用于机器的发动机降速控制方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于机器的发动机降速控制方法，包括以下步骤：测量实际的发动机转速；计算实际的发动机转速与发动机降速点的差值；利用所述差值选择适当的降速因子；以及利用所述降速因子调整机器的行走速度。通过本发明的降速控制方法，能够自动地在机器的执行机构和行走机构之间平衡来自发动机的能量，在施加在执行机构上的负荷增加时，控制器将会根据降速因子自动降低机器的行走速度，从而使车速与实时的负载情况相匹配。
【专利说明】用于机器的发动机降速控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种发动机控制方法，更具体地涉及一种用于机器/作业机械的发动机降速控制方法。
【背景技术】
[0002]诸如推土机、装载机等的机器在建筑、筑路和其他土方工程中具有广泛的应用。在这类机器中，发动机输出的动力一部分经由液压系统驱动诸如履带、车轮等的行走机构，一部分经由液压系统驱动诸如推铲、铲斗或松土器的执行机构。这类机器存在的一个问题是，当机械在作业过程中施加在执行机构上的负载突然增大时，发动机的转速有时会突然下降，导致发动机因阻力过大而死火。
[0003]本发明旨在克服现有技术中的这一问题。
【发明内容】
[0004]根据本发明的一方面，公开了一种用于机器的发动机降速控制方法，该方法包括以下步骤:
[0005]-测量实际的发动机转速；
[0006]-计算实际的发动机转速与发动机降速点的差值；
[0007]-利用所述差值选择适当的降速因子；以及
[0008]-利用所述降速因子调整机器的行走速度。
[0009]发动机降速点是表明发动机的转速已经降低到可能发生死火的转速，此时需要机器的控制器做出适当的响应，减小发动机的负载，以便防止发动机由于速度降低过快而发生死火。
[0010]在一个有利的实施例中，利用所述差值选择适当的降速因子包括将所述差值输入一计算软件，所述计算软件通过一速度误差增益表选择适当的降速因子。
[0011]降速因子在计算软件中对应的是一系列的点，这些点的确定是根据大量的实验得出的。利用降速因子可以将操作人员期望的机器的行进速度自动地调整为与机器面临的负荷相适应的行进速度，在防止发动机突然死火的情况下同时优化机器的性能。
[0012]在另一个有利的实施例中，利用降速因子调整机器的行走速度包括将降速因子叠加到发动机和相关的液压泵的控制电流上，从而影响发动机和所述液压泵的功率消耗。
[0013]在另一个有利的实施例中，根据本发明的方法还包括判断所述差值是否落入预定的阈值范围。在该实施例中，仅在差值落入阈值范围时才进行调节。
[0014]有利地，计算软件通过速度误差增益表选择与所述差值对应的增益。增益越大，对发动机转速的调节进行得越快。反之，增益越小，对发动机转速的调节进行得越满并且越平缓。所述差值与增益之间的对应关系能够通过经验值或者通过实验得到。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]通过阅读下面结合附图对本发明的优选实施例进行的详细说明，可显见本发明的其它特征、优点和目的。其中:
[0016]图1示意性地示出了机器的液压系统，
[0017]图2示意性地示出了根据本发明的降速控制方法的原理图，以及
[0018]图3示出了执行根据本发明的降速控制方法的流程图。
【具体实施方式】
[0019]首先参照图1，诸如推土机的机器包括行走机构51和执行机构52。行走机构51可以是车轮或者履带。执行机构52例如可以是铲斗、松土器或者其他任何用于执行机械的作业功能的机具。机器包括液压系统10。液压系统10至少包括第一液压泵31和第二液压泵32。各液压泵能够从加压流体源(未示出)抽吸液压流体。经由液压泵被抽吸的液压流体被传送到相应的液压致动器，以便驱动相应的作业机具来实现操作人员期望执行的动作或者移动机器。如图1所示，发动机20分别驱动第一液压泵31和第二液压泵32，以使第一液压泵31和第二液压泵32分别从加压流体源抽取液压流体。第一液压泵31所抽吸的液压流体被传送至用于行走机构51的第一液压致动器41，以便机器能够运动，而第二液压泵32所抽吸的液压流体被传送至用于执行机构52的第二液压致动器42，以便实现各种动作，例如挖掘、推土、铲斗卷曲、铲斗的举升和下降、以及倾泻等等。
[0020]由发动机20输出的动力/功率的至少一部分在行走机构和执行机构之间分配。发动机20可以在额定功率下运转，也可以在效率较佳的功率下运转。一般而言，发动机的转速越高，输出的功率越高，由发动机驱动的液压泵所输出的液压流体的流量就越大，从而相应的行走机构或者执行机构做功越多。通常，在机器操作期间，施加在执行机构上的负载随时间变化。如果施加在执行机构上的负载增加，则在机器行走速度不变的情况下发动机的负荷增加，此时发动机的转速降低。当施加在执行机构上的负荷突然显著增加时，发动机可能会由于负载过大而死火。这显然是不期望发生的。
[0021]参见图2，示出了根据本发明的降速控制方法。
[0022]机器通常包括一控制器，该控制器能够响应于来自操作人员的输入或者来自传感器的信号或其它信号控制各个液压致动器，从而操纵机器。在一个实施例中，控制器是可编程的微型计算机。为了实现根据本发明的降速控制方法，控制器首先设定一发动机降速点并且将其存储在控制器中。发动机降速点是表明发动机的转速已经降低到可能发生死火的转速，此时需要控制器做出适当的响应，减小发动机的功率输出，以便防止发动机由于速度降低过快而发生死火。通常可将发动机降速点设定为稍微大于发动机死火时所对应的转速。发动机降速点可以由机器的制造商根据经验值或者通过试验来设定，也可以由操作人员输入。在一个实施例中，假定根据以往的经验或者统计已知一种机器的发动机在转速为800rpm (转/分钟)时容易发生死火，则可以将降速点设定为900rpm，或者lOOOrpm，或者其它适当的值。在另一个实施例中，假定已知发动机在转速为额定转速的40%时容易发生死火，则可以将降速点设定为额定转速的50%或者60%或者其它适当的值。在又一个实施例中，假定已知在发动机的负载超过其最大负载的95%时容易发生死火，则可以将降速点设定为例如与最大负载的90%或者80%相对应。应当理解，也可以借助于本领域已知的其它参数来设定降速点，只要该参数能够正确反映发动机容易发生死火时的状态即可。
[0023]然后，在机器操作期间利用速度传感器测量实际的发动机转速并将该数据传输至控制器。控制器对测得的实际的发动机转速与发动机降速点进行比较。更具体而言，控制器计算出二者之间的差值。这里可以为该差值设定一阈值。如果差值落入该阈值范围，则认为发动机转速接近降速点，需要对行走机构的速度进行调节，反之则不需要调节。然后，将落入阈值范围的差值作为输入传送到一计算软件中。该计算软件包括PI控制算法。应当理解，计算软件也可以使用本领域已知的其它适当的控制算法。该软件储存在控制器中，并且包括一速度误差增益表。根据输入的差值能够在增益表中找到对应的增益。众所周知的是，增益越大，控制器的调节速度越快，但是增益过大容易导致系统的稳定性下降，反之，增益越小，控制器的调节速度越平缓。软件利用该增益选择合适的降速因子。降速因子在软件中对应的是一系列的点，这些点的确定是根据大量的实验得出的。然后，控制器将降速因子叠加到液压泵和发动机的控制电流上，影响液压泵和发动机的功率消耗，从而调整行走机构例如左、右履带的行走速度，使得发动机的转速(因而功率输出)适合于机器的负荷条件。在一个实施例中，例如控制器所选择的降速因子为0.8，操作人员期望的左、右履带行进速度分别为\和Vk，则经过本发明的降速控制方法调整后机器的左、右履带的实际行进速度分别为'*0.8和VK*0.8。结果，行走机构消耗的功率减小，从而更多的液压流体被输送到用于执行机构的液压致动器中以驱动执行机构克服突然增大的负荷。
[0024]上述降速控制方法能够自动地在执行机构和行走机构之间平衡来自发动机的能量，从而优化机器的性能并能防止发动机突然死火。当发动机被机器的负荷拖得很厉害，传动系就会根据降速因子来降低机器的行走速度从而使车速匹配整个的负载情况。通过本发明的降速控制方法，在机器高负荷应用的情况下能够防止发动机速度过于低于期望的发动机转速，同时能够优化机器的性能，防止发动机突然死火。
[0025]工业实用件
[0026]根据本发明的发动机降速控制方法尤其适用于在操作过程中负荷可能显著变化的机器，例如推土机、装载机等。下面参照图3详细说明用于执行本发明的发动机降速控制方法的过程。
[0027]方法100首先从步骤102开始，在该步骤中判断机器是否处于操作运行状态。如果机器正在运行，则方法100进入步骤104。在步骤104中，通过速度传感器测量发动机的转速。然后在步骤106中计算测得的发动机转速与控制器中设定的或者由操作人员输入的发动机降速点的差值。方法100然后进入步骤108。在该步骤中，判断所述差值是否落入预先设定的阈值范围。也就是说，判断实际的发动机转速是否接近发动机降速点。如果没有落入，则表明实际的发动机转速偏离降速点较多，发动机不会趋向于死火，此时方法100可以转入步骤104重新测量发动机的实际转速。如果差值落入预先设定的阈值范围，则表明发动机的转速已经接近发动机降速点，需要对机器的行走机构的速度进行调节，以防止发动机因阻力过大而突然死火。此时方法100进入步骤110。在步骤110中，落入阈值范围的差值被输入到包括PI控制算法的计算软件中，并利用速度误差增益表计算并选择合适的降速因子。然后，方法100转入步骤112，在该步骤中利用选择的降速因子调节行走机构的速度，从而完成本发明的降速控制过程。
[0028]有利地，在机器的操作过程中有规律地重复进行以上过程。如果速度传感器测得的实际的发动机转速明显大于发动机降速点，则不执行以上调节过程，机器继续以当前的行走速度行进。相反，如果速度传感器测得的实际的发动机转速接近发动机降速点，则表明机器遇到的负荷增大(以推土机为例，例如推土机在前进过程中铲斗突然遇到较大的石块等)，则控制器执行上面所述的降速控制方法，自动减小机器的行走速度，使得车速与机器的负载条件相匹配，防止发动机因为阻力过大、转速降低过快而突然死火，从而确保机器的持续运行。
[0029]通过本发明的降速控制方法，能够自动地在机器的执行机构和行走机构之间平衡来自发动机的能量，在施加在执行机构上的负荷增加时，控制器将会根据降速因子自动降低机器的行走速度，从而使车速与实时的负载情况相匹配。本发明的降速控制方法尤其适用于诸如推土机、装载机之类的大型机器。
[0030]上文借助于当前优选的实施例详细说明了本发明。但是，应当理解的是，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，本领域的技术人员可以作出许多修改和变型。
【权利要求】
1.一种用于机器的发动机降速控制方法，包括以下步骤: -测量实际的发动机转速； -计算实际的发动机转速与发动机降速点的差值； -利用所述差值选择适当的降速因子；以及 -利用所述降速因子调整机器的行走速度。
2.根据权利要求1所述的发动机降速控制方法，其特征在于，利用所述差值选择适当的降速因子包括将所述差值输入一计算软件，所述计算软件通过一速度误差增益表选择适当的降速因子。
3.根据权利要求1或2所述的发动机降速控制方法，其特征在于，利用所述降速因子调整机器的行走速度包括将所述降速因子叠加到发动机和相关的液压泵的控制电流上，从而影响发动机和所述液压泵的功率消耗。
4.根据权利要求1或2所述的发动机降速控制方法，其特征在于，所述方法还包括判断所述差值是否落入预定的阈值范围。
5.根据权利要求2所述的发动机降速控制方法，其特征在于，所述计算软件通过所述速度误差增益表选择与所述差值对应的增益。
【文档编号】F02D45/00GK104141549SQ201310168889
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2013年5月6日 优先权日:2013年5月6日
【发明者】杨海滨, C·E·斯托勒, R·梅尔沃, 邹凤新 申请人:卡特彼勒（青州）有限公司