CN102652200A - 用于施工车辆的工作机构的控制装置和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于施工车辆的工作机械的控制装置，使得以高精度的铲斗气缸长度和被抑制在低能级的震动将铲斗气缸停止在目标位置。气缸长度检测单元(101)参考基于悬臂角度钟形曲柄角度的气缸长度检测列表(102)，从而检测气缸长度。气缸长度控制单元(103)控制铲斗气缸长度，从而达到目标位置。执行反馈控制直至达到被设定为少于目标值的设定值。在铲斗气缸长度达到所述设定值以后，执行开环控制直至达到所述目标值。

Description

用于施工车辆的工作机构的控制装置和控制方法

技术领域

本发明涉及一种用于施工车辆的工作机构的控制装置和控制方法。

背景技术

例如为施工车辆的一个实例的轮式装载机通过将铲斗推到一堆土或砂等中来执行挖掘，同时将铲斗保持在相对土地表面成水平的状态下。因此，非常重要的是确保铲斗是水平的。因此，已经提出了可以通过控制铲斗气缸的气缸长度保持固定的铲斗角度的技术(参见专利文件1)。

现有技术文件

专利文献

专利文件1：日本专利公开出版物2006-013821。

本发明要解决的问题

在现有技术中，当悬臂下降并且铲斗位于地面时，铲斗相对于地面的角度通过控制铲斗气缸的气缸长度而被保持在适当值。根据现有技术，在气缸长度达到控制原点时，供应到铲斗气缸的工作流体的流速逐渐减小，使得气缸长度在目标值处停止。

然而，根据现有技术，停止位置的精度较低，由于供应到铲斗气缸的工作流体量通过开环控制来控制。如果为了增强精度，铲斗气缸的操作在气缸长度达到其目标值的瞬间停止，则产生停止震动。此外，如果设置成通过利用反馈控制控制位置，则存在将在目标值的附近出现波动现象的可能性。

发明内容

因此，本发明的目标在于提供一种用于施工车辆的工作机构的控制装置和控制方法，其能够在停止液压缸时减轻震动，并且此外能够增强停止液压缸的精度。本发明的另一目标是提供一种用于施工车辆的工作机构的控制装置和控制方法，其能够将使用分开成反馈控制和开环控制，并且此外能够控制液压缸的位置，同时相应地考虑基于液压缸所施加的负载。本发明的其它目标将从随后的对实施例的说明而变得更清楚。

用于解决问题的装置

根据第一观点，本发明的控制装置是一种用于控制在施工车辆的工作机构中使用的预定液压缸的气缸长度的控制装置，该控制装置包括：检测所述预定液压缸的气缸长度的气缸长度检测单元；和控制所述预定液压缸的气缸长度的气缸长度控制单元；其中所述气缸长度控制单元：在在从输入指令控制开始的开始命令直到所述气缸长度达到在目标值(LS1)之前设定的设定值(L1)为止的第一区域中，从指令控制开始的开始命令的输入开始直到气缸长度达到设定值为止，通过基于预先设定的控制特征(104)和由所述气缸长度检测单元确定的所述气缸长度将液压流体供应到所述预定液压缸，反馈控制所述气缸长度；和在从所述设定值直到所述气缸长度达到所述目标值为止的第二区域中，通过将液压流体供应到所述预定液压缸同时以预定速率减少控制信号，开环控制气缸长度。

通过采用该类型的结构，气缸长度在其相对远离目标值的第一区域中被反馈控制；而气缸长度在其相对接近目标值的第二区域中被开环控制。因此，能够以良好的精度使气缸长度停止在目标值，并且此外能够减轻停止期间的震动。

并且，根据第二观点，在第一观点中，控制特征包括：第一控制特征和第二控制特征，如果在控制开始时的气缸长度小于或等于控制阈值，则使用第一控制特征；如果在控制开始时的气缸长度大于控制阈值，则使用第二控制特征；并且如果气缸长度在输入开始命令时小于或等于控制阈值，则气缸长度控制单元基于第一控制特征执行反馈控制，而如果气缸长度在输入开始命令时大于所述控制阈值，则气缸长度控制单元基于第二控制特征执行反馈控制。

以及，根据第三观点，在第二观点中，预定速率包括与第一控制特征相对应的第一速率和与第二特征相对应的第二速率；并且，在第二区域中，如果在第一区域中使用第一控制特征，则气缸长度控制单元利用第一速率执行供应到预定液压缸的液压流体的开环控制；如果在第一区域中使用第二控制特征，则气缸长度控制单元利用第二速率执行供应到预定液压缸的液压流体的开环控制。

附图说明

图1是显示实施例的整体概要的示例性图；

图2是显示工作机构的放大侧视图；

图3是铲斗气缸的液压回路；

图4显示用于获得铲斗气缸长度的表格；

图5显示用于控制铲斗气缸长度的控制特征；

图6是用于定位控制过程的流程图；

图7是用于铲斗姿势控制过程的流程图；

图8是显示根据第二实施例的控制器的结构的方框图；

图9是显示其中铲斗气缸上的负载根据悬臂角度变化的情况的图表；

图10是用于铲斗姿势控制过程的流程图；

图11显示用于根据铲斗气缸上的负载调节校正量的表格；和

图12是显示根据第四实施例的铲斗姿势控制过程的流程图。

具体实施方式

以下将参照附图说明本发明的实施例，同时如示例引证了其中这些实施例被用于轮式装载机的情况，该轮式装载机用作施工机械的实例。然而，这些实施例也可以应用于除了轮式装载机之外的其它施工车辆。

第一实施例

图1显示了该实施例的概要。轮式装载机10包括车辆主体11，在车辆主体11前部和后部连接到车辆主体11的左侧和右侧的轮12，设置在车辆主体11后部分的机器室，设置在车辆主体11的前部分的工作机构14，和设置在车辆主体11的中心部分处的操作室15。控制轮式装载机100的控制器100和操作工作机构14的操作杆装置16设置在操作室15中。

工作机构14包括：可旋转地设置以便从车辆主体11的前部分向前延伸的悬臂20；可旋转地设置在悬臂20的端部的铲斗30；向上和向下旋转铲斗20的悬臂气缸21；用于旋转铲斗30的铲斗气缸；和连接铲斗气缸31和铲斗30的钟形曲柄32。

如图2的放大图中所示的，钟形曲柄32的中心部分32C被可旋转地支撑在悬臂20的中心处，钟形曲柄32的一端部分32A被可旋转地连接到铲斗气缸31的气缸31A的端部，同时钟形曲柄32的另一端部分32B通过倾斜杆被可旋转地连接到铲斗30的后部分。铲斗气缸31的伸长和缩回力通过钟形曲柄32转换成旋转运动，并被传送到铲斗30。

悬臂20的一个连接部分20A可旋转地连接到车辆主体11的前部分，而悬臂20的另一个连接部分20B可旋转地连接到铲斗30的后部分。并且悬臂气缸21的活塞杆21A的端部可旋转地连接到悬臂20的中心连接部分20C。

如图2所示，悬臂角度传感器22例如设置到悬臂20的一个连接部分20A，并检测悬臂20的中心线和水平线H之间的悬臂角度θa，并输出检测信号。悬臂20的中心线是连接悬臂20的一个连接部分20A和其另一个连接部分20B的线。

钟形曲柄角度传感器33设置在钟形曲柄32的中心部分32C处，并检测连接钟形曲柄32的一端32A及其中心32的线和悬臂20的中心线之间的钟形曲柄角度θb，并输出检测信号。

返回到图1，将说明控制器100的结构。控制器100可以被构建作为计算机系统，该计算机系统包括微处理器，存储器，输入和输出电路，等等。控制器100例如可以包括铲斗气缸长度检测单元101，铲斗气缸长度列表102，铲斗姿势控制单元103，和用于气缸长度控制的列表104。

用作“气缸长度检测单元″的铲斗气缸长度检测单元101通过例如参照铲斗气缸长度列表102、基于悬臂角度θa和钟形曲柄角度θb计算铲斗气缸的当前长度Lc。铲斗气缸长度列表102的结构将在下文中参照图4进行说明。应该理解的是，铲斗气缸长度检测单元101还可以通过不同于使用悬臂角度θa和钟形曲柄角度θb的方法的一些其它方法检测铲斗气缸长度。例如，其将适于用于直接测量将被设置到该结构的铲斗气缸长度的传感器。

用作“气缸长度控制单元”的铲斗姿势控制单元103是指用于基于已经被检测的气缸长度的气缸长度控制104的列表，并将控制信号输出到方向控制阀202。设定按钮16A和铲斗杆16B连接到铲斗姿势控制单元103。此外，液压泵201的排出量(即泵送液压流体量201A)还被输入到铲斗姿势控制单元103。此外，铲斗姿势控制单元103适于能够将控制信号输出到定位机构16C。

图3是显示液压控制回路200的回路图。在图3中具体显示了与铲斗气缸31相关的线路。实际上，用于操作悬臂气缸21的线路也被包含在这个液压控制电路200中。

液压控制电路200可以例如包括斜板型液压泵201，方向控制阀202，和安全阀203。应该理解的是，液压泵201的排出压力通过压力传感器204检测并被传送到控制器100。

方向控制阀202可以例如作为两端三位(two-port three-position)转换阀被安装。方向控制阀202的转换位置和开孔面积根据供应到螺线管的控制信号(现时值)被控制，螺线管被定位在图3中的方向控制阀202的左部和右部。在方向控制阀202转换到其位置(a)时，从液压泵201排出的液压流体被供应到铲斗气缸31的上端处的液压室，该液压室被定位在图3的右侧上。因此，活塞杆31A缩回，并且作用力沿倾卸方向作用在铲斗30之上。但是当阀被转换到其位置(c)时，来自液压泵201的液压流体被供应到铲斗气缸31下端处的液压室，该液压室被定位在图3的左侧。因此，活塞杆31A延伸，并且作用力沿倾斜方向作用在铲斗30之上。此外，在方向控制阀202处于其位置(b)时，没有液压流体被供应到铲斗气缸31，以及也没有液压流体从铲斗气缸31流出。因此，活塞杆31A被保持在当前位置。

操作杆装置16被设置在操作室15内，并通过操作者致动。在用于控制铲斗30的旋转的铲斗杆16B通过操作者致动时，操作信号被传送到控制器100。并且，被供应到铲斗气缸31的液压流体的量通过根据来自操作杆装置16的该操作信号所控制的方向控制阀202的开孔面积和转换位置来调节。应该理解的是，在预定定位条件如将在下文所述的一样保持时，操作杆装置16内的定位机构16C操作，并且操作杆16B的工作位置被固定。

此外，用于设定铲斗气缸31的气缸长度用的目标值的设定按钮16A被设置到操作杆装置16。通过操作者在落地期间操作该设定按钮16A，铲斗30相对于水平面的角度可以被设置成例如-5°和+5°之间的任何理想值。并且操作者可以通过按压设定按钮16A存储铲斗30的停止位置。

现将参照图4说明用作“用于气缸长度检测的列表”的铲斗气缸长度列表102的实例。在该铲斗气缸长度列表102中，气缸长度被预先记录与例如从多个标准悬臂角度和多个标准钟形曲柄角度获得的不同组合相一致。

标准悬臂角度是预先设置在预定角度范围内的多个悬臂角度，并且通过根据设计确定的悬臂角度传感器22的输出值被说明。例如，标准悬臂角度可以在从当悬臂20处于其最下端位置(即其中悬臂气缸21已经缩回到其机械极限的状态)时的悬臂角度(下限角度，例如可以是-50°)到当悬臂20处于其最上端位置(即其中悬臂气缸21已经延至其机械极限的状态)的悬臂角度(上限角度，例如可以是50°)的范围内以5°为单位设定。

并且，标准钟形曲柄角度是多个钟形曲柄角度，该多个钟形曲柄角度被预先设定在从另一下限角度(例如可以是0°)到另一上限角度(例如可以是65°)的预定角度内，而且通过钟形曲柄角度传感器33的根据设计确定的输出值来说明。例如，标准钟形曲柄角度可以在从下限值到中间值(例如25°)的范围内以5°为单位被设定，并且可以在从中间值到上限值的范围内以3°为单位被设定。应该理解的是，标准钟形曲柄角度在上限值附近以4°或5°为单位被设定。换句话说，标准钟形曲柄角度被更精细地设定在其中铲斗30靠近水平定位的区域中。

与标准悬臂角度和标准钟形曲柄角度的不同组合相对应的铲斗气缸长度Lc被预先建立。因此，如果悬臂角度θa和钟形曲柄角度θb被确定，则能够根据铲斗气缸长度列表102通过执行内插法计算来计算铲斗气缸长度Lc。

关于该实施例的轮式装载机10，在其中绝对没有制造误差或传感器误差的理想状态下，在悬臂角度θa为-40°并且钟形曲柄角度θb为46°时，这被设置用于铲斗30水平落地，其中此时铲斗气缸长度Lc为2056毫米(＝图4中的L62)。因此，该实施例的参考气缸长度为2056毫米。

应该理解的是，在理想状态下，在悬臂角度θa、钟形曲柄角度θb和铲斗气缸长度Lc之间的关系的一部分从铲斗气缸长度列表102求出时，这表示为如下所示。理想状态表示悬臂角度传感器22和钟形曲柄角度传感器33是根据它们的设计规范的输出信号，并且此外，没有制造误差或组件误差等存在于工作机构14等中。应该理解的是，使用以下格式(悬臂角度θa，钟形曲柄角度θb，铲斗气缸长度Lc)。

(-20°，40°，2002mm)，(-20°，43°，2057mm)，(0°，34°，2007mm)，(0°，37°，2062mm)，(20°，28°，2051mm)，(20°，31°，2106mm)，(45°，15°，2034mm)，(45°，20°，2119mm)

在悬臂20可以旋转(从-50°到50°)的范围内的预定范围(从-40°到45°附近)中，可以获得铲斗气缸长度Lc，在铲斗30已经落地时，该长度用于使铲斗30变得水平。

图5由显示用于将铲斗气缸长度Lc设定成目标值LS1的控制特征的两个示例性图组成。铲斗气缸的气缸长度沿着水平轴线被显示，同时输出到用于致动铲斗气缸31的方向控制阀的控制信号与倾斜侧的比例沿着垂直轴线被显示。图5(a)显示第一控制特征104A，同时图5(b)显示第二控制特征104B。在诸如将在下文中说明的图7等的图中，第一控制特征104A被表示为第一列表，同时第二控制特征被表示为第二列表。应该理解的是，在以下的说明和附图中，输入到方向控制阀202中的螺线管的当前值之间的比例被称作控制信号。

一组值L1在目标值LS1之前被设定为ΔL1。该设定值L1在反馈控制期间是目标值。因此，例如，LS 1也可以可选地被称作“最终目标值”，同时L1也可以可选地被称作“用于反馈控制的目标值”或“中间目标值”。

并且，控制阈值L2在设定值L1之前被设定为ΔL2。该控制阈值L2用于进行判定图5(a)所示的第一控制特征104A或图5(b)所示的第二控制特征104B中的哪一个被选择。

定位释放点P1被设定到离控制阈值L2正好ΔL3的位置。该定位释放点P1是用于通过电磁体释放定位机构16C的固定的位置。通过在开始反馈控制之后释放铲斗杆16B的定位防止突变发生。换句话说，如果在反馈控制开始之前释放定位，则铲斗杆16将返回到其中立位置，并且方向控制阀202会转换到其位置(b)。因此，铲斗气缸31的操作会突然停止，而这是不适当的。为了防止这种突然停止，在反馈控制开始之后释放定位。再次说明，ΔL3的值是任意的。为以极端方式表示这个，也适用于在从反馈控制程序退出同时将被释放的定位。

为引用具体值的实例，目标值LS 1可以被设定为2056毫米，设定值L1可以被设定为2050毫米，控制阈值L2可以被设定为1970毫米，ΔL1可以被设定为6毫米，并且ΔL2可以被设定为80毫米。应该理解的是，P1被设定为比L2长几毫米。

在操作者以预定量Th1或更多的量致动铲斗杆16B时，铲斗姿势的控制开始。以预定量Th1或更多的量致动铲斗杆16B与“开始命令的输入”相对应。在根据该实施例的控制开始之前，铲斗气缸31的气缸长度根据由操作者进行的铲斗杆16B的致动来控制。应该理解的是，将如下文所述，以预定量Th1或更多量进行的铲斗杆16B的致动也构成定位开始命令。

在该实施例中，多个控制方法之间的转换根据铲斗气缸长度执行。这些控制方法中的一个是反馈控制，并且另一个是开环控制。反馈控制在第一区域中被执行，该第一区域在气缸长度等于控制阈值L2时延伸直到气缸长度达到设定值L1为止。而开环控制在第二区域中被执行，而第二区域从气缸长度等于设定值L1时延伸直到气缸长度达到目标值LS1为止。

在第一区域中，输出到方向控制阀202的控制信号的大小根据检测到的铲斗气缸长度来控制。换句话说，到方向控制阀202的控制信号被控制，使得方向控制阀202的开孔面积根据由实线显示的特征而减小。在具体术语中，用于在图5中通过实线显示的第一区域的特征被存储在用于气缸长度控制104的列表中，并且根据该特征的控制信号被输出到方向控制阀202。在铲斗气缸长度达到设定值L1时，控制信号的大小是V1。

在第二区域中，在铲斗气缸长度达到设定值L1之后，铲斗气缸长度通过以恒速从V1减小到0％的控制信号从设定值L1变化到目标值LS1。并且，减小率被预先设定，使得在铲斗气缸长度达到目标值LS1时控制信号变成0％。控制信号以恒速减小的时间基于来自控制器100内的时钟的信号被确定，该时间在图中未示出。因此，在固定时间周期过去之后控制信号变成0％。

现将说明图5(a)所示的第一控制特征104A和图5(b)所示的第二控制特征104B之间的差值。首先，将说明第一控制特征104A。如果在控制开始时铲斗气缸长度Lc小于控制阈值L2(Lc＜L2)，则选择第一控制特征。由于在控制开始时铲斗气缸长度较短，并且到为用于反馈控制的目标值的设定值L1的距离较长，因此控制信号相对平缓地从其100％的最大值减小到V1。

以下，将说明第二控制特征104B。如果在控制开始时铲斗气缸长度Lc大于或等于控制阈值L2(Lc≥L2)，则选择第二控制特征104B。与第一控制特征104A相比，通过这种第二控制特征104B，控制信号在其前半部分(图5(b)中的L4下方的范围)中被设置得较大，同时控制信号在后半部分(从L4到LS 1的范围内)中被设置得较小。关于这种第二控制特征104B，在控制信号已经保持在为小于100％的预定间隔的值V3之后，控制信号接着降低到V2(＜V1)。控制信号从V3减小到V2的梯度大于根据第一控制特征104A的控制信号从100％减小到V1的梯度。

如图5(b)所示，在第二控制特征104B的情况下，在反馈控制的较前部分中，铲斗气缸长度的变化率(即铲斗气缸长度的膨胀速度)被设定为高于在第一控制特征104A的情况下的变化率。因此，在控制开始时，可以改变铲斗气缸长度，同时提供迅速感，使得可以增强操作感。换句话说，在这种实施例中，为了增强操作感，在铲斗气缸长度Lc低于L4的范围内，理想的是第二特征104B被设定成第一控制特征104A的形状，但是相对右上方稍微被拉出。另一方面，在反馈控制的较后部分中，铲斗气缸长度的变化率通过比第一控制特征104A的情况下减小得更多的方式来减速，并且因此铲斗气缸长度达到设定值L1。

图6是用于定位控制过程的流程图。在铲斗杆16B以预定量Th1或更多量(例如，Th1＝90％)致动时，则根据来自控制器100的信号，铲斗杆16B通过设置到定位机构16C的电磁体被固定在适当位置。铲斗杆16B的临时固定被称作“定位”。

控制器100进行关于当前铲斗气缸长度Lc是否在定位释放位置P1(Lc＜P1)之前的判定(步骤S10)。如上所述，定位释放位置P1被设定略微高于控制阈值L2。

如果铲斗气缸长度Lc没有达到定位释放位置P1(在步骤S10中的是)，则控制器100进行关于铲斗杆16B的致动量是否大于或等于阈值Th1的判定(步骤S11)。

如果铲斗杆16B的致动量大于或等于阈值Th1(步骤S11中的是)，则控制器100经由使电力通过定位机构16C的电磁体来固定铲斗杆16B(步骤S12)。相反，如果铲斗气缸长度Lc大于定位释放位置P1(步骤S10的否)，或如果铲斗杆16B的致动量小于阈值Th1(步骤S11中的否)，则在两种情况下定位都不执行(步骤S13)。如果步骤S10或步骤S11中的判定结果都是否，则即使定位已经被执行，定位也会被释放(步骤S13)。

换句话说，铲斗杆16B只在铲斗气缸长度比P1短时被固定，并且铲斗杆16B还被致动以大于或等于Th1。因此，如果选择了图5(a)所示的第一控制特征104A，则定位控制接通。这是由于，当控制开始时，铲斗气缸长度小于P1。相反，如果选择了图5(b)所示的第二控制特征104B，则定位控制变成断开。这是由于控制开始时铲斗气缸长度大于P1。

图7是显示用于铲斗姿势控制的处理的流程图。控制器100进行关于铲斗杆16B的致动量LO是否大于或等于阈值Th1的判定(步骤S20)。这种阈值Th1可以例如被设定为大约90％。然而，该值不应该被认为是有限制的。如果铲斗杆16B的致动量LO小于阈值Th1(步骤S20中的否)，则控制器100终止铲斗水平的自动控制，并且系统转换成根据铲斗杆16B的致动量手动致动。但是，如果铲斗杆16B的致动量LO大于或等于阈值Th1(步骤S20中的是)，则控制器100进行关于当前铲斗气缸长度Lc是否小于目标值LS1的判定(步骤S21)。如果当前铲斗气缸长度Lc大于或等于目标值LS 1(步骤S21中的否)，则如上述相似的方式，铲斗水平的自动控制不被执行，并且系统转换成手动致动。但是如果铲斗杆16B的致动量LO小于阈值LS1(步骤S21中的是)，则控制器100进行关于当前铲斗气缸长度Lc是否小于控制阈值L2的判定(步骤S22)。

如果铲斗气缸长度Lc小于控制阈值L2(步骤S22中的是)，则控制器100将控制输出设定到100％(步骤S23)。如果在步骤S22中的判定结果为是，则由于图6所示的定位处理，铲斗杆16B的位置通过电磁体固定。因此，控制信号变成100％。这是由于，液压流体被供应到铲斗气缸31的底端，活塞杆31A延伸，并且铲斗气缸长度Lc增加。

接下来，控制器100进行关于铲斗气缸长度Lc是否到达L2的判定(步骤S24)。如果铲斗气缸长度Lc达到控制阈值L2(步骤S24中的是)，则控制器100根据第一控制特征104A(即根据第一列表)开始反馈控制(步骤S25)。这是由于，铲斗气缸长度Lc逐渐增加同时延伸的速度被减小，并且得出接近于设定值L1。

然后，控制器100进行关于定位是否中止的判定(步骤S26)。例如，如果在图6所示的处理中标志的设定用于操纵定位的接通/断开状态，则能够通过参照该标志确定定位是否处于断开状态。如果定位为断开(步骤S26中的是)，则控制器100进行关于铲斗杆16B的致动量LO是否小于或等于阈值Th2的判定(步骤S27)。阈值Th2是用于中立判定的阈值，为了确定铲斗杆16B是否处于其中立位置。例如，阈值Th2可以被设定为大约5％的控制输出。如果铲斗杆16B的致动量LO小于或等于阈值Th2(步骤S27中的是)，则判定铲斗杆16B处于其中立位置。

接着控制器100进行关于铲斗气缸长度Lc是否达到设定值L1(步骤S28)。在铲斗气缸长度Lc达到设定值L1(步骤S28中的是)时，控制器100终止反馈控制并且转换成开环控制(步骤S29)。接着铲斗气缸长度Lc通过控制器10以预先设定的第一速率减小控制信号的方式朝向目标值LS1延伸(步骤S29)。步骤S29在控制信号达到0％的时间点时终止，并且该处理结束。步骤S25的反馈控制继续直到铲斗气缸长度Lc达到设定值L1时(步骤S28和步骤S25中的否)为止。

另一方面，如果铲斗杆16B的致动量LO大于阈值Th2(步骤S27中的否)，则确定铲斗杆16B不处于其中立位置。并且，控制器100等待直到从定位转到断开状态的点开始的实耗时间达到预定时间间隔PT为止(步骤S30)。预定时间间隔PT的值可以例如被设定为大约100ms。然而，该值不应该被认为是有限制的。应该理解的是，如果尽管从定位转到断开状态起的预定时间间隔过去，杆致动量LO也仍然高于用于中立判定的阈值L2(步骤S30中的是)，则该处理终止，并且系统转换成手动致动。

现将说明用于提供步骤S30的理由。由于图6的处理，定位在铲斗气缸长度达到P1(步骤S10和步骤S13中的否)时被释放。在定位已经释放之后，根据控制特征104A或控制特征104B执行反馈控制。

然而，也要考虑定位被释放之后铲斗杆16B由于操作者本身的能动性继续被致动到大于或等于中立位置的位置的情况。由于在这种情况下基于第一控制特征104A改变铲斗气缸长度，铲斗气缸长度的变化速度与铲斗杆16B的实际位置相比较慢，因此这为操作者带来减速的感觉或者不适感。因此，如果定位释放时，其中铲斗杆B的致动量至少为阈值Th2的状态持续预定时间间隔PT或更长，则控制器100决定铲斗杆16B根据操作者的意愿被致动，并且因此根据铲斗杆16B的致动控制方向控制阀202。

如果在步骤S22中判定的结果为否，则控制器100根据第二控制特征104B(即根据第二列表)执行反馈控制直到铲斗气缸长度Lc达到设定值L1为止(步骤S31)。控制器100进行关于铲斗杆16B的致动量LO是否小于或等于阈值Th2的判定(步骤S32)。如果铲斗杆16B的致动量LO小于或等于阈值Th2(步骤S32中的是)，则进行关于铲斗气缸长度Lc是否达到设定值L1的判定(步骤S33)。反馈控制被执行直到铲斗气缸长度Lc达到设定值L1(步骤S33和步骤S31中的否)为止。但是当铲斗气缸长度Lc达到设定值L1(步骤S33中的是)时，接着控制器100通过以与第二控制特征104B相对应的第二速率减小控制信号的方式使铲斗气缸长度Lc朝向目标值LS1延伸(步骤S34)。并且，在控制信号变成0％的时间点时，步骤S34终止并且该处理终止。

另一方面，如果铲斗杆16B的致动量LO大于阈值Th2(步骤S32中的否)，则控制器100进行关于预定时间间隔PT是否过去的判定(步骤S35)。控制器100执行反馈控制直到预定时间间隔PT过去为止(步骤S35和步骤S31中的否)。应该理解的是，如果即使预定时间间隔已经过去，铲斗杆致动量LO仍然高于阈值Th2(步骤S35中的是)，则步骤S31的反馈控制终止，并且系统转换成手动致动。

此外，应该理解的是，如果定位释放点P1被设定为接近控制阈值L2(ΔL3＜几毫米)，还将可被接受用以设置将被设定成时间间隔(例如150毫秒)的步骤S30的预定时间间隔PT，该时间间隔是用于铲斗气缸长度Lc通过控制阈值L2的足够的间隔，并且此外是足以释放定位的间隔。在这种情况下，判定步骤S26可以被省略。如上所述，还将适于用于开始将被提供的预定时间间隔PT的测量的多个时间，并且还可以接受的是设定用于预定时间间隔PT的多个值。将根据情况使用这些时间和这些值中的一个或另一个。

根据具有上述结构的该实施例，铲斗气缸31的气缸长度通过执行反馈控制直到气缸长度达到设定值L1为止和通过在气缸长度达到设定值L1之后执行开环控制达到目标值LS1。因此，通过该实施例，不出现猎振(hunting)，并且此外可以使铲斗气缸31的气缸长度以高速达到设定值。因此，在该实施例中，可以增强铲斗气缸31的停止精度，并且可以以高精度控制铲斗30相对于地面的角度。

此外，在该实施例中，执行反馈控制直到铲斗气缸长度充分接近目标值LS1为止，并且，在铲斗气缸长度接近目标值LS1(Lc≥L1)时，接着停止反馈控制，并且铲斗气缸长度以恒速被改变。因此，可以抑制由于反馈控制导致的猎振的发生，并且此外可以增强停止精度。

此外，由于在实施例中铲斗气缸长度在铲斗气缸长度已经达到L1之后以恒速延伸，因此能够在停止期间减轻震动，并且可以改善使用的容易性。

此外，在该实施例中，在控制开始时，根据铲斗气缸长度选择第一控制特征104A和第二控制特征104B中的任何一个，并且基于选择的控制特征执行反馈控制。因此，可以提高使用的容易性。具体地，即使当控制在其中铲斗气缸长度相对接近目标值的状态下开始时，仍然可以相对快地产生铲斗气缸长度的速度变化，使得可以通过操作者增强使用的容易性。

第二实施例

现将参照图8到11说明第二实施例。包括该实施例的下列实施例相当于第一实施例的变形。因此，该实施例的说明将集中于与第一实施例不同的点。在该实施例中，根据在铲斗气缸31上施加的负载选择控制特征。

图8是控制器100A的方框图。如上述控制器100，该实施例的控制器100A包括铲斗气缸长度检测单元101，用于气缸长度检测的列表102，铲斗姿势控制单元103，和用于气缸长度控制的列表104。

该实施例的控制器100A包括用于检测铲斗气缸31上的负载的铲斗气缸负载检测单元105。在其中确定铲斗气缸31上的负载的方式将参照图9和10在下文中进行说明。

此外，用于该实施例的气缸长度控制列表104包括第一控制特征104A(第一列表)和与铲斗气缸31的多个负载阶段中的每一个相对应的第二控制特征104B(第二列表)。

例如，如果负载的三个阶段(即，高负载104H，中负载104M，和低负载104L)被区别开，则第一控制特征104A和第二控制特征104B将被制备用于这些阶段“高负载104H”，“中负载104M”，和“低负载104L”中的每一个。参考符号104HA和104HB将分别附加到第一控制特征104A和第二控制特征104B，用于高负载104H的情况下。按类似方式，参考符号104MA和104MB将分别附加到第一控制特征104A和第二控制特征104B，用于中负载104M的情况。并且，按类似方式，参考符号104LA和104LB将分别附加到第一控制特征104A和第二控制特征104B，用于低负载104L的情况。

这里，例如如果用于中负载的第一控制特征104MA和第二控制特征104MB是如图5所示的特征，则控制信号被设定为在用于高负载的第一控制特征104HA和第二控制特征104HB的情况下比中负载的情况下更高，并且控制信号被设定为在用于低负载的第一控制特征104LA和第二控制特征104LB的情况下比中负载的情况更低。

现说明用于检测施加在铲斗气缸31上的负载的方法的不同实例。图9是显示工作机构的姿势和铲斗气缸31上的负载之间的关系。铲斗气缸31上的负载沿着垂直轴线被显示，并且铲斗气缸长度沿着水平轴线被显示。

图9显示用于三个状态中的每一个的铲斗气缸长度和铲斗气缸负载之间的关系，该三个状态包括：悬臂20处于水平时，悬臂20以30°倾斜时，和悬臂20已经升起到其最高位置时。

如图9所示，在铲斗气缸长度具有一些值时，施加在铲斗气缸31上的负载变大，并且铲斗气缸长度越长，铲斗气缸负载减少得越多。然而，将被理解的是，由于悬臂角度导致的负载的变化大于由于铲斗气缸的长度导致的负载的变化。换句话说，施加在铲斗气缸31上的负载增加，悬臂角度变成更大。因此，在控制开始时，铲斗气缸负载检测单元105能够基于悬臂角度确定或计算铲斗气缸上的负载。

这里，铲斗气缸负载与铲斗气缸31的汽缸压力以及泵201的排出压力都成比例。因此，铲斗气缸负载检测单元105能够基于铲斗气缸31的汽缸压力和液压泵201的排出压力中的任何一个或两者确定铲斗气缸31上的负载。

此外，铲斗气缸负载检测单元105还可以基于工作机构14的姿势、铲斗气缸31的汽缸压力和液压泵201的排出压力检测气缸负载。

图10是用于根据该实施例的铲斗姿势控制过程的流程图。控制器100A确定铲斗气缸31上的负载(步骤S40)，和根据已经确定的负载选择列表组(即第一控制特征和第二控制特征组)(步骤S41)。

随后，以类似于参照图7说明的方式根据已经相应于负载进行选择的列表组执行反馈控制，直到铲斗气缸长度达到设定值L1为止。在铲斗气缸长度已经达到设定值L1之后，铲斗气缸长度接着根据预定速率(第一速率或第二速率)延伸到目标值LS1。

具有上述结构的该实施例提供与通过第一实施例提供的有益效果类似的有益效果。此外，通过该实施例可以增强通过第一实施例提供的停止精度，由于用于反馈控制的控制特征组根据铲斗气缸31上的负载被转换。

第三实施例

现将参照图11说明第三实施例。在该第三实施例中，不仅是根据铲斗气缸31上的负载调节用于反馈控制的控制量，而且在开环控制中使用的“预定速率”根据铲斗气缸31上的负载被校正。

在该实施例中，第一速率基于步骤S40中检测的铲斗气缸负载在图10中步骤S28和S29之间被校正。按类似方式，第二速率基于步骤S40中检测的铲斗气缸负载在图10中的步骤S33和S34之间被校正。控制器100A通过已经被校正(在步骤S29或步骤S34中)的第一速率或第二速率使铲斗气缸的长度延伸到目标值LS1。

图11显示用于根据铲斗气缸负载校正开环控制(即第一速率或第二速率)期间的控制量的列表的特征。来自控制量一个处理周期的差值量(即减小量)在之前沿着垂直轴线被示出，同时液压泵201的排放量沿着水平轴线被显示。一个处理周期是指控制控制信号的周期，并且这被设定例如大约10兆秒的值。

如图11所示，铲斗气缸31上的负载越高，从成为一个周期之前的控制量减去的量越小；并且铲斗气缸31上的负载越小，从成为一个周期之前的控制量减去大的量越大。

在高负载的情况下，在控制大大降低时，从前一次降低的量变小，因为具有气缸在规定位置之前停止的可能性。相反，在低负载的情况下，从前一次降低的量变大，因为如果控制量的降低量变小，则具有气缸会超过规定位置的可能性。

具有上述结构的实施例也提供与通过第一实施例和第二实施例提供的有益效果类似的有益效果。此外，由于通过这种实施例，开环控制期间的控制量根据铲斗气缸负载校正，因此可以以更进一步的级别增强停止精度。

第四实施例

现将参照图12说明第四实施例。在该实施例中，代替与负载状态(104HA，104HB，104MA，104MB，104LA，104LB)相对应的几组列表，使用在下方显示为公式1的预定计算公式(在步骤S50和S51中)。

y＝a(m，m’)(xa-x)+b(m，m’)·d/dt·(xa-x)+c(m，m’)∫(xa-x)dt...(公式1)

在上面的公式1中，y是控制量，x是铲斗气缸长度，xa是停止目标，m是铲斗气缸负载，和m’是与铲斗气缸负载m的值不同的时间。此外，a(m，m’)是比例增益，b(m，m’)是导数增益，和c(m，m’)是积分增益。

在该实施例中，铲斗气缸长度的反馈控制基于上面的公式1执行(步骤S50和S51)。通过公式1，比例增益、导数增益、和积分增益根据铲斗气缸31上的负载(m)及其波动量(m’)被调节。应该理解的是，不需要立刻执行比例控制、导数控制、和积分控制的全部；还将能够设置例如仅执行比例控制和导数控制(PD控制)，或仅执行比例控制和积分控制(PI控制)。在具体数值基于PD控制被放入到上述公式1中时，获得方程式1：

方程式1

$y=\frac{100}{\left(\frac{35000}{m}\right)-\frac{\stackrel{\·}{m}}{{10}^{-6}}}\frac{(x_{\mathrm{aim}}-x)}{100}+\frac{10}{\left(\frac{35000}{m}\right)}\frac{\frac{d}{\mathrm{dt}}(x_{\mathrm{aim}}-x)}{150}$

方程式1中的X_aim与公式1中的xa相对应，方程式1中的mdot与公式1中的m’相对应。在方程式1中，假设控制量(控制信号)在100％到0％的范围中变化。此外，假设控制开始时的位置x是100，并且控制信号在控制刚刚开始之前也是100％。

此外，“35000”是悬臂20处于水平时的铲斗气缸负载(标准负载)。因此，当前铲斗气缸负载变得越大，值(35000/m)变得越小，并且比例增益的分母变得越小，使得控制输出增加。术语(m’/10^-6)用于根据铲斗气缸负载的波动调节增益。该术语(m’/10^-6)是给定的负值，因为在悬臂20降低时铲斗气缸负载降低。因此，这在方向上作用以增加比例增益的分母，并因此减少控制量。

具有上述结构的实施例还提供与通过第一实施例和第二实施例提供的有益效果相似的有益效果。此外，通过这种实施例，用于反馈控制的控制量基于计算公式被计算，因此不需要提供任何列表组。因此可以基于控制器内的存储器来实现经济化。

应该理解的是，上述本发明的实施例仅给定作为用于本发明的说明的实例，而且本发明的范围不应该被认为是由这些实施例进行限制。只要本发明的本质被保留，其将以不同其它方式被执行。

现将说明第二实施例的变形。在这种变形实施例中，在图10的步骤S29中，根据另一预定计算公式开环控制铲斗气缸长度，该公式如下显示为公式2。按类似方式，同样在图10的步骤S34中，根据显示为公式2的其它预定计算公式开环控制铲斗气缸长度。

y＝d(m，m’，Q，x0，y0)...(公式2)

在上方的公式2，Q是流动到铲斗气缸31中的液压流体量(或供应到铲斗气缸31的液压流体的近似流速)，x0是铲斗气缸31在开环控制开始时的气缸长度(换句话说，图5的L1)，和y0是开环控制开始时的控制量(换句话说，图5中的V1或V2)。

公式2可以以更具体的形式作为公式3被给出。例如，如果开环控制开始时控制量y0是45％，并且供应到铲斗气缸31的液压流体的流速是5000立方厘米/秒，则控制量可以在每一个处理周期中被减少2.4％。

y＝(一个处理周期之前的控制量)-2.4+10^-5(Q-Q0)+10^-6(m-m0)...(公式3)

由于在这种变形实施例中，用于反馈控制的控制量和用于开环控制的控制量都基于计算公式被计算，因此可以以更进一步的水平增强停止精度。

现将说明第四实施例的第一变形。在这种变形实施例中，在图12的步骤S29中，根据另一预定计算公式开环控制铲斗气缸长度，该公式如上显示为公式2。按类似方式，在图12的步骤S34中，根据由公式2给出的另一个预定计算公式开环控制铲斗气缸长度。

现将说明第四实施例的第二变形。在这种变形实施例中，在图12的步骤S28和S29之间和步骤S33和S34之间，预定降低速率(即第一速率)根据负载被调节。换句话说，根据图11所示的列表确定控制量减小的速率。

附图标记的说明

10：轮式装载机，11：车辆主体，12：轮，13：机器室，14：工作机构，15：操作室，16：操作杆装置，16A：设定按钮，16B：铲斗杆，20：悬臂，21：悬臂气缸，22：悬臂角度传感器，30：铲斗，31：铲斗气缸，32：钟形曲柄，33：钟形曲柄角度传感器，100，100A：控制器，101：铲斗气缸长度检测单元，102：用于气缸长度检测的列表，103：铲斗姿势控制单元(气缸长度控制单元)，104：用于气缸长度控制的列表，105：铲斗气缸负载检测单元，201：液压泵，202：方向控制阀。

Claims (11)

1.一种用于施工车辆的工作机构的控制装置(100)，所述控制装置用于控制在所述施工车辆的工作机构(14)中使用的预定液压缸(31)的气缸长度，所述控制装置包括：

气缸长度检测单元(101)，所述气缸长度检测单元确定所述预定液压缸的所述气缸长度；和

气缸长度控制单元(103)，所述气缸长度控制单元控制所述预定液压缸的所述气缸长度；

其中所述气缸长度控制单元(103)：

(A)在从输入指令控制开始的开始命令直到所述气缸长度达到在目标值(LS1)之前设定的设定值(L1)为止的第一区域中，通过基于预先设定的控制特征(104)和由所述气缸长度检测单元确定的所述气缸长度将液压流体供应到所述预定液压缸，反馈控制所述气缸长度；和

(B)在从所述设定值直到所述气缸长度达到所述目标值为止的第二区域中，通过将液压流体供应到所述预定液压缸同时以预定速率减少控制信号，开环控制气缸长度。

2.根据权利要求1所述的用于施工车辆的工作机构的控制装置，其中：

所述控制特征包括：第一控制特征(104A)和第二控制特征(104B)，如果气缸长度在控制开始时小于或等于控制阈值(L2)，则使用所述第一控制特征；如果气缸长度在控制开始时大于所述控制阈值，则使用所述第二控制特征；和

如果所述气缸长度在输入所述开始命令时小于或等于所述控制阈值，则所述气缸长度控制单元基于所述第一控制特征执行所述反馈控制；而如果所述气缸长度在输入所述开始命令时大于所述控制阈值，则所述气缸长度控制单元基于所述第二控制特征执行所述反馈控制。

3.根据权利要求1所述的用于施工车辆的工作机构的控制装置，其中：

所述控制特征包括第一控制特征(104A)和第二控制特征(104B)，如果气缸长度在控制开始时小于或等于控制阈值(L2)，则使用所述第一控制特征；如果所述气缸长度在控制开始时大于所述控制阈值，则使用所述第二控制特征；和

所述预定速率包括第一速率和第二速率，所述第一速率与所述第一控制特征相对应，而所述第二速率与所述第二特征相对应；和

如果在所述第一区域中使用所述第一控制特征，则所述气缸长度控制单元在所述第二区域中利用所述第一速率执行将液压流体供应到所述预定液压缸的开环控制；并且

如果在所述第一区域中使用所述第二控制特征，则所述气缸长度控制单元在所述第二区域中利用所述第二速率执行将液压流体供应到所述预定液压缸的开环控制。

4.根据权利要求3所述的用于施工车辆的工作机构的控制装置，还包括：

负载检测单元(105)，所述负载检测单元检测施加在所述预定液压缸上的负载；和其中所述气缸长度控制单元根据由所述负载检测单元检测的负载执行所述反馈控制。

5.根据权利要求4所述的用于施工车辆的工作机构的控制装置，其中，所述气缸长度控制单元根据由所述负载检测单元检测的负载执行所述开环控制。

6.根据权利要求4所述的用于施工车辆的工作机构的控制装置，其中：

多个所述第一控制特征和多个所述第二控制特征中的每一个都与所述负载相对应而制备；和

所述气缸长度控制单元：根据负载从所述多个第一控制特征中选择预定第一控制特征，并且此外根据所述负载从所述多个第二控制特征中选择预定第二控制特征；和

所述反馈控制基于所述预定第一控制特征或基于所述预定第二特征被执行。

7.根据权利要求4所述的用于施工车辆的工作机构的控制装置，其中，基于所述负载的值和所述负载的导数值，所述气缸长度控制单元通过调节比例增益、积分增益、和导数增益中的至少一个或多个值执行所述反馈控制，所述比例增益、积分增益和导数增益被包含在用于获得所述反馈控制用的控制量的第一计算公式中。

8.根据权利要求5所述的用于施工车辆的工作机构的控制装置，还包括：校正列表，所述校正列表用于根据所述负载校正所述第一速率和所述第二速率；和其中所述气缸长度控制单元通过利用所述校正列表校正所述第一速率或所述第二速率执行所述开环控制。

9.根据权利要求2所述的用于施工车辆的工作机构的控制装置，其中：

所述第一控制特征被设定成根据预定第一特征线从用于将液压流体供应到所述预定液压缸的控制阀的控制信号的最大值连续减少到第一预定值；和

所述第二控制特征被设定成使得在所述第一区域几乎前半部分中获得比所述第一特征线更大的控制信号，而此外使得在所述第一区域的后半部分中获得小于所述第一特征线的控制信号。

10.一种用于控制在施工车辆的工作机构(14)中使用的预定液压缸(31)的气缸长度的控制方法，所述方法包括以下步骤：

检测所述预定液压缸的气缸长度；

在从输入指令控制开始的开始命令直到所述气缸长度达到在目标值(LS1)之前设定的设定值(L1)为止的第一区域中，通过基于预先设定的控制特征(104)和已经确定的气缸长度将液压流体供应到所述预定液压缸，反馈控制所述气缸长度；和

在从所述设定值直到所述气缸长度达到所述目标值为止的第二区域中，通过将液压流体供应到所述预定液压缸同时以预定速率降低所述控制信号，开路控制所述气缸长度。

11.根据权利要求10所述的用于施工车辆的工作机构的控制方法，还包括以下步骤：

检测施加在所述预定液压缸上的负载；和

根据检测到的所述负载执行所述反馈控制。

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