CN105960553A - 用于求取液静式液压运行传动装置的随时间改变的参数的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于求取液静式运行传动装置的随时间改变的参数的方法，所述液静式运行传动装置包括至少一个初级侧(1)液压调节器及至少一个次级侧(2)液压调节器。为了简化和/或改进液静式液压调节器的运行，在液静式液压调节器的运行中识别所述参数。

Description

用于求取液静式液压运行传动装置的随时间改变的参数的方法和系统

技术领域

本发明涉及一种用于求取液静式运行传动装置的随时间改变的参数的方法，所述液静式运行传动装置包括至少一个初级侧液压调节器及至少一个次级侧液压调节器。

背景技术

对于液静式运行传动装置，例如初级侧轴向活塞机和次级侧轴向活塞机串联。在斜盘结构方式的轴向活塞机的情况下，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马达工作，轴向活塞机也称为调节泵或者调节马达。例如由内燃机驱动的初级侧轴向活塞机——当它作为泵、尤其调节泵工作时——在驱动侧上将机械能转化成液压能。在输出侧上，次级侧轴向活塞机——当其作为泵、尤其调节泵工作时——将液压能转化成机械能。这个过程也可以反过来，从而通过次级侧轴向活塞机在输出侧上制动。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进行，其中，两个轴向活塞机的低压侧与压力补偿的箱连接，也可以在闭合回路中进行，其中，两个轴向活塞机的低压侧直接相互连接。两种连接都可以通过限压阀保护免受过高的压力。在运行中，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

本发明的任务在于，简化和/或改进液静式运行传动装置的运行，所述液静式运行传动装置包括至少一个初级侧液压调节器和至少一个次级侧液压调节器。

在用于求取液静式运行传动装置的随时间改变的参数的方法中，所述液静式运行传动装置包括至少一个初级侧液压调节器和至少一个次级侧液压调节器，该任务由此解决，在所述液静式运行传动装置运行时识别所述参数。针对液静式运行传动装置的动态运行行为，例如预先给定和调节次级侧输出力矩。在使用斜盘结构方式的轴向活塞单元作为液压调节器的情况下，初级侧和次级侧的摆动角度作为调节量以供使用。出于这个目的，可以使用基于模型的压力调节。例如由于封入空气或者温度变化以及老化影响，参数如液静式运行传动装置的液压系统的泄漏和压缩模量遭受剧烈波动。为了在所有运行点上确保压力调节的良好表现，根据本发明的一方面，在液静式运行传动装置运行时或者说运行到期期间识别随时间改变的参数。变量或者参数然后可以例如供基于模型的调节所使用或者用于监控和诊断。原则上，所述方法也能够应用于系统，所述系统在初级侧和/或次级侧上包括多于一个的液压调节器，如两个或者更多的次级侧液压调节器。

所述方法的优选实施例的特征在于，在运行中识别所述液静式运行传动装置的液压介质的压缩模量和/或液压系统的泄漏。替代地或附加地，可以识别另外的参数、尤其物理量。

所述方法的另一优选实施例的特征在于，通过初级侧液压调节器和次级侧液压调节器的体积流基于每转进液量、转速以及标准化摆动角度来描述。例如，作为每转进液量指的是液压调节器每转排出的液压介质量。单位时间内的转数被称为转速。术语摆动角度涉及摆动摇台或者斜盘，其在轴向活塞机中用于调节输送体积流。

所述方法的另一优选实施例的特征在于，控制体积流通过液压调节装置的几何结构尺寸来确定。例如，可以用简单的方式方法通过调节缸和/或对应缸的几何结构尺寸来计算控制体积流。

所述方法的另一优选实施例的特征在于，所识别的参数通过可信性实例来确认。在可信性检验中，例如可以通过与所保存或者说存储的参数相比较来验证，当前识别的参数是否会是正确的。

所述方法的另一优选实施例的特征在于，在基于模型的压力调节中使用所识别的参数，以适应性地调节次级侧液压调节器的输出力矩。通过在基于模型的压力调节中使用所识别的参数，可以与环境影响、公差、老化现象无关地、有利地调节次级侧上的压力进而以及输出力矩。基于模型的压力调节包括例如预控制和调节回路。

所述方法的另一优选实施例的特征在于，用于压力调节的模型通过压力测量来校正。在压力测量时，例如由至少一个压力传感器感测测量值。

所述方法的另一优选实施例的特征在于，所识别的参数用于诊断目的。替代地或附加地，可将所识别的参数用于其他的目的。

在用于调节液静式运行传动装置的压力的系统中，所述液静式运行传动装置包括至少一个初级侧液压调节器和至少一个次级侧液压调节器，以上提出的任务替代地或附加地由此解决，在液静式运行传动装置的运行中识别随时间改变的参数，尤其按照前述方法来识别。

本发明另外还涉及具有计算机程序的计算机程序产品，其具有软件器件，用于当在计算机上实施该计算机程序时执行前述方法。

本发明的另外优点、特征以及细节将以下说明中得知，在以下说明中参考附图对不同实施例分别描述。

附图说明

唯一的附图描述了一种液静式运行传动装置的液压等效连接图，所述液静式运行传动装置包括初级侧液压调节器和次级测液压调节器。

具体实施方式

在唯一的附图中以液压连接图的形式简化地示出一种液静式运行传动装置。这种液静式运行传动装置包括初级测液压调节器(Hydrostaten)1和次级侧液压调节器2。这两个液压调节器1和2实施为液压机(Hydraulikmaschinen)，尤其以带斜盘的斜盘结构方式实施为轴向活塞机，所述液压机也可以被称为摆动摇台(Schwenkwiege)。

可以改变斜盘或者摆动摇台的的摆动角度，以调节液压机或者液压调节器的输送体积流。因此，液压机也称为调节机。根据其功能，液压机1也被称为调节泵。类似地，液压机2也被称为调节马达。

具有有初级侧液压调节器1的、图1中的左侧也被简称为初级侧1。类似地，具有次级侧液压调节器2的、图1中的右侧也被称为为次级侧2。初级侧的液压调节器1也简称为初级单元。类似地，次级侧的液压调节器2也简称为次级单元。

这两个实施为液压机的液压调节器1和2在输入侧连接在低压区域4。在输出侧，两个液压调节器1和2连接在高压区域上。低压区域4包括储备6的被压力补偿的液压介质，该储备也称作低压存储器。液压介质例如涉及液压油。

通过高压区域5中的回路10表明连接容积，连接容积将液压机1的输出侧与液压机2的输出侧连接。因为连接容积10处于高压区域5中，连接容积为高压容积。

为了回收制动能量和在能量优化状态下运行，在高压区域5中有利地布置有液压存储器，该液压存储器也称为高压存储器。然而，在这种也称为回收状态的运行状态下，高压侧上的压力与液压存储器的液位直接耦合并且仅相对缓慢地改变。

未来能够使初级侧上的机械功率尽可能直接传递到次级侧，使液压存储器脱耦。这样，保留附图中所示的部分系统，通过根据本发明的方法可以在运行到期期间识别该部分系统。

压力进而次级侧上的输出力矩(Abtriebsmoment)可以通过基于模型的调节器利用被识别的参数与环境影响、公差和老化作用的影响无关地被调节，这将在下文中详细阐述。

通过箭头11表明高压管道，高压管道将初级侧液压机1的输出端与高压容积或者连接容积10连接。通过箭头12表明另外的液压管道，所述另外的液压管道将次级侧液压机2的输出端与高压容积或者连接容积10连接。

低压管道13将初级侧液压机1的输入端与液压介质储备6连接。低压管道14将初级侧液压机2的输入端与液压介质储备6连接。具有液压阻18的连接管道16将低压区域4与高压容积或者连接容积10连接。连接容积10不仅涉及真实的连接管道，也涉及一连接装置的等效连接图，该连接装置例如可以借助于高压和低压之间的密封部间隙或者说密封间隙实现。

图1中为了描述液静式运行传动装置，初级调节泵1和次级调节马达2串联。例如由内燃机驱动的初级单元1将机械能转化为液压能。因此，初级侧1也被称为驱动侧。次级单元2在输出侧上将液压能转化成为机械能。这个过程也可以反过来，从而通过次级单元2在前面所述的回收运行中在输出侧上制动。

按照本发明的一方面，通过模型描述初级单元和次级单元之间的容积10中的压力建立。为了识别模型中所包含的、随时间缓慢变化的参数压缩模量和泄漏，通过压力测量来校正模型。这些参数借助参数识别方法、例如最小二乘回归(RLS)过滤来在线识别。如此估计的参数然后被使用在基于模型的调节器中用于压力调节。

为了识别未知参数，需要一模型用于初级单元和次级单元之间的连接容积V中的压力建立p点(p Punkt)。该模型可如下述所示：

$\stackrel{\·}{p}=\frac{\mathrm{\β}}{V}(q-k_l\mathrm{\Δ}p-k_t\sqrt{\mathrm{\Δ}p}).---\left(1\right)$

其中，β为压缩模量，q为所有已知体积流之和，k₁为层流流动的泄漏系数，k_t为湍流流动的泄漏系数，高压侧和低压侧的压差为Δp＝p-p_ND。在此，公式(1)仅示例性地理解，也可以考虑任意其他的、用于泄漏的、经验得出的项，例如压力作用。通过变量q考虑了所有已知的、进出V容积的体积流。基本上为初级单元和次级单元的体积流q₁和q₁，但是也为其他的体积流、如对于调节液压调节器所必需的控制油体积流q_1，st和q_2，st。q的可能计算公式例如可以如下所示：

q＝q₁+q_1，st+q₂+q_2，st (2)

针对第i个(i-te)机器，通过初级单元和次级单元间的体积流的描述可以基于每转进液量C_q，i，转速ω_i，标准化摆动角度α_i来说明

q_i＝c_q，iω_iα_i. (3)

替代地，体积流也可以通过特性曲线q_i＝q_i(ω_i，α_i...)描述。对于调节所述单元所需要的控制油体积流可以简单地通过调节缸和对应缸以及标准化摆动角度α的几何形状来计算。

接下来由模型列式如方程(1)中所定义地出发。然而，要再次指出的是，下述列式对于任意模型结构都适用，所述模型结构可以转化为方程(7)。方程(1)可以解出q，并描述为矢量积。

$q={\mathrm{\Δpk}}_l+\stackrel{\·}{p}\frac{V}{\mathrm{\β}}+\sqrt{\mathrm{\Δ}p}{k}_t,---\left(4\right)$

$q=\[\begin{array}{ccc}\mathrm{\Δ}p& \stackrel{\·}{p}& \sqrt{\mathrm{\Δ}p}\end{array}\]\left[\begin{array}{c}{k}_l\\ \frac{V}{\mathrm{\β}}\\ k_t\end{array}\right].---\left(5\right)$

如果针对q采用具有n个测量点的测量描述量(Messschriebe)，则得出下述线性方程组：

此方程组可以求解出参数矢量θ：

$\begin{array}{c}U=Y^T\mathrm{\Θ}\\ \⇒\mathrm{\Θ}={\left({\mathrm{YY}}^T\right)}^{-1}YU.\end{array}---\left(7\right)$

因此，所述问题转化为通解问题(allgemeine Form)，对于该通解问题存在多个解可能性。

为了不必储存n个已经过的测量值用于运行到期期间方程(7)的计算，并且为了避免部分糟糕条件下的矩阵倒置，也可以回归地形成方程(7)的解。下面说明了可能的实施：

$\begin{array}{c}{u}_k=q_k,\\ y_k={\left[\begin{array}{ccc}{\mathrm{\Δp}}_k& {\stackrel{\·}{p}}_k& \sqrt{{\mathrm{\Δp}}_k}\end{array}\right]}^T,\\ {\mathrm{\γ}}_k=\mathrm{\λ}+y_k^T{P}_{k-1}{y}_k,\\ P_k=\frac{1}{\mathrm{\λ}}(P_{k-1}-\frac{P_{k-1}{\mathrm{yy}}^T{P}_{k-1}}{{\mathrm{\γ}}_k}),\\ e_k=u_k-y_k^T{\mathrm{\θ}}_{k-1},\\ {\mathrm{\Θ}}_k={\mathrm{\Θ}}_{k-1}+\frac{P_{k-1}{y}_k}{{\mathrm{\γ}}_k}{e}_k.\end{array}---\left(8\right)$

其中，遗忘因子0＜κ≤1，P是协变矩阵。为了初始化，必须为P₀和θ₀选择合适的初值。通过遗忘因子的合适选择也可以补偿转速对泄漏的影响，从而通过所述方法估计出即使在非常小转速下也有意义的平均泄漏系数。

通过所述能在线进行的参数识别和基于模型的、例如包括预控制和调节回路的压力调节的组合，阐释了适应性的基于模型的压力调节。在此，特别将所识别的参数提供给预控制和调节器。在基于模型的压力调节的构思中要考虑，所有驱动状态下待预期的参数波动导致预期的调节行为、尤其是稳定性。所识别的参数仍可事先通过可信化实例确认。

适应性压力调节的功能可以通过观察不同运行条件下的压力变化曲线来确定，这些运行调节影响系统的泄漏和等效压缩模量。

所述方法可以用于具有液压功率传递的液压驱动装置，如一般性地在附图中所示的那样。这例如是在液压混合驱动中的情况，在液压混合驱动中至少部分功率通过液压途径传递。

Claims (10)

1.用于求取液静式运行传动装置的随时间改变的参数的方法，所述液静式运行传动装置包括至少一个初级侧(1)液压调节器和至少一个次级侧(2)液压调节器，其特征在于，在所述液静式运行传动装置运行时识别所述参数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在运行中识别所述液静式运行传动装置的液压介质的压缩模量和/或液压系统的泄漏。

3.根据前述权利要求之一的方法，其特征在于，通过初级侧液压调节器和次级侧液压调节器的体积流基于每转进液量、转速以及标准化摆动角度来描述。

4.根据前述权利要求之一的方法，其特征在于，控制体积流通过液压调节装置的几何结构尺寸来求取。

5.根据前述权利要求之一的方法，其特征在于，所识别的参数通过可信性实例来确认。

6.根据前述权利要求之一的方法，其特征在于，在基于模型的压力调节中使用所识别的参数，以适应性地调节次级侧液压调节器的输出力矩。

7.根据权利要求6的方法，其特征在于，用于压力调节的模型通过压力测量来校正。

8.根据前述权利要求之一的方法，其特征在于，所识别的参数用于诊断目的。

9.用于调节液静式运行传动装置的压力的系统，所述液静式运行传动装置包括至少一个初级侧(1)液压调节器和至少一个次级侧(2)液压调节器，其特征在于，在液静式运行传动装置的运行中识别随时间改变的参数，尤其按照根据前述权利要求之一的方法来识别。

10.具有计算机程序的计算机程序产品，其具有软件器件，用于当在计算机上实施该计算机程序时执行根据权利要求1至8之一的方法。