CN102493976B - 一种工程机械的动力控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种工程机械的动力控制方法，控制方法包括下述步骤：10)预存液压泵流量和液压系统压力以及操作信号的对应关系；建立液压系统压力、液压泵流量和基准目标转速的对应关系；20)获取实际的液压系统压力和操作信号，选择液压泵的目标流量；30)并获取与实际液压系统压力、目标流量对应的基准目标转速；40)确定目标转速、目标排量、发动机目标功率；50)控制发动机按目标转速和目标功率工作，液压泵依目标流量工作。该方法综合考虑整个动力系统燃油经济性和效率，在满足负载需求的情况下，以发动机燃油消耗量和液压泵效率综合计算，寻找经济性最佳的目标转速，使动力系统经济性最佳。本发明还公开一种工程机械的动力控制系统。

Description

一种工程机械的动力控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，特别涉及一种工程机械的动力控制系统及控制方法。

背景技术

工程机械的动力系统通常包括液压系统和发动机，发动机驱动液压系统的液压泵动作，液压泵驱动液压执行元件动作，液压系统中液压泵的流量决定了执行元件的动作速度。以挖掘机为例，作业时，液压系统中液压泵的流量决定了挖掘的速度。通常由操作人员根据实际工况或实际作业效率需求控制液压系统的流量，液压泵流量为液压泵排量和转速的乘积，而液压泵的转速与带动其转动的发动机转速一致，因此，通常通过单独调节发动机转速或液压泵自身的排量调节机构调节排量，以达到所需流量，满足挖掘速度需求。

现有技术中，存在根据负载信息反馈配合液压泵作出调节，并根据该调节信息获取发动机所需的功率，以使发动机的功率和液压泵的功率与负载变化相适应，从而提高发动机的工作效率。

然而，发动机的功率由发动机转速和输出扭矩共同决定，确定与工况需求相适应的发动机功率后，并未采取有效措施调节发动机转速和扭矩的大小。由于发动机油耗由发动机转速和发动机扭矩决定，在发动机转速和扭矩未得到合理调节的情形下，则发动机油耗无法得到合理控制，则操作成本未得到有效控制。而且，即使发动机油耗得到控制，整个工程机械的动力系统的能耗也可能较高、发动机利用率低。

此外，发动机动力系统的增压系统通常为涡轮增压系统，当发动机从低转速提升到较高工作转速时，受涡轮增压器滞后影响，发动机转速提升较慢，影响系统响应速度。

有鉴于此，如何提供一种能够提高整个工程机械的动力系统的工作效率且降低系统能耗是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的为提供一种工程机械的动力控制方法，该控制方法可以实现液压系统和发动机的联合控制，综合考虑发动机油耗和液压泵效率，从而降低整个动力系统的能耗，提高系统效率。本发明的另一目的是提供一种工程机械的动力控制系统。

为达到本发明的第一目的，本发明提供一种工程机械的动力控制方法，包括下述步骤：

10)预存液压泵流量和液压系统压力以及操作信号的对应关系；根据系统能耗同发动机油耗/液压泵效率的对应关系，建立液压系统压力、液压泵流量以及基准目标转速的对应关系，该对应关系为在特定的液压泵流量和液压系统压力下，对应的基准目标转速对应的系统能耗最低；

20)实时检测实际的液压系统压力和操作信号，并根据操作信号和液压系统压力选择液压泵的目标流量；

30)根据建立的对应关系，获取与实际液压系统压力以及液压泵目标流量对应的基准目标转速；

40)根据基准目标转速确定目标转速，并根据目标转速和目标流量获取的液压泵的目标排量，并获取发动机目标功率；

50)根据目标转速和目标功率控制发动机工作，并根据目标排量控制液压泵工作，以使液压泵的流量达到目标流量。

优选地，

步骤10)中，在系统能耗的对应关系式中，还包括液压系统温度，在特定的液压泵流量、液压系统压力以及液压系统温度下，根据建立的对应关系，获取系统能耗最低时对应的发动机转速，并将该转速设为基准目标转速，建立液压系统压力、液压泵流量、液压系统温度以及基准目标转速的对应关系。

优选地，

步骤20)中，还实时检测发动机的实际转速和实际发动机油耗量；

步骤40)中，根据基准目标转速确定目标转速时，判断基准目标转速对应的发动机油耗量是否大于同等工况下对应的实际发动机油耗量，

是，则确定目标转速＝(实际转速+基准目标转速)/2；

否，则确定目标转速＝基准目标转速。

优选地，

步骤10)中还预存工程机械的的工作模式、各工作模式下液压泵流量和液压系统压力以及操作信号的对应关系；

步骤20)中，选择与当前工作模式、操作信号和液压系统压力对应的液压泵流量为目标流量。

优选地，

步骤10)中，液压系统压力、对应的液压泵流量和基准目标转速确定的发动机输出功率小于或等于发动机的最大输出功率。

优选地，

步骤10)中，还设定发动机油耗量和液压泵输出功率的统计周期，步骤20)中，实时获取液压泵输出功率，并同期计算统计周期内的平均发动机油耗量和平均液压泵输出功率，根据平均系统油耗＝平均发动机油耗量/平均液压泵输出功率，获取平均系统油耗，并显示该平均系统油耗。

优选地，

步骤50)中，通过目标转速和发动机目标功率计算的发动机的喷油参数控制发动机工作。

优选地，

步骤50)中通过液压泵的排量调节机构控制液压泵按照目标排量工作。

优选地，

步骤10)中，还设定液压系统压力的压力对比值P0、压力变化率对比值Y0以及持续时间对比值T0；

步骤20)中，获取实际液压系统压力后，判断是否同时满足下述关系式：

P≤P0、dP/t≤Y0、t≥T0；

满足时，控制发动机怠速的信号至发动机电子控制单元；

其中，P为实际液压系统的压力，dP/t为液压系统压力的变化率，t为P≤P0、dP/t≤Y0同时成立的持续时间。

优选地，

步骤20)中，还实时检测实际的液压系统流量；

步骤50)中，根据目标排量并结合实际液压系统流量闭环控制液压泵工作，以使液压泵的流量达到目标流量。

该发明提供的工程机械的动力控制方法利用发动机转速和液压泵转速一致(或为固定比例关系)的原理，根据发动机油耗和液压泵效率建立系统能耗与发动机转速的对应关系，从而获取特定液压泵流量和液压系统压力下，使系统能耗最低的发动机基准目标转速，并按照基准目标转速确定目标转速，继而控制发动机按照该目标转速转动。因此，该控制方法从发动机和液压泵两方面综合考虑整个动力系统的燃油经济性和效率。在满足负载需求的情况下，均以发动机燃油消耗量和液压泵效率综合计算，寻找经济性最佳的目标转速，使发动机和液压泵组成的动力系统经济性最佳。

为达到本发明的另一目的，本发明提供一种工程机械的动力控制系统，包括：发动机、液压泵、实时检测实际液压系统压力的压力检测装置、实时检测实际液压系统流量的流量检测装置以及控制器；

控制器存储液压泵流量和液压系统压力以及操作信号的对应关系，以及液压系统压力、液压泵流量以及基准目标转速的对应关系；存储的对应关系为在特定的液压泵流量和液压系统压力下，对应的基准目标转速对应的系统能耗最低；

控制器实时获取实际液压系统压力，并选择液压泵的目标流量，根据存储的对应关系，获取与实际液压系统压力以及选择的液压泵目标流量对应的基准目标转速，根据基准目标转速确定目标转速；并根据目标转速和目标流量计算的液压泵的目标排量；并获取发动机目标功率，根据目标转速和目标功率控制发动机工作，并根据目标排量控制液压泵工作，以使液压泵的流量达到目标流量。

优选地，所述工程机械的动力控制系统还包括与控制器连接的实时检测液压系统温度的液压系统温度检测装置；所述控制器存储的对应关系为在特定的液压泵流量、液压系统压力和液压系统温度下，对应的基准目标转速对应的系统能耗最低；所述控制器获取与实际液压系统压力、选择的液压泵目标流量、检测的液压系统温度对应的基准目标转速。

优选地，具有实时检测发动机实际转速和实际发动机油耗量的发动机参数检测装置；当基准目标转速对应的发动机油耗量大于同等工况下的实际发动机油耗量，控制器确定目标转速＝(实际转速+基准目标转速)/2；当基准目标转速对应的发动机油耗量小于实际油耗量，控制器确定目标转速＝基准目标转速。

优选地，所述工程机械的动力控制系统包括显示面板；所述控制器设定系统油耗量和液压泵输出功率的统计周期，实时获取液压泵输出功率，并同期计算统计周期内的平均系统油耗量和平均液压泵输出功率，根据平均系统油耗＝平均发动机油耗量/平均液压泵输出功率，获取平均系统油耗，并将平均系统油耗输出至所述显示面板。

优选地，所述控制器设定液压系统压力的压力对比值P0、压力变化率对比值Y0以及持续时间对比值T0，当同时满足下述关系式：

P≤P0、dP/t≤Y0、t≥T0；

控制器输出控制发动机怠速的信号至发动机电子控制单元；

其中，P为实际液压系统的压力，dP/t为液压系统压力的变化率，t为P≤P0、dP/t≤Y0同时成立的持续时间。

优选地，所述工程机械的动力控制系统还包括辅助增压系统，所述控制器设定转速差值对比值A0；

当满足关系式n0-n1≥A0时，控制器输出起动所述辅助增压系统的信号；

当满足关系式n0-n1＜A0时，控制器输出停止所述辅助增压系统的信号；

其中，n1为记录的发动机当前的实际转速，n0为目标转速。

优选地，所述辅助增压系统为机械增压器和压缩气体储蓄装置。

优选地，所述控制器内预存工程机械的的工作模式、各工作模式下液压泵流量和液压系统压力以及操作信号的对应关系。

优选地，控制器内存储的液压系统压力、对应的液压泵流量和基准目标转速确定的发动机输出功率小于或等于发动机的最大输出功率。

优选地，所述工程机械的动力控制系统具有输入液压泵流量选择操作信号的流量连续调控旋钮。

优选地，包括检测实际液压泵流量的流量检测装置，所述控制器根据实际液压泵流量和目标排量闭环控制所述液压泵工作，以使液压泵的流量达到目标流量。

该发明提供的工程机械的动力控制系统与上述控制方法的原理一致。控制器内存储的液压系统压力、液压泵流量以及基准目标转速的对应关系，也利用了发动机转速和液压泵转速一致(或为固定比例关系)的原理，根据发动机油耗和液压泵效率建立系统能耗与发动机转速的对应关系，从而获取特定液压泵流量和液压系统压力下，使系统能耗最低的发动机基准目标转速，并按照基准目标转速确定目标转速，继而控制发动机按照该目标转速转动。因此，该控制系统同样从发动机和液压泵两方面综合考虑整个动力系统的燃油经济性和效率。在满足负载需求的情况下，均以发动机燃油消耗量和液压泵效率综合计算，寻找经济性最佳的目标转速，使发动机和液压泵组成的动力系统经济性最佳。

附图说明

图1为本发明所提供工程机械的动力系统一种具体实施方式的结构示意图；

图2为本发明所提供工程机械的动力控制方法第一种具体实施方式的控制流程图；

图3为本发明所提供工程机械的动力控制方法第二种具体实施方式的控制流程图。

具体实施方式

本发明的核心为提供一种工程机械的动力控制方法和控制系统，该控制系统和控制方法可以实现液压系统和发动机的联合控制，综合考虑发动机油耗和液压泵效率，从而降低整个动力系统的能耗，提高系统效率。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。为了更好理解本发明的方案，下述内容结合工程机械的动力控制方法和控制系统进行说明，有益效果不再重复论述。

请参考图1和图2，图1为本发明所提供工程机械的动力控制系统一种具体实施方式的结构示意图；图2为本发明所提供工程机械的动力控制方法第一种具体实施方式的控制流程图。

工程机械的动力控制系统主要由控制器、液压泵、发动机、液压执行元件组成。控制器根据操作信号调整液压泵流量，操作信号在图1中表现为操作人员通过旋转流量连续调控旋钮，将所需的液压泵目标流量输入控制器中，由控制器根据流量需求控制液压泵和发动机工作。

该动力控制系统的具体工作过程可以结合图2中工程机械的动力控制方法理解，该动力控制方法包括下述步骤：

S11)建立液压泵流量、液压系统压力和操作信号的对应关系，以及液压系统压力、液压泵流量以及基准目标转速的对应关系；

首先，建立液压泵流量、液压系统压力和操作信号的对应关系，该对应关系可以根据实验确定，即通过实验确定不同负载下和不同作业速度需求(反应为操作人员输入的操作信号)下所需的液压泵流量，将不同负载对应的液压系统压力和所需的液压泵流量存储为对应的液压系统压力和目标流量。一般，随负载的增加，液压泵流量也随之增加。建立的液压泵流量、液压系统压力和操作信号的对应关系可作为流量脉谱存储于控制器中。建立目标流量和液压系统压力、操作信号的对应关系，可以同时满足动力需求和作业速度需求。

由于工程机械的用途比较多，工作模式也相应较多，以挖掘机为例，挖掘机的用途包括挖掘、破碎、平整等，挖掘对象包括土方、石方等，因此，挖掘机在不同工作场合的负载区别很大。则可以将挖掘机的工作模式设定为挖掘(硬质)模式、挖掘(松软)模式和破碎模式、平整模式四种，并分别建立四种模式对应的流量脉谱。流量脉谱可以涵盖挖掘机的的全部作业过程，包括挖掘、提升、摆臂、卸载等作业过程。此处列举了挖掘机的四种工作模式，实际上，根据具体工况和工程机械的种类，也可以设置其他工作模式并建立对应的流量脉谱。

在进一步的技术方案中，流量脉谱中设定的目标流量受到发动机最大功率的限制。预存的液压泵流量随液压系统压力的增加而增加，即随负载的增加而增加液压泵流量，满足执行需求，但目标流量并非持续增加，增加至一定值后，即使负载增加，目标流量也不再增加，甚至会相应地降低。随着液压泵流量和液压系统压力的增加，液压泵功率增加，相应地，发动机的功率增加，为了避免发动机过载熄火，液压泵流量可以根据发动机的最大输出功率进行标定。即保证在该负载工况下，目标流量和液压系统压力确定后，对应的发动机功率不超过发动机的最大输出功率(对应的发动机功率由液压泵效率和液压泵功率计算获得)。

该方式一方面可以满足不同工况对流量的需求，另一方面通过限制过载时的目标流量来限制液压泵的功率，从而限制发动机负荷，即使工程机械的过载，经控制系统计算得到的目标流量和发动机转速也处于允许范围内，不会导致发动机过载熄火。

此外，还建立液压泵流量、液压系统压力以及发动机转速和系统能耗之间的对应关系，根据建立的对应关系，在特定目标流量和液压系统压力下，获取系统能耗最低时对应的发动机的基准目标转速，再建立液压系统压力、液压泵流量以及基准目标转速的对应关系。具体建立过程如下：

本领域技术人员可知，发动机油耗主要由发动机转速和扭矩决定，即可建立函数关系式b(n、T)，其中，n为发动机转速，T为发动机扭矩，b为发动机油耗；液压泵效率为液压泵吸收发动机输出功率的效率，即液压泵效率＝液压泵功率/发动机功率，液压泵效率受液压泵转速、液压系统压力以及液压泵排量影响，由于液压泵由发动机驱动，因此，发动机转速和液压泵转速一致或为固定比例关系，即可建立函数关系式ηb(p、n、v)，其中，ηb为液压泵效率，P为液压泵压力，n为液压泵转速(即n表示发动机转速或液压泵转速)，v为液压泵排量。由于发动机功率输出至液压泵的功率存在损耗，因此，系统能耗和发动机油耗的值并不相等，发动机油耗/液压泵效率可以反应系统能耗的大小；可以采用下述关系式表述：

η(n、v、T)＝b(n、T)/ηb(p、n、v)，其中，η为随系统能耗升降而升降的值，发动机功率P＝nT＝液压泵功率Pb/液压泵效率ηb，液压泵功率Pb＝pq，其中q为液压泵流量，则扭矩T也可以使用p、q、n为变量的函数关系式表述。因此，能够建立液压泵流量、液压系统压力以及发动机转速和系统能耗之间的函数关系。则液压泵流量和液压系统压力一定时，可以获取系统能耗最低时，对应的发动机转速，该获取方式可以通过实验确定，也可以通过下述方式计算获得。

由于液压泵流量q＝vn，液压泵排量v＝q/n，则液压泵效率ηb的函数关系式中仅q和n为未知量，则上述系统能耗η的函数关系式中仅具有p、q、n三个变量，当p和q选定时，即可以建立发动机转速n与系统能耗的函数关系式，计算极限最小值，可以获得系统能耗最低时，对应的发动机转速n，控制器将该转速设定为基准目标转速。由此可知，能够建立液压泵流量、液压系统压力和基准目标转速的对应关系，并将建立的该对应关系存储于控制器内。

S12)实时检测实际液压系统压力和操作信号，并根据液压系统压力和操作信号选择液压泵的目标流量；

液压系统的压力可以通过多种方式获取，本发明的控制系统设置了液压系统压力检测装置，该装置可以是设于液压系统的压力检测元件，由于液压系统压力直接反应负载情况，因此，负载一定时，液压系统的压力一定。工程机械作业时，工程机械的动作包括挖掘、提升、摆臂以及卸载等，调节整个工程机械的动力系统主要针对工程机械的动作的过程中，动作进行时，负载是一定的。液压泵的流量反应至执行元件，即可控制执行元件的执行速度，进而决定工程机械的动作速度，此处的目标流量可以由操作人员根据具体负载工况和实际速度需求设定。

选择目标流量时，可以根据实际负载和操作信号和预存的流量脉谱获取目标流量。当预存有多种模式下的流量脉谱时，工程机械的操作员可以根据现场情况，选择具体的工作模式，并根据具体工作模式对应的流量脉谱选择目标流量。液压泵动力控制系统可以设置流量连续调控旋钮，即液压泵目标流量的选择具有连续性，操作人员可以按照所需的作业速度精确选择所需的目标流量，输入操作信号时，可以是连续的操作信号。

S13)根据建立的对应关系，获取与实际液压系统压力以及液压泵目标流量对应的基准目标转速；

当目标流量和液压系统压力确定后，可以根据建立液压泵流量、液压系统压力、基准目标转速之间的对应关系确定与当前工况对应的基准目标转速。

S14)根据基准目标转速确定目标转速，并根据目标转速和目标流量获取的液压泵的目标排量，并获取发动机目标功率；

可以控制发动机直接按照基准目标转速转动，即目标转速＝基准目标转速，此时，液压泵的目标排量＝目标流量/目标转速，由于目标流量已选定，获取目标转速后即可确定目标排量。当然，由于输入目标排量指令至液压泵控制端时，液压泵执行时可能出现一定的偏差，为此，可以实时检测实际液压泵流量，结合实际液压泵流量和目标排量对液压泵进行闭环控制，以期实际液压泵流量趋近或等于目标流量。通过上述步骤可知，目标流量、液压系统压力确定后，根据对应的基准目标转速可以获取对应的发动机目标功率(发动机目标功率＝液压泵功率/液压泵效率)。

S15)根据目标转速和目标功率控制发动机工作，并根据目标排量控制液压泵工作，再返回步骤S12)。

控制器根据目标转速和发动机目标功率计算发动机的喷油参数，对发动机喷油状况进行调节，使发动机按照目标转速转动，并将目标排量的信号发送至液压泵的排量调节机构，调节液压泵按照目标排量工作，则液压泵的流量可以达到目标流量。由上述目标转速的获取步骤可知，该控制方式可以使系统能耗处于最低。

该具体实施方式中，利用发动机转速和液压泵转速一致(或为固定比例关系)的原理，根据发动机油耗和液压泵效率建立系统能耗与发动机转速的对应关系，从而获取特定液压泵流量、液压系统压力下，使系统能耗最低的发动机基准目标转速，并控制发动机根据该基准目标转速确定的目标转速转动，则该方案旨在建立基准目标转速的模型，使工程机械的实际工作时，能够根据实际工况需求，选择使能耗达到最低的发动机转速。因此，该方案从发动机和液压泵两方面综合考虑整个动力系统的燃油经济性和效率，在满足负载需求的情况下，均以发动机燃油消耗量和液压泵效率综合计算，寻找经济性最佳的目标转速，使发动机和液压泵组成的动力系统经济性最佳。

请参考图3，图3为本发明所提供工程机械的动力控制方法第二种具体实施方式的控制流程图。

该具体实施方式包括下述步骤：

S21)建立液压泵流量、液压系统压力和操作信号的对应关系，以及建立液压系统压力、液压泵流量、液压系统温度以及基准目标转速的对应关系；

该具体实施方式中，针对第一实施例作出进一步改进。由于液压系统温度对液压泵效率存在影响，根据发动机转速和系统能耗函数关系式计算基准目标转速时，还可以考虑温度对系统能耗的影响，即系统能耗η(n、v、T)＝b(n、T)/ηb(p、n、v、t’)，其中，t’为液压系统的温度。

在液压系统压力、液压泵流量、液压系统温度一定时，可以获取系统能耗最低时，对应的发动机转速，即为所需的基准目标转速。可以通过试验获取基准目标转速，也可以与第一实施例相同，建立数学模型，通过求极限值获取与不同液压系统压力、液压泵流量、液压系统温度所对应的基准目标转速。该实施方式计算获得的基准目标转速可以使第一实施例获得的基准目标转速得以修正，降低液压系统温度的影响，使基准目标转速与系统能耗最低值对应的理想转速之间的偏差最低。同样，将建立的对应关系存储于控制器内。

S22)实时检测实际液压系统压力、操作信号、液压系统温度，并选择液压泵的目标流量；

S23)根据建立的对应关系，获取与实际液压系统压力、液压系统温度以及目标流量对应的基准目标转速；实时检测发动机的实际转速和实际发动机油耗量；

在某一工况下，根据检测的液压系统压力、液压系统温度以及选定的目标流量，可以根据建立的对应关系获取基准目标转速。还可以通过发动机参数检测装置实时检测发动机的实际转速和实际发动机油耗量。

S24)判断基准目标转速对应的发动机油耗量是否大于实际转速对应的实际发动机油耗量，是，则进入步骤S241)，否，则进入步骤S242)；

S241)确定的目标转速＝(当前转速+基准目标转速)/2，根据目标转速和目标流量获取的液压泵的目标排量，并进入步骤S25)；

该方法中确定的基准目标转速通过建立的函数关系模型计算获得。由于控制模型构建时某些数据(比如发动机油耗关系、液压泵效率特性等数据)不精确，或，批量应用时发动机、液压泵存在个体散差，导致计算出的基准目标转速与系统能耗最低值对应的理想目标转速之间可能存在偏差。

此外，在同等工况下，控制器控制发动机按照确定的目标转速工作时，发动机的实际转速与目标转速之间也会具有一定偏差。

可以检测同等工况下实际转速对应的实际发动机油耗量，若根据模型计算的基准目标转速对应的发动机油耗量大于实际转速(即当前转速)对应的实际发动机油耗量，则应使发动机按照实际转速工作，由于发动机实际转速与接收的目标转速之间具有偏差，因此，取目标转速＝(当前转速+基准目标转速)/2，即通过模型计算的基准目标转速和实际转速迭代比较作出选择，以使实际执行的发动机转速趋于最佳值，从而尽量消除各种偏差因素造成的影响，使整个动力系统处于最佳工作状态。

S242)确定的目标转速＝基准目标转速，根据目标转速和目标流量获取的液压泵的目标排量以及实际液压系统流量进行目标流量的闭环控制，并获取发动机目标功率，并进入步骤S25)；

参见步骤S241)，若基准目标转速下对应的系统能耗低于当前转速对应的实际系统能耗，则可以将基准目标转速确定为目标转速。

S25)根据目标转速和目标功率控制发动机工作，并根据目标排量控制液压泵工作，再返回步骤S22)。

在进一步的技术方案中，工程机械的动力控制系统的控制器实时获取实际发动机油耗量(即实际系统油耗量)，并设定实际发动机油耗量的统计周期，并计算统计周期内发动机的平均油耗量，同时期的液压泵输出功率也将进行相同的统计处理，最终计算出平均系统油耗，平均系统油耗＝平均发动机油耗量/平均液压泵输出功率，将计算出的平均系统油耗输出至显示面板，以使操作人员知悉系统油耗情况，从而决定是否需要对工程机械的的操作信号作出相应的调整，以选择合适的作业速度(即选择合适的目标流量)。

此外，控制器还可以设定液压系统压力的压力对比值P0、压力变化率对比值Y0以及持续时间对值T0，当同时满足下述关系式：

P≤P0、dP/t≤Y0、t≥T0；

控制器输出控制发动机怠速的信号；

其中，P为液压系统的压力，dP/t为液压系统压力的变化率，t为P≤P0、dP/t≤Y0两关系式成立的持续时间。

当工程机械的无负载(此处的无负载主要指工程机械的持续一定时间不进行作业)时，液压系统压力P的数值处于零左右，此处设定的P0应为大于零的数值，基于液压系统自身的原因，即使无负载，系统压力仍可能存在一定波动，设置的P0应当大致等于无负载时，系统波动压力的最大值；dP/t为压力变化率，液压系统无负载时，系统压力波动导致的系统压力变化率应处于一定范围之内，该处设置的Y0反应了系统压力无负载时最大的波动差值。当判断P≤P0、dP/t≤Y0两关系式同时成立时，则表征工程机械的可能处于无负载状态。

由于工程机械的进行挖掘、提升、摆臂、卸载等动作的交替时，或在进行上述动作的过程中，也可能出现短暂间歇，系统压力降低，因此，判断工程机械的是否处于无负载状态，还需判断P≤P0、dP/t≤Y0两关系成立的持续时间t是否符合要求，当持续时间超过持续时间对比值T0时，表明此时的工程机械的处于无负载状态，此时，使发动机自动回到怠速运行，减少发动机功率输出，以减少油耗。压力变化率对比值Y0、持续时间对比值T0以及压力对比值P0均可以通过实验进行标定。

此外，自动怠速的判断，也可以利用实测的发动机扭矩T来判断，发动机扭矩T同样可以反应负载状态。与上述系统压力判断负载状态的方式类似，扭矩判断负载状态的依据是扭矩T和扭矩变化率dT/dt，以及持续时间t，设定扭矩对比值X1、扭矩变化率对比值Y1，以及持续时间对比值T1，此处设定的数值同样可以通过实验标定。

当同时满足T≤X1、dT/dt≤Y1、t≥Y1时，可以认为此时的工程机械的处于无负载状态，可以使发动机进入怠速状态，从而减少发动机功率输出，以减少油耗。

进一步地，工程机械的动力控制系统还可以在涡轮增压的基础上设置辅助增压系统，辅助增压系统可以是由电动机驱动的机械增压器，当然，机械增压器也可以由液压马达驱动。另外，在电动机或液压马达驱动机械增压器的基础上还可以增加压缩气体储蓄装置(储气罐)，从而进一步提高气流的供给速度，进而进一步提高系统的动态响应特性。辅助增压系统可以独立于发动机工作，涡轮增压作为发动机基本增压部分在发动机运行期间持续发挥作用。辅助增压系统仅于发动机具有转速大幅度提升需求时启用。

辅助增压系统启动程序如下：

当满足关系式n0-n1≥A0时，控制器输出起动辅助增压系统的信号；

当满足关系式n0-n1＜A0时，控制器输出停止辅助增压系统的信号；

其中，n1为记录的当前转速，n0为目标转速，为A0控制器内设定的转速差值对比值。

n0-n1≥A0，即目标转速大于当前转速一定值时，表明发动机的转速需大幅提升，此时，可以启动辅助增压系统，提高系统响应速度，使发动机转速迅速提升至目标转速，消除涡轮增压系统的滞后性影响；n0-n1＜A0时，当前转速和目标转速之间的差值并不大，可以不启用辅助增压系统，涡轮增压即可满足需求，涡轮增压的滞后性对速度提升的影响并不明显，另外，由于转速为实时检测的数值，发动机当前转速与目标转速之间的差值由大于A0调整为小于A0后，也会自动停止辅助增压系统，减少能量消耗。

需要说明的是，转速差值对比值A0可以不是一个固定值，转速差值对比值A0同样可以根据转速建立脉谱。比如，当目标转速和实际转速均处于低速区域时，由于低速区域，系统增压需求较大，转速差值对比值A0的值可以较小，即相差较小的值，也可以启动辅助增压系统；当目标转速和实际转速均处于高压区域时，增压需求相对较小，转速差值对比值A0可以相对较大；目标转速处于高速区域、实际转速处于低压区域时，也可以设定不同的转速差值A0对比值，则可以建立的实际转速、目标转速、转速差值对比值A0之间的对应关系(该对应关系也可以通过实验获取)，即建立脉谱。则在实际工作时，可以根据获取的实际转度和目标转速，根据对应关系获取对应的转速差值对比值A0，判断是否需要启动辅助增压系统。

以上对本发明所提供的一种工程机械的动力控制系统及控制方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (21)

1.一种工程机械的动力控制方法，其特征在于，包括下述步骤：

10)预存液压泵流量和液压系统压力以及操作信号的对应关系；根据系统能耗同发动机油耗/液压泵效率的对应关系，建立液压系统压力、液压泵流量以及基准目标转速的对应关系，该对应关系为在特定的液压泵流量和液压系统压力下，对应的基准目标转速对应的系统能耗最低；

20)实时检测实际的液压系统压力和操作信号，并根据操作信号和液压系统压力选择液压泵的目标流量；

30)根据建立的对应关系，获取与实际液压系统压力以及液压泵目标流量对应的基准目标转速；

40)根据基准目标转速确定目标转速，并根据目标转速和目标流量获取的液压泵的目标排量，并获取发动机目标功率；

50)根据目标转速和目标功率控制发动机工作，并根据目标排量控制液压泵工作，以使液压泵的流量达到目标流量。

2.根据权利要求1所述的工程机械的动力控制方法，其特征在于，

步骤10)中，在系统能耗的对应关系式中，还包括液压系统温度，在特定的液压泵流量、液压系统压力以及液压系统温度下，根据建立的对应关系，获取系统能耗最低时对应的发动机转速，并将该转速设为基准目标转速，建立液压系统压力、液压泵流量、液压系统温度以及基准目标转速的对应关系。

3.根据权利要求1或2所述的工程机械的动力控制方法，其特征在于，

步骤20)中，还实时检测发动机的实际转速和实际发动机油耗量；

步骤40)中，根据基准目标转速确定目标转速时，判断基准目标转速对应的发动机油耗量是否大于同等工况下对应的实际发动机油耗量，

是，则确定目标转速＝(实际转速+基准目标转速)/2；

否，则确定目标转速＝基准目标转速。

4.根据权利要求3所述的工程机械的动力控制方法，其特征在于，步骤10)中还预存工程机械的工作模式、各工作模式下液压泵流量和液压系统压力以及操作信号的对应关系；

步骤20)中，选择与当前工作模式、操作信号和液压系统压力对应的液压泵流量为目标流量。

5.根据权利要求4所述的工程机械的动力控制方法，其特征在于，步骤10)中，液压系统压力、对应的液压泵流量和基准目标转速确定的发动机输出功率小于或等于发动机的最大输出功率。

6.根据权利要求3所述的工程机械的动力控制方法，其特征在于，步骤10)中，还设定发动机油耗量和液压泵输出功率的统计周期，步骤20)中，实时获取液压泵输出功率，并同期计算统计周期内的平均发动机油耗量和平均液压泵输出功率，根据平均系统油耗＝平均发动机油耗量/平均液压泵输出功率，获取平均系统油耗，并显示该平均系统油耗。

7.根据权利要求3所述的工程机械的动力控制方法，其特征在于，步骤50)中，通过目标转速和发动机目标功率计算的发动机的喷油参数控制发动机工作。

8.根据权利要求3所述的工程机械的动力控制方法，其特征在于，步骤50)中通过液压泵的排量调节机构控制液压泵按照目标排量工作。

9.根据权利要求1或2所述的工程机械的动力控制方法，其特征在于，步骤10)中，还设定液压系统压力的压力对比值P0、压力变化率对比值Y0以及持续时间对比值T0；

步骤20)中，获取实际液压系统压力后，判断是否同时满足下述关系式：

P≤P0、dP/t≤Y0、t≥T0；

满足时，控制发动机怠速的信号至发动机电子控制单元；

其中，P为实际液压系统的压力，dP/t为液压系统压力的变化率，t为P≤P0、dP/t≤Y0同时成立的持续时间。

10.根据权利要求1或2所述的工程机械的动力控制方法，其特征在于，步骤20)中，还实时检测实际的液压系统流量；

步骤50)中，根据目标排量并结合实际液压系统流量闭环控制液压泵工作，以使液压泵的流量达到目标流量。

11.一种工程机械的动力控制系统，其特征在于，包括：发动机、液压泵、实时检测实际液压系统压力的压力检测装置、实时检测实际液压系统流量的流量检测装置以及控制器；

控制器存储液压泵流量和液压系统压力以及操作信号的对应关系，以及液压系统压力、液压泵流量以及基准目标转速的对应关系；存储的对应关系为在特定的液压泵流量和液压系统压力下，对应的基准目标转速对应的系统能耗最低；

控制器实时获取实际液压系统压力，并选择液压泵的目标流量，根据存储的对应关系，获取与实际液压系统压力以及选择的液压泵目标流量对应的基准目标转速，根据基准目标转速确定目标转速；并根据目标转速和目标流量计算的液压泵的目标排量；并获取发动机目标功率，根据目标转速和目标功率控制发动机工作，并根据目标排量控制液压泵工作，以使液压泵的流量达到目标流量。

12.根据权利要求11所述的工程机械的动力控制系统，其特征在于，所述工程机械的动力控制系统还包括与控制器连接的实时检测液压系统温度的液压系统温度检测装置；所述控制器存储的对应关系为在特定的液压泵流量、液压系统压力和液压系统温度下，对应的基准目标转速对应的系统能耗最低；所述控制器获取与实际液压系统压力、选择的液压泵目标流量、检测的液压系统温度对应的基准目标转速。

13.根据权利要求11或12所述的工程机械的动力控制系统，其特征在于，具有实时检测发动机实际转速和实际发动机油耗量的发动机参数检测装置；当基准目标转速对应的发动机油耗量大于同等工况下的实际发动机油耗量，控制器确定目标转速＝(实际转速+基准目标转速)/2；当基准目标转速对应的发动机油耗量小于实际油耗量，控制器确定目标转速＝基准目标转速。

14.根据权利要求13所述的工程机械的动力控制系统，其特征在于，所述工程机械的动力控制系统包括显示面板；所述控制器设定系统油耗量和液压泵输出功率的统计周期，实时获取液压泵输出功率，并同期计算统计周期内的平均系统油耗量和平均液压泵输出功率，根据平均系统油耗＝平均发动机油耗量/平均液压泵输出功率，获取平均系统油耗，并将平均系统油耗输出至所述显示面板。

15.根据权利要求13所述的工程机械的动力控制系统，其特征在于，所述控制器设定液压系统压力的压力对比值P0、压力变化率对比值Y0以及持续时间对比值T0，当同时满足下述关系式：

P≤P0、dP/t≤Y0、t≥T0；

控制器输出控制发动机怠速的信号至发动机电子控制单元；

其中，P为实际液压系统的压力，dP/t为液压系统压力的变化率，t为P≤P0、dP/t≤Y0同时成立的持续时间。

16.根据权利要求13所述的工程机械的动力控制系统，其特征在于，

所述工程机械的动力控制系统还包括辅助增压系统，所述控制器设定转速差值对比值A0；

当满足关系式n0-n1≥A0时，控制器输出起动所述辅助增压系统的信号；

当满足关系式n0-n1＜A0时，控制器输出停止所述辅助增压系统的信号；

其中，n1为记录的发动机当前的实际转速，n0为目标转速。

17.根据权利要求16所述的工程机械的动力控制系统，其特征在于，所述辅助增压系统为机械增压器和压缩气体储蓄装置。

18.根据权利要求13所述的工程机械的动力控制系统，其特征在于，所述控制器内预存工程机械的工作模式、各工作模式下液压泵流量和液压系统压力以及操作信号的对应关系。

19.根据权利要求13所述的工程机械的动力控制系统，其特征在于，控制器内存储的液压系统压力、对应的液压泵流量和基准目标转速确定的发动机输出功率小于或等于发动机的最大输出功率。

20.根据权利要求11或12所述的工程机械的动力控制系统，其特征在于，所述工程机械的动力控制系统具有输入液压泵流量选择操作信号的流量连续调控旋钮。

21.根据权利要求11或12所述的工程机械的动力控制系统，其特征在于，包括检测实际液压泵流量的流量检测装置，所述控制器根据实际液压泵流量和目标排量闭环控制所述液压泵工作，以使液压泵的流量达到目标流量。