WO2013013821A1 - Steuervorrichtung - Google Patents

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WO2013013821A1
WO2013013821A1 PCT/EP2012/003150 EP2012003150W WO2013013821A1 WO 2013013821 A1 WO2013013821 A1 WO 2013013821A1 EP 2012003150 W EP2012003150 W EP 2012003150W WO 2013013821 A1 WO2013013821 A1 WO 2013013821A1
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WO
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control device
sensor
working arm
load
movement speed
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PCT/EP2012/003150
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Fabian HARTMANN
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Hydac System GmbH
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Hydac System GmbH
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/26—Indicating devices
    • E02F9/264—Sensors and their calibration for indicating the position of the work tool
    • E02F9/265—Sensors and their calibration for indicating the position of the work tool with follow-up actions (e.g. control signals sent to actuate the work tool)
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66F—HOISTING, LIFTING, HAULING OR PUSHING, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, e.g. DEVICES WHICH APPLY A LIFTING OR PUSHING FORCE DIRECTLY TO THE SURFACE OF A LOAD
    • B66F17/00—Safety devices, e.g. for limiting or indicating lifting force
    • B66F17/003—Safety devices, e.g. for limiting or indicating lifting force for fork-lift trucks
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/2025—Particular purposes of control systems not otherwise provided for
    • E02F9/2033—Limiting the movement of frames or implements, e.g. to avoid collision between implements and the cabin

Definitions

  • the invention relates to a control device for preventing inadmissibly high tilting moments on a, equipped with at least one actuating device movable, in particular changeable in the insert working arm, mobile work machine.
  • DE 10 2009 018 072 A1 relates to a mobile working machine which has a telescopic working arm, which is pivotably connected at one end to the vehicle-like mobile working machine and at its other opposite end, the working arm has a movable working device, for example of the type a fork on.
  • An actuating kinematics is used to set and move both the working arm and the implement relative to the working machine.
  • the work machine also has a central control unit, which coordinates the change of position of the work arm and implement as well as the movement of the work machine in the form of the vehicle and monitors and controls it in cooperation with the central sensors.
  • An acceleration sensor monitors the movement dynamics of the driven machine and the effect of gravitational acceleration on the work machine and limits and regulates the accelerations in cooperation with the central control unit. In this way, a reliable data provision for the state recognition of driving dynamics variables of the mobile arena is provided.
  • Working machine in terms of speed change, lateral acceleration and vehicle inclination created to ensure such a stable working with the mobile work machine together with telescopic arm.
  • the present invention seeks to provide a control device for preventing unacceptably high tilting moments on a mobile machine with a movable, in particular telescopic working arm, which is particularly reliable in a simple construction and the performance of the machine during operation the same and the working arm substantially not impaired.
  • a support of the working arm rotatable in at least one direction is associated with at least one traveling part of the mobile working machine, that at least one load sensor for mood a Auflagelast on at least one of the driving parts and at least one angle sensor for determining at least one of the angular positions of the working arm is provided relative to the driving part, that an evaluation and control device is provided with a computing unit for evaluating the signals of the respective load sensor and the respective angle sensor or to the control of the respective actuator that, using the evaluation and control device at least by processing the incoming signals of the load sensor and the angle sensor, a maximum possible, the respective impermissible overturning moment preventing movement speed is determined for the moving working arm and that derge stalt the jewei time control device so working arm drives, that the determined maximum movement speed is not exceeded for each movement position of the working arm.
  • a maximum possible movement speed for the movable working arm which prevents the respectively inadmissible tilting moment, is determined at least by processing the incoming signals of the load sensor and the angle sensor.
  • the pertinent actuator controls the working arm so that the determined maximum speed of movement is not exceeded for each displacement position of the working arm.
  • the speed of movement of the working arm of the mobile work machine is limited by the control device to a maximum possible extent, so that prevents unintentional tilting of the machine and to that extent the reliability is increased, while the working speed and extent the performance of the mobile machine is not affected.
  • telelads equipped with a working arm work machines are referred to technical terms as telelads.
  • the maximum speed of movement for the movable working arm is calculated.
  • the maximum movement speed can thus be calculated "online" by the computing unit (CPU) from the physical relationships.
  • An alternative to this approach may be to include a so-called map in the considerations.
  • a motion velocity characteristic field is stored in the arithmetic unit, preferably the arithmetic unit (CPU) of the control and working device, which can serve as a setpoint specification for the maximum movement velocity to be calculated.
  • the application of a perturbing speed characteristic field in a special way makes it possible to quickly and reliably determine the respective possible maximum movement speed of the working arm.
  • the calculation or determination of the maximum movement speed for the working arm is preceded by estimation or determination of the load mass to be moved, which enters into the calculation for the maximum movement speed as an input variable. It is advantageous to use the incoming signals of the respective load sensor and of the respective angle sensor as well as of another sensor of the mobile working machine for determining a further operating parameter of the mobile working machine, such as a current load mass to be moved or a total mass with inclusion of the center of gravity.
  • the application of the further sensor for determining at least one further operating parameter represents a further technical measure to make the calculation of the maximum possible movement speed of the working arm precise. As a result, in turn, the overall working speed of the mobile machine is increased.
  • a sensor can be used, which determines the current effective operating length of the working arm.
  • the further sensor can also be advantageous to use the further sensor to determine the total mass taking into account the center of gravity and to design it in such a way that the sensor is mounted on another driving part of the mobile
  • a pertinent embodiment of the control device is particularly preferably used in a mobile work machine whose respective travel part has at least one driving axis on which the respectively assignable load sensor determines the bearing load.
  • the actuator for moving the working arm of the mobile work machine i. for changing the length of use and / or lifting height of the working arm
  • the control device of at least one actuator preferably in the form of a hydraulic working cylinder, formed.
  • the hydraulic working cylinder can be formed in a single or double-acting manner, the evaluation and control device preferably being used for its control, and the evaluation and control device is arranged within a hydraulic control circuit supplying the hydraulic working cylinder with hydraulic medium.
  • control device can be used in any type of mobile machines, but especially in mobile machines in the form of a loading crane, a telescopic loader, a wheel loader, an agricultural tractor or utility vehicle with front loader or rear loader, or with side loaders, or in the manner of a construction machine, such as an excavator or shovel loader, or in the manner of a military vehicle, for example in the form of a recovery tank.
  • a construction machine such as an excavator or shovel loader
  • military vehicle for example in the form of a recovery tank.
  • the respective driving part of the mobile working machine can be constructed in different ways, in particular in the form of a
  • Wheel set a chain or caterpillar drive or as a suspended magnetic part.
  • the invention with reference to an embodiment shown in the drawing is explained in detail. Show it:
  • a control device designated as a whole by 1, for preventing inadmissibly high tilting moments MA on a working arm 5 which is movable by at least one actuating device 3 and in particular variable in the operating length L, is provided in each case in a highly simplified functional diagram , mobile work machine 7 shown.
  • the mobile work machine 7 is gebi Lend in the manner of a telehandler.
  • a support 9 of the rotatable in at least one direction working arm 5 a driving part 1 1 of the mobile machine 7 is assigned.
  • the working arm 5 is pivotally connected to the adoptedei l 1 1 with the aid of the support 9 in that the working arm 5 in the direction of observation of Figures 1 a and 1 b at least in the respective image plane, which can form a vehicle longitudinal center plane, in a clockwise direction or is pivotable counterclockwise. It is a load sensor 13 for determining a support load on the traveling part 1 1 and an angle sensor 15 for determining at least one of the angular positions of the working arm 5 relative to the driving part 1 1 is provided which also serves to determine the maximum speed of movement, especially if this without use a map "online" from the physical relationships is calculated.
  • the control device 1 comprises an evaluation and control unit 1 7 with a computing unit CPU for evaluating the signals of the load sensor 1 3 and the angle sensor 1 5 and to determine the maximum movement speed Vmax.
  • the evaluation and control unit 1 7 is also used to control the actuating device 3.
  • the control device 1 shown in Figures 1 a and 1 b is mainly or exclusively use of the evaluation and control device 17 by processing at least the incoming signals of the load sensor 1 3 and the angle sensor 1 5 a maximum possible, the respective impermissible tipping moment MA preventing movement speed Vmax determined for the moving working arm 5. It may also be advantageous to use a further control unit not shown in the figures for this purpose.
  • the respective actuating device 3 then controls the working arm 5 such that the determined maximum movement speed Vmax is not exceeded for each displacement position of the working arm 5.
  • a characteristic field may be considered as an alternative to the "C" nline determination of the maximum movement speed
  • a movement speed characteristic field is set as a target for the calculated maximum movement speed Vmax
  • an estimation or determination of the load mass to be moved ITIL be preceded, wherein the load mass nru as an input into the calculation for the maximum movement speed Vmax included.
  • a further sensor 19 is provided for determining at least one further operating parameter of the mobile working machine 7.
  • the further sensor 1 is used in the exemplary embodiment shown in FIG. 1 a for determining the current load mass mi to be moved and is denoted by 20.
  • the further sensor 19, with the aid of the evaluation and control unit 1 7 serves to determine the total mass m c of the mobile working machine 7 and is denoted by 25.
  • the sensor 25 in this case measures a further support load F2 on a further travel part 21 of the mobile work machine.
  • a center of gravity of the mobile work machine 7 can be determined with the aid of the incoming signals of the respective load sensor 13 and of the respective angle sensor 15 and of the sensor 25.
  • the sensor 20 is used to measure the current length of the working arm 5, which is designed telescopic, wherein the pertinent current length is essentially determined by the distance between the longitudinal axis 37 of the support 9 and a fictitious line of action
  • the load mass iru results, which in the illustration according to FIG. 1 passes through the load arrow designated rr.
  • the effective insertion length L which, as shown in FIG. 1 a, is then determined together with the computing unit CPU by the already described evaluation and control unit 1 7 according to the usual trigonometric functions. in turn defined by the length between the longitudinal axis 37 of the support 9 and the already mentioned fictitious line of action.
  • the mobile working machine 7 has two driving axles 23, 24, which form the respective driving parts 11, 21. At the driving axes 23, 24 determine the respective assignable sensors 1 3, 25, the respective support load F i, F2.
  • the actuating devices 3 serve to move the working arm 5 and to change the effective insertion length L and / or the lifting height H of the working arm 5 and are each in the form of at least one actuator 27 a hydraulic working cylinder 28 is formed.
  • the hydraulic cylinder 28 is arranged with its cylinder-side and piston rod side end hinged to the mobile machine 7 and the working arm 5.
  • the respective working arms 5 are each formed of three mutually telescoping individual members 29, 30, 31.
  • the evaluation and control unit 17 controls the actuator 27 by controlling components, such as valves, of a hydraulic control circuit 32 supplying the actuator 27 with hydraulic medium.
  • the mobile work machine 7 can be configured manifold and instead of the telehandler shown in the form of a loading crane, a wheel loader, an agricultural utility or towing vehicle with front loader or with rear loader or side loader, or in the manner of Construction machine, or in the manner of a military vehicle, such as a recovery tank, may be formed.
  • the respective driving parts 1 1, 21, as shown, in the manner of a wheelset 33, 35 may be formed with arranged on each of the driving axle 23, 24 wheels.
  • the respective relationei le as chain or caterpillar drive or as a wheelless magnetic suspended part, as is known in particular for industrial trucks, which are used for transport purposes on production or assembly lines form.
  • the evaluation and control unit 1 7 processes the sensor signals of the load sensor 1 3, the angle sensor 1 5 and the sensor 20, which are used in the embodiment shown, inter alia, for measuring the telescopic position of the working arm 5 formed as a telescopic arm.
  • the evaluation and control unit 1 7 is using the sensor signals of the angle sensor 1 5 and the sensor 20 in a position to calculate the effective insertion length L of the working arm 5.
  • the evaluation and control unit 17 in particular of its arithmetic unit CPU, the current load mass rrn calculated.
  • the evaluation and control unit 1 7 selects an associated, maximum movement speed Vmax for the working arm 5 from a movement speed characteristic field stored in the arithmetic unit CPU as a target specification.
  • the maximum movement speed Vmax for the working arm 5 can also be calculated without reference to the movement speed characteristic field. Due to the calculation method of the maximum movement speed Vmax according to the invention, on the one hand, the possible total working speed of the mobile work machine 7 is limited to the most necessary extent and, on the other hand, the coupling of dynamic measurement errors, as occurs, for example, when using accelerometers. tion sensors on such machines are known, completely prevented.
  • the calculated maximum movement speed Vmax thus represents a safe operating parameter for the mobi le work machine 7 and their operation, which also limits the working speed of the mobile machine 7 only on a necessary, the unacceptable tilting moment MA preventing measure.
  • FIG. 3 likewise shows the function of the control device 1 in the mobile working machine 7, as shown in FIG. 1 b, in the manner of a greatly simplified flow chart.
  • the evaluation and control unit 1 7 of the control device 1 processed in the embodiment shown, the sensor signals of the load sensor 13, the sensor 25 and the angle sensor 1 5. Due to the information of the sensor signals is the evaluation and control unit 1 7 and in particular its CPU CPU in the Able to calculate the total mass mc of the mobile work machine 7. Furthermore, due to the measured load distribution at the two driving axes 23, 24 of the mobile machine, the evaluation and control unit 1 7 in a position to calculate the current position of the center of gravity S of the mobile machine 7.
  • the arithmetic unit CPU can calculate the respective effective insertion length L of the working arm 5 via suitable algorithms, not shown in greater detail. Based on the measured and calculated values, the evaluation and control unit 1 7 again selects the respectively maximum possible movement speed Vmax of the working arm 5 from a movement speed characteristic field stored in the arithmetic unit CPU and controls the actuation device 3.

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Abstract

Eine Steuervorrichtung zum Verhindern unzulässig hoher Kippmomente (MA) an einer mobilen Arbeitsmaschine (7), wobei ein Auswerte- und Steuergerät (17) mit einer Recheneinheit (CPU) zur Auswertung der Signale des jeweiligen Lastsensors (13) und des jeweiligen Winkelsensors (15) bzw. zur Ansteuerung der jeweiligen Betätigungseinrichtung (3) vorhanden ist, wobei unter Verwendung des Auswerte- und Steuergerätes (17) zumindest durch Verarbeiten der eingehenden Signale des Lastsensors (13) und des Winkelsensors (15) eine maximal mögliche, das jeweils unzulässige Kippmoment (MA) verhindernde Bewegungsgeschwindigkeit (Vmax) für den bewegten Arbeitsarm (5) ermittelt wird, und wobei die jeweilige Betätigungseinrichtung (3) derart den Arbeitsarm (5) ansteuert, dass die ermittelte maximale Bewegungsgeschwindigkeit (Vmax) für jede Verfahrstellung des Arbeitsarmes (5) nicht überschritten wird.

Description

Ί
Steuervorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung zum Verhindern unzulässig hoher Kippmomente an einer, mit einem, von mindestens einer Betätigungseinrichtung bewegbaren, insbesondere in der Einsatzlänge veränderbaren Arbeitsarm ausgestatteten, mobilen Arbeitsmaschine.
Die DE 10 2009 018 072 A1 betrifft eine mobile Arbeitsmaschine, die einen teleskopierbaren Arbeitsarm aufweist, der mit seinem einen Ende an der fahrzeugartigen mobilen Arbeitsmaschine schwenkbar angelenkt ist und an seinem anderen gegenüberliegenden Ende weist der Arbeitsarm ein be- wegbares Arbeitsgerät, beispielsweise in der Art einer Lastgabel auf. Eine Betätigungskinematik dient dem Einstellen und Bewegen sowohl des Arbeitsarmes als auch des Arbeitsgerätes relativ zur Arbeitsmaschine.
Die Arbeitsmaschine weist ferner ein zentrales Steuergerät auf, das die Stel- lungsänderung von Arbeitsarm und Arbeitsgerät sowie die Bewegung der Arbeitsmaschine in Form des Fahrzeugs koordiniert und in Zusammenwirken mit den zentralen Sensoren überwacht und regelt. Ein Beschleunigungssensor überwacht dabei die Bewegungsdynamik der Arbeitsmaschine und die Wirkung der Erdbeschleunigung auf die Arbeitsmaschine und be- grenzt und regelt dabei in Zusammenwirken mit dem zentralen Steuergerät die Beschleunigungen. Dergestalt ist eine zuverlässige Datenbereitstellung für die Zustandserkennung von fahrdynamischen Größen der mobilen Ar- beitsmaschine in Bezug auf Geschwindigkeitsänderung, Querbeschleunigung und Fahrzeugneigung geschaffen, um dergestalt ein kippstabiles Arbeiten mit der mobilen Arbeitsmaschine nebst teleskopierbarem Arm sicherzustellen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Steuervorrichtung zum Verhindern unzulässig hoher Kippmomente an einer mobilen Arbeitsmaschine mit bewegbarem, insbesondere teleskopierbarem Arbeitsarm zu schaffen, die bei einem einfachen Auf- bau besonders betriebssicher ist und die Leistungsfähigkeit der Arbeitsmaschine beim Betrieb derselben sowie des Arbeitsarmes im Wesentlichen nicht beeinträchtigt.
Diese Aufgabe wird mit einer Steuervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 in seiner Gesamtheit gelöst.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein Auflager des in mindestens einer Richtung drehbaren Arbeitsarmes mindestens einem Fahrteil der mobilen Arbeitsmaschine zugeordnet ist, dass mindestens ein Lastsensor zur Be- Stimmung einer Auflagelast an zumindest einem der Fahrteile und mindestens ein Winkelsensor zur Bestimmung mindestens einer der Winkellagen des Arbeitsarmes relativ zum Fahrteil vorgesehen ist, dass ein Auswerte- und Steuergerät mit einer Recheneinheit zur Auswertung der Signale des jeweiligen Lastsensors und des jeweiligen Winkelsensors bzw. zur Ansteue- rung der jeweiligen Betätigungseinrichtung vorhanden ist, dass unter Verwendung des Auswerte- und Steuergerätes zumindest durch Verarbeiten der eingehenden Signale des Lastsensors und des Winkelsensors eine maximal mögliche, das jeweils unzulässige Kippmoment verhindernde Bewegungsgeschwindigkeit für den bewegten Arbeitsarm ermittelt ist und dass derge- stalt die jewei lige Betätigungseinrichtung derart den Arbeitsarm ansteuert, dass die ermittelte maximale Bewegungsgeschwindigkeit für jede Verfahrstellung des Arbeitsarmes nicht überschritten ist.
Unter Verwendung des Auswerte- und Steuergeräts ist zumindest durch Verarbeiten der eingehenden Signale des Lastsensors und des Winkelsensors eine maximal mögliche, das jeweils unzulässige Kippmoment verhindernde Bewegungsgeschwindigkeit für den bewegbaren Arbeitsarm ermittelt. Die dahingehende Betätigungseinrichtung steuert den Arbeitsarm derart an, dass die ermittelte maximale Bewegungsgeschwindigkeit für jede Verfahrstellung des Arbeitsarmes nicht überschritten wird. Durch die erfindungsgemäße Steuervorrichtung , die konstruktiv einfach aufbauen kann, werden dynamische Messfehler verhindert, die eine fehlerhafte Bestimmung der größtmöglichen Bewegungsgeschwindigkeit verfälschen könnten, wie dies ansonsten durch betriebsbedingte Beschleunigungen an der mobilen Arbeitsmaschine möglich wäre. Die Bewegungsgeschwindigkeit des Arbeitsarms der mobilen Arbeitsmaschine wird von der Steuervorrichtung insoweit auf ein jeweils maximal mögliches Maß begrenzt, so dass ein ungewolltes Kippen der Arbeitsmaschine verhindert und insoweit die Betriebssicherheit erhöht ist, wobei gleichzeitig die Arbeitsgeschwindigkeit und insoweit die Leistungsfähigkeit der mobilen Arbeitsmaschine nicht beeinträchtigt wird. Dahingehend mit einem Arbeitsarm ausgestatte Arbeitsmaschinen werden fachsprachlich auch als Telelader bezeichnet.
Mit Hilfe einer Recheneinheit, vorzugsweise der Recheneinheit (CPU) des Auswerte- und Steuergerätes, wird die maximale Bewegungsgeschwindigkeit für den bewegbaren Arbeitsarm berechnet. Die maximale Bewegungsgeschwindigkeit kann insoweit also„online" durch die Recheneinheit (CPU) aus den physikalischen Zusammenhängen berechnet werden. Eine Alternative zu diesem Lösungsansatz kann darin bestehen, ein sogenanntes Kennfeld in die Überlegungen mit einzubeziehen. Hierzu ist in der Recheneinheit, vorzugsweise der Recheneinheit (CPU) des Steuer- und Arbeitsgerätes ein Bewegungsgeschwindigkeits-Kennlinienfeld abgelegt, wel- ches als Soll-Vorgabe für die zu berechnende maximale Bewegungsgeschwindigkeit dienen kann. Die Anwendung eines dahingehenden Bewe- gungsgeschwindigkeits-Kennlinienfeldes ermöglicht in besonderer Weise ein rasches und sicheres Bestimmen der jeweiligen möglichen maximalen Bewegungsgeschwindigkeit des Arbeitsarmes.
In einem vortei lhaften Ausführungsbeispiel der Steuervorrichtung ist vorgesehen, dass der Berechnung oder Ermittlung der maximalen Bewegungsgeschwindigkeit für den Arbeitsarm ein Schätzen oder ein Ermitteln der zu bewegenden Lastmasse vorgeschaltet ist, die als Eingangsgröße in die Be- rechnung für die maximale Bewegungsgeschwindigkeit eingeht. Es ist vorteilhaft, für das Ermitteln eines weiteren Betriebsparameters der mobilen Arbeitsmaschine, wie eine aktuelle zu bewegende Lastmasse oder eine Gesamtmasse unter Einbezug der Schwerpunktlage, die eingehenden Signale des jeweiligen Lastsensors und des jeweiligen Winkelsensors sowie eines weiteren Sensors der mobilen Arbeitsmaschine heranzuziehen.
Die Anwendung des weiteren Sensors zur Ermittlung zumindest eines weiteren Betriebsparameters stellt eine weitere technische Maßnahme dar, die Berechnung der maximal möglichen Bewegungsgeschwindigkeit des Ar- beitsarmes präzise zu gestalten. Dadurch wiederum ist insgesamt die Arbeitsgeschwindigkeit der mobilen Arbeitsmaschine gesteigert.
Als weiterer Sensor zur Ermittlung zumindest eines weiteren Betriebsparameters kann ein Sensor herangezogen werden, der die aktuelle wirksame Einsatzlänge des Arbeitsarmes ermittelt. Über die Kenntnis der aktuellen wirksamen Einsatzlänge des Arbeitsarmes - gemeint ist hier fachsprachlich der„Lastarm" - kann das jeweils aktuelle Drehmoment an dem Auflager des Arbeitsarmes ermittelt werden. Es kann auch vorteilhaft sein, den weiteren Sensor zur Ermittlung der Gesamtmasse unter Einbezug der Schwerpunktlage heranzuziehen und so zu gestalten, dass der Sensor an einem weiteren Fahrteil der mobilen Arbeitsmaschine eine weitere Auflagelast ermittelt. Eine dahingehende Ausführungsform der Steuervorrichtung ist besonders bevorzugt in einer mobilen Arbeitsmaschine einsetzbar, deren jeweiliges Fahrteil mindestens eine Fahrachse aufweist, an dem der jeweils zuorden- bare Lastsensor die Auflagelast ermittelt.
Die Betätigungseinrichtung zum Bewegen des Arbeitsarmes der mobilen Arbeitsmaschine, d.h. zum Verändern der Einsatzlänge und/oder Hubhöhe des Arbeitsarmes, ist in einer vorteilhaften Ausführungsform der Steuervorrichtung aus mindestens einem Aktuator, vorzugsweise in Form eines hy- draulischen Arbeitszylinders, gebildet. Der hydraulische Arbeitszylinder kann einfach oder doppelt wirkend gebildet sein, wobei vorzugsweise zu dessen Ansteuerung das Auswerte- und Steuergerät herangezogen ist, und das Auswerte- und Steuergerät ist innerhalb eines, den hydraulischen Arbeitszylinder mit Hydraulikmedium versorgenden hydraulischen Steuerkrei- ses angeordnet.
Es versteht sich, dass die erfindungsgemäße Steuervorrichtung in jedweder Art von mobilen Arbeitsmaschinen einsetzbar ist, insbesondere jedoch in mobilen Arbeitsmaschinen in der Art eines Ladekrans, eines Teleskopladers, eines Radladers, eines landwirtschaftlichen Zug- oder Nutzfahrzeuges mit Frontlader- oder Hecklader, oder mit Seitenlader, oder in der Art einer Baumaschine, wie eines Baggers oder Schaufelladers, oder in der Art eines militärischen Fahrzeugs, beispielsweise in Form eines Bergepanzers. Daraus ergibt sich, dass das jeweilige Fahrteil der mobilen Arbeitsmaschine in un- terschiedlicher Weise aufgebaut sein kann, insbesondere in Form eines
Radsatzes, eines Ketten- oder Raupenantriebs oder als Magnet-Schwebeteil. Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
Fig.1 a, 1 b jeweils in der Art einer stark vereinfachten Funktionsskizze ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung in einer als Teleskoplader gebildeten, mobilen Arbeitsmaschine integriert;
Fig.2 in der Art eines stark vereinfachten Flussdiagramms die
Funktion eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung; und
Fig.3 in der Art eines stark vereinfachten Flussdiagramms die
Funktion eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung.
In den Figuren 1 a und 1 b ist jeweils in einer stark vereinfachten Funktionsskizze eine als Ganzes mit 1 bezeichnete Steuervorrichtung zum Verhindern unzulässig hoher Kippmomente MA an einer, mit einem, von mindestens einer Betätigungseinrichtung 3 bewegbaren, insbesondere in der Einsatzlänge L veränderbaren Arbeitsarm 5 ausgestatteten, mobilen Arbeitsma- schine 7 gezeigt. Die mobile Arbeitsmaschine 7 ist in der Art eines Teleskopladers gebi ldet. Dabei ist ein Auflager 9 des in mindestens einer Richtung drehbaren Arbeitsarmes 5 einem Fahrteil 1 1 der mobilen Arbeitsmaschine 7 zugeordnet. Der Arbeitsarm 5 ist mit Hilfe des Auflagers 9 gelenkig mit dem Fahrtei l 1 1 dahingehend verbunden, dass der Arbeitsarm 5 in Be- trachtungsrichtung der Figuren 1 a und 1 b zumindest in der jeweiligen Bildebene, die eine Fahrzeug-Längsmittelebene bilden kann, im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn verschwenkbar ist. Es ist ein Lastsensor 13 zur Bestimmung einer Auflagelast im an dem Fahrteil 1 1 und ein Winkelsensor 15 zur Bestimmung mindestens einer der Winkellagen des Arbeitsarmes 5 relativ zu dem Fahrteil 1 1 vorgesehen, der auch der Ermittlung der maximalen Bewegungsgeschwindigkeit dient, insbesondere wenn diese ohne Einsatz eines Kennfeldes„online" aus den physikalischen Zusammenhängen berechnet wird.
Die Steuervorrichtung 1 umfasst ein Auswerte- und Steuergerät 1 7 mit einer Recheneinheit CPU zur Auswertung der Signale des Lastsensors 1 3 und des Winkelsensors 1 5 sowie zur Ermittlung der maximalen Bewegungsgeschwindigkeit Vmax. Das Auswerte- und Steuergerät 1 7 dient auch zur An- steuerung der Betätigungseinrichtung 3. In den in den Figuren 1 a und 1 b gezeigten Ausführungsbeispielen der Steuervorrichtung 1 wird unter haupt- sächlicher oder ausschließlicher Verwendung des Auswerte- und Steuergeräts 17 durch Verarbeiten zumindest der eingehenden Signale des Lastsensors 1 3 und des Winkelsensors 1 5 eine maximal mögliche, das jeweils unzulässige Kippmoment MA verhindernde Bewegungsgeschwindigkeit Vmax für den bewegten Arbeitsarm 5 ermittelt. Es kann auch vorteilhaft sein, eine in den Figuren nicht näher dargestellte weitere Steuereinheit hierzu zu verwenden. Die jeweilige Betätigungseinrichtung 3 steuert daraufhin den Arbeitsarm 5 so an, dass die ermittelte maximale Bewegungsgeschwindigkeit Vmax für jede Verfahrstellung des Arbeitsarmes 5 nicht überschritten wird. Alternativ zur„C)nline"-Ermittlung der maximalen Bewegungsgeschwindigkeit kann der Einsatz eines Kennfeldes in Betracht kommen. Zu diesem Zweck ist in der Recheneinheit CPU des Auswerte- und Steuergerätes 1 7 ein Bewegungsgeschwindigkeits-Kennlinienfeld als Soll-Vorgabe für die berechnete maximale Bewegungsgeschwindigkeit Vmax abgelegt. Zur Be- rechnung der maximalen Bewegungsgeschwindigkeit Vmax für den Arbeitsarm 5 kann unter Verwendung des Auswerte- und Steuergeräts 1 7, insbe- sondere unter Verwendung der Recheneinheit CPU, ein Schätzen oder ein Ermitteln der zu bewegenden Lastmasse ITIL vorgeschaltet sein, wobei die Lastmasse nru als Eingangsgröße in die Berechnung für die maximale Bewegungsgeschwindigkeit Vmax mit eingeht. Wie in beiden in den Figuren 1 a und Ί b gezeigten Ausführungsbeispielen ersichtlich, ist ein weiterer Sensor 19 zur Ermittlung zumindest eines weiteren Betriebsparameters der mobilen Arbeitsmaschine 7 vorgesehen. Der weitere Sensor 1 dient in dem in Fig. 1 a gezeigten Ausführungsbeispiel zur Ermittlung der aktuellen, zu bewegenden Lastmasse mi und ist mit 20 bezeichnet. Bei dem in Fig. 1 b gezeig- ten Ausführungsbeispiel dient der weitere Sensor 19 unter Zuhilfenahme des Auswerte- und Steuergerätes 1 7 zum Ermitteln der Gesamtmasse mc der mobilen Arbeitsmaschine 7 und ist mit 25 bezeichnet. Der Sensor 25 misst hierbei eine weitere Auflagelast F2 an einem weiteren Fahrteil 21 der mobilen Arbeitsmaschine. Zudem kann eine Schwerpunktlage der mobilen Ar- beitsmaschine 7 mit Hilfe der eingehenden Signale des jeweiligen Lastsensors 13 und des jeweiligen Winkelsensors 15 sowie des Sensors 25 ermittelt werden.
Bei dem in Fig. 1 a gezeigten Ausführungsbeispiel dient der Sensor 20 zum Messen der aktuellen Länge des Arbeitsarmes 5, der teleskopierbar gestaltet ist, wobei die dahingehende aktuelle Länge sich im Wesentlichen durch den Abstand zwischen der Längsachse 37 des Auflagers 9 und einer fiktiven Wirklinie der Lastmasse iru ergibt, die in der Darstel lung nach der Fig.1 durch den mit rr bezeichneten Lastpfeil hindurchgeht. Ausgehend von die- ser tatsächlich gemessenen aktuellen Länge mittels des Sensors 20 wird dann durch das bereits beschriebene Auswerte- und Steuergerät 1 7 nebst Recheneinheit CPU nach den üblichen trigonometrischen Funktionen die wirksame Einsatzlänge L ermittelt, die, wie in der Fig.1 a gezeigt, sich wiederum aus der Länge definiert zwischen der Längsachse 37 des Auflagers 9 und der bereits benannten fiktiven Wirklinie. In Kenntnis der Auflagelast rrn an dem Fahrteil 1 1 und in Kenntnis der Auflagelast IT12 an dem Fahrteil 21 ist die Gesamtmasse und auch die Lage des Schwerpunkts S der mobilen Arbeitsmaschine 7 bestimmbar. Die mobile Arbeitsmaschine 7 weist zwei Fahrachsen 23, 24, die die jeweiligen Fahrtei- le 1 1, 21 bilden, auf. An den Fahrachsen 23, 24 ermitteln die jeweiligen zuordenbaren Sensoren 1 3, 25 die jeweilige Auflagelast F i, F2. Bei den, in den Figuren 1 a und 1 b gezeigten Ausführungsbeispielen dienen die Betätigungseinrichtungen 3 zum Bewegen des Arbeitsarmes 5 und zur Veränderung der wirksamen Einsatzlänge L und/oder der Hubhöhe H des Arbeits- armes 5 und sind aus jeweils mindestens einem Aktuator 27 in Form eines hydraulischen Arbeitszylinders 28 gebildet. Der hydraulische Arbeitszylinder 28 ist mit seinem zylinderseitigen und kolbenstangenseitigen Ende gelenkig an der mobilen Arbeitsmaschine 7 und an dem Arbeitsarm 5 angeordnet. Bei den, in den Figuren 1 a und 1 b gezeigten Teleskopladern sind die jeweiligen Arbeitsarme 5 aus jeweils drei zueinander teleskopierbaren Einzelgliedern 29, 30, 31 gebildet. Insbesondere um spezifische Hubarbeiten mit einer Aufnahme und mit einer Absetzung von Ladegut mit der Lastmasse niL durchführen zu können. Das Auswerte- und Steuergerät 17 steuert hierbei den Aktuator 27 durch Ansteuern von Komponenten, wie Ventilen, eines, den Aktuator 27 mit Hydraulikmedium versorgenden hydraulischen Steuerkreises 32, an.
Es versteht sich, dass die mobile Arbeitsmaschine 7 mannigfaltig ausgestaltet sein kann und anstelle des gezeigten Teleskopladers auch in der Art ei- nes Ladekrans, eines Radladers, eines landwirtschaftlichen Nutz- oder Zugfahrzeugs mit Frontlader oder mit Hecklader oder mit Seitenlader, oder in der Art einer Baumaschine, oder in der Art eines militärischen Fahrzeugs, wie etwa eines Bergepanzers, gebildet sein kann. Dabei können die jeweiligen Fahrteile 1 1 , 21 , wie gezeigt, in der Art eines Radsatzes 33, 35 mit auf jeweils der Fahrachse 23, 24 angeordneten Rädern gebildet sein. Gleichwohl kann es vorteilhaft sein, in Abhängigkeit von der Beschaffenheit des Untergrundes, auf dem sich die mobile Arbeitsmaschine 7 bewegt, die jeweiligen Fahrtei le als Ketten- oder Raupenantrieb oder als radlosen Magnet- Schwebeteil, wie er insbesondere bei Flurförderzeugen bekannt ist, die zu Transportzwecken an Produktions- oder Montagestraßen eingesetzt sind, auszubilden.
Fig.2 zeigt in der Art eines stark vereinfachten Flussdiagramms die Funktion der Steuervorrichtung 1 in dem in Fig.l a gezeigten Ausführungsbeispiel. Beim Betrieb der mobilen Arbeitsmaschine 7 verarbeitet das Auswerte- und Steuergerät 1 7 die Sensorsignale des Lastsensors 1 3, des Winkelsensors 1 5 und des Sensors 20, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel unter anderem zur Messung der Teleskopstellung des als Teleskoparm gebildeten Arbeitsarmes 5 eingesetzt sind. Das Auswerte- und Steuergerät 1 7 ist mit Hilfe der Sensorsignale des Winkelsensors 1 5 und des Sensors 20 in der Lage, die wirksame Einsatzlänge L des Arbeitsarmes 5 zu berechnen. Mit Hilfe der Signale des Lastsensors 13 wird von dem Auswerte- und Steuergerät 17, insbesondere von dessen Recheneinheit CPU, die aktuelle Lastmasse rrn berechnet. Aufbauend auf den genannten berechneten Werten wählt das Auswerte- und Steuergerät 1 7 aus einem, in der Recheneinheit CPU abgelegten Bewe- gungsgeschwindigkeits-Kennlinienfeld als Soll-Vorgabe eine zugehörige, maximale Bewegungsgeschwindigkeit Vmax für den Arbeitsarm 5 aus. Mit Hilfe der Recheneinheit CPU des Auswerte- und Steuergerätes 1 7 kann die maximale Bewegungsgeschwindigkeit Vmax für den Arbeitsarm 5 auch ohne Heranziehen des Bewegungsgeschwindigkeits-Kennlinienfeldes berechnet werden. Aufgrund der erfindungsgemäßen Berechnungsweise der maximalen Bewegungsgeschwindigkeit Vmax ist zum einen die mögliche Gesamtarbeitsgeschwindigkeit der mobilen Arbeitsmaschine 7 auf das nötigste Maß begrenzt und zum anderen wird dadurch die Einkopplung dynamischer Messfehler, wie sie beispielsweise bei der Verwendung von Beschleuni- gungssensoren an derartigen Arbeitsmaschinen bekannt sind, gänzlich verhindert. Die berechnete maximale Bewegungsgeschwindigkeit Vmax stellt somit einen sicheren Betriebsparameter für die mobi le Arbeitsmaschine 7 und deren Betrieb dar, der zudem die Arbeitsgeschwindigkeit der mobilen Arbeitsmaschine 7 nur auf ein nötiges, das unzulässige Kippmoment MA verhinderndes Maß begrenzt.
In Fig.3 ist ebenfalls in der Art eines stark vereinfachten Flussdiagramms die Funktion der Steuervorrichtung 1 in der mobilen Arbeitsmaschine 7, wie sie in Fig.1 b gezeigt ist, dargestellt. Das Auswerte- und Steuergerät 1 7 der Steuervorrichtung 1 verarbeitet bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel die Sensorsignale des Lastsensors 13, des Sensors 25 und des Winkelsensors 1 5. Aufgrund der Informationen der Sensorsignale ist das Auswerte- und Steuergerät 1 7 und insbesondere dessen Recheneinheit CPU in der Lage, die Gesamtmasse mc der mobilen Arbeitsmaschine 7 zu berechnen. Ferner ist aufgrund der gemessenen Lastverteilung an den beiden Fahrachsen 23, 24 der mobilen Arbeitsmaschine das Auswerte- und Steuergerät 1 7 in der Lage, die aktuelle Lage des Schwerpunkts S der mobilen Arbeitsmaschine 7 zu errechnen. Auch mit Hilfe der Sensorsignale des Last- sensors 13 und des Sensors 25 kann über geeignete, nicht näher dargestellte Algorithmen die Recheneinheit CPU die jeweilige wirksame Einsatzlänge L des Arbeitsarmes 5 berechnen. Ausgehend von den gemessenen und berechneten Werten wählt das Auswerte- und Steuergerät 1 7 wiederum aus einem vorzugsweise in der Recheneinheit CPU abgelegten Bewegungsge- schwindigkeits-Kennlinienfeld die jeweils maximal mögliche Bewegungsgeschwindigkeit Vmax des Arbeitsarmes 5 aus und steuert die Betätigungseinrichtung 3 an.
Aufgrund der in den Fig.2 und 3 dargelegten Verfahrensweisen zur Ermitt- lung der jeweils maximalen Bewegungsgeschwindigkeit Vmax des Arbeitsarmes 5 sind Einflüsse dynamischer Messfehler, die beim Betrieb vieler mobi- ler Arbeitsmaschinen bedeutsam sein können, verhindert. Anders als bei bekannten mobilen Arbeitsmaschinen ist damit der Betrieb sicher gestaltet und es ist überraschenderweise im Vergleich zu den bekannten mobilen Arbeitsmaschinen eine höhere gesamte Arbeitsgeschwindigkeit der mobilen Arbeitsmaschine 7 ermöglicht, was insgesamt deren Leistungsfähigkeit erhöht. Durch die Bewegungsgeschwindigkeit wird auch indirekt der Bewegungswinkel beeinflusst und somit ein statisches Ungleichgewicht der Maschinen verhindert.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
Steuervorrichtung zum Verhindern unzulässig hoher Kippmomente (MA) an einer, mit einem, von mindestens einer Betätigungseinrichtung (3) bewegbaren, insbesondere in der Einsatzlänge (L) veränderbaren Arbeitsarm (5) ausgestatteten, mobilen Arbeitsmaschine (7), dadurch gekennzeichnet, dass ein Auflager (9) des in mindestens einer Richtung drehbaren Arbeitsarmes (5) mindestens einem Fahrteil (1 1 ) der mobilen Arbeitsmaschine (7) zugeordnet ist, dass mindestens ein Lastsensor (13) zur Bestimmung einer Auflagelast (Fi) an zumindest einem der Fahrteile (1 1 ) und mindestens ein Winkelsensor (15) zur Bestimmung mindestens einer der Winkellagen des Arbeitsarmes (5) relativ zum Fahrteil (1 1 ) vorgesehen ist, dass ein Auswerte- und Steuergerät (1 7) mit einer Recheneinheit (CPU) zur Auswertung der Signale des jeweiligen Lastsensors (13) und des jeweiligen Winkelsensors (15) bzw. zur Ansteue- rung der jeweiligen Betätigungseinrichtung (3) vorhanden ist, dass unter Verwendung des Auswerte- und Steuergerätes (1 7) zumindest durch Verarbeiten der eingehenden Signale des Lastsensors (1 3) und des Winkelsensors (1 5) eine maximal mögliche, das jeweils unzulässige Kippmoment (MA) verhindernde Bewegungsgeschwindigkeit (Vmax) für den bewegten Arbeitsarm (5) ermittelt ist, und dass dergestalt die jeweilige Betätigungseinrichtung (3) derart den Arbeitsarm (7) ansteuert, dass die ermittelte maximale Bewegungsgeschwindigkeit (Vmax) für jede Verfahrstellung des Arbeitsarmes (5) nicht überschritten ist.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe einer Recheneinheit, vorzugsweise der Recheneinheit (CPU) des Auswerte- und Steuergeräts (1 7) die maximale Bewegungsgeschwindigkeit (Vmax) berechnet ist. Steuervorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in einer Recheneinheit, vorzugsweise der Recheneinheit (CPU) des Auswerte- und Steuergerätes (1 7), ein Bewegungsgeschwindigkeits- Kennlinienfeld als Soll-Vorgabe für die berechnete maximale Bewegungsgeschwindigkeit (Vmax) abgelegt ist.
Steuervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Berechnung der maximalen Bewegungsgeschwindigkeit (Vmax) für den Arbeitsarm (5) ein Schätzen oder ein Ermitteln der zu bewegenden Lastmasse (rr ) vorgeschaltet ist, die als Eingangsgröße in die Berechnung für die maximale Bewegungsgeschwindigkeit (Vmax) mit eingeht.
Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für das Ermitteln eines weiteren Betriebsparameters der mobilen Arbeitsmaschine (7), wie eine aktuell zu bewegende Lastmasse (m.) oder eine Gesamtmasse (mc) unter Einbezug der
Schwerpunktlage, die eingehenden Signale des jeweiligen Lastsensors (13) und des jeweiligen Winkelsensors (1 5) sowie eines weiteren Sensor (19) der mobilen Arbeitsmaschine (7) herangezogen sind.
Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als weiterer Sensor (19) zum Ermitteln der aktuellen zu bewegenden Lastmasse (n ) ein solcher dient, der die wirksame Einsatzlänge (L) des Arbeitsarmes (5) ermittelt.
Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als weiterer Sensor (19) zum Ermitteln der Gesamtmasse (mc) unter Einbezug der Schwerpunktlage ein solcher dient, der an einem weiteren Fahrteil (21 ) der mobilen Arbeitsmaschine (7) eine weitere Auflagelast (Fi) ermittelt.
8. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Fahrteil (1 1 , 21 ) der mobilen Arbeitsmaschine (7) mindestens eine Fahrachse (23, 24) aufweist, an dem der jeweils zuordenbare Sensor (1 3, 25) die Auflagelast (Fi, F2) ermittelt.
9. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Betätigungseinrichtung (3) zum Bewegen des Arbeitsarmes (5) in Bezug auf dessen wirksame Einsatzlänge (L) und/oder Hubhöhe (H) aus mindestens einem Aktuator (27), vor- zugsweise in Form eines hydraulischen Arbeitszylinders, gebildet ist.
10. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegbare Arbeitsarm (5) in sich starr oder mit einer Mehrzahl an zueinander teleskopierbaren oder zueinander ge- lenkig angeordneten Einzelgliedern (29, 30, 31 ) gebildet ist.
1 1 . Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mobile Arbeitsmaschine (7) in der Art eines Ladekrans, eines Teleskopladers, eines Radladers, eines landwirtschaft- liehen Zugfahrzeugs mit Frontlader oder mit Hecklader oder mit Seitenlader, oder in der Art einer Baumaschine oder in der Art eines militärischen Fahrzeugs gebildet ist, und dass das jewei lige Fahrteil (1 1 , 21 ) in der Art eines Radsatzes (33, 35), eines Ketten- oder Raupenantriebes oder als Magnet-Schwebeteil ausgebildet ist.
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