用于物料转移车辆的改进的测量系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及一种物料转移车辆的测量系统。更具体地，本发明涉及一种在权利要求1的前序部分中公开的测量系统。本发明可用于称量车辆的负载以及用于其他测量目的。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)。
【背景技术】
[0002]物料转移车辆通常包括用于称量被处理或运载的物料的称量装置。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。
[0003]轮式装载机的称量装置的目的在于测量当前放置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梁中或铲斗与梁之间的联接件中。
[0004]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，并且因此应该用角度/位置/加速信息对称量传感器的数据进行补偿。在专利文献EP1083415B1中公开了这种补偿系统。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传感器，诸如，加速计。例如，挖掘机也可具有诸如电位计或加速计的传感器，以便测量悬臂的位置而用于称量的补偿。图1b示出了电位计101，该电位计测量挖掘机的主悬臂36与挖掘悬臂37之间的角。该电位计附接至主悬臂，并且电位计的杆102附接至挖掘悬臂。电位计由此测量杆102相对于电位计101的角，并且连接至电位计的测量电路提供包括角信息的脉冲宽度调制信号。类似的电位计也可用于测量物料转移车辆的底盘与主悬臂之间的角。
[0005]从传感器接收的信息根据测量参数而被处理，并且称量结果通过处理的结果而获得。称量装置的具有用户界面18的电子单元放置在车辆的舱室中。
[0006]现有技术的解决方案存在一些缺陷。由于电位计的机械结构包括大型移动部件，因此电位计容易损坏。而且，这些电位计并非非常精确。加速计是基于通过使用应变式传感器、压电式传感器或电容性MEMS (微电子机械系统)传感器来测量被引导至小质量块的力而进行工作的。这种加速计测量某一方向上的加速度，并且能够使用三个正交定位传感器以便提供合成加速度。然而，这种加速计不能以足够精确的方式测量结构的转动或旋转。特别地，在同时存在车辆的加速度以及悬臂的相对转动的情况下，可能难以将这些运动的影响与从悬臂的加速度传感器接收的信号分开。
[0007]现有技术的系统的加速计还对所有运动都很敏感，这使得其对于位置的测量不太精确。根据首先对加速计输出进行整合以获得速度并进而对速度进行整合以获得位置，可获得绝对位置。因此，这种不精确会在加速计的运动期间累积。
[0008]还能够使用用于测量角位置的陀螺仪。然而，陀螺仪具有漂移的趋势，这会引起及时增加的输出错误。
【发明内容】
[0009]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陷并获得这样一种解决方案，即，通过该解决方案，则不论车辆结构的位置和运动的变化如何而获得良好的精确称量结果。
[0010]本发明的目的由这样的解决方案满足，在该解决方案中，物料转移车辆具有:至少一个第一传感器单元，以用于测量运载装置处的负载的重量；以及至少一个第二传感器单元，以用于测量车辆的运载装置和/或悬臂的角位置。根据本发明，第二传感器单元包括陀螺仪传感器，以用于测量角位置。陀螺仪提供关于角速度的信号:
[0011]ω (t) = ?φ (t) /dt
[0012]因此，角位置根据角速度信号被确定为时间的积分(integral)。这给出了角位置的可靠的测量结果，其对于外部干涉不敏感。如上文讨论的，由于算法和陀螺仪的轻微偏移，积分值具有漂移的趋势。然而，在本发明中，第二传感器单元还具有加速计，该加速计用于在不存在干扰运动时确定位置，并且陀螺仪用于在运动周期期间确定位置。干扰运动的周期通常很短，并且陀螺仪的漂移在运动的时间周期期间不会引起明显错误。在通过运动周期之后，角位置再次由加速计确定，并且在运动周期期间引起的小的漂移被更正。可从加速计的输出中来检测干扰运动，以便控制加速计或陀螺仪是否用于确定在某一时刻的位置。例如，输出信号的阈值可提供用于确定运动/加速度是否过高而使得必须使用陀螺仪输出而不是加速计输出。
[0013]根据第一传感器单元和第二传感器单元两者来确定负载重量。当陀螺仪和加速计两者用于测量物料转移车辆的运载装置或悬臂的角位置时，能够获得角运动的快速且更精确的响应，并因此可获得精确且稳定的良好测量。
[0014]根据本发明的一种用于物料转移车辆的测量系统，其中，所述物料转移车辆具有用于运载物料的运载装置，并且所述物料转移车辆可选地具有用于保持运载装置的悬臂，并且所述测量系统包括:
[0015]-至少一个第一传感器单元，用于称量由所述运载装置运载的所述物料；
[0016]-至少一个第二传感器单元，用于测量所述悬臂和/或所述运载装置的角位置；
[0017]-处理装置，用于根据至少从所述第一传感器单元和所述第二传感器单元接收的信息来提供所述物料的重量测量结果；
[0018]-用户界面，用于提供关于所述重量测量结果的信息，
[0019]其中，所述第二传感器单元包括加速计和陀螺仪，以用于测量所述角位置，从而所述处理装置适于根据所述加速计的输出或所述陀螺仪的输出而确定所述第二传感器单元的所述角位置，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在当前时刻的运动的量。
[0020]根据一个实施方式，第二传感器单元除了陀螺仪和加速计之外还包括磁场传感器。加速计可用于测量重力的方向(即，竖直方向)。磁场传感器可用于测量地面磁场的方向。优选地，可在车辆及其结构不移动时测量参考位置，以便获得精确的参考位置信息。当车辆在运动时，利用第二传感器单元的陀螺仪传感器测量角运动，即，相对角位置。进而可根据参考位置和相对位置数据确定绝对角位置。因此，可通过至少包括陀螺仪和加速计并可能包括磁场传感器的第二传感器单元来提供绝对位置数据。传感器单元还可包括传感器控制器，以用于接收传感器信号并用于向测量系统的电子单元提供数字数据。第二传感器包括至少一个陀螺仪，并且该第二传感器优选地包括在三个正交方向中测量的3维加速计。磁场传感器也可在三个正交方向中测量并由此提供3维测量数据。
[0021]第二传感器单元可安装在车辆的运载装置中和/或一个或多个悬臂中。在一个实施方式中，运载装置附接至悬臂，并且存在安装在每个悬臂和运载装置中的第二传感器单元。这样，限定了运载装置和每个悬臂的角位置。包括称量传感器的第一传感器单元可安装在使悬臂或运载装置运动的一个或多个液压缸中。称量传感器在安装在液压缸中时为压力传感器。称量传感器还可为应变式传感器(strain gauge transducer)，其可安装在悬臂中和/或安装在车辆的舱室/底盘之间的联接件中和/或安装在两个悬臂之间的联接件中和/或安装在悬臂与运载装置之间的联接件中。根据称量传感器输出和角位置，能够计算负载的重量补偿的位置。测量角位置的传感器优选地包括陀螺仪和加速计，但在一些传感器单元中能够可替换地或额外地存在对两个联接件之间的相对位置进行测量的机械传感器或光学传感器。
[0022]根据一个实施方式，系统包括至少一个第三传感器单元，该至少一个第三传感器单元安装至物料转移装置的底盘或舱室。第三传感器单元优选地包括加速计并且可能包括陀螺仪和磁场传感器。如果车辆例如为挖掘机，其中，舱室相对于底盘而旋转，则测量系统可包括安装在舱室和底盘两者中的第三传感器单元。第三传感器单元(多个第三传感器单元)可用于确定车辆的相对于水平面或竖直参考方向的倾斜度。传感器可包括加速度传感器和/或陀螺仪。加速度传感器或磁场传感器还可用于获得关于水平参考方向的信息。还能够通过例如陀螺仪、磁场传感器或