CN115003889B - 辅助作业机械操作员的控制系统、方法和计算机程序产品 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种用于对作业机械的操作员进行辅助的控制系统(150)，该作业机械包括铲斗，该铲斗被布置成接收待卸载到物料接收容器的物料。该控制系统包括被布置成与操作员界面(202)通信的处理电路(201)。该处理电路适于：估算物料接收容器的期望有效负载与已经使用铲斗卸载到物料接收容器的多铲斗物料的累积重量之间的差值；确定该差值是否对应于满载铲斗的估算重量或对应于半载铲斗的估算重量；以及，基于该确定，使用操作员界面来指示作业机械的操作员将满载铲斗或半载铲斗卸载到物料接收容器。本公开还涉及一种用于操作该控制系统的方法和一种计算机产品。

Description

辅助作业机械操作员的控制系统、方法和计算机程序产品

技术领域

本公开涉及一种用于对作业机械的操作员进行辅助的控制系统，该作业机械包括铲斗，该铲斗被布置成接收待卸载到物料接收容器的物料。本公开还涉及一种用于操作该控制系统的方法和一种计算机程序产品。

背景技术

包括铲斗的作业机械通常用于将材料装载到物料接收容器(例如自卸卡车或拖运车)。轮式装载机或挖掘机可以使用铲斗从材料料堆拾取材料，将其从料堆中运输到卸料或卸载位置，其中，铲斗物料(bucket load)被卸载到物料接收容器的物料接收装置中。在拖运车辆或铰接式拖运车上，物料接收装置可以是自卸车身或自卸车箱。在物料接收容器的装载期间，使用多铲斗物料(bucket loads)以将物料接收装置填充到期望的水平或期望的有效负载。

然而，物料接收容器通常在物料接收装置中具有该接收容器在公路或非公路运输期间所能承载的额定最大负载承载能力或负载重量。该额定最大负载可以基于机械设计参数，并且，使物料接收容器过载可能在某些情况下会导致物料接收容器的故障。这种故障例如可以包括底盘、物料接收装置本身或物料接收装置的传动系的结构问题。此外，过载还可能导致车辆部件过度磨损和维修成本增加和/或使用寿命缩短。例如，使物料接收容器过载可能会导致轮胎磨损的显著增加，从而需要过早安装新轮胎，成本很高。因此，过载通常是不希望的。

除了使物料接收容器过载之外，使物料接收容器欠载，或者装载物料接收容器以拖运低于物料接收容器的额定有效负载能力的重量，也是不希望的，因为降低了生产率。在物料接收容器中移动预定量的材料需要更多的行程，从而增加了所需的时间以及包括燃料成本、服务成本和劳动力成本在内的运营成本。因此，希望物料接收容器既不过载也不欠载。

US20070135985中公开了针对不过载问题提出的一种解决方案，其提出了一种使用装载机将材料装载在卡车的车箱上的方法，该方法包括确定作业机械最后一次通过(final pass)的目标负载的步骤。在所述最后一次通过期间，材料被从料堆装载到装载机的铲斗中，超过目标负载。之后，多余的材料以受控方式从装载机的铲斗倾倒回料堆，以便达到铲斗中的材料的目标负载。随后，装载机从料堆移动到卡车，并将铲斗的物料卸载到卡车的车箱上。将铲斗的一部分内容物倾倒回料堆的步骤是使用控制铲斗倾斜度(pitch)的控制装置控制的。

然而，这种解决方案涉及操作员执行的附加步骤，从而增加了用预定重量填充物料接收容器所需的时间。考虑到上述情况，可能希望在用于对作业机械的操作员进行辅助的控制系统中提供对现有技术的进一步改进，其以降低物料接收容器的过载和欠载风险的方式减少装载物料接收容器所需的时间。

发明内容

根据本公开的一个方面，上述问题至少部分地通过用于对作业机械的操作员进行辅助的控制系统得到缓解，该作业机械包括铲斗，该铲斗被布置成接收待卸载到物料接收容器的物料，该控制系统包括被布置成与操作员界面通信的处理电路，其中，该处理电路适于：估算物料接收容器的期望有效负载与已经使用铲斗卸载到物料接收容器的多铲斗物料的累积重量之间的差值；确定该差值是否对应于满载铲斗的估算重量或对应于半载铲斗的估算重量；以及，基于该确定，使用操作员界面来指示作业机械的操作员将满载铲斗或半载铲斗的物料卸载到物料接收容器。

本公开的总体思想是利用物料接收容器的期望有效负载和已经装载到物料接收容器的材料的重量来确定下一铲斗物料是否是最后一铲斗物料。如果下一铲斗物料是最后一铲斗物料，则向操作员给出可理解形式(例如可视或可听的)的指示。该指示包括指令，该指令具有关于最后一铲斗物料应当包含满载铲斗或半载铲斗的信息。通过将该信息提供给包括用于对物料接收容器进行装载的铲斗的作业机械的操作员，允许物料接收容器的最终负载接近物料接收容器的期望有效负载，而无需如现有技术中所公开的复杂的控制装置。因此，总体目的是以对操作员来说简单且直观的方式尽可能时间高效地达到接近物料接收容器的期望有效负载。该总体思想比现有技术更有利，因为需要很少的操作员培训或不需要操作员培训。

该作业机械可以是轮式装载机或挖掘机，其包括用于将材料从料堆移动到物料接收容器的铲斗，并且该控制系统可以布置在作业机械上，或者该控制系统可以布置在作业机械之外。此外，该控制系统可以布置在物料接收容器上或者可以布置在装载站。

在一个实施例中，所述处理电路可以是电子控制单元(ECU)，其通常被提供为作业机械的车载部件。ECU可以设有来自物料接收容器的传感器输入，该传感器输入用于测量被装载到物料接收容器的材料的总负载量。ECU还可以设有数据输入，该数据输入用于测量被卸载到物料接收容器的每一铲斗的物料。此外，ECU可以包括用于与附加传感器以及与作业机械、操作员界面和/或工地的中央控制服务器通信的装置。如果该作业机械是使用远程控制站远程控制的，则ECU可以与远程控制站通信。如果该作业机械是自主控制的，则ECU可以与自主控制系统通信。

期望有效负载可以从物料接收容器被传送到控制系统。该期望有效负载可以是基于该接收容器所能装载到的额定最大负载的固定数值。该期望有效负载也可以是低于物料接收容器所能装载到的额定最大负载的值。该期望有效负载可以是包括下限值和上限值的一个范围。

在对物料接收容器的装载期间，该控制系统可以估算物料接收容器的期望有效负载与已经使用作业机械的铲斗卸载到物料接收容器的多铲斗材料物料的累积重量之间的差值。对于每一次提供给物料接收容器的物料，该控制系统可以将铲斗中的材料的重量添加到累积重量值。该累积重量值可以包括被卸载到物料接收容器的多铲斗物料的累积重量。可以将该累积重量值与期望有效负载重量进行比较，以确定差值。然后，该差值可以基于从所述期望有效负载重量中减去该累积重量值，或者可以基于将该累积重量值除以所述期望有效负载重量。

基于估算物料接收容器的期望有效负载与已经使用铲斗卸载到物料接收容器的多铲斗物料的累积重量之间的差值，该控制系统可以确定该差值是否对应于满载铲斗的估算重量或对应于半载铲斗的估算重量。半载铲斗的估算重量可以取决于铲斗的几何形状。例如，在一些实施例中，铲斗的壁可能从铲斗的开口到铲斗的底部逐渐变窄。因此，视觉上半载的铲斗不一定包含具有视觉上满载的铲斗的一半重量的材料。半载铲斗的估算重量可能是满载铲斗的重量的一半重量。半载铲斗的估算重量可能比满载铲斗的重量的一半多或者少。例如，半载铲斗的重量可以是在满载铲斗的重量的0.2至0.7倍的范围内的铲斗形状相关因数。该铲斗形状相关因数可以基于铲斗的几何形状和体积，并且可以是由铲斗和/或作业机械的制造商设定并提供给控制系统的作业机械预定值。

基于该确定，如果该差值对应于满载铲斗的估算重量或对应于半载铲斗的估算重量，则控制系统可以基于该确定，使用操作员界面来指示作业机械的操作员将满载铲斗或半载铲斗的物料卸载到物料接收容器。给操作员的指令例如可以是可视或可听指示的形式，或者替代地，可以是其组合。也可以想到指示操作员的其它形式。如果该作业机械是自主作业机械，则指令可以是例如从该控制系统发送到自主控制系统的机器可读指令和/或控制信号的形式。因此，应当理解，表述“操作员”应当被广义地解释，且因此可以包括该操作员是自主操作员(与人类相比)的实施方式。

在手动操作式作业机械的情况下，操作员界面可以布置在作业机械的驾驶室内，并且它可以是显示器、控制灯，或形成一组控制灯的一部分。该界面也可以布置在车辆外部并且可以向周围的作业机械给出该作业机械正在将最后一铲斗物料添加到物料接收容器的指示。这样，该指令可以向具有物料接收容器的其它作业机械给出“当前正在装载的作业机械和物料接收容器的装载几乎完成并且随后的作业机械的装载可能很快开始”的指示。

在一个实施例中，所述处理电路仅在已经卸载到物料接收容器的多铲斗物料的累积重量超过预定阈值时才确定该差值。通过仅确定物料接收容器的期望有效负载与已经使用作业机械铲斗卸载到物料接收容器的多铲斗物料的累积重量之间的差值(是否对应于满载铲斗的估算重量或对应于半载铲斗的估算重量)是否高于预定阈值，可以降低处理电路上的处理负载。例如，在卸载多铲斗物料中的第一铲斗物料之后就进行上述比较对于处理电路来说可能是不必要的处理。

该预定阈值可以是在所述控制系统运行之前被预编程到所述控制系统的处理电路中的预定值。该预定值还可以是包括下限值和上限值的值的范围。例如，下限值可以是50％，而上限值可以是80％。在其它实施例中，该预定阈值可以在开始使用作业机械对物料接收容器进行装载之前由所述处理电路确定。在其它实施例中，该预定阈值可以是动态值，其可以在物料接收容器的装载期间改变。在其它实施例中，该预定阈值可以由作业机械操作员设定，并且该阈值可以取决于作业机械操作员的熟练程度或技能而增加或减少。例如，当作业机械操作员是没有经验的操作员时，可以设定较低的预定阈值，而当作业机械操作员是有经验的操作员时，可以设定较高的预定阈值。

在一个实施例中，该预定差值至少大于物料接收容器的期望有效负载的80％。因此，该差值可以至少是80％或更高，以便执行确定该差值是否对应于满载铲斗的估算重量或对应于半载铲斗的估算重量的步骤。该预定差值也可以是至少大于50％、至少大于60％、至少大于70％。该预定差值可以取决于物料的类型。该预定差值可以取决于被装载到物料接收容器的材料的密度。在一个示例中，如果所装载的材料具有高密度，则该预定差值可以小于80％。这可以进一步降低使物料接收容器过载的风险。

在进一步的实施例中，所述处理电路还可以适于：确定该差值是否对应于四分之一装载的铲斗的估算重量或对应于四分之三装载的铲斗的估算重量，并且，基于该确定，使用操作员界面来指示作业机械的操作员将四分之一装载的铲斗或四分之三装载的铲斗的物料卸载到物料接收容器。为了进一步降低使物料接收容器过载或欠载的风险，所述控制系统可以确定该差值是否对应于四分之一装载的铲斗的重量或四分之三装载的铲斗的重量，并且向操作员指示最后一铲斗是四分之一装载的铲斗或四分之三装载的铲斗。所述控制系统可能不一定限于仅确定并指示操作员将满载铲斗或半载铲斗的物料装载到物料接收容器，而是还可以适于确定并指示操作员装载四分之一装载的铲斗或四分之三装载的铲斗。

在一个实施例中，所述处理电路还可以适于：接收当前在铲斗内的物料重量的指示，并且接收当前在物料接收容器处已接收的物料重量的指示。可以使用根据现有技术的铲斗负载传感器装置来测量当前在铲斗内的物料重量。可以使用物料接收容器的传感器来测量当前在物料接收容器处已接收的物料重量。当前在铲斗内的物料的实测重量和当前在物料接收容器中的物料的实测重量可以被传送到处理电路。

优选地，所述控制系统包括操作员界面。例如，该操作员界面和控制系统可以为移动计算单元、平板电脑或移动智能手机的形式。所述控制系统可以是可改装到作业机械上的成套零件的形式。所述成套零件可以为移动计算单元的形式，其包括处理电路、用于接收物料接收容器的所述期望有效负载、已经装载到物料接收容器的多铲斗物料的累积重量、装载到铲斗中的材料重量的通信装置、以及操作员界面。

在一个实施例中，该操作员界面适于向操作员提供基于视觉、声学和触觉中的至少一种的指示。如前面所公开的，该操作员界面可以是显示器，例如计算机监视器。该显示器可以为作业机械的仪表板显示器的形式，或者可以是安装在作业机械的驾驶室中的适于向操作员提供视觉指示的单独显示器。该界面也可以是一个指示灯或一组指示灯。所述指示灯可以形成作业机械的操作员仪表板组的一部分，或者可以布置在单独的壳体中并安装在驾驶室的内部或外部。该一组灯可以包括表明物料接收容器的装载应当开始和/或继续的第一灯、表明当前铲斗物料是最后一铲斗物料和/或下一铲斗应当是满载铲斗或半载铲斗的灯。这些灯可以有不同的颜色。例如，这些颜色可以是绿色、黄色和/或红色。

替代地，可以仅使用单个灯来为操作员提供指示。在这样的示例中，这一个灯可能能够改变光的颜色或以预定模式间歇地发光，例如具有不同节奏和/或模式的脉动。操作员界面也可以是向操作员提供声学指示的扬声器的形式。可听指示可以为不同声音或具有不同节奏和/或模式的声音的形式。可听指令也可以是预先录制的语言语音命令的形式。

操作员界面还可以适于向操作员提供基于触觉的指示，例如使控制杆或操纵杆、扶手、座椅或与操作员物理接触的任何其它物体振动的装置。例如，给操作员的基于触觉的指示可能涉及调节被提供给铲斗液压提升缸的液压压力，以便在作业机械和/或铲斗提升控制杆或操纵杆中引起运动。

在一个实施例中，所述界面包括第一光源和第二光源，第一光源被设置用于指示满载铲斗，而第二光源被设置用于指示半载铲斗。这些灯可以关闭，直到控制系统确定下一铲斗物料是最后一铲斗物料。灯的数量可以对应于最后一铲斗物料的预定负载水平的数量。如果所述控制系统适于向操作员指示最后一铲斗物料是满载铲斗、四分之三装载的铲斗、半载铲斗或四分之一装载的铲斗，则所述界面可以包括四个单独的光源。

根据一个实施例，满载铲斗的估算重量对应于连续的多铲斗物料中的最重的一铲斗物料。在物料接收容器的装载期间，可以确定被提供给物料接收容器的每一铲斗物料的重量，并且可以使用最重的一铲斗物料来估算满载铲斗的重量。当最后一铲斗是满载铲斗时，这可以提供不使物料接收容器过载的安全因数(safety factor)。当最后一铲斗是满载铲斗时，这该可以提供不使物料接收容器欠载的安全因数。

根据另一实施例，满载铲斗的估算重量可以对应于连续的多铲斗物料的平均值。可以通过将连续的多铲斗物料的重量相加再除以连续的多次铲斗装载的次数来计算该平均值。这可以允许物料接收容器中的最终负载尽可能接近所述期望有效负载，同时减少欠载和/或过载。

在本公开的一些实施例中，所述控制系统可以被提供为作业机械的部件，其中，该作业机械还包括用于确定当前在铲斗内的物料重量的装置。该作业机械可以是轮式装载机或前装载机的形式，其具有用于确定当前在铲斗内的物料重量的装置。轮式装载机也可称为铲斗式装载机、前端装载机、运输装载机、铲机、铲车、自卸装载机、轮式装载机或滑移转向装载机。该作业机械也可以是挖掘机或开凿机。

作为替代方案，所述控制系统可能用于物料接收容器的一部分，包括物料接收装置和用于确定当前在物料接收装置处已接收的物料重量的装置。该物料接收装置可以是用于在运输期间接收物料材料并容纳所述材料的物料接收空间的形式。对于铰接式拖运车，物料接收装置可以称为车身或车箱。

用于确定当前在物料接收装置处已接收的物料重量的装置可以是负载传感器的形式，其被附接到保持物料接收装置的支撑件。在其中物料接收容器是铰接式拖运车形式的一个实施例中，用于确定当前在物料接收装置处已接收的物料重量的装置可以是附接到悬架支柱或附接到液压提升缸和自卸车身(其附接到底盘枢转接头)的重量传感器或负载传感器。

根据一个实施例，物料接收容器是拖运车。物料接收容器可以是铰接式拖运车、铰接式自卸卡车(ADT)或者也称为自卸车的自卸拖运车的形式。物料接收容器还可以是半卡车或货运汽车(其包括带有物料接收装置的挂车)的形式。

此外，在替代实施例中，物料接收容器可以是包括物料接收装置的铁路货车。

作为替代方案，所述控制系统可能用于装载站的一部分，该装载站包括用于接收物料接收容器的称重装置，所述称重装置被通信地耦接到处理电路，其中，该处理电路还适于确定当前在物料接收容器处已接收的物料的重量。该装载站可以是用于对物料接收容器进行装载的预定站。这样的装载站可以形成加工厂的一部分，其中，用于装载该物料接收容器的位置不变。在一个非限制性示例中，该装载站包括秤，在对物料接收容器进行装载的同时，物料接收容器被放在秤上。该装载站接收物料接收容器，并且对提供给物料接收容器的物料进行称重并将该重量传送给处理电路。

根据本公开的另一方面，公开了一种用于操作控制系统的方法，该控制系统被布置成用于辅助作业机械的操作员，该作业机械包括铲斗，该铲斗被布置成接收待卸载到物料接收容器的物料，该控制系统包括处理电路，该处理电路被布置成与操作员界面通信，其中，该方法包括以下步骤：使用该处理电路估算物料接收容器的期望有效负载与已经使用铲斗卸载到物料接收容器的多铲斗物料的累积重量之间的差值；使用所述处理电路确定该差值是否对应于满载铲斗的估算重量或对应于半载铲斗的估算重量；以及，基于该确定，使用操作员界面来指示作业机械的操作员将满载铲斗或半载铲斗的物料卸载到物料接收容器。本公开的该方面的效果和优点在很大程度上类似于上文关于本公开的前一方面所讨论的效果和优点。

根据一个实施例，该方法进一步包括以下步骤：将估算出的差值与预定阈值进行比较，其中，仅当估算出的差值高于预定阈值时，才执行上述确定步骤和指示步骤。该方法可以包括以下步骤：将物料接收容器的期望有效负载与已经使用铲斗卸载到物料接收容器的多铲斗物料的累积重量之间的所述估算出的差值与预定阈值进行比较，并且，仅当估算出的差值高于该预定阈值时，才执行上述确定步骤和指示步骤。

该预定阈值可以是在所述控制系统运行之前被预编程到所述控制系统的处理电路中的预定值。该预定值还可以是包括下限值和上限值的值的范围。例如，下限值可以是50％，而上限值可以是80％。在其它实施例中，该预定阈值可以在开始使用作业机械对物料接收容器进行装载之前由所述处理电路确定。在其它实施例中，该预定阈值可以是动态值，其可以在物料接收容器的装载期间改变。在其它实施例中，该预定阈值可以由作业机械操作员设定，并且该预定阈值可以取决于作业机械操作员的熟练程度或技能而增加或减少。

根据一个实施例，该方法可以进一步包括确定该预定阈值的步骤。可以基于所述期望有效负载与卸载到物料接收容器的第一铲斗物料的重量来确定该预定阈值。

根据一个实施例，该阈值至少大于物料接收容器的期望有效负载的80％。该预定阈值可以是物料接收容器的期望有效负载的一个因数。80％表示该预定阈值是物料接收容器的期望有效负载的0.8倍。其它用于表达与所述期望有效负载相关的预定阈值的方式也是可能的。此外，该预定阈值可以取决于将物料接收容器装载到所述期望有效负载所需的多次铲斗装载的次数的估算值。作为非限制性示例，如果多次铲斗装载的估算次数是五次，则该预定阈值可以是三(60％)，而如果多次铲斗装载的估算次数是十五次，则该预定阈值可以是十二(80％)。如果该预定阈值被设定得过高并且将物料接收容器装载到所述期望有效负载所需的多次铲斗装载的次数低，则存在使物料接收容器过载的风险。

根据一个实施例，该预定阈值至少大于物料接收容器的期望有效负载的50％。

根据一个实施例，该方法进一步包括以下步骤：在处理电路处接收当前在铲斗内的物料重量的指示；以及，在处理电路处接收当前在物料接收容器处已接收的物料重量的指示。处理单元可以使用包括当前在铲斗中的物料重量的铲斗负载感测数据以及当前在物料接收容器处已接收的物料的数据，以便确定下一铲斗是否是最后一铲斗以及最后一铲斗是否应当是满载铲斗或半载铲斗。对于提供给物料接收容器的每一铲斗物料，该步骤可以进行一次。此外，该步骤可以在物料接收容器的装载期间连续进行。

根据本公开的另一方面，公开了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括其上存储有计算机程序组件的非暂时性计算机可读介质，该计算机程序组件用于操作控制系统，该控制系统被布置成用于辅助作业机械的操作员，该作业机械包括铲斗，该铲斗被布置成接收待卸载到物料接收容器的物料，该控制系统包括被布置成与操作员界面通信的处理电路，其中，该计算机程序产品包括：用于使用处理电路估算物料接收容器的期望有效负载与已经使用铲斗卸载到物料接收容器的多铲斗物料的累积重量之间的差值的代码；用于使用处理电路确定该差值是否对应于满载铲斗的估算重量或对应于半载铲斗的估算重量的代码；以及，用于基于该确定、使用操作员界面来指示作业机械的操作员将满载铲斗或半载铲斗的物料卸载到物料接收容器的代码。本公开的该方面的效果和优点在很大程度上类似于上文关于本公开的先前方面所讨论的效果和优点。

该计算机可读介质可以是任何类型的存储设备，包括以下项中的一种：可移动非易失性随机存取存储器、硬盘驱动器、软盘、CD-ROM、DVD-ROM、USB存储器、SD存储卡或本领域已知的类似的计算机可读介质。

在以下描述中公开了本公开的其它优点和有利特征。

附图说明

参考附图，下面是作为示例引用的本公开的实施例的更详细描述。

在这些图中：

图1A至图1D示出了轮式装载机、铰接式拖运车、根据本公开的控制系统可以并入其中的装载站、以及满载铲斗和半载铲斗；

图2示出了该控制系统的各个部分的示意图；

图3示出了作业机械驾驶室的操作员界面；

图4A至图4C示出了举例说明控制装置的操作的图表，并且

图5A至图5C示出了用于执行根据本公开的方法的处理步骤。

具体实施方式

现在将在下文中参考附图更全面地描述本公开，在附图中示出了本公开的当前优选实施例。然而，本公开可以以许多不同的形式实施，且不应被解释为限于本文所阐述的实施例；相反，提供这些实施例是为了彻底性和完整性，并将本公开的范围完全传达给技术人员。相同的附图标记始终指代相同的元件。

图1A示出了轮式装载机101形式的作业机械的图示，其中根据本公开的实施例的控制系统150可以布置为车载部件。轮式装载机101还包括铲斗110，用于从料堆中拾取材料并将其卸载到物料接收容器102的车箱或车身。可选地，轮式装载机101可以包括用于测量容纳在铲斗(未示出)中的材料重量的装置。在图1A中，轮式装载机101还配备有轮式装载机驾驶室111，例如，以用于在轮式装载机的操作期间容纳操作员。

图1B示出了铰接式拖运车102形式的物料接收容器102的图示，其包括用于容纳和运输从作业机械铲斗110卸载的材料的车身或车箱120。在该实施例中，控制系统150也可以被提供为车载部件。此外，铰接式拖运车102可以包括用于测量被装载到该铰接式拖运车的车身或车箱120的材料重量的装置。图1B还示出了用于铰接式拖运车102的操作员的驾驶室121。

图1C示出了装载站103的图示，该装载站103包括称重平台103，用于在装载接收容器的装载期间放置该物料接收容器。物料接收容器可以是如图1B所示的铰接式拖运车102的形式。在铰接式拖运车102的装载期间，铰接式拖运车102行驶到称重平台130上并且使用诸如图1A的具有铲斗110的轮式装载机101的作业机械开始对铰接式拖运车102进行装载。图1C所示的称重平台130还包括用于在装载过程期间对铰接式拖运车102进行称重的装置。用于称重的装置可以是任何常用的装载站103称重装置。用于称重的装置通过有线连接132与根据本公开提供的控制系统150通信。

在轮式装载机101的每次材料装载期间，铰接式拖运车102的总累积重量被传送到控制系统150。控制系统150减去铰接式拖运车102的重量以便确定被装载到铰接式拖运车102的材料的总累积负载。铰接式拖运车102的重量可以在轮式装载机101开始将材料装载到铰接式拖运车102之前由该称重装置确定。图1C示出了固定壳体131，该固定壳体131通过数据总线电缆204连接到控制系统150。该固定壳体131被示出为具有三个灯133。该固定壳体131布置得非常靠近装载站103。

在铰接式拖运车102的装载期间，当控制系统150确定最后一铲斗是满载铲斗113或半载铲斗114时，灯133被激活以向轮式装载机101的操作员表明应将满载铲斗113或半载铲斗114的物料装载到铰接式拖运车102。第一灯133a激活以向轮式装载机的操作员表明继续铰接式拖运车102的装载。在铰接式拖运车102的装载期间，控制系统150可以确定下一铲斗是最后一铲斗并且最后一铲斗是半载铲斗114，控制系统150激活第二灯133b以向操作员表明下一铲斗是半载铲斗114。当控制系统150确定下一铲斗是满载铲斗113时，该控制系统激活第三灯133c以向操作员表明下一铲斗是满载铲斗113。当第二灯133b或第三灯133c激活时，铰接式拖运车102的操作员被给出“铰接式拖运车102的装载几乎完成并且操作员可以准备铰接式拖运车102以从装载站103运输出去”的指示。

然而，替代地或另外，装载站103的控制系统150可以与轮式装载机101无线通信，并且控制系统150可以向布置在轮式装载机101或铰接式拖运车102上的操作员界面(例如图3中所公开的操作员界面)发送控制信号。在完成铰接式拖运车102的装载之后，行驶离开装载站103，并且另一铰接式拖运车可以行驶到装载站103上以由轮式装载机101进行装载。

图1D示出了形成图1中的轮式装载机101的一部分的铲斗110和动臂112，还包括满载铲斗113和半载铲斗114。

图2示出了根据本公开提供的控制系统150的可能实施方式，用于在物料接收容器(例如图1B中所示的铰接式拖运车102)的装载期间辅助轮式装载机101的操作员。如图2所示，控制系统150包括处理电路201。

作为参考，处理电路201例如可以表现为通用处理器、专用处理器、包含处理组件的电路、一组分布式处理组件、被配置用于进行处理的一组分布式计算机、现场可编程门阵列(FPGA)等。该处理器可以是或可以包括任何数量的硬件组件，用于进行数据或信号处理或用于执行存储在存储器中的计算机代码。该存储器可以是用于存储数据和/或计算机代码的一个或多个设备，该计算机代码用于完成或促进本说明书中描述的各种方法。该存储器可以包括易失性存储器或非易失性存储器。该存储器可以包括用于支持本说明书的各种活动的数据库组件、目标代码组件、脚本组件或任何其它类型的信息结构。根据示例性实施例，任何分布式或本地存储设备均可以与本说明书的系统和方法一起使用。根据示例性实施例，该存储器被可通信地连接到处理器(例如，经由电路或任何其它有线、无线或网络连接)并且包括用于执行本文描述的一个或多个处理的计算机代码。作为参考，在一些实施例中，处理电路201可以形成电子控制单元(ECU)的一部分，例如被设置为根据本公开提供的作业机械的车载部件。

控制系统150还包括有线或无线通信接口形式的通信单元203，其中，无线通信接口的示例可以包括例如使用诸如V2V、V2X、WIFI、3G、4G或5G等通信协议。通信单元203可以与异地服务器连接以便记录物料接收容器102的装载。控制系统150还包括连接到处理电路201的操作员界面202。操作员界面202被示出为与处理电路201有线连接，然而，操作员界面202也可以与处理电路201无线连接。操作员界面201可以是适于向操作员提供基于视觉、听觉和触觉中的至少一种的指示的设备。结合图3公开了操作员界面201的示例。

图3示出了作业机械的驾驶室111的简化立体图，该作业机械为图1A或图1B中公开的轮式装载机101或铰接式拖运车102的形式。图3示出了从操作员的眼睛看到的视图，并且示出了前挡风玻璃301以及侧窗302。该驾驶室还布置有仪表板(未示出)，该仪表板具有多个仪表以用于为操作员提供作业机械的数据，例如发动机RPM、作业机械的速度和液压压力。该车辆驾驶室还被示出具有数字显示器305，用于为作业机械101、102的操作员显示附加信息。此外，数字显示器305被布置成显示关于物料接收容器102(例如铰接式拖运车102)的装载的信息。数字显示器305还被编程为：如果下一铲斗是半载铲斗114或满载铲斗113，则向作业机械操作员显示指令，并且为了简单起见，可以将数字显示器305称为操作员界面202。数字显示器305的指示可以是文本消息的形式或者是结合图1C公开的灯133的数字表示形式。

另外或替代地，为了使用数字显示器305向作业机械操作员提供用于指示的操作员界面202，图3中的作业机械的驾驶室111被示出为具有第一壳体306，该第一壳体306包括第一光源306a、第二光源306b和第三光源306c。图3还示出了用于三个光源316a、316b、316c的第二壳体316，该第二壳体316安装到作业机械101的一个侧面后视镜307，从而不仅向作业机械操作员提供指示，还向周围的车辆提供指示。

图3还公开了第一扬声器308和第二扬声器309，它们被布置成向作业机械的操作员提供声学指示。该声学指示可以采用预先录制的声学消息的形式，其被播放以向作业机械操作员表明下一铲斗是半载铲斗114或满载铲斗113。图3示出了多种用于向作业机械操作员表明下一铲斗是半载铲斗114或满载铲斗113的装置。然而，只需要存在一种用于向作业机械操作员给出指示的装置。优选地，存在用于提供视觉指示和声学指示二者的装置。

图4A至图4C示出了举例说明布置在图1B的铰接式拖运车102上的、用于使用操作员界面202向轮式装载机操作员提供指示的控制系统150的操作的图表。图4A示出了一个示例，其中，最后一铲斗是满载铲斗113。x轴表示时间t，而y轴表示提供给铰接式拖运车102的材料的累积负载La。图4A还示出了期望有效负载P。第一条柱401、第二条柱402、第三条柱403和第四条柱404示出了在由轮式装载机101提供给铰接式拖运车102的相应第一铲斗物料、第二铲斗物料、第三铲斗物料和第四铲斗物料之后的累积负载La。第五条柱405示出了在接收到满载铲斗形式的最后一铲斗物料之后的累积负载La，以便达到铰接式拖运车的接近所述期望有效负载P的最终负载。图2的控制系统150比较所述期望有效负载P与第一条柱401、第二条柱402、第三条柱403和第四条柱404之间的差值，以确定下一铲斗是否是最后一铲斗以及最后一铲斗是否是半载铲斗114或满载铲斗113。

图4B示出了一个示例，其中，最后一铲斗被确定为半载铲斗114，并且铰接式拖运车102的最终负载接近所述期望有效负载P。

图4C示出了举例说明用于向轮式装载机操作员提供指示的控制系统150的操作的图表，其中，预定阈值Pt用于减少控制系统150的处理电路201的处理需求。图4C示出了该预定阈值Pt是所述期望有效负载P的80％。

在铰接式拖运车102的装载期间，当铰接式拖运车102的累积负载低于预定阈值Pt时，处理电路201不确定“下一铲斗是最后一铲斗或者下一铲斗是半载铲斗114或满载铲斗113”。此外，处理电路201不向轮式装载机操作员界面202发送指令。图4C示出了第四条柱404，该第四条柱说明了在接收到四满铲斗物料之后的累积负载La，其高出预定阈值Pt。在将第四铲斗物料供应到铰接式拖运车102之后，累积负载La超过预定阈值Pt，并且处理电路201执行上述确定并使用操作员界面202指示下一铲斗是最后一铲斗并且是满载铲斗113。

图5A至图5C示出了用于使用控制系统150执行根据本公开的方法的示例性处理步骤。图5A示出了在物料接收容器102的装载期间的方法。使用结合图1B公开的铰接式拖运车102形式的物料接收容器102和图1A中公开的轮式装载机101形式的作业机械101示出了该方法。在步骤501中，处理电路201估算铰接式拖运车102的期望有效负载P与已经使用轮式装载机101提供给铰接式拖运车102的累积负载La之间的差值。累积负载La是从轮式装载机101卸载到铰接式拖运车102的多铲斗物料的累积重量。

在步骤502中，处理电路201确定累积负载La与所述期望有效负载P之间的差值是否对应于半载铲斗114或满载铲斗113的估算重量。

在步骤503中，处理电路201向轮式装载机101的操作员指示待卸载到铰接式拖运车102的下一铲斗应当是满载铲斗113或半载铲斗114。该指示是使用操作员界面202(例如结合图3公开的示例的操作员界面202)来完成的。在被提供该指示之后，操作员驾驶到料堆并根据该指示用适当的负载填充铲斗，驾驶回到铰接式拖运车102并将铲斗110的材料卸载到铰接式拖运车102的车箱或车身120中。在完成铰接式拖运车102的装载之后，铰接式拖运车102行驶离开，控制系统150复位或返回以重新开始，并且轮式装载机操作员准备装载另一铰接式拖运车102或物料接收容器102。

图5B示出了用于执行根据替代实施例的方法的处理步骤，其中，在步骤501之后执行步骤504，在步骤501中，处理电路201估算铰接式拖运车102的期望有效负载P与已经使用轮式装载机102提供给铰接式拖运车102的累积负载La之间的差值。在步骤504中，处理电路150将估算出的差值与预定阈值进行比较，其中，仅当估算出的差值高于预定阈值Pt(如关于图4C所讨论的)时，才执行上述确定步骤502和指示步骤503。

图5C示出了用于执行根据其它实施例的方法的处理步骤，其中，在步骤510，处理电路150接收当前在铲斗110内的物料材料的重量的指示，并且其中，在步骤511，处理电路150接收当前在铰接式拖运车102中已接收的物料重量的指示。可以使用铲斗负载传感器装置来确定轮式装载机101的铲斗110中的当前物料的重量，并且可以使用铰接式车身负载传感器装置来确定当前在铰接式拖运车102的车箱或车身120中的物料材料的重量并将其传输到控制系统150的处理电路201。

本公开考虑了在任何机器可读介质上用于完成各种操作的方法、设备和计算机程序产品。本公开的实施例可以使用现有的计算机处理器来实现，或者通过为了该目的或另一目的而结合的用于适当系统的专用计算机处理器来实现，或者通过硬连线系统来实现。本公开范围内的实施例包括程序产品，该程序产品包括机器可读介质，该机器可读介质用于承载或其上存储有机器可执行指令或数据结构。这样的机器可读介质可以是能够被通用计算机或专用计算机或其它具有处理器的机器访问的任何可用介质。

举例来说，这样的机器可读介质可以包括RAM、ROM、EPROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储器、磁盘存储器或其它磁存储设备，或者任何其它可以用于以机器可执行指令或数据结构的形式承载或存储所期望的程序代码并且可以被通用计算机或专用计算机或其它具有处理器的机器访问的介质。当信息通过网络或其它通信连接(硬连线、无线、或者硬连线或无线的组合)被传输或提供给某一机器时，此机器恰当地将该连接视为机器可读介质。因此，任何这样的连接都被恰当地称为机器可读介质。以上的组合也包括在机器可读介质的范围内。机器可执行指令例如包括使通用计算机、专用计算机或专用处理机器执行特定功能或功能组的指令和数据。

尽管附图可能示出了方法步骤的特定顺序，但这些步骤的顺序可以与所描绘的顺序不同。此外，可以同时或部分同时地执行两个或更多个步骤。这种变型将取决于所选的软件和硬件系统以及设计师的选择。所有这些变型都在本公开的范围内。同样，软件实现可以用标准编程技术和基于规则的逻辑和其它逻辑来完成，以完成各种连接步骤、处理步骤、比较步骤和决策步骤。

此外，尽管已经参考其具体示例性实施例描述了本公开，但对于本领域的技术人员来说，许多不同的修改、变型等将变得明显。

通过对附图、公开内容和所附权利要求书的研究，本领域技术人员在实践所要求保护的公开内容时可以理解并实现对所公开的实施例的变型。此外，在权利要求书中，“包括”一词并不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除复数。

Claims (17)

1.一种用于对作业机械的操作员进行辅助的控制系统，所述作业机械包括铲斗，所述铲斗被布置成接收待卸载到物料接收容器的物料，所述控制系统包括被布置成与操作员界面通信的处理电路，其中，所述处理电路适于：

- 估算所述物料接收容器的期望有效负载与已经使用所述铲斗卸载到所述物料接收容器的多铲斗物料的累积重量之间的差值，

- 确定所述差值是否对应于满载铲斗的估算重量或对应于半载铲斗的估算重量，以及

- 基于所述确定，使用所述操作员界面来指示所述作业机械的操作员将满载铲斗或半载铲斗的物料卸载到所述物料接收容器，

其中：

- 满载铲斗的所述估算重量对应于连续的多铲斗物料中的最重的一铲斗物料，或者

- 满载铲斗的所述估算重量对应于连续的多铲斗物料的平均值。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述处理电路仅在已经卸载到所述物料接收容器的多铲斗物料的所述累积重量超过预定阈值时才确定所述差值。

3.根据权利要求2所述的控制系统，其中，所述预定阈值至少大于所述物料接收容器的期望有效负载的80%。

4.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述处理电路还适于：

- 确定所述差值是否对应于四分之一装载的铲斗的估算重量或对应于四分之三装载的铲斗的估算重量，以及

- 基于该确定，使用所述操作员界面来指示所述作业机械的操作员将四分之一装载的铲斗或四分之三装载的铲斗的物料卸载所述到物料接收容器。

5.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述处理电路还适于：

- 接收当前在所述铲斗内的物料重量的指示，并且

- 接收当前在所述物料接收容器处已接收的物料重量的指示。

6.根据权利要求1所述的控制系统，还包括所述操作员界面。

7.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述操作员界面适于向所述操作员提供基于视觉、声学和触觉中的至少一种的指示。

8.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述操作员界面包括第一光源和第二光源，所述第一光源被设置用于指示满载铲斗，并且所述第二光源被设置用于指示半载铲斗。

9.一种作业机械，包括：

- 根据权利要求1所述的控制系统，以及

- 用于确定当前在所述铲斗内的物料重量的装置。

10.根据权利要求9所述的作业机械，其中，所述作业机械是装载机。

11.一种物料接收容器，包括：

- 根据权利要求1所述的控制系统，

- 物料接收装置，以及

- 用于确定当前在所述物料接收装置处已接收的物料重量的装置。

12.根据权利要求11所述的物料接收容器，其中，所述物料接收容器是拖运车。

13.一种装载站，包括：

- 根据权利要求1所述的控制系统，以及

- 称重装置，所述称重装置用于接收所述物料接收容器，所述称重装置被通信地耦接到所述处理电路，

其中，所述处理电路还适于确定当前在所述物料接收容器处已接收的物料的重量。

14.一种用于操作控制系统的方法，所述控制系统被布置成用于辅助作业机械的操作员，所述作业机械包括铲斗，所述铲斗被布置成接收待卸载到物料接收容器的物料，所述控制系统包括处理电路，所述处理电路被布置成与操作员界面通信，其中，所述方法包括以下步骤：

- 使用所述处理电路估算所述物料接收容器的期望有效负载与已经使用所述铲斗卸载到所述物料接收容器的多铲斗物料的累积重量之间的差值，

- 使用所述处理电路确定所述差值是否对应于满载铲斗的估算重量或对应于半载铲斗的估算重量，以及

- 基于所述确定，使用所述操作员界面来指示所述作业机械的操作员将满载铲斗或半载铲斗的物料卸载到所述物料接收容器，

其中：

- 满载铲斗的所述估算重量对应于连续的多铲斗物料中的最重的一铲斗物料，或者

- 满载铲斗的所述估算重量对应于连续的多铲斗物料的平均值。

15.根据权利要求14所述的方法，进一步包括以下步骤：

- 将估算出的所述差值与预定阈值进行比较，

其中，仅当估算出的所述差值高于所述预定阈值时，才执行确定步骤和指示步骤。

16.根据权利要求14所述的方法，进一步包括以下步骤：

- 在所述处理电路处接收当前在所述铲斗内的物料重量的指示，以及

- 在所述处理电路处接收当前在所述物料接收容器处已接收的物料重量的指示。

17.非暂时性计算机可读介质，其上存储有计算机程序组件，所述计算机程序组件用于操作控制系统，所述控制系统被布置成用于辅助作业机械的操作员，所述作业机械包括铲斗，所述铲斗被布置成接收待卸载到物料接收容器的物料，所述控制系统包括被布置成与操作员界面通信的处理电路，其中，所述计算机程序组件包括：

- 用于使用所述处理电路估算所述物料接收容器的期望有效负载与已经使用所述铲斗卸载到所述物料接收容器的多铲斗物料的累积重量之间的差值的代码，

- 用于使用所述处理电路确定所述差值是否对应于满载铲斗的估算重量或对应于半载铲斗的估算重量的代码，以及

- 用于基于所述确定、使用所述操作员界面来指示所述作业机械的操作员将满载铲斗或半载铲斗的物料卸载到所述物料接收容器的代码，

其中：

- 满载铲斗的所述估算重量对应于连续的多铲斗物料中的最重的一铲斗物料，或者

- 满载铲斗的所述估算重量对应于连续的多铲斗物料的平均值。