《單邊作業控制方法、控制器及混凝土泵車》是徐工集團工程機械股份有限公司建設機械分公司於2009年3月27日申請的專利，該專利的申請號為2009101317361，公布號為CN101845892A，授權公布日為2010年9月29日，發明人是趙斌、馬傳傑、徐懷玉、馮敏、王旭，該發明涉及工程機械技術領域。
《單邊作業控制方法、控制器及混凝土泵車》公開一種單邊作業控制方法，用於底盤兩側具有支腿的工程機械，該方法按下述步驟進行：獲取相關參數信號：各支腿的狀態；以位於底盤一側的支腿是否均處於非完全打開狀態且位於底盤另一側的支腿是否處於完全打開狀態為條件，獲得是否為單邊作業工況的判斷結果；當判斷結果表征為單邊作業工況時，根據預設的單邊作業模式參數發出控制信號至執行元件。優選地，獲取的相關參數信號還包括：臂架迴轉角度；且以是否獲得臂架迴轉角度信號為條件，獲得是否為正常工作狀態的判斷結果；當判斷結果表征為正常工作狀態時，執行步驟在工況判斷步驟。優選地，預設底盤兩側支腿的狀態參數為收回狀態。在此基礎上，該發明還公開一種單邊作業控制器及混凝土泵車。
2013年，《單邊作業控制方法、控制器及混凝土泵車》獲得第八屆江蘇省專利項目獎優秀獎。
（概述圖為《單邊作業控制方法、控制器及混凝土泵車》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：單邊作業控制方法、控制器及混凝土泵車
- 公布號：CN101845892A
- 公布日：2010年9月29日
- 申請號：2009101317361
- 申請日：2009年3月27日
- 申請人：徐工集團工程機械股份有限公司建設機械分公司
- 地址：江蘇省徐州市經濟開發區桃山路19號
- 發明人：趙斌、馬傳傑、徐懷玉、馮敏、王旭
- Int.Cl.：E04G21/04（2006.01）I、G05B19/04（2006.01）I
- 代理機構：北京集佳智慧財產權代理有限公司
- 代理人：薛晨光、魏曉波
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
負載作業時，輪式工程機械底盤通常需要伸出支腿以提高工作穩定性，比如，混凝土泵車。為了提高整車的工作穩定性，確保作業過程中的人身和財產安全，2009年3月前已有混凝土泵車的底盤兩側分別設定有前支腿和後支腿；作業前，需要將四個支腿伸出，從而為極限工作高度和工作幅度的作業工況提供可靠的保證。
傳統的混凝土泵車在施工作業過程中，要求四個支腿必須全部打開支起才能進行泵送操作，在泵車周圍的施工現場需要預留一定的空間距離，供支腿打開所用。然而，在狹小的工地中施工，支腿作業時常受場地空間的限制，因此，降低了混凝土泵車對工作環境的適應性。
為解決上述問題，單邊作業控制技術在混凝土泵車上得到了有效套用，即，通過限制泵車臂架工作時的水平旋轉角度，使得泵車在單側支腿伸出時依然可以進行泵送操作，減少了泵車占用的工作空間，進而可以提高泵車的環境適應性。該控制技術的基本原理為：通過檢測支腿的收回狀態和轉台的迴轉角度，確定臂架是否可以在限制的水平旋轉角度內進行單邊作業，即，當支腿檢測元件檢測到泵車的一側支腿均處於收回狀態，而另一側支腿均完全打開時，則泵車執行單邊作業功能。然而，該方法中泵車控制系統默認支腿為完全打開，且支腿打開後檢測元件就不再工作，這樣，在一側的支腿均沒有完全打開到位時，臂架迴轉則不再受區域限制；在這種情況下，若泵車執行極限工作高度和工作幅度的作業，極易造成翻車事故。
另外，檢測元件故障或支腿檢測線路出現故障時，同樣存在上述不安全隱患。
發明內容
專利目的
《單邊作業控制方法、控制器及混凝土泵車》解決的技術問題在於，提供單邊作業控制方法，以有效避免2009年3月前已有控制技術所存在的不安全隱患。在此基礎上，《單邊作業控制方法、控制器及混凝土泵車》還提供了一種單邊作業控制器及具有該控制器的混凝土泵車。
技術方案
《單邊作業控制方法、控制器及混凝土泵車》提供的單邊作業控制方法，用於底盤兩側具有支腿的工程機械，以控制該工程機械執行單邊作業模式，該方法按下述步驟進行：
步驟100、獲取相關參數信號：各支腿的狀態；
步驟200、以位於底盤一側的支腿是否均處於非完全打開狀態且位於底盤另一側的支腿是否處於完全打開狀態為條件，獲得是否為單邊作業工況的判斷結果；
步驟300、當判斷結果表征為單邊作業工況時，根據預設的單邊作業模式參數發出控制信號至執行元件。
優選地，步驟100中獲取的相關參數信號還包括：臂架迴轉角度；且在步驟100之後還包括：
步驟101、以是否獲得臂架迴轉角度信號為條件，獲得是否為正常工作狀態的判斷結果；當判斷結果表征為正常工作狀態時，執行步驟200。
優選地，步驟200前還包括：
步驟10、預設底盤兩側支腿的狀態參數為收回狀態。
優選地，所述輸出至執行元件的控制信號為脈衝寬度調製信號。
該發明提供的單邊作業控制器，用於底盤兩側具有支腿的工程機械，以控制該工程機械執行單邊作業模式，包括相關參數信號採集單元、工況判斷單元、控制信號輸出單元和控制參數存儲單元；其中，所述相關參數信號採集單元，用於獲取各支腿的狀態；所述工況判斷單元，用於以位於底盤一側的支腿是否均處於非完全打開狀態且位於底盤另一側的支腿是否處於完全打開狀態為條件，獲得是否為單邊作業工況的判斷結果；所述控制信號輸出單元，用於當判斷結果表征為單邊作業工況時，根據預設的單邊作業模式控制參數發出控制信號至執行元件；所述控制參數存儲單元，用於存儲單邊作業模式參數。
優選地，所述相關參數信號採集單元還用於獲取臂架迴轉角度；且該控制器還包括工作狀態判斷單元，所述工作狀態判斷單元用於以是否獲得臂架迴轉角度信號為條件，獲得是否為正常工作狀態的判斷結果；當判斷結果表征為正常工作狀態時，則發出信號啟動工況判斷結果。
優選地，所述控制參數存儲單元還用於存儲底盤兩側支腿的狀態參數預設值，該狀態參數預設為收回狀態。
優選地，所述控制信號輸出單元以脈衝寬度調製信號方式輸出控制信號至執行元件。
該發明提供的混凝土泵車，包括底盤、上車轉台、臂架迴轉角度檢測器件、四個支腿狀態檢測器件和如前所述的單邊作業控制器；其中，所述底盤的兩側分別具有前支腿和後支腿；所述上車轉台在迴轉減速機驅動下可相對於底盤轉動；所述臂架迴轉角度檢測器件設定在迴轉支撐上；所述四個支腿狀態檢測器件分別與底盤兩側的前支腿和後支腿對應設定；且每個所述支腿狀態檢測器件包括檢測板和檢測元件；所述檢測板設定在迴轉底座或支腿上；所述檢測元件設定在支腿或迴轉底座上，以便於支腿完全打開時，所述檢測元件與檢測板相對並發出支腿狀態信號至所述單邊作業控制器；所述臂架迴轉角度檢測器件輸出臂架迴轉角度信號至所述單邊作業控制器；所述單邊作業控制器發出的控制信號用於控制迴轉減速機的啟停操作。
優選地，所述臂架迴轉角度檢測器件採用匯流排多圈絕對型檢測器件。
改善效果
與2009年3月前已有技術相比，《單邊作業控制方法、控制器及混凝土泵車》以位於底盤一側的支腿是否均處於非完全打開狀態且位於底盤另一側的支腿是否處於完全打開狀態為條件，判斷當前是否為單邊作業工況。也就是說，當同側的支腿均處於非完全打開狀態時，判斷結果為確定該車處於單邊作業工況；此時，設備只能在單邊作業模式下作業。因此，該發明能夠有效避免了設備在支腿未完全打開狀態下執行全工況作業模式，可防止因操作者的不當操作導致泵車傾翻的事故發生，從而克服了2009年3月前已有技術中所採用的支腿收回檢測方式存在的弊端。採用該發明的混凝土泵車能夠適應不同的工地工況，提高了設備的適應性。
在該發明的優選方案中，在進行工況判斷之前首先判斷是否臂架迴轉角度檢測器件是否為正常工作狀態，即，若獲得臂架迴轉角度參數信號，則執行工況判斷；若未獲得臂架迴轉角度參數信號，則不再執行下一步操作，以保證在系統各器件均穩定工作的前提下進行作業，避免由於臂架檢測角度不準確引起的泵車傾翻危險。
在該發明的又一優選方案中，預設底盤兩側支腿的狀態參數為收回狀態，也就是說，支腿狀態的默認值為收回狀態。在支腿檢測元件或者線路發生故障時，默認該支腿為收回狀態，因此，可限制臂架的迴轉區域，並進一步提高了設備作業的安全可靠性。
附圖說明
圖1示出了混凝土泵車執行全工況作業模式時的臂架迴轉區域；
圖2示出了混凝土泵車執行單邊作業模式時時的臂架迴轉區域；
圖3是實施例中所述單邊作業控制方法的控制流程圖；
圖4是實施例中所述單邊作業控制器的組成框圖；
圖5是實施例中所述混凝土泵車的整體結構示意圖；
圖6是圖5的I部放大圖，示出了臂架迴轉角度檢測器件的裝配關係；
圖7是圖5的II部放大俯視圖，示出了前支腿狀態檢測器件的裝配關係；
圖8是圖5的III部放大俯視圖，示出了後支腿狀態檢測器件的裝配關係。
圖4-圖8中：控制器1、相關參數信號採集單元11、工況判斷單元12、控制信號輸出單元13、控制參數存儲單元14、工作狀態判斷單元15；底盤10、上車轉台20、臂架迴轉角度檢測器件30、安裝板31、防護蓋32、支腿狀態檢測器件40′、40″、檢測板41′、41″、檢測元件42′、42″、前支腿50、後支腿60、安裝板61、迴轉減速機70、迴轉支撐80、迴轉底座81。
權利要求
1.單邊作業控制方法，用於底盤兩側具有支腿的工程機械，其特徵在於，該方法按下述步驟進行：
步驟100、獲取相關參數信號：各支腿的狀態；
步驟200、以位於底盤一側的支腿是否均處於非完全打開狀態且位於底盤另一側的支腿是否處於完全打開狀態為條件，獲得是否為單邊作業工況的判斷結果；
步驟300、當判斷結果表征為單邊作業工況時，根據預設的單邊作業模式參數發出控制信號至執行元件。
2.根據權利要求1所述的單邊作業控制方法，其特徵在於，步驟100中獲取的相關參數信號還包括：臂架迴轉角度；且在步驟100之後還包括：
步驟101、以是否獲得臂架迴轉角度信號為條件，獲得是否為正常工作狀態的判斷結果；當判斷結果表征為正常工作狀態時，執行步驟200。
3.根據權利要求2所述的單邊作業控制方法，其特徵在於，步驟200前還包括：
步驟10、預設底盤兩側支腿的狀態參數為收回狀態。
4.根據權利要求1至3中任一權利要求所述的單邊作業控制方法，其特徵在於，所述輸出至執行元件的控制信號為脈衝寬度調製信號。
5.單邊作業控制器，用於底盤兩側具有支腿的工程機械，其特徵在於，包括：相關參數信號採集單元，用於獲取各支腿的狀態；工況判斷單元，用於以位於底盤一側的支腿是否均處於非完全打開狀態且位於底盤另一側的支腿是否處於完全打開狀態為條件，獲得是否為單邊作業工況的判斷結果；控制信號輸出單元，用於當判斷結果表征為單邊作業工況時，根據預設的單邊作業模式控制參數發出控制信號至執行元件；和控制參數存儲單元，用於存儲單邊作業模式參數。
6.根據權利要求5所述的單邊作業控制器，其特徵在於，所述相關參數信號採集單元還用於獲取臂架迴轉角度；且該控制器還包括：工作狀態判斷單元，用於以是否獲得臂架迴轉角度信號為條件，獲得是否為正常工作狀態的判斷結果；當判斷結果表征為正常工作狀態時，則發出信號啟動工況判斷結果。
7.根據權利要求6所述的單邊作業控制器，其特徵在於，所述控制參數存儲單元還用於存儲底盤兩側支腿的狀態參數預設值，該狀態參數預設為收回狀態。
8.根據權利要求5至7中任一權利要求所述的單邊作業控制器，其特徵在於，所述控制信號輸出單元以脈衝寬度調製信號方式輸出控制信號至執行元件。
9.混凝土泵車，包括：底盤，其兩側分別具有前支腿和後支腿；上車轉台，在迴轉減速機驅動下可相對於底盤轉動；臂架迴轉角度檢測器件，設定在迴轉支撐上；和四個支腿狀態檢測器件，分別與底盤兩側的前支腿和後支腿對應設定；其特徵在於，還包括：如權利要求5至8中任一權利要求所述的單邊作業控制器；且每個所述支腿狀態檢測器件包括：檢測板，設定在迴轉底座或支腿上；和檢測元件，設定在支腿或迴轉底座上，以便於支腿完全打開時，所述檢測元件與檢測板相對並發出支腿狀態信號至所述單邊作業控制器；所述臂架迴轉角度檢測器件輸出臂架迴轉角度信號至所述單邊作業控制器；所述單邊作業控制器發出的控制信號用於控制迴轉減速機的啟停操作。
10.根據權利要求9所述的混凝土泵車，其特徵在於，所述臂架迴轉角度檢測器件採用匯流排多圈絕對型檢測器件。
實施方式
《單邊作業控制方法、控制器及混凝土泵車》的核心在於，以支腿檢測採用打開檢測方式作為判斷的基礎，確定當前工況是否啟動單邊作業模式，為臂架迴轉角度限制提供依據；即，當一側支腿沒有完全打開，而另一側支腿完全打開時，泵車執行單邊作業模式，克服了由於支腿未完全打開而執行單邊作業模式所存在的缺陷。
不失一般性，下面以混凝土泵車的控制系統為例進行說明。
混凝土泵車具有全工況作業和單邊作業兩種模式，通常情況下，在較為寬闊的施工現場，混凝土泵車通常執行全工況作業模式，作業過程中穩定性較好，即，底盤支腿全部打開並支起。參見圖1，在全工況作業模式，臂架的迴轉角度為：雙向迴轉270°。而受場地空間的限制，比如在隧道和室內施工作業，混凝土泵車需要執行單邊作業模式，以提高泵車的適用性和機動靈活性，即，只有一側底盤支腿完全打開並支起。參見圖2，在單邊作業模式，臂架的迴轉角度為：單向迴轉120°，其迴轉區域為支腿完全打開側。
在混凝土泵車進行泵送作業前，控制系統根據支腿狀態檢測器件所獲得的支腿狀態信號，選擇執行全工況作業或單邊作業模式。為詳細說明該發明提供的單邊作業控制方法，參見圖3，該圖是該發明單邊作業控制方法的控制流程圖。具體包括以下步驟：
步驟100、獲取相關參數信號：各支腿的狀態；
具體地，若支腿處於完全打開狀態，則檢測元件傳送信號。
步驟200、以位於底盤一側的支腿是否均處於非完全打開狀態且位於底盤另一側的支腿是否處於完全打開狀態為條件，獲得是否為單邊作業工況的判斷結果；
該方案在工況判斷步驟中，判斷條件需要同時滿足兩個條件：其一是一側支腿處於完全打開狀態；其二是另一側支腿處於非完全打開狀態。
步驟300、當判斷結果表征為單邊作業工況時，根據預設的單邊作業模式參數發出控制信號至執行元件。
相關執行元件為臂架迴轉減速機、臂架迴轉制動器等部件，以限制臂架在圖2所示的安全作業範圍內工作，此時，臂架可以在支腿伸出側的120°範圍內進行擺動。應當理解，支腿單向迴轉的極限角度不局限於120°，理論上，該極限角度可以根據不同的車型總體進行參數計算而設定。
需要說明的是，該文未對前述用於控制執行元件工作的單邊作業模式參數進行詳細闡述，該部分的控制原理與2009年3月前已有技術大致相同，臂架迴轉基於操縱信號在限制區域範圍內迴轉。在由於該領領域的普通技術人員基於2009年3月前已有技術完全可以實現，故在此未予贅述。
基於上述目的該發明採用的是支腿打開檢測方式。與2009年3月前已有單邊作業工況的判斷條件相比，區別點在於只要支腿未完全打開就需要判斷是否適用單邊作業工況。這樣，在支腿在打開且未完全打開的狀態下，泵車不能執行全工況作業模式，從而可有效避免了泵車傾翻的危險。
眾所周知，臂架在泵送作業過程當中，需要時時獲得臂架迴轉角度參數信號，並以此參數信號為基礎控制臂架在限制區域範圍內擺動作業。但是，如果出現臂架檢測部件發生故障的狀況下，就無法保證作業控制的安全性。
為此，步驟100中獲取的相關參數信號還包括：臂架迴轉角度；且在步驟100之後還包括：
步驟101、以是否獲得臂架迴轉角度信號為條件，獲得是否為正常工作狀態的判斷結果；當判斷結果表征為正常工作狀態時，執行步驟200。
該實施例中，在開機後、進行工況判斷之前，首先判斷是否能夠正常獲得臂架迴轉角度信號，也就是說，若獲得臂架迴轉角度參數信號，則執行工況判斷；若未獲得臂架迴轉角度參數信號，則不再執行下一步操作，以保證在系統各器件均穩定工作的前提下進行作業，避免由於臂架檢測角度不準確引起的泵車傾翻危險。
優選地，在前兩個控制方法中，步驟200前還包括：
步驟10、預設底盤兩側支腿的狀態參數為收回狀態。
也就是說，支腿狀態的默認值為收回狀態。在支腿檢測元件或者線路發生故障時，默認該支腿為收回狀態，因此，可限制臂架的迴轉區域，並進一步提高了設備作業的安全可靠性。
另外，所述輸出至執行元件的控制信號為脈衝寬度調製(PWM)信號。即對應不同的判斷結果，產生不同占空比例的PWM電壓或電流。這種PWM電壓或電流，控制器到被控系統的信號具有較好的連續性，從而保證臂架操作穩定性。
在上述控制方法的基礎上，下面對《單邊作業控制方法、控制器及混凝土泵車》提供的單邊作業控制器進行說明。
參見圖4，該圖是該發明的單邊作業控制器的組成框圖。所述控制器1，包括：
相關參數信號採集單元11，用於獲取各支腿的狀態；
工況判斷單元12，用於以位於底盤一側的支腿是否均處於非完全打開狀態且位於底盤另一側的支腿是否處於完全打開狀態為條件，獲得是否為單邊作業工況的判斷結果；
控制信號輸出單元13，用於當判斷結果表征為單邊作業工況時，根據預設的單邊作業模式控制參數發出控制信號至執行元件；和
控制參數存儲單元14，用於存儲單邊作業模式參數。優選地，所述控制參數存儲單元14為可讀寫存儲器，並設定用以與外部設備通信的I/O連線埠，從而便於根據不同系統特性調整控制參數，提高控制器1的通用性。
進一步地，所述相關參數信號採集單元還用於獲取臂架迴轉角度；如圖4所示，該控制器還包括：
工作狀態判斷單元15，用於以是否獲得臂架迴轉角度信號為條件，獲得是否為正常工作狀態的判斷結果；當判斷結果表征為正常工作狀態時，則發出信號啟動工況判斷結果。
優選地，所述控制參數存儲單元還用於存儲底盤兩側支腿的狀態參數預設值，該狀態參數預設為收回狀態。
在上述實施例所提供控制器的基礎上，該發明提供的混凝土泵車如圖5所示，簡述如下。
圖5示出了混凝土泵車的整體結構。該泵車包括底盤10、上車轉台20、臂架迴轉角度檢測器件30、四個支腿狀態檢測器件40和如前所述的單邊作業控制器(圖中未示出)。其中，底盤的兩側分別具有前支腿50和後支腿60；上車轉台20在迴轉減速機70驅動下可相對於底盤10轉動；四個支腿狀態檢測器件分別與底盤兩側的前支腿和後支腿對應設定(圖中未一一示出)；參見圖6，臂架迴轉角度檢測器件30設定在迴轉底座81上，具體地，臂架迴轉角度檢測器件30通過安裝板31與迴轉底座81固定連線，其外周設定有防護蓋32，以適應惡劣作業環境。需要說明的是，該混凝土泵車底盤、轉台、動力系統以及臂架系統等其它主要功能部件不是該專利的發明點所在，在此不予贅述。
具體地，每個支腿狀態檢測器件包括檢測板和檢測元件，其中，檢測板設定在迴轉底座或支腿上；檢測元件設定在支腿或迴轉底座上。
參見圖7，該圖示出了前支腿狀態檢測器件40′的裝配關係圖。圖中所示，檢測板41′設定在前支腿50上，檢測元件42′設定在迴轉底座81上，這樣，支腿完全伸出時，所述檢測元件42′與檢測板41′相對，此時，檢測元件42′發出前支腿狀態信號至單邊作業控制器。
參見圖8，該圖示出了後支腿狀態檢測器件40″的裝配關係圖。圖中所示，檢測板41″設定在迴轉底座81上，檢測元件42″通過安裝板61固定設定在後支腿60上，這樣，支腿完全擺出時，所述檢測元件42″與檢測板41″相對，此時，檢測元件42″發出後支腿狀態信號至單邊作業控制器。
應當理解，底盤兩側的前、後支腿上的檢測器件的裝配方式是一致的，單邊作業控制器根據所獲得的參數信號發出的控制信號至執行元件，以控制迴轉減速機的啟停操作。
優選地，所述臂架迴轉角度檢測器件30採用匯流排多圈絕對型檢測器件。匯流排多圈絕對型檢測器件有效規避了單圈檢測器件在斷電時輸出角度數據混亂，以及電位計存在工作死區的缺陷。其具有傳輸數據的準確性高、數據值與迴轉角度一一對應的特點，能夠滿足匯流排故障報警、元件開機自檢等要求。
控制器通過CAN匯流排系統實時檢測各相關參數信號，當不滿足單邊作業工況的判斷條件時，通過PID計算輸出相應的控制電流信號至迴轉制動器，此時臂架就無法執行轉動，以避免發生泵車傾翻的事故。
操作者對泵車進行施工作業時，不需刻意關注泵車的支腿狀況及迴轉角度，在操作單邊作業工況和全工況時，其臂架操作方式完全相同。根據具體套用工況，當由於泵車受工作空間的限制需使用單邊作業功能時，在需施工澆注的工地一側完全打開泵車支腿(前伸縮腿、後擺動腿)；泵車的另一側支腿(前伸縮腿、後擺動腿)可以在未打開支腿的狀態下直接支起泵車，或者適量的把支腿打開一定程度。這時完全打開支腿的一邊檢測元件會檢測到支腿，而另一邊由於任何一個檢測元件未檢測到支腿，泵車控制系統自動執行單邊作業模式，限制迴轉臂架的迴轉角度。控制過程中，控制器基於支腿狀態檢測器件的檢測信號分析確定臂架迴轉方向、迴轉角度，基於臂架迴轉角度檢測信號分析確定迴轉執行元件是否執行或停止。
榮譽表彰
2013年，《單邊作業控制方法、控制器及混凝土泵車》獲得第八屆江蘇省專利項目獎優秀獎。
