单泵双马达驱动工程车辆液压系统的控制方法及控制装置

摘要

本发明公开一种单泵双马达驱动工程车辆液压系统的控制方法，在自然分流和/或集流状态下，实时获取左、右液压马达转速；判断左、右液压马达转速比是否超出预设转速比范围；若是，控制液压系统进入强制分流和/或集流状态；在强制分流和/或集流状态下，实时获取左、右液压马达所在油路压力；判断左、右液压马达所在油路压差是否小于预设压差阀值；若是，控制液压系统返回自然分流和/或集流状态。通过控制液压系统在自然分流和/或集流状态与强制分流和/或集流状态之间进行切换，可防止工程车辆出现单边打滑的问题，提高工程车辆的自适应性和工作效率。在此基础上，本发明还公开一种单泵双马达驱动工程车辆液压系统的控制装置。

说明书

技术领域

本发明涉及液压传动及控制技术领域，具体来说是一种单泵双马达驱动工程车辆液压系统的控制方法及控制装置。

背景技术

液压传动是以液体作为工作介质来进行能量传递的传动方式，具有良好的操控特性，在低速大转矩传动、频繁启停换向、微速动作和点动操作等方面具有先天的优越性。目前，随着国内外液压技术的发展，液压元件的性能不断提高，价格不断降低，液压传动与控制技术在工程机械中获得了广泛应用。

全液压驱动工程车辆之动力传动路线为：发动机→联轴器→液压泵→液压马达→减速平衡箱→车轮。在PLC或专用控制器控制下，发动机工作速度和输出扭矩可根据外载荷的变化自动调整，合理匹配其参数，即大负荷时追求动力性，轻(空)负荷时追求经济性，从而充分利用发动机的功率，发挥机器的最大效率。

通常，全液压驱动工程车辆多采用单泵、双马达系统，液压泵输出的液压油自由分配到两液压马达所在油路，因而具有一定的缺陷，具体而言：在受偏载作业或附着力较小的路面上工作时，如不采取防滑措施，较易出现单边打滑现象；这不仅严重影响液压泵、液压马达等液压元件的使用寿命，同时也使得整机的牵引力下降，工作效率降低。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种单泵双马达驱动工程车辆液压系统的控制方法，可防止工程车辆出现单边打滑的问题，提高工程车辆的自适应性和工作效率。在此基础上，本发明还提供一种单泵双马达驱动工程车辆液压系统的控制装置。

为解决以上技术问题，本发明提供的单泵双马达驱动工程车辆液压系统的控制方法，根据工况控制液压系统在自然分流和/或集流状态与强制分流和/或集流状态之间进行切换；其中：

在自然分流和/或集流状态下，实时获取左、右液压马达转速；判断所述左、右液压马达转速比是否超出预设转速比范围；若是，控制所述液压系统进入强制分流和/或集流状态；

在强制分流和/或集流状态下，实时获取所述左、右液压马达所在油路压力；判断所述左、右液压马达所在油路压差是否小于预设压差阀值；若是，控制所述液压系统返回自然分流和/或集流状态。

优选地，采用同步分流和/或集流方式进行强制分流和/或集流。

优选地，控制所述液压系统初始运行时工作在自然分流和/或集流状态。

本发明提供的单泵双马达驱动工程车辆液压系统的控制装置，包括：

分集流阀，进口连接液压泵出口，左出口连接左液压马达进口，右出口连接右液压马达进口；所述分集流阀包括分集流阀状态转换装置，用于控制所述分集流阀在自然分流和/或集流状态与强制分流和/或集流状态之间进行切换；左转速传感器、右转速传感器，分别安装在所述左液压马达、右液压马达上，用于检测并输出所述左液压马达、右液压马达的转速信号；

左压力传感器、右压力传感器，分别安装在所述分集流阀两分支油路上，用于检测所述分集流阀两分支油路上的压力信号；

控制器，用于接收各种传感器信号，并根据预定的控制策略输出相应控制信号；

电磁换向阀，连接所述控制器输出端，用于根据接收的所述控制信号，控制所述分集流阀状态转换装置动作，使所述液压系统相应工作在自然分流和/或集流状态、或者工作在强制分流和/或集流状态；

该控制装置启动时，所述控制器按照下述策略进行控制：在自然分流和或集流状态，实时获取所述左液压马达、右液压马达转速；判断所述左液压马达、右液压马达转速比是否超出预定转速比范围，若是，发出强制分流和/或集流控制信号；在强制分流和/或集流状态，实时获取所述分集流阀两分支油路压力信号，判断所述分集流阀两分支油路压差是否小于预定压差阀值，若是，发出自然分流和/或集流控制信号。

优选地，所述分集流阀为同步分集流阀。

优选地，所述同步分集流阀的左、右出口分别带有补油阀。

优选地，所述电磁换向阀为常开电磁阀。

优选地，所述液压系统初始状态为自然分流和/或集流状态。

与现有技术相比，本发明根据工况控制液压系统在自然分流和/或集流状态与强制分流和/或集流状态之间进行切换，可防止工程车辆出现单边打滑的问题，提高工程车辆的自适应性和工作效率，具体而言：

在自然分流和/或集流状态，检测左、右液压马达转速，通过比较左、液压马达转速比是否超出预设转速比范围判断是否发生单边打滑，在发生单边打滑时，控制液压系统强制分流和/或集流，从而调节左、右液压马达流量，使左、液压马达转速趋与一致，从而解决单边打滑的问题；在强制分流和/或集流状态，检测分集流阀两分支油路压力，在判断到左、右油路压差小于预设压差值时，控制液压系统恢复到自然分流和/或集流状态，使液压系统按正常行驶要求运行，提高运行效率。

本发明通过控制液压系统在强制分流和/或集流状态与自然分流和/或集流状态之间切换，不仅防止单边打滑，也提高整车自适应性能，提高整车的运行效率；由此，实现对单泵双马达驱动工程车辆液压系统的自动化控制，也减少液压系统的液压冲击，有利于延长液压元件的使用寿命。

附图说明

图1是本发明单泵双马达驱动工程车辆液压系统的控制方法流程图；

图2是一同步分流阀的结构原理图；

图3是一同步分集流阀的原理图；

图4是本发明单泵双马达驱动工程车辆液压系统的控制装置的示意图。

具体实施方式

本发明的基本构思是：根据工况控制液压系统在自然分流和/或集流状态与强制分流和/或集流状态之间进行切换；在自然分流和/或集流状态，当判断到左、右液压马达转速比超出预设转速比范围时，控制液压系统强制分流和/或集流；在强制分流和/或集流状态，当判断到分集流阀两分支油路压差值时，控制液压系统恢复到自然分流和/或集流状态。

其中：所述自然分流和/或集流状态包括自然分流状态、自然集流两种状态；强制分流和/或集流状态包括强制分流、强制集流两种状态。为方便起见，本发明中采用分流和/或集流的概念进行表述，意指本发明具有分流、集流以及分流和集流的三种功能；但这并不意味着存在某一时刻既分流又集流的状态，请注意区分。

以下结合实施例与附图对本发明具体说明。

请参考图1，该图是本发明单泵双马达驱动工程车辆液压系统的控制方法流程图。具体包括以下步骤：

S101、开始。

整车启动后，液压系统以初始状态运行。通常，初始状态默认为自然分流和/或集流状态。

S102、液压系统以自然分流和/或集流状态工作。

自然分流和/或集流状态下，不对左、右液压马达所在油路流量分配进行控制。发动机工作速度和输出扭矩根据外载荷的变化自动调整发动机、液压泵、两液压马达的工作点，合理匹配其参数，即大负荷时追求动力性，轻(空)负荷时追求经济性，从而充分利用发动机的功率，发挥整机的最大效率。

S103、实时获取左、右液压马达转速。

左、右液压马达转速与左、右侧轮转速相关，可用以判断是否发生单边打滑。

S104、判断左、右液压马达转速比是否超出预设转速比范围，

若是，进入步骤S105；

若否，返回进入步骤S102。

当左、右液压马达转速比α满足：α1<α<α2时(α1、α2为设定值)，表示工程车辆未发生单边打滑，液压系统以自然分流和/或集流状态工作；α<＝α1，或者α>＝α2时，表示工程车辆发生单边打滑，液压系统应以强制分流和/或集流状态工作。

S105、液压系统以强制分流和/或集流状态工作。

强制分流和/或集流的目的是调节左、右液压马达流量，使左、右液压马达转速趋与一致，从而解决单边打滑的问题。可以一定比例分流和/或集流，也可以等量分流和/或集流；优选地，使液压系统等量分流和/或集流，即同步分流和/或集流。

S106、实时获取左、右液压马达所在油路压力。

左、右液压马达所在油路压差反映强制分流和/或集流的效果，当两者压差小于预设压差阀值时，表示达到预期强制分流和/或集流效果，可以结束强制分流和/或集流。

S107、判断左、右液压马达所在油路压差是否小于预设压差阀值，

若是，返回步骤S102；

若否，返回步骤S105。

当左、右液压马达所在油路压差Δ P满足：Δ P<P0时，液压系统应结束强制分流和/或集流，并返回到自然分流和/或集流状态；而Δ P≥Δ P0时(Δ P0为设定值)，应继续强制分流和/或集流。

按照上述控制方法，可取得如下技术效果：在自然分流和/或集流状态，检测左、右液压马达转速，通过比较左、右液压马达转速比是否超出预设比例阀值判断是否发生单边打滑，在发生单边打滑时，控制液压系统强制分流和/或集流，从而调节左、右液压马达流量，使左、液压马达转速趋与一致，从而解决单边打滑的问题；在强制分流和/或集流状态，检测左、右液压马达所在油路压力，在判断到左、右液压马达所在油路压差小于预设压差阀值时，控制液压系统恢复到自然分流和/或集流状态，使液压系统按正常行驶要求运行，提高运行效率。

由此，通过控制液压系统在强制分流和/或集流、自然分流和/或集流状态之间切换，不仅防止单边打滑，也提高整车自适应性能，提高整车的运行效率；实现对单泵双马达驱动工程车辆液压系统的自动化控制，也减少液压系统的液压冲击，有利于延长液压元件的使用寿命。

根据上述控制原理，可设计出相应的控制装置，具体包括分集流阀、转速传感器、压力传感器、控制器，电磁换向阀等部件。其中，分集流阀为一重要部件，为便于对本发明进行描述，以下先对分流阀、集流阀、分集流阀的工作原理进行简要说明。

请参考图2，该图为一同步分流阀的结构原理图。设进口油液压力为P0，流量为Q0，进入阀后分两路分别通过两个面积相等的固定节流孔1、2，分别进入油室a、b，然后由可变节流口3、4经出口通往两个执行元件。如果两执行元件的负载相等，则分集流阀的出口压力P3＝P4，因为阀中两支流道的尺寸完全对称，所以输出流量亦对称，Q1＝Q2＝Q0/2，且P1＝P2。当由于负载不对称而出现P3≠P4，且设P3>P4时，阀芯来不及运动而处于中间位置，由于两支流道上的总阻力相同，必定使Q1<Q2，进而P0-P1<P0-P2，则使P1>P2。此时阀芯在压差的作用下左移，使可变节流口3增大，节流口4减小，从而使Q1增大，Q2减小，P1减小，P2增大，直到Q1≈Q2，P1≈P2为止，阀芯才在一个新的平衡位置上稳定下来。即输往两个执行元件的流量相等，当两执行元件尺寸完全相同时，运动速度将同步。

以上为分流阀的原理，按照该基本原理，可以获得相应的集流阀、分集流阀，但产品可能略有区别。实际上，有的分集流阀产品还附加有分集流状态转换控制装置，以下为一实例。

请参考图3，该图为一同步分集流阀的原理图。如图3所示的分集流阀20，在分集流阀主阀201上有设有分集流阀状态转换装置(图3未示)，以便在强制分流和/或集流状态与自然分流和/或集流状态之间切换，具体是通过控制X1口液压油的流动控制分集流阀20的状态切换。关于该同步分集流阀20的具体结构，请参考有关文献资料，在此不再赘述。另外，还在分集流阀主阀201的两出口的油路上设置补油阀202，与补油支路连通后，可防止液压系统吸空；同时，补油阀202还具有溢流阀的功能，用来保护液压系统，防止局部的压力冲击。

在上述分集流阀20的基础上，本发明控制装置可以轻易实现液压系统在强制分流和/或集流状态与自然分流和/或集流状态之间切换，以下具体说明。

请参考图4，该图为本发明单泵双马达驱动工程车辆液压系统的控制装置的示意图。该控制装置包括：

分集流阀20，进口P连接液压泵10出口，左出口A连接左液压马达60A进口，右出口B连接右液压马达60B进口；由此，液压泵1输出的高压油由进入分集流阀20，并分两路分别流入左液压马达60A、右液压马达60B，形成左、右油路。其中，所述分集流阀20包括分集流阀状态转换装置(图未示)，用于所述分集流阀20在自然分流和/或集流状态与强制分流和/或集流状态进行切换。优选地，所述分集流阀20为同步分集流阀。

左转速传感器50A、右转速传感器50B，分别安装在所述左液压马达60A、右液压马达60B上，用于检测并输出所述左液压马达60A、右液压马达60B的转速信号。

左压力传感器40A、右压力传感器40B，分别安装在所述分集流阀20的两分支油路上，用于检测并输出所述分集流阀20两分支油路压力信号，即分集流阀20左出口A、右出口B的压力信号；

控制器70，用于接收各种传感器信号，并根据预定的控制策略输出相应控制信号，包括强制分流和/或集流控制信号、自然分流和/或集流控制信号。

电磁换向阀30，连接所述控制器70输出端，用于根据接收的所述控制信号，控制所述分集流阀20的状态转换装置动作，使所述液压系统相应工作在自然分流和/或集流状态，或者工作在强制分流和/或集流状态；优选地，所述电磁换向阀30为常开电磁阀，使得分集流阀20默认为自然分流和/或集流状态。

该控制装置启动时，所述控制器70按照下述策略进行控制：在自然分流和/或集流状态，实时获取所述左液压马达60A、右液压马达60B转速；判断所述左液压马达60A、右液压马达60B转速比是否超出预定转速比范围，若是，发出强制分流和/或集流控制信号，以便使所述液压系统工作在强制分流和/或集流状态；在强制分流和/或集流状态，实时获取所述分集流阀20两分支油路压力，判断所述分集流阀20两分支油路压差是否小于预定压差阀值，若是，发出自然分流和或集流控制信号，以便使所述液压系统工作在自然分流和/或集流状态。

具体而言，工程车辆液压系统启动时，常开电磁换向阀30处于断电状态，同步分集流阀20处于自然分流和/或集流状态，左转速传感器50A、右转速传感器50B将速度信息反馈给控制器70，由控制器70对该信息进行分析、计算，并输出相应控制信号。其中，当左液压马达60A、右液压马达60B转速比α满足：

当α1<α<α2时，即工程车辆未发生单边打滑，电磁换向阀30不得电仍保持原状态，分集流阀20处于自然分流和/或集流状态；

当α<＝α1，或者α>＝α2时，控制器70输出强制分流和/或集流控制信号，电磁换向阀30得电，分集流阀主阀201动作并切换至强制分流和/或集流状态；由此，利用分集流阀20的强制分流和/或集流功能，实现行驶液压系统中左液压马达60A、右液压马达60B的同步或定比例性能。

在强制分流和/或集流状态，分集流阀20两出口会产生一定的压差Δ P，通过左压力传感器40A、右压力传感器40B，将分集流阀20两分支油路压力信息反馈给控制器70，由控制器70进行分析计算，并输出相应控制信号：

当Δ P≥Δ P0时，电磁换向阀30一直得电，分集流阀20一直处于强制分流和/或集流状态，使得液压系统保持在强制分流和/或集流状态；

当Δ P<Δ P0时，控制器70输出自然分流和或集流控制信号，电磁换向阀30断电动作，分集流阀20退回自然分流和/或集流状态，使得整个液压系统切换至自然分流和/或集流状态。

该控制装置中，分集流阀20优选为同步分集流阀，经过同步分集流阀20分出两支油路，流量分配精度始终在一定的精度范围(如设定在10％)之内，不受压力、偏载等其它因素的影响；同步分集流阀20可由X1口的控制油实现强制分流和/或集流与自然分流和/或集流状态的切换，控制过程十分方便、快捷。

特别地，同步分集流阀20带有补油阀202，使补油阀202与补油支路连接，可以防止液压系统吸空；同时，补油阀202还具有溢流阀的功能，可用来保护液压系统，防止局部的压力冲击。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。