專利名稱：具有改進的牽引控制的流體傳動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有多個車輪且每個車輪由各自的液壓馬達單獨驅(qū)動的車輛領(lǐng)域。更具體地說，本發(fā)明是一種用于這樣的車輛的低成本的電子牽引控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
對于道路和非道路車輛或機器，兩輪、三輪、以及四輪液壓驅(qū)動布置是已知的。多車輪液壓驅(qū)動布置中普遍存在的兩個問題是1)車輪打滑(超轉(zhuǎn)速)，以及2)車輪滯轉(zhuǎn)(欠轉(zhuǎn)速)。當(dāng)一個車輪的液壓馬達以比其它車輪的液壓馬達或當(dāng)時的牽引狀態(tài)高得多的轉(zhuǎn)速驅(qū)動它的車輪時，就會出現(xiàn)車輪打滑或超轉(zhuǎn)速現(xiàn)象。于是，這個車輪傾向于自轉(zhuǎn)，而變成對車輛牽引和轉(zhuǎn)向不起作用。而且，自轉(zhuǎn)的車輪可能消耗來自液壓泵的全部可用工作流量，從而使其它液壓馬達得不到足夠的工作流量，甚至使車輛停止。當(dāng)車輪以突然的方式停止或減慢時，就會出現(xiàn)車輪滯轉(zhuǎn)或欠轉(zhuǎn)速現(xiàn)象。車輪的突然減速可能導(dǎo)致草地?fù)p壞、車上人員向前沖撞、車輛轉(zhuǎn)向失控、以及輪胎的過度磨損。
解決這些問題的一種傳統(tǒng)的辦法是設(shè)置有液壓組合器/分配器(C/D)閥門的回路。C/D閥門的成本相對較低，但是，這種閥門用在這種回路中會限制性能。C/D閥門依靠跨越供液口和工作口的壓力差而工作。當(dāng)機器最需要正向牽引時，來自驅(qū)動泵的流量往往相當(dāng)?shù)汀Ｋ?，跨越C/D閥門的壓力降往往不足以使這種閥門的工作閥芯正確地動作。沒有操作者的進一步干預(yù)，一個打滑的車輪可能消耗全部可用的工作流量，乃至使機器停止。通常操作者必須命令液壓泵給出對應(yīng)于更高的行駛速度的更大流量，來達到一個能夠產(chǎn)生必要的壓力降的流量閾值，以使C/D閥門能執(zhí)行其預(yù)期的強制地把流量分配給各個工作馬達的功能。在建筑工地、人群、普通設(shè)備附近工作時，操作者命令驅(qū)動泵增加工作流量來達到牽引控制功能，不僅是不希望進行的，而且是不安全的。常規(guī)的C/D閥門還會由于有壓力降而給液壓回路里生產(chǎn)大量的熱。這種壓力降正比于系統(tǒng)的流量并且在機器處于高速行駛狀態(tài)而不是在轉(zhuǎn)彎或低速非道路運行時達到最大。在機器以較高的速度行駛時通常不需要進行牽引控制。這樣，不管車輛牽引控制的實際需要如何，由C/D閥門產(chǎn)生的熱量總是被不斷地添加到液壓系統(tǒng)中。然而，熱是液壓傳動裝置的天敵。因此，需要有一種不復(fù)雜的、低成本的電子牽引控制系統(tǒng)來提供改進的性能。
解決上述問題的另一個辦法是采用可變液壓容積泵并把它在一個閉式回路里連接于多個兩口、兩位、雙向、常開的比例流量控制閥，這些閥門控制著供給到分別使各驅(qū)動車輪轉(zhuǎn)動的各液壓馬達的流量。盡管這種辦法比上述方法更有改進，但是這種辦法仍存在問題。特別是，為了精確地控制可變液壓容積泵，需要把各個馬達轉(zhuǎn)速傳感器連接于把每個馬達連接至每個驅(qū)動車輪的輸出軸，以測定輸出軸的轉(zhuǎn)速。然后，各個傳感器發(fā)出電子信號給一個控制可變液壓容積泵的電子控制器。在每個驅(qū)動車輪的每個輸出軸上采用多個速度傳感器是昂貴的。還有，這種傳動裝置必須有能夠引起壓力降的閉式回路，但閉式回路的效率低是眾所周知的。
所以，本發(fā)明的一個主要目的是提供一種用于四輪驅(qū)動車輛的改進的電子牽引控制系統(tǒng)。本發(fā)明的另一個目的是提供一種耐久的、生產(chǎn)成本低的、使用可靠的電子控制系統(tǒng)。
本發(fā)明的這些和其它目的將在附圖、說明和后附的權(quán)利要求書中顯現(xiàn)出來。

發(fā)明內(nèi)容
一種用于有多個液壓驅(qū)動的輪子的車輛的電子牽引控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)向機構(gòu)、系統(tǒng)控制器、多個數(shù)字式液壓容積泵、多個有各自的背壓閥和用于驅(qū)動各自輪子的馬達的驅(qū)動組件、以及配用于每個驅(qū)動組件和轉(zhuǎn)向機構(gòu)的電子流量控制閥。系統(tǒng)控制器接收來自轉(zhuǎn)向機構(gòu)的信號而命令各數(shù)字式液壓容積泵提供流體通過各電子流量控制閥給每個驅(qū)動組件，而使車輛的各輪子根據(jù)電子信號來轉(zhuǎn)動。


附圖表示出液壓系統(tǒng)原理圖，其描繪出用于四輪驅(qū)動車輛的防打滑組件及其在液壓傳動回路里的布置。
具體實施例方式
圖1表示出一個作為開式回路的液壓傳動回路10，其包括多個數(shù)字式容積泵12、14、16、18、20，它們提供流體排量的各個不連續(xù)的單元。數(shù)字式容積泵是一種正排量流體工作機器，用這種機器，可通過發(fā)送脈沖給電子控制的數(shù)字式流體閥門而不是機械換向器裝置來達到流體換向，使對應(yīng)于一個全工作行程或部分工作行程的各個不連續(xù)的工作流量體積單元由發(fā)送給各數(shù)字式閥門的正確的脈沖序列來產(chǎn)生或吸收。
各個數(shù)字式容積泵12、14、16、18、20由輸入軸22驅(qū)動，而后者由原動機24驅(qū)動。有各自的負(fù)荷控制閥門諸如背壓閥34、36、38和40的多個液壓驅(qū)動組件26、28、30和32分別連接于馬達42、44、46和48，而各馬達的輸出軸50、52、54和56分別可驅(qū)動地連接于驅(qū)動車輪58、60、62和64。背壓閥34、36、38和40的作用是為車輪58、60、62和64產(chǎn)生兩個轉(zhuǎn)動方向上的驅(qū)動扭矩和制動扭矩。分別連接于數(shù)字式容積泵14、12、18、20的各比例流量控制閥或稱轉(zhuǎn)換閥66、68、70、72分別流體地連接于驅(qū)動組件26、28、30、32。每個轉(zhuǎn)換閥66、68、70、72是用于改變各自對應(yīng)的馬達42、44、46、48的轉(zhuǎn)動方向。
各個數(shù)字式容積泵12、14、16、18、20還流體地連接于一個比例流量控制閥或稱轉(zhuǎn)換閥74，而后者把轉(zhuǎn)向機構(gòu)76流體地連接于數(shù)字式容積泵16。轉(zhuǎn)向機構(gòu)76有各背壓閥78和電子地連接于數(shù)字式傳感器82的作動筒80，后者可決定轉(zhuǎn)向機構(gòu)的轉(zhuǎn)向角度和轉(zhuǎn)向動作。在設(shè)置有數(shù)字式傳感器82時，一個數(shù)字式容積泵可通過直接排量控制來控制轉(zhuǎn)向作動筒并且只需要在中位附近設(shè)置一個數(shù)字式傳感器82。轉(zhuǎn)向角度可從已經(jīng)排出的累積體積和來自數(shù)字式傳感器82的信號的組合推導(dǎo)出來，每當(dāng)轉(zhuǎn)向角度通過中性點時這個傳感器重新校準(zhǔn)這一估計值。
作為選項，在另一個實施例中，用一個比例傳感器84取代數(shù)字式傳感器82來決定轉(zhuǎn)向機構(gòu)76的角度和動作。在這一實施例中，設(shè)置了一個常規(guī)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)并且它要求轉(zhuǎn)向角度的模擬量反饋。
數(shù)字式傳感器82和比例傳感器84都是電子地且可工作地連接于系統(tǒng)控制器86，使數(shù)字式傳感器82和比例傳感器84能發(fā)送輸入信號給系統(tǒng)控制器86。系統(tǒng)控制器86也接收來自操作者88的輸入信號并且可工作地連接于各數(shù)字式液壓容積泵12、14、16、18、20。
系統(tǒng)控制器86發(fā)送諸如脈沖序列之類的信號給各數(shù)字式容積泵12、14、16、18、20里的各換向閥，使之產(chǎn)生流量脈沖序列，流量脈沖序列的時間平均值對應(yīng)于根據(jù)傳感器和操作者的輸入供給到每個驅(qū)動組件26、28、30、32用于車輪58、60、62、64的不打滑轉(zhuǎn)動的正確液壓流量。特別是，系統(tǒng)控制器根據(jù)轉(zhuǎn)向角度和車輛的幾何參數(shù)計算每個車輪的最佳速度并發(fā)送信號給每個泵裝置命令其流量與所希望的車輛道路速度成比例。優(yōu)選的是，通過系統(tǒng)控制器將泵從流量需求方式轉(zhuǎn)換到壓力需求方式，限制給每個馬達供應(yīng)流體的每個供液管路里的壓力，這種壓力需求方式可降低泵的流量，而使得不會超過一個壓力限制值。
作為一個例子，在一個替換實施例中，系統(tǒng)控制器86可命令各泵12、14、18、20根據(jù)每個馬達42、44、46、48的流量限制值產(chǎn)生跨越每個馬達42、44、46、48的壓力。在這一實施例中，流量限制值是根據(jù)車輛的平均速度、車輛的轉(zhuǎn)向角度和車輛的轉(zhuǎn)向幾何參數(shù)來計算。
采用各數(shù)字式容積泵12、14、16、18、20有幾個優(yōu)點。各泵12、14、16、18、20補償壓力和/或軸轉(zhuǎn)速變動而精確地產(chǎn)生命令所要求的流量。這樣，由于各泵12、14、16、18、20能夠精確地給出命令所要求的流量或稱累積的體積排量，所以不需要車輪速度傳感器。此外，系統(tǒng)控制器86補償馬達的漏泄特性而使馬達的實際速度精確地等于所希望的速度。特別是，這一控制器通過把已知的馬達漏泄特性作為壓力、轉(zhuǎn)速和溫度的函數(shù)，并通過增加對每個泵的流量需求，來補償每個馬達內(nèi)的漏泄，這種控制通過讓各泵按照數(shù)字式排量原理工作來達到非常精確的流量控制而方便地實現(xiàn)?？梢赃@樣電子地調(diào)整發(fā)動機的轉(zhuǎn)速，就是使對任一泵裝置要求的最高流量等于或小于那個泵裝置能夠產(chǎn)生的最大流量。
在轉(zhuǎn)向機構(gòu)76流體地連接于數(shù)字式容積泵16時，不必為了正確地命令各數(shù)字式容積泵12、14、16、18、20而把轉(zhuǎn)向角度發(fā)送給系統(tǒng)控制器86。而是反過來，可從各泵12、14、16、18、20給出的流量的時間積分來推導(dǎo)出轉(zhuǎn)向角度，所述泵的流量是等同于分別對各個泵12、14、16、18、20要求的流量。但是，在這一實施例中，是用二進制數(shù)字式傳感器來重新校準(zhǔn)轉(zhuǎn)向機構(gòu)76在動作過程中的導(dǎo)出位置。
或者，不把轉(zhuǎn)向機構(gòu)76流體地連接于數(shù)字式容積泵16，而是只把各驅(qū)動組件26、28、30、32連接于各數(shù)字式容積泵12、14、18、20。在這一實施例中，比例傳感器84的輸入和操作者的其它輸入是用于正確地操控車輛的行駛和轉(zhuǎn)向。
在液壓傳動回路10處于運行中時，系統(tǒng)控制器86把來自傳感器82或84的信號和來自操作者88的信號進行比較而使各個數(shù)字式容積泵12、14、16、18、20按照所需要的應(yīng)用給出排量。每個泵12、14、16、18和20根據(jù)系統(tǒng)控制器86發(fā)來的信號把可變的流體量送到每個相關(guān)的比例控制閥66、68、70、27、74。然后，各比例控制閥66、68、70、27、74與各驅(qū)動組件26、28、30、32和轉(zhuǎn)向機構(gòu)76一起工作，以確保每個馬達42、44、46、48以及轉(zhuǎn)向機構(gòu)76里得到正確的流體流量，以使各車輪58、60、62、64轉(zhuǎn)動而又沒有打滑或無效現(xiàn)象。
由于采用各數(shù)字式容積泵12、14、16、18、20，來自各數(shù)字式液壓容積泵12、14、16、18、20的流體流量是以不連續(xù)的流體排量單元給各馬達42、44、46、48提供極其精確的流體供應(yīng)。這可避免用昂貴的速度傳感器設(shè)置在各個馬達輸出軸50、52、54、56上來進行正確的牽引控制。這也允許即使在全轉(zhuǎn)向角度時車輛也能在鎖住差動裝置的情況下使用全部牽引力，而不會打滑。各數(shù)字式液壓容積泵12、14、16、18、20還附加地允許回路10是一個開式回路，這樣可消除閉式液壓回路中存在的壓力降和無效現(xiàn)象。由此可見，上述本發(fā)明的各目的至少都已達到了。
熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人應(yīng)能領(lǐng)會到，在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明的這種裝置做出各種改變和變型。因此認(rèn)為，所有這樣的變型和改變都屬于權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種液壓傳動裝置，包括轉(zhuǎn)向機構(gòu)；系統(tǒng)控制器，可工作地連接于所述轉(zhuǎn)向機構(gòu)；至少一個數(shù)字式液壓容積泵，可工作地連接于所述系統(tǒng)控制器；驅(qū)動組件，流體地連接于所述數(shù)字式容積泵，所述驅(qū)動組件接收來自所述數(shù)字式容積泵的流體而使輪子轉(zhuǎn)動。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)向機構(gòu)流體地連接于所述數(shù)字式容積泵。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述數(shù)字式容積泵在具有流體儲存器的開式回路里。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括流體地連接于所述數(shù)字式容積泵的雙向閥門。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括多個數(shù)字式容積泵，每個泵都流體地連接于獨立的驅(qū)動組件。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述驅(qū)動組件包括至少一個背壓閥，其流體地連接于馬達，使所述馬達產(chǎn)生控制所述輪子的轉(zhuǎn)動的驅(qū)動扭矩和制動扭矩。
7.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)向機構(gòu)聯(lián)有傳感器，用以檢測轉(zhuǎn)向角度。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述傳感器電子地連接于系統(tǒng)控制器，該系統(tǒng)控制器發(fā)出信號給所述數(shù)字式容積泵而使所述輪子轉(zhuǎn)動。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述信號是發(fā)給所述數(shù)字式容積泵里的換向閥以產(chǎn)生流量脈沖序列的脈沖序列，所述流量脈沖序列的時間平均值對應(yīng)于供給到驅(qū)動組件正確流量，從而根據(jù)所述傳感器和操作者輸入使所述輪子轉(zhuǎn)動。
10.一種開式液壓回路，包括多個數(shù)字式液壓容積泵，沿著輸出軸布置；原動機，可工作地連接于所述輸出軸；以及多個驅(qū)動組件，流體地連接于所述數(shù)字式容積泵，所述驅(qū)動組件接收來自所述各數(shù)字式容積泵的流體而使多個輪子轉(zhuǎn)動。
全文摘要
一種用于有多個液壓驅(qū)動的車輪的車輛的電子牽引控制系統(tǒng)包括多個數(shù)字式液壓容積泵、多個有各自的背壓閥和用于驅(qū)動各車輪的各液壓馬達的驅(qū)動組件、以及配用于每個驅(qū)動組件的各電子流量控制閥。此外，這種系統(tǒng)還有電子地連接于數(shù)字式傳感器和比例傳感器的轉(zhuǎn)向機構(gòu)，這些傳感器發(fā)送信號給控制各數(shù)字式液壓容積泵的功能的系統(tǒng)控制器。
文檔編號B60K17/14GK101041331SQ20071008961
公開日2007年9月26日 申請日期2007年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月21日
發(fā)明者N·J·卡爾德維爾 申請人:沙厄-丹福絲股份有限公司