CN103711169A

CN103711169A - 混合动力挖掘机自动怠速控制方法

Info

Publication number: CN103711169A
Application number: CN201310364954.6A
Authority: CN
Inventors: 王庆丰; 朱骞
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2013-08-20
Filing date: 2013-08-20
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2033-08-20
Also published as: CN103711169B

Abstract

本发明公开了一种混合动力挖掘机自动怠速控制方法，包括具有同轴相连的发动机及发电/电动机结构的混合动力工程机械；设定先导压力阈值、降速时间、停止发动机的条件以及发动机的怠速转速；检测先导手柄压力和发动机的停机时间，当先导手柄压力低于设定的先导压力阈值，以及发动机的停机时间超过设定的降速时间时，将发动机降速到发动机怠速转速；当发动机降低到怠速转速时，检测电容荷电状态，根据检测到的电容荷电状态设定发电/电动机相应的扭矩值为电容充电；当达到发动机停止的设定条件时，停止发动机；当检测到先导手柄压力高于设定的先导压力阈值时，将发动机转速设定为当前油门档位对应的工作转速。

Description

混合动力挖掘机自动怠速控制方法

技术领域

本发明涉及一种混合动力工程机械的自动怠速控制，特别涉及一种混合动力挖掘机的自动怠速控制。所述混合动力工程挖掘机应具有同轴相连的发动机与发电/电动机结构。

背景技术

节能环保是当前人类社会发展所面临的重大课题，日益受到重视。挖掘机是一种应用广泛的工程机械，挖掘机在施工过程中，有很多情况下是需要处于等待状态的，而且这种情况很频繁。这时候为了减少油耗、降低噪音，将发动机转速降低到怠速状态。

传统挖掘机的自动怠速控制为：

1、当检测到手柄无动作时间达到第一空闲时间后，降低发动机转速至高怠速状态；

2、当手柄无动作时间达到第二空闲时间后，降低发动机转速至低怠速状态；

3、在高低怠速状态下检测到手柄有动作时，调节发动机转速至目标工作转速。

中国专利公开号CN102383453A公开了一种混合动力挖掘机的自动怠速控制方法：在传统挖掘机的自动怠速控制基础上，在发动机转速降至高怠速状态时使发电/电动机处于发电状态提高发动机的负荷，提高燃油性。这种方法有效的降低了燃油的消耗，减小了噪音。

但是他存在下述缺点：

1、发动机降速以及升速过程中由于转速变化很大会造成过渡时间很长，影响操作性；

2、虽然发动机在怠速状态油耗较低，但此时发动机的功率都浪费做无用功，燃油性经济性仍然不高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种混合动力挖掘机自动怠速控制方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种混合动力挖掘机自动怠速控制方法，包括具有同轴相连的发动机及发电/电动机结构的混合动力工程机械；设定先导压力阈值、降速时间以及发动机的怠速转速；检测先导手柄压力和发动机的停机时间，当先导手柄压力低于设定的先导压力阈值，以及发动机的停机时间超过设定的降速时间时，将发动机降速到发动机怠速转速；当发动机降低到怠速转速时，检测电容荷电状态，根据检测到的电容荷电状态设定发电/电动机相应的扭矩值为电容充电；当达到发动机停止的设定条件时，停止发动机；当检测到先导手柄压力高于设定的先导压力阈值时，将发动机转速设定为当前油门档位对应的工作转速。

作为对一种混合动力挖掘机自动怠速控制方法的改进：所述设定的先导压力阈值为5～15bar，所述设定的降速时间为5～7s，所述设定的怠速转速为1100rpm。

作为对一种混合动力挖掘机自动怠速控制方法的改进：发动机在降速和升速过程中，发电/电动机分别处于发电和电动状态。

作为对一种混合动力挖掘机自动怠速控制方法的改进：在发动机处于降速和升速过程中，发电/电动机的扭矩值根据实际转速和目标转速差乘以设定的系数K得到。

作为对一种混合动力挖掘机自动怠速控制方法的改进：设定电容荷电状态阈值，当发动机处于怠速转速且电容荷电状态小于设定的电容荷电状态阈值时，发电/电动机处于发电状态。

作为对一种混合动力挖掘机自动怠速控制方法的改进：所述在发动机处于怠速转速且电容荷电状态小于设定电容荷电状态阈值时，发电/电动机的输出扭矩值由以下步骤得到：当发动机刚进入怠速转速时，检测当前电容荷电状态；将当前电容荷电状态和电容荷电状态设定阈值比较，得到对应的发电扭矩值；计算公式为：

初始电容荷电状态指发动机刚进入怠速转速时检测到的电容荷电状态；输出扭矩计算值小于等于零时，输出扭矩设为零；将计算得到的扭矩值与怠速转速下发电/电动机扭矩限制值比较，取较小的值作为输出扭矩值；所述的电容荷电状态设定阈值为0.85～0.9。

作为对一种混合动力挖掘机自动怠速控制方法的改进：所述的发动机停止的设定条件包括先导手柄压力低于设定的先导压力阈值、发动机的停机时间超过设定的降速时间、电容荷电状态达到设定的电容荷电状态阈值、空调没有运行以及发动机冷却水温度大于设定的温度阈值；所述的停机时间设定为10～12s，冷却水的温度阈值设定为70℃。

作为对一种混合动力挖掘机自动怠速控制方法的改进：发动机由停止到起动过程中，发电/电动机扭矩值首先设定为定值，当发动机达到最低起动转速时，发电/电动机扭矩值根据实际转速和目标转速差的乘以设定的系数K得到；所述最低起动转速为200～300rpm。

作为对一种混合动力挖掘机自动怠速控制方法的改进：在停机过程中，当检测到发动机冷却水的温度低于设定温度阈值或空调开关打开时的温度时，起动发动机并将转速设定在怠速转速。

本发明的与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.发动机在降速和升速过程中发电/电动机分别处于发电和电动状态，起辅助作用。减少了发动机转速变化过渡时间。

2.当发动机处于最低稳定转速时，通过检测当前电容荷电状态得到对应的发电/电动机扭矩值，与发电/电动机扭矩限制值比较，较小的值作为发电/电动机扭矩值。保证了在停机时间达到时候电容的荷电状态能到达设定阈值，同时也对发电/电动机进行了保护。

3.达到设定条件时关闭发动机，能最大限度的减少燃油消耗。

4.发动机由停止到起动过程中，发电/电动机扭矩值首先设定为定值，当发动机达到最低起动转速时发电/电动机扭矩值根据转速和目标转速差比例控制计算。保证了发动机的快速起动。

5.在停机过程中当检测到发动机冷却水低于设定温度阈值或空调开关打开时起动发动机并将转速设定在最低稳定转速。避免发动机由于停机造成空调不能起动以及冷却水温度过低现象。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

图1为本发明的混合动力挖掘机自动怠速控制方法的流程图；

图2为根据转速差设定发电/电动机扭矩值方法的示意图。

具体实施方式

实施例1、图1～图2给出了一种混合动力挖掘机自动怠速控制方法，该方法有效的降低了燃油消耗，同时也减小了发动机转速变化过渡时间。以上所述的混合动力挖掘机自动怠速控制方法包括具有同轴相连的发动机及发电/电动机结构的混合动力工程机械，如有同轴相连的发动机及发电/电动机结构的混合动力挖掘机。

如图1所示，为本发明的一种混合动力挖掘机控制方法流程图。

设定先导压力阈值为10bar，降速时间为6s，停机时间为12s，电容荷电状态阈值为0.9，冷却水温度阈值为70℃，发动机最低起动转速为200rpm，初始起动扭矩200Nm。

控制步骤如下：

1）第一次判断挖掘机是否处于工作状态；即判断是否“（空调开关开OR冷却水温<70℃）AND发动机转速小于750rpm”，如果结果为是，则判定挖掘机是处于工作状态，进而将目标转速设定为1100rpm，进入步骤5；如果结果为否，则判定挖掘机是处于停机状态，进入步骤2。

2）第二次判断挖掘机是否处于工作状态；即判断是否“先导手柄压力低于10bar”，如果结果为是，则判定挖掘机处于停机状态，进入步骤3；如果结果为否，则判定挖掘机处于工作状态，将目标转速设定为当前油门档位对应的工作转速，进入步骤5。

3）判断是否“挖掘机处于停机状态超过6s”，如果结果为否，则判定挖掘机处于工作状态，判定结束；如果结果为是，则继续判断是否处于工作状态，即判断是否“挖掘机处于停机状态超过12s AND冷却水温度大于70℃AND空调开关关闭AND电容SOC大于0.9”，如果结果为否，则将目标转速设定为1100rpm，进入步骤4；如果结果为是，则停止发动机并将目标转速设为0，进入步骤6。

4）判断是否达到目标转速，如果结果为否，则进入步骤8；如果结果为是，则继续判断是否电容荷电状态小于0.9，如果结果为是，则根据“电容荷电状态设定发电/电动机扭矩值”方法得到发电/电动机输出扭矩值，然后结束；如果结果为否，则进入步骤7。

5）判断转速是否小于200rpm，如果结果为是，则设定发电/电动机扭矩值200Nm然后结束；如果结果为否，则进入步骤6。

6）判断是否达到目标转速，如果结果为是，则进入步骤7；如果结果为否，则进入步骤8。

7）设定发电/电动机扭矩值为0，然后结束。

8）根据“转速差设定发电/电动机扭矩值”方法得到发电/电动机输出扭矩值，然后结束。

如图2所示，为根据“转速差设定发电/电动机扭矩值”方法的具体实施过程：

1、检测发动机的实际转速（通过发动机自带的传感器检测，也可以通过其他的方式检测获得，检测的过程和方式均为现有的公知技术）；

2、将发动机的实际转速输入加法器中；

3、在加法器中再输入发动机的目标转速（通过上位系统输入发动机的目标转速）；

4、在加法器中，发动机的实际转速与发动机的目标转速求差；

5、将发动机的实际转速与发动机的目标转速的差值乘以设定的系数K作为输出扭矩值；

以上所述的加法器中，发动机的实际转速与发动机的目标转速求差结果为正值，则表示发电/电动机处于电动状态，如果为负值，则表示发电/电动机处于发电状态。而由于发电/电动机与发动机同轴，因此发电/电动机实际转速即为发动机实际转速。

以上所述的根据“电容荷电状态设定发电/电动机扭矩值”方法的具体步骤为：

SOC_i为发动机刚进入怠速转速时的电容荷电状态，E为电容充满电时所储存的电能。

E = \frac{V^{2}}{2 C}

C表示电容值，V表示电容充满电时的电压值。

输出扭矩计算值小于等于零时，输出扭矩设为零，将计算出的输出扭矩与怠速转速下发电/电动机最大输出扭矩做比较取较小值作为输出。此时发电/电动机处于发电状态。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的一个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims

1.混合动力挖掘机自动怠速控制方法，包括具有同轴相连的发动机及发电/电动机结构的混合动力工程机械；其特征是：

设定先导压力阈值、降速时间、停止发动机的条件以及发动机的怠速转速；

检测先导手柄压力和发动机的停机时间，当先导手柄压力低于设定的先导压力阈值，以及发动机的停机时间超过设定的降速时间时，将发动机降速到发动机怠速转速；

当发动机降低到怠速转速时，检测电容荷电状态，根据检测到的电容荷电状态设定发电/电动机相应的扭矩值为电容充电；

当达到发动机停止的设定条件时，停止发动机；

当检测到先导手柄压力高于设定的先导压力阈值时，将发动机转速设定为当前油门档位对应的工作转速。

2.根据权利要求1所述的混合动力挖掘机自动怠速控制方法，其特征是：所述设定的先导压力阈值为5～15bar，所述设定的降速时间为5～7s，所述设定的怠速转速为1100rpm。

3.根据权利要求2所述的混合动力挖掘机自动怠速控制方法，其特征是：发动机在降速和升速过程中，发电/电动机分别处于发电和电动状态。

4.根据权利要求3所述的混合动力挖掘机自动怠速控制方法，其特征是：在发动机处于降速和升速过程中，发电/电动机的扭矩值根据实际转速和目标转速差乘以设定的系数K得到。

5.根据权利要求4所述的混合动力挖掘机自动怠速控制方法，其特征是：设定电容荷电状态阈值，当发动机处于怠速转速且电容荷电状态小于设定的电容荷电状态阈值时，发电/电动机处于发电状态。

6.根据权利要求5所述的混合动力挖掘机自动怠速控制方法，其特征是：所述在发动机处于怠速转速且电容荷电状态小于设定电容荷电状态阈值时，发电/电动机的输出扭矩值由以下步骤得到：

当发动机刚进入怠速转速时，检测当前电容荷电状态；

将当前电容荷电状态和电容荷电状态设定阈值比较，得到对应的发电扭矩值；

计算公式为：

初始电容荷电状态指发动机刚进入怠速转速时检测到的电容荷电状态；

输出扭矩计算值小于等于零时，输出扭矩设为零；

将计算得到的扭矩值与怠速转速下发电/电动机扭矩限制值比较，取较小的值作为输出扭矩值；

所述的电容荷电状态设定阈值为0.85～0.9。

7.根据专利要求6所述的混合动力挖掘机自动怠速控制方法，其特征是：所述的发动机停止的设定条件包括先导手柄压力低于设定的先导压力阈值、发动机的停机时间超过设定的降速时间、电容荷电状态达到设定的电容荷电状态阈值、空调没有运行以及发动机冷却水温度大于设定的温度阈值；

所述的停机时间设定为10～12s，冷却水的温度阈值设定为70℃。

8.根据专利要求7所述的混合动力挖掘机自动怠速控制方法，其特征是：发动机由停止到起动过程中，发电/电动机扭矩值首先设定为定值，当发动机达到最低起动转速时，发电/电动机扭矩值根据实际转速和目标转速差的乘以设定的系数K得到；

所述最低起动转速为200～300rpm。

9.根据专利要求8所述的混合动力挖掘机自动怠速控制方法，其特征是：在停机过程中，当检测到发动机冷却水的温度低于设定温度阈值或空调开关打开时的温度时，起动发动机并将转速设定在怠速转速。