CN101117807A - 平地机的恒速控制方法及控制装置 - Google Patents

平地机的恒速控制方法及控制装置 Download PDF

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Abstract

平地机的恒速控制方法及控制装置，方法分三种情况：一、当前平地机实际速度等于设定速度且当前挡位已知，分发动机负荷率小于发动机负荷率下限值和发动机负荷率大于等于负荷率下限值进行处理；二、当前平地机实际速度小于设定速度且当前挡位已知，分设定速度小于本挡最大速度和设定速度大于本挡最大速度进行处理；三、当前平地机实际速度大于设定速度且当前挡位已知，根据实际速度和设定速度的偏差降低发动机转速。系统包括有与电子控制单元相连的车速电位器、车速传感器、模式选择器，前进电磁阀、后退电磁阀、前驱动马达操纵电磁阀、后驱动马达操纵电磁阀、变速箱低速电磁阀和变速箱高速电磁阀。本发明控制简单方便，可以通过电控改变发动机转速和行驶挡位的自行式平地机。

Description

平地机的恒速控制方法及控制装置
技术领域
本发明属于平地机的恒速控制，特别是涉及一种使发动机在预设的发动机负荷率范围内工作，平地机在发动机负荷率范围内以设定速度或者低于设定速度的一个确定速度恒速行驶的平地机的恒速控制方法及控制装置。
背景技术
平地机的工作速度决定着其工作质量，也就是路面的平整度。如果平地机作业时，速度忽快忽慢，会在路基表面产生波浪，这种波浪会影响最终路面的平整度。传统平地机在刮平作业时靠驾驶员控制柴油机的油门大小、行驶速度和挡位，无法实现作业的恒速控制，而且发动机输出的功率一般都高于实际需要的功率，这样不仅降低了平地机的作业效率和作业精度，而且浪费能源。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种使发动机在预设的发动机负荷率范围内工作，平地机在发动机负荷率范围内以设定速度或者低于设定速度的一个确定速度恒速行驶的平地机的恒速控制方法及控制装置。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种平地机的恒速控制方法及控制装置，其中平地机的恒速控制方法，分三种情况进行判断处理：
第一种、当前平地机实际速度等于设定速度，且当前挡位已知，分为发动机负荷率小于发动机负荷率下限值和发动机负荷率大于等于负荷率下限值进行处理；
第二种、当前平地机实际速度小于设定速度，且当前挡位已知，分为设定速度小于本挡最大速度和设定速度大于本挡最大速度进行处理；
第三种、当前平地机实际速度大于设定速度，且当前挡位已知，根据实际速度和设定速度的偏差降低发动机转速。
所述的第一种情况的处理包括有如下步骤：
(1)确定实际速度等于设定速度，并确定当前挡位；
(2)判断发动机负荷率是否小于负荷率下限值？是则进入第(3)步，否则进入第(4)步；
(3)当发动机负荷率小于负荷率下限值时，继续判断当前挡位是否等于最高挡位？是则保持当前挡位和速度，否则升至相邻高挡位；
(4)当发动机负荷率大于等于负荷率下限值时，继续判断发动机负荷率是否小于负荷率上限值？是则保持当前挡位和速度，否则进入第(5)步；
(5)当发动机负荷率大于等于负荷率上限值时，继续判断当前挡位是否等于最低挡位？是则进入第(7)步，否则进入第(6)步；
(6)当前挡位不等于最低挡位时，继续判断设定速度是否大于相邻低挡位最高速度？是则进入第(7)步，否则降至相邻低挡位；
(7)当前挡位等于最低挡位时，或设定速度大于相邻低挡位最高速度时，进入设定速度过高处理。
所述的第二种情况的处理包括有如下步骤：
(1)确定实际速度小于设定速度，并确定当前挡位；
(2)判断设定速度是否小于本挡最大速度？是则进入第(3)步，否则进入第(7)步；
(3)当设定速度小于本挡最大速度时，继续判断发动机负荷率是否大于负荷率上限值？是则进入第(4)步，否则根据实际速度与设定速度偏差提高发动机转速；
(4)当发动机负荷率大于负荷率上限值时，继续判断当前挡位是否等于最低挡位？是则进入第(6)步，否则进入第(5)步；
(5)在当前挡位不等于最低挡位时，继续判断设定速度是否大于相邻低挡位最高速度？是则进入第(6)步，否则降挡至相邻低挡位；
(6)进行设定速度过高处理；
(7)在第(2)步的判断中，当设定速度大于等于本挡最大速度时，继续判断发动机负荷率是否小于负荷率下限值？是则升挡至相邻高挡，否则进入第(8)步；
(8)当发动机负荷率大于等于负荷率下限值时，继续判断发动机负荷率是否小于负荷率上限值？是则保持当前挡位和速度，否则进入第(6)步。
所述的第三种情况的处理包括有如下步骤：
(1)确定速度大于设定速度，并确定当前挡位；
(2)根据实际速度与设定速度偏差降低发动机转数。
所述的进行设定速度过高处理是自动降低设定速度。
其中，平地机的恒速控制装置，包括有电子控制单元；分别与电子控制单元相连向电子控制单元提供信息的车速电位器、车速传感器和模式选择器；分别与电子控制单元相连接收电子控制单元发出的控制信号的前进电磁阀、后退电磁阀、前驱动马达操纵电磁阀、后驱动马达操纵电磁阀、变速箱低速电磁阀和变速箱高速电磁阀。
所述的电子控制单元还通过CAN总线与平地机的发动机相连接。
本发明具有的优点和积极效果是：由于本发明的平地机的恒速控制方法及控制装置，控制简单方便。能够输出控制发动机转速和行驶挡位，使发动机在预设的发动机负荷率范围内工作，平地机在发动机负荷率范围内以设定速度或者低于设定速度的一个确定速度恒速行驶。本发明适用于能够提供发动机负荷率，可以通过电控改变发动机转速和行驶挡位的自行式平地机。
附图说明
图1是本发明的控制方法中第一种情况的处理流程图；
图2是本发明的控制方法中第二种情况的处理流程图；
图3是本发明的控制方法中第三种情况的处理流程图；
图4是本发明的控制装置的结构示意图；
图5是静液压平地机行走驱动部分的结构示意图。
图中的标号分别是：
10-电子控制单元；11-车速电位器；12-车速传感器；13-模式选择器；14-前进电磁阀；15-后退电磁阀；16前驱动马达操纵电磁阀；17-后驱动马达操纵电磁阀；18-变速箱低速电磁阀；19-变速箱高速电磁阀。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
本发明的平地机的恒速控制方法，检测发动机负荷率，平地机行驶挡位，采用人工设定平地机行驶速度(以下简称设定速度)为输入，检测平地机实际行驶速度(以下简称实际速度)为反馈构成闭环负反馈。输出控制发动机转速和行驶挡位，使发动机在预设的发动机负荷率范围内工作，平地机在发动机负荷率范围内以设定速度或者低于设定速度的一个确定速度恒速行驶。
本发明的平地机的恒速控制方法，是分三种情况进行判断处理：
第一种、当前平地机实际速度等于设定速度，且当前挡位已知，分为发动机负荷率
小于发动机负荷率下限值和发动机负荷率大于等于负荷率下限值进行处理；
第二种、当前平地机实际速度小于设定速度，且当前挡位已知，分为设定速度小于本挡最大速度和设定速度大于本挡最大速度进行处理；
第三种、当前平地机实际速度大于设定速度，且当前挡位已知，根据实际速度和设定速度的偏差降低发动机转速。
如图1所示，所述的第一种情况的处理包括有如下步骤：
(1)确定实际速度等于设定速度，并确定当前挡位；
(2)判断发动机负荷率是否小于负荷率下限值？是则进入第(3)步，否则进入第(4)步；
(3)当发动机负荷率小于负荷率下限值时，继续判断当前挡位是否等于最高挡位？是则保持当前挡位和速度，否则升至相邻高挡位；
(4)当发动机负荷率大于等于负荷率下限值时，继续判断发动机负荷率是否小于负荷率上限值？是则保持当前挡位和速度，否则进入第(5)步；
(5)当发动机负荷率大于等于负荷率上限值时，继续判断当前挡位是否等于最低挡位？是则进入第(7)步，否则进入第(6)步；
(6)当前挡位不等于最低挡位时，继续判断设定速度是否大于相邻低挡位最高速度？是则进入第(7)步，否则降至相邻低挡位；
(7)当前挡位等于最低挡位时，或设定速度大于相邻低挡位最高速度时，进入设定速度过高处理。即，自动降低设定速度。
如图2所示，所述的第二种情况的处理包括有如下步骤：
(1)确定实际速度小于设定速度，并确定当前挡位；
(2)判断设定速度是否小于本挡最大速度？是则进入第(3)步，否则进入第(7)步；
(3)当设定速度小于本挡最大速度时，继续判断发动机负荷率是否大于负荷率上限值？是则进入第(4)步，否则根据实际速度与设定速度偏差提高发动机转速；
(4)当发动机负荷率大于负荷率上限值时，继续判断当前挡位是否等于最低挡位？是则进入第(6)步，否则进入第(5)步；
(5)在当前挡位不等于最低挡位时，继续判断设定速度是否大于相邻低挡位最高速度？是则进入第(6)步，否则降挡至相邻低挡位；
(6)进行设定速度过高处理；即，自动降低设定速度。
(7)在第(2)步的判断中，当设定速度大于等于本挡最大速度时，继续判断发动机负荷率是否小于负荷率下限值？是则升挡至相邻高挡，否则进入第(8)步；
(8)当发动机负荷率大于等于负荷率下限值时，继续判断发动机负荷率是否小于负荷率上限值？是则保持当前挡位和速度，否则进入第(6)步。
如图3所示，所述的第三种情况的处理包括有如下步骤：
(1)确定速度大于设定速度，并确定当前挡位；
(2)根据实际速度与设定速度偏差降低发动机转数。
前面所述的进行设定速度过高处理是自动降低设定速度。即通过程序自动降低设定速度，当发动机负荷率小于负荷率上限值时，实际速度跟随当前已经降低了的设定速度；当发动机负荷率小于负荷率下限值时，程序自动将当前的设定速度换成原来的设定速度，也就是车速电位器的设定值，然后按照上述三中情况中的控制方法执行。
如图4所示，本发明的平地机的恒速控制装置，包括有电子控制单元10(型号为EPEC2038)；分别与电子控制单元10相连向电子控制单元10提供信息的车速电位器11、车速传感器12和模式选择器13；分别与电子控制单元10相连接收电子控制单元10发出的控制信号的前进电磁阀14、后退电磁阀15、前驱动马达操纵电磁阀16、后驱动马达操纵电磁阀17、变速箱低速电磁阀18和变速箱高速电磁阀19。所述的电子控制单元10还通过CAN总线与平地机的发动机(型号为QSB5.9-220)相连接。
如图5所示，静液压平地机行走驱动部分的结构示意图，作为本发明实施例的被控对象采用现有的静液压平地机行走驱动部分，包括与控制系统中的前驱动马达操纵电磁阀16相连的前驱动马达1；与前驱动马达1相连的前轮2、经CAN总线向控制系统中的电子控制单元10发送发动机负荷率和发动机转速的发动机3；与控制系统中的前进电磁阀14和后退电磁阀15相连的行走驱动泵4；与控制系统中的后驱动马达操纵电磁阀17相连的后驱动马达5；与控制系统中的变速箱低速电磁阀18和变速箱高速电磁阀19相连的变速箱6，所述的变速箱6为电控换挡变速箱；以及驱动桥7、减速平衡箱8和后轮9。发动机3发出的动力经过行走驱动泵4、后驱动马达5、变速箱6、驱动桥7，再经减速平衡箱8驱动后轮9；发动机3发出的动力经过行走驱动泵4、前驱动马达1驱动前轮2。能够实现前后轮同时驱动、单后轮驱动。
在本发明的平地机的恒速控制装置中电子控制单元10是控制系统的核心，固化有本发明方法的程序，通过CAN总线发送发动机转速命令给电控发动机，接收发动机转速、发动机负荷率等信号。车速电位器11，用于设定平地机的行驶速度，通过人工操作设定，与电子控制单元的模拟输入端子连接。车速传感器12，用于检测平地机的行驶速度，安装在变速箱6的输出端，与电子控制单元10的脉冲输入端子连接。模式选择器13，是一个三档开关，用于设定平地机的行驶方向，包括前进、停止(中位)和后退，通过人工操作来设定，与电子控制单元10的开关输入端子连接。上述电磁阀的不同组合，实现不同的行驶挡位和方向，与电子控制单元的开关输出端子连接。前进电磁阀和后退电磁阀安装在行走驱动泵4上，控制行走驱动泵4斜盘的方向，实现平地机的前进、停止和后退；变速箱低速电磁阀和变速箱高速电磁阀安装在变速箱6上，控制变速箱6实现不同的传动比；前马达操纵电磁阀控制前驱动马达1是否接通；后马达操纵电磁阀控制后驱动马达5的排量。上述电磁阀的不同组合及挡位参见下表1
  F1   F2   F3   F4   N   R1   R2   R3
  前进电磁阀   ×   ×   ×   ×
  后退电磁阀   ×   ×   ×
  变速箱低速电磁阀   ×   ×   ×   ×   ×   ×
  变速箱高速电磁阀   ×
  后马达操纵电磁阀   ×   ×   ×   ×
  前马达操纵电磁阀   ×   ×
F1、F2、F3、F4分别表示前进一档，前进一档，前进二档，前进三档，前进四档，R1、R2、R3分别表示后退一档，后退一档，后退二档，后退三档；N表示中位即停止。×表示通电。
在本实施例中，发动机负荷率下限值预定为65％，负荷率上限值预定为85％，可以修改。控制发动机转速和行驶挡位让发动机工作在小于负荷率上限值范围内，保证发动机的功率储备，让发动机工作在负荷率下限值与负荷率上限值之间，能降低发动机的油耗。在发动机负荷率比较小的情况下，换高挡位可以提高发动机的负荷率。在发动机负荷率比较大的情况下，换低挡位可以降低发动机的负荷率。本实施例中，第一挡车速范围0～5km/h，第二挡车速范围0～8km/h，第三挡车速范围0～18km/h，第四挡车速范围0～36km/h。设定速度是通过人为操作车速电位器来确定，在不同的挡位，在发动机负荷率范围内，根据设定速度利实际速度的偏差，调整发动机转速可以使实际速度跟随设定速度，实施例中采用PID算法。由于平地机工作时，发动机负荷率时刻变化，而且要在尽可能多的时间保证发动机的最佳负荷率范围，所以实际速度不可能一直跟随设定速度，会出现设定速度过高的时间段，在这段时间，通过程序适当降低设定速度，这样既保证发动机负荷率，又保证实际速度的恒定。当发动机负荷率降低时，将当前的设定车速恢复到原来的人工设定车速。

Claims (7)

1.一种平地机的恒速控制方法，其特征是：分三种情况进行判断处理：
第一种、当前平地机实际速度等于设定速度，且当前挡位已知，分为发动机负荷率小于发动机负荷率下限值和发动机负荷率大于等于负荷率下限值进行处理；
第二种、当前平地机实际速度小于设定速度，且当前挡位已知，分为设定速度小于本挡最大速度和设定速度大于本挡最大速度进行处理；
第三种、当前平地机实际速度大于设定速度，且当前挡位已知，根据实际速度和设定速度的偏差降低发动机转速。
2.根据权利要求1所述的平地机的恒速控制方法，其特征是：所述的第一种情况的处理包括有如下步骤：
(1)确定实际速度等于设定速度，并确定当前挡位；
(2)判断发动机负荷率是否小于负荷率下限值？是则进入第(3)步，否则进入第(4)步；
(3)当发动机负荷率小于负荷率下限值时，继续判断当前挡位是否等于最高挡位？是则保持当前挡位和速度，否则升至相邻高挡位；
(4)当发动机负荷率大于等于负荷率下限值时，继续判断发动机负荷率是否小于负荷率上限值？是则保持当前挡位和速度，否则进入第(5)步；
(5)当发动机负荷率大于等于负荷率上限值时，继续判断当前挡位是否等于最低挡位？是则进入第(7)步，否则进入第(6)步；
(6)当前挡位不等于最低挡位时，继续判断设定速度是否大于相邻低挡位最高速度？是则进入第(7)步，否则降至相邻低挡位；
(7)当前挡位等于最低挡位时，或设定速度大于相邻低挡位最高速度时，进入设定速度过高处理。
3.根据权利要求1所述的平地机的恒速控制方法，其特征是：所述的第二种情况的处理包括有如下步骤：
(1)确定实际速度小于设定速度，并确定当前挡位；
(2)判断设定速度是否小于本挡最大速度？是则进入第(3)步，否则进入第(7)步；
(3)当设定速度小于本挡最大速度时，继续判断发动机负荷率是否大于负荷率上限值？是则进入第(4)步，否则根据实际速度与设定速度偏差提高发动机转速；
(4)当发动机负荷率大于负荷率上限值时，继续判断当前挡位是否等于最低挡位？是则进入第(6)步，否则进入第(5)步；
(5)在当前挡位不等于最低挡位时，继续判断设定速度是否大于相邻低挡位最高速度？是则进入第(6)步，否则降挡至相邻低挡位；
(6)进行设定速度过高处理；
(7)在第(2)步的判断中，当设定速度大于等于本挡最大速度时，继续判断发动机负荷率是否小于负荷率下限值？是则升挡至相邻高挡，否则进入第(8)步；
(8)当发动机负荷率大于等于负荷率下限值时，继续判断发动机负荷率是否小于负荷率上限值？是则保持当前挡位和速度，否则进入第(6)步。
4.根据权利要求1所述的平地机的恒速控制方法，其特征是：所述的第三种情况的处理包括有如下步骤：
(1)确定速度大于设定速度，并确定当前挡位；
(2)根据实际速度与设定速度偏差降低发动机转数。
5.根据权利要求2或3所述的平地机的恒速控制方法，其特征是：所述的进行设定速度过高处理是自动降低设定速度。
6.一种平地机的恒速控制装置，其特征在于，包括有电子控制单元(10)；分别与电子控制单元(10)相连向电子控制单元(10)提供信息的车速电位器(11)、车速传感器(12)和模式选择器(13)；分别与电子控制单元(10)相连接收电子控制单元(10)发出的控制信号的前进电磁阀(14)、后退电磁阀(15)、前驱动马达操纵电磁阀(16)、后驱动马达操纵电磁阀(17)、变速箱低速电磁阀(18)和变速箱高速电磁阀(19)。
7.根据权利要求6所述的平地机的恒速控制装置，其特征在于，所述的电子控制单元(10)还通过CAN总线与平地机的发动机相连接。
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