用于物料轉(zhuǎn)移車輛的改進(jìn)的測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及一種物料轉(zhuǎn)移車輛的測(cè)量系統(tǒng)。更具體地，本發(fā)明涉及一種在權(quán)利要求1的前序部分中公開(kāi)的測(cè)量系統(tǒng)。本發(fā)明可用于稱量車輛的負(fù)載以及用于其他測(cè)量目的。物料轉(zhuǎn)移車輛可例如為輪式裝載機(jī)、叉車、挖掘機(jī)、傾卸車、集運(yùn)機(jī)、收割機(jī)、起重機(jī)、載人吊重機(jī)、伐木機(jī)或卡車(諸如，消防車、叉式升降車、托盤車、前移式卡車或垃圾車)。
【背景技術(shù)】
[0002]物料轉(zhuǎn)移車輛通常包括用于稱量被處理或運(yùn)載的物料的稱量裝置。圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的示例性物料轉(zhuǎn)移車輛，輪式裝載機(jī)10位于地面90上。輪式裝載機(jī)具有鏟斗12，該鏟斗作為用于待轉(zhuǎn)移的物料的運(yùn)載裝置。鏟斗通過(guò)鉸接梁16連接至輪式裝載機(jī)的本體部分/底盤(chassis，車架)。為了提升/降下鏟斗，液壓缸13連接至該梁，并且該液壓缸用閥來(lái)控制。此外，輪式裝載機(jī)具有用于轉(zhuǎn)動(dòng)鏟斗的液壓缸15。
[0003]輪式裝載機(jī)的稱量裝置的目的在于測(cè)量當(dāng)前放置于鏟斗中的物料的重量。該稱量裝置可在懸臂(boom)結(jié)構(gòu)中具有電子稱量傳感器或液壓稱量傳感器。例如，壓力傳感器可安裝在提升汽缸(lifting cylinder)中，這些壓力傳感器測(cè)量汽缸中的液壓液體的壓力?？商鎿Q地，應(yīng)變式傳感器可用作稱量傳感器，這些應(yīng)變式傳感器例如可安裝在梁中或鏟斗與梁之間的聯(lián)接件中。
[0004]然而，物料轉(zhuǎn)移車輛的底盤、懸臂或鏟斗的位置、角以及運(yùn)動(dòng)對(duì)稱量傳感器的輸出信號(hào)值具有影響，并且因此應(yīng)該用角度/位置/加速信息對(duì)稱量傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償。在專利文獻(xiàn)EP1083415B1中公開(kāi)了這種補(bǔ)償系統(tǒng)。為了補(bǔ)償?shù)哪康?，物料轉(zhuǎn)移車輛可包括位于物料轉(zhuǎn)移車輛的底盤中的傳感器，諸如，加速計(jì)。例如，挖掘機(jī)也可具有諸如電位計(jì)或加速計(jì)的傳感器，以便測(cè)量懸臂的位置而用于稱量的補(bǔ)償。圖1b示出了電位計(jì)101，該電位計(jì)測(cè)量挖掘機(jī)的主懸臂36與挖掘懸臂37之間的角。該電位計(jì)附接至主懸臂，并且電位計(jì)的桿102附接至挖掘懸臂。電位計(jì)由此測(cè)量桿102相對(duì)于電位計(jì)101的角，并且連接至電位計(jì)的測(cè)量電路提供包括角信息的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)。類似的電位計(jì)也可用于測(cè)量物料轉(zhuǎn)移車輛的底盤與主懸臂之間的角。
[0005]從傳感器接收的信息根據(jù)測(cè)量參數(shù)而被處理，并且稱量結(jié)果通過(guò)處理的結(jié)果而獲得。稱量裝置的具有用戶界面18的電子單元放置在車輛的艙室中。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)的解決方案存在一些缺陷。由于電位計(jì)的機(jī)械結(jié)構(gòu)包括大型移動(dòng)部件，因此電位計(jì)容易損壞。而且，這些電位計(jì)并非非常精確。加速計(jì)是基于通過(guò)使用應(yīng)變式傳感器、壓電式傳感器或電容性MEMS (微電子機(jī)械系統(tǒng))傳感器來(lái)測(cè)量被引導(dǎo)至小質(zhì)量塊的力而進(jìn)行工作的。這種加速計(jì)測(cè)量某一方向上的加速度，并且能夠使用三個(gè)正交定位傳感器以便提供合成加速度。然而，這種加速計(jì)不能以足夠精確的方式測(cè)量結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)。特別地，在同時(shí)存在車輛的加速度以及懸臂的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下，可能難以將這些運(yùn)動(dòng)的影響與從懸臂的加速度傳感器接收的信號(hào)分開(kāi)。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)的加速計(jì)還對(duì)所有運(yùn)動(dòng)都很敏感，這使得其對(duì)于位置的測(cè)量不太精確。根據(jù)首先對(duì)加速計(jì)輸出進(jìn)行整合以獲得速度并進(jìn)而對(duì)速度進(jìn)行整合以獲得位置，可獲得絕對(duì)位置。因此，這種不精確會(huì)在加速計(jì)的運(yùn)動(dòng)期間累積。
[0008]還能夠使用用于測(cè)量角位置的陀螺儀。然而，陀螺儀具有漂移的趨勢(shì)，這會(huì)引起及時(shí)增加的輸出錯(cuò)誤。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于避免或至少緩解現(xiàn)有技術(shù)解決方案的前述缺陷并獲得這樣一種解決方案，即，通過(guò)該解決方案，則不論車輛結(jié)構(gòu)的位置和運(yùn)動(dòng)的變化如何而獲得良好的精確稱量結(jié)果。
[0010]本發(fā)明的目的由這樣的解決方案滿足，在該解決方案中，物料轉(zhuǎn)移車輛具有:至少一個(gè)第一傳感器單元，以用于測(cè)量運(yùn)載裝置處的負(fù)載的重量；以及至少一個(gè)第二傳感器單元，以用于測(cè)量車輛的運(yùn)載裝置和/或懸臂的角位置。根據(jù)本發(fā)明，第二傳感器單元包括陀螺儀傳感器，以用于測(cè)量角位置。陀螺儀提供關(guān)于角速度的信號(hào):
[0011]ω (t) = ?φ (t) /dt
[0012]因此，角位置根據(jù)角速度信號(hào)被確定為時(shí)間的積分(integral)。這給出了角位置的可靠的測(cè)量結(jié)果，其對(duì)于外部干涉不敏感。如上文討論的，由于算法和陀螺儀的輕微偏移，積分值具有漂移的趨勢(shì)。然而，在本發(fā)明中，第二傳感器單元還具有加速計(jì)，該加速計(jì)用于在不存在干擾運(yùn)動(dòng)時(shí)確定位置，并且陀螺儀用于在運(yùn)動(dòng)周期期間確定位置。干擾運(yùn)動(dòng)的周期通常很短，并且陀螺儀的漂移在運(yùn)動(dòng)的時(shí)間周期期間不會(huì)引起明顯錯(cuò)誤。在通過(guò)運(yùn)動(dòng)周期之后，角位置再次由加速計(jì)確定，并且在運(yùn)動(dòng)周期期間引起的小的漂移被更正?？蓮募铀儆?jì)的輸出中來(lái)檢測(cè)干擾運(yùn)動(dòng)，以便控制加速計(jì)或陀螺儀是否用于確定在某一時(shí)刻的位置。例如，輸出信號(hào)的閾值可提供用于確定運(yùn)動(dòng)/加速度是否過(guò)高而使得必須使用陀螺儀輸出而不是加速計(jì)輸出。
[0013]根據(jù)第一傳感器單元和第二傳感器單元兩者來(lái)確定負(fù)載重量。當(dāng)陀螺儀和加速計(jì)兩者用于測(cè)量物料轉(zhuǎn)移車輛的運(yùn)載裝置或懸臂的角位置時(shí)，能夠獲得角運(yùn)動(dòng)的快速且更精確的響應(yīng)，并因此可獲得精確且穩(wěn)定的良好測(cè)量。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一種用于物料轉(zhuǎn)移車輛的測(cè)量系統(tǒng)，其中，所述物料轉(zhuǎn)移車輛具有用于運(yùn)載物料的運(yùn)載裝置，并且所述物料轉(zhuǎn)移車輛可選地具有用于保持運(yùn)載裝置的懸臂，并且所述測(cè)量系統(tǒng)包括:
[0015]-至少一個(gè)第一傳感器單元，用于稱量由所述運(yùn)載裝置運(yùn)載的所述物料；
[0016]-至少一個(gè)第二傳感器單元，用于測(cè)量所述懸臂和/或所述運(yùn)載裝置的角位置；
[0017]-處理裝置，用于根據(jù)至少?gòu)乃龅谝粋鞲衅鲉卧退龅诙鞲衅鲉卧邮盏男畔?lái)提供所述物料的重量測(cè)量結(jié)果；
[0018]-用戶界面，用于提供關(guān)于所述重量測(cè)量結(jié)果的信息，
[0019]其中，所述第二傳感器單元包括加速計(jì)和陀螺儀，以用于測(cè)量所述角位置，從而所述處理裝置適于根據(jù)所述加速計(jì)的輸出或所述陀螺儀的輸出而確定所述第二傳感器單元的所述角位置，所述加速計(jì)的輸出或所述陀螺儀的輸出取決于所述第二傳感器單元在當(dāng)前時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)的量。
[0020]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，第二傳感器單元除了陀螺儀和加速計(jì)之外還包括磁場(chǎng)傳感器。加速計(jì)可用于測(cè)量重力的方向(即，豎直方向)。磁場(chǎng)傳感器可用于測(cè)量地面磁場(chǎng)的方向。優(yōu)選地，可在車輛及其結(jié)構(gòu)不移動(dòng)時(shí)測(cè)量參考位置，以便獲得精確的參考位置信息。當(dāng)車輛在運(yùn)動(dòng)時(shí)，利用第二傳感器單元的陀螺儀傳感器測(cè)量角運(yùn)動(dòng)，即，相對(duì)角位置。進(jìn)而可根據(jù)參考位置和相對(duì)位置數(shù)據(jù)確定絕對(duì)角位置。因此，可通過(guò)至少包括陀螺儀和加速計(jì)并可能包括磁場(chǎng)傳感器的第二傳感器單元來(lái)提供絕對(duì)位置數(shù)據(jù)。傳感器單元還可包括傳感器控制器，以用于接收傳感器信號(hào)并用于向測(cè)量系統(tǒng)的電子單元提供數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。第二傳感器包括至少一個(gè)陀螺儀，并且該第二傳感器優(yōu)選地包括在三個(gè)正交方向中測(cè)量的3維加速計(jì)。磁場(chǎng)傳感器也可在三個(gè)正交方向中測(cè)量并由此提供3維測(cè)量數(shù)據(jù)。
[0021]第二傳感器單元可安裝在車輛的運(yùn)載裝置中和/或一個(gè)或多個(gè)懸臂中。在一個(gè)實(shí)施方式中，運(yùn)載裝置附接至懸臂，并且存在安裝在每個(gè)懸臂和運(yùn)載裝置中的第二傳感器單元。這樣，限定了運(yùn)載裝置和每個(gè)懸臂的角位置。包括稱量傳感器的第一傳感器單元可安裝在使懸臂或運(yùn)載裝置運(yùn)動(dòng)的一個(gè)或多個(gè)液壓缸中。稱量傳感器在安裝在液壓缸中時(shí)為壓力傳感器。稱量傳感器還可為應(yīng)變式傳感器(strain gauge transducer)，其可安裝在懸臂中和/或安裝在車輛的艙室/底盤之間的聯(lián)接件中和/或安裝在兩個(gè)懸臂之間的聯(lián)接件中和/或安裝在懸臂與運(yùn)載裝置之間的聯(lián)接件中。根據(jù)稱量傳感器輸出和角位置，能夠計(jì)算負(fù)載的重量補(bǔ)償?shù)奈恢谩y(cè)量角位置的傳感器優(yōu)選地包括陀螺儀和加速計(jì)，但在一些傳感器單元中能夠可替換地或額外地存在對(duì)兩個(gè)聯(lián)接件之間的相對(duì)位置進(jìn)行測(cè)量的機(jī)械傳感器或光學(xué)傳感器。
[0022]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，系統(tǒng)包括至少一個(gè)第三傳感器單元，該至少一個(gè)第三傳感器單元安裝至物料轉(zhuǎn)移裝置的底盤或艙室。第三傳感器單元優(yōu)選地包括加速計(jì)并且可能包括陀螺儀和磁場(chǎng)傳感器。如果車輛例如為挖掘機(jī)，其中，艙室相對(duì)于底盤而旋轉(zhuǎn)，則測(cè)量系統(tǒng)可包括安裝在艙室和底盤兩者中的第三傳感器單元。第三傳感器單元(多個(gè)第三傳感器單元)可用于確定車輛的相對(duì)于水平面或豎直參考方向的傾斜度。傳感器可包括加速度傳感器和/或陀螺儀。加速度傳感器或磁場(chǎng)傳感器還可用于獲得關(guān)于水平參考方向的信息。還能夠通過(guò)例如陀螺儀、磁場(chǎng)傳感器或