CN101993006A - 汽车起重机及其节能控制方法、节能控制系统 - Google Patents

汽车起重机及其节能控制方法、节能控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种汽车起重机的节能控制系统和方法，该节能控制方法包括以下步骤：通过手柄给出汽车起重机的液压系统所需的流量和通过压力传感器检测液压系统的负载压力；利用节能算法模块计算或查找发动机在当前负载下、在当前转速的设定变化范围内的单位时间油耗的最低值；以及将发动机调节至单位时间油耗最低值对应的转速，并且将液压系统的变量泵调节至与转速相匹配的排量。本发明还公开了一种具有节能控制系统的汽车起重机。在本发明中，使手柄直接对应液压系统的流量，实现了发动机转速和变量泵排量的联合控制。

Description

汽车起重机及其节能控制方法、节能控制系统
技术领域
本发明涉及汽车起重机，尤其涉及汽车起重机的节能控制方法和节能控制系统。
背景技术
随着世界石油资源的日益匮乏，对工程机械采用节能技术已经逐渐成为工程机械行业所必须进行的一项工作。并且，发动机的油耗已成为节能效果评价的一个很重要的经济指标。
汽车起重机由于工况复杂，节能技术的运用难度较大，目前节能操作方式如下：通过手柄控制变量泵的排量和油门控制发动机转速，两者相互配合来实现节能操作。
汽车起重机这种油门控制发动机转速、手柄控制油泵排量的传统的节能操作方式很难保证发动机的功率和油泵的功率匹配平衡，同时也无法保证起重机在最低的油耗之下工作，造成了能源的浪费，增加了起重机用户的工作成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种汽车起重机的节能控制方法，以节约发动机的油耗。本发明的目的还在于提供一种汽车起重机的节能控制系统和具有该节能控制系统的汽车起重机。
为此，本发明一方面提供了一种汽车起重机的节能控制方法，其包括以下步骤：通过手柄给出汽车起重机的液压系统所需的流量和通过压力传感器检测液压系统的负载压力；利用节能算法模块计算或查找发动机在当前负载下、在当前转速的设定变化范围内的单位时间油耗的最低值；以及将发动机调节至单位时间油耗最低值对应的转速，并且将液压系统的变量泵调节至与转速相匹配的排量。
进一步地，上述单位时间油耗(U油耗)与发动机转速(n)之间的关系符合表达式：
Figure BDA0000028001330000021
其中，Q流量为手柄提供的液压系统所需的流量，P压力为压力传感器检测的液压系统的负载压力。
进一步地，当当前转速的设定变化范围小于发动机的转速范围时，将查找到的单位时间油耗的最低值对应的转速作为当前转速，重新查找发动机的单位时间油耗的最低值。
进一步地，当前转速的设定变化范围为发动机的转速范围。
进一步地，单位时间油耗为5分钟燃油消耗。
进一步地，上述节能算法模块包括油耗模型，油耗模型为发动机在各种转速、各种扭矩下依据实际试验测试数据建立的单位时间油耗的离散数据集合。
进一步地，上述节能算法模块还包括损耗模型，损耗模型为变量泵在各种转速、各种排量下依据实际试验测试数据建立的扭矩损失量的离散数据集合。
根据本发明的另一方面，提供了一种汽车起重机的节能控制系统，其包括：手柄，用于提供汽车起重机的液压系统的流量需求信号；压力传感器，用于检测液压系统的负载压力；以及控制器，与手柄和压力传感器信号连接，利用节能算法模块，查找或计算发动机在当前负载下、在当前转速的设定变化范围内的单位时间油耗的最低值，并且将发动机调节至单位时间油耗的最低值对应的转速和将液压系统的变量泵调节至与转速相匹配的排量。
进一步地，上述手柄为电控手柄。
本发明还提供了一种具有上述节能控制系统的汽车起重机。
本发明的节能控制方法和系统使操作手柄直接对应流量，实现了发动机转速和变量泵排量的联合控制。这种由多种变量控制过渡到单变量控制的操作方式，既实现了节能目标，同时也保证了汽车起重机正常的作业要求。
除了上面所描述的目的、特征、和优点之外，本发明具有的其它目的、特征、和优点，将结合附图作进一步详细的说明。
附图说明
构成本说明书的一部分、用于进一步理解本发明的附图示出了本发明的优选实施例，并与说明书一起用来说明本发明的原理。图中：
图1示出了根据本发明的汽车起重机的节能控制系统的原理框图；
图2示出了根据本发明的汽车起重机的节能控制方法的流程图；
图3示出了根据本发明的某型汽车起重机在800转/min时各扭矩与单位时间油耗的曲线图；以及
图4示出了根据本发明的某型汽车起重机在1400转/min时液压系统某油泵的扭矩损失数据图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
图1示出了根据本发明的汽车起重机的节能控制系统的原理框图。如图1所示，由手柄给出流量需求信号，此流量需求信号送到控制器当中，控制器同时根据流量需求信号和压力传感器检测的负载压力信号由节能算法模块结合功率匹配的原则得出该负载下发动机的最佳转速和与最佳转速匹配的变量泵的排量。
起重机机械动作的快慢由液压系统的流量决定，操作人员操纵手柄(优选为电控手柄)，控制器采集手柄的电信号即流量需求信号，通过模块计算将其转换成液压系统所需的流量。
上述流量需求信号和负载压力信号可由CAN总线传输，并且可通过J1939协议将转速及时反馈给控制器，利用控制器当中的速度闭环控制模块实时调整转速以达到预期转速。
如此，通过手柄直接实现发动机的转速和变量泵的排量的联合控制。即通过控制手柄就能直接实现动作和速度的联合控制并且使起重机工作在最佳省油状态。
图2示出了根据本发明的汽车起重机的节能控制方法的流程图。如图2所示，该节能控制方法包括：通过手柄给出汽车起重机的液压系统的流量需求信号的步骤S10；通过压力传感器检测液压系统的负载压力信号的步骤S12；利用节能算法模块计算或查找发动机在当前负载下、在当前转速的设定变化范围内的单位时间油耗的最低值的步骤S14；将发动机调节至单位时间油耗最低值对应的转速的步骤S16；以及将液压系统的变量泵调节至与转速相匹配的排量的步骤S18。
下面对本发明的节能控制方法的各步骤进行详细说明。流量需求信号Q流量由手柄开度位置决定，Q流量＝Q排量*n，在给出发动机的转速n时，变量泵的排量Q排量就确定了，在此称作变量泵的排量与发动机的转速相匹配。
当负载一定时，液压系统的负载压力P压力是确定的，油耗U油耗是有关发动机转速n的函数，即
由于发动机的转速范围是确定的，例如从800转/min～1500转/min。此时，将各转速代入油耗表达式即可求出相应的油耗U油耗，将获得的各油耗U油耗的大小进行比较，即可找出油耗最低值。将发动机的转速调节至该油耗最低值对应的转速上，即实现了节能。
上述当前转速的设定变化范围可以为发动机的转速范围，此时一次可以计算出在发动机转速范围内的单位时间油耗的最低值对应的最佳转速。
上述当前转速的设定变化范围也可以是小于发动机转速范围，例如当前转速为850转/min，设定变化范围为正负300转/min，假设发动机的转速范围是800～1500转/min，即在800～1150转/min的范围内查找单位时间油耗的最低值，例如查到1100转/min对应的单位时间油耗最低，即将1100转/min作为当前转速，再在1100转/min的正负300转/min内重新查找发动机的单位时间油耗的最低值。
需要说明的是，发动机的转速范围是厂家提供的，而当前转速的设定变化范围是给定的，可以根据控制器的数字处理能力来设定当前转速的变化范围。
在上述油耗表达式中，关于液压系统的扭矩损失和发动机至液压系统的变量泵之间的扭矩损失，可以通过给定修订系数的方式来修订。
以上给出了通过计算的方法获得发动机最佳转速的方法，当然，也可以通过查表的方式获得发动机最佳转速的方法。
为了能够根据流量需求信号和负载压力信号来查找发动机的单位时间油耗最低点的转速，其节能算法模块中需要建立油耗模型(发动机燃油消耗模型)，在更精确的油耗查找过程中，还需要建立损耗模型(液压系统变量泵扭矩损耗模型)，该油耗模型和损耗模型是依靠实际试验测试数据来建立的。
油耗模型是发动机在各种转速、各种扭矩下依据实际试验测试数据建立的单位时间油耗的数据集合，以实现对发动机转速、扭矩与油耗的定量分析。
在这里，单位时间油耗优选为5分钟油耗，通过5分钟油耗试验和分区间段利用插值与多项式拟合，发明人建立了发动机转速N与转速N下各扭矩T与燃油消耗的数学模型U油耗(N，T)曲线。该曲线的一个实例如图3所示，图3示出了根据本发明的某一型号汽车起重机在800转/min时各扭矩与单位时间油耗的曲线图。在给出了油耗的数学模型U油耗(N，T)后，可以很方便地根据发动机扭矩和转速来查找油耗。
损耗模型是变量泵在各种转速、各种排量下的扭矩损失量的离散数据集合，以实现对发动机的输出扭矩与变量泵的损耗的定量分析。
对于液压系统变量泵损耗试验的数据，采用分段分区间的方法利用插值的数学方法建立扭矩损失的数据图，该数据图的一个实例如图4所示，图4示出了根据本发明的某一汽车起重机在1400转/min时液压系统某油泵的扭矩损失数据图。在给出扭矩损失数据图后，可以很方便地根据转速和变量泵的排量查找扭矩损失值。
将当前转速下的变量泵的扭矩和扭矩损失值之和作为发动机的扭矩，再查找油耗的数学模型U油耗(N，T)，则可找出发动机当前转速的设定变化值范围内的单位时间油耗的最低值，即找到了相应的最佳转速，再根据变量泵的排量与转速相匹配的关系，即可获得变量泵的排量。
通过控制器查找最佳转速的具体方法可如下：结合控制器特性通过内循环(与程序相关的循环)与外循环(与硬件相关的循环)搜索方式对发动机的油耗模型和变量泵的损耗模型进行搜索，求得最佳转速与油泵排量。
具体地，对于内循环搜索，主要完成油泵排量的搜索，得到当前转速条件下发动机输出的扭矩，调用油耗模型和损耗模型得到当前转速与排量组合下的单位时间油耗例如5分钟油耗，对于外循环搜索，主要是利用控制器的一次循环周期对当前转速的设定变化范围内查找最佳油耗，并记录最佳转速与油泵排量匹配值。
为了能使发动机转速与油泵排量控制平滑，可利用闭环控制来控制发动机的转速，利用斜坡处理函数来控制变量泵的排量。
通过以上描述可以看出，在本发明中，通过使手柄直接对应流量，实现了转速和排量的联合控制。由多种变量控制过渡到单变量控制，这种新的操作方式真正实现了最佳节能目标，同时又保证了汽车起重机正常的作业要求。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种汽车起重机的节能控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过手柄给出汽车起重机的液压系统所需的流量和通过压力传感器检测所述液压系统的负载压力；
利用节能算法模块计算或查找发动机在当前负载下、在当前转速的设定变化范围内的单位时间油耗的最低值；以及
将发动机调节至所述单位时间油耗最低值对应的转速，并且将所述液压系统的变量泵调节至与所述转速相匹配的排量。
2.根据权利要求1所述的汽车起重机的节能控制方法，其特征在于，所述单位时间油耗(U油耗)与发动机转速(n)之间的关系符合表达式：
Figure FDA0000028001320000011
其中，所述Q流量为所述手柄提供的液压系统所需的流量，所述P压力为所述压力传感器检测的所述液压系统的负载压力。
3.根据权利要求1所述的汽车起重机的节能控制方法，其特征在于，当所述当前转速的设定变化范围小于所述发动机的转速范围时，将查找到的单位时间油耗的最低值对应的转速作为当前转速，重新查找发动机的单位时间油耗的最低值。
4.根据权利要求1所述的汽车起重机的节能控制方法，其特征在于，所述当前转速的设定变化范围为所述发动机的转速范围。
5.根据权利要求1所述的汽车起重机的节能控制方法，其特征在于，所述单位时间油耗为5分钟燃油消耗。
6.根据权利要求1所述的节能控制方法，其特征在于，所述节能算法模块包括油耗模型，所述油耗模型为发动机在各种转速、各种扭矩下依据实际试验测试数据建立的单位时间油耗的离散数据集合。
7.根据权利要求6所述的汽车起重机的节能控制方法，其特征在于，所述节能算法模块还包括损耗模型，所述损耗模型为变量泵在各种转速、各种排量下依据实际试验测试数据建立的扭矩损失量的离散数据集合。
8.一种汽车起重机的节能控制系统，其特征在于，包括：
手柄，用于提供汽车起重机的液压系统的流量需求信号；
压力传感器，用于检测所述液压系统的负载压力；以及
控制器，与所述手柄和压力传感器信号连接，利用节能算法模块，查找或计算发动机在当前负载下、在当前转速的设定变化范围内的单位时间油耗的最低值，并且将发动机调节至所述单位时间油耗的最低值对应的转速和将所述液压系统的变量泵调节至与所述转速相匹配的排量。
9.根据权利要求8所述的节能控制系统，其特征在于，所述手柄为电控手柄。
10.一种具有权利要求9所述的节能控制系统的汽车起重机。
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