CN111094760A - 液压控制系统和方法 - Google Patents

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Abstract

控制与机器的摆动机构(105)相关联的闭环液压回路(164)以获得摆动机构(105)的加速和减速期间的压力控制和滑行期间的速度控制两者。以此方式，闭环液压回路(164)中的系统压力在加速和减速期间维持在最大允许压力之下，并且摆动机构(105)可以在滑行期间以期望的恒定速度旋转。这是通过根据泵的期望排量与其实际排量之间的比较，以不同的控制模式控制调节可变排量泵(140)的排量的液压致动器(142)来实现的。

Description

液压控制系统和方法
技术领域
本发明总体上涉及一种液压控制系统和方法，尤其涉及一种用于液压机械的闭环摆动控制。
背景技术
例如液压挖掘机的液压机械使用发动机来驱动液压泵的发动机，液压泵又向液压机构的多个液压回路提供液压动力。每个液压回路可以包括一个或多个致动器，例如液压缸和/或液压马达。多个液压致动器各自可能需要来自一个或多个液压泵的液压流体流以操作相关联的液压缸或液压马达。每个液压致动器所需的流量可以根据操作者输入而变化。可以控制液压泵以向液压系统供应多个液压致动器中的每一个所需的液压流。
在一些系统中，多个液压回路包括闭环液压回路。闭环液压回路可包括由设置在闭环液压回路中的一个或多个可变排量泵供应所需流量的一个或多个液压马达。已经实施了各种控制系统来控制闭环液压回路中的可变排量泵。
所公开的系统和方法至少部分涉及改进已知系统。
发明内容
一方面，本发明涉及一种用于机器的液压控制系统。所述液压控制系统包括闭环液压回路，所述闭环液压回路包括液压马达和至少一个可变排量泵，所述可变排量泵配置成向所述至少一个液压马达供应加压液压流体。液压马达配置成使机器的摆动机构旋转。所述液压控制系统还包括配置成调节所述至少一个可变排量泵的排量的至少一个致动器，以及控制单元。该控制单元被配置成接收指示该至少一个可变排量泵的期望排量的第一输入，接收指示该至少一个可变排量泵的实际排量的第二输入，并且控制该至少一个可变排量泵至少一个致动器，在当所述实际排量与所述期望排量不匹配时，以第一控制模式调节所述至少一个可变排量泵的排量，并且当所述实际排量与所述期望排量匹配时，以第二控制模式调节所述至少一个可变排量泵的排量。
在本发明的另一方面，一种机器包括发动机和本发明的上述方面的液压控制系统。该至少一个可变排量泵被配置成由该发动机提供动力。
在本发明的又一方面，一种控制机器的摆动机构的方法，所述机器包括闭环液压回路，所述闭环液压回路包括液压马达、至少一个可变排量泵以及至少一个致动器，所述至少一个可变排量泵配置成向所述至少一个液压马达供应加压液压流体以使所述摆动机构旋转，该致动器被配置成调节该至少一个可变排量泵的排量，该方法包括接收指示所述至少一个可变排量泵的期望排量的第一输入，接收指示所述至少一个可变排量泵的实际排量的第二输入，并且当所述实际排量与所述期望排量不匹配时，以第一控制模式调节所述至少一个可变排量泵的排量，并且当所述实际排量与所述期望排量匹配时，以第二控制模式调节所述至少一个可变排量泵的排量。
根据以下描述和附图，本发明的其他特征和方面将是清楚明白的。
附图说明
图1是根据本发明的示范性实施例的机器的示意图；
图2示意性地示出了根据本发明的示范性实施例的液压控制系统；
图3示出了多个图表，这些图表展示了根据本发明的示范性实施例的液压控制系统的示范性操作；
图4示出了多个图表，这些图表展示了液压控制系统的另一示范性操作；
图5示出了示出在此公开的示范性控制中使用的加速图的图表；以及
图6示出了根据在此公开的示范性控制的减速图。
具体实施方式
以下是本发明的示范性实施例的详细描述。这里描述的示范性实施例旨在教导本发明的原理，使得本领域的普通技术人员能够在许多不同的环境中并且对于许多不同的应用来实现和使用本发明。因此，示范性实施例并不旨在并且不应被认为是对保护范围的限制描述。相反，保护范围应由所附权利要求书限定。
本发明部分地基于以下认识：在液压挖掘机的已知摆动系统中，执行摆动系统的基于扭矩的控制。在该控制中，由挖掘机的操作者操作的控制杆的杆位置对应于施加到摆动系统的摆动马达的恒定转矩。因此，所得到的控制不是基于速度的，即，不能控制摆动机构以期望的恒定速率旋转。此外，当杠杆返回到空档位置时，控制不会导致摆动系统的自动停止。因此，已经认识到需要一种解决方案，其允许基于速度的控制，优选地结合基于扭矩的控制。
本发明还部分地基于以下认识：在用于液压挖掘机的摆动系统的已知控制系统中，需要额外的硬件来允许闭环摆动系统的压力控制。在一种已知的解决方案中，提供了附加的平衡阀，该平衡阀与显著的成本相关联。此外，附加硬件的故障减轻是复杂的。因此，优选具有一种解决方案，其中不再需要附加硬件，并且可以以不同的方式实现压力控制。
根据本发明，已经认识到，摆动系统的基于速度的控制，连同诸如压力控制和中断能量回收的附加特征，可以通过提供以软件实现的智能模式管理器来实现，以便根据摆动机构是加速/减速还是滑行/停止而在不同控制模式之间切换。由于在软件中实现，先前用于执行压力控制的附加阀的功能可以在软件中建模，并且可以省略阀。这导致降低的成本和维护工作。
现在参照附图，机器100的示范性实施例在图1中示意性地示出。机器100可以是液压挖掘机(例如大型采矿挖掘机)或包括具有闭环液压回路的液压系统的任何其他作业机器。机器100包括发动机102。发动机102为机器100及其各种部件提供动力。合适的发动机可包括汽油动力发动机、柴油动力发动机、电动发动机或不同类型发动机的任何组合。在一个实施例中，发动机102是柴油发动机，其通过动力传递机构、例如轴或变速箱(未示出)产生动力并将动力传递到机器100的其他部件。发动机102产生例如通过由发动机102提供动力的一个或多个泵转换成液压动力的机械动力输出。
机器100还包括操作员站或驾驶室104，其包含用于操作机器100的控制器，例如输入装置106。驾驶室104是可旋转地安装在机器100的底架101上的上部结构103的一部分。输入装置106可以实施为一个或多个操纵杆、杠杆、按钮等，并且可操作地连接到机器100的液压系统108。
液压系统108包括流体部件，例如液压致动器或缸、箱、阀、蓄能器、孔口和用于产生液压流体的加压流的其他合适部件。液压系统108还包括流体源，例如一个或多个罐和/或贮存器112，以及一个或多个液压泵，液压泵可以包括可变排量泵、固定排量泵、可变输送泵或其他合适的加压系统。液压泵可以可驱动地连接到发动机102，或者可以经由齿轮机构等间接地连接到发动机102。还可以设想，液压系统108可以包括相互连接以为液压系统108提供液压流体的多个加压流体源。
液压系统108可以包括多个液压致动器，例如用于操作机器100的悬臂的液压致动器120A、120B、用于操作机器100的操纵杆的液压致动器122、用于操作铲斗的液压致动器124机器100，包括一个或多个液压马达，例如用于操作机器100的摆动机构105(见图2)的液压马达130(见图2)，以及与机器100的左推进驱动和右推进驱动相关联的液压马达。摆动机构105可操作以相对于机器100的底架101旋转上部结构103。应当理解，在其他实施例中，可以为不同的液压回路提供不同数量的液压马达和/或液压致动器。
液压系统108还包括用于操作液压马达130的液压控制系统116，这将在下面更详细地描述。
机器100还包括适于控制液压系统108和机器100的其他部件(例如液压控制系统116)的控制单元114。控制单元114可以可操作地连接到输入装置106，并且可以适于接收来自操作员的指示机械100或机械100的机具(例如机械100的摆动机构105)的期望运动(或期望速度)的输入，并且因此可以确定与液压系统108的每个液压致动器或马达相关联的用于执行期望运动的动力需求。
控制单元114可以包括一个或多个控制模块(例如ECM、ECU等)。一个或多个控制模块可以包括处理单元、存储器、传感器接口和/或用于接收和发送信号的控制接口。处理单元可以表示由根据本发明的系统用来执行各种通信、控制和/或诊断功能的一个或多个逻辑和/或处理部件。一个或多个控制模块可以使用任何适当的通信机制(例如CAN总线)彼此通信并且与控制单元114内的其他部件通信并且与控制单元114接口。
此外，处理单元可以适于执行例如来自诸如存储器的存储设备的命令。该一个或多个控制模块可以各自负责执行用于液压控制系统116和/或机器100的其他部件的软件代码。处理单元可以包括例如一个或多个通用处理单元和/或专用单元(例如ASIC、FPGA等)。在一些实施例中，处理单元的功能可以体现在集成微处理器或微控制器中，包括集成CPU、存储器和一个或多个外围设备。
现在参见图2，示出了用于控制机器100的摆动机构105的液压控制系统116的示范性实施例。在图2所示的示范性实施例中，液压控制系统116包括闭环液压回路164。
液压回路164包括配置成驱动机器100的摆动机构105逆时针(左)或顺时针(右)旋转的液压马达130。液压马达130以已知的方式配置成接收液压流体以实现上部结构103(见图1)绕机器100的竖直轴线的摆动。
液压回路164还包括至少一个可变排量泵140。可变排量泵140在闭环液压回路164中流体连接到液压马达130，以向液压马达130供应加压的液压流体。可变排量泵140可以实施为可变排量轴向活塞泵，并且液压马达130可以实施为固定排量液压马达或可变排量液压马达。液压马达130的速率和扭矩通过调节可变排量泵140的旋转斜盘(未示出)的倾斜角度来控制。可变排量泵140的斜盘角度可以是正的或负的，对应于液压流体在闭环液压回路164中逆时针或顺时针的流动。因此，液压马达130可由可变排量泵140操作以逆时针(向左摆动)或顺时针(向右摆动)摆动机器100的上部结构103。可变排量泵140的旋转斜盘角度可以由液压致动器142控制，这将在下文中更详细地描述。
液压致动器142被配置成从导阀组件143接收具有与相关联的可变排量泵140的期望排量相对应的先导压力的加压流体。在图2所示的示范性实施例中，导阀组件143包括第一导阀144A和第二导阀144B。导阀144A、144B可以是例如用于产生先导压力的电液减压阀或类似阀。导阀144A、144B可配置成经由导泵(未示出)和液压管路147接收来自贮存器112的加压液压流体。
液压致动器142以已知的方式配置成通过接收来自导阀组件143的加压流体来调节可变排量泵140的排量。液压致动器142的一侧经由输入X1流体连接到第一导阀144A，并且液压致动器142的相对侧经由输入X2流体连接到第二导阀144B。液压致动器142的两侧之间的压力差导致其活塞的运动，这又导致相关联的可变排量泵140的斜盘的角度的调节。在两侧之间没有压差的情况下，可变排量泵140可以处于中间位置，其中液压马达130不被可变排量泵140驱动。通过经由输入X1和X2之一向液压致动器142的一侧供应具有期望先导压力的液压流体，可变排量泵140可以利用闭环液压回路164中的液压流体的期望工作压力来驱动液压马达130。期望的工作压力可以从由机器100的操作者致动输入装置106(见图1)产生的控制信号中获得。控制单元114经由通信线路可操作地与输入装置106和导阀144A、144B连接。控制单元114产生用于导阀144A、144B的控制信号，这导致合适的先导压力由导阀144A、144B产生并且由液压致动器142接收，以使得可变排量泵140驱动液压马达130以期望的速度旋转机器100的上部结构103。
液压回路164还包括多个传感器，即，配置成检测供给到第一导阀144A和第二导阀144B的液压流体的压力的先导供给压力传感器151、配置成检测供给到液压致动器142的第一输入X1和第二输入X2的流体的压力的成对的先导压力传感器152、153、配置成检测可变排量泵140上游和下游的闭环液压回路164中的系统压力的成对的系统压力传感器156、157，以及配置成检测可变排量泵140的实际(当前)排量的泵排量传感器154。控制单元114配置成至少部分地基于来自先导供应压力传感器151、先导压力传感器152、153、系统压力传感器156、157和泵排量传感器154中的一个或多个的检测结果来控制导阀144A、144B。这将在下面更详细地描述。
液压回路164还包括成对的减压阀160、161、冲洗阀162和负载分解器163。此外，液压回路164的不同部分可以经由多个输入/输出连接到机器100的液压系统的其他部件，如图2所示。然而，这些部件和输入/输出以已知的方式起作用，并且对于这里公开的控制不是必需的，因此将省略相应的描述。还应当理解，在一些实施例中，这些部件中的一个或多个(例如冲洗阀162、负载分解器163等以及输入/输出)可以省略，或具有与图2所示的配置不同的配置。
如图2所示，控制单元114可操作地连接到成对的导阀144A、144B，并配置成基于经由输入装置106从机器100的操作者接收的输入以及压力传感器151、152、153、156、157和泵排量传感器154中的一个或多个来控制所述成对的导阀。在以下将详细描述的该控制中，控制单元114可以使用存储在与控制单元114相关联的存储器115中的一个或多个图。
通常，控制单元114配置成例如从输入装置106接收指示可变排量泵140的期望排量的第一输入。这里，应当理解，控制单元114可以被配置为以任何适当的方式基于输入装置106的位置/操作量来确定期望的排量。例如，可以使用将输入装置106的操作量直接与可变排量泵140的期望排量相关的图。在其他实施例中，输入装置106的操作量可以对应于摆动机构105的目标速率，并且可以基于将目标速率与期望排量相关联的速度调制图来计算期望排量。
控制单元114还配置成例如从泵排量传感器154接收指示可变排量泵140的实际排量的第二输入。应当理解，在其他实施例中，可以使用可以从中确定可变排量泵140的实际排量的任何适当的输入量。例如，可以基于液压致动器142的位置和由先导压力传感器152、153检测到的先导压力、液压马达130的速率等来计算实际排量。
基于接收到的输入，控制单元114配置成控制液压致动器142以调节可变排量泵140的排量。根据本发明，控制单元114将可变排量泵140的期望排量与其实际排量进行比较，并且根据比较结果使用不同的控制模式。特别地，在第一控制模式中，当实际排量与期望排量不匹配时，例如，与期望排量相差大于预定量时，控制单元114执行压力控制，这将在下面更详细地描述，并且在第二控制模式中，当实际排量与期望排量匹配时，控制单元114执行速度控制。这也将在下面更详细地描述。在第一控制模式中，控制单元114控制液压致动器142，使得闭环液压回路164中的系统压力不超过最大期望系统压力。最大期望系统压力至少部分地基于摆动机构105的期望速率的绝对值来设定。例如，在摆动机构105被加速的情况下，可以使用将最大期望系统压力与摆动机构105的期望速率的绝对值相关联的第一图，并且在摆动机构105被减速的情况下，可以使用将最大期望系统压力与摆动机构105的期望速率的绝对值相关联的第二图。这些图也可以存储在存储器115中并由控制单元114访问。
控制单元114还配置成至少部分地基于最大期望系统压力来限制液压致动器142调节可变排量泵140的排量的速率。具体地，控制单元114可以通过以适当的方式控制导阀144A、144B来限制加压流体被供应到液压致动器142的速率。这也将在下面更详细地描述。
第二控制模式是控制单元114控制液压致动器142使得可变排量泵140的排量保持在期望排量以例如在摆动机构105的滑行期间以基本上恒定的速率旋转摆动机构105的模式。当摆动机构105已经停止时，执行类似的控制。
如前所述，控制单元114可以被配置成当实际排量和期望排量之间的差变得小于预定阈值时从第一控制模式切换到第二控制模式。例如，阈值可以设定为所需排量的1％至10％、优选5％。当然，如果需要，设置的阈值也可以由操作者通过适当的接口来调节。在一些实施例中，可以至少部分地基于输入设备106的操作量来自动设置/调整阈值。例如，当期望排量和实际排量之间的差变得小于期望排量的5％时，控制单元114可以切换到第二控制模式以使摆动机构105以基本恒定的速率旋转。在此，第一控制模式包括使摆动机构105加速的加速模式和使摆动机构105减速的减速模式。根据本发明，由控制单元114在加速模式和减速模式下执行的控制可以不同，如下所述。此外，如上所述，第二控制模式可以包括停止摆动机构105的停止模式和摆动机构105以大致恒定的速率旋转的滑行模式。因此，根据本发明，可以区分四种不同的控制模式。
应当理解，第一和第二控制模式之间的切换不一定必须基于可变排量泵140的实际排量和期望排量的直接比较，而是还可以通过比较与这些排量相关联的不同量来确定，例如，液压马达130或摆动机构105的实际速率和从操作者输入确定的期望速率。
虽然已经将液压控制系统116描述为包括液压致动器142，但是应当理解，在其他实施例中，可以使用不同的致动器来调节可变排量泵140的排量。例如，螺线管可用于致动相应的致动器。该螺线管可以由控制单元114使用在此公开的不同控制模式进行控制，并进行适当的修改。在这种情况下，例如，代替控制导阀144A、144B以限制系统压力，控制单元114可以以适当的方式操作螺线管以在上述各种控制模式下，即在摆动机构105的加速、减速、滑行和停止期间调节可变排量泵140的实际排量。
虽然液压控制系统116已被描述为与机器100的摆动机构105相关联，但也可设想液压控制系统可用于其他闭环液压回路，例如用于推进机器100或类似机器的液压驱动回路。
工业实用性
从前面的讨论中可以容易地理解本文所述的用于控制机器的闭环液压回路中的可变排量泵的系统和方法的工业实用性。适合于本发明的一个示范性机器是液压挖掘机，例如大型采矿挖掘机。类似地，所描述的系统和方法可以适用于多种机器和任务。
根据一些实施例，一种控制机器的摆动机构的方法，所述机器包括闭环液压回路，所述闭环液压回路包括液压马达、配置成向所述至少一个液压马达供应加压液压流体以旋转该摆动机构的至少一个可变排量泵，以及被配置成用于调节该至少一个可变排量泵的排量的至少一个致动器，方法包括以下步骤：接收指示所述至少一个可变排量泵的期望排量的第一输入；接收指示所述至少一个可变排量泵的实际排量的第二输入；以及当所述实际排量与所述期望排量不匹配时，以第一控制模式控制所述至少一个致动器调节所述至少一个可变排量泵的排量，并且当所述实际排量与所述期望排量匹配时，以第二控制模式控制所述至少一个致动器调节所述至少一个可变排量泵的排量。下面将参照图3-6针对图2所示的实施例描述根据本发明的示范性控制。
根据本发明，当机器100的操作者操作输入装置106时，控制单元114接收操作者输入。操作者输入(例如输入装置106的位置/操作量)确定摆动机构105的目标速率。换言之，操作量越大，操作者期望旋转摆动机构105、即上部结构103(见图1)的速率越高。这里，目标速率还确定闭环液压回路164中的最大允许系统压力。在这方面，如图5和6所示，在摆动机构105加速和减速的情况下，可以使用不同的最大允许系统压力。在摆动机构105加速的情况下，目标速率越高，最大允许系统压力越高，直到可以由液压控制系统116的设计确定的上限值。同样，在减速的情况下，目标速率越低，即摆动机构105减速得越多，最大允许系统压力越高。
基于操作者输入，控制单元114计算驱动液压马达130使得摆动机构105以目标速率旋转所需的期望泵排量。然后，控制单元114将期望的泵排量与例如由泵排量传感器154检测到的实际泵排量进行比较。基于比较结果，控制单元114以压力控制模式或速度控制模式操作。特别地，当实际泵排量不等于期望排量时，例如没有达到相同的排量时，控制单元114执行压力控制。另一方面，一旦实际排量达到期望的泵排量并与其匹配，则控制单元114切换到速度控制，以便保持可变排量泵140的期望排量，使得摆动机构105以恒定速率旋转。
根据本发明，通过对所谓″平衡阀″进行建模来实现压力控制，″平衡阀″通常设置在导阀144A、144B与液压致动器142的输入X1和X2之间并接收可变排量泵140上游和下游的系统压力和基于经由导阀144A、144B的输入装置106的操作量产生的先导压力，并且基于检测到的系统压力和最大允许系统压力限制相应的先导压力。根据本发明，现在用软件模拟该平衡阀，即，控制单元114接收由压力传感器152、153、156、157检测到的不同压力，计算将经由平衡阀供应到液压致动器142的先导压力，并控制导阀144A、144B，使得计算出的先导压力经由输入X1、X2供应到液压致动器142。因此，控制单元114配置成基于检测到的压力和最大允许系统压力来限制通常供应给液压致动器142的先导压力。这里，可以预先确定平衡阀的适当模型，以针对不同的最大允许系统压力产生先导压力的期望行为/限制。以这种方式，当摆动机构105加速/减速时获得基于压力的控制，而当摆动机构105滑行或已经停止时获得基于速度的控制。
下面参照图3描述在摆动机构105从停止状态加速以便以机器100的操作者所需的目标速率旋转的情况下的示范性操作。在图3中，上图表示操作者的输入，即输入装置106的操作量。第二图表示出经由端口X1和X2供应到液压致动器142的先导压力。第三图表示出控制单元114工作的模式。这里，″1″表示摆动机构105停止状态下的速度控制，″2″表示摆动机构105加速期间的压力控制，″4″表示摆动机构105以恒定速率滑行时的速度控制，″3″表示摆动机构105减速期间的压力控制。
图3中的第四图示出了在端口A和B(见图2)处的闭环液压回路164中的系统压力，包含在闭环液压回路164中的液压流体经由该系统压力被供应到液压马达130。
第五图表示出由泵排量传感器154检测的可变排量泵140的实际排量、根据输入装置106的操作量的期望排量，以及由控制单元114确定并由控制单元114使用以控制导阀144A、144B使得闭环液压回路164中的系统压力不超过最大允许系统压力的命令排量。
图3中的第六图表示出了摆动机构105的实际摆动速率和对应于输入装置106的操作量的命令摆动速率。
第七图示出了泵转矩，第八图示出了摆动机构105的排量，第九图示出了在软件中建模的″平衡阀″的模拟行为，这导致通过控制单元114的适当控制来限制先导压力，以便将系统压力维持在最大允许系统压力之下。
如图3所示，在t1，操作者操作输入装置106以期望的目标速率旋转摆动机构105。因此，期望排量根据输入装置106的操作量增加到导致摆动机构105以目标速率旋转的期望排量。这也与摆动机构105的命令摆动速率一致，如图3所示。因此，导阀144B由控制单元114控制以经由输入X2向液压致动器142供应加压流体，从而调节可变排量泵140的排量，使得液压马达130被驱动以加速摆动机构105。因此，控制单元114在t1从控制模式1切换到控制模式2。
然而，基于由控制单元114使用的软件模型，发送到导阀144B的实际命令不直接对应于可变排量泵140的期望排量，而是基于由该模型确定的最大允许系统压力而减小。例如，控制单元114使用图5所示的加速图来确定最大允许系统压力，并限制相应命令的排量。这样，如图3所示，供给到液压致动器142的压力以受控方式上升，并且不直接跟随由输入装置106指示的期望排量/目标速率。
以此方式，在时刻t2，紧密跟随可变排量泵140的命令/实际排量的摆动机构105的摆动速率达到由机器100的操作者设定的目标速率。此时，控制单元114从压力控制模式2切换到速度控制模式4，以便保持液压泵140的期望排量，并因此保持操作者设定的目标速率。在这种状态下，摆动机构105根据操作者的要求以基本恒定的速率旋转。这里，模式切换可以基于可变排量泵140的实际排量和期望排量之间的比较以上述方式执行。
在时刻t3，操作者使输入装置106返回到空档。这意味着操作者期望停止摆动机构105，使得其不再沿期望的方向旋转。因此，期望排量减小到零，并且液压泵140的实际排量不再匹配期望排量。响应于此，控制单元114从速度控制模式2切换到压力控制模式4以使摆动机构105减速。这里，为了以上述方式执行压力控制，再次基于图6所示的减速图设定最大允许系统压力。结果是命令排量不是期望排量，而是基于根据最大允许系统压力的平衡阀的模拟行为而更缓慢地减小到期望排量。结果，摆动机构105在控制单元114的控制下以受控方式减速。如图3所示，摆动机构105的摆动速率紧随可变排量泵140的命令/实际排量。
在时刻t4，实际排量达到期望排量，并且控制单元114从压力控制模式3切换到速度控制模式1，即在摆动机构105停止期间的控制。
容易理解，机器100的操作者对输入装置106的许多不同操作是可以想到的。然而，根据本发明，控制单元114将总是基于是否确定应当执行加速/减速或滑行/停止而在上述四种控制模式之间切换。该控制的另一个例子如图4所示。在图4中，操作者根据时刻t1处的期望旋转速率再次在期望方向上移动输入装置106，但是然后仅稍微减少输入装置106的操作量以减慢摆动机构105。
如图4所示，直到时刻t3为止，控制与图3相同。然而，在时刻t3，期望排量的减小小于图3所示的示例。因此，当控制单元114再次切换至控制模式3时，在时刻t5，控制单元114在已经达到摆动机构105的新设定的目标速率之后再次切换至控制模式4。在图4中还可以看出，根据图6所示的减速图，系统压力保持在较低的最大允许系统压力。
图3和图4中还示出，在摆动机构105减速期间，可变排量泵140的转矩变为负。因此，每当摆动机构105减速时，减速能量被传递到可变排量泵140的动力输出轴141(见图2)。以此方式，如果需要，减速能量可以被机器100的其他系统回收和使用。
根据上述液压控制系统和方法，可以实现用于诸如大型液压挖掘机的机器的闭环摆动系统的混合模式控制策略。在加速和减速期间，使用扭矩速率/压力控制，并且在滑行和停止期间，使用速度控制。这使得安全状态更容易处理，并且尤其由于以上述方式在加速和减速期间使用用于压力控制的软件模型而简化了液压控制系统的布局。
应当理解，前面的描述提供了所公开的系统和方法的示例。然而，预期本发明的其他实施方案可在细节上不同于前述示例。对本发明或其示例的所有引用旨在引用在该点讨论的特定示例，而不旨在暗示对本发明范围的更一般的任何限制。除非本文另有说明或与上下文明显矛盾，否则本文所述的所有方法可以任何合适的顺序进行。
因此，本发明包括适用法律所允许的所附权利要求中列举的主题的所有修改和等同物。此外，除非本文另有说明或与上下文明显矛盾，否则本发明涵盖上述要素在其所有可能变化形式中的任何组合。
尽管这里已经描述了本发明的优选实施例，但是在不脱离所附权利要求的范围的情况下，可以结合改进和修改。

Claims (15)

1.一种用于机器(100)的液压控制系统(116)，包括：
闭环液压回路(164)，所述闭环液压回路包括液压马达(130)和配置成向至少一个液压马达(130)供应加压液压流体的至少一个可变排量泵(140)；
至少一个致动器(142)，所述致动器配置成调节所述至少一个可变排量泵(140)的排量；以及
控制单元(114)，被配置为：
接收指示所述至少一个可变排量泵(140)的期望排量的第一输入；
接收指示所述至少一个可变排量泵(140)的实际排量的第二输入；以及
当所述实际排量与所述期望排量不匹配时，以第一控制模式控制所述至少一个致动器(142)以调节所述至少一个可变排量泵(140)的排量，并且当所述实际排量与所述期望排量匹配时，以第二控制模式控制所述至少一个致动器(142)以调节所述至少一个可变排量泵(140)的排量。
2.如权利要求1所述的液压控制系统，其中，所述至少一个致动器(142)包括至少一个液压致动器(142)，所述液压控制系统进一步包括：
导阀组件(143)，导阀组件配置成根据来自控制单元(114)的命令向至少一个液压致动器(142)供应液压流体。
3.如权利要求2所述的液压控制系统，其中
所述导阀组件(143)包括第一导阀(144A)和第二导阀(144B)，所述第一导阀(144A)配置成在所述控制单元(114)的控制下向所述至少一个液压致动器(142)的第一输入(X1)供应加压流体，所述第二导阀(144B)配置成在所述控制单元(114)的控制下向所述至少一个液压致动器(142)的第二输入(X2)供应加压流体。
4.如权利要求3所述的液压控制系统，进一步包括：
先导供给压力传感器(151)，所述先导供给压力传感器配置成检测供给到第一导阀(144A)和第二导阀(144B)的先导流体的压力；
成对的先导压力传感器(152，153)，先导压力传感器配置成检测供应到第一输入(X1)和第二输入(X2)的流体的压力；以及
成对的系统压力传感器(156，157)，系统压力传感器被配置成在至少一个可变排量泵(140)的上游和下游检测闭环液压回路(164)中的系统压力，
其中控制单元(114)被配置成至少部分地基于来自先导供应压力传感器(151)、成对的先导压力传感器(152，153)以及成对的系统压力传感器(156，157)中的一个或多个的检测结果来控制导阀(144A，144B)。
5.如权利要求1至4中任一项所述的液压控制系统，进一步包括：
输入装置(106)，输入装置被配置成接收对应于机器(100)的摆动机构(105)的所期望的旋转速率和方向的操作员输入，
其中控制单元(114)操作性地联接至输入装置(106)上并且被配置成至少部分地基于所期望的旋转速率和方向来确定至少一个可变排量泵(140)的期望排量。
6.如权利要求5所述的液压控制系统，
其中，第一控制模式是压力控制模式，其中，控制单元(114)控制至少一个致动器(142)，使得闭环液压回路(164)中的系统压力不超过至少部分地基于摆动机构(105)的期望速率的绝对值设定的最大期望系统压力。
7.如权利要求6所述的液压控制系统，进一步包括在所述摆动机构被加速的情况下将所述最大期望系统压力与所述摆动机构(105)的所述期望速率的绝对值相关联的第一图，以及在所述摆动机构被减速的情况下将所述最大期望系统压力与所述摆动机构(105)的所述期望速率的绝对值相关联的第二图。
8.如权利要求1至7中任一项所述的液压控制系统，
其中所述第二控制模式是速度控制模式，在所述速度控制模式中，所述控制单元(114)控制所述至少一个致动器(142)，使得所述至少一个可变排量泵(140)的排量保持在期望排量，以使所述液压马达(130)以基本恒定的速率旋转。
9.如权利要求1至8中任一项所述的液压控制系统，
其中所述控制单元(114)构造成当所述实际排量和所述期望排量之间的差变得小于预定阈值时从所述第一控制模式切换到所述第二控制模式，所述预定阈值例如是所需排量的1％至10％、优选5％。
10.如权利要求5或6所述的液压控制系统，
其中所述第一控制模式包括使所述摆动机构(105)加速的加速模式和使所述摆动机构(105)减速的减速模式，以及
其中第二控制模式包括停止摆动机构(105)的停止模式和摆动机构(105)以恒定速率旋转的滑行模式。
11.一种机器(100)，包括：
发动机(102)；以及
根据权利要求1至10中任一项所述的液压控制系统(116)，
其中所述至少一个可变排量泵(140)被配置成由发动机(102)提供动力。
12.一种控制机器(100)的摆动机构(105)的方法，所述机器(100)包括闭环液压回路(164)，所述闭环液压回路(164)包括液压马达(130)、至少一个可变排量泵(140)和至少一个致动器(142)，所述可变排量泵(140)构造成向所述至少一个液压马达(130)供应加压液压流体以使所述摆动机构(105)旋转，所述致动器(142)构造成调节所述至少一个可变排量泵(140)的排量，所述方法包括：
接收指示所述至少一个可变排量泵(140)的期望排量的第一输入；
接收指示所述至少一个可变排量泵(140)的实际排量的第二输入；以及
当所述实际排量与所述期望排量不匹配时，以第一控制模式控制所述至少一个致动器(142)以调节所述至少一个可变排量泵(140)的排量，并且当所述实际排量与所述期望排量匹配时，以第二控制模式控制所述至少一个致动器(142)以调节所述至少一个可变排量泵(140)的排量。
13.如权利要求12所述的方法，进一步包括：
接收对应于所述摆动机构(105)的所期望的旋转速率和方向的操作者输入；以及
至少部分地基于所期望的旋转速率和方向来确定所述至少一个可变排量泵(140)的期望排量。
14.如权利要求13所述的方法，进一步包括：
在所述第一控制模式中，控制所述至少一个致动器(142)，使得所述闭环液压回路(164)中的系统压力不超过至少部分地基于所述摆动机构(105)的期望速率的绝对值设定的最大期望系统压力。
15.如权利要求12至14中任一项所述的方法，进一步包括：
在第二控制模式中，控制所述至少一个致动器(142)，使得所述至少一个可变排量泵(140)的排量保持在期望排量，从而以基本恒定的速率旋转所述摆动机构(105)。
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