CN114263541A - 一种挖掘机控制方法及挖掘机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工程车辆领域，公开一种挖掘机控制方法及挖掘机，控制方法包括：计算挖掘机液压系统的负载功率，根据负载功率计算发动机需求功率；根据发动机转速和发动机功率之间的映射关系，查询与发动机需求功率对应的发动机转速，将发动机的转速调节至查询到的发动机转速；根据挖掘机的作业模式与液压系统的设定流量之间的映射关系，查询与当前的作业模式对应的设定流量；根据查询到的发动机转速和设定流量计算液压泵排量，将液压泵的排量调节至计算出的液压泵排量。本发明对液压泵排量和发动机功率进行动态匹配，实现根据负载自适应调节发动机转速，根据调整后的发动机转速自适应调整液压泵的排量，提高挖掘机作业过程中的动作协调性和流畅性。

Description

一种挖掘机控制方法及挖掘机

技术领域

本发明涉及工程车辆领域，尤其涉及一种挖掘机控制方法及挖掘机。

背景技术

现有挖掘机多采用负载敏感系统，能根据液压系统的压力调节液压泵的排量，满足负载对流量的需求。

但实际应用时发现，负载敏感系统根据液压系统的压力调节液压泵的排量，具有响应动作延迟、工作效率低及燃油消耗大的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种挖掘机控制方法及挖掘机，能够提高动作协调性和流畅性，降低燃油消耗。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种挖掘机控制方法，包括以下步骤：

计算挖掘机液压系统的负载功率，根据负载功率计算发动机需求功率；

根据发动机转速和发动机功率之间的映射关系，查询与发动机需求功率对应的发动机转速，将发动机的转速调节至查询到的发动机转速；

根据挖掘机的作业模式与液压系统的设定流量之间的映射关系，查询与挖掘机当前的作业模式对应的液压系统的设定流量；

根据查询到的发动机转速和查询到的设定流量计算液压泵排量，将液压泵的排量调节至计算得到的液压泵排量。

作为上述挖掘机控制方法的一种优选技术方案，所述发动机需求功率为P_发动机，P_发动机＝a×P_负载，其中，a表示挖掘机液压系统的功率损耗系数，a＞1；P_负载表示挖掘机液压系统的负载功率。

作为上述挖掘机控制方法的一种优选技术方案，在根据发动机转速和发动机功率之间的映射关系，查询与发动机需求功率对应的发动机转速之前，还包括：

获取发动机的当前功率；

判断是否满足发动机的当前功率与发动机需求功率的差值未在预设差值范围内，且发动机的需求功率未超过发动机功率阈值；

若发动机的当前功率与发动机需求功率的差值未在预设差值范围内，且发动机的需求功率未超过发动机功率阈值，则根据发动机转速和发动机功率之间的映射关系，查询与发动机需求功率对应的发动机转速。

作为上述挖掘机控制方法的一种优选技术方案，所述发动机的当前功率按照以下方式获取包括：

获取发动机的当前转速；

基于发动机转速和发动机功率之间的映射关系，查询与发动机的当前转速对应的发动机功率；

发动机的当前功率为查询到的发动机功率。

作为上述挖掘机控制方法的一种优选技术方案，若发动机的当前功率与发动机需求功率的差值未在预设差值范围内，且发动机的需求功率超过发动机功率阈值，则根据发动机功率阈值调节发动机转速。

作为上述挖掘机控制方法的一种优选技术方案，根据发动机功率阈值调节发动机转速，包括以下步骤：

基于发动机转速和发动机功率之间的映射关系，查询与发动机功率阈值对应的发动机转速，调节发动机转速至查询到的发动机转速。

作为上述挖掘机控制方法的一种优选技术方案，在根据发动机功率阈值调节发动机转速的同时，根据发动机功率阈值调节液压泵的排量；

根据发动机功率阈值调节液压泵的排量，包括以下步骤：

获取液压系统的主压力；

计算负载自适应流量，负载自适应流量等于发动机功率阈值与所述主压力的比值；

根据计算出的负载自适应流量和与发动机功率阈值对应的发动机转速计算液压泵排量；

将液压泵的排量调节至计算得到的液压泵排量。

作为上述挖掘机控制方法的一种优选技术方案，挖掘机的作业模式具有多个，不同作业模式对应的液压系统的设定流量不同；按照设定流量的大小对多个作业模式进行档位划分，任意两个作业模式中，高档位的作业模式对应的设定流量大于低档位的作业模式对应的设定流量；

在根据发动机功率阈值调节发动机转速的同时，将挖掘机的作业模式切换至目标作业模式；

所述目标作业模式按照以下方式获取：

获取液压系统当前的系统压力及比当前作业模式档位低的作业模式对应的设定流量，根据当前的负载压力和设定流量计算发动机需求功率；

目标作业模式为发动机需求功率不超过发动机功率阈值且与当前作业模式的档位差最小的作业模式。

作为上述挖掘机控制方法的一种优选技术方案，在收到挖掘机的作业模式被切换目标作业模式的信号时，获取与目标作业模式对应的设定流量；

根据与发动机功率阈值对应的发动机转速限值和与目标作业模式对应的设定流量计算液压泵排量；

将液压泵的排量调节至计算得到的液压泵排量。

本发明还提供了一种挖掘机，采用上述任一方案所述的挖掘机控制方法。

本发明的有益效果：本发明提供的挖掘机控制方法及挖掘机，其中，挖掘机的控制方法包括以下步骤：计算挖掘机液压系统的负载功率，根据负载功率确定发动机需求功率；根据发动机转速和发动机功率之间的映射关系，查询与发动机需求功率对应的发动机转速，将发动机的转速调节至查询到的发动机转速；根据挖掘机的作业模式与液压系统的设定流量之间的映射关系，查询与当前的作业模式对应的设定流量；根据查询到的发动机转速和查询到的设定流量计算液压泵排量，将液压泵的排量调节至计算出的液压泵排量。本发明对液压泵的排量和发动机功率进行动态匹配，实现根据负载自适应调节发动机转速，并根据调整后的发动机转速自适应调整液压泵的排量，提高挖掘机工作过程中的响应速度及动作协调性，作业稳定流畅，提高驾驶体验。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的挖掘机控制方法的流程图；

图2是本发明实施例二提供的挖掘机控制方法的流程图；

图3是本发明实施例二提供的目标作业模式的获取方法流程图。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。

本实施例提供了一种挖掘机，包括发动机和液压系统，其中，液压系统包括液压泵、回转马达、行走马达和多个执行油缸，其中，回转马达和行走马达均配设有压力传感器，用于检测马达的输出油腔的压力；每个执行油缸均配设有压力传感器，用于检测执行油缸的输入油压。上述压力传感器均与挖掘机的整车控制器通讯，整车控制器与挖掘机的发动机控制器通讯，整车控制器根据压力传感器的压力信号发送控制信号至发动机控制器及泵比例阀，发动机控制器根据控制信号调节发动机转速及泵比例阀的电流，在泵比例阀的电流变化时，液压泵的排量对应变化。需要说明的时，液压系统为现有技术，在此不再详细赘叙。

本实施例还提供了一种挖掘机控制方法，应用于上述挖掘机，采用该控制方法对液压泵的排量和发动机功率进行动态匹配，实现根据负载自适应调节发动机转速，并根据调整后的发动机转速自适应调整液压泵的排量，提高响应速度及动作协调性，作业稳定流畅，提高驾驶体验。

如图1所示，上述挖掘机控制方法包括以下步骤：

S1、计算负载功率。

在操作者启动挖掘机并打开先导控制开关后，压力传感器实时采集压力信号并发送至整车控制器，整车控制器根据压力传感器的压力信号计算负载功率。

负载功率记为P_负载，各个执行油缸的负载压力记为Pi，对应的预设流量记为Qi，各个执行油缸的负载压力和预设流量相乘累加得到所需的负载功率，即

挖掘机具有多个作业模式，不同作业模式对应的液压系统的设定流量不同；按照设定流量的大小对多个作业模式进行档位划分，任意两个作业模式中，高档位的作业模式对应的设定流量大于低档位的作业模式对应的设定流量。本实施例中，挖掘机具有三个作业模式，分别为低速模式、常规模式和高速模式，其中，低速模式的预设流量较低，尤其适用于低油耗作业；常规模式的预设流量中等，兼顾燃油经济性和作业效率；高速模式的预设流量较高，适合快速作业，但油耗较高。

本实施例将挖掘机的作业模式和液压系统的设定流量之间一一对应的映射关系存储在挖掘机的整车控制器内。

挖掘机上设有模式切换开关，驾驶员可以通过手动控制模式切换开关选择对应的作业模式。

S2、根据负载功率计算发动机需求功率。

发动机需求功率为P_发动机，P_发动机＝a×P_负载，其中，a表示挖掘机液压系统的功率损耗系数，a＞1。上述数值a反应挖掘机液压系统的功率损耗，与挖掘机液压系统关联，可以通过调试确定数值a。

S3、根据发动机的当前转速确定发动机的当前功率。

发动机上安装有转速传感器，用于实时检测发动机转速。根据发动机的当前转速计算发动机的当前功率包括以下步骤：

S31、获取发动机的当前转速；

S32、基于发动机转速和发动机功率之间的映射关系，查询与发动机的当前转速对应的发动机功率；

S33、发动机的当前功率为查询到的发动机功率。

上述发动机转速和发动机功率之间的映射关系指的是发动机功率和发动机转速之间的对应关系，该对应关系存储至挖掘机的整车控制器内。

需要说明的是，发动机的当前功率大于负载功率，确保发动机不会熄火。

S4、判断发动机的当前功率与发动机需求功率的差值是否在预设差值范围内，若是，则返回S1；若否，则执行S5。

本实施例中的预设差值是个数值范围，可以避免频繁地调整发动机转速，设置上限系数b1和下限系数b2，b1小于b2。

如果b2×a×P_负载＜P_发动机＜b2×a×P_负载，则返回S1；若P_发动机不在上述范围内，则执行S5。

S5、判断发动机需求功率是否超过发动机功率阈值，若否，执行S61，若是，执行S71。

由于发动机功率随着发动机转速增大而增大，当发动机转速增加到一个转速限值后，发动机功率几乎维持不变甚至下降，同时发动机扭矩急速下降，造成整机油耗大幅上升。将发动机转速限值记为Nm，对应的发动机功率的临界值记为Pm，即发动机功率阈值。

S61、根据发动机转速和发动机功率之间的映射关系，查询与发动机需求功率对应的发动机转速，将发动机转速调节为查询到的发动机转速。

S62、根据挖掘机的作业模式与液压系统的设定流量之间的映射关系，查询与挖掘机当前的作业模式对应的液压系统的设定流量，根据查询到的发动机转速和查询到的液压系统的设定流量计算液压泵排量，将液压泵的排量调节至计算得到的液压泵排量。

具体地，将步骤S61中查询到的发动机转速记为N0，将步骤S62中查询到的与挖掘机当前的作业模式对应的液压系统的设定流量记为Q；根据公式Q＝V0×N0计算液压泵的排量V0。

整车控制器内存储有液压泵排量和泵比例阀的电流之间的映射关系如map图或数据表格等，根据液压泵排量和泵比例阀的电流之间的映射关系，查询与液压泵的排量V0对应的泵比例阀的电流，整车控制器将泵比例阀的电流调节至查询得到的电流，以使液压泵的排量变为V0。

S71、根据发动机功率阈值调节发动机转速和液压泵的排量。

根据发动机功率阈值调节发动机转速，包括以下步骤：基于发动机转速和发动机功率之间的映射关系，查询与发动机功率阈值对应的发动机转速限值，调节发动机转速至查询到的发动机转速限值Nm。

根据发动机功率阈值调节液压泵的排量，包括以下步骤：获取液压系统的主压力；计算负载自适应流量Q1，负载自适应流量Q1等于发动机功率阈值Pm与主压力P的比值；根据计算出的负载自适应流量Q1和与发动机功率阈值Pm对应的发动机转速限值Nm计算液压泵的排量V1；将液压泵的排量调节至计算得到的液压泵排量V1。

主压力指的是液压泵的出油口的油压，可以通过压力传感器测量，负载大小直接影响主压力。

实施例二

本实施例与实施例一的区别在于，如图2所示，在发动机的当前功率与发动机需求功率的差值未在预设差值范围内，且发动机需求功率超过发动机功率阈值时，根据发动机功率阈值调节发动机转速的同时，获取挖掘机的当前作业模式，将挖掘机的作业模式切换至目标作业模式。

上述目标作业模式为液压泵需求功率不超过发动机功率阈值且与当前作业模式的档位差最小的作业模式。

具体地，如图3所示，目标作业模式按照以下方式获取：

S110、获取液压系统当前的作业模式；

S120、判断当前的作业模式是否为最低档位的作业模式，若是，则发出发动机的需求功率超过发动机功率阈值的提示信息，若否，则执行S130；

S130、获取液压系统当前的系统压力及比当前的作业模式档位低的每个作业模式对应的设定流量，根据当前的负载压力和查询到的每个设定流量分别计算液压泵需求功率；

S140、判断是否存在计算出的液压泵需求功率超过发动机需求功率的作业模式，若否，则发出发动机的需求功率超过发动机功率阈值的提示信息；若是，则执行S150；

S150、判断计算出的液压泵需求功率超过发动机需求功率的作业模式是否为一个；若是，则目标作业模式为计算出的液压泵需求功率超过发动机需求功率的作业模式；若否，则获取计算出的液压泵需求功率超过发动机需求功率的作业模式中，与当前作业模式档位差最小的作业模式，目标作业模式为当前作业模式档位差最小的作业模式。

需要说明的是，目标作业模式的获取方法并不仅限于上述方法，还可以先计算比当前作业模式的档位低一档的作业模式下的液压泵需求功率，若比当前作业模式的档位低一档的作业模式下的液压泵需求功率超过发动机需求功率，则再计算比当前作业模式低的档位低两档的作业模式下的液压泵需求功率；若比当前作业模式的档位低一档的作业模式下的液压泵需求功率不超过发动机需求功率，则目标作业模式即为比当前作业模式的档位低一档的作业模式。

在收到挖掘机被切换至目标作业模式的信号时，整车控制器获取与目标作业模式对应的设定流量Q，根据发动机转速限值Nm和设定流量Q计算液压泵的排量V，V＝Q/Nm，根据液压泵排量和泵比例阀的电流之间的映射关系，查询与液压泵的排量对应的泵比例阀的电流，整车控制器将泵比例阀的电流调节至查询得到的电流，以使液压泵的排量变为V，之后返回S1。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。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。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

Claims (10)

1.一种挖掘机控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

计算挖掘机液压系统的负载功率，根据负载功率计算发动机需求功率；

根据发动机转速和发动机功率之间的映射关系，查询与发动机需求功率对应的发动机转速，将发动机的转速调节至查询到的发动机转速；

根据挖掘机的作业模式与液压系统的设定流量之间的映射关系，查询与挖掘机当前的作业模式对应的液压系统的设定流量；

根据查询到的发动机转速和查询到的设定流量计算液压泵排量，将液压泵的排量调节至计算得到的液压泵排量。

2.根据权利要求1所述的挖掘机控制方法，其特征在于，所述发动机需求功率为P_发动机，P_发动机＝a×P_负载，其中，a表示挖掘机液压系统的功率损耗系数，a＞1；P_负载表示挖掘机液压系统的负载功率。

3.根据权利要求1所述的挖掘机控制方法，其特征在于，在根据发动机转速和发动机功率之间的映射关系，查询与发动机需求功率对应的发动机转速之前，还包括：

获取发动机的当前功率；

判断是否满足发动机的当前功率与发动机需求功率的差值未在预设差值范围内，且发动机的需求功率未超过发动机功率阈值；

若发动机的当前功率与发动机需求功率的差值未在预设差值范围内，且发动机的需求功率未超过发动机功率阈值，则根据发动机转速和发动机功率之间的映射关系，查询与发动机需求功率对应的发动机转速。

4.根据权利要求3所述的挖掘机控制方法，其特征在于，所述发动机的当前功率按照以下方式获取：

获取发动机的当前转速；

基于发动机转速和发动机功率之间的映射关系，查询与发动机的当前转速对应的发动机功率；

发动机的当前功率为查询到的发动机功率。

5.根据权利要求4所述的挖掘机控制方法，其特征在于，若发动机的当前功率与发动机需求功率的差值未在预设差值范围内，且发动机的需求功率超过发动机功率阈值，则根据发动机功率阈值调节发动机转速。

6.根据权利要求5所述的挖掘机控制方法，其特征在于，根据发动机功率阈值调节发动机转速，包括以下步骤：

基于发动机转速和发动机功率之间的映射关系，查询与发动机功率阈值对应的发动机转速限值，调节发动机转速至查询到的发动机转速限值。

7.根据权利要求6所述的挖掘机控制方法，其特征在于，在根据发动机功率阈值调节发动机转速的同时，根据发动机功率阈值调节液压泵的排量；

根据发动机功率阈值调节液压泵的排量，包括以下步骤：

获取液压系统的主压力；

计算负载自适应流量，负载自适应流量等于发动机功率阈值与所述主压力的比值；

根据计算出的负载自适应流量和与发动机功率阈值对应的发动机转速限值计算液压泵排量；

将液压泵的排量调节至计算得到的液压泵排量。

8.根据权利要求6所述的挖掘机控制方法，其特征在于，挖掘机的作业模式具有多个，不同作业模式对应的液压系统的设定流量不同；按照设定流量的大小对多个作业模式进行档位划分，任意两个作业模式中，高档位的作业模式对应的设定流量大于低档位的作业模式对应的设定流量；

在根据发动机功率阈值调节发动机转速的同时，将挖掘机的作业模式切换至目标作业模式；

所述目标作业模式按照以下方式获取：

获取液压系统当前的系统压力，并查询比当前的作业模式档位低的作业模式对应的设定流量，根据当前的负载压力和设定流量计算液压泵需求功率；

目标作业模式为液压泵需求功率不超过发动机功率阈值且与当前作业模式的档位差最小的作业模式。

9.根据权利要求8所述的挖掘机控制方法，其特征在于，在收到挖掘机的作业模式被切换目标作业模式的信号时，获取与目标作业模式对应的设定流量；

根据与发动机功率阈值对应的发动机转速限值和与目标作业模式对应的设定流量计算液压泵排量；

将液压泵的排量调节至计算得到的液压泵排量。

10.一种挖掘机，其特征在于，采用权利要求1至9任一项所述的挖掘机控制方法。

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