一种挖掘机环境自适应控制系统及控制方法与流程

本发明涉及液压挖掘机技术领域，具体涉及一种挖掘机环境自适应控制系统及控制方法。

背景技术：

液压挖掘机工作的地理范围和温度范围广泛，经常会在高海拔、高温、高寒地带工作，要求挖掘机有必要的环境适应性。高原环境下，发动机不仅是功率降低，响应性也一并降低；而环境温度是通过影响挖掘机的散热能力间接影响散热功率，在面对极端温度时，需要调整最大(最小)散热能力并配合恰当的散热策略以达到较好的散热效果，同时需要功率匹配策略的配合以充分发挥发动机的动力。因此，挖掘机的环境适应性是一个整体，除了要考虑静态功率匹配，也要考虑动态功率匹配；除了考虑各个系统的功率分配，也要考虑整个系统的功率匹配。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种挖掘机环境自适应控制系统及控制方法，利用传感器、控制器、执行元件，自动感知环境状态变化，自动匹配挖掘机参数，解决挖掘机动态功率不匹配以及全局功率不匹配问题。

为实现上述目的，一方面，本发明的提供了一种挖掘机环境自适应控制系统，包括挖掘机主控制器、发动机控制器、信息采集单元和控制单元，其中所述信息采集单元包括大气压力传感器、液压油温传感器、发动机冷却水温传感器、环境温度传感器和空调制冷状态检测单元，所述控制单元包括液压油散热泵控制单元、发动机冷却水散热泵控制单元、空调冷凝器散热泵控制单元、液压油直回油箱控制单元、主泵i控制单元和主泵ii控制单元；所述信息采集单元与所述挖掘机控制器的输入端口连接，所述控制单元与所述挖掘机主控制器的输出端口连接，所述发动机控制器通过can总线与所述挖掘机控制器连接。

进一步地，所述液压油回油直回油箱控制单元包括第一回油单向阀、第二回油单向阀、油箱、液压油散热器、电磁换向液压阀；其中，所述第一回油单向阀、所述第二回油单向阀的入口均接挖掘机液压系统总回油油路，所述第二回油单向阀的出口接所述油箱，所述第一回油单向阀的出口接所述液压油散热器的入口和所述电磁换向液压阀的入口，所述液压油散热器的出口和所述电磁换向液压阀的出口接所述油箱。

另一方面，本发明还提供了一种挖掘机环境自适应控制方法，包括以下步骤：(1)挖掘机启动后，发动机控制器传输当前发动机转速进入挖掘机控制器，挖掘机主控制器根据预先输入的发动机转速、大气压力与功率的关系，计算出当前转速下发动机功率输出能力p0；根据液压油温、发动机冷却水温，分别计算液压油散热泵需求功率p1，冷却水散热泵需求功率p2；根据空调制冷状态检测单元判断空调是否处在制冷状态，如果在制冷状态并且环境温度大于设定值t3，则根据环境温度计算空调冷凝器散热泵所需功率p3；

(2)根据以上计算的功率，进行静态功率匹配，主泵i和主泵ii可用发动机功率为：p＝p0-p1-p2-p3。

进一步地，如果空调制冷状态检测单元判断空调不在制冷状态或者环境温度小于设定值t3，则空调冷凝器散热泵所需功率p3为零。

进一步地，如果环境温度小于t4，系统液压油不经过散热直接回油箱。

进一步地，根据不同大气压力下发动机功率响应时间t0，主泵1和主泵2动态功率之和不大于发动机的动态功率pt1+pt2＝f(t0)<＝p(t0)。

本发明的有益效果是：根据大气压力等环境参数，不仅调节系统静态功率匹配，也调整系统动态功率匹配。在工作时，发动机可以更好的适应负载变化，减少、消除掉速、憋车、冒黑烟现象。环境温度高时，空调冷凝器散热泵功率高，可以改善高温情况下的空调制冷效果，提高驾驶室舒适性。环境温度过低时，进行液压油直回油箱控制，不经过散热器，可以快速的提高液压油温度，使液压油的黏度尽快达到最优黏度区间，改善液压系统的环境适应性。

附图说明

图1是本发明的控制系统结构图；

图2是液压油直回油箱控制原理图；

图3是挖掘机动力系统结构示意图；

图4是本发明的控制方法的原理图；

图中，1-挖掘机主控制器，2-发动机控制器，3-信息采集单元，3.1－大气压力传感器，3.2－液压油温传感器，3.3－发动机冷却水温传感器，3.4－环境温度传感器，3.5－空调制冷状态检测单元，4-控制单元，4.1－液压油散热泵控制单元，4.2－发动机冷却水散热泵控制单元，4.3－空调冷凝器散热泵控制单元，4.4－液压油直回油箱控制单元，4.4.1－第一回油单向阀、4.4.2-第二回油单向阀、4.4.3-液压油箱、4.4.4-液压油散热器、4.4.5-电磁换向液压阀，4.5－主泵i控制单元，4.6－主泵ii控制单元。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，一种挖掘机环境自适应控制系统，包括挖掘机主控制器1、发动机控制器2、信息采集单元3和控制单元4，其中信息采集单元3包括大气压力传感器3.1、液压油温传感器3.2、发动机冷却水温传感器3.3、环境温度传感器3.4和空调制冷状态检测单元3.5，控制单元4包括液压油散热泵控制单元4.1、发动机冷却水散热泵控制单元4.2、空调冷凝器散热泵控制单元4.3、液压油直回油箱控制单元4.4、主泵i控制单元4.5和主泵ii控制单元4.6。信息采集单元3与挖掘机控制器1的输入端口连接，控制单元4与挖掘机主控制器1的输出端口连接，发动机控制器2通过can总线与挖掘机控制器1连接。通过信息采集单元3采集信息，由挖掘机主控制器1控制控制单元4，及时进行静态功率和动态功率的匹配。

具体地，如图2所示，液压油回油直回油箱控制单元4.4包括第一回油单向阀4.4.1、第二回油单向阀4.4.2、油箱4.4.3、液压油散热器4.4.4、电磁换向液压阀4.4.5。其中，第一回油单向阀4.4.1、第二回油单向阀4.4.2的入口均接挖掘机液压系统总回油油路，第二回油单向阀4.4.2的出口接油箱4.4.3，第一回油单向阀4.4.1的出口接液压油散热器4.4.4的入口和电磁换向液压阀4.4.5的入口，液压油散热器4.4.4的出口和电磁换向液压阀4.4.5的出口接油箱4.4.3。

当挖掘机主控制器1控制液压油直回油箱控制单元4.4输出后，电磁换向液压阀4.4.5打开，挖掘机液压油回油优先通过第一回油单向阀4.4.1，然后经过电磁换向液压阀4.4.5和液压油散热器4.4.4回到油箱4.4.3，因为液压油散热器4.4.4内部液阻大于电磁换向液压阀4.4.5的液阻，所以流过经过电磁换向液压阀4.4.5的液压油多于流过液压油散热器4.4.4的。如此，既实现了大量液压油回油通过电磁换向液压阀4.4.5直回油箱4.4.3的控制，使多数液压油不经过散热器，可以快速的提高液压油温度，又保证了回油压力不致低于系统要求最低压力。

如图3所示为挖掘机的动力系统，发动机通过分动箱与液压油散热泵、冷却水散热泵、空调冷凝器散热泵、主泵i、主泵ii连接，其中液压油散热泵功率由液压油散热泵控制单元4.1控制，冷却水散热泵功率由发动机冷却水散热泵控制单元4.2控制、空调冷凝器散热泵功率由空调冷凝器散热泵控制单元4.3控制、液压油直回油箱控制单元4.4、主泵1功率由主泵i控制单元4.5控制、主泵ii功率由主泵ii控制单元4.6控制。

如图4所示，本发明还提供了一种挖掘机环境自适应控制方法，包括以下步骤：

步骤一挖掘机启动后，发动机控制器传输当前发动机转速进入挖掘机控制器，挖掘机主控制器1根据预先输入的发动机转速、大气压力与功率的关系，计算出当前转速下发动机功率输出能力p0；根据液压油温、发动机冷却水温，分别计算液压油散热泵需求功率p1，冷却水散热泵需求功率p2；根据空调制冷状态检测单元3.5判断空调是否处在制冷状态，如果在制冷状态并且环境温度大于设定值t3，则根据环境温度计算空调冷凝器散热泵所需功率p3；

步骤二根据以上计算的功率，进行静态功率匹配，主泵i和主泵ii可用发动机功率为：p＝p0-p1-p2-p3。

如果空调制冷状态检测单元3.5判断空调不在制冷状态或者环境温度小于设定值t3，则空调冷凝器散热泵所需功率p3为零。如果环境温度小于t4，系统液压油不经过散热直接回油箱。

以上为静态功率匹配的过程，其中，发动机功率输出能力p0＝f(p)，表示发动机功率输出能力p0是大气压力p函数；p1＝f(t1)，表示液压油散热泵需求功率p1是液压油温t1的函数；p2＝f(t2)，表示冷却水散热泵需求功率p2是发动机冷却水温t2的函数；p3＝f(t3)，表示空调冷凝器散热泵功率p3是环境温度t3的函数。

动态功率匹配的条件为：根据不同大气压力下发动机功率响应时间t0，主泵i和主泵ii动态功率之和不大于发动机的动态功率pt1+pt2＝f(t0)<＝p(t0)。其匹配过程为：首先，挖掘机主控制器1根据预先设定的函数关系，计算在大气压力为p时，发动机最小功率到最大功率变化的时间t0；同时主泵i和主泵ii的动态功率之和(pt1+pt2)的变化在t0时间内不大于主泵可用发动机的实时功率输出能力δp(t0)。如此，主泵i和主泵ii功率变化之和小于发动机实时功率输出能力，避免在发动机功率提升阶段出现的掉速、憋车、冒黑烟现象。其中，t0＝ft(p)，表示发动机功率响应时间t0是大气压力p的函数；pt1+pt2＝f(t0)，表示主泵i实时功率pt1与主泵ii实时功率pt2之和是发动机响应时间t0的函数；δp(t0)，是发动机实时可输出功率减去液压油散热泵需求功率p1，冷却水散热泵需求功率p2，空调冷凝器散热泵所需功率p3的差值。发动机实时可输出功率可由发动机控制器2发出的实时转速和可输出扭矩值计算得出

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于此，在所属技术领域的技术人员所具备的知识范围内，在不脱离本发明宗旨的前提下可以作出的各种变化，都处于本发明权利要求的保护范围之内。