一種液壓系統功率匹配控制裝置及方法與流程
2023-09-19 17:01:15 2
本發明屬於功率匹配控制技術領域，具體涉及一種液壓系統功率匹配控制裝置及方法。
背景技術：
在當前的工程施工中，為了減少建築材料在施工現場的存放量，需要將大量的建築材料放置在遠離施工現場的地方。混凝土攪拌車可以實現在運輸過程中對建築材料的攪拌作業，因此混凝土攪拌車的使用越來越廣泛。
在混凝土攪拌車行進過程中，發動機要同時帶動行走機構和攪拌系統進行工作，現有技術中，在液壓系統與發動機的功率匹配過程中，往往只考慮行走泵與液壓系統的匹配，而對於工作裝置的能量消耗只是粗略的扣除一部分，這樣就導致當工作裝置不在滿負荷工作時的能量浪費。使得行走驅動力大幅度減小，車輛行駛性能不能很好地發揮。
技術實現要素：
本發明的目的在於提出一種液壓系統功率匹配控制裝置及方法，解決現有技術存在功率匹配差的問題，使車輛行駛性能能很好地發揮。
為實現上述目的，本發明的一種液壓系統功率匹配控制裝置包括：
發動機；
和發動機連接的閉式行走液壓系統，所述閉式行走液壓系統包括通過管路連接的行走泵和行走馬達，所述行走泵通過剛性軸和發動機剛性連接，所述行走馬達和攪拌車的行走機構剛性連接；
和發動機連接的閉式攪拌液壓系統，所述閉式攪拌液壓系統包括通過管路連接的攪拌泵和攪拌馬達，所述攪拌泵通過剛性軸和發動機剛性連接，所述攪拌馬達和攪拌車的攪拌系統剛性連接；
設置在所述閉式攪拌液壓系統內的第一壓力傳感器；
設置在所述閉式行走液壓系統內的第二壓力傳感器；
和所述發動機連接的轉速傳感器；
以及分別與第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、轉速傳感器、行走泵和攪拌泵電連接的微處理器。
所述行走泵為電比例控制泵，所述行走馬達為電控雙位馬達；所述攪拌泵為電比例控制泵，所述攪拌馬達為定量馬達。
基於一種液壓系統功率匹配控制裝置的控制方法包括以下步驟：
步驟一：微處理器根據電液比例pwm信號控制攪拌泵的輸入電流，並通過微處理器讀取攪拌泵的控制電流i攪，微處理器根據公式(一)計算得出攪拌泵排量q攪：
q攪＝k×i攪(一)
其中，k為攪拌泵當前檔位信號；
步驟二：第一壓力傳感器採集閉式攪拌液壓系統的系統壓力p，並將p傳輸到微處理器中；
步驟三：微處理器將閉式攪拌液壓系統的系統壓力p進行低通濾波處理，得到穩定的壓力值p攪；
步驟四：根據步驟一讀取的攪拌泵的控制電流i攪和步驟三中得到的攪拌泵排量q攪通過公式(二)計算得到攪拌泵工作所需的扭矩t攪：
t攪＝p攪×q攪(二)；
步驟五：轉速傳感器採集發動機的輸出轉速n發，並將n發傳輸到微處理器中；
步驟六：微處理器將步驟五中採集的發動機的輸出轉速n發和微處理器內部預先輸入的轉速-扭矩表對照，得到發動機對應的輸出扭矩t發；
步驟七：微處理器將步驟六中獲得的發動機輸出扭矩t發和步驟四中獲得的攪拌泵工作所需的扭矩t攪做差得到發動機剩餘扭矩，並將此扭矩作為行走泵的輸入扭矩t行；
步驟八：第二壓力傳感器採集閉式行走液壓系統的系統壓力傳輸至微處理器中，並處理得到穩定的閉式行走液壓系統的系統壓力p行；
步驟九：微處理器根據步驟八中獲得的閉式行走液壓系統的系統壓力p行和步驟七中獲得的行走泵的輸入扭矩t行通過公式(三)計算得到行走泵的排量q行：
q行＝t行/p行(三)；
步驟十：根據步驟九中獲得的行走泵的排量q行和系統壓力p行通過公式(四)計算得到行走泵的輸入電流i行：
其中：a為起作用的電流最小值，
b為壓力最小值時起作用的電流最大值，
c為起作用的電流最大值；
qmax為泵的最大排量；
δpmax為系統最大壓力；
步驟十一：微處理器將步驟十中獲得的行走泵的控制電流i行傳送給行走泵，行走泵根據現有控制電流和系統反饋壓力尋找最佳工作點。
所述行走泵和攪拌泵均為電比例控制泵。
本發明的有益效果為：本發明的一種液壓系統功率匹配控制裝置及方法發動機以及行走泵，行走驅馬達，攪拌泵，攪拌馬達組成的兩套閉式液壓系統，壓力傳感器，發動機轉速傳感器，微處理器。微處理器根據電比例控制的攪拌泵輸入電流，計算出此時攪拌系統的排量，壓力傳感器採集攪拌閉式液壓系統的系統壓力信號，傳送給微處理器，微處理器把壓力傳感器傳輸過來的壓力進行濾波處理，再根據當前攪拌泵的控制電流，計算出攪拌系統所需的發動機轉矩。微處理器將此發動機轉速狀態下剩餘的轉矩用於行走閉式液壓中，微處理器根據發動機的狀態和攪拌液壓系統的工作狀態。計算出當前時刻最優的輸出電流給行走泵。行走液壓系統採用的是nfpe(電比例無反饋)控制的行走泵，這種控制形式的泵可以根據現有的電流和內部反饋的系統壓力自適應一個較好的工作點。這樣，微處理器就只需要給行走動泵一個和發動機轉速相關的電流，這樣駕駛員只需操縱油門踏板便能很好地控制車輛，同時能讓行走泵充分利用發動機剩餘功率。本申請的內部算法在於將攪拌系統的能量利用加權到行走系統的功率匹配當中去，使得發動機功率能夠得到充分利用。而行走泵的控制是採用和發動機轉速相關的速度敏感控制，這樣就能使得車輛正確按照駕駛員意圖行駛，並且行走系統能夠始終處於最佳的工作狀態。從而達到節能的效果。該控制方法使得發動機功率始終充分被攪拌液壓系統和行走液壓系統利用。電控和機械控制相結合，使得液壓系統的響應速度快，控制精度高。也大大提高了整車液壓系統運行的可靠性與安全性以及能量利用率。相對於現有技術本發明能夠很好地分配發動機功率，使得泵始終處於最佳工作狀態，本控制方法能夠快速響應信號輸入，準確控制泵的狀態，讓發動機能量得以充分利用的同時，車輛的各項性能充分的發揮出來。
附圖說明
圖1為本發明的一種液壓系統功率匹配控制裝置結構框圖；
圖2為本發明的一種液壓系統功率匹配控制裝置結構示意圖；
圖3為本發明的一種液壓系統功率匹配控制方法的流程圖；
其中：1、行走機構，2、行走馬達，3、行走泵，4、攪拌泵，5、攪拌馬達，6、攪拌系統，7、第一壓力傳感器，8、轉速傳感器，9、微處理器，10、第二壓力傳感器，11、發動機。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步說明。
參見附圖1和附圖2，本發明的一種液壓系統功率匹配控制裝置包括：
發動機11；
和發動機11連接的閉式行走液壓系統，所述閉式行走液壓系統包括通過管路連接的行走泵3和行走馬達2，所述行走泵3通過剛性軸和發動機11剛性連接，所述行走馬達2安裝在攪拌車的行走機構1的變速箱上；
和發動機11連接的閉式攪拌液壓系統，所述閉式攪拌液壓系統包括通過管路連接的攪拌泵4和攪拌馬達5，所述攪拌泵4通過剛性軸和發動機11剛性連接，所述攪拌馬達安裝在攪拌車的攪拌系統6的攪拌減速機上；
設置在所述閉式攪拌液壓系統內的第一壓力傳感器7；
設置在所述閉式行走液壓系統內的第二壓力傳感器10；
和所述發動機11連接的轉速傳感器8；
以及分別與第一壓力傳感器7、第二壓力傳感器10、轉速傳感器8、行走泵3和攪拌泵4電連接的微處理器9。
參見附圖3，基於一種液壓系統功率匹配控制裝置的控制方法包括以下步驟：
步驟一：微處理器9根據電液比例pwm信號控制攪拌泵4的輸入電流，並通過微處理器9讀取攪拌泵4的控制電流i攪，微處理器9根據公式(一)計算得出攪拌泵排量q攪：
q攪＝k×i攪(一)
其中，k為攪拌泵當前檔位信號；
步驟二：第一壓力傳感器7採集閉式攪拌液壓系統的系統壓力p，並將p傳輸到微處理器9中；
步驟三：微處理器9將閉式攪拌液壓系統的系統壓力p進行濾波處理得到穩定的壓力值p攪；
步驟四：根據步驟一讀取的攪拌泵4的控制電流i攪和步驟三中得到的攪拌泵排量q攪通過公式(二)計算得到攪拌泵4工作所需的扭矩t攪：
t攪＝p攪×q攪(二)；
步驟五：轉速傳感器8採集發動機11的輸出轉速n發，並將n發傳輸到微處理器9中；
步驟六：微處理器9將步驟五中採集的發動機11的輸出轉速n發和微處理器9內部預先輸入的轉速-扭矩表對照，得到發動機11對應的輸出扭矩t發；這裡所說的轉速-扭矩表是指每個發動機11的自身特性，每個發動機11出廠時會有相應的轉速扭矩對照表，不同型號的發動機11對照表格不同，實際使用時，根據所選取的發動機11不同所使用的對照表也不同；
步驟七：微處理器9將步驟六中獲得的發動機11輸出扭矩t發和步驟四中獲得的攪拌泵4工作所需的扭矩t攪做差得到發動機11剩餘扭矩，並將此扭矩作為行走泵3的輸入扭矩t行；
步驟八：第二壓力傳感器10採集閉式行走液壓系統的系統壓力傳輸至微處理器9中，並處理得到穩定的閉式行走液壓系統的系統壓力p行；
步驟九：微處理器9根據步驟八中獲得的閉式行走液壓系統的系統壓力p行和步驟七中獲得的行走泵3的輸入扭矩t行通過公式(三)計算得到行走泵3的排量q行：
q行＝t行/p行(三)；
步驟十：根據步驟九中獲得的行走泵3的排量q行和系統壓力p行通過公式(四)計算得到行走泵3的輸入電流i行：
其中：a為起作用的電流最小值，
b為壓力最小值時起作用的電流最大值，
c為起作用的電流最大值；
qmax為泵的最大排量，
δpmax為系統最大壓力；
這裡的a、b和c的值是泵的比例控制特性，均為已知值，qmax為泵的最大排量，泵的自身特性，為已知值；δpmax為系統最大壓力，系統設計時設定的，為已知值；
步驟十一：微處理器9將步驟十中獲得的行走泵3的控制電流i行傳送給行走泵3，行走泵3根據現有控制電流和系統反饋壓力尋找最佳工作點。這裡所說的系統反饋壓力即為內反饋，泵的自身作用效果。這裡的壓力也是上面採集到的p行。
所述行走泵3為電比例控制泵，所述行走馬達2為電控雙位馬達；所述攪拌泵4為電比例控制泵，所述攪拌馬達5為定量馬達。
本發明的一種液壓系統功率匹配控制裝置及方法通過行走泵3的排量實時控制的同時對負載功率進行動態計算，以攪拌泵4的工作狀態和發動機11轉速控制行走泵3的工作狀態。防止發動機11過載提高整機節油率，同時自適應發動機11調速特性，提高系統通用性。