液压系统以及控制作业机械的液压系统的方法
阅读说明：本技术 液压系统以及控制作业机械的液压系统的方法 (Hydraulic system and method of controlling hydraulic system of working machine ) 是由 博·维格霍尔姆 约翰·霍尔曼 帕特里克·斯特纳 于 2019-04-26 设计创作，主要内容包括：一种用于作业机械的液压系统(100),该系统包括：第一电机(102),连接到第一液压机(104)；第二电机(106),连接到第二液压机(108),第二液压机的输出侧(110)被连接到第一液压机的输入侧(116)；至少一个液压消耗器(118),通过供应管线(120)液压联接到第一液压机的输出侧(114),并且该至少一个液压消耗器(118)被构造成由第一液压机提供动力；以及阀装置(130),布置在液压消耗器与第一液压机和第二液压机之间,其中该阀装置被构造成基于来自第一液压机的请求输出压力,以控制从所述液压消耗器到第一液压机的输入侧或到第二液压机的输入侧中的任一者的液压流体的回流。(A hydraulic system (100) for a work machine, the system comprising: a first electric machine (102) connected to a first hydraulic machine (104); a second electric machine (106) connected to a second hydraulic machine (108), an output side (110) of the second hydraulic machine being connected to an input side (116) of the first hydraulic machine; at least one hydraulic consumer (118) hydraulically coupled to the output side (114) of the first hydraulic machine by a supply line (120), and the at least one hydraulic consumer (118) is configured to be powered by the first hydraulic machine; and a valve arrangement (130) arranged between the hydraulic consumer and the first and second hydraulic machines, wherein the valve arrangement is configured to control a return flow of hydraulic fluid from the hydraulic consumer to either one of an input side of the first hydraulic machine or an input side of the second hydraulic machine based on a requested output pressure from the first hydraulic machine.)
技术领域
本发明涉及一种液压系统和一种用于控制作业机械的液压系统的方法。特别地，该方法和系统涉及包括内燃机和多个电机的混合驱动系统。
本发明适用于工业建筑机械或建筑设备领域内的作业机械，特别是轮式装载机。尽管将关于轮式装载机来描述本发明，但本发明不限于该特定机器，而是还可用于其他作业机械，例如铰接式运输机、挖掘机和反铲装载机。
背景技术
与重载运输有关，例如在建筑作业中，经常使用作业机械。作业机械可能在没有道路的地区以大且重的载荷运行，例如用于与道路或隧道建设、沙坑、矿山和类似环境相关的运输。
所述作业机械通常采用液压系统来为诸如转向和提升等功能提供动力。液压系统可以例如由内燃机经由连接到发动机的输出轴的动力输出装置来提供动力。
为了提高作业机械的燃油效率，可以使用混合动力液压系统。一种受人关注的方法是提供液压混合动力系统，该液压混合动力系统包括用于向液压系统提供动力的电机。通过将电机与能量存储器相结合，可以在某些操作期间回收和存储能量，以在需要时使用。
典型的轮式装载机操作包括与运动系统的两个主要子系统-传动系统和作业液压系统来同时操作。由于两个系统都直接联接到发动机轴上，因此系统之间的相互作用可能会出现问题。
因此，需要进一步提高混合动力液压系统的效率。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于作业机械的改进的电动混合动力液压系统。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于作业机械的液压系统。该液压系统包括：第一电机，该第一电机连接到第一液压机；第二电机，该第一电机连接到第二液压机，第二液压机的输出侧连接到第一液压机的输入侧；至少一个液压消耗器，该至少一个液压消耗器通过供应管线被液压联接到第一液压机的输出侧，并且该至少一个液压消耗器被构造成由第一液压机提供动力；以及阀装置，该阀装置被布置在所述液压消耗器与第一液压机和第二液压机之间，其中该阀装置被构造成：基于来自第一液压机的请求输出压力，控制从所述液压消耗器到所述第一液压机的输入侧或到第二液压机的输入侧中的任一者的液压流体的回流。
所述第一电机被连接到所述第一液压机，意味着所述电机的输出轴被机械连接到液压机的输入轴，使得所述电机可以作为向液压机提供动力的马达或作为生成由液压机接收的电力的发电机中的任一者。这同样适用于所述第二电机和第二液压机。还可以假设所述第一电机和第二电机连接到电源和/或能量存储器。
本发明基于这样的认识，即，基于请求的压力，通过配置阀装置来决定所述回流是导向第一液压机还是第二液压机，所述第二液压机可在需要时支持第一液压机。这带来的优点是，所述第一液压机和第二液压机以及第一电机和第二电机可以设计为作为两个部件组的总和、而不是单独地来一起满足所述液压消耗器的最大扭矩和压力要求。因此所描述的系统可以使用更小的部件来制造，即，与仅使用一个部件组相比具有更低能力的部件，从而在系统安装和集成方面提供优势。
此外，所描述的系统提供了灵活性，其中如果所述液压消耗器需要、即如果回流不足以使第一液压机提供所请求流量，该系统也能够提供从第二液压机到第一液压机的额外液压流量。所描述的系统的另一个优点是它在液压系统中提供了冗余，这意味着如果所述第一和第二电机或第一和第二液压机中的一个出现故障，则所述液压系统仍然可以运行，即使它的能力可能降低。这可以帮助操作员以安全的方式完成任务并到达维修地点，而无需额外的帮助或现场修理。
根据本发明，所述第二液压机可视为向第一液压机提供压力提升，而从电机角度而言，所述第二液压机可认为向第一液压机提供扭矩提升。
根据本发明的一个实施例，所述阀装置可包括至少一个可控减压阀。因此，可以通过控制所述可控减压阀的阈值压力来控制所述阀装置，以将流动引导至第一或第二液压机的输入侧。所述可控减压阀可以例如是电控减压阀。然而，应当注意的是，所述阀装置可以以多种不同的方式构造，同时仍实现所描述的效果。然而，可控减压可能是有利的，因为它易于使用，并且可以机械地或电子地控制该减压。
根据本发明的一个实施例，如果来自第一液压机的请求输出压力超过阈值压力，则所述阀装置被构造成将回流引导至第二液压机的输入侧。所述阈值压力可以例如是第一液压机的最大输出压力。所述阈值压力也可以被设置为使得第一电机和第一液压机可以以可能的最高的效率运行。因此，当来自所述液压消耗器的压力请求高于阈值压力时，所述回流可被重新引导至第二液压机的输入侧。然后操作第二液压机以升高压力，并将加压流提供到第一液压机的输入侧，这继而将压力升高到液压消耗器所请求的压力水平。因此，所述第一液压机由第二液压机支持，以提供高于阈值压力的输出压力。
根据本发明的一个实施例，所述第二液压机被构造成向所述第一液压机的输入侧提供与请求输出压力和第一液压机的阈值压力之间的压力差相对应的压力。因此，请求压力由所述第一液压机和第二液压机的组合压力提供。由所述第二液压机提供的压力也可以将所述第一液压机中的任何压力损失纳入考虑。
根据本发明的一个实施例，所述至少一个液压消耗器可以是作业机械的转向缸、提升缸和倾斜缸中的一个。因此，所描述的液压系统可用于诸如轮式装载机的作业机械中，并且所述液压系统的优点导致作业机械的更高效操作。还提供了一种包括根据前述实施例中的任一个的液压系统的作业机械。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于控制作业机械的液压系统的方法，该系统包括：第一电机，该第一电机连接到第一液压机；第二电机，该第一电机连接到第二液压机，所述第二液压机的输出侧连接到第一液压机的输入侧；至少一个液压消耗器，该至少一个液压消耗器通过供应管线被液压联接到第一液压机的输出侧，并且该至少一个液压消耗器被构造成由第一液压机提供动力；以及阀装置，该阀装置被布置在所述液压消耗器与第一液压机和第二液压机之间。该方法包括：基于来自第一液压机的请求输出压力，控制阀装置，以引导从所述液压消耗器至所述第一液压机的输入侧或第二液压机的输入侧的液压流体的回流。
根据本发明的一个实施例，该方法可以进一步包括：接收待由第一液压机提供的请求压力；如果所述请求压力低于阈值压力，则控制阀装置，以从所述液压消耗器至第一液压机的输入侧来引导所述液压流体的回流；而如果请求压力高于阈值压力，则控制阀装置，以从液压消耗器至第二液压机的输入侧引导所述液压流体的回流，并且控制第二液压机，以向第一液压机的输入侧提供加压流。因此，基于来自第一液压机的请求压力，所述阀装置被控制使得仅当所请求压力超过阈值压力时，回流才被引导至第二液压机。
根据本发明的一个实施例，该方法进一步包括，对于高于阈值压力的请求压力，使用坡道(ramp)控制阀装置，以逐渐重新引导从所述第一液压机的输入侧到所述第二液压机的输入侧的流动。通过控制阀装置的操作以逐渐重新引导流动，可以实现平滑过渡，而不会发生突然的压力变化。这既可以提高液压消耗器的操作安全性，也可以提高液压系统操作员的舒适度。以类似的方式，当将回流从第二液压机的输入重新导向以转而流向第一液压机的输入时，也可以控制阀装置以提供平滑过渡。
本发明的该第二方面的进一步效果和特征在很大程度上类似于上文结合本发明的第一方面所描述的那些。
本发明的进一步优点和有利特征在以下描述和从属权利要求中公开。
附图说明
参考附图，下面是作为示例引用的本发明实施例的更详细描述。
在图中：
图1是根据本发明实施例的液压系统的示意图，
图2是根据本发明实施例的液压系统的示意图，
图3是概述根据本发明实施例的控制液压系统的方法的步骤的流程图，并且
图4是包括根据本发明实施例的液压系统的作业机械的示意图。
具体实施方式
在本详细描述中，主要参考轮式装载机中的液压混合动力系统来讨论根据本发明的液压系统和用于控制液压系统的方法的各种实施例，其中液压消耗器被示为液压缸。然而，应该注意的是，这绝不限制本发明的范围，因为所描述的液压系统同样适用于其他应用和其他类型的作业机械。
图1示意性地示出了用于诸如轮式装载机的作业机械的液压系统100。所述液压系统100包括被连接到第一液压机104的第一电机102和被连接到第二液压机108的第二电机106，其中所述第二液压机108的输出侧110被连接到所述第一液压机104的输入侧116。所述第一液压机104和第二液压机108在此被示为固定排量液压机。然而，同样可以使用可变排量液压机来操作所述系统。如果使用可变排量液压机，还需要向所述液压机提供控制信号以控制所提供的压力。
所述液压系统100还包括至少一个液压消耗器118，该至少一个液压消耗器118经由供应管线120液压地联接到所述第一液压机104的输出侧114，并且被构造成由所述第一液压机104提供动力。所述液压消耗器118在此由液压缸118代表，所述液压缸118具有被连接到所述第一液压机104的输出侧114的活塞侧126和被连接到第一回流管线122的活塞杆侧125，该第一回流管线122通过阀装置130将所述液压消耗器118液压地联接到所述第一液压机104的输入侧116。
所述阀装置130被布置在所述液压消耗器118与所述第一和第二液压机104、108的相应输入侧116、112之间。所述阀装置130被构造成基于来自所述第一液压机104的请求输出压力而控制从所述液压消耗器118到所述第一液压机104的输入侧116或所述第二液压机108的输入侧112中的任一者的液压流体的回流。
如图1所示，所述阀装置130包括可控减压阀132，该可控减压阀132可以以电控减压阀132的形式提供。如果来自所述第一液压机104的请求输出压力超过阈值压力，则所述阀装置130有利地被构造成将所述回流引导至所述第二液压机108的输入侧112，其中所述阈值压力可以是所述第一液压机104的最大输出压力。
来自所述第一液压机104的请求压力可基于来自车辆操作者的请求功能，例如转动轮式装载机、提升负载，或需要液压动力的任何其他操作。该请求被转换成待由所述第一液压机104提供的压力，并且基于所述请求压力和所述第一液压机108的阈值压力之间的比较来控制所述阀装置130。
所述阀装置130进一步包括止回阀134，该止回阀134被布置在来自所述液压消耗器118的回流管线122和所述第一液压机104的输入侧116之间。当所述可控减压阀132关闭时，所述止回阀134允许从所述回流管线到所述第一液压机的流动。因此，可以控制用于打开所述可控减压阀132所需的压力，使得来自所述回流管线的流动被引导至所述第一液压机104和第二液压机108中的任一个。
图1进一步示出，所述液压系统包括止回阀136，该止回阀136被布置在所述第二液压机108的输入侧112和液压流体供应器124之间，其中所述止回阀136被构造成允许所述第二液压机108取用(access)来自所述液压流体供应器124的液压流体。如图1所示，所述止回阀136被布置为防止液压流体从所述第一回流管线122流到液压流体供应器124。液压流体供应器124在此被示为液压箱124。
在图2中，进一步图示了所述液压系统200包括：第一压力检测装置202，该第一压力检测装置202被布置为确定所述供应管线120中的压力；以及第二压力检测装置204，该第二压力检测装置204被布置为确定所述第一液压机的输入侧处的压力。所述第一压力检测装置202和第二压力检测装置204可以例如是分别布置在所述供应管线120和第一返回管线122中的压力传感器。
例如，在此体现为液压缸118的液压消耗器可以是作业机械的转向缸、提升缸或倾斜缸。此外，通过为每个液压消耗器提供一个可控减压阀，所述阀装置130可以容易地用附加阀进行扩展，以适应附加液压消耗器。图2还示出了方向控制阀208，其布置在所述液压缸118和液压系统100的其余部分之间。
图2进一步示出了第一电力电子控制单元210和第二电力电子控制单元212，分别用于控制所述第一电机102和第二电机106。所述第一电力电子控制单元210和第二电力电子控制单元212继而由所述液压系统控制单元214控制，该液压系统控制单元214被布置和配置为控制所述液压系统100的整体功能。所述控制单元214可以包括微处理器、微控制器、可编程数字信号处理器或其他可编程设备。所述控制单元214还可以或替代地包括专用集成电路、可编程门阵列或可编程阵列逻辑、可编程逻辑器件或数字信号处理器。在所述控制单元214包括可编程设备例如上述微处理器、微控制器或可编程数字信号处理器的情况下，处理器还可以包括控制可编程设备的操作的计算机可执行代码。此外，控制单元可以体现为用于液压系统的专用控制单元，或者期望的功能可以由一个或多个通用电子控制单元(ECU)提供。
图3是概述根据本发明实施例的方法的步骤的流程图。将参考图1和图2所示的液压系统100来描述该方法。一般而言，该方法包括：基于来自所述第一液压机104的请求输出压力，控制所述阀装置130，以引导从所述液压消耗器118至所述第一液压机104的输入侧116和所述第二液压机的输入侧112中的任一者的液压流体的回流。
更详细地，该方法包括：接收300待由所述第一液压机104提供的请求压力；并且确定302所请求压力是低于还是高于所述第一液压机104的阈值压力。如果所请求压力低于阈值压力，则该方法包括：控制304所述阀装置130，以引导从所述液压消耗器118至所述第一液压机104的输入侧116的液压流体的回流。这意味着可以通过第一液压机104来满足所述压力请求，并且不需要从所述第二液压机108增加压力。
如果302所请求压力高于阈值压力，则该方法包括：控制306所述阀装置130，以引导从所述液压消耗器118至第二液压机108的输入侧112的液压流体的回流，并控制所述第二液压机108向第一液压机104的输入侧116提供加压流。由此，来自所述第一液压机104的输出压力是所述第一液压机104和第二液压机108的组合压力。
当所述回流从流到所述第一液压机104的输入侧116变为流到所述第二液压机108的输入侧112时，即当请求的压力增加时，所述阀装置130有利地被构造成提供逐渐且平滑的过渡。所述逐渐过渡具有所述液压消耗器将不会经历供应压力的突然变化的效果，这继而将会允许所述液压缸的平滑运动。可以使用与所述阀装置的过渡坡道相一致的坡道来增加所述第二液压机108的压力，使得所述第一液压机104的流动类似地倾斜，来为所述液压消耗器118提供平滑的压力增加。
图4示出了轮式装载机401形式的框架转向作业机械。所述轮式装载机401的本体包括前本体部分402和后本体部分403，这些部分各自具有用于驱动成对车轮的轴412、轴413。所述后本体部分403包括驾驶室414。所述本体部分402、403相互连接，使得它们可以通过两个第一致动器围绕竖直轴线相对于彼此枢转，所述两个第一致动器以液压缸404、405的形式被布置在所述两个部分之间。因此所述液压缸404、405在车辆行驶方向上被布置在车辆的水平中心线的两侧上，以便使所述轮式装载机401转弯。
所述轮式装载机401包括用于处理物体或材料的装备411。所述装备411包括：负载臂单元406，也称为连杆装置；以及安装在所述负载臂单元406上的铲斗形式的装置407。所述负载臂单元406的第一端被枢转地连接到所述前车辆部分402。所述装置407被枢转地连接到所述负载臂单元406的第二端。
所述负载臂单元406可以通过呈两个液压缸408、409形式的两个第二致动器相对于车辆的前部分402升高和降低，每个第二致动器在一端处连接到所述前车辆部分402，并且在另一端处连接到所述负载臂单元406。所述铲斗407可以通过呈液压缸410形式的第三致动器相对于所述负载臂单元406倾斜，该第三致动器在一端处连接到前车部分402，并且在另一端处通过连杆臂系统415连接到所述铲斗407。
应当理解，本发明不限于上述和附图所示的实施例；相反，技术人员将认识到在所附权利要求的范围内可以进行许多改变和修改。
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