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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stabilisierung der Bewegung
eines Fahrzeugs, das eine Verstelleinrichtung und ein damit verstellbares
Arbeitsgerät
aufweist, wobei die Position des Arbeitsgeräts in Abhängigkeit von Fahrzeugbewegungen verstellt
wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Stabilisierung
der Bewegung eines Fahrzeugs, das ein verstellbares Arbeitsgerät aufweist, dessen
Position in Abhängigkeit
von Fahrzeugbewegungen mit Hilfe einer Verstelleinrichtung verstellbar ist.
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Bei
Fahrzeugen mit ungefederten Achsen, wie beispielsweise Traktoren,
treten während
der Fahrt häufig
Nickschwingungen auf, die den Fahrkomfort und die Fahrsicherheit
beeinträchtigen.
Solche Schwingungen treten sogar auf relativ ebenem Untergrund auf.
Dabei vergrößert sich
deren Amplitude mit zunehmender Fahrgeschwin digkeit. Ist das Fahrzeug
mit schweren Arbeitsgeräten,
wie z.B. einer Schaufel oder einem Pflug versehen, werden die unerwünschten
Schwingungen weiter verstärkt.
Dies geschieht insbesondere, wenn mit angehobenem Arbeitsgerät gefahren
wird. Dadurch kann beispielsweise bei Transportfahrten zwischen
verschiedenen Arbeitsorten nur mit einer verringerten Geschwindigkeit gefahren
werden, wodurch Zeitverluste entstehen.
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Es
ist bekannt, ein derartiges Arbeitsgerät als Tilgermasse zur Dämpfung dieser
Schwingungen zu verwenden. So ist in
EP 0 090 971 B1 ein System zur dynamischen
Stabilisierung der Bewegungen eines ungefederten Radfahrzeugs bekannt,
bei dem eine bewegbare Masse mit Hilfe eines Verstellmotors in die
gleiche Richtung angetrieben wird, in die das Gesamtsystem, bestehend
aus Fahrzeug und zusätzlicher
Masse, schwingt. Diese Schwingbewegung wird mit Hilfe von Sensoreinrichtungen
abgetastet, deren Signale zur Steuerung des Verstellmotors dienen.
Die bewegbare Masse wird dabei im wesentlichen aufwärts und
abwärts
bewegt, wobei diese Bewegung senkrecht oder auch als Schwenkbewegung
um eine Drehachse erfolgt.
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Ein ähnliches
System ist aus
DE 34
46 811 A1 bekannt. Dabei werden infolge von Nickschwingungen
auftretende Kraftänderungen
von kraftabhängig
arbeitenden Sensoren gemessen und das Arbeitsgerät derart relativ zum Fahrzeug
verstellt, daß die
Schwingungen gedämpft
werden.
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In
DE 37 23 488 A1 wird
als vorteilhaft offenbart, die Bewegungsgröße des Arbeitsgeräts zur vergleichbaren
Bewegungsgröße des Fahrzeugs
mit 90°-Phasenwinkelvor eilung
zu steuern, um eine optimale Schwingungsdämpfung zu erzielen.
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In
US 4 667 744 wird dagegen
vorgeschlagen, das Arbeitsgerät
entgegen der Schwingrichtung des Fahrzeugs zu bewegen. Dadurch erfolgt
eine Entkopplung des Fahrzeugs von dem Arbeitsgerät, so daß sich das
Fahrzeug ähnlich
wie ein Fahrzeug ohne Arbeitsgerät
verhält.
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Bei
allen diesen Systemen werden durch entsprechende Sensoren Ausgangssignale
erzeugt, die die Amplitude und die Phasenlage der Schwingungen des
Fahrzeugs und/oder des Arbeitsgeräts widerspiegeln. Die Signale
werden durch eine Recheneinheit in Steuersignale für einen
hydraulischen Antrieb umgesetzt, der die Position des Arbeitsgerätes laufend
verändert.
Durch die Änderung
der Position des Arbeitsgerätes
soll die Amplitude der Schwingungen reduziert werden. Die Verstellrichtung ist
dabei von den aktuell ermittelten Schwingungssignalen abhängig, wodurch
ständige
Richtungswechsel entstehen. Die Hydraulikanlage muß deshalb ständig zwischen
Heben und Senken wechseln, was zur Bildung von starken, kurzzeitigen
Druckspitzen führt
und somit zu einem erhöhten
Verschleiß beiträgt. Zudem
muß das
System insbesondere bei schnellen Richtungswechseln auch bei schweren Lasten
schnell reagieren können.
Dies ist häufig kaum
oder nur durch besondere Maßnahmen
möglich.
Dadurch steigt die Verlustleistung, der technische Aufwand oder
auch beides zusammen.
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Für das System
zur aktiven Schwingungsdämpfung
wird meist der ohnehin am Fahrzeug vorhandene Antrieb zur Verstellung
des Arbeitsgeräts genutzt.
Dabei wird in der Regel mit Hilfe einer Steuerung dafür gesorgt,
daß sich
das Arbeitsgerät
innerhalb vorgegebener Positionen hält. Dadurch wird beispielsweise
verhindert, daß das
Arbeitsgerät
während
der Fahrt gegen den Boden schlägt.
Es ist dabei bekannt, die Positionsregelung mit der Schwingungsdämpfung zu
kombinieren, beispielsweise aus
US
6 196 327 ,
US 5 884
204 oder
EP
0 543 162 B1 . Auch bei diesen Regelungsverfahren treten
ständige
Richtungswechsel auf, die die Hydraulikanlage entsprechend stark
belasten.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur aktiven Schwingungsdämpfung bereitzustellen, das
die Belastung der Verstelleinrichtung reduziert.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art dadurch
gelöst,
daß eine Umkehr
der Verstellrichtung erst beim Erreichen vorbestimmter Grenzwerte
erfolgt.
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Die
Geschwindigkeit, mit der das Arbeitsgerät zur Schwingungsdämpfung bewegt
wird, wird also nur erhöht
oder reduziert, ohne daß dabei
jedesmal eine Umkehr der Verstellrichtung erfolgt. Dabei wird die
Geschwindigkeit nicht unbedingt bis zum Stillstand verringert. Da
der Verstellbereich des Arbeitsgeräts nicht unendlich ist, muß natürlich irgendwann eine
Umkehr der Verstellrichtung erfolgen. Dies geschieht erst beim Erreichen
vorbestimmter Grenzwerte. Das Arbeitsgerät wird also zur Schwingungsdämpfung nicht
ständig
hin und her bewegt, sondern bewegt sich erst mit mehreren Schritten
von einer Ausgangsposition weg, um anschließend wiederum in mehreren Schritten
zurück
zur Ausgangsposition und gegebenenfalls darüber hinaus zu gelangen. Dabei
sind unter Schritten nicht unbedingt diskrete Schritte zu verstehen,
sondern Bereiche unterschiedlicher Verstellgeschwindigkeiten des
Arbeitsgeräts. Aufgrund
der dabei auftretenden Beschleunigungskräfte werden Kräfte auf
die Verstelleinrichtung und damit auf das Fahrzeug erzeugt. Die
Verstellrichtung wird dabei allerdings nicht geändert. Dadurch entfallen ständige Richtungswechsel
des Antriebs, was dazu führt,
daß keine
starken, kurzzeitigen Druckspitzen mehr entstehen. Damit wird der
Verschleiß reduziert
und gleichzeitig Energie gespart. Eine Verzögerung, die beim Umschalten
zwischen Heben und Senken durch eine Totzone in der Neutralstellung
der Ventile, die zur Steuerung von Hebevorrichtungen genutzt werden,
hervorgerufen wird, wird dabei vermieden, da das Ventil nur zwischen
der Neutralstellung und einer einzigen der beiden Wirkstellungen wechseln
muß. Damit
kann das System insgesamt schneller auf Schwingungen des Fahrzeugs
reagieren. Die Wirksamkeit der Schwingungsdämpfung wird damit verbessert.
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Vorteilhafterweise
werden als Grenzwerte Positionsgrenzen verwendet. Das Arbeitsgerät wird also
in periodisch sich ändernden
Verstellrichtungen bewegt, wobei eine Umkehr der Verstellrichtung
erst dann erfolgt, wenn das Arbeitsgerät eine der Positionsgrenzen
erreicht. Dadurch wird das Arbeitsgerät möglichst lange in die gleiche
Richtung bewegt, wobei Beschädigungen
zuverlässig
vermieden werden, die durch eine Fehlpositionierung des Arbeitsgeräts hervorgerufen
werden könnten.
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Alternativ
dazu werden als Grenzwerte Zeitvorgaben verwendet. Beispielsweise
könnte
eine Überwachung
des Mit telwerts der Position des Arbeitsgeräts die Basis für eine Anpassung
des Zeitverhältnisses
zwischen Hebe- und Senkphasen bilden. Ist der Mittelwert z.B. unterhalb
einer gewünschten Mittelposition,
kann das Zeitverhältnis
zugunsten der Hebephasen verändert
werden. Dabei kann eine Verstellrichtung für zehn Sekunden oder länger beibehalten
werden.
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Bevorzugterweise
erfolgt die Verstellung durch Heben und Senken des Arbeitsgeräts. Die meisten
Schwingungen treten bei der Bewegung eines Fahrzeugs in vertikaler
Richtung auf. Erfolgt die Verstellung durch Heben und Senken des
Arbeitsgeräts,
kann diesen Schwingungen entgegengewirkt werden. Das Heben und Senken
kann sowohl als vertikale Bewegung als auch als Schwenkbewegung erfolgen.
Gleichzeitig können
vorhandene Antriebssysteme genutzt werden. Dabei ist eine Energieversorgung
des Antriebs in der Regel nur zum Heben des Arbeitsgeräts erforderlich,
da das Senken mit Hilfe der Schwerkraft erfolgt. Damit wird eine
Energieeinsparung erzielt. Bei relativ leichten Arbeitsgeräten kann
es möglicherweise
notwendig sein, das Arbeitsgerät
aktiv nach unten zu bewegen. Dafür
wird allerdings nur wenig Energie benötigt.
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Vorzugsweise
wird die Geschwindigkeit während
der Hebe- und Senkvorgänge fest
vorgegeben. Ausgehend von einer bekannten Ausgangsposition ist dann
auch immer die aktuelle Position des Arbeitsgeräts bekannt, ohne daß zusätzliche
Sensoren verwendet werden müssen.
Erfolgt die Verstellung mit fest vorgegebener Geschwindigkeit über einen
bekannten Zeitraum, so kann auch die Anzahl der Verstellschritte
als Grenzwert verwendet werden.
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Bevorzugterweise
wird die Geschwindigkeit während
der Hebe- und Senkvorgänge
dynamisch angepaßt.
Dadurch kann auf die Schwingungsamplitude oder -frequent des Fahrzeugs,
das Gerätegewicht
oder auf die Position der Hebevorrichtung reagiert werden. So ist
es z.B. möglich,
daß das
Heben von der unteren zur oberen Positionsgrenze mit maximaler Geschwindigkeit
erfolgt, wobei die Geschwindigkeit zur Tilgung einer Fahrzeugschwingung kurzzeitig
auf beispielsweise zwei Drittel herabgesetzt wird. Durch die dynamische
Anpassung der Geschwindigkeit erfolgt eine effektive Schwingungsdämpfung bei
gleichzeitig optimaler Energieeinsparung.
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Vorzugsweise
werden die Positionsgrenzen fest vorgegeben. Das Verfahren arbeitet
dann auch ohne Einflußnahme
durch einen Benutzer sicher.
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Alternativ
dazu werden die Positionsgrenzen individuell vorgegeben. Ein Benutzer
kann dann die Positionsgrenzen beispielsweise in Abhängigkeit
von der Beschaffenheit des Untergrundes festlegen. Bei einem sehr
unebenen Untergrund kann es beispielsweise erforderlich sein, die
Minimalhöhe
des Arbeitsgeräts
zu erhöhen,
damit dieses nicht am Boden aufsetzt. Dagegen kann bei ebenerem
Gelände
die Positionsgrenze nach unten gesetzt werden, so daß eine Umkehr
der Verstellrichtung erst zu einem späteren Zeitpunkt erfolgt. Damit
wird die Anzahl notwendiger Richtungswechsel weiter reduziert. Dabei kann
das Festlegen der Grenzen auch in Abhängigkeit vom Typ des Arbeitsgeräts erfolgen.
So kann beispielsweise verhindert werden, daß ein besonders großes Arbeitsgerät oben gegen
das Fahrzeug bewegt wird.
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Vorzugsweise
werden die Positionsgrenzen dynamisch angepaßt. Dadurch kann beispielsweise die
Fahrsicherheit oder der Komfort weiter erhöht werden. Die Anpassung der
Positionsgrenzen kann z.B. in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit, der
gemessenen Schwingungsamplitude oder des Gerätegewichts erfolgen. Es ist
dabei auch denkbar, daß durch
den Fahrer weitere Betriebsparameter gewählt werden, die direkten oder
indirekten Einfluß auf die
Positionsgrenzen haben. So kann z.B. automatisch der zulässige Positionsbereich
bei höheren
Geschwindigkeiten oder bei stärkeren
Schwingungen eingeengt werden, um die Einhaltung eines gewünschten
Mindestabstands zwischen Arbeitsgerät und Boden bzw. Fahrzeug zu
gewährleisten.
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Bevorzugterweise
erfolgen in Senkrichtung mehr Verstellschritte als in Hubrichtung.
Der Zeitraum, in dem dem Antrieb Energie zugeführt wird, wird dadurch minimiert.
So ist es beispielsweise denkbar, das Arbeitsgerät von der obersten Positionsgrenze
zur untersten Positionsgrenze in zehn kleinen Verstellschritten
zu verstellen, während
die Rückbewegung
zur obersten Positionsgrenze mit zwei großen Schritten erfolgt. Der
Energieverbrauch sinkt mit abnehmender Anzahl von Schritten, da
die Trägheit
dann weniger oft überwunden
werden muß. Da
das Absenken ohne Energiezufuhr erfolgt, ist es dagegen wünschenswert,
den Verstellweg auf möglichst
viele Verstellschritten aufzuteilen.
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Vorzugsweise
wird das Verfahren automatisch ein- und ausgeschaltet. Dadurch wird
die Anwendung des Verfahrens vereinfacht.
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Dabei
ist besonders bevorzugt, daß das
Verfahren in Abhängigkeit
von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs ein- und ausgeschaltet wird. Bei geringen Geschwindigkeiten
macht die Dämpfung
der Schwingungen nur wenig Sinn. Wird nun das System abgeschaltet,
kann Energie eingespart werden.
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Vorzugsweise
wird das Verfahren in Abhängigkeit
von der Position des Arbeitsgerät
ein- und ausgeschaltet. Dadurch wird verhindert, daß das Arbeitsgerät beispielsweise
weiter abgesenkt wird, obwohl es sich unterhalb der untersten Positionsgrenze befindet.
Damit wird auch eine Fehlbedienung durch den Benutzer ausgeschlossen.
Wählt beispielsweise der
Nutzer eine Transportstellung des Arbeitsgeräts oder der Hebevorrichtung,
befindet sich das Arbeitsgerät
in einer Position, von der aus das erfindungsgemäße Verfahren sicher angewendet
werden kann. Das Verfahren kann also dadurch eingeschaltet werden,
daß der
Benutzer eine Transportstellung wählt, wobei eventuell zusätzlich mittels
Sensoren ermittelt wird, ob sich das Arbeitsgerät tatsächlich im sicheren Bereich
befindet. Ist dies nicht der Fall, wird das Verfahren nicht eingeschaltet.
Dabei kann eine entsprechende Rückmeldung
an den Fahrer erfolgen.
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Vorzugsweise
erfolgt die Verstellung des Arbeitsgeräts hydraulisch. Die meisten
Arbeitsfahrzeuge und Traktoren verfügen bereits über ein
hydraulisches Antriebssystem. Die Anwendung des Verfahrens kann
daher mit einem geringen zusätzlichen Aufwand
erfolgen.
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Die
Erfindung hat desweiteren die Aufgabe, eine Vorrichtung bereitzustellen,
die die Belastung der Verstelleinrichtung reduziert.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch
gelöst,
daß die Verstellrichtung
bis zum Erreichen vorbestimmter Grenzwerte die gleiche ist.
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Dadurch
wird die Anzahl der Richtungsänderungen
minimiert und somit das Auftreten von Druckspitzen verhindert. Das
Arbeitsgerät
wird also mehrmals hintereinander in die gleiche Richtung verstellt. Dabei
wird die Geschwindigkeit, mit der das Arbeitsgerät bewegt wird, zur Schwingungsdämpfung erhöht oder
reduziert, ohne daß dabei
jedesmal eine Umkehr der Verstellrichtung erfolgt. Auf ein schnelles Umschalten
des Antriebs kann also verzichtet werden, wobei trotzdem eine ausreichende
Schwingungsdämpfung
erzielt wird. Eine Verzögerung
beim Umschalten zwischen Heben und Senken, die durch eine Totzone
in der Neutralstellung der Ventile, die zur Steuerung von Hebevorrichtungen
benutzt werden, hervorgerufen wird, wird dabei vermieden, da die
Ventile nur noch zwischen der Neutralstellung und einer einzigen
der beiden Wirkstellungen schalten. Die Vorrichtung reagiert damit
schneller auf Schwingungen des Fahrzeugs. Dadurch wird die Wirksamkeit
der Schwingungsdämpfung
verbessert.
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Vorzugsweise
sind die Grenzwerte durch Positionsgrenzen definiert, wobei eine
Umkehr der Verstellrichtung erfolgt, wenn das Arbeitsgerät an einer der
Positionsgrenzen ist. Dadurch wird sichergestellt, daß sich das Arbeitsgerät nicht
in einen Bereich bewegt, in dem Beschädigungen auftreten könnten. Beispielsweise
ist das der Fall, wenn das Arbeitsgerät zu weit abgesenkt wird und
es so zu Berührungen mit
dem Untergrund kommt. Positionsgrenzen können ohne großen Aufwand
beispielsweise durch Sensoren realisiert werden. Da das Umschalten
der Verstellrichtung beim Erreichen der Positionsgrenzen erfolgt,
wird immer der größtmögliche Verstellweg ausgenutzt.
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Alternativ
können
die Grenzwerte durch Zeitvorgaben definiert sein. Dabei kann die
Basis für
das Zeitverhältnis
zwischen Hebe- und Senkvorgang beispielsweise durch den Mittelwert
der Position des Arbeitsgeräts
gebildet werden.
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Bevorzugterweise
ist das Arbeitsgerät
zur Stabilisierung der Bewegungen des Fahrzeugs nach oben und nach
unten bewegbar. Während
der Fahrt des Fahrzeugs auftretende Schwingungen, wie z.B. Nickschwingungen,
haben eine im wesentlichen vertikale Komponente. Durch die Verstellung
des Arbeitsgeräts
nach oben und nach unten kann dieser Komponente eine Kraft entgegengesetzt
werden und so eine Dämpfung
der Schwingung erzielt werden. Häufig
ist ohnehin ein Antrieb vorhanden, um das Arbeitsgerät anzuheben
und zu senken, wobei das Arbeitsgerät dabei eine vertikale Bewegung
oder eine Schwenkbewegung ausführt.
Beim Senken kann dabei die Schwerkraft ausgenutzt werden, die ein
Absenken des Arbeitsgeräts
ermöglicht,
ohne daß eine Energiezufuhr
notwendig ist. Insgesamt ergibt sich dadurch eine Energieeinsparung.
Bei leichten Arbeitsgeräten
kann es unter Umständen
erforderlich sein, das Arbeitsgerät aktiv nach unten zu beschleunigen,
um eine ausreichende Dämpfungswirkung
zu erzielen. Die dafür
benötigte
Energie ist allerdings relativ gering.
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Vorzugsweise
ist die Geschwindigkeit während
der Hebe- und Senkvorgänge fest
vorgegeben. Die Steuerung der Ventile wird dadurch vereinfacht. Gleichzeitig
ist die Position des Arbeitsgeräts
ausgehend von einer bekannten Ausgangsposition immer bekannt. Dabei
kann auf zusätzliche
Sensoren verzichtet werden.
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Bevorzugterweise
ist die Geschwindigkeit während
der Hebe- und Senkvorgänge
dynamisch veränderbar.
Damit kann auf die gemessene Schwingungsamplitude oder -frequenz,
das Gerätegewicht oder
auf die Position der Hebevorrichtung reagiert werden. Dadurch erfolgt
eine effektive Schwingungsdämpfung
bei gleichzeitig optimaler Energienutzung. Dabei ist es möglich, daß das Heben
von der unteren zur oberen Positionsgrenze mit maximaler Geschwindigkeit
erfolgt, wobei die Geschwindigkeit zur Tilgung einer Fahrzeugschwingung
kurzzeitig auf beispielsweise zwei Drittel herabgesetzt wird.
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Bevorzugterweise
sind die Positionsgrenzen festgelegt. Dadurch wird sichergestellt,
daß das
Arbeitsgerät
sich nicht in einen Bereich bewegt, in dem es Beschädigungen
geben könnte.
Die Positionsgrenzen sind dabei entweder fest im System hinterlegt
oder werden durch den Benutzer fest vorgegeben.
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Vorzugsweise
sind die Positionsgrenzen dynamisch veränderbar. Während des Betriebs kann dann
eine dynamische Anpassung der Positionsgrenzen beispielsweise an
die Fahrgeschwindigkeit oder die Beladung erfolgen. Dadurch steht
immer der größtmögliche Verstellbereich
zur Verfügung,
ohne daß die
Sicherheit gefährdet
wird. Dadurch wird die Anzahl der Richtungswechsel minimiert, was
zu einer Verringerung des Verschleißes und der Energieaufnahme
führt.
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Bevorzugterweise
sind die Verstellschritte in Senkrichtung kleiner als in Hubrichtung.
Damit erfolgen also mehr Verstellbewegungen in Senkrichtung als
in Hubrichtung. Dies hat den Vorteil, daß der Antrieb insgesamt über einen
geringeren Zeitraum mit Energie versorgt werden muß und gleichzeitig
die Trägheitskräfte weniger
oft überwunden
werden müssen.
Das Absenken des Arbeitsgeräts
erfolgt, ohne daß Energie
dem Antrieb zugeführt
werden muß.
Deshalb ist es günstig,
den Verstellbereich während
des Absenkens auf möglichst
viele Schritte zu verteilen.
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Vorzugsweise
ist die Vorrichtung automatisch ein- und ausschaltbar. Dadurch wird
die Handhabung der Vorrichtung vereinfacht und gleichzeitig der
Komfort erhöht.
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Dabei
ist besonders bevorzugt, daß der
Betriebszustand der Vorrichtung von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs
abhängig
ist. So wird die Vorrichtung ab einer gewissen Geschwindigkeit eingeschaltet
und wieder ausgeschaltet, wenn die Geschwindigkeit unterschritten
wird. Dadurch erfolgt eine Schwingungsdämpfung nur in dem Geschwindigkeitsbereich,
in dem sie auch erforderlich ist. Bei geringeren Geschwindigkeiten
treten nur kleinere Schwingungen auf. Wird in diesem Bereich auf
eine Schwingungsdämpfung
verzichtet, führt
dies zu Energie einsparungen, ohne daß der Fahrkomfort wesentlich
beeinträchtigt
wird.
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Vorzugsweise
ist der Betriebszustand der Vorrichtung von der Position des Arbeitsgeräts abhängig. Dadurch
wird sichergestellt, daß beispielsweise
ein Absenken des Arbeitsgeräts
zur Schwingungsdämpfung
nur dann erfolgt, wenn ein ausreichender Abstand zum Untergrund
gewährleistet
ist. Dies ist beispielsweise dann gewährleistet, wenn der Benutzer
eine Transportstellung des Arbeitsgeräts oder der Verstelleinrichtung
gewählt
hat. Die Wahl der Transportstellung kann also als Einschaltbedingung
für die
Schwingungsdämpfung
benutzt werden.
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Dabei
ist besonders bevorzugt, daß die
Verstelleinrichtung ein hydraulischer Antrieb ist. Die meisten Arbeitsfahrzeuge
und Traktoren weisen ohnehin einen hydraulischen Antrieb auf. Eine
Integration der Vorrichtung zur Stabilisierung der Bewegung eines
Fahrzeugs ist damit ohne großen
Aufwand möglich.
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Anhand
der beiliegenden Zeichnungen wird das erfindungsgemäße Verfahren
näher erläutert. Darin
zeigen:
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1 ein
Fahrzeug mit angekoppeltem Arbeitsgerät und Vorrichtung zur Stabilisierung
der Bewegung des Fahrzeugs in rein schematischer Darstellung,
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2 die
Geräte-Sollposition über der
Zeit bei bekannten Verfahren zur Schwingungsdämpfung und
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3 die
Geräte-Sollposition über die
Zeit beim erfindungsgemäßen Verfahren
zur Schwingungsdämpfung.
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In 1 ist
ein Fahrzeug 1 mit einem heckseitig befestigten Arbeitsgerät 2 dargestellt.
Das Arbeitsgerät 2 ist
in an sich bekannter Weise über
ein Dreipunktgestänge 3 mit
dem Fahrzeug 1 verbunden, wobei jedoch auch andere Verbindungsarten möglich sind.
Zur Verstellung des Arbeitsgeräts 2 ist ein
hydraulischer Antrieb 4 vorgesehen, der über ein elektrohydraulisches
Regelventil 5 mit einer Pumpe 6 verbunden ist.
Das Regelventil 5 wird über
ein Steuergerät 7 gesteuert. Über ein
Bedienpult 8 kann ein Nutzer Vorgaben wie beispielsweise
Heben oder Senken des Arbeitsgeräts 2 eingeben,
die an das Steuergerät 7 übertragen
werden. Das Steuergerät 7 sorgt
dann für
eine entsprechende Steuerung des Regelventils 5 und steuert
damit die Bewegung des als Tilgermasse dienenden Arbeitsgeräts 2.
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Das
Bewegen des Arbeitsgeräts 2 erfolgt
zusätzlich
derart, daß Schwingungen,
insbesondere Nickbewegungen des Fahrzeugs 1, gedämpft werden,
die z.B. durch Fahrbahnunebenheiten hervorgerufen werden können. Diese
ungewünschten
Bewegungen werden mit Hilfe von Sensoren erfaßt.
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Nick-
und Vertikalbewegungen des Fahrzeugs rufen aufgrund der Massenträgheit des
Arbeitsgeräts 2 Kräfte zwischen
dem Arbeitsgerät 2 und dem
Fahrzeug 1 hervor. Diese werden beispielsweise über einen
Kraftsensor 9, der am Dreipunktgestänge 3 befestigt ist,
oder über
einen nicht dargestellten Kraftmeßbolzen erfaßt und in elektrische
Signale umgewandelt, die an das Steuergerät 7 übergeben
werden und dort zur aktiven Schwingungsdämpfung benutzt werden.
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Alternativ
oder zusätzlich
kann ein Beschleunigungssensor 10 am Fahrzeug 1 angeordnet
sein, der ebenfalls elektrische Signale proportional zur Schwing-
und Vertikalbewegung des Fahrzeugs 1 erzeugt, die an das
Steuergerät 7 übergeben
und dort entsprechend weiterverarbeitet werden. Ein derartiger Sensor
kann ebenfalls an der Hebevorrichtung oder am Arbeitsgerät befestigt
werden.
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Desweiteren
ist ein Lagesensor 11 vorgesehen, der elektrische Signale
in Abhängigkeit
der Lage des Arbeitsgeräts 2 in
Bezug zum Fahrzeug 1 erzeugt, die dem Steuergerät 7 zur
Verfügung
gestellt werden. Im Steuergerät 7 können Positionsgrenzen hinterlegt
werden, die mit der Istposition des Arbeitsgeräts 2, die mit dem
Lagesensor 11 ermittelt wird, verglichen werden. Bei Erreichen
einer unteren Positionsgrenze kann das Steuergerät 7 beispielsweise durch
eine entsprechende Ansteuerung des Regelventils 5 ein weiteres
Absenken des Arbeitsgeräts 2 verhindern.
Analog erfolgt bei Erreichen einer oberen Positionsgrenze kein weiteres
Anheben des Arbeitsgeräts 2.
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Fährt nun
das Fahrzeug 1 über
einen unebenen Untergrund, beginnt das Fahrzeug 1, das
aufgrund seiner luftgefüllten
Reifen 12 ein schwingfähiges
System darstellt, zu schwingen. Diese Schwingungen werden durch
ein angekoppeltes Arbeitsgerät 2 verstärkt. Aus
dem Stand der Technik ist nun bekannt, mit Hilfe von Senso ren schwingungsproportionale
Signale zu erzeugen, die an das Steuergerät 7 übergeben
werden. Das Steuergerät 7 sorgt
nun für eine
Verstellbewegung des Arbeitsgeräts 2 derart, daß das Arbeitsgerät 2 in
Schwingrichtung des Fahrzeugs bewegt wird und so die Schwingung
dämpft. Bekannt
ist auch, das Arbeitsgerät
entgegen der Schwingungsrichtung zu bewegen und so eine Entkopplung
von Arbeitsgerät
und Fahrzeug zu erreichen. Das Arbeitsgerät wird dabei in jedem Fall
mit der Frequenz der Schwingung hin und her bewegt.
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Beim
erfindungsgemäßen Verfahren
erfolgt nun keine ständige
Umkehr der Verstellrichtung. Es hat sich herausgestellt, daß eine ausreichende Schwingungsdämpfung erreicht
werden kann, wenn die Dämpfung
nur in eine Schwingungsrichtung erfolgt.
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Das
Arbeitsgerät 2 wird
also schrittweise mit der Frequenz der Schwingung des Fahrzeugs 1 abgesenkt,
bis eine untere Positionsgrenze erreicht wird, die im Steuergerät 7 fest
hinterlegt, dynamisch berechnet oder vom Benutzer über das
Bedienpult 8 vorgegeben wird. Anschließend erfolgt ein schrittweises
Anheben bis zu einer oberen Positionsgrenze. Die Belastung des Antriebs 4 wird
gegenüber
dem bekannten Verfahren stark verringert, da keine ständige Umkehr
der Verstellrichtung erfolgt. Das Absenken des Arbeitsgeräts 2 kann
aufgrund der Wirkung der Schwerkraft erfolgen, indem über das
Regelventil 5 der Antrieb 4 zum Tank T entlastet
wird.
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In 2 ist
die Sollposition des Arbeitsgeräts 2 in
Bezug zum Fahrzeug 1 über
die Zeit bei bekannten Verfahren zur Schwingungsdämpfung dargestellt. Die
Sollpo sition 13 schwingt dabei über einen mittleren Sollwert 14 zwischen
einer oberen Positionsgrenze 15 und einer unteren Positionsgrenze 16.
Dabei erfolgt nach jedem Absenken der Sollposition direkt wieder
eine erhöhte
Sollposition. Um diesen Positionsvorgaben zu folgen, muß ein Antrieb
beispielsweise mit ständig
wechselnden Drücken
beaufschlagt werden.
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In 3 ist
die Sollposition des Arbeitsgeräts 2 in
Bezug zum Fahrzeug 1 über
die Zeit beim erfindungsgemäßen Verfahren
dargestellt. Diese Darstellung entspricht maßstäblich nicht der Darstellung
in 2. Die Sollposition 13 wird ausgehend
von der oberen Positionsgrenze 15 schrittweise verringert, bis
sie die untere Positionsgrenze 16 erreicht hat. Anschließend wird
die Sollposition 13 in zwei Stufen wieder auf die obere
Positionsgrenze 15 erhöht.
In jedem Absenkschritt erfährt
das Arbeitsgerät
eine Beschleunigung nach unten, gefolgt von einer Beschleunigung
nach oben. Diese Beschleunigungen führen zu Krafteinwirkungen auf
das Fahrzeug, die wiederum zur Dämpfung
der gemessenen Fahrzeugschwingungen führen. Dabei erfolgt keine Umkehr der
Bewegungsrichtung. Wenn die untere Positionsgrenze 16 erreicht
wird, wird die Sollposition 13 mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit
an die obere Positionsgrenze 15 geführt, wobei die Geschwindigkeit
zwischendurch kurzzeitig herabgesetzt wird. Durch das kurzzeitige
Herabsetzen der Hebegeschwindigkeit werden ebenfalls Beschleunigungen des
Arbeitsgeräts
bewirkt, die zur Schwingungsdämpfung
genutzt werden. Die Anzahl der Richtungsänderungen wird dabei stark
reduziert. Durch entsprechende Anpassung von Hebe- und Senkgeschwindigkeiten,
Ventilaussteuerung, Positionsgrenzen usw. kann die Sollposition
in einem konkreten Betriebsfall z.B. über einen Zeitraum von etwa
25 Sekunden stufenweise erniedrigt werden, bis die untere Positionsgrenze 16 erreicht
wird. Danach kann die Sollposition innerhalb von etwa 5 Sekunden
ebenfalls stufenweise wieder bis zur oberen Positionsgrenze 15 erhöht werden.
Anschließend
beginnt wieder die stufenweise Verringerung der Sollposition 13. Bei
einem einfachwirkenden Aktuator muß die Hydraulikanlage in diesem
konkreten Fall somit nur während
der Bewegung nach oben Druckmittel fördern, also nur bei einem Sechstel
der Zeit, was zur Erhöhung
der Effektivität
beiträgt.
Da auch die Anzahl und die Frequenz der Richtungswechsel reduziert
werden, werden auch die Anzahl der Druckstöße in der Hydraulikanlage und
die Anforderungen an eine schnelle Reaktionszeit reduziert.
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Als
Folge der Beschleunigungen, die das Arbeitsgerät durch die in 2 und 3 dargestellten Veränderungen
der Sollposition erfährt,
treten auf die Hebevorrichtung Kräfte auf, die zur Tilgung der
Fahrzeugschwingungen genutzt werden. Bei bekannten Verfahren (2)
werden die Beschleunigungen durch ständige Richtungswechsel hervorgerufen. Beim
erfindungsgemäßen Verfahren
(3) werden sie durch das zyklische Herauf- und
Herabsetzen der Geschwindigkeit der Hebevorrichtung hervorgerufen, wobei
die Hebevorrichtung sich während
mehreren aufeinanderfolgenden Zyklen nur in eine Richtung bewegt.
Dabei kann die niedrigere Geschwindigkeit, auf die die Hebevorrichtung
herabgesetzt wird, sehr wohl ungleich Null sein, insbesondere beim
Heben des Arbeitsgeräts.