CN103674551A - 发动机与液压元件的动力匹配测试方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机与液压元件的动力匹配测试方法及系统。该方法包括：采集发动机的特性参数值和液压元件的特性参数值；根据发动机的特性参数值获取发动机的实际输出扭矩和实际输出功率；根据实际输出扭矩和实际输出功率分别形成发动机的实际扭矩特性曲线和实际万有特性曲线；根据液压元件的特性参数值和实际输出扭矩获取液压元件的扭矩；根据液压元件的扭矩与实际扭矩特性曲线获取符合预设匹配条件的液压元件的匹配扭矩；获取匹配扭矩对应的功率，并在实际万有特性曲线上生成功率谱；根据功率谱和实际万有特性曲线进行动力匹配评价。通过上述方式，本发明对液压传动机械的设计和改善提供了参考数据，并有利于改善发动机的性能和液压元件的性能。

Description

发动机与液压元件的动力匹配测试方法和系统

技术领域

本发明涉及液压传动机械性能测量领域，特别是涉及发动机与液压元件的动力匹配测试方法和系统。

背景技术

将发动机动力转化为液压能，再将液压能转化为机械能的机械称为液压传动机械，其动力性能的核心不仅在动力单元发动机和液压元件(如液压泵)上，两者的综合匹配性也将直接影响着液压传动机械的整体工作效率，因此匹配性的测试和评价研究尤为重要。但是，目前现有的测试系统中只能测试发动机动力性能，或者仅测试液压元件工作性能，不能直接测试和评价出由发动机和液压元件形成的液压传动机械的动力匹配性能。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种发动机与液压元件的动力匹配测试方法和系统，可以测试出发动机和液压元件的动力匹配性能，从而对液压传动机械的设计和改善提供了参考数据，并有利于改善发动机的性能和液压元件的性能。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种发动机与液压元件的动力匹配测试方法，该方法包括：在测试工况下，采集发动机的特性参数值和液压元件的特性参数值；根据发动机的特性参数值获取发动机的实际输出扭矩和实际输出功率；根据发动机的实际输出扭矩和实际输出功率分别形成发动机的实际扭矩特性曲线和实际万有特性曲线；根据液压元件的特性参数值和发动机的实际输出扭矩获取液压元件的扭矩并存储液压元件的扭矩；根据液压元件的扭矩与发动机的实际扭矩特性曲线获取符合预设匹配条件的液压元件的扭矩作为匹配扭矩；获取匹配扭矩对应的液压元件的功率，并在发动机的实际万有特性曲线上生成功率谱；根据功率谱和实际万有特性曲线进行动力匹配评价。

其中，预设匹配条件包括预设区域以及预设分布密度，根据液压元件的扭矩与发动机的实际扭矩特性曲线获取符合预设匹配条件的液压元件的扭矩作为匹配扭矩的步骤进一步包括：根据液压元件的扭矩在发动机的实际扭矩特性曲线上生成扭矩谱；获取扭矩谱中的扭矩在预设区域的分布密度；选择符合预设分布密度的扭矩所占据的最小面积；选择最小面积内的扭矩作为匹配扭矩。

其中，根据功率谱和实际万有特性曲线进行动力匹配评价的步骤进一步包括：功率谱越靠近实际万有特性曲线的低耗油区，动力匹配越好。

其中，采集发动机的特性参数值和液压元件的特性参数值的步骤包括：采集发动机的转速、油门开度、水温、进入发动机燃烧缸中的空气温度、发动机的机油压力、进入发动机燃烧缸的空气压力以及发动机的排气压力；采集液压元件的总流量、主压力以及回油压力。

其中，根据发动机的特性参数值获取发动机的实际输出扭矩和实际输出功率的步骤进一步包括：获取在测试工况且特定油门开度下，发动机的理想功率P，P满足以下公式：

$P=\frac{2\mathrm{\π}*T*n*K}{60000},---\left(1\right)$

其中，n为发动机的转速，T为发动机当前额定输出扭矩，K为发动机与液压元件的速比；

分别获取由发动机的水温、进入发动机燃烧缸中的空气温度、发动机的机油压力、进入发动机燃烧缸的空气压力以及发动机的排气压力导致的损耗功率P₁、P₂、P₃、P₄以及P₅；

其中，P₁=P*K₁，P₂=P*K₂，P₃=P*K₃，P₄=P*K₄，P₅=P*K₅，

其中，K₁为水温的影响系数，K₂为进气温度的影响系数，K₃为机油压力的影响系数，K₄为进气压力的影响系数，K₅为排气压力的影响系数；

根据P₁、P₂、P₃、P₄以及P₅获取发动机的损耗功率P₀，其中，P₀满足以下公式：

P₀=P₁+P₂+P₃+P₄+P₅；

根据发动机的理想功率P和发动机的损耗功率P₀获取发动机的实际输出功率P_t，其中，p_t满足：

P_t=P-P₀  （2）；

将公式（2）获取得到的P_t代入公式（1）获取发动机的实际输出扭矩。

其中，根据发动机的实际输出扭矩和实际输出功率分别形成发动机的实际扭矩特性曲线和实际万有特性曲线的步骤进一步包括：预存发动机的理想扭矩特性曲线和理想万有特性曲线；根据实际输出功率和实际输出扭矩分别修正理想扭矩特性曲线和理想万有特性曲线，得到发动机的实际扭矩特性曲线和实际万有特性曲线。

其中，根据液压元件的特性参数值和发动机的实际输出扭矩获取液压元件的扭矩的步骤包括：

液压元件的扭矩满足：

$T_b=\frac{Q*(p_{\mathrm{out}}-p_{\mathrm{in}})}{n*K*20\mathrm{\π}*\mathrm{\η}},$

其中，T_b为液压元件的扭矩，Q为液压元件的总流量，P_out为液压元件的主压力，P_in为液压元件的回油压力，n为发动机的转速，K为发动机和液压元件的速比，η为液压元件的总效率。

其中，获取匹配扭矩对应的液压元件的功率的步骤进一步包括：

液压元件的功率满足：

$P_b=\frac{2\mathrm{\π}*T_{b1}*n*T}{60000},$

其中，T_b1是匹配扭矩，由液压元件的扭矩T_b获取，P_b为液压元件的功率。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种发动机与液压元件的动力匹配测试系统（80）。该动力匹配测试系统（80）包括：数据采集单元（83），用于采集发动机（81）和液压元件（82）在测试工况下的特性参数值；数据处理器（84），与数据采集单元（83）电气连接，用于接收并处理数据采集单元（83）采集的信号，其中，数据处理器（84）用于：根据发动机（81）的特性参数值获取发动机（81）的实际输出扭矩和实际输出功率；根据发动机（81）的实际输出扭矩和实际输出功率分别形成发动机（81）的实际扭矩特性曲线和实际万有特性曲线；根据液压元件（82）的特性参数值和发动机（81）的实际输出扭矩获取液压元件（82）的扭矩；根据液压元件（82）的扭矩与发动机（81）的实际扭矩特性曲线获取符合预设匹配条件的液压元件（82）的扭矩作为匹配扭矩；获取匹配扭矩对应的液压元件（82）的功率，并在发动机（81）的实际万有特性曲线上生成用于评价发动机（81）与液压元件（82）的动力匹配特性的功率谱。

其中，数据采集单元（83）包括：转速传感器（830），用于采集发动机（81）的转速；油门开度传感器（831），用于采集发动机（81）的油门开度；水温传感器（832），用于采集发动机（81）的水温；进气温度传感器（833），用于采集进入发动机燃烧缸中的空气温度；机油压力传感器（834），用于采集发动机（81）的机油压力；进气压力传感器（835），用于采集进入发动机燃烧缸的空气压力；排气压力传感器（836），用于采集发动机（81）的排气压力；流量传感器（837），用于采集液压元件（82）的总流量；压力传感器（838），用于采集液压元件（82）的主压力；回油压力传感器（839），用于采集液压元件（82）的回油压力。

本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明首先获取发动机的实际输出扭矩和实际输出功率及实际扭矩特性曲线和实际万有特性曲线，并根据发动机的实际输出扭矩获取液压元件的扭矩，根据液压元件的扭矩与发动机的实际扭矩特性曲线获取液压元件的匹配扭矩，进一步获取匹配扭矩对应的液压元件的功率，并在发动机的实际万有特性曲线上生成功率谱，最后根据功率谱和实际万有特性曲线进行动力匹配评价。使得本发明可以测试出发动机和液压元件的匹配性能，对液压传动机械的设计和改善提供了参考数据，并有利于改善发动机的性能和液压元件的性能。

附图说明

图1是本发明实施例提供的发动机与液压元件的动力匹配测试方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的发动机的测试方法的流程图；

图3是本发明实施例提供的发动机的扭矩特性曲线图；

图4是本发明实施例提供的发动机的实际万有特性图；

图5是本发明实施例提供的液压元件的测试方法的流程图；

图6是本发明实施例提供的发动机的实际扭矩特性曲线与液压元件的扭矩谱图；

图7是本发明实施例提供的发动机的实际万有特性曲线与液压元件的功率谱图；

图8是本发明实施例提供的发动机与液压元件的动力匹配测试系统的结构示意图。

具体实施方式

由发动机做动力源的液压传动机械的性能直接受发动机和液压元件的动力匹配关系的影响，该动力匹配关系好，则液压传动机械的性能好，反之依然。本发明将提供一种发动机与液压元件的动力匹配测试方法及系统，其中，液压元件例如为液压泵。

请参阅图1，图1是本发明实施例提供的发动机与液压元件的动力匹配测试方法的流程图。如图1所示，本发明的发动机与液压元件的动力匹配测试方法包括以下步骤：

步骤S10：在测试工况下，采集发动机的特性参数值和液压元件的特性参数值。

由于在不同的工况条件下，发动机的性能如燃油消耗率以及液压元件的性能如功率利用率都是不同的，因此，在进行发动机与液压元件的动力匹配测试之前必须要制定好测试工况，例如挖掘机，则可选择挖石头、挖土或者挖沙等。

另外，由于不同油门开度，发动机的功率和液压元件的功率均不同，有可能导致液压传动机械的性能也不同，因此，本实施例将发动机的油门开度由最小到最大做若干等份例如10等份，每一等份的油门开度均循环进行一段测试时间，例如20分钟，即得到不同油门开度下的液压传动机械的性能。

再者，由于液压传动机械在不同的工作强度下，其性能也有差别，且在高负荷的工作强度下测试出的性能更加有实际意义，因此必须保证液压传动机械进行高负荷的作业，例如挖掘机，其挖掘深度必须大于最大挖掘机深度的80%，并做90度回转卸载，卸载高度大于最大卸载高度的80%。

因此，本步骤将测试不同工况下不同油门开度的发动机和液压元件的特性参数值，以作后续步骤的数据参考基础。

步骤S11：根据发动机的特性参数值获取发动机的实际输出扭矩和实际输出功率。

步骤S12：根据发动机的实际输出扭矩和实际输出功率分别形成发动机的实际扭矩特性曲线和实际万有特性曲线。

步骤S13：根据液压元件的特性参数值和发动机的实际输出扭矩获取液压元件的扭矩并存储液压元件的扭矩。

步骤S14：根据液压元件的扭矩与发动机的实际扭矩特性曲线获取符合预设匹配条件的液压元件的扭矩作为匹配扭矩。

步骤S15：获取匹配扭矩对应的液压元件的功率，并在发动机的实际万有特性曲线上生成功率谱。

步骤S16：根据功率谱和实际万有特性曲线进行动力匹配评价。

本实施例中，通过在发动机的实际万有特性曲线上生成液压元件的功率谱，获得了发动机与液压元件的动力匹配性能，可根据该动力匹配性能评价液压传动机械的性能，对液压传动机械的设计和改善提供了参考数据，并有利于改善发动机的性能如燃油消耗率和液压元件的性能如功率利用率。

承前所述，本发明发动机和液压元件的动力匹配测试方法可首先单独测试发动机的性能和液压元件的性能，然后再根据发动机的性能和液压元件的性能进行动力匹配评价。具体而言，可单独根据发动机的特性参数值获取发动机的实际扭矩特性曲线和实际万有特性曲线，再根据发动机的特性参数值和液压元件的特性参数值获取液压元件的功率，最后由液压元件的功率与发动机的实际万有特性曲线进行动力匹配评价。以下将在图1所示的发动机和液压元件的动力匹配测试方法的基础上分别介绍发动机和液压元件的测试方法。

首先介绍发动机的测试方法，如图2所示，发动机的测试方法包括以下步骤：

步骤S20：采集发动机的转速、油门开度、水温、进入发动机燃烧缸中的空气温度、发动机的机油压力、进入发动机燃烧缸的空气压力以及发动机的排气压力。

发动机的特性参数值包括发动机的转速、油门开度、水温、进入发动机燃烧缸中的空气温度、发动机的机油压力、进入发动机燃烧缸的空气压力以及发动机的排气压力。

由前文所述，将测试不同工况下不同油门开度的发动机的特性参数值。进一步地，在特定工况和油门开度下将多次采集发动机的特性参数值，例如每10ms采集一次，进一步取每个特性值的平均值用作后续步骤的数据基础。

步骤S21：获取发动机的理想功率P，其中，P满足以下公式：

$P=\frac{2\mathrm{\π}*T*n*K}{60000},---\left(1\right)$

其中，n为发动机的转速。T为发动机当前额定输出扭矩，可通过发动机厂家提供的理想扭矩特性曲线上查到。K为发动机与液压元件的速比，由发动机与液压元件的安装形式决定。

步骤S22：分别获取由发动机的水温、进入发动机燃烧缸中的空气温度、发动机的机油压力、进入发动机燃烧缸的空气压力以及发动机的排气压力导致的损耗功率P₁、P₂、P₃、P₄以及P₅。

由于发动机的水温、进入发动机燃烧缸中的空气温度、发动机的机油压力、进入发动机燃烧缸的空气压力以及发动机的排气压力直接影响发动机的实际输出扭矩，由公式（1）可知发动机的扭矩和发动机的功率为比例关系，由此可得发动机的水温、进入发动机燃烧缸中的空气温度、发动机的机油压力、进入发动机燃烧缸的空气压力以及发动机的排气压力可等效为影响发动机的功率。

其中，P₁=P*K₁，P₂=P*K₂，P₃=P*K₃，P₄=P*K₄，P₅=P*K₅，

其中，K₁为水温的影响系数，K₂为进气温度的影响系数，K₃为机油压力的影响系数，K₄为进气压力的影响系数，K₅为排气压力的影响系数。

步骤S23：根据P₁、P₂、P₃、P₄以及P₅获取发动机的损耗功率P₀。

其中，P₀满足以下公式：

P₀=P₁+P₂+P₃+P₄+P₅。

步骤S24：根据发动机的理想功率P和发动机的损耗功率P₀获取发动机的实际输出功率P_t，其中，p_t满足：

P_t=P-P₀  （2）。

步骤S25：根据发动机的实际输出功率Pt获取发动机的实际输出扭矩。

具体为，将公式（2）获取得到的P_t代入公式（1）获取发动机的实际输出扭矩。

步骤S26：根据实际输出扭矩和实际输出功率分别修正理想扭矩特性曲线和理想万有特性曲线，得到发动机的实际扭矩特性曲线和实际万有特性曲线。

在本步骤之前，预存发动机的理想扭矩特性曲线和理想万有特性曲线。从而建立发动机理想条件下的扭矩特性数据库和万有特性数据库，使得动力匹配测试方法具有学习样本。其中，理想扭矩特性曲线和理想万有特性曲线均由发动机的厂家提供。

本步骤中，扭矩特性曲线如图3所示，其中，横坐标为转速，纵坐标为扭矩。图3中的A曲线为理想扭矩特性曲线，A1曲线为修正后的实际扭矩特性曲线。

实际万有特性曲线如图4所示，其中，横坐标为转速，纵坐标为扭矩。图4包括修正后的不同油门开度的等功率线，例如图中的100%油门开度等功率线和最低油门开度等功率线、修正后的等耗油线以及低耗油区和高耗油区。

本步骤进一步存储实际扭矩特性曲线和实际万有特性曲线，以作为后续的数据基础。

以上介绍的是发动机的测试方法，以下将介绍液压元件的测试方法：

请参阅图5，图5是液压元件的测试方法的流程图，如图5所示，液压元件的测试方法包括以下步骤：

步骤S30：采集液压元件的总流量、主压力以及回油压力。

液压元件的特性参数值为液压元件的总流量、主压力以及回油压力。

由前文所述，将测试不同工况下不同油门开度的液压元件的特性参数值。本步骤中，进一步地，在特定工况和油门开度下将多次采集测量液压元件的特性参数值，例如每10ms采集一次，每次采集到的特性值均作为后续步骤的数据基础。

步骤S31：根据液压元件的总流量、主压力、回油压力和发动机的实际输出扭矩获取液压元件的扭矩，其满足：

$T_b=\frac{Q*(p_{\mathrm{out}}-p_{\mathrm{in}})}{n*K*20\mathrm{\π}*\mathrm{\η}},$

其中，T_b为液压元件的扭矩，Q为液压元件的总流量，P_out为液压元件的主压力，P_in为液压元件的回油压力，n为发动机的转速，K为发动机和液压元件的速比，由安装形式决定，η为液压元件的总效率，由液压元件厂家提供。

本步骤进一步保存液压元件的扭矩，具体以2维形式存储（每个扭矩对应一个转速），从而获得液压元件在测试时间内一组离散的2维液压元件扭矩数据。

步骤S32：根据液压元件的扭矩在发动机的实际扭矩特性曲线上生成扭矩谱。

具体而言，将步骤S31存储的液压元件的扭矩数据绘制在图3所示的扭矩特性曲线中，得到发动机与液压元件的扭矩关系图，如图6所示，横坐标为转速，纵坐标为扭矩。A1为发动机的实际扭矩特性曲线，液压元件的扭矩谱是由离散点组成。得到液压元件的扭矩谱之后根据该扭矩谱获取符合预设匹配条件的扭矩，其中预设匹配条件包括预设区域以及预设分布密度，具体过程如步骤S33-S35。

步骤S33：获取扭矩谱中的扭矩在预设区域的分布密度。

在本步骤前，预先根据扭矩谱的分布情况预设多个区域，由于液压元件的扭矩谱是由点组成的，因此根据点的分布便可获得每一预设区域的扭矩谱密度，可用百分比表示。

例如共得到100个液压元件的扭矩，即有100个点，当有10个点在某一预设区域时，则该区域的密度为10%。

步骤S34：选择符合预设分布密度的扭矩所占据的最小面积。

在本步骤前，预先设置一分布密度。

本步骤中，例如，如步骤S33举例的共有100个点，预先设置的分布密度为60%，则优先选择分布密度大于或等于60%的预设区域。若如图6所示，在任何一个预设区域中其分布密度都小于60%。则将分布密度进行相加，直至相加之和的分布密度大于60%。相加的分布密度的区域的最小面积即为符合预设分布密度的扭矩所占据的最小面积。如图6所示，选择分布密度分别为51%和12%的区域作为最小面积。

值得注意的是，图6中分布密度为51%和分布密度为2%、5%以及3%相加也可以满足分布密度大于或等于60%的条件，但其区域的面积不是最小的，因此不考虑。

步骤S35：选择最小面积内的扭矩作为匹配扭矩。

如图6所示，选择的是分布密度分别为51%和12%的区域内的扭矩作为匹配扭矩。

步骤S36：计算匹配扭矩对应的液压元件的功率，并在发动机的实际万有特性曲线上生成功率谱。

匹配扭矩对应的液压元件的功率满足：

$P_b=\frac{2\mathrm{\π}*T_{b1}*n*T}{60000},$

其中，T_b1是匹配扭矩，由液压元件的扭矩T_b获取，P_b为液压元件的功率。

由于液压元件的功率P_b是根据液压元件的匹配扭矩T_b1获取，并与液压元件的匹配扭矩T_b1成比例关系，而如图6所示，匹配扭矩T_b1与转速为一一对应的关系，因此，可等效为液压元件的功率P_b也可与转速有一一对应的关系。由此，本步骤进一步存储液压元件的功率P_b，具体以2维形式存储（每个功率对应一个转速），从而获得液压元件在测试时间内一组离散的2维液压元件功率数据。将该些功率数据绘制到图4所示的发动机的实际万有特性曲线中，得到发动机的实际万有特性曲线和液压元件的功率谱图，如图7所示。应理解，匹配扭矩对应的液压元件的功率即为匹配动率。因此，在发动机的实际万有特性曲线上生成的是匹配功率谱。

在得到发动机的实际万有特性曲线和液压元件的匹配功率谱图后，评价发动机和液压元件的动力匹配关系。具体地，液压元件的匹配功率谱越靠近实际万有特性曲线的低耗油区，动力匹配越好。反之亦然。如图7所示，本实施例测试得到的液压元件的匹配功率谱位于发动机的高耗油区附近，远离低耗油区。因此，评价的结果为发动机和液压元件的动力匹配性能欠佳。液压元件的匹配功率谱应沿等功率线向左移动靠近低耗油区。

请参阅图8，图8是本发明实施例的发动机与液压元件的动力匹配系统的机构示意图。如图8所示，本发明的发动机与液压元件的动力匹配系统80包括发动机81、液压元件82、数据采集单元83以及数据处理器84。

数据采集单元83用于采集发动机81和液压元件82在测试工况下的特性参数值。可选地，数据采集单元83包括：

转速传感器830，用于采集发动机81的转速。

油门开度传感器831，用于采集发动机81的油门开度。

水温传感器832，用于采集发动机81的水温。

进气温度传感器833，用于采集进入发动机81燃烧缸中的空气温度。

机油压力传感器834，用于采集发动机81的机油压力。

进气压力传感器835，用于采集进入发动机燃烧缸的空气压力。

排气压力传感器836，用于采集发动机81的排气压力。

流量传感器837，用于采集液压元件82的总流量。

压力传感器838，用于采集液压元件82的主压力。

回油压力传感器839，用于采集液压元件82的回油压力。

其中，转速传感器830、油门开度传感器831、水温传感器832、进气温度传感器833、机油压力传感器834、进气压力传感器835以及排气压力传感器836分别安装在发动机81的相应位置，与发动机81直接连接。发动机81与液压元件82按装配要求连接，两者存在一速比K。流量传感器837和压力传感器838安装在液压元件82的液压油路中。回油压力传感器839安装在液压元件82回油路中散热器的入口处。

本实施例还包括传动装置840，其安装流量传感器837与回油压力传感器839之间，传动装置840可为多个。

数据处理器84，与数据采集单元83电气连接，用于接收并处理数据采集单元83采集的信号，其中，数据处理器84用于执行以下处理步骤：

处理步骤1：根据发动机81的特性参数值获取发动机81的实际输出扭矩和实际输出功率。

可选地，根据发动机的转速获取发动机的理想功率P，其满足：

$P=\frac{2\mathrm{\π}*T*n*K}{60000},---\left(1\right)$

其中，n为发动机的转速，T为发动机当前额定输出扭矩，K为发动机与液压元件的速比；

分别获取由发动机的水温、进入发动机燃烧缸中的空气温度、发动机的机油压力、进入发动机燃烧缸的空气压力以及发动机的排气压力导致的损耗功率P₁、P₂、P₃、P₄以及P₅；

其中，P₁=P*K₁，P₂=P*K₂，P₃=P*K₃，P₄=P*K₄，P₅=P*K₅，

其中，K₁为水温的影响系数，K₂为进气温度的影响系数，K₃为机油压力的影响系数，K₄为进气压力的影响系数，K₅为排气压力的影响系数；

根据P₁、P₂、P₃、P₄以及P₅获取发动机的损耗功率P₀，其中，P₀满足以下公式：

P₀=P₁+P₂+P₃+P₄+P₅；

根据发动机的理想功率P和发动机的损耗功率P₀获取发动机的实际输出功率P_t，其中，p_t满足：

P_t=P-P₀  （2）；

将公式（2）获取得到的P_t代入公式（1）获取发动机的实际输出扭矩。

处理步骤2：根据发动机81的实际输出扭矩和实际输出功率分别形成发动机81的实际扭矩特性曲线和实际万有特性曲线。

优选地，预存发动机81的理想扭矩特性曲线和理想万有特性曲线；

具体而言，本发明预存发动机81的理想扭矩特性曲线和理想万有特性曲线，从而建立发动机理想条件下的扭矩特性数据库和万有特性数据库，使得测试系统具有学习样本。然后，根据实际输出扭矩和实际输出功率分别修正理想扭矩特性曲线和理想万有特性曲线，得到发动机81的实际扭矩特性曲线和实际万有特性曲线。具体如图3和图4所示，具体形成过程如前文所述，在此不再赘述。

处理步骤3：根据液压元件82的特性参数值和发动机81的实际输出扭矩获取液压元件82的扭矩。液压元件82的扭矩满足：

$T_b=\frac{Q*(p_{\mathrm{out}}-p_{\mathrm{in}})}{n*K*20\mathrm{\π}*\mathrm{\η}},$

其中，T_b为液压元件的扭矩，Q为液压元件的总流量，P_out为液压元件的主压力，P_in为液压元件的回油压力，n为发动机的转速，K为发动机和液压元件的速比，η为液压元件的总效率。

本处理步骤进一步保存液压元件的扭矩，具体以2维形式存储（每个扭矩对应一个转速），从而获得液压元件在测试时间内一组离散的2维液压元件扭矩数据。

处理步骤4：根据液压元件82的扭矩与发动机81的实际扭矩特性曲线获取符合预设匹配条件的液压元件82的扭矩作为匹配扭矩。

可选地，预设匹配条件包括预设区域以及预设分布密度，液压元件的扭矩在发动机的实际扭矩特性曲线上生成扭矩谱；获取扭矩谱中的扭矩在预设区域的分布密度；选择符合预设分布密度的扭矩所占据的最小面积；选择最小面积内的扭矩作为匹配扭矩。

处理步骤5：获取匹配扭矩对应的液压元件82的功率，并在发动机81的实际万有特性曲线上生成用于评价发动机81与液压元件82的动力匹配特性的功率谱。

可选地，液压元件的功率满足：

$P_b=\frac{2\mathrm{\π}*T_{b1}*n*T}{60000},$

其中，T_b1是匹配扭矩，由液压元件的扭矩T_b获取，P_b为液压元件的功率。

由于液压元件的功率P_b是根据液压元件的匹配扭矩T_b1获取，并与液压元件的匹配扭矩T_b1成比例关系，而如图6所示，匹配扭矩T_b1与转速为一一对应的关系，因此，可等效为液压元件的功率P_b也可与转速有一一对应的关系。由此，本处理步骤进一步存储液压元件的功率P_b，具体以2维形式存储（每个功率对应一个转速），从而获得液压元件在测试时间内一组离散的2维液压元件功率数据。将该些功率数据绘制到图4所示的发动机的实际万有特性曲线中，得到发动机的实际万有特性曲线和液压元件的功率谱图，如图7所示。应理解，匹配扭矩对应的液压元件的功率即为匹配动率。因此，在发动机的实际万有特性曲线上生成的是匹配功率谱。

在得到发动机的实际万有特性曲线和液压元件的匹配功率谱图后，评价发动机和液压元件的动力匹配关系。具体地，液压元件的匹配功率谱越靠近实际万有特性曲线的低耗油区，动力匹配越好。反之亦然。如图7所示，本实施例测试得到的液压元件的匹配功率谱位于发动机的高耗油区附近，远离低耗油区。因此，评价的结果为发动机和液压元件的动力匹配性能欠佳。液压元件的匹配功率谱应沿等功率线向左移动靠近低耗油区。

综上所述，本发明建立发动机与液压元件的动力匹配测试方法，首次在发动机与液压元件的动力匹配测试中引出扭矩谱、扭矩谱分布密度、功率谱的概念，并依靠这三个概念对动力匹配进行测试和评价。具体而言，本发明根据液压传动机械实际的使用工况，获取发动机的实际输出扭矩和实际输出功率及实际扭矩特性曲线和实际万有特性曲线，并根据发动机的实际输出扭矩获取液压元件的扭矩，根据液压元件的扭矩与发动机的实际扭矩特性曲线获取液压元件的匹配扭矩，进一步获取匹配扭矩对应的液压元件的功率，并在发动机的实际万有特性曲线上生成功率谱，最后根据功率谱和实际万有特性曲线进行动力匹配评价。使得本发明可以测试出发动机和液压元件的动力匹配性能，对液压传动机械的设计和改善提供了参考数据，并有利于改善发动机燃油消耗率和液压元件功率利用率。

进一步的，本发明利用扭矩谱分布密度及功率谱代替了现有技术中平均值的传统数据处理方法，使测试数据更客观，也符合液压传动机械实际使用时客户的主观感受，增加了理论设计与实践的切合度。

此外，在发动机的实际扭矩特性曲线和实际万有特性曲线上自动生成液压元件的扭矩谱和功率谱，从而得到发动机与液压元件的匹配图谱，使得动力匹配性能的测试与评价更加直观和形象化。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种发动机与液压元件的动力匹配测试方法，其特征在于，所述方法包括：

在测试工况下，采集所述发动机的特性参数值和所述液压元件的特性参数值；

根据所述发动机的特性参数值获取所述发动机的实际输出扭矩和实际输出功率；

根据所述发动机的实际输出扭矩和实际输出功率分别形成所述发动机的实际扭矩特性曲线和实际万有特性曲线；

根据所述液压元件的特性参数值和所述发动机的实际输出扭矩获取所述液压元件的扭矩并存储所述液压元件的扭矩；

根据所述液压元件的扭矩与所述发动机的实际扭矩特性曲线获取符合预设匹配条件的液压元件的扭矩作为匹配扭矩；

获取所述匹配扭矩对应的液压元件的功率，并在所述发动机的实际万有特性曲线上生成功率谱；

根据所述功率谱和所述实际万有特性曲线进行动力匹配评价。

2.根据权利要求1所述的动力匹配测试方法，其特征在于，所述预设匹配条件包括预设区域以及预设分布密度，所述根据所述液压元件的扭矩与所述发动机的实际扭矩特性曲线获取符合预设匹配条件的液压元件的扭矩作为匹配扭矩的步骤进一步包括：

根据所述液压元件的扭矩在所述发动机的实际扭矩特性曲线上生成扭矩谱；

获取所述扭矩谱中的扭矩在所述预设区域的分布密度；

选择符合所述预设分布密度的扭矩所占据的最小面积；

选择所述最小面积内的扭矩作为匹配扭矩。

3.根据权利要求2所述的动力匹配测试方法，其特征在于，所述根据所述功率谱和所述实际万有特性曲线进行动力匹配评价的步骤进一步包括：

所述功率谱越靠近所述实际万有特性曲线的低耗油区，所述动力匹配越好。

4.根据权利要求2所述的动力匹配测试方法，其特征在于，所述采集所述发动机的特性参数值和所述液压元件的特性参数值的步骤包括：

采集所述发动机的转速、油门开度、水温、进入所述发动机燃烧缸中的空气温度、所述发动机的机油压力、进入所述发动机燃烧缸的空气压力以及所述发动机的排气压力；

采集所述液压元件的总流量、主压力以及回油压力。

5.根据权利要求4所述的动力匹配测试方法，其特征在于，所述根据所述发动机的特性参数值获取所述发动机的实际输出扭矩和实际输出功率的步骤进一步包括：

获取在所述测试工况且特定油门开度下，所述发动机的理想功率P，P满足以下公式：

$P=\frac{2\mathrm{\π}*T*n*K}{60000},---\left(1\right)$

其中，n为所述发动机的转速，T为所述发动机当前额定输出扭矩，K为所述发动机与所述液压元件的速比；

分别获取由所述发动机的水温、进入所述发动机燃烧缸中的空气温度、发动机的机油压力、进入所述发动机燃烧缸的空气压力以及所述发动机的排气压力导致的损耗功率P₁、P₂、P₃、P₄以及P₅；

其中，P₁=P*K₁，P₂=P*K₂，P₃=P*K₃，P₄=P*K₄，P₅=P*K₅，

其中，K₁为所述水温的影响系数，K₂为进气温度的影响系数，K₃为机油压力的影响系数，K₄为进气压力的影响系数，K₅为排气压力的影响系数；

根据所述P₁、P₂、P₃、P₄以及P₅获取所述发动机的损耗功率P₀，其中，P₀满足以下公式：

P₀=P₁+P₂+P₃+P₄+P₅；

根据所述发动机的理想功率P和所述发动机的损耗功率P₀获取所述发动机的实际输出功率P_t，其中，p_t满足：

P_t=P-P₀  （2）；

将公式（2）获取得到的P_t代入公式（1）获取所述发动机的实际输出扭矩。

6.根据权利要求5所述的动力匹配测试方法，其特征在于，所述根据所述发动机的实际输出扭矩和实际输出功率分别形成所述发动机的实际扭矩特性曲线和实际万有特性曲线的步骤进一步包括：

预存所述发动机的理想扭矩特性曲线和理想万有特性曲线；

根据所述实际输出扭矩和实际输出功率分别修正所述理想扭矩特性曲线和理想万有特性曲线，得到所述发动机的实际扭矩特性曲线和实际万有特性曲线。

7.根据权利要求5所述的动力匹配测试方法，其特征在于，所述根据所述液压元件的特性参数值和所述发动机的实际输出扭矩获取所述液压元件的扭矩的步骤包括：

所述液压元件的扭矩满足：

$T_b=\frac{Q*(p_{\mathrm{out}}-p_{\mathrm{in}})}{n*K*20\mathrm{\π}*\mathrm{\η}},$

其中，T_b为所述液压元件的扭矩，Q为所述液压元件的总流量，P_out为所述液压元件的主压力，P_in为所述液压元件的回油压力，n为所述发动机的转速，K为所述发动机和所述液压元件的速比，η为所述液压元件的总效率。

8.根据权利要求7所述的动力匹配测试方法，其特征在于，所述获取所述匹配扭矩对应的液压元件的功率的步骤进一步包括：

所述液压元件的功率满足：

$P_b=\frac{2\mathrm{\π}*T_{b1}*n*T}{60000},$

其中，T_b1是所述匹配扭矩，由所述液压元件的扭矩T_b获取，P_b为所述液压元件的功率。

9.一种发动机与液压元件的动力匹配测试系统，其特征在于，所述动力匹配测试系统包括：

数据采集单元（83），用于采集所述发动机（81）和所述液压元件（82）在测试工况下的特性参数值；

数据处理器（84），与数据采集单元（83）电气连接，用于接收并处理所述数据采集单元（83）采集的信号，其中，所述数据处理器（84）用于：

根据所述发动机（81）的特性参数值获取所述发动机（81）的实际输出扭矩和实际输出功率；

根据所述发动机（81）的实际输出扭矩和实际输出功率分别形成所述发动机（81）的实际扭矩特性曲线和实际万有特性曲线；

根据所述液压元件（82）的特性参数值和所述发动机（81）的实际输出扭矩获取所述液压元件（82）的扭矩；

根据所述液压元件（82）的扭矩与所述发动机（81）的实际扭矩特性曲线获取符合预设匹配条件的液压元件（82）的扭矩作为匹配扭矩；

获取所述匹配扭矩对应的液压元件（82）的功率，并在所述发动机（81）的实际万有特性曲线上生成用于评价所述发动机（81）与所述液压元件（82）的动力匹配特性的功率谱。

10.根据权利要求9所述的动力匹配系统，其特征在于，所述数据采集单元（83）包括：

转速传感器（830），用于采集所述发动机（81）的转速；

油门开度传感器（831），用于采集所述发动机（81）的油门开度；

水温传感器（832），用于采集所述发动机（81）的水温；

进气温度传感器（833），用于采集进入所述发动机燃烧缸中的空气温度；

机油压力传感器（834），用于采集所述发动机（81）的机油压力；

进气压力传感器（835），用于采集进入所述发动机燃烧缸的空气压力；

排气压力传感器（836），用于采集所述发动机（81）的排气压力；

流量传感器（837），用于采集所述液压元件（82）的总流量；

压力传感器（838），用于采集所述液压元件（82）的主压力；

回油压力传感器（839），用于采集所述液压元件（82）的回油压力。

Images