基於旋挖鑽機發動機扭矩感應的控制方法、裝置和系統的製作方法
2023-04-24 13:05:41
基於旋挖鑽機發動機扭矩感應的控制方法、裝置和系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開一種基於旋挖鑽機發動機扭矩感應的控制方法、裝置和系統。其中在基於旋挖鑽機發動機扭矩感應的控制方法中，實時採集發動機在當前目標轉速下的扭矩百分比，其中扭矩百分比為發動機輸出扭矩佔當前目標轉速下發動機最大扭矩的百分比；識別當前的工作模式；判斷扭矩百分比是否大於當前工作模式下的扭矩百分比門限；若扭矩百分比大於當前工作模式下的扭矩百分比門限，則通過控制主泵電比例減壓閥的輸入電流值，以減小主泵的功率上限值。從而可改善旋挖鑽機發動機燃油經濟性、節約使用成本、並使發動機工作平穩、預防過載。
【專利說明】基於旋挖鑽機發動機扭矩感應的控制方法、裝置和系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及工程機械領域，特別涉及一種基於旋挖鑽機發動機扭矩感應的控制方法、裝置和系統。
【背景技術】
[0002]隨著國家提倡節能減排，工程機械系統功率匹配及節能技術研究，在工程機械行業逐漸開展。旋挖鑽機作為工程機械中的能耗大戶，對其功率匹配相關技術研究很重要。隨著電子技術的發展，電噴式柴油發動機控制技術已相當成熟，利用發動機自身的傳感技術，來作為工程機械整車控制的判斷依據，是提高工程機械控制性能的重要途徑，也成為發動機與液壓系統匹配控制的有效手段。
[0003]如圖1所示，目前旋挖鑽機所採用發動機驅動主泵工作，其中採用電噴式發動機和採用帶越權控制的恆功率變量泵，通過調節主泵上的電比例減壓閥，可以改變主泵的功率上限。
[0004]目前發動機與主泵的匹配控制，多從系統壓力與發動機轉速感應控制著手，其屬於極限功率控制的範疇。
[0005]壓力控制:當主泵出口壓力過大時，通過控制電比例減壓閥，減小主泵功率上限，讓主泵進入恆功率工作，這時泵功率不變，排量自動減小，以滿足較高的壓力需求，保證發動機工作穩定。
[0006]轉速感應控制:在帶載情況下，發動機實際轉速會小於目標轉速，當兩者差值達到一個較大值時，為保護髮動機，防止其冒黑煙、熄火，這時減小主泵功率上限，限制液壓系統功率，讓主泵進入恆功率工作。
[0007]然而，現有技術中存在以下缺陷:
[0008]不能準確判斷發動機當前承載能力等工作狀況，不易掌握控制時機，發動機與主泵匹配控制關係單一，不利於實現節能。
【發明內容】
[0009]本發明實施例提供一種基於旋挖鑽機發動機扭矩感應的控制方法、裝置和系統。通過利用發動機的扭矩百分比來調整主泵電比例減壓閥的輸入電流，進而對主泵實施功率控制，從而可有效實現節能，並使發動機工作平穩、防止過載。
[0010]根據本發明的一個方面，提供一種基於旋挖鑽機發動機扭矩感應的控制方法，包括:
[0011]實時採集發動機在當前目標轉速下的扭矩百分比，其中所述扭矩百分比為發動機輸出扭矩佔當前目標轉速下發動機最大扭矩的百分比；
[0012]識別當前的工作模式；
[0013]判斷所述扭矩百分比是否大於當前工作模式下的扭矩百分比門限；
[0014]若所述扭矩百分比大於當前工作模式下的扭矩百分比門限，則通過控制主泵電比例減壓閥的輸入電流值，以減小主泵的功率上限值。
[0015]在一個實施例中，實時採集發動機在當前目標轉速下的扭矩百分比的步驟包括:
[0016]通過CAN總線與發動機電子控制單元進行通信，利用發動機J1939協議，實時採集發動機在當前目標轉速下的扭矩百分比。
[0017]在一個實施例中，通過控制主泵電比例減壓閥的輸入電流值以減小主泵的功率上限值的步驟包括:
[0018]通過調節脈衝寬度調製輸出信號的佔空比，以便控制主泵電比例減壓閥的輸入電流值，從而減小主泵的功率上限值。
[0019]在一個實施例中，根據主泵電比例減壓閥實時反饋的電流信息，判斷主泵電比例減壓閥的輸入電流值是否在預定的電流值範圍中；
[0020]若主泵電比例減壓閥的輸入電流值不在預定的電流值範圍中，則通過調節脈衝寬度調製輸出信號的佔空比，以便使主泵電比例減壓閥的輸入電流值處於指定的電流值範圍中。
[0021]在一個實施例中，工作模式為重載工作模式、中載工作模式或輕載工作模式。
[0022]根據本發明的另一方面，提供一種基於旋挖鑽機發動機扭矩感應的控制器，包括第一採集單元、模式識別單元、扭矩判斷單元和電流控制單元，其中:
[0023]第一採集單元，用於實時採集發動機在當前目標轉速下的扭矩百分比，其中所述扭矩百分比為發動機輸出扭矩佔當前目標轉速下發動機最大扭矩的百分比；
[0024]模式識別單元，用於識別當前的工作模式；
[0025]扭矩判斷單元，用於判斷所述扭矩百分比是否大於當前工作模式下的扭矩百分比門限；
[0026]電流控制單元，用於根據扭矩判斷單元的判斷結果，若所述扭矩百分比大於當前工作模式下的扭矩百分比門限，則通過控制主泵電比例減壓閥的輸入電流值，以減小主泵的功率上限值。
[0027]在一個實施例中，第一採集單元具體通過CAN總線與發動機電子控制單元進行通信，利用發動機J1939協議，實時採集發動機在當前目標轉速下的扭矩百分比。
[0028]在一個實施例中，電流控制單元具體通過調節脈衝寬度調製輸出信號的佔空比，以便控制主泵電比例減壓閥的輸入電流值，從而減小主泵的功率上限值。
[0029]在一個實施例中，控制器還包括第二採集單元，其中:
[0030]第二採集單元，用於採集主泵電比例減壓閥實時反饋的電流信息；
[0031]電流控制單元還用於根據主泵電比例減壓閥實時反饋的電流信息，判斷主泵電比例減壓閥的輸入電流值是否在預定的電流值範圍中；若主泵電比例減壓閥的輸入電流值不在預定的電流值範圍中，則通過調節脈衝寬度調製輸出信號的佔空比，以便使主泵電比例減壓閥的輸入電流值處於指定的電流值範圍中。
[0032]在一個實施例中，工作模式為重載工作模式、中載工作模式或輕載工作模式。
[0033]根據本發明的另一方面，提供一種基於旋挖鑽機發動機扭矩感應的系統，包括發動機、主泵、電比例減壓閥，還包括控制器，其中:
[0034]控制器為上述任一實施例涉及的控制器。
[0035]在一個實施例中，電比例減壓閥還用於將輸入電流值實時反饋給所述控制器。[0036]本發明通過實時採集發動機在當前目標轉速下的扭矩百分比，識別當前的工作模式，判斷所述扭矩百分比是否大於當前工作模式下的扭矩百分比門限；若所述扭矩百分比大於當前工作模式下的扭矩百分比門限，則通過控制主泵電比例減壓閥的輸入電流值，以減小主泵的功率上限值。從而可改善旋挖鑽機發動機燃油經濟性、節約使用成本、並使發動機工作平穩、預防過載。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0037]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0038]圖1為現有技術中發動機驅動主泵工作一個實施例的示意圖。
[0039]圖2為本發明基於旋挖鑽機發動機扭矩感應的控制方法一個實施例的示意圖。
[0040]圖3為本發明基於旋挖鑽機發動機扭矩感應的控制器一個實施例的示意圖。
[0041]圖4為本發明基於旋挖鑽機發動機扭矩感應的控制器另一實施例的示意圖。
[0042]圖5為本發明基於旋挖鑽機發動機扭矩感應的系統一個實施例的示意圖。
【具體實施方式】
[0043]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。以下對至少一個示例性實施例的描述實際上僅僅是說明性的，決不作為對本發明及其應用或使用的任何限制。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
[0044]除非另外具體說明，否則在這些實施例中闡述的部件和步驟的相對布置、數字表達式和數值不限制本發明的範圍。
[0045]同時，應當明白，為了便於描述，附圖中所示出的各個部分的尺寸並不是按照實際的比例關係繪製的。
[0046]對於相關領域普通技術人員已知的技術、方法和設備可能不作詳細討論，但在適當情況下，所述技術、方法和設備應當被視為授權說明書的一部分。
[0047]在這裡示出和討論的所有示例中，任何具體值應被解釋為僅僅是示例性的，而不是作為限制。因此，示例性實施例的其它示例可以具有不同的值。
[0048]應注意到:相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨後的附圖中不需要對其進行進一步討論。
[0049]圖2為本發明基於旋挖鑽機發動機扭矩感應的控制方法一個實施例的示意圖。優選的，本實施例的方法步驟可由控制器執行。
[0050]步驟201，實時採集發動機在當前目標轉速下的扭矩百分比。
[0051]其中所述扭矩百分比為發動機輸出扭矩佔當前目標轉速下發動機最大扭矩的百分比。
[0052]優選的，可通過CAN總線與發動機電子控制單元(ECT)進行通信，利用發動機J1939協議，實時採集發動機在當前目標轉速下的扭矩百分比。
[0053]步驟202，識別當前的工作模式。
[0054]優選的，當前的工作模式可由用戶設定，例如可以為重載工作模式、中載工作模式或輕載工作模式。
[0055]步驟203，判斷所述扭矩百分比是否大於當前工作模式下的扭矩百分比門限。
[0056]步驟204，若所述扭矩百分比大於當前工作模式下的扭矩百分比門限，則通過控制主泵電比例減壓閥的輸入電流值，以減小主泵的功率上限值。
[0057]優選的，可通過調節脈衝寬度調製(PWM)輸出信號的佔空比，以便控制主泵電比例減壓閥的輸入電流值，從而減小主泵的功率上限值。
[0058]基於本發明上述實施例提供的基於旋挖鑽機發動機扭矩感應的控制方法，通過實時採集發動機在當前目標轉速下的扭矩百分比，識別當前的工作模式，判斷所述扭矩百分比是否大於當前工作模式下的扭矩百分比門限；若所述扭矩百分比大於當前工作模式下的扭矩百分比門限，則通過控制主泵電比例減壓閥的輸入電流值，以減小主泵的功率上限值。從而可改善旋挖鑽機發動機燃油經濟性、節約使用成本、並使發動機工作平穩、預防過載。
[0059]例如，在重載、中載、輕載模式下，當發動機扭矩百分比分別大於重載扭矩設定值TH、中載扭矩設定值TM、輕載扭矩設定值TL時，調節PWM輸出信號佔空比，控制主泵電比例減壓閥輸入電流值，以減小主泵功率上限(既額定功率值)，保證發動機工作在設定扭矩值範圍內，實現不同工況下發動機與主泵的匹配控制，使發動機保持良好燃油經濟性，又儘量發揮其功率。
[0060]優選的，在上述實施例中，還可進一步根據主泵電比例減壓閥實時反饋的電流信息，判斷主泵電比例減壓閥的輸入電流值是否在預定的電流值範圍中。若主泵電比例減壓閥的輸入電流值不在預定的電流值範圍中，則通過調節脈衝寬度調製輸出信號的佔空比，以便使主泵電比例減壓閥的輸入電流值處於指定的電流值範圍中。
[0061]即通過主泵電比例減壓閥的反饋，可及時了解主泵電比例減壓閥的電流狀態，這有助於控制的正常實現。
[0062]圖3為本發明基於旋挖鑽機發動機扭矩感應的控制器一個實施例的示意圖。如圖3所示，控制器包括第一採集單元301、模式識別單元302、扭矩判斷單元303和電流控制單元304。其中:
[0063]第一採集單元301，用於實時採集發動機在當前目標轉速下的扭矩百分比，其中所述扭矩百分比為發動機輸出扭矩佔當前目標轉速下發動機最大扭矩的百分比。
[0064]模式識別單元302，用於識別當前的工作模式。
[0065]優選的，工作模式可為重載工作模式、中載工作模式或輕載工作模式。
[0066]扭矩判斷單元303，用於判斷所述扭矩百分比是否大於當前工作模式下的扭矩百分比門限。
[0067]電流控制單元304，用於根據扭矩判斷單元303的判斷結果，若所述扭矩百分比大於當前工作模式下的扭矩百分比門限，則通過控制主泵電比例減壓閥的輸入電流值，以減小主泵的功率上限值。
[0068]基於本發明上述實施例提供的基於旋挖鑽機發動機扭矩感應的控制器，通過實時採集發動機在當前目標轉速下的扭矩百分比，識別當前的工作模式，判斷所述扭矩百分比是否大於當前工作模式下的扭矩百分比門限；若所述扭矩百分比大於當前工作模式下的扭矩百分比門限，則通過控制主泵電比例減壓閥的輸入電流值，以減小主泵的功率上限值。從而可改善旋挖鑽機發動機燃油經濟性、節約使用成本、並使發動機工作平穩、預防過載。
[0069]優選的，第一採集單元301具體通過CAN總線與發動機電子控制單元進行通信，利用發動機J1939協議，實時採集發動機在當前目標轉速下的扭矩百分比。
[0070]優選的，電流控制單元304具體通過調節脈衝寬度調製輸出信號的佔空比，以便控制主泵電比例減壓閥的輸入電流值，從而減小主泵的功率上限值。
[0071]圖4為本發明基於旋挖鑽機發動機扭矩感應的控制器另一實施例的示意圖。與圖3所示實施例相比,在圖4所示實施例中,控制器還包括第二採集單元401。其中:
[0072]第二採集單元401，用於採集主泵電比例減壓閥實時反饋的電流信息。
[0073]電流控制單元304還用於根據主泵電比例減壓閥實時反饋的電流信息，判斷主泵電比例減壓閥的輸入電流值是否在預定的電流值範圍中；若主泵電比例減壓閥的輸入電流值不在預定的電流值範圍中，則通過調節脈衝寬度調製輸出信號的佔空比，以便使主泵電比例減壓閥的輸入電流值處於指定的電流值範圍中。
[0074]圖5為本發明基於旋挖鑽機發動機扭矩感應的系統一個實施例的不意圖。如圖5所示，該系統包括發動機、主泵、電比例減壓閥和控制器，其中，控制器為圖3或圖4中任一實施例涉及的控制器。
[0075]優選的，電比例減壓閥還用於將輸入電流值實時反饋給所述控制器。
[0076]通過實施本發明，可在原系統的基礎上，充分利用現有資源，通過本發明控制策略，可以改善旋挖鑽機發動機燃油經濟性，節約使用成本，並使發動機工作平穩、防過載。
[0077]本領域普通技術人員可以理解實現上述實施例的全部或部分步驟可以通過硬體來完成，也可以通過程序來指令相關的硬體完成，所述的程序可以存儲於一種計算機可讀存儲介質中，上述提到的存儲介質可以是只讀存儲器，磁碟或光碟等。
[0078]本發明的描述是為了示例和描述起見而給出的，而並不是無遺漏的或者將本發明限於所公開的形式。很多修改和變化對於本領域的普通技術人員而言是顯然的。選擇和描述實施例是為了更好說明本發明的原理和實際應用，並且使本領域的普通技術人員能夠理解本發明從而設計適於特定用途的帶有各種修改的各種實施例。
【權利要求】
1.一種基於旋挖鑽機發動機扭矩感應的控制方法，其特徵在於，包括: 實時採集發動機在當前目標轉速下的扭矩百分比，其中所述扭矩百分比為發動機輸出扭矩佔當前目標轉速下發動機最大扭矩的百分比； 識別當前的工作模式； 判斷所述扭矩百分比是否大於當前工作模式下的扭矩百分比門限； 若所述扭矩百分比大於當前工作模式下的扭矩百分比門限，則通過控制主泵電比例減壓閥的輸入電流值，以減小主泵的功率上限值。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於， 實時採集發動機在當前目標轉速下的扭矩百分比的步驟包括: 通過CAN總線與發動機電子控制單元進行通信，利用發動機J1939協議，實時採集發動機在當前目標轉速下的扭矩百分比。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於， 通過控制主泵電比例減壓閥的輸入電流值以減小主泵的功率上限值的步驟包括: 通過調節脈衝寬度調製輸出信號的佔空比，以便控制主泵電比例減壓閥的輸入電流值，從而減小主泵的功率上限值。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，還包括: 根據主泵電比例減壓閥實時反饋的電流信息，判斷主泵電比例減壓閥的輸入電流值是否在預定的電流值範圍中； 若主泵電比例減壓閥的輸入電流值不在預定的電流值範圍中，則通過調節脈衝寬度調製輸出信號的佔空比，以便使主泵電比例減壓閥的輸入電流值處於指定的電流值範圍中。
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於， 工作模式為重載工作模式、中載工作模式或輕載工作模式。
6.一種基於旋挖鑽機發動機扭矩感應的控制器，其特徵在於，包括第一採集單元、模式識別單元、扭矩判斷單元和電流控制單元，其中: 第一採集單元，用於實時採集發動機在當前目標轉速下的扭矩百分比，其中所述扭矩百分比為發動機輸出扭矩佔當前目標轉速下發動機最大扭矩的百分比； 模式識別單元，用於識別當前的工作模式； 扭矩判斷單元，用於判斷所述扭矩百分比是否大於當前工作模式下的扭矩百分比門限； 電流控制單元，用於根據扭矩判斷單元的判斷結果，若所述扭矩百分比大於當前工作模式下的扭矩百分比門限，則通過控制主泵電比例減壓閥的輸入電流值，以減小主泵的功率上限值。
7.根據權利要求6所述的控制器，其特徵在於， 第一採集單元具體通過CAN總線與發動機電子控制單元進行通信，利用發動機J1939協議，實時採集發動機在當前目標轉速下的扭矩百分比。
8.根據權利要求6所述的控制器，其特徵在於， 電流控制單元具體通過調節脈衝寬度調製輸出信號的佔空比，以便控制主泵電比例減壓閥的輸入電流值，從而減小主泵的功率上限值。
9.根據權利要求8所述的控制器，其特徵在於，還包括第二採集單元，其中:第二採集單元，用於採集主泵電比例減壓閥實時反饋的電流信息； 電流控制單元還用於根據主泵電比例減壓閥實時反饋的電流信息，判斷主泵電比例減壓閥的輸入電流值是否在預定的電流值範圍中；若主泵電比例減壓閥的輸入電流值不在預定的電流值範圍中，則通過調節脈衝寬度調製輸出信號的佔空比，以便使主泵電比例減壓閥的輸入電流值處於指定的電流值範圍中。
10.根據權利要求6所述的控制器，其特徵在於， 工作模式為重載工作模式、中載工作模式或輕載工作模式。
11.一種基於旋挖鑽機發動機扭矩感應的系統，包括發動機、主泵、電比例減壓閥，其特徵在於，還包括控制器，其中: 控制器為權利要求6-10中任一項涉及的控制器。
12.根據權利要求11所述的系統，其特徵在於， 電比例減壓閥還用於將輸入電流值實時反饋給所述控制器。
【文檔編號】F02D29/04GK103835820SQ201410109956
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月24日 優先權日:2014年3月24日
【發明者】胡傳正, 左帥, 徐楠 申請人:徐工集團工程機械股份有限公司