CN114370082B - 一种电动装载机的自动怠速控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电动装载机的自动怠速控制系统及方法，包括：控制器、第一压力检测单元、第二压力检测单元、供油装置、换向阀、执行油缸、先导手柄；所述控制器的输入端与所述第一压力检测单元、所述第二压力检测单元电气连接，所述控制器的输出端与所述供油装置的输入端电气连接；所述第一压力检测单元配置在所述先导手柄上，所述第二压力检测单元配置在所述执行油缸上，所述供油装置通过第一管路与所述换向阀的输入端连接，所述供油装置通过第二管路与所述先导手柄连接，所述先导手柄与所述换向阀的控制端管路连接，所述换向阀的输出端与所述执行油缸的输入端管路连接。解决了现有技术中的电动装载机能量浪费严重的问题。

Description

一种电动装载机的自动怠速控制系统及方法

技术领域

本发明涉及自动化领域，特别涉及一种电动装载机的自动怠速控制系统及方法。

背景技术

当前随着环境污染问题及能源危机问题日趋严峻，世界各国对节能减排和绿色环保提出了更加严格的要求。工程机械中的内燃机装机量仅仅次于汽车，由于工程机械都采用大排量的内燃机，因此其排放量已经远远超过其他行业，对工程机械进行节能减排技术研究具有重要意义。工程机械在作业过程中工况复杂，负载波动大，因此在传统液压系统以及其控制策略中，很难到达节能减排的要求。其主要表现为以下几个问题：1)由于负载波动大，工况负载，对系统的流量需求波动很大。在由内燃机、定量泵组成的系统中，内燃机转速波动大，导致发动机效率大大降低；2)在传统的定流量系统中，由于流量不可调节，因此在低速工况下大部分流量将直接回油箱，造成较大的能量损耗；在高速工况下，流量供给不足则会影响整机的操控性；3)在传统变量系统中，通常是通过调节变量泵排量的方式来调节泵的输出流量，但由于变量泵在低排量时效率很低，节能性仍然很差。

有鉴于此，提出本申请。

发明内容

本发明公开了一种电动装载机的自动怠速控制系统及方法，旨在解决现有技术中的电动装载机能量浪费严重的问题。

本发明第一实施例提供了一种电动装载机的自动怠速控制系统,包括：控制器、第一压力检测单元、第二压力检测单元、供油装置、换向阀、执行油缸、先导手柄；

其中，所述控制器的输入端与所述第一压力检测单元、所述第二压力检测单元电气连接，所述控制器的输出端与所述供油装置的输入端电气连接；

其中，所述第一压力检测单元配置在所述先导手柄上，所述第二压力检测单元配置在所述执行油缸上，所述供油装置通过第一管路与所述换向阀的输入端连接，所述供油装置通过第二管路与所述先导手柄连接，所述先导手柄与所述换向阀的控制端管路连接，所述换向阀的输出端与所述执行油缸的输入端管路连接。

优选地，所述先导手柄的A口与所述换向阀的第一控制端管路连接，所述先导手柄的B口与所述换向阀的第二控制端管路连接，所述先导手柄的T口与所述第二管路的输出端连接，所述先导手柄的P口用于连接油箱。

优选地，所述第一压力检测单元包括第一压力传感器、第二压力传感器；

其中，所述第一压力传感器配置在所述先导手柄的A口上，所述第二压力传感器配置在所述先导手柄的B口上；

其中，所述第一压力传感器、所述第二压力传感器与所述控制器的输入端电气连接。

优选地，所述供油装置包括：储能单元，电动机、电机控制器、定量泵、先导泵、第一联轴器、第二联轴器；

其中，所述储能单元的输出端与所述电机控制器的电源输入端电气连接，所述电机控制器的输出端与所述电动机的输入端电气连接，所述电动机控制器的控制端与所述控制器的输出端电气连接，所述电动机通过所述第一联轴器与所述定量泵连接，所述定量泵通过所述第二联轴器与所述先导泵连接，所述定量泵的第一开口用于连接油箱，所述定量泵的第二开口与所述第一管路的输入端连接，所述先导泵的第一开口用于连接油箱，所述先导泵的第二开口与所述第二管路的输入端连接。

优选地，所述第二管路包括第一溢流阀；

所述第一溢流阀的第一开口连接在所述先导手柄的T口与所述先导泵的第二开口之间的管路上，所述第一溢流阀的第二开口用于连接油箱。

优选地，所述第一管路包括第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀、第二溢流阀；

其中，所述第一单向阀的输入端与所述定量泵的第二开口连接，所述第一单向阀的输出端与所述换向阀的P口连接，所述第二溢流阀的第一开口连接在所述第一单向阀的输出端，所述第二溢流阀的第二开口用于连接油箱，所述第二单向阀的输入端与所述第一单向阀的输出端连接，所述所述第二单向阀的输出端与所述换向阀的D口连接,所述换向阀的T口与所述第三单向阀的输入端连接，所述第三单向阀的输出端与油箱连接。

优选地，所述换向阀的A口与油箱连接，所述换向阀的B口与所述执行油缸的无杆腔连接，所述换向阀的C口与所述执行油缸的有杆腔连接。

优选地，所述第二压力检测单元包括第三压力传感器、第四压力传感器；

其中，所述第三压力传感器配置在所述执行油缸的无杆腔上，所述第四压力传感器配置在所述执行油缸的有杆腔上；

其中，所述第三压力传感器、所述第四压力传感器与所述控制器的输入端电气连接。

本发明第二实施例提供了一种电动装载机的自动怠速控制方法包括：

获取由第一压力检测单元采集到的第一压力值，其中，所述压力值用于判断先导手柄是否动作；

在判断到所述第一压力值低于预设阈值时，生成第一控制信号至供油装置，以使得所述供油装置的电动机进入怠速模式，同时控制计时器开始计时；

获取计时器的输出，在判断到所述电动机处于怠速模式超过预设时长，生成第二控制信号至所述供油装置，以使得所述供油装置的电动机进入停机模式。

优选地，还包括：

获取由第二压力检测单元采集到的第二压力值，其中，所述第二压力值用于判断负载是否处于极限工况；

在判断到所述第二压力值高于预设阈值时超过预设时长时，定义所述负载处于极限工况，并生成第三控制信号至所述所述供油装置，以使得所述供油装置的电动机进入怠速模式。

基于本发明提供的一种电动装载机的自动怠速控制系统及方法，所述控制器通过第一压力检测单元采集所述先导手柄的压力值大小，在判断到所述先导手柄的压力值低于预设值时，控制电动机进入怠速模式，在怠速预设时长之后，进入停机，避免能量的浪费，所述控制器通过第二压力检测单元采集所述执行油缸的压力值大小，在根据执行油缸的压力值判断到负载处于极限工况时，控制所述电动机以怠速的转速运行，避免溢流损耗。

附图说明

图1是本发明提供的一种电动装载机的自动怠速控制系统的结构示意图；

图2是本发明提供的一种电动装载机的自动怠速控制方法的流程示意图；

图3是本发明提供的一种电动装载机的自动怠速控制方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。

以下结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。

本发明公开了一种电动装载机的自动怠速控制系统及方法，旨在解决现有技术中的电动装载机能量浪费严重的问题。

请参阅图1，本发明第一实施例提供了一种电动装载机的自动怠速控制系统,包括：控制器4、第一压力检测单元、第二压力检测单元、供油装置、换向阀16、执行油缸19、先导手柄13；

其中，所述控制器4的输入端与所述第一压力检测单元、所述第二压力检测单元电气连接，所述控制器4的输出端与所述供油装置的输入端电气连接；

其中，所述第一压力检测单元配置在所述先导手柄13上，所述第二压力检测单元配置在所述执行油缸19上，所述供油装置通过第一管路与所述换向阀16的输入端连接，所述供油装置通过第二管路与所述先导手柄13连接，所述先导手柄13与所述换向阀16的控制端管路连接，所述换向阀16的输出端与所述执行油缸19的输入端管路连接。

需要说明的是，相对于传统内燃机的装载机，电动装载机实现了零排放要求，但在节能性方面仍需进一步研究。电动装载机不是简单的利用电机取代传统内燃机，而是结合电机自身的特性对液压系统进行设计与控制。由于对电动装载机的研究正处于起步阶段，实现电动装载机的节能仍是界内追求目标。为达到电动装载机的节能要求，仍需要解决以下问题：

(1)系统流量匹配问题：由于变量泵通常在低排量区间的效率很低，因此在电动装载机的液压系统中通常采用变频电机与定量泵5组合，通过调节电机转速从而控制系统流量输出。电机若一直处于高转速状态则会引起系统有时候供油过剩，造成浪费；电机若一直处于低转速状态则会导致系统供油不足，影响操控性。传统的控制系统无法保证在任何工况下都不会出现流量过剩或者不足的情况。

(2)极限工况能量损失大：装载机在作业过程中工况负载，会存在一些负载急剧上升的极限工况。在极限工况下，系统压力迅速增加到系统安全压力。在此工况下，所有流量都通过溢流阀回油箱，造成巨大的能量损失。

(3)空流损失严重：装载机在作业过程中不是无间断的作业，而是根据现场情况间断性作业。在等待期间系统仍然以较大流量持续工作，这就使得系统有较大的流量损失

在本实施例中，利用供油装置的电动机3与定量泵5作为电动装载机的动力源，结合先导压力信号、负载压力信号控制电机转速：1)根据驾驶员意图即先导手柄13开度判断此时系统流量需求，从而调整电机转速，达到系统流量按需所供的目的；2)根据负载压力识别极限工况，若负载压力超过系统设置极限工况压力阀值且时间超过系统设定时间，则判定为极限工况，此时将电机进入溢流模式，转速降到最低，减少系统能量损失；3)根据先导压力值判断怠速状态，若先导压力小于系统设定的自动怠速压力阀值且计时时间超过系统设定时间，则电机直接进入停机模式，避免系统的空流损失。

在本发明可能的一个实施例中，所述先导手柄13的A口与所述换向阀16的第一控制端管路连接，所述先导手柄13的B口与所述换向阀16的第二控制端管路连接，所述先导手柄13的T口与所述第二管路的输出端连接，所述先导手柄13的P口用于连接油箱。

在本发明可能的一个实施例中，所述第一压力检测单元包括第一压力传感器14、第二压力传感器15；

其中，所述第一压力传感器14配置在所述先导手柄13的A口上，所述第一压力传感器14配置在所述先导手柄13的B口上；

其中，所述第一压力传感器14、所述第二压力传感器15与所述控制器4的输入端电气连接。

本实施例中，还可以包括第五压力传感器10，用于采集定量泵5输出端的压力值。

需要说明的是，所述控制器4通过获取第一压力检测单元采集到的先导压力值来识别驾驶员的操作意图，先导压力越大，先导手柄13的开度就越大，从而断定此时驾驶员对执行油缸19的速度需求越大，而油缸的移动速度正是流量大小的体现，此时增大电机转速便能实现驾驶员的操作目的。所以，本实施例中，利用先导压力信号输入使电机输出相应的转速，同时先导油路也会通过先导手柄13的A或者B口去控制换向阀16的开口大小，这样便实现了系统的流量按照驾驶员的操控意图供给，解决了现有系统中流量匹配不佳的问题。

具体地，在本实施例中，根据第一压力传感器14、第二压力传感器15所检测到的先导压力P_pa、P_pb中的较大值与控制器4中所设置的先导压力阀值P_pf进行比较，若P_pa、P_pb小于P_pf，则控制器4判定先导手柄13没用动作，系统进入自动怠速状态且系统计时器开始计时，此时电动机3将以转速n_d运行，系统仍然存在较小的空流损失。当计时时间T_j大于控制器4中设置的怠速时间T_d，则系统将会进入停机模式，此时电动机3不再运行，此时系统没有流量供给，不存在任何能量损失。电动机3无论处于自动怠速模式还是停机模式下，当控制器4通过先导压力值识别到驾驶员的操作意图之后，电动机3能够充分发挥其优良的响应特性快速带动定量泵5供油；

在本发明可能的一个实施例中，所述供油装置包括：储能单元1，电动机3、电机控制器2、定量泵5、先导泵6、第一联轴器20、第二联轴器21；

其中，所述储能单元1的输出端与所述电机控制器2的电源输入端电气连接，所述电机控制器2的输出端与所述电动机3的输入端电气连接，所述电动机3控制器4的控制端与所述控制器4的输出端电气连接，所述电动机3通过所述第一联轴器20与所述定量泵5连接，所述定量泵5通过所述第二联轴器21与所述先导泵6连接，所述定量泵5的第一开口用于连接油箱，所述定量泵5的第二开口与所述第一管路的输入端连接，所述先导泵6的第一开口用于连接油箱，所述先导泵6的第二开口与所述第二管路的输入端连接。

需要说明的是，在本实施例中，所述储能单元1可也是磷酸铁锂蓄电池，当然不仅限于此，所述电动机3带动定量泵5给系统供油，所述电动机3、定量泵5、先导泵6通过第一联轴器20、第二联轴器21连接在一起，其可以实现同步工作。

在本发明可能的一个实施例中，所述第二管路包括第一溢流阀7；

所述第一溢流阀7的第一开口连接在所述先导手柄13的T口与所述先导泵6的第二开口之间的管路上，所述第一溢流阀7的第二开口用于连接油箱。

需要说明的是，在本实施例中，所述第一溢流阀7相当于一个安全装置，用来限制系统最大压力，如果所述先导手柄13的T口与所述先导泵6的第二开口之间的管路压力超过了溢流阀设定的压力，溢流阀就会打开，使得管路中的油流向油箱，改管路的压力就会下降，使得整个系统的压力就会下降。

在本发明可能的一个实施例中，所述第一管路包括第一单向阀9、第二单向阀12、第三单向阀11、第二溢流阀8；

其中，所述第一单向阀9的输入端与所述定量泵5的第二开口连接，所述第一单向阀9的输出端与所述换向阀16的P口连接，所述第二溢流阀8的第一开口连接在所述第一单向阀9的输出端，所述第二溢流阀8的第二开口用于连接油箱，所述第二单向阀12的输入端与所述第一单向阀9的输出端连接，所述所述第二单向阀12的输出端与所述换向阀16的D口连接,所述换向阀16的T口与所述第三单向阀11的输入端连接，所述第三单向阀11的输出端与油箱连接。

需要说明的是，在本实施例中，所述第二溢流阀8相当于一个安全装置，用来限制系统最大压力，如果所述定量泵5和换向阀16之间的管路压力超过了溢流阀设定的压力，第二溢流阀8就会打开，使得管路中的油流向油箱，改管路的压力就会下降，使得整个系统的压力就会下降。

在本实施例中，所述第一单向阀9、第二单向阀12使得液压油只能从所述定量泵5流向所述换向阀16的P口和D口，所述第二单向阀12使得液压油只能从所述换向阀16的T口流向邮箱。

在本发明可能的一个实施例中，所述换向阀16的A口与油箱连接，所述换向阀16的B口与所述执行油缸19的无杆腔连接，所述换向阀16的C口与所述执行油缸19的有杆腔连接。应当理解，接口位置的连接可以根据实际情况对应配置，这里不做具体限定。

在本发明可能的一个实施例中，所述第二压力检测单元包括第三压力传感器18、第四压力传感器17；

其中，所述第三压力传感器18配置在所述执行油缸19的无杆腔上，所述第四压力传感器17配置在所述执行油缸19的有杆腔上；

其中，所述第三压力传感器18、所述第四压力传感器17与所述控制器4的输入端电气连接。

在本实施例中，控制器4根据第三压力传感器18、所述第四压力传感器17所检测到的负载压力值P_L1、P_L2来识别此时系统是否处于极限工况。若P_L1或者P_L2大于设置的负载压力阀值P_ff，则系统计时器开始计时。当计时时间T_j大于控制器4中设置的怠速时间T_d，则控制器4判定此时系统处于极限工况下，并做出相应的控制使电动机3进入溢流模式，并以设置的怠速转速n_d运行。此时能最大程度上减少系统的溢流损失。

本发明第二实施例提供了一种电动装载机的自动怠速控制方法包括：

获取由第一压力检测单元采集到的第一压力值，其中，所述压力值用于判断先导手柄13是否动作；

在判断到所述第一压力值低于预设阈值时，生成第一控制信号至供油装置，以使得所述供油装置的电动机3进入怠速模式，同时控制计时器开始计时；

获取计时器的输出，在判断到所述电动机3处于怠速模式超过预设时长，生成第二控制信号至所述供油装置，以使得所述供油装置的电动机3进入停机模式。

优选地，还包括：

获取由第二压力检测单元采集到的第二压力值，其中，所述第二压力值用于判断负载是否处于极限工况；

在判断到所述第二压力值高于预设阈值时超过预设时长时，定义所述负载处于极限工况，并生成第三控制信号至所述所述供油装置，以使得所述供油装置的电动机3进入怠速模式。

本实施例与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知：

(1)在流量匹配问题上，本实施例是利用先导压力值来识别驾驶员的操作意图。先导压力越大，先导手柄13的开度就越大，从而断定此时驾驶员对执行油缸19的速度需求越大，而油缸的移动速度正是流量大小的体现，此时增大电机转速便能实现驾驶员的操作目的。所以，本实施例通过直接建立电机转速与先导压力的函数关系式，利用先导压力信号输入使电机输出相应的转速，从而实现系统流量按需所供的目的。

(2)在极限工况下，本实施例通过压力传感器采集负载压力，利用负载压力识别是否处于极限工况。由于装载机作业过程中负载波动很大，因此判断极限工况不仅仅通过负载压力值，还需要结合负载压力持续的时间。首先根据系统设定极限工况压力阀值，若负载压力大于该阀值，则系统计时器开始计时，若系统计时时间超过怠速设定时间，则判断此时系统处于极限工况状态，为了减少在此工况下的能量损耗，系统控制总成将电机转速降至最低，进入溢流模式。

(3)在空流损失方面，本实施例结合系统先导压力、系统计时时间共同识别装载机是否处于等待作业状态。若先导压力值小于系统设定的自动怠速压力阀值且系统计时时间超过怠速设定时间，则电机将直接进入停机模式，此时系统没有流量输出，很好的避免了系统空流损失。

基于本发明提供的一种电动装载机的自动怠速控制系统及方法，所述控制器4通过第一压力检测单元采集所述先导手柄13的压力值大小，在判断到所述先导手柄13的压力值低于预设值时，控制电动机3进入怠速模式，在怠速预设时长之后，进入停机，避免能量的浪费，所述控制器4通过第二压力检测单元采集所述执行油缸19的压力值大小，在根据执行油缸19的压力值判断到负载处于极限工况时，控制所述电动机3以怠速的转速运行，避免溢流损耗。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种电动装载机的自动怠速控制系统,其特征在于，包括：控制器、第一压力检测单元、第二压力检测单元、供油装置、换向阀、执行油缸、先导手柄；

其中，所述控制器的输入端与所述第一压力检测单元、所述第二压力检测单元电气连接，所述控制器的输出端与所述供油装置的输入端电气连接；

其中，所述第一压力检测单元配置在所述先导手柄上，所述第二压力检测单元配置在所述执行油缸上，所述供油装置通过第一管路与所述换向阀的输入端连接，所述供油装置通过第二管路与所述先导手柄连接，所述先导手柄与所述换向阀的控制端管路连接，所述换向阀的输出端与所述执行油缸的输入端管路连接；

所述控制器被配置为实现如下步骤：

获取由第一压力检测单元采集到的第一压力值，其中，所述压力值用于判断先导手柄是否动作；

在判断到所述第一压力值低于预设阈值时，生成第一控制信号至供油装置，以使得所述供油装置的电动机进入怠速模式，同时控制计时器开始计时；

获取计时器的输出，在判断到所述电动机处于怠速模式超过预设时长，生成第二控制信号至所述供油装置，以使得所述供油装置的电动机进入停机模式；以及，

获取由第二压力检测单元采集到的第二压力值，其中，所述第二压力值用于判断负载是否处于极限工况；

在判断到所述第二压力值高于预设阈值时超过预设时长时，定义所述负载处于极限工况，并生成第三控制信号至所述供油装置，以使得所述供油装置的电动机进入怠速模式。

2.根据权利要求1所述的一种电动装载机的自动怠速控制系统,其特征在于，所述先导手柄的A口与所述换向阀的第一控制端管路连接，所述先导手柄的B口与所述换向阀的第二控制端管路连接，所述先导手柄的T口与所述第二管路的输出端连接，所述先导手柄的P口用于连接油箱。

3.根据权利要求2所述的一种电动装载机的自动怠速控制系统,其特征在于，所述第一压力检测单元包括第一压力传感器、第二压力传感器；

其中，所述第一压力传感器配置在所述先导手柄的A口上，所述第二压力传感器配置在所述先导手柄的B口上；

其中，所述第一压力传感器、所述第二压力传感器与所述控制器的输入端电气连接。

4.根据权利要求2所述的一种电动装载机的自动怠速控制系统,其特征在于，所述供油装置包括：储能单元，电动机、电机控制器、定量泵、先导泵、第一联轴器、第二联轴器；

其中，所述储能单元的输出端与所述电机控制器的电源输入端电气连接，所述电机控制器的输出端与所述电动机的输入端电气连接，所述电动机控制器的控制端与所述控制器的输出端电气连接，所述电动机通过所述第一联轴器与所述定量泵连接，所述定量泵通过所述第二联轴器与所述先导泵连接，所述定量泵的第一开口用于连接油箱，所述定量泵的第二开口与所述第一管路的输入端连接，所述先导泵的第一开口用于连接油箱，所述先导泵的第二开口与所述第二管路的输入端连接。

5.根据权利要求4所述的一种电动装载机的自动怠速控制系统,其特征在于，所述第二管路包括第一溢流阀；

所述第一溢流阀的第一开口连接在所述先导手柄的T口与所述先导泵的第二开口之间的管路上，所述第一溢流阀的第二开口用于连接油箱。

6.根据权利要求4所述的一种电动装载机的自动怠速控制系统,其特征在于，所述第一管路包括第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀、第二溢流阀；

其中，所述第一单向阀的输入端与所述定量泵的第二开口连接，所述第一单向阀的输出端与所述换向阀的P口连接，所述第二溢流阀的第一开口连接在所述第一单向阀的输出端，所述第二溢流阀的第二开口用于连接油箱，所述第二单向阀的输入端与所述第一单向阀的输出端连接，所述第二单向阀的输出端与所述换向阀的D口连接,所述换向阀的T口与所述第三单向阀的输入端连接，所述第三单向阀的输出端与油箱连接。

7.根据权利要求1所述的一种电动装载机的自动怠速控制系统,其特征在于，所述换向阀的A口与油箱连接，所述换向阀的B口与所述执行油缸的无杆腔连接，所述换向阀的C口与所述执行油缸的有杆腔连接。

8.根据权利要求7所述的一种电动装载机的自动怠速控制系统,其特征在于，所述第二压力检测单元包括第三压力传感器、第四压力传感器；

其中，所述第三压力传感器配置在所述执行油缸的无杆腔上，所述第四压力传感器配置在所述执行油缸的有杆腔上；

其中，所述第三压力传感器、所述第四压力传感器与所述控制器的输入端电气连接。