一種裝載機鏟裝過程的有效作業(yè)段的識別方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種裝載機有效作業(yè)段識別方法，步驟如下：1)從裝載機上獲取轉(zhuǎn)斗大腔壓力信號、動臂大腔壓力信號，提取轉(zhuǎn)斗大腔壓力信號、動臂大腔壓力信號的作業(yè)周期；2)依據(jù)得到的作業(yè)周期，對作業(yè)周期內(nèi)的作業(yè)段根據(jù)預定義的有效作業(yè)段的特征信息，進行作業(yè)段提取，實現(xiàn)有效作業(yè)段的識別。本發(fā)明定義有效作業(yè)段，裝載機作業(yè)階段的劃分，有利于實現(xiàn)對作業(yè)過程的分析，特別是對作業(yè)工況識別的分析。并依據(jù)有效作業(yè)段的特征信息實現(xiàn)作業(yè)譜的有效作業(yè)段識別；有效作業(yè)段的識別為作業(yè)工況的分析、作業(yè)譜的數(shù)據(jù)分析及編譜等起到奠定基礎的作用；有利于實現(xiàn)對作業(yè)譜數(shù)據(jù)的細化，便于進行統(tǒng)計分析，使作業(yè)譜數(shù)據(jù)更加規(guī)整化。
【專利說明】
一種裝載機鏟裝過程的有效作業(yè)段的識別方法
技術領域
[0001 ]本發(fā)明涉及工程車輛有效作業(yè)段的識別方法，更具體地說，涉及一種裝載機鏟裝過程的有效作業(yè)段的識別方法。
【背景技術】
[0002]隨著我國采礦、建筑、水利水電、高速鐵路網(wǎng)、公路網(wǎng)、南水北調(diào)等大型國家工程建設的快速推進，工程車輛的產(chǎn)、銷量和保有量快速提高，工程機械發(fā)展異常迅速。工程機械95%以上的產(chǎn)品采用液力傳動，以便獲得大扭矩、大慣量載荷需求，由于作業(yè)環(huán)境惡劣，作業(yè)工況復雜多變，以及設備自動化、信息化程度的不斷提高，如何確保工程機械可靠、高效的運行，是目前亟待解決的技術難題。為了解決這些難題，就需要對裝載機的作業(yè)譜進行分析，包括作業(yè)周期的提取、作業(yè)階段分析和作業(yè)工況的識別等。
[0003]其中，作業(yè)階段分析在作業(yè)譜分析中起到承前啟后的作用，如何有效的進行分段，對于后面的作業(yè)工況識別等起到至關重要的關系。
[0004]裝載機的作業(yè)方式有“V”型作業(yè)、“I”型作業(yè)、“L”型作業(yè)、“T”型作業(yè)等，按照原始的作業(yè)段分類標準主要包含6個作業(yè)段，即空載前進、鏟掘、滿載后退、滿載前進、卸料、空載后退等，如附圖1所示。裝載機在初始鏟掘前一般離料堆10米左右，由此開始向料堆空載前進，接近物料后動臂和轉(zhuǎn)斗等聯(lián)合動作，開始鏟掘物料，物料鏟滿斗后倒擋后退回原處，接著轉(zhuǎn)向后滿載駛向自卸車，接近自卸車后動臂和轉(zhuǎn)斗再聯(lián)合動作，提斗并卸料，完成卸料后退出原處，接著進行下一次鏟裝過程。
[0005]由于原始作業(yè)分段標準是按照作業(yè)過程劃分，分類數(shù)目多，造成識別難度大，部分分段信息重復且不重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種定義有效作業(yè)段，并依據(jù)有效作業(yè)段的特征信息實現(xiàn)作業(yè)譜的裝載機有效作業(yè)段識別方法。
[0007]本發(fā)明的技術方案如下:
[0008]—種裝載機有效作業(yè)段識別方法，有效作業(yè)段包括鏟掘、重載運輸、卸料，步驟如下:
[0009]I)從裝載機上獲取轉(zhuǎn)斗大腔壓力信號、動臂大腔壓力信號，提取轉(zhuǎn)斗大腔壓力信號、動臂大腔壓力信號的作業(yè)周期；
[0010]2)依據(jù)得到的作業(yè)周期，對作業(yè)周期內(nèi)的作業(yè)段根據(jù)預定義的有效作業(yè)段的特征信息，進行作業(yè)段提取，實現(xiàn)有效作業(yè)段的識別。
[0011]作為優(yōu)選，步驟2)中所述的有效作業(yè)段的特征信息為預設的特定閾值，通過特定閾值提取各個作業(yè)段的分段點。
[0012]作為優(yōu)選，有效作業(yè)段省略標準作業(yè)段的空載前進、空載后退，重載運輸包括標準作用段的滿載后退、滿載前進。
[0013]作為優(yōu)選，動臂大腔壓力接觸物料前的極小值點定義為鏟掘作業(yè)段起始時間點；轉(zhuǎn)斗大腔壓力的第一個極大值點定義為鏟掘作業(yè)段結(jié)束時間點；
[0014]重載運輸作業(yè)段起始時間為鏟掘作業(yè)段結(jié)束時間點；卸載物料前，轉(zhuǎn)斗大腔壓力大于預設的變化閥值的時間點為重載運輸作業(yè)段結(jié)束時間點；
[0015]卸料作業(yè)段起始時間為重載運輸作業(yè)段結(jié)束時間點；卸載物料后，動臂大腔壓力達到的極小值點定義為卸料作業(yè)段結(jié)束時間點；
[0016]貝Ij有效作業(yè)段包括A1、A2、A3和A4四個分段點。
[0017]作為優(yōu)選，各個作業(yè)段的分段點的提取具體為:
[0018]2.1)對動臂大腔壓力進行極小值點求取，并求取最小的極小值點B;接著求取最鄰近最小的極小值點B左右的極小值點，則左邊的極小值點為分段點Al，右邊的極小值點為分段點A4;
[0019]2.2)然后對轉(zhuǎn)斗大腔壓力進行一階求導，求取其變化率，再對轉(zhuǎn)斗大腔壓力求取最大極大值點C;然后求取最鄰近最大極大值點C的左右第一個一階導數(shù)大于預設極大閥值的變化點，則左邊的變化點為分段點A2，右邊的變化點為分段點A3。
[0020]作為優(yōu)選，步驟2.1)中，先對動臂大腔壓力進行兩次迭代濾波，再對兩次迭代濾波后得到的信號進行極小值點求取。
[0021]作為優(yōu)選，步驟2.2)中，對轉(zhuǎn)斗大腔壓力分別進行兩次迭代濾波和一百次迭代濾波，對兩次迭代濾波得到的數(shù)值進行一階求導，求取其變化率;對一百次迭代濾波后得到的數(shù)據(jù)求取最大極大值點C。
[0022]本發(fā)明的有益效果如下:
[0023]本發(fā)明所述的方法解決工程機械作業(yè)段識別難的問題，定義有效作業(yè)段，裝載機作業(yè)階段的劃分，有利于實現(xiàn)對作業(yè)過程的分析，特別是對作業(yè)工況識別的分析。并依據(jù)有效作業(yè)段的特征信息實現(xiàn)作業(yè)譜的有效作業(yè)段識別；有效作業(yè)段的識別為作業(yè)工況的分析、作業(yè)譜的數(shù)據(jù)分析及編譜等起到奠定基礎的作用。本發(fā)明所述的方法有利于實現(xiàn)對作業(yè)譜數(shù)據(jù)的細化，便于進行統(tǒng)計分析，使作業(yè)譜數(shù)據(jù)更加規(guī)整化。
【附圖說明】
[0024]圖1是現(xiàn)有技術中，裝載機的標準作業(yè)段示意圖；
[0025]圖2是本發(fā)明中，裝載機的有效作業(yè)段示意圖；
[0026]圖3是本發(fā)明的識別基本框架示意圖；
[0027]圖4是本發(fā)明的有效作業(yè)段識別算法的流程圖。
【具體實施方式】
[0028]以下結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明進行進一步的詳細說明。
[0029]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術中存在的有效作業(yè)段難以識別的不足，提供一種裝載機有效作業(yè)段識別方法，根據(jù)有效作業(yè)段的意義并結(jié)合實際采集到的動臂大腔壓力與轉(zhuǎn)斗大腔壓力等的特性來定義有效作業(yè)段的時間范圍。
[0030]有效作業(yè)段是指作業(yè)過程中與作業(yè)工況、作業(yè)環(huán)境密切相關的作業(yè)過程。為了更好的實現(xiàn)分段，結(jié)合作業(yè)工況識別的需求，本發(fā)明提出一種有效作業(yè)段的分段方法，并進行分段識別。本發(fā)明中，有效作業(yè)段包括鏟掘、重載運輸、卸料，如圖2所示，有效作業(yè)段省略標準作業(yè)段的穿載前進、空載后退，重載運輸包括標準作用段的滿載后退、滿載前進。有效作業(yè)段主要是從作業(yè)段的價值角度考慮。由于標準作業(yè)段中，空載前進、空載后退等對于工況識別、智能換擋和整車性能測試用途小、分析價值不大且識別難度大，因此，本發(fā)明在有效作業(yè)段中不予考慮；而對于滿載后退、滿載前進等相似的作業(yè)段則可以合并為重載運輸段進行考慮。
[0031 ]本發(fā)明所述的識別方法，主要步驟如下:
[0032]I)從裝載機上獲取轉(zhuǎn)斗大腔壓力信號、動臂大腔壓力信號，將轉(zhuǎn)斗大腔壓力信號、動臂大腔壓力信號提取作業(yè)周期;其中，作業(yè)周期主要是指將裝載機鏟掘過程的每個作業(yè)循環(huán)段的劃分。
[0033]2)依據(jù)得到的作業(yè)周期，對作業(yè)周期內(nèi)的作業(yè)段根據(jù)預定義的有效作業(yè)段的特征信息，進行作業(yè)段提取，實現(xiàn)有效作業(yè)段的識別。本實施例中，所述的有效作業(yè)段的特征信息為預設的特定閾值，通過特定閾值提取各個作業(yè)段的分段點。
[0034]本發(fā)明中，各作業(yè)段的分段點如下:
[0035]動臂大腔壓力接觸物料前的極小值點定義為鏟掘作業(yè)段起始時間點;轉(zhuǎn)斗大腔壓力的第一個極大值點定義為鏟掘作業(yè)段結(jié)束時間點；
[0036]重載運輸作業(yè)段起始時間為鏟掘作業(yè)段結(jié)束時間點；卸載物料前，轉(zhuǎn)斗大腔壓力大于預設的變化閥值的時間點為重載運輸作業(yè)段結(jié)束時間點；
[0037]卸料作業(yè)段起始時間為重載運輸作業(yè)段結(jié)束時間點；卸載物料后，動臂大腔壓力達到的極小值點定義為卸料作業(yè)段結(jié)束時間點；
[0038]貝Ij有效作業(yè)段包括A1、A2、A3和A4四個分段點。
[0039]具體地，本實施例中，鏟掘作業(yè)段起始時間為鏟斗與物料接觸時，動臂大腔壓力開始劇烈變大，動臂大腔壓力在變化前會有給最小的極值點，這是由于鏟掘前鏟斗放置與地面造成的，此時動臂大腔壓力值比正常行駛時還小，因此定義動臂大腔壓力劇烈變化前的極小值點為鏟掘作業(yè)段起始時間點；
[0040]鏟掘作業(yè)段結(jié)束時間為鏟斗裝滿物料脫離工作面時，此時一般伴隨收斗動作(一般1-2次)，轉(zhuǎn)斗大腔壓力在每次收斗時都會出現(xiàn)一個極大值，完成收斗后轉(zhuǎn)斗大腔壓力將平穩(wěn)下降，定義轉(zhuǎn)斗大腔壓力的第一個極大值點為鏟掘作業(yè)段結(jié)束時間。
[0041 ]重載運輸作業(yè)段起始時間為鏟掘作業(yè)段結(jié)束時間；
[0042]重載運輸作業(yè)段結(jié)束時間為鏟斗舉升準備卸載物料時，此時轉(zhuǎn)斗即將產(chǎn)生翻斗動作，轉(zhuǎn)斗大腔壓力發(fā)生急速變化，定義轉(zhuǎn)斗大腔壓力的急速變化點為重載運輸作業(yè)段結(jié)束時間。
[0043]卸料作業(yè)段起始時間為重載運輸作業(yè)段結(jié)束時間；
[0044]卸料作業(yè)段結(jié)束時間為鏟斗卸掉所有物料時，動臂大腔壓力值會發(fā)生突變，達到一個極小值點，定義動臂大腔壓力達到的極小值點為卸料作業(yè)段結(jié)束時間。
[0045]根據(jù)上述有效作業(yè)段的定義，將鏟掘作業(yè)段的起點與終點定義為Al、A2，并用A1A2代表鏟掘作業(yè)段;同理，A2A3代表重載運輸作業(yè)段，A3A4代表卸料作業(yè)段。
[0046]在完成作業(yè)周期提取后，分別對各作業(yè)周期內(nèi)的動臂大腔壓力和轉(zhuǎn)斗大腔壓力進行分析處理，則各個作業(yè)段的分段點的提取具體為:
[0047]2.1)對動臂大腔壓力進行極小值點求取，并求取最小的極小值點B;接著求取最鄰近最小的極小值點B左右的極小值點，則左邊的極小值點為分段點Al，右邊的極小值點為分段點A4;
[0048]2.2)然后對轉(zhuǎn)斗大腔壓力進行一階求導，求取其變化率，再對轉(zhuǎn)斗大腔壓力求取最大極大值點C;然后求取最鄰近最大極大值點C的左右第一個一階導數(shù)大于預設極大閥值的變化點，則左邊的變化點為分段點A2，右邊的變化點為分段點A3。
[0049]為了使提取的結(jié)果更準確，本實施例中，作業(yè)段提取主要采用迭代濾波與極值點求取的方法，通過設定特定閾值提取各個作業(yè)段的分段點，如圖4所示，具體如下:
[0050]步驟2.1)中，先對動臂大腔壓力進行兩次迭代濾波，該處理主要是使信號更加平滑，消除毛躁點。再對兩次迭代濾波后得到的信號進行極小值點求取，求取最小的極小值點B;接著求取最鄰近最小的極小值點B左右的極小值點，則左邊的極小值點為分段點Al，右邊的極小值點為分段點A4。
[0051 ]步驟2.2)中，對轉(zhuǎn)斗大腔壓力分別進行兩次迭代濾波和一百次迭代濾波，對兩次迭代濾波得到的數(shù)值進行一階求導，求取其變化率;對一百次迭代濾波后得到的數(shù)據(jù)求取最大極大值點C，進行一百次迭代濾波，能夠盡量消除所有干擾最大極大值點C的毛躁點。在完成一階求導和求取最大極大值點C后，進行求取最鄰近最大極大值點C的左右第一個一階導數(shù)大于0.5的變化點，所得的兩個點即為有效作業(yè)段分段點A2、A3。
[0052]至此，得到全部的有效作業(yè)段分段點A1、A2、A3和A4，根據(jù)這些分段點對作業(yè)周期內(nèi)的數(shù)據(jù)進行提取分離，即可得到有效作業(yè)段。
[0053]上述實施例僅是用來說明本發(fā)明，而并非用作對本發(fā)明的限定。只要是依據(jù)本發(fā)明的技術實質(zhì)，對上述實施例進行變化、變型等都將落在本發(fā)明的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種裝載機有效作業(yè)段識別方法，其特征在于，有效作業(yè)段包括鏟掘、重載運輸、卸料，步驟如下: 1)從裝載機上獲取轉(zhuǎn)斗大腔壓力信號、動臂大腔壓力信號，提取轉(zhuǎn)斗大腔壓力信號、動臂大腔壓力信號的作業(yè)周期； 2)依據(jù)得到的作業(yè)周期，對作業(yè)周期內(nèi)的作業(yè)段根據(jù)預定義的有效作業(yè)段的特征信息，進行作業(yè)段提取，實現(xiàn)有效作業(yè)段的識別。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝載機有效作業(yè)段識別方法，其特征在于，步驟2)中所述的有效作業(yè)段的特征信息為預設的特定閾值，通過特定閾值提取各個作業(yè)段的分段點。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝載機有效作業(yè)段識別方法，其特征在于，有效作業(yè)段省略標準作業(yè)段的空載前進、空載后退，重載運輸包括標準作用段的滿載后退、滿載前進。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝載機有效作業(yè)段識別方法，其特征在于，動臂大腔壓力接觸物料前的極小值點定義為鏟掘作業(yè)段起始時間點;轉(zhuǎn)斗大腔壓力的第一個極大值點定義為鏟掘作業(yè)段結(jié)束時間點； 重載運輸作業(yè)段起始時間為鏟掘作業(yè)段結(jié)束時間點；卸載物料前，轉(zhuǎn)斗大腔壓力大于預設的變化閥值的時間點為重載運輸作業(yè)段結(jié)束時間點； 卸料作業(yè)段起始時間為重載運輸作業(yè)段結(jié)束時間點；卸載物料后，動臂大腔壓力達到的極小值點定義為卸料作業(yè)段結(jié)束時間點； 則有效作業(yè)段包括A1、A2、A3和A4四個分段點。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝載機有效作業(yè)段識別方法，其特征在于，各個作業(yè)段的分段點的提取具體為: 2.1)對動臂大腔壓力進行極小值點求取，并求取最小的極小值點B;接著求取最鄰近最小的極小值點B左右的極小值點，則左邊的極小值點為分段點Al，右邊的極小值點為分段點A4； 2.2)然后對轉(zhuǎn)斗大腔壓力進行一階求導，求取其變化率，再對轉(zhuǎn)斗大腔壓力求取最大極大值點C;然后求取最鄰近最大極大值點C的左右第一個一階導數(shù)大于預設極大閥值的變化點，則左邊的變化點為分段點A2，右邊的變化點為分段點A3。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝載機有效作業(yè)段識別方法，其特征在于，步驟2.1)中，先對動臂大腔壓力進行兩次迭代濾波，再對兩次迭代濾波后得到的信號進行極小值點求取。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝載機有效作業(yè)段識別方法，其特征在于，步驟2.2)中，對轉(zhuǎn)斗大腔壓力分別進行兩次迭代濾波和一百次迭代濾波，對兩次迭代濾波得到的數(shù)值進行一階求導，求取其變化率;對一百次迭代濾波后得到的數(shù)據(jù)求取最大極大值點C。
【文檔編號】G06K9/00GK106096593SQ201610585014
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月22日 公開號201610585014.3, CN 106096593 A, CN 106096593A, CN 201610585014, CN-A-106096593, CN106096593 A, CN106096593A, CN201610585014, CN201610585014.3
【發(fā)明人】侯亮, 王少杰, 卜祥建
【申請人】廈門大學