CN114294210A - 具有延时挡位切换功能的多挡泵 - Google Patents

具有延时挡位切换功能的多挡泵 Download PDF

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谢冬冬
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Bosch Rexroth Changzhou Co Ltd
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Abstract

一种多挡泵，包括由电机驱动的泵部，所述多挡泵具有多个挡位，其中至少包括一个高挡位和一个低挡位；其中，所述多挡泵还包括控制单元，所述控制单元包括：用于控制所述电机和泵部操作的控制板以及用于控制所述电机的驱动电流的变频器，以及集成在所述控制板或变频器内的挡位控制模块；所述挡位控制模块中设置有低挡位工况条件和高挡位工况条件；所述挡位控制模块配置成在满足低挡位工况条件时在经过一段降挡延时后执行降挡操作和/或在满足高挡位工况条件时在经过一段升挡延时后执行升挡操作。

Description

具有延时挡位切换功能的多挡泵
技术领域
本申请涉及一种多挡泵，其具有延时挡位切换功能。
背景技术
多挡(多点)泵具有多挡可以切换的排量。在实际工作中，泵的挡位要根据实际泵压力和转速进行切换，以使泵在合适的挡位操作，从而提高压力控制水平和系统节能水平。
现有技术中，通常是利用可编程控制器(PLC)来控制多挡泵的操作，通过PLC向多挡泵输入切换信号来控制多挡泵的挡位切换。然而，很多用户不情愿额外在PLC中做控制编程，希望多挡泵的制造商对泵自身的控制系统进行改进，在多挡泵的自身控制系统中添加挡位控制算法，以减少用户的额外编程工作。进一步讲，在多挡泵的自身控制系统中，在构建挡位控制算法时，需要考虑诸多因素。一个需要考虑的重要因素是，挡位频繁的切换会导致泵的输出不稳定。例如，液压系统瞬间冲击或干扰，可能导致挡位误切换。又如，某些短暂符合挡位切换的工况下，用户要求需要忽略而不执行挡位切换。此外，与其它执行器的时序配合过程，可能需要挡位切换延迟。
因此，希望提供一种在自身控制系统中添加自动挡位切换功能的多挡泵，其能够解决前面描述的与挡位切换有关的问题。
发明内容
本申请的目的在于提供一种多挡泵，其能够泵自身的控制系统中添加自动挡位切换功能。
为了实现该目的，本申请在一个方面提供了一种多挡泵，其包括由电机驱动的泵部，所述多挡泵具有多个挡位，其中至少包括一个高挡位和一个低挡位；其中，所述多挡泵还包括控制单元，所述控制单元包括：用于控制所述电机和泵部操作的控制板以及用于控制所述电机的驱动电流的变频器，以及集成在所述控制板和/或变频器内的挡位控制模块；所述挡位控制模块中设置有换挡条件，所述换挡条件包括低挡位工况条件和与所述低挡位工况条件对应的高挡位工况条件；所述挡位控制模块配置成采集工况条件，并且在工况条件满足换挡条件时能够执行换挡操作；其中，所述挡位控制模块配置成在满足低挡位工况条件时在经过一段降挡延时后执行降挡操作和/或在满足高挡位工况条件时在经过一段升挡延时后执行升挡操作。
在一种实施方式中，所述低挡位工况条件包括彼此并行的多个低挡位工况条件，在所述多个低挡位工况条件中的任何一个或多个满足时，所述挡位控制模块允许执行降挡操作；所述高挡位工况条件包括彼此并行的多个高挡位工况条件，在所述多个高挡位工况条件中的任何一个或多个满足时，所述挡位控制模块允许执行升挡操作。
在一种实施方式中，在所述挡位控制模块中，针对每个低挡位工况条件分别设置相应的降挡延时，针对每个高挡位工况条件分别设置相应的升挡延时。
在一种实施方式中，所述挡位控制模块配置成在所述多个高挡位工况条件之一满足时，还判断此前是否是由于对应的低挡位工况条件满足而切换到低挡位的；如果此前是由于对应的低挡位工况条件满足而切换到低挡位的，则允许向高挡位切换，如果此前不是由于对应的低挡位工况条件满足而切换到低挡位的，则不允许向高挡位切换。
在一种实施方式中，所述低挡位工况条件包括低挡位工况条件A1，所述低挡位工况条件A1定义为：
泵的设定输出压力(P_cmd)与实际输出压力(P_real)之间的差值(ΔP)小于设定的第一压差限值(ΔP_threshold1)；并且
泵的实际转速(N_real)低于设定的泵速限值；并且
泵的实际输出压力(P_real)高于设定的第一压力限值(P_lim1)；
所述高挡位工况条件包括与所述低挡位工况条件A1对应的高挡位工况条件A2，所述高挡位工况条件A2定义为：
前一周期中的低挡位工况条件A1满足、且当前周期中的低挡位工况条件A1不满足；并且
泵的设定输出压力与实际输出压力之间的差值(ΔP)大于设定的第二压差限值(ΔP_threshold2)，其中所述第二压差限值(ΔP_threshold2)大于所述第一压差限值(ΔP_threshold1)；或者泵的实际输出压力(P_real)低于第一压力选取值(X1)，其中所述第一压力选取值低于所述第一压力限值(P_lim1)。
在一种实施方式中，所述低挡位工况条件包括低挡位工况条件B1，所述低挡位工况条件B1定义为：
泵的实际输出压力(P_real)高于设定的第二压力限值(P_lim2)，并且泵的设定输出压力(P_cmd)高于设定的第三压力限值(P_lim3)；
所述高挡位工况条件包括与所述低挡位工况条件B1对应的高挡位工况条件B2，所述高挡位工况条件B2定义为：
前一周期中的条件低挡位工况条件B1满足、且当前周期中的低挡位工况条件B1不满足；并且
泵的实际输出压力(P_real)低于第二压力选取值(X2)，其中所述第二压力选取值低于所述第二压力限值(P_lim2)；或者泵的设定输出压力(P_cmd)低于第三压力选取值(X3)，其中所述第三压力选取值低于所述第三压力限值(P_lim3)。
在一种实施方式中，所述低挡位工况条件包括低挡位工况条件C1，所述低挡位工况条件C1定义为：
泵的设定输出流量(Q_cmd)小于设定的输出流量限值(Q_cmd_lim)；
所述高挡位工况条件包括与所述低挡位工况条件C1对应的高挡位工况条件C2，所述高挡位工况条件C2定义为：
前一周期中的低挡位工况条件C1满足、且当前周期中的低挡位工况条件C1不满足；并且
泵的设定输出流量(Q_cmd)大于流量选取值(X4)，所述流量选取值小于所述输出流量限值。
在一种实施方式中，所述多挡泵还包括用户信号接口，所述挡位控制模块配置成接收用户经用户信号接口输入的信号，用户输入的信号包括强制换挡信号；并所述挡位控制模块配置成基于接收到的强制换挡信号执行换挡，而不论所述换挡条件是否满足。
在一种实施方式中，用户输入的信号还包括禁止换挡信号，所述禁止换挡信号与所述强制换挡信号不并存；并且所述挡位控制模块配置成基于接收到的禁止换挡信号禁止换挡操作，而不论所述换挡条件是否满足。
在一种实施方式中，所述控制单元配置成能够：
基于电机扭矩以及泵排量计算出多挡泵的输出压力；或者
基于多挡泵的输出压力、电机扭矩计算出多挡泵的排量。
在一种实施方式中，所述多挡泵为双挡泵。
本申请的多挡泵的自身控制系统中集成了挡位控制算法，适用于各种变速/变排量应用，终端用户不必在为此而额外编程，能够节约客户的时间和成本。此外，在挡位切换逻辑中，设置了延时挡位切换功能，能够避免误切换，或是按用户要求禁止切换，并且能够提供与其它执行器的时序配合所需的延迟。
附图说明
通过参照附图阅读下面的详细描述，可进一步理解本申请，在附图中：
图1是根据本申请的一种多挡泵的示意图；
图2是本申请的多挡泵中延时挡位切换功能的示意图；
图3是本申请的多挡泵中可以采用的一种示例性挡位控制算法的流程图；
图4是展示根据本申请采用挡位控制算法时的多挡泵排量的曲线图。
具体实施方式
本申请总体上涉及多挡泵，例如两挡泵等等。多挡泵具有可切换的多个挡位，各个挡位可通过多挡泵的内部变挡结构实现。
该多挡泵大体上如图1中示意性显示，其能够以多个(两个或以上)挡位的排量输送液体介质。该多挡泵包括泵部1、电机2和控制单元3。电机2带动泵部1运转。控制单元3包括控制电机2转速的控制板和变频器，该控制板还控制泵部1的操作(诸如挡位切换等)。多挡泵的输出主要由两个指标体现，即流量Q和压力P，二者是随时间变化的，因此可以分别以Q(t)和P(t)表示。
本申请的多挡泵设有用户信号接口(硬件或软件形式)，用户可自主选择通过数字/模拟/总线通讯/蓝牙直接输入/设定控制信号，还可以通过外接的可编程控制器(PLC)输入/设定控制信号。
用户输入/设定的控制信号包括泵的期望流量Q_cmd和期望压力P_cmd。期望流量和期望压力也可以是随时间变化的。控制单元3还接收或是估算泵的实际输出压力P_real和电机2的实际转速N_real。基于泵的期望流量Q_cmd、期望压力P_cmd、实际输出压力P_real和电机2的实际转速(也即泵部1的实际转速)N_real，控制单元3可以自动控制泵的内部变挡结构，实现多挡泵的闭环控制。
本申请的控制单元3中添加了挡位控制模块，该挡位控制模块可以嵌入在控制板和/或变频器中，以免除终端用户额外为多挡泵换挡进行编程(诸如在外接PLC中)的工作。控制板和变频器是泵驱动系统中自带的硬件，因此可以节约布线，甚至有可能省略外接PLC。
该挡位控制模块构造成根据系统状态变量切换泵的挡位，并且可以基于客户在任意时刻的主动输入信号影响控制结果，甚至可以选择用户的输入信号作为唯一判据。
该多挡泵的挡位控制模块通过驱动系统内部的PID电路和算法实现，在泵的挡位切换之后，可以根据新的挡位(排量)调整适当的PID参数，以达到更好的控制效果。
该挡位控制模块基于的系统状态变量可以包括：泵输出压力设定值、实际值、以及二者的实时差值；泵转速设定值、实际值、以及二者的实时差值；当前泵的排量状态反馈；挡位切换执行速度；切换指令信号延迟；等等。
该多挡泵一种简单形式为双挡泵，其具有高低两个挡位。下面以双挡泵为例描述本申请的一些可行实施方式。可以理解，本申请的原理和特征同样适用于具有其它挡位数量的多挡泵。
该挡位控制模块构造成执行本申请的挡位控制算法，其中，优选将双挡泵启动后的初始挡位设定在高挡位，并且实时检测工况条件，并且在满足低挡位工况条件时，允许在将挡位从高挡位切换到低挡位。此外，在某个周期中，在低挡位运转的状态下，在满足高挡位工况条件时，允许将挡位从低挡位切换到高挡位。
当然，该挡位控制模块也可以构造成将泵启动后的初始挡位设定在低挡位。
所谓的低挡位工况条件，是指在当前工况下双(多)挡泵以低挡位运转性能更优，所谓的高挡位工况条件，是指在当前工况下双(多)挡泵以高挡位运转性能更优。双(多)挡泵的性能，可以用泵部1的效率，或是泵部1与电机2的综合效率，来衡量。当然也可以用其它指标来衡量双(多)挡泵的性能。
针对双挡泵的不同工作周期中的作业要求，可以设置不同的换挡条件，其中包括低挡位工况条件和高挡位工况条件。
例如，低挡位工况条件可以包括工况条件A1、B1、C1。
条件A1为在转速低于一泵速限值(取决于当前的双挡泵作业要求)时的实际输出流量和实际输出压力条件，例如适用于低速保压阶段。
例如，条件A1定义为：
|ΔP|<ΔP_threshold1；并且
N_real<Nk；并且
P_real>P_lim1。
其中，ΔP为泵的设定输出压力P_cmd与检测到的泵实际输出压力P_real之间的差值，
ΔP_threshold1为设定的第一压差限值；
N_real为检测到的泵实际转速；
Nk为基于双挡泵作业要求的泵速限值，是用户可调的；
P_lim1为设定的第一压力限值。
条件B1为设定输出压力和实际输出压力条件。
例如，条件B1定义为：
P_real>P_lim2；并且
P_cmd>P_lim3。
其中，P_lim2为设定的第二压力限值，P_lim3为设定的第三压力限值。
条件C1为设定输出流量条件。
例如，条件C1定义为：
Q_cmd<Q_cmd_lim。
其中，Q_cmd为泵的设定输出流量，Q_cmd_lim为设定的输出流量限值。
条件A1、B1、C1是彼此并行的三个条件，满足其中任何一个时，意味着符合低挡位工况条件。P_lim1、P_lim2、P_lim3都是设定值，三者之间的大小并无特定关系。
还可以根据具体的工作过程中的作业要求，设定其它的低挡位工况条件。
对于不同的工况，例如一个工作过程中的不同工序(对泵输出压力和排量的要求不同)，可以对条件A1、B1、C1…中的各个可以设定的参数进行具体的设定，以符合具体工况的要求。此外，对于某个特定的工序，可以选择条件A1、B1、C1…中的一个或多个作为低挡位工况条件。
根据一种实施方式，在某个周期中，如果工况条件A1、B1、C1…中的任何一个或多个满足，该挡位控制模块可控制双挡泵的挡位从高挡位切换到低挡位。
根据进一步可选的实施方式，除了基于上述工况条件确定降挡的方案以外，该挡位控制模块还可以基于客户输入的强制低挡位信号而强制降挡(不论工况条件A1、B1、C1…是否满足)。在某个周期内，如果接收到某个用户输入信号，则挡位控制模块可控制双挡泵的挡位从高挡位切换到低挡位。
此外，根据进一步可选的实施方式，挡位控制模块还可以根据工况条件A1、B1、C1…和用户输入的禁止低挡位信号的组合确定禁止降挡。具体而言，在某个周期内，即使某个工况条件A1、B1、C1…满足，但是存在相应的客户输入的禁止低挡位信号，挡位控制模块也不执行降挡操作；只有不存在客户输入的禁止低挡位信号时，挡位控制模块才能够执行降挡操作。
用户输入的禁止低挡位信号是与强制低挡位信号互逆的，每个禁止低挡位信号可以与相应的强制低挡位信号通过同一个接口输入，但是不能同时输入，这避免了用户的误操作。
进一步地，该挡位控制模块构造成在某个周期中满足高挡位工况条件时，允许在该周期中将挡位从低挡位切换到高挡位。
适用于双挡泵的挡位切换的高挡位工况条件包括作为示例的工况条件A2、B2、C2，它们分别与前述低挡位工况条件A1、B1、C1相对应。
例如，条件A2定义为：
前一周期中的条件A1满足、且当前周期中的条件A1不满足、且没有相应的强制低挡位信号DIA1；并且
|ΔP|>ΔP_threshold2或者P_real<X1。
其中，ΔP_threshold2为设定的第二压差限值，ΔP_threshold2>ΔP_threshold1。
X1可称作第一压力选取值，取X1＝P_lim1-P1，P1为一个设定的压力值；
或者，取X1＝P_min1，P_min1为可由用户设定的值，P_lim1-P1<P_min1<P_lim1。
条件B2定义为：
前一周期中的条件B1满足、且当前周期中的条件B1不满足、且没有相应的强制低挡位信号DIB1；
并且，P_real<X2或者P_cmd<X3。
其中，X2可称作第二压力选取值，取X2＝P_lim2-P2，P2为一个设定的压力值；
或者，取X2＝P_min2，P_min2为可由用户设定的值，P_lim2-P2<P_min2<P_lim2。
X3可称作第三压力选取值，取X3＝P_lim3-P3，P3为一个设定的压力值；
或者，取X3＝P_min3，P_min3为可由用户设定的值，P_lim3-P3<P_min3<P_lim3。
条件C2定义为：
前一周期中的条件C1满足、且当前周期中的条件C1不满足、且没有相应的强制低挡位信号DIC1；并且
Q_cmd>X4。
其中，X4可称作流量选取值，取X4＝Q_cmd_lim-Q0，Q0为一个设定的流量值；
或者，取X4＝Q_min，Q_min为可由用户设定的值，Q_cmd_lim-Q0<Q_min<Q_cmd_lim
还可以根据具体的工作过程，设定其它的高挡位工况条件。
对于不同的工况，例如一个工作过程中的不同工序(对泵输出压力和排量的要求不同)，可以对条件A2、B2、C2…中的各个可以设定的参数进行具体的设定，以符合具体工况的要求。此外，对于某个特定的工序，可以选择条件A2、B2、C2…中的一个或多个(与选用的低挡位工况条件A1、B1、C1…对应)作为高挡位工况条件。
在某个周期中，如果工况条件A2、B2、C2…中的至少一个满足，则挡位控制模块将泵挡位从低挡位切换到高挡位。
除了基于上述工况条件确定升挡的方案以外，该挡位控制模块还可以基于客户输入的强制高挡位信号而强制升挡(不论工况条件A2、B2、C2…是否满足)。在某个周期内，如果接收到某个用户输入的强制高挡位信号，则挡位控制模块可控制双挡泵的挡位从低挡位切换到高挡位。
此外，挡位控制模块还可以根据工况条件A2、B2、C2…和用户输入的禁止高挡位信号的组合确定禁止升挡。具体而言，在某个周期内，即使某个工况条件A2、B2、C2…满足，但是存在相应的客户输入的禁止高挡位信号，挡位控制模块也不执行升挡操作，只有不存在相应的禁止高挡位信号时，挡位控制模块才能够执行升挡操作。
禁止高挡位信号是与强制高挡位信号互逆的，每个禁止高挡位信号可以与相应的强制高挡位信号可以通过同一个接口输入，但是不能同时输入，这避免了用户的误操作。
可以将强制低挡位信号用作禁止高挡位信号，将强制高挡位信号用作禁止低挡位信号。
根据进一步的可行方案，在高挡位工况条件A2、B2、C2…之一满足时，还需要判断此前是否是由于对应的低挡位工况条件A1、B1、C1…满足而切换到低挡位的。如果此前是由于对应的低挡位工况条件A1、B1、C1…满足而切换到低挡位的，则允许向高挡位切换，如果不是，则不允许向高挡位切换。例如，在高挡位工况条件A2满足时，还需要判断此前是否因对应的低挡位工况条件A1满足而切换到低挡位的。如果此前是由于对应的低挡位工况条件A1满足而切换到低挡位的，则允许向高挡位切换，如果不是因对应的低挡位工况条件A1满足而切换到低挡位的(例如是因为低挡位工况条件B1、C1满足或因为用户强制信号而切换到低挡位的)，则不允许向高挡位切换。
进一步地，挡位控制模块在允许换挡的情况下，不是立即执行换挡操作，而是在经过一段延时后才执行换挡操作。
图2中示意性表示了这种延时，图中横轴为双挡泵启动后经历的时间t，纵轴表示泵排量Vg，即每转的排量，典型地包括高挡位时的高排量Vh和低挡位时的低排量Vl。
如图2所示，双挡泵在启动后以高挡位运转。
在时间t1，挡位控制模块确定低挡位工况条件之一或多个被满足。挡位控制模块维持高挡位一段延时，直到时间t2才将挡位降到低挡。时间t1到t2之间这段延时可称作降挡延时。
双挡泵以低挡位运转。在时间t3，挡位控制模块确定高挡位工况条件之一或多个被满足。挡位控制模块维持低挡位一段延时，直到时间t4才将挡位升到高挡。时间t3到t4之间这段延时可称作升挡延时。
降挡延时和升挡延时，可以统称为换挡延时，可以针对具体的作业要求来设置，并且是可调的。针对前述工况条件A1、B1、C1…A2、B2、C2…，可以分别设置相应的延时时长。
例如，每个降挡延时和升挡延时可以分别设置为10秒左右(二者不一定相等)，这样可以屏蔽掉大多数系统冲击(通常小于2秒)。
降挡延时和升挡延时的设置，可以提供诸多益处。
例如，液压系统中有时存在瞬间冲击或干扰。针对特定的作业要求，采用降挡延时和升挡延时，可以过滤掉瞬间冲击或干扰，避免挡位误切换。
又如，在某些短暂符合挡位切换的工况下，用户可能要求需要忽略而不执行挡位切换。在这种情况下，采用降挡延时和升挡延时，可以排出短暂挡位切换的可能。
此外，有些作业中需要双(多)挡泵与其它执行器的时序相配合，可能需要双(多)挡泵的挡位切换延迟。在这种情况下，通过采用降挡延时和升挡延时，可以实现双(多)挡泵与其它执行器的时序精确配合。
针对某个工作周期，可以同时设定降挡延时和升挡延时，也可以仅设置降挡延时或仅设置升挡延时。
下面参照图3描述双挡泵的挡位控制模块中可执行的挡位控制算法的一种示例性流程。
参看图3，首先，在步骤S1，双挡泵启动。
接下来，在步骤S2，双挡泵的驱动系统初始化，用户输入设定的压力、流量、转速、泵工作模式、泵技术数据等，双挡泵初始以某个挡位(通常选用高挡位)泵送液体，监视当前周期中的高低档位工况条件以及可选的用户输入强制、禁止换挡信号。
接下来在步骤S3，该挡位控制模块判断当前周期中的换挡条件(低挡位工况条件、高挡位工况条件)是否满足，以及可选地，是否存在相应的用户输入强制、禁止信号，由此确定当前周期中是否适合当前挡位。
如果步骤S3中判断当前周期中不适合当前挡位，则转到步骤S4；若判断当前周期中适合当前挡位，则转回步骤S2。
在步骤S4，执行换挡延时。
接下来，在步骤S5，再次确定当前周期中是否适合当前挡位(类似于步骤S3)。
如果步骤S5中判断当前周期中不适合当前挡位，则转到步骤S6；若判断当前周期中适合当前挡位，则转回步骤S2。
在步骤S6，执行换挡，然后转回步骤S2，执行下一周期的工况监控和挡位控制循环。
可以理解，本领域技术人员可以对图3中的流程中的各个步骤做出各种修改，例如，添加判断条件等等。
为了验证本申请的具有延时功能的挡位控制算法后的技术效果，利用相应的测试台对不同的双挡泵挡位控制技术做了测试，测试结果可以从图4中看出，其中，曲线S1表示工况条件，曲线S2表示排量(对应于挡位)。
首先，挡位控制模块控制双挡泵以高排量Vh(高挡)运转。在此期间，工况条件出现两次短暂的低档位工况条件。然而，由于每个低档位工况条件的持续时间短于降挡延时，因此挡位控制模块不执行降挡操作。
之后，出现持续时间长于降挡延时的低档位工况条件，挡位控制模块执行降挡操作，使得双挡泵以低排量Vl(低挡)运转。在此期间，工况条件出现一次短暂的高档位工况条件。然而，由于该高档位工况条件的持续时间短于升挡延时，因此挡位控制模块不执行升挡操作。
之后，出现持续时间长于升挡延时的高档位工况条件，挡位控制模块执行升挡操作，使得双挡泵以高排量Vh(高挡)运转。
图4中的测试结果表明，本申请的控制单元3中的挡位控制模块可以避免短暂的换挡操作，使得泵的输出保持稳定，避免输出压力波动。
本申请的挡位控制模块优选配置成在双挡泵启动后控制双挡泵以高档运行，并且在启动后的一段设定时间内禁止降挡。
前面针对双档泵所描述的各种思想和特征，同样适用于其它多档泵中。
进一步地，液压系统中通常需要实时采集系统压力信息，作为反馈控制用参数。例如，本申请的多挡泵的输出压力可以通过安装在液压系统中的压力传感器获取。然而，有时由于油路切换导致压力传感器在某些时刻不能真实反映作用在多挡泵输出端的压力负载(即多挡泵的输出压力)。在个别情况下，液压系统或多挡泵没有配备压力传感器。在这些情况下，本申请的控制单元3配置成能够估算多挡泵的输出压力。
具体而言，电机扭矩可以由扭矩传感器测得。或者，基于变频器输出给电机2的控制电流以及电机2的转速，可以计算出电机扭矩。例如，电机扭矩可以由电机控制电流乘以一个与转速相关的扭矩常数得到。根据测量到的或计算出的电机扭矩以及控制单元3确定的泵排量，可以计算出多挡泵的输出压力。例如，输出压力(以出油口与进油口压力差值的形式表示)可以由电机扭矩乘以效率后除以泵排量再乘以一个系数得到。
尽管如此计算出的多挡泵的输出压力是估算值，但也足够精确，能够用于挡位控制模块的前述挡位控制。
本申请的估算出的多挡泵的输出压力，可以在液压系统或多挡泵没有配备压力传感器时直接用于挡位控制以及其它控制，在液压系统或多挡泵配备压力传感器时，可以用于在油路切换等状况下对压力传感器的检测值进行修正，或直接取代压力传感器的检测值，用于挡位控制以及其它控制。
另一方面，在液压系统或多挡泵配备压力传感器的情况下，基于压力传感器的检测值、电机扭矩(或电机控制电流)，利用与前面计算泵排量的公式类似的公式，来计算泵的排量。这样，在多挡泵没有配备排量传感器的情况下，利用如此计算(估算)的泵的排量执行多挡泵的控制。
本申请的挡位控制算法适用于各种多挡泵，而不局限于前面描述的双挡泵。总体而言，多挡泵包括多个挡位，在这些挡位中存在至少一对相对而言的高挡位和低挡位(高挡位下的排量大于低挡位下的排量)，例如四挡与三挡，三挡与二挡，二挡与一挡，四挡与二挡，四挡与一挡，三挡与一挡等等。根据不同的泵类型，多挡泵还可以包括零挡，甚至包括负挡。本申请的挡位控制算法能够实现自动控制泵挡位在高挡位和低挡位之间切换。对于不同的高低挡位之间的切换，只要设置相应的控制条件即可。
本申请的多挡泵的自身控制系统中添加了挡位控制算法，适用于各种变速/变排量应用，终端用户不必在为此而额外编程，因此节约了用户的时间和成本。此外，预留了外部信号接口，终端用户可以根据意愿通过外部信号接口主动输入控制信号而影响挡位控制结果，从而具有更高的实用性。此外，挡位控制算法被集成在多挡泵的驱动系统中，终端用户甚至有可能省略掉PLC，节约布线和成本。
此外，根据本申请的挡位控制算法，多挡泵可以实现挡位的自动切换，使得多挡泵的排量适合于具体的工况，从而提高作业精度和泵排放精度。
此外，通过挡位切换中的各种参数的设置，例如高挡位工况条件A2中设定的第二压差限值大于相应低挡位工况条件A1中设定的第一压差限值，可以提高工作稳定性，避免过频的挡位切换和压力波动。
此外，挡位切换条件满足后，经过一段切换延时后才执行换挡操作，能够避免系统冲击导致的误切换，能够按用户要求禁止切换，并且能够提供与其它执行器的时序配合所需的延迟。
虽然这里参考具体的实施方式描述了本申请，但是本申请的范围并不局限于所示的细节。在不偏离本申请的基本原理的情况下，可针对这些细节做出各种修改。

Claims (11)

1.一种多挡泵，包括由电机驱动的泵部，所述多挡泵具有多个挡位，其中至少包括一个高挡位和一个低挡位；
其中，所述多挡泵还包括控制单元，所述控制单元包括：用于控制所述电机和泵部操作的控制板以及用于控制所述电机的驱动电流的变频器，以及集成在所述控制板和/或变频器内的挡位控制模块；
所述挡位控制模块中设置有换挡条件，所述换挡条件包括低挡位工况条件和与所述低挡位工况条件对应的高挡位工况条件；
所述挡位控制模块配置成采集工况条件，并且在工况条件满足换挡条件时能够执行换挡操作；
其中，所述挡位控制模块配置成在满足低挡位工况条件时在经过一段降挡延时后执行降挡操作和/或在满足高挡位工况条件时在经过一段升挡延时后执行升挡操作。
2.如权利要求1所述的多挡泵，其中，所述低挡位工况条件包括彼此并行的多个低挡位工况条件，在所述多个低挡位工况条件中的任何一个或多个满足时，所述挡位控制模块允许执行降挡操作；
所述高挡位工况条件包括彼此并行的多个高挡位工况条件，在所述多个高挡位工况条件中的任何一个或多个满足时，所述挡位控制模块允许执行升挡操作。
3.如权利要求2所述的多挡泵，其中，在所述挡位控制模块中，针对每个低挡位工况条件分别设置相应的降挡延时，针对每个高挡位工况条件分别设置相应的升挡延时。
4.如权利要求2或3所述的多挡泵，其中，所述挡位控制模块配置成在所述多个高挡位工况条件之一满足时，还判断此前是否是由于对应的低挡位工况条件满足而切换到低挡位的；如果此前是由于对应的低挡位工况条件满足而切换到低挡位的，则允许向高挡位切换，如果此前不是由于对应的低挡位工况条件满足而切换到低挡位的，则不允许向高挡位切换。
5.如权利要求1至4中任一项所述的多挡泵，其中，所述低挡位工况条件包括低挡位工况条件A1，所述低挡位工况条件A1定义为：
泵的设定输出压力(P_cmd)与实际输出压力(P_real)之间的差值(ΔP)小于设定的第一压差限值(ΔP_threshold1)；并且
泵的实际转速(N_real)低于设定的泵速限值；并且
泵的实际输出压力(P_real)高于设定的第一压力限值(P_lim1)；
所述高挡位工况条件包括与所述低挡位工况条件A1对应的高挡位工况条件A2，所述高挡位工况条件A2定义为：
前一周期中的低挡位工况条件A1满足、且当前周期中的低挡位工况条件A1不满足；并且
泵的设定输出压力与实际输出压力之间的差值(ΔP)大于设定的第二压差限值(ΔP_threshold2)，其中所述第二压差限值(ΔP_threshold2)大于所述第一压差限值(ΔP_threshold1)；或者泵的实际输出压力(P_real)低于第一压力选取值(X1)，其中所述第一压力选取值低于所述第一压力限值(P_lim1)。
6.如权利要求1至5中任一项所述的多挡泵，其中，所述低挡位工况条件包括低挡位工况条件B1，所述低挡位工况条件B1定义为：
泵的实际输出压力(P_real)高于设定的第二压力限值(P_lim2)，并且泵的设定输出压力(P_cmd)高于设定的第三压力限值(P_lim3)；
所述高挡位工况条件包括与所述低挡位工况条件B1对应的高挡位工况条件B2，所述高挡位工况条件B2定义为：
前一周期中的条件低挡位工况条件B1满足、且当前周期中的低挡位工况条件B1不满足；并且
泵的实际输出压力(P_real)低于第二压力选取值(X2)，其中所述第二压力选取值低于所述第二压力限值(P_lim2)；或者泵的设定输出压力(P_cmd)低于第三压力选取值(X3)，其中所述第三压力选取值低于所述第三压力限值(P_lim3)。
7.如权利要求1至6中任一项所述的多挡泵，其中，所述低挡位工况条件包括低挡位工况条件C1，所述低挡位工况条件C1定义为：
泵的设定输出流量(Q_cmd)小于设定的输出流量限值(Q_cmd_lim)；
所述高挡位工况条件包括与所述低挡位工况条件C1对应的高挡位工况条件C2，所述高挡位工况条件C2定义为：
前一周期中的低挡位工况条件C1满足、且当前周期中的低挡位工况条件C1不满足；并且
泵的设定输出流量(Q_cmd)大于流量选取值(X4)，所述流量选取值小于所述输出流量限值。
8.如权利要求1至7中任一项所述的多挡泵，其中，还包括用户信号接口，所述挡位控制模块配置成接收用户经用户信号接口输入的信号，用户输入的信号包括强制换挡信号；并所述挡位控制模块配置成基于接收到的强制换挡信号执行换挡，而不论所述换挡条件是否满足。
9.如权利要求8所述的多挡泵，其中，用户输入的信号还包括禁止换挡信号，所述禁止换挡信号与所述强制换挡信号不并存；并且所述挡位控制模块配置成基于接收到的禁止换挡信号禁止换挡操作，而不论所述换挡条件是否满足。
10.如权利要求1至9中任一项所述的多挡泵，其中，所述控制单元配置成能够：
基于电机扭矩以及泵排量计算出多挡泵的输出压力；或者
基于多挡泵的输出压力、电机扭矩计算出多挡泵的排量。
11.如权利要求1至10中任一项所述的多挡泵，其中，所述多挡泵为双挡泵。
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