本發(fā)明屬于工程機(jī)械控制技術(shù)，具體涉及一種挖掘機(jī)行走方向自適應(yīng)控制方法，用以提高挖掘機(jī)行走操作的直觀性和安全性。

背景技術(shù)：

挖掘機(jī)屬于工程機(jī)械的一種，是土石方施工的主要設(shè)備，在工業(yè)、民用建筑、道路橋梁、市政工程、農(nóng)田水利等領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用。

挖掘機(jī)一般由工作裝置、液壓控制裝置、回轉(zhuǎn)裝置和行走裝置等主要部件組成，見圖1所示。工作裝置(挖斗1、斗桿2、動(dòng)臂3)和液壓控制裝置8以及發(fā)動(dòng)機(jī)9安裝在上車架10上，行走履帶5安裝在下車架11上，上車架10與下車架11通過回轉(zhuǎn)裝置4連接。挖掘機(jī)可以繞回轉(zhuǎn)軸12無限角度回轉(zhuǎn)。行走時(shí)駕駛員通過操作桿或踏板控制液壓閥，控制先導(dǎo)油路推動(dòng)主閥芯動(dòng)作，使得主油路的工作油壓驅(qū)動(dòng)行走馬達(dá)6工作，進(jìn)而帶動(dòng)行走履帶5運(yùn)動(dòng)。

圖2為現(xiàn)有挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)與行走的關(guān)系示意。現(xiàn)有產(chǎn)品存在的問題是：當(dāng)前進(jìn)方向13和駕駛員視線方向14一致時(shí)，駕駛員前踩踏板挖掘機(jī)向前行走，后蹬踏板挖掘機(jī)向后行走；然而當(dāng)挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)一個(gè)角度，前進(jìn)方向13和駕駛員視線方向14的夾角15超過90°以后，此時(shí)駕駛員前踩踏板挖掘機(jī)會(huì)向后行走，而后蹬踏板挖掘機(jī)向前行走。也就是說，由于挖掘機(jī)可以360°回轉(zhuǎn)，駕駛員在前踩或后蹬踏板控制行走時(shí)，挖掘機(jī)既可能向前行走也可能向后行走，駕駛員需要通過觀察行走馬達(dá)6的位置或進(jìn)行試探操作來辨別方向，這無疑增加了駕駛員的操作負(fù)擔(dān)，而且從操作安全性的角度而言，也存在安全隱患。

針對(duì)上述問題，現(xiàn)有技術(shù)中有試圖通過設(shè)置回轉(zhuǎn)角度繼電器，通過檢測(cè)其 導(dǎo)通或斷開來切換控制前進(jìn)和后退，但是這些方案均未考慮到挖掘機(jī)實(shí)際回轉(zhuǎn)時(shí)存在的臨界工況，也就是當(dāng)挖掘機(jī)前進(jìn)方向與駕駛員視線的夾角15在90°近時(shí)，駕駛員的實(shí)際操縱可能存在如下兩種特殊情況：

(1)駕駛員在操縱回轉(zhuǎn)的同時(shí)踩踏行走踏板，回轉(zhuǎn)裝置會(huì)反復(fù)穿越90°這一臨界值，但駕駛員踩踏行走踏板時(shí)期望挖掘機(jī)履帶的行走是沿著一個(gè)方向的，而不是時(shí)而向前，時(shí)而向后；

(2)駕駛員操作時(shí)并不能僅靠感官經(jīng)驗(yàn)精確地感受到90°角，有可能存在駕駛員操作挖掘機(jī)轉(zhuǎn)過了90°，仍然期望履帶向前行走的情況。

因此，設(shè)計(jì)一種操縱直觀、安全可靠，且考慮到挖掘機(jī)駕駛特殊工況的挖掘機(jī)行走方向自適應(yīng)控制方法是十分必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題：針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提出了一種基于回轉(zhuǎn)角度測(cè)量的挖掘機(jī)行走方向自適應(yīng)控制方法。通過該方法，無論挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)到什么位置，駕駛員前踩或后蹬踏板時(shí)，挖掘機(jī)前進(jìn)的方向總與駕駛員習(xí)慣的方向一致，從而極大地簡(jiǎn)化了挖掘機(jī)的行走控制，提高了行走操縱的人機(jī)工效與安全性。

本發(fā)明所提及的回轉(zhuǎn)角度定義為：以履帶的前進(jìn)方向?yàn)榛剞D(zhuǎn)起始角度，上車架相對(duì)于下車架在右側(cè)的回轉(zhuǎn)角度為0°～180°，上車架相對(duì)于下車架在左側(cè)的回轉(zhuǎn)角度為-180°～0°?；剞D(zhuǎn)角度在[-90°～90°]范圍內(nèi)時(shí)定義為前進(jìn)區(qū)，回轉(zhuǎn)角度在-180°-90°)與(90°～180°]范圍內(nèi)時(shí)定義為后退區(qū)。

考慮到前述的回轉(zhuǎn)特殊臨界工況，引入回轉(zhuǎn)過渡區(qū)的時(shí)間閾值與角度滯環(huán)的概念。時(shí)間閾值就是增加時(shí)延因素的綜合，當(dāng)左、右行走踏板均回零，并且 狀態(tài)保持超過監(jiān)控時(shí)延T時(shí)，依據(jù)后續(xù)條件的判定給出行走方向控制信號(hào)。在信號(hào)未超過監(jiān)控時(shí)延時(shí)，控制信號(hào)仍保持之前的值。

角度滯環(huán)就是在回轉(zhuǎn)角度絕對(duì)值增加或減小時(shí)，分別設(shè)定不同的角度滯環(huán)閾值，以確保在前述幾種特殊工況下，行走方向不會(huì)因?yàn)榛剞D(zhuǎn)角度的改變而突然切換，造成挖掘機(jī)行走運(yùn)動(dòng)不連續(xù)。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：

一種挖掘機(jī)行走方向自適應(yīng)控制方法，通過檢測(cè)回轉(zhuǎn)角度和行走踏板的偏轉(zhuǎn)，利用電子控制的方式控制挖掘機(jī)的前進(jìn)或后退，利于駕駛員的行走操控，包括以下步驟：

一、定義過渡區(qū)

定義過渡區(qū)為(90°-δ°)～(90°+δ°)和(-90°+δ°)～(-90°-δ°)；其中δ為過渡區(qū)角度閾值。

二、采集回轉(zhuǎn)角度和行走踏板的偏轉(zhuǎn)

三、行走方向判斷

3.1判斷在時(shí)間T內(nèi)左、右踏板是否作動(dòng)，若作動(dòng)，則保持當(dāng)前行走方向；若無作動(dòng)，繼續(xù)以下步驟；

3.2判斷回轉(zhuǎn)角度是否跨越過渡區(qū)，若是，則設(shè)定行走控制指令反向，以此作為新的行走方向；若否，繼續(xù)以下步驟；

3.3判斷回轉(zhuǎn)角度是否位于前進(jìn)區(qū)，若是，保持履帶正向行走；若否，則設(shè)定行走控制指令反向，即保持履帶反向行走；

四、循環(huán)上述步驟二、三。

本發(fā)明的有益效果：通過本發(fā)明所提供的挖掘機(jī)行走方向自適應(yīng)控制方法 能夠使駕駛員控制踏板前進(jìn)、后退的動(dòng)作與駕駛員的所習(xí)慣的方向始終一致，解決了大角度回轉(zhuǎn)后行走操作與駕駛員視線方向相反的問題，使得操作更加直觀和便利，而且提高了安全性。此外，采用電傳方式與液壓控制相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單，成本低廉，與全液壓控制相比提高了工作效率。

附圖說明

圖1為挖掘機(jī)主要組成部件示意圖；

圖2為挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)與行走關(guān)系示意圖；

圖3(a)為挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)接近但小于90度的臨界工況示意圖；

圖3(b)為挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)接近但大于90度的臨界工況示意圖；

圖4為回轉(zhuǎn)角度響應(yīng)滯環(huán)示意圖；

圖5為行走自適應(yīng)控制算法流程圖。

1-挖斗；2-斗桿；3-動(dòng)臂；4-回轉(zhuǎn)裝置；5-行走履帶；6-行走馬達(dá)；7-駕駛艙；8-液壓控制裝置(多路閥)；9-發(fā)動(dòng)機(jī)；10-上車架；11-下車架；12-回轉(zhuǎn)軸；13-前進(jìn)方向；14-駕駛員視線方向；15—前進(jìn)方向與駕駛員視線的夾角；16-過渡區(qū)

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。

圖2中駕駛員視線方向14無論位于何處，駕駛員都有可能在連續(xù)踩踏行走踏板進(jìn)行行走時(shí)，回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)到任何角度，此時(shí)，都不希望切換行走方向。

圖3為挖掘機(jī)前進(jìn)方向與駕駛員視線的夾角15位于過渡區(qū)16時(shí)的臨界工況。工作裝置包括挖斗1、斗桿2、動(dòng)臂3會(huì)在90°近反復(fù)穿越，按照一般的控制策略，這時(shí)候控制器的輸出會(huì)反復(fù)換向，然而此時(shí)駕駛員卻依然期望行走沿 著一個(gè)方向；另外，駕駛員操作時(shí)并不能僅憑感官精確地控制轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)過90o角，所以圖3(b)中的所示工況應(yīng)當(dāng)與圖3(a)上圖所示工況的行走方向一致；

圖4所示的回轉(zhuǎn)角度響應(yīng)滯環(huán)中，當(dāng)回轉(zhuǎn)角度的絕對(duì)值在增加時(shí)，滯環(huán)進(jìn)入的角度閾值為P2；當(dāng)回轉(zhuǎn)角度的絕對(duì)值在減小時(shí)，滯環(huán)進(jìn)入的角度閾值為P1。

具體實(shí)施時(shí)，實(shí)現(xiàn)前述行走自適應(yīng)控制方法的裝置由行走踏板、角度傳感器、電子控制器等部件組成。其中，行走踏板用于驅(qū)動(dòng)行走馬達(dá)，控制挖掘機(jī)前進(jìn)和后退；回轉(zhuǎn)角度傳感器安裝在挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)軸上，采集到的角度信號(hào)送往電子控制器；踏板角度傳感器安裝在左右腳踏板偏轉(zhuǎn)軸上，采集到的角度信號(hào)送往電子控制器；電子控制器安裝在駕駛艙7內(nèi)，通過接收角度傳感器的采集信號(hào)并綜合回轉(zhuǎn)與踏板的狀態(tài)，按照?qǐng)D5中流程圖給出的邏輯關(guān)系，得出最終的判斷結(jié)果，輸出左右行走指令，驅(qū)動(dòng)行走馬達(dá)，從而控制挖掘機(jī)的前進(jìn)或后退?？赏ㄟ^以下步驟進(jìn)行：

步驟1：取過渡區(qū)角度閾值δ為5°，則此時(shí)過渡區(qū)為85°～95°以及-85°～-95°；

步驟2：采集回轉(zhuǎn)角度和行走踏板的偏轉(zhuǎn)角度；

步驟3：取時(shí)延時(shí)間T為2秒，判斷連續(xù)2秒內(nèi)左、右踏板的角度是否均零？該判定條件用來表征駕駛員是否在進(jìn)行行走操縱。如果未回零，說明此時(shí)駕駛員同時(shí)在進(jìn)行連續(xù)的行走操作，需保證左右行走指令不變，不進(jìn)行行走方向的變化；如果回零，則進(jìn)入步驟3繼續(xù)判斷；

步驟3：記錄角度傳感器測(cè)量得到的前進(jìn)方向與駕駛員視線的夾角15的前、后兩拍值。如果回轉(zhuǎn)角度跨越過渡區(qū)，則控制輸出的左、右行走指令乘以負(fù)號(hào)，將行走指令反向；如果前、后兩拍值未跨越過渡區(qū)，則進(jìn)入步驟4；

步驟4：判斷此時(shí)前進(jìn)方向與駕駛員視線的夾角15，若此夾角位于前進(jìn)區(qū)17，有效值為[-90°，90°]，此時(shí)控制算法使駕駛員前踩行走踏板時(shí)行走履帶5前進(jìn)的方向?qū)?yīng)著駕駛員視線方向，后蹬行走踏板時(shí)行走履帶5后退的方向與前進(jìn)方向相反；若前進(jìn)方向與駕駛員視線的夾角15位于反向區(qū)18，有效值為(-90°,-180°)，(90°,180°]，輸出反向控制信號(hào)，使駕駛員前踩行走踏板時(shí)行走履帶5前進(jìn)的方向?qū)?yīng)著駕駛員視線方向(與前進(jìn)方向反方向)，后蹬行走踏板時(shí)行走履帶5后退的方向與前進(jìn)方向相同；

通過以上步驟1～4，完成了基于回轉(zhuǎn)角度及行走踏板偏轉(zhuǎn)角度測(cè)量的挖掘機(jī)行走自適應(yīng)控制。

綜上，本發(fā)明所提供的挖掘機(jī)行走方向自適應(yīng)控制方法能夠使挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)到任意位置下，駕駛員控制腳踏板前進(jìn)時(shí)挖掘機(jī)的行走方向均與駕駛員視線方向一致，通過在控制算法中引入時(shí)間閾值和回轉(zhuǎn)角度滯環(huán)，較好地處理了回轉(zhuǎn)與行走方向90°夾角近的特殊臨界工況下的行走方向的切換控制，極大地方便了駕駛員對(duì)挖掘機(jī)行走的控制，提高了行走操作的舒適性和安全性。