DE102007026527B4

DE102007026527B4 - Steuerungssystem für einen Motor-Grader, Motor-Grader und Verfahren zum Steuern eines Motor-Graders

Info

Publication number: DE102007026527B4
Application number: DE102007026527.3A
Authority: DE
Inventors: Mark Zachman
Original assignee: Caterpillar Trimble Control Technologies LLC
Current assignee: Caterpillar Trimble Control Technologies LLC
Priority date: 2006-06-13
Filing date: 2007-06-08
Publication date: 2015-12-17
Anticipated expiration: 2027-06-09
Also published as: AU2007202403B2; AU2007202403A1; US20080000659A1; DE102007026527A1; US7588088B2

Abstract

Steuersystem (12) für einen Motor-Grader (10) des Typs, der eine Schar (14) zum Einebnen einer Oberfläche aufweist, wobei der Motor-Grader (10) ferner erste und zweite Hydraulikzylinder (20, 21) zum Anheben und Absenken der Schar (14) nahe ihrer ersten und zweiten Enden aufweist, sowie erste und zweite Hydraulikventile (32, 33) zum Steuern der Strömung eines Hydraulikfluids zu dem ersten bzw. zweiten Hydraulikzylinder (20, 21), und ein Neigungsmessgerät (48), das zur Bewegung mit der Schar (14) montiert ist, um ein Neigungsmessgerätausgangssignal zu liefern, das die Neigung der Schar (14) bezüglich der Horizontalen entlang ihrer Länge anzeigt, wobei das Steuersystem (12) aufweist: einen Hydraulikzylinderpositionssensor (40) zum Bestimmen der Ausfahrposition des ersten Hydraulikzylinders (20), und eine Steuerung (28), die auf eine die gewünschte Höhe und Querneigung der Schar (14) spezifizierende Steuereingabe, auf den Hydraulikzylinderpositionssensor (40) und auf die Neigungsmessgerätausgabe reagiert, um Ventilsteuersignale für die ersten und zweiten Hydraulikventile (32, 33) vorzusehen., wobei die Steuerung (28) zum Halten der gewünschten Höhe und Querneigung ein erstes Ventilsteuersignal für das erste Hydraulikventil (32) in Abhängigkeit der durch die Steuereingabe (45) spezifizierten gewünschten Höhe vorsieht, und die Steuerung (28) ein zweites Ventilsteuersignal für das zweite Hydraulikventil (33) in Abhängigkeit von dem Neigungsmessgerätausgang und in Abhängigkeit von der durch die Steuereingabe (45) spezifizierten Querneigung vorsieht, und wobei, während Zeiten, wenn die Differenz zwischen der gewünschten Höhe und der gemessenen Höhe der Schar (14) ausreichend ist, um die Betätigung des ersten Hydraulikventils (32) und ein Aus- oder Einfahren des ersten Hydraulikzylinders (20) zu bewirken, die Steuerung (28) das zweite Ventilsteuersignal zu dem zweiten Hydraulikventil (33) ausschließlich in Abhängigkeit von dem ersten Hydraulikzylinderpositionssensor (40), welcher die Ausfahrposition des ersten Hydraulikzylinders (20) bestimmt, vorsieht, so dass der zweite Hydraulikzylinder (21) mit dem ersten Hydraulikzylinder (20) ohne Bezugnahme auf den Neigungsmessgerätausgang ausfährt und einfährt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein einen Motor-Grader und ein Steuersystem für einen Motor-Grader des Typs, bei welchem die vertikale Position der Schar (grader plate) durch ein Paar von Hydraulikzylindern gesteuert wird. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen derartigen Motor-Grader und ein Steuersystem, bei welchem das Ausfahren oder Einfahren von einem Hydraulikzylinders des Paares dem des anderen Hydraulikzylinders folgt, wenn eine vertikale Bewegung der Schar ausgeführt werden soll, wodurch der Querneigungswinkel aufrecht erhalten wird.
Motor-Grader bzw. Planiermaschinen werden zum Verändern der Konturen von Baustellen und Straßenunterbauten verwendet. Motor-Grader enthalten typischerweise ein Arbeitswerkzeug, wie etwa ein Planierschild zur Oberflächenbearbeitung, das mit einem Rahmen des Graders durch eine Struktur, die ein Paar von individuell gesteuerten Hydraulikzylindern enthält, beweglich verbunden ist. Die Hydraulikzylinder sind an jeder Seite des Maschinenrahmens des Motor-Graders montiert. Die Hydraulikzylinder werden unabhängig voneinander betrieben und können ein- oder ausgefahren werden, um die jeweiligen Enden der Schar relativ zu den entsprechenden Seiten des Maschinenrahmens abzusenken oder anzuheben. Die Scharhöhe kann dabei manuell oder automatisch gesteuert werden.
Beim manuellen Betriebsmodus steuert der Bediener die vertikale Position von einer oder beiden Enden der Schar über ein Paar von Steuerhebeln, die in der Kabine des Motor-Graders montiert sind. Jeder der Steuerhebel moduliert ein entsprechendes Steuerventil, das mechanisch oder elektrisch mit dem Steuerhebel verbunden ist. Die manuellen Steuerventile sind zwischen einer Hydraulikfluidversorgung und den Hydraulikzylindern verbunden. Der Bediener betätigt die manuellen Steuerventile, um die gewünschte Höhenposition der Schar an einem oder beiden Enden der Schar einzustellen. Bei einer Abwandlung der manuellen Steuerung sieht ein Neigungsmessgerät, das zur Bewegung mit der Schar montiert ist, ein Neigungsmeterausgangssignal vor, das die Neigung der Schar entlang seiner Länge angibt. Der Bediener stellt die gewünschte Neigung in dem Steuersystem ein. Das Steuersystem vergleicht die gemessene Neigung mit der gewünschten Neigung und steuert ein Steuerventil derart, dass es den Zylinder zur gleichen Zeit ein- oder ausfährt, wenn der andere Zylinder ein- oder ausfährt. Dies wird unter Aufrechterhaltung der Schräglage der Schar mit einer gewünschten Neigung erzielt.
Bei dem automatischen Betriebsmodus wird das Anheben und Absenken der Schar durch Ein- und Ausfahren der Zylinder auf der Grundlage der Differenz zwischen der gewünschten Scharhöhe und der gemessenen Scharhöhe gesteuert. Die Scharhöhe kann auf eine beliebige Art und Weise gemessen werden, einschließlich der Verwendung von GPS-basierten und Laser-basierten Systemen. Die Höhe jedes Endes der Schar kann in diesem Betriebsmodus gemessen werden. Alternativ kann die Höhe eines Endes der Schar gemessen werden und der Hydraulikzylinder an dem Ende der Schar auf der Grundlage der Differenz zwischen der gemessenen und der gewünschten Höhe betätigt bzw. eingestellt werden. Der Hydraulikzylinder an der anderen Seite der Schar wird auf der Grundlage der Differenz zwischen der gewünschten und der gemessenen Neigung der Schar entlang ihrer Länge betätigt bzw. eingestellt. Ein Neigungsmessgerät, das auf der Schar sitzt oder mechanisch mit der Schar verbunden ist, liefert auch in diesem Betriebsmodus die Messung der Scharneigung.
Neigungsmessgeräte werden typischerweise mechanisch oder elektrisch gedämpft, um die schnellen Schwankungen und das Signalrauschen in dem Ausgangssignal zu verringern, das ansonsten von den Schwingungen in mechanischen Systemen resultiert. Die Dämpfung verursacht jedoch eine Zeitverzögerung in dem Neigungsmessgerätausgangssignal in einem Motor-Gradersystem, das den Betrieb des Systems verschlechtert, wenn eine Veränderung in der Höhe der Schar erfolgen soll. Da die Hydraulikzylinder, die manuell oder automatisch gesteuert werden, in einer derartigen Situation schnell ein- oder ausgefahren werden sollen, führt die inhärente Zeitverzögerung des Neigungsmessgerätes dazu, dass eines der Enden der Schar um einen erheblichen Betrag erniedrigt oder angehoben wird, bevor das Neigungsmessgerät ein Ausgangssignal liefert, das eine Veränderung in der Neigung anzeigt. Dies wiederum führt zu einem fehlerhaften Querneigungseinschnitt während der Zeitpunkte, wenn die Höhenveränderung ausgeführt wird.
Weiterer relevanter Stand der Technik findet sich in US 6295746 B1 , US 5107932 A , US 6062317 A , DE 102006020293 A1 , US 6389345 B2 , DE 69914533 T2 , DE 19940404 A1 und US 20060041361 A1
Aus der US 6 286 606 B1 ist ein Steuersystem für einen Motor-Grader bekannt, des Typs, der eine Schar zum Einebnen einer Oberfläche aufweist, wobei der Motor-Grader ferner erste und zweite Hydraulikzylinder zum Anheben und Absenken der Schar nahe ihrer ersten und zweiten Enden aufweist, sowie erste und zweite Hydraulikventile zum Steuern der Strömung eines Hydraulikfluids zu dem ersten bzw. zweiten Hydraulikzylinder, und ein Neigungsmessgerät, das zur Bewegung mit der Schar montiert ist, um ein Neigungsmessgeräteausgangssignal zu liefern, das die Neigung der Schar bezüglich der Horizontalen entlang ihrer Länge anzeigt, wobei das Steuersystem ferner aufweist: einen Hydraulikzylinderpositionssensor zum Bestimmen der Ausfahrposition des ersten Hydraulikzylinders, und eine Steuerung, die auf eine die gewünschte Höhe und Querneigung der Schar spezifizierende Steuereingabe, auf den Hydraulikzylinderpositionssensor und auf die Neigungsmessgerätausgabe reagiert, um Ventilsteuersignale für die ersten und zweiten Hydraulikventile vorzusehen, wobei die Steuerung zum Halten der gewünschten Höhe und Querneigung ein erstes Ventilsteuersignal für das erste Hydraulikventil in Abhängigkeit der durch die Steuereingabe spezifizierten gewünschten Höhe vorsieht, und die Steuerung ein zweites Ventilsteuersignal für das zweite Hydraulikventil in Abhängigkeit von dem Neigungsmessgerätausgang und in Abhängigkeit von der durch die Steuereingabe spezifizierten Querneigung vorsieht.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ausgehend von der US 6 286 606 B1 ein Steuersystem für einen Motor-Grader sowie ein Verfahren zum Steuern eines Motor-Graders bereitzustellen, das in der Lage ist die vertikale Scharposition zu verändern, ohne dabei Fehler in der Querneigungsorientierung der Motor-Graderschar einzuführen.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Diese Aufgabe wird durch einen Motor-Grader, ein Steuersystem sowie ein Steuerverfahren für den Motor-Grader gemäß den jeweiligen Merkmalskombinationen der Ansprüche 4, 7 bzw. 1 gelöst, bei welchem die Art und Weise der Steuerung der Scharposition dann, wenn die Schar nach oben oder unten bewegt wird, im Vergleich dazu, wenn die Schar auf einer gewünschten Höhe und Neigung gehalten wird, unterschiedlich ist. Der Motor-Grader besitzt eine Schar zum Planieren oder Einebnen einer Oberfläche und erste und zweite Hydraulikzylinder zum Anheben und Absenken der Schar nahe deren erster und zweiter Enden. Erste und zweite Hydraulikventile steuern den Fluss von einem Hydraulikfluid zu den ersten bzw. zweiten Hydraulikzylindern. Ein Neigungsmessgerät ist zur Bewegung mit der Schar montiert, um einen Neigungsmessgerätausgang bzw. ein Neigungsmessgerätausgangssignal vorzusehen, das die Neigung der Schar entlang seiner Länge bezüglich der Horizontalen anzeigt. Das Steuersystem enthält einen Hydraulikzylinderpositionssensor zum Bestimmen der ausgefahrenen Position bzw. der Ausfahrposition des ersten Hydraulikzylinders. Das Steuersystem enthält ferner eine Steuerung, die auf eine Steuereingabe reagiert, das die gewünschte Höhe und die gewünschte Querneigung der Schar für den Hydraulikzylinderpositionssensor und den Neigungsmessgerätausgang spezifiziert. Die Steuerung sieht Ventilsteuersignale zu den ersten und zweiten Hydraulikventilen vor. Die Steuerung sieht ein erstes Ventilsteuersignal für das erste Hydraulikventil in Abhängigkeit von einer gewünschten Höhe, die durch die Steuereingabe spezifiziert wird, vor, und die Steuerung sieht ein zweites Ventilsteuersignal zu dem zweiten Hydraulikventil in Abhängigkeit von dem Neigungsmessgerätausgang vor sowie von der Querneigung, die durch die Steuereingabe spezifiziert worden ist. Wenn jedoch die Schar nach oben oder unten bewegt werden soll, sieht die Steuerung das zweite Ventilsteuersignal zu dem zweiten Hydraulikventil in Abhängigkeit von dem Hydraulikzylinderpositionssensor derart vor, dass der zweite Hydraulikzylinder mit dem ersten Hydraulikzylinder derart ein- bzw. ausfährt, dass der Querneigungswinkel der Schar aufrecht erhalten wird. Wenn der zweite Hydraulikzylinder in einer geschlossenen Regelschleife geregelt wird, sieht die Steuerung das zweite Ventilsteuersignal für das zweite Hydraulikventil in Abhängigkeit von den ersten und zweiten Hydraulikzylinderpositionssensoren vor.
Die Steuerung sieht das zweite Ventilsteuersignal für das zweite Hydraulikventil in Abhängigkeit von dem Hydraulikzylinderpositionssensor vor, wenn die Differenz zwischen der gewünschten Höhe und der gemessenen Höhe der Schar einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet. Das Steuersystem enthält ferner einen manuellen Steuerungsmechanismus, der es dem Bediener ermöglicht die Steuerung, die die gewünschte Höhe und Querneigung der Schar spezifiziert, manuell zu steuern. Das Steuersystem enthält ferner ein automatisiertes System, das Steuersignale für die Ventile in Abhängigkeit von dem Ort bzw. der Position des Motor-Graders vorsieht.
Ein Verfahren zum Steuern eines Motor-Graders dieses Typs weist folgende Schritte auf: Bestimmen der Neigung der Schar, Anheben oder Absenken des ersten Endes der Schar mit dem ersten Hydraulikzylinder in Reaktion auf eine Steuereingabe, die auf eine Steuervorrichtung ausgeübt wird, und Anheben oder Absenken des zweiten Endes der Schar. Wenn die Schar auf eine gewünschte Höhe gehalten werden soll, wird die Neigung der Schar überwacht und das zweite Ende der Schar wird mit dem zweiten Hydraulikzylinder derart angehoben oder abgesenkt, dass die gemessene Neigung der Schar konstant bleibt. Wenn die Schar jedoch nach oben oder unten bewegt werden soll, wird die Position des ersten Hydraulikzylinders überwacht und das zweite Ende der Schar wird mit dem zweiten Hydraulikzylinder derart angehoben oder abgesenkt, dass der zweite Hydraulikzylinder sich mit der Bewegung des ersten Hydraulikzylinders bewegt. Der zweite Hydraulikzylinder kann entweder gesteuert oder geregelt werden.
Das Verfahren enthält ferner den Schritt eines Überwachens der Position des ersten Hydraulikzylinders mit einem Sensor, der das Ausfahren oder Einfahren des Zylinders überwacht. Das Verfahren enthält ferner den Schritt eines Überwachens der Position des zweiten Hydraulikzylinders mit einem Sensor, der das Ausfahren oder Einfahren des Zylinders überwacht. Das Verfahren kann ferner den Schritt eines Vorsehens einer Steuereingabe von einem manuell betätigten Steuergerät zur Steuerung vorsehen. Alternativ kann das Verfahren den Schritt zum Vorsehen einer Steuereingabe von dem automatisierten System zu der Steuerung vorsehen. Der Schritt eines Vorsehens einer Steuereingabe von einem automatisierten System zu der Steuerung kann die Schritte eines Projizierens einer Referenzebene von Laserlicht und das Empfangen einer Ebene von Laserlicht mit einem Empfänger, der auf dem Motor-Grader angebracht ist, enthalten. Der Schritt eines Vorsehens einer Steuereingabe von dem automatisierten System zu der Steuerung kann den Schritt eines Bestimmens der Position des Motor-Graders und eines Bestimmens der gewünschten Höhe des ersten Endes der Schar und der gewünschten Neigung der Schar an der Position des Motor-Graders enthalten.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Motor-Grader und eine Steuerung für einen Motor-Grader vorzusehen, der bzw. die zum Anheben und Absenken der Graderschar mit einer gewünschten Präzision in der Lage ist. Andere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung, der beigefügten Zeichnungen und den beiliegenden Ansprüchen ersichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Motor-Graders, einschließlich eines Steuerungssystems, der gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist;
2 ist ein Diagramm, das eine erste Ausführungsform eines Steuersystems für einen Motor-Grader zeigt, das gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist; und
3 ist ein Diagramm, das eine zweite Ausführungsform eines Steuersystems für einen Motor-Grader zeigt, das gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im folgenden wird auf die 1 und 2 der Zeichnung Bezug genommen, welche die Erfindung darstellen. Der Motor-Grader 10 enthält ein Steuersystem 12, das in 2 gezeigt ist, zum Steuern der Höhe einer herkömmlichen Graderschar 14. Die Schar 14 ist Teil einer Scharunterbaugruppe, die im allgemeinen mit 16 bezeichnet ist, die mit einem Rahmen 18 des Motor-Graders 10 über erste und zweite individuell steuerbare Hydraulikmotoren oder Hubzylinder 20 und 21, die zwischen dem Maschinenrahmen 18 und der Scharunterbaugruppe 16 verbunden sind, beweglich montiert sind. Die Scharunterbaugruppe 16 enthält einen Kreis und eine Kreisanhängekupplung, die allgemein mit 22 bezeichnet ist, sowie eine Graderschar 14, die an dem Kreis montiert ist. Ein selektiv steuerbarer Kreisantrieb (nicht gezeigt) ist an der Kreisanhängekupplung zum Drehen des Kreises und der Schar um eine im wesentlichen vertikale Achse in einer bekannten Weise montiert. Obwohl das Scharsteuersystem 12 im folgenden unter Bezugnahme auf den Motor-Grader der 1 im Detail beschrieben wird, ist es für den Fachmann offensichtlich, dass andere Maschinen, wie etwa Bulldozer, Kompaktoren, Straßenbetoniermaschinen, Nachformfräsmaschinen, Schürfgeräte und dergleichen, die mit geeigneten Oberflächenbearbeitungshilfsgeräten ausgestattet sind, als durch das Steuersystem steuerbar zu betrachten sind und im Umfang der vorliegenden Erfindung liegen.
Gemäß 2 steuert das Steuersystem 12 die Orientierung der Graderschar 14 des Motor-Graders 10. Während des Betriebs des Motor-Graders 10 können die Planierungs- und Querneigungspositionen der Schar 14 durch eine automatische oder manuelle Steuerung des Ausfahrens und Einfahrens der Hydraulikzylinder 20 und 21, welche mit der Scharunterbaugruppe 16 verbunden sind, eingestellt und justiert werden. Das Paar der hydraulischen Hubzylinder 20 und 21 kann zum Anheben oder Absenken der entsprechenden Enden der Schar 14 relativ zu dem Rahmen 18 eingefahren bzw. ausgefahren werden.
Bei dem manuellen Steuerungsbetriebsmodus steuert der Bediener die vertikale Position eines oder beider Enden der Schar 14 über ein Paar von manuell betätigbaren Steuerhebeln 30 und 31, die in der Kabine 32 des Motor-Graders 10 angeordnet sind. Der manuell betätigbare Steuerhebel 30 ist mit einem ersten Ventil 32 verbunden, das ein manuell betätigbares Steuerventil 34 und ein elektrisch betätigbare Steuerventil 36 enthält. Der manuell betätigbare Steuerhebel 31 ist mit dem zweiten Ventil 33 verbunden, das ein manuell betätigbares Steuerventil 35 und ein elektrisch betätigbares Steuerventil 37 enthält. Die Steuerventile 34, 35, 36 und 37 sind jeweils zwischen einer Hydraulikfluidversorgung (nicht gezeigt) und entsprechenden jeweiligen Hydraulikhubzylindern 20 und 21 verbunden. Die Bewegung der Steuerhebel 30 und 31 ermöglicht es einem Hydraulikfluid unter Druck durch die manuellen Steuerventile 34 und 35 zu strömen, um die Hydraulikzylinder 20 und 21 zu betätigen, wobei die Zylinder in Abhängigkeit von der Richtung, in welcher die Steuerhebel bewegt werden, aus- oder einzufahren.
Die elektrisch betätigbaren oder automatischen Steuerventile 36 und 37 sind jeweils zwischen der Hydraulikfluidversorgung (nicht gezeigt) und dem jeweiligen Hydraulikhubzylinder 20 und 21 verbunden, um das Ausfahren und Einfahren der entsprechenden Hydraulikhubzylinder 20 und 21 in Reaktion auf Signale auf den Leitungen 50 und 52 zu steuern. Die automatischen Steuerventile 36 und 37 sind mit dem Controller 28 elektrisch gekoppelt. Der Controller 28 sieht Steuersignale vor, um die Höhenposition der entsprechenden Scharenden durch Betätigen der jeweiligen hydraulischen Hubzylinder 20 und 21 einzustellen. Die automatischen Steuerventile 36 und 37 sind parallel mit den manuellen Steuerventilen 34 bzw. 35 verbunden und sind von den manuellen Steuerventilen 34 und 35 unabhängig betreibbar, wie im folgenden beschrieben.
Das Steuersystem enthält ferner einen Hydraulikzylinderpositionssensor 40 zum Bestimmen der Ausfahrposition des ersten Hydraulikzylinders 20 und Vorsehen dieser Information zu dem Controller 28. Der Sensor kann irgendeiner aus einer Anzahl an bekannten Sensoren sein, die für diesen Zweck geeignet sind. Der Controller 28 reagiert auf eine Steuereingabe bzw. auf ein Steuereingabesignal 45, das die gewünschte Höhe spezifiziert, auf den Hydraulikzylinderpositionssensor 40 und auf das Neigungsmessgerät 48 zum Vorsehen von Ventilsteuersignalen zu dem ersten und zweiten Hydraulikventil 36 und 37. Bei einem automatischen Betriebsmodus sieht der Controller 28 ein erstes Ventilsteuersignal auf der Leitung 50 zu dem ersten Hydraulikventil 36 in Abhängigkeit von der durch die Steuereingabe 45 spezifizierten gewünschten Höhe vor und der Controller 28 sieht ein zweites Ventilsteuersignal auf der Leitung 52 zu dem zweiten Hydraulikventil 37 in Abhängigkeit von dem Neigungsmessgerätausgang auf der Leitung 60 und der durch die Steuereingabe 45 spezifizierten Querneigung vor.
Eine mit dieser Anordnung zusammenhängende Schwierigkeit tritt auf, wenn die Steuereingabe auf der Leitung 50 die Bewegung des Zylinders 20 befiehlt oder wenn das Ventil 36 derart betätigt wird, dass es die Bewegung des Zylinders 20 befiehlt. Falls die Neigungsmessgerätausgabe zum Bestimmen des Steuersignals auf Leitung 52 verwendet wird, wird die entsprechende Änderung bei dem Ausfahren oder Einfahren des Zylinders 21 nicht schnell ausgeführt, was dazu führt, dass die Schar 14 ungenau orientiert ist. Die vorliegende Erfindung eliminiert dieses Problem durch die Verwendung des Hydraulikzylinderpositionssensors 40. Während Zeitpunkten, bei denen die Schar 14 nach oben oder unten bewegt werden soll, sieht der Controller 28 das zweite Ventilsteuersignal 52 für das zweite Hydraulikventil 37 in Abhängigkeit von dem Hydraulikzylinderpositionssensor 40 vor, welcher die Ausfahrposition des ersten Hydraulikzylinders 20 bestimmt, so dass der zweite Hydraulikzylinder 21 sich entsprechend zum Ausfahren und Einfahren des ersten Hydraulikzylinders 20 ausfährt und einfährt. Der Betrag des Ausfahrens oder Einfahrens des Hydraulikzylinders ist eine Funktion der Geometrie der Zylinder und der Scharstützbauteile und -verbindungen, wird jedoch derart ausgeführt, dass der Querneigungswinkel der Schar 14 konstant bleibt. Dabei ist festzuhalten, dass dies die Ungenauigkeiten eliminiert, die aus der Neigungsmessgerätdämpfung und der daraus resultierenden Signalverzögerung entstanden sind.
Es ist zu beachten, dass es gewünscht sein kann, dass der zweite Zylinder 21 in einer Steuerung mit Rückführung anstelle einer Steuerung gesteuert werden kann. Ein Steuersystem, das eine derartige Rückführungssteuerung verwendet, wird in 3 gezeigt. In 3 sind Elemente, die solchen in der 2 entsprechen mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. In dem System der 3 werden Ungenauigkeiten, die von der Betätigung des Ventils 37 bei einem Steuerungsantrieb her rühren, durch die Hinzufügung eines Hydraulikzylinderpositionssensors 62 zu dem Hydraulikzylinder 21 beseitigt, wobei der Sensor 62 eine Anzeige über den Ausfahrbetrag des Zylinders 21 an den Controller 28 vorsieht. Dies ermöglicht eine Regelung des Zylinders 21, so dass ein Ein- und Ausfahren gemessen wird und dem gewünschten Einfahren und Ausfahren präzise folgt.
Gemäß 3 steuert das Steuersystem 12 die Orientierung der Graderschar 14 des Motor-Graders 10. Während des Betriebes des Motor-Graders 10 können der Grad und die Querneigungspositionen der Schar 14 durch manuelles oder automatisches Ein- und Ausfahren der Hydraulikhubzylinder 20 und 21 gesteuert werden, die mit der Scharunterbaugruppe 16 verbunden sind. Das Paar von hydraulischen Hubzylindern 20 und 21 kann zum Anheben oder Absenken der entsprechenden Seiten der Schar 14 relativ zu dem Rahmen 18 eingefahren oder ausgefahren werden.
Bei dem manuellen Steuerungsbetriebsmodus kann der Bediener die vertikale Position von einem oder beiden Enden der Schar über ein Paar von manuell betätigbaren Steuerhebeln 30 und 31 steuern, die mit den Ventilen 34 bzw. 35 verbunden sind. Die automatischen Steuerventile 36 und 37 sind elektrisch mit dem Controller 28 gekoppelt. Der Controller 28 sieht Steuersignale zum Einstellen der Höhenposition einer entsprechenden Scharseite durch Betätigen eines jeweiligen Hydraulikhubzylinders 20 und 21 ein.
Wie bei der vorhergehenden Ausführungsform enthält das Steuersystem einen Hydraulikzylinderpositionssensor 40 zum Bestimmen der Ausfahrposition des ersten Hydraulikzylinders 21 und zum Vorsehen dieser Information zu dem Controller 28. Der Controller 28 reagiert auf eine Steuereingabe 45, die die gewünschte Höhe und Querneigung der Schar 14 spezifiziert. Die Steuerung 28 reagiert auf die Steuereingabe 45, die die gewünschte Höhe spezifiziert, auf den Hydraulikzylinderpositionssensor 40 und das Neigungsmessgerät 48, um Ventilsteuersignale zu den ersten und zweiten Hydraulikventilen 36 und 37 vorzusehen. Bei einem automatischen Betriebsmodus sieht die Steuerung 28 während Zeitdauern, bei denen die Graderschar 14 auf einer konstanten Höhe und Neigung gehalten werden soll, ein erstes Ventilsteuersignal auf der Leitung 50 für das erste Hydraulikventil 36 in Abhängigkeit von der durch die Steuereingabe 45 spezifizierten gewünschten Höhe vor, und die Steuerung 28 sieht ein zweites Ventilsteuersignal auf der Leitung 52 für das zweite Hydraulikventil 37 in Abhängigkeit von dem Neigungsmessgerätausgang auf Leitung 60 und von der durch die Steuereingabe 45 spezifizierten Querneigung vor.
Wenn das Ventil 34 oder das Ventil 36 zum Anfordern der Bewegung des Zylinders 20 betätigt werden, wird der Neigungsmessgerätausgang nicht zum Bestimmen des Steuersignals auf Leitung 52 verwendet. Vielmehr sieht die Steuerung 28 das zweite Ventilsteuersignal 52 zu dem zweiten Hydraulikventil 37 in Abhängigkeit von dem Hydraulikzylinderpositionssensor 40, welcher die Ausfahrposition des ersten Hydraulikzylinders bestimmt, und in Abhängigkeit von dem Hydraulikzylinderpositionssensor 62 und der Geometrie des Zylinders 20 und 21 und der Zylinderverbindung vor, so dass der zweite Hydraulikzylinder 21 in der Art und Weise mit dem ersten Hydraulikzylinder 20 ein- und ausfährt, dass die Querneigungslage in der Schar 14 auf einem konstanten Winkel bleibt. Es ist zu beachten, dass dies die Ungenauigkeiten eliminiert, die ansonsten von dem Ventil 37 resultieren, wenn dieses in einem Steuerungsbetrieb angesteuert wird.
Das Steuersystem enthält ein automatisiertes System zum Steuern der Steuereingabe, um Ventilsteuersignale für die Ventile in Abhängigkeit des Ortes des Motor-Graders vorzusehen, welches einen Laser- oder GPS-basierten Scharpositionsssensor 60 enthalten kann. Das System bestimmt die x- und y-Position der Motor-Graderschar, wenn der Motor-Grader sich über die Baustelle oder entlang des Straßenbetts bewegt. Die vertikale Position der Schar wird anschließend durch entweder GPS- oder Laser-Messung bestimmt und mit der gewünschten bzw. Sollvertikalposition verglichen. Die Schar wird anschließend angehoben oder abgesenkt, um diese Differenz auszugleichen und die Schar wird zu der gewünschten Position durch eine relative Bewegung der Zylinder 20 und 21 und eine Messung der Neigung der Schar 14 mit dem Neigungsmessgerät 48 bezüglich der Horizontalen geschwenkt. Wenn die Schar angehoben oder abgesenkt werden soll, wird der Zylinder 21 in Abhängigkeit zu der Bewegung des Zylinders 20 ohne Bezugnahme auf das Neigungsmessgerätausgangssignal so lange angesteuert, bis eine neue stationäre Betriebsposition erreicht ist. An diesem Punkt übernimmt der Ausgang des Neigungsmessgerätes 48 wieder die Steuerung des Ausfahrens des Zylinders 21.
Andere Aspekte, Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der Zeichnung, der Offenbarung und den beigefügten Ansprüchen ersichtlich.

Claims

Steuersystem (12) für einen Motor-Grader (10) des Typs, der eine Schar (14) zum Einebnen einer Oberfläche aufweist, wobei der Motor-Grader (10) ferner erste und zweite Hydraulikzylinder (20, 21) zum Anheben und Absenken der Schar (14) nahe ihrer ersten und zweiten Enden aufweist, sowie erste und zweite Hydraulikventile (32, 33) zum Steuern der Strömung eines Hydraulikfluids zu dem ersten bzw. zweiten Hydraulikzylinder (20, 21), und ein Neigungsmessgerät (48), das zur Bewegung mit der Schar (14) montiert ist, um ein Neigungsmessgerätausgangssignal zu liefern, das die Neigung der Schar (14) bezüglich der Horizontalen entlang ihrer Länge anzeigt, wobei das Steuersystem (12) aufweist: einen Hydraulikzylinderpositionssensor (40) zum Bestimmen der Ausfahrposition des ersten Hydraulikzylinders (20), und eine Steuerung (28), die auf eine die gewünschte Höhe und Querneigung der Schar (14) spezifizierende Steuereingabe, auf den Hydraulikzylinderpositionssensor (40) und auf die Neigungsmessgerätausgabe reagiert, um Ventilsteuersignale für die ersten und zweiten Hydraulikventile (32, 33) vorzusehen., wobei die Steuerung (28) zum Halten der gewünschten Höhe und Querneigung ein erstes Ventilsteuersignal für das erste Hydraulikventil (32) in Abhängigkeit der durch die Steuereingabe (45) spezifizierten gewünschten Höhe vorsieht, und die Steuerung (28) ein zweites Ventilsteuersignal für das zweite Hydraulikventil (33) in Abhängigkeit von dem Neigungsmessgerätausgang und in Abhängigkeit von der durch die Steuereingabe (45) spezifizierten Querneigung vorsieht, und wobei, während Zeiten, wenn die Differenz zwischen der gewünschten Höhe und der gemessenen Höhe der Schar (14) ausreichend ist, um die Betätigung des ersten Hydraulikventils (32) und ein Aus- oder Einfahren des ersten Hydraulikzylinders (20) zu bewirken, die Steuerung (28) das zweite Ventilsteuersignal zu dem zweiten Hydraulikventil (33) ausschließlich in Abhängigkeit von dem ersten Hydraulikzylinderpositionssensor (40), welcher die Ausfahrposition des ersten Hydraulikzylinders (20) bestimmt, vorsieht, so dass der zweite Hydraulikzylinder (21) mit dem ersten Hydraulikzylinder (20) ohne Bezugnahme auf den Neigungsmessgerätausgang ausfährt und einfährt.
Steuersystem (12) für einen Motor-Grader (10) gemäß Anspruch 1, ferner aufweisend einen manuellen Steuerungsmechanismus (30, 31), der dem Bediener ermöglicht, die Steuereingabe (45), die die gewünschte Höhe und Querneigung der Schar (14) spezifiziert, manuell zu steuern.
Steuersystem (12) für einen Motor-Grader (10) gemäß Anspruch 1, ferner aufweisend ein automatisiertes System zum Steuern der Steuereingabe (45), um Ventilsteuersignale (36, 37) zu den Ventilen in Abhängigkeit von der Position des Motor-Graders (10) zu steuern.
Motor-Grader (10) aufweisend: eine Schar (14) zum Einebnen einer Oberfläche, einen Motor-Graderkörper (18), erste und zweite Hydraulikzylinder (20, 21) zum Anheben und Absenken von ersten und zweiten Enden der Schar (14) bezüglich dem Körper (18), erste und zweite Hydraulikventile (32, 33) zum Steuern der Strömung von Hydraulikfluid zu den ersten bzw. zweiten Hydraulikzylindern (20, 21), ein Neigungsmessgerät, das zur Bewegung mit der Schar (14) montiert ist, um einen Neigungsmessgerätausgang, der eine Neigung der Schar (14) bezüglich der Horizontalen entlang ihrer Länge angibt, vorzusehen, und ein Steuersystem (12), das enthält einen Hydraulikzylinderpositionssensor (40) zum Bestimmen der Ausfahrposition des ersten Hydraulikzylinders (20), und eine Steuerung (28), die auf eine die gewünschte Höhe und Querneigung der Schar (14) spezifizierende Steuereingabe (45) reagiert, auf den Hydraulikzylinderpositionssensor (40) reagiert und auf den Neigungsmessgerätausgang reagiert, zum Vorsehen von Ventilsteuersignalen zu dem ersten und zweiten Hydraulikventil (32, 33), wobei ein erstes Ventilsteuersignal zu dem ersten Hydraulikventil (32) in Abhängigkeit von der durch die Steuereingabe (45) spezifizierten gewünschten Höhe vorgesehen wird, und ein zweites Ventilsteuersignal zu dem zweiten Hydraulikventil (33) in Abhängigkeit von dem Neigungsmessgerätausgang und von der durch die Steuereingabe (45) spezifizierten Querneigung vorgesehen wird, wobei, während Zeiten, wenn die Differenz zwischen der gewünschten Höhe und der gemessenen Höhe der Schar (14) ausreichend ist, um die Betätigung des ersten Hydraulikventils (32) und ein Ausfahren oder Einfahren des ersten Hydraulikzylinders (20) zu bewirken, die Steuerung (28) das zweite Ventilsteuersignal zu dem zweiten Hydraulikventil (33) ausschließlich in Abhängigkeit von dem Hydraulikzylinderpositionssensor (40) vorsieht, so dass der zweite Hydraulikzylinder (33) mit dem ersten Hydraulikzylinder (32) ohne Bezugnahme auf den Neigungsmessgerätausgang ausfährt und einfährt.
Motor-Grader (10) nach Anspruch 4, der ferner einen manuellen Steuerungsmechanismus (30, 31) aufweist, um es dem Bediener zu ermöglichen, die die gewünschte Höhe und Querneigung spezifizierende Steuereingabe (45) manuell zu steuern.
Motor-Grader (10) nach Anspruch 4, der ferner ein automatisiertes System zum Steuern der Steuereingabe (45) aufweist, um die Ventilsteuersignale zu den Ventilen in Abhängigkeit von der Position des Motor-Graders (10) vorzusehen.
Verfahren zum Steuern eines Motor-Graders (10), wobei der Motor-Grader eine Schar (14) zum Einebnen einer Oberfläche mit ersten und zweiten Hydraulikzylindern (20, 21) zum Anheben und Absenken der Schar (14) nahe ihrer ersten und zweiten Enden, mit ersten und zweiten Hydraulikventilen (32, 33) zum Steuern der Strömung eines Hydraulikfluids zu den ersten bzw. zweiten Hydraulikzylindern (20, 21), mit einem Hydraulikzylinderpositionssensor (40) zum Bestimmen der Ausfahrposition des ersten Hydraulikzylinders (20) und mit einem Neigungsmessgerät (48), das für eine Bewegung mit der Schar (14) montiert ist, um einen Neigungsmessgerätausgang, der die Neigung bezüglich der Horizontalen anzeigt, vorzusehen, das folgende Schritte aufweist: Bestimmen der Neigung der Schar (14), Anheben oder Absenken des ersten Endes der Schar (14) mit dem ersten Hydraulikzylinder (20) in Reaktion auf eine Steuereingabe (45), die auf eine Steuerung (28) ausgeübt wird, Überwachen der Neigung der Schar (14) unter Verwendung des Neigungsmessgeräts (48) und Anheben oder Absenken des zweiten Endes der Schar (14) mit dem zweiten Hydraulikzylinder (21) in Abhängigkeit von dem Neigungsmessgerätausgang, so dass die gemessene Neigung der Schar (14) konstant bleibt, und während Zeiten wenn die Differenz zwischen der gewünschten Höhe und der gemessenen Höhe der Schar (14) ausreichend ist, um die Betätigung des ersten Hydraulikventils (32) und ein Ausfahren oder Einfahren des ersten Hydraulikzylinders (20) zu bewirken, Überwachen der Position des ersten Hydraulikzylinders (20) unter Verwendung des Hydraulikzylinderpositionssensors (40) und Anheben und Absenken des zweiten Endes der Schar (14) mit dem zweiten Hydraulikzylinder (21) ausschließlich in Abhängigkeit des Hydraulikzylinderpositionssensors (40) ohne Bezugnahme auf den Neigungsmessgerätausgang, so dass sich der zweite Hydraulikzylinder (21) mit dem ersten Hydraulikzylinder (20) bewegt.
Verfahren zum Steuern eines Motor-Graders (10) gemäß Anspruch 7, ferner den Schritt eines Vorsehens einer Steuereingabe (45) zu der Steuerung (28) von einem manuell betätigten Steuergerät (30, 31) enthaltend.
Verfahren zum Steuern eines Motor-Graders (10) gemäß Anspruch 7, ferner den Schritt eines Vorsehens einer Steuereingabe (45) zu der Steuerung (28) von einem automatisierten System enthaltend.
Verfahren zum Steuern eines Motor-Graders (10) gemäß Anspruch 9, bei welchem der Schritt eines Vorsehens einer Steuereingabe (45) zu der Steuerung (28) von einem automatisierten System die Schritte eines Projizierens einer Referenzebene eines Laserlichts und ein Empfangen der Ebene des Laserlichts mit einem Empfänger, der auf dem Motor-Grader (10) mitgeführt wird, enthält.
Verfahren zum Steuern eines Motor-Graders (10) gemäß Anspruch 10, bei welchem der Schritt des Vorsehens einer Steuereingabe (45) zu der Steuerung (28) von einem automatisierten System den Schritt des Bestimmens der Position des Motor-Graders (10) und des Bestimmens der gewünschten Höhe des ersten Endes der Schar (14) und der gewünschten Neigung der Schar (14) an der momentanen Position des Motor-Graders (10) enthält.