DE60019696T2

DE60019696T2 - Vorrichtung zur Positionsbestimmung und Fahrzeug mit einer solchen Vorrichtung

Info

Publication number: DE60019696T2
Application number: DE60019696T
Authority: DE
Inventors: Katsumi Kariya-shi Nagai; Yasunobu Toyoahashi-shi Yagita
Original assignee: Toyota Industries Corp; Honda Electronics Co Ltd
Current assignee: Toyota Industries Corp; Honda Electronics Co Ltd
Priority date: 1999-08-26
Filing date: 2000-08-24
Publication date: 2006-01-19
Anticipated expiration: 2020-08-25
Also published as: DE60019696D1; JP2001063985A; US6463009B1; EP1078877B1; EP1078877A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung zum Bestimmen einer Bewegungsposition einer Kolbenstange oder dergleichen eines hydraulischen Kolbens in einem Gabelstapler oder dergleichen und ebenso auf ein mit der Vorrichtung zur Positionsbestimmung ausgerüstetes Industriefahrzeug.
Beschreibung verwandter Technik
Ein Gabelstapler genanntes Industriefahrzeug ist für gewöhnlich mit einem hydraulischen Zylinder ausgestattet, um eine Gabel auf und nieder zu bewegen. Der hydraulische Zylinder beinhaltet eine Kolbenstange als bewegliches Teil, das linear durch Zufuhr und Entladung von Hydrauliköl auf und nieder bewegt wird. Der hydraulische Zylinder hat an seinem unteren Teil einen Ultraschallwellensensor, der eine Ultraschallwelle zur unteren Endfläche des beweglichen Teils aussendet und die von der unteren Endfläche des beweglichen Teils reflektierte Ultraschallwelle empfängt und eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung erfasst eine Position des beweglichen Teils auf Grundlage einer vergangenen Zeit seit einem Zeitpunkt, an dem die Ultraschallwelle ausgesendet wird bis zu einem Zeitpunkt, an dem die Ultraschallwelle empfangen wird.
Diese herkömmliche Vorrichtung zur Positionsbestimmung ist so gestaltet, dass die Stärke der vom Ultraschallsensor gesendeten Ultraschallwelle und der sensitive Level beim Empfang der Ultraschallwelle konstant ist. Wenn die Temperatur des Hydrauliköls im hydraulischen Zylinder niedrig ist, behindert die hohe Viskosität des Hydrauliköls die Ultraschallwelle im Verlauf ihrer Ausbreitung durch das Hydrauliköl. Darüber hinaus verschlechtert sich die Ausbreitung der Ultraschallwelle am Berührungspunkt von Ultraschallwellensensor und Hydrauliköl. Deshalb wird, wenn eine Entfernung zwischen Ultraschallwellensensor am unteren Teil des hydraulischen Zylinders und unterer Endfläche des beweglichen Teils gross ist, eine Amplitude des Echos, d.h., der von der unteren Endfläche des beweglichen Teils reflektierten und sich durch das Hydrauliköl ausbreitenden Ultraschallwelle geringer als das in 13 gezeigte Level und erschwert den Empfang der Ultraschallwelle. Dann kann die Position des beweglichen Teils nicht bestimmt werden.
Im Gegensatz dazu ist, wenn die Temperatur des Hydrauliköls innerhalb des hydraulischen Zylinders hoch ist, die Abschwächung der Ultraschallwelle im Verlauf ihrer Ausbreitung durch das Hydrauliköl wegen der niedrigen Viskosität des Hydrauliköls gering. Deshalb wird, wenn die vom Ultraschallwellensensor am unteren Teil des hydraulischen Zylinders ausgesendete Ultraschallwelle stark ist, nicht nur das Echo erzeugt, das heisst, dass die Ultraschallwelle durch Reflektion an der unteren Endfläche des beweglichen Teils und durch Ausbreitung durch das Hydrauliköl den Ultraschallwellensensor erreicht, sondern auch ein Widerhall, der sich durch eine zylindriche Wand des hydraulischen Zylinders ausbreitet und den Ultraschallwellensensor erreicht und ein höheres Level hat als das sensitive Level des in 14 gezeigten Ultraschallwellensensors. Dann wird, da der Widerhall, der sich durch die zylindriche Metallwand des hydraulischen Zylinders ausbreitet, den Ultraschallwellensensor vor dem Echo erreicht, die seit dem Aussenden der Ultraschallwelle durch den Ultraschallwellensensor vergangene Zeit bis zum Zeitpunkt an dem die Ultraschallwelle empfangen wird unpassenderweise auf Grundlage des Widerhalls und nicht des Echos bestimmt. Deshalb ist die auf Grundlage dieser vergangenen Zeit erfasste Position des beweglichen Teils ungenau.
In der typischen Vorrichtung zur Positionsbestimmung ist, ungeachtet der Entfernung zwischen dem Ultraschallwellensensor am unteren Teil des hydraulischen Zylinders und der unteren Endfläche des beweglichen Teils, die Stärke (Amplitude) der vom Ultraschallwellensensor ausgesendeten Ultraschallwelle ebenso konstant wie der sensitive Level beim Empfang der Ultraschallwelle. Deshalb erreicht in der typischen Vorrichtung zur Positionsbestimmung, wenn die Entfernung zwischen dem Ultraschallwellensensor am unteren Teil des hydraulischen Zylinders und der unteren Endfläche des beweglichen Teils relativ gering ist, der durch die zylindrische Metallwand des hydraulischen Zylinders sich ausbreitende Widerhall den Ultraschallwellensensor wie in 15 gezeigt vor dem Echo und so wird die seit dem Aussenden der Ultraschallwelle durch den Ultraschallwellensensor vergangene Zeit bis zum Zeitpunkt an dem die Ultraschallwelle empfangen wird unpassenderweise auf Grundlage des Widerhalls und nicht des Echos bestimmt. Deshalb ist die auf Grundlage dieser vergangenen Zeit erfasste Position des beweglichen Teils ungenau.
Andererseits wird, wenn die Entfernung zwischen Ultraschallwellensensor und der unteren Endfläche des beweglichen Teils relativ gross ist, fast kein Widerhall erzeugt, aber die Amplitude der Ultraschallwelle, reflektiert von der unteren Endfläche des beweglichen Teils, wird vor Empfang der Ultraschallwelle durch den Ultraschallwellensensor geringer als das sensitive Level, wie in 16 gezeigt, was den Empfang der Ultraschallwelle erschwert. Folglich kann die Position des beweglichen Teils nicht bestimmt werden.
JP-A-10 282224 offenbart eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung nach dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche 1 und 7.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung und ein Industriefahrzeug mit der Vorrichtung zur Positionsbestimmung zur Verfügung zu stellen, die die Position eines beweglichen Teil eines hydraulischen Zylinders genau bestimmen kann.
Gemäss einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird dieses Ziel erreicht durch eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung gemäss dem unabhängigen Anspruch 1.
Gemäss einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird dieses Ziel erreicht durch eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung gemäss dem unabhängigen Anspruch 7.
Weitere vorteilhafte Entwicklungen werden in den abhängigen Ansprüchen geboten.
Die anderen Ziele, Aufgaben und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden ersichtlich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele unter Bezug auf die Begleitzeichnungen.
KURZE BESCHREIBUNG DER BEGLEITZEICHNUNGEN
1 ist eine Seitenansicht eines Gabelstaplers,
2 ist ein Blockdiagramm, das einen elektrischen Aufbau einer Vorrichtung zur Positionsbestimmung zeigt,
3 ist eine Ansicht, die eine Signalwellenform einer ersten Positionsbestimmungssteuerung bei niedriger Temperatur zeigt,
4 ist eine Ansicht, die eine Signalwellenform einer ersten Positionsbestimmungssteuerung bei hoher Temperatur zeigt,
5 ist eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen einer Stärke der Ultraschallwelle und einer Temperatur in der ersten Positionsbestimmmungssteuerung zeigt,
6 ist eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen einer Stärke der Ultraschallwelle und einer Temperatur in einer Modifikation der ersten Positionsbestimmmungssteuerung zeigt,
7 ist eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen einer Stärke der Ultraschallwelle und einer Temperatur in einer weiteren Modifikation der ersten Positionsbestimmmungssteuerung zeigt,
8 ist eine Ansicht, die einen empfangssensitiven Level der dritten Positionsbestimmmungssteuerung bei geringem Abstand zeigt,
9 ist eine Ansicht, die einen empfangssensitiven Level der dritten Positionsbestimmmungssteuerung bei grossem Abstand zeigt,
10 ist eine Ansicht, die einen empfangssensitiven Level einer Modifikation der dritten Positionsbestimmmungssteuerung bei geringem Abstand zeigt,
11 ist eine Ansicht, die einen empfangssensitiven Level der Modifikation der dritten Positionsbestimmmungssteuerung bei mittlerem Abstand zeigt,
12 ist eine Ansicht, die einen empfangssensitiven Level der Modifikation der dritten Positionsbestimmmungssteuerung bei grossem Abstand zeigt,
13 ist eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen einer empfangenen Welle und einem empfangssensitiven Level einer herkömmlichen Vorrichtung zur Positionsbestimmung zeigt,
14 ist eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen einer empfangenen Welle und einem empfangssensitiven Level einer herkömmlichen Vorrichtung zur Positionsbestimmung bei geringer Temperatur zeigt,
15 ist eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen einer empfangenen Welle und einem empfangssensitiven Level einer herkömmlichen Vorrichtung zur Positionsbestimmung bei hoher Temperatur zeigt, und
16 ist eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen einer empfangenen Welle und einem empfangssensitiven Level einer herkömmlichen Vorrichtung zur Positionsbestimmung bei geringer Entfernung zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden beschrieben.
1 ist eine Seitenansicht eines Gabelstaplers, der als Industriefahrzeug dient. Wie in 1 gezeigt, hat ein Fahrzeugkörper 2 des Gabelstaplers 1 einen Hubmast 3. Der Hubmast 3 besteht aus einem äusseren Hubmast 3a und einem inneren Hubmast 3b und eine Tragpratze 4a mit Gabel 4 liegt an einer inneren Seite des inneren Hubmastes 3b zur vertikalen Bewegung. Ein hydraulischer Zylinder 5 befindet sich hinter dem Hubmast 3. Der hydraulische Zylinder 5 beinhaltet eine Kolbenstange 6 so, dass sie vertikal auf- und abbewegt werden kann.
Das vordere Ende einer Kolbenstange 6 ist mit dem Oberteil des inneren Hubmastes 3b verbunden. Ein Kettenrad (nicht gezeigt) ist drehbar am oberen Teil des inneren Hubmastes 3b angebracht. Eine Kette (nicht gezeigt), deren eines Ende mit einer Tragpratze 4 verbunden ist, ist über das Kettenrad gespannt. Durch Betätigen eines Ladehebels 7, angebracht in einem Fahrraum R, wird das Hydrauliköl zum hydraulischen Zylinder 5 geführt und aus diesem entladen und die Kolbenstange 6 vertikal angetrieben, so dass die Gabel 4 zusammen mit der Tragpratze 4a entlang des Mastes 3 nach oben und unten bewegt wird.
2 ist ein Elektrik – Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Positionsbestimmung PD zum Bestimmen einer Position der Kolbenstange 6 des hydraulischen Zylinders 5, d.h. einer Hubposition der Gabel 4.
Wie in 2 gezeigt, ist ein Ultraschallsensor 11 auf einen unteren Teil des hydraulischen Zylinders 5 montiert. Dieser Ultraschallsensor 11 sendet eine Ultraschallwelle gegen eine untere Endfläche der Kolbenstange 6 und empfängt die von dieser unteren Endfläche reflektierte Ultraschallwelle. Der Ultraschallwellensensor 11 ist mit einer Sende/Empfangsschaltung 12 verbunden. Die Sende/Empfangsschaltung 12 ist mit einem Ultraschallwellenoszillator 13 ausgestattet, um als Reaktion auf ein Steuersignal einer Steuerschaltung 14 ein Ultraschallwellensignal einer vorbestimmten Frequenz zum Ultraschallwellensensor 11 zu oszillieren und zu senden. Die Sende/Empfangsschaltung 12 ist ausgerüstet mit einer Verstärkerschaltung 15 und einer Wellenbestimmungsschaltung 16, so dass die Verstärkerschaltung 15 ein vom Ultraschallwellensensor 11 empfangenes elektrisches Signal der Ultraschallwelle verstärkt und die Wellenbestimmungsschaltung 16 zu einem Zeitpunkt ein Pulssignal zur Steuervorrichtung 14 ausgibt, an dem die von der unteren Endfläche der Kolbenstange 6 reflektierte Ultraschallwelle vom Ultraschallwellensensor 11 empfangen wird.
Die Steuervorrichtung 14 hat als Kernelement für arithmetische Berechnung und Steuerung einen Mikrorechner 17. Der Mikrorechner 17 ist mit nicht gezeigtem ROM und RAM als Speichereinrichtung ausgestattet. Programme, wie ein Programm zum Bestimmen einer Position der Kolbenstange 6, wie nachstehend beschrieben, sind im ROM gespeichert und Daten über eine bestimmte Position der Kolbenstange 6, Daten über Temperatur des Hydrauliköls, bestimmt von einem Temperaturfühler 18 und so weiter sind im RAM gespeichert. Der Temperaturfühler 18 liegt nahe dem Ultraschallwellensensor 11 am unteren Teil des hydraulischen Zylinders 5, wie in 2 gezeigt, um eine Temperatur des Hydrauliköls im hydraulischen Zylinder 5 zu bestimmen.
Steuervorrichtung 14 ist mit einem Zähler 19 und einer Taktschaltung 20 ausgestattet. Der Zähler 19 zählt auf Grundlage des von der Taktschaltung 20 gesendeten Taktsignals das Vergehen einer Zeit von einem Zeitpunkt an, an dem die Ultraschallwelle vom Ultraschallwellensensor 11 gesendet wird, bis zu einem Zeitpunkt, an dem die von der unteren Endfläche der Kolbenstange 6 reflektierte Ultraschallwelle vom Ultraschallwellensensor 11 empfangen wird (das heisst, bis zu einem Zeitpunkt, an dem das Pulssignal von der Wellenbestimmungsschaltung 16 ausgegeben wird).
Zusätzlich wandelt eine in der Steuerschaltung 14 gelegene A/D Wandlerschaltung 21 ein vom Temperaturfühler 18 ausgegebenes Hydrauliköl – Temperaturbestimmungssignal in ein digitales Signal und gibt das digitale Signal an den Mikrorechner 17 aus.
Der Mikrorechner 17 gibt ein Steuersignal aus, das es dem Ultraschallwellenoszillator 13 der Sende/Empfangsschaltung 12 erlaubt, eine Spannung der vorbestimmten Frequenz zu oszillieren. Dieses Steuersignal wird so verwendet, dass eine Spannung, die an ein Vibrationselement des Ultraschallwellensensor 11 angelegt werden soll, vom Ultraschallwellenoszillator 13 ausgegeben wird und diese Spannung zum Beispiel eine variable Spannung von 1MHz ist.
Mikrorechner 17 ist direkt mit der Verstärkersschaltung 15 der Sende/Empfangsschaltung 12 verbunden und dazu in der Lage, einen empfangssensitiven Level der vom Ultraschallwellensensor 11 empfangenen Ultraschallwelle zu setzen.
Als nächstes wird ein Positionsbestimmungsvorgang der Vorrichtung zur Positionsbestimmung PD beschrieben.
Durch Betätigen des Ladehebels 7 im Fahrraum R des Gabelstaplers 1 wird die Kolbenstange 6 des hydraulischen Zylinders 5 vertikal angetrieben. Wird die Hebebewegung der Gabel 4 zusammen mit der Tragpratze 4a entlang des Mastes 3 gestartet, beginnt der Mikrorechner 17 die Steuerung zum Bestimmen der Position der Kolbenstange 6 und die Bestimmen der Hubposition der Gabel 4.
Erste Positionsbestimmungssteuerung:
Eine erste Positionsbestimmungssteuerung basierend auf der Temperatur des Hydrauliköls im hydraulischen Zylinder 5 wird beschrieben.
Das Hydrauliköl – Temperaturbestimmungssignal, vom Temperaturfühler 18 durch die A/D Wandlungsschaltung 21 ausgegeben, wird dem Mikrorechner 17 eingegeben und dieser erkennt die Temperatur des Hydrauliköls auf Grundlage des Temperaturbestimmungssignals.
Wie im Abschnitt "Hintergrund der Erfindung" bereits erklärt, verursacht geringere Temperatur des Hydrauliköls seine höhere Viskosität und behindert die Ausbreitung der Ultraschallwelle darin zusätzlich. Darüber hinaus verschlechtert sich die Ausbreitung der Ultraschallwelle am Berührungpunkt von Ultraschallwellensensor und Hydrauliköl. Deshalb erhöht, wenn die Temperatur des Hydrauliköls geringer ist als ein gesetzter Wert (Niedrigtemperaturzustand) der Mikrorechner 17 die an das Vibrationselement des Ultraschallwellensensors 11 anzulegende Spannung, wie in 3 gezeigt, durch das an den Ultraschallwellenoszillator 13 ausgegebene Steuersignal, um die vom Ultraschallwellensensor 11 ausgesendete Ultraschallwelle zu stärken (ihre Amplitude zu vergrössern). Das ermöglicht es dem Mikrorechner 17 genau die vergangene Zeit von einem Zeitpunkt an zu zählen, an dem die Ultraschallwelle vom Ultraschallwellensensor ausgesendet wird, bis zu einem Zeitpunkt, an dem die von der unteren Endfläche der Kolbenstange 6 reflektierte Ultraschallwelle empfangen wird, auch wenn die Temperatur des Hydrauliköls niedrig ist. Folglich kann die Position der Kolbenstange 6 auf Grundlage der vergangenen Zeit genau bestimmt werden.
Ist andererseits die Temperatur des Hydrauliköls höher, also seine Viskosität geringer, behindert es die sich ausbreitende Ultraschallwelle weniger. Deshalb verringert, wenn die Temperatur des Hydrauliköls höher als der gesetzte Wert (der Zustand hoher Temperatur) ist, der Mikrorechner 17 die an das Vibrationselement des Ultraschallwellensensors 11 anzulegende Spannung durch das an den Ultraschallwellenoszillator 13 ausgegebene Steuersignal, wie in 4 gezeigt, um so die vom Ultraschallwellensensor 11 gesendete Amplitude der Ultraschallwelle zu verkleinern. Das ermöglichet es, die Erzeugung des Widerhalls (s. Abschnitt "Hintergrund der Erfindung") zu unterdrücken, der sich durch die zylindrische Wand des hydraulischen Zylinders 11 ausbreitet und so den Ultraschallwellensensor 11 erreicht. Folglich kann der Mikrorechner 17 die Zeit genau zählen, die seit dem Zeitpunkt vergangen ist, an dem die Ultraschallwelle aus dem Ultraschallwellensensor 11 gesendet wurde, bis zum Zeitpunkt an dem die Ultraschallwelle, reflektiert von der unteren Fläche der Kolbenstange 6, empfangen wird und deshalb kann auf Grundlage der verstrichenen Zeit die Position der Kolbenstange 6 genau bestimmt werden.
Wie vorstehend beschrieben, steuert der Mikrorechner 17 die an das Vibrationselement des Ultraschallwellensensors 11 anzulegende Spannung in Übereistimmung mit der Temperatur des Hydrauliköls und verändert die Amplitude (Stärke) der vom Ultraschallwellensensor 11 auszusendenden Ultraschallwelle und bestimmt so genau die Position der Kolbenstange 6, auch wenn die Viskosität des Hydrauliköls sich wegen dessen Temperaturänderung verändert.
Wird die vorstehend erwähnte erste Positionsbestimmungssteuerung durchgeführt, führt der Mikrorechner 17 ein Steuerprogramm in zwei Schritten aus, bei dem, wenn die Temperatur des Hydrauliköls in einen Bereich von 0°C bis 30°C eintritt, die dem Vibrationselement des Ultraschallwellensensors 11 anzulegende Spannung auf hoch gesetzt wird, während, wenn die Temperatur 30°C übersteigt, die dem Vibrationselement des Ultraschallwellensensors 11 anzulegende Spannung, wie in 5 gezeigt, in niedrige Spannung verändert wird.
Ein Steuerprogramm in drei Schritten, wie in 6 gezeigt, kann so ausgeführt werden, dass die dem Vibrationselement des Ultraschallwellensensors 11 anzulegende Spannung auf hoch gesetzt wird, wenn die Temperatur des Hydrauliköls sich in einem Bereich von zum Beispiel 0°C bis 15°C bewegt, die Spannung auf mittel gesetzt wird, wenn die Temperatur 15°C übersteigt, aber nicht höher als 30°C ist und auf niedrig gesetzt wird, wenn die Temperatur 30°C übersteigt.
Darüber hinaus kann, wie in 7 gezeigt, ein solches Steuerprogramm so ausgeführt werden, dass die dem Vibrationselement des Ultraschallwellensensors 11 anzulegende Spannung auf hohe konstante Spannung gesetzt wird, wenn die Temperatur des Hydrauliköls sich in einem Bereich zum Beispiel von 0°C bis 10°C bewegt, sich die Spannung allmählich zu einer niedrigeren Spannung ändert, wenn die Temperatur 10°C aber nicht 30°C übersteigt und sich zur niedrigsten konstanten Spannung ändert, wenn die Temperatur 30°C übersteigt.
Zusätzlich können, wenn der Mikrorechner 17 die dem Vibrationselement des Ultraschallwellensensors 11 anzulegende Spannung im Übereinstimmung mit dem Hydrauliköl ändert, alle anderen (Öltemperatur v.s. angelegte Spannung) Eigenheiten als die in 5, 6 und 7 bei der Steuerung angewendet werden.
Zweite Positionsbestimmungssteuerung
Die vorstehend beschriebene erste Positionsbestimmmungssteuerung ist so gestaltet, dass die dem Vibrationselement des Ultraschallwellensensors 11 anzulegende Spannung angenähert in Übereinstimmung mit der Temperatur des Hydrauliköls geändert wird, um die Position der Kolbenstange 6 zu bestimmen. Der empfangssensitive Level der Verstärkerschaltung 15 der Sende/Empfangsschaltung 12 kann in Übereinstimmung mit der Temperatur des Hydrauliköls gesetzt werden.
Wie vorstehend erwähnt, wird, wenn die Temperatur des Hydrauliköls sinkt, die Viskosität des Hydrauliköls stärker und die sich durch das Hydrauliköl ausbreitende Ultraschallwelle wird etwas schwächer. Darüber hinaus wird die Ausbreitung der Ultraschallwelle am Berührungspunkt zwischen Ultra schallwellensensor und Hydrauliköl verschlechtert. Deshalb verringert, wenn die Temperatur des Hydrauliköls niedrig ist, der Mikrorechner 17 den empfangssensitiven Level in der Verstärkerschaltung 15, so dass der Ultraschallwellensensor 11 eine Ultraschallwelle mit kleiner Amplitude empfangen kann. Mit dieser Anordnung kann, auch wenn die sich durch das Hydrauliköl ausbreitende Ultraschallwelle hinsichtlich ihrer Amplitude kleiner wird, der Mikrorechner 17 genau die vergangene Zeit von einem Zeitpunkt an zählen, an dem die Ultraschallwelle vom Ultraschallwellensensor 11 ausgesendet wird, bis zu einem Zeitpunkt, an dem die von der unteren Endfläche der Kolbenstange 6 reflektierte Ultraschallwelle empfangen wird und deshalb kann die Position der Kolbenstange 6 auf Grundlage der vergangenen Zeit genau bestimmt werden.
Wie vorstehend beschrieben ist, wenn die Temperatur des Hydrauliköls höher ist, seine Viskosität geringer und so die Verschlechterung der durch das Hydrauliköl sich ausbreitenden Ultraschallwelle kleiner. Deshalb hebt der Mikrorechner 17, wenn die Temperatur des Hydrauliköls hoch ist, den empfangssensitiven Level der Verstärkerschaltung 15 auf einen hohen Level, um eine Steuerung durchzuführen, die nur den Empfang des Echos erlaubt und den Empfang des Widerhalls verhindert. Mit dieser Anordnung kann der Mikrorechner 17 genau die vergangene Zeit von einem Zeitpunkt an zählen, an dem die Ultraschallwelle vom Ultraschallwellensensor ausgesendet wird, bis zu einem Zeitpunkt, an dem die von der unteren Endfläche der Kolbenstange 6 reflektierte Ultraschallwelle empfangen wird und folglich kann die Position der Kolbenstange 6 auf Grundlage der vergangenen Zeit genau bestimmt werden.
Dritte Positionsbestimmmungssteuerung:
Als Nächstes wird eine dritte Positionsbestimmmungssteuerung beschrieben, die den empfangssensitiven Level auf Grundlage vorhergehender Daten über die Position der Kolbenstange 6 setzt. Das heisst, die dritte Positionsbestimmmungssteuerung ist so, dass der Empfangslevel zum Zeitpunkt des Empfangs der vom Ultraschallwellensensor 11 ausgesendeten und von der unteren Endfläche der Kolbenstange 6 reflektierten Ultraschallwelle auf Grundlage der vorhergehenden Daten über die Position der Kolbenstange 6 setzt.
Wie bereits erwähnt, sind die Daten über die Position der Kolbenstange 6 im RAM des Mikrorechners 17 gespeichert. Der Mikrorechner 17 holt die Positionsdaten aus dem RAM, wenn die Kolbenstange 6 des hydraulischen Zylinders 5 bei Betätigung des Ladehebels 7 anfänglich vertikal bewegt wird.
Wird die Kolbenstange 6 des hydraulischen Zylinders 5 anfänglich vertikal bewegt, holt der Mikrorechner 17 die letzten Positionsdaten über die Position der Kolbenstange 6 aus dem RAM und setzt den empfangssensitiven Level auf Grundlage der Positionsdaten so, dass der empfangssensitive Level niedriger gesetzt wird, wenn die Position der Kolbenstange 6 weiter vom Ultraschallwellensensor 11 entfernt ist, wie in 8 durch die gestrichelte Linie gezeigt.
Werden die Positionsdaten als einer geringen Entfernung entsprechend angesehen, wird der empfangssensitive Level auf einen in 8 gezeigten sensitiven Level L1 gesetzt.
Wie im Abschnitt "Hintergrund der Erfindung" beschrieben, wird, wenn die Entfernung zwischen dem Ultraschallwellensensor 11 und der unteren Endfläche der Kolbenstange 6 gering ist, Widerhall erzeugt und durch die zylindrische Wand des hydraulischen Zylinders 5 ausgebreitet und vom Ultraschallwellensensor 11 empfangen. Wie in 8 gezeigt, ist im Allgemeinen die Amplitude des Widerhalls kleiner als die Amplitude des sich durch das Hydrauliköl ausbreitenden Echos und folglich genügt es, um nur das Echo zu empfangen, den empfangssensitiven Level höher als die Amplitude des Widerhalls zu setzen, aber tiefer als die Amplitude des Echos.
Weil es das Setzen des empfangssensitiven Levels in dieser Weise ermöglicht, nur das Echo ohne Empfang des Wider halls zu empfangen, kann der Mikrorechner 17 genau die vergangene Zeit von einem Zeitpunkt an zählen, an dem die Ultraschallwelle vom Ultraschallwellensensor 11 ausgesendet wird, bis zu einem Zeitpunkt, an dem die von der unteren Endfläche der Kolbenstange 6 reflektierte Ultraschallwelle empfangen wird. Deshalb kann der Mikrorechner 17 die Position der Kolbenstange 6 auf Grundlage der vergangenen Zeit genau bestimmen.
9 zeigt einen Zustand bei dem der empfangssensitive Level gesetzt wird, wenn die Positionsdaten als grosser Entfernung entsprechend angesehen werden. Wenn die Entfernung zwischen Ultraschallwellensensor 11 und unterer Endfläche der Kolbenstange 6 gross ist, wird kein Widerhall erzeugt, aber die Amplitude des Echos wird klein und deshalb ist es notwendig, den empfangssensitiven Level niedriger zu setzen. Durch Niedrigersetzen des empfangssensitiven Levels auf Level L2 kann das Echo empfangen werden, auch wenn die Entfernung zwischen Ultraschallwellensensor 11 und unterer Endfläche der Kolbenstange 6 gross ist. Folglich kann der Mikrorechner 17 genau die vergangene Zeit von einem Zeitpunkt an zählen; an dem die Ultraschallwelle vom Ultraschallwellensensor ausgesendet wird, bis zu einem Zeitpunkt, an dem die von der unteren Endfläche der Kolbenstange 6 reflektierte Ultraschallwelle empfangen wird. Das ermöglicht es für den Mikrorechner 17 die Position der Kolbenstange 6 auf Grundlage der vergangenen Zeit genau zu bestimmen.
Zusätzlich kann der empfangssensitive Level auf Grundlage der Positionsdaten wahlweise auf einen hohen Level (L3), einen mittleren Level (L4) und einen niedrigen Level (L5) schrittweise entlang eines Dreischrittmusters gesetzt werden, wie in den 10, 11 und 12 gezeigt in Übereinstimmung mit der Entfernung zwischen dem Ultraschallwellensensor 11 und der unteren Endfläche der Kolbenstange 6.
Wie in 10 gezeigt, wird der empfangssensitive Level L3 auf einen hohen Level gesetzt, wenn die Positionsdaten in einem Bereich geringer Entfernung sind. Das ermöglicht es, den Empfang des Echos, dessen Amplitude gross ist zu erlauben und verhindert den Widerhall, dessen Amplitude klein ist.
Wie in 11 gezeigt, wird der empfangssensitive Level L4 auf einen mittleren Level gesetzt, wenn die Positionsdaten in einem Bereich mittlerer Entfernung sind. Das ermöglicht es nur das Echo zu empfangen und verhindert den im Bereich mittlerer Entfernung erzeugten Widerhall.
Wie in 12 gezeigt, wird der empfangssensitive Level L5 auf einen niedrigen Level gesetzt, wenn die Positionsdaten in einem Bereich grosser Entfernung sind. Da in diesem Fall Widerhall nicht erzeugt wird, ist es möglich das Echo zu empfangen, dessen Amplitude klein ist.
Wie vorstehend beschrieben, ist es durch Setzen des empfangssensitiven Levels in Übereinstimmung mit vorher bestimmten Positionsdaten der Kolbenstange b möglich, genau die vergangene Zeit von einem Zeitpunkt an zählen, an dem die Ultraschallwelle vom Ultraschallwellensensor 11 ausgesendet wird, bis zu einem Zeitpunkt, an dem die von der unteren Endfläche der Kolbenstange 6 reflektierte Ultraschallwelle empfangen wird. Das ermöglicht es für den Mikrorechner 17 die Position der Kolbenstange 6 auf Grundlage der vergangenen Zeit genau zu bestimmen.
Vierte Positionsbestimmmungssteuerung:
Eine vierte Positionsbestimmmungssteuerung wird beschrieben, die anstelle des Setzens des empfangssensitiven Levels in Übereinstimmung mit den Positionsdaten eine Stärke der vom Ultraschallwellensensor 11 ausgesendeten Ultraschallwelle in Übereinstimmung mit den Positionsdaten setzt.
Wenn die Positionsdaten als kleiner Entfernung entsprechend angesehen werden, setzt der Mikrorechner 17 eine geringe Spannung, die dem Vibrationselement des Ultraschallwellensensors 11 angelegt werden soll, um die Amplitude der vom Ultraschallwellensensor 11 ausgesendeten Ultraschallwelle klein zu machen. Das kann die Erzeugung des Widerhalls unterdrücken und den Empfang nur des Echos erlauben.
Wenn die Positionsdaten als der grossen Entfernung entsprechend angesehen werden, setzt der Mikrorechner 17 eine hohe Spannung, die dem Vibrationselement des Ultraschallwellensensor 11 angelegt werden soll, um die Amplitude der vom Ultraschallwellensensor 11 ausgesendeten Ultraschallwelle gross zu machen. Das kann die Amplitude des Echos vergrössern, um sicherzustellen, dass das Echo empfangen wird.
Wie vorstehend beschrieben, wird bei dieser Positionsbestimmmungssteuerung die Stärke der vom Ultraschallwellensensor 11 ausgesendeten Ultraschallwelle auf Grundlage der vorher bestimmten Positionsdaten der Kolbenstange 6 gesetzt. Deshalb kann genau die vergangene Zeit von einem Zeitpunkt an gezählt werden, an dem die Ultraschallwelle vom Ultraschallwellensensor ausgesendet wird, bis zu einem Zeitpunkt, an dem die von der unteren Endfläche der Kolbenstange 6 reflektierte Ultraschallwelle empfangen wird. Das ermöglicht es für den Mikrorechner 17 die Position der Kolbenstange 6 auf Grundlage der vergangenen Zeit genau zu bestimmen.
Zusätzlich gibt es verschiedene Arten von Hydraulikölen, die als Druckmittel des hydraulischen Zylinders 5 verwendet werden können und Temperatureigenheiten der Hydrauliköle hängen von diesen Arten ab. Dementsprechend ist es vorzuziehen, die jeweiligen Temperatureigenschaften der Hydrauliköle im Mikrorechner 17 so zu speichern, dass sie zu den verschiedenen Hydraulikölen passen. Während der Längenmessung kann die Stärke der auszusendenden Ultraschallwelle und der empfangssensitive Level für die Ultraschallwelle in Übereinstimmung mit dem verwendeten Hydrauliköl abgeglichen werden und so kann die Position des beweglichen Teils des hydraulischen Zylinders 5 genauer bestimmt werden.
Zu beachten ist, dass die vorstehend beschriebene dritte und vierte Positionsbestimmmungssteuerung nicht nur im Falle des Einsatzes des Hydrauliköls als Druckmittel verwendet werden kann, sondern auch wenn Luft als Druckmittel eingesetzt wird.
In einer Vorrichtung zur Positionsbestimmung, die die Position einer Kolbenstange bestimmt auf Grundlage einer vergangenen Zeit von einem Zeitpunkt an, an dem eine Ultraschallwelle von einem Ultraschallwellensensor gegen eine untere Endfläche der Kolbenstange ausgesendet wird, die unter Einbezug eines hydraulischen Zylinders durch Zufuhr und Entladung eines Hydrauliköls linear auf- und abbewegt wird bis zu einem Zeitpunkt, an dem die Ultraschallwelle, reflektiert durch die untere Endfläche der Kolbenstange durch den Ultraschallwellensensor empfangen wird, setzt, wenn eine Temperatur des Hydrauliköls durch einen Temperatursensor bestimmt ist, ein Mikrorechner eine Stärke der vom Ultraschallwellensensor ausgesendeten Ultraschallwelle in Übereinstimmung mit der Temperatur des Hydrauliköls. So wird, auch wenn die Viskosität des Hydrauliköls sich wegen dessen Temperaturänderung ändert, die Ultraschallwelle mit einer für die Temperatur des Hydrauliköls passenden Stärke ausgesendet und ermöglicht es, die Position eines beweglichen Teils des hydraulischen Zylinders genau zu bestimmen.

Claims

Vorrichtung zur Positionsbestimmung (PD) unter Verwendung einer Ultraschallwelle zur Bestimmung der Position eines beweglichen Teils (6), das sich in einem hydraulischen Zylinder (5) bewegt, mit: Ultraschallwellensensor (11), der die Ultraschallwelle in Richtung des beweglichen Teils (6) aussendet und die vom beweglichen Teil (6) reflektierte Ultraschallwelle empfängt; Positionsberechnungseinrichtung (17) zum Zählen einer Zeitdauer von einer Emission der Ultraschallwelle bis zum Empfang der reflektierten Ultraschallwelle durch den Ultraschallwellensensor (11) zum Berechnen einer Position des beweglichen Teils (6) relativ zum Ultraschallwellensensor (11) auf der Grundlage der so gezählten vergangenen Zeit, gekennzeichnet durch Ultraschallwellen – Intensitätsetzeinrichtung (17) zum veränderlichen Setzen einer Intensität der vom Ultraschallwellensensor (11) emittierten Ultraschallwelle; Speichereinrichtung (17) zum Speichern der Position des beweglichen Teils (6) als letzte Positionsdaten jedesmal, nachdem die Position des beweglichen Teils (6) berechnet ist, wobei die Ultraschallwellen – Intensitätsetzeinrichtung (17) die Intensität der Ultraschallwelle aufgrund der letzten Positionsdaten setzt.
Vorrichtung zur Positionsbestimmung (PD) nach Anspruch 1, darüber hinaus mit: Temperatursensor (18), der eine Temperatur einer Flüssigkeit bestimmt, durch die die Ultraschallwelle sich innerhalb des Zylinders (5) ausbreitet, wobei die Ultraschallwellen – Intensitätsetzeinrichtung (17) die Intensität der Ultraschallwelle aufgrund der vom Temperatursensor (18) bestimmten Temperatur der Flüssigkeit setzt.
Vorrichtung zur Positionsbestimmung (PD) nach Anspruch 2, wobei die Ultraschallwellen – Intensitätsetzeinrichtung (17) die Intensität der Ultraschallwelle so setzt, dass sie in dem Maße schrittweise kleiner wird, wie die vom Temperatursensor (18) bestimmte Temperatur der Flüssigkeit erhöht wird.
Vorrichtung zur Positionsbestimmung (PD) nach Anspruch 2, wobei die Ultraschallwellen – Intensitätsetzeinrichtung (17) die Intensität der Ultraschallwelle so setzt, dass sie einen Bereich umfasst, in dem sie allmählich kleiner wird, wenn die vom Temperatursensor (18) bestimmte Temperatur der Flüssigkeit erhöht wird.
Vorrichtung zur Positionsbestimmung (PD) nach Anspruch 1, wobei die Ultraschallwellen – Intensitätsetzeinrichtung (17) die Intensität der Ultraschallwelle so setzt, dass sie grösser wird, wenn die Position des beweglichen Teils (6), basierend auf den letzten Positionsdaten, weiter vom Ultraschallwellensensor (11) entfernt ist.
Industriefahrzeug (1) mit Vorrichtung zur Positionsbestimmung (PD) nach Anspruch 1.
Vorrichtung zur Positionsbestimmung (PD) unter Verwendung einer Ultraschallwelle zur Bestimmung der Position eines beweglichen Teils (6), das sich in einem hydraulischen Zylinder (5) bewegt, mit: Ultraschallwellensensor (11), der die Ultraschallwelle in Richtung des beweglichen Teils (6) aussendet und die vom beweglichen Teil (6) reflektierte Ultraschallwelle empfängt; Einrichtung zur Positionsberechnung (17) zum Zählen einer Zeitdauer von einer Emission der Ultraschallwelle bis zum Empfang der reflektierten Ultraschallwelle durch den Ultraschallwellensensor (11) zum Berechnen einer Position des beweglichen Teils (6) relativ zum Ultraschallwellensensor (11) auf der Grundlage der so gezählten vergangenen Zeit, gekennzeichnet durch empfangssensitive Levelsetzeinrichtung (17) zum veränderlichen Setzen eines empfangssensitiven Levels für die vom Ultraschallwellensensor (11) empfangene Ultraschallwelle; Speichereinrichtung (17) zum Speichern der Position des beweglichen Teils (6) als letzte Positionsdaten jedesmal, nachdem die Position des beweglichen Teils (6) berechnet ist, wobei die empfangssensitive Levelsetzeinrichtung (17) das empfangssensitive Level für die Ultraschallwelle aufgrund der letzten Positionsdaten setzt.
Vorrichtung zur Positionsbestimmung (PD) nach Anspruch 7 darüber hinaus mit: Temperatursensor (18), der eine Temperatur einer Flüssigkeit bestimmt, durch die die Ultraschallwelle sich innerhalb des Zylinders (5) ausbreitet, wobei die empfangssensitive Levelsetzeinrichtung (17) das empfangssensitive Level für die Ultraschallwelle aufgrund der durch den Temperatursensor (18) bestimmten Temperatur der Flüssigkeit setzt.
Vorrichtung zur Positionsbestimmung (PD) nach Anspruch 8, wobei die empfangssensitive Levelsetzeinrichtung (17) das empfangssensitive Level für die Ultraschallwelle so setzt, dass es in dem Maße schrittweise höher wird, wie die vom Temperatursensor (18) bestimmte Temperatur der Flüssigkeit erhöht wird.
Vorrichtung zur Positionsbestimmung (PD) nach Anspruch 8, wobei die empfangssensitive Levelsetzeinrichtung (17) das empfangssensitive Level für die Ultraschallwelle so setzt, dass es einen Bereich umfasst, in dem es allmählich höher wird, wenn die vom Temperatursensor (18) bestimmte Temperatur der Flüssigkeit erhöht wird.
Vorrichtung zur Positionsbestimmung (PD) nach Anspruch 7, wobei die empfangssensitive Levelsetzeinrichtung (17) das empfangssensitive Level für die Ultraschallwelle so setzt, dass es niedriger wird, wenn die Position des beweglichen Teils (6), basierend auf den letzten Positionsdaten, weiter vom Ultraschallwellensensor (11) entfernt ist.
Industriefahrzeug (1) mit Vorrichtung zur Positionsbestimmung (PD) nach Anspruch 7.