JP5948413B2 - エンジン回転数制御方法、制御システム及びブーム式建設機械 - Google Patents

Description

本願は２０１１年０６月２８日に中国特許局に提出した名称が「エンジン回転数制御方法、制御システム及びブーム式建設機械（出願番号：２０１１１０１７７１９１５.０）」である特許出願の優先権を主張し、その全部の内容は参照によって本願に組み込まれる。

本発明は、ブーム式建設機械技術分野に関し、具体的に、ブーム動作時のブーム式建設機械のエンジン出力回転数を制御するエンジン回転数制御方法に関し、また、エンジン回転数制御システム及び当該エンジン回転数制御システムを備えるブーム式建設機械に関する。

コンクリートポンプ車は、よく見られるブーム式建設機械で、コンクリートポンプ車は都市、交通、国防施設等の現代化建設工事に汎用されていて、その経済性能の優劣は工事コストの高さ及び環境汚染程度に直接に影響を与えていて、現在、省エネルギー・環境保護の観念がますます深く入れ込んでいる状況下、効率、省エネルギー、環境保護のコンクリートポンプ車製品は注目を集めている。

コンクリートポンプ車の動力システムは、動力トランスファーケースによってエンジンの動力を油圧ポンプ組に伝達し、油圧ポンプから排出される油圧オイルの一部によってコンクリートポンプが動作し、その他の一部は、ブーム構造の各関節のブームを駆動して動作させる。

既存技術において、コンクリートポンプ車のブームが動作する際、エンジン動力システムの制御モードはいずれもエンジンを定格速度で動作させ、このような制御モードによると充分な動力を提供できるとともに、ブーム操作時の最大流量需要を満たすことができ、動力整合及び流量整合を行う必要がなく、制御方法が簡単で、信頼性が高い。

上述のエンジン動力システムの制御モードによると、エンジンを定格速度に設定し、動力備蓄が充分であって、機器が経済的な領域で動作するではなく、オイル消費がかなり高い領域で動作し、車台動力システムの経済性能が低減してしまう。

そして、コンクリートポンプ車のブームには軽いものが乗せられ、エンジンが定格速度で動作すると、余分のパワーは必ず振動、衝撃、雑音等の形態で消費され、これによるエネルギー浪費は厳重である。

従って、ブーム操作時に如何にエンジンを終始に燃料利用率の高い領域で動作させるかは本分野で解決すべき問題となっている。

本発明は、ブーム動作時のブーム式建設機械のエンジン出力回転数を制御することで、エンジンを終始に燃料利用率の高い領域で動作させるエンジン回転数制御方法を提供することをその第１の目的とする。また、本発明は、エンジン回転数制御システムを提供することを第２の目的とする。本発明は、上述のエンジン回転数制御システムを備えるブーム式建設機械を提供することを第３の目的とする。

上記の第１の目的を実現するため、本発明によると、ブーム動作時のブーム式建設機械のエンジンの出力回転数を制御するエンジン回転数制御方法であって、
油圧システムの負荷圧及びブームの運動速度を検出するステップＡと、
中央制御ユニットが、前記負荷圧、前記ブームの運動速度に応じて、エンジン目標回転数を確定するステップＢと、
中央制御ユニットが、前記エンジン目標回転数をエンジン制御ユニットに送信し、エンジン制御ユニットは、エンジンがフィードバックした現在の速度値に基づいて、エンジンの現在の速度が前記エンジン目標回転数と一致するように、回転数閉ループ調節を行うステップＣと、を含むエンジン回転数制御方法を提供する。

前記ステップＢが具体的に、中央制御ユニットが、パワー整合模型、流量整合模型で前記負荷圧、前記ブームの運動速度に整合するエンジン初期制御回転数を計算し、前記エンジン初期制御回転数に基づいて、前記エンジン目標回転数を確定するステップを含むことが好ましい。

前記エンジン目標回転数が前記エンジン初期制御回転数であって、又は、
前記中央制御ユニットが前記エンジン初期制御回転数に対応するエンジン区間回転数を得て、前記エンジン目標回転数が前記エンジン区間回転数であることが好ましい。

油圧システムに装着された圧力センサーで前記負荷圧を検出することが好ましい。

前記ブームの運動速度を、ブームリモコンのブーム押し付け幅及び等級によって反映することが好ましい。

前記エンジン初期制御回転数と前記負荷圧、前記ブーム押し付け幅との間がｎ＝ｆ（Ｐ，ｑ，Ｔ_０，Ｔ_１・・・・・・Ｔ_ｎ）の関係を満たし、ここで、ｎはエンジン初期制御回転数を示し、Ｐは負荷圧を示し、ｑは油圧ポンプ排出量を示し、Ｔ_０は回転ブームに対応するブーム押し付け幅を示し、Ｔ_１は第１の関節のブームに対応するブーム押し付け幅を示し、Ｔ_ｎは第ｎの関節のブームに対応するブーム押し付け幅を示す。

本発明によるエンジン回転数制御方法は以下のステップを含む：油圧システムの負荷圧を検出し、また、ブームの運動速度を検出し、中央制御ユニットが前記負荷圧、前記ブーム運動速度に応じてエンジン目標回転数を確定し、中央制御ユニットが前記エンジン目標回転数をエンジン制御ユニットに送信し、エンジン制御ユニットがエンジンがフィードバックした現在の速度値に基づいて、エンジンの現在の速度がエンジン目標回転数に一致するように閉ループ調節を行う。

このようなエンジン回転数制御方法によると、油圧システムの負荷圧信号、ブーム動作速度信号を収集して、ブーム動力流量の需要及びエンジン出力パワー需要を満たす最適なエンジン回転数を計算し、当該最適なエンジン回転数をエンジン目標回転数として設定し、エンジン目標回転数をエンジン制御ユニットに入力し、エンジンがリアルタイムにフィードバックした現在の回転数を中央制御ユニットに送信し、エンジン制御ユニットは、エンジンがフィードバックした現在の回転数に応じて、エンジンの現在の回転数が設定したエンジン目標回転数となるようにＰＩＤ閉ループ制御を行う。

このようなエンジン回転数制御方法によると、ブーム動作時の動力システムのエネルギーを必要に応じて供給でき、エンジンが終始に燃料利用率の高い領域で動作でき、余分のエネルギーの損失がなく、システムの衝突、雑音、機械消耗等が著しく低減できる。また、このようなエンジン回転数制御方法によると、ブーム動作時の油圧システムの流量を必要に応じて供給でき、溢れによる損失がなくい。このようなエンジン回転数制御方法によると、ブーム動作時のエンジン回転数が負荷圧及びブーム操作の変化に応じてリアルタイムに自動的に調節でき、自動化レベルが高く、適応能力が強い。

好適な技術案において、中央制御ユニットは、パワー整合模型、流量整合模型で負荷圧、ブーム運動速度に整合するエンジン初期制御回転数を計算し、中央制御ユニットがエンジン初期制御回転数に対応するエンジン区間回転数を得て、当該エンジン区間速度を前記エンジン目標回転数とする。

ブーム動作の連続性及び安定性の要求に応じて、ブーム動作を制御するための油圧オイルの流量が均一の連続性を有しなければならない一方、エンジン初期制御回転数はリアルタイムな最適な速度でリアルタイムに変化する量であって、ブーム動作の連続性及び安定性を保証するため、リアルタイムに変化するエンジン初期制御回転数に対応するエンジン区間回転数を設定し、エンジン区間回転数は複数の回転数が異なる連続する回転数区間から構成され、各回転数区間は安定した回転数値で、当該エンジン区間回転数を前記エンジン目標回転数とし、ブーム動作時の流量の連続性及びエンジン出力パワーの安定性を保証できる。

上述の第２の目的を実現するため、本発明によると、油圧システムの負荷圧及びブームの運動速度を取得し、前記負荷圧、前記ブーム速度に基づいてエンジン目標回転数を確定してエンジン制御ユニットに送信する中央制御ユニットと、エンジンがフィードバックした現在の速度値に基づいて、エンジンの現在の速度が前記エンジン目標回転数と一致するように回転数閉ループ調節を行うエンジン制御ユニットと、を含むエンジン回転数制御システムを提供する。

油圧システムの負荷圧を検出する圧力センサーをさらに含み、前記圧力センサーが前記油圧システムに装着されることが好ましい。

本発明によるエンジン回転数制御システムは、油圧システムの負荷圧及びブームの運動速度を取得し、前記負荷圧、前記ブーム速度に基づいてエンジン目標回転数を確定してエンジン制御ユニットに送信する中央制御ユニットと、エンジンがフィードバックした現在の速度値に基づいて、エンジンの現在の速度が前記エンジン目標回転数と一致するように回転数閉ループ調節を行うエンジン制御ユニットと、を含む。

このようなエンジン回転数制御システムによると、ブーム動作時の動力システムのエネルギーを必要に応じて供給でき、エンジンが終始に燃料利用率の高い領域で動作でき、余分のエネルギーの損失がなく、システムの衝突、雑音、機械消耗等が著しく低減され、また、このようなエンジン回転数制御方法によると、ブーム動作時の油圧システムの流量を必要に応じて供給でき、溢れによる損失がない。また、このようなエンジン回転数制御方法によると、ブーム動作時のエンジン回転数が負荷圧及びブーム操作の変化に応じてリアルタイムに自動的に調節でき、自動化レベルが高く、適応能力が強い。

上述の第３の目的を実現するため、本発明によると、上述のエンジン回転数制御システムを備えるブーム式建設機械を提供する。上述のエンジン回転数制御システムが上述の技術的効果を有するので、当該エンジン回転数制御システムを備えるブーム式建設機械も対応する技術的効果を実現できる。

具体的な方案において、当該ブーム式建設機械はコンクリートポンプ車、打設機、オールテレーンクレーン又はトラッククレーンである。

図１は、本発明によるエンジン回転数制御方法の一具体的な実施形態の構造を示す図である。
図２は、図１に示すエンジン回転数制御方法の制御原理を示す図である。
図３は、本発明によるエンジン回転数制御方法の他の一具体的な実施形態の構造を示す図である。

当業者が本発明に係わる技術案を理解するように、以下、図面と具体的な実施形態を結合して本発明をさらに詳しく説明する。
図１及び図２を参照すると、図１は、本発明によるエンジン回転数制御方法の一具体的な実施形態の構造を示す図で、図２は、図１に示すエンジン回転数制御方法の制御原理を示す図である。

図１及び図２に示すように、本発明によるエンジン回転数制御方法は、ブーム動作時のブーム式建設機械のエンジンの出力回転数を制御するもので、当該エンジン回転数制御方法は以下のステップを含む。
油圧システムの負荷圧及びブームの運動速度を検出する（ステップＳ１１）。
具体的な方案において、油圧システムの管路に圧力センサーを装着し、圧力センサーによって油圧システムの負荷圧Ｐを検出し、圧力センサーが中央制御ユニットに圧力信号を送信する。

具体的な方案において、ブームの運動速度をブームリモコンによるブーム押し付け幅及び等級によって反映することができる。ブームリモコンのブーム押し付け幅は、操作者が手動で入力し、コントローラーによりブーム押し付け幅を押し付け幅のパーセンテージに変換し、これにより操作者によるブーム運動速度の速さの命令入力を反映し、即ち、ブームリモコンによって対応するブームのブーム押し付け幅の大きさと当該ブームの運動速度とを対応付けし、等級はブームリモコン上でブーム運動速度速さの調節等級の選択で、等級は手動で入力したブーム押し付け幅と共に操作者によるブーム運動速度速さの命令入力を反映することができ、回転ブームに対応するブーム押し付け幅（図２において回転押し付け幅と称す）をＴ_０とし、第１の関節のブームに対応するブーム押し付け幅（図２において、ブーム一押し付け幅と称す）をＴ_１とし、第ｎの関節のブームに対応するブーム押し付け幅をＴ_ｎとする。

中央制御ユニットは、パワー整合模型、流量整合模型に応じて前記負荷圧、前記ブームの運動速度に整合するエンジン初期制御回転数を計算する（ステップＳ１２）。

パワー整合模型：
エンジン特性試験によって、エンジンの定常状態でのパワー、回転数、燃料消費間の関係を得られ、分析によって異なるパワーでの最適な経済的動作回転数を探し、パワーと最適な経済的動作回転数との間の関数関係は以下である。
ｎ１=ｆ１（Ｎｅ） （１）
ここで、ｎ１は最適な経済的動作回転数を示し、Ｎｅはパワーを示す。

動力伝動関係から負荷圧、流量とパワーとの関係を得られる。
Ｎｅ=ｆ２（Ｐ，Ｑ） （２）
ここで、Ｎｅはパワーを示し、Ｐは負荷圧を示し、Ｑは流量を示す。

（１）と（２）を総合すると、最適な経済的動作回転数と負荷圧、流量との関係が得られる。
ｎ１=ｆ３（Ｐ，Ｑ） （３）

流量整合模型：
ブーム油圧システム試験によって、各ブーム操作時の異なるブーム押し付け幅とシステム流量との関係が得られる。
Ｑ０=ｇ１（Ｔ_０） （４）
Ｑ１=ｇ２（Ｔ_１） （５）
……
……
Ｑｎ=ｇ３（Ｔ_ｎ） （６）
ここで、Ｑ０は回転流量を示し、Ｑ１はブーム流量を示し、Ｑｎはブームｎ流量を示す。

ブーム構造動作時の総流量需要は、
Ｑ=Ｑ０+Ｑ１+……+Ｑｎ （７）である。
ブーム動作時の総流量需要とブーム押し付け幅との関係は、
Ｑ=ｆ４（Ｔ_０，Ｔ_１，……Ｔ_ｎ） （８）である。
ブーム動作時の流量、油圧ポンプ排出量、エンジン回転数間の関係は、
ｎ２=ｆ５（Ｑ，ｑ） （９）である。

上述のパワー整合模型及び流量整合模型を総合すると、エンジン回転数ｎと負荷圧Ｐ、油圧ポンプ排出量ｑ、ブームリモコンの各ブームに対応するブーム押し付け幅との関係は、
ｎ=ｆ（Ｐ，ｑ，Ｔ_０，Ｔ_１，……Ｔ_ｎ） （１０）である。
（１０）から前記負荷圧、前記ブームの運動速度に整合するエンジン初期制御回転数を得ることができる。

前記中央制御ユニットは、前記エンジン初期制御回転数に対応するエンジン区間回転数を得て（ステップＳ１３）、当該エンジン区間回転数は、前記エンジン目標回転数である。

ブーム動作の連続性及び安定性の要求に応じて、ブーム動作を制御するのに用いられる油圧オイルの流量が均一な連続性を有しなければならない一方、エンジン初期制御回転数はリアルタイムの最適な速度で、リアルタイムに変化する量であって、ブーム動作の連続性及び安定性を保証するため、リアルタイムに変化するエンジン初期制御回転数に対応するエンジン区間回転数を設定し、エンジン区間回転数は複数の回転数が異なる連続する回転数区間から構成され、各回転数区間は安定した回転数値で、当該エンジン区間回転数を前記エンジン目標回転数とすることで、ブーム動作時の流量の連続性及びエンジン出力パワーの安定性を保証できる。

中央制御ユニットは、前記エンジン目標回転数をエンジン制御ユニットに送信し、エンジン制御ユニットは、エンジンがフィードバックした現在の速度値に基づいて、現在の速度が前記エンジン目標回転数と一致するように、回転数閉ループ調節を行う（ステップＳ１４）。

上述のエンジン回転数制御方法によると、油圧システムの負荷圧信号、ブーム動作速度信号を収集して、ブーム動力流量の需要及びエンジン出力パワー需要を満たす最適なエンジン回転数を計算し、当該最適なエンジン回転数をエンジン目標回転数とし、エンジン目標回転数をエンジン制御ユニットに入力し、エンジンがリアルタイムにフィードバックした現在の回転数を中央制御ユニットに送信し、エンジン制御ユニットは、エンジンがフィードバックした現在の回転数に応じて、エンジンの現在の回転数が設定されたエンジン目標回転数となるように、ＰＩＤ閉ループ制御を行う。

このようなエンジン回転数制御方法によると、ブーム動作時に動力システムのエネルギーを必要に応じて供給でき、エンジンが終始に燃料利用率の高い領域で動作でき、余分のエネルギーを損失することなく、システムの衝突、雑音、機械消耗等が著しく低減できる。また、このようなエンジン回転数制御方法によると、ブーム動作時の油圧システムの流量を必要に応じて供給でき、溢れによる損失がない。また、このようなエンジン回転数制御方法によると、ブーム動作時のエンジン回転数が負荷圧及びブーム操作の変化に応じてリアルタイムに自動的に調節でき、自動化レベルが高く、適応能力が強い。

上述の実施例によるエンジン回転数制御方法において、ブームリモコン上の各ブームに対応するブーム押し付け幅及び等級によってブームの運動速度を反映したが、本発明はこれに限定されることがなく、他の形態でブームの運動速度を検出することができ、例えば、各ブームに変位センサーを装着し、変位センサーによって各ブームの運動速度を検出することができ、各ブームが運動する際、ブームの運動速度とシステム流量が一定の関数関係を満たすと、パワー整合模型、流量整合模型でエンジン初期制御回転数を計算することができる。

上記の実施例において、中央制御ユニットにエンジン初期制御回転数に対応するエンジン区間回転数を設定し、エンジン区間回転数をエンジン目標回転数としたが、本発明によるエンジン回転数制御方法はこれに限定されることなく、直接、エンジン初期制御回転数をエンジン目標回転数とすることもでき、以下の実施例において簡単に説明する。

図３を参照すると、図３は、本発明によるエンジン回転数制御方法の他の具体的な実施形態の構造を示す図である。
図３に示すように、当該実施例によるエンジン回転数制御方法は以下のステップを含む。
油圧システムの負荷圧及びブームの運動速度を検出する（ステップＳ２１）。

中央制御ユニットは、パワー整合模型、流量整合模型で前記負荷圧、前記ブームの運動速度に整合するエンジン初期制御回転数を計算し（ステップＳ２２）、当該エンジン初期制御回転数は前記エンジン目標回転数である。

中央制御ユニットは、前記エンジン目標回転数をエンジン制御ユニットに送信し、エンジン制御ユニットは、エンジンがフィードバックした現在の速度値に応じて、現在の速度が前記エンジン目標回転数と一致するように、回転数閉ループ調節を行う（ステップＳ２３）。
他の具体的な実施形態は上述の実施例に類似するので、詳細な説明を省略する。

本発明によると、油圧システムの負荷圧及びブームの運動速度を得て、前記負荷圧、前記ブーム速度に基づいてエンジン目標回転数を確定し、前記エンジン目標回転数をエンジン制御ユニットに送信する中央制御ユニットと、エンジンがフィードバックした現在の速度値に基づいて、現在の速度が前記エンジン目標回転数と一致するように、回転数閉ループ調節を行うエンジン制御ユニットと、を備えるエンジン回転数制御システムを提供する。当該エンジン回転数制御システムは、上述の実施例によるエンジン回転数制御方法で制御戦略を作成し、ブーム動作時にブーム式建設機械のエンジンの出力回転数を制御し、当該制御戦略は上述の実施例で詳細に説明したので、ここでは説明を省略する。

好適な技術案において、油圧システムの管路に圧力センサーをさらに装着し、圧力センサーによって油圧システムの負荷圧Ｐを検出し、圧力センサーにより中央制御ユニットに圧力信号を送信するようにすることができ、ブームの運動速度をブームリモコンのブーム押し付け幅及び等級で反映することができる。

このようなエンジン回転数制御システムによると、ブーム動作時の動力システムのエネルギーを必要に応じて供給でき、エンジンが終始に燃料利用率の高い領域で動作でき、余分のエネルギーの損失がなく、システムの衝突、雑音、機械消耗等が著しく低減される。また、このようなエンジン回転数制御方法によると、ブーム動作時の油圧システムの流量を必要に応じて供給でき、溢れによる損失がない。また、このようなエンジン回転数制御方法によると、ブーム動作時のエンジンの回転数が負荷圧及びブーム操作の変化に応じてリアルタイムに自動的に調節でき、自動化レベルが高く、適用能力が強い。

本発明によると、ブーム式建設機械をさらに提供し、当該ブーム式建設機械は上述のエンジン回転数制御システムを備える。上述のエンジン回転数制御システムが上述の技術効果を有するので、当該エンジン回転数制御システムを備えるブーム式建設機械も対応の技術効果を実現でき、詳細な説明は省略する。

具体的な方案において、当該ブーム式建設機械はコンクリートポンプ車、打設機、オールテレーンクレーン又はトラッククレーン等のブーム操作の建設機械であることができる。

以上の内容は本発明の好適な実施形態を示すもので、文字表現の有限性を有する一方、客観的に無限の具体的な構造があるので、本発明の原理を離脱しない範囲内で当業者は改善及び潤色を行うことができ、このような改善及び潤色はいずれも本発明の保護範囲内に所属される。

Claims (9)

1. ブーム動作時のブーム式建設機械のエンジンの出力回転数を制御するエンジン回転数制御方法であって、
   油圧システムの負荷圧及びブームの運動速度を検出するステップＡと、
   中央制御ユニットが、前記負荷圧、前記ブームの運動速度に応じて、エンジン目標回転数を確定するステップＢと、
   中央制御ユニットが、前記エンジン目標回転数をエンジン制御ユニットに送信し、エンジン制御ユニットがエンジンがフィードバックした現在の速度値に基づいて、エンジンの現在の速度が前記エンジン目標回転数と一致するように、回転数閉ループ調節を行うステップＣと、を含み、
   前記ステップＢが具体的に、中央制御ユニットが、パワー整合模型、流量整合模型で前記負荷圧、前記ブームの運動速度に整合するエンジン初期制御回転数を計算し、前記エンジン初期制御回転数に基づいて、前記エンジン目標回転数を確定するステップを含むことを特徴とするエンジン回転数制御方法。
2. 前記エンジン目標回転数が前記エンジン初期制御回転数であって、又は、
   前記中央制御ユニットが前記エンジン初期制御回転数に対応するエンジン区間回転数を得て、前記エンジン目標回転数が前記エンジン区間回転数であることを特徴とする請求項１に記載のエンジン回転数制御方法。
3. 油圧システムに装着された圧力センサーで前記負荷圧を検出することを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジン回転数制御方法。
4. 前記ブームの運動速度を、操作者が手動で入力するブームリモコンのブーム押し付け幅及びブーム運動速度速さの調節等級によって反映することを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジン回転数制御方法。
5. 前記エンジン初期制御回転数と前記負荷圧、前記ブーム押し付け幅との間がｎ＝ｆ（Ｐ，ｑ，Ｔ０，Ｔ１・・・・・・Ｔｎ）の関係を満たす（ここで、ｎはエンジン初期制御回転数を示し、Ｐは負荷圧を示し、ｑは油圧ポンプ排出量を示し、Ｔ０は回転ブームに対応するブーム押し付け幅を示し、Ｔ１は第１の関節のブームに対応するブーム押し付け幅を示し、Ｔｎは第ｎの関節のブームに対応するブーム押し付け幅を示す）ことを特徴とする請求項４に記載のエンジン回転数制御方法。
6. 油圧システムの負荷圧及びブームの運動速度を取得し、前記負荷圧、前記ブームの運動速度に基づいてエンジン目標回転数を確定してエンジン制御ユニットに送信する中央制御ユニットと、
   エンジンがフィードバックした現在の速度値に基づいて、エンジンの現在の速度が前記エンジン目標回転数と一致するように回転数閉ループ調節を行うエンジン制御ユニットと、を含み、
   前記中央制御ユニットが、パワー整合模型、流量整合模型で前記負荷圧、前記ブームの運動速度に整合するエンジン初期制御回転数を計算し、前記エンジン初期制御回転数に基づいて、前記エンジン目標回転数を確定することを特徴とするエンジン回転数制御システム。
7. 油圧システムの負荷圧を検出する圧力センサーをさらに含み、
   前記圧力センサーが前記油圧システムに装着されることを特徴とする請求項６に記載のエンジン回転数制御システム。
8. 請求項６又は７に記載のエンジン回転数制御システムを備えることを特徴とするブーム式建設機械。
9. 当該ブーム式建設機械がコンクリートポンプ車、打設機、オールテレーンクレーン又はトラッククレーンであることを特徴とする請求項８に記載のブーム式建設機械。

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