一种装载机辅助操作控制系统

A Kind of Auxiliary Operation Control System of Wheel Loader

邱楚然  王苏东  马鹏鹏（徐工集团工程机械股份有限公司科技分公司，江苏 徐州 221001）摘要：为满足客户对装载机智能化、自动化的需求，提高装载机的作业效率，减轻驾驶员的劳动强度，根据装载机的工作特点、操作方式，对装载机的辅助操作控制系统进行研究，设计开发一种装载机辅助操作控制系统。该系统实现了装载机辅助换挡、一键举升、自动放平、缓冲、微动等功能，极大地简化驾驶员操作。关键词：辅助换挡；辅助铲装；微动；缓冲A中图分类号：TP271 文献标识码：1 前 言随着我国经济持续稳定的快速发展，人们的生活水平得到了极大的提高，年轻的驾驶员对装载机的舒适性、节能性以及智能化程度有更高的要求。为了减轻驾驶员的劳动强度，提高装载机的作业效率，简化操作技巧，增强产品竞争力，本文对装载机的自动化和智能化控制技术进行了研究[1]。根据轮式装载机的工况特点和操作方式，辅助操作控制系统满足以下要求：1） 操纵手柄集成了FNR功能按钮和KD档功能按钮，将换挡功能集成到操作手柄上，实现单手快速操作，降低劳动强度；2）能够实现动臂和铲斗的自动定位功能；3）能够实现动臂启动、停止或接近限位时动作缓冲减速，防止冲击，避免产生剧烈振动；4）能够实现铲斗或者多功能机具的平动举升，保持工作装置底部与地面平行，平稳上升；5）能够实现工作装置在卸料后自动复位；6）能够实现工作装置的高精度微动功能。手柄有任意一个手柄在N档时，另外一个手柄起作用，当两个手柄同时拨到同一方向档位时，换挡失效（除空档外），当两个手柄同时拨到两个档位时（除空档外），换挡失效。同时，考虑装载机在V型作业过程中频繁更换速度档，如全程用左手换挡手柄操纵，会极大的影响工作效率而且劳动强度大[3]。为方便驾驶员铲装过程中快速切换档位，操纵手柄上集成KD按键，当装载机行驶至料堆面前需要进行铲装时，按下KD档按钮，可将前进二档切换为前进一档，增大整机扭矩，更好的实现铲装。CAN薄膜按键变速箱换挡手柄操纵手柄集成FNR开关KD按钮辅助铲装控制模块角度传感器（摇臂）角度传感器（动臂）辅助换档控制模块变速箱多路阀油缸2 辅助控制系统总体方案根据装载机上述功能要求，按照模块化的设计原则，控制系统采用基于分布式体系结构，其控制方案如图1所示。采用CAN总线分布式系统，简化了线路的连接，具有实时性、高可靠性，实现了控制系统的数字化、模块化，并保持了系统的扩展性，为装载机无人化、智能化控制功能的实现奠定了基础[2]。如图1所示，控制系统从功能上主要分为2个模块：辅助换挡控制模块、辅助铲装控制模块，分别由整车控制器VCU和工作装置控制器HCU完成。电液比例手柄图1 控制系统总体方案

4 辅助铲装控制系统模块辅助铲装控制集成Auto限位、缓冲、微动、平动举升、自动放平功能，在工作装置动臂铰点、摇臂铰点安装角度传感器，同时配套CAN薄膜开关和电液比例手柄通过CAN总线连接HCU， HCU中搭建装载机六连杆系统模型计算匹配，输出给电控多路阀，实现辅助铲装过程的控制。（一）动臂和铲斗的自动定位功能3 辅助换挡控制系统模块操纵手柄上集成FNR开关按钮，FNR开关按钮控制前进档F、空档N和后退档R，与换挡手柄通过整车控制器逻辑实现快速辅助换挡功能。具体为，换挡手柄与FNR当操作手柄时，通过动臂和摇臂铰接位置的角度传感器，传递信号给HCU，通过触发AUTO定位开关实现工作装置自动定位功能，具体操作如下：（1）动臂定位：动臂定位通过动臂角度传感器输入对

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信息化当前动臂角度记忆，若动臂处于水平位上端，如图3所示，触发动臂AUTO定位开关，仅当动臂低于该位置时，拉动臂手柄至自动触发位（见图4）后瞬间松开手柄，执行动臂举升动作，则动臂自动举升停在设定位置上，同时动臂自动举升功能取消；若动臂处于水平位下端，如图3所示，触发动臂AUTO定位开关，仅当动臂高于该位置时，推动臂手柄至自动触发位（见图4）后瞬间松开手柄，执行动臂下降动作，动臂自动下降到设定位置上，同时动臂自动下降功能取消。

智能化员在铲装过程中，卸料完成后按下一键自动放平按键后瞬间松开，则动臂和铲斗分别自动运动到设定位置，同时自动放平功能取消。（2）人工手动取消此功能。只需要再次人工手动操作动臂手柄或铲斗手柄，离开手柄中位，即完成功能取消。（三）工作装置高精度微控功能（1）在手柄工作极限位区间操作动臂手臂，则动臂的运动速度减缓，速度约为正常速度的一半；（2）在手柄工作极限位区间操作铲斗手臂，则铲斗的运动速度减缓，速度约为正常速度的一半；（3）操作微动开关，向无符号一端按下，功能取消。 （四）铲斗平动举升功能（1）手动操作铲斗手柄，使得铲斗运动到任意一个设定位置，停止操作铲斗手柄，按下平动举升开关，功能触发 ，则操作动臂手柄，执行动臂举升和下降，使得动臂运动到任何位置时，铲斗的姿态保持不变。（2） 操作平动举升开关，功能取消。（五）工作装置缓冲功能（1）操作动臂手柄在工作极限位和中位区间内操作举图2 工作装置电比例控制原理图

升和下降，则动臂在任意位停止该功能有效；（2）操作铲斗手柄在收工作极限位和中位区间内操作收铲斗，则铲斗在任意位停止该功能有效，翻铲斗无此功能；（3）操作动臂手柄推至自动触发位且保持，执行动臂下降动作，动臂下降进入浮动位，则缓冲功能失效； 5 结 论本文设计开发了一种装载机辅助操作控制系统，系统实现了装载机在铲装过程中对于档位和工作装置的辅助操控图3 工作装置轨迹示意图 图4 手柄运动轨迹示意图

功能，简化驾驶员操作，降低换挡劳动强度、提高驾驶人员的体验感和舒适度，同时降低对于新手驾驶员操纵技巧和熟（2）铲斗定位：铲斗定位通过摇臂角度传感器输入对当前铲斗的角度记忆，操作铲斗手柄，当铲斗运动到任意一个待设位置后，触发AUTO定位开关，则仅当铲斗执行翻铲斗动作且运动过待设位置后的任意位置，拉铲斗手柄至自动触发位（见图4）后瞬间松开手柄，执行收铲斗动作，如手柄运动轨迹示意图所示，则自动收铲斗停在设定位置上，同时自动收铲斗功能取消。（3）人工手动取消此功能。只需要再次人工手动操作动臂手柄，离开手柄中位，即完成功能取消。（二）铲斗自动放平功能（1）卸料后为方便驾驶员操作，设置铲斗一键自动放平功能，具体为手动操作动臂手柄到预设卸料高度，触发动臂AUTO定位开关，设定完成动臂卸料高度；手动操作铲斗手柄，当铲斗运动到水平位或者其他任意一个待设位置后，按下铲斗AUTO定位开关，设定完成收铲斗位置；当驾驶练程度要求。目前该功能已全面推向市场，经过充分的试验验证和市场验证，受到广泛好评，为后续装载机智能化、无人化奠定了基础。参考文献[1] 邵善锋，吴国祥,等.装载机智能控制系统研究[J].工程机械，2009（40）：4-6．[2] 张海，张以都，曹淑娟.装载机自主铲装作业控制策略[J].农业机械学报，2006,37（10）：46-49.[3] 廖凯.浅析装载机减阻铲装智能化过程的实现[J].工程机械，2004（7）：3-5.收稿日期：2021-12-28作者简介：邱楚然，硕士，工程师，主要从事装载机电控系统方面研究。2022.01 建设机械技术与管理 Copyright©博看网 www.bookan.com.cn. All Rights Reserved.117