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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Getriebes in dem Antriebsstrang einer Arbeitsmaschine, insbesondere einer Baumaschine bzw. eines Radladers. Arbeitsmaschinen verfügen in der Regel über Anbaugeräte oder eine sonstige Arbeitshydraulik, welche durch das Antriebselement mit Leistung versorgt werden müssen. Somit muss durch das Antriebselement (E-Motor, Verbrennungskraftmaschine) der Arbeitsmaschine nicht nur ausreichend Antriebsleistung für die Fahrfunktion bereitgestellt werden, gleichzeitig muss auch die Leistungsbereitstellung für Anbaugeräte/Arbeitshydraulik sichergestellt werden.
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Die Anbaugeräte können über eine Arbeitshydraulik angetrieben oder auch durch eine Motor-/Generator-Einheit elektrisch betrieben werden, wobei der Generator dann durch die Arbeitshydraulik oder direkt durch das Antriebselement angetrieben wird. Insbesondere kann es sich bei einem Radlader in Bezug auf die Arbeitshydraulik um das Hubwerk mit einer Schaufel handeln. Bei Betrieb der Arbeitshydraulik und der Fahrfunktion muss insbesondere eine Überlastung des Antriebselements verhindert werden. Beispielsweise soll bei einer Verbrennungskraftmaschine als Antriebselement eine zu starke Drückung des Antriebselements, im Extremfall ein Abwürgen der Verbrennungskraftmaschine, verhindert werden.
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Es ist hinreichend bekannt, Betätigungselemente zur Getriebesteuerung bereitzustellen, mit welchen eine manuelle Rückschaltung eines Getriebes durch einen Bediener angefordert bzw. ausgeführt werden kann. Bei diesen Systemen ist dabei jedoch eine schrittweise, also sequenzielle, Rückschaltung erforderlich.
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Ferner ist aus
US 10 041 229 B2 ein System zum Steuern einer Maschine, beispielsweise eines Radladers, bekannt. Das System umfasst eine Bilderfassungsvorrichtung und eine Steuerung, wobei die Steuerung mit dem Bilderfassungsgerät kommuniziert. Die Steuerung erfasst Arbeitszyklen des Radladers, wobei diese eine Materialaufnahme mit einer Schaufel und ein Entleeren der Schaufel umfassen. Die Steuerung identifiziert ferner ein Haufwerk in der Umgebung der Maschine, sowie eine Entfernung zwischen dem Radlader und dem Haufwerk. Die Steuerung gibt eine Schaltanforderung zum Herunterschalten eines Getriebesystems des Radladers aus, wenn die Entfernung einen vordefinierten Wert unterschreitet und in dem vorherigen Arbeitszyklus ein Entleeren der Schaufel erfolgt ist.
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Darüber hinaus offenbart
DE 11 2013 005 124 T5 einen Maschinenantriebsstrang mit einem Getriebe und eine Steuervorrichtung. Diese variiert selektiv eine Übersetzung eines Getriebes in Abhängigkeit eines entsprechenden Schaltsignals. Ein Steuergerät überwacht Hub- und Fahrgeschwindigkeitssignale, vergleicht diese mit vorbestimmten Werten und veranlasst eine Übersetzungsänderung, wenn ein aktueller Wert innerhalb eines definierten Wertebereichs liegt, insbesondere erfolgt dann ein Herunterschalten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zur Getriebesteuerung einer Arbeitsmaschine bereitzustellen. Die Aufgabe wird mit einem Verfahren und einer Vorrichtung, sowie einem Antriebsstrang nach den nachfolgenden Ansprüchen gelöst. Dabei wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren zunächst durch wenigstens einen Sensor der Arbeitsmaschine wenigstens ein spezifischer Parameter bereitgestellt. Durch einen Bediener wird mittels eines Betätigungselements eine Rückschaltung angefordert, wobei die Rückschaltung parametrierbar ist. Die Parametrierung der Rückschaltung erfolgt in Abhängigkeit spezifischer Parameter. Im Anschluss daran wird ein Signal zur Rückschaltung ausgegeben.
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Bei dem wenigstens einen spezifischen Parameter kann es sich um Fahrdynamikparameter handeln, exemplarisch sind hier eine Fahranforderung (Gaspedal-/ Bremspedalstellung), ein Lenkwinkel, eine Drehzahl-/Geschwindigkeitsvorgabe, (Quer-) Beschleunigungswerte, Getriebe-/Motortemperatur, aktuelle Übersetzung bzw. aktueller Getriebegang etc. zu nennen. Alternativ oder in Ergänzung dazu kann es sich bei dem wenigstens einen spezifischen Parameter auch um einen Topografieparameter handeln. Hierunter sind beispielsweise Parameter zu verstehen, welche das zu befahrende Gelände hinsichtlich Steigungen, Gefälle, Fahrbahnzustand, Schlupf etc. charakterisieren. Aber auch Umweltparameter können als spezifische Parameter berücksichtigt werden, solche wie zum Beispiel eine Umgebungstemperatur, Helligkeit, Niederschlag. Ferner ist es auch denkbar, mittels der spezifischen Parameter eine Auslastung der Arbeitshydraulik, der Anbaugeräte und/oder einen Betätigungszustand des Hubwerks/der Schaufel (Beladung, Position, Betätigungsmodus) zu beschreiben.
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Bei dem wenigstens einen Sensor handelt es sich folglich um geeignete Sensoren, welche die zuvor beschriebenen Parameter bereitstellen können. Exemplarisch zu benennen sind Beschleunigungs-, Temperatur, Drehzahl-, Druck-, Geschwindigkeits-, bildgebende und/oder Neigungssensoren.
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Bei dem Betätigungselement handelt es sich um eine (Mensch-Maschine-) Schnittstelle zwischen Bediener und Arbeitsmaschine, wobei eine Eingabe an ein Steuergerät zugeführt wird. In einfachster Ausgestaltung handelt es sich um einen Schalter oder Taster, welcher manuell durch den Bediener per Hand oder Fuß betätigt wird. Dieser kann separat im Cockpit angebracht sein, oder an bereits vorhandenen Bedienelementen angeordnet sein. Aber auch eine Betätigung durch Gestensteuerung oder eine Sprachbedienung sind denkbar.
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Bei dem Getriebe kann es sich um ein lastschaltbares Stufengetriebe, ein automatisiertes Getriebe in Vorgelegewellenbauweise, ein Doppelkupplungsgetriebe oder auch eine stufenlos variierbares Getriebe (CVT-Getriebe) handeln. Bei dem CVT-Getriebe kann es sich neben bekannten Stufenlosgetrieben auch um ein hydrostatisches oder ein hydrostatisch-mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe handeln. Dementsprechend ist unter einer Rückschaltung eine Übersetzungsänderung hin zu einer größeren Übersetzung zu verstehen. Diese umfasst entweder eine Rückschaltung in einen niedrigeren Getriebegang, oder bei einem stufenlos variierbaren Getriebe eine Übersetzungsänderung hin zu einer größeren Übersetzung. Insbesondere ist unter der Rückschaltung um eine Stufe eine Rückschaltung in den nächst niedrigeren Getriebegang oder eine geringe Übersetzungsänderung zu verstehen.
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Unter einer parametrierbaren Rückschaltung ist insbesondere zu verstehen, dass eine, der aktuellen Fahr- und/oder Arbeitssituation der Arbeitsmaschine angepasste, Rückschaltung erfolgt. So kann es beispielsweise in einem Fahrbetrieb sinnvoll sein, vor Erreichen einer Steigung oder eines Gefälles, nur eine geringe Rückschaltung vorzunehmen. Dabei kann folglich mitunter eine Rückschaltung vorgesehen werden, bei der in den nächst niedrigeren Getriebegang gewechselt wird. In Bezug auf ein stufenlos leistungsverzweigtes Getriebe entspricht dies mitunter einer geringen oder minimalen Übersetzungsänderung. Hingegen kann, je nach Fahr- und/oder Arbeitssituation, durch eine Anforderung auch eine Rückschaltung mehrerer Getriebegänge erfolgen beziehungsweise eine deutlichere Übersetzungsänderung eingestellt werden.
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Wenn kurzfristig eine sehr hohe oder sogar die maximale Leistung des Antriebselements für die Arbeitshydraulik oder die Anbaugeräte bereitgestellt werde muss kann es passieren, dass das Antriebselement in einem zu hohen Gang bzw. in einer zu geringen Übersetzung zu sehr gedrückt wird. Um dem entgegenzuwirken ist eine Rückschaltung geboten. Insbesondere beim Einstechen in ein Haufwerk wird eine hohe Leistung für die Arbeitshydraulik eines Radladers benötigt. Gleichzeitig wird ein Vortrieb/Traktion (Zugkraft) gefordert. Dementsprechend ist idealerweise der niedrigste Getriebegang einzulegen bzw. die größte Übersetzung einzustellen. Dementsprechend kann bei einer Anforderung zur Rückschaltung in einer solchen Situation eine maximale Rückschaltung, also bspw. in den ersten Gang, erfolgen.
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Unter einem Haufwerk ist eine Anhäufung von Schüttgut zu verstehen. Dementsprechend beschreibt dies exemplarisch aber nicht ausschließlich einen Materialhaufen von Sand, Erde, Geröll oder Kies.
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In einer Weiterbildung ist für jeden spezifischen Parameter ein Parameterkennfeld hinterlegt, wobei ein Abgleich des wenigstens einen spezifischen Parameters mit dem korrespondierenden Parameterkennfeld erfolgt, und die Parametrierung der Rückschaltung aus dem Parameterkennfeld abgeleitet wird. Dabei kann eine Hierarchie bzw. Priorisierung eines oder mehrerer spezifischer Parameter vorgesehen werden, welche/r andere spezifische Parameter dominieren, also vorranging die Rückschaltung beeinflussen. Auch können die verschiedenen Parameterkennfelder kombiniert werden, um die Rückschaltung zu parametrieren. Die Parameterkennfelder sind in einem geeigneten Speicherelement hinterlegt sein. Dieses Speicherelement kann Bestandteil eines Steuergerätes zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sein, in einem anderen Steuergerät der Arbeitsmaschine eingebunden, oder als separates Bauteil ausgebildet sein.
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Unter Berücksichtigung der spezifischen Parameter kann auch abgeleitet werden, dass eine Rückschaltung blockiert wird, also trotz einer Rückschaltungsanforderung durch den Bediener nicht ausgeführt wird. In gleicher Weise kann die Rückschaltung auch dahingehend korrigiert werden, dass eine Rückschaltung um mehrere Getriebegänge erfolgt, auch wenn nur eine Rückschaltung um einen Getriebegang angefordert wurde.
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Erfindungsgemäß kann der wenigstens eine spezifische Parameter topografiebeschreiben sein. Gemäß des oben genannten charakterisiert ein solcher Parameter die Topografie eines Geländes, in welchem die Arbeitsmaschine betrieben wird.
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In einer Weiterbildung kann der wenigstens eine spezifische Parameter eine Betätigungszeit des Betätigungselement beschreiben. Hierunter ist zu verstehen, dass durch ein kurzes Betätigen (bspw. bis zu einer Dauer Δt1) des Betätigungselements eine Rückschaltung in den nächst niedrigeren Getriebegang bewirkt, während eine länger andauernde Betätigung (z.B. bis zu einer Dauer Δt2) eine maximale Rückschaltung hervorruft. Auch sind dementsprechend Zwischenschritte einer Betätigungsdauer denkbar.
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Alternativ oder ergänzend zu der Betätigungszeit kann die taktile Ausprägung der Betätigung die Rückschaltung parametrieren. Es erfolgt durch die auf das Betätigungselement aufgebrachte Kraft eine Parametrierung der Rückschaltung. So kann ein leichtes Betätigen eine Rückschaltung um einen Getriebegang bewirken, während das Aufbringen einer (deutlich) höheren Kraft auf das Betätigungselement eine maximale Rückschaltung zur Folge hat.
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Eine weitere Möglichkeit der Parametrierung der Rückschaltung besteht darin, mittels des wenigstens einen spezifischen Parameters eine Charakterisierung eines Arbeitsbetrieb bzw. Arbeitszyklus der Arbeitsmaschine vorzunehmen. Hierunter ist zu verstehen, dass bspw. über eine Erkennung der Position des Hubwerks, einer Beladung oder aufgrund von Ansteuerungsanforderungen für die Arbeitshydraulik auf einen bestimmten Arbeitszyklus geschlossen wird. So ist beispielsweise bei einer Leeren Schaufel bei gleichzeitigem Absenken des Hubwerks mit hoher Wahrscheinlichkeit davon auszugehen, dass ein Einstechen in ein Haufwerk unmittelbar bevorsteht. Dies könnte ebenfalls einen Einfluss auf die Parametrierung der Rückschaltung haben.
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Insbesondere könnte mithilfe eines Maschinenlernverfahrens unter Verwendung einer künstlichen Intelligenz (KI) eine Erkennung der Arbeitszyklen erfolgen und fortlaufend auf die Präferenzen eines Arbeitsumfelds oder eines Bedieners angepasst werden. Alternativ könnte auch für verschiedene Arbeitszyklen ein entsprechendes Parameterkennfeld hinterlegt werden.
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In einer Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Parametrierung unter Verwendung wenigstens eines bildgebenden Sensors. Beispielsweise anhand einer Kamera wird dabei das Umfeld, vorrangig im Vorfeld der Arbeitsmaschine, überwacht. Anhand der Kamera wird ein Haufwerk detektiert, sobald sich dieses in dem Erfassungsbereich befindet. Falls ein vordefinierter Mindestabstand zu dem Haufwerk unterschritten wird oder eine Betätigung der Arbeitshydraulik erkannt wird führt dies dazu, dass als Reaktion auf eine Anforderung zur Rückschaltung eine maximale Rückschaltung in den ersten Getriebegang erfolgt. Alternativ können anstatt bildgebender Sensoren auch Radar- oder Lidar-Sensoren bzw. sonstige Umfelderkennungssysteme verwendet werden.
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Die verschiedenen Sensoren bzw. spezifischen Parameter können für sich alleine oder in beliebiger Kombination miteinander in dem erfindungsgemäßen Verfahren für die Parametrierung der Rückschaltung verwendet werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Getriebesteuerung einer Arbeitsmaschine vorgeschlagen. Diese umfasst ein Betätigungselement, ein Steuergerät und wenigstens einen Sensor. Das Steuergerät, das Betätigungselement und der wenigstens eine Sensor sind signalübertragend miteinander verbunden. Das Steuergerät ist dazu eingerichtet, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen und ein Signal zur Rückschaltung auszugeben.
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Dabei kann das Steuergerät als separates Steuergerät ausgeführt sein, oder aber auch in das Getriebesteuergerät oder jedes andere Steuergerät der Arbeitsmaschine integriert sein.
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Ferner wird ein Antriebsstrang vorgeschlagen, welcher neben der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Getriebesteuerung ferner ein Antriebselement und ein entsprechendes Getriebe der zuvor genannten Art umfasst.
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Der Gegenstand der Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figur beschrieben. Es zeigt:
- 1: eine schematische Darstellung eines Radladers mit Sensor.
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1 zeigt in einer stark vereinfachten schematischen Darstellung eine als Radlader dargestellt Arbeitsmaschine 1. Dieser ist als Knicklenker ausgeführt und verfügt über ein Hubwerk 2, an welchem an einem freien Ende eine Schaufel 3 angebracht ist. Der Radlader verfügt ferner über einen Antriebsstrang mit einem Antriebselement, einem Getriebe und einer Vorrichtung zur Getriebesteuerung. Letztere Elemente des Antriebsstrangs sind in 1 eben so wenig dargestellt, wie eine Arbeitshydraulik oder sonstige Anbaugeräte.
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Der Radlader verfügt über einen optionalen Sensor 4, welcher vorliegend auf einem Dach der Fahrzeugkabine angebracht ist. Der Sensor 4 weist einen Erfassungsbereich 5 auf, welcher ausgehend von dem Sensor nach unten gerichtet ist. Durch den Erfassungsbereich 5 des Sensors kann ein Umfeld, insbesondere ein Vorfeld des Radladers, hinsichtlich des Vorhandenseins eines (hier nicht gezeigten) Haufwerks überprüft werden.
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In 1 nicht gezeigt sind weitere Sensoren, welche Fahrdynamikparameter, Topografieparameter oder sonstige spezifische Parameter erfassen und bereitstellen. Ferner sind das Betätigungselement und das Steuergerät nicht dargestellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Radlader
- 2
- Hubwerk
- 3
- Schaufel
- 4
- Sensor
- 5
- Erfassungsbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 10041229 B2 [0004]
- DE 112013005124 T5 [0005]
