DE4328144A1

DE4328144A1 - Einrichtung zur Gewichtsbestimmung von an einem Schlepper angehängten Lasten

Info

Publication number: DE4328144A1
Application number: DE19934328144
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl Ing Dr Hesse; Torsten Dipl Ing Berg; Gerd Prof Dr Ing Bernhardt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1993-08-21
Filing date: 1993-08-21
Publication date: 1995-02-23
Anticipated expiration: 2013-08-22
Also published as: DE4328144C2

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zur Gewichtsbestimmung von an einem Schlepper angehängten Lasten nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Es ist schon eine solche Einrichtung zur Gewichtsbestimmung von an einem Schlepper angehängten Lasten nach der DE 38 20 757 A1 bekannt, bei der die an einem Dreipunkt-Regelgestänge angehängte Last mit Hilfe einer elektrohydraulischen Hubwerks-Regeleinrichtung und den Signalen eines lastabhängigen Sensors ermittelt wird. Um dabei störende Einflüsse auf die Wägung möglichst gering zu halten, wird die Gewichtsbestimmung in einer Parallelstellung von Ober- und Unterlenker vorgenommen. Bei einer vollständig bekannten Geometrie des Dreipunkt-Anbaus läßt sich diese Parallelstellung von Ober- und Unterlenker errechnen und mit Hilfe der Regeleinrichtung und ihrem lageabhängigen Sensor anfahren. Ferner läßt sich diese Parallel stellung auch experimentell ermitteln, wobei ein direkter Vergleich der Winkel von Ober- und Unterlenker vorgenommen wird, was jedoch aufgrund der hohen Anforderungen an den Nullabgleich der Sensoren für den praktischen Einsatz wenig geeignet ist.

Ferner ist es aus der DE-Z: Landtechnik, Heft 5/88, Seite 218 bis 219, Knechtges, "Behälterwägung im Dreipunkt-Anbau" bekannt, zur Ge wichtsbestimmung von an einem Dreipunkt-Regelgestänge angehängten Lasten eine elektrohydraulische Hubwerks-Regeleinrichtung zu ver wenden. Auch hier wird auf die Parallelstellung der Lenker hinge wiesen, um den Einfluß des Schwerpunktabstandes des Gewichts zu mi nimieren. Dabei kann die Parallelität der Lenker mit einem Neigungs geber, der in einer beliebigen Stellung am Anbaugerät befestigt wird, während eines Hebe- oder Senkvorganges ermittelt werden, indem diejenige Kraftheberstellung festgehalten wird, in der der Neigungs geber seine Ausschlagrichtung umkehrt. Im übrigen erfolgt hierbei keine nähere Angabe zum Meßprinzip der dafür geeigneten Sensoren so wie hinsichtlich der notwendigen Auflösung der Geber, der Elimi nierung der Störgrößen Schwingung und Beschleunigung sowie zum Aus wertealgorithmus der Meßdaten.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Gewichtsbestimmung von an einem Schlepper angehängten Lasten mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß mit ihr ein siche res und schnelles Bestimmen der Parallelstellung von Ober- und Un terlenker eines Dreipunkt-Anbaus am Schlepper möglich ist. Durch die Ausbildung als Beschleunigungsgeber mit einer seismischen Masse er möglicht die Einrichtung ein sehr schnelles und bei hinreichend ge nauer Auflösung der Meßsignale sehr exaktes Verfahren. Ferner ar beitet die Einrichtung unempfindlich gegenüber Schwingungen und ge genüber der Lage des Schleppers zur Erdnormalen. Ferner hat die Ein richtung den Vorteil, daß bei ihr eine exakte Kalibrierung der ver wendeten Geber nicht nötig, im allgemeinen völlig verzichtbar ist. Ferner läßt sich in zweckmäßiger Weise mit der Einrichtung zur Gewichtsbestimmung erreichen, daß das Risiko von Fehlmessungen durch Bedienfehler aufgrund der geringen Anforderungen an die Meßbe dingungen und der vollständig möglichen, computergestützten Durch führung und Auswertung sehr gering ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Einrichtung möglich. Besonders vorteilhaft ist eine Aus bildung nach Anspruch 2; dabei dient die Dämpfung vorwiegend zur Be grenzung der Schwingungsamplitude infolge Erregung durch Vibratio nen, insbesondere vom Motor oder anderer Aggregaten auf dem Schlepper und ist für die Auswertung selbst vernachlässigbar. Äußerst zweckmäßig ist es, wenn der Beschleunigungsgeber nach An spruch 3 eingebaut wird, wodurch sich eine maximale Empfindlichkeit des Gebers erreichen läßt. Weiterhin ist es vorteilhaft, die Ein richtung nach Anspruch 4 auszubilden, wenn die auf die seismische Masse wirkenden dynamischen Beschleunigungsanteile eliminiert werden sollen. In diesem Fall kann mit Hilfe der Hubgeschwindigkeit und der Geometrie des Dreipunkt-Anbaus die Beschleunigungs-Lage-Funktion für den unteren Kopplungspunkt berechnet und von der Gesamtbeschleuni gung abgezogen werden. Ferner sind in den Ansprüchen 5 bis 8 vor teilhafte Verfahren zur Ermittlung der Parallelstellung mit der Ein richtung nach Anspruch 1 angegeben. Weitere vorteilhafte Ausgestal tungen ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Fig. 1 zeigt in stark vereinfachter Darstellung die erfindungsge mäße Einrichtung zur Gewichtsbestimmung von an einem Schlepper an gehängten Lasten mit ihrem Signalflußplan, Fig. 2 als Teil der Einrichtung einen Dreipunkt-Anbau am Schlepper unter Einbeziehung des Beschleunigungsgebers, Fig. 3 ein Diagramm mit den gemessenen Beschleunigungswerten über dem Zylinderhub zur näherungsweisen Er mittlung der Parallelstellung und Fig. 4 ein Diagramm zur Dar stellung der Approximation um die geschätzte Parallelstellung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die Fig. 1 zeigt in vereinfachter Form eine Einrichtung 10 zur Ge wichtsbestimmung von an einem Schlepper 11 angehängten Lasten, nam lich eines Anbaugeräts 12, das hier in an sich bekannter Weise über ein elektrohydraulisch betätigbares Dreipunkt-Regelgestänge 13 höhenverstellbar an der Heckseite des Schleppers 11 angelenkt ist. Das Regelgestänge 13 ist somit Teil einer elektrohydraulischen Hub werks-Regeleinrichtung 14, in welche die Einrichtung 10 zur Ge wichtsbestimmung im wesentlichen integriert ist.

Das Regelgestänge 13 weist in üblicher Weise einen Oberlenker 15 so wie einen Unterlenker 16 auf, an denen das Anbaugerät 12 über ein Kopplungsdreieck 17 angelenkt ist. Am Unterlenker 16 greift eine Hubstange 18 an, die über eine Hubwelle 19 mit ihren beiden Armen 21 und 22 von einem Hydraulikzylinder 23 betätigbar ist. Der Hydraulik zylinder 23 ist über ein Proportionalventil 24 mit Druckmittel aus einer Pumpe 25 ansteuerbar. Der Hubwelle 19 ist in üblicher Weise ein elektromechanischer Lagesensor 26 zugeordnet, während lastab hängige Signale von einem elektrohydraulischen Drucksensor 27 am Hy draulikzylinder 23 abgenommen werden. Ferner ist am Kopplungsdreieck 17 ein Beschleunigungssensor 28 befestigt.

Wie die Fig. 1 ferner zeigt weist die elektrohydraulische Hub werks-Regeleinrichtung 14 einen Mikrorechner 31 auf, der mit einer Eingabevorrichtung 32 und einer Anzeigevorrichtung 33 in Wirk verbindung steht. Als Mikrorechner 31 ist ein handelsübliches Gerät verwendbar, in dem die elektrischen Eingangssignale der Sensoren 26, 27, 28 einem Analog-Digital-Wandler 34 zugeführt werden, während die Ansteuerung des Proportionalventils 24 von einem D/A-Wandler 35 er folgt. In dem Mikrorechner 31 sind diese Wandler 34, 35 im Signal flußplan mit einem Schreib-Lesespeicher 36, einem Lesespeicher 37, einem Rechner 38 und einer elektrischen Schaltung 39 verbunden.

In Fig. 2 ist ein Teil der Einrichtung 10 in vereinfachter Form dargestellt, wobei vor allem auf den Dreipunkt-Anbau mit dem Be schleunigungssensor 28 Bezug genommen ist. Der Beschleunigungssensor 28 weist eine mit m bezeichnete seismische Masse 41 auf, die im Sen sorgehäuse 42 zwischen Federn 43, 44 geführt ist. Der Beschleuni gungssensor 28 ist somit als gedämpftes Feder-Masse-System ausge bildet und ist in der Nähe derjenigen Linie am Kopplungsdreieck 17 angeordnet, die durch den mit B bezeichneten unteren Lenkerpunkt 45 bestimmt wird. Wesentlich bei der Anordnung des Beschleunigungs sensors 28 ist, daß die Bewegungsrichtung u der seismischen Masse 41 und der Vektor g der Erdbeschleunigung möglichst orthogonal zuein ander stehen, woraus sich eine maximale Empfindlichkeit gegenüber Neigungen ergibt. Ferner ist der Winkel zwischen der Bewegungsrich tung u und einer Geraden, die orthogonal auf dem Vektor der Erdbe schleunigung g steht mit β bezeichnet. Ist die im Anbaugerät 12 be findliche Masse gegenüber dem Eigengewicht des Schleppers 11 klein, was mit hinreichender Genauigkeit angenommen werden kann, so besteht zwischen dem durch Reifeneinsenkung verursachten Winkel α_Senk und der Stellung des Hubzylinders 23 keine Abhängigkeit. Damit befindet sich das schlepperfeste Koordinatensystem xy gegenüber der Erdnorma len g in Ruhe.

Das Verfahren zur Bestimmung der Parallelstellung mittels Be schleunigungssensor 28 beruht auf dem gesetzmäßigen Zusammenhang, daß der Winkel WKD des Anbaugerätes 12 in Abhängigkeit vom Zylinder hub ZH gegenüber dem schlepperfesten Koordinatensystem xy genau dann ein lokales Minimum erreicht, wenn Ober- und Unterlenker 15, 16 pa rallel zueinander stehen. Dies bedeutet mit anderen Worten, daß da bei der Winkel β des am Anbaugerät befestigten Beschleunigungssen sors 28 einen lokalen Extremwert erreicht. Die Parallelstellung kann nun durch Auf- und Abwärtsbewegen des Dreipunkt-Regelgestänges 13 und Aufzeichnen der Meßwerte des Beschleunigungssensors 28 er mittelt werden. Dieser Sachverhalt ist nun in Fig. 3 näher darge stellt, bei der die Beschleunigungswerte a des Beschleunigungs sensors 28 über dem Zylinderhub ZH des Hubzylinders 23 aufgetragen sind. An der Stelle, an der die Meßwerte einen lokalen Extremwert erreichen, befinden sich der obere und untere Lenker 15, 16 in der Parallelstellung. Zum Erhalt einer dichten Punktfolge und Eliminie rung der Hysterese zwischen Lage des Anbaugeräts 12 und elektrischem Signal des Lagesensors 26 der Hubwelle und damit des Zylinderhubs ZH hat die Messung während der gleichförmigen Auf- und Abwärtsbe wegung des Hubzylinders 23 zu erfolgen. Während mit den Meßwerten nach Fig. 3 die Parallelstellung näherungsweise ermittelt wird, kann für eine genaue Bestimmung der ausgewählten Lage eine zweite Approximation durchgeführt werden, wie dies in Fig. 4 näher darge stellt ist, um so einen genauen Wert für die Parallelstellung zu er halten. Ferner läßt sich für die genaue Bestimmung der ausgewählten Lage unter Verwendung der Meßwerte nach Fig. 3 der dynamische Be schleunigungsanteil heraus rechnen, wodurch die Genauigkeit zusätz lich gesteigert wird; dabei gilt der Zusammenhang

a_g = g _* sin β - a_d

wobei a_g die Gesamtbeschleunigung, g die Erdbeschleunigung und a_d die dynamische Beschleunigung sind.

Um Meßfehler, die aus einer stark ungleichförmigen Bewegung resul tieren zu minimieren, ist es sinnvoll, innerhalb dieses Bereiches das Geschwindigkeitsprofil zu untersuchen und den Versuch gegebenen falls mit anderen Steuerparametern zu wiederholen. Schwingungen der Beschleunigungs-Zeit-Funktion sind durch Variation von Sollgeschwin digkeit des Hubzylinders 23 und der Motordrehzahl des Schleppers minimierbar. Die Reibung im Feder-Masse-System des Beschleunigungs sensors 28 wird durch die Erreger-Schwingungen eliminiert.

Mit der vorgeschlagenen Einrichtung 10 läßt sich ein sehr schnelles und bei hinreichend genauer Auflösung der Meßsignale sehr exaktes Verfahren zur Ermittlung der Parallelstellung durchführen. Die Ein richtung und das Verfahren sind dabei unempfindlich gegenüber Schwingungen und gegenüber der Lage des Schleppers zur Erdnormalen. Ferner kann auf eine exakte Kalibrierung der verwendeten Sensoren weitgehend verzichtet werden. Vor allem aber ist das Risiko von Fehlmessungen durch Bedienfehler aufgrund der geringen Anforderungen an die Meßbedingungen und der vollständig computergestützen Durch führung und Auswertung sehr gering. Bei Vorliegen der Einrichtung 10 ist es ausreichend, wenn ein solcher Beschleunigungssensor 28 ledig lich dem Händler zur Verfügung steht. Dieser schließt ihn nach Anbau an das Gerät 12 an die elektrohydraulische Hubwerks-Regeleinrichtung 14 an, wonach die Parallelstellung automatisch ermittelt werden kann und dabei das zugehörige normierte Lagesignal der Hubwelle 19 in der elektrischen Schaltung 39 abgelegt werden kann. Anschließend an diese Serviceleistung kann dann der dazugehörige Proportionalitäts faktor zwischen Druck- und Masseänderung mit einem großen Kalibrier gewicht ermittelt und ebenfalls in der Schaltung 39 abgelegt werden, so daß sie für spätere Wägungen zur Verfügung stehen.

Selbstverständlich sind an den gezeigten Ausführungsformen Ände rungen möglich, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen.

Unter dem Begriff Schlepper bzw. Arbeitsfahrzeug sind auch Salz streufahrzeuge und andere Fahrzeuge zu verstehen, bei denen ver gleichbare Verhältnisse vorliegen.

Claims

1. Einrichtung zur Gewichtsbestimmung von an einem Schlepper ange hängten Lasten, die mit Hilfe eines hydraulisch betätigbaren Ge stänges einer elektrohydraulischen Hubwerks-Regeleinrichtung an dem landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeug höhenverstellbar angelenkt sind, wobei über einen lastabhängigen Sensor Signale erzeugt werden, aus denen die Größe der angehängten Last herleitbar ist und ein lageabhängiger Sensor, der die Lage des Gestänges relativ zum Ar beitsfahrzeug abgreift, Signale an eine elektronische Einrichtung der Regeleinrichtung gibt, und bei der das Gestänge im Dreipunktan bau mit Ober- und Unterlenker ausgebildet ist und am angelenkten An baugerät bzw. am Kopplungsdreieck ein Sensor angeordnet ist, mit dem die Parallelstellung der Lenker ermittelbar ist, dadurch gekenn zeichnet, daß der Geber als Beschleunigungsgeber (28) mit einer seismischen Masse (41) ausgebildet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Be schleunigungsgeber (28) als gedämpftes Feder-Masse-System ausge bildet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschleunigungsgeber (28) so am Anbaugerät (12) bzw. Kopplungs dreieck (17) angeordnet ist, daß seine Meßrichtung (u) im wesent lichen orthogonal auf dem Vektor der Erdbeschleunigung (g) steht.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß der Beschleunigungsgeber (28) in der Nähe des unteren Kopplungspunktes (45) vom Unterlenker (16) am Kopplungsdreieck (17) angebracht ist.

5. Verfahren zur Ermittlung der Parallelstellung bei einer Einrich tung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei gleichförmiger Bewegung des das Gestänge (13) verstellenden Hydraulikzylinders (23) während der Aufwärts- und Abwärtsbewegung des Gestänges (13) die Meßwerte des Beschleunigungssensors (28) lageabhängig, insbesondere über dem Hub des Hydraulikzylinders (23), aufgezeichnet werden und bei dem dabei ermittelten lokalen Extremwert die Parallelstellung ermittelt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Ermittlung der Parallelstellung unter Verwendung der Meßwerte der dynamische Beschleunigungsanteil (a_d) herausgerechnet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Parallelstellung aus den Meßwerten durch zweimalige Approximation ermittelt wird (Fig. 4).

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß das normierte Lagesignal der Hubwelle (19) für die Parallelstellung im Datenspeicher (39) abgelegt wird.