专利名称：由升降装置的升降器运载的负载的重量确定方法和称重装置的制作方法
专利说明由升降装置的升降器运载的负载的重量确定方法和称重装置 本发明涉及一种由升降装置的升降器运载的负载的重量确定方法，由此重量确定是根据升降器的至少一个向上和一个向下位移进行的，由此通过由液压系统构成的液压致动器而移动升降器，由此在升降器的向上和向下位移过程中，由压力传感器测量液压系统中的压力，从而提供压力信号，并且由流量计测量取决于升降器的位置的参数，由此提供位置信号，并由此根据压力信号和位置信号而确定负载的重量。
DE3820757A1描述了一种由拖拉机的三点连结(three-point hit ch)装置运载的负载的重量确定方法和装置。重量确定是根据来自三点连结装置的液压系统中压力传感器的压力信号和来自存储三点连结装置的位置的位置传感器的位置信号。通过在预定测量点周围提升和降低三点连结装置一个小的距离而执行测量，其中测量信号对至负载的重心的距离的相关性是小的，并且压力信号的比例是大的。因此，可以减小对由摩擦引起的滞后现象的称重结果的影响。在测量操作过程中，以恒定、相对小的速度来回驱动三点连结装置的液压致动器，从而最小化对称重结果的动态压力影响。然而，该装置需要适于以恒定速度操作液压致动器的复杂的液压阀系统，并因此是昂贵的。此外，在三点连结装置的预定位置中执行重量确定，其会是不利的。
DE4328148A1也描述了一种由拖拉机的三点连结装置运载的负载的重量确定的方法和装置，由此如以上所述的装置提供压力信号和位置信号。根据在提升和降低运载随机负载的三点连结装置的操作过程中的测量的压力信号来确定对于某一三点连结装置的摩擦的整体系数，从而以提升的某一高度测量所述压力信号。接着，根据确定的摩擦整体系数与在连结装置的已知负载的提升或降低处测量的压力信号一起计算对于所述三点连结装置的传输常数。在称重装置的操作过程中，从在连结装置的提升和降低时测量的压力信号，并根据确定的摩擦的整体系数和连结装置的传输常数可以确定连结装置上负载的重量。摩擦的整体系数和传输常数也可以被初始确定为连结装置的高度位置的函数，从而可以随后在连结装置的任何高度位置处称重负载。然而，依据该装置，也必须以恒定的速度操作液压致动器从而最小化对称重结果的动态压力影响，并需要复杂并因此昂贵的液压阀系统。
US5,929,389进一步描述了一种由升降装置运载的负载的重量确定的方法和装置，由此如以上所述的装置提供压力信号和位置信号。在测量操作过程中，升降装置以通常固定的速度向上和向下移动，并且在升降装置的至少两个不同位置由处理器装置存储压力信号和位置信号的成组的值。接着，借助作用于链接元件的力和扭矩的平衡的方程，从存储的成组的值和从链接装置的预定的几何尺寸，处理器装置确定负载的重量。然而，该装置也需要昂贵的恒速阀系统。
本发明的目的是提供一种可以利用简单结构的装置实现的重量确定的方法。
考虑到该目的，将位置信号作为时间的函数存储起来，根据位置信号的变化确定与加速度相关的参数，并且根据所述与加速度相关的参数而执行重量确定。
以这种方式，通过升降器的向上和向下位移可以执行称重操作，无需保持液压缸或升降器的恒定速度，这是因为可以根据与加速度相关的参数来执行重量确定；换句话说，当确定负载的重量时，要考虑源自称重操作过程中升降装置的负载和元件的可能加速度的力。因此，可以采用机械简单的结构的系统来实现依据本发明的重量确定的方法。
在一个有利的实施例中，将压力信号作为时间的函数存储起来，根据位置信号的变化，将与速度相关的参数确定为时间的函数，选择升降器的向上位移过程中的一个时间点，并且选择升降器的向下位移过程中的一个时间点，从而使对于各个选择的时间点的与速度相关的参数的值基本上相等，并且根据对各个选择的时间点存储的压力信号的值和根据为各个选择的时间点确定的与加速度相关的参数的值而执行重量确定。因此，由于重量确定是根据升降器的相等、但相反的速度执行的测量来进行的，于是可以基本上平衡由于升降器的向上和向下位移而导致的、在相反方向上的升降装置的与速度相关的粘滞摩擦力。因此，重量确定的结果可以基本上独立于这种与速度相关的粘滞摩擦力，并因此更精确。
在一个实施例中，根据对各个选择的时间点存储的位置信号的值而执行重量确定。从而在重量确定时可以考虑升降装置的几何重量分布和由升降器运载的负载，并因此可以使结果更精确。
在一个实施例中，根据对各个选择的时间点确定的与速度相关的参数的值而执行重量确定。以这种方式，进一步地，当确定负载的重量时，可以考虑与速度相关的参数。这种参数可以包括由液压系统管路中的摩擦引起的压头损失，因为至液压系统的液压致动器和来自液压系统的液压致动器的液压流体的流量取决于液压致动器的液压缸中的活塞的速度。
在一个有利的实施例中，在升降器的一个向上和向下位移过程中，根据位置信号的变化确定升降器的速度和加速度，并经由输出装置实时地提供给使用者，使用者通过液压阀操作升降器，以便将速度基本上保持在某一范围中和将加速度基本上保持在低于某一阈值，分别确定在升降器的所述一个向上和所述一个向下位移过程中的两个时间周期，在该时间周期过程中，确定的速度在所述范围内，并且确定的加速度低于所述阈值，并且在所述时间周期过程中，分别根据加速度和压力信号的平均值而确定负载的重量。因为由此在测量操作过程中限制了速度和加速度，所以对适于执行重量确定的处理器的要求可以更少。例如，如果由计算机采样位置信号和压力信号，那么可以采用较小的采样频率。因此可采用较便宜的计算机。
在一个实施例中，在所述时间周期过程中，分别根据位置信号的平均值而确定负载的重量。因此在重量确定时可以考虑升降装置的几何重量分布和由升降器运载的负载，并由此可以使结果更精确。
在一个实施例中，在所述时间周期过程中，分别根据速度信号的平均值而确定负载的重量。以这种方式，进一步地，当确定负载的重量时，可以考虑如上面提到的与速度相关的参数。
在一个有利的实施例中，根据运载被称重的负载的升降器的一个向上和一个向下位移而确定升降装置的通常的摩擦系数，并且重量确定是根据确定的通常的摩擦系数来进行的。因为升降装置的摩擦可由于例如磨损和改变润滑条件的因素而根据时间变化，并且进一步地依赖于由升降器提升的负载的重量，所以根据运载被称重实际负载的升降器位移的升降装置的通常摩擦系数的确定可导致更精确的重量确定，这是相对于这样一种情况而言的，即，如果通过任意负载的位移，对于升降装置仅确定一次这种摩擦系数，并且这种摩擦系数用于每一个随后的重量确定。
在一个实施例中，由用于测量流过用于液压致动器的管道的液压流体流量的流量计来提供位置信号。因此，可以以简单和经济的方式获得精确的位置信号。进一步地，通过插入用于液压致动器的管道中，在当前的升降装置中可以容易地安装流量计。
在一个有利的实施例中，在计算机中存储作为采样值的、来自压力传感器的信号和提供取决于升降器的位置的参数的来自流量计的信号，并且计算机根据其计算位置信号和压力信号，并由此确定负载的重量。
在一个实施例中，通过使用者的初始化，由处理器自动执行称重操作，从而由处理器控制液压致动器，以便在向上方向上位移升降器一次和向下方向上位移升降器一次。因此，称重操作变得容易，因为只需要与使用者进行少量的交互。
本发明进一步涉及一种由升降装置的升降器运载的负载的重量确定的称重装置，通过由升降装置的液压系统构成的液压致动器，升降器可移动，称重装置包括处理器，该处理器适于根据升降器的至少一个向上和一个向下位移确定重量，压力传感器，该压力传感器适于测量升降装置的液压系统中的压力，从而提供压力信号，以及流量计，该流量计适于测量取决于升降装置的升降器的位置的参数，从而提供位置信号，以及处理器，该处理器适于在升降器的向上和向下位移过程中根据分别从压力传感器和流量计供给的压力信号和位置信号而确定负载的重量。
该系统的特征在于处理器适于将位置信号作为时间的函数存储，以便根据位置信号的变化确定与加速度相关的参数，并且以便根据所述与加速度相关的参数而确定重量。因此获得上面提到的优点。
在一个有利的实施例中，处理器适于将压力信号作为时间的函数存储，以便根据位置信号的变化，将与速度相关的参数确定为时间的函数，以便在升降器的向上位移过程中选择一个时间点和在升降器的向下位移过程中选择一个时间点，从而使对于各个选择的时间点的与速度相关的参数的值基本上相等，并且根据对各个选择的时间点存储的压力信号的值和根据对各个选择的时间点确定的与加速度相关的参数的值而执行重量确定。因此获得上面提到的优点。
在一个实施例中，处理器适于根据对各个选择的时间点存储的位置信号的值而执行重量确定。因此获得上面提到的优点。
在一个实施例中，处理器适于根据对各个选择的时间点确定的与速度相关的参数的值而执行重量确定。因此获得上面提到的优点。
在一个有利的实施例中，在升降器的一个向上和一个向下位移过程中，处理器适于根据位置信号确定升降器的速度和加速度，称重装置包括输出装置，该输出装置适于实时地提供确定的速度和加速度给使用者，处理器适于经由输出装置导引使用者，以便操作升降器，从而将速度基本上保持在某一范围内和将加速度基本上保持在低于某一阈值，处理器适于分别在升降器的所述一个向上和一个向下位移过程中确定两个时间周期，在该时间周期过程中，确定的速度在所述范围内，并且确定的加速度低于所述阈值，并且在所述时间周期过程中，处理器适于分别根据加速度和压力信号的平均值而确定负载的重量。因此获得上面提到的优点。
在一个实施例中，在所述时间周期过程中，处理器适于分别根据位置和速度信号的平均值而确定负载的重量。因此获得上面提到的优点。
在一个实施例中，处理器适于根据运载被称重的负载的升降器的一个向上和一个向下位移而确定升降装置的通常的摩擦系数，并且以便根据确定的通常的摩擦系数确定重量。因此获得上面提到的优点。
在一个实施例中，提供流量计，以便测量流过用于液压致动器的管道的液压流体的流量，并由此提供位置信号。因此获得上面提到的优点。
在一个有利的实施例中，称重装置包括具有贯穿通过的管部的单元，该贯穿通过的管部适于装配在用于升降装置的液压致动器的管道中，流量计和压力传感器被集成在该单元中，并被布置成分别测量通过管部的流量和管部中的压力。因此大大简化了升降装置中称重装置的安装，因为只有所述单元必须被安装，并且没有单独的传感器必须在各个位置处被安装进入升降装置中，例如安装到液压缸中。
在一个有利的实施例中，处理器是计算机，该计算机适于存储作为采样值的、来自压力传感器的信号和提供取决于升降器的位置的参数的来自流量计的信号，并且计算机适于根据来自压力传感器和来自流量计的存储信号而计算位置信号和压力信号，并由此确定负载的重量。因此获得上面提到的优点。
在一个实施例中，通过使用者的初始化，处理器适于自动执行称重操作，从而通过处理器控制液压致动器，以便在向上方向上位移升降器一次和向下方向上位移升降器一次。因此获得上面提到的优点。
本发明进一步涉及一种升降装置，包括如上面所述的称重装置。
在一个实施例中，升降装置是叉车。
通过参考每一个示意图的实施例的例子，现在在下面更详细地解释本发明。
图1示出了依据本发明的被安装在升降装置中的称重装置的示意图； 图2描述了动摩擦系数以及它对运动速度的相关性的例子； 图3-6分别描述了表示作为对于升降装置的时间函数的活塞力、加速度、速度和位置的曲线图的例子； 图7描述了称重方法的通常实施例中的升降速度和加速度； 图8描述了称重方法的另一个实施例中的升降速度和加速度； 图9和10示出了公式的概要。
图1表示具有依据本发明的称重装置3的升降装置2的升降器1。在示出的实施例中，升降装置2具有叉车的形式，其仅被部分示出。升降器1由叉车组成，并且通过具有以本身已知的方式在杆6的相对垂直表面之间滚动的滚轮5的车架4，升降器1布置成可借助车架4在垂直方向上位移。通过以具有立式液压缸8形式的液压致动器7驱动升降器1，其中活塞9可在液压缸8中位移。活塞9被装配在活塞杆10上，其上端携带链传动轮11。链条12在其第一端13处被固定至升降装置2的固定框架14，绕过链传动轮11，并在其第二端15处被固定至车架4。因此，活塞9在液压缸8中以某一速度的位移可引起车架4的位移，并因此引起以两倍所述速度的升降器1的位移。为了计算的目的，链条12的第一部分被表示为b，并具有长度b，并且链条12的第二部分被表示为c，并具有长度c，从而如图1中所示的，每一个链条部分b，c的长度会随着车架4的高度位置而改变。
通过经与液压阀17连接的管道16供给和排出的液压流体来驱动液压致动器7，通过手柄18可以操作该液压阀17，从而从液压泵19至管道16供给液压流体，或者从管道16至容器20排出液压流体，因此分别提升或降低升降器1。
在管道16中装配有管部21，管部21被布置成穿过包括适于测量通过管部21的流量的流量计23和适于测量管部21中的压力的压力传感器24的单元22。
单元22与计算机25连接，该计算机25适于基于从单元22中的流量计23和压力传感器24接收的信号的采样值来确定重量。计算机25与输出装置26连接，该输出装置适于提供确定值给使用者。称重装置3包括单元22、计算机25、输出装置26和未示出的输入装置，通过该未示出的输入装置可以操作计算机25。然而，除了被供给其自身的输入/输出装置以外，称重装置3也可以具有适于与涉及升降装置2的输入/输出装置相连接的接口。
平衡质量确定的原理是根据用以平衡通过机械升降装置中的摩擦引起的测量误差的能力。这可以通过允许在其上定位负载27的升降器执行向上方向和随后向下方向的运动而实现。
由于需用于提升负载27的力等于重力和摩擦力之和，所以在向下方向运动过程中力之和将等于重力减去摩擦力。因此可以用向上和向下方向力之和的一半来表示没有摩擦力影响的负载重量，因为这些可以相互抵消。
这适用于假定向上和向下方向上的摩擦力是相等的，并且当测量力时没有质量加速度发生。通过测量加速度，由关于运动的牛顿第二定律引起的加速力和改变的摩擦条件可被抵消。如果例如链条2负载有由于升降器1的加速度引起的较大的力，那么链传动轮11的支承就会响应较大的摩擦力。为了确保在两个方向上具有相同大小的粘滞摩擦，需要在相同的向上和向下速度下来测量力。在图2中，示出了动摩擦系数μss(v)和它与运动速度v的相关性的例子。
其示出在静止时摩擦是最大的。这也被称作静摩擦或静态阻力。在增大速度的情况中，摩擦显著下降至被称作动态干摩擦或库仑摩擦的水平，这取决于运动的速度。如果表面是润滑的，摩擦将随着速度增大，这被称作动态湿摩擦或粘滞摩擦。
由于升降装置的质量分布随着升降高度同步改变，例如由于液压缸8中油量的改变或链传动轮11周围的链条12的位置的改变，需测量液压活塞9的位置，因为可根据这而确定质量分布的改变。
通过测量液压流体的压力和流量，并与液压活塞9的面积有关的信息结合，可以确定液压活塞9的垂直操作力和位置。通过计算机25确定速度和加速度作为活塞9的位置的第一和第二时间导数，从由流量计23提供的采样位置信号计算活塞9的位置。通过降低叉车至地平面可以复位位置信号。取代利用流量计，由其他已知的装置也可以提供位置信号，例如紧跟着升降器或紧跟着液压缸布置的激光测距计，或者例如在液压缸内部布置的超声波测距计。
直接或间接测量的基本物理值是这样的 F活塞的力[N] a活塞的加速度[m/s2] v活塞的速度[m/s] s活塞的位置[m] 作为例子，如果将F，a，v和s考虑为时间的函数，具有如上面所述的摩擦系数μss(v)以及下面参数的叉车可以具有曲线图，该曲线图具有如在图3-6中描述的外观，所述参数是 A＝0.002150[m2]，活塞面积 k＝4.000[kg/m]，每米的链条重量 b+c＝2.11[m]，链条的长度(链条部分b+c) c0＝1.73[m]，初始链条长度c0 ms＝100[kg]，活塞杆的质量 mg＝257.78[kg]，叉车的质量 ρ＝840[kg/m3]，油的密度 m1＝670.2[kg]，负载的质量。
在下面，将论证如何可以构造用于确定升降装置2的升降器1上的负载27的重量的计算机程序的合适方程。下面给出参数的通常表示 m1＝负载的质量[kg]。
ma＝升降装置的等效质量常数[kg]。
mk＝链条的质量(mb+mc)[kg]。
mb＝链条部分b的质量[kg]。
mc＝链条部分c的质量[kg]。
mg＝叉车+车架的质量[kg]。
ms活塞+活塞杆+链传动轮的质量[kg]。
mo液压缸油的质量[kg]。
μ＝摩擦系数[-]。
p＝压力传感器处的压力[pa]。
pr从压力传感器至液压缸的压降[pa]。
A＝活塞面积[m2]。
g＝重力加速度，9.81[m/s2]或[N/kg]。
x＝至负载+叉车+车架的重心的距离[m]。
F＝对活塞的较低侧的力[N]。
mv＝ms+mb，滑轮装配的质量(一次)[kg]。
mh＝ml+mg+mc，滑轮的右侧质量(两次)[kg]。
me＝近似公式中的误差[kg]。
s＝活塞杆的位置[m]。
v＝(ds/dt)活塞杆的速度[m/s]。
a＝(d2s/dt2)活塞杆的加速度[m/s2]。
r＝流量计的转数[r]。
z＝流量计的旋转速度[r/s]。
n＝流量计的旋转加速度[r/s2]。
I＝流量计的每一个转数的量[m3/r]。
k＝每米的链条重量[kg/m]。
ρ＝液压缸油的密度(rho)[kg/m3]。
b＝任意活塞位置s处链条部分b的长度[m]。
c＝任意活塞位置s处链条部分c的长度[m]。
c0＝降低叉车时链条部分的测量的初始长度(s＝0)[m]。
d＝从压力传感器至液压缸的摩擦(液压管阻抗)的压头损失[pa·s/m3]。
Q＝每秒的流量，油量[m3/s]。
以下为向上和向下方向运动给出下面的参数表示 mco＝链条部分c的质量，上[kg]。
mcn＝链条部分c的质量，下[kg]。
mbo＝链条部分b的质量，上[kg]。
mbn＝链条部分b的质量，下[kg]。
moo＝液压缸油的质量，上[kg]。
mon＝液压缸油的质量，下[kg]。
po＝压力传感器处的压力，上[pa]。
pn＝压力传感器处的压力，下[pa]。
ao＝活塞杆的加速度，上[m/s2]。
an＝活塞杆的加速度，下[m/s2]。
vo＝活塞杆的速度，上[m/s]。
vn＝活塞杆的速度，下[m/s]。
so＝活塞杆的位置，上[m]。
sn＝活塞杆的位置，下[m]。
ro＝流量计的转数，上[r]。
zo＝流量计的旋转速度，上[r/s]。
no＝流量计的旋转加速度，上[r/s2]。
rn＝流量计的转数，下[r]。
zn＝流量计的旋转速度，下[r/s]。
nn＝流量计的旋转加速度，下[r/s2]。
Fo＝活塞的较低侧上的力，上[N]。
Fn＝活塞的较低侧上的力，下[N]。
mvo＝ms+mbo，滑轮的左侧质量，上[kg]。
mvn＝ms+mbn，滑轮的左侧质量，下[kg]。
mho＝ml+mg+mco，滑轮的右侧质量，上[kg]。
mhn＝ml+mg+mcn，滑轮的右侧质量，下[kg]。
meo＝近似公式中的误差，上[kg]。
men＝近似公式中的误差，下[kg]。
为通过校准确定活塞面积A给出下面的参数具体表示(对于空的升降器)。
mcoz＝链条部分c的质量，上[kg]。
mcnz＝链条部分c的质量，下[kg]。
mooz＝液压缸油的质量，上[kg]。
monz＝液压缸油的质量，下[kg]。
poz＝压力传感器处的压力，上[pa]。
pnz＝压力传感器处的压力，下[pa]。
aoz＝活塞杆的加速度，上[m/s2]。
anz＝活塞杆的加速度，下[m/s2]。
prz＝从压力传感器至液压缸的压降[pa]。
以下给出用于升降装置的基本方程 Q＝l·z每秒的流量，油量[m3/s]。
由于摩擦引起的压头损失(液压管阻抗)[pa·s/m3]。液压缸上松动连接处测量的压力p和流量Q。
pr＝|Q|·d从压力传感器至液压缸的压降[pa]。
活塞杆的位置[m]。
活塞杆的速度[m/s]或 活塞杆的速度[m/s]。
活塞杆的加速度[m/s2]。
c＝c0-2·s链条部分c的长度[m]。
mc＝c·k链条部分c的质量[kg]。
mo＝l·r·ρ液压液压缸中油的质量[kg]或 mo＝s·A·ρ液压液压缸中油的质量[kg]。
对于升降装置的等效质量常数[kg]。
ms＝2·(ma-mg)-mk活塞+活塞杆+链传动轮的质量[kg]。
mk＝2·(ma-mg)-ms链条的质量[kg]或 mk＝k·(b+c)链条的质量[kg]。
F0＝(po-pr)·A-moo·(g+ao)当提升时液压活塞的较低侧上的力[N] Fn＝(pn+pr)·A-mon·(g+an)当降低时液压活塞的较低侧上的力[N] 负载质量m1的确定 在叉车的模型中，图1，考虑需用于提升活塞的向上方向的力F0和设置于其上的质量，从而确定负载质量m1的重量。力通过方程(1)的近似地描述 Fo＝[mvo·(g+ao)+2mho·(g+2ao)]·(1+μ)(1) 其中，关于用于升降装置的等效质量常数和可能的负载，可以忽略考虑惯性力矩和角速度的值。然而需要指出，由于上面的方程是近似的，所以还是可能构建可以等同地被采用以便获得完全满足的结果的其它方程。可以隔离“滑轮的右侧”的质量 (2) 因此 由于Fo＝(po-pr)·A-moo·(g+ao)，那么 并且因此 为了实现易管理和近似的公式，丢弃最后项，导致可以被忽略的误差，如将在随后示出的 (3) 当然，不是上面的得其它近似也是可能的。
在上面的情况中近似公式是 这意味着 由于mb+2mc＝mk+mc，产生下面的方程，其被应用于叉车的向上方向的运动 (4) 对应地，通过如上面的类似的考虑，可以实现下面的方程应用于向下方向的运动 (5) 需要指出，在方程(4)和方程(5)中，利用符号计算除了pr的全部变量。通过考虑叉车的向上和向下运动，可以求和方程(4)和(5) (6) 并且可以隔离负载质量m1，从而获得 (7) 等效质量常数ma的确定(0-校准) 如果需用于计算对于升降装置的上面定义的等效质量常数ma的各元件的重量是未知的，那么通过称重装置的校准可以获得所述质量常数，这是所谓的0-校准。因为ma不改变，所以对于某一升降装置，该校准仅需要进行一次，并且然后可以用于全部随后的称重操作。通过执行正常的称重操作实施校准，其将在下面被详细描述，但是m1＝0，即在升降器1上没有负载。因此，在方程(7)中插入m1＝0，对应于空的升降器 对于向上和向下方向的运动，对于升降装置的等效质量常数ma就是 (8) 活塞面积A的确定(全刻度校准) 如果不知道准确的活塞面积A，或者不精确知道准确的活塞面积A，通过所谓的全刻度校准可以将其更精确地确定。
通过两次利用用于向上方向运动的方程(4)，分别具有和不具有m1(空的升降器)，并且然后减去这些，产生下面的方程(9)。用于具有和不具有负载的升降装置的μ被假定为相等的，并因此升降速度对于执行升降操作必须是相等的。参数po、pr、ao、moo、mco应用于升降器上有m1的运动，而poz、prz、aoz、mooz、mcoz应用于不具有m1(空的升降器)的运动。
(9) 假定对于具有和不具有负载的升降装置μ是相等的，在支架之外移动A，并且作为独立项隔离(1+μ)从而消除μ，该表达式可被减少为 (10) 对应地，通过利用用于向下方向运动的方程(5)，产生下面的方程 (11) 参数pn、pr、an、mon、mcn应用于具有升降器上的m1的运动，而pnz、prz、anz、monz、mcnz应用于不具有m1(空的升降器)的运动。
为了消除μ，方程(10)和(11)被相加 (12) 因此，用于具有和不具有负载的升降装置的μ和用于升降器的向上和向下运动的μ被假定为相等的，并因此对于全部四个执行的升降操作，升降器的速度必须是相等的，即，两次升降器的向上方向运动，具有和不具有m1，和两次升降器的向下方向运动，具有和不具有m1。
如下隔离活塞面积A (13) 误差me的确定 之前，在方程(3)中，强加了对于向上方向运动的误差。对于向上和向下方向运动的总误差因此组成 (14) 作为例子，在质量mvo＝100kg、moo＝2kg和加速度ao＝0.1m/s2以及质量mvn＝100kg、mon＝2kg和加速度an＝-0.3m/s2以及摩擦系数μ＝0.05的情况下，总误差me是 其对于大多数目的是可忽略的。
摩擦系数μ的确定 重写方程(4)和(5)，获得 借助对于向上和向下方向运动相等的速度和相等的负载质量，上面两个方程的第二个的任一侧可从上面两个方程的第一个的任一侧被分别减去，从而形成下面方程的任一侧的分子，并且然后上面两个方程的任一侧可被分别相加，从而形成下面方程的任一侧的分母 因此，通过对方程的左侧的简化，已经隔离摩擦系数μ。
如果mco＝mcn，则moo＝mon，并且产生简单的方程 其中对μ的解是 (16) 如果mco≠mcn， 则产生二次方程 其中对μ的解是 (17) 用于确定负载质量m1的可替代方法 如先前通过方程(16)或(17)那样确定摩擦系数μ。μ被插进下面的方程(18)，其是方程(2)的重写型式。
在方程(2)中插入F0＝(p0-pr)·A-m00·(g+a0)，产生 由于mho＝m1+mg+mco，以及mvo＝ms+mbo (18) 对应地，对于向下方向运动，产生下面的方程 (19) 称重操作 通常的实施例构成称重操作的实施，其中首先提升负载，并且接着降低负载。通过该称重操作，实施压力和流量的测量，并且在过程的末尾，分析并整理结果，从而计算负载的质量。从测量的流量可以计算液压活塞的位置、速度和加速度。
如示出升降速度和加速度的图7中所示，从开始至结束，称重操作可被分成九个阶段 按压“开始” 1.v＝0并且a＝0 2.v＞0并且a＞0 3.v＞0并且a＝0 4.v＞0并且a＜0 5.v＝0并且 a＝0 6.v＜0并且a＜0 7.v＜0并且a＝0 8.v＜0并且a＞0 9.计算质量 “停止”称重操作 需要指出的是，为了描述的目的，加速度被表示为在每一个阶段中是恒定的；然而，在速度出现改变的情况中，加速度不需要是恒定的；实际上，通常它将改变，因为在称重过程中通常人工控制升降器。
通过按压“开始”按钮初始化称重操作，随后，在贯穿大部分过程中(阶段1至8)，实施液压p和流量Q连续测量以及活塞位置s、速度v和加速度a的计算。经由下列关系式实施计算 在提升和降低的加速阶段中，也就是阶段2，4，6和8，存储p、s、v和a的值。在称重操作的末尾(阶段9)，对提升和降分别选择两个近似相等的活塞速度vo和vn(见图7)。这些速度也涉及分别用于提升和降低的活塞位置、加速度和液压，so、ao、po、sn、an、pn。
经由数学关系式，进一步计算mco＝(c0-2·s0)·k和mcn＝(c0-2·sn)·k，表达链条部分c的质量，以及等于两个速度vo和vn处液压缸中油的质量的moo＝so·A·ρ和mon＝sn·A·ρ。最后，计算pr＝|V|·A·d，通过组合关系式pr＝|Q|·d，Q＝l·z和 如果mco≠mcn，则在方程(17)中插入值p0、pn、pr、ao、an、mco、mcn、moo和mon，就可以计算μ。如果mco＝mcn，将所述值插入方程(16)。
假定对于升降装置的等效质量常数ma是已知的，与上面相同的值，以及计算的μ值被插入方程(7)，从而计算负载质量m1的重量。然而，需要指出的是，如果mco＝mcn，则在该通常的实施例中不需要计算μ的值，因为μ是乘以(mco-mcn)＝0。
以合适的方式提供结果，并且可以完成称重操作(阶段9)。
在用于确定负载质量m1的可替代的实施例中，如在上面所述的通常的实施例中那样确定摩擦系数μ，但随后将其插入用于提升的方程(18)或用于降低的方程(19)的方程，从而计算重量。
在用于确定负载质量m1的可替代的另一实施例中，通过按压“开始”按钮初始化称重操作，之后，在贯穿大部分过程中(阶段1至8)，实施液压p和流量Q连续测量以及活塞位置s、速度v和加速度a的计算。
在提升的情况中，经由输出装置26的视觉指示器导引使用者进入预定速度间隔(见图8)。当提升速度在该间隔范围内，并且加速度小于给定的最大值(图8中的加速度间隔)，以及实现这些标准的测量的最小数例如10已被发现和存储时，使用者将被视觉和听觉通知，以便完成提升操作，从而可以开始降低。
在降低的情况中，使用者也被导引进入相同的速度间隔，并且当加速度小于如在提升情况中的相同的最大值，并且对应的测量数满足已被发现和存储的这些标准时，使用者将被视觉和听觉通知，以便完成降低。
这意味着对于阶段3中的提升和阶段7中的降低，现在已经选择和存储了用于p、s、v和a的多个测量。在阶段9中，计算负载的质量，并且终止称重操作。
依据上面描述的实施例中的一个方法而实施计算，差别在于so、vo、ao、po和sn、vn、an、pn是分别用于提升和降低的存储的测量的平均值。
进一步的实施例 尽管通过计算机实施如上所述的实施例中的重量确定，但也可以通过其他设备执行一部分或整个重量确定工作，例如通过传统的控制电路。关于这一点，将广义地解释加速度相关参数的所述测量；除了是在计算机程序中确定的值以外，其可以例如是以在电控制电路中的加速度相关电信号的产生的形式，或者其甚至可以被集成在这种控制电路的功能元件中。
在图1中示出的叉车中，可以进一步围绕水平轴可枢转地布置升降器1。借助传感器，可以在计算机中存储升降器1的倾角，并且该倾角需考虑重量确定的情况。类似地，相对于水平面的整个叉车的倾角可被存储，并且需考虑重量确定的情况。进一步地，尽管为了在某一熟知类型的叉车中使用而描述了依据上面的本发明的称重装置，但本领域的熟练技术人员可以理解，为了在其它类型的叉车中使用可以修改所述的称重装置。上面给出的方程适用于所示的装置，但它们可以为在依据上面解释的原理的不同装置中使用而被修改。
尽管上面给出的方程，除了由加速度产生的力以外，也考虑由升降器的位置产生的附加力，即，升降装置的元件和负载的重量分布，以及由这些元件和升降器的速度产生的力，例如由于压力传感器和液压缸之间的管道中的摩擦所引起的压头损失，此类附加的力可以在计算之外，只要来自这种力的影响对于实际目的可被忽略。例如，可以假定由于升降器的向上和向下位移的粘滞摩擦是相等的，尽管向上和向下位移升降器的速度会存在差别。类似地，比如链条的元件的重量分布可被假定为恒定的。本领域的熟练技术人员可以理解，在基于上面给出的原理的情况中，如何针对重量确定构造适当的方程。可能地，以这种方式获得的方程可以比上面给出的那些更简单。
权利要求
1.一种由升降装置的升降器运载的负载的重量确定的方法，由此重量确定是根据升降器的至少一个向上和一个向下位移进行的，由此通过由液压系统构成的液压致动器而移动升降器，由此在升降器的向上和向下位移过程中，通过压力传感器测量液压系统中的压力，从而提供压力信号，并且由流量计测量取决于升降器的位置的参数，从而提供位置信号，并由此根据压力信号和位置信号而确定负载的重量，其特征在于将位置信号作为时间的函数存储起来，根据位置信号的变化确定与加速度相关的参数，并且根据所述与加速度相关的参数而执行重量确定。
2.根据权利要求1的重量确定的方法，其特征在于将压力信号作为时间的函数存储起来，根据位置信号的变化，确定作为时间的函数的与速度的相关参数，选择升降器的向上位移过程中的一个时间点，并且选择升降器的向下位移过程中的一个时间点，从而使对于各个选择的时间点的与速度相关的参数的值基本上相等，并且根据对各个选择的时间点存储的压力信号的值和根据对各个选择的时间点确定的与加速度相关的参数的值而执行重量确定。
3.根据权利要求2的重量确定的方法，其特征在于根据对各个选择的时间点存储的位置信号的值而执行重量确定。
4.根据权利要求2或3的重量确定的方法，其特征在于根据对各个选择的时间点确定的与速度相关的参数的值而执行重量确定。
5.根据权利要求1的重量确定的方法，其特征在于在升降器的一个向上和一个向下位移过程中，根据位置信号的变化确定升降器的速度和加速度，并经由输出装置实时地提供给使用者，使用者通过液压阀操作升降器，以便基本上将速度保持在某一范围内和基本上将加速度保持低于某一阈值，分别确定在升降器的所述一个向上和一个向下位移过程中的两个时间周期，在该时间周期过程中，确定的速度在所述范围内，并且确定的加速度低于所述阈值，并且在所述时间周期过程中，分别根据加速度和压力信号的平均值而确定负载的重量。
6.根据权利要求5的重量确定的方法，其特征在于在所述时间周期过程中，分别根据位置和速度信号的平均值而确定负载的重量。
7.根据任一前述权利要求的重量确定的方法，其特征在于根据运载被称重的负载的升降器的一个向上和一个向下位移而确定升降装置的通常的摩擦系数，并且重量确定是根据确定的通常的摩擦系数来进行的。
8.根据任一前述权利要求的重量确定的方法，其特征在于由用于测量流过用于液压致动器的管道的液压流体的流量的流量计来提供位置信号。
9.根据任一前述权利要求的重量确定的方法，其特征在于在计算机中存储作为采样值的、来自压力传感器的信号和提供取决于升降器的位置的参数的来自流量计的信号，并且计算机根据其计算位置信号和压力信号，并由此确定负载的重量。
10.根据任一前述权利要求的重量确定的方法，其特征在于通过使用者的初始化，由处理器自动执行称重操作，从而通过处理器控制液压致动器，以便在向上方向上位移升降器一次和向下方向上位移升降器一次。
11.一种用于由升降装置的升降器运载的负载的重量确定的称重装置，通过由升降装置的液压系统构成的液压致动器，升降器可移动，称重装置包括处理器，该处理器适于根据升降器的至少一个向上和一个向下位移确定重量，压力传感器，该压力传感器适于测量升降装置的液压系统中的压力，从而提供压力信号，以及流量计，该流量计适于测量取决于升降装置的升降器的位置的参数，从而提供位置信号，所述处理器适于在升降器的向上和向下位移过程中根据分别从压力传感器和流量计供给的压力信号和位置信号而确定负载的重量，其特征在于处理器适于将位置信号作为时间的函数存储，以便根据位置信号的变化确定与加速度相关的参数，并且以便根据所述与加速度相关的参数而确定重量。
12.根据权利要求11的称重装置，其特征在于处理器适于将压力信号作为时间的函数存储，以便根据位置信号的变化，确定作为时间的函数的与速度相关的参数，以便在升降器的向上位移过程中选择一个时间点和在升降器的向下位移过程中选择一个时间点，从而使对于各个选择的时间点的与速度相关的参数的值基本上相等，并且根据对各个选择的时间点存储的压力信号的值和根据对各个选择的时间点确定的与加速度相关的参数的值而执行重量确定。
13.根据权利要求12的称重装置，其特征在于处理器适于根据对各个选择的时间点存储的位置信号的值而执行重量确定。
14.根据权利要求12或13的称重装置，其特征在于处理器适于根据对各个选择的时间点确定的与速度相关的参数的值而执行重量确定。
15.根据权利要求11的称重装置，其特征在于在升降器的一个向上和一个向下位移过程中，处理器适于根据位置信号确定升降器的速度和加速度，称重装置包括输出装置，该输出装置适于实时地提供确定的速度和加速度给使用者，处理器适于经由输出装置导引使用者，以便操作升降器，从而基本上将速度保持在某一范围内和基本上将加速度保持低于某一阈值，处理器适于分别在升降器的所述一个向上和一个向下位移过程中确定两个时间周期，在该时间周期过程中，确定的速度在所述范围内，并且确定的加速度低于所述阈值，并且在所述时间周期过程中，处理器适于分别根据加速度和压力信号的平均值而确定负载的重量。
16.根据权利要求15的称重装置，其特征在于在所述时间周期过程中，处理器适于分别根据位置和速度信号的平均值而确定负载的重量。
17.根据权利要求11至16的任一权利要求的称重装置，其特征在于处理器适于根据运载被称重的负载的升降器的一个向上和一个向下位移而确定升降装置的通常的摩擦系数，并且以便根据确定的通常的摩擦系数确定重量。
18.根据权利要求11至17的任一权利要求的称重装置，其特征在于提供流量计，以便测量流过用于液压致动器的管道的液压流体的流量，并由此提供位置信号。
19.根据权利要求18的称重装置，其特征在于称重装置包括具有贯穿通过的管部的单元，该贯穿通过的管部适于装配在用于升降装置的液压致动器的管道中，并且流量计和压力传感器被集成在该单元中，并被布置成分别测量流经过管部的流量和管部中的压力。
20.根据权利要求11至19的任一权利要求的称重装置，其特征在于处理器是计算机，该计算机适于存储作为采样值的、来自压力传感器的信号和提供取决于升降器的位置的参数的来自流量计的信号，并且计算机适于根据来自压力传感器和来自流量计的存储信号而计算位置信号和压力信号，并由此确定负载的重量。
21.根据权利要求11至20的任一权利要求的称重装置，其特征在于通过使用者的初始化，处理器适于自动执行称重操作，从而通过处理器控制液压致动器，以便在向上方向上位移升降器一次和向下方向上位移升降器一次。
22.一种升降装置，包括根据权利要求11至21的任何一项的称重装置。
23.一种根据权利要求22的升降装置，特征在于所述升降装置是叉车。
全文摘要
由升降装置(2)的升降器(1)运载的负载的重量确定的方法，其是根据借助液压致动器(7)的升降器(1)的至少一个向上和一个向下位移来进行的。通过压力传感器(24)提供压力信号，并且通过流量计(23)提供位置信号。根据压力信号(24)和位置信号(23)而确定负载(27)的重量。作为时间的函数存储位置信号，并且根据位置信号的变化确定与加速度相关的参数，并且根据所述与加速度相关的参数而执行重量确定。此外，公开了一种称重装置。
文档编号G01G19/08GK101223424SQ200580049937
公开日2008年7月16日 申请日期2005年6月3日 优先权日2005年6月3日
发明者托尔文·温瑟·汉森 申请人:托尔文·温瑟·汉森