[0001] 本公开涉及一种液压系统和一种包括液压系统的作业车辆(working vehicle，工作车)。

[0002] 诸如挖掘机、反铲装载机、伸缩臂叉车、滑移转向装载机、翻斗车等的 作业车辆通常具有一个或多个由液压致动的装置，诸如工作臂致动器、履带 马达、挖掘斗致动器等。这种由液压致动的装置是通过接收来自液压泵的液 压流体的流来操作的。

[0003] 从液压泵到由液压致动的装置(例如，液压致动器或马达)的液压流体 的流需要被控制，以提供由液压致动的装置的稳定操作。类似地，离开由液 压致动的装置的液压流体的流也需要被控制，以防止由液压致动的装置上的 载荷过载，并且提供对被动载荷的稳定控制。

[0004] 通常，通过改变比例控制阀的“流入计量(meter in，入口节流)”面积来 控制供给到由液压致动的装置的液压流体的流速。对于给定的泵输出，与较 大的“流入计量”面积(入口节流面积)相比，较小的“流入计量”面积引 起的液压流体到由液压致动的装置的流速较低。类似地，从由液压致动的装 置排出的液压流体的流速和液压通常是通过改变比例控制阀的“流出计量 (meter out，出口节流)”面积来控制。对于给定的泵输出和“流入计量”面 积，较小的“流出计量”面积(出口节流面积，与较大的“流出计量”面积 相比)引起的来自液压致动的装置的液压流体的流速较低。此外，与较小“流 出计量”面积相关联的较低的液压流体流速导致了将由液压致动的装置连接 到比例控制阀的液压流体管线中的压力增大。

[0005] “流入计量”和“流出计量”面积的尺寸是变化的，以便优化供给到由 液压致动的装置或从由液压致动的装置排出的液压流体的流速和压力。例如， 当使用液压缸将一载荷沿由重力补充的方向移动时，这可能导致“失控载荷(runaway load)”，这导致液压缸的空化(cavitation，空穴作用)。在这种情况 下，可以减小“流出计量”面积以减小离开液压缸的液压流体的流速并增大 液压缸的出口侧上的压力。这确保了载荷的稳定运动。

[0006] 作为另一示例，当需要单个液压泵向两个或更多个由液压致动的装置提 供液压流体时，由泵供给的液压流体基于相应的“流入计量”面积的尺寸而 在由液压致动的装置之间共享。例如，相对于由液压致动的第二装置的“流 入计量”面积的尺寸，增大由液压致动的第一装置的“流入计量”面积的尺 寸(例如，通过改变相关联的压力补偿器的限制部)，引起供给到由液压致动 的第一装置的泵输出的比例的增大。

[0007] 限制“流入计量”面积以控制流向由液压致动的装置的流体的流的不利 方面在于，这引起比例控制阀上游的压力增大，这会降低液压系统的效率(例 如，由于与压力增大相关联的温度升高而导致)。

[0008] 本公开寻求克服或者至少缓解现有技术的一个或多个问题。

[0159] 参照图1，根据一实施例的工作机以附图标记10表示。工作机10具 有底盘12、附接到底盘12的工作臂14、以及连接到工作臂14的自由端的 工具(器具)16。在所示实施例中，设置履带18来使工作机10移动。在 替代实施例中，设置车轮而不是履带18来使工作机10移动。

[0160] 工作机10包括驾驶室20，该驾驶室具有用于移动工作臂14、履带18 或控制工作机10的其它功能的控制部(control)22的集合。

[0161] 工作臂14包括可枢转地附接到底盘12的动臂24、可枢转地附接到动 臂24的铲斗臂26以及可枢转地附接到铲斗臂26的工具。在所示的实施例 中，该工具是挖掘斗16，其用于转移泥土和物料搬运操作(例如，挖沟、 平整及装载)以及物料搬运(例如，在沟渠中填放集料、提升物料、以及将 它们放置在升高的平台上)。在替代实施例中，挖掘斗16被去掉并用诸如 液压锤钻之类的替代工具将其替换。

[0162] 设置动臂致动器28以将动臂24沿上升方向和下降方向移动。工作机 10还包括用于使铲斗臂26相对于动臂24枢转的铲斗致动器30，以及用于 使挖掘斗16相对于铲斗臂26枢转的挖掘斗致动器32。

[0163] 如图2中以示意性形式示出但未在图1中示出，工作机10还包括：左 履带马达34和右履带马达36，用于使左履带和右履带18前后移动；回转 马达38，用于使底盘12相对于履带18回转；摆动致动器40，用于使工作 臂14围绕竖直轴线相对于底盘12枢转；推土致动器42，用于致动推土铲 44；以及履带延伸致动器46，用于改变履带18的长度。在一些实施例中， 工作机10还包括一个或多个辅助液压端口(未示出)。

[0164] 在所示实施例中，工作机10是回转挖掘机。在替代实施例中，工作机 10是包括一个或多个由液压致动的装置28、30、32、34、36、38、40、 42、46的另一类型的工作机。

[0165] 工作机10还包括液压系统，用以控制由液压致动的装置28、30、32、 34、36、38、40、42、46，这将参照图2至图6更详细地描述。

[0166] 在一些实施例中，作业车辆10是电动作业车辆、以燃料电池提供电力 的作业车辆(例如，包括氢燃料电池的作业车辆)或具有电动力源和替代 动力源的类型的混合动力作业车辆。现已发现，与传统的独立计量液压系 统相比，以下描述的本公开的各方面将液压系统损失显著减少50％之多。 当液压系统用于电动作业车辆10上时，这导致电池能量消耗成比例地减 少，或者当液压系统用于以燃料电池提供电力的作业车辆时，这导致燃料 消耗成比例地减少。

[0167] 现参照图2，图1的工作机10的液压系统以附图标记48表示。液压系 统48被配置为用以将液压流体供给到由液压致动的装置28、30、32、34、 36、38、40、42、46。

[0168] 如下文将更详细描述的那样，液压系统48包括多个液压泵组件50A、 50B、50C，每个液压泵组件用于将液压流体的可变输出从储罐56供给到 一个或多个由液压致动的装置28、30、32、34、36、38、40、42、46。

[0169] 在所示的实施例中，每个液压泵组件50A、50B、50C由相应的电动马 达51A、51B、51C驱动，并且液压系统48被配置为使得通过调整相关联 的电动马达51A、51B、51C的旋转速度而改变来自每个液压泵组件50A、 50B、50C的液压流体的输出。这种布置对来自液压泵组件50A、50B、 50C的液压流体输出提供了简单和有效的控制。此外，当作业车辆10是没 有内燃机的电动作业车辆或以燃料电池提供电力的作业车辆以提供用于液 压泵组件50A、
50B、50C的机械驱动时，或者当作业车辆10是内燃机不 连续地操作的混合动力作业车辆10时，使用电动马达51A、51B、51C来 驱动液压泵组件50A、50B、50C是特别有益的。在替代实施例中，液压泵 组件50A、50B、50C分别由机械驱动的轴(例如，联接到内燃机的轴)驱 动，并且分别包括用于改变用于液压泵组件50A、50B、50C的液压流体的 输出的可变排量泵。

[0170] 如下面将更详细地描述的那样，第一组由液压致动的装置28、30、 32、34、36、38、40、42、46被同时致动以执行作业车辆10的第一组功 能，以及不被致动以便执行作业车辆
10的第二组功能。第一组由液压致动 的装置包括动臂致动器28、铲斗致动器30和挖掘斗致动器32，并且第一组 功能涉及工作臂14的运动。例如，第一组功能包括利用工作臂14挖掘物 料；升高/降低工作臂14；使工作臂14围绕竖直轴线回转；以及/或者从工 作臂倾倒所挖掘的物料。

[0171] 参照表1，挖掘功能通常需要同时以相对较低的压力来致动动臂致动 器28、以相对较高的压力来致动铲斗致动器30以及以中等压力致动挖掘斗 致动器32。组合的提升和回转功能通常需要同时以相对较高的压力致动动 臂致动器28、以相对较低的压力致动铲斗致动器30以及以相对较高的压力 致动回转马达38。倾倒功能通常需要同时以高压力致动动臂致动器28、以 相对较低的压力致动铲斗致动器30以及以相对较低的压力致动挖掘斗致动 器32。返回沟渠的功能(即，在倾倒挖掘的载荷之后)通常需要以相对较 低的压力同时致动动臂致动器28和铲斗致动器30，以及以中等压力致动回 转马达38。

[0172] 应理解的是，表1仅示出了典型的压力范围，并且由液压致动的装置 28、30、32、34、36、38、40、42、46的致动压力可以基于系统的动态特 性而在整个工作机功能中变化。例如，当回转马达38在加速回转动作期间 以高压力操作时，如果实现恒定速度的回转动作，则压力将降低。

[0173] 表1：工作机的功能和相关联的由液压致动的装置的相对致动压力的 概览[0174]

[0175] 如下面将更详细描述的那样，第二组由液压致动的装置28、30、32、 34、36、38、40、42、46被同时致动以执行作业车辆10的第二组功能，不 被致动以执行作业车辆10的第一组功能。第二组由液压致动的装置包括左 履带马达34和右履带马达36，并且第二组功能涉及底盘12的运动。例如， 第二组功能包括使底盘12以直线或弯曲路径向前或向后移动，或者使底盘 12围绕竖直轴线旋转(例如，通过使左履带18和右履带18沿相反方向旋 转)。

[0176] 在所示实施例中，第二组由液压致动的装置还包括推土致动器42，并 且第二组功能还包括利用推土铲44整平物料(例如，通过移动底盘12同时 致动推土铲44)。

[0177] 再次参照表1，行进功能通常需要以中等压力同时致动左履带马达34 和右履带马达36。推土铲44的整平功能通常需要以相对较低的压力致动推 土致动器42，同时以相对较高的压力致动左履带马达34和右履带马达36。

[0178] 应理解的是，不同致动器的致动压力将根据工作机10和液压系统48 的设计而变化。例如，在一些实施例中，相对较高的压力在100至250bar 的范围内，相对较低的压力在0至50bar的范围内，而中等压力在这些范围 之间(即，在50至100bar的范围内)。这些示例压力范围用于小型中型挖 掘机。应理解的是，较大的挖掘机或其它作业车辆可以以更高的压力操 作。

[0179] 如下面将更详细描述的那样，液压系统48被布置为使得第一组的每个 由液压致动的装置28、30、32由不同的液压泵组件50A、50B、50C供 给。液压系统48还被布置为使得第二组的每个由液压致动的装置34、36、 42由不同的液压泵组件50A、50B、50C供给。这使得通常同时致动的由液 压致动的装置被有效地脱离(de‑couple，脱接)，因为它们由不同的液压泵 组件供给。

[0180] 然而，应理解的是，液压系统48的这种结构不排除来自第一和第二组 的由液压致动的装置的同时致动。例如，仍然可以执行第三组的非典型功 能，其中底盘12和工作臂14同时移动(例如，通过在利用履带18移动底 盘12的同时利用工作臂14进行倾倒来铺开挖掘的物料)。

[0181] 在一些实施例中，液压泵组件50A、50B、50C中的至少一个被布置为 用于将液压流体供给到第一组的由液压致动的装置28、30、32和第二组的 由液压致动的装置34、36、42两者。

[0182] 在图2中示出的实施例中，液压系统48包括三个液压泵组件50A、50B、50C，分别用于将液压流体的可变输出从储罐56供给到由液压致动 的装置28、30、32、34、36、38、40、42、46中的两个或更多个。换句话 说，液压泵组件50A、50B、50C均是共享的泵组件。在一些由液压致动的 装置(例如，通常在类似载荷压力下操作的装置)之间共享泵流量产生比为 每个由液压致动的装置提供专用液压泵组件更便宜/更小的泵系统。

[0183] 然而，在替代实施例中，为每个由液压致动的装置28、30、32、34、 36、38、40、42、46提供专用的液压泵组件(即，液压泵组件的数量等于 由液压致动的装置28、30、32、34、36、38、40、42、46的数量)。在替 代实施例中，提供多于或少于三个液压泵组件。在替代实施例中，液压泵 组件中的一些是供给两个或更多个装置的共享的泵组件，而液压泵组件中 的一些是供给单个由液压致动的装置的专用液压泵组件。

[0184] 在一些实施例中，液压系统48被配置为使得共享的泵组件50A、 50B、50C中的每一个将液压流体同时供给到两个或更多个由液压致动的装 置28、30、32、34、36、38、40、42、46，如下面将更详细描述的那样。 在替代实施例中，液压系统48被配置为使得共享的泵组件50A、50B和 50C中的每一个在任何时刻仅向单个由液压致动的装置28、30、32、34、 36、
38、40、42、46供给液压流体。

[0185] 在所示实施例中，第一液压泵组件50A将液压流体供给到摆动致动器 40、铲斗致动器30和左侧履带马达34；第二液压泵组件50B将液压流体供 给到右侧履带马达36、回转马达38和挖掘斗致动器32；并且第三液压泵组 件50C将液压流体供给到推土致动器42、履带延伸致动器46和动臂致动器 28。

[0186] 现已发现，这种液压系统配置是使得通常被同时致动的那些由液压致 动的装置28、30、32、34、36、38、40、42、46脱离的特别有效的方式， 并且因此降低与由共享的泵组件
50A、50B、50C驱动的液压流体的平行流 相关联的液压系统效率损失。此外，由这种配置的共用泵组件驱动的那些 由液压致动的装置28、30、32、34、36、38、40、42、46通常以类似的载 荷压力操作，这允许每个液压泵组件50A、50B、50C以最佳尺寸设计，并 且减少了当多个装置由共享的泵组件同时致动时分流所需的限制/补偿量 (如下面更详细描述的那样)。

[0187] 左履带马达34和右履带马达36通常在作业车辆10上串联使用(例如， 当使作业车辆10直线移动时)。因此，使左履带马达34和右履带马达36 由不同的液压泵组件50A、50B供给提供了作业车辆10的独立直线追踪控 制和可靠运动。类似地，动臂致动器28、铲斗臂致动器30和挖掘斗致动器 32通常在作业车辆10上串联使用(例如，当使工作臂14移动时)。因此， 通过使动臂致动器28、铲斗致动器30和挖掘斗致动器32由不同的液压泵 组件50A、50B、50C供给，提供了独立的工作臂肢体控制和工作臂14的 可靠运动。

[0188] 相反，履带马达34、36通常不与作业车辆10的工作臂致动器28、 30、32串联使用。例如，最常见的是，作业车辆10在工作臂14静止的情 况下移动，或者作业车辆10在移动工作臂14的同时是静止的。因此，与 通常一起致动的装置共享共同的液压泵组件的情况相比，从同一液压泵组 件50A、50B对履带马达34、36和工作臂致动器28、30、32供给液压流体 不太可能引起与共享的泵流量相关联的平行损失。

[0189] 换句话说，通常一起致动的那些由液压致动的装置28、30、32、34、 36、38、40、42、46被有效地脱离，这是由于它们是由不同的液压泵组件 供给。

[0190] 尽管如此，在履带马达34、36和工作臂致动器28、30、32同时致动 的操作状况下(例如，在平整操作期间)，这种液压系统配置方式仍然允许 通过相应的压力补偿器70(如下面参照图3所讨论的)的控制而同时致动， 以共享来自共享泵组件的液压流体的流量。

[0191] 液压系统48还包括多个比例控制阀52，这些比例控制阀分别连接到相 应的由液压致动的装置28、30、32、34、36、38、40、42、46。液压系统 48被布置为使得离开每个由液压致动的装置28、30、32、34、36、38、 40、42、46的液压流体在经由储罐管线58返回到储罐56之前流经相应的 比例控制阀52的第一限制部。

[0192] 在所示实施例中，动臂致动器28、铲斗致动器30、挖掘斗致动器32、 左履带马达34、右履带马达36、回转马达38和摆动致动器40分别连接到 专用的比例控制阀52。相反，推土致动器42和履带延伸致动器46经由切 换阀53连接到共同的比例控制阀52。切换阀53具有将推土致动器42连接 到相关联的比例控制阀52的第一状态和将履带延伸致动器连接到相关联的 比例控制阀52的第二状态。当多个由液压致动的装置将永远不被同时致动 (例如，推土铲44的致动和履带18的延伸)时，这种切换布置是合适的。 切换装置还减少了比切换阀相对更加昂贵/复杂的比例控制阀52的所需数 量。然而，应理解的是，无论在何处由液压致动的装置可能需要同时致 动，它们都将连接到独立的比例控制阀52。

[0193] 在所示实施例中，存在三个阀组54A、54B、54C，这些阀组分别从所 述三个液压泵组件50A、50B、50C中的相应一个接收液压流体。比例控制 阀52中的每一个是阀组54A、54B、54C中的一个的一部分。为了简单起 见，阀组54A、54B、54C和比例控制阀52在图2中示意性地示出。阀组 54A和比例控制阀52的具体细节在图3中示出，如下所述。

[0194] 液压系统48被配置为用于通过改变来自液压泵组件50A、50B、50C 的液压流体的输出来控制供给到每个由液压致动的装置28、30、32、34、 36、38、40、42、46的液压流体的流。液压系统48还被配置为用于通过调 整相应比例控制阀52的限制区域来控制离开每个由液压致动的装置28、 30、32、34、36、38、40、42、46的液压流体的流，如将在下文更详细地 描述的那样。

[0195] 液压系统48被配置为使得比例控制阀52的限制与来自液压泵组件 50A、50B、50C的输出无关地被控制。通过与来自液压泵组件50A、 50B、50C的输出无关(相独立)的方式对比例控制阀52的限制进行控制， 这允许由液压致动的装置28、30、32、34、36、38、40、42、46的入口侧 的压力与由液压致动的装置28、30、32、34、36、38、40、42、46的出口 侧的压力被单独进行控制。现已发现，这提高了系统的可控性并提高了液压 系统48的效率。

[0196] 参照图4，每个比例控制阀52均能够在第一打开位置62与第二打开位 置64之间的第一开度范围60内移动。每个比例控制阀52均限定第一流动 路径，来自相应由液压致动的装置28、30、32、34、36、38、40、42、46 的液压流体流过该第一流动路径。比例控制阀52分别被配置为使得随着比 例控制阀52从第一打开位置62移动到第二打开位置64，第一流动路径的 限制区域的尺寸减小，以便增大相应由液压致动的装置28、30、32、34、36、38、40、42、46的出口侧中的液压流体的压力。

[0197] 参照图5，比例控制阀52中的每一个还限定第二流动路径，并且液压 系统48被布置为使得比例控制阀52分别将液压泵组件50A、50B、50C中 的一个连接到相应的由液压致动的装置28、30、32、34、36、38、40、 42、46，使得由液压泵组件50A、50B、50C中的所述一个供给到所述由液 压致动的装置28、30、32、34、36、38、40、42、46的液压流体流经第二 流动路径。换句话说，每一个比例控制阀52被布置为使得第二流动路径设 置在由液压致动的装置28、30、32、34、36、38、40、42、46中的一个与 连接到相应的液压泵组件50A、50B、50C的液压供给管线66A、66B、66C 之间。

[0198] 当比例控制阀的打开位置处于所述第一开度范围内时，比例控制阀52 中的每一个被配置为使得跨第二流动路径的限制区域的压力差小于最大系 统压力的10％。例如，当最大系统压力为230bar时，当比例控制阀52的 打开位置处于第一开度范围60内时，第二流动路径的限制区域首尾的压力 差小于23bar。在一些实施例中，当比例控制阀52在第一打开位置62处 时，第二流动路径的限制区域首尾的压力差在0.5bar至4bar(例如1bar) 的范围内，并且当比例控制阀52在第二打开位置64处时，第二流动路径的 限制区域首尾的压力差在5bar至10bar(例如7bar)的范围内。

[0199] 应理解的是，比例控制阀52的第一开度范围60根据来自相关联的液 压泵组件50A、50B、50C的液压流体的输出而不同。例如，在相关联液压 泵组件50A、50B、50C的最大流速的100％处，第一开度范围60可以从第 二流动路径的最大限制区域的100％的第一打开位置62跨越到第二流动路 径的最大限制区域的70％的第二打开位置64。对于相同的液压系统，在相 关联液压泵组件50A、50B、50C的最大流速的50％处，第一开度范围60 可以从第二流动路径的最大限制区域的100％的第一打开位置62跨越到第 二流动路径的最大限制区域的大约53％的第二打开位置64。在替代实施例 中，第二打开位置64不同于以上概述的那些(例如，在100％流速下大于 或小于最大限制区域的70％，并且在50％流速下大于或小于最大限制区域 的53％)。在任何情况下，对于给定的液压系统配置，当由相关联的液压 泵组件50A、50B、50C供给的流体的流速较低时，限定第一开度范围60 的底部的第二打开位置64将较低。

[0200] 应理解的是，比例控制阀52中的每一个还可以被设定到第一开度范围 60之外的打开位置，以便进一步将第一和第二流动路径的限制区域的尺寸 减小到完全关闭的位置。换句话说，比例控制阀52能够在第二开度范围内 在第二打开位置64与关闭位置之间移动。

[0201] 现参照图3，每个比例控制阀52都是方向比例控制阀。换句话说，比 例控制阀52中的每一个具有：第一状态68A，用于沿第一方向(例如，液 压缸的延伸方向)驱动相关联的由液压致动的装置28、30、32、34、36、 38、40、42、46；第二状态68B，用于沿第二方向(例如，液压缸的缩回方 向)驱动相关联的由液压致动的装置28、30、32、34、36、38、40、42、 46；以及中性状态68C，用于阻止液压流体流入/流出相关联的由液压致动 的装置28、30、32、34、36、38、40、42、46。这样，第一状态68A和第 二状态68B中的每一个包括第一流动路径(连接到储罐管线58)和第二流 动路径(连接到相关联的供给管线66A、66B、66C)，它们的尺寸被设计 成能提供以上参照图4和图5所描述的行为。

[0202] 比例控制阀52是方向比例控制阀允许通过改变方向比例控制阀52的 方向而沿两个方向(例如，液压缸的延伸/缩回，或液压马达的顺时针/逆时 针旋转)致动由液压致动的装置28、30、32、34、36、38、40、42、46。 这消除了对改变由液压致动的装置28、30、32、34、36、38、40、42、46 的致动方向的额外的控制阀的需要。

[0203] 然而，在替代实施例中，比例控制阀52不是方向控制阀。例如，在一 些实施例中，为每个由液压致动的装置28、30、32、34、36、38、40、 42、46提供两个单独的比例控制阀52，这两个单独的比例控制阀52被配置 为使相关联的由液压致动的装置28、30、32、34、36、38、40、42、46沿 不同方向运动。

[0204] 液压系统48还包括多个压力补偿器70。压力补偿器70的数量对应于 连接到共享的泵组件50A、50B、50C的比例控制阀52的数量。例如，在 图3中示出的阀组54A中，存在三个连接到液压供给管线66A的比例控制 阀52和三个相关联的压力补偿器70。换句话说，由共享的泵组件50A供给 的每个由液压致动的装置30、34、40经由相应的压力补偿器70连接到共享 的泵组件50A。压力补偿器70被布置为限制流入它们相应的由液压致动的 装置30、34、40中的流量，以控制由共享的泵组件50A供给的液压流体在 多个由液压致动的装置30、
34、40之间的流量的份额。

[0205] 在所示实施例中，压力补偿器70中的每一个是通常称为“预补偿器” 的类型，由此压力补偿器70设置在液压泵组件50A与相关联的比例控制阀 52之间。每个压力补偿器70的补偿器打开面积是由跨越相关联的比例控制 阀52的压力差(其与通过跨越比例控制阀52的第二流动路径的限制区域的 流量成比例)控制，并且由弹簧72偏置打开。

[0206] 当跨越相关联比例控制阀52的所述压力差达到弹簧72的设定值时， 补偿器开口面积的尺寸减小到开始对从液压泵组件50A到相关联由液压致 动的装置30、34、40的液压流体的流形成额外限制的点。如果跨越相关联 的比例控制阀52的压力差进一步增大，则减小补偿器打开面积进一步限制 液压流体从液压泵组件50A流动到相关联的由液压致动的装置30、34、40。 每个压力补偿器70被设计成具有“增益”，以限定补偿器开口面积对于跨 相关联的比例控制阀52的给定压力差所生成的额外限制的量，并因此限定 从液压泵组件50A到相关联的由液压致动的装置30、34、40的液压流体的 流量以变化的压力水平进行控制如何被“大力地”实施。

[0207] 在一些实施例中，每个比例控制阀52被设计成使得当其打开位置在第 一开度范围60内时，跨比例控制阀52的第二流动路径的限制区域的压力差 小于相关联的压力补偿器70的弹簧72的设定值。这样，压力补偿器70的 补偿器开口保持完全打开，并且当相关联的比例控制阀52的打开位置在第 一开度范围60内时没有限制性效果。

[0208] 在一些实施例中，每个弹簧的设定值在2bar至15bar的范围内或在5 bar至10bar的范围内(例如7bar)。

[0209] 当由液压致动的装置30、34、40中只有一个被操作时，相关联的比例 控制阀52的打开位置将在第一开度范围60内。这样，相关联的压力补偿器 70完全打开，并且通过改变来自液压泵组件50A的液压流体的输出来控制 液压流体进入由液压致动的装置30、34、40的流量。换句话说，压力补偿 器70和比例控制阀52的第二流动路径的限制区域对进入由液压致动的装置 30、34、40的液压流体的流量没有显著影响。

[0210] 当多个由液压致动的装置30、34、40同时操作时，相关联的比例控制 阀52的打开位置被设定为第一开度范围之外的值，使得相关联的压力补偿 器70限制流向正在操作的由液压致动的装置30、34、40的液压流体的流。 因此，在常规方式中，压力补偿器70通过防止过量的流量流到与以较高压 力操作的其它由液压致动的装置相比以较低压力操作的由液压致动的装 置，在由液压致动的装置30、34、40之间共享来自液压泵组件50A的液压 流体的流量。

[0211] 为了控制由压力补偿器70提供的补偿量，使得某些由液压致动的装置 30、34、40优先于其它装置，与较高优先级的由液压致动的装置30、34、 40相关联的比例控制阀52被设定到刚好在第一开度范围60内的打开位置 (例如，略高于第二打开位置64)。这样，在相关联的补偿器70开始操作 之前，额外的流量可以通过比例控制阀52，给予相关联的由液压致动的装 置30、34、40优先级。

[0212] 在替代实施例中，压力补偿器70是通常称为“后补偿器”的类型。在 这样的实施例中，压力补偿器70的打开位置分别由相关联的由液压致动的 装置30、34、40的载荷压力控制。压力补偿器70人工地升高相关联的比例 控制阀52下游的压力，以跨所有比例控制阀52实现相等的压力差。在后补 偿系统中，比例控制阀52的第一和第二流动路径的限制区域将如上所述设 计，但设计弹簧72的设定值附近的第一开度范围60的要求被去除。相反， 比例控制阀52将被设计成使得当比例控制阀在第一开度范围60之外时，跨 越比例控制阀52的压力差被设定到给出相关联压力补偿器的可接受的精度 (例如5bar)的水平。

[0213] 液压系统48包括控制系统74，该控制系统被配置为控制流经液压系统 48的液压流体的流速和/或压力。在所示的实施例中，控制系统被配置为用 于通过改变从先导供给源(pilot supply)供给到比例控制阀52的第一和第 二压力端口的先导流体的压力(例如，通过控制改变先导阀75的位置的螺 线管77，如图3所示)来设定比例控制阀52的打开位置。在替代实施例 中，比例控制阀52是直接由控制系统74控制，而不是经由先导压力控制的 电磁阀。

[0214] 控制系统74还被配置为控制液压泵组件50A、50B、50C的输出(例 如，通过设定在图2中示出的电动马达51A、51B、51C的旋转速度)。

[0215] 如下文将更详细地描述的那样，控制系统74被配置用以确定每个由液 压致动的装置28、30、32、34、36、38、40、42、46的装载状况。

[0216] 在一些实施例中，控制系统74被配置为用于通过开环估计来确定这样 的装载状况。例如，在一些实施例中，控制系统74被配置为用于通过使用 典型装载状况的查阅表(例如，类似于表1中所示和上文所述的查阅表)来 估计由液压致动的装置28、30、32、34、36、38、40、42、46的装载状况。 可替代地，控制系统74可被配置用以基于一个或多个用户输入的位置(例 如，操纵杆、控制杆、踏板等)来估计装载状况。

[0217] 在一些实施例中，控制系统74被配置为通过基于指示装载状况的测量 结果的反馈来确定装载状况。

[0218] 例如，在一些实施例中，液压系统48包括一个或多个压力转换器，用 于测量由液压泵组件50A、50B、50C供给的液压流体的压力(例如，每个 泵组件一个压力转换器)，并且控制系统74被配置为用于根据由液压泵组 件50A、50B、50C供给的液压流体的测量压力来确定装载状况。

[0219] 在替代实施例中，液压系统48包括一个或多个压力传感器，用于测量 进入或离开每个由液压致动的装置的液压流体的压力(例如，用于每个由液 压致动的装置28、30、32、34、36、38、40、42、46的一对压力传感 器)，并且控制系统74配置为用于直接基于测量压力确定装载状况。

[0220] 在替代实施例中，液压系统48包括一个或多个力传感器，用于测量作 用在由液压致动的装置28、30、32、34、36、38、40、42、46上的力(例 如，每个由液压致动的装置28、30、32、34、36、38、40、42、46一个力 传感器)，并且控制系统74被配置为用于根据测量力确定装载状况。

[0221] 在替代实施例中，液压系统48包括一个或多个位置传感器，用于测量 由液压致动的装置28、30、32、34、36、38、40、42、46和/或工作机10 的其它元件(例如，动臂24、铲斗臂26、工具16)的位置，并且控制系统 74被配置为用于根据测量位置确定装载状况。

[0222] 在一些实施例中，控制系统74通过上述装置的替代装置确定装载状 况。在一些实施例中，将上述用于确定装载状况的装置中的两个或更多个 组合以提高装载状况确定的精度。

[0223] 如下文将更详细描述的那样，在确定装载状况之后，控制系统74被配 置用以调整相应比例控制阀52的限制区域，以便抑制由液压致动的装置 28、30、32、34、36、38、40、42、46的空化。

[0224] 现在将参照图6描述控制上面概述的液压系统48的方法。

[0225] 在所示的实施例中，控制系统74被配置用以设定液压泵组件50A、 50B、50C的输出指令。例如，在步骤S12处，控制系统74被配置用以基 于作业车辆10的一个或多个用户输入22计算每个由液压致动的装置28、 30、32、34、36、38、40、42、46的目标速度，并基于目标速度设定每个 液压泵组件50A、50B、50C的流量指令(步骤S14和S16)。这样，以所 需速度移动由液压致动的装置28、30、32、34、36、38、40、42、46所需 的泵流量直接由控制系统74设定，这消除了对来自泵组件50A、50B、50C 的液压流体的流量进行限制的需要(当装置没有被同时致动时)，并提高了 液压系统48的效率。

[0226] 在所示的实施例中，控制系统74被配置用以设定用于每个比例控制阀 52的打开位置指令，以改变每个比例控制阀52的第一和第二流动路径的限 制区域。

[0227] 在所示的实施例中，控制系统74被配置为用于进行以下操作：

[0228] 监测由液压致动的装置28、30、32、34、36、38、40、42、46的装载 状况；

[0229] 将所述监测到的装载状况中的每一个与相应的装载状况阈值进行比 较；

[0230] 当所述监测到的装载状况中的一个小于其相应的装载状况阈值时，设 定打开位置指令以减小相应的比例控制阀52的第一流动路径的限制区域； 以及

[0231] 当所述监测到的装载状况中的一个大于其相应的装载状况阈值时，设 定打开位置指令以增大相应的比例控制阀52的第一流动路径的限制区域。

[0232] 特别地，控制系统74被配置为用于进行以下操作：

[0233] 监测由每个液压泵组件50A、50B、50C供给的液压流体的压力(步骤 S10)；

[0234] 将监测到的压力中的每一个与相应的压力阈值进行比较(步骤S22、S24、S26)；

[0235] 当监测到的压力中的一个小于其相应的压力阈值时，设定打开位置指 令以减小相应的比例控制阀52的第一流动路径的限制区域(步骤S32)； 或者

[0236] 当所述监测到的压力中的一个大于其相应的压力阈值时，设定打开位 置指令以增大相应的比例控制阀52的第一流动路径的限制区域(步骤 S30)。

[0237] 如果泵压力远大于目标压力(如在步骤S22处计算的)，则比例控制 阀52即使在最大打开位置处也将仍然将阀面积限制到特定程度，以维持由 液压致动的装置上的良好背压(步骤S28)。

[0238] 如果泵压力与目标压力精确地匹配，则相关联的比例控制阀52的打开 位置被保持在其当前位置处(步骤S34)。

[0239] 在一些实施例中，控制系统74还被配置用以对指示由所述或每个液压 泵组件50A、50B、50C供给的液压流体压力的压力信号(在步骤S10处) 进行滤波。现已发现，这提高了控制系统74的稳定性。

[0240] 在一些实施例中，控制系统74还被配置用以设定每个压力补偿器70 的打开位置，以改变所述压力补偿器70的限制区域，以便控制由共享的泵 组件50A、50B、50C供给的液压流体在多个由液压致动的装置28、30、 32、34、36、38、40、42、46之间的流量的份额(在步骤S36处)。

[0241] 在一些实施例中，控制系统74被配置用以基于其相关联的液压泵组件 50A、50B、50C和比例控制阀52的操作状况确定每个压力补偿器70的所 需打开位置(步骤S36)。

[0242] 当上述计算指示比例控制阀52需要改变打开位置时，在步骤S38处， 比例控制阀52被移动到新的目标位置。

[0243] 现已发现，与传统的独立计量液压系统相比，上述液压系统48将液压 系统损失显著减少了50％之多。

[0244] 现在将更详细地描述根据一实施例的比例控制阀。比例控制阀52包括 用于从液压泵(例如，图2至图5的液压系统48的液压泵组件50A、50B、 50C中的泵)接收液压流体的泵端口；以及用于将液压流体供给到储罐(例 如，图2至5的液压系统的储罐56)的储罐端口。比例控制阀52还包括第 一和第二致动器端口，以用于将液压流体供给到由液压致动的装置或从由 液压致动的装置(例如，上述液压系统48的由液压致动的装置28、30、 32、34、36、
38、40、42、46中的一个)接收液压流体。

[0245] 比例控制阀52限定第一流动路径，液压流体的流从第一或第二致动器 端口通过该第一流动路径流到储罐端口。比例控制阀52还限定第二流动路 径，液压流体的流从泵端口通过该第二流动路径流到第一或第二致动器端 口。

[0246] 比例控制阀52能够在第一打开位置62与第二打开位置64之间的第一 开度范围60内移动。应理解的是，比例控制阀52的打开位置能够在第一开 度范围60内(即，在第一打开位置62、第二打开位置64或其间的任意打 开位置处)连续地移动。

[0247] 比例控制阀52被配置为使得随着比例控制阀52从第一打开位置62移 动到第二打开位置64，第一流动路径的限制区域的尺寸减小，以便增大第 一或第二致动器端口与储罐端口之间的压力差。

[0248] 比例控制阀52还被配置为使得当比例控制阀52的打开位置处于第一 开度范围60内时，跨第二流动路径的限制区域的压力差小于最大系统压力 的10％。例如，当最大系统压力为230bar时，当比例控制阀52的打开位 置处于第一开度范围60内时，跨第二流动路径的限制区域的压力差小于23 bar。在一些实施例中，当比例控制阀52处于第一打开位置62处时，跨第 二流动路径的限制区域的压力差在0.5bar至4bar(例如1bar)的范围内， 并且当比例控制阀52处于第二打开位置64时，跨第二流动路径的限制区域 的压力差在5bar至10bar(例如7bar)的范围内。

[0249] 比例控制阀52还能够在第二打开位置与关闭位置之间的第二开度范围 内移动，并且比例控制阀52被配置为使得第一和第二流动路径的限制区域 的尺寸随着比例控制阀从第二打开位置移动到关闭位置而减小，以便增大 跨第一和第二流动路径的压力差。

[0250] 现已发现，与传统的独立计量液压系统相比，上述公开的各个方面将 液压系统损失显著减少了50％之多。这使得当液压系统用于电动作业车辆 上时电池能量消耗成比例地减少，或者当液压系统用于以燃料电池提供电 力的作业车辆上时燃料消耗成比例地减少。

[0251] 应理解的是，使用被配置为如上所述操作的常规比例控制阀52(即， 方向滑阀)提供了优于具有类似功能的更复杂/昂贵的“独立计量阀”的显 著优点。

[0252] 尽管已经参照一个或多个实施例描述了本公开，但应理解的是，在不 脱离由所附权利要求限定的范围的情况下，可以进行各种改变或修改。

[0253] 例如，在替代实施例中，完全省略压力补偿器70。当在这样的实施例 中需要流量共享时，比例控制阀52的第一和第二流动路径的限制区域可以 被直接调整以控制来自相应的共享泵组件50A、50B、50C的流量的共享。 特别地，控制系统74如下实现流量共享策略。从查阅表中获取用于所选由 液压致动的装置28、30、32、34、36、38、40、42、46的典型载荷状况。 计算每个由液压致动的装置28、30、32、34、36、40、42、46相对于最高 载荷压力的所需压力差。随后，相应的比例控制阀52由控制系统74致动， 使得比例控制阀52的相应的第一和第二流动路径的组合的限制部，产生了 每个由液压致动的装置28、30、32、34、36、40、42、
46的必要压力差。 这种流量共享策略减少了部件的数量(通过省略压力补偿器70和相关联的 液压回路)，这导致液压系统的成本降低。

[0254] 应理解的是，在这种无补偿的液压系统实施例中，控制系统74遵循与 图6的流程图中所示的那些步骤类似的步骤，但是步骤S36由上面概述的 流量共享策略代替。

[0255] 在另外的替代实施例中，用于使底盘12相对于履带18回转的回转马 达38是电动马达而不是液压马达。在下文的表2中概述了这种实施例的工 作机功能和相关联压力的概述。与上文的表1相反，由于液压回转马达38 已经被电动回转马达代替，因此第三液压泵组件50C仅具有一个分配到 “组1”功能的由液压致动的装置(挖掘斗致动器32)。这样，当仅选择 “组1”功能时，将不发生流量共享，这进一步提高了液压系统的效率。

[0256] 表2：工作机功能和相关联的由液压致动的装置的相对致动压力的概览

[0257]

[0258]

[0259] 还应注意的是，虽然所附权利要求书陈明了上文所描述的特征的特定 组合，但本公开的范围不限于要求保护的特定组合，而是扩展为包含本文 单独公开的每个特征，以及本文公开的特征的任意组合。