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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Maschine-Bediener-Schnittstellen und insbesondere der sensorischen Rückmeldung für elektrohydraulische Steuerungen.
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Hintergrund der Erfindung
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Elektrohydraulische Steuerungen sind in Maschinenbedienerstationen in einem Versuch, die Anstrengung des Bedieners zu verringern und die Ergonomie zu verbessern, standardmäßiger geworden. Elektrohydraulische Systeme verwenden typischerweise irgendeine Art eines vorgeschriebenen elektronischen Signals für das Aktivieren von Hydraulikfunktionen. Traditionelle Maschinenbediener sind an mechanisch betätigte Hydraulikventile gewöhnt, bei denen ein physikalisches Verbindungsglied den Steuerhebel mit dem hydraulischen Steuerventil verbindet. Infolge der direkt wirkenden Verbindung bieten standardmäßige hydraulische Steuerungen inhärent eine taktile Rückmeldung, die der Bediener verwenden kann, um in seiner Bedienung der Maschine genauer und präziser zu sein. Diese sensorische Rückmeldung kann zum großen Teil auf die veränderlichen Strömungskräfte zurückgeführt werden, die durch das Hydraulikfluid erzeugt werden, das in verschiedenen Ventilschieberpositionen auf das hydraulische Steuerventil wirkt.
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Maschinenbediener, die mit dem Bedienen von Geräten vertraut sind, die mechanisch betätigte Hydraulikventile aufweisen, weisen hauptsächlich wegen der mangelnden Rückmeldung von den Steuerhebeln auf Schwierigkeiten bei der Einstellung auf elektrohydraulische Steuerungen hin. Wenn eine Hydraulikfunktion mit einem elektronischen Joystick betätigt wird, ist es sehr schwer, zwischen einem sehr kleinen Bedienerbefehl und einem großen Bedienerbefehl zu unterscheiden, weil keine sensorische Stimulation erzeugt wird mit Ausnahme der Hebelanstrengung und der für das Einstellen des Hebels erforderlichen Position. Daher geben Bediener an, dass sie sich stärker auf ihre visuellen Sinne verlassen, um elektrohydraulische Steuerungen zu betätigen.
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Zusammenfassung
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Es ist ein als Beispiel dienendes Rückmeldungssystem einer elektrohydraulischen Steuereinrichtung offenbart, das eine elektrohydraulische Bedienersteuereinrichtung und einen Rückmeldungsmechanismus aufweist. Die elektrohydraulische Bedienersteuereinrichtung ermöglicht es einem Bediener, eine Hydraulikfunktion einer Maschine zu steuern. Das Rückmeldungssystem erfasst eine Eigenschaft der Hydraulikfunktion der Maschine und erzeugt eine taktile Rückmeldung in der elektrohydraulischen Bedienersteuereinrichtung auf der Grundlage der erfassten Eigenschaft der Hydraulikfunktion der Maschine. Die elektrohydraulische Bedienersteuereinrichtung kann die Hydraulikfunktion der Maschine durch eine elektrohydraulische Maschinensteuereinrichtung steuern, und der Rückmeldungsmechanismus kann die Eigenschaft der Hydraulikfunktion der Maschine durch die elektrohydraulische Maschinensteuereinrichtung erfassen. Die elektrohydraulische Bedienersteuereinrichtung kann beispielsweise ein Joystick oder ein Steuerhebel sein. Die in der elektrohydraulischen Bedienersteuereinrichtung erzeugte taktile Rückmeldung kann eine Vibration sein, deren Frequenz oder Amplitude von der erfassten Eigenschaft der Hydraulikfunktion der Maschine abhängt. Die Frequenz und/oder die Amplitude der Vibration kann von der erfassten Eigenschaft der Hydraulikfunktion der Maschine abhängen.
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Es ist ein als Beispiel dienendes Rückmeldungssystem einer elektrohydraulischen Steuereinrichtung offenbart, das eine elektrohydraulische Bedienersteuereinrichtung, eine elektrohydraulische Maschinensteuereinrichtung und einen Rückmeldungsmechanismus aufweist. Die elektrohydraulische Bedienersteuereinrichtung ermöglicht eine physikalische Bedienersteuerung einer Hydraulikfunktion einer Maschine. Die elektrohydraulische Maschinensteuereinrichtung ist mit der elektrohydraulischen Bedienersteuereinrichtung verbunden. Die elektrohydraulische Maschinensteuereinrichtung empfängt ein elektrisches Eingangssignal von der elektrohydraulischen Bedienersteuereinrichtung auf der Grundlage der physikalischen Positionierung der elektrohydraulischen Bedienersteuereinrichtung durch den Bediener, erzeugt ein Ausgangssignal auf der Grundlage des elektrischen Eingangssignals von der elektrohydraulischen Bedienersteuereinrichtung, sendet das Ausgangssignal zu Steuerventilen für das Steuern der Hydraulikfunktion der Maschine und erfasst eine Eigenschaft der Hydraulikfunktion der Maschine. Der Rückmeldungsmechanismus ist mit der elektrohydraulischen Maschinensteuereinrichtung und der elektrohydraulischen Bedienersteuereinrichtung verbunden. Die elektrohydraulische Maschinensteuereinrichtung sendet ein Sensorsignal, welches die Eigenschaft der Hydraulikfunktion der Maschine angibt, zum Rückmeldungsmechanismus, und der Rückmeldungsmechanismus erzeugt in der elektrohydraulischen Bedienersteuereinrichtung auf der Grundlage des Sensorsignals von der elektrohydraulischen Maschinensteuereinrichtung eine taktile Rückmeldung. Die elektrohydraulische Bedienersteuereinrichtung kann beispielsweise ein Joystick oder ein Steuerhebel sein. Die in der elektrohydraulischen Bedienersteuereinrichtung erzeugte taktile Rückmeldung kann eine Vibration sein, die von der erfassten Eigenschaft der Hydraulikfunktion der Maschine abhängt. Die Vibration kann von einem vom Benutzer wählbaren Profil abhängen. Das Profil kann einen Unterbrechungspunkt aufweisen, wobei die Vibration für ansteigende Werte der erfassten Eigenschaft der Hydraulikfunktion der Maschine bis zum Unterbrechungspunkt ansteigt und die Vibration abbricht, wenn die erfasste Eigenschaft der Hydraulikfunktion der Maschine den Unterbrechungspunkt überschreitet. Der Unterbrechungspunkt kann so ausgewählt werden, dass er in einem Bereich liegt, in dem die Hydraulikfunktion der Maschine vom Bediener visuell erfasst werden kann. Das Profil kann mehrere Unterbrechungspunkte aufweisen. Beispielsweise kann die Vibration für ansteigende Werte der erfassten Eigenschaft der Hydraulikfunktion der Maschine bis zum ersten Unterbrechungspunkt ansteigen, kann die Vibration für ansteigende Werte der erfassten Eigenschaft der Hydraulikfunktion der Maschine zwischen dem ersten Unterbrechungspunkt und dem zweiten Unterbrechungspunkt abnehmen und kann die Vibration abbrechen, wenn die erfasste Eigenschaft der Hydraulikfunktion der Maschine den zweiten Unterbrechungspunkt überschreitet. Das Profil kann Abschnitte verschiedener Formen, einschließlich beispielsweise linearer Abschnitte, exponentieller Abschnitte oder anders geformter Abschnitte, aufweisen. Das Profil kann einen Bereich hoher Empfindlichkeit aufweisen, in dem kleine Änderungen von Werten der erfassten Eigenschaft der Hydraulikfunktion der Maschine zu großen Vibrationsänderungen führen.
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Es ist ein Verfahren zum Bereitstellen einer Rückmeldung einer elektrohydraulischen Steuereinrichtung offenbart, welches folgende Schritte aufweist: Steuern einer Hydraulikfunktion einer Maschine unter Verwendung einer elektrohydraulischen Bedienersteuereinrichtung, Erfassen einer Eigenschaft der Hydraulikfunktion der Maschine und Erzeugen einer taktilen Rückmeldung in der elektrohydraulischen Bedienersteuereinrichtung auf der Grundlage der erfassten Eigenschaft der Hydraulikfunktion der Maschine. Das Erzeugen einer taktilen Rückmeldung in der elektrohydraulischen Bedienersteuereinrichtung kann folgende Schritte aufweisen: Veranlassen der elektrohydraulischen Bedienersteuereinrichtung zu vibrieren und Variieren der Vibration auf der Grundlage der erfassten Eigenschaft der Hydraulikfunktion der Maschine. Das Steuern einer Hydraulikfunktion unter Verwendung einer elektrohydraulischen Bedienersteuereinrichtung kann aufweisen: Senden eines elektrischen Signals zu einer elektrohydraulischen Maschinensteuereinrichtung auf der Grundlage der physikalischen Positionierung der elektrohydraulischen Bedienersteuereinrichtung, Erzeugen eines Ausgangssignals von der elektrohydraulischen Maschinensteuereinrichtung auf der Grundlage des elektrischen Signals von der elektrohydraulischen Bedienersteuereinrichtung und Senden des Ausgangssignals zu Steuerventilen, um die Hydraulikfunktion der Maschine zu steuern. Das Erfassen einer Eigenschaft der Hydraulikfunktion kann aufweisen: Erfassen einer Eigenschaft der Hydraulikfunktion der Maschine unter Verwendung der elektrohydraulischen Maschinensteuereinrichtung und Senden eines Sensorsignals zu einem Rückmeldungsmechanismus, wobei das Sensorsignal die erfasste Eigenschaft der Hydraulikfunktion der Maschine angibt. Das Variieren der Vibration auf der Grundlage der erfassten Eigenschaft der Hydraulikfunktion der Maschine kann das Variieren der Vibration entsprechend einem Profil, das sich auf die Vibrationsfrequenz für die Hydraulikfunktion der Maschine bezieht, aufweisen.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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1 zeigt einen Überblick eines als Beispiel dienenden Rückmeldungssystems,
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2 zeigt ein als Beispiel dienendes exponentiell ansteigendes Rückmeldungsprofil,
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3 zeigt ein als Beispiel dienendes linear ansteigendes Rückmeldungsprofil,
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4 zeigt ein als Beispiel dienendes linear ansteigendes und dann abnehmendes Rückmeldungsprofil und
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5 zeigt ein als Beispiel dienendes Rückmeldungsprofil in einem Bereich hoher Empfindlichkeit.
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Detaillierte Beschreibung
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Um das Verständnis der Grundgedanken der neuen Erfindung zu fördern, wird nun auf die hier beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen Bezug genommen, und es wird ein spezifischer Sprachgebrauch zu ihrer Beschreibung verwendet. Es ist dennoch zu verstehen, dass der Schutzumfang der neuen Erfindung dadurch nicht eingeschränkt werden soll, und es ist vorgesehen, dass diese Abänderungen und weiteren Modifikationen der dargestellten Vorrichtungen und Verfahren und weitere Anwendungen der Grundgedanken der hier erläuterten neuen Erfindung für Fachleute auf dem Gebiet, auf das sich die neue Erfindung bezieht, ohne Weiteres verständlich sind.
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Eine Rückmeldung eines elektrohydraulischen Steuerhebels bietet dem Bediener unter Verwendung von Vibrationen oder einer anderen taktilen Rückmeldung auf der Grundlage einer gegebenen vorgeschriebenen Bedienereingabe eine mechanische Rückmeldung. Dieser taktile Rückmeldungsmechanismus, der in elektrohydraulischen Steuersystemen inhärent fehlt, kann dem Maschinenbediener dabei helfen, die Maschinenhydraulik zu überwachen. Beispielsweise kann ein Bedienersteuerhebel oder ein Joystick auf der Grundlage des Einleitens und Dosierens eines Hydraulikfluidstroms innerhalb eines elektrohydraulischen Steuerventils vibrieren. Der Rückmeldungsmechanismus kann dafür ausgelegt sein, das ”Gefühl” standardmäßiger mechanisch betätigter Ventile nachzubilden. Der Rückmeldungsmechanismus kann vom Maschinenbediener verwendet werden, um Beziehungen zwischen dem vom physikalischen Bediener eingegebenen Befehl und dem Verhalten der Maschine zu unterscheiden. Die durch den Joystick bereitgestellte taktile Rückmeldung ermöglicht es dem Maschinenbediener, das Ansprechen der Hydraulikfunktionen durch den Tastsinn statt lediglich durch visuelle Rückmeldung wirksamer und effizienter beurteilen zu können.
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1 zeigt eine Übersicht einer als Beispiel dienenden Ausführungsform eines Rückmeldungssystems 100 einer elektrohydraulischen Steuereinrichtung, das in einer typischen Maschinenkonfiguration verwendet werden kann. Das System 100 weist eine elektrohydraulische Bedienersteuereinrichtung 102 (beispielsweise einen Joystick oder einen Steuerhebel) auf, die Befehle zu einer elektrohydraulischen Maschinensteuereinrichtung (elektrohydraulischen Maschinensteuereinrichtungen) 104 sendet, die wiederum die Hydraulikfunktionen 106 der Maschine steuern. Die elektrohydraulische Maschinensteuereinrichtung(en) 104 überwacht auch den Status der Hydraulikfunktionen 106 der Maschine und stellt diese Informationen einem Rückmeldungsmechanismus 108 bereit. Der Rückmeldungsmechanismus 108 stellt der elektrohydraulischen Bedienersteuereinrichtung 102 auf der Grundlage der von der elektrohydraulischen Maschinensteuereinrichtung 104 erfassten Informationen eine taktile Rückmeldung bereit. Die elektrohydraulische Maschinensteuereinrichtung 104 kann Drucksensoren, Strömungsratensensoren und/oder andere Sensortypen aufweisen, um den Status der Hydraulikfunktionen 106 der Maschine zu überwachen.
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Zuerst befiehlt der Maschinenbediener eine Funktion durch physikalisches Betätigen der elektrohydraulischen Bedienersteuereinrichtung 102. Ansprechend auf die physikalische Bedienereingabe erzeugt die elektrohydraulische Bedienersteuereinrichtung 102 ein elektrisches Signal, das zur Verarbeitung zur elektrohydraulischen Maschinensteuereinrichtung 104 gesendet wird. Nach dem Empfang des elektrischen Eingangssignals sendet die elektrohydraulische Maschinensteuereinrichtung 104 ein Ausgangssignal zum elektrohydraulischen Steuerventil (zu elektrohydraulischen Steuerventilen), um Hydraulikfunktionen 106 der Maschine zu steuern. Gleichzeitig erfasst die elektrohydraulische Maschinensteuereinrichtung 104 Eigenschaften der Hydraulikfunktionen 106 der Maschine und sendet ein elektrisches Ausgangssignal zum Rückmeldungsmechanismus 108. Der Rückmeldungsmechanismus 108 erzeugt eine taktile Rückmeldung, beispielsweise Vibrationen, in der elektrohydraulischen Bedienersteuereinrichtung 102 auf der Grundlage des Signals von der elektrohydraulischen Maschinensteuereinrichtung 104. Demgemäß hängt die taktile Rückmeldung für die elektrohydraulische Bedienersteuereinrichtung 102 vom Status der Hydraulikfunktionen 106 der Maschine ab, welche von der durch den Bediener vorgeschriebenen Eingabe abhängen.
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Die 2–5 zeigen einige als Beispiel dienende Rückmeldungsbeziehungen oder -profile, die durch den Rückmeldungsmechanismus 108 implementiert werden können. Bei diesen als Beispiel dienenden Profilen zeigt die X-Achse das Ansprechen der Hydraulikfunktion 106 (beispielsweise Prozentsatz der maximalen Strömung) auf die Bedienereingabe durch die Steuereinrichtung 102 und zeigt die Y-Achse das Ausmaß der taktilen Bewegung (beispielsweise Frequenz oder Anzahl von Impulsen pro Sekunde), die durch den Rückmeldungsmechanismus 108 zur Steuereinrichtung 102 zurückgeführt wird. Die Rückmeldungsprofile können vom Benutzer auswählbar sein, was es dem Benutzer ermöglicht, ein im Allgemeinen bevorzugtes Profil oder ein für eine bestimmte Funktion bevorzugtes Profil auszuwählen. Ein Beispiel eines Ansprechens einer Hydraulikfunktion, das vom Rückmeldungssystem verwendet werden kann, ist die Rate eines Hydraulikflusses, die einer gegebenen Hydraulikfunktion zugewiesen ist. Einige Beispiele einer zur Steuereinrichtung 102 zurückgemeldeten taktilen Bewegung sind die Frequenz und/oder die Amplitude der Bewegung der Steuereinrichtung. Die Rückmeldung zur elektrohydraulischen Bedienersteuereinrichtung 102 kann auf der Grundlage der Rückmeldungsbeziehung zunehmen, ohne dass der Widerstand gegen eine Bewegung der Steuereinrichtung zunimmt, wie es bei mechanisch betätigten Hydraulikventilen der Fall ist, bei denen ein physikalisches Verbindungsglied die Bedienersteuereinrichtung 102 mit den Hydraulikfunktionen 106 der Maschine verbindet.
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Für ein starkes Ansprechen der Hydraulikfunktion (große X-Werte) lässt sich die Maschinenfunktionsbewegung vom Bediener leicht sehen und ist die taktile Rückmeldung durch die Steuereinrichtung 102 gewöhnlich nicht so wichtig. Wenn das Ansprechen der Hydraulikfunktion verhältnismäßig klein ist (kleine X-Werte), wobei die Maschinenfunktionsbewegung nicht leicht sichtbar ist, ist die taktile Rückmeldung durch die Steuereinrichtung 102 wichtiger und kann die einzige Rückmeldung von der vom Bediener erfassten Hydraulikfunktion 106 der Maschine sein.
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2 zeigt ein als Beispiel dienendes exponentiell ansteigendes Rückmeldungsprofil 200 mit einem Unterbrechungspunkt. Für das Rückmeldungsprofil 200 steigt die Rückmeldung für die Bedienersteuereinrichtung 102 entlang einem exponentiell ansteigenden Abschnitt 202 an, während das erfasste Ansprechen der Hydraulikfunktion ansteigt, bis das Ansprechen der Hydraulikfunktion einen Unterbrechungspunkt 204 erreicht, und es gibt für ein Ansprechen der Hydraulikfunktion jenseits des Unterbrechungspunkts 204 keine Rückmeldung für die Bedienersteuereinrichtung 102. Der Unterbrechungspunkt 204 kann so festgelegt werden, dass er sich in einem Bereich befindet, in dem die Hydraulikfunktionsbewegung vom Bediener leicht gesehen werden kann.
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3 zeigt ein als Beispiel dienendes linear ansteigendes Rückmeldungsprofil 300 mit einem Unterbrechungspunkt. Für das Rückmeldungsprofil 300 steigt die Rückmeldung zur Bedienersteuereinrichtung 102 entlang einem linear ansteigenden Abschnitt 302 an, wenn das erfasste Ansprechen der Hydraulikfunktion ansteigt, bis das Ansprechen der Hydraulikfunktion einen Unterbrechungspunkt 304 erreicht, und es gibt jenseits des Unterbrechungspunkts 304 keine Rückmeldung über das Ansprechen der Hydraulikfunktion für die Bedienersteuereinrichtung 102. Der Unterbrechungspunkt 304 kann so festgelegt werden, dass er sich in einem Bereich befindet, in dem die Hydraulikfunktionsbewegung vom Bediener leicht gesehen werden kann.
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4 zeigt ein als Beispiel dienendes linear ansteigendes und dann abnehmendes Rückmeldungsprofil 400. Für das Rückmeldungsprofil 400 steigt die Rückmeldung zur Bedienersteuereinrichtung 102 entlang einem linear ansteigenden Abschnitt 402 an, wenn das erfasste Ansprechen der Hydraulikfunktion ansteigt, bis das Ansprechen der Hydraulikfunktion einen ersten Unterbrechungspunkt 404 erreicht, an dem die Rückmeldung zur Bedienersteuereinrichtung 102 beginnt, entlang einem linear abnehmenden Abschnitt 404 abzunehmen, während das erfasste Ansprechen der Hydraulikfunktion weiter ansteigt, bis das Ansprechen der Hydraulikfunktion einen zweiten Unterbrechungspunkt 408 erreicht, an dem die Rückmeldung zur Bedienersteuereinrichtung 102 abbricht, während das erfasste Ansprechen der Hydraulikfunktion weiter ansteigt, und es gibt jenseits des Unterbrechungspunkts 408 keine Rückmeldung. Der Unterbrechungspunkt 404 kann in einen Bereich gesetzt werden, in dem die Hydraulikfunktionsbewegung vom Bediener zu sehen begonnen wird, und der Unterbrechungspunkt 408 kann in einen Bereich gesetzt werden, in dem die Hydraulikfunktionsbewegung vom Bediener leicht gesehen wird.
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5 zeigt ein als Beispiel dienendes logistisches Funktionsrückmeldungsprofil 500 mit einem Unterbrechungspunkt. Für das Rückmeldungsprofil 500 steigt die Rückmeldung zur Bedienersteuereinrichtung 102 entlang einem logistikförmigen Abschnitt 502 an, während das erfasste Ansprechen der Hydraulikfunktion ansteigt, bis das Ansprechen der Hydraulikfunktion einen Unterbrechungspunkt 504 erreicht, an dem die Rückmeldung zur Bedienersteuereinrichtung 102 abbricht, und es gibt jenseits des Unterbrechungspunkts 504 keine Rückmeldung. Das logistische Rückmeldungsprofil 500 weist einen Bereich 506 hoher Empfindlichkeit mit einem steilen Anstieg auf, wo kleine Änderungen des Ansprechens der Hydraulikfunktion zu großen Änderungen der taktilen Rückmeldung führen. Der Bereich 506 hoher Empfindlichkeit kann in einen Bereich gesetzt werden, in dem es eine hohe Empfindlichkeit für kleine Änderungen der Hydraulikfunktion 106 der Maschine gibt. Der Unterbrechungspunkt 504 kann so festgelegt werden, dass er sich in einem Bereich befindet, in dem die Hydraulikfunktionsbewegung vom Bediener leicht gesehen werden kann.
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Wenngleich als Beispiel dienende Ausführungsformen, welche die Grundgedanken der vorliegenden Erfindung aufweisen, vorstehend erörtert wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt. Diese Anmeldung soll stattdessen alle Variationen, Anwendungen oder Anpassungen der Erfindung unter Verwendung ihrer allgemeinen Grundgedanken abdecken. Ferner soll diese Anmeldung Abweichungen von der vorliegenden Offenbarung abdecken, die innerhalb der bekannten oder üblichen Praxis auf dem Gebiet, auf das sich diese Erfindung bezieht, liegen.
