CN104895136B - 一种负载自动识别和优化匹配的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种负载自动识别和优化匹配的方法，包括：在设定的时长内采集落在液压泵负载模式曲线上的点；根据泵的效率曲线，预设压力‑排量的效率边界线；统计当前工况在泵负载模式曲线上分布的特征点；根据R＝(P*q1‑P*c1)/P*q1计算比值，并进行判断，如果0≤R≤n，则保持当前负载模式曲线；如果R>n或R<0，则确定与百分比压力点q1压力相同并且与效率边界线相交于的点c2，以通过点c2的负载模式曲线为新的负载模式曲线。该方法利用液压泵的作业工况来判断负载大小以及是否工作在高效区，并通过计算将液压泵调整至最佳负载模式，可保证液压泵始终以最佳负载模式工作，从而降低油耗。本发明还公开了一种负载自动识别和优化匹配的装置。

Description

一种负载自动识别和优化匹配的方法及装置

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，特别是挖掘机等工程机械的负载自动识别和优化匹配的方法及装置。

背景技术

当前挖掘机的操作，都设置了固定的发动机转速档和功率模式档位，驾驶员手动选择转速模式和负载模式，然后控制器根据选择的输入信息控制发动机油门和泵的排量。

如图1所示，通过按键或旋钮设置不同的发动机转速档位，如1900rpm，1800rpm，1600rpm等，实际工作中，发动机将工作在所设置的转速附近；图2所示为泵的负载模式示意图，负载模式一般分为动力档和经济档，对泵的最大转矩进行限制，图中的P曲线和E曲线都是预先设置好的，代表了泵的最大负载。

驾驶员根据经验判断选择发动机转速档和功率模式档，有可能选择不当造成挖掘机工作在低效率区，造成挖掘机作业费油；再或者固定的档位设置中，没有当前工况最佳的转速档与功率模式档位组合，驾驶员选择的档位只能接近最佳匹配但是无法实现最佳匹配，同样造成挖掘机整机油耗较高。

也就是说，发动机的转速和泵的负载档位都是预先设定好的，而在实际中，挖掘机的工况多变复杂，人工选择，可能选不到最佳匹配模式，预先设置的档位可能不适合当前作业工况，无论如何选都不是最佳的匹配。

因此，如何实现液压泵负载自动识别和调整，以及动力***与泵负载的最佳匹配，是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种负载自动识别和优化匹配的方法。该方法利用液压泵的作业工况来判断负载大小以及是否工作在高效区，并通过计算将液压泵调整至最佳负载模式，可保证液压泵始终以最佳负载模式工作，以最大限度的降低油耗。

本发明的另一目的是提供一种负载自动识别和优化匹配的装置。

为了实现上述第一目的，本发明提供一种负载自动识别和优化匹配的方法，包括：

在设定的时长内采集落在液压泵负载模式曲线上的点；

根据泵的效率曲线，预设压力-排量的效率边界线；

统计当前工况在泵负载模式曲线上分布的特征点，包括最大压力点q1max，最大压力点的百分比压力点q1，以及泵负载模式曲线与效率边界线的交点c1；

根据R＝(P*q1-P*c1)/P*q1计算比值，并进行判断，如果0≤R≤n，则保持当前负载模式曲线；如果R>n或R<0，则确定与百分比压力点q1压力相同并且与效率边界线相交于的点c2，以通过点c2的负载模式曲线为新的负载模式曲线。

进一步包括：

根据液压泵当前负载模式曲线，计算出液压泵的负载转矩TL＝q*p；

在发动机的万有特性曲线上，根据当前液压泵的负载扭矩TL，在发动机的经济曲线上的交点E1，以及通过E1点的调速曲线，得到合适的发动机转速nopt；

以无级的方式设定发动机的最低工作转速，最终的发动机设置转速为计算得到的转速nopt和最低工作转速的最大值。

进一步地，还包括：每次启动后，根据上次停机时的模式工作。

进一步地，当所选的负载模式曲线超出边界最大模式曲线Chigh或最小模式曲线Clow，则以边界最大模式曲线Chigh或最小模式曲线Clow为新的负载模式曲线。

进一步地，所述百分比压力点q1的压力值为最大压力点q1max的压力值的80％～95％。

进一步地，所述n的取值范围在0.05～0.2之间。

为实现上述第二目的，本发明提供一种负载自动识别和优化匹配的装置，包括：

采集模块，在设定的时长内采集落在液压泵负载模式曲线上的点；

预设模块，根据泵的效率曲线，预设压力-排量的效率边界线；

统计模块，统计当前工况在泵负载模式曲线上分布的特征点，包括最大压力点q1max，最大压力点的百分比压力点q1，以及泵负载模式曲线与效率边界线的交点c1；

第一计算模块，根据R＝(P*q1-P*c1)/P*q1计算比值，并进行判断，如果0≤R≤n，则保持当前负载模式曲线；如果R>n或R<0，则确定与百分比压力点q1压力相同并且与效率边界线相交于的点c2，以通过点c2的负载模式曲线为新的负载模式曲线。

优选地，进一步包括：

第二计算模块，根据液压泵当前负载模式曲线，计算出液压泵的负载转矩TL＝q*p；

第三计算模块，在发动机的万有特性曲线上，根据当前液压泵的负载扭矩TL，在发动机的经济曲线上的交点E1，以及通过E1点的调速曲线，得到合适的发动机转速nopt；

比较模块，比较计算得到的转速nopt和以无级方式设定的发动机最低工作转速，并将最大值设置为最终的发动机转速。

优选地，还包括启动模块，用于每次启动后，根据上次停机时的模式工作。

优选地，所述第一计算模块在所选的负载模式曲线超出边界最大模式曲线Chigh或最小模式曲线Clow时，以边界最大模式曲线Chigh或最小模式曲线Clow为新的负载模式曲线。

优选地，所述统计模块的百分比压力点q1的压力值为最大压力点q1max的压力值的80％～95％。

优选地，所述第一计算模块的n的取值范围在0.05～0.2之间。

本发明通过检测在工作循环中液压泵的排量变化，自动判断液压泵是否处于最佳负载模式，如果液压泵未处于最佳负载模式，则可以通过计算获得最佳负载模式，并将其调节至最佳负载模式，由于能够自动设置功率模式，因此，可保证液压泵始终工作在高效区，从而达到节油的目的。

在一种优选方案中，本发明还可以根据液压泵当前负载模式曲线，自动设置发动机转速，使液压泵和发动机都工作在高效区，实现基于当前工况下负载模式和发动机转速的最佳匹配，一方面可进一步降低油耗，另一方面由于发动机转速和泵的负载设定都是无级设定的，因此能更好的满足驾驶员的操作需求。

附图说明

图1为现有挖掘机功率选择模式示意图；

图2为现有挖掘机的液压泵负载模式选取曲线；

图3为本发明在设定的时长内采集落在液压泵负载模式曲线上的点的示意图；

图4为本发明计算并自动调节最佳负载曲线的示意图；

图5为本发明计算发动机最佳转速的示意图；

图6为本发明所提供负载自动识别和优化匹配的方法的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

在一种具体实施方式中，本发明所提供的负载自动识别和优化匹配的方法，主要用于挖掘机，其能够自动匹配泵负载模式和发动机转速，具体通过以下方式实现：

S101：挖掘机启动后，根据上次停机时的模式工作。

S102：采集落在液压泵负载模式曲线上的点。如图3所示，采集时间长度为T1，例如3分钟或5分钟。

S103：根据液压泵的效率曲线，预设一条压力-排量的效率边界线CurE，CurE曲线规定了推荐泵工作的最低效率。

S104：统计当前工况在液压泵负载模式曲线上分布的特征点：最大压力点q1max，90％的最大压力点q1，与效率边界线的交点c1。

S105：根据计算比值R＝(P*q1-P*c1)/P*q1，并进行判断，如果0≤R≤0.1，则保持当前负载模式曲线；否则，如果R>0.1或R<0，如图4所示，找到与q1点压力相同并且与CurE相交于的点c2，以通过c2点的负载模式曲线为新的负载模式曲线。

当所选的功率模式曲线超出边界最大模式曲线Chigh或最小模式曲线Clow，则以边界负载模式曲线为新的负载模式曲线。

S106：根据液压泵当前的负载模式曲线，计算出液压泵的负载转矩TL＝q*p，其中压力信息来自于压力传感器，进行直接测量，排量信息可以来自于直接加装泵摆角传感器进行换算，或者根据控制泵排量的驱动电流进行估算。

S107：在发动机的万有特性曲线上，根据当前泵的负载扭矩TL，在发动机的经济曲线Cur_eng上的交点E1，以及通过E1点的调速曲线，得到合适的发动机转速nopt，如图5所示。

S108：驾驶室内，设置有发动机转速的调速旋钮。该旋钮输出允许发动机的最低工作转速。当驾驶员认为当前挖掘机工作速度较低时，可以调节该按钮，无级的增大发动机转速。最终的发动机设置转速为计算转速nopt和旋钮设置转速的最大值。

综合下来，上述方法按照如图6所示的流程进行挖掘机发动机转速和泵负载模式的自动识别与设置。

挖掘机在作业时，有时候挖沙、有时候挖土、有时候挖石头，负载不一样。本发明能根据其液压泵的工作点判断当前负载大小，并根据液压泵的高效工作曲线，自动配置液压泵工作的负载模式和发动机转速，使液压泵和发动机都工作在高效区，实现节油，而且发动机转速和泵的负载设定都是无级设定，能更好的满足驾驶员的操作需求。

除了上述负载自动识别和优化匹配的方法，本发明还提供一种负载自动识别和优化匹配的装置，包括：

启动模块，用于每次启动后，根据上次停机时的模式工作。

采集模块，在设定的时长内采集落在液压泵负载模式曲线上的点。

预设模块，根据泵的效率曲线，预设压力-排量的效率边界线。

统计模块，统计当前工况在泵负载模式曲线上分布的特征点，包括最大压力点q1max，最大压力点的百分比压力点q1，以及泵负载模式曲线与效率边界线的交点c1。

第一计算模块，根据R＝(P*q1-P*c1)/P*q1计算比值，并进行判断，如果0≤R≤n，则保持当前负载模式曲线；如果R>n或R<0，则确定与百分比压力点q1压力相同并且与效率边界线相交于的点c2，以通过点c2的负载模式曲线为新的负载模式曲线。当所选的功率模式曲线超出边界最大模式曲线Chigh或最小模式曲线Clow时，以边界负载模式曲线为新的负载模式曲线。

第二计算模块，根据液压泵当前负载模式曲线，计算出液压泵的负载转矩TL＝q*p。

第三计算模块，在发动机的万有特性曲线上，根据当前液压泵的负载扭矩TL，在发动机的经济曲线上的交点E1，以及通过E1点的调速曲线，得到合适的发动机转速nopt。

比较模块，比较计算得到的转速nopt和以无级方式设定的发动机最低工作转速，并将最大值设置为最终的发动机转速。

本发明所提供的负载自动识别和优化匹配的装置的各组成模块与所提供的负载自动识别和优化匹配的方法的各个步骤对应一致，因此其各模块应当理解为实现该方法各步骤所必须建立的功能模块，由这样一组功能模块组成的装置应当理解为主要通过说明书记载的程序实现该解决方案的功能模块构架，而不应当理解为主要通过硬件方式实现该解决方案的实体装置。

上述方法和装置中的百分比压力点q1的压力值为最大压力点q1max的压力值的某一百分数，例如80％～95％，既可以是90％，也可以是85％，80％等等；n表示的是控制精度，即当前的工作状态是否是效率边界线CurEm所规定的状态，根据不同的控制策略，可以调整，取值范围一般在0.05～0.2之间。

虽然上述方法和装置主要用于挖掘机，但并不局限于挖掘机，还可以应用于其他工程机械，例如推土机等等。

以上对本发明所提供的负载自动识别和优化匹配的方法及装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (12)

1.一种负载自动识别和优化匹配的方法，包括：

在设定的时长内采集落在液压泵负载模式曲线上的点；

根据泵的效率曲线，预设压力-排量的效率边界线；

统计当前工况在泵负载模式曲线上分布的特征点，包括最大压力点q1max，最大压力点的百分比压力点q1，以及泵负载模式曲线与效率边界线的交点c1；

根据R＝(P*q1-P*c1)/P*q1计算比值，并进行判断，如果0≤R≤n，则保持当前负载模式曲线；如果R>n或R<0，则确定与百分比压力点q1压力相同并且与效率边界线相交于的点c2，以通过点c2的负载模式曲线为新的负载模式曲线。

2.根据权利要求1所述的负载自动识别和优化匹配的方法，其特征在于，进一步包括：

根据液压泵当前负载模式曲线，计算出液压泵的负载转矩TL＝q*p；

在发动机的万有特性曲线上，根据当前液压泵的负载扭矩TL，在发动机的经济曲线上的交点E1，以及通过E1点的调速曲线，得到合适的发动机转速nopt；

以无级的方式设定发动机的最低工作转速，最终的发动机设置转速为计算得到的转速nopt和最低工作转速的最大值。

3.根据权利要求1所述的负载自动识别和优化匹配的方法，其特征在于，还包括：每次启动后，根据上次停机时的模式工作。

4.根据权利要求1所述的负载自动识别和优化匹配的方法，其特征在于，当所选的负载模式曲线超出边界最大模式曲线Chigh或最小模式曲线Clow，则以边界最大模式曲线Chigh或最小模式曲线Clow为新的负载模式曲线。

5.根据权利要求1所述的负载自动识别和优化匹配的方法，其特征在于，所述百分比压力点q1的压力值为最大压力点q1max的压力值的80％～95％。

6.根据权利要求1所述的负载自动识别和优化匹配的方法，其特征在于，所述n的取值范围在0.05～0.2之间。

7.一种负载自动识别和优化匹配的装置，包括：

采集模块，在设定的时长内采集落在液压泵负载模式曲线上的点；

预设模块，根据泵的效率曲线，预设压力-排量的效率边界线；

统计模块，统计当前工况在泵负载模式曲线上分布的特征点，包括最大压力点q1max，最大压力点的百分比压力点q1，以及泵负载模式曲线与效率边界线的交点c1；

第一计算模块，根据R＝(P*q1-P*c1)/P*q1计算比值，并进行判断，如果0≤R≤n，则保持当前负载模式曲线；如果R>n或R<0，则确定与百分比压力点q1压力相同并且与效率边界线相交于的点c2，以通过点c2的负载模式曲线为新的负载模式曲线。

8.根据权利要求7所述的负载自动识别和优化匹配的装置，其特征在于，进一步包括：

第二计算模块，根据液压泵当前负载模式曲线，计算出液压泵的负载转矩TL＝q*p；

第三计算模块，在发动机的万有特性曲线上，根据当前液压泵的负载扭矩TL，在发动机的经济曲线上的交点E1，以及通过E1点的调速曲线，得到合适的发动机转速nopt；

比较模块，比较计算得到的转速nopt和以无级方式设定的发动机最低工作转速，并将最大值设置为最终的发动机转速。

9.根据权利要求7所述的负载自动识别和优化匹配的装置，其特征在于，还包括启动模块，用于每次启动后，根据上次停机时的模式工作。

10.根据权利要求7所述的负载自动识别和优化匹配的装置，其特征在于，所述第一计算模块在所选的功率模式曲线超出边界最大模式曲线Chigh或最小模式曲线Clow时，以边界最大模式曲线Chigh或最小模式曲线Clow为新的负载模式曲线。

11.根据权利要求7所述的负载自动识别和优化匹配的装置，其特征在于，所述统计模块的百分比压力点q1的压力值为最大压力点q1max的压力值的80％～95％。

12.根据权利要求7所述的负载自动识别和优化匹配的装置，其特征在于，所述第一计算模块的n的取值范围在0.05～0.2之间。