专利名称：建筑机械的液压泵控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及挖掘机等的建筑机械，特别涉及可根据发动机的转矩变化控制液压泵
的吸收转矩的建筑机械的液压泵控制装置。
背景技术：
为了改善燃效，例如挖掘机这样的建筑机械被设定为，在不驱动作业机的情况下 使发动机的转速自动降低。此时，降低的发动机转速是根据作业机再驱动时的响应性来设 定的。 作为一例，发动机最初以约800RPM的IDLE RPM来驱动。并且，作业者为了驱动 作业机，将发动机转速设定为约2000RPM左右来驱动作业机。但是，如果作业机在一定 时间内没有被驱动，则即使发动机转速被设定为2000RPM，发动机转速也会自动降低为约 1200RPM(AUT0IDLE RPM)。这是为了使不进行作业时发动机消耗的燃料达到最小限，从而提 高建筑机械的燃效。 相反，如果作业者操作作业机的操作部，则发动机转速根据操作信号再上升到作 业者所设定的2000RPM。另外，泵的斜板倾角根据操作部的操作信号而变大，由此泵吸收转 矩和吐出油量上升。 但是，如图1所示，上述泵吸收转矩的上升时间比上述发动机的转矩上升时间短。 从而，发动机受到从泵传递来的过度的负荷，其发送机转速急剧下降。这是由于发动机的转 矩响应性与泵的转矩响应性不同而发生的现象。 如发生这样的现象，会引发噪声或不快感，使作业者感受到强烈的疲劳感，并且降 低燃效。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种建筑机械的液压泵控制装 置，该控制装置根据发动机转矩上升率来控制液压泵的转矩上升率，从而改善运转性和燃 效。 为了实现上述本发明的目的，提供一种建筑机械的液压泵控制装置，其适用于包 括发动机10和液压泵20的建筑机械，其中该液压泵20连接在所述发动机10并由所述发 动机10进行驱动，且该液压泵20的吸收转矩根据所施加的控制信号而变化，所述液压泵控 制装置包括执行如下处理的控制部30 :当输入与所述发动机10的目标转速(Ncmd)相关的 信息(NcmcT)、与所述液压泵20的所需油量(Qcmd)相关的信息以及所述液压泵20的当前 吐出压力(Ppress)时，根据所述泵所需油量(Qcmd)和当前泵吐出压力(Ppress)算出泵所 需转矩(Trequest)，并改变所述液压泵20的吸收转矩，以使所述液压泵20的吸收转矩到 达所述泵所需转矩(Trequest)的时间与所述发动机10到达与所述发动机10的目标转速 (Ncmd)对应的目标发动机转矩的时间对应地延迟。 根据本发明的一实施例，上述控制部在输入所述发动机10的目标转速(Ncmd)时，
3算出与所输入的目标转速(Ncmd)对应的发动机转矩时间常数(tconst)，并根据所述泵所 需转矩(Trequest)、当前泵转矩(Tcur)以及所述发动机转矩时间常数(tconst)算出所述 液压泵20的转矩可变指令值(Tcmd)，并向所述液压泵20输出与所算出的转矩可变指令值 (Tcmd)对应的控制信号。 另一方面，所述液压泵20的转矩可变指令值(Tcmd)按照使得所述发动机10到达 与所述发动机10的目标转速(Ncmd)对应的目标发动机转矩的时间和所述液压泵20的吸 收转矩到达所述泵所需转矩(Trequest)的时间相同的方式算出。 所述控制部30包括泵容量算出部35，其根据所输入的当前发动机转速(Nrpm) 和所述泵所需油量(Qcmd)算出所需泵容量(qcmcT);转矩限制部36，其根据所述发动机10 的目标转速(Ncmd)算出发动机转矩时间常数(tconst)，并根据所述泵吐出压力(Ppress) 和由所述泵容量算出部35算出的所需泵容量(qcmd*)算出所述泵所需转矩(Trequest)，根 据所述泵吐出压力(Ppress)和当前泵容量(qcmd0)算出当前泵转矩(Tcur)，根据所述发动 机转矩时间常数(tconst)、所述泵所需转矩(Trequest)以及所述当前泵转矩(Tcur)算出 按照时间变化的所述转矩可变指令值(Tcmd)，根据所算出的按照时间变化的所述转矩可变 指令值(Tcmd)和所述泵吐出压力(Ppress)算出目标泵容量(qcmd);以及斜板控制部37， 其将由所述转矩限制部36算出的目标泵容量(qcmd)变换为用于控制所述液压泵20的斜 板的电流指令值(Icmd)，向所述液压泵20输出。 根据如上所述的解决课题的技术手段，延迟液压泵的吸收转矩到达液压泵目标 转矩的时间，使其与发动机到达发动机的目标发动机转矩的时间对应，从而防止液压泵的 吸收转矩比发动机转矩先上升而降低发动机的转速的问题，由此不仅提高建筑机械的运转 性，而且还可以改善燃效。 特别是，使得发动机到达发动机的目标发动机转矩的时间和液压泵的吸收转矩到
达液压泵目标转矩的时间相同，从而进一步改善建筑机械的运转性及燃效。 进一步地，利用发动机转矩时间常数(tconst)而改变液压泵的吸收转矩，从而使
发动机和液压泵到达目标转矩的时间相同，且由于两者的变化模式相似，从而使根据泵吸
收转矩的发动机转速的变化量达到最小限，由此不仅提高运转性，且还可以使燃效极大化。
图1是概略地表示现有发动机转矩和泵所需转矩及发动机转速的变化的曲线图。 图2是适用了本发明的一实施例的液压泵控制装置的建筑机械的控制框图。 图3是概略地表示图2所示的控制部的控制框图。 图4是概略地表示图3中的转矩限制部的控制框图。 图5是概略地表示设定了基于发动机转速的发动机转矩时间常数的图。 图6a和图6b分别是概略地表示由图2所示的液压泵控制装置控制的发动机转矩
和泵转矩及发动机转速的变化的曲线图，表示不同的目标发动机转速的情况。
标记说明 10 :发动机 20 :液压泵 30 :控制部 31 :泵所需油量算出部 32 :最高允许转矩算出部 33 :最高允许油量算出部
4
34:比较部
36 :转矩限制部
Nrpm:当前发动机转速 tconst :发动机转矩时间常数 Trequest :所需泵转矩 Qicmd* :操作部所需油量 Qcmd :所需泵油量 qcmd :目标泵容量 Icmd:电流指令值
35 :泵容量算出部
NcmcT :与目标发动机转速(Ncmd)相关的信息
Ncmd :目标发动机转速
Tmax :最大吸收转矩
Tcur :当前泵转矩
Qdcmd* :泵最大允许油量
qcmd* :所需泵容量
qcmd0 :当前泵容量
Ppress :泵吐出压力
具体实施例方式
以下，说明根据本发明的一实施例的建筑机械的液压泵控制装置。
参考图2，根据本发明的一实施例的建筑机械的液压泵控制装置包括控制部30， 该控制部30用于控制液压泵20的转矩上升率，以使其与发动机10的转矩上升率对应。
上述液压泵20连接在发动机10上，因此上述液压泵20的转矩在上述发动机10 上直接作用为负荷。因此，如果上述液压泵20的转矩过大，则会出现上述发动机10的转速 下降，使发动机10的驱动停止的情况。 上述液压泵20具备斜板20a，且吐出油量可以根据斜板20a的倾角改变。因此，在 液压泵20的吐出压力相同的情况下，上述斜板20a的倾角与液压泵20的吸收转矩成正比。 为了调整这样的液压泵20的斜板20a的倾角，在上述液压泵20上具备调节器21 ，并且在上 述调节器21上设置有电液比例控制阀22。通过这样的结构，根据供给到上述电液比例控制 阀22的电流量来控制斜板20a的倾角。供给到上述电液比例控制阀22的电流量是从上述 控制部30输出的。 另一方面，通过主控制阀2来控制从上述液压泵20吐出的动作油的流向，并且流 向被控制的动作油被供给到作业机油缸4。在此，上述主控制阀2根据施加到操作部3的信 号而变化，从而控制上述动作油的流向。 通过ECU 11来控制上述发动机10的驱动。因此，从上述控制部30的输出的与发 动机10的目标转速(Ncmd)相关的指令传送到上述ECU11，上述ECU 11根据被传送的目标 转速(Ncmd)来控制上述发动机IO。这种结构是已经公知的技术，因此省略说明。
另一方面，上述控制部30根据从上述作业机操作部3输入的操作信号算出上述液 压泵20的目标吸收转矩，并基于此算出上述液压泵20的转矩变化率，从而向上述电液比例 控制阀22输出电流指令值。并且，上述控制部30根据从上述作业机操作部3或者加速踏 板、仪表盘操作部输入的信号来算出目标发动机转速(Ncmd)，并将算出的目标发动机转速 (Ncmd)输出到上述ECU 11。 特别是，在上述控制部30上输入了与上述发动机10的目标发动机转速(Ncmd)相 关的信息(NcmcT)、与上述液压泵20的泵所需油量(Qcmd)相关的信息及上述液压泵20的 当前吐出压力(Ppress)时，根据上述泵所需油量(Qcmd)和当前泵吐出压力(Ppress)算 出泵所需转矩(Trequest)，控制上述液压泵20的吸收转矩的变化量，以使上述发动机10 到达与上述发动机10的目标转速(Ncmd)对应的发动机目标转矩的时间和上述液压泵20的吸收转矩到达上述泵所需转矩(Trequest)的时间相同。如此，上述控制部30使上述发 动机10的转矩到达发动机目标转矩的时间和上述液压泵20的吸收转矩到达泵所需转矩 (Trequest)的时间相同，从而防止由于液压泵20的吸收转矩急剧上升而使发动机10的转 速快速下降的现象，并由此提高发动机10的燃效且提高建筑机械的运转性。
另一方面，虽然本实施例例示了将发动机10到达发动机目标转矩的时间和上述 液压泵20的吸收转矩到达泵所需转矩(Trequest)的时间控制为相同的情况，但在为了可 以与发动机到达发动机目标转矩的时间对应，而延迟上述液压泵20的吸收转矩到达泵所 需转矩(Trequest)的情况下，与现有的建筑机械系统相比，也仍会产生更好的效果，因此 也属于本发明的思想。 如图3所示，实现如上所述功能的控制部30包括操作部所需油量算出部31、最 高允许转矩算出部32、最高允许油量算出部33、比较部34、泵容量算出部35、转矩限制部36 及斜板控制部37。 上述操作部所需油量算出部31根据来自作业机操作部3的操作信号、即操作量来 算出操作部所需油量(QicmcT)。此处，操作部所需油量(QicmcT)表示与操作部3的操作量 对应的液压泵20的吐出油量。 上述最高允许转矩算出部32用于算出液压泵20的吸收转矩的最大值。更详细 地，对上述最高允许转矩算出部32上输入来自上述作业机操作部3的操作信号，从发动机 IO的ECU ll输入当前发动机转速(Nrpm)，从加速踏板或仪表盘操作部输入与目标发动机 转速(Ncmd)相关的信息(NcmcT)。这样，上述最高允许转矩算出部32首先根据操作信号和 与目标发动机转速(Ncmd)相关的信息(NcmcT)中的至少一个算出目标发动机转速(Ncmd)。 如此算出的目标发动机转速(Ncmd)被输入到转矩限制部36。另外，上述最高允许转矩算 出部32根据所算出的目标发动机转速(Ncmd)算出目标发动机转矩，并根据当前发动机转 速(Nrpm)算出当前发动机转矩。此处，可以根据发动机10的转矩曲线图算出上述目标发 动机转矩和上述当前发动机转矩。 之后，上述最高允许转矩算出部32乘以所算出的目标发动机转矩和当前发动机 转矩的差值一定的加权值，来算出液压泵20的最大泵吸收转矩(Tmax)。 S卩、液压泵20的转 矩不能变化到由最高允许转矩算出部32算出的最大泵吸收转矩(Tmax)以上。这是为了防 止由于液压泵20的吸收转矩过度上升而使发动机10的驱动停止等现象。
上述最高允许油量算出部33根据从压力传感器1输入的泵吐出压力(Ppress) 和由上述最高允许转矩算出部32算出的最大吸收转矩(Tmax)算出泵最大允许油量 (QdcmcT)。 上述比较部34比较操作部所需油量(QicmcT)和上述泵最大允许油量(QdcmcT)， 并将其中较小的油量作为泵所需油量(Qcmd)来输出。这也是如上所述那样，为了防止由于 过度的泵的吸收转矩而使发动机10的驱动停止或发动机10的转速快速下降。
上述泵容量算出部35根据分别从上述比较部34和ECU 11输入的泵所需油量 (Qcmd)和当前发动机转速(Nrpm)算出所需泵容量(qcmcf)。此处，容量表示液压泵20在 被旋转1次的驱动而吐出的动作油的份量。因此，其单位可表示为cc/rev。在泵吐出压力 (Ppress)相同的情况下，这样的容量会正比于泵吸收转矩。从而，可以将上述容量看作泵吸 收转矩，并通过控制上述容量来控制泵的吸收转矩。
上述转矩限制部36用于进行控制，以使泵吸收转矩的每小时变化量与发动机转 矩的每小时变化量相同。如图4所示，实现上述功能的转矩限制部36包括泵当前转矩算 出部36a、泵所需转矩算出部36b、时间常数算出部36c、目标转矩算出部36d及目标泵容量 算出部36e。 上述泵当前转矩算出部36a从所输入的当前泵容量(qcmd0)和泵吐出压力 (Ppress)算出当前泵转矩(Tcur)。 上述泵所需转矩算出部36b根据所输入的所需泵容量(qcmcT)和泵吐出压力 (Ppress)算出泵所需转矩(Trequest)。 上述时间常数算出部36c基于目标发动机转速(Ncmd)算出发动机转矩时间常数 (tconst)。发动机转矩时间常数(tconst)是指决定发动机10的转矩响应性的常数，该发 动机转矩时间常数决定用于达到目标发动机转矩的发动机转矩变化量。如图5所示，这样 的发动机转矩时间常数(tconst)根据发动机转速而变化。因此，当输入目标发动机转速 (Ncmd)时，上述时间常数算出部36c从图5中的表算出与所输入的目标发动机转速(Ncmd) 对应的发动机转矩时间常数(tconst)。 上述目标转矩算出部36d根据从上述泵当前转矩算出部36a、上述泵所需转矩算 出部36b及上述时间常数算出部36c分别输入的发动机转矩时间常数(tconst)、泵所需转 矩(Trequest)及当前泵转矩(Tcur)算出液压泵20的转矩可变指令值(Tcmd)。上述转矩 可变指令值(Tcmd)是根据以下式1算出的。
式1
Tcmd = Trequest+(Tcur-Trequest)氺exp (_t/tconst)
此处，c表示时间。 这样的式1与算出发动机转矩响应性的式相同，利用发动机转矩时间常数 (tconst)，因此与发动机转矩到达目标发动机转矩的时间相同。另一方面，转矩可变指令值 (Tcmd)按照时间根据式1而变化，液压泵20的吸收转矩根据这样可变的转矩可变指令值 (Tcmd)而改变。 另一方面，无法根据如上述的转矩可变指令值(Tcmd)来控制液压泵20的斜板20a 的角度。理由是因为斜板20a的角度根据当前液压泵20的吐出压力而不同。由于这样的 原因，目标泵容量算出部36e从泵吐出压力(Ppress)和转矩可变指令值(Tcmd)算出目标 泵容量(qcmd)。 上述斜板控制部37用于根据所算出的目标泵容量(qcmd)决定要供给到上述电液 比例控制阀22的电流指令值(Icmd)。如此算出的电流指令值(Icmd)被供给到电液比例控 制阀22，由此调节器21将斜板20a的角度调整为与电流指令值(Icmd)对应。
如图6a及图6b所示，由如上所述的式1控制的液压泵20的吸收转矩，在与发动 机发生转矩到达目标发动机转矩的时间相同的时间，到达泵所需转矩(Trequest)。此处， 上述图6a和图6b分别表示目标发动机转矩不同时的情况、即目标发动机转速不同的情况。 如图5所示，在目标发动机转速不同时，发动机转矩时间常数(tconst)不同，由此到达目标 发动机转矩及泵所需转矩的时间不同。 另一方面，利用发动机转矩时间常数(tconst)来使液压泵20的吸收转矩可变，因 此不仅到达目标转矩的时间相同，而且由于变化模式相似而还可以使基于泵吸收转矩的发
7动机10的转速的变化量最小化。由此，不仅可以使燃效极大化，而且还可以进一步提高减 噪性和运转性。
权利要求
一种建筑机械的液压泵控制装置，其包括发动机(10)和液压泵(20)，该液压泵(20)与所述发动机(10)连接而由所述发动机(10)进行驱动，且该液压泵(20)的吸收转矩根据所施加的控制信号而变化，所述液压泵控制装置的特征在于，所述液压泵控制装置包括执行如下处理的控制部(30)当输入与所述发动机(10)的目标转速(Ncmd)相关的信息(Ncmd*)、与所述液压泵(20)的所需油量(Qcmd)相关的信息以及所述液压泵(20)的当前吐出压力(Ppress)时，根据所述泵所需油量(Qcmd)和当前泵吐出压力(Ppress)算出泵所需转矩(Trequest)，改变所述液压泵(20)的吸收转矩，使得所述液压泵(20)的吸收转矩到达所述泵所需转矩(Trequest)的时间与所述发动机(10)到达与所述发动机(10)的目标转速(Ncmd)对应的目标发动机转矩的时间对应地延迟。
2. 根据权利要求1所述的建筑机械的液压泵控制装置，其特征在于， 当输入所述发动机(10)的目标转速(Ncmd)时，算出与所输入的目标转速(Ncmd)对应的发动机转矩时间常数(tconst)，根据所述泵所需转矩(Trequest)、当前泵转矩(Tcur)以 及所述发动机转矩时间常数(tconst)算出所述液压泵(20)的转矩可变指令值(Tcmd)，向 所述液压泵(20)输出与所算出的转矩可变指令值(Tcmd)对应的控制信号。
3. 根据权利要求2所述的建筑机械的液压泵控制装置，其特征在于，所述液压泵(20)的转矩可变指令值(Tcmd)按照使得所述发动机(10)到达与所述发 动机(10)的目标转速(Ncmd)对应的目标发动机转矩的时间和所述液压泵(20)的吸收转 矩到达所述泵所需转矩(Trequest)的时间相同的方式算出。
4. 根据权利要求l所述的建筑机械的液压泵控制装置，其特征在于，所述控制部(30) 包括泵容量算出部(35)，其根据所输入的当前发动机转速(Nrpm)和所述泵所需油量 (Qcmd)算出所需泵容量(qcmd*);转矩限制部(36)，其根据所述发动机(10)的目标转速(Ncmd)算出发动机转矩时间 常数(tconst)，根据所述泵吐出压力(Ppress)和由所述泵容量算出部(35)算出的所需泵 容量(qcmd*)算出所述泵所需转矩(Trequest)，根据所述泵吐出压力(Ppress)和当前泵 容量(qcmd0)算出当前泵转矩(Tcur)，根据所述发动机转矩时间常数(tconst)、所述泵所 需转矩(Trequest)以及所述当前泵转矩(Tcur)算出按照时间变化的所述转矩可变指令 值(Tcmd)，根据所算出的按照时间变化的所述转矩可变指令值(Tcmd)和所述泵吐出压力 (Ppress)算出目标泵容量(qcmd);以及斜板控制部(37)，其将由所述转矩限制部(36)算出的目标泵容量(qcmd)变换为用于 控制所述液压泵(20)的斜板的电流指令值(Icmd)，向所述液压泵(20)输出。
全文摘要
本发明提供一种建筑机械的液压泵控制装置，其适用于包括发动机和液压泵的建筑机械，该液压泵与发动机连接而由发动机驱动，且其吸收转矩根据所施加的控制信号而变化，该液压泵控制装置包括如下的控制部当输入与发动机的目标转速(Ncmd)相关的信息(Ncmd*)、与液压泵的所需油量(Qcmd)相关的信息及液压泵的当前吐出压力(Ppress)时，根据泵所需油量(Qcmd)和当前泵吐出压力(Ppress)算出泵所需转矩(Trequest)，改变液压泵的吸收转矩，以使液压泵的吸收转矩到达泵所需转矩(Trequest)的时间延迟，从而与发动机到达与发动机的目标转速(Ncmd)对应的目标发动机转矩的时间对应。
文档编号F04B49/20GK101761469SQ200910261528
公开日2010年6月30日 申请日期2009年12月18日 优先权日2008年12月22日
发明者郑雨容 申请人:斗山英维高株式会社