CN105793565A - 液压传动装置 - Google Patents

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Abstract

一种液压传动装置，包括可变排量泵和马达，可变排量泵和马达的至少一个在缸工作容积的每个周期中是可控的以确定该缸的工作流体净排量。该传动装置具有阀控制模块，该阀控制模块通过指定排量要求而确定泵和马达的排量。泵和/或马达的阀控制模块通过使用第一过程来确定执行缸工作容积的有效周期和无效周期的缸的型态的频谱中的强度峰值的频率，并且如果这些频率落在不允许频带中，则排量要求或其它输入周期性地修改以抑制这些频率的产生，不允许的频带包括传动装置所机械连通到的部件的共振频率。该液压传动装置用于例如风力涡轮发电机或车辆。

Description

液压传动装置
技术领域
本发明涉及液压传动装置领域，液压传动装置包括具有电控阀的可变排量液压泵和马达，电控阀可以受控以确定每个缸在缸工作容积的每个周期中执行有效周期还是无效周期，本发明还涉及包括此类液压传动装置的机器。
背景技术
已知在诸如风力涡轮发电机和车辆等设备中使用具有可变排量液压泵和可变排量液压马达的液压传动装置。例如，在风力涡轮发电机的情形中，可变排量液压泵可以由连接到转子的驱动轴驱动，该转子由风力驱动，并且一个或多个可变排量液压马达可以连接到一个或多个发电机，并且由来自液压泵输出的加压工作流体驱动。在车辆的情形中，内燃机或电池可以驱动液压泵，并且液压马达可以驱动各个车轮或其它致动器。
合适的可变排量液压泵和马达包括这样的液压泵和马达：其包括旋转轴和多个具有周期性变化工作体积的缸，其中，经过每个缸的工作流体的排量在缸工作容积的每个周期中以及与缸工作容积的周期的相位关系由电控阀调节，以确定该机器的工作流体净通过量。例如，EP0361927公开了一种通过打开和/或关闭电控阀以与缸工作容积的周期成相位关系地控制经过多缸泵的工作流体的净通过量，从而调节泵的各个缸和低压工作流体管线之间的流体连通。由此，各个缸可由阀控制模块在缸工作容积的每个周期内选择，以排放预定固定体积的工作流体(有效周期)或者经历其中不存在工作流体净排量的无效周期(也称为空转周期)，由此使得泵的净通过量动态地匹配指令。EP0494236开发了该原理，并且包括电子可控提升阀，提升阀调节各个缸和高压工作流体管线之间的流体连通，从而便于提供液压马达(在某些实施例中，液压马达可以在交替工作模式中作为泵或马达起作用)。EP1537333介绍了其中选择了各个缸的最大排量的仅一部分的有效周期的可能性。
风力涡轮发电机、车辆或包括液压传动装置的机器可能由于该机器的工作引起的共振摆动而损坏，所述共振摆动包括由液压传动装置操作引起的共振摆动。例如，EP2146093披露了一种用于在风力涡轮发电机的塔中通过控制功率偏差信号而抑制摆动的方法和布置。US7309930披露了一种振动抑制系统和方法，其中，涡轮塔的摆动通过控制由发电机产生的转矩而得到抑制。EP1719910披露了一种在风力涡轮塔中主动抑制振动的方法，其中风力涡轮叶片的桨距角是受控的。
然而，已发现，当使用上述类型的液压泵和马达时，由于通过液压泵或马达流动的脉动性质，可能引起振动，如果振动与一个或多个部件的共振频率一致，则此可以导致摆动。可能引起振动，所述振动取决于所选择的有效周期所具有的频率。例如，如果选择每秒十个时间上等距间隔的有效周期，则振动可能以10Hz的频率产生。类似地，由与缸工作容积的无效周期的频率相关联的振动也可以引起各种问题。例如，如果90％的缸进行有效周期，并且每秒一个缸执行无效周期，时间上等距间隔，则由此可能会有频率为10Hz的振动。此类振动可能是更具损坏性的，简单地因为当泵或马达以最大排量的较高比例进行工作时，并且因此，在具有高功率工作量的情形下，这些振动变得相关，并且更大的力进行作用。
避免由这些振动引起的共振是困难的，因为风力涡轮发电机和其它机器可能工作的条件的范围很大，并且确定可以由上述类型的液压泵或马达产生的振动类型的因素是复杂的。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种液压泵或马达，其包括：
可旋转轴；
轴传感器，其测量可旋转轴的位置或转速，
至少一个凸轮具有至少一个瓣片，
具有工作容积的多个缸，工作容积随着可旋转轴的转动而周期性改变，
低压工作流体管线和高压工作流体管线，
多个阀，所述多个阀调节在各缸与低压工作流体管线和高压工作流体管线之间的工作流体的流动，与每个缸相关联的至少一个所述阀是电子控制阀，
其中，液压泵或马达包括阀控制模块，该阀控制模块构造成产生要求信号以与缸工作容积的周期成相位关系地主动控制所述电子控制阀，以由此对于缸容积的每个周期，确定每个缸是执行具有工作流体净排量的有效周期还是执行没有工作流体净排量的无效周期，
阀控制模块具有要求输入，其接收代表多个缸的工作流体目标净排量的排量要求信号，
其中，该阀控制模块构造成产生所述要求信号，使得所述多个缸的时间平均净排量满足由排量要求信号所代表的排量要求，同时选择要求信号的型态使得由缸执行的缸工作容积的有效周期和无效周期的型态的频谱的一个或多个强度峰值的频率不保持在一个或多个不合要求频率的范围内，其中，将可旋转轴的转速考虑在内。
通常，一个或多个不合要求频率的范围包括作为液压传动装置的一部分、或者与液压传动装置机械连通(例如，机械联接)的机器的一部分的一个或多个共振频率，该共振频率不与可旋转轴的转速成比例地变化。(机器的该部分可以由一个或多个部件形成)。
由此避免该机器的该部分的由于液压传动装置的激励导致的共振现象。该部分是液压传动装置(例如，连接到液压泵或液压马达的驱动轴)的一部分(例如是其一个或多个部件)，或者可以是与例如容纳液压传动装置的风力涡轮发电机的叶片或塔机械连通(例如，机械联接到该液压传动装置)的一个或多个部件。
共振频率(以及由此不合要求的频率的范围)的一个或多个可以不随着可旋转轴的转速变化。然而，共振频率(以及由此不合要求的频率的范围)的一个或多个可以随着可旋转轴的转速变化，但是不与可旋转轴的转速成比例。例如，风力涡轮发电机的叶片的刚度和因此叶片的共振的一个或多个模式的频率随着叶片所联接到的泵的可旋转轴的转速而增大，但不是线性增大。共振频率(以及由此不合要求的频率的范围)的一个或多个可以根据独立于该可旋转轴的转速的参数进行变化。例如，一个或多个所述共振频率可以取决于撞锤或横梁的位置。例如，撞锤的共振频率可以取决于撞锤的位置。在液压管线中的两个累加器之间的流体摆动可以随着在液压管线中的压力而变化。在某些情形中，一个或多个共振频率可以取决于一个以上的参数，这些参数的某些或全部可以独立于可旋转轴转速，例如具有两个撞锤的机器可能具有在取决于每个撞锤位置的频率下的共振模式。所述一个或多个参数可以是由一个或多个传感器测得的测量参数。
在某些实施例中，一个或多个摆动的共振频率可以通过分析信号(例如在高压管线中的压力、可旋转轴的转速、来自附连到机器的潜在共振部分的传感器的信号，该传感器诸如是加速计或应力计)来确定，以识别一个或多个摆动(例如通过频率分析)和该一个或多个摆动的共振频率，并且至此设定一个或多个不合要求频率的范围，以包含所确定的一个或多个频率。
液压泵或马达可以进一步包括共振确定模块，该共振确定模块可操作以确定一个或多个不合要求频率的范围。阀控制模块可以因此包括或接收关于来自该共振确定模块的一个或多个不合要求频率的范围的数据。该共振确定模块可以确定取决于一个或多个测量参数的一个或多个不合要求频率的范围。该共振确定模块可确定取决于一个或多个测量参数的一个或多个不合要求频率的范围，这些测量参数独立于可旋转轴的转速。该共振确定模块可以处理来自一个或多个所述传感器(其可以测量一个或多个所述测量参数)的数据。该共振确定模块可以接收可转动轴的转速作为输入。该共振确定模块可以执行对信号的所述分析以识别共振。
由于缸工作容积的周期的定期性，由缸执行的缸工作容积的有效周期和无效周期的型态可以导致作为液压泵或马达的一部分或与液压泵或马达机械连通(例如机械联接)的机械部件中的共振振动。由缸执行的有效和无效周期的型态由要求信号的型态确定，并且因此该阀控制模块通过确定控制信号的型态来确定有效周期和无效周期的型态，但是它是由产生共振振动的有效周期和无效周期的型态引起的脉动流动或转矩。
由缸执行的缸工作容积的有效周期和无效周期的型态具有带一个或多个强度峰值的频谱。例如，如果各缸交替地执行有效周期和无效周期，则会在等于缸工作容积的周期的频率的一半的频率时具有强度峰值。更一般地，各缸会经历有效周期和无效周期的更复杂的型态，其具有带一个或多个强度峰值的频谱。
本发明人已经认识到这些强度峰值的频率不仅随着有效周期和无效周期的序列(即有效周期和无效周期发生的顺序)变化而且也随着可旋转轴的转速而变化。例如，如果可旋转轴的速度上升x％，则缸工作容积的周期的频率会增大x％，并且某些或所有强度峰值的频率会增大x％。由此，某些或所有强度峰值的频率与可旋转轴的转速成比例。
本发明使得能够抑制具有作为液压泵或马达的部分或者与液压泵或马达机械连通(即，机械联接)的部件的共振频率(例如在液压传动装置包含在风力涡轮发电机中的实施例中的涡轮叶片或涡轮塔的共振频率)处的强度峰值的不合要求振动。有利地，虽然根据本发明修改缸工作容积的有效周期和无效周期的型态，但是当该型态产生不合要求的共振时，时间平均净排量不被修改，此使得能够使用该阀控制模块来取代已知的阀控制模块。由此，用于要求信号的至少某些值的、液压泵或马达的缸工作容积的有效周期和无效周期的型态的频谱会被看到以具有处于一频带中的衰减部件，各频带保持总体上相同，尽管可旋转轴的转速是变化的。在某些实施例中，衰减部件的一个或多个处于这样的频带中，即，该频带随着可旋转轴的转速变化，但是不与可旋转轴的转速成比例。
可以的是，一个或多个所述强度峰值的所述频率处于执行有效周期的缸的基频处，或者它的谐频处，或者处于执行无效周期的缸的基频处，或者它的谐频处。
执行有效周期的缸的基频，我们是指正在执行有效周期的缸的数量变化的时间平均频率(每秒的缸数)。执行无效周期的缸的基频(每秒的缸)，我们是指正在执行无效周期的缸的数量变化的时间平均频率。当在缸工作容积的每个周期中，引起每个缸进行有效周期或无效周期时，执行有效周期的缸的基频和执行无效周期的缸的基频相加成恒量。
如果每个缸以不同的相位工作，则该恒量通常等于缸工作容积的周期的频率乘以缸的数量。然而，如果此不是这样的情形，并且多个缸在缸工作容积的整个周期中以基本相同的相位工作，则该恒量会更小。例如，如果各缸成组工作，各组具有在缸工作容积的整个周期中以基本相同的相位的C个缸，则所述恒量等于工作室容积的周期频率乘以缸的数量除以C。
它是这样的频率，即执行有效周期(如果合适无效周期)的缸的数量以该频率变化，此是重要的。如果执行有效周期(如果合适无效周期)的缸的数量改变恒定的量，则它不影响基频。例如，如果在对于一个或多个缸经历有效周期还是无效周期的连续的决定点处，确定0、0、0、1、0、0、0、1个缸经历有效周期，则基频不受确定1、1、1、2、1、1、1、2个缸经历有效周期的过程的影响。
执行有效周期或无效周期的缸的频率与可旋转轴的转速(每秒转数)成比例。此是因为在每个缸工作容积的周期期间，通常会具有一个点，在该点处，给定缸用以执行有效周期或无效周期。例如通常决定是否关闭电子控制阀以调节缸和低压工作流体管线之间的工作流体的流动。
由此，本发明认识到液压泵或马达会产生振动，这些振动在取决于由缸所执行的有效周期和无效周期的型态的频率处具有强度峰值，并且对于给定的有效周期和无效周期的序列，所述频率与可旋转轴的转速成比例。根据本发明，阀要求信号的型态受控以减少不合要求的振动，同时传递随时间的平均液压流体目标净排量。阀要求信号的型态通常通过确定每个缸是进行有效周期还是无效周期而影响频谱的一个或多个强度峰值的频率，但是如果缸所排放的液压流体量在各周期之间变化，则在缸工作容积的每个周期期间由阀控制信号的型态所决定的净排量也影响该一个或多个强度峰值的频率。
在某些实施例中，对于一个或多个所述强度峰值，允许在限制的时间段内保留在一个或多个不合要求频率的范围内，该时间段例如是可旋转轴的小于100转或可旋转轴的小于10转的时间段。此是因为不合要求的共振振动通常会耗费一定时间来建立和增大振幅。
阀控制模块可以构造成在多个时间步骤的每个处执行排量确定算法，以处理排量要求和在缸工作容积的先前周期期间的工作流体净排量，并且以引起至少一个所述缸经历有效周期，在该有效周期中，当在已排放的工作流体总量和已要求的工作流体总量之间的差值超过阈值时它产生工作流体净排量。
该阀控制模块可以构造成减少频谱的一个或多个分量的强度，同时通过对比当频谱的一个或多个强度峰值的频率不在一个或多个不合要求频率的范围内时对分别经历有效周期或无效周期的缸的选择，来推进和/或阻碍经历有效周期或无效周期的缸的选择而满足该排量要求。
因此，可以的是，阀控制模块构造成根据可旋转轴的转速来选择在与可旋转轴的每转的最大排量的比例相同的排量处的缸工作容积的有效周期和无效周期的不同型态，从而减少在一个或多个不合要求频率处的振动的产生。
该阀控制模块可以构造成改变该阈值，从而减少一个或多个所述缸的有效周期和无效周期的型态的一个或多个不合要求频率分量的强度。
通常，仅在确定频谱的至少一个所述强度峰值落在一个或多个所述不合要求频率的范围内时，该阈值变化。
不合要求频率的范围每个通常是在共振最大频率的上方和下方延伸的频率范围。
响应于可旋转轴的转速和满足预定准则的排量要求信号(选择成使得，当满足这些准则时，会期望，频谱的至少一个所述强度峰值的频率会落在所述不合要求频率的范围的至少一个中)，该阈值可以变化。
可以的是，该阈值交替上升或下降以降低在频谱的处于一个或多个所述不合要求频率的范围内的强度。
可以的是，在对缸是否经历产生工作流体净排量的有效周期的决定的频率的一半至十分之一期间的频率处，该阈值交替上升或下降。
可以的是，在频谱的至少一个强度峰值会落在的所述不合要求频率的范围内的不合要求频率的频率的一半和十分之一之间的频率处，该阈值交替上升或下降。可以的是，在频谱的至少一个强度峰值会落在的所述不合要求频率的范围的中间处的频率的的一半至十分之一频率期间的频率处，该阈值交替上升或下降。
可以的是，由阀控制模块所接收的排量要求信号选择性地被调节成使得频谱的一个或多个所述强度峰值的频率不保持在一个或多个所述不合要求频率的范围内。
可以的是，排量要求信号选择性地受周期调节波形的调节。
该周期调节波形通常是方波。周期调节波形可以具有50％的占空比。该调节具有这样的效果：避免由排量确定算法处理的排量要求保持在一值处，该值会导致频谱的一个或多个强度峰值的频率落在一个或多个所述不合要求频率的范围内。通常，周期调节波形与排量要求信号相加。通常，周期调节波形的平均振幅为零，使得它不会改变时间平均的平均排量。该排量要求可以乘以具有一致几何平均数的周期波形。
可以的是，排量要求信号选择性地被修改以保持在排量要求信号值范围外，该值范围会导致所述频谱的一个或多个强度峰值的频率在不合要求频率的范围内(考虑可旋转轴的转速)，同时也具有时间平均值，该时间平均值与所接收(未经修改)的排量要求信号基本相同。选择性地修改的排量要求信号可以在具有一占空比的第一值和第二值之间交替，该占空比被选择成使得平均值与所接收(未经修改)的排量要求信号基本相同。第一值和第二值通常是排量要求信号的所述值范围的上端(或上方)和下端(或下方)处的排量要求。该排量要求信号的所述值范围取决于不合要求频率的范围和可旋转轴的转速。
选择的调节通常响应于以下发生，即：确定在没有选择调节的情形下所述频谱的一个或多个强度峰值会落在一个或多个所述不合要求频率的范围内。响应于满足预定准则的可旋转轴的转速和排量要求信号(选择成使得，当满足这些准则时，会期望，所述频谱的至少一个所述强度峰值的频率会落在所述不合要求频率的范围的至少一个中)，可以进行选择性地调节。
可以的是，该阀控制模块包括累加器和加法器以及减法器，该累加器存储累加的排量误差值，该加法器在每个时间步骤时将排量要求信号所代表的排量要求加到该累加的排量误差值上，该减法器减去在相同的或先前的时间步骤中在阀控制模块的主动控制下带条排放的工作流体的量的值。
根据所认为的该时间步骤已完成的时间，而选择是否减去在相同的或先前的时间步骤中排放的工作流体量。由此，所累加的排放误差值代表在已排放的工作流体总量和已要求的工作流体总量之间的差值。
可替换地，对于阀控制模块，可以对所要求的排量和所确定的排量的值积分，并且考虑是否二者之间的差超过阈值。
可以的是，阀控制模块包括频率确定模块，该频率确定模块确定由缸执行的有效周期和无效周期的型态的频谱的一个或多个强度峰值的频率，如果该阀控制模块通过使用第一过程选择缸工作容积的有效周期和无效周期的型态，同时将排量要求和可转动轴的转速考虑在内，则会产生该频率；并且阀控制模块将所确定的一个或多个频率与一个或多个不合要求频率的范围进行对比，并且如果至少一个所确定的频率落在至少一个不合要求频率的范围内，则通常因此通过使用第二过程而不是第一过程来选择缸工作容积的有效周期和无效周期的型态，由此降低所述频谱的在至少一个所述频率范围内的强度。由缸所执行的有效周期和无效周期的型态的频谱的一个或多个强度峰值的频率可以通过一方法计算得到，该方法包括计算有效周期的频率或者无效周期的频率，或者它们的谐频。(第二过程通常是产生缸工作容积的有效周期和无效周期的型态的一个过程，该型态具有的频谱在至少一个所述频率范围内的分量的降低的强度)。
该第一过程可以包括执行一算法，该算法选择缸工作容积的有效周期和无效周期的型态以将工作流体净排量最接近地匹配排量要求，可选地将缸是否能够排放工作流体考虑在内。该第一过程可以是这样的过程：在该过程中所有被选择的有效周期排放相同的工作流体量(例如最大可排放的工作流体量)。第二过程可以包括执行不同的算法。该第二过程可以包括将修改输入所述算法的参数或来自所述算法的参数的输出。
该阀控制模块可以确定由缸所执行的有效和无效周期的型态的一个或多个强度峰值的频率，其中，将排量要求和可旋转轴的转速考虑在内。可以的是，该排量要求和可旋转轴的转速是仅两个连续变化的变量，在确定一个或多个强度峰值时将这两个变量考虑在内。阀控制模块可以通过计算执行有效周期的缸的基频以及/或者它的一个或多个谐频，以及/或者执行无效周期的缸的基频以及/或者它的一个或多个谐频而确定由缸所执行的有效和无效周期的型态的一个或多个强度峰值的频率。
考虑在内的可旋转轴的速度通常是可旋转轴的所测得的转速(该转速可以例如由轴传感器测得或者通过处理从轴传感器接收的数据而得到)。然而，可转动轴的速度可以例如计算得到或者被控制为具有特定值。
可以的是，阀控制模块接收可旋转轴速度信号并且当确定阈值是否应当改变时，将可旋转轴速度信号考虑在内。可以的是，阀控制模块接收可旋转轴速度信号并且构造成将可旋转轴速度信号考虑在内以确定用以决定缸是应当进行有效周期还是无效周期的当前频率，并且由此确定该阈值是否应当改变。
可以的是，不合要求频率的范围的至少某些包括对应于液压传动装置的一个或多个部件的最大共振频率的频率，该一个或多个部件或者是包括该传动装置的机器的一部分。
例如流体工作机器可以是具有一个或多个叶片和塔的风力涡轮发电机的一部分，并且，频率范围的至少某些可以包括叶片和/或塔的最大共振频率(例如在其中心)。
可以的是，一个或多个不合要求频率的范围中的至少一个可以对应于可旋转轴的最大共振频率，该可旋转轴联接到缸，并且驱动一个或多个缸，或者由一个或多个缸的工作流体排量驱动。
通过“机械连通”，以及机械联接或机械连接，我们包括通过液压回路联接到(包括通过液压回路和致动器联接到)液压泵或马达。
通过术语“液压泵”和“液压马达”，我们包括液压撞锤(当相应地作为加压液压流体源或槽起作用时)。
本发明在第二方面延伸到一种液压传动装置，包括
可变排量液压泵，
可变排量液压马达，
联接到液压泵的驱动轴，用于驱动该液压泵，以及
联接到液压马达的输出轴，用于联接到载荷，其中液压泵和液压马达中的至少一个是根据本发明的第一方面的液压泵或马达：
本发明延伸到包括液压传动装置的风力涡轮发电机。风力涡轮发电机包括涡轮和发电机，涡轮联接到液压泵并且包括多个叶片，发电机联接到到液压马达。
可以的是一个或多个所述不合要求频率的范围包括以下的一个或多个：叶片的共振频率、涡轮的共振频率、风力涡轮发电机的塔的共振频率以及将涡轮连接到液压泵的驱动轴的共振频率。
液压传动装置可以包括传动装置控制器。该传动装置控制器可以包括共振频率确定模块或者与该共振频率确定模块电子通信，该共振频率确定模块可操作以确定一个或多个不合要求频率的范围。共振频率确定模块的其它特征以及本发明的第二方面的其它可选特征对应于与本发明的第一方面相关的上述特征。
本发明也延伸到包括根据本发明的第二方面的液压传动装置的机器，以及与液压马达或液压泵成被驱动或驱动关系而可移动的机械结构，并且其中一个或多个不合要求频率的范围包括该机械结构的一个或多个共振频率。该机械结构(以及不合要求频率的范围)的一个或多个所述共振频率可以根据该机械结构的构造而变化，例如根据与液压马达或液压泵成被驱动或驱动关系的机械结构的移动进行变化。所述构造可以由一个或多个传感器测得。机械结构可以是挖掘机的横臂，叉车的提升机构或者升降机的伸缩臂。
本发明还延伸到包括车辆，该车辆包括根据本发明第二方面的液压传动装置、联接到液压泵的发动机以及联接到液压马达的致动器(诸如车轮)。在此情形下，一个或多个不合要求频率的范围可以包括动力传动机构、车辆悬架、方向盘、发动机、车身、车辆底盘或者诸如横梁、挖掘机的臂等致动装置一个或多个的共振频率。
液压泵或马达可以是作为泵而不是作为马达起作用的流体工作机器。液压泵或马达可以是作为马达而不是作为泵起作用的流体工作机器。液压泵或马达可以是能以交替工作模式作为泵或马达工作的流体工作机器。
本发明在第三方面延伸到一种操作液压泵或马达的方法，该液压泵或马达包括：
可旋转轴；
轴传感器，其测量可旋转轴的位置和转速，
至少一个凸轮具有至少一个瓣片，
具有工作容积的多个缸，工作容积随着可旋转轴的转动而周期性改变，
低压工作流体管线和高压工作流体管线，
多个阀，所述多个阀调节在每个缸与低压工作流体管线和高压工作流体管线之间的工作流体的流动，与每个缸相关联的至少一个所述阀是电子控制阀，
该方法包括接收代表多个缸的工作流体目标排量的排量要求信号，并且产生要求信号以与缸工作容积的周期成相位关系来主动控制所述电子控制阀，以由此确定对于缸容积的每个周期，每个缸是执行具有工作流体净排量的有效周期还是执行没有工作流体净排量的无效周期，
其中，选择要求信号，使得多个缸的时间平均净排量满足由排量要求信号所代表的排量要求，同时选择要求信号的型态使得由缸执行的有效周期和无效周期的型态的频谱的一个或多个强度峰值的频率不保持在一个或多个不合要求频率的范围内，其中，将可旋转轴的转速考虑在内。
可以的是，在限制的时间段中，一个或多个所述强度峰值的频率保留在一个或多个不合要求频率的范围内，该时间段例如是可旋转轴的小于100转或可旋转轴的小于10转的时间段。
该方法可以包括确定一个或多个不合要求频率的范围。可以的是，共振频率(由此不合要求的频率的范围)的一个或多个不随着可旋转轴的转速变化。可以的是，共振频率(以及由此不合要求的频率的范围)的一个或多个随着可旋转轴的转速变化，但是不与可旋转轴的转速成比例。
该方法可以包括测量一个或多个参数，这些参数确定一个或多个共振频率(例如通过使用一个或多个传感器)，并且由此确定一个或多个不合要求频率的范围。这些参数的一个或多个(或全部)可以独立于可旋转轴的转速。
该方法可以包括分析信号(例如高压管线内的压力、可旋转轴的转速、来自附连到机器的潜在共振部分的诸如加速度计或应变计的传感器的信号)以识别一个或多个摆动(例如通过频率分析)以及该一个或多个摆动的共振频率，并且然后确定包括该已确定的一个或多个频率的一个或多个不合要求频率的范围。
该方法可以包括在多个时间步骤的每个时执行排量确定算法，以在缸工作容积的先前循环期间处理排量要求和工作流体净排量，并且以使至少一个所述缸经历有效周期，在该有效周期中，当在已排放的工作流体总量和已要求的工作流体总量之间的差值超过阈值时产生工作流体净排量。
该方法可以减少频谱的一个或多个分量的强度，同时通过对比当频谱的一个或多个强度峰值的频率不在一个或多个不合要求频率的范围内时对分别进行有效周期或无效周期的缸的选择，来推进或阻碍执行有效周期或无效周期的缸的选择而满足该排量信号。
因此，可以的是，根据可旋转轴的转速，在与可旋转轴的每转的最大排量的比例相同的排量处执行有效周期或无效周期的缸的型态变化，从而减少在一个或多个不合要求频率处的振动的产生。
该阈值可以变化，从而减少一个或多个所述缸的有效周期和无效周期的型态的一个或多个不合要求频率分量的强度。该阈值的变化的其它可选特征在上面已描述。
通常，仅在确定频谱的至少一个所述强度峰值落在一个或多个所述不合要求频率范围内时，该阈值变化。不合要求频率的范围每个通常是在共振最大频率的上方和下方延伸的频率范围。
该方法可以包括存储累加的排量误差值并且在每个时间步骤时通过加上由排量要求信号所代表的排量要求并且减去在相同的或先前的时间步骤中在阀控制模块的主动控制下排出的工作流体量的代表值而更新所存储的累加排量误差值。该方法因此还包括存储和更新所累加的排放误差值，该排放误差值代表在已排放的工作流体总量和已要求的工作流体总量之间的差值。可替换地，该方法可以包括对已要求的排量和已确定的排量的值进行积分，并且考虑二者之间的差值是否超过该阈值。
该方法可以包括确定由缸执行的缸工作容积的有效周期和无效周期的型态的频率的一个或多个强度峰值的频率，如果阀控制模块通过使用第一过程选择缸工作容积的有效周期和无效周期的型态同时将排量要求和可旋转轴的转速考虑在内，则产生该频率，并且将所确定的一个或多个频率与一个或多个不合要求频率的范围进行比较，并且如果至少一个已决定频率落入至少一个不合要求频率的范围内时，通常会导致通过使用第二过程而非第一过程来选择缸工作容积的有效周期和无效周期的型态，由此降低所述频谱的在至少一个所述频率范围内的强度。由各缸所执行的缸工作容积的有效周期和无效周期的型态的频率的一个或多个强度峰值的频率可以通过一方法计算，该方法包括计算有效周期的频率或无效周期的频率或者它们的谐频的步骤。上面描述了第一过程和第二过程的其他可选特征。阀控制模块可以确定由缸执行的缸工作容积的有效周期和无效周期的型态的一个或多个强度峰值的频率，同时将排量要求和可旋转轴的转速考虑在内。可以的是，排量要求和可旋转轴的转速是仅有的两个连续变化的变量，将确定一个或多个强度峰值的频率考虑在内。阀控制模块可以通过计算执行有效周期的缸的基频以及/或者它的一个或多个谐频,以及/或者执行无效周期的缸的基频或它的谐频和/或它的一个或多个谐频,而确定由缸执行的缸工作容积的有效周期和无效周期的型态的一个或多个强度峰值的频率。
该方法可以包括接收可旋转轴的速度信号并且将当确定阈值是否应变化时的可旋转轴的速度信号考虑在内。可以的是，该方法包括接收可旋转轴的速度信号，并且考虑可旋转轴的速度信号，以确定用以决定缸是进行有效周期还是无效周期的当前频率，并且由此确定该阈值是否应当改变。
上面关于本发明的第一方面和第二方面描述了本发明的第三方面的其他可选特征，并且上面关于本发明的任一方面讨论的可选特征是本发明的每个方面的可选特征。
附图说明
现将参照以下附图来说明本发明的示例性实施例，附图中：
图1是根据本发明的风力涡轮发电机的示意图；
图2是根据本发明的液压马达的示意图；
图3是液压马达的阀控制模块的示意图；
图4是传动装置的阀控制模块的工作的流程图；
图5是在正常工作模式中(第一过程)用于确定各个缸的排量的排量确定算法的流程图；
图6是示出了根据第一过程的重复执行排量确定算法的表格；
图7是用于图5和图6的排量确定算法的控制逻辑的示意图；
图8A和图8B是以所要求的排量执行缸工作容积的有效周期和无效周期的缸的型态的频谱的强度峰值的频率变化示意图；
图9A和图9B是示出了当工作流体排量比率从示例性实施例中的最大排量的0变到100％且可旋转轴的固定转速为1000rpm时执行有效周期和无效周期的缸的型态的频谱的频率分量的强度的变化的频谱(声谱)的实例；
图10示出了经历有效周期的缸的基频和经历无效周期的基频随着排量要求信号的变化；
图11A至图11D示出了选择以在排量要求信号的四个不同值处经历缸工作容积的有效周期和无效周期的缸的型态的频谱；
图12是根据本发明用以修改决定阈值的控制逻辑的示意图；
图13是根据本发明用以修改决定阈值的控制逻辑的示意图；
图14是通过本发明的方法选择有效周期的表格；
图15是示出了在连续决定点之后的ACCUMULATOR的值的图表；
图16示出了对由泵或马达的缸所执行的缸工作容积的有效周期和无效周期的型态的频谱进行阈值调节的效果；
图17示出了根据本发明的实施例的修改的排量要求信号；
图18是液压挖掘机的示意图；以及
图19是车辆传动装置的示意图。
具体实施方式
参照图1，风力涡轮发电机1包括塔舱2，该塔舱2由塔4支承并且具有涡轮6，涡轮6上安装有多个叶片8。
该塔舱容纳有液压传动装置，该液压传动装置总体上示为10，该液压传动装置包括液压泵12，液压泵12具有可旋转轴，该可旋转轴经由驱动轴14联接到涡轮。该传动装置还包括液压马达16，该液压马达16具有可旋转轴，该可旋转轴经由发电机驱动轴20联接到发电机18。该电机又经由接触器22联接到电网。
在该液压传动装置中，作用为工作流体的油从储罐24中经由低压工作流体管线26被供应到液压泵的输入侧。从液压泵的输出侧将已加压的油经由高压工作流体管线28递送到液压马达的输入侧，高压工作流体管线28与油压气动蓄能器30连通。
该塔舱还容纳有传动装置控制器32，该传动装置控制器32通过将控制信号传送到液压泵和马达而控制该液压传动装置，以调节液压泵和液压马达的排量。所述控制信号(排量要求信号)要求泵和马达的排量，该排量表达为最大排量(排量要求)的分数。该排量的绝对体积(每秒排放的工作流体体积)是最大排量的该分数和马达的可旋转轴的回转速度(每秒的转数)的乘积，该最大排量是在泵或马达的可旋转轴的每次回转中可以排放的最大体积。以此方式，该传动装置控制器可以调节通过驱动轴14施加的转矩，该转矩与液压泵的排量(每秒排放的体积)以及在高压工作流体管线中的压力成比例。该传动装置控制器也可以调节发电速度，该发电速度取决于液压马达的排量(每秒排放的体积)和在高压工作流体管线中的压力。当液压泵以比液压马达更高的排量(每秒排放的体积)排放油时，在高压工作流体管线中的压力增大，并且当液压马达以比液压泵更低的排量(每秒排放的体积)排放油时，在高压工作流体管线中的压力减小。油压气动蓄能器允许在高压侧处的工作流体的总量变化。
在可替换实施例中，多个液压泵和/或多个液压马达与高压流体管线流体连通，并且因此必须考虑每个的排量。
传动装置控制器接收各信号作为输入，各信号包括泵或马达的可旋转轴的转速和高压工作流体管线中的压力测量值。该传动装置控制器也可以接收来自风速计34的风速信号、来自电网的信息、控制信号(诸如启动或停止的指令、或者在阵风来之前提高或降低高压工作流体管线压力的指令)、或者所需的其它数据。
该传动装置控制器也考虑风力涡轮发电机中的共振和涡轮叶片的振动，该共振诸如是塔内的共振，此可以通过使用位于塔中的加速计36测得，涡轮叶片的该振动可以通过使用加速计或者安装在一个叶片上的应力计38测得。
该传动装置控制器32包括与数据存储器42电子通信的单个处理器40，数据存储器42包括有形的计算机可读介质，如固态存储器，该可读介质存储在工作过程中所需的程序和数据。在泵和马达中的机器控制器(在图1中未示出)的至少部分作为阀控制模块起作用，机器控制器响应于来自传动装置控制器的所要求的排量而产生阀控制信号。但是，本领域普通技术人员会理解的是，对该传动装置的控制可以实施为多个分布式计算装置，每个分布式计算装置可以实施总体控制功能的一些部分，或者对该传动装置的控制可以实施为单个装置。
图2示出了形式为电子整流液压泵/马达的液压马达16，其包括多个缸100，缸100具有由各缸的内表面和活塞106限定的工作容积102，该活塞106从可旋转轴108由偏心凸轮110驱动，并且在缸中往复运动，以周期性改变缸的工作容积。该可旋转轴牢固地连接到发电机驱动轴20并且与发电机驱动轴20一起旋转。轴位置和速度传感器112确定该轴的瞬间角度位置和转速，并且通过信号线114通知马达的机器控制器116，其使得机器控制器能够确定每个缸的各周期的瞬时相位。
每个缸都与形式为电子致动面密封提升阀118的低压阀(LPV)相关联，各提升阀118向内面向它们的相关联缸并且可操作以选择性地封闭从该缸到低压工作流体管线120延伸的通道，该低压工作流体管线120可以将一个或多个缸、或者此处所示的实际上所有缸连接到风力涡轮发电机(WTG)的低压流体管线26。低压阀是常开式电磁关闭阀，当在缸中的压力小于或等于低压工作流体管线中的压力时，即在吸入冲程期间，低压阀被动打开以使缸与低压工作流体管线流体连通，但是在控制器的经由低压阀控制线124的主动控制下低压阀可以选择性关闭，以使该缸不与低压工作流体管线流体连通。可替换地，可以使用电子可控阀，如常闭式电磁打开阀。
每个缸都还与形式为压力致动输送阀的高压阀(HPV)相关联。高压阀从缸向外打开，并且可操作以封闭从缸延伸到高压工作流体管线122的通道，高压工作流体管线122可以将一个或多个缸、或者此处所示的实际所有缸连接到传动高压工作流体管线28。高压阀用作常闭式压力打开止回阀，当缸内的压力超过高压工作流体管线内的压力时，高压阀被动打开。高压阀还用作常闭式电磁打开止回阀，一旦高压阀由相关联的缸内的压力打开，则控制器可以经由高压阀控制线132选择性地将高压阀保持打开。通常，该高压阀不可由控制器抵抗高压工作流体管线内的压力而打开。当在高压工作流体管线中而不是在缸中具有压力时，该高压阀可以附加地在控制器的控制下被打开，或者该高压阀可以被部分打开，例如该高压阀是WO2008/029073或WO2010/029358所披露的类型，并且根据WO2008/029073或WO2010/029358所披露的方法操作。
在例如EP0361927、EP0494236和EP1537333(它们的内容以引用的方式在此纳入本文)中描述的正常工作模式中，马达控制器通过在相关联的缸的周期中的最小容积点之前不久主动关闭低压阀中的一个或多个、从而关闭通向低压工作流体管线的路径来选择来自高压工作流体管线的流体由液压马达排放的净速率，关闭通向低压工作流体管线的路径会导致缸中的流体被收缩冲程的剩余部分压缩。
当穿过相关联的高压阀的压力均衡时，相关联的高压阀打开，并且少量流体经由相关联的高压阀被引出。然后，该马达控制器主动将该相关联的高压阀保持为打开，通常一直保持到接近该相关联的缸的周期中的最大体积，从而接受来自高压工作流体管线的流体并且将转矩施加到可旋转轴。在可选的泵送模式中，该控制器通过一般在相关联缸的周期中的最大容积点附近时主动关闭低压阀中的一个或多个而选择液压马达的通向高压工作流体管线的流体的排放净速率，关闭低压阀中的一个或多个致使关闭通向低压工作流体管线的路径，并且由此在随后的收缩冲程中将流体经由相关联的高压阀引出(但是不主动将该高压阀保持为打开)。该控制器选择低压阀关闭和高压阀打开的数量和次序，以产生流动，或者产生轴的转矩或动力，以满足所选择的排放净速率。而且确定是否在逐周期的基础上关闭低压阀或保持低压阀打开，该控制器可操作以相对于变化的缸容积来改变高压阀的关闭的精确相位，并且由此，选择从高压工作流体管线到低压工作流体管线或从低压工作流体管线到高压工作流体管线的流体的排放净速率。
在端口122、28上的箭头表示处于马达模式的流体流动，处于泵送模式时，流体相反流动。卸压阀128可以保护液压马达不受损坏。
图3是马达的机器控制器116的示意图。泵控制器的结构与之对应。诸如微处理器或微控制器的处理器150通过总线152而与存储器154和输入-输出端口156电子通信。该存储器存储程序158和一个或多个变量160，该程序158实现排量确定算法的执行，以确定在缸工作容积的每个周期中由每个缸排放的工作流体的净体积，变量160存储所累加的排量误差值，并且该存储器也存储数据库162，该数据库162存储关于每个缸的数据，诸如每个缸163的角向位置以及是否该缸被停用164(例如由于它损坏)。在某些实施例中，该数据库存储每个缸所经历的有效周期的次数165。在某些实施例中，该程序包括作为共振确定模块起作用的程序代码159，其计算不合要求频率的一个或多个范围。
该控制器接收排量要求信号34、轴位置(即，定向)信号166，以及通常的在高压管线中的压力测量值168。该可旋转轴的转速由轴位置的改变速率并用作该可旋转轴的转速。来自该控制器的输出包括通过高压阀控制线126的高压阀控制信号和通过低压阀控制线118的低压阀控制信号。该控制器目的是随着时间按照排量要求匹配来自各缸的总体排量。该轴位置需要使得阀控制信号能够以与缸工作容积的周期成相位的关系而产生。压力测量值可以用以确定所排放的工作流体的精确量或用于其它计算。该控制器也可以接收表示缸是否损坏并因此应当被禁用的信号，并且以据此使得能够更新数据库162。
液压泵总体上对应于液压马达，除了液压泵以上述泵送模式工作并且通常具有更大规模之外。作为单瓣偏心轮的替代，在多瓣片环形凸轮的情形中，可以有更多个瓣片。高压阀不需要由控制器主动控制，并且可以包括止回阀。
在通过图4的过程的液压传动装置的工作期间，液压传动装置控制器30接收(200)输入信号，输入信号包括涡轮2的转速(与液压泵的可旋转轴的转速相同，或者当二者联接时，是液压泵的可旋转轴的转速的传动比)和在加压流体工作流体管线18中的压力以及风速。传动装置控制器然后参照查询表204确定(202)由液压泵施加到涡轮上的目标转矩，该查询表204总结了在多个不同风速下的理想目标转矩和轴转速。一旦确定该目标转矩，则传动装置控制器然后会计算(206)获得该目标转矩所需要的液压泵的排量。然后，按照由该泵所接收的排量要求信号，将此传送到液压泵。工作流体的体积和排放的速率可以以任意合适的单位计算。该排量要求可以例如表达为可旋转轴每转中液压泵能够进行的最大排量的分数。在该实例中，该排量表达为可旋转轴每转中最大输出的平均百分数。此代表的实际排放速率表达为每秒排放的流体体积，该实际排放速率是排量要求、缸可以排放的最大体积、缸的数量以及泵的可旋转轴的转速的乘积。得到的转矩与该排量成比例，并且与在高压工作流体管线中的压力成比例。
一旦计算出该泵排量，则也可以计算马达排量。通常，可以计算马达排量以维持加压流体管线中的所需压力。计算得到的排量传送到马达并且作为马达的要求排量信号被接收。然而，可以考虑多个其它因素。例如，马达排量要求可能变化以改变在高压工作流体管线中的压力，当马达排量小于液压泵的排量(每秒排放的体积)时，该压力增大，并且当液压马达排量大于液压泵的排量(每秒排放的体积)时，该压力减小。还可以有其它因素。例如，对于一个或两个发电机，可能理想的是，在受基本恒定的转矩驱动和被关闭之间切换，以最小化风力损失并且最大化发电效率。
在该示例性实施例中，该液压马达具有图2的构造，其中，驱动活塞的凸轮具有单个瓣片，并且由此液压马达的可旋转轴的每转具有单周期的缸工作容积。
图5示出了在默认工作过程(第一过程)中，当不确定会产生不合要求频率时由液压马达执行用于依次确定每个缸的净排量的过程。该过程开始(300)，此时，将存储的变量ACCUMULATOR160设为零(302)。变量ACCUMULATOR存储由排量要求和实际排放量所代表的工作流体排放量的差值。
然后液压马达的可旋转轴旋转直到它到达(304)个体缸的决定点。对于图2所示的实例，具有八个缸，并且由此，每个决定点隔开45度的可旋转轴的转动角度。在各个决定点之间发生的实际时间段因此是可旋转轴的用于旋转45度所需的时间段，该时间段与可旋转轴的转速成反比。
在每个决定点处，马达控制器读取(306)从传动装置控制器接收的马达排量要求。然后，该控制器计算(308)变量SUM，该SUM等于ACCUMULATOR加上所要求的排量。接着，检查正被考虑的缸的状态(310)。此通过参照缸数据的数据库162、164来执行。如果发现该缸(例如由于该缸被破坏)停用，则对于该缸不执行其它动作。然后，对于下一缸，一旦达到决定点，则该方法从步骤304重复。
可替换地，如果发现该缸未被禁用，则将SUM与阈值进行比较(312)。当仅考虑的选项是没有净排量的无效周期或者具有全排量的有效周期时，该值可以简单地是由缸可以排放的工作流体的最大容积，在该全排量的有效周期中，选择该缸的工作流体的最大排量。然而，该阈值可能较大或者较小。例如它可以小于个体缸的最大排量，此情形例如是需要执行部分周期的情形，在该情形中仅排放该缸的最大排量的一部分。
如果SUM大于或等于该阈值，则会确定：该缸将经历有效周期。可替换地，如果SUM不是大于或等于该阈值，则会确定：该缸在缸工作容积的下一周期中是无效的，并且净排量将为零。
然后将控制信号发送到用于所考虑的缸的低压阀和高压阀，以使得该缸经历有效周期或无效周期，如所确定的。(在泵送的情形中，可以的是，高压阀不受电子控制，并且控制信号仅与低压阀有关)。
该步骤有效地考虑由排量要求信号所代表的排量要求，以及在由排量要求信号所代表的先前排量和由控制器所确定的先前净排量之间的差值(在此情形中，形式为所存储的误差)，并且然后，如果SUM等于或超过该阈值，则将缸的工作流体的时间平均净排量与使缸经历有效周期(其中它产生工作流体净排量)的排量要求信号所代表的时间平均排量进行匹配。在此情形下，将误差值设置为SUM减去有效缸的排量。可替换地，如果SUM不是等于或超过该阈值，则该缸是无效的，并且SUM不进行修改。
当对于下一缸，达到该决定点时，该程序从步骤304重新开始。
由此，可以看到的是ACCUMULATOR160维持所要求的排量和实际发生的排量之间的差值的记录。在每个周期中，所要求的排量被加到排量误差值，并且实际选择的排量被减去。ACCUMULATOR有效地记录了在所要求的排量和所提供的排量之间的差值，并且无论何时该累加的差值超过阈值，则发生有效周期。
本领域普通技术人员会理解的是，该排量确定算法的效果可以以多种方式获得。例如，不是从ACCUMULATOR变量减去所选择的排量，而是可以将所要求的排量和在一段时间内已输送的排量进行相加，并且选择各个缸的排量来保持该二者均匀匹配。
在可替换实施例中，可以有多组缸，它们在缸工作容积的整个每个周期中同相位地进行工作。例如，如果凸轮具有多个瓣片或者如果具有多个轴向间隔的缸组，此可以发生。在此情形中，在每个决定点处，对于该组中的每个缸，可以立刻选择有效周期和无效周期。
图6是示出了在随后的时间步骤中图5的排量确定算法的操作的实例的表格，此时排量要求是该机器(如果合适，是泵或马达)的最大排量的25％。第一列是时间步骤，由秒表示。第二列是与SUM作对比的阈值。在该实例中，它是恒定的。第三列是变量SUM的值，表示为百分数。第四列是所选择用以执行有效周期的缸的数量。在该实例中，它永远只是零或一。然而，在多个缸具有一致的决定点的实施例中，它可以是更多的数量。在第五列中是ACCUMULATOR的值，并且最后一列示出了缸是否经历有效周期。在该表格中，有效周期的每个选择标记为正常。为了易于解释，已选择等于最大排量要求的四分之一的恒定的所要求的排量，然而，在实践中，该排量要求当然会变化。可以看到的是，在图6的实例中，每0.4秒，在每个第四周期中选择经历有效周期的缸。由此，用以执行有效周期的缸的选择基频是2.5Hz，并且用以执行无效周期的缸的选择的基频是7.5Hz。将会理解的是，如果可旋转轴的旋转速度增大因子n，则两个基频也增大因子n。
一般地，缸工作周期的有效周期和无效周期类型具有频谱，该频谱具有一个或多个强度峰值。这些峰值的频率会根据有效周期和无效周期的顺序以及可旋转轴的转速进行变化。例如，在图6的型态的情形下，该频谱会具有2.5Hz和7.5Hz的强度峰值。
图7是图5和图6的排量确定算法的示意图。该要求的排量由Σ块350接收，其使所要求的排量与来自软件累加器352的输出相加，该累加器352存储ACCUMULATOR的值。比较器354将来自Σ块的输出与阈值相比较，并且无论何时达到或超过该阈值，触发启用缸356输出，从而使缸经历有效周期。该输出还通过放大器358被馈送到软件累加器的减法输入，当用于Σ块的输出是在0和1之间时，放大器358应用“增益”，而不是以与排量确定算法的其余部分相同的百分数格式。
图8A是示出了在液压泵或液压马达的所选择的强度峰值和所需要的排量要求之间的频率关系的示意图，该排量要求表示为泵或马达的最大排量(可旋转轴的每转排放的体积)的比例。随着排量要求(x轴)增大，用以执行有效周期的缸的选择的频率(y轴)(有效的基频)400以及因此在频谱中的相应强度峰值的频率线性增大，并且当所要求的排量达到最大时，达到缸选择决定的频率。图8A也示出了用以执行无效周期的缸的选择的频率402，该频率是在频谱中的相应强度峰值的频率。可以看到的是，当所需要的排量从0增大到液压泵或马达的最大排量的100％时该频率从缸选择决定点的频率下降到零。在具体强度峰值的频率和所要求的排量之间的实际关系可能更加复杂。例如，图8假定所有周期是其中任意个体缸排放最大排量的100％的有效周期，或者是没有工作流体净排量的无效周期。实际上，如果在各个有效周期之间排放的工作流体量具有变化，则该图表会不同地呈现。
图9A示出了总共具有16个缸的机器的情形中所计算的频谱数据，这十六个缸的形式是两组等间距(45°)间隔的八个缸，其中这两组之间偏移22.5°，可旋转轴的转速是1000转每分钟。各缸处于缸工作容积的16个独特相位。通过变化的阴影来示出频谱的频率分量的强度，并且可以看到强度峰值。在该实例中，缸选择决定点的基频因此是1000x16/60＝266.7Hz，并且可以看到的是随着排量分数(即可旋转轴每转的最大排量的比例，典型地由排量要求信号所表示的)(x轴)从0增大到1，表示各有效周期的基频(激励频率，y轴)的强度峰值从0线性增大到266.7Hz，并且无效周期的基频以从266.7Hz线性减小到0。
参照图8A，泵或马达控制器寻求避免选择缸工作容积的有效和无效周期的这样的型态，该型态所具有的频谱在塔404或叶片408的共振频率处具有强度峰值，并且位于在这些共振频率的两侧延伸的带406、410内。不像在缸工作容积的有效和无效周期的型态的频谱中的强度峰值，这些共振频率不随着可旋转轴的转速变化。(在某些实施例中，所述共振频率的一个或多个可以随着可旋转轴的转速变化，但是不与可旋转轴的转速成比例，例如是风力涡轮发电机的叶片的一个或多个共振频率)。
图8B示出了当缸具有冗余使得对于每个缸具有一个其他缸以基本相同的相位进行工作时，执行有效周期的缸的频率的和执行无效周期的缸的频率(并且，因此在频谱中的相应强度峰值的频率)的相应变化。如果凸轮具有两个瓣片(即，具有到旋转轴线的两个最大距离和两个最小距离)或者如果具有由相同相位凸轮驱动的两组缸，从而接受来自相同源和储槽的工作流体，或者将工作流体递送到相同源和储槽，则会发生这样的情况。在此情形中，可以看到的是，缸有效的频率(用以执行有效周期的缸的选择的频率)以50％的排量要求(100％除以具有相同相位的缸的数量、即冗余)达到决定频率，在此点处，对每个决定点处选择具有相同相位的每对缸中的一个，并且随着排量增大，第二缸的有效的频率从零增大。无效周期的选择的频率相应变化，并且对于给定的缸选择频率，有效周期的选择的频率和无效周期的选择的频率的和总是相同的。
图9B对应于图9A，除了该数据涉及具有16个缸的机器之外，16个缸成两组等距(分开45°)间隔的八个缸，其中，在各组缸之间没有偏移，并且因此每个缸在缸工作容积的整个周期中与另一组的对应缸处于相同相位。因此，具有冗余值2，并且仅具有在8个独特相位处的缸。再次，转速是1000转每分钟。由于对于两个缸立刻进行缸选择决定，所以该决定频率是图9A的决定频率的一半，即133.3Hz。当排量的分数从0增大到0.5时，在每个决定点选择用以经历有效周期的缸的数量是零或1，一个缸选择用以经历有效周期的所处的确定的比例从0线性上升到100％。由此，有效周期的基频从0线性上升到133.3Hz。然后，当排量的分数为0.5时，有效周期的基频下降到零。这是因为在该排量的分数下，每当决定考虑两个缸中的几个应经历有效周期时，该决定是一个缸，并且因此没有会产生共振的变化。当排量的分数从0.5增大到1时，导致用以执行有效周期的两个缸的决定的比例从0线性增长到100％，并且因此，有效周期的基频再次从0线性增长到133.3Hz。无效周期的基频等于133.3Hz减去有效周期的基频。
而且缸选择成执行有效周期或者执行无效周期的频率，在频谱中的强度峰值可以由这些频率的谐频或者与所需要的排量要求线性地相关的其他频率产生(至少在所限定的范围内)，并且这些谐频在图9A和图9B中是可见的。
各谐频可以在图8和图9中通过各线进行标识，各谐频的相对于排量的频率梯度是多个启动或禁用的基频的线的梯度的正倍数或负倍数。在决定频率上方的谐频也通常是存在的并且对应于穿过决定频率的基频和谐频的反射频率，如图8A和图8B所示出的。
图10和图11进一步示出了以排量的分数进行工作的缸的有效周期和无效周期的型式的频谱450的强度峰值452、454、456的频率的变化。图11A至图11D示出了在图10的排量分数A、B、C和D时的频谱。如E1所示的有效周期的基频和如D1所示的无效周期的基频是互补的。
根据本发明，液压泵和马达的控制器被编程以产生阀要求信号，以与缸工作容积的周期成相位关系地控制与每个缸相关联的电子控制阀，并且它们确定每个缸对于缸容积的每个周期，是执行有效周期还是执行无效周期，使得由泵或马达输送的工作流体的随时间的平均总净排量与从传动装置控制器接收的排量要求信号所表示的排量要求匹配。然而，当确定缸工作容积的有效周期和无效周期的最终型态会导致在不合要求频率的分量的一个或多个带中产生频谱中的强度峰值时，则不是使用图5和图6的过程，而是使用可替换的过程(第二过程)。通过使用该可替换的过程，虽然会获得相同的随时间的平均总体净排量，但是缸工作体积的有效周期和无效周期的精确型态被改变，以降低不合要求频率的范围内的频谱的分量的强度。
在一个方法中，在图5的过程的步骤312中的比较器354所使用的阈值改变成去除频谱的不合要求强度峰值。
图12示出了根据本发明的泵和/或马达控制器所执行的过程。从传动装置控制器中接收(500)用于泵或马达的排量要求。然后计算(502)在频谱中的各个强度峰值的频率，如果在合适时泵或马达实施图5和图6的排量确定算法，则对于该排量要求，会产生频谱中的各个强度峰值的频率。合适地，此步骤需要泵或马达的可旋转轴的转速作为输入。所计算的频率包括用以执行有效周期的缸的选择的基频，以及用于执行无效周期的缸的选择的基频。通常，所计算的其他频率是它的线性函数。通常计算谐频(整数倍)。然而，在某些情形中，通过振动可以产生共振，这些振动是基频的非整数倍或者有固定偏移。
然后比较(504、506)所计算的强度峰值的频率与不允许的频段(诸如带406)，不允许的频段诸如是在塔的天然共振频率的两侧延伸。对于液压泵和液压马达，该不允许的频带可以是不同的。例如，对于液压泵，当该泵直接联接到叶片时，比马达更重要的是，避免产生具有对应于叶片的天然共振频率的频率的振动，而马达不是这样。液压泵也可以避免在诸如驱动轴14的扭转振动模式的共振频率时强度峰值的产生。
在某些实施例中，不是明确计算一个和多个强度峰值的频率，并且将这些频率与所允许的频带进行对比，而是可采用排量要求和可旋转轴转速的查询表来确定强度峰值的频率可能对应于不允许频带的情况。
如果确定一个或多个所计算的强度峰值的频率没有落在任何不允许的频带内，则在缸工作容积的每个周期中的排量可以通过使用图5、图6A和图6B的排量确定算法来计算508，其中，SUM与默认阈值(在该实施例中，为由个体缸排放的最大排量的100％)作比较。
可替换地，如果确定一个或多个强度峰值的频率会落在不允许的频带内，则跟着可替换的过程，以通过在图5的过程的步骤312处和图7的比较器354处修改(510)与SUM比较的阈值而降低在不允许的频带中的频率分量的强度。
通过增加方波脉冲来修改该阈值，方波脉冲具有待避免的共振频率的0.1至0.5之间的频率。再次，此具有推进某些有效周期(或者无效周期)并阻碍其它的效果，从而改变缸工作容积的有效和无效周期的型态的频谱，但是不修改工作流体的时间平均总体排量。当泵排量要求改变成使得实施图5至图7的排量确定算法会不再产生位于不允许频带的任一个内的强度峰值，该方波脉冲不再被添加。调节阈值的该波形的频率是不合要求频率分量的频率的至多一半，并且可以计算用于任意系统的最优值。我们已发现0.2至0.3倍的该不合要求频率的范围是特别适合的。
图13是根据本发明的实施例的用于修改决定阈值的控制逻辑的示意图。是否启动或禁用缸的该决定频率通过使可旋转轴的每个完整转动的决定点的数量(其取决于缸的数量以及在整个缸工作容积的周期中具有相同相位并且因此共享决定点的缸的程度)与可旋转轴的转速(图13所示为每分钟转数除以60)相乘而计算得到。然后计算(522)用以经历有效周期的缸的选择和用以经历无效周期的缸的选择的基频以及相关谐频的频率。这些频率对应于强度峰值的频率。然后使用得到的频率来查询多个查询表424，其中的一个与每个不合要求的频带相关。查询表是具有中心频率的窗口函数，该中心频率几乎等于相关的不合要求频率。范围为0至1的、来自查询表的输出乘以方波脉冲序列(526)，该方波脉冲序列的频率是倍增器528的相关共振频率的分数(小于0.5)。这些乘积由加法器530相加，由此计算阈值偏移532。该阈值移差用在图5的步骤312中，并且将SUM与默认阈值和时间变化阈值偏移的和作比较。如果SUM大于或等于默认阈值和阈值偏移的和，则缸选择成经历有效周期。否则，缸经历无效周期316。然后图5的过程如前继续。
图13的控制逻辑的净效果是当所计算的频率的一个落在机器的一部分(和/或机器的液压传动装置的一部分)的不合要求的共振频率的任一侧上的一个带内时，缸工作容积的有效周期和无效周期的型态修改为去除在共振频率处的强度峰值(第二过程)，但是当所计算的频率无一落在不合要求的频带中时，使用图5和图6的排量确定算法。
图14示出了通过使用与图6相同的参数的得到的修改缸选择型态。可以看到的是，有效周期的某些选择受到阻碍，并且有些被推进。有效缸的标准和修改选择的相同型态在图15中以不同的形式示出。在图15中，T1是在没有阈值改变的有效周期的选择之间的时间段。T2和T3是在具有阈值修改的有效周期的选择之间的时间段。
图16还示出了在频谱700、702中由图6的未修改型态(虚线，700)以及图14和图15的修改型态(虚线，702)引起的强度峰值704的频率。在未修改的型态中，选择各有效缸并且分开0.4ms，导致在2.5Hz处的强度峰值704。在由修改型态导致的频谱(虚线)中，在2Hz和3.333Hz处具有强度峰值704。由此，脉动波形的相加去除了频谱中不合要求的强度峰值。然而，随时间的平均总体净排量没有改变。
在这些实例中，决定阈值通过应用方波脉冲而修改。然而，任何调节由方波或者甚至重复型态引起，这不是重要的。另外，在可替换实施例中，不是修改决定阈值、即到泵或马达的所接收的输入中的一个，而通常是通过增加周期偏移波形而修改排量要求，其方式如同上面实例中修改阈值的方式。此具有相对应的效果。
图17示出了可以实现此的方式。在该实例中，通过图4的过程产生的用于泵的所接收的排量要求信号600从时间0线性增大。可以确定的是，对于泵的可旋转轴的给定转速，当排量要求信号在0.31至0.35之间时，排量确定算法会产生缸工作容积的有效周期和无效周期的型态，其具有在不合要求频率下的强度峰值。当所接受的排量要求信号在0.31至0.35之间时，排量要求在0.31处的低值602以及0.35处的高值604之间交替。因此，所改变的排量要求信号在较低值和较高值之间交替，工作周期选择成使得排量要求信号的平均值不改变。此可以通过使用占空度来实现：D＝(所接收的排量要求信号-低值)/(高值-低值)。
一般地，缸工作容积的有效周期和无效周期的选择的顺序会随着用于给定排量要求的可旋转轴的转速而变化(其表达为可旋转轴每转的最大排量的分数)，以抑制在液压传送装置或风力涡轮发电机或者包括液压传送装置的其他机器的一个或多个部件的一个或多个共振频率下振动的产生。
虽然在图8和图9的实施例中不合要求频率的范围是恒定的，并且独立于可旋转轴的转速，但在某些实施例中，一个或多个不合要求频率的范围是可以变化的。例如，在用以驱动挖掘机的致动臂的液压马达的情形中，共振频率(以及因此，位于共振频率中心的不合要求频率的范围)可能取决于臂的位置。如果马达驱动撞锤，则共振频率(以及因此，位于共振频率中心的不合要求频率的范围)会取决于该撞锤延伸的程度。在某些情形中，一个或多个共振频率(以及因此，位于一个或多个不合要求频率的范围)会取决于独立于可旋转轴的转速的一个或多个测量的参数，例如它们可以取决于多个致动器的位置，如由一个或多个位置传感器所测量的。在某些情形中，一个或多个共振频率(以及因此，位于一个或多个不合要求频率的范围)会取决于可旋转轴的转速但是不与可旋转轴的转速成比例。例如，在风力涡轮发电机中，叶片的一个或多个共振频率(以及因此，位于的一个或多个不合要求频率的范围)会随着可旋转轴的转速的增大(并且因此叶片变得更坚硬)而增大，但是频率的改变不与可旋转轴的转动速率成比例。
在某些情形中，不合要求的频率的所有范围是固定的，并且可以存储在存储器中。然而当一个或多个共振频率可能变化时，可以使用共振确定模块159来确定包括变化共振频率的不合要求频率的一个或多个范围。该共振确定模块可以因此处理来自一个或多个传感器(例如，一个或多个加速计、压力传感器、应力计、致动器位置传感器等)的数据。如上所提及的，在某些但不是所有情形中，该共振确定模块考虑会可旋转轴的转速。该共振确定模块可以使用查询表或算法来确定来自传感器的一个或多个测量值的不合要求频率的共振频率和/或范围。
共振确定模块可以是可操作的，以通过分析信号(例如可旋转轴的转速、高压流体管线中的压力、来自加速计或应力计的信号)来识别一个或多个共振摆动，并且执行频率分析以识别共振。例如，共振确定模块可以对来自附连到风力涡轮发电机的一部分(例如塔、毂或者叶片)上的加速计或应力计的信号执行快速傅里叶变换分析，并且识别在最终频谱中的强度峰值。一旦识别一个或多个频率，则共振确定模块可以然后限定在所识别的共振周围的不合要求频率的所述范围。
例如，图18示出了具有液压致动臂的挖掘机800，其在两个位置802A和802B处示出，由接合的第一和第二臂部分804、806形成。第一臂部分和第二臂部分的每个可以独立地由作为根据本发明的液压传动装置的一部分的液压马达(例如撞锤)致动。该挖掘机的臂可以具有一个或多个共振模式，这些模式具有取决于第一臂的位置和第二臂的位置的频率，并且独立于液压传动装置的泵和马达的可旋转轴的转速。这些频率可以从第一和第二臂的位置计算，所述位置由位置传感器测得。
图19示出了应用于具有液压传动装置902的车辆900的本发明的实例。通过驱动轴908驱动上述类型的可变排量液压泵906的发动机904和通过驱动轴914(联接到马达的可旋转轴)和差动器916来驱动车轮912的上述类型的液压变化排量马达910。该液压传动装置也包括低压工作流体管线918和高压工作流体管线920。驱动轴，特别地，由液压马达驱动的轴914，如果所施加转矩以特定频率摆动，则可能遭受共振摆动。这些共振模式的某些处于恒定的频率，而不论马达的可旋转轴的转速如何，而有些可以随着可旋转轴的转速变化。再次，这些共振的频率可以得到计算，并且可以避免缸工作容积的有效周期和无效周期的型态的产生具有带强度峰值的频谱，强度峰值在延伸到这些共振频率的任一侧的不合要求频率的这些范围中。
可以在本文公开的发明的范围内制造其他变型和改型。
特征列表
1风力涡轮发电机
2塔舱
4塔
6涡轮机
8叶片
10液压传动装置
12液压可变排量泵
14驱动轴
16液压可变排量马达
18发电机
20发电机驱动轴
22接触器
24储罐
26低压工作流体管线
28高压工作流体管线
30油压气动蓄能器
32传动装置控制器
34风力计
36加速计
38加速计
40处理器
42数据存储器
100缸
102缸工作容积
106活塞
108可旋转轴
110偏心凸轮
112轴位置和速度传感器
114信号线
116机器控制器
118低压阀(电子控制阀)
120低压集管
122高压集管
124低压阀控制管线
126高压阀(电子控制阀)
128卸压阀
132高压阀控制管线
150处理器
152总线
154存储器
156输入-输出端口
159程序
159共振确定模块
160变量(包括ERROR)
162关于各缸的数据的数据库
163关于各缸的角向位置的数据
164关于各缸是否禁用的数据
165各缸已经历有效周期的次数的数据
166轴位置信号
168压力测量值
200接收输入信号的步骤
202确定目标转矩的步骤
204计算泵排量的步骤
206计算马达排量的步骤
300过程开始的步骤
302将ACCUMULATOR设定为零的步骤
304到达决定点的步骤
306读取所要求的马达排量的步骤
308计算SUM的步骤
310检测状态的步骤
312比较步骤
314设定排量的步骤
316将排量设定为零的步骤
318更新ACCUMULATOR的步骤
350Σ块(求和器)
352软件累加器
354比较器
356启用缸信号
358放大器
400执行有效周期的缸的选择的基频
401执行有效周期的缸的选择的谐频
402执行无效周期的缸的选择的频率
403执行无效周期的缸的选择的谐频
404塔的共振频率
406频带
408叶片的共振频率
410频带
450缸工作容积的有效周期和无效周期的型态的频谱
452由于有效周期的基频导致的强度峰值(也为E1)
454由于无效周期的基频导致的强度峰值(也为D1)
456由于谐频导致的强度峰值
500接收排量要求的步骤
502计算部件频率的步骤
504比较步骤
506决定步骤
508使用未修改的阈值进行比较
510使用已修改的阈值进行比较
520计算决定频率
522计算频率
524查询表
526脉冲发生器
528倍增器
530加法器
532阈值偏移
T1第一过程的在各有效周期之间的时间段
T2、T3第二过程的在各连续有效周期之间的时间段
600所接收的排量要求信号
602低值
604高值
700频谱(未修改的型态)
702频谱(已修改的型态)
704频谱的强度峰值
800挖掘机
802A、802B在两个位置处的液压致动臂
804第一臂部
806第二臂部
900车辆
902液压传动装置
904发动机
906液压可变排量泵
908泵驱动轴
910液压可变排量马达
912车轮
914马达驱动轴
916差动器
918低压工作流体管线
920高压工作流体管线

Claims (18)

1.一种液压泵或马达，包括：
可旋转轴，
轴传感器，所述轴传感器测量所述可旋转轴的位置或转速，
至少一个凸轮，所述至少一个凸轮具有至少一个瓣片，
具有工作容积的多个缸，所述工作容积随着所述可旋转轴的旋转而周期性改变，
低压工作流体管线和高压工作流体管线，
多个阀，所述多个阀调节在每个缸与所述低压工作流体管线和所述高压工作流体管线之间的工作流体的流动，与每个缸相关联的至少一个所述阀是电子控制阀，
其中，所述液压泵或马达包括阀控制模块，所述阀控制模块构造成产生要求信号以与缸工作容积的周期成相位关系地主动控制所述电子控制阀，以由此对于缸容积的每个周期，确定每个缸是执行具有工作流体净排量的有效周期还是执行没有工作流体净排量的无效周期，
所述阀控制模块具有要求输入，所述阀控制模块接收代表多个缸的工作流体目标净排量的排量要求信号，
其中，所述阀控制模块构造成产生所述要求信号，使得所述多个缸的时间平均净排量满足由所述排量要求信号所代表的排量要求，同时选择要求信号的型态使得由所述缸执行的缸工作容积的有效周期和无效周期的型态的频谱的一个或多个强度峰值的频率不保持在一个或多个不合要求频率的范围内，其中，将所述可旋转轴的转速考虑在内。
2.如权利要求1所述的液压泵或马达，其特征在于，一个或多个强度峰值的所述频率包括执行有效周期的缸的基频或者其谐频，或者执行无效周期的缸的基频或者其谐频。
3.如权利要求1所述的液压泵或马达，其特征在于，所述阀控制模块构造成在多个时间步骤的每个处执行排量确定算法，以处理排量要求信号和在缸工作容积的先前周期中的工作流体净排量，并且用以当已排放的工作流体总量和已要求的工作流体总量之间的差值超过阈值时，使得至少一个所述缸经历所述缸会产生工作流体净排量的有效周期。
4.如权利要求3所述的液压泵或马达，其特征在于，所述阀控制模块构造成改变该阈值以因此降低所述一个或多个所述缸的缸工作容积的有效周期和无效周期的型态的一个或多个不合要求频率分量的强度。
5.如权利要求4所述的液压泵或马达，其特征在于，所述阈值交替上升或下降以降低一个或多个所述不合要求频率分量的强度。
6.如权利要求5所述的液压泵或马达，其特征在于，所述阈值在位于所述不合要求频率的范围内的不合要求频率的的一半和十分之一频率之间的频率处交替上升或下降，所述频谱的至少一个强度峰值否则会落在所述不合要求频率的范围内。
7.如权利要求4至6所述的液压泵或马达，其特征在于，所述阀控制模块接收所述可旋转轴速度信号，并且构造成当确定所述阈值是否应当变化时将所述可旋转轴速度信号考虑在内。
8.如权利要求1所述的液压泵或马达，其特征在于，由所述阀控制模块接收的排量要求信号被选择性地调节，使得所述频谱的一个或多个所述强度峰值的所述频率不保持在一个或多个所述不合要求频率的范围内。
9.如权利要求8所述的液压泵或马达，其特征在于，所述排量要求信号由周期性调节波形选择性地调节。
10.如权利要求3所述的液压泵或马达，其特征在于，所述阀控制模块包括累加器和加法器以及减法器，所述累加器存储累加的排量误差值，所述加法器在每个时间步骤时将所述排量要求信号所代表的排量要求加到所述累加的排量误差值上，所述减法器减去在相同的或先前的时间步骤中在所述阀控制模块的主动控制下代表排放的工作流体的量的值。
11.如权利要求1所述的液压泵或马达，其特征在于，所述阀控制模块包括频率确定模块，所述频率确定模块确定缸工作容积的有效周期和无效周期的型态的频谱的一个或多个强度峰值的频率，如果所述阀控制模块通过使用第一过程选择缸工作容积的有效周期和无效周期的型态，同时将所述排量要求和所述可转动轴的转速考虑在内，则会产生所述缸工作容积的有效周期和无效周期的型态的频谱的一个或多个强度峰值的频率；并且所述阀控制模块将所确定的一个或多个频率与一个或多个不合要求频率的范围进行对比，并且如果至少一个所确定的频率落在至少一个不合要求频率的范围内，则通常因此通过使用第二过程而不是所述第一过程来选择缸工作容积的有效周期和无效周期的型态，由此降低所述频谱的在至少一个所述频率范围内的强度。
12.如权利要求1所述的液压泵或马达，其特征在于，包括共振确定模块，所述共振确定模块根据一个或多个测量参数来确定一个或多个不合要求频率的范围。
13.如权利要求1所述的液压泵或马达，其特征在于，包括共振确定模块，所述共振确定模块可操作以通过分析信号来确定一个或多个不合要求频率的范围，以识别一个或多个摆动并识别所述一个多个摆动的共振频率，并且将一个或多个不合要求频率的范围设定为包括所确定的一个或多个频率。
14.如权利要求12或13所述的液压泵或马达，其特征在于，所述共振确定模块根据独立于所述可旋转轴的转速的一个或多个测量参数来确定一个或多个不合要求频率的范围。
15.如权利要求1所述的液压泵或马达，其特征在于，所述不合要求频率分量的至少一些包括所述液压传动装置或包含所述液压传动装置的机器的至少一个部件的共振频率。
16.一种液压传动装置，包括：
可变排量液压泵，
可变排量液压马达，
联接到所述液压泵的驱动轴，用于驱动所述液压泵，以及
联接到所述液压马达的输出轴，用于联接到载荷，
其中，所述液压泵和所述液压马达中的至少一个是如权利要求1所述的液压泵或马达。
17.一种风力涡轮发电机，包括根据权利要求16所述的液压传动装置、联接到所述液压泵并且包括多个叶片的涡轮以及联接到所述液压马达的发电机。
18.一种操作液压泵或马达的方法，所述液压泵或马达包括：
可旋转轴；
轴传感器，所述轴传感器测量所述可旋转轴的位置或转速，
至少一个凸轮，所述至少一个凸轮具有至少一个瓣片，
具有工作容积的多个缸，所述工作容积随着所述可旋转轴的旋转而周期性改变，
低压工作流体管线和高压工作流体管线，
多个阀，所述多个阀调节在每个缸与所述低压工作流体管线和所述高压工作流体管线之间的工作流体的流动，与每个缸相关联的至少一个所述阀是电子控制阀，
所述方法包括接收代表所述多个缸的工作流体目标排量的排量要求信号，并且产生要求信号以与缸工作容积的周期成相位关系来主动控制所述电子控制阀，以由此确定对于缸容积的每个周期，每个缸是执行具有工作流体净排量的有效周期还是执行没有工作流体净排量的无效周期，
其中，选择所述要求信号，使得所述多个缸的时间平均净排量满足由所述排量要求信号所代表的排量要求，同时选择要求信号的型态使得由所述缸执行的有效周期和无效周期的型态的频谱的一个或多个强度峰值的频率不保持在一个或多个不合要求频率的范围内，其中，将所述可旋转轴的转速考虑在内。
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