CN112945593A - 一种非道路机械工况液压模拟测试系统及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种非道路机械工况液压模拟测试系统，其特征在于：包括主控上位机、发动机控制器、液压吸收吸附组件及行走功率吸收组件；发动机控制器用于对非道路机械的发动机的转速、扭矩状态进行控制，主控上位机根据预设的控制策略通过液压吸收吸附组件控制非道路机械的每一液压支路的操作顺序，主控上位机通过行走功率吸收组件对非道路机械的行驶阻力进行模拟。本发明所述的一种非道路机械工况液压模拟测试系统及测试方法，解决了由于目前非道路机型行业只能采取实际场地工作方式进行液压驱动形式机械的相关测试，现有测试方式极大受到场地及季节限制，且驾驶员操作习惯对测试结果影响很大的技术问题。

Description

一种非道路机械工况液压模拟测试系统及测试方法

技术领域

本发明属于非道路机械测试领域，尤其是涉及一种非道路机械工况液压 模拟测试系统。

背景技术

为了控制非道路机械节能减排目标的实现，非道路四阶段排放法规对非 道路机械的OBD功能(车载诊断系统)及整机典型工作工况排放均做出了 要求，但由于非道路机械应用场景众多，测试及认证工作难度大，且不能进 行工况复现可追溯性差，基于上述原因需要对非道路机械进行测试方法及工 况的统一，才能得到统一标准下可复现的评价结果，测试结论才能更客观更 加有权威性。

非道路机械用途分布广泛，按用途可分为：农用机械、工程机械、矿山 机械，以机械用途进行研究无法实现测试方式统一。按照驱动形式可分为： 输出轴驱动、液压驱动，对于驱动形式特点进行针对结构和特性研究，可转 化为非道路机械测试方法。

输出轴驱动形式机械，可利用连接盘形式将驱动力与电力测功机相连接， 以测功机作为功率吸收负载，实现发动机加载和机械的工况控制。

液压形式驱动机械结构比较复杂，一个完整的液压系统由五个部分组成， 即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件(附件)和液压油。1.动力元 件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能，指液压系统中的油泵， 它向整个液压系统提供动力。液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵和柱 塞泵。2.执行元件(如液压缸和液压马达)的作用是将液体的压力能转换为 机械能，驱动负载作直线往复运动或回转运动。3.控制元件(即各种液压阀) 在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。4.辅助元件包括油箱、 滤油器油箱、滤油器、油管及管接头、密封圈、快换接头、高压球阀、胶管 总成、测压接头、压力表、油位油温计、油管及管接头、密封圈、快换接头、 高压球阀、胶管总成、测压接头、压力表、油位油温计等。5.液压油是液压 系统中传递能量的工作介质，有各种矿物油、乳化液和合成型液压油等几大 类。

液压形式驱动机械无法采用输出轴形式机械的测功机测试方式进行工 况试验，目前非道路机型行业只能采取实际场地工作方式进行液压驱动形式 机械的相关测试，现有测试方式极大受到场地及季节限制，且驾驶员操作习 惯对测试结果影响很大，同一机械由不同驾驶员操作测试结果差异大，甚至 同一驾驶员操作同一机械也无法复现测试工况。

所以针对非道路机械的现有测试水平，结合非道路机械排放相关测试及 认证需求，对液压驱动类型非道路机械进行测试方法研究和提升是有必要的。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种非道路机械工况液压模拟测试系统及测 试方法，解决了由于目前非道路机型行业只能采取实际场地工作方式进行液 压驱动形式机械的相关测试，现有测试方式极大受到场地及季节限制，且驾 驶员操作习惯对测试结果影响很大的技术问题；

进一步的解决了同一机械由不同驾驶员操作测试结果差异大，甚至同一 驾驶员操作同一机械也无法复现测试工况的技术问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种非道路机械工况液压模拟测试系统，其特征在于：包括主控上位机、 发动机控制器、液压吸收吸附组件及行走功率吸收组件；

所述发动机控制器、液压吸收吸附组件及行走功率吸收组件均与所述主 控上位机信号连接，所述发动机控制器用于对非道路机械的发动机的转速、 扭矩状态进行控制，所述主控上位机根据预设的控制策略通过液压吸收吸附 组件控制非道路机械的每一液压支路的操作顺序，所述主控上位机通过所述 行走功率吸收组件对非道路机械的行驶阻力进行模拟。

进一步的，所述液压吸收吸附组件包括至少两套模拟负载油缸机构，每 套所述模拟负载油缸机构对应控制一个液压支路，所述模拟负载油缸机构包 括液压缸及液压支路传感器，所述液压缸通过所述液压支路传感器与液压支 路连接，每一所述液压支路传感器均与所述主控上位机连接。

一种非道路机械工况液压模拟测试方法，使用上述的模拟测试系统，包 括如下步骤：

步骤一：确认非道路机械典型运行工况下动作分解，以切换液压支路动 作作为整机动作分解特征，认定为一个工况下的分解动作，并收集该动作下 的整机动力系统及液压系统运行数据；

步骤二：将每个整机动作内的全部子动作进行组合，合成后得到一组非 道路机械运行工况数据集；

步骤三：对于非道路机械运行工况数据集中各特征参数进行模拟测试系 统运行目标输入，根据机械特性选择目标控制方式；

根据液压支路切换时序，对液压支路控制程序进行设定，非道路整机负 载工况可以完整真实的在测试系统中复现，并对负载吸收的工装液压油缸进 行量程确认；

对于非道路整机行走工况，根据随车测量得到的车速记录数据，进行车 速目标曲线编制，形成模拟的目标路谱；

步骤四：待测非道路机械在测试系统上的整机固定以及模拟设备连接；

步骤五：待测非道路整机与排放测试系统连接；

步骤六：非道路机械典型运行工况复现模拟；

步骤七：整机循环测试结论。

进一步的，在步骤一的操作过程中，主控上位机10通过通用通信协议 进行整机及发动机运行工况特征参数收集，整车前进及后退车速进行采集作 为整机行走参数进行收集，通过液压支路传感器对液压支路进行各支路油压 及液压油流量参数测量，收集非道路机械在该工况下的负载输出情况，并计 算得到输出功率。

进一步的，在步骤五的操作过程中，将非道路机械排气尾端，以硅胶管 变径形式与排放测试设备连接，尾气分析设备可采用全流气体分析设备或者 部分流气体分析设备进行排放物的定量测试。

相对于现有技术，本发明所述的一种非道路机械工况液压模拟测试系统 及测试方法具有以下优势：

本发明所述的一种非道路机械工况液压模拟测试系统及测试方法，采用 工况液压模拟测试对非道路机械进行定工况整机性能、排放及OBD功能进 行测试，比传统的试验场实物测试更具备重复性及准确性，可实现工况复现， 使测试及认证结论更具备权威性。液压系统模拟可以避免非道路机械实物操 作难度大，受场地、天气、季节因素影响严重的弊端。对应不同用途工况库 的建立，可实现非道路机械典型工况定义及量化，对现阶段环保法规的贯彻 实施以及下一阶段环保法规的控制方向都能给予理论及具体方法的提升。对 种类繁多的非道路机械进行控制原理的对应测试开发，可提高测试效率，改 变统一认证及测试规则空白的现状，实现试验规则标准化、试验工况标准化、 试验流程标准化、评价体系标准化。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的 示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在 附图中：

图1为本发明实施例所述的一种非道路机械工况液压模拟测试系统控制 原理示意图；

图2为本发明实施例所述的一种非道路机械工况液压模拟测试系统总示 意图。

附图标记说明：

10、主控上位机；20、发动机控制器；30、液压吸收吸附组件；40、行 走功率吸收组件。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特 征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、 “上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、 “顶”、“底”、“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”等仅用于描述 目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征 的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包 括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的 含义是两个或两个以上。

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，可以通过具体情况理解上述术语在本发明 中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

一种非道路机械工况液压模拟测试系统，其特征在于：包括主控上位机 10、发动机控制器20、液压吸收吸附组件30及行走功率吸收组件40；

发动机控制器20、液压吸收吸附组件30及行走功率吸收组件40均与主 控上位机10信号连接。主控上位机10通过CAN总线信号对发动机控制器 20下达对非道路机械的发动机转速、扭矩状态控制指令，发动机控制器20 执行控制指令后将实际发动机运行状态信息通过CAN总线信号反馈至主控 上位机10，实现PID调控下的闭环发动机工况控制；主控上位机10根据预 设的控制策略通过档位数字化程序实现液压吸收附组件30进行液压系统工况控制，非道路机械的每一液压支路的操作顺序执行结果和效果参数，以数 字信号和模拟信号形式反馈至主控上位机10；主控上位机通过行走功率吸收 组件40对非道路机械的行驶阻力进行模拟，以整机运行速度为控制目标和 反馈结果进行工况模拟，本实施例中，行走功率吸收组件40为现有的行走 功率吸收组件。

液压吸收吸附组件30包括至少两套模拟负载油缸机构，本实施例中模 拟负载油缸机构数量为六套，每套模拟负载油缸机构对应控制一个液压支路， 模拟负载油缸机构包括液压缸及液压支路传感器，液压缸通过液压支路传感 器与液压支路连接，每一液压支路传感器均与主控上位机10连接。

主控上位机10将预模拟目标转化为发动机控制目标、液态支路切换策 略、机械行走速度目标三部分控制参数，对非道路机械典型工作工况进行描 述和控制实现。主控上位机10将作为唯一动力来源的发动机运行工况，根 据典型工况运行过程中收集到的状态信息，抽象为扭矩-转速模式的控制目 标参数并通过整机通讯CAN网络进行控制指令传递，例如整机采用最为广 泛的JSAE1939通讯协议下，通过TSC1报文格式对发动机循行状态进行工 况描述。

发动机在怠速工况接收到运行指令信号后，通过发动机控制器20调整 喷油器喷射油量，从而达到调整发动机运行状态的目的，调节效果反映到实 际发动机转速和扭矩输出，实际的控制效果运行参数，通过CAN通讯形式 作为控制反馈信号传输至主控上位机10，主控上位机10通过PID调节器对 指令信号进行调整，以达到控制目标。

在动力输出满足控制要求的前提下，主控上位机10同时对液压部分功 率吸收组件进行控制和协调，根据非道路机械典型工况运行过程中，各支路 液压操作顺序和档位进行数字化程序编写，由主控上位机10进行程序信号 发送至自动调节装置，液压负载吸收部分耦合整机液压支路管线后实现液压 负载吸收，并通过测试系统液压吸收组件中液压支路传感器，实时测量整机 输出的液压驱动力和液压流量等状态参数，反馈至主控上位机10进行液压 功率测算。

由于部分用途非道路机械在工作时会有整机行走动作，所以在整机动力 输出控制和液压系统负载模拟的同时还需要进行行走功率吸收和计算。在非 道路机械测试前用铰链或硬链接方式将待测非道路机械固定至底盘测功机 上，将非道路机械典型运行工况中整机行走部分参数以速度目标形式制定运 行目标参数，发送至行走功率吸收组件40中的行走功率吸收控制器，以速 度和轮边扭矩反馈形式传输至主控上位机10，履带式非道路机械采用驱动轴 与双测功机对轴主控上位机10通过发动机运行参数协调控制，使整机运行 速度达到控制目标要求。

通过主控上位机10、发动机控制器20、液压吸收吸附组件30及行走功 率吸收组件40四部分协同工作和闭环控制，可实现非道路整机典型工况的 精准模拟，同时可验证非道路机械在典型工况下的排放及OBD功能等法规 要求项目，为非道路整机认证和抽查提供了可靠、准确、重复性好的验证系 统和测试流程。

本实例的工作方式

一种非道路机械工况液压模拟测试方法，使用上述的模拟测试系统，包 括如下步骤：

步骤一：确认非道路机械典型运行工况下动作分解，以切换液压支路动 作作为整机动作分解特征，认定为一个工况下的分解动作，并收集该动作下 的整机动力系统及液压系统运行数据，主控上位机10通过通用通信协议进 行整机及发动机运行工况特征参数收集，整车前进及后退车速进行采集作为 整机行走参数进行收集，通过液压支路传感器对液压支路进行各支路油压及 液压油流量参数测量，收集非道路机械在该工况下的负载输出情况，并计算 得到输出功率；

步骤二：将每个整机动作内的全部子动作进行组合，合成后得到一组非 道路机械运行工况数据集，将收集得到的整机行走参数、发动机以及液压系 统参数，以时间对齐进行整理，按照非道路机型实际工况运行顺序进行排列， 组合成为该用途非道路机械典型运行工况的特征参数组；

步骤三：目标模拟工况制定，操作动作识别，对于非道路机械运行工况 数据集中各特征参数进行模拟测试系统运行目标输入，根据机械特性选择目 标控制方式，如转速油门控制模式、转速扭矩控制模式，通过总线TSC1控 制模式选择模拟实现方式；

根据液压支路切换时序，对液压支路控制程序进行设定，非道路整机负 载工况可以完整真实的在测试系统中复现，并对负载吸收的工装液压油缸进 行量程确认；

对于非道路整机行走工况，根据随车测量得到的车速记录数据，进行车 速目标曲线编制，形成模拟的目标路谱；

步骤四：待测非道路机械在测试系统上的整机固定以及模拟设备连接， 轮式非道路机械行驶至测试转鼓，车轮中心与转鼓中心对正后，以铰链形式 将整机进行固定。履带式非道路机械，首先将履带拆卸完毕后，以两对中测 功机用连接盘形式链接驱动桥方式，进行行走负载模拟；

步骤五：待测非道路整机与排放测试系统连接，将非道路机械排气尾端， 以硅胶管变径形式与排放测试设备连接，尾气分析设备可采用全流气体分析 设备或者部分流气体分析设备进行排放物的定量测试；

步骤六：非道路机械典型运行工况复现模拟，待测非道路机械热机完成 后，进行收集的对应典型工况复现模拟。发动机运行工况控制部分、非道路 机械行走部分、液压负载模拟运行及功率吸收部分，分别进行编辑工况的时 序执行，在循环进行结束后进行对应工况的排放数据，如图2所示；

步骤七：整机循环测试结论，非道路机型结束典型工况模拟运行后，将 尾气成分及排放量与发动机所做功进行计算，得出与法规限值对应的排放结 果。进而得到整机油耗、排放、OBD等环保法规要求特性测试结论，完成 实验。

本试验要注意的是，在做实验之前，要对所测试工程机械液压压力上限 有所了解，严格压力不能超过模拟负载及测量量程上限；同时关注行走动作 压力及功率吸收上限；如果整机电控系统未激活总线控制模式，需协调整机 厂及进行模式激活操作。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明 的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发 明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种非道路机械工况液压模拟测试系统，其特征在于：包括主控上位机(10)、发动机控制器(20)、液压吸收吸附组件(30)及行走功率吸收组件(40)；

所述发动机控制器(20)、液压吸收吸附组件(30)及行走功率吸收组件(40)均与所述主控上位机(10)信号连接，所述发动机控制器(20)用于对非道路机械的发动机的转速、扭矩状态进行控制，所述主控上位机(10)根据预设的控制策略通过液压吸收吸附组件(30)控制非道路机械的每一液压支路的操作顺序，所述主控上位机通过所述行走功率吸收组件(40)对非道路机械的行驶阻力进行模拟。

2.根据权利要求1所述的一种非道路机械工况液压模拟测试系统，其特征在于：所述液压吸收吸附组件(30)包括至少两套模拟负载油缸机构，每套所述模拟负载油缸机构对应控制一个液压支路，所述模拟负载油缸机构包括液压缸及液压支路传感器，所述液压缸通过所述液压支路传感器与液压支路连接，每一所述液压支路传感器均与所述主控上位机(10)连接。

3.一种非道路机械工况液压模拟测试方法，其特征在于：使用权利要求1-2任一项所述的模拟测试系统，包括如下步骤：

步骤一：确认非道路机械典型运行工况下动作分解，以切换液压支路动作作为整机动作分解特征，认定为一个工况下的分解动作，并收集该动作下的整机动力系统及液压系统运行数据；

步骤二：将每个整机动作内的全部子动作进行组合，合成后得到一组非道路机械运行工况数据集；

步骤三：对于非道路机械运行工况数据集中各特征参数进行模拟测试系统运行目标输入，根据机械特性选择目标控制方式；

根据液压支路切换时序，对液压支路控制程序进行设定，非道路整机负载工况可以完整真实的在测试系统中复现，并对负载吸收的工装液压油缸进行量程确认；

对于非道路整机行走工况，根据随车测量得到的车速记录数据，进行车速目标曲线编制，形成模拟的目标路谱；

步骤四：待测非道路机械在测试系统上的整机固定以及模拟设备连接；

步骤五：待测非道路整机与排放测试系统连接；

步骤六：非道路机械典型运行工况复现模拟；

步骤七：整机循环测试结论。

4.根据权利要求3所述的一种非道路机械工况液压模拟测试方法，其特征在于：在步骤一的操作过程中，上位控制机通过通用通信协议进行整机及发动机运行工况特征参数收集，整车前进及后退车速进行采集作为整机行走参数进行收集，通过液压支路传感器对液压支路进行各支路油压及液压油流量参数测量，收集非道路机械在该工况下的负载输出情况，并计算得到输出功率。

5.根据权利要求3-4任一项所述的一种非道路机械工况液压模拟测试方法，其特征在于：在步骤五的操作过程中，将非道路机械排气尾端，以硅胶管变径形式与排放测试设备连接，尾气分析设备可采用全流气体分析设备或者部分流气体分析设备进行排放物的定量测试。

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