DE112020000349T5

DE112020000349T5 - Arbeitsmaschine, System und Verfahren zur Steuerung einer Arbeitsmaschine

Info

Publication number: DE112020000349T5
Application number: DE112020000349.3T
Authority: DE
Inventors: Toshiaki Kumagai; Kensuke Fujii
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2019-03-25
Filing date: 2020-03-12
Publication date: 2021-09-23
Also published as: KR20210111838A; KR102581329B1; WO2020195880A1; CN113423898B; JP7253949B2; CN113423898A; JP2020158961A; US20220178106A1

Abstract

Ein Nutzlastberechnungswert (CalcuPayload) einer Last in einem Löffel (3c) wird basierend auf der Last eines Auslegerzylinders (4a) berechnet. Ein Änderungsbetrag (X) pro Zeiteinheit in den Informationen über einen Betriebsbefehlswert für den Betrieb des Auslegerzylinders (4a) und/oder einer Geschwindigkeit des Ausfahrens und Einfahrens des Auslegerzylinders (4a) wird erfasst. Ein Nutzlastwert (WNutzlast) wird bestimmt, indem der durch Berechnung erhaltene Nutzlastberechnungswert (CalcuPayload) basierend auf dem Änderungsbetrag (X) pro Zeiteinheit korrigiert wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Arbeitsmaschine, ein System und ein Verfahren zur Steuerung einer Arbeitsmaschine.
Stand der Technik
Eine Last in einem Löffel ist wichtig, um eine Arbeitslast einer Arbeitsmaschine zu kennen. Zum Beispiel offenbaren die japanische Patentveröffentlichung Nr. 2010-89633 (PTL 1) und die WO2018/087834 (PTL 2) jeweils eine Technik zur Berechnung eines Nutzlastwerts einer Last innerhalb eines Löffels.
In PTL 1 wird ein aktueller Nutzlastwert einer Last durch Berechnung erhalten, basierend auf einer Körperhaltung einer Arbeitsmaschine und einem auf einen Auslegerzylinder ausgeübten Druck. Durch Integrieren des aktuellen Nutzlastwerts wird ein integrierter Nutzlastwert berechnet. Wenn der integrierte Nutzlastwert einen Sollnutzlastwert erreicht, wird ein Bediener über diesen Zustand informiert.
In PTL 2 wird der Nutzlastwert einer Last in einem Löffel auf der Grundlage einer Beschleunigung beim Ausfahren und Einfahren eines Auslegerzylinders korrigiert. Ein Fehler, der durch die Trägheit eines Arbeitsgeräts aufgrund des Betriebs eines Auslegers, eines Arms, eines Löffels usw. verursacht wird, kann so aus dem Nutzlastwert eliminiert und die Messgenauigkeit bei der Messung einer Last verbessert werden.
Zitationsliste
Patentliteratur

PTL 1: Japanische Patentveröffentlichung Nr. 2010-89633
PTL 2: WO2018/087834

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Bei Arbeiten zum Ausheben von Erdreich mit einer Arbeitsmaschine, wie z. B. einem Hydraulikbagger, und zum Laden von Erdreich auf einen Muldenkipper sollte eine Tragfähigkeit gleich oder niedriger als eine maximale Tragfähigkeit des Muldenkippers sein. Wenn mehrere Aushubvorgänge und mehrere Ladevorgänge auf den Muldenkipper durchgeführt werden, wird einem Bediener eine Tragfähigkeit mitgeteilt, die durch Messen einer Menge an Erdreich, die jedes Mal geladen wird, und Summieren der Mengen berechnet wird. Um jedes Mal eine Bodenmenge zu messen, sind ein Winkel des Auslegers, des Arms und des Löffels des Arbeitsgeräts sowie ein Hydraulikdruck des Auslegerzylinders erforderlich. Daher wird ein Sensor angebracht, um die Menge an Erdreich im Löffel während des Auslegerhubvorgangs zu messen, nachdem das Erdreich ausgehoben und in den Löffel geladen wurde.
Der Zylinderdruck eines Auslegers während des Aushubvorgangs variiert (schwankt), wenn der Ausleger betätigt wird. Daher ist es schwierig, eine Last genau zu messen.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Arbeitsmaschine, ein System und ein Verfahren zur Steuerung einer Arbeitsmaschine bereitzustellen, die eine Verbesserung der Genauigkeit bei der Messung einer Last ermöglichen.
Lösung des Problems
Eine Arbeitsmaschine im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst einen Ausleger, einen Arm, einen Löffel, einen Auslegerzylinder und eine Steuerung. Der Arm ist an einem Spitzenende des Auslegers befestigt. Der Löffel ist an der Spitze des Auslegers befestigt. Der Auslegerzylinder treibt den Ausleger an. Die Steuerung berechnet einen Nutzlastberechnungswert einer Last im Löffel auf der Grundlage der Last des Auslegerzylinders, erfasst einen Änderungsbetrag pro Zeiteinheit in den Informationen über einen Betriebsbefehlswert für den Betrieb des Auslegerzylinders und/oder eine Ausfahr- und Einfahrgeschwindigkeit des Auslegerzylinders und bestimmt einen Nutzlastwert durch Korrektur des durch Berechnung erhaltenen Nutzlastberechnungswerts auf der Grundlage des Änderungsbetrags pro Zeiteinheit.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung können eine Arbeitsmaschine, ein System und ein Verfahren zur Steuerung einer Arbeitsmaschine erreicht werden, die eine Verbesserung der Genauigkeit bei der Messung einer Last ermöglichen.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, das schematisch eine Konstruktion einer Arbeitsmaschine in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist ein Blockdiagramm, das einen schematischen Aufbau eines Systems der in 1 dargestellten Arbeitsmaschine zeigt.
3 ist ein Diagramm, das einen Funktionsblock innerhalb einer in 2 dargestellten Steuerung zeigt.
4 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Steuerung der Arbeitsmaschine in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
5 ist ein Diagramm, das die zeitliche Änderung des PPC-Drucks eines Auslegers, den Änderungsbetrag des PPC-Drucks des Auslegers und den Wert der Nutzlastberechnung (CalcuPayload) zeigt.

Beschreibung der Ausführungsformen
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Gleiche oder sich entsprechende Komponenten in der Beschreibung und den Zeichnungen sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen und redundante Beschreibungen werden nicht wiederholt. Es ist möglich, dass ein Merkmal in den Zeichnungen aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt oder vereinfacht dargestellt ist.
Die vorliegende Erfindung ist zudem auf eine andere Arbeitsmaschine als einen Hydraulikbagger anwendbar, solange die Arbeitsmaschine einen Ausleger, einen Arm und einen Löffel umfasst. In der folgenden Beschreibung beziehen sich die Begriffe „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „links“ und „rechts“ auf Richtungsangeben, wobei ein Bediener, der auf einem Bedienersitz 2b in einer Bedienerkabine 2a sitzt, als Referenz definiert ist.
< Konstruktion der Arbeitsmaschine>
1 ist eine Seitenansicht, die schematisch einen Aufbau eines Hydraulikbaggers als beispielhafte Arbeitsmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 1 gezeigt, umfasst ein Hydraulikbagger 100 in der vorliegenden Ausführungsform hauptsächlich eine Fahreinheit 1, eine Dreheinheit 2 und ein Arbeitsgerät 3. Ein Arbeitsmaschinen-Hauptkörper besteht aus der Fahreinheit 1 und der Dreheinheit 2.
Die Fahreinheit 1 umfasst ein Paar linke und rechte Raupenbandvorrichtungen 1a. Jede der beiden linken und rechten Raupenbandvorrichtungen 1a umfasst ein Raupenband. Wenn ein Paar linker und rechter Raupenbänder drehend angetrieben wird, bewegt sich der Hydraulikbagger 100.
Die Dreheinheit 2 ist in Bezug auf die Fahreinheit 1 drehbar ausgeführt. Die Dreheinheit 2 umfasst im Wesentlichen eine Fahrerkabine 2a, einen Fahrersitz 2b, einen Motorraum 2c und ein Gegengewicht 2d. Die Bedienerkabine 2a ist z. B. vorne links (an einer Fahrzeugvorderseite) der Dreheinheit 2 angeordnet. Der Fahrersitz 2b, auf dem der Fahrer Platz nimmt, befindet sich in einem Innenraum der Fahrerkabine 2a.
Der Motorraum 2c und das Gegengewicht 2d sind jeweils in einem hinteren Bereich (an einer Rückseite des Fahrzeugs) der Dreheinheit 2 in Bezug auf die Fahrerkabine 2a angeordnet. Eine Motoreinheit (ein Motor und eine Abgasbehandlungsstruktur) ist im Motorraum 2c untergebracht. Eine Motorhaube deckt die Oberseite des Motorraums 2c ab. Das Gegengewicht 2d ist im hinteren Teil des Motorraums 2c angeordnet.
Das Arbeitsgerät 3 ist schwenkbar an der Vorderseite der Dreheinheit 2, z.B. rechts vom Fahrersitz 2a, gelagert. Das Arbeitsgerät 3 umfasst z. B. einen Ausleger 3a, einen Arm 3b, einen Löffel 3c, einen Auslegerzylinder 4a, einen Armzylinder 4b und einen Löffelzylinder 4c. Der Ausleger 3a hat ein Basisende, das schwenkbar mit der Dreheinheit 2 verbunden ist, wobei ein Auslegerbasisstift 5a dazwischen angeordnet ist. Der Arm 3b hat ein Basisende, das schwenkbar mit einem Spitzenende des Auslegers 3a verbunden ist, wobei ein Auslegerspitzenendstift 5b dazwischen angeordnet ist. Der Löffel 3c ist schwenkbar mit einem Spitzenende des Arms 3b gekoppelt, wobei ein Stift 5c dazwischen angeordnet ist.
Der Ausleger 3a kann durch den Auslegerzylinder 4a angetrieben werden. Infolge dieses Antriebs kann der Ausleger 3a um den Auslegerbasisbolzen 5a in Bezug auf die Dreheinheit 2 in Aufwärts-/Abwärtsrichtung schwenken. Der Ausleger 3b kann durch den Auslegerzylinder 4b angetrieben werden. Infolge dieses Antriebs kann der Arm 3b um den Auslegerspitzenendstift 5b in Aufwärts-/Abwärtsrichtung in Bezug auf den Ausleger 3a schwenken. Der Löffel 3c kann durch den Löffelzylinder 4c angetrieben werden. Durch diesen Antrieb kann der Löffel 3c in Bezug auf den Arm 3b um den Stift 5c in Aufwärts-/Abwärtsrichtung schwenken. Das Arbeitsgerät 3 kann auf diese Weise angetrieben werden.
Das Arbeitsgerät 3 umfasst ein Löffelgelenk 3d. Das Löffelgelenk 3d umfasst ein erstes Verbindungselement 3da und ein zweites Verbindungselement 3db. Ein Spitzenende des ersten Verbindungselements 3da und ein Spitzenende des zweiten Verbindungselements 3db sind relativ zueinander schwenkbar miteinander verbunden, wobei ein oberer Stift 3dc des Löffelzylinders dazwischen angeordnet ist. Der obere Stift des Löffelzylinders 3dc ist mit dem Kopfende des Löffelzylinders 4c gekoppelt. Daher sind das erste Verbindungselement 3da und das zweite Verbindungselement 3db mit dem Löffelzylinder 4c gekoppelt, wobei der Stift dazwischen angeordnet ist.
Das erste Verbindungselement 3da hat ein Basisende, das schwenkbar mit dem Arm 3b verbunden ist, wobei ein erster Verbindungsstift 3dd dazwischen angeordnet ist. Das zweite Verbindungselement 3db hat ein Basisende, das schwenkbar mit einer Halterung an einer Basis des Löffels 3c verbunden ist, wobei ein zweiter Verbindungsstift 3de dazwischen angeordnet ist.
Ein Drucksensor 6a ist an einer Kopfseite des Auslegerzylinders 4a angebracht. Der Drucksensor 6a kann einen Druck (einen Kopfdruck) von Hydrauliköl in einer zylinderkopfseitigen Ölkammer 40A des Auslegerzylinders 4a erfassen. Ein Drucksensor 6b ist an einer Unterseite des Auslegerzylinders 4a angebracht. Der Drucksensor 6b kann einen Druck (einen Bodendruck) des Hydrauliköls in einer zylinderbodenseitigen Ölkammer 40B des Auslegerzylinders 4a erfassen.
Die Hubsensoren (Abtasteinheiten) 7a, 7b und 7c sind jeweils am Auslegerzylinder 4a, am Armzylinder 4b und am Löffelzylinder 4c angebracht.
Ein Auslegerwinkel θb kann aus einem Betrag der Verschiebung einer Zylinderstange 4ab in Bezug auf einen Zylinder 4aa im Auslegerzylinder 4a berechnet werden. Ein Auslegerwinkel θa kann aus dem Betrag der Auslenkung einer Zylinderstange im Auslegerzylinder 4b berechnet werden. Ein Löffelwinkel θk kann aus dem Betrag der Auslenkung einer Zylinderstange im Löffelzylinder 4c berechnet werden.
Die Potentiometer 9a, 9b und 9c können um den Auslegerbasisstift 5a, den Auslegerspitzenendstift 5b bzw. den Stift 5c angebracht werden. Der Auslegerwinkel θb kann aus einem Messwert des Potentiometers 9a berechnet werden. Der Auslegerwinkel θa kann aus einem Messwert des Potentiometers 9b berechnet werden. Der Löffelwinkel θk kann aus einem Messwert von Potentiometer 9c berechnet werden.
Die Trägheitsmesseinheiten (IMUs) 8a, 8b, 8c und 8d sind jeweils an der Dreheinheit 2, dem Ausleger 3a, dem Arm 3b und dem ersten Verbindungselement 3da angebracht. Die IMU 8a misst eine Beschleunigung der Dreheinheit 2 in einer Vorwärts/Rückwärtsrichtung, einer seitlichen Richtung und der Aufwärts/Abwärtsrichtung und eine Winkelbeschleunigung der Dreheinheit 2 um die Vorwärts/Rückwärtsrichtung, die seitliche Richtung und die Aufwärts/Abwärtsrichtung. Die IMUs 8b, 8c und 8d messen die Beschleunigungen des Auslegers 3a, des Arms 3b und des Löffels 3c in der Vorwärts/Rückwärtsrichtung, der seitlichen Richtung und der Aufwärts/Abwärtsrichtung sowie die Winkelbeschleunigungen des Auslegers 3a, des Arms 3b und des Löffels 3c um die Vorwärts/Rückwärtsrichtung, die seitliche Richtung bzw. die Aufwärts/Abwärtsrichtung.
Basierend auf einer Differenz zwischen der Beschleunigung, die von der an der Dreheinheit 2 angebrachten IMU 8a gemessen wird, und der Beschleunigung, die von der am Ausleger 3a angebrachten IMU 8b gemessen wird, kann eine Beschleunigung beim Ausfahren und Einfahren des Auslegerzylinders 4a (ein Änderungsbetrag der Geschwindigkeit des Ausfahrens und Einfahrens des Auslegerzylinders 4a) ermittelt werden.
Obwohl Auslegerwinkelθ b, Armwinkel θa und Löffelwinkel θk in der vorliegenden Ausführungsform von den Potentiometern gemessen werden, können sie auch von den IMUs gemessen werden.
< Schematischer Aufbau des Systems der Arbeitsmaschine>
Ein schematischer Aufbau eines Systems der Arbeitsmaschine wird nun unter Bezugnahme auf 2 beschrieben.
2 ist ein Blockdiagramm, das eine schematische Konfiguration eines Systems der in 1 gezeigten Arbeitsmaschine zeigt. Wie in 2 gezeigt, ist das System gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein System zur Bestimmung eines Nutzlastwertes. Das System gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst einen Hydraulikbagger 100, der eine in 1 dargestellte beispielhafte Arbeitsmaschine darstellt, und eine in 2 dargestellte Steuerung 10. Die Steuerung 10 kann am Hydraulikbagger 100 montiert oder an einer vom Hydraulikbagger 100 entfernten Stelle vorgesehen sein.
In der Fahrerkabine 2a ist eine Bedienvorrichtung 25 angeordnet. Die Bedienvorrichtung 25 wird von einer Bedienungsperson bedient. Die Bedienvorrichtung 25 akzeptiert eine Betätigung durch den Bediener zum Fahren des Arbeitsgeräts 3. Die Bedienvorrichtung 25 akzeptiert eine Betätigung durch den Bediener zum Drehen der Dreheinheit 2. Die Bedienvorrichtung 25 liefert ein Betriebssignal als Reaktion auf eine Betätigung durch den Bediener. Obwohl die Bedienvorrichtung 25 im vorliegenden Beispiel eine hydraulische Ansteuerungsvorrichtung ist, kann es sich auch um eine elektrische Bedienvorrichtung handeln.
Eine Hydraulikpumpe 33 wird durch Antriebskraft von einem Motor 31 angetrieben. Das von der Hydraulikpumpe 33 geförderte Hydrauliköl wird der Bedienvorrichtung 25 zugeführt. Das der Bedienvorrichtung 25 zugeführte Hydrauliköl wird über ein Richtungssteuerventil 34 entsprechend einer Betätigung der Bedienvorrichtung 25 durch den Bediener zu verschiedenen hydraulischen Aktuatoren 40 geleitet.
Durch die Steuerung der Zufuhr und des Ablassens eines hydraulischen Drucks zum hydraulischen Aktuator 40 wird der Betrieb des Arbeitsgeräts 3, die Drehung der Dreheinheit 2 und der Fahrbetrieb der Fahreinheit 1 gesteuert. Der hydraulische Aktuator 40 umfasst den in 1 dargestellten Auslegerzylinder 4a, den Armzylinder 4b und den Löffelzylinder 4c sowie einen nicht dargestellten Drehmotor.
Der Motor 31 ist z. B. ein Dieselmotor. Die Leistung des Motors 31 wird durch die Steuerung der Einspritzmenge von Kraftstoff in den Motor 31 durch die Steuerung 10 geregelt.
Die Hydraulikpumpe 33 ist mit dem Motor 31 gekoppelt. Da die Drehantriebskraft vom Motor 31 auf die Hydraulikpumpe 33 übertragen wird, wird die Hydraulikpumpe 33 angetrieben. Bei der Hydraulikpumpe 33 handelt es sich um eine hydraulische Verstellpumpe, die z. B. eine Taumelscheibe umfasst und deren Förderleistung sich mit der Änderung des Neigungswinkels der Taumelscheibe ändert. Das von der Hydraulikpumpe 33 geförderte Hydrauliköl wird durch ein Druckreduzierventil auf einen bestimmten Druck reduziert dem Wegeventil 34 zugeführt.
Das Wegeventil 34 ist ein Schieberventil, das die Durchflussrichtung des Hydrauliköls umschaltet, indem es z. B. einen stabförmigen Schieber bewegt. Wenn sich der Schieber in einer axialen Richtung bewegt, wird die Menge der Zufuhr von Hydrauliköl zum hydraulischen Aktuator 40 geregelt. Das Wegeventil 34 ist mit einem Schieberhubsensor ausgestattet, der einen Bewegungsweg des Schiebers (Schieberhub) erfasst.
Im vorliegenden Beispiel wird das Öl, das dem hydraulischen Aktuator 40 zur Aktivierung des hydraulischen Aktuators 40 zugeführt wird, als Hydrauliköl bezeichnet. Öl, das dem Wegeventil 34 zur Aktivierung des Wegeventils 34 zugeführt wird, wird als Zündöl bezeichnet. Der Druck des Zündöls wird als PPC-Druck (Pilot-Hydraulikdruck) bezeichnet.
Die Hydraulikpumpe 33 kann sowohl Hydrauliköl als auch Zündöl fördern. Beispielsweise kann ein Teil des von der Hydraulikpumpe 33 geförderten Hydrauliköls durch das Druckreduzierventil druckreduziert werden und das druckreduzierte Hydrauliköl kann als Zündöl verwendet werden. Die Hydraulikpumpe 33 kann separat eine Hydraulikpumpe (Haupthydraulikpumpe), die Hydrauliköl fördert, und eine Hydraulikpumpe (Steuerhydraulikpumpe), die Zündöl fördert, enthalten.
Die Bedienvorrichtung 25 umfasst einen ersten Steuerhebel 25R und einen zweiten Steuerhebel 25L. Der erste Steuerhebel 25R ist z. B. rechts vom Bedienersitz 2b angeordnet. Der zweite Steuerhebel 25L ist z. B. links vom Fahrersitz 2b angeordnet. Betätigungen in vorderer, hinterer, linker und rechter Richtung auf den ersten Steuerhebel 25R und den zweiten Steuerhebel 25L entsprechen biaxialen Betätigungen.
Beispielsweise werden der Ausleger 3a und der Löffel 3c durch Betätigung des ersten Steuerhebels 25R betätigt. Eine Betätigung des ersten Steuerhebels 25R in der Vorwärts-/Rückwärtsrichtung entspricht beispielsweise einer Betätigung des Auslegers 3a, und eine Betätigung zum Anheben des Auslegers 3a und eine Betätigung zum Absenken des Auslegers 3a werden entsprechend der Betätigung in der Vorwärts-/Rückwärtsrichtung ausgeführt. Eine Betätigung des ersten Steuerhebels 25R in seitlicher Richtung entspricht z. B. einer Betätigung des Löffels 3c, und eine Betätigung in Aufwärts-/Abwärtsrichtung des Löffels 3c wird entsprechend der Betätigung in seitlicher Richtung ausgeführt.
Beispielsweise werden Arm 3b und Dreheinheit 2 durch Betätigung des zweiten Steuerhebels 25L betätigt. Eine Betätigung in der Vorwärts-/Rückwärtsrichtung auf den zweiten Steuerhebel 25L entspricht z. B. einer Betätigung des Arms 3b, und die Betätigung des Arms 3b in der Aufwärts-/Abwärtsrichtung erfolgt entsprechend der Betätigung in der Vorwärts-/Rückwärtsrichtung. Eine Betätigung des zweiten Steuerhebels 25L in seitlicher Richtung entspricht beispielsweise einer Umdrehung der Dreheinheit 2, und eine Betätigung der Dreheinheit 2 in rechter Umdrehung und eine Betätigung der Dreheinheit 2 in linker Umdrehung wird in Übereinstimmung mit einer Betätigung in seitlicher Richtung ausgeführt.
Im vorliegenden Beispiel wird ein Vorgang zum Anheben des Auslegers 3a auch als Aushubvorgang und ein Vorgang zum Absenken des Auslegers 3a auch als Absenkvorgang bezeichnet. Vorgänge des Auslegers 3b in Aufwärts-/Abwärtsrichtung werden auch als Kippvorgang bzw. als Aushubvorgang bezeichnet. Die Betätigung des Löffels 3c in Aufwärts-/Abwärtsrichtung wird auch als Kippvorgang bzw. Aushubvorgang bezeichnet.
Die Betätigung in der seitlichen Richtung des ersten Steuerhebels 25R in der seitlichen Richtung kann der Betätigung des Auslegers 3a entsprechen und die Betätigung in der Vorwärts-/Rückwärtsrichtung kann der Betätigung des Löffels 3c entsprechen. Die Betätigung des zweiten Steuerhebels 25L in Längsrichtung kann der Betätigung der Dreheinheit 2 entsprechen und die Betätigung in Querrichtung kann der Betätigung des Auslegers 3b entsprechen.
Das von der Hydraulikpumpe 33 geförderte und durch das Druckreduzierventil im Druck reduzierte Zündöl wird der Bedienvorrichtung 25 zugeführt.
Die Bedienvorrichtung 25 und das Wegeventil 34 sind durch einen Zündölkanal 450 miteinander verbunden. Ein PPC-Druck wird basierend auf dem Inhalt eines Vorgangs an der Bedienvorrichtung 25 geregelt. Wenn die Bedienvorrichtung 25 betrieben wird, wird ein PPC-Druck, der dem Betätigungsinhalt an der Bedienvorrichtung 25 entspricht, dem Wegeventil 34 durch den Zündölkanal 450 zugeführt. Das Richtungssteuerventil 34 wird so geregelt, dass es die Durchflussrichtung und die Durchflussmenge des Hydrauliköls regelt, das dem Auslegerzylinder 4a, dem Armzylinder 4b und dem Löffelzylinder 4c zugeführt wird, so dass die Arbeitsvorgänge in Aufwärts-/Abwärtsrichtung des Auslegers 3a, des Arms 3b und des Löffels 3c ausgeführt werden.
Im Zündölkanal 450 ist ein Drucksensor 36 angeordnet. Der Drucksensor 36 erfasst einen PPC-Druck. Ein Ergebnis der Erfassung durch den Drucksensor 36 wird der Steuerung 10 zur Verfügung gestellt. Der durch einen Betrieb auf die Betriebsvorrichtung 25 geregelte und durch den Drucksensor 36 erfasste PPC-Druck entspricht in der vorliegenden Ausführungsform einem Betriebsbefehlswert.
Obwohl in 2 vereinfacht dargestellt, ist eine Vielzahl von Zündölkanälen 450, die den Betätigungen in Vorwärts-/Rückwärts- und Seitenrichtung des ersten Steuerhebels 25R und des zweiten Steuerhebels 25L in Vorwärts-/Rückwärts- und Seitenrichtung entsprechen, vorgesehen, um die Bedienvorrichtung 25 und das Wegeventil 34 miteinander zu verbinden. In jedem der mehreren Zündölkanäle 450 ist ein Drucksensor 36 vorgesehen.
Zum Beispiel ist der Drucksensor 36, der bei der Betätigung des Auslegers 3a einen Anstieg des PPC-Drucks im Vorgang des Anhebens des Auslegers 3a erfasst, anders als der Drucksensor 36, der einen Anstieg des PPC-Drucks im Vorgang des Absenkens des Auslegers 3a erfasst. Beispielsweise unterscheidet sich der Drucksensor 36, der den Anstieg des PPC-Drucks beim Kippvorgang durch den Arm 3b erfasst, von dem Drucksensor 36, der den Anstieg des PPC-Drucks beim Aushubvorgang durch den Arm 3b erfasst. Wenn z.B. der Löffel 3c betätigt wird, unterscheidet sich der Drucksensor 36, der einen Anstieg des PPC-Drucks beim Kippen durch der Löffel 3c erfasst, von dem Drucksensor 36, der einen Anstieg des PPC-Drucks beim Aushub durch der Löffel 3c erfasst.
Der Betrag des Anstiegs des PPC-Drucks ist unterschiedlich, abhängig von einem Neigungswinkel jedes der Steuerhebel 25L und 25R aus einer neutralen Position. Somit kann der Betätigungsinhalt für die Betriebsvorrichtung 25 basierend auf einem Ergebnis der Erfassung des PPC-Drucks durch jeden Drucksensor 36 bestimmt werden.
Erfassungssignale von den Hubsensoren 7a bis 7c, den IMUs 8a bis 8d, den Potentiometern 9a bis 9c und den Drucksensoren 6a und 6b werden ebenfalls der Steuerung 10 zugeführt.
Die Steuerung10 kann mit jedem der Hubsensoren 7a bis 7c, den IMUs 8a bis 8d, den Potentiometern 9a bis 9c und den Drucksensoren 6a, 6b und 36 über Drähte elektrisch verbunden sein oder drahtlos mit ihnen kommunizieren. Die Steuerung 10 kann z. B. durch einen Computer, einen Server oder ein tragbares Endgerät oder durch eine Zentraleinheit (CPU) implementiert werden.
<Funktionsblock in der Steuerung 10>
Ein Funktionsblock in der Steuerung 10 wird nun unter Bezugnahme auf 3 beschrieben.
3 ist ein Diagramm, das einen Funktionsblock innerhalb der in 2 gezeigten Steuerung zeigt. Wie in 3 gezeigt, enthält die Steuerung 10 eine Betriebsbefehlswert-Ermittlungseinheit 11, eine Einheit 12 zur Ermittlung der Ausfahr- und Einfahrgeschwindigkeit des Auslegerzylinders, eine Recheneinheit 13 zur Berechnung des Nutzlastwertes, einen Speicher 14, eine Änderungsbetrags-Ermittlungseinheit 15, einen Gewichtsrechner 16, eine Gewichtsbewertungseinheit 17 und eine Einheit 18 zur Bestimmung des Nutzlastwertes.
Die Betriebsbefehlswert-Ermittlungseinheit 11 empfängt die Eingabe eines Signals, das einen vom Drucksensor 36 erfassten PPC-Druck anzeigt. Die Betriebsbefehlswert-Ermittlungseinheit 11 ermittelt beispielsweise einen Betriebsbefehlswert für den Betrieb des Auslegerzylinders 4a aus dem Signal, das den vom Drucksensor 36 erfassten PPC-Druck anzeigt. Der von der Betriebsbefehlswert-Ermittlungseinheit 11 ermittelte Betriebsbefehlswert wird dem Speicher 14 zugeführt und darin gespeichert.
Die Einheit 12 zur Ermittlung der Ausfahr- und Einfahrgeschwindigkeit des Auslegerzylinders empfängt die Eingabe eines Signals, das eine von jeder der IMUs 8a bis 8d erfasste Beschleunigung oder Ähnliches anzeigt. Die Einheit 12 zur Ermittlung der Ausfahr- und Einfahrgeschwindigkeit des Auslegerzylinders 4a erfasst eine Beschleunigung beim Ausfahren und Einfahren des Auslegerzylinders 4a (eine Änderung der Ausfahr- und Einfahrgeschwindigkeit des Auslegerzylinders 4a), zum Beispiel auf der Grundlage einer Differenz zwischen der von der an der Dreheinheit 2 angebrachten IMU 8a erfassten Beschleunigung und der von der am Ausleger 3a angebrachten IMU 8b erfassten Beschleunigung.
Die Einheit 12 zur Ermittlung der Ausfahr- und Einfahrgeschwindigkeit des Auslegerzylinders empfängt Signale, die die Beträge der Verschiebung der Zylinderstangen oder die Winkel des Arbeitsgeräts (Auslegerwinkel θb, Armwinkel θa und Löffelwinkel θk) angeben, die von den Hubsensoren 7a bis 7c erfasst werden. Die Einheit 12 zum Ermitteln der Ausfahr- und Einfahrgeschwindigkeit des Auslegerzylinders erfasst die Ausfahr- und Einfahrgeschwindigkeit des Auslegerzylinders 4a beispielsweise auf der Grundlage des Auslenkungsbetrags der Zylinderstange oder des Winkels des Arbeitsgeräts (Auslegerwinkel θb), der vom Hubsensor 7a erfasst wird.
Die Einheit 12 zur Ermittlung der Ausfahr- und Einfahrgeschwindigkeit des Auslegerzylinders empfängt Signale, die die Winkel des Arbeitsgeräts (Auslegerwinkel θb, Armwinkel θa und Löffelwinkel θk) angeben, die von den Potentiometern 9a bis 9c erfasst werden. Die Einheit 12 zur Ermittlung der Ausfahr- und Einfahrgeschwindigkeit des Auslegerzylinders erfasst die Ausfahr- und Einfahrgeschwindigkeit des Auslegerzylinders 4a beispielsweise auf der Grundlage eines Winkels des Arbeitsgeräts (Auslegerwinkel θb), der durch das Potentiometer 9a erfasst wird.
Die Ausfahr- und Einfahrgeschwindigkeit (oder der Änderungsbetrag der Ausfahr- und Einfahrgeschwindigkeit) des Auslegerzylinders 4a, die von der Einheit 12 zur Ermittlung der Ausfahr- und Einfahrgeschwindigkeit des Auslegerzylinders erfasst wird, wird dem Speicher 14 zugeführt und darin gespeichert.
Die Recheneinheit 13 zur Berechnung des Nutzlastwertes erhält Signale, die einen Kopfdruck und einen Bodendruck des Auslegerzylinders 4a anzeigen, die von den Drucksensoren 6a und 6b erfasst werden. Die Recheneinheit 13 zur Berechnung des Nutzlastwertes erhält Eingangssignale, die Beträge der Verschiebung der Zylinderstangen oder Winkel des Arbeitsgeräts (Auslegerwinkel θb, Armwinkel θa und Löffelwinkel θk) anzeigen, die von den Hubsensoren 7a bis 7c erfasst werden. Die Nutzlastberechnungseinheit 13 erhält Signale, die die Winkel des Arbeitsgeräts (Auslegerwinkel θb, Armwinkel θa und Löffelwinkel θk) angeben, die von den Potentiometern 9a bis 9c erfasst werden.
Die Recheneinheit 13 zur Berechnung des Nutzlastwertes berechnet einen Nutzlastberechnungswert aus dem bereitgestellten Signal. Der von der Recheneinheit 13 zur Berechnung des Nutzlastwertes berechnete Nutzlastberechnungswert wird an den Speicher 14 übertragen und dort gespeichert.
Die Änderungsbetrags-Ermittlungseinheit 15 erhält einen Änderungsbetrag pro Zeiteinheit in den Informationen über den Betriebsbefehlswert für den Betrieb des Auslegerzylinders 4a und/oder die Ausfahr- und Einfahrgeschwindigkeit des Auslegerzylinders 4a aus Informationen, die im Speicher 14 gespeichert sind.
Die Änderungsbetrags-Ermittlungseinheit 15 ermittelt den Änderungsbetrag pro Zeiteinheit des Betriebsbefehlswertes für den Betrieb des Auslegerzylinders 4a, z. B. aus dem Signal, das den PPC-Druck anzeigt, der von der Betriebsbefehlswert-Ermittlungseinheit 11 ermittelt und im Speicher 14 gespeichert wird.
Die Änderungsbetrags-Ermittlungseinheit 15 erhält den Änderungsbetrag pro Zeiteinheit der Ausfahr- und Einfahrgeschwindigkeit des Auslegerzylinders 4a beispielsweise aus dem Änderungsbetrag der Ausfahr- und Einfahrgeschwindigkeit des Auslegerzylinders 4a, der von der Betriebsbefehlswert-Ermittlungseinheit 11 ermittelt und im Speicher 14 gespeichert wird.
Die Änderungsbetrags-Ermittlungseinheit 15 erhält den Änderungsbetrag pro Zeiteinheit der Ausfahr- und Einfahrgeschwindigkeit des Auslegerzylinders 4a, z. B. aus der Ausfahr- und Einfahrgeschwindigkeit des Auslegerzylinders 4a, die von der Betriebsbefehlswert-Ermittlungseinheit 11 ermittelt und im Speicher 14 gespeichert wurde.
Der von der Änderungsbetrags-Ermittlungseinheit 15 erhaltene Änderungsbetrag wird dem Gewichtsrechner 16 zugeführt. Der Gewichtsrechner 16 berechnet ein Gewicht (einen gewichteten Wert), das für den gewichteten Mittelwert verwendet wird, basierend auf dem Änderungsbetrag, der von der Änderungsbetrags-Ermittlungseinheit 15 bereitgestellt wird. Das von der Gewichtsberechnungseinheit 16 berechnete Gewicht wird dem Speicher 14 zugeführt und darin gespeichert.
Die Gewichtsklassifizierungseinheit 17 klassifiziert eine Vielzahl von Gewichten, die im Speicher 14 gespeichert sind, basierend auf der Größe der Gewichte.
Die Nutzlastwert-Bestimmungseinheit 18 bestimmt einen Nutzlastwert durch den gewichteten Mittelwert, basierend auf den Nutzlast-Berechnungswerten und den im Speicher 14 gespeicherten Gewichten. Wenn ein Berechnungsabschnitt lang ist (z. B. nicht kürzer als drei Sekunden), kann die Nutzlastwert-Bestimmungseinheit 18 den Nutzlastwert durch den gewichteten Mittelwert bestimmen, indem sie nur Daten mit großem Gewicht unter den Gewichten verwendet, die von der Gewichtsklassifizierungseinheit 17 eingestuft wurden (d. h. eher als Daten mit kleinem Gewicht). In der vorliegenden Ausführungsform kann der Nutzlastwert durch den gewichteten Mittelwert bestimmt werden, wobei nur N Daten mit großem Gewicht verwendet werden, die von der Gewichtsklassifizierungseinheit 17 eingestuft wurden.
<Verfahren zur Steuerung der Arbeitsmaschine>
Ein Verfahren zur Steuerung der Arbeitsmaschine in der vorliegenden Ausführungsform wird nun unter Bezugnahme auf die 3 und 4 beschrieben.
4 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Steuerung der Arbeitsmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 4 gezeigt, wird in der vorliegenden Ausführungsform zunächst ein aktueller Nutzlastberechnungswert (CalcuPayload) einer Last im Löffel 3c berechnet (Schritt S1). Dieser Nutzlastberechnungswert (CalcuPayload) wird auf Basis des statischen Gleichgewichts berechnet. Insbesondere wird, nachdem ein durch das Eigengewicht des Arbeitsgeräts 3 verursachtes Moment MX_we berechnet wurde, ein aktueller Nutzlastberechnungswert einer Last im Löffel 3c basierend auf dem Gleichgewicht der Momente um den Auslegerbasisstift 5a berechnet. Der Nutzlastberechnungswert (CalcuPayload) wird von der in 3 dargestellten Recheneinheit 13 zur Berechnung des Nutzlastwertes berechnet.
Zunächst wird das durch das Eigengewicht des Arbeitsgeräts 3 verursachte Moment MX_we gemäß dem folgenden Ausdruck (1) berechnet.
[Ausdruck 1] $\begin{array}{l} M X_{w e} \\ = M_{A u s l e g e r} \times X_{A u s l e g e r_c} + M_{A u s l e g e r C} \times Z_{A u s l e g e r C_c} + M_{A u s l e g e r C R} \times X_{A u s l e g e r C R_c} + M_{A r m} \\ \times X_{A r m_c} + M_{A r m C} \times X_{A r m C_c} + M_{A r m C R} \times X_{A r m C R_c} + M_{L ö f f e l} \times X_{L ö f f e l_c} \end{array}$
In dem Ausdruck (1) stellt M_Ausleger ein Gewicht des Auslegers 3a dar. M_AuslegerC steht für das Gewicht eines Zylinderabschnitts des Auslegerzylinders 4a. M_AuslegerCR stellt ein Gewicht eines Zylinderstangenabschnitts des Auslegerzylinders 4a dar. _MArm repräsentiert ein Gewicht des Auslegers 3b. _MArmC steht für das Gewicht eines Zylinderabschnitts des Auslegerzylinders 4b. _MArmCR steht für das Gewicht eines Zylinderstangenabschnitts des Auslegerzylinders 4b. _MLöffel steht für das Gewicht des Löffels 3c.
Jedes der Gewichte M_Ausleger, M_AuslegerC, M_AuslegerCR, M_Arm, M_ArmC, M_ArmCR und M_Löffel wird im Speicher 14 gespeichert, zum Beispiel durch eine Operation zur Eingabe in den Speicher 14 auf den Eingabebetätigungsabschnitt 21, wie in 3 gezeigt.
In dem Ausdruck (1) stellt X_{Ausleger_c} einen Abstand vom Auslegerbasisstift 5a zum Schwerpunkt des Auslegers 3a dar. X_{AuslegerC_c} stellt einen Abstand vom Auslegerbasisbolzen 5a zum Schwerpunkt des Zylinderabschnitts des Auslegerzylinders 4a dar. X_{AuslegerCR_c} repräsentiert einen Abstand vom Auslegerbasisbolzen 5a zum Zylinderstangenabschnitt des Auslegerzylinders 4a. XArm_{_c} stellt einen Abstand vom Auslegerbasisbolzen 5a zum Schwerpunkt des Arms 3b dar. X_{ArmC_c} stellt einen Abstand vom Auslegerbasisbolzen 5a zum Schwerpunkt des Zylinderabschnitts des Auslegerzylinders 4b dar. X_{ArmCR_c} repräsentiert einen Abstand vom Auslegerbasisbolzen 5a zum Schwerpunkt des Zylinderstangenabschnitts des Armzylinders 4b. X_{Löffel_c} stellt einen Abstand vom Auslegerbasisbolzen 5a zum Schwerpunkt des Löffels 3c dar.
Jeder dieser Abstände X_{Ausleger_c}, X_{AuslegerC_c}, X_{AuslegerCR_c}, X_{Arm_c}, X_{ArmC_c}, X_{ArmCR_c} und X_Löffel kann aus den Ergebnissen der Erfassung durch die Hubsensoren 7a bis 7c und die Potentiometer 9a bis 9c berechnet werden.
Das Moment MX_we wird von der in 3 gezeigten Recheneinheit 13 zur Berechnung des Nutzlastwertes berechnet.
Das Gleichgewicht der Momente um den Auslegerbasisbolzen 5a wird durch den folgenden Ausdruck (2) ausgedrückt.
[Ausdruck 2] $F \times h = C a l c u P a y l o a d \times X_{N u t z l a s t_c} + M X_{w e}$
In dem Ausdruck (2) stellt F die Last (Druckkraft) des Auslegerzylinders 4a dar und wird aus einem Kopfdruck und einem Bodendruck des Auslegerzylinders 4a erhalten. Daher wird F aus einem Druck (Kopfdruck), der von Drucksensor 6a erfasst wird, und einem Druck (Bodendruck), der von Drucksensor 6b erfasst wird, erhalten.
In dem Ausdruck (2) stellt h den kürzesten Abstand zwischen dem Auslegerbasisstift 5a und dem Auslegerzylinder 4a dar (ein Abstand in einer Richtung orthogonal zu einer Ausfahrrichtung des Auslegerzylinders 4a). h kann aus den Erfassungswerten des Hubsensors 7a und des Potentiometers 9a berechnet werden.
In dem Ausdruck (2) stellt X_{Nutzlast_c} einen Abstand zwischen dem Auslegerbasisstift 5a und dem Schwerpunkt einer Last im Löffel 3c dar. X_{Nutzlast_c} kann aus den Erfassungswerten der Hubsensoren 7a bis 7c und den Potentiometern 9a bis 9c berechnet werden.
Basierend auf dem Ausdruck (2) wird ein Nutzlastberechnungswert (CalcuPayload) in einem Ausdruck (3) unten ausgedrückt.
[Ausdruck 3] $C a l c u P a y l o a d = \frac{F \times h - M X_{w e}}{X_{N u t z l a s t_c}}$
Wie in Ausdruck (3) gezeigt, wird der Nutzlastberechnungswert (CalcuPayload) einer Last im Löffel 3c basierend auf der Last F des Auslegerzylinders 4a berechnet. Der Nutzlastberechnungswert wird fortlaufend berechnet.
Dann wird bestimmt, ob ein Hubvorgang des Auslegers 3a ausgeführt wird oder nicht (Schritt S2: 4). Wenn zum Beispiel der Hubvorgang des Auslegers 3a und der Vorgang zum Drehen der Dreheinheit 2 gleichzeitig ausgeführt werden, kann bestimmt werden, dass der Hubvorgang des Auslegers 3a ausgeführt wird. Ob der Hubvorgang des Auslegers 3a und der Vorgang zum Drehen der Dreheinheit 2 ausgeführt werden oder nicht, kann z. B. durch die Erfassung eines PPC-Drucks durch den Drucksensor 36 bestimmt werden.
Wenn festgestellt wird, dass der Hubvorgang des Auslegers 3a nicht ausgeführt wird, wird die Berechnung des Nutzlastberechnungswerts (CalcuPayload) fortgesetzt. Wenn festgestellt wird, dass der Hubvorgang des Auslegers 3a ausgeführt wird, wird der Änderungsbetrag des Auslegeranhebungs-PPC-Drucks pro Zeiteinheit berechnet (Schritt S3: 4).
Bei der Berechnung des Änderungsbetrags wird ein Änderungsbetrag X des Auslegeranhebungs-PPC-Drucks pro Zeiteinheit auf der Grundlage des Auslegeranhebungs-PPC-Drucks zu einem ersten Zeitpunkt vor dem Zeitpunkt der Berechnung des Nutzlastberechnungswerts und des Auslegeranhebungs-PPC-Drucks zu einem zweiten Zeitpunkt vor dem ersten Zeitpunkt berechnet.
Wie oben dargelegt, wird der Änderungsbetrag X pro Zeiteinheit des Betriebsbefehlswertes (Auslegeranhebungs-PPC-Druck) für den Betrieb des Auslegerzylinders 4a erfasst. Die Erkennung durch Berechnung des Änderungsbetrags X erfolgt durch die in 3 gezeigte Änderungsbetrags-Ermittlungseinheit 15.
Der in der obigen Berechnung erhaltene Nutzlastberechnungswert (CalcuPayload) wird auf der Grundlage des so ermittelten Änderungsbetrags X pro Zeiteinheit korrigiert, um dadurch einen Nutzlastwert W_Nutzlast zu bestimmen (Schritt S4: 4). Bei der Korrektur des Nutzlastberechnungswerts wird zunächst ein Gewicht (gewichteter Wert) W basierend auf dem Änderungsbetrag X berechnet (Schritt S4a).
Das Gewicht W wird z. B. aus dem Kehrwert des Änderungsbetrags X berechnet. So ist das Gewicht W zu dem Zeitpunkt, an dem der Änderungsbetrag X pro Zeiteinheit groß ist, klein, während das Gewicht W zu dem Zeitpunkt, an dem der Änderungsbetrag X pro Zeiteinheit klein ist, groß ist. Das Gewicht W wird mit dem in 3 gezeigten Gewichtsrechner 16 berechnet.
Der Änderungsbetrag X pro Zeiteinheit und das Gewicht W werden ständig berechnet, und das zu jedem Zeitpunkt berechnete Gewicht W wird in dem in 3 gezeigten Speicher 14 gespeichert.
Dann werden die im Speicher 14 gespeicherten Gewichte W geordnet (Schritt S4b). Die Gewichte W werden in der Reihenfolge der Größe des Gewichts W gereiht. Die Gewichte W werden von der in 3 gezeigten Gewichtungseinheit 17 gereiht.
Dann wird der Nutzlastwert W_Nutzlast durch den gewichteten Mittelwert der Nutzlastberechnungswerte (CalcuPayload) unter Verwendung des oben erhaltenen Gewichts W bestimmt (Schritt S4c: 4). Bei der Bestimmung des Nutzlastwerts W_Nutzlast wird der folgende Ausdruck (4) verwendet.
[Ausdruck 4] $\begin{array}{l} W N u t z l a s t \\ = \frac{W_{1} \times C a l c u P a y l o a d_{1} + W_{2} \times C a l c u P a y l o a d_{2} + W_{3} \times C a l c u P a y l o a d_{3} + \dots + W_{t} \times C a l c u P a y l o a d_{t}}{W_{1} + W_{2} + W_{3} + \dots + W_{t}} \end{array}$
In dem Ausdruck (4) stellen CalcuPayloa_d1, CalcuPayload₂, CalcuPayloa_d3 und Calcu-Payloadt Berechnungswerte der Nutzlast dar, die wie oben zu den jeweiligen Zeitpunkten 1, 2, 3 und t erhalten wurden. W₁, W₂, W₃ und Wt stellen Gewichte dar, die wie oben zu den jeweiligen Zeitpunkten 1, 2, 3 und t erhalten wurden.
Wie in Ausdruck (4) gezeigt, wird der gewichtete Mittelwert der Nutzlastberechnungswerte berechnet, wobei das Gewicht zu dem Zeitpunkt, an dem der Änderungsbetrag pro Zeiteinheit groß ist, kleiner gemacht wird und das Gewicht zu dem Zeitpunkt, an dem der Änderungsbetrag pro Zeiteinheit klein ist, größer gemacht wird. Der Nutzlastwert W_Nutzlast wird von der in 3 gezeigten Nutzlastwert-Ermittlungseinheit 18 ermittelt.
In der vorliegenden Ausführungsform kann der Nutzlastwert durch den in Ausdruck (4) gezeigten gewichteten Mittelwert bestimmt werden, wobei nur die Daten der dreißig größten Gewichte (das Gewicht und der dem Gewicht entsprechende Nutzlastberechnungswert) verwendet werden, und nicht die Daten einer Vielzahl von Gewichten mit kleinerem Gewicht (das Gewicht und der dem Gewicht entsprechende Nutzlastberechnungswert) unter der Vielzahl von Gewichten, die von der Gewichtsklassifizierungseinheit 17 eingestuft wurden.
Da der Nutzlastberechnungswert (CalcuPayload) auf der Grundlage des Änderungsbetrags X pro Zeiteinheit wie oben beschrieben korrigiert wird, wird der Nutzlastwert W_Nutzlast bestimmt.
Der ermittelte Nutzlastwert W_Nutzlast wird zur Eliminierung eines Fehlers, den die einzelne Arbeitsmaschine hat, korrigiert (Schritt S5: 4). Der Nutzlastwert wird korrigiert, indem der Nutzlastwert W_Nutzlast wie oben bestimmt wird, während sich keine Last im Löffel 3c befindet (ein unbelasteter Zustand), und der Nutzlastwert W_Nutzlast im unbelasteten Zustand vom Nutzlastwert W_Nutzlast subtrahiert wird, der erhalten wird, während sich eine Last im Löffel 3c befindet. Als Ergebnis der Korrektur kann ein Unterschied in der kinetischen Reibung oder im Widerstand, der durch individuelle Unterschiede zwischen den Arbeitsmaschinen verursacht wird, aufgehoben werden.
Danach wird festgestellt, ob die Last aus dem Löffel 3c entfernt wurde oder nicht (Schritt S6: 4). Die Last wird aus dem Löffel 3c entnommen, z. B. um die Last auf einen Muldenkipper zu laden.
Wenn festgestellt wird, dass die Last nicht aus dem Löffel 3c entfernt wurde, wird der Nutzlastberechnungswert erneut berechnet (Schritt S1: 4). Wenn festgestellt wird, dass die Last aus dem Löffel 3c entfernt wurde, wird der korrigierte Nutzlastwert finalisiert, und der finalisierte korrigierte Nutzlastwert wird zu einer Tragfähigkeit des Muldenkippers addiert (Schritt S7: 4).
Der korrigierte Nutzlastwert und die Tragfähigkeit des Muldenkippers werden z.B. auf einem Display in der Bedienerkabine 2a angezeigt. Ein Bediener in der Fahrerkabine 2a kann somit Aushub- und Ladearbeiten durchführen, während er den korrigierten Nutzlastwert der Ladung im Löffel 3c und die Tragfähigkeit des Muldenkippers überprüft.
Wie oben beschrieben, wird der Nutzlastwert der Ladung im Löffel 3c ermittelt und zur Tragfähigkeit des Muldenkippers addiert.
Obwohl der Fall der hydraulischen Bedienvorrichtung 25 oben beschrieben wurde, kann auch eine elektrische Bedienvorrichtung 25 verwendet werden. Wenn die elektrische Bedienvorrichtung 25 vorgesehen ist, wird der Betrag der Betätigung des ersten Steuerhebels 25R und des zweiten Steuerhebels 25L z. B. durch ein Potentiometer erfasst. Das Potentiometer bezieht sich auf einen Wegsensor, der einen elektrischen (Spannungs-) Ausgang im Verhältnis zu einer mechanischen Position erhält. Daher kann ein Änderungsbetrag pro Zeiteinheit im elektrischen (Spannungs-)Ausgang, der vom Potentiometer als Änderungsbetrag pro Zeiteinheit im Betriebsbefehlswert erhalten wird, zur Berechnung des Gewichts W für den gewichteten Mittelwert verwendet werden.
Obwohl ein Beispiel für einen gewichteten Mittelwert durch Berechnung einer Gewichtung basierend auf dem Änderungsbetrag X pro Zeiteinheit im Betriebsbefehlswert oben beschrieben wurde, kann der gewichtete Mittelwert durch Berechnung einer Gewichtung basierend auf dem Änderungsbetrag pro Zeiteinheit in der Geschwindigkeit des Ausfahrens und Einfahrens des Auslegerzylinders berechnet werden. Alternativ kann der gewichtete Mittelwert berechnet werden, indem eine Gewichtung auf der Grundlage sowohl des Änderungsbetrags X pro Zeiteinheit des Betriebsbefehls als auch des Änderungsbetrags pro Zeiteinheit der Ausfahr- und Einfahrgeschwindigkeit des Auslegerzylinders berechnet wird.
<Funktionen und Wirkungen>
Im Nachfolgenden werden Funktionen und Auswirkungen der vorliegenden Ausführungsform zusammen mit den Erkenntnissen der vorliegenden Erfinder unter Bezugnahme auf 5 beschrieben.
5 ist ein Diagramm, das die zeitliche Änderung des PPC-Drucks beim Anheben des Auslegers, den Änderungsbetrag des PPC-Drucks beim Anheben des Auslegers und den Berechnungswert der Nutzlast (CalcuPayload) zeigt. Wie in 5 gezeigt, haben die vorliegenden Erfinder festgestellt, dass beim Betrieb zum Anheben des Auslegers 3a, bei dem der PPC-Druck (eine durchgezogene Linie in der Figur) des Auslegers 3a ansteigt, der Änderungsbetrag des PPC-Drucks des Auslegers 3a mit einem Betrieb auf den Ausleger 3a schwankt, und mit der Schwankung schwankt auch der Nutzlastberechnungswert (CalcuPayload). Daher ist es schwierig, die Last im Löffel 3c während des Anhebens des Auslegers 3a genau zu messen.
Die vorliegenden Erfinder haben auch festgestellt, dass die Genauigkeit des Nutzlastberechnungswerts (CalcuPayload) schlechter ist, wenn die Geschwindigkeit beim Anheben des Auslegers 3a hoch ist. Daher sollte der Vorgang zum Anheben des Auslegers 3a sorgfältig durchgeführt werden. Wenn der Vorgang zum Anheben des Auslegers 3a sorgfältig durchgeführt wird, wird die Produktivität jedoch schlecht.
Dann wird in der vorliegenden Ausführungsform der Nutzlastwert W_Nutzlast bestimmt, indem der Nutzlastberechnungswert (CalcuPayload) basierend auf dem Änderungsbetrag pro Zeiteinheit in der Information über die Betriebsbefehlswerte für den Betrieb des Auslegerzylinders 4a und/oder der Geschwindigkeit des Ausfahrens und Einfahrens des Auslegerzylinders 4a korrigiert wird. So kann der Nutzlastwert W_Nutzlast abzüglich der Schwankung im Nutzlastberechnungswert (CalcuPayload) im Betrieb des Auslegers 3a erhalten werden. Daher kann die Last im Löffel 3c während des Betriebs des Auslegers 3a genau gemessen werden. Daher kann der Bediener die Last im Löffel 3c genau messen, indem er den Betrieb wie gewohnt durchführt, und eine hohe Produktivität kann beibehalten werden.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird der Nutzlastwert W_Nutzlast durch den gewichteten Mittelwert der Nutzlastberechnungswerte (CalcuPayload) bestimmt, wobei das Gewicht W zu dem Zeitpunkt, an dem der Änderungsbetrag X pro Zeiteinheit groß ist, kleiner und zu dem Zeitpunkt, an dem der Änderungsbetrag X pro Zeiteinheit klein ist, größer gemacht wird. Durch die Vergrößerung der Wichtung W zu dem Zeitpunkt, an dem der Änderungsbetrag X klein ist, kann das Ergebnis der Berechnung stabilisiert werden.
Der Nutzlastwert W_Nutzlast wird durch die Berechnung eines Mittelwerts und nicht durch die Verwendung eines momentanen Messwerts bestimmt. Selbst wenn der Kopfdruck und der Bodendruck des Auslegerzylinders 4a aufgrund einer plötzlichen Betätigung durch Rauschen gestört werden, hat diese Störung daher keinen großen Einfluss auf ein Messergebnis.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird eine Vielzahl von Gewichten berechnet, und der Nutzlastwert W_Nutzlast wird durch Berechnung des gewichteten Mittelwerts unter Verwendung von Nutzlastberechnungswerten mit großem Gewicht unter der Vielzahl von Gewichten anstelle von Nutzlastberechnungswerten mit kleinem Gewicht unter der Vielzahl von Gewichten bestimmt. Auf diese Weise kann ein stabiler Nutzlastwert W_Nutzlast auch dann berechnet werden, wenn eine Berechnung z. B. nur drei Sekunden lang ist.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind der Betriebsbefehlswert und die Ausfahr- und Einfahrgeschwindigkeit des Auslegerzylinders 4a der Betriebsbefehlswert und die Ausfahr- und Einfahrgeschwindigkeit des Auslegerzylinders 4a zu dem Zeitpunkt, zu dem der Vorgang zum Anheben des Auslegers 3a ausgeführt wird. So kann der Nutzlastwert W_Nutzlast abzüglich der Pulsation im Nutzlastberechnungswert (CalcuPayload) zu dem Zeitpunkt erhalten werden, an dem der Vorgang zum Anheben des Auslegers 3a ausgeführt wird.
Es sollte verstanden werden, dass die hier offenbarte Ausführungsform in jeder Hinsicht der Veranschaulichung dient und nicht als einschränkend zu erachten ist. Der Umfang der vorliegenden Erfindung wird eher durch die Begriffe der Ansprüche als durch die obige Beschreibung definiert und soll alle Modifikationen innerhalb des Umfangs und der Bedeutung umfassen, die den Begriffen der Ansprüche entsprechen.
Bezugszeichenliste

1: Fahreinheit;
1a: Raupenbandvorrichtung;
2: Dreheinheit;
2a: Fahrerkabine;
2b: Fahrersitz;
2c: Motorraum;
2d: Gegengewicht;
3: Arbeitsgerät;
3a: Ausleger;
3b: Arm;
3c: Löffel;
3d: Löffelgelenk;
3da: erstes Verbindungselement;
3db: zweites Verbindungselement;
3dc: Oberer Stift des Löffelzylinders;
3dd: erster Verbindungsstift;
3de: zweiter Verbindungsstift;
4a: Auslegerzylinder;
4aa: Zylinder;
4ab: Zylinderstange;
4b: Armzylinder;
4c: Löffelzylinder;
5a: Auslegerbasisstift;
5b: Auslegerspitzenendstift;
5c: Stift;
6a, 6b, 36: Drucksensor;
7a, 7b, 7c: Hubsensor;
8a, 8b, 8c: IMU;
9a, 9b, 9c: Potentiometer;
10: Steuerung;
11: Betriebsbefehlswert-Erfassungseinheit;
12: Auslegerzylinder-Ausfahr- und Einfahrgeschwindigkeits-Erfassungseinheit;
13: Nutzlastberechnungswert-Recheneinheit;
14: Speicher;
15: Änderungsbetrag-Erfassungseinheit;
16: Gewichtsrechner;
17: Gewichtsklassifizierungseinheit;
18: Nutzlastwert-Bestimmungseinheit;
21: Eingabebetätigungsabschnitt;
25: Bedienvorrichtung;
25L: zweiter Steuerhebel;
25R: erster Steuerhebel;
31: Motor;
33: Hydraulikpumpe;
34: Richtungssteuerventil;
40: hydraulischer Aktuator;
100: Hydraulikbagger;
450: Zündölkanal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2018/087834 [0002, 0004]

Claims

Arbeitsmaschine, umfassend: einen Ausleger; einen Arm, der an einem Spitzenende des Auslegers befestigt ist; einen Löffel, der an einem Spitzenende des Arms befestigt ist; einen Auslegerzylinder, der den Ausleger antreibt; und eine Steuerung, die einen Nutzlastberechnungswert einer Last in dem Löffel basierend auf der Last des Auslegerzylinders berechnet, einen Änderungsbetrag pro Zeiteinheit in den Informationen über einen Betriebsbefehlswert zum Betreiben des Auslegerzylinders und/oder einer Geschwindigkeit des Ausfahrens und Einfahrens des Auslegerzylinders erfasst und einen Nutzlastwert durch Korrigieren basierend auf dem Änderungsbetrag pro Zeiteinheit bestimmt, wobei der Nutzlastberechnungswert durch Berechnung erhalten wird.
Arbeitsmaschine nach Anspruch 1, wobei die Steuerung den Nutzlastwert bestimmt, indem sie einen gewichteten Mittelwert von Nutzlastberechnungswerten berechnet, wobei ein Gewicht zu dem Zeitpunkt, an dem der Änderungsbetrag pro Zeiteinheit groß ist, kleiner gemacht wird und ein Gewicht zu dem Zeitpunkt, an dem der Änderungsbetrag pro Zeiteinheit klein ist, größer gemacht wird.
Arbeitsmaschine nach Anspruch 2, wobei die Steuerung eine Vielzahl von Gewichtungen berechnet und den Nutzlastwert bestimmt, indem sie den gewichteten Mittelwert der Nutzlastberechnungswerte mit großem Gewicht unter der Vielzahl von Gewichtungen berechnet, anstatt der Nutzlastberechnungswerte mit kleinem Gewicht unter der Vielzahl von Gewichtungen.
Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Betriebsbefehlswert und die Ausfahr- und Einfahrgeschwindigkeit des Auslegerzylinders sich auf den Betriebsbefehlswert bzw. die Ausfahr- und Einfahrgeschwindigkeit des Auslegerzylinders bei einem Vorgang zum Anheben des Auslegers beziehen.
System, umfassend: eine Arbeitsmaschine mit einem Ausleger, einem an einem Spitzenende des Auslegers angebrachten Arm, einem an einem Spitzenende des Arms angebrachten Löffel und einem Auslegerzylinder, der den Ausleger antreibt; und eine Steuerung, die einen Änderungsbetrag pro Zeiteinheit in den Informationen über einen Betriebsbefehlswert zum Betreiben des Auslegerzylinders und/oder einer Geschwindigkeit des Ausfahrens und Einfahrens des Auslegerzylinders erhält, einen Nutzlastberechnungswert einer Last im Löffel auf der Grundlage der Last des Auslegerzylinders berechnet und einen Nutzlastwert durch Korrigieren auf der Grundlage des Betrags der Änderung pro Zeiteinheit bestimmt, wobei der Nutzlastberechnungswert durch Berechnung erhalten wird.
Verfahren zum Steuern einer Arbeitsmaschine, wobei die Arbeitsmaschine einen Ausleger, einen an einem Spitzenende des Auslegers angebrachten Arm, einen an einem Spitzenende des Arms angebrachten Löffel und einen Auslegerzylinder, der den Ausleger antreibt, umfasst, wobei das Verfahren umfasst: Berechnen eines Nutzlastberechnungswertes einer Last im Löffel basierend auf der Last des Auslegerzylinders; und Erhalten eines Änderungsbetrags pro Zeiteinheit in den Informationen über einen Betriebsbefehlswert zum Betreiben des Auslegerzylinders und/oder einer Ausfahr- und Einfahrgeschwindigkeit des Auslegerzylinders und Bestimmen eines Nutzlastwerts durch Korrigieren basierend auf dem Änderungsbetrag pro Zeiteinheit, wobei der Nutzlastberechnungswert durch Berechnung erhalten wird.