用於提升挖掘機動力響應特性的系統和方法、挖掘機的製作方法

2023-10-07 17:02:14 1

專利名稱：用於提升挖掘機動力響應特性的系統和方法、挖掘機的製作方法
技術領域：
本發明涉及機械控制技術，具體而言，涉及一種用於提升挖掘機動力響應特性的系統和方法、一種挖掘機。
背景技術：
據統計，挖掘機有25%以上的工作時間處於輕載或空載狀態，那麼根據負載大小控制發動機運行於最經濟轉速處，可以大幅度減少油耗。這種控制方式導致當挖掘機輕載或空載時，發動機輸出功率小，其轉速往往較低；當挖掘機負載較大時，發動機輸出功率大， 其轉速往往較高。由於開始挖掘時負載突然增加，發動機轉速需要由低向高突變，而發動機本身的固有特性決定了其轉速無法很快提升，此時，發動機表現出動力響應滯後，影響挖掘機的工作表現，還可能縮短發動機的使用壽命；同時，還可能產生大量黑煙，從而導致對燃料的浪費和對環境的汙染。因此，需要一種新的用於提升挖掘機動力響應特性的技術，可以在挖掘機的鏟鬥接觸到挖掘對象前，判斷出挖掘機的意圖，並提前對發動機的轉速進行調節，避免由於發動機轉速過低導致的動力響應滯後、冒黑煙等問題，從而加快工作效率，增強挖機操作性能， 延長挖掘機的使用壽命，節約資源、保護環境。

發明內容
本發明正是基於上述問題，提出了一種新的用於提升挖掘機動力響應特性的技術，可以在挖掘機的鏟鬥接觸到挖掘對象前，判斷出挖掘機的意圖，並提前對發動機的轉速進行調節，避免由於發動機轉速過低導致的動力響應滯後、冒黑煙等，從而加快工作效率， 增強挖掘機操作性能，延長挖掘機的使用壽命，節約資源、保護環境。有鑑於此，本發明提出了一種用於提升挖掘機動力響應特性的系統，包括控制裝置，判斷挖掘機是否將要進行挖掘動作，若是，則發出提速命令；通信裝置，將來自所述控制裝置的所述提速命令發送至發動機ECU (Electronic Control Unit,電子控制單元)，使所述挖掘機中的發動機在所述發動機ECU的控制下，轉速被調節至預設轉速。在該技術方案中，挖掘機在不與挖掘對象接觸時，其負載較小，會自動降低轉速，以達到經濟節能的效果。 但當挖掘機的鏟鬥重新進行挖掘動作時，尤其是與挖掘對象接觸的瞬間，會使得負載瞬間增加，因而希望發動機同樣能夠在瞬間從轉速較低的節能狀態轉換為高轉速的性能狀態， 但顯然這是無法實現的。因此，在發動機的轉速未能提高至期望轉速時，便會導致發動機動力響應滯後，影響原來的工作的正常進行，降低了工作效率，還可能會導致發動機的使用壽命縮短，並且此時還可能會使得發動機冒黑煙，這一方面是對燃料的浪費，另一方面還會導致對環境的汙染。因此，可以通過對挖掘機的工作姿態進行預判，在判斷出其將要進行挖掘動作時， 使其在接觸到挖掘對象之前，將轉速提升至較高的水平，使工作順利進行。這裡的發動機ECU是指用於控制發動機的轉速、燃油噴射、油溫、加油量等的控制裝置，通過該發動機ECU 執行提速命令，從而使得發動機的轉速進行相應地提升。在上述技術方案中，優選地，所述控制裝置具體包括測距儀，實時採集所述鏟鬥與挖掘對象之間的測量距離；距離比較單元，接收來自所述測距儀的所述測量距離，在所述測量距離達到預設的距離閾值的情況下，確認所述挖掘機將要進行挖掘動作。在該技術方案中，由於挖掘機進行挖掘時，是使用鏟鬥進行挖掘動作，因而可以對鏟鬥與挖掘對象的距離進行測量，當得到的距離達到一定值的時候，便判斷其將要進行挖掘動作。對於距離的測量，可以使用測距儀進行；而測距儀可以直接安裝在鏟鬥上，也可以安裝在挖掘機的其他部位，甚至挖掘機外的地方，只要能夠對鏟鬥與挖掘對象的距離進行測量即可。在上述技術方案中，優選地，所述控制裝置還包括速度獲取單元，根據來自所述測距儀的所述測量距離，獲取所述鏟鬥的移動方向和移動速度，在所述移動方向為預設方向且所述移動速度位於預設的速度範圍的情況下，確認所述挖掘機將要進行挖掘動作。在該技術方案中，通過對鏟鬥與挖掘對象之間的距離的實時連續測量，再加上對時間的計量， 顯然可以得到鏟鬥的移動速度和移動方向，具體而言，移動速度可以由測量得到的距離的數值的變化量得到，而移動方向方面，在測量得到的距離減小，則為垂直向下，距離增大，則為垂直向上。當鏟鬥以一定的速度向挖掘對象移動時，則顯然可能是要進行挖掘動作，從而可以對發動機轉速進行調節。在上述技術方案中，優選地，所述測距儀包括以下之一或其組合超聲波測距儀、 雷達測距儀和/或雷射測距儀。在該技術方案中，本領域的技術人員應該理解的是，凡是可以用於對鏟鬥與其挖掘對象之間的距離進行測量的儀器、工具及其使用方式，均可以用於本發明的技術方案中。在上述技術方案中，優選地，所述控制裝置還包括絕對角度傳感器，實時採集所述挖掘機的動臂與水平面或垂直面之間的第一夾角，以及實時採集所述挖掘機的鬥杆與水平面或垂直面之間的第二夾角；絕對角度比較單元，將來自所述絕對角度傳感器的所述第一夾角的第一變化軌跡與第一預設變化軌跡進行比較、以及將所述第二夾角的第二變化軌跡與第二預設變化軌跡進行比較，在所述第一變化軌跡與所述第一預設變化軌跡相匹配、 且所述第二變化軌跡與所述第二預設變化軌跡相匹配的情況下，確認所述挖掘機將要進行挖掘動作。在該技術方案中，在進行挖掘動作時，除了鏟鬥會進行運動外，與挖掘機連接的動臂、連接動臂與鏟鬥的鬥杆，也會同時進行運動，並導致動臂、鬥杆與水平面或垂直面的夾角發生變化。而在進行挖掘動作時，顯然上述夾角的變化均會遵循一定的變化規則，那麼， 通過將實時測量得到的夾角的變化規則與預設變化規則進行比較後，若相匹配，則可以判斷為將要進行挖掘動作。在上述技術方案中，優選地，所述控制裝置還包括相對角度傳感器，實時採集所述動臂與所述挖掘機的轉臺之間的第三夾角，以及實時採集所述鬥杆與所述動臂之間的第四夾角；以及相對角度比較單元，將來自所述相對角度傳感器的所述第三夾角的第三變化軌跡與第三預設變化軌跡進行比較、以及將所述第四夾角的第四變化軌跡與第四預設變化軌跡進行比較，在所述第三變化軌跡與所述第三預設變化軌跡相匹配、且所述第四變化軌跡與所述第四預設變化軌跡相匹配的情況下，確認所述挖掘機將要進行挖掘動作。
這裡由於角度傳感器包括兩種，一種安裝在待測物體如動臂上，用於測量該待測物體與水平面或垂直面之間的絕對夾角，另一種安裝在兩個待測物體如鬥杆與動臂之間的鉸接處，用於測量這兩個待測物體之間的相對夾角，而無論是哪種夾角，在挖掘機將要進行挖掘動作時，其變化的軌跡都有遵循一定的規律，因此，通過對絕對夾角或是對相對夾角的測量，均可以對挖掘機是否將要進行挖掘動作進行有效判斷。當然，如果同時對絕對夾角和相對夾角進行測量和利用，對於挖掘機的進一步動作進行判斷時，顯然可以擁有更好的判斷效果。在上述技術方案中，優選地，還包括預處理裝置，對採集到的數據信號進行預處理，其中，所述採集到的數據信號包括來自所述測距儀的所述測量距離、來自所述絕對角度傳感器的所述第一夾角和/或所述第二夾角、來自所述相對角度傳感器的所述第三夾角和 /或所述第四夾角。在該技術方案中，這裡，預處理包括濾波、放大等多種處理方式，通過對採集到的距離、角度等數據進行預處理，保證數據的準確性，確保判斷的正確性。在上述技術方案中，優選地，所述控制裝置還包括操作接收單元，在感應到用戶的操作動作的情況下，確認所述挖掘機將要進行挖掘動作。在該技術方案中，還可以由用戶根據工作需要進行自行判斷，比如在挖掘機中的操作臺或操作杆上添加一個專用按鈕，則用戶在將要進行挖掘動作時，通過按下該專用按鈕，將發動機的轉速提升至預設的轉速。在上述技術方案中，優選地，還包括設置裝置，根據來自所述用戶的設置指令，設置所述預設轉速的數值。在該技術方案中，對於發動機應該提升的目標轉速，可以由用戶根據工作需要進行自由設定，比如根據挖掘對象的情況，如當挖掘對象為泥土和為石料時，或是進行挖掘和進行裝車時，需要的負載顯然不同，從而避免過高的轉速帶來功耗的浪費。根據本發明的又一方面，還提出了一種挖掘機，包括如上述技術方案所述的用於提升挖掘機動力響應特性的系統。在該技術方案中，挖掘機在不與挖掘對象接觸時，其負載較小，會自動降低轉速，以達到經濟節能的效果。但當挖掘機的鏟鬥重新進行挖掘動作時， 尤其是與挖掘對象接觸的瞬間，會使得負載瞬間增加，因而希望發動機同樣能夠在瞬間從轉速較低的節能狀態轉換為高轉速的性能狀態，但顯然這是無法實現的。因此，在發動機的轉速未能提高至期望轉速時，便會導致發動機動力響應滯後，影響原來的工作的正常進行， 降低了工作效率，還可能會導致發動機的使用壽命縮短，並且此時還可能會使得發動機冒黑煙，這一方面是對燃料的浪費，另一方面還會導致對環境的汙染。因此，可以通過對挖掘機的工作姿態進行預判，在判斷出其將要進行挖掘動作時， 使其在接觸到挖掘對象之前，將轉速提升至較高的水平，使工作順利進行。這裡是通過發動機ECU完成對發動機的轉速的控制的，發動機ECU是指用於控制發動機的轉速、燃油噴射、 油溫、加油量等的控制裝置，通過該發動機ECU執行提速命令，從而使得發動機的轉速進行相應地提升。根據本發明的又一方面，還提出了一種用於提升挖掘機動力響應特性的方法，包括步驟302，判斷挖掘機是否將要進行挖掘動作；步驟304，若判斷結果為是，則將所述挖掘機中的發動機的轉速調整至預設轉速。在該技術方案中，挖掘機在不與挖掘對象接觸時， 其負載較小，會自動降低轉速，以達到經濟節能的效果。但當挖掘機的鏟鬥重新進行挖掘動作時，尤其是與挖掘對象接觸的瞬間，會使得負載瞬間增加，因而希望發動機同樣能夠在瞬間從轉速較低的節能狀態轉換為高轉速的性能狀態，但顯然這是無法實現的。因此，在發動機的轉速未能提高至期望轉速時，便會導致發動機動力響應滯後，影響原來的工作的正常進行，降低了工作效率，還可能會導致發動機的使用壽命縮短，並且此時還可能會使得發動機冒黑煙，這一方面是對燃料的浪費，另一方面還會導致對環境的汙染。因此，可以通過對挖掘機的工作姿態進行預判，在判斷出其將要進行挖掘動作時， 使其在接觸到挖掘對象之前，將轉速提升至較高的水平，使工作順利進行。這裡是通過發動機ECU完成對發動機的轉速的控制的，發動機ECU是指用於控制發動機的轉速、燃油噴射、 油溫、加油量等的控制裝置，通過該發動機ECU執行提速命令，從而使得發動機的轉速進行相應地提升。在上述技術方案中，優選地，所述步驟302具體包括實時採集所述鏟鬥與挖掘對象之間的測量距離，在所述測量距離達到預設的距離閾值時，確認所述挖掘機將要進行挖掘動作。在該技術方案中，由於挖掘機進行挖掘時，是使用鏟鬥進行挖掘動作，因而可以對鏟鬥與挖掘對象的距離進行測量，當得到的距離達到一定值的時候，便判斷其將要進行挖掘動作。對於距離的測量，可以使用測距儀進行；而測距儀可以直接安裝在鏟鬥上，也可以安裝在挖掘機的其他部位，甚至挖掘機外的地方，只要能夠對鏟鬥與挖掘對象的距離進行測量即可。在上述技術方案中，優選地，還包括根據採集到的所述測量距離，計算所述鏟鬥的移動方向和移動速度，在所述移動方向為預設方向且所述移動速度位於預設的速度範圍時，確認所述挖掘機將要進行挖掘動作。在該技術方案中，通過對鏟鬥與挖掘對象之間的距離的實時連續測量，再加上對時間的計量，顯然可以得到鏟鬥的移動速度和移動方向，具體而言，移動速度可以由測量得到的距離的數值的變化量得到，而移動方向方面，在測量得到的距離減小，則為垂直向下，距離增大，則為垂直向上。當鏟鬥以一定的速度向挖掘對象移動時，則顯然可能是要進行挖掘動作，從而可以對發動機轉速進行調節。在上述技術方案中，優選地，所述步驟302還包括實時採集所述挖掘機的動臂與水平面或垂直面之間的第一夾角，以及實時採集所述挖掘機的鬥杆與水平面或垂直面之間的第二夾角；將所述第一夾角的第一變化軌跡與第一預設變化軌跡進行比較、以及將所述第二夾角的第二變化軌跡與第二預設變化軌跡進行比較，在所述第一變化軌跡與所述第一預設變化軌跡相匹配、且所述第二變化軌跡與所述第二預設變化軌跡相匹配時，確認所述挖掘機將要進行挖掘動作。在該技術方案中，在進行挖掘動作時，除了鏟鬥會進行運動外，與挖掘機連接的動臂、連接動臂與鏟鬥的鬥杆，也會同時進行運動，並導致動臂、鬥杆與水平面或垂直面的夾角發生變化。而在進行挖掘動作時，顯然上述夾角的變化均會遵循一定的變化規則，那麼， 通過將實時測量得到的夾角的變化規則與預設變化規則進行比較後，若相匹配，則可以判斷為將要進行挖掘動作。在上述技術方案中，優選地，所述步驟302還包括實時採集所述動臂與所述挖掘機的轉臺之間的第三夾角，以及實時採集所述鬥杆與所述動臂之間的第四夾角；以及將所述第三夾角的第三變化軌跡與第三預設變化軌跡進行比較、以及將所述第四夾角的第四變化軌跡與第四預設變化軌跡進行比較，在所述第三變化軌跡與所述第三預設變化軌跡相匹配、且所述第四變化軌跡與所述第四預設變化軌跡相匹配時，確認所述挖掘機將要進行挖掘動作。〔0027〕 這裡由於角度傳感器包括兩種，一種安裝在待測物體如動臂上，用於測量該待測 物體與水平面或垂直面之間的絕對夾角，另一種安裝在兩個待測物體如鬥杆與動臂之間的 鉸接處，用於測量這兩個待測物體之間的相對夾角，而無論是哪種夾角，在挖掘機將要進行 挖掘動作時，其變化的軌跡都有遵循一定的規律，因此，通過對絕對夾角或是對相對夾角的 測量，均可以對挖掘機是否將要進行挖掘動作進行有效判斷。當然，如果同時對絕對夾角和 相對夾角進行測量和利用，對於挖掘機的進一步動作進行判斷時，顯然可以擁有更好的判 斷效果。
〔0028〕 在上述技術方案中，優選地，還包括對採集到的數據信號進行預處理，其中，所述 採集到的數據信號包括所述測量距離、所述第一夾角和I或所述第二夾角、所述第三夾角 和I或所述第四夾角。在該技術方案中，這裡，預處理包括濾波、放大等多種處理方式，通 過對採集到的距離、角度等數據進行預處理，保證數據的準確性，確保判斷的正確性。 〔0029〕 在上述技術方案中，優選地，所述步驟302還包括在感應到用戶的操作動作時， 確認所述挖掘機將要進行挖掘動作。在該技術方案中，還可以由用戶根據工作需要進行自 行判斷，比如在挖掘機中的操作臺或操作杆上添加一個專用按鈕，則用戶在將要進行挖掘 動作時，通過按下該專用按鈕，將發動機的轉速提升至預設的轉速。 〔0030〕 在上述技術方案中，優選地，還可以將利用直接測量鏟鬥與挖掘對象的距離、通過 測量夾角獲知挖掘機的動作意圖、接收用戶的操作命令等方式中的多種方式進行結合使 用，通過將多種方式下得到的結果進行一定的算法處理，使得判斷結果更精確。 〔0031〕 在上述技術方案中，優選地，還包括根據來自所述用戶的設置指令，設置所述預 設轉速的數值。在該技術方案中，對於發動機應該提升的目標轉速，可以由用戶根據工作需 要進行自由設定，比如根據挖掘對象的情況，如當挖掘對象為泥土和為石料時，或是進行挖 掘和進行裝車時，需要的負載顯然不同，從而避免過高的轉速帶來功耗的浪費。 〔0032〕 通過以上技術方案，可以在挖掘機的鏟鬥接觸到挖掘對象前，判斷出挖掘機的意 圖，並提前對發動機的轉速進行調節，避免由於發動機轉速過低導致的動力響應滯後、冒黑 煙等問題，從而加快工作效率，延長挖掘機的使用壽命，節約資源、保護環境。


〔0033〕圖1示出了根據本發明的實施例的用於提升挖掘機動力響應特性的系統的框〔0034〕圖2示出了根據本發明的實施例的挖掘機的框〔0035〕圖3示出了根據本發明的實施例的用於提升挖掘機動力響應特性的方法的流程 〔0036〕圖4示出了根據本發明的實施例的用於提升挖掘機動力響應特性的系統的示意 〔0037〕圖5示出了根據本發明的實施例的用於提升挖掘機動力響應特性的方法的具體 流程〔0038〕圖6示出了根據本發明的實施例的用於提升挖掘機動力響應特性的示意〔0039〕圖7示出了根據本發明的實施例的用於提升挖掘機動力響應特性的示意〔0040〕圖8示出了根據本發明的實施例的用於提升挖掘機動力響應特性的示意〔0041〕圖9示出了根據本發明的實施例的用於提升挖掘機動力響應特性的示意圖10示出了根據本發明的實施例的操作臺的示意圖；以及圖11示出了根據本發明的實施例的操作杆的示意圖。其中，圖6至圖11中的附圖標記與部件名稱之間的對應關係為602鏟鬥604挖掘對象606測距儀608測量距離
610控制裝置
702鏟鬥704挖掘對象706測距測角裝置708第一高度
710夾角711第一距離712第二高度714測量高度
716控制裝置
802鏟鬥804挖掘對象806鬥杆808第一角度傳感器
810第一夾角812動臂814第二角度傳感器816第二夾角
818控制裝置
902鏟鬥903鬥杆904挖掘對象905第一長度
906第一角度傳感器908第一角度910動臂912第二長度
914第二角度傳感器916第二角度918第一高度920第二高度
922歷史高度924閾值高度926控制裝置
1000操作臺1002調速按鈕
1100操作杆1102調速按鈕
具體實施例方式為了能夠更清楚地理解本發明的上述目的、特徵和優點，下面結合附圖和具體實施方式
對本發明進行進一步的詳細描述。在下面的描述中闡述了很多具體細節以便於充分理解本發明，但是，本發明還可以採用其他不同於在此描述的其他方式來實施，因此，本發明並不限於下面公開的具體實施例的限制。圖I示出了根據本發明的實施例的用於提升挖掘機動力響應特性的系統的框圖。如圖I所示，根據本發明的實施例的用於提升挖掘機動力響應特性的系統100， 包括控制裝置102，判斷挖掘機是否將要進行挖掘動作，若是，則發出提速命令；通信裝置 104，將來自控制裝置102的提速命令發送至發動機ECU，使挖掘機中的發動機在所述發動機ECU的控制下，轉速被調節至預設轉速。在該技術方案中，挖掘機在不與挖掘對象接觸時，其負載較小，會自動降低轉速，以達到經濟節能的效果。但當挖掘機的鏟鬥重新進行挖掘動作時，尤其是與挖掘對象接觸的瞬間，會使得負載瞬間增加，因而希望發動機同樣能夠在瞬間從轉速較低的節能狀態轉換為高轉速的性能狀態，但顯然這是無法實現的。因此，在發動機的轉速未能提高至期望轉速時，便會導致發動機動力響應滯後，影響原來的工作的正常進行，降低了工作效率，還可能會導致發動機的使用壽命縮短，並且此時還可能會使得發動機冒黑煙，這一方面是對燃料的浪費，另一方面還會導致對環境的汙染。因此，可以通過對挖掘機的工作姿態進行預判，在判斷出其將要進行挖掘動作時， 使其在接觸到挖掘對象之前，將轉速提升至較高的水平，使工作順利進行。這裡的發動機 ECU是指用於控制發動機的轉速、燃油噴射、油溫、加油量等的控制裝置，通過該發動機ECU執行提速命令，從而使得發動機的轉速進行相應地提升。在上述技術方案中，控制裝置102具體包括測距儀1020，實時採集鏟鬥與挖掘對象之間的測量距離；距離比較單元1022，接收來自測距儀1020的測量距離，在測量距離達到預設的距離閾值的情況下，確認挖掘機將要進行挖掘動作。在該技術方案中，由於挖掘機進行挖掘時，是使用鏟鬥進行挖掘動作，因而可以對鏟鬥與挖掘對象的距離進行測量，當得到的距離達到一定值的時候，便判斷其將要進行挖掘動作。對於距離的測量，可以使用測距儀1020進行；而測距儀1020可以直接安裝在鏟鬥上，也可以安裝在挖掘機的其他部位，甚至挖掘機外的地方，只要能夠對鏟鬥與挖掘對象的距離進行測量即可。在上述技術方案中，控制裝置102還包括速度獲取單元1024，根據來自測距儀 1020的測量距離，獲取鏟鬥的移動方向和移動速度，在移動方向為預設方向且移動速度位於預設的速度範圍的情況下，確認挖掘機將要進行挖掘動作。在該技術方案中，通過對鏟鬥與挖掘對象之間的距離的實時連續測量，再加上對時間的計量，顯然可以得到鏟鬥的移動速度和移動方向，具體而言，移動速度可以由測量得到的距離的數值的變化量得到，而移動方向方面，在測量得到的距離減小，則為垂直向下，距離增大，則為垂直向上。當鏟鬥以一定的速度向挖掘對象移動時，則顯然可能是要進行挖掘動作，從而可以對發動機轉速進行調節。在上述技術方案中，測距儀1020包括以下之一或其組合超聲波測距儀、雷達測距儀和/或雷射測距儀。在該技術方案中，本領域的技術人員應該理解的是，凡是可以用於對鏟鬥與其挖掘對象之間的距離進行測量的儀器、工具及其使用方式，均可以用於本發明的技術方案中。在上述技術方案中，控制裝置102還包括絕對角度傳感器1026，實時採集挖掘機的動臂與水平面或垂直面之間的第一夾角，以及實時採集挖掘機的鬥杆與水平面或垂直面之間的第二夾角；絕對角度比較單元1028A，將來自絕對角度傳感器1026的第一夾角的第一變化軌跡與第一預設變化軌跡進行比較、以及將第二夾角的第二變化軌跡與第二預設變化軌跡進行比較，在第一變化軌跡與第一預設變化軌跡相匹配、且第二變化軌跡與第二預設變化軌跡相匹配的情況下，確認挖掘機將要進行挖掘動作。在該技術方案中，在進行挖掘動作時，除了鏟鬥會進行運動外，與挖掘機連接的動臂、連接動臂與鏟鬥的鬥杆，也會同時進行運動，並導致動臂、鬥杆與水平面或垂直面的夾角發生變化。而在進行挖掘動作時，顯然上述夾角的變化均會遵循一定的變化規則，那麼， 通過將實時測量得到的夾角的變化規則與預設變化規則進行比較後，若相匹配，則可以判斷為將要進行挖掘動作。在上述技術方案中，控制裝置102還包括相對角度傳感器1027，實時採集動臂與挖掘機的轉臺之間的第三夾角，以及實時採集鬥杆與動臂之間的第四夾角；以及相對角度比較單元1028B，將來自相對角度傳感器1027的第三夾角的第三變化軌跡與第三預設變化軌跡進行比較、以及將第四夾角的第四變化軌跡與第四預設變化軌跡進行比較，在第三變化軌跡與第三預設變化軌跡相匹配、且第四變化軌跡與第四預設變化軌跡相匹配的情況下，確認挖掘機將要進行挖掘動作。這裡由於角度傳感器包括兩種，一種安裝在待測物體如動臂上，用於測量該待測物體與水平面或垂直面之間的絕對夾角，另一種安裝在兩個待測物體如鬥杆與動臂之間的鉸接處，用於測量這兩個待測物體之間的相對夾角，而無論是哪種夾角，在挖掘機將要進行挖掘動作時，其變化的軌跡都有遵循一定的規律，因此，通過對絕對夾角或是對相對夾角的測量，均可以對挖掘機是否將要進行挖掘動作進行有效判斷。當然，如果同時對絕對夾角和相對夾角進行測量和利用，對於挖掘機的進一步動作進行判斷時，顯然可以擁有更好的判斷效果。在上述技術方案中，還包括預處理裝置106，對採集到的數據信號進行預處理， 其中，採集到的數據信號包括來自測距儀1020的測量距離、來自絕對角度傳感器1026的第一夾角和/或第二夾角、來自相對角度傳感器1027的第三夾角和/或第四夾角。在該技術方案中，這裡，預處理包括濾波、放大等多種處理方式，通過對採集到的距離、角度等數據進行預處理，保證數據的準確性，確保判斷的正確性。在上述技術方案中，控制裝置102還包括操作接收單元1029，在感應到用戶的操作動作的情況下，確認挖掘機將要進行挖掘動作。在該技術方案中，還可以由用戶根據工作需要進行自行判斷，比如在挖掘機中的操作臺或操作杆上添加一個專用按鈕，則用戶在將要進行挖掘動作時，通過按下該專用按鈕，將發動機的轉速提升至預設的轉速。在上述技術方案中，還包括設置裝置108，根據來自用戶的設置指令，設置預設轉速的數值。在該技術方案中，對於發動機應該提升的目標轉速，可以由用戶根據工作需要進行自由設定，比如根據挖掘對象的情況，如當挖掘對象為泥土和為石料時，或是進行挖掘和進行裝車時，需要的負載顯然不同，從而避免過高的轉速帶來功耗的浪費。根據圖I所示的用於提升挖掘機動力響應特性的系統100，可以應用於挖掘機上， 從而有利於挖掘機在使用時的更優的控制效果，具體結合圖2進行說明，其中，圖2示出了根據本發明的實施例的挖掘機的框圖。如圖2所示，根據本發明的實施例的挖掘機200，包括如上述技術方案所述的用於提升挖掘機動力響應特性的系統100。在該技術方案中，挖掘機200在不與挖掘對象接觸時，其負載較小，會自動降低轉速，以達到經濟節能的效果。但當挖掘機200的鏟鬥重新進行挖掘動作時，尤其是與挖掘對象接觸的瞬間，會使得負載瞬間增加，因而希望發動機同樣能夠在瞬間從轉速較低的節能狀態轉換為高轉速的性能狀態，但顯然這是無法實現的。因此，在發動機的轉速未能提高至期望轉速時，便會導致發動機動力響應滯後，影響原來的工作的正常進行，降低了工作效率，還可能會導致發動機的使用壽命縮短，並且此時還可能會使得發動機冒黑煙，這一方面是對燃料的浪費，另一方面還會導致對環境的汙染。因此，可以通過對挖掘機200的工作姿態進行預判，在判斷出其將要進行挖掘動作時，使其在接觸到挖掘對象之前，將轉速提升至較高的水平，使工作順利進行。這裡是通過發動機ECU完成對發動機的轉速的控制的，發動機ECU是指用於控制發動機的轉速、燃油噴射、油溫、加油量等的控制裝置，通過該發動機ECU執行提速命令，從而使得發動機的轉速進行相應地提升。在上述技術方案中，用於提升挖掘機動力響應特性的系統100，包括控制裝置 102，判斷挖掘機200是否將要進行挖掘動作，若是，則發出提速命令；通信裝置104，將來自控制裝置102的提速命令發送至發動機ECU，使挖掘機200中的發動機在所述發動機ECU的控制下，轉速被調節至預設轉速。在該技術方案中，挖掘機200在不與挖掘對象接觸時，其負載較小，會自動降低轉速，以達到經濟節能的效果。但當挖掘機200的鏟鬥重新進行挖掘動作時，尤其是與挖掘對象接觸的瞬間，會使得負載瞬間增加，因而希望發動機同樣能夠在瞬間從轉速較低的節能狀態轉換為高轉速的性能狀態，但顯然這是無法實現的。因此，在發動機的轉速未能提高至期望轉速時，便會導致發動機動力響應滯後，影響原來的工作的正常進行，降低了工作效率，還可能會導致發動機的使用壽命縮短，並且此時還可能會使得發動機冒黑煙，這一方面是對燃料的浪費，另一方面還會導致對環境的汙染。因此，可以通過對挖掘機200的工作姿態進行預判，在判斷出其將要進行挖掘動作時，使其在接觸到挖掘對象之前，將轉速提升至較高的水平，使工作順利進行。這裡的發動機ECU是指用於控制發動機的轉速、燃油噴射、油溫、加油量等的控制裝置，通過該發動機ECU執行提速命令，從而使得發動機的轉速進行相應地提升。在上述技術方案中，控制裝置102具體包括測距儀1020，實時採集鏟鬥與挖掘對象之間的測量距離；距離比較單元1022，接收來自測距儀1020的測量距離，在測量距離達到預設的距離閾值的情況下，確認挖掘機200將要進行挖掘動作。在該技術方案中，由於挖掘機200進行挖掘時，是使用鏟鬥進行挖掘動作，因而可以對鏟鬥與挖掘對象的距離進行測量，當得到的距離達到一定值的時候，便判斷其將要進行挖掘動作。對於距離的測量，可以使用測距儀1020進行；而測距儀1020可以直接安裝在鏟鬥上，也可以安裝在挖掘機的其他部位，甚至挖掘機外的地方，只要能夠對鏟鬥與挖掘對象的距離進行測量即可。在上述技術方案中，控制裝置102還包括速度獲取單元1024，根據來自測距儀 1020的測量距離，獲取鏟鬥的移動方向和移動速度，在移動方向為預設方向且移動速度位於預設的速度範圍的情況下，確認挖掘機將要進行挖掘動作。在該技術方案中，通過對鏟鬥與挖掘對象之間的距離的實時連續測量，再加上對時間的計量，顯然可以得到鏟鬥的移動速度和移動方向，具體而言，移動速度可以由測量得到的距離的數值的變化量得到，而移動方向方面，在測量得到的距離減小，則為垂直向下，距離增大，則為垂直向上。當鏟鬥以一定的速度向挖掘對象移動時，則顯然可能是要進行挖掘動作，從而可以對發動機轉速進行調節。在上述技術方案中，測距儀1020包括以下之一或其組合超聲波測距儀、雷達測距儀和/或雷射測距儀。在該技術方案中，本領域的技術人員應該理解的是，凡是可以用於對鏟鬥與其挖掘對象之間的距離進行測量的儀器、工具及其使用方式，均可以用於本發明的技術方案中。在上述技術方案中，控制裝置102還包括絕對角度傳感器1026，實時採集挖掘機的動臂與水平面或垂直面之間的第一夾角，以及實時採集挖掘機的鬥杆與水平面或垂直面之間的第二夾角；絕對角度比較單元1028A，將來自絕對角度傳感器1026的第一夾角的第一變化軌跡與第一預設變化軌跡進行比較、以及將第二夾角的第二變化軌跡與第二預設變化軌跡進行比較，在第一變化軌跡與第一預設變化軌跡相匹配、且第二變化軌跡與第二預設變化軌跡相匹配的情況下，確認挖掘機將要進行挖掘動作。在該技術方案中，在進行挖掘動作時，除了鏟鬥會進行運動外，與挖掘機連接的動臂、連接動臂與鏟鬥的鬥杆，也會同時進行運動，並導致動臂、鬥杆與水平面或垂直面的夾角發生變化。而在進行挖掘動作時，顯然上述夾角的變化均會遵循一定的變化規則，那麼， 通過將實時測量得到的夾角的變化規則與預設變化規則進行比較後，若相匹配，則可以判斷為將要進行挖掘動作。
在上述技術方案中，控制裝置102還包括相對角度傳感器1027，實時採集動臂與挖掘機200的轉臺之間的第三夾角，以及實時採集鬥杆與動臂之間的第四夾角；以及相對角度比較單元1028B，將來自相對角度傳感器1027的第三夾角的第三變化軌跡與第三預設變化軌跡進行比較、以及將第四夾角的第四變化軌跡與第四預設變化軌跡進行比較，在第三變化軌跡與第三預設變化軌跡相匹配、且第四變化軌跡與第四預設變化軌跡相匹配的情況下，確認挖掘機200將要進行挖掘動作。這裡由於角度傳感器包括兩種，一種安裝在待測物體如動臂上，用於測量該待測物體與水平面或垂直面之間的絕對夾角，另一種安裝在兩個待測物體如鬥杆與動臂之間的鉸接處，用於測量這兩個待測物體之間的相對夾角，而無論是哪種夾角，在挖掘機200將要進行挖掘動作時，其變化的軌跡都有遵循一定的規律，因此，通過對絕對夾角或是對相對夾角的測量，均可以對挖掘機200是否將要進行挖掘動作進行有效判斷。當然，如果同時對絕對夾角和相對夾角進行測量和利用，對於挖掘機200的進一步動作進行判斷時，顯然可以擁有更好的判斷效果。在上述技術方案中，還包括預處理裝置106，對採集到的數據信號進行預處理， 其中，採集到的數據信號包括來自測距儀1020的測量距離、來自絕對角度傳感器1026的第一夾角和/或第二夾角、來自相對角度傳感器1027的第三夾角和/或第四夾角。在該技術方案中，這裡，預處理包括濾波、放大等多種處理方式，通過對採集到的距離、角度等數據進行預處理，保證數據的準確性，確保判斷的正確性。在上述技術方案中，控制裝置102還包括操作接收單元1029，在感應到用戶的操作動作的情況下，確認挖掘機將要進行挖掘動作。在該技術方案中，還可以由用戶根據工作需要進行自行判斷，比如在挖掘機中的操作臺或操作杆上添加一個專用按鈕，則用戶在將要進行挖掘動作時，通過按下該專用按鈕，將發動機的轉速提升至預設的轉速。在上述技術方案中，還包括設置裝置108，根據來自用戶的設置指令，設置預設轉速的數值。在該技術方案中，對於發動機應該提升的目標轉速，可以由用戶根據工作需要進行自由設定，比如根據挖掘對象的情況，如當挖掘對象為泥土和為石料時，或是進行挖掘和進行裝車時，需要的負載顯然不同，從而避免過高的轉速帶來功耗的浪費。圖3示出了根據本發明的實施例的用於提升挖掘機動力響應特性的方法的流程圖。如圖3所示，根據本發明的實施例的用於提升挖掘機動力響應特性的方法，包括 步驟302，判斷挖掘機是否將要進行挖掘動作；步驟304，若判斷結果為是，則將挖掘機中的發動機的轉速調整至預設轉速。在該技術方案中，挖掘機在不與挖掘對象接觸時，其負載較小，會自動降低轉速，以達到經濟節能的效果。但當挖掘機的鏟鬥重新進行挖掘動作時，尤其是與挖掘對象接觸的瞬間，會使得負載瞬間增加，因而希望發動機同樣能夠在瞬間從轉速較低的節能狀態轉換為高轉速的性能狀態，但顯然這是無法實現的。因此，在發動機的轉速未能提高至期望轉速時，便會導致發動機動力響應滯後，影響原來的工作的正常進行，降低了工作效率，還可能會導致發動機的使用壽命縮短，並且此時還可能會使得發動機冒黑煙，這一方面是對燃料的浪費，另一方面還會導致對環境的汙染。因此，可以通過對挖掘機的工作姿態進行預判，在判斷出其將要進行挖掘動作時， 使其在接觸到挖掘對象之前，將轉速提升至較高的水平，使工作順利進行。這裡是通過發動機ECU完成對發動機的轉速的控制的，發動機ECU是指用於控制發動機的轉速、燃油噴射、 油溫、加油量等的控制裝置，通過該發動機ECU執行提速命令，從而使得發動機的轉速進行相應地提升。在上述技術方案中，步驟302具體包括實時採集鏟鬥與挖掘對象之間的測量距離，在測量距離達到預設的距離閾值時，確認挖掘機將要進行挖掘動作。在該技術方案中， 由於挖掘機進行挖掘時，是使用鏟鬥進行挖掘動作，因而可以對鏟鬥與挖掘對象的距離進行測量，當得到的距離達到一定值的時候，便判斷其將要進行挖掘動作。對於距離的測量， 可以使用測距儀進行；而測距儀可以直接安裝在鏟鬥上，也可以安裝在挖掘機的其他部位， 甚至挖掘機外的地方，只要能夠對鏟鬥與挖掘對象的距離進行測量即可。在上述技術方案中，還包括根據採集到的測量距離，計算鏟鬥的移動方向和移動速度，在移動方向為預設方向且移動速度位於預設的速度範圍時，確認挖掘機將要進行挖掘動作。在該技術方案中，通過對鏟鬥與挖掘對象之間的距離的實時連續測量，再加上對時間的計量，顯然可以得到鏟鬥的移動速度和移動方向，具體而言，移動速度可以由測量得到的距離的數值的變化量得到，而移動方向方面，在測量得到的距離減小，則為垂直向下，距離增大，則為垂直向上。當鏟鬥以一定的速度向挖掘對象移動時，則顯然可能是要進行挖掘動作，從而可以對發動機轉速進行調節。在上述技術方案中，步驟302還包括實時採集挖掘機的動臂與水平面或垂直面之間的第一夾角，以及實時採集挖掘機的鬥杆與水平面或垂直面之間的第二夾角；將第一夾角的第一變化軌跡與第一預設變化軌跡進行比較、以及將第二夾角的第二變化軌跡與第二預設變化軌跡進行比較，在第一變化軌跡與第一預設變化軌跡相匹配、且第二變化軌跡與第二預設變化軌跡相匹配時，確認挖掘機將要進行挖掘動作。在該技術方案中，在進行挖掘動作時，除了鏟鬥會進行運動外，與挖掘機連接的動臂、連接動臂與鏟鬥的鬥杆，也會同時進行運動，並導致動臂、鬥杆與水平面或垂直面的夾角發生變化。而在進行挖掘動作時，顯然上述夾角的變化均會遵循一定的變化規則，那麼， 通過將實時測量得到的夾角的變化規則與預設變化規則進行比較後，若相匹配，則可以判斷為將要進行挖掘動作。在上述技術方案中，步驟302還包括實時採集動臂與挖掘機的轉臺之間的第三夾角，以及實時採集鬥杆與動臂之間的第四夾角；以及將第三夾角的第三變化軌跡與第三預設變化軌跡進行比較、以及將第四夾角的第四變化軌跡與第四預設變化軌跡進行比較， 在第三變化軌跡與第三預設變化軌跡相匹配、且第四變化軌跡與第四預設變化軌跡相匹配時，確認挖掘機將要進行挖掘動作。這裡由於角度傳感器包括兩種，一種安裝在待測物體如動臂上，用於測量該待測物體與水平面或垂直面之間的絕對夾角，另一種安裝在兩個待測物體如鬥杆與動臂之間的鉸接處，用於測量這兩個待測物體之間的相對夾角，而無論是哪種夾角，在挖掘機將要進行挖掘動作時，其變化的軌跡都有遵循一定的規律，因此，通過對絕對夾角或是對相對夾角的測量，均可以對挖掘機是否將要進行挖掘動作進行有效判斷。當然，如果同時對絕對夾角和相對夾角進行測量和利用，對於挖掘機的進一步動作進行判斷時，顯然可以擁有更好的判斷效果。在上述技術方案中，還包括對採集到的數據信號進行預處理，其中，採集到的數據信號包括測量距離、第一夾角和/或第二夾角、第三夾角和/或第四夾角。在該技術方案中，這裡，預處理包括濾波、放大等多種處理方式，通過對採集到的距離、角度等數據進行預處理，保證數據的準確性，確保判斷的正確性。在上述技術方案中，步驟302還包括在感應到用戶的操作動作時，確認挖掘機將要進行挖掘動作。在該技術方案中，還可以由用戶根據工作需要進行自行判斷，比如在挖掘機中的操作臺或操作杆上添加一個專用按鈕，則用戶在將要進行挖掘動作時，通過按下該專用按鈕，將發動機的轉速提升至預設的轉速。在上述技術方案中，還可以將利用直接測量鏟鬥與挖掘對象的距離、通過測量夾角獲知挖掘機的動作意圖、接收用戶的操作命令等方式中的多種方式進行結合使用，通過將多種方式下得到的結果進行一定的算法處理，使得判斷結果更精確。在上述技術方案中，還包括根據來自用戶的設置指令，設置預設轉速的數值。在該技術方案中，對於發動機應該提升的目標轉速，可以由用戶根據工作需要進行自由設定， 比如根據挖掘對象的情況，如當挖掘對象為泥土和為石料時，或是進行挖掘和進行裝車時， 需要的負載顯然不同，從而避免過高的轉速帶來功耗的浪費。圖4示出了根據本發明的實施例的用於提升挖掘機動力響應特性的系統的示意圖。如圖4所示，根據本發明的實施例的用於提升挖掘機動力響應特性的系統400，包括數據採集系統402、挖掘機控制器404和發動機ECU (Electronic Control Unit,電子控制單元)406，用於對挖掘機是否將要進行挖掘動作進行判斷。由於挖掘機在不進行挖掘動作時，發動機處於空載狀態，為了節約資源，會將發動機的轉速降低，從而使得挖掘機在進行下一次挖掘動作時，在鏟鬥與挖掘對象接觸時，尤其是在接觸的瞬間，會導致發動機的負載迅速增大，這要求發動機能夠在短時間內將轉速提升至較高數值水平，但顯然轉速的提升需要一定時間，而無法在短時間內完成，從而造成發動機的動力滯後，還會冒黑煙，汙染環境、浪費燃料。因此，可以通過對挖掘機是否將要進行挖掘動作進行預判，從而在合適的時間對發動機進行提前提速，並在鏟鬥與挖掘對象接觸前，將發動機的轉速提升至較高轉速，獲得對應的動力，達到較好的動力響應特性。對於該用於提升挖掘機動力響應特性的系統400的各個部件，其中，數據採集系統402用於對挖掘機及挖掘對象之間的數據進行採集，這裡的數據包括鏟鬥與挖掘對象的距離、鏟鬥與水平面的距離、動臂與水平面的夾角、鬥杆與水平面的夾角等。挖掘機控制器404安裝在挖掘機上，用於從數據採集系統402中獲取上述的各種反映挖掘機的位置姿態(即位姿)的數據。然後，挖掘機控制器404通過將從數據採集系統 402獲取的數據與預設的一些閾值數據、曲線、變化規律等進行比較，從而當數據採集系統 402採集到的實時數據滿足一定條件時，便可以判斷出挖掘機將要進行挖掘動作，從而向發動機ECU406發出調速命令。發動機ECU406在接收到來自挖掘機控制器404的調速命令後，便對發動機轉速進行調整，使得在鏟鬥接觸到挖掘對象之前，將轉速提升至預設轉速。當然，也可以使得調試命令中包含設定轉速，使得發動機E⑶406可以將發動機的轉速調整至設定轉速，這對於不同的挖掘對象、不同的工作環境等條件下，可以在確保挖掘工作的順利進行的同時，合理利用資源、節省資源。
圖5示出了根據本發明的實施例的用於提升挖掘機動力響應特性的方法的具體流程圖。如圖5所示，根據本發明的實施例的用於提升挖掘機動力響應特性的方法的步驟如下步驟502，從傳感器採集和處理數據。這裡包括如通過測距儀測量的距離數據，或角度傳感器測量的夾角數據，或其他數據，並且對得到的數據進行處理。這裡的處理包括一些初步的數據處理，包括一方面，對數據進行濾波、放大等預處理，另一方面，比如將測量得到的夾角數據結合其他數據得到鏟鬥與挖掘對象的距離等數據。步驟504，對數據進行分析從而判斷出挖掘機的工作意圖。這裡比如已經通過測距儀得到了鏟鬥距離挖掘對象的距離，則可以通過將該距離與預設的閾值距離進行比較，比如在鏟鬥距離挖掘對象I米處開始對發動機的轉速進行調整。再比如已經通過絕對角度傳感器得到了動臂與水平面或垂直面的第一夾角、鬥杆與水平面或垂直面的第二夾角，那麼， 當挖掘機進行挖掘動作時，第一夾角和第二夾角都將按照一定的規律進行變化，則可以通過將第一夾角和第二夾角的實際變化規律與預設規律進行比較，若相匹配，則認為挖掘機將要進行挖掘動作，並進一步對發動機的轉速進行調節。再比如通過相對角度傳感器得到了動臂與挖掘機的轉臺之間的第三夾角，以及鬥杆與動臂之間的第四夾角；將第三夾角和第四夾角的實際變化規律與預設規律進行比較，若相匹配，則確認挖掘機將要進行挖掘動作。步驟506，判斷挖掘機是否將要開始挖掘。若是，則進入步驟508，否則返回步驟 502，也就是說從步驟502開始的整個流程都是在實時進行數據採集和分析判斷的，以便隨時對挖掘機的工作意圖進行正確、及時判斷。步驟508，向發動機ECU發送提速命令，使得發動機在ECU的控制下，將轉速提升至預設轉速。當然，也可以在提速命令中包含目標轉速，使得發動機的轉速提升至該目標轉速。圖6示出了根據本發明的實施例的用於提升挖掘機動力響應特性的示意圖。如圖6所示，在本實施例中，通過安裝在鏟鬥602上的測距儀606，來對挖掘機的工作意圖進行判斷，使其是否將要進行挖掘動作。由於挖掘機在不進行挖掘動作時，發動機處於空載狀態，為了節約資源，會將發動機的轉速降低，從而使得挖掘機在進行下一次挖掘動作時，在鏟鬥602與挖掘對象604接觸時，尤其是在接觸的瞬間，會導致發動機的負載迅速增大，這要求發動機能夠在短時間內將轉速提升至較高數值水平，但顯然轉速的提升需要一定時間，而無法在短時間內完成，從而造成發動機的動力滯後，還會冒黑煙，汙染環境、浪費燃料。因此，可以通過對挖掘機是否將要進行挖掘動作進行預判，從而在合適的時間對發動機進行提前提速，並在鏟鬥602與挖掘對象604接觸前，將發動機的轉速提升至較高轉速，獲得對應的動力，達到較好的動力響應特性。本實施例的具體方式如下在挖掘機進行挖掘動作時，鏟鬥602會與挖掘對象604進行接觸，因此可以通過測量鏟鬥602與挖掘對象604之間的距離，判斷是否將要發生挖掘動作。通過安裝在鏟鬥602 上的測距儀606，可以直接測量得到鏟鬥602與挖掘對象604直接的測量距離608。
將測量距離608傳送至控制裝置610中進行處理。首先，可以對得到的測量距離 608進行濾波、放大等預處理，使得數據更加準確。然後，將測量距離608與預設閾值進行比較，若測量距離608達到預設閾值時，則判定挖掘機將要進行挖掘動作，並由控制裝置610 向發動機的轉速控制裝置發送調速命令，使鏟鬥602與挖掘對象604接觸之前，令發動機的轉速達到預設轉速。圖7示出了根據本發明的實施例的用於提升挖掘機動力響應特性的示意圖。如圖7所示，在本實施例中，通過安裝在動臂上的測距測角裝置706，來對挖掘機的工作意圖進行判斷，使其是否將要進行挖掘動作。由於挖掘機在不進行挖掘動作時，發動機處於空載狀態，為了節約資源，會將發動機的轉速降低，從而使得挖掘機在進行下一次挖掘動作時，在鏟鬥702與挖掘對象704接觸時，尤其是在接觸的瞬間，會導致發動機的負載迅速增大，這要求發動機能夠在短時間內將轉速提升至較高數值水平，但顯然轉速的提升需要一定時間，而無法在短時間內完成，從而造成發動機的動力滯後，還會冒黑煙，汙染環境、浪費燃料。因此，可以通過對挖掘機是否將要進行挖掘動作進行預判，從而在合適的時間對發動機進行提前提速，並在鏟鬥702與挖掘對象704接觸前，將發動機的轉速提升至較高轉速，獲得對應的動力，達到較好的動力響應特性。本實施例的具體方式如下由安裝在動臂上的測距測角裝置706測量該測距測角裝置706與挖掘對象704上會被鏟鬥702接觸到的部分之間的第一高度708(記為Ill)，以及測量鬥杆與水平面之間的夾角710 (記為0 D，由於測距測角裝置706與鏟鬥702上接觸到挖掘對象704的部分的距離是固定的，且在該測距測角裝置706被安裝後即可得知為第一距離711 (記為I1)，則顯然可以得到弟~■聞度712 (記為h2)的長度為h2 = I1Sin 9 10由此可以得到，鏟鬥702與挖掘對象704之間的距離為測量高度714(記為Ah) 為Ah = Iifh2 = Ii1-I1Sineit5將測量高度714傳送至控制裝置724中進行處理。首先，可以對得到的測量高度716進行濾波消噪處理，使得數據更加準確。然後，將測量高度714與預設閾值進行比較，若測量高度714達到預設閾值時，則判定挖掘機將要進行挖掘動作，並由控制裝置716向發動機的轉速控制裝置發送調速命令，使鏟鬥702與挖掘對象704接觸之前，令發動機的轉速達到預設轉速。圖8示出了根據本發明的實施例的用於提升挖掘機動力響應特性的示意圖。如圖8所示，在本實施例中，通過安裝在鬥杆806上的第一角度傳感器808和安裝在動臂812上的第二角度傳感器814，來對挖掘機的工作意圖進行判斷，使其是否將要進行挖掘動作。由於挖掘機在不進行挖掘動作時，發動機處於空載狀態，為了節約資源，會將發動機的轉速降低，從而使得挖掘機在進行下一次挖掘動作時，在鏟鬥802與挖掘對象804接觸時，尤其是在接觸的瞬間，會導致發動機的負載迅速增大，這要求發動機能夠在短時間內將轉速提升至較高數值水平，但顯然轉速的提升需要一定時間，而無法在短時間內完成，從而造成發動機的動力滯後，還會冒黑煙，汙染環境、浪費燃料。因此，可以通過對挖掘機是否將要進行挖掘動作進行預判，從而在合適的時間對發動機進行提前提速，並在鏟鬥802與挖掘對象804接觸前，將發動機的轉速提升至較高轉速，獲得對應的動力，達到較好的動力響
18應特性。本實施例的具體方式如下通過安裝在鬥杆806上的第一角度傳感器808，測量得到鬥杆806與水平面之間的第一夾角810 ;通過安裝在動臂812上的第二角度傳感器814，測量得到動臂812與水平面之間的第二夾角816。對第一夾角810和第二夾角816進行實時連續測量，並由此得出對應的第一夾角 810的變化曲線和第二夾角816的變化曲線。由於挖掘機在進行挖掘動作時，對應的第一夾角810和第二夾角816都會按照一定的規律進行變化，也就是可以事先存儲預設曲線，然後將實時測量得到的第一夾角810的變化曲線和第二夾角816的變化曲線與對應的預設曲線進行比較，若相匹配，則判定為挖掘機將要進行挖掘動作，並由控制裝置818向發動機的轉速控制裝置發送調速命令，使鏟鬥802與挖掘對象804接觸之前，令發動機的轉速達到預設轉速。圖9示出了根據本發明的實施例的用於提升挖掘機動力響應特性的示意圖。如圖9所示，在本實施例中，通過安裝在鬥杆903上的第一角度傳感器906和安裝在動臂910上的第二角度傳感器914，來對挖掘機的工作意圖進行判斷，使其是否將要進行挖掘動作。由於挖掘機在不進行挖掘動作時，發動機處於空載狀態，為了節約資源，會將發動機的轉速降低，從而使得挖掘機在進行下一次挖掘動作時，在鏟鬥902與挖掘對象904接觸時，尤其是在接觸的瞬間，會導致發動機的負載迅速增大，這要求發動機能夠在短時間內將轉速提升至較高數值水平，但顯然轉速的提升需要一定時間，而無法在短時間內完成，從而造成發動機的動力滯後，還會冒黑煙，汙染環境、浪費燃料。因此，可以通過對挖掘機是否將要進行挖掘動作進行預判，從而在合適的時間對發動機進行提前提速，並在鏟鬥902與挖掘對象904接觸前，將發動機的轉速提升至較高轉速，獲得對應的動力，達到較好的動力響應特性。本實施例的具體方式如下通過安裝在鬥杆903上的第一角度傳感器906，對鬥杆903與水平面之間的第一角度908(記為S1)進行測量，而根據挖掘機的型號，其鬥杆903的長度為已知數據第一長度 905 (記為I1);通過安裝在動臂910上的第二角度傳感器914，對動臂910與水平面之間的第二角度916(記為02)進行測量，而根據挖掘機的型號，其動臂910的長度為已知數據第二長度912 (記為I2)，再加上第二角度傳感器914至挖掘機履帶所在水平面之間的距離也是已知且不變的第一高度918 (記為Ii1)，則第一角度傳感器906與挖掘機履帶所處水平面之間的距離為第二高度920 (記為h2)，可以計算得到h2 = I2Sin 0 2-lisin 9 ^h10由此計算公式可見，第二高度920在第一角度傳感器906位於挖掘機履帶所在水平面之上的時候，為正數，在第一角度傳感器906位於挖掘機履帶所在水平面之下的時候，為負數，而在第一角度傳感器906位於挖掘機履帶所在水平面處的時候，為O。由控制裝置926對第一角度908和第二角度916的數據進行實時獲取和計算，得到實時連續的第二高度920，並由第二高度920的大小變化和變化速度，得知第一角度傳感器906 (以及鏟鬥902)在垂直方向上的運動方向和運動速度。由第二高度920的數值性質， 可知第一角度傳感器906的運動速度在運動方向為向上時為負數，在運動方向為向下時為正數。這裡由於鏟鬥902需要接觸到挖掘對象904，可能不適合將第一角度傳感器906安裝在鏟鬥902上，因而將第一角度傳感器906安裝在鬥杆903上，而這其中產生的誤差，可以由下面將要介紹到的自學習策略進行校正。本實施例體現出了挖掘機在一次作業過程中的自學習能力，具體體現在在完成一次挖掘動作後，記錄鏟鬥902接觸到挖掘對象904時的第二高度920的數值，並將其作為歷史測量高度(記為h2T)進行存儲。在將要進行下一次挖掘動作時，利用存儲的歷史測量高度生成高度閾值(記為 ^^，這裡的/^=^ +Z，其中，X為對應於發動機的加速時間和鏟鬥902在挖掘動作中的運動速度的校正值，其中，發動機的加速時間與挖掘機的型號相關，而鏟鬥902的運動速度可以通過計算得到，因而可以在每次進行挖掘動作時，得到本次挖掘動作應該使用的高度閾值。當第二高度902達到高度閾值、且鏟鬥902的運動方向為向下時，則可以判定為挖掘機將要進行挖掘動作，並由控制裝置926向發動機的轉速控制裝置發送調速命令，使鏟鬥902與挖掘對象904接觸之前，令發動機的轉速達到預設轉速。圖10示出了根據本發明的實施例的操作臺的示意圖。如圖10所示，為根據本發明的一個實施例下的操作臺1000。由於挖掘機在不進行挖掘動作時，發動機處於空載狀態，為了節約資源，會將發動機的轉速降低，從而使得挖掘機在進行下一次挖掘動作時，在鏟鬥與挖掘對象接觸時，尤其是在接觸的瞬間，會導致發動機的負載迅速增大，這要求發動機能夠在短時間內將轉速提升至較高數值水平，但顯然轉速的提升需要一定時間，而無法在短時間內完成，從而造成發動機的動力滯後，還會冒黑煙，汙染環境、浪費燃料。因此，可以通過對挖掘機是否將要進行挖掘動作進行預判，從而在合適的時間對發動機進行提前提速，並在鏟鬥與挖掘對象接觸前，將發動機的轉速提升至較高轉速，獲得對應的動力，達到較好的動力響應特性。本實施例的具體方式如下由於挖掘動作的執行，是由用戶的操作動作下完成的，因而可以由用戶自行判斷是否將要進行操作動作，從而進行下一次挖掘動作。則可以在用戶進行操作的操作臺1000 上，添加一個調速按鈕1002，使得用戶在希望進行挖掘動作前，按下調速按鈕1002，使得挖掘機的發動機可以在鏟鬥接觸到挖掘對象之前，將轉速提升至較高水平，順利完成挖掘動作。當然，顯然也可以按照預設轉速的不同，添加多個按鈕，則用戶可以根據進行工作的環境，如挖掘對象的性質的不同，以及工作方式的不同，自行選擇使用何種轉速作為預設的目標轉速，使發動機在達到該轉速後，能夠順利完成本次挖掘動作，且不會由於使用了本不需要的高轉速而導致了燃料的浪費。圖11示出了根據本發明的實施例的操作杆的示意圖。如圖11所示，為根據本發明的一個實施例的操作杆1100。由於挖掘機在不進行挖掘動作時，發動機處於空載狀態，為了節約資源，會將發動機的轉速降低，從而使得挖掘機在進行下一次挖掘動作時，在鏟鬥與挖掘對象接觸時，尤其是在接觸的瞬間，會導致發動機的負載迅速增大，這要求發動機能夠在短時間內將轉速提升至較高數值水平，但顯然轉速的提升需要一定時間，而無法在短時間內完成，從而造成發動機的動力滯後，還會冒黑煙，汙染環境、浪費燃料。因此，可以通過對挖掘機是否將要進行挖掘動作進行預判，從而在合適的時間對發動機進行提前提速，並在鏟鬥與挖掘對象接觸前，將發動機的轉速提升至較高轉速，獲得對應的動力，達到較好的動力響應特性。
本實施例的具體方式如下
由於挖掘動作的執行，是由用戶的操作動作下完成的，因而可以由用戶自行判斷是否將要進行操作動作，從而進行下一次挖掘動作。則可以在用戶進行操作的操作杆1100 上，添加一個調速按鈕1002，使得用戶在希望進行挖掘動作前，按下調速按鈕1002，使得挖掘機的發動機可以在鏟鬥接觸到挖掘對象之前，將轉速提升至較高水平，順利完成挖掘動作。
當然，顯然也可以按照預設轉速的不同，添加多個按鈕，則用戶可以根據進行工作的環境，如挖掘對象的性質的不同，以及工作方式的不同，自行選擇使用何種轉速作為預設的目標轉速，使發動機在達到該轉速後，能夠順利完成本次挖掘動作，且不會由於使用了本不需要的高轉速而導致了燃料的浪費。
以上結合附圖詳細說明了本發明的技術方案，考慮到開始挖掘時負載突然增加， 發動機轉速需要由低向高突變，而發動機本身的固有特性決定了其轉速無法很快提升，此時，發動機表現出動力響應滯後，降低工作效率，浪費燃料，汙染環境。因此，本發明提供了一種用於提升挖掘機動力響應特性的系統和一種用於提升挖掘機動力響應特性的方法，可以在挖掘機的鏟鬥接觸到挖掘對象前，判斷出挖掘機的意圖，並提前將發動機的轉速進行調節，避免由於發動機轉速過低導致的動力響應滯後、冒黑煙等，從而加快工作效率，延長挖掘機的使用壽命，節約資源、保護環境。
以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種用於提升挖掘機動力響應特性的系統，其特徵在於，包括控制裝置(102)，判斷挖掘機是否將要進行挖掘動作，若是，則發出提速命令；通信裝置(104)，將來自所述控制裝置(102)的所述提速命令發送至發動機ECU，使所述挖掘機中的發動機在所述發動機ECU的控制下，轉速被調節至預設轉速。
2.根據權利要求I所述的用於提升挖掘機動力響應特性的系統，其特徵在於，所述控制裝置(102)具體包括測距儀(1020)，實時採集所述鏟鬥與挖掘對象之間的測量距離；距離比較單元(1022)，接收來自所述測距儀(1020)的所述測量距離，在所述測量距離達到預設的距離閾值的情況下，確認所述挖掘機將要進行挖掘動作。
3.根據權利要求2所述的用於提升挖掘機動力響應特性的系統，其特徵在於，所述控制裝置(102)還包括速度獲取單元(1024)，根據來自所述測距儀(1020)的所述測量距離，獲取所述鏟鬥的移動方向和移動速度，在所述移動方向為預設方向且所述移動速度位於預設的速度範圍的情況下，確認所述挖掘機將要進行挖掘動作。
4.根據權利要求2或3所述的用於提升挖掘機動力響應特性的系統，其特徵在於，所述測距儀(1020)包括以下之一或其組合超聲波測距儀、雷達測距儀和/或雷射測距儀。
5.根據權利要求I所述的用於提升挖掘機動力響應特性的系統，其特徵在於，所述控制裝置(102)還包括絕對角度傳感器(1026)，實時採集所述挖掘機的動臂與水平面或垂直面之間的第一夾角，以及實時採集所述挖掘機的鬥杆與水平面或垂直面之間的第二夾角；絕對角度比較單元(1028A)，將來自所述絕對角度傳感器(1026)的所述第一夾角的第一變化軌跡與第一預設變化軌跡進行比較、以及將所述第二夾角的第二變化軌跡與第二預設變化軌跡進行比較，在所述第一變化軌跡與所述第一預設變化軌跡相匹配、且所述第二變化軌跡與所述第二預設變化軌跡相匹配的情況下，確認所述挖掘機將要進行挖掘動作。
6.根據權利要求I所述的用於提升挖掘機動力響應特性的系統，其特徵在於，所述控制裝置(102)還包括相對角度傳感器(1027)，實時採集所述動臂與所述挖掘機的轉臺之間的第三夾角，以及實時採集所述鬥杆與所述動臂之間的第四夾角；相對角度比較單元(1028B)，將來自所述相對角度傳感器(1027)的所述第三夾角的第三變化軌跡與第三預設變化軌跡進行比較、以及將所述第四夾角的第四變化軌跡與第四預設變化軌跡進行比較，在所述第三變化軌跡與所述第三預設變化軌跡相匹配、且所述第四變化軌跡與所述第四預設變化軌跡相匹配的情況下，確認所述挖掘機將要進行挖掘動作。
7.根據權利要求2、3、5或6所述的用於提升挖掘機動力響應特性的系統，其特徵在於， 還包括預處理裝置(106)，對採集到的數據信號進行預處理，其中，所述採集到的數據信號包括來自所述測距儀(1020)的所述測量距離、來自所述絕對角度傳感器(1026)的所述第一夾角和/或所述第二夾角、來自所述相對角度傳感器(1027)的所述第三夾角和/或所述第四夾角。
8.根據權利要求I所述的用於提升挖掘機動力響應特性的系統，其特徵在於，所述控制裝置(102)還包括操作接收單元(1029)，在感應到用戶的操作動作的情況下，確認所述挖掘機將要進行挖掘動作。
9.根據權利要求1、2、3、5、6或8中任一項所述的用於提升挖掘機動力響應特性的系統，其特徵在於，還包括設置裝置(108)，根據來自所述用戶的設置指令，設置所述預設轉速的數值。
10.一種挖掘機，其特徵在於，包括如權利要求I至9中任一項所述的用於提升挖掘機動力響應特性的系統。
11.一種用於提升挖掘機動力響應特性的方法，其特徵在於，包括步驟302，判斷挖掘機是否將要進行挖掘動作；步驟304，若判斷結果為是，則將所述挖掘機中的發動機的轉速調整至預設轉速。
12.根據權利要求11所述的用於提升挖掘機動力響應特性的方法，其特徵在於，所述步驟302具體包括實時採集所述鏟鬥與挖掘對象之間的測量距離，在所述測量距離達到預設的距離閾值時，確認所述挖掘機將要進行挖掘動作。
13.根據權利要求12所述的用於提升挖掘機動力響應特性的方法，其特徵在於，還包括根據採集到的所述測量距離，計算所述鏟鬥的移動方向和移動速度，在所述移動方向為預設方向且所述移動速度位於預設的速度範圍時，確認所述挖掘機將要進行挖掘動作。
14.根據權利要求11所述的用於提升挖掘機動力響應特性的方法，其特徵在於，所述步驟302還包括實時採集所述挖掘機的動臂與水平面或垂直面之間的第一夾角，以及實時採集所述挖掘機的鬥杆與水平面或垂直面之間的第二夾角；將所述第一夾角的第一變化軌跡與第一預設變化軌跡進行比較、以及將所述第二夾角的第二變化軌跡與第二預設變化軌跡進行比較，在所述第一變化軌跡與所述第一預設變化軌跡相匹配、且所述第二變化軌跡與所述第二預設變化軌跡相匹配時，確認所述挖掘機將要進行挖掘動作。
15.根據權利要求11所述的用於提升挖掘機動力響應特性的方法，其特徵在於，所述步驟302還包括實時採集所述動臂與所述挖掘機的轉臺之間的第三夾角，以及實時採集所述鬥杆與所述動臂之間的第四夾角；以及將所述第三夾角的第三變化軌跡與第三預設變化軌跡進行比較、以及將所述第四夾角的第四變化軌跡與第四預設變化軌跡進行比較，在所述第三變化軌跡與所述第三預設變化軌跡相匹配、且所述第四變化軌跡與所述第四預設變化軌跡相匹配時，確認所述挖掘機將要進行挖掘動作。
16.根據權利要求12至15中任一項所述的用於提升挖掘機動力響應特性的方法，其特徵在於，還包括對採集到的數據信號進行預處理，其中，所述採集到的數據信號包括所述測量距離、所述第一夾角和/或所述第二夾角、所述第三夾角和/或所述第四夾角。
17.根據權利要求11所述的用於提升挖掘機動力響應特性的方法，其特徵在於，所述步驟302還包括在感應到用戶的操作動作時，確認所述挖掘機將要進行挖掘動作。
18.根據權利要求11、12、13、14、15或17中任一項所述的用於提升挖掘機動力響應特性的方法，其特徵在於，還包括根據來自所述用戶的設置指令，設置所述預設轉速的數值。
全文摘要
本發明提供了一種用於提升挖掘機動力響應特性的系統，包括控制裝置，判斷挖掘機是否將要進行挖掘動作，若是，則發出提速命令；通信裝置，將來自控制裝置的提速命令發送至發動機ECU，使所述挖掘機中的發動機在所述發動機ECU的控制下，轉速被調節至預設轉速。相應地，本發明還提出了一種挖掘機和一種用於提升挖掘機動力響應特性的方法。通過本發明的技術方案，可以在挖掘機的鏟鬥接觸到挖掘對象前，判斷出挖掘機的意圖，並提前對發動機的轉速進行調節，避免由於發動機轉速過低導致的動力響應滯後、冒黑煙等問題，從而加快工作效率，增強挖掘機操作性能，延長挖掘機的使用壽命，節約資源、保護環境。
文檔編號E02F3/43GK102535556SQ20121000423
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月9日 優先權日2012年1月9日
發明者孫普, 閻智慧 申請人:三一重工股份有限公司