CN110886338A - 装载机半自动铲装控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种装载机半自动铲装控制系统及方法，属于装载机技术领域，至少包括：电控发动机、电控发动机控制器、变速箱控制器、微电脑控制器、换挡手柄、先导手柄、角度传感器、CAN总线通讯面板、压力传感器、电比例液压系统及模式操作开关；其特征在于，所述微电脑控制器分别与电控发动机控制器和变速箱控制器进行数据通讯；所述CAN总线通讯面板与微电脑控制器进行数据通讯；所述角度传感器、换挡手柄、先导手柄及模式操作开关将信号输入微电脑控制器的输入端口，所述微电脑控制器将控制信号通过输出端口发送给控制电比例液压系统的比例阀。通过采用上述技术方案，该发明为整机的操纵带来极大的便利，同时能够提高工作效率。

Description

装载机半自动铲装控制系统及方法

技术领域

本发明属于装载机技术领域，特别涉及一种装载机半自动铲装控制系统及方法。

背景技术

装载机是一种广泛应用于公路、铁路、矿山、建筑等恶劣环境的工程机械车辆，它的作业对象包括各种土壤、砂石、石灰料、建筑散装物料等，主要是完成铲、装、卸、运等作业。装载机司机的工作环境恶劣，而且劳动强度大，再加上频繁操作工作装置手柄进行重复性作业，在这样的环境下，司机很容易疲劳，不但影响驾驶安全，而且疲劳状态下的操作对铲装效率的影响带来了不确定性。当前工程机械的先进技术大部分集中在操纵和控制上，所以实现装载机的半自动铲装功能对整机的操纵带来极大的便利，可以很好的提高工作效率。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题，提供一种装载机半自动铲装控制系统及方法，该装载机半自动铲装控制系统及方法为整机的操纵带来极大的便利，同时能够提高工作效率。

本发明的第一目的是提供一种装载机半自动铲装控制系统，至少包括：电控发动机、电控发动机控制器、变速箱控制器、微电脑控制器、换挡手柄、先导手柄、角度传感器、CAN总线通讯面板、压力传感器、电比例液压系统及模式操作开关；所述微电脑控制器分别与电控发动机控制器和变速箱控制器进行数据通讯；所述CAN总线通讯面板与微电脑控制器进行数据通讯；所述角度传感器、换挡手柄、先导手柄及模式操作开关将信号输入微电脑控制器的输入端口，所述微电脑控制器将控制信号通过输出端口发送给控制电比例液压系统的比例阀。

进一步：所述角度传感器包括动臂角度传感器和摇臂角度传感器；所述动臂角度传感器和摇臂角度传感器的信号输出端子与微电脑控制器的输入端口连接。

进一步：还包括工作装置返回运输位操作按键，铲斗自动放平操作按键，所述操作按键与微电脑控制器的输入端口电连接。

进一步：还包括对动臂举升至最高位、最低位以及铲斗的收斗角及卸料角进行标定的工作装置标定模块。

本发明的第二目的是提供基于上述装载机半自动铲装系统的控制方法，所述装载机半自动铲装系统包括工作装置标定模块、工作段识别模块、液压系统控制模块，所述控制方法包括如下步骤：

第一步：在控制器通电后，输入、输出端口及控制总线进行初始化；

第二步：整机启动后，根据工况看是否需要进行参数标定，如果不需要，按照正常的行车进行操作；如果需要参数标定，需要调用参数标定模块，该参数标定模块需要实现工作装置自动放平位置、运输位置、举升最高位置的标定；标定过程需求HMI和开关面板的协同参与；

第三步：参数标定完成后，如果不需要进行铲装，则进行正常的行车操作；如果需要进行铲装，则调用工作段识别模块来判断车辆状态，并且识别出装载机在作业过程中的铲掘段及带载举升段，进而进行工作装置的控制；

第四步：装载机进入铲装的过程中，通过操作工作装置放平按键，工作装置将会自动放平，进行铲掘作业，根据识别出来的工作段进行工作装置的控制，当在铲掘时，可以控制动臂和摇臂进行交替动作；

第五步：铲掘完成后，根据识别出的带载举升段，工作装置会根据设置的高度，举升到相应的位置进行卸料，当到达卸料位置时，根据车的状态判断是否卸料，根据动臂大腔的压力传感器和铲斗大腔压力传感器信号识别出卸料完成；

第六步：卸料完成后，铲斗会自动的上升至最高位，当车行驶到安全的操作环境下，如果装载机需要继续铲掘工作，操作自动放平按键进行下一个铲掘工作；如果不需要继续铲掘，操作性回运输位按键，装置将回到运输位，进行正常的空载行驶；

第七步：通过总线发送监测参量给显示器进行实时显示和监测，发送需要存储的数据到总线上；

第八步：返回并根据顺序方式循环执行。

本发明具有的优点和积极效果是：

通过采用上述技术方案，本发明将CAN总线智能按键面板及电比例液压系统应用于本发明以后，可实现装载机的半自动铲装，从而：

1.增加了装载机整车电控阀的使用，提高了整车的电控水平。

2.建立了动臂角度和摇臂角度的位置数据模型，可以实时监测动臂的高度及铲斗的角度信息。

3.具有工作装置返回运输位和铲斗自动放平的一键操作功能，减少了整机操作的复杂性。

4.增加了工作装置的标定功能，可以对动臂举升最高位、最低位以及铲斗的收斗角和卸料角进行定位。

5.增加了CAN总线智能按键面板，让开关布置简单整洁。

6.增加了工作段识别的功能，可以根据工作段的识别匹配不同的发动机功率，具有节能的效果。

7.可以很好的适应各种工况条件。

附图说明

图1本发明优选实施例的系统框图；

图2本发明优选实施例中工作装置标定模块流程图；

图3本发明优选实施例中工作段识别流程图；

图4本发明优选实施例中液压系统控制流程图；

图5本发明优选实施例的电路图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参见图1至图5，一种装载机半自动铲装控制系统，包括有变速箱、变速箱控制器、微电脑控制器、电控发动机控制器、换挡手柄、先导手柄、动臂角度传感器、摇臂角度传感器、电比例液压系统及模式操作开关。电控发动机控制器和微电脑控制器进行通讯，变速箱控制器和微电脑控制器进行通讯，既微电脑控制器从电控发动机控制器中获得发动机转速，发动机扭矩百分比，并且从变速箱控制器中获得变速箱输出转速；换挡手柄、动臂角度传感器及铲斗角度传感器等将信号输入到微电脑控制器的输入端口；先导手柄通过通讯把操作信号发送给微电脑控制器；微电脑控制器将采集到的信号通过处理通过其输出端口控制电比例液压系统的比例阀。装载机工作装置在手动模式和自动模式下工作由自动铲装的模式开关决定，手动模式下根据手柄的开度信号控制工作装置的液压阀，自动模式下根据各个位置的信号控制工作装置到达目标位置。

一种装载机半自动铲装系统的控制方法：包括工作装置标定模块、工作段识别模块、液压系统控制模块，半自动铲装的控制方法是由以下步骤完成的：

第一步：在控制器通电后，输入、输出端口及控制总线进行初始化；

第二步：整机启动后，根据工况看是否需要进行参数标定，如果不需要，按照正常的行车进行操作；如果需要参数标定，需要调用参数标定模块，该模块需要实现工作装置自动放平位置、运输位置、举升最高位置的标定。标定过程需求HMI和开关面板的协同参与。

第三步：参数标定完成后，如果不需要进行铲装，则进行正常的行车操作；如果需要进行铲装，需要调用工作段识别模块来判断车辆状态并且识别出装载机在作业过程中的铲掘段及带载举升段，进而进行工作装置的控制。

第四步：装载机进入铲装的过程中，司机通过操作工作装置放平按键，工作装置将会自动放平，进行铲掘作业，根据识别出来的工作段进行工作装置的控制，当在铲掘时，可以控制动臂和摇臂进行交替动作，降低铲掘阻力，提高铲掘效率。

第五步：铲掘完成后，根据识别出的带载举升段，工作装置会根据设置的高度，举升到相应的位置进行卸料，当到达卸料位置时，根据车的状态判断是否卸料，根据动臂大腔的压力传感器和铲斗大腔压力传感器信号识别出卸料完成。

第六步：卸料完成后，铲斗会自动的上升至最高位，当车行驶到安全的操作环境下，如果装载机需要继续铲掘工作，可操作自动放平按键进行下一个铲掘工作；如果不需要继续铲掘，司机可操作性回运输位按键，装置将回到运输位可以进行正常的空载行驶。

第七步：通过总线发送监测参量给显示器进行实时显示和监测，发送需要存储的数据到总线上；

第八步：程序将返回并根据顺序方式循环执行。

半自动铲装模式下，如图2所示，工作装置标定模块的主要算法流程如下：

(1).在控制器通电后，输入、输出端口及控制总线进行初始化；

(2).整车启动并且运行稳定后，需要在HMI界面进入相应的标定界面进行使能才能激活标定模块。

(3).判断挡位是否在空挡，并且是否在驻车有效状态，并且车速是否为0，满足上述条件，此时开关面板上相应按键的灯开始闪烁。操作手柄至工作装置的期望位置，操作相应的标定按键存储此时的角度参数。

(4).此时可以取消上一步的标定参数，如果标定确认超时也可以取消标定，如果按下标定确认按键后相应指示灯会点亮3S后会熄灭，说明标定完成，可以进入下一步的操作。

如图3所示，工作段识别模块的主要算法流程如下：

(1).根据整机变速箱的输出转速及挡位方向信息，定义一个变速箱输出转速阈值，该阈值可以取300rpm到480rpm之间的值，再加上车的方向F及1挡或者2挡的挡位信息判断装载机即将进入铲掘工况；如果不满足上述条件，装载机进行正常的行走段。

(2).根据第一步的判断进入铲掘工况，延迟500ms后，当变速箱输出转速小于500到550rpm并且发动机的输出扭矩百分比会大于80％到90％，而且挡位也会变化到1挡，此时说明整机已经正在铲掘。判断出铲掘段后会进入到下一步的过程。

(3)等待2000ms的去抖延迟时间后，根据挡位的N挡信息，可以知道司机铲掘完毕即将进入后退卸料阶段。此时跳出铲掘段，进入到下一步的过程。

(4)当司机操作手柄换为R挡时，整机进入到带载举升后退段，此时控制发动机匹配相应的低功率。后退过程中，司机操作N挡时，可以知道司机结束了带载举升后退段，此时跳出带载举升后退段，进入到下一步的过程。等待3000ms的延迟时间，当司机操作手柄换为F挡时，整机可以判断为进入到带载举升前进段，判断出带载举升前进段，则进入到下一步的过程。

(5)判断出带载举升前进段后，当动臂大腔压力大于2Mpa并且小于10Mpa时，等待2000ms的延迟时间，此时可以判断出整机进入到卸料过程。当监测到铲斗大腔压力大于2Mpa并且小于8Mpa时并且挡位方向从F变为N或者R时，判断整机的卸料完成。

如图4所示，液压系统控制模块的主要算法流程如下：

(1).上电初始化，所有的位置标定完成后，处在自动铲装模式下，手柄信号小于设定的阈值。

(2).进入自动铲装模式下根据识别的工作段，进行相应的液压阀的控制，在铲掘段，放平到目标角度；其它运输位，在运输位目标角度；举升段，举升到目标最高位；后退段，先判断是否到最高位，再判断卸料角是否合适，如果合适先收斗到运输位，再下放到运输位。

(3).在自动铲装模式下，根据工作段的判断直接控制液压阀的开度来控制工作装置；在手动铲装模式下，需要读取手柄信号开度来控制工作装置。

请参阅图5，图5主要体现是本发明优选实施例中各个部件的型号及其连接关系。

以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。

Claims (5)

1.一种装载机半自动铲装控制系统，至少包括：电控发动机、电控发动机控制器、变速箱控制器、微电脑控制器、换挡手柄、先导手柄、角度传感器、CAN总线通讯面板、压力传感器、电比例液压系统及模式操作开关；其特征在于，所述微电脑控制器分别与电控发动机控制器和变速箱控制器进行数据通讯；所述CAN总线通讯面板与微电脑控制器进行数据通讯；所述角度传感器、换挡手柄、先导手柄及模式操作开关将信号输入微电脑控制器的输入端口，所述微电脑控制器将控制信号通过输出端口发送给控制电比例液压系统的比例阀。

2.根据权利要求1所述的装载机半自动铲装控制系统，其特征是：所述角度传感器包括动臂角度传感器和摇臂角度传感器；所述动臂角度传感器和摇臂角度传感器的信号输出端子与微电脑控制器的输入端口连接。

3.根据权利要求1或2所述的装载机半自动铲装控制系统，其特征是：还包括工作装置返回运输位操作按键，铲斗自动放平操作按键，所述操作按键与微电脑控制器的输入端口电连接。

4.根据权利要求1或2所述的装载机半自动铲装控制系统，其特征是：还包括对动臂举升至最高位、最低位以及铲斗的收斗角及卸料角进行标定的工作装置标定模块。

5.一种基于权利要求1-4任一项所述装载机半自动铲装系统的控制方法，其特征是：所述装载机半自动铲装系统包括工作装置标定模块、工作段识别模块、液压系统控制模块，所述控制方法包括如下步骤：

第一步：在控制器通电后，输入、输出端口及控制总线进行初始化；

第二步：整机启动后，根据工况看是否需要进行参数标定，如果不需要，按照正常的行车进行操作；如果需要参数标定，需要调用参数标定模块，该参数标定模块需要实现工作装置自动放平位置、运输位置、举升最高位置的标定；标定过程需求HMI和开关面板的协同参与；

第三步：参数标定完成后，如果不需要进行铲装，则进行正常的行车操作；如果需要进行铲装，则调用工作段识别模块来判断车辆状态，并且识别出装载机在作业过程中的铲掘段及带载举升段，进而进行工作装置的控制；

第四步：装载机进入铲装的过程中，通过操作工作装置放平按键，工作装置将会自动放平，进行铲掘作业，根据识别出来的工作段进行工作装置的控制，当在铲掘时，可以控制动臂和摇臂进行交替动作；

第五步：铲掘完成后，根据识别出的带载举升段，工作装置会根据设置的高度，举升到相应的位置进行卸料，当到达卸料位置时，根据车的状态判断是否卸料，根据动臂大腔的压力传感器和铲斗大腔压力传感器信号识别出卸料完成；

第六步：卸料完成后，铲斗会自动的上升至最高位，当车行驶到安全的操作环境下，如果装载机需要继续铲掘工作，操作自动放平按键进行下一个铲掘工作；如果不需要继续铲掘，操作性回运输位按键，装置将回到运输位，进行正常的空载行驶；

第七步：通过总线发送监测参量给显示器进行实时显示和监测，发送需要存储的数据到总线上；

第八步：返回并根据顺序方式循环执行。

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