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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung einer Arbeitsmaschine, umfassend mindestens ein elektrisches Eingabegerät, das über eine elektrische Steuereinheit mit einem Aktuator der Arbeitsmaschine verbunden ist.
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In der Praxis werden mobile Arbeitsmaschinen wie Bagger, Kräne, Teleskoparme oder Hubwerke an mobilen Arbeitsmaschinen z.B. über elektrische Joysticks bedient. Der Joystick umfasst einen Sockel und einen Griff. Der Sockel enthält vorzugsweise mindestens eine elektrische Komponente wie beispielsweise einen Mikroprozessor, eine Sensorschnittstelle, eine Energieversorgung (falls vorhanden) usw. Der Griff umfasst vorzugsweise einen Sockelteil und einen Griffteil. Der Sockelteil ist an einen Mechanismus gekoppelt, der es dem Sockelteil ermöglicht, sich in zwei Hauptfreiheitsgraden zu bewegen, vorwärts/rückwärts und links/rechts. Typischerweise sind diese Freiheitsgrade Rotationsfreiheitsgrade wie beispielsweise um Achsen X und Y herum. Der Anwender kann mit einer durch einen Computer bzw. Steuereinheit angezeigten Umgebung zur Ausführung von Funktionen und Aufgaben, wie die Steuerung der Arbeitsmaschine, auf dem Computer interagieren. Bekannte Mensch-Maschine-Schnittstellenvorrichtungen, die für eine derartige Interaktion verwendet werden, umfassen einen Joystick, der an das Computersystem angeschlossen ist, das die angezeigte Umgebung steuert. Typischerweise aktualisiert der Computer die Umgebung in Reaktion auf die Manipulation einer physikalischen Manipulationseinrichtung wie des Joystickgriffs durch den Anwender.
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Der Wunsch des Bedieners, z.B. eines Fahrers, wird in mobilen Arbeitsmaschinen, z.B. Baggern, über Joysticks an die Steuerung übermittelt. Knöpfe und Schalter sind typischerweise am Joystick bereitgestellt, damit es dem Anwender ermöglicht wird, zusätzliche Signale für den Mikroprozessor und den Computer einzugeben.
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Ein Nachteil der bekannten Vorrichtung besteht darin, dass bei Ausfall bzw. Defekt des elektrischen Eingabegeräts, z.B. des Joysticks, der Fahrer nicht mehr in der Lage ist, die mobile Arbeitsmaschine oder deren (hydraulische) Komponenten wunschgemäß zu bewegen. Insbesondere stört, dass sich die Arbeitsmaschine in einem Gefahrenbereich befinden kann oder nicht zu einem Serviceplatz bewegt werden kann.
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Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Steuerung einer Arbeitsmaschine zu schaffen, die die genannten Nachteile lindert oder sogar vermeidet. Insbesondere sollen auf konstruktiv einfache Weise ein Produktionsausfall vermieden und die Betriebssicherheit für die mobile Arbeitsmaschine signifikant erhöht werden.
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Diese Aufgaben werden gelöst mit einer Vorrichtung gemäß dem unabhängigen Patentanspruch. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, weitere Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung anführen, die mit den Merkmalen aus den Patentansprüchen kombinierbar sind.
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Hierzu trägt eine Vorrichtung zur Steuerung einer Arbeitsmaschine bei, umfassend mindestens ein elektrisches Eingabegerät, das über eine elektrische Steuereinheit mit mindestens einem Aktuator der Arbeitsmaschine verbunden ist und den Betrieb des mindestens einen Aktuators beeinflussen kann, wobei eine Bildschirmsteuereinheit im Bedarfsfall aktiviert werden kann und die Betriebsfunktionen des mindestens einen elektrischen Eingabegerätes bezüglich des mindestens einen Aktuators wenigstens teilweise übernimmt.
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Als Arbeitsmaschine wird insbesondere ein flurgebundenes, mobiles Gerät angesehen. Die Arbeitsmaschine kann mit einer Fahrerzelle und/oder einer Bedienapparatur ausgestattet sein, der das mindestens eine elektrische Eingabegerät oder sogar alle elektrischen Eingabegeräte zur Bedienung eines Aktuators bzw. aller Aktuatoren der Arbeitsmaschine zugeordnet sind.
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Als elektrisches Eingabegerät kann ein solches angesehen werden, welches im Raum bewegt, verschwenkt, gedreht oder umgeformt wird und bei dem diese Änderung im Raum in ein elektrisches Signal an eine Steuereinheit weitergegeben wird. Beispiele für derartige elektrische Eingabegeräte sind: ein Pedal, ein Joystick bzw. eine Hebelanordnung, ein Lenkrad. Das (regulär) zum Betrieb des Aktuators vorgesehene elektrische Eingabegerät ist insbesondere so ausgestaltet, dass die Handhabung bzw. Bewegung des Eingabegeräts durch den Bediener (von dem Eingabegerät) in elektrische Steuersignale umgewandelt und über eine Steuereinheit dem entsprechend angesprochenen Aktuator übermittelt wird.
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Ein Aktuator kann einen Stellmotor zur Ausführung einer Bewegung einer Komponente an bzw. mit der Arbeitsmaschine umfassen. Ein Aktuator kann beispielsweise eine elektrohydraulische Stellachse sein, die beispielsweise ein Hubwerk, eine Baggerschaufel, einen Pflug, oder dergleichen bezüglich Höhe und/oder Ausrichtung der Komponente einstellen kann. Der Aktuator ist insbesondere so eingerichtet, entsprechende Steuersignale des elektrischen Eingabegeräts bzw. der Steuereinheit aufzunehmen und/oder zu verarbeiten. Der Aktuator verursacht dann eine entsprechende Bewegung der Arbeitsmaschine oder der Komponente daran bzw. darin. Dies kann als ordinärer Steuermechanismus bezeichnet werden.
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Im Bedarfsfall, also zum Beispiel auf konkreten Wunsch des Bedieners, eine fallbezogene Entscheidung der Steuereinheit und/oder bei einem (teilweisen) Ausfall, wird dieser ordinäre Steuermechanismus verlassen und (wenigstens teilweise bzw. für eine vorgegebene Anzahl von elektrischen Eingabegeräten) durch den Betrieb des Aktuators über eine Bildschirmsteuereinheit ersetzt. Die Betriebsfunktionen des mindestens einen elektrischen Eingabegerätes, welches deaktiviert bzw. blockiert wird, wird demnach von mindestens einer Bildschirmsteuereinheit teilweise übernommen. Die Bildschirmsteuereinheit kann permanent (aber überwiegend inaktiv) an der Arbeitsmaschine vorgesehen sein. Es ist möglich, dass die Bildschirmsteuereinheit erst zum Zeitpunkt der Aktivierung für den Bediener zugänglich wird, beispielsweise durch eine (neue) Anzeige auf einem Monitor und/oder durch ein Zugänglichmachen des (ansonsten unzugänglichen) Bildschirms. Die Bildschirmsteuereinheit kann mit Tasten, Reglern, Schiebern, etc. (Bildschirmsteuerelemente) ausgeführt sein, wobei eine Verlagerung der Bildschirmsteuerelemente auf dem Bildschirm angezeigt wird und damit eine optische Überprüfung durch den Bediener erlaubt. Die Bildschirmsteuerelemente können Teil des Bildschirms sein.
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Das mindestens eine elektrische Eingabegerät kann die Bildschirmsteuereinheit aktivieren. Beispielsweise kann eine seitens der Steuereinheit und/oder des elektrischen Eingabegeräts selbst identifizierte Fehlfunktion des elektrischen Eingabegeräts die Bildschirmsteuereinheit aktiviert werden.
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Es kann eine Sensorik vorgesehen sein, die zumindest das mindestens eine elektrische Eingabegerät oder den mindestens einem Aktuator überwachen und eine Aktivierung der Bildschirmsteuereinheit (direkt und/oder über einen Bediener) veranlassen kann.
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Beispielsweise kann eine seitens der Sensorik identifizierte Fehlfunktion des elektrischen Eingabegeräts und/oder des zugehörigen Aktuators die Bildschirmsteuereinheit aktiviert werden. Die Sensorik kann eine elektronische Auswertung der Steuersignale und/oder eine sensorische Auswertung von Bewegungen des Aktuators und/oder der (Komponente der) Arbeitsmaschine vornehmen.
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Es kann eine Sensorik vorgesehen sein, die zumindest das mindestens eine elektrische Eingabegerät oder den mindestens einem Aktuator überwachen, eine Fehlfunktion und/oder Defekt anzeigen und damit eine Aktivierung der Bildschirmsteuereinheit durch einen Bediener veranlassen oder zulassen kann.
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Die Bildschirmsteuereinheit kann die Betriebsfunktionen mehrerer elektrischer Eingabegeräte übernehmen. Dies kann beispielsweise dann sinnvoll sein, wenn zur Ausführung einer komplexeren Bewegung bzw. Bedienung einer einzelnen (Komponente der) Arbeitsmaschine mehrere elektrische Eingabegeräte genutzt wurden, eines davon eine Fehlfunktion hat und dann alle hierfür erforderlichen elektrischen Eingabegeräte deaktiviert werden und dann diese Bewegung von der Bildschirmsteuereinheit übernommen wird.
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Die Bildschirmsteuereinheit kann ein Touch-Display umfassen oder als solches ausgeführt sein.
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Die hier vorgestellte Vorrichtung betrifft das Steuern einer Arbeitsmaschine (Baumaschine, Bagger, Traktor, etc.) über ein Touch-Display. Zusätzlich zu elektronischen Joysticks sollen Bediensignale auch über das Touch-Display der HMI (Human Machine Interface) übermittelt werden können. Die HMI ist hierbei ein zweites busfähiges Eingabegerät. In konstruktiv einfacher Weise können Bauelemente eines vorhandenen Computers für die Bildschirmsteuereinheit herangezogen werden. Die redundanten Eingabegeräte sind zur Vermeidung eines Produktionsausfalls und zur Erhöhung der Betriebssicherheit kombinativ miteinander verknüpft.
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Ein besonderer Vorzug besteht darin, dass bei Ausfall bzw. Defekt eines elektronischen Eingabegerätes, hier der Joystick, der Fahrer weiterhin in der Lage ist, die mobile Arbeitsmaschine zu bewegen. Dies bringt den Vorteil, die Maschine aus dem Gefahrenbereich oder zum Serviceplatz bewegen zu können, auch wenn ein oder mehrere HMI-Geräte ausfallen. Auch ein Notbetrieb mit nur eingeschränkten Bewegungsgeschwindigkeiten kann realisiert werden. Mit der hier vorgestellten Vorrichtung ist in vorteilhafter Weise eine zusätzliche Eingabemöglichkeit des Fahrerwunsches verwirklicht.
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Zweckmäßig ist die Bildschirmsteuereinheit dazu eingerichtet, das Einstellen von Parametern der Arbeitsmaschine über Menüs durchzuführen, die auf einem Display angezeigt werden. Bevorzugt ist die Bildschirmsteuereinheit dazu eingerichtet, das Einstellen von Parametern der Arbeitsmaschine über ein Display durchzuführen.
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Gemäß eines weiteren Aspekts wird ein Verfahren zum Betrieb einer Arbeitsmaschine vorgeschlagen, welche mindestens ein elektrisches Eingabegerät, das über eine elektrische Steuereinheit mit mindestens einem Aktuator der Arbeitsmaschine verbunden ist und den Betrieb des mindestens einen Aktuators beeinflussen kann, und mindestens eine Bildschirmsteuereinheit aufweist. Das Verfahren zumindest folgende Schritte umfasst:
- a) Vorgeben eines Betriebes des mindestens einen Aktuators mit dem mindestens einen elektrischen Eingabegerät,
- b) Erkennen einer Fehlfunktion bezüglich des mindestens einen elektrischen Eingabegeräts,
- c) gegebenenfalls Deaktivieren des mindestens einen elektrischen Eingabegeräts,
- d) Aktivieren der mindestens eine Bildschirmsteuereinheit derart, dass diese den Betrieb des mindestens einen Aktuators wenigstens teilweise übernimmt.
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Auch wenn die Schritte des Verfahrens in alphabetischer Reihenfolge angegeben sind, ist eine zeitliche und/oder sequenzielle Abfolge der Schritte in dieser Reihe nicht zwingend.
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Das Verfahren kann mit der hier vorgeschlagenen Vorrichtung durchgeführt werden und umgekehrt.
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Erläuterungen zu Einzelheiten der Vorrichtung können zur Erläuterung des Verfahrens herangezogen werden und umgekehrt.
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Bezüglich Schritt b) ist anzumerken, dass die Fehlfunktion durch einen Bediener bzw. eine Person und/oder die elektrische Steuereinheit erkannt bzw. festgestellt werden kann.
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Eine Fehlfunktion kann auch einen Defekt umfassen, so dass insbesondere im Falle eines Defektes keine Deaktivierung des betroffenen elektrischen Eingabegerätes zwingend erforderlich ist. Es kann jedoch auch zweckmäßig sein, auch in diesem Fall eine Deaktivierung vorzunehmen, um Fehler des CAN-Systems zu vermeiden. Daher kann Schritt c) insbesondere optional in Abhängigkeit der Art der Fehlfunktion und/oder des konkreten elektrischen Eingabegeräts ausgeführt werden.
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Einem weiteren Aspekt folgend wird ein System zur Datenverarbeitung vorgeschlagen, umfassend eine Steuereinheit mit einem Prozessor, der zumindest so angepasst oder konfiguriert ist, dass er die Schritte a), b), c) und/oder d) des vorgeschlagenen Verfahrens ausführt.
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Die Erfindung und das technische Umfeld werden nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. Dabei sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Die Darstellungen sind schematisch und nicht zur Veranschaulichung von Größenverhältnissen vorgesehen. Die mit Bezug auf einzelne Details einer Figur angeführten Erläuterungen sind extrahierbar und mit Sachverhalten aus anderen Figuren oder der vorstehenden Beschreibung frei kombinierbar, es sei denn, dass sich für einen Fachmann zwingend etwas anderes ergibt bzw. eine solche Kombination hier explizit untersagt wird. Es zeigen schematisch:
- 1: ein Blockschaltbild einer eine Steuereinheit, ein Eingabegerät, eine Bildschirmsteuereinheit, einen Aktuator und eine Arbeitsmaschine umfassenden Vorrichtung zur Steuerung der Arbeitsmaschine, und
- 2: ein Blockschaltbild einer Ausführungsform mit einer Steuereinheit und mehreren Eingabegeräten, einer Bildschirmsteuereinheit und zwei Aktuatoren.
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1 zeigt ein Blockschaltbild einer Steuereinheit 1, ein elektrisches Eingabegerät 2, eine Bildschirmsteuereinheit 5, einen Aktuator 3 und eine Arbeitsmaschine 4 umfassenden Vorrichtung zur Steuerung der Arbeitsmaschine 4 (in Gänze oder auch für ein Teilsystem wie z. B. Zylinder und/oder Motor). An die Steuereinheit 1, z.B. elektrisches Steuergerät mit einem Prozessor 17, sind das elektrische Eingabegerät 2, z.B. Joystick, und die Bildschirmsteuereinheit 5, z.B. Touch-Display, angeschlossen. Weiterhin ist an die Steuereinheit 1 der Aktuator 3, z.B. ein Regelventil, für die Arbeitsmaschine 4, z.B. Bagger, angeschlossen. Mit 6 sind datenleitende Verbindungen, z.B. elektrische Verbindungsleitungen und/oder hydraulische Signalleitungen, bezeichnet. Die datenleitenden Verbindungen 6 können kabelgebunden oder kabellos realisiert sein. Mit 7 ist ein Anwender bezeichnet.
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Eine Mensch-Maschine-Schnittstellenvorrichtung umfasst das Eingabegerät 2 und eine weitere Mensch-Maschine-Schnittstellenvorrichtung umfasst die Bildschirmsteuereinheit 5. Das Eingabegerät 2 und die Bildschirmsteuereinrichtung 5 stehen jeweils mit dem Anwender 7 in Verbindung.
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2 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform mit einer elektrischen Steuereinheit 1 und mehreren Eingabegeräten, einer Bildschirmsteuereinrichtung und zwei Aktuatoren.
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An die Steuereinrichtung 1 sind als Eingabegeräte 2 ein erster Joystick 8 und ein zweiter Joystick 9, ein erstes Pedal 10 und ein zweites Pedal 11 und andere Mensch-Maschine-Schnittstellenvorrichtungen 12 angeschlossen. Weiterhin ist an die Steuereinrichtung 1 als Bildschirmsteuereinheit 5 ein Display 13, z.B. Touch-Display, angeschlossen. Noch weiterhin sind an die Steuereinrichtung 1 als Aktuatoren ein Regelventil 14, z.B. ein hydraulisches Regelventil, und eine Pumpe 15, z.B. eine Hydropumpe, angeschlossen.
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Mit der hier vorgestellten Vorrichtung wird dem Fahrer bei einer Identifikation eines Ausfalls oder eines Defekts mittels einer Sensorik 16 eines elektrischen Eingabegeräts 2, z.B. der Joysticks 8, 9, mit der Bildschirmsteuereinheit 5, z.B. des Displays 13, eine zusätzliche Eingabemöglichkeit seines Bewegungswunsches an die Steuereinrichtung 1 ermöglicht.
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Mit Blick auf die Bildschirmsteuereinheit 5 kann mit Hilfe eines Displays mit (virtuellen) Knöpfen die Verbrauchergeschwindigkeit von z.B. Zylindern oder Motoren durch den Bediener vorgegeben werden. Dazu gehören die Ansteuerung von Ventilen, z.B. Regelventil 14, und Pumpen 15, z.B. Hydropumpen. Auch die Möglichkeit, zwei oder mehrere Verbraucher und Aktoren 3, z.B. beide Ketten zur Geradeausfahrt, gleichzeitig zu versorgen, ist gegeben.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Steuereinheit
- 2
- Eingabegerät
- 3
- Aktuator
- 4
- Arbeitsmaschine
- 5
- Bildschirmsteuereinheit
- 6
- datenleitende Verbindung
- 7
- Anwender
- 8
- erster Joystick
- 9
- zweiter Joystick
- 10
- erstes Pedal
- 11
- zweites Pedal
- 12
- Mensch-Maschine-Schnittstellenvorrichtung
- 13
- Display
- 14
- Regelventil
- 15
- Pumpe
- 16
- Sensorik
- 17
- Prozessor
