CN110657235B - 用于静压传动装置的轮子驱动布置结构和静压传动装置 - Google Patents

Abstract

由此公开了一种液压马达和一种静压传动装置，其中，对液压马达的排量的调控通过预控制的压力调控器来进行。预控制部计算估计的马达排量并将其传递给压力调控器。

Description

用于静压传动装置的轮子驱动布置结构和静压传动装置

技术领域

本发明涉及一种用于静压传动装置的轮子驱动布置结构和一种具有这种轮子驱动布置结构的静压传动装置。轮子驱动布置结构应理解为液压马达和电子的控制单元，该电子的控制单元对液压马达进行控制或调控。

背景技术

用于移动式做功机械的静压传动装置是已知的，其中，液压泵和一个或多个液压马达在闭合的液压回路中相互连接。液压泵被内燃机—例如柴油马达—驱动，并且液压马达最终—例如通过相应的轮子—驱动移动式做功机械。

这种传动装置的液压泵通常在其输送量方面是可调节的。因此，可以例如在内燃机的转速恒定时在闭合回路中改变由液压泵输送的体积流，并且因此可以调节液压马达或轮子的输出转速—即移动式做功机械的行驶速度。

此外已知的是，一个或多个所述液压马达在其排量方面也是可调节的。由此例如可行的是，在相关的移动式做功机械起动时首先把液压泵的输送量从零开始提高至最大值，以便以后为了更快速的行驶而从最大值开始减小液压马达的排量。随着这种减小，在体积流保持相同的情况下提高了输出转速。

本发明涉及对至少一个液压马达的调节或调控。与此相关地，液压地压力受调控的液压马达是已知的。这些液压马达的成本比较高，并且不能实现可变的功率设定，且不能实现不同的行驶模式。

此外，转速受控式的调节是已知的。所考察的转速在此可以是内燃机或液压泵的转速或者是液压马达的转速。这两种情况下的缺点是，不能实现物理上的功率设定。由此不能实现内燃机的最佳的负荷程度，且不能实现在传动装置和移动式做功机械的同样被内燃机驱动的工作液压机构之间的最佳的功率分配。

发明内容

与此相对地，本发明的目的是，提出一种用于传动装置的带有液压马达的轮子驱动布置结构和一种具有这种轮子驱动布置结构的传动装置，利用所述轮子驱动布置结构或所述传动装置能够例如在功率需求的基础上来调控传动装置的功率。

该目的通过一种具有根据本发明的特征的轮子驱动布置结构和一种具有根据本发明的特征的传动装置得以实现。

本发明的其他有利的设计在下文中描述。

要求保护的轮子驱动布置结构具有至少一个液压马达，该液压马达适合作为或者被设计为用于静压传动装置的次级机器（Sekundärmaschine）。该传动装置优选被设计用于移动式的做功机械。液压马达具有用于调节马达排量的电的调节单元，通过该电的调节单元在马达操控电流与马达排量之间产生连续的或无级的关系或者连续的或无级的特性曲线。根据本发明，设置了带有压力调控器的电子的控制单元，该压力调控器根据实际压力和目标压力来调控马达排量。此外，电子的控制单元具有预控制部，由该预控制部将估计的或计算出的马达排量传递给压力调控器。所提到的压力是在液压马达的输入端上的工作压力。因此可以实现对传动装置的功率调控。此外可以实现具有不同地匹配的功率特性的不同的行驶模式。

马达操控电流与马达排量之间的关系优选是成比例的，或者所述特性曲线优选是线性的。

压力调控器优选是非线性的。

出于运行可靠性的原因，优选的是，压力调控器和/或预控制部具有用于液压马达的转速极限作为输入参数。由此限制了预控制部和/或压力调控器的调整范围。该转速极限可以由相关的移动式做功机械的速度极限导出。

在根据本发明的轮子驱动布置结构的一种特别优选的改进中，由预控制部至少根据目标压力和马达转速基于模型地求取预先给定的马达排量。由此可以通过压力调控器来补偿系统公差，基于模型的预控制部未考虑这些系统公差。这些系统公差例如是在调节单元中的或调节特性中的不准确性或者是漏损量公差。

要求保护的静压传动装置具有前述的带有至少一个液压马达的轮子驱动布置结构，该液压马达通过优选闭合的回路与轴向柱塞泵流体地连接，该轴向柱塞泵具有用于调节其泵输送量的调节单元。该传动装置实现了与根据本发明的轮子驱动布置结构相同的目的，并且具有相同的优点。

于是，通过预控制部，也可以根据泵转速和泵输送量或者与此相关的泵摆动角来求取所述计算出的马达排量。与根据本发明的传动装置的轴向柱塞泵耦联的内燃机能够以所定义的且最佳的方式被加载。

泵摆动角优选借助于如下体积流平衡基于模型来计算：“液压泵的输送体积流 –在实际压力情况下的漏损量 = 液压马达的排量流。”。

在一种优选的设计中，根据在实际压力情况下的漏损量和马达转速和泵转速和马达操控电流基于模型来计算泵摆动角。

在一种优选的设计中，在闭合回路的引导高压的工作线路上设置压力传感器。于是，可以根据测得的实际压力基于模型来计算在实际压力情况下的所谓的漏损量。

优选地，根据泵转速和/或FNR和/或微动踏板和/或极限负荷调控器基于模型来计算所述目标压力。也可以考虑用于传送驾驶员意愿的操作部件和马达转速。由此可以在根据本发明的传动装置的引导高压的工作线路中基于模型来控制液压马达的所需要的目标压力。替代泵转速，也可以考虑内燃机的相同的或成比例的转速。由此可以基于驾驶员的功率需求来调控传动装置的功率。操作部件可以是加油踏板。

出于运行可靠性的原因，优选的是，压力调控器和/或预控制部具有轴向柱塞泵的转速极限作为输入参数。由此限制了预控制部和/或压力调控器的调整范围。轴向柱塞泵的所述转速极限可以由驱动的内燃机的转速极限导出。

轴向柱塞泵优选以斜盘结构方式来设计。

轴向柱塞泵的调节单元优选具有调整缸，该调整缸带有第一调整压力腔，在该第一调整压力腔中可通过第一减压阀来设定第一调整压力。第一调整压力与在第一减压阀的第一磁铁上的预选的第一电流强度有关。由此形成了用于轴向柱塞泵的所谓的ET调节单元。第一调整压力优选与第一电流强度成比例。

在一种优选的改进中，在轴向柱塞泵的正常的泵运行中，实际转速和第一调整压力朝泵输送量或泵摆动角增大的方向起作用，而所述压力朝泵输送量或泵摆动角减小的方向起作用。

在一种特别优选的改进中，调整缸具有与第一调整压力腔相反地起作用的第二调整压力腔，并且在该第二调整压力腔中可通过第二减压阀来设定第二调整压力。这对于两个调整压力腔而言独立地进行。第二调整压力与在第二减压阀的第二磁铁上的预选的第二电流强度有关。第二调整压力优选与第二电流强度成比例。第二调整压力由此朝工作容积减小的方向起作用。在这种情况下，第一调整压力与第二调整压力之间的差可以称为有效的调整压力差。因此，在轴向柱塞泵过渡到马达模式中时也可控制该轴向柱塞泵，所述马达模式可以通过根据本发明的传动装置的牵引运行而产生。

附图说明

在附图中示出了根据本发明的传动装置的一个实施例。其中：

图1示出了根据一种实施例的根据本发明的传动装置的线路图；

图2示出了图1的实施例的图表；

图3示出了图1的实施例的另一图表；

图4示出了图1的实施例的逻辑块和信号流的图表；并且

图5示出了在根据图1的实施例的传动装置起动时多个参量关于时间的图表。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的传动装置的实施例的线路图。仅仅介绍对于本发明而言重要的组件。该传动装置具有轴向柱塞泵1，在该轴向柱塞泵的壳体上形成了两个工作接头A、B。通过这些工作接头A、B且通过闭合回路的工作线路，液压马达3与轴向柱塞泵1流体地连接。在液压马达3的输出轴上抗扭地耦联着（未示出的）轮子。由此形成了用于（未详细示出的）移动式做功机械的传动装置。

轴向柱塞泵1设计有斜盘2，其泵摆动角α_Pmp可通过调节单元4a来设定。为此采用双重作用的调整缸6，该调整缸具有第一调整压力腔8₁和与其相反地起作用的第二调整压力腔8₂。

第一控制压力p_st1在第一调整压力腔8₁中朝摆动角α_Pmp增大的方向起作用，并且因此朝泵输送量Vg_Pmp增大的方向起作用。与此相反地，第二调整压力p_st2在第二调整压力腔8₂中朝摆动角α_Pmp减小的方向起作用，并且因此朝泵输送量Vg_Pmp减小的方向起作用。在此可以定义调整压力差Δp_st= p_st1- p_st2，该调整压力差根据定义始终都朝泵摆动角α_Pmp或泵输送量Vg_Pmp增大的方向起作用。

通过轴向柱塞泵1的驱动轴10驱动其传动机构12并且除此之外也驱动馈送泵14。驱动轴10被（未示出的）柴油马达驱动，其曲轴以转速n_Eng旋转。因此，驱动轴10以相同的或按比例变化的泵转速n_Pmp旋转。

泵转速n_Pmp与调整压力差Δp_st一起朝泵摆动角α_Pmp增大的方向起作用。更确切地说，泵转速n_Pmp的增加以这种方式起作用。

如果所示出的轴向柱塞泵1通过其工作接头A、B向液压马达3供给，在移动式做功机械向前行驶时，假定工作接头B为高压接头。相应地，与工作接头B连接的工作线路用高压HD来表示，而另一工作线路用低压ND来表示。高压HD朝泵摆动角α_Pmp减小的方向起作用。对调整压力差Δp_st、泵转速n_Pmp和高压HD的这些提到的作用进行测量。它们对泵摆动角α_Pmp的上面提到的作用作为公式和/或作为组合特征曲线或特性曲线被存储在根据本发明的轮子驱动布置结构的电子控制单元16中。由此可以操控轴向柱塞机1的运行点，而为此不需要在调控回路意义上的反馈。

通过两个减压阀18₁、18₂来控制这两个调整压力p_st1、p_st2。这些减压阀分别具有一电磁铁a、b，所述磁铁通过相应的电导线20₁、20₂与电子的控制单元16连接。如此设计这两个减压阀18₁、18₂，从而相应的调整压力p_st1、p_st2与相应的电流强度i_{Pmp Fwd}、i_{Pmp Rvs}成比例。

两个减压阀18₁、18₂在输入侧通过馈送压力线路22被馈送泵14供给。

通过电导线25，用于传送驾驶员意愿的操作部件26与控制单元16连接，其中，操作部件26优选设计成加速踏板。

作为次级机器，已提到的液压马达3与闭合回路的两个工作线路HD、ND连接。马达排量Vg_Mot可通过电的调节单元4b来调节。该调节单元通过电导线24与控制单元16连接，并且按照根据本发明的下述方式被控制和调控。

图2和3分别示出了关于根据图1的传动装置的控制的示意性的图表。在这两个图表中，在X-轴上绘出了马达转速n_Mot，并且示范性地绘出了内燃机的一些转速n_Eng。在图2中，在Y-轴上绘出了目标压力HD_目标。在此可看出，在内燃机的转速n_Eng增加时，目标压力HD_目标增大。在图3中，在Y-轴上绘出了液压马达的输出扭矩。

在这两个图表中示意性地示出了：在移动式做功机械起动和增加速度—该速度相当于马达转速n_Mot—时，首先规定泵控制的区域，并且然后规定马达控制的区域。更确切地说，首先通过调节单元4a增大泵摆动角α_Pmp，并且然后通过调节单元4b减小马达排量Vg_Mot。尽管液压马达3是轴向柱塞机，这还是通过减小液压马达3的摆动角来进行。

图2示范性地示出了与内燃机的当前转速n_Eng相关的目标压力响应以及微动踏板的影响。根据图2，通过设定目标压力特性，可以定义传动装置的功率。根据图3可行的是，定义液压马达的输出扭矩的特性。其前提是，泵摆动角α_Pmp和内燃机的转速n_Eng是恒定的，如图2所示。

图4示出了根据本发明的液压马达3的控制和调控的逻辑块和信号流。在逻辑块31中，根据泵转速n_Pmp或内燃机的转速n_Eng并且根据马达转速n_Mot并且根据加速踏板26并且根据FNR并且根据微动踏板并且根据极限负荷调控器，对目标压力HD_目标进行计算。

首先预先给定目标压力HD_目标作为内燃机的转速n_Eng的函数。在根据本发明的传动装置投入运行时，利用特性曲线如此地对转速n_Eng的确切的依赖关系进行参数化，从而在运行中有意义地充分利用内燃机的功率。在这里，内燃机的技术细节和移动式做功机械的应用领域起到了作用。

除此之外，微动踏板对目标压力HD_目标有影响。根据微动踏板的位置，利用特性曲线来确定在0%和100%之间的“微动因数”，该微动因数以相乘的方式作用于目标压力HD_目标，并且因此会使得该目标压力减小，如果驾驶员希望的话。附加地具有在0%和100%之间的“极限负荷调控器因数”，当内燃机过载时，该极限负荷调控器因数使得目标压力HD_目标减小。

行驶方向操纵杆按如下方式作用于目标压力HD_目标：如果把希望行驶方向置于“居中”，则将目标压力HD_目标置于0巴，因为驾驶员在那时要求静止状态。

除此之外，目标压力HD_目标还可以与马达转速n_Mot和操作部件26的位置有关，该操作部件优选是加速踏板。

该目标压力HD_目标用作用于逻辑块33的输入参数，在该逻辑块中基于模型来求取在目标压力HD_目标情况下的漏损量，并且所述目标压力用作用于预控制部35的输入参数，在该预控制部中基于模型地求取马达排量Vg_Mot，并且所述目标压力用作用于非线性的压力调控器36的输入参数，该压力调控器最终输出待设定的马达排量Vg_Mot。

用于预控制部35的其他的输入参数是在逻辑块33的目标压力HD_目标情况下的所计算出的漏损量和泵转速n_Pmp和马达转速n_Mot，它们由相应的（未示出的）转速传感器来检测。预控制部35从这些值中计算出马达排量Vg_Mot。在此充分利用了如下情况：漏损量与压力直线地相关。

基于模型的调控器35以如下体积流平衡为基础：

液压泵的输送体积流Q_Pmp=液压马达的排量流Vg_Mot+在目标压力HD_目标情况下的漏损量。

该方程式根据排量流Vg_Mot来求解，于是该排量流是

- 泵转速n_Pmp（利用传感器来测量）；

- 马达转速n_Mot（利用传感器来测量）；

- 泵摆动角α_Pmp（用模型估计）；

- 在目标压力HD_目标情况下的漏损量（用模型估计）

的函数。

于是利用这些值算出马达排量流Vg_Mot，其中，利用信号滤波器对泵转速n_Pmp和泵摆动角α_Pmp进行平滑处理，以抑制系统的振动。

由预控制部35算得的马达排量Vg_Mot用作用于非线性的压力调控器36的近似值或初始值。压力调控器36也具有测得的实际压力HD_实际作为其他的输入参数。

实际压力HD_实际也用作用于逻辑块32的输入参数，在该逻辑块中基于模型来求取在实际压力HD_实际情况下的漏损量。该值以及还有泵转速n_Pmp和马达转速n_Mot和马达操控电流i_{Pmp Fwd}或i_{Pmp Rvs}用作用于逻辑块34的输入参数。在该逻辑块中基于模型来求取泵摆动角α_Pmp，该泵摆动角用作用于预控制部35的其他的输入参数。

最后，还任选地设置了转速过高防护部37a和速度限制部37b，它们的极限值被预控制部35和压力调控器36加以考虑。

图5示出了根据前述附图的根据本发明的传动装置的不同的值和参量。更确切地说，示出了在传动装置或移动式做功机械的缓慢的加速过程中压力调控器36的响应。驾驶员通过操作部件—该操作部件优选是加速踏板—来预先给定功率期望，该功率期望被转换为目标压力HD_目标（点划线所示）。基于模型的调控器35对马达排量Vg_Mot进行调节，从而调控了实际压力HD_实际。

由此公开了一种液压马达和一种静压传动装置，其中，对液压马达的排量的调控通过预控制的压力调控器来进行。预控制部计算估计的马达排量并将其传递给压力调控器。

Claims (11)

1.一种用于静压传动装置的轮子驱动布置结构，具有：液压马达，该液压马达具有用于调节马达排量（Vg_Mot）的电的调节单元（4b），通过该电的调节单元在马达操控电流（i_Mot）与所述马达排量（Vg_Mot）之间产生连续的或无级的关系；和电子的控制单元（16），其特征在于，所述电子的控制单元（16）具有压力调控器（36），其中，能够由所述压力调控器（36）根据实际压力（HD_实际）和目标压力（HD_目标）来调控所述马达排量（Vg_Mot），并且其中，设置了用于所述压力调控器（36）的预控制部（35），通过该预控制部能够预先给定马达排量（Vg_Mot），其中，所述能够预先给定的马达排量（Vg_Mot）是计算出的马达排量（Vg_Mot），该计算出的马达排量通过所述预控制部（35）根据所述目标压力（HD_目标）和马达转速（n_Mot）基于模型算得。

2.如权利要求1所述的轮子驱动布置结构，其中，所述压力调控器（36）是非线性的。

3.如前述权利要求中任一项所述的轮子驱动布置结构，其中，所述压力调控器（36）和/或所述预控制部（35）具有用于所述液压马达的转速极限（n_{Mot max}）作为输入参数。

4.一种静压传动装置，其带有根据前述权利要求中任一项所述的轮子驱动布置结构且带有轴向柱塞泵（1），该轴向柱塞泵具有用于调节其泵输送量（Vg_Pmp）的调节单元（4a）。

5.如权利要求4所述的静压传动装置，其中，通过所述预控制部（35），附加地根据泵转速（n_Pmp）和所述泵输送量（Vg_Pmp）或者泵摆动角（α_Pmp）来算得计算出的马达排量（Vg_Mot）。

6.如权利要求5所述的静压传动装置，其中，所述泵摆动角（α_Pmp）是计算出的泵摆动角（α_Pmp），该计算出的泵摆动角借助于体积流平衡基于模型算得。

7.如权利要求5所述的静压传动装置，其中，所述泵摆动角（α_Pmp）是计算出的泵摆动角（α_Pmp），该计算出的泵摆动角根据在实际压力（HD_实际）情况下的漏损量和马达转速（n_Mot）和所述泵转速（n_Pmp）以及所述马达操控电流（i_Mot）基于模型算得。

8.如权利要求7所述的静压传动装置，其中，所述在实际压力（HD_实际）情况下的漏损量是在实际压力（HD_实际）情况下的计算出的漏损量，该计算出的漏损量根据所述实际压力（HD_实际）基于模型算得。

9.如权利要求5至8中任一项所述的静压传动装置，其中，能够根据所述泵转速（n_Pmp）和/或马达转速（n_Mot）和/或用于传送驾驶员意愿的操作部件（26）和/或FNR和/或微动踏板和/或极限负荷调控器基于模型来求取所述目标压力（HD_目标）。

10.如权利要求5至8中任一项所述的静压传动装置，其中，所述压力调控器（36）和/或所述预控制部（35）具有所述轴向柱塞泵（1）的转速极限（n_{Pmp max}）作为输入参数。

11.如权利要求5至8中任一项所述的静压传动装置，其中，所述轴向柱塞泵（1）的调节单元具有调整缸（6），该调整缸带有第一调整压力腔（8₁），在该第一调整压力腔中能够通过第一减压阀（18₁）来设定第一调整压力（p_st1），其中，所述第一调整压力（p_st1）与在所述第一减压阀（18₁）的第一磁铁（a）上的预选的第一电流强度（i_{Pmp Fwd}）有关。

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