CN114561985A - 一种基于负载循环变化的挖掘机油门控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了油门控制技术领域的一种基于负载循环变化的挖掘机油门控制方法及系统，所述方法，包括：采集电控手柄的输出信号、发动机的当前转速和主泵的输出压力；根据电控手柄的输出信号以及发动机的输出特性曲线，确定输出电流；根据发动机的当前转速、输出电流对应的主泵排量，计算得到主泵输出流量；根据主泵的输出压力以及主泵输出流量，计算得到主泵输出功率；将主泵输出功率与当前转速下的发动机功率进行对比，按照主泵输出功率的占比对发动机发送油门控制信号。本发明能根据挖掘机的负载情况选择油门控制方式，提高了挖掘机的效率，减少了油耗。

Description

一种基于负载循环变化的挖掘机油门控制方法及系统
技术领域
本发明属于油门控制技术领域，具体涉及一种基于负载循环变化的挖掘机油门控制方法及系统。
背景技术
挖掘机的油门控制方式目前主要采用档位-油门控制方式，挖掘机整机控制器将油门信号发送至发动机控制器，发动机接收信号后，通过油门调速器进行发动机的转速调节控制，发送的信号主要有转速请求信号和发动机调速率请求两种，目前挖掘机的控制主要人为区分高效档和节能档，发动机的油门控制与实际作业状态无关，在作业循环中不考虑实际的扭矩，而挖掘机的作业工作有明显的周期性，即重载挖掘-举升回转-卸料-回转落臂返回，四个工作循环中前两个为重载作业，需要发动机提供足够的功率及快速的扭矩响应储备，后两个作业循环为轻载作业，发动机负载较轻，作业冲击较小。现有技术中发动机的油门控制方式和档位挂钩，没有考虑挖掘机作业循环的需求差异，整个作业循环均采用相同的油门控制策略，无法保证挖机作业循环的各状态精确控制，降低了挖掘机的工作效率，同时也增大了油耗。
发明内容
为解决现有技术中的不足，本发明提供一种基于负载循环变化的挖掘机油门控制方法及系统，能根据挖掘机的负载情况选择油门控制方式，提高了挖掘机的效率，减少了油耗。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
第一方面，提供一种挖掘机油门控制方法，包括：采集电控手柄的输出信号、发动机的当前转速和主泵的输出压力；根据电控手柄的输出信号以及发动机的输出特性曲线，确定输出电流；根据发动机的当前转速、输出电流对应的主泵排量，计算得到主泵输出流量；根据主泵的输出压力以及主泵输出流量，计算得到主泵输出功率；将主泵输出功率与当前转速下的发动机功率进行对比，按照主泵输出功率的占比对发动机发送油门控制信号。
进一步地，通过以下公式计算得到主泵输出功率：
Figure BDA0003497055030000021
其中，P0表示主泵输出功率，p表示主泵的输出压力，q表示主泵输出流量。
进一步地，所述按照主泵输出功率的占比对发动机发送油门控制信号，包括：当主泵输出功率的占比大于等于设定值时，按照转速控制策略发送油门控制信号；当主泵输出功率的占比小于设定值时，按照调速控制方式发送油门控制信号。
进一步地，所述转速控制策略，具体为：发动机接受转速输出请求，当发动机由于载荷的波动转速超出输出请求的要求时，发动机自发的进行油门控制，使发动机的转速维持在允许的输出转速区间。
进一步地，所述调速控制方式，具体为：发动机接受转速目标值和转速标定偏差百分比，即发动机转速在一定范围波动时，不立即进行喷油量调整，而是通过发动机掉速后扭矩随动升高进行应对，当超过调整限制范围时，再进行喷油量调整。
第二方面，提供一种挖掘机油门控制系统，包括：数据采集模块，用于采集电控手柄的输出信号、发动机的当前转速和主泵的输出压力；第一计算模块，用于根据电控手柄的输出信号以及发动机的输出特性曲线，确定输出电流；第二计算模块，用于根据发动机的当前转速、输出电流对应的主泵排量，计算得到主泵输出流量；第三计算模块，用于根据主泵的输出压力以及主泵输出流量，计算得到主泵输出功率；油门控制模块，用于将主泵输出功率与当前转速下的发动机功率进行对比，按照主泵输出功率的占比对发动机发送油门控制信号。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：本发明通过采集电控手柄的输出信号、发动机的当前转速和主泵的输出压力，进而计算得到主泵输出功率；将主泵输出功率与当前转速下的发动机功率进行对比，按照主泵输出功率的占比对发动机发送油门控制信号；将挖掘机在作业循环中的周期性载荷变化与发动机的油门控制方式相关联，采用变化的控制策略应对变化的负载，从而提高了挖掘机的效率，减少了油耗。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种基于负载循环变化的挖掘机油门控制方法的控制框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例一：
如图1所示，一种基于负载循环变化的挖掘机油门控制方法，包括：采集电控手柄的输出信号、发动机的当前转速和主泵的输出压力；根据电控手柄的输出信号以及发动机的输出特性曲线，确定输出电流(该输出电流是控制器根据电控手柄的输出信号及发动机的输出特性曲线，经过运算，由控制器给主泵输出的电流，用于控制主泵的排量)；根据发动机的当前转速、输出电流对应的主泵排量，计算得到主泵输出流量(本实施例中主泵由飞轮驱动，传动比是1，排量×转速就是主泵的输出流量)；根据主泵的输出压力以及主泵输出流量，计算得到主泵输出功率；将主泵输出功率与当前转速下的发动机功率进行对比，按照主泵输出功率的占比对发动机发送油门控制信号。
挖掘机在施工作业中有明显的周期性，即重载挖掘-举升回转-卸料-回转落臂返回，四个步骤中前两个为重载作业，需要发动机提供足够的功率及快速的扭矩响应储备，后两个为轻载作业，发动机负载较轻，作业冲击较小。挖掘机作业时随着作业循环阶段的变化，主泵的排量和系统工作压力随着输入请求和负载周期波动，主泵的输出波动进而影响发动机的输出。当主泵输出增加、输出变化增减幅度加剧时，对发动机的响应要求提高，发动机采用转速控制策略，即增大喷油响应，提高发动机瞬态响应能力，减少由于液压系统的冲击载荷造成的过量的掉速，提高整机的作业效率；转速控制策略，具体为：发动机接受转速输出请求，当发动机由于载荷的波动转速超出输出请求的要求时，发动机自发的进行油门控制，使发动机的转速维持在允许的输出转速区间。反之当发动机处于轻载荷状态时，采用调速控制方式，根据压力和排量的变化将发动机油门控制方式转换为调速控制，且随着液压系统的变化调整调速曲线，进而降低输出油耗；调速控制方式，具体为：发动机接受转速目标值和转速标定偏差百分比，即发动机转速在一定范围波动时，不立即进行喷油量调整，而是通过发动机掉速后扭矩随动升高进行应对，当超过调整限制范围时，再进行喷油量调整。
在执行上，主控制器根据电控手柄的需求，以及主泵上压力传感器的反馈信号，计算主泵的开度及主泵的输出功率，以此判断主泵所处的工作状态，如果需求很高，主控制器将发动机的油门控制信号切换成转速控制信号，以此维持发动机重载状态的稳定性，反之当需求较小时，将发动机的油门控制信号切换成开度信号(根据不同的需求调整开度信号的分级)，即切换为调速控制方式，以此减少发动机的油耗。
本实施例基于以上工作原理，改变了原有控制思路，通过电控手柄的输出信号判断挖掘机的需求流量，并根据发动机的输出特性曲线，确定最终的输出电流，该输出电流会直接影响主泵的排量大小，并通过发动机的转速信号判断发动机的实时转速，通过转速与主泵排量的乘积确定主泵的输出流量，同时采用主泵压力传感器读取主泵输出压力信号，根据主泵的输出压力与主泵输出流量，通过
Figure BDA0003497055030000051
计算主泵输出功率，其中，P0表示主泵输出功率，p表示主泵的输出压力，q表示主泵输出流量。
控制器将计算出来的主泵输出功率与当前转速下的发动机功率进行对比，按照主泵输出功率的占比(主泵功率与当前转速下的发动机功率的相对比例)对发动机发送油门控制信号(不同的调速率请求)，通过该方法将输出功率与发动机的调速率进行挂钩，从而使发动机在高负荷区采用响应更快的调速曲线，在低负荷区采用更加省油的调速曲线，从而降低发动机的燃油消耗；具体地，当主泵输出功率的占比大于等于设定值时，按照转速控制策略发送油门控制信号；当主泵输出功率的占比小于设定值时，按照调速控制方式发送油门控制信号；本实施例中，设定值可以根据不同的挖掘机型号通过计算或试验确定。
本发明通过采集电控手柄的输出信号、发动机的当前转速和主泵的输出压力，进而计算得到主泵输出功率；将主泵输出功率与当前转速下的发动机功率进行对比，按照主泵输出功率的占比对发动机发送油门控制信号；将挖掘机在作业循环中的周期性载荷变化与发动机的油门控制方式相关联，采用变化的控制策略应对变化的负载，从而提高了挖掘机的效率，减少了油耗。
实施例二：
基于实施例一所述的一种基于负载循环变化的挖掘机油门控制方法，本实施例提供一种基于负载循环变化的挖掘机油门控制系统，包括：数据采集模块，用于采集电控手柄的输出信号、发动机的当前转速和主泵的输出压力；第一计算模块，用于根据电控手柄的输出信号以及发动机的输出特性曲线，确定输出电流；第二计算模块，用于根据发动机的当前转速、输出电流对应的主泵排量，计算得到主泵输出流量；第三计算模块，用于根据主泵的输出压力以及主泵输出流量，计算得到主泵输出功率；油门控制模块，用于将主泵输出功率与当前转速下的发动机功率进行对比，按照主泵输出功率的占比对发动机发送油门控制信号。
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变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种挖掘机油门控制方法，其特征在于，包括：
采集电控手柄的输出信号、发动机的当前转速和主泵的输出压力；
根据电控手柄的输出信号以及发动机的输出特性曲线，确定输出电流；
根据发动机的当前转速、输出电流对应的主泵排量，计算得到主泵输出流量；
根据主泵的输出压力以及主泵输出流量，计算得到主泵输出功率；
将主泵输出功率与当前转速下的发动机功率进行对比，按照主泵输出功率的占比对发动机发送油门控制信号。
2.根据权利要求1所述的挖掘机油门控制方法，其特征在于，通过以下公式计算得到主泵输出功率：
Figure FDA0003497055020000011
其中，P0表示主泵输出功率，p表示主泵的输出压力，q表示主泵输出流量。
3.根据权利要求1所述的挖掘机油门控制方法，其特征在于，所述按照主泵输出功率的占比对发动机发送油门控制信号，包括：
当主泵输出功率的占比大于等于设定值时，按照转速控制策略发送油门控制信号；
当主泵输出功率的占比小于设定值时，按照调速控制方式发送油门控制信号。
4.根据权利要求3所述的挖掘机油门控制方法，其特征在于，所述转速控制策略，具体为：发动机接受转速输出请求，当发动机由于载荷的波动转速超出输出请求的要求时，发动机自发的进行油门控制，使发动机的转速维持在允许的输出转速区间。
5.根据权利要求3所述的挖掘机油门控制方法，其特征在于，所述调速控制方式，具体为：发动机接受转速目标值和转速标定偏差百分比，即发动机转速在一定范围波动时，不立即进行喷油量调整，而是通过发动机掉速后扭矩随动升高进行应对，当超过调整限制范围时，再进行喷油量调整。
6.一种挖掘机油门控制系统，其特征在于，包括：
数据采集模块，用于采集电控手柄的输出信号、发动机的当前转速和主泵的输出压力；
第一计算模块，用于根据电控手柄的输出信号以及发动机的输出特性曲线，确定输出电流；
第二计算模块，用于根据发动机的当前转速、输出电流对应的主泵排量，计算得到主泵输出流量；
第三计算模块，用于根据主泵的输出压力以及主泵输出流量，计算得到主泵输出功率；
油门控制模块，用于将主泵输出功率与当前转速下的发动机功率进行对比，按照主泵输出功率的占比对发动机发送油门控制信号。
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