确定有效载荷装载事件在牵引机器中何时发生的方法.pdf

一种确定在牵引机器(100)中床板装载事件的发生的可编程控制器(156)实施的方法。所述方法包括：确定所述机器(100)是否静止一段时间，所述床板(130)是否处于装载位置，其它因素是否有助于所述机器(100)的移动，基于已过滤机器加速度计信号计算弹跳幅度，将所述幅度与反映最小幅度的常数进行比较，以及如果所述机器(100)已静止给定的一段时间、所述床板(130)处于装载位置并且无其它因素引起机器移动，则针对大于所述常数的幅度识别装载事件。

1.  一种在具有适于牵引有效载荷(133)的床板(130)的牵引机器(100)中由可编程控制器(156)实施的确定装载所述床板(130)的事件是否正发生的方法，所述方法包括：
确定所述机器(100)是否已静止给定的一段时间，
确定所述床板(130)是否处于待装载位置，
确定其它因素是否已有助于所述机器(100)的移动，
将与所述机器(100)的移动相关联的加速度计信号过滤以计算弹跳幅度，
将所述弹跳幅度与反映最小弹跳幅度的预定常数进行比较，以及
如果所述弹跳幅度大于反映最小弹跳幅度的所述预定常数、所述机器(100)已静止给定的一段时间、床板(130)处于待装载的位置以及其它因素尚未引起所述机器(100)的移动，则确认装载事件。

2.  根据权利要求1所述的方法，其中，所述确定其它因素是否有助于所述机器(100)的移动的步骤包括：确定在给定时间段内所述机器(100)的油门(136)是否已小于预定水平。

3.  根据权利要求1或2中任一权利要求所述的方法，其中，所述确定其它因素是否有助于所述机器(100)的移动的步骤包括：确定所述变速器(126)是否处于比预定档位更低的档位，并且在给定时间段内是否还没有变化。

4.  根据权利要求1至3中任一项权利要求所述的方法，其中，所述确定其它因素是否有助于所述机器(100)的移动的步骤包括：确定在铰接式机器(100)中给定时间段内横摆率是否小于预定水平。

5.  根据权利要求1至4中任一项权利要求所述的方法，其中，所述确定所述床板(130)是否处于待装载位置的步骤包括：确定联接到床板(130)并且适于实行在所述床板(130)中包含的有效载荷(133)的倾 倒的至少一个起重油缸(132)是否已在给定时间段内处于缩回位置。

6.  根据权利要求5所述的方法，其中，所述确定联接到床板(130)并且适于实行在所述床板(130)中包含的有效载荷(133)的倾倒的至少一个起重油缸(132)是否已在给定时间段内处于缩回位置的步骤包括：确定适于移动在装载位置和倾倒位置之间枢转床板(130)的至少一个起重油缸(132)是否处于缩回位置。

7.  根据权利要求5所述的方法，其中，所述确定联接到床板(130)并且适于实行在所述床板(130)中包含的有效载荷(133)的倾倒的至少一个起重油缸(132)是否已在给定时间段内处于缩回位置的步骤包括：确定适于移动在装载位置和倾倒位置之间喷射器床板(130)的喷射器板的至少一个起重油缸(132)是否处于缩回位置。

8.  一种包括计算机可执行指令的非暂时性计算机可读介质，所述计算机可执行指令有助于执行由可编程控制器(156)实施的确定装载牵引机器(100)的所述床板(130)的事件发生的方法，所述方法为根据权利要求1至7中任一项权利要求所述的方法。

9.  一种牵引机器(100)，其包括
多个可移动地面接合元件(111)，
床板(130)，其适于承载有效载荷(133)，
至少一个起重油缸(132)，其与所述床板(130)相关联并且适于在与所述床板(130)的装载位置相关联的缩回位置和与所述床板(130)的至少一部分的倾倒位置相关联的延伸位置之间移动，
变速器(126)，其适于在多个档位中操作，
发动机(124)，
油门(136)，其与所述发动机(124)相关联，
加速度计(145)，其适于指示所述床板(130)的弹跳移动，
可编程控制器(156)，其由计算机可执行指令配置成检测装载事件是否正发生，所述可编程控制器(156)使用一组参数，所述组参数包括：
在当前档位中的时间段，
所述档位是否小于预定档位，
所述机器(100)在给定时间段内的移动，
油门位置，
起重位置，
所述床板(130)的弹跳移动的幅度，以及
参考常数，其包括：
反映最大档位位置的预定常数，
反映最大油门位置的预定常数，
反映起重位置的预定常数，以及
反映最小弹跳幅度的预定常数。

10.  根据权利要求9所述的牵引机器(100)，其进一步包含彼此相对铰接的前部和后部车架部分(104、106)以及横摆传感器(146)，且其中，所述可编程控制器(156)配置成使用一组参数，所述组参数进一步包括横摆率和反映最大横摆率的预定常数。

确定有效载荷装载事件在牵引机器中何时发生的方法
技术领域
本专利发明大体上涉及有效载荷牵引机器，且更具体地涉及确定装载事件在有效载荷牵引机器中何时发生的方法。
背景技术
牵引机器在各种工业中使用，以将有效载荷从一个位置运输到另一个位置。为了有效操作这种机器，需要承载最佳大小的有效载荷。使机器装载量小于其满负荷量，可能导致不必要运行相关联的过量成本和维护计划的增加。机器过载可能导致增加的磨损及昂贵的维护费用。
人们已经提出用于确定牵引机器中有效载荷的质量的很多方法。虽然通过在称上物理称量机器重量，并且然后扣除机器自身重量可能是测量有效载荷的可靠方法，但这种装置在大型机器中不实用。此外，物理称量机器的重量在本领域中通常不可能。
已经提出了各种方法用于牵引机器的操作并在使用期间监视有效载荷。VolvoConstructionEquipmentAB公司的PCT公开WO2009/008784公开了一种操作车辆的可倾斜倾倒式车身的起重油缸以在倾倒式车身中产生振动从而便于倾倒的方法。Volvo公开了多种方法以监视有效载荷，所述方法包括监视倾倒式车身的加速度变化以及移动幅度和振动期间倾倒式车身声音上的变化。
发明内容
在一个方面，本发明描述了一种用于确定在具有适于牵引有效载荷的床板的牵引机器中装载床板的事件是否发生的方法。所述方法通过可编程 控制器来实施。所述方法包括：确定机器是否已静止一段给定的时间，确定床板是否位于待装载位置，确定其它因素是否已有助于机器的移动，过滤与机器移动相关联的加速度计信号以计算弹跳幅度，将弹跳幅度与反映弹跳最小幅度的预定常数比较，以及如果弹跳幅度大于反映振动最小幅度的预定常数、在机器已经静止一段给定的时间、床板位于待装载位置且其它因素还未造成机器的移动，则确认装载事件。
附图说明
虽然所附权利要求具体阐述了本发明的特征，但是通过下面结合附图的详细描述可以更好地理解本发明及其优点，在附图中：
图1是铰接卡车机器/车辆的概略侧视图，其示为适用于结合根据本发明确定有效载荷事件何时发生的方法的机器的一个例子。
图2是根据本发明的方法的各方面的示例性机器的可编程控制器及到控制器的输入的框图表示；
图3为流程图，其概括由可编程控制器执行的示例性方法的操作，以确定根据本发明装载事件何时发生；
图4为流程图，其概括用于结合图3的方法确定牵引机器的有效载荷的质量的示例性策略的操作；以及
图5为流程图，其概括了用于结合图3-4的方法确定牵引机器的有效载荷的质量的示例性策略的操作。
具体实施方式
本发明涉及牵引机器以及对承载的有效载荷的质量的确定。图1提供了结合根据本发明的机器有效载荷控制策略的机器100的一个示例的示意性侧视图。在图1的图示中，机器100为卡车，其为机器的一个示例，用以图示所描述的机器有效载荷控制策略的构思。尽管结合卡车示出了布置，但是，本文所述的布置具有在各种其它类型的有效载荷牵引机器中的 潜在适用性，诸如轮式装载机、自动平地机等。术语“机器”指的是执行与行业相关联的某些类型操作的任何机器，诸如采矿、建筑、农业、运输或者本领域中已知的任何其它行业。例如，机器可以是自动倾卸卡车、反铲挖掘机、平地机、物料搬运机等。由于车辆是行驶的机器，因此术语车辆旨在包含与术语机器基本上相同的范围。
参考图1，所示出的机器100为铰接式卡车102，其包括耦合在铰接轴110处且支撑于地面接合元件111上(诸如前轮112和/或后轮114)的前机架部分104和后机架部分106。前机架部分104支撑驾驶室120并且通常支撑驱动系统122。驱动系统122通常包括配置成将动力传递至变速器126的内燃机124。变速器转而可以配置成使用任何已知的方式借助于车轴116将动力传递至地面接合元件111(例如，前轮112)。车轮112具有半径118，其对应于在驱动表面上的从动轮的滚动半径118(例如，从动轮112的中心到地面的距离)。
后机架部分106支撑床板130。在所示出的机器100中，床板130可以响应于来自通常位于驾驶室120中的操作者起重控制器134(见图2)的命令，通过一个或多个起重油缸132选择性地枢接在装载位置(示出)与卸载位置(以虚线示出)之间。虽然示出了具有枢转的床板130的铰接式卡车102，但是本发明的各方面也可以应用于其它有效载荷牵引机器(包括例如非铰接式机器)或者包括结合了喷射器板的床板的机器(顶出板可以由一个或多个倾倒油缸进行驱动，从而类似地推动或喷射床板130中包含的有效载荷133)。
机器100可以包括另外的操作者控制器(例如油门136)以及操作者可以通过其从档位的给定选择中选出特定档位的变速器档位控制器138(见图2)。机器100可以另外包括与机器100的操作相关联的多个测量仪器和/或传感器，诸如驾驶室速度传感器140、发动机速度传感器142、与前后方向(X)和垂直方向(Z)相关联的(多个)加速度计、和/或横摆传感器146。机器100可以进一步包括适于感测环境特征的传感器。例如，机器100可以包括倾斜传感器、倾角计或坡度检测器150。虽然在图2中的控制系统152的简化框图中示意性示出了这些控制器和传感器中的每一 个，但是机器100可以包括附加的不同的或更少的控制器和传感器。
控制器和传感器提供指示对可编程控制器156的相应控制或感测的特征信号。在机器100的操作期间，控制器156可配置为通过关于图3至图5所述的方法，接收并处理与机器100的操作相关的信息，并提供在动态操作期间由机器100承载的有效载荷133的质量的确定。所确定的质量可通信地例如耦合到驾驶室120内的显示器160，或远程操作或监视位置(未示出)。为了本发明目的，术语“动态运行”或“动态条件”将指代这样的操作和状况，其中作为驱动系统122的对诸如前轮112和/或后轮114的地面接合元件111提供动力的结果，机器100正移动。
控制器156可包括处理器(未示出)和存储器组件(未示出)。处理器可以是微处理器或本领域中已知的其它处理器。在一些实施例中，处理器可由多个处理器组成。与所述方法相关的指令可被读取至或纳入诸如存储器组件的计算机可读介质，或被提供给外部处理器。在替代实施例中，可使用硬连线电路来代替软件指令或与其结合使用。因此实施例并不限于硬件电路和软件的任何特定组合。
在此使用的术语“计算机可读介质”指的是参与向处理器提供指令以供执行的任何介质或介质组合。这种介质可采取多种形式，包括但不局限于非易失性介质、易失性介质和传输介质。非易失性介质包括例如光盘或磁盘。易失介质包括动态存储器。传输介质包括同轴电缆、铜线和光纤。
常见形式的计算机可读介质包括例如软盘、软磁盘、硬盘、磁带或者任何其它磁性介质、CD-ROM、任何其它光介质、打孔纸、纸带、具有孔图案的任何其它物理介质、RAM、PROM以及EPROM、FLASH-EPROM、其它任何存储芯片或者存储盒，或者计算机或处理器可从其读取的任何其它介质。
存储器组件可包括如上所述任何形式的计算机可读介质。存储器组件可包括多个存储器组件。
控制器156可以是在单个机壳内封闭的控制模块的一部分。在替代实施例中，控制模块可包括在多个机壳中可操作地连接并且封闭的多个组 件。在其它的实施例中，控制模块可位于单个位置或多个可操作地连接的位置，包括固定地附接到机器100或远程附接到机器100。
现在转向图3，示出了用于确定负载牵引机器100何时装载的控制策略300，该策略300开始于起始点305。只在当机器100的某些条件存在时，或换句话说，当可能导致机器100移动的其它因素不存在时使用该控制策略300。虽然各个步骤以特定顺序示出并讨论，但是本领域技术人员将理解，这些步骤可以以交替的顺序或同时进行以便到达最终确定，除非另有明确说明。例如，该策略首先示出对是否存在用于精确地确定装载事件是否正在发生的多个条件(决策框310-335)的确定。反映在决策框310-335中的条件的存在将可能由装载事件导致的其它因素可能造成机器100的移动的可能性降到最低。虽然与这些条件相关联的决策框310-335示出为相继发生，但是它们可以以不同的顺序或同步被确定。
当机器100基本上是静止时，诸如当装载事件将发生时，控制策略300是准确的。参考决策框310，确定机器100是否静止给定的一段时间可以包括，例如，确定驾驶室120的速度。在这方面，驾驶室速度传感器140可向控制器156提供指示驾驶室速度的信号，如图2所示。可替代地，基于与机器100相关联的速度计(未示出)，可以向控制器156提供信号。根据该方法，可以将驾驶室速度与反映最大驾驶室速度的预定常数比较来确定机器100是否静止。为了确保机器100在给定时间段内一直是静止的，控制器156可确定指示驾驶室速度的信号是否正确，也就是说，对于给定时间段是不变的。例如，如果指示驾驶室速度的信号在3秒或以上一直不变，则控制策略300可采取，机器100在给定时间段内一直静止，满足与决策框310相关联的条件。如果机器100在给定时间段内不是基本上静止的，则装载事件的确定将不准确。
为了进一步确保机器100的状态不是静止的，机器100的变速器126必须在给定时间段内低于预定的档位。在这方面，控制器156确定变速器126是否处于比反映最大档位(决策框315)的预定常数更低的档位中。关于变速器126的操作信息可以由任何合适的机制提供。例如，在一些实施例中，控制器156指示变速器126的操作，包括所使用的操作档位。另 外或者可替代地，与变速器126相关联的传感器等可提供指示操作的信号。然后控制器156将指示档位的信号与反映最大档位的预定常数比较。如果指示档位的信号示出变速器126处于比反映最大档位的预定常数更低的档位中，则满足与决策框315相关联的条件。相反，如果变速器不处于比预定档位更低的档位中，则不满足与决策框315相关联的条件。
控制器156同样确定档位在给定时间段内是否保持不变(决策框320)。尽管可以利用任何合适的方法，但是在一个实施例中，控制器156包含单位延迟，将指示档位的信号与指示档位的先前信号比较，也就是说，设定的之前时间的档位值。以这种方式，通过比较与给定时间段相关联的两个或更多个这样的档位值，控制器156可确定档位在给定时间段(例如，3秒)内是否保持不变。如果档位在给定时间段内保持不变，则满足与决策框320相关联的条件。相反，如果档位在该时间段期间保持不变，则不满足与决策框320相关联的条件。
为进一步最小化来自发动机124的振动免于与是否正发生装载事件的干扰确定的机会，控制器156确定在给定时间段内油门是否已小于预定水平(决策框325)。油门位置可由任何适当机构确定。例如，可提供传感器，或油门136的操作者控制可向控制器156提供指示油门位置的信号，根据所述信号，控制器156可将油门位置与反映最大油门位置的预定常数比较。如果指示油门位置的信号示出在至少给定的时间段内(例如，3秒)油门低于反映最大油门位置的预定常数，则满足与决策框325相关联的条件。相反，如果在给定时间段内油门不低于反映最大油门位置的预定常数，则不满足与决策框325相关联的条件。
在铰链式机器100(诸如图1中示出的铰链式卡车102)中，如果前车架部分104和后车架部分106并非实质性对准，或如果转向控制装置(诸如方向盘(未示出))在一个方向或另一方向中显著转向，则在前车架部分104和后车架部分106之间建立的横摆可导致不精确装载检测。根据控制策略300，控制器156确定在给定时间段内横摆率是否已小于预定水平(决策框330)。横摆率可由任何适当机构确定。例如，横摆传感器146可向控制器156提供指示横摆率的信号(参见图2)。控制器156将指示横摆 率的信号与反映最大横摆率的预定常数比较。如果在至少给定时间段内(例如，3秒)指示横摆率的信号低于反映最大横摆率的预定常数，则满足与决策框330相关联的条件。相反，如果在给定时间段内指示横摆率的信号不低于反映最大横摆率的预定常数，则不满足与决策框330相关联的条件。
枢转床板130从倾倒位置的降低或喷射板到缩回位置的移动可导致当床板130到达后车架部分106或喷射板到达完全缩回位置时机器100的移动，这可导致对是否正发生装载事件的不可靠确定。当装载机器100的床板130时，在枢转床板130(例如图1中示出的床板)的情况下床板130将通常已经在时间段内处于降低位置，或在喷射有效载荷牵引机器的情况下倾倒板处于缩回位置。因此，为确保装载事件何时正发生的可靠检测，控制器156确定在给定时间段内起重是否已处于降低(或缩回)位置(参见决策框335)。
起重的位置可由任何适当机构确定。例如，可结合起重汽缸132提供一个或多个传感器(未示出)。可替代地或另外地，操作者起重控制装置134可向控制器156提供指示起重位置的信号。控制器156将指示起重位置的信号与反映最大起重位置的预定常数比较。在实施例中，起重常数表示起重汽缸132处于完全缩回位置的位置。如果指示起重位置的信号示出在至少给定时间段内(例如，3秒)起重低于反映最大起重位置的预定常数，则满足与决策框335相关联的条件。相反，如果在给定时间段内起重不低于反映最大起重位置的预定常数，则不满足与决策框335相关联的条件。
如果不满足在决策框310-335中反映的任何条件，则根据控制策略300，装载事件未正在发生(框340)。因此，该过程可再次开始，或在持续的监视回路中继续直到所有条件都满足时为止。
由于此时材料倾倒入床板130内将导致床板130的竖直移动，倘若决策框310-335中表示的每个条件都满足，则机器100的竖直移动将指示装载事件。为了提供该移动的定量测量，策略300采用被设置检测对机器100的床板300的突然附加重量的惯性传感器。惯性传感器可以包括多个传感 器，且可以例如测量机器100的任何纵向、横向和/或竖向加速度。通过示例，机器100可以包括感测X或Z方向的移动的一个或多个加速度计144、145。惯性传感器可以设置在机器100上的任何适当位置处。例如，它们可以与床板130或者与后车架部分106相关联。
在实施例中，加速度计145向控制器156提供指示在竖直方向(Z)中的床板130的移动的信号(见图2；图3的框350)。过滤器适用于信号(框355)，并且基于指示床板移动的初始信号和过滤信号，控制器156计算弹跳幅度(框360)。所得弹跳幅度与指示最小弹跳的预定常数(决策框365)比较。预定弹跳水平可以基于任何适当的比例或定义数量。例如，指示最小弹跳的预定常数可以基于重力或重力百分比，诸如0.2g’s。如果弹跳幅度小于指示最小弹跳的预定常数，则装载事件未发生(框340)。相反，如果弹跳幅度大于指示最小弹跳的预定常数，且决策框310-335中所反映的条件都已满足，则检测出装载事件(框370)。
虽然策略300示出决策框310-335的条件在关于弹跳幅度的任何计算和比较之前发生(框350-370)，但弹跳幅度相关的计算和比较(框350-370)可以在任何时候或者与关于决策框310-335中所示条件的确定同步进行。
用于估计装载事件何时发生的策略300可以是用于估计机器100的有效载荷133的质量的较大策略或集成算法的一部分。转向图4，示出了用于在各种条件期间有效载荷133的质量估计的示例性集成策略400。该集成策略400可以包括用于确定动态质量估计值的策略(框410)，与装载事件相关的策略(框420)以及与倒空事件相关的策略(框430)。通过这种方式，当机器100正在操作功能时，可编程控制器156监视机器100的各种功能和参数以及环境，从而确定质量判定是否适当。可以将计算的估计质量值用于算法中，以继续做出与机器100相关的确定。
根据动态质量估计的确定(框410)，如果检测到床板130倒空(决策框460)，则涉及倒空事件的策略430可以应用于确定床板130是否倒空，床板130中没有包含任何有效载荷133。相反地，如果检测到装载事件(决策框470)，则涉及装载事件的策略420可以应用于确定装载事件是否发生。
同样地，根据策略420对装载事件的确定，如果检测到用于可靠确定 动态质量估计的条件(决策框450)，则可以应用用于在动态条件下质量确定的策略410。相反地，如果检测到倒空事件(决策框480)，则涉及倒空事件的策略430可以应用于确定床板130是否倒空。
最后，根据策略430对倒空事件的确定，如果检测到用于可靠确定动态质量估计(决策框440)的条件，则可以应用用于在动态条件下质量确定的策略410。再次相反地，如果检测到装载事件(决策框490)，则涉及装载事件的策略420可以应用于确定装载事件是否发生。
图4所示的集成策略400示出图5中顶级水平算法500的较大上下文中的上下文。可以从诸如例如图2所示的各种来源提供信息。仅通过示例，关于如下的信息可被提供：来自坡度检测器150的坡度(框501)，基于来自变速器126的计算或信息的变速器输出转矩(框502)，来自驾驶室速度传感器140的驾驶室速度(框503)，基于操作者变速器档位控制138的档位(框504)，基于用于油门136的传感器或操作者控制装置的油门位置(框505)，基于发动机速度传感器142的发动机速度(框506)，基于传感器或操作者起重控制134的起重杆位置(框507)，基于加速度计144和145在X和Z方向中的床板加速度，以及基于横摆传感器146的横摆率(框510)。此外，在实施例中，可以使用任何适当机构以提供如下指示，即提供信息的传感器或其它装置是否处于工作状态(见例如PC状态511以及动态估计器状态512)。
根据提供的信息，单个策略520-523可以应用于确定动态有效载荷的质量估计的可靠性，估计动态有效载荷质量，倒空检测以及装载事件检测。另外，实施例可以进一步包括用于提供所有单个策略正在进行的指示的任何适当机构(框503)。根据单个策略520-523的操作以及诸如图4所示的集成策略400的集成策略(框540)，可以确定估计的质量。然后，对估计质量进行换算(框540)，以将其发送到数据链模块(未示出)从而提供广泛散布的质量估计(框650)。此外，可以将获得的估计质量用于其它算法，如框570所示，质量修正环路。
工业实用性
本发明适用于包括用于承载有效载荷133的床板130的机器100。所公开策略的实施例可具有在不使用任何其它重量传感器的情况下估计有效载荷质量的能力。
一些实施例可适用于包括枢转床板130的机器100。一些实施例可适用于包括喷射器床板的机器100。
用于确定动态有效载荷133质量的策略可在计算将是准确时的恰当时间利用。
将理解，前面的描述提供了所公开的系统和技术的示例。然而，预料到本发明的其它实施例可与前述例子在细节上不同。对本公开或其示例的所有参考都旨在参考在该点处被讨论的特定示例，并且不旨在更广泛地暗示任何限制为本发明的范围。关于某些特征的差别和贬低的所有语言旨在指示缺乏对这些特征的偏好，但不是将这些完全排除在本发明的范围之外，除非另有指示。
除非文中另外指明或上下文中明显矛盾的，术语“一个”和“一种”，以及“该”和“至少一个”以及描述本发明的上下文中类似指示词(特别是以下权利要求的上下文)解释为包括单数和复数的情况，除非文中另外指明或上下文中明显矛盾。紧接一项或多项列表(例如“A和B中的至少一个”)的术语“至少一个”的使用解释为从所列项(A或B)或两个或更多个所列项(A和B)的任何组合所选择的一项。
除非在此另外指出，否则在此对数值范围的叙述仅仅旨在用作速记方法，分别涉及属于范围内的各单独数值，并且每个单独数值包含在说明书内，如同在此个别列举的一样。除非文中另外指明或上下文中明显矛盾，本文所述的所有方法可以任何合适的顺序进行。
因此，本发明包括现行法律所允许的所附权利要求中所述主题的所有修改和等同物。此外，除非文中另有指明或与上下文明显矛盾，本发明包括在其所有可能变化中的上述要素的任何组合。