液压系统及其功率分配方法和功率分配装置

摘要

本发明提供了一种液压系统及其功率分配方法和功率分配装置。本发明的液压系统的功率分配方法包括获取发动机的目标转速和实际转速；根据目标转速和实际转速的偏差对发动机进行转速敏感控制，以控制发动机转速稳定在目标转速；按照预设的分配方案将与目标转速对应的目标输出功率分配给多个变量泵。应用本发明的技术方案，液压系统根据发动机的工作环境，通过转速敏感控制，保证发动机在工作于最优工作点下，避免“憋车”现象的发生，将发动机最佳输出功率按照预设的分配方案分配给变量泵，在保证液压系统正常工作的情况下，能够具有最优的工作效率和低油耗特性。

说明书

技术领域

本发明涉及工程机械领域，具体而言，涉及一种液压系统及其功率分配方法和功率分配 装置。

背景技术

在液压系统中，发动机是主要的动力源，功率分配装置将发动机的输出功率分配给各个 液压装置，由液压装置驱动动作执行机构。对于多泵多阀的大型液压挖掘机等工程机械，发 动机需要同时为回转系统、冷却系统、先导系统等多个液压系统供给功率。而液压系统的功 率等于该液压系统的压力与该系统液压油的流量乘积，液压系统的压力是由负载所决定的， 液压油由液压泵供给，其流量等于液压泵的排量与转速的乘积。发动机通过变速箱带动各个 液压泵转动，如主泵、回转泵、冷却泵、先导泵等，实现功率的传递。

当工程机械作业时，当所有液压泵的功率之和达到发动机最大理论输出功率时，发动机 容易发生熄火现象，也就是俗称的发动机憋车。憋车影响了发动机的正常运转，严重时甚至 会对发动机产生损坏。因此发动机功率的功率分配问题对于大型工程机械一直是一个难点。

针对现有技术中所有液压泵功率之和可能超过发动机最大输出功率造成发动机憋车的问 题，尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明旨在提供一种液压系统及其功率分配方法和功率分配装置，以解决现有技术中所 有液压泵功率之和可能超过发动机最大输出功率造成发动机憋车的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种液压系统的功率分配方法。

本发明提供的液压系统的功率分配方法，其中的液压系统包括由一个发动机驱动的多个 变量泵，该功率分配方法包括：获取发动机的目标转速和实际转速；根据目标转速和实际转 速的偏差对发动机进行转速敏感控制，以控制发动机转速稳定在目标转速；按照预设的分配 方案将与目标转速对应的目标输出功率分配给多个变量泵。

进一步地，按照预设的分配方案将目标转速对应的目标输出功率分配给多个变量泵包括： 将多个变量泵按照所驱动的执行机构类型分类为优先泵和非优先泵；将发动机的输出功率按 照优先泵的需求功率分配给优先泵；将分配给优先泵后剩余的发动机输出功率分配给非优先 泵。

进一步地，将发动机的输出功率按照优先泵的需求功率分配给优先泵包括：分别获取各 个优先泵的负载压力和流量；根据负载压力和流量分别计算各个优先泵的需求功率，该需求 功率等于负载压力与流量的乘积；按照各个优先泵的需求功率分别向各个优先泵输出功率。

进一步地，按照各个优先泵的需求功率分别向各个优先泵输出功率包括：分别计算与各 个优先泵的需求功率对应的比例阀电流；分别向各个优先泵输出比例阀电流。

进一步地，将分配给优先泵后剩余的发动机输出功率分配给非优先泵包括：计算发动机 向所有优先泵输出功率后剩余的功率；根据液压系统的工况确定各个非优先泵的功率分配比 例；按照功率分配比例将剩余的功率分配给各个非优先泵。

进一步地，根据液压系统的工况确定各个非优先泵的功率分配比例之前还包括：获取液 压系统的控制机构的状态；根据控制机构的状态确定液压系统的工况。

进一步地，按照功率分配比例将剩余的功率分配给各个非优先泵包括：根据功率分配比 例和剩余的功率计算各个非优先泵的分配功率；分别计算与各个非优先泵的分配功率对应的 比例阀电流；分别向各个非优先泵输出比例阀电流。

根据本发明的另一个方面，提供了一种液压系统的功率分配装置。该液压系统的功率分 配装置包括：发动机参数获取模块，用于获取发动机的目标转速和实际转速；发动机转速控 制模块，用于根据目标转速和实际转速的偏差对发动机进行转速敏感控制，以控制发动机转 速稳定在目标转速；变量泵功率分配模块，用于按照预设的分配方案将与目标转速对应的目 标输出功率分配给多个变量泵。

进一步地，变量泵功率分配模块包括：优先级确定子模块，用于将多个变量泵按照所驱 动的执行机构类型分类为优先泵和非优先泵；优先泵功率分配子模块，用于将发动机的输出 功率按照优先泵的需求功率分配给优先泵；非优先泵功率分配子模块，用于将分配给优先泵 后剩余的发动机输出功率分配给非优先泵。

进一步地，该液压系统的功率分配装置还包括功率电流转换模块，用于分别计算与各个 变量泵的需求功率对应的比例阀电流，并向各个变量泵输出相应的比例阀电流。

根据本发明的另一个方面，提供了一种液压系统。该液压系统包括发动机、多个变量泵 和多轴变速箱，其中，多个变量泵由发动机驱动，多轴变速箱用于分别连接发动机和多个变 量泵，进一步地，还包括：功率分配装置，该功率分配装置为上述任一种的功率分配装置。

进一步地，每个变量泵包括压力传感器和流量传感器，功率分配装置与压力传感器和流 量传感器分别连接，还用于获取变量泵的压力和流量，并根据压力和流量计算变量泵的需求 功率。

应用本发明的技术方案，液压系统根据发动机的工作环境，通过转速敏感控制，保证发 动机在工作于最优工作点下，避免“憋车”现象的发生，将发动机最佳输出功率按照预设的分配 方案分配给变量泵，在保证液压系统正常工作的情况下，能够具有最优的工作效率和低油耗 特性。按照发动机的特性分配功率，解决了所有液压泵功率之和超过发动机最大输出功率造 成发动机憋车的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，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是根据本发明实施例的液压系统的示意图；

图2是根据本发明实施例的液压系统的功率分配装置的示意图；

图3是根据本发明实施例的液压系统的功率分配装置的变量泵功率分配模块的示意图；

图4是根据本发明实施例的液压系统的功率分配方法的示意图；

图5是本发明液压系统的功率分配方法的控制流程示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。 下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明实施例提供了一种液压系统，图1是根据本发明实施例的液压系统的示意图，如 图1所示，该液压系统包括发动机11、多个变量泵和多轴变速箱12，其中，多个变量泵由发 动机11驱动，多轴变速箱12用于分别连接发动机11和多个变量泵，除了以上部件外，本发 明实施例的液压系统还增设了：发动机转速敏感控制装置14，用于获取发动机11的目标转速 和实际转速；根据目标转速和实际转速的偏差对发动机11进行转速敏感控制；功率分配装置 15，按照预设的分配方案控制多轴变速箱12将与发动机11目标转速对应的目标输出功率分配 给多个变量泵。

发动机11在其最佳工作点的工作状态下运行，发动机11处于最佳性能，功率转换的效率 最高，而且发动机11运行最稳定，有利于提高发动机11的工作寿命和工作可靠性。在本发明 的实施例的液压系统根据发动机11的工作环境，通过转速敏感控制，保证发动机11在工作于 最优工作点下，避免“憋车”现象的发生，将发动机11最佳输出功率按照预设的分配方案分配 给变量泵，在保证液压系统正常工作的情况下，能够具有最优的工作效率和低油耗特性。按 照发动机11的特性分配功率，解决了所有液压泵功率之和超过发动机11最大输出功率造成发 动机11憋车的问题。

上述发动机转速敏感控制装置14和功率分配装置15可以分别设置，也可以集成在同一 个控制器中，例如集成在工程机械的主控可编程逻辑控制器（PLC）中。

其中，每个变量泵均设置有压力传感器和流量传感器，分别用于测量变量泵的压力p和 流量Q，其中，变量泵的压力p由负载的压力决定，流量Q=q*n，在式中q为该变量泵的排 量，n是该泵的实时转速。功率分配装置15与各个变量泵的压力传感器和流量传感器分别连 接，用于获取变量泵的压力值和流量值，并根据该压力值和流量值计算变量泵的需求功率V， 计算公式为V=p*Q。

本实施例的液压系统中的功率分配装置15和发动机转速敏感控制装置14作为液压系统 的一部分，下面对本发明提供的液压系统的功率分配装置进行详细说明。

图2是根据本发明实施例的液压系统的功率分配装置的示意图，如图2所示，该本发明 实施例的液压系统的功率分配装置包括：发动机参数获取模块21，用于获取发动机的目标转 速和实际转速；发动机转速控制模块23，用于根据目标转速和实际转速的偏差对发动机进行 转速敏感控制，以控制发动机转速稳定在目标转速；变量泵功率分配模块25，用于按照预设 的分配方案将与发动机目标转速对应的目标输出功率分配给多个变量泵。

上述液压系统的功率分配装置利用发动机参数获取模块21和发动机转速控制模块23，根 据发动机的工作特性（油耗、功率、调速率等）确定发动机的目标转速，利用转速敏感控制 根据发动机的实测转速与目标转速的偏差进行转速敏感控制（ESS，Engine Speed Sensing）保 证发动机平稳运行在最佳工作点，使发动机运行在目标转速状态下。然后利用变量泵功率分 配模块25将与发动机目标转速对应的目标输入功率分配给各变量泵，从而发动机的功率不因 负载的突变而导致“憋车”的现象，而且满足了不同变量泵的功率需求。

图3是根据本发明实施例的液压系统的功率分配装置的变量泵功率分配模块的示意图， 变量泵功率分配模块25具体可以包括：优先级确定子模块251，用于将多个变量泵按照所驱 动的执行机构类型分类为优先泵和非优先泵；优先泵功率分配子模块253，用于将发动机的输 出功率按照优先泵的需求功率分配给优先泵；非优先泵功率分配子模块255，用于将分配给优 先泵后剩余的发动机输出功率分配给非优先泵。

一般地，独立回转泵、冷却泵、先导泵等为保证挖掘机正常工作的变排量液压泵可以定 义为优先泵；而主泵、行走泵等为工作装置或某些执行部件提供动力的变排量液压泵可以定 义为非优先泵。优先泵功率需求如果不被满足可能造成挖掘机的损坏或被迫停车，而非优先 泵功率需求如果不被满足可能造成整机性能的降低，但不会对整车造成不可修复性损坏。因 此本实施例利用优先级确定子模块251根据变量泵的工作性质确定其优先级。首先由优先泵 功率分配子模块253满足所有优先泵的功率需求，然后由非优先泵功率分配子模块255对剩 余的功率在非优先泵之间进行分配。

其中，优先泵功率分配子模块253的具体工作流程可以是：分别获取各个优先泵的负载 压力和流量；根据负载压力和流量分别计算各个优先泵的需求功率；按照各个优先泵的需求 功率分别向各个优先泵输出功率。也就是实时计算优先泵的实时功率，进而累加计算出所有 优先泵的总功率。发动机功率首先按照优先泵的功率要求进行分配。向各个优先泵输出功率 的步骤具体为分别计算与各个优先泵的需求功率对应的比例阀电流；分别向各个优先泵输出 比例阀电流。

非优先泵功率分配子模块255的具体工作流程可以是：计算发动机向所有优先泵输出功 率后剩余的功率；根据液压系统的工况确定各个非优先泵的功率分配比例；按照功率分配比 例将剩余的功率分配给各个非优先泵。非优先泵的功率分配方式比较灵活，其中较简单可行 的方案为：根据该变量泵的手柄信号判断目前液压系统的工作状态，然后根据液压系统设计 确定各个非优先泵的功率分配百分比向量。进而得出每个非优先泵应分得的功率。也就是获 取液压系统的控制机构的状态；根据控制机构的状态确液压系统的工况，然后确定各非优先 泵对剩余功率的分配比例。

按照功率分配比例将剩余的功率分配给各个非优先泵的步骤为包括：根据功率分配比例 和剩余的功率计算各个非优先泵的分配功率；分别计算各个与非优先泵的分配功率对应的比 例阀电流；分别向各个非优先泵输出比例阀电流。比例阀电流直接控制了变量泵的流量值， 从而使变量泵的流量大小对应的功率与预先计算得到的需求功率一致。

经过优先泵功率分配子模块253和非优先泵功率分配子模块255的控制，按照优先泵的 负载分配了必要的输出功率，然后将剩余的功率按照比例关系分配各非优先泵，所有变量泵 的功率与发动机在最佳工作点的输出功率相符。保证了整个系统的工作效率。

本发明实施例的液压系统的功率分配装置还可以包括功率电流转换模块。以上将功率转 换为控制电流可以由功率电流转换模块执行。该功率电流转换模块用于计算各个变量泵的需 求功率，分别计算与各个变量泵的需求功率对应的比例阀电流，并分别向各个变量泵输出相 应的比例阀电流。也就是功率电流转换模块根据变排量液压泵的功率换挡功能，将目标的泵 功率转换为比例阀电流进行输出。

本发明实施例还提供了一种液压系统的功率分配方法，该液压系统的功率分配方法可以 通过本发明上述实施例所提供的任一种液压系统的功率分配装置来执行，并且，该液压系统 的功率分配方法可以应用于包括以上控制装置的液压系统，图4是根据本发明实施例的液压 系统的功率分配方法的示意图，该液压系统的功率分配方法包括：

步骤S41，获取发动机的目标转速和实际转速；

步骤S43，根据目标转速和实际转速的偏差对发动机进行转速敏感控制，以控制发动机转 速稳定在目标转速；

步骤S45，按照预设的分配方案将与发动机目标转速对应的目标输出功率分配给多个变量 泵。

其中，步骤S45具体可以包括：

步骤S451，将多个变量泵按照所驱动的执行机构类型分类为优先泵和非优先泵；

步骤S453，将发动机的输出功率按照优先泵的需求功率分配给优先泵；

步骤S455，将分配给优先泵后剩余的发动机输出功率分配给非优先泵。

步骤S453的分配优先泵功率具体可以包括：分别获取各个优先泵的负载压力和流量；根 据负载压力和流量分别计算各个优先泵的需求功率；按照各个优先泵的需求功率分别向各个 优先泵输出功率。其中，按照各个优先泵的需求功率分别向各个优先泵输出功率可以包括： 分别计算与各个优先泵的需求功率对应的比例阀电流；分别向各个优先泵输出比例阀电流；

步骤S455的分配非优先泵功率具体可以包括：计算发动机向所有优先泵输出功率后剩余 的功率；根据液压系统的工况确定各个非优先泵的功率分配比例；按照功率分配比例将剩余 的功率分配给各个非优先泵。其中，根据液压系统的工况确定各个非优先泵的功率分配比例 之前还包括：获取液压系统的控制机构的状态；根据控制机构的状态确定液压系统的工况。 按照功率分配比例将剩余的功率分配给各个非优先泵可以包括：根据功率分配比例和剩余的 功率计算各个非优先泵的分配功率；分别计算与各个非优先泵的分配功率对应的比例阀电流； 分别向各个非优先泵输出比例阀电流。

以下分别对本发明实施例的液压系统的功率分配方法的优先方式进行说明，图5是本发 明液压系统的功率分配方法的控制流程示意图，如图5所示，首先，根据发动机的工作特性 （油耗、功率、调速率等），给出发动机的目标转速。利用ESS控制模块，根据发动机的实测 转速与目标转速的偏差进行转速敏感控制，以保证发动机工作于目标/最优工作点下，同时保 护发动机避免“憋车”。由于发动机的运行均符合其转速-功率曲线，因此发动机在目标/最优工 作点下，发动机的输出功率保持目标功率。从而ESS控制给出发动机当前的目标工作功率。

另一方面，由液压系统自身特性，确定优先泵和非优先泵。一般地，独立回转泵、冷却 泵、先导泵等为保证挖掘机正常工作的变排量液压泵可以定义为优先泵；而主泵、行走泵等 为工作装置或某些执行部件提供动力的变排量液压泵可以定义为非优先泵。优先泵功率需求 如果不被满足可能造成挖掘机的损坏或被迫停车，而非优先泵功率需求如果不被满足可能造 成整机性能的降低，但不会对整车造成不可修复性损坏。

本发明的主要目的，是稳定发动机的工作点于目标工作点，保证发动机高效节能的工作。 另一方面，满足所有优先泵的功率需求，最后，根据发动机的目标功率和优先泵的功率需求 为非优先泵进行功率分配。从而保证系统的在正常工作的情况下能够具有最优的工作效率和 低油耗特性。

优先泵功率计算，根据各个优先泵的实时负载压力和流量/排量，根据公式V=p*Q（其中 V为某个泵的功率，p为其负载压力，Q=q*n为其流量，q为该泵的排量，n为该泵的实时转 速），计算它们的实时功率。进而计算出所有优先泵的总功率。

非优先泵功率分配，主要对非优先泵进行功率分配。其功率分配方式很多，其中较简单 可行的方案为：根据手柄信号判断目前挖掘机的工作状态，然后根据液压系统设计确定各个 非优先泵的功率分配百分比向量。进而得出每个非优先泵应分得的功率。

功率电流转换模块，是根据变排量液压泵的功率换挡功能，将目标的泵功率转换为比例 阀电流进行输出。

利用该功率分配方法的优先方式进行功率分配，优先保证优先泵的功率需求，以保证整 机的正常工作。基于优先泵实时功率计算对非优先泵进行功率分配，可以最大限度的利用发 动机功率，从而保证工作效率。由于引入非优先泵的功率分配模块，使得系统可以根据具体 工况对非优先泵进行实时智能功率分配，保证了功率分配的最优。置入ESS模块，保证了挖 掘机工作中，发动机始终工作于希望工作点附近，达到节油目的，而且ESS模块避免在负载 瞬间过大时，发动机掉速过多导致“憋车”，达到了保护发动机的目的。

应用本发明的技术方案，液压系统根据发动机的工作环境，通过转速敏感控制，保证发 动机在工作于最优工作点下，避免“憋车”现象的发生，将发动机最佳输出功率按照预设的分配 方案分配给变量泵，在保证液压系统正常工作的情况下，能够具有最优的工作效率和低油耗 特性。按照发动机的特性分配功率，解决了所有液压泵功率之和超过发动机最大输出功率造 成发动机憋车的问题。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算 装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上， 可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置 中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块 或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员 来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等 同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。