CN103711170B - 混合动力挖掘机控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混合动力挖掘机控制方法，包括具有同轴相连的发动机及发电/电动机结构的混合动力工程机械；A、根据工作模式和油门档位确定发动机目标工作点；B、根据工作模式确定发电/电动机的控制方式；C、根据发电/电动机的控制方式计算发电/电动机的输出扭矩值N1；D、提取发电/电动机在发动机目标转速下对应的扭矩限制值N2；E、将发电/电动机的输出扭矩值N1与发电/电动机在发动机目标转速下对应的扭矩限制值N2比较，取较小值作为最终发电/电动机扭矩输出值。
Description
技术领域
本发明涉及一种混合动力工程机械的控制方法，尤其是一种混合动力挖掘机控制方法。所述混合动力工程机械应具有同轴相连的发动机与发电/电动机结构。
背景技术
挖掘机是一种应用广泛的工程机械，挖掘机在施工过程中，作业种类多、作业对象变化大，在不同的工况下需要不同的控制方法来得到所需的性能。传统的挖掘机为了适应不同的工况，对发动机进行了分工况控制，重载工况下将发动机工作点设定在额定转速下，中载工况下将发动机工作点设定在额定功率80%，轻载工况将发动机工作点设定在额定攻率60%。这种方法使得发动机能够适应不同的工况保证了重载工况的动力性要求，中载工况下的燃油经济性，轻载工况下的操作性。但是他也存在下述缺点：重载工况下发动机工作点波动厉害在负载大的时候容易出现发动机降速严重甚至熄火现象；中载工况发动机工作点不能稳定在经济区域燃油消耗严重；轻载工况发动机转速随负载变化而波动。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够有效的适应挖掘机不同的工况的混合动力挖掘机控制方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种混合动力挖掘机控制方法，包括具有同轴相连的发动机及发电/电动机结构的混合动力工程机械；A、根据工作模式和油门档位确定发动机目标工作点；B、根据工作模式确定发电/电动机的控制方式；C、根据发电/电动机的控制方式计算发电/电动机的输出扭矩值N1；D、提取发电/电动机在发动机目标转速下对应的扭矩限制值N2；E、将发电/电动机的输出扭矩值N1与发电/电动机在发动机目标转速下对应的扭矩限制值N2比较，取较小值作为最终发电/电动机扭矩输出值。
作为对本发明的混合动力挖掘机控制方法的改进：所述工作模式分为重载工作模式、中载工作模式以及轻载工作模式。
作为对本发明的混合动力挖掘机控制方法的进一步改进：发动机目标工作点为发动机目标转矩与目标转速。
作为对本发明的混合动力挖掘机控制方法的进一步改进：所述重载工作模式下的发动机目标工作点确定在外特性曲线与油门档位对应的调速线交点；所述中载工作模式下发动机目标工作点确定在最佳油耗线与油门档位对应的调速线交点；所述轻载工作模式下发动机目标工作点在油门档位对应的调速线上随泵的扭矩变化。
作为对本发明的混合动力挖掘机控制方法的进一步改进：所述最佳油耗线是由发动机在输出一定功率下燃油消耗最小的工作点所组成的曲线；所述外特性曲线是指发动机在不同转速下所能输出的转矩限制曲线；所述油门档位对应调速线是指油门档位确定情况下发动机转速随转矩变化的曲线。
作为对本发明的混合动力挖掘机控制方法的进一步改进：在轻载模式下对发电/电动机进行转速补偿控制，所述对发电/电动机进行的转速补偿控制指发电/电动机的扭矩值根据发动机实际转速与发动机目标转速差乘以设定的系数K1得到。
作为对本发明的混合动力挖掘机控制方法的进一步改进：在中载模式下对发电/电动机进行转矩补偿控制，所述对发电/电动机进行的控制转矩补偿控制指发电/电动机的扭矩值根据液压泵扭矩与发动机目标扭矩差乘以设定的系数K2得到。
作为对本发明的混合动力挖掘机控制方法的进一步改进：在重载模式下对发电/电动机进行转速补偿控制加转矩补偿控制。
本发明的混合动力挖掘机控制方法使挖掘机在轻载模式下操作稳定，中载模式下燃油消耗性提高，重载模式下保证充足的动力。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1.通过在重载模式下进行的电机补偿控制，保证了输出足够的功率，同时避免发动机因负载过大而熄火。
2.通过在中载模式下进行的电机补偿控制，使发动机工作在经济区域，减少燃油消耗。
3.通过在轻载模式下进行的电机补偿控制，使发动机转速稳定，提高轻载工况下的操作性。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
图1为本发明的混合动力挖掘机控制方法流程图；
图2为不同工作模式下发动机对应的目标工作点位置；横轴代表转速，竖轴代表转矩；
图3为轻载模式下对发电/电动机进行的转速补偿控制原理图；
图4为中载模式下对发电/电动机进行的转矩补偿控制原理图；
图5为重载模式下对发电/电动机进行的转速补偿加转矩补偿控制原理图；
图6为不同转速下发电/电动机的输出扭矩限制示意图。
具体实施方式
实施例1、图1～图6给出了一种混合动力挖掘机控制方法；包括具有同轴相连的发动机及发电/电动机结构的混合动力工程机械，如具有同轴相连的发动机及发电/电动机结构的混合动力挖掘机。
如图1所示，为本发明的混合动力挖掘机控制方法流程图；
1、根据操作员选择的工作模式和油门档位确定发动机的目标工作点（即发动机目标转速与目标转矩）（步骤S1）；
2、根据工作模式确定发电/电动机的控制方式，通过确定的发电/电动机的控制方式计算发电/电动机的输出扭矩值N1（步骤S2）；
3、将步骤2得到的发电/电动机输出扭矩值N1与发电/电动机在发动机目标转速下对应的扭矩限制值N2比较，取较小值作为最终发电/电动机扭矩输出值（步骤S3）。
以上所述的工作模式分为工作模式分为重载工作模式、中载工作模式以及轻载工作模式，所述的发电/电动机控制方式分为转速补偿控制和转矩补偿控制。
如图3所示，为轻载工作模式下对发电/电动机进行的转速补偿控制的详细说明，具体步骤如下：
1、确认工作模式为轻载工作模式；
2、获得此时发动机的目标工作点；此时，轻载工作模式下的发动机的目标工作点在油门档位对应的调速线上，并且随着泵的扭矩而变化；如图2所示，点I即为相应泵扭矩下发动机的目标工作点；
3、通过发电/电动机自带的传感器检测发电/电动机的实际转速；
4、将发动机的实际转速（由发动机自带的传感器检测获得）和发动机的目标转速（发动机的目标转速通过上位控制装置输入）输入加法器Ⅰ中；
5、在加法器Ⅰ中将发动机的实际转速和发动机的目标转速进行求差；
6、发动机的实际转速和发动机的目标转速之间的差值（根据步骤5所得）乘以设定的系数K1，作为输出扭矩值N1；
7、将输出扭矩值N1与电机/发动机在发动机目标转速下的扭矩限制值比较，选较小值作为最终发电/电动机的输出扭矩。
由于发电/电动机与发动机同轴，因此此时的发电/电动机的转速即为发动机转速。
如图4所示，为中载工作模式下对发电/电动机进行的转矩补偿控制的详细说明，具体步骤如下：
1、确认操作员选择的工作模式为中载工作模式；
2、获得此时发动机的目标工作点；此时，中载工作模式下的发动机的目标工作点为最佳油耗线与油门档位对应的调速线之间的交点；如图2所示，点E、点F、点G和点H即为不同油门档位下对应的发动机的目标工作点；
3、检测泵的排量以及泵的压力（排量与压力的检测均为公知技术），并计算泵的扭矩值，泵的扭矩值=泵的排量×泵的压力；
4、在加法器Ⅱ中输入发动机目标扭矩和泵的扭矩值，通过加法器Ⅱ将发动机目标扭矩和泵的扭矩值进行求差；
5、将发动机目标扭矩和泵的扭矩值之间的差值乘以设定的系数K2，作为输出扭矩值N1；
6、将输出扭矩值N1与发电/电动机在发动机目标转速下的扭矩限制值比较，选较小值作为最终发电/电动机的输出扭矩。
如图5所示，为重载工作模式下对发电/电动机进行的转速加转矩补偿控制的详细说明，具体步骤如下：
1、确认工作模式为重载工作模式；在重载模式下对发电/电动机进行转速补偿控制加转矩补偿控制；
2、获得此时发动机的工作点；此时，重载工作模式下的发动机的工作点在外特性曲线与油门档位对应的调速线交点；如图2所示，点A、点B、点C和点D即为不同油门档位下对应的发动机的目标工作点；
3、检测泵的排量以及泵的压力，并计算泵的扭矩值，泵的扭矩值=泵的排量×泵的压力；
4、将发动机的实际转速和发动机的目标转速输入加法器Ⅰ中；
5、在加法器Ⅰ中将发动机的实际转速和发动机的目标转速进行求差；在加法器Ⅱ中输入发动机的目标扭矩和泵的扭矩值，通过加法器Ⅱ将发动机的目标扭矩和泵的扭矩值进行求差；
6、将发动机的实际转速和发动机的目标转速之间的差值（根据步骤5所得）乘以设定的系数K1作为输出扭矩值N1′；将发动机的目标扭矩和泵的扭矩值之间的差值乘以设定的系数K2作为输出扭矩值N1″；
7、将输出扭矩值N1′和输出扭矩值N1″输入加法器Ⅲ中相加，获得输出扭矩值N1；
8、将输出扭矩值N1（步骤7）与发电/电动机在发动机目标转速下的扭矩限制值比较，选较小值作为最终发电/电动机的输出扭矩。
图2示意性的表示了以上说明的确定发动机目标工作点的方法。
图2中有发动机的外特性曲线、发动机的最佳油耗线以及不同油门信号对应的调速线，其中，X轴坐标为转速，Y轴坐标为转矩；发动机的外特性曲线与油门信号对应的调速线之间的交点为在重载工作模式下发动机的目标工作点，即如图2中所示的点A、点B、点C和点D为重载工作模式下发动机的目标工作点；发动机的最佳油耗线与油门信号对应的调速线之间的交点为在中载工作模式下发动机的目标工作点，即如图2中所示的点E、点F、点G和点H为中载工作模式下发动机的目标工作点；油门信号对应的调速线上的点为轻载工作模式下发动机的目标工作点，即如图2中所示的点I为轻载工作模式下，发动机油门3位置时的发动机的目标工作点，此时发动机的工作点随泵扭矩而波动，所以在实际情况下随负载在调速线上变化。
以上所述的不同转速下发电/电动机对应的扭矩限制值由图6给出，图6中，X轴坐标为转速，Y轴坐标为转矩。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的一个具体实施例。除以上所述的方面以外的混合动力工程机械的控制方法与上述实施方式相同。且显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。如以上说明中只是采用了系数K1，K2不变的情况，但也可以用变化值或者适当的函数来设定此值。比如不同的工况采用不同的系数等。所以本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (5)
1.混合动力挖掘机控制方法，包括具有同轴相连的发动机及发电/电动机结构的混合动力工程机械；其特征是：A、根据工作模式和油门档位确定发动机目标工作点；
B、根据工作模式确定发电/电动机的控制方式；
C、根据发电/电动机的控制方式计算发电/电动机的输出扭矩值N1；
D、提取发电/电动机在发动机目标转速下对应的扭矩限制值N2；
E、将发电/电动机的输出扭矩值N1与发电/电动机在发动机目标转速下对应的扭矩限制值N2比较，取较小值作为最终发电/电动机扭矩输出值；
所述工作模式分为重载工作模式、中载工作模式以及轻载工作模式；
所述发动机目标工作点为发动机目标转矩与目标转速；
所述重载工作模式下的发动机目标工作点确定在外特性曲线与油门档位对应的调速线交点；
所述中载工作模式下发动机目标工作点确定在最佳油耗线与油门档位对应的调速线交点；
所述轻载工作模式下发动机目标工作点在油门档位对应的调速线上随泵的扭矩变化。
2.根据权利要求1所述的混合动力挖掘机控制方法，其特征是：所述最佳油耗线是由发动机在输出一定功率下燃油消耗最小的工作点所组成的曲线；
所述外特性曲线是指发动机在不同转速下所能输出的转矩限制曲线；
所述油门档位对应调速线是指油门档位确定情况下发动机转速随转矩变化的曲线。
3.根据权利要求2所述的混合动力挖掘机控制方法，其特征是：在轻载模式下对发电/电动机进行转速补偿控制，所述对发电/电动机进行的转速补偿控制指发电/电动机的扭矩值根据发动机实际转速与发动机目标转速差乘以设定的系数K1得到。
4.根据权利要求3所述的混合动力挖掘机控制方法，其特征是：在中载模式下对发电/电动机进行转矩补偿控制，所述对发电/电动机进行的控制转矩补偿控制指发电/电动机的扭矩值根据液压泵扭矩与发动机目标扭矩差乘以设定的系数K2得到。
5.根据权利要求4所述的混合动力挖掘机控制方法，其特征是：在重载模式下对发电/电动机进行转速补偿控制加转矩补偿控制。
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