CN113833051A - 一种基于发动机adtc主动控制功能的液压挖掘机转速调节及测试系统和方法 - Google Patents

一种基于发动机adtc主动控制功能的液压挖掘机转速调节及测试系统和方法 Download PDF

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Abstract

一种基于发动机ADTC主动控制功能的液压挖掘机转速调节及测试系统和方法，包括发动机和发动机控制器，发动机控制器通过联轴器连接有液压泵，液压泵通过多路阀与工作装置油缸连接在一起，还包括MC控制器，MC控制器连接有先导手柄、发动机控制器、液压泵和先导减压阀，先导减压阀连接有先导泵和比例电磁阀。本发明的发动机通过采集辅助压力信号，可以优先于液压泵需求功率或扭矩，提前调节喷油量来克服下一阶段的扭矩变化，如扭矩增加或者减少，减少主动掉速及上冲的转速波动，使发动机运行更加平稳，节能降噪，提升整机作业效率。

Description

一种基于发动机ADTC主动控制功能的液压挖掘机转速调节及 测试系统和方法
技术领域
本发明涉及液压挖掘机发动机转速及功率调节的技术领域，具体是一种基于发动机ADTC主动控制功能的液压挖掘机转速调节及测试系统和方法。
背景技术
目前液压挖掘机发动机转速控制方式为恒转速控制，调节方式是全程调速调节，其转速的划分是很据设定的档位不同，普遍档位划分为10挡，每个档位的设定转速均不同，挖掘机可以根据作业的工况选择合适的档位，常见的分类包括经济模式、标准模式、高功率模式三种；其传动方式为联轴器带动液压泵的动力总成，液压泵的功率调节模式主要为负流量调节、负载传感系统和正流量系统，负流量和负荷传感系统属于功率调节，在到达恒功率阶段，电气手柄的信号调节主泵的吸收功率，而正流量系统调节液压泵的流量，电气手柄信号调节主泵的吸收流量，虽然主泵控制主要分为以上三种控制，但是负载作用到发动机上，其转速扭矩输出是被动调节，即发动机感受到外界负载变化后，输出转速下降，发动机通过转速差调节被动调节喷油量，使之恢复之前转速，此种调节方式，发动机的转速波动较大，运行不平稳，降低整机作业效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术之不足，提供一种方便操作、效果良好的基于发动机ADTC主动控制功能的液压挖掘机转速调节及测试系统和方法。
本发明是以如下技术方案实现的：一种基于发动机ADTC主动控制功能的液压挖掘机转速调节及测试系统，包括发动机和发动机控制器，所述发动机控制器通过联轴器连接有液压泵，所述液压泵通过多路阀与工作装置油缸连接在一起，还包括MC控制器，所述MC控制器连接有先导手柄、发动机控制器、液压泵和先导减压阀，所述先导减压阀连接有先导泵和比例电磁阀，所述比例电磁阀与多路阀连接在一起。其进一步是：所述液压泵上设有压力传感器和转速传感器。
所述压力传感器和转速传感器连接在MC控制器的输入端。
所述发动机控制器开放外部参数输入端口，开通辅助压力信号功能。一种基于发动机ADTC主动控制功能的液压挖掘机转速调节及测试方法，包括如下步骤：
S1、先导手柄动作激活辅助压力功能，MC控制器通过行程传感器实时采集先导手柄信号值；
S2、MC控制器根据先导手柄信号值计算Psv比例电流值，控制液压泵的输出功率；
S3、MC控制器根据先导手柄信号值计算液压泵的输出流量；
S4、MC控制器通过压力传感器和转速传感器实时采集液压泵的泵口压力和实时转速；
S5、根据步骤S4测得的数据计算出液压泵此时的需求扭矩；
S6、通过需求扭矩与辅助压力的参照表，将辅助压力信号输入到发动机控制器；
S7、发动机控制器主动调节发动机基于当前时刻的下一时刻需求的扭矩，对下一时刻扭矩增加的预判，主动增加喷油量。
步骤S6中的参照表为需求扭矩与辅助压力信号对应曲线，需求扭矩与辅助压力信号为线性比例关系。
本发明具有以下优点：本发明的基于发动机ADTC主动控制功能的液压挖掘机转速调节及测试系统和方法，控制器将手柄指令输出到液压泵的同时将信号转换成辅助压力信号并通过J1939 CAN线输入到发动机ECM控制器，发动机ECM控制器将辅助压力信号对应需求扭矩值并立刻调节当前喷油量输出需求扭矩来应对发动机下一时刻需承受的负载扭矩，达到提前控制的目的，发动机通过采集辅助压力信号，可以优先于液压泵需求功率或扭矩，提前调节喷油量来克服下一阶段的扭矩变化，如扭矩增加或者减少，减少主动掉速及上冲的转速波动，使发动机运行更加平稳，节能降噪，提升整机作业效率。
附图说明
图1是本发明的系统原理示意图；
图2是本发明的逻辑流程图；
图3是本发明的需求扭矩与辅助压力对应表及曲线；
图中：1、发动机控制器，2、联轴器，3、液压泵，4、MC控制器，5、先导手柄，6、先导减压阀，7、先导泵，8、比例电磁阀，9、多路阀，10、工作装置油缸。
具体实施方式
如图1至3所示的一种基于发动机ADTC主动控制功能的液压挖掘机转速调节及测试系统，包括发动机和发动机控制器1，所述发动机控制器1通过联轴器2连接有液压泵3，所述液压泵3通过多路阀9与工作装置油缸10连接在一起，还包括MC控制器4，所述MC控制器4连接有先导手柄5、发动机控制器1、液压泵3和先导减压阀6，所述先导减压阀6连接有先导泵7和比例电磁阀8，所述比例电磁阀8与多路阀9连接在一起。所述液压泵3上设有压力传感器和转速传感器。所述压力传感器和转速传感器连接在MC控制器4的输入端。本发明的基于发动机ADTC主动控制功能的液压挖掘机转速调节及测试系统，主要包括发动机控制器、联轴器、液压泵、MC控制器、先导手柄、先导减压阀、先导泵、比例电磁阀、多路阀和工作装置油缸等，通过采集手柄信号，将当前时刻需要的扭矩值换算成辅助压力信号输入到发动机，发动机主动调节喷油量，利用信号与主泵响应的时间差，主动调节输出扭矩，达到预喷油，预调节的目的，降低发动机运行转速的波动。
如图1至3所示的一种基于发动机ADTC主动控制功能的液压挖掘机转速调节及测试系统，所述发动机控制器1开放外部参数输入端口，开通辅助压力信号功能。发动机控制器开放外部参数输入端口的功能，即PLR(辅助压力信号)，此信号控制发动机的循环供油量的优先级大于全程调速器控制转速波动调节的优先级。PLR(辅助压力信号)是一种压力信号，具有特定的数值范围，不同发动机的输出扭矩都不相同，但是对应压力表上的压力值相同，且发动机的输出扭矩值与辅助压力信号值呈线性比例关系；发动机可以工作在任意转速，任意扭矩点工作，因此，制作对照表时，必须明确当前的转速。比如：发动机1输出的扭矩范围为：(0～2000)N.m。其辅助压力信号值为：(0～4000)Kpa。
发动机2输出的扭矩范围为：(0～8900)N.m。其辅助压力信号值为：(0～4000)Kpa。
当发动机在1800rpm转速下工作时，当需要输出不同的扭矩时，即需要输入不同的辅助压力信号。
发动机控制器基于当前负荷调节发动机的循环供油量使发动机稳定在目标转速工作，转速输出有三种方式即电压油门控制，开度油门控制，TSC1控制方式；发动机通过联轴器带动液压泵及先导泵，使液压泵以与发动机相同的转速运行，当先导手柄处于中位，负反馈调节将液压泵斜盘摆角最小，输出流量最小，液压泵输出最小功率同时先导手柄信号通过先导减压阀控制多路阀的阀芯开度，此时阀芯开度为“0”，液压油直接回到油箱；
当先导手柄动作，且辅助压力功能未打开时，液压泵输出流量及压力增加，发动机的需求负载急剧增大，此时发动机输出扭矩＜泵需求扭矩，发动机输出转速下降，基于自身全程调速器的功能，转速下降的同时，输出扭矩增加，直到发动机的输出扭矩等于泵需求扭矩，此时发动机的转速保持恒定；相反液压泵输出流量及压力降低时，发动机输出扭矩＞泵需求扭矩，发动机输出转速升高，基于自身全程调速器的功能，转速升高的同时，输出扭矩降低，直到发动机的输出扭矩等于泵需求扭矩，此时发动机的转速又恢复到平稳状态。
先导手柄动作的同时，辅助压力功能打开，基于手柄行程，将此信号转换成液压泵流量信号，采集泵出口的压力及实时转速，将需求扭矩信号转换成PLR(辅助压力信号)输入到发动机，如此，可将当前时刻的需求扭矩先于泵响应提前输入到发动机，使发动机主动控制扭矩输出。
一种基于发动机ADTC主动控制功能的液压挖掘机转速调节及测试方法，包括如下步骤：
S1、先导手柄动作激活辅助压力功能，MC控制器通过行程传感器实时采集先导手柄信号值；
S2、MC控制器根据先导手柄信号值计算Psv比例电流值，控制液压泵的输出功率；在特定的工作转速(档位)，先导手柄信号(即行程)与液压泵斜盘的摆角呈现正比例线性对应的关系，即：手柄行程最大值对应斜盘角度最大，当液压泵工作在额定转速下，斜盘的角度最大即液压泵的排量，基于当前下的工作转速，得到液压泵的输出流量；MC主控制器通过采集先导手柄信号，通过先导减压阀控制多路阀，手柄信号与多路阀阀芯的开度呈正比例线性对应关系；
S3、MC控制器根据先导手柄信号值计算液压泵的输出流量；
S4、MC控制器通过压力传感器和转速传感器实时采集液压泵的泵口压力和实时转速；
S5、根据步骤S4测得的数据计算出液压泵此时的需求扭矩；
S6、通过需求扭矩与辅助压力的参照表，将辅助压力信号输入到发动机控制器；参照表为需求扭矩与辅助压力信号对应曲线，需求扭矩与辅助压力信号为线性比例关系。辅助压力信号是一种压力信号，具有特定的数值范围，不同发动机的输出扭矩都不相同，但是对应压力表上的压力值相同，且发动机的输出扭矩值与辅助压力信号值呈线性比例关系；
S7、发动机控制器主动调节发动机基于当前时刻的下一时刻需求的扭矩，对下一时刻扭矩增加的预判，主动增加喷油量。
由上诉步骤可知，当先导手柄动作，PLR辅助压力功能激活时，控制器实时采集先导手柄信号值，此信号值一方面由控制器输出Psv比例电流值作用在液压泵上控制液压泵的输出功率，另一方面，先导手柄信号值通过系列运算，得到液压泵的输出流量，进而计算出液压泵的需求扭矩，通过需求扭矩与辅助压力的参照表，将辅助压力信号输入到发动机ECM控制器，主动调节发动机基于当前时刻，下一时刻需求的扭矩，对下一时刻扭矩增加的预判，主动增加喷油量，可减少发动机的主动掉速。
比如：a：在工作过程T0时刻：
发动机在T0时刻的工作转速为N0，输出扭矩为M0,先导手柄的行程为L0，先导手柄的信号为Ф0，Psv斜盘摆角的电流值为I0，Psv斜盘摆角的最大电流为Imax，主泵出口的压力值P0，主泵的排量为VMAX；
b：当下一时刻T1时刻(深挖)，
主泵出口的压力值P1，先导手柄的行程为L1，先导手柄的信号为Ф1，Psv斜盘摆角的电流值为I1；
1)发动机PLR(辅助压力)功能关闭时：
发动机的转速调节为被动调节：在T0时刻，发动机飞轮的输出扭矩为M0，主泵的输出扭矩为：Mb0＝VMAX×I0/Imax×N0×P0/60×9550/N0,当M0＝Mb0时，发动机力矩平衡，在N0转速下平稳运行；在T1时刻，发动机飞轮的输出扭矩为M0，主泵的输出扭矩为：Mb1＝VMAX×I1/Imax×N0×P1/60×9550/N0,此时M1＜Mb1，阻力矩不平衡，在T2时刻，发动机瞬间降低输出转速N2，根据目标转速N0与当前转速N2的转速差值△N＝N0-N2；利用PID模糊控制喷油特性加大喷油量，提高输出扭矩，使M2＞Mb2，增加发动机的转速回升，利用发动机的稳态调速特性，使发动机工作在调速特性的转速区间内。
2)发动机PLR(辅助压力)功能打开时：
发动机的转速调节为主动调节：在T0时刻，发动机飞轮的输出扭矩为M0，主泵的输出扭矩为：Mb0＝VMAX×I0/Imax×N0×P0/60×9550/N0,当M0＝Mb0时，发动机力矩平衡，在N0转速下平稳运行；在T1时刻，主泵的输出扭矩为：Mb1＝VMAX×I1/Imax×N0×P1/60×9550/N0；MC主控制器采集先导手柄的行程L1，先导手柄的信号为Ф1，Psv斜盘摆角的电流值为I1，并将此信号转换成T1时刻主泵的需求扭矩发送到发动机控制器，发动机控制器在T1时刻接受信号并同时调节喷油量，在此过程中，主泵的输出流量调节需要反映时间，至少0.02S，而发动机的喷油调节是与手柄信号同时发出的，优先于主泵调节0.02S，此过程为主动增速控制，为预喷油技术，可以较大程度的避免发动机突加负载，掉速严重的现象。
假设：某款液压挖掘机由发动机通过联轴器带动液压泵工作，此款发动机的额定转速是2000rpm，额定功率为280Kw，额定扭矩1335N.m；挖掘机油门旋钮在“10”挡时的目标转速为2000rpm；液压泵属于负流量调节控制系统，发动机飞轮带动液压主泵，主泵的排量为VMAX＝212L，“10”档位液压泵的功率电流设定450mA～650mA；
当先导手柄处于中位时，液压泵输出最小的流量，发动机输出最小功率，主泵流量不经过工作装置油缸直接回到液压油箱，；
司机操作先导手柄，液压油经主泵通过多路阀到达工作装置，设在T0时刻，液压泵进入恒功率调节状态，此时先导手柄的行程L0，先导手柄的信号为Ф0，Psv斜盘摆角的电流值为I0＝600mA，主泵出口的压力值P0＝25.6Mpa，主泵的流量为V0＝236L/min，主泵的输出功率总和为
Figure BDA0003328468160000091
此时根据发动机的调速特性9％，T0时刻，发动机的转速为
Figure BDA0003328468160000092
当在下一时刻T1＝T0+0.02s：
1)发动机PLR(辅助压力)功能关闭时：
由于工作装置铲斗遇到坚硬的阻力，主泵出口的压力值瞬间增加至P1＝32.2Mpa，但是主泵输出流量不能瞬间发生变化仍为V1＝V0＝236L/min；主泵的输出功率总和为
Figure BDA0003328468160000093
此时根据发动机的调速特性9％，T1时刻，发动机的转速应该降低至：
Figure BDA0003328468160000094
在T0和T1时刻，发动机需要主动降速△N＝N0-N1＝1684-1653＝31rpm；在实际应用过程中，由于瞬态调速率的影响，发动机会加大掉速，并且在此过程中时刻与目标转速N1进行差速比较，通过PID模糊控制喷油特性加大喷油量，逼近目转速N1。
2)发动机PLR(辅助压力)功能打开时：
由于工作装置铲斗遇到坚硬的阻力，主泵出口的压力值瞬间增加至P1＝32.2Mpa，但是主泵输出流量不能瞬间发生变化仍为V1＝V0＝236L/min；主泵的输出功率总和为
Figure BDA0003328468160000101
此时根据发动机的调速特性9％，T1时刻，发动机的转速应该降低至：
Figure BDA0003328468160000102
才能满足阻力矩的平衡，但此时通过发动机PLR(辅助压力)方式，在T1时刻，MC控制器将需求功率P’‘1(或需求扭矩)转换成辅助压力信号输入到发动机ECM控制器，同时计算出当前时刻的喷油量来克服T1时刻的负载，减少发动机主动降速△N＝N0-N1＝1684-1653＝31rpm的整个过程，减少转速的波动性，在提高发动机运行的平稳性同时大大提高整机的作业效率。

Claims (6)

1.一种基于发动机ADTC主动控制功能的液压挖掘机转速调节及测试系统，其特征在于：包括发动机和发动机控制器（1），所述发动机控制器（1）通过联轴器（2）连接有液压泵（3），所述液压泵（3）通过多路阀（9）与工作装置油缸（10）连接在一起，还包括MC控制器（4），所述MC控制器（4）连接有先导手柄（5）、发动机控制器（1）、液压泵（3）和先导减压阀（6），所述先导减压阀（6）连接有先导泵（7）和比例电磁阀（8），所述比例电磁阀（8）与多路阀（9）连接在一起。
2.如权利要求1所述的一种基于发动机ADTC主动控制功能的液压挖掘机转速调节及测试系统，其特征在于：所述液压泵（3）上设有压力传感器和转速传感器。
3.如权利要求2所述的一种基于发动机ADTC主动控制功能的液压挖掘机转速调节及测试系统，其特征在于：所述压力传感器和转速传感器连接在MC控制器（4）的输入端。
4.如权利要求1所述的一种基于发动机ADTC主动控制功能的液压挖掘机转速调节及测试系统，其特征在于：所述发动机控制器（1）开放外部参数输入端口，开通辅助压力信号功能。
5.一种使用权利要求1所述的基于发动机ADTC主动控制功能的液压挖掘机转速调节及测试系统的方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、先导手柄动作激活辅助压力功能，MC控制器通过行程传感器实时采集先导手柄信号值；
S2、MC控制器根据先导手柄信号值计算Psv比例电流值，控制液压泵的输出功率；
S3、MC控制器根据先导手柄信号值计算液压泵的输出流量；
S4、MC控制器通过压力传感器和转速传感器实时采集液压泵的泵口压力和实时转速；
S5、根据步骤S4测得的数据计算出液压泵此时的需求扭矩；
S6、通过需求扭矩与辅助压力的参照表，将辅助压力信号输入到发动机控制器；
S7、发动机控制器主动调节发动机基于当前时刻的下一时刻需求的扭矩，对下一时刻扭矩增加的预判，主动增加喷油量。
6.如权利要求5所述的一种基于发动机ADTC主动控制功能的液压挖掘机转速调节及测试方法，其特征在于：步骤S6中的参照表为需求扭矩与辅助压力信号对应曲线，需求扭矩与辅助压力信号为线性比例关系。
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