CN105298659B - 工程机械及其发动机控制器、控制系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工程机械及其发动机控制器、控制系统和方法，控制器包括接收模块，用于接收所述工程机械的液压系统的主阀先导压力信号和负载压力信号以及驱动所述液压系统的发动机的当前转速信号；运算模块，用于根据所述液压系统的主阀先导压力值、负载压力值和所述发动机的当前转速值得出与所述液压系统所需的功率和扭矩相匹配的所述发动机的理想转速值，以及控制模块，用于将所述发动机的转速控制为所述理想转速值。因此，根据液压系统的主阀先导压力、负载压力和发动机当前转速可以确定出此时液压系统主泵所需要的流量和功率，继而得出与之匹配的发动机转速，使得工程机械的能耗和安全性有效提升。

Description

工程机械及其发动机控制器、控制系统和方法

技术领域

本发明涉及工程机械中发动机和液压系统的匹配领域，具体地，涉及一种工程机械及其发动机控制器、控制系统和方法。

背景技术

大型工程机械中广泛使用液压系统进行作业，例如起重机作业时，需要变幅油缸以及伸缩油缸进行液压驱动。在具体工作中，操作人员一般都是把先导手柄操作至最大，并且发动机油门踩到最大，从而达到最大的效率进行工作，这样带来的后果是发动机与液压系统并不匹配，发动机很多功率没有做功，从而提高了能耗，不利于节能。并且在负载变化时(比如进行变幅操作)，液压系统扭矩增大，在发动机扭矩不满足时，就会掉速以满足扭矩的增加，当转速调节比较大时，就会使发动机熄火，从而带来安全危险。即在起重作业时，发动机与液压系统的功率存在匹配的问题，基于以上的工况，提供一种根据匹配液压系统所需功率和发动机输出功率的方法具有积极意义。

现有技术中的功率匹配技术为功率极限控制：即根据发动机转速的下降程度去调节泵的排量，从而使泵功率与发动机功率进行匹配，从而避免发动机熄火。但是这种被动的控制技术唯一的作用是防止发动机熄火，从而不至于中断吊装作业。作用单一，匹配效果差。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种工程机械的发动机控制器，发动机控制器可以根据液压系统的工况对发动机的功率进行匹配调节，使得发动机和液压系统的匹配效果好。

本发明的另一目的是提供一种工程机械的发动机控制系统，该发动机控制系统使用本发明提供的发动机控制器。

本发明的再一个目的是提供一种工程机械的发动机控制方法，该控制方法可以根据液压系统的工况对发动机的功率进行匹配调节，使得发动机和液压系统的匹配效果好。

本发明的还一个目的是提供一种工程机械，该工程机械使用本发明提供的发动机控制系统。

为了实现上述目的，本发明提供一种用于工程机械的发动机控制器，该发动机控制器包括：接收模块，该接收模块用于接收所述工程机械的液压系统的主阀先导压力信号和负载压力信号以及驱动所述液压系统的发动机的当前转速信号；运算模块，该运算模块用于根据所述液压系统的主阀先导压力值、负载压力值和所述发动机的当前转速值得出与所述液压系统所需的功率和扭矩相匹配的所述发动机的理想转速值，以及控制模块，该控制模块用于将所述发动机的转速控制为所述理想转速值。

优选地，所述运算模块包括：计算模块，该计算模块用于根据所述主阀先导压力值、所述负载压力值和所述发动机的当前转速值，计算出与所述液压系统所需的功率和扭矩相匹配的所述液压系统所需的主泵负载功率值和主泵负载转矩值；以及查询模块，该查询模块用于根据所述主泵负载功率值和所述主泵负载转矩值对照预存的所述发动机的万有特性曲线，查询得出所述发动机的所述理想转速值。

优选地，所述计算模块通过公式计算所述主泵负载功率值和所述主泵负载转矩值，其中，V为主泵排量；Q为所述液压系统的主泵输出流量，N为所述发动机的当前转速，P1为所述主阀先导压力值，ΔP为所述液压系统的主泵输出压力，P2为所述负载压力值，P为所述主泵负载功率值，T为所述主泵负载转矩值，k1，k3，k4为比例系数，k2为主阀的前后压差。

根据本发明的另一方面，提供一种工程机械的发动机控制系统，该发动机控制系统包括第一检测装置，该第一检测装置用于检测所述工程机械的液压系统的所述主阀先导压力值；第二检测装置，该第二检测装置用于检测所述液压系统的负载压力值；第三检测装置，该第三检测装置用于检测所述发动机的当前转速值，发动机控制器，该发动机控制器为本发明提供的发动机控制器；所述第一检测装置、所述第二检测装置和所述第三检测装置分别与所述接收模块电连接，以及发动机转速控制机构，所述控制模块与所述发动机转速控制机构电连接以控制发动机的转速。

优选地，所述第一检测装置为设置在所述液压系统的主阀先导油路上的压力传感器。

优选地，所述第二检测装置为设置在连接所述液压系统的主阀工作油路上的压力传感器。

优选地，所述发动机转速控制机构具有控制接口，所述控制模块通过CAN总线连接至所述控制接口。

根据本发明的再一方面，提供一种工程机械的发动机控制方法，该控制方法包括检测步骤，在该检测步骤中，检测所述工程机械的液压系统的主阀先导压力信号和负载压力信号以及驱动该液压系统的发动机的当前转速信号；运算步骤，在该运算步骤中，根据所述液压系统的主阀先导压力值、负载压力值以及所述发动机的当前转速值，得出与所述液压系统所需的功率和扭矩相匹配的发动机的理想转速值，以及控制步骤，在该控制步骤中，将发动机的转速控制为所述理想转速值。

优选地，在所述运算步骤中，首先，根据所述主阀先导压力值、所述负载压力值和所述发动机的当前转速值计算出所述液压系统的主泵负载功率值和主泵负载转矩值；然后，根据所述主泵负载功率值和所述主泵负载转矩值对照预存的所述发动机的万有特性曲线，查询得出所述发动机的所述理想转速值。

优选地，通过公式计算所述主泵负载功率值和所述主泵负载转矩值，其中，V为主泵排量；Q为所述液压系统的主泵输出流量，N为所述发动机的当前转速，P1为所述主阀先导压力值，ΔP为所述液压系统的主泵输出压力，P2为所述负载压力值，P为所述主泵负载功率值，T为所述主泵负载转矩值，k1，k3，k4为比例系数，k2为主阀的前后压差。

根据本发明的还一方面，提供一种工程机械，该工程机械包括本发明提供的发动机控制系统。

优选地，所述工程机械为液压起重机。

通过上述技术方案，主阀先导压力通过对主阀开度的控制可以与作为变量泵的液压系统主泵的排量变化建立关系，即，能够结合发动机转速确定液压系统主泵的输出流量，而液压系统的负载压力可以与主泵的输出压力建立关系，从而确定出此时液压系统主泵所需要的功率，继而通过将发动机调节为与液压系统所需的功率和转矩相配匹，从而使得工程机械的能耗和安全性有效提升。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明优选实施方式提供的发动机控制系统的结构原理框图；

图2是本发明优选实施方式提供的工程机械的液压原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

如图1所示，本发明提供一种工程机械的发动机控制方法、实现该控制方法的控制系统、应用在该控制系统的控制器1以及使用该控制系统的工程机械，该工程机械可以为液压起重机。其中如图2所示，本实施方式提供的工程机械使用的液压系统包括由发动机8驱动的主泵7，控制液压系统工作的主阀6，该主阀6为与主泵7连通的比例先导阀，其具有调节阀口开度的先导油路，该先导油路内具有先导泵51和先导手柄52，从而通过先导手柄52的操作可以通过先导压力控制主阀的阀口开度，从而控制液压系统主泵的排量和输出流量。其中，主泵7为变量泵，即排量可变。工程机械的各种工作油路均连接到主阀上，以通过主阀进行切换作业。这种液压系统为本领域公知，在此不再做过多赘述。

为了实现对发动机和液压系统的实时匹配，本发明提供的工程机械的发动机控制方法包括检测步骤，在该检测步骤中，检测工程机械的液压系统的主阀先导压力信号、负载压力信号和发动机的当前转速信号；运算步骤，在该运算步骤中，根据液压系统的主阀先导压力值P1和负载力值P2以及发动机的当前转速值得出与液压系统所需的功率和扭矩相匹配的发动机的理想转速值，以及控制步骤，在该控制步骤中，将发动机的转速控制为理想转速值。

其中在本发明的技术方案中，主阀先导压力通过对主阀开度的控制可以与作为变量泵的液压系统主泵的排量变化建立关系，即，能够结合发动机转速确定液压系统主泵的输出流量，而液压系统的负载压力可以与主泵的输出压力建立关系，从而确定出此时液压系统主泵所需要的功率，继而通过将发动机调节为与液压系统所需的功率和转矩相配匹，从而使得工程机械的能耗和安全性有效提升。即，本发明实现了一种随液压系统的工况变化使得油门自动跟随的技术方案，不行操作人员对油门进行操作来控制发动机转速，换言之，本技术方案可以使发动机实时跟踪负载变化，达到事前干预的功能，从而使发动机与液压系统匹配，有效提高作业性能、操作性能，并很好的实现发动机节能。

为了实现这种控制方法，如图1所示，本发明提供的发动机控制系统统包括第一检测装置2，该第一检测装置2用于检测工程机械的液压系统的主阀先导压力值P1；第二检测装置3，该第二检测装置3用于检测液压系统的负载压力值P2；第三检测装置5，该第三检测装置5用于检测发动机的当前转速值，以及发动机控制器1和发动机转速控制机构4。

其中，发动机控制器1包括接收模块11，该接收模块用于接收工程机械的液压系统的主阀先导压力信号、负载压力信号和发动机的当前转速值；运算模块12，该运算模块用于根据液压系统的主阀先导压力值P1、负载压力值P2和发动机的当前转速值得出与液压系统当前工况所需的功率和扭矩相匹配的发动机的理想转速值，以及控制模块13，该控制模块用于将发动机的转速控制为理想转速值。第一检测装置2、第二检测装置3和第三检测装置5分别与接收模块11电连接，控制模块13与发动机转速控制机构4电连接以控制发动机的转速。即，本发明提供的控制器可以将检测到的主阀先导压力值P1、负载压力值P2和发动机当前转速值转换为相匹配的发动机的理想转速值，继而根据该转速完成对发动机的控制，以实现发动机和液压系统的匹配。

其中在本实施方式中，在上述控制步骤中，可以采用闭合控制方式，即在进行转速控制时，可以实时通过第三检测装置实时将发动机的当前转速值传给发动机控制器1，由发动机控制器1来判断是否已经调整为发动机的理想转速值，直至当前发动机的转速值与理想转速值相同。

在本实施方式中，为了准确得到发动机对应的转速值，本发明巧妙地利用了发动机万有特性曲线进行查询获取，具体地，在运算步骤中，首先，根据主阀先导压力值P1、负载压力值P2和发动机的当前转速值计算出与液压系统所需的功率和扭矩相匹配的液压系统所需的主泵负载功率值和主泵负载转矩值；然后，根据主泵负载功率值和主泵负载转矩值对照预存的发动机的万有特性曲线，查询得出该工程机械中的发动机的理想转速值。对应地，本发明提供的发动机控制器中的运算模块12包括：计算模块121，该计算模块用于根据主阀先导压力值P1和负载压力值P2计算出液压系统的主泵负载功率值和主泵负载转矩值；和查询模块122，该查询模块用于根据主泵负载功率值和主泵负载转矩值对照预存的发动机的万有特性曲线，查询得出发动机的理想转速值。对于其中的发动机万有特性曲线的获得和查询为本领域技术人员所公知在此不做过多赘述。

具体地，作为一种实施例，主泵负载功率值和主泵负载转矩值可以通过公式来计算，

其中，V为主泵排量；Q为液压系统的主泵输出流量，即，液压系统所需要的负载流量；N为发动机当前转速，即主泵的当前转速；其中作为变量泵的主泵排量与主阀先导压力P1为线性比例关系，其中的比例系数k1可以根据主泵的特性曲线确定，该特性曲线能够反映先导压力和排量的比例系数，可以通过试验得到。

另外，ΔP为液压系统的主泵输出压力，该主泵输出压力ΔP与由于液压系统的负载压力P2分别为主阀前后的压力值，其中的比例系数k2主阀的前后压差，该压差根据主阀类型为定值，可以通过试验得到。

P为主泵负载功率值，其和主泵需要的输出流量和输出压力乘积具有线性比例关系；T为主泵负载转矩值，其与主泵排量V和主泵输出压力ΔP具有线性比例关系，其中，其中的k3和k4与主泵的效率有关，k3＝(1/600)ηt，ηt为主泵的总效率，k4＝(1/20π)ηmh，ηmh为主泵的机械-液压转换效率，其中ηt、ηmh均可以通过试验得到。

在本实施方式中，第一检测装置2可以为设置在液压系统的主阀先导油路上的压力传感器，以获得主阀先导压力P1。第二检测装置3为设置在连接液压系统的主阀工作油路上的压力传感器，以获得用于用于液压系统的负载压力P2。第三检测装置5为另行安装的转速传感器，也可以使用发动机自有转速检测装置。

另外，在本实施方式中，为了实现对发动机转速的控制，发动机转速控制机构具有控制接口，控制模块13通过CAN总线与连接至控制接口。从而能够对发动机的节气门开度进行控制，起到油门的控制作用，例如，可以采用PID开度控制器来实现对节气门的开度控制，从而实现本发明油门自动跟随的目的。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种用于工程机械的发动机控制器，其特征在于，该发动机控制器(1)包括：

接收模块(11)，该接收模块用于接收所述工程机械的液压系统的主阀先导压力信号和负载压力信号以及驱动所述液压系统的发动机的当前转速信号；

运算模块(12)，该运算模块用于根据所述液压系统的主阀先导压力值(P1)、负载压力值(P2)和所述发动机的当前转速值得出与所述液压系统所需的功率和扭矩相匹配的所述发动机的理想转速值，以及

控制模块(13)，该控制模块用于将所述发动机的转速控制为所述理想转速值，

所述运算模块(12)包括：

计算模块(121)，该计算模块用于根据所述主阀先导压力值(P1)、所述负载压力值(P2)和所述发动机的当前转速值，计算出与所述液压系统所需的功率和扭矩相匹配的所述液压系统所需的主泵负载功率值和主泵负载转矩值；所述主泵为变量泵，以及

查询模块(122)，该查询模块用于根据所述主泵负载功率值和所述主泵负载转矩值对照预存的所述发动机的万有特性曲线，查询得出所述发动机的所述理想转速值。

2.根据权利要求1所述的发动机控制器，其特征在于，所述计算模块

通过公式计算所述主泵负载功率值和所述主泵负载转矩值，其中，V为主泵排量；Q为所述液压系统的主泵输出流量，N为所述发动机的当前转速，P1为所述主阀先导压力值，ΔP为所述液压系统的主泵输出压力，P2为所述负载压力值，P为所述主泵负载功率值，T为所述主泵负载转矩值，k1，k3，k4为比例系数，k2为主阀的前后压差。

3.一种工程机械的发动机控制系统，其特征在于，该发动机控制系统包括

第一检测装置(2)，该第一检测装置(2)用于检测所述工程机械的液压系统的所述主阀先导压力值(P1)；

第二检测装置(3)，该第二检测装置(3)用于检测所述液压系统的负载压力值(P2)；

第三检测装置(5)，该第三检测装置(5)用于检测所述发动机的当前转速值，

发动机控制器(1)，该发动机控制器为根据权利要求1-2中任意一项所述的发动机控制器(1)；所述第一检测装置(2)、所述第二检测装置(3)和所述第三检测装置(5)分别与所述接收模块(11)电连接，以及

发动机转速控制机构(4)，所述控制模块(13)与所述发动机转速控制机构(4)电连接以控制发动机的转速。

4.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述第一检测装置(2)为设置在所述液压系统的主阀先导油路上的压力传感器。

5.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述第二检测装置为设置在连接所述液压系统的主阀工作油路上的压力传感器。

6.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述发动机转速控制机构具有控制接口，所述控制模块(13)通过CAN总线连接至所述控制接口。

7.一种工程机械的发动机控制方法，其特征在于，该控制方法包括

检测步骤，在该检测步骤中，检测所述工程机械的液压系统的主阀先导压力信号和负载压力信号以及驱动该液压系统的发动机的当前转速信号；

运算步骤，在该运算步骤中，根据所述液压系统的主阀先导压力值、负载压力值以及所述发动机的当前转速值，得出与所述液压系统所需的功率和扭矩相匹配的发动机的理想转速值，以及

控制步骤，在该控制步骤中，将发动机的转速控制为所述理想转速值，

在所述运算步骤中，

首先，根据所述主阀先导压力值、所述负载压力值和所述发动机的当前转速值计算出所述液压系统的主泵负载功率值和主泵负载转矩值，所述主泵为变量泵；

然后，根据所述主泵负载功率值和所述主泵负载转矩值对照预存的所述发动机的万有特性曲线，查询得出所述发动机的所述理想转速值。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，

通过公式计算所述主泵负载功率值和所述主泵负载转矩值，其中，V为主泵排量；Q为所述液压系统的主泵输出流量，N为所述发动机的当前转速，P1为所述主阀先导压力值，ΔP为所述液压系统的主泵输出压力，P2为所述负载压力值，P为所述主泵负载功率值，T为所述主泵负载转矩值，k1，k3，k4为比例系数，k2为主阀的前后压差。

9.一种工程机械，其特征在于，该工程机械包括根据权利要求3-6中任意一项所述的发动机控制系统。

10.根据权利要求9所述的工程机械，其特征在于，所述工程机械为液压起重机。