DE4328147A1 - Einrichtung zur Gewichtsbestimmung von an einem Schlepper angehängten Lasten - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zur Gewichtsbestimmung von an einem Schlepper angehängten Lasten nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon eine solche Einrichtung aus der DE 38 20 757 A1 bekannt, bei der die Bestimmung von Massen im Anbau­ gerät des Schleppers mittels Drucksensor im Hydrauliksystem durchge­ führt wird, wobei der Schwerpunkteinfluß der zu wägenden Masse durch die Parallelstellung von Ober- und Unterlenker eliminiert wird. Es werden auch Vorschläge gemacht, wie bei der Gewichtsbestimmung mit Hilfe des lastabhängige Signale liefernden Drucksensors der Einfluß der Hysterese durch Heben- und Senkenvorgänge verringert werden kann. Es werden jedoch keine Angaben darüber gemacht, welchen Ein­ fluß die Neigung des Schleppers um seine Querachse bei der Gewichts­ bestimmung von angehängten Lasten ausübt.

Ferner ist es aus der DE-Z: Landtechnik, Heft 5/88, Seiten 218 bis 219, Knechtges, "Behälterwägung im Dreipunktanbau" bekannt, wie störende Einflüsse bei der Gewichtsermittlung, insbesondere der Schwerpunktsabstand der Last und die Hysterese, verringert werden können. Auch kann bei dieser Einrichtung die Parallelstellung der Lenker mit einem am Anbaugerät befestigten Neigungsgeber während eines Hebe- oder Senkvorgangs ermittelt werden, indem diejenige Kraftheberstellung festgehalten wird, in welcher der Neigungsgeber seine Ausschlagrichtung umkehrt. Ein Hinweis auf den Einfluß der Längsneigung des Schleppers um seine Querachse bei der Gewichtsbe­ stimmung der angehängten Last wird aber nicht gegeben.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Gewichtsbestimmung von an einem Schlepper angehängten Lasten mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß bei ihr der Einfluß der Längsneigung des Schleppers bei der Gewichtsbestimmung der ange­ hängten Last eliminiert werden kann. Eine beim Wiegevorgang auf­ tretende Längsneigung des Schleppers kann von dem Neigungssensor er­ faßt werden und davon abhängig der beim Heben und Senken gemessene Druck auf denjenigen Druck umgerechnet werden, der bei gerade stehendem Schlepper auftreten würde. Die Gewichtsbestimmung kann da­ mit wesentlich genauer durchgeführt werden. Die durch Reifenein­ senkung infolge Belastung des Schleppers auftretende Längsneigung wird dabei automatisch mit berücksichtigt. Die Einrichtung zur Ge­ wichtsbestimmung kann vor allem in hügeligem Gelände vorteilhaft eingesetzt werden, vor allem bei der Wägung kleiner Massen bei großer Gesamtmasse des Anbaugerätes.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor­ teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegeben Einrichtung möglich. Eine Ausbildung als Beschleunigungs­ sensor hat den Vorteil, daß die Einrichtung schwingungsunempfindlich wird; die Verwendung eines Inclinometers ist besonders kosten­ günstig. Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge­ stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 in vereinfachter Darstellung eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Gewichtsbestimmung von an einem Schlepper ange­ hängten Lasten, Fig. 2 einen Teil der Einrichtung nach Fig. 1, nämlich das Dreipunkt-Regelgestänge zur Erläuterung der Zusammen­ hänge bei Längsneigung des Schleppers und Fig. 3 ein Diagramm, welches den Einfluß von Neigungen um die Querachse des Schleppers gegenüber einer waagrechten Bezugsebene inklusive Reifeneinsenkung auf den gemessenen Hydraulikdruck darstellt.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

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

Das Regelgestänge 13 hat einen Oberlenker 15 und einen Unterlenker 16, an denen über ein Kopplungsdreieck 17 das Anbaugerät 12 ange­ lenkt ist. Am Unterlenker 16 greift eine Hubstange 18 an, die von einem Hubzylinder 19 über eine Hubwelle 21 mit ihren beiden Hubarmen 22 betätigbar ist. Der Hubzylinder 19 ist über ein elektrohydrau­ lisches Regelventil 23 ansteuerbar, das von einer Hydropumpe 24 mit Druckmittel versorgt wird. Als lastabhängiges Signal zur Gewichts­ bestimmung wird am Hubzylinder 19 mit einem Drucksensor 25 der je­ weilige Druck gemessen und als elektrisches Signal an eine elektro­ nische Steuereinrichtung 26 gegeben. Ferner wird an der Hubwelle 21 in an sich bekannter Weise über einen Lagesensor 27 die relative Lage des Regelgestänges 13 zum Schlepper 11 erfaßt und an die elek­ tronische Steuereinrichtung 26 gemeldet. In der elektronischen Steuereinrichtung 26 sind alle für die Steuerung, Meßwerterfassung und Auswertung erforderlichen Elemente zusammengefaßt, wobei auch ein Mikrorechner 28 für die erforderlichen Funktionen vorgesehen ist. Die elektronische Steuereinrichtung 26 steht zur Ansteuerung des Regelventils 23 mit diesem in Wirkverbindung. Ferner ist auf dem Schlepper 11 ein Neigungssensor 29 angeordnet, der die am Schlepper 11 auftretende Längsneigung mißt und entsprechende Signale an die Steuereinrichtung 26 gibt.

Zur Erläuterung des Einflusses von Längsneigungen des Schleppers 11 bei der Gewichtsbestimmung von angehängten Lasten wird nun auf Fig. 2 und Fig. 3 Bezug genommen, wobei in Fig. 2 modellhaft die Zu­ sammenhänge am Regelgestänge 13 der Einrichtung 10 dargestellt wer­ den, während in dem Diagramm nach Fig. 3 der Einfluß von Längs­ neigungen des Schleppers gegenüber einer waagrechten Bezugsebene in­ klusive Reifeneinsenkung auf den gemessenen Hydraulikdruck darge­ stellt ist. Die in Fig. 3 dargestellte Kurvenschau läßt sich in Form eines Kennfeldes im Mikrorechner MR abspeichern und kann ex­ perimentell oder rechnerisch ermittelt werden, wobei auf den letzt­ genannten, mathematischen Weg nachfolgend noch näher eingegangen wird.

Die Längsneigung α setzt sich aus zwei Großen zusammen, nämlich aus der durch die lastabhängige Reifeneinsenkung von Vorder- und Hinter­ rad entstehende Größe α_Senk sowie die Neigung des Schleppers 11 um seine Querachse (Hangneigung) α_Neig. Mit dieser gesamten Längs­ neigung ändert sich der Proportionalitätsfaktor, der spezifische Hydraulikdruck, gegenüber dem im Modell berechneten oder bei der Kalibrierung ermittelten Wert und beeinflußt damit das Wäge­ ergebnis. Können Neigungen und Reifeneinsenkung zwischen aktueller und Nullpunktwägung als konstant angesehen werden, so ist die rela­ tive Änderung des Proportionalitätsfaktors mit dem Wägefehler iden­ tisch. Vernachlässigt man den relativ kleinen Einfluß der lastab­ hängigen Reifeneinsenkung α_Senk, so wäre die Forderung zum Bei­ spiel dann erfüllt, wenn die jeweiligen Messungen am gleichen Stand­ ort erfolgen. Der Einfluß der Längsneigung α ist von der Stellung der Lenker 15, 16 gegenüber dem Vektor der Erdbeschleunigung ab­ hängig. Er ist dann am geringsten, wenn Ober- und Unterlenker bei mittlerer Neigung (α = 0) orthogonal auf dem Vektor der Erdbeschleuni­ gung stehen. Wird die Parallelstellung bei anderen Auslenk-Winkeln v erreicht, so vergrößert sich der Neigungseinfluß. In der Fig. 3 sind diese Zusammenhänge zwischen Längsneigung α des Schleppers 11, Auslenkwinkel bei Parallelstellung v und Druckfehler besonders deutlich erkennbar; diese Zusammenhänge gelten für alle Schlepper. Lediglich die Zuordnung der Hubhöhe zu einem bestimmten Winkel v ist schlepperspezifisch.

Soll nun der aus Reifeneinsenkung bzw. Längsneigung resultierende Fehler eliminiert werden, so wird die Neigung des Schlepperkoordi­ natensystems x, y gegenüber der Erdnormalen durch den Neigungssensor 29 ermittelt und der beim Heben bzw. Senken gemessene Druck auf den Druck bei gerade stehendem Schlepper umgerechnet. Die Druckanteile, die von der Neigung gar nicht oder in anderer Form abhängig sind, wie zum Beispiel lastunabhängige Reibung im Hydraulikzylinder oder Eigenmasse des Gestänges, kann man vorher näherungsweise heraus­ rechnen oder den durch ihre Einbeziehung entstehenden Fehler auf­ grund seiner Geringfügigkeit vernachlässigen.

Für das in Fig. 2 vereinfacht dargestellte Regelgestänge 13 - wie auch für jede beliebige andere Geometrie - gilt in der Parallel­ stellung die Tatsache, daß die Hubstangenkraft F_H und damit der Hydraulikdruck im Hubzylinder 19 vom Angriffswinkel der Last α, nicht jedoch von ihrem Schwerpunkt, abhängt. Die Funktion p(α) ist demzufolge für alle Schwerpunkte gleich. Aus Gründen der Einfachheit läßt sich daher die Herleitung des Einflusses von α auf den Hydraulikdruck für den Schwerpunktsabstand 0 durchführen, d. h. die Last greift am Kopplungspunkt des Unterlenkers 16 an.

Die in jeder beliebigen, aber festen Stellung des Dreipunktanbaus zum Hydraulikdruck proportionale Hubkraft läßt sich mit Hilfe fol­ gender Beziehung berechnen:

Entsprechend der Fig. 2 läßt sich das Momentengleichgewicht um den Anlenkpunkt des Unterlenkers aufstellen:

0 = F_{HY *}u_*cos v + F_{GY *}n_*cos v - F_{HX *}u_*sin v -F_{GX *}n_*sin v

Nach entsprechender Umformung erhält man die Beziehung:

Wegen der bereits erwähnten Tatsache, daß Hubstangenkraft und Hydraulikdruck in einer beliebigen aber festen Stellung proportional zueinander sind, gilt:

p(α_G) = k_*(sinα_G-cosα_{G *}tan v)
p(α) = k_*(sin(α-90°)-cos(α-90°)_*tan v)

Der durch die Neigung begangene Fehler

läßt sich damit durch die Formel

FE(α) = 100%_*(cos(α-90°)_*tan v-sin(α-90°)-1)

ausdrücken, wobei mit dieser grundlegenden Formel der in Fig. 3 dargestellte Druckfehler errechenbar ist. In den Ausführungen ist nicht berücksichtigt, daß der gemessene Heben- und Senkendruck auch Druckanteile beinhaltet, die nicht (Strömungsverluste, lastunab­ hängige Reibung) oder in anderer Art und Weise (Eigenmasse der Len­ ker . . . ) von der Neigung α beeinflußt werden. Der dadurch ent­ stehende Fehler kann vernachlässigt werden; bei hohen Genauigkeits­ anforderungen, wie bei Wägung kleiner Massen bei großer Gesamtlast, ist der Neigungseinfluß auf die einzelnen Druckanteile gesondert herauszurechnen. Ist ein Lagesensor am Schlepper verfügbar, so kann man den Neigungseinfluß durch Umkehrung der Formel herausrechnen. Der auf die Ebene normierte Druck beträgt

Ist die Höhe der unteren Anlenkpunkte des Schleppers B und die Hub­ hohe h bei Parallelstellung bekannt, so kann der Winkel v mit Hilfe der Beziehung

berechnet werden. Der durch die Reifeneinsenkung verursachte Fehler kann dabei vernachlässigt werden.

Das aufgezeigte Verfahren ist vor allem dann sinnvoll, wenn kleine Massedifferenzen bei großer Vorlast, Standortänderungen (Fahrt) in hügeligem Gelände und bei großem Winkel v gewogen werden sollen.

Selbstverständlich sind an der gezeigten Einrichtung Änderungen mög­ lich, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen. So kann anstelle einer Rückrechnung des jeweils gemessenen Druckes auf den Druck bei gerade stehendem Schlepper bei Bedarf die Rückrechnung auch so vor­ genommen werden, daß der Druckwert auf eine andere feste Neigung um­ gerechnet wird.

Bei der Durchführung des Verfahrens kann so vorgegangen werden, daß in einem Fall mit Hilfe der zuvor aufgezeigten Grundformel für den Druckfehler FE im Mikrorechner MR abhängig von den jeweils ge­ messenen Neigungswerten und dem Auslenkwinkel v die Drücke umge­ rechnet werden oder daß im anderen Fall diese Umrechnung vom Mikro­ rechner mit Hilfe des gespeicherten Kennfeldes vorgenommen wird.

Bei dem Begriff Schlepper bzw. Arbeitsfahrzeug sind auch Salzstreu­ fahrzeuge und andere Fahrzeuge zu verstehen, bei denen vergleich­ bare Verhältnisse vorliegen.

Claims (4)

1. Einrichtung zur Gewichtsbestimmung von an einem Schlepper ange­ hängten Lasten, die mit Hilfe eines hydraulisch betätigbaren Ge­ stänges einer elektrohydraulischen Hubwerks-Regeleinrichtung an dem landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeug höhenverstellbar angelenkt sind, und bei der ein den Druck im Hubzylinder der Regeleinrichtung abgreifender Drucksensor lastabhängige Signale erzeugt, aus denen die angehängte Last herleitbar ist und mit einem die Lage des Ge­ stänges relativ zum Arbeitsfahrzeug abgreifenden Sensor, dessen Signale einer elektronischen Einrichtung der Regeleinrichtung zuge­ führt werden, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Schlepper (11) ein die Längsneigung (α) von dessen Koordinatensystem (x, y) relativ zur Erdnormalen erfassender Neigungssensor (29) angeordnet ist und daß die elektronische Einrichtung (26) Mittel (28) aufweist, mit denen der jeweils gemessene Druck auf einen Druckwert bei horizontal stehenden Schlepper umrechenbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel als ein Mikrorechner (28) in der elektrohydraulischen Hub­ werks-Regeleinrichtung (14) ausgebildet sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungssensor (29) als Beschleunigungssensor, insbesondere als gedämpftes Feder-Masse-System ausgebildet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungssensor (29) als Inclinometer ausgebildet ist.