CN114182780A - 一种挖机控制方法、装置、系统及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种挖机控制方法、装置、系统及存储介质，挖机控制方法包括：判断负载变化状态，若负载变化状态不满足设定状态，则当发动机转速偏离设定值时，根据掉速系数控制发动机转速维持在设定值；若负载变化状态满足设定状态，则当发动机转速偏离设定值时，确定与设定值对应的初始扭矩，通过调整初始扭矩控制发动机转速维持在设定值。基于本发明提出的挖机控制方法，当瞬态负载变化较大时，相较于发动机转速出现掉速或者超调后再进行发动机转速的调控，基于目标扭矩可以在发动机出现掉速或者超调前对发动机转速进行预调整，进而有效避免负载瞬态变化较大时，发动机出现掉速或超调的问题。

Description

一种挖机控制方法、装置、系统及存储介质

技术领域

本发明实施例涉及车辆工程技术，尤其涉及一种挖机控制方法、装置、系统及存储介质。

背景技术

工程机械中，通过液压泵传递发动机的驱动力，以带动液压执行机构动作，进而完成指定的作业需求。液压泵流量变化会引起发动机负载变化，进而导致发动机实际转速偏离设定转速。

目前，通过ECU计算发动机设定转速与实际转速差，进而实现对发动机转速的控制。根据整车实测显示，该控制方式从操作手臂开始动作到ECU做出响应至少有0.3s的延迟时间，具有非常严重的滞后性，是导致挖机瞬态加载掉速大和响应性差的重要因素之一。

发明内容

本发明提供一种挖机控制方法、装置、系统及存储介质，以达到有效避免挖机瞬态负载变化较大时发动机出现掉速或者超调问题的目的。

第一方面，本发明实施例提供了一种挖机控制方法，包括：判断负载变化状态，若所述负载变化状态不满足设定状态，则当发动机转速偏离设定值时，根据掉速系数控制发动机转速维持在所述设定值；

若所述负载变化状态满足所述设定状态，则当发动机转速偏离所述设定值时，确定与所述设定值对应的初始扭矩，通过调整所述初始扭矩控制发动机转速维持在所述设定值。

可选的，判断负载变化状态包括：

判断发动机是否处于怠速状态，若所述发动机处于所述怠速状态，则判断负载变化状态是否为瞬态加载状态。

可选的，判断发动机是否处于怠速状态包括：

获取发动机负荷率、发动机转速、油门开度、喷油量；

根据发动机负荷率、发动机转速、油门开度以及喷油量判断所述发动机是否处于怠速状态。

可选的，判断发动机是否处于怠速状态还包括：

获取液压系统状态，根据发动机负荷率、发动机转速、油门开度、喷油量判断以及液压系统状态判断所述发动机是否处于怠速状态

可选的，获取液压系统状态包括：

在设定的时间阈值内，判断每两个采样时间点间的先导压力的变化量是否均小于设定的变化量阈值；

若每两个采样时间点间的所述先导压力的变化量均小于设定的变化量阈值，则判定液压系统状态为稳定状态。

可选的，判断负载变化状态是否为瞬态加载状态包括：

获取先导压力的变化率，若所述先导压力的变化率大于设定的变换率，则负载变化状态为瞬态加载状态。

可选的，所述先导压力包括动臂上升先导压力、动臂下降先导压力、斗杆内收先导压力、斗杆外翻先导压力、铲斗内收先导压力、铲斗外翻先导压力、回转先导压力、左行走先导压力、右行走先导压力的一种或几种。

第二方面，本发明实施例还提供了一种挖机控制装置，包括发动机控制单元，所述发动机控制单元用于：

判断负载变化状态，若所述负载变化状态不满足设定状态，则当发动机转速偏离设定值时，根据掉速系数控制发动机转速维持在所述设定值；

若所述负载变化状态满足所述设定状态，则当发动机转速偏离所述设定值时，确定与所述设定值对应的初始扭矩，通过调整所述初始扭矩控制发动机转速维持在所述设定值。

第三方面，本发明实施例还提供了一种挖机控制系统，包括控制器，所述控制器配置有本发明实施例记载的挖机控制方法。

第四方面，本发明实施例还提供了一种存储介质，其上存储有可执行程序，所述可执行程序运行时实现本发明实施例记载的挖机控制方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明提出的挖机控制方法中，判断发动机负载的变化量，当发动机负载处于瞬态加载或者瞬态减载状态时，根据与负载变化量相对应的目标扭矩实现对发动机转速的控制，其中，实现发动机转速控制时涉及的目标扭矩由初始扭矩以及扭矩变化量构成。结合初始扭矩为非测量值，扭矩变化量根据负载的变化量确定，负载的变化量为引起发动机转速偏离设定转速的原因，因此，当瞬态负载变化较大时，相较于发动机转速出现掉速或者超调后再进行发动机转速的调控，基于目标扭矩可以在发动机出现掉速或者超调前对发动机转速进行预调整，进而有效避免负载瞬态变化较大时，发动机出现掉速或超调的问题。

附图说明

图1是实施例中的挖机控制方法流程图；

图2是实施例中的另一种挖机控制方法流程图；

图3是实施例中的挖机控制装置结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1是实施例中的挖机控制方法流程图，参考图1，挖机控制方法包括：

S101.判断负载变化状态。

本实施例中，挖机控制方法适用于挖机的发动机控制的场景，相应的，负载指挖机的发动机的负载。

本实施例中，判断负载变化状态的目的在于判断挖机是否处于瞬态突加载或者瞬态突减载状态，即判断挖机的发动机是否处于瞬态突加载或者瞬态突减载状态。

示例性的，本实施例中，可以根据操作手柄的位置变化、主液压泵的排量等变化确定负载的变化状态。

示例性的，本实施例中，主液压泵用于与发动机相连接，主液压泵用于通过液压油传递发动机输出的驱动力。

S102.若负载变化状态不满足设定状态，则当发动机转速偏离设定值时，根据掉速系数控制发动机转速维持在设定值。

本实施例中，若负载变化状态不满足设定状态，则挖机的发动机不处于瞬态突加载或者瞬态突减载状态。

示例性的，若通过主液压泵的排量确定发动机是否处于瞬态突加载或者瞬态突减载状态，则若排量的变化率大于设定值且排量增大则判定出现瞬态突加载，若排量的变化率大于设定值且排量减小，则判定出现瞬态突减载。

本实施例中，对发动机进行恒转速控制，即当档位一定时发动机的目标转速一定，当负载变化时，以控制发动机的转速维持不变为目标对发动机进行控制。

本实施例中，若发动机的负载变化导致发动机转速发生变化，但负载变化不为瞬态突加载或瞬态突减载，则通过掉速系数控制发动机的转速维持在设定值。

示例性的，本实施例中，掉速系数指基于设定PID控制方法控制发动机的转速维持在设定值时采用的PID系数。

示例性的，本实施例中，通过PID系数控制发动机转速时，选择发动机转速作为控制量，被控量可以为发动机的喷油量、进气量、排气量、喷油正时等参量。

S103.若负载变化状态满足设定状态，则当发动机转速偏离设定值时，确定与设定值对应的初始扭矩，通过调整初始扭矩控制发动机转速维持在设定值。

本实施例中，当负载变化为瞬态突加载或瞬态突减载时，选择发动机输出扭矩作为控制量，选择被发动机的喷油量为被控量。

本实施例中，当负载变化状态满足设定状态时，根据当前档位下发动机的设定转速确定与其对应的初始扭矩；

在一个设定计算周期内，根据负载的变化量确定扭矩变化量，将初始扭矩和扭矩变化量的和作为该计算周期内的目标扭矩；

确定与目标扭矩对应的目标喷油量，基于目标喷油量将发动机转速维持在设定值。

示例性的，设定转速与对应的初始扭矩的关系可以根据标定试验确定。

示例性的，设定转速不同时，相同的负载变化量可能对应不同的扭矩变化量，设定转速一定时，可以通过标定试验确定负载的变化量与扭矩变化量的关系。

示例性的，本实施例中，当负载变化状态满足设定状态时，将掉速系数临时设置为0，此时，步骤S102中使用的设定PID控制方法临时被屏蔽。

示例性的，当负载变化状态稳定后，即负载无变化或负载变化处于设定的范围内时，将掉速系数恢复为预设值，此时，步骤S102中使用的设定PID控制方法重新启用。

本实施例提出的挖机控制方法中，判断发动机负载的变化量，当发动机负载处于瞬态加载或者瞬态减载状态时，根据与负载变化量相对应的目标扭矩实现对发动机转速的控制，其中，实现发动机转速控制时涉及的目标扭矩由初始扭矩以及扭矩变化量构成。结合初始扭矩为非测量值，扭矩变化量根据负载的变化量确定，负载的变化量为引起发动机转速偏离设定转速的原因，因此，当瞬态负载变化较大时，相较于发动机转速出现掉速或者超调后再进行发动机转速的调控，基于目标扭矩可以在发动机出现掉速或者超调前对发动机转速进行预调整，进而有效避免负载瞬态变化较大时，发动机出现掉速或超调的问题。

在上述有效效果的基础上，由于扭矩和喷油量容易建立函数关系，基于目标扭矩实现对发动机转速的控制时，不需要确定负载的总量，只需要确定负载的变化量，因此在负载瞬态变化较大时，通过目标扭矩实现对发动机转速的控制可以简化控制过程。

图2是实施例中的另一种挖机控制方法流程图，参考图2，作为一种可实施方案，挖机控制方法还可以为：

S201.判断发动机是否处于怠速状态，若发动机处于怠速状态，则判断负载变化状态是否为瞬态加载状态。

示例性的，本方案中，判断发动机是否处于怠速状态包括：

获取发动机负荷率、发动机转速、油门开度、喷油量，根据发动机负荷率、发动机转速、油门开度、喷油量以判断发动机是否处于怠速状态。

示例性的，本方案中，当发动机负荷率、发动机转速、油门开度、喷油量中的一种或几种满足设定条件时，则判断发动机处于怠速状态。

例如，若发动机负载率小于设定负载率阈值、发动机转速稳定在设定怠速值则判断发动机处于怠速状态；

若发动机油门开度小于设定开度、喷油量小于设定喷油量则判断发动机处于怠速状态。

在一种可实施方案中，判断发动机是否处于怠速状态包括：

获取液压系统状态，判断液压系统状态是否为稳定状态，当发动机负荷率、发动机转速、油门开度、喷油量中的一种或几种满足设定条件且液压系统状态为稳定状态，则判断发动机处于怠速状态。

示例性的，本方案中，判断液压系统状态是否为稳定状态的方式为：

在设定的时间阈值内，判断每两个采样时间点间的先导压力的变化量是否均小于设定的变化量阈值，若每两个采样时间点间的先导压力的变化量均小于设定的变化量阈值，则判定液压系统状态为稳定状态。

示例性的，本方案中，先导压力为先导泵内先导控制油路中液压油的压力，在挖机中，先导手柄与先导泵相连接，先导泵与主液压泵相连接。

示例性的，先导手柄用于实现操作指令的输入，先导手柄的位置与先导泵内的先导阀的开度相关，当先导阀的开度变化时，当先导手柄动作时，先导控制油路中液压油的压力和流量改变(先导泵内的先导压力改变)，当先导压力改变时主液压泵的排量改变。

基于上述内容，本方案中，若先导压力的变化量处于设定的范围内，即主液压泵的排量变化量处于设定的范围内，则判定液压系统状态处于稳定状态。

示例性的，本方案中，先导压力包括动臂上升先导压力、动臂下降先导压力、斗杆内收先导压力、斗杆外翻先导压力、铲斗内收先导压力、铲斗外翻先导压力、回转先导压力、左行走先导压力、右行走先导压力的一种或几种；

当上述任意一种先导压力的变化量处于设定的范围内时，判定液压系统状态处于稳定状态。

本方案中，挖机控制方法具体用于挖机发动机处于怠速状态下，发动机负载发生变化后发动机转速的控制，相应的，当发动机处于怠速状态时，进一步判断负载变化状态是否为瞬态加载状态。

示例性的，本方案中，获取先导压力的变化率，若先导压力的变化率大于设定的变换率，则负载变化状态为瞬态加载状态。

S202.若负载变化状态不为瞬态加载状态，则当发动机转速偏离设定值时，根据掉速系数控制发动机转速维持在设定值。

示例性的，本方案中，当负载变化状态不为瞬态加载状态时，根据掉速系数控制发动机转速维持在设定值的方式与步骤S102中记载的方式相同。

S203.若负载变化状态为瞬态加载状态，则当发动机转速偏离设定值时，确定与设定值对应的初始扭矩，通过调整初始扭矩控制发动机转速维持在设定值。

示例性的，本方案中，当先导压力的变化率大于设定的变换率时，负载变化状态为瞬态加载状态，此时，根据先导压力的变化率确定扭矩变化量，将初始扭矩和扭矩变化量的和作为目标扭矩；

确定与目标扭矩对应的目标喷油量，基于目标喷油量将发动机转速维持在设定值。

示例性的，发动机的输出功率与主液压泵的排量相关，当控制指令改变即先导手柄的位置改变时，主液压泵的排量变化，主液压泵的排量变化会导致发动机实际转速偏离设定转速。

在传统的控制方式中，ECU实时采集发动机的转速，当发动机的转速偏离设定转速时，ECU计算设定转速与实际转速的转速差，通过转速差确定用于调整发动机转速的控制量，以使发动机的转速能够维持在设定转速。

基于传统的控制方式，由于ECU在检测到发动机转速变化后才对发动机的转速进行调整控制，因此，发动机转速控制具有延时性，当负载变化较大时极易出现发动机掉速或超调的问题。

示例性的，当控制指令改变即先导手柄的位置改变时，若发动机的转速会发生改变，则从先导手柄动作到ECU做出响应至少有0.3s的延迟时间。

在图1所示方案有益效果的基础上，本方案中，根据先导压力的变化率调整发动机的喷油量从而实现对发动机转速的调整，由于先导压力改变后发动机转速才有可能改变，因此相较于发动机的转速改变后再对发动机的转速进行调整，基于先导压力对发动机转速进行预调整，可以有效避免负载瞬态变化较大时，发动机出现掉速的问题。

实施例二

本实施例提出一种挖机控制装置，包括发动机控制单元，发动机控制单元包括负载变化状态判断模块100、发动机转速控制模块200。

负载变化状态判断模块100用于判断负载变化状态，其中，负载变化状态判断模块100可以根据先导压力判断发动机是否处于瞬态加载状态。

发动机转速控制模块200用于：

若负载变化状态不满足设定状态，则当发动机转速偏离设定值时，根据掉速系数控制发动机转速维持在设定值；

若负载变化状态满足设定状态，则当发动机转速偏离设定值时，确定与设定值对应的初始扭矩，通过调整初始扭矩控制发动机转速维持在设定值。

本实施例中，发动机转速控制模块200可以具体根据图1或图2所示的方案实现对发动机转速的控制。

本实施提出的挖机控制装置的有益效果与实施例一中记载的对应内容相同，在此不再赘述。

实施例三

本实施例提出一种挖机控制系统，包括控制器，控制器配置有实施例一记载的任意一种挖机控制方法。

实施例四

本实施例提出一种存储介质，其上存储有可执行程序，可执行程序运行时实现实施例一记载的任意一种挖机控制方法。

示例性的，存储介质可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。

计算机可读存储介质不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。

计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。

计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或终端上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种挖机控制方法，其特征在于，包括：判断负载变化状态，若所述负载变化状态不满足设定状态，则当发动机转速偏离设定值时，根据掉速系数控制发动机转速维持在所述设定值；

若所述负载变化状态满足所述设定状态，则当发动机转速偏离所述设定值时，确定与所述设定值对应的初始扭矩，通过调整所述初始扭矩控制发动机转速维持在所述设定值。

2.如权利要求1所述的挖机控制方法，其特征在于，判断负载变化状态包括：

判断发动机是否处于怠速状态，若所述发动机处于所述怠速状态，则判断负载变化状态是否为瞬态加载状态。

3.如权利要求2所述的挖机控制方法，其特征在于，判断发动机是否处于怠速状态包括：

获取发动机负荷率、发动机转速、油门开度、喷油量；

根据发动机负荷率、发动机转速、油门开度以及喷油量判断所述发动机是否处于怠速状态。

4.如权利要求3所述的挖机控制方法，其特征在于，判断发动机是否处于怠速状态还包括：

获取液压系统状态，根据发动机负荷率、发动机转速、油门开度、喷油量判断以及液压系统状态判断所述发动机是否处于怠速状态。

5.如权利要求4所述的挖机控制方法，其特征在于，获取液压系统状态包括：

在设定的时间阈值内，判断每两个采样时间点间的先导压力的变化量是否均小于设定的变化量阈值；

若每两个采样时间点间的所述先导压力的变化量均小于设定的变化量阈值，则判定液压系统状态为稳定状态。

6.如权利要求2所述的挖机控制方法，其特征在于，判断负载变化状态是否为瞬态加载状态包括：

获取先导压力的变化率，若所述先导压力的变化率大于设定的变换率，则负载变化状态为瞬态加载状态。

7.如权利要求2所述的挖机控制方法，其特征在于，所述先导压力包括动臂上升先导压力、动臂下降先导压力、斗杆内收先导压力、斗杆外翻先导压力、铲斗内收先导压力、铲斗外翻先导压力、回转先导压力、左行走先导压力、右行走先导压力的一种或几种。

8.一种挖机控制装置，其特征在于，包括发动机控制单元，所述发动机控制单元用于：

判断负载变化状态，若所述负载变化状态不满足设定状态，则当发动机转速偏离设定值时，根据掉速系数控制发动机转速维持在所述设定值；

若所述负载变化状态满足所述设定状态，则当发动机转速偏离所述设定值时，确定与所述设定值对应的初始扭矩，通过调整所述初始扭矩控制发动机转速维持在所述设定值。

9.一种挖机控制系统，其特征在于，包括控制器，所述控制器配置有权利要求1至7任一所述的挖机控制方法。

10.一种存储介质，其特征在于，其上存储有可执行程序，所述可执行程序运行时实现权利要求1至7任一所述的挖机控制方法。

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