CN105737933A - 一种矿用自卸车油位测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矿用自卸车的油位测量装置和测量方法，包括倾角传感器、速度传感器、液位传感器、控制器、液晶显示器和发动机ECU。本发明和传统的油位测量方式相比，通过倾角传感器测得自卸车附着路面的角度，可以准确测量自卸车在倾斜和坡道路面上的油位；自卸车发动机起机后，判断自卸车车速，利用发动机瞬时油耗计算自卸车燃油消耗量，利用自卸车在静止时测得的油位数据减去发动机燃油消耗得到运动过程中自卸车燃油液位，消除自卸车行驶时上下颠簸对油位的影响，准确、平稳的显示燃油液位。在没有增加成本的情况下，提高自卸车油位测量精度，尤其是运动过程中油位测量的精度，实用性强。

Description

一种矿用自卸车油位测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及一种测量装置及计算方法，尤其是矿用自卸车的燃油液位测量装置和测量方法，属于工程机械技术领域。

技术背景

矿用自卸车广泛应用于露天矿山、大型基础建设等工况。其工作地形复杂，气候条件恶劣，要求连续工作，油耗比较大，如果液位测量误差较大，就会出现油箱燃油剩余过多时就加油或者燃油耗尽时才加油的情况，影响自卸车的工作效率，因此对于自卸车油箱液位的准确测量显得尤为重要。一般液位测量方法有：浮子法、浮子霍尔元件式传感器、光纤传感技术、超声波法、导波雷达液位计、差压法、压阻式压力传感器、电容式压力传感器，目前国内液位测量技术和产品也很多，这些测量方法各有利弊，要么测量精度不高、要么价格比较贵。以上测量方法的弊端是准确测量的前提是液位是一个平面，由于受自卸车运行环境影响，油箱振动和摆动幅度比较大，油箱的液位不是一个平稳的平面，液位受自卸车运动影响上下波动，只有在自卸车静止或者运行环境非常平稳时才能得到平稳液面。因此，需要一种能够准确测量燃油油位的方法，消除自卸车运行环境的影响，准确的测量油位并进行显示，并且在液位低于设定阈值时进行报警，及时提醒司机进行加油。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提供一种矿用自卸车的油位精准测量装置，可以消除自卸车运动过程中对液位测量的影响，利用自卸车已有设备，在不增加成本的基础上有效提高测量精度和数据稳定性。

为了实现上述目的，本发明的实施方案是：

一种矿用自卸车的油位测量装置，其特征在于，包括倾角传感器、速度传感器、液位传感器、控制器、液晶显示器和发动机ECU；

倾角传感器测量车身现在是否处于水平状态；

速度传感器测量车辆的实时速度；

液位传感器测量油箱的油位；

液晶显示器用来实时显示实际油箱液位高度值；

发动机ECU向控制器发送瞬时油耗和发动机运转信号；

控制器根据倾角传感器和速度传感器数据判断油箱倾角和当前车速，根据发动机ECU发送的瞬时油耗计算燃油消耗并转换为消耗油位，结合浮子式霍尔元件式传感器测量的油箱的实时油位，计算得到实际油箱液位高度，并发送到液晶显示器显示。

包括以下步骤：

自卸车上电后，控制器工作，实时采集液位传感器的数据，并根据自卸车行驶方向的纵向角度，将液位传感器测量的液位高度值转换成液位高度，

控制器根据发动机ECU发送的发动机运转信号，判断发动机是否启动，如果发动机没有启动，对采集的油位数据取平均值并赋值给控制器的油位数组，由控制器对液位高度进行判断，如果低于设定阈值则报警，否则控制器把油位数据发送给液晶显示器进行显示；

自卸车发动机起机后，控制器根据速度传感器采集的车速数据判断液位传感器采集的数据是否有效，若液位传感器采集的数据无效，控制器利用发动机ECU发出的发动机瞬时油耗，计算自卸车的发动机的油耗，然后将发动机的油耗转换成油位数据，赋值给控制器油位数组，由控制器对液位高度进行判断，如果低于设定阈值则报警，否则控制器把油位数据发送给液晶显示器进行显示。

自卸车发动机起机后，控制器根据速度传感器的数据进行车速判断，如果自卸车车速小于1Km/h，液位传感器采集的数据有效；否则，液位传感器采集的数据无效，根据发动机油耗转换出油箱液位高度。

当液位传感器测量液位高度h满足下面条件时：

$h\≤\frac{(H-A+H)}{2}---\left(1\right)$

液位传感器测量在纵向有角度情况下测量的液位高度即是实际液位高度：

$h=\frac{(\frac{A}{2}-(H-h_1)Cot\mathrm{\α}+A)\×(H-h_1+\frac{A}{2}tan\mathrm{\α})}{2}---\left(2\right)$

其中，H-油箱的高度；

α-自卸车行驶方向角度，纵向角度；

h₁-液位传感器实时测量高度值；

A-油箱纵向长度。

否则，实际液位高度等于液位传感器测量的液位高度值，即h＝h₁。

发动机油耗计算公式如下：

Q＝∫qdt(3)

其中，Q-发动机的油耗；

q-发动机瞬时油耗。

根据发动机油耗转换成油箱液位高度：

$h=h_1-\frac{Q}{A\×B}---\left(4\right)$

其中，h₁-液位传感器实时测量高度值，A-油箱纵向长度，B-油箱横向宽度。

本发明所达到的有益效果：

本发明和传统的油位测量方式相比，通过倾角传感器测得自卸车附着路面的角度，可以准确测量自卸车在倾斜和坡道路面上的油位；自卸车发动机起机后，判断自卸车车速，利用发动机瞬时油耗计算自卸车燃油消耗量，利用自卸车在静止时测得的油位数据减去发动机燃油消耗得到运动过程中自卸车燃油液位，消除自卸车行驶时上下颠簸对油位的影响，准确、平稳的显示燃油液位。在没有增加成本的情况下，提高自卸车油位测量精度，尤其是运动过程中油位测量的精度，实用性强。

附图说明

图1矿用自卸车燃油油位测量装置的系统框图；

图2液位测量模型；

图3矿用自卸车液位测量流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1所示，本发明的矿用自卸车的油位测量装置包括倾角传感器、速度传感器、浮子霍尔元件式油位传感器(液位传感器)、控制器、液晶显示器、发动机ECU(ElectronicControlUnit，电子控制单元)等部件。

倾角传感器(安装在驾驶室内的电气柜内)测量车身现在是否处于水平状态，可以消除车辆非水平状态对油位液面的影响。

速度传感器(安装在车轮、变速箱传动轴上也有)测量车辆的实时速度，利用发动机瞬时油耗计算燃油消耗并转换为燃油页面，消除车辆运动过程中的颠簸对油位的影响。

浮子式霍尔元件式油位传感器测量油箱的油位；

液晶显示器用来显示实时油位；

发动机ECU向控制器发送瞬时油耗和发动机运转信号；

控制器用来采集数据处理。

只要车辆不运动，即用液位传感器(该传感器安装在油箱中心自顶向下，可以设计为一根杆，杆内有浮子上下移动)的值校准用瞬时油耗计算造成的液位误差，保证行驶和静止两种状态的液位准确。

每辆自卸车出厂时，为了消除燃油油箱吸油管设计高度影响和液位传感器安装造成的误差，可以通过液晶显示器对燃油油箱的最低和最高液位进行标定，其后该自卸车油位高度以此标定数据为准进行测量显示。出厂后，如图3所示油位测量过程如下：当自卸车上电后，主控制器开始工作，实时采集油位传感器的数据，然后利用图2所示模型进行数据转换，公式如式(1)、式(2)，主控制器接收CAN线信息判断发动机是否运转，如果发动机没有启动，为了进一步提高准确度，对采集的油位数据进行滤波，然后取60组数据的平均值并赋值给控制器的油位数组，控制器对油位高度进行判断，如果低于设定阈值则报警，否则顺序执行，控制器通过CAN线把油位数据发送给液晶显示器和组合仪表，使油位数据准确显示；自卸车发动机起机后，主控制器请求并接受发动机ECU油耗数据，主控制器开始进行车速判断，如果自卸车车速小于1Km/h，认为自卸车油位传感器采集的数据有效；如果不满足上述条件，主控制器认为油位传感器的数据无效，主控制器利用发动机ECU发出的瞬时油耗信息，通过积分计算自卸车油耗，如公式(3)；然后将油耗转换成油位数据，如公式(4)，赋值给控制器油位数组，程序顺序执行。

当浮子式霍尔元件油位传感器测量液位高度满足下面条件时：

$h\≤\frac{(H-A+H)}{2}---\left(1\right)$

浮子式霍尔元件油位传感器测量在纵向有角度情况下测量的液位高度即是实际液位高度：

$h=\frac{(\frac{A}{2}-(H-h_1)Cot\mathrm{\α}+A)\×(H-h_1+\frac{A}{2}tan\mathrm{\α})}{2}---\left(2\right)$

H-油箱的高度；

α-自卸车行驶方向角度，纵向角度；

h₁-液位传感器实时测量高度值；

A-油箱纵向长度。

否则油箱液位高度：h＝h₁。

发动机油耗计算公式如下：

Q＝∫qdt(3)

Q-发动机的油耗；

q-发动机瞬时油耗，通过CAN线接收发动机ECU的瞬时油耗信息；

把发动机的油耗转换成液位：

$h=h_1-\frac{Q}{A\×B}---\left(4\right)$

其中，h₁-液位传感器实时测量高度值，A-油箱纵向长度，B-油箱横向宽度。

测量精度，一般燃油量可以进行连续24小时作业，2分钟发一次数据，精度可以达到千分之一。液位传感器的安装靠近油箱中心，再进一步减小车在上下坡和行进时造成的油面倾斜及油面波动对测量的影响。由于自卸车设计坡度为45°，当自卸车角度超过±45°时，对采集数据不予算法处理，直接转换显示。

Claims (6)

1.一种矿用自卸车油位测量装置，其特征在于，包括倾角传感器、速度传感器、液位传感器、控制器、液晶显示器和发动机ECU；

倾角传感器测量车身现在是否处于水平状态；

速度传感器测量车辆的实时速度；

液位传感器测量油箱的油位；

液晶显示器用来实时显示实际油箱液位高度值；

发动机ECU向控制器发送瞬时油耗和发动机运转信号；

控制器根据倾角传感器和速度传感器数据判断油箱倾角和当前车速，根据发动机ECU发送的瞬时油耗计算燃油消耗并转换为消耗油位，结合浮子式霍尔元件式传感器测量的油箱的实时油位，计算得到实际油箱液位高度，并发送到液晶显示器显示。

2.基于权利要求1所述的一种矿用自卸车油位测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

自卸车上电后，控制器工作，实时采集液位传感器的数据，并根据自卸车行驶方向的纵向角度，将液位传感器测量的液位高度值转换成液位高度，

控制器根据发动机ECU发送的发动机运转信号，判断发动机是否启动，如果发动机没有启动，对采集的油位数据取平均值并赋值给控制器的油位数组，由控制器对液位高度进行判断，如果低于设定阈值则报警，否则控制器把油位数据发送给液晶显示器进行显示；

自卸车发动机起机后，控制器根据速度传感器采集的车速数据判断液位传感器采集的数据是否有效，若液位传感器采集的数据无效，控制器利用发动机ECU发出的发动机瞬时油耗，计算自卸车的发动机的油耗，然后将发动机的油耗转换成油位数据，赋值给控制器油位数组，由控制器对液位高度进行判断，如果低于设定阈值则报警，否则控制器把油位数据发送给液晶显示器进行显示。

3.根据权利要求2所述的一种矿用自卸车油位测量装置的测量方法，其特征在于，自卸车发动机起机后，控制器根据速度传感器的数据进行车速判断，如果自卸车车速小于1Km/h，液位传感器采集的数据有效；否则，液位传感器采集的数据无效，根据发动机油耗转换出油箱液位高度。

4.根据权利要求2所述的一种矿用自卸车油位测量装置的测量方法，其特征在于，当液位传感器测量液位高度h满足下面条件时：

$h\≤\frac{(H-A+H)}{2}---\left(1\right)$

液位传感器测量在纵向有角度情况下测量的液位高度即是实际液位高度：

$h=\frac{(\frac{A}{2}-(H-h_1)Cot\mathrm{\α}+A)\×(H-h_1+\frac{A}{2}tan\mathrm{\α})}{2}---\left(2\right)$

其中，H-油箱的高度；

α-自卸车行驶方向角度，纵向角度；

h₁-液位传感器实时测量高度值；

A-油箱纵向长度。

否则，实际液位高度等于液位传感器测量的液位高度值，即h＝h₁。

5.根据权利要求2所述的一种矿用自卸车油位测量装置的测量方法，其特征在于，发动机油耗计算公式如下：

Q＝∫qdt(3)

其中，Q-发动机的油耗；

q-发动机瞬时油耗。

6.根据权利要求5所述的一种矿用自卸车油位测量装置的测量方法，其特征在于，根据发动机油耗转换成油箱液位高度：

$h=h_1-\frac{Q}{A\×B}---\left(4\right)$

其中，h₁-液位传感器实时测量高度值，A-油箱纵向长度，B-油箱横向宽度。