用于工程机械的液压系统和用于控制液压系统的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于工程机械的液压系统和包括此液压系统的工程机械。
[0002]本发明可应用于工业建筑机械领域的工程机械，特别是轮式装载机、铰接式翻斗车和挖掘机。虽然下文中将参考轮式装载机描述本发明，但本发明不限于此特定机械，而是也可用在其它重型工程机械中，例如自卸卡车，或用在其它建筑设备中。
【背景技术】
[0003]液压系统使用在大范围的应用中。例如，工程机械依赖于液压系统来提供用于处理载荷的动力。用于工程机械的液压系统可包括直线促动器，即液压缸，和旋转式液压机械，例如液压马达。
[0004]随着工程机械内的能量效率的需求的增加，变得越来越重要的是保证工程机械的所有部分尽可能能量有效。虽然一般的液压系统内的单独部件的能量效率已提高，但总系统效率却趋于低效率，且可能甚至低于10%。液压系统内的能量损失因此导致增加的燃料消耗，增加的排放，并且也导致对于另外的冷却系统的需求。
[0005]液压系统可用于驱动诸如液压缸的直线促动器和诸如液压马达的旋转促动器。液压马达例如可用于提供挖掘机的摆动功能、作为轮式装载机的风扇马达、作为车轮驱动器的轮毂单元或用于履带挖掘机的履带驱动。
[0006]旋转式液压马达在给定一定的机械排量D和差压AP的情况下产生了机械扭矩T。因此，可通过控制排量D或差压ΔΡ而控制液压马达的输出扭矩。此外，经常存在供给系统内的最大流量方面的限制，这又导致了液压马达的最大可实现转速(rpm)。
[0007]在使用固定排量液压马达的应用中，通过控制压力来控制扭矩，所述压力控制通过使用比例阀或通过例如压力调节栗的一些其它压力调节装置进行。
[0008]对于可变排量液压马达，也可通过改变排量来控制输出扭矩。这使得可使用提供了恒定压力的液压供给系统，这可能是有利的，例如如果希望在液压供给系统内包括液压能量存储器的话。
[0009]在许多应用中，希望使液压系统可提供连续可变的动力输出，以保证对于变化的载荷的平滑操作。连续可变的输出例如可以通过使用如上所述的可变排量液压机械来实现。然而，因为可变排量液压机械比固定排量液压机械更复杂且因此更昂贵，所以，对于一定的应用，使用固定排量液压机械可能更有利，且其中通过控制压力或通向液压机械的流体的流量来控制动力输出的变化。
[0010]为实现能量更有效的且灵活的液压系统，可通过将比例伺服阀连接到固定排量液压机械来控制固定压力系统的输出扭矩。然而，使用比例伺服阀的恒定压力系统仅在使用在全载荷下即当阀全开时是完全能量有效的。对于部分载荷，在伺服阀内可能发生损失，载荷越低则损失越高。
[0011]因此，希望提供更能量有效的液压系统。
【发明内容】
[0012]考虑到以上所述的用于工程机械的液压系统的希望的特性以及现有技术的以上所述的和其它缺点，本发明的任务是提供用于工程机械的改进的液压系统。
[0013]因此，根据本发明的第一方面，提供了液压系统，所述液压系统包括:第一旋转式液压机械和第二旋转式液压机械，所述第一和第二液压机械被布置为通过公共的输出轴提供扭矩；第一阀装置，该第一阀装置用于通过使用具有不同液压压力水平的两个液压流体源在第一液压机械上提供液压压差水平；第二阀装置，该第二阀装置用于通过使用具有不同液压压力水平的两个液压流体源在第二液压机械上提供液压压差水平；控制单元，该控制单元被构造为控制所述第一阀装置和所述第二阀装置，以便通过该液压系统的输出轴提供不同的离散的扭矩水平。
[0014]本发明基于如下认识，即:可通过在连接到同一输出轴上的两个分开的液压机械上施加不同的压力来提供多个不同的离散的扭矩水平。
[0015]根据本发明的一个实施例，第一和第二液压机械中的至少一个可以是固定排量液压机械。具有固定排量的液压机械一般地与可变排量液压机械相比更简单且因此能以更低的成本制造。在固定排量液压机械中，通过控制液压机械上的差压来控制输出扭矩。
[0016]在本发明的一个实施例中，第一液压机械可具有第一固定排量且第二液压机械可具有第二固定排量，所述第二固定排量与第一固定排量相同。
[0017]此外，在本发明的一个实施例中，第二固定排量可以与第一固定排量不同。通过仅使用固定排量液压机械，可实现能量有效的动力系统。此外，通过使用连接到公共的输出轴的具有不同固定排量的液压机械，增加了可提供的离散的扭矩水平的数量。
[0018]根据本发明的一个实施例，第一液压机械可以是固定排量液压机械且第二液压机械可以是可变排量液压机械。可能有利的是与一个或多个固定排量液压机械组合使用可变排量液压机械，以可提供连续可变的输出扭矩。
[0019]在本发明的一个实施例中，可通过使用具有第一液压压力水平的第一液压蓄能器和具有第二液压压力水平的第二液压蓄能器来提供液压压差水平，所述第一液压压力水平与所述第二液压压力水平不同。通过使用具有固定压力水平的液压蓄能器来向液压机械通过阀装置提供液压流体，可从输出轴通过液压机械回收能量且将所述能量存储在蓄能器内，因此提高液压系统的能量效率。在其中两个或多个液压蓄能器与可变排量液压机械组合使用的实施例中，仅将具有最高压力的液压蓄能器连接到可变排量液压机械可能就足够了，且可变排量液压机械的低压侧然后可连接到具有最低压力的蓄能器或连接到代表了低压源的油箱。然而，可有利地将所有液压蓄能器也连接到可变排量液压机械，以在液压系统操作期间提供增加的灵活性。在动力系统内使用一个或多个液压蓄能器的另外优点是可降低向系统提供能量的供给单元的尺寸，例如所述供给单元可被设定尺寸以应对平均能量要求，而一个或多个液压蓄能器可提供能量以满足峰值载荷。
[0020]在本发明的一个实施例中，第一液压蓄能器的压力水平可以固定在第一预定范围内，且第二液压蓄能器的压力水平可以固定在第二预定范围内，所述第二预定范围与所述第一预定范围不同。预定范围可以是小的范围，使得压力水平可视作大众恒定，或该能量范围可以相对大，使得可通过液压蓄能器根据液压系统的不同的操作模式提供不同的压力。此外，通过允许蓄能器的压力改变，特定的液压系统可用在对扭矩输出有不同要求的应用中。
[0021]此外，液压系统可有利地包括蓄能器填充系统，例如液压栗，其连接到其中布置了液压系统的车辆的发动机。通过液压填充系统，液压蓄能器内的压力水平可维持在预定压力范围内。使用液压蓄能器向液压系统提供能量的另外优点是，对于其中被动力系统的工作循环所允许的一定的应用，与动力供给直接连接到液压机械的情况相比，例如内燃机的动力供给可降低尺寸。
[0022]根据本发明的一个实施例，第一阀装置可以有利地包括连接在第一液压流体源与第一液压机械的第一侧之间的第一阀和连接在第二液压流体源与第一液压机械的第二侧之间的第二阀，且第二阀装置可包括连接在第一液压流体源与第二液压机械的第一侧之间的第一阀以及连接在第二液压流体源与第二液压机械的第二侧之间的第二阀。这些阀被布置为控制流体源和液压机械的各个侧之间的流动，使得可通过控制各个阀而在液压机械上提供不同的压力。原理上，所述阀装置可包括阀块或阀阵，所述阀块或阀阵具有多个入口和多个出口且构造为提供希望的功能性。
[0023]根据本发明的一个实施例，阀装置可有利地包括开关阀。虽然传统的流量调节阀可用于提供希望的功能，但优选使用开关阀，因为开关阀可具有更简单的构造，且因此能以低于比例伺服阀的成本制造。也希望可快速切换阀，这可通过开关阀实现。此外，开关阀与比例地使用的比例伺服阀相比更能量有效。因此，通过将每个具有基本恒定压力水平的液压蓄能器与将所述液压蓄能器通过开关阀连接到固定排量液压机械相结合，可进一步提高系统的能量效率。开关阀可例如以提升阀或滑阀的形式提供。开关阀有时也被称为数字阀。原理上，希望使用其上具有相对小的或可忽略不计的压降的阀。本领域普通技术人员将认识到，多种阀设备和阀类型是可以的，同时仍提供了控制各液压机械上的差压的希望的功會泛。
[0024]在本发明的一个实施例中，第一液压机械可具有第一固定排量01，且第二液压机械可具有第二固定排量％= D 3(2*11+1)，其中η是所述液压系统内可利用的不同液压压力水平的数量。有利的是，根据系统的可利用的压力水平的数量来选择固定排量液压机械的排量，使得可通过输出轴提供尽可能多的离散扭矩水平，且使得扭矩的差异(即扭矩的步长)对于任何两个相邻的扭矩水平是相同的。
[0025]此外，在液压系统中，包括k个固定排量液压机械，k> = 2，每个液压机械具有与其余液压机械中的任何液压机械的固定排量不同的固定排量，且包括η个不同的液压压力水平，η> = 2，液压机械k的排量可有利地被选择为Dk= 0 4(2*11+1” \其中Di是具有最低的固定排量的液压机械的固定排量。
[0026]根据本发明的一个实施例，液压系统可有利地包括至少三个不同的压力水平，其中两个最低的压力水平Ρ#Ρ P 2之间的压力差异为A p 1= p ，且其中第n个压力水平的压力选择为Ρη= Ρ 1+η* Δ Ρρ通过根据前述描述选择η个压力水平(η> = 2)，作为结果的对于每个具有相等步长大小的离散的扭矩步长的数量~为η τ= 1+(η-2)*2。因此，扭矩步长的总数是~乘以具有不同的排量的固定排量液压机械的数量。不同的压力水