作业机械的液压系统、控制方法以及作业机械与流程

1.本发明涉及液压控制技术领域，尤其涉及一种作业机械的液压系统、控制方法以及作业机械。


背景技术：

2.汽车起重机定量泵合流液压系统由多联齿轮泵、控制阀组、负载组成，通过多联齿轮泵的合流提高主机的运行速度。对于以电机作为动力源，转速/扭矩均可调整，系统针对传统发动机系统，并不适用于电动系统。作业负载较大时，由于受到电机功率限制，电机扭矩增加转速下降，此时主回路液压油流速会降低。
3.有鉴于此，需要设计一种液压控制系统，以克服或缓解上述缺陷。


技术实现要素：

4.本发明提供一种作业机械的液压系统、控制方法以及作业机械，用以解决现有技术中大负载工况下液压流速降低的缺陷，实现功率与阀门开度的自适应控制。
5.本发明提供一种作业机械的液压系统控制方法，包括：
6.获取电机功率信息；
7.基于所述电机功率信息，调整动作支路的开度调节阀的开度值。
8.根据本发明提供的一种作业机械的液压系统控制方法，所述基于所述电机功率信息调整动作支路的开度调节阀的开度值的步骤，具体包括：在电机功率值大于第一运行阀值的情况下，降低所述开度调节阀的开度值。
9.根据本发明提供的一种作业机械的液压系统控制方法，所述在电机功率值大于第一运行阈值的情况下降低所述开度调节阀的开度的步骤中，具体包括：降低包含有多条动作支路的主回路的开度调节阀的开度值。
10.根据本发明提供的一种作业机械的液压系统控制方法，所述降低包含有多条动作支路的主回路的开度调节阀的开度的步骤，具体包括：依据优先级别，依次降低所述动作支路的开度，当其中之一动作支路的开度处于变化过程中时，保持其余所述动作支路的开度值不变。
11.根据本发明提供的一种作业机械的液压系统控制方法，所述依据优先级别，依次降低所述动作支路的开度的步骤，具体包括：优先降低所述优先级别相对高的所述动作支路的开度。
12.根据本发明提供的一种作业机械的液压系统控制方法，所述动作支路的优先级别可调。
13.根据本发明提供的一种作业机械的液压系统控制方法，所述基于所述电机功率信息调整动作支路的开度调节阀的开度值的步骤，具体还包括：在电机功率值小于第二运行阀值的情况下，增大所述开度调节阀的开度值。
14.根据本发明提供的一种作业机械的液压系统控制方法，所述电机功率信息包括电
机设定功率值和电机实时功率值。
15.本发明还提供一种作业机械的液压系统，包括：
16.信息采集模块，用于采集电机功率信息；
17.发送模块，用于基于所述电机功率信息发送控制指令，所述控制指令用于控制动作支路的开度调节阀；
18.接收模块，所述接收模块用于接收所述控制指令。
19.本发明还提供一种作业机械，包括：
20.液压油泵；
21.驱动电机，连接于所述液压油泵，以为所述液压油泵提供动力；
22.电机控制器，用于获取所述驱动电机的功率信息；
23.多条并联的动作支路，每条所述动作支路均连接于所述液压油泵，每条所述动作支路上均设有开度调节阀；
24.整车控制器，电连接于所述电机控制器和所述开度调节阀，用于获取所述功率信息，基于所述功率信息调整所述开度调节阀的开度值。
25.根据本发明实施例的作业机械的液压系统控制方法，调整动作支路的开度调节阀的开度值，可以防止液压流速降低过快，为防止驱动电机过载提供保护策略，保证作业效率。此外，对于作业电动化车辆，操作员可以根据作业现场功能情况选择作业的功率区间，保证了不同供能场地作业的正常进行，而且使电机运行功率与比阀体开度保持在最佳运行区间，还可以提高能量利用率。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1是本发明提供的作业机械的液压系统的局部结构示意图；
28.图2是本发明提供的作业机械的液压系统的局部结构示意图；
29.图3是pid控制方法的示意图；
30.图4是图3中的驱动电机的功率值与阀体开度之间的高效作业曲线图；
31.图5本发明提供的作业机械的液压系统的控制方法流程图；
32.图6本发明提供的作业机械的液压系统的控制方法流程图；
33.图7本发明提供的作业机械的液压系统的组合动作的控制方法流程图；
34.附图标记：
35.1：外部电源；2：电机控制器；3：驱动电机；
36.4：液压油泵；5：主回路电比例阀；6：集成液压阀；
37.7：支路电比例阀8：油泵马达；9：人机交互组件；
38.10：整车控制器；11：动作支路；12：信息采集模块；
39.13：比例调节器；14：微分调节器；15：积分调节器；
40.16：执行器比例阀；a:第一执行动作；b:第二执行动作；
41.c:第三执行动作；d:第四执行动作。
具体实施方式
42.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
43.下面结合图1至图7描述本发明第一方面实施例的作业机械的液压系统控制方法。需要说明的是，作业机械可以为塔式起重机、轮式起重机、履带式起重机、卷扬机、施工升降机、高空作业机械等工程机械，作业机械的执行端可以通过液压系统执行不同的动作。此外，还需要说明的是，作业机械将电机作为动力源，电机通过外部电网供电(也即外部电源)。
44.结合图5所示，液压系统控制方法包括：
45.s10：获取电机功率信息；
46.s20：基于电机功率信息，调整动作支路的开度调节阀的开度值。
47.需要说明的是，作业机械处于作业状态时，其作业负载越大，所需要的电机功率就越大。在步骤s10中，可以通过监测驱动电机的功率，判断作业负载情况。这里，驱动电机的功率信息可以包括电机设定功率值和电机实时功率值。例如，电机设定功率可以为驱动电机的额定功率，也可以为外部电源所能承载的驱动电机的最大功率。
48.此外，还需要说明的是，“电机功率信息”也可以做广义理解，也即其还可以理解为由作业机械的其他参数信息推导确定的信息参数，例如，电机转速、扭矩、踏板开度、传感器等。
49.当作业负载较大时，由于受电机额定功率限制，驱动电机扭矩增加，转速下降，此时作业回路液压油流速会降低。为避免这种情况，根据本发明实施例的作业机械的液压系统控制方法，调整动作支路的开度调节阀的开度值，可以防止液压流速降低过快，为防止驱动电机过载提供保护策略，保证作业效率。此外，对于作业电动化车辆，操作员可以根据作业现场功能情况选择作业的功率区间，保证了不同供能场地作业的正常进行，而且使电机运行功率与比阀体开度保持在最佳运行区间，还可以提高能量利用率。
50.结合图5所示，在一些实施例中，步骤s20具体包括：
51.s20.1：在电机功率值大于第一运行阀值的情况下，降低开度调节阀的开度值。
52.可以理解的是，当作业机械的作业负载较大时，由于受电机功率限制，驱动电机扭矩增加转速下降，此时作业回路液压油流速会降低。为避免这种情况，当电机功率p达到运行第一运行阀值p1时，也即当p＞p1时，降低开度调节阀的开度值至m1，由此可以防止因作业回路流速降低而影响作业效率。这里需要说明的是，用于确定第一运行阈值p1的因素可以包括电机的额定功率和外部电源的承载能力。例如，驱动电机的额定功率为p’，外部电源能够承载的驱动电机正常运行的最大功率为p”，p1取p”和p’中的最小值，例如当p”＜p’时，p1＝p”；当p”＞p’时，p1＝p’。
53.此外，需要说明的是，在电机功率p等于第一运行阀值p1的情况下，可以降低开度调节阀的开度值，也可以对开度调节阀的开度值不做调整。
54.在该实施例中，电机功率过大时，可以降低作业回路比例阀开度，提高流速保证作业效率，为驱动电机提供过载的保护策略，防止电机过载，同时通过对作业回路的流速调节，也可以保证作业正常进行。
55.结合图7所示，在一些实施例中，由于作业机械需要执行多个相同或不同的动作，对应每个执行动作均具有一条动作支路，在对应的动作支路的控制下，作业机械执行相应的执行动作。也就是说，作业机械的液压系统作业回路可以包括主回路，主回路包括多条并联的动作支路，任意两条动作支路均具有不同的优先级别。
56.在一些实施例中，每条动作支路的优先级别可以调整。这里，需要说明的是，每条动作支路的优先级别可以为出厂默认级别，也可以根据操作规范或操作习惯调整。由此，便于对液压系统进行控制。
57.主回路上设有用于调节主回路液压油流量的开度调节阀，每条动作支路上也均设有用于调节该动作支路的液压油流量的开度调节阀。结合图7所示，步骤s20.1具体包括：降低包含有多条动作支路的主回路的开度调节阀的开度值。
58.结合图7所示，步骤s20.1具体包括：在电机功率值大于第一运行阈值的情况下降低包含有多条动作支路的开度调节阀的开度的步骤中，具体包括：依据优先级别，依次降低动作支路的开度，当其中之一动作支路的开度处于变化过程中时，保持其余所述动作支路的开度值不变。需要说明的是，多条动作支路中，先降低优先级别最高的动作支路的开度值。这样，优先级别最高的动作支路的流速将会增加，作业机械可以先完成优先级别高的动作。此外，当其中之一动作支路的开度处于变化过程中时，保持其余所述动作支路的开度值不变。由此，可以有效地防止主回路流速降低，进而可以提升作业效率。
59.进一步地，所述依据优先级别，依次降低所述动作支路的开度的步骤，具体包括：优先降低优先级别相对高的动作支路的开度。例如，基于优先级别最高的动作支路完成动作后，降低优先级别次之的动作支路开度值。换言之，先降低优先级别最高的动作支路的开度，待优先级别最高的支路动作完成后，再降低优先级别次之的动作支路的开度。需要说明的是，依据优先级别对动作支路进行组合，并按照优先级别进行调整相关作业的开度调节阀的开度值，由此可以提升组合动作的作业效率，特别是可以提升大负载的组合动作的流畅度。
60.结合图5所示，在一些实施例中，步骤s20具体包括：
61.s20.2：在电机功率值小于第二运行阀值的情况下，增大开度调节阀的开度值。
62.当电机功率下降到运行第二运行阀值p2时，也即当p＜p2时，通增大开度调节阀的开度至m2，提高作业回路液压油流量，使电机运行功率与比阀体开度保持在最佳运行区间，保证作业机械的正常进行，提高能量利用率。在一些实施例中，第一运行阀值大于第二运行阀值。
63.需要说明的是，不同型号的电机，其具有不同的最佳工作功率区间，根据电机性能的参数可以制定不同的液压系统运行策略。结合电机的实际功率与理想功率之间的差别，调整调节阀的开度值，使作业回路的液压油流量保持在最佳范围内，由此可以提升能量利用率。
64.此外，需要说明的是，在电机功率p等于第二运行阀值p2的情况下，可以增大开度调节阀的开度值，也可以对开度调节阀的开度值不做调整。
65.进一步地，对于作业电动化车辆，外部电源的电压也有可能成为限制电机最大工作功率的因素。因此，操作员可以根据作业现场功能情况选择作业的功率区间，由此可以保证不同供能场地作业的正常进行。也就是说，根据本发明实施例的作业机械的液压系统控制方法，具有自适应调节液压系统调节策略，从而可以使电机运行功率与比阀体开度保持在最佳运行区间，保证作业机械的正常进行。
66.在一些实施例中，电机功率信息可以包括电机设定功率值和电机实时功率值，电机设定功率可以为根据电机自身型号参数、以及外部电源的承载能力设定的功率值，例如，电机的额定功率、第一运行阀值或第二运行阀值等；电机实时功率可以指：当电机处于工作状态时，在任意时间点处，电机的实际工作功率值。
67.根据本发明第二方面实施例的作业机械的液压系统，包括：
68.信息采集模块，用于采集电机功率信息；
69.发送模块，基于所述信息采集模块采集到的信息发送控制指令，控制指令用于控制动作支路的开度调节阀；
70.接收模块，接收模块用于接收控制指令。
71.需要说明的是，电机功率信息包括电机设定功率值和电机实时功率值。信息采集模块接收到信息采集模块采集的电机功率信息后，发送相应的控制指令。接收模块接收到控制指令后，基于控制指令，动调整作支路的开度调节阀的开度，使开度调节阀调整到对应的开度。由此，可以使动作支路上的液压油量保持在较优的区间内，以满足作业机械的动作需求。
72.此外，不同型号的电机具有不同的最佳工作功率区间，根据电机性能的参数可以制定不同的液压系统运行策略。结合电机的实际功率与理想功率之间的差别，调整调节阀的开度值，使动作支路的液压油流量保持在最佳范围内，由此可以提升能量利用率。
73.进一步地，对于作业电动化车辆，外部电源的电压也有可能成为限制电机最大工作功率的因素。因此，操作员可以根据作业现场功能情况选择作业的功率区间，由此可以保证不同供能场地作业的正常进行。
74.根据本发明实施例的作业机械的液压系统，调整动作支路的开度调节阀的开度值，可以防止液压流速降低过快，为防止电机过载提供保护策略，保证作业效率。此外，对于作业电动化车辆，操作员可以根据作业现场功能情况选择作业的功率区间，保证了不同供能场地作业的正常进行，而且使电机运行功率与比阀体开度保持在最佳运行区间，还可以提高能量利用率。
75.如图1、图2所示，根据本发明第三方面实施例的作业机械，包括：液压油泵4、驱动电机3、电机控制器2、整车控制器10和多条并联的动作支路11。
76.具体而言，驱动电机3连接于液压油泵4，以为液压油泵4提供动力。电机控制器2用于获取驱动电机3的功率信息。需要说明的是，电机控制器2不但可以作为检测电机功率的装置，而且还可以控制电机启动或关停。每条动作支路11均连接于液压油泵4。需要说明的是，这里的“连接”可以理解为机械结构的连接，也可以理解为流通路径的连通，其可以为直接连接，也可以为通过中间结构相连的间接连接。每条动作支路11上均设有开度调节阀，动作支路11上对应的开度调节阀可以用于调节该动作支路11上的液压油流量或流速。
77.进一步地，作业机械的液压系统可以包括主回路，主回路包括多条并联的动作支
路11。整车控制器10电连接于电机控制器2和开度调节阀，用于获取功率信息，基于功率信息调整开度调节阀的开度值。
78.根据本发明实施例的作业机械，调整动作支路11的开度调节阀的开度值，可以防止液压流速降低过快，为防止驱动电机3的过载提供保护策略，保证作业效率。此外，对于作业电动化车辆，操作员可以根据作业现场功能情况选择作业的功率区间，保证了不同供能场地作业的正常进行，而且使电机运行功率与比阀体开度保持在最佳运行区间，还可以提高能量利用率。
79.为方便理解，下面参照图1
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图7详细描述根据本发明实施例的作业机械。值得理解的是，下述描述仅是示例性说明，而不是对本发明的具体限制。
80.如图1、图2所示，作业机械将电机作为动力源，外部电网(也即外部电源1)可以为电机供电。作业机械包括：主回路电比例阀5、集成液压阀6、支路电比例阀7、油泵马达8、人机交互组件9、液压油泵4、驱动电机3、电机控制器2和整车控制器10。
81.具体地，整车控制器10与主回路电比例阀5、支路电比例阀7均电连接，整车控制器10可以控制上述阀体的开度，进而可以调整流路内液压油流量或流速。人机交互组件9可以与整车控制器10通讯连接，这样操作员可以通过人机交互组件9向整车控制器10传达指令，整车控制器10可以根据指令控制主回路电比例阀5、支路电比例阀7的开度。整车控制器10还可以与信息采集模块12电连接，信息采集模块12用于收集驱动电机3等部件的信息，信息采集模块12可以将其收集到的信息传递给整车控制器10。
82.结合图1所示，外部电源1与电机控制器2电连接，以为电机控制器2供电，电机控制器2与整车控制器10通讯连接，这样整车控制器10不但可以向电机控制器2发出控制指令，而且电机控制器2的也可以将驱动电机3的工作状态信息反馈给整车控制器10。如图1所示，电机控制器2、驱动电机3、液压油泵4依次电连接，这样可以利用电极控制器控制驱动电机3的工作状态，驱动电机3可以驱动液压油泵4工作，进而可以控制流路内液压油的流量和流速。
83.如图2所示，主回路包括多条并联的动作支路11，其中，主回路电比例阀5用于控制主回路的液压油流量或流速。支路电比例阀7为多个，每条动作支路11均对应设有一个支路电比例阀7，用以控制对应动作支路11的液压油流量或流速。此外，每条动作支路11上还设有油泵马达8，用以为液压油流动提供动力。进一步地，液压油泵4设置在主回路上，从而可以为主回路供油，主回路内液压油可以通过集成液压阀6流向各个动作支路11。
84.如图2所示，主回路包括三条动作支路11，三条动作支路11分别对应第一执行动作a、第二执行动作b、第三执行动作c。其中，第一执行动作a所在的动作支路11的优先级最高，第二执行动作b所在的动作支路11的优先级别次之，第三执行动作c所在的动作支路11的优先级最低。这里，还需要说明的是，多条动作支路11中的一条还可以为空调支路，空调支路对应的执行动作为第四执行动作d，第四执行动作d可以包括控制空调启动、关闭或怠速运行。
85.下面描述根据本发明实施例的作业机械的液压系统控制方法：
86.当作业机械正常工作时，整车控制器根据空调支路以及三条动作支路的负载需求调整对应支路的阀体开度。需要说明的是，这里可以根据pid控制方法调整阀体的开度。pid控制，也可以称为比例积分微分控制，根据给定值和实际输出值构成控制偏差，将偏差按比
例、积分和微分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。也就是说，参见图3所示，通过实际功率与最佳功率之间的差值通过比例调节器13、积分调节器15、微分调节器14、执行器比例阀16的得到阀门调整值，阀门调整后的功率在此作用于阀门开度调整，实现功率与阀门开度的自适应控制。同理，各支路阀体的开度也可按照该方法进行开度调整。这里，pid控制为本领域公知的控制方法，这里不再赘述。
87.具体地，参见图4，图4为驱动电机的功率值与阀体开度之间的高效作业曲线。根据图4中的曲线，可以对阀体的开度进行实时调控。其中，比例阀开度为m＝f(p)，p为驱动电机工作时的功率。驱动电机工作时最佳的功率范围为p2
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p1，如图4所示。
88.可以理解的是，驱动电机具有第一运行阀值p1和第二运行阀值p2，其中，当驱动电机的功率位于第二运行阀值p2和第一运行阀值之间p1时，驱动电机处于较佳的工作状态。具体地，第一运行阀值p1对应的主回路电比例阀的开度为m1，第二运行阀值p2对应的主回路电比例阀的开度为m2。
89.这里，还需要说明的是，第一运行阀值p1可以理解为驱动电机的最高承载功率，驱动电机的最高承载功率受到至少两方面的制约：其一，驱动电机自身的额定功率；其二，作业机械所在的工作环境中外部电源的承载能力，比如外部电源能够为驱动电机提供的最大工作电压。第一运行阀值p1为驱动电机工作时最佳的功率范围的最高取值处的临界值，第二运行阀值p2可以理解为驱动电机工作时最佳的功率范围的最低处临界值。
90.例如，驱动电机的额定功率为p’，外部电源能够承载的电机运行的最大功率为p”，驱动电机工作时的功率p1取p”和p’中的最小值，当p”＜p’时，p1＝p”；当p”＞p’时，p1＝p’。
91.结合图6，当电机功率p达到运行第一运行阀值p1、主回路电比例阀的开度为m1时，此时作业机械处于大负载的工况条件，降低主回路电比例阀的开度值，并使电机功率p调整在小于p1且大于p2的范围内。由于降低了主回路电比例阀的开度值，主回路内液压油的流速将会增大，保证作业效率，同时也为防止驱动电机过载提供了一种保护策略。
92.结合图6，当电机功率p小于第二运行阀值p2的情况下，增大开度调节阀的开度值。提高作业回路液压油流量，使电机运行功率与比阀体开度保持在最佳运行区间，保证作业机械的正常进行，提高能量利用率。
93.一方面，可以依据驱动电机的最佳工作功率区间，通过人机交互组件设置动力源功率可调的液压系统运行策略。另一方面，对于作业电动化车辆，操作员可以根据作业现场功能情况(比如外部电源的最大电压)选择作业的电机功率区间，保证了不同供能场地作业的正常进行。此外，依据主回路比例阀当前开度下的理想功率与实际功率差别，可以提供一种功率
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阀门开度的自适应调节策略，并使驱动电机运行的实时功率与比例阀开度保持在最佳运行区间，由此可以提高能量利用率。
94.进一步地，作业机械的作业任务需要多个执行动作组合时，各动作支路均有液压油的流速需求。基于前边所述的主回路中比例阀开度调整后，组合动作情况下各回路所受负载并不相同且负载较大时可能存在动作迟缓的现象。因此依据在整车控制器接收到各动作支路所受负载情况下，依据动作优先级调整各支路比例阀开度，以提升作业效率。
95.结合图7，以第一执行动作a和第二执行动作b的组合动作为例，第一执行动作a的优先级高于第二执行动作b的优先级，且空调支路处于打开的状态。第一执行动作a所在的动作支路的阀体的开度、第二执行动作b所在的动作支路的阀体的开度均处于默认值。
96.在驱动电机的功率满足当前作业效率需求的情况下，整车控制器根据第一执行动作a和第二执行动作b的负载需求，将对应的动作支路的阀体开度均调节至最佳开度m3。这里需要说明的是，不同的动作支路其最佳开度m3可以有不同的取值。
97.在驱动电机的功率不满足组合动作效率的情况下，整车控制器依据执行动作的优先级，减小优先级较高动作支路的阀体开度，并使阀体开度调节到最优开度值m4，同时调整空调支路，使空调处于怠速运行状态，优先保证优先级别高的动作先完成动作。在此过程中，其他动作支路动作并不停止。
98.待优先级最高支路动作完成时，则递次减小将第二优先级的阀体开度调节至最优开度值m4，直至组合动作完成，比例阀恢复默认值。需要说明的是，在按照优先级别调整动作支路的开度时，不同的动作支路的最优开度值m4可以相同，也可以不同。
99.由此，依据组合动作优先顺序，调整相关支路比例阀开度的提升组合动作作业效率的策略，保证了组合动作的运行效率，特别是大负载的组合动作的流畅度。
100.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。