CN113267246B

CN113267246B - 一种动态称重装载机及称重方法

Info

Publication number: CN113267246B
Application number: CN202110671313.XA
Authority: CN
Inventors: 张云忠; 陆海峰
Original assignee: Top Gear Powertrain Technology Co ltd
Current assignee: Tebaijia Power Technology Co ltd
Priority date: 2021-06-17
Filing date: 2021-06-17
Publication date: 2022-07-05
Anticipated expiration: 2041-06-17
Also published as: CN113267246A

Abstract

本发明公开了一种动态称重装载机及称重方法，该装载机包括：控制器分别与压力传感器和角度传感器连接，控制器根据所述压力传感器和所述角度传感器测量的动臂推力和动臂角度，计算所述装载机举升未知质量物体的质量。该称重方法包括：获取举升未知质量物体时动臂的举升数据；利用最小二乘法，获得在举升未知质量物体时的拟合系数；根据所述拟合系数以及由举升已知质量物体时获得的标定数据，计算所述未知质量物体的质量。本发明使用最小二乘法拟合数据，使得到的标定数据稳定可靠，同时可以减少标定数据存储空间；使用最小二乘法的相关系数，评估举升结果的可靠程度，可有效防止人为记录不可靠的数据，减小了装车超重的风险。

Description

一种动态称重装载机及称重方法

技术领域

本发明涉及装载机技术领域，特别涉及一种动态称重装载机及称重方法。

背景技术

目前装载机上使用的称重系统，大部分采用位置开关确定称重位置，实现了在固定位置的自动称量，但是装载机运行工况复杂，运行过程中推力数据会有明显的抖动。虽然能使用平均值滤波去除噪声的影响，但是无法去除重载下动臂抖动引起数据波动的影响，而且无法评估本次称重所得结果的置信度。

发明内容

为了解决上述技术问题中的至少一个，本公开提供了一种动态称重装载机及称重方法。

第一方面，本发明公开了一种装载机称重方法，所述方法包括：

获取举升未知质量物体时动臂的举升数据，所述举升数据包括：动臂推力、动臂角度和举升时间；

利用最小二乘法对举升所述未知质量物体时所述动臂推力与所述动臂角度之间以及所述动臂角度与所述举升时间之间的关系进行拟合，获得在举升所述未知质量物体时的拟合系数；

根据所述拟合系数以及由举升已知质量物体时获得的标定数据，计算所述未知质量物体的质量。

可选地，所述标定数据包括：所述第一拟合系数、所述第二拟合系数、所述第三拟合系数和所述第四拟合系数，其中，

获取怠速举升第一质量物体时动臂的第一举升数据，所述第一举升数据包括：第一动臂推力、第一动臂角度和第一举升时间；

利用最小二乘法对怠速举升所述第一质量物体时所述第一动臂推力与所述第一动臂角度之间以及所述第一动臂角度与所述第一举升时间之间的关系进行拟合，获得在怠速举升所述第一质量物体时的第一拟合系数；

获取全速举升第一质量物体时动臂的第二举升数据，所述第二举升数据包括：第二动臂推力、第二动臂角度和第二举升时间；

利用最小二乘法对全速举升所述第一质量物体时所述第二动臂推力与所述第二动臂角度之间以及所述第二动臂角度与所述第二举升时间之间的关系进行拟合，获得在全速举升所述第一质量物体时的第二拟合系数；

获取怠速举升第二质量物体时动臂的第三举升数据，所述第三举升数据包括：第三动臂推力、第三动臂角度和第三举升时间；

利用最小二乘法对怠速举升所述第二质量物体时所述第三动臂推力与所述第三动臂角度之间以及所述第三动臂角度与所述第三举升时间之间的关系进行拟合，获得在怠速举升所述第二质量物体时的第三拟合系数；

获取全速举升第二质量物体时动臂的第四举升数据，所述第四举升数据包括：第四动臂推力、第四动臂角度和第四举升时间；

利用最小二乘法对全速举升所述第二质量物体时所述第四动臂推力与所述第四动臂角度之间以及所述第四动臂角度与所述第四举升时间之间的关系进行拟合，获得在全速举升所述第二质量物体时的第四拟合系数。

可选地，根据所述拟合系数以及由举升已知质量物体时获得的标定数据，计算所述未知质量物体的质量，包括：

根据所述拟合系数、第一拟合系数、所述第二拟合系数、所述第三拟合系数和所述第四拟合系数，获得所述第一质量物体在举升所述未知质量物体的速度下第一标定推力与第一标定角度的第一关系式，以及所述第二质量物体在举升所述未知质量物体的速度下第二标定推力与第二标定角度的第二关系式；

根据所述第一质量物体、所述第二质量物体、所述第一关系式和所述第二关系式计算所述未知质量物体的质量。

可选地，根据所述第一质量物体、所述第二质量物体、所述第一关系式和所述第二关系式计算所述未知质量物体的质量，包括：

根据所述第一质量物体、所述第二质量物体、所述第一关系和所述第二关系，通过计算公式获得所述未知质量物体的质量，所述计算公式包括：

其中，θ为动臂角度，M(θ)为动臂角度为θ时所述未知质量物体的质量，M₀为所述第一质量物体，M₁为所述第二质量物体，F(θ)为由所述拟合系数确定的所述动臂推力与所述动臂角度的关系，F₀(θ)为所述第一关系式，F₁(θ)为所述第二关系式，k₀为所述动臂推力与所述动臂角度拟合为线性关系的斜率。

第二方面，本发明公开了一种动态称重装载机，该装载机包括：控制器、以及用于测量动臂推力的压力传感器和用于测量动臂倾角的角度传感器，所述控制器分别与所述压力传感器和所述角度传感器连接，所述控制器根据所述压力传感器和所述角度传感器测量的动臂推力和动臂角度，计算所述装载机举升未知质量物体的质量。

可选地，所述用于测量动臂推力的压力传感器包括用于测量动臂大腔工作压力的第一压力传感器和用于测量动臂小腔工作压力的第二压力传感器。

可选地，所述用于测量动臂倾角的角度传感器包括用于测量动臂与水平面间倾角的角度传感器。

可选地，该装载机还包括：与所述控制器连接的显示屏，所述显示屏用于显示动臂推力、动臂角度以及举升质量。

可选地，所述显示屏安装于所述装载机的驾驶室内。

可选地，该装载机还包括：与所述控制器连接的打印机，所述打印机用于打印所述控制器的计算结果。

与现有技术相比，本发明至少存在以下有益效果：

本发明使用最小二乘法拟合数据，使得到的标定数据稳定可靠，同时可以减少标定数据存储空间；使用最小二乘法的相关系数，评估举升结果的可靠程度，可有效防止人为记录不可靠的数据，减小了装车超重的风险。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种由举升已知质量物体获得标定数据的方法流程示意图；

图2是本发明实施例提供的一种装载机称重方法流程示意图；

图3是本发明实施例提供的一种动态称重装载机的结构框图；

图4是本发明实施例提供的一种动态称重装载机的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供的一种由举升已知质量物体获得标定数据的方法，包括以下步骤：

所述标定数据包括：所述第一拟合系数、所述第二拟合系数、所述第三拟合系数和所述第四拟合系数。

具体地，在本发明一个实施例中，首先使用轻载(铲斗内质量M₀)怠速举升装载机动臂，在[-5°，5°]动臂角度范围内，使用最小二乘法拟合动臂推力与动臂角度之间的关系(F＝k₀₀*θ+b₀₀)、动臂角度与时间之间的关系(θ＝ω₀₀*t+θ₀₀)，得到拟合系数k₀₀、b₀₀、ω₀₀、r₀₀(动臂推力与动臂角度的相关系数)，可重复此操作若干次，直到相关r₀₀较接近1；

然后使用轻载(铲斗内质量M₀)全速举升装载机动臂，在[-5°，5°]动臂角度范围内，使用最小二乘法拟合动臂推力与动臂角度之间的关系(F＝k₀₁*θ+b₀₁)、动臂角度与时间之间的关系(θ＝ω₀₁*t+θ₀₀)，得到拟合系数k₀₁、b₀₁、ω₀₁、r₀₁(动臂推力与动臂角度的相关系数)，可重复此操作若干次，直到相关r₀₁较接近1；

之后使用重载(铲斗内质量M₁)怠速举升装载机动臂，在[-5°，5°]动臂角度范围内，使用最小二乘法拟合动臂推力与动臂角度之间的关系(F＝k₁₀*θ+b₁₀)、动臂角度与时间之间的关系(θ＝ω₁₀*t+θ₀₀)，得到拟合系数k₁₀、b₁₀、ω₁₀、r₁₀(动臂推力与动臂角度的相关系数)，可重复此操作若干次，直到相关r₁₀较接近1；

最后使用重载(铲斗内质量M₁)全速举升装载机动臂，在[-5°，5°]动臂角度范围内，使用最小二乘法拟合动臂推力与动臂角度之间的关系(F＝k₁₁*θ+b₁₁)、动臂角度与时间之间的关系(θ＝ω₁₁*t+θ₀₀)，得到拟合系数k₁₁、b₁₁、ω₁₁、r₁₁(动臂推力与动臂角度的相关系数)，可重复此操作若干次，直到相关r₁₁较接近1。

值得说明的是，k₀₀、b₀₀、ω₀₀、r₀₀、k₀₁、b₀₁、ω₀₁、r₀₁、k₁₀、b₁₀、ω₁₀、r₁₀、k₁₁、b₁₁、ω₁₁和r₁₁均为标定数据。重载和轻载表示两个不同质量的物体，如重载为装载机最大铲装质量的80％～100％，轻载为装载机最大铲装质量的0％-20％。怠速和全速表示在其他条件相同下两个不同的油门踩踏量。怠速为装载机油门踩下10％～20％，全速为油门踩下80％～100％。油门大小影响举升速度，影响动臂推力与动臂角度的关系曲线，所以采集不同举升速度下的数据进行标定。以动臂与水平面之间的倾角定义为动臂角度。为了确保称重结果的可信，以及动臂推力与动臂角度之间关系曲线的线性良好，对动臂角度进行限定，只要动臂角度处于铲装作业从铲料结束到卸料开始的角度范围内均可，如在该实施例中限定[-5°，5°]的动臂角度，将该角度范围内的数据作为标定和测量的有效数据。

如图2所示，在上述实施例提供的由举升已知质量物体获得标定数据的方法的基础上，本发明实施例提供了一种装载机称重方法，所述方法包括：

具体地，在本发明一个实施例中，装载机装卸未知质量物料时，在[-5°，5°]动臂角度范围内，使用最小二乘法拟合动臂推力与动臂角度之间的关系(F(θ)＝kθ+b)、动臂角度与时间之间的关系(θ＝ω*t+θ₀₀)，得到拟合系数k、b、ω、r(动臂推力与动臂角度的相关系数)；

使用公式

求出轻载在速度ω下的F与θ关系曲线F₀(θ)＝k₀*θ+b₀；

使用公式

求出重载在速度ω下的F与θ关系曲线F₁(θ)＝k₁*θ+b₁；

在[-5°，5°]内取若干个不同的θ值，使用公式

M₀)+M₀，得出若干个M之后求均值M_avg，即为未知质量物体的质量。参数r用于评估当前称重结果可信度(r越接近于1结果越可信，r低于0.75代表结果基本不可信)。

如图3-4所示，本发明实施例提供了一种动态称重装载机，该装载机包括：控制器、与控制器连接的显示屏和打印机、以及用于测量动臂推力的压力传感器和用于测量动臂倾角的角度传感器，所述控制器分别与所述压力传感器和所述角度传感器连接，所述控制器根据所述压力传感器和所述角度传感器测量的动臂推力和动臂角度，计算所述装载机举升未知质量物体的质量；显示屏安装于所述装载机的驾驶室内，用于显示动臂推力、动臂角度以及举升质量；所述打印机用于打印所述控制器的计算结果。所述控制器计算未知质量物体质量的方法可以是本发明提供的称重方法。

在本发明一个实施例中，所述用于测量动臂推力的压力传感器包括用于测量动臂大腔工作压力的第一压力传感器和用于测量动臂小腔工作压力的第二压力传感器。所述用于测量动臂倾角的角度传感器包括用于测量动臂与水平面间倾角的角度传感器。

本发明的装载机通过设置压力传感器和角度传感器，用最小二乘法拟合动臂推力与动臂角度的关系，不仅能减少误差，而且能够直接使用最小二乘法的相关系数，评估本次称重所得结果的置信度，可有效防止人为记录不可靠的数据，减小了装车超重的风险。

应当理解，这里描述的各种技术可结合硬件或软件，或者它们的组合一起实现。从而，本发明的方法和设备，或者本发明的方法和设备的某些方面或部分可采取嵌入有形媒介，例如软盘、CD-ROM、硬盘驱动器或者其它任意机器可读的存储介质中的程序代码(即指令)的形式，其中当程序被载入诸如计算机之类的机器，并被该机器执行时，该机器变成实践本发明的设备。

在程序代码在可编程计算机上执行的情况下，计算设备一般包括处理器、处理器可读的存储介质(包括易失性和非易失性存储器和/或存储元件)，至少一个输入装置，和至少一个输出装置。其中，存储器被配置用于存储程序代码；处理器被配置用于根据该存储器中存储的该程序代码中的指令，执行本发明的各种方法。

以示例而非限制的方式，计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质。计算机存储介质存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据等信息。通信介质一般以诸如载波或其它传输机制等已调制数据信号来体现计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据，并且包括任何信息传递介质。以上的任一种的组合也包括在计算机可读介质的范围之内。

应当理解，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该发明的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面发明的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域那些技术人员应当理解在本文所发明的示例中的设备的模块或单元或组件可以布置在如该实施例中所描述的设备中，或者可替换地可以定位在与该示例中的设备不同的一个或多个设备中。前述示例中的模块可以组合为一个模块或者此外可以分成多个子模块。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中发明的所有特征以及如此发明的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中发明的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

此外，所述实施例中的一些在此被描述成可以由计算机系统的处理器或者由执行所述功能的其它装置实施的方法或方法元素的组合。因此，具有用于实施所述方法或方法元素的必要指令的处理器形成用于实施该方法或方法元素的装置。此外，装置实施例的在此所述的元素是如下装置的例子：该装置用于实施由为了实施该发明的目的的元素所执行的功能。

如在此所使用的那样，除非另行规定，使用序数词“第一”、“第二”、“第三”等等来描述普通对象仅仅表示涉及类似对象的不同实例，并且并不意图暗示这样被描述的对象必须具有时间上、空间上、排序方面或者以任意其它方式的给定顺序。

尽管根据有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本发明的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围，对本发明所做的发明是说明性的，而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求书限定。

Claims

1.一种装载机称重方法，其特征在于，所述方法包括：

根据所述拟合系数以及由举升已知质量物体时获得的标定数据，计算所述未知质量物体的质量；

所述标定数据包括：第一拟合系数、第二拟合系数、第三拟合系数和第四拟合系数，其中，

利用最小二乘法对全速举升所述第二质量物体时所述第四动臂推力与所述第四动臂角度之间以及所述第四动臂角度与所述第四举升时间之间的关系进行拟合，获得在全速举升所述第二质量物体时的第四拟合系数；

2.根据权利要求1所述装载机称重方法，其特征在于，根据所述第一质量物体、所述第二质量物体、所述第一关系式和所述第二关系式计算所述未知质量物体的质量，包括：

3.一种动态称重装载机，其特征在于，该装载机包括：控制器、以及用于测量动臂推力的压力传感器和用于测量动臂倾角的角度传感器，所述控制器分别与所述压力传感器和所述角度传感器连接，所述控制器根据所述压力传感器和所述角度传感器测量的动臂推力和动臂角度，计算所述装载机举升未知质量物体的质量。

4.根据权利要求3所述动态称重装载机，其特征在于，所述用于测量动臂推力的压力传感器包括用于测量动臂大腔工作压力的第一压力传感器和用于测量动臂小腔工作压力的第二压力传感器。

5.根据权利要求3所述动态称重装载机，其特征在于，所述用于测量动臂倾角的角度传感器包括用于测量动臂与水平面间倾角的角度传感器。

6.根据权利要求3所述动态称重装载机，其特征在于，该装载机还包括：与所述控制器连接的显示屏，所述显示屏用于显示动臂推力、动臂角度以及举升质量。

7.根据权利要求6所述动态称重装载机，其特征在于，所述显示屏安装于所述装载机的驾驶室内。

8.根据权利要求3所述动态称重装载机，其特征在于，该装载机还包括：与所述控制器连接的打印机，所述打印机用于打印所述控制器的计算结果。