液压负载感测系统技术领域
本发明涉及一种用于工程机械的液压负载感测系统，该系统包括
泵和液压蓄能器，该泵用于提供液压流体以驱动致动器。本发明还涉
及一种用于控制液压负载感测系统的方法。
本发明能适用于不同类型的液压系统，特别是用于铰接式车架转
向工程机械(例如轮式装载机和铰接式翻斗车)的液压转向系统。
尽管将针对轮式装载机的转向系统来描述本发明，但本发明的应
用不限于这种特殊的应用，而是也可用在其他液压系统和车辆中。
背景技术
工程机械通常设有铲斗、车斗或其它类型的用于挖掘、提升、装
载和/或运输物料的器具。
例如，轮式装载机具有提升臂单元，用于升降诸如铲斗的器具。
该提升臂单元包括用于移动负载臂的多个液压缸和附接到该负载臂的
器具。布置有一对液压缸以举升该负载臂，并且布置有另一个液压缸
以使所述器具相对于负载臂倾斜。
另外，工程机械通常是铰接式车架转向的，并具有通过使工程机
械的前车身部分和后车身部分相对于彼此枢转而使工程机械转弯/转向
的一对液压缸。
该液压系统通常还包括至少一个液压泵，该至少一个液压泵被布
置成向所述液压缸提供液压动力，即，液压流体和/或液压压力。该液
压泵由动力源(例如，内燃机或电动机)驱动。工程机械的液压系统
通常是所谓的负载感测系统(LS-系统)。这意味着，向液压系统提供
液压流体的所述泵接收表示液压缸在运行中的当前负载压力的信号。
然后，该泵被控制以提供比所述液压缸的负载压力略高的压力。
该液压泵通常是由工程机械的原动机驱动的可变排量泵。该泵通
过动力输出装置被驱动，该动力输出装置可以位于内燃机与变速器装
置(例如齿轮箱)之间。该变速器装置则例如连接到工程机械的车轮，
以推进该工程机械。
在这种液压系统中，发生了能量损失，这是由于如下事实：在发
动机运转时，即使所述液压缸不需要泵工作，该泵也总是转动。
发明内容
本发明的目的是提供一种液压负载感测系统，通过该系统，在能
够确保向致动器提供液压流体的同时，还能够减少能量损失。
该目的是通过根据权利要求1所述的液压负载感测系统来实现
的。
本发明是基于如下见解：通过提供用于产生负载感测信号的蓄能
器，能够为所述泵提供一个单独的驱动源，并且，如果不要求泵工作，
则允许所述泵静止不动。如果在该泵未运转时要求所述致动器的移动，
则总是存在可从蓄能器获得的液压压力，该液压压力用于生成LS-信号
并立即启动所述泵且产生泵压力以将液压流体提供至致动器。由于泵
在未使用时不必须被驱动，将会减少能量损失。
例如，在液压负载感测系统中，由电动机驱动的液压泵能用于向
液压转向系统供应液压流体。该泵可具有固定排量，因为电动机的速
度可以改变以实现来自所述泵的期望的液压流体流。所述电动机和泵
可静止不动，以在不要求转向时节约能量。当要求转向时，能够通过
提供液压流体压力的蓄能器来获得快速响应，该液压流体压力产生要
传送到电动机/所述泵的控制单元的LS-信号。然而，只要转向系统的
负载压力超过由蓄能器提供的压力，传送到所述泵的该LS-信号仍然由
转向系统的负载压力以传统的方式产生，以实现由所述泵提供的期望
的液压流体压力。
根据另一方面，本发明还涉及一种用于控制根据权利要求11所述
的液压负载感测系统的方法。通过根据本发明的方法，能够获得与上
文针对液压负载感测系统所述的相同的优点。
根据一个实施例，该方法包括以下步骤：使用由蓄能器压力产生
的LS-信号来启动所述泵并开始通过所述泵向致动器提供液压流体。通
过使用由蓄能器压力产生的LS-信号来启动所述泵并开始通过所述泵
向致动器提供液压流体，当操作者请求致动器的运行时，即使所述泵
未运转，也能使延迟时间保持相对短。
在以下描述和从属权利要求中，公开了本发明的其他优点和有利
特征。
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。
在这些图中：
图1是侧视图，示出了具有根据本发明的液压系统的轮式装载机；
图2示出了根据本发明的液压负载感测系统的一个实施例；
图3示出了根据本发明的液压感测系统的另一个实施例；并且
图4是根据本发明的方法的一个实施例的流程图。
具体实施方式
图1是轮式装载机形式的工程机械1的示图。该轮式装载机是能
够采用根据本发明的液压负载感测系统的工程机械的一个实例。
该轮式装载机具有器具2。该术语“器具”旨在包括任一种通过液压
技术控制的工具，例如铲斗、货叉或抓取工具。图中所示的器具是铲
斗3，其布置在用于提升和降低铲斗3的负载臂4上，进一步地，该铲
斗能够相对于所述负载臂倾斜。在图1所示的示例性实施例中，该轮
式装载机的液压系统具有用于负载臂4的操作的两个液压缸5、6和用
于使铲斗3相对于负载臂4倾斜的一个液压缸7。
该轮式装载机的液压系统还包括两个液压缸8、9(即，转向缸)，
这两个液压缸8、9布置在轮式装载机1的两个相反侧，用于通过前车
身部分10和后车身部分11的相对运动而使轮式装载机转向。
换句话说，该轮式装载机是通过转向缸8、9进行转向的铰接式车
架转向轮式装载机。还存在将轮式装载机1的前车身部分10和后车身
部分11连接的枢转接头，以使这些车身部分彼此枢转地连接，从而绕
大致竖直的轴线枢转。
图2中示出了根据本发明的液压负载感测系统的一个示例性实施
例。液压系统12包括泵13，该泵13用于提供液压流体以驱动致动器
14。泵13由电动机15驱动。致动器14可以是一个或多个液压缸或者
是任何其他液压设备。该液压系统还包括液压蓄能器16。液压蓄能器
16能够被填充有加压的液压流体。该液压蓄能器16被布置成提供液压
流体压力，该液压流体压力用于产生LS-信号以控制由泵13提供的液
压流体压力。
如图中示意性地示出的，该液压系统包括用于控制所述致动器14
的控制阀17。该液压系统优选布置成从控制单元18接收信号。该控制
单元18也连接到某种操作者输入装置，例如操作杆19。作为对操作者
的请求的响应，控制单元18对控制阀17进行控制并打开该控制阀，
以将液压流体从泵13提供到致动器14。该液压系统还包括压力传感器
20，该压力传感器20测量用于所述LS-信号的负载压力。与压力传感
器20测量到的压力相对应的信号被传送到控制单元18，并且所述LS-
信号从控制单元18传送到驱动所述泵的电动机15和/或传送到泵13。
这可以通过电机控制单元21来执行。电机控制单元21可以是主控制
单元18的一部分或者是与主控制单元18通信的独立单元。如果使用
具有可变排量的泵，那么，对电动机15和泵13的控制可以包括该电
动机的启动和停止、该电动机的速度和/或扭矩、以及对该泵的排量的
调节。然而，在图2所示的示例性实施例中，该泵具有固定排量。尽
管所示出的泵是具有固定排量类型的泵(因为可通过电动机的速度来
控制该泵的容量)，但也可以使用另一种具有可变排量的泵。
通常，当致动器14工作且泵13向该致动器提供液压流体时，泵
13将提供相当于致动器14的负载压力加上一个偏移量(offset)的液
压流体压力，例如是负载压力加上20巴。这意味着所述控制阀17上
具有压降。优选通过布置在泵13处的压力传感器22来测量该泵的压
力。
然而，如果泵13已关闭且未被驱动(并且所述致动器不工作)，
则不存在负载压力。即使响应于操作者的请求而随后打开控制阀17来
启动致动器14，在致动器14内最初不存在(或者仅有非常小的)负载
压力。这又意味着：没有(相关的)LS-信号由该致动器的负载压力产
生，并且该泵将不启动，或者，从请求该致动器运行的时间点到该泵
以所要求的压力提供液压流体的时间点之间的时间过长。
然而，当使用根据本发明的液压系统时，克服了该问题，这是因
为：优选以与泵13相同的方式经由所述控制阀17流体地连接到致动
器14的蓄能器16提供用于产生所述LS-信号的液压流体压力。蓄能器
16可以与泵13连接到控制阀17的同一个入口31。一旦控制阀17被
打开，就可以利用来自该蓄能器的流体压力。然后，至少在一开始能
够基于由液压蓄能器16产生的压力来控制泵13。通过由来自蓄能器
16的压力产生的LS-信号，电动机15和泵13被启动并且泵13将提供
相当于该LS压力加上一个偏移量的液压流体压力。
此外，至少在泵13刚开始启动但还不能提供致动器14的运行所
需的压力时，液压蓄能器16还能布置成向致动器14提供液压流体以
驱动该致动器(假设该蓄能器压力是足够的)。可以使用来自蓄能器
16的液压流体，直到所述泵的压力已经达到超过蓄能器压力的压力。
因此，能够进一步减少任何由于泵13的启动而带来的延迟时间，并且
响应将更快。在这种连接结构中，泵13和蓄能器16被流体地连接到
控制阀17的同一个入口31，以向致动器14提供液压流体。
如图2中进一步示出的，该液压系统可以包括供给管线23，该供
给管线23从泵13延伸到控制阀17并进一步延伸到致动器14，用于向
致动器14提供液压流体。该液压系统还可以包括排放管线24，该排放
管线24从致动器14延伸到控制阀17并进一步延伸到油箱25，用于排
空该致动器14。蓄能器16能够连接到供给管线23，并且优选地，蓄
能器16通过止回阀26而被连接，以允许液压流体在从液压蓄能器16
到致动器14的方向上流动，但不允许在相反方向上流动。
此外，液压蓄能器16能够流体地连接到泵13，用于在泵13被驱
动并提供比蓄能器16中的压力高的压力时对蓄能器16加载。泵13和
液压蓄能器16之间的连接管线17适合具有减压阀28，该减压阀28允
许液压蓄能器16被加载到预定的最大液压蓄能器压力。因此，当泵13
被驱动时，即，在致动器14运行期间，液压蓄能器16能够被连续加
载。压力传感器35优选布置在液压蓄能器16处，以测量蓄能器16中
的压力。如果液压蓄能器16中的压力下降到低于阈值，则控制所述泵
13以对该蓄能器加载并升高其压力。因此，能够确保该液压蓄能器中
的压力将不低于预定的最小液压蓄能器压力。
此外，优选布置有一个或多个另外的止回阀29、30，以阻止液压
流体在从蓄能器16到泵13的方向上或者在从致动器到该泵的方向上
流动。该蓄能器的最大压力的大小可以优选为该泵的正常工作压力的
大约10-50％或最大泵压力的大约10-50％。仅作为示例，该蓄能器的液
压流体的压力可以为30-50巴。
在图3中，示出了根据本发明的液压负载感测系统的另一实施例。
在本实施例中，致动器14具有两个液压缸14a、14b，这两个液压缸
14a、14b被布置成提供该工程机械1的铰接式车架转向机构。本发明
在如下这种应用中特别有用：在该应用中，当存在来自操作者的转向
请求时，获得快速响应是很重要的。对于参考图3描述的根据本发明
的液压系统的实施例，将仅详细描述这些实施例独有的特征和功能。
图3中使用的与图2中相同的附图标记表示已参考图2描述的相同或
相似的部件，因此在下文中，将仅简要地描述或者完全不描述这些部
件。
特别地，连接到某种操作者输入设备(例如，参考图2描述但未
在图3中示出的操作杆19和电机控制单元21)的主控制单元18也可
相应地应用在图3所示的实施例中。
图3中示意性地示出的液压缸14a、14b能够机械地连接到该工程
机械，用于参考图1如上文所述的转向缸8、9，以获得转向机构。液
压缸14a、14b优选交叉地联接(cross-coupled)，使得液压流体被提
供到一个液压缸的活塞侧，与此同时液压流体被提供到另一个液压缸
的活塞杆侧，反之亦然。因此，这两个液压缸14a、14b都可以用于向
左转向以及向右转向。
在图3中，详细地示出了控制阀或转向阀17。除了转向阀17之
外，该液压系统还包括用于控制该转向阀17的两个先导阀32、33以
及用于提供先导压力的压力源34。通过该先导压力，转向阀阀芯能够
移动到期望的位置，以控制通过转向阀17的液压流体的流动。
响应于操作者的转向请求，控制单元控制转向阀17并且该转向阀
被打开以将液压流体从泵13提供到液压转向缸14a、14b。该控制单元
根据期望的转向方向将信号发送到所述先导阀之一。在图3所示的示
例中，该控制单元已将信号发送到先导阀32，以允许先导液压流体的
流动使转向阀阀芯向右移动。在该阀芯位置上，转向阀17被打开，以
使液压流体经由入口31流过转向阀17并进一步流到液压转向缸14a、
14b。该液压系统还包括压力传感器20，该压力传感器20测量用于所
述LS-信号的负载压力。该压力传感器20能够布置成测量转向阀17内
的压力。
同样如前文所描述的，当致动器14中不存在负载压力时，或者换
句话说，当泵13不提供任何液压流体或者该液压流体的压力低于液压
蓄能器16的压力时，蓄能器16能够提供用于产生所述LS-信号的液压
流体压力。蓄能器16可以与泵13连接到转向阀17的同一个入口31，
从而使压力传感器20能够测量由蓄能器流体压力产生的LS压力。一
旦控制阀17被打开，就可以利用来自蓄能器16的流体压力。然后，
至少在一开始能够基于由液压蓄能器16产生的压力来控制泵13。通过
由来自蓄能器16的压力产生的LS-信号，电动机15和泵13被启动并
且泵13将提供相当于该LS压力加上一个偏移量的液压流体压力。
尽管已结合一种转向系统(其中，转向阀由图3所示的先导压力
和先导阀控制)描述了本发明和液压蓄能器的使用，但本发明也可适
用于具有以任何其他适当的方式控制的转向阀的系统。例如，通常还
存在额外的转向功能：其中，操作者可以通过机械连接到所述转向阀
以移动转向阀阀芯的转向杆和方向盘来控制所述转向阀，即，所谓的
转阀式转向(steering with orbitrol)。
本发明还涉及一种用于控制液压负载感测系统的方法。尽管在此
将参考图4中的流程图来描述该方法，该方法可进一步实现如上所述
的其他特征中的任一个，特别是参考图1、2和3的特征。对于该液压
系统的部件，仍将使用与图2和图3相关的附图标记。该方法适用于
包括泵13和液压蓄能器16的液压系统，该泵13用于提供液压流体以
驱动致动器14。该方法包括以下步骤：通过液压蓄能器16提供液压流
体压力，该液压流体压力用于产生LS-信号以控制由泵13提供的液压
流体压力。
在图4所示的示例性实施例中，在第一步骤S50中，操作者通过
操作者输入装置19请求转向，因此，来自该操作者输入装置的信号被
发送到控制单元18。在第二步骤S60中，控制单元接收该信号并将对
应的信号发送到先导阀32以控制转向阀17。在第三步骤S70中，先导
阀32控制来自先导压力源34的液压流体的流动，以获得转向阀17的
阀芯的期望位置。因此，转向阀17被打开，并且经由转向阀17的入
口31在蓄能器16和LS压力传感器之间建立了连接。在进一步的步骤
S80中，LS压力传感器20测量由蓄能器16产生的压力并将相应的信
号发送到控制单元18。在进一步的步骤S90中，控制单元18接收来自
LS压力传感器20的该信号并根据该LS-信号来控制用于驱动泵13的
电动机15。这可以通过连接到主控制单元18的电机控制单元21来执
行，该电机控制单元21调节电动机14的速度/扭矩。在接下来的步骤
S100中，通过控制电动机15的速度/扭矩，将把泵压力设定为所测量
到的LS压力加上一个偏移量。当该方法应用于图3所示的系统时，当
供给管线23内的压力与液压缸14a、14b的外部负载相比足够高时，
液压缸14a、14b将开始移动。取决于液压缸14a、14b的负载，这将通
过由蓄能器16产生的压力而立即发生，或者，如果压力不足，这将通
过由泵13产生的更高压力而略微延迟地发生。然而，即使所述泵在该
工程机械的操作者请求转向操作时未工作，通过使用由蓄能器压力产
生的LS-信号来启动泵13并开始通过泵13向致动器14提供液压流体，
也能够使该延迟时间保持相对短。
应当理解，本发明不限于上文所述并在附图中示出的实施例，而
是，本领域技术人员将会认识到，在所附权利要求的范围内，可以进
行许多修改和变型。