一種裝載機用電控柴油機外特性標定系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種裝載機用電控柴油機外特性標定系統(tǒng)，包括通過傳動軸依次連接的發(fā)動機、液力變矩器、變速箱和驅(qū)動橋，所述液力變矩器分別與裝載機的轉(zhuǎn)向泵和工作泵通過齒輪傳動系連接；傳感器組將采集得轉(zhuǎn)速和扭矩信號傳遞給數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將采集到的參數(shù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行分析，分析結(jié)果將傳遞給標定計算機，標定計算機將標定結(jié)果寫入發(fā)動機電控系統(tǒng)的ECU；在測試進行時，標定計算機通過ECU控制發(fā)動機轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)測試自動化。從裝載機實際工作情況出發(fā)，測試鏟裝不同物料時液壓泵實際消耗扭矩的大小，通過調(diào)整發(fā)動機的參數(shù)，標定發(fā)動機的外特性曲線，使裝載機用柴油機在不同工況下工作在低油耗區(qū)。
【專利說明】
-種裝載機用電控柴油機外特性標定系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型設(shè)及發(fā)動機設(shè)計領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種裝載機用電控柴油機外特性標定 系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 柴油機的外特性是指保持油口在最大位置，各工況又在最佳調(diào)整狀態(tài)時，發(fā)動機 的性能指標和特性參數(shù)隨轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律。柴油機的外特性曲線規(guī)定了柴油機在各個轉(zhuǎn)速 下的最大輸出功率和扭矩，如果柴油機運行在外特性曲線之外的區(qū)域，可能導致發(fā)動機超 負荷運轉(zhuǎn)，產(chǎn)生黑煙甚至會損壞發(fā)動機。柴油機的標定工作都是在發(fā)動機試驗臺架上，使用 電力測功機加載負載，針對客戶提出的外特性要求進行標定實驗。
[0003] 裝載機用發(fā)動機與液力變矩器匹配是否合理直接影響裝載機的動力性和經(jīng)濟性。 目前，裝載機用發(fā)動機通常采用全功率匹配、部分功率匹配或折衷匹配方案對發(fā)動機和液 力變矩器進行匹配。全功率匹配是發(fā)動機外特性轉(zhuǎn)矩減去變速油累滿載、轉(zhuǎn)向油累和工作 裝置油累空載扭矩，得到凈轉(zhuǎn)矩特性曲線。部分功率匹配是發(fā)動機外特性轉(zhuǎn)矩減去變速油 累滿載、轉(zhuǎn)向油累空載，工作裝置油累滿載扭矩，得到凈轉(zhuǎn)矩特性曲線。折衷匹配一般認為 匹配點選在在比部分匹配點轉(zhuǎn)速大50r/min左右，小于全功率匹配點轉(zhuǎn)速。但是裝載機實際 作業(yè)工況復雜，液壓累負載變化頻繁，工作裝置液壓系統(tǒng)消耗發(fā)動機轉(zhuǎn)矩的實際情況與上 述常用巧巾匹配方式均存在較大差異，發(fā)動機不能在不同工況下均運行在或盡量靠近低油 耗區(qū)，不能保證在各個工況下都較好的動力性和經(jīng)濟性。 【實用新型內(nèi)容】
[0004] 本實用新型的目的就是為了解決上述問題，提供一種裝載機用電控柴油機外特性 標定系統(tǒng)，本系統(tǒng)能夠從裝載機實際工作情況出發(fā)，測試伊裝不同物料時液壓累實際消耗 扭矩的大小，通過調(diào)整發(fā)動機的參數(shù)，標定發(fā)動機的外特性曲線，使裝載機用柴油機在不同 工況下工作在低油耗區(qū)。
[0005] 為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案：
[0006] -種裝載機用電控柴油機外特性標定系統(tǒng)，包括通過傳動軸依次連接的發(fā)動機、 液力變矩器、變速箱和驅(qū)動橋，所述液力變矩器分別與裝載機的轉(zhuǎn)向累和工作累通過齒輪 傳動系連接；
[0007] 傳感器組將采集得轉(zhuǎn)速和扭矩信號傳遞給數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將采 集到的參數(shù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行分析，分析結(jié)果將傳遞給標定計算機，標定計算機將 標定結(jié)果寫入發(fā)動機電控系統(tǒng)的E C U;在測試進行時，標定計算機通過E C U控制發(fā)動機轉(zhuǎn) 速，實現(xiàn)測試自動化。
[000引所述傳感器組包括，所述發(fā)動機飛輪裝有的發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器，所述工作累和轉(zhuǎn) 向累的轉(zhuǎn)動軸上分別裝有的工作累扭矩傳感器和轉(zhuǎn)向累扭矩傳感器;所述液力變矩器與變 速箱的傳動軸上裝有的變速箱扭矩傳感器。
[0009] 本實用新型的有益效果：
[0010] 本實用新型能夠在裝載機在實際作業(yè)工況中，可W根據(jù)伊裝物料的不同液壓累實 際消耗扭矩的大小，確定發(fā)動機對應(yīng)的外特性曲線，使裝載機用柴油機在不同工況下都運 行在低油耗區(qū)，實現(xiàn)發(fā)動機與液力變矩器的合理匹配。
[0011] 如果是電控發(fā)動機并且裝載機具有多模式工作轉(zhuǎn)換設(shè)置，那么外特性曲線標定時 可W根據(jù)伊裝不同物料獨立自動化確定，可W提高發(fā)動機工況適應(yīng)性，在不同作業(yè)工況條 件下都具有更好的動力性和經(jīng)濟性。
【附圖說明】
[0012] 圖1為本實用新型的發(fā)動機外特性標定系統(tǒng)示意圖；
[0013 ]其中，1.發(fā)動機，2.發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器，3.液力變矩器，4.轉(zhuǎn)向累扭矩傳感器，5.轉(zhuǎn) 向累，6.工作累，7.工作累扭矩傳感器，8.驅(qū)動橋，9.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，10.變速箱，11.數(shù)據(jù)處 理系統(tǒng)，12.變速箱扭矩傳感器，13.標定計算機，14. ECU。
[0014]圖2為發(fā)動機與液力變矩器共同工作曲線；
[001引圖中n日為發(fā)動機怠速，m~ri2為發(fā)動機燃油經(jīng)濟區(qū)轉(zhuǎn)速區(qū)間，rw為發(fā)動機最大扭 矩點對應(yīng)的轉(zhuǎn)速，nf為發(fā)動機與液力變矩器共同工作轉(zhuǎn)速，ne為發(fā)動機額定轉(zhuǎn)速;A點為m與 i = 0.5時液力變矩器輸入特性曲線的交點，B為i = 0時液力變矩器輸入特性曲線與nmax的交 點，C為怠速點最大扭矩點，D為i = 0時輸入特性曲線與最大牽引力點對應(yīng)轉(zhuǎn)速的交點。曲線 CM為柴油機外特性曲線，曲線MN為柴油機調(diào)速特性曲線；
[0016] 圖3為某柴油機萬有特性圖；
[0017] 圖4為液力變矩器輸入特性曲線圖；
【具體實施方式】
[0018] 下面結(jié)合附圖與實施例對本實用新型作進一步說明。
[0019] -種裝載機用電控柴油機外特性標定系統(tǒng)，包括：
[0020] 如圖1所示，依次連接的發(fā)動機1、液力變矩器3、變速箱10和驅(qū)動橋6;所述發(fā)動機 1、液力變矩器3、變速箱10和驅(qū)動橋6均通過機械傳動軸依次連接;所述液力變矩器3分別與 裝載機的轉(zhuǎn)向累5和工作累6通過齒輪傳動系連接；
[0021 ]所述發(fā)動機1飛輪裝有發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器2;
[0022] 所述工作累6和轉(zhuǎn)向累5的轉(zhuǎn)動軸上分別裝有工作累扭矩傳感器7和轉(zhuǎn)向累扭矩傳 感器4;
[0023] 所述液力變矩器3與變速箱10的傳動軸上分別裝有變速箱扭矩傳感器12;
[0024] 所述發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器2、工作累扭矩傳感器7、轉(zhuǎn)向累扭矩傳感器4和變速箱扭矩 傳感器12分別將測得的數(shù)據(jù)信號傳遞給數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)9;所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)則尋采集到的參 數(shù)一同傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理系統(tǒng)11;
[0025] 所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)11將數(shù)據(jù)分析結(jié)果傳遞給標定計算機13,由標定計算機13將標 定結(jié)果寫入發(fā)動機電控系統(tǒng)的ECU14。
[0026] 采用所述一種裝載機用電控柴油機外特性標定系統(tǒng)的標定方法，包括W下步驟，
[0027] 步驟(1)，將發(fā)動機與液力變矩器采用全功率匹配方法進行匹配，即發(fā)動機外特性 轉(zhuǎn)矩扣除液壓系統(tǒng)的最小扭矩，得到凈轉(zhuǎn)矩特性曲線，外特性曲線與調(diào)速特性的交點即為 全功率匹配額定工作點。在液力變矩器原始特性擬合曲線附圖3中找出最高效率點i = i*， 過全功率匹配額定工作點做液力變矩器i = i*的負荷拋物線，即可求得液力變矩器的有效 直徑，確定液力變矩器；
[0028] 步驟(2)，通過臺架試驗獲取步驟（1)所確定液力變矩器在i=0和i = 0.5的輸入特 性曲線；
[0029] 步驟(3)，通過發(fā)動機臺架實驗得到發(fā)動機外有特性圖，確定發(fā)動機經(jīng)濟油耗區(qū)轉(zhuǎn) 速區(qū)間(m-n2)，如圖3所示，本應(yīng)用實例中m = 11 SOr/min，ri2 = 1 SOOr/min;
[0030] 步驟(4)，確定特征點A、B、C、D;A點為m與i = 0.5時液力變矩器輸入特性曲線的交 點，B為i =0時液力變矩器輸入特性曲線與nmax的交點，nmax為發(fā)動機最大扭矩點對應(yīng)的轉(zhuǎn) 速，C為怠速點最大扭矩點，D為i = 0時輸入特性曲線與最大牽引力點對應(yīng)轉(zhuǎn)速的交點；
[0031] 步驟(5)，按照國家標準GBT 10170-2010裝載機實驗要求，利用本實用新型所述系 統(tǒng)進行V型作業(yè)循環(huán)實驗，通過分段合并、濾波W及加權(quán)平均方法對每種物料的測試數(shù)據(jù)進 行處理，獲得裝載機液壓累(包括變速油累，轉(zhuǎn)向油累和工作裝置油累)的平均消耗扭矩；
[0032] 步驟(6)，根據(jù)=點約束條件標定發(fā)動機四個特征點外特性，即發(fā)動機轉(zhuǎn)速分別為 no, rw，n2，nf四個特征點對應(yīng)轉(zhuǎn)速下的扭矩值，發(fā)動機外特性扭矩等于各特征點扭矩值加 上伊裝不同物料時消耗的發(fā)動機扭矩W及發(fā)動機附件消耗的扭矩，即：
[0033] T = T j+Tp 皿 p+Tioss (j = A、B、C、D)
[0034] 其中，TiDSS為發(fā)動機附件消耗的扭矩；
[0035] 步驟(7)，將所述步驟(6)得出的特征點外特性和其他必要特征點在外特性圖上依 次連接，即得到對應(yīng)工況下的發(fā)動機外特性曲線。通過標定計算機將發(fā)動機外特性曲線寫 入ECU,完成標定。
[0036] 所述步驟(5)的處理步驟為：
[0037] 步驟(5-1):在標定計算機上設(shè)定A、B、C、D四個特征點的標定轉(zhuǎn)速；
[0038] 步驟(5-2):在每個轉(zhuǎn)速下分別進行石子物料、松散物料、大石塊物料和原±物料 等四種常見物料的V型作業(yè)循環(huán)；
[0039] 步驟(5-3):數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集來自發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器、工作累扭矩傳感器、轉(zhuǎn)向 累扭矩傳感器和變速箱扭矩傳感器的數(shù)據(jù)信號，并傳遞給數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；
[0040] 步驟(5-4):數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對采集到的數(shù)據(jù)信號分別進行數(shù)字濾波處理，從而抑制 引入過程的干擾，最后將處理之后的信號傳遞給標定計算機；
[0041] 步驟(5-5):經(jīng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)處理后的轉(zhuǎn)速信號作為當前轉(zhuǎn)速反饋信號傳遞給計 算機，用W標定計算機確定是否需要對當前轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié);標定計算機將數(shù)據(jù)系統(tǒng)傳遞處 理后的工作累扭矩數(shù)據(jù)、轉(zhuǎn)向累扭矩數(shù)據(jù)和變速箱扭矩數(shù)據(jù)根據(jù)當前發(fā)動機轉(zhuǎn)速進行分類 儲存。
[0042] 所述步驟(2)中，由伊裝過程分析知，伊裝過程占整個循環(huán)過程的1/3,所W循環(huán)作 業(yè)過程主要還是牽引過程。伊裝過程中，車速較低，變矩器變速比基本工作在KO.5的狀態(tài)， 所W匹配過程中選擇i = 0.5時液力變矩器輸入特性曲線。
[0043] 所述步驟(5)中，如果使用機械累，液壓系統(tǒng)消耗的扭矩可W由下述公式求得
[0044]
[0045] AT Ik:巧Kfr物科巧耗的發(fā)動機轉(zhuǎn)矩，N ? m;化:第k種常見物料作業(yè)比例（常見物 料分別為:k = 1，石子物料;k = 2，松散物料;k = 3，大石塊物料;k = 4，原±物料，且
);Tpump : 4種作業(yè)物料加權(quán)平均轉(zhuǎn)矩，N-m。
[0046] 所述步驟(6)中，發(fā)動機其他外特性點扭矩根據(jù)運行特點進行標定。
[0047] 所述步驟(6)中，使用該系統(tǒng)和方法標定的裝載機具有多模式工作轉(zhuǎn)換設(shè)置，外特 性曲線標定時可W根據(jù)伊裝不同物料獨立自動化確定。
[004引伊裝碎石子和松散物料扭矩相接近，可W標定為一條外特性，伊裝大石塊為一條， 伊裝原±為一條。
[0049] 據(jù)此設(shè)定裝載機四中工作轉(zhuǎn)換模式，分別為混合模式，石子松散物料模式，大石塊 模式和原±模式。駕駛員駕駛裝載機時，可W根據(jù)工作物料不同自主選擇工作模式，具有更 好的工況適應(yīng)性，發(fā)動機也會具有更好的動力性和經(jīng)濟性。
[0050] 上述雖然結(jié)合附圖對本實用新型的【具體實施方式】進行了描述，但并非對本實用新 型保護范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本實用新型的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng) 域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本實用新型的保護范 圍W內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種裝載機用電控柴油機外特性標定系統(tǒng)，其特征是，包括通過傳動軸依次連接的 發(fā)動機、液力變矩器、變速箱和驅(qū)動橋，所述液力變矩器分別與裝載機的轉(zhuǎn)向栗和工作栗通 過齒輪傳動系連接； 傳感器組將采集得轉(zhuǎn)速和扭矩信號傳遞給數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將采集到 的參數(shù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行分析，分析結(jié)果將傳遞給標定計算機，標定計算機將標定 結(jié)果寫入發(fā)動機電控系統(tǒng)的ECU;在測試進行時，標定計算機通過ECU控制發(fā)動機轉(zhuǎn)速，實現(xiàn) 測試自動化。2. 如權(quán)利要求1所述一種裝載機用電控柴油機外特性標定系統(tǒng)，其特征是，所述傳感器 組包括，所述發(fā)動機飛輪裝有的發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器，所述工作栗和轉(zhuǎn)向栗的轉(zhuǎn)動軸上分別 裝有的工作栗扭矩傳感器和轉(zhuǎn)向栗扭矩傳感器;所述液力變矩器與變速箱的傳動軸上裝有 的變速箱扭矩傳感器。
【文檔編號】F02D45/00GK205445812SQ201620261202
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月31日
【發(fā)明人】韓奎超, 李培新, 張強, 李孟涵
【申請人】山東大學