專利名稱：工程機械及其穩定性控制系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及工程機械領域，特別是涉及一種用于工程機械的穩定性控制系統。本 發明還涉及一種包括上述穩定性控制系統的工程機械。
背景技術：
工程機械工作過程中的穩定性，決定著工程機械工作性能，關系到施工作業現場 的操作人員的人身安全，因此，保證工程機械工作過程中的穩定性顯得尤為重要。為了保證工程機械施工過程的穩定性，一般設置有可移出的外伸支腿，擴大工程 機械得支撐范圍，以減少側翻的危險，然而，當操作人員對于工程機械的狀態估計不準或者 操作不當時，依然有可能造成工程機械的側翻。現有技術中，為了提高對工程機械穩定性的控制，提供了一種穩定性控制系統。請參考圖1，圖1為現有技術中一種典型的工程機械穩定性控制系統的結構示意 圖。現有技術中的穩定性控制系統包括壓力感應器22和報警器23，壓力感應器22安 裝于各支腿的垂直油缸21的上腔，壓力感應器22通過電源開關與蓄電池連接，另一端與報 警器23連接，報警器23的另一端接鐵。工作過程中，進行工程機械的支腿操作的同時將電源開關閉合，當工程機械的某 一支腿的垂直油缸21的上腔壓力小于某一設定值時，該支腿的壓力感應器22就會產生一 個電壓信號，并將該電壓信號傳輸至報警器23，報警器23激發出報警信號，從而提醒操作 人員停止當前操作，并改變操作，防止了工程機械的傾翻，提高了工程機械工作過程的穩定 性。然而，上述穩定性控制系統的控制精度較低，如果當支腿的垂直油缸的上腔壓力 較大時就報警，會限制工程機械的工作范圍；而當支腿的垂直油缸21的上腔壓力較小時再 報警，又會提高工程機械傾翻的危險性。因此，如何提高對工程機械的穩定性控制的控制精度就成為本領域技術人員目前 需要解決的技術問題。

發明內容
本發明的目的是提供一種用于工程機械的穩定性控制系統，該控制系統具有較高 的穩定性控制精度。本發明的另一目的是提供一種包括上述穩定性控制系統的工程機械。為解決上述技術問題，本發明提供一種用于工程機械的穩定性控制系統，包括檢 測裝置、控制裝置和報警裝置，所述檢測裝置檢測所述工程機械的各部件的重心的當前位置，得到各部件的重心 位置信號，并將所述重心位置信號傳輸至所述控制裝置；所述控制裝置接收所述檢測裝置的重心位置信號，根據預定策略計算出所述工程機械的重心位置，并與預先設定的平衡范圍進行比較；當所述工程機械的重心位置落在所述平衡范圍以外時，所述控制裝置控制所述報警裝置報警。優選地，所述檢測裝置還檢測所述工程機械的支腿的支撐點的位置；所述平衡范 圍為所述工程機械的支腿的支撐點在水平面的投影點中，相鄰的兩投影點之間的連線所形 成的區域經過第一安全運算后的安全區域，所述工程機械的重心位置為所述工程機械的重 心在水平面的重心投影點經第二安全運算后的安全點的位置；當所述安全點位于所述安全 區域以外時，所述控制裝置控制所述報警裝置報警。優選地，所述安全區域由所述區域乘以第一安全裕度得到。優選地，所述安全點由所述重心投影點乘以第二安全裕度得到。優選地，當以所述安全點為端點且垂直于所述工程機械的長度方向的射線與所述 連線的交點的數目為偶數或零時，所述安全點位于所述安全區域以外。優選地，所述報警裝置包括相互區別的第一報警裝置和第二報警裝置，所述平衡 范圍包括與所述報警裝置相對應的第一平衡范圍和第二平衡范圍；當所述重心位置位于所 述第一平衡范圍以外時，所述第一報警裝置報警，當所述重心位置位于所述第二平衡范圍 以外時，所述第二報警裝置報警。優選地，所述工程機械的各部件的重心通過有限元計算得出。優選地，所述檢測裝置包括轉塔傾角傳感器、轉塔轉角傳感器、臂架角度傳感器、 支腿角度傳感器和支腿位移傳感器。優選地，所述支腿位移傳感器安裝于所述工程機械的各支腿的端部。為解決上述技術問題，本發明還提供一種工程機械，包括如上述任一項所述的穩 定性控制系統。本發明所提供的用于工程機械的穩定性控制系統，包括檢測裝置、控制裝置和報 警裝置，檢測裝置檢測工程機械的各部件的重心的當前位置，得到各部件的重心位置信號， 并將重心位置信號傳輸至控制裝置；控制裝置接收檢測裝置的重心位置信號，根據預定策 略計算出工程機械的重心位置，并與預先設定的平衡范圍進行比較；當工程機械的重心位 置落在平衡范圍以外時，控制裝置控制報警裝置報警。各部件的重心是預先計算得到的，而 當工程機械處于某一工作狀態時，各部件的重心位置是不確定的，因此，工作過程中，檢測 裝置檢測工程機械處于工作位置時各部件的重心位置，并將檢測信號傳輸至控制裝置，控 制裝置根據計算方法計算出整車的重心位置，進而與重心位置的平衡范圍進行比較，當工 程機械的重心位置落在平衡范圍以外時，控制裝置控制報警裝置報警。可以看出，本發明所 提供的用于工程機械的穩定性控制系統通過一種全新的方法控制了工程機械工作過程的 穩定性，控制精度較高，從而為工程機械各部件所處的工作位置的調整提供了依據。在一種優選實施方式中，本發明所提供的用于工程機械的穩定性控制系統的檢測 裝置還檢測工程機械的支腿的支撐點的位置，平衡范圍為工程機械的支腿的支撐點在水平 面的投影點中，相鄰的兩投影點之間的連線所形成的區域經過第一安全運算后的安全區 域，工程機械的重心位置為工程機械的重心在水平面的重心投影點經第二安全運算后的安 全點的位置；當安全點位于安全區域以外時，控制裝置控制報警裝置報警。上述平衡范圍和 工程機械的重心位置的確定方式，不僅能夠保證控制精度，而且具體使用過程中的實現方 便，降低了本發明所提供的用于工程機械的穩定性控制系統的操作難度。在另一種優選實施方式中，本發明所提供的用于工程機械的穩定性控制系統，在判斷重心投影點是否位于區域以外時的具體策略為當以重心投影點為端點且垂直于工程 機械的長度方向的射線與連線的交點的數目為偶數或零時，則認為重心投影點位于區域以 夕卜。上述控制策略為控制裝置的控制程序的設定提供了依據，保證了本發明所提供的穩定 性控制系統的實現。本發明所提供的工程機械的有益效果都與穩定性控制系統的有益效果類似，在此 不再贅述。


圖1為現有技術中一種典型的工程機械穩定性控制系統的結構示意圖；圖2為本發明一種具體實施方式
所提供的用于工程機械的穩定性控制系統的結 構示意圖；圖3為本發明第二種具體實施方式
所提供的用于工程機械的穩定性控制系統的 結構示意圖；
圖4為本發明所提供的用于工程機械的穩定性控制系統的安全區域的示意圖。
具體實施例方式本發明的核心是提供一種用于工程機械的穩定性控制系統，該控制系統具有較高 的穩定性控制精度。本發明的另一核心是提供一種包括上述穩定性控制系統的工程機械。為了使本技術領域的人員更好地理解本發明方案，下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步的詳細說明。請參考圖2和圖3，圖2為本發明一種具體實施方式
所提供的用于工程機械的穩定 性控制系統的結構示意圖；圖3為本發明第二種具體實施方式
所提供的用于工程機械的穩 定性控制系統的結構示意圖。如圖2所示，本發明所提供的用于工程機械的穩定性控制系統，包括檢測裝置1、 控制裝置2和報警裝置3，檢測裝置1檢測工程機械的各部件的重心的當前位置，得到各部 件的重心位置信號，并將重心位置信號傳輸至控制裝置2 ；控制裝置2接收檢測裝置1的重 心位置信號，根據預定策略計算出工程機械的重心位置，并與預先設定的平衡范圍進行比 較；當工程機械的重心位置落在平衡范圍以外時，控制裝置2控制報警裝置3報警。以上所述的工程機械的各部件的重心是預先計算得到的，其重心在各部件上的位 置是不變的，而相對于整個工程機械而言，隨著各部件在工程機械上的位置的改變，各部件 的重心相對于整個工程機械的位置不斷變化，檢測裝置1檢測工程機械處于當前工作位置 時各部件的重心位置。在一種具體實施方式
中，工程機械的各部件的重心可以通過有限元 計算得到。由于各部件的重心相對于整個工程機械的當前位置是不斷改變的，因此，預定的 平衡范圍也可以是檢測點根據預定的計算方法計算得到的，即以上所述的預先設定的平衡 范圍是可以隨著工程機械的各部件的不同位置而改變的。具體地，上述的各部件可以根據需要決定其劃分的精確度，以混凝土泵車為例，各 部件具體可以包括各支腿，各節臂架、轉塔、車輛車體和各油缸，當然，還可以將上述部件進 行進一步地劃分，各部件的具體劃分的精確度，本文不做限制。當然，上述重心位置的檢測，可以通過傳感器檢測工程機械的各部件的相對位置關系的方式實現。比如當將本發明所提供的穩定性控制系統應用于混凝土泵車時，檢測裝置可以包括轉塔傾角傳感器11、轉塔轉角傳感器12、臂架角度傳感器13、支腿角度傳感器14和支 腿位移傳感器15。轉塔傾角傳感器檢測轉塔與水平面之間的夾角，轉塔轉角傳感器11檢測任一工 作位置轉塔的轉角，臂架角度傳感器12檢測臂架的傾角，支腿角度傳感器13檢測各支腿處 于支撐位置時與混凝土泵車的前后方向之間的夾角，支腿位移傳感器14檢測各支腿處于 支撐位置時，各支腿的伸長長度。其中，臂架角度傳感器12的數目可以與臂架的節數相同， 各臂架角度傳感器12分別檢測混凝土泵車的第一節臂架與轉塔之間的夾角，以及相鄰兩 節臂架之間的夾角；支腿位移傳感器15可以安裝于工程機械的各支腿的端部。支腿位移傳感器15安裝于工程機械的各支腿的端部，可以檢測各支腿的支撐點 的位置，從而在一定程度上方便了平衡范圍的確定。當然，支腿位移傳感器15安裝于工程 機械的各支腿的其他位置，只要能夠實現對支腿重心位置的檢測都是可以的。通過以上各傳感器的檢測結果，就可以得到各部件的重心在混凝土泵車處于某一 工作狀態時的重心位置。工作過程中，檢測裝置1時刻檢測工程機械的各部件的重心位置，并將檢測信號 傳輸至控制裝置2，控制裝置2接收到檢測信號后，根據預定的計算方法計算出整車的重心 位置，進而與重心位置的平衡范圍進行比較，當工程機械的重心位置落在平衡范圍以外時， 控制裝置2控制報警裝置3報警。報警裝置3具體可以為聲音報警裝置，也可以為視覺報警裝置，還可以為同時具 有以上兩種報警裝置。可以看出，本發明所提供的用于工程機械的穩定性控制系統通過一種全新的方法 控制了工程機械工作過程的穩定性，控制精度較高，而且為工程機械各部件所處的工作位 置的調整提供了依據。請參考圖4，圖4為本發明所提供的用于工程機械的穩定性控制系統的安全區域 的示意圖。在另一種具體實施方式
中，本發明所提供的用于工程機械的穩定性控制系統的檢 測裝置還檢測工程機械的支腿的支撐點的位置，以上所述的平衡范圍可以為工程機械的支 腿的支撐點在水平面的投影點中，相鄰的兩投影點之間的連線所形成的區域A經過第一安 全運算后的安全區域B ；工程機械的重心位置可以為工程機械的重心D在水平面的重心投 影點經第二安全運算后的安全點C的位置；當安全點C位于安全區域B以外時，控制裝置2 控制報警裝置3報警。當然，上述第一安全運算和第二安全運算中的一者可以為1，此時，就相當于沒有 經過安全運算，只靠另一者的安全運算保證其可靠性，經過安全運算以后能夠使安全點落 于安全區域以外的概率增大，從而提高了控制的可靠性上述平衡范圍和工程機械的重心位置的確定方式，不僅能夠保證控制精度，而且 具體使用過程中的實現方便，降低了本發明所提供的用于工程機械的穩定性控制系統的操
作難度。上述安全區域可以為相鄰的兩投影點之間的連線所形成的區域乘以第一安全裕度得到的區域，為了保證穩定性的提高，第一安全裕度的具體值應當保證安全區域的范圍 小于相鄰的兩投影點之間的連線所形成的區域的范圍。當然，上述安全區域還可以為相鄰 的兩投影點之間的連線所形成的區域經過其他運算得到。上述安全點也可以通過重心投影點乘以第二安全裕度得到，為了保證穩定性的提 高，第二安全裕度的具體值應當保證重心投影點落在安全區域的概率增大。當然，上述安全 點也可以通過其他方式得到，只要能夠保證安全性的提高都是可以的。如圖4所示，具體地，本發明所提供的用于工程機械的穩定性控制系統， 在判斷重 心投影點是否位于區域以外時的具體策略可以為當以安全點C為端點且垂直于工程機械 的長度方向的射線1與連線的交點的數目為偶數或零時，則認為安全點C位于安全區域B 以外。在使用該方法時，如果該射線與連線重合，則認為射線與該連線的交點為一個。上述控制策略為控制裝置的控制程序的設定提供了依據，保證了本發明所提供的 用于工程機械的穩定性控制系統的實現。在另一種具體實施方式
中，本發明所提供的用于工程機械的穩定性控制系統的報 警裝置還可以包括相互區別的第一報警裝置和第二報警裝置，平衡范圍還可以包括與報警 裝置相對應的第一平衡范圍和第二平衡范圍；當重心位置位于第一平衡范圍以外時，第一 報警裝置報警，當重心位置位于第二平衡范圍以外時，第二報警裝置報警。從而，進一步保 證了控制的可靠性。具體地，可以使第二平衡范圍包含于第一平衡范圍以內，當重心位置位 于第二平衡范圍以外時，第二報警裝置報警，從而可以提醒操作人員在接下來的操作中小 心，當重心位置位于第一平衡范圍以外時，第一報警裝置報警，提醒操作人員進一步小心。為了方便操作人員區分報警信號，上述第一報警裝置和第二報警裝置可以分別為 具有不同聲音的報警裝置，或者為具有不同顏色的光信號；當然，一者為光信號，另一者為 聲音信號也是可以的。另外，為解決上述技術問題，本發明還提供一種工程機械，包括如上述的穩定性控 制系統，工程機械的其他結構與現有技術相同，本文不再贅述。以上對本發明所提供的工程機械及其穩定性控制系統進行了詳細介紹。本文中應 用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理 解本發明的方法及其核心思想。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離 本發明原理的前提下，還可以對本發明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發 明權利要求的保護范圍內。
權利要求
一種用于工程機械的穩定性控制系統，其特征在于，包括檢測裝置(1)、控制裝置(2)和報警裝置(3)，所述檢測裝置(1)檢測所述工程機械的各部件的重心的當前位置，得到各部件的重心位置信號，并將所述重心位置信號傳輸至所述控制裝置(2)；所述控制裝置(2)接收所述檢測裝置(1)的重心位置信號，根據預定策略計算出所述工程機械的重心位置，并與預先設定的平衡范圍進行比較；當所述工程機械的重心位置落在所述平衡范圍以外時，所述控制裝置(2)控制所述報警裝置(3)報警。
2.根據權利要求1所述的用于工程機械的穩定性控制系統，其特征在于，所述檢測裝 置(1)還檢測所述工程機械的支腿的支撐點的位置；所述平衡范圍為所述工程機械的支腿 的支撐點在水平面的投影點中，相鄰的兩投影點之間的連線所形成的區域經過第一安全運 算后的安全區域，所述工程機械的重心位置為所述工程機械的重心在水平面的重心投影點 經第二安全運算后的安全點的位置；當所述安全點位于所述安全區域以外時，所述控制裝 置(2)控制所述報警裝置(3)報警。
3.根據權利要求2所述的用于工程機械的穩定性控制系統，其特征在于，所述安全區 域由所述區域乘以第一安全裕度得到。
4.根據權利要求2所述的用于工程機械的穩定性控制系統，其特征在于，所述安全點 由所述重心投影點乘以第二安全裕度得到。
5.根據權利要求2所述的用于工程機械的穩定性控制系統，其特征在于，當以所述安 全點為端點且垂直于所述工程機械的長度方向的射線與所述連線的交點的數目為偶數或 零時，所述安全點位于所述安全區域以外。
6.根據權利要求1至5任一項所述的用于工程機械的穩定性控制系統，其特征在于，所 述報警裝置包括相互區別的第一報警裝置和第二報警裝置，所述平衡范圍包括與所述報警 裝置相對應的第一平衡范圍和第二平衡范圍；當所述重心位置位于所述第一平衡范圍以外 時，所述第一報警裝置報警，當所述重心位置位于所述第二平衡范圍以外時，所述第二報警 裝置報警。
7.根據權利要求1至5任一項所述的用于工程機械的穩定性控制系統，其特征在于，所 述工程機械的各部件的重心通過有限元計算得出。
8.根據權利要求1至5任一項所述的用于工程機械的穩定性控制系統，其特征在于，所 述檢測裝置包括轉塔傾角傳感器、轉塔轉角傳感器、臂架角度傳感器、支腿角度傳感器和支 腿位移傳感器。
9.根據權利要求8所述的用于工程機械的穩定性控制系統，其特征在于，所述支腿位 移傳感器安裝于所述工程機械的各支腿的端部。
10.一種工程機械，其特征在于，包括如權利要求1至9任一項所述的穩定性控制系統。
全文摘要
本發明公開了一種用于工程機械的穩定性控制系統，包括檢測裝置(1)、控制裝置(2)和報警裝置(3)，檢測裝置(1)檢測工程機械的各部件的重心的當前位置，得到各部件的重心位置信號，并將重心位置信號傳輸至控制裝置(2)；控制裝置(2)接收檢測裝置(1)的重心位置信號，根據預定策略計算出工程機械的重心位置，并與預先設定的平衡范圍進行比較；當工程機械的重心位置落在平衡范圍以外時，控制裝置(2)控制報警裝置(3)報警。本發明所提供的穩定性控制系統通過一種全新的方法控制了工程機械工作過程的穩定性，控制精度較高。本發明還公開了一種包括上述穩定性控制系統的工程機械。
文檔編號G05B19/02GK101833287SQ20101013980
公開日2010年9月15日 申請日期2010年3月30日 優先權日2010年3月30日
發明者沈明星, 王敏娜, 魏志魁 申請人:三一重工股份有限公司