一种作业中汽车起重机支腿系统的稳定性控制方法技术方案

本专利公开了一种作业中汽车起重机支腿系统的稳定性控制方法。首先测量车辆的承载与变形联合控制矩阵，建立几何水平与载荷均化耦合控制方程；然后根据支腿作动补偿模型，超前计算出上装作业中质心迁移将引起的几何姿态和支腿载荷的改变；再次以底盘姿态恢复几何水平的同时各支腿载荷趋近理论最优载荷为目标，逆向解算所需的支腿补偿量；最后由控制器控制上装作业和支腿补偿作动的同步实施。该方法可在作业中保持底盘姿态实时趋近几何水平，同时各支腿的载荷分配实时趋近理论最优载荷，有效避免汽车起重机支腿系统因作业中的载荷迁移引发的支腿虚腿、超载，姿态破坏，甚至整车倾覆，全面提升汽车起重机等含支腿系统特种车辆的安全性和作业效率。的安全性和作业效率。的安全性和作业效率。

【技术实现步骤摘要】
一种作业中汽车起重机支腿系统的稳定性控制方法

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[0001]本专利技术属于汽车起重机领域，具体涉及汽车起重机支腿系统控制领域。

技术介绍
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[0002]汽车起重机、混凝土泵车等特种车辆在作业中需以支腿系统作为基准支撑平台，轮胎则处于完全悬空状态。虽然在作业前，已调整底盘至水平姿态且各支腿有效承载车体载荷。但在此后的作业中，上装的吊装、起升、变幅、回转运动时时改变着上装的力学特征，进而会破坏底盘的几何姿态和载荷分配。工程作业中，因为支腿系统稳定性被破坏而造成的倾覆事故屡见不鲜。因此，基于控制方案控制支腿系统维持作业中底盘几何姿态的实时稳定，于此同时实时优化各支腿的载荷分配效果，对于提高汽车起重机、混凝土泵车等特种车辆的安全性、可靠性和作业效率都具有重要价值。
[0003]目前，该领域的技术人员均是通过监测起重机底盘几何姿态的改变，进而调节支腿系统实现几何姿态的补偿控制。例如，CN202110742181.5的中国专利公开了一种上装作业中汽车起重机底盘的姿态保持自动控制方法。该专利技术通过对上装作业和支腿补偿的同步控制实现了对底盘几何姿态的实时调节，但也仅限于几何姿态调节，未关注载荷分配可靠性。
[0004]随着特种车辆发展，支腿系统的支腿数量从常见的四根，向六根，乃至十数根发展。由此造成支腿系统的控制由一次超静定问题向着高次超静定问题延深。CN202110742181.5所述基于刚体假设的方案存在原理性误差，使得实施超静定支腿系统几何姿态的主动调节变得十分困难，难以实际应用。而另一方面，作业过程将造成支腿系统显著的载荷迁移，对于四根支腿以上的支腿系统，即使在几何水平的前提下，也可能因为支腿承载缺陷造成车辆的瞬间倾覆。因此，实施支腿系统几何姿态与载荷分配的同步、主动控制是解决上述问题的必经之路。目前，相关技术方案尚属空白。

技术实现思路
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[0005]鉴于上述不足，本专利技术提供一种作业中汽车起重机支腿系统的稳定性控制方法。该策略首先测量车辆的承载与变形联合控制矩阵，建立几何水平与载荷均化耦合控制方程；然后根据支腿作动补偿模型，超前计算出上装作业中质心迁移将引起的几何姿态和支腿载荷的改变；再次以底盘姿态恢复几何水平的同时各支腿载荷趋近理论最优载荷为目标，逆向解算所需的支腿补偿量；最后由控制器控制上装作业和支腿补偿作动的同步实施。该方法可在作业中保持底盘姿态实时趋近几何水平，同时各支腿的载荷分配实时趋近理论最优载荷，有效避免汽车起重机因作业中的载荷迁移引发的支腿虚腿、超载，姿态破坏，甚至整车倾覆，全面提升汽车起重机等特种车辆的安全性和作业效率。
[0006]本专利技术实施例提供了一种作业中汽车起重机支腿系统的稳定性控制方法，适于支腿系统在上装作业中的姿态和载荷控制，所述汽车起重机由控制器控制，变幅缸驱动起重臂升降，回转机构驱动起重臂回转，伸缩机构驱动各级起重臂伸缩；所述汽车起重机的作业
状态由测量系统监测，所述变幅缸上安装有测量起重臂变幅角度的传感器，所述回转机构上安装有测量起重臂回转角度的传感器，所述起重臂上安装有测量起重臂伸长量的传感器；所述支腿系统的支腿数目n可以是4根或4根以上任意根数；所述支腿系统的编号规则定义以驾驶员左侧最前方支腿为1号支腿，并逆时针分别赋予其他支腿序号2～n；所有支腿的上端插入底盘上外伸横梁的安装孔内，下端在作业时伸长将轮胎支撑至脱离地面，每条支腿的结构尺寸、最大作动行程完全相同；所述支腿系统所在底盘的中心位置安装有测量所述底盘相对水平面二维倾角的姿态传感器，每根所述支腿上安装有力传感器和位移传感器；出厂前将支腿展出至作业位置，将底盘与地面完全绑定使车辆悬空，通过支腿升降使第i条支腿作动直至产生一个单位位移，通过所述力传感器测量该支腿的载荷增量并除以所述单位位移得到该支腿的刚度，循环执行上述步骤直至测出全部支腿的刚度k
i
，i＝1,2,
···
,n；所述支腿系统的稳定性控制方法中的坐标系定义以回转机构上表面的几何中心为坐标原点建立坐标系，x轴平行于地面指向驾驶员前方，y轴指向驾驶员左侧，z轴垂直指向驾驶员上方，记各支腿的纵、横向坐标为(x
i
，y
i
)，各支腿载荷的正方向与坐标轴同向，力矩和倾角的正方向由右手定则判定；作业前的初始状态下，所述支腿系统已由所述控制器控制将汽车起重机支撑至轮胎悬空，起重臂已运行到吊重处，完成了吊重的挂装但尚未进行离地起吊，其特征在于，包括以下操作步骤：
[0007]步骤101，驱动第i条支腿垂向作动伸长，i＝1,2,
···
,n，由所述位移传感器实时测量直至第i条支腿产生一个单位位移，在此期间保持其他支腿不主动作动，按照从1到n的次序分别由所述的力传感器测量每条支腿的载荷增量，将各载荷增量除以所述单位位移得到Δf，并依次放入公式1所示的(n+2)
×
n维矩阵第i列的第1行至第n行中；
[0008]于此同时，由所述姿态传感器分别测量平台绕x轴和y轴的倾角增量，将各倾角增量除以所述单位位移得到Δθ
xi
、Δθ
yi
，并依次放入所述(n+2)
×
n维矩阵第i列的第n+1、n+2行；
[0009]循环驱动各支腿执行上述操作，直至构造出(n+2)
×
n维的承载与变形联合控制矩阵
[0010]步骤102，由姿态传感器测量所述初始状态下所述底盘相对水平面的二维倾角。
[0011]步骤103，由所述各支腿纵、横向坐标和所述力传感器测量所述初始状态下的各支腿载荷，根据公式2中的垂向力平衡和绕x轴、y轴的力矩平衡计算所述汽车起重机的总重G，及其质心的纵、横向坐标(x
mc
,y
mc
)
公式2中，F
i
为在所述初始状态下的各支腿载荷；
[0012]步骤104，记各支腿均摊所述总重，即G/n为载荷分配期望，由公式3计算各支腿的理论最优载荷F
i*
，i＝1,2,
···
,n其中，λ1、λ2、λ3为参与运算的三个中间参数；
[0013]步骤105，由所述承载与变形联合控制矩阵、所述初始状态下所述底盘相对水平面的二维倾角、所述初始状态的各支腿载荷、所述理论最优载荷，构建出几何水平与载荷均化耦合控制方程，进而逆向计算得到各支腿作动量公式4中，是所述初始状态的二维倾角，m＝x,y；F
it
是所述初始状态的各支腿载荷；0为将底盘姿态调节至二维水平的理想倾角；{e
i
}即为将底盘姿态调节至几何水平且各支腿趋近理论最优载荷时所需的各支腿作动量；
[0014]步骤106，控制各支腿按照所述各支腿作动量执行作动调平，而后测量所述底盘当前的二维倾角和各支腿载荷，并计算当前各支腿载荷与所述理论最优载荷的载荷偏差率；
[0015]步骤107，将所述载荷偏差率和所述二维倾角分别与设定的载荷偏差率阈值ε
F
和倾角阈值ε<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.本发明公开了一种作业中汽车起重机支腿系统的稳定性控制方法，所述汽车起重机由控制器控制，变幅缸驱动起重臂升降，回转机构驱动起重臂回转，伸缩机构驱动各级起重臂伸缩；所述汽车起重机的作业状态由测量系统监测，所述变幅缸上安装有测量起重臂变幅角度的传感器，所述回转机构上安装有测量起重臂回转角度的传感器，所述起重臂上安装有测量起重臂伸长量的传感器；所述支腿系统的支腿数目n可以是4根或4根以上任意根数；所述支腿系统的编号规则定义以驾驶员左侧最前方支腿为1号支腿，并逆时针分别赋予其他支腿序号2～n；所有支腿的上端插入底盘上外伸横梁的安装孔内，下端在作业时伸长将轮胎支撑至脱离地面，每条支腿的结构尺寸、最大作动行程完全相同；所述支腿系统所在底盘的中心位置安装有测量所述底盘相对水平面二维倾角的姿态传感器，每根所述支腿上安装有力传感器和位移传感器；出厂前将支腿展出至作业位置，将底盘与地面完全绑定使车辆悬空，通过支腿升降使第i条支腿作动直至产生一个单位位移，通过所述力传感器测量该支腿的载荷增量并除以所述单位位移得到该支腿的刚度，循环执行上述步骤直至测出全部支腿的刚度k
i
，i＝1,2,
···
,n；所述支腿系统的稳定性控制方法中的坐标系定义以回转机构上表面的几何中心为坐标原点建立坐标系，x轴平行于地面指向驾驶员前方，y轴指向驾驶员左侧，z轴垂直指向驾驶员上方，记各支腿的纵、横向坐标为(x
i
，y
i
)，各支腿载荷的正方向与坐标轴同向，力矩和倾角的正方向由右手定则判定；作业前的初始状态下，所述支腿系统已由所述控制器控制将汽车起重机支撑至轮胎悬空，起重臂已运行到吊重处，完成了吊重的挂装但尚未进行离地起吊，其特征在于，包括以下操作步骤：步骤101，驱动第i条支腿垂向作动伸长，i＝1,2,
···
,n，由所述位移传感器实时测量直至第i条支腿产生一个单位位移，在此期间保持其他支腿不主动作动，按照从1到n的次序分别由所述的力传感器测量每条支腿的载荷增量，将各载荷增量除以所述单位位移得到Δf，并依次放入公式1所示的(n+2)
×
n维矩阵第i列的第1行至第n行中；于此同时，由所述姿态传感器分别测量平台绕x轴和y轴的倾角增量，将各倾角增量除以所述单位位移得到Δθ
xi
、Δθ
yi
，并依次放入所述(n+2)
×
n维矩阵第i列的第n+1、n+2行；循环驱动各支腿执行上述操作，直至构造出(n+2)
×
n维的承载与变形联合控制矩阵步骤102，由姿态传感器测量所述初始状态下所述底盘相对水平面的二维倾角。步骤103，由所述各支腿纵、横向坐标和所述力传感器测量所述初始状态下的各支腿载荷，根据公式2中的垂向力平衡和绕x轴、y轴的力矩平衡计算所述汽车起重机的总重G，及其质心的纵、横向坐标(x
mc
,y
mc
)
公式2中，F
i
为在所述初始状态下的各支腿载荷；步骤104，记各支腿均摊所述总重，即G/n为载荷分配期望，由公式3计算各支腿的理论最优载荷F
i*
，i＝1,2,
···
,n其中，λ1、λ2、λ3为参与运算的三个中间参数；步骤105，由所述承载与变形联合控制矩阵、所述初始状态下所述底盘相对水平面的二维倾角、所述初始状态的各支腿载荷、所述理论最优载荷，构建出几何水平与载荷均化耦合控制方程，进而逆向计算得到各支腿作动量公式4中，θ
mt
是所述初始状态的二维倾角，m＝x,y；F
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是所述初始状态的各支腿载荷；0为将底盘姿态调节至二维水平的理想倾角；{e
i
}即为将底盘姿态调节至几何水平且各支腿趋近理论最优载荷时所需的各支腿作动量；步骤106，控制各支腿按照所述各支腿作动量执行作动调平，而后测量所述底盘当前的二维倾角和各支腿载荷，并计算当前各支腿载荷与所述理论最优载荷的载荷偏差率；步骤107，将所述载荷偏差率和所述二维倾角分别与设定的载荷偏差率阈值ε
F
和倾角阈值ε
θ
对比，判断是否满足几何与载荷同步调节成功的条件：若是，则执行下一步骤；若否，则将当前状态定义为新的初始状态，并返回步骤103；步骤108，判断是否尚未起吊吊重：若是，则将当前状态定义为新的初始状态，起吊吊重，计算得到吊重重量M，并返回执行步...

【专利技术属性】
技术研发人员：张帆，李褚，蔡金田，刚宪约，李丽君，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：