一种提升装载机作业效率的控制系统及控制方法与流程

本发明涉及一种提升装载机作业效率的控制系统及控制方法，属于装载机。

背景技术：

1、目前，市场上对装载机作业效率、舒适性、智能化的要求不断提升，装载机作业效率及舒适性的控制是装载机智能化的关键部分，因此，研究和开发出能有效提升装载机作业舒适性、作业效率的控制系统，具有重要的意义，可有效优化机手的驾驶体验。

技术实现思路

1、针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种提升装载机作业效率的控制系统及控制方法，能够有效提升装载机的作业效率和驾驶舒适性。

2、为了实现上述目的，本发明采用的一种提升装载机作业效率的控制系统，包括：

3、工作装置电控手柄，用于发送控制装载机工作装置举升、下落、收斗、翻斗的控制指令，控制指令内容包括手柄的四个方向信号以及0-100％的开度信号；

4、传感器，包括动臂角度传感器和铲斗角度传感器，所述动臂角度传感器用于获取装载机工作装置动臂与装载机前车架的相对角度，铲斗角度传感器用于获取装载机工作装置摇臂与装载机工作装置动臂的相对角度；

5、角度标定开关，包括动臂角度标定开关和铲斗角度标定开关，所述动臂角度标定开关用于发送触发信号标定存储动臂角度传感器当前的角度值，铲斗角度标定开关用于发送触发信号标定存储铲斗角度传感器当前的角度值；

6、液压系统控制器，分别与所述工作装置电控手柄、传感器、角度标定开关及工作装置电磁比例控制阀连接，所述液压系统控制器用于接收工作装置电控手柄的位置信号及开度信号，输出控制电流控制工作装置电磁比例控制阀，从而带动工作装置动臂举升、动臂下落、收铲斗、翻铲斗；所述液压系统控制器接收传感器获取的角度信号、接收角度标定开关的触发信号存储记忆动臂角度值和铲斗角度值；所述液压系统控制器结合标定存储的动臂角度值和铲斗角度值、系统内部存储的工作装置几何参数、动臂角度传感器和铲斗角度传感器的实时角度，计算得到动臂油缸实时长度、动臂油缸最小长度、动臂油缸最大长度、动臂油缸运动速度和铲斗油缸实时长度、铲斗油缸最小长度、铲斗油缸最大长度、铲斗油缸运动速度。

7、作为改进的，所述液压系统控制器通过can总线或硬接线与工作装置电控手柄、动臂角度传感器、铲斗角度传感器、动臂角度标定开关、铲斗角度标定开关、工作装置电磁比例控制阀相连。

8、作为改进的，所述工作装置电控手柄安装在装载机驾驶室内的右扶手位置；所述动臂角度标定开关、铲斗角度标定开关分别安装在装载机驾驶室内的右侧立柱上；所述动臂角度传感器安装在工作装置动臂与前车架的连接处，铲斗角度传感器安装在工作装置动臂与工作装置摇臂的连接处；所述液压系统控制器安装在装载机驾驶室内的后盖板内，工作装置电磁比例控制阀安装在前车架与整车液压系统管路连接处。

9、作为改进的，所述工作装置电磁比例控制阀采用集成性电控化液压系统多路阀，安装在装载机前车架内，用于接收液压系统控制器输出的控制装载机工作装置的动臂举升电流、动臂下落电流、收铲斗电流、翻铲斗电流。

10、另外，本发明还提供了一种提升装载机作业效率的控制方法，采用所述的提升装载机作业效率的控制系统，包括以下步骤：

11、1)液压系统控制器通过内置的控制系统获取工作装置电控手柄的位置信号及开度信号，输出驱动电流控制工作装置电磁比例控制阀，从而带动工作装置动臂举升、动臂下落、收铲斗、翻铲斗；

12、2)控制系统接收动臂角度传感器和铲斗角度传感器获取的角度信号、接收动臂角度标定开关和铲斗角度标定开关的触发信号存储记忆动臂角度值和铲斗角度值；

13、3)控制系统结合标定存储的动臂角度值、铲斗角度值、工作装置几何参数、动臂角度传感器的实时角度、铲斗角度传感器的实时角度，计算得到动臂油缸实时长度、动臂油缸最小长度、动臂油缸最大长度、目标位动臂油缸长度、动臂油缸运动速度和铲斗油缸实时长度、铲斗油缸最小长度、铲斗油缸最大长度、目标位铲斗油缸长度、铲斗油缸运动速度；

14、其中，车辆出厂前需手动操作工作装置电控手柄控制动臂和铲斗分别运动至举升极限位、下落极限位、收铲斗极限位、翻铲斗极限位，通过动臂角度标定开关和铲斗角度标定开关存储记忆工作装置四个位置角度值，控制系统结合工作装置几何参数计算得到动臂油缸最大长度、动臂油缸最小长度和铲斗油缸最大长度、铲斗油缸最小长度。

15、作为改进的，动臂下落持续浮动位控制的步骤为：

16、1)手动操作工作装置电控手柄控制工作装置动臂下落至最低位；

17、2)按下动臂角度标定开关，存储当前获取到的动臂角度传感器的角度值；

18、3)控制系统将记忆存储的动臂角度值和获取的实时动臂角度值再结合装载机工作装置几何参数，计算得到动臂油缸最小长度和动臂油缸实时长度；

19、4)操作工作装置电控手柄控制工作装置动臂举升、动臂下落、收铲斗、翻铲斗正常作业；

20、5)当手动操作工作装置电控手柄落动臂时，控制系统实时判断当前动臂油缸长度是否≤(动臂油缸最小长度+50mm)；如果否，则继续操作手柄控制动臂下落；如果是，手动操作工作装置电控手柄过落动臂方向的硬点结构且在过硬点结构处保持2秒以上，则控制系统判定进入动臂下落持续浮动位功能，此时工作装置电控手柄回中位后，液压系统控制器依然持续输出最大落动臂电流控制落动臂工作装置电磁阀进入浮动状态且保持在浮动状态；当操作工作装置电控手柄在任意位置手柄开度≥5％，控制系统立即退出动臂下落持续浮动位功能，可操作工作装置电控手柄控制工作装置进行升落收翻正常作业。

21、作为改进的，贴地找平控制的步骤为：

22、1)操作工作装置电控手柄控制装载机工作装置运动至铲料状态；

23、2)按下动臂角度标定开关和铲斗角度标定开关，存储当前获取到的动臂角度传感器的角度值和铲斗角度传感器的角度值；

24、3)控制系统根据存储的动臂角度值、铲斗角度值和获取的实时动臂角度值、实时铲斗角度值，再结合装载机工作装置几何参数，计算得到存储记忆的铲料状态下动臂油缸长度和铲料状态下铲斗油缸长度、动臂油缸实时长度、铲斗油缸实时长度；

25、4)操作工作装置电控手柄控制工作装置动臂举升、动臂下落、收铲斗、翻铲斗正常作业；

26、5)当机手操作工作装置电控手柄触发贴地找平功能使能信号，控制系统接收到触发信号后，判断动臂当前油缸长度是否>(动臂油缸最大长度+动臂油缸最小长度)/2；如果是，则进入步骤6)，如果否，则进入步骤8)；

27、6)如果是，则液压系统控制器输出比例控制电流控制工作装置动臂向着前述存储记忆的铲料状态下动臂油缸长度运动，铲斗根据铲斗油缸实时长度和前述存储记忆的铲料状态下铲斗油缸长度的差，实时调节铲斗油缸伸出/缩回向着标定的目标位置运动；继续步骤7)；

28、7)判断动臂油缸实时长度、铲斗油缸实时长度与前述标定的存储记忆的铲料状态下动臂油缸实时长度、铲料状态下铲斗油缸实时长度的差的绝对值是否≤5mm；如果是，则贴地找平功能完成；如果否，则进入步骤6)；

29、8)如果否，则判断铲斗油缸实时长度与标定的存储记忆的铲料状态下铲斗油缸长度差的绝对值是否<100mm；如果否，则进入步骤9)，如果是，则进入步骤6)；

30、9)如果否，则铲斗根据铲斗油缸实时长度和前述存储记忆的铲料状态下铲斗油缸长度的差实时调节铲斗油缸伸出/缩回向着标定的目标位置运动。

31、作为改进的，在操作工作装置电控手柄触发贴地找平功能后，手动操作工作装置电控手柄在任意位置开度≥5％，则贴地找平功能取消，机手可手动操作工作装置电控手柄控制工作装置升落收翻正常作业或再次触发贴地找平功能。

32、作为改进的，贴地找平进浮动位控制的步骤为：

33、1)操作工作装置电控手柄控制装载机工作装置运动至铲料状态；

34、2)按下动臂角度标定开关和铲斗角度标定开关，记忆存储当前获取到的动臂角度传感器的角度值和铲斗角度传感器的角度值；

35、3)控制系统根据存储的动臂角度值、铲斗角度值和获取的实时动臂角度值、实时铲斗角度值，再结合装载机工作装置几何参数，计算得到存储记忆的铲料状态下动臂油缸长度和铲料状态下铲斗油缸长度、动臂油缸实时长度、铲斗油缸实时长度；

36、4)操作工作装置电控手柄控制工作装置动臂举升、动臂下落、收铲斗、翻铲斗正常作业；

37、5)当操作工作装置电控手柄触发贴地找平进浮动位功能使能信号，控制系统接收到触发信号后，判断动臂当前油缸长度是否>(动臂油缸最大长度+动臂油缸最小长度)/2；如果是，则进入步骤6)，如果否，则进入步骤9)；

38、6)如果是，则液压系统控制器输出比例控制电流控制工作装置动臂向着动臂油缸最小长度+50mm的位置运动，铲斗根据铲斗油缸实时长度和前述存储记忆的铲料状态下铲斗油缸长度的差实时调节铲斗油缸伸出/缩回向着标定的目标位置运动，进入步骤7)；

39、7)判断当前动臂油缸长度是否<(动臂油缸最小长度+50mm)，如果否，则液压系统控制器继续输出比例电流控制动臂继续下落，如果是，则液压系统控制器输出稳定小电流控制动臂稳定的缓慢下落，继续进入步骤8)；

40、8)判断500ms内动臂油缸长度是否发生变化，如果是，则液压系统控制器继续输出稳定的电流控制动臂稳定缓慢下落，如果否，则判断铲斗底部与地面接触液压系统控制器持续输出最大落动臂电流控制落动臂工作装置电磁阀进入浮动状态且保持在浮动状态，完成贴地找平进浮动功能；

41、9)如果否，则判断铲斗油缸实时长度与标定的存储记忆的铲料状态下铲斗油缸实时长度差的绝对值是否<100mm，如果否，则铲斗根据铲斗油缸实时长度和前述存储记忆的铲料状态下铲斗油缸长度的差实时调节铲斗油缸伸出/缩回向着标定的目标位置运动，当铲斗油缸实时长度与标定的铲料状态下存储记忆的铲斗油缸实时长度差的绝对值<100mm时，则进入步骤6)；

42、10)在操作工作装置电控手柄触发贴地找平进浮动位功能后，手动操作工作装置电控手柄在任意位置开度≥5％，则贴地找平进浮动位功能取消，可手动操作工作装置电控手柄控制工作装置升落收翻正常作业或再次触发贴地找平进浮动位功能。

43、作为改进的，翻斗极限位缓冲及磕斗控制的步骤为：

44、1)操作工作装置手柄控制工作装置铲斗运动至卸料状态；

45、2)按下铲斗角度标定开关，记忆存储当前获取到的铲斗角度传感器的角度值；

46、3)控制系统根据存储的铲斗角度值和获取的实时的铲斗角度值，再结合装载机工作装置几何参数，计算得到存储记忆的卸料状态下铲斗油缸最小长度、铲斗油缸实时长度以及铲斗油缸运动速度；

47、4)控制系统实时计算pid电流＝设定的最小翻斗电流+(铲斗油缸实时长度-铲斗油缸最小长度)*kp+铲斗油缸运动速度*kv；

48、其中，kp为位置反馈系数，数值范围为0-1；kv为速度反馈系数，数值范围为0-1；

49、5)手动操作工作装置电控手柄控制工作装置铲斗进行翻斗；

50、6)实时判断手动操作工作装置电控手柄输出的翻斗电流是否<pid电流；如果否，则进入步骤7)，如果是，则进入步骤8)；

51、7)如果否，则判断铲斗在翻斗状态缓冲区内，液压系统控制器输出操作工作装置手柄形成的电流控制铲斗油缸回缩铲斗翻斗，可进行铲斗与动臂限位块的碰撞实现磕斗；

52、8)如果是，则液压系统控制器输出操作工作装置电控手柄控制工作装置铲斗油缸进行回缩的比例电流；继续步骤9)；

53、9)在翻斗过程中控制系统实时判断手动操作工作装置电控手柄输出的翻斗电流是否<pid电流；如果否，则液压系统控制器输出操作工作装置电控手柄控制工作装置铲斗油缸进行回缩的比例电流，如果是，则继续步骤10)；

54、10)如果是，则判定为翻斗状态进入缓冲区，以进入缓冲区那一刻的电流和铲斗油缸长度为基准，随着操作手柄控制工作装置翻斗，电流以单抛物线的形式减小输出，到达距离最小翻斗油缸长度+5mm的位置输出翻斗电流为0；继续步骤11)；

55、11)卸料结束后操作工作装置手柄回中位后或进行收铲斗操作后，再次控制工作装置铲斗翻斗时，控制系统会再次进行上述判断及处理。

56、与现有技术相比，本发明的提升装载机作业效率的控制系统，有益效果是：

57、1、采用的工作装置电控手柄、动臂角度传感器、铲斗角度传感器、动臂角度标定开关、铲斗角度标定开关、液压系统控制器、工作装置电磁比例控制阀等电器件，成本低廉。

58、2、实现了动臂下落持续浮动位功能，控制装载机的动臂进入浮动状态且保持在浮动状态进行浮动作业，避免了以往的需要手动持续操作装载机工作装置手柄使动臂处于浮动位状态，解放了驾驶员的右手。

59、3、实现了可通过装载机工作装置电控手柄触发贴地找平功能，无论装载机的动臂和铲斗处于任何姿态，控制系统都可迅速控制动臂和铲斗运动至标定的铲料状态，解决了以往需要驾驶员长时间手动操作手柄逐步控制动臂和铲斗运动至铲料状态的问题，该方法降低了操作时间，提升了作业效率。

60、4、实现了可通过装载机工作装置电控手柄触发贴地找平进浮动位功能，无论装载机的动臂和铲斗处于任何姿态，控制系统都可迅速调节铲斗运动至铲料状态、动臂运动至最低位，当动臂运动至最低位铲斗底部接触地面后，控制系统可自动识别该状态，控制装载机动臂进入浮动状态且保持在浮动状态进行浮动作业，解决了以往驾驶员手动操作手柄逐步控制铲斗运动至铲料状态、动臂运动至最低位再手动持续操作装载机工作装置手柄使动臂处于浮动位状态时，所需步骤较多、时间较久且动臂运动至最低位时铲斗底部与地面碰撞的冲击较大等问题，该方法不仅提升了操作便捷性及作业效率，同时提升了驾驶员的舒适性。

61、5、实现了翻斗极限位缓冲及磕斗功能，驾驶员操作装载机电控手柄控制工作装置进行卸料时，铲斗的运动速度会随着铲斗油缸长度的变化最终输出单抛物线形式的电流，在距铲斗油缸最小长度+5mm的位置停止，避免了卸料时铲斗限位块与动臂碰撞，提升了操作舒适性及整车的使用寿命，同时当铲斗内有黏附物料时可操作工作装置电控手柄在铲斗缓冲区内进行再次翻斗卸料，控制系统会自动跳跃缓冲功能控制铲斗限位块与动臂碰撞以此通过震动的形式去除掉铲斗内黏附物料，该方法大大提升了作业舒适性及效率，同时解决了以往每次卸料时铲斗限位块都会与动臂碰撞的问题，提升了整机的使用寿命。