CN108824517B - 一种静压驱动车辆油门的自动控制方法及推土机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及静压驱动车辆技术领域，具体公开了一种静压驱动车辆油门的自动控制方法及采用该控制方法的推土机。静压驱动车辆油门的自动控制方法包括设定负载状态下车辆的目标行驶速度v；获取与目标行驶速度v相匹配的发动机的目标转速ne和目标扭矩M；将发动机的目标转速ne换算成车辆空载时发动机的转速n0；根据车辆空载时发动机的转速n0得到油门的目标开度th；控制油门调整至目标开度th。本发明将车辆负载状态下的行驶速度设为目标值，然后通过方程组演算出油门的目标开度，并将油门自动调整至目标开度，使车速、油门开度与外界负载匹配，降低了燃油消耗，降低了驾驶员的劳动强度，提高了作业效率。

Description

一种静压驱动车辆油门的自动控制方法及推土机
技术领域
本发明涉及静压驱动车辆油门的自动控制方法制造领域，尤其涉及一种静压驱动车辆油门的自动控制方法及推土机。
背景技术
静压传动技术是利用液体传动介质的静压力能来完成功率的传递，其实质是把行走机械的机械式传动系统中的主离合器、变速器、中央传动和终传动等机械传动装置换成液压传动装置和控制装置，具有结构简单、调速范围大、操作简单、易于机器实现智能化等优点，现广泛应用于非牵引车如挖掘机、路面机械和牵引机械如装载机、平地机、推土机等。
但静压传动在工程机械上的应用还有许多问题需要克服和解决，如发动机、液压泵、液压马达、行走机构组成的负荷驱动系统是一个多变量的复杂系统，为使系统在任何状态下都具有最佳的性能输出，必须对系统进行控制，目前大量研究完善的只是对液压泵、马达本身压力、排量进行的控制，而对各元件组成的整个系统如何控制以达到最佳性能和工作寿命，如何降低制造成本等，这方面的理论研究还不成熟。
目前现有的静压传动车辆的车速和油门多数采用手动控制，即驾驶员根据外界负载的大小来操作油门，同时通过操作行走操纵手柄来感觉油门的开度是否合适，在实际操作中全凭驾驶员的主观臆断来对两者进行匹配，容易出现两者匹配不合理的情况，并影响作业效率。
因此，亟需一种静压驱动车辆油门的自动控制方法及推土机以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种静压驱动车辆油门的自动控制方法及推土机，以解决现有技术中静压传动车辆车辆车速和油门多数采用手动控制，容易出现两者匹配不合理，并影响作业效率的问题。
一方面，本发明提供一种静压驱动车辆油门的自动控制方法包括：
设定负载状态下车辆的目标行驶速度v；
获取与所述目标行驶速度v相匹配的发动机的目标转速ne和目标扭矩M；
将所述发动机的目标转速ne换算成车辆空载时所述发动机的转速n0；
根据车辆空载时所述发动机的转速n0得到油门的目标开度th；
控制所述油门将开度调整至目标开度th。
作为优选，根据调速率公式将所述发动机的目标转速ne换算成车辆空载时所述发动机的转速n0。
作为优选，调速率公式为k＝M/(ne-n0)，k为常数。
作为优选，根据车辆空载时所述发动机的转速n0和所述油门的目标开度th的关系式得到所述油门的目标开度th。
作为优选，车辆空载时所述发动机的转速n0和所述油门的目标开度th的关系式为th＝c*n0，c为常数。
作为优选，发动机的目标转速ne和目标扭矩M的获取方法包括：
获取变量马达的实时压力p；
根据变量马达的实时压力p与其排量的关系式得到所述变量马达的实时排量qm；
根据目标行驶速度v与所述变量马达的实时排量qm、变量泵的目标排量qp以及所述发动机的目标转速ne的关系式得到ne*qp；
基于上述ne*qp，发动机的外特性曲线，以及所述发动机的目标扭矩M、所述变量泵的目标排量qp和所述变量马达的实时压力p的关系式得到所述发动机的目标转速ne和目标扭矩M。
作为优选，所述变量马达的实时压力p与其排量的关系式为
Figure BDA0001712306910000031
其中，qmin和qmax分别为所述变量马达的最小排量和最大排量，p0和p1分别为所述变量马达的最小压力和最大压力。
作为优选，通过设置在所述变量马达上的压力传感器测取所述变量马达的实时压力p。
作为优选，目标行驶速度v与所述变量马达的实时排量qm、所述变量泵的目标排量qp以及所述发动机的目标转速ne的关系式为
Figure BDA0001712306910000032
i1为变量马达和驱动轮之间的速比，i2为发动机和变量泵之间的速比，r为驱动轮的半径。
作为优选，所述发动机的目标扭矩M与所述变量泵的目标排量qp和所述变量马达的实时压力p的关系式为M＝qp*p。
另一方面，本发明提供一种采用上述任一方案中所述的静压驱动车辆油门的自动控制方法的推土机，包括发动机，与所述发动机连接的油门和变量泵，与所述变量泵连接的变量马达，与所述变量马达连接的减速机，与所述减速机连接驱动轮。
本发明的有益效果为：
本发明提供的静压驱动车辆油门的自动控制方法，将车辆的负载状态下的行驶速度设为目标值，然后获取与目标行驶速度相匹配的发动机的目标转速和目标扭矩；将发动机的目标转速换算成车辆空载时发动机的转速；根据车辆空载时发动机的转速得到油门的目标开度；即油门的最佳开度(目标开度)，并将油门开度自动调整至最佳开度，使车辆的行驶速度和油门开度与外界负载完美匹配，降低了燃油消耗，达到节能减排的目的，并且可以排除驾驶员的主观臆断，降低了驾驶员的劳动强度，提高了作业效率。
附图说明
图1为本发明实施例中静压驱动车辆油门的自动控制方法的示意图；
图2为本发明实施例中静压驱动车辆油门的自动控制方法中变量马达的实时压力与其排量的关系示意图；
图3为本发明实施例中推土机的结构示意图。
图中：
1、油门；2、发动机；3、变量泵；4、变量马达；5、减速机；6、驱动轮。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如图1所示，本实施例提供一种静压驱动车辆油门的自动控制方法，包括：
S10：设定负载状态下车辆的目标行驶速度v。
S20：获取与目标行驶速度v相匹配的发动机的目标转速ne和目标扭矩M。
S30：将发动机的目标转速ne换算成车辆空载时发动机的转速n0。
S40：根据车辆空载时发动机的转速n0得到油门的目标开度th。
S50：控制油门将开度调整至目标开度th。
通过将车辆的负载状态下的行驶速度设为目标值，然后通过方程组演算出油门的最佳开度(目标开度)，并将油门开度自动调整至最佳开度，使车辆的行驶速度和油门开度与外界负载完美匹配，降低了燃油消耗，达到节能减排的目的，并且可以排除驾驶员的主观臆断，降低了驾驶员的劳动强度，提高了作业效率。
步骤S10具体为，选择车辆的负载模式，不同的负载模式下对应有相应的行驶速度范围，从行驶速度范围中选择一个速度值作为车辆的目标行驶速度v。
负载模式包括轻载模式、常规模式以及重载模式。当然，根据实际需要，也可以将负载模式进一步划分的更为具体，对此不作限定。通过选择相应的负载模式，匹配实时工况，进一步简化了驾驶员的操作。
步骤S20具体包括：
S21：控制器获取变量马达的实时压力p。
通过压力传感器测量变量马达的系统压力，并将测量数值发送给控制器。
S22：控制器根据变量马达的实时压力p与其排量的关系式得到变量马达的实时排量qm。
变量马达的排量可从其最大排量到最小排量无级调节，其压力和排量呈线性关系，如图2所示，变量马达的实时压力p与其排量的关系式为：
Figure BDA0001712306910000051
其中，qmin和qmax分别为变量马达的最小排量和最大排量，p0和p1分别为变量马达的最小压力和最大压力。qmin、qmax、p0和p1均为已知量，具体的，由变量马达的型号决定。从上述公式中可以获得当前工况下，变量马达的实时排量qm。
S23：控制器根据目标行驶速度v与变量马达的实时排量qm、变量泵的目标排量qp以及发动机的目标转速ne的关系式得到ne*qp。
目标行驶速度v与变量马达的实时排量qm、变量泵的目标排量qp以及发动机的目标转速ne的关系式为
Figure BDA0001712306910000052
其中，i为速比，变量马达的输出轴和驱动轮之间通过的减速机连接，i1为变量马达和驱动轮之间的速比，即为减速机的传动比，对于没有设置减速机的车辆，i1＝1；i2为发动机和变量泵之间的速比，若发动机和变量泵之间通过分动箱连接时，对应的i2为分动箱的速比，若发动机和变量泵之间未设置分动箱时，i2＝1。
S24：控制器基于上述ne*qp，发动机的外特性曲线，以及发动机的目标扭矩M、变量泵的目标排量qp和变量马达的实时压力p的关系式得到发动机的目标转速ne和目标扭矩M。
发动机外特性曲线的方程为M＝f(ne)，其具体的关系式有采用的发动机型号决定，其为现有技术，在此不再赘述。通过该方程可以获得发动机的目标输出扭矩M和目标转速ne的一个方程。
由于发动机的输出扭矩和变量泵的输入扭矩相等，而变量泵的输入扭矩可以由变量泵的目标排量qp和变量马达的实时压力p求出，即M＝qp*p，从而可以获得发动机的目标输出扭矩M和目标转速ne的另一个方程。
通过上述两个方程结合步骤S23的结果可以求得发动机的目标输出扭矩M和目标转速ne。
步骤S30具体为，控制器根据调速率公式将发动机的目标转速ne换算成车辆空载时发动机的转速n0，调速率公式为
k＝M/(ne-n0)
其中，k为常数，其大小由油门和发动机的具体型号决定。通过该方程可以进一步求出对应车辆空载时发动机的转速n0。
步骤S40具体为，控制器根据车辆空载时发动机的转速n0和油门的目标开度th的关系式得到油门的目标开度th，车辆空载时发动机的转速n0和油门的目标开度th的关系式为th＝c*n0，其中c为常数，c的大小同样由油门和发动机的型号决定，通过该方程可以求得对应目标行驶速度v的油门的目标开度。
如图3所示，本实施例还提供一种采用上述静压驱动车辆油门的自动控制方法的推土机，该推土机包括发动机2，与发动机2连接的油门1和变量泵3，与变量泵3连接的变量马达4，与变量马达4连接的减速机5，与减速机5连接的驱动轮6。需要注意的是，变量泵3和变量马达4均为两个且一一对应连接，其中一个变量马达4通过减速机5与推土机前进方向左侧的驱动轮6连接，另一个变量马达4通过减速机5与右侧的驱动轮6连接，每一个变量马达4对应一个与控制器连接的压力传感器，通过压力传感器检测变量马达4的系统压力。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种静压驱动车辆油门的自动控制方法，其特征在于，包括：
设定负载状态下车辆的目标行驶速度v；
获取与所述目标行驶速度v相匹配的发动机的目标转速ne和目标扭矩M；
将所述发动机的目标转速ne换算成车辆空载时所述发动机的转速n0；
根据车辆空载时所述发动机的转速n0得到油门的目标开度th；
控制所述油门将开度调整至目标开度th。
2.根据权利要求1所述的静压驱动车辆油门的自动控制方法，其特征在于，根据调速率公式k＝M/(ne-n0)将所述发动机的目标转速ne换算成车辆空载时所述发动机的转速n0，k为常数。
3.根据权利要求1所述的静压驱动车辆油门的自动控制方法，其特征在于，根据车辆空载时所述发动机的转速n0和所述油门的目标开度th的关系式得到所述油门的目标开度th。
4.根据权利要求3所述的静压驱动车辆油门的自动控制方法，其特征在于，车辆空载时所述发动机的转速n0和所述油门的目标开度th的关系式为th＝c*n0，c为常数。
5.根据权利要求1所述的静压驱动车辆油门的自动控制方法，其特征在于，发动机的目标转速ne和目标扭矩M的获取方法包括：
获取变量马达的实时压力p；
根据变量马达的实时压力p与其排量的关系式得到所述变量马达的实时排量qm；
根据目标行驶速度v与所述变量马达的实时排量qm、变量泵的目标排量qp以及所述发动机的目标转速ne的关系式得到ne*qp；
基于上述ne*qp，发动机的外特性曲线，以及所述发动机的目标扭矩M、所述变量泵的目标排量qp和所述变量马达的实时压力p的关系式得到所述发动机的目标转速ne和目标扭矩M。
6.根据权利要求5所述的静压驱动车辆油门的自动控制方法，其特征在于，所述变量马达的实时压力p与其排量的关系式为
Figure FDA0002688752800000021
其中，qmin和qmax分别为所述变量马达的最小排量和最大排量，p0和p1分别为所述变量马达的最小压力和最大压力。
7.根据权利要求5所述的静压驱动车辆油门的自动控制方法，其特征在于，目标行驶速度v与所述变量马达的实时排量qm、所述变量泵的目标排量qp以及所述发动机的目标转速ne的关系式为
Figure FDA0002688752800000022
i1为变量马达和驱动轮之间的速比，i2为发动机和变量泵之间的速比，r为驱动轮的半径。
8.根据权利要求5所述的静压驱动车辆油门的自动控制方法，其特征在于，所述发动机的目标扭矩M与所述变量泵的目标排量qp和所述变量马达的实时压力p的关系式为M＝qp*p。
9.一种采用权利要求1-8任一项所述的静压驱动车辆油门的自动控制方法的推土机，其特征在于，包括发动机，与所述发动机连接的油门和变量泵，与所述变量泵连接的变量马达，与所述变量马达连接的减速机，与所述减速机连接的驱动轮。
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