用于操作液壓驅動式工程機械的驅動控制方法和系統的制作方法

用于操作液壓驅動式工程機械的驅動控制方法和系統的制作方法
【專利摘要】本發明涉及用于操作液壓驅動式工程機械（200）的系統和方法，所述工程機械包括可變排量的液壓行駛馬達（11），其中，由液壓泵（2）產生的液壓流體的流動被提供到行駛馬達（11），且控制閥（4）被提供為控制從液壓泵（2）到行駛馬達（11）的液壓液體的流動。液壓泵（2）被提供有根據由行駛控制閥（4）產生的載荷信號（LS）進行的液壓控制，且行駛馬達（11）被提供有根據期望的驅動行為進行的電控制。
【專利說明】用于操作液壓驅動式工程機械的驅動控制方法和系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及例如建筑機械中的液壓驅動控制。
【背景技術】
[0002]EP2123947A1公開了用于具有開心式(open centre)液壓行駛系統的建筑機械的行駛控制系統，其中，可變排量行駛馬達的排量被液壓地控制。在下坡行駛期間，可增加行駛馬達的排量以防止加速。由比例閥生成的液壓壓力被行駛馬達內的壓力過驅動(overdrive)，即:如果該行駛馬達內達到一定的壓力值，則行駛馬達被旋轉到最大排量，而與經過比例閥向行駛馬達給出的控制壓力無關。根據實際驅動情況，馬達和泵的排量被同時改變。

【發明內容】

[0003]本發明的一個目的是提供一種方法，該方法克服了當工程機械在最大速度下行駛以及在下坡行駛中開始加速時的速度調節問題，并允許舒適地且具有燃料效率地操作該工程機械。
[0004]本發明的另一個目的是提供一種行駛系統，該行駛系統克服了當工程機械在最大速度下行駛以及在下坡行駛中開始加速時的速度調節問題，并允許舒適地且具有燃料效率地操作該工程機械。
[0005]上述目的通過獨立權利要求的特征來實現。其他權利要求、附圖和詳細描述公開了本發明的有利實施例。
[0006]提出了一種用于操作液壓驅動式工程機械的方法，該工程機械包括具有可變排量的液壓行駛馬達，其中，由液壓泵產生的液壓流體的流動被提供給行駛馬達，并且其中還設置有控制閥，用于控制從液壓泵到行駛馬達的液壓液體的流動。根據由行駛控制閥產生的載荷信號向所述液壓泵提供液壓控制，并根據所期望的驅動行為向所述行駛馬達提供電控制。
[0007]優選地，所述工程機械是車輪驅動的工程機械，例如挖掘機等。一般地，本發明適合于具有開環行駛系統的所有工程機械。利用本發明，可在最小值和最大值之間連續地控制所述行駛馬達的排量。該工程機械的行為能夠被平滑化，從而可避免突然的停止或加速。
[0008]另一方面，當該工程機械下坡行駛且實際速度超過所允許的速度時，可增加液壓馬達的排量，因此使工程機械減速，直到又達到所允許的速度。該排量可與行駛馬達中的行駛高壓力獨立地被調整，所述行駛高壓力通常是決定了行駛馬達的排量的參數。行駛馬達可在任何時間被安全地控制。馬達的排量優選以直接方式由整合在包括行駛馬達的行駛裝置中的電動閥控制。此外，所述行駛馬達在最小排量和最大排量之間被連續地、無級地控制，因此允許行駛系統的平滑的行為。此外，可控制主控閥(MCV)中的行駛部分的閥芯的行程。
[0009]適當地，可在最小排量和最大排量之間比例地控制所述行駛馬達的排量，結果，可控制工程機械的行駛速度。行駛馬達可旋轉到任何所需的排量，而非僅僅是固定的排量。
[0010]在行駛模式中，可優選以節約燃料的模式控制液壓泵的排量。在燃料節約模式中，可根據期望的驅動行為(例如根據設定的速度)來最優地調整液壓流體的流動和排量。
[0011]有利地，控制單元可計算行駛馬達排量應如何改變、行駛控制閥中的閥芯行程應如何改變以及液壓泵的排量應如何改變，以得到期望的行為，例如考慮到燃料效率和/或操作舒適性而進行優化的行為。除了防止超速之外，本發明還允許在向前行駛和向后行駛之間的無沖擊的反向、較快的加速、平滑的加速和減速、以及燃料節約模式。
[0012]根據本發明的有利實施例，可與行駛馬達中的實際的行駛高壓力獨立地、通過來自行駛馬達排量控制閥的電信號來調節行駛馬達的排量。行駛馬達中的壓力并不能覆蓋(override)被發送到行駛馬達的控制信號。
[0013]在常規的系統中，行駛馬達的排量正是根據行駛馬達中的高壓力被調整。在此系統中，如無任何壓力(即處于靜止)，則行駛馬達處于最小排量。如果工程機械開始行駛，則壓力將升高，如果超過特定值，則行駛馬達與由通向所述行駛馬達的比例閥提供的控制壓力獨立地旋轉到所述行駛馬達的最大排量。如果壓力降低到低于該特定值，則根據常規的馬達控制，行駛馬達被旋轉到最小排量，這可能導致工程機械的運動的、急促而突然的改變。
[0014]在本發明中，可有利地考慮除了行駛高壓力之外的額外參數，以控制和調整行駛馬達的排量。合適地，可根據行駛馬達的期望的行為來控制行駛馬達的排量。有利地，例如，可至少根據行駛高壓力和工程機械的行駛速度將行駛馬達的排量改變到處于最大排量到最小排量的范圍內的排量。
[0015]根據本發明的另一個有利實施例，根據工程機械的所選擇的控制狀態、選擇性地由不同的裝置產生液壓流體在行駛控制閥的至少一個先導壓力管線內的流動。例如，可由行駛促動器或由被控制單元控制的獨立的行駛流動閥來產生先導壓力，可根據需要來選擇所述先導壓力產生裝置。
[0016]根據本發明的另一個有利實施例，根據工程機械的所選擇的控制狀態，電控閥可在由不同的先導壓力產生裝置產生的液壓流體的流動之間進行選擇。
[0017]該電控閥可以是能在不同的先導壓力源之間切換的電磁閥。特別地，在第一控制狀態下，可由所述行駛促動器產生在行駛控制閥的至少一個先導壓力管線內的液壓流體的流動，而在第二控制狀態下，可由獨立的行駛流動閥產生在行駛控制閥的至少一個先導壓力管線內的液壓流體的流動。有利地，電控閥(例如，電磁閥)中斷了行駛促動器和行駛控制閥之間的連接，同時所述獨立的行駛流動閥替代地連接到行駛控制閥。驅動控制閥可布置在行駛控制閥上游，且行駛促動器和行駛方向閥之間的連接可被中斷，因此中斷了行駛促動器和行駛控制閥之間的連接。
[0018]在運行行駛模式中，工程機械例如可下坡行駛、加速、在平地上行駛、上坡行駛。
[0019]存在所關注的兩個不同的運行模式，S卩:工程機械的工作模式和行駛模式。在工作模式中，用于在行駛促動器和所述獨立的行駛流動閥之間切換的電控閥被激活且切換到所述獨立的行駛流動閥，使得來自所述獨立的行駛流動閥的信號被發送到主控閥的行駛部分。在行駛模式中，電控閥被激活以具有更平滑的起動/停止/倒車行為。如果工程機械以恒定的速度行駛，則可選擇來自行駛促動器的先導壓力或來自所述獨立的行駛流動閥的先導壓力。在此情況中，僅需保證將最大控制(先導)壓力(例如，在35巴的范圍內)提供到所述主控閥的行駛閥芯，以使該閥芯具有最大行程。
[0020]在兩個模式中，例如在工作模式和行駛模式中，可從行駛促動器(在稱為第一控制狀態的控制狀態下)產生到先導壓力管線的信號，或從所述獨立的行駛流動閥(即行駛流動閥)(在稱為第二控制狀態的控制狀態下)產生到先導壓力管線的信號。
[0021]根據本發明的另一個有利實施例，可將行駛馬達的排量與行駛馬達排量控制閥的電流控制信號成比例地連續調整到處在最大排量和最小排量之間的排量。優選地，行駛馬達被設定為最大排量，而在行駛馬達排量控制閥內無任何電流，特別地在工程機械靜止時。
[0022]根據本發明的另一個有利實施例，在下坡行駛期間，當工程機械超過其最大允許速度時，可將行駛馬達的排量設定為較大的排量。取決于下坡，排量被從最小排量增加到較大的排量。在上坡行駛期間，當超過行駛高壓力的限定值時，可將行駛馬達轉換到較大的排量。當工程機械下坡行駛且速度剛好超過所允許的速度時，將行駛馬達旋轉到更大的排量以使工程機械減速，直到又達到所允許的工程機械速度，因此，避免了超速。如果工程機械速度超過所允許的速度，則直接增加行駛馬達的排量。對行駛馬達的控制快速而且可靠。
[0023]為了改進工程機械的加速(特別是從靜止時的加速)，可根據其內的高壓力和行駛速度來控制行駛馬達的排量。可在控制單元內選擇改進了加速的排量曲線。通過由控制單元代替行駛促動器發送到各部件(例如發送到所述獨立的行駛流動閥)的合適的參數，行駛馬達的排量可遵循于所選擇的排量曲線，所述獨立的行駛流動閥為行駛控制閥產生了優化的先導壓力。
[0024]通過降低液壓流體的流動以及液壓損失，可在行駛和工作的同時提高工程機械的燃料效率。通過降低液壓流體的流動，降低了損失。在該同一步驟中，壓力將升高，因為所需的功率維持不變。一種選擇是降低原動機的速度(即柴油機的速度)，以通過原動機直接節約燃料。第二種選擇(可與上述的第一種選擇相組合)是減少上述行駛系統內的液壓損失。這可主要通過降低通向行駛馬達的液壓流體的流動和/或通過降低另一側(即液壓泵偵D的液壓流體的流動來完成。在行駛模式中，由所述泵直接降低流體的流動，或通過由主控閥的行駛部分與工程機械內的所述獨立的行駛流動閥的組合來降低流體的流動。可通過降低主控閥(行駛控制閥是主控閥的一部分)中的行駛系統內的閥芯的行程或通過降低由液壓泵提供的液壓流體的流動來完成液壓流體的流動的降低。
[0025]根據本發明的另一個有利實施例，在工程機械的行駛模式中，可將原動機的速度設定為預先確定的燃料經濟速度，和/或可通過降低來自液壓泵的液壓流體的流動來升高行駛馬達內的壓力。
[0026]根據本發明的另一個有利實施例，可降低所述控制閥的泵側和載荷側之間的壓力差，以降低被施加到行駛馬達的液壓流體的流動。因此，可減少液壓系統內的液壓損失。
[0027]另外或替代地，為了降低通向行駛馬達的液壓流體的流動，通過利用替代的裝置(例如通過所述獨立的行駛流動閥)建立通向行駛促動器的期望的先導壓力，能夠降低行駛先導管線內的先導壓力。由此，可減少液壓系統內的液壓損失。
[0028]另外或替代地，為了在工程機械的工作模式中減少行駛控制閥內的液壓補償損失，可通過降低通向行駛馬達的液壓流體的流動而將行駛高壓力設定為與液壓系統中的高壓部件內的平均壓力水平相對應的平均壓力值。這樣，可減少液壓系統內的液壓補償損失。[0029]根據本發明的另一個有利實施例，在工程機械的工作模式中，可與通向行駛馬達的液壓流體的流動的降低并行地減小行駛馬達的排量。當降低通向行駛馬達的液壓流體的流動時，可同時減小行駛馬達的排量，以維持工程機械的速度。
[0030]根據本發明的又一方面，提出了一種用于對工程機械進行操作的行駛系統，所述工程機械包括液壓行駛馬達和由原動機驅動的液壓泵，該液壓行駛馬達具有可變排量且能夠由從液壓泵供給的液壓流體驅動。該行駛馬達設有電控的行駛馬達控制閥，并且，所述液壓泵設有液壓泵控制器，所述液壓泵控制器根據由行駛控制閥產生的載荷信號來控制液壓栗。
[0031]有利地，所提出的系統是利用流動共享的、開環的閉心式載荷感測系統。“流動共享”意味著所述流動在所有工作功能之間被共享，但僅當所需的流動高于最大泵流量時才被共享。
[0032]根據本發明的另一個有利實施例，還可設置有如下的閥:該閥用于將所述控制閥選擇性地操作連接到產生先導壓力的行駛促動器或連接到產生先導壓力的獨立的行駛流動閥。這允許將行駛促動器與行駛控制閥斷開。
[0033]所述獨立的行駛流動閥控制了主控閥的行駛部分。行駛馬達由行駛馬達排量控制閥控制，從而可將行駛馬達的排量改變為任何期望的排量。
[0034]根據本發明的有利實施例，液壓泵控制器可包括減壓閥。該減壓閥允許降低液壓流體的流動，因此減少了行駛系統內的液壓損失。
[0035]此外，還提出了能夠在可編程微型計算機上運行的計算機程序，該計算機程序包括計算機程序代碼，當計算機程序運行時，該計算機程序代碼適于執行本發明的上述方法或用在該方法中。特別地，該計算機程序適于在連接于互聯網的計算機上運行時被下載到控制單元或其部件之一中。
[0036]此外，提出了一種存儲在計算機可讀介質上的計算機程序產品，該計算機程序產品包括在計算機上用于本發明的方法的程序代碼。可在行駛系統的控制單元內實施該計算機程序和計算機程序產品。
[0037]此外，還提出了一種車輛，所述車輛尤其包括至少一個電液壓控制系統，所述液壓控制系統包括至少一個與控制單元通過電信號通信的操縱桿和/或踏板和/或主控閥。一般地，本發明的方法和系統可應用于具有電液壓控制系統的工程機械，其中，操縱桿和踏板(不僅是行駛促動器)不再是液壓的，而是向相應的控制單元給出電信號。另外，所述主控閥也可以是電控的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0038]從以下對實施例的詳細描述中，可以最好地理解本發明以及上述及其他目的和優點，但本發明不限于該實施例，其中:
[0039]圖1示意性地示出了根據本發明的具有液壓回路的工程機械的示例實施例；
[0040]圖2a至圖2d示意性地示出了根據本發明的建筑機械的行駛系統的液壓回路的數個子元件的示例性實施例，其中圖2a示出了總覽，圖2b至圖2d示出了該液壓回路的特定部分的細節；
[0041]圖3示意性地示出了電行駛馬達功能的框圖；并且[0042]圖4a至圖4h示意性地示出了用作計算行駛馬達排量時的輸入的多種功能的框圖。
【具體實施方式】
[0043]在附圖中，相同或相似的元件由相同的附圖標記表示。這些附圖僅是示意性表示，并非旨在展示本發明的具體參數。此外，這些附圖僅旨在展示本發明的典型實施例，因此不應認為用于限制本發明的范圍。
[0044]本發明可應用在工程機械的液壓傳動系統中。對于開環液壓系統來說，本發明尤其有用。
[0045]圖1示意性地描繪了一種車輛200，例如配備有液壓行駛系統100的工程機械(下文中稱為工程機械200),圖2a至圖2d中更詳細地描述該液壓行駛系統100。為清晰起見，圖2a描繪了液壓回路的總覽，其中圖2b、圖2c和圖2d中示出了該行駛系統100的多個不同部分，且整個行駛系統100由圖中描繪的這些部分組成。為清晰起見，將這些局部圖2b、2c和2d連接的液壓管線或數據線以單獨的字母a、b、c...標記，以指明各條線在圖中的相連位置。
[0046]行駛系統100包括用于驅動行駛馬達的部件。液壓泵2和作為原動機I的柴油機聯接到該行駛系統，原動機I驅動該液壓泵2。液壓泵2也可將液壓流體供給到工程機械200的其他部件，例如各種總成、工具和/或附件(未示出)。
[0047]液壓泵2產生了液壓流體(通常為液壓油)到主控閥(僅該閥的一部分被作為行駛控制閥4示出)的閥芯的流動。該主控閥通常包括多個閥芯，用于將液壓流體的流動供給到工程機械200的不同部件，例如各種總成、工具和/或附件(未示出)。圖中僅示出了主控閥的行駛部分(travel section)，主控閥的該行駛部分在下文中被稱為行駛控制閥4。
[0048]在行駛先導管線4L和4R上無任何先導壓力(或行駛先導管線4L和4R之間無壓力差)的情況下，行駛控制閥4的閥芯處于中性位置，在該中性位置，從液壓泵2到行駛系統100的供給被關閉。因此，行駛系統100的液壓系統是閉心式系統(closed centresystem)。
[0049]如果工程機械200的操作者希望車輛行駛，則操作者必須操作行駛促動器29以生成液壓先導壓力，該液壓先導壓力被供給到行駛控制閥4的先導壓力管線4L或4R中的一個。行駛促動器29包括液壓部分29a。該行駛促動器29例如可以是行駛踏板、操縱桿、滑塊等。液壓先導壓力通向電磁閥26，即電控閥，其根據供給到閥26的螺線管的控制電流而改變自身的狀態，該電磁閥26在中性位置時將行駛促動器29生成的液壓先導壓力經由行駛方向閥28發送到行駛控制閥4。“位于中性位置”意味著無電流提供到電磁閥26。
[0050]行駛方向閥28根據工程機械200的操作者對行駛方向促動器23 (例如，開關)的激活來建立工程機械200的行駛方向，即向前或向后。行駛方向促動器23可具有三個位置:向前、向后和中性位置(靜止)。根據所選擇的行駛方向(即，向前L或向后R)，行駛方向閥28將行駛促動器29產生的液壓先導壓力發送到行駛先導管線4L或行駛先導管線4R。此先導壓力將行駛控制閥4的閥芯移動到所選擇的方向。由液壓泵2產生的液壓流體的流動經過工作管線6L或工作管線6R (取決于所選擇的方向)被發送到行駛裝置32。工作管線6L、6R分別具有再填充閥5L、5R。行駛裝置32包括可變排量行駛馬達11、與行駛馬達排量控制柱塞10連接的行駛馬達排量控制閥9、壓力釋放閥12L和12R、制動閥13和往復閥
7。往復閥7選擇所述管線6R或6L內的壓力中的較高者并將壓力信號發送到高壓力傳感器16。液壓壓力通過壓力管線8L、8R被提供到行駛裝置32中的行駛馬達11，該壓力管線8L、8R連接到來自行駛裝置32外部的行駛控制閥4的工作管線6L、6R。
[0051]同時，行駛裝置32的載荷壓力經過載荷感測管線31 (感測載荷信號LS)被發送到泵控制器3，尤其是發送到LS控制閥3b。切斷閥30布置在載荷感測管線31內。切斷閥30限制了系統內的載荷信號LS壓力，并因此限制了最大系統壓力。當工程機械200起動且不存在來自行駛控制閥4的載荷信號LS時，液壓泵2處于其最小排量且僅提供備用流量的液壓流體以彌補工程機械200的液壓系統中的泄漏。在此情況中，(具有位置I和位置2的)LS控制閥3b處于位置2，因為由液壓泵2產生的液壓壓力(工作壓力)經過信號管線2b被發送到LS控制閥3b并將LS控制閥3b的閥芯從位置I移動到位置2。LS控制閥3b將液壓泵2產生的液壓壓力發送到旋轉角度控制閥2a，該旋轉角度控制閥2a具有在兩個末端位置O和cyljnax之間的位置。在這些末端位置之間，所有其他位置都是可以的。
[0052]該液壓壓力將旋轉角度控制閥2a的閥芯從其最大旋轉角度位置cyl_max移動到液壓泵2的最小旋轉角度的位置O。僅當從行駛控制閥4將載荷信號LS經過LS信號管線31發送到LS控制閥3b時，閥3b才從位置2移動到位置1，閥3b從位置2移動到位置I且旋轉角度控制閥2a的腔內的壓力被排放到箱40。旋轉角度控制閥2a的閥芯然后從位置O移動到位置cyljnax，且液壓閥2將更多的液壓流體的流動提供到行駛系統100，即提供到行駛控制閥4和行駛馬達11。此液壓流體的流動經過工作管線6L或6R (取決于所選擇的方向)通向行駛裝置32并因此通向行駛馬達11。
[0053]行駛裝置32包括行駛馬達11、改變行駛馬達10排量的行駛排量控制柱塞10 (馬達調節器)、和電控式行駛排量控制閥9。
[0054]在行駛裝置32內，液壓流體的流動經過止回閥14L或14R通向行駛馬達11，結果，該行駛馬達11開始轉動。行駛馬達11經由軸34連接到行駛變速箱17，在此示例中，所述軸34經過兩個驅動軸36、38和兩個車軸(未示出)驅動工程機械200的車輪。從行駛馬達11返回的液壓流體經過行駛裝置32內的制動閥13和工作管線6L或6R (取決于所選擇的方向)通向行駛控制閥4，且從行駛控制閥4通向箱40。
[0055]制動閥13的閥芯移動并打開與工作管線6L或6R的連接，使得液壓流體的來自行駛馬達11的返回流動能夠返回到行駛控制閥4。在所述中性位置中，制動閥13的所有端口都被關閉，且僅存在經過孔口 15R和15L的從行駛馬達11到工作管線6L或6R的連接。
[0056]圖2a至圖2d中示出的行駛系統100的電控回路包括行駛高壓力傳感器16、行駛速度傳感器18、行駛/工作選擇器開關22、行駛促動器壓力傳感器25、行駛先導壓力傳感器24、行駛方向開關23、行駛方向閥28、檔位選擇器開關20、獨立的行駛流動閥27、電磁閥26、行駛馬達排量控制閥9、LS減壓閥3a和控制單元50。控制單元50具有可單向或雙向工作的輸入和輸出信號管線SI至S12。
[0057]經由信號線由行駛高壓力傳感器16 (信號線S10)、行駛速度傳感器18 (信號線S8)、行駛/工作選擇器開關22 (信號線S12)、行駛促動器壓力傳感器25 (信號線S5)、行駛先導壓力傳感器24 (信號線S2)、行駛方向開關23 (信號線SI)、檔位選擇器開關20 (信號線Sll)提供該控制單元50的輸入信號。[0058]控制單元50的輸出信號是經過信號線通向行駛馬達排量控制閥9 (信號線S9)、通向LS減壓閥3a (信號線S6)、通向行駛方向閥28 (信號線SI)、通向電磁閥26 (信號線S3)、和通向獨立的行駛流動閥27 (信號線S4)的信號。
[0059]原動機I經由信號線S7連接到控制單元50。
[0060]利用LS減壓閥3a可減少經過行駛控制閥4的壓力損失LS_AP，因此可降低通向行駛控制閥4的閥芯并因此通向行駛馬達11的液壓流體的流動。
[0061]降低通向行駛馬達11的液壓流體的流動的另一種可能性是利用所述獨立的行駛流動閥27和電磁閥26降低行駛先導管線4L、4R內的先導壓力。所述獨立的行駛流動閥27產生了期望的先導壓力，且電磁閥26選擇將所述獨立的行駛流動閥27產生的先導壓力或者由所述行駛促動器29產生的先導壓力經由方向閥28發送到行駛控制閥4的閥芯。
[0062]換言之，電磁閥26與由行駛促動器29產生的液壓先導壓力獨立地控制行駛控制閥4的閥芯的行程。
[0063]這兩種用于降低液壓流體流動的功能被認為能夠提高燃料效率，因為:液壓流體的流動被降低，因此，由液壓流體的流動產生的損失也減少了。控制單元50在此情況中的一個重要輸出信號是通向行駛馬達排量控制閥9的信號。利用該行駛馬達排量控制閥9，可與通向所述閥的螺線圈的電流成比例地將行駛馬達11的排量從最大排量控制到最小排量(零排量)。當該行駛馬達排量控制閥9上無任何電流時，行駛馬達11處于最大排量。根據輸入信號來控制行駛馬達11的排量，使得工程機械200不超速且具有良好而平滑的控制行為、良好的加速性、柔和的起動及停止行為、以及良好的燃料效率。對于這種控制，控制單元50可包括用于工程機械200的期望的驅動行為的控制參數。
[0064]在以下段落中，討論了在平地上行駛、下坡行駛和上坡行駛的過程。
[0065]當工程機械200靜止時，行駛馬達11處于其最大排量以具有最高可能的轉矩，從而使工程機械200保持原位。在平地上，當操作者希望車輛行駛時，操作者操作行駛促動器29，因此在來自先導齒輪泵19的液壓流體中產生液壓先導壓力，所述先導壓力取決于行駛促動器29的行程。先導齒輪泵19經由換檔閥21連接到行駛變速箱17。檔位選擇器開關20與換檔閥21操作性地連接，并經由信號線Sll連接到控制單元50。
[0066]所產生的先導壓力由行駛促動器壓力傳感器25檢測到并將相應的信號發送到控制單元50。行駛控制閥4的閥芯移動，并且，來自液壓泵2的液壓流體的流動被發送到行駛裝置32內的行駛馬達11。行駛馬達11開始轉動且工程機械200開始行駛。根據由高壓力傳感器16檢測到的行駛高壓力以及由行駛速度傳感器18檢測到的工程機械200的行駛速度，通過行駛馬達排量控制閥9將行駛馬達11的排量從最大排量改變為最小排量。可通過由控制單元50提供的各個控制參數來優化這種排量的變化，以便具有盡可能最佳的加速性。
[0067]當操作者希望停止該工程機械200時，操作者會釋放行駛促動器29。行駛先導壓力將降低到零，并且，行駛控制閥4的閥芯行進到所述中性位置，因此切斷了與液壓泵2的連接。液壓流體(例如油)向行駛馬達11的流動降低到零。控制單元50可控制行駛馬達11的排量，使得工程機械200的停止是柔和的，而非突然的。
[0068]對于下坡行駛，基本的控制原理與在平地上行駛時相同。其主要差異在于:當下坡行駛時，工程機械200由于重力而經歷了加速，這意味著工程機械200可能比其應具有的行駛速度更快地下坡行駛。為了防止這種超速，通過控制行駛馬達11的排量使工程機械200恰當地減速。如果操作者以滿行程來操作行駛促動器29，則工程機械200將加速直至達到其最大允許速度。由于重力且控制單元50無動作，工程機械200可能進一步下坡加速且達到超過最大允許速度的速度。此時，根據本發明，可增加行駛馬達11的排量。通過增加行駛馬達11的排量來制動該行駛馬達11。因此，可防止超過最大允許速度，即維持操作者所期望的速度。
[0069]對于上坡行駛，基本的控制原理與在平地上行駛時相同。其主要差異在于:當上坡行駛時，由于工程機械200在重力下減速時、移動該工程機械200所需的轉矩更高，所以，行駛高壓升高了。如果壓力維持低于限定值，則行駛馬達11的排量將不改變。如果超過了行駛高壓力的該限定值，則行駛馬達11由行駛馬達排量控制閥9轉換到更大的排量，以增加行駛馬達11的轉矩。另外，在此情況中，不僅該行駛壓力控制了行駛馬達11的排量，而且，速度或速度的降低也控制了行駛馬達11的排量。上述的后兩個參數是上坡行駛時的主要輸入信號。行駛馬達11的排量經由行駛馬達排量控制閥9被控制單元50以如下方式控制:即，一方面確保了最大可能的可分級性(gradability),另一方面工程機械200可根據行駛促動器29的實際行程而以最大可能的速度上坡行駛。通常，操作者總是以行駛促動器29上的滿行程水平行駛。
[0070]本發明也允許使用燃料節約模式。僅當工程機械200以恒定速度行駛時，該燃料節約模式才有效。可減少原動機(即柴油機)1的燃料消耗，且降低通向行駛馬達11的液壓流體的流動，由此，降低了由于液壓流體的流動而造成的損失。
[0071]燃料節約模式可在工作模式(w模式)以及行駛模式(t模式)中有效。
[0072]在工作模式中，操作者可操作該工程機械200的所有功能。液壓系統的高壓力部件中的平均壓力水平在此情況中大約為150至200巴。在此情況中，除了所述主控閥的行駛部分(行駛控制閥4)以外的其他部件工作且被供給有來自液壓泵2的液壓流體。為了使所述主控閥中包括的行駛部分(即，行駛控制閥4)內具有最低可能的補償損失，通過降低通向行駛馬達11的液壓流體的流動將行駛高壓力設定為平均壓力水平。在工作模式中，利用如上所述的、獨立的行駛流動閥27和電磁閥26完成該工作。所述獨立的行駛流動閥27產生了使行駛控制閥4的閥芯處于期望位置所需的液壓先導壓力，以便具有通向行駛馬達11的、所需的液壓流體流動。電磁閥26中斷了從行駛促動器29到行駛方向閥28的連接(因此中斷了到行駛控制閥4的連接)，而是，所述獨立的行駛流動閥27連接到行駛方向閥28(因此連接到行駛控制閥4)。現在，行駛控制閥4的閥芯的位置獨立于所述行駛促動器的壓力，且可由控制單元50控制。在液壓流體的流動降低的情況下，工程機械200可比先前更慢地行駛。為了將工程機械的速度維持在期望的值(較高值)，可以與液壓流體的流動的降低并行地降低行駛馬達11的排量。通過使控制單元50將合適的控制信號發送到行駛馬達排量控制閥9來完成該工作。
[0073]在行駛模式中，原理基本上相同。然而，其差異在于:在行駛模式中，操作者可僅使工程機械200行駛而其他功能無效。因此，行駛高壓力可能比工作模式中可能更高，因為無壓力補償。這意味著液壓流體的流動的降低可能比工作模式中可更高。首先通過將原動機I的速度降低到與處于燃料消耗相關的最優工作點的速度來實現液壓流體的流動的降低。如果行駛高壓力仍不處于最大可能壓力，則直接通過液壓泵2進一步降低液壓流體的流動。通過LS減壓閥3a完成液壓流體的流動的降低。LS減壓閥3a將壓力發送到LS控制閥3b。發送到LS控制閥3b的壓力越高，行駛控制閥4上的壓力損失LS_AP就越低。在壓力損失LS_AP降低的情況下，通向行駛馬達11的液壓流體的流動也降低了。
[0074]根據所提出的本發明，可成比例地在最小值和最大值之間控制行駛馬達11的排量。當工程機械200下坡行駛且實際速度超過所允許的速度時，增加液壓馬達11的排量，從而使工程機械200減速，直至又達到所允許的速度。在燃料節約模式中，根據設定的速度來最優地調節液壓流體的流動和排量。
[0075]為了提供更柔和的起動/停止/倒車行為，選擇所述獨立的行駛流動閥27(而非行駛促動器29)作為行駛控制閥4的先導壓力的壓力源。通過該獨立的行駛流動閥27，可以使所述主控閥的行駛閥芯的打開和關閉更平緩。例如，如果操作者開始駕駛，則操作者將行駛促動器29從O推動到最大行程，由此，所述行駛閥芯也被非常快地從O推動到最大行程，從而造成工程機械200的沖擊行為。利用所述獨立的行駛流動閥27，可恒定地建立控制所述行駛閥芯的壓力，從而導致主控閥4的行駛閥芯的行程的恒定增加，且導致工程機械200的平滑加速。與此相同的原理可用于工程機械200的更柔和的停止和倒車。
[0076]圖3示出了通過行駛馬達排量控制閥9 (圖2d)執行的對行駛馬達的電動控制的框圖。驅動狀態分類框BlO接收不同的輸入。
[0077]第一組輸入涉及提供了多種參數的參數框，例如工程機械的運行模式OM (行駛模式還是工作模式)、所選擇的檔位GS、踏板壓力PP、LS壓力LSP、行駛方向TD (向前還是向后)。另外的輸入框MS涉及工程機械的速度，其中，該工程機械的速度是隨后的控制框的輸入，其分別描述了恒定速度、升高的速度和降低的速度。
[0078]另一個輸入TMHP經由控制框來自于行駛馬達高壓力傳感器16 (圖2d)，該控制框限制了最大允許的行駛馬達高壓力。另一個輸入來自框B20，該框B20涉及所要求的速度的估算值。該框B20具有經由多個控制框來自行駛踏板壓力框TPP的輸入，所述多個控制框描述了零壓力和滿壓力之間的階狀圖、恒定的壓力、滿壓力和零壓力之間的階狀圖、降低壓力和升高壓力的行為。框B20還從檔位選擇框GS接收涉及所選擇的檔位的輸入，并從框LMSP接收與規定的最大速度參數有關的參數。
[0079]驅動狀態在框BlO中被分類，框BlO響應于所述驅動狀態分類、經由模式功能框FBlO將結果送到框B30，該框B30涉及行駛馬達排量的計算。框B30也為BlO提供了輸入以作為反饋，并向涉及所要求的速度估算的框B20提供輸入。行駛馬達排量的計算結果從框B30發送到涉及行駛馬達控制的框B40。
[0080]模式功能框FBlO的各個功能在圖4a至圖4h中被作為框圖更詳細地描述，其中，模式功能框FBlO包括多種功能框，所述功能框例如涉及速度控制功能(圖4a)、安全模式(圖4b)、倒車模式(圖4c)、停止模式(圖4d)、上坡行駛模式(圖4e)、降檔模式(圖4f)、緊急超速防止模式(圖4g)、節能模式(圖4h)。
[0081]在圖4a的速度控制功能框FB20中，框FB22根據多個參數(踏板壓力PP和選擇的檔位GS以及工程機械速度MS)來計算所需速度。在隨后的框FB24中，基于從框FB22計算出的所需速度和工程機械速度MS的輸入來完成閉環控制，其結果被發送到行駛馬達控制框 B40。
[0082]在圖4b的安全功能框FB30中，在框FB31中基于工程機械速度傳感器狀態框MS-S、行駛馬達高壓力傳感器狀態框TMHP-S和踏板壓力傳感器狀態框PP-S進行錯誤估計，其結果被發送到框FB32或FB33。FB31的輸出信號被發送到框FB32和FB33，在選擇了“檔位1”、“檔位2”或“錯誤”的情況中，該信號進一步通向框FB34，如果選擇了 “檔位3”，則該信號被發送到框FB35。在實際選擇的檔位是較低檔位(例如第一檔或第二檔I)或檢測到錯誤的情況中，則處理所述框FB32。如果實際選擇了更高檔位(例如，第三檔)，則處理所述框FB33。框FB32和FB33也接收了檔位選擇開關狀態框GSS-S和檔位選擇開關值框GSS-V的輸入，根據所選擇的檔位來處理該檔位選擇開關狀態框GSS-S和檔位選擇開關值框GSS-V。
[0083]框FB32提供了用于框FB34的輸入，其中根據最大低速度(例如5km/h的最大值)設定對液壓流體的流動的需求，這允許使用工程機械，而與在例如工程機械的速度傳感器系統、行駛馬達高壓力傳感器系統或踏板壓力傳感器系統中檢測到的錯誤無關。框FB33提供了用于框FB35的輸入，其中根據最大高速度(例如20km/h的最大值)設定對液壓流體的流動的需求。框FB34或FB35將所產生的流體相關參數發送到行駛馬達控制框B40，該行駛馬達控制框B40因此建立所要求的工程機械速度。
[0084]圖4c所示的返回功能框FB40中的框FB41根據來自工程機械速度框MS的輸入以及來自行駛馬達控制框B40的輸入來提供液壓流體的增加的流動，以用于平滑的減速。如果達到取決于TS的特定速度水平，則在B50中改變行駛方向。
[0085]圖4d所示的停止模式框FB50中的框FB51根據來自工程機械速度框MS的輸入以及來自行駛馬達控制框B40的輸入來提供液壓流體的增加的流動，以用于平滑的減速。取決于檔位選擇TS，FB51的輸出被發送到上方的一個控制框以用于更強的減速，或發送到下方的一個控制框以用于更平緩的減速。
[0086]圖4e中的上坡行駛功能框FB60具有中心功能框FB61，用于增加液壓流體的流動來增大行駛馬達轉矩。框FB61經由多個控制框接收來自行駛馬達控制框B40的輸入和來自行駛馬達高壓力框TMHP、工程機械速度模塊MS和踏板壓力框PP的、組合的輸入，由此建立了所期望的上坡行駛行為，所述多個控制框描述了踏板壓力的行為(恒定或升高)、工程機械速度的行為(降低)和行駛馬達高壓力(升高到可允許的上限)。
[0087]圖4f示出了降檔功能框FB70，該降檔功能框FB70降低液壓流體的流動以用于工程機械的平滑減速。框FB71經由描述了平滑減速的控制框向行駛馬達控制框B40提供輸入，且經由描述了降檔的控制框接收檔位選擇框GS的輸入。行駛馬達控制框MO將輸入反饋回框FB71。
[0088]圖4g示出了被提供用于防止工程機械超速的緊急超速功能框FB80。框FB81允許液壓流體的流動的強烈降低以用于工程機械的快速減速，并從工程機械速度框MS經由描述了帶有速度極限的升高的速度的控制框來接收輸入。行駛馬達控制框B40從框FB81接收輸入并將信息反饋到框FB81。
[0089]圖4h示出了用于節約燃料的節能模式框FB90。框FB91提供了從經由行駛促動器29的液壓部分29a (圖2b)的控制到所述(獨立的)行駛控制閥27的轉換，且相應地處理行駛流動轉換閥框TFSV (涉及電磁閥26)和所述獨立的行駛流動閥框ITFV (涉及閥27)。框FB91經由節能模式先決條件框FB92從踏板壓力框PP、檔位選擇框GS、運行模式框0M、工程機械速度框MS和行駛馬達高壓力框TMHP接收輸入。框FB92向框FB94提供輸入，以計算驅動液壓泵的柴油發動機的轉數，其結果被發送到發動機框B60。[0090]此外，框FB91處理最大先導壓力框FB93，所述框FB93從行駛先導壓力傳感器框TPiP和行駛踏板壓力傳感器框TPP接收輸入。框FB93處理了其中執行泵流動的計算的框FB95，其中框FB95向防熄火控制框B50提供輸入。另外的框FB93處理了其中計算了行駛馬達排量的框FB96，計算出的行駛馬達排量被傳遞到行駛馬達控制框B40。
[0091]有利地，本發明允許改進行駛系統的總體可控性。工程機械的啟動和停止行為更柔和，且行駛舒適性自身得以改進，使得工程機械的運行是平緩而非急促的。這主要通過控制行駛馬達的排量來實現，但也通過由于控制單元的控制而優化行駛促動器(例如行駛踏板等)的曲線和主控閥來實現。
【權利要求】
1.一種用于操作液壓驅動式工程機械(200)的方法，所述工程機械(200)包括具有可變排量的液壓行駛馬達(11)，其中，由液壓泵(2)產生的液壓流體的流動被提供給所述行駛馬達(11)，并且其中還設置有控制閥(4)，用于控制液壓液體從所述液壓泵(2)到所述行駛馬達(11)的流動，其特征在于，根據由所述行駛控制閥(4)產生的載荷信號(LS)向所述液壓泵(2)提供液壓控制，并且，根據所期望的驅動行為向所述行駛馬達(11)提供電控制。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，由電控的行駛馬達排量控制閥(9)調節所述行駛馬達(11)的排量。
3.根據前述權利要求中的任一項所述的方法，其特征在于，根據所述工程機械(200)的所選擇的控制狀態，選擇性地由不同的裝置(27、29)產生液壓流體在所述行駛控制閥(4)的至少一個先導壓力管線(4L、4R)內的流動。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，在第一控制狀態下，由行駛促動器(29)產生液壓流體在所述行駛控制閥(4)的至少一個先導壓力管線(4L、4R)內的流動，而在第二控制狀態下，由獨立的行駛流動閥(27)產生液壓流體在所述行駛控制閥(4)的至少一個先導壓力管線(4L、4R)內的流動。
5.根據前述權利要求中的任一項所述的方法，其特征在于，根據所述工程機械(200)的所選擇的控制狀態，電控閥(26)在由所述不同的裝置(27、29)產生的液壓流體的流動之間進行選擇。
6.根據前述權利要求中的任一項所述的方法，其特征在于，所述行駛馬達(11)的排量能夠在最大排量和最小排量之間連續調節。
7.根據前述權利要求中`的任一項所述的方法，其特征在于，在下坡行駛的行駛模式中，當所述機械(200)超過其最大允許速度時，將所述行駛馬達(11)的排量增加到較大的排量，和/或在上坡行駛的運行模式中，當超過行駛高壓力的限定值和/或速度的降低超過限定的最大值時，將所述行駛馬達(11)轉換到較大的排量。
8.根據前述權利要求中的任一項所述的方法，其特征在于，降低所述行駛控制閥(4)的泵側和載荷側之間的壓力差(Λρ)，以降低被施加到所述行駛馬達(11)的液壓流體的流動。
9.根據前述權利要求中的任一項所述的方法，其特征在于，降低所述行駛先導管線(4L、4R)內的先導壓力，以降低被施加到所述行駛馬達(11)的液壓流體的流動。
10.根據前述權利要求中的任一項所述的方法，其特征在于，將所述控制閥(4)的泵側和載荷側之間的壓力差(Λ p)調整到預設的值(LS Λ p)。
11.根據權利要求8至10中的任一項所述的方法，其特征在于，在所述機械(200)的工作模式中，與通向所述行駛馬達(2)的液壓流體的流動的降低并行地減小所述行駛馬達(11)的排量。
12.根據權利要求8至11中的任一項所述的方法，其特征在于，在所述機械(200)的行駛模式中，將原動機(I)的速度設定為預先確定的燃料經濟速度，和/或通過降低來自所述液壓泵(2)的液壓流體的流動來升高所述行駛馬達(11)內的壓力。
13.根據權利要求8至11中的任一項所述的方法，其特征在于，在所述行駛模式中在平地上行駛時，當所述行駛促動器(29)被激活并因此根據所述行駛促動器(29)的行程而在液壓流體中產生液壓先導壓力、由此使所述行駛控制閥(4)的閥芯移動從而將液壓流體的流動提供給所述行駛馬達(11)時，根據所述機械(200)的行駛高壓力和行駛速度將所述行駛馬達(11)的排量改變為處于最大排量和最小排量之間的排量。
14.一種用于對工程機械(200)進行操作的行駛系統(100)，所述工程機械(200)包括液壓行駛馬達(11)和由原動機(I)驅動的液壓泵(2 )，所述液壓行駛馬達(11)具有可變排量且能夠由從所述液壓泵(2)供給的液壓流體驅動，其特征在于，所述行駛馬達(11)設有電控的行駛馬達控制閥(9)，并且，所述液壓泵(2)設有液壓泵控制器(3)，所述液壓泵控制器(3)根據由行駛控制閥(4)產生的載荷信號(LS)來控制所述液壓泵(2)。
15.根據權利要求14所述的系統，其特征在于，還設置有閥(26)，該閥(26)用于根據所述工程機械(200)的所選擇的控制狀態而將所述行駛控制閥(4)的先導管線(4L、4R)選擇性地操作連接到產生先導壓力的行駛促動器(29)或連接到產生先導壓力的獨立的行駛流動閥(27)。
16.根據權利要求14-15中的任一項所述的系統，其特征在于，所述液壓泵控制器(3)包括減壓閥(3a)。
17.一種車輛，所述車輛包括根據權利要求14-16中的任一項所述的行駛系統(100)。
18.根據權利要求17所述的車輛，所述車輛包括至少一個電液壓控制系統，所述控制系統包括與控制單元經由電信號通信的至少一個操縱桿和/或踏板和/或主控閥。
19.一種計算機程序，所述計算機程序包括計算機程序代碼，當所述計算機程序在可編程微型計算機上運行時，所述計算機程序代碼適于執行根據權利要求1至13中的至少一項所述的方法或用在 所述方法中。
20.根據權利要求17所述的計算機程序，所述計算機程序適于在連接于互聯網的計算機上運行時被下載到控制單元(50)或其部件之一中。
21.一種存儲在計算機可讀介質上的計算機程序產品，所述計算機程序產品包括在根據權利要求1至13中的一項所述的方法中使用的程序代碼。
【文檔編號】F16H61/421GK103782069SQ201180073079
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2011年8月26日 優先權日:2011年8月26日
【發明者】朱迪思·布里登, 丹尼爾·米勒, 托馬斯·舍費爾, 伯恩德·法貝爾 申請人:沃爾沃建筑設備公司