[发明专利]装载机防倾翻控制系统及控制方法

权利要求书

1.一种装载机防倾翻控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)构建装载机防倾翻控制系统；

系统包括传动控制系统、制动控制系统和液压锁止系统，用于测量车辆前倾角和侧倾角的水平仪传感器、用于测量车辆折腰角的折腰角传感器、用于测量轮胎所受侧向力及垂向力的轮胎力传感器、用于测量液压缸位移的液压缸行程传感器、报警装置和防侧倾控制器；其中，所述轮胎力传感器安装在轮胎中心位置，所述折腰角传感器安装在前车架和后车架的铰接点位置，所述液压缸行程传感器包括动臂液压缸行程传感器和摇臂液压缸行程传感器，分别用于测量动臂液压缸位移和摇臂液压缸位移；所述水平仪传感器安装于车辆顶部；

各传感器的输出均连接所述防侧倾控制器，该防侧倾控制器分别控制所述传动控制系统、制动控制系统和液压锁止系统；报警装置由防侧倾控制器控制；

(2)计算车辆重心位置；

(2.1)根据车辆设计三维模型，通过辅助设计软件，计算车辆在静态状态下的后车架重心坐标、工作装置在不同位置情况下的重心坐标以及工作装置在不同位置情况下铲斗几何中心的空间坐标；并将工作装置重心坐标和铲斗几何中心空间坐标随液压缸行程变化的表格输入到防侧倾控制器中；

(2.2)重心换算；首先以车辆坐标系进行换算，以前后车架铰接点对应的地面位置建立笛卡尔坐标系；其中，由于车辆设计的对称性，设后车架质量为m1、坐标为(X1,0，Z1)；前车架质量为m2，在液压缸行程分别是l1、l2时，前车架重心坐标为(X2(l1，l2),0，Z2(l1，l2))，铲斗的几何中心坐标为X3(l1，l2),0，Z3(l1，l2))，令装载机铲斗装载物料质量为m3；

(2.2.1)求解装载机铲斗装载物料质量m3：

通过水平仪传感器测量后车架侧倾角为α、后车架前倾角为β；根据坐标系旋转变换矩阵，得到坐标系的相对关系为：

其中，(x,y,z)为地面坐标系，(x′,y′,z′)为车辆坐标系；

令x＝0,y＝0,z＝G,其中，将其带入上式后，得到在车辆坐标系中重力的分力分别为：

通过轮胎力传感器测量得到车辆坐标系Z方向上的垂向力F_{z_11}、F_{z_12}、F_{z_21}和F_{z_22}，根据受力平衡计算出铲斗中所装载的物料的重量：

F_{z_11}+F_{z_12}+F_{z_21}+F_{z_22}＝G_z＝G·cos(α)·cos(β)；

(2.2.2)装载机在工作时，产生折腰角θ，则整机重心坐标由以下公式获得：

(3)计算车辆侧翻指标，所述侧翻指标包括动态侧倾稳定因子和静态稳定性；具体内容如下：

(3.1)动态侧倾稳定因子LTR：

当LTR＝0时，表示两侧轮胎受力相等，此时车辆处于最稳定运行状态；LTR＝1时，表示其中一侧车轮已经到达临界离地状态；

(3.2)静态稳定性K：

其中，M_S表示稳定力矩，M_F表示倾翻力矩；

具体计算过程如下：

转动θ角的前车轮坐标分别为：

(l_f·cos(θ)-b·sin(θ)+l_f,l_f·sin(θ)+b·cos(θ)+b,0)；

(l_f·cos(θ)+b·sin(θ)+l_f,l_f·sin(θ)-b·cos(θ)-b,0)；

后轮坐标分别为：

(-l_r,b,0)；

(-l_r,-b,0)；

同侧的前后车轮接地点构成了侧倾线，计算重心到侧倾线的距离在车辆坐标系xoy平面内的投影为l_z，在xoz平面内的投影为l_y；

其中，A＝2b(cosθ+1)，B＝2(l_f-b·sinθ)，

l_y＝z_G；

M_s＝G_z·l_z；

M_F＝G_y·l_y；

故，

分别设置阈值K₁、K₂对应于两个侧倾指标，当LTR达到阈值K₁时，报警装置报警，提醒司机谨慎操作；当K达到K₂时，液压锁止系统和传动控制系统发挥作用，控制液压系统锁止、离合器断开、车辆制动，对车辆进行紧急保护；

(4)当实时监测侧倾指标低于阈值后，报警装置解除报警。