DE102020124867A1

DE102020124867A1 - Verbesserte Hydraulikvorrichtung

Info

Publication number: DE102020124867A1
Application number: DE102020124867.9A
Authority: DE
Inventors: Birkir Oskarsson; Thomas Langer; Erik Westergaard
Original assignee: Danfoss Power Solutions GmbH and Co OHG
Current assignee: Danfoss Power Solutions GmbH and Co OHG
Priority date: 2020-09-24
Filing date: 2020-09-24
Publication date: 2022-03-24
Also published as: US20220090358A1; CN114249280A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (30) zur Ansteuerung einer angetriebenen Vorrichtung (1), die einen Hubarm (3), einen dazugehörigen Hubaktuator (4), eine Werkzeugbefestigungsvorrichtung (5) zur Befestigung eines Werkzeugs (7, 23), und einen dazugehörigen Kippaktuator (6) aufweist.Das auf die Werkzeugbefestigungsvorrichtung (5) ausgeübte Drehmoment wird unter Verwendung der Stellung der Werkzeugbefestigungsvorrichtung (5), einer Masseninformation, welche die an der Werkzeugbefestigungsvorrichtung (5) befindliche Masse beschreibt, sowie einer Werkzeugtypinformation, welche die Eigenschaften des an der Werkzeugbefestigungsvorrichtung (5) zu befestigenden Werkzeugs (7, 23) beschreibt, berechnet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung einer angetriebenen Vorrichtung, die einen Hubarm, einen dazugehörigen Hubaktuator, eine Werkzeugbefestigungsvorrichtung zur Befestigung eines Werkzeugs und einen dazugehörigen Kippaktuator aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine angesteuerte Vorrichtung, die einen Hubarm, einen dazugehörigen Hubaktuator, eine Werkzeugbefestigungsvorrichtung zur Befestigung eines Werkzeugs, sowie einen dazugehörigen Kippaktuator aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Steuervorrichtung und ein Nutzfahrzeug.
Angetriebene Vorrichtungen mit einem angetriebenen Hubarm und einer angetriebenen Werkzeugbefestigungsvorrichtung sind bei bei einer Vielzahl von Technikgebieten und technischen Anwendungen ein bekannter Anblick. Um lediglich einige wenige Beispiele zu nennen: derartige angetriebene Vorrichtungen sind in der Landwirtschaft bei Traktoren mit einem Hubarm und bei Teleskopladen, aber auch bei Lagerhäusern und Baustellen in Form von Radladern (insbesondere teleskopierbaren Radladern) und ähnlichem wohlbekannt.
Um die Ansteuerung der angetriebenen Vorrichtung zu vereinfachen, aber auch um Energie zu sparen und den Verschleiß der angetriebenen Komponenten zu verringern (falls Hydraulikaktuatoren verwendet werden bezieht sich dies nicht nur auf Hydraulikkolben und Hydraulikmotoren, sondern auch auf Hydraulikpumpen, welche die Hydraulikvorrichtung versorgen), wird eine aktiv angetriebene Bewegung üblicherweise nur dann durchgeführt, wenn ein aktiver Antrieb des betreffenden Aktuators tatsächlich vonnöten ist. Wenn sich im Gegensatz hierzu Teile einer angetriebenen Vorrichtung von sich aus bewegen (zumindest dann, wenn eine „Stoppvorrichtung“ freigegeben wird; beispielsweise indem eine Bremse gelöst wird, ein Lüftungsventil geöffnet wird o. ä.), wird zur Durchführung der Bewegung üblicherweise keine aktive Antriebsleistung angelegt. Mit anderen Worten wird die Bewegung der angetriebenen Vorrichtung dadurch realisiert, dass „die angetriebene Vorrichtung sich selbst überlassen wird“. Der Vollständigkeit halber sollte darauf hingewiesen werden, dass dies nicht ausschließt, dass die aus eigenem Antrieb erfolgende Bewegung der angetriebenen Vorrichtung möglicherweise verlangsamt werden muss, beispielsweise durch Verwendung mechanischer Bremsen oder durch Anlegen von verzögernden fluiddynamischen Kräften.
Um ein hervorstehendes Beispiel zu nennen: im Falle eines Teleskopladers müssen der Hubarm und der Hubaktuator (typischerweise ein Hydraulikzylinder) gegen die Schwerkraft anarbeiten, um eine Aufwärtsbewegung des Hubarms zu bewirken. Hierzu muss unter Druck befindliches Hydraulikfluid in den betreffenden Hubhydraulikzylinder einströmen. Um das Fluid unter Druck zu setzen und eine für diese Hubarbeit ausreichende Fluidströmung zu erzeugen muss mechanische Leistung aufgebracht werden. Wenn jedoch der Hubarm abgesenkt werden soll, kann dagegen üblicherweise alleine die Schwerkraft die Bewegung realisieren. Es ist klar, dass somit keine mechanische Leistung erforderlich ist, um die betreffende Bewegung durchzuführen, sodass Energie gespart werden kann. Als zusätzlicher Effekt können auch der mechanische Verschleiß und die Geräuschentwicklung verringert werden. Um die Abwärtsbewegung durchzuführen wird ein Flutventil geöffnet, sodass unter Druck stehendes Fluid den Hubhydraulikkolben verlassen und zurück in den Vorratstank fließen kann. Um die Geschwindigkeit der Abwärtsbewegung zu regulieren kann das betreffende Flutventil so gesteuert werden, dass es eine Durchgangsöffnung mit veränderlicher Größe aufweist, sodass eine unterschiedliche Fluidströmungsrate durch die Durchgangsöffnung hindurchströmen kann.
Obgleich dieser Ansatz unbestreitbare Vorteile aufweist, weist er auch einige Nachteile auf. Der größte Nachteil besteht darin, dass bei einer bestimmten Einstellung eines Steuerorgans (beispielsweise die Position eines Steuerhebels oder die Position eines Steuerungs-Joysticks) die Geschwindigkeit der Abwärtsbewegung stark in Abhängigkeit von der Belastung des betreffenden Teils der angetriebenen Vorrichtung, und damit von der Belastung auf dem betreffenden Aktuator (beispielsweise im Falle eines Hubarms: der Hubaktuator, insbesondere ein Hubhydraulikkolben), variiert.
Die übliche Herangehensweise um mit diesem Problem umzugehen besteht darin, dieses Verhalten einfach zu tolerieren und dem Bediener eine geeignete Anpassung der Stellung des Steuerorgans zu überlassen. Man muss zugestehen, dass dies für einen geübten Bediener üblicherweise kein größeres Problem darstellt. Für einen Anfänger kann die beschriebene Veränderung der Bewegungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Beladung dagegen eine Herausforderung sein. Noch problematischer ist es, dass, falls die angesteuerte Vorrichtung eine unerwartet hohe Belastung trägt, die Abwärtsbewegung der Vorrichtung anfänglich entsprechend hoch sein wird, wenn der Bediener als anfängliche Stellung seine „Standardeingabe“ wählt. Dies ist nicht nur für den Bediener lästig; vielmehr kann dies auch eine Gefahr darstellen und zu einem Verschleiß oder einer Beschädigung der Ladung und/oder der angetriebenen Vorrichtung führen, wenn die Ladung entweder den Boden berührt oder der Bediener die Bewegung abrupt stoppt, weil er von der schnellen Bewegung überrascht ist. Ein solcher Fall kann auch einem geübten Bediener leicht unterlaufen.
Dieses Problem wurde im Stand der Technik bereits für den Hubarm erkannt. Hier wurde bereits ein System vorgeschlagen, bei dem die aktuelle Belastung des Hubarms mittels geeigneter Sensoren (beispielsweise einem Kraftaufnehmer oder einem Druckaufnehmer, der den Druck im Hydraulikfluid mißt, insbesondere falls ein Hydraulikkolben als Aktuator verwendet wird) gemessen wurde. Basierend auf diesem Sensorsignal wurde eine bestimmte Stellung des Steuerorgans durch den Bediener modifiziert, um so ein Steuersignal für das Steuerungsventil derart zu erzeugen und an dieses anzulegen, das eine bestimmte Stellung des Steuerorgans zu einer im Wesentlichen gleichen Abwärtsbewegungsgeschwindigkeit führt, und zwar (weitgehend) unabhängig von der aktuellen Belastung des Hubarms.
Ein Problem tritt jedoch auf, wenn eine angetriebene Vorrichtung verwendet wird, die mehr als ein bewegliches Teil aufweist, beispielsweise eine angesteuerte Vorrichtung, die eine Mehrzahl von beweglichen Teilen aufweist, wobei die beweglichen Teile in Form einer Serienanordnung aneinander befestigt sind (was eine Standardbauweise darstellt). Wendet man die vorab beschriebene Idee auf eine solche angetriebene Vorrichtung mit einer Mehrzahl von beweglichen Teilen an, würde dies bedeuten, dass eine entsprechend große Anzahl von Sensoren verwendet werden müsste. Dies würde die Kosten erhöhen, aber auch die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten technischer Probleme an einem Sensor erhöhen (was zu Reparaturkosten und Wartungsstillständen führt). Somit besteht im Stand der Technik ein gewisser Widerwille, das vorab beschriebene Ansteuerungsverfahren bei einer angetriebenen Vorrichtung mit einer größeren Anzahl von angetriebenen Teilen einzusetzen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein Verfahren zur Ansteuerung einer angetriebenen Vorrichtung, die einen Hubarm, einen dazugehörigen Hubaktuator, eine Werkzeugbefestigungsvorrichtung zur Befestigung eines Werkzeugs und einen dazugehörigen Kippaktuator aufweist, und das gegenüber bislang bekannten Verfahren zur Ansteuerung einer angetriebenen Vorrichtung verbessert ist, vorzuschlagen. Die Erfindung betrifft weiterhin eine verbesserte Steuervorrichtung, eine verbesserte angetriebene Vorrichtung, und ein verbessertes Nutzfahrzeug.
Es wird vorgeschlagen ein Verfahren zur Ansteuerung einer angetriebenen Vorrichtung, die einen Hubarm, einen dazugehörigen Hubaktuator, eine Werkzeugbefestigungsvorrichtung zur Befestigung eines Werkzeugs und einen dazugehörigen Kippaktuator aufweist, derart durchzuführen, dass das auf die Werkzeugbefestigungsvorrichtung ausgeübte Drehmoment unter Verwendung der Stellung der Werkzeugbefestigungsvorrichtung, einer Masseninformation, welche die an der Werkzeugbefestigungsvorrichtung befindliche Masse beschreibt, sowie einer Werkzeugtypinformation, welche die Eigenschaften des an der Werkzeugbefestigungsvorrichtung zu befestigenden Werkzeugs beschreibt, berechnet wird. Bei Verwendung dieses Vorschlags ist es möglich, die Abhängigkeit der Geschwindigkeit einer passiven Bewegung (insbesondere einer schwerkraftunterstützten Bewegung; Abwärtsbewegung; vorwärtsrotierenden Bewegung; ausschüttenden Bewegung; einer warenfreigebenden Bewegung) des an der Werkzeugbefestigungsvorrichtung befestigten Werkzeugs zumindest weitgehend von der Größe und/oder der Verteilung der Masse des an der Werkzeugbefestigungsvorrichtung befestigten Werkzeugs (einschließlich Masse der Ladung) zu entkoppeln. Dies erfolgt durch Berechnung des Drehmoments, das auf die Werkzeugbefestigungsvorrichtung ausgeübt wird. Es ist einsichtig, dass es üblicherweise ausreichend ist, wenn die Berechnung eine mehr oder weniger gute Abschätzung des Drehmoments ermittelt. Insbesondere dann, wenn man an den vorab beschriebenen Überraschungseffekt denkt, bei dem vom Werkzeug eine unerwartet große Masse gehalten wird, welche wiederum mit der Werkzeugbefestigungsvorrichtung verbunden ist, und die eine unerwartet schnelle passive Bewegung der Werkzeugbefestigungsvorrichtung verursacht, wenn der Bediener eine bestimmte Stellung des Steuerungsorgans anwendet, so kann dieses unerwünschte Verhalten üblicherweise bereits dann in ausreichendem Maße verringert werden, wenn eine passable Abschätzung des Drehmoments ermittelt wird. Genauer gesagt: eine extrem gute Abschätzung mit lediglich einigen wenigen Prozent an Unsicherheit beim Drehmoment ist möglicherweise von einer akademischen Sichtweise her interessant; da jedoch ein üblicher Bediener üblicherweise einen in einem gewissen Ausmaß geschätzten und konservativen Steuerbefehl einstellen wird, insbesondere dann, wenn sich das Werkzeug in der Nähe eines Hindernisses befindet und/oder wenn die von dem Werkzeug gehaltene Ladung einigermaßen schwer aussieht (obgleich sie weniger schwer aussieht, als sie tatsächlich sind), wird ein vernünftiger Bediener anfänglich eine vergleichsweise langsame Bewegung befehlen. Selbst dann, wenn die tatsächliche Bewegungsgeschwindigkeit die gewünschte Bewegungsgeschwindigkeit um beispielsweise bis zu 10 %, 20 %, 30 %, 40 % oder sogar 50 % übersteigen würde (um lediglich einige Beispiele zu nennen), wäre die resultierende Bewegungsgeschwindigkeit noch ausreichend niedrig, um den Bediener nicht übermäßig zu überraschen. Darüber hinaus kann eine wichtige Eingabe in Form einer Masseninformation von einer Quelle (typischerweise einem Sensor) geliefert werden, die bereits vorhanden ist, oder die sozusagen bei üblichen Aufbauten einer angetriebenen Vorrichtung „ohnehin vorhanden“ ist. In der Tat messen heutige Bauweisen recht häufig die Belastung an der angesteuerten Vorrichtung (zumindest näherungsweise). Dies erfolgt aus mehreren Gründen, beispielsweise um eine passive Abwärtsbewegung des Hubarms zu kompensieren (um die passive Bewegungsgeschwindigkeit zumindest näherungsweise von der Belastung am Hubarm zu entkoppeln), oder um ausreichend Leistung bereitstellen zu können, wenn eine Aufwärtsbewegung des Hubarms befohlen wird. Typischerweise erfolgen die Messungen mittels Kraftaufnehmern/Kraftmeßsensoren die an und/oder in mechanischer Verbindung mit dem Hubarm befestigt sind, mittels Drucksensoren (Druckaufnehmern) zur Messung des Hydraulikdrucks des Aktuators, oder mittels eines sonstigen geeigneten Sensors oder einer sonstigen geeigneten Einrichtung (einschließlich dessen/deren Platzierung). Mit anderen Worten wird die Masseninformation, die bereits ermittelt wurde, für einen zusätzlichen Zweck verwendet. In jedem Fall kann bei Verwendung des vorliegenden Vorschlags ein zusätzlicher Sensor zu Zwecken der Kompensation des Ansteuerungsbefehls für die Werkzeugbefestigungsvorrichtung vermieden werden, zumindest aber kann der betreffende Sensor weniger präzise oder weniger zuverlässig gewählt werden, da eine bestimmte zusätzliche Redundanz zur Verfügung steht. Weiterhin wird eine Werkzeugtypinformation zur Berechnung des auf die Werkzeugbefestigungsvorrichtung ausgeübten Drehmoments verwendet. Dies erfolgt, weil unterschiedliche Werkzeuge eine unterschiedliche Beziehung zwischen der Masse der Ladung und dem ausgeübten Drehmoment aufweisen, wobei es sich bei der Abhängigkeit um einen „absoluten“ multiplikativen Faktor und/oder um eine Abhängigkeit zwischen dem Kippwinkel und dem Drehmoment und/oder um eine hiervon abweichende Abhängigkeit handeln kann. Um ein Beispiel zu nennen: ein Ballengreifer weist verglichen mit einer Schaufel oder einem (Bagger-)Löffel üblicherweise einen größeren Abstand zwischen dem Schwerpunkt und der Drehachse der Werkzeugbefestigungsvorrichtung auf (was sich im Wesentlichen in einem unterschiedlichen multiplikativen Faktor äußert). Zusätzlich oder alternativ ist der funktionale Zusammenhang zwischen dem aktuellen Winkel/der aktuellen Stellung der Werkzeugbefestigungsvorrichtung (in Bezug auf den Horizont/die Umgebung und/oder dem Hubarm und/oder einer hiervon abweichenden Vorrichtung) sowie dem auf die Werkzeugbefestigungsvorrichtung wirkenden Drehmoment für unterschiedliche an der Werkzeugbefestigungsvorrichtung befestigte Werkzeuge üblicherweise ebenfalls unterschiedlich. Wie die Werkzeugtypinformation erhalten wird, ist im Wesentlichen irrelevant. Insbesondere kann eine manuelle oder eine automatische Eingabe (oder eine Kombination hiervon) verwendet werden, wobei aus Gründen der Benutzerfreundlichkeit typischerweise eine automatische Eingabe bevorzugt wird. Der Hubaktuator und/oder der Kippaktuator kann eine im Wesentlichen beliebige Bauweise aufweisen. Sie sollten jedoch die Möglichkeit für eine passive Bewegung haben. Insbesondere sollte eine schwerkraftunterstützte Bewegung des betreffenden Aktuators/der betreffenden Aktuatoren möglich sein. Dies betrifft insbesondere den Kippaktuator/die Kippaktuatoren. Ein besonders relevantes Beispiel für einen derartigen Aktuator/für derartige Aktuatoren ist ein Hydraulikkolben. Der Vollständigkeit halber sollte darauf hingewiesen werden, dass sich im Falle eines Hydraulikkolbens (wobei bestimmte andere Arten von Aktuatoren nicht ausgeschlossen sind) ein auf die Werkzeugbefestigungsvorrichtung einwirkendes Drehmoment typischerweise in einer Translationskraft/linear wirkenden Kraft auf den Hydraulikkolben (oder sonstigen Aktuator) äußert. Es ist zu erwähnen, dass dies nicht notwendigerweise eine lineare Beziehung zwischen dem Drehmoment und der auf den Zylinder einwirkenden Kraft impliziert. Im Gegenteil wird typischerweise ein nicht-linearer Zusammenhang gegeben sein (insbesondere, weil dort typischerweise eine Art von Kopplungsanlenkung vorhanden sein wird).
Insbesondere sollte das Verfahren derart ausgeführt werden, dass die Eigenschaften des Werkzeugs, das an der Werkzeugbefestigungsvorrichtung befestigt ist, bzw. an dieser zu befestigen ist, die Länge des Abstands zwischen dem Drehpunkt und dem Schwerpunkt des an der Werkzeugbefestigungsvorrichtung befestigten (zu befestigenden) Werkzeugs und/oder den Winkel zwischen der Richtung der Verbindungslinie zwischen dem Drehpunkt und dem Schwerpunkt des an der Werkzeugbefestigungsvorrichtung befestigten (zu befestigenden) Werkzeugs, und der Richtung der Schwerkraft in Abhängigkeit von seiner Stellung und/oder seiner Masse umfasst. Werden diese Informationen verwendet, sind typischerweise die wesentlichen beeinflussenden Parameter des Drehmoments berücksichtigt. Dementsprechend ist das berechnete Drehmoment typischerweise für übliche Anwendungsgebiete ausreichend genau. Natürlich kann das Drehmoment bei Verwendung von mehr Informationen und Messungen genauer berechnet werden.
Insbesondere wird vorgeschlagen, dass das Verfahren zur Berechnung eines Kompensationssignals zur Modifikation des an den Kippaktuator angelegten Steuersignals verwendet wird, insbesondere zur Kompensation der Veränderung des auf die Werkzeugbefestigungsvorrichtung ausgeübten Drehmoments in Abhängigkeit von der Stellung der Werkzeugbefestigungsvorrichtung, vorzugsweise derart, dass eine konstante Drehgeschwindigkeit der Werkzeugbefestigungsvorrichtung aufrechterhalten wird und/oder derart, dass die Veränderung des auf die Werkzeugbefestigungsvorrichtung ausgeübten Drehmoments in Abhängigkeit von der aktuellen Masse des an der Werkzeugbefestigungsvorrichtung befestigten Werkzeugs (insbesondere einschließlich der Ladung) kompensiert wird. Bei Verwendung dieser Idee kann die Benutzerfreundlichkeit der angesteuerten Vorrichtung erhöht werden. Weiterhin kann das Risiko einer Beschädigung oder von Unfällen weiter verringert werden. Insbesondere kann der Bediener das Ansteuersignal auf eine bestimmte Stellung setzen, ohne die aktuelle Belastung der angesteuerten Vorrichtung in Betracht zu ziehen. Selbst dann, wenn das an der Werkzeugbefestigungsvorrichtung anliegende Drehmoment besonders groß ist (beispielsweise aufgrund einer unerwartet großen Belastung und/oder eines unerwartet großen Einflusses der aktuellen Position/Stellung der Werkzeugbefestigungsvorrichtung/des an der Werkzeugbefestigungsvorrichtung befestigten Werkzeugs) wird die Bewegungsgeschwindigkeit nicht zu groß werden, oder sogar annäherungsweise die Gleiche sein, unabhängig von der aktuellen Belastung und/oder Position und/oder Stellung. Dadurch können übermäßige oder gefährliche Geschwindigkeiten vermieden werden. Weiterhin ist der Bediener nicht mehr notwendigerweise dazu gezwungen, dass er eine Bewegung mit einem besonders vorsichtigen/konservativen Steuerkommando beginnt. Weiterhin ist es sogar möglich, dass die Kippgeschwindigkeit/Drehgeschwindigkeit der Werkzeugbefestigungsvorrichtung/des an der Werkzeugbefestigungsvorrichtung befestigten Werkzeugs bei einer im Wesentlichen gleichen Steuereingabe in einem gewissen Umfang oder sogar im Wesentlichen gleich bleibt, obwohl sich das Drehmoment mit der aktuellen Stellung der Werkzeugbefestigungsvorrichtung ändert (gegebenenfalls auch erheblich ändert). Dies bedeutet natürlich eine erhebliche Verbesserung der Benutzerfreundlichkeit der Vorrichtung.
Die Kompensation kann derart durchgeführt werden, dass eine vollständige Kompensation erfolgt, was also bedeuten kann, dass sich das System bei einer bestimmten Steuereingabe so verhält, als ob es keine Abhängigkeit der Bewegungsgeschwindigkeit gäbe, auch wenn unterschiedliche Lasten und/oder unterschiedliche Positionen der Werkzeugbefestigungsvorrichtung und/oder unterschiedliche Werkzeuge an der Werkzeugbefestigungsvorrichtung vorhanden sind. Es ist jedoch ebenfalls möglich, eine lediglich teilweise Kompensation durchzuführen, sodass ein an bisherige Maschinen gewöhnter Bediener nicht von dem unterschiedlichen Betriebsverhalten der Vorrichtung überrascht wird. Der Kompensationsfaktor kann 10 %, 20 %, 30 %, 40 %, 50 %, 60 %, 70 %, 80 % oder 90 % sein (die genannten Werte können als Obergrenze und/oder als Untergrenze für ein kontinuierliches Intervall von nutzbaren Faktoren verwendet werden). Die Einstellungen können im Herstellungsbetrieb, vom Eigentümer der Maschine („Betriebseinstellung“), oder sogar individuell vom Bediener gewählt werden. Auf diese Weise kann für Bediener, die an bisherige Maschinen gewöhnt sind, eine „Abgewöhnungsphase“ realisiert werden.
Es ist möglich, dass das Verfahren derart durchgeführt wird, dass die Stellung der Werkzeugbefestigungsvorrichtung unter Verwendung einer Positionsinformation des Hubarms und/oder der Werkzeugbefestigungsvorrichtung bestimmt wird, insbesondere unter Verwendung der Information von zumindest einem Positionssensor und/oder von zumindest einem Translationspositionssensor und/oder von zumindest einem Winkelpositionssensor. Auf diese Weise kann für die Stellung ein verlässlicher Wert ermittelt werden, wobei vergleichsweise kostengünstige Sensoren verwendet werden. Weiterhin sollte darauf hingewiesen werden, dass derartige Sensoren im Zusammenhang mit angesteuerten Vorrichtungen des vorliegenden Typs bereits vergleichsweise häufig für anderweitige Zwecke verwendet werden, beispielsweise um den Bewegungsbereich zu begrenzen, oder um beispielsweise einen gemessenen Endanschlag für einen Aktuator zur Verfügung zu stellen. Es sollte erwähnt werden, dass eine Positionsinformation in Bezug auf die Werkzeugbefestigungsvorrichtung alleine üblicherweise nicht ausreichend ist, da die Stellung der Werkzeugbefestigungsvorrichtung üblicherweise auch (zumindest) von der Position des Hubarms und/oder anderer Komponenten abhängt. Dementsprechend ist zur Bestimmung einer ausreichend genauen Information bezüglich der Stellung üblicherweise eine Mehrzahl von Informationen erforderlich.
Weiterhin wird vorgeschlagen, das Verfahren derart durchzuführen, dass die an der Werkzeugaufnahmevorrichtung befindliche Masse unter Verwendung einer Belastungsinformation, welche eine auf den Hubarm einwirkende Belastung beschreibt, bestimmt wird, insbesondere unter Verwendung einer Information von einem Drucksensor, vorzugsweise einem Drucksensor, der die auf den Hubaktuator einwirkende Belastung beschreibt. Auf diese Weise kann eine Information bezüglich der Masse erhalten werden. Die Druckmessung kann innerhalb der betreffenden Kammer durchgeführt werden (der betreffende Drucksensor kann also dort platziert werden), aber auch benachbart zur Kammer, beispielsweise in einer Hydraulikleitung, die die betreffende Kammer versorgt (wobei die Entfernung zwischen der Kammer und dem Messpunkt vergleichsweise gering sein sollte, um Messfehler aufgrund von Fluidströmungsverlusten und dergleichen zu vermeiden). Oftmals werden solche Informationen/solche Sensoren bei heutigen angetriebenen Vorrichtungen vom in der Rede stehenden Typ ohnehin gewonnen und/oder verwendet. Dementsprechend kann das Erfordernis von zusätzlichen Sensoren vermieden werden. Ebenso ist es möglich, weniger genaue und/oder weniger verlässliche zusätzliche Sensoren zu verwenden, da dank der vorgeschlagenen Bauweise ein bestimmtes Redundanzniveau gegeben ist.
Vorzugsweise wird das Verfahren derart durchgeführt, dass die Sensorinformation, insbesondere die Drucksensorinformation, hinsichtlich Reibung, Geschwindigkeit und Fluidströmungseffekten, welche die von den Sensoren ermittelte Information beeinflussen, kompensiert wird. Auf diese Weise kann die Genauigkeit des berechneten Drehmoments weiter erhöht werden. Insbesondere können in vielen Fällen Sensordaten verwendet werden, die ohnehin für einen anderweitigen Zweck ermittelt werden. Somit kann diese Weiterbildung ohne zusätzliche Sensoren und mit geringen Kosten umgesetzt werden.
Vorzugsweise weist der Hubaktuator und/oder der Kippaktuator zumindest einen Hydraulikaktuator auf, insbesondere zumindest einen Hydraulikkolben; oder der Hubaktuator und/oder der Kippaktuator ist im Wesentlichen als Hydraulikaktuator, insbesondere als zumindest ein Hydraulikkolben, ausgebildet. Auf diese Weise ähnelt der mechanische Aufbau der vorgeschlagenen Vorrichtung Standardbauweisen, sodass das Verfahren mit lediglich geringfügigen Änderungen der angesteuerten Vorrichtung, oder sogar als unmittelbare Austauschlösung für heutige angesteuerte Vorrichtungen verwendet werden kann. Auf diese Weise kann das Verfahren besonders kostengünstig genutzt werden und/oder die Akzeptanz zur Verwendung des vorliegend vorgeschlagenen Verfahrens kann erhöht werden.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Werkzeugtypinformation unter Verwendung einer automatischen Werkzeugtyperkennungsvorrichtung ermittelt wird und/oder unter Verwendung einer von durch einen Bediener eingegebene Werkzeugtypinformation ermittelt wird und/oder unter Verwendung einer Werkzeugtypinformation, die sich aus dem Bewegungsverhalten während eines Betriebs der angetriebenen Vorrichtung ergibt, ermittelt wird. Eine automatische Werkzeugtyperkennungsvorrichtung kann von einer mechanischen Vorrichtung herrühren, beispielsweise durch eine bestimmte mechanische Kodierung, die an einem Werkzeug angebracht wird, und die durch ein geeignet ausgebildetes mechanisches Codelesegerät (beispielsweise unter Verwendung von Sensorstiften oder ähnlichem) ausgelesen wird. Zusätzlich oder alternativ kann ein optisches Lesegerät verwendet werden, welches optische Markierungen lesen kann, die auf einem Werkzeug platziert sein können. Weiter kann zusätzlich oder alternativ eine drahtlose Identifikation genutzt werden, insbesondere unter Verwendung von RFID-Vorrichtungen und einem geeigneten Lesegerät (RFID = Redio Frequency IDentification). Die Verwendung einer derartigen automatischen Werkzeugtyperkennungsvorrichtung ist besonders benutzerfreundlich und üblicherweise auch besonders fehlersicher. Dennoch kann zusätzlich oder alternativ auch eine manuelle Eingabe durch einen Benutzer von Vorteil sein, beispielsweise als Rückfallposition, falls eine automatische Erkennung nicht gelingt. Darüber hinaus kann eine manuelle Eingabe genutzt werden, wenn die angesteuerte Vorrichtung als unmittelbare Austauschlösung für Standardvorrichtungen o. ä. verwendet wird. Insbesondere sollte erwähnt werden, dass auch dann, wenn eine geeignet ausgebildete angesteuerte Vorrichtung mit einem geeigneten Lesegerät zum Einlesen einer Werkzeugtypinformation verwendet wird, die angesteuerte Vorrichtung auch bei Verwendung von bereits vorhandenen Werkzeugen weiterhin funktionstüchtig sein sollte. Auf diese Weise kann die vorliegend vorgeschlagene angesteuerte Vorrichtung besonders einfach als Ersatz für eine defekte Vorrichtung verwendet werden, und dennoch können bereits vorhandene Werkzeuge weiterhin verwendet werden. Zusätzlich oder alternativ kann in dem Fall, in dem während eines Betriebs der angetriebenen Vorrichtung das Bewegungsverhalten überprüft wird, zumindest nach einer gewissen Betriebszeit eine automatische Werkzeugtyperkennung ermöglicht werden, obgleich keine automatische Werkzeugtyperkennungsvorrichtung/ein mit Werkzeugtypinformationen versehenes Werkzeug vorhanden ist. Weiterhin kann die genannte Überprüfung des Bewegungsverhaltens zur Verbesserung der Kompensationsqualität des vorliegend vorgeschlagenen Verfahrens verwendet werden und/oder zur Erkennung von Lesefehlern einer automatischen Werkzeugtyperkennungsvorrichtung verwendet werden und/oder zum Erkennen von fehlerhaften Bedienereingaben verwendet werden.
Es wird weiterhin vorgeschlagen, dass die Berechnung unter Verwendung einer mathematischen Beschreibung der Anordnung erfolgt und/oder die Berechnung unter Verwendung einer Wertetabelle erfolgt. Eine mathematische Beschreibung kann einen besonders guten Kompensationseffekt ermöglichen. Die Verwendung einer Wertetabelle bei der Durchführung der Berechnung kann beispielsweise dahingehend von Vorteil sein, dass weniger Berechnungsschritte notwendig sind und das Verfahren in Zusammenhang mit bereits vorhandenen Steuergeräten verwendet werden kann (da die zusätzlichen Berechnungen von bereits vorhandenen elektronischen Steuergeräten durchgeführt werden können). Es ist darauf hinzuweisen, dass Zwischenwerte ermittelt werden können, indem die in der Wertetabelle gespeicherten Werte interpoliert werden.
Weiterhin wird vorgeschlagen, das Verfahren derart durchzuführen, dass die angesteuerte Vorrichtung ein an der Werkzeugbefestigungsvorrichtung befestigtes Werkzeug aufweist, wobei das Werkzeug vorzugsweise der Gruppe entnommen ist, die Gabeln, Ballengreifer, Schaufeln und (Bagger-)Löffel aufweist. Die Werkzeuge (insbesondere die explizit genannten Werkzeuge, aber auch andere) können vorzugsweise miteinander austauschbar verwendet werden. Erste Experimente haben gezeigt, dass in diesem Fall das Verfahren besonders vorteilhafte Ergebnisse zeigt.
Weiterhin wird eine Steuervorrichtung, insbesondere eine elektronische Steuervorrichtung, vorgeschlagen, welche derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass sie ein Verfahren gemäß der vorherigen Beschreibung durchführt. Die Steuervorrichtung kann ebenfalls im vorab beschriebenen Sinne ausgebildet und/oder abgewandelt werden, zumindest in Analogie. Auf diese Weise kann die Steuervorrichtung die gleichen Vorteile und Eigenschaften wie das vorab beschriebene Verfahren zeigen, zumindest in Analogie.
Weiterhin wird eine angesteuerte Vorrichtung vorgeschlagen, die einen Hubarm, einen dazugehörigen Hubaktuator, eine Werkzeugbefestigungsvorrichtung zur Befestigung eines Werkzeugs, einen dazugehörigen Kippaktuator, sowie eine Steuervorrichtung vom vorab beschriebenen Typ aufweist. Die angesteuerte Vorrichtung kann ebenfalls im vorab beschriebenen Sinne ausgebildet und/oder abgewandelt werden, zumindest in Analogie. Eine derartige angesteuerte Vorrichtung kann die vorab beschriebenen Eigenschaften und Vorteile zumindest in Analogie aufweisen.
Weiterhin wird ein Nutzfahrzeug vorgeschlagen, das eine angesteuerte Vorrichtung vom vorerwähnten Typ aufweist. Das Nutzfahrzeug kann im vorab beschriebenen Sinne ausgebildet und/oder abgewandelt werden, zumindest in Analogie. Ein derartiges Nutzfahrzeug kann zumindest in Analogie die gleichen, vorab beschriebenen Eigenschaften und Vorteile aufweisen.
Weitere Vorteile, Eigenschaften und Aufgaben der Erfindung ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung in Kombination mit den dazugehörigen Zeichnungen. Die Zeichnungen zeigen:

1: den schematischen Aufbau eines Ausführungsbeispiels einer angetriebenen Hydraulikvorrichtung;
2: den Mechanikteil eines Ausführungsbeispiels einer angetriebenen Hydraulikvorrichtung in einer schematischen Seitenansicht mit zwei unterschiedlichen, daran angebrachten Werkzeugen;
3: ein Flussdiagramm eines möglichen Ausführungsbeispiels eines Steuerungsschema einer kompensierten angetriebenen Hydraulikvorrichtung.

1 zeigt den schematischen Aufbau eines möglichen Ausführungsbeispiels einer angetriebenen Hydraulikvorrichtung 1. Die angetriebenen Hydraulikvorrichtung 1 weist eine hydraulisch angetriebene Armvorrichtung 2 mit einem Hubarm 3 und einer Werkzeugbefestigungsvorrichtung 5, sowie ein daran befestigtes Werkzeug auf. Vorliegend handelt es sich bei dem an der Werkzeugbefestigungsvorrichtung 5 befestigten Werkzeug um eine Schaufel 7. Der Hubarm 3 wird durch einen Hubhydraulikkolben 4 bewegt, wohingegen die Werkzeugbefestigungsvorrichtung 5 von einem Kipphydraulikkolben 6 bewegt wird. Der Kipphydraulikkolben 6 bewegt die Werkzeugbefestigungsvorrichtung 5/die Schaufel 7 über eine Z-Kinematik 8. Ein derartiger Aufbau ist als solcher im Stand der Technik bekannt.
Die Bewegung der hydraulisch angetriebenen Armvorrichtung 2 wird durch eine geeignete Steuereingabe angestoßen, welche vorliegend mittels eines Steuerungs-Joysticks 9 durch einen Bediener erfolgt. Die Steuerbefehle, die mittels des Steuerungs-Joysticks 9 eingegeben werden, werden über ein Fahrzeugbussystem 10 (oder mittels anderer Mittel) an eine elektronische Steuerung 11 gesendet. Die elektronische Steuerung 11 verwendet diese Eingabe, sowie die zusätzlichen Eingangsdaten der diversen Sensoren 12, 13, 14 und 15 (wie im folgenden im Detail beschrieben werden wird) um Ausgabesignale für eine Steuerventilanordnung 16 zu erzeugen, welche eine Mehrzahl von steuerbaren Steuerventilen aufweist. Das für den Antrieb der angetriebenen Hydraulikvorrichtung 1 benötigte unter Druck gesetzte Hydrauliköl wird von einer Hydraulikpumpe 17 erzeugt.
Der Vollständigkeit halber sollte erwähnt werden, dass üblicherweise die Hydraulikpumpe 17 zusätzlich mehrere weitere Hydraulikverbraucher versorgt. In 1 ist als Beispiel für einen solchen möglichen Hydraulikverbraucher ein Hydrauliklenksystem 18 schematisch eingezeichnet, wobei das Hydrauliklenksystem 18 mittels eines Vorrangventils 19 mit dem Hydraulikkreislauf verbunden ist. Wie bereits erwähnt ist dies lediglich als Beispiel für einen möglichen zusätzlichen Verbraucher 18, 19 aufgeführt, wobei der zusätzliche Verbraucher/die zusätzlichen Verbraucher auch optional sein können (das heißt, dass gegebenenfalls keine zusätzlichen Verbraucher vorhanden sind).
Abgesehen von der Steuereingabe mittels Steuerungs-Joystick 9, erhält beim vorliegend dargestellten Ausführungsbeispiel die elektronische Steuerung 11 zusätzlich eine Eingabe von einem Hubarmwinkelsensor 12, einem Werkzeugwinkelsensor 13, einem ersten Hubarmkolbendruckmeßsensor 14, und einem zweiten Hubarmkolbendruckmeßsensor 15.
Der Hubarmwinkelsensor 12 misst den Winkel des Hubarms 3 relativ zur Fahrzeugkarosserie (nicht dargestellt), an dem die hydraulisch angetriebene Armvorrichtung 2 befestigt ist. In ähnlicher Weise misst der Werkzeugwinkelsensor 13 den Winkel der Werkzeugbefestigungsvorrichtung 5 relativ zum Hubarm 3. Für eine mit der Technik vertraute Person ist es klar, dass die Stellung der Werkzeugbefestigungsvorrichtung 5 (und somit auch die Stellung des Werkzeugs; vorliegend eine Schaufel 7) in Relation zur Umgebung/dem Horizont/der Fahrzeugkarosserie durch eine geeignete Kombination der Messwerte des Hubarmwinkelsensors 12 und des Werkzeugwinkelsensors 13 ermittelt werden kann. Die erforderlichen Berechnungen können von der elektronischen Steuerung 11 durchgeführt werden.
Weiterhin misst der erste Hubarmkolbendruckmeßsensor 14 (im Wesentlichen) den Hydraulikfluiddruck in der ersten Kolbenkammer 21 des Hubhydraulikkolbens 4 (die erste Kolbenkammer 21 vergrößert ihr Volumen, wenn der Hubarm 3 angehoben wird; dementsprechend strömt während einer solchen Bewegung Fluid in die erste Kolbenkammer 21 hinein und aus der zweiten Kolbenkammer 22 heraus; weiterhin ist während einer solchen Bewegung der Druck in der zweiten Kolbenkammer 22 niedriger als der Druck in der ersten Kolbenkammer 21), wohingegen der zweite Hubarmkolbendruckmeßsensor 15 (im Wesentlichen) den Hydraulikfluiddruck in der zweiten Kolbenkammer 22 des Hubhydraulikkolbens 4 misst (die zweite Kolbenkammer 22 vergrößert ihr Volumen, wenn der Hubarm 3 abgesenkt wird; dementsprechend fließt während einer solchen Bewegung Fluid in die zweite Kolbenkammer 22 hinein und aus der ersten Kolbenkammer 21 heraus; weiterhin kann während einer solchen Bewegung der Druck in der zweiten Kolbenkammer 22 niedriger oder höher als der Druck in der ersten Kolbenkammer 21 sein, je nachdem ob eine passive (schwerkraftunterstützte) Bewegung, oder eine positiv angetriebene Bewegung vorliegt). In der Tat kann dies der Grund sein, warum zwei Druckmeßsensoren 14, 15 verwendet werden. Falls eine aktiv angetriebene Abwärtsbewegung (fast) nie auftritt, kann sich die Verwendung eines einzelnen Druckmeßsensors 14, 15 (nämlich des ersten Hubarmkolbendruckmeßsensors 14) als ausreichend erweisen.
Die Verwendung der vorliegend dargestellten und beschriebenen Sensoren 12, 13, 14, 15 (also des Hubarmwinkelsensors 12, des Werkzeugwinkelsensors 13, des ersten Hubarmkolbendruckmeßsensors 14 und des zweiten Hubarmkolbendruckmeßsensors 15) ist für angetriebene Hydraulikvorrichtungen vom vorliegend in Rede stehenden Typ weit verbreitet.
Weiterhin ist es im Stand der Technik üblich, dass für eine Absenkbewegung des Hubarms 3 und/oder eine Ausschüttbewegung der Schaufel 7 (entspricht in 1 einer Bewegung im Uhrzeigersinn) die Schwerkraft genutzt wird. Dies erfolgt, um Energie zu sparen, aber auch um die Geräuschentwicklung zu verringern und einen Verschleiß der unterschiedlichen Teile der angetriebenen Hydraulikvorrichtung 1 zu verringern. Dementsprechend wird eine Abwärtsbewegung des Hubarms 3 von der elektronischen Steuerung 11 (nach Empfang eines entsprechenden Steuerbefehls durch den Benutzer mittels des Steuerungs-Joysticks 9) normalerweise derart angesteuert, dass die diversen Steuerventile der Steuerventilanordnung 16 so angesteuert werden, dass eine Durchflussöffnung geöffnet wird, und so die erste Kolbenkammer 21 des Hubhydraulikkolbens 4 (deren Druck mittels des ersten Hubarmkolbendruckmeßsensors 14 gemessen wird) fluidisch mit dem Fluidreservoir 20 verbunden wird, und so Hydraulikfluid aus der betreffenden Kammer 21 in Richtung Fluidreservoir 20 strömen kann. Gleichzeitig wird eine weitere Durchflussöffnung geöffnet, sodass auch die zweite Kolbenkammer 22 des Hubhydraulikkolbens 4 (deren Druckniveau mit dem zweiten Hubarmkolbendruckmeßsensor 15 gemessen wird) ebenfalls mit dem Fluidreservoir 20 verbunden wird, und so Fluid aus dem Fluidreservoir 20 das sich vergrößernde Volumen der zweiten Kolbenkammer 22 des Hubhydraulikkolbens 4 befüllen kann. Die Geschwindigkeit der Abwärtsbewegung wird durch eine geeignete Größe der Durchflussöffnungen gesteuert. Wie die variable Größe der Durchflussöffnungen technisch realisiert ist, ist üblicherweise nicht von größerer Bedeutung. Insbesondere können Lösungen, wie sie im Stand der Technik bekannt sind, verwendet werden. Beispielsweise kann hierfür ein Kolben (wobei es sich um einen steuerbaren Kolben handelt) verschoben werden. Vorzugsweise sollte zwischen der Bedienereingabe und der Größe der Durchflussöffnung eine gewisse Kontinuität herrschen. Mathematisch gesprochen sollte sich die Größe der Durchflussöffnung monoton vergrößern, vorzugsweise streng monoton vergrößern.
Da die Fluidströmungen durch die entsprechenden Ventile der Steuerventilanordnung 16 (wobei die Fluidströme die lineare Bewegungsgeschwindigkeit des Hydraulikkolbens 4 bestimmen) nicht nur von der Größe der Durchflussöffnungen der Steuerventile abhängen, sondern auch von den Druckdifferenzen an den betreffenden Ventilen abhängen, hat auch die Belastung des Hubarms 3 einen Einfluss auf die Absenkgeschwindigkeit. Dies ist der Fall, weil die Belastung des Hubarms die Druckdifferenz Δp an den Ventilen beeinflusst. Genauer gesagt gilt die Formel $Q = k A \sqrt{Δ p},$
wobei Q die Strömung durch das Ventil, k die Ventilkonstante, A den Durchflussquerschnitt des Ventils und Δp die Druckdifferenz am Ventil darstellt.
Die Belastung des Hubarms 3 kann wiederum mittels den vom ersten 14 und zweiten 15 Hubarmkolbendruckmeßsensor gemessenen Drücken (zumindest näherungsweise) bestimmt werden. Die Daten dieser Sensoren 14,15 werden somit von der elektronischen Steuerung 11 verwendet, um die über den Steuerungs-Joystick 9 eingegebenen Steuerbefehle derart zu modifizieren, dass die Absenkgeschwindigkeit näherungsweise nur vom Winkel des Steuerungs-Joysticks 9 abhängt, und nicht mehr von der Belastung des Hubarms 3.
Lediglich der Vollständigkeit halber wird darauf hingewiesen, dass in dem Fall, in dem die Schwerkraft nicht ausreicht, um eine (ausreichend schnelle) Absenkbewegung des Hubarms 3 zu bewirken, die elektronische Steuerung 11 die Steuerventilanordnung 16 derart ansteuern kann, dass unter Druck befindliches Hydraulikfluid in die zweite Kolbenkammer 22 des Hubkolbens 4 gepumpt wird, um so eine garantierte, angetriebene Abwärtsbewegung des Hubarms 3 zu erzeugen.
Eine weitere Modifikation der vorliegend beschriebenen angetriebenen Hydraulikvorrichtung 1 gegenüber üblichen angetriebenen Hydraulikvorrichtungen besteht darin, dass die elektronische Steuerung 11 zusätzlich diverse Sensordaten von Sensoren 12, 13, 14, 15 (also Hubarmwinkelsensor 12, Werkzeugwinkelsensor 13, erster Hubarmkolbendruckmeßsensor 14 und zweiter Hubarmkolbendruckmeßsensor 15) verwendet, um das Drehmoment an der Werkzeugbefestigungsvorrichtung 5 (zumindest näherungsweise) genauer zu berechnen. Es ist darauf hinzuweisen, dass das auf die Werkzeugbefestigungsvorrichtung 5 einwirkende Drehmoment sowohl von der Position des Hubarms 3 und der Werkzeugbefestigungsvorrichtung 5, der Belastung, die aktuell vom Werkzeug gehalten wird (und damit näherungsweise der auf den Hubarm 3 einwirkenden Belastung, wenn das Gewicht des Werkzeugs hinzu gezählt wird; die Kraft ist hängt jedoch üblicherweise auch von der Position des Hubarms 3 und der Werkzeugbefestigungsvorrichtung 5 ab), und dem Werkzeugtyp des an der Werkzeugbefestigungsvorrichtung 5 befestigten Werkzeugs abhängt, was im Folgenden genauer beschrieben werden wird.
Ähnlich zur Modifikation des Steuerungssignals für die Steuerventilanordnung 16 durch die elektronische Steuerung 11 im Hinblick auf eine Ventilansteuerung zur Steuerung der Position des Hubarmkolbens 4 (und damit des Hubarms 3), wird auch der Eingabebefehl des Steuerungs-Joysticks 9 von der elektronischen Steuerung 11 modifiziert, bevor er an die Steuerventilanordnung 16 angelegt wird, wenn eine schwerkraftunterstützte Bewegung der Werkzeugbefestigungsvorrichtung 5 befohlen wird (im vorliegend dargestellten Ausführungsbeispiel mit einer Schaufel 7 versehen; dies entspricht einer Drehung der Schaufel 7, so wie sie in 1 eingezeichnet ist, im Uhrzeigersinn). Ähnlich wie dies beim Hubarm 3 der Fall ist, erfordert je nach aktueller Situation eine üblicherweise schwerkraftunterstützte Bewegung der Schaufel 7 (Drehung im Uhrzeigersinn) eine angetriebene Bewegung.
Genauer gesagt wird unter Verwendung der Eingabe am Steuerungs-Joystick 9 und unter Berücksichtigung der Eingangsdaten der diversen Sensoren 12, 13, 14, 15 ein modifiziertes Steuersignal derart berechnet und an die Steuerventilanordnung 16 angelegt, dass die Drehgeschwindigkeit der Werkzeugbefestigungsvorrichtung 5 (und somit des daran befestigten Werkzeugs; vorliegend eine Schaufel 7) im Wesentlichen nur von der Stellung des Steuerungs-Joysticks 9 und nicht mehr von der in der Schaufel 7 befindlichen Ladung, der Stellung der hydraulisch angetriebenen Armvorrichtung 2 und/oder dem Typ des an der Werkzeugbefestigungsvorrichtung 5 angebrachten Werkzeugs abhängt.
Ein Steuerschema 30 zur Durchführung dieser Ansteuerung ist unter Bezugnahme auf 3 im Folgenden genauer gezeigt und beschrieben.
Unter Bezugnahme auf 2 ist gezeigt, dass der Typ des an der Werkzeugbefestigungsvorrichtung 5 befestigten Werkzeugs 7, 23 einen wesentlichen Einfluss auf das auf die Werkzeugbefestigungsvorrichtung 5 einwirkende Drehmoment hat, und dementsprechend auf die Kraft, die auf den Kipphydraulikkolben 6 einwirkt. Im Detail zeigt 2a eine an der Werkzeugbefestigungsvorrichtung 5 befestigte Schaufel 7, während in 2b ein Ballengreifer 23 an der Werkzeugbefestigungsvorrichtung 5 befestigt ist. Wie man 2 durch einen Vergleich der beiden 2a, 2a entnehmen kann, ist der Abstand d zwischen dem Drehpunkt 25 (Drehung zwischen Werkzeugbefestigungsvorrichtung 5 und Hubarm 3) und dem Schwerpunkt 24 beim Vergleich einer Schaufel 7 und einem Ballengreifer 23 unterschiedlich. In der Tat ist die Entfernung d zwischen dem Drehpunkt 25 und dem Schwerpunkt 24 bei einer Schaufel 7 typischerweise vergleichsweise kurz (wobei d typischerweise in einem Bereich von 25 cm liegt), während der Abstand d im Falle eines Ballengreifers 23 wesentlich größer ist (wobei d typischerweise in einem Bereich von etwa 1 m liegt).
3 zeigt ein Steuerschema 30 der Steuerungslogik, mit der ein Steuerbefehl eines Bedieners (aufweisend einen Kippaspekt CMD_tilt 31, als auch einen Hubarmbewegungsaspekt CMD_boom 41) modifiziert wird, bevor er an die entsprechenden Steuerventile einer Steuerventilanordnung 16 angelegt wird. Die erforderlichen Berechnungen können von einer elektronischen Steuerung 11 oder einer ähnlichen Vorrichtung durchgeführt werden.
Der Bedienereingabebefehl CMD_tilt 31 (Kippaspekts desselben) wird zunächst in einer Strömungsanforderungsberechnungseinheit 32 in eine Strömungsanforderung Q_CMD 33 (beispielsweise in Liter pro Minute) umgerechnet. Diese Strömungsanforderung Q_CMD 33 wird unter Verwendung der Strömungsanforderungsanpassungseinheit 34 modifiziert, sodass sich eine angepasste Strömungsanforderung Q'_CMD 35 ergibt. Zur Durchführung dieser Berechnung verwendet die Strömungsanforderungsanpassungseinheit 34 einen (Tiefpass-gefilterten) berechneten Druck p_tilt 50 im Kippzylinder 6, wobei die Berechnung im Folgenden näher beschrieben werden wird. Die angepasste Strömungsanforderung Q'_CMD 35 wird in einer Ventilansteuerungseinheit 36 in ein Ventilansteuerungssignal Q_act 37 umgesetzt und anschließend an die entsprechenden Ventile der Steuerventilanordnung 16 angelegt.
Die sich ergebende Änderung der Stellung der Werkzeugbefestigungsvorrichtung 5/des befestigten Werkzeugs 7, 23 wird in der Stellungsmeßeinheit 38 unter zusätzlicher Verwendung der Sensordaten des Werkzeugwinkelsensors 13 (gegebenenfalls auch des Hubarmwinkelsensors 12) gemessen.
Der Stellungswert X_tilt 39 wird als erstes Eingabesignal in eine Vorwärts-Kinematikeinheit 40 gefüttert.
In einem zweiten Steuerungszweigpfad wird ein einen Hubaspekt des Hubarms 3 betreffender Bedienereingabebefehl CMD_boom 41 direkt in eine Ventilansteuerungseinheit 42 eingegeben. Das derart erzeugte Ventilansteuerungssignal Q_act 43 wird an die betreffenden Ventile der Steuerventilanordnung 16 angelegt. Die sich ergebende Änderung der Position des Hubarms 3 wird gemessen 44 (beispielsweise unter Verwendung eines Hubarmwinkelsensors 12). Das betreffende Positionssignal X_boom 45 wird als zweiter Eingabewert in die Vorwärts-Kinematikeinheit 40 eingespeist.
Es ist darauf hinzuweisen, dass im vorliegend dargestellten Beispiel der Bedienereingabebefehl CMD_boom 41 für den Hubarm 3 nicht kompensiert wird, bevor er an den Hubarmkolben 4 angelegt wird. Obgleich dies sicherlich möglich ist, wird der vorliegend bestrittene Weg im Wesentlichen zur Vereinfachung der Erklärungen beschritten. Natürlich kann der Bedienereingabebefehl CMD_boom 41 für den Hubarm 3 ähnlich wie der Bedienereingabebefehl CMD_tilt 31 für den Kippaktuator 6 kompensiert werden, so wie dies vorab beschrieben wurde.
Parallel hierzu wird das Hubarmpositionssignal X_boom 45, und vorzugsweise die den Hubarmkolben 4 betreffende Druckinformation p_boom 46 (möglicherweise mittels des ersten 14 und des zweiten 15 Hubarmkolbendruckmeßsensors gemessen) in die Geschwindigkeits- und Reibungskompensationseinheit 47 eingegeben. Hier wird unter Verwendung der Daten bezüglich der gemessenen Zylindergeschwindigkeit der Anteil der Druckdifferenzen, der durch Reibung und/oder Geschwindigkeit/Strömungsfluss des Hydrauliköls entsteht, kompensiert. Die gemessene Zylindergeschwindigkeit kann einfach auf der Ableitung dX_boom/dt basieren. Natürlich sind auch kompliziertere mathematische Zusammenhänge möglich. Als Beispiel kann in diesem Zusammenhang die nicht-Linearität zwischen der Position/dem Positionswinkel des Hubarms 3 und der Linear-/Translationsgeschwindigkeit des Hydraulikkolbens 4 berücksichtigt werden. Es ist anzumerken, dass diese Geschwindigkeits- und Reibungskompensationseinheit 47 optional ist; sie verbessert jedoch die Genauigkeit der Kompensation.
Die Vorwärts-Kinematik 40 verwendet die Positionsdaten X_tilt, X_boom 39, 45 der unterschiedlichen Sensoren, berechnet die Positionen q_act 48 der unterschiedlichen Baugruppen/Elemente der hydraulisch angesteuerten Armvorrichtung 2 und leitet die entsprechenden Daten an eine Kippzylinderdruckberechnungseinheit 49 weiter. Dort wird der berechnete Kippzylinderdruck p_tilt 50 berechnet. Diese entspricht in gewisser Weise dem Drehmoment, das am Drehpunkt 25 auf die Werkzeugbefestigungsvorrichtung 5 einwirkt. Der somit errechnete berechnete Kippzylinderdruck p_tilt 50 wird durch ein Tiefpassfilter 51 (um unerwünschte Oszillationen der Steuerkommandos zu vermeiden) geleitet, und anschließend in die Strömungsanforderungsanpassungseinheit 34 geleitet, wo er als zusätzliche Eingabe (zur Erinnerung: die wesentliche Eingabe ist die Strömungsanforderung Q_CMD 33) verwendet wird, um die angepasste Strömungsanforderung Q'_CMD 35 an die betreffenden Steuerventile der Steuerventilanordnung 16 zu kompensieren.

Claims

Verfahren (30) zur Ansteuerung einer angetriebenen Vorrichtung (1), die einen Hubarm (3), einen dazugehörigen Hubaktuator (4), eine Werkzeugbefestigungsvorrichtung (5) zur Befestigung eines Werkzeugs (7, 23), und einen dazugehörigen Kippaktuator (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das auf die Werkzeugbefestigungsvorrichtung (5) ausgeübte Drehmoment unter Verwendung der Stellung der Werkzeugbefestigungsvorrichtung (5), einer Masseninformation, welche die an der Werkzeugbefestigungsvorrichtung (5) befindliche Masse beschreibt, sowie einer Werkzeugtypinformation, welche die Eigenschaften des an der Werkzeugbefestigungsvorrichtung (5) zu befestigenden Werkzeugs (7, 23) beschreibt, berechnet wird.
Verfahren (30) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Eigenschaften des Werkzeugs (7, 23) die Länge des Abstands (d) zwischen dem Drehpunkt (25) und dem Schwerpunkt (24) des an der Werkzeugbefestigungsvorrichtung (5) zu befestigenden Werkzeugs (7, 23) und/oder den Winkel zwischen der Richtung der Verbindungslinie zwischen dem Drehpunkt (25) und dem Schwerpunkt (24) des an der Werkzeugbefestigungsvorrichtung (5) zu befestigenden Werkzeugs (7, 23), und der Richtung der Schwerkraft in Abhängigkeit von seiner Stellung und/oder seiner Masse umfasst.
Verfahren (30) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren (50) zur Berechnung eines Kompensationssignals zur Modifikation des an den Kippaktuator (6) angelegten Steuersignals verwendet wird, insbesondere zur Kompensation der Veränderung des auf die Werkzeugbefestigungsvorrichtung (5) ausgeübten Drehmoments in Abhängigkeit von der Stellung der Werkzeugbefestigungsvorrichtung (5), vorzugsweise derart, dass eine konstante Drehgeschwindigkeit der Werkzeugbefestigungsvorrichtung (5) aufrechterhalten wird und/oder derart, dass die Veränderung des auf die Werkzeugbefestigungsvorrichtung (5) ausgeübten Drehmoments in Abhängigkeit von der aktuellen Masse des an der Werkzeugbefestigungsvorrichtung (7, 23) befestigten Werkzeugs (7, 23) kompensiert wird.
Verfahren (30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellung der Werkzeugaufnahmevorrichtung unter Verwendung einer Positionsinformation des Hubarms (3) und/oder der Werkzeugbefestigungsvorrichtung (5) bestimmt wird, insbesondere unter Verwendung der Information von zumindest einem Positionssensor und/oder von zumindest einem Translationspositionssensor und/oder von zumindest einem Winkelpositionssensor (12, 13).
Verfahren (30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die an der Werkzeugbefestigungsvorrichtung (5) befindliche Masse unter Verwendung einer Belastungsinformation, welche eine auf den Hubarm (3) einwirkende Belastung beschreibt, bestimmt wird, insbesondere unter Verwendung einer Information von einem Drucksensor (14, 15), vorzugsweise einem Drucksensor (14, 15), der die auf den Hubaktuator (4) einwirkende Belastung beschreibt.
Verfahren (30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorinformation, insbesondere die Drucksensorinformation, hinsichtlich Reibung, Geschwindigkeit und Fluidströmungseffekten, welche die von den Sensoren ermittelte Information beeinflussen, kompensiert wird.
Verfahren (30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubaktuator (4) und/oder der Kippaktuator (6) zumindest einen Hydraulikaktuator aufweisen, insbesondere zumindest einen Hydraulikkolben, oder im Wesentlichen als Hydraulikaktuator, insbesondere als zumindest ein Hydraulikkolben, ausgebildet sind.
Verfahren (30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Werkzeugtypinformation verwendet wird, die unter Verwendung einer automatischen Werkzeugtyperkennungsvorrichtung ermittelt wird und/oder die unter Verwendung einer von durch einen Bediener eingegebenen Werkzeugtypinformation ermittelt wird und/oder die unter Verwendung einer Werkzeugtypinformation, die sich aus dem Bewegungsverhalten während eines Betriebs der angetriebenen Vorrichtung ergibt, ermittelt wird.
Verfahren (30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung unter Verwendung einer mathematischen Beschreibung der Anordnung erfolgt und/oder die Berechnung unter Verwendung einer Wertetabelle erfolgt.
Verfahren (30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die angetriebene Vorrichtung ein an der Werkzeugaufnahmevorrichtung befestigtes Werkzeug aufweist, wobei das Werkzeug vorzugsweise der Gruppe entnommen ist, welche Gabeln, Ballengreifer (23), Schaufeln (7) und (Bagger-)Löffel umfasst, wobei die Werkzeuge vorzugsweise miteinander austauschbar verwendet werden.
Steuervorrichtung (11), insbesondere elektronische Steuervorrichtung, welche derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass sie ein Verfahren (30) nach einem der vorangehenden Ansprüche durchführt.
Angesteuerte Vorrichtung (1), aufweisend einen Hubarm (3), einen dazugehörigen Hubaktuator (4), eine Werkzeugbefestigungsvorrichtung (5) zur Befestigung eines Werkzeugs (7, 23), einen dazugehörigen Kippaktuator (6), sowie eine Steuervorrichtung (11) nach Anspruch 11.
Nutzfahrzeug, aufweisend eine angesteuerte Vorrichtung (1) nach Anspruch 12.