包括用于驱动多个可变负载的固定排量泵的液压系统及操作方法

专利名称：包括用于驱动多个可变负载的固定排量泵的液压系统及操作方法
包括用于驱动多个可变负载的固定排量泵的液压系统及操作方法
背景技术：
液压系统可包括多个液压负载，各液压负载可具有可随时间变化的不同流量和压 力需求。该液压系统可包括用于向液压负载供应加压流体流的泵。该泵可具有可变或固定 排量构型。固定排量泵通常比可变排量泵更小、更轻和更便宜。一般而言，固定排量泵为每 个泵操作循环传递一定体积的流体。但是，根据泵的构型和泵的制造精度，泵的流量输出实 际上可由于从泵出口侧至泵入口侧的内部泄漏而随着系统压力水平的升高而降低。可通过 调节泵的速度来控制固定排量泵的输出体积。关闭或限制固定排量泵的出口将导致系统压 力相应升高。为了避免使液压系统过压，固定排量泵通常利用压力调节器或卸荷阀在泵输 出超过多个液压负载的流量需求期间控制系统内的压力水平。该液压系统还可包括各种用 于控制向多个负载分配加压流体的阀。


图1是包括用于驱动多个液压负载的固定排量泵的示例性液压系统的示意图。图2是多个用于控制向多个液压负载分配加压流体的控制阀所采用的示例性工 作循环的图示。图3是可在采用图2所示的示例性阀工作循环时存在的示例性相对流体流量和压 力水平的图示。图4是可在采用图2所示的示例性阀工作循环时存在的相对泵输出压力水平的图7J\ ο图5是液压系统所采用的控制阀的示例性排序的图示。图6A和图6B是改变图5所示的阀排序次序以适应液压负载的压力需求变化的图7J\ ο图7A和图7B是时延对系统压力的影响的图示。图8A和图8B是渐进式脉宽控制的示例性实施方案的图示。图9是跨越顺序操作的三个单独的控制阀所出现的示例性压降的图示。图10图示了基于图9所示的相应压降计算出的时延压力误差。图11是图9的一部分的放大图，其示出了一个控制阀关闭与下一相继的控制阀打 开之间的转换时段。
具体实施例方式现参照接下来的说明以及附图详细示出所公开的系统和方法的说明性方案。虽然 附图示出了一些可行方案，但附图不一定按比例并且某些特征可被放大、略去或部分剖切 以更好地图示和说明本发明。此外，在此进行的说明并非旨在进行穷举或者将权利要求限 制或局限于图中所示和以下详细说明所公开的精确形式和构型。图1示意性地示出用于控制多个流体回路的示例性液压系统10，所述多个流体回路结合有多个具有可变流量和压力需求的液压负载。用于驱动液压负载的加压流体由液压 固定排量泵12提供。泵12可包括任何种类的公知的固定排量泵，包括但不限于齿轮泵、叶 片泵、轴向活塞泵和径向活塞泵。泵12包括用于驱动泵的驱动轴14。驱动轴14可与外部 动力源如发动机、电动机或其它能够输出旋转扭矩的动力源连接。泵12的进口端口 16经 泵进入通道20与流体储器18流体连接。泵排放通道22与泵排放端口 M流体连接。尽管 为了示例性图示而示出单个泵12，但液压系统10可包括多个泵，每个泵均具有它们与共同 流体节点流体连接的相应排放端口，可从该流体节点向单独的流体回路供应加压流体。多 个泵可例如并联地流体连接以实现更大的流量，或例如当对于一定流量期望更高的压力时 串联地流体连接。泵12能够产生可用来选择性地驱动多个液压负载的加压流体流。基于图示的目 的，液压系统10被示为包括三个单独的液压负载，尽管应当理解也可根据具体应用的需求 设置更少或更多的液压负载。举例而言，这三个液压负载可包括液压缸26、液压马达观和 杂项液压负载30，该杂项液压负载30可包括任何种类的被液压致动的装置。当然，应当理 解的是，根据具体应用的需求，也可使用其它类型的液压负载代替或结合所示液压负载26、 28和30中的一个或多个。各液压负载沈、观和30可与单独的流体回路相关联。第一流体回路32包括液压 缸沈；第二流体回路34包括液压马达观；第三流体回路36包括杂项液压负载30。在示例 性图示中，这三个流体回路在流体汇接处38与泵排放通道22并联地流体连接。每个流体回路包括以数字控制阀示出的控制阀，以便分别控制与相应流体回路相 关联的液压负载的操作。控制阀可控制通过各相应流体回路的时间平均流量和对应的压 力水平。各控制阀可包括致动器，该致动器在被致动时打开相应控制阀以允许加压流体流 经该控制阀到达相关联的液压负载。当利用时间平均流量方案时，使用通常称为脉宽调制 (“PWM”)的方法通过重复循环控制阀(即，打开和关闭阀)来控制流体通过控制阀的流量。 控制阀在采用脉宽调制时的任何给定时刻为完全打开或完全关闭的。可通过调节控制阀被 打开和关闭的时间周期——也称为阀工作循环(dutycycle)——来控制通过控制阀的时间 平均流量和对应的压力水平。例如，阀被大致打开百分之五十(50% )的时间的工作循环将 大致产生控制泵的瞬时流量输出的大约百分之五十(50%)的时间平均流量。控制阀的流 量输出的固有波动趋于随着控制阀的操作频率的增加而降低。控制阀的流量的固有波动可 导致可被分配给负载的压力脉动。蓄积器通常定尺寸成使得对于特定应用而言该压力脉动 小到可以接受。增加蓄积器尺寸会不利地影响对负载压力的改变进行响应所需的时间。可 增加工作循环的操作频率，这可减小所需的蓄积器尺寸同时既减小响应时间又减小压力波 动的大小。如果频率增加得足够高，则可以利用油和传送装置的自然柔性来满足对负载的 压力脉动需求而省去蓄积器。阀操作速度限制和阀功率损失的增加——使效率下降——会 限制工作循环的操作频率。继续参照图1，液压系统10包括第一控制阀40，其用于控制加压流体从泵12到第 一流体回路32、特别是到液压缸沈的分配。控制阀40可为以前述使用脉宽调制的方式操 作的数字阀。尽管在图1中被示意性地示出为双向、双位置阀，但应当理解的是，根据具体 应用，也可使用其它阀构型。控制阀40包括经进入通道48在流体汇接处38与泵排放通道 22流体连接的进入端口 46。控制阀40的排放端口 50与排放通道52流体连接。第一控制6阀40还可包括致动器42，致动器42可操作以响应控制信号来选择性地打开和关闭进入端 口 46与排放端口 50之间的流体通路。致动器42可构造成打开而非关闭控制阀40，这种情 况下可采用第二致动器43来选择性地关闭该阀。致动器42和43可具有任何种类的构型， 包括但不限于导阀、螺线管和诸如弹簧的偏压部件。可通过经排放通道52与控制阀40流体连接的液压缸控制阀M进一步控制加压 流体从控制阀40到液压缸沈的分配。液压缸控制阀M操作以在液压缸沈的第一腔室58 与第二腔室60之间选择性地分配从控制阀40接收的加压流体。第一供应通道62将第一 腔室58与液压缸控制阀M流体连接，第二供应通道64将第二腔室60与液压缸控制阀M 流体连接。设置有与液压缸控制阀M流体连接的储器返回通道60，以使从液压缸沈排放 的流体回到流体储器18。利用脉宽调制控制的数字阀通常不产生连续的流量输出，而是产生周期性的输 出，其中一定量的流体从阀排放，接下来的一段时间不产生流体排放。为了帮助补偿控制阀 的周期性的输出和向液压负载传送更均勻的加压流体流，可设置蓄积器68。蓄积器68在阀 工作循环的排放阶段期间储存从控制阀40排放的加压流体。所储存的加压流体可在控制 阀40关闭期间释放，以补偿控制阀40的周期性的排放和向液压负载沈传送更恒定的加压 流体流。蓄积器68可具有任何种类的构型。例如，蓄积器68的一个形式可包括用于接收 和储存加压流体的流体储器69。储器69可经供应/排放通道73在流体汇接处71与排放 通道52流体连接。蓄积器68可包括可动隔膜75。可调节隔膜75在蓄积器68内的位置， 以选择性地改变储器69的容积。偏压机构79沿趋于使储器69的容积最小化(即，远离偏 压机构79)的方向迫压隔膜75。偏压机构79施加与储器69内存在的加压流体所施加的 压力相对抗的偏压力。如果两个相对抗的力不平衡，则隔膜75将被移位以增加或减小储器 69的容积，从而恢复两个相对抗的力之间的平衡。例如，当控制阀40被打开时，在流体汇 接处71的压力水平将趋于增加。一般而言，储器69内的压力水平对应于在流体汇接处71 的压力。如果储器69内的压力超过由偏压机构79所产生的对抗力，则隔膜75将朝偏压机 构79移位，从而增加储器的容积和可储存在储器69中的流体量。随着储器69继续充装流 体，由偏压机构79所产生的对抗力也将增加到使偏压力和从储器69内施加的相对抗的压 力基本上相等的值。当两个相对抗的力达到平衡时，储器69的容量将保持基本上恒定。另 一方面，关闭控制阀40通常导致在流体汇接处71的压力水平下降到储器69内的压力水平 以下。这与隔膜75两侧的压力此时不平衡相结合将导致储存在储器69内的流体经供应/ 排放通道73排放到排放通道52和被传送到液压负载26。液压系统10还可包括第二控制阀70，其用于控制加压流体从泵12到第二流体回 路34、特别是到液压马达观的分配。控制阀70也可为以前述使用脉宽调制的方式操作的 高频数字阀。尽管在图1中被示意性地示出为双向、双位置阀，但应当理解的是，根据具体 应用的需求，也可使用其它阀构型。控制阀70包括经控制阀进入通道76在流体汇接处74 与泵排放通道22流体连接的进入端口 72。控制阀70也可包括致动器77，致动器77可操 作以响应控制信号来选择性地打开和关闭进入端口 72与排放端口 78之间的流体通路。致 动器77可构造成打开而非关闭控制阀70，这种情况下可采用第二致动器81来选择性地关 闭该阀。致动器77和81可具有任何种类的构型，包括但不限于导阀、螺线管和诸如弹簧的偏压部件。与液压马达28流体连通的液压马达供应通道80与控制阀70的排放端口 78流体 连通。继而可经在流体汇接处83与储器返回通道66流体连接的排放通道82从液压马达 28排放液压流体。可在供应通道80内设置第二蓄积器84，以便以与前文所述的关于蓄积 器68的方式基本相同的方式储存加压流体。蓄积器84可经供应/排放通道87在流体汇 接处85与液压马达供应通道80流体连接。从控制阀70排放的加压流体可用来在控制阀 70的排放阶段期间充填蓄积器84。所储存的加压流体可在控制阀70关闭期间释放，以帮 助使被传送到液压负载观的加压流体流的波动最小化。液压系统10还可包括用于控制加压流体从泵12到第三流体回路36的分配的第 三控制阀86。类似于控制阀40和70，控制阀86也可为以前述使用脉宽调制的方式操作的 高频数字阀。尽管在图1中被示意性地示出为双向、双位置阀，但应当理解的是，根据具体 应用的需求，也可使用其它阀构型。控制阀86的进入端口 88经控制阀进入通道92在流体 汇接处90与泵排放通道22流体连接。控制阀86还可包括致动器93，致动器93可操作以 响应控制信号来选择性地打开和关闭进入端口 88与排放端口 96之间的流体通路。致动器 93可配置成打开而非关闭控制阀86，这种情况下可采用第二致动器91来选择性地关闭该 阀。致动器91和93可具有任何种类的构型，包括但不限于导阀、螺线管和诸如弹簧的偏压 部件。液压负载供应通道94将控制阀86的排放端口 96与液压负载30流体连接。可经 在流体汇连处103与储器返回通道66流体连接的排放通道98从液压负载30排放加压的 液压流体。可设置蓄积器95，以与前文所述的关于蓄积器68的方式基本相同的方式储存加 压流体。蓄积器95可经供应/排放通道99在流体汇接处97与液压负载供应通道94流体 连接。从控制阀86排放的加压流体可用来在控制阀86的排放阶段充填蓄积器95。所储存 的加压流体可在控制阀86关闭时释放，以帮助抵消流向液压负载30的加压流体流中的波 动。关闭或限制固定排量泵12的出口会导致液压系统10内的压力达到不期望的水 平。为了避免液压系统在泵输出超过液压负载的流量需求期间过压，可设置与旁通流体回 路101相关联的旁通控制阀100。旁通控制阀100的进入端口 102经进入通道106在流体 汇接处104与泵排放通道22流体连接。旁通控制阀100可操作以选择性地允许由泵12所 产生的过剩流量卸放到流体储器18。旁通排放通道108与旁通控制阀100的排放端口 110 流体连接并在流体汇接处111与储器返回通道66流体连接。旁通控制阀100还包括致动 器112，致动器112可操作以响应控制信号来选择性地打开和关闭进入端口 102与旁通阀 100的排放端口 110之间的流体通路。致动器112可配置成打开而非关闭旁通控制阀100， 这种情况下可采用第二致动器113来选择性地关闭该阀。致动器112和113可具有任何种 类的构型，包括但不限于导阀、螺线管和诸如弹簧的偏压部件。可设置控制器114以控制控制阀40、70、86和100的操作。更普遍地，控制器114 可形成基于更普通的系统的电子控制单元(ECU)的一部分或可与这种ECU操作地通信。此 外，控制器114可包括例如微处理器、中央处理单元(CPU)和数字控制器。更具体而言，控制器114和任何相关联的ECU为通常能够执行存储在计算机可读 媒介上的指令如用于执行一个或多个文中所述过程的指令的装置的示例。计算机可执行的指令可从使用各种公知的编程语言和/或技术所形成的计算机程序汇编或编译而成，所述 编程语言包括但不限于Java、C、C++、Visual Basic、Java Script、Perl等，这些编程语言 可单独使用或相结合。一般而言，处理器(例如微处理器)例如从存储器、计算机可读媒介 等接收指令并执行这些指令，从而执行一个或多个处理，包括一个或多个文中所述的处理。 可使用各种公知的计算机可读媒介存储和传输这些指令或其它数据。计算机可读媒介(也称为处理器可读媒介)包括任何参与提供可由计算机(例如 通过计算机的处理器、微控制器等)读取的数据(例如指令)的有形媒介。这种媒介可采 取多种形式，包括但不限于非易失性媒介和易失性媒介。非易失性媒介可包括例如光盘或 磁盘、只读存储器(ROM)和其它永久存储器。易失性媒介可包括例如动态随机存取存储器 (DRAM)，其通常构成主存储器。计算机可读媒介的通常形式包括例如软盘、软磁盘、硬盘、磁 带、任何其它磁性媒介、CD-ROM、DVD、任何其它光学媒介、穿孔卡、纸带、带孔图案的任何其 它有形媒介、RAM、PROM、EPROM、FLASH-EEPR0M、任何其它存储芯片或存储磁带、或可由计算 机读取的任何其它媒介。传输媒介可有利于通过将指令从一个构件或装置传达到另一个构件或装置来进 行指令处理。例如，传输媒介可有利于移动装置110与电信服务器1 之间的电子通信。传 输媒介可包括例如同轴电缆、铜线和光纤，包括包含与计算机的处理器联接的系统总线的 线。传输媒介可包括或传播声波、光波和电磁辐射，例如在射频(RF)和红外线(IR)数据通 信期间产生的那些声波、光波和电磁辐射。以数字控制器114为例说明。第一控制线路116将控制器114与控制阀40的致 动器42可操作地连接。第二控制线路117将控制器114与控制阀40的致动器43可操作 地连接。第三控制线路118将控制器114与控制阀70的致动器77可操作地连接。第四控 制线路119将控制器114与控制阀70的致动器81可操作地连接。第五控制线路120将控 制器114与控制阀86的致动器93可操作地连接。第六控制线路121将控制器114与控制 阀86的致动器91可操作地连接。第一旁通控制线路122将控制器114与旁通控制阀100 的致动器112可操作地连接。第二旁通控制线路123将控制器114与旁通控制阀100的致 动器113可操作地连接。控制器114可配置成响应各种系统输入来控制控制阀的操作，所 述系统输入例如液压负载的压力和流量需求、泵速度、泵出口压力和从泵12排放的流体流 量。根据具体应用的需求，液压系统10可包括各种用于监控系统的各种操作特征的传感 器，并且可包括速度传感器124、压力传感器1 和流量传感器1 及其它。可使用脉宽调制数字地控制控制阀40、70、86和100。通常，当采用脉宽调制时控 制阀完全打开或完全关闭。此外，在任何特定情况下通常仅一个控制阀完全打开，尽管连续 的阀的打开和关闭顺序的一部分可同时出现，随后将更详细地说明这一点。当阀打开时，基 本上从泵12排放的所有流体量均通过控制阀。以此方式操作控制阀产生总体上周期性的 流体输出，其中泵12的全部流体输出从控制阀排放或根本不排放。控制阀40、70、86和100 通常在较高的操作频率下被操作。操作频率定义为每单位时间完成的工作循环的数量，通 常用循环/秒或赫兹表示。可通过调节相应的阀工作循环来控制通过控制阀40、70、86和100的流体的有效 流量。完整的工作循环包括控制阀的一次打开和一次关闭。工作循环可用控制阀打开的时 间与工作循环操作周期的比来表示。可将工作循环操作周期定义为完成一个工作循环所需9的时间。工作循环通常用操作周期的百分比来表示。例如，百分之七十五(75%)工作循 环是控制阀在大约百分之七十五(75% )的时间打开而在百分之二十五(25% )的时间关 闭。术语“有效流量”是指在一个完整的工作循环期间从控制阀排放的流体的时间平均流 量，其用泵12的流量输出的百分比来表示。通过将在一个完整的工作循环期间从控制阀排 放的流体的总量除以工作循环操作周期的泵12的流量输出来确定有效流量。例如，在百分 之七十五(75% )工作循环下操作控制阀将产生泵12的流量输出的百分之七十五(75% ) 的有效排放流量。控制阀40、70、86和100的示例性工作循环在图2中示出。应当理解的是，图2所 示工作循环是为了说明和示出液压系统的各个方面而选择的有代表性的工作循环。在实践 中，用于特定控制阀的工作循环将有可能与所示的工作循环不同，并且实际上任何或所有 工作循环可连续变化以适应各种液压负载的改变的操作需求。可为每个操作循环再评估各控制阀40、70、86和100所采用的工作循环并按需进 行调节以适应改变的负载条件。确定控制阀40、70、86和100的适当的工作循环可考虑的 因素可包括液压负载26 J8和30的流量和压力需求、泵12的流量输出、泵12的排放压力 和泵12的操作速度等。工作循环沿着由图2中的实线表示的大致方波形进行。各控制阀的工作循环通常 具有相同的操作周期。基于说明的目的，图2中示出20毫秒的操作周期。但是，在实践中， 可根据液压系统10的构型和使用该液压系统的具体应用的需求选择更长或更短的操作周 期，前提是各控制阀总体上采用相同的操作周期。操作周期可连续变化以适应改变的操作 条件。可通过改变它们相应的工作循环来控制控制阀40、70、86和100的有效流量。用 于各控制阀40、70、86和100的工作循环可连续变化以适应改变的负载条件。控制器114 可配置成确定各控制阀的工作循环。控制器114还可配置成传输对应于所期望的工作循环 的控制信号，所述工作循环可用来控制相应控制阀的操作。控制器114可包括用于基于各 种输入确定适当的工作循环的逻辑。控制器114所采用的控制策略可基于开环或闭环控制方案。在闭环系统中，控制 器114可从各种传感器接收反馈信息，这些传感器用来监控各种操作参数，例如，仅举几例 为压力、温度和速度。控制器114可使用从传感器接收的信息调节(如果需要)相应控制 阀的工作循环以实现期望的负载性能。闭环系统可允许更精确地控制各种操作参数，例如 压力、速度和流量。例如，可使用闭环系统来控制施加在液压负载30上的压力。控制器114 可从压力传感器138接收与施加在液压负载30上的实际压力有关的反馈信息。通信线路 139将压力传感器138与控制器114可操作地连接。控制器114可使用压力数据来计算压 力误差，该压力误差对应于由控制器114命令的压力与如通过压力传感器138检测的施加 在液压负载30上的压力之差。如果该压力误差落在选定的误差范围之外，则控制器114可 修改控制阀86的工作循环以在液压负载30处实现所期望的压力。闭环系统还可用来执行负载感测控制方案。采用负载感测的液压系统具有监控系 统压力的能力和按需进行适当调节以在操作该液压负载所需的压力下提供所期望的流量 的能力。可通过监控跨越定位在向液压负载供应加压流体的通道内的孔口的压降来执行负 载感测。通常将跨越该孔口的压降设定在预定的固定值。在跨越孔口的压降固定的情况下，CN 102057166 A说明书7/17 页通过该孔口的流量仅取决于孔口的流通面积。这使得能够通过调节孔口的流通截面积同时 保持所期望的恒定压降来控制流体被传送到液压负载的流量。增加孔口流通截面积使流量 增加，而减小孔口流通截面积使流量降低。跨越孔口的压降的变化——可由于例如被液压 负载移动的工作负载增加——将导致传送到液压负载的流体的流量相应改变。可检测跨越 孔口的压降和通过调节上游孔口压力来补偿跨越孔口的压降，以实现所期望的压降。当试图控制要求特定流量同时保持跨越计量孔口的特定压降的液压装置时负载 感测能力可为有利的。液压缸26是这种装置的一个示例。液压缸沈可用于各种应用中。 举例而言且基于说明的目的，将在动力转向系统的背景下描述液压缸沈，尽管应当理解液 压缸沈的其它应用也是可能的。液压缸沈可包括以可滑动方式设置在缸壳体141内的活 塞140。活塞140的端部142经一组连杆与车轮连接。活塞140可通过向第一腔室58和第 二腔室60选择性地传送加压流体而在缸壳体141内纵向地滑动。被传送到相应腔室的流 体流量决定活塞140移动的速度。液压缸控制阀M操作以在液压缸沈的流体腔室58和 60之间分配加压流体。液压缸控制阀M包括控制被传送到液压缸沈的流体流量的可变孔 口。液压缸控制阀M对用户输入进行响应，使阀调节孔口尺寸以实现所期望的流量和将所 述流引导到液压缸沈中的适当腔室。可通过将一对压力传感器144和146分别布置在液压缸控制阀M的上游和下游 来执行负载感测控制方案。第一通信线路145和第二通信线路147可分别将压力传感器 144和146与控制器114可操作地连接。压力传感器可配置成将指示相应传感器位置处的 压力的压力信号发送到控制器114。控制器114使用压力数据利用控制器114中包含的逻 辑制定(算出，formulate)适当的控制信号，以控制控制阀40的操作。控制信号包括可经 控制线路116被发送到致动器42的脉宽调制信号。致动器42响应于收到的信号而打开和 关闭控制阀40。控制器114确定适当的控制信号的脉冲宽度，该脉冲宽度通过能够在所期 望的压力范围内将所期望的流量传送到液压缸控制阀M而计算得出。控制器114监控跨 越液压缸控制阀M中的孔口的压降并可按需调节控制信号以保持所期望的跨越该孔口的 压降。例如，增加施加在活塞140的端部142上的对抗力可导致由压力传感器146监控的 下游压力相应增加和跨越液压缸控制阀M中的孔口的压降相应降低。降低的压降还可导 致流向液压缸26的流体的流量相应降低。为了补偿流量的降低，控制器114可通过调节对 控制阀40的操作进行控制的控制信号的工作循环来增加液压缸控制阀M入口处的压力， 该压力使用压力传感器144进行监控。入口处的压力可增加一量，该量足以实现与在施加 在活塞140的端部142上的对抗力增加之前所存在的跨越孔口的压降相同的跨越孔口的压 降。这样，尽管作用在活塞上的力连续波动，仍可将所期望的传送到液压缸沈的流量并因 此将活塞的致动速度保持在所期望的水平。闭环系统还可用来控制液压装置如液压马达28的速度。控制器114可从速度传 感器148接收指示液压马达观的转速的反馈信息。通信线路149将速度传感器148与控 制器114可操作地连接。控制器114可使用速度数据来计算对应于控制器114命令的速度 与如通过速度传感器148检测的液压马达观的实际转速之差的速度误差。如果该速度误 差落在选定的误差范围之外，则控制器114可修改控制阀70的工作循环以使液压马达观 在所期望的速度下操作。闭环系统还可用来控制传送到液压装置如液压装置30的液压流体的流量。控制器114可从流量传感器150接收指示传送到液压装置30的流体的流量的反馈信息。通信线 路151将流量传感器150与控制器114可操作地连接。控制器114可使用流量数据来计算 对应于控制器114命令的流量与如通过流量传感器150检测的实际流量之差的流量误差。 如果该流量误差落在选定的误差范围之外，则控制器114可修改控制阀86的工作循环以实 现所期望的流量。控制器114还可包括用于控制最大待命(standby)压力的逻辑。最大待命压力表 示可施加在液压负载上的最大压力。数字高压待命控制通常用于与模拟液压系统中所采用 的高待命减压阀相同的目的。但是，减压阀可与数字高压待命控制相结合用作后备措施。最 大待命压力设置通常设为低于减压阀(如果使用减压阀)的压力设置。这防止了减压阀在 正常操作条件下打开，这种打开可导致不期望的能量损失。一旦压力达到最高允许水平，控 制器114就可将用来控制与该液压负载相关联的控制阀的操作的控制信号的脉冲宽度调 节为零。这使控制阀关闭以防止压力的任何进一步增加。控制器114还可包括用于控制低待命压力的逻辑。低待命压力控制操作以帮助确 保当液压负载不需要任何流量时总是将预定的最低压力传送到该负载。保持最低待命压力 可使液压负载能以可预测和合理的响应方式进行反应。低待命压力可由控制器114产生具 有窄脉冲宽度的脉宽调制控制信号以控制与该液压负载相关联的控制阀来保持。窄脉冲宽 度控制信号使阀具有有效打开，该有效打开足够大以允许充足的流量通过控制阀以补偿系 统泄漏同时将压力保持在最低待命压力水平。低压待命控制可例如与采用液压缸沈的动力转向系统结合使用。低待命压力通 常在动力转向系统定位在空档位置时出现。在动力转向系统处于空档位置的情况下，控制 器114可发出低待命压力命令信号以指示液压缸控制阀M将所需压力传送到液压缸沈。 低待命压力足以允许液压缸26稳定地维持车辆的期望转向几何形状和能够实现转向机构 的快速致动。在实践中，控制器114可制定脉宽调制控制信号以便基于所需压力水平的最 大值和低待命压力水平中的较高者来操作控制阀。继续参照图2，控制阀40被示为采用示例性的百分之四十(40%)工作循环；控制 阀70被示为采用示例性的百分之三十(30%)工作循环；控制阀86被示为采用示例性的百 分之二十(20% )工作循环；控制阀100被示为采用示例性的百分之十(10% )工作循环。 应当理解的是，图2所示的工作循环仅基于说明的目的。在实践中，用于特定控制阀的工作 循环可不同于所示的工作循环，并且实际上可随时间变化以适应改变的负载需求。继续参照图1和图2，控制阀40、70、86和100采用共同的操作周期，基于说明的目 的，该操作周期可被设为二十00)毫秒。如前文所述，实际操作周期可根据液压系统10的 构型和操作需求变化。控制阀以这样的方式被一个接一个地有序致动，即当一个阀关闭或 在某些情形中接近关闭时下一阀打开。通常，在任何特定时刻仅一个阀完全打开，尽管可存 在被有序致动的阀的打开和关闭顺序互相交叉的较短时段。在一给定操作循环期间，每个 阀通常仅打开和关闭一次。单个操作循环包括仅通过可用控制阀的至少一个子组一次的循 环。不同操作循环的阀循环次序可改变。当操作液压系统10时，可能存在液压负载的流量需求超过泵12的流量输出的情 形。当出现这种情形时，可对可用流量将以何种比例在液压负载之间分配进行判断。这可 通过对每个液压负载分配一优先级来实现。例如，可认为优先级一(1)为最高优先级，优先级二( 为第二高优先级，依次类推。每个液压负载均可被分配一优先级。旁通回路通常 被分配最低优先级。可使用各种标准来确定优先级分配，包括但不限于安全顾虑、效率考虑、操作者便 利性等。根据具体应用的需求，每个液压负载可被分配单独的优先级或多个液压负载可被 分配同一优先级。对每个负载的优先级分配可例如借助于存储器153保存在控制器114中， 或保存在与控制器114操作通信的系统级电子控制单元(ECU)的存储器或其它有形存储机 构中。可基于液压负载的优先级等级将可用流量分配给液压负载，使被分配最高优先级 (即优先级1)的液压负载接收它们需要的全部流量，而其余液压负载接收减少的流量或 根本不接收流量。对流体回路32、34、36和101的可能的优先级分配的示例和基于该优先 级分配所形成的流量分配在下面的表1中示出。基于此示例的目的，假设液压泵12具有 一百五十(150)升/分的最大输出。基于说明的目的，包括液压缸沈的第一流体回路32 被分配优先级一。第二流体回路34和第三流体回路36被分配优先级二。通常被分配最低 优先级的旁通流体回路101被分配优先级三。在此示例中，第一流体回路需要全部可用流 量的三分之二(百分之66. 7)或100升/分。第二和第三流体回路均需要可用流量的三分 之一(百分之33. 或50升/分。由于所有三个流体回路的总流量需求超过来自泵12的 可用流量，所以被分配低于第一流体回路的优先级的第二和第三流体回路将仅接收它们需 要的流量的一部分。第一流体回路将接收其100升/分的总流量需求。这剩余50升/分 在第二和第三流体回路之间进行分配。由于第二和第三流体回路具有相同的优先级，所以 剩余的50升/分在两个流体回路之间均勻分配，每个回路接收25升/分。在此示例中旁 通流体回路不接收流体，这是因为所有可用流体在其它三个流体回路之间进行分配。表 1可用总流量=150升/分
权利要求
1.一种方法，包括分配优先级使得所述优先级与多个液压负载中的每个液压负载相关联；基于所分配的优先级制定脉宽调制控制信号；将所述控制信号传输到多个数字阀，每个阀可操作以选择性地将至少一个所述液压负 载与压力源流体连接；以及响应于所述控制信号按顺序致动所述数字阀的至少一个子组。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括在单个操作循环致动每个所述数字阀不超过一次。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制信号限定出操作循环期间的时 间周期，在所述时间周期中相应的阀布置在打开位置和关闭位置。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在每个操作循环期间每个阀打开和关闭 不超过一次。
5.根据权利要求2所述的方法，还包括基于相关联的液压负载所分配的优先级以有序 的次序致动所述阀。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，首先致动与具有最高优先级的所述液压 负载相关联的所述阀。
7.根据权利要求5所述的方法，还包括使每个所分配的优先级基于所述特定液压负载 的压力需求。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，首先致动与具有最高压力需求的所述液 压负载相关联的所述阀。
9.根据权利要求7所述的方法，还包括有序地致动所述阀，所述有序地致动从与具有 最高压力需求的所述液压负载相关联的所述阀开始并基于其余液压负载的所述压力需求 以有序的降序次序进行。
10.根据权利要求7所述的方法，还包括有序地致动所述阀，所述有序地致动从与具有 最低压力需求的所述液压负载相关联的所述阀开始并基于其余液压负载的所述压力需求 以有序的升序次序进行。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制信号的所述制定包括为每个所 述数字阀确定一工作循环，所述工作循环限定出时间周期，在所述时间周期期间所述阀布 置在关闭位置和打开位置。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括为所述多个液压负载中的每一个液压负载确定流量需求；以及为每个所述阀确定一工作循环，所述工作循环被计算以产生所述相关联的液压负载的 所述流量需求。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述控制阀中的至少一个被分配一工 作循环，确定所述工作循环以在所有所述液压负载的总流量需求大于可获得的加压流体的 流量时产生小于所述相关联的液压负载的所述流量需求。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，基于所述相关联的液压负载的所述流 量需求确定所述工作循环。
15.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在开始操作循环之前确定用于每个所述数字阀的所述工作循环。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，贯穿所述操作循环保持用于每个所述 数字阀的所述工作循环。
17.根据权利要求15所述的方法，还包括在致动所述相应的阀之前评估每个阀的所述工作循环；以及基于所述相关联的液压负载的所述流量需求修改在开始所述操作循环之前确定的所 述工作循环。
18.一种液压系统，包括多个数字阀，每个阀可与对应的液压负载流体连接，所述数字阀可操作以将所述对应 的液压负载与压力源流体连接；以及数字控制器，所述数字控制器与所述多个数字阀可操作地连接，所述数字控制器配置 成分配优先级使得多个液压负载中的每一个与所述优先级相关联以及基于所分配的优先 级制定脉宽调制控制信号，所述数字控制器可操作以向所述多个数字阀传输所述控制信号 以便控制所述阀的操作。
19.根据权利要求18所述的液压系统，其特征在于，所述控制信号被制定为在单个操 作循环中致动每个所述数字阀不超过一次。
20.根据权利要求19所述的液压系统，其特征在于，所述控制信号限定出每个操作循 环期间的时间周期，在所述时间周期中相应的阀布置在打开位置和关闭位置。
21.根据权利要求20所述的液压系统，其特征在于，在每个操作循环期间每个阀打开 和关闭不超过一次。
22.根据权利要求19所述的液压系统，其特征在于，所述控制器配置成基于所述相关 联的液压负载的所分配的优先级以有序次序致动所述阀。
23.根据权利要求22所述的液压系统，其特征在于，与具有最高优先级的所述液压负 载相关联的所述阀首先被致动。
24.根据权利要求22所述的液压系统，其特征在于，所述控制器配置成基于所述液压 负载的压力需求分配所述优先级。
25.根据权利要求M所述的液压系统，其特征在于，与具有最高压力需求的所述液压 负载相关联的所述阀首先被致动。
26.根据权利要求M所述的液压系统，其特征在于，所述控制器配置成有序地致动所 述阀，所述有序地致动从与具有最高压力需求的所述液压负载相关联的所述阀开始并基于 其余液压负载的所述压力需求以有序的降序次序进行。
27.根据权利要求M所述的液压系统，其特征在于，所述控制器配置成有序地致动所 述阀，所述有序地致动从与具有最低压力需求的所述液压负载相关联的所述阀开始并基于 其余液压负载的所述压力需求以有序的升序次序进行。
28.根据权利要求18所述的液压系统，其特征在于，所述控制器配置成为每个所述数 字阀确定一工作循环，所述工作循环限定出时间周期，在所述时间周期期间所述阀布置在 关闭位置和打开位置。
29.根据权利要求观所述的液压系统，其特征在于，所述控制器配置成确定所述多个 液压负载中的每一个的流量需求和为每个所述阀确定一工作循环，计算所述工作循环以产生所述相关联的液压负载的所述流量需求。
30.根据权利要求四所述的液压系统，其特征在于，所述控制阀中的至少一个被分配 一工作循环，所述工作循环被确定为在所有所述液压负载的总流量需求大于可获得的加压 流体的流量时产生小于所述相关联的所述液压负载的所述流量需求。
31.根据权利要求观所述的液压系统，其特征在于，基于所述相关联的液压负载的所 述流量需求确定所述工作循环。
32.根据权利要求观所述的液压系统，其特征在于，在开始操作循环之前确定用于每 个所述数字阀的所述工作循环。
33.根据权利要求32所述的液压系统，其特征在于，贯穿所述操作循环保持用于每个 所述数字阀的所述工作循环。
34.根据权利要求32所述的液压系统，其特征在于，所述控制器配置成在致动所述相 应阀之前评估每个阀的所述工作循环，和基于所述相关联的液压负载的所述流量需求修改 在开始所述操作循环之前确定的所述工作循环。
全文摘要
示例性液压系统(10)包括多个数字阀(40，70，86，100)，每个阀可与对应的液压负载(26，28，30)流体连接。数字阀可操作以将对应的液压负载与压力源(12)流体连接。所述液压系统还包括与多个数字阀可操作地连接的数字控制器(114)。该数字控制器配置成分配优先级使得该优先级与多个液压负载中的每一个相关联，以及基于所分配的优先级制定脉宽调制控制信号。数字控制器将控制信号传输到多个数字阀以控制所述阀的操作。
文档编号F15B11/16GK102057166SQ200980121657
公开日2011年5月11日 申请日期2009年4月10日 优先权日2008年4月11日
发明者A·H·雅各达, B·莫里斯, C·G·福琼, D·吴, J·R·凯斯, P·布兰纳, T·J·斯托尔茨 申请人:伊顿公司