DE68915002T2

DE68915002T2 - Dynamischer ladegewichtmonitor.

Info

Publication number: DE68915002T2
Application number: DE68915002T
Authority: DE
Inventors: Christos Kyrtsos; Dean Worrell
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1989-03-15
Filing date: 1989-05-09
Publication date: 1994-12-01
Anticipated expiration: 2009-05-10
Also published as: JP2659444B2; EP0462965B1; WO1990010850A1; JPH04504165A; EP0462965A1; US4919222A; DE68915002D1; NZ232893A; AU3731789A; AU622683B2; BR8907880A; CA2010994A1

Description

Die Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf ein hydraulisch betätigtes Fahrzeug zum Übertragen oder Transfer jeren einer Materialmasse und insbesondere auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Wiegen und Anzeigen des Gewichtes der zu tranferierenden Materialmasse.
Hydraulisch betätigte Fahrzeuge, wie zum Beispiel Lader, werden im allgemeinen verwendet, um Materialmassen von einem Stapel oder Haufen auf ein Transportfahrzeug, wie zum Beispiel Lastwagen oder Eisenbahnwagen zu transferieren. Bei solchen Fahrzeugladeanwendungen ist es wichtig, daß die Transportfahrzeuge bis zu ihrer maximal zulässige Nennkapazität, aber nicht über diese hinaus beladen werden. Ein zu geringes Beladen bewirkt eine Ineffizienz eines Materialförder- oder Bewegungzyklus und eine Nichtausnutzung der Transportfahrzeuge. Die Strafe für eine Überbelastung eines Lkw sind zusätzliche Wartungskosten für die Überbelastung und eine extra Abnutzung der Lkw- Reifen und des Suspensions- oder Aufhängungssystems. Darüber hinaus könnte übergeladenes Material abgeladen werden müssen, um das Ladegewicht zu verringern, was weitere Kosten bei dem Förder- oder Bewegungsvorgang bewirkt.
Es ist leicht zu erkennen, daß Nutzlast oder Zuladungsmessungen auch wünschenswert sind als ein Maß der Materialfördervorgangsproduktivität. Die Möglichkeit, das Materialgewicht zu sammeln, das während einer einzelnen Schicht, während einer 24-Stundenperiode oder während irgendeines Zeitinkrements geladen wurde, ist sehr wichtig für einen Operationsmanager.
Es wurden eine Anzahl von Nutzlast- oder Zuladungsmeßvorrichtungen entwickelt. Eine solche Vorrichtung ist in dem US-Patent Nr. 4 230 196 von Snead vom 28. Oktober 1980 beschrieben. Snead zeigt ein Belastungswiege- und Sammelsystem für einen Lader. Snead's Vorrichtung umfaßt einen Drucksensor zum Detektieren des hydraulischen Drucks in dem Hubzylinder des Laders und ein Hubarmausrichtglied als eine visuelle Hilfe für den Bediener, um den Hubarm an einer vorbestimmten Wiegestellung zu positionieren. Um die gegenwärtige Last in der Ladeschaufel oder dem Kübel zu messen, muß der Bediener die Ladeposition des Hubarms durch visuelles Ausrichten der Ausrichtglieder an dem Hubarm und dem Fahrzeugrahmen erreichen, zu welchem Zeitpunkt (innerhalb einer halben Sekunde Zeitperiode) die Last gewogen wird. Die Vorrichtung besitzt mehrere Nachteile. Die Anzahl der Daten, die innerhalb einer halben Sekunde abgetastet werden, ist unzureichend, was extrem ungenaue Messungen zur Folge hat. Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn das Fahrzeug auf rauhem oder unebenem Untergrund betrieben wird. Der Hubzylinderdruck erhöht sich und kommt zu einer Spitze, wenn das Fahrzeug einen Buckel trifft und nachfolgend fällt der Druck scharf ab, wenn das Fahrzeug einen "freinen Fall" erfährt, wenn es über den Buckel kommt. Dieselben scharfen Druckanstiege und -abfälle treten auf, wenn das Fahrzeug auf eine Bodenvertiefung auftrifft, nur mit dem Unterschied, daß sich der Druck zuerst verringert und dann erhöht. Bei einer typischen Ladebetriebsumgebung ist die Bodenoberfläche zumindest buckelig. Die Snead-Vorrichtung macht es notwendig, daß die dynamischen Eigenschaften des Fahrzeugs sich in einem Stetig-Zustand befinden, wenn die Datenabtastung auftritt, was nicht möglich ist, wenn das Fahrzeug fährt. Seine Genauigkeit wird schwer beeinflußt infolge seines kleinen Datenabtastfensters. Die Snead- Vorrichtung macht es auch notwendig, daß der Bediener die Position des Hubarms beibehält, während die Messung auftritt. Diese Notwendigkeit hat zwei Implikationen. Da sich der Zylinderdruck über einen großen Bereich verändern kann, abhängig von der Hubarmposition, kann, wenn der Bediener die Ausrichtungsanforderung vernachlässigt oder den Hubarm nicht richtig ausgerichtet hat, die resultierende Zuladungsmessung stark falsch sein. Typischerweise überträgt der Lader Material über einen kurzen Abstand von dem Haufen oder dem Stapel zu dem Transportfahrzeug. In der Zeit, die benötigt wird, von dem Haufen zu dem Transportfahrzeug zu fahren, muß der Betätiger die Schaufel oder den Kübel zurückkippen, um das Material in dem Eimer oder dem Kübel zu halten, und den Hubarm in eine im wesentlichen vollständig gehobene Position heben, um die Last abzuladen. Die obigen Arbeitsvorgänge werden meistens kontinuierlich durchgeführt, ohne die erreichte Geschwindigkeit abzubremsen. Die Notwendigkeit, daß der Bediener den Hubarm anhält und mit den Ausrichtungsgliedern positioniert, unterbricht die Geschwindigkeit des Bedieners und das Fahrzeug kann schon an dem Transportfahrzeug angekommen sein, bevor der Hubarm voll ausgefahren ist.
Eine andere Vorrichtung, die in dem US-Patent Nr. 4 055 255 von Vasquez vom 25. Oktober 1977 gezeigt ist, beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Tragen und Liefern einer Nutzlast oder Zuladung eines vorbestimmten Gewichts. Vasquez fühlt den hydraulischen Druck in dem Zylinder, der die Schaufel oder den Kübel trägt, ab. Infolge der ungewöhnlichen Konfiguration der Fahrzeugarbeitsgeräteverbindung ist der Hubzylinder des Kübels im allgemeinen aufrecht, wenn der Kübel nicht abgesenkt ist, um eine Last auf zunehmen. Diese Vorrichtung kann nicht an typischen Ladefahrzeugen installiert werden, die eine stark unterschiedliche Verbindungskonfiguration zu dem bei Vasquez beschriebenen Fahrzeug besitzen. Somit ist es eine spezielle Anwendung einer Nutzlast- oder Zuladungswiegevorrichtung, die nicht zur Verwendung an existierenden Ladern geeignet ist.
Die oben genannten Nutzlast- oder Zuladungsmeßvorrichtungen sowie andere sind unzureichend für die bezweckte Anwendung und die Art des Ladefahrzeugs.
Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, die oben genannten Probleme zu beseitigen und die oben genannten wünschenswerten Charakteristika zu besitzen.
EP-A1-110399 zeigt ein Ladegewichtanzeigesytem für Lastbewegungsmaschinen, wie zum Beispiel Bagger oder Erdbewegungsmaschinen und ähnliches.
Das Ziel der Erfindung liegt darin, die Nachteile der bekannten Nutzlast oder Zuladungsmeßsysteme zu vermeiden und einen Nutzlast- oder Zuladungsmonitor vorzusehen, der genau ist und dessen Verwendung nicht die Ladetätigkeit des Bedieners verändert oder mit dieser interferiert und die an existierenden oder neuen Ladern installierbar ist ohne eine neue Konfiguration der Verbindung.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum dynamischen Messen und Anzeigen von Zuladungsgewicht für ein Fahrzeug mit mindestens einer Arbeitsgeräteverbindung und mindestens einem Zylinder zum Modifizieren der Geometrie der Arbeitsgeräteverbindung vorgesehen, wobei die Vorrichtung folgendes aufweist:
Mittel zum Liefern eines ersten Signals ansprechend auf das Abfühlen des hyraulischen Drucks des Zylinders; Mittel zum Liefern eines zweiten Signals ansprechend auf die Geometrie der Arbeitsgeräteverbindung; und
Mittel zum Erzeugen einer parabolischen Bezugszuladungskurve und zum Empfangen der ersten und zweiten Signale und darauf ansprechend Erzeugen einer parabolischen Ist- Zuladungskurve und zum Vergleichen der parabolischen Bezugs- und Ist-Kurven und dementsprechendes Ableiten des Zuladungsgewichtes.
Darüber hinaus ist ein entsprechendes Verfahren in Anspruch 12 vorgesehen.
Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen; in der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine Seitenansicht des nach vorne gerichteten oder Vorwärtsteils eines Ladefahrzeugs;
Fig. 2 ein funktionelles Blockdiagramm der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 ein Graph des Zylinderdrucks abhängig von der Zylinderausdehnung oder dem Zylinderausfahrzustand;
Fig. 4 ein Zustandsübergangsdiagramm des Systems;
Fig. 5 ein Flußdiagramin, daß den Kalibrierungsteil des Algorithmus zeigt;
Fig. 6 ein Flußdiagramm des Rechen- oder Berechnungsteils des Algorithmus.
Obwohl die Fig. 1 einen Vorwärtsteil eines Ladefahrzeugs 11 der Radbauart mit einem Nutzlast- oder Zuladungsträger 16 zeigt, ist die vorliegende Erfindung in gleicher Weise anwendbar auf Fahrzeuge, wie zum Beispiel Lader der Ketten- oder Bandbauart und Fahrzeuge mit ähnlichen Ladegeräten. Die Hubarmanordnung 12 wird betätigt durch zwei hydraulische Hubzylinder 14 (von denen nur einer gezeigt ist), und zwar um ein Paar von Hubarmschwenkstiften 13 (von denen nur einer gezeigt ist), die an dem Fahrzeugrahmen befestigt sind. Ein Paar von Hubarm lasttragenden oder gelagerten Schwenkstiften 19 ist an den Hubarmen 12 und den Hubzylindern 14 befestigt. Das bevorzugte Ausführungsbeispiel umfaßt einen Drehsensor 20, der die Drehung eines der Hubarmschwenkstifte 13 abfühlt, von der die Geometrie oder Anordnung der Hubarmanordnung 12 oder die Ausdehnung oder die Ausfahrstellung des Hubzylinders 14 abgeleitet werden kann. Derselbe Drehsensor 20 kann vorteilhafterweise an den lasttragenden Schwenkstiften 19 installiert sein, um dieselben abzufühlen. Ein Druckwandler 21 fühlt den hydraulischen Druck in den Hubzylindern 14 ab. Obwohl es zwei Hubzylinder 14 gibt, ist der Druck in den Zylindern derselbe für eine gegebene Zuladung und eine gegebene Hubarmanordnungsgeometrie. Somit ist das Abfühlen des Drucks an einem der Zylinder ausreichend für die vorliegende Anwendung.
Gemäß Fig. 2 sind die Zylinderdruck und Ausfahrsensorsignale Eingangssignale an einen Mikroprozessor 24 nach der Verarbeitung durch die A/D-Konverter 27. Eine Kalibrierungseinstell/Rückstellsteuereingabe 25 ermöglicht die Kalibrierung des Nutzlast oder Zuladungsüberwachungssystems 10. Der Bediener setzt die Kalibrierungsdaten zurück und gibt die Kalibrierungszuladungsgewichtswerte an dem Kalibrierungssteuereingang 25 ein. Eine Lastzyklusrücksetz oder Rückstellsteuereinheit 31 ermöglicht den Bediener, den Anfang und das Ende eines Lastzyklus für ein bestimmtes Transportfahrzeug oder eine Abladestelle anzuzeigen. Die Kalibrierungssteuerung 25 und die Lastzyklusrückstellsteuerung werden vorzugsweise in Kombination mit dem Zuladungsgewichtsanzeiger 26 mit einem LCD-Schirm (nicht gezeigt) und einer alphanumerischen Tastatur (nicht gezeigt) implementiert. Der Anzeiger 26 zeigt das gemessene Gewicht und alle anderen Gewichtdaten, wie zum Beispiel eine Produktivitätszusammenfassung 28 des Ladebetriebs dieses Ladefahrzeugs 11 an. Das bevorzugte Ausführungsbeispiel umfaßt einen Drucker 29, der feste Protokolle erzeugt und auch die Fähigkeit Information in einer Datenspeichereinheit 30, wie zum Beispiel einem energieunabhängigen oder permanenten Speicher, zu speichern und einen Datendiskdrive.
Fig. 3 zeigt die graphische Darstellung der vorliegenden Erfindung. Die Druck- und Ausfahrdaten sind in einer Kurve gezeichnet, wobei der Hubzylinderdruck auf der vertikalen Y-Achse aufgetragen ist und die Hubzylinderausfahrposition oder -Stellung auf der horizontalen X-Achse aufgetragen ist. Eine erste parabolische Kurve 38 stellt die kurvenangepaßten Daten des Drucks abhängig von der Ausfahrposition für eine leere Ladeschaufel 16 dar. Eine zweite parabolische Kurve 40 stellt die kurvenangepaßten Daten des Drucks abhängig von der Ausfahrposition für eine Nutzlast mit bekanntem Gewicht dar. Dieses bekannte Gewicht befindet sich vorzugsweise in der Nähe der Beladungsnennkapazität des Fahrzeugs. Die Parabeln können mathematisch durch Polynome der zweiten Ordnung dargestellt werden. Die Kurven 38, 40 werden abgetastet und als die Bezugsgewichtskurven für das System während des Kalibrierungsteils 5 des Algorithmus gespeichert. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, erhöht sich der Hubzylinderdruck, wenn sich die Zylinderausfahrposition erhöht, sodaß das gemessene Gewicht abhängig ist von der Geometrie der Hubarmanordnung, wenn sie vom Boden zur Abladehöhe angehoben wird. Da der Lader typischerweise zu Beginn des Arbeitszyklus gräbt und am Ende des Arbeitszyklus ablädt, wobei sich der Zylinderdruck drastisch verändert und die Dynamik des Systems unstabil ist, wird die Gewichtsmessung auf eine Zeitperiode beschränkt, in der sich die Hubzylinderausfahrposition oder -versetzung zwischen D1 und D2 befindet, wobei D2 > D1. Dies stellt einen Satz von verwendbaren Abtast- oder Probendaten dar, die akkurat das Nutzlastgewicht darstellen. Die Kurve 42 stellt den gemessenen Lastzylinderdruck abhängig von der Ausfahrpositionskurve dar. Das zufällige sprunghafte Ansteigen in der Kurve 42 zeigt die Druckvariationen in dem Hubzylinder während der Fahrzeugbewegung und während Richtungsänderungen an. Die Kurve 43, die überlagert über der Kurve 42 gezeigt ist, wurde kurvenangepaßt und gemittelt, um die zufälligen Druckanstiege zu beseitigen. Die glatte oder ebene Parabel 43 ist eine genaue Darstellung des Drucks abhängig von der Ausfahrposition des gemessenen Gewichtes. Experimente haben gezeigt, daß sich der Hubzylinderdruck linear mit dem Gewicht der Zuladung verändert, und zwar bei einer Zylinderausfahrstellung und für eine spezifische Hubgeschwindigkeit. Somit kann das Gewicht für das Messen der Zuladung berechnet werden durch Interpolation, wenn die Kurve 43 innerhalb der Bezugskurven 38, 40 fällt und durch Extrapolation, wenn die Kurve 43 außerhalb der Bezugskurven 38, 40 fällt.
In Fig. 4 ist ein Zustandsübergangsdiagramm der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das vorliegende Ausführungsbeispiel des Zuladungsmonitors 10 macht einen Übergang von dem Zustand NICHT FERTIG zu dem Zustand FERTIG, wenn die Hubzylinderausfahrstellung geringer ist als ein erster vorbestimmter Setzpunkt DO (d < DO). Wenn die Versetzung d geringer ist als DO, dann befindet sich der Zuladungs- oder Nutzlastträger 16 am wahrscheinlichsten beim Graben oder Zusammenfahren eines Haufens. Wenn die Versetzung d größer ist als ein vorbestimmter Versetzungssetzpunkt D&sub1; (d > D&sub1;), dann hebt das Fahrzeug den Zuladungsträger 16 und der derzeitige Zustand oder Status ist HEBEN. Während des HEBENS werden der Zylinderdruck und die Positionsdaten abgefühlt. Drei Bedingungen können den Zustand oder Statusübergang vom HEBEN zu RECHNEN oder BERECHNEN bewirken. Der Zustandsübergang tritt auf, wenn die Zylinderausfahrstellung einen anderen Setzpunkt D&sub2; übersteigt (d > D&sub2;), was anzeigt, daß der Nutzlast- oder Zuladungsträger angehoben wurde, und sich an seine Abladehöhe annähert. Wenn nach T-Sekunden die Versetzung D&sub2; immer noch nicht erreicht wurde (t > T), macht das System auch denselben Übergang vom HEBEN zum RECHNEN. Die dritte Bedingung für denselben Übergang tritt auf, wenn die Zylinderversetzung d dieselbe bleibt (Δd = O). Diese Bedingung zeigt die meisten Last- oder Beladungs- oder Tragevorgänge an, wo das Ladefahrzeug zusätzlich als das Transportfahrzeug arbeitet und zu dem Ziel mit der Schaufel auf gleichem Niveau gehalten fährt. Der Zuladungswiegealgorithmus wird abgebrochen, wenn detektiert wurde, daß der Nutzlast oder Zuladungsträger heruntergelassen wurde (di - di-1 < O). Die Werte DO, D&sub1;, D&sub2; und T werden bestimmt gemäß dem spezifischen Fahrzeug und können erhalten werden durch Messungen und Experimente.
Während das Zustands- oder Statusübergangsdiagramm gemäß Fig. 4 im Kopf behalten wird, wird nun auf Fig. 5 für das Kalibrierungsflußdiagramm Bezug genommen. Die Kalibrierung wird sequentiell durchgeführt mit sowohl einer leeren und einer bekannten Belastung wie im Block 50 gezeigt ist. Die Reihenfolge, in der sie durchgeführt werden, ist unwichtig, aber der Zylinderdruck und die Positionsdaten für beide Gewichtswerte müssen abgetastet werden. Im Block 52 werden der Zylinderdruck und die Positionssensoren abgelesen. Der HEBE-Zustands- oder Statusmerker wird an diesem Punkt 53 überpüft, wenn die Nutzlast oder die Zuladung angehoben wird, werden die Polynomkoeffizienten AO, BO, CO, A&sub1;, B&sub1;, C&sub1; für diesen spezifischen Druck und die Positionsabtastung im Block 55 berechnet. Dies ist der Schritt, wo die abgetasteten Sensordatenpunkte an ein Polynom der zweiten Ordnung kurvenangepaßt werden. Wenn die Zuladung nicht angehoben wird (der HEBE-Merker oder die Flagge ist falsch), dann wird überprüft, ob das ENDE DES HEBENS wahr ist, und zwar im Block 54. Dieser Merker ist wahr, wenn irgendeine der Bedingungen für den Zustandsübergang vom HEBEN zum RECHNEN oder BERECHNEN in Fig. 4 wahr ist. Wenn das Ende der Hebebedingungen nicht zutrifft, kehrt der Algorithmus zum Block 52 zurück zum kontinuierlichen Lesen der Sensoreingangsgrößen. Ansonsten werden im Block 56 die Koeffizienten zusammen mit dem Zuladungsgewicht gespeichert, daß entweder für eine leere Schaufel oder einen leeren Kübel Null ist und daß nicht Null ist für ein bekanntes Gewicht. Schlußendlich wird eine Überprüfung gemacht, um sicherzustellen, daß sowohl das leere als auch das bekannte Zuladungsgewicht abgefühlt wurden zum Vervollständigen des Kalibrierungsalgorithmus 57.
In Fig. 6 ist das Zuladungsgewichtsberechnungsverfahren gezeigt. Zu dieser Zeit befindet sich der Zustand des Systems im HEBEN (siehe Fig. 4). Der Arbeitszylinderdruck und die Positionssensoren werden, wie im Block 60 gezeigt, abgelesen. Der HEBE-Zustandsmerker wird an diesem Punkt im Block 61 überprüft. Wenn das Fahrzeug 11 den Zuladungsträger 16 immer noch hebt, wird der Zylinderdruck PO für den leeren Zuladungsträger (Zuladungsgewicht gleich Null) an der Zylinderausfahrstellung X berechnet unter Verwendung der Koeffizientenwerte, die während der Kalibrierung berechnet wurden. In ähnlicher Weise wird in dem folgenden Block 64 der Zylinderdruck P&sub1; für die bekannte Last an der Zylinderausfahrstellung X berechnet. Als nächstes wird das geschätzte Zuladungsgewicht W_est berechnet unter Verwendung der folgenden Interpolierungsund Extrapolierungsformel:
W_est = (W&sub1; - WO) * [(P - PO)/(P&sub1; - PO)]
Wobei W&sub1; das bekannte Zuladungsgewicht ist,
WO das leere Zuladungsgewicht ist,
P der derzeitig abgefühlte Druck ist,
P&sub1; der Druck für die bekannte Last ist, und
PO der Druck für die leere Last ist.
All die obigen Werte sind die Werte für die gemessene Ausfahrstellung X. Dann wird ein Durchschnitt oder Mittel W_avg für alle der geschätzten Gewichte W_est berechnet, wie im Block 66 gezeigt ist. Wenn das Durchschnittsgewicht im wesentlichen konstant geblieben ist über eine vorbestimmte Zeitdauer, gibt es keinen weiteren Vorteil, die Abtastperiode zu verlängern. Dies sieht ein weiteres Detektierverfahren das Ende des Hebens vor. Wenn im Block 61 detektiert wurde, daß der HEBE-Zustand oder Statusmerker nicht länger wahr ist, dann wird überprüft, um zu sehen, ob das ENDE DES HEBENS wie im Block 62 gezeigt ist, wahr ist. Diese Flagge oder der Merker ist wahr, wenn irgendeine der Bedingungen für den Zustand oder Statusübergang vom HEBEN zum BERECHNEN in Fig. 4 wahr ist. Wenn das Ende der Hebenbedingungen nicht erfüllt sind, kehrt der Algorithus zum Block 60 zum kontinierlichen Lesen der Sensoreingangsgrößen zurück. Ansonsten wird die Durchschnittshebegeschwindigkeit V_avg berechnet durch Teilen des Abstands, den der Zylinder ausgefahren ist, durch die Zeitgröße, die benötigt wurde. Da gezeigt wurde, daß der Zylinderdruck abhängig von den Ausfahrkurven (oder das davon abgeleitete Zuladungsgewicht) eine lineare Beziehung bezüglich der Hubgeschwindigkeit besitzt, d. h. desto schneller das Heben desto höher der Zuladungsgewichtwert, müssen Einstellungen gemacht werden zum Kompensieren der linearen Verschiebung. Im Block 69 wird das berechnete Zuladungsgewicht eingestellt durch einen Wert gemäß der berechneten Durchschnittsgeschwindigkeit. Die Werte m und b in der linearen Gleichung:
m * V_avg + b
werden experimentell abgeleitet. Danach wird der berechnete Zuladungswert gespeichert und angezeigt. Die Zuladungswerte können auch verwendet werden beim Berechnen von Produktiviätszusammenfassungen, und sie können gesammelt werden für spezielle Transportfahrzeuge und Abladestellen.

Industrielle Anwendbarkeit

Der Betrieb der vorliegenden Erfindung wird am besten unter Bezugnahme auf ihre Verwendung bei Ladeanwendungen beschrieben, wo die Kenntnis des Zuladungsgewichtes wichtig ist. Dieses Zuladungsmeßsystem ist auch sehr wichtig bei Tätigkeiten, wo es wünschenswert ist, die Ladefahrzeugproduktivität zu überwachen.
Vor der Verwendung der Zuladungsüberwachung muß das System kalibriert werden. Die Kalibrierung muß auch immer dann wiederholt werden, wenn es eine Veränderung in der Hubarmanordnungkonfiguration gegeben hat, wie zum Beispiel das Wechseln zu einer unterschiedlichen Schaufel oder einem Kübel oder eine wesentliche Überholung irgendeines der Hubarmanordnungsuntersysteme. Die Kalibrierung der Zuladungsüberwachung umfaßt das Heben der Hubarmanordnung von dem Bodenniveau zum Abladeniveau, und zwar mit einer leeren Schaufel oder einem Kübel, Eingeben des Zuladungsgewichtes, und Wiederholen des Vorgangs mit einem Material mit einem bekannten Gewicht in der Schaufel oder dem Kübel. Vorzugsweise ist das bekannte Gewicht in der Nähe oder an der angegebenen Nennkapazität des Ladefahrzeugs. Die Schaufel oder der Kübel sollte während des Hebevorgangs zurückgekippt sein, um sicherzustellen, daß der Schwerpunkt (C.G.) des Zuladungsgewichts in der Mitte der Schaufel oder des Kübels bleibt. Die Einschränkung der zurückgekippten Schaufel oder des Kübels kann beseitigt werden durch das Vorsehen eines Positionssensors in dem Kippzylinder, um den Grad der Schaufel- oder Kübelneigung abzufühlen, um für die C.G.-Verschiebung zu kompensieren.
Ein typischer Arbeitszyklus des Laders umfaßt in Sequenz folgendes:
Graben und/oder Zusammenschieben eines Materialhaufens oder Stapels, Zurückkippen der Schaufel oder des Kübels, um die Beladung oder die Last zu halten, Umkehren und Zurückfahren aus dem Haufen, während die Schaufel oder der Kübel angehoben wird, Fahren zu einer Abladestelle oder einem Transportfahrzeug, während kontinuierlich die Schaufel oder der Kübel angehoben wird, und schlußendlich Abladen der Last an einer angehobenen Position. Dieser Ladezyklus wird nicht unterbrochen durch die Verwendung der dynamischen Zuladungsüberwachung, da es nicht notwendig ist, daß das Fahrzeug anhält und da es nicht notwendig ist, daß die Schaufel oder der Kübel auf einer speziellen Höhe für eine Zeitperiode positioniert wird. Der Bediener setzt nur den Lastzyklus zurück und gibt nur die zugeordnete Abladefahrzeug- oder Stellennummer ein, wenn eine solche Funktion gewünscht ist und fährt fort, zu laden und abzuladen, indem er einem normalen Arbeitszyklus folgt. Zusätzlich können Produktivitätszusammenfassungen und Ausdrucke solcher und anderer Zuladungsinformation von dem System erhalten werden. Die Zuladungsdaten können auch auf eine Datendiskette runtergeladen werden zur Speicherung und zur Analyse in einem Büro.
Die vorliegende Erfindung ist auch ausdehnbar auf andere Fahrzeuge mit unterschiedlicher Verbindungskonfiguration durch Kompensieren ihrer Unterschiede. Fahrzeugbauarten, bei denen die Anwendung möglich ist, sind Bagger, Schaufelbagger, Tieflöffelbagger und andere Fahrzeuge mit mindestens einer Verbindung mit mindestens einem hydraulischen Zylinder zum Bewirken der Verbindung. Für diese Fahrzeugverbindungskonfigurationen werden zusätzliche Druck- und Positionssensoren benötigt, um den Zylinderdruck und die exakte Verbindungsgeometrie während des Arbeitszyklus zu detektieren. Die Grundzuladungsgewichtsberechnung bleibt jedoch dieselbe unter Verwendung von Kurvenanpassungsverfahren und zwei Bezugsgewichtsparabeln.

Claims

1. Eine Vorrichtung (10) zum dynamischen Messen und Anzeigen des Zuladungs- oder Nutzlastgewichtes für ein Fahrzeug (11) mit mindestens einer Arbeitsgeräteverbindung (12) und mindestens einem Zylinder (14) zum Modifizieren der Anordnung oder Geometrie der Arbeitsgeräteverbindung (12), wobei die Vorrichtung (10) folgendes aufweist:

Mittel (21) zum Liefern eines ersten Signals ansprechend auf das Abfühlen des hydraulischen Drucks des Zylinders (14);

Mittel (20) zum Liefern eines zweiten Signals ansprechend auf die Arbeitsgeräteverbindungs-Anordnung oder Geometrie; und

Mittel (24) zum Erzeugen einer parabolischen Bezugszuladungskurve und zum Empfangen der ersten und zweiten Signale und darauf ansprechend zum Erzeugen einer parabolischen, tatsächlichen oder Ist-Zuladungskurve und zum Vergleichen der parabolischen Bezugs- und Ist-Kurven und darauf ansprechend Ableiten des Zuladungsgewichtes.

2. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei das zweite Signal die Zylinderausdehnung oder Ausfahrstellung darstellt.

3. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 zur Verwendung mit einer Arbeitsgeräteverbindung (12), die einen Verbindungsverbinderschwenkstift (13) aufweist, wobei die Mittel (20) das zweite Signal ansprechend auf das Abfühlen der Drehung der Arbeitsgeräteverbindung (12) um den Verbindungsverbinderschwenkstift liefert; und

Mittel (24) zum Ableiten des Zuladungsgewichtes ansprechend auf die ersten und zweiten Signale, wobei die Zuladungsgewichtsableitmittel (24) eine zweite parabolische Bezugszuladungskurve erzeugen, die die ersten und zweiten Signale empfangen und eine parabolische Ist-Zuladungkurve berechnen durch Interpolieren zwischen den ersten und zweiten Bezugszuladungskurven ansprechend auf den ersten Signalwert, der sich innerhalb eines durch die Bezugszuladungskurven begrenzten Bereichs befindet und durch Extrapolieren über die ersten und zweiten Bezugszuladungkurven hinaus ansprechend darauf, daß der erste Signalwert außerhalb des durch die Bezugszuladungskurven begrenzten Bereichs liegt.

4. Vorrichtung (10) nach Anspruch 3, wobei die Zuladungsgewichtsableitmittel (24) die ersten und zweiten Bezugszuladungskurven berechnen ansprechend auf das Messen entsprechender erster und zweiter Bezugzuladungsgewichte.

5. Vorrichtung (10) nach Anspruch 4, wobei das Fahrzeug (11) einen Zuladungsträger (16) umfaßt, wobei das erste Bezugszuladungsgewicht das Leergewicht des Trägers (16) ist und das zweite Bezugszuladungsgewicht das Gewicht des Trägers (16) beladen mit einer vorbestiiiunten bekannten Masse ist.

6. Vorrichtung (10) nach Anspruch 3, wobei jede der Zuladungskurven durch eine Polynomgleichung der zweiten Ordnung dargestellt ist.

7. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Zuladungsgewichtsableitmittel (24) eine zweite parabolische Bezugszuladungskurve erzeugt und eine parabolische, tatsächliche oder Ist-Zuladungskurve berechnet durch Interpolieren zwischen den ersten und zweiten Bezugszuladungskurven ansprechend darauf, daß der erste Signalwert innerhalb des durch die Bezugszuladungskurven begrenzten Bereichs liegt und durch Extrapolieren über die ersten und zweiten Bezugszuladungskurven hinaus ansprechend darauf, daß der erste Signalwert außerhalb des durch die Bezugszuladungskurven begrenzten Bereichs liegt.

8. Vorrichtung (10) nach Anspruch 7, wobei die Zuladungsgewichtsableitmittel (24) die ersten und zweiten Bezugszuladungskurven berechnen, ansprechend auf das Messen erster und zweiter Bezugszuladungsgewichte.

9. Vorrichtung (10) nach Anspruch 8, wobei das Fahrzeug (11) einen Zuladungsträger (16) aufweist, wobei das erste Bezugszuladungsgewicht das Leergewicht des Trägers (16) ist und wobei das zweite Bezugszuladungsgewicht das Gewicht des Trägers (16) ist, der mit einer vorbestimmten bekannten Masse beladen ist.

10. Vorrichtung (10) nach Anspruch 7, wobei jede der Zuladungskurven durch eine Polynomgleichung der zweiten Ordnung dargestellt ist.

11 Vorrichtung (10) nach Anspruch 10, wobei die Zuladungsgewichtsableitmittel (24) die variable Zylinderausfahrgeschwindigkeit durch lineares Verschieben der Polynome der zweiten Ordnung kompensieren.

12. Verfahren zum dynamischen Messen und Anzeigen des Zuladungegewichtes für ein Fahrzeug (11) mit mindestens einem Hubzylinder (14) zum Heben eines Zuladungsträgers (16), wobei das Fahrzeug (11) im allgemeinen einen Arbeitszyklus durchführt, der das Heben des Zuladungsträgers (16) umfaßt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

Abfühlen (60) des hydraulischen Drucks des Hubzylinders während des Arbeitszyklus;

Liefern (60) einer Vielzahl von ersten Signalen ansprechend auf den abgefühlten Druck;

Abfühlen (60) der Hubzylinderausdehnung oder Ausfahrstellung während des Arbeitszyklus;

Liefern (60) einer Vielzahl von zweiten Signalen ansprechend auf die abgefühlte Ausfahrstellung;

Ableiten (65) einer geometrischen Polynomdarstellung der zweiten Ordnung (43) für die Vielzahl der ersten und zweiten Signale;

Vergleichen (65) der geometrischen Darstellung (43) mit mindestens einer anderen geometrischen Polynomdarstellung der zweiten Ordnung (38, 40) eines bekannten Bezugszuladungsgewichtes; und

Berechnen (66) eines tatsächlichen oder Ist-Zuladungsgewichtes infolge des Vergleichs.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Hubzylinderdruck und die Ausfahrabfühlschritte nur während des Zuladungshubabschnitts des Arbeitszyklus durchgeführt werden.

14. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Polynom erhalten wird durch Filtern (66) der ersten und zweiten Signale.

15. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die geometrische Darstellung (38) eines bekannten Zuladungsgewichtes ein Polynom der zweiten Ordnung umfaßt, das aus einer Vielzahl von ersten und zweiten Signalen abgeleitet ist, die während eines Hebens eines leeren Zuladungsträgers abgefühlt wurden.

16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei die geometrische Darstellung (40) eines bekannten Zuladungsgewichtes weiterhin ein Polynom der zweiten Ordnung aufweist, das von einer Vielzahl von ersten und zweiten Signalen abgeleitet wurde, die während des Hebens eines Zuladungssträgers mit einem vorbestimmten bekannten Gewicht abgefühlt wurden.

17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Vergleichsschritt (65) entweder eine Interpolation zwischen den Polynomen des leeren Zuladungsträgers und des mit einem vorbestimmten bekannten Gewicht beladenen Zuladungsträgers, oder eine Extrapolation über die vorgeannnten Polynome hinaus aufweist.

18. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Fahrzeug (11) weiterhin einen Hubarm (12) aufweist, wobei der Hubarm (12) schwenkbar an dem Fahrzeug (11) befestigt ist durch einen drehbaren Schwenkstift (13), wobei der Hubzylinderausfahrabfühlschritt das Abfühlen der Drehung um den drehbaren Stift (13) umfaßt.

19. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Zuladungsberechnungschritt (69) das Kompensieren der variablen Zylinderausfahrgeschwindigkeit durch lineares Verschieben der Polynome der zweiten Ordnung umfaßt.

20. Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Vergleichsschritt interpoliert zwischen den leeren und bekannten Zuladungspolynomen, und zwar ansprechend darauf daß der erste Signalwert innerhalb des Bereichs liegt, der durch die Polynome begrenzt wird, und über die Polynome hinaus extrapoliert ansprechend darauf, daß der erste Signalwert außerhalb des durch die Polynome begrenzten Bereichs liegt.