一種裝載機用電控柴油機外特性標定系統的制作方法
【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，包括通過傳動軸依次連接的發動機、液力變矩器、變速箱和驅動橋，所述液力變矩器分別與裝載機的轉向泵和工作泵通過齒輪傳動系連接；傳感器組將采集得轉速和扭矩信號傳遞給數據采集系統，所述數據采集系統將采集到的參數傳輸到數據處理系統進行分析，分析結果將傳遞給標定計算機，標定計算機將標定結果寫入發動機電控系統的ECU；在測試進行時，標定計算機通過ECU控制發動機轉速，實現測試自動化。從裝載機實際工作情況出發，測試鏟裝不同物料時液壓泵實際消耗扭矩的大小，通過調整發動機的參數，標定發動機的外特性曲線，使裝載機用柴油機在不同工況下工作在低油耗區。
【專利說明】
-種裝載機用電控柴油機外特性標定系統
技術領域
[0001] 本實用新型設及發動機設計領域，尤其設及一種裝載機用電控柴油機外特性標定 系統。
【背景技術】
[0002] 柴油機的外特性是指保持油口在最大位置，各工況又在最佳調整狀態時，發動機 的性能指標和特性參數隨轉速的變化規律。柴油機的外特性曲線規定了柴油機在各個轉速 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域，可能導致發動機超 負荷運轉，產生黑煙甚至會損壞發動機。柴油機的標定工作都是在發動機試驗臺架上，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濟性。 目前，裝載機用發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動機和液 力變矩器進行匹配。全功率匹配是發動機外特性轉矩減去變速油累滿載、轉向油累和工作 裝置油累空載扭矩，得到凈轉矩特性曲線。部分功率匹配是發動機外特性轉矩減去變速油 累滿載、轉向油累空載，工作裝置油累滿載扭矩，得到凈轉矩特性曲線。折衷匹配一般認為 匹配點選在在比部分匹配點轉速大50r/min左右，小于全功率匹配點轉速。但是裝載機實際 作業工況復雜，液壓累負載變化頻繁，工作裝置液壓系統消耗發動機轉矩的實際情況與上 述常用巧巾匹配方式均存在較大差異，發動機不能在不同工況下均運行在或盡量靠近低油 耗區，不能保證在各個工況下都較好的動力性和經濟性。 【實用新型內容】
[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，本系統能夠從裝載機實際工作情況出發，測試伊裝不同物料時液壓累實際消耗 扭矩的大小，通過調整發動機的參數，標定發動機的外特性曲線，使裝載機用柴油機在不同 工況下工作在低油耗區。
[0005] 為了實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案：
[0006] -種裝載機用電控柴油機外特性標定系統，包括通過傳動軸依次連接的發動機、 液力變矩器、變速箱和驅動橋，所述液力變矩器分別與裝載機的轉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速和扭矩信號傳遞給數據采集系統，所述數據采集系統將采 集到的參數傳輸到數據處理系統進行分析，分析結果將傳遞給標定計算機，標定計算機將 標定結果寫入發動機電控系統的E C U;在測試進行時，標定計算機通過E C U控制發動機轉 速，實現測試自動化。
[000引所述傳感器組包括，所述發動機飛輪裝有的發動機轉速傳感器，所述工作累和轉 向累的轉動軸上分別裝有的工作累扭矩傳感器和轉向累扭矩傳感器;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工況中，可W根據伊裝物料的不同液壓累實 際消耗扭矩的大小，確定發動機對應的外特性曲線，使裝載機用柴油機在不同工況下都運 行在低油耗區，實現發動機與液力變矩器的合理匹配。
[0011] 如果是電控發動機并且裝載機具有多模式工作轉換設置，那么外特性曲線標定時 可W根據伊裝不同物料獨立自動化確定，可W提高發動機工況適應性，在不同作業工況條 件下都具有更好的動力性和經濟性。
【附圖說明】
[0012] 圖1為本實用新型的發動機外特性標定系統示意圖；
[0013 ]其中，1.發動機，2.發動機轉速傳感器，3.液力變矩器，4.轉向累扭矩傳感器，5.轉 向累，6.工作累，7.工作累扭矩傳感器，8.驅動橋，9.數據采集系統，10.變速箱，11.數據處 理系統，12.變速箱扭矩傳感器，13.標定計算機，14. ECU。
[0014]圖2為發動機與液力變矩器共同工作曲線；
[001引圖中n日為發動機怠速，m~ri2為發動機燃油經濟區轉速區間，rw為發動機最大扭 矩點對應的轉速，nf為發動機與液力變矩器共同工作轉速，ne為發動機額定轉速;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轉速的交點。曲線 CM為柴油機外特性曲線，曲線MN為柴油機調速特性曲線；
[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，包括：
[0020] 如圖1所示，依次連接的發動機1、液力變矩器3、變速箱10和驅動橋6;所述發動機 1、液力變矩器3、變速箱10和驅動橋6均通過機械傳動軸依次連接;所述液力變矩器3分別與 裝載機的轉向累5和工作累6通過齒輪傳動系連接；
[0021 ]所述發動機1飛輪裝有發動機轉速傳感器2;
[0022] 所述工作累6和轉向累5的轉動軸上分別裝有工作累扭矩傳感器7和轉向累扭矩傳 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] 所述發動機轉速傳感器2、工作累扭矩傳感器7、轉向累扭矩傳感器4和變速箱扭矩 傳感器12分別將測得的數據信號傳遞給數據采集系統9;所述數據采集系統則尋采集到的參 數一同傳輸到數據處理系統11;
[0025] 所述數據處理系統11將數據分析結果傳遞給標定計算機13,由標定計算機13將標 定結果寫入發動機電控系統的ECU14。
[0026] 采用所述一種裝載機用電控柴油機外特性標定系統的標定方法，包括W下步驟，
[0027] 步驟(1)，將發動機與液力變矩器采用全功率匹配方法進行匹配，即發動機外特性 轉矩扣除液壓系統的最小扭矩，得到凈轉矩特性曲線，外特性曲線與調速特性的交點即為 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)，通過發動機臺架實驗得到發動機外有特性圖，確定發動機經濟油耗區轉 速區間(m-n2)，如圖3所示，本應用實例中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為發動機最大扭矩點對應的轉 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轉速的交點；
[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 統進行V型作業循環實驗，通過分段合并、濾波W及加權平均方法對每種物料的測試數據進 行處理，獲得裝載機液壓累(包括變速油累，轉向油累和工作裝置油累)的平均消耗扭矩；
[0032] 步驟(6)，根據=點約束條件標定發動機四個特征點外特性，即發動機轉速分別為 no, rw，n2，nf四個特征點對應轉速下的扭矩值，發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動機扭矩W及發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，即得到對應工況下的發動機外特性曲線。通過標定計算機將發動機外特性曲線寫 入ECU,完成標定。
[0036] 所述步驟(5)的處理步驟為：
[0037] 步驟(5-1):在標定計算機上設定A、B、C、D四個特征點的標定轉速；
[0038] 步驟(5-2):在每個轉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型作業循環；
[0039] 步驟(5-3):數據采集系統采集來自發動機轉速傳感器、工作累扭矩傳感器、轉向 累扭矩傳感器和變速箱扭矩傳感器的數據信號，并傳遞給數據處理系統；
[0040] 步驟(5-4):數據處理系統對采集到的數據信號分別進行數字濾波處理，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):經數據處理系統處理后的轉速信號作為當前轉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速進行調節;標定計算機將數據系統傳遞處 理后的工作累扭矩數據、轉向累扭矩數據和變速箱扭矩數據根據當前發動機轉速進行分類 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過程的1/3,所W循環作 業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， 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物科巧耗的發動機轉矩，N ? m;化:第k種常見物料作業比例（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種作業物料加權平均轉矩，N-m。
[0046] 所述步驟(6)中，發動機其他外特性點扭矩根據運行特點進行標定。
[0047] 所述步驟(6)中，使用該系統和方法標定的裝載機具有多模式工作轉換設置，外特 性曲線標定時可W根據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] 據此設定裝載機四中工作轉換模式，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根據工作物料不同自主選擇工作模式，具有更 好的工況適應性，發動機也會具有更好的動力性和經濟性。
[0050] 上述雖然結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，所屬領域技術人員應該明白，在本實用新型的技術方案的基礎上，本領 域技術人員不需要付出創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。
【主權項】
1. 一種裝載機用電控柴油機外特性標定系統，其特征是，包括通過傳動軸依次連接的 發動機、液力變矩器、變速箱和驅動橋，所述液力變矩器分別與裝載機的轉向栗和工作栗通 過齒輪傳動系連接； 傳感器組將采集得轉速和扭矩信號傳遞給數據采集系統，所述數據采集系統將采集到 的參數傳輸到數據處理系統進行分析，分析結果將傳遞給標定計算機，標定計算機將標定 結果寫入發動機電控系統的ECU;在測試進行時，標定計算機通過ECU控制發動機轉速，實現 測試自動化。2. 如權利要求1所述一種裝載機用電控柴油機外特性標定系統，其特征是，所述傳感器 組包括，所述發動機飛輪裝有的發動機轉速傳感器，所述工作栗和轉向栗的轉動軸上分別 裝有的工作栗扭矩傳感器和轉向栗扭矩傳感器;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
【發明人】韓奎超, 李培新, 張強, 李孟涵
【申請人】山東大學