CN101833287B - 工程机械及其稳定性控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于工程机械的稳定性控制系统，包括检测装置(1)、控制装置(2)和报警装置(3)，检测装置(1)检测工程机械的各部件的重心的当前位置，得到各部件的重心位置信号，并将重心位置信号传输至控制装置(2)；控制装置(2)接收检测装置(1)的重心位置信号，根据预定策略计算出工程机械的重心位置，并与预先设定的平衡范围进行比较；当工程机械的重心位置落在平衡范围以外时，控制装置(2)控制报警装置(3)报警。本发明所提供的稳定性控制系统通过一种全新的方法控制了工程机械工作过程的稳定性，控制精度较高。本发明还公开了一种包括上述稳定性控制系统的工程机械。

Description

工程机械及其稳定性控制系统
技术领域
本发明涉及工程机械领域，特别是涉及一种用于工程机械的稳定性控制系统。本发明还涉及一种包括上述稳定性控制系统的工程机械。
背景技术
工程机械工作过程中的稳定性，决定着工程机械工作性能，关系到施工作业现场的操作人员的人身安全，因此，保证工程机械工作过程中的稳定性显得尤为重要。
为了保证工程机械施工过程的稳定性，一般设置有可移出的外伸支腿，扩大工程机械得支撑范围，以减少侧翻的危险，然而，当操作人员对于工程机械的状态估计不准或者操作不当时，依然有可能造成工程机械的侧翻。
现有技术中，为了提高对工程机械稳定性的控制，提供了一种稳定性控制系统。
请参考图1，图1为现有技术中一种典型的工程机械稳定性控制系统的结构示意图。
现有技术中的稳定性控制系统包括压力感应器22和报警器23，压力感应器22安装于各支腿的垂直油缸21的上腔，压力感应器22通过电源开关与蓄电池连接，另一端与报警器23连接，报警器23的另一端接铁。
工作过程中，进行工程机械的支腿操作的同时将电源开关闭合，当工程机械的某一支腿的垂直油缸21的上腔压力小于某一设定值时，该支腿的压力感应器22就会产生一个电压信号，并将该电压信号传输至报警器23，报警器23激发出报警信号，从而提醒操作人员停止当前操作，并改变操作，防止了工程机械的倾翻，提高了工程机械工作过程的稳定性。
然而，上述稳定性控制系统的控制精度较低，如果当支腿的垂直油缸的上腔压力较大时就报警，会限制工程机械的工作范围；而当支腿的垂直油缸21的上腔压力较小时再报警，又会提高工程机械倾翻的危险性。
因此，如何提高对工程机械的稳定性控制的控制精度就成为本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于工程机械的稳定性控制系统，该控制系统具有较高的稳定性控制精度。本发明的另一目的是提供一种包括上述稳定性控制系统的工程机械。
为解决上述技术问题，本发明提供一种用于工程机械的稳定性控制系统，包括检测装置、控制装置和报警装置，
所述检测装置检测所述工程机械的各部件的重心的当前位置，得到各部件的重心位置信号，并将所述重心位置信号传输至所述控制装置；
所述控制装置接收所述检测装置的重心位置信号，根据预定策略计算出所述工程机械的重心位置，并与预先设定的平衡范围进行比较；当所述工程机械的重心位置落在所述平衡范围以外时，所述控制装置控制所述报警装置报警，并所述的预先设定的平衡范围是随着工程机械的各部件的不同位置而改变的；
所述检测装置还检测所述工程机械的支腿的支撑点的位置；所述平衡范围为所述工程机械的支腿的支撑点在水平面的投影点中，相邻的两投影点之间的连线所形成的区域经过第一安全运算后的安全区域；所述工程机械的重心位置为所述工程机械的重心在水平面的重心投影点经第二安全运算后的安全点的位置；当所述安全点位于所述安全区域以外时，所述控制装置控制所述报警装置报警；
所述安全区域由所述相邻的两投影点之间的连线所形成的区域乘以第一安全裕度得到；该第一安全裕度的具体值应当保证安全区域的范围小于相邻的两投影点之间的连线所形成的区域的范围；
所述安全点由所述重心投影点乘以第二安全裕度得到；该第二安全裕度的具体值应当保证重心投影点落在安全区域的概率增大；
当以所述安全点为端点且垂直于所述工程机械的长度方向的射线与所述连线的交点的数目为偶数或零时，所述安全点位于所述安全区域以外；
所述报警装置包括相互区别的第一报警装置和第二报警装置，所述平衡范围包括与所述报警装置相对应的第一平衡范围和第二平衡范围，并该第二平衡范围包含于第一平衡范围之内；当所述重心位置位于所述第一平衡范围以外时，所述第一报警装置报警，当所述重心位置位于所述第二平衡范围以外时，所述第二报警装置报警；
所述工程机械的各部件的重心通过有限元计算得出。
优选地，所述检测装置包括转塔倾角传感器、转塔转角传感器、臂架角度传感器、支腿角度传感器和支腿位移传感器。
优选地，所述支腿位移传感器安装于所述工程机械的各支腿的端部。
为解决上述技术问题，本发明还提供一种工程机械，包括如上述任一项所述的稳定性控制系统。
本发明所提供的用于工程机械的稳定性控制系统，包括检测装置、控制装置和报警装置，检测装置检测工程机械的各部件的重心的当前位置，得到各部件的重心位置信号，并将重心位置信号传输至控制装置；控制装置接收检测装置的重心位置信号，根据预定策略计算出工程机械的重心位置，并与预先设定的平衡范围进行比较；当工程机械的重心位置落在平衡范围以外时，控制装置控制报警装置报警。各部件的重心是预先计算得到的，而当工程机械处于某一工作状态时，各部件的重心位置是不确定的，因此，工作过程中，检测装置检测工程机械处于工作位置时各部件的重心位置，并将检测信号传输至控制装置，控制装置根据计算方法计算出整车的重心位置，进而与重心位置的平衡范围进行比较，当工程机械的重心位置落在平衡范围以外时，控制装置控制报警装置报警。可以看出，本发明所提供的用于工程机械的稳定性控制系统通过一种全新的方法控制了工程机械工作过程的稳定性，控制精度较高，从而为工程机械各部件所处的工作位置的调整提供了依据。
在一种优选实施方式中，本发明所提供的用于工程机械的稳定性控制系统的检测装置还检测工程机械的支腿的支撑点的位置，平衡范围为工程机械的支腿的支撑点在水平面的投影点中，相邻的两投影点之间的连线所形成的区域经过第一安全运算后的安全区域，工程机械的重心位置为工程机械的重心在水平面的重心投影点经第二安全运算后的安全点的位置；当安全点位于安全区域以外时，控制装置控制报警装置报警。上述平衡范围和工程机械的重心位置的确定方式，不仅能够保证控制精度，而且具体使用过程中的实现方便，降低了本发明所提供的用于工程机械的稳定性控制系统的操作难度。
在另一种优选实施方式中，本发明所提供的用于工程机械的稳定性控制系统，在判断重心投影点是否位于区域以外时的具体策略为：当以重心投影点为端点且垂直于工程机械的长度方向的射线与连线的交点的数目为偶数或零时，则认为重心投影点位于区域以外。上述控制策略为控制装置的控制程序的设定提供了依据，保证了本发明所提供的稳定性控制系统的实现。
本发明所提供的工程机械的有益效果都与稳定性控制系统的有益效果类似，在此不再赘述。
附图说明
图1为现有技术中一种典型的工程机械稳定性控制系统的结构示意图；
图2为本发明一种具体实施方式所提供的用于工程机械的稳定性控制系统的结构示意图；
图3为本发明第二种具体实施方式所提供的用于工程机械的稳定性控制系统的结构示意图；
图4为本发明所提供的用于工程机械的稳定性控制系统的安全区域的示意图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种用于工程机械的稳定性控制系统，该控制系统具有较高的稳定性控制精度。本发明的另一核心是提供一种包括上述稳定性控制系统的工程机械。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图2和图3，图2为本发明一种具体实施方式所提供的用于工程机械的稳定性控制系统的结构示意图；图3为本发明第二种具体实施方式所提供的用于工程机械的稳定性控制系统的结构示意图。
如图2所示，本发明所提供的用于工程机械的稳定性控制系统，包括检测装置1、控制装置2和报警装置3，检测装置1检测工程机械的各部件的重心的当前位置，得到各部件的重心位置信号，并将重心位置信号传输至控制装置2；控制装置2接收检测装置1的重心位置信号，根据预定策略计算出工程机械的重心位置，并与预先设定的平衡范围进行比较；当工程机械的重心位置落在平衡范围以外时，控制装置2控制报警装置3报警。
以上所述的工程机械的各部件的重心是预先计算得到的，其重心在各部件上的位置是不变的，而相对于整个工程机械而言，随着各部件在工程机械上的位置的改变，各部件的重心相对于整个工程机械的位置不断变化，检测装置1检测工程机械处于当前工作位置时各部件的重心位置。在一种具体实施方式中，工程机械的各部件的重心可以通过有限元计算得到。由于各部件的重心相对于整个工程机械的当前位置是不断改变的，因此，预定的平衡范围也可以是检测点根据预定的计算方法计算得到的，即以上所述的预先设定的平衡范围是可以随着工程机械的各部件的不同位置而改变的。
具体地，上述的各部件可以根据需要决定其划分的精确度，以混凝土泵车为例，各部件具体可以包括各支腿，各节臂架、转塔、车辆车体和各油缸，当然，还可以将上述部件进行进一步地划分，各部件的具体划分的精确度，本文不做限制。
当然，上述重心位置的检测，可以通过传感器检测工程机械的各部件的相对位置关系的方式实现。
比如：当将本发明所提供的稳定性控制系统应用于混凝土泵车时，检测装置可以包括转塔倾角传感器11、转塔转角传感器12、臂架角度传感器13、支腿角度传感器14和支腿位移传感器15。
转塔倾角传感器检测转塔与水平面之间的夹角，转塔转角传感器11检测任一工作位置转塔的转角，臂架角度传感器12检测臂架的倾角，支腿角度传感器13检测各支腿处于支撑位置时与混凝土泵车的前后方向之间的夹角，支腿位移传感器14检测各支腿处于支撑位置时，各支腿的伸长长度。其中，臂架角度传感器12的数目可以与臂架的节数相同，各臂架角度传感器12分别检测混凝土泵车的第一节臂架与转塔之间的夹角，以及相邻两节臂架之间的夹角；支腿位移传感器15可以安装于工程机械的各支腿的端部。
支腿位移传感器15安装于工程机械的各支腿的端部，可以检测各支腿的支撑点的位置，从而在一定程度上方便了平衡范围的确定。当然，支腿位移传感器15安装于工程机械的各支腿的其他位置，只要能够实现对支腿重心位置的检测都是可以的。
通过以上各传感器的检测结果，就可以得到各部件的重心在混凝土泵车处于某一工作状态时的重心位置。
工作过程中，检测装置1时刻检测工程机械的各部件的重心位置，并将检测信号传输至控制装置2，控制装置2接收到检测信号后，根据预定的计算方法计算出整车的重心位置，进而与重心位置的平衡范围进行比较，当工程机械的重心位置落在平衡范围以外时，控制装置2控制报警装置3报警。
报警装置3具体可以为声音报警装置，也可以为视觉报警装置，还可以为同时具有以上两种报警装置。
可以看出，本发明所提供的用于工程机械的稳定性控制系统通过一种全新的方法控制了工程机械工作过程的稳定性，控制精度较高，而且为工程机械各部件所处的工作位置的调整提供了依据。
请参考图4，图4为本发明所提供的用于工程机械的稳定性控制系统的安全区域的示意图。
在另一种具体实施方式中，本发明所提供的用于工程机械的稳定性控制系统的检测装置还检测工程机械的支腿的支撑点的位置，以上所述的平衡范围可以为工程机械的支腿的支撑点在水平面的投影点中，相邻的两投影点之间的连线所形成的区域A经过第一安全运算后的安全区域B；工程机械的重心位置可以为工程机械的重心D在水平面的重心投影点经第二安全运算后的安全点C的位置；当安全点C位于安全区域B以外时，控制装置2控制报警装置3报警。
当然，上述第一安全运算和第二安全运算中的一者可以为1，此时，就相当于没有经过安全运算，只靠另一者的安全运算保证其可靠性，经过安全运算以后能够使安全点落于安全区域以外的概率增大，从而提高了控制的可靠性
上述平衡范围和工程机械的重心位置的确定方式，不仅能够保证控制精度，而且具体使用过程中的实现方便，降低了本发明所提供的用于工程机械的稳定性控制系统的操作难度。
上述安全区域可以为相邻的两投影点之间的连线所形成的区域乘以第一安全裕度得到的区域，为了保证稳定性的提高，第一安全裕度的具体值应当保证安全区域的范围小于相邻的两投影点之间的连线所形成的区域的范围。当然，上述安全区域还可以为相邻的两投影点之间的连线所形成的区域经过其他运算得到。
上述安全点也可以通过重心投影点乘以第二安全裕度得到，为了保证稳定性的提高，第二安全裕度的具体值应当保证重心投影点落在安全区域的概率增大。当然，上述安全点也可以通过其他方式得到，只要能够保证安全性的提高都是可以的。
如图4所示，具体地，本发明所提供的用于工程机械的稳定性控制系统，在判断重心投影点是否位于区域以外时的具体策略可以为：当以安全点C为端点且垂直于工程机械的长度方向的射线1与连线的交点的数目为偶数或零时，则认为安全点C位于安全区域B以外。在使用该方法时，如果该射线与连线重合，则认为射线与该连线的交点为一个。
上述控制策略为控制装置的控制程序的设定提供了依据，保证了本发明所提供的用于工程机械的稳定性控制系统的实现。
在另一种具体实施方式中，本发明所提供的用于工程机械的稳定性控制系统的报警装置还可以包括相互区别的第一报警装置和第二报警装置，平衡范围还可以包括与报警装置相对应的第一平衡范围和第二平衡范围；当重心位置位于第一平衡范围以外时，第一报警装置报警，当重心位置位于第二平衡范围以外时，第二报警装置报警。从而，进一步保证了控制的可靠性。具体地，可以使第二平衡范围包含于第一平衡范围以内，当重心位置位于第二平衡范围以外时，第二报警装置报警，从而可以提醒操作人员在接下来的操作中小心，当重心位置位于第一平衡范围以外时，第一报警装置报警，提醒操作人员进一步小心。
为了方便操作人员区分报警信号，上述第一报警装置和第二报警装置可以分别为具有不同声音的报警装置，或者为具有不同颜色的光信号；当然，一者为光信号，另一者为声音信号也是可以的。
另外，为解决上述技术问题，本发明还提供一种工程机械，包括如上述的稳定性控制系统，工程机械的其他结构与现有技术相同，本文不再赘述。
以上对本发明所提供的工程机械及其稳定性控制系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (4)

1.一种用于工程机械的稳定性控制系统，其特征在于，包括检测装置(1)、控制装置(2)和报警装置(3)，
所述检测装置(1)检测所述工程机械的各部件的重心的当前位置，得到各部件的重心位置信号，并将所述重心位置信号传输至所述控制装置(2)；
所述控制装置(2)接收所述检测装置(1)的重心位置信号，根据预定策略计算出所述工程机械的重心位置，并与预先设定的平衡范围进行比较；当所述工程机械的重心位置落在所述平衡范围以外时，所述控制装置(2)控制所述报警装置(3)报警，并所述的预先设定的平衡范围是随着工程机械的各部件的不同位置而改变的；
所述检测装置(1)还检测所述工程机械的支腿的支撑点的位置；所述平衡范围为所述工程机械的支腿的支撑点在水平面的投影点中，相邻的两投影点之间的连线所形成的区域经过第一安全运算后的安全区域；所述工程机械的重心位置为所述工程机械的重心在水平面的重心投影点经第二安全运算后的安全点的位置；当所述安全点位于所述安全区域以外时，所述控制装置(2)控制所述报警装置(3)报警；
所述安全区域由所述相邻的两投影点之间的连线所形成的区域乘以第一安全裕度得到；该第一安全裕度的具体值应当保证安全区域的范围小于相邻的两投影点之间的连线所形成的区域的范围；
所述安全点由所述重心投影点乘以第二安全裕度得到；该第二安全裕度的具体值应当保证重心投影点落在安全区域的概率增大；
当以所述安全点为端点且垂直于所述工程机械的长度方向的射线与所述连线的交点的数目为偶数或零时，所述安全点位于所述安全区域以外；
所述报警装置包括相互区别的第一报警装置和第二报警装置，所述平衡范围包括与所述报警装置相对应的第一平衡范围和第二平衡范围，并该第二平衡范围包含于第一平衡范围之内；当所述重心位置位于所述第一平衡范围以外时，所述第一报警装置报警，当所述重心位置位于所述第二平衡范围以外时，所述第二报警装置报警；
所述工程机械的各部件的重心通过有限元计算得出。
2.根据权利要求1所述的用于工程机械的稳定性控制系统，其特征在于，所述检测装置包括转塔倾角传感器、转塔转角传感器、臂架角度传感器、支腿角度传感器和支腿位移传感器。
3.根据权利要求2所述的用于工程机械的稳定性控制系统，其特征在于，所述支腿位移传感器安装于所述工程机械的各支腿的端部。
4.一种工程机械，其特征在于，包括如权利要求1至3任一项所述的稳定性控制系统。
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