一种基于多液压蓄能器的自动怠速系统及控制方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于多液压蓄能器的自动怠速系统及控制方法，基于动力电池电量储存单元，动力系统采用变频动力电机驱动定量液压泵的结构实现液压泵的变流量功能，充分利用变频调速的高效率驱动性能和良好控制特性，达到动力系统与负载的全功率匹配；通过采用动力电池和多液压蓄能器组的复合能源组合，综合了相对能量密度较高的电量储存单元和相对功率密度较高的液压蓄能器储能单元的优点，利用动力电池保证能量密度，利用第一液压蓄能器提供或吸收液压驱动系统的瞬时大功率，利用第二液压蓄能器为特殊工况提供辅助驱动，保证了液压挖掘机复杂工况的各种功率需求。
【专利说明】
一种基于多液压蓄能器的自动怠速系统及控制方法
技术领域
[0001]本发明涉及工程机械节能减排领域技术，更具体地说，涉及一种基于多液压蓄能器的自动怠速系统，以及一种用于自动怠速系统的控制方法。
【背景技术】
[0002]能源效率低、排放和噪声差的工程机械亟需应对节能环保的压力，努力在技术上寻求新的节能方案。因此，工程机械实现节能减排一直是业界努力追求的目标。其中混合动力驱动技术和纯电驱动技术是当前的研究热点。
[0003]混合动力驱动技术在工程机械的节能减排方面取得了一定的效果，但存在油耗降低有限且成本较高、难以商业化，同时无法解决排放污染等不足之处，具体有以下不足:
[0004]I)混合动力系统采用的能量存储单元都具有明显的优缺点，并不能很好的适用工程机械各种复杂工况，且成本较高；
[0005]2)与车辆不同，工程机械大都为单栗多执行器的系统，发动机功率并不能轻易的降低，且系统能量转换环节较多，使得能量有效利用率难以得到较大提高；
[0006]3)工程机械作业时负载剧烈波动，但由于液压回路较长，动力系统的混合动力单元难以实时动态补偿负载的波动。
[0007]传统工程机械的动力驱动都是利用定角速度和变排量的栗实现栗控负载传感控制，而纯电驱动系统采用变转速动力电机代替发动机来驱动定排量液压栗实现变量功能，辅以先进的液压驱动系统达到全局功率匹配，能够充分发挥挖掘机效能并且真正实现了零排放的节能环保效果。但目前的纯电驱动技术仅用于工况比较平缓的小型工程机械和车辆领域，仅采用电动机模拟传统发动机的功能，并没有充分发挥出电动机相对发动机具有良好的转速控制特性的优点，同时对整机的电液平衡控制也没有专门设计，难以应用于工况复杂的工程机械中。
[0008]据统计，大多数工程机械停止工作等待作业的怠速工况约占总运行时间的30%，若能降低此时动力系统的输出能量，将大幅降低系统的噪声污染和能量损耗。
[0009]但传统自动怠速控制实际上只是在发动机高低两级转速之间的切换控制，仍存在以下不足:
[0010]I)发动机调速范围窄且怠速转速不能太低，一般只是在转速差较小的两级转速之间切换；
[0011 ] 2)怠速时，只是简单地降低转速，仍存在大量无功损耗；
[0012]3)取消自动怠速时，液压栗出口难以快速建立起克服负载所需压力。
【发明内容】
[0013]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能有效提高工程机械自动怠速系统节能、系统操控性好的基于多液压蓄能器的自动怠速系统，以及用于自动怠速系统的控制方法。
[0014]本发明的技术方案如下:
[0015]一种基于多液压蓄能器的自动怠速系统，包括有动力电池、变频动力电机、定量液压栗、离合器、先导栗、第一单向阀、第一溢流阀、先导操作手柄、第一压力传感器、第二压力传感器、第二单向阀、第一比例溢流阀、第三压力传感器、第三电磁换向阀、第二溢流阀、第四压力传感器、开中心六通比例方向阀、第三单向阀、压力加载单元、液压栗卸荷能量回收单元、第五压力传感器、负载压力适应控制单元、第六压力传感器、第七压力传感器、执行器油缸、过滤器、油箱和整机控制器；
[0016]变频动力电机与动力电池连接，作为负载输出端;变频动力电机、先导栗、离合器和定量液压栗同轴转动连接;定量液压栗的进油口经过滤器连接油箱，定量液压栗的出油口连接第二单向阀的进油口，第二单向阀的出油口分别连接第一比例溢流阀的进油口、第三压力传感器和第三电磁换向阀的A口 ；第一比例溢流阀的出油口连接油箱;第三电磁换向阀的B 口分别连接开中心六通比例方向阀的P 口和PI 口、负载压力适应控制单元;开中心六通比例方向阀的T 口连接油箱，开中心六通比例方向阀的A 口连接第六压力传感器和动臂油缸的无杆腔，开中心六通比例方向阀的B 口连接第七压力传感器和动臂油缸的有杆腔，开中心六通比例方向阀的D 口分别连接压力加载单元的进油口和压力加载单元压力加载单元分别连接液压栗卸荷能量回收单元的进油口、第五压力传感器和液压栗卸荷能量回收单元；压力加载单元还分别连接第三电磁换向阀B口、负载压力适应控制单元和开中心六通比例方向阀的P和Pl 口 ；液压栗卸荷能量回收单元出油口连接油箱;压力加载单元的出油口连接第三单向阀进油口 ；第三单向阀出油口连接油箱；负载压力适应控制单元分别连接第二溢流阀的进油口、负载压力适应控制单元、第四压力传感器和负载压力适应控制单元;先导栗进油口连接油箱，先导栗出油口连接第一单向阀进油口 ；第一单向阀出油口分别连接第一溢流阀进油口、负载压力适应控制单元和先导手柄P口；第一溢流阀出油口连接油箱;先导操作手柄的出油口 Kl和K2分别连接开中心六通比例方向阀的两端控制油口并分别连接第一压力传感器和第二压力传感器;先导操作手柄的T 口连接油箱;第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器、第五压力传感器、第六压力传感器、第七压力传感器均电信号输入连接整机控制器;整机控制器信号输出分别连接变频动力电机、负载压力适应控制单元、第三电磁换向阀、第一比例溢流阀和压力加载单元。
[0017]作为优选，采用变频动力电机驱动定量液压栗的驱动方式，变频动力电机包括变频器、动力电机。
[0018]作为优选，开中心六通比例方向阀包括控制动臂、斗杆、铲斗、转台以及左右行走的多路阀。
[0019]作为优选，压力加载单元包括三位四通电磁换向阀、第二比例溢流阀，并基于开中心六通比例方向阀的负流量原理组成；液压栗卸荷能量回收单元包括三位四通电磁换向阀、第三溢流阀和第二液压蓄能器，控制动臂、斗杆、铲斗、转台以及左右行走的多路阀中位回油路均连接压力加载单元和能量回收单元。
[0020]作为优选，负载压力适应控制单元包括第一液压蓄能器、第一电磁换向阀和第二电磁换向阀。
[0021]作为优选，第一液压蓄能器与第二液压蓄能器分别满足预设的功率等级要求，而且第一液压蓄能器与第二液压蓄能器的功率等级不同。
[0022]作为优选，变频器连接到动力电池作为负载输出端，同时控制动力电机实现变频调速;动力电机、先导栗、离合器和定量液压栗同轴转动连接;定量液压栗的进油口经过滤器连接油箱，定量液压栗的出油口连接第二单向阀的进油口，第二单向阀的出油口连接第一比例溢流阀的进油口、第三压力传感器和第三电磁换向阀的A 口；第一比例溢流阀的出油口连接油箱;第三电磁换向阀的B口连接开中心六通比例方向阀的P口和Pl 口、第二电磁换向阀的A 口；开中心六通比例方向阀的T 口连接油箱，开中心六通比例方向阀的A 口连接第六压力传感器和动臂油缸的无杆腔，开中心六通比例方向阀的B 口连接第七压力传感器和动臂油缸的有杆腔，开中心六通比例方向阀的D口连接第二比例溢流阀的进油口和三位四通电磁换向阀的P口；三位四通电磁换向阀的A口连接第三溢流阀的进油口、第五压力传感器和第二液压蓄能器;三位四通电磁换向阀的T口连接第三电磁换向阀B口、第二电磁换向阀A口和开中心六通比例方向阀的P和Pl 口 ；第三溢流阀出油口连接油箱;第二比例溢流阀的出油口连接第三单向阀进油口；第三单向阀出油口连接油箱;第二电磁换向阀的B 口连接第二溢流阀的进油口、第一电磁换向阀B口、第四压力传感器和第一液压蓄能器;先导栗进油口连接油箱，其出油口连接第一单向阀进油口 ；第一单向阀出油口连接第一溢流阀进油口、第一电磁换向阀A口和先导手柄P口；第一溢流阀出油口连接油箱;先导操作手柄的出油口Kl和K2分别连接开中心六通比例方向阀的两端控制油口并分别连接第一压力传感器和第二压力传感器;先导操作手柄的T 口连接油箱;第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器、第五压力传感器、第六压力传感器、第七压力传感器均电信号输入连接整机控制器;整机控制器信号输出连接变频器、第一电磁换向阀、第二电磁换向阀、第三电磁换向阀、第一比例溢流阀、第二比例溢流阀和三位四通电磁换向阀。
[0023]一种用于所述的自动怠速系统的控制方法，第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器、第五压力传感器、第六压力传感器、第七压力传感器分别实时获得先导操作手柄Kl 口的输出压力PU、先导操作手柄K2口的输出压力P12、定量液压栗出口压力?13、办、第一液压蓄能器的压力?14、第二液压蓄能器的压力pl5、动臂油缸无杆腔的最大压力Pi6、动臂油缸有杆腔的最大压力Pi7;
[0024]设定先导压力阈值为较小正值δ、定量液压栗安全压力下限阈值!)，。、定量液压栗安全压力上限阈值ppmax、液压蓄能器工作压力下限阈值ρ.η、液压蓄能器工作压力上限阈值ρ_χ、一级怠速转速nidie1、二级怠速转速nidi(32、一级自动怠速时间ti和二级自动怠速时间?2；
[0025]压力加载单元配合负载压力适应单元进行自动怠速压力适应控制，采用分段控制策略，包括一级自动怠速、二级自动怠速和取消自动怠速。
[0026]作为优选，I)一级自动怠速的控制策略为第一液压蓄能器适应最大负载压力和第二液压蓄能器回收液压栗直接卸荷能量相结合的控制方法，步骤如下:
[0027]1.1)如果实时检测的先导操作手柄压差小于先导压力阈值δ，并且自动怠速系统处于待机状态的时间超过预设的一级自动怠速时间ti，则判定自动怠速系统进入一级自动怠速阶段；整机控制器发出动力电机转速指令，将动力电机转速降至一级自动怠速转速
nidlel ；
[0028]1.2)如果第一液压蓄能器的压力？14不小于最大负载压力?[應=!1^{?16，？17}，则整机控制器控制第一电磁换向阀、第二电磁换向阀、第三电磁换向阀均失电，三位四通电磁换向阀工作在左位，控制第二比例溢流阀较高设定压力值，液压栗直接给第二液压蓄能器充油；当第二液压蓄能器的压力接近其上限压力阈值P_x时，控制第二比例溢流阀设定近似于零的卸荷压力值，液压栗停止给蓄能器充油，液压栗输出的液压油通过开中心六通比例方向阀的中位回油路Pl-D和第二比例溢流阀回油箱；
[0029]I.3)如果第一液压蓄能器的压力Pi4小于最大负载压力pLmaX=max{pi6，pi7}，贝Ij整机控制器控制第一电磁换向阀和第三电磁换向阀失电，第二电磁换向阀得电，三位四通电磁换向阀工作在中位，控制第二比例溢流阀较高设定压力值，液压栗首先给第一液压蓄能器充油，当第一液压蓄能器压力与最大负载压力相适应后，则进行步骤1.2)的操作；
[0030]2)二级自动怠速的控制策略为第二液压蓄能器最大限度回收液压能的最低能耗控制方法，步骤如下:
[0031 ] 2.1)如果实时检测的先导操作手柄压差仍小于先导压力阈值δ，并且自动怠速系统继续处于待机状态的时间超过所设定的二级自动怠速时间t2，则判定自动怠速系统进入二级自动怠速阶段，整机控制器发出转速指令，将动力电机转速进一步降低至预设的二级自动怠速转速mdw，此时动力系统输出能量只满足克服系统摩擦并维持运转的需要；
[0032]2.2)整机控制器控制第一电磁换向阀、第二电磁换向阀、第三电磁换向阀均失电，三位四通电磁换向阀工作在左位，控制第二比例溢流阀较高设定压力值，液压栗直接给第二液压蓄能器充油；当第二液压蓄能器的压力接近其上限压力阈值p_x时，三位四通电磁换向阀工作在中位，控制第二比例溢流阀设定近似于零的卸荷压力值，液压栗停止给蓄能器充油，液压栗输出的液压油通过开中心六通比例方向阀的中位回油路Pl-D和第二比例溢流阀回油箱；
[0033]策略1)、策略2)中，第二液压蓄能器的选型体积满足Wzqpmdieiti+qpmdieA;其中，qP为定量液压栗的排量。
[0034]作为优选，3)取消自动怠速的控制策略为液压栗与双液压蓄能器共同匹配负载的全局正流量控制方法，步骤如下:
[0035]3.1)如果实时检测的先导操作手柄压差大于先导压力阈值δ，则判定自动怠速系统需要恢复作业，自动怠速系统立即取消自动怠速；
[0036]3.2)整机控制器根据先导操作手柄的输出压力信号按预设的比例关系k，计算得至1J动力电机-液压栗的目标转速:nt = k.I Ap| ;其中，Δρ = ρη-δ或者Δρ = ρ?2-δ;
[0037]3.2)整机控制器根据计算得到的动力电机目标转速nt发出电机转速切换指令，同时控制第二电磁换向阀和第三电磁换向阀得电，第一液压蓄能器释放压力油迅速匹配负载；
[0038]3.3)如果实时检测的液压栗出口压力口[)小于最大负载压力口1^￡?=11^匕6#7}，贝Ij整机控制器控制三位四通电磁换向阀工作在右位，由第二液压蓄能器释放压力油驱动执行器作业；
[0039]3.4)如果实时检测的液压栗出口压力Pp大于最大负载压力pLmax=max{pi6，pi7}，贝Ij第二电磁换向阀和第三电磁换向阀均失电，由液压栗输出压力油驱动执行器作业；同时如果第一液压蓄能器压力?14满足先导回路压力要求，则离合器切断，先导栗停机，第一电磁换向阀得电，第一液压蓄能器作为先导回路动力源使用；
[0040]3.5)在步骤3.4)的基础上，如果实时检测的液压栗出口压力pP超出液压栗安全工作压力范围，即PP〈P_n或PP>PPmaX，则判断执行器为遇到刚性负载或者需要更快速运动的工况，自动怠速系统为高压小流量需求或者低压大流量需求；
[0041]如果第二液压蓄能器压力Pl5大于最大负载压力PLmax，则整机控制器控制动力电机-液压栗停机，或者调整第一比例溢流阀设定压力为最小值使动力电机-液压栗维持最低转速直接卸荷，第三电磁换向阀得电和三位四通电磁换向阀工作在右位，仅由第二压蓄能器释放压力油驱动执行器运动；
[0042]如果第二液压蓄能器压力Pl5小于负载压力PLmax，则由第二液压蓄能器和液压栗共同输出压力油驱动执行器运动;控制第三电磁换向阀失电和三位四通电磁换向阀工作在右位，整机控制器根据第二液压蓄能器压力pl5与最大负载压力PLmax按预设比例系数修正动力电机转速:nm = nt.k*;其中，当Pi3>PLmax 时，k*= I ;当Pi3<PLmax 时，k*= | Pi5_PLmax |/pLmax ο
[0043]本发明的有益效果如下:
[0044]本发明所述的自动怠速系统基于动力电池电量储存单元，动力系统采用变频动力电机驱动定量液压栗的结构实现液压栗的变流量功能，充分利用变频调速的高效率驱动性能和良好控制特性，达到动力系统与负载的全功率匹配；
[0045]通过采用动力电池和多液压蓄能器组的复合能源组合，综合了相对能量密度较高的电量储存单元和相对功率密度较高的液压蓄能器储能单元的优点，利用动力电池保证能量密度，利用第一液压蓄能器提供或吸收液压驱动系统的瞬时大功率，利用第二液压蓄能器为特殊工况提供辅助驱动，保证了液压挖掘机复杂工况的各种功率需求。
[0046]考虑到提高工程机械自动怠速控制的操控性，所述的自动怠速系统在液压栗出口处配置了多液压蓄能器辅助驱动单元，第一液压蓄能器具有负载压力自适应功能，第二液压蓄能器吸收自动怠速期间除进行负载压力适应控制外的时间段内液压栗输出的能量，最大限度回收系统能量。取消自动怠速时第一液压蓄能器迅速辅助液压栗出口快速建立起克服负载所需压力，可以明显提高自动怠速控制响应速度;第二液压蓄能器回收的液压能可以单独或者辅助主动力源驱动执行器运动，满足一些特殊工况需求，使系统能量得到最大化利用。
【附图说明】
[0047]图1是自动怠速系统的结构示意图；
[0048]图中:I是动力电池，2是变频器，3是动力电机，4是定量液压栗，5是离合器，6是先导栗，7是第一单向阀，8是第一溢流阀，9是先导操作手柄，10是第一压力传感器，11是第二压力传感器，12是第二单向阀，13是第三压力传感器，14是第一比例溢流阀，15是第一电磁换向阀，16是第二电磁换向阀，17是第三电磁换向阀，18是第二溢流阀，19是第四压力传感器，20是第一液压蓄能器，21是开中心六通比例方向阀，22是第二比例溢流阀，23是第三单向阀，24是三位四通电磁换向阀，25是第三溢流阀，26是第五压力传感器，27是第二液压蓄能器，28是第七压力传感器，29是第六压力传感器，30是执行器油缸，31是吸油过滤器，32是油箱，33是整机控制器。
【具体实施方式】
[0049]以下结合附图及实施例对本发明进行进一步的详细说明。
[0050]本发明为了解决现有技术的工程机械自动怠速系统存在的节能有限、系统操控性差等不足，提供一种基于多液压蓄能器的自动怠速系统，主动力驱动系统采用变频动力电机驱动定量液压栗的驱动方式，如图1所示，包括有动力电池1、变频动力电机(包括变频器
2、动力电机3)、定量液压栗4、离合器5、先导栗6、第一单向阀7、第一溢流阀8、先导操作手柄
9、第一压力传感器10、第二压力传感器11、第二单向阀12、第三压力传感器13、第一比例溢流阀14、第一电磁换向阀15、第二电磁换向阀16、第三电磁换向阀17、第二溢流阀18、第四压力传感器19、第一液压蓄能器20、开中心六通比例方向阀21(包括控制动臂、斗杆、铲斗、转台以及左右行走的多路阀，本实施例中，只包括了控制其中一个执行机构的多路阀)、第二比例溢流阀2 2、第三单向阀2 3、三位四通电磁换向阀24、第三溢流阀25、第五压力传感器26、第二液压蓄能器27、第六压力传感器28、第七压力传感器29、执行器油缸30、过滤器31、油箱32和整机控制器33。第一液压蓄能器20与第二液压蓄能器27分别满足预设的功率等级要求，而且第一液压蓄能器20与第二液压蓄能器27的功率等级不同。本实施例中，第一液压蓄能器20满足系统普通作业工况的功率等级要求，第二液压蓄能器27能够满足系统特殊工况的功率等级要求。
[0051 ]其中:动力电池I作为系统总输入能源;变频器2连接到动力电池I作为负载输出端，同时控制动力电机3实现变频调速;动力电机3、先导栗6、离合器5和定量液压栗4同轴转动连接;定量液压栗4的进油口经过滤器31连接油箱32，定量液压栗4的出油口连接第二单向阀12的进油口，第二单向阀12的出油口连接第一比例溢流阀14的进油口、第三压力传感器13和第三电磁换向阀17的A口 ；第一比例溢流阀14的出油口连接油箱;第三电磁换向阀17的B 口连接开中心六通比例方向阀21的P 口和PI 口、第二电磁换向阀16的A 口；开中心六通比例方向阀21的T 口连接油箱，开中心六通比例方向阀21的A 口连接第六压力传感器29和执行器油缸30的无杆腔，开中心六通比例方向阀21的B 口连接第七压力传感器28和执行器油缸30的有杆腔，开中心六通比例方向阀21的D 口连接第二比例溢流阀22的进油口和三位四通电磁换向阀24的P 口；三位四通电磁换向阀24的A 口连接第三溢流阀25的进油口、第五压力传感器26和第二液压蓄能器27 ;三位四通电磁换向阀24的T 口连接第三电磁换向阀17的B口、第二电磁换向阀16的A 口和开中心六通比例方向阀21的P和PI 口；第三溢流阀25出油口连接油箱;第二比例溢流阀22的出油口连接第三单向阀23的进油口 ；第三单向阀23出油口连接油箱;第二电磁换向阀16的B 口连接第二溢流阀18的进油口、第一电磁换向阀15的B 口、第四压力传感器19和第一液压蓄能器20;先导栗6进油口连接油箱，其出油口连接第一单向阀7的进油口；第一单向阀7出油口连接第一溢流阀8进油口、第一电磁换向阀15的A 口和先导操作手柄9的P口 ；第一溢流阀8出油口连接油箱;先导操作手柄9的出油口Kl和K2分别连接开中心六通比例方向阀21的两端控制油口并分别连接第一压力传感器10和第二压力传感器11;先导操作手柄9的T 口连接油箱;第一压力传感器10、第二压力传感器11、第三压力传感器13、第四压力传感器19、第五压力传感器26、第六压力传感器18、第七压力传感器29均电信号输入连接整机控制器33;整机控制器33的信号输出连接变频器2、第一电磁换向阀15、第二电磁换向阀16、第三电磁换向阀17、第一比例溢流阀14、第二比例溢流阀22和三位四通电磁换向阀24。
[0052]其中，所述第一液压蓄能器20、第一电磁换向阀15和第二电磁换向阀16组成负载压力适应控制单元。三位四通电磁换向阀24和第二比例溢流阀22基于开中心六通比例方向阀21的负流量原理组成压力加载单元。三位四通电磁换向阀24、第三溢流阀25和第二液压蓄能器27组成液压栗卸荷能量回收单元;控制动臂、斗杆、铲斗、转台以及左右行走的多路阀中位回油路均连接到此压力加载单元和能量回收单元。
[0053]本实施例中，所述的动力电池I采用磷酸铁锂高功率动力锂电池，利用动力电池I保证能量密度，利用第一液压蓄能器20与第二液压蓄能器27提供或吸收液压驱动系统的瞬时大功率。
[0054]在本实施例中，其他执行器液压回路包括斗杆驱动系统、铲斗驱动系统和行走驱动系统的开中心六通比例方向阀21的中位回油并联到均可连接到由第二比例换向阀22、第三单向阀23、三位四通电磁换向阀24、第三溢流阀25和第二液压蓄能器27组成的压力加载与能量回收单元。
[0055]基于所述的自动怠速系统，本发明还提供一种多液压蓄能器的自动怠速控制方法，具体如下:
[0056]第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器、第五压力传感器、第六压力传感器、第七压力传感器分别实时获得先导操作手柄Kl 口的输出压力PU、先导操作手柄K2 口的输出压力pl2、定量液压栗出口压力？13、办、第一液压蓄能器的压力pl4、第二液压蓄能器的压力Pl5、动臂油缸无杆腔的最大压力？16、动臂油缸有杆腔的最大压力
Pi7；
[0057]设定先导压力阈值为较小正值δ、定量液压栗安全压力下限阈值!)，。、定量液压栗安全压力上限阈值ppmax、液压蓄能器工作压力下限阈值ρ.η、液压蓄能器工作压力上限阈值ρ_χ、一级怠速转速nidlel、二级怠速转速nidi(32、一级自动怠速时间ti和二级自动怠速时间t2;其中，自动怠速压力适应控制由压力加载单元配合负载压力适应单元来完成。
[0058]所述的基于多液压蓄能器的自动怠速系统采用分段控制策略，包括一级自动怠速、二级自动怠速和取消自动怠速三个阶段，其驱动控制方法如下:
[0059]I)—级自动怠速的控制策略为第一液压蓄能器适应最大负载压力和第二液压蓄能器回收液压栗直接卸荷能量相结合的控制方法，步骤如下:
[0060]1.1)如果实时检测的先导操作手柄压差小于先导压力阈值δ，并且自动怠速系统处于待机状态的时间超过预设的一级自动怠速时间ti，则判定自动怠速系统进入一级自动怠速阶段；整机控制器发出动力电机转速指令，将动力电机转速降至一级自动怠速转速
nidlel ；
[0061]1.2)如果第一液压蓄能器的压力？14不小于最大负载压力?[應=!1^{?16，？17}，则整机控制器控制第一电磁换向阀、第二电磁换向阀、第三电磁换向阀均失电，三位四通电磁换向阀工作在左位，控制第二比例溢流阀较高设定压力值，液压栗直接给第二液压蓄能器充油；当第二液压蓄能器的压力接近其上限压力阈值P_x时，控制第二比例溢流阀设定近似于零的卸荷压力值，液压栗停止给蓄能器充油，液压栗输出的液压油通过开中心六通比例方向阀的中位回油路Pl-D和第二比例溢流阀回油箱；
[0062]I.3)如果第一液压蓄能器的压力Pi4小于最大负载压力pLmaX=max{pi6，pi7}，贝Ij整机控制器控制第一电磁换向阀和第三电磁换向阀失电，第二电磁换向阀得电，三位四通电磁换向阀工作在中位，控制第二比例溢流阀较高设定压力值，液压栗首先给第一液压蓄能器充油，当第一液压蓄能器压力与最大负载压力相适应后，则进行步骤1.2)的操作；
[0063]2)二级自动怠速的控制策略为第二液压蓄能器最大限度回收液压能的最低能耗控制方法，步骤如下:
[0064]2.1)如果实时检测的先导操作手柄压差仍小于先导压力阈值δ，并且自动怠速系统继续处于待机状态的时间超过所设定的二级自动怠速时间t2，则判定自动怠速系统进入二级自动怠速阶段，整机控制器发出转速指令，将动力电机转速进一步降低至预设的二级自动怠速转速mdw，此时动力系统输出能量只满足克服系统摩擦并维持运转的需要；
[0065]2.2)整机控制器控制第一电磁换向阀、第二电磁换向阀、第三电磁换向阀均失电，三位四通电磁换向阀工作在左位，控制第二比例溢流阀较高设定压力值，液压栗直接给第二液压蓄能器充油；当第二液压蓄能器的压力接近其上限压力阈值P_x时，三位四通电磁换向阀工作在中位，控制第二比例溢流阀设定近似于零的卸荷压力值，液压栗停止给蓄能器充油，液压栗输出的液压油通过开中心六通比例方向阀的中位回油路Pl-D和第二比例溢流阀回油箱；
[0066]策略1)、策略2)中，第二液压蓄能器的选型体积满足Wzqpmdieiti+qpmdieA;其中，qp为定M液压栗的排S；。
[0067]3)取消自动怠速的控制策略为液压栗与双液压蓄能器共同匹配负载的全局正流量控制方法，步骤如下:
[0068]3.1)如果实时检测的先导操作手柄压差大于先导压力阈值δ，则判定自动怠速系统需要恢复作业，自动怠速系统立即取消自动怠速；
[0069]3.2)整机控制器根据先导操作手柄的输出压力信号按预设的比例关系k，计算得至1J动力电机-液压栗的目标转速:nt = k.I Ap| ;其中，Δρ = ρη-δ或者Δρ = ρ?2-δ;
[0070]3.2)整机控制器根据计算得到的动力电机目标转速nt，发出电机转速切换指令，同时控制第二电磁换向阀和第三电磁换向阀得电，第一液压蓄能器释放压力油迅速匹配负载;
[0071 ] 3.3)如果实时检测的液压栗出口压力口[)小于最大负载压力口1^￡?=11^匕6#7}，贝Ij整机控制器控制三位四通电磁换向阀工作在右位，由第二液压蓄能器释放压力油驱动执行器作业；
[0072]3.4)如果实时检测的液压栗出口压力Pp大于最大负载压力pLmax=max{pi6，pi7}，贝Ij第二电磁换向阀和第三电磁换向阀均失电，由液压栗输出压力油驱动执行器作业；同时如果第一液压蓄能器压力?14满足先导回路压力要求，则离合器切断，先导栗停机，第一电磁换向阀得电，第一液压蓄能器作为先导回路动力源使用；
[0073]3.5)在步骤3.4)的基础上，如果实时检测的液压栗出口压力pP超出液压栗安全工作压力范围，即Pp〈P_n或pp>ppmax，则判断执行器为遇到刚性负载或者需要更快速运动的工况，自动怠速系统为高压小流量需求或者低压大流量需求；
[0074]如果第二液压蓄能器压力Pl5大于最大负载压力PLmax，则整机控制器控制动力电机-液压栗停机，或者调整第一比例溢流阀设定压力为最小值使动力电机-液压栗维持最低转速直接卸荷，第三电磁换向阀得电和三位四通电磁换向阀工作在右位，仅由第二压蓄能器释放压力油驱动执行器运动；
[0075]如果第二液压蓄能器压力pl5小于负载压力pLmax，则由第二液压蓄能器和液压栗共同输出压力油驱动执行器运动;控制第三电磁换向阀失电和三位四通电磁换向阀工作在右位，整机控制器根据第二液压蓄能器压力pl5与最大负载压力pLmax按预设比例系数修正动力电机转速:nm = nt.k*;其中，当Pi3>PLmax 时，k*=l ;当Pi3<PLmax 时，k*= | Pi5_PLmax |/pLmax ο
[0076]上述实施例仅是用来说明本发明，而并非用作对本发明的限定。只要是依据本发明的技术实质，对上述实施例进行变化、变型等都将落在本发明的权利要求的范围内。
【主权项】
1.一种基于多液压蓄能器的自动怠速系统，其特征在于，包括有动力电池、变频动力电机、定量液压栗、离合器、先导栗、第一单向阀、第一溢流阀、先导操作手柄、第一压力传感器、第二压力传感器、第二单向阀、第一比例溢流阀、第三压力传感器、第三电磁换向阀、第二溢流阀、第四压力传感器、开中心六通比例方向阀、第三单向阀、压力加载单元、液压栗卸荷能量回收单元、第五压力传感器、负载压力适应控制单元、第六压力传感器、第七压力传感器、执行器油缸、过滤器、油箱和整机控制器； 变频动力电机与动力电池连接，作为负载输出端;变频动力电机、先导栗、离合器和定量液压栗同轴转动连接;定量液压栗的进油口经过滤器连接油箱，定量液压栗的出油口连接第二单向阀的进油口，第二单向阀的出油口分别连接第一比例溢流阀的进油口、第三压力传感器和第三电磁换向阀的A口 ；第一比例溢流阀的出油口连接油箱;第三电磁换向阀的B 口分别连接开中心六通比例方向阀的P 口和PI 口、负载压力适应控制单元;开中心六通比例方向阀的T 口连接油箱，开中心六通比例方向阀的A 口连接第六压力传感器和动臂油缸的无杆腔，开中心六通比例方向阀的B 口连接第七压力传感器和动臂油缸的有杆腔，开中心六通比例方向阀的D 口分别连接压力加载单元的进油口和压力加载单元压力加载单元分别连接液压栗卸荷能量回收单元的进油口、第五压力传感器和液压栗卸荷能量回收单元;压力加载单元还分别连接第三电磁换向阀B口、负载压力适应控制单元和开中心六通比例方向阀的P和Pl 口 ；液压栗卸荷能量回收单元出油口连接油箱;压力加载单元的出油口连接第三单向阀进油口 ；第三单向阀出油口连接油箱；负载压力适应控制单元分别连接第二溢流阀的进油口、负载压力适应控制单元、第四压力传感器和负载压力适应控制单元;先导栗进油口连接油箱，先导栗出油口连接第一单向阀进油口 ；第一单向阀出油口分别连接第一溢流阀进油口、负载压力适应控制单元和先导手柄P 口；第一溢流阀出油口连接油箱;先导操作手柄的出油口Kl和K2分别连接开中心六通比例方向阀的两端控制油口并分别连接第一压力传感器和第二压力传感器;先导操作手柄的T 口连接油箱;第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器、第五压力传感器、第六压力传感器、第七压力传感器均电信号输入连接整机控制器;整机控制器信号输出分别连接变频动力电机、负载压力适应控制单元、第三电磁换向阀、第一比例溢流阀和压力加载单元。2.根据权利要求1所述的基于多液压蓄能器的自动怠速系统，其特征在于，采用变频动力电机驱动定量液压栗的驱动方式，变频动力电机包括变频器、动力电机。3.根据权利要求1所述的基于多液压蓄能器的自动怠速系统，其特征在于，开中心六通比例方向阀包括控制动臂、斗杆、铲斗、转台以及左右行走的多路阀。4.根据权利要求3所述的基于多液压蓄能器的自动怠速系统，其特征在于，压力加载单元包括三位四通电磁换向阀、第二比例溢流阀，并基于开中心六通比例方向阀的负流量原理组成;液压栗卸荷能量回收单元包括三位四通电磁换向阀、第三溢流阀和第二液压蓄能器，控制动臂、斗杆、铲斗、转台以及左右行走的多路阀中位回油路均连接压力加载单元和能量回收单元。5.根据权利要求4所述的基于多液压蓄能器的自动怠速系统，其特征在于，负载压力适应控制单元包括第一液压蓄能器、第一电磁换向阀和第二电磁换向阀。6.根据权利要求5所述的基于多液压蓄能器的自动怠速系统，其特征在于，第一液压蓄能器与第二液压蓄能器分别满足预设的功率等级要求，而且第一液压蓄能器与第二液压蓄能器的功率等级不同。7.根据权利要求5所述的基于多液压蓄能器的自动怠速系统，其特征在于，变频器连接到动力电池作为负载输出端，同时控制动力电机实现变频调速;动力电机、先导栗、离合器和定量液压栗同轴转动连接;定量液压栗的进油口经过滤器连接油箱，定量液压栗的出油口连接第二单向阀的进油口，第二单向阀的出油口连接第一比例溢流阀的进油口、第三压力传感器和第三电磁换向阀的A口 ；第一比例溢流阀的出油口连接油箱;第三电磁换向阀的B 口连接开中心六通比例方向阀的P 口和PI 口、第二电磁换向阀的A 口；开中心六通比例方向阀的T口连接油箱，开中心六通比例方向阀的A口连接第六压力传感器和动臂油缸的无杆腔，开中心六通比例方向阀的B 口连接第七压力传感器和动臂油缸的有杆腔，开中心六通比例方向阀的D 口连接第二比例溢流阀的进油口和三位四通电磁换向阀的P 口；三位四通电磁换向阀的A口连接第三溢流阀的进油口、第五压力传感器和第二液压蓄能器;三位四通电磁换向阀的T 口连接第三电磁换向阀B 口、第二电磁换向阀A 口和开中心六通比例方向阀的P和PlP;第三溢流阀出油口连接油箱;第二比例溢流阀的出油口连接第三单向阀进油口 ；第三单向阀出油口连接油箱;第二电磁换向阀的B口连接第二溢流阀的进油口、第一电磁换向阀B口、第四压力传感器和第一液压蓄能器;先导栗进油口连接油箱，其出油口连接第一单向阀进油口；第一单向阀出油口连接第一溢流阀进油口、第一电磁换向阀A口和先导手柄P口；第一溢流阀出油口连接油箱;先导操作手柄的出油口 Kl和K2分别连接开中心六通比例方向阀的两端控制油口并分别连接第一压力传感器和第二压力传感器;先导操作手柄的T 口连接油箱;第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器、第五压力传感器、第六压力传感器、第七压力传感器均电信号输入连接整机控制器;整机控制器信号输出连接变频器、第一电磁换向阀、第二电磁换向阀、第三电磁换向阀、第一比例溢流阀、第二比例溢流阀和三位四通电磁换向阀。8.—种用于权利要求1至7任一项所述的自动怠速系统的控制方法，其特征在于，第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器、第五压力传感器、第六压力传感器、第七压力传感器分别实时获得先导操作手柄Kl 口的输出压力PU、先导操作手柄K2 口的输出压力pl2、定量液压栗出口压力？13、办、第一液压蓄能器的压力pl4、第二液压蓄能器的压力P15、动臂油缸无杆腔的最大压力?16、动臂油缸有杆腔的最大压力Pl7; 设定先导压力阈值为较小正值S、定量液压栗安全压力下限阈值P_n、定量液压栗安全压力上限阈值ppmax、液压蓄能器工作压力下限阈值pamin、液压蓄能器工作压力上限阈值ρ_χ、一级怠速转速nidie1、二级怠速转速nidi(32、一级自动怠速时间ti和二级自动怠速时间?2； 压力加载单元配合负载压力适应单元进行自动怠速压力适应控制，采用分段控制策略，包括一级自动怠速、二级自动怠速和取消自动怠速。9.根据权利要求8所述的用于自动怠速系统的控制方法，其特征在于， I)一级自动怠速的控制策略为第一液压蓄能器适应最大负载压力和第二液压蓄能器回收液压栗直接卸荷能量相结合的控制方法，步骤如下: .1.1)如果实时检测的先导操作手柄压差小于先导压力阈值S，并且自动怠速系统处于待机状态的时间超过预设的一级自动怠速时间ti，则判定自动怠速系统进入一级自动怠速阶段;整机控制器发出动力电机转速指令，将动力电机转速降至一级自动怠速转速nidlel ； .1.2)如果第一液压蓄能器的压力？14不小于最大负载压力?[繼=!1^{?16，？17}，则整机控制器控制第一电磁换向阀、第二电磁换向阀、第三电磁换向阀均失电，三位四通电磁换向阀工作在左位，控制第二比例溢流阀较高设定压力值，液压栗直接给第二液压蓄能器充油；当第二液压蓄能器的压力接近其上限压力阈值PamaJ#，控制第二比例溢流阀设定近似于零的卸荷压力值，液压栗停止给蓄能器充油，液压栗输出的液压油通过开中心六通比例方向阀的中位回油路Pl-D和第二比例溢流阀回油箱； .1.3)如果第一液压蓄能器的压力Pi4小于最大负载压力pLmaX=max{pi6，pi7}，则整机控制器控制第一电磁换向阀和第三电磁换向阀失电，第二电磁换向阀得电，三位四通电磁换向阀工作在中位，控制第二比例溢流阀较高设定压力值，液压栗首先给第一液压蓄能器充油，当第一液压蓄能器压力与最大负载压力相适应后，则进行步骤1.2)的操作； .2)二级自动怠速的控制策略为第二液压蓄能器最大限度回收液压能的最低能耗控制方法，步骤如下: .2.1)如果实时检测的先导操作手柄压差仍小于先导压力阈值δ，并且自动怠速系统继续处于待机状态的时间超过所设定的二级自动怠速时间t2，则判定自动怠速系统进入二级自动怠速阶段，整机控制器发出转速指令，将动力电机转速进一步降低至预设的二级自动怠速转速mdw，此时动力系统输出能量只满足克服系统摩擦并维持运转的需要； .2.2)整机控制器控制第一电磁换向阀、第二电磁换向阀、第三电磁换向阀均失电，三位四通电磁换向阀工作在左位，控制第二比例溢流阀较高设定压力值，液压栗直接给第二液压蓄能器充油；当第二液压蓄能器的压力接近其上限压力阈值P_x时，三位四通电磁换向阀工作在中位，控制第二比例溢流阀设定近似于零的卸荷压力值，液压栗停止给蓄能器充油，液压栗输出的液压油通过开中心六通比例方向阀的中位回油路Pl-D和第二比例溢流阀回油箱； 策略I)、策略2)中，第二液压蓄能器的选型体积满足Wzqpmdieiti+qpmdieA;其中，qP为定量液压栗的排量。10.根据权利要求8所述的用于自动怠速系统的控制方法，其特征在于， .3)取消自动怠速的控制策略为液压栗与双液压蓄能器共同匹配负载的全局正流量控制方法，步骤如下: .3.1)如果实时检测的先导操作手柄压差大于先导压力阈值δ，则判定自动怠速系统需要恢复作业，自动怠速系统立即取消自动怠速； .3.2)整机控制器根据先导操作手柄的输出压力信号按预设的比例关系k，计算得到动力电机-液压栗的目标转速:nt = k.I Ap| ;其中，Δρ = ρη-δ或者Δρ = ρ?2-δ; .3.2)整机控制器根据计算得到的动力电机目标转速m，发出电机转速切换指令，同时控制第二电磁换向阀和第三电磁换向阀得电，第一液压蓄能器释放压力油迅速匹配负载； .3.3)如果实时检测的液压栗出口压力Pp小于最大负载压力pLmax=max{pi6，pi7}，则整机控制器控制三位四通电磁换向阀工作在右位，由第二液压蓄能器释放压力油驱动执行器作业； .3.4)如果实时检测的液压栗出口压力Pp大于最大负载压力PLmax = Hiax {pi6，Pi7}，则第二电磁换向阀和第三电磁换向阀均失电，由液压栗输出压力油驱动执行器作业；同时如果第一液压蓄能器压力P14满足先导回路压力要求，则离合器切断，先导栗停机，第一电磁换向阀得电，第一液压蓄能器作为先导回路动力源使用； .3.5)在步骤3.4)的基础上，如果实时检测的液压栗出口压力?[)超出液压栗安全工作压力范围，即pP<pP_或ρρ>ρ_χ，则判断执行器为遇到刚性负载或者需要更快速运动的工况，自动怠速系统为高压小流量需求或者低压大流量需求； 如果第二液压蓄能器压力P15大于最大负载压力pLmax，则整机控制器控制动力电机-液压栗停机，或者调整第一比例溢流阀设定压力为最小值使动力电机-液压栗维持最低转速直接卸荷，第三电磁换向阀得电和三位四通电磁换向阀工作在右位，仅由第二压蓄能器释放压力油驱动执行器运动； 如果第二液压蓄能器压力P15小于负载压力pLmax，则由第二液压蓄能器和液压栗共同输出压力油驱动执行器运动；控制第三电磁换向阀失电和三位四通电磁换向阀工作在右位，整机控制器根据第二液压蓄能器压力P15与最大负载压力pLmax按预设比例系数修正动力电机转速:nm = nt.k*;其中，当Pi3>PLmax 时，k*=l ;当Pi3<PLmax 时，k*= | Pi5_PLmax |/pLmax ο
【文档编号】E02F9/22GK106049593SQ201610621615
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年8月1日
【发明人】林添良, 黄伟平, 周圣炎, 缪骋, 任好玲, 陈其怀, 付胜杰
【申请人】华侨大学