用于确定结构的重量和重心的方法和系统技术方案

本发明专利技术属于结构领域，并且涉及用于确定结构比如交通工具、特别是飞行器的重量和重心的至少第一坐标的方法和系统。

Methods and systems for determining the weight and center of gravity of structures

【技术实现步骤摘要】
用于确定结构的重量和重心的方法和系统
本专利技术属于结构领域，并且涉及用于确定结构比如交通工具、特别是飞行器的重量和重心的方法和系统。
技术介绍
精确确定结构的重量和重心对于确保所述结构的稳定性和正确性能是至关重要的。在交通工具的特定情况下，确定交通工具的重量和重心是必要的以避免在所述交通工具操作时可能损害交通工具稳定性的关键运动。根据当前实践，飞行器和其他交通工具通常在机库内部于秤上进行称重或通过在带有测载荷单元(loadcell)的千斤顶上抬升进行称重。然而，当交通工具位于机库外部时，交通工具的货物重量通常是在交通工具被加载时通过估算每个托盘重量而获得的。在将重量加载在交通工具中之后，进行运算以基于估算的重量和估算的重量定位来估算重心(C.G.)。当重量和重心的估算不精确时，由所述交通工具执行的运输的安全性可能被损害。为了提供用于在地面上于任何情况下自主确定飞行器的重量和重心的解决方案，已经提出通过将传感器定位在飞行器内部、特别是定位在起落架所附接的结构中来获得重量和重心。起落架是飞行器的支承飞行器的重量的起落装置，并且起落架原则上是设置(instrument)传感器的最佳位置。然而，起落架结构具有一些缺点，这是因为：起落架结构的几何形状随着重量而变化并且起落架结构的几何形状还取决于减震器行为，而减震器行为又极大程度地取决于温度、内部摩擦等。另外，在着陆操作期间，安装在起落架上的传感器支承非常重的载荷或者甚至是冲击载荷，这可能会破坏或损坏所安装的传感器。因此，必须通过校正由传感器获得的测量结果来将这些行为、特征和几何形状变化考虑在内。这涉及复杂且耗时的运算以提供重量和重心位置的估算，该估算的精度不能得到充分地保证。美国专利申请US5,548,517A公开了一种用于测量、计算和显示飞行器的毛重(grossweight)和重心的位置/重新定位的机载系统。该系统还结合了软件校正程序以及附带的硬件以校正和补偿现代“减震”飞行器起落架支柱内的由于温度波动、密封阻力和滞后引起的支柱部件的物理变化。然而，该系统意味着：收集来自多种类型的传感器的数据以推断出起落架运动和起落架的几何形状变化，即，收集压力传感器数据以获得伸缩式支柱运动、收集旋转传感器数据以获得支柱部件的铰接运动、收集应变计数据以获得轴偏转等。根据所有这些数据，必须执行复杂的计算方法来确定飞行器的重量和重心。此外，因为存在许多要考虑的因素，所以结果的准确性可能会受到影响。因此，需要一种用于确定结构的重量和重心的位置的方法，该方法避免了上述问题并以简单且可靠的方式提供精确的测量结果。
技术实现思路
本专利技术通过根据权利要求1的用于确定结构的重量和/或重心的位置的至少第一坐标的方法、根据权利要求14的系统、以及根据权利要求15的交通工具提供了用于上述问题的解决方案。在从属权利要求中，限定了本专利技术的优选实施方式。在第一专利技术方面，本专利技术提供了一种用于确定结构的重量和/或重心的位置的至少第一坐标的方法，该方法包括以下步骤：a)测量位于该结构的敏感载荷点中的多个第一安装的传感器的响应；以及b)基于测得的响应，将该结构的重量和/或重心的位置的第一坐标确定为：其中，W是该结构的重量，X是该结构的重心的位置的在投影平面上的第一坐标，kw和kx是自然数，并且μ是由所述多个第一安装的传感器测得的响应，其中，响应中的下标表示已经执行测量的传感器，其中，为了确定重量，使用包括数目为kw的安装的传感器的第一组传感器，为了确定重心的第一坐标，使用包括数目为kx的安装的传感器的第二组传感器，并且其中，其中jw＝1,…kw的系数βjw、以及其中jx＝1,…kx的系数γjx、以及常数Cw和Cx是应用以下校准步骤预先确定的：i)将多个校准传感器定位于该结构的敏感载荷点中，其中，校准传感器的数目是m，m是自然数，ii)用探测重量对结构进行加载，从而获得加载状态，并且至少测量该结构的在所述加载状态下的重量和重心的位置的第一坐标，iii)针对每个校准传感器，测量与加载状态相关联的响应，iv)针对多个加载状态i，重复步骤ii)和步骤iii)，其中i＝1,…s，s是加载状态的数目，s是自然数，v)选择具有至少两个校准传感器的校准传感器组，并且针对每个校准传感器组，求解具有个数P等于或大于Nw+1的方程的方程系统，Nw是该校准传感器组中的校准传感器的数目，其中，该方程系统是：μn,q是校准传感器的测得的响应，其中n＝1,...,Nw，并且Wq是与相应的加载状态q相关联的重量，其中q＝1,...,P，其中，该方程系统是通过最小二乘法求解的，由此获得针对n＝1,...,Nw的重量系数βn、以及重量常数Cw，vi)针对每个校准传感器组，将针对每个加载状态的估算的重量确定为：其中，μn,i是该校准传感器组中的校准传感器的与加载状态i相关联的响应，vii)选择满足第一概率误差PEw是最小的第一组校准传感器，其中，PEw是：s是加载状态的总数目，Nw是所述校准传感器组中的校准传感器的数目，CE是正的实数，Wei是针对加载状态i的估算的重量，并且Wi是针对加载状态i的测得的重量，viii)选择具有至少两个校准传感器的校准传感器组，并且针对每个校准传感器组，求解具有个数P等于或大于Nx+1的方程的方程系统，Nx是该校准传感器组中的校准传感器的数目，其中，该方程系统是：μn,q是校准传感器的测得的响应，并且Xq是重心的与相应的加载状态q相关联的X坐标，其中q＝1,...,P，其中，该方程系统是通过最小二乘法求解的，由此获得针对n＝1,...,Nx的X系数、以及X常数，ix)针对每个校准传感器组，将针对每个加载状态的重心的估算的X坐标确定为：其中，μn,i是该校准传感器组中的校准传感器的与加载状态i相关联的响应，x)选择满足第二概率误差是最小的第二组校准传感器，其中，PEX是：s是加载状态的总数目，Nx是所述校准传感器组中的校准传感器的数目，CE是正的实数，Xei是针对加载状态i的估算的X坐标，并且Xi是针对加载状态i的测得的X坐标，xi)选择多个校准传感器作为所述多个第一安装的传感器，所述多个校准传感器包括：在步骤vii)中选择的第一组校准传感器，以及在步骤x)中选择的第二组校准传感器，其中，kw是第一组校准传感器中的传感器的数目，并且kx是第二组校准传感器中的传感器的数目。kw和kx小于等于m。因此，在基于位于这种结构中的所述多个第一安装的传感器的测得的响应而确定该结构的重量和/或重心的位置的至少第一坐标之前，确定将使用哪些传感器。这种多个第一安装的传感器的选择是通过校准步骤进行的。由于校准步骤，选择所述多个第一安装的传感器，并计算其中jw＝1,…kw的系数βjw、和其中jx＝1,…kx的系数γjx、以及常数Cw和Cx。在本专利技术中，常数Cw和Cx是实数。基于计算出的系数和常数，结构的重量和/或重心的第一坐标可以在任何时刻根据所述多个第一安装的传感器的测得的响应使用本专利技术的方法的步骤b)中限定的方程而被确定。本方法允许确定重心的位置的至少一个坐标。在特定实施方式中，结构的重心的位置是由两个坐标限定的。这两个坐标表示重心的在该结构的平面(地面)上的位置，即，重心的在结构的平面上、或者在供结构被支承的平面或表面上投影本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于确定结构的重量(W)和/或重心的位置的至少第一坐标(X)的方法，所述方法包括以下步骤：a)测量位于所述结构的敏感载荷点中的多个第一安装的传感器的响应(μ)；以及b)基于测得的响应(μ)，将所述结构的重量(W)和/或重心的位置的所述第一坐标(X)确定为：

【技术特征摘要】
2018.01.17 EP 18382018.21.一种用于确定结构的重量(W)和/或重心的位置的至少第一坐标(X)的方法，所述方法包括以下步骤：a)测量位于所述结构的敏感载荷点中的多个第一安装的传感器的响应(μ)；以及b)基于测得的响应(μ)，将所述结构的重量(W)和/或重心的位置的所述第一坐标(X)确定为：其中，W是所述结构的重量，X是所述结构的重心的位置在投影平面上的所述第一坐标，kw和kx是自然数，并且μ是由所述多个第一安装的传感器测得的响应，其中，响应(μ)中的下标表示已经执行测量的传感器，其中，为了确定重量(W)，使用包括数目为kw的安装的传感器的第一组传感器，为了确定重心的所述第一坐标(X)，使用包括数目为kx的安装的传感器的第二组传感器，并且其中，其中jw＝1,…kw的系数其中jx＝1,…kx的系数γjx、以及常数Cw和Cx是应用以下校准步骤预先确定的：i)将多个校准传感器定位于所述结构的敏感载荷点中，其中，所述校准传感器的数目是m，m是自然数，ii)用探测重量(Wpi)对所述结构进行加载，从而获得加载状态(i)，并且测量所述结构的在所述加载状态(i)下的重心的位置的所述第一坐标(Xi)和重量(Wi)，iii)针对每个校准传感器(r)，测量与所述加载状态(i)相关联的响应(μr,i)，其中r＝1,…m，r是自然数，iv)针对多个所述加载状态(i)，重复步骤ii)和步骤iii)，其中i＝1,…s，s是所述加载状态的数目，s是自然数，v)选择具有至少两个校准传感器的校准传感器组，并且针对每个校准传感器组，求解具有个数(P)等于或大于Nw+1的方程的方程系统，Nw是所述校准传感器组中的校准传感器的数目，其中，所述方程系统是：μn,q是所述校准传感器的测得的响应，其中n＝1,...,Nw，并且Wq是与相应的加载状态q相关联的重量，其中q＝1,...,P，其中，所述方程系统是通过最小二乘法求解的，由此获得针对n＝1,...,Nw的重量系数(βn)、以及重量常数(Cw)，vi)针对每个校准传感器组，将针对每个加载状态(i)的估算的重量(Wei)确定为：其中，μn,i是所述校准传感器组中的校准传感器的与加载状态i相关联的响应，vii)选择满足第一概率误差(PEw)是最小的第一组校准传感器，其中，PEw是：s是加载状态的总数目，Nw是所述校准传感器组中的校准传感器的数目，并且CE是正的实数，viii)选择具有至少两个校准传感器的校准传感器组，并且针对每个校准传感器组，求解具有个数(P)等于或大于Nx+1的方程的方程系统，Nx是所述校准传感器组中的校准传感器的数目，其中，所述方程系统是：μn,q是所述校准传感器的测得的响应，其中n＝1,...,Nx，并且Xq是重心的与相应的加载状态q相关联的所述X坐标，其中q＝1,...,P，其中，所述方程系统是通过最小二乘法求解的，由此获得针对n＝1,...,Nx的X系数(γn)、以及X常数(Cx)，ix)针对每个校准传感器组，将针对每个加载状态(i)的重心的估算的X坐标(Xei)确定为：其中，μn,i是所述校准传感器组中的校准传感器的与加载状态i相关联的响应，x)选择满足第二概率误差(PEX)是最小的第二组校准传感器，其中，PEX是：s是加载状态的总数目，Nx是所述校准传感器组中的校准传感器的数目，并且CE是正的实数，xi)选择多个校准传感器作为所述多个第一安装的传感器，所述多个校准传感器包括：在步骤vii)中选择的所述第一组校准传感器，以及在步骤x)中选择的所述第二组校准传感器，其中，kw是所述第一组校准传感器中的传感器的数目，并且kx是所述第二组校准传感器中的传感器的数目。2.根据权利要求1所述的方法，还包括：确定所述结构的重心的位置的第二坐标(Y)，其中，所述结构的重心的位置的所述第二坐标(Y)是基于所述多个第一安装的传感器的测得的响应(μ)而被确定为：其中，Y是所述结构的重心的位置的在投影平面上的所述第二坐标，ky是自然数，并且μ是由所述多个第一安装的传感器测得的响应，其中，响应μ中的下标表示已经执行测量的传感器，其中，为了确定重心的位置的所述第二坐标(Y)，使用包括数目为ky的安装的传感器的第三组传感器，并且其中，至少在步骤i)至步骤iv)之后，应用以下校准步骤预先确定Y系数和Y常数Cy，其中jy＝1,…ky，其中，步骤ii)还包括测量所述结构的在每个加载状态(i)下的重心的位置的所述第二坐标(Yi)：viii’)选择具有至少两个校准传感器的校准传感器组，并且针对每个校准传感器组，求解具有个数(P)等于或大于Ny+1的方程的方程系统，Ny是所述校准传感器组中的校准传感器的数目，其中，所述方程系统是：μn,q是所述校准传感器的测得的响应，其中n＝1,...,Nx，并且Yq是重心的与相应的加载状态q相关联的所述Y坐标，其中q＝1,...,P，其中，所述方程系统是通过最小二乘法求解的，由此获得针对n＝1,...,Ny的Y系数(τn)、以及Y常数(Cy)，ix’)针对每个校准传感器组，将针对每个加载状态(i)的重心的估算的Y坐标(Yei)确定为：其中，μn,i是所述校准传感器组中的校准传感器的与加载状态i相关联的响应，以及x’)选择满足第三概率误差(PEY)是最小的第三组校准传感器，其中，PEY是：s是加载状态的总数目，Ny是所述校准传感器组中的校准传感器的数目，并且CE是正的实数，其中，所述多个第一安装的传感器还包括在步骤x’)中选择的所述第三组校准传感器，并且其中，ky是所述第三组校准传感器中的传感器的数目。3.根据权利要求2所述的方法，还包括以下步骤：c)测量位于所述结构的至少一个提升表面(h)中的多个第二安装的传感器的响应(μ')，以及d)将所述结构的校正重量(W校正)和/或所述结构的重心的校正位置(X校正、Y校正)确定为：其中，W是所述结构的计算出的重量，(X、Y)是所述结构的重心的计算出的位置，其中，M是步骤c)处考虑的提升表面的数目，其中，Vh'是施加在所述结构的提升表面h上的合力的竖向分量，其中，Xh'和Yh'分别是供所述合力的竖向分量(Vh')穿过的X坐标和Y坐标，其中，针对每个提升表面(h)，Vh'、Xh'和Yh'是基于测得的响应(μ')而被确定为：其中，μ'是由所述多个第二安装的传感器测得的响应，响应(μ’)中的下标表示已经执行测量的传感器，Lv、Lx和Ly是自然数，其中，W、V'和W校正是在同一轴系统中表达的；X、X'和X校正是根据相同的坐标系表达的，并且Y、Y'和Y校正是根据相同的坐标系表达的，并且其中，为了确定V'，使用包括数目为Lv的安装的传感器的第四组传感器，为了确定X'，使用包括数目为Lx的安装的传感...

【专利技术属性】
技术研发人员：安格尔·加戈特里佩罗，费尔南多·伊瓦涅斯格鲁阿斯，
申请(专利权)人：空中客车防务和空间公司，
类型：发明
国别省市：西班牙,ES