CN110965607B - 挖掘机发动机控制方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供了一种挖掘机发动机控制方法和系统，涉及工程机械领域，该挖掘机发动机控制方法包括获取主压值、手柄先导压力值和发动机挡位信息，并根据发动机的最佳燃烧曲线，得到预设转速值和预设扭矩值。获取反馈电流值，根据反馈电流值和主压值得到第一扭矩值；其中，反馈电流值表征用于控制主泵的电流大小。若第一扭矩值大于预设扭矩值，则使第一扭矩值变为第二扭矩值，控制发动机的转速值为预设转速值，控制发动机的扭矩值为第二扭矩值。其中，第二扭矩值相对于第一扭矩值靠近预设扭矩值。该控制方法能够减少发动机的功率损失，降低燃油的消耗。

Description

挖掘机发动机控制方法和系统

技术领域

本发明涉及工程机械领域，具体而言，涉及一种挖掘机发动机控制方法和系统。

背景技术

当前挖掘机各个档位的转速都为固定转速，各个档位下转速与功率都是恒定的。然而，发明人研究发现，由于挖掘机工况复杂多变，以及负载的不断变化，导致挖掘机工作过程中常常出现一些不必要的功率损失与燃油消耗。

发明内容

本发明的目的包括，例如，提供了一种挖掘机发动机控制方法，其能够有效的改善上述的技术问题。

本发明的目的包括，例如，还提供了一种挖掘机发动机控制系统，其能够有效的改善上述的技术问题。

本发明的实施例可以这样实现：

第一方面，实施例提供一种挖掘机发动机控制方法，包括：

获取主压值、手柄先导压力值和发动机挡位信息，并根据发动机的最佳燃烧曲线，得到预设转速值和预设扭矩值；其中，所述主压值表征主泵的压力大小；

获取反馈电流值，根据所述反馈电流值和所述主压值得到第一扭矩值；其中，所述反馈电流值表征用于控制所述主泵的电流大小；

若所述第一扭矩值大于所述预设扭矩值，则使所述第一扭矩值变为第二扭矩值，控制所述发动机的转速值为所述预设转速值，控制所述发动机的扭矩值为所述第二扭矩值；

其中，所述第二扭矩值相对于所述第一扭矩值靠近所述预设扭矩值。

在可选的实施方式中，所述使所述第一扭矩值变为第二扭矩值的步骤包括：

获取给定电流值和电流变化量，使所述给定电流值减去所述电流变化量，以改变所述反馈电流值，从而使所述第一扭矩值变为所述第二扭矩值；

其中，所述电流变化量随所述第一扭矩值与所述预设扭矩值的差值增大而增大。

在可选的实施方式中，所述获取给定电流值的步骤包括：

根据所述手柄先导压力值获取第一排量值，根据所述主压值获取第二排量值，根据预设规则，选取第一排量值或者第二排量值对应的电流值为所述给定电流值；

其中，所述预设规则包括：

若所述第一排量值小于所述第二排量值，选取所述第一排量值对应的电流值为所述给定电流值；

若所述第二排量值小于所述第一排量值，选取所述第二排量值对应的电流值为所述给定电流值。

在可选的实施方式中，所述手柄先导压力值包括多个大小不同的子压力值；

所述根据所述手柄先导压力值获取第一排量值的步骤包括：选取多个所述子压力值对应的多个排量值中的最大排量值为所述第一排量值。

在可选的实施方式中，所述根据所述手柄先导压力值获取第一排量值的步骤包括：

根据所述手柄先导压力值、所述手柄先导压力值与所述第一排量值之间的曲线图，获取所述第一排量值。

在可选的实施方式中，所述根据所述主压值获取第二排量值的步骤包括：

根据所述主压值、所述主泵的恒功率和第二排量之间的曲线图，获取所述第二排量值。

在可选的实施方式中，所述给定电流值减去所述电流变化量为预设电流值；

所述使所述给定电流值减去所述电流变化量，以改变所述反馈电流值的步骤包括：

获取比例阀中对应的实际电流值，若所述实际电流值不等于所述预设电流值，使所述实际电流值改变为调节电流值，使所述调节电流值作为所述反馈电流值；

其中，所述调节电流值相对于所述实际电流值靠近所述预设电流值。

在可选的实施方式中，所述使所述实际电流值改变为调节电流值，使所述调节电流值为所述反馈电流值的步骤包括：

若所述第二扭矩值大于所述预设扭矩值，则使所述调节电流值再次趋近于所述预设电流值，以再次改变所述反馈电流值，从而改变所述第二扭矩值，直至所述第二扭矩值小于或等于所述预设扭矩值。

在可选的实施方式中，所述控制方法还包括：

若所述第一扭矩值小于或等于所述预设扭矩值，控制所述发动机的转速值为所述预设转速值，控制所述发动机的扭矩值为所述第一扭矩值。

第二方面，实施例提供一种挖掘机发动机控制系统，包括控制器，所述控制器用于获取主压值、手柄先导压力值和发动机挡位信息，根据发动机的最佳燃烧曲线，得到预设转速值和预设扭矩值；其中，所述主压值表征主泵的压力大小；

所述控制器用于获取反馈电流值，根据所述反馈电流值和所述主压值得到第一扭矩值；其中，所述反馈电流值表征用于控制所述主泵的电流大小；

若所述第一扭矩值大于所述预设扭矩值，所述控制器用于使所述第一扭矩值变为第二扭矩值；其中，所述第二扭矩值相对于所述第一扭矩值靠近所述预设扭矩值；

所述控制器用于控制所述发动机的转速值为所述预设转速值，控制所述发动机的扭矩值为所述第二扭矩值。

本发明实施例的有益效果包括，例如：

本发明实施例提供了一种挖掘机发动机控制方法，工作人员控制挖掘机手柄，挖掘机进行挖掘作业，挖掘机的负载发生变化，主压值和手柄先导压力值变化。该控制方法用于获取主压值、手柄先导压力值和发动机挡位信息，根据挡位信息选择对应挡位的发动机最佳燃烧曲线，然后，根据对应的发动机最佳燃烧曲线，并结合之前获取的主压值和手柄先导压力值，能够得到预设转速值和预设扭矩值。根据获取的主压值和反馈电流值，确定发动机的实际扭矩值即第一扭矩值，若第一扭矩值大于预设扭矩值，表示发动机的实际功率值大于了当前挡位下对应的最佳功率值，造成了发动机的功率损失，增加了燃油消耗。此时，该控制方法能够控制第一扭矩值变化为第二扭矩值，第二扭矩值相对于第一扭矩值靠近预设扭矩值，能够使得发动机的实际功率值靠近最佳功率值，减少发动机的功率损失，降低了燃油的消耗。

本实施例还提供了一种挖掘机发动机控制系统，同样的，若第一扭矩值大于预设扭矩值，该控制系统能够减少发动机的功率损失，降低燃油的消耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的挖掘机发动机控制方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的挖掘机发动机控制方法的工作原理图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。

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再次定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

请参照图1，本实施例提供了一种挖掘机发动机控制方法，该控制方法包括：

S11：获取主压值、手柄先导压力值和发动机挡位信息，并根据发动机的最佳燃烧曲线，得到预设转速值和预设扭矩值；

S12：获取反馈电流值，根据反馈电流值和主压值得到第一扭矩值；

S13：若第一扭矩值大于预设扭矩值，则使第一扭矩值变为第二扭矩值，控制发动机的转速值为预设转速值，控制发动机的扭矩值为第二扭矩值。

需要说明的是，在本实施例中，主压值表征主泵的压力大小，反馈电流值表征用于控制主泵的电流大小，第二扭矩值相对于第一扭矩值靠近预设扭矩值。

可以理解的是，在实际操作过程中，工作人员控制挖掘机手柄，挖掘机进行挖掘作业，挖掘机的负载发生变化，主压值和手柄先导压力值会发生变化。

在本实施例中，该控制方法用于获取主压值、手柄先导压力值和发动机挡位信息，根据挡位信息选择对应挡位的发动机最佳燃烧曲线，然后，根据对应的发动机最佳燃烧曲线，并结合之前获取的主压值和手柄先导压力值，能够得到预设转速值和预设扭矩值。

根据获取的主压值和反馈电流值，确定发动机此时的实际扭矩值即第一扭矩值，若第一扭矩值大于预设扭矩值，表示发动机的实际功率值大于了当前挡位下对应的最佳功率值，造成了发动机的功率损失，增加了燃油消耗。

此时，在本实施例中，该控制方法能够控制第一扭矩值变化为第二扭矩值，第二扭矩值相对于第一扭矩值靠近预设扭矩值，能够使得发动机的实际功率值靠近当前挡位的最佳功率值，减少发动机的功率损失，降低了燃油的消耗。

也就是说，在本实施例中，当挖掘机的负载变化时，该控制方法能够根据负载的变化以及当前的挡位信息，控制发动机的扭矩和转速处于当前挡位对应的最佳扭矩值和最佳转速值，能够有效的减少发动机的功率损失，降低燃油的消耗。

需要说明的是，在本实施例中，在控制的过程中，通过控制主泵的扭矩变化，从而控制发动机的扭矩变化，使得发动机的扭矩值变化为第二扭矩值。

请参照图1，在本实施例中，该控制方法还包括：

S14：若第一扭矩值小于或等于预设扭矩值，控制发动机的转速值为预设转速值，控制发动机的扭矩值为第一扭矩值。

可以理解的是，第一扭矩值小于或等于预设扭矩值时，此时，发动机的实际功率值小于最佳功率值，不存在发动机功率浪费的问题。因此，可直接使发动机按照第一扭矩值和预设转速值持续工作。

请参照图2，在本实施例中，使第一扭矩值变为第二扭矩值的步骤包括：

获取给定电流值和电流变化量，使给定电流值减去电流变化量，以改变反馈电流值，从而使第一扭矩值变为第二扭矩值。

需要说明的是，在本实施例中，电流变化量随第一扭矩值与预设扭矩值的差值增大而增大。

可以理解的是，在本实施例中，该控制方法通过控制反馈电流大小，从而使控制第一扭矩值的变化。

请参照图2，在本实施例中，第一扭矩值变为第二扭矩值的过程选用PID控制方法，即图2中标注的扭矩PID过程。第一扭矩值和预设扭矩值作为输入量，第二扭矩值和电流变化量作为输出量，其给定电流值与电流变化量作差后得到的新的反馈电流值将用于控制下一个过程中的第一扭矩值的变化，直至变化后的第二扭矩值小于或等于预设扭矩值(后文对该过程进行详细介绍)。

请参照图2，在本实施例中，获取给定电流值的步骤包括：

根据手柄先导压力值获取第一排量值，根据主压值获取第二排量值，根据预设规则，选取第一排量值或者第二排量值对应的电流值为给定电流值。

其中，在本实施例中，预设规则包括：

若第一排量值小于第二排量值，选取第一排量值对应的电流值为给定电流值；

若第二排量值小于第一排量值，选取第二排量值对应的电流值为给定电流值。

需要说明的是，请参照图2，在本实施例中，根据第一排量值或第二排量值、以及预设的排量-电流曲线图可以得到对应的电流值，即为给定电流值。

具体的，请参照图2，在本实施例中，根据主压值获取第二排量值的步骤包括：

根据主压值、主泵的恒功率和第二排量之间的曲线图，获取第二排量值。

可以理解的是，主泵的主压值与主泵的功率是对应的，在本实施例中，获取主泵的主压值后，能够得到对应的功率值，从而能够根据预设的恒功率-排量曲线图得到具体的第二排量值。

具体的，请参照图2，在本实施例中，根据手柄先导压力值获取第一排量值的步骤包括：

根据手柄先导压力值、手柄先导压力值与第一排量值之间的曲线图，获取第一排量值。

需要说明的是，在本实施例中，挖掘机的手柄为两个，能够控制挖掘机的多个动作，例如：挖掘机上设置有用于控制动臂的手柄，挖掘机上设置有用于控制斗杆的手柄等。这样，在本实施例中，手柄先导压力值包括了多个大小不同的子压力值。

两个手柄的动作产生了多个大小不同的子压力值，在本实施例中，根据手柄先导压力值获取第一排量值的步骤包括：选取多个子压力值对应的多个排量值中的最大排量值为第一排量值。

这样，能够确定出唯一的排量值作为第一排量值，方便后续的第一排量值和第二排量值作比较。同时，选取最大的排量值作为第一排量值意味着选取了手柄运动时对先导压力影响最大的压力值，能够更好的反应负载对于先导压力的影响，为后续发动机的扭矩调节提供更准确的参数。

请参照图2，在本实施例中，以给定电流值减去电流变化量的差值为预设电流值。具体的，使给定电流值减去电流变化量，以改变反馈电流值的步骤包括：

获取比例阀中对应的实际电流值，若实际电流值不等于预设电流值，使实际电流值改变为调节电流值，使调节电流值作为反馈电流值；

其中，调节电流值相对于实际电流值靠近预设电流值。

需要说明的是，在本实施例中，如果预设电流值作为反馈电流值，用于得到第一扭矩值，这样能够有效的补偿上一个过程输出的电流变化量，使得第一扭矩值直接等于或小于预设扭矩值，不再继续输出下一个控制过程需要调整的电流变化量。

但是，在实际使用过程中，通过比例阀的实际电流值不等于给定电流值，这时需要对实际电流值进行补偿，使得实际电流值能够接近于预设电流值。也就是上述的将实际电流值变化为调节电流值，调节电流值相对于实际电流值更加靠近预设电流值，然后将调节电流值作为下个控制过程中的实际电流值(即下个控制过程中的反馈电流值)，用于计算下一个控制过程中第一扭矩值，再次计算下一个控制过程中需要补偿的电流变化量。

具体的，使实际电流值改变为调节电流值，使调节电流值为反馈电流值的步骤包括：

若第二扭矩值大于预设扭矩值，则使调节电流值再次趋近于预设电流值，以再次改变反馈电流值，从而改变第二扭矩值，直至第二扭矩值小于或等于预设扭矩值。

也就是说，通过对实际电流值的多次补偿，不断改变调节电流值，使得调节电流值不断接近预设电流值，使得第一扭矩值变化后的第二扭矩值不断接近预设扭矩值，直至第二扭矩值小于或等于预设扭矩值，此时，发动机的功率损失较少。

需要说明的是，在本实施例中，将实际电流值变化调节电流值，以靠近预设电流值的过程中，选用的也是电流的PID控制方法，PID控制方法在现有技术中均有涉及，这里就不再详细介绍。

本实施例还提供一种挖掘机发动机控制系统，包括控制器，控制器用于获取主压值、手柄先导压力值和发动机挡位信息，根据发动机的最佳燃烧曲线，得到预设转速值和预设扭矩值；其中，主压值表征主泵的压力大小。

控制器用于获取反馈电流值，根据反馈电流值和主压值得到第一扭矩值；其中，反馈电流值表征用于控制主泵的电流大小。

若第一扭矩值大于预设扭矩值，控制器用于使第一扭矩值变为第二扭矩值；其中，第二扭矩值相对于第一扭矩值靠近预设扭矩值。

控制器用于控制发动机的转速值为预设转速值，控制发动机的扭矩值为第二扭矩值。

可以理解的是，在本实施例中，该控制系统能够减少发动机的功率损失，降低燃油的消耗。

综上，本实施例提供的挖掘机发动机控制方法的原理：

需要说明的是，在实际使用过程中，本实施例中的控制方法涉及有多个循环的控制过程，这里以其中的一个控制过程为例进行介绍。

具体的，请参照图2，在其中的一个控制过程中，挖掘机负载发生变化，获取主压值、手柄先导压力值和挡位信息，根据发动机的最佳燃烧曲线，获取预设转速值和预设扭矩值。获取第一控制过程中的反馈电流值，根据反馈电流值和主压值得到第一扭矩值，对第一扭矩值和预设扭矩值进行大小比较。

如果第一扭矩值小于或等于预设扭矩值，则直接控制发动机的转速和扭矩分别预设转速值和第一扭矩值。如果第一扭矩值大于预设扭矩值，对第一扭矩值和预设扭矩值进行扭矩PID处理，使第一扭矩值变化为第二扭矩值，也就是将第一扭矩值朝靠近预设扭矩值的方向变化，然后，输出第二扭矩值需要变化到预设扭矩值时需要的电流变化量。

同时，根据第一排量值和第二排量值获取给定电流量，将给定电流量减去电流变化量，得到下一个控制过程中应该反馈的反馈电流值即本实施例所述的预设电流值。

但是，在实际控制过程中，实际电流值(经过比例阀的实际电流值)经常会出现波动，导致输出的实际电流值并不等于预设电流值，也就是说，在本次控制过程中，输出的反馈电流值实际是经过比例阀的实际电流值，而实际电流值并不等于预设电流值。

因此，需要对下个控制过程中输出的实际电流值进行补偿以用于下一个控制过程中的反馈电流值，即输入本过程中的预设电流值和实际电流值，通过电流PID控制，使得本控制过程中的实际电流值变化为调节电流值(也就是使本控制过程中的实际电流值朝预设电流值靠近的过程)，然后使调节电流值作为下次控制过程中的反馈电流值，用于计算出下次控制过程中的第一扭矩值。

需要说明的是，由于挖掘机在工作中，不同的动作造成的负载是在不断变化的，也就是说，本控制方法是一个实时的、动态的控制过程，需要时刻获取数据，时刻调整发动机的扭矩值，使得发动机的扭矩值能够时刻保持在预设扭矩值的附近，能够有效的降低发动机的功率损失，降低燃油的消耗。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种挖掘机发动机控制方法，其特征在于，包括：

获取主压值、手柄先导压力值和发动机挡位信息；根据所述挡位信息选择对应挡位的发动机最佳燃烧曲线；根据所述对应挡位的发动机最佳燃烧曲线，并结合所述主压值和所述手柄先导压力值，得到预设转速值和预设扭矩值；其中，所述主压值表征主泵的压力大小；

获取反馈电流值；根据所述反馈电流值和所述主压值得到第一扭矩值；其中，所述反馈电流值表征用于控制所述主泵的电流大小；所述第一扭矩值为实际扭矩值；

若所述第一扭矩值大于所述预设扭矩值，则使所述第一扭矩值变为第二扭矩值，控制所述发动机的转速值为所述预设转速值，控制所述发动机的扭矩值为所述第二扭矩值；其中，所述第二扭矩值相对于所述第一扭矩值靠近所述预设扭矩值；

若所述第一扭矩值小于或等于所述预设扭矩值，控制所述发动机的转速值为所述预设转速值，控制所述发动机的扭矩值为所述第一扭矩值。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述使所述第一扭矩值变为第二扭矩值的步骤包括：

获取给定电流值和电流变化量，使所述给定电流值减去所述电流变化量，以改变所述反馈电流值，从而使所述第一扭矩值变为所述第二扭矩值；

其中，所述电流变化量随所述第一扭矩值与所述预设扭矩值的差值增大而增大。

3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述获取给定电流值的步骤包括：

根据所述手柄先导压力值获取第一排量值，根据所述主压值获取第二排量值，根据预设规则，选取第一排量值或者第二排量值对应的电流值为所述给定电流值；

其中，所述预设规则包括：

若所述第一排量值小于所述第二排量值，选取所述第一排量值对应的电流值为所述给定电流值；

若所述第二排量值小于所述第一排量值，选取所述第二排量值对应的电流值为所述给定电流值。

4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述手柄先导压力值包括多个大小不同的子压力值；

所述根据所述手柄先导压力值获取第一排量值的步骤包括：选取多个所述子压力值对应的多个排量值中的最大排量值为所述第一排量值。

5.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述手柄先导压力值获取第一排量值的步骤包括：

根据所述手柄先导压力值、所述手柄先导压力值与所述第一排量值之间的曲线图，获取所述第一排量值。

6.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述主压值获取第二排量值的步骤包括：

根据所述主压值、所述主泵的恒功率和第二排量值之间的曲线图，获取所述第二排量值。

7.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述给定电流值减去所述电流变化量为预设电流值；

所述使所述给定电流值减去所述电流变化量，以改变所述反馈电流值的步骤包括：

获取比例阀中对应的实际电流值，若所述实际电流值不等于所述预设电流值，使所述实际电流值改变为调节电流值，使所述调节电流值作为所述反馈电流值；

其中，所述调节电流值相对于所述实际电流值靠近所述预设电流值。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述使所述实际电流值改变为调节电流值，使所述调节电流值为所述反馈电流值的步骤包括：

若所述第二扭矩值大于所述预设扭矩值，则使所述调节电流值再次趋近于所述预设电流值，以再次改变所述反馈电流值，从而改变所述第二扭矩值，直至所述第二扭矩值小于或等于所述预设扭矩值。

9.一种挖掘机发动机控制系统，其特征在于，包括控制器，所述控制器用于获取主压值、手柄先导压力值和发动机挡位信息，根据所述挡位信息选择对应挡位的发动机最佳燃烧曲线，根据所述对应挡位的发动机最佳燃烧曲线，并结合所述主压值和所述手柄先导压力值，得到预设转速值和预设扭矩值；其中，所述主压值表征主泵的压力大小；

所述控制器用于控制所述发动机的转速值为所述预设转速值；

所述控制器用于获取反馈电流值，根据所述反馈电流值和所述主压值得到第一扭矩值；其中，所述反馈电流值表征用于控制所述主泵的电流大小；所述第一扭矩值为实际扭矩值；

若所述第一扭矩值大于所述预设扭矩值，所述控制器用于使所述第一扭矩值变为第二扭矩值，控制所述发动机的扭矩值为所述第二扭矩值；其中，所述第二扭矩值相对于所述第一扭矩值靠近所述预设扭矩值；

若所述第一扭矩值小于或等于所述预设扭矩值，则所述控制器控制所述发动机的扭矩值为所述第一扭矩值。

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