CN112555032A - 发动机主动油门铲装控制方法和装载机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及装载机，为解决现有装载机铲装作业时需要人工控制发动机油门的问题；提供一种发动机主动油门铲装控制方法和装载机，其中控制方法是通过油门挡位旋钮选择设定发动机在铲装作业时的默认转速值；在前进过程中控制单元控制发动机以默认转速值运行并获取油门踏板行程和制动踏板行程；当油门踏板行程所对应的发动机转速值大于默认转速值时控制发动机转速随油门踏板升高，但不随释放油门踏板下降，根据制动踏板的行程控制发动机保持当前转速、默认转速或怠速下运转。本发明中采用主动油门控制，使发动机控制更精确，同时降低司机劳动强度。

Description

发动机主动油门铲装控制方法和装载机

技术领域

本发明涉及一种装载机，更具体地说，涉及一种发动机主动油门铲装控制方法和装载机。

背景技术

装载机是一种使用广泛的土方机械，主要用于物料短距离转移。装载机作业时，铲装过程工作装置的动作与油门的配合很关键，能直接影响到装载机铲装的工作效率和机器的油耗。物料铲装是指铲斗插入到料堆后的收斗动作和与收斗动作配合的动臂举升动作。

众所周知，装载机司机在操作装载机进行铲装作业时，需要数次操作铲斗和动臂的操控手柄才能完成一次铲装作业，并且操作手柄的过程中要配合油门和刹车的控制，铲装作业对司机的技术水平要求较高，司机的操作强度大，长时间操作对关节的损伤很大。因而迫切需要一种新的操控方式，实现装载机铲装过程工作装置与油门的自动控制，以达到降低司机的操作强度，提高工作效率的目的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有装载机铲装作业时需要人工控制发动机油门的问题，而提供一种发动机控制方法、发动机主动油门铲装控制方法和装载机，在装载机进行铲装时进行自主油门控制。

本发明为实现其目的的技术方案是这样的：提供一种发动机主动油门铲装控制方法，用于装载机铲装作业控制，铲装作业工序包括铲斗插入物料后收斗和举升动臂至预定位置的铲装过程和在铲装过程之前的前进过程，其特征在于：

通过油门挡位旋钮选择设定发动机在铲装作业时的默认转速值；在前进过程中控制单元控制发动机以默认转速值运行并获取油门踏板行程和制动踏板行程；

当油门踏板行程所对应的发动机转速值大于怠速转速小于等于当前转速值时所述控制单元控制发动机保持当前转速运转；当油门踏板行程所对应的发动机转速值大于当前转速值时所述控制单元控制发动机转速上升至油门踏板行程所对应的转速值并在油门踏板行程减小时发动机转速不跟随油门踏板变化；

当制动踏板行程小于第一预设值时控制单元保持发动机转速不变；当发动机当前转速大于怠速值且制动踏板行程大于等于第一预设值而小于第二预设值时控制单元控制发动机转速下降至默认转速值或保持至默认转速值运转；当制动踏板行程大于等于第二预设值时控制单元控制发动机转速下降至发动机怠速值运转；所述默认转速值高于发动机怠速转速值。

上述发动机主动油门铲装控制方法中，当发动机当前转速小于默认转速值且油门踏板行程所对应的发动机转速值大于怠速值而小于默认转速值时控制单元控制发动机以默认转速值运行。

上述发动机主动油门铲装控制方法中，控制单元通过工作装置位姿传感器检测动臂和铲斗位置；铲装作业工序由前进过程触发进入铲装过程时控制单元控制发动机由触发前的转速按照预定加速度增加至固定转速V1运行直到铲斗收斗角度等于预定角度β，同时控制单元控制装载机工作装置自动完成多次动臂举升和收斗组合动作；当铲斗收斗角度大于预定角度β时所述控制单元控制发动机由当前转速按照预定加速度降低至固定转速V2直至铲斗收斗结束。

上述发动机主动油门铲装控制方法中，若铲斗收斗结束且动臂未提升至预定位置时，控制单元控制发动机由当前转速按照预定加速度增加至固定转速V3直至动臂提升至预定位置，随后控制单元控制发动机转速下降至物料运输工况下预设转速运行。

上述发动机主动油门铲装控制方法中，在铲装收斗动作过程中若持续固定时间t1内铲斗收斗角度变化量小于Δβ则控制单元控制发动机在当前转速基础上增加一个固定增量Δs,若持续固定时间t2内铲斗收斗角度变化量小于Δβ则控制单元控制发动机转速上升至最大转速并维持至铲斗收斗角度等于预定角度β，若持续固定时间t3年内铲斗收斗角度变化量小于Δβ则控制单元控制发动机转速降至发动机怠速转速；所述t1＜t2＜t3。

上述发动机主动油门铲装控制方法中，当铲斗收斗角度大于等于预定角度β时，控制单元控制装载机的变速箱挡位从前进挡切换至空挡并同时控制制动系统以最大制动力制动装载机；当变速箱挡位手柄退出前进挡时，控制单元依据挡位手柄位置控制装载机变速箱挡位并释放制动。

上述发动机主动油门铲装控制方法中，在铲装过程中，控制单元获取油门踏板行程和依据铲斗收斗状态确定发动机在收斗过程中应具有的收斗转速，比较油门踏板行程对应的发动机转速和发动机收斗转速并将发动机控制工作在转速值大的转速下。

上述发动机主动油门铲装控制方法中，选择设定发动机在铲装作业时的默认转速值时还选择设定发动机转速的变化曲线和工作装置的动作参数，控制单元在发动机转速发生变化时按照选择的变化曲线控制发动机转速变化并在提臂收斗动作时依据动作参数控制工作装置动作。

本发明为实现其目的的技术方案是这样的：提供

一种装载机，包括发动机、工作装置和控制发动机和工作装置的控制单元；其特征在于还包括：

可检测行程的制动踏板和油门踏板；

工作装置位姿传感器，用于检测动臂和铲斗位置；

油门挡位旋钮，具有每个挡位对应一个发动机转速值的多个不同挡位，用于选择设定前进过程中发动机的默认转速值；

所述控制单元在前进过程中依据制动踏板行程、油门踏板行程、油门挡位旋钮的挡位控制发动机转速；在铲装过程中控制工作装置完成多次提臂和收斗组合动作并依据动臂位置和铲斗收斗角度控制发动机转速。

上述装载机还包括：铲装模式旋钮，具有每个挡位对应一条发动机转速变化曲线和一组工作装置动作参数，用于选择铲装过程发动机转速的变化曲线和工作装置的动作参数。

本发明与现有技术相比，本发明中采用主动油门控制，使发动机控制更精确，同时降低司机劳动强度。

附图说明

图1是本发明装载机的控制原理框图。

图2是本发明装载机铲装作业时前进过程的发动机转速曲线图。

图3是本发明装载机铲装作业时发动机转速曲线图。

具体实施方式

下面结合附图说明具体实施方案。

本实施例中的装载机的发动机作为动力源，通过传动系统驱动整机行走，驱动液压泵为工作装置提供液压能，实现工作装置的铲斗收放和动臂升降。

如图1所示，装载机的控制单元用于接受整机上各传感器的检测信号，并输出控制信号用于控制发动机转速、工作装置动臂联控制主阀和铲斗联控制主阀以实现铲斗收放和动臂升降动作、变速箱的换挡阀以实现换挡动作和制动系统的制动动作。

装载机还包括可检测踏板行程的制动踏板、车身倾角传感器、工作装置位姿传感器、油门挡位旋钮、铲装模式旋钮、主动油门铲装选择按钮、铲装启动按钮。

制动踏板用于司机进行机器制动操作，司机踩下制动踏板后，装载机的制动系统依据制动踏板的行程进行相应程度的制动动作，同时制动踏板的制动行程信息传输给控制单元。

车身倾角传感器与控制单元连接，其用于检测车身倾斜角度，以便控制单元判断机器是否安全。工作装置位姿传感器用于检测动臂和铲斗位置，工作装置位姿传感器主要是角度传感器，用于检测铲斗的收斗角度和动臂相对前车架的角度，以此检测确定铲斗和动臂的位置。检测铲斗收斗角度的传感器通常安装在动臂横梁与摇臂之间，通过检测装载机摇臂与动臂之间的角度而确定收斗角度。检测动臂相对前车架之间角度的传感器通常安装在动臂后端与前车架铰接处，通过检测动臂与前车架之间的角度确定铲斗位置高度。

油门挡位旋钮与控制单元连接，其有多个不同的挡位，每个挡位对应一个发动机转速值；油门挡位旋钮用于选择前进过程发动机的默认转速值；在前进过程中，若司机没有通过油门踏板、制动踏板对发动机转速进行人为干预，控制单元则控制发动机工作于油门挡位旋钮所在挡位对应的发动机转速下。

铲装模式旋钮与控制单元连接，其有多个不同的挡位，每个挡位对应一条发动机转速变化曲线和一组工作装置动作参数。铲装模式旋钮用于选择铲装过程发动机转速的变化曲线和工作装置的动作参数。在发动机转速需要变化时，控制单元控制发动机按照铲装模式旋钮所在挡位对应的发动机转速变化曲线变化至预定转速。控制单元在控制工装置自动完成提臂、收斗动作时按照铲装模式旋钮所在挡位对应工作装置动作参数控制工作装置完成收斗和提臂动作。

主动油门铲装选择按钮与控制单元连接，其用于选择使能或失能主动油门铲装功能；铲装启动按钮用于激活主动油门铲装动作。

装载机铲装作业工序可分为两个过程，第一过程是前进过程，该过程是在装载机做好了铲装准备之后机器前行将铲斗插入物料的过程。第二过程是铲装过程，是在铲斗插入到物料中之后所进行的数次收斗和提升动臂的组合动作，使铲斗和动臂达到预定位置。铲装过程结束后，铲斗收斗到预定位置，该位置通常是收斗到极限位置，铲斗后壁板与动臂接触限位。铲装过程结束后动臂也提升到一定高度，使得铲斗与地面具有一定的间隙，以便在铲装作业之后的物料运输。

装载机进行铲装作业，机器状态应达到预定状态，符合既定条件，例如装载机的车身倾角不能超过预定值，否则会发生翻车的安全事故；装载机的铲斗应处于预定位置，通常是铲斗处于放平贴地状态。

本发明中的铲装控制方法是装载机主动油门控制的自动铲装控制方法，即在铲装作业的第一过程和第二过程中，在没有司机干预的情况下自主控制发动机转速，完成铲斗插入物料、收斗和提臂的组合过程。为区别与传统的铲装作业控制，避免在传统铲装过程中按照自主油门控制进行铲装而引发安全事故，装载机需要通过主动油门铲装选择按钮选择使能主动油门铲装功能，在主动油门铲装选择按钮没有选择使能挡位时，装载机将按传统铲装模式进行铲装作业，在主动油门铲装选择按钮选择使能挡位时，在主动油门铲装控制触发后按照自主油门控制自动完成铲装控制。

装载机的主动油门铲装控制由司机通过铲装启动按钮触发。采用主动油门铲装控制方法进行铲装作业，需要预先根据所铲装物料的属性、工作场地进行预判并通过油门挡位旋钮设定铲斗前进插入物料时的发动机默认转速值，同时通过铲装模式旋钮选择铲装过程发动机转速的变化曲线和工作装置的动作参数。

在铲斗和动臂处于铲装姿态、主动油门铲装功能使能条件、变速箱挡位手柄推至前进挡、司机通过铲装启动按钮启动铲装作业后，装载机进入铲装作业的第一阶段，控制单元控制发动机在预定转速下工作。如图2所示，装载机开始进行铲装作业时，从前进开始点起，控制单元依据油门挡位旋钮所在挡位控制发动机从当前转速(通常时怠速)以一定的斜率提升至该挡位所对应的默认转速值下，并获取油门踏板行程和制动踏板行程信息。

在前进过程中，当检测到司机踩踏油门踏板时，根据油门踏板行程控制发动机转速，具体是：若油门踏板行程所对应的发动机转速小于等于当前转速，控制单元仍控制发动机保持当前转速工作。若油门踏板行程所对应的发动机转速值大于当前转速值时，控制单元依据油门踏板行程控制发动机转速上升至油门踏板行程所对应的转速值运行，并在油门踏板行程减小时发动机转速不跟随油门踏板变化降低，直到装载机进入铲装过程起始点。

在前进过程中，若司机踩制动踏板时，控制单元根据制动踏板对机器进行制动外，还根据制动踏板行程控制发动机转速，控制发动机转速的步骤具体是：当制动踏板行程小于第一预设值时控制单元保持发动机转速不变。当发动机当前转速大于默认转速值且制动踏板行程大于等于第一预设值而小于第二预设值时控制单元控制发动机转速下降至默认转速值运转，若制动踏板踩踏之前发动机就以默认转速值运转，则保持发动机继续以默认转速值运转；当制动踏板行程大于等于第二预设值时控制单元控制发动机转速下降至发动机怠速值运转。若发动机以怠速值运转时则发动机转速不随制动踏板行程变化而变化。

在前进过程中，若在司机通过踩踏制动踏板使发动机转速下降至怠速运转后，再次踩踏油门踏板时，当发动机当前转速小于默认转速值且油门踏板行程所对应的发动机转速值大于怠速值而小于默认转速值时控制单元控制发动机以默认转速值运行。

铲斗插入到物料中之后，进入到铲装作业的第二过程，即铲装过程。由第一过程进入到第二过程，可以由司机触碰装载机上设置的相关按钮触发进入，也可以由控制单元通过检测装载机的相关参数，例如工作装置中动臂油缸、铲斗油缸的压力、机器行进速度的变化等参数，进行相关计算和判断后自动触发。

装载机触发进入到铲装过程后，控制单元通过工作装置位姿传感器检测动臂和铲斗位置，控制工作装置自动完成多次提臂和收斗组合动作，同时控制单元控制发动机由触发前的转速按照通过铲装模式旋钮选定的发动机转速变化曲线(即预定加速度)增加至固定转速V1运行直到铲斗收斗角度等于预定角度β。当铲斗收斗角度大于预定角度β时控制单元控制发动机由当前转速按照发动机转速变化曲线降低至固定转速V2直至铲斗收斗结束。

若铲斗收斗结束且动臂未提升至预定位置时(图3中收斗结束点之后)，控制单元控制发动机由当前转速按照预定加速度增加至固定转速V3直至动臂提升至预定位置，随后控制单元控制发动机转速下降至物料运输工况下预设转速运行,发动机转速曲线如图3中虚线所示。

在铲装收斗动作过程中若持续固定时间t1内铲斗收斗角度变化量小于Δβ则控制单元控制发动机在当前转速基础上增加一个固定增量Δs，例如若铲装过程处于铲装开始点之后、收斗角度为β之前，时间t1内铲斗收斗角度变化量小于Δβ发动机转速则在V1的基础上增加Δs；如果在收斗角度为β之后，收斗结束点之前，时间t1内铲斗收斗角度变化量小于Δβ，发动机转速则在V2的基础上增加Δs。若持续固定时间t2内铲斗收斗角度变化量小于Δβ则控制单元控制发动机转速上升至最大转速并维持至铲斗收斗角度等于预定角度β，若持续固定时间t3内铲斗收斗角度变化量小于Δβ则控制单元控制发动机转速降至发动机怠速转速；时长t1＜t2＜t3。

当铲斗收斗角度大于等于预定角度β时，控制单元控制装载机的变速箱挡位从前进挡切换至空挡并同时控制制动系统以最大制动力制动装载机；当变速箱挡位手柄退出前进挡时，控制单元依据挡位手柄位置控制装载机变速箱挡位并释放制动。

在铲装过程中，控制单元获取油门踏板行程和依据铲斗收斗状态确定发动机在收斗过程中应具有的收斗转速，比较油门踏板行程对应的发动机转速和发动机收斗转速并将发动机控制工作在转速值大的转速下。应具有的收斗转速是指在铲装过程中不踩踏油门踏板，控制单元仅依据铲斗的收斗角度、动臂位置以及收斗状态确定的发动机转速。例如由第一过程触发进入第二过程后的发动机固定转速V1(收斗角度达到β之前)，铲斗收斗角度大于预定角度β之后的固定转速V2,收斗结束后动臂未提升至预定位置的固定转速V3,以及收斗动作过程中持续固定时间t1或t2内铲斗收斗角度变化量小于Δβ时在固定转速V1或固定转速V2地基础上增加Δs后的转速。

在铲装过程中，司机踩踏油门，若油门行程所对应的转速大于当前转速，控制单元则控制发动机转速上升至油门行程所对应转速，在松开油门后，发动机转速跟随油门变化；若油门松开后，油门行程所对应的转速小于发动机应具有的收斗转速，则控制单元依照发动机应具有的收斗转速控制发动机运行。例如铲装开始点与收到角度大于β之前这段时间内踩踏油门踏板，当油门踏板行程所对应的转速大于V1时，控制单元控制发动机转速随油门踏板行程增加而增加；在收到角度大于β之前释放油门踏板时发动机转速随之降低，但最低将至固定转速V1；若在收到角度大于β之后释放油门踏板发动机转速随之降低并最低将至固定转速V2，若在收斗结束点之后释放油门踏板，发动机转速随之降低至V3。

Claims (10)

1.一种发动机主动油门铲装控制方法，用于装载机铲装作业控制，铲装作业工序包括铲斗插入物料后收斗和举升动臂至预定位置的铲装过程和在铲装过程之前的前进过程，其特征在于：

通过油门挡位旋钮选择设定发动机在铲装作业时的默认转速值；在前进过程中控制单元控制发动机以默认转速值运行并获取油门踏板行程和制动踏板行程；

当油门踏板行程所对应的发动机转速值大于怠速转速小于等于当前转速值时所述控制单元控制发动机保持当前转速运转；当油门踏板行程所对应的发动机转速值大于当前转速值时所述控制单元控制发动机转速上升至油门踏板行程所对应的转速值并在油门踏板行程减小时发动机转速不跟随油门踏板变化；

当制动踏板行程小于第一预设值时控制单元保持发动机转速不变；当发动机当前转速大于默认转速值且制动踏板行程大于等于第一预设值而小于第二预设值时控制单元控制发动机转速下降至默认转速值或保持至默认转速值运转；当制动踏板行程大于等于第二预设值时控制单元控制发动机转速下降至发动机怠速值运转；

所述默认转速值高于发动机怠速转速值。

2.根据权利要求1所述的发动机主动油门铲装控制方法，其特征在于当发动机当前转速小于默认转速值且油门踏板行程所对应的发动机转速值大于怠速值而小于默认转速值时控制单元控制发动机以默认转速值运行。

3.根据权利要求2所述的发动机主动油门铲装控制方法，其特征在于控制单元通过工作装置位姿传感器检测动臂和铲斗位置；铲装作业工序由前进过程触发进入铲装过程时控制单元控制发动机由触发前的转速按照预定加速度增加至固定转速V1运行直到铲斗收斗角度等于预定角度β，同时控制单元控制装载机工作装置自动完成多次动臂举升和收斗组合动作；当铲斗收斗角度大于预定角度β时所述控制单元控制发动机由当前转速按照预定加速度降低至固定转速V2直至铲斗收斗结束。

4.根据权利要求3所述的发动机主动油门铲装控制方法，其特征在于若铲斗收斗结束且动臂未提升至预定位置时，控制单元控制发动机由当前转速按照预定加速度增加至固定转速V3直至动臂提升至预定位置，随后控制单元控制发动机转速下降至物料运输工况下预设转速运行。

5.根据权利要求3所述的发动机主动油门铲装控制方法，其特征在于在铲装收斗动作过程中若持续固定时间t1内铲斗收斗角度变化量小于Δβ则控制单元控制发动机在当前转速基础上增加一个固定增量Δs,若持续固定时间t2内铲斗收斗角度变化量小于Δβ则控制单元控制发动机转速上升至最大转速并维持至铲斗收斗角度等于预定角度β，若持续固定时间t3内铲斗收斗角度变化量小于Δβ则控制单元控制发动机转速降至发动机怠速转速；所述t1＜t2＜t3。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的发动机主动油门铲装控制方法，其特征在于当铲斗收斗角度大于等于预定角度β时，控制单元控制装载机的变速箱挡位从前进挡切换至空挡并同时控制制动系统以最大制动力制动装载机；当变速箱挡位手柄退出前进挡时，控制单元依据挡位手柄位置控制装载机变速箱挡位并释放制动。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的发动机主动油门铲装控制方法，其特征在于在铲装过程中，控制单元获取油门踏板行程和依据铲斗收斗状态确定发动机在收斗过程中应具有的收斗转速，比较油门踏板行程对应的发动机转速和发动机收斗转速并将发动机控制工作在转速值大的转速下。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的发动机主动油门铲装控制方法，其特征在于选择设定发动机在铲装作业时的默认转速值时还选择设定发动机转速的变化曲线和工作装置的动作参数，控制单元在发动机转速发生变化时按照选择的变化曲线控制发动机转速变化并在提臂收斗动作时依据动作参数控制工作装置动作。

9.一种装载机，包括发动机、工作装置和控制发动机和工作装置的控制单元；其特征在于还包括：

可检测行程的制动踏板和油门踏板；

工作装置位姿传感器，用于检测动臂和铲斗位置；

油门挡位旋钮，具有每个挡位对应一个发动机转速值的多个不同挡位，用于选择设定前进过程中发动机的默认转速值；

所述控制单元在前进过程中依据制动踏板行程、油门踏板行程、油门挡位旋钮的挡位控制发动机转速；在铲装过程中控制工作装置完成多次提臂和收斗组合动作并依据动臂位置和铲斗收斗角度控制发动机转速。

10.根据权利要求9所述的装载机，其特征在于还包括：

铲装模式旋钮，具有每个挡位对应一条发动机转速变化曲线和一组工作装置动作参数，用于选择铲装过程发动机转速的变化曲线和工作装置的动作参数。

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