CN102864802A - 混合动力推土机功率匹配控制方法以及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合动力推土机功率匹配控制方法以及系统，公开的方法包括下述步骤：11)预存电动机输出轴的转速和履带的理论行驶速度之间的关系式；12)实时检测电动机输出轴的转速以及履带的实际行驶速度，并根据检测电动机输出轴的转速和预存的关系式获取履带理论行驶速度；13)比较履带的理论行驶速度和实际行驶速度，当前者大于后者时，增加推土机行走能力。上述控制方法和系统使得推土机在超载打滑或是停止时，能够根据履带的行驶速度及时判断，并相应地调整推土机的行驶能力，以使推土机功率与行驶速度需求匹配，使得超载打滑现象迅速消失，从而保持推土机的行驶速度，保证工作效率。

Description

混合动力推土机功率匹配控制方法以及系统

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，特别涉及一种混合动力推土机功率匹配控制方法以及系统。

背景技术

混合动力推土机的能量传输主要是机械能和电能的相互转换，可以参见图1，图1为混合动力推土机动力传递顺序的结构框图。动力传递线路为：发动机11-发电机12-电动机13-终传动14-履带15，即机械能-电能-机械能-机械能的转换传递。终传动一般由行走马达和减速机构组成，行走马达可以是柱塞式马达，以便将液压能转换成为旋转动能，减速机构可以是二级齿轮减速机构。

在上述混合动力推土机的动力传递线路中，从发动机11的输出能量与当下推土机负荷的匹配关系中，传动速度与履带15行驶速度是重要的参量之一。当动力输出与负荷载量匹配时，电动机13的转速与履带15行驶速度能够对应，则车辆不存在打滑现象，全部输出能量都转换为工作动能。当负荷超载而与当下发动机11输出动力失配，则履带15实际行驶速度将会远远低于根据电动机13的转速输出应当达到的理论行驶速度，即出现打滑现象，推土机原地履带15原地打转或停止，导致无法顺利行进，影响工程进度。

当推土机出现打滑超载工况时，传统的应对策略是靠操作人员感性判断，以调整负荷，直至打滑现象消失。然而，该种调整策略存在很大的不足。该种调整主要取决于操作人员的熟练技术，如果经验不足，很容易调整不当，不仅影响效率，还会增加操纵强度；而且，即使经验丰富的操作人员，调整载荷动力匹配的效率也非常有限。

有鉴于此，如何在推土机出现打滑超载现象时调整推土机，使其功率与行驶速度匹配，以使打滑超载现象迅速消失，是本领技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的为提供一种混合动力推土机功率匹配控制方法以及系统。该控制方法和系统使得推土机在打滑超载时，能够自动调整推土机的行驶能力，使推土机功率与行驶速度匹配，从而使得打滑超载现象迅速消失，提高推土机的工作效率。

为达到本发明的第一目的，本发明提供一种混合动力推土机功率匹配控制方法，推土机的动力按照发动机-发电机-电动机-终传动-履带的顺序传递，包括下述步骤：

11)预存电动机输出轴的转速和履带的理论行驶速度之间的关系式；

12)实时检测电动机输出轴的转速以及履带的实际行驶速度，并根据检测的电动机输出轴的转速和预存的关系式获取履带理论行驶速度；

13)比较履带的理论行驶速度和实际行驶速度，当前者大于后者时，增加推土机行走能力。

优选地，步骤13)中，履带的理论行驶速度大于实际行驶速度时，提起推土机的工作装置和/或加大发动机油门。

优选地，步骤13)中：

履带的理论行驶速度和实际行驶速度相等时，保持当前行走状态；

履带的理论行驶速度小于实际行驶速度时，减小推土机行走能力。

优选地，步骤13)中，履带的理论行驶速度小于实际行驶速度时，减小发动机油门和/或下降推土机的工作装置。

优选地，

步骤13)中，履带的理论行驶速度大于实际行驶速度时，进入下述步骤：

14)判断推土机的发动机功率是否超过额定功率，是，则进入步骤141)，否，则进入步骤142)；

141)提起推土机的工作装置；

142)加大发动机油门。

优选地，步骤13)中，履带的理论行驶速度小于实际行驶速度时，进入下述步骤：

15)判断推土机是否处于下坡行驶状态，是，则进入步骤151)，否，则进入步骤152)；

151)下降推土机的工作装置；

152)减小发动机油门；

步骤13)中，履带的理论行驶速度等于实际行驶速度时，进入下述步骤：

16)保持当前行走状态。

优选地，终传动具有一级减速传动比和二级减速传动比，分别为：

和

步骤11)中预存的关系式为：

$v_3=v_1*\frac{n_1*n_3}{n_2*n_4}*2\mathrm{\πr};$

其中，v₁为电动机输出轴的转速，为履带的实际转速，r为终传动输出链轮中心至履带最外点的距离。

本发明还提供一种混合动力推土机功率匹配控制系统，推土机的动力按照发动机-发电机-电动机-终传动-履带的顺序传递，包括控制器，和用于实时检测电动机输出轴的转速以及履带的实际行驶速度的检测元件；

所述控制器包括：

存储单元，用于预存电动机输出轴的转速和履带的理论行驶速度之间的关系式；

分析单元，根据检测的电动机输出轴的转速和预存的关系式获取履带理论行驶速度，并比较履带的理论行驶速度和实际行驶速度，当前者大于后者时，输出增加推土机行走能力的指令。

优选地，所述控制器与推土机的工作装置连接，履带的理论行驶速度大于实际行驶速度时，所述控制器的分析单元输出提起工作装置的指令至所述工作装置。

优选地，所述控制器与发动机油门连接，履带的理论行驶速度大于实际行驶速度时，分析单元输出加大发动机油门的指令至所述发动机油门。

优选地，履带的理论行驶速度等于实际行驶速度时，分析单元保持当前行走状态的控制指令；履带的理论行驶速度小于实际行驶速度时，分析单元输出减小推土机行走能力的指令。

优选地，所述控制器与发动机油门连接，履带的理论行驶速度小于实际行驶速度时，分析单元输出减小发动机油门的指令至发动机油门。

优选地，所述控制器与推土机的工作装置连接，履带的理论行驶速度小于实际行驶速度时，分析单元输出下降工作装置的指令至所述工作装置。

优选地，所述检测元件包括实时检测履带行驶速度的行驶速度传感器，所述行驶速度传感器固定于终传动的固定部件上，且所述速度传感器与地面具有夹角。

上述控制方法和系统使得推土机在超载打滑或是停止时，能够根据履带的行驶速度及时判断，并相应地调整推土机的行驶能力(增加动力或是降低负载)，以使推土机功率与行驶速度需求匹配，使得超载打滑现象迅速消失，从而保持推土机的行驶速度，保证工作效率。

附图说明

图1为混合动力推土机动力传递顺序的结构框图；

图2为本发明所提供混合动力推土机功率匹配控制方法第一种具体实施方式的流程图；

图3为本发明所提供混合动力推土机功率匹配控制系统第一种具体实施方式的结构框图；

图4为图3中行驶速度传感器设置于终传动固定部件的一种结构示意图；

图5为本发明所提供混合动力推土机功率匹配控制方法第二种具体实施方式的流程图。

图1中：

11发动机、12发电机、13电动机、14终传动、15履带；

图3-4中：

10控制器、101存储单元、102分析单元、20转速传感器、30行驶速度传感器、40、发动机油门、50工作装置、60履带、70终传动

具体实施方式

本发明的核心为提供一种混合动力推土机功率匹配控制方法以及系统。该控制方法和系统使得推土机在打滑超载时，能够自动调整推土机的行驶能力，以使打滑超载现象迅速消失，提高推土机的工作效率。

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。

请参考图2-4，图2为本发明所提供混合动力推土机功率匹配控制方法第一种具体实施方式的流程图；图3为本发明所提供混合动力推土机功率匹配控制系统第一种具体实施方式的结构框图；图4为图3中行驶速度传感器设置于终传动固定部件的一种结构示意图。

该实施例中混合动力推土机的动力按照发动机-发电机-电动机-终传动70-履带60的顺序传递。功率匹配的控制方法包括下述步骤：

S11、预存电动机输出轴的转速和履带60的理论行驶速度之间的关系式；

电动机输出轴与终传动70连接，终传动70一般为齿轮组件或是其他能够传递动力的机械件，则电动机输出轴的转速与终传动70的转速必然存在一定的关系，而终传动70输出链轮的转速v₂和履带60的行驶速度v₃也存在一定的关系，即v₃＝v₂*2πr。发动机的输出动力也是基于上述的关系进行控制，即按照推土机所需的行驶速度提供动力。以终传动70是齿轮组件为例，可以采用具有二级减速传动比的齿轮组件，假设一级减速传动比和二级减速传动比分别为：

$\frac{n_1}{n_2},$ $\frac{n_3}{n_4},$

则整个终传动70的传动比为：

$\frac{n_1}{n_2}*\frac{n_3}{n_4}=\frac{n_1*n_3}{n_2*n_4},$

若电动机输出轴的转速为v₁，将链轮的转速转化为履带60的行走速度，即：

$v_3=v_1*\frac{n_1*n_3}{n_2*n_4}*2\mathrm{\πr}---\left(1\right)$

其中r为链轮中心至履带60最外点的距离。由此可以得到履带60的理论行驶速度，当推土机的功率恰好匹配，无能量损失时，履带60的实际行驶速度应当与理论行驶速度相等。

可以设置控制器10，控制器10包括存储单元101和分析单元102，存储单元101将电动机输出轴的转速和履带60理论行驶速度的关系式存储于存储单元101中，比如存储上述式(1)。

S12、实时检测电动机输出轴的转速以及履带60的实际行驶速度，并根据检测电动机输出轴的转速和预存的关系式获取履带60理论行驶速度；

可以设置检测电动机输出轴转速以及履带60实际行驶速度的检测元件，检测元件可以是速度传感器，如图3所示的用于检测电动机输出轴的转速传感器20和检测履带60行驶速度的行驶速度传感器30。传感器将实时获取的速度信号传递至控制器10，控制器10的分析单元102根据接收到的速度信号，调取存储单元101中的关系式，能够计算获得与当前电动机输出轴转速相对应的履带60的理论行驶速度。

检测履带60的行驶速度传感器30时，可以将行驶速度传感器30固定于终传动70的固定部件上，即行驶速度传感器30不会随终传动70的齿轮组件转动，以便检测履带60的实际行驶速度，且行驶速度传感器30与地面具有夹角，如图3所示的夹角a。如此设置，行驶速度传感器30能够在推土机的行驶工况下，更为精确地获得履带60的实际行驶速度。

S13、比较履带60的理论行驶速度和实际行驶速度，当理论行驶速度大于实际行驶速度时，进入步骤S14；

S14、增加推土机行走能力。

分析单元102计算出与当前电动机输出轴转速相对应的履带60的理论行驶速度后，可以将该理论行驶速度与检测的当前履带60的实际行驶速度进行比较，当理论行驶速度大于实际行驶速度时，控制器10可以输出增加推土机行走能力的指令。

理论行驶速度大于实际行驶速度，则表明整车提供的能量未能够按照预定策略全部驱动用于行驶，则实际行驶速度与所需的速度存在差距，此时推土机一般会处于停止或打滑状态。为了消除该种现象，可以增加推土机的行走能力。

步骤S14中增加推土机行走能力的方式具体可以是：

提起推土机的工作装置50，或加大发动机油门40。推土机的工作装置50根据推土机的具体机型确定，比如可以是铲刀或是松土器。

推土机处于停止或是打滑状态时，表明推土机前方阻力偏大，为了克服前方阻力，可以提起推土机的工作装置50，以降低负载，减小前方阻力，则控制器10的分析单元102可以输出提起的指令至铲刀和松土器；或者在能量允许范围内(发动机未超过额定功率)加大发动机油门40，经动力传递后相应地增加了电动机的能量，以克服前方阻力，则控制器10的分析单元102可以输出增加油门的指令至油门的控制装置。

由此可见，上述控制方法和系统使得推土机在超载打滑或是停止时，能够根据履带60的行驶速度及时判断，并相应地调整推土机的行驶能力(增加动力或是降低负载)，以使推土机功率与行驶速度需求匹配，使得超载打滑现象迅速消失，从而保持推土机的行驶速度，保证工作效率。

针对上述实施例，可以作出进一步改进。如图5，图5为本发明所提供混合动力推土机功率匹配控制方法第二种具体实施方式的流程图。

该实施例中的控制方法包括下述步骤：

S21、预存电动机输出轴的转速和履带60的理论行驶速度之间的关系式；

S22、实时检测电动机输出轴的转速以及履带60的实际行驶速度，并根据检测电动机输出轴的转速和预存的关系式获取履带60理论行驶速度；

S23、比较履带60的理论行驶速度和实际行驶速度，当前者大于后者时，进入步骤S24；当前者等于后者时，进入步骤S26；当前者小于后者时，进入步骤S25；

S24、判断发动机功率是否超过额定功率，否，则进入步骤S241，是，则进入步骤S242；

S241、加大发动机油门40；

S242、提起推土机的工作装置50；

当发动机功率还未超过额定功率的情况下，采取加大发动机油门40的方式提高动力供给，以相对减小推土机前方的阻力，在保证行进速度的基础上不影响铲挖或是松土的效率；在动力需求已经满额的情况下，可以提起推土机的工作装置50，以减小前方阻力，从而保持所需的行进速度。该种调整方式更为灵活地适应了工况，以期获得最佳调控效果。

S25、判断是否处于下坡状态，是，则进入步骤S251，否，则进入步骤S252；

S251、下降推土机的工作装置50；

S252、减小发动机油门40。

该实施例中，对理论行驶速度小于实际行驶速度的情况也作了相应处理。当推土机处于下坡行驶状态时，若理论行驶速度小于实际行驶速度，则表明此时推土机正处于速度失控状态，为了提高安全系数，可以直接下降铲刀或是松土器以接触地面，从而增加前方阻力，使车速下降；若推土机并非处于下坡行驶状态，而理论行驶速度小于实际行驶速度，则可能是控制策略不完善，导致动力供给过高，可以减小发动机油门40，以节省能量。推土机是否处于下坡行驶状态，可以采用人工判断的方式，由操作人员决定是否采取下坡控制，或是通过设置传感元件感受车辆的位置，以进行智能化的下坡控制。

针对该实施例，当推土机处于下坡行驶状态时，步骤S251中选择减小下降推土机的工作装置50或减小发动机油门40，可以想到，也可以同时下降工作装置50和减小发动机油门40，以便迅速地达到降低车速的目的，提高安全行驶系数。

S26、保持当前行走状态；

当理论行驶速度和实际行驶速度相等时，表明整车提供的行驶能量已经全部用于驱动行驶，推土机处于正常的作业状态，此时的工况符合理论要求，保持当前的行走状态即可，比如，油门大小、推土机的工作装置50的作业状态等均保持不变。

该实施例中，履带60的理论行驶速度和实际行驶速度不匹配时，根据发动机工况以及是否处于下坡行驶状态，对油门以及推土机的工作装置50进行选择性调控，以便获得更佳的匹配控制效果。

需要说明的是，实际上，理论行驶速度大于实际行驶速度时，增加推土机行驶能力即可获得一定的功率匹配效果，比如可以加大发动机油门40和/或提起推土机的工作装置50；理论行驶速度小于实际行驶速度时，减小推土机行驶能力即可，比如可以减小发动机油门40和/或下降推土机的工作装置50。行驶能力的增加或减小除了通过调整发动机油门40或工作装置50外，也可以采取其他方式，比如增加或减少行驶摩擦、开启或关闭某些附属元件以增加或减少用于驱动行驶的功率等方式。

上述实施例，基于履带60行驶速度对推土机功率调整，达到功率匹配的效果，避免能量损失，使发动机能量能够高效地传递，达到节能降耗的目的。

以上对本发明所提供的一种混合动力推土机功率匹配控制方法以及系统均进行了详细介绍。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 (14)

1.一种混合动力推土机功率匹配控制方法，推土机的动力按照发动机-发电机-电动机-终传动-履带的顺序传递，其特征在于，包括下述步骤：

11)预存电动机输出轴的转速和履带的理论行驶速度之间的关系式；

12)实时检测电动机输出轴的转速以及履带的实际行驶速度，并根据检测的电动机输出轴的转速和预存的关系式获取履带理论行驶速度；

13)比较履带的理论行驶速度和实际行驶速度，当前者大于后者时，增加推土机行走能力。

2.如权利要求1所述的混合动力推土机功率匹配控制方法，其特征在于，步骤13)中，履带的理论行驶速度大于实际行驶速度时，提起推土机的工作装置和/或加大发动机油门。

3.如权利要求1或2所述的混合动力推土机功率匹配控制系统，其特征在于，步骤13)中：

履带的理论行驶速度和实际行驶速度相等时，保持当前行走状态；

履带的理论行驶速度小于实际行驶速度时，减小推土机行走能力。

4.如权利要求3所述的混合动力推土机功率匹配控制方法，其特征在于，步骤13)中，履带的理论行驶速度小于实际行驶速度时，减小发动机油门和/或下降推土机的工作装置。

5.如权利要求1所述的混合动力推土机功率匹配控制方法，其特征在于，

步骤13)中，履带的理论行驶速度大于实际行驶速度时，进入下述步骤：

14)判断推土机的发动机功率是否超过额定功率，是，则进入步骤141)，否，则进入步骤142)；

141)提起推土机的工作装置；

142)加大发动机油门。

6.如权利要求1或2所述的混合动力推土机功率匹配控制方法，其特征在于，步骤13)中，履带的理论行驶速度小于实际行驶速度时，进入下述步骤：

15)判断推土机是否处于下坡行驶状态，是，则进入步骤151)，否，则进入步骤152)；

151)下降推土机的工作装置；

152)减小发动机油门；

步骤13)中，履带的理论行驶速度等于实际行驶速度时，进入下述步骤：

16)保持当前行走状态。

7.如权利要求1、2或5任一项所述的混合动力推土机功率匹配控制方法，其特征在于，终传动具有一级减速传动比和二级减速传动比，分别为：

和

步骤11)中预存的关系式为：

$v_3=v_1*\frac{n_1*n_3}{n_2*n_4}*2\mathrm{\πr};$

其中，v₁为电动机输出轴的转速，v₃为履带的实际转速，r为终传动输出链轮中心至履带最外点的距离。

8.一种混合动力推土机功率匹配控制系统，推土机的动力按照发动机-发电机-电动机-终传动-履带的顺序传递，其特征在于，包括控制器，和用于实时检测电动机输出轴的转速以及履带的实际行驶速度的检测元件；

所述控制器包括：

存储单元，用于预存电动机输出轴的转速和履带的理论行驶速度之间的关系式；

分析单元，根据检测的电动机输出轴的转速和预存的关系式获取履带理论行驶速度，并比较履带的理论行驶速度和实际行驶速度，当前者大于后者时，输出增加推土机行走能力的指令。

9.如权利要求8所述的混合动力推土机功率匹配控制系统，其特征在于，所述控制器与推土机的工作装置连接，履带的理论行驶速度大于实际行驶速度时，所述控制器的分析单元输出提起工作装置的指令至所述工作装置。

10.如权利要求8所述的混合动力推土机功率匹配控制系统，其特征在于，所述控制器与发动机油门连接，履带的理论行驶速度大于实际行驶速度时，分析单元输出加大发动机油门的指令至所述发动机油门。

11.如权利要求8-10任一项所述的混合动力推土机功率匹配控制系统，其特征在于，履带的理论行驶速度等于实际行驶速度时，分析单元保持当前行走状态的控制指令；履带的理论行驶速度小于实际行驶速度时，分析单元输出减小推土机行走能力的指令。

12.如权利要求11所述的混合动力推土机功率匹配控制系统，其特征在于，所述控制器与发动机油门连接，履带的理论行驶速度小于实际行驶速度时，分析单元输出减小发动机油门的指令至发动机油门。

13.如权利要求11所述的混合动力推土机功率匹配控制系统，其特征在于，所述控制器与推土机的工作装置连接，履带的理论行驶速度小于实际行驶速度时，分析单元输出下降工作装置的指令至所述工作装置。

14.如权利要求8-10任一项所述的混合动力推土机功率匹配控制系统，其特征在于，所述检测元件包括实时检测履带行驶速度的行驶速度传感器，所述行驶速度传感器固定于终传动的固定部件上，且所述速度传感器与地面具有夹角。

Images