CN110799447B

CN110799447B - 基于压力的载荷传感系统

Info

Publication number: CN110799447B
Application number: CN201880021853.XA
Authority: CN
Inventors: L·A·巴菲勒; J·N·斯迈利; A·A·波尔斯; B·科特兰格
Original assignee: JLG Industries Inc
Current assignee: JLG Industries Inc
Priority date: 2017-01-25
Filing date: 2018-01-24
Publication date: 2021-03-16
Anticipated expiration: 2038-01-24
Also published as: EP3573921A1; EP3573921A4; US20200003607A1; US11215495B2; AU2018213206A1; WO2018140439A1; CA3051368A1; JP7044792B2; EP3573921B1; CA3051368C; JP2020508270A; CN110799447A; AU2018213206B2

Abstract

一种载荷传感系统，其测量升降缸压力和平台高度以估计平台载荷。所述系统用于防止过载并被设计为符合常规要求。所述系统提供使用简单、成本较低、基于压力的测量部件的基于力的方式的优点。

Description

基于压力的载荷传感系统

对相关申请的交叉引用

此申请要求2017年1月25日提交的美国临时专利申请No.62/450,274的权益，其全部内容在此通过引用并入本文。

关于联邦资助研究或开发的声明

无适用

技术领域

本发明涉及一种载荷传感系统，其测量升降缸压力和平台高度，以估计剪刀式升降机等中的平台载荷。所述系统用于防止过载，并被设计为符合常规要求。

背景技术

现有的使用力测量的载荷传感系统的校准是准确和容易的，但可能是昂贵且复杂的。使用压力测量的现有系统在寒冷温度下严重降低平台容量。此外，现有系统需要使用相当于车辆额定容量的检测重物进行半年一次的再校准。将这些检测重物运输到远程地点并通过桥式起重机处理所述重物通常是困难的。

现有的使用压力测量的载荷传感系统仅能够预测在升降运动过程中的平台载荷。这意味着，用户和车辆仅在动态情况中防止过载。另外，这些载荷传感系统典型地需要车辆在校准过程中升至最大高度；然而天花板高度可能是禁止的。更进一步地，在一些市场中用于工作地点的现有的驱动切断系统尝试使用极限开关探测升起运动；然而，需要在10cm的升降均值内切断驱动意味着，设备必须谨慎调节和安装到露天位置。

发明内容

所述实施例的系统提供使用简单、成本较低、基于压力的测量系统的基于力的方式的优点。所述系统能够在宽温度范围内提供准确平台载荷预测，并提供一种快速核实校准的方法，而无需测试重物。所述系统在车辆运动或停车时提供防止过载的保护。所述系统还能够在部分高度处校准，并且然后将其看作最大高度。所述系统使用来自载荷传感系统的压力测量值探测这种情况，而无需调节或额外的传感器。

所述实施例的系统针对竞争性装置具有以下优点：

1.成本小于使用力测量的载荷传感系统；

2.在宽温度范围内保持预测准确性；

3.提供易用的核实特征，以替代通过测试重物重新校准；

4.在静止和动态情况下防止用户和车辆过载；

5.允许在具有有限天花板高度的环境中进行校准；

6.提供对在无测试重物情况下的准确校准(现场)或者在有测试重物情况下的高准确度校准(工厂或维修站)的选择；

7.为安全检查者和维修技术人员直观显示平台载荷(LBS/KGS)。

在示例性实施例中，一种用于探测可升降平台上的过载状况的方法，包括以下步骤：(a)测量所述液压升降缸中的头端压力；(b)测量所述液压升降缸中的杆端压力；(c)测量升降臂角度；(d)通过所述升降臂角度确定平台高度；(e)基于来自所述头端压力感应器的所述输入、来自所述杆端压力感应器的所述输入和所述平台高度而确定平台载荷；和(f)当所述平台载荷超过预定载荷时指示所述过载状况。

步骤(a)可包括提供两个独立读数以实现冗余；且步骤(b)可包括提供两个独立读数实现冗余。所述方法还可以包括：在步骤(c)之后，核实步骤(c)中测量的所述升降臂角度的准确度。步骤(e)可包括：基于来自步骤(a)和(b)的所述输入而计算升降缸力；其中所述方法还可以包括：通过在所述平台空载的情况下的多个平台高度处记录所述升降缸力而实行校准序列。所述方法还可以包括：在通过在所述平台空载的情况下的所述多个平台高度处记录所述升降缸力而实行所述校准序列之后，实行核实程序，所述核实程序满足周期性维护检查要求。所述方法还可以包括：通过在所述平台上设置额定载荷的情况下的所述多个平台高度处记录所述升降缸力而实行第二校准序列。可在不将所述升降臂升高到最大高度位置的情况下实行所述校准序列。步骤(e)可包括：还基于平台上升或下降速度确定所述平台载荷。步骤(f)可包括：当所述平台载荷超过额定容量的110％持续预定时段时，指示所述过载状况。所述方法还可以包括：当在步骤(f)中指示所述过载状况时，防止平台上升。

在另一示例性实施例中，一种平台载荷传感系统探测可升降平台上的过载状况。所述平台使用包括头端和杆端的液压升降缸而在升降臂上升高和降低。所述平台载荷传感系统可以包括：位于所述头端的头端压力感应器，其被构造为测量所述液压升降缸中的头端压力；和位于所述杆端的杆端压力感应器，其被构造为测量所述液压升降缸中的杆端压力。主旋转角度传感器被构造为测量升降臂角度。控制电路与所述头端压力感应器、所述杆端压力感应器和所述主旋转角度传感器通信并从所述头端压力感应器、所述杆端压力感应器和所述主旋转角度传感器接收输入，被编程为基于所述升降臂角度而计算平台高度和基于来自所述头端压力感应器的所述输入、来自所述杆端压力感应器的所述输入和所述平台高度而计算平台载荷。所述控制电路被编程为当所述平台载荷超过预定载荷时指示所述过载状况。

所述系统可包括备份旋转角度传感器，其被构造为核实所述主旋转角度传感器的准确度。

附图说明

这些和其它方面和优点将参照附图详细描述，其中：

图1示出使用液压升降缸在升降臂上升高和降低的示例性可升降平台；

图2是所述实施例的平台载荷传感系统的示意性例示图；

图3和4分别是示出空载和加载平台校准力估计的示意性例示图。

具体实施方式

本发明的平台载荷传感系统将参照对剪刀式升降机10的示例性应用而描述，如图1中所示。然而，剪刀式升降机10是示例性的，并且平台载荷传感系统可以用于探测任意可升降平台上的过载状况。因此，本发明并非意味着局限于图1中所示的示例性剪刀式升降机。

如图1中所示，示例性剪刀式升降机10通常包括：轮式底盘12；被支撑在底盘12上的臂杆组14；和被支撑在臂杆组14上的平台16。通过利用液压升降缸18使臂杆组14中的臂移位而使平台16升高和降低。剪刀式升降机10和液压升降缸18的使用和操作是已知的，将不再更详细描述。

参见图2，液压缸18包括如同传统的头端20和杆端22。头端压力感应器24(标记为PT2)位于头端，被构造为测量液压升降缸18中的头端压力。杆端压力感应器26(标记为PT1)被构造为测量液压升降缸18中的杆端压力。主旋转角度传感器28(标记为AS1)被构造为测量平台被安装所取的升降臂角度(示例性剪刀式升降机10也显示在图2中)。控制电路30与头端压力感应器24、杆端压力感应器26和主旋转角度传感器28通信并从头端压力感应器24、杆端压力感应器26和主旋转角度传感器28接收输入。控制电路30被编程为：基于来自主旋转角度传感器28的升降臂角度而计算平台高度，并基于来自头端压力感应器24的输入、来自杆端压力感应器26的输入和平台高度而计算平台载荷。控制电路30被编程为当平台载荷超过预定载荷时指示过载状况(在下文更详细描述)。

在一些实施例中，头端压力感应器24和杆端压力感应器26中的每一个被构造为提供两个独立读数以实现冗余。所述系统还可包括备份旋转角度传感器32(标记为AS2)，其被构造为核实主旋转角度传感器28的准确度。备份旋转角度传感器32用于核实主旋转角度传感器28未失效。

控制电路30可被编程为基于来自头端压力感应器24和杆端压力感应器26的输入使用数学关系(包括缸杆/筒几何形状)计算升降缸力。不同于现有系统的是，由于所述实施例的基于压力的载荷传感系统利用头端压力和杆端压力，因而可以适应温度变化的影响。也就是说，例如在低温下，杆端润滑粘度变化可引起杆端压力增大。将杆端压力测量并入到升降缸力计算中使得载荷确定更准确。确定平台载荷也可基于平台升降速度(当平台在运动中时)。

控制电路30被编程为通过在平台空载情况下记录在多个平台高度处的升降缸力而实行校准序列。可选的校准序列也可利用加权载荷以记录附加力信息而实行，以由此进一步改进性能。一旦校准完成，则系统将基于升降缸力和平台高度而预测平台载荷，以确定是否存在过载状况。将提供在室内环境中通过有限天花板高度的校准(在下文中更详细描述)。这样，可在不将升降臂升高至其最大高度位置的情况下实行校准序列。控制电路30可进一步被编程为在通过在平台空载情况下记录在多个平台高度处的升降缸力而实行校准序列后实行核实序列。如果测量值在容差内与校准一致，则核实将通过。用户/客户可使用核实序列以满足周期性维护检查要求。

平台载荷传感系统被设计和构造为探测何时平台过载并且提供视觉和听觉警报，而同时还停止机器的进一步运动。对于系统校准，作为示例性前提条件，所希望的是，车辆以地面模式或平台模式操作。设定载荷必须对于待配置系统而设定到“停止平台”或“停止全部”。另外地，必须校准旋转角度传感器，并且必须完成对于载荷传感系统的校准序列。

在使用时，控制电路访问作为地面过载指示器(例如视觉的或听觉的)的数字输出源。当所述系统不被配置时，所述源停用。一旦配置，则设定过载标记为FALSE，并且在起动之后电路使地面过载指示器闪烁。该措施对于维修技术人员和用户提供暗示：由于没有在110％额定载荷的情况下(仅空台)执行校准，因而所述系统将在低于额度容量情况下停止。当所述系统被配置且过载信号为TRUE时，控制电路使包括听觉警报的地面过载指示器闪烁以指示平台过载。

控制电路30从头端压力感应器24接收模拟输入以使用数学公式测量升降缸筒压力。读数被过滤以减小系统噪声，并且已过滤和处理的读数用于载荷传感分析。在一些实施例中，控制电路30利用来自头端压力感应器24的第二独立信号以用于辅助过滤和处理读数。控制电路30对于来自杆端压力感应器26的一个或多个信号实行类似处理。然后，升降缸力可以使用产生的过滤值以及缸筒面积按照一系列数学公式而计算。

在一些实施例中，控制电路30将基于空台校准信息、平台高度和升降速度对空载平台估计升降缸力。这种估计包括来自臂杆组销、升降缸密封体、和滑块的摩擦。参见图3，控制电路30使用平台高度值在校准数据阵列内插值，以分别计算上升空载值和下降空载值。控制电路30基于上升速度值和下降速度值通过线性插值计算空载平台力估计值。实行类似过程以估计加载平台校准力。参见图4，系统将基于载台校准信息、平台高度和升降速度对平台中110％额定载荷估计升降缸力。这种估计包括当维修技术人员执行校准载荷110％过程时的系统摩擦。控制电路30使用平台高度值在上升加载数据阵列和下降数据加载阵列内插值。电路30基于上升速度和下降速度通过查询值的线性插值计算加载平台校准力估计值。

控制电路30估计当前平台重量为升降缸净力与校准信息的比率。该估计对静态或动态(升降)状况是有效的。特别地，控制电路30计算升降缸净力值与空载平台校准力估计值之差，并类似地计算加载平台校准力估计值与空载平台校准力估计值之差。第一个差值乘以校准重量值，并且然后除以第二个差值，以计算平台重量值。

在发生过载时，在一些实施例中，已估计的平台重量必须超过额定容量的110％长于“防抖”时段。在车辆静止或升降时可以探测过载。当平台重量值超过额定容量或最大容量值的110％而持续长于预设防抖时段的时段时，控制电路30将过载状态设定到TRUE。当平台重量值降至低于额定容量的110％而持续长于预设保持时段的时段时，电路30将过载状态设定到FALSE。

在平台模式中，当平台高度超过部分高度校准值时，控制电路30防止上升。当平台过载时，控制电路30防止运行、转向和上升。在一些实施例中，当平台过载且系统被设定到停止平台或停止全部时，一旦平台按照与地面模式相同的方式到达阈值高度时，则防止下降。可替代地，可以总是允许下降。

控制电路30可提供特征件而以周期性维护间隔核实校准。技术人员可使用与空载平台校准相同的基本过程，并且系统将比较测量值与现有校准值。如果系统是在部分高度处(例如具有有限天花板高度的室内)校准，则核实将受限于所述高度或更低高度。

控制电路30可连续地监控压力感应器读数以确保读数保持在预设测量范围内。当读数超出测量范围时，则控制电路30可被配置为保护硬件并假定平台过载。类似地，控制电路30可连续计算独立压力感应器读数之间的差值。当差值变得过大时，控制电路30假定平台过载。类似地，控制电路30可连续监控杆端压力感应器26并确保当车辆不动时压力为零。当车辆运行、转向、升降或者可使用人工下降时，允许压力不为零。

控制电路30可被配置为当任一以下情况发生时假定平台过载：

-升降缸筒压力低至超出范围

-升降缸筒缸压力高至超出范围

-升降缸筒压力差值过大(感应器比例因子问题)

-升降缸杆压力低至超出范围

-升降缸杆压力高至超出范围

-升降缸杆压力停滞(在无升降情况下非零)

-载荷传感系统未被校准

-载荷传感系统核实失败。

当任一以下情况发生时，车辆系统将保守反应和过度预测平台载荷：

-升降缸杆压力感应器比例因子过低

-升降缸杆压力停滞(在升降过程中为零)

在一些实施例中，控制电路30可当平台升降了少至10cm时防止运行。在一些市场中，安全检查者相信事故可能归咎于在平台提升(即使提升少量)情况下的运行，因而这种动作被禁止，并且在这些严苛的市场中不具有这种特征的车辆可能被当场拒绝。其它市场将这种特征视为极其严苛的，并在所述特征不能停用的情况下可能不使用车辆。为了管控这种现场情况，车辆可装配有隐藏式开关，使得这种特征在运输到工作地点时能够在不需要维修技术人员的情况下进行改变。当开关开启或未装配时所述特征停用，并且当开关关闭时所述特征启用。在这些配置中，车辆自载核实可实行以确保在所希望停止高度处独立于平台重量而以阈值管控所述特征。

当机器设定载荷为“停止平台”或“停止全部”时，校准－载荷0％清单可见。当车辆处于安全模式中时，清单可隐藏。在一些实施例中，清单可按下表中所示格式设定：

对于上升校准，一旦上升已进行，则当平台高度到达预定的模型特定平台高度时，控制电路计算升降缸力值。控制电路将净力值存储到数据阵列中以形成校准曲线。电路防止在到达最后数据点时上升，以避免在机械极限处的过度的液压压力。控制电路提示技术人员将平台降低至装载位置，以进行下降校准。如果在到达最后数据点之前上升结束，则控制电路将其余阵列项设定到未限定的值并允许进程继续。这是所希望的，因而车辆可在具有有限天花板高度的室内校准。对于下降校准实行类似的进程。一旦下降已进行，则当平台高度到达预定的模型特定平台高度值时，控制电路捕获升降缸净力值。控制电路将缸力值存储到数据阵列中以形成校准曲线。如果在收集最后数据点之前下降结束，则显示错误消息并维持先前的校准值。一旦校准完成，则控制电路可基于物理模型和车辆检测而评估针对极限收集的测量值。当校准满足所有准则时，评估通过。电路排除这两个阵列中的未限定值，以允许部分高度校准。

校准－载荷110％清单可按下表中所示格式设定：

上升和下降校准可使用与前文对于载荷0％处的校准所述的类似进程而建立。

控制电路30也可提供一种方式以通过在加载平台上升并且然后下降时收集数据而核实系统校准。数据应在典型容差内与载荷0％校准数据一致以接收肯定响应。为了处理部分高度校准，当平台到达校准系统的最大高度时，控制电路30可停止升降。核实清单可按下表中所示格式设定：

对于上升核实，一旦上升已进行，则当平台高度到达校准－载荷0％内的上升进程的预定的模型特定平台高度时，控制电路可捕获升降缸力值。控制电路可将升降缸力值存储到数据阵列中以形成校准曲线。控制电路防止在与加载数据阵列中的最后有效项对应的高度处的上升，以管控部分高度校准。然后，控制电路可提示技术人员将平台降低至装载位置，以进行下降核实。如果在到达最后数据点之前上升结束，则控制电路将其余阵列项设定到未限定的值并允许进程继续。这是所希望的，因而车辆可在具有有限天花板高度的室内核实。

对于下降核实，一旦下降已进行，则当平台高度值到达校准－载荷0％内的上升进程的预定的模型特定平台高度值时，控制电路可捕获升降缸力值。控制电路可将升降缸力值存储到数据阵列中以形成校准曲线。当最后数据点被收集时，控制电路可将上升核实数据阵列与上升加载数据阵列比较，并将下降核实数据阵列与下降加载数据阵列比较，其中，差值和容差可基于逐个要素根据预定数学公式计算。所述比较可排除这两个阵列中的未限定值以允许部分高度校准和核实。

所述系统同样可应用于利用双升降缸或多升降缸的可升降平台。

所述实施例的系统提供使用简单、成本较低、基于压力的测量系统的基于力的方式的优点。所述系统能够在宽温度范围内提供准确平台载荷预测。此外，所述系统提供一种快速核实校准的方法，而无需测试重物。更进一步地，所述系统在车辆运动或停车时提供防止过载保护，且所述系统能够在部分高度处校准。

虽然本发明已经结合当前被认为最实用和优选的实施例进行描述，但是应理解，本发明不限于所公开的实施例，而是相反地，本发明意在涵盖被包括在所附权利要求书的精神和范围内的各种修改和等同布置方式。

Claims

1.一种用于探测可升降平台上的过载状况的平台载荷传感系统，所述平台使用包括头端和杆端的液压升降缸在升降臂上升高和降低，所述平台载荷传感系统包括：

位于所述头端处的头端压力感应器，所述头端压力感应器被构造为测量所述液压升降缸中的头端压力；

位于所述杆端处的杆端压力感应器，所述杆端压力感应器被构造为测量所述液压升降缸中的杆端压力；

主旋转角度传感器，其被构造为测量升降臂角度；和

控制电路，其与所述头端压力感应器、所述杆端压力感应器和所述主旋转角度传感器通信并从所述头端压力感应器、所述杆端压力感应器和所述主旋转角度传感器接收输入，其中，所述控制电路被编程为基于所述升降臂角度而计算平台高度和基于来自所述头端压力感应器的所述输入、来自所述杆端压力感应器的所述输入和所述平台高度而计算平台载荷；

其中所述控制电路被编程为当所述平台载荷超过预定载荷时指示所述过载状况，

其中所述控制电路被编程为基于来自所述头端压力感应器和所述杆端压力感应器的所述输入而计算第一升降缸力，

其中所述控制电路被编程为通过在所述平台空载的情况下的多个平台高度处记录所述第一升降缸力而进行校准序列，和

其中，所述控制电路被编程为在通过在所述平台空载的情况下的所述多个平台高度处记录第二升降缸力而实行所述校准序列之后，实行核实序列，所述控制电路还被编程为如果记录的第二升降缸力在容差内与在所述校准序列期间记录的所述第一升降缸力一致，则通过所述核实序列。

2.根据权利要求1所述的平台载荷传感系统，其中，所述头端压力感应器被构造为提供两个独立读数以实现冗余；并且其中，所述杆端压力感应器被构造为提供两个独立读数以实现冗余。

3.根据权利要求2所述的平台载荷传感系统，还包括备份旋转角度传感器，其被构造为核实所述主旋转角度传感器的准确度。

4.根据权利要求1所述的平台载荷传感系统，其中，所述控制电路还被编程为通过在所述平台上设置额定载荷的情况下的所述多个平台高度处记录载荷升降缸力而实行第二校准序列。

5.一种用于探测可升降平台上的过载状况的方法，所述平台使用包括头端和杆端的液压升降缸在升降臂上升高和降低，所述方法包括：

(a)测量所述液压升降缸中的头端压力；

(b)测量所述液压升降缸中的杆端压力；

(c)测量升降臂角度；

(d)通过所述升降臂角度确定平台高度；

(e)基于来自用于步骤(a)中测量的所述头端压力的头端压力感应器的输入、来自用于步骤(b)中测量的所述杆端压力的杆端压力感应器的输入和所述平台高度而确定平台载荷；和

(f)当所述平台载荷超过预定载荷时指示所述过载状况，其中，步骤(e)包括基于来自步骤(a)和(b)的所述输入而计算升降缸力；所述方法还包括通过在所述平台空载的情况下的多个平台高度处记录所述升降缸力而实行校准序列，

在通过在所述平台空载的情况下的所述多个平台高度处记录所述升降缸力而实行所述校准序列之后，实行核实序列，所述核实序列满足周期性维护检查要求，其中，在不将所述升降臂升高到最大高度位置的情况下实行所述校准序列，并且其中所述核实序列限于在所述校准序列中实现的所述升降臂的高度。

6.根据权利要求5所述的方法，其中步骤(a)包括提供两个独立读数以实现冗余；其中，步骤(b)包括提供两个独立读数以实现冗余。

7.根据权利要求6所述的方法，还包括：在步骤(c)之后，核实步骤(c)中测量的所述升降臂角度的准确度。

8.根据权利要求5所述的方法，还包括：通过在所述平台上设置额定载荷的情况下的所述多个平台高度处记录所述升降缸力而实行第二校准序列。

9.根据权利要求5所述的方法，其中，步骤(e)包括还基于平台上升或下降速度确定所述平台载荷。

10.根据权利要求5所述的方法，其中，步骤(f)包括当所述平台载荷超过额定容量的110％持续预定时段时，指示所述过载状况。

11.根据权利要求5所述的方法，还包括防止平台当在步骤(f)中指示所述过载状况时上升。

12.一种用于探测可升降平台上的过载状况的平台载荷传感系统，所述平台使用包括头端和杆端的液压升降缸在升降臂上升高和降低，所述平台载荷传感系统包括：

主旋转角度传感器，其被构造为测量升降臂角度；和

其中所述控制电路被编程为估计平台重量为升降缸净力和包括空载平台校准力估计值和加载平台校准力估计值的校准信息的比率，由此确定在静态升降状况和动态升降状况两者中的所述过载状况。

13.根据权利要求12所述的平台载荷传感系统，其中所述控制电路被编程为通过计算所述升降缸净力和所述空载平台校准力估计值的第一差值，并且通过计算所述加载平台校准力估计值和所述空载平台校准力估计值的第二差值，并且通过所述第一差值乘以校准重量值并且然后除以所述第二差值而估计所述平台重量。