WO2019129519A1 - Vorrichtung zur schwingungsentkopplung zwischen zwei systemen und arbeitsmaschine - Google Patents

Vorrichtung zur schwingungsentkopplung zwischen zwei systemen und arbeitsmaschine Download PDF

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WO2019129519A1
WO2019129519A1 PCT/EP2018/085189 EP2018085189W WO2019129519A1 WO 2019129519 A1 WO2019129519 A1 WO 2019129519A1 EP 2018085189 W EP2018085189 W EP 2018085189W WO 2019129519 A1 WO2019129519 A1 WO 2019129519A1
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Timo Kiefer
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Hydac Systems & Services Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a device for vibration decoupling between tween two systems in the form of spring-mass oscillators, of which a system of a moving machine and the other system is assigned to an acting on the Be wegungsmaschine operator who at least partially in movement movements of the moving machine Bewegun Performs to a transverse axis while vertical movements in Rich direction of a vertical vertical axis with an absolute Vertikalgeschwindig speed is subject, which serves as an input variable of control and / or Regeleinrichtun conditions that control a damping system of the one and / or other system to compensate for the vibrations.
  • an assembly which comprises a first element, a second element and a controllable suspension system comprising a controllable damper arranged between the first and the second element and a control system having an acceleration comprises a transmission sensor for detecting acceleration values of the first element and a displacement sensor for detecting values of the distance between the first and the second element.
  • the values detected by the acceleration sensor are integrated by means of an integrator, resulting in the absolute velocity v abs of the first element, and the values detected by the displacement sensor are detected by means of a filter differentiated, resulting in the relative velocity v rei between the first and the second element.
  • the control system further comprises a control unit which determines a desired damping force F desired of the controllable damper using a control strategy to which input the absolute speed v abs and the relative speed v rei are applied.
  • a control strategy in particular for a product of the signal v abs and the signal v rei greater than or equal to 0, the desired damping force F desired is equal to a product of a gain G, the signal v abs and a function that is independent of the absolute velocity v abs and the relative velocity v rel is dependent.
  • the first element comprises a seat and the second element comprises a frame to which the seat is connected.
  • Acceleration sensors regularly have a so-called offset, which is integrated in the integration of the values detected by the acceleration sensor and results in a drift of the signal of the determined absolute velocity v abs , ie in an error of this signal.
  • the signal of the relative velocity vrelr which is determined by a discharge from the signal detected by the travel sensor, is regularly subject to noise.
  • the drift or error of the absolute speed is corrected by a high-pass filtering and is used for noise reduction.
  • tion of the relative speed tries to suppress the noise through a low-pass filter tion.
  • the respective filtering of the respective speed leads, in particular independently of the respective other filtering, to a falsification of the signal of this speed in the form of an offset of the phase of the ascertained speed signal, which is to be corrected in each case.
  • the present invention seeks to improve the known device to the effect that this simple decoupling a system from a walls ren system such that in vibrations of a system by compensating for these vibrations with high accuracy the other system remains vibration-free.
  • the respective pitching motion of the other system is detected by means of at least one rotation rate sensor, the sen respective measured value, preferably amplified only by a predefinable factor, the absolute vertical velocity as an input variable for the subsequent system control results.
  • a rotation rate sensor comes to a set, the angular velocity directly from the sensor, namely, without, in particular previous, complex arithmetic operations, obtainable bar.
  • the absolute vertical speed results in accordance with the invention, in particular only by a predeterminable factor ver strengthens, directly from the detected by the rotation rate sensor Winkelgeschwin speed, so that in this respect at most a little complex gain necessary is.
  • no integration of the measured values detected by the acceleration sensor is necessary, by means of which the offset of the acceleration sensor is integrated and results in a drift of the absolute speed.
  • the rotation rate sensor according to the invention can be used as a micro-electro-mechanical system (MEMS), i. H. be performed as a micromechanical sensor, in particular with at least one targeted to vibrate excited plate and based on the Coriolis principle.
  • MEMS micro-electro-mechanical system
  • the Coriolis force acts on a rotation of the rotation rate sensor on the MEMS, wherein the response of the MEMS is detected by the rotational movement in three dimensions individually to this excitation.
  • Micromechanical sensors have the advantage that they are commercially available cheaply.
  • the yaw rate sensor integrated in the "HIT 1500" product from HYDAC Electronic GmbH is preferably used as a rotation rate sensor.
  • the other system can perform traversing motion movements of the moving machine about its longitudinal axis and thereby subject to further vertical movements in the direction of the vertical vertical axis with a further absolute Vertikalgeschwin speed, which gels Huaweien serve as a further input variable of the control and / or Re.
  • a further absolute Vertikalgeschwin speed which gels Huaweien serve as a further input variable of the control and / or Re.
  • the further absolute vertical speed can superimpose the absolute vertical speed and both speeds can add up in particular to an absolute total vertical speed.
  • the predefinable factor can be derived from the minimum distance of the transverse axis to a point of the other system whose absolute vertical speed is determined, and / or from the minimum distance of the longitudinal axis to another point of the other system whose further absolute vertical speed is determined , Preferably, the factor ent the respective minimum distance. Also the point can correspond to the further point.
  • the respective point of the other system in the sense of a place of the other system is fictitious and is an integral part of the other system.
  • a hardware or software-implemented amplifier is used, the input side, the respective detected by the rotation rate sensor angular velocity is supplied and amplifies this by the jewei time factor, resulting in the absolute vertical velocity or the further absolute vertical velocity in the direction of verti cal vertical axis results.
  • the absolute or further absolute vertical speed is particularly simple, using inexpensive hardware or software-implemented technical means, it is indirect.
  • the point of the other system whose absolute vertical velocity is determined and / or the other point of the other system whose further absolute vertical velocity is determined may be arranged at a respective end of the other system movable in the direction of the vertical vertical axis.
  • Such positioning of the point at the respective, in particular outermost, movable in a pitch or roll motion in the direction of the vertical vertical axis end has the advantage that the distance between the transverse or longitudinal axis and this respective point is maximum, so that the factor by which the respective is amplified by the rotation rate sensor detected angular velocity, ie with which the respective angular velocity is multiplied, is also maximum, whereby the highest possible values and thus meaningful values of the absolute or the further absolute vertical speed are obtainable. It may be provided to determine the absolute vertical speed of an amplifier and / or to determine the further abso lute vertical speed another amplifier.
  • the damping system is controlled in response to positive and negative absolute and other absolute vertical speed values.
  • the yaw rate sensor detects movement away from the one system as the respective high-axis movable end of the other system on which the respective point is located moves , a positive angular velocity, so that the determined respective absolute vertical velocity is also positive.
  • the rotation rate sensor detects a negative angular velocity, where the determined absolute or further absolute vertical speed is also negative ,
  • the other system may, preferably with its one end, on which a system can be pivoted about the transverse axis or the longitudinal axis and, preferably at its other end, connected via at least one damper system to the one system. It is also conceivable that the other system is connected to the one system exclusively via, in particular special four, damper systems. In an exclusive Provision of damper systems extends the transverse and longitudinal axes of the other system through a center of gravity of the other system and the device to which the other system is optionally attached.
  • a respective damper system may be formed as a spring-mass-damper system, wherein a spring-mass-damper system is characterized in that between a mass and another mass or a fixed point, a damper and a spring are arranged.
  • Dampening coefficient achieved the desired damping effect.
  • Active and semi-active damping systems have the advantage over passive damping systems that the damping of the damper to the respective operating state of the system in which the damper application is applicable to passable.
  • the semi-active damping systems have the advantage over active damping systems, in which a designed as an actuator damper energy must be supplied, that the energy consumption is ver reduced and the control system for the damper is less complex.
  • the control strategy for driving the damper may be based, at least in part, on the Skyhook approach.
  • the damping system is particularly preferably designed as a semi-active damping system which is controlled by means of a control strategy according to the Skyhook approach. But it is also possible to realize an active spring-damper system.
  • a single rotation rate sensor For detecting the pitching movement and the rolling movement, a single rotation rate sensor can be provided. It is also conceivable that for detecting the pitching motion a rotation rate sensor and for detecting the rolling movement another rotation rate sensor is provided. In any case, the respective rotation rate sensor detects at least the angular velocity of a Nick movement of the other system about its transverse axis and / or the rolling motion of the other system about its longitudinal axis.
  • One system may be connected to the motion machine and the other system may be directly or indirectly connected to a "cockpit" usable by the operator for driving the motion machine.
  • the subject of the invention is also a work machine, in particular agricultural Work machine, preferably a tractor, with a moving machine, a person usable by a "cockpit” for controlling the moving machine and a device for vibration decoupling between the movement of the machine associated, in particular associated with the motion machine, a system and the cockpit assigned , In particular with the cockpit directly or indirectly connected, other system, according to one of the preceding claims.
  • Movement machine and emitted from this shocks effectively entkop pelt from the cockpit of the moving machine, in particular the cab, so that the cockpit remains beauestge starting vibration and bum-free operation of the machine. In this way it is ensured that the vibrations and impacts do not adversely affect the health of an operator of the work machine.
  • the present invention is the physical context yakrun de that when moving a point on a circle, the or Orbital velocity v of the point on the circle equals the product of the angular velocity w and the radius of the circle r, where the angular velocity w is equal to the derivative of the angle of rotation f by time t:
  • the point is an offset outside the transverse axis or, in the case of rolling movements about the longitudinal axis, an out-of-axis point of the other system which, if the device according to the invention is inactive or not provided, passes through Vibrations of the other system is excited, pitching movement about the transverse axis or rolling movement about the longitudinal axis in the form of movement on a partial circular path of the circle around the respective transverse or longitudinal axis, in which the center of the circle is located.
  • FIG. 1 a, b in a schematic, perspective schematic representation of the device according to the invention each provided with different names.
  • the inventive device comprises two systems 2, 4 in the form of spring-mass oscillators, of which one system 2 with a moving machine of a working machine and the other system 4 with a cockpit for driving theposisma machine having driver's cab of the working machine is connected, where in the working machine, the moving machine, the driver's cab and the cockpit are not shown in the figures.
  • the other system 4 is hinged at its front side of the working machine end about a transverse axis Q pivotally connected to two articulation points 6 on the one system 2 and at its the back of the working machine facing end via two damping systems 8 in the form of a semi-active spring Damper system connected to the one system 2.
  • the respective spring-damper system comprises a spring 10 and a damper not shown in the figures.
  • a rotation rate sensor (not shown in the figures) for detecting angular velocity values is arranged on the other system 4 or on the driver's cab.
  • Fig. 1a shows the device according to the invention in an object-related coordinate system (body frame) x, y, z, whose origin lies in the center of gravity S of the other system and the driver's cab.
  • object-related coordinate system body frame
  • the other system can perform 4 pitching movements about the transverse axis Q.
  • the Rate of rotation sensor detects values of the angular velocity w 1 w 1 of the other system 4 about the transverse axis Q, at which the end of the other system 4 facing the back of the working machine moves towards the egg system 2 or away from the system 2 in particular, a vertical movement in the direction of a vertical vertical axis z with a negative v zl l or positive v zl l absolute vertical speed (FIG. 1 b) executes, which consists of the product of the angular velocity detected by the rotation rate sensor w 1 , w 1 and a factor in the form of the minimum distance L 1 (Fig.
  • the absolute vertical velocity v zl l is determined yields .
  • the values of the angular velocity w 1 detected by the yaw rate sensor are amplified by a factor of 20 by means of a hardware or software-implemented amplifier.
  • the point P of the other system 4 the absolute vertical speed v zl l is determined, located at the extreme, the back of the machine facing the end of the machine .
  • the thus determined absolute vertical velocity v zl l is a control and / or regulating device not shown in the figures supplied , the damping systems 8 to compensate for the vibrations of the other system 4 by means of a control strategy according to the skyhook approach depending on the absolute vertical velocity v In this way the systems are decoupled from each other.
  • the respective articulation point 6 is formed of a spring and / or damper system, comparable to the 8 designated in the figures system.

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Abstract

Es ist eine Vorrichtung nebst zugehöriger Arbeitsmaschine zur Schwingungsentkopplung zwischen zwei Systemen (2, 4) in Form von Feder-Masse-Schwingern, von denen ein System (2) einer Bewegungsmaschine und das andere System (4) einer auf die Bewegungsmaschine einwirkenden Bedienperson zugeordnet ist, das zumindest teilweise bei Verfahrbewegungen der Bewegungsmaschine Bewegungen um eine Querachse (Q) ausführt und dabei Vertikalbewegungen in Richtung einer vertikalen Hochachse (z) mit einer absoluten Vertikalgeschwindigkeit (vz1,1) unterliegt, die als Eingangsgröße von Steuer- und/oder Regeleinrichtungen dient, die zur Kompensation der Schwingungen ein Dämpfungssystem (8) des einen (2) und/oder anderen (4) Systems ansteuern, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Nickbewegung des anderen Systems (4) mittels mindestens eines Drehratensensors erfasst ist, dessen jeweiliger Messwert (ω1), vorzugsweise nur um einen vorgebbaren Faktor (L1) verstärkt, die absolute Vertikalgeschwindigkeit (vz1,1) als Eingangsgröße ergibt.

Description

Vorrichtung zur Schwingungsentkopplung zwischen zwei Systemen und Arbeitsmaschine
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Schwingungsentkopplung zwi schen zwei Systemen in Form von Feder-Masse-Schwingern, von denen ein System einer Bewegungsmaschine und das andere System einer auf die Be wegungsmaschine einwirkenden Bedienperson zugeordnet ist, das zumin- dest teilweise bei Verfahrbewegungen der Bewegungsmaschine Bewegun gen um eine Querachse ausführt und dabei Vertikalbewegungen in Rich tung einer vertikalen Hochachse mit einer absoluten Vertikalgeschwindig keit unterliegt, die als Eingangsgröße von Steuer- und/oder Regeleinrichtun gen dient, die zur Kompensation der Schwingungen ein Dämpfungssystem des einen und/oder anderen Systems ansteuern.
Aus der EP 1 018 445 A2 ist eine Baugruppe bekannt, die ein erstes Ele ment, ein zweites Element und ein steuerbares Federungssystem umfasst, das einen steuerbaren, zwischen dem ersten und dem zweiten Element an- geordneten Dämpfer und ein Steuersystem aufweist, das einen Beschleuni gungssensor zum Erfassen von Beschleunigungswerten des ersten Elements und einen Wegsensor zum Erfassen von Werten des Abstandes zwischen dem ersten und dem zweiten Element umfasst. Die durch den Beschleuni gungssensor erfassten Werte werden mittels eines Integrators integriert, wodurch sich die absolute Geschwindigkeit vabs des ersten Elements ergibt, und die durch den Wegesensor erfassen Werte werden mittels eines Filters differenziert, wodurch sich die relativen Geschwindigkeit vrei zwischen dem erstem und dem zweitem Element ergibt.
Das Steuersystem weist des Weiteren eine Steuereinheit auf, die unter Ver wendung einer Steuerstrategie, der eingangsseitig die absolute Geschwin digkeit vabs und die relativen Geschwindigkeit vrei zugeführt werden, eine gewünschte Dämpfungskraft Fdesired des steuerbaren Dämpfers bestimmt. Gemäß der Steuerstrategie ist insbesondere bei einem Produkt des Signals vabs und des Signals vrei von größer gleich 0 die gewünschte Dämpfungs kraft Fdesired gleich einem Produkt aus einer Verstärkung G, dem Signal vabs und einer Funktion, die von der absoluten Geschwindigkeit vabs und der relativen Geschwindigkeit vrel abhängig ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das erste Element einen Sitz und das zweite Element einen Rahmen, mit dem der Sitz verbunden ist.
Beschleunigungssensoren weisen regelmäßig einen sogenannten Offset auf, der bei der Integration der durch den Beschleunigungssensor erfassten Werte aufintegriert wird und in einer Drift des Signals der ermittelten abso luten Geschwindigkeit vabs resultiert, d. h. in einem Fehler dieses Signals. Zudem ist das Signal der relativen Geschwindigkeit vrelr das durch eine Ab leitung des durch den Wegesensor erfassten Signals ermittelt wird, regelmä ßig mit einem Rauschen behaftet. Bei Verwendung eines fehlerhaften Sig nals der absoluten Geschwindigkeit vabs und eines verrauschten Signals der relativen Geschwindigkeit vrel ist entsprechend das Signal der aus diesen Signalen ermittelte gewünschte Dämpfungskraft Fdesired ebenso fehlerbe haftet und/oder verrauscht.
In der Praxis wird die Drift bzw. der Fehler der absoluten Geschwindigkeit durch eine Hochpassfilterung zu korrigieren und wird zur Rauschreduzie- rung der relativen Geschwindigkeit das Rauschen durch eine Tiefpassfilte rung zu unterdrücken versucht. Die jeweilige Filterung der jeweiligen Ge schwindigkeit führt jedoch, insbesondere unabhängig von der jeweils ande ren Filterung, zu einer Verfälschung des Signals dieser Geschwindigkeit in Form eines Versatzes der Phase des ermittelten Geschwindigkeitssignals, der jeweils zu korrigieren ist.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannte Vorrichtung dahingehend zu verbessern, dass diese bei einfacher Ausbildung eine Entkopplung eines Systems von einem ande ren System derart bewirkt, dass bei Schwingungen des einen Systems durch Kompensation dieser Schwingungen mit hoher Genauigkeit das andere Sys tem schwingungsfrei bleibt.
Eine dahingehende Aufgabe ist durch eine Vorrichtung zur Schwingungs entkopplung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Gemäß dem Kennzeichen von Anspruch 1 ist die jeweilige Nickbewegung des anderen Systems mittels mindestens eines Drehratensensors erfasst, des sen jeweiliger Messwert, vorzugsweise nur um einen vorgebbaren Faktor verstärkt, die absolute Vertikalgeschwindigkeit als Eingangsgröße für die nachfolgende Systemansteuerung ergibt.
Dadurch, dass bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ermitteln der Winkelgeschwindigkeit des anderen Systems ein Drehratensensor zum Ein satz kommt, ist die Winkelgeschwindigkeit direkt von dem Sensor, nämlich ohne, insbesondere vorhergehende, komplexe Rechenoperationen, erhalt bar. Des Weiteren ergibt sich die absolute Vertikalgeschwindigkeit erfin dungsgemäß, insbesondere lediglich um einen vorgebbaren Faktor ver stärkt, direkt aus der durch den Drehratensensor erfassten Winkelgeschwin digkeit, so dass diesbezüglich allenfalls eine wenig komplexe Verstärkung notwendig ist. Im Vergleich zum Stand der Technik ist zum Erhalt der abso luten Geschwindigkeit keine Integration der durch den Beschleunigungs sensor erfassten Messwerte notwendig, durch die der Offset des Beschleuni gungssensors aufintegriert wird und in einer Drift der absoluten Geschwin digkeit resultiert.
Durch den einfachen Aufbau der Vorrichtung und die wenigen notwendi gen Komponenten ergibt sich eine einfach herstellbare und durch das Vor sehen allenfalls einer einfachen Verstärkung eine weniger fehlerbehaftete Ermittlung der absoluten Vertikalgeschwindigkeit, was die Genauigkeit der Schwingungskompensation erhöht.
Der erfindungsgemäße Drehratensensor kann als Micro-Electro-Mechanical System (MEMS), d. h. als mikromechanischer Sensor, mit insbesondere min destens einer gezielt zu Schwingungen angeregten Platte ausgeführt sein und auf dem Coriolis-Prinzip basieren. Bei derart ausgebildeten Sensoren wirkt die Corioliskraft bei einem Rotieren des Drehratensensors auf das MEMS, wobei die Reaktion des MEMS auf diese Anregung durch die Dreh bewegung in drei Dimensionen einzeln erfasst wird. Mikromechanische Sensoren haben den Vorteil, dass diese günstig im Handel erwerbbar sind. Vorzugsweise findet als Drehratensensor der im Produkt„HIT 1500" der HYDAC Electronic GmbH integrierte Drehratensensor Anwendung.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann das andere System bei Ver fahrbewegungen der Bewegungsmaschine Rollbewegungen um seine Längsachse ausführen und dabei weiteren Vertikalbewegungen in Richtung der vertikalen Hochachse mit einer weiteren absoluten Vertikalgeschwin digkeit unterliegen, die als weitere Eingangsgröße der Steuer- und/oder Re geleinrichtungen dienen. Dergestalt sind neben den Nickbewegungen des anderen Systems um seine Querachse auch Rollbewegungen des anderen Systems um seine Längsachse durch die erfindungsgemäße Vorrichtung kompensierbar. Die weitere absolute Vertikalgeschwindigkeit kann die ab solute Vertikalgeschwindigkeit überlagern und beide Geschwindigkeiten können sich insbesondere zu einer absoluten Vertikalgesamtgeschwindig keit aufaddieren.
Der vorgebbare Faktor kann von dem minimalsten Abstand der Querachse zu einem Punkt des anderen Systems, dessen absolute Vertikalgeschwindig keit ermittelt wird, und/oder von dem minimalsten Abstand der Längsachse zu einem weiteren Punkt des anderen Systems, dessen weitere absolute Vertikalgeschwindigkeit ermittelt wird, ableitbar sein, vorzugsweise ent spricht der Faktor dem jeweiligen minimalsten Abstand. Auch der Punkt kann dem weiteren Punkt entsprechen. Der jeweilige Punkt des anderen Systems im Sinne einer Stelle des anderen Systems ist fiktiv und ist ein integraler Bestandteil des anderen Systems. Zum Ermitteln des Produkts aus dem Faktor und der aus dem Drehratensensor ermittelten Winkelge schwindigkeit wird ein Hard- oder Software-implementierter Verstärker eingesetzt, dem eingangsseitig die jeweilige durch den Drehratensensor erfasste Winkelgeschwindigkeit zugeführt wird und der diese um den jewei ligen Faktor verstärkt, woraus sich die absolute Vertikalgeschwindigkeit oder die weitere absolute Vertikalgeschwindigkeit in Richtung der vertika len Hochachse ergibt. Dergestalt ist die absolute bzw. die weitere absolute Vertikalgeschwindigkeit auf besonders einfache Weise unter Verwendung kostengünstiger Hard- oder Software-implementierter technischer Mittel er mittelbar.
Der Punkt des anderen Systems, dessen absolute Vertikalgeschwindigkeit ermittelt wird, und/oder der weitere Punkt des anderen Systems, dessen weitere absolute Vertikalgeschwindigkeit ermittelt wird, kann an einem jeweiligen in Richtung der vertikalen Hochachse beweglichen Ende des anderen Systems angeordnet sein. Eine derartige Positionierung des Punktes an dem jeweiligen, insbesondere äußersten, sich bei einer Nick- oder Roll bewegung in Richtung der vertikalen Hochachse beweglichen Ende hat zum Vorteil, dass der Abstand zwischen Quer- oder Längsachse und diesem jeweiligen Punkt maximal ist, so dass der Faktor, um den die jeweilige durch den Drehratensensor erfasste Winkelgeschwindigkeit verstärkt wird, d. h. mit dem die jeweilige Winkelgeschwindigkeit multipliziert wird, ebenfalls maximal ist, wodurch möglichst hohe Werte und damit aussage kräftige Werte der absoluten bzw. der weiteren absoluten Vertikalge schwindigkeit erhaltbar sind. Es kann zur Ermittlung der absoluten Vertikal geschwindigkeit ein Verstärker und/oder zur Ermittlung der weiteren abso luten Vertikalgeschwindigkeit ein weiterer Verstärker vorgesehen sein.
Das Dämpfungssystem wird in Abhängigkeit von positiven und negativen absoluten bzw. weiteren absoluten Vertikalgeschwindigkeitswerten gesteu ert. So erfasst der Drehratensensor bei einer Bewegung des jeweiligen in Richtung der Hochachse beweglichen Endes des anderen Systems, an dem der jeweilige Punkt angeordnet ist, von dem einen System weg, eine posi tive Winkelgeschwindigkeit, so dass die ermittelte jeweilige absolute Verti kalgeschwindigkeit ebenfalls positiv ist. Bei einer Bewegung des jeweiligen in Richtung der Hochachse beweglichen Endes des anderen Systems, an dem der jeweilige Punkt angeordnet ist, zu dem einen System hin, erfasst der Drehratensensor hingegen eine negative Winkelgeschwindigkeit, wo durch die ermittelte absolute bzw. weitere absolute Vertikalgeschwindigkeit ebenfalls negativ ist.
Das andere System kann, bevorzugt mit seinem einen Ende, an dem einen System verschwenkbar um die Querachse oder die Längsachse angelenkt sein und, vorzugsweise an seinem anderen Ende, über mindestens ein Dämpfersystem mit dem einen System verbunden sein. Auch denkbar ist, dass das andere System mit dem einen System ausschließlich über, insbe sondere vier, Dämpfersysteme verbunden ist. Bei einem ausschließlichen Vorsehen von Dämpfersystemen verlaufen die Quer- und Längsachse des anderen Systems durch einen Schwerpunkt des anderen Systems und der Einrichtung, an dem das andere System gegebenenfalls befestigt ist.
Ein jeweiliges Dämpfersystem kann als Feder-Masse-Dämpfer System ausgebildet sein, wobei sich ein Feder-Masse-Dämpfer System dadurch auszeichnet, dass zwischen einer Masse und einer weiteren Masse oder einem Fixpunkt ein Dämpfer und eine Feder angeordnet sind. Die Feder dämpft passiv, wohingegen der Dämpfer als semi-aktiver oder aktiver Dämpfer ausgebildet sein kann.
Bei einem semi-aktiven Dämpfer wird durch eine Änderung seines
Dämpfungskoeffizienten die gewünschte Dämpfungswirkung erzielt. Aktive und semi-aktive Dämpfungssysteme haben gegenüber passiven Dämpfungs systemen den Vorteil, dass die Dämpfung des Dämpfers an den jeweiligen Betriebszustand des Systems, in dem der Dämpfer Anwendung findet, an passbar ist. Die semi-aktiven Dämpfungssysteme haben gegenüber aktiven Dämpfungssystemen, bei denen einem als Aktuator ausgebildeten Dämpfer Energie zugeführt werden muss, den Vorteil, dass der Energieaufwand ver ringert ist und das Regelungssystem für den Dämpfer weniger komplex ist. Die Steuerungs- bzw. Regelungsstrategie zur Ansteuerung des Dämpfers kann zumindest teilweise auf dem Skyhook-Ansatz basieren. Besonders be vorzugt ist das Dämpfungssystem jedoch als semi-aktives Dämpfungssystem ausgeführt, das mittels einer Regelungsstrategie nach dem Skyhook-Ansatz angesteuert wird. Es besteht aber auch die Möglichkeit ein aktives Feder- Dämpfer-System zu realisieren.
Zum Erfassen der Nickbewegung und der Rollbewegung kann ein einziger Drehratensensor vorgesehen sein. Denkbar ist auch, dass zum Erfassen der Nickbewegung ein Drehratensensor und zum Erfassen der Rollbewegung ein weiterer Drehratensensor vorgesehen ist. Jedenfalls erfasst der jeweilige Drehratensensor zumindest die Winkelgeschwindigkeit einer Nickbewegung des anderen Systems um seine Querachse und/oder die Rollbewegung des anderen Systems um seine Längsachse.
Das eine System kann mit der Bewegungsmaschine verbunden sein und das andere System kann mittelbar oder unmittelbar mit einem von der Bedien person nutzbaren„Cockpit" zum Ansteuern der Bewegungsmaschine ver bunden sein. Gemäß dem Patentanspruch 9 ist Gegenstand der Erfindung auch eine Ar beitsmaschine, insbesondere landwirtschaftliche Arbeitsmaschine, vorzugs weise ein Traktor, mit einer Bewegungsmaschine, einem von einer Bedien person nutzbaren„Cockpit" zum Ansteuern der Bewegungsmaschine und einer Vorrichtung zur Schwingungsentkopplung zwischen dem der Bewe- gungsmaschine zugeordneten, insbesondere mit der Bewegungsmaschine verbundenen, einen System und dem dem Cockpit zugeordneten, insbeson dere mit dem Cockpit mittelbar oder unmittelbar verbundenen, anderen System, nach einem der voranstehenden Ansprüche. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung können Schwingungen der
Bewegungsmaschine und von dieser abgegebene Stöße wirksam von dem Cockpit der Bewegungsmaschine, insbesondere der Fahrerkabine, entkop pelt werden, so dass das Cockpit im Betrieb der Arbeitsmaschine weitestge hend schwingungs- und stoßfrei verbleibt. Dergestalt ist sichergestellt, dass sich die Schwingungen und Stöße nicht negativ auf die Gesundheit einer Bedienperson der Arbeitsmaschine auswirken.
Im Folgenden wird der physikalische Hintergrund der erfindungsgemäßen Vorrichtung näher erläutert:
Der vorliegenden Erfindung liegt der physikalische Zusammenhang zugrun de, dass bei einer Bewegung eines Punktes auf einem Kreis die Bahn- oder Umlaufgeschwindigkeit v des Punktes auf dem Kreis gleich dem Produkt aus der Winkelgeschwindigkeit w und dem Radius des Kreises r ist, wobei die Winkelgeschwindigkeit w gleich der Ableitung des Rotationswinkels f nach der Zeit t ist:
Figure imgf000011_0001
Übertragen auf die vorliegende Erfindung ist der Punkt bei einer Nickbewe gung um die Querachse ein außerhalb der Querachse oder bei Rollbewe- gungen um die Längsachse ein außerhalb der Längsachse liegender Punkt des anderen Systems, der, falls die erfindungsgemäße Vorrichtung inaktiv oder nicht vorgesehen ist, durch Schwingungen des anderen Systems ange regt, Nickbewegung um die Querachse oder Rollbewegung um die Längs achse in Lorm von Bewegung auf einer Teilkreisbahn des Kreises um die je- weilige Quer- oder Längsachse durchführt, in der der Mittelpunkt des Krei ses liegt. Diese Schwingungen weisen jedoch im Vergleich zum Radius des Kreises r, der die Strecke zwischen Mittelpunkt des Kreises und dem Punkt des anderen Systems auf dem Kreis beschreibt, eine geringe Amplitude auf, so dass sich der Punkt auf einem sehr kurzen Kreisbahnabschnitt hin- und her bewegt, wodurch vorliegend die absolute Vertikalgeschwindigkeit vz l in Richtung der vertikalen Hochachse z durch die Bahn- oder Umlaufge schwindigkeit v des Punktes angenähert werden kann, wobei L dem Radius r entspricht und den Abstand zwischen dem Kreismittelpunkt auf der Quer oder Längsachse und dem Punkt des anderen Systems auf dem Kreis be- schreibt: dtp
v7 » v = w * L =—— * L = f * L z’r dt Ύ Im Folgenden wird eine erfindungsgemäße Vorrichtung und eine Arbeits maschine mit einer entsprechenden Vorrichtung anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt in nicht maßstäblicher Darstellung die
Fig. 1 a, b in einer schematischen, perspektivischen Prinzipdarstellung die erfindungsgemäße Vorrichtung jeweils mit unterschiedlichen Bezeichnungen versehen.
Wie Fig. 1 a und b zeigen, umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung zwei Systeme 2, 4 in Form von Feder-Masse-Schwingern, von denen das eine System 2 mit einer Bewegungsmaschine einer Arbeitsmaschine und das andere System 4 mit einer ein Cockpit zum Ansteuern der Bewegungsma schine aufweisenden Fahrerkabine der Arbeitsmaschine verbunden ist, wo bei die Arbeitsmaschine, die Bewegungsmaschine, die Fahrerkabine und das Cockpit in den Figuren nicht dargestellt sind. Das andere System 4 ist an seinem der Vorderseite der Arbeitsmaschine zugewandten Ende um eine Querachse Q verschwenkbar an zwei Anlenkstellen 6 an dem einen System 2 angelenkt und an seinem der Rückseite der Arbeitsmaschine zuge wandten Ende über zwei Dämpfungssysteme 8 in Form jeweils eines semi aktiven Feder-Dämpfer-Systems mit dem einen System 2 verbunden. Das jeweilige Feder-Dämpfer-System umfasst eine Feder 10 und einen in den Figuren nicht gezeigten Dämpfer. An dem anderen System 4 oder an der Fahrerkabine ist ein in den Figuren nicht dargestellter Drehratensensor zum Erfassen von Winkelgeschwindigkeitswerten angeordnet.
Fig. 1 a zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung in einem objektbezogenen Koordinatensystem (body frame) x, y, z, dessen Ursprung im Schwerpunkt S des anderen Systems und der Fahrerkabine liegt.
Insbesondere bei Verfahrbewegungen der Bewegungsmaschine kann das andere System 4 Nickbewegungen um die Querachse Q durchführen. Der Drehratensensor erfasst dabei Werte der Winkelgeschwindigkeit—w1 w1 des anderen Systems 4 um die Querachse Q, bei der sich das der Rückseite der Arbeitsmaschine zugewandte Ende des anderen Systems 4 zu dem ei nen System 2 hinbewegt bzw. von dem einen System 2 wegbewegt und da bei insbesondere eine Vertikalbewegung in Richtung einer vertikalen Hoch achse z mit einer negativen—vzl l bzw. positiven vzl l absoluten Vertikal geschwindigkeit (Fig. 1 b) ausführt, die sich aus dem Produkt der durch den Drehratensensor erfassten Werte der Winkelgeschwindigkeit— w1, w1 und einem Faktor in Form des minimalsten Abstandes L1 (Fig. 1 b) der Querach se Q zu einem Punkt P (Fig. 1 a) des anderen Systems 4, dessen absolute Vertikalgeschwindigkeit vzl l ermittelt wird, ergibt. Dazu werden die durch den Drehratensensor erfassten Werte der Winkelgeschwindigkeit w1 mittels eines Hard- oder Software-implementierten Verstärkers um den Faktor ver stärkt. In Fig. 1 a ist der Punkt P des anderen Systems 4, dessen absolute Vertikalgeschwindigkeit vzl l ermittelt wird, am äußersten, der Rückseite der Arbeitsmaschine zugewandten Ende der Arbeitsmaschine angeordnet.
Die derart ermittelte absolute Vertikalgeschwindigkeit vzl l wird einer in den Figuren nicht dargestellten Steuer- und/oder Regeleinrichtung zuge führt, die die Dämpfungssysteme 8 zur Kompensation der Schwingungen des anderen Systems 4 mittels einer Regelungsstrategie nach dem Skyhook- Ansatz in Abhängigkeit der absoluten Vertikalgeschwindigkeit vzl l ansteu ert und derart die Systeme voneinander Schwingungsentkoppelt. Bei einer nicht näher dargestellten Ausführungsform ist die jeweilige Anlenkstelle 6 aus einem Feder- und/oder Dämpfersystem gebildet, vergleichbar dem mit 8 in den Figuren bezeichneten System.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1 . Vorrichtung zur Schwingungsentkopplung zwischen zwei Systemen (2, 4) in Form von Feder-Masse-Schwingern, von denen ein System (2) einer Bewegungsmaschine und das andere System (4) einer auf die Bewegungsmaschine einwirkenden Bedienperson zugeordnet ist, das zumindest teilweise bei Verfahrbewegungen der Bewegungs maschine Bewegungen um eine Querachse (Q) ausführt und dabei Vertikalbewegungen in Richtung einer vertikalen Hochachse (z) mit einer absoluten Vertikalgeschwindigkeit (vzl l) unterliegt, die als Eingangsgröße von Steuer- und/oder Regeleinrichtungen dient, die zur Kompensation der Schwingungen ein Dämpfungssystem (8) des einen (2) und/oder anderen (4) Systems ansteuern, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Nickbewegung des anderen Systems (4) mittels mindestens eines Drehratensensors erfasst ist, dessen jeweiliger Messwert (a^), vorzugsweise nur um einen vorgebbaren Faktor (ί ) verstärkt, die absolute Vertikalgeschwindig keit (vzl l) als Eingangsgröße ergibt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das andere System (4) bei Verfahrbewegungen der Bewegungsmaschine Rollbewegungen um seine Längsachse ausführen kann und dabei weiteren Vertikalbewegungen in Richtung der vertikalen Hochachse (z) mit einer weiteren absoluten Vertikalgeschwindigkeit (vz2,i) unterliegt, die als weitere Eingangsgröße der Steuer- und/oder Regel einrichtungen dient.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgebbare Faktor von dem minimalsten Abstand (L ) der Querachse (Q) zu einem Punkt (R ) des anderen Systems (4), dessen absolute Vertikalgeschwindigkeit (vzl l) ermittelt wird, und/oder von dem minimalsten Abstand ( 2) der Längsachse zu einem weiteren Punkt (P2) des anderen Systems (4), dessen weitere absolute
Vertikalgeschwindigkeit (vz2 1) ermittelt wird, ableitbar ist.
4. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Punkt (P ) des anderen Systems (4), dessen absolute Vertikalgeschwindigkeit (vzl l) ermittelt wird, und/oder der weitere Punkt (P2) des anderen Systems (4), dessen weitere absolute Vertikalgeschwindigkeit (vz2 l) ermittelt wird, an einem jeweiligen in Richtung der vertikalen Hochachse (z) beweglichen Ende des anderen Systems (4) angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das andere System (4), insbesondere mit seinem einen Ende, an Anlenkstellen (6) an dem einen System (2) verschwenkbar um die Querachse (Q) oder die Längsachse angelenkt ist und zwischen dem anderen System (4) und dem einen System (2) das Dämpfungssystem (8) vorgesehen ist.
6. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch den jeweiligen Drehratensensor zumindest die Winkelgeschwindigkeit (w^ w2) der jeweiligen Nickbewegung des anderen Systems (4) um die Quer(Q)- und/oder Längsachse erfassbar ist.
7. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungssystem (8) als semi-aktives oder aktives Leder-Dämpfer-System ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das eine System (2) mit der Bewegungs maschine verbunden ist und das andere System (4) mittelbar oder unmittelbar mit einem von der Bedienperson nutzbaren Cockpit zum Ansteuern der Bewegungsmaschine verbunden ist.
9. Arbeitsmaschine, insbesondere landwirtschaftliche Arbeitsmaschine, mit einer Bewegungsmaschine, einem von einer Bedienperson nutzbaren Cockpit zum Ansteuern der Bewegungsmaschine und einer Vorrichtung zur Schwingungsentkopplung zwischen einem der Bewegungsmaschine zugeordneten einen System (2) und einem dem Cockpit zugeordneten anderen System (4), nach einem der voranstehenden Ansprüche.
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