CN101846000A - 电控发动机多模式控制方法、系统及具有该系统的起重机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电控发动机的多模式控制方法，用于协调汽车底盘工程机械各油门装置的操纵指令，该方法按照下述步骤进行：根据各油门装置建立工况运行状态与发动机输出状态相对应的工作关系表，并将该工作关系表输入至电控发动机的电子控制单元；获取各油门装置的操纵信号；以预设的各油门装置的优先级为条件，获得当前工况运行状态的判断结果；根据当前工况运行状态的判断结果，输出相应的控制信号至电控发动机的电子控制单元。本发明整合了不同作业工况的动力性能要求，从而使得电控发动机可靠地应用于汽车底盘类工程机械，以充分发挥电控发动机的优势。在此基础上，本发明还公开一种电控发动机的多模式控制系统和具有该控制系统的汽车起重机。

Description

电控发动机多模式控制方法、系统及具有该系统的起重机

技术领域

本发明涉及工程机械的自动控制领域，具体涉及一种电控发动机多模式控制方法、系统及具有该系统的起重机。

背景技术

对于汽车起重机发动机的油门控制而言，不仅具有常规汽车的主油门控制，而且还设置有支腿油门和上车油门控制，以适应在起重机的动作支腿作业和起重作业等工况下对发动机转速的不同要求。

传统的汽车底盘工程机械用发动机是机械式发动机，并且它的特性曲线是唯一的。各油门控制均为机械软轴联动机构，通过控制发动机的油门摆臂来控制发动机的转速。以汽车起重机为例，在汽车起重机的行驶、支腿操纵和起重作业等三种不同的作业工况下，发动机的输出特性是相同的。众所周知，行驶作业时，需要发动机输出从怠速到最大转速的负荷曲线；支腿操纵作业时，具有操纵的时间短、发动机负荷额定的特点；起重作业时，液压系统只需要发动机提供总功率的50％～60％，怠速输出扭矩大等特点。因此，传统的机械式发动机在前述三种工况下使用，势必会造成动力不足导致发动机熄火或者动力浪费的问题。另外，在混凝土泵车和举高消防车等汽车底盘工程机械上均存在上述问题。

目前，电控发动机已在汽车行业中得到了广泛的应用，以适应节能环保型社会的发展需要。电控发动机上设置有电子控制单元(ECU)，用于读取发动机的工作状态与操作指令，并根据程序控制发动机的喷油、功率和扭矩等，从而使得自动控制发动机在满足不同动力性能与节能要求的模式下工作，符合国家对汽车排放的相关规定。

有鉴于此，根据汽车底盘工程机械的自身特点，如何用电控发动机替代传统的机械式发动机，已经成为该类工程机械优化设计的发展趋势之一。

发明内容

针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于，提供一种电控发动机的多模式控制方法，以协调控制汽车底盘工程机械各油门装置的操纵指令，确保电控发动机适应该类工程机械的各种作业工况。在此基础上，本发明还提供了一种电控发动机多模式控制系统及具有该控制系统的起重机。

本发明提供的电控发动机的多模式控制方法，用于协调汽车底盘工程机械各油门装置的操纵指令，该方法按照下述步骤进行：

S101、根据各油门装置建立工况运行状态与发动机输出状态相对应的工作关系表，并将该工作关系表输入至电控发动机的电子控制单元；

S102、获取各油门装置的操纵信号；

S103、以预设的各油门装置的优先级为条件，获得当前工况运行状态的判断结果；

S104、根据当前工况运行状态的判断结果，输出相应的控制信号至电控发动机的电子控制单元。

优选地，所述各油门装置包括主油门、支腿油门和上车油门；预设的各油门装置的优先级依次为：上车油门、支腿油门、主油门。

优选地，在所述工作关系表中：在与主油门相对应的行驶运行状态，发动机全转速、全功率、全扭矩输出；在与支腿油门相对应的支腿操纵运行状态，发动机输出转速设置为至少两个转速档；与上车油门相对应的工况运行状态，发动机的怠速为预设的目标怠速并且怠速状态下的输出功率为总功率的50％～60％，发动机的最高输出转速为全转速的50％～60％。

优选地，开机前执行步骤S100，将预设的发动机目标怠速和最高输出转速写入电控发动机的电子控制单元。

优选地，其特征在于，所述输出至所述电控发动机的电子控制单元的控制信号为脉冲宽度调制信号。

本发明提供的电控发动机多模式控制系统，用于协调汽车底盘工程机械各油门装置的操纵指令，该系统包括各油门操纵装置、电控发动机和控制器；所述各油门操纵装置用于发送操纵信号；所述电控发动机的电子控制单元内包括根据各油门装置建立工况运行状态与发动机输出状态相对应的工作关系表；所述控制器包括操纵信号采集单元、工况判断单元、控制信号输出单元和控制参数存储单元；其中，所述操纵信号采集单元用于获取各油门操纵装置的操纵信号；所述工况判断单元用于以预设的各油门装置的优先级为条件，获得当前工况运行状态的判断结果；所述控制信号输出单元用于根据当前工况运行状态的判断结果，输出相应的控制信号至电控发动机的电子控制单元；所述控制参数存储单元用于存储有关预设参数。

优选地，所述各油门装置包括主油门、支腿油门和上车油门；所述控制参数存储单元中，预设的各油门装置的优先级依次为：上车油门、支腿油门、主油门。

优选地，在工作关系表中：在与主油门相对应的行驶运行状态，发动机全转速、全功率、全扭矩输出；在与支腿油门相对应的支腿操纵运行状态，发动机输出转速设置为至少两个转速档；与上车油门相对应的工况运行状态，发动机的怠速为预设的目标怠速并且怠速状态下的输出功率为总功率的50％～60％，发动机的最高输出转速为全转速的50％～60％。

优选地，还包括PC机或便携式编程器，用于在开机前将预设的发动机目标怠速和最高输出转速写入所述电控发动电子控制单元。

优选地，所述输出至所述电控发动机的电子控制单元的控制信号为脉冲宽度调制信号。

本发明所述电控发动机的多模式控制方法，需要在该电控发动机的电子控制单元中输入一个工作关系表，该工作关系表是根据各油门装置所操纵的工况运行状态与发动机输出状态的对应关系确定的；或者说，是基于应用本发明的汽车底盘工程机械的具体作业工况而设定。并且根据所获得的操纵信号的优选级判断当前发动机的输出状态，以此为依据输出控制信号至电控发动机的电子控制单元。在本发明以设备的当前工作需求作为发动机工作的判断条件，在控制过程中，各油门装置之间相互独立又能够自动切换，能够自动控制发动机在不同模式下工作，使得发动机能够发挥不同的特性曲线。因此，本发明既能够满足各种作业工况的动力性能要求，又能够减少不必要的燃油消耗实现节能的目的，进而确保电控发动机可靠地应用于汽车底盘类工程机械。

在本发明优选方案中，各油门装置具体为用于控制行驶作业的主油门、用于控制支腿操纵的支腿油门和用于控制上车作业的上车油门；预设的各油门装置的优先级依次为：上车油门、支腿油门、主油门。在工作过程中，若所获取的控制信号为上车作业操纵信号和支腿操纵信号，则根据预设的优先级获得的判断结果是当前工作运行状态为上车作业，此时，基于预设的工作关系表，发动机在与上车作业相应的输出状态下工作。依此类推。

在本发明的另一优选方案，根据行驶作业、支腿操纵作业和上车作业等工作状况的动力性能要求，在电子控制单元的工作关系表中，针对每种工况分别设置相应的发动机输出状态。这样，在公路行驶工况，发动机从基本怠速输出到最大动力输出；在支腿操纵工况，微调动作时低动力输出，快速动作时高动力输出；在起重工况时，系统自动提高发动机的怠速转速与输出扭矩，进而有效避免了发动机熄火，并限制发动机的最大转速及输出功率，避免不必要的能源浪费。

本发明提供的电控发动机的多模式控制方法及控制系统适用于各种汽车底盘类工程机械，特别适用于汽车起重机。

本发明提供的汽车起重机，包括底盘、支腿装置和臂架装置，还包括如前所述的电控发动机多模式控制系统。

附图说明

下面结合说明书附图说明具体实施方式。

图1是本发明所述电控发动机的多模式控制方法的控制流程图；

图2是本发明所述当前工况运行状态判断过程的流程图；

图3是本发明所述电控发动机多模式控制系统的组成框图；

图4是本发明所述汽车起重机的整体结构示意图。

图3和图4中：

各油门装置10、主油门11、支腿油门12、上车油门13、控制器20、操纵信号采集单元21、工况判断单元22、控制信号输出单元23、控制参数存储单元24、电控发动机30、电子控制单元31。

具体实施方式

本发明的核心是基于汽车底盘类工程机械的作业特点，提供一种电控发动机的多模式控制方式，它整合了不同作业工况的动力性能要求，从而使得电控发动机可靠地应用于汽车底盘类工程机械，以充分发挥电控发动机的优势。

请参见图1，该图是本发明所述电控发动机的多模式控制方法的控制流程图。

本发明提供的电控发动机的多模式控制方法，用于协调汽车底盘工程机械各油门装置的操纵指令，该方法按照下述步骤进行：

S101、根据各油门装置建立工况运行状态与发动机输出状态相对应的工作关系表，并将该工作关系表输入至电控发动机的电子控制单元；具体而言，该工作关系表是基于应用该控制方法的汽车底盘工程机械的具体作业工况而设定。

S102、获取各油门装置的操纵信号；

S103、以预设的各油门装置的优先级为条件，获得当前工况运行状态的判断结果；

S104、根据当前工况运行状态的判断结果，输出相应的控制信号至电控发动机的电子控制单元。

为提高电控发动机的互换性，出厂后需要结合整机的总体参数确定预设的相关参数。因此，可以在开机前执行步骤S100，将预设的发动机目标怠速和最高输出转速写入电控发动机的电子控制单元。其中，所述目标怠速和最高输出转速应当根据上车作业的动力性能要求设定，比如，起重机的最大起重量等。

不失一般性，下面以汽车起重机为例进行具体说明。

汽车起重机具有行驶、支腿操纵和起重作业三种工况，其中，支腿操纵工况和起重作业工况均通过液压系统控制。具体而言，通过操纵取力开关，控制发动机驱动液压泵工作，此时，发动机处于输出动力转变为液压系统动力的工作模式。

具体而言，各油门装置具体为：主油门、上车油门和支腿油门。以汽车起重机为例，主油门用于控制行驶作业，上车油门用于控制起重作业，支腿油门用于控制支腿操纵。应当理解，对于汽车底盘类工程机械来说，主油门与支腿油门的作用完全一致，而上车油门则需要根据不同的车型而定。比如，起重机的起重作业或者混凝土泵车的臂架展开作业。

其中，预设的各油门装置的优先级依次为：上车油门、支腿油门、主油门。请一并参见图2，该图是根据前述优选级判断进行当前工况运行状态的流程图。

如前所述，汽车起重机的上车作业及支腿作业时，其取力器处于工作状态，因此，该流程首先判断取力器是否工作，若取力器未工作则发出控制信号执行公路行驶模式；若取力工作则判断上车是否工作；此时，若上车不工作则发出控制信号执行支腿操纵模式，若上车工作则发出控制信号执行起重作业模式，发动机进入上车油门有效状态。

在所述工作关系表中：在与主油门相对应的行驶运行状态，发动机全转速、全功率、全扭矩输出；在与支腿油门相对应的支腿操纵运行状态，发动机输出转速设置为两个转速档，支腿操纵微调动作时低动力输出，支腿操纵快速动作时高动力输出，实际上，由于支腿油门不像上车油门和主油门一样是连续变化的，因此，根据总体设计要求，此状态下发动机输出转速可设置为多个特定的转速档，与支腿油门开关每发出一个脉冲信号，发动机即输出一个对应的转速；在与上车油门相对应的工况运行状态，发动机的怠速为预设的目标怠速，并且怠速状态下的输出功率为总功率的50％～60％，以防止发动机熄火，发动机的最高输出转速为全转速的50％～60％，可避免不必要的能源浪费。

另外，所述输出至所述电控发动机的电子控制单元的控制信号优选脉冲宽度调制(PWM)信号。即对应不同的判断结果，产生不同占空比例的PWM电压或电流。这种PWM电压或电流，控制器到被控系统的信号都是数字形式，无需进行数模转换，可简化控制系统结构；同时，由于信号保持为数字形式，可将噪声影响降到最小。

在控制过程中，一、行车工况：发动机需要提供较大的转速与功率，起重机行车油门使用发动机的主油门，发动机的调速根据输入条件自动转换为两级调速以起到防止超速和稳定怠速的作用，同时降低发动机的怠速，满足行驶系统对发动机的要求，比如，发动机的转速控制在550转/分钟(满足起重机行驶要求的最低行车怠速)到2500转/分钟(发动机最大转速)；二、起重作业工况：发动机需要稳定的动力输出，发动机的转速与输出功率对应，且系统要求发动机怠速输出扭矩大，设计了上车油门踏板控制发动机的远程油门，在进行起重作业时，发动机根据起重机上车的工作特性，以及发动机的油门信号源、取力器的工作状态等变换条件，自动调整为全程调速特性，能对柴油机工作转速范围内的任何转速起调节作用，使柴油机在各种转速下都能稳定运转。并提高发动机的怠速，增加怠速输出功率；比如，上车工作发动机的转速控制在700转/分钟(满足起重作业需要的怠速)到2150转/分钟(液压系统需要的最大转速)；三、支腿操纵工况：支腿操纵要求快速动作与微调结合的要求，采用了发动机的空调怠速提升的功能作为左、右支腿的开关油门；比如，发动机转速控制在700转/分钟(满足支腿操纵的微动转速)和2150转/分钟(满足支腿操纵的最大转速)两个档位。

在上述控制方法的基础上，下面对本发明控制控制系统进行说明。

参见图3，该图是本发明所述电控发动机多模式控制系统的组成框图。基于前述基本原理，该系统用于协调汽车底盘工程机械各油门装置的操纵指令。

如图3所示，其中，各油门装置10用于发送操纵信号，具体包括：用于控制行驶作业的主油门11、用于控制支腿操纵的支腿油门12和用于控制上车作业的上车油门13。

其中，电控发动机30的电子控制单元31内包括根据各油门装置建立工况运行状态与发动机输出状态相对应的工作关系表。具体地，在工作关系表中：在与主油门相对应的行驶运行状态，发动机全转速、全功率、全扭矩输出；在与支腿油门相对应的支腿操纵运行状态，发动机输出转速设置为至少两个转速档；与上车油门相对应的工况运行状态，发动机的怠速为预设的目标怠速并且怠速状态下的输出功率为总功率的50％～60％，发动机的最高输出转速为全转速的50％～60％。

其中，控制器20包括操纵信号采集单元21、工况判断单元22、控制信号输出单元23和控制参数存储单元24；操纵信号采集单元21用于获取各油门装置10的操纵信号；工况判断单元22用于以预设的各油门装置的优先级为条件，获得当前工况运行状态的判断结果；控制信号输出单元23用于根据当前工况运行状态的判断结果，输出相应的控制信号至电控发动机30的电子控制单元31；控制参数存储单元24用于存储有关预设参数。优选地，所述输出至所述电控发动机的电子控制单元的控制信号为脉冲宽度调制信号。优选地，所述控制参数存储单元16为可读写存储器，并设置用以与外部设备通信的I/O端口，从而便于根据不同系统特性调整控制参数，提高控制器1的通用性。具体地，控制参数存储单元16中预设的各油门装置的优先级依次为：上车油门、支腿油门、主油门。

优选地，还包括PC机或便携式编程器40，用于在开机前将预设的发动机目标怠速和最高输出转速写入所述电控发动电子控制单元31。

在上述前述电控发动机多模式控制方法和系统的基础上，本发明提供的汽车起重机，包括底盘、支腿装置和臂架装置，还包括如前所述的电控发动机多模式控制系统。请参见图4，该图中示出了主油门11、支腿油门12、上车油门13和电控发动机30的安装位置。本发明提供的汽车起重机利用通用的电控发动机硬件，仅需要控制发动机的输入信号来分类控制发动机的输出不同的特性曲线，即可实现发明目的。需要说明的是，该起重机的底盘、转台、动力系统、卷扬系统及臂架装置等其它主要功能部件不是本专利的发明点所在，在此不予赘述。

综上，本实施例以汽车起重机的工作需求作为发动机工作的判断条件，自动控制发动机在满足汽车起重机三种工况的动力性能与节能要求的三种模式下工作；电控发动机的ECU对发动机的各种动作进行管理，在控制信号输出至ECU时，ECU根据发动机与整机的运行状态，给出一个合理的发动机运行速度。使得四个油门操纵即相互独立又自动切换，即可保证各个工况的动力要求又能够达到节能的目的，解决了电控发动机的关键技术难题，达到了本发明的目的。

本发明具有自动化程度高，系统简捷，工作效率高，全天候工作等特点，便于安装，易于推广优点。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.电控发动机多模式控制方法，用于协调汽车底盘工程机械各油门装置的操纵指令，其特征在于，该方法按照下述步骤进行：

S101、根据各油门装置建立工况运行状态与发动机输出状态相对应的工作关系表，并将该工作关系表输入至电控发动机的电子控制单元；

S102、获取各油门装置的操纵信号；

S103、以预设的各油门装置的优先级为条件，获得当前工况运行状态的判断结果；

S104、根据当前工况运行状态的判断结果，输出相应的控制信号至电控发动机的电子控制单元。

2.根据权利要求1所述的电控发动机多模式控制方法，其特征在于，所述各油门装置包括主油门、支腿油门和上车油门；预设的各油门装置的优先级依次为：上车油门、支腿油门、主油门。

3.根据权利要求2所述的电控发动机多模式控制方法，其特征在于，在所述工作关系表中：

在与主油门相对应的行驶运行状态，发动机全转速、全功率、全扭矩输出；

在与支腿油门相对应的支腿操纵运行状态，发动机输出转速设置为至少两个转速档；

与上车油门相对应的工况运行状态，发动机的怠速为预设的目标怠速并且怠速状态下的输出功率为总功率的50％～60％，发动机的最高输出转速为全转速的50％～60％。

4.根据权利要求3所述的电控发动机多模式控制方法，其特征在于，开机前执行步骤S100，将预设的发动机目标怠速和最高输出转速写入电控发动机的电子控制单元。

5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的电控发动机多模式控制方法，其特征在于，所述输出至所述电控发动机的电子控制单元的控制信号为脉冲宽度调制信号。

6.电控发动机多模式控制系统，用于协调汽车底盘工程机械各油门装置的操纵指令，其特征在于，包括：

各油门装置，用于发送操纵信号；

电控发动机，其电子控制单元内包括根据各油门装置建立工况运行状态与发动机输出状态相对应的工作关系表；和

控制器，包括：

操纵信号采集单元，用于获取各油门操纵装置的操纵信号；

工况判断单元，用于以预设的各油门装置的优先级为条件，获得当前工况运行状态的判断结果；

控制信号输出单元，用于根据当前工况运行状态的判断结果，输出相应的控制信号至电控发动机的电子控制单元；

控制参数存储单元，用于存储有关预设参数。

7.根据权利要求6所述的电控发动机多模式控制系统，其特征在于，所述各油门装置包括主油门、支腿油门和上车油门；所述控制参数存储单元中，预设的各油门装置的优先级依次为：上车油门、支腿油门、主油门。

8.根据权利要求6所述的电控发动机多模式控制系统，其特征在于，在工作关系表中：

在与主油门相对应的行驶运行状态，发动机全转速、全功率、全扭矩输出；

在与支腿油门相对应的支腿操纵运行状态，发动机输出转速设置为至少两个转速档；

与上车油门相对应的工况运行状态，发动机的怠速为预设的目标怠速并且怠速状态下的输出功率为总功率的50％～60％，发动机的最高输出转速为全转速的50％～60％。

9.根据权利要求8所述的电控发动机多模式控制系统，其特征在于，还包括：

PC机或便携式编程器，用于在开机前将预设的发动机目标怠速和最高输出转速写入所述电控发动电子控制单元。

10.根据权利要求6至9中任一权利要求所述的电控发动机多模式控制系统，其特征在于，所述输出至所述电控发动机的电子控制单元的控制信号为脉冲宽度调制信号。

11.汽车起重机，包括底盘、支腿装置和臂架装置，其特征在于，还包括如权利要求10所述的电控发动机多模式控制系统。

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