DE112014000060B4

DE112014000060B4 - Stellungsberechnungsvorrichtung einer Arbeitsmaschine, Stellungsberechnungsvorrichtung eines Baggers und Arbeitsmaschine

Info

Publication number: DE112014000060B4
Application number: DE112014000060.4T
Authority: DE
Inventors: Yasuo Kanemitsu
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2014-05-19
Filing date: 2014-05-19
Publication date: 2018-02-08
Anticipated expiration: 2034-05-20
Also published as: WO2015177843A1; CN105517645A; JPWO2015177843A1; JP5844465B1; KR101764521B1; US9745726B2; US10519630B2; US20160244949A1; DE112014000060T5; CN105517645B; KR20160002721A; US20170321395A1

Abstract

Stellungsberechnungsvorrichtung (24) einer Arbeitsmaschine (100), umfassend:
eine Messvorrichtung (29), die in der Arbeitsmaschine (100) vorgesehen ist und die konfiguriert ist für die Detektion einer Winkelgeschwindigkeit (ω) und Beschleunigung (Ac);
eine Stellungswinkel-Berechnungseinheit (51, 52), die konfiguriert ist für die Ermittlung eines Stellungswinkels (θ) der Arbeitsmaschine (100) aus der durch die Messvorrichtung (29) detektierten Winkelgeschwindigkeit (ω) und der Beschleunigung (Ac);
ein erstes Komplementärfilter (53), an dem eine erste Grenzfrequenz eingestellt ist und das konfiguriert ist für die Verringerung eines Rauschens in dem Stellungswinkel (θ), der durch die Stellungswinkel-Berechnungseinheit (51, 52) ermittelt wurde, um einen ersten Stellungswinkel (θ1) auszugeben;
ein zweites Komplementärfilter (54), an dem eine sich von der ersten Grenzfrequenz unterscheidende zweite Grenzfrequenz eingestellt ist und das konfiguriert ist für die Verringerung eines Rauschens in dem Stellungswinkel (θ), der durch die Stellungswinkel-Berechnungseinheit (51, 52) ermittelt wurde, um einen zweiten Stellungswinkel (θ2) auszugeben; und
eine Schalteinheit (55) die konfiguriert ist für ein Umschalten zwischen dem ersten Stellungswinkel (θ1) und dem zweiten Stellungswinkel (θ2), um entsprechend einem Zustand der Arbeitsmaschine (100) den ersten Stellungswinkel (θ1) oder den zweiten Stellungswinkel (θ2) auszugeben.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Vorliegende Erfindung betrifft eine Stellungsberechnungsvorrichtung einer Arbeitsmaschine und eine Arbeitsmaschine.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Seit den letzten Jahren gibt es Arbeitsmaschinen mit Positionsdetektion, wie zum Beispiel Bagger und Bulldozer, wobei auf der Basis der Information über die Position der Arbeitsmaschine und auf der Basis von Konstruktionsinformationen, die geographische Merkmale eines Baugeländes enthalten, ein Arbeitsmanagement und Konstruktionsmanagement erfolgt (siehe z. B. JP 2005-61024 A ).
Aus dem Stand der Technik sind zur Positionsbestimmung Beschleunigungsaufnehmer grundsätzlich bekannt. Ferner ist bekannt, mehrere Sensoren in einer Sensorfusionslösung zu vereinen (Fachartikel „Beschleunigungsaufnehmer“ vom 28. Oktober 2011; Jay Esfandyari, Roberto de Nuccio und Gang Xu).
Aus DE 11 2009 001 466 T5 ist ein Bagger bekannt, der mit einem System zum Erfassen einer Neigung einer Komponente relativ zur Schwerkraft ausgestattet ist. Dazu weist das System einen Neigungsmesser und ein Drehgeschwindigkeitssensor auf.
Aus US 2013/0080112 A1 ist ein System zur Korrektur eines Neigungswinkels für eine Arbeitsmaschine bekannt. Der gemessene Neigungswinkel wird mittels der Messdaten mehrerer unterschiedlicher Sensoren korrigiert.
US 2012/0130601 A1 offenbart ein weiteres System zum Ermitteln einer Neigung einer Maschine. Das System umfasst einen Neigungssensor und einen Beschleunigungssensor. Ferner umfasst das System eine Steuerung, die eine auftretende Neigungsänderung oder Beschleunigungsänderung erkennt und einen Neigungszustand der Maschine ermittelt.
Aus DE 198 15 894 A1 ist ein weiteres System zur Neigungsschätzung eines Baggers bekannt. Das System greift insbesondere auf einen Kalman-Filter und verschiedene Sensoren zurück.
ÜBERSICHT
Technisches Problem
Wenn eine Position und eine Stellung eines Arbeitsgeräts in einer Arbeitsmaschine ermittelt werden, bedingt dies, dass detaillierte Informationen, die sich auf eine Neigung der Arbeitsmaschine beziehen, ermittelt werden. Zum Beispiel ist eine Trägheitsmesseinheit (IMU = inertial measuring unit) an der Arbeitsmaschine montiert, und es können Stellungswinkel wie ein Rollwinkel und ein Nickwinkel aus einem Detektionswert der IMU als neigungsbezogene Information der Arbeitsmaschine erhalten werden. Wenn die Stellungswinkel des Arbeitsgeräts aus dem Detektionswert der IMU ermittelt werden, beeinflusst die Genauigkeit der Stellungswinkel die Genauigkeit der ermittelten Position und Stellung des Arbeitsgeräts und dergleichen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu verhindern, dass die Genauigkeit eines Stellungswinkels abnimmt, wenn der Stellungswinkel der Arbeitsmaschine ermittelt wird.
Problemlösung
Erfindungsgemäß umfasst eine Stellungsberechnungsvorrichtung einer Arbeitsmaschine: eine Messvorrichtung, die in der Arbeitsmaschine vorgesehen ist und die konfiguriert ist für die Detektion einer Winkelgeschwindigkeit und Beschleunigung; eine Einheit zum Berechnen eines Stellungswinkels, die konfiguriert ist für das Ermitteln eines Stellungswinkels der Arbeitsmaschine aus der durch die Messvorrichtung detektierten Winkelgeschwindigkeit und der Beschleunigung; ein erstes Komplementärfilter, an dem eine erste Grenzfrequenz eingestellt ist und das konfiguriert ist zum Verringern eines Rauschens (kann auch als Störung oder Verzerrung bezeichnet werden; Englisch: noise), das in dem durch die Einheit zum Berechnen eines Stellungswinkels ermittelten Stellungswinkel enthalten ist, um einen ersten Stellungswinkel auszugeben; ein zweites Komplementärfilter, an dem eine sich von der ersten Grenzfrequenz unterscheidende zweite Grenzfrequenz eingestellt ist und das konfiguriert ist zum Verringern eines Rauschens, das in dem durch die Einheit zum Berechnen eines Stellungswinkels ermittelten Stellungswinkel enthalten ist, um einen zweiten Stellungswinkel auszugeben; und eine Schalteinheit, die konfiguriert ist für das Umschalten zwischen dem ersten Stellungswinkel und dem zweiten Stellungswinkel, um entsprechend dem Zustand der Arbeitsmaschine den ersten Stellungswinkel oder den zweiten Stellungswinkel auszugeben.
Vorzugsweise ist die erste Grenzfrequenz höher als die zweite Grenzfrequenz.
Vorzugsweise gibt die Schalteinheit den ersten Stellungswinkel aus, wenn bestimmt wurde, dass sich die Arbeitsmaschine in einem quasi-stationären Zustand befindet, und gibt den zweiten Stellungswinkel aus, wenn bestimmt wurde, dass sich die Arbeitsmaschine in einem dynamischen Zustand befindet.
Vorzugsweise korrigiert die Schalteinheit nach dem Umschalten von dem ersten Stellungswinkel auf den zweiten Stellungswinkel den zweiten Stellungswinkel, wobei als Korrekturwert ein Wert verwendet wird, der an einem Zeitpunkt des Umschaltens ermittelt wird, indem der zweite Stellungswinkel von dem ersten Stellungswinkel subtrahiert wird.
Vorzugsweise korrigiert die Schalteinheit nach dem Umschalten von dem zweiten Stellungswinkel auf den ersten Stellungswinkel den ersten Stellungswinkel. wobei als Korrekturwert ein Wert verwendet wird, der an dem Zeitpunkt des Umschaltens ermittelt wird, indem ein Fehler des zweiten Stellungswinkels mit einem Koeffizienten multipliziert wird, der größer als 0 und kleiner als 1 ist.
Vorzugsweise ist die Arbeitsmaschine ein Bagger. Ferner vorzugsweise ist die Messvorrichtung in einem oberen Drehkörper des Baggers vorgesehen.
Erfindungsgemäß umfasst die Arbeitsmaschine: die vorstehend beschriebene Stellungsberechnungsvorrichtung der Arbeitsmaschine; und eine Steuereinheit, die konfiguriert ist für die Ermittlung einer Position eines Arbeitsgeräts, das an der Arbeitsmaschine befestigt ist, unter Verwendung des von der Stellungsberechnungsvorrichtung der Arbeitsmaschine ausgegebenen ersten Stellungswinkels oder zweiten Stellungswinkels.
Vorliegende Erfindung kann verhindern, dass die Genauigkeit eines Stellungswinkels abnimmt, wenn der Stellungswinkel einer Arbeitsmaschine ermittelt wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht einer Arbeitsmaschine gemäß einer vorliegenden Ausführungsform;
2 zeigt schematisch ein Steuersystem der Arbeitsmaschine gemäß der vorliegenden Ausführungsform;
3 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung eines Beispiels einer IMU;
4 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung einer Sensorsteuervorrichtung;
5 ist eine schematische Darstellung der Charakteristiken eines Komplementärfilters;
6 ist eine schematische Darstellung der Frequenzcharakteristiken von Fehlern;
7 ist ein Diagramm, das ein Verhältnis zwischen Erträgen eines ersten Komplementärfilters und eines zweiten Komplementärfilters und einer Frequenz darstellt;
8 zeigt schematisch ein Beispiel einer Tabelle, die in einer Modifikation der vorliegenden Ausführungsform zum Schalten eines ersten Stellungswinkels und eines zweiten Stellungswinkels verwendet wird;
9 zeigt ein Diagramm zur Darstellung eines Beispiels einer zeitlichen Änderung eines Stellungswinkels, eines ersten Stellungswinkels und eines zweiten Stellungswinkels eines Baggers, die von einer Schalteinheit der Sensorsteuervorrichtung ausgegeben werden;
10 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Ablaufs der Ermittlung eines Stellungswinkels;
11 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Ergebnisses beim Umschalten eines Stellungswinkels entsprechend einem Zustand der IMU.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ein Beispiel für die Implementierung der vorliegenden Erfindung (Ausführungsform) wird nachstehend im Detail beschrieben, wobei auf die Zeichnungen Bezug genommen wird.
<Gesamtkonstruktion der Arbeitsmaschine>
1 ist eine perspektivische Ansicht einer Arbeitsmaschine gemäß vorliegender Ausführungsform. 2 zeigt schematisch ein Steuersystem der Arbeitsmaschine gemäß vorliegender Ausführungsform. Ein Bagger 100 als Arbeitsmaschine hat einen Fahrzeugkörper 1 und ein Arbeitsgerät 2. Der Fahrzeugkörper 1 hat einen oberen Drehkörper 3 (kann auch als Drehwagen bezeichnet werden) als Schwenkkörper und eine Fahrvorrichtung 5 als Fahrkörper. In dem oberen Drehkörper 3 sind Einrichtungen wie eine Antriebsmaschine 36 als Vorrichtung zum Erzeugen einer Antriebskraft, die in 2 gezeigt ist, und eine Hydraulikpumpe 37 in einem Antriebsmaschinenraum 3EG untergebracht. Der Antriebsmaschinenraum 3EG ist auf der hinteren Endseite des oberen Drehkörpers 3 angeordnet. Die in der Beschreibung genannten Richtungen werden nachstehend definiert.
In der vorliegenden Ausführungsform arbeitet der Bagger 100 mit einer Brennkraftmaschine, zum Beispiel mit einer Dieselmaschine, als Antriebsmaschine 36 zum Erzeugen einer Antriebskraft. Die Vorrichtung zum Erzeugen einer Antriebskraft ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die Krafterzeugungsvorrichtung des Baggers 100 kann auch eine sogenannte Hybridvorrichtung sein, die eine Kombination einer Brennkraftmaschine, eines Generatormotors und einer Speichervorrichtung ist.
Der obere Drehkörper 3 trägt eine Fahrerkabine 4. Die Fahrerkabine 4 ist auf der vorderen Endseite des oberen Drehkörpers 3 vorgesehen. Das heißt, die Fahrerkabine 4 befindet sich auf der Seite, die der Einbauseite des Antriebsmaschinenraums 3EG gegenüberliegt. Eine erste Displayvorrichtung 28 und eine Betätigungsvorrichtung 30, die in 2 dargestellt sind, befinden sich in der Fahrerkabine 4. Diese Vorrichtungen werden nachstehend beschrieben. Geländer 19 und Antennen 20 und 21 sind an oberen Bereichen des oberen Drehkörpers 3 befestigt. Details der Antennen 20 und 21 werden nachstehend beschrieben.
Die Fahrvorrichtung 5 hat Raupenbänder 5a und 5b. Durch den Antrieb eines oder beider Hydraulikmotoren 5c auf der rechten und linken Seite der Fahrvorrichtung 5 werden die Raupenbänder 5a und 5b umlaufend bewegt, wodurch der Bagger 100 vorwärts und rückwärts fahren kann oder schwenken kann. Das Arbeitsgerät 2 ist auf der Seite der Fahrerkabine 4 an dem oberen Drehkörper 3 befestigt.
Anstelle der Raupenbänder 5a und 5b kann der Bagger 100 Räder haben und eine Fahrvorrichtung, die die Antriebskraft der in 2 dargestellten Antriebsmaschine 36 über ein Getriebe auf die Räder überträgt und einen Fahrbetrieb ermöglicht. Ein Beispiel eines solchen Baggers 100 ist ein Radbagger. Ferner kann der Bagger 100 ein Traktorbagger sein, der eine solche Fahrvorrichtung mit Rädern aufweist und der eine Konstruktion hat, bei der das Arbeitsgerät an dem Fahrzeugkörper befestigt ist, während der in 1 gezeigte obere Drehkörper 3 und ein Schwenkmechanismus desselben entfallen. Das heißt, der Traktorbagger hat ein Arbeitsgerät, das an dem Fahrzeugkörper befestigt ist, und eine Fahrvorrichtung, die Teil des Fahrzeugkörpers ist.
Die Seite des oberen Drehkörpers 3, auf der sich das Arbeitsgerät 2 und die Fahrerkabine 4 befinden, ist die Vorderseite, und die Seite, auf der der Antriebsmaschinenraum 3EG angeordnet ist, ist die Rückseite. Bei Blickrichtung nach vorne ist die linke Seite eine linke Seite des oberen Drehkörpers 3, und die rechte Seite ist eine rechte Seite des oberen Drehkörpers 3. Ferner ist die Seite der Fahrvorrichtung 5 des Baggers 100 oder des Fahrzeugkörpers 1, die an dem oberen Drehkörper 3 gehalten ist, eine Unterseite, und die Seite des oberen Drehkörpers 3, die auf der Fahrvorrichtung 5 gestützt ist, ist eine Oberseite. Wenn sich der Bagger 100 auf einer horizontalen Ebene befindet, liegt die Unterseite in der vertikalen Richtung, d.h. in Richtung der Schwerkraft, und die Oberseite liegt in der zur vertikalen Richtung entgegengesetzten Richtung.
Das Arbeitsgerät 2 hat einen Ausleger 6, einen Stiel 7, einen Löffel 8, einen Auslegerzylinder 10, einen Stielzylinder 11 und einen Löffelzylinder 12. Ein unterer Endbereich des Auslegers 6 ist über einen Auslegerbolzen 13 an einem vorderen Bereich des oberen Drehkörpers 3 schwenkbar befestigt. Ein unterer Endbereich des Stiels 7 ist über einen Stielbolzen 14 an einem vorderen Endbereich des Auslegers 6 schwenkbar befestigt. Der Löffel 8 ist über einen Löffelbolzen 15 an einem vorderen Endbereich des Stiels 7 befestigt. Der Löffel 8 schwenkt um den Löffelbolzen 15. Eine Vielzahl von Schneiden 8B ist auf der gegenüberliegenden Seite des Löffelbolzens 15 an dem Löffel 8 befestigt. Eine Kante einer Schneide 8T ist eine Spitze der Schneide 8B.
Es ist möglich, dass der Löffel 8 die Vielzahl von Schneiden 8B nicht aufweist. Das heißt, der Löffel 8 kann ein Löffel ohne die in 1 dargestellte Schneide 8B sein, der stattdessen eine Messerkante in Form einer geraden Stahlplatte hat. Das Arbeitsgerät 2 kann eine Kippschaufel mit nur einer Schneide aufweisen. Die Kippschaufel ist eine Schaufel die einen Schaufelkippzylinder hat und mit welcher ein Hang oder eine ebenes Gelände frei geformt und abgetragen werden kann, indem die Schaufel nach links oder nach rechts gekippt wird, was auch möglich ist, wenn der Bagger an einem Hang steht. Mit einer Basisplatte kann das Gelände verdichtet werden. Ferner kann das Arbeitsgerät 2 anstelle des Löffels 8 eine Schaufel zur Endbearbeitung einer Böschung oder einen Bohraufsatz mit einem Bohrmeißel oder dergleichen aufweisen.
Der Auslegerzylinder 10, der Stielzylinder 11 und der Löffelzylinder 12, die in 1 dargestellt sind, sind Hydraulikzylinder, die durch den Druck eines Arbeitsöls (im Folgenden zutreffend als Öldruck bezeichnet) angetrieben werden.
Der Auslegerzylinder 10 hebt und senkt den Ausleger 6. Der Stielzylinder 11 dreht den Stiel 7 um den Stielbolzen 14. Der Löffelzylinder 12 dreht den Löffel 8 um den Löffelbolzen 15.
Ein Hydrauliksteuerventil 38, das in 2 dargestellt ist, ist zwischen die Hydraulikzylinder, zum Beispiel den Auslegerzylinder 10, den Stielzylinder 11 und den Löffelzylinder 12, und die Hydraulikpumpe 37, geschaltet, die in 2 dargestellt ist. Das Hydrauliksteuerventil 38 enthält ein Fahrbetrieb-Steuerventil für den Antrieb des Hydraulikmotors 5c und ein Arbeitsgerät-Steuerventil zum Steuern des Auslegerzylinders 10, des Stielzylinders 11, des Löffelzylinders 12 und eines Schwenkmotors, der ermöglicht, dass sich der obere Drehkörper 3 dreht. Eine Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25, die in 2 dargestellt ist, steuert das Hydrauliksteuerventil 38, so dass die Flussraten des Arbeitsöls, das zu dem Auslegerzylinder 10, Stielzylinder 11, Löffelzylinder 12, Schwenkmotor und Hydraulikmotor 5c geleitet wird. Dies ermöglicht eine Steuerung des Betriebs des Auslegerzylinders 10, des Stielzylinders 11, des Löffelzylinders 12 und dergleichen.
Die Antennen 20 und 21 sind an oberen Bereichen des drehbaren Oberwagens 3 befestigt. Die Antennen 20 und 21 werden zum Detektieren einer aktuellen Position des Baggers 100 verwendet. Die Antennen 20 und 21 sind mit einer Positionsdetektionsvorrichtung 23 zum Detektieren der aktuellen Position des Baggers 100, die in 2 gezeigt ist, elektrisch verbunden. Die Positionsdetektionsvorrichtung 23 detektiert die aktuelle Position des Baggers 100 unter Verwendung eines globalen Navigationssatellitensystems mit Echtzeitkinematik (RTK-GNSS). (GNSS ist ein globales Navigationssatellitensystem.) In der folgenden Beschreibung werden die Antennen 20 und 21 jeweils als GNSS-Antennen 20 und 21 bezeichnet.
Signale, die den GNSS-Funkwellen entsprechen und die durch die GNSS-Antennen 20 und 21 empfangen werden, werden in die Positionsdetektionsvorrichtung 23 eingegeben. Die Positionsdetektionsvorrichtung 23 detektiert die Installationspositionen der GNSS-Antennen 20 und 21.
Die GNSS-Antennen 20 und 21 sind in vorteilhafter Weise an beiden Endpositionen des Baggers 100 auf dessen oberem Drehkörper 3 montiert und liegen in Richtung nach rechts und nach links auseinander, wie 1 gezeigt. Die GNSS-Antennen 20 und 21 können über dem oberen Drehkörper 3 an einem Geländer 19 befestigt sein, wie in 1 gezeigt. Ferner können die GNSS-Antennen 20 und 21 auf oberen Bereichen eines Gegengewichts 3CW, das an einem hinteren Ende des oberen Drehkörpers 3 vorgesehen ist, oder hinter der Fahrerkabine 4 und auf dem Antriebsmaschinenraum 3EG montiert sein. In jedem Fall wird die Detektionsgenauigkeit der aktuellen Position des Baggers 100 verbessert, wenn die GNSS-Antennen 20 und 21 soweit wie möglich auseinanderliegen. Ferner ist es vorteilhaft, die GNSS-Antennen 20 und 21 an Positionen anzubringen, in denen sie die Sicht des Fahrers nicht behindern.
(Steuersystem des Baggers)
Ein Steuersystem des Baggers 100 wird mit Bezug auf 2 beschrieben. Als Steuersystem hat der Bagger 100 ein Sensorsteuersystem 24 als Stellungsberechnungsvorrichtung der Arbeitsmaschine, die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25, eine Antriebsmaschinen-Steuervorrichtung 26, eine Pumpensteuervorrichtung 27, die erste Displayvorrichtung 28, eine IMU 29 als Trägheitsmesseinheit, die eine Winkelgeschwindigkeit und Beschleunigung detektiert, und eine zweite Displayvorrichtung 39. Diese Vorrichtungen sind in dem oberen Drehkörper 3 eingebaut. Die IMU 29 befindet sich zum Beispiel in einem unteren Bereich der Fahrerkabine 4. Die erste Displayvorrichtung 28 und die zweite Displayvorrichtung 39 sind in der Nähe eines Fahrersitzes in der Fahrerkabine 4 angeordnet.
Die Sensorsteuervorrichtung 24, die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25, die Antriebsmaschinen-Steuervorrichtung 26, die Pumpen-Steuervorrichtung 27, die erste Anzeigevorrichtung 28 und die Positionsdetektionsvorrichtung 23 sind mit einer in dem Bagger 100 verlegten fahrzeuginternen Signalleitung 41 elektrisch verbunden. Die Sensorsteuervorrichtung 24, die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25, die Antriebsmaschinen-Steuervorrichtung 26, die Pumpensteuervorrichtung 27, die erste Displayvorrichtung 28 und die Positionsdetektionsvorrichtung 23 kommunizieren miteinander über die fahrzeuginterne Signalleitung 41. Die Sensorsteuervorrichtung 24, die IMU 29 und die zweite Displayvorrichtung 39 sind mit einer fahrzeuginternen Signalleitung 42, die sich von der fahrzeuginternen Signalleitung 41 unterscheidet, elektrisch verbunden. Die Sensorsteuervorrichtung 24, die IMU 29 und die zweite Displayvorrichtung 39 kommunizieren miteinander über die fahrzeuginterne Signalleitung 42. Die IMU 29 muss nicht mit der fahrzeuginternen Signalleitung 42 elektrisch verbunden sein, sondern kann stattdessen mit der fahrzeuginternen Signalleitung 41 elektrisch verbunden sein.
Verschiedene Sensoren 35, zum Beispiel ein Sensor, der die Hübe des Auslegerzylinders 10, des Stielzylinders 11 und des Löffelzylinders 12, die in 1 dargestellt sind, detektiert, ein Sensor, der die Winkel des Auslegers 6 und des Stiels 7 detektiert, und ein Sensor, der den Schwenkwinkel des oberen Drehkörpers 3 detektiert, sind mit der Sensorsteuervorrichtung 24 elektrisch verbunden. Die Sensoren, die die Winkel des Auslegers 6 und des Stiels 7 und den Schwenkwinkel des oberen Drehkörpers detektieren, sind nicht unbedingt erforderlich. Die Sensorsteuervorrichtung 24 wendet bei Signalen, die von den verschiedenen Sensoren 35 detektiert werden, verschiedene Arten der Signalverarbeitung an, wie zum Beispiel eine Filterung und eine Analog/Digital-(A/D)-Umwandlung, und gibt die konvertierten Signale dann an die fahrzeuginterne Signalleitung 41 aus.
Als Sensor, der die Hübe des Auslegerzylinders 10, des Stielzylinders 11 und des Löffelzylinders 12 detektiert, kann ein Näherungssensor oder ein Drehwertgeber verwendet werden, der die Ausfahr-/Einfahrbeträge der Hydraulikzylinder detektiert. Wahlweise sind Encoder (nicht dargestellt) an unteren Endbereichen des Auslegers 6 und des Stiels 7 vorgesehen, und ein Detektionswert des Näherungssensors oder des Drehwertgebers, der die Ausfahr-/Einfahrbeträge der Hydraulikzylinder detektiert, kann durch die Encoder zurückgesetzt werden.
Die Sensorsteuervorrichtung 24 bezieht Signale, die durch die IMU 29 detektiert wurden, um genau zu sein, die Beschleunigung und die Winkelgeschwindigkeit, von der fahrzeuginternen Signalleitung 42. Die Sensorsteuervorrichtung 24 ermittelt einen Stellungswinkel der Arbeitsmaschine unter Verwendung der Beschleunigung und der Winkelgeschwindigkeit, die sie von der IMU 29 bezieht, wendet die Filterung gemäß vorliegender Ausführungsform bei dem ermittelten Stellungswinkel an und beseitigt Rauschen und gibt den Stellungswinkel an die fahrzeuginterne Signalleitung 41 aus. Der Stellungswinkel ist eine Information, die sich auf die Neigung des Baggers 100 bezieht. Die Genauigkeit des Stellungswinkels beeinflusst die Anzeigegenauigkeit der Positionsinformation der Kanten einer Schneide 8T durch die zweite Displayvorrichtung 39 und die Genauigkeit der Arbeitsgerätsteuerung des Baggers 100. Die Genauigkeit des Stellungswinkels wird durch die Durchführung des Filterverfahrens gemäß vorliegender Ausführungsform gesichert. Das Filterverfahren gemäß vorliegender Ausführungsform wird beschrieben.
Die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25 steuert den Betrieb des Arbeitsgeräts 2, des oberen Drehkörpers 3 und der Fahrvorrichtung 5, die in 1 dargestellt sind, auf der Basis von Eingaben in die Betätigungsvorrichtung 30. Die Betätigungsvorrichtung 30 enthält Arbeitsgerät-Betätigungselemente 31L und 31R als Betätigungseinheiten, Fahrbetrieb-Betätigungselemente 33L und 33R, Arbeitsgerät-Betätigungsdetektionseinheiten 32L und 32R und Fahrbetrieb-Detektionseinheiten 34L und 34R. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Arbeitsgerät-Betätigungselemente 31L und 31R und die Fahrbetrieb-Betätigungselemente 33L und 33R Pilotdrucksystemhebel, sind jedoch nicht auf diese beschränkt. Die Arbeitsgerät-Betätigungselemente 31L und 31R und die Fahrbetrieb-Betätigungselemente 33L und 33R können Hebel eines elektrischen Systems sein, das geeignet ist, unter Verwendung von beispielsweise einem Potentiometer die Betätigungsbeträge der Betätigungselemente (Hebel) zu detektieren.
Die Arbeitsgerät-Betätigungselemente 31L und 31R sind Elemente, die auf der linken und auf der rechten Seite des Fahrersitzes angebracht sind und die der Führer des Baggers 100 bedient, um das Arbeitsgerät 2 zu betätigen, wobei die Bedienhebel einen Griffbereich wie einen Steuerknüppel oder ein Stabelement aufweisen. Die Arbeitsgerät-Betätigungselemente 31L und 31R können nach vorne, nach hinten, nach rechts und nach links geschwenkt werden, indem man den Griffbereich umgreift. Wenn zum Beispiel das Arbeitsgerät-Betätigungselement 31L auf der linken Seite bedient wird, können der Stiel 7 und der obere Drehkörper 3 betätigt werden, und wenn das Arbeitsgerät-Betätigungselement 31R auf der rechten Seite bedient wird, können der Löffel 8 und der Ausleger 6 betätigt werden.
Die Arbeitsgerät-Betätigungsdetektionseinheiten 32L und 32R erzeugen entsprechend den Eingaben in die Arbeitsgerät-Betätigungselemente 31L und 31R, d.h. entsprechend dem Betätigungsinhalt, einen Pilotdruck und leiten den erzeugten Pilotdruck des Arbeitsöls zu dem Arbeitssteuerventil, das in dem Hydrauliksteuerventil 38 enthalten ist. Das Arbeitssteuerventil wird entsprechend der Größe des Pilotdrucks betätigt, so dass das Arbeitsöl von der Hydraulikpumpe 37 zu dem Auslegerzylinder 10, dem Stielzylinder 11, dem Löffelzylinder 12, die in 1 dargestellt sind, und dergleichen geleitet wird. Wenn die Arbeitsgerät-Betätigungselemente 31L und 31R Hebel eines elektrischen Systems sind, detektieren die Arbeitsgerät-Betätigungsdetektionseinheiten 32L und 32R die Eingaben in die Arbeitsgerät-Betätigungselemente 31L und 31R, d.h. den Betätigungsinhalt, mit Hilfe eines Potentiometers oder dergleichen, wandeln die Eingabe in elektrische Signale (Detektionssignale) um und senden die Signale an die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25. Die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25 steuert das Arbeitssteuerventil auf der Basis der Detektionssignale.
Die Fahrbetrieb-Betätigungselemente 33L und 33R sind Elemente, die vor dem Fahrersitz angeordnet sind und die von dem Maschinenführer bedient werden, um zu bewirken, dass die Fahrvorrichtung 5 des Baggers 100 fährt oder schwenkt. Die Fahrbetätigungselemente 33L und 33R sind Betätigungshebel (im Folgenden zutreffend als Fahrhebel bezeichnet), die einen Griffbereich und ein Stabelement aufweisen. Solche Fahrbetrieb-Betätigungselemente 33L und 33R können nach hinten und nach vorne geneigt werden, indem der Maschinenführer den Griffbereich umgreift. Wenn die beiden Fahrbetätigungshebel der Fahrbetrieb-Betätigungselemente 33L und 33R gleichzeitig nach vorne geneigt werden, bewegt sich der Bagger 100 nach vorne, und wenn die beiden Fahrbetrieb-Betätigungselemente nach hinten geneigt werden, bewegt sich der Bagger 100 nach hinten.
Die Fahrbetrieb-Betätigungselemente 33L und 33R können Pedale (nicht dargestellt) sein, die der Maschinenführer mit dem Fuß betätigen kann, zum Beispiel Wipp-Pedale. Ähnlich wie bei den vorstehend beschriebenen Betätigungshebeln wird der Pilotdruck erzeugt, indem man entweder vorne oder hinten auf die Pedale tritt, das Steuerventil wird gesteuert, und der Hydraulikmotor 5c wird angetrieben, so dass sich der Bagger 100 vorwärts oder rückwärts bewegen kann. Wenn man vorne auf beide Pedale gleichzeitig tritt, bewegt sich der Bagger 100 vorwärts, und wenn man hinten auf beide Pedale gleichzeitig tritt, bewegt sich der Bagger 100 rückwärts. Wenn man entweder vorne oder hinten auf eines der Pedale tritt, wird eines der Raupenbänder 5a und 5b gedreht, und die Fahrvorrichtung 5 des Baggers 100 kann schwenken.
Wenn der Maschinenführer einen Fahrbetrieb des Baggers 100 bewirken will, kann der Maschinenführer für den Antrieb des Hydraulikmotors 5c der Fahrvorrichtung 5 sorgen, indem er die Bedienhebel mit der Hand nach vorne oder nach hinten schwenkt oder mit dem Fuß vorne oder hinten auf die Pedale tritt. Wie 2 zeigt, sind zwei Paare der Fahrbetrieb-Betätigungselemente 33L und 33R und der Fahrbetrieb-Betätigungseinheiten 34L und 34R vorgesehen. Durch eine Betätigung des linken Fahrbetrieb-Betätigungselements 33L kann der linke Hydraulikmotor 5c angetrieben und das linke Raupenband 5b betätigt werden. Durch eine Betätigung des rechten Fahrbetrieb-Betätigungselements 33R kann der rechte Hydraulikmotor 5c angetrieben und das rechte Raupenband 5a betätigt werden.
Die Fahrbetrieb-Betätigungsdetektionseinheiten 34L und 34R erzeugen entsprechend den Eingaben in die Fahrbetrieb-Betätigungselemente 33L und 33R, d.h. entsprechend dem Betätigungsinhalt, einen Pilotdruck und leiten den erzeugten Pilotdruck zu dem Fahrbetrieb-Steuerventil, das in dem Hydrauliksteuerventil 38 enthalten ist. Das Fahrbetrieb-Steuerventil wird entsprechend der Größe des Pilotdrucks betätigt, so dass das Betriebsöl zu dem Hydraulikmotor 5c für den Fahrbetrieb geleitet wird. Wenn die Fahrbetrieb-Betätigungselemente 33L und 33R Hebel eines elektrischen Systems sind, detektieren die Fahrbetrieb-Detektionseinheiten 34L und 34R die Eingaben in die Fahrbetrieb-Betätigungselemente 33L und 33R, d.h. den Betätigungsinhalt, mit Hilfe eines Potentiometers oder dergleichen, wandeln die Eingaben in elektrische Signale (Detektionssignale) um und senden die Signale an die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25. Die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25 steuert das Fahrbetrieb-Steuerventil auf der Basis der Detektionssignale.
Die Antriebsmaschinen-Steuervorrichtung 26 steuert eine Ausgangsleistung der Antriebsmaschine 36 durch die Einstellung der Kraftstoffmenge, die der Antriebsmaschine 36 zuzuführen ist. Die Antriebsmaschine 36 treibt die Hydraulikpumpe 37 an, die mit einer Ausgangswelle mechanisch verbunden ist. Die mit der Antriebsmaschine 36 verbundene Hydraulikpumpe 37 versorgt die Öldruckvorrichtungen wie beispielsweise den Auslegerzylinder 10, den Stielzylinder 11 und den Löffelzylinder 12, die in dem Bagger 100 enthalten sind, mit Arbeitsöl.
Ein Drehzahldetektor 36R und eine Kraftstoffeinstellvorrichtung 26D sind mit der Antriebsmaschinen-Steuervorrichtung 26 elektrisch verbunden. Die Antriebsmaschinen-Steuervorrichtung 26 steuert die der Antriebsmaschine 36 zuzuführende Kraftstoffmenge auf der Basis einer Drehzahl der Kurbelwelle des Motors 36, die durch den Drehzahldetektor 36R detektiert wird, auf der Basis der Einstellung der Kraftstoffeinstellvorrichtung 26D und dergleichen. Solchermaßen steuert die Antriebsmaschinen-Steuervorrichtung 26 die Ausgangsleistung der Antriebsmaschine 36.
Die Pumpensteuervorrichtung 27 steuert die Hydraulikpumpe 37, die in dem Bagger 100 enthalten ist. Die Hydraulikpumpe 37 ist eine Hydraulikpumpe mit Taumelscheibe, die eine Betriebsöl-Fördermenge und dergleichen ändert, indem der Neigungswinkel der Taumelscheibe geändert wird. Die Pumpensteuervorrichtung 27 bezieht über die fahrzeuginterne Signalleitung 41 den Pilotdruck, der durch einen Öldrucksensor 38C des Hydrauliksteuerventils 38 detektiert wurde. Die Pumpensteuervorrichtung 27 steuert die Flussrate des Arbeitsöls, das von der Hydraulikpumpe 37 abgegeben wird, indem sie den Neigungswinkel der Taumelscheibe der Hydraulikpumpe 37 auf der Basis des erworbenen Pilotdrucks steuert. Das von der Hydraulikpumpe 37 abgegebene Arbeitsöl wird durch das Arbeitssteuerventil oder das Fahrbetrieb-Steuerventil in dem Hydrauliksteuerventil 38 zumindest zu einem von Auslegerzylinder 10, Stielzylinder 11, Löffelzylinder 12, Hydraulikmotor 52 und Schwenkmotor geleitet und treibt mindestens einen dieser Zylinder oder dieser Motoren an, so dass der obere Drehkörper 3 schwenken kann.
Die erste Displayvorrichtung 28 ist eine Vorrichtung zur Bildanzeige. Die erste Displayvorrichtung 28 hat eine Displayeinheit 28M und eine Steuereinheit 28C. Die erste Displayvorrichtung 28 ist in der Fahrerkabine 4 des in 1 dargestellten Baggers 100 installiert und befindet sich in der Nähe des Fahrersitzes. In der vorliegenden Ausführungsform zeigt die erste Displayvorrichtung zum Beispiel Betriebsinformationen des Baggers 100 auf der Displayeinheit 28M an.
Die Betriebsinformationen sind zum Beispiel eine akkumulierte Betriebszeit des Baggers 100, eine Kraftstoffrestmenge, eine Kühlwassertemperatur der Antriebsmaschine 36 oder dergleichen. Wenn der Bagger zum Beispiel eine Peripheriekamera, eine Rückblickkamera oder dergleichen hat, kann die erste Displayvorrichtung 28 ein Bild anzeigen, das durch die Kamera abgebildet wird.
In der vorliegenden Ausführungsform hat die erste Displayvorrichtung 28 über ihre Funktion als Vorrichtung zum Anzeigen verschiedener Bilder auf der Anzeigeeinheit 28M hinaus auch die Funktion einer Eingabevorrichtung. Aus diesem Grund hat die erste Displayvorrichtung 28 unterhalb der Displayeinheit 28M eine Eingabevorrichtung 28I. In der vorliegenden Ausführungsform hat die Eingabevorrichtung 28I eine Vielzahl von Drucktastenschaltern, die parallel zu einer seitlichen Richtung der Displayeinheit 28M angeordnet sind. Durch das Bedienen der Eingabevorrichtung 28I kann das auf der Displayeinheit 28M angezeigte Bild umgeschaltet werden, und es können verschiedene Einstellungen bezüglich des Betriebs des Baggers 100 vorgenommen werden. Hier ist zu erwähnen, dass die erste Displayvorrichtung 28 als Touch Panel konfiguriert sein kann, bei dem die Eingabevorrichtung 28I in die Displayeinheit 28M integriert ist. Wahlweise kann die Eingabevorrichtung 28I in einer Konsole eingebaut sein, die sich in der Nähe des Fahrersitzes befindet und ein von der ersten Displayvorrichtung 28 getrennter Körper ist.
Die zweite Displayvorrichtung 39 ist eine Bildanzeigevorrichtung. Die zweite Displayvorrichtung 39 hat eine Displayeinheit 39M und eine Steuereinheit 39C. Die zweite Displayvorrichtung 39 ist in der Nähe des Fahrersitzes in der Fahrerkabine 4 des in 1 dargestellten Baggers 100 installiert. In der vorliegenden Ausführungsform zeigt die zweite Displayvorrichtung 39 die Positionsinformation der Kanten einer Schneide 8T des an dem Bagger 100 vorgesehenen Baggerlöffels 8 bezüglich der geographischen Merkmale eines Baugeländes als Bild auf der Displayeinheit 28M an. Zu diesem Zeitpunkt kann die zweite Displayvorrichtung 39 Informationen, die sich auf die geographischen Merkmale des Baugeländes beziehen, das mit den Kanten einer Schneide 8T zu bearbeiten ist, zusammen mit den Positionsinformationen der Kanten einer Schneide 8T anzeigen.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Displayeinheit 39M der zweiten Displayvorrichtung 39 eine Flüssigkristallanzeige, ist jedoch nicht auf diese beschränkt. Die Steuereinheit 39 steuert den Betrieb der Displayeinheit 39M und bezieht die Positionsinformation der Kanten einer Schneide 8T. Ferner zeigt die Steuereinheit 39C einen Leitbildschirm an, der ein relatives Positionsverhältnis zwischen der Position der kanten eine Schneide 8T und den geographischen Merkmalen des Baugeländes auf der Displayeinheit 39M anzeigt. Die Steuereinheit 39C speichert deshalb die Positionsinformation der globalen Koordinaten bezüglich der geographischen Merkmale des Baugeländes.
In der vorliegenden Ausführungsform hat die zweite Displayvorrichtung 39 unterhalb der Displayeinheit 39M eine Eingabevorrichtung 39I. In der vorliegenden Ausführungsform hat die Eingabevorrichtung 39I eine Vielzahl von Drucktastenschaltern, die parallel zu einer seitlichen Richtung der Displayeinheit 39M angeordnet sind. Durch das Bedienen der Eingabevorrichtung 39I kann der auf der Displayeinheit 39M angezeigte Leitbildschirm umgeschaltet und der Leitinhalt geändert werden. In der vorliegenden Ausführungsform kann die Funktion der zweiten Displayvorrichtung 39 von der ersten Displayvorrichtung 28 ausgeführt werden. Die zweite Displayvorrichtung 39 kann als Touch Panel konfiguriert sein, bei dem die Eingabevorrichtung 39I in die Displayeinheit 39M integriert ist. Wahlweise kann eine Displayvorrichtung derart ausgebildet sein, dass die erste Displayvorrichtung 28 und die zweite Displayvorrichtung 39 in einem einzigen Gehäuse untergebracht sind.
Die IMU 29 detektiert die Winkelgeschwindigkeit und die Beschleunigung des Baggers 100. Während des Betriebs des Baggers 100 kommt es zu Beschleunigungen verschiedener Art, wie zum Beispiel einer Beschleunigung während der Fahrt, einer Winkelbeschleunigung beim Schwenken und einer Schwerkraftbeschleunigung. Jedoch detektiert die IMU 29 zumindest die Beschleunigung einschließlich der Schwerkraftbeschleunigung und gibt die detektierte Beschleunigung ohne Unterscheidung der Beschleunigungsarten aus. Die Details der IMU 29 werden nachstehend beschrieben. Es ist zweckmäßig, die IMU 29 an einer zentralen Schwenkachse des oberen Drehkörpers 3 des Baggers 100 anzubringen, um die Beschleunigung mit hoher Genauigkeit zu detektieren, jedoch kann die IMU 29 auch an einem unteren Bereich der Fahrerkabine 4 angebracht sein.
Die IMU 29 detektiert die Beschleunigung in einer X-Achsenrichtung, einer Y-Achsenrichtung und einer Z-Achsenrichtung und eine Winkelgeschwindigkeit (Drehwinkelgeschwindigkeit) um die X-Achse, die Y-Achse und die Z-Achse in einem in 1 gezeigten Koordinatensystem (X, Y, Z). In dem Beispiel von 1 ist die X-Achse eine zur Vorwärts- und Rückwärtsrichtung des Baggers 100 parallele Achse, die Y-Achse ist eine zur Breitenrichtung des Baggers 100 parallele Achse, und die Z-Achse ist eine sowohl zu X-Achse und zur Y-Achse senkrechte Achse. Das Koordinatensystem (X, Y, Z) kann das Koordinatensystem eines Fahrzeugkörpers sein.
3 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer IMU 29 zeigt. Die IMU 29 enthält einen Gyro 29V, einen Beschleunigungssensor 29A, eine AD-Umwandlungseinheit 29AD und eine Einheit 29PT zum Umwandeln in eine physikalische Größe. Der Gyro 29V detektiert die Winkelgeschwindigkeit des Baggers 100. Der Beschleunigungssensor 29A detektiert die Beschleunigung des Baggers. Sowohl die durch den Gyro 29V detektierte Winkelgeschwindigkeit als auch die durch den Beschleunigungssensor 29A detektierte Beschleunigung sind analoge Größen. Die Einheit 29PT zum Umwandeln in eine physikalische Größe wandelt eine Ausgabe der AD-Umwandlungseinheit 29AD in eine physikalische Größe um. Speziell wandelt die Einheit 29PT zum Umwandeln in eine physikalischen Größe eine Ausgabe der AD-Umwandlungseinheit 29AD, die einem Detektionswert des Gyros 29V entspricht, in eine Winkelgeschwindigkeit ω um und wandelt eine Ausgabe der AD-Umwandlungseinheit 29AD, die einem Detektionswert des Beschleunigungssensors 29A entspricht, in eine Beschleunigung Ac um. Die Einheit 29PT zum Umwandeln in eine physikalische Größe gibt die Winkelgeschwindigkeit ω und die Beschleunigung Ac an die fahrzeuginterne Signalleitung 42 aus.
Die Neigung des Baggers 100 kann durch einen Nickwinkel, einen Rollwinkel und einen Gierwinkel angegeben werden. Der Nickwinkel ist ein Winkel der Neigung des Baggers 100 um die Y-Achse. Der Rollwinkel ist ein Winkel der Neigung des Baggers 100 um die X-Achse, und der Gierwinkel ist ein Winkel der Neigung des Baggers um die Z-Achse. In der vorliegenden Ausführungsform werden der Neigungswinkel und der Rollwinkel als Stellungswinkel des Baggers 100 bezeichnet. In der vorliegenden Ausführungsform bezieht die Sensorsteuervorrichtung 24 die Winkelgeschwindigkeit und die Beschleunigung des Baggers 100, die durch die IMU 29 detektiert wurden, über die fahrzeuginterne Signalleitung 42. Die Sensorsteuervorrichtung 24 ermittelt den Stellungswinkel aus der bezogenen Winkelgeschwindigkeit und Beschleunigung des Baggers 100. Nachstehend wird der Stellungswinkel zutreffend mit θ angegeben.
4 ist ein Blockdiagramm, das die Sensorsteuervorrichtung 24 darstellt. Die Sensorsteuervorrichtung 24 enthält eine erste Stellungswinkel-Berechnungseinheit 51 als Stellungswinkel-Berechnungseinheit, eine zweite Stellungswinkel-Berechnungseinheit 52 als Stellungswinkel-Berechnungseinheit, die ähnlich ist wie die erste Stellungswinkel-Berechnungseinheit 51, ein erstes Komplementärfilter 53, ein zweites Komplementärfilter 54 und eine Schalteinheit 55. Die erste Stellungswinkel-Berechnungseinheit 51 und die zweite Stellungswinkel-Berechnungseinheit 52 ermitteln die Stellungswinkel θ des Baggers 100 aus der Winkelgeschwindigkeit ω und der Beschleunigung Ac des Baggers 100. In der vorliegenden Ausführungsform ermittelt die erste Stellungswinkel-Berechnungseinheit 51 den Stellungswinkel θ aus der durch die IMU 29 detektierten Beschleunigung Ac des Baggers 100. Insbesondere ermittelt die erste Stellungswinkel-Berechnungseinheit 51 den Stellungswinkel θ anhand einer Richtung der Schwerkraftbeschleunigung. Die zweite Stellungswinkel-Berechnungseinheit 52 ermittelt den Stellungswinkel θ anhand der durch die IMU 29 detektierten Winkelgeschwindigkeit ω. Insbesondere integriert die zweite Stellungswinkel-Berechnungseinheit 52 die Winkelgeschwindigkeit ω, um den Stellungswinkel θ zu erhalten.
Eine erste Grenzfrequenz ist an dem ersten Komplementärfilter 53 eingestellt, und das erste Komplementärfilter 53 vermindert Rauschen in den Stellungswinkeln θ, die durch die erste Stellungswinkel-Berechnungseinheit 51 und die zweite Stellungswinkel-Berechnungseinheit 52 berechnet wurden, und gibt einen ersten Stellungswinkel θ1 aus. Eine zweite Grenzfrequenz, die sich von der ersten Grenzfrequenz unterscheidet, ist an dem zweiten Komplementärfilter 54 eingestellt, und das zweite Komplementärfilter 54 vermindert Rauschen in den Stellungswinkeln θ, die durch die erste Stellungswinkel-Berechnungseinheit 51 und die zweite Stellungswinkel-Berechnungseinheit 52 berechnet wurden, und gibt einen zweiten Stellungswinkel θ2 aus. Das erste Komplementärfilter 53 und das zweite Komplementärfilter 54 unterscheiden sich lediglich in der Grenzfrequenz.
Das erste Komplementärfilter 53 hat eine Filtereinheit 53F und eine Addiereinheit 53AD. Die Filtereinheit 53F enthält ein erstes Tiefpassfilter (LPF)a und ein erstes Hochpassfilter (HPF)a. Die Addiereinheit 53AD addiert Ausgaben des ersten LPFa und des ersten HPFa und liefert eine Ausgabe. Die Ausgabe der Addiereinheit 53Ad ist eine Ausgabe des ersten Komplementärfilters 53. Die Ausgabe des ersten Komplementärfilters 53 wird zutreffend als erster Stellungswinkel θ1 bezeichnet.
Das zweite Komplementärfilter 54 hat eine Filtereinheit 54F und eine Addiereinheit 54AD. Die Filtereinheit 54F enthält ein zweites Tiefpassfilter (LPF)b und ein zweites Hochpassfilter (HPF)b. Die Addiereinheit 54AD addiert eine Ausgabe des zweiten LPFb und eine Ausgabe des zweiten HPFb und liefert eine Ausgabe. Die Ausgabe der Addiereinheit 54AD ist eine Ausgabe des zweiten Komplementärfilters 54. Die Ausgabe des zweiten Komplementärfilters 54 wird als zweiter Stellungswinkel θ2 bezeichnet.
Die Schalteinheit 55 hat eine Verarbeitungseinheit 55C und einen Schalter 55S. Die Schalteinheit 55 schaltet zwischen einem ersten Stellungswinkel θ1 und einem zweiten Stellungswinkel θ2 um, um entsprechend dem Betriebszustand des Baggers 100 den ersten Stellungswinkel θ1 oder den zweiten Stellungswinkel θ2 auszugeben. Im Folgenden wird die Ausgabe erläutert. Die Verarbeitungseinheit 55C der Schalteinheit 55 bestimmt, welcher Stellungswinkel von dem ersten Stellungswinkel θ1 und dem zweiten Stellungswinkel θ2 entsprechend dem Zustand des Baggers 100, nämlich ob der Bagger 100 sich bewegt oder stillsteht, auszugeben ist. Das Ergebnis der Bestimmung durch die Verarbeitungseinheit 55C wird über eine Bestimmungsergebnis-Ausgabeleitung 55a an den Schalter 55S ausgegeben, und der Schalter 55S gibt über eine Stellungswinkel-Ausgabeleitung 55b entweder den ersten Stellungswinkel θ1 oder den zweiten Stellungswinkel θ2 als Stellungswinkel θo des Baggers 100, der entsprechend dem Ergebnis der Bestimmung durch die Verarbeitungseinheit 55C durch die Sensorsteuervorrichtung 24 ermittelt wird, an die fahrzeuginterne Signalleitung 41 aus.
5 ist ein Diagramm zur Darstellung der Charakteristiken eines Komplementärfilters. Die vertikale Achse von 5 ist ein Ertrag GN, und die horizontale Achse ist eine Frequenz f. Die Kurven (LPF und HPF) von 5 geben die Frequenzcharakteristiken eines Komplementärfilters an. Das Komplementärfilter enthält ein Tiefpassfilter (LPF) und ein Hochpassfilter (HPGF) und ist ein Filter, in dem eine Summe des Ertrags GN des LPF und des Ertrags GN des HPF gleich 1 wird, wie in 5 zu sehen ist. Wenn zum Beispiel der Stellungswinkel θ in das Komplementärfilter eingegeben wird, wird eine Summe einer Ausgabe LPF (θ) des LPF und einer Ausgabe HPF (θ) des HPF gleich 1. Das heißt, LPF (θ) + HPF (θ) = θ. Eine Frequenz, die vorliegt, wenn sowohl der Ertrag GN des LPF und der Ertrag GN des HPF gleich 0,5 beträgt, wird als Grenzfrequenz fc bezeichnet. Das erste Komplementärfilter 53 und das zweite Komplementärfilter 54, die in der zweiten Sensorsteuervorrichtung 24 enthalten sind, unterscheiden sich nur in der Grenzfrequenz fc, wie vorstehend beschrieben.
Der Stellungswinkel θ, der durch die in Figur dargestellte erste Stellungswinkel-Berechnungseinheit 51 aus der Richtung der Schwerkraftbeschleunigung ermitteltet wird, wird erhalten aus der Summe eines wahren Stellungswinkels θtr und eines Fehlers θan. Der Fehler θan entsteht durch eine andere Beschleunigung als die Schwerkraftbeschleunigung, zum Beispiel eine Stoßbeschleunigung. Der Fehler θan ist ein Rauschen (oder Störung oder Verzerrung), das hauptsächlich eine Hochfrequenzkomponente enthält. Der Stellungswinkel θ, der durch die in 4 dargestellte zweite Stellungswinkel-Berechnungseinheit 52 ermittelt wird, indem eine Integration der Winkelgeschwindigkeit ω aus der Summe des wahren Stellungswinkels θtr und eines Fehlers θwn ermittelt wird. Der Fehler θwn wird durch eine akkumulierte Drift infolge der Integration verursacht. Der Fehler θwn ist ein Rauschen, das hauptsächlich eine Niederfrequenzkomponente enthält.
Wie vorstehend beschrieben, enthält der Stellungswinkel θ, der durch die erste Stellungswinkel-Berechnungseinheit 51 aus der Richtung der Schwerpunktbeschleunigung ermittelt wird, den Fehler θan, der hauptsächlich eine Hochfrequenzkomponente enthält, und wird daher in das erste LPFa des ersten Komplementärfilters 53 und in das zweite LPFb des zweiten Komplementärfilters 54 eingegeben. Der Stellungswinkel θ, der durch die zweite Stellungswinkel-Berechnungseinheit 52 durch Integration der Winkelgeschwindigkeit ω berechnet wird, enthält hauptsächlich eine Niederfrequenzkomponente und wird daher in das erste HPFa des ersten Komplementärfilters 53 und in das zweite HPFb des zweiten Komplementärfilters 54 eingegeben.
Die Ausgabe des ersten Filters LPFa wird zu LPFa (θtr + θan), und die Ausgabe des ersten Filters HPFa wird zu HPFa (θtr + θan). Die Ausgabe des zweiten LPFb wird zu LPFb (θtr + θan), und die Ausgabe des zweiten HPFb wird zu HPFb (θtr + θwn). Wenn LPFa (θtr + θan), HPFa (θtr + θwn), LPFb (θtr + θan) und HPFb (θtr + θwn) sämtlich Linearität aufweisen, ergeben sich die folgenden Formeln (1) bis (4). LPFa (θtr + θan) = LPFa (θtr) + LPFa (θan) (1) HPFa (θtr + θwn) = HPFa (θtr) + HPFa (θwn) (2) LPFb (θtr + θan) = LPFb (θtr) + LPFb (θan) (3) HPFb (θtr + θwn) = HPFb (θtr) + HPFa (θwn) (4)
Aus den vorstehend beschriebenen Charakteristiken der Komplementärfilter ergeben sich LPFa (θ) + HPFa (θ) = (θ) und LPFb (θ) + HPFb (θ) = (θ). In dem ersten Komplementärfilter 53 werden die Ausgaben der Filtereinheit 53F, das heißt die Ausgabe des ersten LPFa und die Ausgabe des ersten HPFa durch die Addiereinheit 53AD addiert. Die Ausgabe der Addiereinheit 53AD, das heißt der erste Stellungswinkel θ1 wird zu θtr + LPFa (θan) + HPFa (θwn). In dem zweiten Komplementärfilter 54 werden die Ausgaben des Filters 54F, das heißt die Ausgabe des zweiten LPFb und die Ausgabe des zweiten HPFb, durch die Addiereinheit 54AD addiert. Die Ausgabe der Addiereinheit 54AD, das heißt, der zweite Stellungswinkel θ2 wird zu θtr + LPFb (θan) + HPFb (θwn).
Da der Fehler θan hauptsächlich eine Hochfrequenzkomponente enthält, wird der Fehler θan durch das erste LPFa und das zweite LPFb verringert. Die Werte des LPFa (θan) und des LPFb (θan) werden klein. Da der Fehler θwn hauptsächlich eine Niederfrequenzkomponente enthält, wird der Fehler θwn durch das erste HPFa und das zweite HPFb verringert. Deshalb werden die Werte des LPFa (θan) und des HPFa (θwn) und die Werte des LPFb (θan) und des HPFb (θwn) klein, und der erste Stellungswinkel θ1, der die Ausgabe der Addiereinheit 53AD ist, und der zweite Stellungswinkel θ2, der die Ausgabe der Addiereinheit 54AD ist, werden zu Werten in der Nähe des wahren Stellungswinkels θtr.
6 ist ein Diagramm, das die Frequenzcharakteristiken des Fehlers θan und des Fehlers θwn darstellt. Die vertikale Achse von 6 ist ein Spektrum des Fehlers θan und des Fehlers θwn, und die horizontale Achse ist eine Frequenz f. Wenn eine Hochleistungs-IMU 29 verwendet werden kann, ist die Genauigkeit der Winkelgeschwindigkeit ω und der Beschleunigung Ac, die durch die IMU 29 detektiert werden, hoch. Deshalb werden der Fehler θan des Stellungswinkels θ, der durch die erste Stellungswinkel-Berechnungseinheit 51, die in der in 4 dargestellten Sensorsteuervorrichtung 24 enthalten ist, ermittelt wird, und der Fehler θwn des Stellungswinkels θ, der durch die zweite Stellungswinkel-Berechnungseinheit 52 berechnet wird, gering. Wenn die Leistung der IMU 29 gering ist, ist die Genauigkeit der Winkelgeschwindigkeit ω und der Beschleunigung Ac, die durch die IMU 29 detektiert werden, gering. Deshalb werden der Fehler θan des Stellungswinkels θ, der durch die erste Stellungswinkel-Berechnungseinheit 51, die in der in 4 dargestellten Sensorsteuervorrichtung 24 enthalten ist, ermittelt wird, und der Fehler θwn des Stellungswinkels θ, der durch die zweite Stellungswinkel-Berechnungseinheit 52 berechnet wird, groß. Die Folge ist, dass der Fehler θwn und der Fehler θan auch nach dem Überschreiten der Grenzfrequenz fc des Komplementärfilters jeweils vorhanden sind und sich in einem Bereich einer vorgegebenen Frequenz f, die die Grenzfrequenz fc enthält, teilweise überschneiden, wie in 6 dargestellt. Der Fehler θwn ist selbst bei einer Frequenz vorhanden, die höher ist als die Grenzfrequenz fc, und der Fehler θn ist selbst bei einer Frequenz vorhanden, die niedriger ist als die Grenzfrequenz fc.
Wenn also die Leistung der IMU 29 gering ist, kann nur ein Komplementärfilter den Fehler θwn und den Fehler θan, die Rauschen sind, nicht ausreichend beseitigen, so dass die Genauigkeit des Stellungswinkels θ unter Umständen abnimmt. Dies kann die Anzeigegenauigkeit der Positionsinformation der Kanten der Schneide 8T durch die zweite Displayvorrichtung 39 und die Genauigkeit der Steuerung des Arbeitsgeräts des Baggers 100 beeinflussen. Eine Hochleistungs-IMU 29 ist teuer, wodurch sich die Herstellung des Baggers 100 verteuert. Das heißt, es müssen die in 6 dargestellten Charakteristiken erwogen werden, um bei dem Bagger 100 eine leistungsarme IMU 29 zu verwenden. Aus diesem Grund arbeitet die Sensorsteuervorrichtung 24 mit einem ersten Komplementärfilter 53 und einem zweiten Komplementärfilter 54, die unterschiedliche Grenzfrequenzen fc haben, so dass sich eine Abnahme der Genauigkeit des Stellungswinkels θ verringern lässt, auch wenn eine relative leistungsschwache IMU 29 verwendet wird.
7 ist ein Diagramm, das ein Verhältnis zwischen einem Ertrag GN des ersten Komplementärfilters 53 und einem Ertrag des zweiten Komplementärfilters 54 und einer Frequenz f darstellt. Die vertikale Achse von 7 ist der Ertrag GN, und die horizontale Achse ist die Frequenz f. Eine Frequenz Fch ist die erste Grenzfrequenz des ersten Komplementärfilters 53, und eine Frequenz Fcl ist die zweite Grenzfrequenz des zweiten Komplementärfilters 54. In der vorliegenden Ausführungsform ist die erste Grenzfrequenz fch höher als die zweite Grenzfrequenz fcl. Das heißt, die zweite Grenzfrequenz fcl ist niedriger als die erste Grenzfrequenz fch.
Die erste Grenzfrequenz fch des ersten Komplementärfilters 53 ist auf eine Frequenz festgelegt, die einen Integrationsfehler der Winkelgeschwindigkeit ω, das heißt den Fehler θwn, ausreichend vermindern kann. Die zweite Grenzfrequenz fcl des zweiten Komplementärfilters 54 ist auf eine Frequenz festgelegt, die den Fehler θan infolge einer anderen Beschleunigung als der Schwerkraftbeschleunigung ausreichend verringern kann.
Das erste Komplementärfilter 53 kann den Fehler θwn infolge der Integration der Winkelgeschwindigkeit ω durch das erste HPFa wirksam verringern. Es ist jedoch schwierig, den Fehler θan, der durch eine andere Beschleunigung als die Schwerkraftbeschleunigung verursacht wird, wirksam zu verringern. Deshalb kann das erste Komplementärfilter 53 den Stellungswinkel θ in einem stationären Zustand oder in einem annähernd stationären Zustand des Baggers 100, d.h. wenn der Zustand des Baggers 100 als stationär gilt (zutreffend als quasi-stationärer Zustand bezeichnet), genau ermitteln. Die Genauigkeit des Stellungswinkels θ nimmt jedoch ab, wenn sich der Bagger in einem dynamischen Zustand befindet, welcher nicht der quasi-stationäre Zustand ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist der dynamische Zustand ein Zustand, der als Bewegungszustand des Baggers 100 gilt.
Das zweite Komplementärfilter 54 kann den Fehler θan infolge einer anderen Beschleunigung als der Schwerkraftbeschleunigung durch das zweite LPFa wirksam verringern. Es ist jedoch schwierig, den Fehler θwn infolge der Integration der Winkelgeschwindigkeit ω wirksam zu verringern. Deshalb kann das zweite Komplementärfilter 54 den Stellungswinkel θ genau ermitteln, wenn sich der Bagger 100 im dynamischen Zustand befindet. Wenn sich der Bagger 100 jedoch im quasi-stationären Zustand befindet, nimmt die Genauigkeit des Stellungswinkels θ im Vergleich zu dem durch das erste Komplementärfilter 53 ermittelten Stellungswinkel θ ab. Das heißt, während das zweite Komplementärfilter 54 bezüglich der dynamischen Charakteristiken in einer kurzen Zeit ausgezeichnet ist, hat das zweite Komplementärfilter 54 den Fehler θwn infolge der Integration der Winkelgeschwindigkeit ω im quasi-stationären Zustand ähnlich wie im dynamischen Zustand.
Die Schalteinheit 55, die in der in 4 dargestellten Sensor-Steuereinheit 24 integriert ist, schaltet zwischen dem ersten Stellungswinkel θ1 und dem zweiten Stellungswinkel θ2 um, um abhängig davon, ob der Betriebszustand des Baggers 100 der quasi-stationäre Zustand oder der dynamische Zustand ist, den ersten Stellungswinkel θ1 oder den zweiten Stellungswinkel θ2 auszugegeben. Befindet sich der Bagger 100 zum Beispiel im quasi-stationären Zustand, gibt die Schalteinheit 55 den ersten Stellungswinkel θ1, der von dem ersten Komplementärfilter 53 ausgegeben wird, als den Stellungswinkel θo des Baggers 100 an die fahrzeuginterne Signalleitung 41 aus. Befindet sich der Bagger 100 im dynamischen Zustand, gibt die Schalteinheit 55 den zweiten Stellungswinkel θ2, der von dem zweiten Komplementärfilter 54 ausgegeben wird, als den Stellungswinkel θo des Baggers 100 an die fahrzeuginterne Signalleitung 41 aus.
Wenn sich der Bagger im quasi-stationären Zustand befindet, wie vorstehend beschrieben, verwendet die Sensorsteuereinheit 24 den ersten Stellungswinkel θ1 des ersten Komplementärfilters 53 als den Stellungswinkel θo des Baggers 100, wodurch die Abnahme der Genauigkeit des Stellungswinkels θo im quasi-stationären Zustand verhindert werden kann. Wenn sich der Bagger im dynamischen Zustand befindet, verwendet die Sensorsteuereinheit 24 den zweiten Stellungswinkel θ2 des zweiten Komplementärfilters 54 als den Stellungswinkel θo des Baggers 100, wodurch die Abnahme der Genauigkeit des Stellungswinkels θo sogar im dynamischen Zustand verhindert werden kann. Das Ergebnis ist, dass die Sensorsteuervorrichtung 24 die Abnahme der Genauigkeit des Stellungswinkels θo des Baggers 100 sogar verhindern kann, wenn sich der Bagger 100 entweder im quasi-dynamischen Zustand oder im dynamischen Zustand befindet.
Wenn sich der Bagger 100 bewegt, wird der zweite Stellungswinkel θ2, der von dem zweiten Komplementärfilter 54 ausgegeben wird, verwendet, und es wird zum Beispiel die Position der Kanten der Schneide 8T des Löffels 8 ermittelt, wobei der erste Positionswinkel θ1 von dem ersten Komplementärfilter 53 ausgegeben wird. Deshalb kann die Abnahme der Genauigkeit verhindert werden, wenn die in 2 dargestellte zweite Displayvorrichtung 39 die Position des Arbeitsgeräts 2, die durch die Position der Kanten der Schneide 8T des Löffels 8 angegeben wird, die Position des Fahrzeugkörpers 1 des Baggers 100 oder dergleichen erhält.
Die Verarbeitungseinheit 55C der Schalteinheit 55 bestimmt den quasi-stationären Zustand und den dynamischen Zustand unter Verwendung der folgenden Bedingungen A und B zum Beispiel und steuert den Schalter 55S auf der Basis eines Bestimmungsergebnisses. Bedingung A: Eine Standardabweichung des ersten Stellungswinkels θ1 ist kleiner als eine vorab eingestellte Schwelle in einer vorgegebenen Periode vor einem Zeitpunkt, an dem ein Umschalten bestimmt wird.
Bedingung B: Die Größe einer anderen Beschleunigung als der Schwerkraftbeschleunigung ist kleiner als eine vorab eingestellte Schwelle.
Der erste Stellungswinkel θ1 wird aus der Winkelgeschwindigkeit ω oder der Beschleunigung Ac, die durch die IMU 29 detektiert werden, ermittelt, und die Beschleunigung einschließlich der Schwerkraftbeschleunigung wird durch die IMU 29 detektiert. Das heißt, die Verarbeitungseinheit 55C bestimmt den quasi-stationären Zustand und den dynamischen Zustand auf der Basis eines Zustands der IMU 29, die in dem Bagger 100 enthalten ist.
Es wird die Bedingung B beschrieben: Wie vorstehend erläutert, detektiert die IMU 29 die Beschleunigung einschließlich der Schwerkraftbeschleunigung und gibt die detektierte Beschleunigung aus ohne Unterscheidung der Art der jeweils detektierten Beschleunigung. Die Schwerkraftbeschleunigung ist bereits bekannt. Aus diesem Grund berechnet die Verarbeitungseinheit 55c die Beschleunigung in der X-Achsenrichtung oder in der Y-Achsenrichtung aus der Beschleunigungsausgabe der IMU 29. Die Verarbeitungseinheit 55C subtrahiert die der X-Achsenrichtung der Schwerkraftbeschleunigung entsprechende Schwerkraftbeschleunigung von der in X-Achsenrichtung ermittelten Beschleunigung, wodurch die Größe einer anderen Beschleunigung als der Schwerkraftbeschleunigung erhalten wird. Die Verarbeitungseinheit 55C vergleicht die Größe der Beschleunigung, die eine andere als die Schwerkraftbeschleunigung ist, und die vorab festgelegte Schwelle. Hier ist anzumerken, dass die Verarbeitungseinheit 55C die Größe der Beschleunigung, die eine andere als die Schwerkraftbeschleunigung ist, ermitteln kann durch das Subtrahieren der der Y-Achsenrichtung entsprechenden Schwerkraftbeschleunigung von der Schwerkraftbeschleunigung, die aus der Beschleunigung in der Y-Richtung ermittelt wird, und die erhaltene Größe und die vorab festgelegte Schwelle vergleicht und bestimmt, ob Bedingung B besteht.
Die Verarbeitungseinheit 55c bezieht die Beschleunigung Ac, die von der IMU 29 bezogen wurde, und den ersten Stellungswinkel θ1, der die Ausgabe des ersten Komplementärfilters 53 ist, über eine Beschleunigungsübertragungsleitung L1 oder eine Übertragungsleitung L2 für den ersten Stellungswinkel, die in 4 dargestellt sind, und bestimmt, ob die Bedingungen A und B gleichzeitig gegeben sind. Wenn beide Bedingungen A und B gegeben sind, kann der Zustand des Baggers 100 als quasi-stationärer Zustand betrachtet werden. In der vorliegenden Ausführungsform ist der quasi-stationäre Zustand ein Zustand, in dem der Bagger 100 nicht fährt, der obere Drehkörper 3 nicht schwenkt und das Arbeitsgerät 2 nicht im Einsatz ist und vollkommen stillsteht, oder ein Zustand, in dem der Bagger 100 nicht fährt und der obere Drehkörper 3 nicht schwenkt und nur das Arbeitsgerät 2 im Einsatz ist. In diesen Fällen betätigt die Verarbeitungseinheit 55C den Schalter 55S, so dass der Schalter 55S mit der Addiereinheit 53AD des ersten Komplementärfilters 53 verbunden wird. Der Schalter 55S gibt den ersten Stellungswinkel θ1, der von dem ersten Komplementärfilter 53 ausgegeben wurde, als Stellungswinkel θo des Baggers 100 an die fahrzeuginterne Signalleitung 41 aus.
Wenn die Bedingungen A und B nicht gegeben sind, d.h. wenn mindestens eine der Bedingungen A und B nicht gegeben ist, kann der Zustand des Baggers 100 als dynamischer Zustand betrachtet werden, d.h. der Bagger 100 kann als sich bewegend betrachtet werden. In diesem Fall betätigt die Verarbeitungseinheit 55C den Schalter 55S, so dass der Schalter 55S mit der Addiereinheit 54AD des zweiten Komplementärfilters 54 verbunden wird. Der Schalter 55S gibt den zweiten Stellungswinkel θ2, der von dem zweiten Komplementärfilter 54 ausgegeben wurde, als Stellungswinkel θo an die fahrzeuginterne Signalleitung 41 aus. Wenn die Schalteinheit 55C unter Verwendung der Bedingungen A und B zwischen dem ersten Stellungswinkel θ1 und dem zweiten Stellungswinkel θ2 umschaltet, kann der vorstehend beschriebene Schaltvorgang nur durch den Detektionswert der IMU 29 realisiert werden.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die vorgegebene Periode der Bedingung A auf eine Sekunde eingestellt, jedoch nicht auf diese Einstellung beschränkt. Während die mit der Standardabweichung der Bedingung A verglichene Schwelle nicht begrenzt ist, kann die Schwelle zum Beispiel 0,1 Grad betragen. Die Bedingung B liegt vor, wenn die Beschleunigung, die eine andere als die Schwerkraftbeschleunigung ist, kleiner als die vorab festgelegte Schwelle ist, und liegt nicht vor, wenn detektiert wird, dass die Beschleunigung, die eine andere als die Schwerkraftbeschleunigung ist, gleich der oder größer als die vorab festgelegte Schwelle ist. Während die Schwelle der Bedingung B nicht begrenzt ist, kann die Schwelle in angemessener Weise zum Beispiel in einem Bereich des 0,1-fachen oder mehr als dem 0,1-fachen der Schwerpunktbeschleunigung festgelegt sein.
(Modifikation der Bestimmung, ob ein quasi-stationärer Zustand oder ein dynamischer Zustand vorliegt)
In der vorliegenden Ausführungsform schaltet die Schalteinheit 55 der in 4 dargestellten Verarbeitungseinheit 55C zwischen dem ersten Stellungswinkel θ1 und dem zweiten Stellungswinkel θ2 um, um auf der Basis des Detektionswerts der in 2 dargestellten IMU 29 den ersten Stellungswinkel θ1 oder den zweiten Stellungswinkel θ2 als den Stellungswinkel θo des Baggers 100 auszugeben. Die Wahl eines ersten Stellungswinkels θ1 oder eines zweiten Stellungswinkels θ2 ist nicht auf vorstehend beschriebene Wahl beschränkt. Eine Verarbeitungseinheit 55C kann zwischen dem ersten Stellungswinkel θ1 und dem zweiten Stellungswinkel θ2 umschalten unter Verwendung von Informationen, die sich zum Beispiel auf den einen Betrieb eines Baggers 100 beziehen (im Folgenden zutreffend als Betriebsinformationen bezeichnet).
In der vorliegenden Ausführungsform sind die Betriebsinformationen Informationen, die sich auf einige Betriebsabläufe des Baggers 100 beziehen. Beispiele der Betriebsinformationen enthalten z.B. Informationen darüber, ob der obere Drehkörper 3 in 1 schwenkt, ob eine der Fahrvorrichtungen 5 im Einsatz ist und ob ein Arbeitsgerät 2 im Einsatz ist. Als Betriebsinformation werden ein Detektionswert, der von einem das Schwenken des oberen Drehkörpers 3 detektierenden Sensor ausgegeben wird, ein Detektionswert, der von einem Winkeldetektor oder einem Drehsensor ausgegeben wird, wie zum Beispiel ein Schwenkwinkelsensor, der einen Drehmelder aufweist, der in einem Schwenkmotor vorgesehen ist, der ein Schwenken des oberen Drehkörpers 3 ermöglicht, ein Detektionswert, der von einem Öldrucksensor ausgegeben wird, der einen Pilotdruck detektiert, der durch Arbeitsgerät-Betriebsdetektionseinheiten 32L und 32R, die in 2 dargestellt sind, erzeugt wird, und dergleichen verwendet. Das heißt, die Betriebsinformationen können Informationen darüber sein, ob der obere Drehkörper 3, das Arbeitsgerät 2 oder dergleichen aktuell im Einsatz sind, oder sie können Informationen über eine Betätigung eines Betätigungselements für die Betätigung des oberen Drehkörpers 3, des Arbeitsgeräts 2 oder dergleichen sein.
8 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Tabelle TB zeigt, die in der Modifikation der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird zum Umschalten zwischen dem ersten Stellungswinkel θ1 und dem zweiten Stellungswinkel θ2. In der vorliegenden Modifikation schaltet die Verarbeitungseinheit 55C einer Schalteinheit 55 zwischen einem ersten Stellungswinkel θ1 und einem zweiten Stellungswinkel θ2 um, auf der Basis der Bestimmung, ob der quasi-stationäre Zustand oder der dynamische Zustand vorliegt, die auf der Basis eines Detektionswerts einer IMU 29 erfolgt, und einer Bestimmung, ob der obere Drehkörper 3 schwenkt. In der Tabelle TB ist ein Stellungswinkel, der als Stellungswinkel θo des Baggers auszugeben ist, bezüglich des Zustand des oberen Drehkörpers 3 der Bedingungen A und B auf der Basis eines Detektionswerts einer IMU 29 eingetragen. Der Zustand des oberen Drehkörpers wird mit AN und AUS angegeben, wobei AN darauf hinweist, dass der obere Drehkörper 3 schwenkt, und wobei AUS darauf hinweist, dass der obere Drehkörper 3 angehalten wird. Die Bedingungen A und B werden angegeben als A&B oder NICHT (A&B), und A&B weist auf den quasi-stationären Zustand hin, und NICHT (A&B) weist auf den dynamischen Zustand hin.
Anhand der Betriebsinformationen sei angenommen, dass ein Bestimmungsergebnis auf der Basis des Detektionswerts der IMU 29 der quasi-stationäre Zustand ist und das der obere Drehkörper 3 schwenkt (AN). In diesem Fall gibt die Schalteinheit 55 den zweiten Stellungswinkel θ2 als den Stellungswinkel θo des Baggers 100 aus. Das sich der obere Drehkörper 3 aktuell bewegt, lässt sich die Genauigkeit des Stellungswinkels θo sicherstellen, indem der zweite Stellungswinkel θ2 als Stellungswinkel θo des Baggers 100 verwendet wird.
Anhand der Betriebsinformation sei angenommen, dass das Bestimmungsergebnis des Detektionswerts der IMU 29 der quasi-stationäre Zustand ist und dass der obere Drehkörper 3 angehalten wurde (AUS). In diesem Fall gibt die Schalteinheit 55 den ersten Stellungswinkel θ1 als Stellungswinkel θo des Baggers 100 aus. Das sich der Bagger 100 im quasi-stationären Zustand befindet und da der obere Drehkörper 3 aktuell angehalten wird, lässt sich ein Fehler infolge der Integration einer Winkelgeschwindigkeit ω verringern, indem der erste Stellungswinkel θ1 als Stellungswinkel θo des Baggers 100 verwendet wird.
Anhand der Betriebsinformationen sei angenommen, das dass auf dem Detektionswert der IMU 29 basierende Bestimmungsergebnis der dynamische Zustand ist und dass der oberen Drehkörper 3 schwenkt. In diesem Fall gibt die Schalteinheit 55 den zweiten Stellungswinkel θ2 als Stellungswinkel θo des Baggers 100 aus. Da sich der Bagger 100 im dynamischen Zustand befindet und da sich der obere Drehkörper 3 aktuell bewegt, lässt sich die Genauigkeit des Stellungswinkels θo sicherstellen, indem der zweite Stellungswinkel θ2 als Stellungswinkel θo des Baggers 100 verwendet wird.
Anhand der Betriebsinformationen sei angenommen, dass das auf dem Detektionswert der IMU 29 basierende Bestimmungsergebnis der dynamische Zustand ist und dass der obere Drehkörper 3 angehalten wird (AUS). In diesem Fall kann die Schalteinheit 55 entweder den ersten Stellungswinkel θ1 oder den zweiten Stellungswinkel θ2 als den Stellungswinkel θo des Baggers 100 ausgeben. In dieser Modifikation gibt die Schalteinheit 55 den zweiten Stellungswinkel θ2 aus.
In der vorliegenden Modifikation schaltet die Schalteinheit 55 zwischen dem ersten Stellungswinkel θ1 und dem zweiten Stellungswinkel θ2 um, auf der Basis der auf dem Detektionswert der IMU 29 basierenden Bestimmung, ob der quasi-stationäre Zustand oder der dynamische Zustand vorliegt und ob der obere Drehkörper 3 schwenkt. Durch diese Vorgehensweise kann die Schalteinheit 55 den Zustand des Baggers 100 mit größerer Genauigkeit bestimmen und kann den geeigneten Stellungswinkel wählen. Die vorliegende Modifikation ist nicht auf den vorstehenden Ablauf beschränkt, und die Schalteinheit 55 kann auf der Basis der Bestimmung, ob der obere Drehkörper 3 schwenkt, und ohne die Verwendung des auf dem Detektionswert der IMU 29 basierenden Bestimmungsergebnisses zwischen dem ersten Stellungswinkel θ1 und dem zweiten Stellungswinkel θ2 umschalten. Wenn zum Beispiel der obere Drehkörper 3 schwenkt, kann der zweite Stellungswinkel θ2 als Stellungswinkel θo des Baggers 100 verwendet werden, und wenn der obere Drehkörper 3 angehalten wird, kann der erste Stellungswinkel θ1 als Stellungswinkel θo des Baggers 100 verwendet werden.
9 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer zeitlichen Änderung des Stellungswinkels θo, des ersten Stellungswinkels θ1 und des zweiten Stellungswinkels θ2 des Baggers 100, die von der Schalteinheit 55 der Sensorsteuervorrichtung 24 ausgegeben werden. Die dicke durchgezogene Linie in 9 zeigt ein Beispiel einer zeitlichen Änderung eines Relaxations-Terms, der nachstehend beschrieben wird. Die vertikale Achse von 9 ist der Stellungswinkel θ, und die horizontale Achse ist eine Zeit t. Der durch Sst dargestellte Abschnitt von 9 ist der quasi-stationäre Zustand, und der erste Stellungswinkel θ1 wird als der Stellungswinkel θo des Baggers 100 angegeben. Der durch Smd dargestellte Abschnitt von 9 ist der dynamische Zustand, und der zweite Stellungswinkel θ2 wird als der Stellungswinkel θo des Baggers 100 ausgegeben. In dem Beispiel von 9 ist der Zustand von einem Zeitpunkt t1 bis zu einem Zeitpunkt t2 und an und nach einem Zeitpunkt t3 der quasi-stationäre Zustand, und der Zustand von dem Zeitpunkt t2 bis zu dem Zeitpunkt t3 ist der dynamische Zustand Sdm.
Der Stellungswinkel θo des Baggers 100 wird an dem Zeitpunkt t2 von dem ersten Stellungswinkel θ1 auf den zweiten Stellungswinkel θ2 umgeschaltet und wird an dem Zeitpunkt t3 von dem zweiten Stellungswinkel θ2 auf den ersten Stellungswinkel θ1 umgeschaltet. Der zweite Stellungswinkel θ2 hat eine Anhäufung des Fehlers θwn infolge der Integration der zweiten Winkelgeschwindigkeit ω, weshalb der erste Stellungswinkel θ1 und der zweite Stellungswinkel θ2 an dem Zeitpunkt t2 unterschiedliche Werte haben. Ähnlich haben der zweiten Stellungswinkel θ2 und der erste Stellungswinkel θ1 unterschiedliche Werte an dem Zeitpunkt t3.
Wenn die Schalteinheit 55 von dem Stellungswinkels θo, der von der Sensor-Steuereinheit 24 ausgegeben wurde, von dem ersten Stellungswinkel θ1 auf den zweiten Stellungswinkel θ2 oder von dem zweiten Stellungswinkel θ2 auf den ersten Stellungswinkel θ1 umschaltet, wird der Stellungswinkel θo des Baggers 100 zum Zeitpunkt des Umschaltens gegebenenfalls unstetig, wenn der Winkel wie er ist geändert wird. Ferner hat der zweite Stellungswinkel θ2 die Anhäufung des Fehlers θwn infolge der Integration der Winkelgeschwindigkeit ω, wie vorstehend beschrieben. Deshalb muss bei Verwendung des zweiten Stellungswinkels θ2 als Stellungswinkel θo des Baggers 100 der Fehler θwn infolge der Integration verringert werden.
Um die Unstetigkeit des Stellungswinkels θo, die zum Zeitpunkt des Umschaltens des Stellungswinkels θo entsteht, und den Fehler θwn infolge der Integration bei vorliegender Ausführungsform zu verringern, ermittelt die Verarbeitungseinheit 55C der Schalteinheit 55 den Stellungswinkel θo anhand der Formeln (5) bis (10) und gibt diesen aus. θo = θ1 + dif (5) θo = θ2 + dif (6) dif = Ftr × dif_prev (7) dif = dif_prev (8) dif = dif_prev + θ1 – θ2 (9) dif = dif_prev + θ2 – θ1 (10)
Formel (5) wird angewendet, wenn der Stellungswinkel θo im quasi-stationären Zustand ermittelt wird, und Formel (6) wird angewendet, wenn der Stellungswinkel θo im dynamischen Zustand ermittelt wird. Der Term dif in den Formeln (5) und (6) ist ein Relaxations-Term. Der Relaxations-Term dif der Formel (7) wird im quasi-stationären Zustand verwendet, und der Relaxations-Term dif der Formel (8) wird im dynamischen Zustand verwendet. Ftr der Formel (7) ist ein Relaxationskoeffizient. Der Relaxationskoeffizient FTr ist größer als 0 und kleiner als 1 (0 < Ftr < 1). Der Relaxations-Term dif der Formel (9) wird zum Zeitpunkt des Übergangs von dem quasi-stationären Zustand in den dynamischen Zustand verwendet. Der Relaxations-Term dif der Formel (10) wird zu einem Zeitpunkt des Übergangs des dynamischen Zustands in den quasidynamischen Zustand verwendet. dif_prev in den Formeln (8) bis (10) ist ein Relaxations-Term dif in einem Zustand einer unmittelbar vorhergehenden IMU 29 (der quasi-stationäre Zustand Sst oder der dynamische Zustand Sdm). Ein Anfangswert von dif_prev ist 0.
Während die hohe Genauigkeit im quasi-stationären Zustand Sst beibehalten wird, hat der erste Stellungswinkel θ1 einen größeren Fehler im dynamischen Zustand Sdm, wie in 9 dargestellt. Der zweite Stellungswinkel θ2 hat einen Fehler infolge der Integration sowohl im quasi-stationären Zustand Sst als auch im dynamischen Zustand Sdm. Da der Anfangswert von dif_prev gleich 0 ist, ist der Relaxations-Term dif = 0 im quasi-stationären Zustand Sst von dem Zeitpunkt t1 bis zum dem Zeitpunkt t2. Dadurch wird der Stellungswinkel θo des Baggers 100 im quasi-stationären Zustand Sst zu dem ersten Stellungswinkel θ1 aus Formel (5).
Wenn der quasi-stationäre Zustand Sst in den dynamischen Zustand Sdm geschaltet wird, d.h. wenn der Zeitpunkt t = t2 ist, ermittelt die Verarbeitungseinheit 55C den Relaxations-Term dif durch die Anwendung der Formel (9). Wie vorstehend beschrieben, ist der Relaxations-Term dif gleich 0, wenn der Zeitpunkt t = t2 ist, wodurch der Wert des Relaxations-Terms ein Wert von θ1 - θ2 wird, der eine Differenz zwischen dem ersten Stellungswinkel θ1 und dem zweiten Stellungswinkel θ2 ist. Der Relaxations-Term dif dieses Falles ist ein negativer Wert, wie in 9 dargestellt. An dem Zeitpunkt t2 ist der Stellungswinkel θo durch die Formel (5) gleich θ1, und der Wert von θ1 – θ2 wird in den Relaxations-Term dif der Formel (6) eingeführt. Deshalb wird der Stellungswinkel θo durch die Formel (6) ebenfalls θ1. Aus diesem Grund wird beim Umschalten von dem quasi-stationären Zustand Sst in den dynamischen Zustand Sdm der Stellungswinkel θo des Baggers kontinuierlich geändert.
In dem dynamischen Zustand Sdm von dem Zeitpunkt t2 bis zu dem Zeitpunkt t3 wird der an dem Zeitpunkt t2 ermittelte Wert von θ1 – θ2 des Relaxations-Terms dif zum Zeitpunkt des Umschaltens beibehalten wie er ist. Der Stellungswinkel θo des Baggers 100 im dynamischen Zustand Sdm wird durch Formel (6) ermittelt, indem der zweite Stellungswinkel θ2 im dynamischen Zustand Sdm und der Wert des Relaxations-Terms dif = θ1 – θ2 an dem Zeitpunkt t2 ermittelt und gehalten wird. Der Relaxations-Term dif, der zu diesem Zeitpunkt verwendet wird, ist dif_prev aus Formel (8), weshalb als Relaxations-Term dif, der im dynamischen Zustand Sdm verwendet wird, der Relaxations-Term dif = θ1 – θ2 verwendet wird, der an dem Zeitpunkt t2 ermittelt und beibehalten wird. Wie vorstehend beschrieben wurde, korrigiert die Verarbeitungseinheit 55C der Schalteinheit 55 nach dem Umschalten von dem ersten Stellungswinkel θ1 auf den zweiten Stellungswinkel θ2 den ermittelten zweiten Stellungswinkel θ2 unter Verwendung des Werts, der durch die Subtraktion des zweiten Stellungswinkels θ2 von dem ersten Stellungswinkel θ1 zum Zeitpunkt des Umschaltens erhalten wird, d.h. den Relaxations-Term dif zum Zeitpunkt des Umschaltens, als Korrekturwert. Auf diese Weise kann der Einfluss des vor dem Umschalten in den dynamischen Zustand Sdm verursachte Fehler θwn infolge der Akkumulation der Integration des zweiten Stellungswinkels θ2 auf den Stellungswinkel θo des Baggers 100 verringert werden.
Wenn von dem dynamischen Zustand Sdm wieder in den quasi-stationären Zustand Sst zurückgeschaltet wird, d.h. an dem Zeitpunkt t3, ermittelt die Verarbeitungseinheit 55C den Relaxations-Term dif durch die Anwendung der Formel (10). dif_prev der Formel (10) ist der Relaxations-Term dif, der bereits ermittelt wurde und gehalten wird. Das heißt, dif_prev der Formel (10) ist der Relaxations-Term dif an dem Zeitpunkt t2, d.h. der Wert von θ1 – θ2 an dem Zeitpunkt t2. Der Relaxations-Term dif an dem Zeitpunkt t3 ist ein Wert, der erhalten wird durch die Addition des an dem Zeitpunkt t2 ermittelten und gehaltenen Werts von θ1 – θ2 und des an dem Zeitpunkt t3 anhand von Formel (10) ermittelten Werts von θ2 – θ1. Durch die Anwendung der Formel (10) beim Umschalten von dem dynamischen Zustand Sdm in den quasi-stationären Zustand Sst wird der Stellungswinkel θo des Baggers 100 kontinuierlich geändert.
Im quasi-stationären Zustand Sst an und nach dem Zeitpunkt t3 ermittelt die Verarbeitungseinheit 55C den Stellungswinkel θo des Baggers 100 durch die Anwendung der Formel (5). Der Relaxations-Term dif zu diesem Zeitpunkt wird gemäß Formel (7) bestimmt. dif_prev in Formel (7) ist der Relaxations-Term dif zur Zeit des erneuten Umschaltens von dem dynamischen Zustand in den quasi-stationären Zustand Sst, d.h. an dem Zeitpunkt t3. Im quasi-stationären Zustand Sst an und nach dem Zeitpunkt t3 wird der Relaxations-Term dif durch den Einfluss des Relaxationskoeffizienten Ftr allmählich verringert und auf 0 festgelegt. Das heißt, im quasi-stationären Zustand Sst an dem und nach dem Zeitpunkt t3 ist der Stellungswinkel θo des Baggers 100 auf den ersten Stellungswinkel θ1 festgelegt. Wie vorstehend beschrieben wurde, korrigiert die Verarbeitungseinheit 55C der Schalteinheit 55 den ersten Stellungswinkel θ1 unter Verwendung des Werts, der erhalten wird durch die Multiplikation des Fehlers des zweiten Stellungswinkels zum Zeitpunkt des Wechsels, d.h. des Relaxations-Terms dif zum Zeitpunkt des Wechsels, mit dem Relaxationskoeffizienten Ftr, als Koeffizient, der größer als 0 und kleiner als 1 ist, nachdem von dem zweiten Stellungswinkel θ2 auf den ersten Stellungswinkel θ1 umgeschaltet wurde. Auf diese Weise wird der Stellungswinkel θo des Baggers 100 nach dem Umschalten von dem dynamischen Zustand Sdm in den quasi-stationären Zustand Sst kontinuierlich geändert.
(Beispiel eines Ablaufs der Ermittlung des Stellungswinkels θo)
10 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Ablaufs der Ermittlung des Stellungswinkels θo darstellt. In Schritt S101 der Ermittlung des Stellungswinkels θo des Baggers 100 bezieht die in den 2 und 4 dargestellte Sensorsteuervorrichtung 24 die Detektionswerte der Winkelgeschwindigkeit ω und der Beschleunigung Ac über die fahrzeuginterne Signalleitung 42 von der IMU 29. In Schritt S102 ermittelt die erste Stellungswinkel-Berechnungseinheit 51, die in 2 dargestellt ist, den Stellungswinkel θ aus der durch die IMU 29 detektierten Beschleunigung Ac. In Schritt S103 ermittelt die zweite Stellungswinkel-Berechnungseinheit 52, die in 2 dargestellt ist, den Stellungswinkel θ aus der durch die IMU 29 detektierten Winkelgeschwindigkeit ω. Die Reihenfolge der Schritte S102 und S103 ist austauschbar.
In Schritt S104 unterzieht das erste LPFa des ersten Komplementärfilters 53, das in 4 dargestellt ist, den Stellungswinkel θ, der aus der Beschleunigung Ac ermittelt wurde, einer Filterung. In Schritt S105 unterzieht das zweite LPFb des zweiten Komplementärfilters 54, das in 4 dargestellt ist, den Stellungswinkel θ, der aus der Beschleunigung Ac ermittelt wurde, einer Filterung. In Schritt S106 unterzieht das erste HPFa des ersten Komplementärfilters 53, das in 4 dargestellt ist, den aus der Winkelgeschwindigkeit ω ermittelten Stellungswinkel θ einer Filterung. In Schritt S107 unterzieht das zweite HPFb des zweiten Komplementärfilters 54, das in 4 dargestellt ist, den aus der Winkelgeschwindigkeit ω ermittelten Stellungswinkel θ einer Filterung. Die Reihenfolge der Schritte S104, S105, S106 und S107 ist austauschbar.
Als nächstes folgt Schritt S108 in dem Ablauf, und das erste Komplementärfilter 53 ermittelt den ersten Stellungswinkel θ1. Insbesondere addiert die Addiereinheit 53A die Ausgabe des ersten LPFa und die Ausgabe des ersten HPFa, wodurch der erste Stellungswinkel θ1 ermittelt wird. In Schritt S109 ermittelt das zweite Komplementärfilter 54 den zweiten Stellungswinkel θ2. Insbesondere addiert die Addiereinheit 54Ad die Ausgabe des zweiten LPFb und die Ausgabe des zweiten HPFb, wodurch der zweite Stellungswinkel θ2 erhalten wird. Die Reihenfolge der Schritte S108 und S109 ist austauschbar.
Der Ablauf führt weiter zu Schritt S110, und die Verarbeitungseinheit 55C der Schalteinheit 55, die in 4 dargestellt ist, fährt fort mit der Abarbeitung von Schritt S111, wenn sich der Bagger 100 im quasi-stationären Zustand befindet (Ja in Schritt S110). In Schritt S111 steuert die Verarbeitungseinheit 55C den Schalter 55S, so dass die Sensorsteuerung 24 den ersten Stellungswinkel θ1 als den Stellungswinkel θo des Baggers 100 ausgibt. Wenn sich der Bagger 100 in Schritt S112 im dynamischen Zustand befindet (Nein in Schritt S110), steuert die Verarbeitungsvorrichtung 55C den Schalter 55S derart, dass die Sensorsteuervorrichtung 24 den zweiten Stellungswinkel θ2 als den Stellungswinkel θo des Baggers 100 ausgibt.
(Auswertungsbeispiel)
11 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Ergebnisses des Umschaltens des Stellungswinkels θo zeigt, der entsprechend dem Betriebszustand des Baggers 100 ausgegeben wird. Die vertikale Achse von 11 ist ein Neigungswinkel θp, der einer der Stellungswinkel θo ist, und die horizontale Achse ist eine Zeit t. Die durchgezogene Linie in 11 ist der Neigungswinkel θp des Baggers 100, die gestrichelte Linie ist der erste Stellungswinkel θ1, und die Zweipunkt-Strich-Linie ist der zweite Stellungswinkel θ2. Das Beispiel von 11 stellt die zeitliche Änderung des Neigungswinkels θp des Baggers 100 dar, ab einem Stadium, in dem der Ausleger 6 des in 1 dargestellten Baggers 100 angehoben wird, bis zu einem Stadium, in dem der Ausleger 6 in einem Zug abgesenkt und zum Stillstand gebracht wird. Der Löffel 8 liegt nicht auf dem Gelände auf, wenn der Ausleger 6 abgesenkt und angehalten wird.
Der Ausleger 6 wird an dem Zeitpunkt t1 angehalten, und es wird eine Bewegung um die Y-Achse des Baggers 100, das heißt ein Nicken, bewirkt. Es ist zu erkennen, dass der erste Stellungswinkel θ1 als der Stellungswinkel θo ausgegeben wird, wenn an dem Bagger 100 keine Nickbewegung bewirkt wird (an oder vor dem Zeitpunkt t1), und dass der zweite Stellungswinkel θ2 als der Stellungswinkel θo in der Phase ausgegeben wird, in der an dem Bagger 100 eine Nickbewegung bewirkt wird (eine vorgegebene Zeitspanne an dem und nach dem Zeitpunkt t1).
Von dem Zeitpunkt t2 bis zu dem Zeitpunkt t3 wird ein Überschwenken des Baggers 100 bewirkt. Es ist zu erkennen, dass sich der Stellungswinkel θo allmählich dem ersten Stellungswinkel θ1 nähert, nachdem infolge des Stoppens der Nickbewegung der quasi-stationäre Zustand festgestellt wurde (an und nach dem Zeitpunkt t2), und dass der Stellungswinkel θo an dem Zeitpunkt t3 fast mit dem ersten Stellungswinkel θ1 koinzidiert. Nachdem der quasi-stationäre Zustand festgestellt wurde, hat der zweite Stellungswinkel θ2 infolge der Akkumulation von Fehlern bedingt durch Integration einen anderen Wert als der erste Stellungswinkel θ1. In der vorliegenden Ausführungsform wird nach dem Stoppen der Nickbewegung der erste Stellungswinkel θ1 zu dem Stellungswinkel θo des Baggers 100 gemacht, wodurch der Einfluss des Integrationsfehlers verhindert werden kann.
Bei vorliegender Ausführungsform werden das erste Komplementärfilter 53, an dem die erste Grenzfrequenz eingestellt ist, und das zweite Komplementärfilter 54, an dem die sich von der ersten Grenzfrequenz unterscheidende zweite Grenzfrequenz eingestellt ist, verwendet. Das erste Komplementärfilter 53 verringert den Fehler (das Rauschen), der sich durch die Integration der Winkelgeschwindigkeit ω akkumuliert hat, und das zweite Komplementärfilter 54 verringert die Fehler (Rauschen), der sich durch eine andere Beschleunigung als die Schwerkraftbeschleunigung akkumuliert hat. In der vorliegenden Ausführungsform wird entsprechend dem Betriebszustand des Baggers 100 zwischen dem von dem ersten Komplementärfilter 53 ausgegebenen Stellungswinkel und dem von dem zweiten Komplementärfilter 54 ausgegebenen Stellungswinkel umgeschaltet. Dadurch wird der Stellungswinkel θo des Baggers 100 mit einem dem Betriebszustand des Baggers 100 entsprechenden geeigneten Komplementärfilter ermittelt. Dadurch lässt sich eine Abnahme der Genauigkeit des Stellungswinkels θo sowohl im dynamischen Zustand als auch im quasi-stationären Zustand verhindern.
Eine hochgenaue IMU 29 ist teuer, und eine preiswerte IMU 29 ist relativ ungenau. Vorliegende Ausführungsform kann die Abnahme der Genauigkeit des Stellungswinkels θo sowohl im dynamischen Zustand als auch im quasi-stationären Zustand verhindern, auch wenn eine preiswerte IMU 29 verwendet wird. Auf diese Weise lässt sich verhindern, dass die Genauigkeit des Stellungswinkels θo abnimmt, und die Herstellungskosten des Baggers 100 können gesenkt werden.
Vorstehend wurden die vorliegende Ausführungsform und deren Modifikation beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsform und Modifikation beschränkt. Ferner enthalten die vorstehend beschriebenen Konfigurationselemente Merkmale, die sich dem Fachmann erschließen und Merkmale, die im Rahmen von Äquivalenten liegen. Die vorstehend beschriebenen Konfigurationselemente können ferner in geeigneter Weise kombiniert werden. Weiterhin ist innerhalb des Rahmens der vorliegenden Ausführungsform und deren Modifikation möglich, Konfigurationselemente wegzulassen, zu ersetzen oder zu ändern. Das Arbeitsgerät 2 hat zum Beispiel den Ausleger 6, den Stiel 7 und den Löffel 8. Der Anbau an dem Arbeitsgerät 2 ist jedoch nicht darauf und auf den Löffel 8 beschränkt. Die Arbeitsmaschine ist nicht auf den Bagger 100 beschränkt. Die Stellungsberechnungsvorrichtung gemäß vorliegender Ausführungsform kann auch bei einem Bulldozer, einem Motorgrader, einem Kipplaster oder dergleichen verwendet werden, und es können die Arbeitsgerätsteuerung, die Fahrbetriebsteuerung und dergleichen durchgeführt werden.
In der vorliegenden Ausführungsform werden das erste Komplementärfilter 53 und das zweite Komplementärfilter 54 verwendet. Es kann jedoch auch ein drittes Komplementärfilter, an dem eine andere Grenzfrequenz als die erste und die zweite Grenzfrequenz eingestellt ist, oder ein viertes Komplementärfilter 54, an dem eine andere Grenzfrequenz als die erste bis dritte Grenzfrequenz eingestellt ist, hinzugefügt werden. Das heißt, die Anzahl der Komplementärfilter mit unterschiedlichen Grenzfrequenzen ist nicht auf zwei begrenzt.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeugkörper
2: Arbeitsgerät
3: oberer Drehkörper
4: Fahrerkabine
5: Fahrvorrichtung
6: Ausleger
7: Stiel
8: Löffel
8T: Kante
20, 21: Antenne
23: Positionsdetektionsvorrichtung
24: Sensorsteuervorrichtung
25: Arbeitsgerät-Steuervorrichtung
26: Antriebsmaschinen-Steuervorrichtung
27: Pumpensteuervorrichtung
28: erste Displayvorrichtung
28M: Displayeinheit
29: IMU
29A: Beschleunigungssensor
29V: Gyro
30: Betätigungsvorrichtung
35: verschiedene Sensoren
36: Antriebsmaschine
37: Hydraulikpumpe
38: Hydrauliksteuerventil
39: zweite Displayvorrichtung
41, 42: fahrzeuginterne Signalleitung
51: erste Stellungswinkel-Berechnungseinheit
52: zweite Stellungswinkel-Berechnungseinheit
53: erstes Komplementärfilter
53F: Filtereinheit
53AD: Addiereinheit
54F: Filtereinheit
54AD: Addiereinheit
54: zweites Komplementärfilter
55: Schalteinheit
55C: Verarbeitungseinheit
55S: Schalter
100: Bagger
TB: Tabelle

Claims

Stellungsberechnungsvorrichtung (24) einer Arbeitsmaschine (100), umfassend: eine Messvorrichtung (29), die in der Arbeitsmaschine (100) vorgesehen ist und die konfiguriert ist für die Detektion einer Winkelgeschwindigkeit (ω) und Beschleunigung (Ac); eine Stellungswinkel-Berechnungseinheit (51, 52), die konfiguriert ist für die Ermittlung eines Stellungswinkels (θ) der Arbeitsmaschine (100) aus der durch die Messvorrichtung (29) detektierten Winkelgeschwindigkeit (ω) und der Beschleunigung (Ac); ein erstes Komplementärfilter (53), an dem eine erste Grenzfrequenz eingestellt ist und das konfiguriert ist für die Verringerung eines Rauschens in dem Stellungswinkel (θ), der durch die Stellungswinkel-Berechnungseinheit (51, 52) ermittelt wurde, um einen ersten Stellungswinkel (θ1) auszugeben; ein zweites Komplementärfilter (54), an dem eine sich von der ersten Grenzfrequenz unterscheidende zweite Grenzfrequenz eingestellt ist und das konfiguriert ist für die Verringerung eines Rauschens in dem Stellungswinkel (θ), der durch die Stellungswinkel-Berechnungseinheit (51, 52) ermittelt wurde, um einen zweiten Stellungswinkel (θ2) auszugeben; und eine Schalteinheit (55) die konfiguriert ist für ein Umschalten zwischen dem ersten Stellungswinkel (θ1) und dem zweiten Stellungswinkel (θ2), um entsprechend einem Zustand der Arbeitsmaschine (100) den ersten Stellungswinkel (θ1) oder den zweiten Stellungswinkel (θ2) auszugeben.
Stellungsberechnungsvorrichtung (24) der Arbeitsmaschine (100) gemäß Anspruch 1, wobei die erste Grenzfrequenz höher ist als die zweite Grenzfrequenz.
Stellungsberechnungsvorrichtung (24) der Arbeitsmaschine (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Schalteinheit (55) den ersten Stellungswinkel (θ1) ausgibt, wenn bestimmt wurde, dass sich die Arbeitsmaschine (100) in einem quasi-stationären Zustand befindet, und den zweiten Stellungswinkel (θ2) ausgibt, wenn bestimmt wurde, dass sich die Arbeitsmaschine (100) in einem dynamischen Zustand befindet.
Stellungsberechnungsvorrichtung (24) der Arbeitsmaschine (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei nach dem Umschalten von dem ersten Stellungswinkel (θ1) auf den zweiten Stellungswinkel (θ2) die Schalteinheit (55) den zweiten Stellungswinkel (θ2) korrigiert, wobei als Korrekturwert ein Wert verwendet wird, der zu einem Zeitpunkt des Umschaltens ermittelt wird, indem der zweite Stellungswinkel (θ2) von dem ersten Stellungswinkel (θ1) subtrahiert wird.
Stellungsberechnungsvorrichtung (24) der Arbeitsmaschine (100) nach Anspruch 4, wobei nach dem Umschalten von dem zweiten Stellungswinkel (θ2) auf den ersten Stellungswinkel (θ1) die Schalteinheit (55) den ersten Stellungswinkel (θ1) korrigiert, wobei als Korrekturwert ein Wert verwendet wird, der ermittelt wird, indem ein Fehler des zweiten Stellungswinkels (θ2) zum Zeitpunkt des Umschaltens mit einem Koeffizienten multipliziert wird, der größer als 0 und kleiner als 1 ist.
Stellungsberechnungsvorrichtung (24) der Arbeitsmaschine (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Arbeitsmaschine (100) ein Bagger (100) ist.
Stellungsberechnungsvorrichtung (24) der Arbeitsmaschine (100) nach Anspruch 6, wobei die Messvorrichtung (29) in einem oberen Drehkörper (3) des Baggers (100) vorgesehen ist.
Arbeitsmaschine (100), umfassend: die Stellungsberechnungsvorrichtung (24) der Arbeitsmaschine (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7; und eine Steuereinheit, die konfiguriert ist für die Ermittlung einer Position eines Arbeitsgeräts, das an der Arbeitsmaschine (100) befestigt ist, unter Verwendung des von der Stellungsberechnungsvorrichtung (24) der Arbeitsmaschine (100) ausgegebenen ersten Stellungswinkels (θ1) oder zweiten Stellungswinkels (θ2).