工作装置的控制方法、系统及用于牵引工作的工程机械技术领域
本发明涉及工程机械技术领域，更具体地说，涉及一种工作装置的控制
方法、系统及用于牵引工作的工程机械。
背景技术
目前用于牵引工作的工程机械，以推土机为例，其工作条件与作业环境
极其恶劣，在铲土作业过程中循环动作频繁，工作阻力变化范围大，需要驾
驶员频繁地进行工作装置-铲刀的升降，此种操作主要依靠驾驶人员根据铲刀
受到的阻力大小做出判断，手动操作控制器来控制铲刀升降。特别是在土质、
岩质、地形条件多样的环境下施工，操作人员需频繁地操作铲刀升降，不仅
对于驾驶员的操作水平要求较高，而且还不可避免地存在较大的迟缓性和不
准确性，造成工作效率低、作业质量差、人员劳动强度大等问题。
同样，除推土机之外的其他用于牵引工作的工程机械同样也存有上述问
题。
因此，如何实现工作装置的自动升降控制，提高用于牵引工作的工程机
械的工作效率和作业质量，减轻驾驶员的劳动强度，是本领域技术人员亟待
解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种工作装置的控制方法、系统及用于牵引工作
的工程机械，以实现用于牵引工作的工程机械的工作装置的自动升降控制。
为实现上述目的，现提出的方案如下：
一种工作装置的控制方法，包括：
获取涡轮扭矩和发动机扭矩；
计算得到扭矩比，所述扭矩比为所述涡轮扭矩和发动机扭矩的比值；
若所述扭矩比处于预设扭矩比范围，则保持当前工作装置的位置；
当所述扭矩比大于所述预设扭矩比范围中的最大扭矩比时，提升所述工
作装置，直至重新得到的扭矩比不大于所述最大扭矩比；
当所述扭矩比小于所述预设扭矩比范围中的最小扭矩比时，下降所述工
作装置，直至重新得到的扭矩比不小于所述最小扭矩比。
优选地，还包括：
判断当前工作装置控制模式，若所述当前工作装置控制模式为手动控制
模式，则所述工作装置的升降控制由人工操作控制手柄实现；若所述当前工
作装置控制模式为自动控制模式，则获取涡轮扭矩和发动机扭矩。
优选地，还包括：
获取所述工作装置的控制状态，将其与所述当前工作装置控制模式相比
对；
当满足预设条件时，更改所述工作装置的控制模式至与所述工作装置的
控制状态相同的控制模式，所述预设条件为所述工作装置的控制状态和所述
当前工作装置控制模式不相同。
优选地，所述预设条件还包括：延迟预设时间获取的工作装置的控制状
态和所述当前工作装置控制模式仍不相同。
优选地，
提升所述工作装置过程中，当重新得到的扭矩比靠近所述最大扭矩比时，
还包括：降低所述工作装置的提升速度；
下降所述工作装置过程中，当重新得到的扭矩比靠近所述最小扭矩比时，
还包括：降低所述工作装置的下降速度。
优选地，当所述扭矩比大于所述预设扭矩比范围中的最大扭矩比后还包
括：
连续预设次数、且相邻两次之间的间隔预设时间获取涡轮扭矩和发动机
扭矩；
计算每次获取得到涡轮扭矩和发动机扭矩的比值，得到扭矩比；
当判断所述连续预设次数得到的扭矩比均大于所述最大扭矩比，提升所
述工作装置。
优选地，当所述扭矩比小于所述预设扭矩比范围中的最小扭矩比后还包
括：
连续预设次数、且相邻两次之间的间隔预设时间获取涡轮扭矩和发动机
扭矩；
计算每次获取得到涡轮扭矩和发动机扭矩的比值，得到扭矩比；
当判断所述连续预设次数得到的扭矩比均小于所述最小扭矩比，降低所
述工作装置。
一种工作装置控制系统，包括：
涡轮扭矩传感器，用于采集涡轮扭矩；
发动机扭矩传感器，用于采集发动机扭矩；
电子控制单元，用于获取涡轮扭矩和发动机扭矩，计算得到扭矩比，所
述扭矩比为所述涡轮扭矩和发动机扭矩的比值；若所述扭矩比处于预设扭矩
比范围，则保持当前工作装置的位置；当所述扭矩比大于所述预设扭矩比范
围中的最大扭矩比时，提升所述工作装置，直至重新得到的扭矩比不大于所
述最大扭矩比；当所述扭矩比小于所述预设扭矩比范围中的最小扭矩比时，
下降所述工作装置，直至重新得到的扭矩比不小于所述最小扭矩比。
优选地，还包括：切换手动控制模式和自动控制模式的控制模式选择开
关，所述电子控制单元还用于判断当前工作装置控制模式，若所述当前工作
装置控制模式为手动控制模式，所述控制模式选择开关切换为手动模式；若
所述当前工作装置控制模式为自动模式，所述控制模式选择开关切换为自动
模式。
优选地，还包括采集发动机水温值的温度传感器；所述电子控制单元还
用于获取所述温度传感器采集的发动机水温值，当判断所述发动机水温值高
于预设温度最高值时，进行温度报警。
一种用于牵引工作的工程机械，包括上述的系统。
优选地，所述工程机械为推土机、推耙机、平地机或装载机。
从上述的技术方案可以看出，本发明公开的工作装置的控制方法，通过
涡轮扭矩和发动机扭矩的比值确定工作装置当前遇到的作业工况，进而进行
工作装置升降的控制，具体的，若所述扭矩比处于预设扭矩比范围，则保持
当前工作装置的位置；当所述扭矩比大于所述预设扭矩比范围中的最大扭矩
比时，提升所述工作装置，直至重新得到的扭矩比不大于所述最大扭矩比；
当所述扭矩比小于所述预设扭矩比范围中的最小扭矩比时，下降所述工作装
置，直至重新得到的扭矩比不小于所述最小扭矩比，实现了工作装置的自动
升降控制，提高了用于牵引工作的工程机械的工作效率和作业质量，减轻了
驾驶员的劳动强度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实
施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面
描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，
在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例公开的一种工作装置的控制方法的流程图；
图2为本发明另一实施例公开的一种工作装置的控制方法的流程图；
图3为本发明另一实施例公开的一种工作装置的控制系统的结构图；
图4为本发明另一实施例公开的一种工作装置的控制系统的结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行
清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而
不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作
出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种工作装置的控制方法、系统及用于牵引工作的
工程机械，以实现用于牵引工作的工程机械的工作装置的自动升降控制。
本实施例公开的一种工作装置的控制方法，如图1所示，包括步骤：
S101、获取涡轮扭矩和发动机扭矩；
S102、计算得到扭矩比K，所述扭矩比K为所述涡轮扭矩和发动机扭矩
的比值；
S103、比对所述扭矩比K和预设扭矩比范围(K1，K2)；
当所述扭矩比K处于预设扭矩比范围(K1，K2)，即K1≤K≤K2，则执行
步骤S104、保持当前工作装置的位置；
当所述扭矩比K大于所述预设扭矩范围(K1，K2)中的最大扭矩比K2，
即K＞K2，则执行步骤S105、提升所述工作装置，直至重新得到的扭矩比不
大于所述最大扭矩比K2；
当所述扭矩比K小于所述预设扭矩范围(K1，K2)中的最小扭矩比K1，
即K＜K1，则执行步骤S106、下降所述工作装置，直至重新得到的扭矩比不
小于所述最小扭矩比K1。
本实施例公开的工作装置的控制方法中，通过涡轮扭矩和发动机扭矩的
比值确定工作装置当前遇到的作业工况，进而进行工作装置升降的控制，实
现了工作装置的自动升降控制，提高了用于牵引工作的工程机械的工作效率
和作业质量，减轻了驾驶员的劳动强度。
为提高工程车辆对恶劣作业环境与工况的适应能力，在传统工程机械传
动系统中增加液力变矩器进行液力机械传动。通过液体传递动力，可降低传
动系统的动载荷和振动，延长传动系统的使用寿命，提高工程机械的输出扭
矩，大大增加工程机械的工作能力。
工程机械工作过程中，恶劣的工况条件导致工程机械的阻力急剧变化，
直接引起工程机械的涡轮输出扭矩随之剧烈变化以适应复杂工况。通常情况
下，涡轮扭矩与工程机械的工作阻力之间的关系是一定的，即在一定的工况
条件下，随着工作阻力的增加，涡轮扭矩也增加；反之，工作阻力降低，涡
轮扭矩随之下降。因此涡轮输出扭矩是反映工程机械工况载荷的最直接、最
精确的关键因素。
申请号为201110169591.1的发明专利申请，公开了一种液力式推土机铲
刀自动控制系统及自动控制方法，该方法中通过判断涡轮转速来确定当前遇
到的作业工况，实现铲刀的自动升降控制。由于，基于涡轮转速确定当前遇
到的作业工况的原理是：涡轮转速与涡轮扭矩之间存有固定关系，涡轮扭矩
可以反映作业工况，与涡轮扭矩有固定关系涡轮转速也就间接的反映了作业
工况。
然而，通过涡轮转速确定当前遇到的作业工况时，传感器本身可以出现
误差，其检测得到的涡轮转速也会存有误差；并且，由于转换精度的限定，
涡轮转速和涡轮扭矩转换过程中也势必会存在误差，在多种误差的诱导下，
涡轮转速不能更真实地反映工程机械的载荷工况和阻力大小，这样，采用判
断涡轮转速来确定当前遇到的作业工况，实现铲刀的自动升降控制的方法不
能满足精确度的要求。
并且，采用扭矩比作为控制工作装置升降的判定条件，实质是由涡轮扭
矩和发动机扭矩双参数控制，可克服单一参数-涡轮扭矩作为控制工作装置升
降的判定条件所产生的以下缺陷：不能完全兼顾牵引工况和工作效率，产生
一定的效率损失，具体的，在小油门开度下，工作效率较低，且涡轮和发动
机之间的扭矩和转速差值很大，对传动系统有较大的冲击。因此可以得出：
本发明实施例公开的工作装置的控制方法采用扭矩比控制会使各油门开度下
都可兼顾传动效率及动力经济性能，综合效果更佳，能够更好地实现工程机
械的精准、高效和低耗工作。
在上述实施例中，当判断扭矩比K大于最大扭矩比K2时，提升工作装置，
在工作装置的提升过程中，不断重新获取涡轮扭矩和发动机扭矩，计算得到
扭矩比，将扭矩比与最大扭矩比K2进行比对，当判断所述重新计算得到的扭
矩比靠近所述最大扭矩比K2时，为了防止过冲现象，需要降低工作装置的提
升速度，一般将工作装置的提升速度降低一半。具体的，一般规定当重新计
算得到的扭矩比不大于K2+0.1时，说明重新获取的涡轮扭矩靠近所述最大扭
矩比K2，当然还可以根据实际情况预定其他值作为判定扭矩比靠近所述最大
扭矩比K2的依据。
同样，当判断扭矩比K小于最小扭矩比K1时，下降工作装置，在工作装
置的下降过程中，不断重新获取涡轮扭矩和发动机扭矩，将其与最小扭矩比
K1进行比对，当判断所述重新得到的扭矩比靠近所述最小扭矩比K1时，为了
防止过冲现象，需要降低工作装置的下降速度，一般将工作装置的下降速度
降低一半。具体的，一般规定当重新得到扭矩比不小于K1-0.1时，说明重新
得到的扭矩比靠近所述最小扭矩比K1，当然也可以根据实际情况预定其他值
作为判定扭矩比靠近所述最小扭矩比K1的依据。
本发明另一实施例还公开了一种工作装置的控制方法，包括步骤：
S201、获取当前工作装置控制模式信息；
S202、根据所述当前工作装置控制模式信息判断当前工作装置控制模式
是否为自动控制模式，当判断不是自动控制模式时，说明所述当前工作装置
控制模式为手动控制模式，则执行步骤S203、由人工操作控制手柄控制所述
工作装置的升降。
当判断为自动控制模式，执行步骤S204、获取涡轮扭矩和发动机扭矩；
S205、计算得到扭矩比K，所述扭矩比K为所述涡轮扭矩和发动机扭矩
的比值；
S206、比对所述扭矩比K和预设扭矩比范围(K1，K2)；
当所述扭矩比K处于预设扭矩比范围(K1，K2)，即K1≤K≤K2，则执行
步骤S207、保持当前工作装置的位置；
当所述扭矩比K大于所述预设扭矩范围(K1，K2)中的最大扭矩比K2，
即K＞K2，则执行步骤S208、提升所述工作装置，直至重新得到的扭矩比不
大于所述最大扭矩比K2；
当所述扭矩比K小于所述预设扭矩范围(K1，K2)中的最小扭矩比K1，
即K＜K1，则执行步骤S209、下降所述工作装置，直至重新得到的扭矩比不
小于所述最小扭矩比K1。
在上述实施例中，在获取当前工作装置控制模式信息的同时，还可以获
取该工作装置的控制状态，根据所述当前工作装置控制模式信息确定当前工
作装置的控制模式，比对所述工作装置的控制状态和当前工作装置控制模式，
当满足预设条件时，更改所述工作装置的控制模式至与所述工作装置的控制
状态相同的控制模式，此时的预设条件为所述工作装置的控制状态和所述当
前工作装置控制模式不相同。
为了使更改工作装置的控制模式的步骤时机更为精确，上述的预设条件
还可以包括：延迟一段时间获取的工作装置的控制状态和所述当前工作装置
控制模式仍不相同，具体的，延迟时间取为0.5s到1s之间任意的时间常量。
在上述的两个方法实施例中，为了较为精确的确定工作装置位置的改变
时机，当判断所述扭矩比K大于所述最大扭矩比K2后还包括：
连续预设次数、且相邻两次之间的间隔预设时间获取涡轮扭矩和发动机
扭矩；
计算每次获取得到涡轮扭矩和发动机扭矩的比值，得到扭矩比；
当判断所述连续预设次数得到的扭矩比均大于所述最大扭矩比K2，提升
所述工作装置。
并且，当所述扭矩比K小于所述最小扭矩比K1后还包括：
连续预设次数、且相邻两次之间的间隔预设时间获取涡轮扭矩和发动机
扭矩；
计算每次获取得到涡轮扭矩和发动机扭矩的比值，得到扭矩比；
当判断所述连续预设次数得到的扭矩比均小于所述最小扭矩比K1，降低
所述工作装置。
具体的，获取涡轮扭矩的间隔时间的范围可以但不限定为0.5-1s，获取
的次数可以但不限定为3-5。
在上述的两个实施例中，所述预设扭矩比范围(K1，K2)可以为一个，且
可但不限定选用最大油门状态的涡轮扭矩和发动机扭矩的比值作为预设扭矩
比范围(K1，K2)；当然，所述预设扭矩比范围(K1，K2)还可以为多个，且与
不同油门状态一一对应，此时，获取所述涡轮扭矩和发动机扭矩的同时还需
要获取油门信号。
由于各油门状态下的预设扭矩比范围不相同，当油门状态较高时，预设
扭矩比范围中的最大扭矩比和最小扭矩比均较高，当油门状态较低时，预设
扭矩比范围中的最大扭矩比和最小扭矩比均较低。因此，为了精确控制工作
装置的升降时机，油门状态的信号是很有必要的，并且，油门状态信号还与
该油门状态下的预设扭矩比范围一一对应。
具体的，在上述两个实施例中，取液力变矩器最高效率点ηmax±5％附近
不同油门开度对应的涡轮扭矩和发动机扭矩的比值作为不同油门状态下预设
扭矩比范围中的最大扭矩比；取液力变矩器效率为η75％±5％附近不同油门开
度对应的涡轮扭矩和发动机扭矩的比值作为不同油门状态下预设扭矩比范围
中的最小扭矩比。当然，最大、最小扭矩比可以根据工程机械实际工作情况
设定为其它值。
本发明另一实施例公开的一种工作装置控制系统，如图3所示，包括：
涡轮扭矩传感器101，用于采集涡轮扭矩；
发动机扭矩传感器102，用于采集发动机扭矩；
电子控制单元103，用于获取涡轮扭矩和发动机扭矩，计算得到扭矩比，
所述扭矩比为所述涡轮扭矩和发动机扭矩的比值；若所述扭矩比处于预设扭
矩比范围，则保持当前工作装置的位置；当所述扭矩比大于所述预设扭矩比
范围中的最大扭矩比时，提升所述工作装置，直至重新得到的扭矩比不大于
所述最大扭矩比；当所述扭矩比小于所述预设扭矩比范围中的最小扭矩比时，
下降所述工作装置，直至重新得到的扭矩比不小于所述最小扭矩比。
本发明另一实施例公开的一种工作装置控制系统，如图4所示，包括：
油门信号传感器201，用于采集油门信号；
涡轮扭矩传感器202，用于采集涡轮扭矩；
发动机扭矩传感器203，用于采集发动机扭矩；
电子控制单元204，用于获取当前油门状态下的涡轮扭矩和发动机扭矩，
计算得到扭矩比，所述扭矩比为所述涡轮扭矩和发动机扭矩的比值；若所述
扭矩比处于预设扭矩比范围，则保持当前工作装置的位置；当所述扭矩比大
于所述预设扭矩比范围中的最大扭矩比时，提升所述工作装置，直至重新得
到的扭矩比不大于所述最大扭矩比；当所述扭矩比小于所述预设扭矩比范围
中的最小扭矩比时，下降所述工作装置，直至重新得到的扭矩比不小于所述
最小扭矩比。
具体的，电子控制单元204包括：
存储模块，存储有油门信号和扭矩比范围的对应关系表；
获取模块，用于获取油门信号、涡轮扭矩和发动机扭矩，根据油门信号
从所述油门信号和扭矩比范围的对应关系表中确定当前油门状态下的扭矩比
范围；
计算模块，用于计算所述获取模块得到的涡轮扭矩和发动机扭矩的比值，
作为扭矩比；
判断模块，用于比对当前油门状态下的扭矩比和当前油门状态下的扭矩
比范围；
控制信号生成模块，用于当所述扭矩比大于所述扭矩比范围中的最大扭
矩比时，生成提升工作装置的信号；当所述扭矩比小于所述扭矩比范围中的
最小扭矩比时，生成下降工作装置的信号。
油门信号传感器201采集的油门信号，涡轮扭矩传感器202采集的涡轮
扭矩，发动机扭矩传感器203采集的发动机扭矩，均通过电子控制单元204
的通讯接口输入至电子控制单元204；电子控制单元204的获取模块获取油门
信号、涡轮扭矩和发动机扭矩，并确定当前油门状态下的扭矩比范围，并将
其传输至所述判断模块；计算模块计算得到当前油门状态下的扭矩比，也将
其传输至所述判断模块；所述判断模块比对当前油门状态下的扭矩比和当前
油门状态下的扭矩比范围，当所述扭矩比大于所述扭矩比范围中的最大扭矩
比时，所述控制信号生成模块生成提升工作装置的信号，当所述扭矩比小于
所述扭矩比范围中的最小扭矩比时，所述控制信号生成模块生成下降工作装
置的信号；所述控制信号生成模块生成的信号均作用于工作装置的电液控制
装置，以提升或降低工作装置。
同样如图4所示，本实施例公开的工作装置控制系统还可以包括：切换
手动控制模式和自动控制模式的控制模式选择开关205，此时，电子控制单元
204的判断单元还用于判断当前工作装置控制模式，若所述当前工作装置控制
模式为手动控制模式，所述控制模式选择开关切换为手动模式；若所述当前
工作装置控制模式为自动模式，所述控制模式选择开关切换为自动模式。
并且，所述工作装置控制系统还可以包括采集发动机水温值的温度传感
器206和报警单元207；此时，电子控制单元204的获取模块还用于获取所述
温度传感器采集的发动机水温值，当电子控制单元204的判断模块判断所述
发动机水温值高于预设温度最高值时，报警单元207进行温度报警。
同样，为了使报警单元207进行温度报警的时机更加准确，电子控制单
元204的判断模块判断所述发动机水温值高于预设温度最高值后，延迟预设
时间后，电子控制单元204的获取模块重新获取发动机水温值，当电子控制
单元204的判断模块判断重新获取的发送机水温值仍高于预设温度最高值时，
进行温度报警。
具体的，上述的延迟时间取为0.5s到1s之间的时间常量，还可以根据
实际使用情况设定为其他值。
本发明另一实施例还公开了一种用于牵引工作的工程机械，该工程机械
包括上述实施例公开的工作装置控制系统。
此处不再对工作装置控制系统进行详细的论述，请参见上述实施例公开
的内容。
具体的，本实施例公开的工程机械具体可以为推土机、推耙机、平地机
或装载机，当然，还可以为其他用于牵引工作的工程机械。
以推土机为例，上述的工作装置即指铲刀或松土器，获取当前油门状态
下的涡轮扭矩和发动机扭矩，计算得到扭矩比，若所述扭矩处于预设扭矩范
围，则保持铲刀的位置；
当所述扭矩比大于所述预设扭矩比范围中的最大扭矩比时，提升铲刀或
松土器，直至重新得到的扭矩比不大于所述最大扭矩比；
当所述扭矩比小于所述预设扭矩比范围中的最小扭矩比时，下降铲刀或
松土器，直至重新得到的扭矩比不小于所述最小扭矩比。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都
是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用
本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易
见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，
在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，
而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。