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Technisches Gebiet
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Die Offenbarung betrifft im Allgemeinen Nutzlastüberwachungssysteme und insbesondere Nutzlastüberwachungssysteme in Maschinen, die basierend auf externen Nutzlastdaten angepasste Nutzlastdaten generieren können.
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Hintergrund
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Es kann vorteilhaft sein, die Nutzlastanordnung für eine Hochleistungsmaschine, wie beispielsweise einen Hochleistungsbagger oder eine Ladeschaufel, zu optimieren. Ein Bagger ist ausgelegt, im Wesentlichen repetitive Arbeitszyklen auszuführen. Ein Frontlader oder ein Bagger kann beispielsweise typischerweise in Arbeitszyklen arbeiten, die Graben, Schwenken, Abladen und sich wiederholende Schritte zum Bedienen einer Schaufel umfassen, um nach fragmentiertem Gestein, Erde, Mineralien, Abraum und dergleichen für Abbauzwecke zu graben und diese zu laden. Um die Betriebseffizienz zu verbessern, kann eine Transportmaschine, wie beispielsweise ein großer Muldenkipper, bis zur vollen Kapazität mit einer Mindestanzahl an Arbeitszyklen des Frontladers beladen werden.
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Eine Art, das Gesamtgewicht des auf einen Muldenkipper geladenen Materials zu bestimmen, ist es, die gesamte Nutzlast, die dem Muldenkipper durch das Arbeitswerkzeug eines Baggers geliefert wurde, automatisch zu berechnen oder abzuschätzen. Die Überwachung des Gesamtgewichts jeder Nutzlast kann sicherstellen, dass die Kapazität des Muldenkippers vollständig verwendet wird.
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Die vorstehenden Belange haben Konstrukteure veranlasst, verschiedene Mittel für ein genaueres Messen der Nutzlastmenge in der Schaufel vorzuschlagen. Ein solches Verfahren ist von dem
US-Patent Nr. 8,924,094 von Faivre et al. bekannt. Das '094-Patent offenbart ein Verfahren zum Bestimmen einer Nutzlast, welches das Erfassen einer Position eines Werkzeugs, das Erfassen einer Geschwindigkeit eines Auslegers und das Erfassen einer Schwenkgeschwindigkeit eines Auslegers umfasst. Somit offenbart das '094-Patent das Bestimmen der Nutzlast basierend auf einer Bewegung der Schaufel und des Auslegers. Diese Arten von Bestimmungen basierend auf Bewegung können Fehler umfassen, da die Bestimmungen davon abhängen, dass die Bedienperson des Baggers die Schaufel in einer bestimmten Weise bewegt.
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Die Offenbarung betrifft ein Nutzlastüberwachungssystem in einer Maschine und ein Verfahren zum Steuern eines Nutzlastsystems in einer Maschine. Das Nutzlastüberwachungssystem kann einen Nutzlastsensor umfassen, der konfiguriert ist, mehrere Nutzlastdaten zu generieren, die einer Nutzlastmenge in einer Schaufel einer Maschine entsprechen, wobei die mehreren Nutzlastdaten erste Nutzlastdaten und zweite Nutzlastdaten umfassen. Das Nutzlastüberwachungssystem kann auch eine Steuerung umfassen, die konfiguriert ist, die ersten Nutzlastdaten von dem Nutzlastsensor und externe Nutzlastdaten von einem externen System zu empfangen, die ersten Nutzlastdaten mit den externen Nutzlastdaten zu vergleichen, um einen Nutzlastdaten-Offset zu generieren, die zweiten Nutzlastdaten von dem Nutzlastsensor zu empfangen und angepasste Nutzlastdaten basierend auf den zweiten Nutzlastdaten und dem Nutzlastdaten-Offset zu generieren.
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Bei einer weiteren Ausführungsform kann das Nutzlastüberwachungssystem eine erste Maschine umfassen, die eine Schaufel, eine Nutzlaststeuerung und einen Nutzlastsensor umfasst. Die Nutzlaststeuerung kann konfiguriert sein, die ersten Nutzlastdaten von dem Nutzlastsensor und die externen Nutzlastdaten von einem externen System zu empfangen, die ersten Nutzlastdaten mit den externen Nutzlastdaten zu vergleichen, um einen Nutzlastdaten-Offset zu generieren, die zweiten Nutzlastdaten von dem Nutzlastsensor zu empfangen und basierend auf den zweiten Nutzlastdaten und dem Nutzlastdaten-Offset angepasste Nutzlastdaten zu generieren. Der Nutzlastsensor kann konfiguriert sein, mehrere Nutzlastdaten zu generieren, die einer Nutzlastmenge in der Schaufel entsprechen, wobei die mehreren Nutzlastdaten erste Nutzlastdaten und zweite Nutzlastdaten umfassen. Das Nutzlastüberwachungssystem kann ferner eine externe Maschine umfassen, die einen Aufnahmebereich und einen externen Nutzlastsensor umfasst, der konfiguriert ist, externe Nutzlastdaten zu generieren.
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Bei noch einer weiteren Ausführungsform kann ein Verfahren zum Steuern eines Nutzlastsystems in einer ersten Maschine das Bereitstellen erster Nutzlastdaten von einem Nutzlastsensor in einer ersten Maschine, die eine Schaufel aufweist; das Bereitstellen externer Nutzlastdaten von einem externen Nutzlastsensor in einer zweiten Maschine, die einen Aufnahmekörper aufweist; das Generieren eines Nutzlastdaten-Offsets durch Vergleichen der ersten Nutzlastdaten mit den externen Nutzlastdaten; das Bereitstellen der zweiten Nutzlastdaten von dem Nutzlastsensor; und das Generieren angepasster Nutzlastdaten basierend auf zweiten Nutzlastdaten und dem Nutzlastdaten-Offset umfassen.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Veranschaulichung eines Baggers;
- 2 ist eine Darstellung eines Baggers und eines Muldenkippers, die Daten an einem Minengelände kommunizieren;
- 3 ist ein Diagramm der Steuerung; und
- 4 ist ein Ablaufdiagramm des offenbarten Verfahrens.
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Detaillierte Beschreibung
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Bei einer in 1 gezeigten Ausführungsform ist ein Bagger 110 mit einer Schaufel 112 veranschaulicht. In dieser Figur ist der Bagger 110 ein Frontschaufelbagger. Obwohl 1 den Bagger 110 zeigt, kann der Bagger 110 jede Lademaschine sein, wie beispielsweise ein Digger, eine mechanische Schaufel, ein Löffelbagger, eine Frontschaufel oder ein Lader. Die Schaufel 112 am Bagger 110 kann unterschiedliche Lastmengen aufnehmen. Der Bagger 110 kann einen Ausleger 114, einen Stiel 116 und die Schaufel 112 steuern, um eine Nutzlastmenge in der Schaufel 112 aufzunehmen.
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Unter Bezugnahme auf 2 kommuniziert der Bagger 110 mit einem Muldenkipper 210. Obwohl 2 einen Muldenkipper zeigt, kann der Muldenkipper 210 irgendeine von Aufnahmemaschinen sein, wie beispielsweise ein Kipplaster, ein Baggergutladeraum, ein Sattelschlepper oder eine andere Maschine, die fähig ist, das Material von dem Bagger 110 aufzunehmen. Der Muldenkipper 210 kann Nutzlastdaten, wie beispielsweise externe Nutzlastdaten 212, generieren. Ferner kann der Muldenkipper 210 die externen Nutzlastdaten 212 an den Bagger 110 senden. Die externen Nutzlastdaten 212 können durch Messen der Nutzlast des Muldenkippers 210 generiert werden. Bei einer Ausführungsform können die externen Nutzlastdaten 212 generiert werden, während sich der Muldenkipper 210 stationär befindet. Dies kann die Genauigkeit der Nutzlastgewichtsmessung erhöhen. Ein externes System 314 am Muldenkipper 210 kann die externen Nutzlastdaten 212 zum Bagger 110 kommunizieren.
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Der Bagger 110 nimmt eine Nutzlast auf und führt eine Lastabschätzung der Nutzlast aus, um mehrere Nutzlastdaten zu generieren. Gewöhnlich wird die Lastabschätzung ausgeführt, während sich die Schaufel 112 bewegt. Die Lastabschätzung kann in einem Regressionsmodell oder einem physikalischen Dynamikmodell abgeleitet werden. Das Regressionsmodell und das physikalische Dynamikmodell müssen während eines Kalibrierungsvorgangs kalibriert werden, indem in beiden Modellen den zugehörigen Koeffizienten richtige Werte zugewiesen werden. Darüber hinaus erfordert die Lastabschätzung gewöhnlich, dass die Bedienperson die Schaufel 112 in einer präzisen Weise bewegt, sodass die Lastabschätzung mit dem kalibrierten Basiswert verglichen und der Abschätzungsfehler minimiert werden kann. Ohne die Modellkoeffizienten während der Arbeitsvorgänge weiter anzupassen, kann die Lastabschätzung bei einem Bagger 110 ungenau sein, da die Bedienperson die Bewegung vielleicht nicht in der präzisen Weise ausführen kann, um die typischen Arbeitszyklen, die während des Kalibrierungsvorgangs verwendet werden, wiederholt auszuführen. Die durch den stationären Muldenkipper 210 bereitgestellten externen Nutzlastdaten 212 sind im Allgemeinen korrekter, da die Nutzlast und die Nutzlastsensoren stationär sind.
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Unter Bezugnahme auf 3 kann der Bagger 110 eine Steuerung 310 umfassen. Die Steuerung 310 kann erste Nutzlastdaten von einem Nutzlastsensor 312 und externe Nutzlastdaten 212 von einem externen System 314 aufnehmen. Der Nutzlastsensor 312 kann beispielsweise einen oder mehrere von einem virtuellen Sensor, einem Drucksensor und einer Kraftmesszelle umfassen. Bei einer Ausführungsform kann der Nutzlastsensor 312 ein Drucksensor sein, der mit einem oder mehreren Zylindern der Schaufel 112, des Auslegers 114 und des Stiels 116 in Zusammenhang steht. Bei einer weiteren Ausführungsform kann der Nutzlastsensor 312 eine Kraftmesszelle sein, die zwischen den zueinanderpassenden mechanischen Komponenten des Baggers 110 oder an einer Tragstruktur des Auslegers 114 angeordnet ist. Bei einer weiteren Ausführungsform kann der Nutzlastsensor 312 ein virtueller Sensor sein, der Daten von ein oder mehreren von Drucksensoren, Kraftmesszellen oder Positionen und Geschwindigkeiten der Schaufel 112, des Auslegers 114 und des Stiels 116 berücksichtigt. Der virtuelle Sensor kann die Nutzlastdaten basierend auf einer Abschätzung der Last ableiten.
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Die Steuerung 310 kann die ersten Nutzlastdaten von dem Nutzlastsensor 312 mit den externen Nutzlastdaten 212 von dem externen System 314 vergleichen, um einen Nutzlastdaten-Offset zu generieren. Bei einer Ausführungsform kann die Steuerung 310 die Koeffizienten entweder des Regressionsmodells oder des physikalischen Dynamikmodells durch Vergleichen der ersten Nutzlastdaten von dem Nutzlastsensor 312 mit den externen Nutzlastdaten 212 unter Verwendung des Offsets anpassen. Bei einer Ausführungsform werden die externen Nutzlastdaten durch das externe System 314 im Muldenkipper 210 gemessen, wenn sich der Muldenkipper 210 in einem stationären Zustand befindet.
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Die Steuerung 310 kann dann zweite Nutzlastdaten von dem Nutzlastsensor 312 aufnehmen. Bei einer Ausführungsform kann die Steuerung 310 angepasste Nutzlastdaten basierend auf den zweiten Nutzlastdaten und dem Nutzlastdaten-Offset generieren. Bei einer weiteren Ausführungsform kann die Steuerung 310 angepasste Nutzlastdaten durch Anpassen der Koeffizienten der Lastabschätzung generieren. Die Steuerung 310 kann auch eine Restkapazität des Muldenkippers 210 basierend auf den externen Nutzlastdaten 212 bestimmen.
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Die Steuerung 310 kann die angepassten Nutzlastdaten an das Schaufelsteuerungssystem 316 senden. Das Schaufelsteuerungssystem 316 kann eines oder mehrere von dem Ausleger 114, dem Stiel 116 und der Schaufel 112 steuern, um die Nutzlastmenge in der Schaufel zu erhöhen oder zu verringern. Das Verbessern der Genauigkeit der Nutzlastdaten verbessert die Effizienz des Baggers, was auch den Kraftstoffverbrauch reduzieren kann. Als Ergebnis erhöht sich auch die Effizienz des Minengeländes.
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Dieser Nutzlastdaten-Offset kann verwendet werden, um die Genauigkeit der Nutzlastdaten zu verbessern. Der Bagger 110 kann basierend auf dem Nutzlastsensor 312 eine erste Nutzlast aufnehmen und erste Nutzlastdaten generieren. Der Bagger 110 kann dann die erste Nutzlast im Muldenkipper 210 ablegen. Der Muldenkipper 210 umfasst seine eigenen Nutzlastsensoren, wie beispielsweise externe Nutzlastsensoren in einem externen System 314. Der Muldenkipper 210 kann das externe Nutzlastgewicht oder die externen Nutzlastdaten 212 unter Verwendung der externen Sensoren bestimmen und die externen Nutzlastdaten 212 der Steuerung 310 im Bagger 110 kommunizieren.
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Die Steuerung 310 im Bagger 110 kann die ersten Nutzlastdaten und die externen Nutzlastdaten 212 vergleichen und einen Nutzlastdaten-Offset basierend auf dem Unterschied zwischen den zwei Mengen generieren. Der Bagger 110 kann eine zweite Nutzlast aufnehmen und zweite Nutzlastdaten basierend auf dem Nutzlastsensor 312 generieren. Die Steuerung 310 kann angepasste Nutzlastdaten basierend auf den zweiten Nutzlastdaten und dem Nutzlastdaten-Offset generieren. Die Steuerung 310 kann die angepassten Nutzlastdaten ein oder mehrere Male generieren, um die Genauigkeit der Nutzlastdaten zu verbessern.
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Bei einer weiteren Ausführungsform kann die Steuerung 310 im Bagger 110 die Koeffizienten von entweder dem Regressionsmodell oder dem physikalischen Dynamikmodell adaptiv anpassen, indem sie das Regressionsmodell oder das physikalische Dynamikmodell mit den externen Nutzlastdaten 212 neu kalibriert. Da die externen Nutzlastdaten 212 typischerweise gemessen werden, wenn sich der Muldenkipper 210 in einem stationären Zustand befindet, stellen die externen Nutzlastdaten 212 einen korrekten Referenzwert bereit. Der Bagger 110 kann eine zweite Nutzlast aufnehmen und angepasste Nutzlastdaten basierend auf dem Offset oder dem neu kalibrierten Regressionsmodell oder dem physikalischen Dynamikmodell generieren.
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Die Bagger 110 können die Nutzlastmenge in der Schaufel 112 unter Verwendung des Schaufelsteuerungssystems 316 basierend auf den angepassten Nutzlastdaten erhöhen oder verringern. Ein Bagger 110 kann beispielsweise das Abtragsvermögen seiner Schaufel 112 verringern, indem er die Schaufel 112 früher zum Stiel 116 hin dreht als am vordefinierten Volllastpunkt. Der Bagger 110 kann dann eine Nutzlastmenge ablegen, um die Verwendung der Restkapazität des Muldenkippers 210 zu maximieren.
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Wenn ein Bagger 110 beispielsweise 80 Tonnen Nutzlastmaterial auf einen Muldenkipper 210 laden muss, nimmt der Bagger 110 40 Tonnen Nutzlastmaterial gemäß dem Nutzlastsensor 312 entsprechend der Menge in der Schaufel 112 am Bagger 110 auf. Der Bagger 110 legt seine Nutzlast im Muldenkipper 210 ab. Die externen Sensoren am Muldenkipper 210 bestimmen, dass 35 Tonnen Nutzlastmaterial von dem Bagger 110 abgelegt wurden. Das externe System 314 kann Daten, die der Nutzlastmenge von 35 Tonnen entsprechen, an die Steuerung 310 im Bagger 110 senden. Die Steuerung 310 kann die ersten Nutzlastdaten von 40 Tonnen mit den externen Nutzlastdaten 212 von 35 Tonnen vergleichen und einen Nutzlastdaten-Offset von 5 Tonnen generieren.
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Die Steuerung 310 kann die externen Nutzlastdaten 212 verwenden, um zu bestimmen, dass der Muldenkipper 210 noch eine Restkapazität von 45 Tonnen aufweist. Ferner kann die Steuerung 310 zweite Nutzlastdaten aufnehmen, wenn der Bagger 110 eine zweite Last von beispielsweise 50 Tonnen aufnimmt. Bei einer Ausführungsform kann die Steuerung angepasste Nutzlastdaten von 45 Tonnen basierend auf den zweiten Nutzlastdaten und dem Nutzlastdaten-Offset generieren. Bei einer weiteren Ausführungsform kann die Steuerung 310 angepasste Nutzlastdaten von 45 Tonnen gemäß dem angepassten Abschätzungsmodell generieren, das auch durch die Steuerung 310 adaptiv modifiziert wird, nachdem die Steuerung 310 bestimmt hat, dass es einen Unterschied von 5 Tonnen zwischen den ersten Nutzlastdaten (40 Tonnen) und den externen Nutzlastdaten 212 (35 Tonnen) gibt. Ohne die angepassten Nutzlastdaten würde eine Bedienperson annehmen, dass die Nutzlastmenge in der Schaufel 112 des Baggers 110 5 Tonnen über der Restkapazität des Muldenkippers 210 beträgt. Die Bedienperson müsste dann 5 Tonnen zurückhalten, wenn sie das Nutzlastmaterial im Muldenkipper 210 ablegt, oder sie müsste eine weitere Last aufnehmen, die der Restkapazität des Muldenkippers 210 oder weniger entspricht. Aufgrund der angepassten Nutzlastdaten kann die Bedienperson jedoch die gesamte Nutzlastmenge in der Schaufel 112 des Baggers 110 in den Muldenkipper 210 ablegen.
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Alternativ kann die Steuerung 310 die angepassten Nutzlastdaten an das Schaufelsteuerungssystem 316 senden. Das Schaufelsteuerungssystem 316 kann eines oder mehrere von der Schaufel 112, dem Stiel 116 und dem Ausleger 114 steuern, um die Nutzlast aufzunehmen und die Effizienz des Baggers 110 und die Verwendung der Restkapazität im Muldenkipper 210 zu maximieren. Wenn die Steuerung 310 die Genauigkeit der Nutzlastdaten von der Lastabschätzung verbessern kann, verbessern sich die Leistung und die Effizienz und der Kraftstoffverbrauch wird reduziert.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Wie beschrieben, kann die Steuerung 310 Nutzlastdaten von dem Nutzlastsensor 312 und dem externen System 314 empfangen. Die Steuerung 310 kann die Nutzlastdaten von dem Abschätzungsmodell und dem externen System 314 vergleichen, um entweder einen Nutzlastdaten-Offset zu generieren oder die Lastabschätzung unter Verwendung eines oder mehrerer von dem Offset, den Nutzlastdaten und den externen Nutzlastdaten anpassen. Die Steuerung 310 kann dann angepasste Nutzlastdaten durch Anwenden des Offsets auf die zweiten Nutzlastdaten oder durch Anpassen der Koeffizienten der Lastabschätzung generieren, um den Fehler zu minimieren. Die Steuerung 310 kann die angepassten Nutzlastdaten an das Schaufelsteuerungssystem 316 senden. Die angepassten Nutzlastdaten ermöglichen dem Bagger 110, die Effizienz des Baggers 110 zu erhöhen und die Verwendung der Restkapazität des Muldenkippers 210 zu maximieren.
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Bei einer Ausführungsform offenbart 4 ein Verfahren zum Steuern eines Nutzlastsystems bei einer Maschine. Bei Block 402 umfasst das Verfahren das Bereitstellen erster Nutzlastdaten. Bei Block 404 umfasst das Verfahren, das Bereitstellen von externen Nutzlastdaten 212. Bei Block 406 umfasst das Verfahren dann das Generieren eines Nutzlastdaten-Offsets basierend auf den ersten Nutzlastdaten und den externen Nutzlastdaten 212. Alternativ kann das Verfahren das Anpassen der Lastabschätzung, um den Unterschied zwischen den ersten Nutzlastdaten und den externen Nutzlastdaten 212 zu minimieren, umfassen.
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Bei Block 408 umfasst das Verfahren das Bereitstellen der zweiten Nutzlastdaten. Bei Block 410 umfasst das Verfahren das Generieren angepasster Nutzlastdaten basierend auf den zweiten Nutzlastdaten und dem Nutzlastdaten-Offset. Bei einer Ausführungsform kann die Steuerung 310 den Offset auf die zweiten Nutzlastdaten anwenden. Bei einer weiteren Ausführungsform kann die Steuerung 310 die Koeffizienten der Lastabschätzung anpassen, um angepasste Nutzlastdaten bereitzustellen. Die angepassten Nutzlastdaten können auf viele Arten verwendet werden. Bei einer Ausführungsform können die angepassten Nutzlastdaten an das Schaufelsteuerungssystem 316 gesendet werden, welches die Menge an Nutzlastmaterial in der Schaufel 112 durch Steuern von einem oder mehreren von dem Ausleger 114, dem Stiel 116 und der Schaufel 112 regulieren kann.
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Andere Aspekte, Merkmale und Vorteile werden bei einer Durchsicht der beigefügten Zeichnungen und der Ansprüche offensichtlich.
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Die vorliegende Beschreibung dient nur für veranschaulichende Zwecke und sollte nicht dahin gehend ausgelegt werden, dass sie den Umfang der vorliegenden Offenbarung in irgendeiner Weise beschränkt. Daher wird der Fachmann erkennen, dass verschiedene Modifikationen an den hierin offenbarten Ausführungsformen erfolgen könnten, ohne von dem beabsichtigten Sinn und Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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