一种工程机械油门控制方法

1.本发明涉及油门控制领域，具体是一种工程机械油门控制方法。


背景技术：

2.工程机械中的油门开度的精准控制，关系到工程作业的装机功率、功率利用率、降低功率消耗和功率损失，充分发挥机器能力和提高生产率以及作业效率，提高机器的可靠性和寿命，降低机器的燃油消耗。理论和实验研究表明，发动机的输出转矩是油门位置和转速的函数，如何协调油门开度、发动机转矩、转速之间的平衡关系是提升油门节能的关键。
3.传统的油门控制主要依靠人工手动调节油门拉杆，或者由调速马达通过连杆机构驱动油门拉杆进行半自动调节，一般根据工程机械作业阻力的变化进行粗略地油门调节，调节的随意性、主观性和经验性较大，系统的功率和燃油效率无法得到保障。发动机功率曲线拟合一般采用多项式拟合，拟合的最高阶次确定较为随意，一般取二阶和三阶为主。为了提高燃油经济性，把工程机械发动机的转速固定在某一区间，以转速作为主要参数进行闭环控制是当下流行的油门控制方法。这种方法虽然把发动机转速控制在了较为经济的区间，燃油经济性有了一定的保证，但工程机械作业的负载情况是变化的，固定转速下的发动机一方面可能会出现功率提供不足而导致作业无法进行的情况，另一方面也无法保证发动机工作在转矩的峰值附近，发动机功率利用率低下。根据发动机的外特性可知，只要负载功率不超过上限值，或者负载变化较快时，当发动机油门固定时发动机的转速维持相对不变。若在整个作业期间维持油门开度不变，时变或慢变的负载变化会突破发动机的外特性曲线限制，导致发动机输出转矩与负载功率需求不匹配，进而引起功率利用率降低，甚至引起发动机转速变化和熄火的情况发生。现下流行的其他油门控制方法没有系统地考虑发动机转矩输出、发动机转速、油门开度之间的深层次关系，没有兼顾到功率利用率与燃油经济性的综合效应。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种工程机械油门控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种工程机械油门控制方法，包括以下步骤：
7.测试发动机在固定油门开度下的转矩、转速散点，计算散点的归一化排列熵值，并根据所述熵值计算转矩与转速多项式拟合的最高阶次；
8.根据所述多项式拟合的最高阶次确定转矩与转速、油门开度的拟合多项式；
9.根据所述拟合多项式，在发动机经济转速区间和固定油门开度下计算最大转矩点，并计算得出经济转速区间内的转矩最大值，即最大经济转矩；
10.通过发动机工作负载功率与所述最大经济转矩进行比较，取其误差最小值对应的油门开度为最佳油门开度值。
11.进一步改进的是：所述转矩与转速多项式拟合的最高阶次取所述熵值的10倍的整数部分。
12.进一步改进的是：在发动机经济转速区间和固定油门开度下计算最大转矩点，包括：
13.分别取油门开度为0.1-1，并代入所述拟合多项式，得出10个转矩与转速的多项式函数簇；
14.通过对所述拟合多项式对转速求取偏导数并令其为零，以计算得出转矩最大时对应的转速值；将所述转矩最大时对应的转速值带入所述多项式函数簇，得出经济转速区间的转矩最大值。
15.进一步改进的是：通过所述最佳油门开度值与实际油门开度值计算油门开度误差，并将所述油门开度误差作为油门闭环控制的输入量。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
17.本发明工程机械油门控制方法，通过发动机转矩、转速和油门开度测试散点的熵值判断，确定多项式拟合的最高阶次，不仅保证了精度，也避免了不必要的计算代价；
18.通过在经济转速区间的最大转矩自适应匹配时变的负载功率，既保证了燃油经济性，也保证了发动机功率利用率，是一种工程机械发动机油门开度控制的高效解决方案。
19.以自适应匹配功率误差为闭环控制反馈量，实现负载功率需求与油门开度之间实时调整。
附图说明
20.图1为工程机械油门控制方法的流程图。
具体实施方式
21.为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。
22.请参阅图1，本实施例，一种工程机械油门控制方法，包括以下步骤：
23.1.转矩与转速拟合多项式阶次的确定
24.设油门开度为则转矩m与转速z的测试散点序列为设排列熵里的嵌入维度m，依据排列熵的计算公式可得散点序列的归一化排列熵值为
[0025][0026]
其中，h(m)为散点序列的排列熵。根据熵的物理意义可知，h(m)/ln(m！)的值越大(越接近1)，散点集的非线性复杂度越高，需要更高阶次的多项式才能准确地拟合，设置转矩m与转速z的多项式拟合函数最高阶次p为
[0027]
p＝ceil{10*[h(m)/ln(m！)]}
ꢀꢀ
(2)
[0028]
其中ceil(
·
)为向上取整函数。
[0029]
2.转矩与转速、油门开度的关系确定
[0030]
转矩与转速、油门开度的拟合多项式表示为
[0031][0032]
其中f(
·
)为转矩与转速、油门开度的拟合多项式函数，β
q,j
为多项式函数系数。归一化，分别取得到10个转矩与转速的多项式函数簇为
[0033]mz,k
＝fk(z,0.1*k),k＝1,2,...,10
ꢀꢀ
(4)
[0034]
3.发动机经济转速区间的最大转矩求取
[0035]
根据发动机的经济转速的最小值z
e-min
和z
e-max
，求取式(4)中发动机转矩在[z
e-min
,z
e-max
]区间的最大值m
(z-e,k)max
,k＝1,2,...,10：通过求取转矩fk(z,0.1*k)对于转速z的偏导并令之为零，可获得转矩最大时对应的转速z
e_m_max
，即
[0036][0037]
把z
e_m_max
带入式(4)即可获得经济转速区间的转矩最大值m
(z-e,k)max
,k＝1,2,...,10。若经济转速区间的转矩呈单调变化规律，则直接取最大值即可。
[0038]
4.求取工作工况下工程机械的总负荷功率，并匹配求出最佳的发动机开度值：k＝1,2,...,10。设程机械的负荷功率为p，则有
[0039][0040]
其中ξg为工程机械行走过程中的滚动阻力，ξf为工程机械的作业阻力，ν为工程机械作业时的正常行走速度，η为工程机械行走时传动的总效率，上述参数可由工程机械厂商提供、传感器读取、测试与仿真等途径获得。把p与m
(z-e,k)max
,k＝1,2,...,10进行对比，找出|p-m
(z-e,k)max
|,k＝1,2,...,10取得最小值时的k值，此时可获得最佳油门开度z
op
，以此完成发动机功率的自适应匹配。
[0041][0042]
其中z
max
为油门的最大开合度。
[0043]
依据z
op
，通过闭环控制方法对油门开度进行闭环控制：以油门开度误差ez＝z
op-z
real
作为闭环控制误差输入项进行闭环控制，其中z
real
为实际油门开度。通过油门执行机构实时调整油门开合度，使工程机械的发动机始终工作在经济转速和相应的最大转矩，同时保证了燃油经济性和功率利用率。
[0044]
以农用机械油门开度控制为例，油门马达控制系统闭环控制步骤：
[0045]
测试发动机在固定油门开度下的转矩、转速散点，计算散点的归一化排列熵值，以此值乘以10并取整作为转矩与转速多项式拟合的最高阶次。以同样的方法测试不同油门开度下的拟合曲线。
[0046]
在经济转速范围内，多项式求取对转速的偏导数并令其为零，以此求得最大转矩所对应的转速和转矩值。若经济转速区间的转矩呈单调变化规律，则直接取最大值即可。
[0047]
计算当前工况下的负载功率之和p，通过和不同油门开度下的经济转矩最大值进行比较，取其误差最小情况下的油门开度为目标油门开度，同时计算当前油门开度和目标
油门开度之间的误差值ez。
[0048]
以ez为闭环控制反馈参数，对油门开度进行闭环实时控制。
[0049]
本发明通过发动机转矩、转速和油门开度测试散点的熵值判断，确定多项式拟合的最高阶次，不仅保证了精度，也避免了不必要的计算代价，解决传统转矩和转速测试序列多项式拟合最高阶次确定随意性、经验性的不足，提升数据序列的拟合精度的同时，消除非必要的高阶计算代价。
[0050]
通过在经济转速区间的最大转矩自适应匹配时变的负载功率，既保证了燃油经济性，也保证了发动机功率利用率，从而解决工程机械发动机功率利用率和燃油经济性的问题，保证发动机通过工作在经济转速区间、自适应匹配负载功率的变化而使发动机工作在最佳转矩。
[0051]
以自适应匹配功率误差为闭环控制反馈量，实现负载功率需求与油门开度之间实时调整。以经济转速为调整基础，控制系统只需关注工程机械的负载变化，即可同时兼功率利用率和燃油经济性，降低了闭环控制系统的调节难度。
[0052]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括
……”
或“包含
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。
[0053]
尽管已经对上述各实施例进行了描述，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改，所以以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。