用于提升挖掘机动力响应特性的系统和方法、挖掘机的制作方法

专利名称：用于提升挖掘机动力响应特性的系统和方法、挖掘机的制作方法
技术领域：
本发明涉及机械控制技术，具体而言，涉及一种用于提升挖掘机动力响应特性的系统和方法、一种挖掘机。
背景技术：
据统计，挖掘机有25%以上的工作时间处于轻载或空载状态，那么根据负载大小控制发动机运行于最经济转速处，可以大幅度减少油耗。这种控制方式导致当挖掘机轻载或空载时，发动机输出功率小，其转速往往较低；当挖掘机负载较大时，发动机输出功率大， 其转速往往较高。由于开始挖掘时负载突然增加，发动机转速需要由低向高突变，而发动机本身的固有特性决定了其转速无法很快提升，此时，发动机表现出动力响应滞后，影响挖掘机的工作表现，还可能缩短发动机的使用寿命；同时，还可能产生大量黑烟，从而导致对燃料的浪费和对环境的污染。因此，需要一种新的用于提升挖掘机动力响应特性的技术，可以在挖掘机的铲斗接触到挖掘对象前，判断出挖掘机的意图，并提前对发动机的转速进行调节，避免由于发动机转速过低导致的动力响应滞后、冒黑烟等问题，从而加快工作效率，增强挖机操作性能， 延长挖掘机的使用寿命，节约资源、保护环境。

发明内容
本发明正是基于上述问题，提出了一种新的用于提升挖掘机动力响应特性的技术，可以在挖掘机的铲斗接触到挖掘对象前，判断出挖掘机的意图，并提前对发动机的转速进行调节，避免由于发动机转速过低导致的动力响应滞后、冒黑烟等，从而加快工作效率， 增强挖掘机操作性能，延长挖掘机的使用寿命，节约资源、保护环境。有鉴于此，本发明提出了一种用于提升挖掘机动力响应特性的系统，包括控制装置，判断挖掘机是否将要进行挖掘动作，若是，则发出提速命令；通信装置，将来自所述控制装置的所述提速命令发送至发动机ECU (Electronic Control Unit,电子控制单元)，使所述挖掘机中的发动机在所述发动机ECU的控制下，转速被调节至预设转速。在该技术方案中，挖掘机在不与挖掘对象接触时，其负载较小，会自动降低转速，以达到经济节能的效果。 但当挖掘机的铲斗重新进行挖掘动作时，尤其是与挖掘对象接触的瞬间，会使得负载瞬间增加，因而希望发动机同样能够在瞬间从转速较低的节能状态转换为高转速的性能状态， 但显然这是无法实现的。因此，在发动机的转速未能提高至期望转速时，便会导致发动机动力响应滞后，影响原来的工作的正常进行，降低了工作效率，还可能会导致发动机的使用寿命缩短，并且此时还可能会使得发动机冒黑烟，这一方面是对燃料的浪费，另一方面还会导致对环境的污染。因此，可以通过对挖掘机的工作姿态进行预判，在判断出其将要进行挖掘动作时， 使其在接触到挖掘对象之前，将转速提升至较高的水平，使工作顺利进行。这里的发动机ECU是指用于控制发动机的转速、燃油喷射、油温、加油量等的控制装置，通过该发动机ECU 执行提速命令，从而使得发动机的转速进行相应地提升。在上述技术方案中，优选地，所述控制装置具体包括测距仪，实时采集所述铲斗与挖掘对象之间的测量距离；距离比较单元，接收来自所述测距仪的所述测量距离，在所述测量距离达到预设的距离阈值的情况下，确认所述挖掘机将要进行挖掘动作。在该技术方案中，由于挖掘机进行挖掘时，是使用铲斗进行挖掘动作，因而可以对铲斗与挖掘对象的距离进行测量，当得到的距离达到一定值的时候，便判断其将要进行挖掘动作。对于距离的测量，可以使用测距仪进行；而测距仪可以直接安装在铲斗上，也可以安装在挖掘机的其他部位，甚至挖掘机外的地方，只要能够对铲斗与挖掘对象的距离进行测量即可。在上述技术方案中，优选地，所述控制装置还包括速度获取单元，根据来自所述测距仪的所述测量距离，获取所述铲斗的移动方向和移动速度，在所述移动方向为预设方向且所述移动速度位于预设的速度范围的情况下，确认所述挖掘机将要进行挖掘动作。在该技术方案中，通过对铲斗与挖掘对象之间的距离的实时连续测量，再加上对时间的计量， 显然可以得到铲斗的移动速度和移动方向，具体而言，移动速度可以由测量得到的距离的数值的变化量得到，而移动方向方面，在测量得到的距离减小，则为垂直向下，距离增大，则为垂直向上。当铲斗以一定的速度向挖掘对象移动时，则显然可能是要进行挖掘动作，从而可以对发动机转速进行调节。在上述技术方案中，优选地，所述测距仪包括以下之一或其组合超声波测距仪、 雷达测距仪和/或激光测距仪。在该技术方案中，本领域的技术人员应该理解的是，凡是可以用于对铲斗与其挖掘对象之间的距离进行测量的仪器、工具及其使用方式，均可以用于本发明的技术方案中。在上述技术方案中，优选地，所述控制装置还包括绝对角度传感器，实时采集所述挖掘机的动臂与水平面或垂直面之间的第一夹角，以及实时采集所述挖掘机的斗杆与水平面或垂直面之间的第二夹角；绝对角度比较单元，将来自所述绝对角度传感器的所述第一夹角的第一变化轨迹与第一预设变化轨迹进行比较、以及将所述第二夹角的第二变化轨迹与第二预设变化轨迹进行比较，在所述第一变化轨迹与所述第一预设变化轨迹相匹配、 且所述第二变化轨迹与所述第二预设变化轨迹相匹配的情况下，确认所述挖掘机将要进行挖掘动作。在该技术方案中，在进行挖掘动作时，除了铲斗会进行运动外，与挖掘机连接的动臂、连接动臂与铲斗的斗杆，也会同时进行运动，并导致动臂、斗杆与水平面或垂直面的夹角发生变化。而在进行挖掘动作时，显然上述夹角的变化均会遵循一定的变化规则，那么， 通过将实时测量得到的夹角的变化规则与预设变化规则进行比较后，若相匹配，则可以判断为将要进行挖掘动作。在上述技术方案中，优选地，所述控制装置还包括相对角度传感器，实时采集所述动臂与所述挖掘机的转台之间的第三夹角，以及实时采集所述斗杆与所述动臂之间的第四夹角；以及相对角度比较单元，将来自所述相对角度传感器的所述第三夹角的第三变化轨迹与第三预设变化轨迹进行比较、以及将所述第四夹角的第四变化轨迹与第四预设变化轨迹进行比较，在所述第三变化轨迹与所述第三预设变化轨迹相匹配、且所述第四变化轨迹与所述第四预设变化轨迹相匹配的情况下，确认所述挖掘机将要进行挖掘动作。
这里由于角度传感器包括两种，一种安装在待测物体如动臂上，用于测量该待测物体与水平面或垂直面之间的绝对夹角，另一种安装在两个待测物体如斗杆与动臂之间的铰接处，用于测量这两个待测物体之间的相对夹角，而无论是哪种夹角，在挖掘机将要进行挖掘动作时，其变化的轨迹都有遵循一定的规律，因此，通过对绝对夹角或是对相对夹角的测量，均可以对挖掘机是否将要进行挖掘动作进行有效判断。当然，如果同时对绝对夹角和相对夹角进行测量和利用，对于挖掘机的进一步动作进行判断时，显然可以拥有更好的判断效果。在上述技术方案中，优选地，还包括预处理装置，对采集到的数据信号进行预处理，其中，所述采集到的数据信号包括来自所述测距仪的所述测量距离、来自所述绝对角度传感器的所述第一夹角和/或所述第二夹角、来自所述相对角度传感器的所述第三夹角和 /或所述第四夹角。在该技术方案中，这里，预处理包括滤波、放大等多种处理方式，通过对采集到的距离、角度等数据进行预处理，保证数据的准确性，确保判断的正确性。在上述技术方案中，优选地，所述控制装置还包括操作接收单元，在感应到用户的操作动作的情况下，确认所述挖掘机将要进行挖掘动作。在该技术方案中，还可以由用户根据工作需要进行自行判断，比如在挖掘机中的操作台或操作杆上添加一个专用按钮，则用户在将要进行挖掘动作时，通过按下该专用按钮，将发动机的转速提升至预设的转速。在上述技术方案中，优选地，还包括设置装置，根据来自所述用户的设置指令，设置所述预设转速的数值。在该技术方案中，对于发动机应该提升的目标转速，可以由用户根据工作需要进行自由设定，比如根据挖掘对象的情况，如当挖掘对象为泥土和为石料时，或是进行挖掘和进行装车时，需要的负载显然不同，从而避免过高的转速带来功耗的浪费。根据本发明的又一方面，还提出了一种挖掘机，包括如上述技术方案所述的用于提升挖掘机动力响应特性的系统。在该技术方案中，挖掘机在不与挖掘对象接触时，其负载较小，会自动降低转速，以达到经济节能的效果。但当挖掘机的铲斗重新进行挖掘动作时， 尤其是与挖掘对象接触的瞬间，会使得负载瞬间增加，因而希望发动机同样能够在瞬间从转速较低的节能状态转换为高转速的性能状态，但显然这是无法实现的。因此，在发动机的转速未能提高至期望转速时，便会导致发动机动力响应滞后，影响原来的工作的正常进行， 降低了工作效率，还可能会导致发动机的使用寿命缩短，并且此时还可能会使得发动机冒黑烟，这一方面是对燃料的浪费，另一方面还会导致对环境的污染。因此，可以通过对挖掘机的工作姿态进行预判，在判断出其将要进行挖掘动作时， 使其在接触到挖掘对象之前，将转速提升至较高的水平，使工作顺利进行。这里是通过发动机ECU完成对发动机的转速的控制的，发动机ECU是指用于控制发动机的转速、燃油喷射、 油温、加油量等的控制装置，通过该发动机ECU执行提速命令，从而使得发动机的转速进行相应地提升。根据本发明的又一方面，还提出了一种用于提升挖掘机动力响应特性的方法，包括步骤302，判断挖掘机是否将要进行挖掘动作；步骤304，若判断结果为是，则将所述挖掘机中的发动机的转速调整至预设转速。在该技术方案中，挖掘机在不与挖掘对象接触时， 其负载较小，会自动降低转速，以达到经济节能的效果。但当挖掘机的铲斗重新进行挖掘动作时，尤其是与挖掘对象接触的瞬间，会使得负载瞬间增加，因而希望发动机同样能够在瞬间从转速较低的节能状态转换为高转速的性能状态，但显然这是无法实现的。因此，在发动机的转速未能提高至期望转速时，便会导致发动机动力响应滞后，影响原来的工作的正常进行，降低了工作效率，还可能会导致发动机的使用寿命缩短，并且此时还可能会使得发动机冒黑烟，这一方面是对燃料的浪费，另一方面还会导致对环境的污染。因此，可以通过对挖掘机的工作姿态进行预判，在判断出其将要进行挖掘动作时， 使其在接触到挖掘对象之前，将转速提升至较高的水平，使工作顺利进行。这里是通过发动机ECU完成对发动机的转速的控制的，发动机ECU是指用于控制发动机的转速、燃油喷射、 油温、加油量等的控制装置，通过该发动机ECU执行提速命令，从而使得发动机的转速进行相应地提升。在上述技术方案中，优选地，所述步骤302具体包括实时采集所述铲斗与挖掘对象之间的测量距离，在所述测量距离达到预设的距离阈值时，确认所述挖掘机将要进行挖掘动作。在该技术方案中，由于挖掘机进行挖掘时，是使用铲斗进行挖掘动作，因而可以对铲斗与挖掘对象的距离进行测量，当得到的距离达到一定值的时候，便判断其将要进行挖掘动作。对于距离的测量，可以使用测距仪进行；而测距仪可以直接安装在铲斗上，也可以安装在挖掘机的其他部位，甚至挖掘机外的地方，只要能够对铲斗与挖掘对象的距离进行测量即可。在上述技术方案中，优选地，还包括根据采集到的所述测量距离，计算所述铲斗的移动方向和移动速度，在所述移动方向为预设方向且所述移动速度位于预设的速度范围时，确认所述挖掘机将要进行挖掘动作。在该技术方案中，通过对铲斗与挖掘对象之间的距离的实时连续测量，再加上对时间的计量，显然可以得到铲斗的移动速度和移动方向，具体而言，移动速度可以由测量得到的距离的数值的变化量得到，而移动方向方面，在测量得到的距离减小，则为垂直向下，距离增大，则为垂直向上。当铲斗以一定的速度向挖掘对象移动时，则显然可能是要进行挖掘动作，从而可以对发动机转速进行调节。在上述技术方案中，优选地，所述步骤302还包括实时采集所述挖掘机的动臂与水平面或垂直面之间的第一夹角，以及实时采集所述挖掘机的斗杆与水平面或垂直面之间的第二夹角；将所述第一夹角的第一变化轨迹与第一预设变化轨迹进行比较、以及将所述第二夹角的第二变化轨迹与第二预设变化轨迹进行比较，在所述第一变化轨迹与所述第一预设变化轨迹相匹配、且所述第二变化轨迹与所述第二预设变化轨迹相匹配时，确认所述挖掘机将要进行挖掘动作。在该技术方案中，在进行挖掘动作时，除了铲斗会进行运动外，与挖掘机连接的动臂、连接动臂与铲斗的斗杆，也会同时进行运动，并导致动臂、斗杆与水平面或垂直面的夹角发生变化。而在进行挖掘动作时，显然上述夹角的变化均会遵循一定的变化规则，那么， 通过将实时测量得到的夹角的变化规则与预设变化规则进行比较后，若相匹配，则可以判断为将要进行挖掘动作。在上述技术方案中，优选地，所述步骤302还包括实时采集所述动臂与所述挖掘机的转台之间的第三夹角，以及实时采集所述斗杆与所述动臂之间的第四夹角；以及将所述第三夹角的第三变化轨迹与第三预设变化轨迹进行比较、以及将所述第四夹角的第四变化轨迹与第四预设变化轨迹进行比较，在所述第三变化轨迹与所述第三预设变化轨迹相匹配、且所述第四变化轨迹与所述第四预设变化轨迹相匹配时，确认所述挖掘机将要进行挖掘动作。〔0027〕 这里由于角度传感器包括两种，一种安装在待测物体如动臂上，用于测量该待测 物体与水平面或垂直面之间的绝对夹角，另一种安装在两个待测物体如斗杆与动臂之间的 铰接处，用于测量这两个待测物体之间的相对夹角，而无论是哪种夹角，在挖掘机将要进行 挖掘动作时，其变化的轨迹都有遵循一定的规律，因此，通过对绝对夹角或是对相对夹角的 测量，均可以对挖掘机是否将要进行挖掘动作进行有效判断。当然，如果同时对绝对夹角和 相对夹角进行测量和利用，对于挖掘机的进一步动作进行判断时，显然可以拥有更好的判 断效果。
〔0028〕 在上述技术方案中，优选地，还包括对采集到的数据信号进行预处理，其中，所述 采集到的数据信号包括所述测量距离、所述第一夹角和I或所述第二夹角、所述第三夹角 和I或所述第四夹角。在该技术方案中，这里，预处理包括滤波、放大等多种处理方式，通 过对采集到的距离、角度等数据进行预处理，保证数据的准确性，确保判断的正确性。 〔0029〕 在上述技术方案中，优选地，所述步骤302还包括在感应到用户的操作动作时， 确认所述挖掘机将要进行挖掘动作。在该技术方案中，还可以由用户根据工作需要进行自 行判断，比如在挖掘机中的操作台或操作杆上添加一个专用按钮，则用户在将要进行挖掘 动作时，通过按下该专用按钮，将发动机的转速提升至预设的转速。 〔0030〕 在上述技术方案中，优选地，还可以将利用直接测量铲斗与挖掘对象的距离、通过 测量夹角获知挖掘机的动作意图、接收用户的操作命令等方式中的多种方式进行结合使 用，通过将多种方式下得到的结果进行一定的算法处理，使得判断结果更精确。 〔0031〕 在上述技术方案中，优选地，还包括根据来自所述用户的设置指令，设置所述预 设转速的数值。在该技术方案中，对于发动机应该提升的目标转速，可以由用户根据工作需 要进行自由设定，比如根据挖掘对象的情况，如当挖掘对象为泥土和为石料时，或是进行挖 掘和进行装车时，需要的负载显然不同，从而避免过高的转速带来功耗的浪费。 〔0032〕 通过以上技术方案，可以在挖掘机的铲斗接触到挖掘对象前，判断出挖掘机的意 图，并提前对发动机的转速进行调节，避免由于发动机转速过低导致的动力响应滞后、冒黑 烟等问题，从而加快工作效率，延长挖掘机的使用寿命，节约资源、保护环境。


〔0033〕图1示出了根据本发明的实施例的用于提升挖掘机动力响应特性的系统的框〔0034〕图2示出了根据本发明的实施例的挖掘机的框〔0035〕图3示出了根据本发明的实施例的用于提升挖掘机动力响应特性的方法的流程 〔0036〕图4示出了根据本发明的实施例的用于提升挖掘机动力响应特性的系统的示意 〔0037〕图5示出了根据本发明的实施例的用于提升挖掘机动力响应特性的方法的具体 流程〔0038〕图6示出了根据本发明的实施例的用于提升挖掘机动力响应特性的示意〔0039〕图7示出了根据本发明的实施例的用于提升挖掘机动力响应特性的示意〔0040〕图8示出了根据本发明的实施例的用于提升挖掘机动力响应特性的示意〔0041〕图9示出了根据本发明的实施例的用于提升挖掘机动力响应特性的示意图10示出了根据本发明的实施例的操作台的示意图；以及图11示出了根据本发明的实施例的操作杆的示意图。其中，图6至图11中的附图标记与部件名称之间的对应关系为602铲斗604挖掘对象606测距仪608测量距离
610控制装置
702铲斗704挖掘对象706测距测角装置708第一高度
710夹角711第一距离712第二高度714测量高度
716控制装置
802铲斗804挖掘对象806斗杆808第一角度传感器
810第一夹角812动臂814第二角度传感器816第二夹角
818控制装置
902铲斗903斗杆904挖掘对象905第一长度
906第一角度传感器908第一角度910动臂912第二长度
914第二角度传感器916第二角度918第一高度920第二高度
922历史高度924阈值高度926控制装置
1000操作台1002调速按钮
1100操作杆1102调速按钮
具体实施例方式为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式
对本发明进行进一步的详细描述。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实施例的限制。图I示出了根据本发明的实施例的用于提升挖掘机动力响应特性的系统的框图。如图I所示，根据本发明的实施例的用于提升挖掘机动力响应特性的系统100， 包括控制装置102，判断挖掘机是否将要进行挖掘动作，若是，则发出提速命令；通信装置 104，将来自控制装置102的提速命令发送至发动机ECU，使挖掘机中的发动机在所述发动机ECU的控制下，转速被调节至预设转速。在该技术方案中，挖掘机在不与挖掘对象接触时，其负载较小，会自动降低转速，以达到经济节能的效果。但当挖掘机的铲斗重新进行挖掘动作时，尤其是与挖掘对象接触的瞬间，会使得负载瞬间增加，因而希望发动机同样能够在瞬间从转速较低的节能状态转换为高转速的性能状态，但显然这是无法实现的。因此，在发动机的转速未能提高至期望转速时，便会导致发动机动力响应滞后，影响原来的工作的正常进行，降低了工作效率，还可能会导致发动机的使用寿命缩短，并且此时还可能会使得发动机冒黑烟，这一方面是对燃料的浪费，另一方面还会导致对环境的污染。因此，可以通过对挖掘机的工作姿态进行预判，在判断出其将要进行挖掘动作时， 使其在接触到挖掘对象之前，将转速提升至较高的水平，使工作顺利进行。这里的发动机 ECU是指用于控制发动机的转速、燃油喷射、油温、加油量等的控制装置，通过该发动机ECU执行提速命令，从而使得发动机的转速进行相应地提升。在上述技术方案中，控制装置102具体包括测距仪1020，实时采集铲斗与挖掘对象之间的测量距离；距离比较单元1022，接收来自测距仪1020的测量距离，在测量距离达到预设的距离阈值的情况下，确认挖掘机将要进行挖掘动作。在该技术方案中，由于挖掘机进行挖掘时，是使用铲斗进行挖掘动作，因而可以对铲斗与挖掘对象的距离进行测量，当得到的距离达到一定值的时候，便判断其将要进行挖掘动作。对于距离的测量，可以使用测距仪1020进行；而测距仪1020可以直接安装在铲斗上，也可以安装在挖掘机的其他部位，甚至挖掘机外的地方，只要能够对铲斗与挖掘对象的距离进行测量即可。在上述技术方案中，控制装置102还包括速度获取单元1024，根据来自测距仪 1020的测量距离，获取铲斗的移动方向和移动速度，在移动方向为预设方向且移动速度位于预设的速度范围的情况下，确认挖掘机将要进行挖掘动作。在该技术方案中，通过对铲斗与挖掘对象之间的距离的实时连续测量，再加上对时间的计量，显然可以得到铲斗的移动速度和移动方向，具体而言，移动速度可以由测量得到的距离的数值的变化量得到，而移动方向方面，在测量得到的距离减小，则为垂直向下，距离增大，则为垂直向上。当铲斗以一定的速度向挖掘对象移动时，则显然可能是要进行挖掘动作，从而可以对发动机转速进行调节。在上述技术方案中，测距仪1020包括以下之一或其组合超声波测距仪、雷达测距仪和/或激光测距仪。在该技术方案中，本领域的技术人员应该理解的是，凡是可以用于对铲斗与其挖掘对象之间的距离进行测量的仪器、工具及其使用方式，均可以用于本发明的技术方案中。在上述技术方案中，控制装置102还包括绝对角度传感器1026，实时采集挖掘机的动臂与水平面或垂直面之间的第一夹角，以及实时采集挖掘机的斗杆与水平面或垂直面之间的第二夹角；绝对角度比较单元1028A，将来自绝对角度传感器1026的第一夹角的第一变化轨迹与第一预设变化轨迹进行比较、以及将第二夹角的第二变化轨迹与第二预设变化轨迹进行比较，在第一变化轨迹与第一预设变化轨迹相匹配、且第二变化轨迹与第二预设变化轨迹相匹配的情况下，确认挖掘机将要进行挖掘动作。在该技术方案中，在进行挖掘动作时，除了铲斗会进行运动外，与挖掘机连接的动臂、连接动臂与铲斗的斗杆，也会同时进行运动，并导致动臂、斗杆与水平面或垂直面的夹角发生变化。而在进行挖掘动作时，显然上述夹角的变化均会遵循一定的变化规则，那么， 通过将实时测量得到的夹角的变化规则与预设变化规则进行比较后，若相匹配，则可以判断为将要进行挖掘动作。在上述技术方案中，控制装置102还包括相对角度传感器1027，实时采集动臂与挖掘机的转台之间的第三夹角，以及实时采集斗杆与动臂之间的第四夹角；以及相对角度比较单元1028B，将来自相对角度传感器1027的第三夹角的第三变化轨迹与第三预设变化轨迹进行比较、以及将第四夹角的第四变化轨迹与第四预设变化轨迹进行比较，在第三变化轨迹与第三预设变化轨迹相匹配、且第四变化轨迹与第四预设变化轨迹相匹配的情况下，确认挖掘机将要进行挖掘动作。这里由于角度传感器包括两种，一种安装在待测物体如动臂上，用于测量该待测物体与水平面或垂直面之间的绝对夹角，另一种安装在两个待测物体如斗杆与动臂之间的铰接处，用于测量这两个待测物体之间的相对夹角，而无论是哪种夹角，在挖掘机将要进行挖掘动作时，其变化的轨迹都有遵循一定的规律，因此，通过对绝对夹角或是对相对夹角的测量，均可以对挖掘机是否将要进行挖掘动作进行有效判断。当然，如果同时对绝对夹角和相对夹角进行测量和利用，对于挖掘机的进一步动作进行判断时，显然可以拥有更好的判断效果。在上述技术方案中，还包括预处理装置106，对采集到的数据信号进行预处理， 其中，采集到的数据信号包括来自测距仪1020的测量距离、来自绝对角度传感器1026的第一夹角和/或第二夹角、来自相对角度传感器1027的第三夹角和/或第四夹角。在该技术方案中，这里，预处理包括滤波、放大等多种处理方式，通过对采集到的距离、角度等数据进行预处理，保证数据的准确性，确保判断的正确性。在上述技术方案中，控制装置102还包括操作接收单元1029，在感应到用户的操作动作的情况下，确认挖掘机将要进行挖掘动作。在该技术方案中，还可以由用户根据工作需要进行自行判断，比如在挖掘机中的操作台或操作杆上添加一个专用按钮，则用户在将要进行挖掘动作时，通过按下该专用按钮，将发动机的转速提升至预设的转速。在上述技术方案中，还包括设置装置108，根据来自用户的设置指令，设置预设转速的数值。在该技术方案中，对于发动机应该提升的目标转速，可以由用户根据工作需要进行自由设定，比如根据挖掘对象的情况，如当挖掘对象为泥土和为石料时，或是进行挖掘和进行装车时，需要的负载显然不同，从而避免过高的转速带来功耗的浪费。根据图I所示的用于提升挖掘机动力响应特性的系统100，可以应用于挖掘机上， 从而有利于挖掘机在使用时的更优的控制效果，具体结合图2进行说明，其中，图2示出了根据本发明的实施例的挖掘机的框图。如图2所示，根据本发明的实施例的挖掘机200，包括如上述技术方案所述的用于提升挖掘机动力响应特性的系统100。在该技术方案中，挖掘机200在不与挖掘对象接触时，其负载较小，会自动降低转速，以达到经济节能的效果。但当挖掘机200的铲斗重新进行挖掘动作时，尤其是与挖掘对象接触的瞬间，会使得负载瞬间增加，因而希望发动机同样能够在瞬间从转速较低的节能状态转换为高转速的性能状态，但显然这是无法实现的。因此，在发动机的转速未能提高至期望转速时，便会导致发动机动力响应滞后，影响原来的工作的正常进行，降低了工作效率，还可能会导致发动机的使用寿命缩短，并且此时还可能会使得发动机冒黑烟，这一方面是对燃料的浪费，另一方面还会导致对环境的污染。因此，可以通过对挖掘机200的工作姿态进行预判，在判断出其将要进行挖掘动作时，使其在接触到挖掘对象之前，将转速提升至较高的水平，使工作顺利进行。这里是通过发动机ECU完成对发动机的转速的控制的，发动机ECU是指用于控制发动机的转速、燃油喷射、油温、加油量等的控制装置，通过该发动机ECU执行提速命令，从而使得发动机的转速进行相应地提升。在上述技术方案中，用于提升挖掘机动力响应特性的系统100，包括控制装置 102，判断挖掘机200是否将要进行挖掘动作，若是，则发出提速命令；通信装置104，将来自控制装置102的提速命令发送至发动机ECU，使挖掘机200中的发动机在所述发动机ECU的控制下，转速被调节至预设转速。在该技术方案中，挖掘机200在不与挖掘对象接触时，其负载较小，会自动降低转速，以达到经济节能的效果。但当挖掘机200的铲斗重新进行挖掘动作时，尤其是与挖掘对象接触的瞬间，会使得负载瞬间增加，因而希望发动机同样能够在瞬间从转速较低的节能状态转换为高转速的性能状态，但显然这是无法实现的。因此，在发动机的转速未能提高至期望转速时，便会导致发动机动力响应滞后，影响原来的工作的正常进行，降低了工作效率，还可能会导致发动机的使用寿命缩短，并且此时还可能会使得发动机冒黑烟，这一方面是对燃料的浪费，另一方面还会导致对环境的污染。因此，可以通过对挖掘机200的工作姿态进行预判，在判断出其将要进行挖掘动作时，使其在接触到挖掘对象之前，将转速提升至较高的水平，使工作顺利进行。这里的发动机ECU是指用于控制发动机的转速、燃油喷射、油温、加油量等的控制装置，通过该发动机ECU执行提速命令，从而使得发动机的转速进行相应地提升。在上述技术方案中，控制装置102具体包括测距仪1020，实时采集铲斗与挖掘对象之间的测量距离；距离比较单元1022，接收来自测距仪1020的测量距离，在测量距离达到预设的距离阈值的情况下，确认挖掘机200将要进行挖掘动作。在该技术方案中，由于挖掘机200进行挖掘时，是使用铲斗进行挖掘动作，因而可以对铲斗与挖掘对象的距离进行测量，当得到的距离达到一定值的时候，便判断其将要进行挖掘动作。对于距离的测量，可以使用测距仪1020进行；而测距仪1020可以直接安装在铲斗上，也可以安装在挖掘机的其他部位，甚至挖掘机外的地方，只要能够对铲斗与挖掘对象的距离进行测量即可。在上述技术方案中，控制装置102还包括速度获取单元1024，根据来自测距仪 1020的测量距离，获取铲斗的移动方向和移动速度，在移动方向为预设方向且移动速度位于预设的速度范围的情况下，确认挖掘机将要进行挖掘动作。在该技术方案中，通过对铲斗与挖掘对象之间的距离的实时连续测量，再加上对时间的计量，显然可以得到铲斗的移动速度和移动方向，具体而言，移动速度可以由测量得到的距离的数值的变化量得到，而移动方向方面，在测量得到的距离减小，则为垂直向下，距离增大，则为垂直向上。当铲斗以一定的速度向挖掘对象移动时，则显然可能是要进行挖掘动作，从而可以对发动机转速进行调节。在上述技术方案中，测距仪1020包括以下之一或其组合超声波测距仪、雷达测距仪和/或激光测距仪。在该技术方案中，本领域的技术人员应该理解的是，凡是可以用于对铲斗与其挖掘对象之间的距离进行测量的仪器、工具及其使用方式，均可以用于本发明的技术方案中。在上述技术方案中，控制装置102还包括绝对角度传感器1026，实时采集挖掘机的动臂与水平面或垂直面之间的第一夹角，以及实时采集挖掘机的斗杆与水平面或垂直面之间的第二夹角；绝对角度比较单元1028A，将来自绝对角度传感器1026的第一夹角的第一变化轨迹与第一预设变化轨迹进行比较、以及将第二夹角的第二变化轨迹与第二预设变化轨迹进行比较，在第一变化轨迹与第一预设变化轨迹相匹配、且第二变化轨迹与第二预设变化轨迹相匹配的情况下，确认挖掘机将要进行挖掘动作。在该技术方案中，在进行挖掘动作时，除了铲斗会进行运动外，与挖掘机连接的动臂、连接动臂与铲斗的斗杆，也会同时进行运动，并导致动臂、斗杆与水平面或垂直面的夹角发生变化。而在进行挖掘动作时，显然上述夹角的变化均会遵循一定的变化规则，那么， 通过将实时测量得到的夹角的变化规则与预设变化规则进行比较后，若相匹配，则可以判断为将要进行挖掘动作。
在上述技术方案中，控制装置102还包括相对角度传感器1027，实时采集动臂与挖掘机200的转台之间的第三夹角，以及实时采集斗杆与动臂之间的第四夹角；以及相对角度比较单元1028B，将来自相对角度传感器1027的第三夹角的第三变化轨迹与第三预设变化轨迹进行比较、以及将第四夹角的第四变化轨迹与第四预设变化轨迹进行比较，在第三变化轨迹与第三预设变化轨迹相匹配、且第四变化轨迹与第四预设变化轨迹相匹配的情况下，确认挖掘机200将要进行挖掘动作。这里由于角度传感器包括两种，一种安装在待测物体如动臂上，用于测量该待测物体与水平面或垂直面之间的绝对夹角，另一种安装在两个待测物体如斗杆与动臂之间的铰接处，用于测量这两个待测物体之间的相对夹角，而无论是哪种夹角，在挖掘机200将要进行挖掘动作时，其变化的轨迹都有遵循一定的规律，因此，通过对绝对夹角或是对相对夹角的测量，均可以对挖掘机200是否将要进行挖掘动作进行有效判断。当然，如果同时对绝对夹角和相对夹角进行测量和利用，对于挖掘机200的进一步动作进行判断时，显然可以拥有更好的判断效果。在上述技术方案中，还包括预处理装置106，对采集到的数据信号进行预处理， 其中，采集到的数据信号包括来自测距仪1020的测量距离、来自绝对角度传感器1026的第一夹角和/或第二夹角、来自相对角度传感器1027的第三夹角和/或第四夹角。在该技术方案中，这里，预处理包括滤波、放大等多种处理方式，通过对采集到的距离、角度等数据进行预处理，保证数据的准确性，确保判断的正确性。在上述技术方案中，控制装置102还包括操作接收单元1029，在感应到用户的操作动作的情况下，确认挖掘机将要进行挖掘动作。在该技术方案中，还可以由用户根据工作需要进行自行判断，比如在挖掘机中的操作台或操作杆上添加一个专用按钮，则用户在将要进行挖掘动作时，通过按下该专用按钮，将发动机的转速提升至预设的转速。在上述技术方案中，还包括设置装置108，根据来自用户的设置指令，设置预设转速的数值。在该技术方案中，对于发动机应该提升的目标转速，可以由用户根据工作需要进行自由设定，比如根据挖掘对象的情况，如当挖掘对象为泥土和为石料时，或是进行挖掘和进行装车时，需要的负载显然不同，从而避免过高的转速带来功耗的浪费。图3示出了根据本发明的实施例的用于提升挖掘机动力响应特性的方法的流程图。如图3所示，根据本发明的实施例的用于提升挖掘机动力响应特性的方法，包括 步骤302，判断挖掘机是否将要进行挖掘动作；步骤304，若判断结果为是，则将挖掘机中的发动机的转速调整至预设转速。在该技术方案中，挖掘机在不与挖掘对象接触时，其负载较小，会自动降低转速，以达到经济节能的效果。但当挖掘机的铲斗重新进行挖掘动作时，尤其是与挖掘对象接触的瞬间，会使得负载瞬间增加，因而希望发动机同样能够在瞬间从转速较低的节能状态转换为高转速的性能状态，但显然这是无法实现的。因此，在发动机的转速未能提高至期望转速时，便会导致发动机动力响应滞后，影响原来的工作的正常进行，降低了工作效率，还可能会导致发动机的使用寿命缩短，并且此时还可能会使得发动机冒黑烟，这一方面是对燃料的浪费，另一方面还会导致对环境的污染。因此，可以通过对挖掘机的工作姿态进行预判，在判断出其将要进行挖掘动作时， 使其在接触到挖掘对象之前，将转速提升至较高的水平，使工作顺利进行。这里是通过发动机ECU完成对发动机的转速的控制的，发动机ECU是指用于控制发动机的转速、燃油喷射、 油温、加油量等的控制装置，通过该发动机ECU执行提速命令，从而使得发动机的转速进行相应地提升。在上述技术方案中，步骤302具体包括实时采集铲斗与挖掘对象之间的测量距离，在测量距离达到预设的距离阈值时，确认挖掘机将要进行挖掘动作。在该技术方案中， 由于挖掘机进行挖掘时，是使用铲斗进行挖掘动作，因而可以对铲斗与挖掘对象的距离进行测量，当得到的距离达到一定值的时候，便判断其将要进行挖掘动作。对于距离的测量， 可以使用测距仪进行；而测距仪可以直接安装在铲斗上，也可以安装在挖掘机的其他部位， 甚至挖掘机外的地方，只要能够对铲斗与挖掘对象的距离进行测量即可。在上述技术方案中，还包括根据采集到的测量距离，计算铲斗的移动方向和移动速度，在移动方向为预设方向且移动速度位于预设的速度范围时，确认挖掘机将要进行挖掘动作。在该技术方案中，通过对铲斗与挖掘对象之间的距离的实时连续测量，再加上对时间的计量，显然可以得到铲斗的移动速度和移动方向，具体而言，移动速度可以由测量得到的距离的数值的变化量得到，而移动方向方面，在测量得到的距离减小，则为垂直向下，距离增大，则为垂直向上。当铲斗以一定的速度向挖掘对象移动时，则显然可能是要进行挖掘动作，从而可以对发动机转速进行调节。在上述技术方案中，步骤302还包括实时采集挖掘机的动臂与水平面或垂直面之间的第一夹角，以及实时采集挖掘机的斗杆与水平面或垂直面之间的第二夹角；将第一夹角的第一变化轨迹与第一预设变化轨迹进行比较、以及将第二夹角的第二变化轨迹与第二预设变化轨迹进行比较，在第一变化轨迹与第一预设变化轨迹相匹配、且第二变化轨迹与第二预设变化轨迹相匹配时，确认挖掘机将要进行挖掘动作。在该技术方案中，在进行挖掘动作时，除了铲斗会进行运动外，与挖掘机连接的动臂、连接动臂与铲斗的斗杆，也会同时进行运动，并导致动臂、斗杆与水平面或垂直面的夹角发生变化。而在进行挖掘动作时，显然上述夹角的变化均会遵循一定的变化规则，那么， 通过将实时测量得到的夹角的变化规则与预设变化规则进行比较后，若相匹配，则可以判断为将要进行挖掘动作。在上述技术方案中，步骤302还包括实时采集动臂与挖掘机的转台之间的第三夹角，以及实时采集斗杆与动臂之间的第四夹角；以及将第三夹角的第三变化轨迹与第三预设变化轨迹进行比较、以及将第四夹角的第四变化轨迹与第四预设变化轨迹进行比较， 在第三变化轨迹与第三预设变化轨迹相匹配、且第四变化轨迹与第四预设变化轨迹相匹配时，确认挖掘机将要进行挖掘动作。这里由于角度传感器包括两种，一种安装在待测物体如动臂上，用于测量该待测物体与水平面或垂直面之间的绝对夹角，另一种安装在两个待测物体如斗杆与动臂之间的铰接处，用于测量这两个待测物体之间的相对夹角，而无论是哪种夹角，在挖掘机将要进行挖掘动作时，其变化的轨迹都有遵循一定的规律，因此，通过对绝对夹角或是对相对夹角的测量，均可以对挖掘机是否将要进行挖掘动作进行有效判断。当然，如果同时对绝对夹角和相对夹角进行测量和利用，对于挖掘机的进一步动作进行判断时，显然可以拥有更好的判断效果。在上述技术方案中，还包括对采集到的数据信号进行预处理，其中，采集到的数据信号包括测量距离、第一夹角和/或第二夹角、第三夹角和/或第四夹角。在该技术方案中，这里，预处理包括滤波、放大等多种处理方式，通过对采集到的距离、角度等数据进行预处理，保证数据的准确性，确保判断的正确性。在上述技术方案中，步骤302还包括在感应到用户的操作动作时，确认挖掘机将要进行挖掘动作。在该技术方案中，还可以由用户根据工作需要进行自行判断，比如在挖掘机中的操作台或操作杆上添加一个专用按钮，则用户在将要进行挖掘动作时，通过按下该专用按钮，将发动机的转速提升至预设的转速。在上述技术方案中，还可以将利用直接测量铲斗与挖掘对象的距离、通过测量夹角获知挖掘机的动作意图、接收用户的操作命令等方式中的多种方式进行结合使用，通过将多种方式下得到的结果进行一定的算法处理，使得判断结果更精确。在上述技术方案中，还包括根据来自用户的设置指令，设置预设转速的数值。在该技术方案中，对于发动机应该提升的目标转速，可以由用户根据工作需要进行自由设定， 比如根据挖掘对象的情况，如当挖掘对象为泥土和为石料时，或是进行挖掘和进行装车时， 需要的负载显然不同，从而避免过高的转速带来功耗的浪费。图4示出了根据本发明的实施例的用于提升挖掘机动力响应特性的系统的示意图。如图4所示，根据本发明的实施例的用于提升挖掘机动力响应特性的系统400，包括数据采集系统402、挖掘机控制器404和发动机ECU (Electronic Control Unit,电子控制单元)406，用于对挖掘机是否将要进行挖掘动作进行判断。由于挖掘机在不进行挖掘动作时，发动机处于空载状态，为了节约资源，会将发动机的转速降低，从而使得挖掘机在进行下一次挖掘动作时，在铲斗与挖掘对象接触时，尤其是在接触的瞬间，会导致发动机的负载迅速增大，这要求发动机能够在短时间内将转速提升至较高数值水平，但显然转速的提升需要一定时间，而无法在短时间内完成，从而造成发动机的动力滞后，还会冒黑烟，污染环境、浪费燃料。因此，可以通过对挖掘机是否将要进行挖掘动作进行预判，从而在合适的时间对发动机进行提前提速，并在铲斗与挖掘对象接触前，将发动机的转速提升至较高转速，获得对应的动力，达到较好的动力响应特性。对于该用于提升挖掘机动力响应特性的系统400的各个部件，其中，数据采集系统402用于对挖掘机及挖掘对象之间的数据进行采集，这里的数据包括铲斗与挖掘对象的距离、铲斗与水平面的距离、动臂与水平面的夹角、斗杆与水平面的夹角等。挖掘机控制器404安装在挖掘机上，用于从数据采集系统402中获取上述的各种反映挖掘机的位置姿态(即位姿)的数据。然后，挖掘机控制器404通过将从数据采集系统 402获取的数据与预设的一些阈值数据、曲线、变化规律等进行比较，从而当数据采集系统 402采集到的实时数据满足一定条件时，便可以判断出挖掘机将要进行挖掘动作，从而向发动机ECU406发出调速命令。发动机ECU406在接收到来自挖掘机控制器404的调速命令后，便对发动机转速进行调整，使得在铲斗接触到挖掘对象之前，将转速提升至预设转速。当然，也可以使得调试命令中包含设定转速，使得发动机E⑶406可以将发动机的转速调整至设定转速，这对于不同的挖掘对象、不同的工作环境等条件下，可以在确保挖掘工作的顺利进行的同时，合理利用资源、节省资源。
图5示出了根据本发明的实施例的用于提升挖掘机动力响应特性的方法的具体流程图。如图5所示，根据本发明的实施例的用于提升挖掘机动力响应特性的方法的步骤如下步骤502，从传感器采集和处理数据。这里包括如通过测距仪测量的距离数据，或角度传感器测量的夹角数据，或其他数据，并且对得到的数据进行处理。这里的处理包括一些初步的数据处理，包括一方面，对数据进行滤波、放大等预处理，另一方面，比如将测量得到的夹角数据结合其他数据得到铲斗与挖掘对象的距离等数据。步骤504，对数据进行分析从而判断出挖掘机的工作意图。这里比如已经通过测距仪得到了铲斗距离挖掘对象的距离，则可以通过将该距离与预设的阈值距离进行比较，比如在铲斗距离挖掘对象I米处开始对发动机的转速进行调整。再比如已经通过绝对角度传感器得到了动臂与水平面或垂直面的第一夹角、斗杆与水平面或垂直面的第二夹角，那么， 当挖掘机进行挖掘动作时，第一夹角和第二夹角都将按照一定的规律进行变化，则可以通过将第一夹角和第二夹角的实际变化规律与预设规律进行比较，若相匹配，则认为挖掘机将要进行挖掘动作，并进一步对发动机的转速进行调节。再比如通过相对角度传感器得到了动臂与挖掘机的转台之间的第三夹角，以及斗杆与动臂之间的第四夹角；将第三夹角和第四夹角的实际变化规律与预设规律进行比较，若相匹配，则确认挖掘机将要进行挖掘动作。步骤506，判断挖掘机是否将要开始挖掘。若是，则进入步骤508，否则返回步骤 502，也就是说从步骤502开始的整个流程都是在实时进行数据采集和分析判断的，以便随时对挖掘机的工作意图进行正确、及时判断。步骤508，向发动机ECU发送提速命令，使得发动机在ECU的控制下，将转速提升至预设转速。当然，也可以在提速命令中包含目标转速，使得发动机的转速提升至该目标转速。图6示出了根据本发明的实施例的用于提升挖掘机动力响应特性的示意图。如图6所示，在本实施例中，通过安装在铲斗602上的测距仪606，来对挖掘机的工作意图进行判断，使其是否将要进行挖掘动作。由于挖掘机在不进行挖掘动作时，发动机处于空载状态，为了节约资源，会将发动机的转速降低，从而使得挖掘机在进行下一次挖掘动作时，在铲斗602与挖掘对象604接触时，尤其是在接触的瞬间，会导致发动机的负载迅速增大，这要求发动机能够在短时间内将转速提升至较高数值水平，但显然转速的提升需要一定时间，而无法在短时间内完成，从而造成发动机的动力滞后，还会冒黑烟，污染环境、浪费燃料。因此，可以通过对挖掘机是否将要进行挖掘动作进行预判，从而在合适的时间对发动机进行提前提速，并在铲斗602与挖掘对象604接触前，将发动机的转速提升至较高转速，获得对应的动力，达到较好的动力响应特性。本实施例的具体方式如下在挖掘机进行挖掘动作时，铲斗602会与挖掘对象604进行接触，因此可以通过测量铲斗602与挖掘对象604之间的距离，判断是否将要发生挖掘动作。通过安装在铲斗602 上的测距仪606，可以直接测量得到铲斗602与挖掘对象604直接的测量距离608。
将测量距离608传送至控制装置610中进行处理。首先，可以对得到的测量距离 608进行滤波、放大等预处理，使得数据更加准确。然后，将测量距离608与预设阈值进行比较，若测量距离608达到预设阈值时，则判定挖掘机将要进行挖掘动作，并由控制装置610 向发动机的转速控制装置发送调速命令，使铲斗602与挖掘对象604接触之前，令发动机的转速达到预设转速。图7示出了根据本发明的实施例的用于提升挖掘机动力响应特性的示意图。如图7所示，在本实施例中，通过安装在动臂上的测距测角装置706，来对挖掘机的工作意图进行判断，使其是否将要进行挖掘动作。由于挖掘机在不进行挖掘动作时，发动机处于空载状态，为了节约资源，会将发动机的转速降低，从而使得挖掘机在进行下一次挖掘动作时，在铲斗702与挖掘对象704接触时，尤其是在接触的瞬间，会导致发动机的负载迅速增大，这要求发动机能够在短时间内将转速提升至较高数值水平，但显然转速的提升需要一定时间，而无法在短时间内完成，从而造成发动机的动力滞后，还会冒黑烟，污染环境、浪费燃料。因此，可以通过对挖掘机是否将要进行挖掘动作进行预判，从而在合适的时间对发动机进行提前提速，并在铲斗702与挖掘对象704接触前，将发动机的转速提升至较高转速，获得对应的动力，达到较好的动力响应特性。本实施例的具体方式如下由安装在动臂上的测距测角装置706测量该测距测角装置706与挖掘对象704上会被铲斗702接触到的部分之间的第一高度708(记为Ill)，以及测量斗杆与水平面之间的夹角710 (记为0 D，由于测距测角装置706与铲斗702上接触到挖掘对象704的部分的距离是固定的，且在该测距测角装置706被安装后即可得知为第一距离711 (记为I1)，则显然可以得到弟~■闻度712 (记为h2)的长度为h2 = I1Sin 9 10由此可以得到，铲斗702与挖掘对象704之间的距离为测量高度714(记为Ah) 为Ah = Iifh2 = Ii1-I1Sineit5将测量高度714传送至控制装置724中进行处理。首先，可以对得到的测量高度716进行滤波消噪处理，使得数据更加准确。然后，将测量高度714与预设阈值进行比较，若测量高度714达到预设阈值时，则判定挖掘机将要进行挖掘动作，并由控制装置716向发动机的转速控制装置发送调速命令，使铲斗702与挖掘对象704接触之前，令发动机的转速达到预设转速。图8示出了根据本发明的实施例的用于提升挖掘机动力响应特性的示意图。如图8所示，在本实施例中，通过安装在斗杆806上的第一角度传感器808和安装在动臂812上的第二角度传感器814，来对挖掘机的工作意图进行判断，使其是否将要进行挖掘动作。由于挖掘机在不进行挖掘动作时，发动机处于空载状态，为了节约资源，会将发动机的转速降低，从而使得挖掘机在进行下一次挖掘动作时，在铲斗802与挖掘对象804接触时，尤其是在接触的瞬间，会导致发动机的负载迅速增大，这要求发动机能够在短时间内将转速提升至较高数值水平，但显然转速的提升需要一定时间，而无法在短时间内完成，从而造成发动机的动力滞后，还会冒黑烟，污染环境、浪费燃料。因此，可以通过对挖掘机是否将要进行挖掘动作进行预判，从而在合适的时间对发动机进行提前提速，并在铲斗802与挖掘对象804接触前，将发动机的转速提升至较高转速，获得对应的动力，达到较好的动力响
18应特性。本实施例的具体方式如下通过安装在斗杆806上的第一角度传感器808，测量得到斗杆806与水平面之间的第一夹角810 ;通过安装在动臂812上的第二角度传感器814，测量得到动臂812与水平面之间的第二夹角816。对第一夹角810和第二夹角816进行实时连续测量，并由此得出对应的第一夹角 810的变化曲线和第二夹角816的变化曲线。由于挖掘机在进行挖掘动作时，对应的第一夹角810和第二夹角816都会按照一定的规律进行变化，也就是可以事先存储预设曲线，然后将实时测量得到的第一夹角810的变化曲线和第二夹角816的变化曲线与对应的预设曲线进行比较，若相匹配，则判定为挖掘机将要进行挖掘动作，并由控制装置818向发动机的转速控制装置发送调速命令，使铲斗802与挖掘对象804接触之前，令发动机的转速达到预设转速。图9示出了根据本发明的实施例的用于提升挖掘机动力响应特性的示意图。如图9所示，在本实施例中，通过安装在斗杆903上的第一角度传感器906和安装在动臂910上的第二角度传感器914，来对挖掘机的工作意图进行判断，使其是否将要进行挖掘动作。由于挖掘机在不进行挖掘动作时，发动机处于空载状态，为了节约资源，会将发动机的转速降低，从而使得挖掘机在进行下一次挖掘动作时，在铲斗902与挖掘对象904接触时，尤其是在接触的瞬间，会导致发动机的负载迅速增大，这要求发动机能够在短时间内将转速提升至较高数值水平，但显然转速的提升需要一定时间，而无法在短时间内完成，从而造成发动机的动力滞后，还会冒黑烟，污染环境、浪费燃料。因此，可以通过对挖掘机是否将要进行挖掘动作进行预判，从而在合适的时间对发动机进行提前提速，并在铲斗902与挖掘对象904接触前，将发动机的转速提升至较高转速，获得对应的动力，达到较好的动力响应特性。本实施例的具体方式如下通过安装在斗杆903上的第一角度传感器906，对斗杆903与水平面之间的第一角度908(记为S1)进行测量，而根据挖掘机的型号，其斗杆903的长度为已知数据第一长度 905 (记为I1);通过安装在动臂910上的第二角度传感器914，对动臂910与水平面之间的第二角度916(记为02)进行测量，而根据挖掘机的型号，其动臂910的长度为已知数据第二长度912 (记为I2)，再加上第二角度传感器914至挖掘机履带所在水平面之间的距离也是已知且不变的第一高度918 (记为Ii1)，则第一角度传感器906与挖掘机履带所处水平面之间的距离为第二高度920 (记为h2)，可以计算得到h2 = I2Sin 0 2-lisin 9 ^h10由此计算公式可见，第二高度920在第一角度传感器906位于挖掘机履带所在水平面之上的时候，为正数，在第一角度传感器906位于挖掘机履带所在水平面之下的时候，为负数，而在第一角度传感器906位于挖掘机履带所在水平面处的时候，为O。由控制装置926对第一角度908和第二角度916的数据进行实时获取和计算，得到实时连续的第二高度920，并由第二高度920的大小变化和变化速度，得知第一角度传感器906 (以及铲斗902)在垂直方向上的运动方向和运动速度。由第二高度920的数值性质， 可知第一角度传感器906的运动速度在运动方向为向上时为负数，在运动方向为向下时为正数。这里由于铲斗902需要接触到挖掘对象904，可能不适合将第一角度传感器906安装在铲斗902上，因而将第一角度传感器906安装在斗杆903上，而这其中产生的误差，可以由下面将要介绍到的自学习策略进行校正。本实施例体现出了挖掘机在一次作业过程中的自学习能力，具体体现在在完成一次挖掘动作后，记录铲斗902接触到挖掘对象904时的第二高度920的数值，并将其作为历史测量高度(记为h2T)进行存储。在将要进行下一次挖掘动作时，利用存储的历史测量高度生成高度阈值(记为 ^^，这里的/^=^ +Z，其中，X为对应于发动机的加速时间和铲斗902在挖掘动作中的运动速度的校正值，其中，发动机的加速时间与挖掘机的型号相关，而铲斗902的运动速度可以通过计算得到，因而可以在每次进行挖掘动作时，得到本次挖掘动作应该使用的高度阈值。当第二高度902达到高度阈值、且铲斗902的运动方向为向下时，则可以判定为挖掘机将要进行挖掘动作，并由控制装置926向发动机的转速控制装置发送调速命令，使铲斗902与挖掘对象904接触之前，令发动机的转速达到预设转速。图10示出了根据本发明的实施例的操作台的示意图。如图10所示，为根据本发明的一个实施例下的操作台1000。由于挖掘机在不进行挖掘动作时，发动机处于空载状态，为了节约资源，会将发动机的转速降低，从而使得挖掘机在进行下一次挖掘动作时，在铲斗与挖掘对象接触时，尤其是在接触的瞬间，会导致发动机的负载迅速增大，这要求发动机能够在短时间内将转速提升至较高数值水平，但显然转速的提升需要一定时间，而无法在短时间内完成，从而造成发动机的动力滞后，还会冒黑烟，污染环境、浪费燃料。因此，可以通过对挖掘机是否将要进行挖掘动作进行预判，从而在合适的时间对发动机进行提前提速，并在铲斗与挖掘对象接触前，将发动机的转速提升至较高转速，获得对应的动力，达到较好的动力响应特性。本实施例的具体方式如下由于挖掘动作的执行，是由用户的操作动作下完成的，因而可以由用户自行判断是否将要进行操作动作，从而进行下一次挖掘动作。则可以在用户进行操作的操作台1000 上，添加一个调速按钮1002，使得用户在希望进行挖掘动作前，按下调速按钮1002，使得挖掘机的发动机可以在铲斗接触到挖掘对象之前，将转速提升至较高水平，顺利完成挖掘动作。当然，显然也可以按照预设转速的不同，添加多个按钮，则用户可以根据进行工作的环境，如挖掘对象的性质的不同，以及工作方式的不同，自行选择使用何种转速作为预设的目标转速，使发动机在达到该转速后，能够顺利完成本次挖掘动作，且不会由于使用了本不需要的高转速而导致了燃料的浪费。图11示出了根据本发明的实施例的操作杆的示意图。如图11所示，为根据本发明的一个实施例的操作杆1100。由于挖掘机在不进行挖掘动作时，发动机处于空载状态，为了节约资源，会将发动机的转速降低，从而使得挖掘机在进行下一次挖掘动作时，在铲斗与挖掘对象接触时，尤其是在接触的瞬间，会导致发动机的负载迅速增大，这要求发动机能够在短时间内将转速提升至较高数值水平，但显然转速的提升需要一定时间，而无法在短时间内完成，从而造成发动机的动力滞后，还会冒黑烟，污染环境、浪费燃料。因此，可以通过对挖掘机是否将要进行挖掘动作进行预判，从而在合适的时间对发动机进行提前提速，并在铲斗与挖掘对象接触前，将发动机的转速提升至较高转速，获得对应的动力，达到较好的动力响应特性。
本实施例的具体方式如下
由于挖掘动作的执行，是由用户的操作动作下完成的，因而可以由用户自行判断是否将要进行操作动作，从而进行下一次挖掘动作。则可以在用户进行操作的操作杆1100 上，添加一个调速按钮1002，使得用户在希望进行挖掘动作前，按下调速按钮1002，使得挖掘机的发动机可以在铲斗接触到挖掘对象之前，将转速提升至较高水平，顺利完成挖掘动作。
当然，显然也可以按照预设转速的不同，添加多个按钮，则用户可以根据进行工作的环境，如挖掘对象的性质的不同，以及工作方式的不同，自行选择使用何种转速作为预设的目标转速，使发动机在达到该转速后，能够顺利完成本次挖掘动作，且不会由于使用了本不需要的高转速而导致了燃料的浪费。
以上结合附图详细说明了本发明的技术方案，考虑到开始挖掘时负载突然增加， 发动机转速需要由低向高突变，而发动机本身的固有特性决定了其转速无法很快提升，此时，发动机表现出动力响应滞后，降低工作效率，浪费燃料，污染环境。因此，本发明提供了一种用于提升挖掘机动力响应特性的系统和一种用于提升挖掘机动力响应特性的方法，可以在挖掘机的铲斗接触到挖掘对象前，判断出挖掘机的意图，并提前将发动机的转速进行调节，避免由于发动机转速过低导致的动力响应滞后、冒黑烟等，从而加快工作效率，延长挖掘机的使用寿命，节约资源、保护环境。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种用于提升挖掘机动力响应特性的系统，其特征在于，包括控制装置(102)，判断挖掘机是否将要进行挖掘动作，若是，则发出提速命令；通信装置(104)，将来自所述控制装置(102)的所述提速命令发送至发动机ECU，使所述挖掘机中的发动机在所述发动机ECU的控制下，转速被调节至预设转速。
2.根据权利要求I所述的用于提升挖掘机动力响应特性的系统，其特征在于，所述控制装置(102)具体包括测距仪(1020)，实时采集所述铲斗与挖掘对象之间的测量距离；距离比较单元(1022)，接收来自所述测距仪(1020)的所述测量距离，在所述测量距离达到预设的距离阈值的情况下，确认所述挖掘机将要进行挖掘动作。
3.根据权利要求2所述的用于提升挖掘机动力响应特性的系统，其特征在于，所述控制装置(102)还包括速度获取单元(1024)，根据来自所述测距仪(1020)的所述测量距离，获取所述铲斗的移动方向和移动速度，在所述移动方向为预设方向且所述移动速度位于预设的速度范围的情况下，确认所述挖掘机将要进行挖掘动作。
4.根据权利要求2或3所述的用于提升挖掘机动力响应特性的系统，其特征在于，所述测距仪(1020)包括以下之一或其组合超声波测距仪、雷达测距仪和/或激光测距仪。
5.根据权利要求I所述的用于提升挖掘机动力响应特性的系统，其特征在于，所述控制装置(102)还包括绝对角度传感器(1026)，实时采集所述挖掘机的动臂与水平面或垂直面之间的第一夹角，以及实时采集所述挖掘机的斗杆与水平面或垂直面之间的第二夹角；绝对角度比较单元(1028A)，将来自所述绝对角度传感器(1026)的所述第一夹角的第一变化轨迹与第一预设变化轨迹进行比较、以及将所述第二夹角的第二变化轨迹与第二预设变化轨迹进行比较，在所述第一变化轨迹与所述第一预设变化轨迹相匹配、且所述第二变化轨迹与所述第二预设变化轨迹相匹配的情况下，确认所述挖掘机将要进行挖掘动作。
6.根据权利要求I所述的用于提升挖掘机动力响应特性的系统，其特征在于，所述控制装置(102)还包括相对角度传感器(1027)，实时采集所述动臂与所述挖掘机的转台之间的第三夹角，以及实时采集所述斗杆与所述动臂之间的第四夹角；相对角度比较单元(1028B)，将来自所述相对角度传感器(1027)的所述第三夹角的第三变化轨迹与第三预设变化轨迹进行比较、以及将所述第四夹角的第四变化轨迹与第四预设变化轨迹进行比较，在所述第三变化轨迹与所述第三预设变化轨迹相匹配、且所述第四变化轨迹与所述第四预设变化轨迹相匹配的情况下，确认所述挖掘机将要进行挖掘动作。
7.根据权利要求2、3、5或6所述的用于提升挖掘机动力响应特性的系统，其特征在于， 还包括预处理装置(106)，对采集到的数据信号进行预处理，其中，所述采集到的数据信号包括来自所述测距仪(1020)的所述测量距离、来自所述绝对角度传感器(1026)的所述第一夹角和/或所述第二夹角、来自所述相对角度传感器(1027)的所述第三夹角和/或所述第四夹角。
8.根据权利要求I所述的用于提升挖掘机动力响应特性的系统，其特征在于，所述控制装置(102)还包括操作接收单元(1029)，在感应到用户的操作动作的情况下，确认所述挖掘机将要进行挖掘动作。
9.根据权利要求1、2、3、5、6或8中任一项所述的用于提升挖掘机动力响应特性的系统，其特征在于，还包括设置装置(108)，根据来自所述用户的设置指令，设置所述预设转速的数值。
10.一种挖掘机，其特征在于，包括如权利要求I至9中任一项所述的用于提升挖掘机动力响应特性的系统。
11.一种用于提升挖掘机动力响应特性的方法，其特征在于，包括步骤302，判断挖掘机是否将要进行挖掘动作；步骤304，若判断结果为是，则将所述挖掘机中的发动机的转速调整至预设转速。
12.根据权利要求11所述的用于提升挖掘机动力响应特性的方法，其特征在于，所述步骤302具体包括实时采集所述铲斗与挖掘对象之间的测量距离，在所述测量距离达到预设的距离阈值时，确认所述挖掘机将要进行挖掘动作。
13.根据权利要求12所述的用于提升挖掘机动力响应特性的方法，其特征在于，还包括根据采集到的所述测量距离，计算所述铲斗的移动方向和移动速度，在所述移动方向为预设方向且所述移动速度位于预设的速度范围时，确认所述挖掘机将要进行挖掘动作。
14.根据权利要求11所述的用于提升挖掘机动力响应特性的方法，其特征在于，所述步骤302还包括实时采集所述挖掘机的动臂与水平面或垂直面之间的第一夹角，以及实时采集所述挖掘机的斗杆与水平面或垂直面之间的第二夹角；将所述第一夹角的第一变化轨迹与第一预设变化轨迹进行比较、以及将所述第二夹角的第二变化轨迹与第二预设变化轨迹进行比较，在所述第一变化轨迹与所述第一预设变化轨迹相匹配、且所述第二变化轨迹与所述第二预设变化轨迹相匹配时，确认所述挖掘机将要进行挖掘动作。
15.根据权利要求11所述的用于提升挖掘机动力响应特性的方法，其特征在于，所述步骤302还包括实时采集所述动臂与所述挖掘机的转台之间的第三夹角，以及实时采集所述斗杆与所述动臂之间的第四夹角；以及将所述第三夹角的第三变化轨迹与第三预设变化轨迹进行比较、以及将所述第四夹角的第四变化轨迹与第四预设变化轨迹进行比较，在所述第三变化轨迹与所述第三预设变化轨迹相匹配、且所述第四变化轨迹与所述第四预设变化轨迹相匹配时，确认所述挖掘机将要进行挖掘动作。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的用于提升挖掘机动力响应特性的方法，其特征在于，还包括对采集到的数据信号进行预处理，其中，所述采集到的数据信号包括所述测量距离、所述第一夹角和/或所述第二夹角、所述第三夹角和/或所述第四夹角。
17.根据权利要求11所述的用于提升挖掘机动力响应特性的方法，其特征在于，所述步骤302还包括在感应到用户的操作动作时，确认所述挖掘机将要进行挖掘动作。
18.根据权利要求11、12、13、14、15或17中任一项所述的用于提升挖掘机动力响应特性的方法，其特征在于，还包括根据来自所述用户的设置指令，设置所述预设转速的数值。
全文摘要
本发明提供了一种用于提升挖掘机动力响应特性的系统，包括控制装置，判断挖掘机是否将要进行挖掘动作，若是，则发出提速命令；通信装置，将来自控制装置的提速命令发送至发动机ECU，使所述挖掘机中的发动机在所述发动机ECU的控制下，转速被调节至预设转速。相应地，本发明还提出了一种挖掘机和一种用于提升挖掘机动力响应特性的方法。通过本发明的技术方案，可以在挖掘机的铲斗接触到挖掘对象前，判断出挖掘机的意图，并提前对发动机的转速进行调节，避免由于发动机转速过低导致的动力响应滞后、冒黑烟等问题，从而加快工作效率，增强挖掘机操作性能，延长挖掘机的使用寿命，节约资源、保护环境。
文档编号E02F3/43GK102535556SQ20121000423
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月9日 优先权日2012年1月9日
发明者孙普, 阎智慧 申请人:三一重工股份有限公司