CN106115490A - 高空作业车辆变幅度安全作业范围计算及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种变幅作业范围获取与控制方法、装置和系统。该方法包括：获取由整车稳定性决定的回转平面作业曲线；获取由臂架材料强度决定的变幅平面幅度曲线；在工程机械车辆臂架处于任意姿态时，根据所述姿态的回转角度查询回转平面作业曲线确定所述回转角度对应的第一最大幅度、根据所述姿态的变幅角度查询变幅平面幅度曲线确定所述回转角度对应的第二最大幅度；将第一和第二最大幅度的较小值作为所述姿态的最大允许幅度，以确定整车安全作业范围。本发明在所得到的回转平面安全工作范围引入了回转角度这一变量，从而实现了根据整车稳定性不同而对最大工作幅度的区分限定，实现了对整车工作能力的充分利用，并显著提高了整车最大工作幅度。

Description

高空作业车辆变幅度安全作业范围计算及控制方法

技术领域

本发明涉及工程机械领域，特别涉及一种变幅作业范围获取与控制方法、装置和系统。

背景技术

高空作业车辆是一类具有高空救援、高空运输物料及高空工程作业等功能的特种车辆，在工程建设及抢险救援中有着广泛的应用。高空作业车辆的臂架多为伸缩臂形式，并可绕回转中心进行回转，臂架在不同位置时对应不同的最大允许伸长量，即为车辆的安全作业范围。其中，车辆在不同回转角度所对应的最大作业幅度主要由整车倾翻稳定性决定，而臂架在不同变幅角度所对应的最大作业幅度主要由臂架材料强度决定。车辆在高空作业时，控制系统必须将臂架限制在预先设定的安全作业范围之内，以防止车辆发生倾翻或结构失效的危险，其中，幅度指的是车辆回转中心距离工作平台最外缘的水平距离。

高空作业车辆安全工作范围现多采用回转平面(水平面)单幅度控制方法，即车辆在整个回转范围内均采用单一的最大作业幅度，如图1所示。单幅度作业范围的计算方法的具体实施步骤包括：

(1)根据臂架材料许用应力，计算出变幅平面工作曲线，如图2所示，由此可确定最大幅度，通常为变幅角度为0°即回转平面所对应的工作幅度，其中，使高空作业车辆臂架与水平面夹角变化的操作为变幅，变幅平面即为臂架变幅所在的竖直面。

(2)其次根据上车重量及重心参数，计算最大作业幅度时所对应的上车最大倾翻力矩。

(3)根据上车最大倾翻力矩计算各回转角度下的支腿反力，校核其是否满足相关标准规定的整车倾翻稳定性要求，若不满足，则需对最大幅度进行修正，减小幅度值后再次进行支腿反力计算，直至满足要求为止。

(4)确定最大工作幅度后，将修正后的变幅平面极限作业曲线回转一周所形成的空间即为单幅度作业车辆的安全工作范围。

单作业幅度车辆的控制方法较为简单，仅需在控制器中预先输入变幅平面内的作业曲线，车辆作业时根据实时检测的变幅角度，控制臂架伸长量不超过此角度对应的允许最大伸长量即可，与回转角度无关。

如前所述，高空作业车辆在回转平面内的最大作业幅度主要由整车倾翻稳定性决定，稳定性越高则允许的工作幅度越大。由图1可知，高空作业车辆结构的质量分布及支腿支撑点并非关于回转中心呈中心对称，因此臂架在不同回转角度时，整车稳定性并不相同，在稳定性最恶劣的回转方位，允许最大作业幅度为最小值，随着上车回转至其他方位，整车稳定性逐渐改善，因此允许作业幅度也随之增大。

目前采用的单幅度控制方法，在所有回转角度时均采用单一的最大工作幅度，因此必然也满足稳定性最恶劣方位的稳定性要求，即单幅度控制方法的最大工作幅度小于稳定性最恶劣方位的允许最大作业幅度。而在其他方位作业时，由于整车稳定性提高，允许作业幅度增大，此时采用单幅度控制方法必然导致车辆控制幅度过于保守，无法实现整车作业能力的充分利用。

发明内容

鉴于以上技术问题，本发明提供了一种变幅作业范围获取与控制方法、装置和系统，在所得到的回转平面安全工作范围引入了回转角度这一变量，从而实现了根据整车稳定性不同而对最大工作幅度的区分限定。

根据本发明的一个方面，提供一种变幅作业范围获取与控制方法，包括：

获取由整车稳定性决定的回转平面作业曲线；

获取由臂架材料强度决定的变幅平面幅度曲线；

在工程机械车辆臂架处于任意姿态时，根据所述姿态的回转角度查询回转平面作业曲线确定所述回转角度对应的第一最大幅度、根据所述姿态的变幅角度查询变幅平面幅度曲线确定所述回转角度对应的第二最大幅度；

将第一最大幅度和第二最大幅度的较小值作为所述姿态的最大允许幅度，以确定整车安全作业范围。

在本发明的一个实施例中，所述获取由臂架材料强度决定的变幅平面幅度曲线之后，所述方法还包括：

根据回转角度传感器实时检测的当前回转角度、以及变幅角度传感器实时检测的当前变幅角度，获取当前臂架姿态下的最大允许幅度；

根据臂架长度传感器实时检测的当前臂架长度，获取当前臂架幅度；

判断当前臂架幅度是否小于最大允许幅度；

若当前臂架幅度小于最大允许幅度，则不干预伸缩执行机构动作；

若当前臂架幅度不小于最大允许幅度，则指示报警设备输出报警信号，并停止伸缩执行机构动作，以禁止臂架外伸。

在本发明的一个实施例中，所述根据回转角度传感器实时检测的当前回转角度、以及变幅角度传感器实时检测的当前变幅角度，获取当前臂架姿态下的最大允许幅度包括：

根据回转角度传感器实时检测的当前回转角度，查询预存的回转平面幅度曲线，确定当前回转角度对应的第一最大幅度；

根据变幅角度传感器实时检测的当前变幅角度，查询预存的变幅平面幅度曲线，确定当前变幅角度对应的第二最大幅度；

将第一最大幅度和第二最大幅度中的较小值，作为当前臂架姿态下的最大允许幅度。

在本发明的一个实施例中，所述获取由臂架材料强度决定的变幅平面幅度曲线包括：

根据臂架材料许用应力，采用有限元或解析算法确定各变幅角度所对应的第二最大幅度，以获取变幅平面幅度曲线。

在本发明的一个实施例中，所述获取由整车稳定性决定的回转平面作业曲线包括：

根据下车各部件质量及重心参数，获取由支腿跨距决定的最大允许倾翻力矩；

根据上车各部件质量及重心参数，获取各回转角度下最大允许倾翻力矩所对应的第一最大幅度，以获取回转平面作业曲线。

在本发明的一个实施例中，所述根据下车各部件质量及重心参数，获取由支腿跨距决定的最大允许倾翻力矩包括：

设定臂架从工程机械车辆纵轴开始旋转，旋转一周依次经过的支腿为第一支腿C、第二支腿D、第三支腿A和第四支腿B；

在上车回转角度处于0至90度的情况下，获取由第二支腿D和第三支腿A决定的最大允许倾翻力矩M_AD、由第三支腿A和第四支腿B决定的最大允许倾翻力矩M_AB；并将M_AD和M_AB中的较小值作为所述上车回转角度对应的最大允许倾翻力矩M；

在上车回转角度处于90至180度的情况下，获取由第三支腿A和第四支腿B决定的最大允许倾翻力矩M_AB、由第一支腿C和第四支腿B决定的最大允许倾翻力矩M_BC；并将M_AB和M_BC中的较小值作为所述上车回转角度对应的最大允许倾翻力矩M。

根据本发明的另一方面，提供一种变幅作业范围获取与控制方法，包括：

根据回转角度传感器实时检测的当前回转角度、以及变幅角度传感器实时检测的当前变幅角度，获取当前臂架姿态下的最大允许幅度；

根据臂架长度传感器实时检测的当前臂架长度，获取当前臂架幅度；

判断当前臂架幅度是否小于最大允许幅度；

若当前臂架幅度小于最大允许幅度，则不干预伸缩执行机构动作；

若当前臂架幅度不小于最大允许幅度，则指示报警设备输出报警信号，并停止伸缩执行机构动作，以禁止臂架外伸。

根据本发明的另一方面，提供一种变幅作业范围获取与控制装置，包括第一曲线获取模块、第二曲线获取模块和作业范围确定模块，其中：

第一曲线获取模块，用于获取由整车稳定性决定的回转平面作业曲线；

第二曲线获取模块，用于获取由臂架材料强度决定的变幅平面幅度曲线；

作业范围确定模块，用于在工程机械车辆臂架处于任意姿态时，根据所述姿态的回转角度查询回转平面作业曲线确定所述回转角度对应的第一最大幅度、根据所述姿态的变幅角度查询变幅平面幅度曲线确定所述回转角度对应的第二最大幅度；并将第一最大幅度和第二最大幅度的较小值作为所述姿态的最大允许幅度，以确定整车安全作业范围。

在本发明的一个实施例中，所述装置还包括当前最大幅度确定模块、当前臂架幅度确定模块和幅度比较模块，其中：

当前最大幅度确定模块，用于根据回转角度传感器实时检测的当前回转角度、以及变幅角度传感器实时检测的当前变幅角度，获取当前臂架姿态下的最大允许幅度；

当前臂架幅度确定模块，用于根据臂架长度传感器实时检测的当前臂架长度，获取当前臂架幅度；

幅度比较模块，用于判断当前臂架幅度是否小于最大允许幅度；在若当前臂架幅度小于最大允许幅度的情况下，不干预伸缩执行机构动作；以及在当前臂架幅度不小于最大允许幅度的情况下，指示报警设备输出报警信号，并停止伸缩执行机构动作，以禁止臂架外伸。

在本发明的一个实施例中，所述当前最大幅度确定模块包括第一查询单元、第二查询单元和当前最大幅度确定单元，其中：

第一查询单元，用于根据回转角度传感器实时检测的当前回转角度，查询预存的回转平面幅度曲线，确定当前回转角度对应的第一最大幅度；

第二查询单元，用于根据变幅角度传感器实时检测的当前变幅角度，查询预存的变幅平面幅度曲线，确定当前变幅角度对应的第二最大幅度；

当前最大幅度确定单元，用于将第一最大幅度和第二最大幅度中的较小值，作为当前臂架姿态下的最大允许幅度。

在本发明的一个实施例中，所述第二曲线获取模块用于根据臂架材料许用应力，采用有限元或解析算法确定各变幅角度所对应的第二最大幅度，以获取变幅平面幅度曲线。

在本发明的一个实施例中，所述第一曲线获取模块包括最大倾翻力矩获取单元和回转作业曲线获取单元，其中：

最大倾翻力矩获取单元，用于根据下车各部件质量及重心参数，获取由支腿跨距决定的最大允许倾翻力矩；

回转作业曲线获取单元，用于根据上车各部件质量及重心参数，获取各回转角度下最大允许倾翻力矩所对应的第一最大幅度，以获取回转平面作业曲线。

在本发明的一个实施例中，所述最大倾翻力矩获取单元包括设定子模块、第一力矩获取子模块和第二力矩获取子模块，其中：

设定子模块，用于设定臂架从工程机械车辆纵轴开始旋转，旋转一周依次经过的支腿为第一支腿C、第二支腿D、第三支腿A和第四支腿B；

第一力矩获取子模块，用于在上车回转角度处于0至90度的情况下，获取由第二支腿D和第三支腿A决定的最大允许倾翻力矩M_AD、由第三支腿A和第四支腿B决定的最大允许倾翻力矩M_AB；并将M_AD和M_AB中的较小值作为所述上车回转角度对应的最大允许倾翻力矩M；

第二力矩获取子模块，用于在上车回转角度处于90至180度的情况下，获取由第三支腿A和第四支腿B决定的最大允许倾翻力矩M_AB、由第一支腿C和第四支腿B决定的最大允许倾翻力矩M_BC；并将M_AB和M_BC中的较小值作为所述上车回转角度对应的最大允许倾翻力矩M。

根据本发明的另一方面，提供一种变幅作业范围获取与控制装置，包括当前最大幅度确定模块、当前臂架幅度确定模块和幅度比较模块，其中：

当前最大幅度确定模块，用于根据回转角度传感器实时检测的当前回转角度、以及变幅角度传感器实时检测的当前变幅角度，获取当前臂架姿态下的最大允许幅度；

当前臂架幅度确定模块，用于根据臂架长度传感器实时检测的当前臂架长度，获取当前臂架幅度；

幅度比较模块，用于判断当前臂架幅度是否小于最大允许幅度；在若当前臂架幅度小于最大允许幅度的情况下，不干预伸缩执行机构动作；以及在当前臂架幅度不小于最大允许幅度的情况下，指示报警设备输出报警信号，并停止伸缩执行机构动作，以禁止臂架外伸。

根据本发明的另一方面，提供一种变幅作业范围获取与控制系统，包括上述任一实施例所述的变幅作业范围获取与控制装置。

本发明通过在所得到的回转平面安全工作范围引入了回转角度这一变量，从而实现了根据整车稳定性不同而对最大工作幅度的区分限定。因此，当车辆工作于稳定性较高的方位时，采用本发明所提供的计算及控制方法可实现对整车工作能力的充分利用，并显著提高整车最大工作幅度。

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为现有技术单作业幅度车辆一个实施例的示意图。

图2为现有技术基于单幅度作业范围获取的变幅平面工作曲线的示意图。

图3为本发明变幅作业范围获取与控制系统第一实施例的示意图。

图4为本发明变幅作业范围获取与控制系统第二实施例的示意图。

图5为本发明变幅作业范围获取与控制系统第三实施例的示意图。

图6为本发明变幅作业范围获取与控制装置第一实施例的示意图。

图7为本发明一个实施例中第一曲线获取模块的示意图。

图8为本发明一个实施例中最大倾翻力矩获取单元的示意图。

图9为本发明一个实施例中由整车稳定性决定的回转平面作业范围的示意图。

图10为本发明变幅作业范围获取与控制装置第二实施例的示意图。

图11为本发明一个实施例中由整车稳定性决定的回转平面作业范围的示意图。

图12为本发明变幅作业范围获取与控制装置第三实施例的示意图。

图13为本发明变幅作业范围获取与控制装置第四实施例的示意图。

图14为本发明变幅作业范围获取与控制方法第一实施例的示意图。

图15为本发明一个实施例中获取由整车稳定性决定的回转平面作业曲线的示意图。

图16为本发明一个实施例中获取由支腿跨距决定的最大允许倾翻力矩的示意图。

图17为本发明变幅作业范围获取与控制方法第二实施例的示意图。

图18为本发明一个实施例中获取当前臂架姿态下的最大允许幅度的示意图。

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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。

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、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

同时，应当明白，为了便于描述，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。

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授权说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

图3为本发明变幅作业范围获取与控制系统第一实施例的示意图。如图3所示，所述变幅作业范围获取与控制系统包括回转角度传感器1、变幅角度传感器2、臂架长度传感器3、变幅作业范围获取与控制装置4和伸缩执行机构5，其中：

变幅作业范围获取与控制装置4分别与回转角度传感器1、变幅角度传感器2和臂架长度传感器3连接，变幅作业范围获取与控制装置4与臂架连接，伸缩执行机构5分别与变幅作业范围获取与控制装置4和臂架6连接，伸缩执行机构5与变幅作业范围获取与控制装置4连接。

回转角度传感器1实时检测臂架6的当前回转角度，变幅角度传感器2实时检测臂架6的当前变幅角度，臂架长度传感器3实时检测当前臂架长度；变幅作业范围获取与控制装置4根据当前回转角度、当前变幅角度和当前臂架长度比较当前臂架幅度是否小于最大允许幅度；变幅作业范围获取与控制装置4在当前臂架幅度不小于最大允许幅度的情况下，停止伸缩执行机构5动作，以禁止臂架6外伸。

基于本发明上述实施例提供的变幅作业范围获取与控制系统，通过在所得到的回转平面安全工作范围引入了回转角度这一变量，从而实现了根据整车稳定性不同而对最大工作幅度的区分限定。因此，当车辆工作于稳定性较高的方位时，采用本发明所提供的计算及控制方法可实现对整车工作能力的充分利用，并显著提高整车最大工作幅度。

图4为本发明变幅作业范围获取与控制系统第二实施例的示意图。与图3实施例相比，在图4实施例中，所述系统还可以包括报警设备7，其中：

报警设备7与变幅作业范围获取与控制装置4连接。

变幅作业范围获取与控制装置4在当前臂架幅度不小于最大允许幅度的情况下，指示报警设备7输出报警信号。

在本发明的一个实施例中，报警设备7可以采用报警指示灯、扬声器、显示器等报警设备。

本发明上述实施例可以通过报警设备指示用户当前作业范围超出变幅安全作业范围，提示用户进行相应调整，从而可以防止车辆发生倾翻或结构失效的危险。

图5为本发明变幅作业范围获取与控制系统第三实施例的示意图。与图4实施例相比，在图5实施例中，图4实施例中的伸缩执行机构5可以包括电液比例阀51和伸缩液压缸52，其中：

电液比例阀51与变幅作业范围获取与控制装置4连接，电液比例阀51与伸缩液压缸52连接，伸缩液压缸52与臂架6连接。

变幅作业范围获取与控制装置4在当前臂架幅度不小于最大允许幅度的情况下，传递信号至电液比例阀51，以控制伸缩液压缸52停止动作，禁止臂架6外伸；并指示报警设备7输出报警信号。

本发明上述实施例以液压缸作为臂架伸缩动作的执行机构进行说明，同样适用于伸缩卷扬等其他可实现伸缩动作的执行机构。

本发明上述实施例的变幅作业范围获取与控制装置和系统可以适用于诸如高空作业车辆等工程机械车辆，例如：本发明上述实施例的变幅作业范围获取与控制装置和系统可以举高消防车。

下面通过具体示例对本发明上述实施例的变幅作业范围获取与控制装置4的结构和功能、以及本发明变幅作业范围获取与控制方法进行说明：

图6为本发明变幅作业范围获取与控制装置第一实施例的示意图。如图6所示，图3-图5任一实施例中的变幅作业范围获取与控制装置4可以包括第一曲线获取模块41、第二曲线获取模块42和作业范围确定模块43，其中：

作业范围确定模块43分别与第一曲线获取模块41和第二曲线获取模块42连接。

第一曲线获取模块41，用于获取由整车稳定性决定的回转平面作业曲线。由图1可知，高空作业车辆结构及支撑点关于车辆纵轴线对称，因此计算回转范围内的工作幅度时仅计算回转角度即可。

在本发明一个实施例中，如图7所示，图6实施例中的第一曲线获取模块41可以包括最大倾翻力矩获取单元411和回转作业曲线获取单元412，其中：

最大倾翻力矩获取单元411与回转作业曲线获取单元412连接。

最大倾翻力矩获取单元411，用于根据下车各部件质量及重心参数，获取由支腿跨距决定的最大允许倾翻力矩，其中所述支腿跨距为高空作业车辆等工程机械车辆的支腿完全伸出后最大纵向及横向距离。

在本发明一个具体实施例中，最大倾翻力矩获取单元411可以用于根据整车稳定性要求，需满足负载减小的二支腿载荷之和大于整车整备质量G的6％的原理，来确定最大倾翻力矩。其中GB7956.12-2015《消防车第12部分：举高消防车》标准中规定，整车稳定性应满足受载后减小负载的二支腿剩余载荷之和不小于整车整备质量的6％。

在本发明一个实施例中，如图8所示，图7实施例中的所述最大倾翻力矩获取单元411可以包括设定子模块4111、第一力矩获取子模块4112和第二力矩获取子模块4113，其中：

设定子模块4111分别与第一力矩获取子模块4112和第二力矩获取子模块4113连接。

设定子模块4111，用于如图1所示，设定臂架6从工程机械车辆纵轴开始旋转，旋转一周依次经过的支腿为第一支腿C、第二支腿D、第三支腿A和第四支腿B。

由图1可知，当上车回转角度时，负载减小的支腿应为A、D或A、B支腿，而当上车回转角度时，负载减小的支腿应为A、B或B、C支腿。因此，分别令

$\left\{\begin{array}{c}{F}_A+F_D=6\%\·G\\ F_A+F_B=6\%\·G\\ F_B+F_C=6\%\·G\end{array}\right.---\left(1\right)$

其中，公式1中F_A、F_B、F_C和F_D表示如图1所示的四支腿反力，单位为kg。F_A、F_B、F_C和F_D可以通过公式2获取。

其中，G₀表示上车总质量，单位为kg；G₂表示下车总质量，单位为kg；e₀表示回转中心到支腿中心的水平距离，单位为mm；e₂表示支腿中心到下车重心的水平距离，单位为mm；a表示支腿横向跨距的一半，单位为mm；b表示支腿纵向跨距的一半，单位为mm；M表示上车倾翻力矩，单位为kg·mm，其中上车指高空作业车辆的回转部分，通常为转台以上的结构，上车倾翻力矩即为转台以上结构对回转轴线所产生的力矩；表示臂架变幅平面与车辆纵向对称轴的夹角。

将公式2代入公式1并化简，可得：

由公式3-5可知，在车辆质量及重心参数已知的情况下，上车最大允许倾翻力矩仅为回转角度的函数。

第一力矩获取子模块4112，用于在上车回转角度处于0至90度的情况下，通过公式3和4获取由第二支腿D和第三支腿A决定的最大允许倾翻力矩M_AD、由第三支腿A和第四支腿B决定的最大允许倾翻力矩M_AB；并将M_AD和M_AB中的较小值作为所述上车回转角度对应的最大允许倾翻力矩

第二力矩获取子模块4113，用于在上车回转角度处于90至180度的情况下，通过公式4和5获取由第三支腿A和第四支腿B决定的最大允许倾翻力矩M_AB、由第一支腿C和第四支腿B决定的最大允许倾翻力矩M_BC；并将M_AB和M_BC中的较小值作为所述上车回转角度对应的最大允许倾翻力矩

回转作业曲线获取单元412，用于根据上车各部件质量及重心参数，获取各回转角度下最大允许倾翻力矩所对应的第一最大幅度由此即可确定由整车稳定性决定的回转平面作业范围，如图9所示。

第二曲线获取模块42，用于获取由臂架材料强度决定的变幅平面幅度曲线。

在本发明的一个实施例中，所述第二曲线获取模块42可以用于根据臂架材料许用应力，采用有限元或解析算法确定各变幅角度θ所对应的第二最大幅度R(θ)，以获取变幅平面幅度曲线。

作业范围确定模块43，用于在工程机械车辆臂架6处于任意姿态时，根据所述姿态的回转角度查询回转平面作业曲线确定所述回转角度对应的第一最大幅度根据所述姿态的变幅角度θ查询变幅平面幅度曲线确定所述回转角度对应的第二最大幅度R(θ)；并将第一最大幅度和第二最大幅度R(θ)的较小值作为所述姿态的最大允许幅度，由此即可确定整车安全作业范围。

本发明上述实施例以GB7956.12-2015《消防车第12部分：举高消防车》中关于整车稳定性的要求为例进行说明；本发明上述实施例同样适用于其他整车稳定性判定准则。

图10为本发明变幅作业范围获取与控制装置第二实施例的示意图。如图10所示，所述装置可以包括当前最大幅度确定模块44、当前臂架幅度确定模块45和幅度比较模块46，其中：

幅度比较模块46分别与当前最大幅度确定模块44和当前臂架幅度确定模块45连接，幅度比较模块46与伸缩执行机构5连接，当前最大幅度确定模块44分别与回转角度传感器1和变幅角度传感器2连接，当前臂架幅度确定模块45与臂架长度传感器3连接。

当前最大幅度确定模块44，用于根据回转角度传感器1实时检测的当前回转角度、以及变幅角度传感器2实时检测的当前变幅角度，获取当前臂架姿态下的最大允许幅度。

在本发明的一个实施例中，如图11所述，图10实施例中的当前最大幅度确定模块44可以包括第一查询单元441、第二查询单元442和当前最大幅度确定单元443，其中：

当前最大幅度确定单元443分别与第一查询单元441和第二查询单元442连接。

第一查询单元441，用于根据回转角度传感器1实时检测的当前回转角度，查询预存的回转平面幅度曲线，确定当前回转角度对应的第一最大幅度。

第二查询单元442，用于根据变幅角度传感器2实时检测的当前变幅角度，查询预存的变幅平面幅度曲线，确定当前变幅角度对应的第二最大幅度。

当前最大幅度确定单元443，用于将第一最大幅度和第二最大幅度中的较小值，作为当前臂架姿态下的最大允许幅度。

当前臂架幅度确定模块45，用于根据臂架长度传感器3实时检测的当前臂架长度，获取当前臂架幅度。

幅度比较模块46，用于判断当前臂架幅度是否小于最大允许幅度；在若当前臂架幅度小于最大允许幅度的情况下，不干预伸缩执行机构5动作；以及在当前臂架幅度不小于最大允许幅度的情况下，指示报警设备7输出报警信号，并停止伸缩执行机构5动作，以禁止臂架6外伸。

申请人发现，现有技术采取的是由上而下的计算流程，即首先根据上车臂架材料强度确定最大工作幅度，然后根据下车参数验证其是否满足整车稳定性要求；与现有技术相比，本发明采取了逆向计算流程，即以整车稳定性判定准则为出发点，首先根据下车结构参数计算最大允许倾翻力矩，然后根据上车结构参数计算出极限作业幅度，并与臂架材料强度计算得出的作业幅度取交集。因此，现有技术所得到的回转平面安全工作范围为单值幅度，其本质为满足臂架强度条件与最恶劣方位稳定性条件二者中较为苛刻的要求。在臂架强度满足要求的前提下，即使车辆工作于稳定性较高的方位，控制系统仍然按照稳定性最恶劣方位的允许幅度进行控制，此时必然导致车辆工作能力受限。

与现有技术相比，本发明上述实施例在所得到的回转平面安全工作范围引入了回转角度这一变量，从而实现了根据整车稳定性不同而对最大工作幅度的区分限定。因此，当车辆工作于稳定性较高的方位时，采用本发明所提供的计算及控制方法可实现对整车工作能力的充分利用，并显著提高整车最大工作幅度。另外，本发明上述实施例当车辆在某一特定幅度工作时，操作人员可根据本发明计算方法得到的变幅度工作范围曲线，判断车辆稳定性较高的方位并操纵车辆在此方位工作，从而提高车辆的安全可靠性。

图12为本发明变幅作业范围获取与控制装置第三实施例的示意图。与图10实施例相比，图12实施例中，所述装置还可以包括图6实施例的第一曲线获取模块41和第二曲线获取模块42，其中：

当前最大幅度确定模块44分别与第一曲线获取模块41和第二曲线获取模块42连接。

第一曲线获取模块41，用于获取并存储由整车稳定性决定的回转平面作业曲线。

第二曲线获取模块42，用于获取并存储由臂架材料强度决定的变幅平面幅度曲线。

第一曲线获取模块41获取由整车稳定性决定的回转平面作业曲线以及第二曲线获取模块42获取由臂架材料强度决定的变幅平面幅度曲线的功能与图6实施例相同，这里不再详述。

图13为本发明变幅作业范围获取与控制装置第四实施例的示意图。与图12实施例相比，图13实施例中，所述装置还可以包括图6实施例的作业范围确定模块43，其中作业范围确定模块43分别与第一曲线获取模块41和第二曲线获取模块42连接。由此图12实施例可以同时实现图6实施例中变幅作业范围获取的功能、以及图10或图12实施例中变幅作业范围控制的功能。

图14为本发明变幅作业范围获取与控制方法第一实施例的示意图。图14实施例可以实现变幅作业范围的获取。优选的，本实施例可由本发明变幅作业范围获取与控制装置执行。该方法包括以下步骤：

步骤1，获取由整车稳定性决定的回转平面作业曲线。由图1可知，高空作业车辆结构及支撑点关于车辆纵轴线对称，因此计算回转范围内的工作幅度时仅计算回转角度即可。

在本发明的一个实施例中，如图15所示，步骤1可以包括：

步骤11，根据下车各部件质量及重心参数，获取由支腿跨距决定的最大允许倾翻力矩。

在本发明的一个实施例中，步骤11可以包括：根据整车稳定性要求，需满足负载减小的二支腿载荷之和大于整车整备质量G的6％的原理，来确定最大倾翻力矩。

在本发明的一个实施例中，如图16所示，步骤11可以包括：

步骤111，设定臂架6从工程机械车辆纵轴开始旋转，旋转一周依次经过的支腿为第一支腿C、第二支腿D、第三支腿A和第四支腿B。

步骤112，由图1可知，当上车回转角度时，负载减小的支腿应为A、D或A、B支腿，而当上车回转角度时，负载减小的支腿应为A、B或B、C支腿。因此，按照负载减小的二支腿载荷之和大于整车整备质量G的6％的原理，确定公式3-5所示的由第二支腿D和第三支腿A决定的最大允许倾翻力矩M_AD、由第三支腿A和第四支腿B决定的最大允许倾翻力矩M_AB以及由第一支腿C和第四支腿B决定的最大允许倾翻力矩M_BC。

步骤113，在上车回转角度处于0至90度的情况下，通过公式3和4获取由第二支腿D和第三支腿A决定的最大允许倾翻力矩M_AD、由第三支腿A和第四支腿B决定的最大允许倾翻力矩M_AB；并将M_AD和M_AB中的较小值作为所述上车回转角度对应的最大允许倾翻力矩

步骤114，在上车回转角度处于90至180度的情况下，通过公式4和5获取由第三支腿A和第四支腿B决定的最大允许倾翻力矩M_AB、由第一支腿C和第四支腿B决定的最大允许倾翻力矩M_BC；并将M_AB和M_BC中的较小值作为所述上车回转角度对应的最大允许倾翻力矩

步骤12，根据上车各部件质量及重心参数，获取各回转角度下最大允许倾翻力矩所对应的第一最大幅度由此即可确定由整车稳定性决定的回转平面作业范围，如图9所示。

步骤2，获取由臂架材料强度决定的变幅平面幅度曲线。

在本发明的一个实施例中，步骤2可以包括：根据臂架材料许用应力，采用有限元或解析算法确定各变幅角度θ所对应的第二最大幅度R(θ)，以获取变幅平面幅度曲线。

步骤3，在工程机械车辆臂架6处于任意姿态时，根据所述姿态的回转角度查询回转平面作业曲线确定所述回转角度对应的第一最大幅度根据所述姿态的变幅角度θ查询变幅平面幅度曲线确定所述回转角度对应的第二最大幅度R(θ)。

步骤4，将第一最大幅度和第二最大幅度R(θ)的较小值作为所述姿态的最大允许幅度，以确定整车安全作业范围。

基于本发明上述实施例提供的变幅作业范围获取与控制方法，通过计算由支腿跨距决定的回转平面内最大作业幅度及由臂架材料强度决定的变幅平面作业曲线，得出车辆在空间内的变幅度安全作业范围。本发明上述实施例在所得到的回转平面安全工作范围引入了回转角度这一变量，从而实现了根据整车稳定性不同而对最大工作幅度的区分限定。因此，当车辆工作于稳定性较高的方位时，采用本发明所提供的计算及控制方法可实现对整车工作能力的充分利用，并显著提高整车最大工作幅度。

图17为本发明变幅作业范围获取与控制方法第二实施例的示意图。图17实施例可以实现变幅作业范围的控制。优选的，本实施例可由本发明变幅作业范围获取与控制装置执行。该方法包括以下步骤：

步骤100，根据回转角度传感器1实时检测的当前回转角度、以及变幅角度传感器2实时检测的当前变幅角度，获取当前臂架姿态下的最大允许幅度。

在本发明的一个实施例中，如图18所示，步骤100可以包括：

步骤110，根据回转角度传感器1实时检测的当前回转角度，查询预存的回转平面幅度曲线，确定当前回转角度对应的第一最大幅度。

步骤120，根据变幅角度传感器2实时检测的当前变幅角度，查询预存的变幅平面幅度曲线，确定当前变幅角度对应的第二最大幅度。

步骤130，将第一最大幅度和第二最大幅度中的较小值，作为当前臂架姿态下的最大允许幅度。

步骤200，根据臂架长度传感器3实时检测的当前臂架长度，获取当前臂架幅度。

步骤300，判断当前臂架幅度是否小于最大允许幅度。若当前臂架幅度小于最大允许幅度，则执行步骤400；否则，若当前臂架幅度不小于最大允许幅度，则执行步骤500。

步骤400，不干预伸缩执行机构5动作。

步骤500，指示报警设备7输出报警信号，并停止伸缩执行机构5动作，以禁止臂架6外伸。

在本发明的一个实施例中，在步骤100之前，所述方法还可以包括：获取并存储由整车稳定性决定的回转平面作业曲线；获取并存储由臂架材料强度决定的变幅平面幅度曲线。其中获取由整车稳定性决定的回转平面作业曲线的具体步骤、以及获取由臂架材料强度决定的变幅平面幅度曲线的具体步骤与图14实施例相同，这里不再详述。

基于本发明上述实施例提供的变幅作业范围获取与控制方法，提供了一种回转平面可变幅度的控制方法，实现了对车辆性能的最大化利用，并显著提高整车最大工作幅度。另外，本发明上述实施例当车辆在某一特定幅度工作时，操作人员可根据本发明计算方法得到的变幅度工作范围曲线，判断车辆稳定性较高的方位并操纵车辆在此方位工作，从而提高车辆的安全可靠性。

在上面所描述的变幅作业范围获取与控制装置可以实现为用于执行本申请所描述功能的通用处理器、可编程逻辑控制器(PLC)、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件或者其任意适当组合。

至此，已经详细描述了本发明。为了避免遮蔽本发明的构思，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。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (15)

1.一种变幅作业范围获取与控制方法，其特征在于，包括：

获取由整车稳定性决定的回转平面作业曲线；

获取由臂架材料强度决定的变幅平面幅度曲线；

在工程机械车辆臂架处于任意姿态时，根据所述姿态的回转角度查询回转平面作业曲线确定所述回转角度对应的第一最大幅度、根据所述姿态的变幅角度查询变幅平面幅度曲线确定所述回转角度对应的第二最大幅度；

将第一最大幅度和第二最大幅度的较小值作为所述姿态的最大允许幅度，以确定整车安全作业范围。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取由臂架材料强度决定的变幅平面幅度曲线之后，还包括：

根据回转角度传感器实时检测的当前回转角度、以及变幅角度传感器实时检测的当前变幅角度，获取当前臂架姿态下的最大允许幅度；

根据臂架长度传感器实时检测的当前臂架长度，获取当前臂架幅度；

判断当前臂架幅度是否小于最大允许幅度；

若当前臂架幅度小于最大允许幅度，则不干预伸缩执行机构动作；

若当前臂架幅度不小于最大允许幅度，则指示报警设备输出报警信号，并停止伸缩执行机构动作，以禁止臂架外伸。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据回转角度传感器实时检测的当前回转角度、以及变幅角度传感器实时检测的当前变幅角度，获取当前臂架姿态下的最大允许幅度包括：

根据回转角度传感器实时检测的当前回转角度，查询预存的回转平面幅度曲线，确定当前回转角度对应的第一最大幅度；

根据变幅角度传感器实时检测的当前变幅角度，查询预存的变幅平面幅度曲线，确定当前变幅角度对应的第二最大幅度；

将第一最大幅度和第二最大幅度中的较小值，作为当前臂架姿态下的最大允许幅度。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述获取由臂架材料强度决定的变幅平面幅度曲线包括：

根据臂架材料许用应力，采用有限元或解析算法确定各变幅角度所对应的第二最大幅度，以获取变幅平面幅度曲线。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述获取由整车稳定性决定的回转平面作业曲线包括：

根据下车各部件质量及重心参数，获取由支腿跨距决定的最大允许倾翻力矩；

根据上车各部件质量及重心参数，获取各回转角度下最大允许倾翻力矩所对应的第一最大幅度，以获取回转平面作业曲线。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据下车各部件质量及重心参数，获取由支腿跨距决定的最大允许倾翻力矩包括：

设定臂架从工程机械车辆纵轴开始旋转，旋转一周依次经过的支腿为第一支腿C、第二支腿D、第三支腿A和第四支腿B；

在上车回转角度处于0至90度的情况下，获取由第二支腿D和第三支腿A决定的最大允许倾翻力矩M_AD、由第三支腿A和第四支腿B决定的最大允许倾翻力矩M_AB；并将M_AD和M_AB中的较小值作为所述上车回转角度对应的最大允许倾翻力矩M；

在上车回转角度处于90至180度的情况下，获取由第三支腿A和第四支腿B决定的最大允许倾翻力矩M_AB、由第一支腿C和第四支腿B决定的最大允许倾翻力矩M_BC；并将M_AB和M_BC中的较小值作为所述上车回转角度对应的最大允许倾翻力矩M。

7.一种变幅作业范围获取与控制方法，其特征在于，包括：

根据回转角度传感器实时检测的当前回转角度、以及变幅角度传感器实时检测的当前变幅角度，获取当前臂架姿态下的最大允许幅度；

根据臂架长度传感器实时检测的当前臂架长度，获取当前臂架幅度；

判断当前臂架幅度是否小于最大允许幅度；

若当前臂架幅度小于最大允许幅度，则不干预伸缩执行机构动作；

若当前臂架幅度不小于最大允许幅度，则指示报警设备输出报警信号，并停止伸缩执行机构动作，以禁止臂架外伸。

8.一种变幅作业范围获取与控制装置，其特征在于，包括第一曲线获取模块、第二曲线获取模块和作业范围确定模块，其中：

第一曲线获取模块，用于获取由整车稳定性决定的回转平面作业曲线；

第二曲线获取模块，用于获取由臂架材料强度决定的变幅平面幅度曲线；

作业范围确定模块，用于在工程机械车辆臂架处于任意姿态时，根据所述姿态的回转角度查询回转平面作业曲线确定所述回转角度对应的第一最大幅度、根据所述姿态的变幅角度查询变幅平面幅度曲线确定所述回转角度对应的第二最大幅度；并将第一最大幅度和第二最大幅度的较小值作为所述姿态的最大允许幅度，以确定整车安全作业范围。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括当前最大幅度确定模块、当前臂架幅度确定模块和幅度比较模块，其中：

当前最大幅度确定模块，用于根据回转角度传感器实时检测的当前回转角度、以及变幅角度传感器实时检测的当前变幅角度，获取当前臂架姿态下的最大允许幅度；

当前臂架幅度确定模块，用于根据臂架长度传感器实时检测的当前臂架长度，获取当前臂架幅度；

幅度比较模块，用于判断当前臂架幅度是否小于最大允许幅度；在若当前臂架幅度小于最大允许幅度的情况下，不干预伸缩执行机构动作；以及在当前臂架幅度不小于最大允许幅度的情况下，指示报警设备输出报警信号，并停止伸缩执行机构动作，以禁止臂架外伸。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述当前最大幅度确定模块包括第一查询单元、第二查询单元和当前最大幅度确定单元，其中：

第一查询单元，用于根据回转角度传感器实时检测的当前回转角度，查询预存的回转平面幅度曲线，确定当前回转角度对应的第一最大幅度；

第二查询单元，用于根据变幅角度传感器实时检测的当前变幅角度，查询预存的变幅平面幅度曲线，确定当前变幅角度对应的第二最大幅度；

当前最大幅度确定单元，用于将第一最大幅度和第二最大幅度中的较小值，作为当前臂架姿态下的最大允许幅度。

11.根据权利要求8-10中任一项所述的装置，其特征在于，

所述第二曲线获取模块用于根据臂架材料许用应力，采用有限元或解析算法确定各变幅角度所对应的第二最大幅度，以获取变幅平面幅度曲线。

12.根据权利要求8-10中任一项所述的装置，其特征在于，所述第一曲线获取模块包括最大倾翻力矩获取单元和回转作业曲线获取单元，其中：

最大倾翻力矩获取单元，用于根据下车各部件质量及重心参数，获取由支腿跨距决定的最大允许倾翻力矩；

回转作业曲线获取单元，用于根据上车各部件质量及重心参数，获取各回转角度下最大允许倾翻力矩所对应的第一最大幅度，以获取回转平面作业曲线。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述最大倾翻力矩获取单元包括设定子模块、第一力矩获取子模块和第二力矩获取子模块，其中：

设定子模块，用于设定臂架从工程机械车辆纵轴开始旋转，旋转一周依次经过的支腿为第一支腿C、第二支腿D、第三支腿A和第四支腿B；

第一力矩获取子模块，用于在上车回转角度处于0至90度的情况下，获取由第二支腿D和第三支腿A决定的最大允许倾翻力矩M_AD、由第三支腿A和第四支腿B决定的最大允许倾翻力矩M_AB；并将M_AD和M_AB中的较小值作为所述上车回转角度对应的最大允许倾翻力矩M；

第二力矩获取子模块，用于在上车回转角度处于90至180度的情况下，获取由第三支腿A和第四支腿B决定的最大允许倾翻力矩M_AB、由第一支腿C和第四支腿B决定的最大允许倾翻力矩M_BC；并将M_AB和M_BC中的较小值作为所述上车回转角度对应的最大允许倾翻力矩M。

14.一种变幅作业范围获取与控制装置，其特征在于，包括当前最大幅度确定模块、当前臂架幅度确定模块和幅度比较模块，其中：

当前最大幅度确定模块，用于根据回转角度传感器实时检测的当前回转角度、以及变幅角度传感器实时检测的当前变幅角度，获取当前臂架姿态下的最大允许幅度；

当前臂架幅度确定模块，用于根据臂架长度传感器实时检测的当前臂架长度，获取当前臂架幅度；

幅度比较模块，用于判断当前臂架幅度是否小于最大允许幅度；在若当前臂架幅度小于最大允许幅度的情况下，不干预伸缩执行机构动作；以及在当前臂架幅度不小于最大允许幅度的情况下，指示报警设备输出报警信号，并停止伸缩执行机构动作，以禁止臂架外伸。

15.一种变幅作业范围获取与控制系统，其特征在于，包括如权利要求8-14中任一项所述的变幅作业范围获取与控制装置。