CN104386060A - 用于静液压传动的速度控制系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于静液压传动的速度控制系统，其包括具有与液压泵连接的驱动轴的发动机。至少一个静液压电机通过流动线路在闭合回路中连接至泵。通过系统轴连接至电机的是车辆系统。控制器连接至多个传感器以及高压泄压阀，所述高压泄压阀连接至位于泵与电机之间的流动线路。基于从传感器所接收的信息，控制器设定泵和电机的排量以将压力限制为不会使得发动机超速的值，并允许系统自动地提供超过发动机能力的制动。这可以通过使用多种算法来实现。

Description

用于静液压传动的速度控制系统
相关申请的交叉引用
本申请要求享有2013年6月14日提交的美国临时申请No.61/834920的权益。
技术领域
本发明涉及一种用于静液压传动的速度控制系统，尤其是速度控制系统，其具有不充足的发动机制动功率以对系统提供制动或限制发动机超速的量。
背景技术
现有技术中，控制速度的系统以及不具有足够制动功率的静液压传动是公知的。作为示例，一体化速度限制器(ISL)由先导压力设定以及利用减压阀起作用的旁通孔组成，用以自动限制输入到发动机的泵转矩。多余的静压力功率被转化为热量。在这些系统中，油压减少发生在泵和电机旋转配件之间的内部。油通过减压阀进入泵旋转配件。示例包括美国专利7201183、7121297、6360537以及5121603。
类似的，基于操作员制动输入设备而起作用的系统具有用于系统的微控制器，该系统具有不充足的发动机制动功率，这在现有技术中是公知的。例如，美国专利7874153教导了一种系统，电极与制动踏板行程成比例的摆动，制动通过柴油机拖曳转矩的方式发生，具有通过泄压阀施加的辅助力。在该系统中，压力减少的流动路径与之前的示例(也就是，ISL)不同。泄压消耗了一部分从电机传送的流动。该流动将泵旋转配件旁通至回路的低压侧。
尽管是有帮助的，这些系统没有解决系统(利用或不利用操作员输入)自动起作用以及由微控制器控制并构造的需求。所需要的是一种系统，当需要时，最大且及时地利用可用的可能的拖曳转矩，利用或不利用操作员从控制杆、制动输入设备或一些其他物理设备的输入。还需要的是一种系统，其能够自动传动到一种状况，其中，车辆制动能够超过发动机能力(capability)。
本发明的一个目的是提供一种用于静液压传动的速度控制系统，其通过使用微控制器来自动地调整速度。
本发明的另一个目的是提供一种用于静液压传动的速度控制系统，其当被需求时及时地最大化使用可用拖曳转矩。
本发明的还一个目的是提供一种用于静液压传动的速度控制系统，其自动过度到一种状况，其中，车辆制动能够超过发动机能力。
基于以下的描述、附图和权利要求，这些和其它目的对于本领域技术人员将变得显而易见。
发明内容
一种用于静液压传动的速度控制系统，其包括具有与至少一个液压泵连接的驱动轴的发动机。至少一个静液压电机通过流动线路在闭合回路中连接至泵。通过系统轴连接至电机的是车辆系统。
控制器连接至多个传感器以及高压泄压阀，所述高压泄压阀连接至位于泵与电机之间的流动线路。基于从传感器所接收的信息，控制器设定泵的排量同时增加或减少电机排量，用以为车辆提供制动，而不使发动机超速。这可以通过使用两个不同的实施方式来实现。
附图说明
图1是速度控制系统的示意图；以及
图2是控制速度的方法的流程图。
具体实施方式
参考附图，速度控制系统10阐释在图1的示意图中。通常，系统10包括具有驱动轴14的发动机12，所述驱动轴14连接至液压泵16。液压泵16是可变容积泵。液压泵16通过流动线路20在闭合回路中连接至一个或多个液压电机18。液压电机18可以是定容积或可变容积电机。液压电机18通过系统轴24连接至系统22，例如车辆系统22。
连接至流动线路20，位于液压泵16与液压电机18之间的是一个或多个高压泄压阀26。高压泄压阀26可以是也可以不是直接起作用的，并且可以具有也可以不具有电子的或液压的可调整/可切换设定。此外，高压泄压阀26被布置在回路中，以使得流体能量转换的流动路径通过泄压阀26并旁通旋转配件，流向回路的低压侧。
连接至回路的是具有处理器32的控制器30，所述处理器32操作软件逻辑34。控制器30也连接至多个传感器36。传感器被布置为检测发动机负载、系统速度、泵中的压差等。其它的信号可以是高速发动机负载百分比、发动机负载百分比、设定点减去实际值的发动机速度误差、系统速度命令、诸如处理速度控制之类的处理请求、泵中的压差或软件错误。
在第一实施方式中，速度控制事件随着控制器30检测到速度控制系统10的制动需求无法通过现存泵排量下发动机力矩满足时而开始。控制器30使用发动机速度以及高速发动机负载百分比、发动机负载百分比、设定点减去实际值的发动机速度误差、设定点减去实际值的系统速度误差、系统速度命令、诸如处理速度控制之类的处理需求、泵的压差或软件错误中的一个或多个来检测该事件。
一旦检测到，控制器30命令泵16执行减少的排量，使其在泄压阀控制的最大压力下引起略微不可接受的发动机超速。同时，接收泵流体的液压电机18以导致与控制器30检测的初始不成恒定传动比率的比率做功以及不做功。典型的，电机排量的初始变化是在增加排量的方向。目标是基于速度控制系统的命令，保护发动机12的同时获得所需的响应(尽可能多的制动)。这可以利用控制算法1和2来实现。
一旦泵16处于将引起发动机超速的略微不可接受量的较低排量时，则利用准确发动机速度反馈来微调泵排量。电机18现在响应速度控制系统10完全调整，不考虑保护发动机12。由于系统的最大压力通过泄压阀26限制，调整的泵排量值将永远不会是零排量。通过控制算法3管理电机，并提供速度控制系统命令的制动。来自电机的任何多余的流体通过高压泄压阀26泄掉，允许能量转化为热量。可用于传动的总体制动功率包括发动机消耗的制动功率以及循环中的总体泄漏量，以及其它通常发生的无效。通过高压泄压阀26的流动是循环中的显著流动，并提供转换为热量的显著能源。
当控制器30基于上述的变量检测到速度控制系统10的制动需求能够通过发动机力矩满足而不需要流过高压泄压阀26时，速度控制事件终止。由此，泵和电机在增加以及减少排量容积方面做功，具有对于实现速度控制系统10命令尽可能有效地起作用的电机算法，同时保护发动机12。控制算法1和2在该步骤中实现保护发动机不超速的目标。同样，改变泵排量可以用来提供与系统制动作用或者针对自动事件的结束而最佳准备的传动成比例的发动机速度量。
在第二实施方式中，包括发动机速度的传感器信息确定泵最大操作点。随着速度控制系统命令的制动的指定量的增加，泵朝着较低的排量方向而执行。
同时，接收泵流动的液压电机18以导致与控制器30检测结果的初始不成恒定传动比率的比率做功以及不做功。典型的，电机排量的初始变化是在增加排量的方向。目的是基于速度控制系统的命令，保护发动机12的同时获得所需的响应(尽可能多的制动)。这可以使用实时地监控系统的控制算法1和2来实现。
一旦泵16处于足够低的排量，控制压力和排量等级的泄压阀开始防止发动机过度超速。泵排量继续利用实际发动机速度反馈来进行调整。
电机18现在能够响应速度控制系统10来完全调节，而无需考虑保护发动机12。因为系统的最大压力被泄压阀26限制了，泵排量值将永远不会是零排量。通过控制算法3来管理电机，以提供速度控制系统所需求的制动。
来自电机的任何多余流动通过高压泄压阀26泄掉，允许能量转化为热量。可用于传动的总体制动功率包括发动机消耗的制动功率以及循环中的总体泄漏量，以及其它通常发生的无效。通过高压泄压阀26的流动是循环中显著的流动，并提供转换为热量的显著能源。
使用第一算法(控制算法1)，电机调整排量以将对泵16的压力限制为略微高于发动机超速可以接受值的值。发动机超速值与泵16输入至发动机12的转矩相关。泵16输入的转矩通过压力乘以泵16的排量限定。因此，对于给定的泵排量，电机18将试图限制该压力至略微高于可接受的值。在一个实施方式中，压力值比可接受值高20％。当泵16处于低排量时，更高的压力设定点将发生。当泵16处于更大的排量时，更低的设定点将发生。限制或减少电机排量限制了压力，同时增加电机排量增加了压力。第一算法通过电机18实现泵16和电机18之间流体的差来限制压力。该流动的差与压力相关，其将取决于压力信号是否用于微调电机输出以获得期望的压力而产生限制的精确度。
使用第二控制算法，电机排量响应于实际发动机速度信号来进行调节，以将压力从略微高于可接受的值改变为精确的需求值。当然，系统的最大压力通过高压泄压阀限制。因此，低于一定程度的泵排量，第一和第二算法的电机控制将不再需要减少电机的最大允许排量，因为泄压阀26限制了最大压力。
使用第三算法，增加电机排量以提供如速度控制系统10所命令的增加的制动。第三算法不能逾越第一和第二算法，因为发动机永远保护不超速。一旦高压泄压阀26已经限制了最大压力，第三算法不再限制，电机排量设定点将增加，流体移动通过高压泄压阀26。电机排量的量增加，且由此高压泄压阀流动由速度控制系统10的命令来确定。
基于这些实施方式的公开内容，泵16和电机18驱动于非恒定传动比率以针对速度控制系统10提供最佳的制动响应。电机18要么增加排量量，要么减少，或者当命令的制动超过发动机能力时同时两者。制动的强度通过速度控制系统10控制，促动液压电机16，初始不具有且后续具有流过高压泄压阀26的流体，取决于事件的状态或泵的排量。泵16的排量积极地减少，以管理发动机超速的可接受程度。系统10的制动强度不是直接或不是全部通过操作者通过制动输入设备的控制杆的命令来限定的。其中流体流过高压泄压阀的传动状态的往复转变根据控制算法而自动地发生。

Claims (8)

1.一种速度控制系统，包括：
发动机，所述发动机具有连接至液压泵的驱动轴；
至少一个液压电机，所述至少一个液压电机通过流动线路在闭合回路中连接至所述液压泵；
车辆系统，所述车辆系统通过系统轴连接至所述至少一个液压电机；
至少一个高压泄压阀，所述至少一个高压泄压阀连接至位于所述液压泵与所述液压电机之间的流动线路；
具有处理器的控制器，所述处理器用以操作与所述闭合回路以及多个传感器连接的软件逻辑。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个高压泄压阀被布置在所述闭合回路内，以使得流体能量转换的流动路径通过所述至少一个高压泄压阀并旁通旋转配件，流向所述闭合回路的低压侧。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器检测超过所述发动机能力的制动需求并命令所述泵执行使得略微不可接受的发动机超速发生的排量。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，基于实际发动机速度来进一步设定所述泵排量。
5.根据权利要求3所述的系统，其中，基于至少包括发动机速度的连续信号来连续地命令所述泵排量从常规操作排量至降低的排量。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，通过所述控制器来增加所述电机的排量以满足所述速度控制系统的需求。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器调节所述电机的排量以将对泵的压力限制为相对于发动机超速可接受值的略微较高值。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述控制器响应于实际发动机速度信号而调节所述电机的排量，以将压力从所述略微较高值改变为精确需要值。
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