阅读说明：本技术 利用角度传感器调节的位移控制 (Displacement control with angle sensor adjustment ) 是由 阿尼尔·巴拉萨赫·卡帕斯 尼尔玛吉特·库尔文达辛格·乔哈尔 桑贾伊·登达帕·马里 阿维纳什·达 于 2020-02-03 设计创作，主要内容包括：本发明题为“利用角度传感器调节的位移控制”。本发明公开了用于液压轴向位移机(诸如,泵和马达)的控制系统和反馈组件。控制系统和反馈组件可具有增强的可调节性。(The invention relates to a displacement control regulated by an angle sensor. The invention discloses a control system and feedback assembly for hydraulic axial displacement machines, such as pumps and motors. The control system and feedback assembly may have enhanced adjustability.)

利用角度传感器调节的位移控制

背景技术

在液压轴向位移机(诸如轴向位移泵或马达)的一个示例中，通过提供来自控制单元的输入命令信号(例如，电气信号或液压信号)来操作该机器，该控制单元提供液压压力以沿其移动轴移动一个或多个伺服活塞。在一些示例中，一个或多个伺服活塞的移动被传递到斜盘，从而导致斜盘的角度发生变化。斜盘的角位置决定了轴向位移机所产生的容积排量。当斜盘处于中间位置，即垂直于伺服活塞的移动轴线时，容积排量为零。斜盘的角位置相对于伺服活塞的移动轴线的倾斜度越大，则容积排量就越大。

通常，反馈系统在给定时间点提供关于斜盘位置的信息，以帮助调控机器并调节斜盘的角位置，使得容积排量(即斜盘的角位置)与输入控制信号一致。示例性反馈系统公开于美国专利7,121,188和7,171,997。

发明内容

一般来讲，本公开涉及用于液压轴向位移机的控制系统。

根据本公开的某些方面，控制系统包括反馈组件，该反馈组件提供与斜盘位置相对于中间位置成比例的反馈信息。

根据本公开的某些方面，反馈组件所提供的反馈信息与驱动命令信号成比例，该驱动命令信号例如为电气或液压式的。

根据本公开的某些方面，公开了一种控制系统，该控制系统包括正向运动模块和反向运动模块，该正向运动模块适于在机器驱动正向流体流动时提供斜盘位置信息，并且该反向运动模块适于在机器驱动反向流体流动时提供斜盘位置信息。

本公开的另一方面涉及一种用于控制轴向活塞液压泵或马达的斜盘的角位置的控制系统。斜盘的角位置由伺服活塞来确定。该控制系统包括阀门装置，该阀门装置用于向伺服活塞提供充电压力，以使得伺服活塞改变斜盘的角位置。控制系统还包括枢转臂，该枢转臂被构造成与伺服活塞的运动协同地围绕枢转轴线枢转。枢转臂的角位置指示斜盘的角位置。枢转轴线在相对于阀门构件和伺服活塞的位置上是能够调节的。控制系统还包括用于感测枢转臂的角位置的角度传感器。角度传感器围绕枢转轴线相对于枢转臂能够成角度地进行调节。在某些示例中，枢转轴线的可调节性允许正向和反向流动控制特性达到平衡(例如，对称、均衡)，使得无论系统是正向操作还是反向操作，相同幅值的控制信号都产生相同的流量。在某些示例中，角度传感器感测斜盘的定位并向主控制器提供反馈。主控制器检测基于提供至泵或马达的输入命令的期望斜盘位置和由角度传感器所感测的实际斜盘位置之间的差值。主控制器继而采取校正措施以将斜盘移动到期望位置(例如，可修改或重新校准输入信号，直到没有误差/差值输出)。调节角度传感器的能力允许角度传感器旋转地被调节到在斜盘处于中间位置的情况下传感器的中间位置与枢转臂对准的位置处。这样，在角度传感器失效的情况下，系统可利用由枢转臂所提供的机械反馈在电比例位移控制下继续操作，而不存在角度传感器内的内部偏置或弹簧负载来损害枢转臂的平衡/居中。

虽然将结合液压轴向位移机来描述本公开的控制系统和反馈组件，但应当理解，本文所公开的原理也可应用于其他机器。

在下面列出的描述中将阐述各种另外方面。本发明的方面涉及各个特征和特征的组合。应当理解，前面的一般性描述和下面的详细描述都只是示例性和说明性的，并不限制本文公开的实施方案所基于的广义发明构思。

附图说明

以下附图说明了本公开的具体实施方案，因此不限制本公开的范围。附图未必按比例绘制，并且旨在与以下

具体实施方式

中的说明结合使用。

图1为根据本公开的原理的控制系统的透视图；

图2为纵向地切穿图1的控制系统的剖视图；

图3为被示出为联接到用于控制液压泵或马达的斜盘的定位的伺服活塞的图1的控制系统的剖视图；

图4为示出了联接到用于控制液压泵/马达的斜盘的位置的伺服活塞的图1的控制系统的示意图图1的控制系统的示意图；

图5为图1的控制系统的另一个剖视图，其示出了联接到控制系统的枢转臂的角度传感器；

图6为图1的控制系统的枢轴的透视图；

图7为图1的控制系统的枢转轴线调节套筒的透视图；

图8为图1的控制系统的角度传感器的透视图；

图9为图8的角度传感器的平面图；

图10为图8的角度传感器的正视图；

图11为示出图8的角度传感器的流速与信号幅值的曲线图；

图12为根据本公开的原理的另一控制系统的透视图；

图13为图12的控制系统的剖视图，其示出了联接到控制系统的枢转臂的角度传感器；

图14为图12的控制系统的枢轴的透视图；并且

图15为图12的控制系统的枢转轴线调节套筒的透视图。

具体实施方式

参见图1和2，其示意性地示出了用于液压轴向位移机(例如，参见图4的液压机100)的控制系统102。在一些非限制性示例中，本文所述的轴向位移机包括液压马达或液压泵。此类液压轴向位移机可用于具有液压系统或液压部件的多种设备中，并且本公开不限于其中实施本文所述的液压轴向位移机的任何特定的一种或多种类型的设备。控制系统102包括第一控制模块104和第二控制模块106。在一些示例中，第一控制模块和第二控制模块具有相同的构造并且包括相同的部件。第一控制模块104控制伺服活塞108的正向运动。第二控制模块106控制伺服活塞108的反向运动。

每个控制模块104、106分别包括阀门装置，该阀门装置包括阀芯110a、110b、阀芯致动器112a、112b(例如，螺线管)、输入线114a、114b以及用于对伺服活塞108充电的充电压力线116a、116b、反馈活塞118a、118b和反馈活塞弹簧120a、120b。这两个模块联接到相同的枢转臂122(例如，反馈臂或连杆)。控制模块104在液压机100的正向运动期间是活动的，并且控制模块106在液压机100的反向运动期间是活动的。在该示例性控制系统102中，反馈活塞118a、118b、阀芯110a、110b和阀芯致动器112a、112b沿中心轴线A1同轴对准。伺服活塞108联接到液压机100的斜盘124(图4)。枢转臂122包括定位在活塞118a、118b之间的第一部分123(例如，第一端部或末端部分)和接合伺服活塞108的第二部分125(例如，第二端部或末端部分)。枢转臂122与伺服活塞108的运动协同地(例如，一致地)围绕枢转轴线127枢转。例如，伺服活塞108的运动驱动/引起枢转臂122围绕枢转轴线127的枢转运动。

当阀芯110a、110b两者均未由其对应的螺线管112a、112b致动时，伺服活塞充电线116a、116b中的壳体压力使斜盘124(图4)保持在中间位置。将充电信号被发送至正向运动螺线管112a或反向运动螺线管112b，从而致动相应的阀芯110a、110b并且使得阀芯朝其对应的反馈弹簧122a、122b轴向移动(沿着轴线A1)。阀芯由于由对应的螺线管112a、112b赋予的力而轴向移动。被致动的阀芯110a、110b与充电信号的幅值成比例地轴向移动，从而开启压力输入线114a、114b和对应于阀芯的伺服活塞充电线116a、116b之间的通信。

充电线116a、116b中的充电压力使得伺服活塞在对应于被致动阀芯110a、110b的一个方向上移动，即，图1中分别对应于机器100的正向或反向运动的右或左。

伺服活塞108的移动使得枢转臂122围绕轴线127枢转，由此使得对应于被致动阀芯的反馈活塞118a、118b相对于由反馈活塞118a、118b的对应的反馈弹簧120a、120b所提供的弹簧力在相反方向(左或右)移动。当由螺线管112a、112b施加到阀芯110a、110b的轴向力与由对应的反馈活塞118a、118b的对应的反馈弹簧120a、120b施加到阀芯110a、110b的轴向力平衡时，实现期望的斜盘角度。所产生的轴向弹簧力与斜盘124相对于其中间位置的角度成比例。

当螺线管112a、112b上的充电信号减小或变为零时，由螺线管所提供的对应的阀芯110a、110b上的致动力减小，并且相应的反馈活塞118a、118b的对应的反馈弹簧120a、120b所提供的力推动阀芯110a、110b朝向并最终到达其中间位置，从而有助于将阀芯110a、110b和斜盘124返回到其中间位置。阀芯110a、110b朝向其相应的反馈活塞118a、118b的轴向运动的量与斜盘124相对于斜盘124的中间位置的期望的角度成比例。

枢转臂122不与阀芯110a、110b直接接触，而是经由对应的反馈活塞118a、118b和反馈弹簧120a、120b与阀芯110a、110b配合。反馈活塞118a、118b可分别为对应的反馈弹簧120a、120b的一个轴向端提供底座140a、140b，其中反馈弹簧120a、120b的相对的轴向端邻接阀芯-弹簧联接器142a、142b。阀芯-弹簧联接器142a、142b在对应的阀芯110a、110b与其对应的反馈弹簧120a、120b之间传递轴向力。

枢转臂122被构造成与伺服活塞108的运动协同地围绕枢转轴线127枢转。枢转臂122的角位置指示斜盘的角位置。枢转轴线127由通过顶盖螺栓152联接到枢转臂122的枢转轴150来限定。枢转臂122和枢转轴150被构造成围绕枢转轴线127一起旋转。枢转轴线127与枢转轴150的纵向中心线重合。枢转轴150可旋转地安装在枢转轴线调节套筒154内。例如，枢转轴150的头部155安装用于在套筒154内旋转，枢转轴150的肩部157安置于套筒154的唇缘158上，并且枢转轴150的柄部156延伸穿过套筒154中的开口。枢转轴150相对于套筒154为偏心的。套筒154安装在由控制系统102的外壳161限定的收容器160内，该外壳也支撑阀门装置。由于枢转轴150的偏心度，枢转轴线127相对于阀门装置和伺服活塞108的位置可通过将套筒154围绕其中心轴线在收容器160内转动来调节。套筒154的端部中的凹口163可收容用于在收容器内转动套筒154的工具。枢转轴线127的位置可被调节为使枢转臂122适当地居中在活塞118a、118b之间，以便确保两个模块之间的平衡负载。通过这种方式，无论系统是正向操作还是反向操作，阀门装置都为给定的信号幅值提供相同的流量。轴线127可沿第一方向170移动以增加第一控制模块104处的弹簧负载并减少第二控制模块106处的弹簧负载，并且该轴线可沿第二方向172移动以增加第二控制模块106处的弹簧负载并减少第一控制模块104处的弹簧负载。一旦负载已平衡，则套筒154可通过与套筒154的一侧接合的侧向定位螺钉176锁定在设定的旋转位置。

控制系统102包括臂角度传感器200(参见图1、图5和图8-图10)，其传感器外壳201被描绘为联接到安装在控制外壳161的外表面上的板165的部件。在一个示例中，角度传感器200为具有传感器轴210的旋转编码器，该传感器轴相对于传感器外壳201内的感测旋转程度的内部感测部件围绕其中心轴线旋转。传感器轴210可通过角度传感器朝向中间的旋转感测位置旋转偏置。传感器外壳201以允许外壳201的旋转位置相对于板165围绕传感器轴210的中心轴线旋转调节的方式安装到板165。例如，外壳201可通过紧固件220(例如，螺栓、螺钉等)固定到板165，该紧固件延伸穿过由外壳201限定的开口222。开口222可为过大的、细长的或以其他方式成形为允许外壳201的旋转调节。在所示的示例中，开口222为围绕传感器轴210弯曲的狭槽。一旦外壳已相对于板165设置在期望的旋转位置，则紧固件220可被完全拧紧以将外壳201锁定在所选择的旋转位置。

板165覆盖套筒154和收容器160。传感器轴210延伸穿过板165并接合枢转轴150。传感器轴210的中心优选地与枢转轴150的中心对准。枢转轴150和传感器轴210以使得它们围绕枢转轴线127一起旋转的方式连接。传感器轴210具有端部，该端部具有适配或配合在限定于枢转轴150的一端中的匹配收容器内的细长横截面。因此，当枢转臂122围绕枢转轴线127旋转时，枢转轴150和传感器轴210也围绕枢转轴线127旋转。调节板165上的传感器外壳201的能力允许角度传感器被旋转地调节，使得当枢转臂122处于与斜盘位于中间位置对应的位置时，传感器轴210相对于传感器的内部感测部件处于中间位置。这样，在角度传感器失效的情况下，系统可利用由枢转臂所提供的机械反馈在电比例位移控制下继续操作，而不存在角度传感器内的内部偏置或弹簧负载来损害枢转臂122的平衡/居中。

臂角度传感器200适于检测反馈臂的枢转并向主控制器提供对应于枢转角度的信号。主控制器被配置为将感测到的枢转角度与用于驱动伺服活塞108的电驱动命令信号(或其他驱动命令信号，例如液压驱动命令信号)进行比较。在感测到的枢转角度和命令信号之间存在差异的情况下，主控制器适于向适当的螺线管或其他阀芯致动器112a、112b提供误差校正信号以补偿差异，并从而实现斜盘124(图4)的期望角度。因此，控制器可操作地联接到螺线管112a、112b，从而适于将控制信号发送到螺线管112a、112b。图11为示出流量与反馈信号幅值的曲线图。传感器反馈信号幅值在0-5伏的范围内。传感器200的中间位置被设定为2.5伏。0-2.5伏表示在正向操作模式下的反馈，而2.5伏-5.0伏表示在反向操作模式下的反馈。

在一些示例中，控制器522包括或可操作地联接到处理器，该的处理器执行存储在存储器上的计算机可读指令，其中计算机可读指令的执行使得控制器522提供用于校正斜盘的期望角度和实际角度之间的差异所需的控制信号，并且在没有差异或小于预定的最大阈值差异的情况下不提供校正信号。

在所示的示例中，枢转臂122偏置在两个同轴对准的阀芯之间。在其他示例中，枢转臂可相对于非同轴对准的阀芯或其他阀门部件被弹簧偏置。例如，阀芯可相对于彼此为平行且并排的，并且各自可抵靠枢转臂的单独部分进行弹簧偏置，如PCT国际申请PCT/US2018/000157的图18所示，该专利申请据此全文以引用方式并入。

参见图12-图15，控制系统302包括如上述控制系统102的许多对应的特征和操作原理，其中类似部件用类似的附图标号来表示。因此，以下描述将集中于控制系统302和控制系统102之间的差异。

控制系统302的板365被构造成嵌套在由枢转轴线调节套筒354的壁中的凹槽380所限定的底座382中。板365座置在底座382中可提供传感器和套筒354之间改进的机械对准。

套筒354的端部中的凹口363可收容用于在收容器内转动套筒354的工具。枢转轴线327的位置可被调节为使枢转臂122适当地居中在活塞之间，以便确保两个模块之间的平衡负载。

套筒354具有延伸部分396以增强套筒354的内壁与轴350之间的接触。与轴150不同的是，轴350不包括头部下方的肩部，并且相应地，与套筒154不同的是，套筒354不包括轴的肩部原本所在的唇缘。为了限制轴350和反馈联接件的垂直运动，相比于顶盖螺栓152，顶盖螺栓352沿着轴线327伸长。

轴350、套筒354、顶盖螺栓352和板365的构型和布置可提供这些部件相对于彼此在系统302内的增强对准。

示例实施方案

根据第1示例性实施方案，提供了一种控制系统，该控制系统用于控制轴向活塞液压泵或马达的斜盘的角位置，该斜盘的角位置由伺服活塞确定，该控制系统包括：阀门装置，该阀门装置用于向伺服活塞提供充电压力以使得伺服活塞改变斜盘的角位置；枢转臂，该枢转臂被构造成与伺服活塞的运动协同地围绕枢转轴线枢转，其中枢转臂的角位置指示斜盘的角位置，并且其中枢转轴线在相对于阀门构件和伺服活塞的位置处为可调节的；以及弹簧，该弹簧用于在枢转臂和阀门装置的阀门构件之间传递弹簧负载。

根据第2示例性实施方案，提供了第1示例性实施方案，还包括枢转轴，该枢转轴联接到枢转臂，该枢转轴限定枢转轴线并且适于与枢转臂协同地围绕枢转轴线枢转，该控制系统还包括枢转轴可旋转地安装于其中的枢转轴线调节套筒，该枢转轴线调节套筒安装在由阀门组件的外壳所限定的收容器内，枢转轴相对于枢转轴线调节套筒为偏心的使得枢转轴线调节套筒相对于阀门组件的外壳围绕其中心轴线的旋转调节了枢转轴线相对于阀门组件和伺服活塞的位置。

根据第3示例性实施方案，提供了第2示例性实施方案，其中枢转轴线调节套筒被构造成一旦枢转轴线处于预定位置就相对于阀门组件的外壳围绕其中心轴线被锁定在设定的旋转位置处。

根据第4示例性实施方案，提供了一种控制系统，该控制系统用于控制轴向活塞液压泵或马达的斜盘的角位置，该斜盘的角位置由伺服活塞确定，该控制系统包括：阀门装置，该阀门装置用于向伺服活塞提供充电压力以使得伺服活塞改变斜盘的角位置；枢转臂，该枢转臂被构造成与伺服活塞的运动协同地围绕枢转轴线枢转，其中枢转臂的角位置指示斜盘的角位置；弹簧，该弹簧用于在枢转臂和阀门装置的阀门构件之间传递弹簧负载；以及角度传感器，该角度传感器用于感测枢转臂的角位置，该角度传感器的外壳相对于枢转臂围绕枢转轴线能够成角度地调节。

根据第5示例性实施方案，提供了第4示例性实施方案，其中板安装到角度传感器的外壳，并且其中角度传感器安装在板上。

根据第6示例性实施方案，提供了第5示例性实施方案，其中角度传感器包括角度感测轴，该角度感测轴延伸穿过板并且与联接到枢转臂的枢转轴接合，使得角度感测轴和枢转轴被构造成围绕枢转轴线一起旋转。