DE10122672A1

DE10122672A1 - Verfahren und System zur Auswahl des erwünschten Ansprechens eines elektronisch gesteuerten Untersystems

Info

Publication number: DE10122672A1
Application number: DE10122672A
Authority: DE
Inventors: Sabri Cetinkunt; Chenyao Chen; Egelja M Aleksandar; Richard G Ingram; Thomas P Muller; Unnat Pinsopon
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2000-05-23
Filing date: 2001-05-10
Publication date: 2001-12-20
Also published as: JP2002073112A; US6330502B1

Abstract

Ein Verfahren und ein System zur Veränderung des Betriebsverhaltens einer Untersystemkomponente einer Maschine zur Anpassung an eine bevorzugte Einstellung eines Anwenders weist eine Datenbank auf, um eine Vielzahl von Parametern zu speichern, die mit dem Betriebsverhalten der Untersystemkomponente assoziiert ist. Die Parameter haben damit assoziierte Sätze von Werten, wobei jeder Satz von Werten eine von einer Vielzahl von akzeptablen Betriebsverhaltensweisen für die Untersystemkomponente definiert. Eine Untersystemsteuervorrichtung nimmt ein Auswahlsignal vom Bediener über eine Anwenderschnittstelle auf, wobei einer von dem Satz von Werten der Parameter gemäß seiner Bevorzugung ausgewählt wird. Die Untersystemsteuervorrichtung steuert dann die Untersystemkomponente, basierend auf dem ausgewählten Satz von Werten für die Parameter.

Description

Technisches Gebiet

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Verfahren und Systeme zur Steuerung von elektronisch gesteuerten Unter systemen und insbesondere auf Verfahren und Systeme zur Auswahl eines erwünschten Ansprechens eines elektronisch gesteuerten Untersystems, das mit Arbeitsmaschinen asso ziiert ist.

Technischer Hintergrund

Mechanisch gesteuerte Maschinen haben einen Nachteil da hingehend, daß ihre Charakteristiken in der Konstruktion festgelegt werden. Beispielsweise wird bei mechanisch ge steuerten Erdbewegungsmaschinen die Beziehung zwischen der Bedienerhebelgeschwindigkeit und der Werkzeugge schwindigkeit in die Mechanismen eingearbeitet, die die Hebelbewegung mit dem Mechanismus verbinden, der den Kol ben verschiebt. Sobald sie eingebaut ist, ist diese Be ziehung festgelegt und kann nicht im Betrieb verändert werden. Auch die gegenwärtige Generation von elektronisch gesteuerten Maschinen, bei denen die Charakteristiken in Programmen einprogrammiert sind, hat feste Charakteristi ken, die nicht im Betrieb verändert werden können, außer der Code bzw. Programmablauf wird verändert und in die Maschinensteuerbox eingegeben.

Ein Anwender einer Maschine kann jedoch den Betrieb einer Maschine mit vorbestimmten Charakteristiken als nicht komfortabel befinden. Vielleicht ist er erfahren in der Anwendung der Maschine und bevorzugt etwas anderes als das was in der Maschine konstruktionsmäßig vorgesehen ist. Eine solche Unflexibilität kann zu einem Verlust bei der Produktion bei diesem Bediener führen. Eine weitere Situation, bei der ein anderes Ansprechen erwünscht sein kann, ist wenn ein neu eingelernter Bediener eine Maschi ne bedient. Ein neuer Bediener kann die Maschine über ih re normalen Betriebsbereiche hinaus zwingen, daher kann es wünschenswert sein, ein unterschiedliches Ansprechen zu haben, um einen Schaden an der Maschine zu vermeiden.

Somit besteht eine Notwendigkeit, es einem Bediener einer Maschine zu gestatten, ein erwünschtes Ansprechen eines elektronisch gesteuerten Untersystems auszuwählen, das mit einer Arbeitsmaschine assoziiert ist.

Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme zu überwinden.

Offenbarung der Erfindung

Gemäß eines Aspektes dieser Erfindung ist ein Verfahren vorgesehen, um das Verhalten des Maschinenuntersystems zu verändern, so daß es zu den bevorzugten Einstellungen ei nes Anwenders paßt. Das Verfahren weist die Speicherung einer Vielzahl von Parametern auf, die mit dem Betriebs verhalten des Untersystems assoziiert sind, wobei die Pa rameter einen damit assoziierten Satz von Werten hat, wo bei jeder Satz von Werten eines von einer Vielzahl von akzeptablen Betriebsverhalten für dieses Untersystem de finiert. Das Verfahren weist weiter die Aufnahme eines Auswahlsignals auf, das einen Wert des Satzes von Werten von Parametern auswählt, und die Steuerung des Untersy stems basierend auf dem ausgewählten Satz von Werten für die Parameter.

Gemäß eines weiteres Aspektes der Erfindung ist auch ein System vorgesehen, um den Schritt des oben beschriebenen Verfahrens auszuführen. Das System weist eine Datenbank auf, um eine Vielzahl von Parametern zu speichern, die mit dem Betriebsverhalten des Untersystems assoziiert sind, wobei die Parameter damit assoziierte Sätze von Werten haben. Jeder Satz von Werten definiert eines von einer Vielzahl von akzeptablen Betriebsverhalten für das Untersystem. Das System weist weiter eine Steuervorrich tung in Verbindung mit einer Datenbank auf, um ein Aus wahlsignal aufzunehmen, das einen des Satzes von Werten von dem Parameter auswählt und das Untersystem basierend auf dem ausgewählten Satz von Werten der Parameter steu ert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine diagrammartige Veranschaulichung von einer möglichen Arbeitsmaschine, die ein Steu ersystem aufweisen kann, das gemäß dieser Er findung ausgelegt ist;

Fig. 2 ist ein Blockdiagramm einer Untersystemsteuer vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 ist eine Kurvendarstellung, die eine von vielen unterschiedlichen akzeptablen Beziehungen zwi schen einer stetigen Geschwindigkeit (steady-state-Geschwindigkeit) eines Zylinders und ver schiedenen relativen Hebelpositionen veran schaulicht, die mit dem Zylinder assoziiert sind; und

Fig. 4 ist ein Blockdiagramm eines elektrohydrauli schen Steuersystems gemäß der vorliegenden Erfindung.

Bester Weg zur Ausführung der Erfindung

Fig. 1 veranschaulicht diagrammartig eine Schwerlastar beitsmaschine 20, die die vorliegende Erfindung verkör pert. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf Ar beitsmaschinen beschränkt, sondern ist auf andere Maschi nen mit Untersystemen anwendbar, wie beispielsweise auf ein Fahrzeug mit einem Motor, einem Getriebe und einem Lenkuntersystem. Die veranschaulichte Arbeitsmaschine wird im allgemeinen als Hydraulikbagger bezeichnet. Es ist wichtig zu bemerken, daß diese Erfindung nicht auf die Anwendung bei Hydraulikbaggern eingeschränkt ist. Ei ne Vielzahl von Arbeitsmaschinen, die die Bewegung von mehr als einer Komponente erfordern, um eine Arbeitsfunk tion zu vollenden, kann unter Verwendung des Verfahrens und des Systems dieser Erfindung betrieben werden. Andere Arten von Maschinen, für die diese Erfindung nützlich ist, weisen Raupenlader, Radlader und ähnliches auf.

Die Maschine 20 weist ein Arbeitswerkzeug 22 mit bewegba ren Gliedern auf, die in eine Vielzahl von Positionen be wegbar sind, um verschiedene Arbeitsfunktionen auszufüh ren. Das Arbeitswerkzeug 22 weist einen Hubarm 24 auf, eine Schaufelverbindung 26 und Arbeitsanbringungen 28, die hier als Schaufel gezeigt sind.

Das Arbeitswerkzeug 22 wird von dem Maschinenkörperteil 30 getragen, der den Motor aufnimmt und ein Bedienerab teil trägt. Eine Steuertafel 32 ist innerhalb des Bedie nerabteils positioniert, so daß der Bediener eine Viel zahl von Hebeln 34 betätigen kann, um das Arbeitswerkzeug 22 mit verschiedenen Geschwindigkeiten über eine Reihe von Positionen zu bewegen.

Der Hubarm 24 wird relativ zum Maschinenkörperteil 30 durch den Hydraulikzylinder 40 bewegt, der normalerweise durch die Bewegung von einem der Hebel 34 gesteuert wird. In ähnlicher Weise wird die Arbeitsanbringung 28 mit Be zug auf den Hubarm 24 bewegt, und zwar durch den Hydrau likzylinder 42 und die Schaufelverbindung 26. Die Hebel 34 ermöglichen es, daß der Bediener die Betriebsgeschwin digkeit eines jeweiligen Zylinders der Hydraulikzylinder 40, 42 und 44 steuert, um das Arbeitswerkzeug 22 zu betä tigen.

Mit Bezug auf Fig. 2 ist dort ein System 50 gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das System 50 weist eine Parameterdatenbank 36 auf, um eine Vielzahl von Parame tern zu speichern, die mit dem Betriebsverhalten von je dem Untersystem assoziiert sind, das von der Untersystem steuervorrichtung 35 zu steuern ist. Die Parameter haben Sätze von damit assoziierten Werten, wobei jeder Satz von Werten eines von einer Vielzahl von akzeptablen Betriebs verhaltensweisen für dieses Untersystem definiert. Bei spielsweise ist Fig. 3 eine Kurvendarstellung, die die unterschiedlichen möglichen Modulationskurven veranschau licht, die mögliche Ansprechverhalten zwischen der Hubhe belverschiebung gegenüber der Hubzylindergeschwindigkeit für eine Arbeitsmaschine definieren. Irgendeine von die sen Kurven kann verwendet werden, um diese Beziehung zu definieren. Jedoch kann eine Kurve besser als die andere sein, und zwar abhängig von der Anwendung, bei der das Arbeitswerkzeug verwendet wird, oder abhängig von der Vertrautheit des Bedieners mit den Maschinen ansprechen.

Somit werden die Parameter, die jede von diesen möglichen Kurven definieren, in der Datenbank 36 definiert. Die Un tersystemkomponente wird dann gemäß des Steueralgorithmuses 37 gesteuert, der in der Untersystemsteuervorrichtung 35 gespeichert ist. Der Steueralgorithmus 37 erzeugt Steuersignale basierend auf dem Satz von Parametern, die von dem Parameterterminplaner 38 ausgewählt werden. Dies wird durchgeführt, in dem der Bediener ein Signal über die Anwenderschnittstelle 48 eingibt. Beim Empfang eines Signals von der Anwenderschnittstelle 48 sendet der Para meterterminplaner 38 dann ein Signal an den Steueralgo rithmus 37, was anzeigt, welcher Satz von Werten aus der Parameterdatenbank 36 bei der Steuerung der Untersystem komponente zu verwenden ist. Beispielsweise sendet in dem Beispiel eines Arbeitswerkzeuges eines elektrohydrauli schen Systems der Steueralgorithmus 37 einen Befehl an die Komponentenhebelsteuervorrichtung 46, als sie ent sprechende Zylinder steuert, wie in Fig. 4 gezeigt. An sprechend auf eine Bedienereingabe in die Untersystem steuervorrichtung 35 über die Hebel 34, sendet der Steu eralgorithmus 37 einen Befehl an die Komponentenhebel steuervorrichtung 46 zur Steuerung der Geschwindigkeit der Bewegung der Hydraulikzylinder, um die Arbeitsanbrin gung 28 und das Arbeitswerkzeug 22 zu manipulieren. Dies wird erreicht durch Koppelung der Steuervorrichtung 46 mit einem Ventil 52, das die Flußgeschwindigkeit des Strömungsmittels in den Hydraulikzylindern 40, 42 und 44 steuert.

Das Ventil 52 kann mehrere Hauptventile aufweisen (beispielsweise zwei Hauptventile für jeden der Hydrau likzylinder 40, 42) und mehrere elektrisch betätigte Pi lot- bzw. Vorsteuerventile (beispielsweise zwei Pilot- oder Sekundärventile für jedes Hauptventil). Die Haupt ventile leiten unter Druck gesetztes Strömungsmittel zu den Zylindern 40, 42, und die Pilot- bzw. Vorsteuerventi le leiten einen Vorsteuerströmungsmittelfluß zu den Hauptventilen. Jedes Vorsteuerventil ist elektrisch mit der Steuervorrichtung 46 verbunden. Zwei Hauptpumpen 56, 58 werden verwendet, um Hydraulikströmungsmittel zu den Hauptkolben zu liefern, während eine Vorsteuerpumpe 60 verwendet wird, um Hydraulikströmungsmittel zu den Vor steuerventilen zu liefern. Obwohl das veranschaulichte Ausführungsbeispiel verschiedene Pumpen verwendet, sei bemerkt, daß die Erfindung irgendeine Anzahl von Pumpen verwenden kann, wie beispielsweise eine einzige Pumpe. Ein Vorsteuerversorgungsventil 54, das auch mit der Steu ervorrichtung 46 gekoppelt ist, ist vorgesehen, um den Vorsteuerströmungsmittelfluß zu den Vorsteuerventilen zu steuern.

Die Komponentenhebelsteuervorrichtung 46 weist vorzugs weise RAM- bzw. Arbeitsspeicher- und ROM- bzw. Lesespei chermodule auf, die Softwareprogramme speichern, um ge wisse Merkmale der vorliegenden Erfindung auszuführen. Die Komponentenhebelsteuervorrichtung 46 nimmt die Be dienerhebelpositionssignale von den Hebeln 34 auf und er zeugt darauf ansprechend Steuersignale zur Steuerung der jeweiligen Hydraulikzylinder 40, 42 und 44 mit einer er wünschten Geschwindigkeit. Das Ventil 52 nimmt die Steu ersignale auf und liefert steuerbar Hydraulikströmungs mittelfluß zu dem jeweiligen Hydraulikzylinder anspre chend auf die Position der Hebel 34.

Obwohl die Komponentenhebelsteuervorrichtungen 46, die in Fig. 2 gezeigt sind, als getrennte Steuervorrichtungen getrennt von der Untersystemsteuervorrichtung 35 veran schaulicht sind, sollte vom Fachmann bemerkt werden, daß alle Steuervorrichtungen in einer Hauptsteuervorrichtung vorgesehen werden können. Die Anzahl von Steuervorrich tungen kann von den Werkzeugauswahlmöglichkeiten abhän gen.

Die Anwenderschnittstelle 48 kann ein flacher berührungs empfindlicher Bildschirm (touch screen) sein, eine Tasta tur, eine Kombination von Schaltern oder irgendeine ande re ähnlich Vorrichtung, um es einem Anwender zu gestat ten, eine Auswahl von Parametern einzugeben. Beispiels weise kann bei der Vorrichtung mit dem berührungsempfind lichen Bildschirm der Anwender eine der in Fig. 3 ge zeigten Modulationskurven durch Ziehen von mausartigen Zeigern auf dem Schirm definieren, um irgendeine der Mo dulationskurven auszuwählen. Zusätzlich zur Kurvenaus wahlfunktion kann der Bediener die Form der Kurve modifi zieren, indem er die Maus auf dem Bildschirm in eine an deren Richtung zieht. Ähnliche Einstellungen bei Parame tern der Motorsteuerung, der Getriebesteuerung, der Len kungssteuerung und der Steuerung von anderen Untersyste men können vorgenommen werden.

Zusätzlich zur Fähigkeit der Veränderung von Steuervor richtungsparametern kann die Anwenderschnittstelle 48 verwendet werden, um Betriebszustände der Maschine zu überwachen und sie auf dem Schirm mit grafischen Bildern anzuzeigen. Daher können alle üblichen Kabineneingabe- und -anzeigevorrichtungen weggelassen werden und auf ver schiedenen Bildschirmen der Anwenderschnittstelle 48 an gezeigt werden. Dies hat beträchtliche Einsparungen zur Folge, während eine sehr flexible Anwenderschnittstellen vorrichtung vorgesehen wird.

Natürlich würden verschiedene Modifikationen dieser Er findung in den Umfang der Erfindung fallen. Das grundle gende Hauptkonzept ist es, eine Flexibilität bei der Ver änderung des erwünschten Betriebsverhaltens einer Unter systemkomponente zuzulassen, und folglich des Maschinen ansprechens durch Veränderung der Maschineneinstellungen durch den Satz von Parametern unter Verwendung der Anwen derschnittstelle 48.

Industrielle Anwendbarkeit

Im Betrieb einer Maschine kann es zeitweise wünschenswert sein, das Verhalten der Maschine gemäß der Anwendung zu modifizieren, bei der sie verwendet wird, entsprechend der Betriebs- und Umgebungszustände oder entsprechend der Vertrautheit des Anwenders mit der Maschine. Um es einem Bediener zu gestatten, das erwünschte Betriebsverhalten von irgendeinem der Untersysteme in der Maschine auszu wählen, wird eine Vielzahl von Parametern, die mit dem Betriebsverhalten des Untersystems assoziiert sind, in einer Datenbank gespeichert, wobei die Parameter unter schiedliche Sätze von Werten haben, die damit assoziiert sind, um eine von einer Vielzahl von akzeptablen Be triebsverhaltensweisen für das Untersystem zu definieren. Der Anwender kann dann einen von diesen Sätzen von Werten über eine Anwenderschnittstelle 48 auswählen, um das Un tersystem gemäß der Vorlieben des Anwenders zu steuern. Es ist auch möglich, daß ein Bediener Werte durch die An wendung einer Anwenderschnittstelle anpaßt und dann die Werte in einer Datenbank speichert. Basierend auf dem ausgewählten Satz von Werten der Parameter liest ein Steueralgorithmus 37 dann diese Werte, berechnet entspre chende Ausgangsgrößen und steuert die Untersystemkompo nente entsprechend.

Andere Aspekte, Ziele und Vorteile dieser Erfindung kön nen aus einem Studium der Zeichnungen, der Offenbarung und der beigefügten Ansprüche erhalten werden.

Claims

1. Verfahren zu Veränderung des Betriebsverhaltens ei ner Untersystemkomponente einer Maschine zur Anpas sung an die Vorliebe eines Anwenders, wobei das Ver fahren folgendes aufweist:
Speicherung einer Vielzahl von Parametern, die mit dem Betriebsverhalten der Untersystemkomponente as soziiert sind, wobei die Parameter Sätze von Werten haben, die damit assoziiert sind, wobei jeder Satz von Werten eine von einer Vielzahl von akzeptablen Betriebsverhaltensweisen für die Untersystemkompo nente definiert;
Aufnahme eines Auswahlsignals, das einen des Satzes von Werten von Parametern auswählt; und
Steuerung der Untersystemkomponente basierend auf dem ausgewählten Satz von Werten für die Parameter.

2. Verfahren nach Anspruch 1, das weiter die Überwa chung von Betriebszuständen der Maschine aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, das weiter die Anzeige der Betriebszustände aufweist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Untersystemkom ponente ein Arbeitswerkzeug in einem elektrohydrau lischen System ist.

5. System zur Veränderung des Betriebsverhaltens einer Untersystemkomponente einer Maschine zur Anpassung an eine bevorzugte Einstellung eines Bedieners, wo bei das System folgendes aufweist:
eine Datenbank zur Speicherung einer Vielzahl von Parametern, die mit dem Betriebsverhalten der Untersystemkomponente assoziiert sind, wobei die Parame ter Sätze von Werten damit assoziiert haben, wobei jeder Satz von Werten eine von einer Vielzahl von akzeptablen Betriebsverhaltensweisen der Untersy stemkomponente definiert; und
eine Steuervorrichtung in Verbindung mit der Daten bank zur Aufnahme eines Auswahlsignals, das einen des Satzes von Werten der Parameter auswählt und die Untersystemkomponente basierend auf dem ausgewählten Satz von Werten für die Parameter steuert.

6. System nach Anspruch 5, wobei die Steuervorrichtung folgendes aufweist:
einen Parameterterminplaner zur Aufnahme des Aus wahlsignals;
einen Steueralgorithmus zur Steuerung der Untersy stemkomponente gemäß der Parameter und des einen Satzes von Werten, der damit assoziiert ist; und
wobei der Parameterterminplaner weiter betreibbar ist, um den Satz von Werten zu verändern, der von dem Steueralgorithmus verwendet wird.

7. System nach Anspruch 5, das weiter eine Anwender schnittstelle aufweist, um das Auswahlsignal zum Empfang durch die Steuervorrichtung zu erzeugen.

8. System nach Anspruch 7, wobei die Anwenderschnitt stelle ein flacher berührungsempfindlicher Bild schirm ist.

9. System nach Anspruch 7, wobei die Anwenderschnitt stelle eine Tastatur ist.

10. System nach Anspruch 7, wobei die Anwenderschnitt stelle eine Vielzahl von Schaltern aufweist.

11. System nach Anspruch 5, wobei die Steuervorrichtung weiterhin betreibbar ist, um Betriebszustände der Maschine zu überwachen.

12. System nach Anspruch 11, das weiter eine Anzeige aufweist, um die Betriebszustände anzuzeigen.

13. System nach Anspruch 5, wobei die Untersystemkompo nente ein Arbeitswerkzeug in einem elektrohydrauli schen System ist.