数字式液压泵/马达转矩调节系统和装置的制作方法

专利名称：数字式液压泵/马达转矩调节系统和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及液压泵或马达，其对驱动负载的单独工作腔进行控制，尤 其涉及但不限于可迅速改变被供给负载的转矩的配置。
背景技术：
上述的泵/马达配置的一个例子是在公路和越野应用中的车辆车轮的 液压驱动。这类配置已经是很多现有技术的主题，与之连用的传动系统包 括在单独车轮上的 一个或多个固定排量式或变排量式液压马达，或者包括
布置用来驱动成组车轮的马达。
在最常用的正容积式液压机械中，流体腔按照大致的正弦曲线经历周
期性容积变化。从欧洲专利公告号EP0361927中得知，通过将位于工作腔 和低压源之间的电f兹驱动阀保持在打开位置，可以使工作腔处于空转状 态。因此，输出的变化通过用液体首先填充各工作腔和随后确定是使流体 回流到低压源还是使流体在压力下泵送到输出总管的动作来实现。泵送流 体返回低压源意味着在工作腔处于空转期间内需消耗的功率非常小，但仍 允许工作腔能以最短的等待时间变为有效。
欧洲专利公开号EP0494236介绍另一种运朽"漠式，其允许在发动周期 使用液压机械，此时转矩被施加到转轴，于是允许可控的双向能量流动。 这种马达至今仍然受半个轴旋转周期的控制带宽和延迟时间的限制，例如 转速是500转/分(RPM)时，控制带宽为17 Hz,这是因为选择了所有的 缸。不过，存在着高频转矩调节可提供新的期望能力的许多应用场合。

发明内容
本发明提供一种控制液压马达的方法，用于在频率高达大约200Hz时 调节输出转矩，并且本发明可被应用在多个领域，其中的某些领域将作为 背景资料在下文中做详细描述
车辆牵引控制系统
7在汽车动力传动系统中日益增加的共同需求是，单独的车轮或成组车 轮(例如后轴、前轴)处的转矩在制动和加速模式下必须能够被调节，以侵_ 限制车轮打滑。此需求归因于两个因素。首先，打滑车轮使驾驶员不能保 持对车辆的方向控制，并且通常提供的减速力或加速力小于不发生打滑的 车轮。其次，单独车轮或成组车轮开始打滑的位置彼此不同，即使同时发 生在同一车辆上。滑移量由车轮或轴的负载、在制动和转弯过程中的重心 转移、以及路况而定，这对不同的车轮来说可能是不同的。
通常在具有位于发动机和车轮之间的传统机械传动系统的车辆中，转 矩调节通过在中心车辆稳定性控制器的控制下使摩擦制动器瞬时作用于 一个或多个车轮来实现。控制器通常把单独车轮的速度、车辆角加速度、 油门踏板位置和转向轮角度作为其输入数据，并使用这些数据来调节制动
(ABS),或者当该系统在制动和加速时均起作用的情况下通常称为电子稳 定控制系统(ESC),并且所述系统包括用于车辆运动和加速的传感器以控 制侧滑。可以通过使用点火延迟或中断、降低燃料比或调节节气门位置、 还有使用摩擦制动器来减小发动机转矩。
还有在电子控制下改变对若干驱动轴的转矩分布的其它系统。 一种这 样的系统是使用电气液压驱动型摩擦离合器来分配两个以上驱动轴之间 的转矩的电子差速器(E-Diff)或电子差速系统。
在所有的系统中必不可少的是快速转矩调节，以尽可能对牵引保持最 优滑移率。典型的带宽为大约10Hz。 ABS制动器例如已知在高达13 Hz 的情况下起作用。通常，这没有高到足以保持车轮处于最佳滑移状况(通常 认为是大约5-10%滑移)，但高到足以保持它们在滑移和非滑移之间波动。
发电机
希望得到高转矩控制带宽的另 一种应用就是用在驱动发电机中。在该 应用中， 一个或多个液压马达可以驱动一个或多个同步发电机，用于将电 力供应到配电线路或独立电网中。这些初d戒的轴速与该网皇备的AC电压相 关联。轴转矩调节导致发电机电流近乎同时被调节。
配电线路中负载所接受的电流的谐波失真通常由负栽如电子设备的 功率供应源引起，该谐波失真是一种偏离指定正弦波的周期内高频变化， 导致所需轴转矩也发生相应的周期内高频变化。通过调节在足够高频率下 由液压马达施加至发电机的转矩，能够(不需要复杂的电气电子装置)调节供应到配电线路的电流，从而有助于将电压波形恢复到所需状态。这种能 力还需要精确控制与发电机(并且因此液压马达的)轴相关的相位修正。
另 一 个问题是A C电压频率由于输电线路负载和线路电源供应之间的
短期或突然失配(例如当打开或关闭新负载时)可能会开始向上或向下偏离 期望频率。在负载关闭情况下，频率升高到大于期望频率。发电机转矩的 降低减小了功率输出并恢复了正确的频率。如果发电机转矩能被足够快地 调节，那么在不改变配电线路频率的情况下，也能适应甚至是非常突然的 负载变化。 能量转换
希望得到高转矩控制带宽的另一种应用是在轴正驱动或者被具有很 大质量且可能会遇到共振的结构时，这种结构例如是风力涡轮机或潮沙涡 轮机。如果该结构受到其频率与结构共振频率相匹配的转矩负载的激励， 就可能对轴、相连的机械以及结构造成损坏。通过在足够高的频率下对轴 转矩正确控制，可以避免共振，或者在共振已经开始情况下能消除共振。
综上，人们将会理解，在很多种应用中，输出力矩或功率输出的快速 变化是基本的控制要求，这些应用中的多数由于它们不能提供适当控制而 不能使用液压泵/马达配置。因此，本发明的目的是提供一种用于调节液压 泵/马达的流体输出的方法和装置，其能够快速响应需求的变化，其还可以 允许液压泵/马达被用在迄今为止它们仍被排斥在外的控制应用中。
根据本发明，提供一种具有多个缸的液压泵/马达，每个缸具有受控制 器控制的低压和高压驱动提升阀，其中控制器能与泵/马达轴的相位相关联 地给这些阀提供信号序列，以实现泵送周期或发动周期，但还具有额外的 能力，即调节该序列中的单独的高压阀信号以延长、缩短或调整阀保持打 开的时间，并且因此提供对泵/马达的转矩输出的调节。
才艮据一个方面，本发明提供一种控制流体工作机械的方法，该流体工
作机械具有容积周期性变化的一个或多个工作腔； 一个或多个入口阀； 一个或多个出口阀；由负载驱动或驱动负载的转轴；控制器，用于接收与 第一可变参数有关的数据并控制阀的打开和关闭顺序，以便选择性地使工 作腔能分别处于工作腔的膨胀沖程和压缩冲程中的每一个，从而根据笫一 可变参数供应或接收流体。该方法包括以下步骤监测第二可变参数，与 第一可变参数相比，第二可变参数需要更高频率的控制或具有更短的等待 时间；以及根据第一可变参数和第二可变参数的组合来调节阀操作，以供应或接收所需要的流体。
根据本发明的另一个方面，提供一种流体工作机械，具有容积周期 性变化的一个或多个工作腔； 一个或多个入口阀； 一个或多个出口阀；由 负载驱动或驱动负载的转轴；控制器，用于接收与第一可变参数有关的数 据并控制阀的打开和关闭顺序，以便有选择地^^工作腔能分别处于工作腔 的膨胀冲程和压缩冲程中的每一个，从而根据第一可变参数来供应或接收 流体；监测第二可变参数的监控器，与第一可变参数相比，第二可变参数 需要更高频率的控制或具有更短的等待时间，其中该控制器监测第二可变 参数并根据第 一可变参数和第二可变参数的组合来调节阀的操作，以供应 或接收所需要的流体。


现在将仅以举例的方式并参照附图来更详细地说明本发明，其中 图1示出了一种简单的数字式容积泵配置； 图2示出了一种多腔数字式容积泵；
图3示出了本发明第 一方面并且详细示出了带有转矩和流量调节机构 的单个泵/马达；
图4示出了对某个发动周期/泵送周期的调节效果；和 图5示出了多个泵/马达的情况，它们使用独立的转矩或流量调节机构 进行操作，以在它们之间传递能量。
具体实施例方式
现在总体参见这些附图，具体参见图1，其示出了包括第一端面座阀 12的流体工作机械10，阀12设置在低压总管或容器14与工作腔16之间， 工作腔16由缸18和活塞20限定并具有周期性变化的容积22,该容器的 使用将在下文中详加描述。第二端面座阀24设置在工作腔16和高压总管 26之间。阀12和24优选为提升阀类型，每个阀可以分别通过用标记28 和30示意表示的电磁操作机构被操纵。阅12和24可以这样布置，即， 来自缸内的任何压力能保持第一阀12处于关闭，而来自高压总管26的任 何压力保持第二阀24处于关闭。不过，本领域普通技术人员将会想到其 它的配置，而本发明不应被认为受限于这些配置。该配置还包括通过控制 线路34和36连接到第一和第二阀操作机构28、 30上的控制器32， 乂人而能根据在下文中将详加描述的所期望的控制策略进行阀门功能控制。设有
用于检测第一可变参数的传感器38,根据第一可变参数，通过调节机械输 出来控制该机械，从而按照将在下文中做更详细描述的方式接收或排出流 体量。
上述的泵/马达或流体工作机械IO具有三种运行模式，即，空转、发 动和泵送。当阀12处于打开位置且阀24处于关闭位置时，高压总管26 内的压力等于或高于低压总管14的压力，并且工作腔16内的压力等于低 压总管的压力。将被吸入工作腔的流体量泵送回低压总管14被定义为空 转模式，在此模式中没有使用流体量，而仅仅是被回收以便用于可能的将 来应用。此冲程具有低的附加损耗，这是因为需要消耗的能量非常少并且 没有做有用功。
发动周期的开始是阀12在活塞20的压缩冲程中的某一点关闭。当阀 12处于关闭位置且阀24也处于关闭位置时，高压总管26和泵送腔16内 的压力将相等。为获得最佳的发动运行，即从高压供应管吸入的流体净吸 入量最大，阀12关闭的时间这样确定，使上述压力相等发生在活塞20移 动到活塞20运动的上止点(TDC)之时或之前不久。 一旦压力已经相等，就 可命令阀24打开，以使泵送腔16与高压总管26连通，并且通过阀12使 腔与低压总管14隔断开，从而使高压流体可作用于工作腔16来驱动活塞 20向下运动，结果，在与活塞联接的曲轴上(最好参见图2)产生力矩。在 活塞20到达下止点(BDC)之前，阀24必须#1关闭。当工作腔16到达其极 限状态时，工作体积22的剩余膨胀将会使工作体积内的流体降压并允许 阀12打开。当阀12处于打开位置且阀24处于关闭位置时，当活塞朝向 其上止点位置移动时，此时可以将流体排入低压总管内。
通过在活塞20的压缩冲程的某一点或在该冲程开始时关闭阀12来启 动泵送周期。当阀12处于关闭位置且阀24也处于关闭位置时，高压总管 26内的压力和泵送腔16内的压力将会相等。 一旦压力已相等，可以命令 阀24打开或使其被动打开，使得泵送腔16被连通至高压总管26并通过 阀12与低压总管14隔断开。当经过阀24的流速在上止点(TDC)处为零 时，该阀24关闭，再次使腔16与高压总管隔断开。当泵送腔16越过其 极限位置时，工作体积22的随后膨胀将降低其中流体的压力并允许阀12 打开。随着阀12处于打开位置而阀24处于关闭位置，现在当泵送腔16 朝向其下止点(BDC)位置移动时，可以将流体从低压总管14吸入腔16中。人们将会理解，因为周期中的阀12和阀24启闭的位置受到控制器控 制并因此被控制器知晓，所以将会得知在任一周期中排入高压供应管或从 其中接收的流体体积。
人们将会进一步认识到，上面提到的流体量相当于能增加到与泵/马达 相连的负载的动能或从负载动能中减去的能量大小。每一份流体量中的能 量大小通过如下公式与该流体量的压力和体积直接相关
在公式中，E表示单位为焦耳的能量，P表示单位为巴(Bar)的压力， 并且V表示单位为立方厘米的体积。如果惯量I已知，则可以根据动能变 化，很容易计算出连接到泵/马达IO的惯性负载的速度变化
/兀2
在该公式中，RPM!和RPM2分别表示初始轴速度和最终轴速度，AE 为轴能量变化，并且I表示单位为kgn^的转动惯量。
图2提供一种具有环绕共用曲轴40布置的多个工作腔16的多腔流体 机械10，该曲轴上设有偏心凸轮42并且该曲轴可才喿作地与各工作腔16的 活塞20相协作，以^更在活塞运动时使轴40旋转，或在轴40旋转时使活 塞运动。图1中的控制器32与阀12和24、操作机构28和30、总管14 和26—样均出现在图2中。各工作腔设有一对阀和操作机构，操作机构 按照由所述控制器操作的方式被连接。
图3提供一种呈电磁阀整流泵/马达形式的单独的流体工作机械10配 置，如上所述，其通过轴52被机械连接到例如呈车轮、发电机或流体涡 轮机形式的负载54。该系统还包括角位置传感器56,该角位置传感器通 过数据线58连接到控制器120,用于为控制器提供数据，该传感器可以构 成上述的主传感器38。流体工作机械10通过管线62从用标记60示意性 表示的流体槽或供应源接收 一 定量的高压流体或将 一 定量的高压流体排 到流体槽或供应源，管线62可以是液压软管并且可以包括蓄压器63。如 果泵/马达10接收来自供应源60的流体脉沖，能量就被供给负载54，而 如果泵/马达IO将流体脉冲供给供应源60，则从负载54处荻取能量。低 压连接管线64在泵/马达IO处于发动模式时使液压流体回到流体供应源，
12或者在泵送模式下将液压流体供给泵/马达10。流体流入或流出泵/马达10 的各工作腔16通过电f兹驱动阀12和24进行转换。各工作腔16的每个冲 程都可以是泵送、发动或空转沖程，这由通过阀配线34和36传送的、关 于轴52的角度和速度的适当同步的阀信号来确定。
控制器配设有监测第 一可变参数的装置，第 一可变参数与来自合起来 作为一个整体的多个工作腔的所需流体排量相关。通过对若干腔适当选择 采用泵送、发动或空转冲程的控制策略，控制器能根据第一可变参数通过 实际采用的、从多个腔输出或者输入多个腔的时间平均流体体积来获得需 求量。
除上面参照图1和图2所讨论的普通控制策略或第一控制策略外，图 3中的配置还依据对其它参数的确定或检测来^是供进一步的监测和控制， 这些将在下文中讨论的其它参数对整个系统的有效运行或安全运行是重 要的，但是它们所需要的控制的频率比依据每个冲程的流体变化所能适应 的频率高，或者上述控制的等待时间比依据每个沖程的流体变化所能适应 的等待时间短。
图3的系统还可以配备有附加的组成部件，例如可选的预测器70,用 于预测负载54的行为并通过负载行为信号线路72传送预测结果。控制器 32的通用部分还可以将泵/马达的流体需求用流体供应通信通道74传递给 流体供应源60。顺序发生器76接收通过请求输入线路78传送的^青求和通 过轴传感器通道传送的轴速度和位置，用这两者产生合适的轴相位锁定阀 信号，以满足该系统为控制时间平均轴转矩或经泵/马达10的流体速度而 所需要的要求。这样产生的顺序是顺序通道74上的输出。
通过设置用标记90大体示出的一个或多个专用的传感器，有利于进 一步的监测或控制，该传感器通过用标记94大体表示的传感器线路连接 到调节规划器92。应用传感器90向调节规划器92传递关于负载行为(或 另一受该负载影响的物理响应)的信息，使调节规划器92可以确定该行为 是否按照总控制器32的原来打算进行。在所述行为没有按照原来打算进 行时，调节规划器92通过调节请求通道98向顺序调节器96发出调节请 求。调节请求通常被安排用于使负载行为返回到所期望的行为。顺序调节 器96获得调节请求、来自轴传感器通道58的轴位置和速度、以及来自顺 序通道74的阀操作顺序，并根据将在下文中描述的九种顺序调节方法之 一提供新的阀操作顺序。所产生的新顺序以与轴相位同步方式产生。已调
13节阀顺序通道100将新顺序传递到》文大器102，该;改大器通过阀配线34和 36将阀信号提供给泵/马达10的电磁阀12和24。
人们会理解，可以设置多个副传感器90，用于改进当前所述系统的控 制状况，所设的传感器随应用的不同而变化。例如牵引控制所需的传感器 包括以下中的一个或多个转向轮角度；偏航率；加速度；车轮速度；车 轮角加速度；车轮滑移量；车辆横向加速度；车辆速度和制动管线压力。 可选用的附加传感器可被用来检测以下参数中的一个或多个车辆侧倾率 和加速度；车辆俯仰度和加速度；施加到各轮上的制动力；轮胎气压；车 辆加速度和减速度；有效负载质量及其分布。为了简明起见，这些传感器 共同以标i己90示出。
发电机驱动所需要的传感器包括以下当中的一个或多个功率因数， 轴速度和转矩，线路频率，以及电流和电压的谐波频率成分。
连接到大型结构例如风力涡轮机或潮沙涡轮机上的机械所需的传感 器包括以下当中的一个或多个用于探测叶片振动的加速计；轴转矩和速 度；叶片距；叶片速度；叶片尖端的相对位置和速度。
人们会理解，上述的多种电子控制部件可以采用任一种组合方式设置 在同一物理单元120中、在成组的单元中或者作为独立部件设置，并且相 关的通信通道和连接可以在软件中提供。
调节方法
下面描述九种方法，按所述方法，泵/马达10的阀的操作可通过控制 器32、 120的调节被改变，以调节泵/马达10所接收的或所排出的流体量 的顺序。这些在都在图4中示出了，请把注意力转向图4。在该图中，正 弦曲线202表示在下止点(BDC)206处的最大容积和在上止点(TDC)200处 的最小容积之间的周期性变化的工作腔容积以及当时间T沿轴210推移时 返回BDC 204的情况。相应地，压缩区域212和216对应于泵送才喿作，膨 胀区域214对应于发动操作。
发动
1. 在从高压总管引入流体时，在发动冲程的末段222关闭HPV(高压 阀)的信号可以被延迟224,以在更靠近BDC 204地关闭HPV。与不存在 延迟时的情况相比，这将会从高压总管吸入更多的、量可预测的流体，并 在轴上产生更大的、可预测的时间平均转矩。
2. 在从高压总管引入流体时，在发动冲程的末段230关闭HPV的信号可以被延迟，以在到达BDC204后立即关闭HPV232。然后，缸将保持 加压，直至上行冲程216结束，并且LPV将不能打开。这使得从高压总管 引入的已知体积的流体返回高压总管中，使得在前一半周期中引入的转矩 脉冲和流体无效。顺序调节器然后可以使用下文所述的多种方法之一停止 进一步的发动冲程，或允许缸恢复正常操作。
3. 在从高压总管引入流体时，在发动冲程的末段242关闭HPV的信 号可以被提前，以便比由顺序发生控制器预定的关闭时间更早地关闭HPV 240。这将会从高压总管吸入更少的、可预测的流体，并在轴上产生较小 的、可预测的时间平均转矩。
4. 在关闭LPV250以使缸中压力等于高压总管中压力而为发动冲程做 准备之后，顺序调节器可以删除或禁止打开HPV的信号252,从而没有流 体从高压总管引入。这将把体积可预测的流体排空至高压总管并且排除从 该总管中引入其它期望的流体量，以及排除施加在轴上的时间平均转矩在 方向上和大小上的可预测变化的产生。
泵送
5. 当缸在空转冲程未加压时，可以在上行冲程发出关闭LPV 260的 信号，以将附加的部分泵送周期插入序列中。这将会将量可预测的流体从 缸排空至高压总管，并产生可预测的时间平均轴转矩(或许需要定义正转矩 和负转矩)。
6. 在缸未加压时，关闭LPV270的信号在上^f亍冲程可以被删除或抑制， 以将泵送周期(发动周期)从序列中除去。这将会防止量可预测的流体被排 入高压总管以及防止可预测的时间平均转矩施加到轴上。
7. 当缸在上行沖程未加压时，关闭LPV274的信号可以被提前272, 以便比由顺序发生控制器预定关闭的时间更早地关闭LPV。这将泵送更多 的、量可预测的流体进入高压总管，并在轴上产生更大的、可预测的时间 平均转矩。
8. 当缸未加压时，关闭LPV280的信号可被延迟290，以便比由顺序 发生控制器预定关闭的时间更迟地关闭LPV。这将泵送更少的、量可预测 的流体进入高压总管，并在轴上产生更小的、可预测的时间平均转矩。
9. 当缸在泵送冲程的末l殳314-皮加压时，可以加入310—个用于一 直进展到后续膨胀沖程214某处312地保持HPV打开的信号，使顺序发 生控制器所想要的泵送冲程被转换到发动冲程。根据所述泵送沖程212和发动214冲程的相对长度，这使被泵送到高压总管的已知量的流体的至少
一部分回流到工作腔，轴上的时间平均转矩相应地减小，或者甚至大于已 知量的流体从高压总管被引入，并且轴上的时间平均转矩的方向以及大小 发生变化。
人们会理解，通过根据需要而使用上述方法，调节规划器可以在100% 发动运行和100%泵送运行之间改变泵/马达的转矩或流量，而不用考虑顺 序调节器所要求的原始时间平均转矩或流量。在对突然的、未预料到的情 况做出响应的情况下，能够以一般仅为2毫秒的延迟完成调节。
通信
因为缸所接纳的或缸所排出的流体体积以及施加到轴上转矩的变化 在各种情况下是可预测的，所以，顺序调节器能够将顺序变化对流体排量 或轴转矩的作用以电子方式通过调节报告通道传送给总控制器。总控制器 可以使用调节通讯通道将不同请求发送给流体供应源。
所述调节的一个重要特性是，预期的流体量多少或轴转矩变化可以在 做出改变顺序决定的时刻通过顺序调节器96来确定，然而其作用本身通 常在过了一会后才被感觉到。这种预先知晓将是有用的，因为总控制器32 和流体供应源可以有足够的时间来改变它们的4亍为，以适应新情况。例如， 如果顺序调节器96马上减小泵/马达的流体引入量，则供应源60可以马上 减少其流体输出，以避免高压总管14内的压力的增大。流体供应源实际 上可以使用上述流量调节方法之一或其它可选的方法。
或者，流体供应源60可以使用其自身的传感器来确定需要的流体流 速，以保持从高压总管14进或出的零净流量。这样一来，流体供应源60 受到泵/马达10的约束。流体供应源60还可以使用其自身的用标记122 示意表示的传感器，用于对小的、緩慢引起的流量信息的不精确或其本身 的不精确进行修正，例如对流至低压侧64的液压流体泄漏进行修正。
流体流的平衡
现在参见图5,其示出了多个泵/马达10的情况，它们由一个流体源 60来操作并具有共用的流体汇合点130。该流体汇合点可以简单地是连接 至各泵/马达和流体源60的共用管子或软管。这种系统例如可被用在车辆
被用于这样的工业系统中，其中单独的传送带(负载)或绞盘(负载)具有独立 的泵/马达10。在这些或其它应用中，负载54可以具有迅速且独立变化的单独的转矩需求。
带有多个泵/马达10的如图5所示的泵/马达的系统按照与上述相同的 方法操作，但有其它能力。这是将来自一个泵/马达的流体传输至另一个泵
/马达的能力。若千流体体积可以通过顺序调节器96比分别算出并且使用 连通作用来转移。流体供应源总计各泵/马达10所接收和所排出的流体量 的净总和或算术和，调节其输出以使流体汇合点130的输入流量和输出流 量相匹配。流体供应源60只需要将增或减的净能量供给作为一个整体的 所有负载。在很多应用中，由于减少了给流体供应源60提供动力所需的 燃料或电力，这将会节省能量。
流体供应源60可以调节其到流体汇合点130的流动，其#文法是确定 根据流体量的大小和数量所需的流体总体积，并且本身提供合适的流体量 的数量和大小。在流体供应源60不能或不希望以流体量形式供应流体的 情况下，供应源60可以将在经过一段合适时间后所接收和排出的流体量 的净体积平均，以确定到汇合点130的流体流速。
在负载排出的总能量超过了所接收的总能量的情况下，将有能量(和流 体)净流出到流体供应源60中。流体供应源60可以存储该能量，以供随后 使用，例如在蓄压器或飞轮中，或在例如泄压阀或节流阀装置中消散能量。
启动顺序调节
根据应用，存在若干可能引起顺序调节的情况，其中的一些情况描述 如下
在车辆牵引控制应用中，当传感器中的任何一个或多个表明已经发生
或将要发生不期望的车辆运动时，顺序调节器能够根据上文所提到的方法 之一来启动顺序调节。这将几乎瞬时改变泵/马达所接收或排出的流体量的 体积。增加的或减少的量把或多或少的能量传给各车轮，造成车轮能比在 没有调节控制脉冲顺序的情况下所提供的转矩更大或更小的转矩。这种情 况的一个具体例子发生在车轮速度传感器检测到提供向前牵引转矩的车 轮的速度在加速过程中增加过快时，这可能是因为已经超过了路面和轮胎 结合处的摩擦极限。顺序调节器将使用上述方法之一来减小车轮转矩，这 会降低车轮速度并恢复牵引。流体供应源能被告知所接收的流体量的数量
和大小的改变，从而允许其适当改变其输出。
另一个具体例子发生在当车辆稳定性控制计算机发现在由转向偏航
传感器、制动器压力输入、油门踏板位置和车轮速度传感器所表明的驾驶者期望行进方向和速度与由横向加速传感器、偏航传感器和单独车轮速度
传感器所才全测的车辆响应之间存在差异时。当系统^r测到测出的意图与测
出的响应不同时，可以对某些车轮开始调节，以产生作用于车辆的牵引力 来修正上述差异。调节也可以伴随着原动机功率的增减和/或机械制动器作 用在单独的从动轮或非从动轮上。该系统可以将能量从左车轮传递到右车 轮或从前车轮传递到后车轮或它们的组合，从而能不需要流体压力源快速 响应地快速产生修复力矩。
因为流体能够在各机械之间传递，所以对系统来说，即使压力供应装 置暂时不能提供流体(例如因为流体供应源的原动机停止时)，也可通过将 能量从左传递到右或从前传递到后来^t是供对车辆轨迹的控制。复杂的车辆 稳定性控制计算机可以检查一个或多个传感器的趋势并预测何时将发生 不希望发生的情况，并且在这种情况发生之前启动顺序调节。
在本发明被用到驱动发电机的情况下，其中发电机本身连接到配电网 或"供电线路"，电压、电流或频率的传感器可以斥企测当前线路的电压或 频率是否符合必需的规范。在一个具体例子中，传感器可以检测来自发电 机的、通常是正弦变化的电压输出是非正弦的，而是由于在波峰处的高电 流抽出而引起截平波峰，就像通常整流电力负载被连接到配电线路时那 样。借助本发明，调节控制器可以在波峰时增加发动冲程内的转矩，以保 持所需的转速曲线，并且因此保持所需的按正弦变化的电压曲线。调节控 制器通常将使用适应元件，其经过若干周期适应波峰截平程度，并调整修 正调节，直至波峰为完整的正弦形。
在本发明被用在通过例如风力涡轮机或水力涡轮机、螺旋桨或叶轮中 的叶片将流体动能转化成液压能的情况下，根据测量叶片振动的加速度计 所接收到的信号、机械轴或叶片根部上的转矩、叶片距、叶片上某点相对 叶片或装置的其它部件的位置、流体速度和叶片速度的特性，可以启动顺 序调节。第一个具体例子是在具体的叶片共振频率已预知的情况下。由顺 序发生器产生的缸动作顺序可以被监测，以便就在转矩确实被施加到叶片 之前推断出施加到叶片的所述转矩的频率特性。在预测到该顺序能激励产 生叶片中的某种不希望有的共振的情况下，调节控制器可以引入一种同振 幅的反相转矩调节，以防止发生共振或减小共振的振幅。第二个具体例子 出现在当连接到叶片上的加速度计在某些点(这些点是不期望有的叶片振 动模式的波腹)检测并量化了在叶片上存在或将形成共振时。随后，调节控
18制器可以在因正常操作而施加的轴转矩上增加具有修正振幅的且与共振 反相的高频转矩分量，利用本发明的频率高且等待时间短的新性能来实现 最快速的振动抵消。第三个具体例子和第二个例子相同，但是，不希望有 的振动的检测和量化能够通过使用传感器测量波腹的相对位置来检测，该 传感器用于指示与基准点如轴或叶片的连接点相对比的波腹相对位置。
从以上说明种，人们将会理解，本发明可被用于多种控制情况并且还 可以被用于迄今为止这样的液压泵/马达被排除在外的控制情况。
人们还会认识到，本发明特尤其涉及这样的机械，即至少一个工作腔 包括内设有可往复运动的活塞的缸，但该机械与用柔性膜片或旋转活塞来 界定的至少一个腔连用，这也是可能的。
更进一步地，人们将会理解，本发明提供一种方法和装置，用于以比 使用现有技术中的配置所能提供的更高频率或更短等待时间来控制可控 参数。
系统的泵/马达进行修改并且替换目前已被加装至现有液压泵/马达系统上 的其它较昂贵的部件。
人们还将会理解，加压流体源60可以是本文所述类型的泵，并且确
实在本发明的某些应用中，其可以是作为如图4所示的附加的泵/马达而设 置的泵/马达10。
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权利要求
1.一种用于控制流体工作机械的方法，所述流体工作机械具有容积周期性变化的一个或多个工作腔；一个或多个入口阀；一个或多个出口阀；由负载驱动或驱动负载的转轴；和控制器，用于接收关于第一可变参数的数据并控制所述阀的打开和关闭顺序，以选择性地使所述工作腔能分别处于所述工作腔的膨胀冲程和压缩冲程中的任一个冲程，从而根据第一可变参数来供应流体或接收流体；该方法包括以下步骤监测第二可变参数，第二可变参数需要按照比第一可变参数更高的频率来控制或具有比第一可变参数更短的等待时间；及根据第一可变参数和第二可变参数的组合，调节阀的操作以供应或接收需要的流体。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征是，第一可变参数是依据一 个个冲程来控制的。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征是，第二可变参数是按 照高于依据一个沖程的速度来控制的。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征是，实现根据 第二可变参数的所述控制，以调节施加到所述流体工作机械的输出上的转矩。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征是，实现根据 第二可变参数的所述控制，以调节流入或流出所述流体工作机械的流体流 速。
6. 根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征是，对第二可 变参数的响应是以超出控制第一可变参数所需而确定的顺序来改变所述 入口阀或所述出口阀的打开或关闭，以延长、缩短或分割开所述工作腔连 接至所述低压总管的时间。
7. 根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征是，对第二可 变参数的响应是以超出了控制第一可变参数所需而确定的顺序来改变所 述入口阀或所述出口阀的打开或关闭，以延长、缩短或分割开所述工作腔连接至所述高压总管的时间。
8. 根据权利要求6或7所述的方法，其特征是，通过用以下方法中 的一种或多种来改变给所述阀(12, 24)的信号来实现所述顺序改变在时间上延迟用于关闭HPV的信号，以便稍后但仍在BDC之前关闭 HPV,由此从高压总管引入体积更大的流体；在时间上延迟用于关闭HPV的信号，以便在到达BDC后立即关闭 HPV来防止工作腔减压，从而防止LPV打开而造成从高压总管已引入的 流体回流到该高压总管；在时间上提前用于关闭HPV的信号，从而使在从高压总管开始引入 流体后但在打算通过顺序发生控制器关闭之前关闭HPV，由此从该高压总 管引入体积较小的流体；删除用于打开HPV的信号，从而没有流体从高压总管被引入；在尚没有使用信号的情况下增加用于关闭LPV的信号，以便将附加的 泵送周期加入序列中并将流体泵送到所述高压总管；删除用于关闭LPV的信号，以便将泵送周期或发动周期从所述序列中 除去；在时间尚提前用于关闭LPV的信号，以泵送占所述工作腔容积的较大 比例的流体到所迷高压总管；在时间尚延迟用于关闭LPV的信号，以泵送占所述工作腔容积的较小 比例的流体到所述高压总管；在时间尚延迟用于关闭HPV的信号，以使来自所述高压总管的部分 流体返回所述工作腔。
9. 根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征是，包括将顺 序改变或者顺序改变对液压流量或轴转矩的作用传送给外部设备的步骤。
10. 根据权利要求9所述的方法，其特征是，包括根据传送来的顺序 改变来调节所述外部设备的操作的步骤。
11. 根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征是，包括预 测将由流体机械供应的需求并且在所述调节的预测需求之前启动调节的 步骤。
12. 根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其特征是，包括监 测与车轮或车辆轨迹滑移的控制相关的第二可变参数或者控制与车辆有 关的期望轨迹的步骤。
13. 根据权利要求12所述的方法，其特征是，所述第二可变参数包 括以下当中的一个或多个转向轮角度；偏航率；加速度；车轮速度；车 轮角加速度；车轮滑移量；车辆横向加速度；车辆速度；制动管线压力。
14. 根据权利要求12或13所述的方法，其特征是，所述第二可变参 数包括以下当中的一个或多个车辆侧倾率和力口速度；车辆俯仰程度和加 速度；施加到各轮的制动力；轮胎气压；车辆加速度和减速度；有效负载 质量及其分布。
15. 根据权利要求1所述的方法，其特征是，包括监测与发电机驱动 系统相关的第二可变参数的步骤。
16. 根据权利要求15所述的方法，其特征是，包括监测可变参数， 其包括以下当中的一个或多个功率因数、频率、电流或电压谐波频率成 分的步骤。
17. 根据权利要求1所述的方法，其特征是，包括监测与负载振动有 关的第二可变参数的步骤。
18. 根据权利要求17所述的方法，其特征是，能量回收装置包括流 体涡轮机，所述第二可变参数选自以下当中的一个或多个所述涡轮才几上 某点的位置、速度或加速度；轴转矩；叶片距；叶片速度；及流体速度。
19. 一种流体工作机械，具有 容积周期性变化的一个或多个工作腔； 一个或多个入口阀； 一个或多个出口阀；由负载驱动或驱动负载的转轴；控制器，用于接收关于第一可变参数的数据并控制所述阀的打开和关 闭顺序，以便有选择地使工作腔能够分别处于工作腔的膨胀冲程和压缩冲 程中的每一个，从而根据第一可变参数来供应或接收流体；用于监测第二可变参数的监控器，与第一可变参数相比，第二可变参 数需要按照更高频率或具有更短的等待时间的控制，其中所述控制器监测 第二可变参数并根据第 一可变参数和第二可变参数的組合来调节阀操作， 从而供应或接收需要的流体。
20. 根据权利要求20所述的流体工作机械，其特征是，包括加法器 (96),用于通过对第一可变参数和第二可变参数进行算术求和来将这两个 可变参数组合以及用于产生与所述组合的需求相关的需求信号。
21. 根据权利要求20或21所述的流体工作机械，其特征是，包括选 择器(96),用于通过选择第一可变参数和第二可变参数中的一个来组合所 述第一可变参数和第二可变参数以成为完整的需求。
22. 根据权利要求20至22中任一项所述的流体工作机械，其特征是， 包括 一个或多个监控器(90),用于监测一个或多个第二可变参数；调节 规划器(92)，用于基于所接收的、关于所述一个或多个第二可控参数中的 至少一个的数据来规划请求；顺序调节器(96)，用于根据与第一可控参数 和第二可控参数相关的请求的组合对所述泵(10)的请求进行排序。
23. 根据权利要求20至23中任一项所述的流体工作机械，其特征是， 还包括多个流体才几械(IO),每个流体才几械连4妄到其它流体才几械和加压流体 源(60)上，以便例如允许从一个机械泵出的流体被传送到另 一机械的流体 源。
24. 根据权利要求20至24中任一项所述的流体工作机械，其特征是， 所述控制器(32)包括用于监控第 一 可控参数和第二可控参数的独立的控制 器(120)。
25. 根据权利要求20至24中任一项所述的流体工作机械，其特征是， 所述加压流体源(60)包括另 一流体工作机械(IO)。
26. 根据权利要求20至26中任一项所述的流体工作机械，其特征是， 包括预测器(70),用于在实际需求之前预测顺序变化，因此用于造成所述 阀的操作以便在实际需求之前开始流体供应控制。
27. 根据权利要求20至27中任一项所述的流体工作机械，其特征是， 包括用于检测一个或多个次级参数的一个或多个传感器。
28. 根据权利要求28所述的流体工作机械，其特征是，所述副传感 器为用于监测与车轮或车辆轨迹滑移的控制或车辆轨迹相关的一个或多 个次级参数的传感器。
29. 根据权利要求29所述的流体工作机械，其特征是，所述传感器 包括用于检测以下当中一个或多个的传感器转向轮角度；偏航率；加速 度；车轮速度；车轮角加速度；车轮滑移量；车辆横向加速度；车辆速度； 制动管线压力。
30. 根据权利要求28所述的流体工作机械，其特征是，所述副传感 器为用于检测以下当中一个或多个的传感器车辆侧倾率和加速度；车辆 俯仰程度和加速度；施加到各轮的制动力；轮胎气压；车辆加速度和减速度；有效负载质量及其分布。
31. 根据权利要求28所述的流体工作机械，其特征是，所述副传感 器为检测以下当中一个或多个的传感器功率因数、电流和电压谐波频率 成分。
32. 根据权利要求28所述的流体工作机械，其特征是，所述副传感 器为检测负载振动的传感器。
33. 根据权利要求33所述的方法，其特征是，所述负载包括流体涡 轮机，所述副传感器为用于^r测以下当中一个或多个的传感器涡轮机上 某点的位置、速度或加速度；轴转矩；叶片距；叶片速度和流体流速。
全文摘要
本发明提供一种液压泵，用于通过控制调节系统(9)驱动负载(54)，控制调节系统调节主控制信号，以适应次级可变参数的变化，这些次级可变参数需要更高频率的控制或有较短的等待时间。
文档编号F04B7/00GK101517230SQ200780035661
公开日2009年8月26日 申请日期2007年7月27日 优先权日2006年7月27日
发明者M·R·菲尔丁, N·考德威尔, U·B·P·斯坦, W·兰姆佩恩 申请人:阿特米斯智能动力有限公司