确定致动器的循环时间的方法和确定具有致动器的机械的循环时间的系统与流程

本申请是2017年2月9日提交的、名称为“测试作业机械上的机具的循环时间的方法及其系统”的美国申请no.15/428,562的部分继续申请，在此通过引用将该申请的全部纳入本文。

本公开一般涉及操作机械的系统和方法。本公开的实施例涉及确定一机械的致动器的循环时间的系统和方法。

背景技术：

许多作业机械，例如装载机，包括能够执行作业功能的一个或多个机具和/或使机械转向的一个或多个转向机构。例如，装载机可包括悬臂和铲斗。在操作期间，悬臂可以升高和降低铲斗以执行挖掘功能。机具和转向特征通常由液压致动器控制。为了确保致动器的期望操作，操作员或维修技术员可以对致动器执行循环时间测试。为此，操作员或技术员使用计时器或时钟来进行测试。可以在现场或在组装过程中在测试台上进行循环时间测试。

虽然经常使用位于附近的计时器或时钟，但它确实导致测量值之间的一些误差。特别是，操作员不能在两次单独测试之间在同一点处开始或停止测试。此外，两个不同的操作员可能不同地进行循环时间测试。由于执行测试的方式固有的时间差异，可能难以诊断现场或测试台上新建机械的可能问题。另外，进行循环时间测试所花费的时间导致机械的机械停机时间。

因此，本领域需要用于确定致动器的一个或多个精确循环时间的、减少机械操作的中断的可靠系统和方法。

技术实现要素：

在权利要求中阐述了本公开的实施例的各个方面。

根据本公开的第一方面，一种方法包括在致动器的操作期间监测致动器的位置，确定致动器的命令值大于致动器的命令值阈值，在致动器根据致动器的命令值进行的操作期间在致动器移动通过启动位置时启动定时器，确定至少一个条件得到满足，并且在所述至少一个条件得到满足且致动器移动通过终止位置时停止定时器。

根据本公开的第二方面，提供了一种用于确定机械的循环时间的系统，该机械具有被配置为至少在第一阈值位置和第二阈值位置之间操作的致动器。该系统包括控制器，该控制器被配置为在机械的操作期间连续监测致动器的位置，确定第一条件得到满足，在监测致动器的位置从第一阈值位置操作到第二阈值位置时，测量致动器从第一阈值位置操作到第二阈值位置的时间，并且基于致动器从第一阈值位置到第二阈值位置的操作来确定致动器的循环时间。

根据以下描述和附图，上述和其他特征将变得明显。

附图说明

对附图的详细描述涉及以下附图，其中：

图1是根据本公开的一个或多个实施例的具有用于确定一机械的循环时间的系统的机械的侧视图。

图2示出了根据本公开的一个或多个实施例的用于确定一机械的循环时间的系统；

图3示出了根据本公开的一个或多个实施例的用于确定一机械的循环时间的系统的流程图；和

图4示出了根据本公开的一个或多个实施例的确定一机械的循环时间的方法。

在所有的数个附图中，类似的附图标记用于指示类似的元件。

具体实施方式

以下描述的本公开的实施例并非旨在穷举或将本公开限制为以下详细描述中的精确形式。而是，选择和描述实施例，使得本领域技术人员可以理解和认识本公开的原理和实践。

通过参考附图的图1至图4来理解本公开的主题的至少一个示例实施例。现在参考图1，提供了用于具有一个或多个致动器14的机械12的系统10。在本公开的一个或多个实施例中的机械12包括挖掘机、反铲装载机、履带式车辆、收割机、集材机、自动平地机或任何其他车辆或作业机械。图1中所示的机械12是前端式装载机，例如四轮驱动装载机。

机械100包括前机架组件102和后机架组件104，前机架组件102和后机架组件104可通过铰接枢轴或接头114彼此可枢转地联接。前机架组件102和后机架组件104可通过转向机构130相对于彼此枢转或以其他方式相对于彼此移动，以允许机械100转向。转向机构130包括在所示实施例中的一个或多个液压致动器132，以致动前机架组件102相对于后机架组件104的移动。这些致动器132可以采用液压提升缸的形式。前机架组件102可由前地面接合机构106(例如轮或轨道)支撑。同样，后机架组件104可由后地面接合机构108(例如轮或轨道)支撑。

图1的机械100还可以包括操作员驾驶室110，操作员驾驶室110由后机架组件104支撑以基本上封闭和保护机械100的操作员。操作员驾驶室110可以包括用于操作机械100的多个控制器。尽管未在图1中示出，但是可以使用方向盘或操纵杆来操纵机械100的行进方向。此外，可以使用诸如操纵杆、踏板、开关、按钮等的其他控制装置以用于控制机械100的一个或多个作业功能。

机械100可以包括至少一个作业机具，说明性地是联接到前机架组件104的第一作业机具112(即，装载机铲斗)。可以使用其他合适的作业机具，例如刮铲、耙、耕作机具和割草机。作业工具或机具112可以可拆卸地连接到前机架组件102，用于挖掘、载运和倾倒灰尘和其他材料。操作员可以通过操作员驾驶室110内的用户控制装置208来控制作业工具或机具112。如本文所使用的，术语“作业工具”和“机具”可以互换使用，并且本文中任一术语的使用应理解为表示“作业工具”或“机具”。

如图1所示，作业工具或机具112通过连杆组件116可移动地联接到前机架组件102，连杆组件116包括至少一个悬臂118、连杆或联接器120和多个液压致动器122、124，以用于相对于前机架组件102移动作业工具或机具112。多个液压致动器122、124可包括第一致动器122和第二致动器124。这些致动器可采取用于升高和降低悬臂118的液压提升缸的形式和用于摆动(例如挖掘和倾倒)作业工具或机具112的液压摆缸的形式。如上所述，可以从连杆组件116移除作业工具或机具112，使得不同的作业工具或机具(例如，刮铲或叉子)可以联接到其上。

现在参考图2，提供了作业机械(例如，图1中的反铲装载机100)的控制系统200。控制系统200可包括用于控制该机械的功能的机械控制器202。控制器202可包括多个输入端和输出端。例如，控制器202可以经由多个用户控制装置208从机械操作员接收命令或指令。多个用户控制装置208可以包括第一用户控制装置，例如用于转向或控制作业机械的行进方向的方向盘或操纵杆。第二用户控制装置可以是用于控制作业机械的作业工具或机具的操纵杆、控制杆、踏板或其他已知控制装置。第三用户控制装置可以是用于控制作业机械的速度和/或发动机转速的操纵杆、控制杆、踏板或其他已知控制装置。此外，第四用户控制装置可以是用于钥匙或按钮的点火开关，例如，其中操作员在打开状态和关闭状态之间触发机械的发动机。另一个用户控制装置可以包括用于控制另一个作业工具或机具的操纵杆、控制杆、旋钮等。其他用户控制装置也可以结合到图2的控制系统200中，包括但不限于用于制动、接合或分离驻车制动器的控制装置、液压控制装置、发动机控制装置、传动装置控制器等。本公开不限制控制装置的数量或类型。如图2所示，多个用户控制装置208可以电连接到控制器202，以允许机械操作员向控制器发送命令以控制机械。

如上参考图1所述，作业机械可包括用于产生动力的发动机(例如，发动机104)或原动机以及用于将动力传递到前轮和后轮的传动装置(未示出)。发动机104可以由发动机控制单元(ecu)204控制，如图2所示，发动机控制单元204可以与控制器202电通信。同样，传动装置可以由传动装置控制单元(tcu)206控制。传动装置控制单元(tcu)206也可以与控制器202进行电通信。ecu204和tcu206可以通过硬接线或无线连接电连接到控制器202。在一个非限制性示例中，控制器202可以通过诸如控制器区域网络(can)之类的通信网络与ecu204和tcu206通信。如下面将进一步描述的，诸如内部时钟或定时器222的定时机构可以内部地布置在控制器202内或者以其他方式与控制器202电通信。

尽管未在本公开的图1中具体示出，但是作业机械可以包括位于驾驶室110内部的显示监控器220，以用于向操作员显示信息。监控器220还可以包括触摸屏或其他控制装置，使得操作员可以向控制器202发送用于控制作业机械的功能的指令。这样，监控器220可以与控制器202电通信，使得可以在它们之间传送消息或指令。

类似于图1的作业机械100，控制系统200可包括第一致动器210和第二致动器212，以用于控制作业工具、机具和/或转向机构130的运动。在未示出的另外的实施例中，控制系统200包括任何数量的另外的致动器，以用于控制一个或多个另外的作业工具、机具的移动、转向功能和/或其他车辆功能。每个致动器可以设置成与控制器202电通信，使得控制器控制致动器的移动。在一个示例中，致动器可以是液压致动器，使得机具的控制被电动液压地驱动。在另一个实施例(未示出)中，每个致动器可以由用户控制装置手动地控制。其他已知的控制系统可用于控制致动器的运动。

在一个非限制性示例中，第一致动器210可以控制作业工具或机具112(例如作为非限制性示例而举例说明的悬臂或铲斗)、转向机构130或机械100的另一结构。类似地，第二致动器212可以控制作业工具或机具112(例如作为非限制性示例而举例说明的悬臂或铲斗)、转向机构130或机械100的另一结构。虽然未示出，但是一个或多个另外的致动器可以被包括在内以控制作业工具、转向机构或机械100的其他结构。参见图1，例如，第一致动器210可对应于悬臂142，第二致动器212可对应于转向机构130。然而，这仅是与图1有关的一个示例，并且本公开可以涵盖任何农业、建筑、林业或其他车辆或作业机械。

控制系统200还可以包括用于检测第一致动器210的运动或位置的第一传感器214。同样，第二传感器216可以检测第二致动器212的运动或位置。类似地，一个或多个另外的传感器可以被包括以检测一个或多个致动器、作业工具或其他车辆部件的位置、运动和/或其他状态。在所示实施例中，第一传感器214和第二传感器216分别是位置传感器。例如，一个或两个传感器可以位于连杆组件(例如图1的连杆组件144)上，或者作为另一个车辆组件(例如转向机构130)的一部分。在说明性的非限制性示例中，一个传感器可以是角位置传感器，该角位置传感器能够直接检测致动器或作业工具的角位置，例如悬臂相对于其旋转所围绕的销轴的角位置，而另一个传感器可以检测装载机上的曲拐(即，z形连杆)的角位置。例如，除了传感器的测量值之外，还可以使用运动学等来检测铲斗位置。另外，缸内位置传感器可用于检测致动器的位置。在另外的实施例中，第一传感器214和第二传感器216中的一个或两个是压力传感器，例如液压传感器，其配置成确定系统的液压、致动器的液压和/或在液压系统中的任何其他点处的压力，例如，以用于将压力信息传输到控制器202。

本领域普通技术员将认识到用于确定压力或致动器的位置的各种结构和方法，并且这样的结构和方法构成本公开的一部分。致动器可以是电动的、液压的、机械的和/或任何其他已知类型的致动器。在任何情况下，第一传感器214、第二传感器216和任何另外的传感器或输入装置可以设置成与控制器202电通信，以传达或通信任何压力信息和/或每个相应致动器的运动或位置，以及如此，传达或通信每个相应的作业工具、机具或转向机构的运动或位置，并且这可以用在任何类型的农业、建筑、林业或其他已知的作业机械上。

现在参考图3，示出了用于确定作业机械100的致动器210的循环时间的控制方法或过程300。控制方法或过程300可包括可通过控制器和控制系统200的其他特征执行的多个方框或步骤。出于本公开的目的，循环时间可以指将致动器、作业工具、机具、转向机构或机械100的其他可移动结构从一个端部或位置移动到相对端部或位置所花费的时间量。

例如，悬臂可以被控制以从其完全降低位置移动到其完全升高位置，并且循环时间是当悬臂在两个端部位置之间移动时所花费的时间量。铲斗可以从其完全倾倒位置移动到其完全卷曲位置，其循环时间是铲斗在这两个位置之间移动所花费的时间量。

可以执行循环时间测试以识别或确定机械的液压回路中可能存在的问题。例如，液压泵可以向致动器提供流量以控制机具、作业工具、转向机构等。如果泵的预期泵流量输出不足，则可能存在泵效率或系统泄漏的问题。由于比预期或期望的响应慢，操作员或技术员可以检测到机具的问题。传递给致动器或机具的动力可能较少，这可能会影响性能。如果测试致动器或机具的循环时间并且结果不合需要或不令人满意，则可能需要检查各种泵设置，例如泵余量设置或截止压力。

传统的循环时间测试通常由机械操作员或技术员使用计时器来执行，以对致动器、作业工具或机具的操作进行计时。操作员的误差或进行测试的差异可能会在测试中引入误差。一个操作员可能更快地触发计时器，而第二个操作员可能更慢地触发计时器。例如，如果总循环时间小于10秒，则误差高达0.5秒会极大地影响测试的准确性。

根据本公开的实施例，这里描述的一个或多个实施例的控制过程300由控制器202在机械100的操作期间自主地或自发地执行。通过控制适当的循环时间确定所需的条件，控制器202能够测量、存储和/或以其它方式来确定准确的循环时间。这样，控制器202对过程300的自主执行增加了循环时间测量的准确性，允许识别、建立和/或确定与循环时间相关的一个或多个趋势，并防止随着过程300在后台被控制器执行时机械操作的中断。

在具体实施例中，在机械100的操作期间由控制器202自主或自发且重复地执行本文描述的一个或多个实施例的控制过程300。在具体实施例中，本文描述的一个或多个实施例的控制过程300由控制器202在机械100的同时进行的正常操作期间自主且不断地执行。换句话说，在具体实施例中，控制器202在机械100的正常操作的背景下自主或自发地执行控制过程300。

如本公开将理解的，一个或多个实施例的控制器202针对一个或多个致动器中的每一个执行过程300，确定来自过程300的循环时间值或其他数据，并将数据存储在控制器202中或存储在嵌入机械100中或连接到机械100的另一存储器装置中。在一个或多个实施例中，过程300和/或控制器202将来自过程300的值或数据发送到监控器220或其他输出位置，进一步处理该值或数据，和/或基于来自过程300的值或数据控制机械部件。

控制器202执行图3的控制过程300。在控制过程300开始时，控制器202在方框302处首先确定致动器210的位置。然后，控制器202在方框304处确定致动器的位置是否小于启动位置或第一阈值位置。实施例的启动位置或第一阈值位置在作业工具112或致动器210的整个移动范围的0％和45％之间，在一个实施例中在10％和30％之间，并且在一个实施例中在15％和25％之间。如果控制器202确定致动器的位置小于或尚未到达启动位置或第一阈值位置，则控制器202在方框306中确定致动器的命令值是否高于致动器的命令值阈值。如果致动器的命令值等于或小于致动器的命令值阈值，则在方框304处，控制器202返回以监测致动器的位置。如果致动器的命令值大于致动器的命令值阈值，则控制器202继续到方框308，以确定致动器的位置是否大于或等于启动位置以指示致动器已从小于启动位置或第一阈值位置的位置移动到等于或大于启动位置或第一阈值位置的位置。如果控制器202在方框308中确定致动器的位置大于或等于启动位置，则控制器202在方框310中启动定时器222。否则，控制器202返回到方框304以监测致动器的位置。

一旦控制器202在方框310处启动定时器222，控制器202在方框312中继续监测致动器的命令值，以确认该命令值保持在致动器的命令值阈值处或高于致动器的命令值阈值。在一个实施例中，致动器的命令值阈值是80％和100％之间的值，在一个实施例中是90％和100％之间的值，在一个实施例中是95％的值。如果该命令值下降到低于命令值阈值，则控制器202在方框314中取消定时器的操作，并且在方框302中，过程300返回以确定致动器的位置。在所示实施例中，如果该命令值低于命令值阈值，控制器202在停止定时器222的任何时间点之前取消定时器222。

在方框316处，控制器202还确定第二致动器212或任何另外的致动器是否正在被操作。一个或多个另外的致动器的操作可能降低致动器210的性能，从而影响致动器210的循环时间的准确确定。因此，如果控制器202在定时器222的操作期间确定到一个或多个其他致动器的操作，则在方框314处取消定时器222。

在方框318处，控制器202还监控或确定致动器压力或系统压力(例如，非限制性示例中的液压压力)是否低于或小于压力阈值。在一个实施例中，控制器202从位于致动器210和/或机械100的液压系统或其他系统的任何其他点处的压力传感器接收输入的压力值。如果控制器202确定压力已降至压力阈值或低于压力阈值，则控制器202在方框314处取消定时器222。

在未示出的实施例中，控制器202还监控或确定温度(例如，非限制性示例中的油温或液压流体温度)是否低于或小于温度阈值。在一个实施例中，控制器202从位于致动器210和/或机械100的液压系统、发动机或其他系统的任何其他点处的温度传感器接收输入的温度值。在一个实施例中，如果控制器202确定温度升高至温度阈值或高于温度阈值，则控制器202不启动或取消定时器222。

控制器202还在方框320处监控或确定机械100的发动机104的转速，并确定发动机的转速是否高于发动机的转速阈值。在一个实施例中，控制器202从位于发动机104处的发动机转速传感器接收发动机转速的输入值。如果控制器202确定发动机转速已降至或低于发动机的转速阈值，则控制器202在方框314处取消定时器222。

当在方框322处控制器202确定致动器210的位置已经达到或超过终止位置或第二阈值位置时，控制器202在方框324处停止定时器并计算或以其他方式确定循环时间。实施例中的终止位置或第二阈值位置在作业工具112或致动器210的整个移动范围的55％和100％之间，在一个实施例中在70％和90％之间，并且在一个实施例中在75％和85％之间。

在所示实施例中，在方框324处确定循环时间包括通过基于从启动位置或第一阈值位置到终止位置或第二阈值位置记录的时间段来外推完整循环时间而计算循环时间。因为过程300的启动位置和终止位置不等于致动器210或作业工具112的移动范围的末端，所以由定时器222测量的时间段小于致动器210或作业工具112的实际循环时间。为了在方框324中计算或以其他方式确定循环时间，控制器202基于由定时器222测量的时间来外推或以其他方式推断循环时间。

在第一示例中，第一阈值位置可以对应于10％的行程，第二阈值位置可以对应于90％的行程。因此，在致动器缸的整个冲程的80％的过程中测量循环时间。换句话说，在定时器的启动和停止之间测量的循环时间对应于致动器或作业工具在启动位置和终止位置之间移动的行进总距离的80％。例如，如果作业工具是悬臂，则当悬臂从其完全降低位置移动到距离完全升高位置10％行程的位置时启动定时器，并且当悬臂从其完全降低位置移动到距离完全升高位置90％行程的位置时停止定时器。在该示例中，可以通过将测量的循环时间除以测量的距离的百分比来计算完整的循环时间。因此，如果测量的循环时间是5秒并且测量的距离是行进总距离的80％，则整个循环时间是5秒除以0.8，得到完整的循环时间为6.25秒。

在第二示例中，第一阈值位置可以对应于20％的行程，第二阈值位置可以对应于80％的行程。因此，在致动器缸的整个冲程的60％(例如，80％减20％)的过程中测量循环时间。换句话说，在定时器的启动和停止之间测量的循环时间对应于作业工具在启动位置和终止位置之间移动的行进总距离的60％。例如，如果作业工具是悬臂，则当悬臂从其完全降低位置移动到距离完全升高位置20％行程的位置时启动定时器，并且当悬臂从其完全降低位置移动到距离完全升高位置80％行程的位置时停止定时器。类似于第一示例，可以通过将测量的循环时间除以测量的距离的百分比来计算完整的循环时间。因此，如果测量的循环时间是5秒并且测量的距离是行进总距离的60％，则完整的循环时间是5秒除以0.6，得到整个循环时间为8.33秒。

一旦确定了循环时间，控制器202进一步记录、存储或以其他方式保留循环时间数据。所示实施例的控制器202将循环时间数据存储在内部存储器中，但是另外的实施例的控制器202可以将数据传输或以其他方式传送到外部位置以用于存储、处理和/或其他目的。当控制器202在机械100的操作期间重复且持续地执行过程300时，控制器202可以同时或稍后进行循环时间数据的收集或汇编，进一步处理或过滤循环时间数据，和/或基于多个循环时间值的集合得到趋势数据或其他处理数据。本文描述的任何数据或值可以存储在控制器202的内部或外部，或者存储在机械100的内部或外部，在内部或外部传输或显示，或者被处理以实现控制器202或机械100的另外的动作。

在一个非限制性说明性示例中，在机械100的正常操作期间执行过程300之后，在机械100的日常维护期间由操作员或维修技术员从控制器202或机械100的其他存储器装置下载循环时间数据，或在机械100的正常操作期间传输或以其他方式访问循环时间数据。根据本公开，操作员或维修技术员观察机械100的任何一个或多个致动器的循环时间数据和由控制器202提供的任何循环时间趋势或其他信息以及诊断或以其他方式确定机械100的一个或多个潜在问题、状态或特性。在非限制性示例中，技术员可观察到机械100中的液压泵开始失效，如由循环时间的最近的减少所指示。

在另外的实施例中，控制器202可以接收、确定和/或存储与循环时间相关联或伴随循环时间的数据，包括但不限于，例如，地理位置、日期时间、海拔、表面等级、温度和/或湿度。这样的另外的伴随数据可以被处理以创建或被观察以识别与致动器210或机械100相关联的趋势。具体实施例的控制器202在具有或没有伴随数据的情况下基于处理时间循环数据来确定、生成和/或传送一般或特定警报或状态。

一旦在方框324中确定了完整的循环时间，控制器202就可以传送完整的循环时间。在一个示例中，控制器202可以通过在显示监控器220上显示循环时间来将循环时间传送给操作员。在另一个示例中，控制器202可以经由无线通信网络将循环时间发送到远程位置，在非限制性示例中，例如发送到移动装置，以便可以记录和跟踪循环时间。在一个实施例中，控制器202可以将循环时间与循环时间阈值进行比较，并基于该比较发送警报。

现在参考图4，提供了确定致动器210的循环时间的方法400。与上述过程300类似，本公开的一个或多个实施例的方法400在机械100的操作期间自主且不断地执行。在一个实施例中，操作员、技术员或其他用户不启动过程300或者方法400，并且控制器202或机械100在控制器202执行循环时间测试之前不提示或指示用户启动循环时间测试。在另一个实施例中，过程300和/或方法400被配置为持续且重复地运行。在另一个实施例中，确定或计算单个循环时间的步骤多次发生，并且在基于单独的循环时间的信息或趋势信息的集合被显示、下载或传输以进行处理、诊断、评估、警报或进一步考虑之前，如果适用的话，存储或处理单独的循环时间的任何步骤多次发生。

实施例的方法400包括在步骤410处确定或监测致动器210在操作期间的位置。如上所述，在机械100的正常操作期间执行过程300时，实施例的控制器202接收或以其他方式确定致动器210的位置。方法400还包括在步骤412处确定致动器的命令值大于致动器的命令值阈值。如上所述，实施例的致动器的命令值阈值是80％和100％之间的值，在一个实施例中是在90％和100％之间的值，在一个实施例中是95％的值。方法400还包括在步骤414处，在致动器210移动通过启动位置时启动定时器222，在步骤416处确定一个或多个条件是否得到满足，并在一个或多个条件得到满足并且在致动器210移动通过终止位置时停止定时器222。所示实施例中的一个或多个条件包括致动器的命令值大于致动器的命令值阈值、第二致动器的操作、压力(例如致动器中的液压压力或例如系统中的其他位置处的液压压力)大于压力阈值、和/或机械的发动机转速大于发动机的转速阈值，如上面参考图3所述。另外的实施例的方法400包括确定一个或多个条件尚未被满足，以及在确定一个或多个条件尚未被满足时取消定时器。这里描述的一个或多个实施例的方法400包括关于上述系统300的实施例描述的任何功能、步骤、结构或特征。

在没有以任何方式限制下文所述的权利要求的范围、说明或应用的情况下，本文公开的一个或多个示例实施例的技术效果是为机械100生成高度精确的循环时间数据。在没有导致机械的停机时间或机械100的正常操作中断的情况下确定或生成高度精确的循环时间数据。本文公开的一个或多个实施例的另外的技术效果涉及产生或确定与循环时间有关的一个或多个趋势。

虽然已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本公开，但是这样的图示和描述在性质上不是限制性的，应当理解，已经示出和描述了说明性实施例并且旨在保护落入本公开的精神范围内的所有变化和修改。本公开的替代实施例可以不包括所描述的所有特征，但仍然受益于这些特征的至少一些优点。本领域的技术人员可以设计其自身的实施方式，这些实施方式包含本公开的一个或多个特征并且落入所附权利要求的精神和范围内。