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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf Arbeitsmaschinen und insbesondere auf Bedienerpräsenzsysteme von Arbeitsmaschinen.
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Hintergrund
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Schwere Arbeitsmaschinen werden für unzählige Zwecke in vielen Branchen und Anwendungen verwendet. Diese Maschinen beinhalten Baumaschinen wie Motorgrader, Bagger und Bulldozer, landwirtschaftliche Ausrüstung wie Traktoren und Mähdrescher, Bergbauausrüstungen, Zementlaster, Kipper, Müllwagen und dergleichen. In jedem Fall ist es wünschenswert zu wissen, ob ein Bediener anwesend ist, um einen sicheren Betrieb der Maschine zu gewährleisten. Damit sich die Maschine beispielsweise bewegen kann oder viele oder alle Funktionen der Maschine funktionieren, muss ein Bediener als anwesend gelten. Wenn keiner erfasst wird, aktivieren viele bekannte Systeme Sicherheitsfunktionen wie Bremsen oder Sperren einiger Funktionen, wenn kein Bediener anwesend ist. Solche Verriegelungen und Sicherheitsbremsen sind ausgelegt, um unbeabsichtigte Bewegungen durch versehentliches Betätigen von Steuerungen oder wenn ein Bediener vergisst, die Feststellbremse zu betätigen, zu verhindern. Um dies zu erreichen, nutzen viele aktuelle Bedienerpräsenzsysteme spezifische Sensoren, die keinen zusätzlichen Zweck erfüllen und somit die Kosten unangemessen erhöhen, oder die erfordern, dass der Bediener in einer einzigen Position anwesend sein muss, um effektiv zu sein.
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Ein Beispiel für den Stand der Technik in dieser Hinsicht findet sich in dem U.S.-Patent
7,899,597 an Vitale et al., das ein Bedienerpräsenzsystem offenbart, bei dem eine Mehrzahl von Indikatoren zum Bestimmen der Bedienerpräsenz verwendet wird. In dem System von Vitale werden der Status eines Sitzschalters, die Position eines Schrittbetriebspedals, der Getriebestatus und die Maschinendrehzahl in Kombination verwendet, um die Präsenz des Bedieners zu bestimmen und die Funktion einer Maschine als Reaktion darauf zu aktivieren oder zu deaktivieren. Es besteht Bedarf an einem Bedienerpräsenzsystem einer Arbeitsmaschine, das keine speziellen Sensoren für eine einzelne Person benötigt, wie teure Sitzschalter, und das zusätzliche Faktoren berücksichtigt, sodass sich der Bediener nicht in einer einzigen vorbestimmten Position befinden muss, um als anwesend zu gelten.
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Kurzbeschreibung der Offenbarung
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Arbeitsmaschine offenbart. Die Arbeitsmaschine beinhaltet einen Rahmen; einen von dem Rahmen getragenen Motor; eine Mehrzahl von Bodeneingriffsvorrichtungen, die den Rahmen tragen und von dem Motor angetrieben werden; eine von dem Rahmen getragene Bedienerkabine; eine Mehrzahl von Sensoren und Eingabevorrichtungen, die derart konfiguriert sind, dass sie eine Mehrzahl von Signalen bereitstellen; und ein Steuermodul. Das Steuermodul ist derart konfiguriert, dass es die Mehrzahl von Signalen von der Mehrzahl von Sensoren und Eingabevorrichtungen empfängt, bestimmt, ob eines der Mehrzahl von Signalen ein positives Signal ist, wobei ein positives Signal anzeigt, dass ein Bediener in der Maschine anwesend ist, einen „Bediener anwesend“-Status anzeigt, wenn wenigstens eines der Mehrzahl von Signalen für eine Entprellzeit positiv bleibt, und einen „Kein Bediener anwesend“-Status anzeigt, wenn keines der Mehrzahl von Signalen für eine Schwellenwertzeit positiv bleibt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Bedienerpräsenzsystem an einer Bedienerstation offenbart. Das System beinhaltet eine Mehrzahl von Sensoren und Eingabevorrichtungen, die derart konfiguriert sind, dass sie eine Mehrzahl von Signalen bereitstellen, und ein Steuermodul. Das Steuermodul ist derart konfiguriert, dass es die Mehrzahl von Signalen von der Mehrzahl von Sensoren und Eingabevorrichtungen empfängt, bestimmt, ob eines der Mehrzahl von Signalen ein positives Signal ist, wobei ein positives Signal anzeigt, dass ein Bediener in der Bedienerstation anwesend ist, einen „Bediener anwesend“-Status anzeigt, wenn wenigstens eines der Mehrzahl von Signalen für eine Entprellzeit positiv bleibt, und einen „Kein Bediener anwesend“-Status anzeigt, wenn keines der Mehrzahl von Signalen für eine Schwellenwertzeit positiv bleibt.
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Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zum Betreiben einer Arbeitsmaschine offenbart. Das Verfahren umfasst das Empfangen einer Mehrzahl von Signalen, die die Präsenz eines Bedieners anzeigen; das Bestimmen, ob eines der Mehrzahl von Signalen ein positives Signal ist, wobei ein positives Signal anzeigt, dass ein Bediener in der Maschine anwesend ist; das Anzeigen eines „Bediener anwesend“-Status, wenn wenigstens eines der Mehrzahl von Signalen für eine Entprellzeit positiv bleibt; und das Anzeigen eines „Kein Bediener anwesend“-Status, wenn keines der Mehrzahl von Signalen für eine Schwellenwertzeit positiv bleibt.
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Diese und andere Aspekte und Merkmale der vorliegenden Offenbarung werden nach dem Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen besser verstanden.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer Arbeitsmaschine einschließlich eines Bedienerpräsenzsystems gemäß der vorliegenden Offenbarung.
- 2 ist eine Nahaufnahme der Bedienerkabine von 1 gemäß der vorliegenden Offenbarung.
- 3 ist ein Blockdiagramm eines Bedienerpräsenzsystems gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung.
- 4 ist eine Flussdiagrammdarstellung eines Verfahrens zum Bereitstellen eines Bedienerpräsenzsystems gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung.
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Detaillierte Beschreibung
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Unter Bezugnahme nun auf die Zeichnungen und mit besonderem Bezug auf 1 wird eine Arbeitsmaschine gemäß der vorliegenden Offenbarung allgemein mit der Referenznummer 100 bezeichnet. Die Arbeitsmaschine 100 kann eine beliebige Maschine aus einer Reihe von verschiedenen Erdbewegungs-, Bau-, Landwirtschafts- oder Industriemaschinen sein, wie ein Motorgrader, ein großer Bergbau-LKW, ein Bulldozer, ein Bagger, ein Traktor oder Ähnliches. Unter Verwendung des speziellen Motorgraders, der in 1 nur als ein Beispiel gezeigt ist, beinhaltet die Arbeitsmaschine 100 einen Rahmen 102, einen an dem Rahmen 102 montierten Motor 104, eine Bedienerkabine 200 (siehe 2 für eine Detailansicht), die von dem Rahmen 102 getragen wird, und wenigstens eine Bodeneingriffsvorrichtung 106, die den Rahmen 102 trägt und von dem Motor 104 angetrieben wird. Die Bodeneingriffsvorrichtung 106 können Räder, Raupen, Laufflächen oder Ähnliches sein, die dazu dienen, dass die Maschine 100 in den Boden eingreifen und sich bewegen kann. An der Maschine 100 können zusätzlich verschiedene Arbeitsgeräte 108 angebracht sein, die es der Maschine 100 erlauben, verschiedene Arbeiten durchzuführen. Die veranschaulichte Maschine 100 ist mit einem Schild 108 ausgestattet; dieses Arbeitsgerät ist jedoch einzigartig für einen Motorgrader und viele andere Arbeitsgeräte sind an vielen anderen Arbeitsmaschinen möglich. Andere Arbeitsmaschinen können ebenso mehr als ein Arbeitsgerät beinhalten.
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Die Maschine 100 kann ebenso mit einem Bremssystem 110 ausgestattet sein. Das Bremssystem kann eine Betriebsbremse 112 und eine Feststellbremse 114 beinhalten. Zusätzlich kann die Maschine 100 ein Getriebesystem einschließlich eines Leerlaufs und eines oder mehrerer Vorwärts- und Rückwärtsgänge beinhalten. Ferner kann die Maschine 100 standardmäßig ein Allradantriebs- (AWD-) System aufweisen, mit der Option, einen Kriechmodus zu aktivieren, in dem nur die Vorderräder angetrieben werden.
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Die Arbeitsmaschine 100 kann ebenso eine Mehrzahl von Sensoren 120 für den Betriebszustand der Maschine beinhalten (ebenso in 3 gezeigt), die derart konfiguriert sind, dass sie verschiedene Betriebsbedingungen erfassen, einschließlich, jedoch ohne darauf beschränkt zu sein, die tatsächliche Maschinendrehzahl 122, die tatsächliche Motordrehzahl 124 (normalerweise gemessen durch die Getriebeausgangsdrehzahl), den tatsächlichen Gang des Getriebesystems 126 und welcher AWD-Modus 128 aktiviert ist. Wie im Folgenden näher erläutert wird, können diese Maschinenbetriebszustandssensoren 120 ferner derart konfiguriert sein, dass sie ein Signal an ein Steuermodul 310 bereitstellen (siehe 3).
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Die Arbeitsmaschine 100 wird von einem Bediener (nicht gezeigt) aus der Bedienerkabine 200 gesteuert, die in 2 näher gezeigt ist. Die Bedienerkabine 200 kann eine Kabinentür 202 aufweisen. In der Fahrerkabine 200 befindet sich ein Sitz 204 für den Bediener, der mit einem Sicherheitsgurt ausgestattet ist. Eine Lenksäule 210 kann ein Lenkrad 212 und Arbeitsgerätesteuerhebel 214 beinhalten. Die Lenksäule 210 kann aus einer neutralen Position heraus verstellt werden, um für den Bediener besser zugänglich zu sein.
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Die Arbeitsmaschine 100 beinhaltet ebenso eine Mehrzahl von Bedienerstatussensoren 220, die ebenso in 3 gezeigt sind. Die Kabinentür 202 (nicht gezeigt) kann einen Sensor 222 aufweisen, der derart konfiguriert ist, dass er bestimmt, ob die Tür offen oder geschlossen ist. Der Sicherheitsgurt kann einen Sensor 224 aufweisen, der bestimmt, ob der Sicherheitsgurt eingerastet ist. Ein Sensor 226 kann die Position der Lenksäule 210 bestimmen. Die Bedienerkabine 200 kann ebenso Sensoren 228 beinhalten, die derart konfiguriert sind, dass sie die Präsenz eines Bedieners direkt erfassen. Diese Bedienererfassungssensoren 220 können verschiedene in dem Stand der Technik bekannte Technologien verwenden, einschließlich, jedoch ohne darauf beschränkt zu sein, Wärmeerfassung, Gesichtserfassung, Augenerfassung oder Körpererfassung. Jeder dieser Bedienerstatussensoren 220 kann derart konfiguriert sein, dass er ein Signal an das Steuermodul 310 bereitstellt.
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Die Bedienerkabine 200 beinhaltet ebenso verschiedene Hebel und Pedale 230, mit denen der Bediener die Maschine 100 und ihre Arbeitsgeräte 108 steuern kann. Ein Gaspedal 232 wird zum Steuern der Motordrehzahl verwendet. Ein Schrittbetriebspedal 234 schaltet die Leistung zu den Rädern 106 ab und ermöglicht eine feine Bewegungssteuerung. Ein Betriebsbremspedal 236 wendet die Betriebsbremsen 112 an. Pedalpositionssensoren 240 für jedes Gaspedal 252, Schrittbetriebspedal 254 und Betriebsbremspedal 246 können derart konfiguriert sein, dass sie die Position jedes Pedals erfassen und ein Signal an das Steuermodul 310 bereitstellen.
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Weitere Bedienereingabevorrichtungen 250 können sich auf einem Steuerpult 252 oder an anderer Stelle in der Bedienerkabine 200 befinden. Diese beinhalten Kalibrierungswerkzeuge 254 für alle Maschinen- oder Arbeitsgerätesteuerungen, Parkanforderungsvorrichtungen 256, wie ein Feststellbremsschalter oder -hebel, und alle von dem Bediener auswählbaren Schalter 258. Jede dieser Bedienereingabevorrichtungen kann derart konfiguriert sein, dass sie ein Signal an das Steuermodul 310 bereitstellt.
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Die Maschine 100 beinhaltet ebenso ein Bedienerpräsenzsystem 300. Wie in 3 gezeigt, umfasst das Bedienerpräsenzsystem 300 ein Steuermodul 310 und eine Mehrzahl von Sensoren und Eingabevorrichtungen 320, einschließlich, jedoch ohne darauf beschränkt zu sein, die zuvor beschriebenen Maschinenbetriebszustandssensoren 120, Bedienerstatussensoren 220, Pedalpositionssensoren 240 und Bedienereingabevorrichtungen 250. Jeder/jede der Mehrzahl von Sensoren und Eingabevorrichtungen 320 produziert ein Signal, das die Präsenz eines Bedieners in der Bedienerkabine 200 der Maschine 100 anzeigen kann. Wenn das Signal die Präsenz eines Bedieners in der Bedienerkabine 200 der Maschine 100 anzeigt, wird dieses Signal im Folgenden als ein positives Signal bezeichnet. Einige Beispiele für positive Signale beinhalten, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein: der aktuelle Gang ist kein Leerlauf; die aktuelle Maschinendrehzahl ist größer als Null; die aktuelle Motordrehzahl ist größer als eine Schwellenwertdrehzahl; das AWD-System befindet sich in dem Kriechmodus; das Gaspedal 232 wird über einen Schwellenwert hinaus gedrückt; das Schrittbetriebspedal 234 wird über einen Schwellenwert hinaus gedrückt; das Betriebsbremspedal 236 wird über einen Schwellenwert hinaus gedrückt; die Lenksäule 210 wird aus einer neutralen Position bewegt; die Kabinentür 202 ist geschlossen; der Sicherheitsgurt ist eingerastet; eine Wärmeausgabe des Bedieners wird erfasst; ein Gesicht, ein Körper oder ein Auge des Bedieners wird erfasst; eine beliebige Kalibrierung 254 ist aktiv, eine beliebige Parkanforderung 256 ist aktiviert, ein von dem Bediener wählbarer Schalter 258 ist aktiv. In einigen Ausführungsformen kann der Schwellenwert für eine Pedalposition bei 10 % des Pedalwegbereichs liegen. Der Schwellenwert für die tatsächliche Motordrehzahl hängt von der jeweiligen Maschine und dem Motor ab, auf den das System angewendet wird, kann jedoch eine niedrige Leerlaufdrehzahl plus einen kleinen Puffer sein. Andere Schwellenwerte können je nach Bedarf von bestimmten Anwendungen verwendet werden. Andere Signale, die die Präsenz eines Bedieners anzeigen, können zusätzlich in dem System beinhaltet sein.
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Das Steuermodul 310 ist derart konfiguriert, dass es die Mehrzahl von Signalen von der Mehrzahl von Sensoren und Eingabevorrichtungen 320 empfängt. Das Steuermodul 310 bestimmt dann, ob eines der Mehrzahl von Signalen ein positives Signal ist. Wenn wenigstens eines der Mehrzahl von Signalen für eine Entprellzeit positiv bleibt, zeigt das Steuermodul 310 den „Bediener anwesend“-Status an. Um zu vermeiden, dass fehlerhafte Signale den Status fälschlicherweise auslösen, kann das System verlangen, dass das positive Signal für eine kurze Entprellzeit positiv bleibt, bevor es den „Bediener anwesend“-Status anzeigt. Die Entprellzeit kann 1 bis 30 Sekunden betragen, jedoch sind natürlich ebenso andere Dauern möglich. In einigen Ausführungsformen können wenigstens zwei positive Signale erforderlich sein, bevor ein „Bediener anwesend“-Status angezeigt wird. In einigen Ausführungsformen, die zwei positive Signale erfordern, können ein erstes positives Signal und ein zweites positives Signal aus verschiedenen Sätzen von Eingaben ausgewählt werden.
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Andererseits zeigt das Steuermodul 310 den „Kein Bediener anwesend“-Status an, wenn keines der Signale für eine Schwellenwertzeit positiv ist. Wenn der „Kein Bediener anwesend“-Status angezeigt wird, kann das Steuermodul 310 die Maschine 100 durch das Aktivieren der Feststellbremse 114 deaktivieren. Die Schwellwertzeit kann eine störende „Nicht vorhanden“-Erfassung reduzieren, die durch vorübergehende Änderungen der Bedieneraktionen verursacht wird, wie sie bei Vorrichtungen des Standes der Technik auftreten. Wenn beispielsweise ein Bediener auf einer Baustelle zum Stehen kommt und den Fuß von einem Pedal nimmt, verhindert die Schwellenwertzeit, dass das System sofort die Feststellbremse 114 anzieht. In einigen Ausführungsformen kann die Schwellenwertzeit zwischen 10 und 30 Sekunden betragen. In einigen anderen Ausführungsformen kann die Schwellenwertzeit zwischen 15 und 20 Sekunden betragen. Natürlich können ebenso andere längere oder kürzere Zeiten verwendet werden, wie es eine bestimmte Anwendung oder Signalart erfordert. In einigen Ausführungsformen können ebenso zusätzliche Verfahren zum Sperren der Maschine 100 implementiert werden, einschließlich, jedoch ohne darauf beschränkt zu sein, das Verriegeln von Lenkungssteuerungen, das Verriegeln von Arbeitsgerätesteuerungen und andere ähnliche, in dem Stand der Technik bekannte Technologien.
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Wenn ein „Bediener anwesend“ angezeigt wird, kann das Steuermodul 310 den Betrieb der Arbeitsmaschine 100 freigeben, wenn dieser deaktiviert ist. Diese Aktivierung kann das Lösen der Feststellbremse 114 und das Aufheben von Sperrungen der Arbeitsgeräte 108 und der Bedienelemente beinhalten.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Im Betrieb wäre das Bedienerpräsenzsystem 200 der vorliegenden Offenbarung in einer Mehrzahl von industriellen Anwendungen nützlich, wie, jedoch ohne darauf beschränkt zu sein, jede Anwendung, in der ein Bediener für den sicheren Betrieb eines Schwerlastfahrzeugs anwesend sein muss. Solche Anwendungen können Bau- und Bergbaufahrzeuge wie Motorgrader, Bergbaulaster, Bulldozer, Bagger oder Traktoren sein. In jedem Fall ist es wünschenswert zu wissen, ob ein Bediener anwesend ist, um einen sicheren Betrieb der Maschine zu gewährleisten. Damit sich die Maschine beispielsweise bewegen kann oder viele oder alle Funktionen der Maschine funktionieren, muss ein Bediener als anwesend gelten. Wenn keiner erfasst wird, aktivieren viele bekannte Systeme Sicherheitsfunktionen wie Bremsen oder Sperren einiger Funktionen, wenn kein Bediener anwesend ist. Solche Verriegelungen und Sicherheitsbremsen sind ausgelegt, um unbeabsichtigte Bewegungen durch versehentliches Betätigen von Steuerungen oder wenn ein Bediener vergisst, die Feststellbremse zu betätigen, zu verhindern. Um dies zu erreichen, nutzen viele aktuelle Bedienerpräsenzsysteme spezifische Sensoren, die keinen zusätzlichen Zweck erfüllen und somit die Kosten unangemessen erhöhen, oder die erfordern, dass der Bediener in einer einzigen Position anwesend sein muss, um effektiv zu sein.
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Das Bedienerpräsenzsystem 300 kann durch ein in 4 beschriebenes Verfahren 400 in Betrieb genommen werden. Das Verfahren 400 kann, wie in Block 410 gezeigt, mit dem Empfangen einer Mehrzahl von Signalen von der Mehrzahl von Sensoren und Eingabevorrichtungen 320 beginnen. Die Mehrzahl von Sensoren und Eingabevorrichtungen 320 kann Pedalpositionssensoren 240, Sensoren 120 für den Betriebszustand der Maschine, von dem Bediener gesteuerte Eingabevorrichtungen 250 oder Bedienerkabinensensoren 220 beinhalten, wie zuvor beschrieben.
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Als nächstes wird bestimmt, ob eines der Mehrzahl von Signalen positiv ist (Entscheidung 420). Ein positives Signal ist eines, das anzeigt, dass sich ein Bediener in der Bedienerkabine 200 der Maschine 100 befindet. Wenn wenigstens eines der Mehrzahl von Signalen für eine Entprellzeit positiv bleibt, wird ein „Bediener anwesend“-Status angezeigt, per Block 430. Wie vorstehend erwähnt, kann die Entprellzeit zwischen 1 und 30 Sekunden betragen, jedoch sind andere Zeiten möglich. In einigen Ausführungsformen können wenigstens zwei positive Signale erforderlich sein, bevor ein „Bediener anwesend“-Status angezeigt wird. Wenn andererseits keines der Mehrzahl von Signalen für eine Schwellenwertzeit positiv ist, wird ein „Kein Bediener anwesend“-Status angezeigt, wie in Block 440 gezeigt. Die Schwellwertzeit kann zwischen 10 und 30 Sekunden betragen, wobei natürlich ebenso andere Zeiten möglich sind.
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Wenn „Kein Bediener anwesend“ angezeigt wird, kann das Verfahren durch das Anziehen der Feststellbremse 114 (Block 450) und das Zurücksetzen auf den Empfangsschritt 410 für das weitere Überwachen enden. In einigen Ausführungsformen können ebenso zusätzliche Verfahren zum Sperren der Arbeitsmaschine 100 implementiert werden, einschließlich, jedoch ohne darauf beschränkt zu sein, das Verriegeln von Lenkungssteuerungen, das Verriegeln von Arbeitsgerätesteuerungen und andere ähnliche, in dem Stand der Technik bekannte Mittel.
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Wenn ein „Bediener anwesend“ angezeigt wird, kann das Verfahren stattdessen mit der Aktivierung des Betriebs der Arbeitsmaschine 100, falls dieser deaktiviert ist, wie in Block 460 gezeigt, und mit dem Zurücksetzen auf den Empfangsschritt 410 für das weitere Überwachen enden. Diese Aktivierung kann das Lösen der Feststellbremse 114 und das Aufheben von Sperrungen von Arbeitsgeräten und Bedienelementen beinhalten.
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Während der vorangehende Text eine detaillierte Beschreibung zahlreicher verschiedener Ausführungsformen darlegt, sollte verstanden werden, dass der rechtliche Schutzumfang durch die Worte der am Ende dieses Patents dargelegten Ansprüche definiert ist. Die ausführliche Beschreibung ist nur als beispielhaft zu verstehen und beschreibt nicht jede mögliche Ausführungsform, da die Beschreibung jeder möglichen Ausführungsform unpraktisch, wenn nicht gar unmöglich wäre. Zahlreiche alternative Ausführungsformen könnten implementiert werden, entweder unter Verwendung von aktueller Technologie oder von Technologie, die nach dem Anmeldetag dieses Patents entwickelt wurde, die immer noch in den Umfang der Ansprüche fallen würden, die den Schutzumfang definieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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