CN105644340A - 用于控制静液压的驱动装置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于控制静液压的驱动装置的方法，所述静液压的驱动装置具有：发动机；与所述发动机耦接的液压泵；以及通过液压的工作回路与所述液压泵耦接的液压马达，其中，在预控制的过程中从调节参量中的至少一个调节参量的预先给定的额定值中获知并设定所述静液压的驱动装置的多个执行参量中的至少一个执行参量，其中所述调节参量包括：所述液压的工作回路中的压力、所述液压泵的转速以及静液压的驱动装置的输出参量，并且其中其余的调节参量和/或执行参量被自动地追踪。

Description

用于控制静液压的驱动装置的方法

技术领域

本发明涉及一种用于控制静液压的驱动装置的方法。

背景技术

静液压的驱动装置的操控最初机械或液压地进行。在此，通常为每个执行参量分配一个操作元件。许多目前使用的电子操控的***已经采用了这种操控设计构思并且大多数直接在明确的分配中将操作部分预先给定映射（abbilden）到执行参量（Stellgröße）上。

从DE 10 2010 020 004 A1中例如公开了一种操控方式，在该操控方式中转矩调节在功率-或转矩调节器的意义下在泵轴上来实现。为此通过执行装置来设定泵的工作容积。

此外可以液压调节地限制工作压力，以便因此间接地例如限制牵引力。这种方法例如可以使用在无拉杆的飞机拖车中。

在汽车领域中，已经建立了力矩结构，该力矩结构在不同的平面上结合行车安全***、辅助***、传动机构等协调驾驶员预先给定参量。为此可以使用用于静液压的驱动装置的基于力矩的操控方法。但是对此以驱动***中的存储器为前提条件。这例如用在液压动力***（HPT）中或者用在液压再生制动（HRB）中。

例如在DE 10 2012 222 717 A1中介绍了这种液压动力***，例如在DE 10 2010 020 004 A1中介绍了这种液压再生制动。

由于在所提到的方法中直接将操作元件转变（Durchgriff）到执行参量上，因此仅仅在整个机器的情况下才可以对操控***参数化。

因此值得追求的是，能够实现上一级的机器与驱动装置或传动系的分离并且因此在没有机器的情况下能够实现对驱动装置的参数化。

发明内容

根据本发明提出了一种具有权利要求1所述特征的方法。有利的设计方案是从属权利要求以及下面的说明的主题。

根据本发明的方法适合于控制静液压的驱动装置，所述静液压的驱动装置具有：发动机；与所述发动机耦接的液压泵；以及通过液压的工作回路（Arbeitskreis）与所述液压泵耦接的液压马达。在此，在预控制的过程中从调节参量中的至少一个调节参量的预先给定的额定值中获知并设定所述静液压的驱动装置的多个执行参量中的至少一个执行参量，其中所述调节参量包括：所述液压的工作回路中的压力、所述液压泵的转速以及静液压的驱动装置的输出参量。此外，其余的调节参量和/或执行参量被自动追踪（nachführen）。

换言之，本发明因此提供了一种可行方案：操作员不再必须单独地借助于操作元件预先给定每个执行参量，而是所述操作员可以直接预先给定用于至今不可直接预先给定的调节参量的额定值（或者多个在时间上依次的额定值），其中所述调节参量为：液压的工作回路中的压力、液压泵的转速或者静液压的驱动装置的输出参量（特别是液压马达的参量旋转角、转速或转矩）。为了实现预先给定的额定值所需要的执行参量由驱动装置的控制来自动设定或追踪。从中在预控制的过程中获知并设定至少一个执行参量，并且其他的执行参量和调节参量自动地在调节的过程中得到，即被自动地追踪。

预控制与调节的分离具有以下优点：对于由操作员预先给定的调节参量而言可以有针对性地选出一个或多个合适的执行参量，所述执行参量被预控制，以带来期望的结果。也可以采用这种方式避免模棱两可的解决方案，所述解决方案可能导致调节的不稳定。

这能够实现划分（封闭，信息隐藏）成工作领域“驱动控制”和工作领域“机器/车辆”，因为驱动装置的控制仅仅通过至少一个调节参量的额定值的预先给定就可以进行。至少一个调节参量的这种额定值、即物理学的数值因此描述工作领域之间的交叉处，所述交叉处对于这两个工作领域而言很容易理解。不再需要直接转变到执行参量上。

驱动装置或传动系的参数化因此主要从驱动装置的部件的数据中得到。此外，可以考虑少量的、已经在规划期间已知的、机器的数据。由此可以单独地、即在没有机器的情况下对驱动装置参数化。因此OEM可以在其工作领域“车辆”内工作，而不影响驱动装置的参数化。

根据本发明的方法实现了驱动装置的不同的行为（“成比例的行为”、“对负载敏感的行为”），其中所述驱动装置具有用于液压泵和液压马达的不变化的操控设备。因此也支持在电动液压的部件中努力减小差异。

优选地，静液压的驱动装置的输出参量包括所述液压马达的旋转角、转速或者转矩。替代地，液压马达可以与传动装置耦接并且静液压的驱动装置的输出参量包括所述传动装置的行驶距离、行驶速度或者牵引力。这种与传动装置有关的、推导出的输出参量在考虑到例如传动比与车轮周长的情况下可以换算为液压马达的直接的输出参量。根据静液压的驱动装置用于驱动机器还是车辆，于是可以简单地通过预先给定所需的调节参量的额定值、特别是对于机器或者车辆的专门的运行所需要的调节参量的额定值，设定所述调节参量。

随后有利地，从由所述静液压的驱动装置驱动的机器中或者从由所述静液压的驱动装置驱动的车辆或者从控制元件本身（例如控制设备）中预先给定用于所述静液压的驱动装置的输出参量的额定值和/或用于所述液压泵的转速的额定值。这例如可以通过机器或车辆的操作员而发生，或者但也可以作为工作任务来发生。

有利地，通过所述静液压的驱动装置，特别是在考虑到最大允许的压力、所述静液压的驱动装置的效率、所述静液压的驱动装置的部件的时间行为和/或所述静液压的驱动装置的部件的保护的情况下，预先给定用于所述液压的工作回路中的压力的额定值和/或用于所述液压泵的转速的额定值。工作回路中的压力是这样一种调节参量：该调节参量首先应当根据静液压的驱动装置的特性来设定或改变并且对机器或车辆没有直接的影响。因此该压力可以直接通过静液压的驱动装置并且与机器或车辆无关地预先给定。虽然液压泵的转速可以-如上面所提到的那样-通过机器或车辆来预先给定，但是如果不发生这种情况，例如因为就预先给定的任务而言这并不需要，则通过静液压的驱动装置可以例如在静液压的驱动装置包括发动机在内的总效率的优化方面进行预先给定。

有利的是：所述静液压的驱动装置的多个执行参量包括：所述发动机的转矩和/或液压机的供油量（例如间接地通过用于改变对供油量进行限定的部件的控制压力，例如用于翻转液压泵的斜盘，或者例如直接通过支承在下面的液压的位置调节器）和/或所述液压马达的排量（例如间接地通过用于改变对排量进行限定的部件的控制压力，例如用于翻转液压马达的斜盘，或者例如直接通过支承在下面的液压的位置调节器）。这些执行参量是静液压的驱动装置的通常的执行参量。为此还应注意：在大多数情况下这些执行参量中的每个都对调节参量有影响并且因此通常相应地获知并设定所有这些执行参量。

特别有利的是：预控制包括在至少一个调节参量的额定值的基础上用于经过一调节路线（Regelstrecke）来获知调节参量的轨迹规划（Trajektorienplanung）。因此可以将关于调节参量的预先给定转化到时间过程中，所述时间过程随后可以通过调节路线来执行（umsetzen）。

优选地，预控制还包括用于经过一调节路线从调节参量中来获知至少一个执行参量的动态的路线模型。因此，可以将所需的执行参量特别简单地设定到静液压的驱动装置的当前的比例上。

有利地，发动机包括燃烧发动机（例如汽油机、柴油机或者具有外部的供热的马达）、电机或者流体机械（例如涡轮机或类似装置）。根据本发明的方法考虑了发动机的特性，并且因此是开放的并且适合于所有类型的发动机，这些发动机就其本身而言可以***控用于执行转矩请求。因此，所述方法特别地也适合于按照最新的废气标准的燃烧发动机，所述废气标准的特征部分地在于延迟的力矩建立。

根据本发明的方法还兼容地且简单地能够与电的和机械的驱动-/输出装置组合，所述驱动-/输出装置附加地处于由静液压的驱动装置驱动的设备内。竞争性的需求的协调例如可以在车辆平面内容易理解地执行。此外，支持实现混合动力或者多回路***。

根据本发明的运算单元，例如用于静液压的驱动装置的控制器，特别在编程技术方面被设置用于执行根据本发明的方法。

本发明的软件形式的实施方案也是有利的，因为能够实现特别低的费用，特别是当所设计的运算单元还用于其他任务并且因此其本身已经存在。用于提供计算机程序的合适的数据载体特别地是软盘、硬盘、闪速存储器、EEPROM、CD-ROM、DVD等。也可以通过计算机网络（互联网、内联网等）下载程序。

本发明的其他优点和设计方案从说明书和附图中得出。

不言而喻，前面所提到的和下面还要解释的特征不仅可使用在相应说明的组合中而且也可使用在其他的组合中或者可单独地使用，而不脱离本发明的范围。

附图说明

借助于实施例在附图中示意性地示出了本发明并且下面参照附图详细解释本发明。

图1示意性地示出了静液压的驱动装置，该静液压的驱动装置适合于执行根据本发明的方法；

图2以框图的方式示出了将根据本发明的方法结合到由静液压的驱动装置驱动的设备中的情况；

图3示意性地示出了在一种优选的实施方式中根据本发明的方法的过程图；

图4-8示出了在一种优选的实施方式中使用根据本发明的方法的情况下在预先给定调节参量的每个额定值时调节参量和执行参量的时间走向。

具体实施方式

在图1中示意性且示例性地示出了具有相对于执行根据本发明的方法而言重要的部件的静液压的驱动装置100。为清楚起见，在此省去了其他部件的图示。可调节的液压泵120通过封闭的液压的工作回路140与可调节的液压马达130相连接。

液压泵120由发动机110来驱动，而液压马达130又驱动传动装置150。在示出的示例中例如可以是用于车辆的静液压的驱动装置。在静液压的驱动装置用于固定的机器时，相应地通过其他合适的部件例如粉碎设备来替代传动装置150。

在本示例中不进一步对发动机110进行详细说明，但是可能的发动机是燃烧发动机例如内燃机（ICE），即按照柴油过程、汽油过程或混合加热过程的燃烧发动机。同样地，可考虑具有外部的供热的马达。作为燃烧发动机的替代也可以使用电机或流体机械（涡轮机）。

发动机110可以要么直接驱动液压泵120要么通过传动机构驱动所述液压泵。如在图1中示出的那样，根据本发明的方法既可以用在开放的液压回路中也可以用在封闭的液压回路中。此外，如在图1中示出的那样，所述方法不仅可以用在可调节的液压马达中而且也可以用在定量马达或周期性接通马达中。

对于根据本发明的方法而言重要的调节参量为：液压的工作回路中的压力p_H、液压泵的转速n_P以及静液压的驱动装置的输出参量。这种输出参量要么可以是液压马达的输出参量，但是要么也可以是传动装置的参量，如果设置这种传动装置的话。

在直接的输出参量处于液压马达上的情况下，重要的调节参量是所述液压马达的旋转角 _M、转速n_M和转矩M_M中的一个参量。为此应注意：相应地将这三个参量中的仅一个参量考虑作为调节参量，其他两个参量相应地由自身得出。

在推导出的输出参量的情况下，就传动装置而言重要的调节参量是传动装置的行驶距离s_veh、行驶速度v_veh和牵引力F_z中的一个参量。同样地，在此相应地将这三个参量中的仅一个参量考虑作为调节参量。此外还应注意：例如在考虑到传动比与车轮周长的情况下这三个调节参量可以换算为三个前面所述的参量。

对于根据本发明的方法而言重要的执行参量为：发动机的转矩M_M,St、用于改变供油量的控制压力p_p,St（在此例如通过翻转液压泵的斜盘，于是与液压泵的供油量相对应）以及液压马达的排量V_M, _St。泵的供油量或液压马达的排量的预先给定在此可以分别采用不同的方式（例如直接通过位置预先给定或者直接通过压力预先给定）如上面已经提到的那样地进行。

在图2中现在以框图的形式示出了将根据本发明的方法结合到一种设备、例如由静液压的驱动装置来驱动的车辆中的情况。在此可以划分两个工作领域：车辆210和驱动装置220。

在工作领域车辆210中，例如通过操作员或安全***来设定或预先给定车辆性能（Fahrzeugfunktion）211。在工作领域驱动装置220中，设定和/或预先给定用于传动系或静液压的驱动装置的数据221。此外，在工作领域驱动装置220中执行预控制225，借助于所述预控制从预先给定的调节参量中获知执行参量。关于预控制的作用原理在此可参阅图3以及相应的说明。接下来执行参量从所述预控制225被移交给静液压的驱动装置100或者说在那里被设定。

可由车辆性能211预先给定的调节参量在此包括旋转角 _M、转速n_M和转矩M_M（或者但也相应地包括行驶距离s_veh、行驶速度v_veh和牵引力F_z）以及转速n_P。

用于静液压的驱动装置的数据221在此包括液压的工作回路140中的压力p_H。在此特别地，静液压的驱动装置的特性例如考虑了驱动装置的各部件的保护、工作回路中的最大允许的压力、静液压的驱动装置的效率或者部件的时间行为。此外，如果对此通过车辆性能而不存在要求，在此也可以预先给定液压泵的转速n_p。在这种情况下，例如可以在静液压的驱动装置包括发动机在内的总效率方面进行优化。

在图3中示意性地示出了在一种优选的实施方式中根据本发明的方法的过程图、特别是预控制。首先，由调节参量压力p_H、转速n_p以及参量旋转角 _M、转速n_M和转矩M_M之一在轨迹规划310的范围内获知滤波的额定值y及其一阶和更高阶的时间导数ẏ和ÿ,… 。要使用的阶数取决于调节路线的选择的模型。调节参量中的至少一个调节参量在此作为额定参量而预先给定，其他调节参量随后相应地自动调整或追踪。出于完整性起见还应注意：作为这三个参量旋转角 _M、转速n_M和转矩M_M的替代根据应用情况也可以使用这三个参量：行驶距离s_veh、行驶速度v_veh和牵引力F_z。

一般而言，来自于车辆性能或用于静液压的驱动装置的数据的额定参量可以具有任意的时间过程、特别地也可以具有突变。轨迹规划310将预先给定转化为时间过程，该时间过程可以通过距离来转化。对于轨迹规划310而言优选地使用低通滤波器，其阶数以滤波参量（Filtergröße）的需要的时间导数的阶数为指导。

在进一步的过程中，由经滤波的额定值或时间导数y、ẏ和ÿ在动态的路线模型320的范围内获知执行参量：转矩M_A,St、控制压力p_P,St以及排量V_St。

例如从传动系的基于物理学的微分方程组中导出动态的路线模型。在此就传动系而言建立以下形式的微分方程组：

用u作为执行参量的矢量，用x作为状态参量的矢量并且用y作为调节参量的矢量。

在此所选择的微分方程组必须符合所谓的“平整度”的***属性。然后，微分方程组可以例如变形为根据下面等式的表达式：

。

在此，矢量函数h是对以上所提到的动态的路线模型320的执行。如上面已经提到的那样，经滤波的额定值y的导数的阶数根据所使用的模型而得出。

对于示例性的传动系而言，微分方程组表示如下：

液压马达：

。

液压泵：

。

工作回路中的压力：

。

以及发动机的转矩：

。

就工作回路中的压力而言有两个替代的建模。在短的、刚性的工作管路中压力的时间行为比例如液压部件的执行时间快得多。于是可以解析地按照f_6,2来描述工作回路中的压力。但是如果工作回路中的压力的时间行为与其他部件（例如通过存储器）的时间行为处于相同的数量级或者大于所述其他部件的时间行为，那么就可以选择建模f_6,1。

预控制可以通过考虑影响驱动装置的干扰参量来改善。这些选择有：M_ZP（液压泵、例如动力输出轴上的附加的负载力矩）、M_ZM（行驶阻力）以及q_Z（工作回路中的泄露）。这些参量或其他参量可以通过测量或计算来获知并且引入到预控制值的计算中。

除了传动系的基于物理学的建模之外，也可以是基于数据的建模。关于此的例子有来自路线识别的传递函数（多项式）也或者是基于神经网络的模型。

在图4-8中示出了在一种优选的实施方式中使用根据本发明的方法的情况下在预先给定调节参量的每个额定值时调节参量（分别在图的（a）部分中）和执行参量（分别在图的（b）部分中）关于时间t的走向的例子。在此，就调节参量而言，额定值和实际值用标记“soll”或“ist”来表示，并且就执行参量而言，额定值和实际值用标记“St”或“ist”来表示。

纵轴在此示出了以“米”来计量的路程s，以“牛米”来计量的转矩M，以“1/分钟”来计量的转速n，以“巴”来计量的压力p以及用“立方米”来计量的排量V。

为了便于理解，示例示出了在调节参量的相应一个额定值变化时的控制行为（Führungsverhalten），其中调节参量的另外两个额定值均保持不变。在此清楚的是，为了实施这些预先给定通常需要改变所有这三个调节参量。此外，可以看到，调节路线（传动系）准理想地跟踪（folgen）额定值（在额定值恒定的情况下在上下文中还应注意纵轴的刻度）。在实际中也同时出现复数个额定值的变化，例如可能要求液压马达上的转矩更高并且同时需要工作回路中的压力更高。这一点还可以利用根据本发明的方法来实施。

在图4中示出了在行驶距离s_veh预先给定的情况下的控制行为。可能的应用例如是农业技术或材料处理。在收割使用的情况下，在工作行使期间联合收割机的粮仓被卸载到在旁边行驶的拖斗车（由拖拉机牵引）中。为了在此尽可能均匀地对拖斗车进行加载必须改变联合收割机和拖拉机的相对位置。这种应用情况可以映射到对行驶距离的控制上。

在集装箱船卸货时，集装箱运输车必须在准确的预先给定位置处接受集装箱。起重机的吊具（Spreader）例如同时将四个集装箱放置到相应定位的运输车上。运输车驶到该位置上同样可以以示出的方式来实现。

在图5中示出了在液压马达的转速n_M预先给定时的控制行为。可能的应用是机场设备、建筑机械或者农业技术。GSE（地面辅助设备）的机器使用在停机坪上并且部分地也使用在终端的内部。出于安全考虑，在终端中必须保持降低的最高速度。驶入到该安全区域内以及从该安全区域内驶出可以通过根据本发明的方法来实现。

碎石机的粉碎设备根据粉碎材料等来控制转速。在转速预先给定变化时可以进行预控制。

伸缩臂式装卸车部分地配备有快速换挡传动机构（Shift-on-Fly- Getrieben）。在换挡过程中液压马达（原动轴）与从动轴分开并且以新的传动比再次联接。为此转速的同步是需要的。这可以简单地通过所示的转速控制（Drehzahlführung）来映射。

在图6中示出了在液压马达的转矩M_M预先给定时的控制行为。可能的应用是建筑机械或者市政和-清扫机器（Kommunal- und Kehrmaschinen）。用于单斗车的重要的标准例如是推进力的可控制的执行。驾驶员需要机器关于刚出现的阻力的反馈。这些需求可理想地通过以下方式来解决：将加速踏板解释为牵引力需求以及通过根据本发明的方法来执行所述牵引力需求。

市政和-清扫机器应当具有越来越高的行驶速度，并且因此需要制动***。在涉及用于稳定车辆的制动***（ESP）的情况下，传动装置必须执行预先给定的驱动力矩。这种应用对应于示出的情况。

在图7中示出了在预先给定或改变工作回路中的压力p_H时的控制行为。这种设计是普遍可用的。应当引导工作回路中的压力或高压，以便例如实现部件保护，设定静液压的驱动装置的最佳的效率或者在二次调节（Sekundärregelung）时提供所需的工作压力。

在图8中示出了在预先给定或改变液压泵（或与所述液压泵相耦接的发动机）的转速n_p时的控制行为。可能的应用在此是农业技术或材料处理。农用-和市政机器（Land- und Kommunalmaschinen）通常配备有用于驱动辅助设备的、机械的动力输出轴或者牵引的做功机械。动力输出轴具有用于发动机（通常是燃烧发动机）的、固定的或者在少量的级中可变化的传动比。为了实现所期望的工作结果必须设定准确的转速。这一点可以简单地通过所示的算法来映射。

叉式装卸机典型地配备有用于工作液压***的定量泵（齿轮泵）。为了实现快速的工作运动，例如提起负载，必须动态地调整发动机的转速。所示出的算法在不影响传动装置的情况下以理想的方式来执行这一点。

Claims (12)

1.用于控制静液压的驱动装置（100）的方法，所述静液压的驱动装置具有：发动机（110）；与所述发动机（110）耦接的液压泵（120）；以及通过液压的工作回路（140）与所述液压泵（120）耦接的液压马达（130），

其中，在预控制（225）的过程中从调节参量中的至少一个调节参量的预先给定的额定值中获知并设定所述静液压的驱动装置（100）的多个执行参量（M_A,St, p_p,St, V_M,_St）中的至少一个执行参量，其中所述调节参量包括：所述液压的工作回路（140）中的压力（p_H）、所述液压泵（120）的转速（n_p）以及静液压的驱动装置（100）的输出参量（ _M, n_M, M_m, s_veh, v_veh, F_z），并且

其中其余的调节参量和/或执行参量被自动地追踪。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述静液压的驱动装置的输出参量包括所述液压马达（130）的旋转角（ _M）、转速（n_M）或者转矩（M_M）。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述液压马达（130）与传动装置（150）耦接，并且其中所述静液压的驱动装置（100）的输出参量包括所述传动装置（150）的行驶距离（s_veh）、行驶速度（v_veh）或者牵引力（F_z）。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，从由所述静液压的驱动装置（100）驱动的机器中或者从由所述静液压的驱动装置（100）驱动的车辆中预先给定用于所述静液压的驱动装置（100）的输出参量的额定值和/或用于所述液压泵（120）的转速（n_p）的额定值。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，通过所述静液压的驱动装置（100），特别是在考虑到最大允许的压力、所述静液压的驱动装置的效率、所述静液压的驱动装置的部件的时间行为和/或所述静液压的驱动装置的部件的保护的情况下，预先给定用于所述液压的工作回路（140）中的压力（n_H）的额定值和/或用于所述液压泵（120）的转速（n_p）的额定值。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述静液压的驱动装置（100）的多个执行参量包括：所述发动机（110）的转矩（M_M,St）和/或所述液压泵（120）的供油量或者用于所述液压泵（p_p,St）的控制压力（p_p,St）和/或所述液压马达（130）的排量（V_M, _St）或者用于所述液压马达的控制压力。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述预控制（225）包括在至少一个调节参量的额定值的基础上用于经过一调节路线来获知调节参量的轨迹规划（310）。

8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述预控制（225）还包括用于经过一调节路线从调节参量中来获知至少一个执行参量的动态的路线模型（320）。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述发动机（110）包括燃烧发动机、电机或流体机械。

10.运算单元，该运算单元被设置用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。

11.计算机程序，当所述计算机程序在运算单元上运行时，所述计算机程序促使运算单元执行根据权利要求1-9中任一项所述的方法。

12.具有存储在其上的根据权利要求11所述的计算机程序的机器可读的存储介质。