CN114370342A - 一种静压驱动车辆发动机防超速控制方法 - Google Patents

一种静压驱动车辆发动机防超速控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种静压驱动车辆发动机防超速控制方法，包括以下步骤：判断车辆是否处于下坡状态，若车辆未处于下坡状态，则车辆正常行驶；若车辆处于下坡状态，则判断发动机转速是否超过起调转速，发动机转速未超过起调转速，则车辆正常行驶；通过计算车辆总重和运行路线最大坡度建立调节函数，发动机转速超过起调转速，则车辆缓速器工作，车辆控制器根据调节函数计算结果自动控制车辆缓速器输出相应阻力矩，防止发动机超速；若发动机转速超过目标转速，则车辆应急制动系统启动。本发明通过计算车辆总重和运行路线最大坡度，建立调节函数，车辆控制器根据调节函数计算结果自动控制车辆缓速器输出相应阻力矩，从而有效防止发动机超速。

Description

一种静压驱动车辆发动机防超速控制方法
技术领域
本发明属于车辆发动机转速控制技术领域，具体涉及一种静压驱动车辆发动机防超速控制方法。
背景技术
当前，采用静压驱动的重载运输车辆在长下坡过程中，为限制发动机超转速，普遍采用边制动边行进方式下坡，但该方式易造成制动片的剧烈磨损，进而导致制动失效，引发事故；同时由于驾驶员在行进过程中，无法对发动机实时转速进行监控且制动动作有滞后，不可避免地存在发动机超速，从而造成永久伤害。
为有效地防止发动机超速，极少数单位通过控制缓速器来起到发动机防超速的目的，在下坡过程中，控制器根据闭式泵两侧压差和闭式泵排量，实时计算闭式泵对发动机的拖转扭矩，再减去发动机在该种转速下的阻力矩，得出缓速器所需的输出力矩，控制器再简要修正，对缓速器输出相应控制信号，以保持发动机输出力矩为正的目的，进而实现发动机防超速的目的。但该种控制方法计算复杂，控制响应速度慢，且在下坡过程中需改变驾驶员操作习惯，易造成事故。
中国专利CN110435423B公开了一种用于静压驱动车辆下坡的速度控制方法及装置，该专利通过测量闭式泵两侧压差与闭式泵排量的方式得出拖转力矩，由于闭式泵工作油口的压力实时波动，且闭式泵排量控制为非闭环控制，存在响应滞后与精度偏差的问题，致使控制器不停地接收数据、处理数据和输出数据，控制变量多且电气控制复杂，进而导致缓速器控制响应慢，缓速器控制系统振荡以及失效等；且该专利在下坡过程中缓速器全程参与工作，电气控制复杂的同时，作业效率低且由缓速器导致的发热更为严重。
发明内容
针对当前发动机防超速控制方法的不足，本发明提供一种静压驱动车辆发动机防超速控制方法，本发明通过计算车辆总重和运行路线最大坡度，建立调节函数，车辆控制器根据调节函数计算结果自动控制车辆缓速器输出相应阻力矩，从而有效防止发动机超速。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种静压驱动车辆发动机防超速控制方法，包括以下步骤：
S1、判断车辆是否处于下坡状态，若车辆未处于下坡状态，则车辆正常行驶；
S2、若车辆处于下坡状态，则判断车辆发动机转速是否超过起调转速，若所述发动机转速未超过所述起调转速，则车辆正常行驶；
S3、车辆下坡状态确认后，通过计算车辆总重和运行路线最大坡度建立调节函数，若所述发动机转速超过所述起调转速，则车辆缓速器工作，车辆控制器根据所述调节函数计算结果自动控制车辆缓速器输出相应阻力矩，防止发动机超速，使车辆正常行驶；
S4、若所述发动机转速超过目标转速，则车辆应急制动系统启动。
进一步地，步骤S1中，判断车辆是否处于下坡状态，具体包括以下步骤：
S1-1、车辆控制器通过档位控制机构的实时档位信息确认车辆处于前进或后退状态；
S1-2、车辆静压驱动回路中的检测元件检测到发动机相接闭式泵两个工作油口的压力数值，分别记为P1和P2，且设定车辆在前进状态平路上行驶时，P2>P1；
S1-3、车辆控制器通过对比P1与P2数值的大小确定车辆是否处于下坡状态。
进一步地，步骤S1-3中，当车辆处于前进状态时，若P1－P2＞k时，则车辆处于下坡状态，其中k≥0；当车辆处于后退状态时，若P2－P1＞k时，则车辆处于下坡状态。
进一步地，步骤S2和S3中，所述起调转速记为N1，步骤S4中，所述目标转速记为N0，所述起调转速N1和目标转速N0均不大于发动机最大允许转速Nmax，其中N1、N0和Nmax的单位均为r/min，且N1＜N0。
进一步地，步骤S3中，建立所述调节函数时，所述调节函数在平面直角坐标系中与横坐标轴的交点为坐标点I，其中所述坐标点I的横坐标X的坐标值为N，且N＝N0－N1，所述坐标点I的纵坐标Y的坐标值为0，则将所述坐标点I记为(N0－N1，0)。
进一步地，步骤S3中，建立所述调节函数时，所述调节函数在平面直角坐标系中与纵坐标轴的交点为坐标点II，其中所述坐标点II的横坐标X的坐标值为0，所述坐标点II的纵坐标Y的坐标值为K0，则将所述坐标点II记为(0，K0)，其中K0表示所述发动机转速达到所述目标转速N0时，车辆缓速器输出阻力矩Tf对应的控制信号。
进一步地，所述发动机转速达到所述目标转速N0时，车辆缓速器输出阻力矩Tf与闭式泵对发动机的拖转力矩Te相等，即Tf＝Te。
进一步地，所述拖转力矩Te的计算方法如下：
(1)将车辆总质量记为M，且M＝M1+M2，其中，M1为车辆空载质量，M2为车辆载重质量；
(2)将下坡坡度记为G，其中G为车辆在某段或全程运行过程中所经过的最大下坡坡度值；
(3)根据所述车辆总质量M和所述下坡坡度G计算拖转力矩Te，具体为Te＝Mg*(sinθ-μcosθ)*R，其中，g为重力加速度，9.81kg/m2；θ为下坡角度，即坡道与水平面所成夹角，G＝tanθ；R为驱动半径，单位为m。
进一步地，步骤S3中，车辆下坡状态确认后，根据所述坐标点I与所述坐标点II建立调节函数f(N，M，G)，当所述发动机转速超过所述起调转速N1时，车辆控制器根据所述调节函数f(N，M，G)自动输出相应控制信号至车辆缓速器，车辆缓速器根据相应控制信号输出相应阻力矩至发动机，从而减缓发动机转速的增加，直至所述发动机转速达到所述目标转速N0后，车辆缓速器输出在当前工况下的最大阻力矩，防止发动机超速。
进一步地，所述发动机转速通过车辆控制器监控，并判断所述发动机转速是否超过所述起调转速和目标转速。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：
本发明提供了一种静压驱动车辆在下坡过程中发动机防超速控制方法，本发明通过计算车辆总重和运行路线最大坡度，建立了调节函数，车辆控制器根据调节函数计算结果自动控制车辆缓速器输出相应阻力矩，从而有效防止发动机超速。
本发明中，判断车辆是否处于下坡状态，具体包括以下步骤：车辆控制器通过档位控制机构的实时档位信息确认车辆处于前进或后退状态，车辆静压驱动回路中的检测元件检测到发动机相接闭式泵两个工作油口的压力数值，分别记为P1和P2，且设定车辆在前进状态平路上行驶时，P2>P1，车辆控制器通过对比P1与P2数值的大小确定车辆是否处于下坡状态，因而本发明提供了一种车辆下坡工况的确认方法，该方法可以准确判断静压驱动车辆是否处于下坡状态。
本发明中，采用该种控制方法的静压驱动车辆，在下坡过程中，无需对闭式泵、轮边马达排量进行任何调整，即车辆运行速度只与发动机转速和档位相关。
本发明中，所述拖转力矩Te的计算方法如下：将车辆总质量记为M，且M＝M1+M2，其中，M1为车辆空载质量，M2为车辆载重质量；将下坡坡度记为G，其中G为车辆在某段或全程运行过程中所经过的最大下坡坡度值；根据所述车辆总质量M和所述下坡坡度G计算拖转力矩Te，具体为Te＝Mg*(sinθ-μcosθ)*R，其中，g为重力加速度，9.81kg/m2；θ为下坡角度，G＝tanθ；R为驱动半径，单位为m；因而采用该种控制方法的静压驱动车辆，可以准确测算出下坡时发动机因下坡所承受的拖转力矩。
本发明中，采用该种控制方法的静压驱动车辆，在下坡过程中，可以减少驾驶员的频繁制动动作，减轻了驾驶员的工作负担，同时有效地减少了制动系统因频繁制动造成制动失效的风险。
本发明中，采用该种控制方法的静压驱动车辆，在下坡过程中，驾驶员可以如同平地驾驶一样，不改变操作习惯。
本发明中，采用该种控制方法的静压驱动车辆，在车辆缓速器制动能力允许的情况下，可以方便地限制车辆在下坡过程中的最大车速，而无需控制油门踏板。
本发明中，采用该种控制方法的静压驱动车辆，在缓速器的工作过程中，可以大幅度降低控制计算的复杂程度，使缓速器的控制更为简单可靠。
综上，采用本发明控制方法下的静压驱动车辆，可在不改变驾驶员操作习惯的情况下，实现车辆长时间在长坡和陡坡上向下行进时的发动机速度限制。
与中国专利CN110435423B相比，本发明在下坡状态确认的方法中，通过引入常数k(k≥0)，可以有效规避压力正常波动、路况不稳定等状况导致的缓速器频繁启动；在拖转力矩的计算中，本发明通过采用车辆重量与坡度的关系，计算出在某一段路或整个路段过程中的最大拖转力矩，计算方法简单，控制器计算量小；本发明通过适当设置上述k值，有效规避了发动机阻力矩的复杂变化特性对缓速器输出力矩大小的影响，使缓速器输出力矩的计算更为简单；本发明通过设置起调转速，可以实现下坡过程中缓速器的启动控制，使缓速器的启停与坡度和压差无关，而仅与发动机转速相关，即只与档位相关，这样可以在不损坏发动机的情况下最大限度地利用下坡带来的速度优势，提高工作效率。
附图说明
图1为本发明中车辆缓速器启用条件的判定原理图；
图2为本发明中调节函数的建立方法原理图；
图3为本发明中建立的调节函数在平面直角坐标系中的分布图。
具体实施方式
如图1所示，一种静压驱动车辆发动机防超速控制方法，包括以下步骤：
S1、判断车辆是否处于下坡状态，具体包括以下步骤：S1-1、车辆控制器通过档位控制机构的实时档位信息确认车辆处于前进或后退状态；S1-2、车辆静压驱动回路中的检测元件检测到发动机相接闭式泵两个工作油口的压力数值，分别记为P1和P2，且设定车辆在前进状态平路上行驶时，P2>P1；S1-3、车辆控制器通过对比P1与P2数值的大小确定车辆是否处于下坡状态，当车辆处于前进状态时，若P1－P2＞k时，则车辆处于下坡状态，其中k≥0，当车辆处于后退状态时，若P2－P1＞k时，则车辆处于下坡状态；若车辆未处于下坡状态，则车辆正常行驶；
S2、若车辆处于下坡状态，则判断车辆的发动机转速是否超过起调转速N1，当车辆控制器监控到发动机转速未超过起调转速N1，则车辆正常行驶，其中起调转速N1不大于发动机最大允许转速Nmax；
S3、车辆下坡状态确认后，通过计算车辆总重和运行路线最大坡度建立调节函数，当车辆控制器监控到发动机转速超过起调转速N1时，则车辆缓速器工作，车辆控制器根据调节函数自动输出相应控制信号至车辆缓速器，车辆缓速器根据相应控制信号输出相应阻力矩至发动机，从而减缓发动机转速的增加，直至发动机转速达到目标转速N0后，车辆缓速器输出在当前工况下的最大阻力矩，防止发动机超速，使车辆正常行驶；
其中，如图2和3所示，建立调节函数时，调节函数在平面直角坐标系中与横坐标轴的交点为坐标点I，其中坐标点I的横坐标X的坐标值为N，且N＝N0－N1，坐标点I的纵坐标Y的坐标值为0，则将坐标点I记为(N0－N1，0)；
建立调节函数时，调节函数在平面直角坐标系中与纵坐标轴的交点为坐标点II，其中坐标点II的横坐标X的坐标值为0，发动机转速达到目标转速N0时，车辆缓速器输出阻力矩Tf与闭式泵对发动机的拖转力矩Te相等，即Tf＝Te，将车辆缓速器输出阻力矩Tf对应的控制信号K0作为坐标点II的纵坐标Y的坐标值，则将坐标点II记为(0，K0)；
其中，拖转力矩Te的计算方法如下：(1)将车辆总质量记为M，且M＝M1+M2，其中，M1为车辆空载质量，M2为车辆载重质量；(2)将下坡坡度记为G，其中G为车辆在某段或全程运行过程中所经过的最大下坡坡度值；(3)根据车辆总质量M和下坡坡度G计算拖转力矩Te，具体为Te＝Mg*(sinθ-μcosθ)*R，其中，g为重力加速度，9.81kg/m2；θ为下坡角度，即坡道与水平面所成夹角，G＝tanθ；R为驱动半径，单位为m；
则根据坐标点I与坐标点II建立调节函数f(N，M，G)，见图3；
S4、当车辆控制器监控到发动机转速超过目标转速N0，则车辆应急制动系统启动，其中目标转速N0不大于发动机最大允许转速Nmax，其中N1、N0和Nmax的单位均为r/min，且N1＜N0。
综上，本发明通过计算车辆总重和运行路线最大坡度，建立了调节函数f(N，M，G)，车辆控制器监控到发动机转速超过起调转速N1，车辆控制器根据调节函数f(N，M，G)自动输出相应控制信号至车辆缓速器，车辆缓速器根据相应控制信号输出相应阻力矩至发动机，从而减缓发动机转速的增加，直至发动机转速达到目标转速N0后，车辆缓速器输出在当前工况下的最大阻力矩，从而能有效地防止发动机超速，采用本发明控制方法下的静压驱动车辆，可在不改变驾驶员操作习惯的情况下，实现车辆长时间在长坡和陡坡上向下行进时的发动机速度限制。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种静压驱动车辆发动机防超速控制方法，其特征在于包括以下步骤：
S1、判断车辆是否处于下坡状态，若车辆未处于下坡状态，则车辆正常行驶；
S2、若车辆处于下坡状态，则判断车辆发动机转速是否超过起调转速，若所述发动机转速未超过所述起调转速，则车辆正常行驶；
S3、车辆下坡状态确认后，通过计算车辆总重和运行路线最大坡度建立调节函数，若所述发动机转速超过所述起调转速，则车辆缓速器工作，车辆控制器根据所述调节函数计算结果自动控制车辆缓速器输出相应阻力矩，防止发动机超速，使车辆正常行驶；
S4、若所述发动机转速超过目标转速，则车辆应急制动系统启动。
2.根据权利要求1所述的一种静压驱动车辆发动机防超速控制方法，其特征在于：步骤S1中，判断车辆是否处于下坡状态，具体包括以下步骤：
S1-1、车辆控制器通过档位控制机构的实时档位信息确认车辆处于前进或后退状态；
S1-2、车辆静压驱动回路中的检测元件检测到发动机相接闭式泵两个工作油口的压力数值，分别记为P1和P2，且设定车辆在前进状态平路上行驶时，P2>P1；
S1-3、车辆控制器通过对比P1与P2数值的大小确定车辆是否处于下坡状态。
3.根据权利要求2所述的一种静压驱动车辆发动机防超速控制方法，其特征在于：步骤S1-3中，当车辆处于前进状态时，若P1－P2＞k时，则车辆处于下坡状态，其中k≥0；当车辆处于后退状态时，若P2－P1＞k时，则车辆处于下坡状态。
4.根据权利要求1所述的一种静压驱动车辆发动机防超速控制方法，其特征在于：步骤S2和S3中，所述起调转速记为N1，步骤S4中，所述目标转速记为N0，所述起调转速N1和目标转速N0均不大于发动机最大允许转速Nmax，其中N1、N0和Nmax的单位均为r/min，且N1＜N0。
5.根据权利要求4所述的一种静压驱动车辆发动机防超速控制方法，其特征在于：步骤S3中，建立所述调节函数时，所述调节函数在平面直角坐标系中与横坐标轴的交点为坐标点I，其中所述坐标点I的横坐标X的坐标值为N，且N＝N0－N1，所述坐标点I的纵坐标Y的坐标值为0，则将所述坐标点I记为(N0－N1，0)。
6.根据权利要求5所述的一种静压驱动车辆发动机防超速控制方法，其特征在于：步骤S3中，建立所述调节函数时，所述调节函数在平面直角坐标系中与纵坐标轴的交点为坐标点II，其中所述坐标点II的横坐标X的坐标值为0，所述坐标点II的纵坐标Y的坐标值为K0，则将所述坐标点II记为(0，K0)，其中K0表示所述发动机转速达到所述目标转速N0时，车辆缓速器输出阻力矩Tf对应的控制信号。
7.根据权利要求6所述的一种静压驱动车辆发动机防超速控制方法，其特征在于：所述发动机转速达到所述目标转速N0时，车辆缓速器输出阻力矩Tf与闭式泵对发动机的拖转力矩Te相等，即Tf＝Te。
8.根据权利要求7所述的一种静压驱动车辆发动机防超速控制方法，其特征在于：所述拖转力矩Te的计算方法如下：
(1)将车辆总质量记为M，且M＝M1+M2，其中，M1为车辆空载质量，M2为车辆载重质量；
(2)将下坡坡度记为G，其中G为车辆在某段或全程运行过程中所经过的最大下坡坡度值；
(3)根据所述车辆总质量M和所述下坡坡度G计算拖转力矩Te，具体为Te＝Mg*(sinθ-μcosθ)*R，其中，g为重力加速度，9.81kg/m2；θ为下坡角度，即坡道与水平面所成夹角，G＝tanθ；R为驱动半径，单位为m。
9.根据权利要求8所述的一种静压驱动车辆发动机防超速控制方法，其特征在于：步骤S3中，车辆下坡状态确认后，根据所述坐标点I与所述坐标点II建立调节函数f(N，M，G)，当所述发动机转速超过所述起调转速N1时，车辆控制器根据所述调节函数f(N，M，G)自动输出相应控制信号至车辆缓速器，车辆缓速器根据相应控制信号输出相应阻力矩至发动机，从而减缓发动机转速的增加，直至所述发动机转速达到所述目标转速N0后，车辆缓速器输出在当前工况下的最大阻力矩，防止发动机超速。
10.根据权利要求1-9任一项所述的一种静压驱动车辆发动机防超速控制方法，其特征在于：所述发动机转速通过车辆控制器监控，并判断所述发动机转速是否超过所述起调转速和目标转速。
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