CN101988290B - 用于控制混合动力施工机械的发动机转速的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于控制混合动力施工机械的发动机转速的系统和方法，该系统包括：发动机；液压泵，其由发动机驱动以用排出的液压流体驱动液压致动器；电动发电机，其由发动机驱动以发电，并且作为补充发动机的电动机而驱动液压泵；以及储能装置，其由电动发电机产生的电能充电，并为电动发电机的电动机操作供应电能；扭矩检测装置，其用于检测驱动液压致动器所需的液压泵的输出扭矩；以及混合动力控制装置，如果由扭矩检测装置检测到的液压泵的输出扭矩变化超过了预定等级、并确定将发生发动机转速下降，该混合动力控制装置控制电动发电机的电动机操作以补充发动机输出。

Description

用于控制混合动力施工机械的发动机转速的系统和方法
相关申请的交叉引用
本专利申请基于2009年7月29日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2009-0069576并主张其优先权，其全部内容经引用并入本文。
技术领域
本发明涉及用于控制混合动力施工机械的发动机转速的系统和方法。更特别地，本发明涉及用于控制混合动力施工机械的发动机转速的系统和方法，其能防止混合动力施工机械中出现发动机转速下降。
背景技术
一般而言，现有技术中诸如挖掘机的施工机械具有液压驱动系统，液压驱动系统通过燃料发动机驱动液压泵，并借助于液压驱动致动器。
图1是现有技术中的挖掘机系统的必需扭矩输出关系图。如图1所示，在现有技术的液压挖掘机中，主控制阀(MCV)7的打开面积通过使用者对控制杆5的操纵根据先导阀6的输出而被调整。从液压泵13排出的液压流体输送到相应的液压系统，其流量根据MCV 7的打开面积而被调整。由于对液压泵13的驱动由燃料发动机10执行，因此其效率相对较低。
在现有技术的诸如液压挖掘机的施工机械中，有时需要执行诸如极大地改变发动机输出的作业以应对大负载变化，并且需要通过有效利用发动机输出来谋求里程数的增加。因此，利用混合动力车辆中采用的电动发电机(electric motor-generator)的混合动力技术已计划应用于挖掘机。也就是说，已经提出了诸如混合动力挖掘机的混合动力施工机械，其中发动机连接到电动发电机。根据混合动力挖掘机，在执行轻负载操作的情况下，操作电动发电机以利用发动机输出的一部分给电池充电，而当执行重负载操作时，从电池提供电能以补充发动机。
电动发电机附接到混合动力挖掘机的发动机。如果这种电动发电机突然运转，则发动机转速(即每分钟转数(RPM))会降低从而引发发动机转速(RPM)下降的发生。虽然发动机通过自控系统回到其初始转速，但在这个过程中工作性能降低了。
并且，在施工机械的操作过程中，当负载极大地改变时，例如负载突然增加，就会出现发动机转速降低。
发明内容
因此，本发明致力于解决现有技术中存在的上述问题，同时完整保留现有技术获得的优点。
本发明意在改善混合动力挖掘机操作过程中或者由于附接到发动机的电动发电机的突然操作变化而发生的发动机转速(RPM)下降。
本发明还意在提供用于控制混合动力施工机械的发动机转速的系统和方法，其可在发生RPM下降时，借助于通过电动发电机的操作而补充发动机输出，改善发动机转速(RPM)下降。
本发明也意在提供用于控制混合动力施工机械的发动机转速的系统和方法，其可平稳地改变和处理电动发电机的驱动信号，以防止由于附接到混合动力施工机械的发动机的电动发电机的突然操作而发生发动机转速(RPM)的突然变化。
在本发明的一个方面，提供一种用于控制混合动力施工机械的发动机转速的系统，该系统包括：发动机；液压泵，其由发动机驱动以用排出的液压流体驱动液压致动器；电动发电机，其由发动机驱动以发电，并且作为补充发动机的电动机而驱动液压泵；以及储能装置，其由电动发电机产生的电能充电，并为电动发电机的电动机操作供应电能，该系统还包括：扭矩检测装置，其用于检测驱动液压致动器所需的液压泵的输出扭矩；以及混合动力控制装置，如果由扭矩检测装置检测到的液压泵的输出扭矩变化超过了预定等级并且确定将发生发动机转速下降，混合动力控制装置控制电动发电机的电动机操作以补充发动机输出。
在根据本发明优选实施方式的用于控制发动机转速的系统中，如果由于负载突然增加使液压泵的输出扭矩变化超过了预定等级、并且确定将发生发动机转速下降，则混合动力控制装置控制电动发电机的电动机操作，以补充发动机输出。
根据本发明优选实施方式的用于控制发动机转速的系统还包括：驱动控制装置，其用于控制电动发电机的发电或电动机操作；以及突然操作检测装置，其用于检测电动发电机是否突然操作；其中，如果突然操作检测装置检测到的电动发电机的突然操作所需的液压泵的输出扭矩变化超过了预定等级、并且确定将发生发动机转速下降，则混合动力控制装置平稳地处理电动发电机的突然操作信号并将处理过的信号供应到驱动控制装置。
在本发明的另一方面，提供一种混合动力施工机械的控制系统中用于控制发动机转速的方法，控制系统包括：发动机；液压泵，其由发动机驱动以用排出的液压流体驱动液压致动器；电动发电机，其由发动机驱动以发电，并且作为补充发动机的电动机而驱动液压泵；以及储能装置，其由电动发电机产生的电能充电，并为电动发电机的电动机操作供应电能；该用于控制发动机转速的方法包括扭矩检测步骤：检测驱动液压致动器所需的液压泵的输出扭矩；下降确定步骤：如果扭矩检测步骤中检测到的液压泵的输出扭矩变化超过了预定等级，则确定发生发动机转速下降的可能性；以及混合动力控制步骤：如果在下降确定步骤中确定将发生发动机转速下降，则控制电动发电机的电动机操作以补充发动机输出。
在根据本发明优选实施方式的用于控制发动机转速的方法中，如果由于操作期间负载的突然增加而使液压泵的输出扭矩变化超过了预定等级，则下降确定步骤确定发生发动机转速下降的可能性。
在本发明的又一方面，提供一种混合动力施工机械的控制系统中用于控制发动机转速的方法，控制系统包括：发动机；液压泵，其由发动机驱动以用排出的液压流体驱动液压致动器；电动发电机，其由发动机驱动以发电，并且作为补充发动机的电动机而驱动液压泵；以及储能装置，其由电动发电机产生的电能充电，并为电动发电机的电动机操作供应电能；该用于控制发动机转速的方法包括突然操作检测步骤：检测电动发电机是否突然操作；扭矩计算步骤：计算根据在突然操作检测步骤中检测到的电动发电机的突然操作而所需的液压泵的输出扭矩；下降确定步骤：如果扭矩计算步骤中计算出的液压泵的输出扭矩变化超过了预定等级，则确定发生发动机转速下降的可能性；以及混合动力控制步骤：如果在下降确定步骤中确定了将发生发动机转速下降，则通过平稳地处理电动发电机的突然操作信号来控制电动发电机的电动机操作。
作为本发明的优选实施方式，可包括根据上述技术特征的不同可能结合的实施方式。
借助于上述构造，防止了在混合动力挖掘机的操作过程中、或者由于附接到发动机的电动发电机的突然操作变化而发生的发动机转速(RPM)下降。
并且，当由于诸如挖掘机的施工机械的操作而将发生发动机转速下降时，借助于通过将电动发电机作为电动机操作而补充发动机输出，防止了发动机转速(RPM)下降。
并且，通过平稳地改变和处理电动发电机的驱动信号，防止了发动机转速(RPM)下降，使得由于附接到混合动力施工机械的发动机的电动发电机的突然操作而导致的发动机转速的突然变化不会发生。
附图说明
从结合附图的以下详述中将更清楚本发明的上述以及其它目的、特征和优点，其中：
图1是现有技术中的挖掘机系统的必需扭矩输出关系图；
图2是根据本发明实施方式的用于混合动力施工机械的控制系统的必需扭矩输出关系图；
图3A和3B是图示根据本发明实施方式的用于控制混合动力施工机械的发动机转速的系统的构造的示意性框图；
图4是图示挖掘机的每种发动机模式下的标准工作数据的视图；
图5是图示根据本发明另一实施方式的用于控制混合动力施工机械的发动机转速的方法的流程图；以及
图6是图示根据本发明又一实施方式的用于控制混合动力施工机械的发动机转速的方法的流程图。
具体实施方式
下文，将参照附图描述本发明的优选实施方式。在该描述中所限定的对象，例如详细构造和元件，只是提供用来帮助本领域技术人员全面理解本发明的具体细节，因此本发明并不局限于此。
首先，将描述一种根据本发明实施方式的用于控制混合动力施工机械的发动机转速的系统。
现将描述一种用于混合动力施工机械的控制系统。
图2是根据本发明实施方式的用于混合动力施工机械的控制系统的必需扭矩输出关系图。
参见图2，用于混合动力施工机械的控制系统包括：发动机10；液压泵13，其由发动机10驱动，以用排出的液压流体驱动液压致动器15；电动发电机17，其由发动机10驱动以发电，并且作为补充发动机10的电动机而驱动液压泵13；以及储能装置，例如电池19，其由电动发电机17产生的电能充电，并供应电能以供电动发电机17进行电动机操作。用于控制混合动力施工机械的发动机转速的系统是在混合动力施工机械的控制系统中用于减少发动机转速(每分钟)的变化的控制系统。
将描述混合动力施工机械中的发动机10的驱动过程。如果模式选择开关1选定诸如P模式、H模式、G1模式或F1模式的工作模式，则发动机转速即发动机每分钟转数(RPM)设定到1900RPM、1800RPM、1700RPM、1400RPM等，且这些发动机转速成为基准发动机转速。如果存储于燃料箱4内的燃料通过燃料喷射系统3喷射进发动机10，则驱动发动机10。混合动力控制系统50接收用于液压致动器15的必需扭矩——也就是说由液压泵13提供的输出扭矩——的反馈，并通过控制算法控制电动发电机17的发电或电动机操作。根据电动发电机的发电或电动机操作，确定用于提供液压泵13的输出扭矩的现有发动机10的必需输出，该输出扭矩是液压致动器15所必需的。为了使现有发动机10提供必需输出，发动机10的输出转速以及所需输出或发动机输出反馈回电子控制单元(E-ECU)2。发动机10的输出扭矩因来自燃料箱4并通过燃料喷射系统3的燃料喷射量的变化而改变，燃料喷射量的变化由电子控制单元(E-ECU)2控制。
图4是挖掘机的每种发动机模式下的标准工作数据的视图，并示出根据挖掘机工作的发动机输出。工作模式的示例可为P模式、H模式、G1模式、G2模式、F1模式等。工作模式用于固定发动机10的发动机转速。例如，如果工作模式设定到P模式，则发动机10设定到1900RPM。如果发动机10中不存在负载，则发动机转速保持在1900RPM，而如果由于挖掘机的使用而使负载变大，则发动机转速变得比1900RPM小一点，通过自控系统使更多燃料喷射进发动机10以保持1900RPM的发动机转速。
图3A是图示根据本发明实施方式的用于控制施工机械的发动机转速的系统的构造的示意性框图。
参见图3A，在用于控制混合施工机械的发动机转速的系统中，用于混合施工机械的控制系统包括：发动机10；液压泵13，其用于驱动液压致动器15；电动发电机17，其由发动机10驱动以发电，并且作为补充发动机10的电动机而驱动液压泵13；以及储能装置19，其用产生的电能充电，并供应电能以供电动发电机17进行电动机操作。用于控制混合施工机械的发动机转速的系统还包括混合动力控制装置50、以及用于检测液压泵13的驱动液压致动器15所需的输出扭矩的扭矩检测装置40。
扭矩检测装置40检测液压泵的驱动液压致动器15所需的输出扭矩。驱动液压致动器15所需的扭矩与从液压泵13提供的输出对应。优选地，扭矩检测装置40检测通过斜盘14的调整而从液压泵13输出的输出扭矩。并且，可通过检测主控制阀(MCV)7的打开面积或输出而检测该系统所必需的扭矩。参见图2，主控制阀(MCV)7的打开面积通过使用者对控制杆5的操作根据先导阀6的输出而被调整。并且，可通过使用者对控制杆5的操作而根据先导阀6的输出，借助于通过阀电子控制单元(未图示)调整液压泵13的斜盘14，直接控制液压泵13的输出。由液压泵13排出的流量根据MCV 7的打开面积进行调整以输送到相应的液压系统，或者由阀电子控制单元(未图示)控制的斜盘14调整以输出诸如挖掘机等施工机械所需的扭矩。
如果由扭矩检测装置40检测到的液压泵13的输出扭矩变化超过了预定值，且确定在发动机10中将发生发动机转速下降，则混合动力控制装置50控制电动发电机17的电动机操作，以补充发动机10的输出。
图4图示各模式下的发动机的使用区域。虽然在图4中图示出若干个模式下的使用区域，但一个模式用于实际挖掘机工作时固定地使用若干个小时。如果在工作期间负载突然增大，也就是说如果驱动液压致动器15所需的扭矩突然增大，则发动机10的转速(RPM)在相当大程度上降低。即使现有技术中的挖掘机也采用了用于防止发动机的此类转速降低的装置，并且例如工作期间发动机的转速降低限制于100RPM。在根据本发明实施方式的混合施工机械的情况下，附接到发动机10的电动发电机17的响应速度比发动机10的响应速度快很多，因此可通过调整电动发电机17的输出而防止发动机10的转速(RPM)下降。
优选地，如果预料发动机转速下降超过100RPM，则确定发动机10的转速下降将发生。参见图4，例如，如果假定液压致动器15由在H模式下接收的大约30kW的输出而操作，则由于90kW输出的所需负载，液压泵13的输出扭矩从约150Nm突然增大到500Nm，则预料H模式下的发动机转速从约1800RPM降低到1700RPM。在这种情况下，液压泵13的所需输出扭矩通过由混合动力控制装置50提高电动发电机17的输出而被补偿，因此防止了发动机10的转速下降。
在本发明的另一实施方式中，混合动力控制装置50控制电动发电机17的电动机操作，以在当由于工作期间负载突然增加而使液压泵13的输出扭矩变化超过预定值、并且因此确定发动机转速下降发生时，补充发动机10的输出。也就是说，通过将电动发电机17作为电动机进行操作以补充发动机10的输出，发动机10的转速大致保持恒定，即使需要突然输出增加时也是如此，因此可在防止了发动机10转速(RPM)下降的情况下获得突然输出。
例如，在由于挖掘机的突然操作而发生发动机转速下降的情况下，提前计算液压致动器15中所需的液压泵13的输出扭矩，并且如果预知转速下降发生，则将电动发电机17作为电动机而驱动以给发动机10增加输出，并因此防止了发动机转速下降。
图3B是图示根据本发明另一实施方式的用于控制混合动力施工机械的发动机转速的系统的构造的框图。
在混合动力施工机械中，如果附接到发动机10的电动发电机17突然操作，则会发生发动机转速下降。参见图3B，根据本发明实施方式的用于控制发动机转速的系统还包括用于控制电动发电机17的发电或电动机操作的驱动控制装置、以及用于检测电动发电机17是否突然操作的突然操作检测装置70。
混合动力控制装置50平稳地处理电动发电机17的突然操作信号，并且如果根据突然操作检测装置70检测到的电动发电机17的突然操作而需要的液压泵13的输出扭矩变化超过预定等级、并因此发动机转速下降将发生，则将处理信号供应到驱动控制装置60。也就是说，在本发明的这种实施方式中，通过使电动发电机17的驱动信号的预定量失真，并平稳地施加驱动信号，防止了发动机转速(RPM)下降。
接下来，将描述根据本发明另一实施方式的用于控制混合动力施工机械的发动机转速的方法。与上述的根据本发明实施方式用于控制施工机械的发动机转速的系统的已解释部分重复的部分的解释将略去。用于控制混合动力施工机械的发动机转速的方法应用到用于混合动力施工机械的控制系统，该控制系统包括：发动机10；液压泵13，其由发动机10驱动以用排出的液压流体驱动液压致动器15；电动发电机17，其由发动机10驱动以发电，并且作为补充发动机10的电动机而驱动液压泵13；以及储能装置19，其用电动发电机17产生的电能充电，并供应电能以供电动发电机17进行电动机操作。
图5是图示根据本发明另一实施方式的用于控制混合动力施工机械的发动机转速的方法的流程图。
参见图5，根据本发明另一实施方式的用于控制混合动力施工机械的发动机转速的方法包括扭矩检测步骤S100、下降确定步骤S200、以及混合动力控制步骤S300。
在扭矩检测步骤S100中，检测为操作液压致动器15而所需的液压泵13的输出扭矩。优选地，借助于检测通过调整液压泵13中的斜盘14而排出的流量所引起的输出扭矩，执行对液压泵13的输出扭矩的检测。并且，可通过检测主控制阀(MCV)7的打开面积或输出，执行对系统的必需扭矩的检测。
在下降确定步骤S200中，如果在扭矩检测步骤S100中检测到的液压泵13的输出扭矩变化超过预定值，则确定产生发动机转速下降的可能性。优选地，如果预料发动机转速下降超过100RPM，则确定将发生发动机10的转速下降。
在混合动力控制步骤S300中，如果在下降确定步骤S200中确定将发生发动机转速下降，则控制电动发电机17的电动机操作以补充发动机输出。
在本发明的优选实施方式中，在下降确定步骤S200中，如果由于操作过程中负载突然增加使液压泵13的输出扭矩变化超过了预定等级，则确定发生发动机转速下降的可能性。
图6是图示根据本发明又一实施方式的用于控制混合动力施工机械的发动机转速的方法的流程图。
在混合动力施工机械系统中，如果附接到发动机10的电动发电机17突然操作，则会发生发动机转速下降。参见图6，根据本发明又一实施方式的用于控制发动机转速的方法包括突然操作检测步骤S500、扭矩计算步骤S1000、下降确定步骤S2000、以及混合动力控制步骤S3000。
在突然操作检测步骤S500中，检测电动发电机17是否突然操作。
在扭矩计算步骤S1000中，计算根据在突然操作检测步骤S500中检测到的电动发电机17的突然操作所需要的液压泵13的输出扭矩。
在下降确定步骤S2000中，如果在扭矩计算步骤S1000中计算出的液压泵13的输出扭矩变化超过预定等级，则确定发动机10发生发动机转速下降的可能性。
在混合动力控制步骤S3000中，如果在下降确定步骤S2000中确定发动机10将发生发动机转速下降，则通过平稳地处理电动发电机17的突然操作信号，控制电动发电机17的电动机操作。
如上所述，已经参照附图详述了本发明的优选实施方式。通过参阅参照了附图的上述实施方式，将清楚本发明的各方面和各特征以及用于实现各方面和各特征的方法。然而，本发明并不局限于上述实施方式，而可以不同形式实施。虽然为了示例性目的已描述了本发明的优选实施方式，但本领域技术人员将理解，在不脱离附图中公开的本发明的范围和主旨的情况下，多种修改、添加以及替代均是可能的。

Claims (5)

1.一种用于控制混合动力施工机械的发动机转速的系统，包括：发动机；液压泵，液压泵由所述发动机驱动以用排出的液压流体驱动液压致动器；电动发电机，电动发电机由所述发动机驱动以发电，并且作为补充所述发动机的电动机而驱动所述液压泵；以及储能装置，储能装置由所述电动发电机产生的电能充电，并为所述电动发电机的电动机操作供应电能；所述系统包括：
扭矩检测装置，扭矩检测装置用于检测驱动所述液压致动器所需的液压泵的输出扭矩；以及
混合动力控制装置，如果由所述扭矩检测装置检测到的液压泵的输出扭矩变化超过了预定等级、并且确定将发生发动机转速下降，则混合动力控制装置控制所述电动发电机的电动机操作以补充发动机输出；
其中，所述用于控制混合动力施工机械的发动机转速的系统还包括：
驱动控制装置，驱动控制装置用于控制所述电动发电机的发电或电动机操作；以及
突然操作检测装置，突然操作检测装置用于检测所述电动发电机是否突然操作；
其中，如果所述突然操作检测装置检测到的所述电动发电机的突然操作所需的液压泵的输出扭矩变化超过了预定等级、并且确定将发生发动机转速下降，则所述混合动力控制装置平稳地处理所述电动发电机的突然操作信号并将处理过的信号供应到所述驱动控制装置。
2.如权利要求1所述的系统，其中，如果由于负载突然增加导致使由所述扭矩检测装置检测的所述液压泵的输出扭矩变化超过了预定等级、并且确定将发生所述发动机转速下降，则所述混合动力控制装置控制所述电动发电机的电动机操作以补充发动机输出。
3.一种混合动力施工机械的控制系统中用于控制发动机转速的方法，所述控制系统包括：发动机；液压泵，液压泵由所述发动机驱动以用排出的液压流体驱动液压致动器；电动发电机，电动发电机由所述发动机驱动以发电，并且作为补充所述发动机的电动机而驱动所述液压泵；储能装置，储能装置由所述电动发电机产生的电能充电，并为所述电动发电机的电动机操作供应电能；驱动控制装置，驱动控制装置用于控制所述电动发电机的发电或电动机操作；以及突然操作检测装置，突然操作检测装置用于检测所述电动发电机是否突然操作；所述方法包括：
扭矩检测步骤：检测驱动所述液压致动器所需的液压泵的输出扭矩；
下降确定步骤：如果所述扭矩检测步骤中检测到的液压泵的输出扭矩变化超过了预定等级，则确定发生发动机转速下降的可能性；以及
混合动力控制步骤：如果在所述下降确定步骤中确定将发生发动机转速下降，则控制所述电动发电机的电动机操作以补充发动机输出，
其中，如果所述突然操作检测装置检测到的所述电动发电机的突然操作所需的液压泵的输出扭矩变化超过了预定等级、并且确定将发生发动机转速下降，则所述混合动力控制装置平稳地处理所述电动发电机的突然操作信号并将处理过的信号供应到所述驱动控制装置。
4.如权利要求3所述的方法，其中，如果由于操作期间负载的突然增加而导致使在所述扭矩检测步骤中检测的液压泵的输出扭矩变化超过了预定等级，则所述下降确定步骤确定发生发动机转速下降的可能性。
5.一种混合动力施工机械的控制系统中用于控制发动机转速的方法，所述控制系统包括：发动机；液压泵，液压泵由所述发动机驱动以用排出的液压流体驱动液压致动器；电动发电机，电动发电机由所述发动机驱动以发电，并且作为补充所述发动机的电动机而驱动所述液压泵；以及储能装置，储能装置由所述电动发电机产生的电能充电，并为所述电动发电机的电动机操作供应电能；所述方法包括：
突然操作检测步骤：检测所述电动发电机是否突然操作；
扭矩计算步骤：计算根据在所述突然操作检测步骤中检测到的所述电动发电机的突然操作而所需的液压泵的输出扭矩；
下降确定步骤：如果所述扭矩计算步骤中计算出的液压泵的输出扭矩变化超过了预定等级，则确定发生发动机转速下降的可能性；以及
混合动力控制步骤：如果在所述下降确定步骤中确定将发生发动机转速下降，则通过平稳地处理所述电动发电机的突然操作信号来控制所述电动发电机的电动机操作。
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