专利名称：并联式混合动力液压挖掘机控制方法
技术领域：
本发明涉及工程机械制造技术领域，尤其是一种对于并联式混合动力液压挖掘机动力输出的控制方法。
背景技术：
液压挖掘机作为建筑机械中的耗能大户，由于其数量多、耗油高、排放差，其节能问题一直是人们关注的重点问题。传统的节能方法，如改进液压系统、发动机与负载的功率匹配等，可以在一定程度上提高节能效果。但由于挖掘机负载变动频繁、剧烈，使柴油发动机经常工作在非高效区，从根本上限制了整机效率的进一步提高。近几年，混合动力技术受到广泛关注，混合动力液压挖掘机的研发已成为其节能降耗的一个重要研究方向。国外对挖掘机混合动力系统的研究起步较早，一些研究机构和制造商如早稻田大学、小松、神户制钢、卡特彼勒、日立建机、住友建机等对混合动力挖掘机已有不同程度的研究。混合动力系统的结构及其相应控制策略的优劣，直接影响到系统的效率，是混合动力系统研究的重点内容。日本学者Yoshiyuki对混合动力挖掘机械串联式系统进行了相关研究,Masayuki等人提出了发动机的开关控制及电容优先放电的控制策略，Naruse提出了不同工作模式下恒工作点控制策略，国内浙江大学的肖清提出了一种自判断分段式多工作点切换控制策略。这些控制策略虽是根据不同的混合动力系统结构得出的，但其根本出发点都是通过蓄电池或超级电容等储能元件平衡负载的波动，使发动机工作点相对稳定地固定在高效区，以提高其燃油经济性。但是，这些控制策略只考虑了发动机效率的最大化，没有兼顾电动机和储能元件的工作效率以及其使用条件，系统综合效率及整机性能有待进一步优化。由于发电机对发动机能量的转换、储存效率，蓄电池电能转换效率，以及电动机的效率等因素的影响，使得混合动力系统的效率并不一定就高于发动机单独驱动情况下的效率。况且发动机、发电机/电动机、蓄电池、液压泵等各部件最佳效率运行区各不相同，单纯地考虑发动机效率的最大化，可能会造成发电机、蓄电池等部件工作环境恶劣、工作效率低下，甚至严重缩短蓄电池寿命。
发明内容
本发明的目的是提供一种并联式混合动力液压挖掘机控制方法，这种方法可以解决发动机工作效率与蓄电池能量转换效率的发挥以及蓄电池使用寿命不相兼顾的问题。为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是这种并联式混合动力液压挖掘机控制方法是通过主控制器让并联式液压挖掘机的混合动力系统在混合输出模式、或者发动机输出模式、或者发动机充电输出模式、或者蓄电池输出模式下工作；在混合输出模式下，所述混合动力系统由蓄电池通过电流电压适配单元驱动电机与发动机联合向液压系统输出动力；在发动机输出模式下，所述混合动力系统由所述发动机独立向液压系统输出动力；在发动机充电输出模式下，所述发动机带动所述电机发电，所述电机发出的电通过电流电压适配单元向所述蓄电池充电，所述发动机同时向所述液压系统提供动力；在蓄电池输出模式下，所述混合动力系统的所述发动机熄火，由所述蓄电池放电，所述蓄电池输出的电能通过所述电流电压适配单元驱动所述电机转动向所述液压系统提供空载动力消耗所需动力；
并联式液压挖掘机的混合动力系统在混合输出模式、发动机输出模式、发动机充电输出模式以及蓄电池输出模式之间的转换条件是:
当所述液压系统油泵输入轴的转动扭矩大于最小放电转矩值时，如果所述蓄电池的荷电状态数值大于设定的放电最小值，所述混合动力系统按混合输出模式工作；如果所述蓄电池的荷电状态数值等于或小于设定的最小放电转矩值，所述混合动力系统按发动机输出模式工作；
当所述液压系统油泵输入轴的转动扭矩在等于最小放电转矩值至等于最大充电转矩值之间时，所述混合动力系统按发动机输出模式工作；
当所述液压系统油泵输入轴的转动扭矩小于最大充电转矩值，并且所述液压系统油泵输入轴的转动扭矩大于设定的空载负荷值时，所述混合动力系统按发动机充电输出模式工作；
当所述液压系统油泵输入轴的转动扭矩小于最大充电转矩值，并且所述液压系统油泵输入轴的转动扭矩小于设定的空载负荷值，并小于设定的不熄火等待时间时，如果所述蓄电池的荷电状态数值小于设定的充电最大值，所述混合动力系统按发动机充电输出模式工作，如果所述蓄电池的荷电状态数值等于或大于设定的充电最大值，所述混合动力系统按发动机输出模式工作；
当所述液压系统油泵输入轴的转动扭矩小于最大充电转矩值，并且所述液压系统油泵输入轴的转动扭矩小于设定的空载负荷值，并等于或大于设定的不熄火等待时间时:如果所述蓄电池的荷电状态数值等于或大于设定的放电最小值，所述混合动力系统按蓄电池输出模式工作，如果所述蓄电池的荷电状态数值小于设定的放电最小值，所述混合动力系统按发动机充电输出模式工作；
所述最小放电转矩值为Ji，
权利要求
1.一种并联式混合动力液压挖掘机控制方法，其特征在于: 通过主控制器(7)让并联式液压挖掘机的混合动力系统在混合输出模式、或者发动机输出模式、或者发动机充电输出模式、或者蓄电池输出模式下工作；在混合输出模式下，所述混合动力系统由蓄电池(6)通过电流电压适配单元(5)驱动电机(4)与发动机(3)联合向液压系统输出动力；在发动机输出模式下，所述混合动力系统由所述发动机(3)独立向液压系统输出动力；在发动机充电输出模式下，所述发动机(3)带动所述电机(4)发电,所述电机(4)发出的电通过电流电压适配单元(5)向所述蓄电池(6)充电，所述发动机(3)同时向所述液压系统提供动力；在蓄电池输出模式下，所述混合动力系统的所述发动机(3)熄火，由所述蓄电池(6)放电，所述蓄电池(6)输出的电能通过所述电流电压适配单元(5)驱动所述电机(4)转动向所述液压系统提供空载动力消耗所需动力； 并联式液压挖掘机的混合动力系统在混合输出模式、发动机输出模式、发动机充电输出模式以及蓄电池输出模式之间的转换条件是: 当所述液压系统油泵(1)输入轴的转动扭矩大于最小放电转矩值时，如果所述蓄电池(6)的荷电状态数值大于设定的放电最小值，所述混合动力系统按混合输出模式工作；如果所述蓄电池(6)的荷电状态数值等于或小于设定的最小放电转矩值，所述混合动力系统按发动机输出模式工作； 当所述液压系统油泵(1)输入轴的转动扭矩在等于最小放电转矩值至等于最大充电转矩值之间时，所述混合动力系统按发动机输出模式工作； 当所述液压系统油泵(1)输入轴的转动扭矩小于最大充电转矩值，并且所述液压系统油泵(1)输入轴的转动扭矩大于设定的空载负荷值时，所述混合动力系统按发动机充电输出模式工作； 当所述液压系统油泵(1)输入轴的转动扭矩小于最大充电转矩值，并且所述液压系统油泵(1)输入轴的转动扭矩小于设定的空载负荷值，并小于设定的不熄火等待时间时，如果所述蓄电池(6)的荷电状态数值小于设定的充电最大值，所述混合动力系统按发动机充电输出模式工作，如果所述蓄电池(6)的荷电状态数值等于或大于设定的充电最大值，所述混合动力系统按发动机输出模式工作； 当所述液压系统油泵(1)输入轴的转动扭矩小于最大充电转矩值，并且所述液压系统油泵(1)输入轴的转动扭矩小于设定的空载负荷值，并等于或大于设定的不熄火等待时间时:如果所述蓄电池(6)的荷电状态数值等于或大于设定的放电最小值，所述混合动力系统按蓄电池输出模式工作，如果所述蓄电池(6)的荷电状态数值小于设定的放电最小值，所述混合动力系统按发动机充电输出模式工作； 所述最小放电转矩值为Tr-fd，
2.根据权利要求1所述的并联式混合动力液压挖掘机控制方法，其特征在于:检测挖掘臂的每一个挖掘循环动作完成后所述蓄电池(6)的荷电状态数值，如果当前挖掘循环动作与上一个挖掘循环动作完成后所述蓄电池(6)的荷电状态数值差别大于设定的调整灵敏值，或者检测到当前挖掘循环动作完成后所述蓄电池(6)的荷电状态数值与设定所述蓄电池(6)的原始荷电状态数值大于设定的调整灵敏值，则根据蓄电池荷电数值的差值相应调整充电、放电转换转矩界限数值，以保证蓄电池工作过程中的充放电平衡，则按下式调整下一次挖掘循环动作的所述最小放电转矩值 ； j和所述最大充电转矩值.？:
全文摘要
本发明公开了一种并联式混合动力液压挖掘机控制方法，涉及工程机械制造技术领域，这种方法将发动机的与蓄电池的工作状态根据挖掘机液压系统的工作扭矩的需要，结合发动机的高效工作区和蓄电池的高效充放电区域优化选择在混合输出、发动机输出、发动机充电输出和蓄电池输出四种模式中转换，可以解决现有并联式混合动力液压挖掘机的发动机工作效率的发挥与蓄电池能量转换效率以及蓄电池使用寿命不相兼顾的问题。
文档编号E02F9/22GK103074915SQ201310040259
公开日2013年5月1日 申请日期2013年2月1日 优先权日2013年2月1日
发明者冯志君, 周德俭, 李冰 申请人:广西工学院, 西安电子科技大学