联合收获机及其油耗在线监测装置、系统和监测方法与流程

本发明涉及一种联合收获机及其监测系统，特别是一种可实现联合收获机油耗、速度与位置信息综合监测的联合收获机及其油耗在线式监测装置、系统和监测方法。

背景技术：

联合收获机是一种多输入和输出变量的复杂动态系统。其中发动机是联合收获机动力核心部件，其工作状态直接影响到联合收获机的效率。而发动机油耗是评价车辆经济性、综合性价比的最重要的指标，对于联合收获机来说发动机油耗的大小与收获机性能紧密相关。故对联合收获机油耗的监测是必不可少的性能指标。

现有技术最常见的油耗测试方法有油尺测量、液位传感器测量和双传感器测量(即进油量与回油量之差)，由于前两种方法误差在10％～20％之间，误差较大，一般只用来判断油箱内油量的多少，作为耗油量多少的参考值。双传感器测量法顾名思义是进油量减去回油量既是油耗，但是发动机的进油和回油不是发生在同一时间上，故所测的并不是实际上的油耗，其误差也比较大。总体来说对联合收获机油耗的在线测量基本处于理论或实验室研究阶段，尚未在田间实现。

随着联合收获机技术的发展，实时在线的显示油耗的大小显的尤为重要，且是联合收获机在线监测技术中的一个关键点。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术不能实时在线测量及定性测量导致测量不准确等问题，提供一种联合收获机及其油耗在线式监测装置、系统和监测方法，以对联合收获机油耗进行在线监测，并使其测量定量化。

为了实现上述目的，本发明提供了一种联合收获机的油耗在线监测装置， 其中，安装在联合收获机的油箱和发动机之间，包括：

壳体；

回油室，设置在所述壳体内，所述回油室分别通过回油管和进油管与所述发动机连通，所述壳体上对应于所述回油管和所述进油管分别设置有回油口和进油口，所述回油室内设置有用于控制所述进油管的开闭的电磁阀和连杆浮球开关；以及

流量传感器，设置在所述壳体内，所述流量传感器通过所述进油管与所述发动机连通，所述油箱通过供油管与所述流量传感器连通，所述壳体上对应于所述供油管设置有供油口，所述流量传感器通过单向管路与所述进油管连通，所述单向管路上安装有单向阀。

上述的油耗在线监测装置，其中，所述流量传感器为椭圆齿轮流量传感器，包括一对结构参数相同的椭圆齿轮和齿轮室，在每个所述齿轮的长轴上安装有两块磁钢，所述齿轮室的盖板上安装有霍尔脉冲传感器，所述齿轮的转速与瞬时流量成正比。

上述的油耗在线监测装置，其中，还包括数据采集处理模块，与所述流量传感器连接，以实时采集所述流量传感器测得的脉冲信号，并计算得到发动机的瞬时油耗和累积油耗数据。

为了更好地实现上述目的，本发明还提供了一种联合收获机的油耗在线监测系统，其中，包括：

油耗在线监测装置，为上述的油耗在线监测装置，用于实时采集和传输所述联合收获机的发动机油耗数据；

地理位置信息测量装置，安装在联合收获机上，用于实时采集和传输所述联合收获机的速度和位置信息；以及

监测控制器，安装在所述联合收获机上，并分别与所述油耗在线监测装置和所述地理位置信息测量装置连接，所述油耗在线监测装置将所述油耗数据通过CAN总线传输给所述监测控制器，所述地理位置信息测量装置将速度和位置信息传送给所述监测控制器，所述监测控制器将所述油耗数据与所述速度和位置信息通过计算融合，得到所述联合收获机的燃油消耗与速度和地理位置的对应关系。

上述的油耗在线监测系统，其中，所述监测控制器包括压铸铝壳体和Atom 处理器，所述Atom处理器安装在所述压铸铝壳体内，用于实现监测数据的显示、存储、输入和输出。

上述的油耗在线监测系统，其中，所述地理位置信息测量装置为GPS接收模块，安装在所述联合收获机的驾驶室顶端。

为了更好地实现上述目的，本发明还提供了一种联合收获机的油耗在线监测方法，其中，采用上述的联合收获机的油耗在线监测系统，包括如下步骤：

S100、采集油耗数据，通过油耗在线监测装置实时采集所述联合收获机的发动机油耗数据，并将所述油耗数据发送给监测控制器；

S200、采集速度和位置信息，通过地理位置信息测量装置实时采集所述联合收获机的速度和位置信息，并将所述速度和位置信息发送给监测控制器；

S300、所述监测控制器将所述油耗数据与所述速度和位置信息通过计算融合，得到所述联合收获机的燃油消耗与速度和地理位置的对应关系；

S400、所述监测控制器储存并实时输出或显示所述对应关系。

上述的油耗在线监测方法，其中，所述发动机油耗数据包括瞬时油耗，所述瞬时油耗q＝f/K，其中f为椭圆齿轮流量传感器的输出脉冲频率，K为椭圆齿轮流量传感器的系数，单位为脉冲每升。

上述的油耗在线监测方法，其中，所述发动机油耗数据还包括累计油耗，采用如下公式计算：

其中，Q_Z为某段时间的累计油耗，i和n为时间常量，累加起来表示某一时间段，q_i为在某一时刻i时发动机的瞬时油耗值，f_i为某一时刻i时所对应的椭圆齿轮流量传感器的输出脉冲频率，K为椭圆齿轮流量传感器的系数，单位为脉冲每升。

为了更好地实现上述目的，本发明还提供了一种联合收获机，其中，包括上述的油耗在线监测系统。

本发明的技术效果在于：

本发明的油耗在线式监测装置安装简单，便于批量化发展，在线测量精度高，能为驾驶员在收获过程中提高收获效率提供很好的指导，使联合收获机达 到最佳效能，有利于节约能源，提高生产效率。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为本发明一实施例的油耗在线监测方法工作原理图；

图2为本发明一实施例的联合收获机油路管道连接示意图；

图3A为本发明一实施例的车载监测控制器示意图；

图3B为图3A的左视图；

图4为本发明一实施例的油耗监测界面示意图；

图5为本发明一实施例的油耗在线监测装置结构示意图。

其中，附图标记

1 油耗在线监测装置

11 壳体

111 回油口

112 进油口

113 供油口

12 回油室

121 电磁阀

122 连杆浮球开关

13 流量传感器

14 回油管

15 供油管

16 进油管

17 单向阀

18 排气孔

19 数据采集处理模块

2 地理位置信息测量装置

3 监测控制器

31 压铸铝壳体

32 显示屏

33 开关

34 CAN通讯模块

35 数据接口

4 发动机

5 油箱

6 滤清器

7 CAN总线

8 收获机运行轨迹

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

参见图1及图2，图1为本发明一实施例的油耗在线监测方法工作原理图，图2为本发明一实施例的联合收获机油路管道连接示意图。本发明的联合收获机，其上安装有油耗在线监测系统，该油耗在线监测系统与该联合收获机的发动机4及油箱5的连接关系如图2，在联合收获机上安装油耗在线监测装置1、地理位置信息测量装置2(GPS模块)以及车载监测控制器3，构成联合收获机油耗的在线监测系统。因该联合收获机其他部分的组成、结构、相互位置关系及安装关系及其对应的功能等均为较成熟的现有技术，故在此不再赘述，下面仅对本发明的油耗在线监测方法及监测系统，特别是该油耗监测系统中的油耗在线监测装置1予以详细说明。

参见图1，本发明的联合收获机的油耗在线监测方法，采用油耗在线监测系统，该油耗在线监测系统，包括：油耗在线监测装置1，安装在联合收获机上，用于实时采集和传输所述联合收获机的发动机油耗数据；地理位置信息测量装置2，安装在联合收获机上，用于实时采集和传输所述联合收获机的速度和位置信息，所述地理位置信息测量装置2优选为GPS接收模块，并安装在所述联合收获机的驾驶室顶端；以及监测控制器3，安装在所述联合收获机上，并分别与所述油耗在线监测装置1和所述地理位置信息测量装置2连接，所述油耗在线监测装置1将所述油耗数据通过CAN总线7传输给所述监测控制器3，所述地理位置信息测量装置2将速度和位置信息传送给所述监测控制器3，所 述监测控制器3将所述油耗数据与所述速度和位置信息通过计算融合，得到所述联合收获机的燃油消耗与速度和地理位置的对应关系。

参见图3A、图3B，图3A为本发明一实施例的车载监测控制器示意图，图3B为图3A的左视图。本实施例中，所述监测控制器3为适合联合收获机机载作业监测功能需求的终端设备，并针对联合收获机工作环境的恶劣条件，采用适合机载监测控制器3的压铸铝壳体31和Atom处理器，采用Microsoft Windows XP构架，所述Atom处理器为核心，安装在所述压铸铝壳体31内，用于实现监测数据的显示、存储、输入和输出。该压铸铝壳体31上设置有数据接口35、开关33和显示屏32，CAN通讯模块34安装在压铸铝壳体31的背面与显示屏32相对的位置，以构建整个系统的CAN总线通讯网络，具有布线简单，通讯可靠等优点。可以有效地给驾驶员以直观的信息，使驾驶员对实时油耗及耗油量有直观的认识，在田间不同工况下，采用不同的收获策略，使其工作在最佳状态，提高工作效率。

进一步的，本发明的联合收获机的油耗在线监测方法包括如下步骤：

步骤S100、采集油耗数据，选择合适位置，将油耗在线监测装置1安装在联合收获机的滤清器6和发动机4之间，固定好，将联合收获机滤清器6出口处的油管以及油箱5上的回油管拆下，然后将联合收获机滤清器6出口处的油管连接到油耗在线监测装置1的供油口113处，油箱5上拆下的回油管连接到油耗在线监测装置1的回油口111处，发动机进油管16连接到油耗在线监测装置1的进油口112处，通过油耗在线监测装置1实时采集所述联合收获机的发动机4油耗数据，并将所述油耗数据发送给监测控制器3；

步骤S200、采集速度和位置信息，通过地理位置信息测量装置2实时采集所述联合收获机的速度和位置信息，并将所述速度和位置信息发送给监测控制器3，本实施例中，通过安装在联合收获机驾驶室顶上的GPS接收机模块，通过对GPS位置信息GGA与RMC数据解析，其中$GPGGA，表明该语句为Global Positioning System Fix Data(GGA)GPS定位信息；$GPRMC，表明该语句为Recommended Minimum Specific GPS/TRANSIT Data(RMC)推荐最小定位信息，从中获得联合收获机作业速度与经纬度位置信息，从而得到联合收获机的行走轨迹；GPS模块(地理位置信息)不仅可以提供速度信息，更可以提供经纬度信息，根据这些信息可相对精确地确定监测油耗数据的对应关系；

步骤S300、所述监测控制器3将所述油耗数据与所述速度和位置信息通过计算融合，得到所述联合收获机的燃油消耗与速度和地理位置的对应关系， 即所有监测信息经CAN总线7通讯传送到车载监测控制器3，通过计算将所有信息进行融合，得到联合收获机的瞬时油耗和累积油耗，并得到燃油消耗与速度和地理位置的对应关系；

步骤S400、所述监测控制器3储存并实时输出或显示所述对应关系，参见图4，图4为本发明一实施例的油耗监测界面示意图。以上各步可同时进行，数据通过CAN总线7实时传输，在车载监测控制器3上进行融合计算，实时在线监测到联合收获机的油耗信息情况以及联合收获机运行轨迹8。

其中，所述发动机4油耗数据包括瞬时油耗，所述瞬时油耗q＝f/K，其中f为椭圆齿轮流量传感器13的输出脉冲频率，K为椭圆齿轮流量传感器13的系数，单位为脉冲每升。所述发动机4油耗数据还包括累计油耗，采用如下公式计算：

其中，Q_Z为某段时间的累计油耗，i和n为时间常量，累加起来表示某一时间段，q_i为在某一时刻i时发动机的瞬时油耗值，f_i为某一时刻i时所对应的椭圆齿轮流量传感器13的输出脉冲频率，K为椭圆齿轮流量传感器13的系数，单位为脉冲每升。

参见图5，图5为本发明一实施例的油耗在线监测装置结构示意图。本发明的油耗在线监测装置1，安装在联合收获机的油箱5和发动机4之间，包括：

壳体11；回油室12，设置在所述壳体11内，回油室12上设置有排气孔18，该排气孔18开口于壳体11外，所述回油室12分别通过回油管14和进油管16与所述发动机4连通，所述油箱5通过供油管15与流量传感器13连通，所述壳体11上对应于所述回油管14和所述供油管15分别设置有回油口111和供油口113，通过所述进油管16的燃油包括两部分，第一部分为通过油箱5，流经滤清器6、流量传感器13及单向阀17经由进油管16进入发动机4，第二部分为由发动机4的回油管14进入回油室12，通过设置在所述回油室12内的电磁阀121和连杆浮球开关122控制开闭，即电磁阀121和连杆浮球开关122用于控制回油再次通过进油管16与第一部分的燃油汇合进入发动机4；以及流量传感器13，设置在所述壳体11内，所述流量传感器13通过进油管16 与所述发动机4连通，所述壳体11上对应于所述进油管16设置有进油口112，所述流量传感器13通过单向管路与所述进油管16连通，所述单向管路上安装有单向阀17。还包括数据采集处理模块19，与所述流量传感器13连接，用于实时采集所述流量传感器13测得的脉冲信号，并计算得到发动机4的瞬时油耗和累积油耗数据。将该数据采集处理模块19内嵌在壳体11中，可节约安装控件，安装方便，配套性好。

其中，所述流量传感器13优选为椭圆齿轮流量传感器，包括一对结构参数相同的椭圆齿轮和齿轮室，在每个所述齿轮的长轴上安装有两块磁钢，所述齿轮室的盖板上安装有霍尔脉冲传感器，所述齿轮的转速与瞬时流量成正比。

本实施例中，油耗在线监测装置1通过MCU处理器将数据通过CAN总线7传输给车载监测控制器3，GPS模块直接将数字信号传给车载监测控制器3。油耗在线监测装置1安装在油箱5与发动机4之间，另外由于油耗在线监测装置1中的椭圆齿轮流量传感器13对油的清洁度要求很高，故在接入流量传感器13之前增加一个燃油滤清器6进行二次过滤，以保证流量传感器13的正常运行。供油管15经油耗在线监测装置1的供油口113、流量传感器13、进油口112直接连接到发动机4的进油口，发动机4的回油管14连接到油耗在线监测装置1上的回油室12的回油口111上，当回油室12的燃油充满时，回油室12中的电磁阀121打开，使燃油经进油口112、进油管16再次进入到发动机4，从而保证对燃油的测量准确性。其中油耗在线监测装置1的工作原理为油箱5中的燃油通过供油管15、供油口113流经椭圆齿轮流量传感器13及单向阀17，经由供油口112、进油管16进入发动机4供油，同时，发动机4的回油经由回油管14流回到回油室12，当燃油充满回油室12时，连杆浮球开关122打开，使得电磁阀121通电打开，回油通过进油管16再次直接进入发动机4。其中油耗在线监测装置1中关键的测量部件为椭圆齿轮流量传感器13，其采用一对结构参数完全相同的椭圆齿轮及齿轮室，在每个齿轮的长轴上装有两块磁钢，齿轮室的盖板上装有霍尔脉冲传感器，齿轮的转速与瞬时流量成正比，每单位体积的脉冲数是固定的，通过如图1中的MCU处理器对此脉冲信号进行处理便可得到瞬时油耗和累积油耗。其中瞬时油耗q＝f/K，式中f为椭圆齿轮流量传感器13的输出脉冲频率，K为椭圆齿轮流量传感器13的系数， 单位为脉冲每升。另外其某段时间的累计油耗计算通过计算可以得到一段时间内的累积油耗值。如图4所示，结合GPS得到联合收获机的地理位置信息，通过各参数融合处理从而得到联合收获机在某一地点的地理位置、行驶速度及燃油消耗量相对应关系，如图4所示在2015年8月27日的15:23联合收获机开始启动并开始工作，其中油耗监测装置1监测到的发动机油耗信息(瞬时油耗、累积油耗)通过MCU模块19采集处理，其中在工作到16:30的时候，发动机的瞬时油耗为4.674ml/s，以及从15:23-16:30的67分钟内发动机消耗的累积油耗为0.301L；此时刻GPS接收模块采集到的联合收获机的地理位置信息，经度E127°06′2.98″，纬度N48°12′5.24″，位于某农场内以当前速度为2.5Km/h工作；外加车载监测控制器3上提供的时间和日期，这些所有的信息最终汇总在车载监测控制器3上，在地图上对应位置进行打点划线，绘制出联合收获机实时运行曲线8，并将所有参数的对应关系在车载监测控制器3上实时显示。其中联合收获机在工作时所采集到的数据都实时保存在车载监测控制器3里面，可是随时调取历史数据，可以查看联合收获机的工作轨迹、观察发动机4的油耗的变化、生成油耗的日、月报表，通过分析数据报表，用户可了解联合收获机的工作及油耗情况，使驾驶员对燃油消耗量的大小有很好的掌控，并根据实际情况实时的改变行驶速度及收获策略，使联合收获机在再低的耗油量下达到最佳的性能，提高工作效率。

本发明的联合收获机在启动工作时，通过回油室12使发动机4回油直接再次进入发动机4，利用椭圆齿轮流量计实时监测发动机4的燃油消耗量，并结合联合收获机行走速度与地理位置信息，采用信息融合算法，推导出当前联合收获机的瞬时油耗和一定时间内的累积油耗，并得到燃油消耗与速度和地理位置的对应关系。其中油耗在线监测装置1实时监测发动机4的耗油量；GPS接收机获得联合收获机的行走速度与地理位置信息，最终所有监测数据信息通过CAN中心发送到车载监测控制器3，车载监测控制器3根据收集到的数据信息，采用多信息融合算法实时计算出联合收获机的瞬时油耗和累积油耗，及与联合收获机实时速度及位置的对应关系，并进行数据的实时显示和保存，方便掌握联合收获机的油耗情况，避免出现漏油，并可用于指导联合收获机以最佳的燃油消耗收获作物。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。