CN114234893A - 工程车工作臂角位移测量机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种工程车工作臂角位移测量机构，包括车身(1)和工作臂(2)，气缸(4)的两端分别铰接车身(1)和工作臂(2)，其特征在于：在车身(1)上安装角位移传感器(3)，角位移传感器(3)的摆杆(301)端部铰接连杆(5)，连杆(5)的另一端铰接在气缸(4)上。本发明就是为解决工程车辆使用电子角位移传感器致使潜在安全威胁而发明，本发明可充分提高车辆运行的安全性，通过使用新型角位移测量机构，实现角位移的并存测量，分级保护，实现车辆的安全运行，并保留车辆原有的角位移测量灵敏度。
Description
技术领域
本发明涉及一种工程车悬臂的角度测量装置。
背景技术
当前工程车辆所使用的角位移测量机构，都是以电子角位移传感器为主。
工程车辆的作业环境不固定，车辆的运行受到多种环境的影响，如气温、湿度、灰尘、振动、噪音、日光紫外线辐射、冲击等多种自然和非自然环境的影响。其使用的电子元件经受各种外部因素的强烈干预，这也导致了工程车辆所使用的电子电器元件经常出现不可预知的损坏，造成大量的经济损失，甚至带来生命安全威胁。
现在车辆的控制主要分为机电液控制方式，而电控方式越来越广泛，在电控提供的信号基础上，实现了车辆的智能控制。在智能化控制的时候，主要通过各种传感器感知装载装置的位置信号，来通过车载处理器分析判断并进一步控制装置装置的下一步动作。其中在装载装置各活动关节(铰接处)布置了多个角度传感器。所用角度传感器都是高灵敏度的电感传感器，通过摇臂拨动传感器改变其阻值(或电流、或电压)信号，然后经处理器后直接转化为角度数值信号，然后进一步控制。这个传感器小巧、灵敏，所获取的数值精确度高，但是由于我们的车辆是工程车辆，作业对象是泥土、砂石，在这种场合作业，车辆经常要受到外力冲击、包括铲起的砂石在倾倒时掉落砸伤车辆，甚至直接撞击到传感器位置损坏传感器。
角度传感器的工作原理可以用表盘来比喻，随着工作臂的转动指针也在转动，工作臂好比拨盘，指针就是直观显示。同时也可以使用其它方法来间接测量角度，如压力感知(本发明使用)等。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对现有电子传感器容易故障的问题，提供了一种新型的角位移测量机构，把角度传感器和非常规的压力转换角度信号测量机构有机地整合到一起，增加车辆在使用时的高可靠性。
本发明的技术方案是：
一种工程车工作臂角位移测量机构，包括车身1和工作臂2，气缸4的两端分别铰接车身1和工作臂2，在车身1上安装角位移传感器3，角位移传感器3的摆杆301端部铰接连杆5，连杆5的另一端铰接在气缸4上。
在气缸4的大腔404和小腔405之间桥接压力信号检测装置406。
角位移传感器3位于工作臂2根部铰点201与气缸4大腔铰点401之间。
气缸4的小腔405中有活塞杆408，连杆5和气缸4的大腔404铰接，活塞杆408和工作臂2铰接在上铰点402。
连杆5的长度等于摆杆301铰点至铰点401的距离，摆杆301平行于气缸4。
使用角位移传感器3或压力信号检测装置406测量工作臂2转角。
测量不同工作臂2转角下压力信号检测装置406的值，存储并关联两组数据，测量转角时根据压力信号检测装置406的测量值得到关联的工作臂2转角值。
角位移传感器3的测量值根据几何关系换算得到工作臂2的转角。
根部铰点201至上铰点402的距离为线段a，根部铰点201至大腔铰点401的距离为线段b，根部铰点201至大腔铰点401，线段a相较于工作臂轴线的夹角为∠1，线段b相较于车身基准水平面的夹角为∠2，工作臂相较于车身基准水平面的夹角为∠W，摆杆301相较于车身基准水平面的夹角为∠WW，∠W的计算公式为∠W＝∠WW-∠B+∠1，其中∠B＝arcsin(b/a*sin∠A)，∠A＝180°-∠WW-∠1。
压力信号检测装置406检测的是小腔405与大腔404之间的压力差。
本发明的有益效果：
本发明就是为解决工程车辆使用电子角位移传感器致使潜在安全威胁而发明，本发明可充分提高车辆运行的安全性，通过使用新型角位移测量机构，实现角位移的并存测量，分级保护，实现车辆的安全运行，并保留车辆原有的角位移测量灵敏度。
本发明提供了一种双重角度传感器，同时安装现有的传感器以及本发明中所要增加的另外一种间接式角度测量机构，增加的这套角度测量机构工作方式使用空气压差进行角度模拟转换，类似于液压油缸(这里使用的是空气，液压油缸使用的是液压油)，这套角度测量机构的活塞杆伸出长度不同时，大小腔的压差也不同，本发明就是根据这个压差来转换为角度数值信号。
正常情况下车辆使用的还是常规角度传感器的角度信号，当角度传感器无法侦测到信号(损坏)时才使用这套补充备用角度测量机构捕获角度信号。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是调整油缸12的结构示意图。
图3是利用压差测量角度的原理图。
图4是运动机构简图。
图5是转角转换的计算图。
具体实施方式
实施例：
本发明所述的一种轮式多用工程车角位移测量机构，其组成包括车身1、工作装置2、角位移传感器3、气缸4、连杆5，还包括角位移传感器的摆杆301、工作装置2与车架1的铰接201、气缸4与车架1的铰接401、气缸4与工作装置2的铰接402、气缸4与连杆5的铰接403、以及连杆5与角位移传感器3的铰接501，气缸4除含有铰接401、铰接402、铰接403之外，还包括无杆腔大腔404、有杆腔小腔405、气压压力信号检测装置406、缸体407、活塞杆408。
本发明中结构件的连接关系说明：
1、工作装置2与车架1通过铰接201产生相互转动；
2、车架1与气缸4通过铰接401产生相互转动；
3、工作装置2与气缸4通过铰接402产生相互转动；
4、连杆5与气缸4通过铰接403产生相互转动；
5、连杆5与角位移传感器摆杆301通过铰接501产生相互转动；
6、角位移传感器3固定在车架1上；
7、车架1、角位移传感器摆杆301、气缸4、连杆5构成四连杆转动机构。
本发明原理说明及动作关系：在整个角位移测量过程中，同时使用了两种角位移测量方式，即并存测量。在实际使用时，优先使用主角位移测量信号，以副角位移测量信号为辅，当主角位移测量信号丢失或失真时，立即切换到副角位移测量信号，保证工作装置的转角还在可控可用范围内，达到整车的安全运行条件。
副角位移测量的原理如图3，图中以两条线分别模拟车架A和工作臂B，中间铰装角度测量机构C，工作装置2转动时，工作装置2与车架1之间的夹角将改变，同时与车架1和工作装置2连接的气缸4产生摆动，产生摆动的气缸通过连杆5推动摆杆301转动，驱使角位移传感器改变角度信号，直接测量出工作装置2与车架1之间的夹角，此为主角位移测量信号；气缸4在产生摆动的同时，其活塞杆408相对于缸体407产生直线方向的滑动，导致大腔404、小腔405容积改变，已知气体体积压缩，其压力增大，气体体积膨胀，其压力减小的物理概念，则桥接于大腔404、小腔405之间的气压压力信号检测装置406将产生压力差信号(区分正负压差信号)，产生的压力差信号通过车辆后处理系统即可模拟出工作装置2与车架的夹角，此为副角位移测量信号，通过测量不同工作臂2转角下对应的压力差信号，将工作臂从最小位置转到最大位置，测量得到转角和压力的对应关联表，之后就可以通过测量压力差值得到工作臂转角。因为转角可以分为无数个点，不可能做到对每一个点进行测量，所以可以在两个点之间做线性差值处理。
主角位移测量原理：图4中L3、L4、L5、L6为平行四边形。其中L6为虚拟边(不存在连接元件)。如图5，设根部铰点201至上铰点402的距离为线段a，根部铰点201至大腔铰点401的距离为线段b，根部铰点201至大腔铰点401，线段a相较于工作臂轴线的夹角为∠1，线段b相较于车身基准水平面的夹角为∠2，工作臂相较于车身基准水平面的夹角为∠W，摆杆301相较于车身基准水平面的夹角为∠WW。角度W是待测量的挖掘装置真实的转角，∠WW为传感器直接测出的转角，边a、b为已知量固定不变，角∠1、∠2为已知量固定不变。
1、求∠A
∠A＝180°-(∠WW+∠1)
2、求∠B
根据正弦公式
a/sin∠A＝b/sin∠B
sin∠B＝b.sin∠A/a
∠B＝arcsin(b.sin∠A/a)
3、求∠C
∠C＝180°-(∠A+∠B)
4、求∠W
∠W＝∠C-∠1+∠2
进过上述四个步骤即可算出动臂的转角。
Claims (9)
1.一种工程车工作臂角位移测量机构，包括车身(1)和工作臂(2)，气缸(4)的两端分别铰接车身(1)和工作臂(2)，其特征在于：在车身(1)上安装角位移传感器(3)，角位移传感器(3)的摆杆(301)端部铰接连杆(5)，连杆(5)的另一端铰接在气缸(4)上。
2.根据权利要求1所述的工程车工作臂角位移测量机构，其特征在于:在气缸(4)的大腔(404)和小腔(405)之间桥接压力信号检测装置(406)。
3.根据权利要求2所述的工程车工作臂角位移测量机构，其特征在于:角位移传感器(3)位于工作臂(2)根部铰点(201)与气缸(4)大腔铰点(401)之间。
4.根据权利要求2所述的工程车工作臂角位移测量机构，其特征在于:气缸(4)的小腔(405)中有活塞杆(408)，连杆(5)和气缸(4)的大腔(404)铰接，活塞杆(408)和工作臂(2)铰接在上铰点(402)。
5.根据权利要求4所述工程车工作臂角位移测量机构，其特征在于:连杆(5)的长度等于摆杆(301)铰点至铰点(401)的距离，摆杆(301)平行于气缸(4)。
6.根据权利要求5所述工程车工作臂角位移测量机构，其特征在于:使用角位移传感器(3)或压力信号检测装置(406)测量工作臂(2)转角。
7.根据权利要求6所述工程车工作臂角位移测量机构，其特征在于:测量不同工作臂(2)转角下压力信号检测装置(406)的值，存储并关联两组数据，测量转角时根据压力信号检测装置(406)的测量值得到关联的工作臂(2)转角值。
8.根据权利要求6所述工程车工作臂角位移测量机构，其特征在于:角位移传感器(3)的测量值根据几何关系换算得到工作臂(2)的转角。
9.根据权利要求8所述工程车工作臂角位移测量机构，其特征在于：根部铰点(201)至上铰点(402)的距离为线段a，根部铰点(201)至大腔铰点(401)的距离为线段b，根部铰点(201)至大腔铰点(401)，线段a相较于工作臂轴线的夹角为∠1，线段b相较于车身基准水平面的夹角为∠2，工作臂相较于车身基准水平面的夹角为∠W，摆杆(301)相较于车身基准水平面的夹角为∠WW，∠W＝∠WW-∠B+∠1，其中∠B＝arcsin(b/a*sin∠A)，∠A＝180°-∠WW-∠1。
根据权利要求7所述所述工程车工作臂角位移测量机构，其特征在于：压力信号检测装置(406)检测的是小腔(405)与大腔(404)之间的压力差。
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