一种装载机铲装过程的有效作业段的识别方法
【专利摘要】本发明涉及一种装载机有效作业段识别方法，步骤如下：1)从装载机上获取转斗大腔压力信号、动臂大腔压力信号，提取转斗大腔压力信号、动臂大腔压力信号的作业周期；2)依据得到的作业周期，对作业周期内的作业段根据预定义的有效作业段的特征信息，进行作业段提取，实现有效作业段的识别。本发明定义有效作业段，装载机作业阶段的划分，有利于实现对作业过程的分析，特别是对作业工况识别的分析。并依据有效作业段的特征信息实现作业谱的有效作业段识别；有效作业段的识别为作业工况的分析、作业谱的数据分析及编谱等起到奠定基础的作用；有利于实现对作业谱数据的细化，便于进行统计分析，使作业谱数据更加规整化。
【专利说明】
一种装载机铲装过程的有效作业段的识别方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及工程车辆有效作业段的识别方法，更具体地说，涉及一种装载机铲装过程的有效作业段的识别方法。
【背景技术】
[0002]随着我国采矿、建筑、水利水电、高速铁路网、公路网、南水北调等大型国家工程建设的快速推进，工程车辆的产、销量和保有量快速提高，工程机械发展异常迅速。工程机械95%以上的产品采用液力传动，以便获得大扭矩、大惯量载荷需求，由于作业环境恶劣，作业工况复杂多变，以及设备自动化、信息化程度的不断提高，如何确保工程机械可靠、高效的运行，是目前亟待解决的技术难题。为了解决这些难题，就需要对装载机的作业谱进行分析，包括作业周期的提取、作业阶段分析和作业工况的识别等。
[0003]其中，作业阶段分析在作业谱分析中起到承前启后的作用，如何有效的进行分段，对于后面的作业工况识别等起到至关重要的关系。
[0004]装载机的作业方式有“V”型作业、“I”型作业、“L”型作业、“T”型作业等，按照原始的作业段分类标准主要包含6个作业段，即空载前进、铲掘、满载后退、满载前进、卸料、空载后退等，如附图1所示。装载机在初始铲掘前一般离料堆10米左右，由此开始向料堆空载前进，接近物料后动臂和转斗等联合动作，开始铲掘物料，物料铲满斗后倒挡后退回原处，接着转向后满载驶向自卸车，接近自卸车后动臂和转斗再联合动作，提斗并卸料，完成卸料后退出原处，接着进行下一次铲装过程。
[0005]由于原始作业分段标准是按照作业过程划分，分类数目多，造成识别难度大，部分分段信息重复且不重要。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种定义有效作业段，并依据有效作业段的特征信息实现作业谱的装载机有效作业段识别方法。
[0007]本发明的技术方案如下:
[0008]—种装载机有效作业段识别方法，有效作业段包括铲掘、重载运输、卸料，步骤如下:
[0009]I)从装载机上获取转斗大腔压力信号、动臂大腔压力信号，提取转斗大腔压力信号、动臂大腔压力信号的作业周期；
[0010]2)依据得到的作业周期，对作业周期内的作业段根据预定义的有效作业段的特征信息，进行作业段提取，实现有效作业段的识别。
[0011]作为优选，步骤2)中所述的有效作业段的特征信息为预设的特定阈值，通过特定阈值提取各个作业段的分段点。
[0012]作为优选，有效作业段省略标准作业段的空载前进、空载后退，重载运输包括标准作用段的满载后退、满载前进。
[0013]作为优选，动臂大腔压力接触物料前的极小值点定义为铲掘作业段起始时间点；转斗大腔压力的第一个极大值点定义为铲掘作业段结束时间点；
[0014]重载运输作业段起始时间为铲掘作业段结束时间点；卸载物料前，转斗大腔压力大于预设的变化阀值的时间点为重载运输作业段结束时间点；
[0015]卸料作业段起始时间为重载运输作业段结束时间点；卸载物料后，动臂大腔压力达到的极小值点定义为卸料作业段结束时间点；
[0016]贝Ij有效作业段包括A1、A2、A3和A4四个分段点。
[0017]作为优选，各个作业段的分段点的提取具体为:
[0018]2.1)对动臂大腔压力进行极小值点求取，并求取最小的极小值点B;接着求取最邻近最小的极小值点B左右的极小值点，则左边的极小值点为分段点Al，右边的极小值点为分段点A4;
[0019]2.2)然后对转斗大腔压力进行一阶求导，求取其变化率，再对转斗大腔压力求取最大极大值点C;然后求取最邻近最大极大值点C的左右第一个一阶导数大于预设极大阀值的变化点，则左边的变化点为分段点A2，右边的变化点为分段点A3。
[0020]作为优选，步骤2.1)中，先对动臂大腔压力进行两次迭代滤波，再对两次迭代滤波后得到的信号进行极小值点求取。
[0021]作为优选，步骤2.2)中，对转斗大腔压力分别进行两次迭代滤波和一百次迭代滤波，对两次迭代滤波得到的数值进行一阶求导，求取其变化率;对一百次迭代滤波后得到的数据求取最大极大值点C。
[0022]本发明的有益效果如下:
[0023]本发明所述的方法解决工程机械作业段识别难的问题，定义有效作业段，装载机作业阶段的划分，有利于实现对作业过程的分析，特别是对作业工况识别的分析。并依据有效作业段的特征信息实现作业谱的有效作业段识别；有效作业段的识别为作业工况的分析、作业谱的数据分析及编谱等起到奠定基础的作用。本发明所述的方法有利于实现对作业谱数据的细化，便于进行统计分析，使作业谱数据更加规整化。
【附图说明】
[0024]图1是现有技术中，装载机的标准作业段示意图；
[0025]图2是本发明中，装载机的有效作业段示意图；
[0026]图3是本发明的识别基本框架示意图；
[0027]图4是本发明的有效作业段识别算法的流程图。
【具体实施方式】
[0028]以下结合附图及实施例对本发明进行进一步的详细说明。
[0029]本发明为了解决现有技术中存在的有效作业段难以识别的不足，提供一种装载机有效作业段识别方法，根据有效作业段的意义并结合实际采集到的动臂大腔压力与转斗大腔压力等的特性来定义有效作业段的时间范围。
[0030]有效作业段是指作业过程中与作业工况、作业环境密切相关的作业过程。为了更好的实现分段，结合作业工况识别的需求，本发明提出一种有效作业段的分段方法，并进行分段识别。本发明中，有效作业段包括铲掘、重载运输、卸料，如图2所示，有效作业段省略标准作业段的穿载前进、空载后退，重载运输包括标准作用段的满载后退、满载前进。有效作业段主要是从作业段的价值角度考虑。由于标准作业段中，空载前进、空载后退等对于工况识别、智能换挡和整车性能测试用途小、分析价值不大且识别难度大，因此，本发明在有效作业段中不予考虑；而对于满载后退、满载前进等相似的作业段则可以合并为重载运输段进行考虑。
[0031 ]本发明所述的识别方法，主要步骤如下:
[0032]I)从装载机上获取转斗大腔压力信号、动臂大腔压力信号，将转斗大腔压力信号、动臂大腔压力信号提取作业周期;其中，作业周期主要是指将装载机铲掘过程的每个作业循环段的划分。
[0033]2)依据得到的作业周期，对作业周期内的作业段根据预定义的有效作业段的特征信息，进行作业段提取，实现有效作业段的识别。本实施例中，所述的有效作业段的特征信息为预设的特定阈值，通过特定阈值提取各个作业段的分段点。
[0034]本发明中，各作业段的分段点如下:
[0035]动臂大腔压力接触物料前的极小值点定义为铲掘作业段起始时间点;转斗大腔压力的第一个极大值点定义为铲掘作业段结束时间点；
[0036]重载运输作业段起始时间为铲掘作业段结束时间点；卸载物料前，转斗大腔压力大于预设的变化阀值的时间点为重载运输作业段结束时间点；
[0037]卸料作业段起始时间为重载运输作业段结束时间点；卸载物料后，动臂大腔压力达到的极小值点定义为卸料作业段结束时间点；
[0038]贝Ij有效作业段包括A1、A2、A3和A4四个分段点。
[0039]具体地，本实施例中，铲掘作业段起始时间为铲斗与物料接触时，动臂大腔压力开始剧烈变大，动臂大腔压力在变化前会有给最小的极值点，这是由于铲掘前铲斗放置与地面造成的，此时动臂大腔压力值比正常行驶时还小，因此定义动臂大腔压力剧烈变化前的极小值点为铲掘作业段起始时间点；
[0040]铲掘作业段结束时间为铲斗装满物料脱离工作面时，此时一般伴随收斗动作(一般1-2次)，转斗大腔压力在每次收斗时都会出现一个极大值，完成收斗后转斗大腔压力将平稳下降，定义转斗大腔压力的第一个极大值点为铲掘作业段结束时间。
[0041 ]重载运输作业段起始时间为铲掘作业段结束时间；
[0042]重载运输作业段结束时间为铲斗举升准备卸载物料时，此时转斗即将产生翻斗动作，转斗大腔压力发生急速变化，定义转斗大腔压力的急速变化点为重载运输作业段结束时间。
[0043]卸料作业段起始时间为重载运输作业段结束时间；
[0044]卸料作业段结束时间为铲斗卸掉所有物料时，动臂大腔压力值会发生突变，达到一个极小值点，定义动臂大腔压力达到的极小值点为卸料作业段结束时间。
[0045]根据上述有效作业段的定义，将铲掘作业段的起点与终点定义为Al、A2，并用A1A2代表铲掘作业段;同理，A2A3代表重载运输作业段，A3A4代表卸料作业段。
[0046]在完成作业周期提取后，分别对各作业周期内的动臂大腔压力和转斗大腔压力进行分析处理，则各个作业段的分段点的提取具体为:
[0047]2.1)对动臂大腔压力进行极小值点求取，并求取最小的极小值点B;接着求取最邻近最小的极小值点B左右的极小值点，则左边的极小值点为分段点Al，右边的极小值点为分段点A4;
[0048]2.2)然后对转斗大腔压力进行一阶求导，求取其变化率，再对转斗大腔压力求取最大极大值点C;然后求取最邻近最大极大值点C的左右第一个一阶导数大于预设极大阀值的变化点，则左边的变化点为分段点A2，右边的变化点为分段点A3。
[0049]为了使提取的结果更准确，本实施例中，作业段提取主要采用迭代滤波与极值点求取的方法，通过设定特定阈值提取各个作业段的分段点，如图4所示，具体如下:
[0050]步骤2.1)中，先对动臂大腔压力进行两次迭代滤波，该处理主要是使信号更加平滑，消除毛躁点。再对两次迭代滤波后得到的信号进行极小值点求取，求取最小的极小值点B;接着求取最邻近最小的极小值点B左右的极小值点，则左边的极小值点为分段点Al，右边的极小值点为分段点A4。
[0051 ]步骤2.2)中，对转斗大腔压力分别进行两次迭代滤波和一百次迭代滤波，对两次迭代滤波得到的数值进行一阶求导，求取其变化率;对一百次迭代滤波后得到的数据求取最大极大值点C，进行一百次迭代滤波，能够尽量消除所有干扰最大极大值点C的毛躁点。在完成一阶求导和求取最大极大值点C后，进行求取最邻近最大极大值点C的左右第一个一阶导数大于0.5的变化点，所得的两个点即为有效作业段分段点A2、A3。
[0052]至此，得到全部的有效作业段分段点A1、A2、A3和A4，根据这些分段点对作业周期内的数据进行提取分离，即可得到有效作业段。
[0053]上述实施例仅是用来说明本发明，而并非用作对本发明的限定。只要是依据本发明的技术实质，对上述实施例进行变化、变型等都将落在本发明的权利要求的范围内。
【主权项】
1.一种装载机有效作业段识别方法，其特征在于，有效作业段包括铲掘、重载运输、卸料，步骤如下: 1)从装载机上获取转斗大腔压力信号、动臂大腔压力信号，提取转斗大腔压力信号、动臂大腔压力信号的作业周期； 2)依据得到的作业周期，对作业周期内的作业段根据预定义的有效作业段的特征信息，进行作业段提取，实现有效作业段的识别。2.根据权利要求1所述的装载机有效作业段识别方法，其特征在于，步骤2)中所述的有效作业段的特征信息为预设的特定阈值，通过特定阈值提取各个作业段的分段点。3.根据权利要求1所述的装载机有效作业段识别方法，其特征在于，有效作业段省略标准作业段的空载前进、空载后退，重载运输包括标准作用段的满载后退、满载前进。4.根据权利要求2所述的装载机有效作业段识别方法，其特征在于，动臂大腔压力接触物料前的极小值点定义为铲掘作业段起始时间点;转斗大腔压力的第一个极大值点定义为铲掘作业段结束时间点； 重载运输作业段起始时间为铲掘作业段结束时间点；卸载物料前，转斗大腔压力大于预设的变化阀值的时间点为重载运输作业段结束时间点； 卸料作业段起始时间为重载运输作业段结束时间点；卸载物料后，动臂大腔压力达到的极小值点定义为卸料作业段结束时间点； 则有效作业段包括A1、A2、A3和A4四个分段点。5.根据权利要求4所述的装载机有效作业段识别方法，其特征在于，各个作业段的分段点的提取具体为: 2.1)对动臂大腔压力进行极小值点求取，并求取最小的极小值点B;接着求取最邻近最小的极小值点B左右的极小值点，则左边的极小值点为分段点Al，右边的极小值点为分段点A4； 2.2)然后对转斗大腔压力进行一阶求导，求取其变化率，再对转斗大腔压力求取最大极大值点C;然后求取最邻近最大极大值点C的左右第一个一阶导数大于预设极大阀值的变化点，则左边的变化点为分段点A2，右边的变化点为分段点A3。6.根据权利要求5所述的装载机有效作业段识别方法，其特征在于，步骤2.1)中，先对动臂大腔压力进行两次迭代滤波，再对两次迭代滤波后得到的信号进行极小值点求取。7.根据权利要求5所述的装载机有效作业段识别方法，其特征在于，步骤2.2)中，对转斗大腔压力分别进行两次迭代滤波和一百次迭代滤波，对两次迭代滤波得到的数值进行一阶求导，求取其变化率;对一百次迭代滤波后得到的数据求取最大极大值点C。
【文档编号】G06K9/00GK106096593SQ201610585014
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月22日 公开号201610585014.3, CN 106096593 A, CN 106096593A, CN 201610585014, CN-A-106096593, CN106096593 A, CN106096593A, CN201610585014, CN201610585014.3
【发明人】侯亮, 王少杰, 卜祥建
【申请人】厦门大学