[发明专利]数字式液压泵/马达转矩调节系统和装置

说明书

技术领域

本发明涉及液压泵或马达，其对驱动负载的单独工作腔进行控制，尤其涉及但不限于可迅速改变被供给负载的转矩的配置。 

背景技术

上述的泵/马达配置的一个例子是在公路和越野应用中的车辆车轮的液压驱动。这类配置已经是很多现有技术的主题，与之连用的传动系统包括在单独车轮上的一个或多个固定排量式或变排量式液压马达，或者包括布置用来驱动成组车轮的马达。 

在最常用的正容积式液压机械中，流体腔按照大致的正弦曲线经历周期性容积变化。从欧洲专利公告号EP0361927中得知，通过将位于工作腔和低压源之间的电磁驱动阀保持在打开位置，可以使工作腔处于空转状态。因此，输出的变化通过用液体首先填充各工作腔和随后确定是使流体回流到低压源还是使流体在压力下泵送到输出总管的动作来实现。泵送流体返回低压源意味着在工作腔处于空转期间内需消耗的功率非常小，但仍允许工作腔能以最短的等待时间变为有效。 

欧洲专利公开号EP0494236介绍另一种运行模式，其允许在发动周期使用液压机械，此时转矩被施加到转轴，于是允许可控的双向能量流动。这种马达至今仍然受半个轴旋转周期的控制带宽和延迟时间的限制，例如转速是500转／分(RPM)时，控制带宽为17Hz，这是因为选择了所有的缸。不过，存在着高频转矩调节可提供新的期望能力的许多应用场合。 

发明内容

本发明提供一种控制液压马达的方法，用于在频率高达大约200Hz时调节输出转矩，并且本发明可被应用在多个领域，其中的某些领域将作为背景资料在下文中做详细描述： 

在汽车动力传动系统中日益增加的共同需求是，单独的车轮或成组车轮(例如后轴、前轴)处的转矩在制动和加速模式下必须能够被调节，以便限制车轮打滑。此需求归因于两个因素。首先，打滑车轮使驾驶员不能保持对车辆的方向控制，并且通常提供的减速力或加速力小于不发生打滑的车轮。其次，单独车轮或成组车轮开始打滑的位置彼此不同，即使同时发生在同一车辆上。滑移量由车轮或轴的负载、在制动和转弯过程中的重心转移、以及路况而定，这对不同的车轮来说可能是不同的。 

通常在具有位于发动机和车轮之间的传统机械传动系统的车辆中，转矩调节通过在中心车辆稳定性控制器的控制下使摩擦制动器瞬时作用于一个或多个车轮来实现。控制器通常把单独车轮的速度、车辆角加速度、油门踏板位置和转向轮角度作为其输入数据，并使用这些数据来调节制动器。这种系统在仅在制动时才起作用的情况下通常称为防抱死制动系统(ABS)，或者当该系统在制动和加速时均起作用的情况下通常称为电子稳定控制系统(ESC)，并且所述系统包括用于车辆运动和加速的传感器以控制侧滑。可以通过使用点火延迟或中断、降低燃料比或调节节气门位置、还有使用摩擦制动器来减小发动机转矩。 

还有在电子控制下改变对若干驱动轴的转矩分布的其它系统。一种这样的系统是使用电气液压驱动型摩擦离合器来分配两个以上驱动轴之间的转矩的电子差速器(E-Diff)或电子差速系统。 

在所有的系统中必不可少的是快速转矩调节，以尽可能对牵引保持最优滑移率。典型的带宽为大约10Hz。ABS制动器例如已知在高达13Hz的情况下起作用。通常，这没有高到足以保持车轮处于最佳滑移状况(通常认为是大约5-10％滑移)，但高到足以保持它们在滑移和非滑移之间波动。 

发电机 

希望得到高转矩控制带宽的另一种应用就是用在驱动发电机中。在该应用中，一个或多个液压马达可以驱动一个或多个同步发电机，用于将电力供应到配电线路或独立电网中。这些机械的轴速与该网络的AC电压相关联。轴转矩调节导致发电机电流近乎同时被调节。 

配电线路中负载所接受的电流的谐波失真通常由负载如电子设备的功率供应源引起，该谐波失真是一种偏离指定正弦波的周期内高频变化，导致所需轴转矩也发生相应的周期内高频变化。通过调节在足够高频率下由液压马达施加至发电机的转矩，能够(不需要复杂的电气电子装置)调节 供应到配电线路的电流，从而有助于将电压波形恢复到所需状态。这种能力还需要精确控制与发电机(并且因此液压马达的)轴相关的相位修正。 

另一个问题是AC电压频率由于输电线路负载和线路电源供应之间的短期或突然失配(例如当打开或关闭新负载时)可能会开始向上或向下偏离期望频率。在负载关闭情况下，频率升高到大于期望频率。发电机转矩的降低减小了功率输出并恢复了正确的频率。如果发电机转矩能被足够快地调节，那么在不改变配电线路频率的情况下，也能适应甚至是非常突然的负载变化。