CN102482064A - 用于确定配备有摆动元件的工作设备的高度的方法和控制器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定配备有摆动元件的工作设备的可变的工作高度的方法，在该方法中，通过工作设备（1）的摆动元件（2）实施线性运动来达到工作高度。为了也能在恶劣的环境条件下在确定工作高度时获得精确的结果，通过确定压力差（△p）求出工作高度，压力差由摆动元件（2）的所经过的高度差（△h）得出。

Description

用于确定配备有摆动元件的工作设备的高度的方法和控制器

技术领域

本发明涉及一种用于确定配备有摆动元件的工作设备的可变的工作高度的方法，在该方法中，为了达到工作高度，通过类似起重机的工作设备的摆动元件实施一种线性运动。本发明还涉及一种用于实施该方法的控制器。

背景技术

配备有摆动元件的工作设备例如有挖掘机挖斗的挖掘机或有伸臂的起重机借助液压缸使摆动元件运动。为了准确地求出摆动元件的线性位置，可以在每一个液压缸上布置行程测量装置，其测量液压缸的线性运动。在施工机械的恶劣的环境中，这种行程测量装置会受到严重污染，污染又导致在测量液压缸走完的路径时的不精确性。

为了确定摆动元件的精确位置，除了线性运动外还必须确定旋转和摆动运动。旋转和摆动运动借助控制器检测，控制器具有相应的传感器件。因而为此目的在控制器中布置多个旋转率和加速度传感器。控制器布置在工作设备的摆动臂上。借助适当的模型计算和摆动臂的公知的杠杆长度精确地计算工作设备的运动。

若工作设备构造成使摆动臂的杠杆长度能改变，那么不再能使用基于旋转率和加速度值的模型计算。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供用于确定配备有摆动元件的工作设备的可变的工作高度的一种方法和一种控制器，它们即使在恶劣的环境条件下也能在确定工作高度时实现精确的结果。

按照本发明，该技术问题由此解决，即，通过确定压力差求出工作高度，压力差由摆动元件的所经过的高度差得出。这样做的优势在于，实现对工作设备的工作高度的精确确定，而不会让环境条件对测量结果产生不利影响。通过形成压力差，测量结果与绝对的空气压力无关。压力差因此对应线性的运动变化，这种运动变化可以借助三角函数简单地求出。

有利地，通过摆动元件的线性运动达到的工作高度由代表摆动元件基准位置的基准压力和在通过摆动元件达到的工作高度下测量的压力之间的差确定。基准压力在此对应工作设备的机械的休息位置（Ruheposition），从该位置起计算工作高度。为每一个工作设备重新求出这种基准压力，因为各种工作设备在结构上构造得不同。

在一种设计方案中，基准压力由压力差确定，压力差在通过摆动元件占据机械零位的情况下通过在摆动臂的两个不同位置上的两次压力测量得出，其中，这个压力差代表摆动元件的工作高度的位置零。这种办法尤其在类似起重机的工作设备中占据优势，在这种工作设备中，摆动臂在较大的延展长度上延伸，并且在那里，摆动元件的能自由运动的尖端处在与摆动元件的能转动地与支架连接的端部不同的高度位置中。长时间的压力变化通过基准压力的确定得到补偿。

在一种扩展设计中，摆动元件的这两个位置处在摆动元件的对置的端部上，在这两个位置上实施这两次压力测量。工作高度的零位确定得越是精确，两个测量点彼此间就相距得越远。在此有利的是，这两次压力测量在摆动元件的不同位置上在同一时间点上实施，因为由此可知两个测量点上的环境条件是相同的。

有利地确定对应摆动元件的工作高度零的基准压力，接下来通过工作设备的摆动元件的从其机械零位起的纵向运动实施高度变化，以及在此之后测量在摆动元件的能自由运动的端部上出现的压力，其中，从在摆动元件的能自由运动的端部上测量的压力和基准压力中形成差，这个差对应工作设备的工作高度。工作设备的运动性不会由于使用压力测量来确定工作高度而受限，并且可以无限制地实施工作设备要求的工作流程。压力测量在正常工作流程中执行并且借助很快得到的测量结果允许了对工作设备的摆动元件的灵活控制。同样，通过工作设备的操作人员也能在每个工作点上定义零点。

在一种设计方案中，在每一次压力测量中测量气压计压力（barometrischer Druck）。这样做的优点在于，环境的大气压干扰不会影响压力测量。

在一种扩展设计中，在达到工作高度时，确定旋转和/或摆动运动，旋转和/或摆动运动由摆动元件在由该工作高度铺开的平面内实施。因此不仅确定了摆动元件的精确的工作高度，还确定了摆动元件的能自由运动的端部的精确位置。因此在每个时间点上能精确地了解，摆动元件实施了什么运动。

基准压力和在摆动元件的能自由运动的端部上测量的压力被有利地进一步传递给控制器，控制器确定工作设备的摆动元件的工作高度。在控制器中的压力测量的评估允许了精确地控制工作设备。

本发明的另一种扩展设计涉及一种用于确定配备有摆动元件的工作设备的可变的工作高度的控制器，在该控制器中，通过工作设备的摆动元件实施线性运动以达到工作高度。为了也在恶劣的环境条件下在确定工作高度时获得精确的结果，存在器件，所述器件通过确定压力差来求出工作高度，压力差由摆动元件的所经过的高度差得出。因此能够精确地确定工作设备的工作高度，而不会让环境条件对测量结果产生不利影响。由于形成了压力差，测量结果与绝对的空气压力无关。

有利的是，气压计压力传感器与计算单元连接，计算单元为了确定工作设备的摆动元件的工作高度而求出在代表摆动元件基准位置的基准压力和在通过摆动元件达到的工作高度下测量的压力之间的差。气压计压力传感器的使用允许了确定长期外部压力。而产生暂时的压力变化的涡流则保持不被考虑。温度的影响可以作为工作空间内的修正参数也作为长期修正包含在计算中。

在一种设计方案中，对应工作高度的位置零的基准压力被储存在计算单元中。基准压力因而须仅一次性地在工作过程开始时确定并且然后可以随着工作过程的进程始终重新利用。

在一种扩展设计中，用于环境空气的压力接头前置于气压计压力传感器，压力接头优选布置在控制器的壳体壁中。这种压力接头防止了由于空气运动，例如风而造成的暂时的压力变化，从而由压力传感器仅测量近似静态的气压计压力。

压力接头有利地设计成薄膜或设计成曲径件。通过这种结构上简单且成本低廉的器件可靠地防止了由涡流造成的压力变化。

在一种设计方案中，计算单元与至少一个运动传感器，尤其与旋转率或加速度传感器和/或温度传感器连接。借助运动传感器确定了在所检测的工作高度下摆动元件的自由端的精确位置。

按照本发明的带有摆动元件的工作设备包括至少两个用于确定摆动元件的可变的工作高度的控制器，其中，每个控制器在另外的位置上布置在摆动元件上并且每个控制器通过通信系统与中央控制单元连接。单个的控制器以及因而工作设备的运动流程通过中央控制单元协调。

附图说明

本发明允许了大量的实施可能性。应当借助附图对其中一个实施可能性作详细阐释。附图中：

图1示出工作高度能可变地调整的起重机；

图2示出针对固定在起重机上的控制器的实施例；

图3是确定工作高度的原理图；

图4示出针对多个布置在起重机上的控制器的电路的实施例；

相同的特征用相同的附图标记标注。

具体实施方式

图1示出工作高度可变的工作设备。在此涉及一种具有伸臂2的起重机1，伸臂长度能调。伸臂2用其一个端部与起重机1能活动地锚固，而前端部则能自由运动地平放在起重机1的驾驶室上。在伸臂2的能活动地与起重机1连接的端部上布置着曲柄装置，伸臂2借助曲柄装置可以抬升，从而使得伸臂2的能自由运动的端部与起重机1的驾驶室松开。在伸臂2的能自由运动的端部上布置着第一控制器3。第二控制器4位于伸臂2的基底上，伸臂2在那里能活动地与起重机1连接。在安装在伸臂2的能自由运动的端部上的悬吊上布置有第三控制器5。

所有三个控制器3、4、5具有一致的结构，这种结构应当借助图2的控制器3说明。控制器3具有中央计算器6，中央计算器与温度传感器7和气压计压力传感器8连接。此外，中央计算器6导向三个旋转率传感器9、10、11以及三个加速度传感器12、13、14。气压计压力传感器8是一种有高度敏感性的微机械压力传感器。薄膜15位于压力传感器8的对面，薄膜嵌入控制器3的壳体壁16中。薄膜15的任务是，平衡控制器3的周围环境中的暂时的压力变化，因而压力传感器8仅测量气压计压力。中央计算器6的输出端17导向在图2中未进一步示出的通信系统。

借助图3应当能说明起重机1的伸臂2的工作高度h的确定。取代控制器3和4的是，仅示出了包含在控制器3和4中的压力传感器8₃和8₄。8₃标注布置在控制器3中的压力传感器，布置在控制器4中的压力传感器则用8₄标注。

如图1所示，伸臂2的能自由运动的端部在它的休息位置置放在起重机1的驾驶室上。但伸臂2略倾斜于伸臂的能转动的端部倾斜地支承。为了现在能求出用于确定工作高度的起始点，在所述位置中实施两次压力测量，起始点被称为零点h1。一次压力测量在此用在伸臂2的能转动的端部上的压力传感器8₄进行，而第二次压力测量则用在伸臂2的能自由运动的端部上的压力传感器8₃进行。在这两个已测得的压力值之间的差与高度h1=0校准并且因此形成了基准压力。

在确定基准压力后，伸臂2摆出。在此，不仅伸臂2与起重机1夹成的角，而且伸臂2的长度d都发生了变化，如图3用箭头所示。若伸臂2的能自由运动的端部到达了它的工作高度h2，那么又用压力传感器8₃在控制器3中实施压力测量。由基准压力和最后用控制器3测量的压力形成压力差△p，压力差与高度差△h=h1-h2成比例。通过使用余弦函数，现在在识别到休息位置中伸臂长度的情况下和在伸臂2摆动的角度下，计算伸臂2的工作高度。

为了在由伸臂的自由运动的端部铺开的平面内求出伸臂2的能自由运动的端部的准确位置，使用旋转率传感器9、10和11以及加速度传感器12、13、14，它们感知伸臂端部的摆动和旋转运动，摆动和旋转运动又为了评估而进一步传递给中央计算器6。信号评估与伸臂2的运动在空间上同步进行。

对控制器3和4的工作方式的说明也可以类似地套用到其它的控制器3和5或4和5的配合作用上。

如图4所示，控制器3、4和5在功能上集成在一个系统中。在此，全部三个控制器3、4、5通过通信系统18与起重机1的中央控制装置19连接，中央控制装置评估传感器信号并且协调在伸臂2运动中的流程，因此多个控制器3、4、5可以包括在伸臂2的自由端部的位置的计算中。通信系统18设计成总线系统，例如作为CAN或FlexRay。这种总线系统允许了在控制器3、4、5和中央控制装置19之间的数据交换，其中，伸臂2的机械的零点的测量结果也以基准压力的形式能够进一步传递给所有控制器3、4、5。

Claims (15)

1.用于确定配备有摆动元件的工作设备的可变的工作高度的方法，在该方法中，通过工作设备（1）的摆动元件（2）实施线性运动来达到工作高度，其特征在于，通过确定压力差（△p）求出工作高度，压力差由摆动元件（2）的所经过的高度差（△h）得出。

2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，通过摆动元件（2）的线性运动达到的工作高度由代表摆动元件（2）基准位置的基准压力与在通过摆动元件（2）达到的工作高度（h2）下测量的压力之间的差确定。

3.按权利要求2所述的方法，其特征在于，基准压力由压力差确定，该压力差在通过摆动元件（2）占据机械零位（h1）的情况下通过在摆动元件（2）的两个不同位置上的两次压力测量得出，其中该压力差代表摆动元件（2）的工作高度的位置零（h1）。

4.按权利要求3所述的方法，其特征在于，摆动元件（2）的这两个位置位于摆动元件（2）的对置的端部上，在这两个位置上进行这两次压力测量。

5.按权利要求3或4所述的方法，其特征在于，确定与摆动元件（2）的工作高度零（h1）对应的基准压力并且接下来通过工作设备（1）的摆动元件（2）的从其机械零位起的纵向运动进行高度变化（△h并且在此之后测量出现在摆动元件（2）的能自由运动的端部上的压力，其中，由在摆动元件（2）的能自由运动的端部上测量的压力和基准压力形成差，这个差对应工作设备（1）的工作高度。

6.按至少一项前述权利要求所述的方法，其特征在于，在每一次压力测量中测量气压计压力。

7.按至少一项前述权利要求所述的方法，其特征在于，在达到工作高度的情况下确定旋转和/或摆动运动，摆动元件（2）在该工作高度的平面内实施该旋转和/或摆动运动。

8.按至少一项前述权利要求所述的方法，其特征在于，基准压力和在摆动元件（2）的自由运动的端部上测量的压力被进一步传递给控制器（3、4、5），该控制器确定工作设备（1）的摆动元件（2）的工作高度。

9.用于确定配备有摆动元件的工作设备（1）的可变的工作高度的控制器，其中，通过工作设备（1）的摆动元件（2）实施线性运动来达到工作高度，其特征在于，存在器件（8₃、8₄、3、4、5、19），所述器件通过确定压力差（△p）求出工作高度，压力差由摆动元件（2）的所经过的高度差（△h）得出。

10.按权利要求9所述的控制器，其特征在于，气压计压力传感器（8₃、8₄）与计算单元（6）连接，计算单元为了确定工作设备（1）的摆动元件（2）的工作高度而求出在代表摆动元件（2）的基准位置的基准压力和在通过摆动元件（2）达到的工作高度（h2）下测量的压力之间的差。

11.按权利要求10所述的控制器，其特征在于，对应工作高度零（h1）的基准压力储存在计算单元（6）中。

12.按前述权利要求9至11中至少一项所述的控制器，其特征在于，用于环境空气的压力接头（15）安置在气压计压力传感器（8₃、8₄）之前，该压力接头优选布置在控制器（3、4、5）的壳体壁（16）中。

13.按权利要求12所述的控制器，其特征在于，压力接头（15）设计成薄膜或设计成曲径件。

14.按权利要求10或11所述的控制器，其特征在于，计算单元（6）与至少一个运动传感器尤其旋转率（9、10、11）或加速度传感器（12、13、14）和/或温度传感器（7）连接。

15.具有摆动元件的工作设备，其特征在于，存在至少两个按前述权利要求9至14中至少一项所述的、用于确定摆动元件（2）的可变的工作高度的控制器（3、4、5），并且每个控制器（3、4、5）在另外的位置上布置在摆动元件（2）上，其中每个控制器（3、4、5）通过通信系统（18）与中央控制单元（19）连接。

Images