CN117677745A - 用于控制工程机械的系统及方法 - Google Patents

Abstract

控制器获取车身传感器检测出的车身的侧倾角和俯仰角。控制器获取工作装置传感器检测出的工作装置的侧倾角。控制器基于车身的侧倾角与工作装置的侧倾角的差值、和车身的俯仰角，计算车身传感器相对于车身的横摆角误差。控制器使用车身传感器的横摆角误差来校准车身传感器。

Description

用于控制工程机械的系统及方法

技术领域

本发明涉及用于控制工程机械的系统及方法。

背景技术

工程机械具备用于检测工程机械的姿势的传感器。例如，专利文献1的工程机械具备车身、安装于车身上的工作装置、以及姿势传感器。姿势传感器安装于车身。姿势传感器检测表示车身的姿势的车身的俯仰角和侧倾角。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：(日本)特开2020－133235号公报

发明内容

发明要解决的问题

为了通过上述的姿势传感器高精度地检测车身的侧倾角和俯仰角，需要以姿势传感器的横摆角与车身的横摆角一致的方式将姿势传感器安装于车身。即，姿势传感器的前方需要与车身的前方一致。但是，在因姿势传感器的安装误差而姿势传感器的横摆角相对于车身的横摆角偏移的情况下，在倾斜地，姿势传感器检测的车身的侧倾角和俯仰角产生误差。

作为用于校准这样的姿势传感器的误差的方法，例如有如下方法。首先，将工作机械配置于倾斜角度已知的斜面上。此时，以工程机械的朝向相对于斜面一致的方式配置工程机械。如果姿势传感器的横摆角相对于车身的横摆角没有偏移，则在该状态下，工程机械的车身的侧倾角为零度。

因此，在车身的侧倾角不为零的情况下，由于姿势传感器的横摆角误差而在侧倾角上产生误差。因此，通过计算在上述状态下姿势传感器检测出的车身的侧倾角为零的车身的横摆角，能够得到姿势传感器的横摆角误差。

但是，在如上所述的校准方法中，需要倾斜角度已知的斜面。因此，用于进行校准的设备或地形受到限制。另外，需要以工程机械的朝向相对于斜面高精度地一致的方式将工程机械配置于斜面上。这样的工程机械的精密操作不容易，需要大量时间。本发明的目的在于提供一种用于控制用于进行校准的设备的限制少的工程机械的系统及方法。

用于解决问题的技术方案

本发明一方面的系统是用于控制工作机械的系统。工程机械具备车身和工作装置。工作装置支承于车身。系统具备车身传感器、工作装置传感器、以及控制器。车身传感器安装于车身。车身传感器检测车身的侧倾角、俯仰角、以及横摆角。工作装置传感器安装于工作装置。工作装置传感器检测工作装置的侧倾角。

控制器获取车身传感器检测出的车身的侧倾角和俯仰角。控制器获取工作装置传感器检测出的工作装置的侧倾角。控制器基于车身的侧倾角与工作装置的侧倾角的差值、和车身的俯仰角，计算车身传感器相对于车身的横摆角误差。控制器使用车身传感器的横摆角误差来校准车身传感器。

本发明另一方式的方法是由控制工作机械的控制器执行的方法。工程机械具备车身、工作装置、车身传感器、以及工作装置传感器。工作装置支承于车身。车身传感器安装于车身。车身传感器检测车身的侧倾角、俯仰角、以及横摆角。工作装置传感器安装于工作装置。工作装置传感器检测工作装置的侧倾角。

该方法具备：获取车身传感器检测出的车身的侧倾角和俯仰角；获取工作装置传感器检测出的工作装置的侧倾角；基于车身的侧倾角与工作装置的侧倾角的差值、和车身的俯仰角，计算车身传感器相对于车身的横摆角误差；使用车身传感器的横摆角误差来校准车身传感器。

发明效果

根据本发明，使用由工作装置传感器检测出的工作装置的侧倾角与由车身传感器检测出的车身的侧倾角的差值，计算车身传感器的横摆角误差。由此，即使在不知道倾斜角度的斜面上，另外，即使车身的朝向相对于斜面严格上不一致，也能够高精度地校准车身传感器。因此，根据本发明，用于进行校准的设备的限制少。另外缩短了用于校准的时间。

附图说明

图1是表示实施方式的工程机械的侧视图。

图2是工程机械的俯视图。

图3是表示工程机械的控制系统的框图。

图4是车身传感器没有横摆角误差时的工程机械的示意性俯视图。

图5是表示车身的俯仰角的工程机械的示意性侧视图。

图6是表示车身的侧倾角的工程机械的示意性后视图。

图7是车身传感器存在横摆角误差时的工程机械的示意性俯视图。

图8是车身传感器存在横摆角误差时的工程机械的示意性后视图。

具体实施方式

以下，参照附图对实施方式的工程机械进行说明。图1是表示实施方式的工程机械1的侧视图。图2是工程机械1的俯视图。本实施方式的工程机械1是推土机。工程机械1具有车身2和工作装置3。

车身2包括驾驶室5、动力室6、以及行驶装置7。在驾驶室5内配置有未图示的驾驶座。动力室6配置于驾驶室5的前方。行驶装置7支承车身2。行驶装置7包括左右的履带8a、8b。通过履带8a、8b旋转，工程机械1行驶。

工作装置3配置于车身2的前方。工作装置3能够绕升降轴A1摆动地被支承。升降轴A1在车身2的左右方向上延伸。工作装置3包括工作工具10和工作装置架11。在本实施方式中，工作工具10是刮板。工作装置架11支承工作工具10。如图2所示，工作装置架11包括第一架12、第二架13、以及连结部14。

第一架12和第二架13沿工程机械1的前后方向延伸。第一架12和第二架13在左右方向上相互分离地配置。第一架12和第二架13能够绕升降轴A1摆动地支承于车身2。连结部14将第一架12和第二架13连结。连结部14与工作工具10连接。第一架12、第二架13、以及连结部14一体地绕升降轴A1摆动。

工作装置3包括多个致动器15、16。多个致动器15、16包括第一升降致动器15和第二升降致动器16。第一升降致动器15和第二升降致动器16在工程机械1的左右方向上相互分离地配置。

第一升降致动器15与车身2和第一架12连接。第二升降致动器16与车身2和第二架13连接。第一升降致动器15和第二升降致动器16是液压缸。第一升降致动器15和第二升降致动器16使工作装置架11绕升降轴A1上下摆动。由此，工作装置3上下地进行升降动作。

图3是表示工程机械1的控制系统的结构的框图。如图3所示，工程机械1具备动力源30、液压泵31、动力传递装置32。动力源30例如是内燃机。但是，动力源30也可以是电机。或者，动力源30也可以是内燃机和电机的混合动力。

液压泵31由动力源30驱动，排出液压油。从液压泵31排出的液压油被供给到升降致动器15、16。需要说明的是，在图3中图示了一个液压泵31，但也可以设置多个液压泵。

动力传递装置32将动力源30的驱动力传递给行驶装置7。动力传递装置32例如也可以是HST(Hydro Static Transmission，静液压变速器)。或者，动力传递装置32例如也可以是变矩器或具有多个变速齿轮的变速器。

工程机械1具有控制器33和控制阀34。控制器33被编程为基于所获取的数据来控制工程机械1。控制器33包括存储装置35和处理器36。处理器36例如包括CPU。存储装置35例如包括存储器和辅助存储装置。存储装置35例如也可以是RAM或ROM等。存储装置35也可以是半导体存储器或硬盘等。存储装置35是非暂时性的(non－transitory)计算机可读记录介质的一例。存储装置35可由处理器36执行，记录用于控制工程机械1的计算机指令。

控制阀34由来自控制器33的指令信号控制。控制阀34配置于致动器15、16和液压泵31之间。控制阀34控制从液压泵31向升降致动器15、16供给的液压油的流量。

工程机械1具备操作装置37和输入装置38。操作装置37例如包括杆。或者，操作装置37可以包括踏板或开关。操作员能够使用操作装置37手动操作工程机械1的行驶和工作装置3的动作。例如，操作装置37能够操作工作装置3的升降动作。操作装置37输出表示操作装置37操作的操作信号。控制器33从操作装置37接收操作信号。

输入装置38例如包括触摸面板。但是，输入装置38也可以包括开关等其它装置。操作员能够使用操作装置37进行工程机械1控制的设定。输入装置38输出表示对输入装置38输入的输入信号。控制器33从输入装置38接收输入信号。

工程机械1包括车身传感器41、架传感器42和工作工具传感器43。车身传感器41安装于车身2。车身传感器41检测车身2的姿势。架传感器42安装于工作装置架11。架传感器42检测工作装置架11的姿势。工作工具传感器43安装于工作装置3。工作工具传感器43检测工作工具10的姿势。

车身传感器41检测车身2的俯仰角、侧倾角、以及横摆角。架传感器42检测工作装置架11的俯仰角、侧倾角、以及横摆角。工作工具传感器43检测工作工具10的俯仰角、侧倾角、以及横摆角。

车身传感器41、架传感器42、以及工作工具传感器43例如是IMU(惯性测量装置、Inertial Measurement Unit)等加速度传感器。但是，车身传感器41、架传感器42、以及工作工具传感器43不限于IMU，也可以是其它加速度传感器。各传感器41－43通过重力加速度检测俯仰角和侧倾角。另外，各传感器41－43将起动时设为0，通过角速度的累计，检测横摆角。

控制器33通过有线或无线与车身传感器41、架传感器42、以及工作工具传感器43能够通信地连接。控制器33从车身传感器41获取车身姿势数据。车身姿势数据表示车身2的俯仰角、侧倾角、以及横摆角。控制器33从架传感器42获取架姿势数据。架姿势数据表示工作装置架11的俯仰角、侧倾角、以及横摆角。控制器33从工作工具传感器43获取工作工具姿势数据。工作工具姿势数据表示工作工具10的俯仰角、侧倾角、以及横摆角。

控制器33基于车身姿势数据、架姿势数据、以及工作工具姿势数据，控制工程机械1。例如，控制器33基于车身姿势数据、架姿势数据、以及工作工具姿势数据，计算工作工具20的位置。控制器33也可以基于工作工具20的位置来控制控制阀34，以进行工作工具20的期望的动作。

接着，对用于校准车身传感器41的方法进行说明。在将车身传感器41以正确的朝向安装于车身2的情况下，如图4所示，车身传感器41的x轴与车身2的前方一致。即，车身传感器41和车身2的横摆角误差为零度。该情况下，如图5所示，在车身2以俯仰角θp倾斜时，车身传感器41通过重力加速度g的x分量gsinθp，检测俯仰角θp。另外，如图6所示，在车身2以侧倾角θr倾斜时，车身传感器41通过重力加速度g的y分量gsinθr，检测侧倾角θr。需要说明的是，在附图中，X、Y、Z分别表示车身传感器41的x轴、Y轴、以及Z轴。

但是，如图7所示，有时车身传感器41的X轴从车身2的前方偏移。该情况下，在将车身传感器41的X轴和车身2的前方之间的横摆角误差设为φ时，车身传感器41检测重力加速度g的x分量gsinθpcosφ。但是，该值比表示适当的车身2的俯仰角的gsinθp小。因此，车身传感器41检测的车身2的俯仰角产生误差。

另外，在该情况下，如图8所示，即使车身2侧倾角为零，车身传感器41也能够检测重力加速度g的y分量gsinθpsinφ。因此，车身传感器41检测的车身2的侧倾角产生误差。如果将侧倾角误差设为β，则以下的式(1)成立。

gsinθpsinφ＝gsinβ (1)

控制器33根据以下的式(2)，计算横摆角误差φ。

φ＝sin^－1(sinθr－θR)/sinθp) (2)

θR是架传感器42检测出的工作装置架11的侧倾角。即，控制器33基于车身2的侧倾角与工作装置架11的侧倾角的差值和车身2的俯仰角，计算车身传感器41相对于车身2的横摆角误差φ。控制器33使用车身传感器41的横摆角误差φ，对车身传感器41检测出的俯仰角、侧倾角、以及横摆角进行校准。

需要说明的是，车身传感器41检测的侧倾角和俯仰角已经校准。另外，架传感器42检测的侧倾角、俯仰角、以及横摆角已经校准。

工作装置架11以不能绕侧倾轴旋转的方式安装于车身2。侧倾轴沿车身2的前后方向延伸。因此，工作装置架11的侧倾角与车身2的侧倾角一致。在上述(2)式中，通过将工作装置架11的侧倾角θR视为车身2的正确的侧倾角利用，基于车身2的侧倾角的误差和车身2的俯仰角，计算车身传感器41相对于车身2的横摆角误差φ。

在以上说明的本实施方式的工程机械1的控制系统中，使用通过架传感器42检测出的工作装置架11的侧倾角与由车身传感器41检测出的车身2的侧倾角的差值，计算车身传感器41的横摆角误差φ。由此，即使在不知道倾斜角度的斜面上，另外，即使车身2的前方相对于斜面严格上不一致，也能够高精度地校准车身传感器41。因此，在本实施方式的控制系统中，用于进行校准的设备的限制少。另外，减少了用于校准的时间。

以上，对本发明的一实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式，在不脱离发明的主旨的范围内可以进行各种变更。

工程机械1不限于推土机，也可以是轮式装载机、平地机等其它车辆。在上述的实施方式中，工作装置架11配置于履带8a、8b的内侧。但是，工作装置架11也可以配置于履带8a、8b的外侧。

控制器33也可以具有彼此独立的多个控制器。工程机械1也可以远程操作。该情况下，控制器33、操作装置37、以及输入装置38也可以配置于工程机械1的外部。控制器33通过与工程机械1进行无线通信。也可以控制工程机械1。

控制器33进行的处理不限于上述的实施方式，也可以进行变更。也可以省略控制器33进行的处理的一部分。或者，也可以变更上述处理的一部分。

例如，工作装置传感器也可以不是架传感器42，而是工作工具传感器43。即，控制器33也可以基于车身2的侧倾角与工作工具10的侧倾角的差值、和车身2的俯仰角，计算车身传感器41相对于车身2的横摆角误差φ。

在上述的实施方式中，架传感器42已经校准。但是，控制器33也可以通过以下的方法校准架传感器42的横摆角。控制器33也可以以在使工作装置架11绕升降轴A1摆动的同时，工作装置架11的侧倾角的变化为0的方式，计算架传感器42相对于工作装置架11的横摆角误差。控制器33也可以使用架传感器42的横摆角误差来校准架传感器42。

在架传感器42的横摆角误差为零时，工作装置3的俯仰角根据工作装置3的升降动作而变化，但工作装置3的侧倾角不变化。因此，控制器33能够计算即使工作装置3进行升降动作，工作装置3的侧倾角也为零的架传感器42的横摆角作为横摆角误差。这样，通过工作装置3的升降动作，能够容易且高精度地计算架传感器42的横摆角误差。

产业上的可利用性

根据本发明，提供用于控制用于进行校准的设备的限制小且能够在短时间内进行校准的工程机械的系统及方法。

附图标记说明

1：工程机械

2：车身

3：工作装置

33：控制器

41：车身传感器

42：架传感器

43：工作工具传感器

Claims (6)

1.一种系统，用于控制工程机械，其特征在于，

所述工程机械具备：

车身；

工作装置，其支承于所述车身，

所述系统具备：

车身传感器，其安装于所述车身，检测所述车身的侧倾角、俯仰角、以及横摆角；

工作装置传感器，其安装于所述工作装置，检测所述工作装置的侧倾角；

控制器，其与所述车身传感器和所述工作装置传感器能够通信地连接，

所述控制器获取所述车身传感器检测出的所述车身的侧倾角和俯仰角，

获取所述工作装置传感器检测出的所述工作装置的侧倾角，

基于所述车身的侧倾角与所述工作装置的侧倾角的差值差值、和所述车身的俯仰角，计算所述车身传感器相对于所述车身的横摆角误差，

使用所述车身传感器的所述横摆角误差来校准所述车身传感器。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述工作装置被支承为能够绕沿所述车身的左右方向延伸的升降轴摆动。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，

所述控制器以在使所述工作装置绕所述升降轴摆动的同时，所述工作装置的侧倾角的变化为0的方式，计算所述工作装置传感器相对于所述工作装置的横摆角误差，

使用所述工作装置传感器的所述横摆角误差，校准所述工作装置传感器。

4.一种方法，由控制工程机械的控制器执行，其特征在于，

所述工程机械具备：

车身；

工作装置，其支承于所述车身；

车身传感器，其安装于所述车身，检测所述车身的侧倾角、俯仰角、以及横摆角；

工作装置传感器，其安装于所述工作装置，检测所述工作装置的侧倾角，

所述方法具备如下的步骤：

获取所述车身传感器检测出的所述车身的侧倾角和俯仰角；

获取所述工作装置传感器检测出的所述工作装置的侧倾角；

基于所述车身的侧倾角与所述工作装置的侧倾角的差值差值、和所述车身的俯仰角，计算所述车身传感器相对于所述车身的横摆角误差；

使用所述车身传感器的所述横摆角误差来校准所述车身传感器。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，

所述工作装置被支承为能够绕沿所述车身的左右方向延伸的升降轴摆动。

6.根据利要求5所述的方法，其特征在于，还具备如下的步骤：

以在使所述工作装置绕所述升降轴摆动的同时，所述工作装置的侧倾角的变化为0的方式，计算所述工作装置传感器相对于所述工作装置的横摆角误差；

使用所述工作装置传感器的所述横摆角误差，校准所述工作装置传感器。