CN110254221B - 静液压驱动工程车辆的控制方法及静液压驱动工程车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及工程车辆领域，公开了一种静液压驱动工程车辆的控制方法及静液压驱动工程车辆，工程车辆的行驶模式包括常规模式和脱困模式，控制工程车辆选择性地以常规模式或脱困模式行驶；在切换至脱困模式时，将油门大小调节至最大，同时将泵和马达的排量分别调节至与当前挡位对应的排量。本发明增设了脱困模式，将油门大小调节至最大，发动机将获得最高转速，同时将泵和马达的排量分别调节至与当前挡位对应的排量，之后泵和马达的排量也就不再随负载变化，保证传动比不变，使工程车辆的速度提升，能够有效解决工程车辆采用常规模式行驶时被困在泥塘或泥泞道路中的问题。

Description

静液压驱动工程车辆的控制方法及静液压驱动工程车辆
技术领域
本发明涉及工程车辆领域，尤其涉及一种静液压驱动工程车辆的控制方法及静液压驱动工程车辆。
背景技术
目前的静液压驱动工程车辆如静液压驱动推土机普遍采用双回路电控静液压驱动系统控制车辆行驶，自动调节泵和马达的排量以适应负载的变化。
以静液压推土机为例，静液压驱动推土机在泥塘或泥泞道路作业时，由于阻力较大，采用上述控制方式控制推土机行驶时会使行驶速度降低甚至出现原地滑转的情况，导致推土机极易被困在泥塘或泥泞道路中。
发明内容
本发明的目的在于提供一种静液压驱动工程车辆的控制方法及静液压驱动工程车辆，能够解决采用现有控制方式控制工程车辆在泥塘或泥泞道路作业时导致工程车辆极易被困在泥塘或泥泞道路中的问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
静液压驱动工程车辆的控制方法，所述工程车辆的行驶模式包括常规模式和脱困模式，控制所述工程车辆选择性地以所述常规模式或所述脱困模式行驶；
在切换至所述脱困模式时，将油门大小调节至最大，同时将泵和马达的排量分别调节至与当前挡位对应的排量。
作为上述静液压驱动工程车辆的控制方法的一种优选技术方案，所述工程车辆在以常规模式行驶时，判断所述工程车辆是否受困，若是，则切换至脱困模式；若否，则保持常规模式行驶。
作为上述静液压驱动工程车辆的控制方法的一种优选技术方案，所述判断所述工程车辆是否受困，包括：
根据当前挡位和发动机转速获取对应的马达理论转速、预设极限差值；
计算马达实际转速和马达理论转速的差值；
在所述差值大于所述预设极限差值时，所述工程车辆受困。
作为上述静液压驱动工程车辆的控制方法的一种优选技术方案，所述常规模式包括：
将与当前油门大小对应的发动机理论转速作为目标转速；
在所述目标转速与实际转速的差值大于预设差值时，工程车辆超载，调节所述泵和所述马达的排量使所述发动机目标转速与发动机实际转速的差值等于所述预设差值。
作为上述静液压驱动工程车辆的控制方法的一种优选技术方案，工程车辆超载时，在调节所述泵和所述马达的排量使所述发动机目标转速与发动机实际转速的差值等于所述预设差值之前，判断所述工程车辆是否受困。
作为上述静液压驱动工程车辆的控制方法的一种优选技术方案，所述工程车辆在以脱困模式行驶时，判断所述工程车辆是否存在熄火风险，若是，则切换至常规模式，若否，则保持脱困模式。
作为上述静液压驱动工程车辆的控制方法的一种优选技术方案，所述判断所述工程车辆是否存在熄火风险，包括：
获取间隔预设时刻发动机实际转速的差值；
在所述差值大于等于预设掉速极限值时，所述工程车辆存在熄火风险。
作为上述静液压驱动工程车辆的控制方法的一种优选技术方案，若发动机有一条功率曲线，在切换至脱困模式时，发动机以该功率曲线对应的额定功率工作；若发动机有至少两条功率曲线，在切换至脱困模式时，发动机以最高功率曲线对应的额定功率工作。
作为上述静液压驱动工程车辆的控制方法的一种优选技术方案，所述工程车辆上设有控制开关，所述控制开关能够选择性地以互锁方式控制所述工程车辆采用手动切换方式或自动切换方式进行常规模式和脱困模式之间的切换。
本发明还提供了一种静液压驱动工程车辆，采用上述的静液压驱动工程车辆的控制方法控制所述工程车辆行驶。
本发明的有益效果：本发明增设了脱困模式，将油门大小调节至最大，发动机将获得最高转速，同时将泵和马达的排量分别调节至与当前挡位对应的排量，之后泵和马达的排量也就不再随负载变化，继而保证传动比不变，从而使整个工程车辆的速度得以提升，采用脱困模式能够有效解决工程车辆采用常规模式行驶时被困在泥塘或泥泞道路中的问题，使工程车辆脱离困境。
本发明还提供了一种静液压驱动工程车辆，采用上述的静液压驱动工程车辆的控制方法控制工程车辆行驶，能够有效解决工程车辆采用常规模式行驶时被困在泥塘或泥泞道路中的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，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的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的常规模式下行驶的控制方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的采用自动切换方式对脱困模式和常规模式进行切换的流程图；
图3是本发明实施例提供的静液压驱动工程车辆的控制方法的控制原理图。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，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。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。
本实施例提供了一种静液压驱动工程车辆的控制方法，用于对静液压驱动工程车辆如推土机进行行驶控制。本实施例以推土机为例对上述静液压驱动工程车辆的控制方法进行详细描述。
目前的推土机采用常规模式控制推土机行驶，具体是将油门大小固定，在当前油门大小下，发动机输出扭矩，相应地有一个可以让发动机处于最佳工作状态的目标载荷，一旦实际载荷偏大或偏小，则会调节泵和马达的排量以减速增加扭矩或增速减小扭矩，以适应负载变化，从而充分利用发动机的输出功率。
如图1所示，常规模式下行驶的控制方法具体包括以下步骤：
S110、将与当前油门大小对应的发动机理论转速作为发动机目标转速；
其中发动机理论转速指的是空载时与油门大小对应的发动机转速，发动机实际转速通过发动机转速传感器测量。
S111、判断发动机目标转速与发动机实际转速的差值是否等于预设差值，若是，则将泵和马达均保持当前排量；若否，则执行S112；
在目标转速与实际转速的差值等于预设差值时，则认为发动机处于理想工作状态，因此将泵和马达均保持当前排量。上述预设差值是根据经验确定的已知值。
S112、判断发动机目标转速与发动机实际转速的差值是否大于预设差值，若是，则执行S113，若否，则执行S116；
发动机目标转速与发动机实际转速的差值不等于预设差值包括两种情况，第一种是发动机目标转速与发动机实际转速的差值大于预设差值，此时发动机转速下降，推土机处于超载工况；第二种是发动机目标转速与发动机实际转速的差值小于预设差值，该种情况认为发动机处于轻载工况。
S113、判断马达的排量是否等于其最大排量；若是，则执行S114，若否，则执行S115；
S114、根据发动机目标转速与发动机实际转速的差值按比例减小泵的排量，使发动机目标转速与发动机实际转速的差值等于预设差值；
S115、逐渐增大马达的排量，并返回S112；
S116、判断泵的排量是否等于其最大排量；若是，则执行S117，若否，则执行S118；
S117、逐渐减小马达的排量，使发动机目标转速与发动机实际转速的差值等于预设差值；
S118、根据发动机目标转速与发动机实际转速的差值按比例增大泵的排量，并执行S119；
S119、判断发动机目标转速与发动机实际转速的差值是否小于预设差值，若是，则返回S118，若否，则将泵和马达均保持当前排量。
无论推土机处于轻载工况还是重载工况，在调节马达的排量时，单位时间内马达排量的增大或减小的排量可以是一个固定值，也可以是与其他变化规律，可以根据实际需求设定，在此不再具体限定。上述常规模式下的行驶控制方法并不仅限于本实施例所限定的控制策略，还可以是现有技术中其他的控制策略，在此不再具体限定。
采用上述常规模式行驶作业时，若是在泥塘或泥泞道路中等类型的作业环境中作业时，阻力较大，将会自动采用常规模式调节泵和马达的排量，但采用常规模式调节泵和马达的排量会使行驶速度降低，甚至出现原地滑转的情况，导致推土机被困在泥塘或泥泞道路中。
为此，本实施例增设了脱困模式，将油门大小调节至最大，同时将泵和马达的排量分别调节至与当前挡位对应的排量。具体地，将油门大小调节至最大，发动机将获得最高转速，同时将泵和马达的控制电流分别调节至与当前挡位对应的预设电流，使泵和马达的排量分别调节至与当前挡位对应的排量，之后泵和马达的排量也就不再随负载变化，继而保证传动比不变，从而使整个推土机的速度得以提升，采用脱困模式能够有效解决工程车辆采用常规模式行驶时极易被困在泥塘或泥泞道路中的问题。不同的挡位对应不同的泵和马达的排量，而泵的排量与泵的电流一一对应，马达的排量与马达的电流一一对应，上述不同挡位与预设电流的对应关系可以通过多次重复试验确定。
具体地，设发动机转速为NE，马达转速为NM，泵的排量为Qp，马达的排量为QM，发动机至泵的传动比为i1，马达至驱动轮传动比为i2，泵和马达所决定的传动比为i3，推土机行驶速度为v，驱动轮半径为r，则NM＝i1×i3×NE，i3＝Qp/QM，v＝2πr×NM/i2，可以计算出v＝2πr×i1×NE×QM/Qp。在脱困模式下，泵和马达的排量保持在与当前挡位对应的排量，发动机获得最高转速，i1确定，相应地，可以得知推土机的速度将会提升，继而使推土机不易被困在泥塘或泥泞道路中。
工程车辆在以常规模式行驶时，判断工程车辆是否受困，若是，则切换至脱困模式；若否，则保持常规模式行驶。工程车辆在以脱困模式行驶时，判断是否存在熄火风险，若是，则切换至常规模式，若否，则保持脱困模式。
本实施例将判断工程车辆是否受困和是否存在熄火风险作为脱困模式和常规模式之间切换的判断条件，对工程车辆是否受困和是否存在熄火风险的判断方式有两种，一种是自动切换方式，另一种是手动切换方式。本实施例在推土机的控制面板上设置控制开关，控制开关能够选择性地以互锁方式控制工程车辆采用手动切换方式或自动切换方式进行常规模式和脱困模式之间的切换。
上述控制开关采用翘板开关或其他具有互锁功能的开关，推土机的控制面板上设有显示器，显示器能够显示当前的作业模式。为了便于区分，显示器的主界面分为两个图标区域，当前作业模式的显示如常规模式或脱困模式在一个图标区域，当前采用的脱困模式和常规模式之间的切换方式如自动切换方式或手动切换方式在另一个图标区域显示，而且还可以在显示器上显示马达实际转速、发动机实际转速以及当前车速等。
其中，手动切换方式完全依靠驾驶员的经验实时地根据马达实际转速、发动机实际转速以及当前车速等信息对负载的使用情况进行判断，对驾驶员的操作能力要求较高，否则，在快速行进中若是突然遇到过大的载荷，则极易导致发动机熄火，因此对于驾驶能力不高的驾驶员可以采用自动切换方式，自动切换方式能够自动实现脱困模式和常规模式之间的切换，应变能力快，而且大大地降低了对驾驶员的要求，从而避免因驾驶员操纵不熟练使推土机运行中发动机熄火。
图2是本实施例提供的采用自动切换方式对脱困模式和常规模式进行切换的流程图，下面结合图2对采用自动切换方式进行脱困模式和常规模式之间的相互切换进行详细介绍。
S200、常规模式下，在推土机超载时，根据当前挡位和发动机转速获取对应的马达理论转速、预设极限差值，计算马达实际转速和马达理论转速的差值；
推土机受困发生至在推土机超载的情况下，因此可以在确认推土机处于超载工况的前提下，再判断推土机是否受困。
S210、判断上述差值是否大于预设极限差值，若否，则执行S220，若是，则执行S230；
在超载工况下，马达实际转速会降低，一旦马达实际转速的降低达到一定程度，则确认推土机受困。
通过马达转速传感器实时监测马达实际转速NMR，在油门大小一定的情况下，发动机理论转速也就确定，在常规模式下，每个挡位均对应一个理想的泵和马达的排量，再根据发动机理论转速、与当前挡位对应的泵和马达的排量计算空载状态下马达理论转速NMT，如何根据发动机理论转速、与当前挡位对应的泵和马达的排量计算空载状态下马达理论转速NMT为现有技术，在此不再赘叙。马达理论转速与马达实际转速的差值δNM＝NMT-NMR。
上述预设极限差值Ni是与发动机转速、推土机的挡位一一对应的已知值，预设极限差值Ni与根据发动机理论转速、与当前挡位对应的泵和马达的排量计算空载状态下马达理论转速NMT的原理相同，因此，可以通过多次重复试验获取不同发动机转速和不同挡位对应的预设极限差值Ni，并将发动机转速、挡位与预设极限差值Ni之间的对应关系嵌入主控制器中。
S220、调节调节泵和马达的排量使发动机目标转速与发动机实际转速的差值等于预设差值；并返回S200；
S230、推土机以脱困模式行驶，并执行S240；
S240、获取间隔预设时刻发动机实际转速的差值，判断上述差值是否大于等于预设掉速极限值，若是，则执行S250，若否，则返回S230；
在T时刻的转速为V1，在T+t时刻的转速为V2，其中t表示预设时刻，那么上述差值指的是V1-V2。
S250、推土机存在熄火风险，推土机以常规模式行驶。
在以脱困模式行驶时，推土机在泥潭或泥泞道路中行驶的阻力较大的情况下，可能会出现即使采用脱困模式仍不能使推土机脱离困境的问题，此时由于阻力过大的原因，导致发动机的实际输出扭矩小于实际需求的扭矩，发动机开始掉速，若是间隔预设时刻发动机实际转速的差值大于等于预设掉速极限值，推土机将会存在熄火风险，为此需要将推土机切换至常规模式行驶，以避免推土机熄火。上述预设时刻和预设掉速极限值是通过多次重复试验确定的已知值。
本实施例中，无论是否脱困，只要不存在熄火风险，即继续以脱困模式工作，若是脱困情况下继续采用脱困模式，则可以认为是基于目前的作业环境，以增大油耗为代价，来提高推土机的作业效率。当然本发明的其他实施例中，在步骤S240中，若是发动机出现增速情况，也就是说V1-V2＜0，此时在V1-V2＜预设增速极限值时，则可以认为推土机脱离了困境，此时也可以将推土机切换为常规模式行驶。上述预设增速极限值时通过多次重复试验确定的已知值。
进一步地，发动机存在功率曲线，部分发动机仅有一条功率曲线，那么切换至脱困模式时，将发动机以该功率曲线对应的额定功率工作；部分发动机有至少两条功率曲线，此时无论切换至脱困模式之前发动机按照哪条功率曲线工作，切换至脱困模式时，均将发动机的功率调节至最高功率曲线对应的额定功率工作。采用上述设置使发动机在受困时提供最大的动力，以提高整车速度，进一步避免推土机被困在泥塘或泥泞道路中。
如图3所示，本实施例中，发动机上设有发动机ECU，发动机转速传感器与发动机ECU电连接，推土机上设有油门操作杆，通过油门操作杆调节油门大小并实时发送当前油门大小信号至主控制器，推土机上设有挡位操作杆，通过挡位操作杆调节挡位大小并实时发送当前挡位信号至主控制器，泵、马达、马达转速传感器均与主控制器电连接，发动机ECU、显示器、控制开关以及主控制器之间均通过CAN总线进行信号传输。
本发明还提供了一种静液压驱动工程车辆，采用上述的静液压驱动工程车辆的控制方法控制工程车辆行驶，能够解决推土机在泥塘或泥泞道路中作业时的受困问题，使推土机脱离困境。
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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

Claims (6)

1.静液压驱动工程车辆的控制方法，其特征在于，所述工程车辆的行驶模式包括常规模式和脱困模式，控制所述工程车辆选择性地以所述常规模式或所述脱困模式行驶；
在切换至所述脱困模式时，将油门大小调节至最大，同时将泵和马达的排量分别调节至与当前挡位对应的排量；所述工程车辆在以常规模式行驶时，判断所述工程车辆是否受困，若是，则切换至脱困模式；若否，则保持常规模式行驶；
所述判断所述工程车辆是否受困，包括：
根据当前挡位和发动机转速获取对应的马达理论转速、预设极限差值；
计算马达实际转速和马达理论转速的差值；
在所述差值大于所述预设极限差值时，所述工程车辆受困；所述常规模式包括：
将与当前油门大小对应的发动机理论转速作为发动机目标转速；
在所述发动机目标转速与发动机实际转速的差值大于预设差值时，工程车辆超载，调节所述泵和所述马达的排量使所述发动机目标转速与发动机实际转速的差值等于所述预设差值；
工程车辆超载时，在调节所述泵和所述马达的排量使所述发动机目标转速与发动机实际转速的差值等于所述预设差值之前，判断所述工程车辆是否受困。
2.根据权利要求1所述的静液压驱动工程车辆的控制方法，其特征在于，所述工程车辆在以脱困模式行驶时，判断所述工程车辆是否存在熄火风险，若是，则切换至常规模式，若否，则保持脱困模式。
3.根据权利要求2所述的静液压驱动工程车辆的控制方法，其特征在于，所述判断所述工程车辆是否存在熄火风险，包括：
获取间隔预设时刻发动机实际转速的差值；
在所述差值大于等于预设掉速极限值时，所述工程车辆存在熄火风险。
4.根据权利要求1至3任一项所述的静液压驱动工程车辆的控制方法，其特征在于，若发动机有一条功率曲线，在切换至脱困模式时，发动机以该功率曲线对应的额定功率工作；若发动机有至少两条功率曲线，在切换至脱困模式时，发动机以最高功率曲线对应的额定功率工作。
5.根据权利要求1至3任一项所述的静液压驱动工程车辆的控制方法，其特征在于，所述工程车辆上设有控制开关，所述控制开关能够选择性地以互锁方式控制所述工程车辆采用手动切换方式或自动切换方式进行常规模式和脱困模式之间的切换。
6.静液压驱动工程车辆，其特征在于，采用权利要求1至5任一项所述的静液压驱动工程车辆的控制方法控制所述工程车辆行驶。
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