DE102019214015A1

DE102019214015A1 - Verfahren zum rückverfolgen der position des zugrahmens

Info

Publication number: DE102019214015A1
Application number: DE102019214015.7A
Authority: DE
Inventors: Michael G. Kean; Michael D. Peat; Todd F. Velde
Original assignee: Deere and Co
Current assignee: Deere and Co
Priority date: 2018-09-13
Filing date: 2019-09-13
Publication date: 2020-03-19
Also published as: CN110894730A; US11053663B2; BR102019018844A2; CN110894730B; US20200087888A1

Abstract

Motorgrader, der einen Hauptrahmen, einen operationellen Rahmen, der relativ zu dem Hauptrahmen um ein Primärgelenk beweglich ist, und eine Vielzahl von Hydraulikzylindern beinhaltet, die konfiguriert sind, um eine Position des operationellen Rahmens relativ zu dem Hauptrahmen anzupassen, wobei jeder Zylinder der Vielzahl von Zylindern zwischen einer ausgefahrenen Position und einer eingefahrenen Position beweglich ist, um dessen Länge anzupassen. Der Motorgrader umfasst ferner einen Prozessor, der konfiguriert ist, um ein Signal zu empfangen, das eine gewünschte Querneigung des operationellen Rahmens angibt, um ein Signal zu empfangen, das einen der Vielzahl von Zylindern als einen Leitzylinder identifiziert, um eine gewünschte Position des operationellen Rahmens zu bestimmen, die die gewünschte Querneigung des operationellen Rahmens erreicht, um eine aktuelle Position des operationellen Rahmens durch Überwachen einer Länge des Leitzylinders zu schätzen und um die Position des operationellen Rahmens durch Steuern eines Folgezylinders der Vielzahl von Zylindern einzustellen, um die gewünschte Querneigung zu erzeugen.

Description

GEBIET DER OFFENBARUNG
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf landwirtschaftliche Maschinen, insbesondere auf ein Verfahren zur Rückverfolgung der Position eines Arbeitsgerätes der landwirtschaftlichen Maschine.
HINTERGRUND
Landmaschinen werden häufig dafür verwendet, eine Oberfläche (z. B. den Boden) zu bearbeiten oder Rohmaterialien (z. B. Erde, Erntegut) zu bewegen. Beispielsweise kommen unter anderem Motorgrader zum Einsatz, um die Oberfläche einer auf einer Baustelle zu konturieren und zu glätten. Im Allgemeinen beinhalten Motorgrader einen Hauptrahmen, einen Zugrahmen, einen Kreisrahmen, einen Kipprahmen und ein Arbeitsgerät. Der Hauptrahmen trägt eine Führerkabine und den Motor des Fahrzeugs. Mit Hilfe des Arbeitsgerätes wird eine Oberfläche bearbeitet oder Rohmaterialien bewegt. In der veranschaulichten Ausführungsform ist das Arbeitsgerät eine Schar, die in der Lage ist, Boden und Erde so zu bewegen, dass eine gewünschte Oberflächenkontur entsteht. Bei anderen landwirtschaftlichen Maschinen kann das Arbeitsgerät jedoch eine Schaufel oder ein anderes Werkzeug sein, das in der Lage ist, den Boden zu bearbeiten oder Materialien zu bewegen.
Die Bedienung des Zugrahmens, des Kreisrahmens und des Kipprahmens steuert die Bewegung der Schar, um die gewünschte Bodenoberfläche zu erzeugen. Insbesondere trägt der Zugrahmen den Kreisrahmen, den Kipprahmen und die Schar und ist in der Lage, sich relativ zum Hauptrahmen zu bewegen. Der Kreisrahmen trägt den Kipprahmen und die Schar und ist relativ zum Zugrahmen drehbar. Der Kipprahmen trägt die Schar und ist in der Lage, die Schar relativ zum Kreisrahmen zu bewegen.
Jeder dieser operationellen Rahmen (d. h. der Zugrahmen, der Kreisrahmen und der Kipprahmen) steuert eine andere Bewegungsrichtung und/oder Drehung der Schar. Dementsprechend ermöglicht die Bedienung des Zugrahmens, des Kreisrahmens und des Kipprahmens die Einstellung der Schar in viele unterschiedliche Positionen und Ausrichtungen, um so die Bodenfläche zu gestalten. Die präzise Steuerung der Schar kann dabei eine komplexe Aufgabe sein, die es einem Bediener abverlangt, den Zugrahmen, den Kreisrahmen und den Kipprahmen so zu bedienen, dass die Schar positioniert und bewegt wird. Die Möglichkeit, die Position des Zugrahmens zurückzuverfolgen, kann die Bedienung des Motorgraders verbessern oder vereinfachen.
ZUSAMMENFASSUNG
In einer Ausführungsform beinhaltet ein Motorgrader einen Hauptrahmen, einen operationellen Rahmen, der relativ zu dem Hauptrahmen um ein Primärgelenk beweglich ist, und eine Vielzahl von Hydraulikzylindern, die konfiguriert sind, um eine Position des operationellen Rahmens relativ zu dem Hauptrahmen anzupassen, wobei jeder Zylinder der Vielzahl von Zylindern zwischen einer ausgefahrenen Position und einer eingefahrenen Position beweglich ist, um dessen Länge anzupassen. Die Vielzahl von Zylindern ist wirksam so verbunden, dass die Bewegung eines Zylinders aus der Vielzahl von Zylindern eine Bewegung mindestens eines weiteren Zylinders aus der Vielzahl von Zylindern auslöst. Der Motorgrader umfasst ferner einen Prozessor, der konfiguriert ist, um ein Signal zu empfangen, das einem Parameter entspricht, der sich auf eine Länge eines ersten Zylinders der Vielzahl von Zylindern bezieht, und um eine Position des operationellen Rahmens relativ zum Hauptrahmen zumindest teilweise basierend auf der Länge des ersten Zylinders zu schätzen, wobei der Prozessor die Position des operationellen Rahmens schätzt, indem er ein iteratives mathematisches Modell ausführt, um die Position des operationellen Rahmens zu lösen.
In einer anderen Ausführungsform beinhaltet ein Motorgrader einen Hauptrahmen, einen operationellen Rahmen, der relativ zu dem Hauptrahmen um ein Primärgelenk beweglich ist, und eine Vielzahl von Hydraulikzylindern, die konfiguriert sind, um eine Position des operationellen Rahmens relativ zu dem Hauptrahmen anzupassen, wobei jeder Zylinder der Vielzahl von Zylindern zwischen einer ausgefahrenen Position und einer eingefahrenen Position beweglich ist, um dessen Länge anzupassen. Der Motorgrader umfasst ferner einen Prozessor, der konfiguriert ist, um ein Signal zu empfangen, das eine gewünschte Querneigung des operationellen Rahmens angibt, um ein Signal zu empfangen, das einen der Vielzahl von Zylindern als einen Leitzylinder identifiziert, um eine gewünschte Position des operationellen Rahmens zu bestimmen, die die gewünschte Querneigung des operationellen Rahmens erreicht, um eine aktuelle Position des operationellen Rahmens durch Überwachen einer Länge des Leitzylinders zu schätzen und um die Position des operationellen Rahmens durch Steuern eines Folgezylinders der Vielzahl von Zylindern einzustellen, um die gewünschte Querneigung zu erzeugen.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst ein Motorgrader einen Hauptrahmen, einen operationellen Rahmen, der relativ zum Hauptrahmen um ein Primärgelenk beweglich ist, und eine Vielzahl von Hydraulikzylindern, die konfiguriert sind, um eine Position des operationellen Rahmens relativ zum Hauptrahmen anzupassen, wobei jeder Zylinder der Vielzahl von Zylindern zwischen einer ausgefahrenen Position und einer eingefahrenen Position beweglich ist, um dessen Länge anzupassen. Der Motorgrader umfasst eine Vielzahl von Sensoren, wobei jeder Sensor der Vielzahl von Sensoren einem Zylinder der Vielzahl von Zylindern zugeordnet ist und wobei jeder Sensor konfiguriert ist, um einen Parameter zu erfassen, der sich auf die Länge des entsprechenden Zylinders bezieht. Der Motorgrader umfasst ferner einen Prozessor, der konfiguriert ist, um ein Signal zu empfangen, das einem Parameter entspricht, der sich auf eine Länge eines ersten Zylinders der Vielzahl von Zylindern bezieht, um eine Position des operationellen Rahmens auf Grundlage des empfangenen Signals zu schätzen, um eine Geschwindigkeit des operationellen Rahmens auf Grundlage des empfangenen Signals zu schätzen und um den operationellen Rahmen durch Ausführen eines Ventilbefehls an einen zweiten Zylinder der Vielzahl von Zylindern einzustellen.
Weitere Aspekte werden durch die Berücksichtigung der Detailbeschreibung und der dazugehörigen Zeichnungen ersichtlich.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht eines Motorgraders gemäß einer Ausführungsform.
2 zeigt eine Seitenansicht des Motorgraders aus 1.
3 zeigt eine Draufsicht auf den Motorgrader aus 1.
4 zeigt eine perspektivische Frontansicht der operationellen Rahmen des Motorgraders aus 1.
5 zeigt eine Detailansicht eines Sattels des Motorgraders aus 1.
6 ist eine rückwärtige perspektivische Ansicht einiger der operationellen Rahmen des Motorgraders aus 1.
7 zeigt eine schematische Darstellung eines Steuerungssystems gemäß einer Ausführungsform.
8 zeigt ein Flussdiagramm eines Systems und Verfahrens zum Rückverfolgen der Position des sekundären Rahmens relativ zu einem Hauptrahmen gemäß einer ersten Ausführungsform.
9 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Gestänges, das einen operationellen Rahmen mit einem Hauptrahmen (nicht dargestellt) verbindet, dessen Vektorschleifen das Gestänge überlagern.
10 zeigt eine erste Seitenansicht des Gestänges, veranschaulicht in 9.
11 zeigt eine zweite Seitenansicht des Gestänges, veranschaulicht in 9.
12 zeigt eine schematische Darstellung des Gestänges, veranschaulicht in 9
13 zeigt ein Flussdiagramm eines Systems und Verfahrens zum Rückverfolgen der Position des sekundären Rahmens relativ zu einem Hauptrahmen gemäß einer zweiten Ausführungsform.
14 zeigt ein Flussdiagramm des Verfahrens zum Überwachen und Steuern einer Position eines operationellen Rahmens eines Motorgraders gemäß einer Ausführungsform.
15 zeigt ein Flussdiagramm des Verfahrens zum Einstellen der Position eines operationellen Rahmens eines Motorgraders gemäß einer Ausführungsform.

Bevor Ausführungsformen der Offenbarung im Detail erklärt werden, sollte verstanden werden, dass die Offenbarung in ihrer Anwendung nicht auf die Konstruktionsdetails und die Komponentenanordnung beschränkt ist, welche in der folgenden Beschreibung erläutert oder in den folgenden Zeichnungen dargestellt sind. Die Offenbarung kann andere Ausführungsformen unterstützen und auf verschiedene Weisen angewendet oder ausgeführt werden. Es ist außerdem anzunehmen, dass die hierin verwendete Phraseologie und Terminologie der Beschreibung dient und nicht als einschränkend angesehen werden darf. Die Verwendung von „einschließlich“, „umfassend“ oder „beinhaltend“ sowie Variationen davon soll darauf hinweisen, dass die nachfolgend aufgeführten Elemente und deren Äquivalente sowie zusätzliche Elemente inbegriffen sind. Soweit nicht anderweitig angegeben oder eingeschränkt, werden die Begriffe „montiert“, „verbunden“, „getragen“ und „gekoppelt“ sowie deren Varianten im weiteren Sinne verwendet und erstrecken sich sowohl auf direkte als auch indirekte Montagen, Verbindungen, Träger und Kupplungen. Des Weiteren sind „verbunden“ und „gekoppelt“ nicht auf physikalische oder mechanische Verbindungen oder Kupplungen beschränkt. Begriffe hinsichtlich des Ausmaßes, wie z. B. „im Wesentlichen“, „ungefähr“, „annähernd“ usw., werden von denen mit gewöhnlichen Kompetenzen so verstanden, dass sie sich auf angemessene Bereiche außerhalb des gegebenen Wertes beziehen, z. B. allgemeine Toleranzen im Zusammenhang mit der Herstellung, Montage und Verwendung der beschriebenen Ausführungsformen.
Darüber hinaus ist zu beachten, dass eine Vielzahl von hard- und softwarebasierten Geräten sowie eine Vielzahl von unterschiedlich strukturierten Komponenten zur Realisierung der hierin beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden können. Des Weiteren ist zu verstehen, dass die hierin beschriebenen Ausführungsformen Hardware, Software und elektronische Komponenten oder Module beinhalten können, die zum Zwecke der Diskussion so dargestellt und beschrieben werden können, als ob die Mehrheit der Komponenten ausschließlich in Hardware umgesetzt wäre. Eine der üblichen Fachkenntnisse in diesem Fachgebiet, die auf einer Lektüre dieser detaillierten Beschreibung beruht, würde jedoch erkennen, dass in mindestens einer Ausführungsform die hierin beschriebenen elektronisch basierten Aspekte von Ausführungsformen in Software (z. B. gespeichert auf einem nicht vorübergehenden computerlesbaren Medium) umgesetzt werden können, die von einem oder mehreren Prozessoren ausgeführt werden kann. Als solches ist zu beachten, dass zur Realisierung der beschriebenen Ausführungsformen eine Vielzahl von hard- und softwarebasierten Geräten sowie eine Vielzahl von unterschiedlich strukturierten Komponenten verwendet werden können. Zum Beispiel können „Steuerung“ und „Steuereinheit“, die in der Spezifikation beschrieben sind, einen oder mehrere elektronische Prozessoren, ein oder mehrere Speichermodule mit nichtflüchtigem, computerlesbarem Medium, eine oder mehrere Ein-/Ausgabeschnittstellen und verschiedene Verbindungen (z. B. einen Systembus), welche die Komponenten miteinander verbinden, beinhalten.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die 1-3 illustrieren ein Arbeitsfahrzeug, und zwar einen Motorgrader 10. Es versteht sich, dass der abgebildete Motorgrader 10 als Beispiel angegeben ist und die hierin beschriebenen Ausführungsformen mit Motorgradern 10 oder anderen Arbeitsfahrzeugen verwendet werden können, welche sich von dem in den 1-3 dargestellten Motorgrader 10 unterscheiden.
Der abgebildete Motorgrader 10 verfügt über die vorderen und hinteren Abschnitte 12, 14. Die vorderen und hinteren Abschnitte 12, 14 sind an einem Gelenk 15 zum Lenken des Motorgraders 10 relativ zueinander gelagert. Der Motorgrader 10 verfügt über sechs bodenberührende Räder 8. Der vordere Abschnitt 12 hat zwei Räder 8a, ein linkes Vorderrad 8a und ein rechtes Vorderrad 8a. Der hintere Abschnitt 14 hat vier Räder 8b, zwei linke Hinterräder 8b, die tandemartig angeordnet sind, und zwei rechte Hinterräder 8b, die tandemartig angeordnet sind. Der hintere Abschnitt 14 beinhaltet einen Verbrennungsmotor (z. B. Dieselmotor), der den Motorgrader 10 antreibt. Der vordere Abschnitt 12 verfügt über einen Führerstand 16, von dem aus ein menschlicher Bediener den Motorgrader 10 steuern kann. Der Führerstand 16 wird von einem Hauptrahmen 18 des vorderen Abschnitts 12 getragen.
Der vordere Abschnitt 12 des Motorgraders 10 trägt ein Arbeitsgerät, wie beispielsweise eine Schar 20, die an einem Hauptrahmen 18 des vorderen Abschnitts 12 montiert ist. Die Schar 20 ist so konfiguriert, dass sie Erde oder anderes Material bewegt, um so eine gewünschte Kontur der Bodenoberfläche zu erzeugen. Die Schar 20 ist am Hauptrahmen 18 so montiert, dass sie sich in eine Reihe von Richtungen bewegen lässt, einschließlich translatorischer Bewegung, Rollbewegung, Neigung und Gieren. Die Schar 20 ist am Hauptrahmen 18 montiert und über einen Zugrahmen 22, einen Kreisrahmen 24 und einen Kipprahmen 28 relativ zum Hauptrahmen 18 beweglich. Insbesondere ist die Schar 20 mit dem Kipprahmen 28 gekoppelt. Der Kipprahmen 28 wird durch den Kreisrahmen 24 getragen, der wiederum unterhalb des Zugrahmens 22 aufliegt.
Unter Bezugnahme auf die 3-4 handelt es sich beim Zugrahmen 22 um einen im Allgemeinen dreieckigen Rahmen, der sich unter dem Hauptrahmen 18 vom vorderen Ende des Hauptrahmens 18 bis zum hinteren Ende des Hauptrahmens 18 erstreckt. Die Dreiecksform des Zugrahmens 22 wird dabei von einer linken Zugstange 40, einer rechten Zugstange 44 und einer Querstange 48 gebildet. Der Zugrahmen 22 ist über ein Kugelgelenk 19 mit dem vorderen Ende des Hauptrahmens 18 gekoppelt, wodurch sich der Zugrahmen 22 in eine Vielzahl von verschiedenen Richtungen relativ zum Hauptrahmen 18 bewegen lässt. Das Kugelgelenk 19 ist am Scheitelpunkt der linken Zugstange 40 und der rechten Zugstange 44 angeordnet.
Wie in den 1-3 dargestellt, ist der Zugrahmen 22 mit dem hinteren Ende des Hauptrahmens 18 durch einen Sattel 30, linke und rechte Hubzylinder 52, 56 und einen kreisförmigen Seitenschieberzylinder 34 gekoppelt. Der Sattel 30 ist am Hauptrahmen 18 montiert, und die linken und rechten Hubzylinder 52, 56 erstrecken sich so zwischen dem Sattel 30 und dem Zugrahmen 22, dass sie den Zugrahmen 22 unterhalb des Sattels 30 halten.
5 bietet eine detaillierte Ansicht des Sattels 30 gemäß einer Ausführungsform. Der Sattel 30 weist eine Vielzahl von Gestängen 60 auf, die an eine vorgegebene Anzahl von diskreten Gestängeanordnungen angepasst werden können. Der abgebildete Sattel 30 beinhaltet vier Gestänge 60 (d. h. ein 4-Stangen-Gestänge), einschließlich eines linken Gestängearms 64, eines rechten Gestängearms 68, eines Mittelgestänges 72 und eines Stabgestänges 76. Die Mittelverbindung 72 beinhaltet einen Bolzen 80, der selektiv in eine Vielzahl von Positionierungslöchern 84 in der Stabverbindung 76 eingreifen kann. Jedes der Positionierungslöcher 84 entspricht einer der diskreten Gestängeanordnungen. Der Bolzen 80 kann von einem Positionierungsloch 84 zu einem anderen Positionierungsloch 84 verschoben werden, um den Sattel 30 an unterschiedliche Gestängeanordnungen anzupassen. In der veranschaulichten Ausführungsform weist der Sattel 30 fünf Positionierungslöcher 84 auf, die fünf verschiedenen Gestängeanordnungen entsprechen. In anderen Ausführungsformen kann jedoch eine größere oder kleinere Anzahl von Positionierungslöchern 84 verwendet werden, um eine größere oder kleinere Anzahl von Gestängeanordnungen zu realisieren.
Unter Bezugnahme auf 4 verbindet der Sattel 30 den Zugrahmen 22 mit dem Hauptrahmen 18 über den linken Hubzylinder 52, den rechten Hubzylinder 56 und den kreisförmigen Seitenschieberzylinder 34. Insbesondere ist der linke Hubzylinder 52 an einem ersten Verbindungspunkt 88, der sich an einem linken Gestängearm 64 des Sattels 30 befindet, mit dem Sattel 30 und an einem zweiten Verbindungspunkt 92, der sich in der Nähe des Schnittpunkts der linken Zugstange 40 und der Querstange 48 befindet, mit dem Zugrahmen 22 verbunden. Ebenso ist der rechte Hubzylinder 56 an einem ersten Verbindungspunkt 96, der sich an einem rechten Gestängerarm 68 des Sattels 30 befindet, mit dem Sattel 30 und an einem zweiten Verbindungspunkt 100, der sich nahe dem Schnittpunkt der rechten Zugstange 44 und der Querstange 48 befindet, mit dem Zugrahmen 22 verbunden.
In der dargestellten Ausführungsform sind der linke und rechte Hubzylinder 52, 56 hydraulische Stellglieder, die den Zugrahmen 22 und damit den Kreisrahmen 24 und die Schar 20 relativ zum Hauptrahmen 18 anheben und absenken können. Beispielsweise können der linke und der rechte Hubzylinder 52, 56 den Zugrahmen 22 anheben und absenken (d. h. in einer im Allgemeinen vertikalen Richtung relativ zum Boden), indem sie beide Seiten des Zugrahmens 22 anheben oder absenken. Zusätzlich können der linke und der rechte Hubzylinder 52, 56 den Zugrahmen 22 schwenken (d. h. rollen), indem sie eine Seite des Zugrahmens 22 relativ zur anderen Seite anheben oder absenken. Der linke und rechte Hubzylinder 52, 56 können verwendet werden, um die Rolle der Schar 20 anzupassen, um die Schar 20 mit der Querneigung der Bodenfläche auszurichten. Der Querneigungswinkel ist der Winkel der Oberfläche, gemessen in der Richtung senkrecht zur Fahrtrichtung der Arbeitsmaschine 10 und relativ zur Schwerkraft.
Der linke und rechte Hubzylinder 52, 56 heben und senken den Zugrahmen 22, indem sie sich entlang eines Hubwegs von einer ausgefahrenen Position in eine eingefahrene Position bewegen, um die Länge der Hubzylinder 52, 56 anzupassen. Die Länge der linken und rechten Hubzylinder 52, 56 bestimmt, wie tief der Zugrahmen 22 unter dem Hauptrahmen 18 hängt. Zum Beispiel befindet sich der Zugrahmen 22 an der untersten Position unter dem Hauptrahmen 18 (d. h. am weitesten vom Hauptrahmen 18 entfernt), wenn der linke und der rechte Hubzylinder 52, 56 vollständig auf ihre größte Länge ausgefahren sind. Im Gegensatz dazu befindet sich der Zugrahmen 22 in der höchsten Position (d. h. dem Hauptrahmen am nächsten 18), wenn der linke und der rechte Hubzylinder 52, 56 vollständig auf ihre kürzeste Länge eingefahren sind.
Die Länge des linken und rechten Hubzylinders 52, 56 kann entlang der Längsachse des Zylinders 52, 56 von einem ersten Ende bis zu einem zweiten Ende gemessen werden. In der dargestellten Ausführungsform werden die Längen des linken und rechten Hubzylinders 52, 56 von einem ersten Ende, das sich in der Nähe des ersten Verbindungspunkts 88, 96 befindet, bis zu einem zweiten Ende, das sich in der Nähe des zweiten Verbindungspunkts 92, 100 des jeweiligen Hubzylinders 52, 56 befindet, gemessen.
Unter fortgesetzter Bezugnahme auf 4 ist der kreisförmige Seitenschieberzylinder 34 auch zwischen dem Sattel 30 und dem Zugrahmen 22 verbunden, um den Zugrahmen 22 und damit den Kreisrahmen 24 und die Schar 20 relativ zum Hauptrahmen 18 seitlich zu verschieben. Der kreisförmige Seitenschieberzylinder 34 ist ein hydraulischer Stellantrieb, der den Zugrahmen 22 nach links und rechts in einer Vor- und Zurückrichtung (d. h. in einer im Allgemeinen zum Boden hin horizontalen Richtung) ziehen kann. Zusätzlich zum horizontalen Ziehen des Zugrahmens 22 nach links und rechts kann der kreisförmige Seitenschieberzylinder 34 auch den Zugrahmen 22 in die Gierrichtung ziehen. Konkret wirkt sich die horizontale Bewegung des kreisförmigen Seitenschieberzylinders 34 in Kombination mit der Drehbewegung des Kreisrahmens 24 auf die Position des Zugrahmens 22 und der Schar 20 in Gierrichtung aus, und zwar dann, wenn der kreisförmige Seitenschieberzylinder 34 in Verbindung mit dem Kreisrahmen 24 arbeitet.
Ähnlich wie die linken und rechten Hubzylinder 52, 56 ist der kreisförmige Seitenschieberzylinder 34 an einem ersten Verbindungspunkt 104 am rechten Verbindungsarm 68 des Sattels 30 mit dem Sattel 30 verbunden und ist an einem zweiten Verbindungspunkt 108, der sich in der Nähe des Scheitelpunktes der linken Zugstange 40 und der Querstange 48 des Zugrahmens 22 befindet, mit dem Zugrahmen 22 verbunden. In weiteren Ausführungsformen ist der kreisförmige Seitenschieberzylinder 34 mit dem linken Verbindungsarm 64 des Sattels 30 verbunden und mit dem Zugrahmen 22 an einer Stelle nahe der rechten Zugstange 44 verbunden.
Der kreisförmige Seitenschieberzylinder 34 versetzt den Zugrahmen 22 nach links und rechts, indem er sich entlang eines Hubwegs von einer ausgefahrenen Position in eine eingefahrene Position entsprechend bewegt, damit die Länge des kreisförmigen Seitenschieberzylinders 34 angepasst wird. Die Länge des kreisförmigen Seitenschieberzylinders 34 bestimmt, wie weit links oder rechts der Zugrahmen 22 gegenüber dem Hauptrahmen 18 versetzt wird. In der veranschaulichten Ausführungsform wird der Zugrahmen 22 ganz nach links versetzt, sobald der kreisförmige Seitenschieberzylinder 34 vollständig auf seine größte Länge ausgefahren ist. Demgegenüber wird der Zugrahmen 22 ganz nach rechts versetzt, sobald der kreisförmige Seitenschieberzylinder 34 vollständig auf seine kürzeste Länge eingefahren ist. Ähnlich wie bei den linken und rechten Hubzylindern 52, 56 kann die Länge des kreisförmigen Seitenschieberzylinders 34 entlang der Längsachse des kreisförmigen Seitenschieberzylinders 34 von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende gemessen werden. Bei der veranschaulichten Ausführungsform wird die Länge des kreisförmigen Seitenschieberzylinders 34 von einem ersten Ende aus gemessen, das sich in der Nähe des ersten Verbindungspunktes 104 befindet, bis zu einem zweiten Ende, das sich in der Nähe des zweiten Verbindungspunktes 108 befindet.
Den Fachleuten in diesem Fachgebiet sollte bekannt sein, dass die Anschlusspunkte des linken Hubzylinders 52, des rechten Hubzylinders 56 und des kreisförmigen Seitenschieberzylinders 34 an verschiedenen Stellen am Sattel 30 und am Zugrahmen 22 positioniert werden können. Darüber hinaus können sich in einigen Ausführungsformen die Verbindungspunkte auf dem Kreisrahmen 24 oder anderen Komponenten des Motorgraders 10 befinden, die es ermöglichen, den Zugrahmen 22 unterhalb des Hauptrahmens 18 zu halten und relativ dazu beweglich zu machen.
Unter Bezugnahme auf die 3-4 und 6 ist der Kreisrahmen 24 am Zugrahmen 22 montiert und erstreckt sich unter diesem. Der Kreisrahmen 24 ist so konfiguriert, dass er sich relativ zum Zugrahmen 22 um eine Mittelachse A dreht. Der Kreisrahmen 24 wird durch ein Kreisrad 25 und einen Kreisantrieb 26 gedreht, der ein in das Kreisrad 25 eingreifendes Getriebe 27 aufweist. Die Drehung des Kreisrahmens 24 dreht den Kipprahmen 28 und die Schar 20 um die Mittelachse A (d. h. in Gierrichtung). Wie zuvor erwähnt, kann die Position des Zugrahmens 22 in Gierrichtung sowohl durch den Kreisrahmen 24 als auch durch den kreisförmigen Seitenschieberzylinder 34 verändert werden.
Der Kipprahmen 28 hält die Schar 20 und ist schwenkbar mit dem Kreisrahmen 24 gekoppelt, um den Kipprahmen 28 und die Schar 20 relativ zum Kreisrahmen 24 schwenkbar zu bewegen. Im Einzelnen kann der Kipprahmen 28 die Neigung der Schar 20 erhöhen oder verringern, indem er die Schar 20 mit Hilfe eines Kippzylinders 29 um eine Kippachse B dreht. Der Kippzylinder 29 ist ein weiterer hydraulischer Stellantrieb, der mit dem Kreisrahmen 24 und dem Kipprahmen 28 verbunden ist. Der Kippzylinder 29 erhöht oder senkt die Schar 20, indem er sich entlang eines Hubwegs von einer ausgefahrenen Position in eine eingefahrene Position so bewegt, dass die Länge des Kippzylinders 29 angepasst wird.
Zusätzlich ist ein Schar-Seitenschieberzylinder 36 mit dem Kipprahmen 28 und der Schar 20 verbunden und kann die Schar 20 translatorisch relativ zum Kipprahmen 28 entlang einer Längsachse der Schar 20 (d. h. in einer im Allgemeinen horizontalen Richtung relativ zum Boden) bewegen. In der dargestellten Ausführungsform verläuft die Längsachse der Schar 20 parallel zur Kippachse B. Der Schar-Seitenschieberzylinder 36 verschiebt die Schar 20 von einer Seite zur anderen, indem er sich entlang eines Hubwegs von einer ausgefahrenen Position in eine eingefahrene Position bewegt, um die Länge des Schar-Seitenschieberzylinders 36 anzupassen.
Wie im Folgenden näher beschrieben, kann die Länge der Zylinder 29, 346, 52 und 56 (im Allgemeinen als Zylinder 50 bezeichnet) verwendet werden, um bei der Bestimmung der Position der Schar 20 behilflich zu sein. Bei der Verwendung der Länge(n) der Zylinder 50 als eine der Variablen zur Bestimmung der Position der Schar 20 wird davon ausgegangen, dass die Länge der Zylinder 50 auf verschiedene Weise gemessen werden kann (z. B. unter Verwendung unterschiedlicher Endpunkte). Nach dem Verständnis einer Person mit gewöhnlichen Kenntnissen in diesem Fachgebiet wird die Länge jedes Zylinders 50 entlang der Längsachse dieses Zylinders 50 gemessen, jedoch kann die genaue Position der Endpunkte leicht variieren. Beispielsweise werden in einigen Ausführungsformen die Längen der linken und rechten Hubzylinder 52, 56 von den Verbindungspunkten 92, 100 mit dem Zugrahmen 22 zu den Verbindungspunkten 88, 96 mit dem Sattel 30 gemessen. In weiteren Ausführungsformen kann die Länge der linken und rechten Hubzylinder 52, 56 von den Verbindungspunkten 92, 100 mit dem Zugrahmen 22 bis zu den Enden der linken und rechten Hubzylinder 52, 56 gemessen werden (z. B. wenn sich der Zylinder über den Verbindungspunkt mit dem Sattel hinaus erstreckt). Alternativ dazu kann die Längenänderung anstelle der Länge verwendet werden.
Wie vorstehend beschrieben, können die operationellen Rahmen 70 des Motorgraders 10, wie z. B. der Zugrahmen 22, der Kreisrahmen 24, der Kipprahmen 28 oder die Schar 20, in eine Vielzahl unterschiedlicher Richtungen bewegt werden. So kann beispielsweise die Schar 20 in vertikaler oder horizontaler Richtung verschoben und in Roll-, Kipp- oder Gierrichtung gedreht werden. Dementsprechend beinhaltet der abgebildete Motorgrader 10 eine Vielzahl von Sensoren (im Allgemeinen als 112 bezeichnet), die dabei helfen, die Position und Bewegung des Zugrahmens 22 zurückzuverfolgen, um den Bediener des Motorgraders 10 zu unterstützen. Nach dem Verständnis eines Fachmanns versteht sich die folgende Beschreibung der Sensoren 112 als exemplarisch, jedoch können unterschiedliche Typen und Kombinationen von Sensoren 112 in unterschiedlichen Ausführungsformen verwendet werden.
Wie in den 3-4 dargestellt, kann der Motorgrader 10 eine Vielzahl von Zylindersensoren 116 („die Zylindersensoren 116“) beinhalten, die jeweils einen Parameter eines entsprechenden Zylinders 50 bezogen auf die Länge dieses Zylinders 50 überwachen. Zum Beispiel kann der Motorgrader 10 einen ersten und einen zweiten Sensor 120, 124 an dem linken und dem rechten Hubzylinder 52, 56 beinhalten. Der erste und zweite Sensor 120, 124 helfen, die Position der linken und rechten Hubzylinder 52, 56 entlang des Hubwegs zu verfolgen, um zu bestimmen, inwieweit die linken und rechten Hubzylinder 52, 56 ein- oder ausgefahren werden. Somit werden der erste und zweite Sensor 120, 124 verwendet, um die Länge des linken und des rechten Zylinders 52, 56 basierend auf der Erstreckungslänge des linken und des rechten Zylinders 52, 56 zu bestimmen. In der veranschaulichten Ausführungsform sind der erste und zweite Sensor 120, 124 lineare Positionssensoren 112 oder Encoder. In anderen Ausführungsformen können die ersten und zweiten Sensoren 120, 124 jedoch auch aus weiteren Sensortypen 112 bestehen, welche die Position der linken und rechten Hubzylinder 52, 56 in der Weise angeben, dass die Länge des Zylinders 50 bestimmt werden kann. Insbesondere können der erste und zweite Sensor 120, 124 eine beliebige Art von Sensor 112 sein, der konfiguriert ist, um einen Parameter zu messen, der sich auf die Länge eines Zylinders 50 bezieht. Beispielsweise können der erste und zweite Sensor 120, 124 Positionssensoren 112 sein, die eine Position entlang der Achse des Zylinders 50 darstellen. Der erste und zweite Sensor 120, 124 können verwendet werden, um eine Änderung der Zylinderlänge zu bestimmen, zum Beispiel durch Identifizieren einer Änderung der Position entlang der Achse des Zylinders 50. In ähnlicher Weise können der erste und zweite Sensor 120, 124 verwendet werden, um eine Änderung der Zylinderlänge durch Messen der Menge an Hydraulikfluid zu bestimmen, die durch den Zylinder 50 gepumpt wird.
In ähnlicher Weise beinhaltet der Motorgrader 10 einen dritten Sensor 128, der auf dem kreisförmigen Seitenschieberzylinder 34 angeordnet ist. Der dritte Sensor 128 verfolgt die Position des kreisförmigen Seitenschieberzylinders 34 entlang des Hubwegs, um zu bestimmen, inwieweit die linken und rechten Hubzylinder 52, 56 ein- oder ausgefahren werden und damit die Länge des kreisförmigen Seitenschieberzylinders 34 zu bestimmen. In der veranschaulichten Ausführungsform ist der dritte Sensor 128 ein linearer Positionssensor 112 oder Encoder. In anderen Ausführungsformen kann der dritte Sensor 128 jedoch eine andere Art von Sensor 112 sein, der die Position des kreisförmigen Seitenschieberzylinders 34 angibt. Beispielsweise kann der dritte Sensor 128 jeder der Sensoren 112 sein, der konfiguriert ist, um einen Parameter in Bezug auf die Länge eines Zylinders zu messen, wie oben in Bezug auf den ersten und zweiten Sensor 120, 124 beschrieben.
Zusätzlich beinhaltet der Motorgrader 10 in einigen Ausführungsformen einen vierten Sensor 132 auf dem Kreisrahmen 24. Der vierte Sensor 132 kann verwendet werden, um den Grad zu bestimmen, in dem der Kreisrahmen 24 um die Mittelachse A gedreht wird. In der dargestellten Ausführungsform ist der vierte Sensor 132 ein Drehsensor, Magnetsensor, Winkelcodierer oder eine andere Art von Sensor 112, der den Grad der Drehung des Kreisrahmens 24 bestimmen kann.
Wie in 2 gezeigt, beinhaltet der Motorgrader 10 in einigen Ausführungsformen einen fünften Sensor 136, der am Hauptrahmen 18 angeordnet ist. Der fünfte Sensor 136 kann ein Trägheitssensor 112 sein, der einen Bezug zur Schwerkraft bereitstellen kann. Der fünfte Sensor 136 kann auch ein Trägheitssensor 112 oder eine andere Art von Sensor 112 sein, der in der Lage ist, das Rollen und/oder die Neigung des Hauptrahmens 18 zu erfassen. Der Motorgrader 10 kann auch einen sechsten Sensor 140 beinhalten, der nachgelagert des Hauptrahmens 18 positioniert ist, zum Beispiel am Zugrahmen 22, Kreisrahmen 24 oder Kipprahmen 28. Der sechste Sensor 140 kann ein Trägheitssensor 112 sein, der eine relative Bewegung zwischen dem sechsten Sensor 140 und einem anderen Sensor, wie etwa dem fünften Sensor 136, identifizieren kann. Wie im Folgenden ausführlicher erläutert, können der fünfte Sensor 136 und der sechste Sensor 140 verwendet werden, um Bewegung oder Lockerheit zwischen dem Hauptrahmen 18 und dem Zugrahmen 22 (oder Kreisrahmen 24 oder Kipprahmen 28 in Abhängigkeit von der Position des sechsten Sensors) zu erfassen.
Nach dem Verständnis einer Person mit gewöhnlichen Kenntnissen in diesem Fachgebiet können die vorgenannten Sensoren 112 eine Vielzahl von verschiedenen, auf dem Gebiet bekannten Sensoren 112 sein, die die hier beschriebenen Funktionen ausführen können. Zusätzlich versteht es sich, dass der Motorgrader 10 eine größere oder geringere Anzahl von Sensoren 112 oder eine andere Kombination von Sensoren 112, als die oben erörterten, beinhalten kann. So kann beispielsweise der Motorgrader 10 in einigen Ausführungsformen mehrere Sensoren 112 anstelle eines der oben erörterten Sensoren 112 beinhalten. In anderen Ausführungsformen können ein oder mehrere der Sensoren 112 von dem Motorgrader 10 ausgeschlossen werden. In einigen Ausführungsformen können ein oder mehrere Sensoren 112 durch eine Benutzereingabe ersetzt werden, die manuell durch einen Bediener des Motorgraders 10 über eine Benutzerschnittstelle eingegeben werden kann. Alternativ können ein oder mehrere Sensoren durch Maschinenlogik oder andere Steuersysteme ersetzt werden, um einen Parameter zu identifizieren, der ansonsten durch einen hier beschriebenen Sensor 112 gemessen würde.
Unter Bezugnahme auf 7 beinhaltet der Motorgrader 10 auch eine oder mehrere Steuerungen 200 zum Steuern der Komponenten des Motorgraders 10. Beispielsweise veranschaulicht 7 schematisch eine Steuerung 200, die in dem Motorgrader 10 gemäß einer Ausführungsform enthalten ist. Wie in 9 veranschaulicht, beinhaltet die Steuerung 200 einen elektronischen Prozessor 202 (zum Beispiel einen Mikroprozessor, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) oder ein anderes elektronisches Gerät), eine Eingabe-/Ausgabeschnittstelle 206 und ein computerlesbares Medium 204. Der elektronische Prozessor 202, die Eingabe-/Ausgabeschnittstelle 206 und das computerlesbare Medium 204 sind durch eine oder mehrere Kommunikationsleitungen oder Busse verbunden und kommunizieren über diese. Es versteht sich, dass die Steuerung 200 weniger oder zusätzliche Komponenten als die in 7 dargestellten enthalten kann und Komponenten in anderen Konfigurationen als der in 7 dargestellten enthalten kann. Außerdem kann die Steuerung 200 konfiguriert sein, um zusätzliche Funktionen als die hierin beschriebene Funktion durchzuführen. Zusätzlich kann die Funktionalität der Steuerung 200 auf mehr als eine Steuerung 200 verteilt sein. So kann beispielsweise die Steuerung 200 mit einer oder mehreren zusätzlichen Steuerungen 208 kommunizieren. Die zusätzlichen Steuerungen 208 können intern oder extern zur Steuerung 200 sein. Ebenso kann die hier beschriebene Funktionalität, die von dem elektronischen Prozessor 202 ausgeführt wird, von einer Vielzahl von elektronischen Prozessoren ausgeführt werden, die in der Steuerung 200, einer separaten Vorrichtung oder einer Kombination davon enthalten sind. Darüber hinaus kann sich die Steuerung 200 in einigen Ausführungsformen auch räumlich entfernt vom Motorgrader 10 befinden.
Das computerlesbare Medium 204 beinhaltet nicht-flüchtige Speicher (z. B. einen schreibgeschützten Speicher, einen Direktzugriffsspeicher oder eine Kombination aus beiden), die Programmanweisungen (Software) und Daten speichern. Der elektronische Prozessor 202 ist so konfiguriert, dass er Anweisungen und Daten vom computerlesbaren Medium 204 abruft und unter anderem die Anweisungen zum Durchführen der hierin beschriebenen Verfahren ausführt. Die Ein-/Ausgabeschnittstelle 206 überträgt Daten von der Steuerung 200 an externe Systeme, Netzwerke, Vorrichtungen oder eine Kombination davon sowie empfängt Daten von externen Systemen, Netzwerken, Vorrichtungen oder einer Kombination davon. Die Eingabe-/Ausgabeschnittstelle 206 kann auch von externen Quellen empfangene Daten auf dem computerlesbaren Medium 204 speichern, empfangene Daten an den elektronischen Prozessor 202 liefern oder beides. In einigen Ausführungsformen, wie in 7 dargestellt, beinhaltet die Ein-/Ausgabeschnittstelle 206 einen drahtlosen Sender, der mit einem Kommunikationsnetzwerk 210 kommuniziert.
Die Steuerung 200 kann mit einem oder mehreren Sensoren 112 kommunizieren (z. B. über die Ein-/Ausgabeschnittstelle 206). Die Steuerung 200 ist konfiguriert, um Informationen von den Sensoren 112 in Bezug auf die Position des Zugrahmens 22 zu empfangen und die empfangenen Informationen zu verwenden, um die Position des Zugrahmens 22 zu verfolgen. In einigen Ausführungsformen kommuniziert die Steuerung 200 mit den Sensoren 112 über eine drahtgebundene oder drahtlose Verbindung direkt oder über eine oder mehrere Zwischenvorrichtungen, wie etwa eine andere Steuerung 200, einen Informationsbus, das Kommunikationsnetzwerk 210 und dergleichen. In ähnlicher Weise kann die Steuerung 200 mit einer oder mehreren zusätzlichen Steuerungen 208 kommunizieren, die dem Motorgrader 10 zugeordnet sind. In einigen Ausführungsformen kann die zusätzliche Steuerung 208 mit den Sensoren 112 kommunizieren und als Zwischenvorrichtung zwischen der Steuerung 200 und den Sensoren 112 fungieren.
Eine oder mehrere der Steuerungen 200 oder 208 können auch konfiguriert sein, um Komponenten des Motorgraders 10 zu betreiben. Beispielsweise kann die Steuerung 200 konfiguriert sein, um die operationellen Rahmen 70 des Motorgraders 10 zu steuern, wie etwa das Steuern der Bewegung des Zugrahmens 22, des Kreisrahmens 24, des Kipprahmens 28 oder der Schar 20. Insbesondere kann die Steuerung 200 die Komponenten des Motorgraders 10 steuern, indem sie einen oder mehrere des linken und rechten Zylinders 52, 56, des kreisförmigen Seitenschieberzylinders 34, des Kreisrads 25, des Kippzylinders 29 oder des Schar- 20 Seitenschieberzylinders 36 usw. steuert. Die Steuerung 200 kann konfiguriert sein, um eine Position des Zugrahmens 22 zu bestimmen, und die Steuerung 200 kann die Komponenten des Motorgraders 10 basierend auf der aktuellen Position des Zugrahmens 22 und einer gewünschten Position des Zugrahmens 22 steuern. Alternativ kann die Steuerung 200 die gewünschte Position des Zugrahmens 22 an eine separate Steuerung 208 ausgeben, die konfiguriert ist, um die Komponenten des Motorgraders 10 zu steuern, um die gewünschte Position zu erreichen.
In einigen Ausführungsformen empfängt die Steuerung 200 auch Eingaben von einer oder mehreren Bedienervorrichtungen 212 (zum Beispiel einem Joystick, einem Hebel, einer Taste, einem Fußpedal, einem anderen Stellglied, das vom Bediener betätigt wird, um den Betrieb des Motorgraders 10 oder einer Kombination davon zu steuern). Zum Beispiel kann ein Bediener die Bedienervorrichtungen 212 verwenden, um den Motorgrader 10 zu betreiben, einschließlich des Befehls zur Bewegung des Zugrahmens 22, des Kreisrahmens 24, des Kipprahmens 28 oder der Schar 20. In einigen Ausführungsformen kommuniziert die Steuerung 200 auch mit einer oder mehreren Benutzerschnittstellen 214 (zum Beispiel über die Eingabe-/Ausgabeschnittstelle 206), wie etwa einer Anzeigevorrichtung oder einem Touchscreen. Die Benutzerschnittstellen 214 können einem Bediener eine Rückmeldung in Bezug darauf anzeigen. Beispielsweise können Benutzerschnittstellen 214 Informationen bezüglich der Position des Zugrahmens 22, des Kreisrahmens 24, des Kipprahmens 28 oder der Schar 20 bereitstellen. Außerdem ermöglichen die Benutzerschnittstellen 214 in einigen Ausführungsformen einem Bediener die Eingabe von Daten, wie etwa Betriebsdaten oder Anweisungen für den Motorgrader 10. Beispielsweise kann der Bediener Daten in Bezug auf die verwendete Sattelgestängeanordnung 30, die gewünschte Position des Zugrahmens 22 oder Daten in Bezug auf den Querneigungswinkel eingeben.
Die Steuerung 200 ist konfiguriert, um ein Verfahren zum Verfolgen und/oder Steuern der Position von mindestens einem operationellen Rahmen 70 (d. h. dem Zugrahmen 22, dem Kreisrahmen 24, dem Kipprahmen 28 oder der Schar 20) durchzuführen. In einigen Ausführungsformen kann die Steuerung 200 konfiguriert sein, um den Bediener bei der Steuerung der operationellen Rahmen 70 des Motorgraders 10 automatisch zu unterstützen, um eine gewünschte Position des operationellen Rahmens 70 zu erreichen oder den operationellen Rahmen 70 innerhalb bestimmter gewünschter Parameter zu halten.
In der veranschaulichten Ausführungsform verfolgt die Steuerung 200 die Position der Schar 20, indem sie die Position des Zugrahmens 22 verfolgt. Insbesondere ist die Steuerung 200 konfiguriert, um die Position und/oder Ausrichtung des Zugrahmens 22 zu verfolgen, indem sie die Position der Zylinder 50 verfolgt, die den Zugrahmen 22 steuern (d. h. den linken Hubzylinder 52, den rechten Hubzylinder 56 und den kreisförmigen Seitenschieberzylinder 34). Wenn sich die Zylinder 50 zwischen einer ausgefahrenen Position und einer eingefahrenen Position bewegen, nimmt die Länge jedes Zylinders 50 zu oder ab, was die Position und/oder Ausrichtung des Zugrahmens 22 beeinflusst. Somit kann die Steuerung 200 die Zylinder 50 entlang des Wegs ihrer Hublänge verfolgen, um die Position des Zugrahmens 22 relativ zum Hauptrahmen 18 zu bestimmen. Sobald die Steuerung 200 die Position des Zugrahmens 22 bestimmt hat, kann die Steuerung die Position der Schar 20 relativ zu dem Zugrahmen 22 und somit relativ zum Hauptrahmen 18 bestimmen. Die Steuerung 200 bestimmt die Position der Schar 20 durch Verfolgen der Position der verbleibenden Zylinder 50 (d. h. des Kippzylinders 29 und des kreisförmigen Seitenschieberzylinders 36) und des Drehwinkels des Kreisrahmens 24.
Das Verfolgen der Position des Zugrahmens 22 basierend auf der Position der Zylinder 50 kann aufgrund der großen Anzahl von Freiheitsgraden sowie der Anordnung der Zylinder 50 eine komplexe Aufgabe sein. Insbesondere weist der Zugrahmen 22 drei Freiheitsgrade um das Kugelgelenk 19 (d. h. das Primärgelenk) und zwei Winkelfreiheitsgrade für jeden der Zylinder 50 (d. h. den linken und rechten Hubzylinder 52, 56 und den kreisförmigen Seitenschieberzylinder 34) auf. Ferner bilden die Zylinder 50 ein paralleles Gestänge 144, wodurch die Koordinaten des Zugrahmens 22 schwieriger zu lösen sind. Wenn zum Beispiel der linke und der rechte Hubzylinder 52, 56 auf eine vereinfachte Weise angeordnet wären, wobei jeder linke und rechte Hubzylinder 52, 56 einen einzelnen Freiheitsgrad des Zugrahmens 22 steuert, bestünde eine 1:1 -Übereinstimmung zwischen der Zylinderlänge und der Maschinenkonfiguration. Diese Informationen könnten dann verwendet werden, um die Position des Zugrahmens 22 zu ermitteln. In der dargestellten Ausführungsform ist das Verfolgen des Zugrahmens 22 jedoch aufgrund der Anzahl von Freiheitsgraden, die dem Zugrahmen 22 bereitgestellt werden, komplizierter. Zusätzliche Komplikationen ergeben sich durch die parallele Gestängeanordnung der Zylinder 50. Während zum Beispiel ein serielles Gestänge unter Verwendung einer Lösung in geschlossener Form gelöst werden könnte, kann das parallele Gestänge 144 nicht unter Verwendung einer Lösung in geschlossener Form gelöst werden. Stattdessen kann das veranschaulichte parallele Gestänge 144 unter Verwendung eines iterativen Verfahrens gelöst werden, wie unten beschrieben, um die Position des Zugrahmens 22 zu verfolgen, wenn er sich relativ zum Hauptrahmen 18 bewegt.
Dementsprechend stellt 8 ein System und Verfahren zum Verfolgen der Position des Zugrahmens 22 und/oder der Schar 20 unter Verwendung der Positionen des Zylinders 50 bereit, die die Komplikationen behandeln, die mit der Anzahl der Freiheitsgrade und dem parallelen Gestänge 114 der Zylinder 50 verbunden sind. Das Verfahren von 8 kann durch die Steuerung 200 oder einen oder mehrere Prozessoren ausgeführt werden. In einigen Ausführungsformen können die Schritte im Verfahren automatisch ohne Benutzereingabe durchgeführt werden. In anderen Ausführungsformen kann einer oder mehrere der Schritte eine Benutzereingabe oder einen Benutzer erfordern, um einen Schritt einzuleiten.
8 stellt ein Verfahren zum Verfolgen der Bewegung eines Motorgraders 10 bereit, wobei der Motorgrader 10 einen Hauptrahmen 18, einen operationellen Rahmen 70, der konfiguriert ist, um sich relativ zum Hauptrahmen 18 zu bewegen, und ein Gestänge 144, das den operationellen 70 an den Hauptrahmen 18 koppelt, beinhaltet. Wie hierin verwendet, bezieht sich der operationelle Rahmen 70 auf eines von oder eine Kombination aus der Schar 20, dem Zugrahmen 22, dem Kreisrahmen 24 und dem Kipprahmen 28. Das Gestänge 144 beinhaltet eine Vielzahl von Zylindern 50, die zwischen einer ausgefahrenen Position und einer eingefahrenen Position bewegbar sind, um die Länge des Zylinders 50 einzustellen. Das Verfahren beinhaltet das Identifizieren einer Vielzahl von Vektorschleifen (Schritt 810), die durch das Gestänge 144 gebildet werden, wobei jede Vektorschleife einem der Zylinder 50 in dem Gestänge 144 entspricht. Insbesondere entspricht jeder Zylinder 50 im Gestänge 144 einem der Vektoren in der zugehörigen Vektorschleife. Das Verfahren beinhaltet auch das Bestimmen einer Länge von mindestens einem der Zylinder 50 (Schritt 815). Das Verfahren beinhaltet ferner das Identifizieren eines Gleichungssystems basierend auf der Vielzahl von Vektorschleifen (Schritt 820) und das Lösen des Gleichungssystems, um eine Position des operationellen Rahmens 70 relativ zu dem Hauptrahmen 18 zu bestimmen (Schritt 825). Im Folgenden werden weitere Details des Verfahrens beschrieben.
Unter Bezugnahme auf die 9-11 beinhaltet das Verfahren das Identifizieren einer Vielzahl von Vektorschleifen (Schritt 810), die durch das Gestänge 144 gebildet werden, wobei jede Vektorschleife einem der Zylinder 50 in dem Gestänge 144 entspricht. Eine Vektorschleife kann zwischen dem Kugelgelenk 19 und jedem der Zylinder 50 identifiziert werden, die die Position des Zugrahmens 22 (d. h. des linken Hubzylinders 52, der rechten Hubzylinder 56 und des kreisförmigen Seitenschieberzylinders 34) anpassen. Anders ausgedrückt wird für jeden Zylinder 50 im Gestänge 144 eine entsprechende Vektorschleife identifiziert. Insbesondere kann eine Vektorschleife entlang der Länge jedes Zylinders 50 von einem ersten Ende des Zylinders 50 zu dem Kugelgelenk 19 und von dem Kugelgelenk 19 zu einem zweiten Ende des Zylinders 50 gezeichnet werden.
Die 9-11 veranschaulichen die Vektorschleifen, die schematisch auf der Oberseite des Motorgraders 10 überlagert sind. 12 veranschaulicht ein schematisches Diagramm der Vektorschleifen allein. Der linke Hubzylinder 52 bildet eine Vektorschleife (LV - d. h. die „linke Vektorschleife“) mit dem Kugelgelenk 19 durch Zeichnen eines ersten Vektors (L1) entlang der Länge des linken Hubzylinders 52, eines zweiten Vektors (L2) von einem ersten Ende des linken Hubzylinders 52 zu dem Kugelgelenk 19 und eines dritten Vektors (L3) von dem Kugelgelenk 19 zu einem zweiten Ende des linken Zylinders 50. Insbesondere erstreckt sich der erste Vektor (L1) entlang der Achse des linken Hubzylinders 52 zwischen einem Punkt A, der sich in der Nähe des ersten Verbindungspunkts 88 zwischen dem linken Hubzylinder 52 und dem Sattel 30 befindet, und einem Punkt B, der sich in der Nähe des zweiten Verbindungspunkts 92 zwischen dem linken Hubzylinder 52 und dem Zugrahmen 22 befindet. Der zweite Vektor (L2) erstreckt sich zwischen dem Punkt A am ersten Verbindungspunkt 88 und einem Punkt E, der sich in der Nähe des Kugelgelenks 19 befindet. Der dritte Vektor (L3) erstreckt sich zwischen dem Punkt E am Kugelgelenk 19 und dem Punkt B am zweiten Verbindungspunkt 92.
Ebenso bildet der rechte Hubzylinder 56 mit dem Kugelgelenk 19 eine Vektorschleife (RV - d. h. die „rechte Vektorschleife“), indem ein erster Vektor (R1) entlang der Länge des rechten Hubzylinders 56, ein zweiter Vektor (R2) von einem ersten Ende des rechten Hubzylinders 56 zum Kugelgelenk 19 und ein dritter Vektor (R3) vom Kugelgelenk 19 zu einem zweiten Ende des rechten Hubzylinders 56 gezeichnet wird. Insbesondere erstreckt sich der erste Vektor (R1) entlang der Achse des rechten Hubzylinders 56 zwischen einem Punkt C, der sich nahe dem ersten Verbindungspunkt 96 zwischen dem rechten Hubzylinder 56 und dem Sattel 30 befindet, und einem Punkt D, der sich nahe des zweiten Verbindungspunkts 100 zwischen dem rechten Hubzylinder 56 und dem Zugrahmen 22 befindet. Der zweite Vektor (R2) erstreckt sich zwischen dem Punkt C am ersten Verbindungspunkt 96 und dem Punkt E, der sich in der Nähe des Kugelgelenks 19 befindet. Der dritte Vektor (R3) erstreckt sich zwischen dem Punkt E am Kugelgelenk 19 und dem Punkt D am zweiten Verbindungspunkt 100.
Der kreisförmige Seitenschieberzylinder 34 bildet auch eine Vektorschleife (SV - d. h. die „Seitenvektorschleife“) mit dem Kugelgelenk 19, indem ein erster Vektor (S1) entlang der Länge des Seitenschieberzylinders, ein zweiter Vektor (S2) von einem ersten Ende des kreisförmigen Seitenschieberzylinders 34 zu dem Kugelgelenk 19 und ein dritter Vektor (S3) von dem Kugelgelenk 19 zu einem zweiten Ende des kreisförmigen Seitenschieberzylinders 34 gezeichnet wird. Insbesondere erstreckt sich der erste Vektor (S1) entlang der Achse des kreisförmigen Seitenschieberzylinders 34 zwischen dem Punkt F, der sich nahe dem ersten Verbindungspunkt 104 zwischen dem kreisförmigen Seitenschieberzylinder 34 und dem Sattel 30 befindet, und dem Punkt B, der sich nahe dem zweiten Verbindungspunkt 108 zwischen dem kreisförmigen Seitenschieberzylinder 34 und dem Zugrahmen 22 befindet. Der zweite Vektor (S2) erstreckt sich zwischen dem Punkt F am ersten Verbindungspunkt 104 und dem Punkt E in der Nähe des Kugelgelenks 19. Der dritte Vektor (S3) erstreckt sich zwischen dem Punkt E am Kugelgelenk 19 und dem Punkt B am zweiten Verbindungspunkt 108.
Unter weiterer Bezugnahme auf die 9-11 weisen die dritten Vektoren (L3, R3, S3) in jeder der Vektorschleifen (LV, RV, SV) eine feste Länge auf, so dass der Absolutwert dieser Vektoren (L3, R3, S3) konstant bleibt. Beispielsweise erstrecken sich der dritte Vektor (L3) in der linken Vektorschleife (LV) und der dritte Vektor (S3) in der Seitenvektorschleife (SV) beide entlang eines Pfads, der im Allgemeinen der linken Zugstange 40 entspricht. Insbesondere ist, da die linke Zugstange 40 eine feste Länge aufweist, der Abstand zwischen dem Kugelgelenk 19 an Punkt E und den zweiten Enden des linken Hubzylinders 52 und dem kreisförmigen Seitenschieberzylinder 34 an Punkt B konstant. Ebenso erstreckt sich der dritte Vektor (R3) in der rechten Vektorschleife (RV) entlang eines Pfades, der im Allgemeinen der rechten Zugstange 44 entspricht, die ebenfalls eine feste Länge aufweist. Somit ist der Abstand zwischen dem Kugelgelenk 19 am Punkt E und dem zweiten Ende des rechten Hubzylinders 56 im Punkt D konstant. Es ist zu beachten, dass die dritten Vektoren (L3, R3, S3) zwar jeweils einen festen Absolutwert aufweisen, diese Vektoren (L3, R3, S3) jedoch nicht notwendigerweise eine feste Richtung aufweisen.
Andererseits sind die Längen der ersten Vektoren (L1, R1, S1) in jeder der Vektorschleifen (LV, RV, SV) derart veränderbar, dass sich die Absolutwerte dieser Vektoren (L1, R1, S1) in Abhängigkeit von der Länge des entsprechenden Zylinders 50 ändern können. Insbesondere ändern sich beim Ausfahren oder Einfahren der Zylinder 50 die Längen der Zylinder 50 und damit die ersten Vektoren (L1, R1, S1) jedes der Zylinder 50. Die ersten Vektoren (L1, R1, S1) weisen ebenfalls variable Richtungen auf.
Wie zuvor erwähnt, ist das Gestänge 144 ein paralleles Gestänge 144, bei dem die Vielzahl von Zylindern 50 derart betriebsmäßig verbunden ist, dass eine Bewegung eines Zylinders 50 der Vielzahl von Zylindern 50 eine Bewegung mindestens eines anderen Zylinders 50 der Vielzahl von Zylindern 50 bewirkt. Daher kann die Bewegung eines der Zylinder 50 (d. h. das Ausfahren oder Einfahren eines Zylinders) eine Vielzahl der Vektoren ändern. Anders ausgedrückt kann die Bewegung eines der Zylinder 50 entweder den Absolutwert oder die Richtung (oder beide) von mindestens einem Vektor in den Vektorschleifen (LV, RV, SV) ändern.
In der veranschaulichten Ausführungsform ist das parallele Gestänge 144 wie folgt ausgebildet. Es versteht sich jedoch, dass das folgende Gestänge 144 beispielhaft sein soll und viele andere parallele Gestängeanordnungen verwendet werden können. In der veranschaulichten Ausführungsform ist das zweite Ende des linken Hubzylinders 52 relativ zu dem zweiten Ende des kreisförmigen Seitenschieberzylinders 34 fixiert. Das erste Ende des kreisförmigen Seitenschieberzylinders 34 ist wiederum relativ zu dem ersten Ende des rechten Hubzylinders 56 fixiert. Dementsprechend stehen die dritten Vektoren (L3, S3) der linken Vektorschleife (LV) und der Seitenvektorschleife (SV) in einer festen Beziehung. Ebenso stehen die zweiten Vektoren (R2, S2) der rechten Vektorschleife (RV) und der Seitenvektorschleife (SV) in einer festen Beziehung. Beispielsweise stehen in der dargestellten Ausführungsform die dritten Vektoren (L3, S3) der linken Vektorschleife (LV) und der Seitenvektorschleife (SV) in einer festen Beziehung, wobei die dritten Vektoren (L3, S3) den gleichen Absolutwert und Richtung aufweisen. Ferner stehen die dritten Vektoren (R3, S3) der rechten Vektorschleife (RV) und der Seitenvektorschleife (SV) in einer festen Beziehung, wobei die dritten Vektoren (R3, S3) den gleichen Absolutwert und Richtung aufweisen. In anderen Ausführungsformen weisen Vektoren, die in einer festen Beziehung stehen, nicht notwendigerweise den gleichen Absolutwert und Richtung auf, da sie sich jedoch in einer festen Beziehung befinden, ermöglicht die Kenntnis des Absolutwerts und der Richtung eines der Vektoren es der Steuerung 200, den Absolutwert und die Richtung des anderen des Vektors zu bestimmen.
Die Beschränkungen des Gestänges 144 ermöglichen es der Steuerung 200, die Position und/oder Ausrichtung des Zugrahmens 22 auf Grundlage der Vektorschleifenkonfiguration zu bestimmen. Insbesondere ist die Steuerung 200 aufgrund der Beschränkungen des Gestänges 144, wie etwa der parallelen Gestängeanordnung, der festen Längen (d. h. Größen) einiger der Vektoren und der festen Beziehung zwischen einigen der Vektoren in der Lage, die Richtung der Vektoren zu bestimmen, wenn die Absolutgrößen bekannt sind. Sobald die Richtung und Absolutgröße der Vektoren bekannt ist, ist auch die Position und Ausrichtung des Zugrahmens 22 bekannt. Anders ausgedrückt, wenn alle Absolutgrößen der Vektoren bekannt sind, kann der Prozessor die Richtungen der Vektoren lösen, um die Position und Ausrichtung des Zugrahmens 22 und der Schar 20 zu bestimmen.
Dementsprechend beinhaltet das Verfahren das Bestimmen einer Länge von mindestens einem der Zylinder 50 (Schritt 815). Wie zuvor erwähnt, ändern sich auch die ersten Vektoren (L1, R1, S1), da die Längen der Zylinder 50 konstant eingestellt werden, während der Motorgrader 10 betrieben wird. Daher überwachen die Zylindersensoren 116 (d. h. der erste, der zweite und der dritte Sensor 120, 124, 128) einen Parameter der Zylinder 50, der sich auf die Länge der Zylinder 50 bezieht. Der/Die von den Zylindersensoren 116 gemessene(n) Parameter wird/werden dann von den Zylindersensoren 116 an die Steuerung 200 oder den Prozessor übertragen. In einigen Ausführungsformen übertragen alle drei Zylindersensoren 116 einen Parameter in Bezug auf die Länge an die Steuerung 200. In anderen Ausführungsformen senden nur die Zylindersensoren 116, die den Zylindern 50 entsprechen, die sich bewegt haben (d. h. ausgefahren oder eingefahren sind), den Parameter an die Steuerung 200.
Sobald die Steuerung 200 ein oder mehrere Signale von den Zylindersensoren 116 empfängt, bestimmt die Steuerung 200 die Längen der Zylinder 50 und wiederum die Absolutgröße des entsprechenden Vektors. In der dargestellten Ausführungsform sind die Zylindersensoren 116 Positionssensoren 112, die verwendet werden, um die Position der Zylinder 50 entlang des Hubwegs zu verfolgen, um die Längen der Zylinder 50 zu einem bestimmten Zeitpunkt zu bestimmen. Wie zuvor erörtert, können die Zylindersensoren 116 in anderen Ausführungsformen andere Parameter der Zylinder 50 in Bezug auf die Länge des Zylinders 50 überwachen. So können beispielsweise die Zylindersensoren 116 in einigen Ausführungsformen die Menge an Hydraulikfluid überwachen, die innerhalb des Zylinders 50 übertragen wird. In weiteren Ausführungsformen können die Zylindersensoren 116 Drehgeber sein, die das Ausmaß der Bewegung der Zylinder 50 überwachen. In jeder dieser Ausführungsformen verwendet die Steuerung 200 den empfangenen Parameter in Bezug auf die Länge, um die Länge des Zylinders 50 zu berechnen. Die Länge jedes Zylinders 50 entspricht der Absolutgröße des ersten Vektors (L1, R1, S1) in der zugehörigen Vektorschleife (LV, RV, SV).
Das Verfahren beinhaltet ferner das Identifizieren eines Gleichungssystems basierend auf der Vielzahl von Vektorschleifen (Schritt 820). Sobald die Steuerung 200 die Längen der Zylinder 50 bestimmt hat, sind die Absolutgrößen der ersten Vektoren (L1, R1, S1) bekannt oder können leicht durch die Steuerung 200 bestimmt werden. Wie bereits erwähnt, weisen die dritten Vektoren (L3, R3, S3) in jeder der Vektorschleifen (LV, RV, SV) jeweils eine feste/konstante Absolutgröße auf, weshalb diese Werte der Steuerung 200 bekannt sind. Da die ersten Vektoren (L1, R1, S1) und die dritten Vektoren (L3, R3, S3) bekannt sind, kann die Steuerung 200 die zweiten Vektoren (L2, R2, S2) in der Vektorschleife (LV, RV, SV) bestimmen. Da beispielsweise jede Vektorschleife (LV, RV, SV) eine geschlossene Vektorschleife ist, kann der verbleibende unbekannte Vektor (d. h. die dritten Vektoren L3, R3, S3) leicht mit bekannten Verfahren bestimmt werden.
Sobald die Steuerung 200 die Absolutgrößen der Vektoren in jeder Vektorschleife bestimmt, können die bekannten Werte für die Absolutgrößen in eine Reihe von Vektorschleifengleichungen (im Folgenden als „die Vektorschleifengleichungen“ bezeichnet) eingegeben werden. Die Beschränkungen für das System, wie oben ausführlicher beschrieben, stellen auch zusätzliche Beschränkungen für das System von Vektorschleifengleichungen bereit. Diese drei Vektorschleifen (LV, RV, SV) liefern ein System von neun nichtlinearen Gleichungen, die mit 9 Unbekannten geschrieben sind: die drei Freiheitsgrade um das Kugelgelenk 19 und die zwei Winkelfreiheitsgrade für jeden Zylinder 34, 52, 56.
Wie ein Fachmann verstehen wird, stehen unterschiedliche Gestängeanordnungen ein unterschiedliches Gleichungssystem vor. Insbesondere können die bekannten Werte und unbekannten Werte je nach spezifischer Gestängeanordnung unterschiedlich sein. Ebenso können die festen (d. h. konstanten) Werte und die variierenden Werte (d. h. einstellbare Werte) in anderen Gestängeanordnungen unterschiedlich sein. Wenn zum Beispiel eine größere oder kleinere Anzahl von Zylindern 50 innerhalb des Gestänges 144 verwendet wird, werden die Vektorschleifengleichungen angepasst, um die unterschiedliche Anzahl variierender Vektoren (d. h. nicht feste) zu berücksichtigen. Ebenso können in einigen Ausführungsformen einige der Vektoren eine feste Richtung und eine variierende Absolutgröße aufweisen, anstatt eine feste Absolutgröße und eine variierende Richtung aufzuweisen.
Unabhängig von der Gestängeanordnung ist die Steuerung 200 konfiguriert, um das Gleichungssystem auf Grundlage der bekannten festen Werte (z. B. Vektoren mit festen Absolutgrößen), der gemessenen variablen Werte (z. B. Vektoren mit unterschiedlichen Absolutgrößen, die über die Zylindersensoren 116 gemessen werden) und der Beschränkungen für das System (z. B. sind bestimmte Vektoren relativ zueinander festgelegt) zu bestimmen. Die Steuerung 200 ist dann konfiguriert, um die Position des Zugrahmens 22 basierend auf der Lösung des Gleichungssystems zu bestimmen.
Dementsprechend beinhaltet das Verfahren ferner das Lösen des Gleichungssystems, um eine Position des operationellen Rahmens 70 relativ zum Hauptrahmen 18 zu bestimmen (Schritt 825). Nach dem Verständnis einer Person mit gewöhnlichen Kenntnissen in diesem Fachgebiet beinhalten die Begriffe „gelöst“, „lösen“ und „Lösung“, wie sie hierin verwendet werden, eine geschätzte Lösung. Beispielsweise kann die Lösung des Gleichungssystems eine geschätzte Lösung beinhalten, die auf einem iterativen Verfahren basiert, das zu einer theoretischen Lösung konvergiert.
Die Steuerung 200 ist konfiguriert, um das Gleichungssystem zu lösen, um die Position des Zugrahmens 22 zu bestimmen. Die Vektorschleifengleichungen sind nicht trennbar und sollten gleichzeitig gelöst werden. Die Vektorschleifengleichungen können durch die Steuerung 200 unter Verwendung von nichtlinearen Wurzellösungsalgorithmen gelöst werden, wie beispielsweise Newton-Raphson-Iterationsverfahren, Quasi-Newton-Verfahren, Sekantenverfahren, Gradientenabstiegsverfahren usw.
Bei der Anwendung nichtlinearer Wurzellösungsverfahren treten verschiedene Schwierigkeiten auf, die diese Verfahren typischerweise unerwünscht machen. Diese Schwierigkeiten sind besonders problematisch, wenn versucht wird, nichtlineare Wurzellösungsverfahren in Kombination mit einer Maschine, wie etwa einem Motorgrader 10, zu verwenden. Erstens sind Wurzellösungsverfahren, wie Newtons Verfahren, iterative Verfahren, die typischerweise eine unbekannte Anzahl von Iterationen erfordern, bis eine gewünschte Konvergenz erreicht ist. Beispielsweise beinhaltet ein iteratives Verfahren das Lösen des Gleichungssystems (d. h. Ausführen einer ersten Iteration), um eine erste geschätzte Lösung zu bestimmen. Die erste geschätzte Lösung wird dann als Grundlage oder Schätzung verwendet, von der aus die zweite Iteration gestartet wird. Somit beinhaltet das iterative Verfahren das Lösen des Gleichungssystems für ein zweites Mal (d. h. Ausführen einer zweiten Iteration), um eine zweite geschätzte Lösung zu bestimmen. Wiederum wird die zweite geschätzte Lösung als Grundlage verwendet, um die Lösung beim dritten Lösen des Gleichungssystems (d. h. beim Ausführen einer dritten Iteration) zu unterstützen. Das Verfahren wird so lange fortgesetzt, bis eine gewünschte Konvergenz und Genauigkeit erreicht ist. Mit anderen Worten werden Iterationen des Verfahrens so lange durchgeführt, bis die geschätzte Lösung zu einer theoretischen Lösung konvergiert.
Dies kann dazu führen, dass die Steuerung 200 aufgrund der Verarbeitungszeit zum Ausführen einer ausreichenden Anzahl von Iterationen zum Stillstand kommt, bis eine gewünschte Konvergenz erreicht ist. Darüber hinaus kann die Maschine außer Betrieb gesetzt werden, sobald die Steuerung 200 blockiert ist, oder einige der Steuersysteme können behindert werden. Wenn andererseits eine unzureichende Anzahl von Iterationen ausgeführt wird, kann die Lösung ungenau sein und dazu führen, dass die Maschine schlecht arbeitet. Ist zum Beispiel die Lösung für das Gleichungssystem ungenau, stützt die Steuerung 200 die Steueroperationen auf ein ungenaues Verständnis davon, wo der Zugrahmen 22 (und die Schar 20) positioniert oder ausgerichtet ist.
In der veranschaulichten Ausführungsform ist die Steuerung 200 konfiguriert, um das Gleichungssystem auf eine Weise zu lösen, die die Komplikationen reduziert, die typischerweise mit der Verwendung nichtlinearer Wurzellösungsverfahren verbunden sind. In der veranschaulichten Ausführungsform ist die Steuerung konfiguriert, um eine Position des Zugrahmens 22 relativ zum Hauptrahmen 18 durch Ausführen einer ersten Reihe von Iterationen zu schätzen, um eine Lösung für das System von Vektorschleifengleichungen anzunähern. In der beschriebenen Ausführungsform ist die erste Reihe von Iterationen auf eine maximale Anzahl von Iterationen beschränkt. Zum Beispiel führt die Steuerung 200 beim Starten des Motorgraders 10 eine erste Reihe von Iterationen aus, wobei die maximale Anzahl von Iterationen 10 oder weniger Iterationen beträgt. In einigen Ausführungsformen kann die erste Reihe von Iterationen nur 4 Iterationen umfassen. Die Steuerung 200 verwendet dann die geschätzte Lösung für die erste Reihe von Iterationen, um eine Anfangsposition des Zugrahmens 22 relativ zu dem Hauptrahmen 18 zu bestimmen.
Während des Betriebs fährt die Steuerung 200 damit fort, das System von Vektorschleifengleichungen auf der Grundlage der von den Zylindersensoren 116 empfangenen Signale zu lösen, die einen Parameter darstellen, der sich auf die Längen der Zylinder 50 bezieht. Anders ausgedrückt übertragen die Sensoren 112 ein Signal an die Steuerung 200, um einen erfassten Parameter bereitzustellen, der sich auf die Länge der Zylinder 50 bezieht, wenn der Motorgrader 10 betrieben wird und die Zylinder 50 eingestellt (d. h. ausgefahren und eingefahren) werden, um den Zugrahmen 22 zu bewegen. Die Steuerung 200 identifiziert dann die neuen Vektorgleichungen und löst das neue Gleichungssystem, um eine aktualisierte Position des Zugrahmens 22 zu bestimmen. Dementsprechend führt die Steuerung 200 während des Betriebs eine zweite Reihe von Iterationen aus, um die neue Position des Zugrahmens 22 zu bestimmen, nachdem eine Bewegung stattgefunden hat. Auch die zweite Reihe von Iterationen weist eine maximale Anzahl von Iterationen auf. In der veranschaulichten Ausführungsform umfasst die zweite Reihe von Iterationen eine geringere Anzahl von Iterationen als die erste Reihe an Iterationen. Die zweite Reihe von Iterationen kann zum Beispiel 4 oder weniger Iterationen beinhalten. In einigen Ausführungsformen kann die zweite Reihe von Iterationen nur 1 Iteration umfassen.
Wenn der Motorgrader 10 weiterhin betrieben wird, empfängt die Steuerung 200 weiterhin Signale von den Zylindersensoren 116, die einen Parameter darstellen, der sich auf die Längen der Zylinder 50 bezieht. Die Steuerung 200 führt dann zusätzliche Reihen von Iterationen aus, um die neue Position des Motorgraders 10 zu bestimmen. Jede der Iterationsreihen, die nach dem Start auftreten (d. h. nach der ersten Iterationsreihe), umfasst eine geringere Anzahl von Iterationen als die erste Iterationsreihe. Anders ausgedrückt führt die Steuerung 200 beim Start eine erste Reihe von Iterationen aus, um eine Anfangsposition des Zugrahmens 22 relativ zu dem Hauptrahmen 18 zu bestimmen. Nachdem die Anfangsposition bestimmt wurde, führt die Steuerung 200 dann eine zweite, dritte, vierte usw. Reihe von Iterationen nach jedem Bewegungsschritt aus, um eine aktualisierte Position des Zugrahmens 22 zu bestimmen. Dementsprechend ist die Steuerung 200 nach jedem Bewegungsschritt des Motorgraders 10 konfiguriert, um eine Reihe von Iterationen auszuführen, um die Position des Zugrahmens 22 zu bestimmen. Jede dieser späteren Iterationen beinhaltet eine geringere Anzahl von Iterationen als dies bei der ersten Reihe von Iterationen der Fall ist und zur Bestimmung der Anfangsposition verwendet wird. Dies liegt zum Teil daran, dass die bisherige Lösung zur Schätzung der Position des Zugrahmens 22 als Grundlage für die Ausführung der folgenden Iterationsreihen verwendet werden kann.
Sobald die Steuerung 200 das Gleichungssystem gelöst hat, kann die Steuerung 200 die Position des Zugrahmens 22 relativ zum Hauptrahmen 18 basierend auf der approximierten Lösung für das Gleichungssystem bestimmen. Das hierin beschriebene Verfahren ermöglicht es, die Position des Zugrahmens 22 in allen drei Drehrichtungen, einschließlich der Rollrichtung, der Neigungsrichtung und der Gierrichtung zu bestimmen. Die Gierrichtung ist im Allgemeinen komplizierter zu bestimmen als die Roll- und Neigungsrichtung.
Darüber hinaus kann die Steuerung 200, sobald sie die Position des Zugrahmens 22 bestimmt hat, zusätzlich eine Position für die Schar 20 bestimmen. Wie bereits ausführlicher beschrieben, kann die Schar 20 durch den Kreisrahmen 24, den Kipprahmen 28 und den kreisförmigen Seitenschieberzylinder 34 der Schar relativ zum Zugrahmen 22 bewegt werden. Dementsprechend kann die Steuerung 200, sobald die Position des Zugrahmens 22 bekannt ist, die Position der Schar 20 basierend auf Informationen über diese operationellen Rahmen 70 bestimmen.
So bestimmt beispielsweise die Steuerung 200 in einigen Ausführungsformen eine Position der Schar 20, die zum Teil auf Informationen basiert, die der vierte Sensor 132 am Kreisrahmen 24 abtastet. Der vierte Sensor 132 ist so konfiguriert, dass er einen Parameter erfasst, der sich auf die Drehbewegung des Kreisrahmens 24 relativ zum Hauptrahmen 18 bezieht, und den Parameter an die Steuerung 200 übermittelt. Die Steuerung 200 wiederum ist so konfiguriert, dass sie die Position der Schar 20 bestimmt. Zusätzlich bestimmt die Steuerung 200 in einigen Ausführungsformen eine Position der Schar 20, die zum Teil auf Informationen in Bezug auf die Ausrichtung des Kipprahmens 28 basiert. Beispielsweise kann die Steuerung 200 konfiguriert sein, um Informationen von einem Sensor 112 auf dem Kipprahmen 28 zu empfangen. Die Steuerung 200 kann auch konfiguriert sein, um eine Ausrichtung des Kipprahmens 28 auf Grundlage der Länge des Kippzylinders 29 zu bestimmen. In ähnlicher Weise kann die Steuerung 200 eine Position der Schar 20 teilweise auf Grundlage der Länge des Schar-Seitenschieberzylinders 36 bestimmen.
Zusätzlich bestimmt die Steuerung 200 in einigen Ausführungsformen eine Position des Zugrahmens 22 teilweise auf Grundlage von Informationen, die von dem fünften Sensor 136 erfasst werden, der sich auf dem Hauptrahmen 18 befindet, oder dem sechsten Sensor 112, der sich nachgelagert des Hauptrahmens 18 befindet (oder einer Kombination aus beiden). Wie zuvor erwähnt, kann der fünfte Sensor 136 ein Trägheitssensor 112 sein, der einen Bezug zur Schwerkraft bereitstellt. Der fünfte Sensor 136 kann konfiguriert sein, um das Rollen und Kippen des Motorgraders 10 als Ganzes des Hauptrahmens 18 zu messen, und dann können die Sensoren 112 der Zylinder 50 verwendet werden, um die Bewegung des Zugrahmens 22 relativ zum Hauptrahmen 18 zu bestimmen. Zusätzlich kann der sechste Sensor, der nachgelagert des Hauptrahmens 18 positioniert ist, zum Beispiel am Zugrahmen 22, Kreisrahmen 24 oder Kipprahmen 28, verwendet werden, um Bewegung oder Lockerheit zwischen dem Hauptrahmen 18 und dem Zugrahmen 22 (oder Kreisrahmen 24 oder Kipprahmen 28 in Abhängigkeit von der Position des sechsten Sensors) zu erfassen. Die Steuerung 200 kann Informationen vergleichen, die durch den fünften Sensor 136 und den sechsten Sensor 140 erfasst werden, um eine relative Bewegung zwischen dem fünften und sechsten Sensor 112 und somit eine relative Bewegung zwischen dem Hauptrahmen 18 und dem Zugrahmen 22 zu identifizieren.
Dementsprechend stellt das hierin beschriebene System und Verfahren die Fähigkeit bereit, drei Freiheitsgrade des Zugrahmens 22, einschließlich Rollen, Neigen und Gieren, zu verfolgen. Auf der anderen Seite sind viele ähnliche Systeme nur in der Lage, das Rollen und Neigen zu verfolgen. Zusätzlich ermöglicht das hierin beschriebene System und Verfahren einem Bediener, die Maschine zu bedienen, während die Maschine angelenkt ist, und ermöglicht es auch einem Bediener, die Schar 20 zu positionieren, wenn sich der Zugrahmen 22 in einer nicht standardmäßigen Position befindet (d. h. einer Position, die nicht quadratisch mit dem Hauptrahmen 18 oder der Fahrtrichtung ist).
13 stellt ein weiteres System und Verfahren 1300 zum Verfolgen der Position des Zugrahmens 22 und/oder der Schar 20 unter Verwendung der Positionen des Zylinders 50 bereit, das die Komplikationen im Zusammenhang mit der Anzahl von Freiheitsgraden und der parallelen Gestängeanordnung der Zylinder 50 adressiert. Das Verfahren 1300 von 13 kann durch die Steuerung 200 oder einen oder mehrere Prozessoren ausgeführt werden. In einigen Ausführungsformen können die Schritte im Verfahren 1300 automatisch ohne Benutzereingabe durchgeführt werden. In anderen Ausführungsformen kann einer oder mehrere der Schritte eine Benutzereingabe oder einen Benutzer erfordern, um einen Schritt einzuleiten. Das in 13 dargestellte Verfahren 1300 verwendet ein iteratives Verfahren ohne Vektorschleifen, um die Position des Zugrahmens 22 zu bestimmen. Insbesondere reduziert das Verfahren 1300 die Anzahl von Freiheitsgraden, indem Annahmen über die Bewegung der Zylinder 50 getroffen werden.
13 stellt ein Verfahren 1300 zum Verfolgen der Bewegung eines Motorgraders 10 bereit, wobei der Motorgrader 10 einen Hauptrahmen 18, einen operationellen Rahmen 70, der konfiguriert ist, um sich relativ zu dem Hauptrahmen 18 zu bewegen, und ein Gestänge 144, das den Betriebsrahmen 70 an den Hauptrahmen 18 koppelt, beinhaltet. Wie hierin verwendet, bezieht sich der operationelle Rahmen 70 auf eines von oder eine Kombination aus der Schar 20, dem Zugrahmen 22, dem Kreisrahmen 24 und dem Kipprahmen 28. Das Gestänge 144 beinhaltet eine Vielzahl von Zylindern 50, die zwischen einer ausgefahrenen Position und einer eingefahrenen Position bewegbar sind, um die Länge des Zylinders 50 einzustellen.
Das Verfahren 1300 beinhaltet das Empfangen eines Signals von einem der Zylindersensoren 116 durch die Steuerung 200, das einem Parameter entspricht, der sich auf eine Länge des ersten Zylinders 50 bezieht (Schritt 1310). Beispielsweise kann das von der Steuerung 200 empfangene Signal die lineare Position angeben, die durch den Zylindersensor 116 gemessen wird, oder kann die Fluidmenge angeben, die durch den Zylinder 50 strömt. Auf Grundlage des von dem Zylindersensor 116 empfangenen Signals bestimmt die Steuerung 200 eine Länge von mindestens einem der Zylinder 50 (Schritt 1315). Beispielsweise kann die Steuerung 200 die Länge des Zylinders 50 basierend auf der linearen Position des Sensors 112 der Menge und Richtung des durch den Zylinder 50 fließenden Fluids berechnen. Das Verfahren 1300 beinhaltet auch das Lösen eines Gleichungssystems, um eine geschätzte Position des operationellen Rahmens 70 relativ zu dem Hauptrahmen 18 zu bestimmen (Schritt 1320). Beispielsweise kann das Gleichungssystem das oben beschriebene vereinfachte Gleichungssystem sein. Das Verfahren 1300 beinhaltet ferner das Ausführen eines iterativen Verfahrens, um den Fehler in der geschätzten Position des operationellen Rahmens 70 relativ zu dem Hauptrahmen 18 zu reduzieren und eine aktualisierte geschätzte Position des operationellen Rahmens 70 relativ zum Hauptrahmen 18 (1325) festzulegen.
In einer Ausführungsform können die Schritte 1320 und 1325 zum Bestimmen der Position des operationellen Rahmens 70 relativ zu dem Hauptrahmen 18 eine Berechnung beinhalten, die eine Newton-Raphson-Lösung eines kinematischen Modells (d. h. eines Gleichungssystems) der Ausrichtung des operationellen Rahmens 70 relativ zu dem Hauptrahmen 18 verwendet. Die Lösung beginnt mit einer Schätzung (oder Vermutung) der Ausrichtung des operationellen Rahmens 70, die die Beschränkungen des Gleichungssystems erfüllen würde (Schritt 1320). Die Steuerung 200 berechnet dann die Beschränkungsfehler (oder Restfehler). Unter Verwendung der berechneten Beschränkungsfehler bestimmt die Steuerung 200 eine aktualisierte (d. h. genauere) Schätzung der Ausrichtung des operationellen Rahmens 70 relativ zum Hauptrahmen 18. Beispielsweise kann die Steuerung 200 eine Anpassung der geschätzten Position des operationellen Rahmens 70 durch Lösen eines Satzes linearer Gleichungen berechnen, um die Ausrichtungsschätzung zu aktualisieren. Die Steuerung 200 wiederholt den Schritt des Berechnens der Beschränkungsfehler und des Anpassens der geschätzten Position (d. h. Ausführen einer Reihe von Iterationen). Jedes Mal, wenn die Steuerung 200 diese Schritte wiederholt, wird die Schätzung der Ausrichtung des operationellen Rahmens 70 verbessert.
Typische iterative Verfahren wiederholen sich so lange, bis die Fehlerberechnung einen vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet. In dem in 13 dargestellten Verfahren 1300 führt die Steuerung 200 eine feste Anzahl von Iterationen pro Zeitschritt aus, um die Rechenzeit zu begrenzen und ein Stillstand der Maschine zu vermeiden. In einigen Ausführungsformen des Verfahrens 1300 führt die Steuerung 200 Iterationen aus, bis die Fehlerberechnung beim Starten des Motorgraders 10 unter einen vorbestimmten Schwellenwert fällt, und führt dann eine feste Anzahl von Iterationen pro Zeitschritt nach dem Starten aus.
Die oben beschriebenen Verfahren 800 und 1300 können ein Teilverfahren sein, das Teil eines größeren Verfahrens zum Steuern und/oder Überwachen der Position und Bewegung eines operationellen Rahmens 70 eines Motorgraders 10 relativ zum Hauptrahmen 18 des Motorgraders 10 ist. 14 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Verfahrens 1400 zum Steuern der Schar 20 eines Motorgraders 10. Wie vorstehend erörtert, kann die Ausrichtung der Schar 20 durch mehrere operationelle Rahmen 70 (d. h. den Zugrahmen 22, den Kreisrahmen 24 und den Kipprahmen 28) beeinflusst werden, die jeweils eine andere Bewegungsrichtung und/oder Drehrichtung der Schar 20 steuern. Daher kann das Steuern der Schar 20 eine komplexe Aufgabe sein, die erfordert, dass ein Bediener einen oder mehrere von dem Zugrahmen 22, dem Kreisrahmen 24 und dem Kipprahmen 28 betätigt, um die Schar 20 zu positionieren und zu bewegen.
Dementsprechend ermöglicht das Verfahren 1400 einem Bediener, eine gewünschte Querneigung (oder einen gewünschten Schnittwinkel) der Schar 20 auszuwählen und die Steuerung 200 anzuweisen, die gewünschte Querneigung der Schar 20 beizubehalten. Die Steuerung 200 kann die gewünschte Querneigung der Schar 20 beibehalten, während der Bediener zumindest teilweise einen der operationellen Rahmen 70 des Motorgraders 10 steuert. Als ein Beispiel kann der Bediener einen der operationellen Rahmen 70 steuern, um zum Beispiel die Höhe der Schar 20 anzuheben oder abzusenken. Der Bediener kann den Motorgrader 10 auch entlang einer Fahrtrichtung fahren. Als Reaktion darauf, dass der Bediener diese Aspekte des Motorgraders 10 steuert, kann die Steuerung 200 die Ausrichtung der Schar 20 relativ zum Hauptrahmen 18 einstellen, um einen gewünschten Querneigungswinkel trotz anderer sich bewegender Komponenten des Motorgraders 10 beizubehalten.
In dem veranschaulichten Verfahren 1400 behält die Steuerung 200 die gewünschte Querneigung der Schar 20 als Reaktion darauf bei, dass der Bediener entweder den linken Hubzylinder 52 oder den rechten Hubzylinder 56 steuert, um den Zugrahmen 22 zumindest teilweise zu steuern. Die Steuerung 200 behält dann die Position der Schar 20 bei, um die gewünschte Querneigung durch Steuern des Hubzylinders 5 zu erreichen, der nicht durch den Bediener gesteuert wird (d. h. den linken Hubzylinder 52 oder den rechten Hubzylinder 56). Es sollte jedoch für einen Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet klar sein, dass bei anderen Ausführungsformen das Verfahren 1400 die Steuerung 200 einbeziehen kann, die die gewünschte Querneigung der Schar 20 beibehält, während der Bediener einen anderen operationellen Rahmen 70 (z. B. den Kreisrahmen 24 oder den Kipprahmen 28) steuert. Das Verfahren 1400 kann von der Steuerung 200 oder einem oder mehreren Prozessoren ausgeführt werden. In einigen Ausführungsformen können die Schritte im Verfahren 1400 automatisch ohne Benutzereingabe durchgeführt werden. In anderen Ausführungsformen kann einer oder mehrere der Schritte eine Benutzereingabe oder einen Benutzer erfordern, um einen Schritt einzuleiten.
Unter Bezugnahme auf 14 beinhaltet das Verfahren 1400 das Empfangen einer Eingabe durch die Steuerung 200, die eine gewünschte Querneigung der Schar 20 angibt (Schritt 1410). Die Querneigung ist der Winkel zwischen der globalen Z-Achse (oder globalen Aufwärtsrichtung). Die globale Z-Achse kann durch eine Trägheitsmesseinheit (Inertial Measurement Unit - IMU) bestimmt werden, die an dem Motorgrader 10 positioniert ist. Beispielsweise kann in einigen Ausführungsformen die globale Z-Achse durch den fünften Sensor 136 bestimmt werden, wie oben beschrieben.
Die Steuerung 200 empfängt auch eine Eingabe, die einen bedienergesteuerten operationellen Rahmen 70 (oder „leitenden operationellen Rahmen“) identifiziert (Schritt 1415). In einigen Ausführungsformen gibt der Bediener ein Signal in die Steuerung 200 ein (z. B. über eine Benutzerschnittstelle 214), das angibt, welcher operationelle Rahmen 70 durch den Bediener gesteuert wird. In anderen Ausführungsformen muss der Bediener keinen bestimmten leitenden operationellen Rahmen eingeben, sondern die Steuerung 200 bestimmt auf Grundlage eines Sensors 112 oder einer anderen Systemcharakteristik (z. B. Leistung, Spannung, Bewegung usw.) des operationellen Rahmens, welcher operationelle Rahmen 70 durch den Bediener gesteuert wird. Durch Identifizieren eines bedienergesteuerten operationellen Rahmens kann die Steuerung 200 bestimmen, welche operationellen Rahmen 70 manuell durch den Bediener gesteuert werden und welche operationellen Rahmen 70 automatisch durch die Steuerung 200 gesteuert werden können.
In einigen Ausführungsformen kann der leitende operationelle Rahmen 70a ein operationeller Rahmen 70 sein, der vollständig durch den Bediener gesteuert wird, während in anderen Ausführungsformen der leitende operationelle Rahmen 70a nur teilweise durch den Bediener gesteuert werden kann. Beispielsweise wird in der dargestellten Ausführungsform der Zugrahmen 22 teilweise manuell durch den Bediener gesteuert und teilweise automatisch durch die Steuerung 200 gesteuert. Der Bediener kann ein Signal an die Steuerung 200 senden, das entweder den linken Hubzylinder 52 oder den rechten Hubzylinder 56 als den bedienergesteuerten Zylinder 50 bestimmt. Wie im Folgenden ausführlicher beschrieben, kann die Steuerung 200 dann automatisch den anderen von dem linken Hubzylinder 52 und dem rechten Hubzylinder 56 steuern, der nicht durch den Bediener gesteuert wird. Wie hierin verwendet, kann der bedienergesteuerte operationelle Rahmen 70 als „leitender operationeller Rahmen“ bezeichnet werden und der von der Steuerung 200 gesteuerte operationelle Rahmen 70 kann als „folgender operationeller Rahmen“ bezeichnet werden. In ähnlicher Weise können in Situationen, in denen der Bediener und die Steuerung 200 die Steuerung eines operationellen Rahmens 70 (z. B. des Zugrahmens 22) teilen, der bedienergesteuerte Zylinder 50 als der „Leitzylinder 50a“ bezeichnet werden und der von der Steuerung 200 gesteuerte Zylinder 50 als der „Folgezylinder 50b“ bezeichnet werden.
Das Verfahren 1400 beinhaltet auch Bestimmen einer gewünschten Schnittebene, die zumindest teilweise auf der gewünschten Schnittneigung basiert (Schritt 1420). Die gewünschte Schnittneigung gibt einen gewünschten Winkel der Schar 20 an. Wenn sich der Motorgrader 10 jedoch über eine Fläche bewegt, definiert die Schar 20 sowohl einen Winkel als auch einen Bahnverlauf, die zusammen eine Schnittebene bilden. Anders ausgedrückt wird die Schnittebene erzeugt, indem die Schar 20 entlang der Bewegungsrichtung mit der gewünschten Querneigung geschwenkt 80 wird. Die Schnittebene wird basierend auf der gewünschten Querneigung, der Fahrtrichtung des Motorgraders 10 und der globalen Z-Achse bestimmt. Die Fahrtrichtung berücksichtigt sowohl die Lenkung des Motorgraders 10 als auch den Gelenkwinkel des Motorgraders 10.
Das Verfahren 1400 beinhaltet ferner, dass die Steuerung 200 eine kinematische Berechnung der gewünschten Ausrichtung der Schar ausführt, die erforderlich ist, um die gewünschte Schnittebene zu erreichen (Schritt 1425). Insbesondere bestimmt die Steuerung 200 die gewünschte Ausrichtung der Schar zumindest teilweise auf Grundlage der gewünschten Querneigung und der Position des leitenden operationellen Rahmens 70a, der durch den Bediener gesteuert wird. Anders ausgedrückt bestimmt die Steuerung 200 die gewünschte Ausrichtung der Schar, während sie die Scharkante und die Position des leitenden operationellen Rahmens 70a (oder zumindest des Leitzylinders 50a) als feste Werte oder Beschränkungen hält. Die Steuerung 200 kann dann bestimmen, in welcher Position sich der nachfolgende operationelle Rahmen 70b befinden sollte, um die gewünschte Querneigung beizubehalten.
Um die gewünschte Ausrichtung der Schar zu bestimmen, die erforderlich ist, um die gewünschte Schnittebene zu erreichen, kann die Steuerung 200 eines der oben beschriebenen Verfahren 800, 1300 verwenden. Beispielsweise kann die Steuerung 200 die Gleichungssysteme und die iterativen Verfahren zum Lösen der oben beschriebenen Gleichungssysteme verwenden. Insbesondere verwendet die Steuerung 200 die obigen Verfahren, um die Ausrichtungen der operationellen Rahmen 70 zu bestimmen, die erforderlich sind, um die gewünschte Querneigung zu erreichen, unter anderem unter Berücksichtigung der aktuellen Länge des Leitzylinders 50a, der durch den Bediener gesteuert wird. In einigen Ausführungsformen verwendet das iterative Verfahren Vektorschleifen, um das in dem iterativen Verfahren verwendete Gleichungssystem zu erstellen. In weiteren Ausführungsformen verwendet das iterative Verfahren ein vereinfachtes Gleichungssystem, das die Anzahl der Freiheitsgrade reduziert.
In der dargestellten Ausführungsform beinhaltet das Bestimmen der gewünschten Ausrichtung der Schar das Bestimmen der Ausrichtung der operationellen Rahmens 70 relativ zum Hauptrahmen 18. Dies kann auch das Bestimmen der aktuellen Längen der Zylinder 50 und der Längen der Zylinder 50 beinhalten, die erforderlich sind, um die Ausrichtung der Zugrahmen 70 zu erreichen, die zu der gewünschten Ausrichtung der Schar führen. Beispielsweise kann die Berechnung der gewünschten Ausrichtung der Schar das Bestimmen der aktuellen Längen des linken und rechten Hubzylinders 52, 56, des kreisförmigen Seitenschieberzylinders 34, der Drehung des Kreisrahmens 24 und dergleichen beinhalten. Wie oben beschrieben, kann die Steuerung 200 mit den Sensoren 112 am Motorgrader 10 (z. B. den Zylindersensoren 116, dem Sensor 132 am Kreisrahmen 24 usw.) kommunizieren, um die aktuellen Längen der Zylinder 50 und somit die Position der operationellen Rahmens 70 zu bestimmen, die erforderlich ist, um die gewünschte Querneigung zu erzeugen.
In der veranschaulichten Ausführungsform empfängt die Steuerung 200 Signale von den Sensoren 112. Basierend mindestens teilweise auf den Informationen von den Sensoren 112 führt die Steuerung 200 eine kinematische Berechnung der gewünschten Ausrichtung der Schar unter Berücksichtigung der folgenden Variablen aus: 1) der Länge des Leitzylinders 50a (d. h. des bedienergesteuerten Hubzylinders), 2) der Länge des kreisförmigen Seitenschieberzylinders 34, 3) dem Winkel des Kreisrahmens 24 relativ zum Zugrahmen 22 und 4) der Position des Sattels 30. Diese Variablen können aus Informationen bestimmt werden, die von den Zylindersensoren 116, dem Sensor 112 am Kreisrahmen 24 und/oder internen Messungen, wie etwa der Fluidmenge, die durch einen Zylinder strömt, erfasst werden, wie hierin erörtert.
Zusätzlich kann die Bestimmung der gewünschten Ausrichtung der Schar kontinuierlich neu berechnet werden, um die gewünschte Querneigung der Schar 20 beizubehalten. Insbesondere, wenn der Bediener einen der operationellen Rahmen 70 des Motorgraders 10 anpasst, kann sich die gewünschte Ausrichtung der Schar 20 aufgrund der Änderung der Ausrichtung des operationellen Rahmens ändern. Beispielsweise kann der Bediener den Leitzylinder 50a (z. B. den rechten Hubzylinder 56 oder den linken Hubzylinder 52) steuern, der die Position des Zugrahmens 22 einstellt. Wenn der Zugrahmen 22 in eine neue Position umgerichtet wird, können auch die anderen operationellen Rahmen 70, wie etwa die Schar 20, in eine neue Position eingestellt werden. Daher berechnet die Steuerung 200 die gewünschte Ausrichtung der Schar neu, die erforderlich ist, um die gewünschte Querneigung zu erzielen, die zuvor vom Bediener bestimmt wurde. In ähnlicher Weise kann der Bediener den Kreisrahmen 24 einstellen, was auch die Steuerung 200 auslösen würde, um die gewünschte Ausrichtung der Schar neu zu berechnen, die erforderlich ist, um die gewünschte Querneigung zu erzielen.
Sobald die Steuerung 200 die gewünschte Ausrichtung der Schar bestimmt, die erforderlich ist, um die gewünschte Schnittebene zu erreichen (Schritt 1425), stellt die Steuerung 200 die Schar 20 von der aktuellen Ausrichtung der Schar auf die gewünschte Ausrichtung der Schar ein (Schritt 1430). Die Steuerung 200 passt die aktuelle Ausrichtung der Schar kontinuierlich an, um zu versuchen, die gewünschte Querneigung der Schar 20 beizubehalten, die durch den Bediener des Motorgraders 10 bestimmt wurde. Insbesondere passt die Steuerung 200 die Schar 20 an, indem sie den leitenden operationellen Rahmen 70a überwacht und dann den nachfolgenden operationellen Rahmen 70b steuert, um die Position der Schar 20 in Richtung der gewünschten Ausrichtung der Schar anzupassen.
Wie in 14 dargestellt, kann der Schritt des Bestimmens der gewünschten Ausrichtung der Schar (Schritt 1425) und der Schritt des Anpassens des Schar 20 zum Erreichen der gewünschten Ausrichtung der Schar (Schritt 1430) zyklisch sein. Zusätzlich können sich einige Aspekte des Schritts des Bestimmens der gewünschten Ausrichtung der Schar (Schritt 1425) und des Schritts des Anpassens der Schar 20, um die gewünschte Ausrichtung der Schar zu erreichen (Schritt 1430) überlappen oder ein Teil beider Schritte sein. Zum Beispiel kann die Steuerung 200 mit den Sensoren 112 kommunizieren, um Informationen über die Längen der Zylinder 50 und den Drehwinkel des Kreisrahmens 24 sowohl zum Zwecke des Bestimmens der gewünschten Ausrichtung der Schar (Schritt 1425) als auch zum Zwecke des Anpassens der Schar 20 zu empfangen, um die gewünschte Ausrichtung der Schar zu erreichen (Schritt 1430). In ähnlicher Weise kann das Steuern des nachfolgenden operativen Rahmens 70b zum Erreichen der gewünschten Ausrichtung der Schar das Neuberechnen einer gewünschten Position des nachfolgenden operativen Rahmens 70b auf der Grundlage einer neu berechneten gewünschten Ausrichtung der Schar umfassen.
15 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Verfahrens 1500 zum Anpassen der Schar 20, um die gewünschte Ausrichtung der Schar zu erzielen. Das in 15 dargestellte Verfahren 1500 wird in Bezug auf das Steuern des Zugrahmens 22 beschrieben, um die Schar 20 anzupassen, um die gewünschte Ausrichtung der Schar zu erzielen. Insbesondere wird der Zugrahmen 22 in der dargestellten Ausführungsform teilweise manuell durch den Bediener gesteuert und teilweise automatisch durch die Steuerung 200 gesteuert. Der Bediener steuert einen von dem linken und rechten Hubzylinder 52, 56 des Zugrahmens 22 (d. h. den Leitzylinder 50a) und die Steuerung 200 betätigt einen anderen von dem linken und rechten Hubzylinder 52, 56 des Zugrahmens 22 (d. h. den Folgezylinder 50b). Es versteht sich jedoch, dass die Steuerung 200 in anderen Ausführungsformen konfiguriert sein kann, um andere operationellen Rahmen 70 zu steuern, um die Schar 20 anzupassen, um die gewünschte Ausrichtung der Schar zu erreichen. Beispielsweise kann die Steuerung 200 konfiguriert sein, um den Kreisrahmen 24 als Reaktion darauf zu steuern, dass der Bediener den Zugrahmen 22 steuert.
Unter fortgesetzter Bezugnahme auf 15 überwacht die Steuerung 200 die aktuelle Position des leitenden operationellen Rahmens 70a (Schritt 510). In der dargestellten Ausführungsform überwacht die Steuerung 200 unter anderem die Länge des Leitzylinders 50a, um eine Position des Zugrahmens 22 zu bestimmen (Schritt 1510). Die Steuerung 200 kann die Länge des Leitzylinders 50a überwachen, indem sie mit dem Zylindersensor 116 kommuniziert, der dem Leitzylinder 50a entspricht. In der dargestellten Ausführungsform ist der Leitzylinder 50a entweder der linke Hubzylinder 52 oder der rechte Hubzylinder 56, je nachdem, welcher durch den Bediener gesteuert wird.
Die Steuerung 200 überwacht auch die Geschwindigkeit des leitenden operationellen Rahmens 70a (Schritt 1515). In der dargestellten Ausführungsform überwacht die Steuerung 200 die Geschwindigkeit des Leitzylinders 50a. Die Geschwindigkeit eines Zylinders 50 bezieht sich auf die Geschwindigkeit, mit der sich die Zylinderlänge ändert. Die Steuerung 200 kann die Geschwindigkeit des Leitzylinders 50a durch Kommunizieren mit den Zylindersensoren 116 bestimmen. Beispielsweise kann die Steuerung 200 mit einem Zylindersensor 116 kommunizieren, um die Änderung der gemessenen Zylinderposition (d. h. Zylinderlänge) zu bestimmen, die durch die Zylindersensoren 116 erfasst wird. Zusätzlich oder alternativ kann die Steuerung 200 die Geschwindigkeit des Leitzylinders 50a über die Bedienerbefehle anstelle der Messwerte von den Zylindersensoren 116 bestimmen. In der veranschaulichten Ausführungsform bestimmt die Steuerung 200 die Geschwindigkeit des Leitzylinders 50a durch Fusion der Änderung der gemessenen Position, die durch den Zylindersensor 116 erfasst wird, und der Bedienerbefehle.
Einige der in den Schritten 1510 und 1515 überwachten Informationen können verwendet werden, um die in Schritt 1425 beschriebene gewünschte Ausrichtung der Schar zu bestimmen. Wie zuvor erwähnt, sind die Schritte 1425 und 1430 zyklisch und können sich überlappen.
Zusätzlich berechnet die Steuerung 200 eine gewünschte Position des nachfolgenden operativen Rahmens 70b (Schritt 1520). In der veranschaulichten Ausführungsform berechnet die Steuerung 200 eine gewünschte Länge des Folgezylinders 50b auf Grundlage der gewünschten Ausrichtung der Schar (Schritt 1520). Der Folgezylinder 50b ist entweder der linke Hubzylinder 52 oder der rechte Hubzylinder 56, je nachdem, was nicht vom Bediener gesteuert wird.
Die Steuerung 200 berechnet auch eine gewünschte Geschwindigkeit des nachfolgenden operativen Rahmens 70b (Schritt 1525). In der veranschaulichten Ausführungsform berechnet die Steuerung 200 die gewünschte Geschwindigkeit des Folgezylinders 50b (Schritt 1525). Die gewünschte Geschwindigkeit des Folgezylinders 50b berücksichtigt die Geschwindigkeit des Leitzylinders 50a und den Wunsch, den Zugrahmen 22 reibungslos zu bewegen. Wenn sich der Leitzylinder 50a mit einer höheren Geschwindigkeit bewegt, ist es wünschenswert, dass der Folgezylinder 50b mit der Geschwindigkeit des Leitzylinders 50a übereinstimmt, um die Position der Schar 20 auf der gewünschten Querneigung zu halten. Wenn die Steuerung 200 den Folgezylinder 50b anpasst, ist es außerdem nicht wünschenswert, dass der Zugrahmen 22 aufgrund der Geschwindigkeit, mit der sich der Folgezylinder 50b bewegt (d. h. die Länge ändert), um den Zugrahmen 22 neu zu positionieren, ruckelt. Dementsprechend berücksichtigt die gewünschte Geschwindigkeit des Folgezylinders 50b sowohl den Wunsch, mit der Geschwindigkeit des Leitzylinders 50a übereinzustimmen, als auch den Zugrahmen 22 sanft anzupassen, um ein Ruckeln zu verhindern.
Sobald die Steuerung 200 eine gewünschte Position und Geschwindigkeit des nachfolgenden operativen Rahmens 70b bestimmt hat, führt die Steuerung 200 einen Befehl aus, um den nachfolgenden operativen Rahmens 70b zu bewegen, um die gewünschte Position der Schar 20 zu erreichen oder beizubehalten, was zu der gewünschten Querneigung führt (Schritt 1530). Insbesondere führt die Steuerung 200 einen Ventilbefehl an einen der Zylinder aus, die dem nachfolgenden operativen Rahmen 70b zugeordnet sind, und zwar in Bezug auf die Durchflussrate des Hydraulikfluids zum oder vom Zylinder. In der veranschaulichten Ausführungsform führt die Steuerung 200 einen Ventilbefehl an den Folgezylinder 50b aus, um die gewünschte Länge und Geschwindigkeit zu erreichen (Schritt 1530). Beispielsweise führt die Steuerung 200 einen Ventilbefehl an den Folgezylinder 50b aus, um die Durchflussrate (d. h. Volumen pro Zeit) von Hydraulikfluid zu oder von dem Folgezylinder 50 zu steuern, um die gewünschte Länge des Folgezylinders 50b zu erreichen.
In einigen Ausführungsformen kann der Ventilbefehl eine Vorwärtskopplungssteuerung und eine Rückkopplungskorrektur beinhalten. Insbesondere kann der Ventilbefehl eine Kombination eines Vorwärtskopplungsbefehls sein, der auf Grundlage einer Rückkopplungskorrektur angepasst wird. Der Vorwärtskopplungsanteil des Ventilbefehls basiert auf der berechneten Sollgeschwindigkeit, die eine Schätzung der erwarteten Geschwindigkeit ist. Der Rückkopplungsanteil des Ventilbefehls basiert auf Positionsfehlern und Geschwindigkeitsfehlern. Der Positionsfehler wird durch die Differenz zwischen der gewünschten Position und der gemessenen Position bestimmt (d. h. durch die Sensoren gemessen). In ähnlicher Weise wird der Geschwindigkeitsfehler durch die Differenz zwischen der gewünschten Geschwindigkeit und der gemessenen Geschwindigkeit (d. h. durch die Sensoren gemessen) bestimmt.
Die Steuerung 200 wiederholt die Schritte des Verfahrens 1500, um die operativen Rahmen 70 weiter anzupassen, um die gewünschte Querneigung der Schar 20 zu erreichen und aufrechtzuerhalten. Wie zuvor erwähnt, wiederholt die Steuerung 200 auch die Schritte des Bestimmens der gewünschten Ausrichtung der Schar, die erforderlich ist, um die gewünschte Schnittebene zu erreichen (Schritt 1425), und des Anpassens der Schar 20 von der aktuellen Ausrichtung der Schar auf die gewünschte Ausrichtung der Schar (Schritt 1430). Insbesondere bestimmt die Steuerung 200 kontinuierlich die gewünschte Ausrichtung der Schar basierend auf der vom Bediener angezeigten gewünschten Querneigung und dem Bediener, der mindestens einen Betriebsrahmen 70 steuert. Die Steuerung 200 stellt dann kontinuierlich die operationellen Rahmen 70 ein, die nicht durch den Bediener gesteuert werden, um die gewünschte Ausrichtung der Schar zu erreichen oder beizubehalten, die zur gewünschten Querneigung führt.
Dementsprechend werden hierin ein System und Verfahren zum Steuern eines Motorgraders 10 bereitgestellt, um eine gewünschte Querneigung aufrechtzuerhalten, die von einem Bediener angegeben wird. Ebenfalls wird hierin ein System und Verfahren zum Bestimmen einer Position eines Zugrahmens 22 eines Motorgraders 10 bereitgestellt. Obwohl die Offenbarung unter Bezugnahme auf bestimmte bevorzugte Ausführungsformen ausführlich beschrieben wurde, existieren Abweichungen und Modifikationen innerhalb des Umfangs und Geistes eines oder mehrerer unabhängiger Aspekte der Offenbarung, wie beschrieben. Verschiedene Merkmale und Vorteile der Offenbarung sind in den folgenden Ansprüchen dargelegt.

Claims

Ein Motorgrader (10), umfassend: einen Hauptrahmen (18); einen operationellen Rahmen (70), der relativ zum Hauptrahmen (18) um ein Primärgelenk (19) bewegbar ist; eine Vielzahl von Hydraulikzylindern (52, 56), die konfiguriert sind, um eine Position des operationellen Rahmens (70) relativ zu dem Hauptrahmen (18) anzupassen, wobei jeder Zylinder (52, 56) der Vielzahl von Zylindern (52, 56) zwischen einer ausgefahrenen Position und einer eingefahrenen Position bewegbar ist, um die Länge davon einzustellen, wobei die Vielzahl von Zylindern (52, 56) wirksam derart verbunden sind, dass eine Bewegung eines Zylinders (52, 56) der Vielzahl von Zylindern (52, 56) eine Bewegung mindestens eines anderen Zylinders (52, 56) der Vielzahl von Zylindern (52, 56) verursacht; und einen Prozessor (202), der konfiguriert ist, um ein Signal zu empfangen, das einem Parameter entspricht, der sich auf eine Länge eines ersten Zylinders (52, 56) der Vielzahl von Zylindern (52, 56) bezieht, und eine Position des operationellen Rahmens (70) relativ zu dem Hauptrahmen (18) basierend zumindest teilweise auf der Länge des ersten Zylinders (52, 56) zu schätzen, wobei der Prozessor (202) die Position des operationellen Rahmens (70) schätzt, indem er ein iteratives mathematisches Modell ausführt, um die Position des operationellen Rahmens (70) zu lösen.
Motorgrader (10) nach Anspruch 1, wobei der Prozessor (202) ferner konfiguriert ist, um die Position des operationellen Rahmens (70) anzupassen, indem ein Ventilbefehl an einen zweiten Zylinder (52, 56) der Vielzahl von Zylindern (52, 56) ausgeführt wird.
Motorgrader (10) nach Anspruch 2, wobei der erste Zylinder (52, 56) manuell durch einen Bediener des Motorgraders (10) gesteuert wird, und wobei der zweite Zylinder (52, 56) automatisch durch den Prozessor (202) gesteuert wird.
Motorgrader (10) nach Anspruch 2, wobei der Prozessor (202) ferner konfiguriert ist, um eine aktuelle Geschwindigkeit des operationellen Rahmens (70) zu schätzen.
Motorgrader (10) nach Anspruch 4, wobei der Ventilbefehl Anweisungen an den zweiten Zylinder (52, 56) beinhaltet, die eine Durchflussrate von Hydraulikfluid zu oder von dem zweiten Zylinder (52, 56) angeben, und wobei der Ventilbefehl zumindest teilweise anhand der geschätzten aktuellen Geschwindigkeit berechnet wird.
Motorgrader (10) nacheinem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 5, wobei die geschätzte Position des operationellen Rahmens (70) relativ zu dem Hauptrahmen (18) die geschätzte Position des operationellen Rahmens (70) beinhaltet, die erforderlich ist, um die gewünschte Schnittebene zu erreichen.
Motorgrader (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 6, wobei die geschätzte Position des operationellen Rahmens (70) relativ zu dem Hauptrahmen die aktuelle Position des operationellen Rahmens (70) beinhaltet.
Motorgrader (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 7, wobei der Prozessor (202) ferner konfiguriert ist, um eine Benutzereingabe zu empfangen, die eine gewünschte Querneigung des operationellen Rahmens (70) angibt, und wobei der Prozessor (202) konfiguriert ist, um die Position des operationellen Rahmens (70) in Richtung der gewünschten Querneigung anzupassen.
Motorgrader (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 8, ferner umfassend eine Vielzahl von Sensoren (112), wobei jeder Sensor (112) der Vielzahl von Sensoren (112) einem Zylinder (52, 56) der Vielzahl von Zylindern (52, 56) zugeordnet ist, wobei jeder Sensor (112) konfiguriert ist, um einen Parameter zu erfassen, der sich auf die Länge des entsprechenden Zylinders (52, 56) bezieht.