CN102383453A

CN102383453A - 混合动力挖掘机的自动怠速控制方法

Info

Publication number: CN102383453A
Application number: CN2011102343591A
Authority: CN
Inventors: 王庆丰; 姚洪
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2011-08-16
Filing date: 2011-08-16
Publication date: 2012-03-21
Anticipated expiration: 2031-08-16
Also published as: CN102383453B

Abstract

本发明公开了一种混合动力挖掘机的自动怠速控制方法，包括以下步骤：1)、设定怠速时间等各种数值；2)、通过检测先导压力，判断挖掘机是否停止工作；3)、当挖掘机停止动作的时间超过设定的怠速时间时，进入步骤4)；否则退出自动怠速控制程序，并调整发动机转速调整为目标工作转速；4)、检测超级电容当前SOC值；5)、在加载过程中，通过检测先导压力，来判断挖掘机是否开始工作；6)、检测超级电容当前SOC值；7)、调节发动机至第二怠速；8)、反复通过检测先导压力来判断挖掘机是否开始工作。该方法能有效提高发动机的燃油经济性，同时防止发动机怠速工况加载时转速大范围波动。

Description

混合动力挖掘机的自动怠速控制方法

技术领域

本发明涉及一种混合动力液压挖掘机自动怠速控制方法，适用于具有油电混合动力配置的工程机械。

背景技术

随着全球环境、能源问题日益突出，节能减排技术是目前研究的热点，而挖掘机的发动机功率利用率只有20％，并且载荷频繁波动使发动机排放变差，油电混合动力技术是当前研究的热点，通过电动机对载荷削峰填谷，使发动机工作点稳定在高效区。

挖掘机的自动怠速工况占总运行时间约有30％，传统液压挖掘机的自动怠速控制方法是：挖掘机的操作手柄停止动作一段时间后，降低发动机转速至第一自动怠速，操作手柄继续停止动作一段时间后，再降低发动机转速至第二自动怠速，整个自动怠速运行过程中，若操作手柄有动作，则立刻调整发动机至目标转速。挖掘机怠速工况下降低发动机转速，可以减小发动机功率并有效降低油耗，因而获得了广泛的应用。但是自动怠速工况下，虽然发动机的转速减小了，负载扭矩也较小，对照发动机万有特性曲线，可以发现此时发动机的燃油经济性极差，如果能提高发动机效率，则能进一步节省燃油。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种混合动力挖掘机的自动怠速控制方法，该方法能有效提高发动机的燃油经济性，同时防止发动机怠速工况加载时转速大范围波动。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种，混合动力挖掘机的自动怠速控制方法，包括以下步骤：

1)、设定怠速时间、第一怠速、第二怠速、先导压力阈值以及超级电容SOC怠速充电阈的上下限值；

2)、通过检测先导压力，判断挖掘机是否停止工作：

当先导压力小于先导压力阈值，判定挖掘机停止动作，进入步骤3)；

反之，则判定挖掘机处于工作状态；并退出自动怠速控制程序；

3)、当挖掘机停止动作的时间超过设定的怠速时间时，进入步骤4)；否则退出自动怠速控制程序，并调整发动机转速调整为目标工作转速；

4)、检测超级电容当前SOC值；

当超级电容当前SOC值小于超级电容SOC怠速充电阈值的下限值时，进入步骤5)，否则进入步骤7)；

5)、先调节发动机至第一怠速，然后根据发动机万有特性曲线选择目标发电扭矩和加载斜率；在加载过程中，通过检测先导压力，来判断挖掘机是否开始工作：当先导压力小于先导压力阈值时，判定挖掘机尚未开始工作，进入步骤6)；反之，则判定挖掘机已开始工作状态，否则退出自动怠速控制程序，并调整发动机转速调整为目标工作转速；

6)、检测超级电容当前SOC值：

当超级电容当前SOC值小于超级电容SOC怠速充电阈值的上限值时，返回至步骤5)，否则进入步骤7)；

7)、调节发动机至第二怠速，并控制电动机/发电机的发电扭矩降为0Nm；

8)、反复通过检测先导压力来判断挖掘机是否开始工作，直至检测到先导压力≥先导压力阈值时，退出自动怠速控制程序，并调整发动机转速调整为目标工作转速。

作为本发明的混合动力挖掘机的自动怠速控制方法的改进：混合动力挖掘机是吨位为13～40吨的中型混合动力挖掘机：设定怠速时间为3～5s，第一怠速为1100rpm，第二怠速为800rpm，超级电容SOC怠速充电阈值为0.875～0.9，先导压力阈值为5～10bar。

在本发明中，SOC即state of charge，荷电状态，超级电容的SOC表明电容存储电量的多少，SOC的范围是0～1，SOC＝U_当前/U_额定。

在本发明中，选择加载斜率主要为了防止发动机熄火，因为发动机在低转速下突然加上较大的目标发电扭矩容易熄火。

本发明的混合动力挖掘机的自动怠速控制方法，能使混合动力挖掘机在怠速状态进一步减少能耗，同时利用工作间歇向超级电容充电，为下一周期工作做准备。

与背景技术相比，本发明具有如下优点：

1、在第一怠速下通过电机发电增加发动机负荷，使发动机工作在高效区，提高发动机的燃油经济性；

2、电机发电时发电扭矩按一定斜率增加，可以减小发动机转速波动；

3、怠速工况下对超级电容充电，可以为挖掘机下一周期持续工作做好准备；

4、采用两级怠速控制，当可以缩短发动机调整至目标工作转速的时间。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

图1是本发明的通过先导压力判断挖掘机是否工作的流程图；

图2是本发明的混合动力液压挖掘机的自动怠速控制方法流程图；

图3是混合动力液压挖掘机自动怠速工况下发动机转速、电容SOC、电机发电扭矩变化示意图；

图4是发动机万有特性曲线图。

具体实施方式

结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例1、图1和图2结合给出了一种混合动力挖掘机的自动怠速控制方法，依次进行以下步骤：

1)、由于该混合动力挖掘机的自重为20吨，因此设定怠速时间为4s、第一怠速为1100rpm、第二怠速为800rpm、先导压力阈值为10bar、超级电容SOC怠速充电阈的上下限值为0.875～0.9。

2)、通过检测先导压力，判断挖掘机是否停止工作：

反之，则判定挖掘机处于工作状态；并退出自动怠速控制程序；即，混合动力挖掘机自动怠速功能失效，即不执行图2所示的流程。

3)、当挖掘机停止动作的时间超过设定的怠速时间时，进入步骤4)；否则退出自动怠速控制程序(即结束自动怠速功能)，并调整发动机转速调整为目标工作转速；

4)、检测超级电容当前SOC(超级电容荷电状态)值；

5)、先调节发动机至第一怠速，然后根据发动机万有特性曲线选择目标发电扭矩和加载斜率(使发动机工作在高效区，并防止发动机在怠速工况突然加上较大载荷而产生较大的转速波动或者熄火)；在加载过程中，通过检测先导压力，来判断挖掘机是否开始工作：当先导压力小于先导压力阈值时，判定挖掘机尚未开始工作，进入步骤6)；反之，则判定挖掘机已开始工作状态，退出自动怠速控制程序(即结束自动怠速功能)，发动机转速调整为目标工作转速；

6)、检测超级电容当前SOC值：

8)、反复通过检测先导压力来判断挖掘机是否开始工作，直至检测到先导压力≥先导压力阈值时，退出自动怠速控制程序(即结束自动怠速功能)，并调整发动机转速调整为目标工作转速。

应用实例1：

一种混合动力液压挖掘机的自动怠速控制方法，除了实施例1的所确定的参数之外，假定发动机目前工作转速为1800rpm，超级电容当前SOC为0.8，怠速工况发电机发电目标扭矩300Nm，发电扭矩增加斜率为50Nm/s，则整个自动怠速过程发动机转速、发电机发电扭矩和超级电容SOC变化情况如图3所示。

图4为应用实例1中的发动机的万有特性曲线图，横坐标为发动机转速，纵坐标为发动机的负载扭矩，图中每一点表示了发动机的一个工况点。图中11条线中有10条上表明了数字，1条没有标数字，没标数字的曲线称为发动机外特性曲线，该条曲线表明了发动机的工作能力和工况点的纵向范围，即发动机的载荷如果超过了外特性曲线则发动机要熄火；另外标了数字的10条曲线是发动机的等油耗线，每条线上的数字是发动机的燃油消耗率，单位为g/kW.h，反映了发动机的效率，数字越大，效率越低。发动机有无数个工况点，每个工况点都有效率，把效率相同的工况点连起来就构成了等油耗线，即该线上的各点效率相同。

从图4可以看出，传统挖掘机在怠速状态工作在A点，其油耗为308g/kW.h，按照本发明控制发动机工作在B点，其油耗为225g/kW.h左右，从而发动机效率大大提高。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的一个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims

1.混合动力挖掘机的自动怠速控制方法，其特征是包括以下步骤：

2)、通过检测先导压力，判断挖掘机是否停止工作：

4)、检测超级电容当前SOC值：

6)、检测超级电容当前SOC值：

2.根据权利要求1所述的混合动力挖掘机的自动怠速控制方法，其特征是：

混合动力挖掘机是吨位为13～40吨的中型混合动力挖掘机：设定怠速时间为3～5s，第一怠速为1100rpm，第二怠速为800rpm，超级电容SOC怠速充电阈值为0.875～0.9，先导压力阈值为5～10bar。