DE4328144C2

DE4328144C2 - Vorrichtung zur Gewichtsbestimmung von an einem Schlepper angehängten Lasten und Verfahren dazu

Info

Publication number: DE4328144C2
Application number: DE19934328144
Authority: DE
Inventors: Horst Hesse; Torsten Berg; Gerd Bernhardt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1993-08-21
Filing date: 1993-08-21
Publication date: 2001-04-26
Anticipated expiration: 2013-08-22
Also published as: DE4328144A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Gewichtsbestimmung von an einem Schlepper angehängten Lasten nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Es ist schon eine solche Vorrichtung zur Gewichtsbestimmung von an einem Schlepper angehängten Lasten nach der DE 38 20 757 A1 bekannt, bei der die an einem Dreipunkt-Regelgestänge angehängte Last mit Hilfe einer elektrohydraulischen Hubwerks-Regeleinrichtung und den Signalen eines lastabhängigen Sensors ermittelt wird. Um dabei störende Einflüsse auf die Wägung möglichst gering zu halten, wird die Gewichtsbestimmung in einer Parallelstellung von Ober- und Unterlenker vorgenommen. Bei einer vollständig bekannten Geometrie des Dreipunkt-Anbaus läßt sich diese Parallelstellung von Ober- und Unterlenker errechnen und mit Hilfe der Regeleinrichtung und ihrem lageabhängigen Sensor anfahren. Ferner läßt sich diese Parallelstellung auch experimentell ermitteln, wobei ein direkter Vergleich der Winkel von Ober- und Unterlenker vorgenommen wird, was jedoch aufgrund der hohen Anforderungen an den Nullabgleich der Sensoren für den praktischen Einsatz wenig geeignet ist.

Ferner ist es aus der DE-Z: Landtechnik, Heft 5/88, Seite 218 bis 219, Knechtges, "Behälterwägung im Dreipunkt-Anbau" bekannt, zur Gewichtsbestimmung von an einem Dreipunkt- Regelgestänge angehängten Lasten eine elektrohydraulische Hubwerks-Regeleinrichtung zu verwenden. Auch hier wird auf die Parallelstellung der Lenker hingewiesen, um den Einfluß des Schwerpunktabstandes des Gewichts zu minimieren. Dabei kann die Parallelität der Lenker mit einem Neigungsgeber, der in einer beliebigen Stellung am Anbaugerät befestigt wird, während eines Hebe- oder Senkvorganges ermittelt werden, indem diejenige Kraftheberstellung festgehalten wird, in der der Neigungsgeber seine Ausschlagrichtung umkehrt. Im übrigen erfolgt hierbei keine nähere Angabe zum Meßprinzip der dafür geeigneten Sensoren sowie hinsichtlich der notwendigen Auflösung der Geber, der Eliminierung der Störgrößen Schwingung und Beschleunigung sowie zum Auswertealgorithmus der Meßdaten.

Aufgabe der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Gewichtsbestimmung von an einem Schlepper angehängten Lasten mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber die Aufgabe, daß mit ihr ein sicheres und schnelles Bestimmen der Parallelstellung von Ober- und Unterlenker eines Dreipunkt-Anbaus am Schlepper möglich ist. Durch die Ausbildung als Beschleunigungsgeber mit einer seismischen Masse ermöglicht die Vorrichtung ein sehr schnelles und bei hinreichend genauer Auflösung der Meßsignale sehr exaktes Verfahren. Ferner arbeitet die Vorrichtung unempfindlich gegenüber Schwingungen und gegenüber der Lage des Schleppers zur Erdnormalen. Ferner hat die Vorrichtung den Vorteil, daß bei ihr eine exakte Kalibrierung der verwendeten Geber nicht nötig, im allgemeinen völlig verzichtbar ist. Ferner läßt sich in zweckmäßiger Weise mit der Vorrichtung zur Gewichtsbestimmung erreichen, daß das Risiko von Fehlmessungen durch Bedienfehler aufgrund der geringen Anforderungen an die Meßbedingungen und der vollständig möglichen, computergestützten Durchführung und Auswertung sehr gering ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung möglich. Besonders vorteilhaft ist eine Ausbildung nach Anspruch 2; dabei dient die Dämpfung vorwiegend zur Begrenzung der Schwingungsamplitude infolge Erregung durch Vibrationen, insbesondere vom Motor oder anderer Aggregaten auf dem Schlepper und ist für die Auswertung selbst vernachlässigbar.

Äußerst zweckmäßig ist es, wenn der Beschleunigungsgeber nach Anspruch 3 eingebaut wird, wodurch sich eine maximale Empfindlichkeit des Gebers erreichen läßt. Weiterhin ist es vorteilhaft, die Vorrichtung nach Anspruch 4 auszubilden, wenn die auf die seismische Masse wirkenden dynamischen Beschleunigungsanteile eliminiert werden sollen. In diesem Fall kann mit Hilfe der Hubgeschwindigkeit und der Geometrie des Dreipunkt-Anbaus die Beschleunigungs-Lage-Funktion für den unteren Kopplungspunkt berechnet und von der Gesamtbeschleunigung abgezogen werden. In den Ansprüchen 5 bis 8 sind vorteilhafte Verfahren zur Ermittlung der Parallelstellung mit der Einrichtung nach Anspruch 1 angegeben.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Fig. 1 zeigt in stark vereinfachter Darstellung die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Gewichtsbestimmung von an einem Schlepper angehängten Lasten mit ihrem Signalflußplan, Fig. 2 als Teil der Vorrichtung einen Dreipunkt-Anbau am Schlepper unter Einbeziehung des Beschleunigungsgebers, Fig. 3 ein Diagramm mit den gemessenen Beschleunigungswerten über dem Zylinderhub zur näherungsweisen Ermittlung der Parallelstellung und Fig. 4 ein Diagramm zur Darstellung der Approximation um die geschätzte Parallelstellung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die Fig. 1 zeigt in vereinfachter Form eine Vorrichtung 10 zur Gewichtsbestimmung von an einem Schlepper 11 angehängten Lasten, nämlich eines Anbaugeräts 12, das hier in an sich bekannter Weise über ein elektrohydraulisch betätigbares Dreipunkt-Regelgestänge 13 höhenverstellbar an der Heckseite des Schleppers 11 angelenkt ist. Das Regelgestänge 13 ist somit Teil einer elektrohydraulischen Hubwerks- Regeleinrichtung 14, in welche die Vorrichtung 10 zur Gewichtsbestimmung im wesentlichen integriert ist.

Das Regelgestänge 13 weist in üblicher Weise einen Oberlenker 15 sowie einen Unterlenker 16 auf, an denen das Anbaugerät 12 über ein Kopplungsdreieck 17 angelenkt ist. Am Unterlenker 16 greift eine Hubstange 18 an, die über eine Hubwelle 19 mit ihren beiden Armen 21 und 22 von einem Hydraulikzylinder 23 betätigbar ist. Der Hydraulikzylinder 23 ist über ein Proportionalventil 24 mit Druckmittel aus einer Pumpe 25 ansteuerbar. Der Hubwelle 19 ist in üblicher Weise ein elektromechanischer Lagesensor 26 zugeordnet, während lastabhängige Signale von einem elektrohydraulischen Drucksensor 27 am Hydraulikzylinder 23 abgenommen werden. Ferner ist am Kopplungsdreieck 17 ein Beschleunigungssensor 28 befestigt.

Wie die Fig. 1 ferner zeigt, weist die elektrohydraulische Hubwerks-Regeleinrichtung 14 einen Mikrorechner 31 auf, der mit einer Eingabeeinrichtung 32 und einer Anzeigeeinrichtung 33 in Wirkverbindung steht. Als Mikrorechner 31 ist ein handelsübliches Gerät verwendbar, in dem die elektrischen Eingangssignale der Sensoren 26, 27, 28 einem Analog- Digital-Wandler 34 zugeführt werden, während die Ansteuerung des Proportionalventils 24 von einem D/A-Wandler 35 erfolgt. In dem Mikrorechner 31 sind diese Wandler 34, 35 im Signalflußplan mit einem Schreib-Lesespeicher 36, einem Lesespeicher 37, einem Rechner 38 und einer elektrischen Schaltung 39 verbunden.

In Fig. 2 ist ein Teil der Vorrichtung 10 in vereinfachter Form dargestellt, wobei vor allem auf den Dreipunkt-Anbau mit dem Beschleunigungssensor 28 Bezug genommen ist. Der Beschleunigungssensor 28 weist eine mit m bezeichnete seismische Masse 41 auf, die im Sensorgehäuse 42 zwischen Federn 43, 44 geführt ist. Der Beschleunigungssensor 28 ist somit als gedämpftes Feder-Masse-System ausgebildet und ist in der Nähe derjenigen Linie am Kopplungsdreieck 17 angeordnet, die durch den mit B bezeichneten unteren Lenkerpunkt 45 bestimmt wird. Wesentlich bei der Anordnung des Beschleunigungssensors 28 ist, daß die Bewegungsrichtung u der seismischen Masse 41 und der Vektor g der Erdbeschleunigung möglichst orthogonal zueinander stehen, woraus sich eine maximale Empfindlichkeit gegenüber Neigungen ergibt. Ferner ist der Winkel zwischen der Bewegungsrichtung u und einer Geraden, die orthogonal auf dem Vektor der Erdbeschleunigung g steht mit β bezeichnet. Ist die im Anbaugerät 12 befindliche Masse gegenüber dem Eigengewicht des Schleppers 11 klein, was mit hinreichender Genauigkeit angenommen werden kann, so besteht zwischen dem durch Reifeneinsenkung verursachten Winkel α_Senk und der Stellung des Hubzylinders 23 keine Abhängigkeit. Damit befindet sich das schlepperfeste Koordinatensystem xy gegenüber der Erdnormalen g in Ruhe.

Das Verfahren zur Bestimmung der Parallelstellung mittels Beschleunigungssensor 28 beruht auf dem gesetzmäßigen Zusammenhang, daß der Winkel WKD des Anbaugerätes 12 in Abhängigkeit vom Zylinderhub ZH gegenüber dem schlepperfesten Koordinatensystem xy genau dann ein lokales Minimum erreicht, wenn Ober- und Unterlenker 15, 16 parallel zueinander stehen. Dies bedeutet mit anderen Worten, daß dabei der Winkel β des am Anbaugerät befestigten Beschleunigungssensors 28 einen lokalen Extremwert erreicht. Die Parallelstellung kann nun durch Auf- und Abwärtsbewegen des Dreipunkt-Regelgestänges 13 und Aufzeichnen der Meßwerte des Beschleunigungssensors 28 ermittelt werden. Dieser Sachverhalt ist nun in Fig. 3 näher dargestellt, bei der die Beschleunigungswerte a des Beschleunigungssensors 28 über dem Zylinderhub ZH des Hubzylinders 23 aufgetragen sind. An der Stelle, an der die Meßwerte einen lokalen Extremwert erreichen, befinden sich der obere und untere Lenker 15, 16 in der Parallelstellung. Zum Erhalt einer dichten Punktfolge und Eliminierung der Hysterese zwischen Lage des Anbaugeräts 12 und elektrischem Signal des Lagesensors 26 der Hubwelle und damit des Zylinderhubs ZH hat die Messung während der gleichförmigen Auf- und Abwärtsbewegung des Hubzylinders 23 zu erfolgen. Während mit den Meßwerten nach Fig. 3 die Parallelstellung näherungsweise ermittelt wird, kann für eine genaue Bestimmung der ausgewählten Lage eine zweite Approximation durchgeführt werden, wie dies in Fig. 4 näher dargestellt ist, um so einen genauen Wert für die Parallelstellung zu erhalten. Ferner läßt sich für die genaue Bestimmung der ausgewählten Lage unter Verwendung der Meßwerte nach Fig. 3 der dynamische Beschleunigungsanteil herausrechnen, wodurch die Genauigkeit zusätzlich gesteigert wird; dabei gilt der Zusammenhang

a_g = g . sinβ - a_d

wobei a_g die Gesamtbeschleunigung, g die Erdbeschleunigung und a_d die dynamische Beschleunigung sind.

Um Meßfehler, die aus einer stark ungleichförmigen Bewegung resultieren zu minimieren, ist es sinnvoll, innerhalb dieses Bereiches das Geschwindigkeitsprofil zu untersuchen und den Versuch gegebenenfalls mit anderen Steuerparametern zu wiederholen. Schwingungen der Beschleunigungs-Zeit-Funktion sind durch Variation von Sollgeschwindigkeit des Hubzylinders 23 und der Motordrehzahl des Schleppers minimierbar. Die Reibung im Feder-Masse-System des Beschleunigungssensors 28 wird durch die Erreger- Schwingungen eliminiert.

Mit der vorgeschlagenen Vorrichtung 10 läßt sich ein sehr schnelles und bei hinreichend genauer Auflösung der Meßsignale sehr exaktes Verfahren zur Ermittlung der Parallelstellung durchführen. Die Vorrichtung und das Verfahren sind dabei unempfindlich gegenüber Schwingungen und gegenüber der Lage des Schleppers zur Erdnormalen. Ferner kann auf eine exakte Kalibrierung der verwendeten Sensoren weitgehend verzichtet werden. Vor allem aber ist das Risiko von Fehlmessungen durch Bedienfehler aufgrund der geringen Anforderungen an die Meßbedingungen und der vollständig computergestützten Durchführung und Auswertung sehr gering. Bei Vorliegen der Vorrichtung 10 ist es ausreichend, wenn ein solcher Beschleunigungssensor 28 lediglich dem Händler zur Verfügung steht. Dieser schließt ihn nach Anbau an das Gerät 12 an die elektrohydraulisceh Hubwerks-Regeleinrichtung 14 an, wonach die Parallelstellung automatisch ermittelt werden kann und dabei das zugehörige normierte Lagesignal der Hubwelle 19 in der elektrischen Schaltung 39 abgelegt werden kann. Anschließend an diese Serviceleistung kann dann der dazugehörige Proportionalitätsfaktor zwischen Druck- und Masseänderung mit einem großen Kalibriergewicht ermittelt und ebenfalls in der Schaltung 39 abgelegt werden, so daß sie für spätere Wägungen zur Verfügung stehen.

Claims

1. Vorrichtung zur Gewichtsbestimmung von an einem Schlepper angehängten Lasten, die mit Hilfe eines hydraulisch betätigbaren Gestänges einer elektrohydraulischen Hubwerks- Regeleinrichtung an dem landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeug höhenverstellbar angelenkt sind, wobei über einen lastabhängigen Sensor Signale erzeugt werden, aus denen die Größe der angehängten Last herleitbar ist, und ein lageabhängiger Sensor, der die Lage des Gestänges relativ zum Arbeitsfahrzeug abgreift, Signale an eine elektronische Einrichtung der Regeleinrichtung gibt, und bei der das Gestänge im Dreipunktanbau mit Ober- und Unterlenker ausgebildet ist und am angelenkten Anbaugerät bzw. am Kopplungsdreieck ein Sensor angeordnet ist, mit dem die Parallelstellung der Lenker ermittelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Geber als Beschleunigungsgeber (28) mit einer seismischen Masse (41) ausgebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschleunigungsgeber (28) als gedämpftes Feder-Masse- System ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschleunigungsgeber (28) so am Anbaugerät (12) bzw. Kopplungsdreieck (17) angeordnet ist, daß seine Meßrichtung (u) im wesentlichen orthogonal auf dem Vektor der Erdbeschleunigung (g) steht.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschleunigungsgeber (28) in der Nähe des unteren Kopplungspunktes (45) vom Unterlenker (16) am Kopplungsdreieck (17) angebracht ist.

5. Verfahren zur Ermittlung der Parallelstellung bei einer Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei gleichförmiger Bewegung des das Gestänge (13) verstellenden Hydraulikzylinders (23) während der Aufwärts- und Abwärtsbewegung des Gestänges (13) die Meßwerte des Beschleunigungssensors (28) lageabhängig, insbesondere über dem Hub des Hydraulikzylinders (23), aufgezeichnet werden und mittels des dabei ermittelten lokalen Extremwerts die Parallelstellung ermittelt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Ermittlung der Parallelstellung unter Verwendung der Meßwerte der dynamische Beschleunigungsanteil (a_d) herausgerechnet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Parallelstellung aus den Meßwerten durch zweimalige Approximation ermittelt wird (Fig. 4).

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das normierte Lagesignal der Hubwelle (19) für die Parallelstellung im Datenspeicher (39) abgelegt wird.