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CN104002674A - 动力传动系统、控制方法及单发式汽车起重机 - Google Patents

动力传动系统、控制方法及单发式汽车起重机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种动力传动系统、控制方法及单发式汽车起重机，系统包括发动机及转速调整部件、传动机构和液压泵，其特征在于，还包括：速比调整机构，设置在所述传动机构和所述液压泵之间，用于根据速比控制信号调整从所述发动机到所述液压泵的速比；控制器，与所述转速调整部件、所述发动机的电子控制单元和所述速比调整机构相连，用于根据所述转速调整部件的转速调整信号分别向所述发动机的电子控制单元和所述速比调整机构发出转速控制信号和速比控制信号。相比于现有的定值速比传动方式，本发明通过对速比的调节能够使液压泵在中高转速时发动机仍工作在较好的经济区域，保持适当的发动机负荷率，以获得较好的燃油经济性。

Description

动力传动系统、控制方法及单发式汽车起重机
技术领域
本发明涉及工程机械领域，尤其涉及一种动力传动系统、方法及单发式汽车起重机。
背景技术
单发式汽车起重机是一种底盘行驶和上车作业共用一台发动机的移动式起重机，这种起重机能够同时兼顾行驶性和作业性，在底盘行驶方面，下车的变速器和驱动桥能够对发动机的输出动力进行调节，使发动机在合理范围工作。而在上车作业方面，发动机则通过变速箱/取力器与液压泵直接相连，以定值速比(即传动系的输入转速与输出转速的比值)来传递动力。由于定值速比的传动系统会导致发动机的转速正比于液压泵的转速，当液压泵在中高转速时，要求发动机也工作在中高转速，而当发动机工作在中高转速时，发动机具备较大功率输出能力，而此时液压泵功率需求远小于发动机的功率输出，导致发动机负荷率低，发动机的工况点处于非经济区域，燃油经济性差。
如图1所示，为现有典型汽车起重机的上车动力传动系统的原理示意图，该上车动力传送系统包括发动机a1、变速箱/取力器a2、传动轴a3、液压泵a4、油门踏板a5等，发动机a1通过变速箱/取力器a2、传动轴a3与液压泵a4连接，其传动系的速比为定值，发动机a1的转速随着油门踏板a5的行程变化而变化。以该结构的某单发汽车起重机为例，其装备质量43t，所配柴油机功率为276kW，其比功率为6.4Kw/t，刚好满足下车行驶需求，其上车所配的130ml/r变量泵最大消耗功率为190kW，所配柴油机在1300rpm之前即可满足泵的需求，但由于其上车动力传动系统为定速比系统，必然导致柴油机在中高转速(即超过1300rpm)时负荷率会降低，燃油经济性差。而统计表明，汽车起重机在发动机的整个工作时间内，上车作业时间大约占70％，因此，现有的单发式汽车起重机的发动机负荷率及燃油经济性亟需改善。
发明内容
本发明的目的是提出一种动力传动系统、方法及单发式汽车起重机，能够改善发动机负荷率及燃油经济性。
为实现上述目的，本发明提供了一种动力传动系统，包括发动机及转速调整部件、传动机构和液压泵，其中，还包括：
速比调整机构，设置在所述传动机构和所述液压泵之间，用于根据速比控制信号调整从所述发动机到所述液压泵的速比；
控制器，与所述转速调整部件、所述发动机的电子控制单元和所述速比调整机构相连，用于根据所述转速调整部件的转速调整信号分别向所述发动机的电子控制单元和所述速比调整机构发出转速控制信号和速比控制信号。
进一步的，所述速比调整机构为金属带式无级变速器或自动变速器。
进一步的，所述转速调整部件为油门踏板。
进一步的，所述传动机构为变速箱/取力器。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于前述的动力传动系统的动力传动控制方法，其中，包括：
转速调整部件向控制器输出转速调整信号；
所述控制器根据所述转速调整信号分别向发动机的电子控制单元和速比调整机构发出转速控制信号和速比控制信号；
所述发动机的电子控制单元根据所述转速控制信号调整所述发动机的输出转速；
所述速比调整机构根据所述速比控制信号调整从所述发动机到所述液压泵的速比。
进一步的，所述转速调整信号、所述转速控制信号和所述速比控制信号均为电压信号；所述控制器根据所述转速调整信号分别向发动机的电子控制单元和速比调整机构发出转速控制信号和速比控制信号的操作具体为：
所述控制器判断所述转速调整信号对应的电压数值范围，如果所述转速调整信号处于所述转速调整部件能够输出的最小电压值和对应于发动机最大扭矩转速的参考电压值之间，则直接将所述转速调整信号作为转速控制信号发送给所述发动机的电子控制单元，并且将所述参考电压值作为速比控制信号发送给所述速比调整机构；
如果转速调整信号处于所述参考电压值与所述转速调整部件能够输出的最大电压值之间，则将所述参考电压值作为转速控制信号发送给所述发动机的电子控制单元，并且将所述转速调整信号作为速比控制信号发送给所述速比调整机构。
进一步的，所述发动机的电子控制单元根据所述转速控制信号调整所述发动机的输出转速的操作具体为：
如果所述发动机的电子控制单元接收的转速控制信号为所述转速调整信号，则所述发动机的转速随所述转速调整部件的行程的增加而增加；
如果所述发动机的电子控制单元接收的转速控制信号为所述参考电压值，则所述发动机的转速调整为所述发动机最大扭矩转速。
进一步的，在所述发动机的转速随所述转速调整部件的行程的增加而增加的过程中，所述发动机的转速不超出所述发动机最大扭矩转速。
进一步的，所述速比调整机构根据所述速比控制信号调整从所述发动机到所述液压泵的速比的操作具体为：
如果所述速比调整机构接收的速比控制信号为所述参考电压值，则所述速比调整机构调整从所述发动机到所述液压泵的速比为与所述参考电压值对应的定值速比；
如果所述速比调整机构接收的速比控制信号为所述转速调整信号，则所述速比调整机构调整从所述发动机到所述液压泵的速比随所述转速调整部件的行程的增加而减小。
进一步的，在所述速比调整机构调整从所述发动机到所述液压泵的速比随所述转速调整部件的行程的增加而减小的过程中，所述从所述发动机到所述液压泵的速比的取值在所述参考电压值对应的定值速比和所述发动机最大扭矩转速与所述发动机最大输出转速的比值之间。
为实现上述目的，本发明还提供了一种单发式汽车起重机，其特征在于，所述单发式汽车起重机的上车采用前述的动力传动系统。
基于上述技术方案，本发明在传动机构和液压泵之间设置了速比调整机构，能够根据控制器提供的速比控制信号来调整从发动机到液压泵的速比，而控制器则可根据转速调整部件的转速调整信号来分别控制发动机和速比调整机构，相比于现有的定值速比传动方式，本发明通过对速比的调节能够使液压泵在中高转速时发动机仍工作在较好的经济区域，以获得较好的燃油经济性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为现有的典型汽车起重机的上车动力传动系统的原理示意图。
图2为本发明动力传动系统的一实施例的原理示意图。
图3为本发明单发式汽车起重机应用本发明动力传动系统的另一实施例的原理示意图。
图4为本发明动力传动方法的一实施例的流程示意图。
图5为本发明动力传动方法的另一实施例的流程示意图。
图6为本发明动力传动方法实施例中控制器的控制策略示意图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
如图2所示，为本发明动力传动系统的一实施例的原理示意图。在本实施例中，动力传动系统包括发动机1及转速调整部件5、传动机构2和液压泵4，在传动机构2和液压泵4之间还设有速比调整机构3，能够根据速比控制信号so2调整从发动机1到液压泵4的速比。本实施例的动力传动系统还包括控制器6，该控制器6与转速调整部件5、发动机1的电子控制单元ECU(即发动机1内部单元，图中未画出)和速比调整机构3相连，能够根据转速调整部件5的转速调整信号si分别向发动机1的电子控制单元和速比调整机构3发出转速控制信号so1和速比控制信号so2。
与图1所示的现有典型的汽车起重机的上车动力传动系统相比，本实施例在传动机构2与液压泵4之间增加了能够对速比进行调整的速比调整机构3，而转速调整部件5不再直接对发动机1进行控制，而是要通过新增的控制器来根据转速调整部件5的转速调整情况来分别对发动机1和速比调整机构3进行控制，相比于现有的定值速比得动力传动系统，本实施例能够通过对速比的调节能够使发动机在高转速时仍工作在较好的经济区域，保持适当的发动机负荷率，以获得较好的燃油经济性。
在本实施例中，速比调整机构3可采用金属带式无级变速器(Continuously Variable Transmission，简称CVT)或自动变速器(Automatic Transmission，简称AT)，优选无级变速的CVT。转速调整部件可以是机械式或电控式的调整部件，对于汽车起重机来说，转速调整部件可选择为机械式的油门踏板，也可以是电子式的油门执行器、油门控制器等。通过踩踏油门踏板可以改变油门开度，从而输出对应的转速调整信号。
传动机构2可以是变速箱/取力器，在其他应用场合中也可以只包括变速箱或取力器，或者同时使用这两者。除此之外，传动机构2也可以根据不同的使用场合包括其他的传动部件，例如分动箱等。
基于图2所示的动力传动系统实施例，本发明还提供了相应的动力传动控制方法，如图4所示，为本发明动力传动方法的一实施例的流程示意图，该方法包括：
步骤101、转速调整部件向控制器输出转速调整信号；
步骤102、控制器根据所述转速调整信号分别向发动机的电子控制单元和速比调整机构发出转速控制信号和速比控制信号；
步骤103、发动机的电子控制单元根据所述转速控制信号调整所述发动机的输出转速；
步骤104、速比调整机构根据所述速比控制信号调整从所述发动机到所述液压泵的速比。
下面以单发式汽车起重机为例，来说明一下在本发明单发式汽车起重机应用本发明动力传动系统的另一实施例的原理，如图3所示，控制器6连接油门踏板51，并从油门踏板51接收电压信号形式的转速调整信号Ui，油门踏板51的油门开度可由操作员人工控制，通过油门开度的控制可以输出电压范围在Umin～Umax的转速调整信号Ui，而控制器6分别电连接发动机1的ECU和作为速比调整机构的CVT31，可以根据获得的转速调整信号Ui来分别向发动机1的ECU和CVT31发送电压信号形式的转速控制信号Uo1和速比控制信号Uo2。
下面以图3实施例为基础，通过图5所示的方法实施例来说明一下本发明动力传动方法的实现流程，如下：
步骤201、操作员人工操作油门踏板来控制油门开度，由油门踏板向控制器输出电压信号形式的转速调整信号Ui；
步骤202、控制器判断转速调整信号Ui对应的电压数值范围，如果转速调整信号Ui处于转速调整部件(即油门踏板)能够输出的最小电压值Umin和对应于发动机最大扭矩转速nm的参考电压值Um之间，则执行步骤203，如果转速调整信号Ui处于参考电压值Um与转速调整部件能够输出的最大电压值Umax之间，则执行步骤204；
步骤203、控制器直接将转速调整信号Ui作为转速控制信号Uo1发送给发动机的ECU，并且将参考电压值Um作为速比控制信号Uo2发送给速比调整机构(即CVT)；
步骤204、控制器将参考电压值Um作为转速控制信号Uo1发送给发动机的ECU，并且将转速调整信号Ui作为速比控制信号Uo2发送给速比调整机构；
步骤205、发动机的电子控制单元根据所述转速控制信号调整所述发动机的输出转速，速比调整机构根据所述速比控制信号调整从所述发动机到所述液压泵的速比。
在本实施例中，参考电压值Um处于转速调整部件能够输出的最小电压值Umin和最大电压值Umax之间，对应发动机的输出转速范围为n0到nmax。而该值的物理含义是对应于发动机最大扭矩转速nm的参考电压值，换句话说，当发动机的ECU被输入Um时，输出最大扭矩转速nm。
对于步骤203来说，如果发动机的ECU接收到的转速控制信号Uo1是转速调整信号Ui，则相当于由油门踏板直接对发动机的转速进行控制，而且该转速随着转速调整部件的行程的增加而增加，并且不会超过发动机最大扭矩转速nm，而此时CVT接收的速比控制信号Uo2为定值的Um，因此也维持一个稳定的速比(例如速比为1或1.5)，使得发动机的转速处于较低的数值区间时，在步骤205中由油门踏板来直接控制发动机的转速。
在步骤204中，如果发动机的ECU接收到的转速控制信号Uo1是参考电压值Um，则发动机将一直输出恒定的发动机最大扭矩转速，而此时CVT接收的速比控制信号Uo2为转速调整信号Ui，则在步骤205中CVT调整从发动机到液压泵的速比随转速调整部件的行程的增加而减小。
以图6所示的控制器的控制策略为例，为了使液压泵的转速能够随着油门踏板的开度的增加而线性增加，并且不希望发动机的转速超过最大扭矩转速nm，则以油门输出电压Um为参考点，使得油门踏板输出电压处于Umin到Um之间时，发动机转速依照油门踏板输出电压的变化而变化，而此时速比为定值的1，则泵转速会在油门输出电压从Umin到Um线性增加。当油门输出电压达到并超过Um时，此时通过控制器的控制，使得发动机输出转速维持在最大扭矩转速nm，并且改变速比，使其从1到nm/nmax之间线性降低，这样就使得泵转速在Um到Umax之间依旧保持线性变化。
通过上述系统及方法实施例的说明，可以看到本发明能够在液压泵处于中高转速时，使发动机不必处于中高转速，而只需维持在最大扭矩转速即可，这样就避免了因发动机工作在中高转速时具备较大功率输出能力，而此时液压泵功率需求远小于发动机的功率输出，而导致的发动机负荷率低，燃油经济性差的问题，反之相比于现有的上车动力传动系统，本发明改善了发动机的负荷率和燃油经济性。
本发明的动力传动系统可适用于各类需要控制发动机转速的工程机械设备，尤其适合应用在单发式汽车起重机的上车，用于动力传动。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (11)

1.一种动力传动系统，包括发动机及转速调整部件、传动机构和液压泵，其特征在于，还包括：
速比调整机构，设置在所述传动机构和所述液压泵之间，用于根据速比控制信号调整从所述发动机到所述液压泵的速比；
控制器，与所述转速调整部件、所述发动机的电子控制单元和所述速比调整机构相连，用于根据所述转速调整部件的转速调整信号分别向所述发动机的电子控制单元和所述速比调整机构发出转速控制信号和速比控制信号。
2.根据权利要求1所述的动力传动系统，其特征在于，所述速比调整机构为金属带式无级变速器或自动变速器。
3.根据权利要求1所述的动力传动系统，其特征在于，所述转速调整部件为油门踏板。
4.根据权利要求1所述的动力传动系统，其特征在于，所述传动机构为变速箱/取力器。
5.一种基于权利要求1～4任一所述的动力传动系统的动力传动控制方法，其特征在于，包括：
转速调整部件向控制器输出转速调整信号；
所述控制器根据所述转速调整信号分别向发动机的电子控制单元和速比调整机构发出转速控制信号和速比控制信号；
所述发动机的电子控制单元根据所述转速控制信号调整所述发动机的输出转速；
所述速比调整机构根据所述速比控制信号调整从所述发动机到所述液压泵的速比。
6.根据权利要求5所述的动力传动控制方法，其特征在于，所述转速调整信号、所述转速控制信号和所述速比控制信号均为电压信号；所述控制器根据所述转速调整信号分别向发动机的电子控制单元和速比调整机构发出转速控制信号和速比控制信号的操作具体为：
所述控制器判断所述转速调整信号对应的电压数值范围，如果所述转速调整信号处于所述转速调整部件能够输出的最小电压值和对应于发动机最大扭矩转速的参考电压值之间，则直接将所述转速调整信号作为转速控制信号发送给所述发动机的电子控制单元，并且将所述参考电压值作为速比控制信号发送给所述速比调整机构；
如果转速调整信号处于所述参考电压值与所述转速调整部件能够输出的最大电压值之间，则将所述参考电压值作为转速控制信号发送给所述发动机的电子控制单元，并且将所述转速调整信号作为速比控制信号发送给所述速比调整机构。
7.根据权利要求6所述的动力传动控制方法，其特征在于，所述发动机的电子控制单元根据所述转速控制信号调整所述发动机的输出转速的操作具体为：
如果所述发动机的电子控制单元接收的转速控制信号为所述转速调整信号，则所述发动机的转速随所述转速调整部件的行程的增加而增加；
如果所述发动机的电子控制单元接收的转速控制信号为所述参考电压值，则所述发动机的转速调整为所述发动机最大扭矩转速。
8.根据权利要求7所述的动力传动控制方法，其特征在于，在所述发动机的转速随所述转速调整部件的行程的增加而增加的过程中，所述发动机的转速不超出所述发动机最大扭矩转速。
9.根据权利要求6所述的动力传动控制方法，其特征在于，所述速比调整机构根据所述速比控制信号调整从所述发动机到所述液压泵的速比的操作具体为：
如果所述速比调整机构接收的速比控制信号为所述参考电压值，则所述速比调整机构调整从所述发动机到所述液压泵的速比为与所述参考电压值对应的定值速比；
如果所述速比调整机构接收的速比控制信号为所述转速调整信号，则所述速比调整机构调整从所述发动机到所述液压泵的速比随所述转速调整部件的行程的增加而减小。
10.根据权利要求9所述的动力传动控制方法，其特征在于，在所述速比调整机构调整从所述发动机到所述液压泵的速比随所述转速调整部件的行程的增加而减小的过程中，所述从所述发动机到所述液压泵的速比的取值在所述参考电压值对应的定值速比和所述发动机最大扭矩转速与所述发动机最大输出转速的比值之间。
11.一种单发式汽车起重机，其特征在于，所述单发式汽车起重机的上车采用权利要求1～4任一所述的动力传动系统。
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