汽車起重機及其電控發動機多模式控制系統、控制器的制作方法

專利名稱：汽車起重機及其電控發動機多模式控制系統、控制器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及工程機械的自動控制領域，具體涉及一種汽車起重機及其電控發動機多模式控制系統、控制器。
背景技術：
對于汽車起重機發動機的油門控制而言，不僅具有常規汽車的主油門控制，而且還設置有支腿油門和上車油門控制，以適應在起重機的動作支腿作業和起重作業等工況下對發動機轉速的不同要求。
傳統的汽車底盤工程機械用發動機是機械式發動機，并且它的特性曲線是唯一的。各油門控制均為機械軟軸聯動機構，通過控制發動機的油門擺臂來控制發動機的轉速。以汽車起重機為例，在汽車起重機的行駛、支腿操縱和起重作業等三種不同的作業工況下，發動機的輸出特性是相同的。
眾所周知，行駛作業時，需要發動機輸出從怠速到最大轉速的負荷曲線；支腿操縱作業時，具有操縱的時間短、發動機負荷額定的特點；起重作業時，液壓系統只需要發動機提供總功率的50 % ~ 60 % ，怠速輸出扭矩大等特點。因此，傳統的機械式發動機在前述三種工況下使用，勢必會造成動力不足導致發動機熄火或者動力浪費的問題。另外，在混凝土泵車和舉高消防車等汽車底盤工程機械上均存在上述問題。
目前，電控發動機已在汽車行業中得到了廣泛的應用，以適應節能環保型社會的發展需要。電控發動機上設置有電子控制單元(ECU),用于讀取發動機的工作狀態與操作指令，并根據程序控制發動機的噴油、功率和扭矩等，從而使得自動控制發動機在滿足不同動力性能與節能要求的模式下工作，符合國家對汽車排放的相關規定。
有鑒于此，根據汽車底盤工程機械的自身特點，如何用電控發動機替代傳統的機械式發動機，已經成為該類工程機械優化設計的發展趨勢之一。
實用新型內容
4種電控發動機多模式控制器，以協調控制汽車底盤工程機械各油門裝置的操縱指令，確保電控發動機適應該類工程機械的各種作業工況。在此基礎上，本實用新型還提供了具有該控制器的電控發動機多模式控制系統及汽車起重機。
本實用新型提供的電控發動機多模式控制器，用于協調汽車底盤工程機械各油門裝置的操縱指令，包括操縱信號采集單元、工況判斷單元、控
制信號輸出單元和控制參數存儲單元；其中，操縱信號釆集單元用于獲取各油門操縱裝置的操縱信號；工況判斷單元用于以預設的各油門裝置的優先級為條件，獲得當前工況運行狀態的判斷結果；控制信號輸出單元用于根據當前工況運行狀態的判斷結果，輸出相應的控制信號至電控發動機的電子控制單元；控制參數存儲單元用于存儲有關預設參數。
優選地，所述各油門裝置包括主油門、支腿油門和上車油門；所述控制參數存儲單元中，預設的各油門裝置的優先級依次為上車油門、支腿油門、主油門。
優選地，所述輸出至所述電控發動機的電子控制單元的控制信號為脈沖寬度調制信號。
本實用新型提供的電控發動機多模式控制系統，包括各油門裝置、電控發動機和如前所述的電控發動機多模式控制器所述各油門裝置用于發送操縱信號；所述電控發動機的電子控制單元內包括根據各油門裝置建立工況運行狀態與發動機輸出狀態相對應的工作關系表。
優選地，所述各油門裝置包括主油門、支腿油門和上車油門；所述控制參數存儲單元中，預設的各油門裝置的優先級依次為上車油門、支腿油門、主油門。
優選地，在工作關系表中在與主油門相對應的4亍駛運行狀態，發動機全轉速、全功率、全扭矩輸出；在與支腿油門相對應的支腿操縱運行狀態，發動機輸出轉速設置為至少兩個轉速檔；與上車油門相對應的工況運 ，發動機的怠速為預設的目標怠速并且怠速狀態下的輸出功率為總 5功率的50% ~ 60%,發動機的最高輸出轉速為全轉速的50% ~ 60%。
優選地，還包括PC機或便攜式編程器，用于在開機前將預設的發動
機目標怠速和最高輸出轉速寫入所述電控發動電子控制單元。
優選地，所述輸出至所述電控發動機的電子控制單元的控制信號為脈
沖寬度調制信號。
本實用新型提供的汽車起重機，包括底盤、支腿裝置和臂架裝置，其特征在于，還包括如前所述的電控發動機多模式控制系統。
本實用新型提供的控制器，根據所獲得的操縱信號的優選級判斷當前發動機的輸出狀態，以此為依據輸出控制信號至電控發動機的電子控制單元。在本實用新型以設備的當前工作需求作為發動機工作的判斷條件，在控制過程中，各油門裝置之間相互獨立又能夠自動切換，能夠自動控制發動機在不同模式下工作，使得發動機能夠發揮不同的特性曲線。因此，本實用新型既能夠滿足各種作業工況的動力性能要求，又能夠減少不必要的燃油消耗實現節能的目的，進而確保電控發動機可靠地應用于汽車底盤類工程機械。
在本實用新型所述控制器優選方案中，各油門裝置具體為用于控制行駛作業的主油門、用于控制支腿操縱的支腿油門和用于控制上車作業的上車油門；預設的各油門裝置的優先級依次為上車油門、支腿油門、主油門。在工作過程中，若所獲取的控制信號為上車作業操縱信號和支腿操縱信號，則根據預設的優先級獲得的判斷結果是當前工作運行狀態為上車作業。依此類推。
在前述控制器的基礎上，本實用新型所述控制系統需要在該電控發動機的電子控制單元中輸入一個工作關系表，該工作關系表是根據各油門裝置所操縱的工況運行狀態與發動機輸出狀態的對應關系確定的；或者說，是基于應用本實用新型的汽車底盤工程機械的具體作業工況而設定；優選地，根據行駛作業、支腿操縱作業和上車作業等工作狀況的動力性能要求，在電子控制單元的工作關系表中，針對每種工況分別設置相應的發動機輸出狀態。這樣，在公路行駛工況，發動機從基本怠速輸出到最大動力輸出； 在支腿操縱工況，微調動作時低動力輸出，快速動作時高動力輸出；在起 重工況時，系統自動提高發動機的怠速轉速與輸出扭矩，進而有效避免了 發動機熄火，并限制發動機的最大轉速及輸出功率，避免不必要的能源浪 費。
本實用新型提供的電控發動機多模式控制器及控制系統適用于各種汽 車底盤類工程機械，特別適用于汽車起重機。
本實用新型提供的汽車起重機，包括底盤、支腿裝置和臂架裝置，還 包括如前所述的電控發動機多模式控制系統。

下面結合說明書附圖說明具體實施方式
。
圖1是本實用新型所述電控發動機多模式控制系統的組成框圖2是本實用新型所述當前工況運行狀態判斷過程的流程圖3是本實用新型所述汽車起重機的整體結構示意圖。
圖2和圖3中
各油門裝置IO、主油門11、支腿油門12、上車油門13、控制器20、 操縱信號采集單元21、工況判斷單元22、控制信號輸出單元23、控制參 數存儲單元24、電控發動機30、電子控制單元31。
具體實施方式

本實用新型的核心是基于汽車底盤類工程機械的作業特點，提供一種 電控發動機的多模式控制方式，它整合了不同作業工況的動力性能要求， 從而使得電控發動機可靠地應用于汽車底盤類工程機械，以充分發揮電控 發動機的優勢。
參見圖1,該圖是應用本實用新型所述控制器的電控發動機多模式控 制系統的組成框圖。
該控制器用于協調汽車底盤工程機械各油門裝置的操縱指令，如圖1 所示，控制器20包括纟喿縱信號釆集單元21、工況判斷單元22、控制信號
7輸出單元23和控制參數存儲單元24;操縱信號釆集單元21用于獲取各油 門裝置10的操縱信號；工況判斷單元22用于以預設的各油門裝置的優先 級為條件，獲得當前工況運行狀態的判斷結果；控制信號輸出單元23用于 根據當前工況運行狀態的判斷結果，輸出相應的控制信號至電控發動機30 的電子控制單元31;控制參數存儲單元24用于存儲有關預設參數。優選 地，所述輸出至所述電控發動機的電子控制單元的控制信號為脈沖寬度調 制信號。優選地，所述控制參數存儲單元16為可讀寫存儲器，并設置用以 與外部設備通信的1/0端口，從而便于根據不同系統特性調整控制參數， 提高控制器1的通用性。
不失一般性，下面以汽車起重機為例進行具體說明。
汽車起重機具有行駛、支腿操縱和起重作業三種工況，其中，支腿操 縱工況和起重作業工況均通過液壓系統控制。具體而言，通過操縱取力開 關，控制發動機驅動液壓泵工作，此時，發動機處于輸出動力轉變為液壓 系統動力的工作才莫式。
具體而言，各油門裝置具體為主油門、上車油門和支腿油門。以汽 車起重機為例，主油門用于控制行駛作業，上車油門用于控制起重作業， 支腿油門用于控制支腿操縱。應當理解，對于汽車底盤類工程機械來說， 主油門與支腿油門的作用完全一致，而上車油門則需要#^居不同的車型而 定。比如，起重機的起重作業或者混凝土泵車的臂架展開作業。
其中，預設的各油門裝置的優先級依次為上車油門、支腿油門、主 油門。請一并參見圖2，該圖是根據前述優選級判斷進行當前工況運行狀 態的流程圖。
如前所述，汽車起重機的上車作業及支腿作業時，其取力器處于工作 狀態，因此，該流程首先判斷取力器是否工作，若取力器未工作則發出控 制信號執行公路行駛模式；若取力工作則判斷上車是否工作；此時，若上 車不工作則發出控制信號執行支腿操縱模式，若上車工作則發出控制信號 執行起重作業模式，發動機進入上車油門有效狀態。在上述控制器的基礎上，下面對本實用新型控制控制系統進行說明。 參見圖1,該圖是本實用新型所述電控發動機多模式控制系統的組成框圖。
如圖l所示，其中，各油門裝置IO用于發送操縱信號，具體包括用 于控制行駛作業的主油門11、用于控制支腿操縱的支腿油門12和用于控 制上車作業的上車油門13。
其中，電控發動機30的電子控制單元31內包括#^居各油門裝置建立 工況運行狀態與發動機輸出狀態相對應的工作關系表。具體地，在工作關 系表中在與主油門相對應的行駛運行狀態，發動機全轉速、全功率、全 扭矩輸出；在與支腿油門相對應的支腿操縱運行狀態，發動機輸出轉速設 置為至少兩個轉速檔；與上車油門相對應的工況運行狀態，發動機的怠速 為預設的目標怠速并且怠速狀態下的輸出功率為總功率的50%~60%，發 動^L的最高輸出轉速為全轉速的50%~60%。
在所述工作關系表中在與主油門相對應的行駛運行狀態，發動機全 轉速、全功率、全扭矩輸出；在與支腿油門相對應的支腿操縱運行狀態， 發動機輸出轉速設置為兩個轉速檔，支腿操縱微調動作時低動力輸出，支 腿操縱快速動作時高動力輸出，實際上，由于支腿油門不像上車油門和主 油門一樣是連續變化的，因此，根據總體設計要求，此狀態下發動機輸出 轉速可設置為多個特定的轉速檔，與支腿油門開關每發出一個脈沖信號， 發動才幾即輸出一個對應的轉速；在與上車油門相對應的工況運行狀態，發 動機的怠速為預設的目標怠速，并且怠速狀態下的輸出功率為總功率的 50%~60%，以防止發動機熄火，發動才幾的最高輸出轉速為全轉速的50%~ 60%，可避免不必要的能源浪費。
另外，所述輸出至所述電控發動機的電子控制單元的控制信號優選脈 沖寬度調制(PWM)信號。即對應不同的判斷結果，產生不同占空比例的 PWM電壓或電流。這種PWM電壓或電流，控制器到被控系統的信號都是 數字形式，無需進行數模轉換，可簡化控制系統結構；同時，由于信號保持為數字形式，可將噪聲影響降到最小。
在控制過程中， 一、行車工況發動機需要提供較大的轉速與功率，
起重機行車油門使用發動機的主油門，發動機的調速根據輸入條件自動轉 換為兩級調速以起到防止超速和穩定怠速的作用，同時降低發動機的怠速，
滿足行駛系統對發動機的要求，比如，發動機的轉速控制在550轉/分鐘(滿 足起重機行駛要求的最低行車怠速)到2500轉/分鐘(發動機最大轉速)； 二、起重作業工況發動機需要穩定的動力輸出，發動機的轉速與輸出功 率對應，且系統要求發動機怠速輸出扭矩大，設計了上車油門踏板控制發 動機的遠程油門，在進行起重作業時，發動機根據起重機上車的工作特性， 以及發動機的油門信號源、取力器的工作狀態等變換條件，自動調整為全 程調速特性，能對柴油機工作轉速范圍內的任何轉速起調節作用，使柴油 機在各種轉速下都能穩定運轉。并提高發動機的怠速，增加怠速輸出功率； 比如，上車工作發動機的轉速控制在700轉/分鐘(滿足起重作業需要的怠 速)到2150轉/分鐘(液壓系統需要的最大轉速)；三、支腿操縱工況支 腿操縱要求快速動作與微調結合的要求，采用了發動機的空調怠速提升的 功能作為左、右支腿的開關油門；比如，發動機轉速控制在700轉/分鐘(滿 足支腿操縱的微動轉速)和2150轉/分鐘(滿足支腿操縱的最大轉速)兩 個檔位。
為提高電控發動機的互換性，出廠后需要結合整機的總體參數確定預 設的相關參數，還包括PC機或便攜式編程器40,用于在開機前將預設的 發動機目標怠速和最高輸出轉速寫入所述電控發動電子控制單元31。其
中，所述目標怠速和最高輸出轉速應當根據上車作業的動力性能要求設定， 比如，起重機的最大起重量等。
在上述前述電控發動機多模式控制器和系統的基礎上，本實用新型提 供的汽車起重機，包括底盤、支腿裝置和臂架裝置，還包括如前所述的電 控發動機多模式控制系統。請參見圖3,該圖中示出了主油門11、支腿油 門12、上車油門13和電控發動機30的安裝位置。本實用新型提供的汽車起重機利用通用的電控發動機硬件，僅需要控制發動機的輸入信號來分類 控制發動機的輸出不同的特性曲線，即可實現實用新型目的。需要說明的 是，該起重機的底盤、轉臺、動力系統、巻揚系統及臂架裝置等其它主要 功能部件不是本專利的發明點所在，在此不予贅述。
綜上，本實施例以汽車起重機的工作需求作為發動機工作的判斷條件， 自動控制發動機在滿足汽車起重機三種工況的動力性能與節能要求的三種
模式下工作；電控發動機的ECU對發動機的各種動作進行管理，在控制信
號輸出至ECU時，ECU根據發動機與整機的運行狀態，給出一個合理的
發動機運行速度。4吏得四個油門操:縱即相互獨立又自動切換，即可保i正各
個工況的動力要求又能夠達到節能的目的，解決了電控發動機的關鍵技術 難題，達到了本實用新型的目的。
本實用新型具有自動化程度高，系統簡捷，工作效率高，全天候工作 等特點，便于安裝，易于推廣優點。
以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出，對于本技術領 域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出 若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。
權利要求1、電控發動機多模式控制器，用于協調汽車底盤工程機械各油門裝置的操縱指令，其特征在于，包括操縱信號采集單元，用于獲取各油門操縱裝置的操縱信號；工況判斷單元，用于以預設的各油門裝置的優先級為條件，獲得當前工況運行狀態的判斷結果；控制信號輸出單元，用于根據當前工況運行狀態的判斷結果，輸出相應的控制信號至電控發動機的電子控制單元；和控制參數存儲單元，用于存儲有關預設參數。
2、 根據權利要求1所述的電控發動機多模式控制器，其特征在于，所述各油門裝置包括主油門、支腿油門和上車油門；所述控制參數存儲單元中，預設的各油門裝置的優先級依次為上車油門、支腿油門、主油門。
3、 根據權利要求1或2所述電控發動機多模式控制器，其特征在于，所述輸出至所述電控發動機的電子控制單元的控制信號為脈沖寬度調制信
4、 電控發動機多模式控制系統，其特征在于，包括各油門裝置，用于發送操縱信號；電控發動機，其電子控制單元內包括根據各油門裝置建立工況運行狀態與發動機輸出狀態相對應的工作關系表；和如權利要求1中所述的電控發動機多模式控制器。
5、 根據權利要求4所述的電控發動機多模式控制系統，其特征在于，所述各油門裝置包括主油門、支腿油門和上車油門；所述控制參數存儲單元中，預設的各油門裝置的優先級依次為上車油門、支腿油門、主油門。
6、 根據權利要求5所述的電控發動機多模式控制系統，其特征在于，在工作關系表中在與主油門相對應的行駛運行狀態，發動機全轉速、全功率、全扭矩輸出；在與支腿油門相對應的支腿操縱運行狀態，發動機輸出轉速設置為至少兩個轉速檔；與上車油門相對應的工況運行狀態，發動機的怠速為預設的目標怠速并且怠速狀態下的輸出功率為總功率的50%~60%，發動機的最高輸出轉速為全轉速的50%~60%。
7、 根據權利要求6所述的電控發動機多模式控制系統，其特征在于，還包括PC機或便攜式編程器，用于在開機前將預設的發動機目標怠速和最高輸出轉速寫入所述電控發動電子控制單元。
8、 根據權利要求4至7中任一權利要求所述的電控發動機多模式控制系統，其特征在于，所述輸出至所述電控發動機的電子控制單元的控制信號為脈沖寬度調制信號。
9、 汽車起重機，包括底盤、支腿裝置和臂架裝置，其特征在于，還包括如權利要求8所述的電控發動機多模式控制系統。
專利摘要本實用新型公開一種電控發動機的多模式控制器，包括操縱信號采集單元、工況判斷單元、控制信號輸出單元和控制參數存儲單元；其中，操縱信號采集單元用于獲取各油門操縱裝置的操縱信號；工況判斷單元用于以預設的各油門裝置的優先級為條件，獲得當前工況運行狀態的判斷結果；控制信號輸出單元用于根據當前工況運行狀態的判斷結果，輸出相應的控制信號至電控發動機的電子控制單元；控制參數存儲單元用于存儲有關預設參數。本實用新型整合了不同作業工況的動力性能要求，從而使得電控發動機可靠地應用于汽車底盤類工程機械，以充分發揮電控發動機的優勢。在此基礎上，本實用新型還公開一種電控發動機多模式控制系統和具有該控制系統的汽車起重機。
文檔編號B66C23/40GK201407107SQ20092014570
公開日2010年2月17日 申請日期2009年3月24日 優先權日2009年3月24日
發明者丁宏剛, 朱亞夫, 朱長建, 麗 李 申請人:徐州重型機械有限公司