CN104295733A - 用于调节压力的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于调节压力的方法和系统。本发明涉及一种用于调控静液压行驶驱动装置的压力的方法，该行驶驱动装置包括初级侧轴向活塞机(1)和次级侧轴向活塞机(2)，所述轴向活塞机尤其以斜盘式结构方式实施有各一个斜盘，所述斜盘的摆动角度是可调节的。为了改进静液压行驶驱动装置的动态行驶行为，预先给定和调控次级侧从动力矩，其中，附加地调节所述初级侧(1)和所述次级侧(2)之间的连接容积(10)中的压力。

Description

用于调节压力的方法和系统

技术领域

本发明涉及用于调控静液压行驶驱动装置的压力的方法和系统，该行驶驱动装置包括初级侧轴向活塞机和次级侧轴向活塞机，所述轴向活塞机尤其以斜盘式结构方式实施有各一个斜盘，所述斜盘的摆动角度是可调节的。

背景技术

对于调节静液压行驶驱动装置，例如初级侧轴向活塞机和次级侧轴向活塞机串联连接。在斜盘式结构方式的轴向活塞机中，可以通过调节斜盘的摆动角度来调节输送体积流。因此，这种轴向活塞机也称为调节机。根据轴向活塞机是作为泵还是作为马达来工作而定，轴向活塞机也称为调节泵或调节马达。例如由内燃机驱动的初级侧轴向活塞机(当其作为泵、尤其调节泵工作时)在驱动侧上将机械能转变为液压能。在从动侧上，次级侧轴向活塞机(当其作为马达、尤其作为调节马达工作时)将液压能转变为机械能。该过程也可以是相反的，从而通过次级侧轴向活塞机在从动侧上制动。初级侧轴向活塞机和次级侧轴向活塞机的连接既可以在开放回路中发生，其中，两个轴向活塞机的低压侧都与压力补偿的箱连接，该连接而且也可以在闭合的回路中发生，其中，轴向活塞机的低压侧直接相互连接。两个连接都可以通过限压阀保护防止过高的压力。在运行时，初级侧轴向活塞机和次级侧轴向活塞机或者分开地或者耦合地调节。

发明内容

本发明的任务是改进静液压行驶驱动装置的动态行驶行为，该行驶驱动装置包括初级侧轴向活塞机和次级侧轴向活塞机，所述轴向活塞机尤其以斜盘式结构方式实施有各一个斜盘，所述斜盘的摆动角度是可调节的。

在用于调节静液压行驶驱动装置的压力的方法中，该行驶驱动装置包括初级侧轴向活塞机和次级侧轴向活塞机，所述轴向活塞机尤其以斜盘式结构方式实施有各一个斜盘，所述斜盘的摆动角度是可调节的，该任务由此解决，预先给定和调控次级侧从动力矩，其中，附加地调控初级侧和次级侧之间的连接容积中的压力。初级侧和次级侧之间的连接容积优选为高压容积。通过该高压容积，初级侧轴向活塞机的输出端与次级侧轴向活塞机的输出端连接。该连接容积可以配属有液压的高压存储器。在静液压行驶驱动装置运行时，在次级侧上产生与体积流成比例的转速。连接容积中的压力相应于负载力矩出现并且例如向上受限压阀限制。对于动态的行驶行为，预先给定和调控次级从动力矩。为了尽可能能量优化地运行，附加地调控初级侧轴向活塞机和次级侧轴向活塞机之间的连接容积中的、例如连接管路中的压力。例如，可以相应于效率特性场来调控初级侧轴向活塞机和次级侧轴向活塞机之间的连接容积中的、尤其连接管路中的压力。优选使用初级侧轴向活塞机和次级侧轴向活塞机的摆动角度作为调节变量。

该方法的一优选实施例的特征在于，结合初级侧和次级侧之间的连接容积中的额定压力，将次级侧力矩要求换算到次级侧的摆动角度并且进行调节。次级侧力矩要求例如相应于驾驶员期望力矩。对于压力调控的构思，有利地认为，初级侧上和次级侧上的转速的改变通过所悬挂的质量，例如车辆和内燃机的悬挂质量相对缓慢地进行。除此之外，优选假定，低压侧上的压力大致是不变的。由此，转速和低压的动态性可以不被考虑并且作为随时间变化的(zeitvariante)参数进入到调控中。

该方法的另一优选实施例的特征在于，通过初级侧来调节由次级侧的摆动角度和转速所预先给定的体积流。期望的摆动角度优选由下级的(unterlagerten)摆动角度调控来调节。

该方法的另一优选实施例的特征在于，将在次级侧预先给定的所述体积流换算到初级侧的摆动角度并且进行预控。在此，应用在以下的附图说明中公开的等式。

该方法的另一优选实施例的特征在于，为所述预控叠加调节器，以使初级侧和次级侧之间的连接容积中的压力跟随所要求的额定压力。在此，也应用在以下的附图说明中公开的等式。

该方法的另一优选实施例的特征在于，使用初级侧上和次级侧上的摆动角度作为调节变量。根据摆动角度的改变，对应的轴向活塞机的输送体积流改变。

该方法的另一优选实施例的特征在于，借助于下级的摆动角度调控来调节初级侧和次级侧的摆动角度。为了说明系统，有利地，在以下附图说明中公开的压力形成等式用于连接容积，该连接容积相应于高压容积。

该方法的另一优选实施例的特征在于，初级侧和次级侧之间的连接容积通过具有压缩模量和泄漏系数的压力形成等式来说明。在本发明范围中所进行的、关于静液压行驶驱动装置的动态行驶行为的研究中，这被证实为特别有利的。

此外，本发明涉及一种按照上述方法之一的、用于调控静液压行驶驱动装置的压力的系统，该行驶驱动装置包括初级侧轴向活塞机和次级侧轴向活塞机，所述轴向活塞机尤其以斜盘式结构方式实施有各一个斜盘，所述斜盘的摆动角度是可调节的。

此外，本发明涉及一种具有计算机程序的计算机程序产品，所述计算机程序具有用于当在计算机上执行所述计算机程序时实施上述方法的软件设施。

按照本发明的方法和按照本发明的系统有利地用于具有直接的液压功率传递的液压驱动装置。液压行驶驱动装置优选涉及静液压混合驱动装置，该静液压混合驱动装置除了内燃机之外还包括两个轴向活塞机，所述轴向活塞机通过液压路段或液压路径相互液压耦合。在此，行驶驱动装置的功率的至少一部分通过液压路径传递。对于制动能的回收利用和在能量优化的状态下的运行，可以在高压侧上连接有液压蓄能器。当然，在这种运行状态下，高压侧上的压力直接耦合到液压蓄能器的料位上并且仅相对缓慢地改变。为了能够将初级侧上的机械能尽可能直接地传递到次级侧上，使液压蓄能器有利地脱耦。本发明优选涉及具有已脱耦的液压蓄能器的子系统。

附图说明

本发明另外的优点、特征和细节由以下说明得知，其中，参照附图详细地说明不同的实施例。

附图示出：

图1：具有初级侧轴向活塞机和次级侧轴向活塞机的静液压行驶驱动装置的液压等效线路图；

图2：按照第一实施例的压力调控的方框图；

图3：按照第二实施例的压力调控的方框图。

具体实施方式

在图1中简化地示出了液压线路图形式的静液压行驶驱动装置。静液压行驶驱动装置包括初级侧液压机1和次级侧液压机2。这两个液压机示例性地实施为呈斜盘式结构方式、具有斜盘的轴向活塞机，该斜盘也称为摆动摇台。

斜盘或摆动摇台的摆动角度可以被改变，以调节液压机的输送体积流。因此，液压机1和2也称为调节机。根据其功能，液压机1也称为调节泵。类似地，我们把液压机2也称为调节马达。

在图1中具有初级侧液压机1的左侧也简称为初级侧1。类似地，在图1中具有次级侧液压机2的右侧也简称为次级侧2。在下文中，也将初级侧液压机1称为初级单元1。类似地，也将次级侧液压机2称为次级单元2。

两个液压机1和2在输入侧邻接到低压区域4上。在输出侧，两个液压机1和2都连接到高压区域5上。低压区域4包括压力补偿的液压介质储备6。液压介质例如为液压油。

通过高压区域5中的圆圈10表明连接容积，该连接容积连接液压机1的输出侧与液压机2的输出侧。因为连接容积10处于高压区域5中，所以它为高压容积。

由箭头11标明高压管路，该高压管路连接初级侧液压机1的输出端与高压容积或连接容积10。由箭头12标明另一液压管路，该液压管路连接次级侧液压机2的输出端与高压容积或连接容积10。

低压管路13连接初级侧液压机1的输入端与液压介质储备6。低压管路14连接次级侧液压机2的输入端与液压介质储备6。具有液压阻力18的管路16连接低压区域4与高压容积或连接容积10。

为了表示图1中的静液压行驶驱动装置，初级调节泵1和次级调节马达2串联连接。例如由内燃机驱动的初级单元1将机械能转变为液压能。因此，初级侧1也称为驱动侧。次级单元2在从动侧上将液压能转变为机械能。该过程也可以是相反的，从而通过次级单元2在从动侧上制动。

对于动态的行驶行为，在本发明的框架内预先给定和调控次级侧从动力矩。为了尽可能能量优化地运行，相应于效率特性场附加地调控初级单元1和次级单元2之间的连接容积10中的压力。初级侧轴向活塞机1和次级侧轴向活塞机2的摆动角度用作调节变量。

结合连接容积中的额定压力，将次级侧力矩要求换算到次级侧摆动角度并且进行调节。初级单元1必须调节由次级单元2的转速和摆动角度得出的体积流。将该体积流换算到初级单元1的摆动角度并且进行预控。为了使得连接容积10也称为连接元件中的压力跟随所要求的额定压力，给所述预控叠加一调节器。

对于调节器构思，需要说明通过轴向活塞单元的体积流以及对于扭矩进行说明。体积流q和力矩M可以根据转速ω、压差Δp和标准化的摆动角度α以下等式1说明为平均值模型：

q＝c_qωα,M＝c_mΔpα  (1)

其中，α是线性化和标准化的摆动角度，该摆动角度由实际的摆动角度Ф得出。摆动角度的线性化必须相应于轴向活塞机中的几何关系来进行并且可以相对于最大的摆动角度Ф_max例如看起来如以下等式2中：

$\mathrm{\α}=\frac{\tan \left(\mathrm{\φ}\right)}{\tan \left({\mathrm{\φ}}_{\max }\right)}---\left(2\right)$

如果应该考虑泄漏体积流和损耗力矩，则可以相应地匹配等式1中的项或者备选地使用特性场。因为在次级侧上应调节驾驶员期望力矩M^d，可以将等式1用于计算次级侧上的额定摆动角度α^d，如人们在以下等式2中看到的那样：

${\mathrm{\α}}^d=\frac{M^d}{c_m\mathrm{\Δp}}---\left(3\right)$

对于压力调控的构思，认为，初级侧上和次级侧上的转速改变由于悬挂的质量(车辆和内燃机)而相对缓慢地进行，并且低压侧上的压力大致为不变的。由此，转速ω₁、ω₂和低压p_ND的动态性不被考虑并且作为随时间变化的参数进入到调控中。待调控的变量为次级侧力矩M₂和连接元件中的压力p_HD(高压)，如人们在以下等式4中看到的那样：

y＝[M₂ p_HD]^T  (4)

作为调节变量两个摆动角度α^d ₁和α^d ₂可供使用，如人们在以下等式5中看到的那样：

$u={\left[\begin{array}{cc}{\mathrm{\α}}_1^d& {\mathrm{\α}}_2^d\end{array}\right]}^T---\left(5\right)$

期望的摆动角度α^d ₁和α^d ₂被下级的摆动角度调控调节并且因此表示为额定摆动角度。由此，在图1中示出系统能够以用于高压容积V_HD、具有压缩模量β、泄漏系数k₁的压力形成等式和等式1通过以下等式6和7说明：

$M_2=c_m(p_{\mathrm{HD}}-p_{\mathrm{ND}}){\mathrm{\α}}_2^d={M_2}^{d*}---\left(6\right)$

${\stackrel{\·}{p}}_{\mathrm{HD}}=-k_1{p}_{\mathrm{HD}}+\frac{\mathrm{\β}}{V_{\mathrm{HD}}}(c_q{\mathrm{\ω}}_1{\mathrm{\α}}_1^d+c_q{\mathrm{\ω}}_2{\mathrm{\α}}_2^d)={\stackrel{\·}{p}}_{\mathrm{HD}}^{d*}---\left(7\right)$

对于预控构思，对具有新的项和的等式7和6中的行(Strecke)进行转换并且解出调节变量α^d ₁和α^d ₂，如在以下等式8和9中看到的那样：

${\mathrm{\α}}_2^d=\frac{M_2^{d*}}{c_m(p_{\mathrm{HD}}^d-p_{\mathrm{ND}})}---\left(8\right)$

${\mathrm{\α}}_1^d=\frac{1}{c_q{\mathrm{\ω}}_1}(\frac{V_{\mathrm{HD}}}{\mathrm{\β}}({\stackrel{\·}{p}}_{\mathrm{HD}}^{d*}+k_1{p}_{\mathrm{HD}}^d)-\frac{c_q{\mathrm{\ω}}_2}{c_m(p_{\mathrm{HD}}^d-p_{\mathrm{ND}})}{M}_2^{d*}))---\left(9\right)$

除此之外，由p^d _HD替换p_HD，以使得与高压管路中的快速压力振动无关地进行所述转换。对于调节器构思，使用等式(8)和(9)中的、经转换的行。虚拟的调节变量和借助于成比例的和积分的调节器份额以以下等式10和11的形式给出：

$M_2^{d*}=M_2^d---\left(10\right)$

${\stackrel{\·}{p}}_{\mathrm{HD}}^{d*}={\stackrel{\·}{p}}_{\mathrm{HD}}^d+k_{p,1}(p_{\mathrm{HD}}^d-p_{\mathrm{HD}})+k_{i,2}\∫(p_{\mathrm{HD}}^d-p_{\mathrm{HD}})\mathrm{dt}---\left(11\right)$

在等式10和11中和M₂ ^d说明期望的额定轨迹。

在图2中示出了方框图形式的、具有四个矩形或方框21至24的、按照本发明的压力调控。方框21包括额定值预设和轨迹发生器。方框22包括具有根据等式8和9的预控分额的系统转换。方框23包括根据等式6和7的行。方框24包括调节器份额，例如PI调节器，如等式11中那样。

在图2中，使用等式8至11表示所述调控的方框线路图。通过将等式11带入到等式9中，等式9可以如在以下的等式12中那样变形为预控份额α₁ ^d,V和调节器份额α₁ ^d,R：

由此，得出在图3中示出的、具有方框或者矩形51至54的方框线路图。方框51包括额定值预设和轨迹发生器。方框52包括具有根据等式12和9的预控份额的系统转换。方框53包括根据等式6和7的行。方框54包括调节器份额，例如PI调节器，如等式12中那样。

Claims (10)

1.用于调控静液压行驶驱动装置的压力的方法，该行驶驱动装置包括初级侧轴向活塞机(1)和次级侧轴向活塞机(2)，所述轴向活塞机尤其以斜盘式结构方式实施有各一个斜盘，所述斜盘的摆动角度是可调节的，其特征在于，预先给定和调控次级侧从动力矩，其中，附加地调控所述初级侧(1)和所述次级侧(2)之间的连接容积(10)中的压力。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，结合所述初级侧(1)和所述次级侧(2)之间的所述连接容积(10)中的额定压力，将次级侧力矩要求换算到所述次级侧(2)的摆动角度并且进行调节。

3.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，通过所述初级侧(1)来调节由所述次级侧(2)的摆动角度和转速所预先给定的体积流。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将在所述次级侧预先给定的体积流换算到所述初级侧(1)的摆动角度并且进行预控。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，给所述预控叠加调节器，以使得所述初级侧(1)和所述次级侧(2)之间的所述连接容积(10)中的压力跟随所要求的额定压力。

6.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，使用所述初级侧(1)上和所述次级侧(2)上的摆动角度作为调节变量。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，借助于下级的摆动角度调控来调节所述初级侧(1)和所述次级侧(2)的摆动角度。

8.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述初级侧(1)和所述次级侧(2)之间的所述连接容积通过具有压缩模量和泄漏系数的压力形成等式来说明。

9.用于根据前述权利要求之一所述的方法调节静液压行驶驱动装置的压力的系统，该行驶驱动装置包括初级侧轴向活塞机(1)和次级侧轴向活塞机(2)，所述轴向活塞机尤其以斜盘式结构方式实施有各一个斜盘，所述斜盘的摆动角度是可调节的。

10.具有计算机程序的计算机程序产品，所述计算机程序具有用于当在计算机上实施所述计算机程序时执行根据权利要求1至8之一所述的方法的软件设施。