CN102505996A - 一种电控发动机和变量液压泵的功率匹配系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电控发动机和变量液压泵的功率匹配系统，该系统包括：电控发动机；发动机控制器，用于测量电控发动机的实际转速；总控制器，用于比较所述实际转速和获得的目标转速，实际转速小于目标转速，且目标转速和实际转速之间的差值大于设定的门限值，则根据所述差值的大小，向比例电磁阀输出相应大小的微调电流；比例电磁阀，根据接收到的微调电流的大小，调大自身阀门的开度；变量液压泵在电控发动机的动力作用下运行。该系统通过减少电控发动机的负荷使得电控发动机的转速得到回升，减小了通过发动机控制器调节电控发动机转速的油耗，同时也使变量液压泵稳定在电控发动机最优功率点上运行。本发明还提供了与系统相应的方法。

Description

一种电控发动机和变量液压泵的功率匹配系统及方法
技术领域
本发明涉及工程机械技术领域，尤其涉及一种电控发动机和变量液压泵的功率匹配系统及方法。
背景技术
以液压泵驱动工程机械(尤其是挖掘机)的工作效率和节油性能与液压泵和发动机的性能都息息相关。日常的工程作业中，一方面会要求液压泵吸收发动机的最大扭矩，保证液压泵的工作能力和工作效率；另一方面会追求液压泵的吸收功率稳定在发动机的最优功率点，以减少油耗。传统的机械式发动机的外部特性曲线完全由调速器决定，其工作点的扭矩、功率和转速在稳态下有直接对应的关系。在对传统机械式发动机与液压泵之间进行功率匹配时，主要控制发动机的主轴转速，以主轴转速作为闭环控制的反馈值，以达到传统机械式发动机为液压泵提供最大扭矩的目的。
而采用电控发动机驱动液压泵工作时，对电控发动机进行调速比较灵活，发动机控制器与多种传感器连接，当传感器接收到转速发生异常的信号时，会由发动机控制器通过进油量自动调节转速，以达到转速恒定的目的。但是，如果电控发动机发生掉速时，完全由其发动机控制器控制进油量来进行调节，会导致能源消耗大。并且单靠发动机控制器进行电控发动机转速调节时，在某些液压泵吸收功率突然增大的场合，会出现调节不及时的状况，导致变量液压泵的吸收功率不在电控发动机的最优功率点上的情况发生。
发明内容
本发明提供了一种电控发动机和变量液压泵的功率匹配系统及方法，该系统通过减少电控发动机的负荷使得电控发动机的转速得到回升，减小了通过发动机控制器调节电控发动机转速的油耗，同时也使变量液压泵稳定在电控发动机最优功率点上运行。
本发明实施例提供的一种电控发动机和变量液压泵的功率匹配系统，包括：电控发动机、发动机控制器、总控制器、用于控制变量液压泵排液量的比例电磁阀、变量液压泵，其中，
电控发动机，通过联轴器连接变量液压泵，用于驱动变量液压泵运行；
发动机控制器，用于测量电控发动机的实际转速；
总控制器与发动机控制器相连，用于比较所述实际转速和获得的目标转速，如果所述实际转速小于目标转速，且所述目标转速和所述实际转速之间的差值大于设定的门限值，则根据所述差值的大小，向比例电磁阀输出相应大小的微调电流；
比例电磁阀，用于根据接收到的标定电流大小，调节自身阀门达到相应的开度；根据接收到的所述微调电流的大小，调大自身阀门的开度；
变量液压泵，用于在电控发动机的动力作用下运行；在运行过程中，通过比例电磁阀的阀门排液。
所述总控制器，还进一步用于当所述目标转速和所述实际转速之间的差值不大于设定的门限值时，将微调电流按照一设定斜率由初始值趋近于0输出至比例电磁阀；
所述比例电磁阀，还进一步用于当接收到的微调电流按照一设定斜率由初始值趋近于0时，调节阀门逐渐恢复到接收到微调电流前的开度。
所述总控制器，用于根据变量液压泵的性能数据和电控发动机的性能数据获得目标转速。
所述电控发动机控制器与总控制器通过CAN(控制器局域网)相连。
所述总控制器为PID(比例-积分-微分)控制器。
本发明实施例还提供了一种电控发动机和变量液压泵的功率匹配方法，包括：
发动机控制器测量电控发动机实际转速，所述电控发动机用于驱动变量液压泵运行；
总控制器比较所述实际转速和获得的目标转速，如果所述实际转速小于目标转速，且所述目标转速和所述实际转速之间的差值大于设定的门限值，则根据所述差值的大小，向比例电磁阀输出相应大小的微调电流；
比例电磁阀根据接收到的标定电流大小，调节自身阀门达到相应的开度；当比例电磁阀接收到所述微调电流时，根据微调电流的大小，调大自身阀门的开度，所述阀门为变量液压泵在运行过程中的排液阀门。
该方法进一步包括：
如果比较目标转速和所述实际转速之间的差值不大于设定的门限值，则所述总控制器将微调电流按照一设定斜率由初始值趋近于0输出至比例电磁阀；
当比例电磁阀接收到的微调电流按照一设定斜率由初始值趋近于0时，调节阀门逐渐恢复到接收到微调电流前的开度。
所述目标转速根据变量液压泵的性能数据和电控发动机的性能数据获得。
所述电控发动机控制器与总控制器通过CAN相连。
所述总控制器为PID控制器。
本发明提供的电控发动机和变量液压泵的功率匹配系统及相应的方法通过以电控发动机的实际转速作为反馈信号，当目标转速与实际转速的差值大于设定门限值时，输出微调电流调节比例电磁阀的阀门，以控制变量液压泵的排液量来达到降低变量液压泵的吸收功率，减小电控发动机的负荷的效果，电控发动机的转速因负荷减小而得到提升。本发明的方案达到了通过减少变量液压泵的吸收功率而提升电控发动机转速的目的，减少了单独利用发动机控制器控制调节转速所消耗的能源；还使得变量液压泵稳定在电控发动机的最优功率点运行。
附图说明
图1为本发明的实施例系统结构示意图；
图2为本发明的实施例方法流程示意图。
具体实施方式
为了通过减少电控发动机的负荷提升电控发动机转速，节约单纯依靠电控发动机自身的进油量调节的能源消耗，并使变量液压泵稳定在电控发动机的最优功率点工作，本发明提供了一种电控发动机和变量液压泵的功率匹配系统的实施例。
下面结合图1对本发明实施例的系统结构进行说明。
如图1所示，电控发动机和变量液压泵的功率匹配系统包括：电控发动机11、发动机控制器12、总控制器13、用于控制变量液压泵排液量的比例电磁阀14、变量液压泵15。
电控发动机11，通过联轴器连接变量液压泵15，用于驱动变量液压泵运行。正常工作时，电控发动机11转动通过联轴器带动变量液压泵15运行。
发动机控制器12，用于测量电控发动机的实际转速。发动机控制器12通过传感器测量出电控发动机的实际转速，并发送至总控制器13。
总控制器13与发动机控制器12相连，用于比较所述实际转速和获得的目标转速，如果所述实际转速小于目标转速，且所述目标转速和所述实际转速之间的差值大于设定的门限值，则根据所述差值的大小，向比例电磁阀输出相应大小的微调电流。总控制器13接收到发动机控制器12测量的电控发动机的实际转速，将实际转速与目标转速进行比较。如果比较得到的结果为实际转速小于目标转速，即为发动机掉速，则总控制器13计算出目标转速和所述实际转速之差，并将这个差值再与一个设定的门限值作比较，如果差值比设定的门限值大，则根据目标转速和所述实际转速之间差值的大小，输出大小相应微调电流，即差值越大输出的微调电流越大。输出的微调电流用以供给比例电磁阀。
较优地，总控制器13还用于根据变量液压泵15的性能数据和电控发动机11的性能数据获得目标转速。目标转速根据变量液压泵的各项性能数据和电控发动机的各项性能数据，结合变量液压泵的工作环境等因素，综合考虑得出电控发动机工作的最优转速。该最优转速也会设定给发动机控制器以控制电控发动机达到设定的转速。电控发动机11在最优转速下带动变量液压泵15工作。
较优地，所述发动机控制器12与总控制器13通过控制器局域网相连。控制器局域网用于发动机控制器12与总控制器13之间的数据传输。
较优地，总控制器为PID控制器。PID控制器常用于将收集到的数据和一个参考值进行比较，将差值作为新的输入值，使得系统的数据达到或保持在参考值。使用PID控制器作为总控制器可根据目标转速和所述实际转速之差输出大小相依的微调电流。
比例电磁阀14，根据接收到的标定电流大小，调节自身阀门达到相应的开度；当比例电磁阀接收到所述微调电流时，根据微调电流的大小，调大自身阀门的开度，所述阀门为变量液压泵在运行过程中的排液阀门。比例电磁阀14通过对阀门开度的控制，控制变量液压泵15的排液量。当变量液压泵开始工作时，比例电磁阀14有一恒定电流供给，使其阀门的开度保持不变，控制变量液压泵的排液量不变，使变量液压泵的吸收功率不变。
当比例电磁阀13接收到微调电流时，根据微调电流的大小控制其阀门相应增加开度，扩大了变量液压泵15的排液量。当变量液压泵15的排液量增加时，变量液压泵15的起调力减小，吸收功率降低。变量液压泵的吸收功率降低时，电控发动机的负载减小，电控发动机的转速回升。
当电控发动机的转速回升到一定程度后，还需要将变量液压泵的吸收功率调整回与电控发动机恢复到目标转速时的最优功率相匹配。因此，总控制器13还用于，当所述目标转速和所述实际转速之间的差值不大于设定的门限值时，将微调电流按照一设定斜率由初始值趋近于0输出至比例电磁阀；比例电磁阀14，还进一步用于当接收到的微调电流按照一设定斜率由初始值趋近于0时，调节阀门逐渐恢复到接收到微调电流前的开度。当电控发动机11的转速开始回升，发动机控制器12将其实际转速发送至总控制器13，总控制器13确定目标转速和实际转速之间的差值小于设定的门限值，则将微调电流按照设定斜率趋近于0输至比例电磁阀13，比例电磁阀13的阀门随着微调电流按照设定斜率趋近于0而逐渐减少开度，变量液压泵的排液量也逐渐恢复到标定电流控制比例电磁阀时的排液量。系统调节过程结束，变量液压泵的吸收功率恢复，与电控发动机的最优功率点匹配。
本实施例的系统中，由发动机控制器将检测到的电控发动机转速反馈至总控制器，总控制器比较所述实际转速和获得的目标转速，当所述实际转速小于目标转速，且所述目标转速和所述实际转速之间的差值大于设定的门限值时，总控制器输出一与所述差值大小相应的微调电流控制比例电磁阀13的阀门增加开度。阀门开度增加，则变量液压泵的排液量增大，起调力减小，变量液压泵的吸收功率减少。变量液压泵的吸收功率减小，则降低了电控发动机的负荷，电控发动机的转速开始回升。采用这种方法，可减少单纯依靠电控发动机控制器进行调节时的能量消耗。
并且本实施例中，当电控发动机回升至目标转速时，通过使输入至比例电磁阀的微调电流逐渐减小，比例电磁阀的阀门恢复到经微调电流调整前，而变量液压泵的排液量也恢复至调整前。这样，变量液压泵的吸收功率可恢复至与电控发动机最优功率匹配状态。
本发明还提供了相应的变量液压泵与电控发动机的功率匹配方法，下面结合附图对方法实施例进行说明。
如图2所示，该方法包括：
步骤S201，发动机控制器测量电控发动机实际转速。
电控发动机用于驱动变量液压泵运行。
步骤S202，总控制器比较所述实际转速和获得的目标转速，如果所述实际转速小于目标转速，且所述目标转速和所述实际转速之间的差值大于设定的门限值，则根据所述差值的大小，向比例电磁阀输出相应大小的微调电流。
步骤S203，当比例电磁阀接收到所述微调电流时，根据微调电流的大小，调大自身阀门的开度。所述阀门为变量液压泵在运行过程中的排液阀门。
在比例电磁阀接收到微调电流前，有一恒定的标定电流供给比例电磁阀。比例电磁阀根据接收到的标定电流大小，调节自身阀门达到相应的开度，使变量液压泵的排液量恒定，则吸收功率恒定。当接收到微调电流时，比例电磁阀的阀门增大。
本实施例中，当转速回升时，还要恢复变量液压泵的吸收功率，则该方法还包括：如果比较目标转速和所述实际转速之间的差值不大于设定的门限值，则所述总控制器将微调电流按照一设定斜率由初始值趋近于0输出至比例电磁阀；当比例电磁阀接收到的微调电流按照一设定斜率由初始值趋近于0时，调节阀门逐渐恢复到接收到微调电流前的开度。本步骤用于在电控发动机的速度回升后，恢复变量液压泵与电控发动机最优功率匹配的吸收功率。
实施例中的目标转速的获得方法为：总控制器根据变量液压泵的性能数据和电控发动机的性能数据获得目标转速。
较优地，发动机控制器与总控制器通过控制器局域网相连。
较优地，总控制器为PID控制器。
本实施例中的方法流程，由发动机控制器将检测到的电控发动机转速反馈至总控制器，总控制器比较所述实际转速和获得的目标转速，当所述实际转速小于目标转速，且所述目标转速和所述实际转速之间的差值大于设定的门限值时，总控制器输出一与所述差值大小相应的微调电流控制比例电磁阀13的阀门增加开度。阀门开度增加，则变量液压泵的排液量增大，起调力减小，变量液压泵的吸收功率减少。变量液压泵的吸收功率减小，则降低了电控发动机的负荷，电控发动机的转速开始回升。采用这种方法，可减少单纯依靠电控发动机控制器进行调节时的能量消耗。并且，本实施例还提供了当电控发动机回升至目标转速时，调节变量液压泵的吸收功率恢复至与电控发动机最优功率匹配状态的方案。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种电控发动机和变量液压泵的功率匹配系统，其特征在于，该系统包括：电控发动机、发动机控制器、总控制器、用于控制变量液压泵排液量的比例电磁阀、变量液压泵，其中，
电控发动机，通过联轴器连接变量液压泵，用于驱动变量液压泵运行；
发动机控制器，用于测量电控发动机的实际转速；
总控制器与发动机控制器相连，用于比较所述实际转速和获得的目标转速，如果所述实际转速小于目标转速，且所述目标转速和所述实际转速之间的差值大于设定的门限值，则根据所述差值的大小，向比例电磁阀输出相应大小的微调电流；
比例电磁阀，用于根据接收到的标定电流大小，调节自身阀门达到相应的开度；根据接收到的所述微调电流的大小，调大自身阀门的开度；
变量液压泵，用于在电控发动机的动力作用下运行；在运行过程中，通过比例电磁阀的阀门排液。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述总控制器，还进一步用于当所述目标转速和所述实际转速之间的差值不大于设定的门限值时，将微调电流按照一设定斜率由初始值趋近于0输出至比例电磁阀；
所述比例电磁阀，还进一步用于当接收到的微调电流按照一设定斜率由初始值趋近于0时，调节阀门逐渐恢复到接收到微调电流前的开度。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述总控制器，用于根据变量液压泵的性能数据和电控发动机的性能数据获得目标转速。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述发动机控制器与总控制器通过控制器局域网CAN相连。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述总控制器为PID比例-积分-微分控制器。
6.一种电控发动机和变量液压泵的功率匹配方法，其特征在于，该方法包括：
发动机控制器测量电控发动机实际转速，所述电控发动机用于驱动变量液压泵运行；
总控制器比较所述实际转速和获得的目标转速，如果所述实际转速小于目标转速，且所述目标转速和所述实际转速之间的差值大于设定的门限值，则根据所述差值的大小，向比例电磁阀输出相应大小的微调电流；
比例电磁阀根据接收到的标定电流大小，调节自身阀门达到相应的开度；当比例电磁阀接收到所述微调电流时，根据微调电流的大小，调大自身阀门的开度，所述阀门为变量液压泵在运行过程中的排液阀门。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：
如果比较目标转速和所述实际转速之间的差值不大于设定的门限值，则所述总控制器将微调电流按照一设定斜率由初始值趋近于0输出至比例电磁阀；
当比例电磁阀接收到的微调电流按照一设定斜率由初始值趋近于0时，调节阀门逐渐恢复到接收到微调电流前的开度。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：总控制器根据变量液压泵的性能数据和电控发动机的性能数据获得目标转速。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述发动机控制器与总控制器通过CAN相连。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述总控制器为PID控制器。
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