CN105264149B - 用于工程机械的液压系统和用于控制液压系统的方法 - Google Patents

用于工程机械的液压系统和用于控制液压系统的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种液压系统，包括：第一旋转式液压机械和第二旋转式液压机械，该第一和第二液压机械被布置为通过公共的输出轴提供扭矩；第一阀装置，该第一阀装置用于通过使用具有不同液压压力水平的两个液压流体源在第一液压机械上提供液压压差水平；第二阀装置，该第二阀装置用于通过使用具有不同液压压力水平的两个液压流体源在第二液压机械上提供液压压差水平；和控制单元，该控制单元被构造为控制第一阀装置和第二阀装置，以便通过该液压系统的输出轴提供不同的离散的扭矩水平。本发明还涉及一种使用一个液压机械和多个差压水平来提供不同的离散的扭矩水平的液压系统和用于控制液压系统的方法。

Description

用于工程机械的液压系统和用于控制液压系统的方法
技术领域
本发明涉及用于工程机械的液压系统和包括此液压系统的工程机械。
本发明可应用于工业建筑机械领域的工程机械，特别是轮式装载机、铰接式翻斗车和挖掘机。虽然下文中将参考轮式装载机描述本发明，但本发明不限于此特定机械，而是也可用在其它重型工程机械中，例如自卸卡车，或用在其它建筑设备中。
背景技术
液压系统使用在大范围的应用中。例如，工程机械依赖于液压系统来提供用于处理载荷的动力。用于工程机械的液压系统可包括直线促动器，即液压缸，和旋转式液压机械，例如液压马达。
随着工程机械内的能量效率的需求的增加，变得越来越重要的是保证工程机械的所有部分尽可能能量有效。虽然一般的液压系统内的单独部件的能量效率已提高，但总系统效率却趋于低效率，且可能甚至低于10％。液压系统内的能量损失因此导致增加的燃料消耗，增加的排放，并且也导致对于另外的冷却系统的需求。
液压系统可用于驱动诸如液压缸的直线促动器和诸如液压马达的旋转促动器。液压马达例如可用于提供挖掘机的摆动功能、作为轮式装载机的风扇马达、作为车轮驱动器的轮毂单元或用于履带挖掘机的履带驱动。
旋转式液压马达在给定一定的机械排量D和差压ΔP的情况下产生了机械扭矩T。因此，可通过控制排量D或差压ΔP而控制液压马达的输出扭矩。此外，经常存在供给系统内的最大流量方面的限制，这又导致了液压马达的最大可实现转速(rpm)。
在使用固定排量液压马达的应用中，通过控制压力来控制扭矩，所述压力控制通过使用比例阀或通过例如压力调节泵的一些其它压力调节装置进行。
对于可变排量液压马达，也可通过改变排量来控制输出扭矩。这使得可使用提供了恒定压力的液压供给系统，这可能是有利的，例如如果希望在液压供给系统内包括液压能量存储器的话。
在许多应用中，希望使液压系统可提供连续可变的动力输出，以保证对于变化的载荷的平滑操作。连续可变的输出例如可以通过使用如上所述的可变排量液压机械来实现。然而，因为可变排量液压机械比固定排量液压机械更复杂且因此更昂贵，所以，对于一定的应用，使用固定排量液压机械可能更有利，且其中通过控制压力或通向液压机械的流体的流量来控制动力输出的变化。
为实现能量更有效的且灵活的液压系统，可通过将比例伺服阀连接到固定排量液压机械来控制固定压力系统的输出扭矩。然而，使用比例伺服阀的恒定压力系统仅在使用在全载荷下即当阀全开时是完全能量有效的。对于部分载荷，在伺服阀内可能发生损失，载荷越低则损失越高。
因此，希望提供更能量有效的液压系统。
发明内容
考虑到以上所述的用于工程机械的液压系统的希望的特性以及现有技术的以上所述的和其它缺点，本发明的任务是提供用于工程机械的改进的液压系统。
因此，根据本发明的第一方面，提供了液压系统，所述液压系统包括：第一旋转式液压机械和第二旋转式液压机械，所述第一和第二液压机械被布置为通过公共的输出轴提供扭矩；第一阀装置，该第一阀装置用于通过使用具有不同液压压力水平的两个液压流体源在第一液压机械上提供液压压差水平；第二阀装置，该第二阀装置用于通过使用具有不同液压压力水平的两个液压流体源在第二液压机械上提供液压压差水平；控制单元，该控制单元被构造为控制所述第一阀装置和所述第二阀装置，以便通过该液压系统的输出轴提供不同的离散的扭矩水平。
本发明基于如下认识，即：可通过在连接到同一输出轴上的两个分开的液压机械上施加不同的压力来提供多个不同的离散的扭矩水平。
根据本发明的一个实施例，第一和第二液压机械中的至少一个可以是固定排量液压机械。具有固定排量的液压机械一般地与可变排量液压机械相比更简单且因此能以更低的成本制造。在固定排量液压机械中，通过控制液压机械上的差压来控制输出扭矩。
在本发明的一个实施例中，第一液压机械可具有第一固定排量且第二液压机械可具有第二固定排量，所述第二固定排量与第一固定排量相同。
此外，在本发明的一个实施例中，第二固定排量可以与第一固定排量不同。通过仅使用固定排量液压机械，可实现能量有效的动力系统。此外，通过使用连接到公共的输出轴的具有不同固定排量的液压机械，增加了可提供的离散的扭矩水平的数量。
根据本发明的一个实施例，第一液压机械可以是固定排量液压机械且第二液压机械可以是可变排量液压机械。可能有利的是与一个或多个固定排量液压机械组合使用可变排量液压机械，以可提供连续可变的输出扭矩。
在本发明的一个实施例中，可通过使用具有第一液压压力水平的第一液压蓄能器和具有第二液压压力水平的第二液压蓄能器来提供液压压差水平，所述第一液压压力水平与所述第二液压压力水平不同。通过使用具有固定压力水平的液压蓄能器来向液压机械通过阀装置提供液压流体，可从输出轴通过液压机械回收能量且将所述能量存储在蓄能器内，因此提高液压系统的能量效率。在其中两个或多个液压蓄能器与可变排量液压机械组合使用的实施例中，仅将具有最高压力的液压蓄能器连接到可变排量液压机械可能就足够了，且可变排量液压机械的低压侧然后可连接到具有最低压力的蓄能器或连接到代表了低压源的油箱。然而，可有利地将所有液压蓄能器也连接到可变排量液压机械，以在液压系统操作期间提供增加的灵活性。在动力系统内使用一个或多个液压蓄能器的另外优点是可降低向系统提供能量的供给单元的尺寸，例如所述供给单元可被设定尺寸以应对平均能量要求，而一个或多个液压蓄能器可提供能量以满足峰值载荷。
在本发明的一个实施例中，第一液压蓄能器的压力水平可以固定在第一预定范围内，且第二液压蓄能器的压力水平可以固定在第二预定范围内，所述第二预定范围与所述第一预定范围不同。预定范围可以是小的范围，使得压力水平可视作大众恒定，或该能量范围可以相对大，使得可通过液压蓄能器根据液压系统的不同的操作模式提供不同的压力。此外，通过允许蓄能器的压力改变，特定的液压系统可用在对扭矩输出有不同要求的应用中。
此外，液压系统可有利地包括蓄能器填充系统，例如液压泵，其连接到其中布置了液压系统的车辆的发动机。通过液压填充系统，液压蓄能器内的压力水平可维持在预定压力范围内。使用液压蓄能器向液压系统提供能量的另外优点是，对于其中被动力系统的工作循环所允许的一定的应用，与动力供给直接连接到液压机械的情况相比，例如内燃机的动力供给可降低尺寸。
根据本发明的一个实施例，第一阀装置可以有利地包括连接在第一液压流体源与第一液压机械的第一侧之间的第一阀和连接在第二液压流体源与第一液压机械的第二侧之间的第二阀，且第二阀装置可包括连接在第一液压流体源与第二液压机械的第一侧之间的第一阀以及连接在第二液压流体源与第二液压机械的第二侧之间的第二阀。这些阀被布置为控制流体源和液压机械的各个侧之间的流动，使得可通过控制各个阀而在液压机械上提供不同的压力。原理上，所述阀装置可包括阀块或阀阵，所述阀块或阀阵具有多个入口和多个出口且构造为提供希望的功能性。
根据本发明的一个实施例，阀装置可有利地包括开关阀。虽然传统的流量调节阀可用于提供希望的功能，但优选使用开关阀，因为开关阀可具有更简单的构造，且因此能以低于比例伺服阀的成本制造。也希望可快速切换阀，这可通过开关阀实现。此外，开关阀与比例地使用的比例伺服阀相比更能量有效。因此，通过将每个具有基本恒定压力水平的液压蓄能器与将所述液压蓄能器通过开关阀连接到固定排量液压机械相结合，可进一步提高系统的能量效率。开关阀可例如以提升阀或滑阀的形式提供。开关阀有时也被称为数字阀。原理上，希望使用其上具有相对小的或可忽略不计的压降的阀。本领域普通技术人员将认识到，多种阀设备和阀类型是可以的，同时仍提供了控制各液压机械上的差压的希望的功能。
在本发明的一个实施例中，第一液压机械可具有第一固定排量D1，且第二液压机械可具有第二固定排量D2＝D1*(2*n+1)，其中n是所述液压系统内可利用的不同液压压力水平的数量。有利的是，根据系统的可利用的压力水平的数量来选择固定排量液压机械的排量，使得可通过输出轴提供尽可能多的离散扭矩水平，且使得扭矩的差异(即扭矩的步长)对于任何两个相邻的扭矩水平是相同的。
此外，在液压系统中，包括k个固定排量液压机械，k>＝2，每个液压机械具有与其余液压机械中的任何液压机械的固定排量不同的固定排量，且包括n个不同的液压压力水平，n>＝2，液压机械k的排量可有利地被选择为Dk＝D1*(2*n+1)k-1，其中D1是具有最低的固定排量的液压机械的固定排量。
根据本发明的一个实施例，液压系统可有利地包括至少三个不同的压力水平，其中两个最低的压力水平p1和p2之间的压力差异为Δp1＝p1-p2，且其中第n个压力水平的压力选择为pn＝p1+n*Δp1。通过根据前述描述选择n个压力水平(n>＝2)，作为结果的对于每个具有相等步长大小的离散的扭矩步长的数量nT为nT＝1+(n-2)*2。因此，扭矩步长的总数是nT乘以具有不同的排量的固定排量液压机械的数量。不同的压力水平可例如通过液压蓄能器提供，或所述压力水平可通过用于提供液压压力的其它装置提供，例如通过液压泵设备提供。
根据本发明的第二方面提供了液压系统，所述液压系统包括：布置为通过输出轴提供扭矩的旋转式液压机械；用于通过使用具有不同液压压力水平的两个液压流体源在液压机械上提供第一液压压差水平的第一阀装置；用于通过使用具有不同液压压力水平的两个液压流体源在液压机械上提供第二液压压差水平的第二阀装置；所述第二液压压差水平的绝对值与所述第一液压压差水平的绝对值不同；和控制单元，该控制单元被构造为控制第一阀装置和第二阀装置，以便通过液压系统的输出轴提供不同的离散的扭矩水平。
本发明人进一步认识到，通过使用离散的压力水平实现不同的差压以在液压机械上施加不同的差压，可以提供多个不同的离散的扭矩水平。
在本发明的一个实施例中，旋转式液压机械可有利地具有固定排量。因此，通过不同的离散差压来控制输出扭矩，所述差压可施加在固定排量液压机械上。
在本发明的一个实施例中，液压系统可有利地包括具有第一液压压力水平的第一液压流体源、具有与第一液压压力水平不同的第二液压压力水平的第二液压流体源、以及具有与第一及第二压力水平不同的第三液压压力水平的第三液压流体源；其中第一阀装置和第二阀装置共同使用一个液压流体源。通过使用具有不同压力水平的三个不同的液压流体源，可在固定排量液压机械上施加多个不同的差压，以在输出轴上提供不同的离散的输出扭矩水平。
此外，第二压力水平和第三压力水平之间的压力差有利地为第一压力水平和第二压力水平之间的压力差的大致两倍。通过将最高压力水平和中间压力水平之差选择为最低压力水平和中间压力水平之差的两倍，可提供输出扭矩的最佳数量的等距水平。
本发明的此第二方面的另外效果和特征很大程度上类似于结合本发明的第一方面在上文中描述的那些效果和特征。
还提供了一种工程机械，所述工程机械包括根据前述任一实施例的液压系统。
根据本发明的第三方面提供了用于控制液压系统以提供离散的输出扭矩水平的方法，所述系统包括：被布置为通过公共的输出轴提供扭矩的多个液压机械；和用于通过阀装置从多个液压流体源向每个液压机械提供多个液压压差的阀装置；所述方法包括：响应于所要求的输出扭矩水平控制阀装置，以便通过输出轴提供离散的输出扭矩水平：如果所要求的输出扭矩水平小于或等于液压系统的最小扭矩水平，则通过将最低的液压压差施加到具有最低固定排量的液压机械来提供最小输出扭矩水平；如果所要求的输出扭矩水平大于或等于液压系统的最大扭矩水平，则通过将最高的液压压差施加到所述多个液压机械来提供最大输出扭矩水平；并且，如果所要求的输出扭矩水平处于最小输出扭矩水平和最大输出扭矩水平之间，则将液压压差施加到液压机械中的至少一个，使得所提供的扭矩水平最接近于所要求的扭矩水平。
根据本发明的第四方面提供了用于控制液压系统以提供离散的输出扭矩水平的方法，所述系统包括：被布置为通过输出轴提供扭矩的液压机械；和阀装置，所述阀装置用于从多个液压流体源通过所述阀装置向每个液压机械提供至少三个液压压差；所述方法包括：响应于所要求的输出扭矩水平控制阀装置，以便通过输出轴提供离散的输出扭矩水平：如果所要求的输出扭矩水平小于或等于液压系统的最小扭矩水平，则通过将最低的液压压差施加到液压机械来提供最小输出扭矩水平；如果所要求的输出扭矩水平大于或等于液压系统的最大扭矩水平，则通过将最高的液压压差施加到液压机械来提供最大输出扭矩水平；并且，如果所要求的输出扭矩水平处于最小输出扭矩水平和最大输出扭矩水平之间，则将液压压差施加到液压机械，使得所提供的扭矩水平最接近于所要求的扭矩水平。
根据本发明的第五方面提供了用于控制液压系统以提供离散的输出扭矩水平的方法，所述系统包括：具有固定排量的第一液压机械，所述第一液压机械被布置为通过公共的输出轴提供扭矩；具有可变排量的第二液压机械，所述第二液压机械被布置为通过公共的输出轴提供扭矩；用于通过使用具有不同液压压力水平的两个液压流体源在第一液压机械上提供液压压差水平的第一阀装置；用于通过使用具有不同液压压力水平的两个液压流体源在第二液压机械上提供液压压差水平的第二阀装置；所述方法包括如下步骤：响应于所要求的输出扭矩水平控制阀装置和第二液压机械，以便通过输出轴提供离散的输出扭矩水平，这通过如下方式实现：将液压压差施加到第一液压机械，使得提供的扭矩水平最接近于要求的扭矩水平；和控制第二液压机械的排量和旋转方向，以将扭矩添加到输出轴或从输出轴回收扭矩，从而提供所要求的输出扭矩。
本发明的第三、第四和第五方面的效果和特征很大程度上类似于在上文中结合本发明的第一和第二方面描述的那些效果和特征。
在研读附带的权利要求和如下的描述时，本发明的另外特征和优点将变得显见。本领域普通技术人员将认识到的是，本发明的不同的特征可相互组合，以产生不同于下文描述的那些实施例的实施例，而不偏离本发明的范围。
附图说明
本发明的以上的以及另外的目的、特征和优点将通过如下的对于本发明的示例性实施例的阐述性的且非限制性的详细描述被更好地理解，其中：
图1是图示了轮式装载机形式的工程机械的示例实施例的侧视图，所述轮式装载机具有用于装载操作的铲斗和用于操作铲斗且使轮式装载机转向的液压系统；
图2示意性地图示了根据本发明的示例实施例的液压系统；
图3示意性地图示了根据本发明的示例实施例的液压系统；
图4a至图4b示意性地图示了根据本发明的示例实施例的液压系统；
图5a至图5b示意性地图示了根据本发明的示例实施例的液压系统内的压力水平和扭矩水平；
图6示意性地图示了根据本发明的示例实施例的液压系统内的扭矩水平；
图7示意性地图示了根据本发明的示例实施例的液压系统；和
图8示意性地图示了根据本发明的示例实施例的用于控制液压系统的方法。
具体实施方式
在本详细描述中，主要参考用于轮式装载机的液压系统论述了根据本发明的液压系统的多种实施例。然而，应注意到的是，这不限制本发明的范围，本发明相等地可应用于其它类型的工程机械内的液压系统。
现在参考图1，图示了工程机械101，在此，所述工程机械为具有工具102的轮式装载机的形式。术语“工具”旨在包括任何类型的使用液压器件的工具，例如布置在轮式装载机上的铲斗、叉或抓取工具，或布置在铰接式翻斗车上的车斗。所图示的工具包括铲斗103，所述铲斗103布置在用于提升和降低铲斗103的臂单元104上，且进一步地，铲斗103可相对于臂单元104倾斜或枢转。轮式装载机101设有例如用于提升和倾斜该铲斗的液压系统。在图1所示的示例实施例中，该液压系统包括用于操作臂单元104的两个液压缸105a、105b和用于使铲斗103相对于臂单元104倾斜的液压缸106。此外，该液压系统包括布置在轮式装载机的两个相反侧上的两个液压缸107a、107b，用于通过前车身部分108和后车身部分109的相对移动来使轮式装载机转弯。换言之，工程机械借助于转向缸107a、107b进行车架转向。
工程机械101还设有原动机，例如内燃机，且设有带有变速箱的传动系，以将动力供给到工程机械101的驱动轮112。
图2示意性地图示了根据本发明的一个实施例的液压系统200。液压系统200包括具有排量D1的第一旋转式液压机械202和具有排量D2的第二旋转式液压机械204，这两个液压机械都布置成通过公共的输出轴206提供扭矩。
液压系统200进一步包括：第一阀装置208，其通过使用具有不同液压压力水平P1和P2的两个液压流体源210、212在第一液压机械202上提供液压压差水平；第二阀装置214，其通过使用具有不同液压压力水平P3和P4的两个液压流体源216、218在第二液压机械204上提供液压压差水平；和控制单元220，其被构造为控制第一阀装置208和第二阀装置214，使得通过液压系统200的输出轴206提供不同的离散的扭矩水平。从每个液压机械提供到输出轴的扭矩T对应于液压压差乘以相应马达的排量，即T1＝ΔP1*D1且T2＝ΔP2*D2，其中ΔP1＝P1-P2且ΔP2＝P3-P4。例如，最大输出扭矩Tmax则变为Tmax＝ΔP1*D1+ΔP2*D2。如果每个液压机械的两侧均可连接到更高的压力，则所述差压可以为ΔP＝P1-P2或ΔP＝P2-P1，即ΔP＝±|P1-P2|。
因此，通过控制第一阀装置和第二阀装置以向液压机械中的一个或两个提供差压且通过控制将高压和低压连接到各个液压机械的哪一侧，能够在输出轴的两个旋转方向上提供不同的离散的扭矩水平。在以上的示例中，假定ΔP1≠ΔP2或D1≠D2且假定T2>T1，则可在每个旋转方向上提供四个不同的离散的扭矩水平，即T1、T2、T2-T1和T1+T2。此外，也可通过具有不同压力水平的三个液压流体源来提供两个不同的差压水平。因此，图2中的液压系统的上述功能例如将在P2＝P3时实现，且两个液压流体源212和218可由一个液压流体源替代。
图3示意性地图示了图2所示的一般构思的更详细的示例实施例。在图3中，第一液压机械302具有固定排量D1，所述固定排量D1小于第二液压机械304的固定排量D2。使用固定排量的液压机械是有利的，因为它们与可变排量的液压机械相比可制造得更能量有效。因此，每个液压机械提供的扭矩量由施加在每个液压机械上的差压决定。此外，第一阀装置208和第二阀装置214典型地包括多个离散的阀。因为希望提供简单的且相对不昂贵的系统，可有利地使用逻辑开关阀，因为这种阀能够提供低的复杂性，因此能以低成本制造。
图3的液压系统还包括液压蓄能器306、308，作为用于提供具有不同压力水平PL和PH的液压流体的装置。通过将液压蓄能器联接到每个液压机械的选定侧，可在每个液压机械上提供不同的恒定差压水平。此外，液压系统可有利地包括蓄能器填充系统312，例如液压泵，其连接到其中布置了该液压系统的车辆的发动机。通过该液压填充系统，液压蓄能器306、308内的压力水平可维持在预定的压力范围内。
特别地，图3中的阀被布置为使得：
–PL通过阀324连接到第一液压机械302的第一侧314；
–PL通过阀326连接到第一液压机械302的第二侧316；
–PL通过阀332连接到第二液压机械304的第一侧318；
–PL通过阀334连接到第二液压机械304的第二侧320；
–PH通过阀322连接到第一液压机械302的第一侧314；
–PH通过阀328连接到第一液压机械302的第二侧316；
–PH通过阀330连接到第二液压机械304的第一侧318；并且
–PH通过阀336连接到第二液压机械304的第二侧320。
在本说明书中，这些阀由开关阀代表，基于其作为通过全开或全关来控制液压流体的流动的逻辑开关的功能性，所述开关阀也被称为数字阀。然而，同样的功能当然也可由比例伺服阀或其它类型的液压阀提供，如果它们用作开关阀的话。
图4a示意性地图示了液压系统，所述液压系统包括固定排量液压机械402，其中，通过第一阀装置420和第二阀装置426提供了至少两个不同的离散的输出扭矩水平。这些阀装置中的每一个均连接到具有不同压力水平的两个液压流体源：第一阀装置420连接到具有压力水平P1和P2的液压流体源422和424，且第二阀装置426连接到具有压力水平P3和P4的液压流体源428和430。压力水平P1至P4被选择为使得由第一阀装置420提供的液压压差水平的绝对值不同于由第二阀装置426提供的液压压差水平的绝对值。阀装置420和426进一步由控制单元432控制。
图4b公开了液压系统的示例实施例，其中，不同的离散的扭矩水平可通过具有固定排量D1的旋转式液压机械402和三个不同的压力水平来提供，在此，这三个不同的压力水平分别由具有压力水平PL、PM和PH的三个液压蓄能器404、406和408提供。如图4b所示，容易认识到，如果第一阀装置420和第二阀装置426被整合且连接到具有不同压力水平的三个液压流体源，则可为液压机械402提供两个不同的差压水平。不同的差压水平可通过阀装置412以与结合图3描述的方式类似的方式施加到液压机械402。该系统也包括蓄能器填充系统410，用于向液压蓄能器404、406和408提供压力。
在图4中，假定PL<PM<PH且每个蓄能器404、406和408均可连接到液压机械402的两侧，则可在该液压机械上提供以下六个差压：±(PM–PL)、±(PH–PL)和±(PH–PM)。
图5a图示了液压系统内的不同压力水平，图5b图示了所导致的该液压系统内的不同扭矩，该液压系统对应于图4中图示的系统，其包括具有固定排量D1的一个液压机械和三个压力水平PL、PM和PH。图5a图示了对于给定的系统构造的优化的压力水平分布，该优化的压力水平分布导致最大数量的离散等距扭矩水平。最低差压可实现为Δp1＝PM–PL，其中PM和PL被选择为使得Δp1对应于特定应用所要求的最低离散扭矩水平T1＝D1*Δp1。此外，PH被选择为使得Δp2＝PH–PM＝2*Δp1。因此，Δp3＝2*Δp1，且可实现扭矩水平T2＝2*D1*Δp1和T3＝3*D1*Δp1。因此，可提供三个不同的扭矩绝对值，这又给出了七个不同的扭矩输出状态，包括零输出，如图5b中所示。负扭矩表示输出轴在相反方向上的旋转。添加到该系统中的每个相继的压力水平会使可能的扭矩水平的数目翻倍。为了实现等距的扭矩水平，将第n个液压压力水平选择为Pn＝p1+n*Δp1。
也可以通过增加向公共输出轴提供扭矩的液压机械的数量来增加可实现的离散扭矩水平的数量。为维持相邻的扭矩水平之间的恒定的步长大小，在包括上述参考图5a至图5b所述地选择的压力水平的系统中，第二固定排量液压机械的排量被选择为D2＝7*D1。
图6图示了可在包括上述三个液压压力水平和两个液压机械的系统中实现的、所产生的不同扭矩水平。最低扭矩水平T1对应于图5b的T1。因此，可以看到，为实现扭矩的等距步长，第二液压机械的排量必须被选择为D2＝7*D1，使得对应于T1+T3的扭矩(即图6中的扭矩T4)可实现为D2*Δp1-D1*3*Δp1。为实现T4，将最低差压Δp1施加到较大的液压机械且将最高差压3*Δp1在相反方向上施加到较小的液压机械，使得扭矩T3在相反方向上施加到输出轴，反作用于由较大的液压机械施加的扭矩。因此，可在每个旋转方向上实现24个不同的扭矩水平。总结向该系统添加液压机械的解决方案，可认识到应将第k个液压机械的排量选择为Dk＝D1*(2*n+1)k-1。
考虑到在图3至图6中图示的且在上文中论述的实施例，容易认识到本发明的一般构思可延伸为提供大量的离散输出扭矩水平，这通过向图3的系统添加液压压力水平和/或添加液压机械来实现，或通过向图4所示的系统添加更多的液压压力水平来实现。此外，液压系统中的压力水平之一可以是大气压力，这降低了可能的扭矩水平的数量，但该系统仍可提供以上所述的液压系统的功能性。
图7图示了与图3的液压系统类似的液压系统，差异在于已包括了具有可变排量的液压机械702，该液压机械702布置为与固定排量的液压机械一起向输出轴提供扭矩。可变排量的液压机械702也可通过开关阀以与图3中的液压机械302相同的方式连接到液压蓄能器中的每一个。然而，在原理上，固定排量液压机械702仅连接到液压蓄能器之一就足够了，优选仅连接到具有最高压力水平的液压蓄能器。原理上，使可变排量液压机械702的最大排量小于或等于固定排量液压机械的最低排量就足够了。由此，提供了利用固定排量液压机械的优点的能量有效的液压系统，该液压系统通过使用相对小尺寸的可变排量液压机械同样能够提供连续可变的输出扭矩。
通过应用如参考图6论述的相同原理，可通过控制可变排量液压机械702对输出轴的扭矩贡献来提供连续的输出扭矩。
图8的曲线图进一步图示了如何实现连续的输出扭矩。在此，最大排量D1小于D2，且D1必须至少大于或等于D2/2，以便能够实现连续的扭矩变化。为了例示目的，仅使用一个差压水平。曲线图810图示了对于固定排量液压机械的压力，曲线图812图示了对于可变排量液压机械的压力，曲线图814图示了可变排量液压机械从完全打开到完全关闭的设定，即扭矩输出，且曲线图816图示了所导致的输出扭矩。
通过与至少一个固定排量液压机械组合地使用可变排量液压机械，可提供连续可变的输出扭矩。通过使用其最大排量小于等于固定排量泵的最低排量的相对小的可变排量液压机械，提供了利用固定排量液压机械的优点且也可提供连续可变输出扭矩的能量有效的液压系统。
然而，也可使用仅固定排量机械和恒定的压力水平来实现连续可变输出扭矩，这通过例如使用比例伺服阀来控制向液压机械之一的流动来实现。作为比例阀的替代，还一个选项是将数个开关阀并联布置，其中每个阀的面积小于向液压机械提供适当流动所要求的面积。
也应注意的是，所使用的液压机械中的一个或多个可作为液压马达或组合的液压马达和液压泵来操作。带有所述两个功能的这种液压机械可用作液压马达，用于向机械驱动轴生成扭矩或作为泵使用，因此使用了驱动扭矩来产生液压机械上的液压压差。该泵送功能例如对于能量回收目的来说可能是有用的。
虽然已参考其具体的例证实施例描述了本发明，但许多不同的替代、修改等将对于本领域一般技术人员变得显见。例如，在此所述的实施例已结合希望的输出扭矩描述。当然也可使用其中控制参数是希望的rpm、促动器的位置、工具的位置等的控制系统。此外，参考工程机械来选择在此所图示的系统的构造并非限制本发明，因为本发明可适用于其中使用液压系统的多种应用中。
也应注意的是，该系统的多个部分可以被省略、互换或以多种方式布置，液压系统仍能发挥本发明的功能性。
另外，本领域普通技术人员在通过研读附图、公开和附带的权利要求来实践所要求的本发明时，可理解和实现对于所公开的实施例的变化。在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，且不定冠词“一”或“一个”不排除复数。唯一的事实是在相互不同的从属权利要求中陈述的一定的措施不指示这些措施的组合不能用于优点。

Claims (25)

1.一种液压系统(200)，包括：
第一旋转式液压机械(202；302；702)和第二旋转式液压机械，所述第一旋转式液压机械和第二旋转式液压机械(204；304)被布置为通过公共的输出轴(206)提供扭矩；
第一阀装置(208)，所述第一阀装置(208)用于通过使用具有不同液压压力水平的两个液压流体源在所述第一旋转式液压机械(202；302；702)上提供液压压差水平；
第二阀装置(214)，所述第二阀装置(214)用于通过使用具有不同液压压力水平的两个液压流体源在所述第二旋转式液压机械(204；304)上提供液压压差水平；以及
控制单元(220)，所述控制单元(220)被构造为控制所述第一阀装置(208)和所述第二阀装置(208)，以便通过所述液压系统(200)的所述输出轴提供多个不同的离散的扭矩水平。
2.根据权利要求1所述的液压系统(200)，其中，所述第一旋转式液压机械和第二旋转式液压机械(202；302；204；304)中的至少一个是固定排量液压机械。
3.根据权利要求1或2所述的液压系统(200)，其中，所述第一旋转式液压机械(202；302)具有第一固定排量且所述第二旋转式液压机械(204；304)具有第二固定排量，所述第二固定排量与所述第一固定排量相同。
4.根据权利要求1或2所述的液压系统(200)，其中，所述第一旋转式液压机械(202；302；702)具有第一固定排量且所述第二旋转式液压机械(204；304)具有第二固定排量，所述第二固定排量与所述第一固定排量不同。
5.根据权利要求1所述的液压系统(200)，其中，所述第一旋转式液压机械(202；302)是固定排量液压机械，而所述第二旋转式液压机械(204；304)是可变排量液压机械。
6.根据权利要求1或2所述的液压系统(200)，其中，通过使用具有第一液压压力水平的第一液压蓄能器(306；404)和具有第二液压压力水平的第二液压蓄能器(308；408)来提供所述液压压差水平，所述第一液压压力水平与所述第二液压压力水平不同。
7.根据权利要求6所述的液压系统(200)，其中，所述第一液压蓄能器(306；404)的所述压力水平被固定在第一预定范围内，且所述第二液压蓄能器(308；408)的压力水平被固定在第二预定范围内，所述第二预定范围与所述第一预定范围不同。
8.根据权利要求6所述的液压系统(200)，还包括蓄能器填充系统(312；410)。
9.根据权利要求7所述的液压系统(200)，还包括蓄能器填充系统(312；410)。
10.根据权利要求1或2所述的液压系统(200)，其中，所述第一阀装置(208)包括连接在第一液压流体源与所述第一旋转式液压机械(202；302；702)的第一侧之间的第一阀以及连接在第二液压流体源与所述第一旋转式液压机械(202；302；702)的第二侧之间的第二阀，并且所述第二阀装置(214)包括连接在第一液压流体源与所述第二旋转式液压机械(204；304)的第一侧之间的第一阀以及连接在第二液压流体源与所述第二旋转式液压机械(204；304)的第二侧之间的第二阀。
11.根据权利要求1或2所述的液压系统(200)，其中，所述第一阀装置(208)和所述第二阀装置(214)被包括在阀块(214)内，所述阀块包括：
至少两个入口，所述至少两个入口用于将所述阀块液压地连接到具有不同压力水平的至少两个液压流体源中的每一个；
至少四个出口，所述至少四个出口用于将所述阀块液压地连接到所述第一旋转式液压机械和所述第二旋转式液压机械(204；304)各自的第一侧和第二侧；
其中，所述阀块被构造为使得每个入口能够连接到每个出口。
12.根据权利要求1或2所述的液压系统(200)，其中，所述阀装置包括开关阀。
13.根据权利要求1至2中任一项所述的液压系统(200)，其中，所述第一旋转式液压机械(202；302)具有第一固定排量D1，且所述第二旋转式液压机械(204；304)具有第二固定排量D2＝D1*(2*n+1)，其中，n是所述液压系统(200)内可利用的不同液压压力水平的数量。
14.根据权利要求1或2所述的液压系统(200)，包括：k个固定排量液压机械，k>＝2，每个液压机械的固定排量不同于其余任一个液压机械的固定排量；和n个不同的液压压力水平，n>＝2，其中,第k个液压机械的排量为Dk＝D1*(2*n+1)k-1，其中D1是最低的固定排量。
15.根据权利要求1或2所述的液压系统(200)，包括至少三个不同的压力水平，其中，两个最低的压力水平p1和p2之间的压力差为Δp1＝p1-p2，并且其中，第n个液压压力水平的压力被选择为pn＝p1+n*Δp1。
16.一种液压系统(200)，包括：
旋转式液压机械(402)，所述旋转式液压机械(402)被布置为通过输出轴提供扭矩；
第一阀装置(420)，所述第一阀装置(420)用于通过使用具有不同液压压力水平的两个液压流体源在所述液压机械上提供第一液压压差水平；
第二阀装置(426)，所述第二阀装置(426)用于通过使用具有不同液压压力水平的两个液压流体源在所述液压机械(402)上提供第二液压压差水平，所述第二液压压差水平的绝对值与所述第一液压压差水平的绝对值不同；以及
控制单元(432)，所述控制单元(432)被构造为控制所述第一阀装置(420)和所述第二阀装置(426)，以便通过所述液压系统(200)的所述输出轴提供多个不同的离散的扭矩水平。
17.根据权利要求16所述的液压系统(200)，其中，所述旋转式液压机械(402)具有固定排量。
18.根据权利要求16或17所述的液压系统(200)，包括：
第一液压流体源，所述第一液压流体源具有第一液压压力水平；
第二液压流体源，所述第二液压流体源具有与所述第一液压压力水平不同的第二液压压力水平；
第三液压流体源，所述第三液压流体源具有与所述第一液压压力水平和所述第二液压压力水平不同的第三液压压力水平；其中，所述第一阀装置(208)和所述第二阀装置(214)共同使用一个液压流体源。
19.根据权利要求18所述的液压系统(200)，其中，所述第二液压压力水平和所述第三液压压力水平之间的压力差是所述第一液压压力水平和所述第二液压压力水平之间的压力差的大致两倍。
20.根据权利要求16或17所述的液压系统(200)，其中，所述第一阀装置(208)和所述第二阀装置(214)中的每一个均包括连接在第一液压流体源与所述液压机械的第一侧之间的第一阀以及连接在第二液压流体源与所述液压机械的第二侧之间的第二阀。
21.根据权利要求16或17所述的液压系统(200)，其中，所述阀装置包括开关阀。
22.一种工程机械，其包括根据前述权利要求中任一项所述的液压系统(200)。
23.一种用于控制液压系统(200)以提供多个离散的输出扭矩水平的方法，所述系统包括：
阀装置和多个液压机械，所述多个液压机械被布置为通过公共的输出轴(206)提供扭矩，所述阀装置用于从多个液压流体源通过所述阀装置向所述液压机械中的每一个提供多个液压压差；所述方法包括：
响应于所要求的输出扭矩水平控制所述阀装置以便通过所述输出轴提供多个离散的输出扭矩水平，这通过如下方式进行：
如果所要求的输出扭矩水平小于或等于所述液压系统(200)的最小扭矩水平，则通过将最低的液压压差施加到具有最低固定排量的液压机械来提供所述最小输出扭矩水平；
如果所要求的输出扭矩水平大于或等于所述液压系统(200)的最大扭矩水平，则通过将最高的液压压差施加到所述多个液压机械中的全部来提供最大输出扭矩水平；并且
如果所要求的输出扭矩水平处于所述最小输出扭矩水平和所述最大输出扭矩水平之间，则将液压压差施加到所述液压机械中的至少一个，以提供与所要求的扭矩水平最接近的扭矩水平。
24.一种用于控制液压系统(200)以提供多个离散的输出扭矩水平的方法，所述系统包括：
液压机械和阀装置，所述液压机械被布置为通过输出轴提供扭矩，所述阀装置用于从多个液压流体源通过所述阀装置向所述液压机械提供至少三个液压压差；所述方法包括：
响应于所要求的输出扭矩水平控制所述阀装置以便通过所述输出轴提供多个离散的输出扭矩水平，这通过如下方式进行：
如果所要求的输出扭矩水平小于或等于所述液压系统(200)的最小扭矩水平，则通过将最低的液压压差施加到所述液压机械来提供所述最小输出扭矩水平；
如果所要求的输出扭矩水平大于或等于所述液压系统(200)的最大扭矩水平，则通过将最高的液压压差施加到所述液压机械来提供最大输出扭矩水平；并且
如果所要求的输出扭矩水平处于所述最小输出扭矩水平和所述最大输出扭矩水平之间，则将液压压差施加到所述液压机械，以提供与所要求的扭矩水平最接近的扭矩水平。
25.一种用于控制液压系统(200)以提供多个离散的输出扭矩水平的方法，所述系统包括：
具有固定排量的第一旋转式液压机械(202；302；702)，所述第一旋转式液压机械(202；302；702)被布置为通过公共的输出轴(206)提供扭矩；
具有可变排量的第二旋转式液压机械(204；304)，所述第二旋转式液压机械(204；304)被布置为通过所述公共的输出轴(206)提供扭矩；
第一阀装置(208)，所述第一阀装置(208)用于通过使用具有不同液压压力水平的两个液压流体源在所述第一旋转式液压机械(202；302；702)上提供液压压差水平；
第二阀装置(214)，所述第二阀装置(214)用于通过使用具有不同液压压力水平的两个液压流体源在所述第二旋转式液压机械(204；304)上提供液压压差水平；所述方法包括以下步骤：
响应于所要求的输出扭矩水平控制所述阀装置和所述第二旋转式液压机械(204；304)以便通过所述输出轴提供多个离散的输出扭矩水平，这通过如下方式进行：
将液压压差施加到所述第一旋转式液压机械(202；302；702)，以提供与所要求的扭矩水平最接近的扭矩水平；和
控制所述第二旋转式液压机械(204；304)的排量和旋转方向，以将扭矩添加到所述输出轴或从所述输出轴接收扭矩，从而提供所要求的输出扭矩。
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