确定作业机械的机架是否正接近翻倒点的方法
【专利摘要】本发明涉及一种确定作业机械(10)的机架(11)是否正接近翻倒点的方法。机架(11)包括第一和第二支撑装置(20)，其各自支撑机架(11)在表面上的负载的一部分。使用第一感测装置(34)检测第一支撑装置上的第一负载且使用第二感测装置检测第二支撑装置上的第二负载。生成表示第一负载和第二负载的信号。将信号传送至控制器。控制器配置成当第一负载信号和/或第二负载信号表示作业机械的定向正接近翻倒点时基于第一负载和第二负载生成警报。
【专利说明】
确定作业机械的机架是否正接近翻倒点的方法
技术领域
[0001]本发明涉及确定作业机械的机架是否正接近翻倒点的方法以及适于执行这种方法的设备。
【背景技术】
[0002]起重机、铰接式作业机械、挖掘装载机之类的作业机械通常在诸如建设和开挖过程中的不平坦的地形上使用。当在不平坦的地形上时，作业机械可能放置于不安全的侧倾角上，这可能会导致作业机械发生翻倒。
[0003]铰接式作业机械(包括带翻倒体的铰接式卡车、带排出机构的铰接式卡车和铰接式轮式装载机等)通常包括第一机架(诸如牵引车)和通过铰接接头彼此连接的第二机架(诸如拖车)。铰接接头使机架相对于彼此侧倾。因此，在不平坦的地形上时，其中一个机架可能放置在不安全的侧倾角，从而使得其中一个机架或整个机械可能发生翻倒。此外，由于其中一个机架的侧倾角相对于另一个机架独立，因而操作者在未放置机架时可能并不知道机架的侧倾角。因此，操作者可能不知道铰接式车辆的一部分处于不安全的侧倾角或者甚至可能已经发生翻倒。
[0004]铰接式作业机械还可包括一个构件，例如用于保持材料的主体，该主体可围绕枢轴点翻倒以腾空其中保持的任何材料。当主体翻倒时，主体所附接至的机架的重心可进一步从地形上提升。因此，机架发生翻倒的侧倾角的阈值可能会发生改变，且机架可能更易于发生翻倒。
[0005]—种防止铰接式作业机械倾倒的方法是测量机架的角度并且当机架的侧倾角接近不安全阈值(高于这些不安全阈值，车辆就会发生翻倒)时，向操作者提供警报。US-B-5825284和US-B-5742228公开了适合这种方法的系统。然而，这种方法仅仅提供了机架和/或机械的位置的指示，并且已经发现的是，这种方法所提供的翻倒即将发生的警报不足。
【发明内容】
[0006]本发明提供了一种确定作业机械的机架是否正接近翻倒点的方法，机架包括第一支撑装置和第二支撑装置，各支撑装置支撑机架在表面上的负载的一部分，该方法包括以下步骤:使用第一感测装置检测第一支撑装置上的第一负载，以及使用第二感测装置检测第二支撑装置上的第二负载;生成表示第一负载和第二负载的信号;传送信号至控制器;并且其中，控制器配置为当第一负载信号和/或第二负载信号表示作业机械的定向正接近翻倒点时，基于第一负载和第二负载生成警报。
[0007]本发明还提供了一种执行该方法的设备以及包括这种设备的作业机械。
[0008]仅举例而言，现在参照附图且如附图所示地描述确定作业机械的机架是否正接近翻倒点的方法、适于执行这种方法的设备以及包括这种设备的作业机械的实施例。
【附图说明】
[0009]图1是本发明的铰接式作业机械的侧视图；以及
[0010]图2是图1的铰接式作业机械的支撑装置的一部分的透视图。
【具体实施方式】
[0011]本发明涉及一种确定作业机械的机架是否正接近翻倒点的方法。本发明还涉及一种适于执行这种方法的设备以及包括这种设备的作业机械。
[0012]该方法和设备利用了附接至第一支撑装置和第二支撑装置的第一负载感测装置和第二负载感测装置，而第一支撑装置和第二支撑装置附接至作业机械的一部分且适于支撑作业机械在表面上的一部分负载。第一负载感测装置和第二负载感测装置检测作业机械在第一支撑装置和第二支撑装置中的每一个上的一部分总负载。控制器设置为从第一负载感测装置和第二负载感测装置接收信号以及如果作业机械接近其将要发生翻倒的点，则生成警报。
[0013]该设备和方法适于与各种作业机械一起使用。合适的作业机械包括起重机、公路车辆和/或越野车辆、铰接式作业器械、铰接式卡车、铰接式车辆、铺路机、挖掘装载机、冷铣刨机、履带或轮式装载机、推土机、拉索式挖掘机、钻孔机、正?产挖掘机、挖掘机、伐木机、收割机、钳式装载机、材料处理器、管道敷设机和铲运机。然而，该设备和方法特别适合于铰接式卡车。
[0014]图1示出了本发明的形式为铰接式翻倒卡车的铰接式作业机械10的实施例。铰接式作业机械10可包括在此示例中为牵引车单元的第一机架11，其附接至在此示例中为牵引车单元的第二机架12。机架11、12可通过连接器13附接在一起。牵引车单元可以容纳用于作业机械1的操作者控制装置。
[0015]可以是铰接接头的连接器13可以允许第一机架11和第二机架12中的每一个以不同的偏转角和/或侧倾角定向于另一机架12、11。通过利用致动器来调整第一机架11和第二机架12绕铰接轴线14的偏转角可以使铰接式作业机械10发生转向，所述致动器例如为液压缸，其适当地附接至连接器13任一侧上的第一机架11和第二机架12中的每一者。第一机架的侧倾角11可不同于第二机架12绕侧倾轴线15的侧倾角。连接器13可允许第一机架11和第二机架12相对于彼此围绕侧倾轴线15自由地旋转。
[0016]第一机架11可包括有效负载载体16，诸如适于承载枢转地附接至枢轴点处的第一机架11的底盘17的负载的倾翻车身。第一机架11可包括翻倒系统18，当其启动时使得有效负载载体16围绕枢轴从“车身下方”位置旋转进入“车身上方”翻倒位置19。翻倒系统18可以是任何适合的系统，例如液压系统、电力系统或者机械系统。当翻倒系统18将有效负载载体16旋转至翻倒位置19时，有效负载载体16排出任何来自有效负载载体16的材料或负载。有效负载载体16可以是任何类型的容器并且可以在顶部打开、完全封闭或部分封闭。
[0017]为了从有效负载载体16排出负载或材料，可以设计为不相对于底盘17移动，而是可以使用排出机构。排出机构在本领域是公知的并且通常包括顶出板，该顶出板从有效负载载体16内侧的一端水平地滑向另一端(排出端)，以将任何负载或材料推出有效负载载体16。液压致动器等可以用于将顶出板朝向有效负载载体16的排出端移动。
[0018]铰接作业机械10包括第一和第二支撑装置20，支撑装置20可附接到位于作业机械10任一侧上的底盘17。第三和第四支撑装置21可附接到第二机架12的任一侧。第一、第二、第三和第四支撑装置20、21可各自支撑作业机械10在地形23上的一部分总负载或重量。第一和第二支撑装置20可附接到第一机架11的底盘17的任一侧，并且第一和第二支撑装置20可各自支撑第一机架11的一部分负载，分别被称为的第一负载和第二负载(即，至少由底盘17和有效负载载体16带来的重量)。第一、第二、第三和第四支撑装置20、21可各自包括与地形23接触的一个或多个地形接合装置22。地形23可以是可在其上操作铰接作业机械10的地面或任何表面。地形接合装置22可以是例如使得机械10沿地形23移动的履带和/或轮子，并且铰接作业机械10可包括任何数量的地形接合装置22。如图所示，第一和第二支撑装置20可各自具有两个地形接合装置22，而第三和第四支撑装置21可各自具有一个地形接合装置22。
[0019]作业机械10还可包括驱动装置(未示出)，用于驱动至少一个地形接合装置22沿着地形23移动铰接作业机械10。驱动装置可包括可操作地连接到至少一个地形接合装置22的至少一个旋转轴和/或旋转轮轴。旋转轴和/或旋转轮轴可以可操作地连接至任意合适类型的动力单元并由该动力单元驱动，例如内燃机、微型涡轮机或电动机。在一个实施例中，动力单元位于第一机架11和第二机架12中/上，并且连接器13将来自动力单元的动力传递到附接在另一个机架12、11上的地形接合装置22。因此，地形接合装置22可操作地连接至动力单元，也就是从动力单元接收动力。在其他实施例中，铰接作业机械10的所有地形接合装置22可操作地连接至动力单元。
[0020]第一支撑装置20的其他细节如图2所示，为清楚起见，省略了地形接合装置22。第一支撑装置20可包括步进梁24 ο步进梁24连接至两个地形接合装置22，并且设置为这样使得当一个地形接合装置22向上移动时，另一个地形接合装置22向下移动，反之亦然。步进梁24可以基本上呈三角形，并具有顶点25以及第一端部26和第二端部27。步进梁24可以在枢轴点28处可旋转地附接到底盘17，枢轴点28基本上定位成邻近顶点25。
[0021 ]第一端部26和第二端部27可通过第一悬挂装置29和第二悬挂装置30各自附接到由驱动装置驱动的轮轴(未示出)。第一悬挂装置29和第二悬挂装置30可包括弹簧，但是也可以提供其他适合的装置，例如气动和/或液动悬挂装置。第一悬挂装置29和第二悬挂装置30可以可选地包括诸如橡胶块的固态悬挂座架。第一轮毂31和第二轮毂32可以附接至轮轴，而地形接合装置22可以安装到轮轴上。每个轮轴通过一个或多个A型机架33可移动地附接至底盘，正如本领域已知的。
[0022]第一感测装置34可以附接到步进梁24并且设置来检测步进梁24上的负载。这是“第一负载”，即由第一支撑装置20支撑的作业机械10/第一机架11的一部分总负载。第一感测装置34配置为产生至少一个表示第一负载的信号，该信号可表示作用在步进梁24上的剪切力。
[0023]第一感测装置34可包括附接至步进梁24的多个传感器35，每个传感器35可操作地产生表示第一负载的至少一部分的信号。第一负载可通过聚集来自每个传感器35的输出来确定。每个传感器35可设置在步进梁24上，并位于由于有效负载载体16的负载而使最大剪切应力/剪切力作用在步进梁24上的区域。合适类型的传感器35包括应变仪。特别地，每个传感器35可沿着作用在步进梁24上的剪切力的方向成角度地定向。传感器35可附接到步进梁24的外表面36和内表面(未示出)中的每一个，而外表面36和内表面基本上邻近于第一端部26和第二端部27中的每一个的任一侧。因此，四个传感器35可以附接到步进梁24上。这样的布置可以在确定剪切力量值的同时保持更高的精度。另外，相对于只使用一个传感器35的布置，使用一个以上的传感器35可减少第一信号的噪音。
[0024]第二支撑装置可包括与第一支撑装置20相同的部件。第二感测装置(未示出)以与第一感测装置34类似的方式附接至第二支撑装置的步进梁。第二感测装置可设置为检测步进梁上的负载(该负载将会是“第二负载”)并且可操作来产生至少一个表示第二负载以及尤其表示作用于步进梁24的剪切力的信号。因此，第一支撑装置20和第一感测装置34的上述特征同样适用于第二支撑装置和第二感测装置。
[0025]第一和第二感测装置34可包括具有一个或多个传感器的其他布置。例如，单个传感器可位于步进梁24的顶点附近，并且可产生表示第一负载的信号。可选地，一个或多个负载元件可附接至第一悬挂装置29和第二悬挂装置30中的每一个或位于第一悬挂装置29和第二悬挂装置30中的每一个内。负载元件可附接至第一悬挂装置29和第二悬挂装置30与步进梁24或轮轴之间的接头处。在其他可选方案中，可将传感器附接至轮轴、第一轮毂31和第二轮毂32和/或地形接合装置22。
[0026]第一和第二感测装置34设置为与控制器进行通信，例如经由将每个传感器35连接到控制器的布线装置37或经由无线连接。控制器和/或第一和第二感测装置34可从动力源接收动力。一个或多个显示器装置和/或一个或多个输入装置也可连接到控制器和/或第一和第二感测装置34。控制器可以进一步连接至动力单元和/或动力单元控制器，这样控制器可以自动控制作业机械10的移动速度。
[0027]工业实用性
[0028]现在将对本发明的系统(方法和设备)的运行进行更详细地描述。控制器从第一和/或第二感测装置34接收至少一个表示第一和/或第二负载的信号。在总负载测量模式中，控制器可汇集从第一和第二感测装置34接收的信号以计算出由第一和第二支撑装置20支撑的第一机架11/作业机械10的总负载或总重量，其中包括任何有效负载的重量。
[0029]控制器设置为在预定条件下基于至少一个信号生成警报。控制器所产生的警报表示第一机架11或作业机械10的定向正接近其将会发生翻倒的点。翻倒点可以是在第一机架11的侧倾角使得第一机架11的重心基本上覆盖第一或第二支撑装置20时出现。如果侧倾角增大，则第一机架11可向其侧面或顶部翻倒，从而使其不再位于其正常的竖直位置。处于翻倒点时，第一机架11的总负载仅仅支撑在在第一和第二支撑装置20中的一个上(S卩，第一负载和第二负载中的其中一个负载为零，而另一个负载等于第一机架11的总负载)。
[0030]控制器使用一个或多个不同的操作模式根据至少一个信号生成警报。在第一操作模式中，根据从第一和第二感测装置34接收的信号，控制器可以确定第一和/或第二负载是否已达到一个或多个阈值。然后可以生成警报，警报已经达到一个或多个阈值。这些阈值可存储在控制器存储器之内并可以包括最大阈值和最小阈值。最小阈值和最大阈值可以分别表示在翻倒点处施加到第一和第二支撑装置20中的每一个的最小负载和最大负载。
[0031]在一个示例中，第一支撑装置20上的第一感测装置34检测到的负载可以达到总负载的85%的最大阈值，而第二支撑装置上的第二感测装置检测到的负载可达到总负载的15%的最小阈值。可以生成警报来指示操作者第一机架11和/或作业机械10正接近翻倒点，当100%的总负载仅仅支撑在第一和第二支撑装置20中的其中一个上时，上述情况将会发生。在其他阈值下，例如总负载的90%、95%和100%，还可以生成其他警报。在一个可选示例中，当第一和第二感测装置34中的其中一个装置所检测到仅仅一个负载达到最大阈值时，控制器可以生成警报。
[0032]在第二操作模式中，控制器可以在一个时间段内从第一和第二感测装置34接收多个信号。随后，控制器可以根据这些信号确定第一负载和第二负载中的至少一个在该时间段内的变化。然后，控制器可以基于该变化确定是否已经达到了阈值以及如果达到了，则生成警报。阈值可以是负载的最大量值，该负载能够从第一支撑装置20转变到第二支撑装置并且反之亦然，同时还不会使第一机架11或作业机械10达到翻倒点。
[0033]可选地或另外地，阈值可以是基于第一机架11或作业机械10的负载的中心位置的变化。控制器可以首先在基本上相等的第一负载和第二负载下定义平衡负载中心位置。在这样的状态下，负载中心处于第一支撑装置与第二支撑装置的中间。然后，在检测到第一负载和第二负载中的至少一个发生变化时，控制器可以计算出新的负载中心位置。例如，如果第一负载增加，负载中心位置将朝向第一支撑装置移动与第一负载的增加成比例的移动量。阈值可以是基于新负载中心与平衡负载中心位移的量值。例如，阈值可为第一支撑装置与第二支撑装置之间的距离的40%的位移。也可以采用其他阈值，例如45%和50%。
[0034]在第三操作模式中，控制器可以确定第一和第二支撑装置20之间的负载的移动速度。该速度可以基于在一个时间段内第一负载和第二负载中的至少一个的变化量值以及该时间段的长度。然后，控制器可以确定负载速度是否已经达到了阈值以及如果达到了，生成警报。阈值可以是最大速度，在该最大速度下，负载能够从第一支撑装置20转变到第二支撑装置并且反之亦然，同时还不会使第一机架11或作业机械10达到翻倒点。
[0035]通过首先在预先确定的第一负载和第二负载下定义出平衡负载中心位置，控制器可以确定速度。然后，在检测到第一负载和第二负载中的至少一个发生变化时，控制器可以计算出新的负载中心位置。接下来，当负载中心从平衡负载中心位置移动到新负载中心位置时，控制器计算出速度。
[0036]在第四操作模式中，当负载在结合第三操作模式描述的确定的速度下移动时，控制器可以计算出负载的动量。控制器可以确定第一负载和第二负载的变化量值，并且采用负载质量的变化以计算出负载的动量。然后，控制器可以确定动量是否已经达到阈值。阈值可以表示在作业机械10没有发生翻倒的情况下可能的负载的最大动量。如果达到了阈值，则控制器可以生成警报。
[0037]在第五操作模式中，控制器可以在多个时间段内从第一和第二感测装置34接收多个信号。随后，控制器可以根据信号确定第一负载和第二负载中的至少一个在该多个时间段内的变化率。然后，控制器可以确定变化率是否已经达到阈值以及如果达到了，则生成警报。阈值可以表示最大速率，在该最大速率下，在第一机架11或作业机械10将要达到翻倒点之前，负载能够从第一支撑装置20移动到第二支撑装置，并且反之亦然。
[0038]第一和第二传感装置34可以配置成每秒多次生成信号，并且控制器可以配置成每秒多次接收信号，即在一个采样速率下。一个合适的采样速率是至少1Hz。采样速率是选择来确保可以监测到负载的非常快速的移动，同时还考虑到控制器的可用以采样所接收的数据的处理能力和内存。
[0039]控制器可以配置为将一个或多个信号中的每一个重新定义为预定数量的先前接收到的第一或第二信号的均方根值。例如，当所述控制器接收一个信号时，它可以将该信号重新定义为十个先前接收到的信号的均方根值。这种操作的显著益处在于其减少了噪音和微小变化。
[0040]如前所述，控制器可以基于五种操作模式中的任一种生成警报。每种模式可以同时运行，并且，如果在任一种操作模式下达到了阈值，则会生成警报。每种模式可以包括多个连续的阈值，并且当达到了各阈值时，可能就会生成警报。例如，第一警报可以生成为表示正在接近翻倒点的初始警报，而第二警报可以生成为当非常接近翻倒点或者比生成第一警报时还接近翻倒点时的严重警报。
[0041]在可选实施例中，如果满足了预定条件，则控制器可以关闭某些操作模式。第二到第五操作模式的实施可能取决于第一和第二感测装置34所检测到的总负载，这是因为如果总负载没有足够高，那么第一和第二支撑装置20之间的负载的任何变化不大可能引起翻倒。可选地，基于作业机械10的速度和其活动，控制器可实施不同的模式。这类活动可以包括装载、翻倒、行进和/或拐弯。
[0042]控制器可以仅仅基于接收到的表示第一负载和第二负载的信号来生成警报(SP，与是否检测到侧倾角无关，或者，如果检测到了侧倾角，与所检测到的侧倾角无关)。这样布置的好处可以在于，在翻倒过程中，当作业机械10位于不平坦表面上时，作业机械10的有效负载在作业机械10侧倾之前通常会进行移动。因此，负载变化可以依据任意一种操作模式进行检测。因此，负载的变化可以指示出作业机械10即将侧倾并且由此可以预测到翻倒。优选地对侧倾角传感器的输出进行预测，该侧倾角传感器仅仅表示当前侧倾角。
[0043]警报可以在显示装置(其可以是例如蜂鸣器或指示灯)上向操作者显示，使得操作者能够采取行动来防止作业机械10翻倒。可选地或另外地，控制器可以发送信号至转向装置，以便自动地控制作业机械1的转向方向来防止翻倒。可选地或另外地，控制器可以发送信号至动力单元和/或动力单元控制器，以便自动地调整作业机械10的移动速度来防止翻倒。
【主权项】
1.一种确定作业机械的机架是否正接近翻倒点的方法，所述机架包括各自支撑所述机架在表面上的负载的一部分的第一和第二支撑装置，所述方法包括以下步骤: 使用第一感测装置检测所述第一支撑装置上的第一负载并且使用第二感测装置检测所述第二支撑装置上的第二负载； 生成表示所述第一负载和所述第二负载的信号； 将所述信号传送至控制器;并且 其中，所述控制器配置成当所述第一负载和/或所述第二负载信号表示所述作业机械的定向正接近翻倒点时基于所述第一负载和所述第二负载生成警报。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述控制器确定所述第一负载和所述第二负载中的至少一个是否已达到一个或多个阈值并且在已达到一个或多个阈值时生成所述警报。3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，所述控制器配置成: 在一个时段内从所述第一和第二负载感测装置接收多个信号； 根据所述多个信号确定所述第一负载和所述第二负载中的至少一个在所述时段内的变化；以及 基于所述变化确定是否已达到阈值，并且如果已达到了阈值，则生成所述警报。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述控制器配置成基于所述变化通过以下方式确定是否已达到所述阈值: 在基本上相等的第一负载和第二负载下定义平衡负载中心位置； 当检测到所述第一负载和所述第二负载中的至少一个在所述时段内的变化时确定新负载中心位置； 基于所述平衡负载中心位置与所述新负载中心位置之间的位置的变化，确定是否已达到了表示所述作业机械的定向正接近翻倒点的所述阈值。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述控制器配置成: 将所述阈值定义为所述新负载中心与所述平衡负载中心的最大位移。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述控制器配置成: 在一个时段内从所述第一和第二负载感测装置接收多个信号； 根据所述多个信号确定所述第一负载和所述第二负载中的至少一个在所述时段内的变化； 计算所述第一支撑装置与所述第二支撑装置之间的所述负载的移动速度；以及 如果所述速度已达到阈值，则生成所述警报。7.根据权利要求5和权利要求6所述的方法，其中，所述控制器配置成基于所述负载中心从所述平衡负载中心位置至所述新负载中心位置的移动速度来计算所述负载的移动速度。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述控制器配置成: 在一个时段内从所述第一和第二负载感测装置接收多个信号； 根据所述多个信号确定所述第一负载和所述第二负载中的至少一个在所述时段内的变化； 确定所述第一负载和所述第二负载中的至少一个的所述变化的量值； 计算所述第一支撑装置与所述第二支撑装置之间的所述负载的移动速度； 基于所述速度以及所述变化的量值计算所述负载的动量；以及 如果所述动量已达到阈值，则生成所述警报。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述控制器配置成: 在一个时段内从所述第一和第二负载感测装置接收多个信号； 根据所述多个信号确定所述第一负载和所述第二负载中的至少一个在所述时段内的变化率；以及 如果所述变化率已达到阈值，则生成所述警报。10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述控制器配置成将每个信号的值重新定义为预定数量的先前接收的信号的值的均方根。11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述控制器配置成基于所述第一负载和所述第二负载但不基于所检测到的侧倾角来生成所述警报。12.—种用于执行根据权利要求1至11中任一项所述的方法的设备，所述设备包括: 第一负载感测装置，其用于附接至所述第一支撑装置以产生表示所述第一负载的所述信号； 第二负载感测装置，其用于附接至所述第二支撑装置以产生表示所述第二支撑装置上的第二负载的信号；以及 所述控制器配置成从所述第一和第二负载感测装置接收信号并且生成所述警报。13.一种包括机架的作业机械，所述机架包括: 第一和第二支撑装置，其各自用于支撑所述机架在表面上的负载的一部分；以及 根据权利要求12所述的设备。14.根据权利要求13所述的作业机械，其进一步包括所述第一和第二支撑装置，所述第一和第二支撑装置各自包括: 步进梁，其能够操作地连接至所述机架；以及 至少一个地形接合装置，其能够操作地连接至所述步进梁， 其中，所述第一或第二负载感测装置中的一个附接至所述步进梁。15.根据权利要求14所述的作业机械，其中，所述第一或第二负载感测装置设置成检测作用于所述步进梁上的剪切力。16.根据权利要求15所述的作业机械，其中，所述负载感测装置包括至少四个传感器，各传感器基本上位于作用于所述步进梁上的剪切力的最大量值的区域处。
【文档编号】B60Q9/00GK106034398SQ201580008593
【公开日】2016年10月19日
【申请日】2015年1月13日
【发明人】A·J·兰伯特
【申请人】卡特彼勒Sarl