CN102131684B - 用于对静液压驱动机械进行制动的控制***和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于对静液压驱动机械(10)进行制动的方法包括将静液压驱动***(14)的泵(18)的排量减少至非零排量、以及将所述静液压驱动***(14)的马达(22)的排量增加至小于最大排量的排量的步骤。该方法还包括使所述静液压驱动***(14)的发动机(20)朝向希望的发动机速度范围加速的步骤。

Description

用于对静液压驱动机械进行制动的控制***和方法
技术领域
本发明总体涉及一种用于静液压驱动机械的控制***和方法，更特别地，涉及一种用于制动静液压驱动机械的控制***和方法。
背景技术
已知包括大型非公路机械在内的很多机械使用静液压驱动***以驱动机械的诸如车轮或履带的地面接合元件。这种静液压驱动***通常包括由机械的原动机(例如内燃机)驱动的至少一个泵。泵可以被配置为驱动一组或多组马达，马达又向机械的地面接合元件提供动力。泵和/或马达可以提供可变的排量，使得可以在机械运行的同时调节静液压驱动***的部件之间的流体流量。因此，驱动轮的方向、速度和转矩可以连续变化。
这些机械通常包括用于使机械减速或停止的脚踏制动器或其他车轮制动器。但是，使用这种制动器可能导致驱动***的部件的磨损和/或损坏，并且还可能增加机械的重量和成本。替代地，美国专利No.5111658中教导了一种通过控制静液压驱动***的泵来使机械制动的方法。具体来说，电子控制器在允许驱动马达或发动机产生制动转矩的一种设置与在超过限制速度值之后释放驱动马达的另一设置之间迅速地调节泵的排量。后一设置可以结合使用压强限制值以降低静液压驱动***中的压强，并且由此降低驱动马达的速度。所述在多种设置之间的迅速调节可以进行直至机械充分地减速或停止。
虽然所述制动方法能够充分地使机械减速或停止，但是应当理解，静液压驱动机械还是需要改进的制动策略和方法。具体来说，需要具有更高效率的制动策略，其例如根据必要的标准能够降低机械的速度、减少静液压驱动***的部件的超速、以及减少对于脚踏制动器或车轮制动器的需求。
发明内容
根据一个方面，一种用于对静液压驱动机械进行制动的方法包括将静液压驱动***的泵的排量减少至非零排量、以及将所述静液压驱动***的马达的排量增加至小于最大排量的排量的步骤。该方法还包括使所述静液压驱动***的发动机朝向希望的发动机速度范围加速的步骤。
根据另一个方面，一种静液压驱动机械包括内燃机、机械地联接至所述内燃机的至少一个可变排量泵、以及流体地联接至所述可变排量泵的至少一个可变排量马达。可变排量马达机械地联接至静液压驱动机械的至少一个地面接合元件。电子控制器与所述可变排量泵和所述可变排量马达通信，并且根据一种示例性的实施方式，所述电子控制器能够接收机械制动请求。电子控制器还能够发出泵排量指令以将所述可变排量泵的排量减少至非零排量、以及发出马达排量指令以将所述可变排量马达的排量增加至小于最大排量的排量。选择响应于机械制动请求发出的所述泵排量指令和所述马达排量指令，以将所述内燃机朝向希望的发动机速度范围加速。
根据又一个方面，一种具有用于制动静液压驱动机械的计算机可读程序代码的计算机可用媒介包括用于接收机械制动请求的计算机可读程序代码。该计算机可用媒介还包括用于响应于所述机械制动请求产生将可变排量泵的排量减少至非零排量的泵排量指令的计算机可读程序代码。此外，该计算机可用媒介还包括用于响应于所述机械制动请求产生将可变排量马达的排量增加至小于最大排量的排量的马达排量指令的计算机可读程序代码。还提供用于选择所述泵排量指令和所述马达排量指令以使内燃机朝向希望的发动机速度范围加速的计算机可读程序代码。
附图说明
图1是根据本发明的静液压驱动机械的侧视简图；
图2是根据本发明的图1的静液压驱动机械的静液压驱动***的示意图；且
图3是根据本发明的用于制动图1的静液压驱动机械的方法的一种实施方式的逻辑流程图。
具体实施方式
图1总体上示出机械10的一种示例性的实施方式。机械10可以是如图所示的平路机，或者具有静液压驱动***的任何其他非公路或公路车辆。这样，这里机械10可以被称为静液压驱动机械，或更具体地被称为静液压驱动平路机。在示出的实施方式中，机械10通常包括框架12，框架12上支撑静液压驱动***14，静液压驱动***14用于驱动机械10的地面接合元件16，例如履带或车轮(图中示出车轮)。这里所公开的用于控制静液压驱动***14的策略可以广泛地适用于任何静液压驱动机械，因此，应当理解，这里提供的具体的实施方式仅是示例性的。
静液压驱动***14通常可以包括由机械10的诸如压燃或点燃式内燃机20的原动机或电动马达驱动的诸如液压泵的至少一个泵18。泵18可以被配置为驱动至少一个马达22，例如一组或多组液压马达，马达22又向机械10的地面接合元件16提供动力。泵18和马达22均提供可变的排量，使得可以在机械10运行的同时调节静液压驱动***14的部件之间的流体流量。因此，地面接合元件16(或车轮)的方向、速度和转矩可以连续地变化。
操作员控制站24也可以支撑在框架12上并且可以包括机械10的操作员可以使用的多种控制机构和装置。例如，操作员控制站24可以包括已知的装置，例如座椅组件26、转向装置28、以及一个或多个机械操作控制器30。根据一个特定的例子，第一机械操作控制器30可以被设置为控制机械10的方向运动，而第二机械操作控制器30可以被设置为控制机械10的执行器32(例如刮铲)的操作。操作员控制站24可以包括额外的机械控制器，例如用于控制机械速度的加速踏板34、以及用于使机械10的运动减速或停止的制动踏板36。虽然说明了用于控制机械10的行进方向和速度的分离的控制机构，但是应当理解，可以提供用于控制机械速度和行进方向二者的单个控制机构，例如控制杆。
图2示出静液压驱动***14的一种特定的实施方式，以进一步地说明静液压驱动机械10的控制***50。如图所示，静液压驱动***14可以包括机械联接至内燃机20的一对可变排量泵18。每个可变排量泵18可以包括双向可变排量斜盘泵，使得对泵18的斜盘的调节可以调节泵的排量。应当理解，术语“双向”可以指泵能够向两个方向中的任一个方向泵送流体(例如液压流体)。这样，斜盘的角度可以在第一或正排量方向(例如用于机械10的向前行进)与第二或负排量方向(例如用于机械10的反向行进)之间变化。应当理解，泵18的零排量，或斜盘角度为零，可以导致泵18在旋转时不排出任何流体，从而不驱动机械10。
根据示例性的实施方式，每个可变排量泵18可以(例如并行地)流体联接至一对可变排量马达22。应当理解，可变排量马达22到可变排量泵18的流体联接使得泵18的相对斜盘角度能够确定被泵送至每个马达22的液压流体的方向和流动速率。此外，可以类似地通过在最低排量和最高排量之间调节斜盘角度以改变马达22的排量，从而调节传递至地面接合元件16的转矩。应当理解，马达22可以不是如参照泵18所说明的双向的。但是，也可以使用双向马达，而不脱离本发明的范围。
如图所示，每个可变排量马达22可以机械地联接至一个地面接合元件16。更具体地，每个可变排量马达22可以被配置为驱动一轮轴，而轮轴又可以被配置为驱动与每个地面接合元件16相联接的主减速器组件或主减速器行星齿轮组。因此，将液压流体从可变排量泵18经第一组流体管线52泵送至可变排量马达22可以沿第一方向或向前方向驱动地面接合元件16。应当理解，速度和转矩可以取决于各个泵18和马达22的所选择的排量。沿相反的方向经第二组流体管线54泵送流体可以以根据泵18和马达22的排量所确定的速度和转矩沿第二方向或相反方向驱动地面接合元件16。
上文所提到的控制***50可以包括能够控制静液压驱动***14的操作的至少一个电子控制器56。这样，电子控制器56这里也可以被称为驱动***电子控制器。虽然说明了单个电子控制器56，但是应当理解，控制***50可以包括多个电子控制器。例如，可以提供额外的电子控制器以控制内燃机20的操作。这样，控制***50的每个电子控制器可以被配置为横向通信和/或分层通信。因此，应当理解，可以想到从简单到复杂的多种控制***50与本发明一起使用。
电子控制器56可以具有标准的设计并且可以包括诸如中央处理单元的处理器、存储器、以及帮助电子控制器56的内部与外部通信的输入/输出电路。处理器可以通过执行诸如存储在存储器中的计算机可读程序代码的操作指令来控制电子控制器56的操作，其中操作可以是电子控制器56内部或外部发起的。可以使用控制模式(下文示出一个例子)来监控诸如传感器、致动器、或控制单元的***或装置经输入/输出电路的输出以控制到多种其他***或装置的输入。
存储器可以包括诸如缓存、虚拟存储器、或随机存取存储器的临时存储区域，以及诸如只读存储器、可移除驱动器、网络/互联网存储器、硬盘驱动器、闪存、记忆棒或任何其他现有的易失性或非易失性数据存储装置的永久存储区域。这种装置可以位于电子控制器56的内部或外部。本领域技术人员将理解，使用类似的部件以控制静液压驱动***14的部件的任何基于计算机的***或装置适于与本发明一起使用。
电子控制器56可以与内燃机20、可变排量泵18和可变排量马达22中的每一个通信。更具体地，电子控制器56可以与可变排量泵18通信以调节其斜盘角度，导致上文所述的排量变化。根据一种实施方式，可以设置泵排量螺线管(例如比例螺线管)以改变斜盘角度和控制流体流动方向。但是多种用于调节排量和流体流动的装置是已知的并且可以结合在本发明中。因此，电子控制器56可以经有线或无线通信线路60向可变排量泵18发出泵排量指令和/或另外的指令，以有效地控制各个可变排量泵18的排量和流体流动方向。
类似地，电子控制器56可以与可变排量马达22通信以调节马达22的斜盘的角度。具体来说，电子控制器56可以经通信线路60发出马达排量指令以控制各个可变排量马达22的排量。使用比例螺线管或其他类似的装置控制可变排量马达22的排量可以允许在必要时进行转矩调节以推进静液压驱动机械10。如上文所述，用于控制排量和流体流动的装置是广泛已知的，因此这里将不进一步具体讨论。
电子控制器56也可以在必要时与静液压驱动***14的多种其他传感器和/或装置通信，以适当地控制静液压驱动机械10。例如，发动机速度传感器64可以响应于内燃机20的转速产生信号并且经通信线路60将该信号发送至电子控制器56。类似地，定位为检测可变排量马达22的转速的马达速度传感器66可以将相应的马达速度信号经通信线路60提供至电子控制器56。虽然也可以提供用于检测可变排量泵18的转速的传感器，但是应当理解，泵18的速度可以基于内燃机20与泵18之间的具体的传动比来确定。这样，电子控制器56可以容易地确定可变排量泵18的转速。应当理解，电子控制器56可以利用这些转速以及排量方向来评估第一组流体管线52和第二组流体管线54中的流体流量。
流体管线52和54内也可以设置额外的传感器来检测流体(例如液压流体)的压强和/或温度水平。具体来说，第一传感器68可以被配置为感测第一流体管线52中的压强水平或温度，并且将所感测的压强水平或温度经通信线路60传递至电子控制器56。类似地，第二传感器70可以被配置为将所感测的第二流体管线54中的压强水平或温度传递至电子控制器56。根据一个例子，第一传感器68可以检测的压强水平值可以与排量方向一起被电子控制器56用来评估可变排量马达22提供给地面接合元件16的转矩。此外，第二传感器70所检测的压强水平值可以与排量方向值一起被电子控制器56用来评估受可变排量泵18影响的发动机转矩。应当理解，第一传感器68和第二传感器70根据需要可以是压强传感器或温度传感器。如果必要，在一种应用中可以包括压强传感器和温度传感器二者。
如图所示，静液压驱动***14也可以包括流体连接至第一流体管线52和第二流体管线54中的一者或两者的一个或多个减压阀72。如果第一流体管线52和第二流体管线54之一中的流体流量和/或压强变得过高，则相应的减压阀72可以以已知的方式致动，从而分别经减压管线72a或72b将流体压强释放至泵18或马达22。应当理解，可以提供这种减压阀72以降低可变排量泵18和可变排量马达22中的任意一个被损坏的风险。为了降低内燃机20损坏的风险，可以设置已知的摩擦制动器74或盘式制动器。具体来说，可为电子致动的摩擦制动器74可以定位成当被致动时降低飞轮76的速度。应当理解，飞轮76可以将内燃机20机械地联接至可变排量泵18。应当理解，除摩擦制动器74外，或者替代摩擦制动器74，可以使用发动机压缩制动器或排气制动器以防止内燃机20的超速。
在机械10的一般操作中，内燃机20可以通过机械操作员控制器30之一(例如发动机节气门)被设置为在预定的发动机速度下操作。具体来说，电子控制器56或其他控制器可以控制内燃机20的供油以提供由发动机节气门所指示的发动机速度。这样，可变排量泵18可以以与所选择的发动机速度成比例的转速被驱动。可以使用这里所说明的静液压驱动***14的部件来调节机械10的速度或对地速度。具体来说，例如，机械的速度可以基于加速踏板34或其他类似的控制装置的所检测的位置来控制。电子控制器56可以响应于所检测的位置通过成比例地控制相关联的泵18的排量以调节到驱动地面接合元件16的马达22的流体流量，从而控制每个马达22的转速。如上所述，电子控制器56可以与泵18通信以控制经第一流体管线52和第二流体管线54的流体流量和方向。
将加速踏板34或其他类似的控制杆或装置释放或返回至中间位置可以导致电子控制器56对应地使可变排量泵18的排量朝向零排量变化，在零排量时泵18不排出流体。虽然在一些例子中因为泵18不再向马达22泵送流体，所以这可以最终使机械10减速或停止，但是应当理解，额外的停止或制动功能可能是必要的。例如，在机械10的一般操作的过程中可能时常需要紧急制动或“快速”制动，这需要比将泵排量设置为零更快的制动响应。
参照图3，示出代表根据本发明用于使静液压驱动机械10制动或减速的一种示例性的控制方法的流程图80。该方法可以通过机械10的控制***50执行。根据一个例子，执行所公开的方法的步骤可以是存储在存储器中并且通过电子控制器56的处理器或其他计算机可用媒介执行的计算机可读程序代码的形式。该方法可以连续地运行，或者可以响应于预定的事件而起动。根据一种实施方式，该方法可以响应于检测到制动踏板36的运动而被起动。但是，应当理解，该方法可以响应于多种其他装置的致动、或者响应于机械10的预定的状态而起动。
该方法起始于框82的开始步骤。该方法从框82进行至框84，框84包括确定是否已经接收到机械制动请求的步骤。具体来说，根据一种实施方式，电子控制器56可以和与制动踏板36相关联的位置传感器通信，使得相应的制动踏板位置信号被传递至电子控制器56。电子控制器56可以监控制动踏板位置信号以确定是否已经接收到机械制动请求。根据一个例子，机械制动请求可以基于制动踏板36致动的程度确定。根据一个附加的或替代的例子，机械制动请求可以基于制动踏板36的致动程度对时间的函数。如果没有接收到机械制动请求，该方法可以连续地监控或等待该请求。
当接收到机械制动请求时，该方法进行至框86。在框86，电子控制器56确定可变排量马达22的排量是否处于最大排量。如果马达排量被设置为最大排量，则该方法可以进行至框88。但是，如果马达排量小于最大排量，该方法可以进行至框90。在框90，电子控制器56可以向可变排量泵18发出泵排量指令以有效地将内燃机20的速度加速至希望的发动机速度范围。根据一个例子，希望的发动机速度范围可以包括已经被确认为从可变排量泵18吸收最大功率的一个或多个发动机速度。
应当理解，因为泵排量可以影响发动机负载，所以发动机速度可以通过控制泵排量来调节。还应当理解，虽然减少泵排量可以增加发动机速度，但是这种调节也可以减少对内燃机20的转矩，该转矩可以是泵排量和压强的函数。这样，影响对泵18的压强和流体流量的马达排量也可以被调节以引入必要的转矩以使内燃机20加速至希望的发动机速度范围。根据一个特定的例子，发动机速度传感器64所提供的当前发动机速度、以及在希望的发动机速度范围内的希望的发动机速度被提供给广泛已知的比例积分控制器以产生泵排量指令。
从框90，该方法进行至框92，包括电子控制器56向可变排量马达22发出马达排量指令以有效地将马达流速调节至泵流速。具体来说，可以选择马达排量指令以使得第一流体管线52与第二流体管线54中的流体流量相等。根据一个例子，第一流体管线52中的流体流量可以为泵排量和泵速度的乘积，而第二流体管线54中的流体流量可以为马达排量和马达速度的乘积。因此，为了使或试图使流体流量相等，可以将马达排量调节至对应于第一流体管线52中的流体流量除以当前马达速度(根据马达速度传感器66确定)的值。应当理解，框90和框92的方法步骤以及额外的方法步骤可以同时或接近同时地执行。
从框92，该方法进行至框94，电子控制器56确定静液压驱动机械10是否足够慢或停止。如果确定机械10不足够慢或停止，则方法返回至框86，重复上述的询问步骤。如果在框86确定马达排量为最大排量，方法进行至框88，电子控制器56向可变排量泵18发出泵排量指令以有效地将泵流速调节至马达流速。具体来说，可以选择马达排量指令以使得第一流体管线52和第二流体管线54中的流体流量相等。如前文所述，为了使或试图使流体流量相等，可以将泵排量调节至对应于第二流体管线54中的流体流量除以当前泵速度的值。
从框88，该方法也可以进行至框94，电子控制器56确定静液压驱动机械10是否足够慢或停止。如果确定机械10足够慢或停止，则方法进行至结束(框96)。否则，方法如前文所述地返回至框86。应当理解，作为制动方法的结果，当接收到机械制动请求时，可以减小泵排量，例如减小至非零排量，以将内燃机20加速至希望发动机速度范围。同时或接近同时地，马达排量可以增加至小于最大排量的排量。虽然立即将马达排量增加至最大排量可以通过增加压强和流量以提供增强的制动，但是应当理解，这种调节可能需要增加使用减压阀72，导致发热流动。为了限制这种发热流动，可以选择马达排量以使得流动管线52和54中的流量相等。
作为调节马达排量以使得流体管线52和54内的流量相等的结果，马达排量最终达到最大排量。当该现象出现时，可以接着选择可变排量泵18的排量以使得或试图使得第一组流体管线52和第二组流体管线54中的流体流量相等。因此，静液压驱动机械10可以例如根据必要的标准更有效地减速或停止，同时减少对静液压驱动***14的部件的磨损或损坏。此外，根据这里所说明的制动方法对静液压驱动机械10进行制动可以减少对脚踏致动器或车轮制动器的需求。虽然根据一些实施方式可以提供驻车制动器或紧急制动器，但是静液压驱动机械10可以没有任何车轮制动器而仅依赖所公开的制动方法来使机械10减速。
应当理解，对图3的制动方法可以进行加强或修正，而不脱离本发明的范围。根据一个例子，如上所述，该制动方法可以与摩擦制动器74组合使用。具体来说，当内燃机20的速度超过预定的速度(例如希望的发动机速度范围)时可以致动摩擦制动器74，以防止对内燃机20的损坏。此外，该制动方法可以包括当已经满足预定的状况时减少内燃机20的供油的逻辑。例如，如果在执行制动方法的过程中请求供油，则电子控制器56可以例如通过模拟零节气门来减少供油。替代地，当这种供油开始时，电子控制器56可以将泵排量设置为零排量。
根据一种另外的加强方式，上述制动方法也可以使用已知的传感器检测地面接合元件16处的轮胎滑动。如果检测到轮胎滑动并且轮胎滑动超过预定的阈值，可以减少可变排量马达22的排量从而减少对地面接合元件16的转矩。此外，可以修改制动方法以调节马达排量指令从而减少这种轮胎滑动的出现。
工业实用性
本发明可以潜在地适用于利用静液压驱动***的任何机械。此外，本发明可以特别适用于利用能够驱动一个或多个可变排量马达的一个或多个可变排量泵的静液压驱动机械。此外，本发明可以适用于需要减少对脚踏致动器或车轮制动器的需求的有效致动策略的静液压驱动机械。这种机械可以包括但不限于非公路机械(例如平路机)、公路机械(例如客车和卡车)以及本领域已知的其它机械。
总体参照图1至图3，静液压驱动机械10可以包括静液压驱动***14，静液压驱动***14包括机械地联接至内燃机20的一对可变排量泵18。每个可变排量泵18可以流体地联接至一对可变排量马达22，可变排量马达又机械地联接至机械10的地面接合元件16。可以提供包括至少一个电子控制器56的控制***50以控制静液压驱动***14的操作，包括响应于机械制动请求执行用于制动静液压驱动机械10的制动方法。
具体来说，电子控制器56可以被配置为接收机械制动请求并且进行响应，向可变排量泵18发出泵排量指令以将泵18的排量降低至非零排量。此外，根据上文所述的理由，电子控制器56可以被配置为向可变排量马达22发出马达排量指令以将马达22的排量增加至小于最大排量的排量。应当理解，这些排量指令中的一者或两者可以被选择或调节以将内燃机20朝向希望的发动机速度范围加速。所述发动机速度可以包括内燃机20能够提供更高的摩擦或制动功率的速度。
控制***50和这里所说明的制动方法提供使用静液压驱动***14对静液压驱动机械10进行制动的装置。所述的制动方法可以通过利用内燃机20吸收动力以提供对静液压驱动机械10的有效制动。此外，本发明的制动方法可以减少减压阀72上方的发热流动、降低静液压驱动***14的部件例如由于超速而损坏的风险以及减少对脚踏致动器或车轮制动器的需求。

Claims (4)

1.一种用于对静液压驱动机械(10)进行制动的方法，包括：
将静液压驱动***(14)的泵(18)的排量减少至非零排量；
将所述静液压驱动***(14)的马达(22)的排量增加至小于最大排量的排量；
使所述静液压驱动***(14)的发动机(20)朝向希望的发动机速度范围加速；以及
在所述发动机(20)的速度超过所述希望的发动机速度范围时，使用摩擦制动器(74)降低将所述发动机(20)与所述泵(18)机械联接的飞轮(76)的速度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述将静液压驱动***的马达的排量增加至小于最大排量的排量的步骤包括调节所述马达的排量以减少所述静液压驱动机械(10)的地面接合元件(16)的轮胎滑动。
3.一种静液压驱动机械(10)，包括：
内燃机(20)；
至少一个可变排量泵(18)，其机械地联接至所述内燃机(20)；
至少一个可变排量马达(22)，其流体地联接至所述至少一个可变排量泵(18)；
至少一个地面接合元件(16)，其机械地联接至所述至少一个可变排量马达(22)；以及
电子控制器(56)，其与所述至少一个可变排量泵(18)和所述至少一个可变排量马达(22)通信，其中，所述电子控制器(56)能够：接收机械制动请求，确认当前马达排量，响应于机械制动请求发出泵排量指令以将所述至少一个可变排量泵(18)的排量减少至非零排量，并且同时发出马达排量指令以设定所述至少一个可变排量马达(22)的排量从而在当前马达排量小于最大排量时将马达流动速率朝向泵流动速率调节，以及发出泵排量指令以设定泵排量从而在马达排量处于最大排量时朝着马达流动速率调节泵流动速率。
4.根据权利要求3所述的静液压驱动机械(10)，其中，所述至少一个可变排量泵(18)包括机械地联接至所述内燃机(20)的两个可变排量泵(18)，并且所述至少一个可变排量马达(22)包括流体地联接至所述两个可变排量泵(18)中的每一个的两个可变排量马达(22)。
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