專利名稱：并聯(lián)式混合動力液壓挖掘機控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及工程機械制造技術領域，尤其是一種對于并聯(lián)式混合動力液壓挖掘機動力輸出的控制方法。
背景技術：
液壓挖掘機作為建筑機械中的耗能大戶，由于其數(shù)量多、耗油高、排放差，其節(jié)能問題一直是人們關注的重點問題。傳統(tǒng)的節(jié)能方法，如改進液壓系統(tǒng)、發(fā)動機與負載的功率匹配等，可以在一定程度上提高節(jié)能效果。但由于挖掘機負載變動頻繁、劇烈，使柴油發(fā)動機經(jīng)常工作在非高效區(qū)，從根本上限制了整機效率的進一步提高。近幾年，混合動力技術受到廣泛關注，混合動力液壓挖掘機的研發(fā)已成為其節(jié)能降耗的一個重要研究方向。國外對挖掘機混合動力系統(tǒng)的研究起步較早，一些研究機構(gòu)和制造商如早稻田大學、小松、神戶制鋼、卡特彼勒、日立建機、住友建機等對混合動力挖掘機已有不同程度的研究?；旌蟿恿ο到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其相應控制策略的優(yōu)劣，直接影響到系統(tǒng)的效率，是混合動力系統(tǒng)研究的重點內(nèi)容。日本學者Yoshiyuki對混合動力挖掘機械串聯(lián)式系統(tǒng)進行了相關研究,Masayuki等人提出了發(fā)動機的開關控制及電容優(yōu)先放電的控制策略，Naruse提出了不同工作模式下恒工作點控制策略，國內(nèi)浙江大學的肖清提出了一種自判斷分段式多工作點切換控制策略。這些控制策略雖是根據(jù)不同的混合動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)得出的，但其根本出發(fā)點都是通過蓄電池或超級電容等儲能元件平衡負載的波動，使發(fā)動機工作點相對穩(wěn)定地固定在高效區(qū)，以提高其燃油經(jīng)濟性。但是，這些控制策略只考慮了發(fā)動機效率的最大化，沒有兼顧電動機和儲能元件的工作效率以及其使用條件，系統(tǒng)綜合效率及整機性能有待進一步優(yōu)化。由于發(fā)電機對發(fā)動機能量的轉(zhuǎn)換、儲存效率，蓄電池電能轉(zhuǎn)換效率，以及電動機的效率等因素的影響，使得混合動力系統(tǒng)的效率并不一定就高于發(fā)動機單獨驅(qū)動情況下的效率。況且發(fā)動機、發(fā)電機/電動機、蓄電池、液壓泵等各部件最佳效率運行區(qū)各不相同，單純地考慮發(fā)動機效率的最大化，可能會造成發(fā)電機、蓄電池等部件工作環(huán)境惡劣、工作效率低下，甚至嚴重縮短蓄電池壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種并聯(lián)式混合動力液壓挖掘機控制方法，這種方法可以解決發(fā)動機工作效率與蓄電池能量轉(zhuǎn)換效率的發(fā)揮以及蓄電池使用壽命不相兼顧的問題。為了解決上述問題，本發(fā)明采用的技術方案是這種并聯(lián)式混合動力液壓挖掘機控制方法是通過主控制器讓并聯(lián)式液壓挖掘機的混合動力系統(tǒng)在混合輸出模式、或者發(fā)動機輸出模式、或者發(fā)動機充電輸出模式、或者蓄電池輸出模式下工作；在混合輸出模式下，所述混合動力系統(tǒng)由蓄電池通過電流電壓適配單元驅(qū)動電機與發(fā)動機聯(lián)合向液壓系統(tǒng)輸出動力；在發(fā)動機輸出模式下，所述混合動力系統(tǒng)由所述發(fā)動機獨立向液壓系統(tǒng)輸出動力；在發(fā)動機充電輸出模式下，所述發(fā)動機帶動所述電機發(fā)電，所述電機發(fā)出的電通過電流電壓適配單元向所述蓄電池充電，所述發(fā)動機同時向所述液壓系統(tǒng)提供動力；在蓄電池輸出模式下，所述混合動力系統(tǒng)的所述發(fā)動機熄火，由所述蓄電池放電，所述蓄電池輸出的電能通過所述電流電壓適配單元驅(qū)動所述電機轉(zhuǎn)動向所述液壓系統(tǒng)提供空載動力消耗所需動力；
并聯(lián)式液壓挖掘機的混合動力系統(tǒng)在混合輸出模式、發(fā)動機輸出模式、發(fā)動機充電輸出模式以及蓄電池輸出模式之間的轉(zhuǎn)換條件是:
當所述液壓系統(tǒng)油泵輸入軸的轉(zhuǎn)動扭矩大于最小放電轉(zhuǎn)矩值時，如果所述蓄電池的荷電狀態(tài)數(shù)值大于設定的放電最小值，所述混合動力系統(tǒng)按混合輸出模式工作；如果所述蓄電池的荷電狀態(tài)數(shù)值等于或小于設定的最小放電轉(zhuǎn)矩值，所述混合動力系統(tǒng)按發(fā)動機輸出模式工作；
當所述液壓系統(tǒng)油泵輸入軸的轉(zhuǎn)動扭矩在等于最小放電轉(zhuǎn)矩值至等于最大充電轉(zhuǎn)矩值之間時，所述混合動力系統(tǒng)按發(fā)動機輸出模式工作；
當所述液壓系統(tǒng)油泵輸入軸的轉(zhuǎn)動扭矩小于最大充電轉(zhuǎn)矩值，并且所述液壓系統(tǒng)油泵輸入軸的轉(zhuǎn)動扭矩大于設定的空載負荷值時，所述混合動力系統(tǒng)按發(fā)動機充電輸出模式工作；
當所述液壓系統(tǒng)油泵輸入軸的轉(zhuǎn)動扭矩小于最大充電轉(zhuǎn)矩值，并且所述液壓系統(tǒng)油泵輸入軸的轉(zhuǎn)動扭矩小于設定的空載負荷值，并小于設定的不熄火等待時間時，如果所述蓄電池的荷電狀態(tài)數(shù)值小于設定的充電最大值，所述混合動力系統(tǒng)按發(fā)動機充電輸出模式工作，如果所述蓄電池的荷電狀態(tài)數(shù)值等于或大于設定的充電最大值，所述混合動力系統(tǒng)按發(fā)動機輸出模式工作；
當所述液壓系統(tǒng)油泵輸入軸的轉(zhuǎn)動扭矩小于最大充電轉(zhuǎn)矩值，并且所述液壓系統(tǒng)油泵輸入軸的轉(zhuǎn)動扭矩小于設定的空載負荷值，并等于或大于設定的不熄火等待時間時:如果所述蓄電池的荷電狀態(tài)數(shù)值等于或大于設定的放電最小值，所述混合動力系統(tǒng)按蓄電池輸出模式工作，如果所述蓄電池的荷電狀態(tài)數(shù)值小于設定的放電最小值，所述混合動力系統(tǒng)按發(fā)動機充電輸出模式工作；
所述最小放電轉(zhuǎn)矩值為Ji，
權(quán)利要求
1.一種并聯(lián)式混合動力液壓挖掘機控制方法，其特征在于: 通過主控制器(7)讓并聯(lián)式液壓挖掘機的混合動力系統(tǒng)在混合輸出模式、或者發(fā)動機輸出模式、或者發(fā)動機充電輸出模式、或者蓄電池輸出模式下工作；在混合輸出模式下，所述混合動力系統(tǒng)由蓄電池(6)通過電流電壓適配單元(5)驅(qū)動電機(4)與發(fā)動機(3)聯(lián)合向液壓系統(tǒng)輸出動力；在發(fā)動機輸出模式下，所述混合動力系統(tǒng)由所述發(fā)動機(3)獨立向液壓系統(tǒng)輸出動力；在發(fā)動機充電輸出模式下，所述發(fā)動機(3)帶動所述電機(4)發(fā)電,所述電機(4)發(fā)出的電通過電流電壓適配單元(5)向所述蓄電池(6)充電，所述發(fā)動機(3)同時向所述液壓系統(tǒng)提供動力；在蓄電池輸出模式下，所述混合動力系統(tǒng)的所述發(fā)動機(3)熄火，由所述蓄電池(6)放電，所述蓄電池(6)輸出的電能通過所述電流電壓適配單元(5)驅(qū)動所述電機(4)轉(zhuǎn)動向所述液壓系統(tǒng)提供空載動力消耗所需動力； 并聯(lián)式液壓挖掘機的混合動力系統(tǒng)在混合輸出模式、發(fā)動機輸出模式、發(fā)動機充電輸出模式以及蓄電池輸出模式之間的轉(zhuǎn)換條件是: 當所述液壓系統(tǒng)油泵(1)輸入軸的轉(zhuǎn)動扭矩大于最小放電轉(zhuǎn)矩值時，如果所述蓄電池(6)的荷電狀態(tài)數(shù)值大于設定的放電最小值，所述混合動力系統(tǒng)按混合輸出模式工作；如果所述蓄電池(6)的荷電狀態(tài)數(shù)值等于或小于設定的最小放電轉(zhuǎn)矩值，所述混合動力系統(tǒng)按發(fā)動機輸出模式工作； 當所述液壓系統(tǒng)油泵(1)輸入軸的轉(zhuǎn)動扭矩在等于最小放電轉(zhuǎn)矩值至等于最大充電轉(zhuǎn)矩值之間時，所述混合動力系統(tǒng)按發(fā)動機輸出模式工作； 當所述液壓系統(tǒng)油泵(1)輸入軸的轉(zhuǎn)動扭矩小于最大充電轉(zhuǎn)矩值，并且所述液壓系統(tǒng)油泵(1)輸入軸的轉(zhuǎn)動扭矩大于設定的空載負荷值時，所述混合動力系統(tǒng)按發(fā)動機充電輸出模式工作； 當所述液壓系統(tǒng)油泵(1)輸入軸的轉(zhuǎn)動扭矩小于最大充電轉(zhuǎn)矩值，并且所述液壓系統(tǒng)油泵(1)輸入軸的轉(zhuǎn)動扭矩小于設定的空載負荷值，并小于設定的不熄火等待時間時，如果所述蓄電池(6)的荷電狀態(tài)數(shù)值小于設定的充電最大值，所述混合動力系統(tǒng)按發(fā)動機充電輸出模式工作，如果所述蓄電池(6)的荷電狀態(tài)數(shù)值等于或大于設定的充電最大值，所述混合動力系統(tǒng)按發(fā)動機輸出模式工作； 當所述液壓系統(tǒng)油泵(1)輸入軸的轉(zhuǎn)動扭矩小于最大充電轉(zhuǎn)矩值，并且所述液壓系統(tǒng)油泵(1)輸入軸的轉(zhuǎn)動扭矩小于設定的空載負荷值，并等于或大于設定的不熄火等待時間時:如果所述蓄電池(6)的荷電狀態(tài)數(shù)值等于或大于設定的放電最小值，所述混合動力系統(tǒng)按蓄電池輸出模式工作，如果所述蓄電池(6)的荷電狀態(tài)數(shù)值小于設定的放電最小值，所述混合動力系統(tǒng)按發(fā)動機充電輸出模式工作； 所述最小放電轉(zhuǎn)矩值為Tr-fd，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的并聯(lián)式混合動力液壓挖掘機控制方法，其特征在于:檢測挖掘臂的每一個挖掘循環(huán)動作完成后所述蓄電池(6)的荷電狀態(tài)數(shù)值，如果當前挖掘循環(huán)動作與上一個挖掘循環(huán)動作完成后所述蓄電池(6)的荷電狀態(tài)數(shù)值差別大于設定的調(diào)整靈敏值，或者檢測到當前挖掘循環(huán)動作完成后所述蓄電池(6)的荷電狀態(tài)數(shù)值與設定所述蓄電池(6)的原始荷電狀態(tài)數(shù)值大于設定的調(diào)整靈敏值，則根據(jù)蓄電池荷電數(shù)值的差值相應調(diào)整充電、放電轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)矩界限數(shù)值，以保證蓄電池工作過程中的充放電平衡，則按下式調(diào)整下一次挖掘循環(huán)動作的所述最小放電轉(zhuǎn)矩值 ； j和所述最大充電轉(zhuǎn)矩值.？:
全文摘要
本發(fā)明公開了一種并聯(lián)式混合動力液壓挖掘機控制方法，涉及工程機械制造技術領域，這種方法將發(fā)動機的與蓄電池的工作狀態(tài)根據(jù)挖掘機液壓系統(tǒng)的工作扭矩的需要，結(jié)合發(fā)動機的高效工作區(qū)和蓄電池的高效充放電區(qū)域優(yōu)化選擇在混合輸出、發(fā)動機輸出、發(fā)動機充電輸出和蓄電池輸出四種模式中轉(zhuǎn)換，可以解決現(xiàn)有并聯(lián)式混合動力液壓挖掘機的發(fā)動機工作效率的發(fā)揮與蓄電池能量轉(zhuǎn)換效率以及蓄電池使用壽命不相兼顧的問題。
文檔編號E02F9/22GK103074915SQ201310040259
公開日2013年5月1日 申請日期2013年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月1日
發(fā)明者馮志君, 周德儉, 李冰 申請人:廣西工學院, 西安電子科技大學