CN102826013A - 静液压动力传动系统的控制方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种静液压动力传动系统的控制方法、装置及系统，控制装置包括：最低转速获取模块，其中的发动机转速计算机构根据马达转速传感器、液压马达压力传感器所采集的数据获取负载功率，并根据负载功率获取发动机的最低转速；发动机转速控制机构，其根据最低转速控制发动机的转速；控制量获取模块，其中的排量计算机构根据最低转速和设备运行速度输入机构的输入值，获取液压泵所需排量和液压马达所需排量，液压泵控制机构和液压马达控制机构根据液压泵所需排量和液压马达所需排量控制液压泵和液压马达的排量。操作人员只需输入运行设备所需的速度，控制装置即可自动的控制发动机运行在最低转速，以及匹配液压泵和液压马达的排量。

Description

静液压动力传动系统的控制方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及工程机械领域，特别涉及静液压动力传动系统的控制方法、装置及系统。

背景技术

采用静液压动力传动系统的牵引式工程机械一般分为两种动力传动方式，其中一种为由发动机提供动力带动液压泵，液压泵驱动液压马达后，液压马达经由机械传动装置将驱动力传输至驱动轮。另一种动力传动方式为发动机提供动力带动液压泵，液压泵驱动液压马达后，液压马达的转速经由变速箱变速后再由机械传动装置将驱动力传输至驱动轮。

在现有技术中，无论采用上述两种动力传动方式中的哪一种，其控制装置一般都是以油门脚踏板机构为主要部件，在静液压传动系统运行时，由操作人员根据经验，针对不同的负载，通过脚的踏压油门脚踏板来控制油门的大小，以及，更换不同的档位，由此来优化动力传输系统与负载的匹配，从而达到降低油耗的目的。

但是，发明人经过研究发现，现有技术中的控制装置至少存在有如下的缺陷：

通过人工操作油门脚踏板优化动力传输系统与负载的匹配的方式，由于需要工作人员根据经验来判断负载，所以容易出现误判，而且，由于工作人员存在个体差异，每个人对负载的判断能力有所不同，所以会使得动力传输系统与负载的匹配度不能得到有效地保证，从而造成油耗的节约不够理想。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了静液压动力传动系统的控制方法、装置及系统，以解决现有技术中，通过人工操作油门脚踏板的方式所造成的油耗的节约不够理想的问题。

一方面，本发明提供了一种静液压动力传动系统的控制装置，包括：最低转速获取模块，包括液压马达转速传感器、液压马达压力传感器和发动机转速计算机构；所述发动机转速计算机构根据所述马达转速传感器、液压马达压力传感器所采集的数据通过预设的功率计算公式获取负载功率，并根据所述负载功率获取发动机的最低转速；发动机转速控制机构，所述发动机转速控制机构根据所述最低转速控制发动机的转速；控制量获取模块，包括设备运行速度输入机构和排量计算机构；所述排量计算机构根据所述最低转速和设备运行速度输入机构的输入值，通过预设的液压泵排量和液压马达排量计算公式获取液压泵所需排量和液压马达所需排量；液压泵控制机构和液压马达控制机构，所述液压泵控制机构和所述液压马达控制机构根据所述液压泵所需排量和所述液压马达所需排量控制液压泵和液压马达的排量。

进一步地，所述设备运行速度输入机构设置有：速度踏板。

进一步地，所述发动机转速控制机构包括：发动机电控装置或步进电机的油门执行机构。

进一步地，所述液压泵控制机构和液压马达控制机构均包括：电比例控制器。

进一步地，所述静液压动力传动系统的控制装置还包括：变速箱控制机构和档位获取机构；所述档位获取机构根据所述设备运行速度输入机构的输入值所对应的车速值，获取对应的所需档位。

本发明还提供一种静液压动力传动系统，其设置有上述任一所述静液压动力传动系统的控制装置。

本发明还提供一种静液压动力传动系统的控制方法，包括：通过液压马达转速传感器、液压马达压力传感器获取马达转速和液压马达压力；通过预设的功率计算公式获取负载功率；根据所述负载功率获取发动机的最低转速；发动机转速控制机构根据所述最低转速控制发动机的转速；通过设备运行速度输入机构输入所需设备运行速度；根据所述最低转速和所述所需设备运行速度，通过预设的液压泵排量和液压马达排量计算公式获取液压泵所需排量和液压马达所需排量；通过液压泵控制机构和液压马达控制机构，根据所述液压泵所需排量和液压马达所需排量控制液压泵和液压马达的排量。

进一步地，所述通过设备运行速度输入机构输入所需设备运行速度，包括：通过速度踏板输入所需设备运行速度。

进一步地，所述发动机转速控制机构根据所述最低转速控制发动机的转速，包括：通过发动机电控装置或步进电机的油门执行机构，根据所述最低转速控制发动机的转速。

进一步地，所述根据液压泵控制机构和液压马达控制机构根据所述液压泵所需排量和液压马达所需排量控制液压泵和液压马达的排量，包括：通过电比例控制器，根据所述液压泵所需排量和液压马达所需排量控制液压泵和液压马达的排量。

进一步地，上述控制方法还包括：档位获取机构根据所述设备运行速度输入机构的输入值所对应的车速值，获取对应的所需档位；根据所述所需档位，通过变速箱控制机构将变速箱控制为相应的档位。

通过上述技术方案可以得出，在本发明中，通过液压马达转速传感器、液压马达压力传感器获取液压马达的转速和液压马达的压力，从而可以计算得出负载功率，然后通过负载功率计算得出发动机的最低转速；进而可以通过发动机转速控制机构根据所述最低转速控制发动机的转速；接着，通过输入需要的设备运行速度和最低转速还可以计算得出液压泵所需排量和液压马达所需排量；然后，液压泵控制机构和液压马达控制机构，根据液压泵所需排量和液压马达所需排量控制液压泵和液压马达的排量。

采用本发明提供的静液压动力传动系统的控制装置，操作人员只需要输入运行设备所需的速度，静液压动力传动系统的控制装置即可自动的控制发动机运行在最低转速，以及匹配液压泵和液压马达的排量。从而使得动力传输系统与负载的匹配度得到了有效地保证，进而最大程度的节约了油耗。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例中所述静液压动力传动系统的控制装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中所述静液压动力传动系统的控制方法的流程示意图；

图3为本发明实施例中所述静液压动力传动系统的控制方法的又一流程示意图。

附图标记说明：

1    最低转速获取模块        101  液压马达转速传感器

102  液压马达压力传感器      103  发动机转速计算机构

2    控制量获取模块          201  设备运行速度输入机构

202  排量计算机构            3    发动机转速控制机构

41   液压泵控制机构          42   液压马达控制机构

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明的基本思想在于：机器操作者只需输入要求的车速信号，决定车速的其它参数（如发动机转速、液压泵排量、液压马达排量、变速箱挡位等）的设定均由控制系统根据燃油消耗最低原则自动完成并执行。具体的：通过传感器获取液压马达的转速和液压马达的压力后，得出负载功率和发动机的最低转速；然后计算得出液压泵所需排量和液压马达所需排量。然后通过自动执行机构使设备中的发动机、液压马达和液压泵的运行实现最佳的匹配。

下面结合图1，对本发明的优选实施例作进一步详细说明，在本发明实施例中，静液压动力传动系统的控制装置，包括：

最低转速获取模块1，包括液压马达转速传感器101、液压马达压力传感器102和发动机转速计算机构103；发动机转速计算机构103根据马达转速传感器101、液压马达压力传感器102所采集的数据通过预设的功率计算公式获取负载功率，并根据负载功率获取发动机的最低转速；

为了能够获取运行设备的负载，在本发明实施例中，通过液压马达转速传感器101、液压马达压力传感器102分别来获取液压马达的转速和液压马达的工作压力，由液压马达的压力乘上液压马达在此压力下的运转速度即可得到液压马达的输出功率，也就是运行设备的负载功率。

所述负载功率计算公式为：P=F×v；其中P为负载功率；F为负载阻力，即，液压马达的压力数据；v为由液压马达的转速换算得出的负载设备的运行速度；其中，负载功率的单位为kW；负载阻力的单位为kN；车速的单位为m/s。

之所以要得到运行设备的负载功率，是因为通过运行设备的当前的负载功率，可以实时的调整发动机的运转速度，使发动机的输出功率在满足负载需求的前提下尽可能的小，从而避免发动机不必要的能量输出，也就是说将发动机调整为满足负载功率所需的最低转速。所述最低转速为根据所述发动机外特性曲线获取的与负载功率对应的转速；

在实际应用中，由于不同发动机外特性均不同，所以需要根据不同的发动机的外特性，通过发动机的外特性曲线来获取与负载功率对应的最低转速。

在本发明实施中的发动机转速控制机构3可以根据最低转速控制发动机的转速；在实际应用中，在不同的应用环境可以为不同的机构，具体的，当发动机为电控发动机时，发动机转速控制机构3可以是发动机电控装置；通过将计算得出的最低转速转换为控制指令，使发动机运行在相应的转速。

当发动机为非电控发动机时，发动机转速控制机构3可以步进电机的油门执行机构，由于步进电机的油门执行机构所发出的脉冲信号的频率和脉冲数，可以控制发动机的速度和启停，所以，通过将计算得出的最低转速转换为脉冲指令，使发动机运行在相应的转速。

通过上述的技术方案，可以在满足了运行设备的负载功率的同时，发动机的输出功率被控制为最小，所以有效地解决了能源的消耗。

但是，单纯的发动机转速控制无法使运行设备运行在操作人员所需的运行速度下，为此，本发明实施例中，还需要包括有控制量获取模块2，以根据操作人员的对运行设备的运行速度需求来控制液压泵和液压马达的排量。

通过控制液压泵和液压马达的排量，可以使运行设备运行在操作人员所需的运行速度。为此，需要计算出在发动机最低转速时，运行设备达到预期运行速度的液压泵所需排量和液压马达所需排量。

控制量获取模块2可以包括设备运行速度输入机构201和排量计算机构202；排量计算机构202根据最低转速和设备运行速度输入机构201的输入值，通过预设的液压泵排量和液压马达排量计算公式获取液压泵所需排量和液压马达所需排量；述液压泵所需排量和液压马达所需排量计算公式分别为：

当车速v>v0时：液压泵所需排量比为100%，所述液压马达所需排量为：车速v<v0时：液压马达所需排量比为100%，所述液压泵所需排量为：

v0为在根据负载功率确定的发动机最低转速下，液压泵与液压马达的排量均为100%时对应的车速；r为驱动轮动力半径；v_b为液压泵最大排量；n_e为发动机转速；v为车速；i_g为马达至驱动轮的减速比；η_v为液压系统容积效率。

其中，负载设备的运行速度的单位为km/h；驱动轮动力半径的单位为m；泵最大排量的单位为ml/rev；为发动机转速的单位为rpm。

具体的，设备运行速度输入机构201，可以包括有速度踏板，操作人员通过脚踏施力，可以使速度踏板旋转，通过角位移传感器或其他的传感器测得速度脚踏板的旋转角度，从而可以换算出该旋转角度所对应的设备运行速度。此外，设备运行速度输入机构201还可采用旋转按钮。也就是说，操作人员可以通过速度踏板、速度旋钮等任何方式来输入所需速度值。

接着，为了使液压泵和液压马达的运行可以运行在所需的运行状态，本发明实施例中，还包括有液压泵控制机构41和液压马达控制机构42，液压泵控制机构41和液压马达控制机构42根据所述液压泵所需排量和液压马达所需排量控制液压泵和液压马达的排量。

具体的，液压泵控制机构41和液压马达控制机构42具体可以是电比例控制器。通过将液压泵所需排量和液压马达所需排量作为指令依据，来控制液压泵和液压马达的排量，进行相应的调整。

由于在本发明实施中，操作人员只需要输入运行设备所需的速度，静液压动力传动系统的控制装置即可通过发动机转速控制机构来自动的控制发动机运行在最低转速，同时，还通过压泵控制机构和液压马达控制机构来匹配液压泵和液压马达的排量。从而使得动力传输系统与负载的匹配度得到了有效地保证，进而最大程度的节约了油耗。

在本发明的另一个实施例中，静液压运行设备的动力传动系统除了包括上述实施例中的各个机构或模块以外，还可以包括有变速箱，为此本发明实施例中的控制装置还包括有了变速箱控制机构和档位获取机构，具体的，档位获取机构根据所述设备运行速度输入机构的输入值所对应的车速值，从而可以获取对应的所需档位；在传动系统包括有变速箱的运行设备中，其运行速度与变速箱的档位是有对应关系的，所以，可以根据不同的设备运行速度来获取其最佳的对应的所需档位。

接着，变速箱控制机构控制变速箱的档位至所需的档位。

在本发明实施例中，由于可以为运行设备匹配最佳的档位，从而进一步的节约了运行设备的能耗。

在本发明的另一个实施例中，还提供了一种静液压动力传动系统，该静液压动力传动系统设置有上述实施例中的任意一种控制装置。

由于本发明实施例中的静液压动力传动系统所包括的控制装置，与上述实施例中的控制装置的结构的工作原理类似，为此就不在此赘述。

在本发明的另一个实施例中，还提供了一种静液压动力传动系统的控制方法，如图2所示，具体步骤包括：

S11、通过液压马达转速传感器、液压马达压力传感器获取马达转速和液压马达压力；通过预设的功率计算公式获取负载功率；

为了能够获取运行设备的负载，在本发明实施例中，通过液压马达转速传感器、液压马达压力传感器分别来获取液压马达的转速和液压马达的工作压力，由液压马达的压力乘上液压马达在此压力下的运转速度即可得到液压马达的输出功率，也就是运行设备的负载功率。所述负载功率计算公式为：P=F×v；其中P为负载功率；F为负载阻力，即，液压马达的压力数据；v为由液压马达的转速换算得出的负载设备的运行速度；其中，负载功率的单位为kW；负载阻力的单位为kN；车速的单位为m/s。

S12、根据所述负载功率获取发动机的最低转速；

之所以要得到运行设备的负载功率，是因为通过运行设备的当前的负载功率，可以实时的调整发动机的运转速度，使发动机的输出功率在满足负载需求的前提下尽可能的小，从而避免发动机不必要的能量输出，也就是说将发动机调整为满足负载功率所需的最低转速。所述最低转速为根据发动机外特性曲线获取的与负载功率对应的转速。

在实际应用中，由于不同发动机外特性均不同，所以需要根据不同的发动机的外特性，可以通过其外特性曲线来获得与负载功率对应的最低转速。

S13、发动机转速控制机构根据所述最低转速控制发动机的转速；通过设备运行速度输入机构输入所需设备运行速度；

在本发明实施中，可以通过发动机转速控制机构，以根据最低转速控制发动机的转速；在实际应用中，在不同的应用环境可以为不同的机构，具体的，当发动机为电控发动机时，发动机转速控制机构可以是发动机电控装置；通过将计算得出的最低转速转换为控制指令，使发动机运行在相应的转速。

当发动机为非电控发动机时，发动机转速控制机构可以步进电机的油门执行机构，由于步进电机的油门执行机构所发出的脉冲信号的频率和脉冲数，可以控制发动机的速度和启停，所以，通过将计算得出的最低转速转换为脉冲指令，使发动机运行在相应的转速。

S14、根据所述最低转速和所述所需设备运行速度，通过预设的液压泵排量和液压马达排量计算公式获取液压泵所需排量和液压马达所需排量；

通过上述的步骤，可以在满足了运行设备的负载功率的同时，发动机的输出功率被控制为最小，所以有效地解决了能源的消耗。

但是，单纯的发动机转速控制无法使运行设备运行在操作人员所需的运行速度下，为此，本发明实施例中，还需要通过控制量获取模块，以根据操作人员的对运行设备的运行速度需求来控制液压泵和液压马达的排量。

通过控制液压泵和液压马达的排量，可以使运行设备运行在操作人员所需的运行速度。为此，需要计算出在发动机最低转速时，运行设备达到预期运行速度的液压泵所需排量和液压马达所需排量。

控制量获取模块可以包括设备运行速度输入机构和排量计算机构；排量计算机构根据最低转速和设备运行速度输入机构的输入值，通过预设的液压泵排量和液压马达排量计算公式获取液压泵所需排量和液压马达所需排量；所述液压泵所需排量和液压马达所需排量计算公式分别为：

当车速v>v0时：液压泵所需排量比为100%，所述液压马达所需排量为：

车速v<v0时：液压马达所需排量比为100%，所述液压泵所需排量为：

v0在根据负载功率确定的发动机最低转速下，液压泵与液压马达均的排量均为100%时对应的车速；r为驱动轮动力半径；v_b为液压泵最大排量；n_e为发动机转速；v为车速；i_g为马达至驱动轮的减速比；η_v为液压系统容积效率。

其中，负载设备的运行速度的单位为km/h；驱动轮动力半径的单位为m；泵最大排量的单位为ml/rev；为发动机转速的单位为rpm。

具体的，设备运行速度输入机构，可以包括有速度脚踏板，操作人员通过脚踏施力，可以使速度脚踏板的旋转，通过角位移传感器或其他的传感器测得速度脚踏板的旋转角度，从而可以换算出该旋转角度所对应的设备运行速度。也就是说，操作人员可以通过速度脚踏板来输入所需速度值。

S15、通过液压泵控制机构41和液压马达控制机构42，根据所述液压泵所需排量和液压马达所需排量控制液压泵和液压马达的排量。

具体的，在本步骤中，所用的液压泵控制机构41和液压马达控制机构42具体可以是电比例控制器。通过将液压泵所需排量和液压马达所需排量作为指令依据，来控制液压泵和液压马达的排量，进行相应的调整。

由于在本发明实施中，操作人员只需要输入运行设备所需的速度，静液压动力传动系统的控制装置即可自动的控制发动机运行在最低转速，以及匹配液压泵和液压马达的排量。从而使得动力传输系统与负载的匹配度得到了有效地保证，进而最大程度的节约了油耗。

在本发明的另一个实施例中，当静液压运行设备的动力传动系统还包括有变速箱时，如图2所示，在除了包括上一实施例中的S11至S15步骤外，还可以包括有步骤：

S16、档位获取机构根据所述设备运行速度输入机构的输入值所对应的车速值，获取对应的所需档位；

在传动系统包括有变速箱的运行设备中，其运行速度与变速箱的档位是有对应关系的，所以，可以根据不同的设备运行速度来获取其最佳的对应的所需档位。

S17、根据所需档位，通过变速箱控制机构将变速箱控制为相应的档位。

在本发明实施例中，由于可以通过为运行设备匹配最佳的档位，从而进一步的节约了运行设备的能耗。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (11)

1.一种静液压动力传动系统的控制装置，其特征在于，包括：

最低转速获取模块（1），包括液压马达转速传感器（101）、液压马达压力传感器（102）和发动机转速计算机构（103）；所述发动机转速计算机构（103）根据所述马达转速传感器、液压马达压力传感器（102）所采集的数据通过预设的功率计算公式获取负载功率，并根据所述负载功率获取发动机的最低转速；

发动机转速控制机构（3），所述发动机转速控制机构（3）根据所述最低转速控制发动机的转速；

控制量获取模块（2），包括设备运行速度输入机构（201）和排量计算机构（202）；所述排量计算机构（202）根据所述最低转速和设备运行速度输入机构（201）的输入值，通过预设的液压泵排量和液压马达排量计算公式获取液压泵所需排量和液压马达所需排量；

液压泵控制机构（41）和液压马达控制机构（42），所述液压泵控制机构（41）和所述液压马达控制机构（42）根据所述液压泵所需排量和所述液压马达所需排量控制液压泵和液压马达的排量。

2.如权利要求1中所述控制装置，其特征在于，所述设备运行速度输入机构（201）设置有：

速度踏板。

3.如权利要求2中所述控制装置，其特征在于，所述发动机转速控制机构（3）包括：发动机电控装置或步进电机的油门执行机构。

4.如权利要求3中所述控制装置，其特征在于，所述液压泵控制机构（41）和液压马达控制机构（42）均包括：

电比例控制器。

5.如权利要求4中所述控制装置，其特征在于，还包括：

变速箱控制机构和档位获取机构；所述档位获取机构根据所述设备运行速度输入机构（201）的输入值所对应的车速值，获取对应的所需档位。

6.一种静液压动力传动系统，其特征在于，设置有如权利要求1至5中任一所述静液压动力传动系统的控制装置。

7.一种静液压动力传动系统的控制方法，其特征在于，包括：

通过液压马达转速传感器（101）、液压马达压力传感器（102）获取马达转速和液压马达压力；

通过预设的功率计算公式获取负载功率；

根据所述负载功率获取发动机的最低转速；

发动机转速控制机构（3）根据所述最低转速控制发动机的转速；

通过设备运行速度输入机构（201）输入所需设备运行速度；

根据所述最低转速和所述所需设备运行速度，通过预设的液压泵排量和液压马达排量计算公式获取液压泵所需排量和液压马达所需排量；

通过液压泵控制机构（41）和液压马达控制机构（42），根据所述液压泵所需排量和液压马达所需排量控制液压泵和液压马达的排量。

8.如权利要求7中所述控制方法，其特征在于，所述通过设备运行速度输入机构（201）输入所需设备运行速度，包括：

通过速度踏板输入所需设备运行速度。

9.如权利要求8中所述控制方法，其特征在于，所述发动机转速控制机构（3）根据所述最低转速控制发动机的转速，包括：

通过发动机电控装置或步进电机的油门执行机构，根据所述最低转速控制发动机的转速。

10.如权利要求9中所述控制方法，其特征在于，所述根据液压泵控制机构（41）和液压马达控制机构（42）根据所述液压泵所需排量和液压马达所需排量控制液压泵和液压马达的排量，包括：

通过电比例控制器，根据所述液压泵所需排量和液压马达所需排量控制液压泵和液压马达的排量。

11.如权利要求10中所述控制方法，其特征在于，还包括：

档位获取机构根据所述设备运行速度输入机构（201）的输入值所对应的车速值，获取对应的所需档位；

根据所述所需档位，通过变速箱控制机构将变速箱控制为相应的档位。

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