CN112576567B - 电控多模式液压控制方法、系统及工程机械 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工程机械技术领域，提供一种电控多模式液压控制方法、系统及工程机械。所述电控多模式液压控制方法获取多种控制模式的最大控制电流、模式需求信号和电控手柄开度；根据多种控制模式的最大控制电流和标准控制模式的电流变化范围，构建电控手柄开度与控制电流之间关系的控制电流数学模型；根据所述模式需求信号、所述电控手柄开度和所述控制电流数学模型确定控制电流，并将所述控制电流输送给主阀以供所述主阀调节其阀芯开度。本发明实施例提供的电控多模式液压控制方法，具有多种控制模式，能够兼顾多种工况的作业需求，降低了操作手的操作难度。

Description

电控多模式液压控制方法、系统及工程机械

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，尤其涉及一种电控多模式液压控制方法、系统及工程机械。

背景技术

随着传感技术和通信技术的发展，工程机械的操作系统电控化程度越来越高，如汽车起重机。传统的汽车起重机电控液压系统通过控制器根据电控手柄输出的角度信号计算对应的控制电流，并将该控制电流传输给电比例减压阀，由电比例减压阀控制主阀阀芯的开度，从而控制机构的运动速度。

汽车起重机会面临不同工况的作业需求，相应的对执行机构运行速度有着不同要求，比如，重复卸货工况时需要速度快；精准安装工况需要作业平稳。然而，传统的电液比例控制系统控制模式单一，电控手柄开度对应的控制电流变化范围单一，这就需要依赖操作手的操作技能以满足不同工况的作业要求。

因此，为了兼顾多种工况下的作业需求，降低操作手的操作难度，亟需提供一种能够兼顾多种工况作业需求的电控多模式液压系统。

发明内容

本发明提供一种电控多模式液压控制方法、系统及工程机械，用以解决现有技术中的电控液压系统控制模式单一，对操作手的操作技能依赖较大，难以兼顾多种工况作业需求的问题。

本发明提供一种电控多模式液压控制方法，包括步骤：

获取多种控制模式的最大控制电流、模式需求信号和电控手柄开度；

根据多种控制模式的最大控制电流和标准控制模式的电流变化范围，构建电控手柄开度与控制电流之间关系的控制电流数学模型；

根据所述模式需求信号、所述电控手柄开度和所述控制电流数学模型确定控制电流，并将所述控制电流输送给主阀以供所述主阀调节其阀芯开度。

根据本发明提供的一种电控多模式液压控制方法，在所述获取多种控制模式的最大控制电流之前，还包括：

获取多种工况的速度变化范围；

根据多种工况的速度变化范围匹配确定所述标准控制模式的电流变化范围；

根据所述标准控制模式的最大控制电流确定各种控制模式下的最大控制电流；其中，每一工况对应一种控制模式。

根据本发明提供的一种电控多模式液压控制方法，所述根据多种工况的速度变化范围确定所述标准控制模式的电流变化范围，包括：

根据多种工况中的最低稳定速度确定标准控制模式的最小启动电流；和/或，根据多种工况中的标准工况的最大速度确定标准控制模式的最大控制电流。

根据本发明提供的一种电控多模式液压控制方法，所述多种控制模式的最大控制电流为：

其中，

为不同控制模式对应的最大控制电流，

为标准控制模式对应的最小启动电流，

为标准控制模式对应的最大控制电流，δ_i为不同控制模式的最大控制电流匹配系数，0＜δ_i≤2，1≤i＜n，n为控制模式个数。

根据本发明提供的一种电控多模式液压控制方法，所述根据多种控制模式的最大控制电流和标准控制模式的电流变化范围，构建电控手柄开度与控制电流之间关系的控制电流数学模型，具体包括：

获取多种工况的动作响应需求；

根据多种工况的动作响应需求、多种控制模式的最大控制电流以及标准控制模式的电流变化范围，构建电控手柄开度与输出电流之间关系的数学模型。

根据本发明提供的一种电控多模式液压控制方法，所述电控手柄开度与控制电流之间关系的控制电流数学模型为：

其中，I_i为不同控制模式下的控制电流，X_i为不同控制模式下的电控手柄开度，X_min为电控手柄死区开度，X_max为电控手柄最大开度，r_i为电流变化系数。

根据本发明提供的一种电控多模式液压控制方法，所述控制模式包括第一控制模式、第二控制模式、第三控制模式和第四控制模式；

所述第一控制模式、所述第二控制模式、所述第三控制模式和所述第四控制模式对应的电流变化系数分别为r₁、r₂、r₃、r₄；

其中，r₁＝1，r₂＜1，1＜r₃＜r₄。

根据本发明提供的一种电控多模式液压控制方法，所述第二控制模式、所述第三控制模式和所述第四控制模式对应的最大控制电流依次减小，所述第一控制模式的最大控制电流等于所述标准控制模式的最大控制电流。

本发明还提供一种电控多模式液压控制系统，包括执行机构、驱动油缸、控制主阀、电控手柄以及控制器，所述执行机构与所述驱动油缸的驱动端连接，所述驱动油缸与所述控制主阀的工作油口相连通，所述电控手柄和所述控制主阀分别与所述控制器相连，所述控制器用于执行上述任一种电控多模式液压控制方法。

本发明还提供一种工程机械，包括上述电控多模式液压系统。

本发明提供的电控多模式液压控制方法、系统及工程机械，通过为多种控制模式匹配不同的最大控制电流，确定不同控制模式的电流变化范围，并利用每一控制模式的控制电流与电控手柄开度存在的线性关系，构建电控手柄开度与控制电流之间的关系的控制电流数学模型。使得在不同控制模式下，电控手柄相同开度变化对应的不同的执行机构的运行速度变化，从而兼顾多种工况的作业需求，降低了操作手的操作难度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的电控多模式液压控制方法的流程示意图；

图2是本发明提供的电控多模式液压控制系统的结构框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明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。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。

下面结合图1和图2描述本发明的电控多模式液压控制方法。

如图1所示为本发明提供的电控多模式液压控制方法的流程示意图，本发明提供一种电控多模式液压控制方法，该电控多模式液压控制方法包括步骤：

S100，获取多种控制模式的最大控制电流、模式需求信号和电控手柄开度信号。

S200，根据多种控制模式的最大控制电流和标准控制模式的电流变化范围，构建电控手柄开度与控制电流之间关系的控制电流数学模型。其中，标准控制模式的控制电流在最小启动电流和最大控制电流之间变化，且标准控制模式的最小启动电流和最大控制电流可以预先人为设定，也可以根据多种工况的作业速度要求临时确定。不同控制模式对应不同的控制电流数学模型。

S300，根据模式需求信号、电控手柄开度信号和控制电流数学模型确定控制电流，并将控制电流输送给主阀，以供主阀调节其阀芯开度。具体的，根据模式需求信号选取对应的控制电流数学模型，然后根据电控手柄的开度信号确定控制电流。

其中，多种控制模式包括标准控制模式，除标准模式以外的其他控制模式的最小启动电流与标准控制模式的最小启动电流相同，其他控制模式的最大控制电流小于标准控制模式的最大控制电流。获取各种控制模式的最大控制电流后，即可得到各种控制模式的电流变化范围。每一控制模式的控制电流与电控手柄开度存在一定的线性关系，即每一控制模式的电流变化范围对应于相同的电控手柄开度变化范围，每一控制模式的最小启动电流和最大控制电流均分别对应于电控手柄最小开度时的控制电流和最大开度时的控制电流。使得每一控制模式下，相同的电控手柄开度变化范围对应于执行机构不同的运行速度变化范围。

采用本发明提供的电控多模式液压控制方法对相应的电控液压系统进行控制时，只需要输入模式需求信号、电控手柄的开度信号并根据构建的控制电流数学模型即可计算得到电控手柄的控制电流，主阀根据该控制电流调节其阀芯，以满足不同工况的作业需求。

本发明实施例提供的电控多模式液压控制方法，通过为多种控制模式匹配不同的最大控制电流，确定不同控制模式的电流变化范围，并利用每一控制模式的控制电流与电控手柄开度存在的线性关系，构建电控手柄开度与控制电流之间的关系的控制电流数学模型。使得在不同控制模式下，电控手柄相同开度变化对应的不同的执行机构的运行速度变化，从而兼顾多种工况的作业需求，降低了操作手的操作难度。

例如，起重机在重复卸货工况时，起重臂需要速度快，则匹配较大的最大控制电流，使电控手柄较小的开度变化能够带来执行机构较大的速度变化；起重机在精准安装工况时，起重臂需要速度较平稳，则匹配相对较小的最大控制电流，使电控手柄较大的开度变化能够带来执行机构较小的速度变化。

本发明实施例中，步骤S100中，所述获取多种控制模式的最大控制电流，具体包括：

S101，获取多种工况的速度变化范围。其中，每一工况对应一种控制模式。可根据不同工况匹配不同控制模式，各种工况的速度变化范围可根据各种工况具体的作业需求确定，不同工况存在不同的速度变化范围。

S102，根据多种工况的速度变化范围确定所述标准控制模式的电流变化范围。具体的，不同的速度对应不同的控制电流。其中，可根据主阀的阀芯位移-过流面积曲线以及控制电流与阀芯位移的关系，确定控制电流与主阀的过流面积的关系；可根据速度要求确定流量需求；进而可根据流量需求和主阀的过流面积的关系，确定速度与控制电流的关系。

S103，根据所述标准控制模式的最大控制电流确定各种控制模式下的最大控制电流。具体的，确定了标准控制模式的最小启动电流和最大控制电流后，将标准控制模式的最小启动电流作为每一控制模式的最小启动电流，其他控制模式的最大控制电流则根据标准控制模式的电流变化范围设定。

本发明实施例中，步骤S102中，所述根据多种工况的速度变化范围确定所述标准控制模式的电流变化范围，包括：

根据多种工况中的最低稳定速度确定标准控制模式的最小启动电流；和/或，根据多种工况中的标准工况的最大速度确定标准控制模式的最大控制电流。其中，标准工况可以认为作业频次最多或作业时间最长的工况。当然，标准控制模式的最小启动电流也可以小于最低稳定速度对应的控制电流，标准控制模式的最大控制电流也可以设定为大于标准工况的最大速度要求对应的控制电流。

例如，三种工况中的最低稳定速度为V₀，各工况的最大速度分别为V₁、V₂、V₃，其中，V₁＜V₂＜V₃，对应的最小启动电流均为I₀，最大控制电流分别为I₁、I₂、I₃，最大速度为V₂的工况的作业频次最多或作业时间最长，则标准控制模式的电流变化范围可以设为I₀～I₂，即标准控制模式的最小启动电流为I₀，最大控制电流为I₂。当然，也可以设置更宽的标准控制模式的电流变化范围，例如，最小启动电流小于I₀；或者最大控制电流大于I₂，如最大控制电流为I₃。

本发明一实施例中，根据各种工况下的最大速度确定各种控制模式下的最大控制电流。即以各种工况下的最大速度对应的控制电流，作为对应控制模式下的最大控制电流。当然，各种控制模式下的最大控制电流也可以设定为大于对应工况中最大速度所对应的控制电流。

本发明另一实施例中，根据按如下公式确定多种控制模式的最大控制电流：

其中，

为不同控制模式对应的最大控制电流，

为标准控制模式对应的最小启动电流，

为标准控制模式对应的最大控制电流，δ_i为不同控制模式的最大控制电流匹配系数，0＜δ_i≤2，1≤i＜n，n为控制模式个数。当δ_i＝1时，

即为标准控制模式。本实施例按照标准控制模式的最大控制电流与最小启动电流的插值的不同百分比，确定各种控制模式的最大控制电流。

本发明实施例中，步骤S200中，所述根据多种控制模式的最大控制电流和标准控制模式的电流变化范围，构建电控手柄开度与控制电流之间关系的控制电流数学模型，具体包括：

S201，获取多种工况的动作响应需求；

S202，根据多种工况的动作响应需求、多种控制模式的最大控制电流以及标准控制模式的电流变化范围，构建电控手柄开度与输出电流之间关系的数学模型。需要说明的是，本实施例中的多种控制模式的最大控制电流可以相同也可以不同，即标准控制模式之外的其他控制模式的电流变化范围可以与标准控制模式的电流变化范围相同或不同，而只对赋予其他控制模式以不同的动作响应速度。

其中，多种工况的动作响应需求根据对应的多种工况的作业需求确定。例如，重复卸货工况时，需要速度快且响应快，在匹配较大的最大控制电流的情况下使之响应速度更快，使电控手柄较小的开度变化能够带来执行机构更大的速度变化；精准安装工况时，需要速度较平稳且微动性好，则匹配相对较小的最大控制电流的情况下使之响应速度更慢，使电控手柄较大的开度变化能够带来更小的速度变化；台班工况时，需要节能，即速度和响应均较为平顺。进一步的，步骤S202中，所述电控手柄开度与控制电流之间关系的控制电流数学模型为：

其中，I_i为不同控制模式下的控制电流，X_i为不同控制模式下的带电控手柄开度，X_min为电控手柄死区开度，X_max为电控手柄最大开度，r_i为电流变化系数。电控手柄的死区开度即为电控手柄最小开度，例如10％，其对应的控制电流为最小启动电流。

上述电控手柄开度与控制电流之间关系的控制电流数学模型对应多种电流控制曲线。

具体的，当r_i＝1时，电流控制曲线为直线

当r_i＜1时，电流控制曲线为向直线

上方凸起的曲线，用于提高动作响应速度；

当r_i＞1时，电流控制曲线为向直线

下方凸起的曲线，用于提高微动特性和低速控制精度。

可针对不同工况的不同控制模式，根据响应性、平稳性等要求匹配相应的电流控制曲线。

本发明实施例提供的电控多模式液压控制方法，根据不同工况的速度需求和响应需求，构建电控手柄开度与控制电流之间的关系的控制电流数学模型，可对不同工况匹配不同的速度变化范围和电流控制曲线，提高了系统对不同工况的适应性，进一步提高了系统的操控性能，降低了操作手的操作难度。

具体的，本发明实施例中，所述控制模式包括第一控制模式、第二控制模式、第三控制模式和第四控制模式；

所述第一控制模式、所述第二控制模式、所述第三控制模式和所述第四控制模式对应的电流变化系数分别为r₁、r₂、r₃、r₄；其中，r₁＝1，r₂＜1，1＜r₃＜r₄。

本实施例将控制模式分为四种控制模式，其中，i＝1时，属于标准控制模式；i＝1时，属于标准控制模式；i＝2时，属于高效控制模式；i＝3时，属于节能控制模式；i＝4时，属于精细控制模式。电流变化系数r₂、r₃、r₄的具体值可根据对应工况的动作响应要求确定。

进一步的，当多种控制模式的最大控制电流不同时，第一控制模式、第二控制模式、第三控制模式和第四控制模式对应的最大控制电流匹配系数分别为δ₁、δ₂、δ₃、δ₄，其中，δ₁＝1，δ₂＞δ₃＞δ₄。即第一控制模式的最大控制电流等于标准控制模式的最大控制电流，第一控制模式为标准控制模式，第二控制模式、第三控制模式和第四控制模式的最大控制电流依次减小，最大控制电流匹配系数δ₂、δ₃、δ₄的具体值可根据对应工况的速度变化范围确定。

本发明还提供一种电控多模式液压控制系统，如图2所示为本发明提供的电控多模式液压控制系统的结构框图，所述电控多模式液压控制系统包括执行机构、驱动油缸、控制主阀、电控手柄以及控制器，执行机构与驱动油缸的驱动端连接，驱动油缸与控制主阀3的工作油口相连通，电控手柄和控制主阀分别与控制器相连，控制器用于执行上述任意实施例所述的电控多模式液压控制方法。其中，还包括电比例减压阀，控制主阀与电比例减压阀相连通，电比例减压阀与控制器信号连接，通过电比例减压阀调节控制主阀的阀芯开度。

系统运行时，向控制器输入模式需求然后操作手柄，控制器接收到模式需求信号和手柄开度信号后，构建对应的控制电流数学模型并计算控制电流，然后将控制电流输送给控制主阀以供控制主阀调节其阀芯位移，或者将控制电流输送给电比例减压阀，通过电比例减压阀调节控制主阀的阀芯位移，进而使驱动油缸产生不同的驱动速度，使与驱动油缸相连的执行机构以一定的作业速度运行。进一步的，当每一控制模式匹配有的不同的电流控制曲线时，还可同时输入电流变化参数r_i，使执行机构以一定的响应速度运行。

本发明实施例提供的电控多模式液压控制系统，通过为多种控制模式匹配不同的最大控制电流，确定不同控制模式的电流变化范围，并利用每一控制模式的控制电流与电控手柄开度存在一定的线性关系，构建电控手柄开度与控制电流之间的关系的控制电流数学模型。使得在不同控制模式下，电控手柄相同开度变化对应的执行机构的运行速度变化范围不同，从而兼顾多种工况的作业需求，降低了操作手的操作难度。进一步的，根据不同工况的速度需求和响应需求，构建电控手柄开度与控制电流之间的关系的控制电流数学模型，可对不同工况匹配不同的速度变化范围和电流控制曲线，提高了系统对不同工况的适应性，进一步提高了系统的操控性能。

本发明实施例还提供一种工程机械，所述工程机械包括上述电控多模式液压系统。该工程机械可以根据不同工况匹配不同的控制模式，以兼顾多种工况作业需求，降低了操作手的操作难度。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种电控多模式液压控制方法，其特征在于，包括步骤：

获取多种控制模式的最大控制电流、模式需求信号和电控手柄开度；

获取多种工况的动作响应需求；

根据所述多种工况的动作响应需求、多种控制模式的最大控制电流和标准控制模式的电流变化范围，构建电控手柄开度与控制电流之间关系的控制电流数学模型：

其中，

I_i为不同控制模式下的控制电流，X_i为不同控制模式下的电控手柄开度，X_min为电控手柄死区开度，X_max为电控手柄最大开度，r_i为电流变化系数，

为不同控制模式对应的最大控制电流，

为标准控制模式对应的最小启动电流，

为标准控制模式对应的最大控制电流，δ_i为不同控制模式的最大控制电流匹配系数，0＜δ_i≤2，1≤i＜n，n为控制模式个数；

根据所述模式需求信号、所述电控手柄开度和所述控制电流数学模型确定控制电流，并将所述控制电流输送给主阀以供所述主阀调节其阀芯开度。

2.根据权利要求1所述的电控多模式液压控制方法，其特征在于，所述控制模式包括第一控制模式、第二控制模式、第三控制模式和第四控制模式；

所述第一控制模式、所述第二控制模式、所述第三控制模式和所述第四控制模式对应的电流变化系数分别为r₁、r₂、r₃、r₄；

其中，r₁＝1，r₂＜1，1＜r₃＜r₄。

3.根据权利要求2所述的电控多模式液压控制方法，其特征在于，所述第二控制模式、所述第三控制模式和所述第四控制模式对应的最大控制电流依次减小，所述第一控制模式的最大控制电流等于所述标准控制模式的最大控制电流。

4.一种电控多模式液压控制系统，其特征在于，包括执行机构、驱动油缸、控制主阀、电控手柄以及控制器，所述执行机构与所述驱动油缸的驱动端连接，所述驱动油缸与所述控制主阀的工作油口相连通，所述电控手柄和所述控制主阀分别与所述控制器相连，所述控制器用于执行如权利要求1至3任一项所述的电控多模式液压控制方法。

5.一种工程机械，其特征在于，包括权利要求4所述的电控多模式液压控制系统。

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