技术领域

本发明涉及一种工程机械控制技术领域， 特别涉及一种工程机械的控 制方法。 此外， 本发明还涉及包括上述控制方法的控制系统及 工程机械。

背景技术

工程机械主要用于混凝土泵送以及举高消防等 用途， 其中混凝土泵车 为一种典型的工程机械， 它主要利用泵送动力将混凝土沿输送管道输送 至 指定位置。

输送管道一般设置于可折叠的臂架装置上， 臂架装置具有展开、 收拢 及旋转等动作， 臂架装置包括若干节臂以及设置于相邻两节臂 架之间的臂 架油缸、 连杆、 铰接轴等。 每两节臂架和其连杆构成四杆机构， 由液压油 缸驱动， 从而实现混凝土物料的泵送。

对于智能混凝土泵车， 现有技术中臂架装置的动作一般通过控制臂架 装置末端的运动位置， 通过控制器内存储的智能动作模式自动调整各 节臂 架的运动， 具体控制方式如下所述。

现有技术中臂架控制系统一般包括发送操作指 令的遥控器、 接收遥控 器的操作指令并发出控制指令的控制器， 以及接收控制指令的液压部件， 液压部件一般包括各种功能阀以及液压油缸等 ， 当该控制系统工作时， 首 先操作人员通过操作遥控器上的手柄发送操作 指令， 控制器接收该操作指 令并将该指令转换为多路控制阀的控制信号 il控制多路控制阀的开度，从 而输出流量 Q1给液压油缸从而实现臂架装置的动作速度的� ��制。

现有技术中多路控制阀控制各节臂架的驱动油 缸的运动接近匀速， 然 而当驱动油缸均速运动时， 臂架本身却为变速运动， 经常出现展开或收回 时快时慢的现象， 臂架运动的协调性比较差， 导致工程车辆工作稳定性比 较差。

因此， 如何提供一种工程机械的控制方法， 该控制方法可以实现各节 臂架匀速运动， 且调节精度较高， 有利于提高臂架动作的协调性， 增加工 程机械的工作稳定性， 是本领域内技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种工程机械的 控制方法， 该控制方法 能够实现各节臂架的匀速运动， 且调节精度较高， 有利于提高臂架动作的 协调性， 增加工程机械的工作稳定性。 本发明的第二个目的在于提供一种 工程机械的控制系统及工程机械。

为了实现上述第一个目的， 本发明提供了一种工程机械的控制方法， 该工程机械包括多节通过铰接轴顺序铰接相连 的臂架， 该控制方法按照以 下步骤进行：

检测各节臂架当前状态的角度参数或驱动所述 臂架动作的臂架油缸当 前状态的状态参数；

根据所述各节臂架当前状态的角度参数或所述 臂架油缸当前时刻的状 态参数， 以及预设控制策略发出控制指令；

根据所述控制指令控制所述臂架油缸的液压油 流量， 以便各节所述臂 架绕相应铰接轴作匀速转动。

优选地， 所述角度参数为各节臂架相对预定平面的角度 数值， 根据该 角度数据计算各节臂架的转动角度； 所述预设控制策略为： 所述各节臂架 绕相应铰接轴作勾速转动时， 所述臂架油缸的运动速度、 所述转动角度之 间的对应关系。

优选地， 当所述预定平面为水平面时， 第一节臂架的转动角度为所述 第一节臂架相对水平面的角度数值，第 i节臂架的转动角度为根据第 i-1节 臂架、第 i节臂架相对水平面的角度数值计算得到的两� �臂架的角度差值， 其中 i=2、 3 n。

优选地， 所述各节臂架当前状态的角度参数为所述各节 臂架当前状态 下绕相应铰接轴转动的角速度； 所述预设控制策略为： 预先设定与初始角 速度相对应的所述臂架油缸的预定液压油流量 ， 并判断所述臂架当前状态 的角速度与初始角速度的大小关系； 如果角速度大于初始角速度， 发出第 一控制指令以减小臂架油缸的液压油流量至所 述预定液压油流量； 如果角 速度小于初始角速度， 发出第二控制指令以增加臂架油缸的液压油流 量至 所述预定液压油流量。 优选地， 所述臂架油缸的状态参数为臂架油缸的行程参 数； 所述预设 控制策略为： 所述各节臂架绕相应铰接轴作匀速转动时， 所述臂架油缸的 运动速度、 所述臂架油缸的行程参数的对应关系。

优选地， 根据所述控制指令， 通过控制变幅电磁阀的电流来控制臂架 油紅的液压油巟量。

为了实现上述第二个目的， 本发明提供一种工程机械的控制系统， 该 工程机械包括 n节通过铰接轴顺序铰接相连的臂架， 包括检测装置、 控制 器、 执行装置； 检测装置， 用于检测各节臂架当前状态的角度参数或驱动 所述臂架动作的臂架油缸当前时刻的状态参数 ； 控制器， 用于根据所述各 节臂架当前状态的角度参数或所述臂架油缸当 前时刻的状态参数， 以及预 设控制策略发出控制指令； 执行装置， 用于根据所述控制指令控制所述臂 架油缸的液压油流量， 以便所述各节臂架绕相应铰接轴作匀速转动。

优选地， 所述检测装置为倾角传感器， 用于检测各节臂架相对预定平 面的角度数值， 所述控制器具体用于根据该角度数据计算各节 臂架的转动 角度；

并且， 在所述控制器中预先设置所述预设控制策略， 所述预设控制策 略为： 所述各节臂架绕相应铰接轴作勾速转动时， 所述臂架油缸的运动速 度、 所述转动之间的对应关系。

优选地， 当所述预定平面为水平面时， 第一节臂架的转动角度为所述 第一节臂架相对水平面的角度数值，第 i节臂架的转动角度为根据第 i-1节 臂架、第 i节臂架相对水平面的角度数值计算得到的两� �臂架的角度差值， 其中 i=2、 3 n。

优选地， 所述检测装置为角速度传感器， 用于获取所述各节臂架当前 状态下绕相应铰接轴转动的角速度；

并且， 在所述控制器中预先设置所述预设控制策略， 所述预设控制策 并判断所述臂架当前状态的角速度与初始角速 度的大小关系； 如果角速度 大于初始角速度， 发出第一控制指令以减小臂架油缸的液压油流 量至所述 预定液压油流量； 如果角速度小于初始角速度， 发出第二控制指令以增加 臂架油缸的液压油流量至所述预定液压油流量 。 优选地，所述检测装置为行程传感器，用于检 测臂架油缸的行程参数； 并且， 在所述控制器中预先设置所述预设控制策略， 所述预设控制策 略为： 所述各节臂架绕相应铰接轴作勾速转动时， 所述臂架油缸的运动速 度、 所述臂架油缸的行程参数的对应关系。

为了实现上述第三个目的， 本发明提供了一种工程机械， 包括车体、 设置于所述车体上的臂架装置， 包括上述任一项所述的工程机械的控制系 统， 以控制所述臂架装置中各节臂架绕相应铰接轴 作匀速转动。

本发明所提供的工程机械的控制方法中通过实 时检测各节臂架当前状 态的角度参数或臂架油缸状态参数， 并根据该角度参数或臂架油缸状态参 数， 以及预设控制策略发出控制指令， 以控制流入臂架油缸的液压油流量， 从而使各臂架实现匀速伸展或收回； 该控制方法可以实时检测各节臂架的 角度参数或臂架油缸行程参数， 实时调节臂架油缸的液压油流量， 实现臂 架绕相应的铰接轴匀角速度展开或收回， 该控制方法控制精确度比较高， 并且筒单容易实现， 不需要增加液压元件， 可以直接在现有的液压系统上 改进控制程序， 节省改造成本。

同样， 包括上述控制方法的控制系统和工程机械也具 有相应的技术效 果， 实现上述相对应的目的。

附图说明

图 1为本发明所提供的臂架油缸以一定的速度展� �时， 臂架角速度与 臂架展开角度的关系曲线图；

图 2为根据图 1所示曲线得到的臂架展开角度与臂架油缸运� �速度的 曲线关系图；

图 3为本发明所提供的一种工程机械的控制方法� �流程示意图； 图 4为本发明所提供的一种工程机械的控制系统� �的结构框图。

具体实施方式

下面结合工程机械的控制方法、 控制系统以及附图对本发明进行详细 描述， 本部分的描述仅是示范性和解释性， 不应对本发明的保护范围有任 何的限制作用。

不失一般性， 本文以技术方案在混凝土泵车上的应用为例进 行介绍， 本领域内技术人员应当理解， 本技术方案不局限于混凝土泵车， 应用于其 他工程机械也在本文的保护范围内。

在混凝土泵车工作过程中， 臂架油缸匀速伸展或回收时， 受其控制的 臂架绕铰接轴转动的角速度为非匀速运动。 如图 1所示， 图 1为本发明所 提供的臂架油缸以一定的速度展开时， 臂架角速度与臂架展开角度的关系 曲线图， 其中， 横坐标为臂架展开角度， 纵坐标为臂架角速度； 同时从图 中也可以推理出油缸以一定速度回收时， 臂架角速度和臂架展开角度的关 系。 从图中可以看出， 当臂架油缸以一定的速度展开时， 即臂架油缸作匀 速展开动作， 此时臂架绕铰接轴转动的角速度为非匀速运动 。

在实际应用过程中， 上图中的曲线关系可以通过计算机仿真得出， 通 过计算机可以拟合出该曲线的函数表达式。 基于上述函数表达式， 根据臂 架角速度和臂架展开角度之间的关系， 可以推导出臂架绕铰接轴作匀速转 动时， 臂架油缸的运动速度与臂架展开角度之间的函 数关系。 请参考图 2, 图 2为根据图 1所示曲线得到在预定的臂架角速度下， 臂架展开角度与臂 架油缸运动速度的关系曲线图， 其中， 横坐标为臂架展开角度， 纵坐标为 臂架油缸的运动速度。 根据图 2所述的关系曲线， 根据臂架展开角度控制 臂架油缸的运动速度， 即控制臂架油缸的液压油流量， 能够实现臂架以预 定的角速度作匀速转动。 上述臂架油缸的运动速度， 还可以通过臂架油缸 的行程参数表示。

在上述理论分析的基础上， 本发明提出了一种工程机械的控制方法， 该控制方法能够实现臂架能够绕相应的铰接轴 作匀速运动， 且调节精度较 高， 有利于提高臂架动作的协调性， 增加工程机械的工作稳定性。

请参考图 3 , 图 3为本发明所提供的一种工程机械的控制方法� �流程 示意图。 本发明提供了一种工程机械的控制方法， 该工程机械包括 n节通 过铰接轴顺序铰接相连的臂架， 该控制方法用于控制各节臂架匀速运动， 即臂架工作时绕铰接轴进行匀角速度的伸展或 收回动作。 上述工程机械的 控制方法可以按如下步骤进行：

步骤 S101 :检测各节臂架当前状态的角度参数或驱动臂� �动作的臂架 油缸当前时刻的状态参数；

步骤 S102:根据各节所述臂架当前状态的角度参数或� ��述臂架油缸当 前时刻的状态参数， 以及预设控制策略发出控制指令； 步骤 S103: 根据所述控制指令控制所述臂架油缸的液压油 流量， 以便 各节所述臂架绕其铰接轴匀速转动。

本发明所提供的工程机械的控制方法中通过实 时检测各节臂架的角度 参数或臂架油缸的状态参数，以实时调节驱动 所述臂架油缸的液压油流量， 实现各节臂架绕相应铰接轴作匀速转动。 该控制方法臂架运动的协调性比 较高， 进而提高了工程车辆工作稳定性， 并且该控制方法控制精确度比较 高， 并且筒单容易实现， 不需要增加液压元件， 可以直接在现有的液压系 统上改进控制程序， 节省改造成本。

下面，根据步骤 S101中检测到的各节臂架当前状态的角度参数� �驱动 臂架动作的臂架油缸当前时刻的状态参数， 给出本发明的具体实施例。

在一种具体实施例中， 所述角度参数为各节臂架相对预定平面的角度 数值， 可以在臂架装置的各节臂架上设置倾角传感器 ， 用于检测各节臂架 相对预定平面的角度数值。 当所述预定平面为水平面时， 检测出各节臂架 相对于水平面的角度。

根据各节臂架相对于水平面的角度，计算各节 臂架的转动角度； 其中， 第一节臂架的转动角度为所述第一节臂架相对 水平面的角度数值， 第 i节 臂架的转动角度为根据第 i-1节臂架、第 i节臂架相对水平面的角度数值计 算得到的两节臂架的角度差值， 其中 i=2、 3 n。 当然， 该预定平面 还可以为竖直面或其他平面， 通过检测到的角度可以计算各节臂架的转动 角度。

根据各节臂架的转动角度， 以及预设控制策略发出控制指令， 所述预 设控制策略为： 所述各节臂架绕相应铰接轴作勾速转动时， 所述臂架油缸 的运动速度、 所述转动角度之间的对应关系。 这样， 根据臂架油缸的运动 速度与转动角度的对应关系， 可以实现臂架绕相应的铰接轴作匀速运动。

在一种具体实施例中， 所述各节臂架当前状态的角度参数为所述各节 臂架当前状态下绕相应铰接轴转动的角速度， 可以在每节臂节上设置角速 度传感器， 用于获取各节臂架当前状态的角速度。

此时， 可以根据该角速度与预设控制策略发出控制指 令， 所述预设控 量， 并判断所述臂架当前状态的角速度与初始角速 度的大小关系； 如果角 速度大于初始角速度， 发出第一控制指令以减小臂架油缸的液压油流 量至 所述预定液压油流量； 如果角速度小于初始角速度， 发出第二控制指令以 增加臂架油缸的液压油流量至所述预定液压油 流量； 如果角速度等于初始 角速度， 继续进行检测步骤。

在一种具体实施例中， 当所述臂架油缸的状态参数为臂架油缸的行程 参数， 通过设置形成传感器检测臂架油缸的形成参数 ， 可以根据该臂架油 缸的行程参数与预设控制策略发出控制指令， 所述预设控制策略为： 所述 各节臂架绕相应铰接轴作勾速转动时， 所述臂架油缸的运动速度、 所述臂 架油缸的行程参数的对应关系。

在上述各个实施例的控制过程中， 根据所述控制指令， 可以通过调整 臂架油缸变幅电磁阀的电流来控制多路阀的开 度， 从而实现臂架油缸的液 压油流量的控制， 进一步调整臂架油缸的运动速度， 以使得臂架绕相应的 铰接轴作匀角速度转动。

请参考图 4, 图 4为本发明所提供的一种工程机械的控制系统� �结构 框图。 本发明提供了一种工程机械的控制系统， 该工程机械包括 n节通过 铰接轴顺序铰接相连的臂架， 该控制系统包括检测装置、 控制器、 执行装 置。

检测装置， 用于检测各节臂架当前状态的角度参数或驱动 臂架动作的 臂架油缸当前时刻的状态参数。

所述角度参数主要为各节臂架相对预定平面的 角度数值， 或者各节臂 架当前状态下绕相应铰接轴转动的角速度、 角加速度数值。 具体的， 可以 使用相应传感器检测上述角度参数， 例如使用角速度传感器检测各节臂架 的角速度； 使用角度传感器检测各节臂架相对预定平面的 角度数值等。 臂 架油缸的状态参数主要指臂架油缸的伸缩行程 ， 该状态参数可以通过接触 性或非接触性的行程开关获得。

控制器， 用于接收所述各节臂架当前状态的角度参数或 臂架油缸的状 态参数， 并根据角度参数和与角度参数对应的预设控制 策略， 或臂架油缸 的状态参数和与其对应的预设控制策略发出控 制指令。 其中， 预设控制策 略可以根据检测到的不同参数， 预先设置相应的控制策略并存储于控制器 内。 当所述角度参数为各节臂架相对预定平面的角 度数值， 根据该角度数 据计算各节臂架的转动角度； 所述预设控制策略为： 所述各节臂架绕相应 铰接轴作匀速转动时， 所述臂架油缸的运动速度、 所述转动角度之间的对 应关系。

当所述各节臂架当前状态的角度参数为所述各 节臂架当前状态下绕相 应铰接轴转动的角速度； 所述预设控制策略为： 预先设定与初始角速度相 对应的所述臂架油缸的预定液压油流量， 并判断所述臂架当前状态的角速 度与初始角速度的大小关系； 如果角速度大于初始角速度， 发出第一控制 指令以减小臂架油缸的液压油流量至所述预定 液压油流量； 如果角速度小 于初始角速度， 发出第二控制指令以增加臂架油缸的液压油流 量至所述预 定液压油流量。

当所述臂架油缸的状态参数为臂架油缸的行程 参数； 所述预设控制策 略为： 所述各节臂架绕相应铰接轴作勾速转动时， 所述臂架油缸的运动速 度、 所述臂架油缸的行程参数的对应关系。

执行装置， 用于根据上述控制指令控制臂架油缸的液压油 流量， 以便 所述各节臂架绕相应铰接轴作匀速转动。

该执行装置可以为变幅电磁阀、 多路阀。 例如， 控制器根据角度参数 以及预设控制策略发出电流控制指令， 变幅电磁阀根据该电流控制指令调 节多路阀的开度， 从而实现臂架油缸的液压油流量的控制， 进一步调整臂 架油缸的运动速度， 以使得臂架绕相应的铰接轴作匀角速度转动。

在上述工程机械的控制系统中， 检测装置为用于检测臂架当前状态展 开或收回角度的倾角传感器， 可以在臂架装置的各节臂架上均设置倾角传 感器，各倾角传感器用于检测各节臂架相对预 定平面的角度数值。具体的， 当所述预定平面为水平面时， 检测各节臂架相对于水平面的角度， 并将各 节臂架的角度传输至控制器。

控制器根据获取的各节臂架的角度计算各节臂 架的转动角度， 其中， 第一节臂架的转动角度为所述第一节臂架相对 水平面的角度数值， 第 i节 臂架的转动角度为根据第 i-1节臂架、第 i节臂架相对水平面的角度数值计 算得到的两节臂架的角度差值， 其中 i=2、 3 n。 当然， 该预定平面 还可以为竖直面或其他平面， 利用该角度控制参数和预设控制策略发出控 制臂架匀速运动的指令。

本优选实施方式中各节臂架的转动角度以及预 先仿真拟合的函数作为 控制条件， 可以使各节臂架按照预先设定的相对速度展开 ， 可操控性比较 强， 并且该方式计算速度比较快， 相应控制速度比较快。

在上述工程机械的控制系统中， 检测装置还可以为角速度传感器， 用 于获取各节臂架当前状态的角速度， 角速度传感器可以设置于各臂架上； 相应的控制器中预设控制策略为： 预先设定与初始角速度相对应的所 述臂架油缸的预定液压油流量， 并判断所述臂架当前状态的角速度与初始 角速度的大小关系； 如果角速度大于初始角速度， 发出第一控制指令以减 小臂架油缸的液压油流量至所述预定液压油流 量； 如果角速度小于初始角 速度， 发出第二控制指令以增加臂架油缸的液压油流 量至所述预定液压油 流量； 如果角速度等于初始角速度， 继续进行检测。

当然， 角度参数还可以为检测装置为角加速度传感器 ， 用于检测臂架 相对其铰接轴转动的角加速度， 角加速度传感器可以设置于两节臂架铰接 部位， 在此不做详细赘述。

在上述工程机械的控制系统中， 检测装置可以为检测各节臂架油缸的 行程传感器可以为接触式检测开关， 也可以为非接触式检测开关。

在该实施方式中控制器中预设控制策略为： 所述各节臂架绕相应铰接 轴作匀速转动时， 所述臂架油缸的运动速度、 所述臂架油缸的行程参数的 对应关系。 通过检测装置发送过来的臂架油缸行程参数， 控制器输出相应 的臂架油缸速度控制指令， 执行装置接收到该控制指令后可以调节变幅电 磁阀的电流以控制多路阀的开度， 进而达到该状态下臂架油缸所需的液压 油流量， 使臂架绕相应的铰接轴作匀角速度运动。

需要说明的是， 臂架油缸的行程参数、 臂架油缸的运动速度的函数关 系策略可以通过仿真特定混凝土泵车的臂架油 缸以一定速度匀速伸缩时， 臂架油缸的行程参数、 臂架油缸的运动速度之间函数关系而得到， 具体的 仿真细节在此不做赘述。

臂架油缸的状态参数还可以为臂架油缸中活塞 的线速度参数等其他参 数， 具体控制方法在此不做详细描述。 基于上述工程机械的控制系统和控制方法， 本发明还提供了一种工程 机械， 包括车体、 设置于所述车体上的臂架装置以及上述任一实 施例中的 所述的控制系统， 以控制所述臂架装置中各节臂架绕相应铰接轴 作勾速转 动。 由于工程机械的控制系统具有的技术效果， 上述工程机械控制系统也 具有相应的技术效果， 提供的工程机械也具有相对应的技术效果。

以上所述仅是本发明的优选实施方式， 应当指出， 对于本技术领域的 普通技术人员来说， 在不脱离本发明原理的前提下， 还可以做出若干改进 和润饰， 这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。