CN102996265B - 工程机械设备及其发动机转速控制方法、装置和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种工程机械设备及其发动机转速控制方法、装置和系统。其中，该方法包括：获取工程机械设备的发动机的实际转速；检测发动机的目标转速减去实际转速的差值是否大于设定阈值；如果是，确定当前油门旋钮所处的档位；如果油门旋钮所处的档位为低档位，控制泵比例阀的电流为预先设定的与该低档位对应的电流值。本发明有效降低了发动机的速度小于目标速度引起发动机憋车熄火的问题，保证了发动机的性能和使用寿命。

Description

工程机械设备及其发动机转速控制方法、装置和系统

技术领域

本发明涉及工程机械领域，更具体地，涉及一种工程机械设备及其发动机转速控制方法、装置和系统。

背景技术

对于负载突增较大的工程机械设备，通常会使发动机转速非正常下降，出现憋车现象。如图1所示的液压挖掘机的控制系统示意图，该系统由油门旋钮（也可以称为调速旋钮）11、电控变量泵12、泵比例阀13、ECM（ElectronicControlModule，电子控制模块）14、控制器15、显示器16、转速传感器17及液压泵18等元件组成。当系统处于工作状态时，转速传感器17检测发动机的转速，并通过ECM14将测得的发动机转速发送至控制器15；控制器15根据实际转速与期望转速（也可以称为目标转速）之差进行PID（比例、积分、微分）调节，实时调节泵比例阀的电流，使液压泵的吸收功率始终跟随发动机的输出功率。

基于图1所示的液压挖掘机的控制系统，图2给出了具体的液压挖掘机的控制方法流程图，该方法包括以下步骤：

步骤S202，控制器读入驾驶员选择的功率模式和油门旋钮的当前档位；

系统启动，驾驶员通过调节油门旋钮选择当前使用的档位，通过显示器显示的功率模式选择按钮选择对应的功率模式，设定目标转速，这些信息设定后，将传输给控制器；

步骤S204，控制器读入转速传感器检测的发动机的实际转速；

步骤S206，控制器将发动机的实际转速与目标转速比较，根据比较的结果进行PID调节；

步骤S208，控制器输出当前功率模式和油门档位下的电流值至主泵比例阀。

如果实际转速低于目标转速，说明柴油机的负载功率大，这时控制器减小控制电流改变泵比例阀输出，将液压泵的排量变小，使泵的吸收功率降低；如果实际转速高于目标转速，说明柴油机的负载功率小，控制器增大控制电流改变泵比例阀输出，将液压泵的排量变大，使液压泵的吸收功率提高。

上述方式通过改变液压泵的吸收功率，最终使发动机转速稳定在目标转速。但是，如果负载突然增大，由于执行元件比例阀调节具有滞后性，有时会导致短时间的掉速，使转速控制曲线波动大，因此增加了油耗；如果掉速过大，还容易造成发动机憋车熄火；而发动机憋车熄火很容易造成事故，并且容易损伤发动机的使用寿命。

针对上述相关技术中发动机的速度小于目标速度引起发动机憋车熄火的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

为了降低工程机械设备因发动机的速度小于目标速度引起发动机憋车熄火的问题，本发明目的在于提供一种工程机械设备及其发动机转速控制方法、装置和系统。

根据本发明的一方面，提供了一种工程机械设备的发动机转速控制方法，该方法包括：获取工程机械设备的发动机的实际转速；检测发动机的目标转速减去实际转速的差值是否大于设定阈值；如果是，确定当前油门旋钮所处的档位；如果油门旋钮所处的档位为低档位，控制泵比例阀的电流为预先设定的与该低档位对应的电流值。

上述确定当前油门旋钮所处的档位的步骤之后还包括：确定工程机械设备的工作状态及工程机械设备是否有负载；相应地，上述控制泵比例阀的电流为低档位对应的电流值的步骤还包括：当工程机械设备处于运行状态，且工程机械设备有负载时，控制泵比例阀的电流为低档位对应的电流值。

上述确定工程机械设备的工作状态，且工程机械设备是否有负载包括：读取先导压力传感器检测的先导压力，如果先导压力大于压力阈值，确定工程机械设备处于运行状态；读取系统主压力传感器检测的负载压力，如果负载压力大于负载阈值，确定工程机械设备有负载。

上述确定当前油门旋钮所处的档位的步骤之后，上述方法还包括：如果油门旋钮所处的档位为高档位，按照预先设定的比例系数降低泵比例阀的电流。

根据本发明的另一方面，提供了一种工程机械设备的发动机转速控制装置，包括：数据预设模块，用于预先设定与低档位对应的电流值；转速获取模块，用于获取工程机械设备的发动机的实际转速；转速差检测模块，用于检测发动机的目标转速减去转速获取模块获取的实际转速的差值是否大于设定阈值；档位确定模块，用于如果转速差检测模块检测的结果为是，确定当前油门旋钮所处的档位；电流控制模块，用于如果档位确定模块确定油门旋钮所处的档位为低档位，控制泵比例阀的电流为数据预设模块预先设定的与低档位对应的电流值。

上述电流控制模块包括：运行确定单元，用于确定工程机械设备是否处于运行状态，以及确定工程机械设备是否有负载；控制单元，用于如果档位确定模块确定油门旋钮所处的档位为低档位，当运行确定单元确定工程机械设备处于运行状态，且工程机械设备有负载时，控制泵比例阀的电流为低档位对应的电流值。

上述数据预设模块还用于预先设定与高档位对应的比例系数；相应地，上述装置还包括：电流比例调节模块，用于如果油门旋钮所处的档位为高档位，按照数据预设模块预先设定的比例系数降低泵比例阀的电流。

根据本发明的再一方面，提供了一种工程机械设备的发动机转速控制系统，包括：发动机转速传感器，用于检测发动机的实际转速；控制器，用于读取发动机转速传感器检测的实际转速，检测发动机的目标转速减去实际转速的差值是否大于设定阈值；如果是，确定当前油门旋钮所处的档位；如果油门旋钮所处的档位为低档位，控制泵比例阀的电流为预先设定的与低档位对应的电流值。

上述系统还包括：检测工程机械设备的先导压力的先导压力传感器，检测工程机械设备的负载压力的系统主压力传感器；上述控制器用于如果油门旋钮所处的档位为低档位，读取先先导压力和负载压力，在先导压力大于压力阈值，且负载压力大于负载阈值时，控制泵比例阀的电流为低档位对应的电流值。

上述控制器还用于在确定油门旋钮所处的档位为高档位时，按照预先设定的比例系数降低泵比例阀的电流。

根据本发明的又一方面，提供了一种工程机械设备，该工程机械设备包括上述系统。

其中，上述工程机械设备为液压挖掘机。

本发明通过在发动机的目标转速减去上述实际转速的差值大于设定阈值时，确定油门旋钮的档位，并将低档位情况下的泵比例阀的电流设置对应的电流值，进而能够较快地提高发动机的实际转速，使发动机的实际转速与目标转速匹配，有效降低了发动机的速度小于目标速度引起发动机憋车熄火的问题，保证了发动机的性能和使用寿命。

附图说明

构成本申请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是根据相关技术的液压挖掘机的控制系统示意图；

图2是根据相关技术的液压挖掘机的控制方法流程图；

图3是根据本发明实施例的工程机械设备的发动机转速控制方法的流程图；

图4是根据本发明实施例的液压挖掘机控制系统的结构示意图；

图5是根据本发明实施例的液压挖掘机控制系统的结构框图；

图6是根据本发明实施例的液压挖掘机控制发动机转速的方法流程图；以及

图7是根据本发明实施例的工程机械设备的发动机转速控制装置的结构框图。

具体实施方式

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

考虑到发动机的实际转速比目标转速小很多时，如果当前油门旋钮的档位比较低，发动机容易掉速并出现憋车现象，本发明实施例提供了一种工程机械设备及其发动机转速控制方法、装置和系统，下面通过实施例进行描述。

如图3所示的工程机械设备的发动机转速控制方法的流程图，该方法可以应用在工程机械设备的控制器中，包括以下步骤：

步骤S302，获取工程机械设备的发动机的实际转速；

本实施例发动机实际转速的获取方式可以按照相关技术实现，例如，通过图1所示的转速传感器获取；

步骤S304，检测发动机的目标转速减去上述实际转速的差值是否大于设定阈值；该设定阈值可以根据工程机械设备的具备类型和经验进行设定；

步骤S306，如果是，确定当前油门旋钮所处的档位；

本发明实施例中将油门旋钮的档位分为高档位和低档位，例如，对于一些较大吨位的液压挖掘机来说，可以将1-4档视为低档位，将5-10档视为高档位；

步骤S308，如果油门旋钮所处的档位为低档位，控制泵比例阀的电流为预先设定的与该低档位对应的电流值。其中，该低档位对应的电流值的大小可以根据工程机械设备的具体类型进行设定，为了避免出现发动机掉速的情况，该低档位对应的电流值为一个比较小的值，如果该低档位包括多个档位，例如上述液压挖掘机的1-4档，也可以每个档位对应一个数值。

本实施例的方法通过在发动机的目标转速减去上述实际转速的差值大于设定阈值时，确定油门旋钮的档位，并将低档位情况下的泵比例阀的电流设置对应的电流值，进而能够较快地提高发动机的实际转速，使发动机的实际转速与目标转速匹配，有效降低了发动机的速度小于目标速度引起发动机憋车熄火的问题，保证了发动机的性能和使用寿命。

因为某种需要，工程机械设备可能需要对发动机进行空转，为了避免发动机在空转过程中进行上述控制，本发明实施例的上述确定当前油门旋钮所处的档位的步骤之后还包括：确定该工程机械设备的工作状态及该工程机械设备是否有负载，相应地，上述控制泵比例阀的电流为该低档位对应的电流值包括：当该工程机械设备处于运行状态，且工程机械设备有负载时，控制泵比例阀的电流为该低档位对应的电流值。例如，通过在工程机械设备上设置先导压力传感器和系统主压力传感器进行先导压力与负载的检测，进而确定当前工程机械设备的运行状态和负载情况，基于此，控制器可以读取先导压力传感器检测的先导压力，如果先导压力大于压力阈值，确定工程机械设备处于运行状态；以及读取系统主压力传感器检测的负载压力，如果负载压力大于负载阈值，确定工程机械设备有负载。在工程机械设备满足处于运行状态，且有负载时，再进行上述泵比例阀电流的控制，进而避免了无意义的控制行为。

上述确定当前油门旋钮所处的档位的步骤之后，如果油门旋钮所处的档位为高档位，由于高档位出现憋车熄火的可能性比较小，可以按照如图1和图2所示相关技术中的控制方式进行处理。为了尽快使发动机的实际转速与目标转速匹配，本发明实施例按照设定的比例系数降低泵比例阀的电流。具体地，将上述如图1和图2所示相关技术中的控制方式中控制器经PID调节后的泵比例阀电流乘以一个防憋车系数，该系数通常设置为小于1的数值，这样可以强制降低泵比例阀的电流值。

当然，如果发动机的实际转速高于目标转速，可以按照如图1和图2所示相关技术中的控制方式处理。当发动机的实际转速高于目标转速时，说明发动机的负载功率小，增大控制电流改变泵比例阀输出，将液压泵的排量变大，使泵的吸收功率提高。而对于发动机的目标转速减去所述实际转速的差值不大于设定阈值的情况，则说明实际转速与目标转速比较接近，即实际转速与目标转速相匹配，此时不需要对发动机的转速进行调整。

下面以工程机械设备是液压挖掘机为例进行说明，参见图4所示的液压挖掘机控制系统的结构示意图，其中该系统包括：控制器41、油门旋钮42、电控变量泵43、泵比例阀44、ECM45、显示器46、转速传感器47、先导压力传感器48、系统主压力传感器49A和系统主压力传感器49B等元件；其中，系统主压力传感器49A和系统主压力传感器49B分别对应液压挖掘机的左右液压泵。由图4可以看出，控制器41的三个输入信号端（图中的第二输入端、第三输入端和第四输入端）分别连接着先导压力传感器48、系统主压力传感器49A和系统主压力传感器49B，用来读取先导压力和负载值。

对应于图4所示的系统结构示意图，本发明实施例还提供了图5所示的液压挖掘机控制系统的结构框图，在图5所示的系统中，控制器41内设置有防憋车模块411，防憋车模块411读取先导压力传感器48、系统主压力传感器49A和系统主压力传感器49B中的数值，泵比例阀44连接液压泵。本实施例中，通过转速传感器47测得的发动机转速，通过先导压力传感器48测得先导油路压力，通过系统主压力传感器49A和49B测得主油路负载压力；驾驶员（司机）通过调节油门旋钮与显示器46上的功能模式选择按钮，设定目标转速。

基于图5所示的控制系统结构框图，下面给出液压挖掘机控制发动机转速的方法，参见图6，该方法包括以下步骤：

步骤S602，控制器读取显示器的功能模式选择按钮输入的功率模式，并读取油门旋钮当前所处的档位。

步骤S604，控制器读取转速传感器检测的发动机的实际转速。

步骤S606，控制器将上述实际转速与目标转速相比较；如果实际转速低于目标转速，执行步骤S608；如果实际转速高于目标转速，执行步骤S610。

步骤S608，控制器进行防憋车处理。

如果实际转速低于目标转速说明柴油机的负载功率大，这时控制器减小控制电流改变泵比例阀输出，将液压泵的排量变小，使泵的吸收功率降低；具体地，本实施例的控制器触发防憋车模块根据油门旋钮的档位、先导压力传感器和系统主压力传感器的检测数据控制泵比例阀的电流。

例如：如果目标转速与实测转速的差值e过大（例如e大于设定阈值），而当前档位为高档位（例如：5-10档），输出泵比例阀电流将乘以防憋车系数（小于1，可设置），强制降低电流值；如果e过大（例如e大于设定阈值），而处于低档位（1~4），则在先导压力＞A（A为先导压力门限，证明挖掘机有操作）和任一系统主压力值＞B（可设定主压门限值）时，采用一个较小的低电流定值（每个档位定值不同)，使比例阀能迅速减小泵排量。由此可见，本实施例泵比例阀的最终输出电流值未采用PID的输出结果。

步骤S610，控制器提高泵比例阀的电流。

如果实际转速高于目标转速，说明柴油机的负载功率小，控制器增大控制电流改变泵比例阀输出，将液压泵的排量变大，使泵的吸收功率提高。

步骤S612，控制器将当前功率模式和当前档位下的电流值输入至泵比例阀。

上述防憋车处理对最终泵比例阀的电流加限制，使泵比例阀能迅速减小泵的排量，减小掉速憋车的影响。

对比于上述方法，本发明实施例还提供了一种工程机械设备的发动机转速控制装置，该装置可以设置在工程机械设备的控制器中。参见图7所示的工程机械设备的发动机转速控制装置的结构框图，该装置包括：

数据预设模块70，用于预先设定与低档位对应的电流值；

转速获取模块72，用于获取工程机械设备的发动机的实际转速；

转速差检测模块74，用于检测发动机的目标转速减去转速获取模块72获取的实际转速的差值是否大于设定阈值；

档位确定模块76，用于如果转速差检测模块74检测的结果为是，确定当前油门旋钮所处的档位；

电流控制模块78，用于如果档位确定模块76确定油门旋钮所处的档位为低档位，控制泵比例阀的电流为上述数据预设模块70预先设定的与该低档位对应的电流值。

本实施例的装置通过在发动机的目标转速减去上述实际转速的差值大于设定阈值时，确定油门旋钮的档位，并将低档位情况下的泵比例阀的电流设置对应的电流值，进而能够较快地提高发动机的实际转速，使发动机的实际转速与目标转速匹配，有效降低了发动机的速度小于目标速度引起发动机憋车熄火的问题，保证了发动机的性能和使用寿命。

优选地，电流控制模块78包括：运行确定单元，用于确定工程机械设备是否处于运行状态，以及确定工程机械设备是否有负载；控制单元，用于如果档位确定模块76确定油门旋钮所处的档位为低档位，并当运行确定单元确定工程机械设备处于运行状态，且工程机械设备有负载时，控制泵比例阀的电流为所述低档位对应的电流值。

上述数据预设模块70还用于预先设定与高档位对应的比例系数；相应地，上述装置还包括：电流比例调节模块，用于如果油门旋钮所处的档位为高档位，按照上述数据预设模块70预先设定的比例系数降低泵比例阀的电流。

对应于上述方法和装置，本发明实施例还提供了一种工程机械设备的发动机转速控制系统，包括：发动机转速传感器，用于检测发动机的实际转速；控制器，用于读取发动机转速传感器检测的实际转速，检测发动机的目标转速减去实际转速的差值是否大于设定阈值；如果是，确定当前油门旋钮所处的档位；如果油门旋钮所处的档位为低档位，控制泵比例阀的电流为该低档位对应的电流值，其中，该低档位对应的电流为预先设定的。本实施例的控制器可以包括上述发动机转速控制装置，例如图7所示的装置。

优选地，上述系统还包括：检测工程机械设备的先导压力的先导压力传感器，检测工程机械设备的负载压力的系统主压力传感器；相应地，上述控制器用于如果档位确定模块76确定油门旋钮所处的档位为低档位，读取先先导压力和负载压力，在先导压力大于压力阈值，且负载压力大于负载阈值时，控制泵比例阀的电流为所述低档位对应的电流值。

上述控制器还用于在确定油门旋钮所处的档位为高档位时，按照预先设定的比例系数降低泵比例阀的电流。

对应于上述方法、装置和系统，本发明实施例还提供一种工程机械设备，该工程机械设备上述发动机转速控制系统。

本发明实施例中的工程机械设备可以为液压挖掘机或者其它工程机械车辆。

从以上的描述中可以看出，本发明上述的实施例通过依据档位信息对发动机的转速进行有效的控制，可以实现避免因负载突然增大引起的发动机剧烈掉速和发动机掉速熄火现象；使发动机转速控制曲线更平滑、稳定，一定程度上节省了液压油的消耗。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (9)

1.一种工程机械设备的发动机转速控制方法，其特征在于，包括：

获取工程机械设备的发动机的实际转速；

检测发动机的目标转速减去所述实际转速的差值是否大于设定阈值；

如果是，确定当前油门旋钮所处的档位；

如果所述油门旋钮所处的档位为低档位，控制泵比例阀的电流为预先设定的与所述低档位对应的电流值；

其中，所述确定当前油门旋钮所处的档位的步骤之后，所述方法还包括：

如果所述油门旋钮所处的档位为高档位，按照预先设定的比例系数降低所述泵比例阀的电流。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定当前油门旋钮所处的档位的步骤之后还包括：

确定所述工程机械设备的工作状态及所述工程机械设备是否有负载；

控制泵比例阀的电流为所述低档位对应的电流值还包括：当所述工程机械设备处于运行状态，且所述工程机械设备有负载时，控制泵比例阀的电流为所述低档位对应的电流值。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，确定所述工程机械设备的工作状态，且所述工程机械设备是否有负载包括：

读取先导压力传感器检测的先导压力，如果所述先导压力大于压力阈值，确定所述工程机械设备处于运行状态；

读取系统主压力传感器检测的负载压力，如果所述负载压力大于负载阈值，确定所述工程机械设备有负载。

4.一种工程机械设备的发动机转速控制装置，其特征在于，包括：

数据预设模块，用于预先设定与低档位对应的电流值；

转速获取模块，用于获取工程机械设备的发动机的实际转速；

转速差检测模块，用于检测发动机的目标转速减去所述转速获取模块获取的所述实际转速的差值是否大于设定阈值；

档位确定模块，用于如果所述转速差检测模块检测的结果为是，确定当前油门旋钮所处的档位；

电流控制模块，用于如果所述档位确定模块确定所述油门旋钮所处的档位为低档位，控制泵比例阀的电流为所述数据预设模块预先设定的与所述低档位对应的电流值；

其中，所述数据预设模块还用于预先设定与高档位对应的比例系数；

所述装置还包括：电流比例调节模块，用于如果所述油门旋钮所处的档位为高档位，按照所述数据预设模块预先设定的所述比例系数降低所述泵比例阀的电流。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述电流控制模块包括：

运行确定单元，用于确定所述工程机械设备是否处于运行状态，以及确定所述工程机械设备是否有负载；

控制单元，用于如果所述档位确定模块确定所述油门旋钮所处的档位为低档位，当所述运行确定单元确定所述工程机械设备处于运行状态，且所述工程机械设备有负载时，控制泵比例阀的电流为所述低档位对应的电流值。

6.一种工程机械设备的发动机转速控制系统，其特征在于，包括：

发动机转速传感器，用于检测发动机的实际转速；

控制器，用于读取所述发动机转速传感器检测的所述实际转速，检测发动机的目标转速减去所述实际转速的差值是否大于设定阈值；如果是，确定当前油门旋钮所处的档位；如果所述油门旋钮所处的档位为低档位，控制泵比例阀的电流为预先设定的与所述低档位对应的电流值；

其中，所述控制器还用于在确定所述油门旋钮所处的档位为高档位时，按照设定的比例系数降低所述泵比例阀的电流。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：检测所述工程机械设备的先导压力的先导压力传感器，检测所述工程机械设备的负载压力的系统主压力传感器；

所述控制器用于如果所述油门旋钮所处的档位为低档位，读取先所述先导压力和所述负载压力，在所述先导压力大于压力阈值，且所述负载压力大于负载阈值时，控制泵比例阀的电流为所述低档位对应的电流值。

8.一种工程机械设备，其特征在于，所述工程机械设备包括权利要求6至7任一项所述的系统。

9.根据权利要求8所述的工程机械设备，其特征在于，所述工程机械设备为液压挖掘机。