用于摇杆控制器的挡位控制方法及摇杆控制器 |
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| 申请号 | CN202210311946.4 | 申请日 | 2022-03-28 | 公开(公告)号 | CN116860067A | 公开(公告)日 | 2023-10-10 |
| 申请人 | 湖南中联重科智能技术有限公司; | 发明人 | 吴益; 阳帅; 王金鹏; 彭波; 李瑞鹏; | ||||
| 摘要 | 本 发明 属于 工程机械 控制技术领域，具体涉及一种用于摇杆 控制器 的挡位控制方法及摇杆控制器。该挡位控制方法包括：获取挡位 信号 并确定挡位关联参数的取值；根据挡位关联参数的取值所属的预设取值子范围以确定挡位；其中，挡位信号的参数 波动 范围决定挡位关联参数的取值范围，挡位关联参数的取值范围能够被划分为多个不同的预设取值子范围，多个不同的预设参数子范围一一对应有多个不同的挡位。在本发明的方法中，根据挡位信号的挡位关联参数的取值即可确定当前的挡位，不须在摇杆控制器内设置过多的机械结构即可实现挡位控制，如此便于优化摇杆控制器的内部结构，减少摇杆控制器的体积，降低成本。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于摇杆控制器的挡位控制方法，其特征在于，所述挡位控制方法包括： |
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| 说明书全文 | 用于摇杆控制器的挡位控制方法及摇杆控制器技术领域背景技术[0002] 一些工程机械(例如塔式起重机、高空作业平台等)会匹配有摇杆控制器以便于操作人员控制其作业。然而，传统摇杆控制器采用机械控制(例如机械触点、挡位齿匹配挡位调节电位器等)以实现不同挡位切换，如此使得摇杆控制器内部集成有较多的机械结构，结构复杂，成本较高。 发明内容[0004] 为实现上述目的，本发明第一方面提供了一种用于摇杆控制器的挡位控制方法，该挡位控制方法包括： [0006] 根据挡位关联参数的取值所属的预设取值子范围以确定挡位； [0007] 其中，挡位信号的参数波动范围决定挡位关联参数的取值范围，挡位关联参数的取值范围能够被划分为多个不同的预设取值子范围，多个不同的预设参数子范围一一对应有多个不同的挡位。 [0008] 可选地，各个预设取值子范围的极差均相等。 [0009] 可选地，相邻两个预设取值子范围不相交且其中一者的最大极限值与另一者的最小极限值相等。 [0010] 可选地，挡位至少包括前进挡位、空挡位以及后退挡位； [0012] 在前进挡位，摇杆相对中间悬停位置朝第一方向摆动至前进角度区间； [0013] 在后退挡位，摇杆相对中间悬停位置朝第二方向摆动至后退角度区间；其中，第一方向和第二方向相反。 [0015] 可选地，在挡位信号为脉宽调制信号的条件下，挡位关联参数为脉宽调制信号的占空比，多个不同的预设参数子范围一一对应多个不同的挡位符合公式： [0016] D＝(50％+9％*n)±m％ n＝(0，±1，±2，±3，±4，±5) [0017] 式中，D为脉宽调制信号的占空比，n为挡位，m为预设参数子范围的极差中间值且小于4.5。 [0018] 可选地，在挡位信号为电压模拟信号的条件下，挡位关联参数为电压模拟信号的电压，电压的取值范围为0至5V，多个不同的预设参数子范围一一对应多个不同的挡位符合公式： [0019] u＝(2.5+0.4*n)±m n＝(0，±1，±2，±3，±4，±5) [0020] 式中，u为电压模拟信号的电压，n为挡位，m为预设参数子范围的极差中间值且小于0.2。 [0021] 本发明第二方面提供了一种摇杆控制器，该摇杆控制器包括： [0023] 摇杆，包括与基座相连的固定端，摇杆能够相对于从固定端朝竖向延伸的竖向延伸基线摆动； [0024] 挡位信号输出模块，用于根据摇杆的摆动角度输出挡位信号；以及 [0025] 处理器，与挡位信号输出模块连接，处理器用于执行上述的用于摇杆控制器的挡位控制方法。 [0026] 可选地，挡位信号输出模块包括安装于基座上且用于检测摇杆的摆动角度的挡位传感器以及与挡位传感器相连的传感器信号处理单元，传感器信号处理单元与处理器相连，传感器信号处理单元被设置为用于将挡位传感器输出的传感器信号转换为挡位信号。 [0027] 可选地，挡位传感器包括安装于基座的横向周壁上的X轴传感器以及安装于基座的纵向周壁上的Y轴传感器。 [0029] 可选地，信号输出接口51内设有插接件52，插接件52设有引脚排，引脚排包括1号引脚至10号引脚且分别被定义为：5V电源正、5V电源接地、 X轴传感器输出、Y轴传感器输出、使能按钮信号正、使能按钮信号负、功能按钮信号正、功能按钮信号负、悬空、PE接地。 [0031] 可选地，摇杆控制器还包括为挡位信号输出模块以及处理器提供供电电压的电源模块。 [0032] 在本发明的方法中，根据挡位信号的挡位关联参数的取值即可确定当前的挡位，不须在摇杆控制器内设置过多的机械结构即可实现挡位控制，如此便于优化摇杆控制器的内部结构，减少摇杆控制器的体积，降低成本。 [0035] 图1为根据本发明具体实施方式提供的一种用于摇杆控制器的挡位控制方法的步骤框图； [0036] 图2为根据本发明具体实施方式提供的一种摇杆控制器的内部结构示意图； [0037] 图3为根据本发明具体实施方式提供的一种摇杆控制器中各功能模块的连接框图； [0038] 图4为根据本发明具体实施方式提供的信号输出接口内的插接件的各引脚示意图。 [0039] 附图标记说明：10、基座；11、挡位传感器；11a、X轴传感器；11b、 Y轴传感器；20、摇杆；21、使能按钮；22、功能按钮；30、处理器；40、传感器信号处理单元；50、通讯模块；51、信号输出接口；52、插接件；60、电源模块；70、功能底板。 具体实施方式[0040] 以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。 [0041] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。 [0042] 在本发明实施例中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的各部件相互位置关系描述用词。 [0043] 下面将参考附图并结合示例性实施例来详细说明本发明。 [0044] 图1为根据本发明具体实施方式提供的一种用于摇杆控制器的挡位控制方法的步骤框图。如图1所示，本发明的第一种示例性实施例中提供了一种用于摇杆控制器的挡位控制方法，该挡位控制方法包括以下步骤： [0045] 步骤S11，获取挡位信号并确定挡位关联参数的取值。 [0046] 其中，挡位信号可为用于检测摇杆摆动角度的传感器的输出信号，摇杆 20的摆动角度改变从而引起传感器的输出信号改变，即挡位信号的改变，换言之，挡位关联参数的取值最终取决于摇杆20的摆动角度。 [0047] 具体地，传感器将摇杆摆动角度转换为可被识别的电信号(即挡位信号)。例如，可在摇杆20的摆动方向上布置能够检测摇杆摆动角度的霍尔传感器，该霍尔传感器将磁场转换为脉宽调制信号，进一步地，以脉宽调制信号的占空比作为挡位关联参数，挡位关联参数的取值对应占空比的值。当摇杆的摆动角度发生变化时，霍尔传感器能够感应磁场发生变化，因而使得输出的脉宽调制信号也发生变化，即脉宽调制信号的占空比发生了改变，换言之，改变了挡位关联参数的取值。 [0048] 当然，挡位信号并不局限于脉宽调制信号，用于检测摇杆摆动角度的传感器的输出信号类型还可为电压模拟量信号或电流模拟量信号。在挡位信号为电压模拟量信号的情况下，电压模拟量信号的电压即为挡位关联参数，挡位关联参数的取值对应电压值。在挡位信号为电流模拟量信号的情况下，电流模拟量信号的电流即为挡位关联参数，挡位关联参数的取值对应电流值。换言之，用于检测摇杆摆动角度的传感器并不局限于上述的霍尔传感器，包括例如倾角传感器等。 [0049] 步骤S12，根据挡位关联参数的取值所属的预设取值子范围确定挡位。 [0050] 其中，挡位信号的参数波动范围决定挡位关联参数的取值范围，挡位关联参数的取值范围能够被划分为多个不同的预设取值子范围，多个不同的预设参数子范围一一对应有多个不同的挡位。 [0051] 具体地，挡位信号的参数波动范围与挡位信号的种类具有一定关联，有些挡位信号具有多个参数。例如，挡位信号为脉宽调制信号的情况下，脉宽调制信号包括振幅、频率(即周期)以及占空比等参数，采用占空比作为挡位关联参数，那么脉宽调制信号的占空比波动范围即为挡位关联参数的取值范围。 [0052] 当然，有些挡位信号仅具有一个参数。例如，挡位信号为电压模拟量信号或电流模拟量信号，在挡位信号为电压模拟量信号的情况，电压模拟量信号的电压波动范围即为挡位关联参数的取值范围。在挡位信号为电流模拟量信号的情况，电流模拟量信号的电流波动范围即为挡位关联参数的取值范围。 [0053] 可以理解地，挡位关联参数的取值为挡位关联参数的取值范围内的任一值，挡位关联参数的取值范围被划分为多个不同的预设取值子范围，因此，挡位关联参数的取值也归属于多个不同的预设取值子范围中的任一者，预设取值子范围与挡位建立一一对应关系，挡位关联参数的取值所归属的预设取值子范围所对应的挡位即为当前挡位。 [0054] 需要说明的，不同的预设取值子范围是指相邻两个预设取值子范围不相交，如此才能保证各挡位准确划分，避免出现挡位不清楚的情况。优选地，相邻两个预设取值子范围中的一者的最大极限值与另一者的最小极限值相等，具体地，即相邻两个预设取值子范围合并后为一个连续的区间，保证相邻两个挡位是连续的。即在切换挡位的过程中，所有的挡位是连续变化的。 [0055] 为了便于理解，以挡位信号为脉宽调制信号且占空比作为挡位关联参数举例说明，本领域技术人员可以理解，脉宽调制信号的占空比波动范围为 0～100％，即挡位关联参数的取值范围为0～100％，将该取值范围划分5个不同的预设取值子范围且分别为(0，20％]、(20％，40％]、(40％，60％]、(60％， 80％]、(80％，100％]，这5个不同的预设取值子范围分别对应1、2、3、4、 5挡，在获取的脉冲调制信号的占空比的值为25％的条件下，即可确定当前挡位为2挡。 [0056] 可见，在上述挡位控制方法中，根据挡位信号的挡位关联参数的取值即可确定当前的挡位，不须在摇杆控制器内设置过多的机械结构即可实现挡位控制，如此便于优化摇杆控制器的内部结构，减少摇杆控制器的体积，降低成本。 [0057] 在本发明的实施例中，各个预设取值子范围的极差均相等。具体地，极差指预设取值子范围的最大值与最小值之间的差值，各个不同预设取值子范围的极差均相等即表示各个预设取值子范围的长度均相等。 [0058] 承前所述，摇杆的摆动角度决定了挡位关联参数的取值，换言之，摇杆的摆动角度区间与挡位关联参数的取值范围关联，挡位关联参数的取值范围被划分为多个不同的预设取值子范围，相应地，一个预设取值子范围对应摇杆20的摆动角度区间内的一个摆动角度子区间，即摇杆20的摆动角度区间被划分为多个不同的摆动角度子区间，各个摆动角度子区间的长度相等，即各个挡位所对应的摇杆摆动角度范围相等，如此通过摇杆改变挡位的过程中使得挡位变化更平整。 [0059] 需要说明的是，各个预设取值子范围的极差并不局限于上述实施例，在一种可选的实施例中，在相邻两个预设取值子范围中，前一者中的极差小于后一者的极差。其中，前一者中的最大极限值小于后一者的最小极限值。 [0060] 为了便于理解，继续以挡位信号为脉宽调制信号且占空比作为挡位关联参数举例说明，将挡位关联参数的取值范围划分5个不同的预设取值子范围且分别为(0，10％]、(10％，25％]、(25％，45％]、(45％，70％]、(70％，100％]，这5个不同的预设取值子范围分别对应1、2、3、4、5挡，靠前的预设取值子范围的极差小于靠后的预设参数。承前所述，预设参数取值子范围对应摆动角度子区间，如此靠前的预设取值子范围对应的摆动角度子区间的长度 (即摇杆的摆动角度范围)越小，换言之，前段挡位变化灵敏，后段挡位变化平缓。如此，在摇杆控制器的挡位与摇杆控制器所控制的作业设备的作业速度正相关的情况下，在摇杆20的摆动过程中，作业设备表现为前段加速快，后段加速平缓。 [0061] 当然，在另一种可选的实施例中，在相邻两个预设取值子范围中，前一者中的极差大于后一者的极差。如此在摇杆20的摆动过程中，作业设备表现为前段变化缓慢，后段变化灵敏，在此不作重复解释。 [0062] 在本发明的实施例中，挡位至少包括前进挡位、空挡位以及后退挡位。在空挡位，摇杆20未摆动并处于中间悬停位置。在前进挡位，摇杆20相对中间悬停位置朝第一方向摆动至前进角度区间。在后退挡位，摇杆20相对中间悬停位置朝第二方向摆动至后退角度区间。其中，第一方向和第二方向相反。 [0063] 具体地，该摇杆控制器的挡位不仅可以控制作业设备的作业速度，还可以控制作业设备的作业方向。在本实施例中，以中间悬停位置为基准，以摇杆20相对中间悬停位置的摆动方向表示作业设备的作业方向。当摇杆20朝第一方向摆动至前进角度区间时，作业设备以一定作业速度朝第一方向移动，当摇杆朝第二方向摆动至后退角度区间时，作业设备以一定作业速度朝第二方向移动，当摇杆20位于中间悬停位置时，作业设备停止动作。换言之，在本实施例中，挡位不仅能够表示作业设备的作业速度，还能够表示作业设备的作业方向。 [0064] 在一种可选的实施例中，在挡位信号为脉宽调制信号的条件下，挡位关联参数为脉宽调制信号的占空比，多个不同的预设参数子范围一一对应多个不同的挡位符合公式： [0065] D＝(50％+9％，n)±m％ n＝(0，±1，±2，±3，±4，±5)............(1)[0066] 式(1)中，D为脉宽调制信号的占空比，n为挡位，m为预设参数子范围的极差中间值且小于4.5。 [0067] 需要说明的是，n＝0为空挡位表示摇杆20未摆动，表明作业设备未动作；n为正数表示摇杆20相对中间悬停位置朝第一方向摆动，表明作业设备朝第一方向移动，n的值越大则表明作业设备的作业速度越快，n为负数表示摇杆20相对中间悬停位置朝第二方向摆动，表明作业设备朝第二方向移动，n的值越小则表明作业设备的作业速度越快，第一方向和第二方向相反。换言之，n的正负表示相反的两个方向，n的绝对值的大小表示速度。在本实施例中，摇杆控制器共设有11挡，预设取值子范围的极差最大为9％，另外，本领域技术人员已知脉宽调制信号的占空比的波动范围为0至100％，然而由于用于检测摇杆摆动角度的传感器的输出信号达不到极限值，因此，在本实施例中，D(占空比)的最大波动范围为0.5％至99.5％(根据式(1) 计算得到)。 [0068] 在另一种可选的实施例中，在挡位信号为电压模拟信号的条件下，挡位关联参数为电压模拟信号的电压，电压的取值范围为0至5V，多个不同的预设参数子范围一一对应多个不同的所述挡位符合公式： [0069] u＝(2.5+0.4*n)±m n＝(0，±1，±2，±3，±4，±5) (2) [0070] 式(2)中，u为电压模拟信号的电压，n为挡位，m为预设参数子范围的极差中间值且小于0.2。基于与前述实施例(挡位信号为脉宽调制信号的实施例)类似的原理，在此不作重复赘述。 [0071] 图2为根据本发明具体实施方式提供的一种摇杆控制器的内部结构示意图。如图2所示，本发明的第二种示例性实施例中提供了一种摇杆控制器，该摇杆控制器包括基座10、摇杆20、挡位信号输出模块以及处理器30。摇杆20包括与基座10相连的固定端，摇杆20能够相对于从固定端朝竖向延伸的竖向延伸基线摆动。挡位信号输出模块用于根据摇杆20的摆动角度输出挡位信号。处理器30与挡位信号输出模块连接，处理器用于执行上述的用于摇杆控制器的挡位控制方法。 [0072] 具体地，处理器30与挡位信号输出模块相连，因此能够获取挡位信号输出模块发送过来的挡位信号，处理器30根据挡位信号能够执行上述的挡位控制方法，因此显然具备由上述挡位控制方法所带来的所有有益效果，在此不作赘述。 [0073] 需要说明的是，上述摇杆20的摆动角度即为摇杆20相对竖向延伸基线的摆动角度，竖向延伸基线则代表摇杆20的中间悬停位置。 [0074] 图3为根据本发明具体实施方式提供的一种摇杆控制器中各功能模块的连接框图。如图3所示，在本发明的实施例中，挡位信号输出模块包括安装与基座10上且用于检测摇杆20的摆动角度的挡位传感器11以及与挡位传感器11相连的传感器信号处理单元40，传感器信号处理单元40与处理器 30相连，传感器信号处理单元40被设置为用于将挡位传感器11输出的传感器信号转换为挡位信号。 [0075] 具体地，传感器信号处理单元40包括滤波电路以及电平转换电路，传感器信号处理单元40将从挡位传感器11接收到的传感器信号进行滤波以及电平转换，使传感器信号转换为能够被处理器30识别的挡位信号。例如，挡位传感器11为霍尔传感器，其输出的传感器信号为脉宽调制信号，但是通过传感器直接输出的脉宽调制信号具有噪声且其电压达不到处理器30识别的要求，因此通过传感器信号处理单元40进行滤波及电平转换使脉宽调制信号能够被处理器30识别。 [0076] 在本发明的实施例中，挡位传感器11包括安装于基座10的横向周壁上的X轴传感器11a以及安装于基座10的纵向周壁上的Y轴传感器11b。 [0077] 具体地，摇杆20围绕竖向延伸基线的摆动均可被分解为相对于竖向延伸基线的横向摆动以及相对于竖向延伸基线的纵向摆动。X轴传感器11a用于检测摇杆20相对于竖向延伸基线的横向摆动，Y轴传感器11b用于检测摇杆20相对于竖向延伸基线的纵向摆动。如此在作业设备能够二轴联动作业的情况下，使得该摇杆控制器能够控制作业设备在二维平面内移动。 [0078] 在本发明的实施例中，摇杆控制器还包括与处理器30连接的通讯模块 50，通讯模块50包括信号输出接口51。 [0079] 具体地，处理器30接收挡位信号并判断挡位信息，确定挡位信息后通过通讯模块50与作业设备进行通讯，进一步地，通过信号输出接口51与外部作业设备的控制柜相连。在本实施例中，摇杆控制器与作业设备之间采用有线通讯方式，例如CAN总线通讯、工业以太网、Modbus以及Profibus中的任意一者，当然，也可通过无线通讯方式，具体可根据实际应用场景进行选择。 [0080] 进一步地，信号输出接口51内设有插接件52，插接件52设有引脚排，引脚排包括1号引脚至10号引脚且分别被定义为：5V电源正、5V电源接地、X轴传感器输出、Y轴传感器输出、使能按钮信号正、使能按钮信号负、功能按钮信号正、功能按钮信号负、悬空、PE接地。 [0081] 图4为根据本发明具体实施方式提供的信号输出接口51内的插接件52 的各引脚示意图。插接件52的各个引脚所传输的信号如下表所示。 [0082] [0083] [0084] 需要说明的是，9号引脚定义为悬空，表示9号引脚未接入任何信号输出，主要起到增大8号引脚和10号引脚之间的电气距离，避免信号干扰。 [0085] 如图2所示，在图示实施例中，摇杆20上设有使能按钮21以及功能按钮22，使能按钮21被按下时，挡位信息才能输出至外部设备。功能按钮22 用于自定义一些快捷功能。其中，5号引脚至8号引脚用于输出使能按钮21 以及功能按钮22产生的相关信号。 [0086] 进一步地，引脚排中的3号引脚至8号引脚一一对应与6个二极管的第一端相连，6个二极管的第二端均接地。 [0087] 如图4与上表所示，3号引脚至8号引脚用于输出控制信号，具体为X 轴传感器输出信号、Y轴传感器输出信号、使能按钮输出信号以及功能按钮输出信号，引入二极管避免控制信号被干扰，保证摇杆控制器与作业设备之间通讯正常。在本实施例中，6个二极管(图4中D40至D45)均为防静电二极管。 [0088] 在本发明的实施例中，摇杆控制器还包括为挡位信号输出模块以及处理器30提供供电电压的电源模块60。在本实施例中，挡位信号输出模块与处理器30所需的供电电压不同，因此电源模块60能够输出两种供电电压，具体地，该电源模块60包括第一电源转换电路以及第二电源转换电路。例如，第一电源转换电路为用于将24V电压转为为标准的5V电压的DC‑DC电源转换电路，如此以为挡位信号输出模块中的挡位传感器进行供电；第二电源转换电路为用于将5V电压转换为3.3V电压的LDO电源转换电路，如此以为处理器30进行供电。当然，电源模块60并不局限于为挡位信号输出模块以及处理器30供电，还可为通讯模块50等供电。 [0089] 需要说明的是，如图2所示，在基座10的下方还设有功能底板70，功能底板70上集成有处理器30、传感器信号处理单元40、通讯模块50，通讯模块50中的信号输出接口51通过信号线与X轴传感器11a以及Y轴传感器11b相连。在摇杆20上设有使能按钮21以及功能按钮22的情况下，功能底板70上还集成有按钮信号处理单元以及用于指示使能按钮21上电情况的指示灯。 [0090] 另外，还需要补充说明的是，处理器30的示例可以包括但不限于，通用处理器、专用处理器、常规处理器、数字信号处理器DSP、多个微处理器、与DSP核心关联的一个或多个微处理器、控制器、微控制器、专用集成电路ASIC、现场可编程门阵列FPGA电路、其他任何类型的集成电路IC以及状态机等等。 [0091] 以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。 [0092] 另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。 [0093] 本领域技术人员可以理解实现上述实施方式方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本发明各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read‑Only Memory)、随机存取存储器(RAM， Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。 [0094] 此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。 |
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