CN204573066U - 起重机的动力传动控制装置及起重机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种起重机的动力传动控制装置及起重机，包括：排量阈值设置单元设置二次元件与起重机各个挡位相对应的最大工作排量；档位获取单元与数据采集装置电连接，获取起重机当前的挡位状态及具体挡位；排量控制单元与二次元件电连接，根据挡位状态确定二次元件的工作模式，并将二次元件的最大允许排量设置为与此具体挡位相对应的最大工作排量，并向二次元件发送排量控制信号。本实用新型的起重机的动力传动控制装置及起重机，针对不同挡位来对二次元件的最大排量进行控制，能够减小动力冲击，加入了缓冲模式，提高了驾驶员的舒适性和安全性，并对二次元件的转速进行了限制，能够提高其使用寿命以及能量回收效率。

Description

起重机的动力传动控制装置及起重机

技术领域

本实用新型涉及工程机械技术领域，尤其涉及一种起重机的动力传动控制装置及起重机。

背景技术

随着世界范围内工业技术的迅速发展，能源短缺和环境污染问题日趋严重，混合动力技术被认为是解决能源危机和环境污染问题的有效方案之一。轮式起重机多行驶于市区内或城市之间，受道路环境影响，行驶过程中有着频繁的起动、加速、制动、爬坡。而且起重机质量大，速度又相对其他工程机械车辆高，采用传统的机械摩擦制动的方式会造成大量的动能浪费。目前汽车行业多用油电混合动力技术，一般多应用于高级轿车和公交车，但因其成本及驱动力问题不能够适用于轮式起重机这种超大吨位的工程车辆。考虑很多液压系统在某些方面有着与电力系统相同的特质，所以油液混合动力成为超大吨位载重车辆的另一选择。轮式起重机因其本身就具有液压系统，在油液混合动力方面就具有一定的优势，只需少量的系统修改就可以实现车辆行驶的油液混合动力应用同时液压系统还能应用于上车的吊装动力。

然而在轮式起重机应用油液混合动力研究的过程中，发现液压系统往往运行力矩较大，性能不易控制，应用于多挡位的车辆若是其制动力和驱动力的输出控制不合理很容易对整车性能造成很大的影响，尤其挡位速比相差较大时，需求的力矩相差也较大。所以提出混合动力系统力矩的需求控制思想，期望能够对增加并联式油液混合动力系统的轮式起重机行驶平稳性有一定的帮助。目前国内在油液混合动力上的研究并未太多深入，尤其在轮式起重机这种工程机械产品上尚未应用油液混合动力。一些提到的控制方法和步骤多是油电混合动力的应用或者是油液混合动力在其他工程机械车辆的应用。

现有技术转矩控制方法总结如下：

通过传感器采集得到油门踏板信号和当前车辆的车速信号，然后计算分析得到的油门信号和车速信号，对整车的目标驱动转矩进行确认，最终通过一定的算法来确定发动机和马达各自的输出转矩。这种控制方法忽略了挡位的影响，没有考虑到不同挡位对于车辆产生动力冲击的问题，这种问题对于在结构上前置的混合动力系统会尤其明显，这会缩减混合动力系统的使用寿命，同时对驾驶员的驾驶舒适性造成一定影响，而且也涉及到了驾驶的安全性。

在现有的控制方法步骤中，由于没有实际针对轮式起重机这种车辆来做混合动力的控制，因此没有考虑到起重机的一些自身的特点，起重机惯性大，速度相对较高，而且挡位也比较多，现有的方法没有考虑到在能量存储和释放过程中产生的动力冲击和驾驶员驾驶的舒适性问题。

第一，对起重机来说，其前进挡位比较多，一般都采用多挡箱，那么相对应的变速箱的速比在高挡和低挡之间就有很大的差距，对于混合动力系统前置的结构来说，二次元件提供相同的扭矩传递到传动轴上就会相差几倍甚至十几倍，这会产生比较大的动力冲击；

第二，现有的方法步骤中同样没有考虑到在能量释放结束的时刻，由于二次元件提供的驱动转矩突然变没而产生的瞬间的驱动力降低问题，这会造成一种动力冲击，不仅不符合驾驶员的操作习惯，而且影响驾驶员驾驶的舒适性，严重的甚至会影响驾驶员的判断涉及到安全性；

第三，现有技术方法没有考虑转速对回收过程的影响。在能量回收过程中，随着能量的逐渐回收，二次元件转速是逐渐降低的，当其降低到最低有效转速时，控制程序会切断二次元件，让其排量归零，如果突然切断则导致实车制动转矩突然下降，驾驶员会明显感觉车辆抖动，甚至会影响驾驶安全性。

实用新型内容

本实用新型要解决的一个技术问题是提供一种起重机的动力传动控制装置，能够针对不同挡位来对二次元件的最大排量进行控制。

一种起重机的动力传动控制装置，包括：排量阈值设置单元、档位获取单元和排量控制单元；所述排量控制单元分别与所述排量阈值设置单元、档位获取单元电连接；所述排量阈值设置单元设置二次元件与起重机各个挡位相对应的最大工作排量；所述档位获取单元与数据采集装置电连接，获取所述起重机当前的挡位状态及具体挡位；所述排量控制单元与二次元件电连接，根据所述挡位状态确定所述二次元件的工作模式，并将二次元件的最大允许排量设置为与此具体挡位相对应的所述最大工作排量，并向所述二次元件发送排量控制信号。

根据本实用新型的一个实施例，进一步的，所述数据采集装置包括：档位传感器、油门踏板开合传感器、转速传感器、用于检测液压蓄能装置压力的压力传感器。

根据本实用新型的一个实施例，进一步的，所述排量控制单元与液压蓄能装置电连接，控制所述液压蓄能装置释放或吸收能量。

根据本实用新型的一个实施例，进一步的，显示器；所述排量控制单元、所述排量阈值设置单元、所述档位获取单元分别与所述上车显示器电连接。

根据本实用新型的一个实施例，进一步的，所述排量控制单元、所述排量阈值设置单元、所述档位获取单元分别与所述上车显示器通过CAN总线连接。

一种并联油液混合动力起重机，包括如上所述的并联油液混合动力起重机的动力传动控制装置。

本实用新型的起重机的动力传动控制装置及起重机，针对不同挡位来对二次元件的最大排量进行控制，能够有效的减小换挡过程中混合动力系统产生的动力冲击。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为根据本实用新型的起重机的动力传动控制装置的一个实施例的示意图

图2为根据本实用新型的起重机的动力传动装置的一个实施例的控制流程图；

图3为根据本实用新型的起重机的动力传动控制装置的能量回收流程图；

图4为根据本实用新型的起重机的动力传动控制装置的能量释放流程图。

具体实施方式

下面参照附图对本实用新型进行更全面的描述，其中说明本实用新型的示例性实施例。下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。下面结合各个图和实施例对本实用新型的技术方案进行多方面的描述。

如图1所示，本实用新型提供一种并联油液混合动力起重机的动力传动控制装置41，包括：排量阈值设置单元411、档位获取单元412和排量控制单元413。

排量阈值设置单元411设置二次元件与起重机各个挡位相对应的最大工作排量。档位获取单元412获取起重机当前的挡位状态及具体挡位。排量控制单元413根据挡位状态确定二次元件的工作模式，并将二次元件的最大允许排量设置为与此具体挡位相对应的最大工作排量。

排量控制单元413分别与排量阈值设置单元411、档位获取单元412电连接；档位获取单元412与数据采集装置42电连接，获取起重机当前的挡位状态及具体挡位；排量控制单元413与二次元件43电连接，根据挡位状态确定二次元件的工作模式，并将二次元件的最大允许排量设置为与此具体挡位相对应的最大工作排量，并向二次元件43发送排量控制信号。

数据采集装置包括：档位传感器、油门踏板开合传感器、转速传感器、用于检测液压蓄能装置压力的压力传感器等等。排量控制单元413与液压蓄能装置44电连接，控制液压蓄能装置44释放或吸收能量。排量控制单元411、排量阈值设置单元412、档位获取单元413分别与显示器电连接，可以采用CAN总线等连接方式。排量阈值设置单元411、档位获取单元412和排量控制单元413可以实现为集成电路、PLC、CPLD、单片机、单板机等等。

在一个实施例中，档位获取单元412能够根据采集的挡位信号判断挡位状态；挡位状态包括：空挡、倒挡和前进档。当判断挡位状态为空挡或者倒挡时，控制二次元件停止运行。

档位获取单元412能够根据挡位状态、以及采集的油门信号和制动信号，判断起重机的行驶状态。行驶状态包括：加速、制动。当行驶状态为加速时，排量控制单元413采集二次元件的转速信号和液压蓄能器的压力信号。

当判断二次元件的转速超出预设的最高转速阈值、或液压蓄能器的压力低于最低释放压力阈值时，则排量控制单元413控制二次元件停止运行。当判断二次元件的转速未超出预设的最高转速阈值并且液压蓄能器的压力高于最低释放压力阈值时，则排量控制单元413计算二次元件的工作排量，其中，工作排量小于或等于二次元件的最大允许排量。

在一个实施例中，当排量控制单元413判断液压蓄能器的压力低于预设的缓冲压力阈值时，排量控制单元413将二次元件的工作排量乘以预设的缓冲系数得到二次元件的实际工作排量。

当行驶状态为制动时，排量控制单元413采集液压蓄能器的压力信号、传动轴的转速信号。当判断判断传动轴的转速不在预设的回收转速区间、并且液压蓄能器为储满状态时，则排量控制单元413控制二次元件停止运行。

当判断传动轴的转速在预设的回收转速区间、并且液压蓄能器为未储满状态时，则排量控制单元413计算二次元件的工作排量，其中，工作排量小于或等于二次元件的最大允许排量。

在一个实施例中，当判断传动轴向前转动的转速位于预设的缓冲转速区间时，排量控制单元413将二次元件的工作排量乘以预设的缓冲系数得到二次元件的实际工作排量，并使传动轴向前转动的转速为最低有效转速时，二次元件的实际工作排量降为零。

本实用新型提供一种并联油液混合动力起重机，包括如上的起重机的动力传动控制装置。

图2为根据本实用新型的起重机的动力传动装置的一个实施例的控制流程图，如图2所示：

步骤101，设置二次元件与起重机各个挡位相对应的最大工作排量。

步骤102，获取起重机当前的挡位状态及具体挡位。

步骤103，根据挡位状态确定二次元件的工作模式，并将二次元件的最大允许排量设置为与此具体挡位相对应的最大工作排量。

在液压系统中将机械能转换为液压能的元件成为一次元件或者初级元件，比如液压泵。可以将液压能和机械能相互转换的元件成为二次元件或者次级元件，比如液压泵/马达和液压变压器。

本实用新型的二次元件可以为液压泵/马达，通过改变二次元件斜盘的摆角可以改变其排量。二次元件可以在两个方向转动，它可以在转速-转矩坐标平面上的四个象限内工作，它既可以工作在液压马达工况，也可以工作在液压泵工况。

本实用新型的起重机可以为并联液压混合动力车辆，并联式液压混合动力车辆是指在保留传统车辆动力传动链的基础上增加了由二次元件和液压蓄能器组成的能量回收系统，形成双动力驱动。两种动力源可以同时或单独提供动力，有两个或两个以上相应的执行元件可同时驱动负载。发动机不直接与液压系统中的二次元件相联，而是与机械传动系统相联。这样就既可以按照液压混合动力车模式运行，也可以像传统车一样行驶。

在一个实施例中，根据采集的挡位信号判断挡位状态；挡位状态包括：空挡、倒挡和前进档。当判断挡位状态为空挡或者倒挡时，控制二次元件停止运行。

根据挡位状态以及采集的油门信号和制动信号，判断起重机的行驶状态。行驶状态包括：加速、制动。当行驶状态为加速时，采集二次元件的转速信号和液压蓄能器的压力信号。

当判断二次元件的转速超出预设的最高转速阈值、或液压蓄能器的压力低于最低释放压力阈值时，则控制二次元件停止运行。

当判断二次元件的转速未超出预设的最高转速阈值并且液压蓄能器的压力高于最低释放压力阈值时，则实时计算二次元件的工作排量，其中，工作排量小于或等于二次元件的最大允许排量。

当判断液压蓄能器的压力低于预设的缓冲压力阈值时，将二次元件的工作排量乘以预设的第一缓冲系数得到二次元件的实际工作排量。

在一个实施例中，当行驶状态为制动时，采集液压蓄能器的压力信号、传动轴的转速信号。当判断判断传动轴的转速不在预设的回收转速区间、或液压蓄能器为储满状态时，则控制二次元件停止运行。

当判断判断传动轴的转速在预设的回收转速区间、并且液压蓄能器为未储满状态时，则实时计算二次元件的工作排量，工作排量小于或等于二次元件的最大允许排量。

当判断传动轴向前转动的转速位于预设的缓冲转速区间时，将二次元件的工作排量乘以预设的第二缓冲系数得到二次元件的实际工作排量，并使传动轴向前转动的转速为最低有效转速时，二次元件的实际工作排量降为零。

本实用新型的起重机的动力传动控制方法，对能量回收和释放进行需求控制，通过实验标定不同挡位下对二次元件排量的最大需求值，然后采集挡位信号，确定当前挡位下的最大值作为该挡位下最大制动或驱动扭矩的限制。

采集油门和制动信号，区分车辆处于加速或减速状态，制动信号优先。若车辆处于加速状态，则根据油门信号、蓄能器压力等经过一定算法得到最终加速控制信号。若车辆处于减速状态，则根据制动信号、传动轴转速等经过算法得到最终制动控制信号。

本实用新型的起重机的动力传动控制方法，将变速箱挡位信号、蓄能器压力和传动轴转速等信号融入二次元件的控制中，而不是单一的采用油门或制动信号直接控制二次元件的排量，实现真正的需求控制，不仅能够高效的实现所回收能量的释放和利用，而且尽量的减少换挡、能量存储和释放完毕时所带来的动力冲击，并能够在一定程度上提升驾驶员的操作舒适性，保护整个混合动力系统。

图3为根据本实用新型的起重机的动力传动控制装置的能量回收流程图；如图3所示：

步骤201，根据传感器采集得信号来判断当前车辆是处于空挡、倒挡还是前进挡状态。如果判断为前进挡，则进入步骤211。

步骤211，根据计算的挡位值查表得到排量衰减系数，再通过二次元件的最大排量值和排量衰减系数共同计算得到当前挡位下二次元件所允许的最大排量。

步骤202，若车辆处于空挡或者倒挡状态，混合动力系统不参与工作，具体为离合器脱开、充放能开关闭、二次元件排量为0。

步骤202，判断制动踏板是否被踏下。

步骤203，判断转速是否在有效范围内，根据传感器采集得到的油门电压信号和制动阀前后压力信号来确认当前是否处于起动或加速状态。若制动踏板未踏下而且油门踏板信号高于最低有效值，则系统处于加速状态。根据传感器采集得到的二次元件转速值判断是否超出设计范围以用来保护二次元件，超出范围则系统警报并停止工作。

步骤205、206、207、210，根据传感器采集得到的蓄能器压力值进行判断，若其高于最低释放压力则进行下一步，若低于最低释放压力，则系统不工作。根据车辆最大加速度、整车质量、车轮半径、变速箱传动比、车桥速比、动力耦合器速比及油门信号来计算出当前二次元件所需求的驱动扭矩。

根据传感器采集得到的蓄能器压力信号来判断系统是否进入缓冲状态，若当前压力值低于设定的缓冲压力值则表明系统进入缓冲状态，反之系统处于正常状态。

步骤212，若系统处于正常状态，则根据上述步骤中得到的需求转矩值和当前蓄能器压力值来计算二次元件的需求排量。若系统处于缓冲状态，先根据先前得到的需求转矩值以及设定的缓冲压力值计算出一个排量，然后再用这个排量值乘以缓冲系数得到缓冲状态下二次元件的需求排量值，缓冲系数是根据当前蓄能器压力、蓄能器最低有效压力、蓄能器缓冲压力这三个数据计算得到的，能够让系统进入缓冲模式后随着能量的释放逐渐减小二次元件的排量输出，以有效的减小瞬间丢失动力产生的冲击。

步骤213，根据得到的二次元件需求排量值来和得到的当前挡位下二次元件允许的最大排量进行比较。若需求排量小于允许的最大排量则把需求排量作为二次元件最终的排量，若需求排量大于最大排量，则把最大排量值作为二次元件的最终排量。

步骤215，根据二次元件电流和排量之间的关系，按照相应的公式将排量转为电流值输出给电磁阀。D为二次元件的最终控制信号。

上述实施例中的控制方法，能减小换挡过程中产生的冲击以及能量释放过程快结束时的冲击，还能提高驾驶员驾驶的舒适性和安全性，达到合理高效的释放和利用回收能量的目的。

图4为根据本实用新型的并联油液混合动力起重机的动力传动控制装置的能量释放流程图，如图4所示：

步骤301，根据传感器采集得信号来判断当前车辆是处于空挡、倒挡还是前进挡状态；如果是，则进入步骤311。

步骤311，根据计算的挡位值查表得到排量衰减系数，再通过二次元件的最大排量值和排量衰减系数共同计算得到当前挡位下二次元件所允许的最大排量。

步骤303，根据传感器采集得到的制动踏板信号进行判断，若制动踏板踏下则车辆处于制动状态。

步骤304，根据传感器采集得到的变速箱前转速进行判断，若传动轴转速在允许范围内则执行下一步，否则车辆不具备能量回收条件，回收系统不工作。

步骤305，根据传感器采集得到的蓄能器压力值判断蓄能器压力是否蓄满，若蓄满则系统不工作。

步骤307、310，根据采集得到的制动踏板百分比、整车最大制动强度、整车质量、车轮半径、传动系速比计算得到当前二次元件所需求的制动扭矩。

步骤306，缓冲状态由传动轴前转速控制，若传动轴前转速在设定的缓冲状态范围内，则进入缓冲状态，反之则在正常状态。

若是正常状态的话，根据得到的需求扭矩以及当前蓄能器压力值进行需求排量的计算。

步骤309，若是缓冲状态的话，将按正常状态计算所得到的排量值再乘以一个缓冲公式得到缓冲状态下的需求排量值。

缓冲公式是根据当前传动轴前转速，二次元件的缓冲转速以及二次元件的最低有效转速来计算得到的，让二次元件的排量随着转速的降低逐渐减小，等转速降为最低有效转速时排量正好降为零，这样就能达到缓冲的效果，不至于瞬间切断能量回收系统而造成动力冲击。

步骤312，首先根据得到的需求排量值，将它和当前挡位状态下允许的二次元件最大排量值进行比较，若前者大于后者，则把后者确定为最终需求排量，反之将前者确定为最终的需求排量。

步骤313，314，根据二次元件电流和排量之间的对应关系，赋给电磁阀相应的电流值。D为二次元件的最终控制信号。

上述实施例中的控制方法，能综合挡位状态和缓冲状态来实现能量回收的过程，不仅能够有效的回收能量，还能够实现恒转矩控制，并在一定程度上提高驾驶员驾驶的舒适性和安全性。

上述实施例的控制方法，根据起重机产品惯性大，频繁起制动而且速度相对较高的特点，加入了混合动力系统来对其进行能量的回收和再利用，能够高效合理的利用回收能量，并且不改变驾驶员的操作习惯，解决了加入能量回收和再利用系统，换挡过程中可能产生的动力冲击问题，提高驾驶的舒适性和安全性，并增加了缓冲阶段，基本实现恒转矩控制，保证车辆行驶动力的平稳性。

本实用新型的起重机的动力传动控制装置及起重机，考虑了起重机这种工程机械产品质量大，挡位比较多的特点，针对不同挡位来对二次元件的最大排量进行控制，能够有效的减小换挡过程中混合动力系统产生的动力冲击。在能量释放和利用的过程中加入了缓冲模式，可以让二次元件的动力输出随着能量的不断释放而缓慢减小直至为零，这样就避免了能量释放完毕时产生的瞬间动力丢失对整车的影响，提高驾驶员驾驶的舒适性和安全性。考虑了转速对回收过程的影响，在能量回收过程中加入了缓冲模式，避免车辆处于低速或系统突然断开导致动力不稳定使得车辆抖动，提高了驾驶员的舒适性和安全性。

本实用新型的起重机的动力传动控制装置及起重机，使二次元件的排量和蓄能器压力的乘积为一定值，实现恒转矩的动力输出，给整车提供一个稳定的驱动力，可以尽量的减小由于加入能量回收系统而产生的额外冲击；并对二次元件的转速进行了限制，既能保证二次元件不超过最大转速从而提高其使用寿命，也对其最低转速进行了限制，以保证二次元件工作在稳定转速之内，提高能量回收效率。

可能以许多方式来实现本实用新型的方法和系统。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本实用新型的方法和系统。用于方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本实用新型的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本实用新型实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本实用新型的方法的机器可读指令。因而，本实用新型还覆盖存储用于执行根据本实用新型的方法的程序的记录介质。

本实用新型的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本实用新型限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本实用新型的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本实用新型从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (6)

1.一种起重机的动力传动控制装置，其特征在于，包括：

排量阈值设置单元、档位获取单元和排量控制单元；所述排量控制单元分别与所述排量阈值设置单元、档位获取单元电连接；

所述排量阈值设置单元设置二次元件与起重机各个挡位相对应的最大工作排量；所述档位获取单元与数据采集装置电连接，获取所述起重机当前的挡位状态及具体挡位；所述排量控制单元与二次元件电连接，根据所述挡位状态确定所述二次元件的工作模式，将二次元件的最大允许排量设置为与此具体挡位相对应的所述最大工作排量，并向所述二次元件发送排量控制信号。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：

所述数据采集装置包括：档位传感器、油门踏板开合传感器、转速传感器、用于检测液压蓄能装置压力的压力传感器。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于：

所述排量控制单元与液压蓄能装置电连接，控制所述液压蓄能装置释放或吸收能量。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

显示器；

所述排量控制单元、所述排量阈值设置单元、所述档位获取单元分别与所述上车显示器电连接。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于：

所述排量控制单元、所述排量阈值设置单元、所述档位获取单元分别与所述上车显示器通过CAN总线连接。

6.一种并联式油液混合动力起重机，其特征在于：

包括如权利要求1至5任意一项所述的起重机的动力传动控制装置。