专利名称：机械式直喷发动机的电子油门控制方法、装置及发动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及发动机技术领域，尤其涉及一种机械式直喷发动机的电子油门控制方法、装置及发动机。
背景技术：
目前，中小型工程机械(如中小型挖掘机)的动力系统主要采用符合非道路国二排放法规的机械式直喷发动机，这种发动机以结构简单、技术含量低、维护及维修成本低等特点在中小型工程机械上应用广泛。针对机械式直喷发动机油门位置开度(即机械软轴位置)的设置，传统的油门拉线控制方法在节能环保以及控制精度和灵敏度上存在明显缺陷，油门控制需要能满足时效和精确度的新的油门控制方法。电子油门控制方法是根据油门旋钮设定油门档位位置，经过油门控制装置CPU分析比较和计算，确定油门电机的转速和方向，通过对油门电机的闭环控制，实现油门执行装置拉线位置的实时随动控制。例如，现有技术中的油门控制系统，其具体控制方式如图1所示:在油门控制操作过程中，控制旋钮设定油门位置信号，CPU主板采集此信号并从显示屏上显示出来，并控制油门电机的转速和方向，油门电机通过油门拉线实现控制发动机供油量；如果油门电机控制未满足设定要求，CPU主板通过比较电位计的反馈值，会在显示屏上显示出来，此时可再调整控制旋钮，重复上述信息传递过程，从而实现对油门的精确控制，但是这种方法的精度不高，调节实时性较差，容易引起油门电机转速波动，不利与后期应用及市场开发。因此，提供一种能够有效提高响应速度、减小油门马达转速波动的油门控制装置及其控制方法就显得尤为重要了。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的一个技术问题是提供一种机械式直喷发动机的电子油门控制装置，通过增量式PID控制来确定油门的开度。一种机械式直喷发动机的电子油门控制装置，包括:油门控制装置和油门执行装置；所述油门控制装置获取所述油门旋钮设定的档位和当前的油门位置，计算所述档位与当前的油门位置的偏差值；所述油门控制装置根据增量式PID算法，将所述偏差值经比例、积分、微分运算后，并经过线性组合生成位置控制信号；所述油门控制装置将所述位置控制信号发送到所述油门执行装置；所述油门执行装置根据所述位置控制信号调整油门拉线的长度，调整油门位置。根据本发明的装置的一个实施例，进一步的，所述油门执行装置包括:油门电机和油门位置信号转换器；所述油门电机根据所述位置控制信号转动，控制所述油门拉线的长度；所述油门位置信号转换器采集油门位置信息，并将油门位置信息转换为电信号传输给所述油门控制装置。
根据本发明的装置的一个实施例，进一步的，所述油门位置信号转换器包括:用于检测所述机械泵式发动机的油门位置的油门位置传感器；当检测到所述油门位置有变化时，所述油门位置信号转换器将当前油门位置信息发送给所述油门控制装置。根据本发明的装置的一个实施例，进一步的，油门电机驱动装置用于将所述油门控制装置发送的所述位置控制信号进行放大处理，并将放大的所述位置控制信号发送到所述油门电机。根据本发明的装置的一个实施例，进一步的，所述油门电机为直流伺服电机；所述油门旋钮为10档或11档。一种机械式直喷发动机，包括如上所述的机械式直喷发动机的电子油门控制装置。本发明要解决的一个技术问题是提供一种机械式直喷发动机的电子油门控制方法，通过增量式PID控制来确定油门的开度。一种机械式直喷发动机的电子油门控制方法，包括:油门控制装置获取油门旋钮设定的档位和当前的油门位置，计算所述档位与当前的油门位置的偏差值；所述油门控制装置根据增量式PID算法，将所述偏差值经比例、积分、微分运算后，并经过线性组合生成位置控制信号；所述油门控制装置将所述位置控制信号发送到所述油门执行装置；所述油门执行装置根据所述位置控制信号调整油门拉线的长度，调整油门位置。根据本发明的方法的一个实施例，进一步的，所述油门执行装置包括:油门电机和油门位置信号转换器；所述油门电机根据所述位置控制信号转动，控制所述油门拉线的长度；所述油门位置信号转换器采集油门位置信息，并将油门位置信息转换为电信号传输给所述油门控制装置。根据本发明的方法的一个实施例，进一步的，所述油门位置信号转换器包括:用于检测所述机械泵式发动机的油门位置的油门位置传感器；当检测到所述油门位置有变化时，所述油门位置信号转换器将当前油门位置信息发送给所述油门控制装置。本发明的机械式直喷发动机的电子油门控制方法、装置即发动机，根据油门旋钮设定值，结合传感器反馈信息，通过PID控制来精确定位油门开度，能够有效提高响应速度、有效地实现油门位置的精确控制，为发动机转速控制以及电子油门系统的各种功能设定提供可靠的基础，并且具有结构合理、成本低、控制精度高等优点，可广泛应用在以机械泵为主要配置的工程机械动力系统中。
为了更清楚地说明本发明实施例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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为现有技术中机械式直喷发动机的电子油门控制装置的示意图；图2为根据本发明的机械式直喷发动机的电子油门控制装置的一个实施例的示意图；图3为根据本发明的机械式直喷发动机的电子油门控制方法的一个实施例的流程图；图4为根据本发明的机械式直喷发动机的电子油门控制方法的另一个实施例的流程图。
具体实施例方式下面参照附图对本发明进行更全面的描述，其中说明本发明的示例性实施例。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。图2为根据本发明的基于应用的合作计费方法的一个实施例的流程图。如图2所示:机械式直喷发动机的电子油门控制装置，包括:油门控制装置22和油门执行装置24。机械式直喷发动机也被称为机械泵式发动机。油门控制装置22获取油门旋钮21设定的档位和当前的油门位置，计算档位与当前的油门位置的偏差值。油门控制装置22根据增量式PID算法，将偏差值经比例、积分、微分运算后，并经过线性组合生成位置控制信号。油门控制装置22将位置控制信号发送到油门执行装置24。油门执行装置24根据位置控制信号调整油门拉线25的长度，调整油门位置。根据本发明的一个实施例，油门旋钮21与油门控制装置24指定数据采集端口相连，油门旋钮21改变工程机械的油门设定档位时，油门控制装置24通过数据采集后，通过比较油门旋钮的设定值与现有油门拉线的位置并按照增量式PID算法处理。PID是工业控制上的一种控制算法，其中P表示比例，I表示积分，D表示微分。在过程控制中，按偏差的比例(P)、积分(I)和微分(D)进行控制，控制参数相互独立，参数的选定比较简单等优点。本发明采用增量式PID算法，根据油门旋钮的设定值与油门拉线的实际位置构成的偏差值，将偏差值经比例P、积分1、微分D运算后经过线性组合构成输出值du=up+ui+ud，对被控对象进行控制，最终以控制信号形式改变油门拉线的长度，调整发动机油门拉杆的位置实现对发动机油门位置实时精确的闭环控制。根据本发明的一个实施例，控制器处理过程为离散值PID，输出值du=kp [e (n) -e (n-l)]+ki*e(n)+kd*[e(n)-2e(n-l)+e(n-2)]。试验中，e(n)代表第 η 次的采集偏差值。初次设定kp，调整至合理值，通过逐步试验加入ki与kd参数控制，结合油门电机刹车信号，保证油门位置的控制精度在3%以内。根据本发明的一个实施例，PID的参数可以由多次调试过程测得，并不唯一。可以改变油门信号转换器的传感器类型，改变油门电机类型等等。根据本发明的一个实施例，油门执行装置24包括:油门电机241和油门位置信号转换器242。油门电机241根据位置控制信号转动，控制油门拉线25的长度。油门位置信号转换器242采集油门位置信息，并将油门位置信息转换为电信号传输给油门控制装置24。根据本发明的一个实施例，油门位置信号转换器242包括:用于检测机械泵式发动机的油门位置的油门位置传感器。当检测到油门位置有变化时，油门位置信号转换器242将当前油门位置信息发送给油门控制装置22。油门位置信号转换器242的输入端与油门电机相连接，输出端与油门控制装置22的输入端相连接。油门电机241、油门位置信号转换器242连接后固定在壳体内，以便保护油门电机与油门位置信号转换器工作在密闭的环境里。根据本发明的一个实施例，油门电机驱动装置23用于将油门控制装置22发送的位置控制信号进行放大处理，并将放大的位置控制信号发送到油门电机241。根据本发明的一个实施例，油门电机为直流伺服电机。油门旋钮一般为10档或11档，与油门控制装置22的输入端相连。根据本发明的一个实施例，还包括显示屏，显示油门旋钮21设定的档位和当前的油门位置、档位与当前的油门位置的偏差值、以及执行的结果等等。本发明的控制装置的优点是:位置传感器安装在油门执行器内部，随时监测油门开度，当检测到油门位置变化，会实时将信息送往油门控制器，油门控制器对该信息进行PID数据处理，计算出控制信号，通过线路送到油门电机驱动，驱动油门电机转动从而实时改变油门开度。电子油门根据油门旋钮设定值，结合传感器反馈信息，通过PID控制来精确定位油门开度，为发动机转速控制以及电子油门系统的各种功能设定提供可靠的基础。图3为根据本发明的机械式直喷发动机的电子油门控制装置的一个实施例的示意图。如图3所示:步骤301，油门控制装置获取油门旋钮设定的档位和当前的油门位置，计算档位与当前的油门位置的偏差值。步骤302，油门控制装置根据增量式PID算法，将偏差值经比例、积分、微分运算后，并经过线性组合生成位置控制信号。步骤303，油门控制装置将位置控制信号发送到油门执行装置。步骤304，油门执行装置根据位置控制信号调整油门拉线的长度，调整油门位置。图4为根据本发明的机械式直喷发动机的电子油门控制方法的另一个实施例的流程图。如图4所不:步骤401，油门控制装置判断油门位置数据采集标志位。如果是，则进入步骤402。步骤402，油门控制装置采集油门旋钮设定的档位和当前的油门位置。步骤403，油门控制装置计算档位与当前的油门位置的偏差值。步骤404，油门控制装置判断偏差值是否满足设定的偏差值的精度，是否大于设定的精度阈值。如果满足精度要求，则执行步骤409，输出刹车信号，油门电机停止转动。如果不满足精度要求，执行步骤405。步骤405，油门控制装置将偏差值经过比例运算得到比例运算输出值up，偏差值经过积分运算输出值得到积分运算输出值ui，偏差值经过微分运算得到微分运算输出值ud,构成输出值du=up+ui+ud。步骤406，将输出置转换为油门电机控制PWM输出值。步骤407，油门执行装置根据位置控制信号调整油门拉线的长度，调整油门位置，并重置采集标志位。
步骤408，将采集的偏差按顺序放入存储装置中。本发明的机械式直喷发动机的电子油门控制方法、装置及发动机，具有结构合理、成本低、控制精度高等优点，可广泛应用在以机械泵为主要配置的工程机械动力系统中。可能以许多方式来实现本发明的方法和系统。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本发明的方法和系统。用于方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本发明的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本发明实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本发明的方法的机器可读指令。因而，本发明还覆盖存储用于执行根据本发明的方法的程序的记录介质。本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
权利要求
1.一种机械式直喷发动机的电子油门控制装置，其特征在于，包括:油门控制装置和油门执行装置； 所述油门控制装置获取油门旋钮设定的档位和当前的油门位置，计算所述档位与当前的油门位置的偏差值； 所述油门控制装置根据增量式PID算法，将所述偏差值经比例、积分、微分运算后，并经过线性组合生成位置控制信号； 所述油门控制装置将所述位置控制信号发送到所述油门执行装置； 所述油门执行装置根据所述位置控制信号调整油门拉线的长度，调整油门位置。
2.如权利要求1所 述的装置，其特征在于: 所述油门执行装置包括:油门电机和油门位置信号转换器； 所述油门电机根据所述位置控制信号转动，控制所述油门拉线的长度； 所述油门位置信号转换器采集油门位置信息，并将油门位置信息转换为电信号传输给所述油门控制装置。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于: 所述油门位置信号转换器包括:用于检测所述机械泵式发动机的油门位置的油门位置传感器； 当检测到所述油门位置有变化时，所述油门位置信号转换器将当前油门位置信息发送给所述油门控制装置。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，包括: 油门电机驱动装置，用于将所述油门控制装置发送的所述位置控制信号进行放大处理，并将放大后的所述位置控制信号发送到所述油门电机。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于: 所述油门电机为直流伺服电机； 所述油门旋钮为10档或11档。
6.一种机械式直喷发动机，其特征在于: 包括如权利要求1至5任意一项所述的机械式直喷发动机的电子油门控制装置。
7.一种机械式直喷发动机的电子油门控制方法，其特征在于，包括: 油门控制装置获取油门旋钮设定的档位和当前的油门位置，计算所述档位与当前的油门位置的偏差值； 所述油门控制装置根据增量式PID算法，将所述偏差值经比例、积分、微分运算后，并经过线性组合生成位置控制信号； 所述油门控制装置将所述位置控制信号发送到所述油门执行装置； 所述油门执行装置根据所述位置控制信号调整油门拉线的长度，调整油门位置。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于: 所述油门执行装置包括:油门电机和油门位置信号转换器； 所述油门电机根据所述位置控制信号转动，控制所述油门拉线的长度； 所述油门位置信号转换器采集油门位置信息，并将油门位置信息转换为电信号传输给所述油门控制装置。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于:所述油门位置信号转换器包括:用于检测所述机械泵式发动机的油门位置的油门位置传感器； 当检测到所述油门位置有变化时，所述油门位置信号转换器将当前油门位置信息发送给所述油门控制装置。
全文摘要
本发明公开了一种机械式直喷发动机的电子油门控制装置、方法及发动机，油门控制装置获取油门旋钮设定的档位和当前的油门位置，计算档位与当前的油门位置的偏差值；油门控制装置根据增量式PID算法，将偏差值经比例、积分、微分运算后，并经过线性组合生成位置控制信号；油门执行装置根据位置控制信号调整油门拉线的长度，调整油门位置。本发明的方法、装置及发动机，根据油门旋钮设定值，结合传感器反馈信息，通过PID控制来精确定位油门开度，能够有效提高响应速度、有效地实现油门位置的精确控制，并且具有结构合理、成本低、控制精度高等优点，可广泛应用在以机械泵为主要配置的工程机械动力系统中。
文档编号F02D11/10GK103195590SQ20131009620
公开日2013年7月10日 申请日期2013年3月22日 优先权日2013年3月22日
发明者魏彬, 胡传正, 刘会娟 申请人:徐工集团工程机械股份有限公司