挖掘机工作挡位智能控制方法

摘要

本发明涉及挖掘机的功率控制，为解决现有挖掘机工作挡位不能依据工况自适应调整的问题；提供一种挖掘机工作挡位智能控制方法，其包括以下步骤：确定发动机在预定时长内的主要工作区域并以此确定发动机工作于当前挡位主要工作区域的输出功率区间与工作油耗；检测主泵出口压力并判断挖掘机工作挡位的调挡趋势；根据挖掘机发动机的万有特性曲线和发动机工作于当前挡位主要工作区域的输出功率区间预测挖掘机按调挡趋势调挡后发动机工作于同样功率区间的工作油耗；将预测工作油耗与原工作油耗进行比较，若前者低于后者则调挡反之不调挡。本发明挖掘机控制方法能够自动调整挖掘机的挡位，使其更适配当前的工况，降低油耗，提高效率。

权利要求

1.一种挖掘机工作挡位智能控制方法，其特征在于包括以下步骤：

S1：依据发动机ECU输出的发动机工作参数，确定发动机在预定时长内的主要工作区域；根据挖掘机发动机的扭矩-转速-油耗关系图确定发动机工作于当前挡位主要工作区域的输出功率区间与工作油耗；

S2：检测主泵出口压力，计算在预定时长内主泵出口处的平均压力并根据主泵出口处的平均压力判断挖掘机工作挡位的调挡趋势；

S3：根据挖掘机发动机的扭矩-转速-油耗关系图和发动机工作于当前挡位主要工作区域的输出功率区间预测挖掘机按调挡趋势调挡后发动机工作于同样功率区间的工作油耗；

S4：将预测的调挡后的工作油耗与发动机工作于当前挡位主要工作区域的工作油耗进行比较，若预测调挡后的工作油耗低于发动机工作于当前挡位主要工作区域的工作油耗，则将挖掘机的工作挡位按照调挡趋势调整到下一工作挡位，若预测调挡后的工作油耗高于发动机工作于当前挡位主要工作区域的工作油耗，则保持挖掘机的当前工作挡位。

2.根据权利要求1所述的挖掘机工作挡位智能控制方法，其特征在于挖掘机设置有与各挡对应主泵压力预设值，步骤S2中，在当前挡位的预定时长内主泵出口处的平均压力大于与当前挡位对应的主泵压力预设值时，调挡趋势为升一级挡位；若在当前挡位的预定时长内主泵出口处的平均压力小于与当前挡位对应的主泵压力预设值时，调挡趋势为降一级挡位。

3.根据权利要求1所述的挖掘机工作挡位智能控制方法，其特征在于步骤S1中，所述的发动机工作参数是发动机的转速、或发动机输出扭矩、或发动机负荷率。

4.根据权利要求3所述的挖掘机工作挡位智能控制方法，其特征在于步骤S1中在预定时间内将发动机处于各种工作状态的时长由长至短排序并依次将各工作状态的时长累加直到累加时长与预定时间的比例等于预定值，所述的主要工作区域是指发动机工作参数区间位于所有进行时长累加的各种工作状态中对应发动机参数最小值与最大值之间的区域。

5.根据权利要求4所述的挖掘机工作挡位智能控制方法，其特征在于累加时长与预定时长的比例为0.7至0.95之间。

说明书

挖掘机工作挡位智能控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种挖掘机控制，更具体地说，涉及一种挖掘机工作挡位智能控制方法。

背景技术

[0002] 目前挖掘机采用全功率控制方法或自适应控制方法，首先设定发动机输出功率与估计液压泵需求功率进行匹配，控制液压泵吸收的功率始终小于或等于发动机输出的功率为目标，以达到挖掘机工作装置动作平稳，发动机转速变化小目的。不能自动改变挖掘机的工作挡位，已适应挖掘机工作载荷的变动。这种挖掘机控制方法，若工作挡位选择不合理，则会增加发动机的油耗，降低挖掘机的工作效率。

发明内容

[0003] 本发明要解决的技术问题是针对现有挖掘机工作挡位不能依据工况自适应调整的问题，而提供一种能够自动依据工况进行工作挡位调整的挖掘机工作挡位智能控制方法。

[0004] 本发明为实现其目的的技术方案是这样的：提供一种挖掘机工作挡位智能控制方法，其特征在于包括以下步骤：

[0005] S1：依据发动机ECU输出的发动机工作参数，确定发动机在预定时长内的主要工作区域；根据挖掘机发动机的扭矩-转速-油耗关系图确定发动机工作于当前挡位主要工作区域的输出功率区间与工作油耗；

[0006] S2：检测主泵出口压力，计算在预定时长内主泵出口处的平均压力并根据主泵出口处的平均压力判断挖掘机工作挡位的调挡趋势；

[0007] S3：根据挖掘机发动机的扭矩-转速-油耗关系图和发动机工作于当前挡位主要工作区域的输出功率区间预测挖掘机按调挡趋势调挡后发动机工作于同样功率区间的工作油耗；

[0008] S4：将预测的调挡后的工作油耗与发动机工作于当前挡位主要工作区域的工作油耗进行比较，若预测调挡后的工作油耗低于发动机工作于当前挡位主要工作区域的工作油耗，则将挖掘机的工作挡位按照调挡趋势调整到下一工作挡位，若预测调挡后的工作油耗高于发动机工作于当前挡位主要工作区域的工作油耗，则保持挖掘机的当前工作挡位。

[0009] 进一步地，挖掘机工作挡位智能控制方法中，挖掘机设置有与各挡对应的主泵压力预设值；步骤S2中，当挖掘机主泵出口压力在当前挡位预定时长内的平均压力大于与当前挡位对应的主泵压力预设值时，调挡趋势为升一级挡位；若挖掘机主泵出口压力在当前挡位的预定时长内的平均压力小于与当前挡位对应的主泵压力预设值时，调挡趋势为降一级挡位。

[0010] 进一步地，挖掘机工作挡位智能控制方法中，步骤S1中，所述的发动机工作参数是发动机的转速、或发动机输出扭矩、或发动机负荷率。发动机通过传感器可以测出发动机的转速以及输出扭矩，然后根据发动机转速、输出扭矩以及发动机在当前挡位下的最大输出功率计算出发动机负荷率。对于一台调校确定了的发动机，其转速-输出扭矩、转速-负荷率在某一发动机工作挡位是一一对应的关系，即发动机工作于一工作挡位时，转速-输出扭矩、转速-负荷率三个参数确定了其中过一组，就可以通过该参数确定其他另一组参数。可以通过转速-输出扭矩、转速-负荷率参数的大小来确定发动机的工作状态，例如用发动机转速来确定发动机的工作状态，在预定时长内，发动机ECU输出一定次数的数据，其中包含对应次数的发动机转速，输出的所有转速数据中，所有转速相同的视为发动机在同一种工作状态下的转速，不同的转速视为发动机在不同的工作状态输出的转速；也可以发动机转速的整个分布区域划分若干个区段，所有位于同一区段的转速视为发动机在同一种工作状态下输出的转速，位于不同区段的转速则视为发动机处于不同工作状态下输出的转速。同样也可以使用发动机的负荷率来确定发动机的工作状况，即先将发动机负荷率所分布的区域划分为若干个区段，位于同一区段的负荷率视为发动机工作于同一种工作状态下发出的负荷率；位于同不同区段的负荷率视为发动机工作于不同工作状态下发出的负荷率。

[0011] 进一步地，挖掘机工作挡位智能控制方法中，步骤S1中在预定时间内将发动机处于各种工作状态的时长由长至短排序并依次将各工作状态的时长累加直到累加时长与预定时间的比例等于预定值，所述的主要工作区域是指发动机工作参数区间位于所有进行时长累加的各种工作状态中对应发动机参数最小值与最大值之间的区域。发动机ECU按照一定的频率输出发动机参数，因此发动机ECU毎输出一次数据就意味着一定时长，统计在预定时间内发动机各种工作状态的时长也即统计对应发动机参数在对应区间内出现的次数。次数越多，则代表着发动机处于该工作状态的时间越长。在预定时长内，将发动机的各个工作状态的对应的次数(也即对应着发动处于各个工作状态的时长)按照由大到小(时长则由长至短)排列并依次进行累加，直到累加时长与预定时长的比值达到预设比值(例如预设比值为80％)；所有进行了时长累加的各种工作状态所对应的工作参数中就有一个最大值与一个最小值，那么就将发动机对应工作参数位于该最大值与最小值之间的区域确定为发动机在该预定时长内的主要工作区域。确定了发动机的主要工作区域，根据挖掘机发动机的扭矩-转速-油耗关系图，可以确定发动机工作于主要工作区域内的输出功率区间以及工作油耗。

[0012] 进一步地，挖掘机工作挡位智能控制方法中，累加时长与预定时长的比例为为0.7至0.95之间，通常取0.8左右。

[0013] 本发明与现有技术相比，本发明根据挖掘机的实际工况自动调整挖掘机的挡位，使其更适配当前的工况，降低油耗，提高效率。

附图说明

[0014] 图1是本发明实施例中发动机的工作区域范围示意图。

[0015] 图2是本发明实施例中发动机工作与1600转挡位时发动机负荷率比例分布图。

[0016] 图3是本发明实施例中发动机万扭矩-转速-油耗关系图。

[0017] 图4是本发明挖掘机工作挡位智能控制的原理框图。

[0018] 图中零部件名称及序号：

[0019] 控制器1、主泵压力传感器2、挡位旋钮3、发动机ECU4、主泵5。

具体实施方式

[0020] 下面结合附图说明具体实施方案。

[0021] 本实施例中的挖掘机工作挡位智能控制方法，其中挖掘机的控制原理框图如图4所示，发动机带有ECU,该发动机ECU4能实时按照固定频率向控制器发出发动机转速、发动机输出扭矩和发动机负荷率等参数。另外在挖掘机的主泵出口设置有主泵压力传感器2，主泵压力传感器2用于检测主泵5的出口压力并由控制器计算主泵泵口压力在预定时长内的平均值，同时控制器通过挡位旋钮获取挖掘机的挡位信息。挖掘机工作挡位智能控制方法包括以下步骤：

[0022] 挖掘机控制器通过挡位旋钮3、发动机ECU4检测挖掘机当前的工作挡位、发动机转速、负荷率等发动机工作参数，将发动机负荷率人为划分为若干个区间，例如负荷率在35％-45％为一个区间，45％-55％为一个区间，55％-65％为一个区间，65％-75％为一个区间，75％-85％为一个区间，85％-95％为一个区间，即毎间隔10％为一区间，每一区间视为一种发动机工作状态，如图2中纵坐标所示，控制器接受发动机ECU在预定时长内发送的发动机工作参数，并统计各区间内出现的次数，由此计算与各区间对应的发动机工作状态的工作时长与预定时长的比值。将各区间对应的发动机工作状态的工作时长与预定时长的比值按大小排列，并进行累加，记录累加数大于80％时的进行了比值累加的各区间，例如，在图2中，发动机工作于1600挡位转时，在预定时长内，发动机负荷率的统计情况如下：负荷率在90％的区间(负荷率在85％-95％之间)的比例为3％，负荷率在80％的区间(负荷率在
75％-85％之间)的比例为9％，负荷率在70％的区间(负荷率在65％-75％之间)的比例为
16％，负荷率在60％的区间(负荷率在55％-65％之间)的比例为36％，负荷率在50％的区间(负荷率在45％-55％之间)的比例为30％，负荷率在40％的区间(负荷率在35％-45％之间)的比例为6％，将各区间对应的比值按大小排列并依次累加，当累加比例达到80％时的区间有负荷率在60％的区间(比值为36％)、负荷率在50％的区间(比值为30％)、负荷率在70％的区间(比值为16％)。这三个区间中，负荷率最大值为75％，负荷率最小值为45％；那么认定发动机工作于当前1600转的挡位时，发动机的主要工作区域是负荷率为45％至75％的区域，由此可以计算发动机工作与当前挡位发动机的输出功率区间(在图3中对应为B点和A点)。依据挖掘机发动机的扭矩-转速-油耗关系图，确定发动机工作于当前1600转挡位、负荷率为45％至75％的发动机的输出功率区间，并获取工作于此区间的工作油耗。

[0023] 挖掘机控制器通过主泵压力传感器2检测主泵出口压力，计算在预定时长内主泵出口处的主泵平均压力，根据主泵出口处的平均压力判断挖掘机工作挡位的调挡趋势；在控制器内对应每个工作挡位都设置有一个主泵压力预设值，当挖掘机主泵出口处的平均压力大于与当前挡位对应的主泵压力预设值时，调挡趋势为升一级挡位；若挖掘机主泵出口处的平均压力小于与当前挡位对应的主泵压力预设值时，调挡趋势为降一级挡位。例如挖掘机当前工作挡位为2挡(对应转速为1600转挡位)，若其调挡趋势为升一级挡位，则意味着调挡时是将其工作挡位调节到3挡(对应转速为1800转挡位)，反之，则是调整为1挡(对应转速为1400转)。

[0024] 当前挖掘机普遍采用功率控制技术。挖掘机操作手选定工作挡位2，在一个工作循环内(通常挖掘机进行挖掘、提升铲斗、回转卸料、再回转回到挖掘位置为一个工作循环)由于负载的不断变化，发动机工作点也会沿在发动机转速-扭矩-油耗关系图上对应斜线上往复变化，但对于同一种工况，在多个工作循环中，发动机的工作点(发动机的工作状态)是主要集中在一个区域，如图1图3中，发动机的工作状态有80％以上的时间位于A点与B点之间，也即发动机负荷率在45％至75％之间。

[0025] 根据在预定时间内，主泵泵口的平均压力与预设值的对比，确定为换挡趋势为升一级挡，也即将挡位由当前的1600转挡调到1800转挡，由于挖掘机调挡前后工况相同，调挡后发动机输出功率区间应与调挡之前相同，那么根据调挡前的发动机输出功率区间和挖掘机发动机的扭矩-转速-油耗关系图，确定发动机在1800转挡工作时的负荷率所在区间，也即图3中的C点与D点。然后在依据发动机转速-扭矩-油耗关系图预测调到1800转挡时的工作油耗。

[0026] 控制器将预测调挡后的工作油耗与当前工作挡位发动机工作于主要工作区域的工作油耗进行比较，若预测调挡后的工作油耗低于当前工作挡位发动机工作于主要工作区域的工作油耗，则将挖掘机的工作挡位按照调挡趋势调整到下一工作挡位，若预测调挡后的工作油耗高于当前工作挡位发动机工作于主要工作区域的工作油耗，则保持挖掘机的当前工作挡位。

[0027] 本发明与现有技术相比，本发明根据挖掘机的实际工况自动调整挖掘机的挡位，使其更适配当前的工况，降低油耗，提高效率。