專利名稱：校準傳感器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于校準系統(tǒng)內(nèi)傳感器的方法，該系統(tǒng)包括布置為可受到相同載 荷的多個傳感器。特別地，本發(fā)明涉及相同類型的多個傳感器的校準，例如工程機械的液壓 系統(tǒng)內(nèi)的壓力傳感器的校準。
背景技術(shù)：
在下文中，本發(fā)明將結(jié)合具有輪式裝載機形式的工程機械描述。這是優(yōu)選的，但不 限制本發(fā)明的應(yīng)用。本發(fā)明也能夠例如用于其他類型的工程機械(或工程車輛)，例如翻斗 車、挖掘裝載機、挖掘機或例如拖拉機的農(nóng)機。在具有許多傳感器的系統(tǒng)中經(jīng)常關(guān)注相對值，例如在壓力下降或溫度差異的情況 中。然而，傳感器之間的發(fā)散性使得難于或不可能測量到小的差異，且難于實現(xiàn)高測量精度。高測量精度能夠通過使用帶有窄公差的傳感器實現(xiàn)，替代地通過在生產(chǎn)中分開校 準每個傳感器實現(xiàn)。具有更高精度的傳感器將導致高成本。在生產(chǎn)中分開校準傳感器需要 時間，且將因此也變得昂貴。此外，傳感器隨時間漂移，這是為何希望連續(xù)校準的原因。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一目的是實現(xiàn)一種用于以成本有效的方式校準系統(tǒng)運行期間提供高 精度的系統(tǒng)內(nèi)的傳感器的方法。此目的通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法實現(xiàn)。這因此通過如下步驟實現(xiàn)通過所 述傳感器的至少兩個傳感器，單獨檢測一定的載荷水平下的運行參數(shù)的水平，計算所述載 荷水平下的所述傳感器的運行參數(shù)的平均值，為每個傳感器確定與平均值的偏差，且保存 偏差值以在系統(tǒng)的運行中使用。在統(tǒng)計學上，計算得到的平均值必須視作一定的載荷水平的最佳值，且因此用作 此載荷水平下的偏差(偏移)的基礎(chǔ)。以此方式，能夠獲得比單獨的傳感器可提供的精度 更高的精度。用于確定平均值的傳感器越多，則精度越高。更高的精度創(chuàng)造了在運行期間 更好的控制的先決條件，這導致更低的損失且因此導致更低的燃料消耗。此外，創(chuàng)造了系統(tǒng) 內(nèi)的部件的更低成本和生產(chǎn)中更短的訂貨時間的先決條件。優(yōu)選地，連續(xù)地重復校準。因此，在每次校準時也獲得了功能檢查。本發(fā)明的優(yōu)選的應(yīng)用是工程機械內(nèi)運行用于不同功能的執(zhí)行機構(gòu)(具有液壓缸 的形式)的液壓系統(tǒng)。此系統(tǒng)例如包括用于檢測液壓缸的每個的載荷壓力的壓力傳感器， 和用于檢測與輸出泵壓力相關(guān)的壓力的壓力傳感器。因此，在其中所有或大部分傳感器能夠以相同的壓力加壓的液壓系統(tǒng)中，計算可 被加壓的所有傳感器的平均值。液壓系統(tǒng)優(yōu)選是載荷感測的液壓系統(tǒng)。這意味著在系統(tǒng)的運行期間，泵檢測來自 激活的液壓缸的壓力(LS信號)。然后從所述壓力傳感器生成壓力信號。然后泵設(shè)定比缸壓力高出數(shù)巴的壓力。這導致油流出到缸，所述油的水平取決于被激活的控制閥調(diào)整多少。根據(jù)優(yōu)選的示例，方法包括如下步驟以多個確定的水平加載傳感器，保存每個載 荷水平下的每個傳感器的偏差值，并且將各傳感器的偏差值在所述水平之間的范圍內(nèi)進行 內(nèi)插。以此方式，能夠在整個運行范圍內(nèi)以有效的方式獲得高精度。例如，當計算有用的傳 感器值時能夠利用不同偏差值之間的線性差值。根據(jù)另一個優(yōu)選示例，方法包括重復運行參數(shù)檢測數(shù)次且將用于每個載荷的平均 值確定為來自所述重復次數(shù)的平均值的平均數(shù)。通過連續(xù)進行校準，能夠處理隨時間的可 能的漂移。此外，連續(xù)校準給出了系統(tǒng)的更高的質(zhì)量(更低的個體發(fā)散)。本發(fā)明的另外優(yōu)選的實施例和與之相關(guān)的優(yōu)點從剩下的權(quán)利要求和如下的描述 中顯見。


下面參考附圖中所示的實施例更詳細地描述本發(fā)明，附圖為圖1示出了輪式裝載機的側(cè)視圖，圖2示出了用于輪式裝載機的系統(tǒng)的實施例，并且圖3示出了用于執(zhí)行根據(jù)圖2的系統(tǒng)中的傳感器的校準的方法。
具體實施例方式圖1示出了輪式裝載機101的側(cè)視圖。輪式裝載機101包括前車輛部分102和后 車輛部分103，所述部分每個包括車架和一對驅(qū)動軸112、113。后車輛部分103包括駕駛艙 114。車輛部分102、103相互連接，其連接方式使得它們能夠相互之間通過兩個液壓缸104、 105圍繞垂直軸線樞轉(zhuǎn)，所述液壓缸104、105連接到兩個部分。因此，液壓缸104、105布置 在車輛的縱向方向上的中心線的不同側(cè)上，用于使輪式裝載機101轉(zhuǎn)向或轉(zhuǎn)彎。輪式裝載機101包括用于處理物體或材料的設(shè)備111。設(shè)備111包括裝載臂單元 106和鏟斗形式的裝配在裝載臂單元上的工具107。在此，鏟斗107以材料116填充。裝載 臂單元106的第一端樞轉(zhuǎn)地連接到前車輛部分102，以實現(xiàn)鏟斗的提升移動。鏟斗107樞轉(zhuǎn) 地連接到裝載臂單元106的第二端，以實現(xiàn)鏟斗的傾斜移動。裝載臂單元106能夠通過兩個液壓缸108、109相對于車輛的前部分102升高和 降低，每個所述液壓缸108、109的一端連接到前車輛部分102且另一端連接到裝載臂單元 106。鏟斗107能夠相對于裝載臂單元106通過第三液壓缸110傾斜，所述第三液壓缸110 在一端處連接到前車輛部分102，且在另一端處通過鉸鏈臂系統(tǒng)連接到鏟斗107。圖2中示出系統(tǒng)的第一實施例。系統(tǒng)201包括適合于通過液壓回路為液壓缸提供 加壓液壓流體的泵205。泵205通過車輛的具有柴油機形式的驅(qū)動發(fā)動機206驅(qū)動。泵205 具有可變排量。泵205優(yōu)選地適合于用于無限可變的控制。系統(tǒng)201包括閥裝置208 (見 虛線)，所述閥裝置包括液壓回路，所述液壓回路具有用于控制提升和傾斜功能的多個控制 閥。呈流量閥207、209形式的控制閥布置在泵205和提升缸108、109之間的回路內(nèi)， 用于控制提升和降低移動。這些閥207的第一個閥布置為將泵205連接到活塞側(cè)，而這些 閥209的第二個閥布置為將箱243連接到活塞桿側(cè)。此外，第一閥207布置為將箱243連接到活塞側(cè)，且相應(yīng)地，第二閥208布置為將泵205連接到活塞桿側(cè)。這提供了使控制變化 的大的可能性。特別地，不需將泵和箱同時連接到功能件。系統(tǒng)201還包括控制單元213或計算機，所述計算機包括用于控制功能件的軟件。 控制單元也稱為CPU(中央處理單元)或ECM(電子控制模塊)?？刂茊卧?13合適地包括 微處理器。呈提升桿形式的、由操作者控制的元件211以運行方式連接到控制單元213。控制 單元213適合于從控制桿接收控制信號且相應(yīng)地(通過閥控制單元215)致動控制閥207、 209?？刂茊卧?13優(yōu)選地控制更一般的控制策略，且控制單元215控制閥單元208的基本 功能件。自然，控制單元213、215也能夠整合為單獨的單元。當控制泵205時，存在流出缸 108,109的油，其水平取決于所激活的閥207、209被調(diào)整的程度。呈轉(zhuǎn)向盤形式的操作者控制的元件219通過具有方向盤直接驅(qū)動液壓轉(zhuǎn)向器 (orbitrol)單元220形式的閥單元液壓地連接到轉(zhuǎn)向缸104、105，以控制其方向。類似用于提升功能，兩個控制閥223、225布置在泵205和傾斜缸110之間，用于控 制工具相對于裝載臂單元的向前移動和返回移動。呈傾斜桿形式、由操作者控制的元件227 以運行方式連接到控制單元213?？刂茊卧?13適合于從傾斜桿接收控制信號且相應(yīng)地致 動控制閥223、225。優(yōu)先閥220布置在泵的出口管道245處，用于自動設(shè)定優(yōu)先性，使得轉(zhuǎn)向功能件在 提升功能件(和傾斜功能)前接收到要求的壓力。系統(tǒng)201是載荷感測系統(tǒng)，且為此包括多個壓力傳感器229、231、233、235、237，這 些壓力傳感器用于檢測所述功能件的每個的載荷壓力。系統(tǒng)的提升功能件包括兩個壓力傳 感器229、231，其中之一布置在通向提升缸的活塞側(cè)的管道上，且另一個布置在通向提升缸 的活塞桿側(cè)的管道上。以相應(yīng)的方式，系統(tǒng)的提升功能件包括兩個壓力傳感器235、237，其 中之一布置在通向傾斜缸的活塞側(cè)的管道上，且另一個布置在通向傾斜缸的活塞側(cè)的管道 上。轉(zhuǎn)向功能件包括在連接到轉(zhuǎn)向缸104、105的管道上的壓力傳感器233。更確切地，壓力 傳感器233位于LS管道上，當在一個方向上轉(zhuǎn)向時所述LS管道接收到與在一個缸側(cè)上的 壓力相同的壓力，且當在另一個方向上轉(zhuǎn)向時所述LS管道接收到與在另一個缸側(cè)上的壓 力相同的壓力。在中性位置時，LS管道連接到箱。系統(tǒng)還包括適合于通過液壓信號控制泵的輸出壓力的電控閥241。系統(tǒng)201包括 另外的壓力傳感器239，用于檢測指示來自泵的輸出壓力的壓力。更確切地，壓力傳感器 239適合于檢測電控閥241下游位置處的壓力。因此，當241完全打開時，壓力傳感器239 直接感測泵壓力。在正常運行條件下，壓力傳感器239檢測來自閥241的調(diào)節(jié)的壓力。因 此，控制單元213適合于從泵壓力傳感器239接收帶有關(guān)于壓力水平的信息的信號。因此，控制單元213接收來自壓力傳感器229、231、233、235、237、239的電信號，且 生成用于致動電控閥241的電信號。如前所述，控制單元213適合于從控制桿211、227接收信號。當操作者希望提升 鏟斗時，提升桿211被操作?？刂茊卧獜目刂茥U211接收相應(yīng)的信號，且致動控制閥207、 209到一定位置，所述位置使得泵被連接到提升缸108、109的活塞側(cè)且提升缸的活塞桿側(cè) 連接到箱243。此外，控制單元從提升缸的活塞側(cè)上的壓力傳感器229且從泵下游的壓力傳 感器239接收到信號?；诮邮盏降男盘柎_定在檢測到的載荷壓力水平以上的希望的泵壓力，且相應(yīng)地致動電控閥241?？刂茊卧?13優(yōu)選地適合于協(xié)調(diào)控制閥207、209的打開程度和泵205的輸出壓 力，以實現(xiàn)最優(yōu)運行。傾斜功能件以與提升功能件相應(yīng)的方式控制。當工程機械轉(zhuǎn)向時，轉(zhuǎn)向功能件的 壓力傳感器233檢測到轉(zhuǎn)向載荷壓力，且生成相應(yīng)的載荷信號?？刂茊卧?13接收到此載 荷信號和來自電控閥241的出口管道上的壓力傳感器239的信號。基于接收到的信號，確 定在檢測到的載荷壓力水平以上的希望的泵壓力，且相應(yīng)地致動電控泵控制閥241。當同時使用數(shù)個功能件時，將檢測到的載荷壓力進行對比，且對應(yīng)于檢測到的載 荷壓力的最高一個控制泵205。因此，電控泵控制閥241適合于在兩個端部位置之間可無限地調(diào)整，所述兩個端 部位置為對應(yīng)于生成最小壓力的泵的第一端部位置，和對應(yīng)于生成最大壓力的泵的第二 端部位置。呈反向閥形式的液壓裝置253布置在管道251上在電控的泵控制閥241和泵之 間。反向閥253適合于從轉(zhuǎn)向功能件和泵控制閥241接收液壓信號。此外，反向閥適合于 對應(yīng)于具有最大載荷壓力的接收到的信號控制泵205。因此，液壓裝置(反向閥)253在由 兩個輸入壓力信號構(gòu)成的輸出信號中選擇較高的壓力。系統(tǒng)還包括用于檢測提升缸位置的傳感器255。傳感器255以運行方式連接到控 制單元213。以此方式，控制單元213能夠決定進行載荷的提升移動還是降低移動。圖3示出了用于在包括多個布置為可受到相同載荷的傳感器229、231、233、235、 237、239、261、263的系統(tǒng)內(nèi)校準傳感器的方法的示例。傳感器優(yōu)選為相同的類型，即大體上 具有相同的設(shè)計或嚴格地為相同的部件。方法優(yōu)選地在大量傳感器上進行，優(yōu)選地至少在 傳感器的四個上進行。根據(jù)此示例，方法在前文中描述的液壓系統(tǒng)201上進行。因為第一控制閥207 ；225連接到分別用于提升和傾斜的液壓缸(多個液壓 缸)108、109 ；110的活塞側(cè)上的口，且第二控制閥209 ；223連接到活塞桿側(cè)上的口，所以壓 力傳感器229，231 ；235, 237能夠被加壓而不具有流過任何口的任何流動。方法在開始方框302中開始。傳感器檢測一定的載荷水平下的運行參數(shù)的水平， 優(yōu)選地同時地且單獨地檢測。控制單元213繼續(xù)到下一個方框304，其中控制單元213接收 來自所述傳感器的信號，該信號具有關(guān)于所述載荷水平的運行參數(shù)水平的信息。在下一個 方框306中，計算所述載荷水平下的所述傳感器的運行參數(shù)的平均值。在下一個方框308 中，為每個傳感器確定與平均值的偏差。因此，偏差被確定為傳感器的絕對值和平均值之間 的差。在下一個方框310中，將偏差值保存以用于系統(tǒng)的運行。更確切地，系統(tǒng)運行中的上 述應(yīng)用意于解釋運行時的檢測值。因此，當從傳感器接收到輸入信號時，將偏差加到輸入傳 感器值(或從輸入傳感器值中減去偏差)。根據(jù)優(yōu)選的實施例，所述方法包括對第一確定水平下的傳感器加載的步驟。這優(yōu) 選地通過經(jīng)由泵205對系統(tǒng)加壓來完成。泵205優(yōu)選地步進直至確定的壓力，合適地為直 至最大壓力。校準優(yōu)選地在系統(tǒng)的一個使用期間自動重復至少一次。特別地，所述步驟在系統(tǒng) 起動期間自動進行。根據(jù)替代或補充，所述方法包括如下步驟基于來自與校準相關(guān)的、由 操作者控制的元件的開始信號進行所述步驟。在此情況中，校準通過操作者開始，然后如果
6系統(tǒng)允許，則校準適合于逐步經(jīng)過數(shù)個壓力水平。根據(jù)另一個優(yōu)選實施例，方法包括如下步驟以多個預定水平為傳感器加載，保存 所述載荷水平下的每個傳感器的偏差值，并且在所述水平之間的范圍內(nèi)對各傳感器的偏差 值進行內(nèi)插。因此，根據(jù)本示例，收集數(shù)個壓力水平下的傳感器值。這優(yōu)選在考慮到與制動 壓力加載、駐車制動、冷卻風扇等的可能沖突的先決條件下完成。根據(jù)另一個優(yōu)選實施例，方法包括如下步驟確定所檢測到的每個傳感器的運行 參數(shù)的水平是否在可接受的公差內(nèi)，如果其在可接受的公差內(nèi)，則僅使用所確定的平均值 的水平。因此，在計算平均值時，與平均值的偏離超過公差(例如30%)的傳感器值被忽 略。優(yōu)選地，如果檢測到的值不在可接受的公差內(nèi)，則對于特定的傳感器生成錯誤消息。根據(jù)另一個優(yōu)選實施例，方法包括如下步驟重復所述步驟數(shù)次，且將每個載荷的 平均值確定為來自所述重復次數(shù)的平均值的平均數(shù)。以此方式，可獲得更高的精度。例如， 傳感器在多個預定水平下被相繼加載(即，數(shù)個連續(xù)次數(shù))。前述描述針對液壓系統(tǒng)內(nèi)的壓力傳感器，但也可類似地應(yīng)用于其他系統(tǒng)(空氣、 水等)內(nèi)的壓力傳感器，且也可在具有數(shù)個傳感器的系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)用于溫度傳感器。本發(fā)明不應(yīng)視作限于以上所述的典型實施例，而是在附屬權(quán)利要求的范圍內(nèi)可構(gòu) 思多個其他變化和修改。特別地，優(yōu)選實施例能夠以多個不同方式組合。
權(quán)利要求
用于校準系統(tǒng)(201)內(nèi)傳感器的方法，所述系統(tǒng)(201)包括多個傳感器(229、231、233、235、237、239、261、263)，所述多個傳感器布置為能夠經(jīng)受相同載荷，所述方法包括如下步驟通過所述傳感器中的至少兩個傳感器，單獨地檢測一定載荷水平下的運行參數(shù)的水平，計算所述載荷水平下的所述傳感器的運行參數(shù)的平均值，為每個所述傳感器確定與所述平均值的偏差，并且保存偏差值，以用于所述系統(tǒng)的運行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括如下步驟以第一確定水平加載所述傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述系統(tǒng)適合于被加壓，并且所述載荷由壓力構(gòu)成。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，包括如下步驟以多個確定的水平加載所 述傳感器，保存每個所述載荷水平下的每個所述傳感器的所述偏差值，并且在所述水平之 間的范圍內(nèi)對所述各傳感器的偏差值進行內(nèi)插。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，包括如下步驟確定每個所述傳感器的檢 測到的運行參數(shù)的水平是否在可接受的公差內(nèi)，并且如果所述水平在所述可接受的公差 內(nèi)，則僅使用所確定的所述平均值的水平。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，包括如下步驟通過所述傳感器中的至少 四個傳感器，單獨檢測特定的載荷水平下的所述運行參數(shù)的水平。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，包括如下步驟將所述偏差確定為所述傳 感器的絕對值與所述平均值之間的差。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，包括如下步驟對所述運行參數(shù)重復檢測 數(shù)次，并且根據(jù)所述重復次數(shù)將每個載荷的平均值確定為所述平均值的平均數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，包括如下步驟在所述系統(tǒng)的一次使用期間自動重復 所述步驟至少一次。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，包括如下步驟在所述系統(tǒng)起動期間自 動執(zhí)行所述步驟。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，包括如下步驟基于來自與校準相關(guān)的、 由操作者控制的元件的開始信號，執(zhí)行所述步驟。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，以最大載荷執(zhí)行所述步驟。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，所述運行參數(shù)由壓力構(gòu)成。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，所述系統(tǒng)由用于工程機械(101)的 液壓系統(tǒng)(201)構(gòu)成，并且所述運行參數(shù)與該系統(tǒng)相關(guān)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，包括如下步驟通過將包括在所述液壓系統(tǒng)內(nèi)的泵 (205)步進直至確定的壓力來產(chǎn)生確定的載荷。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，所述傳感器(229、231、233、235)的 第一傳感器適合于檢測第一液壓缸(108、109、110)的壓力。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，所述傳感器具有相同的類型。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于校準系統(tǒng)內(nèi)傳感器的方法，該系統(tǒng)包括布置為可經(jīng)受相同載荷的多個傳感器，該方法包括如下步驟通過所述傳感器中的至少兩個傳感器，單獨檢測一定的載荷水平下的運行參數(shù)的水平，計算所述載荷水平下的所述傳感器的運行參數(shù)的平均值，為每個所述傳感器確定與所述平均值的偏差，并且保存偏差值以在系統(tǒng)的運行中使用。
文檔編號G01D18/00GK101883973SQ200780101580
公開日2010年11月10日 申請日期2007年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月21日
發(fā)明者博·維格霍爾姆, 安德烈亞斯·?？送郀?申請人:沃爾沃建筑設(shè)備公司