CN111712604B - 电动液压系统和用于控制电动液压系统的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于工程机械(3)的电动液压系统(1)，该电动液压系统包括：电动马达(5)，其用于为工作液压泵(13)提供动力，以操作工程机械的至少一个液压功能件(7)。由液压泵产生的液压流体的流量通过电动马达(5)的运行转速来控制。电子控制的控制阀(25)用于控制从所述泵到至少一个液压功能件的液压流体的流量。操作员输入装置(17，19，21)用于控制所述至少一个液压功能件，其中，该操作员输入装置可以在至少两个操作范围(30，32)内操作。电子控制单元(11)被配置成：当操作员输入装置处于第一操作范围内时，将电动马达维持在恒定转速下，并通过所述电子控制的控制阀来控制到所述液压功能件的液压流体的流量的变化，并且当操作员输入装置处于第二操作范围内时，根据操作员输入装置的位移，通过改变电动马达的转速并通过控制所述控制阀来控制液压流体的流量的变化。

Description

电动液压系统和用于控制电动液压系统的方法

技术领域

本发明涉及一种电动液压系统和用于控制电动液压系统的方法。

本发明适用于工业建筑机械或建筑设备领域中的工程机械，特别是轮式装载机。虽然将针对轮式装载机来描述本发明，但本发明不限于这种特定机械，而是也可用在其它工程机械中，例如铰接式翻斗车、挖掘机和反铲装载机。

背景技术

诸如轮式装载机的工程机械的操作员可以通过例如使操纵杆移位来控制液压功能件的操作。移位的程度可以与液压功能件的操作速度有关。为了提供不同的操作速度，由轮式装载机的液压系统提供的液压压力通常是变化的。例如，较高的压力可以实现较高的操作速度。

EP2677180描述了用于工程机械的示例性的液压驱动系统。EP2677180中描述的液压驱动系统可执行正常操作和精确操作。该精确操作以比正常操作小的操纵行程来执行。EP2677180所公开的液压驱动系统设置有可变排量液压泵，以向作业元件提供加压油。

然而，诸如轮式装载机的工程机械通常在操作期间产生相对高强度的噪声。该噪声可以由提供轮式装载机的推进力的发动机引起，但也可以由控制轮式装载机的液压系统的电机引起。该液压系统例如可以布置成控制液压功能件，例如附接到轮式装载机的动臂或铲斗、转向液压系统或其它辅助功能件的移动。

噪声水平可能导致对于与工程机械处于同一地点的工作人员以及该工程机械的操作员来说不合适的工作环境。

因此，需要对工程机械的液压功能件进行降噪控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有改善的噪声特性的电动液压系统，从而减轻现有技术的上述问题。

根据本发明的第一方面，该目的通过下文所述的系统来实现。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于工程机械的电动液压系统，该电动液压系统包括：电动马达，该电动马达向工作液压泵提供动力，以操作工程机械的至少一个液压功能件，其中，由液压泵产生的液压流体的流量由电动马达的运行速度控制；电子控制的控制阀，该电子控制的控制阀用于控制从所述泵到所述至少一个液压功能件的液压流体的流量；操作员输入装置，该操作员输入装置用于控制所述至少一个液压功能件，其中，该操作员输入装置能够在至少两个操作范围内操作；以及电子控制单元，该电子控制单元被配置成：当操作员输入装置处于第一操作范围内时，将所述电动马达维持在恒定转速下，并通过所述控制阀来控制到所述液压功能件的液压流体的流量的变化，并且，当操作员输入装置处于第二操作范围内时，根据操作员输入装置的位移，通过改变所述电动马达的转速并通过控制所述控制阀来控制液压流体的流量的变化。

本发明是基于这样的认识：通过将向工作液压泵提供动力的电动马达维持在恒定速度下，可以减小来自电动马达的干扰噪声变化。此外，已经认识到，所述输入装置的操作范围可以分成若干个操作范围，而且，向液压泵提供动力的所述电动马达可以在至少一个操作范围内保持在恒定速度下，而不损害所述液压功能件的功能。

通过提供一种包括电动马达(该电动马达在操作员输入装置处于第一操作范围内时由控制单元维持在恒定速度下)的系统，提供了减小来自电动马达的噪声变化的优点。此外，在一些工作条件下，当操作员输入装置处于第二操作范围内时，所述电动马达可以改变其转速，以便仅在需要时向工作液压泵提供额外的动力。由此，液压系统的总体功能不会受到损害。

此外，根据本发明的构思，有利地包括了用于液压功能件的两种不同的控制原理。由工作液压泵产生的总液压流体流量通过电动马达的运行速度来进行电子控制。到用于液压功能件的各个液压缸的液压流体流量可以通过电子控制的控制阀来控制。这种所谓的电动液压系统可以由电子控制单元控制。

所述操作员输入装置可以在所述操作范围中的每一个操作范围内操作，但也可以在这些操作范围之间操作，即，所述操作员输入装置例如可通过操作员输入而在这些范围之间转换。

根据一个实施例，操作员输入装置处于第二操作范围内时的电动马达的转速可以高于操作员输入装置处于第一操作范围内时的电动马达的恒定运行转速。由此，与处于第一操作范围内相比，当操作员输入装置处于第二操作范围内时，所述电动马达可有利地使液压泵向液压功能件提供更高压力。由此，当操作员输入装置处于第二操作范围内时，能够实现液压功能件的快速操作。

在一个实施例中，所述操作员输入装置被构造成控制轮式装载机附件或轮式装载机动臂的操作速度。因此，本发明构思有利地适用于轮式装载机的常用液压功能件。

根据另一实施例，所述电动马达是第一电动马达，所述系统还包括第二电动马达，以向工程机械的传动系提供动力。因此，通过使用也用于提供推进力的电动马达，来自包括这种电动液压系统的工程机械的总噪声被有利地进一步降低。

此外，可以存在第三电动马达，以用于进一步的辅助功能件，例如用于转向。

还提供了一种轮式装载机，其包括根据第一方面或其实施例的电动液压系统。

根据第二目的，提供了一种控制用于工程机械的电动液压系统的方法，该系统包括电动马达和电子控制的控制阀，该电动马达向工作液压泵提供动力，以操作工程机械的至少一个液压功能件，其中，由液压泵产生的液压流体的流量通过所述电动马达的运行速度来控制，所述电子控制的控制阀用于控制从所述泵到所述至少一个液压功能件的液压流体的流量，所述方法包括以下步骤：从操作员输入装置接收输入信号，以控制工程机械的液压功能件的速度；确定该输入信号与操作员输入装置的至少两个操作范围中的一个操作范围有关，其中，当确定操作员输入装置处于第一操作范围内时，将所述电动马达维持在恒定转速下，并通过所述控制阀来控制到所述液压功能件的液压流体的流量的变化，并且，当确定操作员输入装置处于第二操作范围时，根据该输入装置的位移来改变所述电动马达的转速，从而与所述控制阀相结合地控制液压流体的流量的变化。

根据一个实施例，当确定操作员输入装置处于第二操作范围内时，与该输入装置的位移成比例地改变所述电动马达的转速。因此，如果操作员要求所述液压功能件的快速操作，则使用对所述液压系统的位移控制，其中，所述电动马达的速度将与该位移成比例地增加，以提供所要求的液压流体流量。因此，如果操作员要求，则所述液压系统可以提供所述液压功能件的加速操作、以及以变化的操作速度提供所述液压功能件的操作。

本发明的第二方面的效果和特征在很大程度上类似于上文结合第一方面描述的效果和特征。

还提供了一种计算机程序，其包括程序代码组件，当所述程序在计算机上运行时，所述程序代码组件用于执行根据所述第二方面的方法的步骤。

还提供了一种携载计算机程序的计算机可读介质，该计算机程序包括程序代码组件，当所述程序产品在计算机上运行时，所述程序代码组件用于执行根据所述第二方面的方法的步骤。

还提供了一种控制单元，用于控制工程机械的电动液压系统，该控制单元被配置成执行根据所述第二方面的方法的步骤。

在以下描述中公开了本发明的其它优点和有利特征。

附图说明

参考附图，以下是作为示例引用的本发明的实施例的更详细描述。

在这些图中：

图1示出了轮式装载机形式的示例性的工程机械。

图2是示例性的电动液压系统的概略图。

图3a示意性地示出了操作员输入装置和对应的操作范围。

图3b示出了曲线图，该曲线图示意性示出了电动马达的速度与操作员输入装置的位移之间的关系。

图3c是表示电动马达的速度、控制阀的位移和操作员输入装置的位移与时间之间的关系的曲线图。

图4示出了电动液压系统1的示例性实施例，并且

图5是根据本发明的实施例的方法步骤的流程图。

具体实施方式

应当理解，本发明不限于上文所述和附图中示出的实施例；相反，本领域技术人员将认识到，可以在所附权利要求书的范围内进行许多修改和变型。

图1示出了轮式装载机3形式的工程机械。轮式装载机3包括用于控制至少一个液压功能件的电动液压系统1。该液压功能件可以涉及控制轮式装载机附件(例如铲斗15)的操作速度或动臂16的操作速度。轮式装载机3的电动液压系统1包括用于为工作液压泵(未示出)提供动力的电动马达5。可选地，轮式装载机3还可以包括用于为轮式装载机3提供推进力的另一电动马达34。因此，轮式装载机3可以是特别适合于室内操作的全电动轮式装载机3。

图2是电动液压系统1的概略图。该系统包括操作员输入装置，该操作员输入装置可以为操纵杆19的形式，其允许操作员4经由使用操纵杆19输入的命令来控制液压功能件7的操作。其它可能的操作员输入装置可以是油门踏板17和方向盘21。

电子控制单元11被配置成：接收来自输入装置19(或17、21)的输入信号，解释所述输入信号，并通过改变到液压功能件7的液压流体的流量来控制液压功能件7。为了控制该液压功能件，电子控制单元11被配置成控制电动马达5的运行速度，该电动马达5被配置成向工作液压泵13提供动力。工作液压泵13被布置成将液压流体流(由虚线表示)提供到电子控制的控制阀25。

电子控制的控制阀25被配置成根据从电子控制单元11提供的指令将液压流体(由虚线指示)分配给液压功能件7。例如，由电子控制单元11接收的操作员输入信号可以表明希望操作第一液压功能件和第二液压功能件。电子控制单元11根据用户输入信号向电子控制的控制阀25提供指令，以使电子控制的控制阀25的相应阀向所述第一液压功能件和第二液压功能件开放。因此，如将参照图4更详细地描述的，电子控制的控制阀25可以包括多个阀。通常，电子控制的控制阀25是主控制阀(MCV)，其包括多个不同的阀(distinguishedvalves)，所述不同的阀可以移位以便允许液压流体流穿过该阀到达相应的液压功能件。

电子控制单元11被配置成确定操作员用户输入装置当前处于至少两个操作范围中的哪一个操作范围内。当操作员输入装置19处于第一操作范围内时，电子控制单元11控制电动马达5以维持在恒定转速下。如果在第一范围内的用户输入信号(即，通过所述输入装置19在第一范围内的位移)要求到液压功能件7的流量的变化，则通过电子控制的控制阀25来控制到所述液压功能件的液压流体的流量的变化。此外，当操作员输入装置处于第二操作范围内时，电子控制单元11根据操作员输入装置19的位移，通过改变电动马达的转速并通过控制所述控制阀来控制液压流体的流量的变化。

图3a概念性地示出了操作员输入装置19和对应的操作范围30和32。用户输入装置19(例如操纵杆)在此被示出为处于第一操作范围30的中心。因此，如果用户输入装置19移位，则它将在第一操作范围30内开始其移位。用户输入装置19可以在箭头所指示的任一方向上或者在其组合方向上位移。用户输入装置19从所示的中心位置移位得越远，则操作员所希望的所述液压功能件的操作速度越快。因此，操作员输入装置19从所示的中心位置移位得越远，则要求提供给所述液压功能件的液压流体的流量就越高。

图3b是曲线图，其示意性地示出了电动马达的速度与操作员输入装置19的位移之间的关系。在零位移处，操作员输入装置19处于其中心位置，即，如图3a中所示。当操作员输入装置19移位而离开其中心位置时，即，从等于零(或至少接近等于零)的位移处离开时，操作员输入装置19在第一操作范围30内移位。在第一操作范围30内，电动马达的速度维持在恒定速度36下。当操作员输入装置19进一步移位并进入第二操作范围32内时，则所述电动马达的速度与操作员输入装置19的位移成比例地增加。

图3c是曲线图，其在共同的Y轴上示意性示出了电动马达的速度与时间之间的关系(线38)、用于一个液压功能件的控制阀的位移与时间之间的关系(线40)、以及操作员输入装置的位移与时间之间的关系(线42)。直到时间t₁处，用户输入装置还没有移位，因此电动马达的速度和所述控制阀的位移为零或接近于零。

在时间t₁处，操作员输入装置开始在第一操作范围30内移位(也参见图3a-3b)。因此，所述电子控制单元控制所述电动马达以恒定的运行速度36运行(也参见图3b)。在第一操作范围内，所述电动马达以足以向所述液压泵提供动力的速度运行，以便向所述电子控制的控制阀提供足够高的液压流体流量，从而向所有液压功能件提供与操作员输入装置的第一操作范围一致的足够流量。换句话说，所述电子控制的控制阀被提供有足够高的液压流体流量，以便在所述操作员输入装置的第一操作范围内以最高的流量操作所有与所述电子控制的控制阀连接的液压功能件。

在图3c所示的示例性曲线图中，所述操作员输入装置持续地移位，直到时间t₂。在该时间范围(t₁至t₂)内，所述操作员输入装置处于第一操作范围30内。随着所述操作员输入装置进一步移位，所述电子控制的控制阀的位移增加，因此要求到所述液压功能件的液压流体的更高流量。这可以从表示所述控制阀的位移与时间之间的关系的曲线40的线性增加(在表示所述操作员输入装置的位移与时间之间的关系的曲线42增加的同时)来理解。

在时间t₂处，所述操作员输入装置移位到第二操作范围32内。因此，所请求的用于液压功能件的操作速度现在需要相对高的液压流体流量。因此，在时间t₂之后，如在曲线38中所看到的，所述电动马达的速度也增加，以便向所述液压泵提供足够高的动力，使得所述液压泵能够向所述电子控制的控制阀提供足够流量的液压流体流。另外，所述电子控制的控制阀的位移也受到来自所述液压泵的更高流体流量的影响。在本示例中，在时间t₂之后，所述电子控制的控制阀的位移不必以相同的速率增加。在时间t₃处，所述操作员输入装置移位到最大位移，由此，所述电动马达处于最大速度，并且所述电子控制的控制阀被移位到最大位移。

操作员通过移位所述输入装置19来请求液压功能件的操作速度。电子控制单元11被配置成计算满足该操作员的请求所需的液压流体流量。所述电动马达被构造成以能够在操作员的要求下将液压流体供应到需要液压流体流的所有功能件的速度运行。所述电子控制的控制阀25根据来自操作员的请求而将液压流体流分配给所述液压功能件。

图4示出了电动液压系统1的示例性实施例。该系统包括为工作液压泵13提供动力的电动马达5。工作液压泵13从储箱50接收液压流体。电动马达5以速度n运行。工作液压泵13向系统1提供液压流体流量Q，该液压流体流量Q可以由Q＝V_g*n给出，其中V_g是从储箱50接收的液压流体流量。提供给液压系统1的总流体流量Q受到电动马达5的最大运行速度限制，即Q_max＝V_g*n_max。

电动液压系统1还包括控制压力单元51，其被配置成向电子控制的控制阀25(即，主控制阀)提供液压流体压力，以便移位所述电子控制的控制阀25中的各个阀。来自控制单元11的电信号(由双线表示)控制所述液压流体压力，用于移位所述电子控制的控制阀25中的相应阀。还存在主截止阀52，该主截止阀52连接到位于工作液压泵13和所述电子控制的控制阀25之间的液压流体管线。主截止阀52被构造成将过压液压流体从主截止阀52重新引导回到储箱50。返回管线56a构造成将用于控制所述电子控制的控制阀25中的各个阀的移位的液压流体返回到储箱50。

电子控制的控制阀25接收来自工作液压泵13的液压流体流量Q。电子控制的控制阀25还接收来自电子控制单元11的控制信号(由双线表示)，该控制信号指示了操作员输入装置(图5中未示出)的位置或位移。电子控制的控制阀25是并联液压回路，且因此将所述液压流体流量Q分配给多个液压功能件7a、7b和7c。到液压功能件7a-7c的总液压流体流量由Q'＝位移*Q给出，其中该位移是所述操作员输入装置的位移的相对量值(relativeterms)，例如，作为最大位移的百分比，或者是当前位移与最大位移之间的比值。布置在位于液压功能件7a-7c和所述电子控制的控制阀25之间的液压流体流管线55a-55c中的第二截止单元54(仅标示了一个)被构造成将过压液压流体返回储箱50。返回管线56b构造成将未被所述电子控制的控制阀25使用的该过压液压流体返回到储箱50。

电动马达5接收来自电子控制单元11的控制信号。如果所述操作员输入装置处于第一操作范围内，则电子控制单元11控制电动马达5以恒定的运行速度运行。然后，如上所述，由所述电子控制的控制阀25根据操作员输入装置来控制液压流体流量的变化。因此，所述电动马达以固定速度运行，并且，通过所述电子控制的控制阀25中的各个阀的位移来调节到所述液压功能件的液压缸的液压流体流量。如果所述操作员输入装置处于第二操作范围内，则电子控制单元11控制电动马达5以取决于操作员输入装置的位移的运行速度运行，如参考例如图3a-3c所描述的。此外，所述电子控制的控制阀25仍然可以改变到液压功能件7a-7c的液压流体流量，但是当操作员输入装置处于第二操作范围内时，则在所述电子控制的控制阀25与电动马达5的速度变化之间协同地控制到液压功能件7a-7c的液压流体流量的变化。因此，如果操作员要求液压功能件的快速移动(即，处于第二操作范围内)，则液压控制转为(passes over to)位移控制，在该位移控制中，电动马达的运行速度将额外增加，以提供所要求的液压流体流量。

图5是根据本发明的实施例的方法步骤的流程图。这些方法步骤用于控制工程机械的电动液压系统。在步骤S102中，从操作员输入装置接收输入信号，以控制工程机械的液压功能件的速度。在步骤S104中，确定所述输入信号与操作员输入装置的至少两个操作范围中的一个操作范围有关。如果确定操作员输入装置处于第一操作范围内，则将电动马达的速度维持(S106)在恒定转速下，并通过电子控制的控制阀来执行对流向所述液压功能件的液压流体的流量变化的控制。如果确定操作员输入装置处于第一操作范围内，则根据所述输入装置的位移来改变(S108)电动马达的转速，从而与所述控制阀相结合地控制到液压功能件的液压流体的流量的变化。

所述液压流体优选是液压油。

电子控制单元11可以包括微处理器、微控制器、可编程数字信号处理器或其它可编程装置。因此，所述电子控制单元包括电子电路和连接件(未示出)以及处理电路(未示出)，使得所述电子控制单元可以与工程机械的不同部件(例如制动器、悬架、驱动传动系(特别是电发动机、电机、离合器和变速箱))通信，以便至少部分地操作该工程机械。所述电子控制单元可以包括呈硬件或软件形式的模块、或部分地呈硬件或软件形式的模块，并使用诸如CAN总线的已知传输总线和/或无线通信能力进行通信。所述处理电路可以是通用处理器或专用处理器。所述电子控制单元包括用于将计算机程序代码和数据存储于其上的非暂时性存储器。因此，本领域技术人员应认识到，所述电子控制单元可以由许多不同的构造来实施。

尽管附图可能示出了顺序，但所述步骤的次序可以与所描绘的次序不同。而且，两个或更多个步骤可以同时或部分同时执行。这种变型例将取决于所选择的软件和硬件系统以及设计者的选择。所有这些变型例都在本公开的范围内。同样，可以使用具有基于规则的逻辑和其它逻辑的标准编程技术来完成软件实现，以完成各种连接步骤、处理步骤、比较步骤和决策步骤。另外，虽然已经参照本发明的特定的例示实施例描述了本发明，但对于本领域技术人员而言，许多不同的改动、变型等将变得很明显。

应当理解，本发明不限于上文所述和附图中示出的实施例；相反，本领域技术人员将认识到，可以在所附权利要求书的范围内进行许多修改和变型。例如，尽管已主要针对轮式装载机描述了本发明，但应理解本发明同样适用于任何类型的工程机械。

Claims (9)

1.一种用于工程机械的电动液压系统(1)，其特征在于，所述电动液压系统包括：

第一电动马达(5)，所述第一电动马达(5)用于为工作液压泵(13)提供动力，以操作所述工程机械的至少一个液压功能件(7)，其中，由所述液压泵产生的液压流体的流量通过所述第一电动马达(5)的运行转速来控制，

第二电动马达(34)，所述第二电动马达(34)用于向所述工程机械的传动系提供动力；

电子控制的控制阀(25)，所述电子控制的控制阀(25)用于控制从所述泵到所述至少一个液压功能件的液压流体的流量，

操作员输入装置(17，19，21)，所述操作员输入装置(17，19，21)用于控制所述至少一个液压功能件，其中，所述操作员输入装置能够在至少两个操作范围(30，32)内操作，以及

电子控制单元(11)，所述电子控制单元(11)被配置成：

-当所述操作员输入装置处于第一操作范围(30)内时，所述电子控制单元将所述第一电动马达的所述运行转速维持在恒定运行转速下，并且通过所述电子控制的控制阀来控制到所述至少一个液压功能件的液压流体的所述流量的变化，并且

-当所述操作员输入装置处于第二操作范围(32)内时，所述电子控制单元根据所述操作员输入装置的位移，通过改变所述第一电动马达的所述运行转速并通过控制所述控制阀来控制液压流体的所述流量的所述变化。

2.根据权利要求1所述的电动液压系统，其中，当所述操作员输入装置处于所述第二操作范围内时，所述第一电动马达的转速高于所述操作员输入装置处于所述第一操作范围内时的所述第一电动马达的所述恒定运行转速。

3.根据权利要求1或2所述的电动液压系统，其中，所述操作员输入装置被构造成控制轮式装载机附件或轮式装载机动臂(16)的操作速度。

4.一种轮式装载机，其包括根据权利要求1至3中的任一项所述的电动液压系统。

5.一种用于控制工程机械的电动液压系统的方法，所述系统包括第一电动马达和第二电动马达(34)，所述第一电动马达向工作液压泵提供动力，以操作所述工程机械的至少一个液压功能件，其中，由所述液压泵产生的液压流体的流量通过所述第一电动马达的运行转速来控制，所述第二电动马达(34)用于向所述工程机械的传动系提供动力，和

电子控制的控制阀，所述电子控制的控制阀用于控制从所述泵到所述至少一个液压功能件的液压流体的流量，所述方法的特征在于包括以下步骤：

-从操作员输入装置接收(S102)输入信号，以控制所述工程机械的所述至少一个液压功能件的速度，

-确定(S104)所述输入信号与所述操作员输入装置的至少两个操作范围中的一个操作范围有关，其中，

-当确定所述操作员输入装置处于第一操作范围内时，将所述第一电动马达的所述运行转速维持(S106)在恒定运行转速下，并通过所述控制阀来控制到所述液压功能件的液压流体的所述流量的变化，并且

-当确定所述操作员输入装置处于第二操作范围内时，根据输入装置的位移来改变(S108)所述第一电动马达的所述运行转速，从而与所述控制阀相结合地控制液压流体的所述流量的所述变化。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，当所述操作员输入装置被确定为处于所述第二操作范围内时，与所述输入装置的位移成比例地改变所述第一电动马达的所述运行转速。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其中，所述操作员输入装置处于所述第二操作范围内时的所述第一电动马达的所述运行转速高于所述操作员输入装置处于所述第一操作范围内时的所述第一电动马达的所述恒定运行转速。

8.一种计算机可读介质，其携载包括程序代码组件的计算机程序，当所述计算机程序在计算机上运行时，所述程序代码组件用于执行权利要求5至7中的任一项所述的方法的步骤。

9.一种控制单元，所述控制单元用于控制工程机械的电动液压系统，所述控制单元被配置成执行根据权利要求5至7中的任一项所述的方法的步骤。

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