CN105263734B - 液压传动设备 - Google Patents

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Abstract

一种液压传动设备(20)包括:可变排量泵(24),其供给一个或多个液压马达(26A、26B);以及控制单元(50)。在该设备中,上述马达的供给端口和排放端口被布置成使得当这些端口中的压力相等时,这些马达的输出转矩是零。为了在无需物理地绕过这些马达的前提下使该设备空转,控制单元能够通过调控泵的排量使得所述供给端口和排放端口处的压力保持基本相等,使该设备以“无转矩”模式操作。

Description

液压传动设备
技术领域
本申请涉及一种液压传动设备,其包括具有可变输出流量的泵、由该泵供给的至少一个液压马达以及控制单元;本发明还涉及一种控制这种设备的方法。在这种液压传动设备中,上述一个或多个马达由上述泵以经过该马达的流体流速基本等于该泵的输出流量的方式进行供给。
背景技术
这种设备通常能够依据是否期望获得(驱动或制动)转矩而被启用或停用(空转),所述转矩即为所述设备适于施加到上述一个或多个马达的输出构件的转矩。
在已知的方式中,为了启用和停用这种设备,将泵连接到马达的液压回路设置有启动阀(activation valve),该启动阀具有至少两个位置:在启用位置,马达的主孔连接到泵的主孔,从而使由泵输出的加压流体能够致动该马达。反之,在停用位置或“旁通位置”,马达的主孔彼此连接(一般连接到低压力源或零压力源)。以此方式,两个孔处的流体压力相等,马达不会在其输出构件(outlet member)上产生任何转矩。
这种装置的缺点在于,每次设备从启用状态转换到停用状态(或相反),待移动的启动阀的滑动是必需的。这种切换操作除了不是特别快之外,还造成了阀的磨损,产生在液压回路中有害的压力峰值,并因此产生了维护成本。
发明内容
因此,本发明的第一目的是提出本说明中所述的设备的一种改进,这种改进使得能够减少所述设备在其启用和停用期间所受到的应力和磨损。
上述第一目的是这样实现的:在该设备中,所述至少一个马达被布置为使得当所述至少一个马达的供给孔和排放孔中的压力相等时,来自所述至少一个马达的输出转矩是零;以及控制单元适于通过调控泵的缸容量(cylinder capacity,缸排量)使得在所述供给孔和排放孔处的压力保持基本相等,从而使该设备以“无转矩”模式操作。
由于这些压力基本相等,因此在该操作模式中,所述至少一个马达不会输出任何转矩。
应注意的是,“所述至少一个马达的所述供给孔和排放孔”的表述意指上述一个或多个马达的至少一个供给孔和至少一个排放孔。一般而言,其指代单个供给孔和单个排放孔,这些孔分别连接到泵的输出孔和吸入孔。这些孔被认为是供给管或排放管的一部分。
此外,本发明尤其适用于具有多个液压马达的设备,其中所有液压马达的供给孔或排放孔例如装备有压力传感器;该设备还包括用于每个马达的调控装置,该调控装置用于将所述马达的供给孔与排放孔之间的压力调控为使得所述压力保持彼此基本相等。
此外,本发明适用于这样的设备;在该设备中,能够打开或关闭将泵连接到一个或多个马达的液压回路。
可以理解的是,在“无转矩”模式中,泵与上述马达之间的流体流动没有被中断,且液压传动设备保持在“启用”状态。
如果该设备具有适于将上述马达与泵隔离的启动阀,那么当转换到无转矩模式时所述启动阀的位置保持不变。
因此,有利的是,在无转矩模式中,借助由控制单元执行的对泵的缸容量的调控,传动设备产生与上述启动阀被置于旁通位置(bypass position,绕开位置)时相同的效果,即在上述一个或多个马达的输出构件上不产生任何转矩。这样,由于液压流体在泵与上述(一个或多个)马达之间继续流动,所以即便该液压传动设备并未通过专用管线而在物理上被绕过,但该液压传动设备就像其被绕过那样在运转。
因此,不再需要设置如上文所述的具有启动阀的回路。
然而,在某些实施例中,可以设置这种阀。如此,液压传动设备还包括启动阀,该启动阀在第一位置适于使泵与上述马达连通以对这些马达进行供给;而在第二位置则相反,该启动阀用于使泵与这些马达隔离。隐含地可理解的是,使泵与上述马达连通指的是使泵的两个主孔分别与这些马达中的供给孔和排放孔两者之一连通。
在该设备之中,控制单元可以多种不同方式被设置来使该设备以无转矩模式操作。
在一个实施例中,该设备还包括压力传感器,这些压力传感器适于将在所述至少一个马达的供给孔和排放孔处的压力值传递到控制单元;且该控制单元被设置为使得在无转矩模式中,该控制单元基于由压力传感器提供的压力信息来确定和调控泵的缸容量。
该“无转矩”模式也可通过下列方式来优化:在一个实施例中,该液压传动设备还可包括交换阀,该交换阀被连接到所述至少一个马达的供给孔和排放孔,并且该交换阀被布置为使得在所述孔处具有的压力的减小量不会超过一预定值。该预定值被选择为在无转矩模式中对于马达中的流体流动而言足够低,以尽可能消耗最少的能量。
此外,当上述马达是具有主动可离合式径向活塞的马达时,该设备特别地还可包括如下装置:在无转矩模式中,该装置确保该活塞保持缩进于缸内部。
由此,如果在上述马达中,当缸管(cylinder duct)中的压力变得低于一缩回压力时活塞缩进马达的缸中,则上文所指的预定值被选择为低于该缩回压力。因此,在无转矩模式中,活塞缩进马达的缸内。
特别地,本发明可在装备有主传动装置的车辆中实施,且其中本发明的液压传动设备构成辅助传动装置。特别地,该主传动装置可以是机械的、液压的或电动的装置。
由此,本发明的液压传动设备是液压助力设备,其仅用于在补充基础上协助车辆的驱动。一般而言,其使得不被主传动装置驱动的轴上的轮能够被驱动;这些轮可以是前轮或后轮。
例如,在一个实施例中,车辆可包括内燃机和机械主传动装置,且泵由与所述发动机关联或与联接到所述发动机的变速箱(gearbox)关联的输出轴驱动。
在另一实施例中,主传动装置是液压的装置,并包括其自身的泵,该泵根据车辆所期望的速度而被控制。与之相反地,本发明的设备的泵(构成辅助传动装置)是基于车辆的速度之外的参数(例如根据待遵从的最小压力)而被控制。
在该实施例中,包括当所述泵均被车辆的主马达的同一输出轴驱动时的情况在内,主传动装置的泵的缸容量和辅助传动装置的泵的缸容量因此基于完全不同的标准来被控制。
当本发明的设备构成辅助传动装置时,且当车辆因此同时装备有主传动装置和辅助传动装置时,启动阀的使用具有以下优点:
当车辆到达一高速时,对于联接到轮且作为辅助传动装置的一部分的液压马达而言,轮的转速可能太高。那么必须使这些马达脱接。
为此目的,对该设备而言具有启动阀是有用的,这使得能够在所述速度下将泵与所述马达隔离。这样就确保了装备有该传动设备的车辆能够以与当流过所述马达的流速到达所述马达的最大可允许流速时所达到的速度相比更高的速度移动。
此外,这些马达实际上是在借助启动阀而中止操作(尤其是,这些马达是通过活塞的缩回而以主动方式被脱接),使得能够在不要求助力的使用模式中提高传动设备的能量效率。马达以这种方式被中止操作,这使得能够避免液压马达受到相对大的摩擦(液压阻力)。
当该设备被安装在车辆中时,可通过下述方式实施本发明。
该车辆具有车辆行进构件,例如使车辆能够移动的轮。在以下说明中,假设这些行进构件是轮,并假设一些轮是由该设备的液压马达驱动。(然而,该实施例可被实施为用于其它类型的行进构件(例如履带传动),以及/或者当设备只具有一个液压马达时的情况)。
当车辆移动的同时,该车辆的速度限制了轮以某一转速旋转。
可从如下这种特性中获得优点:当在被车辆的速度限制的转速下液压从动轮被液压马达驱动时,它们输出零转矩。因此,它们实际上以无转矩模式操作,且液压马达的供给主孔和排放主孔处的压力是相等的。
因此,该特性使得能够以下述方式来实施本发明。
该设备还可包括:采集装置,其适于向控制单元传递信息而使其能够确定用作参照物(reference,基准)的车辆行进构件的转速(例如轮的转速)的数值;以及泵速传感器,其适于向控制单元传递信息而使其能够确定泵的转子的转速。
进而,该控制单元还可以被设置为,在无转矩模式中,该控制单元确定作为参照物的行进构件的转速的值和泵的转子的转速,且该控制单元根据泵的转子的转速调控泵的输出流量,使得所述至少一个马达的输出构件以与针对参照物行进构件所确定的速度相同的速度转动。
由于参照物行进构件的转速可被确定,因此在给定这些液压马达的缸容量时,能够确定这些液压马达所必需的流体流速,使得这些马达的输出构件以所述速度转动。
一旦该流速被确定,则在给定的泵的转速的情况下能够确定对于产生该流速所必需的泵容量,且因此能够将泵的输出流量调控为适当数值,以使液压马达以与参照物行进构件相同的速度被驱动。
该实施例特别涉及这种类型的车辆:该车辆首先具有由主传动装置(其可以是机械类型或其它类型)驱动的轮,其次具有由液压传动设备构成的辅助传动装置驱动的轮。
由此,用作参照物的行进构件优选地为由主传动装置驱动的车辆的轮。
上述对泵的缸容量的调控使得由上述液压马达驱动的轮能够以与由主传动装置驱动的轮相同的速度转动。
可选地,该液压传动设备还可包括压力传感器,该压力传感器适于将所述至少一个马达的供给孔和排放孔处的压力值传递到控制单元,且该控制单元可被设置为使得在无转矩模式中,该控制单元基于由所述压力传感器给出的压力信息核对所述至少一个马达的供给孔和排放孔处的压力之间的差(是否)小于预定值。
例如,如果压力之差超出所选的预定值,则可将警告传递到车辆的驾驶员以使所述驾驶员采取必要步骤。
泵速传感器可由任何信息收集装备构成,使得能够确定泵的转子的转速。该传感器例如可包括用于感测连接到泵的发动机的速度的速度传感器,发动机的速度代表泵的转子的转速。
上述采集装置输出信息以使得能够确定参照物行进构件的转速,该采集装置可由直接测量由液压马达驱动的轴的转速的传感器构成。
特别地,所述采集装置也可包括测量轮的转速的传感器,例如与轮关联的防抱死阻断系统(ABS)传感器。
这些采集装置也可包括采集系统,该采集系统适于在给定时刻输出车辆的速度;例如,这种采集系统可以是指示车辆的速度的全球定位系统(GPS)。随后,基于车辆的速度来确定参照物行进构件的转速。
在具有发动机和带有变速箱的主传动装置的车辆中,除了液压辅助传动装置之外,采集装置可包括:一传感器或系统,其指示啮合的变速箱齿轮传动比;以及第二传感器,其指示发动机的转速。随后,通过结合由两个传感器所输出的信息来确定参照物行进构件的转速。
除了以“无转矩”模式操作之外,本发明的设备还可具有其它操作模式。
当在具有相对于车辆的运动方向的前行进构件(例如轮)和后行进构件的车辆中实施时,本发明的设备通常具有一主操作模式,该主操作模式被称为“助力模式”。在该操作模式中,上述马达由泵进行供给以便能够输出驱动转矩;泵的缸容量总体上被保持在固定值Cy。该缸容量Cy被确定为使得前行进构件的转速不小于(实际上一般略大于)后行进构件的转速。
当该设备被安装在具有带变速箱的主传动装置以及由该设备构成的液压辅助传动装置的车辆中时,该车辆的变速箱的每个齿轮传动比均有一个缸容量Cy。
尽管如此,缸容量“总体上”被保持在固定值的事实意味着,在某些特定情况下,有可能该泵的缸容量要被调控而不是被保持固定。这种特定情况的一个示例如下。
将泵的缸容量保持在固定值的作用是,驱动泵的主马达的转速越高,驱动转矩增加的越多:因此有利的是,被主传动装置驱动的轮旋转得越多,驱动转矩增加得越多。
当泵的缸容量保持在上述固定值Cy的同时,上述助力模式通常包括使液压传动设备操作。
然而,实际上在此助力模式中,优选的是上述马达始终至少输出最小量的驱动转矩。为实现这一目的,在助力模式中马达的供给压力在某些特定时刻被调控,以保持大于预定的最小值。
因此,在一个变型中,上述助力模式也可包括以下列方式操作:如果上述马达的供给孔处的压力大于或等于临界压力,那么泵的缸容量被保持固定;如果上述一个或多个马达的供给孔处的压力趋于变得小于临界压力,那么泵的缸容量被调控为使得供给孔处的压力基本上等于临界压力。
此外,在可能在本发明的设备中(使用)的另一驱动操作模式中,控制单元以如下方式操作该设备:使得所述至少一个马达的供给压力保持比此马达的排放孔处的压力大至少一预定数值。
本发明的设备也可具有制动模式。在该模式中,泵的缸容量被调控而使得上述马达的排放孔处的压力比上述马达的供给孔处的压力大一数值,该数值根据传递到车辆或传递到机器(该设备是此机器的一部分)的制动命令而变化。
最后,本发明的设备可具有被称为“约束模式”的操作模式,在该模式中相对低的制动转矩被传递到上述马达的输出轴。在该操作模式中,控制单元通过将泵的缸容量调控为使得所述至少一个马达的排放孔处的压力比上述马达的供给孔处的压力大至少预定值(例如至少10bar,优选为至少20bar)来操作该设备。下文将展述该操作模式的效用。
本发明可特别有利地应用到车辆液压传动设备,以便改善这种设备在制动期间的操作。
因此,本发明的第二个目的是一种车辆,该车辆包括制动设备、如上文所限定的液压传动设备以及由所述至少一个马达驱动的至少一个车辆行进构件;该车辆具有这样一种操作模式:当制动设备被致动时,控制单元以无转矩模式操作该液压传动设备。
有利的是,在制动期间的无转矩模式中,没有必要绕开液压传动设备或改变任何启动阀的位置,液压传动设备本身被置于不会以任何方式干扰车辆的制动的模式,因为这些马达不输出转矩。
当然,对于制动而言,车辆可具有与上文所示的“无转矩”模式不同的操作模式。因此,除了“无转矩”模式之外,车辆还可具有这样一种操作模式,在操作模式中液压传动设备被停用,且当制动设备被致动时,控制单元并不介入,因此不会以“无转矩”模式来操作该液压传动设备。
在一实施例中,控制单元被设置为使得在制动结束时,该控制单元自动地以约束模式来操作该设备。
在前句中,术语“自动地”意指为了获得所需操作,没有来自车辆的驾驶员的动作、而不是施加主动作或主要动作(例如在该示例中驾驶员停止压下制动踏板)是必要的,亦即在该示例中,将该设备置于约束模式。
对于车辆而言,特别有用的或重要的是具有这样的容量,因为在制动结束时,即当制动指令停止被传递或施加到车辆(驾驶员释放制动踏板)时,这特别在下坡的情况下是理想的,因为(此时)液压传动设备不会在制动停止之后直接地转回到驱动模式。这种重新启用(reactivation)在下坡时能引起车辆的危险加速。
如果控制单元被设置为使得制动一旦被中断或停止(直到新的指令被传递到控制单元)就以约束模式操作液压传动设备,则驾驶员可以确定的是在驾驶员的脚离开制动踏板的时刻,液压传动设备将不会输出不需要的驱动转矩。
因此,在约束模式中,有必要对车辆施加一附加指令,以重新启用液压传动设备并将其置于助力模式。
为此目的,该控制单元可被设置为使得,如果当所述车辆处于约束模式时减速指令被传递到该车辆,则所述控制单元自动地使液压传动设备转换到助力模式。
因此,当该设备处于约束模式时,来自车辆的驾驶员的单个动作(下压加速踏板)足以使液压传动设备从约束模式转换到助力模式。
有利的是,在传动设备保持启用的同时,上文所示的各种操作模式(约束、无转矩和助力)均可以被实施;亦即,如果该设备例如包括如上文所述的启动阀,则当启动阀保持在启动位置的同时,该设备能够以所述多种操作模式被操作。
从液压传动设备的多种操作模式中的一个转换到另一个的转换可由车辆的驾驶员触发。例如,可根据来自车辆的驾驶员的指令来实现转换到无转矩模式、约束模式或助力模式。
这一指令可以立即生效或以推迟(延时)方式生效。
当这种从一个操作模式转换到另一个的转换在其所需的预定的条件得到满足时,也可由设备的控制单元自动地触发。
由此,根据从车辆的速度、变速箱的啮合齿轮传动比、加速踏板的位置、更一般而言根据从例如倾斜计(inclinometer)之类的任何其它传感器输出的值中选出的一个或多个参数,控制单元可触发从约束模式转换到助力模式的操作,或反之亦然。(上述“变速箱”的齿轮传动比是指机械式主传动装置的变速箱的齿轮传动比,用于包括这种主传动装置和由本发明的液压设备构成的液压传动装置的车辆)
例如,当加速踏板的位置超出预定值(通常为踏板的冲程的15%),且优选地车辆速度大于预定的最小速度时,控制单元可以触发从约束模式到助力模式的转换。
例如,当车辆的速度小于预定值(例如1千米每小时(km/h))时,控制单元可触发从约束模式到无转矩模式的转换。
例如,当加速踏板的位置少于预定值(例如踏板的冲程的5%)时,和/或当(例如由倾斜计、GPS和/或使用行车制动器测得的)下坡信息被控制单元接收时,指令可触发从助力模式转换到约束模式的转换。
当该设备包括启动阀时,该启动阀在第一位置适于使泵与所述至少一个马达连通以供给至少一个马达,而与之相反地,该启动阀在第二位置适于将该泵与所述至少一个马达隔离,控制单元可被设计成使得:
-所述控制单元在启动阀从第二位置转换到第一位置(即,转换到启动模式)之后和/或在启动阀从第一位置转换到第二位置(即,转换到停用模式)之前立即以无转矩模式操作该设备,或者所述控制单元调控泵的缸容量以使得所述至少一个马达的供给压力不小于一预定值(这些控制模式中的第一个在启动或停用液压助力时能够避免颠簸);以及/或者
-当加速踏板的位置变得少于预定值时,以及当变速箱的啮合齿轮传动比严格小于能与该液压设备接合的变速箱的最小齿轮传动比时,所述控制单元触发启动阀的转换而使其从第一位置转换到第二位置(即,转换到停用模式)。
本发明的第二目的是提出一种控制液压传动设备的方法,该设备包括具有可变输出流量的泵、由泵供给的至少一个液压马达、以及控制单元;该方法使得能够在液压传动设备启动和停用期间减小液压传动设备所经受的压力和磨损。
这一目的通过下述事实来实现:在该液压传动设备中,上述一个或多个马达被布置成使得当这些马达的供给孔与排放孔中的压力相等时,来自这些马达的输出转矩为零;且在一段期间(该设备的脱接期间)中,该设备以“无转矩”模式被操作,其中泵的缸容量被调控为使得所述供给孔和排放孔处的压力保持基本相等。
通过使该设备以“无转矩”模式操作,使得能够将该设备脱接,且将其置于使上述马达不施加转矩的状态。有利的是,该“无转矩”模式能在无需改变启动阀的位置的情况下使用。
可通过多种方式来实现对用于实施上述无转矩模式的泵的调控。
在该方法的一个实施中,该设备还包括压力传感器,该压力传感器适于将所述至少一个马达的供给孔和排放孔处的压力值传递到控制单元;且在无转矩模式中,基于由所述压力传感器提供的压力信息来确定该泵的缸容量。
另一实施涉及当该设备被安装在车辆中时的情况。
在这种情况下,在该方法的一个实施中,获取用作参照物的车辆行进构件的转速的值,同样地还获取泵的转子的转速的值;并且在无转矩模式中,根据泵的转子的转速来调控泵的输出流量,以使得上述液压马达的输出构件以与参照物行进构件的转速相同的速度转动。
此外,可通过使该设备还能够以上述的约束模式被操作来改进该方法,在该约束模式中,泵的缸容量被调控为使得所述至少一个马达的排放孔处的压力比所述至少一个马达的供给孔处的压力大至少一预定值。
特别是当该液压传动设备被安装在液压驱动的车辆中时,可实施该方法,该液压驱动车辆包括制动设备、如上文所述的液压传动设备以及由所述至少一个马达驱动的至少一个车辆行进构件。
更特别地,当该设备被安装在这样的车辆中:该车辆包括两个具有从动轮的轴,这些轴中的前面一个相对于车辆的运动方向位于另一个“后面的”轴的前面,且所述轴中的单独一个轴的轮由该液压传动设备驱动,则在助力期间,该方法还可使该设备能够以这样一种操作模式进行操作,在该操作模式中,泵的缸容量通常保持在一固定值,该固定值是以前轴的轮的转速不低于后轴的轮的转速为条件而确定的。
在前文的定义中,具有从动轮的轴意指相对于车辆的纵向处于相同的水平位(level)的一组轮(或一组其它的车辆行进构件),且其通过机械传动装置、液压传动装置或一些其它类型的传动装置来驱动。
前轴上的轮的转速不低于后轴上的轮的转速这一事实的效果是使车辆处于轻微的拉力之下而使车辆更易于被驱动。
特别地,上文所述的该设备的多种操作模式可在下列多种情况(单独地或相结合地)被触发:
当致动车辆的制动设备时,液压传动设备以无转矩模式被操作;
当停止致动车辆的制动设备时,该液压传动设备以约束模式被操作;以及
如果在处于约束模式中时驾驶员加速,则液压传动设备进入助力模式。
附图说明
通过阅读下文由非限制性示例示出的实施例的详细描述,能够充分地理解本发明,并且其优点显现得更为清晰。该描述是参照下列附图进行的:
图1是本发明的设备的第一实施例的示意图;
图2示出了一组曲线,这些曲线示出了在实施本发明的方法时,在本发明的设备所安装的车辆中各种参数如何变化;以及
图3是本发明的设备的第二实施例的示意图。
具体实施方式
图1示出了其中安装有本发明的液压传动设备20的车辆10。
车辆10是具有两个后轮12A、12B和两个前轮14A、14B的车辆。在正常状态下,由主传动装置16提供对车辆的驱动。所述主传动装置将内燃机18连接到后轮12A和12B,从而在大部分时间里单独为车辆提供驱动。
尽管该实施例包括内燃式的发动机18,但是本发明可利用任何类型的发动机或马达(无论由汽油、液化石油气(LPG)等推动的发动机、或者电动马达,乃至另一些类型的马达或发动机)来实施。
为了在困难路况(有坡度的道路、易滑的道路,等等)下驱动车辆,该车辆还具有由液压传动设备20构成的辅助传动装置。所述液压传动设备能够使两个轮14A和14B成为从动轮,即使它们在正常情况下并不是从动轮。由此,借助辅助传动装置20,该车辆具有使所有四个轮12A、12B、14A以及14B都是从动轮的操作模式。
尽管在该实施例中,液压助力被施加到前轮14A和14B,但是它也同样可以被施加到后轮。
辅助传动装置20联接到轴21,该轴21连接到发动机18的能量输出装置,当辅助传动装置20被启动时,该辅助传动装置从发动机18的能量输出装置获取能量并将该能量传递到轮14A、14B。
在本发明的定义中,辅助传动装置20构成“液压传动装置”或“液压助力”设备。该设备将一部分能量从发动机18传递到轮14A、14B,此外还执行如下多种功能:辅助传动装置的启用/停用;使辅助传动装置的构件在停用模式期间保持安全,等等。
为了驱动这些轮14A、14B,液压传动设备20首先包括两个加压流体源:主泵24以及辅泵25,该辅泵25被设计为在该设备的各种不同的管中保持最小的流体压力。
该主泵24是具有可变输出流量的双向泵,属于具有斜盘(swashplate)的类型的泵。
主泵24和辅泵25都连接到发动机18的输出轴21,并因此由输出轴21一并致动。
泵24、25通过不同的基本逻辑来控制:泵24具有可变缸容量,该泵能通过改变泵的斜盘凸轮的位置而被控制。而泵25具有固定缸容量;其输出压力由压力限制器44限制,通过这种方式在回路的各种管中保持给定的最小压力(增压压力)。
主泵24被设计为用以将加压流体供给到两个液压马达26A、26B,这两个液压马达26A、26B分别连接到两个轮14A、14B中的相应一个。为此目的,泵24具有连接到其主孔24A、24B的两个泵管28A、28B。
这些泵管28A、28B可分别与两个马达管30、32中的相应一个连通。这些马达管中的每一个均具有:第一部分301、321,适于连接到泵管;以及第二部分,在该部分中每个管各自分成两个分支302A、302B,以及322A、322B,这些分支连接到马达26A和26B的供给室和排放室。
泵管28A、28B中的具有较低压力的一个泵管中的压力被交换阀60限制。该阀60是具有三个位置的阀,其具有两个上游端口A和B、一个下游端口C和两个相对的液压控制室。
上游端口A和B分别连接到泵管28A和28B中的相应一个。下游端口C经由压力限制器62连接到非加压储液器52(即,在大气压下连接到储液器)。
阀60被相对地布置且具有相同回复力的复位弹簧驱压到中间位置。
在交换阀60的中间位置(当两个泵管中的压力基本相等时交换阀60占据该位置),交换阀60保持这三个端口A、B和C隔离。
相反的是,端位置对应于以下情况:当泵管28A、28B之间的压力差超过预定值时,该交换阀占据使连接到低压力管的上游端口与端口C连通的端位置。
因此,当两个泵管中的压力不相等时,只要所述储液器中的压力保持大于压力限制器62的额定压力,低压力泵管就将流体移出到储液器52。
因此,当两个泵管中的压力不相等时,交换阀60抑制低压力的管中的压力以保持等于所述额定压力的值,所述额定压力被称为“交换压力”PE。在车辆10中,该压力PE等于22bar。
应注意的是:在设备20中,交换阀60是可选的。其对本发明的操作而言不是必须的。
按照本身已知的方式,马达26A、26B是具有径向活塞的液压马达,该马达与例如法国第2 504 987号专利中描述的马达类似。
通过使这些马达的壳体中的压力产生变化,这些马达可特别地被接入或脱开(接合或脱接),但不仅限于此。
马达26A、26B的每一个均具有分别连接到轮14A、14B中相应一个轮的输出轴。在上述泵管之间、且由此马达管之间由主泵施加的压力差的作用下,马达26A和26B以驱动模式输出驱动转矩,该转矩使这些马达26A和26B能够驱动轮14A、14B。
相反,当在泵管之间、并由此在马达管之间由主泵施加的压力差为相反时(因此泵的输出孔24A处的压力小于其供给孔24B处的压力),设备20处于制动模式,且马达26A和26B输出针对制动轮14A、14B的制动转矩。
泵管28A、28B和马达管30、32借助启动阀34而连通。
该阀34的一般功能是启动或停用辅助液压传动装置(即,液压助力设备20):
在停用模式中,仅使用主传动装置来驱动车辆;以及
在启动模式中,主传动装置和液压传动装置能一起驱动车辆。然而,在该模式中,液压传动装置20有时能够暂停(或脱接)且马达不输出任何转矩,即当设备以上面提出的无转矩模式操作时的情况。
阀34具有三个上游端口A、B、C,两个下游端口D和E,以及两个位置Ⅰ、Ⅱ。在图1中也示出了仅短暂地占据的中间位置。
启动阀34还具有两个液压控制室34A、34B。
在本文中,应用于阀的端口的术语“上游”和“下游”一般是指流体流动的或指令传递的最通常的方向,但并不排除其它的操作模式。
端口A和C分别连接到泵管28A和28B中的一个泵管。端口B连接到储液器52。
端口D和E分别连接到马达管30、32的第一部分301和321之一,因此连接到马达26A、26B的供给孔和排放孔中的一个。
控制室34A和34B分别连接到下文将描述的控制阀40的端口C和D之一。
启动阀34还设置有复位弹簧,该复位弹簧迫使阀34停留在第一位置Ⅰ。
在第一位置Ⅰ中,端口B、D和E相互连接,而端口A和C相互连接。在第二位置Ⅱ中,端口A和D相互连接,端口C和E相互连接,而端口B被隔离。
如图1中的针对阀34的中间方框所示,在位置Ⅰ与位置Ⅱ之间的中间位置,四个端口A、C、D和E经由缩窄器相互连接,而端口B被隔离。
因此,在第一位置Ⅰ中,泵管28A、28B相互连接(旁通位置)。另外,马达管30和32相互连接;它们还连接到非加压储液器52。在该位置处,马达26A、26B的活塞占据缩回位置,在该缩回位置这些活塞缩回到所述马达的缸中,马达26A、26B以此方式被脱接。
相反地,在第二位置Ⅱ中,马达管连接到泵管,且这些马达管对马达26A、26B进行供给,使这些马达驱动轮14A、14B。该位置被占据时,将车辆置于四轮驱动模式并对应于液压传动装置的启动状态。
该设备20以下述方式供给流体。
辅泵25的输出孔连接到增压管41。该管41经由压力限制器44连接到处于大气压下的非加压储液器46。压力限制器44使泵25的输出孔处的压力能够被保持在相对低的压力PG(30bar),该压力被称为“增压压力”。
管41还经由止回阀42A、42B连接到泵管28A、28B。这种连接能够确保泵管中的压力在所有时间都保持原则上不小于增压压力PG
另外,泵管28A、28B经由压力限制器48A、48B连接到管41,以便同样避免任何过度压力。
如上文所述,传动设备20包括控制电磁阀40,该控制电磁阀使传动设备能够以下述的方式被置于启动模式或停用模式。
该电磁阀40具有两个上游端口A和B,两个下游端口C和D,两个位置Ⅰ、Ⅱ,以及驱使该电磁阀停留在其位置Ⅰ的复位弹簧。
端口A连接到非加压储液器52(其可与储液器46相同)。端口B连接到增压管41。端口C和D连接到如上所述的控制室34A和34B。
在位置Ⅰ中,端口A和C相互连接,而端口B和D相互连接。在位置Ⅱ中,端口A和D相互连接,而端口B和C相互连接。
液压传动设备20由电子控制单元50进行控制。
该电子控制单元经由仅以片段(不连续)方式显示的电路连接到各种电磁阀和设备20的各种传感器。
该控制单元连接到开关54,车辆10的驾驶员借助该开关,通过控制单元50来启用或停用设备20。
控制单元50还连接到位置传感器,该位置传感器连接到车辆的制动踏板和加速踏板55(图1中仅示出一个踏板)。
控制单元50通过作用于电磁阀40来控制设备20的启动和停用:该控制单元使电磁阀进入其位置Ⅱ,以便启用该设备使该设备进入其启动模式;且该控制单元使阀40进入其位置Ⅰ以便停用设备20而使该设备返回其停用模式。
在停用模式中,泵管28A和28B经由被置于位置Ⅰ的启动阀34相互连接。马达管经由阀34的端口B连接到储液器52并因此保持在大气压下。
由此,马达26A和26B(以及引申为设备20)的启动以下述方式进行:
阀40从位置Ⅰ转换到位置Ⅱ,以下述方式触发马达26A、26B的接合或启动:一旦阀40转换到位置Ⅱ,则由辅泵25输出的“增压压力”被施加到液压室34A而不是室34B。由此液压阀34从位置Ⅰ(非助力模式)转换到位置Ⅱ(驱动模式)。
几乎同时,主泵的输出压力传递到第一马达管30,同时泵24的吸入孔24B处的压力被施加到第二马达管32。
在该压力的作用下,马达26A和26B的活塞从这些马达的缸中伸出,这些活塞先前处于缸中的缩回位置,且被置为与马达26A和26B的凸轮接触。按照本身已知的方式,这些活塞随后在马达管中的流体压力的作用下输出驱动转矩。
相反,为了停用马达26A和26B、且因此为了停用设备20,使用启动阀34。通过使设备20进入非助力模式而使马达26A和26B被停用,这是借助阀34来进行的,通过使所述阀进入位置Ⅰ以便绕过这些马达。
然而,设备20提供了使马达26A和26B停用的第二方法:在保持设备20启动的同时(阀34在位置Ⅱ),以“无转矩”模式操作设备20。
为了使该操作模式可行,控制单元适于借助两个相同的电磁阀36A、36B来调整泵24的缸容量。
这些电磁阀均具有分别连接到增压管41和非加压储液器56的两个上游端口,以及一个下游端口。两个阀36A、36B的下游端口分别连接到泵24的液压控制室22A、22B中的相应一个。
这些液压室22A、22B使得能够以本身已知的方式控制泵24的斜盘的位置,且因此使得能够控制泵24的缸容量。
根据施加到阀36A和36B的指令,阀36A和36B对其所连接到的液压室22A或22B施加增压压力或大气压力。
因此,经由阀36A和36B,控制单元50能够控制泵24的缸容量。
此外,控制单元50被配置成使其能够以“无转矩”模式操作设备20。在该模式中,由于泵的缸容量被单元50调控为使得供给孔24A处和泵24的排放孔24B处的压力基本相等,因此马达26A和26B不会输出任何转矩。
为了能够实现这种调控,设备20具有分别设置在泵管28A和马达管32上的两个压力传感器27。当阀34处于位置Ⅱ时,这些传感器将分别处于马达26A和26B的供给孔和排放孔中的压力PA和PB的值传递到控制单元50。
基于这些压力值,控制单元50使泵24的缸容量的值变化并调控该值以使压力PA和PB变得相等。这种调控可通过任何适当的控制算法来执行,例如通过使用比例-积分-导数(PID)控制之类的算法。
因此,在该调控模式中,系统使用由压力传感器27提供的压力信息来确定泵的缸容量。
此外,这些压力(当车辆向前移动时为PB)的减小量被交换阀60约束为等于交换压力PE
下面将参照图2描述控制设备20的方法。
该图示出了在车辆移动的同时,当一组指令被依次施加到车辆时,车辆10的操作工况的示例,特别示出了设备20的工况的示例。
该图具有作为横坐标轴的时间轴。
纵坐标轴上标绘有多种量值,即从上到下为:
车辆的速度S;
阀40和34的位置(分别为V40或V34);
加速踏板的位置Acc;
制动踏板的位置Br;以及
分别处于马达26A和26B的供给孔和排放孔的相应一个处的压力PA和PB的值。(当阀34仅处于位置Ⅱ时,由连接到泵管28B的压力传感器27测得的压力因此等于由图2的曲线表示的压力PB)。
在时刻t0之前的初始阶段中,车辆10以中等速度行驶,而无液压助力,例如沿着路的水平部分。设备20被停用,且阀34处于位置Ⅰ。
在时刻t0,由于例如地面变得较滑,且由于驾驶员希望获得由设备20提供的液压助力,因此车辆10的驾驶员启用设备20,这使得可以具有四轮驱动。
为此目的,驾驶员将设备20的启用控制开关54置于关闭位置。此接触的关闭表示控制单元50设备20应当被启用。随后控制单元启动阀40(时刻t0),该阀转换到位置Ⅱ。因此,阀34也从位置Ⅰ转换到位置Ⅱ并随后停留在位置Ⅱ。
随后,控制单元将设备20置于助力模式,该助力模式是默认模式。
在这一操作模式中,单元50将泵24限制为具有泵容量Cy,但前提条件是马达26A和26B的供给压力PA保持不低于最低临界压力。该最低临界压力以PP表示,在车辆10中等于80bar。如果供给压力PA倾向于变得低于所述最低压力PP,则单元50调控泵的缸容量以使所述供给压力保持等于80bar。
因此,设备20在时刻t0一经启动,压力PA就急剧增加以停驻于80bar的值。同时,压力PB增加以停驻于交换压力PE的值(22bar)。
在时刻t0之后不久,可能是由于后轮12A和12B的轻微车轮空转(箭头A),压力PA趋于上升超过80bar。随后控制单元改变泵24的斜盘的位置以使泵的缸容量变成为等于缸容量Cy。
随后压力PA根据速度的变化、且因此根据泵24的输出流量的变化而波动。
在时刻t1,车辆在斜坡上且车辆的驾驶员进行制动。驾驶员压下制动踏板55。该压下动作立即被控制单元50检测到。
所述控制单元随后立即使设备20转换到无转矩模式。为此目的,当将阀34保持在位置Ⅱ时,单元50开始调控泵24的缸容量以使得马达26A和26B的供给孔和排放孔处的压力PA和PB保持基本相等。
由此,交换阀60转换到其中间位置并关闭。
管28A中的压力PA非常迅速地减小,以便变得等于压力PB
由增压泵25供给的两个泵和马达管中的压力随后停驻在增压压力PG的值,即30bar。
同时,在制动的作用下,车辆的速度降低。在该阶段中,由于通过马达26A和26B输出的转矩是零,所以设备20对制动没有任何形式的贡献。
随后在时刻t2,当车辆仍在斜坡上时,车辆的驾驶员停止制动。控制单元感知到对制动踏板按压的中止,而使设备20从无转矩模式转换到约束模式。
为此目的,当将阀34保持在启动位置Ⅱ时,控制单元50调控泵24的缸容量以使得回流管28B中的压力PB不小于(可选地为等于)约束压力PR(50bar)。
并行地,交换阀60再次进行操作并限制泵管28A中的压力以达到交换压力PE的压力(22bar)。
马达的排放孔和供给孔之间的压力差(50bar-22bar)导致马达输出少量的制动转矩。在该转矩的作用下车辆的速度继续降低,但降低的程度慢于制动阶段。
在时刻t3,驾驶员不再希望减速,而是希望逐渐再次加速。因此驾驶员压下加速踏板。
该指令一经被检测到,控制单元50就使车辆返回到助力模式。车辆的速度再度增大。
在第一阶段,更确切而言在时刻t3与随后时刻t4之间,马达的供给孔处的压力大于80bar的临界压力。由此,泵的缸容量保持在值Cy。
从时刻t4开始,马达的供给孔处的压力趋于变得小于80bar的临界压力。随后,控制单元调控泵24的缸容量以将压力PA的值保持为80bar的值。
在时刻t5,驾驶员希望停用设备20。驾驶员将设备20的启动控制开关54置于打开位置。
控制单元50将阀40置于位置Ⅰ。因此阀34也处于位置Ⅰ。随后设备20被停用,马达26A和26B处于旁通位置。
控制单元50还能被配置为使得,在具有液压助力的阶段期间当制动踏板被松开时,该控制单元使车辆10返回到助力模式而不是使其处于约束模式中。
在前述的示例中,本发明是通过具有并联设置的两个马达26A和26B的实施例来阐示的。当然,本发明也可以借助任何数量的马达来实施,而无论它们的配置方式如何(串联、并联或两者的组合),只要在马达的出口实现零转矩以及回路的两个点处(一般是分别处于马达的上游和下游的点)的压力相等即可。因此,在这种情况下,为了将该设备置于无转矩模式,控制单元控制泵的缸容量以使得所述两点处的压力保持相等。
最后,图3示出了本发明的第二实施例。除了以下几点之外,该实施例与参照图2描述的第一实施例相同。
在该实施例中,泵的缸容量不是基于压力传感器29的压力测量值被调控,而是基于轮的转速的测量值被调控。
轮14A和14B被用作用于使车辆移动的参照物车辆行进构件。
为了获取能够用以确定轮14A和14B(参照物行进构件)的转速的信息,该设备包括速度传感器29,该速度传感器直接测量轮的转速(这些轮也被限制为与马达26A和26B的输出轴一起旋转)并将所述速度(值)传递到控制单元50。
在图3所示的实施例中,传感器29被安设在轮14A和14B上,但是它们也可(事实上优选地)被安设在轮12A和12B上。
设备还包括速度传感器31,该速度传感器测量轴21的转速,也就是泵24的转子的转速。由传感器31测得的信息被传递到控制单元50。
在该调控模式中,不使用压力传感器来调控泵24的缸容量。
基于由传感器29输出的轮的转速信息,并基于由传感器31输出的、与泵24的转子的转速相关的转子的转速信息,控制单元50确定泵的缸容量。泵的缸容量是这样被计算的:使得由于基于泵24的转子的转速并且基于泵和马达的各自的缸容量计算出的液压马达26A、26B的输出轴的转速等于由传感器29测量的马达26A、26B的输出轴的实际转速(即,轮14A、14B的转速)。
泵24的轴的转速连同所述泵的缸容量一起确定由泵24向马达26A、26B输出的流体的速度。对于指定的所述马达的缸容量,能够由该输出流量推断出马达的输出轴的转速。
通过选择一个使马达26A、26B的输出轴的转速等于轮14A、14B的转速的泵缸容量,控制单元50将泵24控制为使得在马达26A、26B的供给孔和排放孔处的流体压力保持大体相等,进而马达26A和26B不会向其输出轴输出任何转矩。
然而,设备20也具有与本发明的第一实施例的设备中相同的压力传感器27。
基于由传感器27输出的压力信息,在无转矩模式中,控制单元50核对液压马达的供给孔与排放孔之间的压力差(是否)小于一预定压力差。如果这个条件不满足,则控制单元向车辆的驾驶员发送警告信号。

Claims (19)

1.液压传动设备(20),包括:
泵(24),具有可变缸容量;
至少一个液压马达(26A、26B),由所述泵供给;以及
控制单元(50);
所述设备的特征在于:
所述至少一个液压马达被设置为使得当所述至少一个液压马达的供给孔和排放孔中的压力相等时,所述至少一个液压马达的输出转矩为零;并且
在所述设备的操作模式中,所述控制单元适于通过调控所述泵的缸容量,将所述供给孔和所述排放孔处的压力保持为基本相等,而使所述设备以无转矩模式操作,同时液压流体在所述泵与所述至少一个液压马达之间流动。
2.根据权利要求1所述的液压传动设备(20),其中,所述控制单元适于使所述设备以约束模式操作,在该约束模式中,所述泵的缸容量被调控为使得所述至少一个液压马达的排放孔处的压力比所述至少一个液压马达的供给孔处的压力大至少预定值。
3.根据权利要求1所述的液压传动设备(20),还包括启动阀(34),该启动阀在第一位置适于使所述泵(24)与所述至少一个液压马达连通以供给所述至少一个液压马达,反之,该启动阀在第二位置适于将所述泵与所述至少一个液压马达隔离,且其中所述控制单元被设计成使得,在所述启动阀从所述第二位置转换到所述第一位置之后和/或在所述启动阀从所述第一位置转换到所述第二位置之前,所述控制单元立即以无转矩模式操作所述设备,或者所述控制单元立即调控所述泵的缸容量以使得所述至少一个液压马达的供给压力不少于预定值。
4.根据权利要求1所述的液压传动设备(20),还包括压力传感器(27),所述压力传感器适于将在所述至少一个液压马达的所述供给孔和排放孔处的压力值传递到所述控制单元,且其中所述控制单元被设置为使得在无转矩模式下,所述控制单元基于由所述压力传感器(27)提供的压力信息来调控所述泵的缸容量。
5.一种车辆,包括根据权利要求1到3中任一项所述的液压传动设备(20);
所述设备还包括:采集装置,其适于向所述控制单元传递信息以便能够确定用作参照物的车辆行进构件的转速值;以及泵速传感器(31),其适于向所述控制单元传递信息以便能够确定所述泵(24)的转子的转速;以及
所述控制单元还被设置为使得在无转矩模式中,所述控制单元确定参照行进构件的转速的值和所述泵的转子的转速,且所述控制单元根据所述泵的转子的转速来调控所述泵的输出流量,使得所述至少一个液压马达的输出构件以与针对作为参照物的所述行进构件所确定的速度相同的速度转动。
6.根据权利要求5所述的车辆,其中,所述液压传动设备还包括压力传感器(27),所述压力传感器适于将所述至少一个液压马达的供给孔和排放孔处的压力值传递到所述控制单元,且其中,所述控制单元被设置为使得在无转矩模式中,所述控制单元基于由所述压力传感器(27)提供的压力信息核对所述至少一个液压马达的供给孔和排放孔处的压力之间的差值是否小于预定值。
7.一种车辆,包括制动设备、根据权利要求1到4中任一项所述的液压传动设备和由所述至少一个液压马达驱动的至少一个车辆行进构件(14A、14B);所述车辆具有下述操作模式:在该操作模式中,当所述制动设备被致动时,所述控制单元(50)以无转矩模式操作所述液压传动设备。
8.根据权利要求5所述的车辆,其中,所述控制单元被设置为使得在制动之后,所述控制单元自动地以约束模式操作所述设备,在该约束模式中所述泵的缸容量被调控为使得所述至少一个液压马达的排放孔处的压力比所述至少一个液压马达的供给孔处的压力大至少一预定值。
9.根据权利要求8所述的车辆,包括前行进构件和后行进构件,其中所述控制单元被设置为,如果在所述车辆处于约束模式中时加速指令被传递到所述车辆,则所述控制单元自动地使所述液压传动设备转换到助力模式,在该助力模式中所述泵的缸容量通常保持为一固定值(Cy),该固定值是以所述前行进构件的转速不小于所述后行进构件的转速的方式来确定的。
10.根据权利要求5所述的车辆,其中,所述控制单元适于以制动模式操作所述设备,在该制动模式中所述泵的缸容量被调控为,使得所述至少一个液压马达的排放孔处的压力比所述至少一个液压马达的供给孔处的压力大一数值,该数值根据被传递到所述车辆的制动指令而变化。
11.根据权利要求5所述的车辆,还包括内燃机(18)和机械主传动装置(16);且其中所述泵由与所述发动机关联或与联接到所述发动机的变速箱关联的输出轴(21)驱动。
12.根据权利要求7所述的车辆,其中,所述控制单元被设置为使得在制动之后,所述控制单元自动地以约束模式操作所述设备,在该约束模式中所述泵的缸容量被调控为使得所述至少一个液压马达的排放孔处的压力比所述至少一个液压马达的供给孔处的压力大至少一预定值。
13.根据权利要求7所述的车辆,其中,所述控制单元适于以制动模式操作所述设备,在该制动模式中所述泵的缸容量被调控为,使得所述至少一个液压马达的排放孔处的压力比所述至少一个液压马达的供给孔处的压力大一数值,该数值根据被传递到所述车辆的制动指令而变化。
14.根据权利要求7所述的车辆,还包括内燃机(18)和机械主传动装置(16);且其中所述泵由与所述发动机关联或与联接到所述发动机的变速箱关联的输出轴(21)驱动。
15.一种控制液压传动设备(20)的方法,所述设备包括具有可变输出流量的泵(24)、由所述泵供给的至少一个液压马达(26A、26B)、以及控制单元(50);
所述方法的特征在于,在所述液压传动设备中,所述至少一个液压马达被布置为,使得当所述至少一个液压马达的供给孔与排放孔中的压力相等时,来自所述至少一个液压马达的输出转矩是零;以及在一段期间内,所述设备以无转矩模式被操作,在该模式中所述泵的缸容量被调控为使得所述供给孔和排放孔处的压力保持基本相等,同时液压流体在所述泵与所述至少一个液压马达之间流动。
16.根据权利要求15所述的控制液压传动设备的方法,其中,另外,在约束期间内,所述设备以约束模式被操作,在该约束模式中所述泵(24)的缸容量被调控为,使得所述至少一个液压马达的排放孔处的压力比所述至少一个液压马达的供给孔处的压力大至少一预定值。
17.根据权利要求15所述的控制液压传动设备的方法,该液压传动设备安装在具有两个带从动轮的轴的车辆中,所述轴的前面一个相对于所述车辆的运动方向位于另一个“后面的”轴的前面;所述轴中的单独一个轴的轮由所述液压传动设备驱动;此外,在该方法中,在助力期间内,所述设备以下述操作模式被操作:在该操作模式中,所述泵的缸容量通常保持为一固定值(Cy),该固定值是以前轴的轮的转速不低于后轴的轮的转速的方式来确定的。
18.根据权利要求15到17中任一项所述的控制液压传动设备的方法,该方法在液压驱动的车辆上实施,所述液压驱动的车辆包括制动设备、所述液压传动设备、以及由所述至少一个液压马达驱动的至少一个车辆行进构件;在该方法中,当所述车辆的制动设备被致动时,所述液压传动设备以无转矩模式操作。
19.根据权利要求18所述的控制液压传动设备的方法,其中,当所述车辆的制动设备停止致动时,所述设备以约束模式被操作,在该约束模式中,所述泵的缸容量被调控为,使得所述至少一个液压马达的排放孔处的压力比所述至少一个液压马达的供给孔处的压力大至少一预定值。
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