[發明專利]并聯式混合動力液壓挖掘機的控制方法

無效

• 申請號: 200810059146.8
• 申請日: 2008-01-14
• 公開（公告）號: CN101225668A
• 公開（公告）日: 2008-07-23
• 發明（設計）人: 林瀟;潘雙夏;管成;王冬云
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: E02F3/04
• 分類號: E02F3/04;G05B11/36
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 林懷禹

技術領域

本發明涉及一種并聯式混合動力液壓挖掘機的控制方法。

背景技術

混合動力液壓挖掘機，即指通過在能量輸出端接入發動機、發電/電動機和電池組，使得發動機能工作在高效油耗區提供負載需求的平均功率，而發電/電動機充當削峰填谷的作用，在發動機輸出能量過多或者制動時發電儲存能量到電池，在發動機能量不足時電動起助動作用，電池充當能量中轉的角色。按照電機與發動機的連接方式，混合動力液壓挖掘機可分為串聯式、并聯式以及混聯式三種，基于油耗、效率以及成本的考慮，并聯式混合動力液壓挖掘機是目前的研究重點以及最具發展潛力的系統架構。

目前，為了進一步提高汽車的油耗性能以及排放性能，混合動力設計方法逐漸在汽車上普遍應用，基于混合動力汽車的各類控制方法也相繼被提出，譬如優化控制、模糊控制、PI控制、神經網絡控制等等，但是基于混合動力方法來研究液壓挖掘機的節能控制目前相對較少。液壓挖掘機工作強度大、工作周期性明顯，單位時間內絕對耗油量、廢氣排量量大，因而其潛在的節能降排空間很大，而傳統的節能控制方法在油耗、排放方面已難以取得突破性的進展，因此在經濟可行性與技術可行性的基礎上可以考慮應用混合動力設計方法來進一步提高液壓挖掘機的節能降排特性。

控制方法以及能量分配方法是并聯式混合動力液壓挖掘機研究的核心。在混合動力汽車上，已經有很多控制方法，但是由于汽車的工況與液壓挖掘機的工況相差很大，因此不能簡單的借鑒混合動力汽車的控制方法。在并聯式混合動力液壓挖掘機的控制方法上目前有單工作點控制方法、雙工作點控制方法、動態控制方法等。單工作點控制方法系統工作穩定，但無法滿足液壓挖掘機柴油機與工況的完全匹配，不能提高各個工況下挖掘機的節能特性與工作效率；雙工作點控制方法改進了單工作點控制方法的弊端，能實現對輕載與重載的切換控制，但相對還是不能實現無極工況匹配，匹配度較低，節能特性不是特別理想；動態控制方法基本上采用SOC來判斷決策工作點切換問題，工作點切換的動態響應特性需要改進。

發明內容

本發明的目的在于提供一種并聯式混合動力液壓挖掘機的控制方法，基于多工作點工況自識別方法，改進了原有的單工作點、雙工作點控制方法的動態響應特性，能控制柴油發動機的輸出功率以及永磁同步電機的工作模式，引入發動機多工作點控制方法能實現混合動力液壓挖掘機在待機、輕載、中載以及重載工作環境下高效節能的控制，并且其采用電池組SOC滯環比較法和工況自識別系統能實現平滑、穩定、快速的工作點切換。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

該控制方法根據液壓挖掘機所用的柴油機萬有特性曲線確定4個高效工作點，分別對應待機、輕載、中載以及重載的工作環境。

所述的工作點采用電池組SOC滯環比較法確定長期柴油機工作點與工作環境的匹配度，進行工作點切換，和采用對泵出口壓力進行濾波處理的工況自識別方法確定短期柴油機工作點與工作環境的匹配度，進行工作點切換。

電池組SOC滯環比較法與工況自識別方法整合在一起，共同決策工作點的設定與切換。

通過電池組SOC滯環比較法與工況自識別方法，其確定的最佳工作點的轉速與柴油機的實際工作轉速進行閉環PI控制，保證柴油機工作于指定的最佳工作點。

多工作點自識別動態控制方法是基于液壓挖掘機的負載工況特點提出的控制方法以及能量分配方法，有兩大特征：1、多工作點；2、自識別。為了滿足液壓挖掘機在待機、輕載、中載以及重載的工作環境下，始終能實現高效節能控制，因而將液壓挖掘機柴油機確定了數個高效工作點，分別對應不同的工作環境。多工作點的控制方法是為了保證液壓挖掘機柴油機在各種工況下都能實現高效節能，多工作點概念的引入必然會帶來工作點切換的控制決策問題。在實際控制方法中，采用a、電池組SOC滯環比較切換工作點法；b、工況自識別系統。其中方法a偏重于考慮系統的穩定性，借助間接變量電池組SOC值來判斷工況與工作點的匹配問題，其比較適用長期的累積效應，能使電池組高效穩定工作，延長鎳氫電池的工作周期。方法b偏重于考慮系統的實時響應特性，利用液壓泵輸出壓力值，通過RC濾波器判斷當前工況特征，從而決策當前的工作點是否與工況相匹配。將a、b兩種方法通過一定的權重和時延整合在一起，運用系統全局最優設計方法，能使系統在決策工作點、切換工作點時取得非常好的穩定性以及動態響應性能。

本發明與背景技術相比具有的有益效果是：

1)根據柴油機的萬有特性曲線選定的4個高效工作點分別對應于待機、輕載、中載、重載的工況，能實現多個典型工況下挖掘機的節能降排控制目標。在原有的控制方法上，實現了更高效的燃油經濟性以及排放性能；