CN101426627A - 改进水泥搅拌车操作性能的装置 - Google Patents

Abstract

一种改进具有转动混合筒(20)的运动水泥搅拌车(10)的操作性能的系统(30)和方法，通过在选定的时间自动停止混合筒的转动来实现。该系统包括适于发送指示操作参数如，车辆的转向角的信号的传感器(40、42、44)，以及适于从传感器接收信号并根据该信号发送停止混合筒转动的控制信号的处理单元(46)。

Description

改进水泥搅拌车操作性能的装置

背景技术

水泥搅拌车一般用于运输混合的、未硬化的水泥载荷。这些搅拌车一般具有一个用来存储水泥混合物的转动混合筒、一个液压系统和一个控制混合筒的转动的混合筒控制器。混合筒的旋转引起的搅动可以防止水泥混合物静置和硬化。所以无论车是动的还是停的，混合筒一般都在转动。

混合筒转动的结果就是水泥混合物在筒中的位置朝着旋转的方向不断运动，沿着筒的内部既侧向运动，又向上运动。水泥负载的运动导致车重心的改变，使得车的一侧比另一侧要重。车辆的不均衡负载对车的运行造成有害影响。例如，当车运动时，车重心的位置侧偏增加了车朝重的一侧倾翻的危险。侧向(侧边)加速度在重心处产生一个力，沿水平方向“推动”车辆。轮胎和路面之间的摩擦力抵消了该力。如果侧向力足够高，卡车的一边会开始脱离地面，可能造成车辆倾翻。因此，重心的高度和侧向偏移影响着倾翻的稳定性。

此外，在其他方面，车辆车轮上的重量不均衡分布可能对车辆其它方面的性能产生不利影响，如制动和牵引控制。例如，在一个防抱死制动系统(ABS)中，均匀分布的荷载使得每个车轮都更容易达到较佳制动。此外，在自动牵引控制(ATC)系统中，不均匀荷载可能会导致驱动轮滑移。

发明内容

本发明主要涉及一种水泥搅拌车。更具体地，本发明涉及一种具有转动混合筒的运动水泥搅拌车操作性能改进的装置或系统及其方法，该混合筒根据选定的时间自动停止转动。例如，通过引发一个或者多个触发事件来停止混合筒的转动。

根据本发明的一方面，提供一种通过停止混合筒的转动来降低运动的水泥搅拌车倾翻危险的装置和方法。在一个实施例中，探知车的转向角，完全或部分地根据转向角的方向和度数，来决定是否停止混合筒转动。在另一个实施例中，预测一个操作参数的未来值，当预测的未来值超过阈值的时候，停止混合筒转动。在另一个更具体的实施例中，部分根据确定的车辆的转向角来预测侧向加速度的预设未来值。在另一个实施例中，操作参数的阈值是根据车辆转向角自动调节，当操作参数的值超过修订的阈值时，混合筒的转动就停止。

根据本发明的另一个方面，在特定运行事件发生时，提供一种可以停止水泥搅拌车上的混合筒转动的装置和方法。在另一个实施例中，当防抱死制动的情形出现时，该装置可以停止混合筒的转动。在另一个实施例中，当自动牵引控制系统启动或介入时，该装置可以停止混合筒的转动。还有一个实施例中，当自动车辆稳定系统开通或者介入时，该装置可以停止混合筒的转动。

根据本发明的另一个方面，提供一种判断车辆转向以及利用转向判断是否停止混合筒转动的装置和方法。在一个实施例中，该装置探知到车辆在转动，并可以判断车辆的转动方向。只要停止混合筒的转动有利于搅拌车的抗倾翻稳定性，该装置就可以停止混合筒的转动。

通过下列结合附图对实施例的描述，本发明的这些和其它的方面和优点对于本领域技术人员来说会更加明显。

附图说明

附图与说明书是结合的，并组成说明书的一部分，下面对发明在附图中的实施例进行详细说明，其结合上面给出的本发明的概要说明，以及下文的详细说明，都是为了阐述本发明的实施例。

图1是本发明停止水泥混合筒转动的系统的一个示例性实施例的示意图；

图2是水泥搅拌车的背面示意图，示出了装载有水泥的转动混合筒改变转动方向；

图3是本发明中停止水泥混合筒转动的方法的一个示例性实施例的流程图；以及

图4是图1所示的循环系统的示例性实施例的示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种运动水泥搅拌车操作性能改进的系统和方法，在选定的时间点，例如，当一个或多个触发事件发生时，能自动停止混合筒的转动。本发明可以通过停止混合筒减少倾翻危险，来提高车辆稳定性，提高汽车防抱死制动系统的性能，以及提高车辆自动牵引控制系统的性能。系统可适于感知一个或者多个车辆的操作参数，例如转向角、方向和侧向加速度。此外，该系统可适于判断一个特定事件是否正在发生，例如，一个防抱死制动事件。该系统也可适于预测一个操作参数的未来值。根据预测值和/或发生的特定事件，该系统会停止混合筒的转动，以改进车辆操作性能。

尽管本发明的多个方面和概念在此作了描述和说明，体现为示例性实施例的组合，但这多个方面和概念可以在多个可选择的实施例中表现出来，既可以单独地，也可以通过不同组合及其分组合。除非在此明确排除，否则所有这些组合和分组合都属于本发明的范围。进一步讲，尽管在此描述了有关本发明的多个方面和特征的各种不同可选择的实施例，例如替代的材料、结构、配置、方法、设备、软件、硬件、逻辑控制等等，但是这样的描述并无意成为完整的或详尽的所有可能的可选择的实施例的列表单，无论这些实施例是常规的、标准的还是今后开发的已知的或待确认的。即使在此不作明确描述，本领域技术人员也容易接受本发明的一个或多个方面、概念或特征，将其结合进本发明的范围内的其它实施例中。此外，即使本发明的某些特征、概念或方面在此描述为优选的装置或方法，除非明确陈述，这样的描述也不意表明这些特征是必需的或者必要的。更进一步，为了帮助理解本发明而包括了示例性或代表性数值和范围，但这样的数值和范围并非限制意义的，只在有明确陈述时，才有意表示为临界值或范围。

图1是水泥搅拌车10的局部示意图。该搅拌车10包括驾驶室14、一组前轮16、一组后轮18以及用于运输水泥负载的转动混合筒20。该水泥搅拌车10还可以包括转动混合筒的装置22。在图1的示意性实施例中，混合筒转动装置22可以用液压系统来实现。如现有技术已知的，该液压系统22包括一个滚筒马达24和一个驱动滚筒马达24的液压泵26。还可以有一个混合筒控制器28，其与液压系统22连通，以启动或者停止筒20的转动，并控制转动速度。车辆10还可以包括一个系统30，该系统能在选定的时间停止混合筒20的转动。

图2是水泥搅拌车10的背面示意图。当混合筒20不旋转时，水泥负载100A正处于筒底部的第一位置，如线A-A所示。水泥负载100A的重心CG1的中心大致沿着中心轴线102。当从后面看水泥搅拌车10时，混合筒20沿顺时针转动(如图2的箭头所示)。当混合筒20转动时，水泥负载100B运动到线B-B所示的第二位置。在第二位置，水泥负载100B既沿着混合筒20转动的方向侧向运动，又沿着筒的内表面向上运动。当水泥负载100B运动时，水泥负载的重心CG2运动一段横向距离X和一段竖向距离Y。水泥负载100B改变的总量取决于混合筒20的转动速度。转动越快，水泥负载的重心CG2横向和竖向运动越多。

从车辆的后面看，当混合筒20通常按照顺时针转动时，水泥负载的重心运动导致车辆10的左手侧的负载比右手侧重，也是从后面看。进一步地，重心CG2运动使得车辆10向右手侧转弯时更容易倾翻。因此，要停止混合筒20的转动使得水泥负载100A回到更偏中心的位置。在这个位置上，车辆10右转时，比混合筒20转动时更稳定。进一步，停止混合筒20的转动也可以在混合筒转动的方向上提供一个突加扭矩。当车辆右转时，突加扭矩作用在车辆10上一个相反的横向力。因此，突加扭矩也可以帮助防止倾翻。

如上所述的水泥搅拌车10，在左转时停止混合筒20的转动并不利于保持倾翻稳定性。因此，本发明的系统30可以判别转动方向，并只在为了有利于保持倾翻稳定性时，而停止混合筒的转动。然而，如果需要的话，系统30同样可以应用于左转时停止混合筒20的转动。

对于装配有防抱死制动系统的车辆，重量在车轮上的不均衡分布会导致一个或者多个车轮承担不均衡的制动功能。这可能导致这些轮胎不能表现出最优的制动性能和产生更大的制动磨损。而且，车辆10不均匀的负载会引起一个或者多个驱动轮滑移。在装有自动牵引控制系统的车辆上，该系统可以介入以处理车轮的滑移。在自动牵引控制系统介入时，通过停止混合筒20的转动，系统30可以帮助牵引控制系统以改进牵引性能。然而，如果位于车辆10的较重负载侧的驱动轮滑移，系统30将不会停止混合筒20的转动，因为这无助于牵引控制。

如图1所示，系统30在选定的时间点可以停止混合筒20的转动。系统30还可以包括一个或多个传感器，以提供指示车辆10的操作参数或者状况的信号。可以使用多个不同的传感器。在图1的示意实施例中，系统30可以包括，一个转动角传感器40，一个或者多个车轮速度传感器42，以及侧向加速度和偏航速率的组合传感器44，但是并不限于此。作为选择，用于侧向加速度和偏航速率的可以为分开的传感器。转动角传感器40可以适于提供一个信号，该信号指示车辆的转向(左转或右转)，以及转动角度。该系统30还可以使用未在示意实施例中描述的附加传感器。

系统30也可以包括与一个或者多个传感器连通的处理单元46。这个处理单元46可以适于接收来自传感器的输入数据，处理输入数据，将输入数据与阈值进行比较，在根据比较的结果发送控制信号。传感器和处理单元46可以是先前存在的系统的一部分或者使用先前存在的系统的部件。例如，具有电子稳定程序

的

 ABS-6可以在Bendix商用汽车系统中获得，LLC可以安装在车辆10上。Bendix ESP系统可以使用图1中描述的部分或全部的传感器，例如，转动角传感器40、轮胎速度传感器42、侧向加速度和偏航速率的组合传感器44。Bendix ESP系统的逻辑元件设置在车辆的防抱死制动系统的电子控制单元中，其也可以用于本发明的处理单元46中。因而，支持本发明的系统30的多个元件都可以在装有Bendix ESP系统的车辆上找到，因此不需要安装额外的元件。然而如果需要，系统30可以使用单独的安装元件。

图3所示的是用于在选定的时间点上停止混合筒20的转动的方法200一个示意实施例的流程图。方法200包括超时计时器202的初始化步骤。该超时计时器设定了一个时间间隔T1，必须保证在混合筒20重新转动之前清空。时间间隔T1根据用户的判断进行选择，例如，时间的范围大概为4至10秒。一旦超时计时器被初始化，它可以倒计时至零，直到重置。

方法200也可以包括右转角值204的初始化步骤。右转角值可以作为一个阈值，每当被超过时，就被作为触发事件，让系统30介入并且停止混合筒20的转动。右转角值可以根据用户自己的判断选择，例如，角度的范围大约为10度至20度。超时计时器的初始化和右转角值的初始化步骤在方法200的最初运行过程中执行，并且不需要在该方法的随后运行中再次初始化。

方法200包括校核是否有一个或者多个触发事件发生的步骤206。如果一个或者多个触发事件发生，混合筒会停止转动，超时计时器会重新设置时间间隔T1。方法200也可以包括校核超时计时器是否终止的步骤208。如果超时计时器已经终止，那么混合筒的转动可以重新开始，并且超时计时器可以重新设置时间间隔T1。校核是否一个或者多个触发事件发生的步骤206和校核是否超时计时器已经终止的步骤208，可以根据需要重复，例如当水泥搅拌车运行时，这些步骤可以连续重复。

在运行中，方法200可以校核是否一个或者多个触发事件发生。如果一个或者多个触发事件发生，那么混合筒20会被停止，超时计时器会重新设置时间间隔T1。方法200会校核超时计时器是否已经终止。如果超时计时器尚未终止，例如在计时器最近被重置的情形下，那么方法200会再次校核是否一个或者多个触发事件发生。如果事件正在发生，那么混合筒20始终保持停止，计时器会再一次重置。步骤206至步骤208之间的循环会以这种方式持续，直到一个或者多个触发事件不再发生，且超时计时器终止。如果这两个条件都已经符合，那么混合筒20可以再次开始转动。这样，时间间隔T1在混合筒20重新开始之前可以提供一个迟滞。

根据车辆10的不同的运行状况、情形或者参数形成的触发事件引起混合筒20停止。例如，在方法200中，车辆的转向角超过了右转值，就可以作为一个触发事件。当然，在另外的实施例中，可以应用其他的或者另外的触发事件。例如，车辆的运行事件可以被定义为一个触发事件，如防抱死制动事件，自动牵引控制系统介入，或者电子稳定控制系统介入。触发事件可以基于单个运行事件或者多个事件的发生。

尽管不是必需的，使用转向角和车辆的转动方向作为触发事件是有利的，因为转向角和转动方向是潜在的临界操作的早期指示。所以，这一信息可以帮助系统30对潜在的倾翻危险快速做出反应。

特别地，系统30可以利用转向角传感器40从驾驶员的转向输入中探测车辆方向的最初变化。然后系统30可以预测未来会导致方向改变的侧向力。如现有技术已知的，侧向力的预测值决定于转向角和车辆速度。由于车辆10通过操作运行，实际的车辆侧向加速度会逐渐地增加至预先设定的阈值。如果由于转向角传感器40的输入使系统30感知的曲线变得更加紧张，那么在侧向加速度临界值被超过之前，系统会自动发出一个触发信号以停止混合筒20的转动。

在另外一个实施例中，车辆侧向加速度的阈值可以根据车辆的转向角自动调整。例如，当车辆在直道上行驶时，转向角会是零，侧向加速度的阈值会是它的最大值。当驾驶员转动转向轮时，转向角开始增加。当转向角开始增加时，侧向加速度的阈值会通过系统30自动降低，这样，实际的或预计的侧向加速度超过早先的阈值，于是触发事件就发生了。

应用转向角传感器40早期探测，并结合来自侧向加速度传感器44的初始指示，使得系统30能比单独对侧向加速度测量并反应的系统反应更快。例如，在没有转向角传感器40的车辆中，可能存在长达一秒或更多时间的延迟，以确保侧向加速度不是由一个“道路颠簸”事件或者其他的事故引起的。然而在本发明中，通过用转向角传感器40和其他输入设备来在它们实际发生之前计算出侧向力，系统30可以调整识别早期的倾翻危险，并根据未来侧向加速度的预测值，发出一个触发信号。

停止混合筒20的转动可以有很多途径来完成。如图4所示，为一个用于停止混合筒20转动的回路220的实施例的示意图。回路220包括一个开关222，在回路中与电压源Vs连通。电压源Vs可以是，例如，车载电池。回路220还可以包括一个与开关222回路连通的中继设备224，以及产生触发信号的源设备226。产生触发信号的源设备可以是，例如，处理单元46或者其他合适的设备。

开关222有一个第一位置和第二位置。在第一位置上，开关222从电压源Vs中接通电压，通过中继设备224传送到混合筒控制器28的一个输入端228中。混合筒控制器28可以依靠从电压源Vs中接收的电压适于使得混合筒20旋转。在第二个位置，开关222中断向混合筒控制器28中的电压输入端228接通电压。这样，当开关222处于第二位置时，混合筒20不能转动。

中继设备224也有一个第一位置和一个第二位置，在第一位置上，中继设备224允许电压源Vs中的电压输入到混合筒控制器28上的输入端228(如图1所示)。这样，当开关222和中继设备224两者都在第一位置时，混合筒控制器28使得混合筒20开始转动。在第二位置，中继设备224中断输送电压到混合筒控制器28的输入端228。这样，当中继设备224处于第二位置时，混合筒20不能转动。

开关222可以是，例如设计在车辆10的驾驶室14中的一个手动切换开关。司机可以在第一位置和第二位置之间手动运动开关222，来启动和停止混合筒20的转动。中继设备224可以根据处理器226产生的信号在第一位置和第二位置之间转换。处理器226切换中继设备224到第二位置产生的信号，会与一个或者多个触发事件的发生相符合，就如对方法200中的步骤206描述的关系那样。因此，当一个或者多个触发事件发生时，处理器226发出一个信号来切换中继设备224到第二位置。

本发明已经结合优选实施例作了描述。根据对说明书的阅读和理解，可以有其他的实施方式进行变化和替换，所有这些变化和替换及其等效的变化和替换均落在本发明后附的权利要求的保护范围内。

Claims (30)

1.一种改进具有转动混合筒的运动水泥搅拌车的操作性能的方法，该方法包括以下步骤：

接收指示转向角的输入数据；

比较输入数据与转向角的阈值；

判断一个或多个触发事件是否发生，其中一个或多个触发事件中的至少一个对应于指示车辆的转向角的输入数据超过了转向角的阈值；以及

当一个或多个触发事件发生时，发送自动停止转动混合筒的控制信号。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当一个或多个触发事件发生时，发送自动停止转动混合筒的控制信号的步骤还包括：

发送控制信号到混合筒控制器中；以及

与液压系统连通。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：

响应于控制信号，从混合筒液压马达中转移液压油。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：

判断是否一个或多个触发事件未发生；以及

当在预先设置的时间段内，一个或多个触发事件还没有发生时，发送自动启动混合筒的转动的控制信号。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，预先设置的时间段的范围为约4秒到10秒。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：

接收除了车辆转向角以外的其它指示车辆操作参数的输入数据；以及

比较指示操作参数的输入数据与操作参数的阈值；

其中一个或多个触发事件之一对应于输入数据超过操作参数的阈值。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，操作参数是车辆的侧向加速度。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，操作参数是车辆速度。

9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，操作参数的阈值可以根据车辆的转向角自动调整。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：

判断车辆的转向；以及

将车辆的转向与预先设定的转向相比较，在该预先设定的转向中，停止混合筒旋转有利于车辆保持防倾翻的稳定性。

其中根据判断车辆的转向与预先设定的转向匹配，执行发送自动停止混合筒转动的控制信号的步骤。

11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，转向角的阈值的范围为约10-20度。

12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：

根据车辆的转向角，预测操作参数的未来值；以及

将操作参数的预测的操作参数的未来值和阈值相比较，其中一个或者多个触发事件之一对应于预测的未来值超过阈值。

13.一种改进具有旋转混合筒的运动水泥搅拌车的操作性能的方法，该方法包括以下步骤：

判断车辆上有至少一个触发事件发生，其中至少一个触发事件包括至少一种如下的情况：防抱死制动系统事件、自动牵引控制系统介入、电子稳定控制系统介入；以及

当至少有一个触发事件发生时，发送自动停止混合筒转动的控制信号。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述的发送自动停止混合筒转动的控制信号的步骤还包括以下步骤：

向混合筒控制器发送控制信号；以及

从混合筒的液压马达中转移液压油。

15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：

判断是否一个或者多个触发事件未发生；以及

当在预先设置的时间段内，一个或者多个触发事件没有发生时，发送自动启动混合筒的转动的控制信号。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，预先设置的时间段的范围为约4秒到10秒。

17.一种改善具有旋转混合筒的水泥搅拌车的操作性能的控制器，该控制器包括：

输入端，接收指示车辆转向角的数据；

分析所接收的数据的处理单元，该处理单元根据所接收的数据适于产生控制混合筒的转动的控制信号；以及

输出端，向混合筒控制器发送控制信号。

18.如权利要求17所述的控制器，其特征在于，控制信号用于停止混合筒的转动。

19.如权利要求17所述的控制器，其特征在于，控制信号用于启动混合筒的转动。

20.如权利要求17所述的控制器，其特征在于，混合筒控制器与液压系统连通，该液压系统响应于控制信号，停止混合筒的转动。

21.如权利要求17所述的控制器，其特征在于，还包括输入端，用于接收除了车辆转向角以外的其它指示车辆操作参数的信号，其中处理单元根据信号更进一步适于发送控制信号到混合筒控制器中。

22.如权利要求18所述的控制器，其特征在于，操作参数是侧向加速度。

23.如权利要求18所述的控制器，其特征在于，操作参数是车辆速度。

24.如权利要求17所述的控制器，其特征在于，处理单元适于预测操作参数的未来值，其中当操作参数的预测值超过阈值时，处理单元还适于产生控制信号。

25.一种减少具有旋转混合筒的运动水泥搅拌车的倾翻危险的控制器，该装置包括：

接收指示车辆转向角的信号的器件；

能判断一个或多个触发事件是否发生的器件，其中一个或多个触发事件中的至少一个对应于车辆的转向角超过了转向角的阈值；

用于根据发生的一个或多个触发事件来发送控制混合筒转动的控制信号的器件。

26.如权利要求25所述的控制器，其特征在于，还包括产生除了车辆转向角之外的其它指示车辆操作参数的信号的器件。

27.如权利要求26所述的控制器，其特征在于，车辆的操作参数是侧向加速度。

28.一种改善具有旋转混合筒的运动水泥搅拌车的操作性能的控制器，该控制器包括：

输入端，接收指示车辆第一操作参数的信号；

处理器，用于预测第二操作参数的未来值，第二操作参数是第一操作参数的函数，该处理器适于比较第二操作参数的预测未来值和阈值；以及

输出端，当第二操作参数的预测未来值超过了存储的阈值时，发送停止混合筒转动的信号。

29.如权利要求28所述的控制器，其特征在于，第二操作参数是侧向加速度。

30.如权利要求28所述的控制器，其特征在于，第一操作参数是转向角。

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