本發(fā)明涉及裝載機(jī)節(jié)能控制，具體涉及一種基于物料識(shí)別的工程機(jī)械智能減阻鏟裝控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、工程機(jī)械是一類被廣泛應(yīng)用于建筑施工現(xiàn)場的施工車輛機(jī)械，包括推土機(jī)、裝載機(jī)以及挖掘機(jī)等在內(nèi)的工程機(jī)械，主要應(yīng)用于鏟裝卸運(yùn)渣土、碎石等散裝物料，也可應(yīng)用于巨石、硬土等物料的鏟裝作業(yè)工作。但在物料鏟裝作業(yè)時(shí)，隨著鏟斗等工作裝置的插入過程，物料插入阻力逐漸增大，最終導(dǎo)致車輪打滑，引起輪胎磨損、發(fā)動(dòng)機(jī)油耗增大等現(xiàn)象；目前，為減小鏟裝作業(yè)時(shí)的插入阻力，需要操作人員手動(dòng)調(diào)節(jié)動(dòng)臂姿態(tài)（角度），但這種方式需要操作人員具備豐富的操作經(jīng)驗(yàn)，控制難度大，效率低。此外，鏟掘作業(yè)時(shí)物料的粒度、形狀、摩擦力等物理屬性各異，對裝載機(jī)的減阻鏟掘帶來了挑戰(zhàn)。多變的鏟裝作業(yè)對象，對減阻鏟掘策略的普適性帶來了不利，加劇了智能減阻鏟掘?qū)崿F(xiàn)的難度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述背景技術(shù)中提出的問題，本發(fā)明采用的智能鏟裝減阻控制系統(tǒng)及方法是基于采集控制器與傳感器信號(hào)，對鏟裝工況與減阻需求進(jìn)行判別，并通過鏟裝物料與模型圖庫對比識(shí)別，并控制動(dòng)臂等執(zhí)行器進(jìn)行不同減阻動(dòng)作。

2、一種基于物料識(shí)別的工程機(jī)械智能減阻鏟裝控制系統(tǒng)，包括信號(hào)采集器、液壓系統(tǒng)控制器與鏟裝減阻執(zhí)行器；

3、信號(hào)采集器采集車輛控制器與傳感器數(shù)據(jù)并傳輸至液壓控制器，車輛控制器包括變速箱控制器和發(fā)動(dòng)機(jī)控制器，傳感器包括油門踏板傳感器和動(dòng)臂角度傳感器，信號(hào)采集器在變速箱控制器中采集車速、檔位數(shù)據(jù)，在發(fā)動(dòng)機(jī)控制器中采集發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)輸出扭矩，在油門踏板傳感器中采集油門踏板數(shù)據(jù)，在動(dòng)臂角度傳感器中采集動(dòng)臂角度數(shù)據(jù)，并傳輸至液壓控制器的數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行處理；

4、液壓系統(tǒng)控制器基于采集數(shù)據(jù)對當(dāng)前鏟裝工況與減阻需求進(jìn)行分析處理、判斷比較，并對物料進(jìn)行采樣識(shí)別；

5、鏟裝減阻執(zhí)行器根據(jù)工況與物料識(shí)別結(jié)果，控制動(dòng)臂舉升不同角度產(chǎn)生不同減阻動(dòng)作。

6、所述液壓系統(tǒng)控制器包括數(shù)據(jù)處理模塊、判斷模塊和視覺成像處理模塊；

7、數(shù)據(jù)處理模塊：對由信號(hào)采集器在變速箱控制器中采集車速、檔位數(shù)據(jù)，在發(fā)動(dòng)機(jī)控制器中采集發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)輸出扭矩，在油門踏板傳感器中采集油門踏板數(shù)據(jù)，在動(dòng)臂角度傳感器中采集動(dòng)臂角度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最終輸出高低電平信號(hào)；

8、具體的，對動(dòng)臂作業(yè)角度、車速以及作業(yè)檔位數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較分析，當(dāng)車速不大于6km/h，則車速數(shù)據(jù)輸出為高電平信號(hào)，否則輸出低電平信號(hào)；當(dāng)作業(yè)檔位位于前進(jìn)一檔時(shí)，作業(yè)檔位數(shù)據(jù)輸出為高電平，否則為低電平；當(dāng)動(dòng)臂角度小于15度時(shí)，動(dòng)臂作業(yè)角度數(shù)據(jù)輸出為高電平，否則為低電平，油門踏板開度作為發(fā)動(dòng)機(jī)需求扭矩，并將其與發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際輸出扭矩?cái)?shù)據(jù)，動(dòng)臂作業(yè)角度、車速以及作業(yè)檔位電平信號(hào)輸出至判斷模塊，判斷內(nèi)容包括鏟裝工況判斷與減阻需求判斷；

9、判斷模塊：基于數(shù)據(jù)處理模塊的處理結(jié)果對電平信號(hào)進(jìn)行邏輯運(yùn)算以判斷當(dāng)前作業(yè)工況是否為鏟裝工況，將發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)輸出扭矩與需求扭矩作差，將差值結(jié)果與預(yù)設(shè)值對比，判斷當(dāng)前鏟裝工況是否存在減阻需求；

10、具體的，鏟裝工況判斷具體方式為：若動(dòng)臂作業(yè)角度、車速以及作業(yè)檔位電平信號(hào)均為高電平，則判定當(dāng)前工況為鏟裝工況；減阻需求判斷具體方式為：判斷模塊將所采集發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際輸出扭矩與發(fā)動(dòng)機(jī)需求扭矩做差值運(yùn)算并與預(yù)設(shè)值對比，若差值結(jié)果大于預(yù)設(shè)值，則當(dāng)前鏟裝作業(yè)存在減阻需求，否則不存在減阻需求；

11、視覺成像處理模塊：在明確鏟裝工況與減阻需求后，調(diào)用位于車輛前端的攝像頭對鏟裝物料進(jìn)行拍照采樣，并將采樣結(jié)果上傳至視覺成像處理模塊，通過基于bp算法的圖像識(shí)別模型將樣本與模型庫對比分析以識(shí)別當(dāng)前鏟裝物料，實(shí)現(xiàn)對物料的自動(dòng)識(shí)別，bp算法的圖像識(shí)別模型具有自學(xué)習(xí)能力，所采集物料樣本在經(jīng)過分析處理后存儲(chǔ)與模型物料庫作為對比模型。

12、具體的，若當(dāng)前鏟裝工況存在減阻需求，則視覺成像處理模塊調(diào)用攝像頭，對鏟裝物料進(jìn)行拍照上傳至液壓控制器，通過基于bp算法的圖像識(shí)別模型將鏟裝物料與內(nèi)置物料模型庫對比分析并識(shí)別；基于識(shí)別結(jié)果控制電路輸出不同大小電流至鏟裝執(zhí)行器，使電磁比例減壓閥打開不同開度，在油液依次流經(jīng)電磁比例減壓閥與換向閥后，進(jìn)入動(dòng)臂油缸控制動(dòng)臂舉升，減小鏟裝作業(yè)阻力。

13、鏟裝減阻執(zhí)行器基于識(shí)別結(jié)果控制電路輸出不同大小電流至鏟裝執(zhí)行器，使電磁比例減壓閥打開不同開度，在油液依次流經(jīng)電磁比例減壓閥與換向閥后，進(jìn)入動(dòng)臂油缸控制動(dòng)臂舉升不同的角度，以此改變鏟裝作業(yè)的方式，達(dá)到降低作業(yè)阻力和提高作業(yè)效率的目的。

14、一種基于物料識(shí)別的工程機(jī)械智能減阻鏟裝方法：包括如下步驟：

15、步驟一、數(shù)據(jù)采集器采集車輛控制器與傳感器數(shù)據(jù)并傳輸至液壓控制器，

16、步驟二、液壓控制器中數(shù)據(jù)處理模塊基于采集數(shù)據(jù)對當(dāng)前鏟裝工況與減阻需求進(jìn)行分析處理、判斷比較，并對物料進(jìn)行采樣識(shí)別；

17、步驟三、鏟裝減阻執(zhí)行器基于工況與物料識(shí)別結(jié)果，控制動(dòng)臂舉升不同角度產(chǎn)生不同減阻動(dòng)作。

18、所述步驟一包括：信號(hào)采集器采集車輛控制器與傳感器數(shù)據(jù)并傳輸至液壓控制器，車輛控制器包括變速箱控制器和發(fā)動(dòng)機(jī)控制器，傳感器包括油門踏板傳感器和動(dòng)臂角度傳感器，信號(hào)采集器在變速箱控制器中采集車速、檔位數(shù)據(jù)，在發(fā)動(dòng)機(jī)控制器中采集發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)輸出扭矩，在油門踏板傳感器中采集油門踏板數(shù)據(jù)，在動(dòng)臂角度傳感器中采集動(dòng)臂角度數(shù)據(jù)，并傳輸至液壓控制器的數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行處理；

19、所述步驟二包括：對由信號(hào)采集器在變速箱控制器中采集車速、檔位數(shù)據(jù)，在發(fā)動(dòng)機(jī)控制器中采集發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)輸出扭矩，在油門踏板傳感器中采集油門踏板數(shù)據(jù)，在動(dòng)臂角度傳感器中采集動(dòng)臂角度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最終輸出高低電平信號(hào)；

20、基于數(shù)據(jù)處理模塊的處理結(jié)果對電平信號(hào)進(jìn)行邏輯運(yùn)算以判斷當(dāng)前作業(yè)工況是否為鏟裝工況，將發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)輸出扭矩與需求扭矩作差，將差值結(jié)果與預(yù)設(shè)值對比，判斷當(dāng)前鏟裝工況是否存在減阻需求；

21、在明確鏟裝工況與減阻需求后，調(diào)用位于車輛前端的攝像頭對鏟裝物料進(jìn)行拍照采樣，并將采樣結(jié)果上傳至視覺成像處理模塊，通過基于bp算法的圖像識(shí)別模型將樣本與模型庫對比分析以識(shí)別當(dāng)前鏟裝物料，實(shí)現(xiàn)對物料的自動(dòng)識(shí)別，bp算法的圖像識(shí)別模型具有自學(xué)習(xí)能力，所采集物料樣本在經(jīng)過分析處理后存儲(chǔ)與模型物料庫作為對比模型。

22、所述步驟三包括基于識(shí)別結(jié)果控制電路輸出不同大小電流至鏟裝執(zhí)行器，使電磁比例減壓閥打開不同開度，在油液依次流經(jīng)電磁比例減壓閥與換向閥后，進(jìn)入動(dòng)臂油缸控制動(dòng)臂舉升不同的角度，以此改變鏟裝作業(yè)的方式，達(dá)到降低作業(yè)阻力和提高作業(yè)效率的目的。

23、本發(fā)明的有益效果在于：

24、1.本發(fā)明提供了鏟裝工況識(shí)別方法，可以通過實(shí)時(shí)監(jiān)測車輛作業(yè)數(shù)據(jù)，對鏟裝工況進(jìn)行智能識(shí)別。

25、2.本發(fā)明提供了一種鏟裝物料識(shí)別方法，在明確鏟裝工況與鏟裝需求后，視覺成像處理模塊通過對鏟裝物料進(jìn)行拍攝取樣，并通過基于bp算法的圖像識(shí)別模型對物料進(jìn)行對別分析識(shí)別。此外，該識(shí)別模型還具有自學(xué)習(xí)能力，所采集物料樣本在經(jīng)過分析處理后將上傳至模型物料庫，作為對比模型。

26、3.本發(fā)明基于所識(shí)別物料種類，可輸出不同大小電流，并控制電磁比例換向閥以不同開度打開，最終控制動(dòng)臂舉升不同角度，實(shí)現(xiàn)物料與動(dòng)臂舉升角度的一一對應(yīng)，達(dá)到智能減阻功能。