电液控制方法、系统及工程机械与流程

1.本发明涉及工程机械技术领域，尤其涉及一种电液控制方法、系统及工程机械。


背景技术：

2.现今的纯电驱动工程机械，一般做法就是简单地将柴油发动机替换为动力电机，对电机的调速方式也基本都是简单地模拟发动机的分工况按档位调速，使得电机的优良调速性和强过载能力均不能充分发挥。
3.同时，目前靠电机驱动液压泵动作的工程机械大都采用定转速控制策略，这使得工程机械在工作中既不能发挥出电动机快速响应的优势，又不能通过变转速降低功率，因此，难以实现动力源-液压泵-负载的全局功率匹配，无法从根源上提高能源利用率。


技术实现要素：

4.本发明提供一种电液控制方法、系统及工程机械，用以解决现有技术中对驱动液压泵动作的电机实行分工况按档位调速，所造成的电机优势不能发挥，且浪费动力源的缺陷，实现基于液压泵的流量需求对电机转速的调整，使电机处于合理工作区间，降低能耗，达到节能的效果。
5.本发明提供一种电液控制方法，包括：
6.获取液压泵的排量和电机的转速；
7.基于所述排量和所述转速，得到所述液压泵的流量需求量；
8.判断所述流量需求量是否小于所述液压泵的最大流量；
9.若是，则基于预设的对应关系，得到与所述流量需求量匹配的电机设定转速，并基于所述电机设定转速控制所述电机的转速。
10.根据本发明所述的电液控制方法，所述基于预设的对应关系，得到与所述流量需求量匹配的电机设定转速，并基于所述电机设定转速控制所述电机的转速，包括：
11.基于所述流量需求量落入的所述对应关系中的泵流量区间，得到与所述流量需求量所在的泵流量区间所对应的电机设定转速，并基于所述电机设定转速控制所述电机的转速。
12.根据本发明所述的电液控制方法，所述泵流量区间根据所述电机在不同转速下的实测效率进行划分。
13.根据本发明所述的电液控制方法，所述基于预设的对应关系，得到与所述流量需求量匹配的电机设定转速，并基于所述电机设定转速控制所述电机的转速，还包括：
14.判断所述电机的转速是否小于预设的电机转速阈值；
15.若是，则基于所述流量需求量落入的所述泵流量区间，由所述电机设定转速和泵流量区间的对应关系，得到与所述流量需求量所在的泵流量区间所对应的电机设定转速；
16.基于得到的所述电机设定转速控制所述电机的转速，并保持所述液压泵的排量不变；
17.若否，则基于所述流量需求量落入的所述泵流量区间，由所述电机设定转速和泵流量区间，以及泵排量的对应关系，得到与所述流量需求量所在的泵流量区间所对应的电机设定转速和泵排量；
18.基于得到的所述电机设定转速和所述泵排量，分别控制所述电机的转速和所述液压泵的排量。
19.本发明还提供一种电液控制系统，包括：
20.获取模块，用于获取液压泵的排量和电机的转速；
21.分析模块，用于基于所述排量和所述转速，得到所述液压泵的流量需求量；
22.判断模块，用于判断所述流量需求量是否小于所述液压泵的最大流量；
23.处理模块，用于在所述流量需求量小于所述液压泵的最大流量时，基于预设的对应关系，得到与所述流量需求量匹配的电机设定转速，并基于所述电机设定转速控制所述电机的转速。
24.根据本发明所述的电液控制系统，所述判断模块还用于判断所述电机的转速是否小于预设的电机转速阈值；
25.所述处理模块还用于在所述电机的转速大于所述电机转速阈值时，基于所述流量需求量落入的所述泵流量区间，由所述电机设定转速和泵流量区间，以及泵排量的对应关系，得到与所述流量需求量所在的泵流量区间所对应的电机设定转速和泵排量，并基于得到的所述电机设定转速和所述泵排量，分别控制所述电机的转速和所述液压泵的排量。
26.根据本发明所述的电液控制系统，还包括：
27.协调模块，用于协调所述电机和所述液压泵的排量的变化速率。
28.本发明还提供一种工程机械，包括液压泵和用于驱动所述液压泵的电机，还包括如上述任一种所述的电液控制系统。
29.根据本发明所述的工程机械，所述工程机械为电动挖掘机。
30.本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行时实现如上述任一种所述电液控制方法的步骤。
31.本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述电液控制方法的步骤。
32.本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述电液控制方法的步骤。
33.本发明提供的一种电液控制方法、系统及工程机械，通过获取的液压泵的排量和电机的转速，得到液压泵的流量需求量，然后在所述液压泵的流量需求量小于液压泵的最大流量时，基于预设的电机设定转速和泵流量的对应关系，就能根据所述液压泵的流量需求量得到匹配于所述流量需求量的电机转速，基于适配于所述液压泵的流量需求量的电机转速控制电机的转速，使得电机在合理的转速下工作，避免了基于档位固定电机转速的控制策略所造成的动力源浪费，达到了节能的效果。
34.通过基于液压泵的流量需求量调整电机的转速，使得电机转速与实际需求相匹配，充分发挥了电机的快速响应优势。
附图说明
35.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。
36.图1是本发明提供的一种电液控制方法的流程示意图之一；
37.图2是本发明提供的一种电液控制方法的流程示意图之二；
38.图3是本发明提供的一种电液控制系统的结构示意图；
39.图4是本发明提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
40.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。
41.下面结合图1和图2描述本发明的一种电液控制方法，所述方法通过电液控制装置或者其中软件和/或硬件的组合执行，如图1所示，所述电液控制方法包括以下步骤：
42.101、获取液压泵的排量和电机的转速；
43.需要说明的是，电液控制是指在液压传动与控制中，能够接受模拟式或数字式信号，使输出的流量或压力受到控制的一种控制方法。
44.液压泵的排量是指泵轴转一周所排出油液的体积，常用v表示，单位为ml/r。液压泵的排量取决于液压泵密封腔的几何尺寸，不同的泵，因参数不同，所以排量也不一样。
45.电机的转速也是电机的额定转速。是指在额定功率下电机的转速。也即满载时的电机转速，故又叫做满载转速，单位为“转/分”，当基于电机驱动液压泵时，电机的转速决定了液压泵的转速。
46.具体地，在步骤101中，液压泵处于某一排量，以及电机以某一转速转动，将决定液压泵所输出的流量，而这一流量决定了外部负载的能力。
47.更具体地，以电动挖掘机为例，在手柄位于某一位置时，对应于该电动挖掘机的液压泵的排量将调整至某一特定值，而油门旋钮旋至某一档位时，也对应于电机的转速将位于某一特定值。
48.102、基于所述排量和所述转速，得到所述液压泵的流量需求量；
49.需要说明的是，液压泵的流量是指液压泵在单位时间内输出油液的体积，常用qt表示，单位为l/min(升/分)。液压泵的排量和流量之间的关系大致为：qt＝nv；其中，n为液压泵的转速(r/min)；v为液压泵的排量。
50.具体地，在步骤102中，为电机驱动液压泵的电液控制，因而电机的转速决定了液压泵的转速，基于此，基于所述排量和所述转速，能够得到所述液压泵的流量需求量。
51.103、判断所述流量需求量是否小于所述液压泵的最大流量；若是，则进入步骤104。
52.具体地，当流量需求量已经达到所述液压泵的最大流量，即所获取的液压泵的排
量已达到了所述液压泵的最大排量，所述电机转速已达到了所述电机的最高转速时，再对电机转速进行调整只能是降低电机转速，而当转速降低时，液压泵所需要的流量则不会得到满足，从而影响正常工作，所以在本发明所述实施例中，加入了对得到的流量需求量的判断机制，以提高对电机转速调整的效率。
53.可以理解的是，所述电液控制方法在判断所述流量需求量不小于所述液压泵的最大流量时，还应该包括步骤105，即105、保持液压泵的排量和电机的转速不变。
54.104、基于预设的对应关系，得到与所述流量需求量匹配的电机设定转速，并基于所述电机设定转速控制所述电机的转速。
55.需要说明的是，液压泵以及电机在出厂前均会做出检测和测试，例如：泵或电机的特性参数，因而基于对液压泵以及电机的测试数据，能够得到所述液压泵以及电机的高效工作区间，基于这些数据，能够预设电机转速和泵流量的对应关系，进而使得对应关系中设置的电机设定转速在所述电机的合理高效区间内。
56.具体地，在步骤104中，基于预设的对应关系，例如以表格的形式表示，在得到所述流量需求量后，通过查表得到与所述流量需求量匹配的电机设定转速，能够满足电机在合理高效区间的工作，进而在基于得到的电机设定转速控制电机转速时，既能满足液压泵的流量需求，还能通过变转速来达到节能的效果。
57.更具体地，利用电机响应快的特性，电机根据负载大小(流量需求量)的变化进行无档位的自我调节，有效降低了基于本发明实施例所述的电液控制方法进行工程机械操作的复杂性。
58.作为本发明的一种实施例，所述基于预设的对应关系，得到与所述流量需求量匹配的电机设定转速，并基于所述电机设定转速控制所述电机的转速，包括：
59.基于所述流量需求量落入的所述对应关系中的泵流量区间，得到与所述流量需求量所在的泵流量区间所对应的电机设定转速，并基于所述电机设定转速控制所述电机的转速。
60.需要说明的是，现有的将电机按档位固定转速的控制策略，虽然不能充分发挥电机响应速度快的特性，且容易造成动力源的浪费，但是电机转速的变化频率较低，又有利于能耗的降低。
61.基于此，在本发明的上述实施例中，将对应关系中各电机设定转速设置为对应不同的泵流量区间，即按照泵流量区间将对应关系中电机设定转速和泵流量的对应关系划分为多个区间块，然后在一个特定的区间块内，电机转速保持在一个固定值，进而使得得到的不同的流量需求量只要是落入某个区间块内时，得到的电机设定转速均为一个相同的对应值，从而不仅保证了电机转速和泵流量的匹配性，还能有效防止因电机转速频繁变化所造成的额外能耗，以及影响操控性，同时降低了电液控制装置的运算负载，即提高了运算效率。
62.作为本发明的一种实施例，所述泵流量区间根据所述电机在不同转速下的实测效率进行划分。
63.具体地，根据电机在不同转速下的实测效率，通过将效率变化不大的区间作为一个区间块，在该区间块内，电机转速保持不变，使得该泵流量区间对应的电机设定转速既能满足液压泵的流量需求，又避免了电机转速频繁变化。
64.作为本发明的一种实施例，所述基于预设的对应关系，得到与所述流量需求量匹配的电机设定转速，并基于所述电机设定转速控制所述电机的转速，还包括：
65.判断所述电机的转速是否小于预设的电机转速阈值；
66.若是，则基于所述流量需求量落入的所述泵流量区间，由所述电机设定转速和泵流量区间的对应关系，得到与所述流量需求量所在的泵流量区间所对应的电机设定转速；
67.基于得到的所述电机设定转速控制所述电机的转速，并保持所述液压泵的排量不变；
68.若否，则基于所述流量需求量落入的所述泵流量区间，由所述电机设定转速和泵流量区间，以及泵排量的对应关系，得到与所述流量需求量所在的泵流量区间所对应的电机设定转速和泵排量；
69.基于得到的所述电机设定转速和所述泵排量，分别控制所述电机的转速和所述液压泵的排量。
70.需要说明的是，液压泵的排量和转速是决定液压泵流量的两个因素，排量的增大或转速的升高，都能提高液压泵的流量，然而，排量的增大较之转速的提高需要更大的能耗，即使得能效降低；但是当所要求的流量需求量较大时，单纯通过调整电机的转速，很难快速的达到甚至不能达到所需要的流量需求量，此时将不仅需要调整电机的转速，还需增大液压泵的排量，从而达到快速提高液压泵的流量的效果，即得到更快的响应速度。
71.具体地，在本发明的上述实施例中，为了平衡液压泵的能效以及响应速度，通过将电机的转速和预设的电机转速阈值的比较结果，来决定对液压泵以及电机的调整策略，以达到使采用本发明实施例所述的电液控制方法的工程机械在不同的工况下均能达到良好的工作状态的效果。
72.更具体地，在电机的转速小于预设的电机转速阈值时，判定工程机械更侧重于能效，且仅通过调整电机的转速即能在较快的速度下，使液压泵的流量达到所需的流量，此时，当流量需求量落入与之前的流量需求量不同的区间块时，仅按照由对应关系得到的电机设定转速调整电机的转速。
73.在电机的转速大于预设的电机转速阈值时，判定工程机械更侧重于响应速度，即单纯通过调整电机的转速可能很难使得液压泵的流量满足流量需求量，此时，当流量需求量落入与之前的流量需求量不同的区间块时，按照由对应关系得到的电机设定转速和液压泵排量来分别调整电机的转速和泵排量。
74.进一步地，基于本发明实施例所述的电液控制方法，还能够充分利用电机调速快的优势来发挥自动怠速的节能效果，即在液压泵允许工作范围内，根据实测数据来寻求最佳的怠速区间，然后在电机的转速小于电机转速阈值时，使用较低怠速以降低能耗，而在电机的转速是否大于电机转速阈值时，提高怠速转速以获得更好的响应特性。
75.基于上述实施例，本发明所述的电液控制方法的整体流程如图2所示，包括：
76.201、获取液压泵的排量和电机的转速；
77.202、基于所述排量和所述转速，得到所述液压泵的流量需求量；
78.203、判断所述流量需求量是否小于所述液压泵的最大流量；若是，进入步骤204；若否，进入步骤209；
79.204、判断所述电机的转速是否小于预设的电机转速阈值；若是，进入步骤205；若
否，进入步骤207；
80.205、基于所述流量需求量落入的所述泵流量区间，由所述电机设定转速和泵流量区间的对应关系，得到与所述流量需求量所在的泵流量区间所对应的电机设定转速；
81.206、基于得到的所述电机设定转速控制所述电机的转速，并保持所述液压泵的排量不变；
82.207、基于所述流量需求量落入的所述泵流量区间，由所述电机设定转速和泵流量区间，以及泵排量的对应关系，得到与所述流量需求量所在的泵流量区间所对应的电机设定转速和泵排量；
83.208、基于得到的所述电机设定转速和所述泵排量，分别控制所述电机的转速和所述液压泵的排量；
84.209、保持液压泵的排量和电机的转速不变。
85.具体地，本发明所述的电液控制方法，一方面充分利用了电机响应快的特性，使得电机根据负载大小的变化进行无档位的自我调节，减小了采用电机驱动液压泵的工程机械的操作复杂性；另一方面通过分区变速和变排量控制，匹配了电机与泵排量的高效工作区，降低了电机的功耗，提高了采用电机驱动液压泵的工程机械的节能率。
86.下面结合图3对本发明提供的一种电液控制系统进行描述，下文描述的一种电液控制系统与上文描述的一种电液控制方法可相互对应参照。
87.如图3所示，本发明提供的一种电液控制系统，包括：获取模块310、分析模块320、判断模块330和处理模块340；其中，
88.所述获取模块310用于获取液压泵的排量和电机的转速；
89.所述分析模块320用于基于所述排量和所述转速，得到所述液压泵的流量需求量；
90.所述判断模块330用于判断所述流量需求量是否小于所述液压泵的最大流量；
91.所述处理模块340用于在所述流量需求量小于所述液压泵的最大流量时，基于预设的对应关系，得到与所述流量需求量匹配的电机设定转速，并基于所述电机设定转速控制所述电机的转速。
92.本发明所述的电液控制系统，通过获取的液压泵的排量和电机的转速，得到液压泵的流量需求量，然后在所述液压泵的流量需求量小于液压泵的最大流量时，基于预设的电机设定转速和泵流量的对应关系，就能根据所述液压泵的流量需求量得到匹配于所述流量需求量的电机转速，基于适配于所述液压泵的流量需求量的电机转速控制电机的转速，使得电机在合理的转速下工作，避免了基于档位固定电机转速的控制策略所造成的动力源浪费，达到了节能的效果；通过基于液压泵的流量需求量调整电机的转速，使得电机转速与实际需求相匹配，充分发挥了电机的快速响应优势。
93.一个优选方案中，所述判断模块330还用于判断所述电机的转速是否小于预设的电机转速阈值；
94.所述处理模块340还用于在所述电机的转速大于所述电机转速阈值时，基于所述流量需求量落入的所述泵流量区间，由所述电机设定转速和泵流量区间，以及泵排量的对应关系，得到与所述流量需求量所在的泵流量区间所对应的电机设定转速和泵排量，并基于得到的所述电机设定转速和所述泵排量，分别控制所述电机的转速和所述液压泵的排量。
95.具体地，以挖掘机为例，判断电机的转速是否小于预设的电机转速阈值，在实际应用时，可以转换为判断挖掘机的油门档位处于高档位还是低档位，当处于低档位时，认为更侧重于挖掘机的能效，因而在流量需求量变化时，以变转速控制为主，而当处于高档位时，认为更侧重于响应速度，因而在流量需求量变化时，充分利用泵排量调节响应速度优势，变转速与变排量同时动作，通过柱塞变量泵的快速响应，补偿变频电机较慢的转速响应，使得系统在转速变化时，仍能够得到满足需求的流量响应特性。
96.一个优选方案中，所述的电液控制系统中还包括协调模块；
97.所述协调模块用于协调所述电机和所述液压泵的排量的变化速率。
98.具体地，在各区间块直接转换时，通过协调模块来协调电机与泵排量的变化速率，能够使得输出的流量较为平稳，利于提高工程机械的使用体验。
99.本发明还提供一种工程机械，包括液压泵和用于驱动所述液压泵的电机，以及如上述任一实施例所述的电液控制系统。
100.具体地，所述的工程机械应用了本发明所述的电液控制系统，因而具有所述电液控制系统的所有优点和技术效果，此处不再赘述。
101.优选的，所述工程机械为电动挖掘机。
102.具体地，本发明实施例所述的电动挖掘机采用正流量变转速 变量泵的电液控制方法，通过能效动态寻优控制策略，寻求电机与泵排量的合理高效工作区间，实现了降低能耗，节能的效果。
103.图4示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图4所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)410、通信接口(communications interface)420、存储器(memory)430和通信总线440，其中，处理器410，通信接口420，存储器430通过通信总线440完成相互间的通信。处理器410可以调用存储器430中的逻辑指令，以执行一种电液控制方法，该方法包括：获取液压泵的排量和电机的转速；基于所述排量和所述转速，得到所述液压泵的流量需求量；判断所述流量需求量是否小于所述液压泵的最大流量；若是，则基于预设的对应关系，得到与所述流量需求量匹配的电机设定转速，并基于所述电机设定转速控制所述电机的转速。
104.此外，上述的存储器430中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
105.另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的一种电液控制方法，该方法包括：获取液压泵的排量和电机的转速；基于所述排量和所述转速，得到所述液压泵的流量需求量；判断所述流量需求量是否小于所述液压泵的最大流量；若是，则基于预设的对应关
系，得到与所述流量需求量匹配的电机设定转速，并基于所述电机设定转速控制所述电机的转速。
106.又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各提供的一种电液控制方法，该方法包括：获取液压泵的排量和电机的转速；基于所述排量和所述转速，得到所述液压泵的流量需求量；判断所述流量需求量是否小于所述液压泵的最大流量；若是，则基于预设的对应关系，得到与所述流量需求量匹配的电机设定转速，并基于所述电机设定转速控制所述电机的转速。
107.以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
108.通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
109.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。