CN112627279B - 主动降低挖掘机动作冲击的方法、装置及工程机械 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种主动降低挖掘机动作冲击的方法、装置及工程机械。其中，主动降低挖掘机动作冲击的方法包括：基于预设的工作装置的位移调节范围与各个驱动油缸的实时伸缩位移之间的对比结果，判断并识别出处于临近极限位置状态的工作装置；驱动相应的所述驱动油缸执行第一控制决策，以驱动处于临近极限位置状态的所述工作装置切换至缓冲运行状态。该主动降低挖掘机动作冲击的方法及装置通过预先判断并识别出处于临近极限位置状态的工作装置，从而能够主动减缓工作装置受到的冲击，克服缓冲动作的滞后缺陷，提高缓冲动作的执行效率和执行效果。

Description

主动降低挖掘机动作冲击的方法、装置及工程机械

技术领域

本发明涉及工程机械设备技术领域，尤其涉及一种主动降低挖掘机动作冲击的方法、装置及工程机械。

背景技术

一般情况下，挖掘机的工作装置是通过操纵杆进行驱动的。熟练的挖掘机操纵人员能够精确且平稳的手动操作工作装置，从而能够减轻对工作装置的冲击。然而，对于操作经验不足的操纵人员来说，在进行操纵杆的细微操作时容易出现操作不平稳的情况，从而在挖掘机的工作装置运动到极限位置或者在工作装置由于操作原因或其它原因而突然停止运动时，由于工作装置的惯性容易引起强烈的冲击，从而可能造成设备的损坏并降低工作效率。

而在需要快速操作挖掘机以提升工作效率的情况下，在快速操作操纵杆执行操作动作时，由于工作装置的快速启动或快速停止对工作装置的冲击而造成挖掘机自身产生强烈的振动，该振动会增加操作人员的工作疲劳，从而进一步降低工作效率，增加工作装置的故障率，缩短操作装置的使用寿命。

并且，现有的降低冲击的装置对于挖掘机工作装置的冲击只能进行被动减缓，且减缓冲击的动作存在明显滞后性，并且也存在控制系统的结构过于复杂，制造成本较高的缺陷。

发明内容

本发明提供一种主动降低挖掘机动作冲击的方法，用以解决现有技术中对于挖掘机工作装置的冲击只能进行被动减缓，且减缓冲击的动作存在明显滞后性的缺陷，实现主动减缓工作装置受到的冲击，提高冲击减缓效率和效果。

本发明还提供一种主动降低挖掘机动作冲击的装置。

本发明还提供一种工程机械。

本发明提供一种主动降低挖掘机动作冲击的方法，包括：

基于各个工作装置预设的位移调节范围与各个驱动油缸的实时伸缩位移之间的对比结果，判断并识别出处于临近极限位置状态的工作装置；

驱动相应的所述驱动油缸执行第一控制决策，以驱动处于临近极限位置状态的所述工作装置切换至缓冲运行状态。

根据本发明提供的一种主动降低挖掘机动作冲击的方法，所述基于各个工作装置预设的位移调节范围与各个驱动油缸的实时伸缩位移之间的对比结果，判断并识别出处于临近极限位置状态的工作装置的步骤，进一步包括：

预设所述工作装置的位移调节最大值和位移调节最小值，以确定所述工作装置的位移调节范围；

若所述驱动油缸的实时伸缩位移位于所述工作装置的位移调节最大值与所述工作装置的位移调节最小值之间，则判断相应的所述工作装置处于安全运行状态；

否则，判断相应的所述工作装置处于临近极限位置状态。

根据本发明提供的一种主动降低挖掘机动作冲击的方法，所述基于各个工作装置预设的位移调节范围与各个驱动油缸的实时伸缩位移之间的对比结果，判断并识别出处于临近极限位置状态的工作装置的步骤以后，进一步包括：

判断并识别出满足条件的所述驱动油缸；

驱动满足所述条件的所述驱动油缸执行所述第一控制决策；

其中，所述条件为所述驱动油缸的实时伸缩位移与所述驱动油缸的最大位移之差的绝对值不大于所述工作装置的位移调节最大值，或者所述驱动油缸的实时伸缩位移与所述驱动油缸的最小位移之差的绝对值不大于所述工作装置的位移调节最小值。

根据本发明提供的一种主动降低挖掘机动作冲击的方法，所述工作装置包括动臂、斗杆和铲斗，所述动臂、所述斗杆和所述铲斗分别连接有相应的驱动油缸；所述判断并识别出满足条件的所述驱动油缸的步骤，进一步包括：

基于所述动臂、所述斗杆和所述铲斗的判断顺序，依次判断并识别出满足所述条件的驱动油缸。

根据本发明提供的一种主动降低挖掘机动作冲击的方法，所述驱动相应的所述驱动油缸执行第一控制决策，以驱动处于临近极限位置状态的所述工作装置切换至缓冲运行状态的步骤，进一步包括：

利用模糊PID控制算法计算并输出控制信号至相应的驱动油缸，以驱动处于临近极限位置状态的所述工作装置按照第一速率运动，直至所述工作装置到达极限位置。

根据本发明提供的一种主动降低挖掘机动作冲击的方法，所述基于各个工作装置预设的位移调节范围与各个驱动油缸的实时伸缩位移之间的对比结果，判断并识别出处于临近极限位置状态的工作装置的步骤以后，还包括：

若所有的所述工作装置均处于安全运行状态，则基于操纵杆在控制所述工作装置运动方向时的实时位移变化率、以及相应的所述驱动油缸的实时位移变化率，判断并识别出处于突然运动状态的工作装置；

驱动相应的所述驱动油缸执行第二控制决策，以驱动处于突然运动状态的所述工作装置切换至平稳运行状态。

根据本发明提供的一种主动降低挖掘机动作冲击的方法，所述若所有的所述工作装置均处于安全运行状态，则基于操纵杆在控制所述工作装置运动方向时的实时位移变化率、以及相应的所述驱动油缸的实时位移变化率，判断并识别出处于突然运动状态的工作装置的步骤，进一步包括：

若所述操纵杆在控制所述工作装置运动方向时的实时位移变化率超过所述操纵杆相应的位移变化率极限值，或者相应的所述驱动油缸的实时位移变化率超过所述驱动油缸的位移变化率极限值，则判断相应的所述工作装置处于突然运动状态；

否则，判断相应的所述工作装置处于平稳运行状态。

根据本发明提供的一种主动降低挖掘机动作冲击的方法，所述驱动相应的所述驱动油缸执行第二控制决策，以驱动处于突然运动状态的所述工作装置切换至平稳运行状态的步骤，进一步包括：

利用模糊PID控制算法计算并输出控制信号至相应的驱动油缸，以驱动处于突然运动状态的所述工作装置按照第二速率运动，直至所述工作装置处于所述平稳运行状态。

本发明还提供一种主动降低挖掘机动作冲击的装置，用于执行如上所述的主动降低挖掘机动作冲击的方法；

所述主动降低挖掘机动作冲击的装置包括：

传感器模块，用于检测并获取各个驱动油缸的实时伸缩位移，所述传感器模块包括若干个磁致伸缩位移传感器，各个驱动油缸上分别安装有所述磁致伸缩位移传感器；

控制器模块，与所述传感器模块连接，用于基于各个工作装置预设的位移调节范围与各个驱动油缸的实时伸缩位移之间的对比结果，判断并识别出处于临近极限位置状态的工作装置，以及驱动相应的所述驱动油缸执行第一控制决策，以驱动处于临近极限位置状态的所述工作装置切换至缓冲运行状态。

根据本发明提供的一种主动降低挖掘机动作冲击的装置，所述传感器模块还包括安装于操纵杆上的所述伸缩位移传感器。

根据本发明提供的一种主动降低挖掘机动作冲击的装置，所述控制器模块包括：

传感器信号采集单元，与所述传感器模块连接；

挖掘机控制器，与所述传感器信号采集单元连接，并能连接显示终端、主控泵和主控阀。

根据本发明提供的一种主动降低挖掘机动作冲击的装置，所述挖掘机控制器包括：

数据预处理单元，与所述传感器信号采集单元连接，用于获取各个工作装置预设的位移调节范围与各个驱动油缸的实时伸缩位移之间的对比结果；

计算单元，与所述数据预处理单元连接，用于判断并识别出处于临近极限位置状态的工作装置；

控制单元，与所述计算单元连接，用于驱动相应的所述驱动油缸执行第一控制决策。

本发明还提供一种工程机械，安装有如上所述的主动降低挖掘机动作冲击的装置。

根据本发明提供的一种工程机械，所述工程机械为挖掘机。

本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述主动降低挖掘机动作冲击的方法的步骤。

本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述主动降低挖掘机动作冲击的方法的步骤。

本发明提供的主动降低挖掘机动作冲击的方法，包括：基于预设的工作装置的位移调节范围与各个驱动油缸的实时伸缩位移之间的对比结果，判断并识别出处于临近极限位置状态的工作装置；驱动相应的所述驱动油缸执行第一控制决策，以驱动处于临近极限位置状态的所述工作装置切换至缓冲运行状态。该主动降低挖掘机动作冲击的方法及装置通过预先判断并识别出处于临近极限位置状态的工作装置，从而能够主动减缓工作装置受到的冲击，克服缓冲动作的滞后缺陷，提高缓冲动作的执行效率和执行效果。

进一步的，本发明提供的主动降低挖掘机动作冲击的方法能够降低挖掘机工作现场的噪音影响，并使挖掘机各部件的工作过程更加稳定可靠，有效提高挖掘机的工作效率。

进一步的，本发明提供的主动降低挖掘机动作冲击的方法能够基于驱动油缸的位移信号作为控制决策的输入，从而对应生成能够控制主控阀和主控泵的输出压力和流量的控制信号，有利于挖掘机的电动化和智能化升级。

再进一步的，本发明提供的主动降低挖掘机动作冲击的方法能够降低对挖掘机操作手操作能力的要求，改善挖掘机操作手的操作体验，并且有效保护各个工作装置及相应的驱动油缸，延长各个相关部件的使用寿命，大大降低部件的故障率。

本发明提供的主动降低挖掘机动作冲击的装置包括传感器模块和控制器模块，其中传感器模块包括若干个磁致伸缩位移传感器，各个驱动油缸上分别安装有磁致伸缩位移传感器。该主动降低挖掘机动作冲击的装置用于执行如上所述的主动降低挖掘机动作冲击的方法，可见该主动降低挖掘机动作冲击的装置具有上述的主动降低挖掘机动作冲击的方法的全部优点，具体内容在此不再赘述。

本发明提供的工程机械安装有如上所述的主动降低挖掘机动作冲击的装置。通过设置上述的主动降低挖掘机动作冲击的装置，使得该工程机械具有上述的主动降低挖掘机动作冲击的装置的全部优点，具体内容在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的主动降低挖掘机动作冲击的方法的流程示意图之一；

图2是本发明提供的主动降低挖掘机动作冲击的方法的流程示意图之二；

图3是本发明提供的主动降低挖掘机动作冲击的装置的结构示意图；

图4是本发明提供的挖掘机的结构示意图；

图5是本发明提供的电子设备的结构示意图。

附图标记：

1：铲斗；2：铲斗油缸；3：斗杆；

4：铲斗油缸磁致伸缩位移传感器；5：斗杆油缸；

6：斗杆油缸磁致伸缩位移传感器；7：动臂；

8：动臂油缸；9：动臂油缸磁致伸缩位移传感器；

10：驾驶室；11：操纵杆；12：挖掘机控制器；

13：显示终端；14：主控泵；15：主控阀；

100：步骤一；200：步骤二；810：处理器；

820：通信接口；830：存储器；840：通信总线。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合图1至图4描述本发明的主动降低挖掘机动作冲击的方法(本发明实施例中简称为“方法”)。

如图1和图2所示，本发明提供的方法包括：

步骤一100：基于预设的工作装置的位移调节范围与各个驱动油缸的实时伸缩位移之间的对比结果，判断并识别出处于临近极限位置状态的工作装置；

步骤二200：驱动相应的所述驱动油缸执行第一控制决策，以驱动处于临近极限位置状态的所述工作装置切换至缓冲运行状态。

该方法通过预先判断并识别出处于临近极限位置状态的工作装置，从而能够主动减缓工作装置受到的冲击，特别是针对工作装置运动到极限位置时受到的冲击进行主动减缓控制，并能有效克服缓冲动作的控制滞后的缺陷，大大提高缓冲动作的执行效率和执行效果；具体而言，该方法能够根据挖掘机各部件本身的设计参数以及挖掘机操作手的操作意图，基于实时伸缩位移信号主动调节供给到驱动油缸的液压流体的流量，可以有效降低挖掘机在作业时对驱动油缸和工作装置的冲击和振动。

进一步的，该方法还能够降低挖掘机工作现场的噪音影响，并使挖掘机各部件的工作过程更加稳定可靠，有效提高挖掘机的工作效率；该方法还能够基于驱动油缸的位移信号作为控制决策的输入，从而对应生成能够控制主控阀和主控泵的输出压力和流量的控制信号，有利于挖掘机的电动化和智能化升级；并且，该方法还能够降低对挖掘机操作手操作能力的要求，改善挖掘机操作手的操作体验，并且有效保护各个工作装置及相应的驱动油缸，延长各个相关部件的使用寿命，大大降低部件的故障率。

在一些实施例中，如图2所示，上述步骤一100中，进一步包括：

预设工作装置的位移调节最大值和位移调节最小值，以确定工作装置的位移调节范围；

若驱动油缸的实时伸缩位移位于工作装置的位移调节最大值与工作装置的位移调节最小值之间，即驱动油缸的实时伸缩位移位于工作装置的位移调节范围以内，则判断相应的工作装置处于安全运行状态；

否则，判断相应的工作装置处于临近极限位置状态。

上述的步骤过程能够对驱动油缸的位移进行范围预判，从而初步判断出工作装置的位置以及状态，实现对工作装置动作的预判控制。

在一些实施例中，上述的步骤一100以后，进一步包括：

判断并识别出满足条件的驱动油缸；

驱动满足条件的驱动油缸执行第一控制决策；

其中，条件为驱动油缸的实时伸缩位移与驱动油缸的最大位移之差的绝对值不大于工作装置的位移调节最大值，或者驱动油缸的实时伸缩位移与驱动油缸的最小位移之差的绝对值不大于工作装置的位移调节最小值。

上述的步骤过程能够利用驱动油缸的实时伸缩位移信号进一步判断并识别出符合控制条件的驱动油缸，进而保证对该驱动油缸相应的工作装置进行驱动的范围处于更安全的范围内，以使工作装置能够更安全平稳的切换至缓冲运行状态，实现更安全的主动降低冲击的控制效果。

在一些实施例中，上述的判断并识别出满足条件的驱动油缸的步骤，进一步包括：

基于动臂、斗杆和铲斗的判断顺序，依次判断并识别出满足条件的驱动油缸。

上述的步骤过程能够对挖掘机的工作装置进行依序判断，按照工作装置的动作优先级先后进行预判，从而实现更精确的控制过程。

在一些实施例中，上述的步骤二200，进一步包括：

利用模糊PID控制算法计算并输出控制信号至相应的驱动油缸，以驱动处于临近极限位置状态的工作装置按照第一速率运动，直至工作装置到达极限位置。

上述的驱动步骤能够利用控制信号对驱动油缸进行稳定精确的控制，从而驱动处于临近极限位置状态的工作装置切换至缓冲运行状态，即主控泵和主控阀依据控制信号输出满足使工作装置处于缓冲运行状态下的液压流体压力和流量，从而使临近极限位置状态的工作装置按照上述的第一速率运动，达到更加平稳的主动降低冲击的作用。

在一些实施例中，上述的步骤一100以后，即上述的对于工作装置是否处于临近极限位置状态的初步判断步骤以后，还包括：

若所有的工作装置均处于安全运行状态，则基于操纵杆在控制工作装置运动方向时的实时位移变化率、以及相应的驱动油缸的实时位移变化率，判断并识别出处于突然运动状态的工作装置；

驱动相应的驱动油缸执行第二控制决策，以驱动处于突然运动状态的工作装置切换至平稳运行状态。

上述的步骤过程使得该方法能够在对工作装置进行是否临近极限位置的判断识别之后，进一步识别出处于突然运动状态的工作装置，并具有对处于突然运动状态的工作装置进行主动降低冲击的控制，从而驱动工作装置切换至平稳运行状态，进一步达到基于实时伸缩位移信号的更全面的主动降低工作装置受到的冲击的作用。

在一些实施例中，上述的若所有的工作装置均处于安全运行状态，则基于操纵杆在控制工作装置运动方向时的实时位移变化率、以及相应的驱动油缸的实时位移变化率，判断并识别出处于突然运动状态的工作装置的步骤，进一步包括：

若操纵杆在控制工作装置运动方向时的实时位移变化率超过操纵杆相应的位移变化率极限值，或者相应的驱动油缸的实时位移变化率超过驱动油缸的位移变化率极限值，则判断相应的工作装置处于突然运动状态；

否则，判断相应的工作装置处于平稳运行状态。

上述的步骤过程给出了基于驱动油缸的实时位移变化率或者基于操纵杆的实时位移变化率，对工作装置的状态判断和识别，具有更精确的预判和识别作用，使后续的缓冲动作更为直接、精准、可靠。

在一些实施例中，上述的驱动相应的驱动油缸执行第二控制决策，以驱动处于突然运动状态的工作装置切换至平稳运行状态的步骤，进一步包括：

利用模糊PID控制算法计算并输出控制信号至相应的驱动油缸，以驱动处于突然运动状态的工作装置按照第二速率运动，直至工作装置处于平稳运行状态。

上述的驱动步骤能够利用控制信号对驱动油缸进行稳定精确的控制，从而驱动处于突然运动状态的工作装置按照更平缓的动作切换到平稳运行状态，即主控泵和主控阀依据控制信号输出满足使工作装置处于平稳运行状态下的液压流体压力和流量，从而使处于突然运动状态的工作装置按照上述的第二速率运动，达到更加平稳的主动降低冲击的作用。

可理解的，本发明实施例所述的第一控制决策和第二控制决策中均利用模糊PID控制算法计算并输出控制信号。也可以采用其它算法计算并生成控制信号，只要能够实现驱动处于相应状态的工作装置按照预设速率运动即可。

下面结合图3和图4对本发明提供的主动降低挖掘机动作冲击的装置(本发明实施例简称为“装置”)以及挖掘机进行描述，下文描述的装置与上文描述的方法可相互对应参照。

本发明提供的装置能够安装在挖掘机中，具体包括传感器模块和控制器模块。其中，传感器模块用于执行上述步骤一100中涉及的检测并获取各个驱动油缸的实时伸缩位移的步骤。传感器模块包括若干个磁致伸缩位移传感器，各个驱动油缸上分别安装有磁致伸缩位移传感器，以便于将各个驱动油缸的实时伸缩位移信号及位移变化率传送至控制器模块中，作为控制决策和控制信号的数据基础。控制器模块与传感器模块连接，用于执行上述步骤一100中涉及的基于预设的工作装置的位移调节范围与各个驱动油缸的实时伸缩位移之间的对比结果的步骤，并用于执行上述步骤二200。需说明的是，该装置用于执行如上所述的方法，可见该装置具有上述的方法的全部优点，具体内容在此不再赘述。

为了更为准确的执行上述方法的各个步骤，使工作装置能更准确稳定的获得主动缓冲的作用，优选上述传感器模块还包括安装于操纵杆11上的磁致伸缩位移传感器，以对操纵杆11的实时伸缩位移信号以及位移变化率进行直接检测和数据获取。

可理解的，本发明所述的装置还可以设置其它能够检测并获取驱动油缸的实时位移信号和位移变化率、以及操纵杆11的实时位移信号和位移变化率的传感器，上述的磁致伸缩位移传感器仅是本发明实施例中采用的一种伸缩位移传感器。

在一些实施例中，如图3所示，控制器模块包括传感器信号采集单元和挖掘机控制器12。其中，传感器信号采集单元与传感器模块连接，用于接收来自各个传感器的信号及数据。挖掘机控制器12与传感器信号采集单元连接，并能连接显示终端13、主控泵14和主控阀15。挖掘机控制器12能够基于上述的来自各个传感器的位移信号及相关数据，实现数据预处理、数据计算以及生成控制信号等控制过程。具体的，挖掘机控制器12能够对接收的信息进行数据解析、转换、滤波和算法运算，输出控制信号到主控泵14和主控阀15，从而控制主控泵14输出的液压流体流量、以及主控阀15输出到驱动油缸的液压流体流量和流体压力，进而调节各个用于控制工作装置运动的执行机构的运动速度，使其按照预期的动作和速度进行运动，减轻其对液压油缸和工作装置的冲击和振动。

可理解的，上述的显示终端13优选为显示器。显示终端13能够提供人机交互界面。挖掘机操作手可以根据自己的驾驶风格在人机交互界面的选择菜单中选择个性化的缓冲等级来操作挖掘机。例如，设置缓冲等级从0至100变化，最小的单位变化等级为5。

具体的，挖掘机控制器12包括数据预处理单元、计算单元和控制单元。数据预处理单元与传感器信号采集单元连接。挖掘机控制器 12用于获取预设的工作装置的位移调节范围与各个驱动油缸的实时伸缩位移之间的对比结果；还能够接收传感器状态信息、操纵杆位移信号、操纵杆状态信息、以及挖掘机操作手在显示终端13载有的人机交互界面菜单中输入的诸如缓冲等级信息等预置信息；并且，还用于对接收到的各类数据信息进行滤波和单位转换等预处理操作。计算单元与数据预处理单元连接，用于判断并识别出处于临近极限位置状态的工作装置，以执行上述的方法中涉及的各项步骤。控制单元与计算单元连接。控制单元用于驱动相应的驱动油缸执行第一控制决策；还用于根据计算单元的计算、判断和识别结果，驱动相应的驱动油缸执行第二控制决策；并且，还用于基于上述的各个控制决策生成对应的控制信号，从而主动调控主控泵14、主控阀15、相应的驱动装置以及相应的工作装置，实现主动缓冲的作用。

本发明提供的工程机械安装有如上所述的装置。通过设置上述的装置，使得该工程机械具有上述的装置具有的全部优点，具体内容在此不再赘述。

需说明的是，优选本发明所述的工程机械为如图4所示的挖掘机。本发明所述的方法通过图3所示的装置执行，该装置能够安装于图4 所示的挖掘机中，可见上述方法能够应用于如图4所示的挖掘机的工作过程中。

可理解的，该挖掘机包括驾驶室10和连接于驾驶室10前端的工作装置。其中，工作装置包括依序连接于驾驶室10前端的动臂7、斗杆3和铲斗1。对应的，动臂7、斗杆3和铲斗1分别安装有相应的驱动油缸，以实现对动臂7、斗杆3和铲斗1各自的动作驱动过程。驱动油缸包括动臂油缸8、斗杆油缸5和铲斗油缸2。驾驶室10内设有操纵杆11、主控泵14和主控阀15。操纵杆11能够控制动臂7、斗杆3和铲斗1的运动方向及运动状态，当挖掘机操作手操作操纵杆 11时，操纵杆11的操纵信号和状态信号能通过通信总线发送到本发明所述的装置的挖掘机控制器12中。主控泵14连接于挖掘机的发动机，并且分别与各个驱动油缸连接。在主控泵14的液压流体进入各个驱动油缸内时实现对驱动油缸的主动控制，从而实现利用驱动油缸对工作装置的翻入和翻出等动作进行主动控制。主控阀15安装于主控泵14与各个驱动油缸之间的流体通道内，能够调节供给到各个驱动油缸的液压流体的流量，从而实现对驱动油缸的调控。

对应于挖掘机的动臂7、斗杆3和铲斗1，上述的各个伸缩位移传感器具体包括动臂油缸磁致伸缩位移传感器9、斗杆油缸磁致伸缩位移传感器6以及铲斗油缸磁致伸缩位移传感器4。进一步的，上述的各个磁致伸缩位移传感器还包括安装于操纵杆11上的操纵杆11磁致伸缩位移传感器(图4中未示出)。上述的安装于驱动油缸的各个磁致伸缩位移传感器分别对应安装于相应的驱动油缸的内部，以便于更准确的检测相应的驱动油缸的实时伸缩位移和位移变化率。

参照图2、图3和图4所示，本发明实施例给出一个具体的控制过程，以用于对上述的方法进行细致解析。

首先，当挖掘机操作手启动挖掘机开始操作挖掘机工作时，本发明实施例所述的装置通电开始正常工作。

该装置中，控制器模块的传感器信号采集单元接收由传感器模块发送的实时伸缩位移信号和实时位移变化率、各个传感器的状态信息，操纵杆11的实时伸缩位移信号和实时位移变化率、操纵杆11的状态信息、以及挖掘机操作手在显示终端13的人机交互界面菜单中选择的缓冲等级信息等预处理数据，并通过控制器模块的数据预处理单元对接收到的各类数据进行滤波和单位转换等预处理操作，将预处理后的数据发送至计算单元中。

计算单元分别计算并判断：动臂油缸8的实时伸缩位移L_Boom是否处于动臂7的位移调节范围之间，即动臂7的位移调节最大值L1_Set1与动臂7的位移调节最小值L1_Set2之间；斗杆油缸5的实时伸缩位移 L_Arm是否处于斗杆3的位移调节范围之间，即斗杆3的位移调节最大值L2_Set1与斗杆3的位移调节最小值L2_Set2之间；铲斗1的实时伸缩位移L_Bucket是否处于铲斗1的位移调节范围之间，即铲斗1的位移调节最大值L3_Set1与铲斗1的位移调节最小值L3_Set2之间。若以上判断结果同时为真，则动臂7、斗杆3和铲斗1的当前翻折角度均处于各自运动设定的角度范围内，即动臂7、斗杆3和铲斗1均处于安全运行状态，均未临近极限位置；否则，则动臂7、斗杆3和铲斗1中至少有一个工作装置的当前翻折角度处于相应的运动设定的角度范围以外，也即动臂7、斗杆3和铲斗1中至少有一个工作装置处于临近极限位置状态。

若动臂7、斗杆3和铲斗1中至少有一个工作装置处于临近极限位置状态，则按照预设的优先级或者同步的对各个工作装置进行计算、判断和识别，识别出满足条件的驱动油缸和对应的工作装置，从而生成控制信息以驱动满足条件的条件的驱动油缸执行第一控制决策，进而驱动相应的工作装置切换至缓冲运行状态并运动至极限位置，达到主动缓冲的作用。具体为：

设定动臂油缸8的最大位移为L1_Max，动臂油缸8的最小位移为 L1_Min；斗杆油缸5的最大位移为L2_Max，斗杆油缸5的最小位移为L2_Min；铲斗油缸2的最大位移为L3_Max，铲斗油缸2的最小位移为L3_Min。

如图2所示，以动臂7、斗杆3和铲斗1的先后顺序作为预设优先级。

首先，判断动臂油缸8的实时伸缩位移L_Boom与动臂油缸8的最小位移L1_Min之差的绝对值是否满足不大于动臂7的位移调节最小值 L1_Set1，或者动臂油缸8的实时伸缩位移L_Boom与动臂油缸8的最大位移L1_Max之差的绝对值是否满足不大于动臂7的位移调节最大值L1_Set2。若以上条件满足，则动臂7处于临近极限位置状态，则控制器模块基于挖掘机当前设置的缓冲等级和以上参数计算并输出合理的符合第一控制决策的控制信号到主控泵14和主控阀15，从而驱动动臂7按照预定的第一速率以缓冲运行状态运动到动臂7的极限位置。

其次，判断斗杆油缸5的实时伸缩位移L_Arm与斗杆油缸5的最小位移L2_Min之差的绝对值是否满足不大于斗杆3的位移调节最小值 L2_Set1，或者斗杆油缸5的实时伸缩位移L_Arm与斗杆油缸5的最大位移L2_Max之差的绝对值是否满足不大于斗杆3的位移调节最大值L2_Set2。若以上条件满足，则斗杆3处于临近极限位置状态，则控制器模块基于挖掘机当前设置的缓冲等级和以上参数计算并输出合理的符合第一控制决策的控制信号到主控泵14和主控阀15，从而驱动斗杆3按照预定的第一速率以缓冲运行状态运动到斗杆3的极限位置。

再次，判断铲斗油缸2的实时伸缩位移L_Bucket与铲斗油缸2的最小位移L3_Min之差的绝对值是否满足不大于铲斗1的位移调节最小值 L3_Set1，或者铲斗油缸2的实时伸缩位移L_Bucket与铲斗油缸2的最大位移L3_Max之差的绝对值是否满足不大于铲斗1的位移调节最大值L3_Set2。若以上条件满足，则铲斗1处于临近极限位置状态，则控制器模块基于挖掘机当前设置的缓冲等级和以上参数计算并输出合理的符合第一控制决策的控制信号到主控泵14和主控阀15，从而驱动铲斗1按照预定的第一速率以缓冲运行状态运动到铲斗1的极限位置。

若以上条件均不满足，则驱动所有的工作装置按照挖掘机操作手的操作以预期的安全运行状态保持继续运动即可。

进一步的，若动臂7、斗杆3和铲斗1均处于安全运行状态，则进一步对动臂7、斗杆3和铲斗1是否处于突然运动状态进行判断并识别。具体为：预设动臂油缸8的位移变化率临界值为V_B，斗杆油缸5的位移变化率临界值为V_A，铲斗油缸2的位移变化率临界值为 V_Bu；预设操纵杆11在控制动臂7运动方向时的位移变化率临界值为 V_HB，操纵杆11在控制斗杆3运动方向时的位移变化率临界值为V_HA，操纵杆11在控制铲斗1运动方向时的位移变化率临界值为V_HBu。计算动臂油缸8的实时位移变化率ΔL_Boom/Δt是否满足ΔL_Boom/Δt＞V_B或者操纵杆11在控制动臂7运动方向时的实时位移变化率ΔL_HB/Δt 是否满足ΔL_HB/Δt＞V_HB，若上述判断结果为真，则识别出动臂7处于突然运动状态。同理，计算斗杆油缸5的实时位移变化率ΔL_Arm/ Δt是否满足ΔL_Arm/Δt＞V_A或者操纵杆11在控制斗杆3运动方向时的实时位移变化率ΔL_HA/Δt是否满足ΔL_HA/Δt＞V_HA，若上述判断结果为真，则识别出斗杆3处于突然运动状态。同理，计算铲斗油缸2 的实时位移变化率ΔL_Bucket/Δt是否满足ΔL_Bucket/Δt＞V_A或者操纵杆 11在控制铲斗1运动方向时的实时位移变化率ΔL_HBu/Δt是否满足Δ L_HBu/Δt＞V_HBu，若上述判断结果为真，则识别出铲斗1处于突然运动状态。

通过计算单元的上述计算过程，控制器模块的控制单元针对识别出的处于突然运动状态的工作装置，利用模糊PID控制算法计算并输出控制信号到主控泵14和主控阀15，主控泵14和主控阀15向相应的驱动油缸输出满足第二控制决策的液压流体压力和液压流体流量，以使对应的驱动油缸能执行第二控制决策，进而控制相应的工作装置按照预设的第二速率运动并切换至平稳运行状态。

图5示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图5所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)810、通信接口(Communications Interface)820、存储器(memory)830和通信总线840，其中，处理器810，通信接口820，存储器830通过通信总线840完成相互间的通信。处理器810可以调用存储器830中的逻辑指令，以执行主动降低挖掘机动作冲击的方法的各个步骤。

此外，上述的存储器830中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的主动降低挖掘机动作冲击的方法的各个步骤。

又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各提供的主动降低挖掘机动作冲击的方法的各个步骤。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (14)

1.一种主动降低挖掘机动作冲击的方法，其特征在于，包括：

预设工作装置的位移调节最大值和位移调节最小值，以确定所述工作装置的位移调节范围；基于各个工作装置预设的位移调节范围与各个驱动油缸的实时伸缩位移之间的对比结果，判断并识别出处于临近极限位置状态的工作装置；若所述驱动油缸的实时伸缩位移位于所述工作装置的位移调节最大值与所述工作装置的位移调节最小值之间，则判断相应的所述工作装置处于安全运行状态；否则，判断相应的所述工作装置处于临近极限位置状态，驱动相应的所述驱动油缸执行第一控制决策，以驱动处于临近极限位置状态的所述工作装置切换至缓冲运行状态，其中，计算并输出控制信号至相应的驱动油缸，以驱动处于临近极限位置状态的所述工作装置按照第一速率运动，直至所述工作装置到达极限位置；

所述方法还包括：

基于所述驱动油缸的位移信号作为控制决策的输入，对应生成能够控制主控阀和主控泵的输出压力和流量的控制信号，所述主控泵和所述主控阀依据控制信号输出满足使工作装置处于缓冲运行状态下的液压流体压力和流量，从而使临近极限位置状态的工作装置按照第一速率运动，达到更加平稳的主动降低冲击的作用。

2.根据权利要求1所述的主动降低挖掘机动作冲击的方法，其特征在于，所述基于各个工作装置预设的位移调节范围与各个驱动油缸的实时伸缩位移之间的对比结果，判断并识别出处于临近极限位置状态的工作装置的步骤以后，进一步包括：

判断并识别出满足条件的所述驱动油缸；

驱动满足所述条件的所述驱动油缸执行所述第一控制决策；

其中，所述条件为所述驱动油缸的实时伸缩位移与所述驱动油缸的最大位移之差的绝对值不大于所述工作装置的位移调节最大值，或者所述驱动油缸的实时伸缩位移与所述驱动油缸的最小位移之差的绝对值不大于所述工作装置的位移调节最小值。

3.根据权利要求2所述的主动降低挖掘机动作冲击的方法，其特征在于，所述工作装置包括动臂、斗杆和铲斗，所述动臂、所述斗杆和所述铲斗分别连接有相应的驱动油缸；所述判断并识别出满足条件的所述驱动油缸的步骤，进一步包括：

基于所述动臂、所述斗杆和所述铲斗的判断顺序，依次判断并识别出满足所述条件的驱动油缸。

4.根据权利要求1至3任一项所述的主动降低挖掘机动作冲击的方法，其特征在于，所述基于各个工作装置预设的位移调节范围与各个驱动油缸的实时伸缩位移之间的对比结果，判断并识别出处于临近极限位置状态的工作装置的步骤以后，还包括：

若所有的所述工作装置均处于安全运行状态，则基于操纵杆在控制所述工作装置运动方向时的实时位移变化率、以及相应的所述驱动油缸的实时位移变化率，判断并识别出处于突然运动状态的工作装置；

驱动相应的所述驱动油缸执行第二控制决策，以驱动处于突然运动状态的所述工作装置切换至平稳运行状态。

5.根据权利要求4所述的主动降低挖掘机动作冲击的方法，其特征在于，所述若所有的所述工作装置均处于安全运行状态，则基于操纵杆在控制所述工作装置运动方向时的实时位移变化率、以及相应的所述驱动油缸的实时位移变化率，判断并识别出处于突然运动状态的工作装置的步骤，进一步包括：

若所述操纵杆在控制所述工作装置运动方向时的实时位移变化率超过所述操纵杆相应的位移变化率极限值，或者相应的所述驱动油缸的实时位移变化率超过所述驱动油缸的位移变化率极限值，则判断相应的所述工作装置处于突然运动状态；

否则，判断相应的所述工作装置处于平稳运行状态。

6.根据权利要求5所述的主动降低挖掘机动作冲击的方法，其特征在于，所述驱动相应的所述驱动油缸执行第二控制决策，以驱动处于突然运动状态的所述工作装置切换至平稳运行状态的步骤，进一步包括：

利用模糊PID控制算法计算并输出控制信号至相应的驱动油缸，以驱动处于突然运动状态的所述工作装置按照第二速率运动，直至所述工作装置处于所述平稳运行状态。

7.一种主动降低挖掘机动作冲击的装置，其特征在于，用于执行如权利要求1至6任一项所述的主动降低挖掘机动作冲击的方法；

所述主动降低挖掘机动作冲击的装置包括：

传感器模块，用于检测并获取各个驱动油缸的实时伸缩位移，所述传感器模块包括若干个磁致伸缩位移传感器，各个驱动油缸上分别安装有所述磁致伸缩位移传感器；

控制器模块，与所述传感器模块连接，用于基于各个工作装置预设的位移调节范围与各个驱动油缸的实时伸缩位移之间的对比结果，判断并识别出处于临近极限位置状态的工作装置，以及驱动相应的所述驱动油缸执行第一控制决策，以驱动处于临近极限位置状态的所述工作装置切换至缓冲运行状态。

8.根据权利要求7所述的主动降低挖掘机动作冲击的装置，其特征在于，所述传感器模块还包括安装于操纵杆上的所述伸缩位移传感器。

9.根据权利要求7所述的主动降低挖掘机动作冲击的装置，其特征在于，所述控制器模块包括：

传感器信号采集单元，与所述传感器模块连接；

挖掘机控制器，与所述传感器信号采集单元连接，并能连接显示终端、主控泵和主控阀。

10.根据权利要求9所述的主动降低挖掘机动作冲击的装置，其特征在于，所述挖掘机控制器包括：

数据预处理单元，与所述传感器信号采集单元连接，用于获取各个工作装置预设的位移调节范围与各个驱动油缸的实时伸缩位移之间的对比结果；

计算单元，与所述数据预处理单元连接，用于判断并识别出处于临近极限位置状态的工作装置；

控制单元，与所述计算单元连接，用于驱动相应的所述驱动油缸执行第一控制决策。

11.一种工程机械，其特征在于，安装有如权利要求9至10任一项所述的主动降低挖掘机动作冲击的装置。

12.根据权利要求11所述的工程机械，其特征在于，所述工程机械为挖掘机。

13.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至6任一项所述的主动降低挖掘机动作冲击的方法的步骤。

14.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述的主动降低挖掘机动作冲击的方法的步骤。

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