CN1181462A - 控制液压施工机械的发动机－泵系统的方法 - Google Patents

Abstract

一种控制液压施工机械的发动机－泵系统的方法,其中,泵的输入功率和发动机的输出功率相对于工作环境和特性所需的工作功率而言相互匹配得最好。为此,以泵输出压力探测器探测的泵输出压力为基础来估算泵的输入扭矩,并以所估算的泵输入扭矩和一参考扭矩为基础来控制一功率调节装置。

Description

控制液压施工机械的发动机—泵系统的方法

本发明总地涉及对液压施工机械的发动机—泵系统的控制，更具体地涉及一种控制一液压施工机械的发动机—泵系统的方法，其中，泵的输入功率与发动机的输出功率相对于根据工作环境和特性所需的工作功率而言相互间匹配得最好，这样，发动机—泵系统就能有最佳的输出特性。

参看图1，图示了液压施工机械的一传统的发动机—泵系统的构造。如图所示，发动机—泵系统包括一用作原动机的柴油机1和多个变排量的液压泵2及3，液压泵2和3直接连接于柴油机1而由其驱动。泵2和3可将柴油机1的机械能转换成液压能，然后，由一流量控制阀4将液压能供给到诸如一液压缸5和一液压马达6之类的液压致动器。液压致动器由泵2和3的液压能所驱动，以致动各种工作部件(未示)。

一泵控制系统包括机械的流速/功率控制装置，该控制装置具有负控制装置，交叉感测装置(cross sensing means)和一功率调节装置8。负控制装置可控制泵2和3的输出流速，使之与操作者对操纵杆的操作成正比。交叉感测装置可将泵2和3的输出压力馈回，以控制最大的工作功率。功率调节装置8采用电力辅助装置进行功率调节。

图2显示了由图1中的泵控制系统控制的泵输出压力P和泵输出流速Q之间的关系。在图中，一功率控制曲线i显示了在交叉感测装置控制下由泵2和3输入的最大功率(扭矩)。一流速控制曲线ii显示了当泵2和3不处于全功率控制状态时由负控制装置决定的流速。

图3是由图1中的泵控制系统控制的功率特性图，图4是基于图1中的发动机输出特性的功率特性图。在图3中，曲线iii和iv显示了在功率调节装置8控制下的功率状态的转换。即，响应于功率转换电流幅值，功率调节装置8使最大功率(扭矩)从参考曲线转换到左或右，该功率可由泵2和3输入。换句话说，当发动机输出具有图4中的设定特性曲线T＝f(N)时，泵2和3受控制的方式是：它们可沿着特性曲线从无负载状态(点B)变化到工作状态(点A)。

在一传统的功率控制方法中，一微机10将功率转换电流输出到功率调节装置8的控制输入终端，以控制功率调节装置8，使得由发动机转速探测器9探测的发动机1的转速与额定发动机转速相同，该额定转速是一与额定输出功率(扭矩)相对应的参考输入。即，假设当发动机1的受控制的转速是额定转速，泵2和3完美地从发动机1输入额定输出扭矩，则微机10利用功率转换电流来控制泵2和3，这样，可使发动机1的实际转速等于与额定输出功率(扭矩)相对应的额定转速。

但是，上述传统的发动机—泵系统的控制方法具有下述缺点：

首先，在因制造误差而发动机1的输出特性变化时，在给定环境下根据受控制的特性会产生不希望有的结果，使工作性能下降。

其次，在因工作环境变化或经历一年后而发动机输出特性下降的情况下，也会产生上述问题。

换句话说，如图4所示，传统的发动机—泵系统控制方法只在发动机1的转速基础上控制发动机—泵系统。在这种关系中，在发动机1的实际输出特性为T＝f(N)的情况下，发动机的转速在无负载状态下并不设定在点B处，而是在点B实处，在工作状态下，并不设定于点A处，而是在A_实处。结果，由于泵2和3的输入功率变得大于发动机1的输出功率，发动机—泵系统过载了，使工作性能下降。

因此，本发明针对上述问题而作出，其目的是提供一种控制液压施工机械的发动机—泵系统的方法，其中，防止了发动机的输出特性因发动机的制造误差、工作环境的变化或因时间的流逝而下降，泵的输入功率和发动机的输出功率相对于因工作环境和特性所需的工作功率而言相互匹配得最好，这样，使发动机—泵系统具有最佳输出特性。

根据本发明，上述及其他目的通过一种控制液压施工机械的发动机—泵系统的方法来实现，该系统包括一发动机、至少一个液压泵、一用来探测发动机转速的发动机转速探测器、一用来探测泵的输出压力的泵输出压力探测器、一用来调节泵的输入功率的功率调节装置、以及一用来控制功率调节装置以调节泵的输入功率的微机，该方法的步骤包括在由泵输出压力探测器探测的泵的输出压力基础上估算泵的输入扭矩，以及在所估算的泵输入扭矩和一参考扭矩基础上控制功率调节装置。

参考扭矩在由发动机转速探测器探测的发动机转速的基础上进行调节。

上述步骤的第一步是接收参考扭矩和一参考发动机转速；第二步是接收由泵输出压力探测器探测的泵输出压力以及由发动机转速探测器探测的当前的发动机转速，检查到功率调节装置的当前的功率转换电流值；第三步是计算在第一步接收的参考发动机转速和在第二步接收的当前发动机转速之间的差值；第四步是以在第三步计算得到的差值为基础进行控制算术运算，以获得一参考扭矩调节值；第五步是以在第一步接收的参考扭矩和在第四步获得的参考扭矩调节值为基础进行控制算术运算，以调节参考扭矩；第六步是以在第二步接收的泵输出压力和在第二步检查的当前的功率转换电流值为基础进行控制算术运算，以估算泵的输入扭矩；第七步是计算在第五步调节的参考扭矩和在第六步估算的泵的输入扭矩之间的差值；第八步是以在第七步计算出的差值为基础进行控制算术运算，以获得一新的功率转换电流值；第九步是将第八步获得的新的功率转换电流值输入到功率调节装置。

从下面结合附图的详细描述中，可对本发明的上述及其他的目的、特点及优点有更好的了解。

图1显示了液压施工机械的传统的发动机—泵系统的构造；

图2是表示由图1中泵控制系统控制的泵输出压力和泵输出流速之间的关系的图；

图3是表示由图1中的泵控制系统控制的功率特性的图；

图4是显示以图1中的发动机输出特性的功率特性的图；

图5显示了一微机的运算，它实施了本发明的控制液压施工机械的发动机—泵系统的方法。

图5是显示一微机运算的流程图，它实施了本发明的控制一液压施工机械的发动机—泵系统的方法。下面，将结合图1至图5说明本发明的发动机—泵系统的控制方法。

比如，假设当前的发动机输出特性将如图4所示从T＝f(N)变化到T＝f_实(N)。

首先，微机10在步骤S1接收一参考扭矩T参和一根据工作环境设定的参考发动机转速N_参。显然，微机10控制功率调节装置8的方式使得发动机1能在参考发动机转速N_参处输出参考扭矩T_参，而泵2和3能从发动机1输入参考扭矩T_参，即，发动机1的输出功率和泵2及3的输入功率可相互精确地匹配。

在微机在上述步骤S1接收参考扭矩T_参和参考发动机转速N_参的条件下，在步骤S2它接收由图1中的泵输出压力探测器11探测的泵2和3的输出压力P1和P2，以及接收一由发动机转速探测器9探测的当前的发动机转速N，并检查到功率调节装置8的当前的功率转换电流值ips。

在步骤S3，微机10计算在上述步骤S1接收的参考发动机转速N_参与在步骤S2接收的当前发动机转速N之间的差值，即，eN＝N_参-N。在当前的发动机输出特性如图4所示处于参考设定状态T＝f(N)的情况下，发动机—泵系统以下述方式控制，即，发动机1的输出扭矩和泵2及3的输入扭矩在参考扭矩状态T_参下可相互匹配。在这种情况下，当前的发动机转速N变成参考发动机转速N_参。结果，参考发动机转速N_参和当前的发动机转速N之间的差值eN为0。

然后，在由于发动机1的制造误差或时间流逝而如图所示当前的发动机输出特性从T＝f(N)变化到T＝f_实(N)的情况下，发动机—泵系统以下述方式控制，即，发动机1的输出扭矩和泵2及3的输入扭矩在参考扭矩状态T_参下可相互匹配。在这种情况下，当前的发动机转速N不能成为参考发动机转速N_参。结果，参考发动机转速N_参和当前的发动机转速N之间的差值eN不是0。

当发动机—泵系统的控制方式使得发动机1的输出扭矩和泵2及3的输入扭矩在参考扭矩状态T_参下可相互匹配时，下面的情况可在发动机转速的基础上推断出。

首先，在设定的参考扭矩T_参低于发动机1的实际输出的情况下，当前的发动机转速N变得高于参考发动机转速N_参。这种情况对操作者的操作感觉不产生影响，但会使工作性能下降。换句话说，在这种情况下，由于发动机1的制造误差，实际的发动机输出特性变得高于参考发动机输出特性。因此，参考扭矩T_参必须调节到较高值。

其次，在设定参考扭矩T_参高于发动机1的实际输出的情况下，当前的发动机转速N低于参考发动机转速N_参。这种情况使得操作者会感觉到发动机1过载，并且使工作性能下降。换句话说，在这种情况下，由于工作环境的变化或时间的流逝，实际的发动机输出特性变得低于参考发动机输出特性。因此，参考扭矩T_参必须被调节到一较低值。

然后，在步骤S4，微机10以在上述步骤S3计算出的差值eN为基础进行控制算术运算[T_参＝f(eN)]，以获得一参考扭矩调节值T_参。

在步骤S5，微机10以在上述步骤S1接收的参考扭矩T_参和在上述步骤S4获得的参考扭矩调节值T_参为基础进行控制算术运算[T_参＝T_参+T’_参]，以调节参考扭矩T_参。

在步骤S6，微机10以在上述步骤S2接收的泵2和3的输出压力p1和p2以及在上述步骤S2检验的当前的功率转换电流值ips为基础进行控制算术运算[T_算＝g(p1，p2，ips)]，以估算泵2和3的输入扭矩。显然，泵2和3的输入扭矩可以表达成泵2和3的输出压力p1和p2以及泵2和3的排量的函数。同时，泵2和3的排量可以表达成泵2和3的输出压力p1和p2以及功率转换电流值ips的函数，如图3所示。这种泵的输入扭矩函数初始时贮存在微机10内，以估算泵2和3的输入扭矩。

在步骤S7，微机10计算在上述步骤S5调节的参考扭矩T_参和在上述步骤S6估算的泵2和3的输入扭矩T_参之间的差值eT，即，eT＝T_参-T_算。在步骤S8，微机10在上述步骤S7计算出的差值eT的基础上进行控制算术运算[ips＝h(eT)]，以获得新的功率转换电流值ips。在步骤S9，微机10将在上述步骤S8获得的新的功率转换电流值ips输出到功率调节装置8，然后回到上述步骤S2，形成一无端循环。

简言之，在传统的发动机—泵系统控制方法中，假设当受控制的发动机1的转速是额定转速的时候，泵2和3完善地从发动机1输入额定输出扭矩，则微机10利用功率转换电流来控制泵2和3，使发动机1的实际转速可变得与额定输出功率(扭矩)相对应的额定转速相同。然而，在本发明的发动机—泵系统的控制方法中，微机10利用预先贮存在其内的泵输入扭矩函数以泵输出压力探测器11探测的泵2和3的输出压力及当前的功率转换电流值为基础估算泵2和3的输入扭矩。微机10以所估算的泵输入扭矩及参考扭矩为基础获得了新的功率转换电流值。然后，微机10将所获得的新的功率转换电流值输出到功率调节装置8，以使发动机1的输出扭矩与泵2和3的输入扭矩相互匹配。而且，以参考发动机转速和实际发动机转速为基础来控制参考扭矩，以适应因发动机1的制造误差或时间的流逝而造成的发动机1的输出特性的变化。

从以上描述可以清楚地看到，根据本发明，发动机—泵系统的控制方法可以灵活地适应因工作环境的改变或时间的流逝而使发动机的输出特性所发生的变化。因此，泵的输入功率和发动机的输出功率可以总是变得相同，而发动机—泵系统可具有最佳的输出特性。

而且，防止了发动机输出特性因发动机制造误差、工作环境改变或时间流逝而下降，泵的输入功率和发动机的输出功率相对于工作环境和特性所需的工作功率而言相互能匹配得最好。因此，本发明的发动机—泵系统控制方法具有增强采用发动机—泵系统的液压施工机械的基本性能。

尽管已经为了解释的目的而揭示了本发明的较佳实施例，在后附权利要求书所限定的范围和精神内，本领域熟练人员能进行各种修改、添加和替换。

Claims (3)

1.一种控制液压施工机械的发动机—泵系统的方法，该系统包括一发动机、至少一液压泵，一用来探测所述发动机转速的发动机转速探测器、一用来探测所述泵的输出压力的泵输出压力探测器、一用来调节所述泵的输入功率的泵输入功率调节装置、以及一用来控制所述功率调节装置以调节所述泵的输入功率的微机，该方法包括以下步骤：以所述泵输出压力探测器探测的所述泵的输出压力为基础来估算所述泵的输入扭矩，以所述估算的泵输入扭矩和一参考扭矩为基础来控制所述功率调节装置。

2.如权利要求1所述的控制液压施工机械的发动机—泵系统的方法，其特征在于，以所述发动机转速探测器探测的发动机转速为基础来调节参考扭矩。

3.如权利要求1所述的控制液压施工机械的发动机—泵系统的方法，其特征在于，所述步骤包括以下步骤：

(a)接收参考扭矩和一参考发动机转速；

(b)接收由泵输出压力探测器探测的泵输出压力以及由发动机转速探测器探测的当前的发动机转速，检验到功率调节装置的当前的功率转换电流值；

(c)计算在(a)步接收的参考发动机转速和在(b)步接收的当前发动机转速之间的差值；

(d)以在(c)步计算得到的差值为基础进行控制算术运算，以获得一参考扭矩调节值；

(e)以在(a)步接收的参考扭矩和在(d)步获得的参考扭矩调节值为基础进行控制算术运算，以调节参考扭矩；

(f)以在(b)步接收的泵输出压力和在(a)步检验的当前的功率转换电流值为基础进行控制算术运算，以估算泵的输入扭矩；

(g)计算在(e)步调节的参考扭矩和在(f)步估算的泵的输入扭矩之间的差值；

(h)以在(g)步计算出的差值为基础进行控制算术运算，以获得一新的功率转换电流值；

(i)将(h)步获得的新的功率转换电流值输入到功率调节装置。

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