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CN111501894B - 行驶稳定系统、挖掘装载机及控制方法 - Google Patents

行驶稳定系统、挖掘装载机及控制方法 Download PDF

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CN111501894B CN202010425641.7A CN202010425641A CN111501894B CN 111501894 B CN111501894 B CN 111501894B CN 202010425641 A CN202010425641 A CN 202010425641A CN 111501894 B CN111501894 B CN 111501894B
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张战文
耿彦波
郎保乡
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Jiangsu Xugong Construction Machinery Research Institute Co ltd
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Abstract

本公开涉及一种行驶稳定系统、挖掘装载机及控制方法。行驶稳定系统包括：液压致动器(1)；第一液压油源(B)，与所述液压致动器(1)可操作地连接，被配置为向所述液压致动器(1)提供压力油；蓄能元件(A)，可操作地连接所述第一液压油源(B)与所述液压致动器(1)之间的第一供油油路(r1)；和控制器(E)，被配置为在所述行驶稳定系统开启后比较所述液压致动器(1)和所述蓄能元件(A)的油压，并在所述蓄能元件(A)接入所述第一供油油路(r1)之前使所述蓄能元件(A)与所述液压致动器(1)的油压达到平衡。

Description

行驶稳定系统、挖掘装载机及控制方法
技术领域
本公开涉及工程机械领域，尤其涉及一种行驶稳定系统、挖掘装载机及控制方法。
背景技术
挖掘装载机是集挖掘、装载于一体的多功能工程机械。其广泛用于各类基础工程项目的施工，能够从事挖掘、铲装、运载、破碎和平整场地等多项作业。由于其需要经常在各种复杂、甚至恶劣的非公路路面上进行行驶作业，它们被要求具有较高的行驶速度以提高作业效率。但是，挖掘装载机受其装载端作业装置的结构影响，当受到不平路面激励时，凸凹不平的路面会引起整车的振动和颠簸，主要表现为前后俯仰振动现象。由于前部类似悬臂梁结构的装载端工作装置负载的影响，整车重心的移动进一步放大了这种振动，从而导致更加严重的纵向俯仰振动现象的发生。一方面，这会导致较差的操作舒适性，另一方面由于纵向俯仰振动容易导致料斗内的物料洒落，从而降低作业效率。因此，这种振动问题已经严重制约了挖掘装载机在高速、高效、安全性的发展。
针对此类工作装置液压系统的振动问题，在国内外的一些相关技术中，利用油气悬架技术开发的被动蓄能式行驶稳定系统来解决。其工作原理是利用蓄能器有效地吸收进入铲斗等工作装置液压回路中的冲击振动。
发明内容
在本公开的一个方面，提供一种行驶稳定系统，包括：
液压致动器；
第一液压油源，与所述液压致动器可操作地连接，被配置为向所述液压致动器提供压力油；
蓄能元件，可操作地连接所述第一液压油源与所述液压致动器之间的第一供油油路；和
控制器，被配置为在所述行驶稳定系统开启后比较所述液压致动器和所述蓄能元件的油压，并在所述蓄能元件接入所述第一供油油路之前使所述蓄能元件与所述液压致动器的油压达到平衡。
在一些实施例中，所述行驶稳定系统还包括：
第二液压油源，与所述蓄能元件可操作地连接，被配置为通过第二供油油路向所述蓄能元件供应压力油，以提高所述蓄能元件的油压；
泄油元件，与所述蓄能元件可操作地连接，被配置为通过泄油油路对所述蓄能元件进行卸荷，以降低所述蓄能元件的油压。
在一些实施例中，所述行驶稳定系统还包括：
第一压力传感器，设置在所述蓄能元件上，或者与所述蓄能元件的出口连接，被配置为检测所述蓄能元件的油压；
第二压力传感器，设置在所述液压致动器上，或者与所述液压致动器的油口连接，被配置为检测所述液压致动器的油压。
在一些实施例中，所述第二液压油源包括：
油泵，通过所述第二供油油路与所述蓄能元件连通；
第一控制阀，串联所述第二供油油路上，且与所述控制器信号连接，被配置为根据所述控制器的控制指令使所述第二供油油路连通或关断。
在一些实施例中，所述泄油元件包括：
油箱，通过所述泄油油路与所述蓄能元件连通；
第二控制阀，串联在所述泄油油路上，且与所述控制器信号连接，被配置为根据所述控制器的控制指令使所述泄油油路连通或关断。
在一些实施例中，所述行驶稳定系统还包括：
第三控制阀，位于所述第一供油油路与所述蓄能元件之间的油路，且与所述控制器信号连接，被配置为根据所述控制器的控制指令使所述第一供油油路与所述蓄能元件之间的油路连通或断开。
在一些实施例中，所述行驶稳定系统还包括：
电液比例节流阀，与所述控制器信号连接，被配置为根据所述控制器的控制指令改变所述电液比例节流阀的节流孔径；
单向阀，与所述电液比例节流阀并联后，串联设置在所述第二供油油路上，被配置为实现所述蓄能元件充油方向的单向导通。
在一些实施例中，所述行驶稳定系统还包括：
路面不平度检测元件，与所述控制器信号连接，被配置为检测用于表征当前行驶路面的不平度的信号；
作业端载荷检测元件，与所述控制器信号连接，被配置为检测所述液压致动器的当前载荷；和
数据库，位于所述控制器内或与所述控制器信号连接，被配置为存储路面不平度等级和/或液压致动器载荷与所述电液比例节流阀的节流孔径的映射数据；
其中，所述控制器被配置为根据所述用于表征当前行驶路面的不平度的信号确定路面不平度等级，并根据所述路面不平度等级和/或所述液压致动器的当前载荷查询所述数据库，然后根据查询到的电液比例节流阀的节流孔径向所述电液比例节流阀发送控制指令，以使所述电液比例节流阀进行节流孔径的调整。
在一些实施例中，所述行驶稳定系统还包括：
模型建立单元，与所述数据库信号连接，被配置为在不同的液压致动器载荷和不同等级的路面谱信息的输入下，以所述电液比例节流阀的节流孔径作为自变量，以行驶平顺性为目标函数，通过神经网络算法进行迭代优化，以拟合出在不同的路面不平度等级下，不同的液压致动器载荷分别对应的电液比例节流阀的最优节流孔径的曲线集合，并将拟合数据保存到所述数据库内。
在一些实施例中，所述蓄能元件包括：
第一蓄能器，具有第一最大工作油压；
第二蓄能器，具有第二最大工作油压，且所述第二最大工作油压大于所述第一最大工作油压；
第四控制阀，分别与所述第二液压油源、所述泄油元件、所述第一蓄能器和所述第二蓄能器连接，被配置为切换所述第二液压油源到所述第一蓄能器或所述第二蓄能器的油路，以及切换所述第一蓄能器或所述第二蓄能器到所述泄油元件的油路。
在一些实施例中，所述控制器与所述第四控制阀信号连接，被配置为在所述行驶稳定系统开启时，判断所述液压致动器是否处于空载工况，如果处于空载工况，则向所述第四控制阀发送控制指令，以使其切换为所述第一蓄能器经由所述第二供油油路与所述第一供油油路连通，否则向所述第四控制阀发送控制指令，以使其切换为所述第二蓄能器经由所述第二供油油路与所述第一供油油路连通。
在一些实施例中，所述第一蓄能器在所述行驶稳定系统开启前的初始油压与所述液压致动器处于空载工况下的油压相等，所述第二蓄能器在所述行驶稳定系统开启前的初始油压与所述液压致动器处于满载工况下的油压相等。
在一些实施例中，所述行驶稳定系统还包括：
安全阀，设置在所述蓄能元件与所述油箱之间，被配置为在所述蓄能元件的油压超过预设最大油压时，使所述蓄能元件经由所述安全阀卸荷。
在一些实施例中，所述行驶稳定系统还包括：
速度传感器，与所述控制器信号连接，被配置为测试所述行驶稳定系统所在的车体的速度；
所述控制器被配置为在所述行驶稳定系统所在的车体的速度维持超过预设速度的时长达到预设时长时，开启所述行驶稳定系统，以及在所述行驶稳定系统处于已开启的状态下，当所述车体的速度不满足在预设时长内维持超过预设速度的条件时，使所述第一供油油路与所述蓄能元件之间的油路断开，并关闭所述行驶稳定系统。
在本公开的一个方面，提供一种挖掘装载机，包括：
车体；和
前述的行驶稳定系统。
在一些实施例中，所述液压致动器包括动臂油缸。
在本公开的一个方面，提供一种基于前述的行驶稳定系统的控制方法，包括：
在所述行驶稳定系统开启后，比较所述液压致动器和所述蓄能元件的油压；
使所述蓄能元件与所述液压致动器的油压达到平衡；
将所述蓄能元件接入所述第一供油油路。
在一些实施例中，所述使所述蓄能元件与所述液压致动器的油压达到平衡包括：
如果所述蓄能元件的油压高于所述液压致动器的油压，则使所述蓄能元件通过泄油油路卸荷，以便将所述蓄能元件的油压降低到与所述液压致动器的油压达到平衡；
如果所述蓄能元件的油压低于所述液压致动器的油压，则通过第二供油油路向所述蓄能元件供应压力油，以便将所述蓄能元件的油压提高到与所述液压致动器的油压达到平衡。
在一些实施例中，所述行驶稳定系统还包括：第二液压油源、电液比例节流阀、单向阀和数据库，所述第二液压油源与所述蓄能元件可操作地连接，被配置为通过第二供油油路向所述蓄能元件供应压力油，所述电液比例节流阀与所述单向阀并联后，串联设置在所述第二供油油路上，所述单向阀被配置为实现所述蓄能元件充油方向的单向导通，所述电液比例节流阀和所述数据库均与所述控制器信号连接；所述控制方法还包括：
在将所述蓄能元件接入所述第一供油油路时，检测所述液压致动器的当前载荷和用于表征当前行驶路面的不平度的信号；
根据所述用于表征当前行驶路面的不平度的信号确定路面不平度等级；
根据所述路面不平度等级和/或所述液压致动器的当前载荷查询所述数据库；
根据查询到的电液比例节流阀的节流孔径，使所述电液比例节流阀进行节流孔径的调整。
在一些实施例中，所述控制方法还包括：
在不同的液压致动器载荷和不同等级的路面谱信息的输入下，以所述电液比例节流阀的节流孔径作为自变量，以行驶平顺性为目标函数，通过神经网络算法进行迭代优化，以拟合出在不同的路面不平度等级下，不同的液压致动器载荷分别对应的电液比例节流阀的最优节流孔径的曲线集合，并将拟合数据保存到所述数据库内。
在一些实施例中，所述蓄能元件包括：第一蓄能器、第二蓄能器和第四控制阀，所述第一蓄能器的第一最大工作油压小于所述第二蓄能器的第二最大工作油压；所述控制方法还包括：
在所述行驶稳定系统开启时，判断所述液压致动器是否处于空载工况；
如果处于空载工况，则使所述第四控制阀切换为所述第一蓄能器与所述第一供油油路连通；
如果处于有负载工况，则使所述第四控制阀切换为所述第二蓄能器与所述第一供油油路连通。
在一些实施例中，所述控制方法还包括：
在所述行驶稳定系统处于未开启的状态下，当所述行驶稳定系统所在的车体的速度维持超过预设速度的时长达到预设时长时，开启所述行驶稳定系统；
在所述行驶稳定系统处于已开启的状态下，当所述车体的速度不满足在预设时长内维持超过预设速度的条件时，使所述第一供油油路与所述蓄能元件之间的油路断开，并关闭所述行驶稳定系统。
附图说明
构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。
参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：
图1是根据本公开行驶稳定系统的一些实施例的液压原理示意图；
图2是根据本公开行驶稳定系统的一些实施例的方框示意图；
图3是根据本公开挖掘装载机的一些实施例的结构示意图；
图4是根据本公开控制方法的一些实施例的流程示意图；
图5是根据本公开控制方法的一些实施例中节流孔径自动调节的流程示意图；
图6是根据本公开行驶稳定系统的一些实施例的控制流程示意图。
应当明白，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。此外，相同或类似的参考标号表示相同或类似的构件。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。对示例性实施例的描述仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。本公开可以以许多不同的形式实现，不限于这里所述的实施例。提供这些实施例是为了使本公开透彻且完整，并且向本领域技术人员充分表达本公开的范围。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、材料的组分、数字表达式和数值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。
本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其他要素的可能。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
在本公开中，当描述到特定器件位于第一器件和第二器件之间时，在该特定器件与第一器件或第二器件之间可以存在居间器件，也可以不存在居间器件。当描述到特定器件连接其它器件时，该特定器件可以与所述其它器件直接连接而不具有居间器件，也可以不与所述其它器件直接连接而具有居间器件。
本公开使用的所有术语(包括技术术语或者科学术语)与本公开所属领域的普通技术人员理解的含义相同，除非另外特别定义。还应当理解，在诸如通用字典中定义的术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在一些相关技术中，利用油气悬架技术开发的被动蓄能式行驶稳定系统来解决振动问题。经研究发现，被动蓄能式行驶稳定系统在开启时，系统开启后由于蓄能器的压力与工作装置动臂液压缸无杆腔压力不一定平衡，容易使动臂油缸的活塞杆前后移动，使得工作装置无法始终保持在设定位置而发生变化，从而引起铲斗中物料洒落或其他安全危险。
这里的设定位置是指挖掘装载机等能够携带物料转场或作业的工程机械在行驶或携带物料进行转场作业时，会使工作装置保持在的一个特定的位置(例如使铲斗开口端保持水平，铲斗连接铰点距离地面300mm左右)，以使整车重心较低，提高车辆的操纵稳定性和行驶平顺性。
另外，由于路面不平度和铲斗中物料重量的不同，导致减振所需要的阻尼也不一样，相关技术中的被动蓄能式行驶稳定系统难以根据路面不平度和铲斗物料重量对系统阻尼进行实时调节。
有鉴于此，本公开提供一种行驶稳定系统、挖掘装载机及控制方法，能够提高行驶过程中的安全性。
如图1所示，为根据本公开行驶稳定系统的一些实施例的液压原理示意图。图2为根据本公开行驶稳定系统的一些实施例的方框示意图。参考图1和图2，在一些实施例中，行驶稳定系统包括：液压致动器1、第一液压油源B、蓄能元件A和控制器E。液压致动器1可以是行驶稳定系统所应用的作业车辆的作业单元。在一些实施例中，液压致动器1能够在工程机械车辆的行驶时承载物料。例如在采用本公开行驶稳定系统实施例的挖掘装载机中，液压致动器1可为动臂油缸。
第一液压油源B与所述液压致动器1可操作地连接，被配置为向所述液压致动器1提供压力油。第一液压油源B可根据需要通过第一供油油路r1向液压致动器1提供液压油，并根据需要停止向液压致动器1提供液压油。
参考图1，在一些实施例中，第一液压油源B包括液压源，例如图1中的油泵7。在一些实施例中，第一液压油源B还可以包括设置在第一供油油路r1上的电磁换向阀3，以实现供油的可操作性。第一液压油源B还可以包括设置在第一供油油路r1和回油油路之间的溢流阀4，以提供系统的过载保护，或者实现液压源的压力恒定等功能。
在图1中，油泵7可通过电机5或发动机驱动而从油箱6中抽出液压油。电磁换向阀3的进油口和回油口分别与油泵7的出口和油箱6连接，电磁换向阀3的两个工作油口分别与两个液压致动器1的无杆腔连接，通过电磁换向阀3的切换实现液压致动器1的启动、停止以及在不同运行方向的作业操作。在另一些实施例中，第一液压油源B也可以采用已有作业机械中用于驱动自身的作业单元的供油机构。
蓄能元件A可操作地连接所述第一液压油源B与所述液压致动器1之间的第一供油油路r1。蓄能元件A可包括一个或多个蓄能器，例如气体式、弹簧式或活塞式蓄能器等。蓄能元件A能够对液压致动器1的关联液压回路中的冲击和振动进行有效吸收，从而有效地解决应用了行驶稳定系统的一些作业车辆中的液压管路接头的油液渗透、驾驶室以及车身结构振动剧烈、承载物料易洒落等问题，提高作业车辆的可靠性、操纵舒适性、行驶稳定性和作业效率。
参考图2，在一些实施例中，控制器E能够在所述行驶稳定系统开启后比较所述液压致动器1和所述蓄能元件A的油压，并在所述蓄能元件A接入所述第一供油油路r1之前使所述蓄能元件A与所述液压致动器1的油压达到平衡。在本实施例中，通过调整蓄能元件的压力，使其与液压致动器的压力保持一致，从而确保在开启行驶稳定系统之后，工作装置仍能保持在开启前的设定位置而不会发生变化或不会发生明显变化，从而提高作业车辆的操纵稳定性和行驶平顺性。
控制器E可以是以逻辑方式操作，以执行操作、执行控制算法、存储和检索数据以及其它所需操作的电子控制器。控制器E可以包括或者能够访问存储器、辅助存储设备、处理器和用于运行应用程序的其他任何组件。存储器和辅助存储设备可以为只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)或可由控制器访问的集成电路的形式。各种其它电路(例如电源电路，信号调节电路，驱动器电路和其它类型的电路)可以与控制器E相关联。
参考图1和图2，在一些实施例中，行驶稳定系统还包括：第二液压油源C和泄油元件D。第二液压油源C与所述蓄能元件A可操作地连接，能够通过第二供油油路r2向所述蓄能元件A供应压力油，以提高所述蓄能元件A的油压。例如，当蓄能元件A的压力低于液压致动器1的压力时，通过第二液压油源C与向所述蓄能元件A供应压力油，使得蓄能元件A的油压得以提高，并趋于与液压致动器1的压力一致。
在图1中，第二液压油源C包括：油泵7和第一控制阀8。油泵7通过所述第二供油油路r2与所述蓄能元件A连通。第一控制阀8串联所述第二供油油路r2上，且与所述控制器E信号连接，被配置为根据所述控制器E的控制指令使所述第二供油油路r2连通或关断。在一些实施例中，第一液压油源B和第二液压油源C采用相同的油泵提供液压油。在另一些实施例中，第一液压油源B和第二液压油源C采用不同的油泵提供液压油。
泄油元件D与所述蓄能元件A可操作地连接，被配置为通过泄油油路r3对所述蓄能元件A进行卸荷，以降低所述蓄能元件A的油压。例如，当蓄能元件A的压力高于液压致动器1的压力时，蓄能元件A能够通过泄油元件D卸荷，使得蓄能元件A的油压得以降低，并趋于与液压致动器1的压力一致。
在图1中，泄油元件D包括油箱6和第二控制阀14。油箱6通过所述泄油油路r3与所述蓄能元件A连通。第二控制阀14串联在所述泄油油路r3上，且与所述控制器E信号连接，被配置为根据所述控制器E的控制指令使所述泄油油路r3连通或关断。
为了有效地获取蓄能元件A和液压致动器1的压力，参考图1和图2，在一些实施例中，行驶稳定系统还包括第一压力传感器2和第二压力传感器16。第一压力传感器2可设置在所述蓄能元件A上，或者与所述蓄能元件A的出口连接。第一压力传感器2被配置为检测所述蓄能元件A的油压。第二压力传感器16可设置在所述液压致动器1上，或者与所述液压致动器1的油口连接。第二压力传感器16被配置为检测所述液压致动器1的油压。
参考图1，在一些实施例中，行驶稳定系统还包括第三控制阀9。第三控制阀9位于所述第一供油油路r1与蓄能元件A之间的油路，且与所述控制器E信号连接。第三控制阀9能够根据所述控制器E的控制指令使所述第一供油油路r1与蓄能元件A之间连通或断开。在图1中，第三控制阀9可位于连通第一供油油路r1和第二供油油路r2的油路r4上。在蓄能元件A接入所述第一供油油路r1之前，通过第三控制阀9断开蓄能元件A与第一供油油路r1的油路。在通过第二液压油源C或泄油元件D使得蓄能元件A与液压致动器1的压力一致后，开启第三控制阀9，以使得蓄能元件A与第一供油油路r1的油路接通，从而通过蓄能元件A向液压致动器1提供冲击和振动的防护作用。
作业车辆的行驶路面的不平度可能随着行驶过程发生变化，例如挖掘装载机的工作环境一般为非铺装越野路面。为了降低路面不平度变化对驾驶员舒适性和行驶平顺性的影响，参考图1，在一些实施例中，行驶稳定系统还包括：电液比例节流阀11和单向阀12。电液比例节流阀11与所述控制器E信号连接，被配置为根据所述控制器E的控制指令改变所述电液比例节流阀11的节流孔径。单向阀12与所述电液比例节流阀11并联后，串联设置在所述第二供油油路r2上，被配置为实现所述蓄能元件A充油方向的单向导通。
在本实施例中，电液比例节流阀11和单向阀12能够构成单向节流阀，用于控制蓄能元件A与第一供油油路r1之间的压力油流动，而通过控制电流调整电液比例节流阀11的节流孔径能够改变系统阻尼。
对于电液比例节流阀11的节流孔径的调节，参考图2，在一些实施例中，行驶稳定系统还包括：路面不平度检测元件G、作业端载荷检测元件F和数据库H。路面不平度检测元件G可包括设置在车体上的加速度传感器或倾角传感器，并与所述控制器E信号连接。路面不平度检测元件G可被配置为检测用于表征当前行驶路面的不平度的信号。路面不平度指的是路面表面相对于基准平面的偏离程度，可通过波长和幅值进行表征。
作业端载荷检测元件F可采用称重传感器对作业端所承载的物料重量进行称重来作为液压致动器的当前载荷。作业端载荷检测元件F与所述控制器E信号连接，被配置为检测所述液压致动器1的当前载荷。数据库H位于所述控制器E内或与所述控制器E信号连接，被配置为存储路面不平度等级和/或液压致动器载荷与所述电液比例节流阀11的节流孔径的映射数据。
控制器E能够根据所述用于表征当前行驶路面的不平度的信号确定路面不平度等级，并根据所述路面不平度等级和/或所述液压致动器1的当前载荷查询所述数据库H，然后根据查询到的电液比例节流阀11的节流孔径向所述电液比例节流阀11发送控制指令，以使所述电液比例节流阀11进行节流孔径的调整。
数据库内存储的映射数据可预先根据仿真模型计算获得。相应地，在一些实施例中，行驶稳定系统还包括模型建立单元I。模型建立单元I与所述数据库H信号连接，被配置为在不同的液压致动器载荷和不同等级的路面谱信息的输入下，以所述电液比例节流阀11的节流孔径作为自变量，以行驶平顺性为目标函数，通过神经网络算法进行迭代优化，以拟合出在不同的路面不平度等级下，不同的液压致动器载荷分别对应的电液比例节流阀11的最优节流孔径的曲线集合，并将拟合数据保存到所述数据库H内。
在建立模型时，可建立分别对应于多种路面等级的仿真模型，在每种路面等级的仿真模型中针对不同的液压制动器载荷输入多个节流孔径的数值，找出不同载荷下对应于最佳行驶平顺性的最优节流孔径的曲线集合。曲线可包括液压制动器空载下的最优节流孔径的曲线。
这样，在所述蓄能元件A接入所述第一供油油路r1时，控制器可检测所述液压致动器1的当前载荷和用于表征当前行驶路面的不平度的信号，根据所述用于表征当前行驶路面的不平度的信号确定路面不平度等级。控制器可进一步根据所述路面不平度等级和/或所述液压致动器1的当前载荷查询所述数据库H，并根据查询到的电液比例节流阀11的节流孔径，使所述电液比例节流阀11进行节流孔径的调整。
这里的路面不平度等级代表一定的不平度范围，在行驶稳定系统开启后，路面不平度检测元件G可对路面不平度进行实时监测。当路面不平度处在某个路面不平度等级对应的范围内，则无需对电液比例节流阀11的节流孔径进行调节。而当检测到当前路面不平度所在的路面不平度等级发生变化后，则根据当前所处的路面不平度等级进行相应的节流孔径调节。利用数据库中存储的最佳节流孔径来减小作业车辆在行驶过程中受到振动和冲击的不利影响，提高驾驶员舒适性和行驶平顺性。
对于作业车辆来说，作业端在空载和满载状态下的载荷相差较大，对减振的需求存在一定差异。为了使作业车辆在这两类状态下都能有较好的减震效果，参考图1，在一些实施例中，蓄能元件A包括：第一蓄能器18、第二蓄能器19和第四控制阀17。第一蓄能器18具有第一最大工作油压，第二蓄能器19具有第二最大工作油压，且所述第二最大工作油压大于所述第一最大工作油压。第一蓄能器18相当于低压蓄能器，主要应用在空载状态下，而第二蓄能器19相当于高压蓄能器，主要应用在带载状态下。
第四控制阀17分别与所述第二液压油源C、所述泄油元件D、所述第一蓄能器18和所述第二蓄能器19连接。第四控制阀17能够切换所述第二液压油源C到所述第一蓄能器18或所述第二蓄能器19的油路，以及切换所述第一蓄能器18或所述第二蓄能器19到所述泄油元件D的油路。第四控制阀17可实现第一蓄能器18和第二蓄能器19中的任一个的充压、卸荷以及对液压致动器进行缓冲的作用的切换。
在一些实施例中，控制器E与所述第四控制阀17信号连接。控制器E能够在所述行驶稳定系统开启时，判断所述液压致动器1是否处于空载工况。如果处于空载工况，则控制器E向所述第四控制阀17发送控制指令，以使其切换为所述第一蓄能器18经由所述第二供油油路r2与所述第一供油油路r1连通，否则向所述第四控制阀17发送控制指令，以使其切换为所述第二蓄能器19经由所述第二供油油路r2与所述第一供油油路r1连通。
在一些实施例中，第一蓄能器18在所述行驶稳定系统开启前的初始油压与所述液压致动器1处于空载工况下的油压相等，这样可以省去平衡第一蓄能器18与液压致动器1的压力所花费的时间，提高系统的响应速度，提高反应灵敏性。并且，第一蓄能器18的刚性和阻尼相对较小，能够针对空载工况给液压致动器提供更好的减振效果。
在一些实施例中，第二蓄能器19在所述行驶稳定系统开启前的初始油压与所述液压致动器1处于满载工况下的油压相等。基于第二蓄能器19具有较大的充气压力和体积，能够满足带载甚至满载工况下的减振需求。对于一些作业车辆来说，通常采用满载作业，通过使第二蓄能器19的初始油压与液压致动器1处于满载工况下的油压相等，可以减少平衡第二蓄能器19与液压致动器1的压力所花费的时间，提高系统的响应速度，提高反应灵敏性。
在上述实施例中，各个控制阀可采用电磁切换阀，还可以采用液控切换阀、电液切换阀等。
参考图1，在一些实施例中，行驶稳定系统还包括：位于所述蓄能元件A与所述油箱6之间的安全阀15。该安全阀15能够在所述蓄能元件A的油压超过预设最大油压时，使所述蓄能元件A经由所述安全阀15卸荷。当路面激励过大时，有可能超过蓄能元件的最大承压能力，此时油液可通过安全阀15流入油箱6，从而实现对蓄能元件及其管路的过载保护。在图1中，第二供油油路上还可以串联电磁通断阀10。电磁通断阀10可用于接通或断开蓄能元件A与第一供油油路r1和第二供油油路r2的连通关系。
考虑到作业车辆在一些作业状态(例如挖掘装载机的铲装和卸料作业)下，行驶时间很短，车速变化也比较频繁，无需使用行驶稳定系统。因此参考图2，在一些实施例中，行驶稳定系统还包括：速度传感器J。速度传感器J与所述控制器E信号连接，被配置为测试所述行驶稳定系统所在的车体K的速度。控制器E能够在所述行驶稳定系统所在的车体的速度维持超过预设速度(例如5KM/h等)的时长达到预设时长(例如10s)时，开启所述行驶稳定系统。在所述行驶稳定系统处于已开启的状态下，控制器E能够在所述车体的速度不满足在预设时长内维持超过预设速度的条件时，关闭所述行驶稳定系统，以便节省系统资源。
上述行驶稳定系统可应用于各类作业车辆，例如：挖掘装载机、装载机、滑移装载机、叉装机等。如图3所示，是根据本公开挖掘装载机的一些实施例的结构示意图。在图3中，挖掘装载机包括车体K和前述任一种行驶稳定系统的实施例。在一些实施例中，液压致动器1可包括挖掘装载机的动臂油缸。其中，动臂油缸与装载机构(例如铲斗)相连，可用于举升物料。
基于前述行驶稳定系统的实施例，本公开还提供了该系统的控制方法。如图4所示，为根据本公开控制方法的一些实施例的流程示意图。参考图4，在一些实施例中，控制方法包括：
步骤100、在所述行驶稳定系统开启后，比较所述液压致动器1和所述蓄能元件A的油压；
步骤200、使所述蓄能元件A与所述液压致动器1的油压达到平衡；
步骤300、将所述蓄能元件A接入所述第一供油油路r1。
在本实施例中，上述步骤可由行驶稳定系统中的控制器E实现。本实施例通过调整蓄能元件的压力，使其与液压致动器的压力保持一致，从而确保在开启行驶稳定系统之后，工作装置仍能保持在开启前的设定位置而不会发生变化或不会发生明显变化，从而提高作业车辆的操纵稳定性和行驶平顺性。
在一些实施例中，步骤200可包括：如果所述蓄能元件A的油压高于所述液压致动器1的油压，则使所述蓄能元件A通过泄油油路r3卸荷，以便将所述蓄能元件A的油压降低到与所述液压致动器1的油压达到平衡。如果所述蓄能元件A的油压低于所述液压致动器1的油压，则通过第二供油油路r2向所述蓄能元件A供应压力油，以便将所述蓄能元件A的油压提高到与所述液压致动器1的油压达到平衡。
参考图1和图2，在一些实施例中，行驶稳定系统还包括：第二液压油源C、电液比例节流阀11、单向阀12和数据库H，所述第二液压油源C与所述蓄能元件A可操作地连接，被配置为通过第二供油油路r2向所述蓄能元件A供应压力油，所述电液比例节流阀11与所述单向阀12并联后，串联设置在所述第二供油油路r2上，所述单向阀12被配置为实现所述蓄能元件A充油方向的单向导通，所述电液比例节流阀11和所述数据库H均与所述控制器E信号连接。
参考图5，相应地，控制方法还包括用于实现电液比例节流阀11的节流孔径自动调节的步骤400-步骤700。在步骤400中，在将所述蓄能元件A接入所述第一供油油路r1时，检测所述液压致动器1的当前载荷和用于表征当前行驶路面的不平度的信号。在步骤500中，根据所述用于表征当前行驶路面的不平度的信号确定路面不平度等级。在步骤600中，根据所述路面不平度等级和/或所述液压致动器1的当前载荷查询所述数据库H。在步骤700中，根据查询到的电液比例节流阀11的节流孔径，使所述电液比例节流阀11进行节流孔径的调整。
在一些实施例中，控制方法还可以包括以下步骤：在不同的液压致动器载荷和不同等级的路面谱信息的输入下，以所述电液比例节流阀11的节流孔径作为自变量，以行驶平顺性为目标函数，通过神经网络算法进行迭代优化，以拟合出在不同的路面不平度等级下，不同的液压致动器载荷分别对应的电液比例节流阀11的最优节流孔径的曲线集合，并将拟合数据保存到所述数据库H内。
参考图1，在一些实施例中，蓄能元件A包括：第一蓄能器18、第二蓄能器19和第四控制阀17。所述第一蓄能器18的第一最大工作油压小于所述第二蓄能器19的第二最大工作油压。相应的，控制方法还可包括：在所述行驶稳定系统开启时，判断所述液压致动器1是否处于空载工况；如果处于空载工况，则使所述第四控制阀17切换为所述第一蓄能器18与所述第一供油油路r1连通；如果处于有负载工况，则使所述第四控制阀17切换为所述第二蓄能器19与所述第一供油油路r1连通。
在一些实施例中，控制方法还包括：在所述行驶稳定系统处于未开启的状态下，当所述行驶稳定系统所在的车体K的速度维持超过第一预设值的时长达到第一预设时长时，开启所述行驶稳定系统；在所述行驶稳定系统处于已开启的状态下，当所述车体K的速度维持不大于第二预设值的时长达到第二预设时长时，关闭所述行驶稳定系统。
下面结合图1-图3，通过图6对应用在挖掘装载机上的行驶稳定系统的某个实例的控制过程进行描述。
在步骤S101中，当挖掘装载机在进行中短距离负载作业或高速空载行驶时，控制器可根据位于车轮组件的速度传感器传回的速度信号判定车体的速度是否满足在10秒以上的时长下大于限定值5Km/h的条件，如果满足则执行步骤S102，即由控制器启动行驶稳定系统。如果不满足该条件，则执行步骤S120，不启动或关闭行驶稳定系统。
驾驶员可操纵手柄使得三位四通的电磁换向阀3的左位或右位得电，以通过油泵7对动臂油缸进行充油，从而控制动臂油缸1进行伸缩动作，完成铲装作业。另外，行驶稳定系统可设置手动启闭模式，由控制器接收驾驶员通过控制面板发出的控制指令来实现行驶稳定系统的开启或关闭，从而防止自动模式失效，提高系统的安全性。
在步骤S102之后，在步骤S103中通过安装在铲斗下部的载荷传感器判断是否处于空载工况。如果处于空载工况，则执行步骤S104。在步骤S104中，使第四控制阀17选择接通第一蓄能器18。由于第一蓄能器18的初始压力与空载时动臂油缸的无杆腔压力设定相同，两者压力达到平衡，在连通后工作装置的位置不会发生变化。
随后，在步骤S105中，通过安装在车轴位置的加速度传感器实时采集路面的不平度信号，并反馈到控制器中进一步判定当前的路面不平度等级。根据该路面不平度等级在数据库中查询空载状态下当前路面不平度等级下对应的电液比例节流阀的节流孔径的数值。
接下来在步骤S106中，控制器根据查询结果调整电液比例节流阀11的节流孔径。如果在步骤S107中路面等级未发生变化，则执行步骤S117，使得电磁通断阀10得电开启，第三控制阀9从关闭状态切换成开启，以保持油路r4的畅通，从而形成从第一蓄能器18经由第四控制阀17、电液比例节流阀11、电磁通断阀10和第三控制阀9到动臂油缸的无杆腔的液压通路。如果路面等级发生变化，则返回步骤S105，以便重新确定优选的电液比例节流阀的节流孔径的数值。
在步骤S103中确定未处在空载工况，即处于带载工况时，执行步骤S108。在步骤S108中，使第四控制阀17选择接通第二蓄能器19。然后执行步骤S109，判断第二蓄能器19的压力N蓄能与作业端的动臂油缸的压力N作业是否相同，如果不相同，则执行步骤S110，判断第二蓄能器19的压力N蓄能是否大于作业端的动臂油缸的压力N作业，如果大于，则执行步骤S115来通过泄油油路使第二蓄能器19的油液经由第四控制阀17、第二控制阀14和节流阀13流回油箱6，来实现卸荷操作。如果小于，则通过第二供油油路向第二蓄能器19补油来实现加压操作。在加压时，油泵7泵出的压力油经由第一控制阀8、电磁通断阀10、单向阀12和第四控制阀17流入第二蓄能器19。
在步骤S115和116之后，均返回重新执行步骤S108。经过一次或多次循环，直至第二蓄能器19的压力N蓄能与作业端的动臂油缸的压力N作业相同后执行步骤S109。
如果第二蓄能器19的压力N蓄能与作业端的动臂油缸的压力N作业相同，则执行步骤S111。例如，如果第二蓄能器19在所述行驶稳定系统开启前的初始油压与所述液压致动器1处于满载工况下的油压相等，则在满载状态下经过步骤S108的判断后，可直接执行步骤S111。
在步骤S111中，对液压致动器的当前载荷进行检测。这个操作也可以在判断是否处于空载状态的步骤之前执行。根据当前载荷，以及路面不平度信号所对应的路面不平度等级，通过步骤S112查询数据库，再通过步骤S113根据查询到的电液比例节流阀的节流孔径的数值执行电液比例节流阀的调整操作。
如果在步骤S114中路面等级未发生变化，则执行步骤S117，使得电磁通断阀10得电开启，第三控制阀9从关闭状态切换成开启，以保持油路r4的畅通，从而形成从第二蓄能器19经由第四控制阀17、电液比例节流阀11、电磁通断阀10和第三控制阀9到动臂油缸的无杆腔的液压通路。如果路面等级发生变化，则返回步骤S112，以便重新确定优选的电液比例节流阀的节流孔径的数值。
在步骤S117之后，如果车体K的速度不满足在10s内维持超过5Km/h的条件时，则可执行步骤S119，断开蓄能元件与第一供油油路之间的连通油路，并进一步通过步骤S120关闭行驶稳定系统。
至此，已经详细描述了本公开的各实施例。为了避免遮蔽本公开的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。
虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本公开的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改或者对部分技术特征进行等同替换。本公开的范围由所附权利要求来限定。

Claims (20)

1.一种行驶稳定系统，其特征在于，包括：
液压致动器(1)；
第一液压油源(B)，与所述液压致动器(1)可操作地连接，被配置为向所述液压致动器(1)提供压力油；
蓄能元件(A)，可操作地连接所述第一液压油源(B)与所述液压致动器(1)之间的第一供油油路(r1)；和
控制器(E)，被配置为在所述行驶稳定系统开启后比较所述液压致动器(1)和所述蓄能元件(A)的油压，并在所述蓄能元件(A)接入所述第一供油油路(r1)之前使所述蓄能元件(A)与所述液压致动器(1)的油压达到平衡；
第二液压油源(C)，与所述蓄能元件(A)可操作地连接，被配置为通过第二供油油路(r2)向所述蓄能元件(A)供应压力油，以提高所述蓄能元件(A)的油压；
泄油元件(D)，与所述蓄能元件(A)可操作地连接，被配置为通过泄油油路(r3)对所述蓄能元件(A)进行卸荷，以降低所述蓄能元件(A)的油压；
电液比例节流阀(11)，与所述控制器(E)信号连接，被配置为根据所述控制器(E)的控制指令改变所述电液比例节流阀(11)的节流孔径；
路面不平度检测元件(G)，与所述控制器(E)信号连接，被配置为检测用于表征当前行驶路面的不平度的信号；
作业端载荷检测元件(F)，与所述控制器(E)信号连接，被配置为检测所述液压致动器(1)的当前载荷；和
数据库(H)，位于所述控制器(E)内或与所述控制器(E)信号连接，被配置为存储路面不平度等级和/或液压致动器载荷与所述电液比例节流阀(11)的节流孔径的映射数据；
其中，所述控制器(E)被配置为根据所述用于表征当前行驶路面的不平度的信号确定路面不平度等级，并根据所述路面不平度等级和/或所述液压致动器(1)的当前载荷查询所述数据库(H)，然后根据查询到的电液比例节流阀(11)的节流孔径向所述电液比例节流阀(11)发送控制指令，以使所述电液比例节流阀(11)进行节流孔径的调整。
2.根据权利要求1所述的行驶稳定系统，其特征在于，还包括：
第一压力传感器(2)，设置在所述蓄能元件(A)上，或者与所述蓄能元件(A)的出口连接，被配置为检测所述蓄能元件(A)的油压；
第二压力传感器(16)，设置在所述液压致动器(1)上，或者与所述液压致动器(1)的油口连接，被配置为检测所述液压致动器(1)的油压。
3.根据权利要求1所述的行驶稳定系统，其特征在于，所述第二液压油源(C)包括：
油泵(7)，通过所述第二供油油路(r2)与所述蓄能元件(A)连通；
第一控制阀(8)，串联所述第二供油油路(r2)上，且与所述控制器(E)信号连接，被配置为根据所述控制器(E)的控制指令使所述第二供油油路(r2)连通或关断。
4.根据权利要求1所述的行驶稳定系统，其特征在于，所述泄油元件(D)包括：
油箱(6)，通过所述泄油油路(r3)与所述蓄能元件(A)连通；
第二控制阀(14)，串联在所述泄油油路(r3)上，且与所述控制器(E)信号连接，被配置为根据所述控制器(E)的控制指令使所述泄油油路(r3)连通或关断。
5.根据权利要求1所述的行驶稳定系统，其特征在于，还包括：
第三控制阀(9)，位于所述第一供油油路(r1)与所述蓄能元件(A)之间的油路，且与所述控制器(E)信号连接，被配置为根据所述控制器(E)的控制指令使所述第一供油油路(r1)与所述蓄能元件(A)之间的油路连通或断开。
6.根据权利要求1所述的行驶稳定系统，其特征在于，还包括：
单向阀(12)，与所述电液比例节流阀(11)并联后，串联设置在所述第二供油油路(r2)上，被配置为实现所述蓄能元件(A)充油方向的单向导通。
7.根据权利要求1所述的行驶稳定系统，其特征在于，还包括：
模型建立单元(I)，与所述数据库(H)信号连接，被配置为在不同的液压致动器载荷和不同等级的路面谱信息的输入下，以所述电液比例节流阀(11)的节流孔径作为自变量，以行驶平顺性为目标函数，通过神经网络算法进行迭代优化，以拟合出在不同的路面不平度等级下，不同的液压致动器载荷分别对应的电液比例节流阀(11)的最优节流孔径的曲线集合，并将拟合数据保存到所述数据库(H)内。
8.根据权利要求1所述的行驶稳定系统，其特征在于，所述蓄能元件(A)包括：
第一蓄能器(18)，具有第一最大工作油压；
第二蓄能器(19)，具有第二最大工作油压，且所述第二最大工作油压大于所述第一最大工作油压；
第四控制阀(17)，分别与所述第二液压油源(C)、所述泄油元件(D)、所述第一蓄能器(18)和所述第二蓄能器(19)连接，被配置为切换所述第二液压油源(C)到所述第一蓄能器(18)或所述第二蓄能器(19)的油路，以及切换所述第一蓄能器(18)或所述第二蓄能器(19)到所述泄油元件(D)的油路。
9.根据权利要求8所述的行驶稳定系统，其特征在于，所述控制器(E)与所述第四控制阀(17)信号连接，被配置为在所述行驶稳定系统开启时，判断所述液压致动器(1)是否处于空载工况，如果处于空载工况，则向所述第四控制阀(17)发送控制指令，以使其切换为所述第一蓄能器(18)经由所述第二供油油路(r2)与所述第一供油油路(r1)连通，否则向所述第四控制阀(17)发送控制指令，以使其切换为所述第二蓄能器(19)经由所述第二供油油路(r2)与所述第一供油油路(r1)连通。
10.根据权利要求8所述的行驶稳定系统，其特征在于，所述第一蓄能器(18)在所述行驶稳定系统开启前的初始油压与所述液压致动器(1)处于空载工况下的油压相等，所述第二蓄能器(19)在所述行驶稳定系统开启前的初始油压与所述液压致动器(1)处于满载工况下的油压相等。
11.根据权利要求4所述的行驶稳定系统，其特征在于，还包括：
安全阀(15)，设置在所述蓄能元件(A)与所述油箱(6)之间，被配置为在所述蓄能元件(A)的油压超过预设最大油压时，使所述蓄能元件(A)经由所述安全阀(15)卸荷。
12.根据权利要求1所述的行驶稳定系统，其特征在于，还包括：
速度传感器(J)，与所述控制器(E)信号连接，被配置为测试所述行驶稳定系统所在的车体(K)的速度；
所述控制器(E)被配置为在所述行驶稳定系统所在的车体(K)的速度维持超过预设速度的时长达到预设时长时，开启所述行驶稳定系统，以及在所述行驶稳定系统处于已开启的状态下，当所述车体(K)的速度不满足在预设时长内维持超过预设速度的条件时，使所述第一供油油路(r1)与所述蓄能元件(A)之间的油路断开，并关闭所述行驶稳定系统。
13.一种挖掘装载机，其特征在于，包括：
车体(K)；和
权利要求1～12任一所述的行驶稳定系统。
14.根据权利要求13所述的挖掘装载机，其特征在于，所述液压致动器(1)包括动臂油缸。
15.一种基于权利要求1～12任一所述的行驶稳定系统的控制方法，其特征在于，包括：
在所述行驶稳定系统开启后，比较所述液压致动器(1)和所述蓄能元件(A)的油压；
使所述蓄能元件(A)与所述液压致动器(1)的油压达到平衡；
将所述蓄能元件(A)接入所述第一供油油路(r1)。
16.根据权利要求15所述的控制方法，其特征在于，所述使所述蓄能元件(A)与所述液压致动器(1)的油压达到平衡包括：
如果所述蓄能元件(A)的油压高于所述液压致动器(1)的油压，则使所述蓄能元件(A)通过泄油油路(r3)卸荷，以便将所述蓄能元件(A)的油压降低到与所述液压致动器(1)的油压达到平衡；
如果所述蓄能元件(A)的油压低于所述液压致动器(1)的油压，则通过第二供油油路(r2)向所述蓄能元件(A)供应压力油，以便将所述蓄能元件(A)的油压提高到与所述液压致动器(1)的油压达到平衡。
17.根据权利要求15所述的控制方法，其特征在于，所述行驶稳定系统还包括：第二液压油源(C)、电液比例节流阀(11)、单向阀(12)和数据库(H)，所述第二液压油源(C)与所述蓄能元件(A)可操作地连接，被配置为通过第二供油油路(r2)向所述蓄能元件(A)供应压力油，所述电液比例节流阀(11)与所述单向阀(12)并联后，串联设置在所述第二供油油路(r2)上，所述单向阀(12)被配置为实现所述蓄能元件(A)充油方向的单向导通，所述电液比例节流阀(11)和所述数据库(H)均与所述控制器(E)信号连接；所述控制方法还包括：
在将所述蓄能元件(A)接入所述第一供油油路(r1)时，检测所述液压致动器(1)的当前载荷和用于表征当前行驶路面的不平度的信号；
根据所述用于表征当前行驶路面的不平度的信号确定路面不平度等级；
根据所述路面不平度等级和/或所述液压致动器(1)的当前载荷查询所述数据库(H)；
根据查询到的电液比例节流阀(11)的节流孔径，使所述电液比例节流阀(11)进行节流孔径的调整。
18.根据权利要求17所述的控制方法，其特征在于，还包括：
在不同的液压致动器载荷和不同等级的路面谱信息的输入下，以所述电液比例节流阀(11)的节流孔径作为自变量，以行驶平顺性为目标函数，通过神经网络算法进行迭代优化，以拟合出在不同的路面不平度等级下，不同的液压致动器载荷分别对应的电液比例节流阀(11)的最优节流孔径的曲线集合，并将拟合数据保存到所述数据库(H)内。
19.根据权利要求15所述的控制方法，其特征在于，所述蓄能元件(A)包括：第一蓄能器(18)、第二蓄能器(19)和第四控制阀(17)，所述第一蓄能器(18)的第一最大工作油压小于所述第二蓄能器(19)的第二最大工作油压；所述控制方法还包括：
在所述行驶稳定系统开启时，判断所述液压致动器(1)是否处于空载工况；
如果处于空载工况，则使所述第四控制阀(17)切换为所述第一蓄能器(18)与所述第一供油油路(r1)连通；
如果处于有负载工况，则使所述第四控制阀(17)切换为所述第二蓄能器(19)与所述第一供油油路(r1)连通。
20.根据权利要求15所述的控制方法，其特征在于，还包括：
在所述行驶稳定系统处于未开启的状态下，当所述行驶稳定系统所在的车体(K)的速度维持超过预设速度的时长达到预设时长时，开启所述行驶稳定系统；
在所述行驶稳定系统处于已开启的状态下，当所述车体(K)的速度不满足在预设时长内维持超过预设速度的条件时，使所述第一供油油路(r1)与所述蓄能元件(A)之间的油路断开，并关闭所述行驶稳定系统。
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