用于液压马达的液压控制回路的制作方法

本发明涉及液压马达，特别是涉及具有多速度换挡功能的液压马达。本发明还涉及用于液压马达的液压控制回路。本发明还涉及适用于液压控制回路的控制单元。

背景技术：

1、液压马达，特别是径向马达，例如轨道马达或径向活塞液压马达，在本领域中被广泛使用，例如用于重型应用。例如，径向马达被用于建筑、农业或林业设备的领域。轨道马达的操作原理是基于内齿轮(例如，可移动的内齿轮)相对于(例如，固定的)外齿轮的相对运动。在这种情况下，分配器阀可以被内齿轮通过万向节轴(cardan shaft)同步地驱动，从而确保马达的各个室被填充和排出/排空。

2、径向活塞马达的特征在于，当被供应加压的液压流体时，该径向活塞马达的工作活塞相对于中心纵向/旋转轴线沿径向方向移动。一般地，径向活塞马达被用于不需要高的旋转速度但需要高扭矩的液压应用中。径向活塞单元显示出比减少轴向构造空间的轴向活塞单元的优势。

3、液压马达(特别地，凸轮凸角(cam lobe)构造类型的径向马达)的一个具体应用是推动工作车辆，例如推动履带装载机。通常提供控制回路以便使得能够对由(一个或多个)液压马达所提供的速度和扭矩进行受控变化。在用于改变现有技术的这些液压马达的旋转速度的一些控制回路中，可以借助于阀装置来改变马达的吸收体积，其中所选择的工作室的吸收体积被选择性地处于中性，例如，这一般是通过将所述马达工作室的入口和出口短路来完成，例如对于径向活塞马达，例如要被开启或关停的活塞组。

4、对于液压马达，特别是对于凸轮凸角径向活塞马达，通常提供速度控制阀，以便能够在液压马达的多个速度之间换挡。为了便于理解速度换挡原理，液压马达可以被划分为多个“子马达”，这些子马达可以被供应分开的流体流。如果“子马达”中的一个子马达的流被重新循环，这似乎会减小液压马达的排量。因此，在不需要较大的泵的情况下可以提高液压马达的速度。

5、根据液压径向马达的许多设计变型，例如凸轮凸角设计或轨道设计，本领域技术人员已知的概念原因意味着液压马达的排量不能被连续地改变。因此，提供速度控制阀以便在预限定的排量值之间切换。速度控制阀的换挡导致液压马达在转换之后快速地减速或加速。这通常会形成被驾驶员可检测到的高冲击，并且可能导致车辆的扰动和失控，特别是在恶劣地形上。可能会要求操作员在切换排量之前停止车辆。

6、此外，由于液压流体的粘度是强烈地依赖于温度，因此在现有技术中所应用的系统容易由于液压流体和/或液压马达的温度变化的影响而发生故障。这可能导致液压部件的响应时间的增加。当驱动液压推动的车辆时，这种现象可能会引起像车辆自由转动的感觉。

技术实现思路

1、因此，本发明的目的是提供一种液压控制回路，该液压控制回路能够使液压马达的速度换档性能平滑，并且能够提供液压马达的可靠但也是快速的换档性能，从而尽可能地减少突然的负载变化。

2、通过根据独立权利要求的液压控制回路、控制单元、液压马达和方法来解决该目的。在从属权利要求中公开了优选的实施例。

3、根据本发明的液压控制回路适用于能够以至少两个排量操作的液压马达。所述液压控制回路包括带有控制阀阀芯的比例速度控制阀。所述控制阀阀芯借助于由先导压力产生的力能够连续地切换，所述先导压力由具有电执行器的连续电可调节的先导阀控制。

4、所述控制阀阀芯能够在全扭矩端位置、减小扭矩端位置、以及至少一个中间位置之间切换。所述中间位置可以位于所述全扭矩端位置与所述减小扭矩端位置之间。

5、优选地，在全扭矩端位置中，所有的工作室入口被供应处于高系统压力下的液压流体，并且所有的工作室出口连接到低系统压力。因此，在全扭矩位置中，所有的工作室被用于在液压马达的一个转动过程中在旋转动力输出轴或壳体上产生扭矩，即所有的工作室可以被供应处于高压力(例如，工作压力)下的流体。

6、例如，当考虑径向活塞马达，特别是通常内部致动的凸轮凸角马达时，这意味着在整个转动的过程中，每个工作室的入口被供应处于高压力下的液压流体，从而迫使布置在各自相应工作缸中的工作活塞径向向外移动。借助于活塞的向外移动，该活塞直接地或间接地作用于凸轮凸角表面，从而产生扭矩，该扭矩引起液压马达的驱动轴或旋转壳体旋转。当因为凸轮凸角表面的凸轮形状而对活塞施加力使得活塞径向向内移动时，对应的缸出口连接到低系统压力，并且从工作室/缸孔排出液压流体。

7、优选地，在减小扭矩端位置中，工作室入口的子集与对应的出口发生液压短路。因此，仅有不属于工作室的子集的工作室显示出与全扭矩端位置相同的工作性能。因此，仅有一部分的工作室可以被供应处于高压力下的液压流体。然而，另一部分，即工作室入口的子集，被供应处于减小压力(例如，加注压力)的液压流体，无论该工作室的体积是增大或是减小。因此，工作室的组可以在减小的液压压力下发生液压短路。

8、换句话说，在控制阀的全扭矩端位置中，液压马达(特别是凸轮凸角径向马达)的工作体积是被封围在工作室中的所有工作体积的总和。在减小扭矩端位置中，在液压马达的完全转动的过程中，仅有一部分的工作室被供应处于高系统压力的流体。因此，仅有这部分的工作室贡献于液压马达的工作体积。工作室剩余的子集可以被供应减小的压力，例如足以确保在凸轮凸角径向活塞马达的情况下活塞滚柱与凸轮凸角表面接触的压力。这些填充有减小压力的液压流体的工作室不参与液压马达的实际工作体积，这是因为对应的压力室没有供应处于高压力下的液压流体。通常，对于短路的工作室的子集，提供给工作室中的一个工作室的液压流体体积同时从另一工作室抽取。换句话说，用于保持活塞滚柱与凸轮凸角表面接触并且使一个活塞向外移动所必须的液压流体体积被由于凸轮凸角表面的引导而向内移动的另一活塞所取代。

9、在至少一个中间位置中，经由速度控制阀流向入口的子集的液压流体流可以被节流。只要控制阀阀芯处于至少一个中间位置，车辆就可以更平滑地加速，并因此可以减少或阻尼由于速度换档而产生的液压冲击。

10、速度控制阀的具体设计可能不同，例如取决于液压马达的操作类型，即取决于液压马达是单向操作的或是双向操作的。具有相关领域技术的人员知道速度控制阀的许多设计，这些设计全部旨在被包括在本技术的范围内。根据一个实施例，速度控制阀可以被设计为四通阀芯，例如pct/cn2020/141046中所公开的。如果液压马达能够在两个旋转方向上操作，则这是尤其优选的，这是因为阀芯的设计使得液压马达能够在两个旋转方向上以相当的效率工作。

11、速度控制也可以被设计为三通阀芯，例如，如果液压马达仅以一个旋转方向操作。由于3端口的设计，液压马达的效率在一个旋转方向上可能比另一个旋转方向上差。然而，其他要求可能促使三通阀芯的集成，例如设计的较低复杂性或较低的制造工作量。

12、独立于端口的数量，速度控制阀芯可以包括槽口，该槽口控制在阀芯的中间位置期间被引导到工作室的系统压力。因此，可以调节与速度控制阀的端口相连接的工作室出口和工作室入口之间的压力差。存在于入口处的最大压力可以减小，并由此限制潜在的减速/加速和冲击。

13、根据本发明，提供与时间相关的控制电流函数，以用于控制施加到先导压力控制阀的电执行器的电流。所述控制电流函数包括沿着在命令时间时的排量切换命令之前的时间跨度的预电流部分。存在于预电流部分期间的恒定的非零电流不产生能够使所述速度控制阀阀芯切换出该速度控制阀阀芯的两个端位置中的一个端位置的先导压力。通常，低于执行器处的最小电流时，由先导阀提供给控制阀的先导压力不足以将该控制阀阀芯移动出其端位置中的一个端位置。如果执行器处的电流上升到高于某一阈值，先导阀和/或控制阀阀芯可以到达其另一端位置，使得进一步增加电流不会导致控制阀阀芯的进一步换挡。

14、控制电流函数还包括在命令时间之后的以预限定/预设切换时间结束的斜坡时间跨度期间的电流斜坡部分。在电流斜坡部分中，电流从斜坡开始电流水平连续地升高或降低到中间电流水平。在电流斜坡部分结束时，电流突然地变化到切换电流水平。

15、应当理解，提供给先导阀的执行器的控制电流函数的过程直接影响供应，即用于切换速度控制阀阀芯的先导压力的高度。因此，借助于先导压力，使得速度控制阀阀芯能够从两个端位置中的一个端位置经由所述至少一个中间切换位置切换到另一端位置。

16、优选地，当控制电流在控制电流函数的斜坡部分的范围内时，当前控制电流使得阀芯移动到至少一个中间位置。如果提供了多个中间位置，例如比例中间位置，当电流在控制电流函数的斜坡部分的范围内时，阀芯可以沿着这些中间位置移动。因此，斜坡时间跨度的增加给马达并因此整个车辆更多的时间用于加速或减速。但是，斜坡时间跨度不能延长太长，否则驾驶员可能有失去对车辆的控制的感觉。

17、在速度控制阀的中间切换位置期间，流向压力室的子集的流体流可以借助于孔口装置而被节流，所述孔口装置优选地是速度控制阀的一体部分。

18、此外，电流斜坡部分的梯度可以限定控制阀阀芯的换挡速率，并且所述梯度能够例如依据液压流体的温度和/或液压马达的温度而变化。

19、控制电流函数还可以包括在给出切换命令的时间点时在预电流水平部分结束时的提升部分。在该提升部分中，电流水平可以在短的提升时间内突然地改变/振荡，即以类似于峰的方式升高和降低，或反之亦然。该提升电流旨在用于“激活/激励”控制阀阀芯，因为该提升电流会导致被供应至控制阀的先导压力中出现峰。

20、取决于切换方向，即取决于液压马达是否应从全扭矩端位置切换到减小扭矩端位置或反之亦然，可以改变提升部分的轨迹。

21、在本描述中，当切换电流水平高于预电流部分中所存在的非零预电流水平时的场景被称为升档事件。相反，当切换电流水平低于预电流部分中所存在的非零预电流水平时，该场景被称为降档事件。对于相关领域的技术人员来说显而易见的是，在升档事件的情况下，倾斜度(即，控制电流函数的斜坡部分的梯度)是正的，并且在降档事件的情况下，控制电流函数的斜坡部分的梯度/倾斜度是负的。在极端情况下，两种情况下的斜坡部分的梯度都可以被选择为零，即斜坡部分时间期间的控制电流是恒定的。

22、在本发明的意义上，术语“升档”和“降档”仅关于增加或减小被供应至先导阀的控制电流来使用，用于实现作用在速度控制阀阀芯上的先导压力水平的变化。当先导压力水平为最大或最小时液压马达是否处于高速度或高扭矩，不是本发明构思的关键。由于这仅仅是相关领域的技术人员的发展点，因此所要求保护的发明覆盖了初始阀位置、以及借助于先导阀将速度控制阀从初始端位置经由中间位置切换到另一端位置的可能性的所有可能和现实的组合。

23、在升档事件中，电流水平可以在切换命令发生时升高到高于开始电流水平的电流提升水平，并且在提升时间结束时突然地降低到斜坡开始电流水平。替代性地，在降档事件中，电流水平可以在切换命令发生时降低到低于斜坡开始电流水平的电流提升水平，并且在提升时间结束时突然地升高到斜坡开始电流水平。在这两种情况下，斜坡开始电流水平可以不同于预电流水平，或者可以等于预电流水平。

24、当斜坡开始电流水平不同于预电流水平并且未提供提升部分时，电流也可以在给出命令的时间点(进一步：命令时间)从预电流水平突然地升高到斜坡开始电流水平。

25、用于升档事件的斜坡部分可以在提升时间之后以高于预电流水平的斜坡开始电流水平立即开始。用于升档事件的斜坡部分可以在命令时间之后的预设切换时间段之后以低于切换电流水平的中间电流水平结束。中间电流水平可以在预设切换时间结束时突然地升高到切换电流水平。

26、对于降档事件，斜坡部分可以在提升时间之后以低于预电流水平的斜坡开始电流水平立即开始，并且该斜坡部分可以在命令时间段之后的预设切换时间之后以高于切换电流水平的中间电流水平结束。在这种情况下，中间电流水平可以在预设切换时间结束时突然地降低到切换电流水平。

27、控制电流函数的任何电流水平，特别是控制电流函数的预电流水平、电流提升水平、斜坡开始电流水平、中间电流水平和/或切换电流水平根据本发明可以依据液压流体的温度、和/或依据液压马达的温度、和/或液压系统/车辆的任何其他液压部件的温度而变化。

28、作为一般的规则，提升的幅度可能会随着温度的降低而增加。同时地或替代性地，当温度降低时，斜坡梯度可以增加。

29、因此，在升档事件中，当温度降低时，提升电流水平相对于预电流水平可以增加。对于降档事件，预电流水平正常地高于提升电流水平的幅度。因此，当温度降低时，提升电流水平的幅度相对于预电流水平可以进一步减小。换句话说，当液压流体和/或液压马达的温度降低时，可以增大预电流水平与提升电流水平之间的差值。

30、增加斜坡梯度意味着，对于恒定的斜坡时间跨度，斜坡开始电流水平与中间电流水平之间的差值增加。因此，在升档事件的情况下，当温度降低时，斜坡开始电流水平和/或中间电流水平相对于预电流水平可以增加。在降档事件中，当温度降低时，斜坡开始电流水平和/或中间电流水平相对于预电流水平可以进一步降低。不一定的是，当液压流体和/或液压马达的温度降低时，斜坡开始电流水平与中间电流水平之间的差值必须增大，但是本发明涵盖了这样做以实现平滑的升档和降档。

31、此外，与控制电流函数相关的任何时间点或与控制电流函数相关的任何时间跨度，特别是在命令时间之前的时间跨度、提升时间、斜坡时间跨度、预设切换时间跨度和/或命令时间可以依据液压流体的温度、和/或依据液压马达的温度、和/或液压系统/车辆的任何其他液压部件的温度而变化。

32、根据本发明，可以提供控制单元，以基于存储在控制单元的存储装置中的控制电流函数来控制被引导到先导阀的电执行器的电流。控制单元可以是另一控制单元的集成部分，或者可以是用于控制电执行器的电流的不同的控制单元。控制单元可以是物理单元，但其也可以是被实施为另一控制单元的子单元的软件块。这意味着，根据本发明的控制单元不一定与另一控制单元物理地分离。它也可以物理地集成到另一控制单元。

33、控制单元可以接收至少一个传感器的反馈信号，该至少一个传感器适于测量液压控制回路、液压马达或安装有液压控制回路的车辆的操作参数。例如，可以测量液压马达中或连接到该液压马达的液压软管或管道中的液压流体的温度、或液压马达本身的温度。控制单元可以基于所接收到的反馈信号来适配控制电流函数。这意味着，可以对应于所接收到的反馈信号来调节控制电流函数的电流水平和/或相关时间点和/或时间跨度。本领域技术人员将发现获得关于安装有根据本发明的控制回路的液压系统的操作状况的反馈信号的许多其他可能性。

34、控制单元可以被配置用于基于存储在控制单元的存储装置中的控制电流函数，来控制和/或调节到液压控制回路的先导阀的电执行器的电流。优选地，根据迭代适配的电流控制函数来控制电流。

35、控制单元可以基于触发信号(例如，当反馈信号超过阈值时)、和/或根据预设模式、和/或在某些情况下(例如，当启动液压系统或车辆时，或液压系统或车辆的工作工具已被改变时)，适配/变更/改变电流控制函数，例如以规则的间隔适配/变更/改变电流控制函数。

36、配备有根据本发明的液压控制回路的液压马达可以被配置为是单向操作的或双向操作的。比例速度控制阀的设计可以不同，取决于液压马达的操作类型，即它可以取决于液压马达是双向操作的或是单向操作的。尽管本发明的基本功能原理已经在若干场合借助于作为示例的径向活塞马达而被解释，但是根据本发明的液压控制回路和控制器可以被集成到任何类型的液压马达中。特别地，本发明可以与任何多冲程轴向和径向活塞马达一起使用，例如，根据行星轮原理的液压马达(即，所谓的内齿轮泵(gerotor))或具有阶梯活塞的活塞马达。本发明还可以被用于除了液压径向活塞马达以外的液压径向马达，特别是用于液压轨道马达。

37、根据本发明，提供了一种用于借助于液压控制回路来控制液压马达的至少两个排量状况之间的升档和/或降档的方法。所述液压控制回路包括控制电流函数，并且所述方法至少包括以下步骤：

38、a)在液压马达的操作期间并且当速度控制阀阀芯处于初始端位置时，向先导阀的电执行器施加非零预电流，直到给出排量切换命令；

39、b)在斜坡时间跨度期间并且根据控制电流函数的电流斜坡部分，并且在给出排量切换命令之后，向电执行器施加电流，所述电流从斜坡开始电流水平连续地增大或减小到中间电流水平，并且在电流斜坡部分结束时突然地改变到切换电流水平，以便使先导阀阀芯换挡，并且以可控的方式将与时间相关的适配后的先导压力引导朝向速度控制阀阀芯，从而能够将速度控制阀阀芯从一个初始端位置切换到另一非初始端位置；

40、c)保持切换电流水平，以便借助于最大或最小的先导压力将速度控制阀阀芯保持在其另一非初始端位置，直到给出下一个排量切换命令。

41、在步骤a)之后并且在步骤b)之前，根据本发明的方法还可以包括以下步骤b.1)：

42、b.1)当给出排量切换命令时向先导阀的电执行器施加提升电流持续提升时间跨度，其中，所述提升电流的提升电流水平不同于预电流水平。

43、如以上所解释的，在液压控制回路的上下文中，所述控制电流函数的所述正常操作时间、-如果存在的话-所述提升时间跨度、所述斜坡时间跨度、所述预设切换时间跨度和/或所述命令时间点、所述预电流水平、-如果存在的话-所述电流提升水平、所述斜坡开始电流水平、所述中间电流水平和/或所述切换电流水平可以取决于所述液压流体的温度、和/或所述液压马达的温度、和/或所述液压系统/车辆的任何其他液压部件的温度。