14，控制单元6不仅可以获取其自身所涉及的那些控制信号，并且还可以获取用于控制静液压传动装置1的另外的组件的那些控制信号。例如，这类另外的组件可以是没有被集成到泵单元2中的电磁阀。

中央控制器13输出的控制信号被至少一个控制单元6监测，并且如果出现错误，则控制单元6输出切断信号，由此而阻止中央控制器13进一步输出控制信号。阻止控制信号的进一步输出还可以理解为包括退回到安全状态，即输出空控制信号。这类切断信号可以由单个控制单元6输出，或者由包括在静液压传动装置中的所有控制单元6、6’监测中央控制器13。如图1中所示，在这种情况下，适当地识别出中央控制器13的错误控制信号或其它故障时，控制单元6、6’中的每一个输出切断信号。

在图2中示意性地示出了中央控制器13和控制单元6、6’的结构。中央控制器13包括中央运算单元17。中央运算单元17用于计算中央控制器13要输出的控制信号。基于通过CAN总线14读入的信息来确定为此目的而必需的信息，这由双箭头18示出。为此目的，在中央控制器13的中央运算单元17中存储控制算法。该控制算法是基于读入的系统参数如操纵杆15或加速踏板16的位置确定静液压活塞发动机的设置值的程序。例如在两个液压泵单元2、2’左/右分配的情况下，通过设置液压泵2和液压泵2’的不同的绕轴旋转角度，可以实现转弯。

中央运算单元17确定的控制信号通过CAN总线14被发送给控制单元6和/或控制单元6’。为了控制静液压传动装置1的另外的组件，中央控制器13包括功率电子器件28，从而能够输出具有足够功率的控制信号，用以直接控制例如比例磁体。功率电子器件被连接至供电器19。供电器19可以或者通过中央运算单元17切断，如箭头20所示，或者通过应急开关21切断，例如，应急开关21中断向供电器19的供电。

中央控制器13输出的控制信号通过CAN总线14被发送给控制单元6和/或控制单元6’。控制单元6、6’中的每一个都包括控制部件22，该控制部件22准备(prepare)所接收的控制信号，从而可以通过活塞发动机控制信号对静液压活塞发动机的关联的调节器5进行控制，同样以下仅详细地描述控制单元6。为此目的，控制部件22被连接至控制单元功率电子器件23，该控制单元功率电子器件23准备要输出的具有足够功率的活塞发动机控制信号，用以控制例如比例磁体。

控制单元功率电子器件23被连接至控制单元电源24。控制单元电源24在输入侧被连接至控制单元6的第一监测部件25。控制单元6的第一监测部件25通过形成中央控制器13与控制单元6之间的第一接口的CAN总线读取中央控制器13输出的控制信号，并执行真实性分析。例如，为了针对真实性来检查控制信号，将控制信号的期望值存储在控制单元6中。为此目的，控制单元6包括在其中存储期望值的存储器。

如果中央控制器13输出的控制信号由第一监测部件25读入，则通过与期望值进行比较来针对真实性检查读入的信号。如果在存储器中没有找到相应的期望值，则认为控制信号是错误的，因此静液压传动装置1必须被切断。为了切断静液压传动装置1，控制单元6通过第二接口26向中央控制器13发送切断信号。第二接口26独立于在示出的实施例中是CAN总线14的第一接口。第二接口26相对于第一接口的独立性确保了即使在数据传输期间在CAN总线14中发生错误的情况下，也可以确保切断静液压系统。

在示出的实施例中，为了切断或由第一监测部件25输出切断信号，对控制单元供电器24进行控制，从而使控制单元供电器24输出相应的切断信号。在示出的实施例中，该切断信号被直接输出至中央控制器13的供电器19。当中央控制器13中的供电器19接收到切断信号时，中央控制器13的功率电子器件28的电源被直接切断。结果，所有的输出信号被重置，并且静液压传动装置1进入安全操作状态。

对于中央控制器13，控制单元6、6’中的哪一个输出切断信号是不相关的。除了由于控制单元6或6’的切断信号而切断中央控制器13以外，反过来，还可以借助于中央控制器13来阻止控制单元6、6’输出活塞发动机控制信号。在中央控制器13中，优选在中央运算单元17中集成第二监测部件17’，通过第二监测部件17’可以进行内部错误监测。例如，如果基于使静液压传动装置1能够对输出的控制信号作出反应的传感器信号，内部错误监测检测到静液压传动装置1中存在故障，则输出并通过CAN总线14，即第一接口，向控制单元6和/或控制单元6’发送另外的切断信号。切断信号可以或者普遍地施加于连接至CAN总线14的所有控制单元6、6’，或者仅选择性地施加于一个控制单元6或6’。

根据允许特别准确地捕获控制和/或调整错误的优选实施例，在控制单元6的第一监测部件25中集成模拟算法。该模拟算法对应于在中央运算单元17中执行的控制算法。连同这种应用一起，术语“控制”被理解为表示任意控制或调整。

这样，第一监测部件25的运算单元模拟中央运算单元17的功能。由于在中央控制器13的中央运算单元17中和在第一监测部件25的运算单元中执行相同的运算操作，因此可能并简单地将中央控制器13输出的控制信号与在第一监测部件25中内部模拟得到的控制信号进行比较。如果在此检测到偏差，则控制单元6输出切断信号。

本发明并不限于所示出的实施例。优选实施例的单独的特征也可以彼此结合在一起。

具体来说，可以假设两个控制单元6、6’互相监测。这样就可以在没有中央控制器13的情况下可观地提高系统的安全性。例如，控制单元6、6’的功能被其它控制单元所模拟。为了能够监测控制单元6、6’的功能，将控制单元6、6’生成的信号通过第一接口发送给该系统的其它控制单元6、6’。为此目的，控制单元6、6’通过CAN总线14被连接，正如结合中央控制器13详细解释的例子中一样。在故障的情况下，控制单元6、6’同样通过在每种情况下均存在的第二接口26来切断。

在静液压活塞发动机的控制单元6、6’也相互监测的情况下，可以类似地采用关于有中央控制器13的实施而描述的传动系统和对应方法的特征。

Claims (8)

1.具有至少一个静液压活塞发动机(2)的传动系统，在所述静液压活塞发动机(2)上布置有对所述静液压活塞发动机(2，2’)进行控制的控制单元(6，6’)，所述控制单元(6，6’)通过第一接口(14)被连接至对所述传动系统(1)进行控制的中央控制器(13)，用于控制所述传动系统(1)的控制信号能够通过所述第一接口(14)被发送，

其特征在于

所述中央控制器(13)还通过第二接口(26)被连接至所述控制单元(6)，并且在所述控制单元(6，6’)检测到所述中央控制器(13)的不真实的控制信号时，切断信号能够通过第二接口(26)从所述控制单元(6，6’)被发送至所述中央控制器(13)，其中所述中央控制器(13)包括中央运算单元(17)，该中央运算单元(17)中集成第二监测部件(17’)，控制算法存储在所述中央运算单元(17)中，并且所述控制单元(6，6’)具有第一监测部件(25，25’)，在该第一监测部件(25，25’)中集成模拟算法，所述模拟算法对应于在所述中央运算单元(17)中执行的所述控制算法，该第一监测部件(25，25’)包括运算单元用于模拟所述中央控制器(13)的所述中央运算单元(17)的控制功能，并且其中所述中央控制器(13)输出的控制信号能够由所述控制单元(6，6’)的所述第一监测部件(25，25’)进行检查，其中所述不真实的控制信号被检测为在所述中央控制器(13)输出的控制信号与在所述第一监测部件(25)中内部模拟得到的控制信号之间的偏差。

2.根据权利要求1所述的传动系统，其特征在于，所述第一监测部件(25，25’)包括其中存储有期望值的存储器，并且所述第一监测部件(25，25’)能够将所述中央控制器(13)输出的控制信号与所述期望值进行比较。

3.根据权利要求2所述的传动系统，其特征在于，所述中央控制器(13)的功率电子器件(28)能够被所述切断信号切断。

4.根据权利要求3所述的传动系统，其特征在于，所述中央控制器(13)能够通过所述第一接口向所述控制单元(6，6’)发送另外的切断信号，所述另外的切断信号能够切断活塞发动机控制信号从所述控制单元(6，6’)的输出。

5.根据权利要求4所述的传动系统，其特征在于，总线系统(14)被提供以形成所述第一接口。

6.监测根据权利要求1所述的传动系统(1)的方法，

该方法具有以下方法步骤：

-所述控制单元(6，6’)读入所述中央控制器(13)输出的控制信号；

-所述控制单元(6，6’)检查所述控制信号；

-如果出现不真实的控制信号，则所述控制单元(6，6’)通过第二接口(26)向所述中央控制器(13)输出切断信号，所述不真实的控制信号被检测为在所述中央控制器(13)输出的控制信号与在所述控制单元(6，6’)的监测部件(25)中内部模拟得到的控制信号之间的偏差；

其中，所述控制单元(6，6’)模拟所述中央控制器(13)的控制功能，并且将模拟结果与所读入的控制信号进行比较。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述切断信号将所述中央控制器(13)的功率电子器件(28)切断。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述中央控制器(13)中执行内部错误监测，并且如果错误被检测到，则所述中央控制器(13)输出另外的切断信号以切断所述控制单元(6，6’)的功率电子器件(23)。

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