用于控制多个可变排量液压泵的转矩负载的方法、装置和计算机可读储存介质的制作方法
【专利摘要】本文描述了用于控制多个可变排量液压泵的转矩负载的方法、装置和计算机程序产品。使用非线性控制定律确定每个可变排量液压泵的泵排量极限值，以限制所述可变排量液压泵作用在发动机上的总泵转矩负载。每个可变排量液压泵的实际泵排量的值基于相应的确定的泵排量极限值进行控制。
【专利说明】用于控制多个可变排量液压泵的转矩负载的方法、装置和计算机可读储存介质
【技术领域】
[0001]本发明总体涉及可变排量液压泵，更具体涉及用于控制多个可变排量液压泵作用在给所述泵提供动力的发动机上的转矩负载的方法、装置和计算机可读存储介质。
【背景技术】
[0002]可变排量液压泵如可变排量轴向活塞泵用在多种场合来提供加压液压流体。例如液压工程机械、土工机械等等往往使用可变排量液压泵来提供完成期望的工作职能所需的加压液压流体流。
[0003]在运行中，随着这种机械的发动机上的转矩负载的增加，发动机转速将减小。当发动机上的转矩负载超过发动机的转矩能力时，发动机转速将被加载减速。如果这种加载减速现象进一步发展，发动机将熄火。为了避免发动机熄火，在发动机上的转矩负载期望限制在发动机能力范围内。因此，控制和限制发动机上的总转矩负载是非常重要的机器控制。
[0004]对于液压机械控制系统设计来说，提供将多个泵的总转矩负载保持在预定总转矩负载极限范围内的泵控制系统是困难的。通常，使用一种非常保守的方法来将泵系统中的所有泵的转矩负载限制到相同的水平。通过这种方式，一些近似值将通过施加到每个泵的、良好调整的液压机械控制器来获得。除了保守性之外，这种控制器还具有其它缺点。首先，对液压机械控制系统来说成本高。复杂的液压机械系统包含很多具有精良制造工艺需求的机械部件。液压线路和管线的附加成本也与这种控制设计相关联。其次，用于可变排量泵的液压机械控制设计中的大部分工作使用线性控制技术。这意味着泵系统的动态特性首先围绕运行点被线性化且控制器随后被合并用于线性系统。然而，依赖于使非线性系统线性化的控制策略要求适于稳定精确控制的良好系统模型，并可能导致有限的运行范围。再者，将所有泵的排量设置成相同的值以获得转矩限制控制会引起泵控制指令中断。这种中断会引起机器运行突然改变或者诱发不稳定性。
【发明内容】
[0005]在一个方面，本发明描述了一种控制多个可变排量液压泵作用在给所述泵提供动力的发动机上的总泵转矩负载的方法。检测出每个可变排量液压泵的实际泵排出压力的值。检测出每个可变排量液压泵的实际泵排量的值。使用非线性控制定律确定每个可变排量液压泵的泵排量极限值，以限制所述可变排量液压泵作用在该发动机上的总泵转矩负载。每个可变排量液压泵的实际泵排量的值基于相应的确定的泵排量极限值进行控制。
[0006]在另一个方面，本发明描述了一种用于控制多个可变排量液压泵作用在给所述泵提供动力的发动机上的总泵转矩负载的装置。该装置包括多个泵排出压力传感器、多个泵排量传感器，以及泵系统控制器。
[0007]泵排出压力传感器分别与可变排量液压泵一起布置。所述泵排出压力传感器适用于检测每个可变排量液压泵的实际泵排出压力的值并适用于提供表示检测到的压力的压力检测信号。
[0008]泵排量传感器分别与可变排量液压泵一起布置。泵排量传感器适用于检测每个可变排量液压泵的实际泵排量的值并适用于提供表示检测到的排量的排量检测信号。
[0009]泵系统控制器电连接到泵排出压力传感器和泵排量传感器。泵系统控制器适用于从泵排出压力传感器接收压力检测信号和从泵排量传感器接收排量检测信号。泵系统控制器适用于使用非线性控制定律确定每个可变排量液压泵的泵排量极限值，以限制所述可变排量液压泵作用在该发动机上的总泵转矩负载。泵系统控制器电连接到每个可变排量液压泵。泵系统控制器适用于控制每个可变排量液压泵以基于相应的确定的泵排量极限值来控制每个可变排量液压泵的实际泵排量的值。
[0010]根据另一个方面，本发明描述了一种承载有用于控制多个可变排量液压泵在对所述泵提供动力的发动机上的总泵转矩负载的指令的非暂时性的、有形的计算机可读存储介质。当在一个或多个计算装置上运行时，所述指令执行用于控制该总泵转矩负载的步骤。从多个泵排出压力传感器接收压力检测信号。泵排出压力传感器分别连接到每个可变排量液压泵的输出管线。从多个泵排量传感器接收排量检测信号。泵排量传感器分别连接到每个可变排量液压泵的输出管线。使用非线性控制定律确定每个可变排量液压泵的泵排量极限值，以限制所述可变排量液压泵在该发动机上的总泵转矩负载。控制信号被发送到每个可变排量液压泵以基于相应的确定的泵排量极限值来控制每个可变排量液压泵的实际泵排量的值。
[0011]应当认识到，本文公开的装置、方法和计算机程序产品能够在其它不同的实施例中实施并且能够在多个方面进行更改。因此，应当理解前文的概述和下文的详细描述均是示例性的并且仅仅用于解释说明，而不是要限制后附的权利要求书。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是与发动机和泵系统一起可操作地布置的电-液控制系统(电动液压控制系统)的根据本发明原理的一个实施例的简图。
[0013]图2是用于发动机的代表性加载减速(lug curve)曲线图。
[0014]图3是适用于根据本发明的原理的装置和方法的可变排量液压泵的一个实施例的示意性侧剖视图。
[0015]图4是图3中的泵的示意性端视图。
[0016]图5是适用于根据本发明的原理的装置和方法的包括伺服阀的泵和泵控制配置的示意图。
[0017]图6是示出了根据本发明的原理的控制多个可变排量液压泵在给所述泵提供动力的发动机上的总泵转矩负载的方法的一个实施例的流程图。
【具体实施方式】
[0018]本文描述了用于控制多个可变排量液压泵的转矩负载的方法、装置和计算机程序产品。在本发明的一个方案中，使用用于具有转矩负载极限值的多个活塞泵的EH控制设计来控制两个或更多个可变排量液压泵。转矩控制极限值通过使用控制系统功率流和转矩平衡方程技术获得。利用所描述的控制设计，在发动机上的转矩负载可被精确管理并且不同的泵可以连续的方式运行。
[0019]在下面的详细描述中，参考构成其一部分的附图，并且附图中通过举例说明的方式示出了多个具体的实施例或例子。可以组合这些实施例，可以使用其它实施例，并且在不背离本发明精神或范围的情况下可做出多种变化。下面的详细描述因此不应视为具有限制意义。
[0020]现在转向附图，图1示出了与发动机22和泵系统24可操作地布置在一起的电液控制系统20的一个实施例。发动机22通过传动装置26与泵系统24可操作地布置在一起以驱动泵系统的多个泵。在某些实施例中，发动机22的传动装置26可呈无级变速传动装置(CVT)的形式。然而，应当理解，电液控制系统20可用于任何合适的发动机和/或液压传动装置。
[0021]泵系统24包括多个可变排量液压泵(泵1、泵2、泵3、泵4)。多泵结构可以肩并肩或前后纵列方式排列。在肩并肩结构中，多个泵并联排列放置在一起。另一方面，前后纵列的泵串联布置。
[0022]在示出的实施例中，泵I和泵2以肩并肩排列方式布置，而泵3和泵4前后纵列布置。在示出的实施例中，传动装置26包括与相应的泵轴30，32可操作地布置在一起的齿轮传动机构28，以便发动机驱动肩并肩布置的泵i和泵2。附加的传动能量损失可与肩并肩的多个泵工和泵2相关联。为发动机22提供泵通轴34以驱动前后纵列的泵3和泵4。
[0023]在一些实施例中，因此，至少两个可变排量液压泵以肩并肩(并联)结构布置。在其它实施例中，至少两个可变排量液压泵以前后纵列(串联)结构布置。在其它实施例中，可以使用肩并肩布置和前后纵列布置的组合。
[0024]在给定的发动机运行速度下，泵i至泵4将转矩负载加到发动机22。图2中示出了典型的稳态发动机速度-转矩曲线或加载减速曲线。在正常运行时，基于不同的需求，可提供EH控制系统20来帮助发动机22在加载减速曲线上的期望区域运行，从而使得泵i至泵4作用在发动机上的转矩负载被控制成限制所述可变排量液压泵i至泵4作用在发动机22上的总泵转矩负载。取决于发动机22的工作条件(包括例如发动机速度和温度)，总泵转矩负载极限值可以变化，以保持发动机22的期望运行性能。
[0025]转回参考图1，EH控制系统20包括用于控制所述可变排量液压泵i至泵4作用在给所述泵工至泵4提供动力的发动机22上总泵转矩负载的装置。该EH控制系统包括监督控制器40、泵系统控制器42、多个泵排出压力传感器44和多个泵排量传感器46。
[0026]所述泵排出压力传感器44分别与所述可变排量液压泵i至泵4 一起布置。泵排出压力传感器44适用于检测每个可变排量液压泵i至泵4的实际泵排出压力P1至P4的值并适用于向该泵系统控制器42提供表示所述检测压力的压力检测信号。在示出的实施例中，泵排出压力传感器44分别连接到每个可变排量液压泵i至泵4的输出管线48。
[0027]泵排量传感器46分别与所述可变排量液压泵i至泵4 一起布置。所述泵排量传感器46适用于检测每个可变排量液压泵i至泵4的实际泵排量D1至D4的值并适用于向该泵系统控制器42提供表示所述检测排量的排量检测信号。
[0028]泵系统控制器42被电连接到每个可变排量液压泵i至泵4、泵排出压力传感器44和泵排量传感器46。泵系统控制器42适用于从所述泵排出压力传感器44接收压力检测信号和从所述泵排量传感器46接收排量检测信号。泵系统控制器42适用于使用非线性控制定律确定每个可变排量液压泵i至泵4的泵排量极限值，以限制所述可变排量液压泵作用在发动机上的总泵转矩负载。每个可变排量液压泵i至泵4的泵排量极限值可被确定，从而使所述可变排量液压泵H施加在发动机上的总泵转矩负载小于或等于期望的泵转矩负载极限值(不包括由突然的运行变化引起的转矩负载的瞬态尖峰)。泵系统控制器42适用于控制每个可变排量液压泵工至泵4来基于相应的确定的泵排量极限值来控制每个可变排量液压泵的实际泵排量的值。
[0029]如下文更详细地解释，在示出的实施例中，非线性控制定律可使用方程:
【权利要求】
1.一种用于控制多个可变排量液压泵(102)作用在给所述泵(102)提供动力的发动机(22)上的总泵转矩负载的装置，包括: 多个泵排出压力传感器(44)，所述泵排出压力传感器(44)分别与所述可变排量液压泵(102) —起布置，所述泵排出压力传感器(44)适用于检测每个可变排量液压泵(102)的实际泵排出压力(Pi)的值并适用于提供表示所检测到的压力(Pi)的压力检测信号； 多个泵排量传感器(46)，所述泵排量传感器(46)分别与可变排量液压泵(102) —起布置，所述泵排量传感器(46)适用于检测每个可变排量液压泵(102)的实际泵排量(Di)的值并适用于提供表示所检测到的排量(Di)的排量检测信号； 泵系统控制器(42)，其电连接到所述泵排出压力传感器(44)和所述泵排量传感器(46)，该泵系统控制器(42)适用于从所述泵排出压力传感器(44)接收该压力检测信号和从所述泵排量传感器(46)接收排量检测信号，该泵系统控制器(42)适用于使用非线性控制定律确定每个可变排量液压泵(102)的泵排量极限值(Dlim)，以限制所述可变排量液压泵(102)在该发动机(22)上的该总泵转矩负载(Tlimit),该泵系统控制器(42)电连接到每个可变排量液压泵(102)，该泵系统控制器(42)适用于控制每个可变排量液压泵(102)以基于相应的确定的泵排量极限值(Dlim)来控制每个可变排量液压泵(102)的实际泵排量(Di)的值。
2.根据权利要求1所述的用于控制总泵转矩负载的装置，其中，至少两个所述可变排量液压泵(102)以肩并肩并联构型或前后串联构型布置。
3.根据权利要求1或2所述的用于控制总泵转矩负载的装置，其中，该非线性控制定律使用方程:
4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于控制总泵转矩负载的装置，还包括: 监督控制器(40)，其适用于从发动机传感器接收运行参数检测信号并适用于确定期望的泵转矩负载极限值(Tlimit)和将表示该期望的泵转矩负载极限值(Tlimit)的转矩极限指令信号发送到该泵系统控制器(42)； 其中该泵系统控制器(42)电连接到该监督控制器(40)，该泵系统控制器(42)适用于从该监督控制器(40)接收该转矩极限指令信号，该泵系统控制器(42)适用于使用该非线性控制定律确定每个可变排量液压泵(102)的泵排量极限值(Dlim)，从而使所述可变排量液压泵(102)在该发动机上施加小于或等于该期望的泵转矩负载极限值(Tlimit)的总泵转矩负载。
5.一种使用根据权利要求1-4中任一项所述的装置控制多个可变排量液压泵(102)作用在给所述泵(102)提供动力的发动机(22)上的总泵转矩负载的方法，该方法包括以下步骤: 检测每个可变排量液压泵(102)的实际泵排出压力(Pi)的值； 检测每个可变排量液压泵(102)的实际泵排量(Di)的值； 使用非线性控制定律确定每个可变排量液压泵(102)的泵排量极限值(Dlim)，以限制所述可变排量液压泵(102)作用在该发动机(22)上的该总泵转矩负载(Tlimit);和 基于该相应的确定的泵排量极限值(Dlim)控制每个可变排量液压泵(102)的实际泵排量(Di)的值。
6.根据权利要求5所述的控制泵转矩负载的方法，其中，该非线性控制定律产生用于每个可变排量液压泵(102)的泵转矩负载极限值，所述泵转矩负载极限值在用于相应的可变排量液压泵(102)的该确定的泵排量极限范围内基本不存在不连续点。
7.根据权利要求5或6所述的控制泵转矩负载的方法，其中，对应于每个可变排量液压泵(102)的该期望的泵转矩负载极限值和该泵排量极限值在至少50Hz的频率下确定。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的控制泵转矩负载的方法，还包括: 切换到泵排出压力控制模式，其中对每个可变排量液压泵(102)的实际泵排出压力(Pi)的值进行控制。
9.根据权利要求8所述的控制泵转矩负载的方法，其中，切换到该泵排出压力控制模式通过使用用于转矩误差的一阶误差动力学方程来协调压力控制和排量控制之间的控制增益来实现。
10.根据权利要求9所述的控制泵转矩负载的方法，其中该一阶误差动力学方程为:
【文档编号】F15B21/08GK103649563SQ201280033247
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2012年5月2日 优先权日:2011年5月6日
【发明者】H·杜, P·W·苏利文 申请人:卡特彼勒公司