CN113565166B - 基于正流量控制的液压系统及控制方法 - Google Patents

基于正流量控制的液压系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于正流量控制的液压系统及控制方法，所述控制方法包括：整机控制器通过采集先导压力信号、转向泵压力信号和工作泵压力信号，依据液压电机转速控制策略解析液压输出流量请求，对液压电机进行转速控制，实现液压能量的按需供应。本发明的优点和有益效果是：结构上搭配定排量液压泵，去掉了传动效率低的液力变矩器部件，方便改装，生产成本低；控制系统依据先导压力信号确定输出流量请求，实现液压系统输出的流量与液压系统需求流量相匹配，提高司机的操控感受；控制系统依据液压泵出口压力信号确定液压系统当前的负载情况，进行功率控制，有效降低了液压系统功率消耗，耗电量节约大约20％。

Description

基于正流量控制的液压系统及控制方法
技术领域
本发明属于工程机械控制技术领域，具体涉及一种基于正流量控制的液压系统及控制方法。
背景技术
传统轮式装载机的发动机转速由司机根据行驶或液压系统功率的需求，通过改变油门开度来控制，而液压泵的转速与发动机的转速成一定的速比关系。如果配置定量液压系统，则液压泵输出的液压油流量是由发动机转速决定，而不是根据液压系统的需要确定。如果配置变量液压系统，液压元件会根据负载情况自动调节液压泵的排量，降低液压系统的流量损失和功率损失，但是液压系统的流量跟司机的请求还是没有直接对应关系，而且变量液压系统的价格较高，仅有高端机型会选配。
电驱动装载机如果采用液压系统和行走系统分别驱动的方案，就可以根据司机的需求通过调节电机转速实现液压流量的按需供给，但目前的电驱动装载机控制系统无法做到液压系统输出的流量与液压系统需求流量相匹配，难以根据液压系统当前的负载情况，进行功率控制。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种基于正流量控制的液压系统及控制方法。
本发明的技术方案如下：
第一方面，本发明提供一种基于正流量控制的液压系统，包括：
行走系统，用于驱动装载机行驶，包括行走电机和行走电机控制器，行走电机控制器与整机控制器相连，行走电机与变速箱相连；
液压系统，用于驱动工作及转向系统，包括液压电机和液压电机控制器，所述液压电机通过PTO分别与先导泵、工作泵和转向泵相连，先导泵和工作泵与液压阀相连，工作泵和转向泵经优先阀与转向阀相连；所述先导泵与液压阀之间设有先导阀；所述先导泵、工作泵和转向泵分别设有先导压力传感器、工作泵压力传感器以及转向泵压力传感器；
整机控制器，用于通过所述先导压力传感器、工作泵压力传感器以及转向泵压力传感器采集先导压力、转向泵压力和工作泵压力信号，依据控制策略解析液压输出流量请求，对液压电机进行转速控制，实现液压能量的按需供应。
第二方面，本发明提供一种基于正流量控制的液压控制方法，包括：
采集先导压力信号、转向泵压力信号和工作泵压力信号；
根据所述先导压力信号、转向泵压力信号获取液压输出流量请求；
根据所述液压输出流量请求和工作泵压力信号，依据液压电机转速控制策略解析液压输出流量请求，确定液压电机的转速，对液压电机进行转速控制，实现液压能量的按需供应；
其中，液压电机转速控制策略划分为以下工作模式：
怠速模式，液压电机维持恒定的第一预设电机转速运行，保证液压回路中压力快速建立；
仅转向系统工作模式，先导阀不开启，转向泵至工作装置油路不通；司机转动转向器，回路中转向压力传感器检测到压力变大，大于转向阀开启阈值，转向阀开启，液压电机控制以恒定的第二预设电机转速带动转向泵运转，油液流入转向油缸满足转向流量需求；
仅工作装置工作模式，转向阀不开启，优先阀使转向泵为工作回路供油，实现双泵合流；整机控制器根据预先设定的特性数据表查表得到液压第三预设电机转速，实现输出流量的动态调节，其中，所述特性数据表为先导压力值与液压电机转速一维数据表，数据表中数据点应包括先导阀开启最低压力、最高压力值以及依据工作装置动作快慢对应的液压电机转速最低值与最高值；
既有转向又有工作装置工作模式，整机控制器除根据先导压力信号调节液压电机转速外还维持转向最低转速，此时电机转速为所述第三预设电机转速和所述第二预设电机转速中的较大者；
溢流模式，当转向泵压力或工作压力大于设定的溢流压力值时，整机控制器调节液压电机为第四预设电机转速，避免流量浪费；
最低转速模式，当转向系统与工作装置系统都不工作，超过预设时间阈值，整机控制器调节电机为第五预设电机转速，避免流量浪费。
本发明的优点和有益效果是：
1、结构上搭配定排量液压泵，去掉了传动效率低的液力变矩器部件，方便改装，生产成本低；
2、控制系统依据先导压力信号确定输出流量请求，实现液压系统输出的流量与液压系统需求流量相匹配，提高司机的操控感受；
3、控制系统依据液压泵出口压力信号确定液压系统当前的负载情况，进行功率控制，有效降低了液压系统功率消耗；
4、为验证本发明控制策略有效性，液压电机转速指令为1800rpm，工作泵与转向泵压力曲线按照实际测试载荷谱数据给定，连续10个V型作业循环共计407s，统计所耗电量；与采用本发明中液压能量的按需供应，动态调节液压电机转速指令的控制方法，耗电量节约大约20％。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种双电机动力总成系统的示意性框图；
图2为本发明实施例提供的一种基于正流量控制的液压控制系统的示意性框图；
图3为本发明实施例提供的一种基于正流量控制的液压控制方法的流程图；
图4为本发明实施例提供的先导压力与电机转速的特性数据表。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
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。
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，可以是两个部件内部的连通。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。
第一方面，本发明提供一种基于正流量控制的液压系统，如图1所示，包括：
行走系统，用于驱动装载机行驶，包括行走电机和行走电机控制器，行走电机控制器与整机控制器相连，行走电机与变速箱相连；
液压系统，用于驱动工作及转向系统，包括液压电机和液压电机控制器，所述液压电机通过PTO分别与先导泵、工作泵和转向泵相连，先导泵和工作泵与液压阀相连，工作泵和转向泵经优先阀与转向阀相连；所述先导泵与液压阀之间设有先导阀；先导泵、工作泵和转向泵分别设有先导压力传感器、工作泵压力传感器以及转向泵压力传感器；
整机控制器，用于通过所述先导压力传感器、工作泵压力传感器以及转向泵压力传感器采集先导压力、转向泵压力和工作泵压力信号，依据控制策略解析液压输出流量请求，对液压电机进行转速控制，实现液压能量的按需供应。
还包括与所述整机控制器相连的电池管理系统、与所述行走电机控制器及液压电机控制器相连的电池。
在一些实施例中，所述先导泵与液压阀之间设有梭阀，所述梭阀与所述整机控制器电相连。
在一些实施例中，所述工作泵与液压阀之间以及所述转向泵与优先阀之间的管路上分别设有溢流阀。
在一些实施例中，所述行走电机与所述液压电机集成于同一箱体上。
第二方面，本发明提供一种基于正流量控制的液压控制方法，如图2所示，包括：
采集先导压力信号、转向泵压力信号和工作泵压力信号，其中，根据司机转动方向盘，对应采集到转向压力信号发生变化，司机操控转斗拨杆和动臂拨杆，采集相应的先导压力信号。
根据所述先导压力信号、转向泵压力信号获取液压输出流量请求；
根据所述液压输出流量请求和工作泵压力信号，依据液压电机转速控制策略解析液压输出流量请求，确定液压电机的转速，对液压电机进行转速控制，实现液压能量的按需供应；
其中，液压电机转速控制策略划分为以下工作模式：
怠速模式，液压电机维持恒定的第一预设电机转速750r/min运行，保证液压回路中压力快速建立；
仅转向系统工作模式，先导阀不开启，转向泵至工作装置油路不通；司机转动转向器，回路中转向压力传感器检测到压力变大，大于转向阀开启阈值，转向阀开启，液压电机控制以恒定的第二预设电机转速1000r/min带动转向泵运转，油液流入转向油缸满足转向流量需求；需要依据转向速度与转弯半径大小进行调节
仅工作装置工作模式，转向阀不开启，优先阀使转向泵为工作回路供油，实现双泵合流；整机控制器根据预先设定的特性数据表，如图4所示，查表得到液压第三预设电机转速，实现输出流量的动态调节，其中，所述特性数据表为先导压力值与液压电机转速一维数据表，数据表中数据点包括先导阀开启最低压力、最高压力值以及依据工作装置动作快慢对应的液压电机转速最低值750r/min与最高值1800r/min；
既有转向又有工作装置工作模式，整机控制器除根据先导压力信号调节液压电机转速外还维持转向最低转速，此时电机转速为所述第三预设电机转速和所述第二预设电机转速中的较大者；
溢流模式，当转向泵压力或工作压力大于设定的溢流压力值时，整机控制器调节液压电机为第四预设电机转速750r/min，避免流量浪费；
最低转速模式，当转向系统与工作装置系统都不工作，超过预设时间阈值，整机控制器调节电机为第五预设电机转速300r/min，避免流量浪费。
作为优选方式，装载机的传动系统和液压系统具有同时工作的工况，此时行走电机和液压电机请求的功率总和可能会超过动力电池组的功率上限，因此，以上6种模式输出的参考转速nref1进入液压电机功率限制模块，能量管理模块进行能量分配，确定液压电机当前时刻的功率限值Plimit，再根据当前的液压系统负载情况确定液压电机的输出转速；其中，首先估算液压等效预估转矩：
Figure BDA0003197725460000051
Pturn、Pwork分别为转向泵压力、工作泵压力、q1、q2分别为转向泵排量、工作泵排量，η为液压系统机械效率；
根据先导压力和工作泵输出压力计算请求的电机转速nref1和功率Pdes，如果Pdes大于Plimit，则根据Plimit及当前液压等效预估转矩Test，计算限制输出参考转速nref2，作为最终液压电机输出转速；如果整机当前Pdes小于Plimit，nref1作为最终液压电机输出转速。
具体计算公式如下：
Figure BDA0003197725460000061
式中：MotSpd为电机实际转速，MotTq为电机实际转矩，9550为系数；式中随着负载阻力增大即液压等效预估转矩的增大，在限制功率Plimit恒定不变前提下，通过降低电机的输出参考转速，从而达到降低液压系统功率消耗目的。
以上对本发明的实例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。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。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (8)

1.基于正流量控制的液压控制方法，包括：
采集先导压力信号、转向泵压力信号和工作泵压力信号；
根据所述先导压力信号、转向泵压力信号获取液压输出流量请求；
根据所述液压输出流量请求和工作泵压力信号，依据液压电机转速控制策略解析液压输出流量请求，确定液压电机的转速，对液压电机进行转速控制，实现液压能量的按需供应；
其中，液压电机转速控制策略划分为以下工作模式：
怠速模式，液压电机维持恒定的第一预设电机转速运行，保证液压回路中压力快速建立；
仅转向系统工作模式，先导阀不开启，转向泵至工作装置油路不通；司机转动转向器，回路中转向压力传感器检测到压力变大，大于转向阀开启阈值，转向阀开启，液压电机控制以恒定的第二预设电机转速带动转向泵运转，油液流入转向油缸满足转向流量需求；
仅工作装置工作模式，转向阀不开启，优先阀使转向泵为工作回路供油，实现双泵合流；整机控制器根据预先设定的特性数据表查表得到液压第三预设电机转速，实现输出流量的动态调节，其中，所述特性数据表为先导压力值与液压电机转速一维数据表，数据表中数据点应包括先导阀开启最低压力、最高压力值以及依据工作装置动作快慢对应的液压电机转速最低值与最高值；
既有转向又有工作装置工作模式，整机控制器除根据先导压力信号调节液压电机转速外还维持转向最低转速，此时电机转速为所述第三预设电机转速和所述第二预设电机转速中的较大者；
溢流模式，当转向泵压力或工作压力大于设定的溢流压力值时，整机控制器调节液压电机为第四预设电机转速；
最低转速模式，当转向系统与工作装置系统都不工作，超过预设时间阈值，整机控制器调节电机为第五预设电机转速。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述各种工作模式输出的参考转速nref1进入液压电机功率限制模块，能量管理模块进行能量分配，确定液压电机当前时刻的功率限值Plimit，再根据当前的液压系统负载情况确定液压电机的输出转速。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述根据当前的液压系统负载情况确定液压电机的输出转速，包括以下步骤：
首先估算液压等效预估转矩Test，
根据先导压力信号和工作泵压力信号计算请求的电机转速nref1和当前液压电机实际机械功率Pdes，如果Pdes大于功率限值Plimit，则根据Plimit及当前液压等效预估转矩Test，计算限制输出参考转速nref2，作为最终液压电机输出转速；如果整机当前Pdes小于Plimit，nref1作为最终液压电机输出转速。
4.一种运行上述权利要求1-3中任一项所述方法的基于正流量控制的液压系统，包括：
行走系统，用于驱动装载机行驶，包括行走电机和行走电机控制器，行走电机控制器与整机控制器相连，行走电机与变速箱相连；独立于行走系统的
液压系统，用于驱动工作及转向系统，包括液压电机和液压电机控制器，所述液压电机通过PTO分别与先导泵、工作泵和转向泵相连，先导泵和工作泵与液压阀相连，工作泵和转向泵经优先阀与转向阀相连；所述先导泵与液压阀之间设有先导阀；所述先导泵、工作泵和转向泵分别设有先导压力传感器、工作泵压力传感器以及转向泵压力传感器；
整机控制器，用于通过所述先导压力传感器、工作泵压力传感器以及转向泵压力传感器采集先导压力、转向泵压力和工作泵压力信号，依据控制策略解析液压输出流量请求，对液压电机进行转速控制，实现液压能量的按需供应。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：所述先导泵与液压阀之间设有梭阀，梭阀处设置所述先导压力传感器。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：所述工作泵与液压阀之间以及所述转向泵与优先阀之间的管路上分别设有溢流阀。
7.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：所述行走电机与所述液压电机集成于同一箱体上。
8.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：还包括与所述整机控制器相连的电池管理系统、与所述行走电机控制器及液压电机控制器相连的电池。
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