CN113898489A - 一种基于手柄比例和功率匹配复合控制的方法及平台 - Google Patents

一种基于手柄比例和功率匹配复合控制的方法及平台 Download PDF

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CN113898489A CN202111257838.5A CN202111257838A CN113898489A CN 113898489 A CN113898489 A CN 113898489A CN 202111257838 A CN202111257838 A CN 202111257838A CN 113898489 A CN113898489 A CN 113898489A
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张善睿
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Abstract

本发明提供一种基于手柄比例和功率匹配复合控制的方法及平台，适用于高空作业剪叉平台，所述高空作业剪叉平台包括手柄、地面控制器和发动机等，地面控制器通过判断发动机是否发生掉速，控制所述高空作业剪叉平台在功率匹配模式和手柄比例控制模式间切换，所述手柄比例控制模式和所述功率匹配模式复合控制所述高空作业剪叉平台工作，使得在相同配置但所使用发动机功率较小的高空作业剪叉平台上，实时监测发动机转速，根据不同的发动机转速反馈实现不同的车辆速度控制输出，能够达到车辆行驶速度与发动机功率相匹配的效果。

Description

一种基于手柄比例和功率匹配复合控制的方法及平台
技术领域
本发明涉及高空作业平台控制匹配方法，尤其涉及一种基于手柄比例和功率匹配复合控制的方法及平台。
背景技术
目前市场上越野剪叉高空作业平台使用的柴油发动机功率较高，可以保证车辆完成所有动作：满载举升、四驱行走、支腿动作等，而不会因负载不同导致憋车熄火。然而，大功率发动机存在以下缺陷：
1、大功率发动机的油耗高，增加了终端客户的使用费用。
2、大功率发动机的采购成本更高，在越野剪叉高空作业平台售价一定的前提下，降低了主机厂的利润空间。
3、目前市场上存在的一些发动机越野高空作业平台的控制中对于发动机功率的匹配关注较少，在车上需求功率过大的一些特殊情况下，会出现发动机转速被拉低直至熄火的情况，
因此，如何在降低发动机功率和降低成本的同时，保证越野剪叉高空作业平台能够完成所有动作：满载举升、四驱行走、支腿动作，日益成为本领域技术人员亟待解决的技术问题之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于手柄比例和功率匹配复合控制的方法及平台,以解决现有技术中存在的发动机功率与负载功率不匹配，导致发动机转速被拉低熄火的问题。
为了达到上述目的，本发明提供了一种基于手柄比例和功率匹配复合控制的方法，适用于高空作业剪叉平台，所述高空作业剪叉平台包括地面控制器、手柄和发动机，包括以下步骤：
步骤A：通过所述地面控制器判断所述发动机是否发生掉速，若是，执行步骤B，若否，执行步骤C；
步骤B：控制所述高空作业剪叉平台进入功率匹配模式；其中，所述功率匹配模式为：控制负载功率使其实时跟随发动机功率变化，并控制所述高空作业剪叉平台在所述功率匹配模式下的行驶速度；
步骤C：控制所述高空作业剪叉平台进入手柄比例控制模式；其中，所述手柄比例控制模式包括：控制所述高空作业剪叉平台在所述手柄比例控制模式下的行驶速度。
可选的，所述高空作业剪叉平台还包括速度阀；
所述控制所述高空作业剪叉平台在所述功率匹配模式下的行驶速度和所述控制所述高空作业剪叉平台在所述手柄比例控制模式下的行驶速度，均包括：
通过所述地面控制器调节所述速度阀，以控制所述高空作业剪叉平台的行驶速度。
可选的，在所述功率匹配模式下，所述控制所述高空作业剪叉平台在所述功率匹配模式下的行驶速度，包括：
步骤B1：采集所述发动机的转速值；
步骤B2：根据所述发动机的转速值和目标转速值，采用PID控制器计算PID输出量；
步骤B3：根据所述PID输出量，调节所述速度阀的开度，以控制所述行驶速度。
可选的，步骤B2中，所述采用PID控制器计算PID输出量，包括：
采用以下公式计算所述PID输出量：
Figure BDA0003324666930000021
式中，Δuk为所述PID输出量，ek为本次采集的所述发动机转速值与所述目标转速值的差值，ek-1为上一次采集发动机转速值与目标转速值的差值，ek-2为上上次采集发动机转速值与目标转速值的差值；kp，ki，kd分别为三个可调参数。
可选的，还包括：
在所述功率匹配模式下，判读所述手柄是否处于松开或所述手柄操作位移减小超出设定阈值时，若是，则退出所述功率匹配模式，若否，则继续所述功率匹配模式。
可选的，在所述手柄比例控制模式下，所述控制所述高空作业剪叉平台在所述手柄比例控制模式下的行驶速度，包括：
判断发动机功率是否满足所述高空作业剪叉平台的负载功率，若是，执行以下步骤：
步骤C1：获取所述手柄位置；
步骤C2：获取预设的所述手柄位置与速度阀的开度之间的对应关系；
步骤C3：根据所述速度阀的开度控制所述行驶速度。
可选的，在步骤C2中，所述手柄位置与速度阀的开度之间的对应关系，包括通过下式获得：
Figure BDA0003324666930000031
式中，S为速度阀的开度，P为当前手柄位置横坐标值，S1为存储的控制曲线第一个点的纵坐标值，P1为控制曲线第一个点的横坐标值，S2为第二个点的纵坐标值，P2为第二个点的横坐标值。
可选的，所述手柄比例控制模式下还包括斜坡控制；
所述斜坡控制方法，包括：
操作手柄时，手柄位置按照固定的加速周期/减速周期和预设加速值/减速值接近手柄的目标位置；
其中，控制手柄位置的变化方法包括，车辆加速过程中，在每个固定的加速周期时间内，手柄位置增加所述预设加速值，这个数值为手柄加速值；车辆减速过程中，在每个固定的减速周期时间内，手柄位置减少所述预设减速值。
可选的，还包括，在所述功率匹配模式下，若所述速度阀的开度未达到设定的最大速度阀开度时，则增加所述速度阀的开度，以增加处于功率匹配控制状态的所述行驶速度。
可选的，所述平台可执行权利要求1-9中任一项所述的复合控制的方法。
本发明还提供了一种基于手柄比例和功率匹配复合控制的平台，所述平台可执行上述的复合控制的方法。
与现有技术相比，本发明提供的一种基于手柄比例和功率匹配复合控制的方法具有以下有益效果：
本发明提供的一种基于手柄比例和功率匹配复合控制的方法，适用于高空作业剪叉平台，所述高空作业剪叉平台包括手柄和发动机，包括以下步骤：步骤A：判断所述发动机是否发生掉速，若是，执行步骤B，若否，执行步骤C；步骤B：控制所述高空作业剪叉平台处于功率匹配模式；其中，所述功率匹配模式为：控制负载功率使其实时跟随发动机功率变化，并控制所述高空作业剪叉平台在所述功率匹配模式下的行驶速度；步骤C：控制所述高空作业剪叉平台处于手柄比例控制模式，所述手柄比例控制模式包括：控制所述高空作业剪叉平台在所述手柄比例控制模式下的行驶速度。本发明提供的基于手柄比例和功率匹配复合控制的方法，通过将手柄比例模式和功率匹配模式复合控制所述高空作业剪叉平台工作，使得所述高空作业剪叉平台避免了负载功率超过发动机本身限制后出现的发动机熄火情况，减少发动机的损坏。同时，通过实时检测发动机的功率使用情况，可以实现在同样类型车辆上匹配小功率的发动机，小功率发动机的使用可以降低使用能耗，同时降低主机厂的车辆生产成本以及用户的车辆使用成本。
本发明提供的一种基于手柄比例和功率匹配复合控制的平台，所述平台执行上述的复合控制方法，使得所述平台避免了负载功率超过发动机本身限制后出现的发动机熄火情况，减少发动机的损坏。通过实时检测发动机的功率使用情况，可以实现在同样类型车辆上匹配小功率的发动机，小功率发动机的使用可以降低使用能耗，同时降低主机厂的车辆生产成本以及用户处的车辆使用成本。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的手柄比例控制模式和功率匹配模式切换框图；
图2为本发明一实施方式提供功率匹配模式的流程图；
图3为本发明一实施方式提供的功率匹配控制输出框图；
图4为本发明一实施方式提供的手柄比例控制模式的流程图；
图5为本发明一实施方式提供的发动机功率可以满足时手柄比例控制模式的输出框图及说明；
图6为本发明一实施方式提供的手柄比例和功率匹配复合控制流程图；
图7为本发明一实施方式提供的手柄比例和功率匹配复合控制效果图。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。应当了解，说明书附图并不一定按比例的显示本发明的具体结构，并且在说明书附图中用于说明本发明某些原理的图示性特征也会采取略微简化的画法。本文所公开的本发明的具体设计特征包括例如具体尺寸、方向、位置和外形将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。以及，在以下说明的实施方式中，有时在不同的附图之间共同使用同一附图标记来表示相同部分或具有相同功能的部分，而省略其重复说明。在本说明书中，使用相似的标号和字母表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在适当情况下，如此使用的这些术语可替换。类似的，如果本文所述的方法包括一系列任务，且本文所呈现的这些任务的顺序并非必须是可执行这些任务的唯一顺序，且一些所述的任务可被省略和/或一些本文未描述的其他任务可被添加到该方法。
实施例一
本实施例提供了一种基于手柄比例和功率匹配复合控制的方法，参见附图1，附图1为手柄比例和功率匹配复合控制流程图，从图中可以明显看出，本实施例提供的基于手柄比例和功率匹配复合控制的方法，适用于高空作业剪叉平台，所述高空作业剪叉平台包括地面控制器、手柄和发动机，包括以下步骤：
步骤A：通过所述地面控制器判断所述发动机是否发生掉速，若是，执行步骤B，若否，执行步骤C；
步骤B：控制所述高空作业剪叉平台处于功率匹配模式；其中，所述功率匹配模式为：控制负载功率使其实时跟随发动机功率变化，并控制所述高空作业剪叉平台在所述功率匹配模式下的行驶速度；
步骤C：控制所述高空作业剪叉平台处于手柄比例控制模式，所述手柄比例控制模式包括：控制所述高空作业剪叉平台在所述手柄比例控制模式下的行驶速度。
本发明提供的基于手柄比例和功率匹配复合控制的方法，通过将手柄比例模式和功率匹配模式复合控制所述高空作业剪叉平台工作，使得所述高空作业剪叉平台避免了负载功率超过发动机本身限制后出现的发动机熄火情况，减少发动机的损坏。通过实时检测发动机的功率使用情况，可以实现在同样类型车辆上匹配小功率的发动机，小功率发动机的使用可以降低使用能耗，同时降低主机厂的车辆生产成本以及用户处的车辆使用成本。
优选的，所述高空作业剪叉平台还包括速度阀；所述控制所述高空作业剪叉平台在所述功率匹配模式下的行驶速度和所述控制所述高空作业剪叉平台在所述手柄比例控制模式下的行驶速度，均包括：通过所述地面控制器调节所述速度阀，以控制所述高空作业剪叉平台的行驶速度。如此设置，无论所述高空作业剪叉平台处于那种模式，都可以通过所述控制器调节所述速度阀，从而控制所述高空作业剪叉平台的移动。
参见附图2，附图2为功率匹配模式的流程图，从图中可以明显看出，在所述功率匹配模式下，所述控制所述高空作业剪叉平台在所述功率匹配模式下的行驶速度，包括：
步骤B1：采集所述发动机的转速值；
步骤B2：根据所述发动机的转速值和目标转速值，采用PID控制器计算PID输出量；
步骤B3：根据所述PID输出量，调节所述速度阀的开度，以控制所述行驶速度。
由此，在所述功率匹配模式下，所述高空作业剪叉平台可以实现移动和负载实时跟随发动机功率变化。
参见附图3，步骤B2中，所述采用PID控制器计算PID输出量，包括：采用以下公式计算所述PID输出量：
Figure BDA0003324666930000061
式中，Δuk为所述PID输出量，ek为本次采集的所述发动机转速值与所述目标转速值的差值，ek-1为上一次采集发动机转速值与目标转速值的差值，ek-2为上上次采集发动机转速值与目标转速值的差值；kp，ki，kd分别为三个可调参数。由此，利用PID计算后的输出量进行速度阀的开度或行驶速度的调节，使负载功率从超过发动机功率的状态下快速逼近发动机功率，从而有效防止发动机被憋熄火。
优选的，还包括：在所述功率匹配模式下，判读所述手柄是否处于松开或所述手柄操作位移减小超出设定阈值时，若是，则退出所述功率匹配模式，若否，则继续所述功率匹配模式。如此设置，方便操作者通过操作手柄控制是否退出所述功率匹配模式。
参见附图4和附图5，附图4为手柄比例控制模式的流程图，附图5为发动机功率可以满足时手柄比例控制模式的输出框图及说明，从图中可以明显看出，在所述手柄比例控制模式下，所述控制所述高空作业剪叉平台在所述手柄比例控制模式下的行驶速度，包括：判断发动机功率是否满足所述高空作业剪叉平台的负载功率，若是，执行以下步骤：
步骤C1：获取所述手柄位置；
步骤C2：获取预设的所述手柄位置与速度阀的开度之间的对应关系；
步骤C3：根据所述速度阀的开度控制所述行驶速度。由此，在所述发动机功率满足负载功率时，在所述手柄比例控制模式下，所述高空作业剪叉平台可以通过手柄的操作位移控制其行驶速度。
优选的，在步骤C2中，所述手柄位置与速度阀的开度之间的对应关系，包括通过下式获得：
Figure BDA0003324666930000071
式中，S为速度阀的开度，P为当前手柄位置横坐标值，S1为存储的控制曲线第一个点的纵坐标值，P1为控制曲线第一个点的横坐标值，S2为第二个点的纵坐标值，P2为第二个点的横坐标值。其中，所述第一个点为所述手柄存储的第一个位置，所述第二点为所述手柄移动后存储的第二个位置。该计算方法简单，能够快速得到所述速度阀的开度，从而控制其行驶速度。
在其中一种优选实施方式中，所述手柄比例控制模式下还包括斜坡控制；所述斜坡控制方法，包括：操作手柄时，手柄位置按照固定的加速周期/减速周期和预设加速值/减速值接近手柄的目标位置；其中，控制手柄位置的变化方法包括，车辆加速过程中，在每个固定的加速周期时间内，手柄位置增加所述预设加速值，这个数值为手柄加速值；车辆减速过程中，在每个固定的减速周期时间内，手柄位置减少所述预设减速值。由于手柄比例控制的曲线存储在控制器内部，需要依据手柄位置计算出对应的输出，但正常操作时所述手柄位置变化较快，如果采用实际手柄对应位置进行输出计算的话，将无法反应车辆加减速的过程，同时也会造成控制的不平滑，采用斜坡控制可以达到拟合手柄加减速过程的目的，以达到对车辆速度进行更平滑地控制的效果。进一步的参见附图6和附图7，附图6和附图7分别为复合控制的流程图和效果图，从图中可以明显看出，复合控制的第一阶段，手柄比例控制体现在图中横坐标1500～2050附近，这段时间内，速度阀由手柄比例计算出的值进行控制，在2050～2150位置中间出现发动机转速下降，此时进入功率匹配控制，在大于2150位置后，发动机转速稳定，未出现转速下降情况，但未达到设定的速度阀开度，按照固定的斜坡斜率增加速度阀的开度，进而逐渐提高车辆行驶速度。
优选的，其中一种示例性实施方式提供的基于手柄比例和功率匹配复合控制的方法，还包括，在所述功率匹配模式下，若所述速度阀的开度未达到设定的最大速度阀开度时，则增加所述速度阀的开度，以增加处于功率匹配控制状态的所述行驶速度。如此设置，避免了在所述功率匹配控制后，调节转速基本稳定在目标转速附近，此时出现的能量平衡状态，导致行驶速度无法达到客户预期目标的问题。
实施例二
本实施例提供的一种基于手柄比例和功率匹配复合控制的平台，所述平台执行上述的复合控制方法，使得所述平台避免了负载功率超过发动机本身限制后出现的发动机熄火情况，减少发动机的损坏。通过实时检测发动机的功率使用情况，可以实现在同样类型车辆上匹配小功率的发动机，小功率发动机的使用可以降低使用能耗，同时降低主机厂的车辆生产成本以及用户处的车辆使用成本。
应当注意的是，在本文的实施方式中所揭露的系统和方法，也可以通过其他的方式实现。以上所描述的装置实施方式仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本文的多个实施方式的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用于执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本文各个实施方式中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。此外，需要说明的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明说中的各个组件。元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
综上，在本发明提供的一种基于手柄比例和功率匹配复合控制的方法，适用于高空作业剪叉平台，所述高空作业剪叉平台包括手柄和发动机，包括以下步骤：步骤A：判断所述发动机是否发生掉速，若是，执行步骤B，若否，执行步骤C；步骤B：控制所述高空作业剪叉平台处于功率匹配模式；其中，所述功率匹配模式为：控制负载功率使其实时跟随发动机功率变化，并控制所述高空作业剪叉平台在所述功率匹配模式下的行驶速度；步骤C：控制所述高空作业剪叉平台处于手柄比例控制模式，所述手柄比例控制模式包括：控制所述高空作业剪叉平台在所述手柄比例控制模式下的行驶速度。本发明提供的基于手柄比例和功率匹配复合控制的方法，通过将手柄比例模式和功率匹配模式复合控制所述高空作业剪叉平台工作，使得所述高空作业剪叉平台避免了负载功率超过发动机本身限制后出现的发动机熄火情况，减少发动机的损坏。同时，通过实时检测发动机的功率使用情况，可以实现在同样类型车辆上匹配小功率的发动机，小功率发动机的使用可以降低使用能耗，同时降低主机厂的车辆生产成本以及用户处的车辆使用成本。
本发明提供的一种基于手柄比例和功率匹配复合控制的平台，所述平台执行上述的复合控制方法，使得所述平台避免了负载功率超过发动机本身限制后出现的发动机熄火情况，减少发动机的损坏。通过实时检测发动机的功率使用情况，可以实现在同样类型车辆上匹配小功率的发动机，小功率发动机的使用可以降低使用能耗，同时降低主机厂的车辆生产成本以及用户处的车辆使用成本。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于手柄比例和功率匹配复合控制的方法，适用于高空作业剪叉平台，所述高空作业剪叉平台包括地面控制器、手柄和发动机，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A：通过所述地面控制器判断所述发动机是否发生掉速，若是，执行步骤B，若否，执行步骤C；
步骤B：控制所述高空作业剪叉平台进入功率匹配模式；其中，所述功率匹配模式为：控制负载功率使其实时跟随发动机功率变化，并控制所述高空作业剪叉平台在所述功率匹配模式下的行驶速度；
步骤C：控制所述高空作业剪叉平台进入手柄比例控制模式；其中，所述手柄比例控制模式包括：控制所述高空作业剪叉平台在所述手柄比例控制模式下的行驶速度。
2.如权利要求1所述的一种基于手柄比例和功率匹配复合控制的方法，其特征在于，所述高空作业剪叉平台还包括速度阀；
所述控制所述高空作业剪叉平台在所述功率匹配模式下的行驶速度和所述控制所述高空作业剪叉平台在所述手柄比例控制模式下的行驶速度，均包括：
通过所述地面控制器调节所述速度阀，以控制所述高空作业剪叉平台的行驶速度。
3.如权利要求2所述的一种基于手柄比例和功率匹配复合控制的方法，其特征在于，在所述功率匹配模式下，所述控制所述高空作业剪叉平台在所述功率匹配模式下的行驶速度，包括：
步骤B1：采集所述发动机转速值；
步骤B2：根据所述发动机的转速值和目标转速值，采用PID控制器计算PID输出量；
步骤B3：根据所述PID输出量，调节所述速度阀的开度，以控制所述行驶速度。
4.如权利要求3所述的一种基于手柄比例和功率匹配复合控制的方法，其特征在于，步骤B2中，所述采用PID控制器计算PID输出量，包括采用以下公式计算所述PID输出量：
Figure FDA0003324666920000021
式中，Δuk为所述PID输出量，ek为本次采集的所述发动机转速值与所述目标转速值的差值，ek-1为上一次采集发动机转速值与所述目标转速值的差值，ek-2为上上次采集发动机转速值与所述目标转速值的差值；kp，ki，kd分别为三个可调参数。
5.如权利要求2所述的一种基于手柄比例和功率匹配复合控制的方法，其特征在于，还包括：
在所述功率匹配模式下，判读所述手柄是否处于松开或所述手柄操作位移减小超出设定阈值时，若是，则退出所述功率匹配模式，若否，则继续所述功率匹配模式。
6.如权利要求2所述的一种基于手柄比例和功率匹配复合控制的方法，其特征在于，在所述手柄比例控制模式下，所述控制所述高空作业剪叉平台在所述手柄比例控制模式下的行驶速度，包括：
判断发动机功率是否满足所述高空作业剪叉平台的负载功率，若是，执行以下步骤：
步骤C1：获取所述手柄位置；
步骤C2：获取预设的所述手柄位置与速度阀的开度之间的对应关系；
步骤C3：根据所述速度阀的开度控制所述行驶速度。
7.如权利要求6所述的一种基于手柄比例和功率匹配复合控制的方法，其特征在于，在步骤C2中，所述手柄位置与速度阀的开度之间的对应关系，包括通过下式获得：
Figure FDA0003324666920000022
式中，S为速度阀的开度，P为当前手柄位置横坐标值，S1为存储的控制曲线第一个点的纵坐标值，P1为控制曲线第一个点的横坐标值，S2为第二个点的纵坐标值，P2为第二个点的横坐标值。
8.如权利要求6所述的一种基于手柄比例和功率匹配复合控制的方法，其特征在于，所述手柄比例控制模式下还包括斜坡控制；
所述斜坡控制方法，包括：
操作手柄时，手柄位置按照固定的加速周期/减速周期和预设手柄加速值/预设手柄减速值接近手柄的目标位置；
其中，控制手柄位置的变化方法包括：
车辆加速过程中，在每个固定的所述加速周期时间内，手柄位置增加所述预设手柄加速值；
车辆减速过程中，在每个固定的所述减速周期时间内，手柄位置减少所述预设手柄减速值。
9.如权利要求1所述的一种基于手柄比例和功率匹配复合控制的方法，其特征在于，还包括，
在所述功率匹配模式下，若所述速度阀的开度未达到设定的最大速度阀开度，则增加所述速度阀的开度，以加快处于功率匹配控制状态的所述行驶速度。
10.一种基于手柄比例和功率匹配复合控制的平台，其特征在于，所述平台用于执行权利要求1-9中任一项所述的复合控制的方法。
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