液压机械和控制该液压机械的方法

技术领域

本公开涉及一种液压机械和控制该液压机械的方法，更具体地，本发明涉及一种应用新颖的阀控制算法以可靠地控制液压马达的运动的液压机械和控制该液压机械的方法。

背景技术

除了液压缸外，液压马达也是液压机械中通常用作致动器的部件。由于液压马达具有高度(high degree)的转动惯性，例如，当马达刚刚开始旋转时，可能会出现压力冲击，从而导致液压马达猛烈抖动(jerk)。因此，对于能够解决此类问题的可靠的液压马达控制算法，一直存在着需求。

发明内容

本公开的各个方面提供了一种液压马达控制算法，该液压马达控制算法能够有效地克服由液压马达的高度的转动惯性引起的问题。

根据一方面，提供了一种液压机械，该液压机械包括：液压马达；高压管线，该高压管线连接到该液压马达以允许工作流体流入到该液压马达中；低压管线，该低压管线连接到该液压马达以允许工作流体从该液压马达流出；高压管线阀，该高压管线阀被构造成打开和关闭该高压管线；低压管线阀，该低压管线阀被构造成打开和关闭该低压管线；操作员输入设备，该操作员输入设备被配置成输入命令以控制该液压马达的运动；和控制单元，该控制单元被配置成从该操作员输入设备接收命令，并且响应于该命令来控制该高压管线阀和低压管线阀打开和关闭。该控制单元可以控制该高压管线阀以使其具有归一化流量系数(normalized flow factor)K

根据另一方面，提供了一种控制液压机械的方法。该方法可以包括：通过操作员输入设备接收命令输入；确定与该命令相对应的归一化流量系数K

在一些示例中，当K

在一些示例中，当K

在一些示例中，当0

根据其它方面，提供了一种计算机程序以及存储该计算机程序的计算机可读介质，该计算机程序包括程序代码，当在计算机上或在控制单元的处理电路上被执行时，该程序代码用于执行上文所述的控制液压机械的方法的操作。

如上所述，本公开可以提供能够有效地克服由液压马达的高度的转动惯性引起的问题的液压马达控制算法。

上述各个方面、所附权利要求书和/或本文在上面以及稍后在下面公开的示例可以适当地相互结合，这对于本领域的任何普通技术人员来说将是显而易见的。

在下面的描述、所附权利要求书和附图中公开了附加的特征和优点，并且从所述描述、所述权利要求书和所述附图中，这些附加的特征和优点部分地将对本领域技术人员显而易见或通过实践如本文所描述的本公开而被识别出。本文还公开了与上面讨论的技术益处相关联的控制单元、计算机可读介质和计算机程序产品。

附图说明

参照附图，下面是作为示例引用的本公开的各个方面的更详细描述。

图1是示意性地示出了根据本公开的示例的液压机械的图；

图2示意性地示出了根据本公开的示例的液压机械；

图3是示意性地示出了典型液压机械的控制系统的概念图；

图4是示意性地示出了图2所示的液压机械的控制系统的概念图；

图5是根据本公开的示例的概念图，其示出了当液压马达的旋转开始时该液压马达的入口压力和出口压力；

图6是根据本公开的示例的概念图，其示意性地示出了当液压马达的减速开始时该液压马达的入口压力和出口压力；并且

图7是根据本公开的示例的曲线图，其示出了根据控制方法修改的、K

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细描述本公开的示例。下面阐述的各个方面代表了用于使本领域技术人员能够实践本公开的必要信息。

图1是示意性地示出了根据本公开的示例的液压机械的图。

如图1所示，该液压机械可以包括液压马达100、高压管线121和121'、低压管线123和123'、高压管线阀131和131'、以及低压管线阀133和133'。

在一些示例中，液压马达100可以是这样的部件：它用于通过为上部主体提供由工作流体的流入和流出产生的旋转扭矩来执行回转操作(用于使下部底盘上的上部主体相对于下部底盘旋转)或用于通过为链轮或车轮提供旋转扭矩来执行行进操作(用于驱动液压机械向前或反向移动或者执行转向以将液压机械的定向改变为向右或向左)。因此，在回转操作或行进操作期间被回转或驱动的沉重重量可能会施加到液压马达100上，从而赋予液压马达100高度的转动惯性。液压马达100可以具有端口A 111和端口B 113，工作流体可以通过该端口A 111和端口B 113流入和流出。在一些示例中，液压马达100能够沿两个方向旋转。端口A 111不仅可以充当入口，而且可以充当出口。以同样的方式，端口B 113不仅可以充当入口，而且可以充当出口。

高压管线121和121'可以连接到液压马达100以允许工作流体流入到液压马达100中。高压管线121和121'可以包括连接到端口A 111的高压管线A 121和连接到端口B 113的高压管线B 121'。

低压管线123和123'可以连接到液压马达100以允许工作流体从液压马达100流出。低压管线123和123'可以包括连接到端口A 111的低压管线A 123'和连接到端口B 113的低压管线B 123。

高压管线阀131和131'可以打开和关闭高压管线121和121'。高压管线阀131和131'可以包括：高压管线阀A 131，其打开和关闭高压管线A 121；和高压管线阀B 131'，其打开和关闭高压管线B 121'。

低压管线阀133和133'可以打开和关闭低压管线123和123'。低压管线阀133和133'可以包括：低压管线阀A 133'，其打开和关闭低压管线A 123'；和低压管线阀B 133，其打开和关闭低压管线B 123。

该液压机械可以包括操作员输入设备，以用于输入命令来控制液压马达100的运动。在一些示例中，该操作员输入设备可以被提供为操纵杆的形式，但本公开不限于此。

此外，该液压机械可以包括控制单元(未示出)，以从操作员输入设备接收命令，并且响应于所接收到的命令来控制高压管线阀131和131'以及低压管线阀133和133'的打开和关闭。该控制单元可以控制高压管线阀131和131'以使其具有归一化流量系数K

在一些示例中，当使液压马达100沿第一方向旋转的命令被输入到操作员输入设备时，该控制单元可以将高压管线阀A 131打开到与K

相反，当使液压马达100沿着与第一方向相反的第二方向旋转的命令被输入到操作员输入设备时，该控制单元可以将高压管线阀B 131'打开到与K

在一些示例中，当使液压马达停止沿第一方向旋转的命令被输入到操作员输入设备时(即，当操作员输入设备被移动到空档位置时)，高压管线阀B和低压管线阀A都维持在关闭状态。这里，该控制单元可以暂时略微打开低压管线阀A以防止在旋转速度接近零(0)时回弹，然后在旋转完全停止时关闭低压管线阀A。

以同样的方式，当使液压马达停止沿第二方向旋转的命令被输入到操作员输入设备时，高压管线阀A和低压管线阀B都维持在关闭状态。这里，当旋转速度接近0时，该控制单元可以暂时略微打开低压管线阀B，然后关闭低压管线阀B。

在一些示例中，该控制单元可以包括处理电路和存储介质。例如，该处理电路可以包括合适的中央处理单元、多处理器、微控制器、数字信号处理器等中的一个或多个，其被配置成执行存储在存储介质中的软件指令。此外，该处理电路可以包括至少一个专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)。该存储介质例如可以包括持久性存储器，其可以是磁存储器、光学存储器、固态存储器等中的一个或它们的组合。

图2示意性地示出了根据本公开的示例的液压机械。

根据本公开的液压机械可以包括具有如图1所示的液压马达100作为致动器的任何机械。例如，根据本公开的液压机械可以包括重型设备。特别地，根据本公开的液压机械可以包括图2所示的挖掘机。然而，本公开不限于此。

如图2所示，在一些示例中，除了图1所示的元件之外，该液压机械还可以包括一个或多个液压缸300、400和500、高压蓄能器610和低压蓄能器620。

在一些示例中，液压缸300、400和500可以包括用于致动动臂的动臂缸300、用于致动斗杆的斗杆缸400、以及用于致动铲斗的铲斗缸500。

高压蓄能器610连接到所述高压管线。因此，蓄积在高压蓄能器610中的高压工作流体可以通过所述高压管线供应到致动器100至500。

低压蓄能器620连接到所述低压管线。因此，从致动器100至500排出的工作流体通过所述低压管线输送到低压蓄能器620。

在一些示例中，该液压机械可以包括用于储存工作流体的储罐740。

在一些示例中，该液压机械可以包括基础泵710，该基础泵70用于从储罐740接收工作流体，对所接收的工作流体进行加压，并将加压后的工作流体朝向高压蓄能器610输送。

在一些示例中，该液压机械可以包括再生泵(regenerative pump)720，该再生泵720从低压蓄能器620接收工作流体，对所接收的工作流体进行加压，并将加压后的工作流体朝向高压蓄能器610输送。

在一些示例中，该液压机械可以包括驱动源730，以驱动基础泵710和再生泵720。驱动源730可以是发动机。

在一些示例中，一个或多个液压马达100和200以及一个或多个液压缸300、400和500可以共同连接到高压蓄能器610。此外，该一个或多个液压马达100和200以及该一个或多个液压缸300、400和500可以共同连接到低压蓄能器620。在这方面，在一些示例中，分别从对应的致动器延伸出来的高压管线可以结合(joined)以形成高压管线122，该高压管线122可以连接到高压蓄能器610。此外，在一些示例中，分别从对应的致动器延伸出来的低压管线可以结合以形成低压管线124，该低压管线124可以连接到低压蓄能器620。所有致动器只能使用由这两个压力管线122和124产生的压力之间的差。根据该特征，可以为液压马达100和200提供总共四(4)个阀，例如两个高压管线阀131和131'以及两个低压管线阀133和133'，这两个高压管线阀131和131'允许或阻断通过高压管线122供应的流体的流动，这两个低压管线阀133和133'允许或阻断通过低压管线124排出的流体的流动。在本公开中，可以通过控制此类阀的归一化流量系数K

图3和图4是概念图，分别示意性地示出了典型液压机械的控制系统和图2所示的液压机械的控制系统。

如图3所示，在典型的液压机械中，当操作员使用操作员输入设备750输入命令时，响应于该命令来控制泵710以改变从泵710排出的流体的流速，并且响应于该命令来控制主控制阀640以改变通过主控制阀640的流体的流速(和流动方向)。以这种方式，预期流速的流体被供应到每个致动器100至500。

相反，如图4所示，根据本公开的示例的液压机械可以构造成使得由泵710和720供应的工作流体被蓄积在高压蓄能器610中，并且高压蓄能器610向每一个致动器100至500供应工作流体。因此，在高压蓄能器610被完全充注的状态下，该液压机械可以在没有由泵710和720供应加压工作流体的情况下操作。在高压蓄能器610未完全充注的状态下，可以操作泵710和720，而不考虑对操作员输入设备750的输入。形成高压管线和低压管线的歧管630介于蓄能器610和620与致动器100至500之间。

在一些示例中，高压蓄能器610内的压力可以具有预定的压力值(例如，300巴)，并且低压蓄能器620内的压力可以具有预定的压力值(例如，20巴)。该控制单元可以控制泵710和720以便维持这些预定的压力值。

将再次参考图1。在下面的描述中，为了简洁起见，将描述流体通过端口A 111被引入到马达100中并且通过端口B 113被排出的情形，但下面的描述将以相同的方式适用于流体通过端口B 113被引入到马达100中并且通过端口A 111被排出的情形。

当通过操作员输入设备750输入了命令时，常规的阀控制算法控制所述流入高压管线阀131和所述流出低压管线阀133以使它们具有与该命令相对应的相同的归一化流量系数K

例如，当意图使液压马达100沿第一方向旋转时，高压管线阀A 131和低压管线阀B133打开，并且高压管线阀B 131'和低压管线阀A 133'关闭。这里，常规算法控制高压管线阀A 131和低压管线阀B 133以使其具有相同的K

作为另一个示例，将讨论操作员减小K

在下文中将参考图5至图7描述根据本公开的用于克服此类问题的解决方案。

图5是根据本公开的示例的概念图，其示出了当液压马达的旋转开始时该液压马达的入口压力和出口压力。

如图5所示，当马达100的旋转开始时，本算法控制高压管线阀A 131以使其具有K

图6是根据本公开的该示例的概念图，其示意性地示出了当液压马达的减速开始时该液压马达的入口压力和出口压力。

如图6所示，当马达100的减速开始时，本算法控制低压管线阀133以使其具有K

参考图5和图6，根据本公开的该示例的、新型的阀控制算法被配置成控制高压管线阀A 131和低压管线阀B 133以使它们具有不同的K

在一些示例中，当与通过操作员输入设备750输入的命令相对应的命令归一化流量系数K

在一些示例中，当K

在一些示例中，当K

在一些示例中，当0

图7是根据本公开的示例的曲线图，其示出了根据控制方法修改的K

图7示出了比根据图5和图6所示的示例的阀控制算法更先进的阀控制算法的示例。

在图7中，X轴和Y轴表示归一化K

超过中点之后，K

从图7中，可以理解的是，K

此外，本公开还提供了一种控制液压机械的方法。该控制液压机械的方法可以包括：接收通过操作员输入设备750输入的命令；确定与所输入的命令相对应的归一化流量系数K

在一些示例中，可以控制这些阀，使得当0

在一些示例中，可以控制这些阀，使得当K

在一些示例中，可以控制这些阀，使得当K

在一些示例中，可以控制这些阀，使得当0

此外，本公开可以提供一种计算机程序和存储该计算机程序的计算机可读介质，该计算机程序包括程序代码，当在计算机上或在控制单元的处理电路上被执行时，该程序代码用于执行上文所述的控制液压机械的方法的各项操作。

本文使用的术语仅用于描述特定方面，并非旨在限制本公开。如本文所使用的，单数形式“一(a)”、“一个(an)”和“该(the)”也旨在包括复数形式，除非上下文另有明确指示。如本文所使用的，术语“和/或”包括相关联的列出项中的一项或多项的任意组合和所有组合。可进一步理解的是，术语“包括(comprises)”、“包括(comprising)”、“包含(includes)”和/或“包括(including)”在本文中被使用时表明存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组。

可以理解，虽然术语“第一”、“第二”等在本文中可用于描述各种元件，但这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开。例如，在不脱离本公开的范围的情况下，第一元件可以称为第二元件，同样，第二元件也可以称为第一元件。

诸如“下方”或“上方”或“上”或“下”或“水平”或“竖直”之类的相对术语可以用于描述一个元件与另一个元件的关系，如图所示。可以理解，这些术语和上面讨论的术语旨在包含设备的除了附图中描述的方向之外的不同方向。可以理解，当一个元件被称为与另一个元件“连接”或“联接”时，它可以直接连接或联接到另一个元件，或者可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一个元件时，不存在中间元件。

除非另有定义，否则本文使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)都具有与本公开所属领域的普通技术人员通常所理解的含义相同的含义。将进一步理解的是，本文使用的术语应被解释为具有与其在本说明书和相关技术中的含义一致的含义，并且不应以理想化或过于正式的意义来解释，除非在本文中明确如此定义。

应当理解，本公开不限于上文描述和附图中示出的方面；相反，本领域技术人员将认识到，在本公开和所附权利要求书的范围内可以作出许多修改和变型。在附图和说明书中，已经公开了这些方面，仅用于说明目的，而不是为了限制的目的，本发明构思的范围在所附权利要求书中限定。