CN105163980B

CN105163980B - 确定牵引机器的床板何时倒空的方法

Info

Publication number: CN105163980B
Application number: CN201480024262.XA
Authority: CN
Inventors: B·特赫达; J·W·兰德斯
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2013-04-26
Filing date: 2014-04-17
Publication date: 2018-01-16
Anticipated expiration: 2034-04-17
Also published as: DE112014001633T5; US8700274B1; CN105163980A; WO2014176107A1

Abstract

本发明涉及一种确定牵引机器的床板何时倒空的方法。更具体地，一种在具有发动机(124)、可移动地面接合元件(111)，以及由操作者起重控制装置(134)控制的至少一个起重油缸(132)可致动的床板(130)的牵引机器(100)中，由可编程控制器(156)实施的方法通过如下确定所述床板(130)是否倒空：确定(304)所述操作者起重控制装置的位置，基于所述位置施加(320、322、324、326)增益，随时间推移施加(350)集成器以提供所得的起重数值，将所述得到的起重数值与起重最大常数(362)比较(360)，以及如果所述起重数值小于或等于所述起重最大常数，则结论是所述床板(130)倒空(380)。本发明还涉及一种牵引机器。

Description

确定牵引机器的床板何时倒空的方法

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，涉及确定在倾倒过程期间牵引机器的床板何时倒空的方法。

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。

已经提出多种方法用于在使用期间牵引机器并且监视有效载荷的操作。例如，Minoshima等人的美国公开No.2012/0274121公开了一种具有枢转容器的负载运输车辆，该枢转容器可相对于车身由起重油缸向后倾斜提升。后悬架上设有压力传感器，以检测后悬架的内部压力。随着枢转容器从枢转位置返回到未枢转位置，压力将取决于容器已装载或倒空而改变。传感器基于压力检测负荷是否改变。控制器根据内部压力计算重量，并且比较它与空容器的已知重量以确定容器是空或装载。然而，Minoshima引用的布置似乎并不适用于包含喷射器床板的牵引机器。

发明内容

在一方面，本发明描述了一种在具有发动机、可移动地面接合元件，以及由操作者起重控制装置控制的至少一个起重油缸可致动的床板的牵引机器中由可编程控制器实施的方法。所述确定床板是否倒空的方法包括：确定所述操作者起重控制装置的位置；基于该位置施加增益；随时间推移施加集成器以提供所得的起重数值，将得到的起重数值与起重最大常数比较，以及如果起重数值小于或等于起重最大常数，则结论是床板倒空。

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是根据本发明铰接卡车机器/车辆的概略侧视图，其示为适用于结合确定机器床板何时倒空的方法的一个例子。

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是根据本发明的流程图，其概括由可编程控制器执行的示例性方法的操作，以估计机器的床板何时倒空；

图4是流程图，其概述结合图3的方法用于确定牵引机器的有效载荷质量的示例性策略的操作；以及

图5是流程图，其示意性地概述结合图3-4的方法用于确定牵引机器的有效载荷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线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。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装置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144、145、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。

现转向图3，其示出示例性控制策略300，用于确定机器100的床板130倒空，即此时有效载荷133已从床板130上卸载。策略300起始于参考标号302，并利用随时间推移的值用于到操作者起重控制装置134的操作者命令，以延伸、缩回或浮动与卸载来自床板130的有效载荷133相关联的液压缸132。即，当操作者起重控制装置134在至少给定时间内设置在提升位置时，则假设液压缸132充分伸出，以使得床板130完全处于向上位置，或在包括喷射器床的机器100的情况下，喷射器板位于最终倾倒位置。同样，如果操作者起重控制装置134在至少给定时间内设置在浮动或下降位置时，则假设液压缸132充分缩回，以使得床板130完全处于向下位置，或在包括喷射器床的机器100的情况下，喷射器板处于充分缩回位置。

更具体而言，如以上关于图2所解释的，操作者起重控制装置134可向控制器156提供指示操作者起重控制装置134(见图2)位置的信号(见框304)。控制器156比较指示操作者起重控制装置134位置的信号与各自预定的保持常数、提升常数、下降常数和浮动常数比较(见框310、312、314和316)。在实施例中，指示操作者起重控制装置134位置的信号可以由例如范围从零(0)至三(3)的数字表示，且保持、提升、下降和浮动常数范围的数值可同样从零(0)至三(3)。

如果操作者起重控制装置134的位置等于预定的保持、提升、下降和浮动常数，则可应用各自的增益(见框320、322、324和326)。在实施例中，增益可以是一个或多个乘数的形式。在这种实施例中，例如，如果操作者起重控制装置134的位置不等于各自的预定保持、提升、下降和浮动常数，则该位置继续为空或为零(0)，以使得应用增益或乘数的乘积同样是空或零(0)。相反，在这种实施例中，如果操作者起重控制装置134的位置等于各自的预定保持、提升、下降和浮动常数，则该位置可继续为一(1)。因此，应用增益或乘数的乘积将等于增益本身。

相应的增益可被预先设定，来提供与床板130遵循策略300的剩余操作是否倒空的结论相一致的结果，如下所讨论。仅举例来说，相关分量的体积、数据流、时间常数可被用来确定各个增益。此外，增益可取决于与机器100的类型和大小相关的因素。通过进一步的示例，浮动增益将假定，在至少给定时间段内在浮动位置中的操作者起重控制装置134的处理与处于完全缩回位置的液压缸132的处置相关联，以使得床板130倒空。在实施例中，对于保持和浮动的每一个位置，所述增益可以是相应预定的常数。

相应的增益可包括多种分量(component)，然而，和/或可动态地计算(见框330-334)。在实施例中，对于提升和下降中的每个位置，相应的增益被动态地计算。在这方面，诸如与液压缸132相关联的泵(未示出)的分量的操作可影响提升增益或下降增益。因此，策略300另外考虑发动机速度(框330；参见例如图2中的发动机速度传感器142)，因为它改变了与液压缸132相关联的泵的速度，这个速度与提升增益和下降增益的确定相关。以这种方式，在操作者在提升或者下降起重命令期间使发动机124加速的情况下，所示出的策略300考虑可能产生的增益变化。在实施例中，提升增益和下降增益中的每一个被动态地计算(见框332,334)并且包括至少两个分量。在各个情况下，发动机速度(框330)乘以增益的第一分量，所得乘积被添加至增益的第二分量。

得到的保持、提升、浮动以及下降增益(310、312、314、316)加到一起以提供起重总和(见框340)。因为操作者起重控制装置134将处在单个位置，即，保持、提升、浮动或下降，所以起重总和340将等于仅来自操作者起重控制装置134位置的增益。

起重总和340随着时间的推移进行集成(见框350)以提供起重数值(见框360)。在操作者起重控制装置134保持不确定地指示提升或者下降命令的位置情况下，为了限定集成器，提供起重集成器最小和最大常数(见框352、354)。如果所得起重数值小于起重集成器最小常数352，则集成停止。类似地，如果所得起重数值大于起重集成器最大常数354，集成停止。

现在来看决策框360，所得起重数值与起重最大常数362比较。如果所得起重数值不小于或等于起重最大常数362，则床板130不倒空(见框370)。相反地，如果所得的起重数值小于或等于起重最大常数362，则床板130倒空(见框370)。

尽管控制策略300的各个步骤被示出以及以特定的顺序讨论，但是本领域技术人员将认识到步骤可以以替代顺序执行以到达床板130是否倒空的最终确定(见框370、380)，除非另有说明或是显而易见的。例如尽管图3示出框310、312、314、316同步发生的对比，但它们可替代地相继发生。

用于估计机器100的床板130何时倒空的策略300可以是更大策略的一部分或是用于估计机器100的有效载荷133的质量集成算法。转向图4，示出了示例性集成策略400，用于在各种条件期间有效载荷133的质量估计。集成策略400可包括用于确定动态质量估计的策略(框410)，连同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装置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(框508和509)，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530)。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550)。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

本发明适用于机器100，其包括用于承载有效载荷133的床板130。所公开策略的实施例可以在不使用任何其它重量传感器的情况下具有估计有效载荷质量的能力。

一些实施例可使用具有喷射器床的机器。一些实施例可能不需要用于确定床板130、相关联的喷射器机构或液压气缸132的位置的位置传感器。

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。对本发明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。

Claims

1.一种在具有发动机(124)、可移动地面接合元件(111)，以及由操作者起重控制装置(134)控制的至少一个起重油缸(132)可致动的床板(130)的牵引机器(100)中，由可编程控制器(156)实施的、用于确定所述床板(130)是否倒空的方法，所述方法包括：

确定(304)所述操作者起重控制装置的位置，

基于所述位置施加(320、322、324、326)增益，

随时间推移施加(350)集成器以提供所得的起重数值，

将所述得到的起重数值与起重最大常数(362)比较(360)，

如果所述起重数值小于或等于起重最大常数，则结论是所述床板(130)倒空(380)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述确定(304)所述操作者起重控制装置的位置的步骤包括：

将指示所述操作者起重控制装置(134)的所述位置的信号与预定保持常数进行比较(310)，以确定所述操作者起重控制装置(134)是否处于保持位置，

将指示所述操作者起重控制装置(134)的所述位置的信号与预定提升常数进行比较(312)，以确定所述操作者起重控制装置(134)是否处于提升位置，

将指示所述操作者起重控制装置(134)的所述位置的信号与预定下降常数进行比较(314)，以确定所述操作者起重控制装置(134)是否处于下降位置，以及

将指示所述操作者起重控制装置(134)的所述位置的信号与预定浮动常数进行比较(316)，以确定所述操作者起重控制装置(134)是否处于浮动位置。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基于所述位置施加增益的步骤包括：如果所述操作者起重控制装置处于保持位置，则施加(320)预定保持增益，如果所述操作者起重控制装置处于浮动位置，则施加(326)预定浮动增益，如果所述操作者起重控制装置处于提升位置，则施加(322)动态计算的提升增益，以及如果所述操作者起重控制装置处于下降位置，则施加(324)动态计算的下降增益。

4.根据权利要求3所述的方法，其进一步包括确定(330)所述发动机的速度，且至少部分地基于所述速度计算(332、334)所述提升增益和所述下降增益中的至少一个。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基于所述位置施加增益的步骤包括：

如果所述操作者起重控制装置处于保持位置，则施加(320)预定保持增益，

如果所述操作者起重控制装置处于浮动位置，则施加(326)预定浮动增益，

确定(330)所述发动机的速度，

至少部分地基于所述速度计算(332)提升增益，

如果所述操作者起重控制装置处于提升位置，则施加(322)所述计算的提升增益，

至少部分地基于所述速度计算(334)下降增益，以及

如果所述操作者起重控制装置处于下降位置，则施加(324)所述计算的下降增益。

6.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括应用预定起重集成器最小常数(352)或预定起重集成器最大常数(354)中的至少一个，以限制所述集成器的应用。

7.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括向显示器提供信号，以指示所述床板(130)是否倒空(380)。

8.根据权利要求2所述的方法，其中

其中，所述基于所述位置施加增益的步骤包括：

如果所述操作者起重控制装置(134)处于浮动位置，则施加(326)预定浮动增益，

确定(330)所述发动机的速度，

至少部分地基于所述速度计算(332)提升增益，

如果所述操作者起重控制装置(134)处于提升位置，则施加(322)所述计算的提升增益，

至少部分地基于所述速度计算(334)下降增益，以及

如果所述操作者起重控制装置(134)处于下降位置，则施加(324)所述计算的下降增益，

其中，随时间推移施加(350)集成器的所述步骤包括，施加预定起重集成器最小常数(352)或预定起重集成器最大常数(354)中的至少一个以限制所述集成器的应用，以及

进一步包括向显示器提供信号以指示所述床板(130)是否倒空(380)。

9.一种牵引机器(100)，其包括：

床板(130)，其适于承载有效载荷(133)，

发动机(124)，

至少一个起重机，其设置成并且适于从所述床板(130)倒空有效载荷，

至少一个操作者起重控制装置(134)，其适于引起所述起重机的操作，以及

可编程控制器(156)，其由计算机可执行指令配置成确定床板(130)是否倒空，所述可编程控制器(156)使用一组参数，所述组参数包括：

所述操作者起重控制装置(134)的位置，

所述操作者起重控制装置(134)设置在所述位置的时间，

指示所述操作者起重控制装置(134)的相应位置的至少一个预定常数，

起重最大常数(362)，

发动机速度，以及

集成器，其随着时间的推移来施加(350)。