CN104865863A - 结构的监控*** - Google Patents

Abstract

本发明总体上涉及一种结构的监控***，该结构可为物料转移车辆。本发明可应用于称量车辆的负载以及监控车辆的物理稳定性。物料转移车辆可例如为轮式装载机、叉车、挖掘机、倾卸车、集运机、收割机、起重机、载人吊重机、伐木机或卡车(诸如，消防车、叉式升降车、托盘车、前移式卡车或垃圾车)。本发明的目的通过这样一种解决方案来实现，其中，物料转移车辆具有用于称量的至少一个传感器并具有用于测量车辆或车辆部件的加速度和/或角度的以便补偿称量数据的至少一个传感器。在本发明的***中，同一部件可用于称量运载装置的负载、用于对结构的运动控制提供反馈并且/或者用于监控倾覆风险。

Description

结构的监控***

技术领域

本发明总体上涉及一种监控***。本发明可应用于监控物料转移车辆或其他结构的物理稳定性，并且其还可用于对车辆的运动控制提供反馈且用于补偿称量数据。物料转移车辆可例如为轮式装载机、叉车、挖掘机、倾卸车、集运机、收割机、起重机、载人吊重机、伐木机或卡车(诸如，消防车、叉式升降车、托盘车、前移式卡车或垃圾车)。其他可能的结构可包括例如桅杆、立柱、桥、筒仓、风车、钻探装置、屋顶、脚手架等等。

背景技术

物料转移车辆通常包括用于被处理或运载的称量物料的称量装置。图1示出了根据现有技术的示例性物料转移车辆，轮式装载机10位于地面90上。轮式装载机具有铲斗12，该铲斗作为用于待转移的物料的运载装置。铲斗通过铰接梁16连接至轮式装载机的本体部分/底盘(chassis，车架)。为了提升/降下铲斗，液压缸13连接至该梁，并且该液压缸用阀来控制。此外，轮式装载机具有用于转动铲斗的液压缸15。

轮式装载机的称量装置的目的在于测量当前位于铲斗中的物料的重量。该称量装置可在悬臂(boom)结构中具有电子称量传感器或液压称量传感器。例如，压力传感器可安装在提升汽缸(lifting cylinder)中，这些压力传感器测量汽缸中的液压液体的压力。可替换地，应变式传感器可用作称量传感器，这些应变式传感器例如可安装在铲斗与梁之间的联接件中。

然而，物料转移车辆的底盘、悬臂或铲斗的位置、角以及运动对称量传感器的输出信号值具有影响，并且因此应该用加速/位置信息对称量传感器的数据进行补偿。在专利文献EP1083415B1中公开了这种补偿***。为了补偿的目的，物料转移车辆可包括位于物料转移车辆的底盘中的位置传感器，诸如，加速计。例如，挖掘机也可具有诸如加速计的传感器，以便测量每个悬臂的位置而用于称量的补偿。

在测量参数的基础上处理从传感器接收的信息，并通过该处理而获得称量结果。称量装置的具有用户界面18的电子单元通常位于车辆的舱室中。

物料转移车辆还可具有用于监控车辆的机械稳定性的***。这是必须的，以便避免车辆倾覆。这种倾覆的风险可能会由于不均匀的基底/地面90、重载以及车辆的运动和/或负载的运动而出现。例如，可通过测量车辆的车轴上的负载来监控稳定性。如果在任意车轴或轮上的负载值处于限制值以下，则由检测***发出警报。

存在涉及现有技术解决方案的一些缺点。例如，如果仅重量被用于监控倾覆的风险，则这种监控不会考虑不均匀地面或车辆运动的影响。还存在可利用的单独的监控***，该监控***测量车辆的加速度。然而，因为为了这个目的而需要特殊的传感器、处理器以及用户界面单元，所以这种***的生产以及安装成本很高。例如，还必须具有用于称量以及用于测量结构位置的单独的传感器，以便对车辆部件的运动控制提供反馈信息。现有技术的***还不能提供非常精确的测量结果。这种***还不能应用于监控在其正常状态下静态的结构的稳定性。

发明内容

本发明的目的在于避免或至少缓解现有技术解决方案的前述缺点，并实现这样一种解决方案，通过该解决方案，提供用于精确称量负载以及稳定地监控结构(诸如，物料转移车辆或静态结构)的所需要的测量。

本发明的目的由这样的解决方案满足，其中，稳定性监控***的至少一个陀螺仪以及一个加速计用于测量结构或结构的部件的角位置。陀螺仪提供关于角速度的信号：

角位置因此被确定为关于角速度信号的时间积分。这给出对外部干涉不敏感的可靠的角位置测量结果。由于运算法则以及陀螺仪的小偏移，积分值具有漂移(drift)的趋势，而加速计用于校正这种漂移。优选地在悬臂的静态期间或基于其他可靠的加速计信息做出该校正。

在第一传感器单元以及第二传感器单元两者的基础上确定负载重量。当具有陀螺仪以及加速计的传感器用于测量物料转移车辆的运载装置或悬臂的角位置时，有可能获得对于角运动的快速且更精确的响应，并因此可获得良好的测量精确度以及稳定性。

在一个实施方式中，加速计适于校正陀螺仪的漂移。在另一实施方式中，监控***具有至少一个通用部件，该至少一个通用部件用于称量负载并用于测量机械稳定性。在本发明的***中，例如同一称量传感器可用于称量运载装置的负载并用于监控倾覆的风险，而且例如用于测量车辆的加速度/角度的同一传感器可用于补偿称量信号，以获得补偿的称量结果，以用于对例如车辆部件的运动控制提供反馈，和/或用于监控车辆或其他结构的物理稳定性。

一种根据本发明的结构的监控***，该监控***包括：

-至少一个第一传感器，用于测量结构的角位置；

-处理装置，用于提供从第一传感器接收的信息的测量结果；

-用户界面，用于提供测量结果的信息，

其中，稳定性的监控***的第一传感器包括用于测量所述角位置的陀螺仪以及加速计，并且处理装置适于处理来自传感器或多个传感器的信息，以便提供重量数据、提供用于控制结构的运动的反馈数据并且/或者提供结构的物理稳定性的信息。

本发明***可用于监控运动的物料转移车辆以及静态结构两者的稳定性。

本发明***所提供的优点为，降低生产以及安装的成本，同时同一单元(多个单元)、部分(多个部分)、部件(多个部件)、线缆和/或软件可用于负载重量的测量以及稳定性监控两者。还有可能将***安装在车辆的舱室中的较小的符合人体工程学的最佳空间中。

监控***可使用同一传感器，以用于在重量测量以及稳定性测量两者中测量负载重量。重量传感器可例如为应变式传感器或压力传感器。

监控***还可使用同一传感器以用于测量加速度和/或角度两者，以便补偿重量测量、用于对运动控制提供反馈和/或用于车辆稳定性测量。

还有可能例如在同一显示器上具有称量信息以及稳定性信息两者。还有可能控制具有同一输入装置(诸如触摸屏、按钮或开关)的两个功能。与用于多个单独的用户界面相比，在车辆的舱室中发现用于一个用户界面的符合人体工程学的最佳位置更容易。通用的用户界面还降低生产成本。

根据一个实施方式，称量测量数据以及稳定性测量数据的处理设置有同一处理装置，诸如，处理器。重量补偿以及倾覆风险的计算可在称量数据、车辆数据，以及/或者关于车辆和/或车辆结构的角度、位置、运动和/或加速度的数据的基础上完成。相关参数以及公式可储存在监控***的存储器中。

根据优选的实施方式，监控***布置成在倾覆风险或负载重量超过对应的预定限制的情况下对用户发出警报。还有可能，在这种情况下通过监控装置来约束车辆、悬臂或运载装置的运动。还有可能，以用户特定的方式约束运动/控制。在这种情况下，用户被监控***识别，并且用户特定的参数储存且用在监控***中，以用于(特别是当倾覆风险接近最大允许值时)确定车辆部件的允许的受控速度。还有可能，用于倾覆风险的最大允许值是用户特定的。这样，与无经验的用户相比，有经验的用户能够在较低的安全约束的情况下使用车辆。

在一个实施方式中，监控***布置成通过学习而确定车辆和/或车辆部件的运动/速度/位置/角约束。在这种学习模式中，监控***例如监控测量信号并检测风险情况，其中，车辆的轮与地面分离。基于安全以及风险情况，监控***进而确定用于车辆以及车辆部件(诸如，悬臂和运载装置)的运动/位置/角度/速度/重量的约束，而且确定地面的允许的倾斜角度。

还有可能使用监控***以用于将舱室、悬臂或运载装置保持在确定位置中。例如，舱室优选地位于水平位置中。有可能使用陀螺仪角度传感器以用于测量载客升降机的平台的水平倾斜角度，并且可能使用这个信息以用于控制平台，以便将平台保持在水平位置中。如另一实例，有可能使用监控***的陀螺仪传感器以用于测量挖掘机或收割机中的舱室的水平倾斜角度，并且可能使用这个信息用于以将舱室保持在水平位置中的方式控制舱室的位置。这样，由不均匀的地面引起的车辆倾斜不会干扰车辆的驾驶员。

还有可能使用监控***的陀螺仪/加速计传感器以用于例如在提升期间控制悬臂以及铲斗的位置。这种特征在轮式装载机、挖掘机等等中可为有利的。在提升期间，有利于将铲斗保持在相对于水平面的某个位置中，以便避免负载从铲斗倒出。为了获得这样的效果，必须在提升期间相对于悬臂转动铲斗，以便补偿悬臂角度的改变。在现有技术中，已经通过特殊的机械结构获得了这样的效果。然而，来自铲斗的陀螺仪/加速计以及可能来自悬臂(多个悬臂)的陀螺仪(多个陀螺仪)/加速计的信号可用于检测铲斗相对于水平面的位置，并且位置信息可进一步用于控制铲斗位置以将铲斗保持在相对于水平面的固定的角度/位置中。

有可能在不称量的前提下实施箱体、平台或铲斗的控制以保持在相对于水平面的确定角度中。因此，监控***的称量传感器(多个传感器)不必须用于这个功能。

根据一个实施方式，监控***应用于控制液压缸(例如，所谓的数字液压缸)，该液压缸具有多于一个活塞。当驱动这种液压缸时，使用一个或多个活塞。优选地基于负载重量来选择激活的液压缸(多个液压缸)。这样，有可能获得液压***的良好的效率。可通过本监控***获得关于负载重量的信息以用于数字液压***的使用。还有可能，监控***基于负载重量提供驱动活塞的选择。在这个情况下，监控***可输出用于液压活塞的控制信号。

根据一个实施方式，监控***具有记录监控数据的功能。所记录的数据可包括测量的负载重量以及测量的稳定性信息，包括所提供的警报。待记录的数据还可为可选择的。在记录时，优选地将记录时刻的时间信息包括进记录数据中。记录的数据可例如用于分析意外事故。

本发明还公开了一些另外的实施方式。

如上文所描述，有可能通过本发明获得大量优点。在本发明的解决方案中，可获得倾覆风险的精确的测量。无需安装单独的加速度/角度传感器以用于称量和稳定性监控的目的。还有可能在车辆的箱体中安装并使用单独的电子单元。可通过单独的处理器以及单独的用户界面做出全部数据处理以及呈现。由此有可能获得涉及负载重量以及车辆稳定性两者的信息及应用控制，而且有可能在同一用户界面处获得其他监控功能。同时单独的电子单元在车辆舱室中可替换三个独立的单元，这有可能在安装、设备成本、使用性能/人体工程学以及用于设备的箱体空间的要求方面获得至关重要的益处。

在本专利申请中，“物料转移车辆”指的是具有用于运载负载的运载装置并具有用于转移负载的装置的所有种类的车辆。物料转移车辆可例如为轮式装载机、叉车、挖掘机、倾卸车、集运机、收割机、起重机、载人吊重机、伐木机或卡车(诸如，消防车、叉式升降车、托盘车、前移式卡车或垃圾车)。

在本专利申请中，术语“通用”用于这样的意思，其中，传感器、其他部件、部分、单元或功能用于至少以下的两个目的：测量物料转移车辆的运载装置的负载重量，以及监控物料转移车辆的物理稳定性/倾覆风险。

在本专利申请中，术语“水平面”指的是垂直于地球的重力的平面。

附图说明

接下来将参考下列附图来更详细地描述本发明：

图1示出了具有现有技术的称量装置的轮式装载机；

图2示出了根据本发明一个实施方式的示例性装置的方框图；

图3示出了包括根据本发明的示例性监控***的挖掘机。

具体实施方式

图1在上文的现有技术部分中进行了描述。

图2示出了根据本发明实施方式的监控***20的方框图。该***具有第一类型传感器21，以用于称量运载装置上的负载。该传感器可例如为位于车辆的铰接联接件中的应变式传感器或位于液压缸中的压力传感器，该传感器的输出信号与负载重量成比例。来自传感器的信号通过无线数据传输或线缆被导入电子单元28，并且该信号进一步放大并在模拟数字化(A/D)转换器284中转换成数字形式。数字信号由处理器282读取，该处理器计算负载的重量值。

图2的监控***还具有四个第二类型传感器，该第二类型传感器优选地包括用于测量角位置的陀螺仪及加速计。但这些第二类型传感器可替换地为测量角度、加速度或相关位置的其他传统的传感器。图2的传感器22a包括倾斜传感器，诸如，用于测量舱室或其他结构的倾斜度的加速计。可相对于水平面来测量角度。这种倾斜仪可例如为由村田电子公司(MurataElectronics Oy)生产的类型SCA100-T。

传感器22a包括陀螺仪以及加速计，并且该传感器可包括磁传感器。传感器22b可例如测量物料转移车辆的第一悬臂的角度。可相对于水平面来测量该角度。用于测量角度的传感器可基于陀螺仪以及加速计。如果物料转移车辆的悬臂结构包括彼此铰接的两个悬臂，则传感器22c可测量第二悬臂的位置。优选地还存在用于测量运载装置的位置的传感器22d。这些传感器优选地基于陀螺仪/加速计，但其可替换地为测量两个悬臂之间或悬臂与运载装置之间的相对位置的机械传感器或光学传感器。具有1维陀螺仪以及3维加速计的合适的传感器例如为由村田电子公司生产的类型SCC1300-D02。

来自陀螺仪和/或加速计和/或角传感器的信号无线地或通过线缆导入电子单元28，其中，信号在该电子单元中被放大并由A/D转换器284转换成数字形式。数字信号被处理器282读取。来自第二类型传感器的信号用于补偿来自第一传感器的信号，以便获得更精确的负载称量结果。该补偿可因此考虑物料转移车辆总体上的可能的角度和/或加速度，还考虑物料转移车辆的悬臂以及运载装置的可能的加速度和/或角度。当测量舱室与水平面之间的角度以及舱室、悬臂部件与运载装置之间的相对角度时，可确定运载装置相对于水平面以及相对于第一称量传感器的角度。这个信息则用于称量测量的补偿，以便获得补偿的称量结果。

补偿的称量结果储存至电子单元的存储器283，并且在电子单元的显示器281处示出。该显示器可例如为触摸屏，该触摸屏具有由用户输入信息以及选择的可能性。存储器和触摸屏由处理器282控制。负载的称量可在负载被提升期间来执行。用户可指示例如通过按压对应的按钮来储存测量结果，借此，装置适于记录检测到的负载重量。还可能的是，当运载装置的位置处于某些限制内时，可激活测量的记录。

还可能的是，除了通知用户称量结果之外，如果负载重量超过预定的安全阈值，则***还会对用户发出警报。预定的阈值可储存至存储器283中。警报可例如为可听的或可视的。还可能的是，超过负载重量的安全阈值使得监控***约束运载装置、悬臂或整个车辆的进一步的运动。还可能的是，例如，超过负载重量的安全阈值使得监控***强制运载装置运动至地面。这种运动的约束或强制意味着降低例如由于过载而导致的损坏的风险。如上文所描述的，还可能的是，安全约束或强制功能为用户特定的。这样，与无经验的用户相比，用于有经验的用户的这种约束会较少。而且，可能的是，在从车辆的测量/检测事件中学习的基础上通过监控***来确定这种约束。这种学习还可是用户特定的。

如上文所描述的，还可能的是使用监控***以用于控制数字液压***的活塞。汽缸的激活活塞(多个活塞)优选地基于负载重量来选择。这样，可获得液压***的良好的效率。可能的是，监控***提供负载的重量值以用于选择驱动活塞。还可能的是，监控***可输出控制信号，以用于控制液压活塞。

来自加速计和/或角传感器22a、22b、22c、22d的信号还可用于监控物料转移车辆的物理稳定性。在两个方向上相对于水平面来确定物料转移车辆的角度。一个方向优选地为物料转移车辆的后前方向，并且另一个方向优选地为物料转移车辆的左右方向。由此来确定第一方向与水平面之间的角度以及第二方向与水平面之间的角度。基于所测量的加速度以及角度值，处理器计算车辆倾覆的风险等级。可能的是，来自重量传感器21的输入也用于确定倾覆的风险值。

应该注意，即使同一角度/加速度传感器既可用于监控稳定性又可用于重量计算的补偿，但还可能的是，并非全部这种传感器均会用于重量补偿。例如，使用位于运载装置附近的传感器(多个传感器)可足以用于补偿，特别是在称量传感器也位于运载装置附近的情况下。还可能的是，称量传感器以及角度/加速度传感器位于同一传感器单元中。例如，载客升降机可包括安装在悬臂与平台之间的传感器单元，其中，传感器单元可包括用于称量负载的称量传感器以及用于测量角度/加速度的陀螺仪和/或加速计，以用于补偿称量且用于监控车辆的稳定性以及可能用于控制平台处于水平位置中。

用于倾覆风险的预定的阈值优选地储存在存储器283中。由处理器计算的风险等级与阈值进行比较，并且如果测量的/计算的风险等级超过阈值，则监控***布置成对用户发出警报。该警报可为可听的和/或可视的。还可能的是，超过倾覆风险的安全阈值使得监控***约束车辆和/或车辆的部件(例如，运载装置、悬臂)的进一步运动。还可能的是，超过倾覆风险的安全阈值使得监控***强制车辆、运载装置或悬臂运动，诸如，强制运载装置运动至地平面。由此可通过这种约束或强制运动来降低倾覆的风险或防止倾覆风险增加。测量值以及警报还可储存在存储器283中以用于可能的未来需求。如上文所描述的，还可能的是，安全约束或强制功能为用户特定的。这样，与无经验的用户相比，用于有经验用户的这种约束较少。而且，可能的是，在从车辆的测量的/检测的事件中学习的基础上，可通过监控***来确定这种约束。这种学习也可为用户特定的。

图3示出了具有根据本发明的示例性监控***的挖掘机30。该监控***在挖掘机的舱室31处具有一个传感器22a。这个加速度传感器给出关于整个挖掘机的运动以及舱室的旋转运动的信息。传感器22a可包括倾斜度传感器，诸如，加速度传感器。挖掘机具有两个铰接悬臂36和37，该两个铰接悬臂分别通过液压缸33和34运动。铲斗32耦接至悬臂37，并且通过液压缸35运动。监控***在悬臂36处具有另一个陀螺仪传感器22b，以用于监控悬臂的运动。在第二悬臂37处还存在陀螺仪以及加速计传感器22c，而且在铲斗32处存在另一个陀螺仪以及加速计传感器22d。这些传感器用于对测量铲斗32的负载重量进行补偿。这些传感器还用于稳定性测量。

监控***还包括至少一个称量传感器(未示出)。该称量传感器可优选地为位于液压缸33、34和/或35中的一个中的压力传感器，最优选地位于液压缸33中测量前后压力。称量传感器还可为应变式传感器，该应变式传感器优选地位于车辆的主悬臂36与舱室31之间的联接件41处。可替换地或此外，可在主悬臂36与第二悬臂37之间的联接件44处或在第二悬臂37与铲斗32之间的联接件45处存在应变式传感器。称量传感器用于提供关于负载重量的初始信息。称量传感器还可用于车辆的稳定性测量。

电子单元28(包括监控***的用户界面)位于舱室31内部符合人体工程学地合适位置处。

将通过所附的权利要求限定本专利的范围。技术人员将理解的事实为，在不背离如权利要求规定的范围的前提下，可对本专利所清楚地公开的实施方式及特征做出各种变化及修改。

例如，运载装置不必须为挖掘机的铲斗，而其也可例如为平台或卡车的箱体或起重机的吊钩。还可能的是，监控***的部件以不同的方式布置在单元中。例如，可能的是，每个传感器均装配有一体形成的放大器以及A/D转换器，以便降低耦接至线缆的电噪声的影响。还可能的是，例如在传感器与电子单元之间使用无线数据传输。

所描述的实例已经涉及物料转移车辆的稳定性监控***，但应该注意，本发明还可用于监控通常处于静态的结构的稳定性。

Claims (13)

1.一种结构的监控***(20)，所述监控***包括：

-至少一个第一传感器(22a，22b，22c，22d)，用于测量所述结构的角位置；

-处理装置(282)，用于提供从所述第一传感器接收的信息的测量结果；

-用户界面(281)，用于提供所述测量结果的信息，

其特征在于，稳定性的所述监控***的所述第一传感器包括用于测量所述角位置的陀螺仪以及加速计，并且所述处理装置适于处理来自传感器或多个传感器的信息，以便提供重量数据、提供用于控制结构的运动的反馈数据并且/或者提供结构的物理稳定性的信息。

2.根据权利要求1所述的监控***(20)，其中，所述结构为物料转移车辆，所述物料转移车辆具有用于运载物料的运载装置(32)，并且稳定性的所述监控***包括：

-至少一个第二传感器(21)，用于称量由所述运载装置运载的所述物料；

-所述第一传感器(22a，22b，22c，22d)，测量所述物料转移车辆的基部、悬臂和/或所述运载装置相对于水平面或所述物料转移车辆的其他部件的角度；

-所述处理装置(282)，基于从所述第一传感器以及所述第二传感器接收的信息来提供所述物料的重量测量结果；

-所述用户界面(281)，提供所述重量测量结果的信息，

其中，稳定性的所述监控***包括多用途装置(21，22a，22b，22c，22d，281，282，284)，所述多用途装置布置成处理这些功能中的至少两个，这些功能包括称量物料、提供用于控制车辆结构运动的反馈数据以及监控车辆的物理稳定性。

3.根据权利要求2所述的监控***，其特征在于，所述多用途装置包括所述第一传感器，由此，提供用于运动控制和/或稳定性测量的反馈的称量测量是基于所述第一传感器(22a，22b，22c，22d)的输出。

4.根据权利要求2或3所述的监控***，其特征在于，所述多用途装置包括所述第二传感器，由此，提供用于运动控制和/或稳定性测量的反馈的称量测量是基于所述第二传感器(21)的输出。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的监控***，其特征在于，所述多用途装置包括所述用户界面，由此，由所述用户界面(281)提供称量测量的结果以及稳定性测量的结果的信息。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的监控***，其特征在于，所述多用途装置包括所述处理装置(282)，由此，所述处理装置布置成处理传感器输出信号，以用于提供称量测量的结果、用于运动控制的反馈和/或稳定性测量的结果。

7.根据前述权利要求中任一项所述的监控***，其特征在于，稳定性测量布置成提供与车辆的倾覆风险相对应的结果，并且所述监控***布置成当超过倾覆的预定风险等级时提供警报。

8.根据权利要求2或7所述的监控***，其特征在于，所述监控***布置成当超过倾覆的预定风险等级时，约束或强制所述车辆、所述车辆的所述运载装置和/或所述车辆的可能的悬臂的运动。

9.根据权利要求7或8所述的监控***，其特征在于，所述预定风险等级和/或运动的相关约束是用户特定的。

10.根据权利要求7或8所述的监控***，其特征在于，所述监控***布置成基于所接收的传感器数据来监控倾覆风险，并且通过基于所监控的数据的学习来限定预定风险等级和/或运动的约束。

11.根据前述权利要求中任一项所述的监控***，其特征在于，所述监控***具有存储器(283)，所述存储器用于储存测量数据、警报信息和/或用于后续访问的图像数据。

12.根据前述权利要求中任一项所述的监控***，其特征在于，所述监控***提供负载重量的信息，以用于控制物料转移车辆中的液压***的活塞。

13.根据前述权利要求中任一项所述的监控***，其特征在于，所述处理装置适于基于所述加速计的输出或所述陀螺仪的输出来确定第二传感器单元的角位置，所述加速计的输出或所述陀螺仪的输出取决于所述第二传感器单元当前的运动量。