綜合考慮傳感器值可靠性的、用于作業(yè)機械的操作狀態(tài)檢測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種用于檢測作業(yè)機械(100)操作狀態(tài)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括用于檢測影響機械(100)操作狀態(tài)的參數(shù)的至少兩個傳感器(160、162、164、166、168、170、178b、178c、178e、178f、178g、172a、172b、174、178a、178d)和具有用于操作狀態(tài)信號值(232)輸出的操作狀態(tài)評估電路(228)。操作狀態(tài)評估電路(228)基于來自傳感器的融合信號和來自權(quán)重函數(shù)評估器(240)的傳感器可靠性信號確定操作狀態(tài)信號值(232)。
【專利說明】綜合考慮傳感器值可靠性的、用于作業(yè)機械的操作狀態(tài)檢測系統(tǒng)
[0001]相關(guān)申請
[0002]本申請是2013年3月18日提交美國專利申請序列號13/845，712的部分延續(xù)(并且要求該專利申請的優(yōu)先權(quán))。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明一般地涉及作業(yè)機械，像農(nóng)業(yè)和建筑機械，并且更特別地涉及基于傳感器輸入用于自動地檢測機械的操作狀態(tài)的系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0004]在許多應(yīng)用中，知道作業(yè)機械的操作狀態(tài)是重要的。操作狀態(tài)可以用于自動地控制作業(yè)機械的構(gòu)件。例如，在建筑機械或農(nóng)業(yè)收獲機械中，當操作狀態(tài)被檢測為“不工作”持續(xù)一段預(yù)定時間時，發(fā)動機轉(zhuǎn)速可以被自動地設(shè)置成空轉(zhuǎn)(美國8，230，667 B2)。另一個例子是具有自動控制器的聯(lián)合收割機，所述控制器需要知道在聯(lián)合收割機的操作參數(shù)已經(jīng)被改變后作物流是否已經(jīng)變得穩(wěn)定，或者具有多個振動傳感器的聯(lián)合收割機，所述傳感器需要知道聯(lián)合收割機是否處在適于記錄用于隨后的操作部件的錯誤檢測的振動信號的操作狀態(tài)(美國2006/0276949 Al)。檢測到的狀態(tài)還可以被記錄用于存檔文件和/或計算的目的。
[0005]根據(jù)前面提到的現(xiàn)有技術(shù)文獻融合來自多個傳感器的值，以確定可能隨時間變化的機械的操作狀態(tài)。然而，由于多種原因，來自一個這種傳感器的信號可能比來自另一傳感器的那些信號的可靠性低，這可能與傳感器的類型或與操作狀態(tài)有關(guān)。例如，谷粒損失傳感器在吞吐量條件下或在潮濕谷粒的情況下比在低吞吐量條件下或干燥谷粒的情況下的可靠性更低。由于這現(xiàn)有技術(shù)的操作狀態(tài)檢測系統(tǒng)中未考慮這一問題，因此所述系統(tǒng)的輸出通常不是可靠的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]因此本發(fā)明的一個目的是提供一種用于作業(yè)機械的改進的操作狀態(tài)檢測系統(tǒng)。另一個目的是提供這樣一種能夠克服之前提到的大部分或全部技術(shù)問題的系統(tǒng)。
[0007]—種用于檢測作業(yè)機械的操作狀態(tài)的系統(tǒng)包括:至少兩個傳感器，用于感測影響該工作機械的操作狀態(tài)的參數(shù)；操作狀態(tài)評估電路，其具有用于操作狀態(tài)信號值的輸出，所述操作狀態(tài)信號值指示作業(yè)機械的操作狀態(tài)。操作狀態(tài)評估電路基于來自所述傳感器的融合的信號確定操作狀態(tài)信號值。權(quán)重函數(shù)評估器接收來自所述傳感器的信號并得出指示至少一個(或多個)傳感器的信號的可靠性的可靠性信號。在評估機械的操作狀態(tài)時，操作狀態(tài)評估電路接收來自權(quán)重函數(shù)評估器的可靠性信號并基于來自權(quán)重函數(shù)評估器的它們各自的可靠性信號考慮來自傳感器的信號。所述可靠性信號可以是二進制的或可從大于2的任意數(shù)值中選出，即，準模擬信號。
[0008]換句話說，各個傳感器信號的可靠性或準確性在所述信號的融合(fus1n)期間被考慮。這產(chǎn)生更可靠的操作狀態(tài)信號。
[0009]操作狀態(tài)評估電路可以基于來自特定傳感器的信號和/或通過來自所述特定傳感器的信號與來自至少一個不同的傳感器的信號之間的比較計算傳感器信號的可靠性。這意味著傳感器的信號的可靠性是基于傳感器信號進行評估的，從而能夠排除不大可能準確的傳感器值?？商鎿Q地或額外地，第一傳感器可以評估第二傳感器的操作條件，所述操作條件影響第二傳感器的可靠性。例如，聯(lián)合收割機中的谷粒生產(chǎn)量和/或濕度可以由第一傳感器檢測。第一傳感器的輸出指示第二傳感器的信號的可靠性，所述第二傳感器可以是具有沖擊板(impact plate)的損失傳感器。特別地，操作狀態(tài)評估電路可以基于來自傳感器的信號的范圍、變化率、噪聲水平以及傳感器的環(huán)境條件中的至少一種計算來自傳感器的信號的可靠性，其中所述環(huán)境條件諸如田地布局、作物類型、作物密度和作物水分等。
[0010]操作狀態(tài)信號值可以特別地指示機械是否處于穩(wěn)定的操作狀態(tài)。在另一個實施例中，操作狀態(tài)信號值可以指示機械是否空閑，執(zhí)行的工作的具體類型或是否處于公路輸運模式。
[0011]操作狀態(tài)評估電路可以額外地提供指示操作狀態(tài)信號值的估算的精確度的可信度信號輸出和/或指示在作業(yè)機械中的作物處理參數(shù)被改變之后達到所述操作狀態(tài)所需的時間間隔的時間信號。
[0012]操作狀態(tài)評估電路優(yōu)選地進一步響應(yīng)觸發(fā)器函數(shù)輸入，該觸發(fā)器函數(shù)輸入指示在操作狀態(tài)評估電路將要命令操作狀態(tài)信號值去指示已經(jīng)達到所述操作狀態(tài)之前操作狀態(tài)評估電路必須確定的可信度的最低水平。
[0013]所描述的操作狀態(tài)檢測系統(tǒng)可優(yōu)選地用于收割機械。
[0014]本文中的傳感器優(yōu)選地包括用于檢測作物參數(shù)的作物傳感器和用于檢測收割機械中作物處理結(jié)果的處理結(jié)果參數(shù)的處理結(jié)果傳感器。用于這種收割機械的操作狀態(tài)檢測系統(tǒng)優(yōu)選地包括模糊邏輯電路，所述模糊邏輯電路被配置成接收指示作物參數(shù)的信號、指示處理結(jié)果參數(shù)的信號、和指示作物參數(shù)以及處理結(jié)果參數(shù)的時間導數(shù)的信號作為輸入信號。模糊邏輯電路進一步包括用于每個輸入信號的參數(shù)范圍分類器電路。參數(shù)范圍分類器電路提供各自的連續(xù)的輸出，所述連續(xù)的輸出指示所述機械已經(jīng)達到作物處理的穩(wěn)定狀態(tài)的概率，同時操作狀態(tài)評估電路被配置成用于接收參數(shù)范圍分類器電路的輸出并且基于參數(shù)范圍分類器電路的輸出和可靠性信號生成操作狀態(tài)信號值。
[0015]收割機械可以包括控制器電路。操作狀態(tài)信號值被配置成被傳達到控制器電路，以用于(i)調(diào)整收割機的作物處理參數(shù)的致動器的自動控制和(ii)控制操作員界面裝置的自動控制二者之一，其中所述界面裝置用于向機械操作員指示用于致動器的調(diào)整值。控制器電路被配置成(i)接收指示作物參數(shù)的信號、(ii)接收指示處理結(jié)果參數(shù)的信號、和
(iii)在操作狀態(tài)信號值指示收割機已經(jīng)達到作物處理的穩(wěn)定狀態(tài)之后基于指示作物參數(shù)的信號和指示處理結(jié)果參數(shù)的信號評估所述調(diào)整值。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于檢測作業(yè)機械的操作狀態(tài)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:至少兩個傳感器，該至少兩個傳感器被配置成用于感測影響該工作機械的操作狀態(tài)的參數(shù)；操作狀態(tài)評估電路，該操作狀態(tài)評估電路被配置成用于產(chǎn)生操作狀態(tài)信號值，其中操作狀態(tài)信號值指示作業(yè)機械的操作狀態(tài)，并且其中所述操作狀態(tài)評估電路被配置成基于來自所述至少兩個傳感器的第一信號生成操作狀態(tài)信號值；和權(quán)重函數(shù)評估器，該權(quán)重函數(shù)評估器被配置成用于接收來自所述至少兩個傳感器的第二信號并被配置成用于生成指示所述第一信號中的至少一個信號的可靠性的可靠性信號；其中，操作狀態(tài)評估電路可操作以用于接收所述可靠性信號，并且在評估作業(yè)機械的操作狀態(tài)的過程中基于所述可靠性信號對所述第一信號進行加權(quán)。
[0017]權(quán)重函數(shù)評估器可以被配置成基于所述第一信號中的至少一個信號以及基于所述第一信號中的所述至少一個信號與來自至少一個傳感器的信號的比較計算所述可靠性信號。
[0018]權(quán)重函數(shù)評估器可以被配置成基于下列項中的至少一項產(chǎn)生可靠性信號:(i)所述第一信號中的所述至少一個信號的范圍；(ii)所述第一信號中的所述至少一個信號的變化率；(iii)所述第一信號中的所述至少一個信號的噪聲水平；和(iv)環(huán)境條件，其中，所述環(huán)境條件包括田地布局、作物類型、作物密度和作物濕度中的至少一個。
[0019]操作狀態(tài)信號值可指示作業(yè)機械是否處于穩(wěn)定操作狀態(tài)。
[0020]操作狀態(tài)評估電路可進一步生成可信度信號，其中可信度信號指示操作狀態(tài)信號值的估算的精確度。
[0021]操作狀態(tài)評估電路可進一步提供時間信號，其中時間信號指示在作業(yè)機械中的作物處理參數(shù)被改變之后達到所述穩(wěn)定操作狀態(tài)所需的時間間隔。
[0022]操作狀態(tài)評估電路可響應(yīng)觸發(fā)器函數(shù)輸入，并且其中所述觸發(fā)器函數(shù)輸入指示可信度的最低水平，其中，在操作狀態(tài)評估電路將要命令操作狀態(tài)信號值指示已經(jīng)達到所述操作狀態(tài)之前，操作狀態(tài)評估電路必須確定所述可信度的最低水平。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種具有操作狀態(tài)的收割機械，所述收割機械包括:主體；脫粒和分離組件，該脫粒和分離組件被支撐在所述主體上；供料室，該供料室被支撐在所述主體上；割臺，該割臺被支撐在供料室上；和用于檢測收割機械的操作狀態(tài)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:至少兩個傳感器，該至個兩個傳感器被配置成用于感測影響該工作機械的操作狀態(tài)的參數(shù)；操作狀態(tài)評估電路，該操作狀態(tài)評估電路被配置成用于產(chǎn)生操作狀態(tài)信號值，其中操作狀態(tài)信號值指示作業(yè)機械的操作狀態(tài)，并且其中所述操作狀態(tài)評估電路被配置成基于來自所述至少兩個傳感器的第一信號生成操作狀態(tài)信號值；和權(quán)重函數(shù)評估器，該權(quán)重函數(shù)評估器被配置成用于接收來自所述至少兩個傳感器的第二信號并被配置成用于生成指示所述第一信號中的至少一個信號的可靠性的可靠性信號；其中，操作狀態(tài)評估電路可操作以用于接收所述可靠性信號，并且在評估作業(yè)機械的操作狀態(tài)的過程中基于所述可靠性信號對所述第一信號進行加權(quán)。
[0024]所述至少兩個傳感器可以包括被配置成用于感測作物參數(shù)的作物傳感器，和被配置成用于感測收割機械中的作物處理結(jié)果的處理結(jié)果參數(shù)的處理結(jié)果傳感器。
[0025]所述系統(tǒng)進一步包括被配置成用于接收輸入信號的模糊邏輯電路，所述輸入信號包括(i)來自作物傳感器的用于指示作物參數(shù)的信號、(ii)來自處理結(jié)果傳感器的用于指示處理結(jié)果參數(shù)的信號、(iii)用于指示作物參數(shù)的時間導數(shù)的信號，和(iv)用于指示處理結(jié)果參數(shù)的時間導數(shù)的信號；其中，模糊邏輯電路進一步包括與所述輸入信號中的每個輸入信號相關(guān)聯(lián)的參數(shù)范圍分類器電路，其中每個參數(shù)范圍分類器電路被配置成用于提供連續(xù)的輸出，所述連續(xù)的輸出指示所述收割機械已經(jīng)達到作物處理的穩(wěn)定狀態(tài)的概率，并且其中，操作狀態(tài)評估電路被配置成用于接收每個參數(shù)范圍分類器電路的所述連續(xù)的輸出，并且操作狀態(tài)評估電路被配置成基于每個參數(shù)范圍分類器電路的所述連續(xù)的輸出生成操作狀態(tài)信號值。
[0026]收割機械進一步包括控制器電路，其中，所述操作狀態(tài)信號值被配置成被傳達到所述控制器電路，以用于以下兩項中的至少一項:(i)用于調(diào)整收割機械的作物處理參數(shù)的致動器的自動控制；和(ii)操作員界面設(shè)備的自動控制，以向機械操作員指示所述致動器的調(diào)整值，并且其中，所述控制器電路被配置成用于(i)接收指示作物參數(shù)的信號、(ii)接收指示處理結(jié)果參數(shù)的信號、和(iii)在操作狀態(tài)信號值指示收割機械已經(jīng)達到作物處理的穩(wěn)定狀態(tài)之后基于指示作物參數(shù)的信號和指示處理結(jié)果參數(shù)的信號評估所述調(diào)整值。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1是使用本發(fā)明的控制系統(tǒng)的收割機的側(cè)視圖。
[0028]圖2是圖1中所示的收割機的控制系統(tǒng)的原理圖。

【具體實施方式】
[0029]現(xiàn)在參照圖1，其所示了被具體化為以聯(lián)合收割機為形式農(nóng)業(yè)收割機100的工作機械，其中，收割機100包括具有車輪結(jié)構(gòu)113的主體112，所述車輪結(jié)構(gòu)113包括支撐主體112的前輪114和后輪115，以便在待收割的作物田地上移動。前輪114由電子控制的液壓靜力傳動裝置驅(qū)動，并且后輪115是被引導著前行的。
[0030]這里作為收割平臺示出的垂直地可校準的割臺(header) 116用于收割作物和引導作物到供料室118。供料室118被可樞轉(zhuǎn)地并且可校準地連接到主體112并且包括用于將收割的作物傳送到擊輥(beater) 120的傳送器。擊輥120引導作物向上通過入口過渡部分122至旋轉(zhuǎn)脫粒和分離組件124。也可以使用其他定向和類型的脫粒結(jié)構(gòu)以及其他類型的割臺116，諸如包括大致橫向的框架的割臺，所述框架進一步跨越框架的寬度支撐被間隔開的各個行單元。作為另一個替換，可以使用帶式輸送機平臺，其中橫向框架支撐環(huán)帶式輸送機將作物從割臺的側(cè)面輸朝向中心區(qū)域傳送，并且中心區(qū)域的輸送機將作物向后傳送通過中心孔。
[0031]旋轉(zhuǎn)脫粒和分離組件124脫粒并分離收割的作物材料。谷粒和谷殼下落通過位于分離組件124底部上的的凹部125和分離格柵123至清選系統(tǒng)126，并且被穎糠篩(chaffer) 127和網(wǎng)篩(sieve) 128和空氣風扇129清選。清選系統(tǒng)126移除谷殼并且通過谷粒螺旋推運器(auger) 133引導干凈的谷粒到干凈的谷粒箱。箱中干凈的谷?？梢酝ㄟ^卸載螺旋推運器130卸載進入運糧拖車或卡車。殘渣落入返回螺旋推運器131并且被輸送到旋轉(zhuǎn)脫粒和分離組件124 (或到分離復脫器(re-thresher)，未顯示)，在那里，所述殘渣被再次脫粒。
[0032]脫粒和分離后的秸桿通過出口 132從旋轉(zhuǎn)脫粒和分離組件124卸載到排料逐稿器134。排料逐稿器134隨后將秸桿從收割機100的后部推出。應(yīng)注意的是，排料逐稿器134也可以將秸桿直接排放到秸桿切碎器(chopper)。收割機100的操作由操作員的駕駛室135控制。
[0033]旋轉(zhuǎn)脫粒和分離組件124包括殼體136，該殼體136用于定位在殼體136內(nèi)部的圓柱形轉(zhuǎn)子或轉(zhuǎn)子137。轉(zhuǎn)子的前部和轉(zhuǎn)子殼體限定了喂入段(infeed sect1n) 138。喂入段138的下游是脫粒部分139、分離部分140和卸料部分141。喂入段138中的轉(zhuǎn)子137設(shè)有圓錐形轉(zhuǎn)鼓，該圓錐形轉(zhuǎn)鼓具有螺旋進給元件，用于與接收自逐稿器120和入口過渡部分122的收割的作物材料接合。緊挨著喂入段138下游的是脫粒部分139。
[0034]在脫粒部分139中，轉(zhuǎn)子137包括圓柱形轉(zhuǎn)鼓，該圓柱形轉(zhuǎn)鼓有多個脫粒元件以用于對接收自喂入段138的收割的作物材料進行脫粒。脫粒部分139的下游是分離部分140，其中被捕獲在脫粒后的作物材料中的谷粒得到釋放并且落到清選系統(tǒng)126。分離部分140被并入卸料部分141，在那里，作物材料(而不是谷粒)被排出旋轉(zhuǎn)脫粒和分離組件124。
[0035]位于操作員駕駛室135中的操作員控制臺150包括傳統(tǒng)的操作員控制裝置，所述裝置包括用于手動控制速度范圍和液壓靜力傳動機構(gòu)的輸出速度以驅(qū)動前輪114的液壓變速桿152。操作員駕駛室135中的操作員界面設(shè)備154允許信息輸入到控制裝置155，該控制裝置155包括車載處理器系統(tǒng)156，該處理器系統(tǒng)156向收割機100提供自動速度控制和在下文中描述的許多其他控制功能。操作員可以將各種類型的信息輸入操作員界面設(shè)備154，這些信息包括作物類型、位置、產(chǎn)量等等。
[0036]來自傳感器的信號包括與諸如相對空氣濕度等環(huán)境變量有關(guān)的信息，和與由車載控制系統(tǒng)控制的變量有關(guān)的信息。這些信號包括分別來自雷達傳感器或其他傳統(tǒng)地速傳感器160的車輛速度信號、來自轉(zhuǎn)子速度傳感器162的轉(zhuǎn)子速度信號、來自風扇速度傳感器164的風扇速度信號、來自凹板間隙傳感器166的凹板間隙信號、來自穎糠篩開口傳感器168的穎糠篩開口信號、和來自網(wǎng)篩開口傳感器170的網(wǎng)篩開口信號。額外的信號來自于位于旋轉(zhuǎn)脫粒和分離組件124的出口處的谷粒損失傳感器172a、位于清選系統(tǒng)126出口的任一側(cè)的谷粒損失傳感器172b、谷粒損壞傳感器174和收割機上的其他各種傳感器裝置。來自箱清潔度(cleanliness)傳感器178a、質(zhì)量流量傳感器178b、谷粒濕度傳感器178c、殘渣量傳感器178d、相對濕度傳感器178e、溫度傳感器178f和材料濕度傳感器178g的信號也被提供。
[0037]相對濕度傳感器178e、溫度傳感器178f和材料濕度傳感器178g指示在被切斷的作物材料在收割機100中被處理(即脫粒、清選、或者分離)之前的作物材料的條件。
[0038]通信電路將來自上文提到的傳感器和發(fā)動機速度監(jiān)視器、谷粒質(zhì)量流量監(jiān)視器、和收割機上的其他微控制器的信號引導到控制裝置155。來自操作員界面設(shè)備154的信號也被引導到控制裝置155。控制裝置155連接到致動器202、204、206、208、210、212以用于控制在收割機100上的可調(diào)整的元件。
[0039]由控制裝置155控制的致動器包括被配置成用于控制轉(zhuǎn)子137的旋轉(zhuǎn)速度的轉(zhuǎn)子速度致動器202、被配置成用于控制凹板125的間隙的凹板間隙致動器204、被配置成用于控制穎糠篩127的開口寬度的穎糠篩開口致動器206、陪配置成用于控制網(wǎng)篩128的開口的網(wǎng)篩開口致動器208，被配置成用于控制空氣風扇129的速度的風扇速度致動器210，和被配置成用于控制液壓靜力傳動裝置114t的輸出速度并因此控制收割機100的地速的地速致動器212。這些致動器在本【技術(shù)領(lǐng)域】是已知的并且因此在圖1中僅示意性地顯示。
[0040]現(xiàn)在參照圖2?？刂蒲b置155包括控制器電路220，控制器電路220接收來自地速傳感器160、轉(zhuǎn)子速度傳感器162、風扇速度傳感器164、凹板間隙傳感器166、穎糠篩開口傳感器168、和網(wǎng)篩開口傳感器170(以上這些傳感器代表收割機的內(nèi)部參數(shù))、作物傳感器(其包括質(zhì)量流量傳感器178b、濕度傳感器178c、相對濕度傳感器178e、溫度傳感器178f、材料濕度傳感器178g)和作物處理結(jié)果傳感器(其包括谷粒損耗傳感器172a、谷粒損耗傳感器172b、谷粒損傷傳感器174、箱清潔度傳感器178a、和殘渣量傳感器178d)的信號。
[0041]控制器電路220包括一個或者更多個電子控制單元(ECUs)，每個所述電子控制單元進一步包含連接到數(shù)字存儲器電路的數(shù)字微處理器。數(shù)字存儲器電路包含將ECU配置成用于執(zhí)行本文中描述的功能的指令。
[0042]可以是單個E⑶提供本文中描述的控制器電路220的所有功能?？商鎿Q地，可以具有通過使用一個或多個通信電路彼此連接的兩個或者更多個ECU。這些通信電路中的每一個都可以包含一個或者更多個數(shù)據(jù)總線、CAN總線、LAN、WAN或者其他通信裝置。
[0043]在具有兩個或者更多個ECU的配置中，本文中描述的各種功能中的每一個可以分配到該配置中的單獨的ECU。這些單獨的ECU被配置成用于將它們所分配的功能的結(jié)果發(fā)送至到該配置中的其他E⑶。
[0044]收割機100進一步包括用于檢測收割機100的操作狀態(tài)的系統(tǒng)。這種系統(tǒng)包括模糊邏輯電路222，所述模糊邏輯電路222包括第一參數(shù)范圍分類器電路224、第二參數(shù)范圍分類器電路226和操作狀態(tài)評估電路228。
[0045]模糊邏輯電路222包括一個或者更多個電子控制單元(ECUs)，每個所述電子控制單元進一步包含連接到數(shù)字存儲器電路的數(shù)字微處理器。數(shù)字存儲器電路包含將ECU配置成用于執(zhí)行本文中描述的功能的指令。
[0046]可以是單個ECU提供本文中描述的模糊邏輯電路222的所有功能?？商鎿Q地，可以具有通過使用一個或多個通信電路彼此連接的兩個或者更多個ECU。這些通信電路中的每一個都可以包含一個或者更多個數(shù)據(jù)總線、CAN總線、LAN、WAN或者其他通信裝置。
[0047]在具有兩個或者更多個ECU的配置中，本文中描述的各種功能中的每一個可以分配到該配置中的單獨的ECU。這些單獨的ECU被配置成用于將它們所分配的功能的結(jié)果發(fā)送至到該配置中的其他E⑶。
[0048]第一參數(shù)范圍分類器電路224接收來自用于內(nèi)部參數(shù)的地速傳感器160、轉(zhuǎn)子速度傳感器162、風扇速度傳感器164、凹板間隙傳感器166、穎糠篩開口傳感器168、和網(wǎng)篩開口傳感器170的信號，接收來自作物傳感器(其包括質(zhì)量流量傳感器178b、濕度傳感器178c、相對濕度傳感器178e、溫度傳感器178f、和材料濕度傳感器178g)和來自作物處理結(jié)果傳感器(該傳感器包括谷粒損耗傳感器172a、谷粒損耗傳感器172b、谷粒損傷傳感器174、箱清潔度傳感器178a、和殘渣量傳感器178d)的信號。
[0049]用于檢測收割機100操作狀態(tài)的系統(tǒng)進一步包括微分電路225，所述微分電路225連接到每個傳感器(160、162、164、166、168、170、178b、178c、178e、178f、178g、172a、172b、174、178a、178d)以從各傳感器接收相應(yīng)的信號。微分電路225被配置成用于計算接收自傳感器(160、162、164、166、168、170、178b、178c、178e、178f、178g、172a、172b、174、178a、178d)的每個信號的時間變率。微分電路225進一步被配置成用于傳輸每個傳感器的相應(yīng)的連續(xù)信號，所述連續(xù)信號指示該傳感器(160、162、164、166、168、170、178b、178c、178e、178f、178g、172a、172b、174、178a、178d)的時間變率。微分電路225連接到第二參數(shù)范圍分類器電路226，以向第二參數(shù)范圍分類器電路226提供連續(xù)的時間變率信號。
[0050]第二參數(shù)范圍分類器電路226接收來自微分電路225的每個傳感器(160、162、164、166、168、170、178b、178c、178e、178f、178g、172a、172b、174、178a、178d)的時間變率信號，其中所述微分電路225依次接收用于內(nèi)部參數(shù)的來自地速傳感器160、轉(zhuǎn)子速度傳感器162、風扇速度傳感器164、凹板間隙傳感器166、穎糠篩開口傳感器168、和網(wǎng)篩開口傳感器170的信號，接收來自作物傳感器(包括質(zhì)量流量傳感器178b、濕度傳感器178c、相對濕度傳感器178e、溫度傳感器178f、材料濕度傳感器178g)和來自作物處理結(jié)果傳感器(包括谷粒損耗傳感器172a、谷粒損耗傳感器172b、谷粒損傷傳感器174、箱清潔度傳感器178a、和殘渣量傳感器178d)的信號。
[0051]第一參數(shù)范圍分類器電路224和第二參數(shù)范圍分類器電路226中的每一個都包括數(shù)個模糊分類器電路230。
[0052]每個傳感器(160、162、164、166、168、170、172a、172b、174、178a、178d、178b、178c、178e、178f，和178g)者連接到第一參數(shù)范圍分類器電路224的對應(yīng)的模糊分類器電路230，以將所述傳感器的傳感器信號傳輸?shù)侥抢铩?br> [0053]每個傳感器(160、162、164、166、168、170、172a、172b、174、178a、178d、178b、178c、178e、178f，和178g)都(經(jīng)由微分電路225)連接到第二參數(shù)范圍分類器電路226的對應(yīng)的模糊分類器電路230，以將所述傳感器的傳感器信號的時間導數(shù)傳輸?shù)侥抢铩?br> [0054]每個模糊分類器電路230被配置成用于將該電路接收的傳感器信號分類成多個類。第一參數(shù)范圍分類器電路224中的每個模糊分類器電路230評估其對應(yīng)的傳感器信號的范圍(模糊類)。第二參數(shù)范圍分類器電路226中的每個模糊分類器電路230評估所述模糊分類器電路230所對應(yīng)的傳感器信號的變化率。
[0055]所有模糊分類器電路230都按照預(yù)定要求執(zhí)行它們的分類工作，所述預(yù)定要求是基于專業(yè)知識或者其他適當?shù)南到y(tǒng)預(yù)先生成的。每個模糊分類器電路230使用的具體參數(shù)和系數(shù)將取決于模糊分類器電路230連接到的傳感器的類型。所述參數(shù)和系數(shù)也將取決于收割機的物理構(gòu)造，所述物理構(gòu)造決定了各種子系統(tǒng)能夠多快地達到操作穩(wěn)定狀態(tài)。所述參數(shù)和系數(shù)也將取決于所使用的致動器的類型以及所述致動器能夠?qū)刂破麟娐?20命令的改變做出多快的反應(yīng)。
[0056]如果需要，在運行期間改變所述要求是可能的。模糊分類器電路230中的每一個都提供連續(xù)的輸出，所述連續(xù)的輸出指示在收割機100中已經(jīng)達到作物處理的穩(wěn)定狀態(tài)的可能性。這些輸出(其中這些輸出的數(shù)字對應(yīng)于輸入信號的數(shù)字)被傳輸?shù)讲僮鳡顟B(tài)評估電路228。
[0057]操作狀態(tài)評估電路228向控制器電路220提供操作狀態(tài)信號值232。操作狀態(tài)信號值232基于第一參數(shù)范圍分類器電路224和第二參數(shù)范圍分類器電路的輸出結(jié)果的整體評估。操作狀態(tài)信號值是二進制的(O或者I)。所述操作狀態(tài)信號值表示是否已經(jīng)達到穩(wěn)定狀態(tài)，即是否可以假定收割機100中的作物處理操作(作物處理)在參數(shù)(如致動器調(diào)整或作物特性)已經(jīng)改變之后依然是連續(xù)的。如果操作狀態(tài)信號值232是1，則認為狀態(tài)是穩(wěn)定的，并且如果操作狀態(tài)信號值232是0，則狀態(tài)尚未穩(wěn)定。
[0058]模糊分類器電路230執(zhí)行它們各自的傳感器信號的模糊化處理以提供對應(yīng)的模糊化的信號。操作狀態(tài)評估電路228連接到第一參數(shù)范圍分類器電路224和第二參數(shù)范圍分類器電路226，以通過使用應(yīng)用規(guī)則庫的推理機構(gòu)接收和融合(合并)這些模糊化的信號，隨后執(zhí)行去模糊化處理。例如，合適的模糊邏輯電路222在美國專利6，315.658B1中得到描述，該專利的所有教導都通過引用而被合并于此。
[0059]操作狀態(tài)評估電路228產(chǎn)生并且輸出可信度信號(confidence signal)輸出234到控制器電路220，所述可信度信號輸出234指示操作狀態(tài)信號值232的估算的精確度(estimated accurateness)?？尚哦刃盘栞敵?34的數(shù)值指示操作狀態(tài)信號值232正確(例如，精確)的概率。
[0060]另外，操作狀態(tài)評估電路228向控制器電路220提供時間信號236，所述時間信號236指示在收割機100中的作物處理參數(shù)被改變之后達到穩(wěn)定狀態(tài)所需的時間間隔。
[0061]操作狀態(tài)評估電路228具有觸發(fā)器功能輸入238，用于規(guī)定所要求的穩(wěn)定狀態(tài)信號的可信度水平，以指示穩(wěn)定狀態(tài)。操作員通過操控操作員界面設(shè)備154提供觸發(fā)器功能輸入238。觸發(fā)功能輸入238允許操作員經(jīng)由操作員界面設(shè)備154輸入根據(jù)操作員的意見是否在穩(wěn)定狀態(tài)中需要高的可信度(像可能是在如潮濕的谷粒之類困難的作物條件下的情況一樣)。在不需要的情況下，調(diào)整過程可以被加速。
[0062]操作狀態(tài)評估電路228進一步接收可靠性信號，所述可靠性信號指示來自權(quán)重函數(shù)評估器 240 的至少一個所述傳感器(160、162、164、166、168、170、178b、178c、178e、178f、178g、172a、172b、174、178a、178d)的信號可靠性，用于在由操作狀態(tài)評估電路228執(zhí)行的評估過程中區(qū)分模糊分類器電路230的輸出的優(yōu)先性，使得來自低準確度傳感器的測量結(jié)果能夠被施加權(quán)重。權(quán)重函數(shù)評估器240因此可以通過操作員界面設(shè)備154指示例如谷粒損耗傳感器172a、谷粒損耗傳感器172b (這些傳感器要求定期的校準)之類特定的傳感器被認為是精確度較低并且因此它們在操作狀態(tài)評估電路228中的評估過程中的相關(guān)性被減少。
[0063]用于在操作狀態(tài)評估電路228的評估過程中區(qū)分模糊分類器電路230輸出的優(yōu)先性的權(quán)重函數(shù)評估器240使用來自各自傳感器特別是處理結(jié)果傳感器(其包括谷粒損耗傳感器172a、谷粒損耗傳感器172b、谷粒損傷傳感器174、箱清潔度傳感器178a、和殘渣量傳感器178d)和/或者作物傳感器(其包括質(zhì)量流量傳感器178b、濕度傳感器178c、相對濕度傳感器178e、溫度傳感器178f、和材料濕度傳感器178g)的信號。具有低精確度或可靠性的傳感器的相關(guān)性因此基于傳感器信號并且優(yōu)選地基于與來自其他傳感器的信號的比較而被自動地降低。通過分析輸入數(shù)據(jù)的性質(zhì)來自動調(diào)整前述傳感器的各自的貢獻對整體結(jié)果的影響，權(quán)重函數(shù)評估器240提高操作狀態(tài)評估電路的可靠性。例子包括(但不限于)范圍、變化率、噪聲水平以及環(huán)境條件，它們給出與假定的輸入可靠性相關(guān)的指示。這可以是簡單的二進制接受/忽略決定或者權(quán)重因數(shù)的連續(xù)調(diào)整，以支持與包括一定程度的模糊信息相比高度可靠的信息。這種方法，較低可信賴度的或者潛在地錯誤的輸入可以被同時暫時地和永久地適當加權(quán)(減少影響或者甚至忽略)。這使得操作狀態(tài)評估電路具有更好的性能。由于尤其其損耗傳感器具有十分嚴重的根據(jù)其所使用的條件而改變性能的傾向，因此這是有用的。
[0064]控制器電路220因此接收來自上文提及的權(quán)重函數(shù)評估器240、地速傳感器160、轉(zhuǎn)子速度傳感器162、風扇速度傳感器164、凹板間隙傳感器166、穎糠篩開口傳感器168、和網(wǎng)篩開口傳感器170、作物傳感器(其包括質(zhì)量流量傳感器178b、濕度傳感器178c、相對濕度傳感器178e、溫度傳感器178f、和材料濕度傳感器178g)和作物處理結(jié)果傳感器(其包括谷粒損耗傳感器172a、谷粒損耗傳感器172b、谷粒損傷傳感器174、箱清潔度傳感器178a、和殘渣量傳感器178d)的信號?？刂破麟娐?20使用這些信號產(chǎn)生用于致動器202、204、206、208、210、212的控制信號以實現(xiàn)最佳的作物處理結(jié)果。為獲得控制器電路220的操作的細節(jié)，請參見在美國專利6，726，559B2和美國專利6，863，604 B2中描述的現(xiàn)有技術(shù)，，這兩份專利作為引用將其全部教導合并于此。在另一個可能的實施例中，控制器電路220可以經(jīng)由操作員界面設(shè)備154向操作員給出關(guān)于致動器調(diào)整值的建議，使得操作員可以手動地調(diào)整這些致動器。
[0065]來自處理結(jié)果傳感器的信號(其包括谷粒損耗傳感器172a、谷粒損耗傳感器172b、谷粒損傷傳感器174、箱清潔度傳感器178a、和殘渣量傳感器178d)對于獲得至控制器電路220的反饋信號而言是重要的，使得控制器電路220可以提供用于致動器202、204、206、208、210、212的最佳的致動器調(diào)整信號。一旦作物參數(shù)已經(jīng)改變，例如當在田地中的土壤性質(zhì)變化，或者收割機100已經(jīng)在田地的畦頭未耕地(headland)中轉(zhuǎn)彎，或者一個或者更多個致動器202、204、206、208、210、212已經(jīng)被控制器電路220調(diào)整時，需要花費一些時間，直到收割機100中的作物處理操作已經(jīng)達到穩(wěn)定狀態(tài)為止。只有在達到穩(wěn)定狀態(tài)之后，考慮來自處理結(jié)果傳感器(其包括谷粒損耗傳感器172a、谷粒損耗傳感器172b、谷粒損傷傳感器174、箱清潔度傳感器178a、和殘渣量傳感器178d)的信號才有意義，這是因為所述信號在那個時間點之前對于作物處理操作不具有代表性。
[0066]用于檢測收割機100的穩(wěn)定操作狀態(tài)的系統(tǒng)包括用于檢測穩(wěn)定狀態(tài)的模糊邏輯電路222。它從來自權(quán)重函數(shù)評估器240、地速傳感器160、轉(zhuǎn)子速度傳感器162、風扇速度傳感器164、凹板間隙傳感器166、穎糠篩開口傳感器168、和網(wǎng)篩開口傳感器170、作物傳感器(包括質(zhì)量流量傳感器178b、濕度傳感器178c、相對濕度傳感器178e、溫度傳感器178f、和材料濕度傳感器178g)和作物處理結(jié)果傳感器(包括谷粒損耗傳感器172a、谷粒損耗傳感器172b、谷粒損傷傳感器174、箱清潔度傳感器178a、和殘渣量傳感器178d)的信號得到這種信息，并且向控制器電路220提交操作狀態(tài)信號值232。當操作狀態(tài)信號值232指示穩(wěn)定狀態(tài)時，控制器電路220僅使用來自處理結(jié)果傳感器(包括谷粒損耗傳感器172a、谷粒損耗傳感器172b、谷粒損傷傳感器174、箱清潔度傳感器178a、和殘渣量傳感器178d)的信號。與其他輸入例如來自作物傳感器(包括質(zhì)量流量傳感器178b、濕度傳感器178c、相對濕度傳感器178e、溫度傳感器178f、和材料濕度傳感器178g)的那些輸入相比，可信度信號輸出234可以被控制器電路220考慮，以便相對于用于對處理結(jié)果傳感器(包括谷粒損耗傳感器172a、谷粒損耗傳感器172b、谷粒損傷傳感器174、箱清潔度傳感器178a、和殘渣量傳感器178d)的相關(guān)性進行加權(quán)。另外，時間信號236可以被控制器電路220使用，以獲得用于評估致動器信號的作物性質(zhì)(例如吞吐量)。
[0067]如圖2中的從控制器電路220到權(quán)重函數(shù)評估器240的可選擇的反饋線所示，控制裝置155可以包含反饋機制，所述反饋機制將能使權(quán)重函數(shù)評估器240 (或者操作狀態(tài)評估電路228) 了解一個決定是否是正確的(假設(shè)例如可經(jīng)由操作員界面設(shè)備154由操作者反饋提供更大的總體情況概覽，或者在控制器電路220中做出的自動決定的情況下)并且相應(yīng)地調(diào)整未來的可靠性信號。
[0068]已經(jīng)描述了優(yōu)選的實施例，顯然，在部脫離附隨的權(quán)利要求限定的本發(fā)明范圍的情況下可以做出各種修改。例如，用于規(guī)定穩(wěn)定狀態(tài)信號的要求的可信度水平以指示穩(wěn)定狀態(tài)的觸發(fā)器功能輸入238，可以由控制器電路220基于實際的作物條件提供。盡管收割機100被顯示為聯(lián)合收割機，但是上文所述的系統(tǒng)也適合于與其他收割機以及具有相互作用和復雜調(diào)整的其他工具一起使用，以適應(yīng)不同類型的連續(xù)改變的作業(yè)條件。
【權(quán)利要求】
1.一種用于檢測作業(yè)機械(100)的操作狀態(tài)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括: 至少兩個傳感器(160、162、164、166、168、170、178b、178c、178e、178f、178g、172a、172b、174、178a、178d)，該至少兩個傳感器被配置成用于感測影響該工作機械(100)的操作狀態(tài)的參數(shù)； 操作狀態(tài)評估電路(228)，該操作狀態(tài)評估電路被配置成用于產(chǎn)生操作狀態(tài)信號值(232)，其中操作狀態(tài)信號值(232)指示作業(yè)機械(100)的操作狀態(tài)，并且其中所述操作狀態(tài)評估電路(228)被配置成基于來自所述至少兩個傳感器(160、162、164、166、168、170、178b、178c、178e、178f、178g、172a、172b、174、178a、178d)的第一信號生成操作狀態(tài)信號值(232);和 權(quán)重函數(shù)評估器(240)，該權(quán)重函數(shù)評估器被配置成用于接收來自所述至少兩個傳感器(160、162、164、166、168、170、178b、178c、178e、178f、178g、172a、172b、174、178a、178d)的第二信號并被配置成用于生成指示所述第一信號中的至少一個信號的可靠性的可靠性信號; 其中，操作狀態(tài)評估電路(228)可操作以用于接收所述可靠性信號，并且在評估作業(yè)機械(100)的操作狀態(tài)的過程中基于所述可靠性信號對所述第一信號進行加權(quán)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中權(quán)重函數(shù)評估器(240)被配置成基于所述第一信號中的至少一個信號以及基于所述第一信號中的所述至少一個信號與來自至少一個傳感器(160、162、164、166、168、170、178b、178c、178e、178f、178g、172a、172b、174、178a、178d)的信號的比較計算所述可靠性信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中權(quán)重函數(shù)評估器(240)被配置成基于下列項中的至少一項產(chǎn)生可靠性信號: (i)所述第一信號中的所述至少一個信號的范圍； (?)所述第一信號中的所述至少一個信號的變化率； (iii)所述第一信號中的所述至少一個信號的噪聲水平；和 (iv)環(huán)境條件， 其中，所述環(huán)境條件包括田地布局、作物類型、作物密度和作物濕度中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中操作狀態(tài)信號值(232)指示作業(yè)機械(100)是否處于穩(wěn)定操作狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中操作狀態(tài)評估電路(228)進一步生成可信度信號(234)，其中可信度信號(234)指示操作狀態(tài)信號值(232)的估算的精確度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中操作狀態(tài)評估電路(228)進一步提供時間信號(236)，其中時間信號(236)指示在作業(yè)機械(100)中的作物處理參數(shù)被改變之后達到所述操作狀態(tài)所需的時間間隔。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中操作狀態(tài)評估電路(228)響應(yīng)觸發(fā)器函數(shù)輸入(238)，并且其中所述觸發(fā)器函數(shù)輸入(238)指示可信度的最低水平，其中，在操作狀態(tài)評估電路(228)將要命令操作狀態(tài)信號值(232)指示已經(jīng)達到所述操作狀態(tài)之前，操作狀態(tài)評估電路(228)必須確定所述可/[目度的最低水平。
8.一種具有操作狀態(tài)的收割機械(100)，所述收割機械(100)包括: 主體(112)； 脫粒和分離組件(124)，該脫粒和分離組件被支撐在所述主體(112)上； 供料室(I 18)，該供料室被支撐在所述主體(112)上； 割臺(116)，該割臺被支撐在供料室(118)上；和 用于檢測收割機械(100)的操作狀態(tài)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括: 至少兩個傳感器(160、162、164、166、168、170、178b、178c、178e、178f、178g、172a、172b、174、178a、178d)，該至少兩個傳感器被配置成用于感測影響該工作機械(100)的操作狀態(tài)的參數(shù)； 操作狀態(tài)評估電路(228)，該操作狀態(tài)評估電路被配置成用于產(chǎn)生操作狀態(tài)信號值(232)，其中操作狀態(tài)信號值(232)指示作業(yè)機械(100)的操作狀態(tài)，并且其中所述操作狀態(tài)評估電路(228)被配置成基于來自所述至少兩個傳感器(160、162、164、166、168、170、178b、178c、178e、178f、178g、172a、172b、174、178a、178d)的第一信號生成操作狀態(tài)信號值(232);和 權(quán)重函數(shù)評估器(240)，該權(quán)重函數(shù)評估器被配置成用于接收來自所述至少兩個傳感器(160、162、164、166、168、170、178b、178c、178e、178f、178g、172a、172b、174、178a、178d)的第二信號并被配置成用于生成指示所述第一信號中的至少一個信號的可靠性的可靠性信號; 其中，操作狀態(tài)評估電路(228)可操作以用于接收所述可靠性信號，并且在評估作業(yè)機械(100)的操作狀態(tài)的過程中基于所述可靠性信號對所述第一信號進行加權(quán)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的收割機械(100)，其中所述至少兩個傳感器(160、162、164、166、168、170、178b、178c、178e、178f、178g、172a、172b、174、178a、178d)包括被配置成用于感測作物參數(shù)的作物傳感器(178b、178c、178e、178f、178g)，和被配置成用于感測收割機械(100)中的作物處理結(jié)果的處理結(jié)果參數(shù)的處理結(jié)果傳感器(172a、172b、174、178a、178d)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的收割機械(100)，其中所述系統(tǒng)進一步包括被配置成用于接收輸入信號的模糊邏輯電路(222)，所述輸入信號包括(i)來自作物傳感器的用于指示作物參數(shù)的信號、(ii)來自處理結(jié)果傳感器的用于指示處理結(jié)果參數(shù)的信號、(iii)用于指示作物參數(shù)的時間導數(shù)的信號，和(iv)用于指示處理結(jié)果參數(shù)的時間導數(shù)的信號； 其中，模糊邏輯電路(222)進一步包括與所述輸入信號中的每個輸入信號相關(guān)聯(lián)的參數(shù)范圍分類器電路(224、226)，其中每個參數(shù)范圍分類器電路(224、226)被配置成用于提供連續(xù)的輸出，所述連續(xù)的輸出指示所述收割機械(100)已經(jīng)達到作物處理的穩(wěn)定狀態(tài)的概率， 并且其中，操作狀態(tài)評估電路(228)被配置成用于接收每個參數(shù)范圍分類器電路(224,226)的所述連續(xù)的輸出，并且操作狀態(tài)評估電路(228)被配置成基于每個參數(shù)范圍分類器電路(224、226)的所述連續(xù)的輸出生成操作狀態(tài)信號值(232)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的收割機械(100)，進一步包括控制器電路(220)， 其中，所述操作狀態(tài)信號值(232)被配置成被傳達到所述控制器電路(220)，以用于以下兩項中的至少一項: (i)調(diào)整收割機械(100)的作物處理參數(shù)用的致動器(202、204、206、208、210、212)的自動控制；和 (ii)操作員界面設(shè)備(154)的自動控制， 以向機械操作員指示所述致動器(202、204、206、208、210、212)的調(diào)整值，并且其中，所述控制器電路(220)被配置成用于⑴接收指示作物參數(shù)的信號、(ii)接收指示處理結(jié)果參數(shù)的信號、和(iii)在操作狀態(tài)信號值(232)指示收割機械(100)已經(jīng)達到作物處理的穩(wěn)定狀態(tài)之后基于指示作物參數(shù)的信號和指示處理結(jié)果參數(shù)的信號評估所述調(diào)整值。
【文檔編號】A01D69/00GK104221587SQ201410273091
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年6月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月18日
【發(fā)明者】塞巴斯蒂安·布蘭科, 卡梅倫·R·莫特 申請人:迪爾公司