CN103835820A - 基于旋挖钻机发动机扭矩感应的控制方法、装置和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于旋挖钻机发动机扭矩感应的控制方法、装置和系统。其中在基于旋挖钻机发动机扭矩感应的控制方法中，实时采集发动机在当前目标转速下的扭矩百分比，其中扭矩百分比为发动机输出扭矩占当前目标转速下发动机最大扭矩的百分比；识别当前的工作模式；判断扭矩百分比是否大于当前工作模式下的扭矩百分比门限；若扭矩百分比大于当前工作模式下的扭矩百分比门限，则通过控制主泵电比例减压阀的输入电流值，以减小主泵的功率上限值。从而可改善旋挖钻机发动机燃油经济性、节约使用成本、并使发动机工作平稳、预防过载。

Description

基于旋挖钻机发动机扭矩感应的控制方法、装置和系统
技术领域
本发明涉及工程机械领域，特别涉及一种基于旋挖钻机发动机扭矩感应的控制方法、装置和系统。
背景技术
随着国家提倡节能减排，工程机械系统功率匹配及节能技术研究，在工程机械行业逐渐开展。旋挖钻机作为工程机械中的能耗大户，对其功率匹配相关技术研究很重要。随着电子技术的发展，电喷式柴油发动机控制技术已相当成熟，利用发动机自身的传感技术，来作为工程机械整车控制的判断依据，是提高工程机械控制性能的重要途径，也成为发动机与液压系统匹配控制的有效手段。
如图1所示，目前旋挖钻机所采用发动机驱动主泵工作，其中采用电喷式发动机和采用带越权控制的恒功率变量泵，通过调节主泵上的电比例减压阀，可以改变主泵的功率上限。
目前发动机与主泵的匹配控制，多从系统压力与发动机转速感应控制着手，其属于极限功率控制的范畴。
压力控制：当主泵出口压力过大时，通过控制电比例减压阀，减小主泵功率上限，让主泵进入恒功率工作，这时泵功率不变，排量自动减小，以满足较高的压力需求，保证发动机工作稳定。
转速感应控制：在带载情况下，发动机实际转速会小于目标转速，当两者差值达到一个较大值时，为保护发动机，防止其冒黑烟、熄火，这时减小主泵功率上限，限制液压系统功率，让主泵进入恒功率工作。
然而，现有技术中存在以下缺陷：
不能准确判断发动机当前承载能力等工作状况，不易掌握控制时机，发动机与主泵匹配控制关系单一，不利于实现节能。
发明内容
本发明实施例提供一种基于旋挖钻机发动机扭矩感应的控制方法、装置和系统。通过利用发动机的扭矩百分比来调整主泵电比例减压阀的输入电流，进而对主泵实施功率控制，从而可有效实现节能，并使发动机工作平稳、防止过载。
根据本发明的一个方面，提供一种基于旋挖钻机发动机扭矩感应的控制方法，包括：
实时采集发动机在当前目标转速下的扭矩百分比，其中所述扭矩百分比为发动机输出扭矩占当前目标转速下发动机最大扭矩的百分比；
识别当前的工作模式；
判断所述扭矩百分比是否大于当前工作模式下的扭矩百分比门限；
若所述扭矩百分比大于当前工作模式下的扭矩百分比门限，则通过控制主泵电比例减压阀的输入电流值，以减小主泵的功率上限值。
在一个实施例中，实时采集发动机在当前目标转速下的扭矩百分比的步骤包括：
通过CAN总线与发动机电子控制单元进行通信，利用发动机J1939协议，实时采集发动机在当前目标转速下的扭矩百分比。
在一个实施例中，通过控制主泵电比例减压阀的输入电流值以减小主泵的功率上限值的步骤包括：
通过调节脉冲宽度调制输出信号的占空比，以便控制主泵电比例减压阀的输入电流值，从而减小主泵的功率上限值。
在一个实施例中，根据主泵电比例减压阀实时反馈的电流信息，判断主泵电比例减压阀的输入电流值是否在预定的电流值范围中；
若主泵电比例减压阀的输入电流值不在预定的电流值范围中，则通过调节脉冲宽度调制输出信号的占空比，以便使主泵电比例减压阀的输入电流值处于指定的电流值范围中。
在一个实施例中，工作模式为重载工作模式、中载工作模式或轻载工作模式。
根据本发明的另一方面，提供一种基于旋挖钻机发动机扭矩感应的控制器，包括第一采集单元、模式识别单元、扭矩判断单元和电流控制单元，其中：
第一采集单元，用于实时采集发动机在当前目标转速下的扭矩百分比，其中所述扭矩百分比为发动机输出扭矩占当前目标转速下发动机最大扭矩的百分比；
模式识别单元，用于识别当前的工作模式；
扭矩判断单元，用于判断所述扭矩百分比是否大于当前工作模式下的扭矩百分比门限；
电流控制单元，用于根据扭矩判断单元的判断结果，若所述扭矩百分比大于当前工作模式下的扭矩百分比门限，则通过控制主泵电比例减压阀的输入电流值，以减小主泵的功率上限值。
在一个实施例中，第一采集单元具体通过CAN总线与发动机电子控制单元进行通信，利用发动机J1939协议，实时采集发动机在当前目标转速下的扭矩百分比。
在一个实施例中，电流控制单元具体通过调节脉冲宽度调制输出信号的占空比，以便控制主泵电比例减压阀的输入电流值，从而减小主泵的功率上限值。
在一个实施例中，控制器还包括第二采集单元，其中：
第二采集单元，用于采集主泵电比例减压阀实时反馈的电流信息；
电流控制单元还用于根据主泵电比例减压阀实时反馈的电流信息，判断主泵电比例减压阀的输入电流值是否在预定的电流值范围中；若主泵电比例减压阀的输入电流值不在预定的电流值范围中，则通过调节脉冲宽度调制输出信号的占空比，以便使主泵电比例减压阀的输入电流值处于指定的电流值范围中。
在一个实施例中，工作模式为重载工作模式、中载工作模式或轻载工作模式。
根据本发明的另一方面，提供一种基于旋挖钻机发动机扭矩感应的系统，包括发动机、主泵、电比例减压阀，还包括控制器，其中：
控制器为上述任一实施例涉及的控制器。
在一个实施例中，电比例减压阀还用于将输入电流值实时反馈给所述控制器。
本发明通过实时采集发动机在当前目标转速下的扭矩百分比，识别当前的工作模式，判断所述扭矩百分比是否大于当前工作模式下的扭矩百分比门限；若所述扭矩百分比大于当前工作模式下的扭矩百分比门限，则通过控制主泵电比例减压阀的输入电流值，以减小主泵的功率上限值。从而可改善旋挖钻机发动机燃油经济性、节约使用成本、并使发动机工作平稳、预防过载。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中发动机驱动主泵工作一个实施例的示意图。
图2为本发明基于旋挖钻机发动机扭矩感应的控制方法一个实施例的示意图。
图3为本发明基于旋挖钻机发动机扭矩感应的控制器一个实施例的示意图。
图4为本发明基于旋挖钻机发动机扭矩感应的控制器另一实施例的示意图。
图5为本发明基于旋挖钻机发动机扭矩感应的系统一个实施例的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
图2为本发明基于旋挖钻机发动机扭矩感应的控制方法一个实施例的示意图。优选的，本实施例的方法步骤可由控制器执行。
步骤201，实时采集发动机在当前目标转速下的扭矩百分比。
其中所述扭矩百分比为发动机输出扭矩占当前目标转速下发动机最大扭矩的百分比。
优选的，可通过CAN总线与发动机电子控制单元（ECU）进行通信，利用发动机J1939协议，实时采集发动机在当前目标转速下的扭矩百分比。
步骤202，识别当前的工作模式。
优选的，当前的工作模式可由用户设定，例如可以为重载工作模式、中载工作模式或轻载工作模式。
步骤203，判断所述扭矩百分比是否大于当前工作模式下的扭矩百分比门限。
步骤204，若所述扭矩百分比大于当前工作模式下的扭矩百分比门限，则通过控制主泵电比例减压阀的输入电流值，以减小主泵的功率上限值。
优选的，可通过调节脉冲宽度调制（PWM）输出信号的占空比，以便控制主泵电比例减压阀的输入电流值，从而减小主泵的功率上限值。
基于本发明上述实施例提供的基于旋挖钻机发动机扭矩感应的控制方法，通过实时采集发动机在当前目标转速下的扭矩百分比，识别当前的工作模式，判断所述扭矩百分比是否大于当前工作模式下的扭矩百分比门限；若所述扭矩百分比大于当前工作模式下的扭矩百分比门限，则通过控制主泵电比例减压阀的输入电流值，以减小主泵的功率上限值。从而可改善旋挖钻机发动机燃油经济性、节约使用成本、并使发动机工作平稳、预防过载。
例如，在重载、中载、轻载模式下，当发动机扭矩百分比分别大于重载扭矩设定值TH、中载扭矩设定值TM、轻载扭矩设定值TL时，调节PWM输出信号占空比，控制主泵电比例减压阀输入电流值，以减小主泵功率上限（既额定功率值），保证发动机工作在设定扭矩值范围内，实现不同工况下发动机与主泵的匹配控制，使发动机保持良好燃油经济性，又尽量发挥其功率。
优选的，在上述实施例中，还可进一步根据主泵电比例减压阀实时反馈的电流信息，判断主泵电比例减压阀的输入电流值是否在预定的电流值范围中。若主泵电比例减压阀的输入电流值不在预定的电流值范围中，则通过调节脉冲宽度调制输出信号的占空比，以便使主泵电比例减压阀的输入电流值处于指定的电流值范围中。
即通过主泵电比例减压阀的反馈，可及时了解主泵电比例减压阀的电流状态，这有助于控制的正常实现。
图3为本发明基于旋挖钻机发动机扭矩感应的控制器一个实施例的示意图。如图3所示，控制器包括第一采集单元301、模式识别单元302、扭矩判断单元303和电流控制单元304。其中：
第一采集单元301，用于实时采集发动机在当前目标转速下的扭矩百分比，其中所述扭矩百分比为发动机输出扭矩占当前目标转速下发动机最大扭矩的百分比。
模式识别单元302，用于识别当前的工作模式。
优选的，工作模式可为重载工作模式、中载工作模式或轻载工作模式。
扭矩判断单元303，用于判断所述扭矩百分比是否大于当前工作模式下的扭矩百分比门限。
电流控制单元304，用于根据扭矩判断单元303的判断结果，若所述扭矩百分比大于当前工作模式下的扭矩百分比门限，则通过控制主泵电比例减压阀的输入电流值，以减小主泵的功率上限值。
基于本发明上述实施例提供的基于旋挖钻机发动机扭矩感应的控制器，通过实时采集发动机在当前目标转速下的扭矩百分比，识别当前的工作模式，判断所述扭矩百分比是否大于当前工作模式下的扭矩百分比门限；若所述扭矩百分比大于当前工作模式下的扭矩百分比门限，则通过控制主泵电比例减压阀的输入电流值，以减小主泵的功率上限值。从而可改善旋挖钻机发动机燃油经济性、节约使用成本、并使发动机工作平稳、预防过载。
优选的，第一采集单元301具体通过CAN总线与发动机电子控制单元进行通信，利用发动机J1939协议，实时采集发动机在当前目标转速下的扭矩百分比。
优选的，电流控制单元304具体通过调节脉冲宽度调制输出信号的占空比，以便控制主泵电比例减压阀的输入电流值，从而减小主泵的功率上限值。
图4为本发明基于旋挖钻机发动机扭矩感应的控制器另一实施例的示意图。与图3所示实施例相比，在图4所示实施例中，控制器还包括第二采集单元401。其中：
第二采集单元401，用于采集主泵电比例减压阀实时反馈的电流信息。
电流控制单元304还用于根据主泵电比例减压阀实时反馈的电流信息，判断主泵电比例减压阀的输入电流值是否在预定的电流值范围中；若主泵电比例减压阀的输入电流值不在预定的电流值范围中，则通过调节脉冲宽度调制输出信号的占空比，以便使主泵电比例减压阀的输入电流值处于指定的电流值范围中。
图5为本发明基于旋挖钻机发动机扭矩感应的系统一个实施例的示意图。如图5所示，该系统包括发动机、主泵、电比例减压阀和控制器，其中，控制器为图3或图4中任一实施例涉及的控制器。
优选的，电比例减压阀还用于将输入电流值实时反馈给所述控制器。
通过实施本发明，可在原系统的基础上，充分利用现有资源，通过本发明控制策略，可以改善旋挖钻机发动机燃油经济性，节约使用成本，并使发动机工作平稳、防过载。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (12)

1.一种基于旋挖钻机发动机扭矩感应的控制方法，其特征在于，包括：
实时采集发动机在当前目标转速下的扭矩百分比，其中所述扭矩百分比为发动机输出扭矩占当前目标转速下发动机最大扭矩的百分比；
识别当前的工作模式；
判断所述扭矩百分比是否大于当前工作模式下的扭矩百分比门限；
若所述扭矩百分比大于当前工作模式下的扭矩百分比门限，则通过控制主泵电比例减压阀的输入电流值，以减小主泵的功率上限值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
实时采集发动机在当前目标转速下的扭矩百分比的步骤包括：
通过CAN总线与发动机电子控制单元进行通信，利用发动机J1939协议，实时采集发动机在当前目标转速下的扭矩百分比。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
通过控制主泵电比例减压阀的输入电流值以减小主泵的功率上限值的步骤包括：
通过调节脉冲宽度调制输出信号的占空比，以便控制主泵电比例减压阀的输入电流值，从而减小主泵的功率上限值。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：
根据主泵电比例减压阀实时反馈的电流信息，判断主泵电比例减压阀的输入电流值是否在预定的电流值范围中；
若主泵电比例减压阀的输入电流值不在预定的电流值范围中，则通过调节脉冲宽度调制输出信号的占空比，以便使主泵电比例减压阀的输入电流值处于指定的电流值范围中。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
工作模式为重载工作模式、中载工作模式或轻载工作模式。
6.一种基于旋挖钻机发动机扭矩感应的控制器，其特征在于，包括第一采集单元、模式识别单元、扭矩判断单元和电流控制单元，其中：
第一采集单元，用于实时采集发动机在当前目标转速下的扭矩百分比，其中所述扭矩百分比为发动机输出扭矩占当前目标转速下发动机最大扭矩的百分比；
模式识别单元，用于识别当前的工作模式；
扭矩判断单元，用于判断所述扭矩百分比是否大于当前工作模式下的扭矩百分比门限；
电流控制单元，用于根据扭矩判断单元的判断结果，若所述扭矩百分比大于当前工作模式下的扭矩百分比门限，则通过控制主泵电比例减压阀的输入电流值，以减小主泵的功率上限值。
7.根据权利要求6所述的控制器，其特征在于，
第一采集单元具体通过CAN总线与发动机电子控制单元进行通信，利用发动机J1939协议，实时采集发动机在当前目标转速下的扭矩百分比。
8.根据权利要求6所述的控制器，其特征在于，
电流控制单元具体通过调节脉冲宽度调制输出信号的占空比，以便控制主泵电比例减压阀的输入电流值，从而减小主泵的功率上限值。
9.根据权利要求8所述的控制器，其特征在于，还包括第二采集单元，其中：
第二采集单元，用于采集主泵电比例减压阀实时反馈的电流信息；
电流控制单元还用于根据主泵电比例减压阀实时反馈的电流信息，判断主泵电比例减压阀的输入电流值是否在预定的电流值范围中；若主泵电比例减压阀的输入电流值不在预定的电流值范围中，则通过调节脉冲宽度调制输出信号的占空比，以便使主泵电比例减压阀的输入电流值处于指定的电流值范围中。
10.根据权利要求6所述的控制器，其特征在于，
工作模式为重载工作模式、中载工作模式或轻载工作模式。
11.一种基于旋挖钻机发动机扭矩感应的系统，包括发动机、主泵、电比例减压阀，其特征在于，还包括控制器，其中：
控制器为权利要求6-10中任一项涉及的控制器。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，
电比例减压阀还用于将输入电流值实时反馈给所述控制器。
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