发动机极限载荷控制方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种发动机极限载荷控制方法和装置。发动机极限载荷控制方法包括：获取发动机的当前转速；获取发动机的转速/扭矩关系图；将转速/扭矩关系图按照转速分划成多个区域；用直线段将每个区域的起点和终点连接以得到发动机的转速/扭矩关系曲线；根据转速/扭矩关系曲线获取当前转速所对应的最大输出扭矩；控制由发动机驱动的液压系统所消耗的扭矩始终小于最大输出扭矩。利用本发明实时地获取该某一时刻时，发动机所能提供的最大输出扭矩，同时控制液压系统所消耗的扭矩的大小，以使该扭矩始终小于发动机所能输出的最大输出扭矩，这样，便可确保发动机能够向液压系统提供足够的功率，从而保证液压系统在各工况时，都不会熄火。
【专利说明】发动机极限载荷控制方法和装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及发动机的载荷控制领域，更具体地，涉及一种发动机极限载荷控制方法和装置。
【背景技术】
[0002]起重机是一种大功率、使用频率高的工程机械，其能源消耗很大。随着能源的价格不断攀升和世界环保呼声的高涨，提高其节能性能和工作效率迫在眉睫。同时，在全球配套件资源紧缺、成本增加的形势下，起重机系统实现经济匹配、厂家与用户实现‘双赢’也是势在必行。
[0003]现有技术中的起重机在进行上车发动机选择时，必须使发动机在怠速时的功率输出大于其液压系统在起重作业的各个工况下所需要功率的最大值，这样，才能保证起重机在各个工况作业时不会熄火。
【发明内容】
[0004]本发明旨在提供一种发动机极限载荷控制方法和装置，以解决现有技术中发动机在各工况下工作时可能熄火的问题。
[0005]为解决上述技术问题，根据本发明的第一个方面，提供了一种发动机极限载荷控制方法，包括:获取发动机的当前转速；获取发动机的转速/扭矩关系图；将转速/扭矩关系图按照转速分划成多个区域；用直线段将每个区域的起点和终点连接以得到发动机的转速/扭矩关系曲线；根据转速/扭矩关系曲线获取当前转速所对应的最大输出扭矩；控制由发动机驱动的液压系统所消耗的扭矩始终小于最大输出扭矩。
[0006]进一步地，控制由发动机驱动的液压系统所消耗的扭矩始终小于最大输出扭矩包括:通过控制液压系统的变量泵的排量以控制液压系统所消耗的扭矩。
[0007]进一步地，控制由发动机驱动的液压系统所消耗的扭矩始终小于最大输出扭矩包括:获取发动机的当前实际扭矩；获取当前实际扭矩与当前转速对应的最大输出扭矩之间的差值；根据差值控制液压系统所消耗的扭矩始终小于最大输出扭矩。
[0008]进一步地，根据转速/扭矩关系曲线获取当前转速所对应的最大输出扭矩包括:根据当前转速所在的区域内的直线段与当前转速之间的线性关系确定最大输出扭矩。
[0009]进一步地，当前转速通过直接测量得到的，或者是对油门踏板行程的测量而间接得到的。
[0010]根据本发明的第二个方面，提供了一种发动机极限载荷控制装置，包括:第一获取模块，用于获取发动机的当前转速；第二获取模块，用于获取发动机的转速/扭矩关系图；第一处理模块，用于将发动机的转速/扭矩关系图按照转速分划成多个区域；第二处理模块，用于用直线段将每个区域的起点和终点连接以得到发动机的转速/扭矩关系曲线；第三获取模块，用于根据转速/扭矩关系曲线获取当前转速所对应的最大输出扭矩；控制模块，用于控制由发动机驱动的液压系统所消耗的扭矩始终小于最大输出扭矩。[0011]进一步地，控制模块通过控制液压系统的变量泵的排量以控制液压系统所消耗的扭矩。
[0012]进一步地，控制模块包括:第四获取模块，用于获取发动机的当前实际扭矩；第五获取模块，用于获取当前实际扭矩与当前转速对应的最大输出扭矩之间的差值；控制子模块，用于根据差值控制液压系统所消耗的扭矩始终小于最大输出扭矩。
[0013]进一步地，第三获取模块包括:第三处理模块，用于根据当前转速所在的区域内的直线段与当前转速之间的线性关系确定最大输出扭矩。
[0014]用本发明中的方法，实时地获取该某一时刻时，发动机所能提供的最大输出扭矩，同时控制液压系统所消耗的扭矩的大小，以使该扭矩始终小于发动机所能输出的最大输出扭矩，这样，便可确保发动机能够向液压系统提供足够的功率，从而保证液压系统在各工况时，都不会熄火。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0016]图1示意性示出了本发明中的发动机极限载荷控制装置的示意图；
[0017]图2示意性示出了本发明中的发动机极限载荷控制方法的流程图；
[0018]图3示意性示出了本发明中获取发动机的转速/扭矩关系曲线的流程图；以及
[0019]图4示意性示出了一个实施例中的转速/扭矩关系曲线。
【具体实施方式】
[0020]以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
[0021]作为本发明的第一方面，提供了一种发动机极限载荷控制装置，特别地，其可用于实施本发明中的发动机极限载荷控制方法。
[0022]请参考图1，该发动机极限载荷控制装置包括:获取模块10和控制模块20。其中，获取模块10用于实时获取发动机的最大输出扭矩；控制模块20用于控制由发动机驱动的液压系统所消耗的扭矩始终小于最大输出扭矩。
[0023]在某一时刻,工程设备的发动机具有第一转速，且具有与该第一转速相对应的最大输出扭矩，也就是说，当发动机以第一转速运行时，其最大输出扭矩是固定的。获取模块10实时地获取该某一时刻时，发动机所能提供的最大输出扭矩，同时控制模块20则控制液压系统所消耗的扭矩的大小，以使该扭矩始终小于发动机所能输出的最大输出扭矩，这样，便可确保发动机能够向液压系统提供足够的功率，从而保证液压系统在各工况时，都不会熄火。
[0024]优选地，控制模块20通过控制液压系统的变量泵的排量以控制液压系统所消耗的扭矩。通过控制变量泵的排量，可以方便地控制液压系统实际所消耗的扭矩。当在某些情况下，液压系统所需要消耗的扭矩大于发动机所能提供的最大输出扭矩时，此时，通过对变量泵输出的排量的控制，可以控制液压系统所实际消耗的扭矩，因而，发动机不会熄火，但由于排量不足，可能会导致液压系统的工作速度变慢，却不会影响正常使用。[0025]优选地，获取模块10包括:第一获取模块，用于获取发动机的当前转速；第二获取模块，用于获取发动机的转速/扭矩关系图；第一处理模块，用于将发动机的转速/扭矩关系图按照转速分划成多个区域；第二处理模块，用于用直线段将每个区域的起点和终点连接以得到转速/扭矩关系曲线；和第三获取模块，用于根据发动机的转速/扭矩关系曲线获取当前转速所对应的最大输出扭矩。其中，发动机的转速/扭矩关系图(例如，在发动机出厂时就是确定的，其可以通过多种方式获得)表明了发动机的转速与其输出的扭矩之间的关系曲线。
[0026]请参考图4，优选地，多个区域可以是等间距的，即其对应的转速区段是等值递增变化的，其纵轴为扭矩(Nm)、横轴为转速(r/m)。如图4,第一处理模块将该转速/扭矩关系曲线30在转速800-2000r/m (其中怠速为800r/m，最高转速为2000r/m)之间的区段等分为六段，即A-B、B-C、C-D、D-E、E-F和F-G这几个区间。第二处理模块则进一步将每个区间的起点和终点连接起来，以形成与该关系图相拟合的转速/扭矩关系曲线40。显然，第二处理模块还可以采用其它的曲线拟合方法，例如，多项式拟合等。其中，区间的选取原则是:起点和终点的连线尽量与原始曲线接近；区间的个数以方便计算为前提(例如，选取的点横纵坐标值要能确定)。
[0027]因此，在第一获取模块获取了当前转速、且第二处理模块获取了转速/扭矩关系曲线的基础上，第三获取模块就能通过该转速/扭矩关系曲线获得与该当前转速对应的最大输出扭矩。
[0028]优选地，控制模块20包括:第四获取模块，用于获取发动机的当前实际扭矩；第五获取模块，用于获取所述当前实际扭矩与所述当前转速对应的最大输出扭矩之间的差值；控制子模块，用于根据差值控制液压系统所消耗的扭矩始终小于最大输出扭矩。在第四获取模块得到某时刻发动机的当前实际扭矩，且第三获取模块得到该时刻发动机所能提供的最大输出扭矩的基础上，第五获取模块得到二者之间的差值。这样，控制子模块便可利用该差值和/或其变化情况，实时预测下一时刻的液压系统所消耗的扭矩，从而控制变量泵输出适应的排量。例如，控制子模块可以采用PID、神经网络等控制方法，实现对排量的控制。
[0029]优选地，第三获取模块包括:第三处理模块，用于根据当前转速所在的区域内的直线段与当前转速之间的线性关系确定最大输出扭矩。由于转速/扭矩关系曲线中的每个区间都可以采用线性的方式来表达转速与扭矩之间的关系，因此，当确定了当前转速后，第三处理模块就可以根据该线性关系方便地得到与该当前转速相对应的最大输出扭矩值。
[0030]作为本发明的第二方面，请参考图2至图4，提供了一种发动机极限载荷控制方法，包括:实时获取发动机的最大输出扭矩；控制由发动机驱动的液压系统所消耗的扭矩始终小于最大输出扭矩。
[0031]在某一时刻，工程设备(例如起重机等)的发动机具有第一转速，且具有与该第一转速相对应的最大输出扭矩，也就是说，当发动机以第一转速运行时，其最大输出扭矩是固定的。采用本发明中的方法，实时地获取该某一时刻时，发动机所能提供的最大输出扭矩，同时控制液压系统所消耗的扭矩的大小，以使该扭矩始终小于发动机所能输出的最大输出扭矩，这样，便可确保发动机能够向液压系统提供足够的功率，从而保证液压系统在各工况时，都不会熄火。
[0032]优选地，控制由发动机驱动的液压系统所消耗的扭矩始终小于最大输出扭矩包括:通过控制液压系统的变量泵的排量以控制液压系统所消耗的扭矩。通过控制变量泵的排量，可以方便地控制液压系统实际所消耗的扭矩。当在某些情况下，液压系统所需要消耗的扭矩大于发动机所能提供的最大输出扭矩时，此时，通过对变量泵输出的排量的控制，可以控制液压系统所实际消耗的扭矩，因而，发动机不会熄火，但由于排量不足，可能会导致液压系统的工作速度变慢，却不会影响正常使用。
[0033]优选地，实时获取发动机的最大输出扭矩包括:获取发动机的当前转速；获取发动机的转速/扭矩关系曲线；根据发动机的转速/扭矩关系曲线获取当前转速所对应的最大输出扭矩。发动机的转速/扭矩关系图(例如，在发动机出厂时就是确定的，其可通过多种方式获得)表明了发动机的转速与其输出的扭矩之间的关系曲线，因此，在获取了当前转速和转速/扭矩关系曲线的基础上，就能通过该转速/扭矩关系曲线获得与该当前转速对应的最大输出扭矩。
[0034]优选地，控制由发动机驱动的液压系统所消耗的扭矩始终小于最大输出扭矩包括:获取发动机的当前实际扭矩；获取所述当前实际扭矩与所述当前转速对应的最大输出扭矩之间的差值；根据差值控制液压系统所消耗的扭矩始终小于最大输出扭矩。在得到某时刻发动机的当前实际扭矩及该时刻发动机所能提供的最大输出扭矩的基础上，可以得到二者之间的差值。这样，便可利用该差值和/或其变化情况，实时预测下一时刻的液压系统所消耗的扭矩，从而控制变量泵输出适应的排量。例如，可以采用PID、神经网络等控制方法，实现对排量的控制。
[0035]优选地，获取发动机的转速/扭矩关系曲线包括:获取发动机的转速/扭矩关系图；将转速/扭矩关系图按照转速分划成多个区域；用直线段将每个区域的起点和终点连接以得到转速/扭矩关系曲线。请参考图4，上述多个区域可以是等间距的，即其对应的转速区段是等值递增变化的，其纵轴为扭矩(Nm)、横轴为转速(r/m)。如图4，可将该转速/扭矩关系曲线30在转速800-2000r/m之间的区段等分为六段，即A_B、B_C、C_D、D_E、E-F和F-G这几个区间。进一步，可将每个区间的起点和终点连接起来，以形成与该关系图相拟合的转速/扭矩关系曲线40 (即一条由多个直线段构成的曲线)。显然，还可以采用其它的曲线拟合方法，例如，多项式拟合等。特别地，等分地数目越多，拟合的精度越高。
[0036]优选地，根据发动机的转速/扭矩关系曲线获取当前转速所对应的最大输出扭矩包括:根据当前转速所在的区域内的直线段与当前转速之间的线性关系确定最大输出扭矩。由于转速/扭矩关系曲线中的每个区间都可以采用线性的方式来表达转速与扭矩之间的关系，因此，当确定了当前转速后，就可以根据该线性关系方便地得到与该当前转速相对应的最大输出扭矩值。
[0037]优选地，当前转速通过直接测量得到的，或者是对油门踏板行程的测量而间接得到的。
[0038]本发明可通过电控的方式调节发动机的参数，以使发动机与变量泵系统之间得到经济匹配，同时，优化了变量泵、阀与负载之间的匹配，实现了对起重机重载节能运行的精细控制，以使起重机轻载、多动作高速高效运行，即使在瞬间动载或重载时，也能保护发动机不过载，延长发动机的使用寿命。
[0039]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种发动机极限载荷控制方法，其特征在于，包括: 获取发动机的当前转速； 获取所述发动机的转速/扭矩关系图； 将所述转速/扭矩关系图按照转速分划成多个区域； 用直线段将每个所述区域的起点和终点连接以得到所述发动机的转速/扭矩关系曲线.根据所述转速/扭矩关系曲线获取所述当前转速所对应的所述最大输出扭矩； 控制由所述发动机驱动的液压系统所消耗的扭矩始终小于所述最大输出扭矩。
2.根据权利要求1所述的发动机极限载荷控制方法，其特征在于，控制由所述发动机驱动的液压系统所消耗的扭矩始终小于所述最大输出扭矩包括:通过控制所述液压系统的变量泵的排量以控制所述液压系统所消耗的扭矩。
3.根据权利要求1所述的发动机极限载荷控制方法，其特征在于，控制由所述发动机驱动的液压系统所消耗的扭矩始终小于所述最大输出扭矩包括: 获取所述发动机的当前实际扭矩； 获取所述当前实际扭矩与所述当前转速对应的最大输出扭矩之间的差值； 根据所述差值控制所述液压系统所消耗的扭矩始终小于所述最大输出扭矩。
4.根据权利要求1所述的发`动机极限载荷控制方法，其特征在于，根据所述转速/扭矩关系曲线获取所述当前转速所对应的所述最大输出扭矩包括: 根据所述当前转速所在的所述区域内的所述直线段与所述当前转速之间的线性关系确定所述最大输出扭矩。
5.根据权利要求1所述的发动机极限载荷控制方法，其特征在于，所述当前转速通过直接测量得到的，或者是对油门踏板行程的测量而间接得到的。
6.一种发动机极限载荷控制装置，其特征在于，包括: 第一获取模块，用于获取发动机的当前转速； 第二获取模块，用于获取所述发动机的转速/扭矩关系图； 第一处理模块，用于将所述发动机的转速/扭矩关系图按照转速分划成多个区域；第二处理模块，用于用直线段将每个所述区域的起点和终点连接以得到所述发动机的转速/扭矩关系曲线； 第三获取模块，用于根据所述转速/扭矩关系曲线获取所述当前转速所对应的所述最大输出扭矩； 控制模块，用于控制由所述发动机驱动的液压系统所消耗的扭矩始终小于所述最大输出扭矩。
7.根据权利要求6所述的发动机极限载荷控制装置，其特征在于，所述控制模块通过控制所述液压系统的变量泵的排量以控制所述液压系统所消耗的扭矩。
8.根据权利要求6所述的发动机极限载荷控制装置，其特征在于，所述控制模块包括: 第四获取模块，用于获取所述发动机的当前实际扭矩； 第五获取模块，用于获取所述当前实际扭矩与所述当前转速对应的最大输出扭矩之间的差值； 控制子模块，用于根据所述差值控制所述液压系统所消耗的扭矩始终小于所述最大输出扭矩。
9.根据权利要求6所述的发动机极限载荷控制装置，其特征在于，所述第三获取模块包括: 第三处理模块，用于根据所述当前转速所在的所述区域内的所述直线段与所述当前转速之间的线性关系确定所述 最大输出扭矩。
【文档编号】F02D39/00GK103511097SQ201310300515
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年7月17日 优先权日:2013年7月17日
【发明者】孙家勇, 曹书苾, 周庆喜 申请人:中联重科股份有限公司