一种挖掘机的控制方法及控制系统技术领域
本发明涉及自动控制领域，尤其涉及一种挖掘机的控制方法及控
制系统。
背景技术
目前挖掘机的动力源主要是柴油机，所以柴油机的排放和燃油经
济性受到极大的关注。由于挖掘机的工作条件比较恶劣，负载变化大，
柴油机经常偏离经济油耗区，发动机性能得不到充分发挥。因此，如
何根据负载的变化，充分利用发动机的功率，降低能耗成为挖掘机领
域的一个重要的研究方向。但是目前主要的控制方法是根据负载实时
确定发动机目标工作点，使发动机工作在最佳经济油耗区附近，由于
负载变化剧烈，随之对应的发动机的目标工作点变化多，加上控制响
应不及时等问题，难于实现节能的目的，若是一味地追求燃油的经济
性，则会忽略了某些负载情况下总油耗的节省问题。所以现有的挖掘
机负载变化大，控制响应不及时，能源浪费严重。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种挖掘机的控制系统
及方法，结合发动机万有特性曲线，确定两种负载下发动机的目标转
速和目标功率，然后采用恒功率控制的方法，最终实现节能的目的。
本发明采用如下技术方案：
一种挖掘机的控制方法，所述控制方法包括：
采集并发送所述挖掘机的发动机转速信号、主泵压力信号、主泵
流量信号、先导压力信号；
接收并对所述发动机转速信号、所述主泵压力信号、所述主泵流
量信号、所述先导压力信号进行信号处理，得到主泵压力参数、先导
压力参数、主泵流量参数；
根据主泵压力参数、先导压力参数、主泵流量参数对所述挖掘机
的发动机和主泵进行控制。
优选的，所述控制方法中：
根据所述主泵压力参数和先导压力参数确定所述挖掘机的负载
为重载或轻载以及重载或轻载所对应的目标功率。
优选的，所述控制方法中：
所述重载为所述挖掘机在挖掘动作状态下工作；所述轻载为所述
挖掘机在卸载或回转动作状态下工作。
优选的，所述控制方法中：
当识别到所述挖掘机的负载为重载时，控制所述发动机的目标转
速和目标功率在经济油耗区。
优选的，所述控制方法中：
当识别到所述挖掘机的负载为轻载时，控制所述发动机的目标转
速和目标功率在低油耗区。
优选的，所述控制方法中：
根据所述主泵压力参数和主泵流量参数确定所述挖掘机的实测
功率；以及
根据所述实测功率与给定的所述目标功率确定主泵的恒功率。
优选的，所述控制方法中：
根据所述恒功率控制主泵比例阀的开度。
优选的，所述控制方法中：
所述信号处理方法包括滤波和/或限幅和/或计算。
一种挖掘机的控制系统，所述控制系统包括：
信号采集模块，采集所述挖掘机的发动机转速信号、主泵压力信
号、主泵流量信号、先导压力信号；
信号处理模块，与所述信号采集模块连接，对所述发动机转速信
号、所述主泵压力信号、所述主泵流量信号、所述先导压力信号进行
信号处理，得到主泵压力参数、先导压力参数、主泵流量参数；
负载识别模块，与所述信号处理模块连接，根据所述主泵压力参
数和先导压力参数确定所述挖掘机的负载为重载或轻载以及重载或
轻载所对应的目标功率；
功率计算模块，与所述信号处理模块连接，根据所述主泵压力参
数和主泵流量参数确定所述挖掘机的实测功率。
优选的，所述控制系统还包括：
转速控制模块，与所述负载识别模块连接，根据确定的重载或轻
载对应的目标转速控制所述发动机的转速。
恒功率模块，分别与所述功率计算模块和所述负载识别模块连
接，根据所述实测功率与给定的所述目标功率确定主泵的恒功率，并
根据所述恒功率控制主泵比例阀的开度。
本发明的有益效果是：
本发明提出的方法及系统结合发动机万有特性曲线，把负载分为
轻载和重载两种情况，所以不一定有较高的燃油利用率，在重载情况
下确保挖掘机的效率和节能，所以必须有较高的燃油利用率，发动机
的目标工作点在经济油耗区，在轻载情况下确保挖掘机的节能，该情
况下节能优先效率次之，所以不一定有较高的燃油利用率，确定两种
负载下发动机的目标工作点，采用恒功率控制方法，实现节能的目的。
附图说明
图1为本发明的控制系统实现的过程示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，下述技术方案，技术特征之
间可以相互组合。
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明：
本发明把负载分为轻载和重载两种情况，结合发动机万有特性曲
线，确定两种负载下发动机的目标工作点(目标转速和目标功率)，
采用恒功率控制方法，实现节能的目的。把负载分为轻重载两种情况，
而不是多种或曲线形式，避免过多的发动机目标工作点，使发动机偏
离经济油耗区，达不到节能的目的。
实施例一
如图1所示，本实施例提供了一种挖掘机的控制方法，该方法主
要包括：首先采集发动机的转速信号，变量泵压力信号(主泵压力信
号)，变量泵流量信号(主泵流量信号)，先导压力信号，经过滤波、
限幅、计算等信号处理，得出控制输入参数，其中输入参数可以包括
先导压力参数、变量泵压力(主泵压力参数)和变量泵流量(主泵流
量参数)；然后根据变量泵主压和先导压力参数，区分轻重负载和确
定轻重负载分别对应的发动机目标工作点，其中目标工作点可以包括
目标转速和目标功率，最后根据恒功率PID控制变量泵(主泵)比
例阀的开度，根据目标转速控制发动机的转速，此外如果是机械发动
机可以通过控制油门电机实现，电喷发动机可以通过控制喷油量实
现。
进一步的，根据变量泵压力和先导压力确定负载的情况，也可以
根据工作油缸的压力或工作装置的姿态来确定负载情况。
进一步的，本实施例中的负载识别过程包括：挖掘机在整个工作
过程中，包括挖掘动作(铲斗挖掘，斗杆挖掘，动臂提升)，卸载动
作(铲斗卸载，斗杆卸载，动臂下降)，回转等动作。首先设定一个
变量泵主压的阈值，当主压大于该阈值且是挖掘动作时，为重载；而
其余情况，比如主压小于设定的阈值，或者是卸载动作，或者是回转
动作时，为轻载。
进一步的，本实施例中的分负载节能主要包括，在重载时，确保
挖掘机的效率和节能，所以必须有较高的燃油利用率，确定的发动机
目标工作点(目标转速和目标功率)在经济油耗区；在轻载情况，确
保挖掘机的节能，确定的发动机目标工作点(目标转速和目标功率)
低油耗区。
进一步的，发动机分负载控制，也可以称为分工况控制，根据不
同工况，提出各种发动机目标工作点和动力模式。
实施例二
本实施例提供了一种挖掘机的控制系统，该控制系统包括：
信号采集模块，采集挖掘机的发动机转速信号、主泵压力信号、
主泵流量信号、先导压力信号；
信号处理模块，与信号采集模块连接，对发动机转速信号、主泵
压力信号、主泵流量信号、先导压力信号进行信号处理，得到主泵压
力参数、先导压力参数、主泵流量参数；
负载识别模块，与信号处理模块连接，根据主泵压力参数和先导
压力参数确定挖掘机的负载为重载或轻载以及重载或轻载所对应的
目标功率；
功率计算模块，与信号处理模块连接，根据主泵压力参数和主泵
流量参数确定挖掘机的实测功率。
进一步的，控制系统还包括：
转速控制模块，与负载识别模块连接，根据确定的重载或轻载对
应的目标转速控制发动机的转速。
恒功率模块，分别与功率计算模块和负载识别模块连接，根据实
测功率与给定的目标功率确定主泵的恒功率，并根据恒功率控制主泵
比例阀的开度。
综上所述，本发明提出的方法及系统结合发动机万有特性曲线，
把负载分为轻载和重载两种情况，所以不一定有较高的燃油利用率，
在重载情况下确保挖掘机的效率和节能，所以必须有较高的燃油利用
率，发动机的目标工作点在经济油耗区，在轻载情况下确保挖掘机的
节能，该情况下节能优先效率次之，所以不一定有较高的燃油利用率，
确定两种负载下发动机的目标工作点，采用恒功率控制方法，实现节
能的目的。
通过说明和附图，给出了具体实施方式的特定结构的典型实施
例，基于本发明精神，还可作其他的转换。尽管上述发明提出了现有
的较佳实施例，然而，这些内容并不作为局限。
对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正
无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真
实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等
价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。