DE19901563C2 - Anordnung zum Wiegen von Nutzlasten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Aus der DE 197 15 590 A1 ist eine gattungsgemäße Anordnung bekannt, bei der zwei Beschleunigungssensoren zur Kompen­ sation des Signals eines Gewichtssensors verwendet werden. Die Erfassungsrichtungen der Beschleunigungssensoren sind horizontal liegend in Fahrtrichtung und quer zur Fahrtrichtung ausgerichtet, so daß sie eine horizontale gedachte Ebene auf­ spannen. So kann die Neigung des gesamten Fahrzeugs erfaßt werden und eine Kompensation des Signals eines Gewichts­ sensors bewirkt werden, wobei der Gewichtssensor als Druck­ sensor ausgestaltet ist, der den hydraulischen Druck ermittelt, welcher gewichtsabhängig zum Heben bzw. Halten des bewegli­ chen Bauteils erforderlich ist.

Die gattungsgemäße Anordnung ist für landwirtschaftliche Fahr­ zeuge vorgesehen. Dabei ist es aus der Praxis bekannt, daß an das landwirtschaftliche Fahrzeug angehängte Bauelemente, wie beispielsweise Düngerstreuer od. dgl., um eine horizontale Ach­ se auf und ab verschwenkt werden können. Aufgrund des sich verlagernden Schwerpunktes des beweglichen Bauteils ist typi­ scherweise für eine korrekte Wiegung eine bestimmte Position dieses beweglichen Bauteils einzuhalten. Die gattungsgemäße Anordnung ermöglicht, wenn sich das bewegliche Bauteil in der betreffenden Position befindet, eine Korrektur des durch den Drucksensor ermittelten Gewichtswertes in Abhängigkeit von der Neigung, in der sich das gesamte Fahrzeug befindet, beispiels­ weise wenn es an einem Hang steht.

Nachteilig ist jedoch, daß die Verwiegung nach wie vor nur in einer bestimmten Position des beweglichen Bauteils zulässig ist und auch nur im Stillstand des Fahrzeugs, da ansonsten auftre­ tende Erschütterungen oder Stöße Druckschwankungen im hy­ draulischen System verursachen können, die zu Meßfehlern füh­ ren.

Aus der US 5 837 945 ist eine gattungsfremde Anordnung be­ kannt, bei der ein einziger Beschleunigungssensor Vertikalbe­ schleunigungen erfaßt, wie Stöße, und zur Kompensation des Signals eines Gewichtssensors verwendet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Anordnung dahingehend zu verbessern, daß sie eine möglichst fehlerfreie und dynamische Verwiegung ermöglicht.

Diese der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Die Erfindung schlägt mit anderen Worten drei Maßnahmen bei der Anordnung der zwei Beschleunigungssensoren vor:

• 1. Die Beschleunigungssensoren sind nicht allgemein am Fahr­ zeug, sondern an dem beweglichen Bauteil selbst angeord­ net. So ist eine dynamische Verwiegung möglich, da selbst während das Bauteil verschwenkt wird Gewichtsmessungen möglich sind. Einerseits ermöglichen nämlich die Beschleuni­ gungssensoren für jede Winkelstellung des Bauteils eine Kor­ rektur der Werte aus der Druckmessung, und zudem ermögli­ chen sie bei Auswertung der Geschwindigkeit, mit der sich der Neigungswinkel des Bauteils verändert, eine nicht nur neigungs- sondern auch beschleunigungsabhängige Korrek­ tur der Druckmessung.
• 2. Die beiden Beschleunigungsaufnehmer sind so angeordnet, daß sie Vertikalbeschleunigungen erfassen können. Die Ebe­ ne ihrer Erfassungsrichtungen ist also senkrecht oder zumin­ dest schräg zur Horizontalen verlaufend aufgespannt. Beim Überfahren unebener Strecken können Stöße auftreten, die über das Fahrwerk in das Fahrzeug eingeleitet werden, oder es kann die Ladung verrutschen, z. B. bei geladenen Schütt­ gütern wie Gestein, so daß im Ergebnis Vertikalbeschleuni­ gungen auf das bewegliche Bauteil einwirken, welche die üb­ liche Gewichtsbestimmung verfälschen könnten, die z. B. mittels Wägezellen erfolgt, welche die Kraft ermitteln, mit der das bewegliche Bauteil auf den Fahrzeugrahmen einwirkt. Erfindungsgemäß sind jedoch auch bei derartigen Stößen korrekte Gewichtsmessungen möglich, da die Vertikalbe­ schleunigungen, die am bewegten Bauteil auftreten, aufgrund der Meßergebnisse der Beschleunigungs-Meßwertaufnehmer bei der Gewichtsbestimmung kompensiert werden können und in die Berechnung des korrekten Gewichtes als Korrek­ turfaktoren einfließen können.
• 3. Die Ebene der Erfassungsrichtungen, also die Ebene der Wirk- bzw. Meßachsen, verläuft schräg oder um 90° versetzt zu der Achse, um die das bewegliche Bauteil schwenkbar, drehbar oder kippbar ist. So ist über das reine Maß der Nei­ gung hinaus eine Angabe der Richtung möglich, in welcher das Bauteil gekippt bzw. geneigt ist, so daß im gesamten Meßbereich von 360° eine eindeutige Bestimmung der Positi­ on des beweglichen Bauteils möglich ist.

Die eigentliche Berechnung des Nutzlastgewichtes kann in an sich bekannter Weise beispielsweise über den hydraulischen Druck erfolgen, der beispielsweise im Hubarm eines Muldenkip­ pers gemessen wird, oder mit Hilfe von Wägezellen an einer Mulde, oder auf ähnliche, an sich bekannte Arten.

Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht durch die Korrek­ turen der Meßwerte eine dynamische Meßauswertung mit zuver­ lässigen Wiege-Ergebnissen auch unter folgenden Bedingun­ gen:

• - während der Bewegung des beweglichen Bauteils, also ohne daß dieses eine spezielle Wiegestellung einnehmen muß,
• - bei schräg stehendem oder fahrendem Fahrzeug,
• - während des Überfahrens von unregelmäßigen Strec­ kenoberflächen, z. B. bei nicht asphaltierten oder bei mit Schlaglöchern versehenen Strecken,
• - wenn beim Kippen des beweglichen Bauteiles Verschiebun­ gen innerhalb der Nutzlast auftreten, z. B. größere Steine in einer Mulde eines Muldenkippers umherrollen.

Vorteilhaft können insgesamt drei Beschleunigungsaufnehmer vorgesehen sein, so daß, ausgehend von den drei Achsen eines räumlichen Koordinatensystems, Meßwertaufnehmer die Be­ schleunigung des beweglichen Bauteiles in sämtlichen drei Raumachsen erfassen. Auf diese Weise können beispielsweise auch korrekte Gewichtsmessungen während der Dreh- bzw. Schwenkbewegungen des beweglichen Bauteiles erfolgen, bei­ spielsweise in der Schaufel eines Baggers, wenn die Hubzylin­ der dieser Schaufel durch die Fliehkraft zusätzlich be- oder entlastet werden und die Druckmessung des Fluids dieser Hub­ zylinder durch die Dreh- bzw. Schwenkbewegung verfälscht wird. Der Einsatzbereich der dynamischen Messung kann daher erheblich ausgeweitet werden.

Vorteilhaft kann vorgesehen sein, den Sensor mit weiteren Sen­ soren über eine Datenbusleitung zu verbinden und diese Da­ tenbusleitung an eine Auswerteelektronik anzuschließen. Mit Hilfe eines derartigen Bussystems ist es möglich, lediglich ein einziges Kabel zu verwenden, welches dementsprechend ein­ fach und geschützt verlegt werden kann. Dabei ist die Einbin­ dung anderer Sensortypen in dieses Bussystem möglich, z. B. die erwähnten Drucksensoren zur Erfassung des Drucks im Hy­ drauliksystem eines Fahrzeugs.

Vorteilhaft können weitere, jeweils ein-, zwei- oder dreiachsige Neigungssensoren an zusätzlichen Bauteilen des Fahrzeugs angeordnet sein:
So kann beispielsweise vorgesehen sein, den Nei­ gungswinkel der Schaufel eines Radladers oder eines Baggers zu messen, da eine unterschiedliche Neigung der Schaufel auf­ grund der Schwerpunkts- und damit Hebelveränderung die auf den Schaufelarm einwirkende Kraft beeinflußt, wobei der mittels Drucksensoren meßbare Hydraulikdruck im Hubzylinder dieses Schaufelarms in an sich bekannter Weise zur Gewichtsbestim­ mung herangezogen werden kann.

Am Schaufelarm desselben Fahrzeuges kann ein Sensor vorgesehen sein, der entweder die Einhaltung einer vorgegebe­ nen Wiegeposition überwacht oder der vorzugsweise über eine winkelabhängige Korrektur der Drucksensor-Meßwerte eine zu­ lässige Wiegung nicht nur in einer einzigen, vorgegebenen Wiegeposition ermöglicht, sondern eine dynamische Wiegung. Diese Korrektur kann über die jeweilige Winkelstellung des Schaufelarms hinaus auch die Beschleunigung berücksichtigen, mit der der Schaufelarm bewegt wird. Hierzu kann auf ver­ gleichsweise einfache Weise die Winkeländerung je Zeiteinheit ausgewertet werden, so daß lediglich eine zusätzliche Zeitbasis (Uhr) erforderlich ist.

Am Rahmen desselben Fahrzeuges kann ein Sensor vor­ gesehen sein, um z. B. beim Überfahren von Fahrbahnuneben­ heiten eine Kompensation der Vertikalbeschleunigung zu er­ möglichen, und der zudem eine Schrägstellung des gesamten Fahrzeugs, beispielsweise an einer Rampe, an einer Halde od. dgl. registrieren und in die Auswertung einfließen lassen kann.

Vorteilhaft kann der Beschleunigungssensor in Chipform aufge­ baut sein: Auf diese Weise ist eine sehr robuste und damit stö­ rungsunanfällige Ausgestaltung des Sensors gegeben, die zu­ dem aufgrund ihrer geringen baulichen Abmessungen an nahe­ zu beliebigen Stellen, insbesondere an mechanisch besonders gut geschützten Stellen montiert werden kann. Insbesondere bei einer zwei- oder mehrachsigen Ausgestaltung des Sensors kön­ nen die Beschleunigungsaufnehmer gemeinsam auf dem Chip angeordnet sein, so daß eine sehr klein bauende, einfach zu installierende und den Verkabelungsaufwand minimierende Ein­ heit geschaffen ist.

Die Erfindung wird anhand der schematischen Zeichnung im folgenden näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 eine rein schematische Seitenansicht eines Fahr­ zeuges und

Fig. 2 in gegenüber Fig. 1 leicht vergrößertem Maßstab den Bereich einer Schaufel des Fahrzeuges von Fig. 1, wobei die Schaufel in drei unterschiedlichen Stellungen dargestellt ist.

In Fig. 1 ist mit 1 allgemein ein Fahrzeug angedeutet, welches ein bewegliches Bauteil 2 zur Aufnahme einer Nutzlast aufweist, wobei dieses Bauteil 2 in Form einer Schaufel ausgestaltet ist, die an einem Schaufelarm 3 um eine Schwenkachse (Achse) 4 kippbeweglich ist, so daß der gesamte Schaufelarm 3 nicht nur mit Hilfe eines schematisch angedeuteten Gestänges 6 auf und ab gekippt werden kann, sondern auch um eine vertikale Drehachse ver­ schwenkt werden kann.

In Fig. 2 ist das bewegliche Bauteil 2 in mehreren Stellungen dargestellt: Mit durchgezogenen Linien ist eine Stellung darge­ stellt, bei der die geradlinige Oberkante der Schaufel etwa hori­ zontal verläuft. Dabei sei die Schaufel mit einem Material befüllt, so daß sich ein Schwerpunkt für die Schaufel ergibt, der ent­ sprechend dieser Normalstellung der Schaufel mit n gekenn­ zeichnet ist.

Gegenüber dieser Normalstellung kann die Schaufel nach hin­ ten in eine strichpunktierte Stellung verschwenkt werden, wobei diese Stellung ein mit h gekennzeichneter Schwerpunkt ent­ spricht. Um dasselbe Maß nach vorne verschwenkt ergibt sich die gestrichelte Lage des beweglichen Bauteiles 2 und ein mit v gekennzeichneter Schwerpunkt für die Schaufel.

Bei Verwendung eines lediglich einachsigen Beschleunigungs­ aufnehmers, der beispielsweise in der Normalstellung der Schaufel senkrecht ausgerichtet ist und einen Beschleuni­ gungswert von 1 ermittelt (entsprechend der Erdbeschleuni­ gung), ergibt sich bei einem derartigen, als Neigungssensor verwendeten Beschleunigungsaufnehmer, daß sowohl in der hinteren Stellung der Schaufel als auch in der vorderen Stellung der Schaufel das Maß der Neigung jeweils gleich stark von der senkrechten Normalstellung abweicht. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ergeben sich jedoch erhebliche Unterschiede hinsichtlich des horizontalen Abstandes des Schwerpunktes von der Achse 4 am oberen Ende des Schaufelarmes 3, so daß unterschiedli­ che Haltekräfte erforderlich sind, um die Schaufel in der entwe­ der hinteren oder vorderen Stellung zu halten. Dementspre­ chend ändert sich der hydraulische Druck im Bereich des Schaufelarmes 3, so daß ausgehend von einer Druckmessung die Ermittlung des Schaufelgewichtes unterschiedliche Gewich­ te des Schaufelinhaltes, obwohl tatsächlich bei gleichem Inhalt die Schaufel lediglich unterschiedliche Stellungen eingenommen hat.

Durch Verwendung zweiachsiger Beschleunigungssensoren kann zuverlässig und eindeutig festgestellt werden, ob bei glei­ cher Abweichung gegenüber der senkrechten Ausrichtung die Schaufel nach vorne oder nach hinten gekippt ist, so daß dem­ entsprechend der unterschiedlich wirksame Hebelarm berück­ sichtigt werden kann und eine entsprechende Korrektur in die Berechnung des Nutzlastgewichtes einfließen kann.

Rein schematisch sind in Fig. 1 drei Stellen durch ein jeweils im Kreis angeordnetes Kreuz angedeutet, wobei diese Stellen rein schematisch darstellen sollen, daß Beschleunigungssensoren zur Neigungsmessung sowohl an dem beweglichen Bauteil 2 als auch am Schaufelarm 3 als auch am Fahrgestell des Fahrzeu­ ges 1 vorgesehen sein können, so daß sowohl die Schrägstel­ lung jedes dieser drei Bauteile als auch auf das gesamte Fahr­ zeug einwirkende Stöße, z. B. vom Untergrund her, oder auf die Schaufel einwirkende Stöße, z. B. beim Beladen oder durch Bewegungen der Nutzlast, erfaßt werden können. Daher ist eine dynamische Verwiegung im Stand oder auch während der Fahrt des Fahrzeuges 1 möglich.

Claims (4)

1. Anordnung zum Wiegen von Nutzlasten an einem Fahr­ zeug,
wobei das Fahrzeug ein die Nutzlast aufnehmendes be­ wegliches Bauteil wie eine Mulde oder eine Schaufel auf­ weist,
mit zwei winklig zueinander angeordneten Neigungssenso­ ren, welche jeweils die Neigung in einer vorgegebenen Richtung erfassen, derart, daß die beiden Erfassungsrich­ tungen eine gedachte Ebene aufpannen,
wobei die Sensoren als Beschleunigungsaufnehmer aus­ gestaltet sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Beschleunigungsaufnehmer an dem beweglichen Bauteil (2), angeordnet sind,
und daß die beiden Beschleunigungsaufnehmer derart an­ geordnet sind, daß sie Vertikalbeschleunigungen erfassen, und daß die beiden Beschleunigungsaufnehmer derart an­ geordnet sind, daß ihre Erfassungsrichtungen eine ge­ dachte Ebene aufpannen, welche sich schräg oder quer zu einer Schwenkachse (4) des beweglichen Bauteils (2) er­ streckt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen dritten Beschleunigungsaufnehmer, der winklig zu jedem der beiden anderen Beschleunigungsaufnehmer angeord­ net ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwei oder drei Sensoren zu einem Chip zu­ sammengefaßt sind.

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor mit weiteren, unterschiedlichen und/oder gleichartigen Sensoren über eine Datenbusleitung verbunden und an eine Auswerte­ elektronik angeschlossen ist.