DE102021214357A1 - Method for damping vibrations in a mobile work machine with attachment and mobile work machine - Google Patents

Method for damping vibrations in a mobile work machine with attachment and mobile work machine Download PDF

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Peter Schmuttermair
Soenke Jessen
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    • G05D1/0891—Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw specially adapted for land vehicles

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Dämpfen von Schwingungen, die durch ein Anbaugerät (130) an einer mobilen Arbeitsmaschine (100), insbesondere einem Fahrzeug, bei deren Betrieb hervorgerufen werden, wobei das Anbaugerät (130) mittels einer, insbesondere hydraulisch betätigbaren, Hubeinrichtung (120) bewegbar ist, umfassend: Erhalten, während eines Betriebs der mobilen Arbeitsmaschine (100), eines Istwertes einer für eine Nickbewegung (108) der mobilen Arbeitsmaschine (100) charakteristischen Größe; Bestimmen, basierend auf dem Istwert, einer Ansteuervorgabe zum Ansteuern der Hubeinrichtung (120) zum zumindest teilweisen Ausgleich der Nickbewegung (108) durch das Anbaugerät (130); und Ansteuern der Hubeinrichtung (120) unter Berücksichtigung der Ansteuervorgabe. Die Erfindung betrifft auch eine mobile Arbeitsmaschine (100) und ein System hiermit.

Figure DE102021214357A1_0000
The invention relates to a method for damping vibrations caused by an attachment (130) on a mobile work machine (100), in particular a vehicle, during operation of which the attachment (130) is activated by means of a lifting device ( 120) is movable, comprising: obtaining, during operation of the mobile working machine (100), an actual value of a variable that is characteristic of a pitching movement (108) of the mobile working machine (100); Determining, based on the actual value, a control specification for controlling the lifting device (120) to at least partially compensate for the pitching movement (108) by the attachment (130); and activating the lifting device (120) taking into account the activation specification. The invention also relates to a mobile work machine (100) and a system therewith.
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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Dämpfen von Schwingungen, die durch ein Anbaugerät an einer mobilen Arbeitsmaschine, insbesondere einem Fahrzeug, bei deren Betrieb hervorgerufen werden, wobei das Anbaugerät mittels einer Hubeinrichtung bewegbar ist, eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung, sowie eine solche mobile Arbeitsmaschine und ein System hiermit.The present invention relates to a method for damping vibrations caused by an attachment on a mobile working machine, in particular a vehicle, during operation of which the attachment can be moved by means of a lifting device, a computing unit and a computer program for its implementation, and a such mobile work machine and a system therewith.

Hintergrund der ErfindungBackground of the Invention

An mobilen Arbeitsmaschinen, insbesondere Fahrzeugen oder andere beweglichen oder fahrbaren Maschinen, können Anbaugeräte angebracht werden, die mittels einer, insbesondere hydraulisch betätigbaren, Hubeinrichtung bewegbar sind. Bei solchen Anbaugeräten kann es sich z.B. um landwirtschaftliche Geräte wie Pflüge, Sähmaschinen und dergleichen handeln, die an einen Traktor als mobile Arbeitsmaschine angebracht werden können.Attachments can be attached to mobile working machines, in particular vehicles or other mobile or mobile machines, which can be moved by means of a lifting device, in particular a lifting device that can be actuated hydraulically. Such attachments can be, for example, agricultural equipment such as ploughs, sowing machines and the like, which can be attached to a tractor as a mobile working machine.

Bei einer Bewegung der mobilen Arbeitsmaschinen, z.B. bei einer Fahrt über unebenes Gelände, oder auch in anderen Situationen, kann es zu Schwingungen kommen, die durch das meist schwere und weit in Längsrichtung abstehende Anbaugerät hervorgerufen oder verstärkt werden. Die Kompensation solcher Schwingungen ist mitunter aufwendig oder funktioniert oftmals nicht gut genug.When the mobile work machine moves, e.g. when driving over uneven terrain, or in other situations, vibrations can occur that are caused or amplified by the attachment, which is usually heavy and protrudes far in the longitudinal direction. The compensation of such vibrations is sometimes expensive or often does not work well enough.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Dämpfen von Schwingungen, eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung, sowie eine solche mobile Arbeitsmaschine und ein System mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.According to the invention, a method for damping vibrations, a computing unit and a computer program for its implementation, as well as such a mobile working machine and a system with the features of the independent patent claims are proposed. Advantageous configurations are the subject of the dependent claims and the following description.

Die Erfindung schafft eine einfache und kostengünstige Möglichkeit zum Dämpfen von Schwingungen, die durch ein Anbaugerät an einer mobilen Arbeitsmaschine hervorgerufen werden.The invention creates a simple and inexpensive way of damping vibrations that are caused by an attachment on a mobile machine.

Die Erfindung beschäftigt sich mit mobilen Arbeitsmaschinen, insbesondere Fahrzeugen wie z.B. Traktoren oder anderen landwirtschaftliche Arbeits- oder Zugmaschinen, die ausgebildet sind, daran Anbaugeräte (bzw. Arbeitsgeräte) anzubringen. Eine solche mobile Arbeitsmaschine weist hierzu eine Hubeinrichtung, insbesondere eine hydraulisch oder auch elektrohydraulisch betätigbare Hubeinrichtung auf. Eine solche Hubeinrichtung, auch als Hubwerk oder Kraftheber bezeichnet, ist typischerweise am Heck, ggf. aber auch (alternativ oder zusätzlich) an der Front, einer mobilen Arbeitsmaschine bzw. eines Fahrzeugs vorgesehen.The invention relates to mobile work machines, in particular vehicles such as tractors or other agricultural work machines or tractors that are designed to attach attachments (or work equipment) to them. For this purpose, such a mobile working machine has a lifting device, in particular a lifting device that can be actuated hydraulically or else electrohydraulically. Such a lifting device, also referred to as a hoist or power lift, is typically provided at the rear, but possibly also (alternatively or additionally) at the front, of a mobile machine or vehicle.

Eine typische Art einer solchen Hubeinrichtung ist ein sog. Dreipunkt-Kraftheber, auch als Dreipunkthydraulik bezeichnet. Mittels einer solchen Hubeinrichtung kann ein angebrachtes Anbaugerät z.B. angehoben oder abgesenkt werden, oder auch in einer bestimmten Höhe oder Position (Lage) gehalten werden, je nach aktueller Anwendung. Eine Versorgung mit Hydraulikfluid und eine Hydraulikpumpe sind hierzu typischerweise in der mobilen Arbeitsmaschine vorhanden.A typical type of such a lifting device is what is known as a three-point power lift, also referred to as a three-point hydraulic system. By means of such a lifting device, an attached attachment can be raised or lowered, for example, or held at a certain height or position (location), depending on the current application. A supply of hydraulic fluid and a hydraulic pump are typically present in the mobile working machine for this purpose.

Beim Betrieb einer solcher mobilen Arbeitsmaschine mit daran angebrachtem Anbaugerät können Schwingungen hervorgerufen und insbesondere durch das Anbaugerät verstärkt werden, z.B. bei einer Fahrt über unebenes Gelände. Solche Schwingungen sollen nach Möglichkeit gedämpft, also weitestmöglich reduziert werden.When operating such a mobile working machine with an attachment attached to it, vibrations can be caused and amplified in particular by the attachment, e.g. when driving over uneven terrain. Such vibrations should be dampened if possible, i.e. reduced as far as possible.

Eine Möglichkeit hierfür ist die Verwendung eines oder mehrerer sog. Kraftmessbolzen in der Hubeinrichtung. Ein Kraftmessbolzen ist typischerweise ein Verbindungsbolzen zwischen kraftübertragenden Maschinenelementen, der neben seiner Funktion als Bolzen eine gleichzeitige Messung der in ihm auftretenden Querkräfte ermöglicht. Diese Messung erfolgt z.B. über Dehnungsmessstreifen oder Magnetspulen. Der Kraftmessbolzen dient somit als Kraftsensor. Es kann eine Mittelwertbildung des Kraftsensorwertes, d.h. der Kraft, die vom Kraftsensor bzw. Kraftmessbolzen erfasst oder gemessen wird, erfolgen. Ein Regler, der wesentlich schneller ist als der Mittelwertbildner, steuert dann z.B. die Hubeinrichtung bzw. dort einen Hydraulikzylinder oder ein Ventil zu dessen Steuerung derart an, dass die Kraft möglichst dem Mittelwert entspricht. Wenn die Kraft z.B. gegenüber dem Mittelwert ansteigt - wenn also durch die Schwingung von dem Anbaugerät eine Differenzkraft im Vergleich zur sonstigen Kraft wie z.B. Gewichtskraft, auftritt-, wird die Hubeinrichtung angesteuert, um das Anbaugerät abzusenken. Es geht also z.B. das Ventil abhängig von der Differenzkraft in eine Stellung „Senken“, bis der Kraftwert wieder den Mittelwert erreicht hat. Entsprechendes gilt umgekehrt für eine Stellung „Heben“.One possibility for this is the use of one or more so-called force measuring bolts in the lifting device. A force measuring bolt is typically a connecting bolt between force-transmitting machine elements, which, in addition to its function as a bolt, enables the transverse forces occurring in it to be measured at the same time. This measurement is carried out, for example, using strain gauges or magnetic coils. The force measuring pin thus serves as a force sensor. The force sensor value, i.e. the force recorded or measured by the force sensor or force measuring bolt, can be averaged. A controller, which is much faster than the averaging device, then controls, for example, the lifting device or a hydraulic cylinder there or a valve for controlling it in such a way that the force corresponds as closely as possible to the mean value. For example, if the force increases compared to the mean value - i.e. if the vibration of the attachment causes a differential force compared to other forces such as weight, for example - the lifting device is activated in order to lower the attachment. For example, depending on the differential force, the valve moves to a "lower" position until the force value has reached the mean value again. The same applies vice versa for a “lift” position.

Eine andere Möglichkeit ist, einen Druck in einem Hydraulikzylinder (bei hydraulisch betätigbarer Hubeinrichtung) zu erfassen, z.B. mittels eines Drucksensors, und zwar insbesondere anstelle der Erfassung der Kraft mittels des Kraftmessbolzens. Hier kann dann das gleiche Regelkonzept angewendet werden, jedoch wird anstelle des Kraftsensors ein Drucksensor im Hydraulikzylinder (Hubwerkszylinder) eingesetzt und es wird der Druck anstelle der Kraft eingeregelt (wobei Druck und Kraft aber ohnehin äquivalent sind).Another possibility is to detect a pressure in a hydraulic cylinder (in the case of a hydraulically actuated lifting device), for example by means of a pressure sensor, in particular instead of detecting the force by means of the force measuring bolt. The same control concept can then be applied here, but instead of the force sensor, a pressure sensor is used in the hydraulic cylinder (hoist cylinder) and the pressure is measured instead of the Force adjusted (although pressure and force are equivalent anyway).

Wie sich nun gezeigt hat, ist eine Betätigung der Hubeinrichtung, wie sie im Rahmen der erwähnten Regelungen (von Kraft oder Druck) erfolgt, in einem Kraft- bzw. Druckmesssignal vom Kraft- bzw. Drucksensor als Störung sichtbar. Insbesondere das Drucksignal ist wegen geringerer Dämpfung zwischen Ansteuerung und Messsignal meist so stark gestört, dass der Regler auf dieses Feedback in unerwünschter Weise reagiert. Eine solche Regelkreisverstärkung kann zu Instabilität führen. Eine Tiefpassfilterung des Druck- oder Kraftsignals funktioniert meist nur innerhalb gewisser Grenzen, da eine Phasenverschiebung des Filters die Wirkung des Reglers einschränkt.As has now been shown, actuation of the lifting device, as occurs within the framework of the mentioned regulations (of force or pressure), is visible as a disturbance in a force or pressure measurement signal from the force or pressure sensor. The pressure signal in particular is usually so badly disturbed due to the lower damping between the control and the measurement signal that the controller reacts to this feedback in an undesirable manner. Such loop gain can lead to instability. Low-pass filtering of the pressure or force signal usually only works within certain limits, since a phase shift in the filter restricts the controller's effect.

Vor diesem Hintergrund wird vorgeschlagen, während eines Betriebs der mobilen Arbeitsmaschine mit angebrachtem Anbaugerät, eine Größe zu erfassen oder zu messen, die für eine Nickbewegung der mobilen Arbeitsmaschine charakteristisch ist und dadurch also auch beeinflusst wird. Es kann sich bei dieser Größe insbesondere um die Nickgeschwindigkeit (auch als Nickrate bezeichnet) handeln, aber auch um eine Nickbeschleunigung (Differential der Nickrate) oder einen Nickwinkel (Integral der Nickrate). Hierzu kann z.B. ein Nickraten- oder Drehratensensor, ein Gyroskop oder ein Inertialsensor verwendet werden, der insbesondere an der mobilen Arbeitsmaschine angeordnet sein kann. Je nach Art des Sensors kann dann die Größe direkt gemessen oder daraus bestimmt werden. Ein solcher Istwert z.B. der Nickgeschwindigkeit oder Nickbeschleunigung der mobilen Arbeitsmaschine, kann dann z.B. einer ausführenden Recheneinheit zugeleitet oder ggf. dort bestimmt - und damit dort erhalten - werden.Against this background, it is proposed that during operation of the mobile working machine with an attached attachment, a variable be detected or measured that is characteristic of a pitching movement of the mobile working machine and is therefore also influenced by it. This variable can in particular be the pitching speed (also referred to as the pitching rate), but also a pitching acceleration (differential of the pitching rate) or a pitching angle (integral of the pitching rate). A pitch rate or yaw rate sensor, a gyroscope or an inertial sensor can be used for this purpose, for example, which can be arranged on the mobile working machine in particular. Depending on the type of sensor, the size can then be measured directly or determined from it. Such an actual value, e.g. of the pitching speed or pitching acceleration of the mobile working machine, can then, for example, be sent to an executing computing unit or, if necessary, determined there - and thus obtained there.

Basierend auf dem Istwert wird dann eine Ansteuervorgabe (oder Ansteuergröße, z.B. im Sinne einer Stellgröße) zum Ansteuern der Hubeinrichtung zum zumindest teilweisen - vorzugsweise größtmöglichen, insbesondere vollständigen - Ausgleich der Nickbewegung durch das Anbaugerät bestimmt. Dann wird die Hubeinrichtung unter Berücksichtigung der Ansteuervorgabe angesteuert. Dies kann z.B. im Rahmen oder über eine Regelung erfolgen, wie nachfolgend auch noch näher erläutert wird. Das Bestimmen der Ansteuervorgabe kann insbesondere in Form eines Regelglieds (z.B. P, PI, PID) mit zugehörigen Reglerparametern (Verstärkung, Nachstellzeit, Vorhaltzeit) erfolgen, das aus einem Reglereingangswert einen Reglerausgangswert berechnet. Die Ansteuerung erfolgt vorzugsweise im offenen Kreis (d.h. als Steuerung), und zwar insbesondere proportional entgegen der Nickbewegung; der Proportionalitätsfaktor (Kp) sollte konservativ, also eher gering, gewählt werden, um die Bewegung nicht zu stark zu kompensieren.Based on the actual value, a control specification (or control variable, e.g. in the sense of a manipulated variable) is then determined for controlling the lifting device for at least partial—preferably the greatest possible, in particular complete—compensation of the pitching movement by the attachment. The lifting device is then controlled taking into account the control specification. This can be done, for example, as part of or via a regulation, as will be explained in more detail below. The control specification can be determined in particular in the form of a control element (e.g. P, PI, PID) with associated controller parameters (gain, reset time, derivative action time), which calculates a controller output value from a controller input value. The drive is preferably open-loop (i.e., open loop) control, particularly proportionally counter to pitch; the proportionality factor (Kp) should be chosen conservatively, i.e. rather low, in order not to compensate the movement too much.

Ein Vorteil hierbei ist, dass kein Kraft- oder Drucksensor verwendet werden muss, dessen Signal, wie erwähnt, durch die nötige Bewegung der Hubeinrichtung gestört würde. Dies erlaubt eine genauere und bessere Dämpfung solcher Schwingungen.An advantage here is that no force or pressure sensor has to be used, the signal of which, as mentioned, would be disturbed by the necessary movement of the lifting device. This allows more accurate and better damping of such vibrations.

Insbesondere gibt es zwei bevorzugte Möglichkeiten, den Istwert der für die Nickbewegung der mobilen Arbeitsmaschine charakteristischen Größe zu verwenden. Eine bevorzugte Möglichkeit ist, insbesondere für einen Fall, in dem ein Hydraulikzylinder zum Betätigen der Hubeinrichtung verwendet wird, dass die für die Nickbewegung charakteristische Größe eine Nickgeschwindigkeit umfasst, die als Reglereingangswert dient. Dann kann die Ansteuervorgabe zu einer Bewegung der Hubeinrichtung, vorzugsweise eine Bewegung des Hydraulikzylinders, z.B. mit einer bestimmten Geschwindigkeit, führen. Insbesondere kann das Ansteuern der Hubeinrichtung unter Berücksichtigung der Ansteuervorgabe ein Vorgeben der Bewegung der Hubeinrichtung (bzw. des Hydraulikzylinders) umfassen, wobei insbesondere eine Reglerverstärkung in Abhängigkeit von einem Druck im Hydraulikzylinder vorgegeben wird. Beispielsweise kann die Abhängigkeit der Reglerverstärkung von dem Druck im Hydraulikzylinder als Tabelle, Kennfeld oder dergleichen hinterlegt werden; diese Tabelle kann z.B. rechnerisch oder im Versuch ermittelt werden.In particular, there are two preferred options for using the actual value of the variable that is characteristic of the pitching movement of the mobile working machine. A preferred possibility is, in particular for a case in which a hydraulic cylinder is used to actuate the lifting device, that the variable characteristic of the pitching movement includes a pitching speed, which is used as the controller input value. The control specification can then lead to a movement of the lifting device, preferably a movement of the hydraulic cylinder, e.g. at a specific speed. In particular, controlling the lifting device can include specifying the movement of the lifting device (or the hydraulic cylinder) taking into account the control specification, wherein in particular a controller gain is specified as a function of a pressure in the hydraulic cylinder. For example, the dependency of the controller gain on the pressure in the hydraulic cylinder can be stored as a table, characteristic diagram or the like; this table can be determined, for example, by calculation or by experiment.

Zudem kann eine vorgegebene, insbesondere mittlere, Position der Hubeinrichtung durch eine, insbesondere überlagerte, Positionsregelung eingeregelt werden, z.B. in Form eines PI-Reglers. Dieser arbeitet typischerweise in einem gewissen Verhältnis gegen das oben erwähnte Dämpfungssystem, um die mittlere Lage nicht zu stark zu verlassen.In addition, a predetermined, in particular middle, position of the lifting device can be regulated by a position control, in particular a superimposed one, e.g. in the form of a PI controller. This typically works in a certain ratio against the damping system mentioned above, in order not to leave the middle position too much.

Bei dieser Möglichkeit ist die innere Regelung (für die Bewegung der Hubeinrichtung zur Dämpfung, also die Dämpfungsregelung) keine Feed-Back-Regelung, sondern eine Feed-Forward-Regelung. Nur (noch) die äußere, langsame und somit unkritische Regelschleife zur Ausregelung der (mittleren) Position ist eine Feed-Back-Regelung, welche möglichst nicht oder nur schwach auf die typischen Nickfrequenz reagieren sollte (daher langsamer). Durch die Umrechnung auf die Zylinderbewegung kann die Regelstrecke zudem linearisiert und damit die Regelung vereinfacht werden. Die druckabhängige Anpassung der Regelverstärkung sorgt außerdem dafür, dass die Regelung und damit die Bewegung der Hubeinrichtung erst bei nickrelevanten Kräften an der Hubeinrichtung erfolgt (erst dann ändert sich der Druck).With this possibility, the internal control (for the movement of the lifting device for damping, ie the damping control) is not a feedback control but a feed-forward control. Only (still) the outer, slow and therefore uncritical control loop for correcting the (middle) position is a feedback control, which should not react at all or only weakly to the typical pitch frequency (therefore slower). By converting it to the cylinder movement, the controlled system can also be linearized, thereby simplifying the control. The pressure-dependent adjustment of the control amplification also ensures that the control and thus the movement of the lifting device only takes place in the event of pitch-relevant forces on the lifting device (only then does the pressure change).

Eine andere bevorzugte Möglichkeit ist, dass die für die Nickbewegung charakteristische Größe eine Nickbeschleunigung umfasst. Diese kann je nach Art des Sensors z.B. direkt gemessen werden, oder aber auch berechnet, z.B. durch zeitliche Ableitung bzw. Differenzierung der Nickgeschwindigkeit (insbesondere, wenn diese gemessen wird). Basierend auf dem Istwert und ggf. einer, insbesondere geschätzten, Reaktions- oder Massenträgheit (Trägheitsmoment) des Anbaugeräts wird dann eine Istkraft (z.B. eine Differenzkraft) bestimmt (ggf. geschätzt), die durch die Nickbewegung auf die Hubeinrichtung wirkt. Diese Istkraft sollte möglichst auf null gebracht werden.Another preferred possibility is that the variable characteristic of the pitching movement includes a pitching acceleration. Depending on the type of sensor, this can be measured directly, for example, or it can also be calculated, for example by deriving or differentiating the pitching speed over time (in particular if this is measured). Based on the actual value and possibly an especially estimated reaction or mass inertia (moment of inertia) of the attachment, an actual force (eg a differential force) is then determined (possibly estimated) that acts on the lifting device as a result of the pitching movement. This actual force should be reduced to zero if possible.

Das Ansteuern der Hubeinrichtung umfasst dann ein Ausgleichen der Istkraft durch Einregeln einer vorgegebenen, insbesondere mittleren, Kraft auf die Hubeinrichtung. Mit anderen Worten wird also die Istkraft, die durch die Nickbewegung verursacht wird, als eine Regeldifferenz behandelt, die ausgeregelt wird. Vorzugsweise wird der Istwert der Nickbeschleunigung oder die Istkraft vor der weiteren Verwendung gefiltert, insbesondere durch eine schnelle Filterung, insbesondere eine Tiefpass-Filterung, d.h. die Filterung erfolgt schneller als eine Änderung der Nickbeschleunigung. Im Unterschied zu den oben beschriebenen Lösungen kann hier vorteilhaft einen Kraft- bzw. Drucksensor verzichtet werden. Eine geschätzte Kraft (und damit auch eine geschätzte Masse des Anbaugeräts) wirkt sich auf die Regelung weniger kritisch aus als eine gemessene und somit störungsbehaftete Kraft (bzw. Druck).Controlling the lifting device then includes balancing the actual force by adjusting a predetermined, in particular average, force on the lifting device. In other words, the actual force caused by the pitching motion is treated as a control difference that is corrected. The actual value of the pitching acceleration or the actual force is preferably filtered before further use, in particular by rapid filtering, in particular low-pass filtering, i.e. the filtering takes place faster than a change in pitching acceleration. In contrast to the solutions described above, a force or pressure sensor can advantageously be omitted here. An estimated force (and thus also an estimated mass of the attachment) has a less critical effect on the control than a measured force (or pressure) that is subject to interference.

Auch in diesem Fall kann eine vorgegebene, insbesondere mittlere, Position der Hubeinrichtung durch eine, insbesondere überlagerte, Positionsregelung eingeregelt werden.In this case, too, a predetermined, in particular middle, position of the lifting device can be regulated by a position control, in particular a superimposed one.

Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät einer mobilen Arbeitsmaschine oder Fahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.A computing unit according to the invention, e.g. a control unit of a mobile work machine or vehicle, is set up, in particular in terms of programming, to carry out a method according to the invention.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine mobile Arbeitsmaschine, insbesondere Fahrzeug, mit einer, insbesondere hydraulisch betätigbaren, Hubeinrichtung, wobei an die mobile Arbeitsmaschine ein Anbaugerät anbringbar ist, das mittels der Hubeinrichtung bewegbar ist, und mit einer erfindungsgemäßen Recheneinheit. Die Erfindung betrifft weiterhin ein System mit einer erfindungsgemäßen mobilen Arbeitsmaschine und mit einem an der mobilen Arbeitsmaschine angebrachten Anbaugerät.The invention further relates to a mobile working machine, in particular a vehicle, with a lifting device, in particular a hydraulically actuated one, wherein an attachment that can be moved by means of the lifting device can be attached to the mobile working machine, and with a computing unit according to the invention. The invention further relates to a system with a mobile working machine according to the invention and with an attachment attached to the mobile working machine.

Auch die Implementierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Computerprogramms oder Computerprogrammprodukts mit Programmcode zur Durchführung aller Verfahrensschritte ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.The implementation of a method according to the invention in the form of a computer program or computer program product with program code for carrying out all method steps is advantageous because this causes particularly low costs, especially if an executing control device is also used for other tasks and is therefore available anyway. Suitable data carriers for providing the computer program are, in particular, magnetic, optical and electrical memories, such as hard drives, flash memories, EEPROMs, DVDs, etc. It is also possible to download a program via computer networks (Internet, intranet, etc.).

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and refinements of the invention result from the description and the attached drawing.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those still to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.The invention is shown schematically in the drawing using exemplary embodiments and is described in detail below with reference to the drawing.

Figurenlistecharacter list

  • 1 zeigt schematisch eine mobile Arbeitsmaschine gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. 1 shows schematically a mobile work machine according to a preferred embodiment of the invention.
  • 2 zeigt schematisch einen Ablauf eines Verfahrens gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. 2 shows schematically a sequence of a method according to a preferred embodiment of the invention.
  • 3 zeigt schematisch einen Ablauf eines Verfahrens gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. 3 shows schematically a sequence of a method according to a further preferred embodiment of the invention.

Detaillierte Beschreibung der ZeichnungDetailed description of the drawing

In 1 ist schematisch eine mobile Arbeitsmaschine 100 in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dargestellt, anhand der nachfolgend auch unterschiedliche Verfahren in bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung erläutert werden sollen.In 1 a mobile work machine 100 is shown schematically in a preferred embodiment of the invention, on the basis of which different methods in preferred embodiments of the invention are also to be explained below.

Die beispielhaft als Traktor ausgebildete mobile Arbeitsmaschine 100 weist an ihrem Heck eine Hubeinrichtung 120 auf, an welcher wiederum ein beispielhaft als Pflug ausgebildetes Anbaugerät 120 angebracht ist. Damit ist das Anbaugerät 120 auch an der mobilen Arbeitsmaschine 100 angebracht. Die Hubeinrichtung 120 weist einen Hydraulikzylinder 122 auf, d.h. es handelt sich um eine hydraulische oder auch elektrohydraulische Hubeinrichtung. Mittels der Hubeinrichtung 120 kann das Anbaugerät 120 bewegt werden, und zwar insbesondere in vertikaler Richtung, d.h. es kann angehoben und abgesenkt werden. Es versteht sich, dass zum Betrieb der Hubeinrichtung 120 bzw. des Hydraulikzylinders 122 weitere hydraulische Komponenten wie Pumpen und Ventile zum Steuern des Flusses von Hydraulikfluid nötig sind, die hier der Übersichtlichkeit halber jedoch nicht gezeigt sind.The mobile work machine 100 embodied as a tractor, for example, has a lifting device 120 at its rear, to which in turn an attachment 120 embodied as a plough, for example, is attached. The attachment 120 is thus also attached to the mobile working machine 100 . The lifting device 120 has a hydraulic cylinder 122, ie it is a hydraulic or electrohydraulic lifting device. Using the lifting device 120 the attachment 120 can be moved, in particular in the vertical direction, ie it can be raised and lowered. It goes without saying that for the operation of the lifting device 120 or the hydraulic cylinder 122 further hydraulic components such as pumps and valves for controlling the flow of hydraulic fluid are necessary, which are not shown here for the sake of clarity.

Weiterhin weist die mobile Arbeitsmaschine 100 eine als Steuergerät ausgebildete Recheneinheit 102 auf, mittels welcher z.B. die Hubeinrichtung 120 ansteuerbar ist. Weiterhin ist ein Drehratensensor 104 an der mobilen Arbeitsmaschine 100 angebracht, mittels dessen eine Nickgeschwindigkeit der mobilen Arbeitsmaschine 100 erfasst bzw. gemessen werden kann. Die Nickgeschwindigkeit ist damit eine für eine Nickbewegung der mobilen Arbeitsmaschine 100 charakteristische Größe. Die Nickbewegung ist beispielhaft mittels eines Doppelpfeiles 108 angedeutet. Eine solche Nickbewegung und damit eine Schwingung kann insbesondere bei einer Fahrt über unebenes Gelände wie z.B. das angedeutete Feld 140 auftreten.Furthermore, the mobile working machine 100 has a computing unit 102 designed as a control unit, by means of which, for example, the lifting device 120 can be controlled. Furthermore, a yaw rate sensor 104 is attached to the mobile working machine 100, by means of which a pitching speed of the mobile working machine 100 can be detected or measured. The pitching speed is therefore a variable that is characteristic of a pitching movement of mobile working machine 100 . The pitching movement is indicated by means of a double arrow 108 as an example. Such a pitching movement and thus an oscillation can occur in particular when driving over uneven terrain such as the indicated field 140.

Weiterhin ist ein Drehratensensor 124 an der Hubeinrichtung 120 angebracht, mittels dessen eine Position oder Lage des beweglichen Teils der Hubeinrichtung - und damit auch des daran angebrachten Anbaugeräts - erfasst oder gemessen werden kann, und zwar insbesondere relativ zur mobilen Arbeitsmaschine 100. Die von den Sensoren erfassten bzw. gemessenen Werte können an die Recheneinheit 102 übermittelt bzw. von dieser erhalten werden.Furthermore, a yaw rate sensor 124 is attached to the lifting device 120, by means of which a position or location of the movable part of the lifting device - and thus also of the attachment attached thereto - can be detected or measured, in particular relative to the mobile working machine 100. The sensors The recorded or measured values can be transmitted to or received from the computing unit 102 .

In 2 ist schematisch ein Ablauf eines Verfahrens gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in Form eines Flussidagramms für eine Regelung dargestellt. Die Regelung an sich kann insbesondere in der Recheneinheit ausgeführt werden. Es ist eine überlagerte Positions- oder Lageregelung bzw. ein Positionsregler 200 in Form eines P-Reglers vorgesehen. Dabei wird ein Sollwert ssoll einer Position des Anbaugeräts 130 z.B. relativ zur mobilen Arbeitsmaschine 100 vorgegeben; diese Positions- oder Lageregelung kann z.B. für einen üblichen Betrieb oder auch anderweitig verwendet werden. Ein Istwert sist wird mittels des Positionssensors erfasst, eine Regelabweichung wird dann durch den Positionsregler 200 ausgeregelt.In 2 a sequence of a method according to a first preferred embodiment of the invention is shown schematically in the form of a flowchart for a control. The regulation itself can be carried out in particular in the computing unit. A superimposed position or attitude control or a position controller 200 in the form of a P controller is provided. A setpoint value s setpoint is specified for a position of the attachment 130, for example relative to the mobile working machine 100; this position or attitude control can be used for example for a normal operation or otherwise. An actual value s actual is detected by the position sensor, and a control deviation is then corrected by the position controller 200 .

Weiterhin ist eine Dämpfungsregelung bzw. ein Dämpfungsregler 210 z.B. in Form eines P-Reglers bzw. mit einer proportionalen Verstärkung (Kp) vorgesehen. Dabei wird von dem Drehratensensor 104 eine Nickgeschwindigkeit R erfasst, die dem Dämpfungsregler 210 zugeführt wird, der dann eine Ansteuerung der Hubeinrichtung derart veranlasst, dass das Anbaugerät umgekehrt zur Nickbewegung bewegt wird. Mit anderen Worten werden die Richtung und insbesondere die Geschwindigkeit, mit der das Anbaugerät bewegt wird, derart gewählt, dass sie gegenläufig zur Nickgeschwindigkeit ist. Das Anbaugerät bleibt mehr oder weniger in Ruhe, während die mobile Arbeitsmaschine relativ zum Anbaugerät „schwingt“. Damit wird verhindert, dass das Anbaugerät durch seine Massenträgheit ein Drehmoment auf die mobile Arbeitsmaschine einleitet.Furthermore, a damping control or damping controller 210 is provided, e.g. in the form of a P controller or with a proportional gain (Kp). In this case, a pitching speed R is detected by yaw rate sensor 104, which is fed to damping controller 210, which then causes the lifting device to be activated in such a way that the attachment is moved in the opposite direction to the pitching movement. In other words, the direction and, in particular, the speed at which the attachment is moved is selected in such a way that it is opposite to the pitching speed. The attachment remains more or less stationary while the mobile work machine "oscillates" relative to the attachment. This prevents the attachment from applying a torque to the mobile machine due to its mass inertia.

Die Bewegung der Hubeinrichtung und damit des Anbaugeräts wiederum hat Einfluss auf den Istwert sist. Der überlagerte Positionsregler 200 regelt jedoch, insbesondere alle, Fehler aus, die durch die Messung und Regelung der Geschwindigkeit bzw. Bewegung der Hubeinrichtung im Rahmen der Dämpfungsregelung entstehen bzw. entstanden sind.The movement of the lifting device and thus of the attachment in turn has an influence on the actual value s actual . However, the superimposed position regulator 200 regulates, in particular all, errors that arise or have arisen as a result of the measurement and regulation of the speed or movement of the lifting device as part of the damping regulation.

In 3 ist schematisch ein Ablauf eines Verfahrens gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in Form eines Flussidagramms für eine Regelung dargestellt. Die Regelung an sich kann insbesondere in der Recheneinheit ausgeführt werden. Es ist eine überlagerte Positions- oder Lageregelung bzw. ein Positionsregler 300 in Form eines P-Reglers vorgesehen. Dabei wird ein Sollwert ssoll einer Position des Anbaugeräts 130 z.B. relativ zur mobilen Arbeitsmaschine 100 vorgegeben; diese kann z.B. für einen üblichen Betrieb oder auch anderweitig verwendet werden. Ein Istwert sist wird mittels des Positionssensors erfasst, eine Regelabweichung wird dann durch den Positionsregler 300 ausgeregelt.In 3 a sequence of a method according to a further preferred embodiment of the invention is shown schematically in the form of a flowchart for a control. The regulation itself can be carried out in particular in the computing unit. A superimposed position or attitude control or a position controller 300 in the form of a P controller is provided. A setpoint value s setpoint is specified for a position of the attachment 130, for example relative to the mobile working machine 100; this can be used, for example, for normal operation or else. An actual value s act is detected by the position sensor, and a control deviation is then corrected by position controller 300 .

Weiterhin ist eine Dämpfungsregelung bzw. ein Dämpfungsregler 310 z.B. in Form eines PID-Reglers vorgesehen. Dabei wird von dem Drehratensensor 104 eine Nickgeschwindigkeit R erfasst, die z.B. in einem Differenzierer 320 differenziert wird, sodass eine Nickbeschleunigung dR/dt erhalten wird. Die Nickbeschleunigung dR/dt wiederum ist, wie schon erwähnt, ein Maß für eine Kraft, insbesondere eine Differenzkraft, die durch das Anbaugerät auf die Hubeinrichtung aufgrund der Nickbewegung ausgeübt wird.Furthermore, a damping control or a damping controller 310 is provided, e.g. in the form of a PID controller. In this case, a pitch rate R is detected by yaw rate sensor 104, which is differentiated in a differentiator 320, for example, so that a pitch acceleration dR/dt is obtained. As already mentioned, the pitching acceleration dR/dt is in turn a measure of a force, in particular a differential force, which is exerted by the attachment on the lifting device as a result of the pitching movement.

In einem Schritt 330 kann anhand der Nickbeschleunigung und unter Berücksichtigung des Trägheitsmoments bzw. der Massenträgheit des Anbaugeräts die Differenzkraft FDiff bestimmt werden. Bei der Differenzkraft FDiff handelt es sich dann, ggf. nach einer schnellen Tiefpass-Filterung 350, um Messrauschen zu verhindern, um einen Istwert bzw. eine Istkraft Fist für den Dämpfungsregler 310, der auf einen Sollwert Fsoll regelt.In a step 330, the differential force F Diff can be determined on the basis of the pitching acceleration and taking into account the moment of inertia or the mass inertia of the attachment. The differential force F Diff is then, possibly after rapid low-pass filtering 350 to prevent measurement noise, an actual value or an actual force F actual for the damping controller 310, which regulates to a setpoint value F setpoint .

Grundsätzlich könnte der Sollwert als null gewählt werden. Der Sollwert kann z.B. auch durch einen Tiefpassfilter 340 aus der Differenzkraft FDiff erhalten werden; da diese Differenzkraft FDiff um einen Mittelwert, der typischerweise null ist, schwankt, wird auf diese Weise ein geeigneter Sollwert erhalten. Durch die Verwendung des Tiefpassfilters können mögliche Abweichungen/Drifts des Drehratensensors, d.h. wenn dieser im Mittel nicht null ausgibt, ausgeglichen werden.In principle, the setpoint could be chosen as zero. The desired value can, for example, also be determined from the differential force F Diff by a low-pass filter 340 to be obtained; since this differential force F Diff fluctuates around a mean value, which is typically zero, a suitable reference value is obtained in this way. By using the low-pass filter, possible deviations/drifts of the yaw rate sensor, ie if it does not output zero on average, can be compensated for.

An dieser Stelle sei erwähnt, dass basierend auf der Differenzkraft FDiff auch eine Gesamtkraft bestimmt oder abgeschätzt werden kann, die auf die Hubeinrichtung wirkt; hier ist dann eine statische Kraft, die im Stillstand aufgrund der Masse bzw. des Trägheitsmoments des Anbaugeräts und der Gravitation entsteht, zu berücksichtigen. Die Dämpfungsregelung müsste dann nicht auf null bzw. einen Mittelwert der Differenzkraft FDiff regeln, sondern auf einen Wert, der der statischen Kraft im Stillstand entspricht.At this point it should be mentioned that a total force acting on the lifting device can also be determined or estimated based on the differential force F Diff ; Here, a static force that occurs when the machine is stationary due to the mass or moment of inertia of the attachment and gravity must be taken into account. The damping control would then not have to regulate to zero or an average value of the differential force F Diff , but rather to a value that corresponds to the static force at standstill.

Der überlagerte Positionsregler 200 regelt jedoch, insbesondere alle, Fehler aus, die durch die Messung und Regelung der Geschwindigkeit bzw. Bewegung der Hubeinrichtung im Rahmen der Dämpfungsregelung entstehen bzw. entstanden sind.However, the superimposed position regulator 200 regulates, in particular all, errors that arise or have arisen as a result of the measurement and regulation of the speed or movement of the lifting device as part of the damping regulation.

Der überlagerte Positionsregler 200 mit dem Positionssensor zwischen mobiler Arbeitsmaschine und Anbaugerät verhindert, dass das Anbaugerät während der Bewegungen aus der Dämpfungsregelung einen sinnvollen Arbeitsbereich verlässt, und bringt in diesem Fall das Anbaugerät wieder in einen vordefinierten Lagearbeitsbereich der Dämpfungsregelung zurück.The superimposed position controller 200 with the position sensor between the mobile working machine and the attachment prevents the attachment from leaving a reasonable working range during the movements from the damping control, and in this case brings the attachment back into a predefined position working range of the damping control.

Claims (12)

Verfahren zum Dämpfen von Schwingungen, die durch ein Anbaugerät (130) an einer mobilen Arbeitsmaschine (100), insbesondere einem Fahrzeug, bei deren Betrieb hervorgerufen werden, wobei das Anbaugerät (130) mittels einer, insbesondere hydraulisch betätigbaren, Hubeinrichtung (120) bewegbar ist, umfassend: - Erhalten, während eines Betriebs der mobilen Arbeitsmaschine (100), eines Istwertes einer für eine Nickbewegung (108) der mobilen Arbeitsmaschine (100) charakteristischen Größe (R, dR/dt), - Bestimmen, basierend auf dem Istwert, einer Ansteuervorgabe zum Ansteuern der Hubeinrichtung (120) zum zumindest teilweisen Ausgleich der Nickbewegung (108) durch das Anbaugerät (130), und - Ansteuern der Hubeinrichtung (120) unter Berücksichtigung der Ansteuervorgabe.Method for damping vibrations caused by an attachment (130) on a mobile work machine (100), in particular a vehicle, during its operation, the attachment (130) being movable by means of a lifting device (120), in particular a hydraulic one , full: - obtaining, during operation of the mobile working machine (100), an actual value of a variable (R, dR/dt) that is characteristic of a pitching movement (108) of the mobile working machine (100), - Determine, based on the actual value, a control specification for controlling the lifting device (120) to at least partially compensate for the pitching movement (108) by the attachment (130), and - Control of the lifting device (120) taking into account the control specification. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die für die Nickbewegung (108) charakteristische Größe eine Nickgeschwindigkeit (R) umfasst, und wobei die Ansteuervorgabe eine Bewegung der Hubeinrichtung (120), vorzugsweise eine Bewegung eines Hydraulikzylinders (122) der Hubeinrichtung (120), umfasst.procedure after claim 1 , wherein the variable for the pitching movement (108) that is characteristic of a pitching speed (R), and wherein the control specification includes a movement of the lifting device (120), preferably a movement of a hydraulic cylinder (122) of the lifting device (120). Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Ansteuern der Hubeinrichtung (120) unter Berücksichtigung der Ansteuervorgabe ein Regeln der Bewegung der Hubeinrichtung (120) umfasst, wobei insbesondere eine Regelverstärkung in Abhängigkeit von einem Druck im Hydraulikzylinder (122) vorgegeben wird.procedure after claim 2 , wherein the control of the lifting device (120) taking into account the control specification includes controlling the movement of the lifting device (120), in particular a control amplification depending on a pressure in the hydraulic cylinder (122) is specified. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die für die Nickbewegung (108) charakteristische Größe eine Nickbeschleunigung (dR/dt) umfasst, wobei basierend auf dem Istwert eine, insbesondere geschätzte, Istkraft (Fist), die durch die Nickbewegung (108) auf die Hubeinrichtung (120) wirkt, bestimmt wird, und wobei das Ansteuern der Hubeinrichtung (120) ein Ausgleichen der Istkraft (Fist) durch Einregeln einer vorgegebenen, insbesondere mittleren, Kraft (Fsoll) auf die Hubeinrichtung (120), umfasst.Method according to one of the preceding claims, wherein the variable for the pitching movement (108) characteristic of a pitching acceleration (dR/dt) comprises a, in particular estimated, actual force (F ist ) based on the actual value, which is generated by the pitching movement (108). the lifting device (120) acts, is determined, and wherein the actuation of the lifting device (120) comprises compensating for the actual force (F act ) by adjusting a predetermined, in particular mean, force (F set ) on the lifting device (120). Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Istkraft weiterhin basierend auf einer, insbesondere geschätzten, Reaktionsträgheit des Anbaugeräts (130) bestimmt wird.procedure after claim 4 , wherein the actual force is also determined on the basis of an inertia in reaction, in particular an estimated one, of the attachment (130). Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Istwert der Nickbeschleunigung oder die Istkraft vor der weiteren Verwendung gefiltert werden, insbesondere durch eine schnelle Filterung.procedure after claim 4 or 5 , wherein the actual value of the pitching acceleration or the actual force is filtered before further use, in particular by fast filtering. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine vorgegebene, insbesondere mittlere, Position (ssoll) der Hubeinrichtung (120) durch eine, insbesondere überlagerte, Positionsregelung (200, 300) eingeregelt wird.Method according to one of the preceding claims, in which a predetermined, in particular mean, position (s desired ) of the lifting device (120) is regulated by a position control (200, 300), in particular a superimposed one. Recheneinheit (102), die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.Arithmetic unit (102) which is set up to carry out a method according to one of the preceding claims. Mobile Arbeitsmaschine (100), insbesondere Fahrzeug, mit einer, insbesondere hydraulisch betätigbaren, Hubeinrichtung (120), wobei an die mobile Arbeitsmaschine (100) ein Anbaugerät (130) anbringbar ist, das mittels der Hubeinrichtung (120) bewegbar ist, weiterhin mit einer Recheneinheit (108) nach Anspruch 8.Mobile working machine (100), in particular a vehicle, with a lifting device (120), in particular a hydraulic one, wherein an attachment (130) can be attached to the mobile working machine (100) and can be moved by means of the lifting device (120), furthermore with a Arithmetic unit (108) after claim 8 . System mit einer mobilen Arbeitsmaschine (100) nach Anspruch 9, und mit einem an der mobilen Arbeitsmaschine (100) angebrachten Anbaugerät (130).System with a mobile working machine (100). claim 9 , and with an attachment (130) attached to the mobile working machine (100). Computerprogramm, das eine Recheneinheit (102) veranlasst, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit (120) ausgeführt wird.Computer program which causes a computing unit (102) to carry out a method according to one of Claims 1 until 7 to be performed when it is executed on the computing unit (120). Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 11.Machine-readable storage medium with a computer program stored on it claim 11 .
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