工程机械的防倾翻预警系统及工程机械的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种工程机械的防倾翻预警系统及工程机械，其中，上述系统包括：采集装置，用于采集工程机械的当前工作参数；控制装置，与所述采集装置耦合连接，用于根据所述当前工作参数映射得到的最大可承受负载值与当前载荷值的比值，与预设阈值进行比较得到的比较结果产生不同安全级别的预警信号；预警装置，与所述控制装置耦合连接，用于输出所述预警信号。应用本实用新型的技术方案，能够保证在车辆的载荷发生变化时进行预警，进而可以及时通知操作人员采取相应地措施，有效保证车辆的安全性和稳定性。
【专利说明】工程机械的防倾翻预警系统及工程机械
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及工程机械领域，具体而言，涉及一种工程机械的防倾翻预警系统及工程机械。
【背景技术】
[0002]集装箱正面吊、叉车、装载机、越野轮胎起重机(未打开支腿、带载行走时)等工程机械在工作过程中整车载荷(又称为负载)及载荷分布将会发生较大变化，并使轮胎载荷也发生较大变化。特定的轮胎载荷一般对应特定的轮胎压力，正确的胎压是安全行驶及作业的重要保障。
[0003]胎压监测及自动调整系统(Tire Pressure Monitoring System,简称为TPMS)技术是指通过一定的监测手段对汽车轮胎压力进行实时监测，并根据不同的路况和要求对胎压进行自动调整的系统。TPMS技术目前在乘用车上的应用(理论上)已经比较成熟，国内外针对该方面的技术已经非常完善。
[0004]但是目前轮式工程机械尚未引入胎压监测及自动调整系统。
[0005]另外，目前TPMS技术普遍应用的控制策略是在假设汽车载荷不变的前提下，通过监测胎压的变化，或者直接根据行驶的路况、速度等的不同对胎压做出调整。对于工作过程中整车载荷及载荷分布将会发生较大变化的轮式工程机械，如果胎压不变，整车载荷变大时，轮胎的接地面积将增大，此时将会增加轮胎的形式功率损失，同时也将对轮胎的侧向造成磨损；如果整车载荷变小时，轮胎接地面积变小，会降低整车行驶的稳定性和舒适性，同时也将造成轮胎中间部位磨损相对严重；在吊载时，如果胎压提供的刚度分布不正确，甚至会引发整车倾翻的危险；另外，对于不同速度行驶下的车辆，不正确的胎压还将造成爆胎的危险。因此对于轮式工程机械，当整车载荷分布发生变化时，需要对其轮胎的胎压进行实时监测、预警，必要时还需要对胎压进行局部调整，以保证轮胎的刚度及其它工作性能，从而确保载荷变化时整车的安全性。
[0006]目前已有的TPMS技术仅仅是针对胎压发生变化时才能做出相应调整措施，在胎压不变的情况下，该系统将失去作用。
[0007]以越野轮胎起重机为例，越野轮胎起重机(以后简称轮胎吊)一般可以承担非负载行走及远距离负载行走等载荷变化较大的工作任务，具体描述如下:
[0008]轮胎吊在不带载行走时(叉车、正面吊类同)，整车的重量较轻，轮胎受小载荷，此时应对应较小的胎压，以保证较好的制动性能并减少轮胎中部的磨损；轮胎吊在带载行走时，整车重量增加，同时重心发生变化，导致前后轮胎所受载荷产生差异，此时应当对轮胎进行补充胎压处理，以防止由于低胎压(对应较大载荷)造成的能量损失和爆胎的事故危险；另外，轮胎吊一般在施工之前需要对其所有轮胎进行胎压检测，以防止由于胎压差异引起的轮胎刚度不同，从而导致作业过程中整车倾翻。
[0009]因此，现有技术存下以下缺陷:目前已有的TPMS技术只是针对胎压发生变化时才能做出相应调整措施，已有的TPMS技术不能保证车辆载荷发生变化时通知操作人员，采取相应地应对措施(例如对胎压作出相应改变)，不能完全保证车辆的安全性和稳定性。
[0010]针对相关技术中的上述问题，目前尚无有效地解决方案。
实用新型内容
[0011]本实用新型旨在提供一种工程机械的防倾翻预警系统及工程机械，能够保证在车辆的载荷发生变化时进行预警，从而可以通知操作人员采取相应地措施，保证车辆的安全性和稳定性。
[0012]为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种工程机械的防倾翻预警系统，所述系统包括:采集装置，用于采集工程机械的当前工作参数；控制装置，与所述采集装置耦合连接，用于根据所述当前工作参数映射得到的最大可承受负载值与当前载荷值的比值，与预设阈值进行比较得到的比较结果产生不同安全级别的预警信号；预警装置，与所述控制装置耦合连接，用于输出所述预警信号。
[0013]优选地，所述采集装置包括:扭矩传感器，用于对所述工程机械的载荷以及配重载荷进行测量；压力传感器，用于对所述工程机械的轮胎胎压进行测量；速度传感器，用于对所述轮胎的转速进行测量；温度传感器，用于对所述轮胎的表面温度进行测量。
[0014]优选地，所述控制装置，包括:第一控制模块，用于在所述比值大于第一预设阈值时，产生第一安全级别的第一预警信号；第二控制模块，用于在所述比值大于第二预设阈值且不大于所述第一预设阈值时，产生第二安全级别的第二预警信号；第三控制模块，用于在所述比值大于第三预设阈值且不大于所述第二预设阈值时，产生第三安全级别的第三预警信号；第四控制模块，用于在所述比值不大于所述第三预设阈值时，产生第四安全级别的第四预警信号。
[0015]优选地，所述预警装置，包括:报警模块，与所述控制装置耦合连接，用于接收所述预警信号并根据所述预警信号进行报警。
[0016]优选地，所述预警装置，包括:显示模块，用于显示所述预警信号对应的预警信息。
[0017]优选地，上述系统还包括:胎压调整装置，与所述控制装置耦合连接，用于接收所述当前工作参数，并根据所述工作参数产生用于调整当前胎压的胎压调整量信号。
[0018]根据本实用新型的另一个方面，提供了一种工程机械，包括预警系统，该预警系统为以上任一所述的防倾翻预警系统。
[0019]所述工程机械包括以下之一:起重机、集装箱正面吊、叉车、装载机。
[0020]应用本实用新型的技术方案，由于控制装置可以根据采集的工程机械的最大可承受负载值与当前载荷值的比值，与预设阈值的比较结果产生不同安全级别的预警信号并输出的技术手段，解决了相关技术中存在的不能保证车辆载荷发生变化时及时通知操作人员采取相应地应对措施(例如对胎压作出相应改变)等技术问题，从而能够保证在车辆的载荷发生变化时进行预警，进而可以及时通知操作人员采取相应地措施，有效保证车辆的安全性和稳定性。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中:
[0022]图1为根据本实用新型实施例的工程机械的防倾翻预警系统的结构框图；
[0023]图2为根据本实用新型实施例的工程机械的防倾翻预警系统的另一结构框图；
[0024]图3为根据本实用新型优选实施例的工程机械的防倾翻预警系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0025]下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0026]图1为根据本实用新型实施例的工程机械的防倾翻预警系统的结构框图。如图1所示，该系统包括:采集装置10、控制装置12、预警装置14。其中，
[0027]采集装置10，用于采集工程机械的当前工作参数；在本实施例中，当前工作参数包括但不限于载荷、胎压、速度、温度等因素，为了实现对上述工作参数的采集，如图2所示，采集装置10包括但不限于以下传感器:
[0028]扭矩传感器100，用于对工程机械的载荷以及配重载荷进行测量；压力传感器102，用于对工程机械的轮胎胎压进行测量；速度传感器104，用于对轮胎的转速进行测量；温度传感器106，用于对轮胎的表面温度进行测量。
[0029]控制装置12，与采集装置10耦合连接，用于根据当前工作参数映射得到的最大可承受负载值与当前载荷值的比值，与预设阈值进行比较得到的比较结果产生不同安全级别的预警信号。
[0030]在本实施例中，如图2所示，控制装置12，可以包括以下处理模块:
[0031]第一控制模块120，用于在上述比值大于第一预设阈值时，产生第一安全级别的第一预警信号，该第一预警信号可以用于显示当前安全级别和上述最大可承受负载值；此时可以认为工程机械处于安全级。
[0032]第二控制模块122，用于在上述比值大于第二预设阈值且不大于上述第一预设阈值时，产生第二安全级别的第二预警信号，该第二预警信号用于显示当前安全级别、上述最大可承受负载值以及报警提示；此时可以认为工程机械处于次安全级；
[0033]第三控制模块124，用于在上述比值大于第三预设阈值且不大于上述第二预设阈值时，产生第三安全级别的第三预警信号，该第三预警信号用于显示当前安全级别、上述最大可承受负载值、报警提示以及禁止上述工程机械执行指定动作的指示信息；此时可以认为，工程机械处于次危险级；
[0034]第四控制模块126，用于在上述比值不大于上述第三预设阈值时，产生第四安全级别的第四预警信号，该第四预警信号用于显示当前安全级别、上述最大可承受负载值、报警提示、禁止上述工程机械执行指定动作的指示信息以及停止当前作业的提示信号；此时可以认为，工程机械处于危险级。
[0035]在本实施例中，上述最大可承受负载值可以通过以下方式获取:以轮式工程机械为例，轮式工程机械的安全性主要是指轮式工程机械发生的倾翻事故。工程机械的整车安全性一般由整车实时负载(T)与最大可承受负载(Tmax)的比值，即稳定性系数(A)决定。要判断车辆所处的安全状态，必须明确车辆在各姿态下最大可承受负载Tmax。
[0036]对于轮式工程机械，倾翻事故发生时，一般表现为整机以某单个或单侧轮胎为支点向负载方向倾斜。因此，最大可承受负载通常由负载姿态及轮胎胎压决定，并与两者存在映射关系。其中负载姿态决定了导致车辆倾翻的力臂长短，轮胎胎压决定了车辆在该姿态下的承载能力。
[0037]负载姿态Z—般由支撑负载的臂长1^、起升角度Q1、回转角度θ2、整车重量(包括车身和配重)G以及重心位置X决定，即Z=Z (L1, θ17 02，G，X)。通过对应的传感器可以对上述参数进行测量，并由各参数确定即时整车主要承力点。
[0038]假设单个轮胎刚度K为胎压P的函数即K=K(P)，所承受负载为T，整车(带配重)的重力为G，轮胎最大可变形量为H。，则在未发生倾翻事故时应有01+6)/21(<成。因此T< 2K*H0-G。
[0039]车辆如不发生倾翻，首先应满足整车重量侧相对倾翻支点的力矩Me应大于负载侧的力矩 Μτ，即:Me > Mt，其中 Me=G^Le, Mt=T^L1,因此 T < #1^/1^。
[0040]因此Tmax=Min [ (2K*H。- G)，(G^VL1) ]，Min []表示取最小值。
[0041]以下详细说明一下危险级别的确定:
[0042]根据整车负载情况，可计算整车实时稳定性系数A=Tmax/T。整车的所处工况危险级别由整车稳定性系数Ap A2、A3确定。
[0043]具体为:若A > A1，整车为安全级；若A1 > A > A2,整车为次安全级；若A2 > A >A3,整车为次危险级；若A < A3,整车为危险级。
[0044]本实施例的预警策略:将依据车辆姿态自动计算整车最大可承受负载，同时判断车辆所处安全级别，依照判定结果由预警系统向操作人员及主机发出预警，具体为:
[0045]安全级:显示安全级别及最大可承受负载；次安全级:显示安全级别及最大可承受负载，低频声光报警提示；次危险级:显示安全级别及最大可承受负载，高频声光报警提示，禁止回转、变幅、行走等操作；危险级:显示安全级别及最大可承受负载，高频声光报警提示，禁止回转、变幅、行走等操作，主机自动强行停止作业。
[0046]预警装置14，与控制装置12耦合连接，用于输出上述预警信号。
[0047]如图2所示，预警装置14还可以包括以下处理模块:
[0048]报警模块140，与控制装置12耦合连接，用于接收上述预警信号并根据上述预警信号进行报警。
[0049]显示模块142，用于显示上述预警信号对应的预警信息。该显示模块142为可选模块。
[0050]在本实施例中，上述系统还可以包括以下处理装置:胎压调整装置16，与控制装置12耦合连接，用于接收上述当前载荷信息，并根据上述当前载荷信息产生用于调整当前胎压的胎压调整量信号。在一个优选实施方式中，该胎压调整量信号的获取方式如下:
[0051]该胎压调整量信号可以通过胎压调整量算法实现:胎压调整量算法的目的是为了计算传感器反馈的输入信号及输出的控制电信号之间的映射关系。本实施例中通过传感器读入整车即时工况信号，通过与内部数据库进行比对，计算出所需调整的胎压量，通过实时监测整车载荷及胎压反馈保证载荷变化情况下轮胎正常高效的工作状态。其中具体算法为:
[0052]各轮胎所承受载荷的确定:
[0053]假设该工程机械有η (η为轮胎数量，为自然数)个承载轮胎，并总共对r (为自然数)个独立重力载荷进行承载，可知整机竖向存在力平衡方程:
【权利要求】
1.一种工程机械的防倾翻预警系统，其特征在于，所述系统包括: 采集装置，用于采集工程机械的当前工作参数； 控制装置，与所述采集装置耦合连接，用于根据所述当前工作参数映射得到的最大可承受负载值与当前载荷值的比值，与预设阈值进行比较得到的比较结果产生不同安全级别的预警信号； 预警装置，与所述控制装置耦合连接，用于输出所述预警信号。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述采集装置包括: 扭矩传感器，用于对所述工程机械的载荷以及配重载荷进行测量； 压力传感器，用于对所述工程机械的轮胎胎压进行测量； 速度传感器，用于对所述轮胎的转速进行测量； 温度传感器，用于对所述轮胎的表面温度进行测量。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制装置，包括: 第一控制模块，用于在所述比值大于第一预设阈值时，产生第一安全级别的第一预警信号; 第二控制模块，用于在所述比值大于第二预设阈值且不大于所述第一预设阈值时，产生第二安全级别的第二预警信号； 第三控制模块，用于在所述比值大于第三预设阈值且不大于所述第二预设阈值时，产生第三安全级别的第三预警信号； 第四控制模块，用于在所述比值不大于所述第三预设阈值时，产生第四安全级别的第四预警信号。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述预警装置，包括: 报警模块，与所述控制装置耦合连接，用于接收所述预警信号并根据所述预警信号进行报警。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述预警装置，包括: 显示模块，用于显示所述预警信号对应的预警信息。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，其特征在于，还包括: 胎压调整装置，与所述控制装置耦合连接，用于接收所述当前工作参数，并根据所述工作参数产生用于调整当前胎压的胎压调整量信号。
7.—种工程机械，包括预警系统，其特征在于，所述预警系统为权利要求1至6中任一项所述的防倾翻预警系统。
8.根据权利要求7所述的工程机械，其特征在于，所述工程机械为以下之一: 起重机、集装箱正面吊、叉车、装载机。
【文档编号】B60Q9/00GK203698103SQ201320772369
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2013年11月28日 优先权日:2013年11月28日
【发明者】阳鹏, 曾光, 王维金, 曾亚平 申请人:中联重科股份有限公司