[发明专利]一种并联式混合动力挖掘机的耦合控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种混合动力挖掘机的控制方法，特别是关于一种并联式混合动力挖掘机的耦合控制方法。

背景技术

混合动力系统可以有效地改善燃油经济性和排放，因而被广泛应用于汽车、船舶、工程机械上。挖掘机作为工程机械的主力，常常工作在典型的频繁变载工况下，然而随负载(油泵)变化会引起发动机的转矩剧烈波动，转速也波动较大，因此导致发动机经常工作在瞬态工况下，导致燃油经济性和排放较差。据简单估计，一台6吨挖掘机，一年的燃油消耗大概在10吨(按照一年工作200天，每天工作8小时计算)，以混合动力改善其燃油经济性和排放，潜力很大。

目前，主流的混合动力挖掘机构型有串联式和并联式两种。串联式构型发动机与负载机械解耦，负载的转矩波动不会影响到发动机的工况，因此，串联式构型的发动机工作点控制相对简单，比较容易把发动机的工作点控制在高效率区域。在并联式构型中，发动机和负载存在机械连接，一部分发动机的能量直接通过机械连接传递到负载，能量流动途径的效率较高，而且并联式构型的成本和空间要求都低于串联式，比较适合应用于小型工程机械。然而，发动机与负载有机械连接，负载的转矩波动会直接影响到发动机的转速与转矩，因此，不太容易将发动机的工作点控制在高效率区域。在并联式混合动力挖掘机构型中，需要研究合适的控制方法实现发动机转矩的“削峰填谷”，将发动机工作点稳定在高效率区域对应的低油耗区。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够稳定发动机的转速与转矩，将发动机工作点稳定在高效率区域对应的低油耗区的并联式混合动力挖掘机的耦合控制方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种并联式混合动力挖掘机的耦合控制方法，包括以下步骤：1)采用并联式混合动力系统，其包括一发动机，所述发动机的输出端依次同轴并联一启动发电一体机和两油泵P1、P2；设备还包括能量存储系统，所述能量存储系统通过ISG控制器为所述启动发电一体机供电；同时，所述能量存储系统还通过回转电机控制器为回转电机供电；2)驾驶员根据当前作业强度设置所述发动机的目标转速，并通过模拟量输入端口输入到整车控制器中；所述能量存储系统的目标SOC由整车控制器中控制芯片预设；3)所述模拟量输入端口采集两所述油泵P1、P2的压力数据，并将数据输入到整车控制器；CAN通信端口采集当前所述发动机的实际转速和所述能量存储系统的实际SOC数据，并将数据输入到整车控制器；4)整车控制器中所述控制芯片将所述发动机目标转速与所述发动机的实际转速做差，并将得到的差值输入到第一PI控制器和第二PI控制器中进行运算；同时，整车控制器中所述控制芯片将所述能量存储系统的目标SOC与所述能量存储系统的实际SOC做差，得到的差值输入到第三PI控制器和第四PI控制器中进行运算；5)整车控制器中所述控制芯片将两所述油泵P1、P2的压力数据和所述发动机的实际转速数据输入到前馈查表，查得在当前工作负载条件下对应的所述发动机的油门数值，作为所述发动机油门命令的前馈值输出；6)整车控制器中所述控制芯片将所述第一PI控制器、所述第四PI控制器和所述前馈查表的前馈输出值相加，得到所述发动机油门命令，通过所述模拟量输出端口输出到所述发动机；整车控制器将所述第二PI控制器和所述第三PI控制器输出值相加，得到所述启动发电一体机的转矩命令，并通过所述CAN通信端口输出到所述启动发电一体机。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于采用对发动机转速和能量存储系统SOC(电量)的双重闭环控制，稳定了发动机的转速与转矩，且使得能量存储系统的SOC在可控范围内变化。2、本发明由于在闭环控制中采用了反馈PI+前馈的控制手段，弥补了发动机的油门响应慢于启动发电一体机的转矩响应的缺点，实现了整个动力系统对负载变化的快速响应，保证了挖掘机的工作效率。3、本发明由于在闭环控制中采用了PI控制器的形式，使得控制方法具有快速性，准确性和稳定性。4、本发明基于并联式混合动力构型设计，在该构型基础上没有增加任何其他硬件，在实现有效性的同时具有成本空间优势。因而本发明可以广泛应用于小型工程机械领域。

附图说明

图1是本发明使用的动力设备示意图

图2是本发明耦合控制方法原理框图

图3是本发明方法控制图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。