专利名称：汽车起重机的功率匹配控制仿真测试系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及工程机械设备，尤其是涉及一种汽车起重机的功率匹配控制仿真测试 系统。
背景技术：
随着全球环保意识的提高和石油资源的日益减少，世界各国的主要工程机械设备 生产厂家均把电子节能及控制技术作为工程机械技术发展的主要方向。
应用于工程机械设备中的中央控制器较为复杂，使得中央控制器在开发中需要反 复调试，才能最终实现预期的控制功能。但是在整体控制器的开发过程中，实车试验成本很 高。而且，因为首次试验的中央控制器会有许多诸如软件、硬件方面的缺陷，如果直接将中 央控制器组装于工程机械设备中，一方面不便于对中央控制器的初期调试，另一方面，控制 器的严重缺陷还会导致工程机械设备的损坏或发生安全事故，造成不必要的损失。因此，一 般情况下，不宜直接将中央控制器安装在工程机械设备中。
申请人针对定量泵液压系统做出功率匹配控制的研究并希望将之应用于汽车起 重机中。发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种经济、安全便于调试的汽车起重机的功率 匹配控制仿真测试系统。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是提供一种汽车起重机的功 率匹配控制仿真测试系统，包括仿真设备，模拟汽车起重机的动力传动系统，并产生输出 信息；汽车起重机的动力传动系统包括发动机、定量泵、主控制阀、液压油缸和/或液压马 达，发动机驱动定量泵输出液压油，液压油经主控制阀到达液压油缸或液压马达，以带动负 载；中央控制器，获取并应用输出信息计算发动机的匹配转速，进一步将仿真设备中的发动 机转速调整至匹配转速；监控设备，显示输出信息和匹配转速，并且中央控制器的参数和算 法通过监控设备进行修改；功率匹配控制仿真测试系统完成发动机、定量泵和负载三者功 率匹配控制算法的测试。
其中，功率匹配仿真测试系统进一步包括仿真监测计算机，该仿真检测计算机显 示仿真设备的输出信息，模拟动力传动系统的三维运动状态，并且通过仿真监测计算机修 改仿真设备的应用程序。
其中，仿真设备包括动力传动模型和实时处理器，动力传动模型包括发动机万有 特性模型、定量泵模型、主控制阀模型、液压油缸模型和/或液压马达模型，以及负载模型， 实时处理器根据动力传动模型运算并产生输出信息。
其中，输出信息包括主控制阀的先导压力、发动机的扭矩和转速、液压油缸和/或 液压马达的压力和流量。
其中，仿真设备进一步包括模拟量模块、数字量模块、高频信号模块和通讯模块，模拟量模块取得并输出主控制阀的先导压力、液压油缸和/或液压马达的压力；数字量模块取得并输出开关信号；高频信号模块取得并输出液压油缸和/或液压马达的流量；通讯模块取得并输出发动机的扭矩和转速；主控制阀的先导压力、液压油缸和/或液压马达的压力和流量以及开关信号通过IO信号线输出至中央控制器；发动机的扭矩和转速通过CAN总线输出至中央控制器。其中，仿真设备进一步包括信号调理模块，模拟量模块、数字量模块和高频信号模块获取的输出信息通过信号处理模块校正后通过IO信号线输出至中央控制器。其中，仿真设备进一步包括用于产生主控制阀的先导压力的操作机构。其中，发动机万有特性模型、定量泵模型、主控制阀模型、液压油缸模型、液压马达模型和负载模型的应用程序由仿真监测计算机进行修改。其中，仿真监测计算机输入控制主控制阀的开度的模拟量以控制主控制阀的先导压力。其中，发动机的匹配转速的计算方式如下根据发动机的万有特性曲线得出发动机的扭矩对应的经济转速Iitl ;发动机工作的最低转速为=Ii^f6(Pi);其中，~代表最低转速，Pi代表先导压力；经济转速Iitl和最低转速中较大的一个为匹配转速。本发明的有益效果是区 别于现有技术的情况，本发明汽车起重机的功率匹配控制仿真测试系统采用仿真设备模拟汽车起重机的动力传动系统，采用仿真监测计算机模拟动力传动系统的三维运动状态并修改仿真设备的应用程序，进而通过仿真测试系统完成发动机、定量泵和负载三者功率匹配控制算法的测试。与实车试验相比，既不会发生损坏工程机械设备的情形，亦不浪费能源，从而大大节省成本；而且在应用的过程中能及时修正中央控制器中的软、硬件缺陷，既便于对中央控制器进行调试，亦不会发生安全事故。
图1是本发明汽车起重机的功率匹配控制仿真测试系统的结构示意图；图2是图1所示仿真测试系统的模型框架图；图3是先导压力与主阀流量的试验拟合曲线图；图4是图1所示仿真测试系统中发动机的万有特性图；图5是图4所示发动机的经济曲线图。
具体实施例方式请一并参阅图1和图2，本发明汽车起重机的功率匹配控制仿真测试系统包括仿真设备、仿真监测计算机、中央控制器和监控设备。仿真设备模拟汽车起重机的动力传动系统，并产生输出信息。汽车起重机的动力传动系统包括发动机、定量泵、主控制阀、液压油缸和液压马达。发动机驱动定量泵输出液压油，液压油经主控制阀到达液压油缸或液压马达，以带动负载。仿真设备具体包括汽车起重机的动力传动模型、实时处理器、模拟量IO(Input-Output，输入-输出)模块、数字量IO模块、高频信号模块、通讯模块和信号调理模块。本发明中，仿真设备是采用dSPACE硬件平台的专用设备，动力传动模型由MATLAB/Simulink编写软件创建。dSPACE硬件平台中的处理器具有高速的计算能力，实时性好，可靠性高，并配备了丰富的接口。MATLAB/Simulink编写软件具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点。
动力传动模型具体包括发动机模型、定量泵模型、主控制阀模型、液压油缸和/或液压马达模型，以及负载模型。主控制阀模型、液压油缸和/或液压马达模型共同构成液压系统模型的主要组成部分。动力传动模型的建立后文将详细介绍。
实时处理器根据动力传动模型运算并产生输出信息。输出信息包括主控制阀的先导压力、发动机的扭矩和转速、液压油缸和/或液压马达的压力和流量。
具体来说，模拟量模块取得并输出主控制阀的先导压力以及液压油缸和/或液压马达的压力。数字量模块取得并输出开关信号。高频信号模块取得并输出液压油缸和/或液压马达的流量。通讯模块取得并输出发动机的扭矩和转速。
模拟量模块、数字量模块和高频信号模块与信号调理模块相连。且信号调理模块矫正模拟量模块、数字量模块和高频信号模块分别获得的输出信息后通过IO信号线输出至中央控制器。换句话说，主控制阀的先导压力、液压油缸和/或液压马达的压力和流量以及开关信号通过IO信号线输出至中央控制器。通讯模块通过CAN总线与中央控制器相连， 将发动机的扭矩和转速输出至中央控制器。中央控制器根据主控制阀的先导压力和发动机的扭矩运算得出发动机的匹配转速，并将发动机的转速调整至匹配转速。中央控制器计算发动机的匹配转速的过程将在后文进行详细描述。
动力传动模型的具体 设计方法如下
I)发动机万有特性模型
利用发动机厂家提供的数据及一定的现场试验可获得发动机稳态输出扭矩与发动机转速的关系及发动机在各种转速下的燃油消耗率的关系，对各种数据进行分析处理， 找出不同功率下的最佳工况点后，可得出发动机功率、扭矩、转速及燃油消耗率的数学关系，即发动机万有特性模型，如下式所示
ge=f(ne, Me)
其中，ge-发动机比油耗
ne-发动机转速
Me—发动机输出扭矩
本发明具体的发动机发有特性模型的具体计算公式如下
ge=141. 2+0. 007152*ne-0. 2107*Me_ (9. 997e_6) *ne*Me+0. 0002368*Me2
2)液压系统模型
液压系统建模主要是对动力传动系统的定量泵、主控制阀、液压油缸及液压马达等进行建模，通过分析各部件的主要物理特性及物理规律，然后在MATLAB/Simulink软件中采用功率流的方法来进行建模，下面对一些主要部件的规律及方程进行说明。
2.1定量泵模型
定量泵模型与发动机模型之间的关系ωρ=2 π ne
基于定量泵工作原理对定量泵进行建模，计算如下
Qp=Dp · ωρ-^ · pp
权利要求
1.一种汽车起重机的功率匹配控制仿真测试系统，其特征在于，所述功率匹配控制仿真测试系统包括仿真设备，模拟汽车起重机的动力传动系统，并产生输出信息；所述汽车起重机的动力传动系统包括发动机、定量泵、主控制阀、液压油缸和/或液压马达，所述发动机驱动所述定量泵输出液压油，所述液压油经所述主控制阀到达所述液压油缸或所述液压马达，以带动负载；中央控制器，获取并应用所述输出信息计算所述发动机的匹配转速，进一步将所述仿真设备中的发动机转速调整至所述匹配转速；监控设备，显示所述输出信息和所述匹配转速，并且所述中央控制器的参数和算法通过所述监控设备进行修改。
2.根据权利要求1所述的功率匹配控制仿真测试系统，其特征在于，所述功率匹配仿真测试系统进一步包括仿真监测计算机，所述仿真检测计算机显示所述仿真设备的所述输出信息，模拟所述动力传动系统的三维运动状态，并且通过所述仿真监测计算机修改所述仿真设备的应用程序。
3.根据权利要求2所述的功率匹配控制仿真测试系统，其特征在于，所述仿真设备包括动力传动模型和实时处理器，所述动力传动模型包括发动机万有特性模型、定量泵模型、 主控制阀模型、液压油缸模型和/或液压马达模型，以及负载模型，所述实时处理器根据所述动力传动模型运算并产生输出信息。
4.根据权利要求3所述的功率匹配控制仿真测试系统，其特征在于，所述输出信息包括所述主控制阀的先导压力、所述发动机的扭矩和转速、所述液压油缸和/或所述液压马达的压力和流量。
5.根据权利要求4所述的功率匹配控制仿真测试系统，其特征在于，所述仿真设备进一步包括模拟量模块、数字量模块、高频信号模块和通讯模块，所述模拟量模块取得并输出所述主控制阀的先导压力、所述液压油缸和/或所述液压马达的压力；所述数字量模块取得并输出开关信号；所述高频信号模块取得并输出所述液压油缸和/或所述液压马达的流量；所述通讯模块取得并输出所述发动机的扭矩和转速；所述主控制阀的先导压力、所述液压油缸和/或液压马达的压力和流量以及所述开关信号通过IO信号线输出至所述中央控制器；所述发动机的扭矩和转速通过CAN总线输出至所述中央控制器。
6.根据权利要求5所述的功率匹配控制仿真测试系统，其特征在于，所述仿真设备进一步包括信号调理模块，所述模拟量模块、所述数字量模块和所述高频信号模块获取的所述输出信息通过所述信号处理模块校正后通过所述IO信号线输出至所述中央控制器。
7.根据权利要求3所述的功率匹配控制仿真测试系统，其特征在于，所述仿真设备进一步包括用于产生所述主控制阀的先导压力的操作机构。
8.根据权利要求3所述的功率匹配控制仿真测试系统，其特征在于，所述发动机万有特性模型、所述定量泵模型、所述主控制阀模型、所述液压油缸模型、所述液压马达模型和所述负载模型的应用程序由仿真监测计算机进行修改。
9.根据权利要求3所述的功率匹配控制仿真测试系统，其特征在于，所述仿真监测计算机输入控制所述主控制阀的开度的模拟量以控制所述主控制阀的先导压力。
10.根据权利要求4所述的功率匹配控制仿真测试系统，其特征在于，所述发动机的匹配转速的计算方式如下 根据所述发动机的万有特性曲线得出所述发动机的扭矩对应的经济转速Iltl ; 所述发动机工作的最低转速为=II^f6(Pi);其中，ηι代表所述最低转速，Pi代表所述先导压力 ； 所述经济转速Ilci和所述最低转速Il1中较大的一个为所述匹配转速。
全文摘要
本发明公开了一种汽车起重机的功率匹配控制仿真测试系统，包括仿真设备，模拟汽车起重机的动力传动系统，并产生输出信息；中央控制器，获取输出信息，应用输出信息计算发动机的匹配转速，进一步将仿真设备中的发动机转速调整至匹配转速；监控设备，显示输出信息和匹配转速，并且中央控制器的参数和算法通过监控设备进行修改。本发明具有节省成本、便于调试等优点。
文档编号G05B17/02GK103064404SQ20121055747
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月20日 优先权日2012年12月20日
发明者何巍, 陈凯, 袁英敏 申请人:中联重科股份有限公司