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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf die Steuerung
der Betriebsparameter einer selbst angetriebenen Arbeitsmaschine
und insbesondere auf die Verringerung des Hoppings einer selbst
angetriebenen Arbeitsmaschine.
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Hintergrund
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Selbstangetriebene
Arbeitsmaschinen, wie beispielsweise Motorgrader, müssen oft
auf unebenem Erdboden oder unter Bedingungen mit schlechter Traktion
arbeiten. Um eine bessere Traktion vorzusehen, sind diese Maschinen
oft mit Allradantriebssystemen (AWD-Systemen, AWD = all wheel drive)
ausgerüstet.
Bei Bedienungen mit schlechter Traktion können die Vorderräder einer
Allradmaschine, die normalerweise zum Lenken verwendet werden, auch
angetrieben sein, um die Traktion zu steigern. Beispielsweise kann
ein Motorgrader in einem Allradbetriebszustand betrieben werden,
um eine maximale Traktion zu erreichen, wenn man auf einer seitlichen
Neigung gradet bzw. abzieht oder Schnee von einer Straße entfernt.
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Jedoch
können
bei gewissen Bedingungen, wie beispielsweise in Schnee oder in loser
Erde, Allradmaschinen einen Zustand des Springens (englisch hop)
erfahren, der als "Hopping" bekannt ist. Das
Hopping kann auftreten, wenn die angetriebenen Vorderräder der
Maschine Bedingungen mit schlechter Traktion erfahren, die bewirken,
dass sie abwechselnd durchdrehen, was eine Einsenkung in der Oberfläche erzeugt,
wobei sie dann hängen
bleiben, was somit den Vorderteil der Maschine nach oben drückt, wenn
die Vorderräder
die vordere Wand der Einsenkung hinauf steigen, die gerade erzeugt wurde.
Wenn die Kraft des Schubes groß genug
ist, können
die Vorderräder
der Maschine tatsächlich vom
Boden abspringen, obwohl dies nicht notwendigerweise der Fall ist.
Wenn das Gewicht des Vorderteils der Ma schine wieder herunterkommt,
können die
Vorderräder
eine weitere Einsenkung erzeugen, was somit bewirkt, dass die Maschine
wieder hüpft bzw.
springt. Diese Sprünge
bzw. Hopps können
auf einer speziellen niedrigen Frequenz (beispielsweise 2–3 Hz) resonant
werden, und zwar abhängig
von der Konfiguration der Maschine.
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Das
Hopping hat verschiedene nicht wünschenswerte
Effekte. Beispielsweise kann das Hopping bewirken, dass die Maschine
Traktion verliert und somit ineffizient arbeitet. Es kann auch zur
Folge haben, dass eine übermäßig große Kraft
auf die Vorderradaufhängung
ausgeübt
wird, wenn die Maschine hüpft.
Weiterhin kann ein übermäßig starkes
Hopping einen Schaden an der Oberfläche verursachen, die die Maschine
vorbereitet, wobei es beispielsweise bewirkt, dass ein mit dem Boden
in Berührung
stehendes Werkzeug der Maschine (wie beispielsweise ein Grader-Schild)
springt, wenn es über
die Oberfläche
läuft.
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Systeme
des Standes der Technik zur Verringerung des Hopping sind entwickelt
worden. Ein solches System wird beschrieben im US-Patent 5 474 147
von Yesel und anderen. Bei diesem System werden die Vorderräder der
Maschine durch Hydraulikmotoren angetrieben. Das Hopping der Maschine wird
detektiert durch Abfühlen
von Fluktuationen des Hydraulikmotordrucks. Wenn Fluktuationen von mehr
als einer gewisse Größe und einer
gewissen Frequenz detektiert werden, dann verringert die Steuervorrichtung
das Hydraulikmotordrehmoment um eine vorbestimmte Größe.
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Jedoch
kann das in dem '147'-Patent beschriebene
System durch nicht resonantes Hopping ausgelöst werden, was somit zu einem
ineffizienten Betrieb der Maschine führt. Weiterhin verringert die Steuervorrichtung
bei diesem System nicht das Drehmoment proportional zur Größe des Hopping der
Maschine. Folglich kann es erforderlich sein, dass das System das
Hydraulikmotordrehmoment mehrmals in Aufeinanderfolge herunterstufen
muss, um das Hopping zu eliminieren. Dies kann bewirken, dass die
Maschine plötzlich an
Geschwindigkeit verliert, was den Bediener der Maschine durcheinander bringen
kann.
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Das
hier offenbarte Hopping-Verringerungssystem ist darauf gerichtet,
einen oder mehrere dieser Nachteile der Hopping-Verringerungssysteme des
Standes der Technik zu lösen.
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Zusammenfassung
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Gemäß einem
Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren zur Verminderung
des Hopping in einer angetriebenen Maschine gerichtet. Ein Aggressivitätsbefehl
basierend auf einer Bedienereingabe wird aufgenommen. Ein Parameter,
der das Hopping bzw. Aufspringen anzeigt, wird gemessen, und eine
Größe des Hopping
der Maschine wird basierend auf der Messung bestimmt. Eine Aggressivität, die durch
den Aggressivitätsbefehl
angezeigt wird, wird proportional zur angezeigten Größe des Hopping
der Maschine verringert.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf ein System zur
Verringerung des Hopping bzw. Springens bei einer angetriebenen Maschine
gerichtet. Eine Steuervorrichtung ist betreibbar, um einen Aggressivitätsbefehl
basierend auf einer Bedienereingabe aufzunehmen. Ein Sensor ist betreibbar,
um einen Parameter zu messen, der das Hopping anzeigt, und ein Hopping-Signal
auszugeben, welches die Größe des Hopping
bzw. Aufspringens der Maschine anzeigt, und zwar basierend auf dieser
Messung. Eine Steuereinrichtung ist betreibbar, um eine Aggressivität zu reduzieren,
die durch den Aggressivitätsbefehl
angezeigt wird, und zwar proportional zu der angezeigten Größe des Hoppings der
Maschine.
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Es
sei bemerkt, dass sowohl die vorangegangene allgemeine Beschreibung
als auch die folgende detaillierte Beschreibung nur beispielhaft
und erklärend
sind und nicht die Offenbarung einschränken, wie sie beansprucht wird.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 sieht
eine schematische Seitenansicht einer Arbeitsmaschine mit einem
Hopping-Verringerungssystem gemäß einem
beispielhaften Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Offenbarung vor.
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2 ist
eine schematische Darstellung einer Allradmaschine mit einem Hopping-Verringerungssystem
gemäß einem
beispielhaften Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Offenbarung.
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3 ist
eine schematische Darstellung eines Hopping-Verringerungssystems gemäß einem beispielhaften
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Offenbarung.
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Detaillierte
Beschreibung
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1 veranschaulicht
eine beispielhafte selbst angetriebene Arbeitsmaschine 100.
In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel
ist die beispielhafte Maschine 100 ein Motorgrader. Jedoch
ist das offenbarte Hopping-Verringerungssystem
nicht auf die Anwendung bei Motorgradern eingeschränkt und
kann auf andere selbst angetriebene Maschinen angewandt werden.
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Wie
in 1 veranschaulicht, kann eine selbst angetriebene
Arbeitsmaschine 100 einen vorderen Rahmenabschnitt 110 aufweisen,
der von lenkbaren Vorderrädern 112 getragen
wird, und einen hinteren Rahmenabschnitt 120, der von Tandem-Sätzen von
Hinterrädern 122a,
b, getragen wird. Die Maschine 100 kann auch einen Motor 130 aufweisen, wie
beispielsweise einen Verbrennungsmotor. Der Motor 130 kann
angekoppelt sein, um sowohl die Vorderräder 112 als auch die
Hinterräder 122a,
b über
ein Allradsystem anzutreiben (das unten mit Bezug auf 2 besprochen
wird).
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In
einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Offenbarung kann die Maschine 100 auch ein
Werkzeug 140 aufweisen, um eine Boden fläche 50 vorzubereiten.
Bei dem veranschaulichten Motorgrader kann beispielsweise das Werkzeug 140 ein
Schild 142 aufweisen, um Erde oder andere Materialien zu
bewegen, beispielsweise um eine Oberfläche 50 zu graden bzw.
zu planieren. Das Schild 142 kann mit dem vorderen Rahmenabschnitt 110 durch
eine Zugstange 144 gekoppelt werden. Die Position der Zugstange 144 und
somit des Schildes 142 relativ zum vorderen Rahmenabschnitt 110 kann durch
eine Verbindungsanordnung 146 gesteuert werden. Die Verbindungsanordnung 146 kann
linke und rechte Hubzylinder 148 und einen mittleren Verschiebungszylinder 149 aufweisen.
Die linken und rechten Hubzylinder 148 steuern unabhängig die Höhe der linken
bzw. rechten Seite des Schildes 142 und können somit
verwendet werden, um das Schild 142 relativ zur Oberfläche 50 abzuwinkeln.
Der mittlere Verschiebungszylinder 149 kann verwendet werden,
um die Zugstange 144, und somit das Schild 142,
relativ zum vorderen Rahmenabschnitt 110 seitlich zu verschieben.
Die Zylinder 148, 149 können unter Verwendung von beispielsweise
Hydraulikzylindern eingerichtet werden.
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Die
Maschine 100 kann auch eine Bedienerkabine 150 aufweisen.
Die Bedienerkabine 150 kann geeignete Bedienereingaben
aufweisen, um den Betrieb der Maschine 100 zu steuern.
Beispielsweise kann die Bedienerkabine 150 geeignete Eingaben aufweisen,
die es dem Bediener gestatten können, die
Vorderräder 112 zu
lenken (beispielsweise eine Lenkeingabe 152), das Werkzeug 140 zu
positionieren und die Geschwindigkeit und die Vorwärts/Rückwärts-Richtung
der Maschine 100 zu steuern (unten mit Bezug auf 2 besprochen).
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2 veranschaulicht
schematisch ein beispielhaftes Allradsystem 200 für die Maschine 100. Wie
in 2 veranschaulicht, kann der Motor 130 der
Maschine 110 angekoppelt sein, um einen Satz von (nicht
gezeigten) Zahnrädern
anzutreiben, und zwar über
ein mechanisches Getriebe 210 und ein Differenzial 212.
Erste und zweite Sätze
von Hinterrädern 122a,
b können
wiederum durch linke und rechte Kettenantriebe 214 angetrieben
werden, die mit den Kettenrädern
gekoppelt sind. Der Motor 130 kann auch ange koppelt sein,
um linke und rechte Vorderräder 112 über linke
und rechte hydrostatische Getriebe (HYSTATs) 220 und entsprechend
linke und rechte Hydraulikkupplungen 222 anzutreiben. Gemäß einem
beispielhaften Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Offenbarung kann das Allradsystem 200 auch
eine Allradsteuervorrichtung 230 aufweisen, um die Geschwindigkeit
und die Richtung der Vorderräder 112 basierend
auf Bedienereingaben und Maschinensensoren zu steuern.
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In
dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel
weisen die Bedienereingaben eine Gangwahlvorrichtung 242,
eine Aggressivitätseingabe 244 und eine
Allrad-Betriebszustandsauswahlvorrichtung 246 auf. Die
Gangauswahlvorrichtung 242 kann verwendet werden, um die
Richtung und die Drehzahl einer Ausgangswelle 216 des mechanischen
Getriebes 210 auszuwählen.
Beispielsweise kann die Gangauswahlvorrichtung 242 als
ein Gangschalthebel eingerichtet werden, der betriebsmäßig mit
dem mechanischen Getriebe 210 gekoppelt ist. Die Aggressivitätseingabe 244 kann
verwendet werden, um ein Drehzahlverhältnis zwischen zwei unabhängig steuerbaren
Getrieben zu steuern. Beispielsweise kann die Aggressivitätseingabe 244 verwendet
werden, um die Drehzahl der Vorderräder 112 zu steuern,
und zwar durch Steuerung der Drehzahlen der hydrostatischen Getriebe 220 in
Verhältnis
zur Drehzahl des mechanischen Getriebes 210. Die Betriebszustandsauswahlvorrichtung 246 kann
verwendet werden, um zwischen verschiedenen Betriebszuständen des
Allradsystems 200 auszuwählen, wie unten besprochen.
Andere bekannte Bedienereingaben können auch vorgesehen sein.
Beispielsweise kann eine Kriecheingabevorrichtung, wie beispielsweise
ein (nicht gezeigtes) Kriechpedal vorgesehen werden, um dem Bediener
zu gestatten, die Fahrgeschwindigkeit der Maschine 100 zu
modulieren.
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Die
Maschinensensoren weisen in dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel
einen mechanischen Getriebeausgangswellensensor (TOS-Sensor) 252 und
linke und rechte HYSTAT-Ausgangsdrehzahlsensoren 254 auf.
Der mechanische TOS-Sensor 252 kann die Drehzahl und die
Richtung der Ausgangswelle 216 des mechanischen Getriebes 210 abfühlen. Die
HYSTAT- Ausgangsdrehzahlsensoren 254 können die
Ausgangsdrehzahl der jeweiligen hydrostatischen Getriebe 220 abfühlen. Andere
bekannte Maschinensensoren können
auch vorgesehen sein.
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Die
Allradsteuervorrichtung 230 kann einen Prozessor und ein
computerlesbares Medium aufweisen, wie beispielsweise einen Speicher,
der konfiguriert ist, um eine oder mehrere Steuerroutinen (beispielsweise
Software) zu speichern, um Verfahren in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Offenbarung auszuführen.
Wie in 2 gezeigt, kann die Allradsteuervorrichtung 230 betriebsmäßig angeschlossen
sein, um Eingangssignale von den Bedienereingaben 242, 244 und 246 und
von den Maschinensensoren 252 und 254 aufzunehmen.
Weiterhin kann die Steuervorrichtung 230, wie in 2 gezeigt, betriebsmäßig angeschlossen
sein, um Befehle an die hydrostatischen Getriebe 220 und
die Kupplungen 222 zu senden, um die Richtung und die Geschwindigkeit
zu steuern, mit der die Vorderräder 112 angetrieben
werden.
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Während des
Betriebs der Allradmaschine 100 kann ein Bediener einen
Allradbetriebszustand unter Verwendung einer Allrad-Betriebszustandsauswahlvorrichtung 246 auswählen. Beispielsweise
wird die Betriebszustandsauswahlvorrichtung 246 gestatten,
dass der Bediener zwischen Aus-, Kriechen- und Manuell-Betriebszuständen auswählt.
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Der
Aus-Betriebszustand kann bei Bedingungen mit guter Traktion ausgewählt werden,
wo die zusätzliche
Traktion, die durch den Antrieb der Vorderräder 112 vorgesehen
werden würde,
nicht wünschenswert
ist. In dem Aus-Betriebszustand
wird das Allradsystem 200 außer Eingriff gebracht und die
Allradsteuervorrichtung 230 kann die Vorderradkupplungen 222 in
eine neutrale Position stellen, so dass die Maschine 100 alleine
durch die Hinterräder 122a, b
angetrieben werden kann. Der Bediener kann dann die Geschwindigkeit
und die Fahrtrichtung der Hinterräder 122a, b durch
Anwendung der Gangwahlvorrichtung 242 steuern, um zwischen
verschiedenen Gängen
des mechanischen Getriebes 210 auszuwählen.
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Der
Kriech-Betriebszustand kann ausgewählt werden, wenn die Gangwahlvorrichtung 242 in einer
neutralen Position ist. Im Kriech-Betriebszustand kann die Maschine 100 alleine
durch das Antreiben der Vorderräder 112 angetrieben
werden. Der Bediener kann beispielsweise den Kriech-Betriebszustand auswählen, um
zu verhindern, dass die Hinterräder 122a,
b eine fein gegradete bzw. abgezogene Oberfläche beschädigen, die vom Werkzeug 140 vorbereitet
wurde. Im Kriech-Betriebszustand kann die Allradsteuerungsvorrichtung 230 die
hydrostatischen Getriebe 220 steuern, um die Vorderräder 112 mit
einer Drehzahl anzutreiben, die der Position der Aggressivitätseingabe 244 entspricht,
die vom Bediener eingestellt wurde. Beispielsweise kann die Aggressivitätseingabe 244 im
Kriech-Betriebszustand konfiguriert sein, um als eine Steuerung
für ein
kontinuierlich variables Getriebe zu arbeiten, beispielsweise durch
Einstellung eines Antriebsverhältnisses der
hydrostatischen Getriebe 220 mit Bezug zu den Vorderrädern 112.
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Der
Manuell-Betriebszustand kann bei Bedingungen mit schlechter Traktion
ausgewählt
werden, wo der Bediener es wünschenswert
findet, die Traktion durch Antrieb von sowohl den Vorderrädern 112 als
auch den Hinterrädern 122a,
b zu vergrößern. Wenn
der Manuell-Betriebszustand ausgewählt ist, kann der Bediener
die Geschwindigkeit und die Fahrtrichtung der Hinterräder 122a,
b unter Verwendung der Gangwahlvorrichtung 242 steuern.
Die Allrad-Steuervorrichtung 230 kann dann die Antriebsrichtung
der Vorderräder 112 steuern,
so dass diese die Gleiche ist, wie bei den Hinterrädern 122a,
b. Die Allradsteuervorrichtung 230 kann auch die Antriebsgeschwindigkeit
der Vorderräder 112 so
steuern, dass sie gleich der Geschwindigkeit der Hinterräder 122a,
b ist, und zwar multipliziert mit einem Aggressivitätsfaktor,
der durch den Bediener unter Verwendung der Aggressivitätseingabe 244 eingestellt
werden kann.
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Im
Manuell-Betriebszustand kann die Allradsteuervorrichtung 230 eine
Anzeige der Richtung der Hinterräder 122a,
b aufnehmen. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 230 ein
Signal, welches die Richtung der Ausgangs welle 216 anzeigt,
vom Getriebeausgangswellensensor bzw. TOS-Sensor 252 aufnehmen.
Alternativ kann die Allradsteuervorrichtung die Fahrtrichtung basierend
auf der Position der Gangauswahlvorrichtung 242 bestimmen.
Andere Anzeigen der Richtung der Hinterräder 122a, b werden
dem Fachmann offensichtlich sein. Die Steuervorrichtung 230 kann
dann die Vorderradkupplungen 222 anweisen, die Vorderräder 112 in
der gleichen Richtung anzutreiben, wie die Hinterräder 122a,
b.
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Die
Allradsteuervorrichtung 230 kann auch eine Anzeige der
Geschwindigkeit der Hinterräder 122a,
b aufnehmen. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 230 ein
Signal, welches die Drehgeschwindigkeit der Ausgangswelle 216 anzeigt,
vom TOS-Sensor 252 aufnehmen. Jedoch werden andere Anzeigen
der Drehzahl der Hinterräder 122a,
b dem Fachmann offensichtlich sein. Die Steuervorrichtung 230 kann
dann die hydrostatischen Getriebe 220 steuern, um die Vorderräder 112 mit
einer Drehzahl anzutreiben, die gleich der Drehzahl der Hinterräder 122a,
b multipliziert mit einem vom Bediener angewiesene Aggressivitätsfaktor
Acmd ist, was einem erwünschten Verhältnis der
Geschwindigkeit der Vorderräder 112 zur
Geschwindigkeit der Hinterräder 122a,
b entspricht.
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Der
Aggressivitätsfaktor
Acmd kann durch den Bediener unter Verwendung
der Aggressivitätseingabe 244 angewiesen
werden. Die Aggressivitätseingabe 244 kann
unter Verwendung von irgendeiner analogen oder digitalen Eingabevorrichtung
eingerichtet werden, wie beispielsweise durch eine Drehscheibe, einen
Hebel, ein Pedal, einen berührungsempfindlichen
Bildschirm, Knöpfe
usw., die ein Signal ausgeben können,
dass zur Anzeige des Aggressivitätsfaktors
Acmd geeignet ist. Der Wert des vom Bediener
angewiesenen Aggressivitätsfaktors
Acmd kann zumindest teilweise auf einer
Position der Aggressivitätseingabe 244 basieren.
Beispielsweise kann der Wert von Acmd proportional
zur Position der Aggressivitätseingabe 244 sein.
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In
einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Offenbarung kann die Allradsteuervorrichtung 230 eine
Karte bzw. ein Kennfeld oder eine Tabelle aufweisen, die eine lineare
oder nicht-lineare Beziehung zwischen der Position der Aggressivitätseingabe 244 und
dem Aggressivitätsfaktor Acmd festlegt. In einem weiteren beispielhaften
Ausführungsbeispiel
kann die Steuervorrichtung 230 konfiguriert sein, um mathematische
Gleichungen zu verwenden, die eine lineare oder nicht-lineare Beziehung
zwischen der Position der Aggressivitätseingabe 244 und
dem Wert des Aggressivitätsfaktors
Acmd festlegen.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Offenbarung kann die Aggressivitätseingabe 244 dem
Bediener gestatten, einen Aggressivitätsfaktor Acmd anzuweisen,
der zwischen 0,90 und 1,20 ist, so dass die Drehzahl bzw. Geschwindigkeit
der Vorderräder 112 so
eingestellt werden kann, dass sie zwischen 90% und 120% der Geschwindigkeit
bzw. Drehzahl der Hinterräder 122a,
b ist. Wenn die Traktionsbedingungen besonders schlecht sind, wie
beispielsweise wenn man eine seitliche Neigung gradet bzw. abzieht,
oder wenn man auf Schnee oder auf Sand arbeitet, kann die Auswahl
eines hohen Aggressivitätsfaktors
verhindern, dass die Vorderräder 112 von
der Richtung abwandern, die von dem Bediener vorgegeben wird, beispielsweise
unter Verwendung einer Lenkeingabe 152.
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Die
Allradsteuervorrichtung 230 kann konfiguriert sein, um
eine Regelungssteuerung (closed loop) der Geschwindigkeit der Vorderräder 112 in
den Manuell- und/oder Kriechbetriebszuständen vorzusehen. Bei einem
Ausführungsbeispiel
kann die tatsächliche
Drehzahl der Vorderräder 112 zurück zur Steuervorrichtung 230 geleitet
werden, um eine Regelungssteuerung der Vorderraddrehzahl unter Verwendung
von bekannten Algorithmen zu gestatten. Beispielsweise können die
HYSTAT-Ausgangsdrehzahlsensoren 254 die tatsächliche
Ausgangsdrehzahl der hydrostatischen Getriebe 220 zur Steuervorrichtung 230 zurückspeisen,
um eine Regelungssteuerung der Drehzahl der Vorderräder 112 zu
gestatten, die proportional zur Ausgangsdrehzahl der hydrostatischen
Getriebe 220 gemäß einer
vorderen Endgetriebeübersetzung
ist.
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Wenn
ein Bediener einen Aggressivitätsfaktor
Acmd einstellt, der zu hoch für die gegenwärtigen Betriebsbedingungen
ist, kann die Maschine 100 ein resonantes Hopping bzw.
springen erfahren. Entsprechend kann in einem beispielhaften Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Offenbarung die Maschine 100 ein Hopping-Verringerungssystem 300 aufweisen,
welches den von dem Bediener angewiesenen Aggressivitätsfaktor
Acmd auf ein Niveau begrenzen kann, welches
das resonante Hopping unter den gegenwärtigen Betriebsbedingungen
der Maschine dämpfen
oder eliminieren wird.
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3 ist
ein funktionelles Blockdiagramm eines Hopping-Verringerungssystems 300 gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Offenbarung. Das Hopping-Verringerungssystem 300 kann einen
Prozessor und ein computerlesbares Medium aufweisen, wie beispielsweise
einen Speicher, der konfiguriert ist, um eine oder mehrere Steuerroutinen (beispielsweise
Software) zur Ausführung
von Verfahren in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Offenbarung zu speichern.
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Das
Hopping-Verringerungssystem 300 kann als Teil der Allradsteuervorrichtung 230 eingerichtet
werden, beispielsweise als eine Unterroutine in der Steuervorrichtungssoftware.
Alternativ kann das System 300 als eine getrennte Einheit
eingerichtet sein.
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Das
Hopping-Verringerungssystem 300 kann einen oder mehrere
Hopping-Sensoren 310 aufweisen.
In dem in 3 veranschaulichten Ausführungsbeispiel
weist das System 300 eine Vielzahl von Hopping-Sensoren 310a,
b auf. Es sei jedoch bemerkt, dass das System 300 einen
einzigen Hopping-Sensor 310 aufweisen
könnte,
ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Der Hopping-Sensor 310 kann
einen Parameter abfühlen,
der das Hopping- bzw. Springen der Maschine anzeigt, und ein Signal
H ausgeben, welches den Wert des abgefühlten Parameters entspricht.
Beispielsweise kann der Hopping-Sensor 310 einen Parameter
messen, der eine Veränderung
des Wertes erfährt,
der mit der Größe eines
Hoppings bzw. Sprungvorgangs in Beziehung steht, wie von der Maschine 100 erfah ren.
Eine Anzahl von unterschiedlichen Parametern kann zur Messung durch
den Hopping-Sensor 310 geeignet sein.
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Beispielsweise
kann der Hopping-Sensor 310 einen Parameter messen, der
die Drehzahl der Vorderräder 112 anzeigt.
Wenn die Maschine 100 Hopping zeigt (vom Boden abspringt),
kann die Drehzahl der Vorderräder 112 umgekehrt
zu der Belastung auf den Vorderrädern 112 variieren.
Das heißt, wenn
der Vorderteil der Maschine 100 springt, kann die Drehzahl
der Vorderräder 112 eine
Spitze zeigen, wenn die Vorderräder 112 den
Kontakt mit der Oberfläche 50 verlieren.
Um diese Fluktuationen zu messen, kann der Hopping-Sensor 310 linke
und/oder rechte (nicht gezeigte) Vorderraddrehzahlsensoren aufweisen.
Der Raddrehzahlsensor oder die Raddrehzahlsensoren können konfiguriert
sein, um Parameter zu messen, die die tatsächliche Drehzahl der Vorderräder 112 anzeigen,
oder die eine andere Drehzahl anzeigen, die mit der Drehzahl der
Vorderräder 112 in
Beziehung steht. Bei einem Ausführungsbeispiel
kann beispielsweise der Hopping-Sensor 310 die Drehzahl
der Vorderräder 112 basierend auf
der Ausgangsdrehzahl der hydrostatischen Getriebe 220 messen
(wie beispielsweise durch die HYSTAT-Ausgangsdrehzahlsensoren 254 gemessen), die
proportional zur Drehzahl der Vorderräder 112 entsprechend
einer vorderen Endantriebsübersetzung
ist. Alternativ kann die Drehzahl der Vorderräder 112 in irgendeiner
anderen geeigneten Weise bestimmt werden, die dem Fachmann bekannt
ist.
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Bei
einem anderen Ausführungsbeispiel kann
der Hopping-Sensor 310 eine Last auf einer Komponente des
Allradsystems 200 messen, die variiert, wenn die Maschine 100 hüpft bzw.
abspringt. Beispielsweise kann der Druck des hydraulischen Strömungsmittels
in den hydrostatischen Getrieben 220 mit der variierenden
Last variieren, die auf den Vorderrädern 112 aufgebracht
wird, wenn die Maschine 100 springt. Entsprechend kann
in einem beispielhaften Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Offenbarung der Hopping-Sensor 310 unter
Verwendung eines (nicht gezeigten) Antriebsdrucksensors eingerichtet
werden, der konfiguriert ist, um einen gegenwärtigen Wert des Druckes des
hydraulischen Strömungsmittels
in den rechten und/oder linken hydrostatischen Getrieben 220 zu
detektieren. In manchen Maschinen kann der Druck des hydraulischen Strömungsmittels
in den Vorderradkupplungen 222 mit dem Druck in den hydrostatischen
Getrieben 220 in Beziehung stehen. Entsprechend kann der
Hopping-Sensor 310 in einem Ausführungsbeispiel unter Verwendung
eines (nicht gezeigten) Kupplungsdrucksensors eingerichtet werden,
der konfiguriert ist, um einen gegenwärtigen Wert des Druckes des hydraulischen
Strömungsmittels
in den rechten und/oder linken hydraulischen Kupplungen 222 zu detektieren.
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Auch
kann die Last auf den hydrostatischen Getrieben 220 direkt
mit der Last auf den Vorderrädern 112 variieren,
wenn die Maschine 100 springt. Entsprechend kann in einem
Ausführungsbeispiel der
Hopping-Sensor 310 unter Verwendung eines linken und/oder
rechten (nicht gezeigten) Drehmomentsensors eingerichtet werden,
der konfiguriert ist, um ein Ausgangsdrehmoment der linken und/oder
rechten hydrostatischen Getriebe 220 zu messen.
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Weiterhin
kann ein vorderer Rahmenabschnitt 110 der Maschine 100 eine
vertikale Beschleunigung und Abbremsung erfahren, wenn die Maschine 100 springt
bzw. Hopping zeigt. Entsprechend kann in einem weiteren Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Offenbarung der Hopping-Sensor 310 die Beschleunigung
eines vorderen Teils der Maschine 100 messen. Beispielsweise
kann der Hopping-Sensor 310 einen Beschleunigungsmesser
aufweisen, der positioniert ist, um die vertikale Beschleunigung
eines vorderen Teils des vorderen Rahmenabschnittes 110 zu
messen, wenn die Maschine 100 springt.
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Wenn
die Maschine 100 springt, kann auch das Schild 142 (oder
ein anderes Werkzeug 140) in die Oberfläche 50 gedrückt werden,
was somit eine Belastung auf dem Schild 142 mit jedem Sprung
variiert. In einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Offenbarung kann der Hopping-Sensor 310 diese Veränderung
der Last auf dem Schild 142 beispielsweise messen durch
Messung der Veränderungen des
Druckes des hydraulischen Strö mungsmittels
in den Hubzylindern 148. Das Hopping-Verringerungssystem 300 kann
einen oder mehrere Hopping-Sensoren 310 aufweisen, die
konfiguriert sind, um einen oder mehrere der oben erwähnten Parameter
zu messen. Jedoch sind der spezielle abzufühlende Parameter und die spezielle
Einrichtung des Hopping-Sensors 310 nicht auf die oben
aufgelisteten Dinge eingeschränkt.
Andere Parameter, die das Hopping der Maschine zeigen, und andere
Sensoren, um diese Parameter zu messen, werden dem Fachmann offensichtlich
sein.
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Nicht
alle der Veränderungen
bei einem abgefühlten
Parameter können
auf Grund eines resonanten Hoppings kommen. Beispielsweise können einige
der Veränderungen
in dem Ausgangssignal H des Hopping-Sensors 310 auf Grund
von nicht resonantem Hopping sein, welches durch die Rauhigkeit der
Oberfläche 50 verursacht
wird. Beispielsweise kann die Arbeitsmaschine 100 ein nicht
resonantes Hopping erfahren, wenn die Vorderräder 112 auf eine Spurrille
oder ein Schlagloch in der Oberfläche 50 treffen. Es
kann ineffizient sein, den vom Bediener angewiesenen Aggressivitätsfaktor
Acmd basierend auf diesen nicht resonanten
Veränderungen
des abgefühlten
Parameters zu begrenzen. Entsprechend kann das Hopping-Verringerungssystem 300 bei
einem beispielhaften Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Offenbarung Variationen der Ausgangsgröße H des
Hopping-Sensors 310 herausfiltern, die in anderen Faktoren
begründet
sind als dem resonanten Hopping, und man kann somit eine Größe des resonanten
Hoppings der Maschine 100 bestimmen.
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In
einem Ausführungsbeispiel
kann das Hopping-Verringerungssystem 300 die Größe des resonanten
Hoppings durch Leiten der Ausgangsgröße H des Hopping-Sensors 310 durch
einen Filter 320 bestimmen. Der Filter 320 kann
ausgelegt sein, um Signale mit einer Frequenz auf der Frequenz fhop oder nahe dieser durchzulassen, wo das
Hopping der speziellen Maschine 100 eine Resonanz zeigen
kann und andere Signale abweisen oder dämpfen. Die resonante Hopping-Frequenz
fhop einer Maschine 100 kann beispielsweise
vom Maschinengewicht, von der Verteilung des Maschinengewichtes
zwi schen den Vorder- und Hinterrädern 122a,
b und von anderen Faktoren abhängen.
Die Frequenz fhop für eine spezielle Maschinenkonfiguration
kann empirisch bestimmt werden durch Testen eines Ausführungsbeispiels
der speziellen Maschinenkonfiguration unter Betriebsbedingungen.
Alternativ kann die Frequenz fhop abgeschätzt oder
bestimmt werden durch Modellierung der Leistung der speziellen Maschinenkonfiguration
unter Verwendung von Computersimulationstechniken oder durch eine
Kombination aus empirischem Test und Simulation. Beispielsweise
ist herausgefunden worden, dass fhop für einen
beispielhaften Motorgrader ungefähr
3 Hz ist. Als ein weiteres Beispiel ist herausgefunden worden, dass
fhop für
einen ähnlichen
Motorgrader, der mit einem Schneepflug ausgerüstet ist, ungefähr 2 Hz
ist.
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In
einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Offenbarung kann der Filter 320 einen Bandpassfilter
aufweisen, der eine Mittelfrequenz auf oder nahe der resonanten
Hopping-Frequenz fhop für die spezielle Maschinenkonfiguration ist.
Die Selektivität
des Filters 320 kann basierend auf empirischen Test und/oder
Simulationen ausgewählt werden.
Bei dem beispielhaften Motorgrader kann beispielsweise der Filter 320 unter
Verwendung eines Butterworth-Bandpassfilters vierter Ordnung eingerichtet
werden, der eine Mittelfrequenz von ungefähr 3 Hz und eine Bandbreite
von ungefähr
1 Hz hat. Jedoch werden andere geeignete Arten und Konfigurationen
von Filtern 320 dem Fachmann offensichtlich sein.
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Als
eine Alternative zum Filter 320 kann das Hopping-Verringerungssystem 300 stattdessen
die Größe des resonanten
Hoppings bestimmen, und zwar durch Bestimmung der Stärke der
Ausgangsgröße H des
Hopping-Sensors 310 auf oder nahe der resonanten Hopping-Frequenz
fhop. Bei dem beispielhaften Motorgrader
kann beispielsweise das Hopping-Verringerungssystem 300 konfiguriert
sein, um beispielsweise eine schnelle Fourier-Transformationsfunktion (FFT-Funktion,
FFT = fast Fourier transform) am Ausgangssignal H des Hopping-Sensors 310 auszuführen, um
die Leistung des Signals H auf oder nahe bei 3 Hz zu bestimmen.
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Die
Ausgangsgröße des Filters 320 (oder
alternativ der FFT-Funktion) ist ein Signal Hres,
welches den Teil der Ausgangsgröße H des
Sensors 310 entspricht, der auf Grund des resonanten Hopping
der Maschine 100 auftritt. In einem Ausführungsbeispiel kann
das Hopping-Verringerungssystem 300 eine Absolutwertfunktion 330 an
dem gefilterten Signal Hres anwenden, um
die Veränderung
des abgefühlten Parameters
sowohl auf einer steigenden Flanke als auch einer fallenden Falle
eines Hoppings der Maschine zu normalisieren. Das System 300 kann
auch eine Ratenbegrenzungsfunktion 340 anwenden, um das
normalisierte Signal |Hres| zu glätten. Die
letztendliche Ausgangsgröße Hamp der Ratenbegrenzungsfunktion 340 ist
ein Signal mit einem Wert entsprechend der Größe des resonanten Hoppings
der Maschine 100.
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Wie
in 3 veranschaulicht, wo das Hopping-Verringerungssystem 300 mehr
als einen Hopping-Sensor 310 aufweist, beispielsweise wo
das System 300 eine Vielzahl von Sensoren 310 aufweist,
um den Druck in den linken und rechten hydrostatischen Getrieben 220 abzufühlen, oder
den Druck in den linken und rechten Vorderradkupplungen 222,
oder die Drehzahl der linken und rechten Vorderräder 112 usw., können die
letztendlichen Ausgangsgrößen Hamp aus jedem der Sensoren 310 in eine
Maximalwertfunktion 350 eingegeben werden. Die Maximalwertfunktion 350 kann
ein Maximal-Hopping-Signal
Hmax ausgeben, welches den maximalen Wert
der Signale Hamp von den verschiedenen Hopping-Sensoren 310 entspricht.
Wo das System 300 nur einen einzigen Hopping-Sensor aufweist,
kann die Maximalwertfunktion 350 weggelassen werden.
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Das
Maximal-Hopping-Signal Hmax von der Maximalwertfunktion 330 kann
in einen Über-Hopping-Detektor 360 eingegeben
werden. Der Über-Hopping-Detektor 360 kann
den Wert des Maximal-Hopping-Signals Hmax mit
dem Wert einer Hopping-Toleranz Htol vergleichen.
Der Wert der Hopping-Toleranz
Htol stellt einen Wert des abgefühlten Parameters
dar, der einer Größe des resonanten
Maschinen-Hoppings entspricht, die als während des Betriebs der Maschine 100 akzeptabel
angesehen wird. Der Wert von Htol kann in
einem (nicht gezeigten) Speicher basierend auf empirischen Tests und/oder
basierend auf Simulationen des Betriebs der speziellen Maschinenkonfiguration
eingestellt werden. Der Über-Hopping-Detektor 360 bestimmt die
Größe, falls
vorhanden, um die der Wert des Maximal-Hopping-Signals Hmax die
Hopping-Toleranz Htol überschreitet, und gibt ein Über-Hopping-Signal Hovr mit einem Wert aus, der dem Übermaß Hmax–Htol entspricht.
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Eine
Hopping-Steuervorrichtung 370 kann die Ausgabe des Über-Hopping-Signals Hovr von dem Über-Hopping-Detektor 340 aufnehmen.
Die Hopping-Steuervorrichtung 370 kann
dann einen durch Hopping begrenzten Aggressivitätsfaktor Ahop ausgeben,
und zwar basierend auf dem Wert des Über-Hopping-Signals Hovr.
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Der
durch Hopping begrenzte Aggressivitätsfaktor Ahop kann
dem maximalen zulässigen
Aggressivitätsfaktor
entsprechen, der zulässig
ist, wenn das übermäßig große resonante
Hopping, welches durch das Über-Hopping-Signal Hovr gezeigt
wird, zu eliminieren ist. Die Größe des durch
Hopping begrenzten Aggressivitätsfaktors
Ahop, der von der Hopping-Steuervorrichtung 370 ausgegeben
wird, kann umgekehrt proportional zur Größe des Über-Hopping-Signals Hovr sein.
Das heißt,
je größer der
Unterschied zwischen der Größe des resonanten
Hoppings Hapm und der Hopping-Toleranz Htol ist, desto geringer ist der Wert des
daraus resultierenden durch Hopping begrenzten Aggressivitätsfaktors
Ahop.
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In
einem Ausführungsbeispiel
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Offenbarung kann die Hopping-Steuervorrichtung 370 eine
Proportional-Integrall-Derivativ-Steuervorrichtung
(PID-Steuervorrichtung) sein. In diesem Fall kann die Hopping-Steuervorrichtung 370 geeignete
Schleifenverstärkungs- (loop-gain)
und Derivativ-Verstärkungs-
(derivativ-gain) Faktoren aufweisen. Zusätzlich kann der Derivativausdruck
durch einen Tiefpassfilter geleitet werden, beispielsweise einen
Tiefpassfilter erster Ordnung, um die Effekte des Rauschens und
von plötzlichen
Veränderungen
in der Ausgangsgröße des Sensors 310 zu
begrenzen. Jedoch ist die Hopping-Steuervorrichtung 370 nicht
auf irgendeine spezielle Art von Steuervorrich tungen beschränkt, und
irgendeine von einer Vielzahl von anderen geeigneten Steuervorrichtungen,
die dem Fachmann bekannt sind, kann auch verwendet werden. Beispielsweise kann
die Hopping-Steuervorrichtung 370 auch unter Verwendung
einer Proportional-Integral-Steuervorrichtung (PI-Steuervorrichtung)
eingerichtet werden.
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Ein
Aggressivitätsmanager 380 kann
den durch Hopping begrenzten Aggressivitätsfaktor Ahop von
der Hopping-Steuervorrichtung 370 und den vom Bediener
angewiesenen Aggressivitätsfaktor
Acmd von der Aggressivitätseingabe 244 aufnehmen
und einen eingestellten Aggressivitätsfaktor Aadj basierend
auf den Signalen Acmd und Ahop ausgeben.
Beispielsweise kann der eingestellte Aggressivitätsfaktor Aadj dem
kleineren der Aggressivitätsfaktoren
entsprechen, die durch die Signale Acmd und
Ahop angezeigt werden. Das Hopping-Verringerungssystem 300 kann
dann den eingestellten Aggressivitätsfaktor Aadj an
die Allradsteuervorrichtung 230 ausgeben. In einem Ausführungsbeispiel
kann der Aggressivitätsmanager 380 den
vom Bediener angewiesenen Aggressivitätsfaktor Acmd mit
dem eingestellten Aggressivitätsfaktor
Aadj übersteuern.
Somit kann die Größe der Einstellung
auf den vom Bediener angewiesenen Aggressivitätsfaktor Acmd,
das heißt
der Unterschied zwischen Acmd und Aadj, direkt proportional zum Wert des Über-Hopping-Signals Hovr sein. Das heißt, die Größe der Einstellung Acmd–Ahop kann direkt proportional zum Unterschied
des Wertes zwischen der Größe des resonanten
Hopping Hamp und der Hopping-Toleranz Htol sein.
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Die
Allradsteuervorrichtung 230 kann den eingestellten Aggressivitätsfaktor
Aadj vom Aggressivitätsmanager 380 verwenden,
um die Antriebsgeschwindigkeit der Vorderräder 112 einzustellen.
Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 230 die hydrostatischen
Getriebe 220 anweisen, die Vorderräder 112 mit einer
Drehzahl bzw. Geschwindigkeit anzutreiben, die der Drehzahl der
hinteren Räder 122a, b
entspricht, und zwar multipliziert mit dem eingestellten Aggressivitätsfaktor
Aadj, was somit das übermäßig große resonante Hopping eliminiert.
Als eine Folge kann die Allradsteuervorrichtung 230 in Verbindung
mit dem Hopping-Verringerungssystem 300 eine Regelungssteuerung
(closed-loop) des Hoppings der Maschine vorsehen.
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Alternativ
kann die Allradsteuervorrichtung 230 weiter den eingestellten
Aggressivitätsfaktor
Aadj konditionieren, bevor die hydrostatischen
Getriebe 220 angewiesen werden. Beispielsweise kann die Allradsteuervorrichtung 230 weiter
den eingestellten Aggressivitätsfaktor
Aadj konditionieren, um Unterschiede bezüglich der
Drehgeschwindigkeit der rechten und linken Vorderräder 112 während Lenkungsvorgängen zu
kompensieren.
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Industrielle
Anwendbarkeit
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Hopping-Verringerungssysteme
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Offenbarung können bei einer Vielzahl von
selbstangetriebenen Arbeitsmaschinen angewandt werden. Durch Vorsehen
der Verringerung des Aggressivitätsfaktors
proportional zur Größe des übermäßig großen Hoppings
gestattet das Hopping-Verringerungssystem der vorliegenden Offenbarung
die Steuerung des Hopping bzw. Springens bei Maschinen mit Vorder-
und Hinterrädern,
die durch getrennte Getriebe angetrieben werden. Durch Herausfiltern
von nicht resonantem Hopping gestattet das Hopping-Verringerungssystem
der vorliegenden Offenbarung, dass selbst angetriebenen Maschinen
effizienter betrieben werden. Im Betrieb sorgt das Hopping-Verringerungssystem
der vorliegenden Offenbarung für
den Betrieb von selbst angetriebenen Maschinen mit maximaler Aggressivität ohne inakzeptables
Hopping.
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Es
wird dem Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen
und Variationen an dem offenbarten Systemen und Verfahren vorgenommen
werden können,
ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen. Andere Ausführungsbeispiele
der Offenbarung werden dem Fachmann aus einer Betrachtung der Beschreibung
und aus einer praktischen Ausführung
der hier offenbarten Offenbarung offensichtlich werden. Es ist beabsichtigt, dass
die Beschreibung und die Beispiele nur als beispielhaft angesehen werden,
wobei ein wahrer Umfang der Offenbarung durch die folgenden Ansprüche gezeigt
wird.