电动工程机械的故障保护控制方法、装置及电动工程机械与流程

1.本发明涉及工程机械技术领域，具体涉及电动工程机械的故障保护控制方法、装置及电动工程机械。


背景技术：

2.随着非道路移动机械排放要求的日渐严格和新能源技术的日趋成熟，工程机械领域的市场和政策日渐变化，目前，电动工程机械的应用和普及逐渐加大，各大主机厂也相继开发自己的电动化挖掘机等产品，挖掘机的电动化浪潮快速来袭。电动挖掘机等工程机械在工作过程中，难免会出现故障，例如电机、液压泵的损坏，以及动力电源的电力不足等都会导致机械动力不足，难以维持原来的工作状态。根据产生故障对机械工作的影响程度不同，通常可以将其分为不同的等级，故障等级越高，对工作的影响越大。
3.现有技术中，针对电动挖掘机出现故障的情况，通常只分为严重和不严重两种情况，在故障等级不严重时，发出报警，而在故障等级较为严重时，进行停机。然而实际工作过程中，还存在机械出现一般故障的情况，虽然会出现动力不足的情况，但未到停机的严重程度，可以继续工作，但若保持原来的工作参数不变，则会对机械产生进一步的损坏，一旦停机将会大大影响作业效率，现有技术中未有针对该情况下的故障保护控制方法。


技术实现要素：

4.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中在电动工程机械在故障情况下，采用停机的保护控制方式影响工程机械的作业效率的问题，从而提供电动工程机械的故障保护控制方法、装置及电动工程机械。
5.根据第一方面，本发明提供了一种电动工程机械的故障保护控制方法，所述电动工程机械包括：电机和液压泵，所述方法包括：
6.在监测到电动工程机械的当前故障等级达到预设等级时，降低所述电机的当前电机功率，并降低所述液压泵的当前液压泵功率；
7.获取所述电机的当前档位，并计算当前电机功率降低后所述当前档位对应的目标转速与当前电机转速的当前转速差；
8.基于所述当前转速差及其持续时间，控制所述电机进行档位调节或者控制所述液压泵进行泵扭矩修正。
9.可选的，所述基于所述当前转速差及其持续时间，控制所述电机进行档位调节或者控制所述液压泵进行泵扭矩调参修正，包括：
10.当所述当前转速差大于预设差值且持续时间大于等于预设持续时间时，控制所述电机进行档位调节；
11.当所述当前转速差小于等于预设差值或持续时间小于预设持续时间时，控制所述液压泵进行泵扭矩调参修正。
12.可选的，所述控制所述电机进行档位调节包括：
13.判断所述当前档位是否在最低档；
14.当所述当前档位不在最低档时，降低所述当前档位，并返回所述计算当前电机功率降低后所述当前档位对应的目标转速与当前电机转速的当前转速差的步骤。
15.可选的，在所述判断所述当前档位是否在最低档之后，还包括：
16.当所述当前档位在最低档时，控制所述电动工程机械停机。
17.可选的，所述控制所述液压泵进行泵扭矩修正，包括：
18.采用pid算法对所述液压泵的泵扭矩进行修正。
19.可选的，所述方法还包括：
20.在所述当前故障等级大于所述预设等级时，进行报警，并控制所述电动工程机械停机；
21.在所述当前故障等级小于所述预设等级时，进行报警。
22.可选的，所述方法还包括：
23.获取电动工程机械的当前故障数据；
24.基于故障数据与故障等级的对应关系，确定所述当前故障数据对应的当前故障等级。
25.根据第二方面，本发明实施例提供了一种电动工程机械的故障保护装置，包括：
26.第一处理模块，在监测到电动工程机械的当前故障等级达到预设等级时，降低所述电机的当前电机功率，并降低所述液压泵的当前液压泵功率；
27.计算模块，获取所述电机的当前档位，并计算当前电机功率降低后所述当前档位对应的目标转速与当前电机转速的当前转速差；
28.第二处理模块，基于所述当前转速差及其持续时间，控制所述电机进行档位调节或者控制所述液压泵进行泵扭矩修正。
29.根据第三方面，本发明实施例提供了一种电动工程机械，包括：
30.液压泵，适于输出扭矩以驱动执行机构动作；
31.电机，向所述液压泵输送驱动力；
32.控制器，与所述电机及所述液压泵电性连接，所述控制器包括存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行如上述所述的故障保护控制方法。
33.根据第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行第一方面，或者其任意一种可选实施方式中所述的电动工程机械的故障保护控制方法。
34.本发明具有以下优点：
35.本发明提供的电动工程机械的故障保护控制方法，通过在监测到电动工程机械的当前故障等级达到预设等级时，降低电机及液压泵的降功率，并根据当前电机功率降低后当前档位对应的目标转速与当前电机转速的当前转速差，来控制电机进行档位调节或者控制液压泵进行泵扭矩修正，以继续提供足够的动力来维持电动工程机械的工作，从而实现通过降功率的方法来进行整机自适应保护，解决了现有技术中在电动工程机械在故障情况下，直接采用停机的保护控制方式而影响工程机械的作业效率的问题，在保护工程机械的同时，也提高了作业效率，有利于提高用户体验，延长整机使用寿命。
附图说明
36.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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方式，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。
37.图1示出了本发明实施例的电动工程机械的结构示意图；
38.图2示出了本发明实施例的电动工程机械的故障保护控制方法的流程图；
39.图3示出了本发明实施例的整机故障处理流程图；
40.图4示出了本发明实施例的自适应故障处理流程图；
41.图5示出了本发明实施例的泵扭矩pid调参流程图；
42.图6示出了本发明实施例的电动工程机械的故障保护控制装置的结构示意图；
43.图7示出了本发明实施例的控制器的结构示意图。
具体实施方式
44.下面将结合附图对本发明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做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。
45.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
46.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
47.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
48.现有技术中，针对电动挖掘机出现故障的情况，通常只分为严重和不严重两种情况，在故障等级不严重时，发出报警，而在故障等级较为严重时，进行停机。然而实际工作过程中，还存在机械出现一般故障的情况，虽然会出现动力不足的情况，但未到停机的严重程度，可以继续工作，但若保持原来的工作参数不变，则会对机械产生进一步的损坏，一旦停机将会大大影响作业效率，现有技术中未有针对该情况下的故障保护控制方法。
49.基于上述问题，本发明实施例提供了一种电动工程机械如图1所示，电动工程机械包括：液压泵、电机及控制器。液压泵，适于输出扭矩以驱动执行机构动作；电机，向液压泵输送驱动力；控制器，与电机及液压泵电性连接，用于执行下文中的电动工程机械故障保护控制方法，控制器的具体处理过程参见下文方法实施例的相关描述，在此不再进行赘述。
50.本发明实施例还提供了一种电动工程机械的故障保护控制方法，如图2所示，该方
法具体包括如下步骤：
51.步骤s101:在监测到电动工程机械的当前故障等级达到预设等级时，降低电机的当前电机功率，并降低液压泵的当前液压泵功率。
52.其中，预设等级为介于需要停机的严重故障等级和不影响工作的不严重故障等级之间的一般故障等级，电动工程机械出现一般故障等级时，会出现动力不足的情况，但未到停机的严重程度，可以通过降低电机及液压泵的功率来增大扭矩，从而使其能够继续提供足够的动力维持工作。
53.优选地，降低电机的功率时，限制其在每个档位的最大输出功率pmotor＝50％*pmax_m，其中，pmax_m为电机在每个档位的额定功率；降低液压泵功率时，限制其在每个档位的最大输出功率ppump＝50％*pmax_p，其中，pmax_p为液压泵在每个档位的额定功率。需要说明的是，电动工程机械由电池作为动力源来驱动电机工作，电机驱动液压泵工作，液压泵带动整机的执行部位进行动作，整机输出功率为电机、液压泵和电池功率三者中的最小值，从而在降低电机及液压泵的功率，且限制pmotor＝50％*pmax_m、ppump＝50％*pmax_p之后，整机可满足最大需求功率pmax＝tmin(pbat,pmotor,ppump)，其中，pmax为电动工程机械的整机最大功率，tmin表示在当前时间下取最小值。
54.优选地，在监测到电动工程机械的当前故障等级达到预设等级之后，关闭空调等附件，以减小额外的附件负载，将动力主要用于驱动工作臂等执行部位进行动作，可缓解动力不足的情况。
55.步骤s102:获取电机的当前档位，并计算当前电机功率降低后当前档位对应的目标转速与当前电机转速的当前转速差。
56.需要说明的是，电机通常在出厂时即设置好有若干档位，例如可以设置s1-s10共十个档，每个档位对应有该档位的额定转速，即目标转速；电机功率降低后，电机的转速降低为当前电机转速，转速降低后的当前电机转速小于当前档位对应的目标转速，两者之间的差值即为当前转速差。
57.步骤s103:基于当前转速差及其持续时间，控制电机进行档位调节或者控制液压泵进行泵扭矩修正。
58.需要说明的是，若当前转速差达到一定的值且维持一定时间，则说明当前档位不与当前电机转速适配，需要控制电机进行档位调节，以使调节后的档位符合当前电机功率的需求，从而提供足够的电机扭矩，其中，在电机功率一定时，电机的转速与扭矩成反比，因此可以通过降低转速来获得更大的扭矩；或者，当前转速差虽存在，但未达到一定的值或未持续足够时间，则说明无需降低电机档位，可以通过控制液压泵进行泵扭矩修正来调节液压泵的扭矩，使其能够继续提供足够的动力来维持电动工程机械的工作。
59.通过执行上述步骤，本发明实施例提供的电动工程机械的故障保护控制方法，通过在监测到电动工程机械的当前故障等级达到预设等级时，降低电机及液压泵的降功率，并根据当前电机功率降低后当前档位对应的目标转速与当前电机转速的当前转速差，来控制电机进行档位调节或者控制液压泵进行泵扭矩修正，以继续提供足够的动力来维持电动工程机械的工作，从而实现通过降功率的方法来进行整机自适应保护，解决了现有技术中在电动工程机械在故障情况下，直接采用停机的保护控制方式而影响工程机械的作业效率的问题，在保护工程机械的同时，也提高了作业效率，有利于提高用户体验，延长整机使用
寿命，推广电动工程机械的应用。
60.具体地，在一实施例中，如图4所示，上述的步骤s103具体包括如下步骤：
61.步骤s201:当当前转速差大于预设差值且持续时间大于等于预设持续时间时，控制电机进行档位调节。
62.步骤s202:当当前转速差小于等于预设差值或持续时间小于预设持续时间时，控制液压泵进行泵扭矩调参修正。
63.示例性地，预设差值可以取50～100r/min，预设持续时间为100ms，当当前转速差大于预设差值且持续100ms以上时，则需要对电机进行档位调节；若预设差值或预设持续时间两者中的一个未满足条件时，则无需对电机进行档位调节，此时需对液压泵进行泵扭矩调参修正，以满足动力需求，维持电动工程机械的工作。
64.具体地，在一实施例中，上述步骤s201中的控制电机进行档位调节包括如下步骤：
65.步骤s301:判断当前档位是否在最低档。
66.步骤s302:当当前档位不在最低档时，降低当前档位，并返回计算当前电机功率降低后当前档位对应的目标转速与当前电机转速的当前转速差的步骤。
67.其中，最低档为电机的1档，当当前档位不在1档时，可以通过降低当前档位来降低电机的转速，进而，降低后得到新的当前电机转速，然后计算降低后的档位对应的目标转速与新的当前电机转速之间的差值，并执行上述的步骤s103,判断电机时候继续进行档位调节，从而实现逐级降低档位的操作，以适应当前电机转速，从而为整机提供合适的扭矩，维持电动工程机械的工作。
68.具体地，在一实施例中，在上述的步骤s301之后，还包括如下步骤：
69.步骤s303:当当前档位在最低档时，控制电动工程机械停机。
70.需要说明的是，若当前档位在最低档，则电机不能再继续降档位，则电机的转速不能继续降低，因而无法获得更大的扭矩来维持整机工作，故此时需要控制电动工程机械停机，以免整机受到更严重的损坏。其中，通过进行下高压处理，断开供电电源，可以实现电动工程机械停机。
71.具体地，在一实施例中，控制液压泵进行泵扭矩修正，包括：
72.步骤s401:采用pid算法对液压泵的泵扭矩进行修正。
73.其中，pid算法应用广泛，准确性好，采用pid算法对液压泵的泵扭矩进行修正可以提高修正结果的可靠性。如图5所示，上述的步骤s401包括如下步骤：
74.步骤s501:获取液压泵的实测排量和实测主压，根据实测排量和实测主压进行扭矩计算，得到第一实测扭矩；获取电机的当前转速差，基于失速-扭矩前馈关系，得到液压泵由于降低功率而增加的第二实测扭矩；基于第一实测扭矩和第二实测扭矩，计算得到液压泵的实测扭矩。
75.需要说明的是，电机功率降低后，转速降低，扭矩增大，对应地，由电机驱动的液压泵的扭矩增大。具体地，实测扭矩为第一实测扭矩与第二实测扭矩之和。
76.步骤s502:获取液压泵的液压泵当前档位，基于液压泵当前档位得到所对应的给定扭矩。
77.其中，液压泵通常在出厂时即设置好有若干档位，每个档位对应有该档位的额定扭矩，即给定扭矩。
78.步骤s503:基于实测扭矩和给定扭矩，进行对液压泵的泵扭矩进行pid算法修正，得到当前修正扭矩。
79.步骤s504:获取液压泵的实测主压，并根据实测主压-排量曲线得到第一排量；获取液压泵的先导压力，并根据先导压力-排量曲线得到第二排量；基于第一排量、第二排量及当前修正扭矩，得到给定排量。
80.其中，主压-排量曲线及先导压力-排量曲线未预先存在电动工程机械的控制系统中的参数曲线，根据主压-排量曲线可以得到实测主压对应的排量值，即第一排量，根据先导压力-排量曲线可以得到导主压对应的排量值，即第二排量。具体地，先导压力为先导阀的压力，整个液压系统设置有多个先导阀，多个先导阀对应多个先导压力，从而对应多个先导阀排量，多个先导阀排量中取最大值即为第二排量；比较第一排量与第二排量的大小，并取较小值后与根据当前修正扭矩得到的当前修正排量相减，即可得到给定排量。需要说明的是，液压泵的扭矩与排量成正比。
81.步骤s505:基于给定排量和实测排量，采用pid算法对排量进行修正，得到修正排量，并根据修正排量控制调节阀调节当前排量。
82.作为一种实施方式，调节阀为比例阀，根据修正排量控制调节阀调节当前排量为：根据修正排量输出占空比，控制比例阀的开启程度。
83.具体地，在一实施例中，如图3所示，电动工程机械的故障保护控制方法还包括：
84.步骤s104:在当前故障等级大于预设等级时，进行报警，并控制电动工程机械停机。
85.步骤s105:在当前故障等级小于预设等级时，进行报警。
86.需要说明的是，在当前故障等级大于预设等级时，属于严重故障等级，此时电动工程机械已经不适宜继续工作，仪表严重报警，并通过下高压进行停机操作，结束工作，以免机械受到进一步损坏以及造成严重的安全事故；在当前故障等级小于预设等级时，属于不严重的轻微故障等级，但电动工程机械还能维持原来的动力继续工作，此时，仪表提示报警，操作人员引起注意，谨防进一步的故障发生，以提高安全性。
87.具体地，在一实施例中，在上述的步骤s101之前还包括如下步骤：
88.步骤s106:获取电动工程机械的当前故障数据。
89.步骤s107:基于故障数据与故障等级的对应关系，确定当前故障数据对应的当前故障等级。
90.其中，故障数据与故障等级的对应关系为厂家给定的参照表中的对应关系，本实施例中，根据故障等级与预设等级的大小关系，将故障等级分为3级：当故障等级小于预设等级时为一级(轻微)故障等级；当故障等级达到预设等级时为二级(一般)故障等级；当故障等级大于预设等级时为三级(严重)故障等级。在确定当前故障数据对应的当前故障等级后，根据故障等级与预设等级的大小关系，执行上述的步骤s101或步骤s104或步骤s105。
91.可选的，二级(一般)故障等级也可以进一步分为若干次等级，根据次等级的严重程度不同，控制电机及液压泵降低至不同的功率，次等级的严重程度越大，电机及液压泵降低后的功率越小。
92.本发明实施例还提供了一种电动工程机械的故障保护装置，如图6所示，电动工程机械的故障保护装置包括：
93.第一处理模块101，在监测到电动工程机械的当前故障等级达到预设等级时，降低所述电机的当前电机功率，并降低所述液压泵的当前液压泵功率；
94.计算模块102，获取所述电机的当前档位，并计算当前电机功率降低后所述当前档位对应的目标转速与当前电机转速的当前转速差；
95.第二处理模块103，基于所述当前转速差及其持续时间，控制所述电机进行档位调节或者控制所述液压泵进行泵扭矩修正。
96.本发明实施例提供的电动工程机械的故障保护装置，用于执行上述实施例提供的电动工程机械的故障保护方法，其实现方式与原理相同，详细内容参见上述方法实施例的相关描述，不再赘述。
97.通过上述各个组成部分的协同合作，本发明实施例提供的电动工程机械的故障保护装置，通过在监测到电动工程机械的当前故障等级达到预设等级时，降低电机及液压泵的降功率，并根据当前电机功率降低后当前档位对应的目标转速与当前电机转速的当前转速差，来控制电机进行档位调节或者控制液压泵进行泵扭矩修正，以继续提供足够的动力来维持电动工程机械的工作，从而实现通过降功率的方法来进行整机自适应保护，解决了现有技术中在电动工程机械在故障情况下，直接采用停机的保护控制方式而影响工程机械的作业效率的问题，在保护工程机械的同时，也提高了作业效率，有利于提高用户体验，延长整机使用寿命，推广电动工程机械的应用。
98.在本实施例中，电动工程机械为电动挖掘机、电动钻机、电动旋挖钻机等。
99.图7示出了本发明实施例的电动工程机械的控制器的结构示意图，如图7所示，该控制器包括：处理器901和存储器902，其中，处理器901和存储器902可以通过总线或者其他方式连接，图7中以通过总线连接为例。
100.处理器901可以为中央处理器(central processing unit，cpu)。处理器901还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现场可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。
101.存储器902作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如上述方法实施例中的方法所对应的程序指令/模块。处理器901通过运行存储在存储器902中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行处理器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的方法。
102.存储器902可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储处理器901所创建的数据等。此外，存储器902可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器902可选包括相对于处理器901远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器901。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
103.一个或者多个模块存储在存储器902中，当被处理器901执行时，执行上述方法实施例中的方法。
104.上述控制器具体细节可以对应参阅上述方法实施例中对应的相关描述和效果进
行理解，此处不再赘述。
105.本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，实现的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-only memory，rom)、随机存储记忆体(random access memory，ram)、快闪存储器(flash memory)、硬盘(hard disk drive，缩写：hdd)或固态硬盘(solid-state drive，ssd)等；存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
106.从以上的描述中，可以看出，本发明的上述的实施例实现了如下技术效果：
107.电动工程机械在整机出现不同故障等级时，采取不同的处理措施，解决了现有技术中在电动工程机械在故障情况下，采用停机的保护控制方式影响工程机械的作业效率的问题。
108.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。