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GEBIET DER OFFENBARUNG
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf selbstfahrende Fahrzeuge wie Arbeitsmaschinen mit Raupenbodeneingriffseinheiten und insbesondere mit Systemen und Verfahren zur Steuerung der Raupenbodeneingriffseinheiten.
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HINTERGRUND
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Arbeitsmaschinen, wie hierin erörtert, können beispielsweise Baggermaschinen, Lader und andere Geräte beinhalten, die das Gelände oder eine gleichwertige Arbeitsumgebung in irgendeiner Weise modifizieren. Diese Maschinen können Raupenketten- oder Radbodeneingriffseinheiten aufweisen, die das Fahrgestell über der Bodenoberfläche tragen. Bei solchen Maschinen treten verschiedene Situationen auf, in denen der menschliche Bediener die Bewegungen der Maschinenposition über die linken und rechten Raupenfahrwerke der Maschine präzise steuern muss.
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Bei einer Raupenbaggermaschine ist es beispielsweise möglich, dass sich eines der Raupenfahrwerke schneller oder langsamer bewegt als das andere, wenn der menschliche Bediener versucht, die Maschine geradeaus zu fahren. Dementsprechend kann die Maschine zwar eine Eingabe zur Geradeausfahrt erhalten, aber aufgrund einer Fehlanpassung zwischen den Raupensystemen des linken und rechten Raupenfahrwerke leicht nach links oder rechts steuern.
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Herkömmliche Lösungen sind in der Regel unzureichend, um die Geschwindigkeit der beiden Raupen (d. h. ihre elektrohydraulischen Steuerungen) schnell anzupassen und zu synchronisieren. Um das Problem zu beheben, müsste die Maschine aus dem Betrieb genommen werden, damit Anpassungen zur Behebung des Problems vorgenommen werden könnten, was den Maschinenbesitzer Zeit und Geld kosten würde. Wenn eine solche hydromechanische Fehlanpassung am Arbeitsort auftritt, muss der menschliche Bediener dementsprechend ausreichend informiert sein, um die Fehlanpassung zu erkennen, und geschickt genug, um seine Steuereingaben anzupassen und so der Fehlanpassung entgegenzuwirken.
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ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
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Die vorliegende Offenbarung bietet Verbesserungen bei den automatischen Steuerungssystemen zur Steuerung der elektrohydraulischen Steuerung der linken und rechten Raupenfahrwerke, insbesondere um eine präzise Fahrbewegung und Richtungssteuerung der Maschine zur Überwindung hydromechanischer Fehlanpassungen zwischen links- und rechtsseitigen Raupenkettensystemen zu erreichen und/oder zu ermöglichen Generell gilt, dass die hier dargestellten Lösungen sich nicht auf Sensoren verlassen, die sich vollständig in einem Fahrgestell der Arbeitsmaschine befinden oder mit diesem verbunden sind, zumindest teilweise aufgrund möglicher Kommunikationsprobleme zwischen diesem Bereich und der Maschinensteuerung. Die hier dargestellten Lösungen verwenden dementsprechend einen Rotationssensor, der die Ausrichtung zwischen einem unteren Raupenrahmen und einer oberen Struktur misst, weiterhin in Kombination mit einem zweiten Sensor, wie z. B. einem Winkelgeschwindigkeitsgyroskop als Teil einer Inertialmesseinheit (IMU) oder als eigenständiges Gerät, das oberhalb des Drehgelenks an einer geeigneten Stelle in der oberen Struktur angeordnet ist, um die Aufrechterhaltung einer präzisen Raupendifferenzialsteuerung bei gleichzeitiger Bewegung der oberen Struktur relativ zum unteren Raupenrahmen zu ermöglichen.
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In einer Ausführungsform besteht eine selbstfahrende Arbeitsmaschine aus einem Fahrgestell, das von ersten und zweiten Bodeneingriffseinheiten getragen wird. Ein Hauptrahmen wird vom Fahrgestell getragen. Die selbstfahrende Arbeitsmaschine umfasst ferner einen ersten Sensor, der so konfiguriert ist, dass er Signale liefert, die einer Ausrichtung und relativen Winkelbewegung des Hauptrahmens in Bezug auf das Fahrgestell entsprechen, und einen zweiten Sensor, der in Verbindung mit dem Hauptrahmen gekoppelt ist und der so konfiguriert ist, dass er Signale liefert, die einer Ausrichtung und relativen Winkelbewegung des Hauptrahmens in einem externen, vom Fahrgestell unabhängigen Bezugsrahmen entsprechen. Die selbstfahrende Arbeitsmaschine ist darüber hinaus mit Mitteln zum Antrieb der ersten und zweiten Bodeneingriffseinheiten gemäß einer beabsichtigten Ausrichtung und einer relativen Winkelbewegung des Fahrgestells im externen Bezugsrahmen versehen, die auf die Signale des ersten und zweiten Sensors reagieren.
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In einem beispielhaften Aspekt der oben genannten Ausführungsform sind erste und zweite Antriebseinheiten für den Antrieb der ersten bzw. zweiten Bodeneingriffseinheiten vorgesehen.
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In einem weiteren beispielhaften Aspekt der oben genannten Ausführungsform ist ein Steuergerät funktionell mit dem ersten Sensor und dem zweiten Sensor verbunden und so konfiguriert, dass es Befehle empfängt, die einer beabsichtigten Bewegung der ersten und zweiten Bodeneingriffseinheiten entsprechen, und Steuersignale an die erste und zweite Antriebseinheit erzeugt, um die beabsichtigte Bewegung der ersten und zweiten Bodeneingriffseinheiten zu erreichen oder aufrechtzuerhalten, wobei ferner eine erkannte Ausrichtung des Hauptrahmens relativ zum Fahrgestell und eine erkannte Ausrichtung des Hauptrahmens im externen Bezugsrahmen unabhängig vom Fahrgestell berücksichtigt werden.
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In einem weiteren beispielhaften Aspekt der oben genannten Ausführungsform, optional in Kombination mit anderen oben genannten Ansichten, kann die Steuerung ferner so konfiguriert werden, dass sie eine tatsächliche Ausrichtung und relative Winkelbewegung des Fahrgestells im externen Bezugsrahmen bestimmt, basierend auf der erfassten Ausrichtung des Hauptrahmens relativ zum Fahrgestell und der erfassten Ausrichtung des Hauptrahmens im externen Bezugsrahmen unabhängig vom Fahrgestell. Gemäß dieser Ausführungsform kann die Steuerung ferner konfiguriert sein, um einen Fehlerwert zu bestimmen, der einer Differenz zwischen der tatsächlichen Ausrichtung und relativen Winkelbewegung des Fahrgestells und einer beabsichtigten Ausrichtung und relativen Winkelbewegung des Fahrgestells entspricht, wobei die beabsichtigte Ausrichtung und relative Winkelbewegung des Fahrgestells der beabsichtigten Bewegung der ersten und zweiten Bodeneingriffseinheiten entspricht, und um die Steuersignale an die erste und zweite Antriebseinheit zumindest teilweise basierend auf dem bestimmten Fehlerwert zu erzeugen.
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In einem weiteren beispielhaften Aspekt der oben genannten Ausführungsform, wahlweise in Kombination mit anderen der oben genannten Ausführungsformen, kann der zweite Sensor ein Winkelgeschwindigkeitsgyroskop sein. Alternativ kann der zweite Sensor in eine Inertialmesseinheit (IMU) integriert werden.
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In einem weiteren beispielhaften Aspekt der oben genannten Ausführungsform, wahlweise in Kombination mit anderen der oben genannten Ausführungsformen, können die erste und zweite Antriebseinheit links- bzw. rechtsseitige Antriebseinheiten sein.
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In einem weiteren beispielhaften Aspekt der oben genannten Ausführungsform, wahlweise in Kombination mit anderen der oben genannten Aspekte, können die erste und zweite Bodeneingriffseinheit links- bzw. rechtsseitige Raupenfahrwerke sein.
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In weiteren Ausführungsformen kann die Arbeitsmaschine zusätzlich aus einem Schwenklager und einem Schwenkmotor bestehen. Das Schwenklager kann den Hauptrahmen vom Fahrgestell so tragen, dass der Hauptrahmen um eine Schwenkachse relativ zum Fahrgestell schwenkbar ist. Die Schwenkachse kann im Wesentlichen vertikal sein, wenn eine Bodenfläche, an der die Bodeneingriffseinheiten eingreifen, im Wesentlichen horizontal ist. Der Schwenkmotor kann so konfiguriert werden, dass der Hauptrahmen auf dem Schwenklager um die Schwenkachse relativ zum Fahrgestell geschwenkt werden kann. Gemäß dieser Ausführungsform kann die Steuerung so konfiguriert werden, dass sie Steuersignale an den Schwenkmotor ausgibt, um eine gewünschte Position des Hauptrahmens relativ zum Fahrgestell zu erreichen oder beizubehalten.
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In einer anderen beispielhaften Ausführungsform, wie sie hier offenbart wird, wird ein Verfahren zur Steuerung einer solchen Arbeitsmaschine bereitgestellt. Das Verfahren kann die folgenden Schritte umfassen: (a) Erfassen einer Ausrichtung und relativen Winkelbewegung des Hauptrahmens relativ zum Fahrgestell; (b) Erfassen einer Ausrichtung und relativen Winkelbewegung des Hauptrahmens in einem externen, vom Fahrgestell unabhängigen Bezugsrahmen; (c) Empfangen von Befehlen, die einer beabsichtigten Bewegung der ersten und zweiten Bodeneingriffseinheiten entsprechen; und (d) Erzeugen von Steuersignalen für die ersten und zweiten Antriebseinheiten, um die beabsichtigte Bewegung der ersten und zweiten Bodeneingriffseinheiten zu erreichen oder aufrechtzuerhalten, wobei ferner eine ermittelte Ausrichtung des Hauptrahmens relativ zum Fahrgestell und eine ermittelte Ausrichtung des Hauptrahmens in dem externen, vom Fahrgestell unabhängigen Bezugsrahmen berücksichtigt wird.
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In beispielhaften Aspekten des oben genannten Verfahrens kann das Verfahren ferner noch folgende Schritte umfassen: (e) Bestimmung einer tatsächlichen Ausrichtung und relativen Winkelbewegung des Fahrgestells im externen Bezugsrahmen, basierend auf der erfassten Ausrichtung des Hauptrahmens relativ zum Fahrgestell und der erfassten Ausrichtung des Hauptrahmens im externen Bezugsrahmen unabhängig vom Fahrgestell; (f) Bestimmung eines Fehlerwertes, der einer Differenz zwischen der tatsächlichen Ausrichtung und relativen Winkelbewegung des Fahrgestells und einer vorgesehenen Ausrichtung und relativen Winkelbewegung des Fahrgestells entspricht, wobei die vorgesehene Ausrichtung und relative Winkelbewegung des Fahrgestells der beabsichtigten Bewegung der ersten und zweiten Bodeneingriffseinheiten entspricht; und (g) Erzeugen der Steuersignale für die erste und zweite Antriebseinheit, zumindest teilweise auf der Grundlage des ermittelten Fehlerwertes.
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In beispielhaften Aspekten des oben genannten Verfahrens können die Ausrichtung und die relative Winkelbewegung des Hauptrahmens im externen Bezugsrahmen unabhängig vom Fahrgestell mit einem Winkelgeschwindigkeitsgyroskop erfasst werden.
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In weiteren beispielhaften Aspekten des oben genannten Verfahrens kann die Ausrichtung und relative Winkelbewegung des Hauptrahmens im externen Bezugsrahmen unabhängig vom Fahrgestell über eine Inertialmesseinheit (IMU) erfasst werden.
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In weiteren beispielhaften Aspekten des oben genannten Verfahrens kann das Verfahren ferner das Schwenken des Hauptrahmens auf dem Schwenklager um die Schwenkachse relativ zum Fahrgestell umfassen, um eine gewünschte Position des Hauptrahmens relativ zum Fahrgestell zu erreichen oder beizubehalten.
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Zahlreiche Aufgaben, Merkmale und Vorteile der hierin dargelegten Ausführungsformen werden für Fachleute beim Lesen der folgenden Offenbarung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ohne weiteres ersichtlich.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Seitenansicht eines Raupenbaggers als Arbeitsmaschine, wie hierin offenbart.
- 2 ist eine schematische Explosionsdarstellung der Raupenbaggermaschine von 1 in Heckperspektive.
- 3 ist ein Blockdiagramm, das ein beispielhaftes Steuersystem für die Arbeitsmaschine aus 1 darstellt.
- 4 ist ein Ablaufdiagramm, das eine beispielhafte Ausführungsform eines hier offenbarten Verfahrens darstellt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Unter Bezugnahme auf 1-4 können verschiedene Ausführungsformen einer Arbeitsmaschine 100 beschrieben werden, die vorzugsweise eine präzise Fahrbewegung und Richtungssteuerung der Maschine ermöglichen, zur Behebung hydromechanischer Fehlanpassungen zwischen rechten und linken Bodeneingriffseinheiten (z. B. Raupen).
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Eine repräsentative Arbeitsmaschine wird dargestellt und im Allgemeinen mit der Zahl 100 bezeichnet, wobei es sich in den 1-2 um einen Raupenbagger 100 handelt. Die hier offenbarten Systeme sind auf ähnliche oder anderweitig gleichwertige Fahrzeuge, Baggermaschinen, Lader und andere Arbeitsmaschinen des Typs mit einem oder mehreren Arbeitsanbaugeräten 102 zum Modifizieren des nahen Geländes anwendbar. In bestimmten Ausführungsformen können Systeme und Verfahren, wie hierin offenbart, auch auf Fahrzeuge anwendbar sein, denen explizite Arbeitsanbaugeräte fehlen. Arbeitsfahrzeuge, wie sie hier erörtert werden, verfügen in der Regel über Raupenbodeneingriffseinheiten, die das Fahrgestell über der Bodenoberfläche tragen.
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Die Arbeitsmaschine 100 ist in 1 zusammengebaut in einer Seitenansicht und in 2 in einer schematischen Teilexplosionsansicht in Rückansicht dargestellt.
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Die abgebildete und beispielhafte Arbeitsmaschine 100 umfasst ein Fahrgestell 122 mit den ersten und zweiten Bodeneingriffseinheiten 124 und 126. Die ersten und zweiten Bodeneingriffseinheiten 124 und 126 können hier auch als links- und rechtsseitige Bodeneingriffseinheiten 124 und 126 bezeichnet werden. Die Arbeitsmaschine 100 kann darüber hinaus erste und zweite Antriebseinheiten 128 und 130 zum Antrieb der ersten und zweiten Bodeneingriffseinheiten 124 und 126 umfassen. Die erste und zweite Antriebseinheit 128 und 130 können hier auch als links- und rechtsseitige Antriebseinheiten 128 und 130 oder erste und zweite Fahrmotoren 128 und 130 bezeichnet werden. Jede der Raupenbodeneingriffseinheiten 124, 126 kann in der Regel ein vorderes Leitrad, ein Antriebskettenrad und eine Raupenkette umfassen, die um das vordere Leitrad und das Antriebskettenrad läuft. Der Fahrmotor 128, 130 jeder Raupenbodeneingriffseinheit 124, 126 treibt das jeweilige Antriebskettenrad an. Jede Raupenbodeneingriffseinheit 124, 126 hat eine Vorwärtsfahrtrichtung, die definiert ist als vom Antriebskettenrad zum vorderen Leitrad. Die Vorwärtsfahrtrichtung der Raupenbodeneingriffseinheiten 124, 126 definiert auch eine Vorwärtsfahrtrichtung des Fahrgestells 122 und damit der Arbeitsmaschine 100.
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Ein Hauptrahmen 132 wird vom Fahrgestell 122 getragen. In bestimmten optionalen Ausführungsformen kann der Hauptrahmen 132 über ein Schwenklager 134 vom Fahrgestell 122 so getragen werden, dass der Hauptrahmen 132 um eine Schwenkachse 136 relativ zum Fahrgestell schwenkbar ist. Die Schwenkachse 136 ist im Wesentlichen vertikal, wenn eine Bodenfläche 138, in die die erste und zweite Bodeneingriffseinheit 124 und 126 eingreifen, im Wesentlichen horizontal ist. Ein Schwenkmotor 140 ist so konfiguriert, dass er den Hauptrahmen 132 auf dem Schwenklager 134 um die Schwenkachse 136 relativ zum Fahrgestell 122 schwenkt.
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Eine Arbeitsmaschine, wie hierin offenbart, beinhaltet typischerweise ein oder mehrere Arbeitsanbaugeräte 102, die, wie zum Beispiel in 1 veranschaulicht, gemeinsam eine Auslegerbaugruppe definieren können, die einen Ausleger 144, einen Arm 146, der schwenkbar mit dem Ausleger 144 verbunden ist, und ein Arbeitswerkzeug 148 beinhaltet. Der Ausleger 144 ist in dem vorliegenden Beispiel schwenkbar am Hauptrahmen 132 angebracht, um eine im Allgemeinen horizontale Achse in Bezug auf den Hauptrahmen 132 zu schwenken. Das Arbeitswerkzeug in dieser Ausführungsform ist eine Baggerschaufel oder Schaufel 148, die schwenkbar mit dem Arm 146 verbunden ist. Die Auslegerbaugruppe erstreckt sich vom Hauptrahmen 132 entlang einer Arbeitsrichtung der Auslegerbaugruppe. Die Arbeitsrichtung kann auch als Arbeitsrichtung des Auslegers bezeichnet werden.
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Eine Fahrerkabine 150 kann sich auf dem Hauptrahmen 132 befinden. Die Fahrerkabine und das eine oder die mehreren Arbeitsanbaugeräte 102 können beide am Hauptrahmen montiert sein, so dass die Fahrerkabine in die Arbeitsrichtung der Arbeitsanbaugeräte zeigt. In der Fahrerkabine 150 kann sich ein Bedienstand mit einer Benutzerschnittstelle 114 befinden.
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Ebenfalls auf dem Hauptrahmen 132 ist ein Motor 152 für den Antrieb der Arbeitsmaschine 100 montiert. Der Motor 152 kann ein Diesel-Verbrennungsmotor sein. Der Motor 152 kann eine Hydraulikpumpe 154 antreiben, um die verschiedenen Betriebssysteme der Arbeitsmaschine 100 mit hydraulischer Kraft zu versorgen. Der Motor 152, die Hydraulikpumpe 154 und das zugehörige hydraulische Antriebssystem für die Arbeitsmaschine 100 können so konfiguriert werden, dass sie die erste und zweite Antriebseinheit 128 und 130 antreiben.
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Das in 2 schematisch dargestellte Schwenklager 134 umfasst einen oberen Ring 160, der so konfiguriert ist, dass er mit der Unterseite des Hauptrahmens 132 verschraubt werden kann, und einen unteren Ring 162, der so konfiguriert ist, dass er mit dem Fahrgestell 122 verschraubt werden kann. Der untere Ring 162 umfasst ein innenverzahntes Hohlrad 164. Der Schwenkmotor 140 ist auf dem Hauptrahmen 132 montiert und treibt ein Zahnradgetriebe 166 an, das sich nach unten erstreckt und in das innenverzahnte Hohlrad 164 eingreift. Der Betrieb des Schwenkmotors 140 treibt das Zahnradgetriebe 166 an, was zu einer Schwenkbewegung des Hauptrahmens 132 auf dem Schwenklager 134 um die Schwenkachse 136 relativ zum Fahrgestell 122 führt.
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Die Arbeitsmaschine 100 umfasst einen ersten Sensor 170 und einen zweiten Sensor 172. Der erste Sensor 170 ist so konfiguriert, dass er Signale 170S (siehe 3) liefert, die einer Ausrichtung und relativen Winkelbewegung des Hauptrahmens 132 in Bezug auf das Fahrgestell 122 entsprechen. Der zweite Sensor 172 ist in Verbindung mit dem Hauptrahmen 132 gekoppelt und so konfiguriert, dass er Signale 172S (siehe 3) ausgibt, die einer Ausrichtung und relativen Winkelbewegung des Hauptrahmens 132 in einem externen Bezugsrahmen (z. B. in Bezug auf die Bodenoberfläche 138 oder einen ähnlichen unabhängigen externen Bezugsrahmen) unabhängig vom Fahrgestell 122 entsprechen. Der Vorteil der Kopplung des zweiten Sensors 172 mit dem Hauptrahmen 132 besteht darin, dass Kabel und/oder Signale nicht durch das Schwenklager 134 geführt werden müssen, um an eine Steuerung gekoppelt zu werden, die sich in der Kabine 150 befindet oder mit dem Hauptrahmen 132 verbunden ist.
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Wie in 2 schematisch dargestellt, kann der erste Sensor 170 ein oberes Sensorteil 170A umfassen, das auf dem Hauptrahmen 132 montiert ist, und ein unteres Sensorteil 170B, das auf dem Fahrgestell 122 montiert ist. In bestimmten optionalen Ausführungsformen kann der erste Sensor 170 ein Drehwinkelsensor oder ein Hall-Rotationssensor sein. Ein solcher Hall-Rotationssensor kann ein Hall-Element, eine rotierende Welle und einen Magneten umfassen. Wenn sich die Winkelposition des Hall-Elements ändert, führt die entsprechende Änderung des Magnetfelds zu einer linearen Änderung der Ausgangsspannung. Andere geeignete Arten von Drehpositionssensoren sind Drehpotentiometer, Resolver, optische Encoder, induktive Sensoren und dergleichen. Zusätzlich kann in bestimmten optionalen Ausführungsformen der erste Sensor 170 vollständig am Hauptrahmen 132 montiert sein, vollständig am Fahrgestell 122 montiert sein oder aus mehreren Teilen bestehen, die jeweils am Hauptrahmen 132 oder am Fahrgestell 122 montiert sind.
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Der zweite Sensor 172 kann ein Winkelgeschwindigkeitsgyroskop umfassen, wie z. B. ein Dreiachsen-Gyroskopeinheit oder ähnliches. In bestimmten optionalen Ausführungsformen kann der zweite Sensor 172 eine Inertialmesseinheit (IMU) 174 enthalten oder in eine solche eingebaut werden, die auf dem Hauptrahmen 132 oder der Kabine 150 montiert ist. In bestimmten anderen optionalen Ausführungsformen kann der zweite Sensor 172 eine Vielzahl von GPS-Sensoreinheiten 176, 178 umfassen, die relativ zum Hauptrahmen 132 und zur Kabine 150 befestigt sind. Solche GPS-Sensoreinheiten können die absolute Position und Ausrichtung der Arbeitsmaschine 100 innerhalb eines externen Bezugssystems (z. B. eines externen Bezugsrahmens) ermitteln und Änderungen dieser Position und Ausrichtung erkennen.
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Wie in 3 schematisch dargestellt, verfügt die Arbeitsmaschine 100 über ein Steuersystem mit einer Steuerung 112. Die Steuerung 112 kann Teil der Maschinensteuerung der Arbeitsmaschine sein, oder sie kann aus einem separaten Steuermodul bestehen. Die Steuerung 112 kann die Benutzerschnittstelle 114 umfassen und optional in der Fahrerkabine an einem Bedienpult montiert werden.
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Die Steuerung 112 ist konfiguriert, um Eingangssignale von einigen oder allen verschiedenen Sensoren zu empfangen, die gemeinsam ein Sensorsystem 104 definieren. Das Sensorsystem 104 umfasst mindestens die ersten und zweiten Sensoren 170 und 172. Bestimmte andere Sensoren können vorgesehen werden, um die Betriebsbedingungen oder die Positionierung der Maschine zu erfassen, z. B. ein Ausrichtungssensor, GPS-Sensoren (Global Positioning System), Fahrzeuggeschwindigkeitssensoren, Sensoren für die Positionierung von Fahrzeuggeräten und ähnliches, und während einer oder mehrere dieser Sensoren diskret sein können, kann das Sensorsystem ferner auf Signale zurückgreifen, die von der Maschinensteuerung geliefert werden.
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Die Steuerung 112 ist funktionell mit dem ersten und zweiten Sensor 170 und 172 verbunden. Die Steuerung 112 ist so konfiguriert, dass sie Befehlssignale 114S von der Benutzerschnittstelle 114 empfängt, die einer vorgesehenen Bewegung der ersten und zweiten Bodeneingriffseinheiten 124 und 126 entsprechen. Die Steuerung 112 ist ferner so konfiguriert, dass sie die Steuersignale 128S und 130S für die erste und zweite Antriebseinheit 128 bzw. 130 erzeugt, um die vorgesehene Bewegung der ersten und zweiten Bodeneingriffseinheit 124 und 126 zu erreichen oder aufrechtzuerhalten. Die von der Steuerung 112 erzeugten Steuersignale 128S und 130S können ferner eine erkannte Ausrichtung des Hauptrahmens 132 relativ zum Fahrgestell 122 und eine erkannte Ausrichtung des Hauptrahmens 132 im externen Referenzrahmen unabhängig vom Fahrgestell 122 berücksichtigen.
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In bestimmten optionalen Ausführungsformen kann die Steuerung 112 darüber hinaus so konfiguriert werden, dass sie eine tatsächliche Ausrichtung und relative Winkelbewegung des Fahrgestells 122 im externen Bezugsrahmen auf der Grundlage der erfassten Ausrichtung des Hauptrahmens 132 relativ zum Fahrgestell 122 und der erfassten Ausrichtung des Hauptrahmens 132 relativ zum externen Bezugsrahmen unabhängig vom Fahrgestell 122 bestimmt. Die Steuerung 112 kann ferner so konfiguriert werden, dass sie einen Fehlerwert ermittelt, der einer Differenz zwischen der tatsächlichen Ausrichtung und relativen Winkelbewegung des Fahrgestells 122 und einer vorgesehenen Ausrichtung und relativen Winkelbewegung des Fahrgestells 122 entspricht. Die vorgesehene Ausrichtung und relative Winkelbewegung des Fahrgestells 122 entspricht der vorgesehenen Bewegung (z. B. basierend auf den Befehlssignalen 114S von der Benutzerschnittstelle 114) der ersten und zweiten Bodeneingriffseinheiten 124 und 126. Schließlich kann die Steuerung 112 weiter konfiguriert werden, um die Steuersignale 128S und 130S für die erste und zweite Antriebseinheit 128 bzw. 130 zu erzeugen, die zumindest teilweise auf dem ermittelten Fehlerwert basieren.
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In bestimmten anderen optionalen Ausführungsformen kann die Steuerung 112 so konfiguriert werden, dass sie Steuersignale 140S an den Schwenkmotor 140 erzeugt, um eine gewünschte Position des Hauptrahmens 132 relativ zum Fahrgestell 122 zu erreichen oder beizubehalten. Die vorgesehene Position kann in einer solchen Ausführungsform vom ersten Sensor 170 erfasst werden.
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Die Steuerung 112 umfasst einen Prozessor 180, ein computerlesbares Medium 182, eine Kommunikationseinheit 184, einen Datenspeicher 186 wie z. B. ein Datenbanknetzwerk und die bereits erwähnte Benutzerschnittstelle 114 oder ein Bedienpult 114 mit einer Anzeige 118, bzw. kann mit diesen Elementen verbunden werden. Eine Eingabe-/Ausgabevorrichtung 116, wie etwa eine Tastatur, ein Joystick oder ein anderes Benutzerschnittstellentool, wird bereitgestellt, so dass der menschliche Bediener Anweisungen an die Steuerung eingeben kann. Es versteht sich, dass die hierin beschriebene Steuerung eine einzelne Steuerung sein kann, die die gesamte beschriebene Funktionalität aufweist, oder sie kann mehrere Steuerungen beinhalten, wobei die beschriebene Funktionalität auf die mehreren Steuerungen verteilt ist.
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Verschiedene Operationen, Schritte oder Algorithmen, wie sie im Zusammenhang mit der Steuerung 112 beschrieben werden, können direkt in die Hardware, in ein Computerprogrammprodukt, wie z. B. ein Softwaremodul, das vom Prozessor 180 ausgeführt wird, oder in eine Kombination aus beidem integriert werden. Das Computerprogrammprodukt kann sich in einem RAM-Speicher, Flash-Speicher, ROM-Speicher, EPROM-Speicher, EEPROM-Speicher, in Registern, auf einer Festplatte, einer Wechselplatte oder jeder anderen Form eines computerlesbaren Mediums 182 gemäß dem Stand der Technik befinden. Ein beispielhaftes computerlesbares Medium kann mit dem Prozessor derart gekoppelt sein, dass der Prozessor Informationen von dem Speicher/Speichermedium lesen und Informationen auf dieses schreiben kann. Alternativ kann das Medium in den Prozessor integriert sein. Der Prozessor und das Medium können sich in einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) befinden. Die ASIC kann sich in einem Benutzerendgerät befinden. Alternativ können sich der Prozessor und das Medium als diskrete Komponenten in einem Benutzerendgerät befinden.
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Der Begriff „Prozessor“, wie er hierin verwendet wird, kann sich auf zumindest universelle oder spezifische Verarbeitungsvorrichtungen und/oder -logik beziehen, wie Fachleute auf dem Gebiet verstehen können, einschließlich unter anderem auf einen Mikroprozessor, einen Mikrocontroller, eine Zustandsmaschine und dergleichen. Ein Prozessor kann auch als eine Kombination von Rechenvorrichtungen implementiert sein, z. B. eine Kombination aus einem DSP und einem Mikroprozessor, einer Vielzahl von Mikroprozessoren, einem oder mehreren Mikroprozessoren in Verbindung mit einem DSP-Kern oder einer beliebigen anderen derartigen Konfiguration.
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Die Kommunikationseinheit 184 kann die Kommunikation zwischen der Steuerung und externen Systemen oder Geräten unterstützen oder bereitstellen und/oder die Kommunikationsschnittstelle in Bezug auf interne Komponenten der Arbeitsmaschine unterstützen oder bereitstellen. Die Kommunikationseinheit kann drahtlose Kommunikationssystemkomponenten beinhalten (z. B. über ein Mobilfunkmodem, WLAN, Bluetooth oder dergleichen) und/oder kann ein oder mehrere drahtgebundene Kommunikationsendgeräte beinhalten, wie etwa universelle serielle Busanschlüsse.
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Der hier besprochene Datenspeicher 186 kann, sofern nicht anders angegeben, allgemeine Hardware wie flüchtige oder nichtflüchtige Speichergeräte, Laufwerke, Speicher oder andere Speichermedien sowie eine oder mehrere darauf befindliche Datenbanken umfassen.
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Unter allgemeiner Bezugnahme auf 1-3 umfasst die Arbeitsmaschine 100 Systeme, Verfahren und Apparate zur Überwindung der hydromechanischen Fehlanpassung zwischen der ersten und zweiten Antriebseinheit 128 und 130. Durch die Verwendung des zweiten Sensors 172 als Teil einer IMU 174 oder als eigenständiges Gerät in Verbindung mit der elektrohydraulischen Steuerung der ersten und zweiten Bodeneingriffseinheit 124 und 126 der Arbeitsmaschine 100 kann eine präzise Steuerung der Fahrbewegung und der Richtung der Maschine erreicht werden, um hydromechanische Fehlanpassungen zwischen den ersten und zweiten Antriebseinheiten 128 und 130 zu beheben. Durch Hinzufügen des ersten Sensors 170, der die Ausrichtung zwischen dem Fahrgestell 122 und dem Hauptrahmen 132 misst, kann der zweite Sensor 172 über dem Schwenklager 134 an einer geeigneten Stelle im Hauptrahmen 132 platziert werden, um die Aufrechterhaltung einer präzisen Raupendifferenzialsteuerung zu ermöglichen, während gleichzeitig der Hauptrahmen 132 relativ zum Fahrgestell 122 und das Fahrgestell 122 relativ zur Bodenoberfläche 138 bewegt wird.
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4 stellt eine beispielhafte Ausführungsform des hier offengelegten Betriebsverfahrens 400 dar. Sofern nicht ausdrücklich anders vermerkt, können verschiedene Schritte des Verfahrens auf der Ebene einer lokalen Arbeitsmaschinensteuerung, auf der Ebene einer Rechenvorrichtung, die einem Bediener einer Arbeitsmaschine oder einem anderen Benutzer zugeordnet ist, und/oder auf der Ebene eines oder mehrerer Remote-Server, die kommunikativ damit verbunden sind, durchgeführt werden.
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Das Verfahren 400 kann in Schritt 402 mit der Erkennung einer Ausrichtung und relativen Winkelbewegung des Hauptrahmens 132 relativ zum Fahrgestell 122 beginnen. Das Verfahren 400 kann in Schritt 404 fortgesetzt werden, indem eine Ausrichtung und relative Winkelbewegung des Hauptrahmens 132 in einem externen Bezugsrahmen unabhängig vom Fahrgestell 122 (z. B. relativ zum Boden) erkannt wird. Das Verfahren 400 kann in Schritt 406 fortgesetzt werden durch den Empfang von Befehlen 114S entsprechend einer vorgesehenen Bewegung der ersten und zweiten Bodeneingriffseinheiten 124 und 126. Die empfangenen Befehle können von der Benutzerschnittstelle 114 kommen.
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Das Verfahren 400 kann in Schritt 408 fortgesetzt werden durch Erzeugen von Steuersignalen 128S und 130S für die erste und zweite Antriebseinheit 128 bzw. 130, um die beabsichtigte Bewegung der ersten und zweiten Bodeneingriffseinheit 124 und 126 zu erreichen oder aufrechtzuerhalten, wobei die Steuersignale ferner eine erfasste Ausrichtung des Hauptrahmens 132 relativ zum Fahrgestell 122 und eine erfasste Ausrichtung des Hauptrahmens 132 im externen Referenzrahmen unabhängig vom Fahrgestell 122 berücksichtigen. Wenn z. B. die Befehle 114S angeben, dass die Maschine 100 im Wesentlichen in Vorwärtsrichtung fahren soll, wobei die erste und zweite Bodeneingriffseinheit 124 und 126 in einer parallelen Ausrichtung gehalten werden sollen, kann die Steuerung die Drehung des Hauptrahmens relativ zum Fahrgestell erkennen und feststellen, ob die weiter erkannte Ausrichtung des Hauptrahmens im externen Bezugssystem mit der gewünschten Vorwärtsrichtung übereinstimmt. Ist dies nicht der Fall, können die Steuersignale 128S und 130S erzeugt werden, um alle Fehler zu korrigieren, die für die festgestellte Abweichung verantwortlich sind.
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In bestimmten optionalen Ausführungsformen kann das Verfahren 400 zwischen den Schritten 406 und 408 die Bestimmung einer tatsächlichen Ausrichtung und relativen Winkelbewegung des Fahrgestells 122 im externen Bezugsrahmen, basierend auf der erkannten Ausrichtung des Hauptrahmens 132 relativ zum Fahrgestell 122 und der erkannten Ausrichtung des Hauptrahmens 132 im externen Bezugsrahmen unabhängig vom Fahrgestell 122 umfassen, sowie die Bestimmung eines Fehlerwertes, der einer Differenz zwischen der tatsächlichen Ausrichtung und relativen Winkelbewegung des Fahrgestells 122 und einer vorgesehenen Ausrichtung und relativen Winkelbewegung des Fahrgestells 122 entspricht, wobei die vorgesehene Ausrichtung und relative Winkelbewegung des Fahrgestells 122 der vorgesehenen Bewegung der ersten und zweiten Bodeneingriffseinheiten 124 und 126 entspricht. Gemäß diesen optionalen Ausführungsformen basieren die in Schritt 408 erzeugten Steuersignale an die erste und zweite Antriebseinheit 128 und 130 zumindest teilweise auf dem ermittelten Fehlerwert.
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In einer solchen beispielhaften optionalen Ausführung kann die Steuerung dynamisch Sollwerte für einen effektiven oder virtuellen Sensor (oder eine Gruppe von Sensoren) im Fahrgestell festlegen und darüber hinaus effektive oder virtuelle Sensorausgangswerte auf der Grundlage der tatsächlich erfassten Werte für die Ausrichtung und relative Winkelbewegung des Hauptrahmens 132 relativ zum Fahrgestell 122 sowie der Ausrichtung und relativen Winkelbewegung des Hauptrahmens 132 im externen Bezugsrahmen unabhängig vom Fahrgestell erzeugen. Fehlerwerte können auf der Grundlage von Abweichungen zwischen den Soll- und Ist-Werten generiert werden, die gemäß dem/den effektiven oder virtuellen Fahrgestellsensor(en) ermittelt wurden.
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Das Verfahren 400 kann ferner das Schwenken des Hauptrahmens 132 auf dem Schwenklager um die Schwenkachse 136 relativ zum Fahrgestell 122 umfassen, um eine gewünschte Position des Hauptrahmens 132 relativ zum Fahrgestell 122 zu erreichen oder beizubehalten.
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Im Sinne dieses Dokuments bedeutet der Ausdruck „eines oder mehrere“ bei einer Liste von Elementen, dass verschiedene Kombinationen von einem oder mehreren der Elemente verwendet werden können und ggf. nur eines der Elemente in der Liste erforderlich ist. Zum Beispiel kann „eines oder mehrere von“ Punkt A, Punkt B und Punkt C ohne Einschränkung z. B. Punkt A oder Punkt A und Punkt B einschließen. Dieses Beispiel kann auch Punkt A, Punkt B und Punkt C oder Punkt B und Punkt C einschließen.
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Fachleute können leicht erkennen, dass die Apparate und das Verfahren der vorliegenden Offenbarung bestimmte Ziele und Vorteile erreichen, die explizit genannt werden, sowie die darin inhärenten Ziele und Vorteile. Obwohl bestimmte bevorzugte Ausführungsformen der Offenbarung für vorliegende Zwecke veranschaulicht und beschrieben wurden, können zahlreiche Änderungen in der Anordnung und Konstruktion von Teilen und Schritten durch Fachleute vorgenommen werden, wobei diese Änderungen im Umfang und Geist der vorliegenden Offenbarung, wie in den beigefügten Ansprüchen definiert, enthalten sind. Jedes offenbarte Merkmal oder jede offenbarte Ausführungsform kann mit jedem der anderen offenbarten Merkmale oder Ausführungsformen kombiniert werden.
