專利名稱：一種挖掘機發(fā)動機轉速控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種工程機械用發(fā)動機的轉速控制方法，具體涉及一種挖掘機發(fā)動機的轉速控制方法，尤其是對發(fā)動機空載最高轉速進行控制的方法。
背景技術：
小型挖掘機被廣泛應用于房屋建筑的地基開挖及完工后的清理、城市管道鋪設、農田水利建設等場合，具有施工機動靈活、效率高的優(yōu)點。
在挖掘機工作過程中，需要對挖掘機的發(fā)動機轉速進行控制。傳統(tǒng)的挖掘機發(fā)動機轉速控制方式是設定對應于油門檔位的發(fā)動機目標轉速，發(fā)動機在該目標轉速下工作性能達到某個條件下的最優(yōu)(例如輸出功率最大或燃油消耗率最低)。當外界負載變化時，發(fā)動機實際轉速會偏離該目標轉速，此時通過調節(jié)與發(fā)動機相連接的液壓泵或其他功率轉換元件的吸收功率，可以實現(xiàn)發(fā)動機實際轉速在目標轉速附近一個較小的范圍內波動，這就是用于控制和調節(jié)發(fā)動機輸出功率的發(fā)動機轉速感應系統(tǒng)(ESS)。在外負載劇烈波動的狀況下，ESS能夠使發(fā)動機輸出轉速保持在一定范圍內(比如±200rpm)，從而確保發(fā)動機輸出功率穩(wěn)定，這種轉速控制方式的實質是將外負載的大幅度波動映射為發(fā)動機轉速的小幅度波動，既能夠確保發(fā)動機轉速大體穩(wěn)定，又能夠適應外負載的急劇變化，經過實踐證明是對挖掘機發(fā)動機行之有效的控制方法。
然而，對于挖掘機來講，參見附圖1所示，工作負載往往在較大負載和較小負載之間突變。當發(fā)動機工作在額定功率點附近時，外負載的突然降低會導致發(fā)動機轉速逼近空載最高轉速。比如，挖掘機在帶載工作狀態(tài)下全部控制手柄回到中位，此時發(fā)動機負荷急劇降低并逼近空載狀態(tài)，發(fā)動機轉速會接近空載最高轉速，由于ESS控制的轉速波動范圍涵蓋了發(fā)動機調速區(qū)段的大部分甚至全部轉速，所以ESS對發(fā)動機接近空載最高轉速的趨勢調節(jié)力度不足，效果不理想。發(fā)動機在空轉最高轉速附近運行時，比油耗較大且噪音較高，應盡力避免。
因此，如何在上述發(fā)動機轉速感應系統(tǒng)(ESS)的基礎上，增加對發(fā)動機接近空載最高轉速趨勢的抑制，對于降低挖掘機的工作噪音及油耗，有著積極的意義。

發(fā)明內容
本發(fā)明目的是提供一種避免挖掘機發(fā)動機空載最高轉速的出現(xiàn)，從而改善發(fā)動機的工作狀態(tài)的轉速控制方法，以有效降低油耗及噪音，提高挖掘機發(fā)動機的節(jié)能性和環(huán)保性。
為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是一種挖掘機發(fā)動機轉速控制方法，設定對應于油門檔位的發(fā)動機目標轉速，采用發(fā)動機轉速感應系統(tǒng)控制發(fā)動機的轉速，根據(jù)發(fā)動機功率曲線設定至少一個警戒轉速點，對發(fā)動機的實際轉速進行在線檢測，當實際轉速超過最低警戒轉速點時，對發(fā)動機油門信號進行越權控制，調節(jié)油門開度，降低發(fā)動機的目標轉速。
上述技術方案中，所述發(fā)動機轉速感應系統(tǒng)(ESS)為現(xiàn)有技術，通常是在挖掘機的主控制器中設置有應用上述ESS系統(tǒng)的控制軟件；本發(fā)明在實際應用時，可以在上述挖掘機的主控制器中設置最高轉速控制模塊，通過軟件控制方式限制發(fā)動機空載最高轉速。設置至少一個數(shù)值固定的警戒轉速，當發(fā)動機實際轉速超過該警戒轉速時，根據(jù)某種算法對發(fā)動機目標轉速進行調整，不同的目標轉速對應不同的油門檔位和發(fā)動機輸出功率，進而實現(xiàn)發(fā)動機輸出功率對外負載的跟隨和發(fā)動機實際轉速的降低，達到限制發(fā)動機空載最高轉速的目的。即，發(fā)動機轉速除了參與ESS等常規(guī)控制外，還作為最高轉速控制模塊的輸入量，最高轉速控制模塊給出的油門開度的控制信號，具有高于ESS的優(yōu)先權，可以對發(fā)動機轉速進行越權控制，從而彌補傳統(tǒng)的發(fā)動機轉速感應控制的不足之處。
其中，對于發(fā)動機目標轉速調整幅度進行計算的方法可以有多種，包括計算檢測到的實際轉速超過警戒轉速的差值，根據(jù)所述差值用負反饋方式控制發(fā)動機的目標轉速，并根據(jù)目標轉速確定油門開度的調節(jié)值。
采用二維模糊控制器實現(xiàn)轉速控制，以超出警戒轉速的程度和轉速的變化趨勢作為模糊控制器的輸入量，通過模糊控制的方式給出目標轉速的調整值，并根據(jù)目標轉速確定油門開度的調節(jié)值。
實時檢測主泵壓力、主泵排量和油門位置參數(shù)，根據(jù)實際轉速及上述參數(shù)計算實際轉速的變化趨勢，以確定目標轉速的調整值，據(jù)此給出油門位置和主泵排量的調整控制信號。
由于上述技術方案運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有下列優(yōu)點1.本發(fā)明設置了警戒轉速點，當發(fā)動機的實際轉速超過警戒轉速點時，即對目標轉速進行調整，限制了發(fā)動機轉速逼近空載最高轉速，從而降低了發(fā)動機的噪聲水平和油耗水平，又不影響發(fā)動機的動力性和響應速度，改善了發(fā)動機的運行狀態(tài)，提高了使用壽命和可靠性；2.本發(fā)明通過軟件方式對發(fā)動機轉速進行控制，具有良好的響應速度和控制柔性，同時，只需在現(xiàn)有的采用ESS控制的挖掘機發(fā)動機控制裝置中加入最高轉速控制模塊即可實現(xiàn)，便于現(xiàn)有產品的技術改造；3.本發(fā)明可以引入二維模糊控制算法，進一步提高控制的效果。


附圖1是挖掘機負載變化曲線圖；附圖2是本發(fā)明實施例一的發(fā)動機油門越權控制方框圖；附圖3是實施例一中挖掘機發(fā)動機功率曲線圖。
具體實施例方式
下面結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述實施例一一種挖掘機發(fā)動機轉速控制方法，設定對應于油門檔位的發(fā)動機目標轉速，采用發(fā)動機轉速感應系統(tǒng)控制發(fā)動機的轉速，根據(jù)發(fā)動機功率曲線設定至少一個警戒轉速點，對發(fā)動機的實際轉速進行在線檢測，當實際轉速超過最低警戒轉速點時，對發(fā)動機油門信號進行越權控制，調節(jié)油門開度，降低發(fā)動機的目標轉速。
實施時，參見附圖2所示，在挖掘機發(fā)動機的主控制器中設置有ESS控制模塊和空載最高轉速控制模塊，當發(fā)動機實際轉速超過警戒轉速時，空載最高轉速控制模塊給出的油門開度的控制信號，具有高于ESS控制模塊的優(yōu)先權，可以對發(fā)動機轉速進行越權控制。
參見附圖3的發(fā)動機功率曲線，當轉速超過2220rpm左右時，進入調速區(qū)。為防止發(fā)動機深入調速區(qū)過多，可以設置一個警戒轉速為2250rpm，當發(fā)動機實際轉速不超過該警戒轉速時，按照常規(guī)方式進行發(fā)動機轉速感應控制；當發(fā)動機實際轉速超過警戒轉速時，在原轉速感應控制的基礎上將發(fā)動機的目標轉速降低一個值，該值可以是實際轉速與警戒轉速的差值的函數(shù)，以此使最高轉速限制系統(tǒng)具有對超速的懲罰性負反饋。
例如當發(fā)動機實際轉速超過警戒轉速時，在原轉速感應控制的基礎上將發(fā)動機的目標轉速降低f(n)f(n)＝kn＝k(ns-nj)其中ns為發(fā)動機實際轉速nj為發(fā)動機警戒轉速n為發(fā)動機超過警戒轉速的值k為懲罰系數(shù)為了確保發(fā)動機轉速調整的快速性和穩(wěn)定性，需要合理選取懲罰系數(shù)，對于不同的發(fā)動機，懲罰系數(shù)的選取會對發(fā)動機的性能產生不同的影響，因而，可以通過實驗，選取適合所使用的發(fā)動機的懲罰系數(shù)。
在獲得發(fā)動機新的目標轉速后，可以根據(jù)發(fā)動機轉速與油門開度的關系，計算出對油門開度的調整值。
實施例二一種挖掘機發(fā)動機轉速控制方法，設定對應于油門檔位的發(fā)動機目標轉速，采用發(fā)動機轉速感應系統(tǒng)控制發(fā)動機的轉速，根據(jù)發(fā)動機功率曲線設定至少一個警戒轉速點，對發(fā)動機的實際轉速進行在線檢測，當實際轉速超過最低警戒轉速點時，對發(fā)動機油門信號進行越權控制，調節(jié)油門開度，降低發(fā)動機的目標轉速。
本實施例中，采用二維模糊控制器實現(xiàn)轉速控制，以超出警戒轉速的程度和轉速的變化趨勢作為模糊控制器的輸入量，通過模糊控制的方式給出目標轉速的調整值，并根據(jù)目標轉速確定油門開度的調節(jié)值。
實施例三一種挖掘機發(fā)動機轉速控制方法，設定對應于油門檔位的發(fā)動機目標轉速，采用發(fā)動機轉速感應系統(tǒng)控制發(fā)動機的轉速，根據(jù)發(fā)動機功率曲線設定至少一個警戒轉速點，在線檢測發(fā)動機的實際轉速、主泵壓力、主泵排量和油門位置參數(shù)，當實際轉速超過最低警戒轉速點時，根據(jù)實際轉速及上述參數(shù)計算實際轉速的變化趨勢，以確定目標轉速的調整值，據(jù)此給出油門位置和主泵排量的調整控制信號，調節(jié)油門開度和主泵排量，降低發(fā)動機的目標轉速。
權利要求
1.一種挖掘機發(fā)動機轉速控制方法，設定對應于油門檔位的發(fā)動機目標轉速，采用發(fā)動機轉速感應系統(tǒng)控制發(fā)動機的轉速，其特征在于根據(jù)發(fā)動機功率曲線設定至少一個警戒轉速點，對發(fā)動機的實際轉速進行在線檢測，當實際轉速超過最低警戒轉速點時，對發(fā)動機油門信號進行越權控制，調節(jié)油門開度，降低發(fā)動機的目標轉速。
2.根據(jù)權利要求1所述的挖掘機發(fā)動機轉速控制方法，其特征在于計算檢測到的實際轉速超過警戒轉速的差值，根據(jù)所述差值用負反饋方式控制發(fā)動機的目標轉速，并根據(jù)目標轉速確定油門開度的調節(jié)值。
3.根據(jù)權利要求1所述的挖掘機發(fā)動機轉速控制方法，其特征在于采用二維模糊控制器實現(xiàn)轉速控制，以超出警戒轉速的程度和轉速的變化趨勢作為模糊控制器的輸入量，通過模糊控制的方式給出目標轉速的調整值，并根據(jù)目標轉速確定油門開度的調節(jié)值。
4.根據(jù)權利要求1所述的挖掘機發(fā)動機轉速控制方法，其特征在于實時檢測主泵壓力、主泵排量和油門位置參數(shù)，根據(jù)實際轉速及上述參數(shù)計算實際轉速的變化趨勢，以確定目標轉速的調整值，據(jù)此給出油門位置和主泵排量的調整控制信號。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種挖掘機發(fā)動機轉速控制方法，設定對應于油門檔位的發(fā)動機目標轉速，采用發(fā)動機轉速感應系統(tǒng)控制發(fā)動機的轉速，其特征在于根據(jù)發(fā)動機功率曲線設定至少一個警戒轉速點，對發(fā)動機的實際轉速進行在線檢測，當實際轉速超過最低警戒轉速點時，對發(fā)動機油門信號進行越權控制，調節(jié)油門開度，降低發(fā)動機的目標轉速。本發(fā)明限制了發(fā)動機轉速逼近空載最高轉速，從而降低了發(fā)動機的噪聲水平和油耗水平，又不影響發(fā)動機的動力性和響應速度，改善了發(fā)動機的運行狀態(tài)，提高了使用壽命和可靠性。
文檔編號F02D41/14GK101016864SQ200710020110
公開日2007年8月15日 申請日期2007年2月13日 優(yōu)先權日2007年2月13日
發(fā)明者曹顯利 申請人:三一重機有限公司