专利名称：一种臂架类工程车辆的控制方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及工程机械领域，尤其涉及一种臂架类工程车辆的控制方法及装置。
背景技术：
在高度机械化的当今社会，诸如混凝土泵车、起重机等臂架类工程车辆是建筑行业不可或缺的重要设备，臂架类工程车辆的安全性能日益受到人们的关注。以混凝土泵车(简称泵车)为例进行说明。泵车在作业过程中，通常会由于以下原因而造成侧翻或倾翻事故原因一，由于路基不平、路基塌陷或软性路基等问题而无法支撑泵车整机重量，导 致泵车失衡；原因二，由于泵车的臂架伸出长度的变化、变幅角度的变化、回转角度的变化而使得泵车整机的重心发生变化，导致泵车失衡。在现有技术中，为了防止泵车在作业过程中发生侧翻或倾翻事故，控制泵车的方法一般是预先根据泵车理论上的重心，结合平衡方程，确定泵车在临界侧翻情况下，位于侧翻边的相邻两个支腿受到地面支撑的反力的和值，将该和值作为临界值，并在泵车作业的过程中，控制泵车臂架的姿态，以使得该相邻两个支腿受到的反力的和值不超过预先确定的临界值。然而，由于实际上泵车的重心会受到臂架伸出长度、变幅角度、回转角度的影响，因此，泵车在作业过程中实际的重心与理论上的重心会有所差异。而且，泵车的每个支腿所受到的反力除了受泵车自身结构和重量的约束以外，还会受到支撑地面的性质、臂架动载荷、振动冲击、风载荷等多种额外的约束，因此，如何计算泵车在临界侧翻情况下每个支腿所受到的反力的问题实际上是一个超静定问题，单靠平衡方程并不能准确的得到每个支腿所受到的反力。综上所述，现有技术中仅根据臂架类工程车辆理论上的重心并结合平衡方程所确定出的临界值并不准确，如果根据并不准确的临界值控制臂架类工程车辆，就很有可能会导致臂架类工程车辆发生侧翻或倾翻事故，无法保证作业的安全性。
发明内容
本发明实施例提供一种臂架类工程车辆的控制方法及装置，用以解决现有技术中无法保证臂架类工程车辆作业的安全性的问题。本发明实施例提供一种臂架类工程车辆的控制方法，包括在臂架类工程车辆的作业过程中，确定在所述臂架类工程车辆的每个支腿上设置的测力传感器测量到的每个支腿所受到的反力；根据测量到的每个支腿所受到的反力，确定所述臂架类工程车辆的重心在水平面上的投影位置；在水平面上确定以所述臂架类工程车辆的每个支腿为顶点的多边形区域，将所述多边形区域作为所述臂架类工程车辆的安全域；根据确定的所述投影位置和所述安全域，控制所述臂架类工程车辆，使所述臂架类工程车辆的重心在水平面上的投影位置处于所述安全域以内。本发明实施例提供一种臂架类工程车辆的控制装置，包括测量模块，用于在臂架类工程车辆作业的过程中，确定在所述臂架类工程车辆的每个支腿上设置的测力传感器测量到的每个支腿所受到的反力；整机重心确定模块，用于根据测量到的每个支腿所受到的反力，确定所述臂架类工程车辆的重心在水平面上的投影位置；
安全域确定模块，用于在水平面上确定以所述臂架类工程车辆的每个支腿为顶点的多边形区域，将所述多边形区域作为所述臂架类工程车辆的安全域；控制模块，用于根据确定的所述投影位置和所述安全域，控制所述臂架类工程车辆，使所述臂架类工程车辆的重心在水平面上的投影位置处于所述安全域以内。本发明实施例提供一种臂架类工程车辆的控制方法及装置，该方法在臂架类工程车辆每个支腿上设置测力传感器，以测量每个支腿所受到的反力，并根据每个支腿所受到的反力确定臂架类工程车辆的重心在水平面上的投影位置，将以臂架类工程车辆的每个支腿为顶点的多边形区域作为安全域，控制臂架类工程车辆使其重心在水平面上的投影位置处于安全域以内。由于上述方法通过测力传感器测量每个支腿所受到的反力，因此即使每个支腿所受到的反力会受到额外的约束，测力传感器仍然可以准确的测量出每个支腿当前所受到的反力，并且，根据测量的每个支腿受到的反力也可以准确的确定出当前臂架类工程车辆实际的重心，从而，控制臂架类工程车辆使其重心在水平面上的投影位置处于安全域以内，就可以保证作业的安全性。
图I为本发明实施例提供的泵车的控制过程；图2为本发明实施例提供的建立的直角坐标系的示意图；图3A为本发明实施例提供的泵车的臂架向安全方向变幅的第一种示意图；图3B为本发明实施例提供的泵车的臂架向安全方向变幅的第二种示意图；图4为本发明实施例提供的当泵车在作业过程中其臂架只有回转角度发生变化时，泵车的控制过程；图5为本发明实施例提供的确定投影轨迹时建立的直角坐标系的示意图；图6为本发明实施例提供的臂架类工程车辆的控制装置结构示意图。
具体实施例方式现有技术中根据臂架类工程车辆理论上的重心，并结合平衡方程，确定出臂架类工程车辆在临界侧翻情况下的相邻两个支腿所受到的反力和值(临界值)，并据此控制臂架类工程车辆，但由于臂架类工程车辆实际的重心与理论上的重心有所差异，而且单靠平衡方程也不能准确的得到每个支腿所受到的反力，因此现有技术中确定出的临界值并不准确，根据不准确的临界值控制臂架类工程车辆，很可能会导致臂架类工程车辆发生侧翻或倾翻事故，无法保证作业的安全性。本发明实施例为了避免臂架类工程车辆在作业时发生侧翻或倾翻，通过在臂架类工程车辆每个支腿上设置的测力传感器对每个支腿所受到的反力进行实时测量，再根据测量到的反力确定出臂架类工程车辆实际的重心，后续只要控制臂架类工程车辆使其重心处于安全域以内，就可以保证作业的安全性。下面结合说明书附图，以臂架类工程车辆为泵车为例，对本发明实施例进行详细描述。图I为本发明实施例提供的泵车的控制过程，具体包括以下步骤SlOl :在泵车的作业过程中，确定在泵车的每个支腿上设置的测力传感器测量到的每个支腿所受到的反力。在本发明实施例中，在泵车的每个支腿上设置测力传感器，用于对每个支腿所受到的反力(地面的支撑力)进行测量，从而，即使支腿所受到的反力会受到额外的约束，设置在支腿上的测力传感器也会实时准确的测量出支腿所受到的反力。 S102:根据测量到的每个支腿所受到的反力，确定泵车的重心在水平面上的投影位置。在本发明实施例中，可根据测量到的每个支腿所受到的反力，并结合平衡原理，确定出泵车实际的重心在水平面上的投影位置。具体确定泵车的重心在水平面上的投影位置的方法为在水平面上，以泵车的臂架的回转中心为坐标原点建立直角坐标系，其中，该直角坐标系的横轴为泵车的底盘的纵向中心线；基于平衡原理，根据测量到的每个支腿所受到的反力、每个支腿在该直角坐标系中的坐标、泵车的总重力，确定该泵车的重心在该直角坐标系中的坐标。
dF.)~Fo^具体的，可根据公式*I =0确定泵车的重心在该直角坐标系中的坐
'^1
CZF,y,)-FGyG = °
标( ye)，其中，i表示所述泵车的第i个支腿，η表示所述泵车有η个支腿，Fi为设置在所述泵车的第i个支腿上的测力传感器测量到的该第i个支腿所受到的反力，Xi为该第i个支腿在所述直角坐标系中的横坐标，Yi为该第i个支腿在所述直角坐标系中的纵坐标，Fe为所述泵车的总重力。下面以四个支腿的泵车为例进行详细说明，如图2所示。图2为本发明实施例提供的建立的直角坐标系的示意图，在图2中，A、B、C、D四个点分别是泵车的四个支腿，而且以这四个点为顶点所构成的四边形是一个等腰梯形，也即，从泵车的纵向上看，泵车是左右对称的。假设O点为泵车臂架的回转中心(一般的，泵车臂架的回转中心在泵车的纵向中心线上)，则以O点为坐标原点，以泵车的纵向中心线为横轴(X轴)建立如图2所示的直角坐标系。在该直角坐标系中，A、B、C、D四个点的坐标分别是(X1, Y1)、(x2, y2)、(x3, y3)、(x4, y4)。由于泵车在平衡时需要满足以下3个条件，即条件一、泵车每个支腿受到的反力之和与泵车自身总重力相等；条件二、泵车每个支腿受到的反力在X轴方向上的力矩之和与泵车自身总重力在X轴方向上的力矩相等；条件三、泵车每个支腿受到的反力在y轴方向上的力矩之和与泵车自身重力在y轴方向上的力矩相等；因此，在图2所示的直角坐标系中，假设通过步骤SlOl测量到的A、B、C、D四个点分别对应的泵车的四个支腿所受到的反力为Fp F2、F3、F4,则由条件一可得
权利要求
1.一种臂架类工程车辆的控制方法，其特征在于，包括 在臂架类工程车辆的作业过程中，确定在所述臂架类工程车辆的每个支腿上设置的测力传感器测量到的每个支腿所受到的反力； 根据测量到的每个支腿所受到的反力，确定所述臂架类工程车辆的重心在水平面上的投影位置； 在水平面上确定以所述臂架类工程车辆的每个支腿为顶点的多边形区域，将所述多边形区域作为所述臂架类工程车辆的安全域； 根据确定的所述投影位置和所述安全域，控制所述臂架类工程车辆，使所述臂架类工程车辆的重心在水平面上的投影位置处于所述安全域以内。
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，根据测量到的每个支腿所受到的反力，确定所述臂架类工程车辆的重心在水平面上的投影位置，具体包括 在水平面上，以所述臂架类工程车辆的臂架的回转中心为坐标原点建立直角坐标系，其中，所述直角坐标系的横轴为所述臂架类工程车辆的底盘的纵向中心线； 基于平衡原理，根据测量到的每个支腿所受到的反力、每个支腿在所述直角坐标系中的坐标、所述臂架类工程车辆的总重力，确定所述臂架类工程车辆的重心在所述直角坐标系中的坐标。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，确定所述臂架类工程车辆的重心在所述直角坐标系中的坐标,具体包括 以垂直于水平面竖直向上的方向为正方向，如果设置在所述臂架类工程车辆的第i个支腿上的测力传感器测量到的该第i个支腿所受到的反力不大于O，则将该第i个支腿所受到的反力确定为O，并基于平衡原理，根据确定的每个支腿所受到的反力、每个支腿在所述直角坐标系中的坐标、所述臂架类工程车辆的总重力，确定所述臂架类工程车辆的重心在所述直角坐标系中的坐标。
4.如权利要求I所述的方法，其特征在于，根据测量到的每个支腿所受到的反力，确定所述臂架类工程车辆的重心在水平面上的投影位置之前，所述方法还包括 确定所述臂架类工程车辆在作业过程中，所述臂架类工程车辆的臂架的伸出长度和/或变幅角度发生变化。
5.如权利要求I所述的方法，其特征在于，控制所述臂架类工程车辆，具体包括 当所述投影位置与所述安全域的边界的最小距离小于第一设定阈值时，控制所述臂架类工程车辆的臂架向安全方向变幅，所述安全方向为使所述臂架与水平面的夹角的绝对值增大的方向。
6.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述方法还包括 以垂直于水平面竖直向上的方向为正方向，当测量到设定数量的支腿所受到的反力不大于O时，控制所述臂架类工程车辆的臂架向安全方向变幅，所述安全方向为使所述臂架与水平面的夹角的绝对值增大的方向；或者 以垂直于水平面竖直向上的方向为正方向，当测量到相邻的两个支腿所受到的反力的和值与所有支腿所受到的反力的和值的比值大于第二设定阈值时，发出失衡预警。
7.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述方法还包括 当确定所述臂架类工程车辆在作业过程中，所述臂架类工程车辆的臂架只有回转角度发生变化时，根据当前所述臂架类工程车辆的臂架的重心，以及所述臂架类工程车辆的底盘与所有支腿的合重心，确定所述臂架在回转过程中所述臂架类工程车辆的重心在水平面上的投影轨迹； 根据确定的所述投影轨迹和所述安全域，控制所述臂架类工程车辆，使所述臂架类工程车辆的重心在水平面上的投影轨迹处于所述安全域以内。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，确定所述臂架在回转过程中所述臂架类工程车辆的重心在水平面上的投影轨迹，具体包括 在水平面上，以所述臂架类工程车辆的臂架的回转中心为坐标原点建立直角坐标系，其中，所述直角坐标系的横轴为所述臂架类工程车辆的底盘的纵向中心线； 确定所述臂架类工程车辆的底盘与所有支腿的合重心在所述直角坐标系上的坐标，确定所述臂架类工程车辆的臂架的重心在所述直角坐标系上的坐标； 根据底盘与所有支腿的合重心在所述直角坐标系上的坐标、所述臂架的重心在所述直角坐标系上的坐标、底盘与所有支腿的的合重力、所述臂架的重力、所述臂架类工程车辆的总重力，确定所述臂架在回转过程中所述臂架类工程车辆的重心在水平面上的投影轨迹，其中，所述底盘与所有支腿的合重力与所述臂架的重力相加的和值为所述臂架类工程车辆的总重力。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括 当确定所述投影轨迹所围成的面积与所述安全域的面积的比值大于第三设定阈值时，发出失衡预警；或者 当确定所述投影轨迹所围成的面积与所述安全域的面积的比值大于第四设定阈值时，对所述臂架类工程车辆进行锁机控制。
10.一种臂架类工程车辆的控制装置，其特征在于，包括 测量模块，用于在臂架类工程车辆作业的过程中，确定在所述臂架类工程车辆的每个支腿上设置的测力传感器测量到的每个支腿所受到的反力； 整机重心确定模块，用于根据测量到的每个支腿所受到的反力，确定所述臂架类工程车辆的重心在水平面上的投影位置； 安全域确定模块，用于在水平面上确定以所述臂架类工程车辆的每个支腿为顶点的多边形区域，将所述多边形区域作为所述臂架类工程车辆的安全域； 控制模块，用于根据确定的所述投影位置和所述安全域，控制所述臂架类工程车辆，使所述臂架类工程车辆的重心在水平面上的投影位置处于所述安全域以内。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述整机重心确定模块具体用于，在水平面上，以所述臂架类工程车辆的臂架的回转中心为坐标原点建立直角坐标系，其中，所述直角坐标系的横轴为所述臂架类工程车辆的底盘的纵向中心线；基于平衡原理，根据测量到的每个支腿所受到的反力、每个支腿在所述直角坐标系中的坐标、所述臂架类工程车辆的总重力，确定所述臂架类工程车辆的重心在所述直角坐标系中的坐标。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述整机重心确定模块具体用于，以垂直于水平面竖直向上的方向为正方向，如果设置在所述臂架类工程车辆的第i个支腿上的测力传感器测量到的该第i个支腿所受到的反力不大于0，则将该第i个支腿所受到的反力确定为0，并基于平衡原理，根据确定的每个支腿所受到的反力、每个支腿在所述直角坐标系中的坐标、所述臂架类工程车辆的总重力，确定所述臂架类工程车辆的重心在所述直角坐标系中的坐标。
13.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述整机重心确定模块还用于，在根据测量到的每个支腿所受到的反力，确定所述臂架类工程车辆的重心在水平面上的投影位置之前，确定所述臂架类工程车辆在作业过程中，所述臂架类工程车辆的臂架的伸出长度和/或变幅角度发生变化。
14.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述控制模块具体用于，当所述投影位置与所述安全域的边界的最小距离小于第一设定阈值时，控制所述臂架类工程车辆的臂架向安全方向变幅，所述安全方向为使所述臂架与水平面的夹角的绝对值增大的方向。
15.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述控制模块还用于，以垂直于水平面竖直向上的方向为正方向，当测量到设定数量的支腿所受到的反力不大于O时，控制所述臂架类工程车辆的臂架向安全方向变幅，所述安全方向为使所述臂架与水平面的夹角的绝对值增大的方向；或者，以垂直于水平面竖直向上的方向为正方向，当测量到相邻的两个支腿所受到的反力的和值与所有支腿所受到的反力的和值的比值大于第二设定阈值时，发出失衡预警。
16.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述装置还包括 轨迹确定模块，用于当确定所述臂架类工程车辆在作业过程中，所述臂架类工程车辆的臂架只有回转角度发生变化时，根据当前所述臂架类工程车辆的臂架的重心，以及所述臂架类工程车辆的底盘与所有支腿的合重心，确定所述臂架在回转过程中所述臂架类工程车辆的重心在水平面上的投影轨迹； 所述控制模块还用于，根据确定的所述投影轨迹和所述安全域，控制所述臂架类工程车辆，使所述臂架类工程车辆的重心在水平面上的投影轨迹处于所述安全域以内。
17.如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述轨迹确定模块具体用于，在水平面上，以所述臂架类工程车辆的臂架的回转中心为坐标原点建立直角坐标系，其中，所述直角坐标系的横轴为所述臂架类工程车辆的底盘的纵向中心线；确定所述臂架类工程车辆的底盘与所有支腿的合重心在所述直角坐标系上的坐标，确定所述臂架类工程车辆的臂架的重心在所述直角坐标系上的坐标；根据底盘与所有支腿的合重心在所述直角坐标系上的坐标、所述臂架的重心在所述直角坐标系上的坐标、底盘与所有支腿的的合重力、所述臂架的重力、所述臂架类工程车辆的总重力，确定所述臂架在回转过程中所述臂架类工程车辆的重心在水平面上的投影轨迹，其中，所述底盘与所有支腿的合重力与所述臂架的重力相加的和值为所述臂架类工程车辆的总重力。
18.如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述控制模块还用于，当确定所述投影轨迹所围成的面积与所述安全域的面积的比值大于第三设定阈值时，发出失衡预警；或者，当确定所述投影轨迹所围成的面积与所述安全域的面积的比值大于第四设定阈值时，对所述臂架类工程车辆进行锁机控制。
全文摘要
本发明公开了一种臂架类工程车辆的控制方法及装置，用以解决现有技术中无法保证作业的安全性的问题。该方法在臂架类工程车辆每个支腿上设置测力传感器，测量每个支腿受到的反力，据此确定臂架类工程车辆的重心的投影位置，将以每个支腿为顶点的多边形区域作为安全域，控制臂架类工程车辆使其重心的投影位置处于安全域以内。由于上述方法通过测力传感器测量每个支腿受到的反力，因此即使每个支腿受到的反力会受到额外的约束，测力传感器仍然可以准确的测量出每个支腿当前所受到的反力，并且，根据测量的每个支腿受到的反力也可以准确的确定出当前实际的重心，从而，控制臂架类工程车辆使其重心的投影位置处于安全域以内，就可以保证作业的安全性。
文档编号B66C23/88GK102915045SQ20121042802
公开日2013年2月6日 申请日期2012年10月31日 优先权日2012年10月31日
发明者郑庆华, 周润珈, 赵健, 姚丽娟 申请人:中联重科股份有限公司