CN112746637A - 用于机动平地机的闭环反馈循环驱动系统 - Google Patents

用于机动平地机的闭环反馈循环驱动系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于机动平地机的闭环反馈循环驱动系统，包括操作者输入装置、铲刀和具有马达输出轴的多速液压马达。马达输出轴机械地连结到铲刀，使得马达输出轴的旋转驱动铲刀绕铲刀旋转轴线的旋转。控制器以能够操作的方式联接到操作者输入装置和多速液压马达。所述控制器被配置为：(i)经由所述操作者输入装置接收铲刀旋转命令，以使所述铲刀以所命令的方式绕所述旋转轴线旋转；以及(ii)控制多速液压马达以执行铲刀旋转命令，同时重复地调节马达输出轴的转速以减小由于在机动平地机操作期间所发生的铲刀负载状况的变化而引起的铲刀转速的变化。

Description

用于机动平地机的闭环反馈循环驱动系统
技术领域
本公开涉及用于控制多速循环旋转马达(例如，可变排量或两速液压马达)的闭环反馈循环驱动系统，该多速循环旋转马达用于调节机动平地机上的铲刀的旋转位置。
背景技术
机动平地机通常配备有用于调节铲刀-圆组件的旋转位置的循环驱动系统；所述组件包括相对较大的通常为圆形的结构或“圆”，其中铲刀悬挂在该圆形的结构或“圆”的下方。传统上，循环驱动系统包括液压缸装置或固定排量液压马达，以用于使铲刀-圆组件旋转，并因此使铲刀绕垂直于机动平地机的行进方向的铲刀旋转轴线旋转。作为一个具体的示例，在一种常用设计中，所述圆具有带齿的内周，所述内周形成被较小的齿轮或小齿轮啮合的大的环形齿轮。小齿轮直接或间接地通过中间齿轮装置(例如，齿轮箱减速装置)机械地连结到固定排量液压马达的输出轴。在机动平地机操作期间，经由操纵杆(或类似的输入装置)接收到的操作者命令被中继给阀致动器，该阀致动器机械地连结到容纳在方向控制阀中的阀芯。阀致动器根据操作者指令调节阀芯在方向控制阀内的平移位置。这调节了液压流体流通过固定排量液压马达的方向和流量，这进而驱动小齿轮的旋转，以使铲刀-圆组件以所命令的方式绕其旋转轴线转动。
发明内容
公开了用于机动平地机上的闭环反馈循环驱动系统。在实施例中，闭环反馈循环驱动系统包括操作者输入装置、可绕铲刀旋转轴线旋转的铲刀、和具有马达输出轴的多速液压马达。马达输出轴机械地连结到铲刀，使得马达输出轴的旋转驱动铲刀绕铲刀旋转轴线的旋转。控制器以能够操作的方式联接到操作者输入装置和多速液压马达。所述控制器被配置为：(i)经由所述操作者输入装置接收铲刀旋转命令，以使所述铲刀以所命令的方式绕所述旋转轴线旋转；以及(ii)控制多速液压马达以执行铲刀旋转命令，同时重复地调节马达输出轴的转速以减小由于在机动平地机操作期间所发生的铲刀负载状况的变化而引起的铲刀转速的变化。
在另外的实施例中，闭环反馈循环驱动系统包括操作者输入装置、可绕旋转轴线旋转的铲刀、具有机械地连结到铲刀的马达输出轴的多速液压马达、以及被配置成监测指示铲刀的转速的参数的第一传感器。控制器以能够操作的方式联接到操作者输入装置、多速液压马达和第一传感器。所述控制器被配置为：(i)根据经由所述操作者输入装置接收到的操作者命令信号建立目标铲刀转速(Vblade_target)；(ii)确定目标铲刀转速(Vblade_target)与当前铲刀转速(Vblade_current)之间的偏差(Vblade_Δ)；以及(iii)在所述偏差(Vblade_Δ)超过预定阈值的情况下修改所述马达输出轴的转速以减小所述目标铲刀转速(Vblade_target)与所述当前铲刀转速(Vblade_current)之间的偏差(Vblade_Δ)。
在其它另外的实施例中，闭环反馈循环驱动系统包括具有马达输出轴的双速液压马达。该双速液压马达可以在低扭矩高速(LT/HS)模式和高扭矩低速(HT/LS)模式下操作。双速液压马达机械地连结到机动平地机的铲刀，并且被配置成使铲刀绕旋转轴线选择性地旋转。闭环反馈循环驱动系统还包括以能够操作的方式联接到双速液压马达的控制器。所述控制器被配置为：(i)在所述机动平地机的操作期间，使所述双速液压马达在所述LT/HS模式和所述HT/LS模式之间选择性地切换；以及(ii)进一步控制所述马达输出轴的转速，以在所述双速液压马达在所述LT/HS模式和所述HT/LS模式之间转换时，使所述铲刀的转速变化最小。
在附图和下面的描述中阐述了一个或多个实施例的细节。从说明书、附图和权利要求书中，其它特征和优点将变得显而易见。
附图说明
下文将结合以下附图描述本公开的至少一个示例：
图1是根据本公开内容的示例性实施例所示出的配备有闭环反馈循环驱动系统的实施例(部分地示出为示意图)的机动平地机的侧视图；
图2是图1所示的机动平地机的俯视图或平面图，示出了铲刀-圆组件以及因此机动平地机铲刀绕铲刀旋转轴线的示例性位移；
图3和图4是闭环反馈循环驱动系统(适于用作图1中一般性示出的循环驱动系统)的第一示例性实施方式的示意图，该闭环反馈循环驱动系统包括可在低扭矩高速模式(图3)和高扭矩低速模式(图4)下操作的双速液压马达；以及
图5是闭环反馈循环驱动系统的第二示例性实施方式的示意图，该系统还适于用作图1中一般性示出的循环驱动系统，并且包括可变排量液压马达。
在各个附图中相同的附图标记表示相同的元件。为了说明的简单和清楚，可以省略公知特征和技术的描述和细节，以避免不必要地模糊在随后的具体实施方式中描述的本发明的示例和非限制性实施例。还应当理解，除非另有说明，否则出现在附图中的特征或元件不一定按比例绘制。
具体实施方式
本公开的实施例在上面简要描述的附图中示出。本领域技术人员可以在不背离所附权利要求书所阐述的本发明范围的情况下，对示例性实施例进行各种修改。
综述
如上简要讨论的，传统的循环驱动系统通常依赖于固定排量液压马达来驱动铲刀-圆组件旋转，因此，根据操作者的命令驱动机动平地机铲刀绕铲刀旋转轴线旋转。尽管可靠，但这种传统的循环驱动系统具有各种缺点。在机动平地机的周转期间遇到了一个这样的缺点；即，当驾驶机动平地机来反转其行进方向时，铲刀位置被重置以使铲刀准备好进行新的土方工程或一次运土(earth-moving pass)。在回转期间，通常以快速顺序执行多个铲刀位置调节。这种铲刀位置调节包括最初将机动平地机铲刀升高到地上位置，将铲刀旋转到新的角位置(通常是与先前的铲刀位置相反的镜像)，然后再次将铲刀降低到地面穿入位置(这里称为“地下位置”)。由于固定排量马达的相当大的液压需求，机动平地机的这些和其它液压驱动功能会减慢，传统上，这通过设计来克服，以满足在地下铲刀旋转期间出现的峰值扭矩要求。结果，机动平地机的性能和操作者的经验可能被降低。
鉴于这些和其它限制，已经开发和实现了结合多速液压马达的增强的循环驱动系统。如在整个本文中出现的术语“多速液压马达”被定义为包括除固定排量液压马达之外的所有液压马达类型。因此，术语“多速液压马达”包括但不限于如下文详细描述的双速液压马达和可变排量液压马达。结合多速液压马达的机动平地机循环驱动系统的示例在以下文献中阐述，其内容通过引用并入到本文中：由美国专利商标局(USPTO)于2011年1月25日授权并转让给本文献的受让人(Deere&Company)的题为“CIRCLE DRIVE ARRANGEMENT FORMOTOR GRADER”的第7,874,377 B1号美国专利。通过使用多速液压马达和其它相关部件，这种增强的循环驱动系统能够更好地适应铲刀在处于地上位置(或以其它方式轻负载)时的高速低扭矩旋转、和铲刀在处于地下位置(或以其它方式重负载)时的低速高扭矩旋转。因此，将多速液压马达结合到循环驱动系统中可以满足两个操作极限，同时避免马达尺寸过大并且使马达的液压需求最小。这又允许在回转期间保持机动平地机的各种液压驱动功能的快速操作。
由于上述原因，结合多速液压马达的循环驱动系统的开发和实施代表了机动平地机设计的显著进步。尽管如此，结合多速液压马达的当前循环驱动系统在某些方面仍然是有限的。作为这种循环驱动系统的主要限制，使用多速液压马达来驱动铲刀旋转会导致铲刀转速的不期望的波动以及铲刀负载的变化。铲刀转速的这种波动可能是明显的，并且可能被机动平地机操作者察觉到。这可能降低操作者的满意度和效率，特别是在机动平地机操作的不同迭代中控制输入(例如，操纵杆)位移和铲刀转速之间产生重大偏差时。因此，对于循环驱动系统存在一种持续的工业需求，其增加了一致性，其中操作者铲刀旋转命令导致期望的铲刀转速输出，而铲刀转速和铲刀负载之间的相关性即使不是完全地被切断，也是很大程度上被切断。同时，期望这种循环驱动系统保持与使用多速液压马达驱动铲刀旋转相关的上述优点，并在机动平地机回转期间保持液压驱动功能的快速执行。
为了满足这种正在进行的工业需求，下面提出的循环驱动系统利用机载机动平地机并结合多速液压马达，所述多速液压马达根据独特的闭环反馈控制方案操作。闭环反馈控制方案由控制器实施，该控制器以能够操作的方式连接到多速液压马达和用于控制机动平地机铲刀的角位置的至少一个操作者输入装置(例如，操纵杆)。如在整个本文中出现的，术语“控制器”在非限制性意义上被用来通常指代闭环反馈循环驱动系统的处理架构。控制器可以包括任何数量的处理器、控制计算机、计算机可读存储器、电源、存储设备、接口卡和其他标准化组件，或与任何数量的处理器、控制计算机、计算机可读存储器、电源、存储设备、接口卡和其他标准化组件相关联。控制器还可以包括任何数量的固件和软件程序或计算机可读指令，或与任何数量的固件和软件程序或计算机可读指令协作，所述固件和软件程序或计算机可读指令被设计成执行本文描述的各种过程任务、计算和控制功能。如下文进一步描述，这样的计算机可读指令可以被存储在控制器可存取的存储器的非易失性扇区中。
控制器可以实施各种不同的控制方案，以在闭环反馈循环驱动系统的操作期间调节多速液压马达的输出轴的转速和方向。在实施例中，控制器可以根据经由操作者输入装置接收的铲刀旋转命令初始地建立命令的或“目标”铲刀转速(Vblade_target)。控制器然后可以控制多速液压马达以执行铲刀旋转命令，同时选择性地调节马达输出轴的转速以减小由于抵抗铲刀旋转的负载力的变化而引起的目标铲刀转速(Vblade_target)和当前铲刀转速(Vblade_current)之间的偏差。例如，在某些实施例中，控制器可以初始地计算目标铲刀转速(Vblade_target)和当前铲刀转速(Vblade_current)之间的任何偏差(Vblade_Δ)。如果偏差(Vblade_Δ)超过预定阈值，则控制器可以修改马达输出轴的转速以减少任何这种偏差(Vblade_Δ)。在某些实施例中，预定阈值可以具有零值；但是更有用地，具有非零(固定或可变)值以避免机动平地机铲刀的小的、冗余的铲刀角度调节或“颤动”。控制器重复该过程，优选地在相对快速(例如，实时)的迭代基础上重复该过程，以提供闭环反馈控制方案，从而独立于(或减少依赖于)铲刀负载状况的变化而将机动平地机铲刀的转速维持在目标水平。
控制器可以利用从进一步包括在闭环反馈循环驱动系统中的一个或多个传感器接收的数据来监测当前铲刀转速(Vblade_current)。例如，在某些实施例中，控制器可以从传感器(例如，旋转可变差动变压器)接收数据，该传感器监测机动平地机铲刀的角位置，或者可能监测以固定关系与铲刀共同旋转的另一部件的角位置。控制器然后可以利用该传感器输入来追踪铲刀角度随时间的变化，并且因此追踪当前铲刀转速(Vblade_current)。在其它实施方式中，控制器可以接收来自转速传感器的数据输入，转速传感器例如为微机电系统(MEMS)加速计和/或陀螺仪，其被配置成监测多速液压马达的输出轴的转速、机动平地机铲刀或铲刀-圆组件本身的转速、或从液压马达延伸到铲刀-圆组件的旋转传输路径中的另一部件的转速。然后，控制器利用该传感器输入来确定当前铲刀转速(Vblade_current)，以便与目标铲刀转速(Vblade_target)进行比较，如前所述。
控制器控制(即影响其操作)多速液压马达的特定方式将在实施例之间变化。当多速液压马达采取具有可变排量控制机构的可变排量液压马达的形式时，控制器可以利用可变排量控制机构来重复地改变液压马达的排量设定以调节马达输出轴的转速。此外，除了选择性地修改液压马达的排量设定之外，控制器还可重复地调节方向控制阀中包含的阀元件(例如，阀芯)的位置，以改变通过可变排量液压马达的液压流体流的流量和方向，从而进一步控制马达输出轴的转速和方向。在另外的情况下，控制器可以以另一种方式改变马达输出轴的转速和/或旋转方向，例如通过控制多速液压马达上游的泵的流量输出。比较而言，在多速液压马达采取双速液压马达形式的实施例中，控制器同样可以通过调节穿过液压马达的液压流体流的流量和方向来控制马达输出速度(和旋转方向)；例如通过调节在双速液压马达上游的方向控制阀内的阀芯的平移位置。然而，在后一种情况下，由于双速液压马达能够以至少两种模式操作，这两种模式在本文中相对地被称为“低扭矩高速(LT/HS)模式”和“高扭矩低速(HT/LS)模式”，因此引入了额外的控制复杂性。因此，在这样的情况下，控制器可以确定何时在这些操作模式之间切换双速液压马达，同时进一步控制液压马达以使在操作模式之间切换时马达速度的变化最小。这可以使得机动平地机操作者对双速液压马达的切换较不易察觉，从而改善操作者的体验。
在其中循环驱动系统包括具有第一动力元件和第二动力元件的双速液压马达的实施方式中，控制器可以通过改变动力元件是并联地流体联接还是串联地流体联接而在马达操作模式之间转换或切换。例如，在一个可能的实施方式中，控制器可以联接到包含诸如阀芯的双稳态阀元件的选择阀。阀芯可以在两个稳定位置之间移动，以确定动力元件是并联地流体联接(将双速液压马达置于HT/LS模式)还是串联地流体联接(将液压马达置于LT/HS模式)。在闭环反馈循环驱动系统的操作期间，控制器可以至少部分地基于接收到指示铲刀负载的至少一个传感器输入来确定何时使双速液压马达在其操作模式之间转换。这种传感器输入可以从构造成以直接方式测量铲刀负载的传感器接收；例如在力传感器机械地连结在马达输出和铲刀之间的情况下。在其他情况下，传感器输入可以由传感器提供，该传感器被配置为监测间接指示铲刀负载的参数；例如通过利用一个或多个压力传感器监测循环驱动系统的流动回路内的液压，如下面进一步描述的。另外或替代地，在这样的实施例中，循环驱动系统的控制器还可以被构造成响应于铲刀负载状况的预测或预期变化而使双速液压马达在操作模式之间选择性地切换。例如，在某些实施方式中，当确定机动平地机铲刀已经从地面上降低到地面内位置中(或已经降低到一定的穿入深度)时，控制器可以将双速液压马达切换到HT/LS模式；然后当铲刀再次升高到地面以上位置时，使液压马达返回到LT/HS模式。
现在转到附图，下面结合图3和4讨论包括双速液压马达的闭环反馈循环驱动系统的示例性实施例，同时下面结合图5进一步讨论包含变速液压马达的闭环反馈循环驱动系统的示例性实施例。然而，下面结合图1和图2描述有效地配备有闭环反馈循环驱动系统的实施例的示例性机动平地机，尽管下面结合具有某些特征的特定类型的机动平地机进行讨论，但闭环反馈循环驱动系统的实施例可以不受限制地用于各种不同类型的机动平地机上。
配备有广义闭环反馈循环驱动系统的示例性机动平地机
现在参考图1和图2，示出了配备有闭环反馈循环驱动系统12的示例性机动平地机10。为了清楚图示，在图1中仅示意性地示出了闭环反馈循环驱动系统12的选定部件，包括例如控制器14和计算机可读存储器16。如上所述，术语“控制器”在本文中被定义为广泛地包含循环驱动系统12的处理架构，所述循环驱动系统根据存储在存储器16中的计算机可读指令或代码运行某些控制方案(所述控制方案的示例在下面描述)。此外，虽然总体上被图示为单个框，但是存储器16可以包括适合于存储计算机可读代码或指令以及用于支持闭环反馈循环驱动系统12的操作的其它数据的任何数量和类型的存储介质；然而，首先，讨论机动平地机10的构造和操作以提供在其中可以更好地理解闭环反馈循环驱动系统12的非限制性背景。
在图1和图2的示例性实施例中，机动平地机10包括前框架18和以铰接的方式连结到前框架18的后部段的后框架20。前框架18由一对前接地轮22支撑，而后框架20同样由串联的左右后轮组24支撑。操作者室28位于后框架20的倾斜前部段26的正后方，发动机(从视图中隐藏)容纳在发动机舱壳体30内，该发动机舱壳体在操作者室28的正后方位置处进一步安装到后框架20。在机动平地机10的操作期间，发动机舱壳体30内的发动机(例如，内燃机)通过未示出的传动装置将动力供应到后轮24。机动平地机10的前轮22也可以通过未示出的流体静液压辅助传动装置驱动。
具体参照机动平地机10的前框架18，前框架18包括纵向细长的上部段32(下文中称为“升高段32”)和竖直细长的前鼻状段34(下文中称为“前端段34”)。共同地，当从机动平地机10的侧面观察时，段32、34使前框架18具有大致L形几何形状。由于前框架18的L形几何形状，在前框架18下方产生用于容纳机动平地机机具38的空间容积或包络36。如图1和图2所示，机动平地机机具38通常将采取运土(或运其他物料)铲刀的形式，因此在下文中称为“铲刀38”。然而在该示例中，铲刀38可以与其它机动平地机机具(例如扫雪机具)互换。铲刀38悬挂在相对较大的结构或“圆”40的下方，该结构或“圆”具有从上到下或从平面图(图2)观察的大致圆形形状因子。铲刀38和圆40共同形成可旋转的铲刀-圆组件42，如下面进一步讨论的。虽然在图1中完全示出，但前框架18的多个部分在图2中被视觉地剖开或被从视图隐藏，以更好地显示铲刀-圆组件42。
具有倾斜支腿46、48的牵引杆44从前框架18的前端段34延伸到铲刀-圆组件42的圆40。由于支腿46、48的成角度的定向，牵引杆42在从自上向下的视角(图2)观察时具有大致V形的形状因子。在其前(窄)端处，牵引杆44通过多自由度接头50(例如球窝接头)连接到前端段34。两个线性致动器(这里，液压缸52)进一步枢转地安装在前框架18和牵引杆的支腿46、48之间。缸52(仅能看到其中一个)允许铲刀-圆组件42绕前框架18的纵向或偏航轴线进行角度调节，如图2中的虚线54所示。类似地，液压缸56安装在前框架18和铲刀-圆组件42之间，以用于根据经由位于驾驶室28内的输入控制装置接收的操作者命令进一步调节机动平地机铲刀38的角度取向(具体地，铲刀38的侧移角度)，如下面进一步描述的。
继续参照图1和图2，示例性机动平地机10还配备有包括在闭环反馈循环驱动系统12中的液压循环旋转马达60。液压循环旋转马达60被构造成调节铲刀-圆组件42的角定向，并因此调节铲刀38绕铲刀旋转轴线58(在图2中示出)的角定向。液压循环旋转马达60包括马达输出轴(所述马达输出轴的示例在图3-5中示出)，该马达输出轴机械地连结到齿轮或小齿轮64。液压循环旋转马达60的输出轴可以直接连接到小齿轮64(例如，通过花键联接)；或者，替代地，马达轴可通过任何数量的中间部件(例如齿轮箱减速机构)机械地连结到小齿轮64。在任一情况下，小齿轮64具有带齿的外周，该带齿的外周被定位成与铲刀-圆组件42的圆40的带齿的内周66啮合接合。圆40因此用作相对较大的环形齿轮，所述环形齿轮的旋转fo由小齿轮64的旋转驱动。
闭环反馈循环驱动系统12的控制器14以使得控制器14能够修改马达60的某些操作方面的方式联接到液压循环旋转马达60，所述操作方面包括马达输出轴的转速和方向。控制器14和液压循环旋转马达60之间的操作关系在图1中由控制线68大致指示。在各种实施例中，控制器14可以至少部分地基于从闭环反馈循环驱动系统12中包括的一个或多个传感器70接收的数据来修改液压循环旋转马达60的输出轴的输出速度和方向。传感器70和控制器14之间的数据连接72可以为有线连接、无线连接或其组合。一个或多个传感器70可以监测在实施下述铲刀旋转控制方案中使用的各种不同的操作参数。这些参数可以包括但不限于表示机动平地机铲刀38的转速(速度和旋转方向)的数据；指示马达输出轴的转速的数据；指示铲刀38绕铲刀旋转轴线58的角位置的数据；和/或指示抵抗铲刀绕轴线58旋转的负载力的数据。在某些实施例中，传感器70还可以向控制器14提供指示施加到机动平地机铲刀38的预期或期望负载的数据；例如，可以从指示铲刀38当前位于地上位置还是位于地下位置中的数据推断出。将在下面结合图3-5更充分地讨论传感器70和液压循环旋转马达60的可能实施方式的进一步描述、以及在机动平地机10的操作期间由控制器14适当执行的示例控制方案。
方向盘74和其它操作者输入装置76位于示例性机动平地机10的驾驶室28内。当坐在或站在驾驶室28内时，操作者操纵方向盘74和其它操作者输入装置76以控制机动平地机10的各种操作方面，包括铲刀-圆组件42绕铲刀旋转轴线58的旋转。操作者输入装置76通常包括至少一个操纵杆或杆件，所述至少一个操纵杆或杆件由操作者操纵以控制铲刀-圆组件42的旋转，并因此控制机动平地机铲刀38。然而，操作者输入装置76可以采取适于接收操作者输入指令(包括铲刀旋转指令)的任何形式，该指令指定操作者期望的对铲刀-圆组件42的定位的调节。因此，操作者输入装置76可以包括或者可以采取各种其它物理输入装置(例如，按钮、拨盘、开关等)和装置(例如，轨迹球或触摸屏界面)，以用于与在位于驾驶室28内的显示屏上产生的图形用户界面(GUI)元件交互。控制器14通过有线或无线数据连接78从操作者输入装置76接收这种操作者输入命令，并然后将这种操作者输入命令相应地转换成铲刀-圆组件42的位置调节或移动。
机动平地机铲刀38绕铲刀旋转轴线58的角度可以根据铲刀38相对于虚拟基准平面82(图2)的旋转位移来描述。参考平面82可以平分圆40，并且大致垂直于机动平地机行进的方向。在这方面，考虑一种示例性情况，其中机动平地机铲刀38从中立位置(即，与基准平面82对准的位置)旋转到对应于虚线84的位置，其中线84指示铲刀38的前面的角取向。为了到达该位置，铲刀38在控制器14的命令下由于多速液压马达60的作用而沿第一旋转方向(在所示示例中为顺时针方向)旋转达第一角位移(α1)。这使铲刀38进入操作者命令位置，以例如使机动平地机10准备好执行经过给定工作区域的第一次运土。在机动平地机10完成这一次运土之后，操作者则可以命令机动平地机10回转以便随后经过工作区。在回转期间，操作者进一步控制机动平地机铲刀38以重新设定铲刀角度(即，使铲刀38返回到与参考平面82对准的中立位置)，然后使铲刀38沿相反的第二旋转方向(在图2所示的取向中为顺时针方向)旋转达相等的角位移(α2)。这使铲刀38进入与虚线86相对应的角位置，该角位置相对于参考平面82与对应于线84的铲刀位置镜像相反。这样定位后，当机动平地机10使其行进方向反向并执行随后的运土经过工作区时，铲刀38继续将土(或其它材料)移动到机动平地机10的同一侧。
如前所述，当依靠包括固定排量液压马达的循环驱动系统来旋转铲刀-圆组件42和铲刀38时，机动平地机10的液压驱动功能在回转期间可能会大大减慢。至少由于这个原因，液压循环旋转马达60在所示示例中采取多速液压马达的形式，因此在下文中称为“多速液压马达60”。由于所述多速液压马达能够改变马达输出轴每一转通过液压马达60的液压流体体积之间的关系，多速液压马达60可以由控制器14(图1)控制，以更好地适应机动平地机铲刀38的高速低扭矩旋转和铲刀38的低速高扭矩旋转。此外，由于多速液压马达60的液压需求与相同用途所使用的固定排量马达相比降低，所以在平地机回转中可以保持机动平地机10的各种液压驱动功能的快速操作(包括升起、回转和降下机动平地机铲刀38)。
尽管提供了上述优点，但在没有提供适当的对策的情况下，出于铲刀旋转的目的而使用多速液压马达会导致铲刀转速的不期望的波动以及铲刀负载状况的变化。因此，机动平地机10还配备有闭环反馈循环驱动系统12，所述系统用于使响应于机动平地机操作期间发生的铲刀负载变化的铲刀转速的变化最小或消除。实施闭环反馈循环驱动系统12的特定方式在实施例之间至少部分地基于多速液压马达60所采取的形式而不可避免地变化；例如多速液压马达60是采用例如双速液压马达的形式还是采用可变排量液压马达的形式。为了进一步强调这一点，现在将结合图3和图4描述结合双速液压马达的闭环反馈循环驱动系统12的第一示例性实施方式。接下来，结合图5在下面阐述结合可变排量液压马达的闭环反馈循环驱动系统12的第二示例性实施方式。
包括双速液压马达的闭环反馈循环驱动系统的示例性实施方式
图3和4是闭环反馈循环驱动系统12-1的第一示例性实施方式的示意图；后缀“-1”表示所示的循环驱动系统12-1仅表示以上结合图1所述的广义循环驱动系统12的一种可能的实施方式。在适当的情况下，其他附图标记也由前面的附图延续；注意，例如，图3和图4中的控制器14、存储器16和操作者输入装置76的标记。除了前述部件之外，闭环反馈循环驱动系统12-1还包括多个传感器70，所述传感器70对应于图2中所示的传感器70。传感器70包括两个压力传感器70-1、70-2、转速传感器70-3和任何数量的额外的传感器70-4，例如循环旋转角传感器。传感器70以及控制器14在控制循环驱动系统12-1的各个部件时可以考虑由传感器70提供的数据输入的方式在下面讨论。然而，首先，将描述闭环反馈循环驱动系统12-1的液压部件。
由多个流动管路90-1至90-8组成的流动网络90将闭环反馈循环驱动系统12-1的液压元件互连。这些液压元件包括：(i)贮槽(如油箱)92，(ii)泵94，(iii)方向控制阀96，(iv)模式选择阀98，和(v)双速液压马达100(对应于图1和图2中所示的液压循环旋转马达60)。双速液压马达100又包括第一动力元件102和第二动力元件104，所述第一动力元件102和所述第二动力元件104通过流动网络90以流体连通的方式互连。动力元件102、104安装到双速液压马达100的公共轴106，该公共轴与进一步包括在液压马达100中的输出轴108共同旋转(并且可以一体形成)。在闭环反馈循环驱动系统12-1的操作期间，液压流体被引导通过动力元件102、103以驱动马达输出轴108的旋转。闭环反馈循环驱动系统12-1在实际实施中还可以包括各种其它液压组件，例如额外的(例如，增压)泵、过滤器、止回阀等；然而，这些部件与循环驱动系统12-1的核心功能相切，并因此未示出以避免使附图不清楚。
在图3和图4所示的示例性实施方式中，方向控制阀96采取四通、三位滑阀式阀的形式。因此，方向控制阀96包括阀芯(通常，“阀元件”)，所述阀芯设置在阀壳体或套筒中以在所述阀壳体或套筒中平移移动。在所示的示意图中，阀芯被示出处于中间或中立位置，并且可以从该位置沿其平移轴线在任一方向上移动，如箭头110、112所示。阀芯在方向控制阀96内的定位由控制器14利用进一步包括在控制阀96中或与控制阀96相关联的一个或多个阀致动器114来设定。当被通电或以其它方式被致动时，阀致动器114与由容纳在方向控制阀96的套筒内的一个或多个弹簧元件116(例如螺旋压缩弹簧)施加在阀芯上的偏置力相一致地或相反地作用。阀致动器114在实施例中可以是螺线管或螺线管对，所述螺线管或所述螺线管对由控制器14选择性地通电以确定并设置阀芯在方向控制阀96内的平移位置。在其它实施例中，阀致动器114可以采取各种其它形式，例如液压致动器、其它类型的电致动器或其组合的形式。
在闭环反馈循环驱动系统12-1的操作期间，控制器14命令阀致动器114选择性地调节阀芯在方向控制阀96的套筒内的平移位置。以这种方式控制阀芯位置影响通过控制阀96并因此通过双速液压马达100的流体流的流量和方向。例如，考虑控制器14命令阀致动器114以使阀芯沿箭头112所示的方向从中立位置(在所示示意图中向下)移动的情况。在这种情况下，方向控制阀96引导流体流沿第一流动方向通过主流动回路(即，方向控制阀96下游的由流动管路90-2至90-7组成的流动回路)，如由相应的阀符号内的上部箭头对所指示的。这通常导致在图示的示意图中顺时针流动，以驱动马达输出轴108沿第一旋转方向旋转。当阀芯进一步朝向与箭头112相对应的位置极限滑动时，通过方向控制阀96的流量随马达输出轴108的转速一起增加(假设其它流动条件保持恒定)。相反，从中立位置(图3和图4)，阀芯在对应于箭头110的相反方向上的移动提供了由方向控制阀96的示意图中的下部的一对箭头符号表示的端口到端口的连接。因此，通过主流动回路的液压流体流的方向被反向(在所示的示意图中基本上提供了逆时针的流动)，这在第二相反的方向上驱动马达输出轴108的旋转。再次，当阀芯进一步朝向与箭头112对应的位置极端移动时，通过方向控制阀96的流量增加，这进一步加速了马达输出轴108在第二旋转方向上的旋转。
通过以刚刚描述的方式调节阀芯在方向控制阀96内的平移位置，控制器14可以选择性地修改马达输出轴108的转速和方向，并且因此修改机动平地机铲刀38绕铲刀旋转轴线58(图2)的转速和方向。在某些实施方式中，控制器14还可以以其他方式控制马达输出轴108的速度和方向，例如如果泵94能够以这种方式被控制，则通过控制泵94来调节泵流出物；然而，在实施例中可以不采用这种控制机构，例如当泵94是齿轮驱动时。在其它情况下，控制器14可以通过调节方向流量控制阀96以及通过在多个操作模式之间选择性地转换或切换双速液压马达100来控制马达输出轴108的速度和方向。在所示的示例中，具体地，控制器14还通过利用模式选择阀98在两种操作模式之间选择性地切换双速液压马达100来控制马达输出轴108的速度和方向，如以下将描述的。
与方向控制阀96一样，模式选择阀98在所示实施方式中采取四通、三位滑阀式阀的形式。容纳在模式选择阀98内的阀芯的运动利用阀致动器118(例如螺线管)来控制。如控制器14所命令的，当致动器的输出力足以克服由模式选择阀98的套筒内的至少一个弹簧元件120(例如螺旋弹簧)进一步施加在阀芯上的偏压力时，阀致动器118在特定平移方向(在所示方位上向下)上推动阀芯运动。与方向控制阀96相反，在所示示例中，模式选择阀98具有双稳态设计。因此，模式选择阀98的阀芯可以在第一稳定位置(图3所示)和第二稳定位置(图4所示)之间移动。在模式选择阀98内阀芯到第一稳定位置(图3)的移动以流体连通的方式将动力元件102、104置于流动串，从而将双速液压马达100切换到LT/HS操作模式。相反，模式选择阀98到第二稳定位置(图4)的移动将动力元件102、104置于平行流构造，这将液压马达100切换到HT/LS操作模式。
如刚才所述，模式选择阀98到第一稳定位置(图3)的移动以流动串的方式流体连通地联接动力元件102、104。为了进一步说明这一点，假设方向控制阀96的阀芯移动到与图3中的箭头112相对应的位置极限。在这种情况下，模式选择阀98首先经由流动管路90-2从方向控制阀96接收液压流体流，然后阀98将该液压流体流引导到流动管路90-3中。液压流体流动通过流动管路90-3、流动通过动力元件104、流动通过流动管路90-4，并最终返回到模式选择阀98。在此之后，模式选择阀98将液压流体流重新引导到将流体流引导通过动力元件102的流动管路90-5中。液压流体然后从动力元件102流动通过流动管路90-6返回到模式选择阀98。返回的液压流体经过模式选择阀98，进入流动管路90-7，流动通过方向控制阀96，并最终通过流动管路90-8返回到贮槽(如油箱)92。这导致马达输出轴108沿第一旋转方向旋转；以及相应地，机动平地机铲刀38绕铲刀旋转轴线58(图2)沿第一旋转方向的旋转。通常，然后，在图3的示例性情形中，从泵94排出的液压流体被引导通过双速液压马达100的为流动串形式的动力元件102、104，以提供马达100的低扭矩高速操作。当机动平地机铲刀38被轻负载或卸载时，例如当铲刀38处于地上位置时，双速液压马达100的这种操作模式对于驱动铲刀旋转是最佳的。当控制器14命令方向控制阀96的阀芯沿相反方向(对应于箭头110)移动超过中立位置时，上述流动模式反向。因此，通过以后一种方式调节方向控制阀96，在由操作者输入装置76接收的铲刀旋转命令而被这样命令时，控制器14可以使马达输出轴108和铲刀38沿相反的旋转方向旋转。
当控制器14改为使模式选择阀98的阀芯移动到第二稳定位置(图4)时，动力元件102、104被置于成平行流构造，以将双速液压马达100切换到HT/LS模式。再次考虑其中方向控制阀96的阀芯位于与箭头112相对应的位置极限的示例性情况。在这种情况下，在模式选择阀98的入口端口处接收的液压流体流在流动管路90-3、90-5之间被分配，并且因此被并行地引导通过动力元件102、104。在流动通过动力元件102、104之后，液压流体经由流动管路90-4、90-6被引导到模式选择阀98的入口端口。然后液压流体流在模式选择阀98内汇合，通过阀98的出口被排出，并通过流动管路90-8返回到贮槽(如油箱)92。这导致马达输出轴108以及因此导致马达平地机铲刀38沿第一旋转方向旋转。同样，当方向控制阀96的阀芯改为沿箭头110所示的方向移动经过中立位置以驱动马达输出轴108和铲刀38沿相反的第二方向旋转时，上述流动模式相反。当铲刀38处于地下位置或以其它方式承受重负载时，控制器14可以使双速液压马达100切换到HT/LS操作模式，如下所述。
在实施例中，控制器14至少部分地基于指示抵抗铲刀绕铲刀旋转轴线58旋转的负载力(在本文中，也称为“防旋转负载力”)的一个或多个传感器输入来确定何时转换双速液压马达100。这种传感器输入可以利用例如包括在额外的传感器70-4中并机械地连结在马达输出轴108和机动平地机铲刀38之间的力传感器直接测量铲刀负载。在这种实施例中，控制器14可以被配置成施加在机动平地机铲刀38上的防旋转负载力超过预定阈值时使双速液压马达100从LT/HS模式转换到HT/LS模式，和在施加在铲刀38上的防旋转负载力再次下降到预定阈值以下时使液压马达100进一步返回到LT/HS模式。在其它情况下，控制器14可以接收间接对应于在铲刀38的旋转期间遇到的防旋转负载力的传感器输入。例如，闭环反馈循环驱动系统12-1的实施例可以包括至少一个压力传感器，该压力传感器被配置为监测以流体连通的方式联接在泵94的出口与双速液压马达100的端口之间的流动管路中的压力。在后一种情况下，控制器14可以利用压力传感器(例如压力传感器70-1或70-2(下面讨论))来监测该液压压力，然后发出适当的命令，以在所监测的流动管路内的压力超过预定值时将双速液压马达100从LT/HS模式转换到HT/LS模式。
与前述讨论一致，闭环反馈循环驱动系统12-1被描绘为包括两个压力传感器70-1、70-2。当通过回路的流体流在第一方向(在所示示意图中通常为顺时针方向)上发生时，控制器14可以从压力传感器70-1接收指示流动管路90-3内的液压压力的数据，并且因此接收指示双速液压马达100的上游的液压压力的数据。控制器14然后可以利用该压力数据来确定何时在双速液压马达100的操作模式或状态之间切换。例如，当流动管路90-3内的压力超过预定阈值时，控制器14可以命令模式选择阀98将双速液压马达100置于HT/LS操作模式(图4)下。当流动管路90-3内的压力再次下降到阈值以下时，控制器14然后可以命令模式选择阀98以使液压马达返回到LT/HS操作模式(图3)。相反，当方向控制阀96的阀芯移动使得液压流体流在相反方向(在所示示例中大致逆时针方向)上发生时，控制器14可以利用压力传感器70-2来监侧液压马达100上游的流动管路90-4内的液压压力。再次，当流动管路90-4内的压力超过预定阈值时，控制器14可以命令模式选择阀98以将双速液压马达100置于HT/LS模式(图4)，从而指示施加于铲刀38上的高扭矩需求。在其他实施例中，可以使用不同数量的压力传感器和/或不同的控制方案。例如，可以利用单个压力传感器，以例如通过利用梭阀(或类似装置)来监测任一流动管路90-3、90-4中的较大压力，所述梭阀用于类似于下面结合图5所述的方式将较高压力从流动管路90-3、90-4中的任一个引导到压力传感器。
除了考虑或代替考虑指示抵抗机动平地机铲刀38的旋转的实际负载的传感器输入，当确定何时将双速液压马达100置于特定操作模式时，控制器14还可以考虑预测当前铲刀负载或预期铲刀负载的传感器输入。例如，在一个实施例中，控制器14可以监测激动平地机铲刀38当前是否位于地上或地下位置；例如通过包括在循环驱动系统12-1中的一个或多个额外的传感器70-4中的铲刀高度或深度传感器。控制器14然后可以相应地调节双速液压马达100的操作状态。具体地，在这样的实施例中，当确定铲刀38处于地上位置时，控制器14可以命令模式选择器阀98将双速液压马达100置于LT/HS操作模式(图3)。相反，当确定铲刀38处于地下位置时，控制器14可以命令并进一步将液压马达100切换到HT/LS模式。在其它实施方式中，可以采用类似的方法，利用不同的预测因素或事件，例如预定的铲刀穿入深度；例如，当铲刀38插入地面(或其它材料)达设定深度时，控制器14可以将双速液压马达100置于在HT/LS操作模式(图4)。在其它实施例中，可以采用更复杂的控制方案，在所述控制方案中，考虑铲刀插入深度和铲刀负载两者。
在至少一些实施方式中，闭环反馈循环驱动系统12-1的控制器14还有利地调节马达输出轴108的转速，以在双速液压马达100在LT/HS模式和HT/LS模式之间切换时使机动平地机铲刀38的转速变化最小。在某种程度上，这可能由于控制器14执行闭环反馈控制方案而固有地发生，其示例在下面阐述。另外或可选地，当在HT/LS模式和LT/HS模式之间切换双速液压马达100时，控制器14可以将方向控制阀96的阀芯的位置调节一预定量或一设定的线性位移。例如，在这种情况下，控制器14可以命令阀致动器114以使方向控制阀96的阀芯移动或“跳跃”预定的平移位移，所述位移表示阀芯的最佳猜测移动，以通过液压马达100的操作模式的转变来大致保持马达输出速度。此后，控制器14然后可以根据闭环控制方案调节方向控制阀96内的阀芯位置，如下文更全面地描述的。
除了确定何时在操作模式之间切换双速液压马达100之外，控制器14还调节流动通过液压马达100的液压流体的速度和方向，以便尽管铲刀负载状况有变化，也将马达输出轴134的转速大致保持在所命令的水平。控制器14可以根据存储在存储器16中的计算机可读指令或代码执行各种不同的闭环反馈控制方案以执行该功能。在一种示例性方法中，控制器14初始地建立机动平地机铲刀38的当前转速(Vblade_current)。控制器14可以利用由包含在循环驱动系统12-1中的传感器70提供的各种传感器输入来确定当前铲刀转速(Vblade_current)。例如，控制器14可以利用包括在额外的传感器70-4中的循环旋转角度传感器来监测机动平地机铲刀38的角度或旋转位置。在其它情况下，控制器14可以监测旋转传动链中与铲刀38以固定(1∶1或其它比例)关系共同旋转的另一部件的角位置。控制器14然后可以将铲刀角度随时间的变化转换成相应的当前铲刀转速(Vblade_current)。在另外的其它实施例中，控制器14可以以更直接的方式监测当前铲刀转速(Vblade_current)；例如利用传感器，该传感器被构造成监测马达输出轴108或与其共同旋转的另一部件的转速。例如，如图4所示，传感器70-3(例如旋转差动变压器或MEMS装置(例如，MEMS加速计和/或陀螺仪))可以监测马达输出轴108的转速，并将该信息提供给控制器14。
在建立当前铲刀转速(Vblade_current)之后、之前或同时，控制器14还确定机动平地机铲刀38的目标转速(Vblade_target)。通常，控制器14根据经由操作者输入装置76接收的操作者命令信号确定Vblade_target。在实施例中，目标铲刀转速(Vblade_target)可以以基本上成比例的关系映射到操作者输入装置76的位移。在操作者输入装置76采取操纵杆或杆件形式的实施例中，控制器14可以确定从中立位置或原始位置的量值和方向，然后将该值转换成相应的目标铲刀转速(Vblade_target)。例如，控制器14可以确定操作者已将操纵杆远离中立位置沿第一方向移动操纵杆的最大运动范围(ROM)的特定百分比(例如25％)，然后将该操纵杆位移转换成铲刀38沿第一旋转方向的最大转速的对应百分比(例如25％)。类似地，操纵杆在第二相反方向上相对于中立操纵杆位置的25％位移(即，操纵杆的最大运动范围的25％)同样可以被转换成铲刀38在第二相反方向上的最大转速的25％的值。在其它实施例中，操作者输入装置76的移动可以利用不同的方法(例如基于位置的方法)被映射或转换成目标铲刀转速(Vblade_target)，在所述基于位置的方法中，操纵杆在给定时间段内从第一位置到第二位置的移动被转换成相应的铲刀转速。
接下来，控制器14计算目标铲刀转速(Vblade_target)和当前铲刀转速(Vblade_current)之间的差或偏差(这里为“Vblade_Δ”)。在某些情况下，Vblade_target与Vblade_current之间的偏差VΔ可以是零，包括在机动平地机铲刀期望静止的情况下(在这种情况下，Vblade_target和Vblade_current将同样具有零值)。在其它情况下，例如当经由操作者输入装置76接收到命令铲刀旋转的操作者输入，并且机动平地机铲刀的旋转被负载阻止时，在Vblade_target和Vblade_current之间可能产生非零的偏差。如果VΔ的值超过规定的阈值，则控制器14以如上所述的方式调节多速液压马达100的转速，以减小当前的铲刀转速(Vblade_current)与目标铲刀转速(Vblade_target)的偏差(Vblade_Δ)。在实施例中，预定阈值可以具有零值，但更通常地具有非零值以防止重复地对铲刀38的转速进行微小调节。预定阈值的值可以作为固定参数存储在存储器16中，或者作为替代，可以根据操作者或顾客的喜好而作为循环驱动系统12-1的“灵敏度”设定而进行调节。
然后，控制器14以相对快速(例如接近实时)的迭代基础重复上述过程步骤，以提供控制机动平地机铲刀38的转速的闭环反馈控制。以这种方式，控制器14有效地确保机动平地机铲刀38将获得独立于抵抗铲刀旋转的负载的期望转速。因此，可以保持在机动平地机操作的不同迭代期间控制输入(例如操纵杆)位移与机动平地机铲刀38的转速之间的更一致的关系，以提高操作者满意度和生产率水平。同时，闭环反馈循环驱动系统12-1保持使用多速液压马达(即双速液压马达100)，以允许相对于固定排量马达减小马达的尺寸和液压需求，从而在机动平地机回转期间保持液压驱动功能的快速执行。
包括可变排量液压马达的闭环反馈循环驱动系统的示例性实施方式
最后转到图5，示出了闭环反馈循环驱动系统12-2的第二示例性实施方式的示意图，其进一步适于用作图1中总体示出的循环驱动系统12。在许多方面，闭环反馈循环驱动系统12-2类似于以上结合图3和图4描述的闭环反馈循环驱动系统12-1。例如，闭环反馈循环驱动系统12-2包括上述控制器14、存储器16、操作者输入装置76、速度传感器70-3、额外的传感器70-4、贮槽(如油箱)92和泵94。这些部件已经在前面描述过，并且在此将不进行详细描述以避免冗余。来自前述列表的部件可以相对于先前的描述在一定程度上修改，然而，适当地支持闭环反馈环形驱动器12-2的操作；例如，留在存储器16中的计算机可读代码将不同，以允许控制器14执行适于控制可变排量液压马达(例如，可变排量液压马达132)而不是双速液压马达的不同控制方案，如下所述。
图5所示的示例闭环反馈循环驱动系统12-2还包括流动网络122，所述流动网络包括流动管路122-1至122-7。流动网络122将压力致动梭阀124、螺线管操作选择阀126和包括弹簧偏置活塞130的液压致动器128以流体连通的方式互连。如先前的循环驱动系统12-1的情况，闭环反馈循环驱动系统12-2也包括液压马达132，该液压马达具有马达输出轴134并且适于用作以上结合图1和图2总体描述的液压循环旋转马达60。然而，与图3和图4的示例相比，液压马达132采取可变排量液压马达的形式并且因此在下文中被称为“可变排量液压马达132”。可变排量液压马达132包括以流体连通的方式设置在流动网122中的动力元件136和机械地连结到弹簧偏置活塞130的杆端的排量调节机构138。
除了弹簧偏置活塞130之外，液压致动器128还包括(例如，螺旋压缩)弹簧140和液压控制室142。控制室142的加压由控制器14利用电磁操作选择阀126来调节，该选择阀包括弹簧144和以能够操作的方式连接到控制器14的螺线管146。当通过控制器14通电时，螺线管146在选择阀126的阀芯上施加足以克服弹簧144的弹簧偏压力的力，从而将阀芯移动到表示阀126的符号的下半部中指示的位置。这实际上将流动管路122-3以流体连通的方式联接到流动管路122-4，该流动管路将加压液压流体流引导到液压致动器128的控制室142中。当作用在活塞130的表面上的累积力足以克服弹簧140的偏置力时，活塞130伸出以根据命令调节排量调节机构138。相反地，当希望缩回活塞130时，控制器14命令螺线管146将选择阀126的阀芯朝向相反的位置(由阀126的符号的上半部指示)移动；例如更精确地陈述，当弹簧144解压缩时，控制器14可以使螺线管断电以移动选择阀126的阀芯。这将流动管路122-4以流体连通的方式联接到流动管路122-5，从而允许液压流体在活塞130缩回，以根据需要调节位移调节机构138时从控制室142通过选择阀126流出到贮槽(如油箱)92。在另外的实施例中，液压致动器128可以由不同类型的致动器替代，例如电动线性致动器，所述致动器被控制器14使用，从而以类似的方式改变可变排量液压马达132的排量设定。
在闭环反馈循环驱动系统12-2的操作期间，控制器14可以利用闭环反馈控制方案控制可变排量液压马达132的操作，该闭环反馈控制方案与前面结合图3和图4所述的闭环反馈控制方案类似(如果不是基本相同)。因此，如前所述，控制器可以初始地建立机动平地机铲刀38的目标转速(Vtarget)作为经由操作者输入装置76接收到的操作者命令信号的功能。接下来，控制器14初始地确定铲刀转速(Vblade_target)和当前铲刀转速(Vblade_current)之间的偏差(Vblade_Δ)，如利用从传感器70接收的一个或多个传感器输入确定的(再次，如前所述)。而且，在该步骤期间，并如图5所示，可以利用单个压力传感器70-5来监测通过梭阀124的动作而以流体连通的方式连接到流动管路122-2内的压力或流动管路122-6内的压力(无论哪个更大)的流动管路122-3内的压力。控制器14随后可以根据压力传感器70-5检测到的液压压力来调节可变排量液压马达132的排量设定，最后，如果偏差(Vblade_Δ)超过存储在存储器16中的预定阈值，则控制器14修改马达输出轴134的转速(以及根据需要修改旋转方向)以减小铲刀转速(Vblade_target)和当前铲刀转速(Vblade_current)之间的偏差(Vblade_Δ)。在其它实施例中，控制器14可以适当地采用不同的控制方案，以利用可变排量液压马达132提供铲刀旋转的闭环反馈控制。这样，尽管铲刀负载状况变化，控制器114也以能更好地将马达输出轴134的转速保持在期望水平的方式命令可变排量液压马达132。因此，操作者命令输入导致期望的铲刀速度旋转输出的一致性得到改善，同时保持了在机动平地机回转期间液压驱动功能的快速执行。
闭环反馈循环驱动系统的列举示例
为了便于参考，进一步提供和编号闭环反馈循环驱动系统的以下示例。
1.在第一示例性实施例中，闭环反馈循环驱动系统包括操作者输入装置、可绕铲刀旋转轴线旋转的铲刀和具有马达输出轴的多速液压马达。马达输出轴机械地连结到铲刀，使得马达输出轴的旋转驱动铲刀绕铲刀旋转轴线旋转。控制器以能够操作的方式连接到操作者输入装置和多速液压马达。所述控制器被配置为：(i)经由所述操作者输入装置接收铲刀旋转命令，以使所述铲刀以命令的方式绕所述旋转轴线旋转；以及(ii)控制多速液压马达以执行铲刀旋转命令，同时重复地调节马达输出轴的转速以减小由于在机动平地机操作期间所发生的铲刀负载状况的变化而引起的铲刀转速的变化。
2.根据示例1所述的闭环反馈循环驱动系统，还包括第一传感器，所述第一传感器被配置成监测指示所述铲刀的转速的参数。控制器以能够操作的方式联接到第一传感器，并且被配置成利用由第一传感器提供的数据来监测当前铲刀转速(Vblade_current)。
3.根据示例2所述的闭环反馈循环驱动系统，其中，所述控制器还被配置为：(i)根据经由所述操作者输入装置接收到的操作者命令信号建立所述铲刀的目标转速(Vtarget)；(ii)确定所述铲刀转速(Vblade_target)与所述当前铲刀转速(Vblade_current)之间的偏差(Vblade_Δ)；以及(iii)在所述偏差(Vblade_Δ)超过预定阈值的情况下调节所述马达输出轴的转速以减小所述铲刀转速(Vblade_target)与所述当前铲刀转速(Vblade_current)之间的偏差(Vblade_Δ)。
4.根据示例3所述的闭环反馈循环驱动系统，其中，所述控制器被配置为：(i)确定所述操作者输入装置相对于所述操作者输入装置的中立位置的位移方向和量值；以及(ii)将操作者输入装置的位移方向和量值转换成铲刀转速(Vblade_target)。
5.根据示例2所述的闭环反馈循环驱动系统，其中，所述第一传感器采取被配置成监测所述铲刀的旋转角度传感器的形式。
6.根据示例2所述的闭环反馈循环驱动系统，其中，所述第一传感器采取被配置成监测所述马达输出轴的转速的速度传感器的形式。
7.根据示例1所述的闭环反馈循环驱动系统，还包括泵和方向控制阀，所述方向控制阀以流体连通的方式联接在所述泵与所述多速液压马达之间。控制器被配置成至少部分地通过控制方向控制阀以改变通过多速液压马达的液压流体流的流量来调节马达输出轴的转速。
8.根据示例1所述的闭环反馈循环驱动系统，其中，所述多速液压马达包括可变排量液压马达，所述可变排量液压马达包括排量调节机构。控制器被配置成至少部分地通过利用排量调节机构调节可变排量液压马达的排量设定来调节马达输出轴的转速。
9.根据示例1所述的闭环反馈循环驱动系统，其中，所述多速液压马达包括具有第一动力元件和第二动力元件的双速液压马达。闭环反馈循环驱动系统还包括以流体连通的方式联接到第一动力元件和第二动力元件的选择阀。
10.根据示例9所述的闭环反馈循环驱动系统，其中，所述控制器以能够操作的方式联接到所述选择阀，并且被配置成至少部分地通过使所述选择阀在第一位置与第二位置之间选择性地转换来调节所述马达输出轴的转速，在所述第一位置所述第一动力元件和所述第二动力元件以流体连通的方式串联联接，在所述第二位置所述第一动力元件和所述第二动力元件以流体连通的方式并联联接。
11.根据示例1所述的闭环反馈循环驱动系统，其中，所述多速液压马达包括能够在低扭矩高速(LT/HS)模式和高扭矩低速(HT/LS)模式下操作的双速液压马达。所述控制器还被配置为：(i)在所述机动平地机的操作期间，使所述双速液压马达在所述LT/HS范围模式和所述HT/LS模式之间选择性地切换；以及(ii)当使所述双速液压马达在所述LT/HS模式和所述HT/LS模式之间切换时，进一步控制所述双速液压马达以使所述铲刀的转速的变化最小。
12.根据示例11所述的闭环反馈循环驱动系统，还包括传感器，所述传感器被配置成监测指示铲刀负载状况的参数。所述控制器以能够操作的方式联接到所述第二传感器，并且进一步被配置为至少部分地基于通过所述传感器接收到的数据确定何时使所述双速液压马达在所述LT/HS模式和所述HT/LS模式之间切换。
13.根据示例12所述的闭环反馈循环驱动系统，还包括流动管路和方向控制阀，所述方向控制阀通过所述流动管路以流体连通的方式联接到所述多速液压马达。传感器采取被配置为监测流动管路内的液压压力的压力传感器的形式。所述控制器被配置成至少部分地基于所述液压压力是否超过预定阈值来确定何时将所述双速液压马达从所述LT/HS模式切换到所述HT/LS模式。
14.根据示例11所述的闭环反馈循环驱动系统，其中，所述控制器被配置成至少部分地基于所述铲刀当前处于地上位置还是处于地下位置来确定何时将所述双速液压马达从所述LT/HS模式切换到所述HT/LS模式。
15.在另外的实施例中，闭环反馈循环驱动系统包括操作者输入装置、可围绕旋转轴线旋转的铲刀、具有机械地连结到铲刀的马达输出轴的多速液压马达、以及被配置成监测指示铲刀的转速的参数的第一传感器。控制器以能够操作的方式连接到操作者输入装置、多速液压马达和第一传感器。所述控制器被配置为：(i)根据经由所述操作者输入装置接收到的操作者命令信号建立铲刀转速(Vblade_target)；(ii)确定所述铲刀转速(Vblade_target)与当前铲刀转速(Vblade_current)之间的偏差(Vblade_Δ)；以及(iii)在所述偏差(Vblade_Δ)超过预定阈值的情况下修改所述马达输出轴的转速以减小所述铲刀转速(Vblade_target)与所述当前铲刀转速(Vblade_current)之间的偏差(Vblade_Δ)。
结论
因此，已经提供了闭环反馈循环驱动系统的实施例，用于控制用来调节机动平地机铲刀的旋转位置的多速循环旋转马达(例如，可变排量或双速液压马达)。上述闭环反馈循环驱动系统通过减少或消除铲刀转速随着变化的负载状况的变化而变化，增加了操作者命令输入导致预期铲刀速度旋转输出的一致性。同时，循环驱动系统利用多速液压马达驱动铲刀旋转，这使得液压驱动功能的快速执行能够在机动平地机回转期间被更好地保持。此外，在其中循环驱动系统包括双速液压马达的实施例中，控制器可以选择性地使双速液压马达在不同的第一(例如，低扭矩高速)操作模式和第二(例如，高扭矩低速)操作模式之间切换，同时控制双速液压马达以使当在操作模式之间切换时马达速度的变化最小。在上述方式中，操作者控制命令被转换成铲刀速度调节的方式可以在机动平地机的使用中更加统一和可预测，以改善操作者的经验和效率。
如本文所用，单数形式“一”、“一个”和“该”或“所述”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确指示。还将理解，术语“包括”和/或“包含”在本说明书中使用时，指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其群组的存在或添加。
已经出于说明和描述的目的呈现了本公开的描述，但是其不旨在是穷尽的或限于所公开的形式的公开。在不背离本公开的范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域普通技术人员将是显而易见的。选择和描述了本文明确引用的实施例，以便最好地解释本公开的原理及其实际应用，并且使本领域的其他普通技术人员能够理解本公开并认识到对所描述的(一个或多个)示例的许多替代、修改和变化。因此，除了明确描述的那些实施例和实现方式之外的各种实施例和实现方式都在所附权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种在机动平地机上使用的闭环反馈循环驱动系统，所述闭环反馈循环驱动系统包括：
操作者输入装置；
铲刀，所述铲刀能够绕铲刀旋转轴线旋转；
多速液压马达，所述多速液压马达具有机械地连结到所述铲刀的马达输出轴，所述马达输出轴的旋转引起所述铲刀绕所述铲刀旋转轴线的旋转；和
控制器，所述控制器以能够操作的方式联接到所述操作者输入装置和所述多速液压马达，所述控制器被配置成：
根据经由所述操作者输入装置接收到的铲刀旋转命令建立目标铲刀转速(Vblade_target)；以及
控制所述多速液压马达以执行所述铲刀旋转命令，同时修改所述马达输出轴的转速以减小由于在所述机动平地机的操作期间抵抗铲刀旋转的负载力的变化而引起的所述目标铲刀转速(Vblade_target)与当前铲刀转速(Vblade_current)之间的偏差。
2.根据权利要求1所述的闭环反馈循环驱动系统，还包括第一传感器，所述第一传感器被配置成监测指示铲刀转速的参数；
其中所述控制器以能够操作的方式联接到所述第一传感器，并且被配置成利用由所述第一传感器提供的数据来监测所述当前铲刀转速(Vblade_current)。
3.根据权利要求2所述的闭环反馈循环驱动系统，其中，所述控制器还被配置成：
确定所述目标铲刀转速(Vblade_target)与所述当前铲刀转速(Vblade_current)之间的偏差(Vblade_Δ)；以及
在所述偏差(Vblade_Δ)超过预定阈值的情况下修改所述马达输出轴的转速以减小所述偏差(Vblade_Δ)。
4.根据权利要求2所述的闭环反馈循环驱动系统，其中，所述第一传感器包括旋转角度传感器，所述旋转角度传感器被配置成监测所述铲刀的旋转角度。
5.根据权利要求2所述的闭环反馈循环驱动系统，其中，所述第一传感器包括速度传感器，所述速度传感器被配置成监测所述马达输出轴的转速。
6.根据权利要求1所述的闭环反馈循环驱动系统，其中，所述控制器被配置成：
确定所述操作者输入装置相对于所述操作者输入装置的中性位置的位移方向和量值；以及
将所述操作者输入装置的位移方向和量值转换成目标铲刀转速(Vblade_target)。
7.根据权利要求1所述的闭环反馈循环驱动系统，还包括：
泵；和
方向控制阀，所述方向控制阀以流体连通的方式联接在所述泵与所述多速液压马达之间；
其中，所述控制器被配置成至少部分地通过控制所述方向控制阀以改变通过所述多速液压马达的液压流体流的流量来调节所述马达输出轴的转速。
8.根据权利要求1所述的闭环反馈循环驱动系统，其中，所述多速液压马达包括可变排量液压马达，所述可变排量液压马达包括排量调节机构；以及
其中，所述控制器被配置成至少部分地通过利用所述排量调节机构调节所述可变排量液压马达的排量设定来调节所述马达输出轴的转速。
9.根据权利要求1所述的闭环反馈循环驱动系统，其中，所述多速液压马达包括具有第一动力元件和第二动力元件的双速液压马达；以及
其中，所述闭环反馈循环驱动系统还包括选择阀，所述选择阀以流体连通的方式联接到所述第一动力元件和所述第二动力元件。
10.根据权利要求9所述的闭环反馈循环驱动系统，其中，所述控制器以能够操作的方式联接到所述选择阀，并且被配置成至少部分地通过使所述选择阀在第一位置与第二位置之间选择性地转换来调节所述马达输出轴的转速，在所述第一位置所述第一动力元件和所述第二动力元件以流体连通的方式串联联接，在所述第二位置所述第一动力元件和所述第二动力元件以流体方式并联联接。
11.根据权利要求1所述的闭环反馈循环驱动系统，其中，所述多速液压马达包括双速液压马达，所述双速液压马达能够在低扭矩高速(LT/HS)模式和高扭矩低速(HT/LS)模式下操作；以及
其中所述控制器还被配置为：
在所述机动平地机的操作期间，使所述双速液压马达在所述LT/HS模式与所述HT/LS模式之间选择性地切换；以及
进一步控制所述双速液压马达，以当使所述双速液压马达在所述LT/HS模式与所述HT/LS模式之间切换时使所述铲刀的转速的变化最小。
12.根据权利要求11所述的闭环反馈循环驱动系统，还包括传感器，所述传感器被配置成监测指示铲刀负载状况的参数；
其中，所述控制器以能够操作的方式联接到所述第二传感器，并且还被配置成至少部分地基于经由所述传感器接收到的数据来确定何时使所述双速液压马达在所述LT/HS模式与所述HT/LS模式之间切换。
13.根据权利要求12所述的闭环反馈循环驱动系统，还包括：
流动管路；和
方向控制阀，所述方向控制阀通过所述流动管路以流体方式联接到所述多速液压马达；
其中所述传感器包括压力传感器，所述压力传感器被配置为监测所述流动管路内的液压压力；以及
其中，所述控制器被配置成至少部分地基于所述液压压力是否超过预定阈值来确定何时将所述双速液压马达从所述LT/HS模式切换到所述HT/LS模式。
14.根据权利要求11所述的闭环反馈循环驱动系统，其中，所述控制器被配置成至少部分地基于所述铲刀当前处于地上位置还是处于地下位置来确定何时将所述双速液压马达从所述LT/HS模式切换到所述HT/LS模式。
15.一种在机动平地机上使用的闭环反馈循环驱动系统，所述闭环反馈循环驱动系统包括：
操作者输入装置；
铲刀，所述铲刀能够绕铲刀旋转轴线旋转；
多速液压马达，所述多速液压马达具有机械地连结到所述铲刀的马达输出轴；
第一传感器，所述第一传感器被配置成能够监测指示所述铲刀的转速的参数；以
控制器，所述控制器以能够操作的方式联接到所述操作者输入装置、所述多速液压马达和所述第一传感器，所述控制器被配置成：
根据经由所述操作者输入装置接收到的操作者命令信号建立目标铲刀转速(Vblade_target)；
确定所述目标铲刀转速(Vblade_target)与所述铲刀的当前转速(Vcurrent)之间的偏差(Vblade_Δ)；以及
在所述偏差(Vblade_Δ)超过预定阈值的情况下修改所述马达输出轴的转速以减小所述目标铲刀转速(Vblade_target)与所述铲刀的当前转速(Vcurrent)之间的所述偏差(Vblade_Δ)。
16.根据权利要求15所述的闭环反馈循环驱动系统，还包括：
泵；和
方向控制阀，所述方向控制阀以流体连通的方式联接在所述泵与所述多速液压马达之间；
其中，所述控制器被配置成通过利用所述方向控制阀改变通过所述多速液压马达的液压流体流的流量来改变所述马达输出轴的转速。
17.根据权利要求16所述的闭环反馈循环驱动系统，其中，所述多速液压马达包括由可变排量液压马达和双速液压马达组成的组中的一个。
18.一种在机动平地机上使用的闭环反馈循环驱动系统，所述闭环反馈循环驱动系统包括：
具有马达输出轴的双速液压马达，所述双速液压马达能够在低扭矩高速(LT/HS)模式和高扭矩低速(HT/LS)模式下操作；
铲刀，所述铲刀机械地连结到所述双速液压马达并且由此选择性地绕铲刀旋转轴线旋转；
控制器，所述控制器以能够操作的方式联接到所述双速液压马达，所述控制器被配置为：
在所述闭环反馈循环驱动系统的操作期间，使所述双速液压马达在所述LT/HS模式与所述HT/LS模式之间选择性地切换；以及
进一步控制所述马达输出轴的转速，以在所述双速液压马达在所述LT/HS模式与所述HT/LS模式之间切换时使所述铲刀的转速的变化最小。
19.根据权利要求18所述的闭环反馈循环驱动系统，还包括：
泵；和
方向控制阀，所述方向控制阀以流体连通的方式联接在所述泵与所述双速液压马达之间；
其中，所述控制器进一步以能够操作的方式联接到所述方向控制阀，并被配置为通过在使所述双速液压马达在所述LT/HS模式和所述HT/LS模式之间选择性地切换的同时调控所述方向控制阀以调整通过所述双速液压马达的液压流体流的流量和方向，控制所述双速液压马达的输出速度。
20.根据权利要求18所述的闭环反馈循环驱动系统，还包括：
操作者输入装置；和
传感器，所述传感器被配置成监测所述闭环反馈循环驱动系统的指示所述铲刀的转速的参数；
其中所述控制器以能够操作的方式联接到所述操作者输入装置和所述传感器，所述控制器还被配置成：
根据经由所述操作者输入装置接收到的操作者命令信号确定目标铲刀转速(Vblade_target)；
估计所述目标铲刀转速(Vblade_target)与所述铲刀的当前转速(Vcurrent)之间的偏差(VΔ)；以及
在所述偏差(VΔ)超过阈值的情况下调节变速马达的输出速度以减小所述偏差(VΔ)。
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