用于电气化商用车辆的液压设备、用于液压设备的控制装置和用于运行液压设备的方法

技术领域

本发明涉及一种用于商用车辆的液压设备、一种用于液压设备的控制装置和一种用于运行液压设备的方法。

背景技术

移动式液压系统能够以不同的方式构造。但是，它们基本上由相同的主要部件构成。在某些应用中，恒流系统中的液压泵根据转速始终输送相同的最大体积流。如果同时需要高压力和较低的体积流，例如在借助装载起重机缓慢提升重载的情况下，则对于该情况将多余的液压液体导回到箱中。

发明内容

在此背景下，本发明提供一种根据独立权利要求的改进的液压设备、一种改进的用于液压设备的控制装置和一种改进的用于运行液压设备的方法。由从属权利要求和以下描述中得出有利的设计方案。

除了降低成本外，借助所提出的方案可实现的优势还在于在电气化商用车辆中的可适配的应用可行性。

本发明提出一种用于电气化商用车辆的液压设备。液压设备包括用于提供第一压力的液压泵；电动马达，所述电动马达与液压泵耦联，以驱动液压泵；和液压系统。在此，液压系统具有用于与液压泵连接的泵接口和用于与负载连接的负载接口，其中液压系统构造成在第一液压状态下使用第一压力提供具有第一值的负载压力和在第二液压状态下使用第一压力提供具有第二值的负载压力。此外，液压设备包括控制装置，所述控制装置构造成接收状态信号，其中状态信号代表当前液压状态。控制装置构造成使用状态信号来确定液压系统的与当前液压状态相关联的模型函数，以便使用模型函数提供用于控制电动马达的转速的马达信号。

商用车辆例如可以是用于移动载荷的车辆，比如像装载起重机，其中这里提出的液压设备例如可以是所谓的载荷传感控制装置的一部分。所述系统也可以称为载荷压力报告系统，并且能够识别存在何种载荷。通常，可以通过特殊的控制块来调节与载荷压力无关的流量。

与经由传感器、阀和附加的液压载荷报告线路或电信号线路调节载荷传感系统相反，在此提出的液压设备有利地实现以无传感器的方式检测载荷和负载压力或负载处的压力，其中所述附加的载荷报告线路或电信号线路可以检测所存在的压力差并且使其保持恒定。例如，负载可以是直线液压缸。这种调节可以借助也被称为电马达(E-Motor)的电动马达和控制装置中的软件算法来实现。

例如，液压泵处的输出压力可以通过电马达的已知的变量、即电流和转矩来计算。转矩的计算或确定可能与电动马达的类型和控制相关。例如，如果使用定量泵，则第一压力或体积流可以与转速成正比，即排量可以是恒定的。因此可以经由转速计算第一压力。

在此提出的液压设备的液压泵经由泵接口与液压系统连接。液压系统构造成使用第一压力在至负载的负载接口处提供负载压力，其中负载压力可以与液压系统的液压状态相关。例如，在第一液压状态下，设置在液压系统中的控制阀可以被打开，例如基于用户相应输入而打开。在第二液压状态下，例如可以关闭控制阀。在此，液压系统除了第一液压状态和第二液压状态之外根据所使用系统的复杂度可以具有其他的液压状态。

可以由控制装置借助相应的状态信号来检测当前的液压状态、例如可以是第一液压状态或第二液压状态或其他的液压状态。控制装置可以使用所述状态信号确定与当前液压状态相关联的模型函数。例如，第一模型函数可以与第一液压状态相关联或是可与其相关联的，而第二模型函数可以与第二液压状态相关联或是可与其相关联的。因此，借助于经由状态信号传输的、关于液压状态和预定义的模型函数的信息可计算：何种马达功率对于施加在负载处的载荷是最佳的，并且可以提供相应的马达信号来控制电动马达的转速。

可以使用状态信号计算、设置或选择相应的模型函数。相应地，可以预先确定与不同状态相关联的模型函数。模型函数可以考虑例如液压系统的阀的阀位置、效率或特性曲线。因此，每个模型函数可以为预先确定的特定状态的液压系统模型。可以通过对液压系统进行建模，可以省去用于测量当前负载压力的传感器。代替于此，可以使用模型函数来确定负载压力。

在没有诸如传感器、信号和液压线路的附加部件的情况下，在此提出的液压设备中可以有利地非常便宜地实现。此外，该系统可以用便宜的定量泵代替用较昂贵的变量泵来运行。因此，所述系统提供了一种便宜且可变的解决方案，以在具有电气化工作功能的商用车辆中实施载荷传感功能。

根据一种实施方式，控制装置可以构造成使用代表第一压力的压力信号和模型函数确定代表负载压力的负载压力信号，并且使用负载压力信号提供马达信号。例如，可以根据已知的电动马达信息、比如像当前转速计算第一压力并作为相应的压力信号提供。同时，可以基于液压系统的信息计算当前的负载压力，其中所述信息可借助于状态信号提供给控制装置。可以有利地确定当前负载压力和所寻求的负载压力之间的压力差，并且必要时可以促使改变电动马达的转速，以便使当前负载压力匹配于所寻求的负载压力。由此可以优化液压设备的效率。

根据另一种实施方式，液压系统可以构造成将状态信号提供给控制装置。例如，液压系统可以被置于例如阀打开的第一液压状态中。液压系统可以例如借助于所实施的电子单元以用于控制装置的状态信号的形式提供所述信息。这具有以下优点，即可以直接且无延迟地为控制装置提供关于液压系统状态的信息。

根据另一种实施方式，液压系统可以包括用于接收调整信号的调整接口并且构造成使用调整信号来设置当前液压状态，其中调整信号可代表由用户接口提供的信号。用户接口例如可以是人机接口，例如操作杆或开关，用户或车辆驾驶员可以借助所述操作杆或开关设置期望的液压状态。由用户如此提供的信号例如可以经由控制装置检测并作为调整信号转发给液压系统，或者可以经由液压系统的单独的电子控制单元进行处理。因此，可以有利地执行用户所期望的液压设置，由此液压设备可以优化所需的马达功率。

根据另一种实施方式，液压泵可以构成为定量泵。虽然例如可借助变量泵运行其他的载荷传感系统，但在此提出的液压设备可以借助立式泵运行，使得由液压泵产生的第一压力或体积流可以成正比地与转速相关。有利地，与较昂贵的变量泵相比，通过使用便宜的定量泵可以节省成本。

根据另一种实施方式，液压泵可以构造成提供第一体积流，并且液压系统可构造成在第一液压状态下使用第一体积流提供具有第一值的负载体积流并且在第二液压状态下使用第一体积流提供具有第二值的负载体积流。例如，可以在第一液压状态中提供比在第二液压状态中更大的负载体积流，其中负载体积流可以有利地分别针对设置在负载处的载荷优化。

根据另一种实施方式，控制单元可以构造成使用状态信号提供用于将转速下降到最小值的马达信号，其中状态信号代表静止状态作为当前液压状态。附加地或替选地，还可以响应于压力信号来执行转速下降。因此，如果需要在系统中保持最大压力，其中同时不应实施任何运动，则软件可以以最小转速运行电动马达，并且附加地或替选地也可切断电动马达，以便借此有利地节省能量。软件的输入可以是输出压力、即电动马达的转矩，或者可以是来自液压系统的信号，比如像换向阀的位置。

根据另一种实施方式，控制装置可以构造成接收载荷信号，所述载荷信号代表作用于负载载荷，以便使用载荷信号提供马达信号。例如，在一些应用中，提供关于载荷的说明。在这些情况下，可以将所述信息用于计算液压压力或负载压力。计算可能与负载的类型相关。例如，如果关于载荷的足够详细的说明可用，则可以使用“前馈”控制。所有信息都可以传输到软件中。控制装置可以接收关于载荷的信息进而实现优化地调节或同步例如换向阀。由此可以有利地显著改进响应时间。

根据另一种实施方式，控制装置可以包括用于选择模型函数的参照表(Nachschalgetabelle)。例如，可以在参照表中将相应预定义的模型函数与每个预定义的液压状态相关联。这具有以下优点：在处理从液压系统获得的信息时和在随后提供马达信号时可以节省时间和能量。

液压系统可以构造成使用显示液压系统的油温度的温度值来确定状态信号。由此，模型函数可以更精确地反映液压系统的当前状态。

根据另一种实施方式，液压设备可以具有用于提供代表电动马达的转速的转速信号的转速传感器，其中控制装置可构造成使用转速信号提供马达信号。例如，如果提高负载的液压缸处的载荷，则液压系统中的压力也会增加，由此会降低泵的转速。在这种情况下，当前的转矩对于所施加的载荷来说过小。电动马达处的转速传感器可以以转速信号的形式提供关于转速的信息。在此，控制装置可以构造成使用转速信号提供马达信号，由此例如可以提高电动马达的转速。相应地，在负载处的载荷下降时会提高电动马达处的转速，也就是带来过多功率，于是控制装置可以使用转速信号来引起电流降低。由此，与载荷和使用无关，都可以有利地实现所需的恒定转速，由此系统可以实现更高的效率。

根据另一种实施方式，液压设备可以具有频率转换器，所述频率转换器构造成接收马达信号并且使用马达信号控制电动马达的转速。例如，频率转换器可以从控制装置接收马达信号并且相应地控制转速，其中所述频率转换器也可以称为逆变器。有利地，借助频率转换器可以优化马达控制并且可以节省能量。

根据另一种实施方式，频率转换器可以构造成操控另外的电动马达。例如，另外的电动马达可以与用于提供另外的第一压力的另外的液压泵耦联，其中另外的液压泵可以经由另外的泵接口与另外的液压系统耦联。在此，另外的液压系统可以具有用于与另外的负载连接的另外的负载接口并且构造成在另外的第一液压状态中使用另外的第一压力提供具有第一值的另外的负载压力并且在另外的第二液压状态中使用该另外的第一压力提供具有第二值的另外的负载压力。此外，控制装置可以构造成接收由另外的液压系统提供的另外的状态信号，其中另外的状态信号可以代表另外的当前液压状态。控制装置可以构造成使用另外的状态信号来确定另外的液压系统的与另外的当前液压状态相关联的另外的模型函数，以便使用另外的模型函数将用于控制另外的电动马达的转速的另外的马达信号提供给频率转换器。有利地因此，一个频率转换器可以有利地用于多个电动马达并且由此用于具有不同载荷的多个负载。

此外，还提出一种用于液压设备的控制装置，其中液压设备具有：用于提供第一压力的液压泵；以及电动马达，所述电动马达与液压泵耦联，以驱动液压泵；和液压系统，所述液压系统具有用于与液压泵连接的泵接口和用于与负载连接的负载接口。在此，液压系统构造成在第一液压状态下使用第一压力提供具有第一值的负载压力和在第二液压状态下使用第一压力提供具有第二值的负载压力。控制装置构造成接收状态信号，其中状态信号代表液压系统的当前液压状态。此外，控制装置构造成使用状态信号来确定液压系统的与当前液压状态相关联的模型函数，以便使用模型函数提供用于控制电动马达的转速的马达信号。有利地，可以借助在此提出的控制装置优化液压系统、尤其是商用车辆的液压系统，并且分别匹配于当前施加在负载处的载荷。

此外，提出一种用于运行液压设备的方法，所述液压设备具有：用于提供第一压力的液压泵；电动马达，所述电动马达与液压泵耦联，以驱动液压泵；和液压系统。在此，液压系统包括用于与液压泵连接的泵接口和用于与负载连接的负载接口，并且构造成在第一液压状态下使用第一压力提供具有第一值的负载压力和在第二液压状态下使用第一压力提供具有第二值的负载压力。在此，该方法具有如下步骤：通过控制装置接收状态信号，其中状态信号代表液压系统的当前液压状态，使用状态信号来确定液压系统的与当前液压状态相关联的模型函数。此外，该方法包括如下步骤：使用模型函数提供用于控制电动马达的转速的马达信号。

附图说明

根据附图示例性地更详细地解释本发明。附图示出：

图1是根据一种实施例的液压设备的示意图；

图2是根据一种实施例的控制装置的示意图；

图3是根据一种实施例的液压设备的示意图；

图4是根据一种实施例的液压设备的示意图；

图5是根据一种实施例的液压设备的示意图；和

图6是用于运行液压设备的方法的一种实施例的框图。

在本发明的优选的实施例的以下描述中，相同或相似的附图标记用于各个图中所示的并且起相似作用的元件，其中省略了对这些元件的重复描述。

具体实施方式

图1示出了根据一种实施例的液压设备100的示意图。在所述实施例中，液压设备100设置在电气化商用车辆105中，所述电气化商用车辆仅示例性地包括装载起重机(Ladekran)。商用车辆105包括液压负载110，所述液压负载仅示例性地成形为直线液压缸。例如，在运行中，载荷115作用于负载110上。负载110例如用于保持或移动载荷115。

装载起重机或商用车辆的类似的负载的工作运动的特征在于在载荷不同的情况下从非常快到非常慢的运动流程。为此，在此示出的液压设备100用于自动匹配于载荷变化并通过对操作员预设做出精确反应来确保商用车辆105的不变的工作速度，继而确保系统的舒适操作。在此，液压设备100包括电动马达120，所述电动马达与液压泵125耦联，以驱动所述液压泵。仅示例性地，所述实施例中的液压泵125是定量泵，所述定量泵用于在液压设备100中提供也可用p1表示的第一压力130，以及仅示例性地提供也可用Q1表示的第一体积流135。

液压泵125经由泵接口140与液压系统145连接。在液压系统145中仅示例性地设置有各种控制阀146、控制块147、连接线路148和其他阀149。可以调节液压系统145的这些部件，使得液压系统145可以具有第一液压状态和第二液压状态。为此，所述实施例中的液压系统145包括用于接收调整信号153的调整接口150并且构造成通过使用调整信号设置当前液压状态。在此，调整信号153仅示例性地代表由用户接口155提供的信号158。第一液压状态仅示例性地对应于具有由用户打开的控制阀146的状态，而第二液压状态对应于具有关闭的控制阀146的状态。在所述实施例中，液压系统145构造成在第一液压状态下使用第一压力130以及第一体积流135经由负载接口160提供负载压力163以及负载体积流165。在此，负载压力163和负载体积流165分别具有对应于第一液压状态的第一值。同样地，液压系统145构造成在第二液压状态下使用第一压力130以及第一体积流135经由负载接口160提供分别具有第二值的负载压力163以及负载体积流165，其中第二值在所述实施例中由于控制阀146在第二液压状态中关闭而低于第一值。负载110进而施加在负载110处的载荷115可以借助于负载压力163和负载体积流165移动。

为了在载荷115改变时实现对电动马达120的自动载荷适配，在此示出的液压设备100还包括控制装置170，所述控制装置构造成接收代表当前液压状态的状态信号175。状态信号175仅示例性地可由液压系统145提供，其中当前液压状态或者对应于第一液压状态或者对应于第二液压状态。控制装置170构造成使用状态信号175来确定液压系统145的与当前液压状态相关联的模型函数。此外，所述实施例中的液压设备100包括转速传感器180，所述转速传感器构造成检测电动马达120的当前转速并将代表转速的转速信号183提供给控制装置170。

控制装置170仅示例性地构造成使用模型函数和转速信号183来提供用于控制电动马达120的转速的马达信号185。在此，在所述实施例中，液压设备100包括用于接收马达信号185的频率转换器190，其中频率转换器190仅示例性地构造成使用马达信号185来控制电动马达120的转速。

换言之，通过在此示出的液压设备100可以无需传感器来求出载荷115以及负载110处的压力和体积流，或者可以求出液压泵125之后的通流量和油压力。在所述实施例中，该问题借助于电子部件、即电动马达120和频率转换器190和控制装置120中的软件算法来实现。通过已知的变量、即电动马达120的电流和转矩可以计算液压泵125处的第一压力130或输出压力。转矩的计算或求出与电动马达120的类型和控制相关。因为在所述实施例中使用定量泵，所以第一体积流135成正比地与转速相关，即排量是恒定的，使得可以经由转速计算第一体积流135。对于精确的体积流值，需要泵的容量效率的曲线。为了计算负载110处的压力，液压系统145与所包含的部件的描述是必不可少的。对于基于软件的计算需要诸如压力损失、部件效率和阀146、149的特性曲线的信息并且根据一个实施例在模型函数中考虑，其中所述特征曲线与压力、体积流、油温度等相关。相应地，模型函数可以代表处于特定状态下的液压系统145的模型。因此，可以计算要施加的在第一压力130和负载压力163之间的压力差，并且控制装置170的软件根据公式Q2,p2＝Q1,p1*函数(t,p,T,Q,η)调节对负载110的需求优化的供应。在此，函数(t,p,T,Q,η)可以代表相应的模型函数。在此，参数t、p、T、Q、η可以限定液压系统145的当前状态。根据一种实施例，参数中的至少一些经由状态信号175传输。根据一种实施例，使用合适的传感器装置检测参数，例如使用用于检测时间T的计时器、用于检测压力p的压力传感器、用于检测温度T的温度传感器、用于检测体积流Q的流量传感器和/或用于检测转速η的转速传感器。

图2示出了根据一种实施例的控制装置170的示意图。在此示出的控制装置170对应于或类似于在之前的图1中描述的控制装置。控制装置170构造成接收状态信号175，所述状态信号代表在之前的图1中描述的液压系统的当前的液压状态。

控制装置170仅示例性地包括参照表200，借助所述参照表可以使用状态信号175将相应的模型函数205与当前液压状态相关联。替选地，例如，计算模型函数或以其他方式使用状态信号175来确定模型函数。

此外，控制装置170在所述实施例中构造成接收代表第一压力的压力信号210并使用压力信号210和模型函数205确定代表负载压力的负载压力信号215。在此，在所述实施例中，负载压力信号215对应于图1中描述的负载压力的计算的值。

在所述实施例中，压力信号210仅示例性地代表第一压力，所述第一压力要求将在之前的图1中描述的电动马达的转速降低到最小值，以便产生液压系统的静止状态。在另一种实施例中，状态信号175还可以代表作为静止状态的当前液压状态并且由此同样要求降低转速。换言之，在所述实施例中，要求保持系统中的最大压力并且同时不实施任何运动。相应地，控制装置170的软件用于以最小转速运行电动马达，以借此节省能量。可选地替选地，在静止状态中电动马达也被切断。

在一种实施例中，控制装置170附加地构造成接收载荷信号220，所述载荷信号代表作用于负载上的载荷。可以使用负载压力信号215和载荷信号220来提供马达信号185，其中响应于马达信号185，可以控制在之前的图1中描述的电动马达的转速。

图3示出了根据一种实施例的液压设备100的示意图。在此示出的液压设备100对应于或类似于图1中描述的液压设备。在此处所示的视图中提供关于所施加的载荷115的信息。在这些情况下，可以将所述信息用于计算液压压力p2或图1中描述的负载压力。计算与负载110的类型相关。如果关于载荷115的足够详细的说明可用，则可以使用“前馈”控制。所有信息都可以传输到控制装置170的软件中。控制装置170构造成从用户接口155接收用户期望的设置以及关于载荷115的信息，因此实现液压系统145中的换向阀的优化的调节或同步。

图4示出了根据一种实施例的液压设备100的示意图。在此示出的液压设备100对应于或类似于在之前的图1和3中所描述的液压设备，不同之处在于：在所述实施例中，频率转换器190构造成除了电动马达120之外还操控另外的电动马达400。在此，另外的电动马达400类似于电动马达120与另外的液压泵405耦联，以便经由如图1中已经描述的液压系统驱动另外的负载410。在此，在所述实施例中，频率转换器190如图1所描述的那样可以由控制装置170操控，所述控制装置又与用户接口155耦联。

图5示出了根据一种实施例的液压设备100的示意图。在此示出的液压设备100对应于或类似于之前的图1、图3和图4中所描述的液压设备，不同之处在于：在所述实施例中，液压设备100除了频率转换器190之外还具有附加的频率转换器500。在所述实施例中，附加的频率转换器500控制附加的电动马达505，所述附加的电动马达与附加的液压泵510耦联，所述附加的液压泵经由如图1中所描述的液压系统驱动附加的负载515。在此，在所述实施例中，附加的频率转换器500可以等同于频率转换器190由控制装置170控制，所述控制装置又与用户接口155耦联。

图6示出了用于运行如根据前述附图所描述的液压设备的方法600的一种实施例的框图。相应地，可以借助在示出的方法600运行的液压设备包括液压泵、用于驱动液压泵的电动马达和液压系统，所述液压系统在输入侧经由液压泵被加载压力并且在输出侧可以将压力输出给负载。

方法600包括步骤605，在其中接收指示液压系统的当前液压状态的状态信号。在步骤610中，使用状态信号确定液压系统的与当前液压状态相关联的模型函数。此外，方法600包括使用模型函数提供用于控制电动马达转速的马达信号的步骤615。

附图标记列表：

100 液压设备

105 商用车辆

110 负载

115 载荷

120 电动马达

125 液压泵

130 第一压力

135 第一体积流

140 泵接口

145 液压系统

146 控制阀

147 控制块

148 连接线路

149 其他的阀

150 调整接口

153 调整信号

155 用户接口

158 信号

160 负载接口

163 负载压力

165 负载体积流

170 控制装置

175 状态信号

180 转速传感器

183 转速信号

185 马达信号

190 频率转换器

200 参照表

205 模型函数

210 压力信号

215 负载压力信号

220 载荷信号

400 另外的电动马达

405 另外的液压泵

410 另外的负载

500 附加的频率转换器

505 附加的电动马达

510 附加的液压泵

515 附加的负载

600 用于运行液压设备的方法

605 接收步骤

610 确定步骤

615 提供步骤