挖掘机的辅助控制装置、控制系统和控制方法与流程

本发明涉及工程车辆控制技术领域，尤其涉及一种挖掘机的辅助控制装置，本发明还涉及一种挖掘机的控制系统，另外，本发明还涉及一种挖掘机的控制方法。

背景技术：

本部分提供的仅仅是与本公开相关的背景信息，其并不必然是现有技术。

挖掘机作为工程机械在施工过程中必不可少，驾驶员通过操控挖掘机对施工现场进行开挖等工作，驾驶员在对挖掘机操控时，一般通过辅助控制装置实现。

现有技术中，挖掘机辅助控制装置大致有两种：一种是在控制器上集成多个按钮，并且还需要使用触摸屏进行数字输入，驾驶员在操作时较为繁琐；另一种是将操作按钮集成到电手柄上，使得手柄变得复杂，从而增大了手柄的制造成本。

技术实现要素：

本发明的目的是至少解决操作繁琐及制造成本高的问题。该目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的第一方面提出了一种挖掘机的辅助控制装置，包括：

结构组件，所述结构组件包括面板和具有开口的壳体，所述面板以可拆卸的方式安装于所述开口，以将所述壳体的内部和外部隔离；

电气组件，所述电气组件包括处理模块、显示模块和操控模块，所述处理模块安装于所述壳体内且能够与挖掘机的控制系统连接，所述显示模块和所述操控模块分别安装于所述面板，所述显示模块和所述操控模块分别与所述处理模块电连接。

根据本发明的挖掘机的辅助控制装置，处理模块安装在壳体的内部，显示模块和操控模块间隔安装在面板上，当面板安装在壳体的开口时，可通过操作操控模块实现对处理模块的指令输入，显示模块用于显示处理模块反馈的信息。

当该辅助控制装置用于挖掘机时，将辅助控制装置安装在挖掘机驾驶室的内部且便于驾驶员操作的位置，将处理模块与挖掘机的控制系统连接，当驾驶员需要对挖掘机进行设定或操作时，可通过操作操控组件，从而将指令输入至处理模块，处理模块以指令向挖掘机的控制系统发送控制信号，进而实现驾驶员对挖掘机的操控，同时，处理器接收挖掘机的控制系统反馈的信息并通过显示模块将信息展示给驾驶员，以便驾驶员能够及时有效掌握挖掘机当前的状态。

上述辅助控制装置中，单独安装使用，无需与手柄集成，有效降低了制造的成本，同时，通过操控组件实现控制指令的输入，便于操作，提高驾驶员操控的舒适性。

另外，根据本发明的挖掘机的辅助控制装置，还可具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述处理模块包括彼此电连接的处理器和存储单元，所述存储单元内预存有常规模式、刮平模式和压平模式，所述操控模块与所述处理器电连接，所述操控模块能够使所述处理器在所述常规模式、所述刮平模式和所述压平模式择一调用，以便所述处理模块改变所述挖掘机的工作模式。

在本发明的一些实施例中，所述操控模块包括与所述处理器电连接的模式选择单元，所述模式选择单元包括常规档位、刮平档位、压平档位和自定义档位，所述常规档位和所述自定义档位用于调用所述常规模式，所述刮平档位用于调用所述刮平模式，所述自定义档位用于调用所述压平模式。

在本发明的一些实施例中，所述模式选择单元为多档开关，所述多档开关的档位与所述模式选择单元的模式相对应。

在本发明的一些实施例中，所述操控模块还包括与所述处理器电连接的坡度设定单元，所述坡度设定单元包括上坡面调整区间、水平位和下坡面调整区间，所述坡度设定单元用于设定所述挖掘机工作时的目标角度。

在本发明的一些实施例中，所述坡度设定单元为滑动变阻器，所述滑动变阻器的中间位为所述水平位，所述滑动变阻器位于所述中间位两侧的区域分别为所述上坡面调整区和所述下坡面调整区。

在本发明的一些实施例中，所述操控模块还包括：

电源开关，所述电源开关能够接通或断开所述辅助控制装置的电源；

基准点设定按键，所述基准点设定按键为触点开关，所述触点开关用于将所述挖掘机的当前齿尖位置设定为初始位置；

第一指示灯，所述第一指示灯内嵌于所述基准点设定按键，用于提示所述基准点设定按键的状态；

第二指示灯，所述第二指示灯用于提示所述挖掘机的当前状态低于设定目标；

第三指示灯，所述第三指示灯用于提示所述挖掘机的当前状态高于设定目标。

在本发明的一些实施例中，所述壳体上开设有接入孔，所述接入孔内穿设有连接线缆，所述连接线缆将所述处理模块与所述挖掘机的控制系统连接；

所述显示单元模块为液晶屏，所述液晶屏用于显示目标角度数值。

本发明的第二方面提出了一种挖掘机的辅助控制系统，包括：

辅助控制装置，所述辅助控制装置为根据如上所述的辅助控制装置；

传感器组，所述传感器组与所述辅助控制装置电连接，用于监测挖掘机的状态；

电磁阀组，所述电磁阀组与所述辅助控制装置电连接，用于控制所述挖掘机的主阀，以便控制挖掘机的动作。

根据本发明的挖掘机的辅助控制系统，在该辅助控制系统中，辅助控制装置分别与传感器组和电磁阀组连接，其中，在辅助控制装置中，处理模块安装在壳体的内部，显示模块和操控模块间隔安装在面板上，当面板安装在壳体的开口时，可通过操作操控模块实现对处理模块的指令输入，显示模块用于显示处理模块反馈的信息。

辅助控制装置安装在挖掘机驾驶室的内部且便于驾驶员操作的位置，将处理模块与挖掘机的控制系统连接，当驾驶员需要对挖掘机进行设定或操作时，可通过操作操控组件，从而将指令输入至处理模块，处理模块以指令向挖掘机的控制系统发送控制信号，进而实现驾驶员对挖掘机的操控，同时，处理器接收挖掘机的控制系统反馈的信息并通过显示模块将信息展示给驾驶员，以便驾驶员能够及时有效掌握挖掘机当前的状态。

上述辅助控制装置中，单独安装使用，无需与手柄集成，有效降低了制造的成本，同时，通过操控组件实现控制指令的输入，便于操作，提高驾驶员操控的舒适性。

本发明的第三方面提出了一种挖掘机的辅助控制方法，其通过如上所述的挖掘机的辅助控制系统实施，该辅助控制方法包括如下步骤：

接通电源；

选择工作模式以适应挖掘机的当前工况；

调整挖掘机当前工作角度，以满足目标角度；

设定挖掘机的前齿尖位置为初始位置；

启动挖掘机；

采集挖掘机的工作参数；

判断挖掘机的工作参数是否满足预设要求，若是，则不处理，若否，则进行相应调整。

根据本发明所提供的挖掘机的辅助控制方法，事先预存多种工作模式，驾驶员根据实际工况对挖掘机的工作模式进行选择，从而简化了繁琐的操作程序；同时，设定的工作模式具有目标角度，将挖掘机的工作角度与目标角度调整至一致，以实现挖掘机的施工效果；再者，通过设定挖掘机的前齿尖位置为初始位置，能够简化预算的步骤，提高挖掘机的响应速度；另外，在挖掘机工作时，对挖掘机的工作状态进行监测，以便驾驶员对挖掘机进行调整，使得施工效果满足要求。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：

图1示意性地示出了根据本发明实施方式的辅助控制装置的结构示意图；

图2为图1所示辅助控制装置中电路结构简图。

100为辅助控制装置；

01为操控模块，001为第二指示灯，002为第三指示灯，003为电源开关，004为基准点设定按键，005为模式选择单元，006为坡度设定单元，007为第一指示灯，008为电磁阀接头，009为传感器接头，010为电源接头；

02为显示模块；

03为面板；

04为处理模块。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。

尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。

如图1和图2所示，根据本发明的实施方式，提出了一种挖掘机的辅助控制装置100，包括：结构组件和电气组件，结构组件包括面板03和具有开口的壳体，面板03以可拆卸的方式安装于开口，以将壳体的内部和外部隔离；电气组件包括处理模块04、显示模块02和操控模块01，处理模块04安装于壳体内且能够与挖掘机的控制系统连接，显示模块02和操控模块01分别安装于面板03，显示模块02和操控模块01分别与处理模块04电连接。

根据本发明的挖掘机的辅助控制装置100，处理模块04安装在壳体的内部，显示模块02和操控模块01间隔安装在面板03上，当面板03安装在壳体的开口时，可通过操作操控模块01实现对处理模块04的指令输入，显示模块用于显示处理模块04反馈的信息。

当该辅助控制装置100用于挖掘机时，将辅助控制装置100安装在挖掘机驾驶室的内部且便于驾驶员操作的位置，将处理模块04与挖掘机的控制系统连接，当驾驶员需要对挖掘机进行设定或操作时，可通过操作操控组件，从而将指令输入至处理模块04，处理模块04以指令向挖掘机的控制系统发送控制信号，进而实现驾驶员对挖掘机的操控，同时，处理器接收挖掘机的控制系统反馈的信息并通过显示模块02将信息展示给驾驶员，以便驾驶员能够及时有效掌握挖掘机当前的状态。

上述辅助控制装置100中，单独安装使用，无需与手柄集成，有效降低了制造的成本，同时，通过操控组件实现控制指令的输入，便于操作，提高驾驶员操控的舒适性。

进一步理解的是，处理模块04包括彼此电连接的处理器和存储单元，存储单元内预存有常规模式、刮平模式和压平模式，操控模块01与处理器电连接，操控模块01能够使处理器在常规模式、刮平模式和压平模式之间择一调用，以便处理模块04改变挖掘机的工作模式。

具体地，预存与存储单元的工作模式包括但不限于常规模式、刮平模式和压平模式，其中，常规模式、刮平模式和压平模式均为控制策略或控制逻辑，更具体的是，常规模式为挖掘机处于正常等待状态，适用于一般常规工况；刮平模式为挖掘机处于齿尖刮平的工作模式，适用于平底和修坡工况；压平模式为挖掘机处于铲斗背部压平的工作模式，适用于平底和斜坡的压实工况。

驾驶员根据挖掘机的当前工况对挖掘机的工作模式进行选择，具体地，驾驶员操作操控组件，使得操控组件与处理器进行通信，处理器调用存储单元内与挖掘机的当前工况相适配的工作模式，启动挖掘机后，挖掘机可依据选择工作模式的控制逻辑执行施工作业，从而简化了驾驶员的操作，降低了驾驶员的操控强度，同时，减少了操控部件的数量，使得制造成本有效降低。

进一步地，操控模块01包括与处理器电连接的模式选择单元005，模式选择单元005包括常规档位、刮平档位、压平档位和自定义档位，常规档位和自定义档位用于调用常规模式，刮平档位用于调用刮平模式，自定义档位用于调用压平模式。具体地，操控模块01中的模式选择单元005用于设定挖掘机的工作模式，在模式选择单元005中包括常规档位、刮平档位、压平档位和自定义档位，其中，常规档位、刮平档位和压平档位分别与常规模式、刮平模式和压平模式一一对应设置。

以挖掘机需要选择刮平模式为例进行说明，驾驶员操作模式选择单元005，使得模式单元选择至模式选择档位，此时，模式选择单元005与处理器通信，处理器调用存储单元中刮平模式，并将刮平模式的控制逻辑输送至挖掘机的控制系统，使得挖掘机进入刮平工作模式，从而执行刮平施工的操作。

需要理解的是，本申请中自定义档位与常规模式对应设置，常规档位和自定义档位均对应常规模式，自定义档位为预设档位，当存储单元中预存有其他工作模式时可将自定义档位与其对应，从而可以通过软件设置增加辅助控制装置100的功能性，减少了辅助控制装置100的制造成本。

需要指出的是，存储单元中的工作模式还可以包括其它种类，如挖坑模式等，在此本申请不再进行赘述。另外，处理器为单片机，关于单片机的型号请参考现有技术，本申请不再进行赘述。

进一步地，模式选择单元005为多档开关，多档开关的档位与模式选择单元005的模式相对应。具体地，该多档开关为旋钮式结构，该旋钮时结构包括一个动触点和四个静触点，其中，四个静触点分别与常规档位、刮平档位、压平档位和自定义档位相对应，驾驶员根据需要旋转旋钮结构，使得动触点在四个静触点间切换，动触点与哪一个静触点结合，对应该静触点的工作模式被选择，从而降低了操控的难度，提高了驾驶员使用的便捷性。

进一步地，操控模块01还包括与处理器电连接的坡度设定单元006，坡度设定单元006包括上坡面调整区间、水平位和下坡面调整区间，坡度设定单元006用于设定挖掘机工作时的目标角度。具体地，施工现场根据施工效果分为水平面、上坡面和下坡面，驾驶员根据施工效果进行设定坡度。该种方式便于驾驶员操作，降低了操控的难度，能够有效提高施工的效率。

以施工效果为上坡面为例，驾驶员调整坡度设定单元006，使得挖掘机处于上坡面的施工模式，并且对上坡面的施工角度进行设定，使其成为目标角度，挖掘机依据设定的目标角度进行施工，从而保证施工效果。

需要指出的是，当目标角度设定完成后，目标角度的数值通过显示单元进行显示，使得驾驶员能够实时掌握当前设定的目标角度数值，便于对挖掘机的操控。另外，坡度调整为一个阈值区间，该阈值区间包括上坡面调整区间，此区间的数值为连续正值；下坡面调整区间，此区间的数值为连续负值；水平面时，位于阈值区间的中间零点位置。

本申请中，上述阈值区间为[-1,1]，该阈值区间为比例值，即目标角度与可施工最大角度的比值，举例说明，挖掘机的可施工最大角度为100°，目标角度为-50°，目标角度与可施工最大角度之比为-0.5，此时将坡度调节至-0.5的档位，挖掘机则进入-50°的施工工况。

进一步地，坡度设定单元006为滑动变阻器，滑动变阻器的中间位为水平位，滑动变阻器位于中间位两侧的区域分别为上坡面调整区和下坡面调整区。滑动变阻器的中间位为水平位，即为零点，上坡调整区间和下坡调整区间分别位于水平位的两侧，由于滑动变阻器在进行调整时，阻值具有连续变化的特征，故此，将滑动变阻器作为坡度设定单元006能够保证目标角度调整的连续性，从而提高坡度设定的精度，进而提高施工的精度。

具体地理解的是，操控模块01还包括电源开关003、基准点设定按键004、第一指示灯007、第二指示灯001和第三指示灯002，电源开关003能够接通或断开辅助控制装置100的电源；基准点设定按键004为触点开关，触点开关用于将挖掘机的当前齿尖位置设定为初始位置；第一指示灯007内嵌于基准点设定按键004，用于提示基准点设定按键004的状态；第二指示灯001用于提示挖掘机的当前状态低于设定目标；第三指示灯002用于提示挖掘机的当前状态高于设定目标。

具体地，电源开关003用于控制辅助控制装置100是否接通电源，通过设置电源开关003，便于对辅助控制装置100的安全保护，在施工完毕或中断时，通过断开电源开关003，能够避免驾驶员或其他人员误操作造成工程事故的发生。

当驾驶员对辅助控制装置100中其它的模式选择设定完毕后，驾驶员操作挖掘机工作装置使得齿间接触基准控制地标时，此时按一下基准点设定按键004(时间1秒之内)，将当前齿尖位置记录为初始位置；当初始位置设定完毕后，再长按基准点设定按键004，程序通过检测触点开关接通的时长判断，如果符合条件(时间2秒以上)，则认为设置完成，第一指示灯007被点亮，表明辅助控制装置100已正式执行辅助功能。

挖掘机在进行连续施工时，该辅助控制装置100与挖掘机的传感器连接，传感器实时监测挖掘机的工作参数，第二指示灯001和第三指示灯002分别用于显示挖掘机所处的两种状态，即一种为高于设定目标，另一种为低于设定目标，当高于设定目标时，第三指示灯002点亮，提醒驾驶员进行相应调整，当低于设定目标时，第二指示灯001点亮，提醒驾驶员进行相应调整。通过设置第二指示灯001和第三指示灯002，能够使得驾驶员迅速掌握挖掘机当前工作状态，便于及时将挖掘机调整到位，从而保证挖掘机的施工效果。

需要指出的是，上述第一指示灯007、第二指示灯001和第三指示灯002可以为灯珠、发光二极管等，在此本申请不再进行赘述。

另外，处理单元还电连接车辆的音箱系统，当高于或低于设定目标时，可通过车辆的音箱系统进行“偏高”或“偏低”等语音提示，便于驾驶员及时快速掌握挖掘机当前的状态。

具体地，壳体上开设有接入孔，接入孔内穿设有连接线缆，连接线缆将处理模块04与挖掘机的控制系统连接；显示单元模块为液晶屏，液晶屏用于显示目标角度数值。通过连接线缆能够实现处理模块04与挖掘机控制系统的连接，从而便于控制指令的输出及状态信号的反馈，从而保证驾驶员对于挖掘机的操控；液晶显示屏上设置xy坐标系，通过将目标角度的数值在xy坐标系中的进行显示，从而使得驾驶员能够直观获得目标角度的信息，提高了操作的便捷性。

需要指出的是，处理模块04上设置有电源接头010、传感器接头009和电磁阀接头008，连接线缆包括但不限于电源线、传感器连接线和电磁阀控制线，通过电源线将电源接头010与电源连接，以实现辅助控制装置100的电源供给，通过传感器连接线将传感器接头009与传感器连接，以实现传感器采集信息能够传输至处理模块04，通过电磁阀控制线将电磁阀接头008与挖掘机控制系统电磁阀的连接，能够实现处理模块04对挖掘机控制系统的控制。

本发明的第二方面提出了一种挖掘机的辅助控制系统，包括：

辅助控制装置100，辅助控制装置100为根据如上所述的辅助控制装置100；

传感器组，传感器组与辅助控制装置100电连接，包括多个传感器，用于监测挖掘机的状态；

电磁阀组，电磁阀组与辅助控制装置100电连接，包括多个电磁阀，用于控制挖掘机的主阀，以便控制挖掘机的动作。

根据本发明的挖掘机的辅助控制系统，在该辅助控制系统中，辅助控制装置100分别与传感器组和电磁阀组连接，其中，在辅助控制装置100中，处理模块04安装在壳体的内部，显示模块02和操控模块01间隔安装在面板03上，当面板03安装在壳体的开口时，可通过操作操控模块01实现对处理模块04的指令输入，显示模块用于显示处理模块04反馈的信息。

辅助控制装置100安装在挖掘机驾驶室的内部且便于驾驶员操作的位置，将处理模块04与挖掘机的控制系统连接，当驾驶员需要对挖掘机进行设定或操作时，可通过操作操控组件，从而将指令输入至处理模块04，处理模块04以指令向挖掘机的控制系统发送控制信号，进而实现驾驶员对挖掘机的操控，同时，处理器接收挖掘机的控制系统反馈的信息并通过显示模块02将信息展示给驾驶员，以便驾驶员能够及时有效掌握挖掘机当前的状态。

上述辅助控制装置100中，单独安装使用，无需与手柄集成，有效降低了制造的成本，同时，通过操控组件实现控制指令的输入，便于操作，提高驾驶员操控的舒适性。

本发明的第三方面提出了一种挖掘机的辅助控制方法，其通过如上所述的挖掘机的辅助控制系统实施，该辅助控制方法包括如下步骤：

通过闭合电源开关003，使得辅助控制装置100接通电源。

驾驶员根据当前工况对挖掘机的工作模式进行选择，在工作模式选择时，将模式选择单元005的工作模式切换至与当前工况相匹配，以满足实际施工的需求。

判断现成施工处于水平面、上坡面或下坡面中的哪一种，通过调整坡度设定单元006，使得挖掘机的工作角度满足实际施工的需要，并且对设定目标角度，使得施工的精度得到保证。

当驾驶员对辅助控制装置100中其它的模式选择设定完毕后，驾驶员操作挖掘机工作装置使得齿间接触基准控制地标时，此时按一下基准点设定按键004(时间1秒之内)，将当前齿尖位置记录为初始位置；当初始位置设定完毕后，再长按基准点设定按键004，程序通过检测触点开关接通的时长判断，如果符合条件(时间2秒以上)，则认为设置完成，第一指示灯007被点亮，表明辅助控制装置100已正式执行辅助功能启动挖掘机。

挖掘机在进行连续施工时，该辅助控制装置100与挖掘机的传感器连接，传感器实时监测挖掘机的工作参数，判断工作参数是否满足预设要求，即挖掘机的当前状态与设定目标相比较，当高于设定目标时，第三指示灯002点亮，驾驶员需要进行相应调整，当低于设定目标时，第二指示灯001点亮，驾驶员需要进行相应调整，当处于设定目标时，驾驶员无需调整，挖掘机保持当前施工状态即可。

根据本发明所提供的挖掘机的辅助控制方法，事先预存多种工作模式，驾驶员根据实际工况对挖掘机的工作模式进行选择，从而简化了繁琐的操作程序；同时，设定的工作模式具有目标角度，将挖掘机的工作角度与目标角度调整至一致，以实现挖掘机的施工效果；再者，通过设定挖掘机的前齿尖位置为初始位置，能够简化预算的步骤，提高挖掘机的响应速度；另外，在挖掘机工作时，对挖掘机的工作状态进行监测，以便驾驶员对挖掘机进行调整，使得施工效果满足要求。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。