CN106014657A - 一种装载机电控柴油发动机的瞬态转速节能控制方法 - Google Patents

一种装载机电控柴油发动机的瞬态转速节能控制方法 Download PDF

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柳少康
韩云武
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Abstract

本发明公开了一种装载机电控柴油发动机的瞬态转速节能控制方法，当发动机处于稳态运行过程中时，由发动机转速控制策略制定稳态运行转速需求值控制发动机运行；同时，结合驾驶员的驾驶需求，并根据当前稳态运行转速需求值上升速率，判断是否进入发动机转速瞬态节能控制过程；当发动机进入转速瞬态节能控制过程中时，由发动机转速瞬态节能控制策略制定瞬态节能过程转速需求值,根据不同的驾驶需求，控制发动机转速以一定速率上升，直至当前瞬态节能过程转速需求值大于或等于稳态运行转速需求值，退出发动机转速瞬态节能控制策略；当发动机退出转速瞬态节能控制策略后，发动机继续由稳态运行转速需求值控制运行。

Description

一种装载机电控柴油发动机的瞬态转速节能控制方法
技术领域
本发明涉及一种装载机发动机节能控制技术，特别涉及一种装载机电控柴油发动机的瞬态转速节能控制方法。
背景技术
当前装载机电控柴油发动机的控制方法较为单一，主要有以下两种形式：
1.通过在控制***中建立加速踏板行程与喷油量间的对应关系，利用电控执行机构控制机械式喷油泵油量齿杆位置，对喷油量进行调节，实现对发动机的控制；
2.加速踏板行程直接对应一定的转速命令值，控制***通过向发动机发送转速命令值实现对发动机的控制。虽然以上两种控制方式对发动机的控制方法有较大差异，但在两种控制方式下的加速踏板行程在短时间内大幅度增加均会造成发动机转速的急剧变化。
需要注意的是，在装载机实际作业过程中，如果驾驶员控制加速踏板行程在短时间内大幅度增加，因为装载机传动***的自身特性，发动机的转速响应会出现比较大的延迟。如果此时不对发动机转速上升速率进行控制，会造成发动机瞬态响应的迟缓，同时也会造成瞬态油耗的不必要增加及排放的恶化。
由此可见，在本技术领域，装载机电控柴油发动机的控制方法，尤其是其瞬态转速节能控制方法需进行改进。
发明内容
本发明的目的是提供一种装载机电控柴油发动机的瞬态转速节能控制方法，其包括以下步骤：
1)当发动机处于稳态运行过程中时，由发动机转速控制策略制定发动机稳态运行转速需求值控制发动机运行；
2)判断当前驾驶员的驾驶需求；
3)结合驾驶员的驾驶需求，并根据当前发动机稳态运行转速需求值上升速率，判断是否进入发动机转速瞬态节能控制过程。如果此时需要进入转速瞬态节能控制过程，即执行步骤4)，否则返回步骤1)；
4)发动机转速瞬态节能控制策略制定发动机瞬态节能过程转速需求值,根据当前驾驶需求，控制发动机转速以一定速率上升直至发动机当前瞬态节能过程转速需求值大于或等于发动机稳态运行转速需求值，执行步骤5)；
5)退出发动机转速瞬态节能控制策略，发动机继续由稳态运行转速需求值控制运行。
与现有技术相比本发明的有益效果是：
1.本发明可根据装载机驾驶员不同驾驶需求，调整对发动机转速上升速率的控制范围，兼顾驾驶员动力性需求及整机作业经济性需求；
2.本发明可有效改善装载机在实际作业过程中可能出现的发动机的转速响应延迟现象，缩短发动机转速响应时间，提升装载机运行过程中动力性；
3.本发明在保证动力性的前提下，通过对发动机转速上升速率进行控制，可有效降低装载机运行过程中的瞬态油耗和排放。
附图说明
图1是本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细的描述：
请参阅图1所示，一种装载机电控柴油发动机转速的瞬态转速节能控制方法，包括以下步骤：
1)当装载机处于稳态行驶过程中时，由发动机转速控制策略制定发动机稳态运行转速需求值nsta(i)(单位：rpm，其中i为控制步长的计数)，此时发动机由nsta(i)控制运行。
在本步骤中：
nsta(i)的具体数值由驾驶员控制加速踏板行程决定。
转速控制的实现方法为：采用PID控制方法对发动机输出转矩进行调节，以nsta(i)为控制目标对发动机进行控制。通过控制可实现转矩的自适应，降低发动机输出转矩，并减小发动机的转速波动。
2)判断当前驾驶员的驾驶需求。具体包括以下内容：
a.当驾驶需求为经济性需求时，执行步骤3)a；
b.当驾驶需求为动力性需求时，执行步骤3)b。
在本步骤中：
在实际操作中，驾驶员的驾驶需求判断方式为：驾驶员手动选择驾驶需求。
3)结合驾驶员的驾驶需求，并根据当前发动机稳态运行转速需求值nsta(i)上升速率k(i)(单位rpm/s)，判断是否进入发动机转速瞬态节能控制过程。具体包括以下内容：
a.如果此时驾驶需求为经济性需求，且当前发动机转速上升速率k(i)大于动力性需求转速上升速率控制值kPow_lim，即k(i)＞kPow_lim，则判定此时需要进入转速瞬态节能控制过程，即执行步骤4)a，否则返回步骤1)；
b.如果此时驾驶需求为经济性需求，且当前发动机转速上升速率k(i)大于经济性需求转速上升速率控制值kEco_lim，即k(i)＞kEco_lim，则判定此时需要进入转速瞬态节能控制过程，即执行步骤4)b，否则返回步骤1)。
在本步骤中：
k(i)为当前发动机稳态运行转速需求值nsta(i)上升速率,单位：rpm/s。其具体数值确定方法为：
k(i)＝[nsta(i)-nsta(i-1)]/Δt
其中：nsta(i-1)为上一控制周期发动机稳态运行转速需求值，单位：rpm。
kPow_lim为驾驶需求为动力性需求时，转速瞬态节能控制过程转速上升速率的控制值，单位：rpm/s。其具体数值确定方法为：
对于发动机转速上升速率k(单位：rpm/s)与发动机转速响应时间tRes(单位：s)，存在以下关系：
tRes＝tRes(k)
其中：tRes为发动机由怠速转速上升至最高允许转速所需要的总时间，单位：s；k为发动机转速上升速率，单位：rpm/s；在实际操作中，tRes与k的对应关系tRes＝tRes(k)通过试验方法测得。
则当驾驶需求为动力性需求时，转速瞬态节能控制过程转速上升速率的控制值kPow_lim，应满足：即kPow_lim应取发动机转速响应时间tRes最短时所对应的k值。
kEco_lim为驾驶需求为经济性需求时，转速瞬态节能控制过程转速上升速率的控制值，单位：rpm/s。其具体数值确定方法为：
对于发动机转速上升速率k(单位：rpm/s)与发动机转速上升过程平均燃油消耗率be(单位：g/kw·h)，存在以下关系：
be＝be(k)
其中：be为发动机由怠速转速上升至最高允许转速过程中的平均燃油消耗率，单位：g/kw·h；k为发动机转速上升速率，单位：rpm/s；在实际操作中，be与k的对应关系be＝be(k)通过试验方法测得。
则当驾驶需求为经济性需求时，转速瞬态节能控制过程转速上升速率的控制值kEco_lim，应满足：即kEco_lim应取发动机转速上升过程平均燃油消耗率be最低时所对应的k值。
在本步骤中，kPow_lim＞kEco_lim。
4)发动机转速瞬态节能控制策略制定发动机瞬态节能过程转速需求值ntra(i),控制发动机转速以一定速率上升。具体包括以下内容：
a.如果此时驾驶需求为动力性需求，则发动机转速瞬态节能控制策略控制发动机以动力性需求转速上升速率控制值kPow_lim上升，直至发动机当前瞬态节能过程转速需求值ntra(i)大于或等于发动机转速控制策略制定的稳态运行转速需求值nsta(i)，执行步骤5)；
b.如果此时驾驶需求为经济性需求，则发动机转速瞬态节能控制策略控制发动机以经济性需求转速上升速率控制值kEco_lim上升，直至发动机当前瞬态节能过程转速需求值ntra(i)大于或等于发动机转速控制策略制定的稳态运行转速需求值nsta(i)，执行步骤5)。
在本步骤中：
发动机由瞬态节能过程转速需求值ntra(i)控制运行，具体实施方法为：改变下一控制周期发动机瞬态节能过程转速需求值ntra(i+1)，其具体确定方法为：ntra(i+1)＝ntra(i)+klimΔt。其中：klim为发动机转速上升速率控制值(kPow_lim/kEco_lim),Δt为控制周期。
5)退出发动机转速瞬态节能控制策略，发动机继续由转速控制策略制定的稳态运行转速需求值nsta(i)控制运行。
至此，图1所示一种装载机电控柴油发动机转速的瞬态转速节能控制方法结束。

Claims (6)

1.一种装载机电控柴油发动机的瞬态转速节能控制方法，其特征在于：所述一种装载机电控柴油发动机的瞬态转速节能控制方法根据装载机驾驶员的不同驾驶需求，对发动机瞬态响应过程中的转速上升速率进行控制，以达到节能控制的效果，其中：
当发动机处于稳态运行过程中时，由发动机转速控制策略制定发动机稳态运行转速需求值nsta(i)(单位：rpm，其中i为控制步长的计数)控制发动机运行，nsta(i)的具体数值由驾驶员控制加速踏板行程决定；
当发动机处于稳态运行过程中时，结合驾驶员的驾驶需求，并根据当前发动机稳态运行转速需求值nsta(i)上升速率k(i)(单位rpm/s)，判断是否进入发动机转速瞬态节能控制过程；
当发动机进入转速瞬态节能控制过程中时，由发动机转速瞬态节能控制策略制定发动机瞬态节能过程转速需求值ntra(i),根据不同的驾驶需求(动力性需求/经济性需求)，控制发动机转速以一定速率(kPow_lim/kEco_lim，单位：rpm/s)上升，直至发动机当前瞬态节能过程转速需求值ntra(i)大于或等于稳态运行转速需求值nsta(i)，退出发动机转速瞬态节能控制策略；
当发动机退出转速瞬态节能控制策略后，发动机继续由稳态运行转速需求值nsta(i)控制运行。
2.根据权利要求1所述一种装载机电控柴油发动机的瞬态转速节能控制方法，其特征在于：所述发动机处于稳态运行过程中时，是否进入发动机转速瞬态节能控制过程的判断方法是：
1)如果此时驾驶需求为经济性需求，且当前发动机转速上升速率k(i)(单位：rpm/s)大于动力性需求转速上升速率控制值kPow_lim，即k(i)＞kPow_lim，则判定此时需要进入转速瞬态节能控制过程；
2)如果此时驾驶需求为经济性需求，且当前发动机转速上升速率k(i)(单位：rpm/s)大于经济性需求转速上升速率控制值kEco_lim，即k(i)＞kEco_lim，则判定此时需要进入转速瞬态节能控制过程。
3.根据权利要求2所述一种装载机电控柴油发动机的瞬态转速节能控制方法，其特征在于：所述当前发动机转速上升速率k(i)，其具体确定方法为：
k(i)＝[nsta(i)-nsta(i-1)]/Δt
其中：nsta(i-1)为上一控制周期发动机稳态运行转速需求值，单位：rpm。
4.根据权利要求1所述一种装载机电控柴油发动机的瞬态转速节能控制方法，其特征在于：所述驾驶需求为动力性需求时，发动机转速上升速率控制值kPow_lim，其具体确定方法为：
对于发动机转速上升速率k(单位：rpm/s)与发动机转速响应时间tRes(单位：s)，存在以下关系：
tRes＝tRes(k)
其中：tRes为发动机由怠速转速上升至最高允许转速所需要的总时间，单位：s；k为发动机转速上升速率，单位：rpm/s；
在实际操作中，tRes与k的对应关系tRes＝tRes(k)通过试验方法测得；
则当驾驶需求为动力性需求时，转速瞬态节能控制过程转速上升速率的控制值kPow_lim应满足：即kPow_lim应取发动机转速响应时间tRes最短时所对应的k值。
5.根据权利要求1所述一种装载机电控柴油发动机的瞬态转速节能控制方法，其特征在于：所述驾驶需求为经济性需求时，发动机转速上升速率控制值kEco_lim，其具体确定方法为：
对于发动机转速上升速率k(单位：rpm/s)与发动机转速上升过程平均燃油消耗率be(单位：g/kw·h)，存在以下关系：
be＝be(k)
其中：be为发动机由怠速转速上升至最高允许转速过程中的平均燃油消耗率，单位：g/kw·h；k为发动机转速上升速率，单位：rpm/s；
在实际操作中，be与k的对应关系be＝be(k)通过试验方法测得；
则当驾驶需求为经济性需求时，转速瞬态节能控制过程转速上升速率的控制值kEco_lim，应满足：即kEco_lim应取发动机转速上升过程平均燃油消耗率be最低时所对应的k值。
6.根据权利要求1所述一种装载机电控柴油发动机的瞬态转速节能控制方法，其特征在于：所述发动机转速瞬态节能过程中转速控制的实现方法为：改变下一控制周期发动机瞬态节能过程转速需求值ntra(i+1)，其具体确定方法为：ntra(i+1)＝ntra(i)+klimΔt。其中：klim为发动机转速上升速率控制值(kPow_lim/kEco_lim),Δt为控制周期。
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