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原文传递挖掘机控制方法、系统、挖掘机和存储介质

专利名称：	挖掘机控制方法、系统、挖掘机和存储介质
摘要：	本公开提出一种挖掘机控制方法、系统、挖掘机和存储介质，涉及挖掘机技术领域。本公开的一种挖掘机控制方法，包括：控制回转电机、行走电机和液压泵电机的工作状态，其中，回转电机的工作状态包括能量回收状态，回转电机与减速器相连，为电动挖掘机上车体的回转功能提供动力，行走电机位于电动挖掘机的下车体，为电动挖掘机的行走和转向提供动力，液压泵电机与液压泵相连，为液压泵提供动力；根据电池的剩余电量管理挖掘机的能量消耗、能量回收、充电中的至少一项。
专利类型：	发明专利
申请人：	江苏徐工工程机械研究院有限公司;徐州徐工挖掘机械有限公司
发明人：	张忠亮;李团团;董玉忠;何广凯
专利状态：	有效
申请日期：	2023-09-21T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-10T00:00:00+0800
申请号：	CN202311230028.X
公开号：	CN117027101A
代理机构：	中国贸促会专利商标事务所有限公司
代理人：	曹蓓
分类号：	E02F9/20;E02F9/22;E;E02;E02F;E02F9;E02F9/20;E02F9/22
申请人地址：	221004 江苏省徐州市经济技术开发区驮蓝山路26号;
主权项：	1.一种挖掘机控制方法，包括：控制回转电机、行走电机和液压泵电机的工作状态，其中，所述回转电机的工作状态包括能量回收状态，所述回转电机与减速器相连，为电动挖掘机上车体的回转功能提供动力，所述行走电机位于电动挖掘机的下车体，为电动挖掘机的行走和转向提供动力，所述液压泵电机与所述液压泵相连，为液压泵提供动力；根据电池的剩余电量管理挖掘机的能量消耗、能量回收、充电中的至少一项。 2.根据权利要求1所述的方法，其中，控制回转电机的工作状态包括：在回转机构处于水平面的情况下，基于模糊控制方法控制所述回转电机的转速值；在所述回转机构处于倾斜面的情况下，根据所述回转机构在倾斜面处于的状态控制所述回转电机的转速值，其中，所述转速值包括转速大小和转速方向。 3.根据权利要求1所述的方法，其中，控制行走电机的工作状态包括：根据行走操作装置的开度值确定所述行走电机的转速值，其中，所述行走电机直驱挖掘机行走；根据所述转速值向所述行走电机发送控制指令。 4.根据权利要求3所述的方法，其中，控制行走电机的工作状态还包括：根据行走操作装置的开度值的变化率向所述行走电机发送恒转速指令。 5.根据权利要求1所述的方法，其中，控制液压泵电机的工作状态包括：确定液压负载，根据液压负载与液压泵电机转速的对应关系，确定液压泵电机的目标转速；根据所述液压泵电机的目标转速控制所述液压泵电机趋近于所述液压泵电机的目标转速。 6.根据权利要求1所述的方法，其中，根据电池的剩余电量管理挖掘机的能量消耗、能量回收、充电中的至少一项包括以下至少一项：根据电池的剩余电量，确定能够开启的功能或禁止启用的功能中的至少一项，所述功能包括驾驶室热管理功能、液压系统热管理功能、行走功能、电驱功能和电动回转功能；根据电池的剩余电量控制开启或关闭电动回转系统或行走系统中至少一项进行能量回收；根据所述需求功率和电池的剩余电量确定充电系统的工作模式，所述充电系统的工作模式包括：纯电模式、工业电网与电池系统的混合驱动模式、工业电网单独驱动模式、工业电网单独驱动并为电池系统充电模式、能量回收模式和能量耗散模式。 7.根据权利要求2所述的方法，其中，所述挖掘机整车控制器控制回转电机的工作状态包括以下至少一项：在回转机构处于水平面的情况下，若回转机构的回转速度大于第一安全阈值或回转手柄的开度减小，则向所述回转电机发送再生制动指令，以便所述回转电机切换为能量回收状态；在所述回转机构处于倾斜面的情况下，若所述回转电机回馈的转速方向与所述回转手柄的开度的方向相同，则所述回转电机处于能量回收状态，其中，在所述能量回收状态下，所述回转电机产生电能并存储至电池系统。 8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述基于模糊控制方法控制所述回转电机的转速值还包括：实时确定所述回转手柄的开度值和开度值的变化率标识；基于所述模糊控制法确定的开度值的模糊子集、开度值的变化率标识的模糊子集与回转电机的转速之间的关系，确定所述回转电机的目标转速值；控制所述回转电机以所述目标转速值转动。 9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述回转手柄处于中位的情况下，所述开度值为第一值，电动回转系统静止；所述回转手柄从中位向预定指定方向运动的情况下，电动回转系统进行顺时针回转操作，所述开度值为第二值；所述回转手柄从中位向所述预定指定方向的相反方向运动的情况下，电动回转系统进行逆时针回转操作，所述开度值为第三值；在所述回转手柄开度不变的情况下，所述开度值的变化率标识为第四值；在所述回转手柄的开度以最大速度变化的情况下，所述开度值的变化率标识为第五值。 10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，所述基于模糊控制方法控制所述回转电机的转速值还包括：根据所述回转电机的实际电机转速确定对应的回转机构回转速度；若所述回转机构的回转速度大于第二安全阈值，所述再生制动指令发出后的时间长度超过预定时间阈值，且所述回转电机的转速不变或升高，则启动安全装置以降低所述回转速度；若所述回转操作装置中的制动器开关开启，则控制所述安全装置缩紧所述回转电机，并向所述回转电机发送转速归0指令；若所述回转操作装置中的制动器开关关闭，则控制所述安全装置释放所述回转电机。 11.根据权利要求7所述的方法，其中，所述根据所述回转机构在倾斜面处于的状态控制所述回转电机的转速值包括：若所述回转机构在所述倾斜面上处于静止状态，则接收所述回转电机回馈的电机转速，并确定所述回转操作装置是否存在输入；若所述回转操作装置无输入，则向所述回转电机发送与回馈的电机转速方向相反的转速值；若所述回转操作装置存在输入，则根据所述回转操作装置的输入信号进行回转控制。 12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述根据所述回转机构在倾斜面处于的状态控制所述回转电机的转速值还包括：若所述回转机构在所述倾斜面上保持静止状态，且向所述回转电机发送与回馈的电机转速方向相反的转速值后，未收到所述回转操作装置输入的持续时间长度超过第三安全阈值，则控制所述安全装置缩紧所述回转电机，并向所述回转电机发送转速归0指令；若所述回转操作装置中的制动器开关开启，则控制所述安全装置缩紧所述回转电机，并向所述回转电机发送转速归0指令；若所述回转操作装置中的制动器开关关闭，则控制所述安全装置释放所述回转电机。 13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述根据所述回转机构在倾斜面处于的状态控制所述回转电机的转速值还包括：若所述回转机构在所述倾斜面上处于下降回转状态或上升回转状态，则实时确定所述回转手柄的开度值和开度值的变化率标识；基于所述模糊控制法确定的开度值的模糊子集、开度值的变化率标识的模糊子集与回转电机的转速之间的关系，确定所述回转电机的目标转速值，其中，若所述回转机构处于下降回转状态，则所述目标转速值的转速方向与回转手柄的开度方向相同，若所述回转机构处于上升回转状态，则所述目标转速值的转速方向与回转手柄的开度方向相反；控制所述回转电机以所述目标转速值转动。 14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述在所述回转机构处于倾斜面的情况下，根据所述回转机构在倾斜面处于的状态控制所述回转电机的转速值还包括：根据所述回转电机的实际电机转速确定对应的回转机构回转速度；若所述回转机构的回转速度大于第四安全阈值，所述再生制动指令发出后的时间长度超过预定时间阈值，且所述回转电机的转速不变或升高，则启动安全装置以降低所述回转速度；若所述回转操作装置中的制动器开关开启，则控制所述安全装置缩紧所述回转电机，并向所述回转电机发送转速归0指令。 15.根据权利要求7所述的方法，其中，所述在所述回转机构处于倾斜面的情况下，根据所述回转机构在倾斜面处于的状态控制所述回转电机的转速值还包括以下至少一项：在回转电机回馈的转速方向与所述回转手柄开度方向相反的情况下，确定回转机构从静止状态切换为上升回转状态；在所述回转电机回馈的转速方向与所述回转手柄开度方向相同的情况下，确定回转机构从静止状态切换为下降回转状态；在所述回转机构的回转速度大于设定上升回转速度阈值，回转手柄的开度大于设定手柄开度阈值，且回转电机回馈的转速方向与所述回转手柄的开度方向相同的情况下，确定回转机构从上升回转状态切换为下降回转状态；在所述回转机构的回转速度小于设定下降回转速度阈值，回转手柄的开度大于设定手柄开度阈值，且回转电机回馈的转速方向与所述回转手柄的开度方向相反的情况下，确定回转机构从下降回转状态切换为上升回转状态。 16.根据权利要求3或4所述的方法，其中，所述根据行走操作装置的开度值确定所述行走电机的转速值包括：根据第一行走操作装置的开度值与第二行走操作装置的开度值的组合，确定转速方向，所述转速方向包括静止、前进、后退、前进方向左转向、前进方向右转向、后退方向左转向和后退方向右转向；根据所述第一行走操作装置的开度值确定第一行走电机的转速大小，根据所述第二行走操作装置的开度值确定第二行走电机的转速大小，其中，所述转速值包括转速大小和转速方向。 17.根据权利要求4所述的方法，其中，控制行走电机的工作状态还包括：在所述行走操作装置的开度值的变化率为0的情况下，若挖掘机处于前进状态，则向所述行走电机发送第一方向的恒转速指令；若所述挖掘机处于后退状态，则向所述行走电机发送第二方向的恒转速指令。 18.根据权利要求5所述的方法，其中，所述确定液压负载，根据液压负载与液压泵电机转速的对应关系，确定液压泵电机的目标转速包括：根据压力传感器输出的压力值确定液压负载，其中，所述压力传感器安装在液压泵的输出端；根据所述液压负载处于的压力区间，确定对应的理想转速，其中，所述理想转速为根据压力区间与转速区间的对应关系，在压力区间对应的压力区间内通过聚类操作确定；根据所述理想转速和转速误差，确定所述液压泵电机的目标转速。 19.根据权利要求5所述的方法，其中，所述根据所述液压泵电机的目标转速控制所述液压泵电机趋近于所述液压泵电机的目标转速包括：根据所述液压泵电机的目标转速向所述液压泵电机发送控制信号；基于模糊控制方法，根据所述理想转速和所述液压泵电机的实际转速的转速偏差、所述液压负载，确定所述液压泵电机的转速增益；根据所述转速增益实时调整向所述液压泵电机发送的控制信号，以便控制所述液压泵电机趋近于所述液压泵电机的目标转速。 20.根据权利要求18所述的方法，其中，所述确定液压负载，根据液压负载与液压泵电机转速的对应关系，确定液压泵电机的目标转速还包括：在所述液压负载在预定时间长度内的变化值小于预定怠速压力阈值，且未收到操作指令的情况下，确定所述液压泵电机的目标转速为预定怠速转速；在满足所述液压负载在预定时间长度内的变化值大于等于所述预定怠速压力阈值，或收到操作指令中至少一项的情况下，执行所述根据所述液压负载处于的压力区间，确定对应的理想转速的操作。 21.根据权利要求6所述的方法，其中，根据电池的剩余电量管理挖掘机的能量消耗包括：在所述电池的剩余电量大于等于第一电量阈值的情况下，允许开启的功能包括驾驶室热管理功能、液压系统热管理功能、行走功能、电驱功能和电动回转功能；在所述电池的剩余电量大于等于第二电量阈值，且小于所述第一电量阈值的情况下，所述允许开启的功能包括液压系统热管理功能、行走功能、电驱功能和电动回转功能，所述禁止启用的功能包括驾驶室热管理功能；在所述电池的剩余电量小于所述第二电量阈值的情况下，所述允许开启的功能包括行走功能，以及电动回转功能中除将所述驾驶室调整为前进方向以外的功能，所述禁止启用的功能包括电动回转功能中将所述驾驶室调整为前进方向的功能、驾驶室热管理功能、液压系统热管理功能、和电驱功能。 22.根据权利要求21所述的方法，其中，根据电池的剩余电量管理挖掘机的能量回收包括：在所述回转电机的转速控制指令为预定第一值、所述回转电机反馈的转速值的绝对值大于预定第一能量回收阈值、且电池的剩余电量小于第三电量阈值的情况下，控制电动回转系统进行能量回收；在所述行走电机的转速控制指令为预定第二值、所述行走电机反馈的转速值的绝对值大于预定第二能量回收阈值、且电池的剩余电量小于第四电量阈值的情况下，控制行走系统进行能量回收。 23.根据权利要求6所述的方法，其中，根据电池的剩余电量管理挖掘机的充电包括：在所述剩余电量位于预定电量上限与预定电量下限之间的情况下，若所述需求功率大于工业电网的限制功率，则所述工作模式为所述混合驱动模式，其中，所述混合驱动模式下，工业电网以最优效率输出，电池系统补充；若所述需求功率大于0且小于所述工业电网的限制功率，且所述剩余电量小于下限滞回值，则所述工作模式为所述工业电网单独驱动并为电池系统充电模式；若所述需求功率大于0且小于所述工业电网的限制功率，所述剩余电量大于下限滞回值，且所述需求功率小于电池系统的限制功率，则所述工作模式为纯电模式；若所述需求大于0且小于所述工业电网的限制功率，所述剩余电量大于下限滞回值，且所述需求功率大于电池系统的限制功率，则所述工作模式为所述混合驱动模式；若所述需求小于等于0，且所述剩余电量小于上限滞回值，则所述工作模式为所述能量回收模式；若所述需求小于等于0，且所述剩余电量大于等于上限滞回值，则所述工作模式为能量耗散模式。 24.根据权利要求6所述的方法，其中，根据电池的剩余电量管理挖掘机的充电包括：若所述需求功率小于工业电网的限制功率，则确定所述工作模式为所述工业电网单独驱动并为电池系统充电模式；若所述需求功率大于所述工业电网的限制功率，则确定所述工作模式为所述工业电网单独驱动模式。 25.一种挖掘机控制系统，包括：电动回转控制器，被配置为控制回转电机的工作状态，其中，所述回转电机的工作状态包括能量回收状态，所述回转电机与减速器相连，为电动挖掘机上车体的回转功能提供动力；行走控制器，被配置为控制行走电机的工作状态，其中，所述行走电机位于电动挖掘机的下车体，为电动挖掘机的行走和转向提供动力；电驱液压控制器，被配置为控制液压泵电机的工作状态，其中，所述液压泵电机与所述液压泵相连，为液压泵提供动力；和能量管理控制器，被配置为根据电池的剩余电量管理挖掘机的能量消耗、能量回收、充电中的至少一项。 26.根据权利要求25所述的系统，还包括：整车控制器，与所述电动回转控制器、行走控制器、电驱液压控制器、能量管理控制器，以及电池系统、压力传感器和液压系统的操作机构电连，被配置为解析操作指令、监控整车状态和发送整车控制指令。 27.一种挖掘机控制系统，包括：存储器；以及耦接至所述存储器的处理器，所述处理器被配置为基于存储在所述存储器的指令执行如权利要求1至24任一项所述的方法。 28.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，该指令被处理器执行时实现权利要求1至24任意一项所述的方法的步骤。 29.一种挖掘机，包括：电动回转系统，被配置为执行挖掘机的上车体回转操作；行走系统，被配置为执行挖掘机的下车体的行走和转向操作；电驱液压系统，被配置为控制挖掘机的作业操作；电池系统，被配置为存储和提供电能；充电系统，被配置为执行为所述电池系统补充电能或为整机工作提供电能中的至少一项；和权利要求26-28任意一项所述的挖掘机控制系统。 30.根据权利要求28所述的挖掘机，其中，所述挖掘机符合以下至少一项：所述电动回转系统包括回转电机、安全装置和回转操作装置；所述行走系统包括行走电机和行走操作装置；所述电驱液压系统包括液压泵电机、液压泵、液压系统执行机构和液压系统操作装置。