新型自动怠速试验技术优化

为了验证新型自动怠速控制系统的节能效率和操控性能，搭建起如图7-43所示的电液混合型试验平台进行新型自动怠速试验。试验系统中采用力士乐RC6-9作为整机控制器，动力电动机转速采用上海赢双J132XU9732型旋转变压器和旋变角度采集模块DF20314进行测量。关键元件的主要参数如表7-4所示。

图7-43 自动怠速试验平台

表7-4 关键元件的主要参数

1.分段控制模式试验

新型自动怠速控制系统的工作模式不仅由先导压力信号和计时器状态来决定，同时还需要检测液压蓄能器压力和执行器两腔的负载压力，并根据判断准则来决策自动怠速控制系统的实际工作模式。图7-44所示为初始时刻，给先导操作手柄一个较小的压力信号，使动力电动机的初始转速为1100r/min；第7s先导操作手柄处于中位，执行元件停止工作；在第15s处，即当停止工作时间达到8s时，控制器发出指令将动力电动机转速降至800r/min左右，系统进入一级自动怠速状态；系统继续停止工作20s，则进一步自动降低动力电动机转速至500r/min，系统进入二级自动怠速状态；在第45s时刻，给先导手柄一个较大的信号，则取消自动怠速，动力电动机恢复至目标工作转速。

由此可得，所提出新型自动怠速分段划分准则可行，将整个自动怠速过程划分为一级自动怠速、二级自动怠速以及取消自动怠速三个阶段。

图7-44 分段控制模式划分曲线

图7-45 无液压蓄能器辅助驱动单元的自动怠速系统压力曲线

2.操控性能试验

（1）操控性对比研究

操控性能主要针对取消自动怠速恢复工作状态阶段，动力电动机转速按图7-44变化，将有液压蓄能器与无液压蓄能器的自动怠速系统进行对比。

图7-45为无液压蓄能器作辅助驱动单元的自动怠速系统压力曲线。在第45s取消自动怠速时，此时动力电动机转速较低，液压泵出口压力较低，与负载压力不匹配，因此在打开多路阀使执行元件主动腔与泵出口相通的瞬间压力波动较大，执行器出现剧烈抖动，动力电动机响应时间变长，影响了执行元件的操控性。

图7-46为有液压蓄能器作辅助驱动单元的自动怠速系统压力曲线。第15～18s为负载压力适应过程，液压泵给液压蓄能器充油，液压蓄能器压力上升，当液压蓄能器压力与执行器负载压力相适应时，液压蓄能器停止充油，液压泵通过中路回油卸荷。第45s时取消自动怠速，在第45～48s内，液压蓄能器驱动执行器，执行元件主动腔压力跟随蓄能器压力变化；在第48s时液压泵出口已建立起足够克服负载的压力，执行器主动腔压力跟随液压泵出口压力变化。

由图7-47两种模式下泵出口压力对比曲线可以看出，有液压蓄能器作辅助驱动单元的系统在取消自动怠速时，系统始终能够提供与负载相匹配的驱动力，且压力建立时间短、波动小，因而克服了由于驱动力不足而影响操控性的缺点，保证了较好的操控性能。

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图7-46 有液压蓄能器辅助驱动单元的自动怠速系统压力曲线

图7-47 两种模式下泵出口压力对比曲线

（2）最大负载压力适应压差控制

图7-48为新型自动怠速中不同压力适应控制压差下执行元件无杆腔的压力变化曲线。由此可见，压差Δp的变化会影响执行元件速度响应的动态性能：压差越大，执行元件的速度响应越快。但压差过大会导致速度响应超调量过大，因此合适的压差控制，不仅可以提高取消自动怠速时的操控性能，而且可以减小稳态误差，得到的综合性能最佳。此外，还可以得出一个结论：这种新型自动怠速系统的性能关键在于液压蓄能器的释放特性，即液压蓄能器与最大负载压力之间的压差控制，因此可以通过液压系统的辅助驱动，降低对动力电动机的动态响应要求。

图7-48 新型自动怠速中不同压力适应控制压差下执行元件无杆腔压力变化曲线

3.节能性试验

有液压蓄能器和无液压蓄能器对自动怠速系统的能量损耗产生重要影响。从图7-49和图7-50可以看出，由于液压泵需要对液压蓄能器充油储存能量，所以仅在15～17.6s时间段内，有液压蓄能器的液压泵出口压力比无液压蓄能器的自动怠速系统和传统无自动怠速系统的泵出口压力高，但前者在整个自动怠速的其他时间段内，液压泵出口压力均比后两者低。从图7-51和表7-5得出，在自动怠速模式下，包括一级自动怠速阶段和二级自动怠速阶段，无自动怠速系统消耗的能量为48.23kJ，无液压蓄能器的自动怠速系统消耗的能量为25.46kJ，有液压蓄能器的新型自动怠速系统消耗的能量为15.95kJ。与无自动怠速系统相比，有液压蓄能器的新型自动怠速系统节能率达到67%，而无液压蓄能器的自动怠速系统节能率为47%，由此可见，新型自动怠速系统同时兼具节能效率高和操控性能好的特点。

图7-49 不同控制系统动力电动机转速对比曲线

图7-50 泵出口压力对比曲线

图7-51 能量损耗对比曲线

表7-5 不同系统能量效率计算