-
Die Erfindung betrifft eine Steuereinheit für eine mobile Arbeitsmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, eine mobile Arbeitsmaschine gemäß Anspruch 11 und ein Verfahren zur Steuerung der Arbeitsmaschine gemäß Anspruch 12.
-
Eine mobile Arbeitsmaschine, wie beispielsweise ein Front- oder Radlader oder ein Stapler, hat ein im Raum positionierbares und neigbares Arbeitsgerät zur Aufnahme eines Gutes. Das Arbeitsgerät ist am Ende eines Auslegers oder einer Reihe mehrgelenkig verbundener Auslegersegmente angeordnet, die jeweils von einem hydraulischen Aktor angelenkt und in ihrer Position verstellbar sind. Auf diese Weise kann das Arbeitsgerät im Raum bewegt und positioniert werden. Gebräuchliche Bedienschnittstellen (HMI) sind Joysticks, also Griffelemente, die mehrachsig in rotatorischen Freiheitsgraden manipulier- oder auslenkbar sind.
-
Mit jeder Joystick-Auslenkung wird einem zugeordneten Aktor, der das jeweilige Segment anlenkt, eine Soll-Geschwindigkeit vorgegeben. Beispielsweise wird einer Auslenkung des Ausleger-Joysticks als Soll-Geschwindigkeit des Auslegeraktors, - zylinders interpretiert. Von einer Maschinensteuerung wird demgemäß eine Ansteuerung des Aktors realisiert, so dass es zur gewünschten Bewegung des Aktors kommt.
-
Bei solchen Arbeitsmaschinen ergibt sich wiederholt die Anforderung, aus einer beliebigen Position und Neigung des Arbeitsgerätes heraus dieses in eine Standard-Arbeitsposition und -neigung zu bringen. Beispielsweise wenn nach dem Auskippen der Schaufel eines Radladers über einem Schüttgut, dessen Schaufel zur erneuten Aufnahme von Gut in eine Lade- oder Grabposition gesteuert werden muss.
-
Um diesen Vorgang für Bedienpersonal zu vereinfachen, zeigt die Druckschrift
US 8,500,387 B2 eine automatisierte Rückstellung der Neigung eines Grabgerätes nach Auslösung dieser Automatik-Funktion durch ein Bedienpersonal.
-
Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Steuereinheit zu schaffen, über die das Arbeitsgerät einer mobilen Arbeitsmaschine noch einfacher steuerbar ist. Des Weiteren liegt die Aufgabe zu Grunde, eine mobile Arbeitsmaschine zu schaffen, die bezüglich der Steuerung ihres Arbeitsgerätes vereinfacht ist und zuletzt soll ein Verfahren zur Steuerung einer mobilen Arbeitsmaschine geschaffen werden, über das die Steuerung eines Arbeitsgerätes einer mobilen Arbeitsmaschine weiter vereinfacht ist.
-
Die erste Aufgabe wird gelöst durch eine Steuereinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1, die zweite durch eine mobile Arbeitsmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 11 und die letzte durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12.
-
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen beschrieben.
-
Eine Steuereinheit für eine mobile Arbeitsmaschine, insbesondere für einen Radlader, Frontlader, Teleskoplader oder Stapler, hat wenigstens ein manipulierbares, insbesondere auslenkbares, Bedienelement zur manuellen Steuerung eines Arbeitsgerätes der Arbeitsmaschine. Das Arbeitsgerät ist insbesondere eine Schaufel oder eine Gabel oder dergleichen. Das Bedienelement ist für eine direkte und intuitive Steuerung vorzugsweise greifbar, insbesondere als Joystick ausgestaltet. Zudem ist eine Erfassungseinheit vorgesehen, über die Ist-Werte wenigstens einer Koordinate und eines Neigungswinkels des Arbeitsgerätes erfassbar oder ermittelbar sind. Die Koordinate ist insbesondere eine Höhe oder Hubhöhe des Arbeitsgerätes, oberhalb einer Arbeitsebene oder Referenzebene. Der Neigungswinkel ist insbesondere mit Bezug zu dieser Ebene erfasst, insbesondere mit Bezug zu einer Fahrtrichtung der Arbeitsmaschine. Über ein Betätigungselement der Steuereinheit, welches tastbar oder schaltbar oder als Touch- oder Sensorfeld ausgestaltet ist, ist eine zumindest teilautomatisierte Steuerung des Arbeitsgerätes auslösbar.
-
Erfindungsgemäß ist mit der Betätigung die automatisierte Steuerung sowohl der Koordinate als auch des Neigungswinkels auslösbar.
-
So ist eine Steuereinheit geschaffen, über die das Arbeitsgerät einer mobilen Arbeitsmaschine einfacher steuerbar ist.
-
In einer Weiterbildung ist in der Steuereinheit eine erste Bedingung abfragbar oder überprüfbar abgelegt, in Abhängigkeit von der die automatisierte Steuerung der Koordinate und des Neigungswinkels entweder sequentiell, simultan oder in einer Mischform aus sequentiell und simultan auslösbar ist. Je nach Ergebnis der Überprüfung oder der Abfrage werden die Koordinate und der Neigungswinkel somit simultan oder zeitlich versetzt gesteuert oder es erfolgt zunächst nur die Steuerung der Koordinate oder des Neigungswinkels und dann deren simultane Steuerung, oder umgekehrt. Insbesondere die sequentielle Steuerung zuerst der Koordinate und dann des Neigungswinkels erhöht maßgeblich den Komfort. Auf diese Weise können nämlich unerwünschte, aus einer Nickbewegung des Arbeitsgerätes bei ungünstigen Kinematikpositionen resultierende Störbeschleunigungen vermieden werden.
-
Die erste Bedingung enthält in einer Weiterbildung eine Kinematik-Position des Arbeitsgerätes, insbesondere eine Ist-Koordinate des Arbeitsgerätes und/oder einen Ist-Abstand des Arbeitsgerätes von einem Aufstand oder einem Schwerpunkt der Arbeitsmaschine.
-
Das Betätigungselement kann gesondert vom Bedienelement angeordnet sein. Ist es am Bedienelement angeordnet, so ist es vorzugsweise außerhalb einer Grifffläche des Bedienelements, die bei manueller Steuerung bestimmungsgemäß umgriffen ist, vorgesehen. In beiden Fällen ist aufgrund der Anordnung eine versehentliche Fehlauslösung verhindert.
-
In einer Weiterbildung ist in der Steuereinheit eine zweite Bedingung abfragbar oder überprüfbar abgelegt. Je nach Ergebnis der Überprüfung oder Abfrage ist die automatisierte Steuerung der Koordinate oder des Neigungswinkels, oder beider, blockierbar, abbrechbar oder zumindest unterbrechbar. Über die zweite Bedingung kann so ein erheblicher Sicherheitsgewinn erzielt werden.
-
In einer Weiterbildung ist als zweite Bedingung ein Beladungszustand der Arbeitsmaschine über einen Drucksensor der Steuereinheit abfragbar, insbesondere abgefragt, um im Falle einer Beladung oberhalb eines Limits das Auslösen der automatisierten Steuerung der Koordinate und des Neigungswinkels zu verhindern.
-
In einer Weiterbildung enthält die zweite Bedingung eine erfassbare Manipulation des Bedienelements, eine erfassbare Unaufmerksamkeit eines Bedienpersonals und/oder ein Limit der wenigstens einen Koordinate. So kann geprüft oder abgefragt werden, ob das Bedienelement unmanipuliert oder unausgelenkt, das Bedienpersonal anwesend oder aufmerksam und/oder ein Limit im Raum nicht verletzt wird.
-
Zur Überprüfung der Aufmerksamkeit kann die Steuereinheit in einer Weiterbildung einen Augensensor zur Erfassung einer Augenbewegung aufweisen. Die Anwesenheit kann beispielsweise sichergestellt werden, indem die Steuereinheit einen drucksensitiven Sensor zur Erfassung eines Gewichtes des Bedienpersonals oder einen kontaktsensitiven Sensor am Bedienelement zur Erfassung eines Griffkontakts am Bedienelement hat. Ergänzend oder alternativ kann ein Weg- oder Winkelsensor zur Erfassung einer Auslenkung des Bedienelements, bzw. einer Neutrallage oder dergleichen vorgesehen sein. Natürlich sind die jeweiligen Sensoren in Signalverbindung mit der Steuereinheit vorgesehen. Alternativ kann es vorgesehen sein, dass die automatisierte Steuerung keiner Neutrallage des Bedienelements bedingt, die automatisierte Steuerung also selbst bei manipuliertem oder ausgelenktem Bedienelement durch Betätigung des Betätigungselements auslösbar ist.
-
Insbesondere ist das Limit bezogen auf eine Hubhöhe, eine Höhen- oder Z-Koordinate des Arbeitsgerätes bezogen. Dabei erweist es sich zur vorgenannten Vermeidung ungünstiger Kinematikpositionen, dass das Limit ein oberes Limit der Hubhöhe ist, oberhalb von dem insbesondere die automatisierte Steuerung des Neigungswinkels blockierbar ist, um einen Drehimpuls an der Arbeitsmaschine mit großem Hebel des Arbeitsgerätes zu vermeiden.
-
Alternativ oder ergänzend kann in der Steuereinheit eine räumliche Entprellzone abfragbar oder überprüfbar abgelegt sein, gegen die die erfassten Ist-Werte prüfbar sind, wobei die automatisierte Steuerung abgebrochen wird, bevor das Arbeitsgerät in diese Zone eindringt.
-
Die Bedingungen sind vorteilhafter Weise an die jeweilige Arbeitsmaschine und deren An- oder Verwendung angepasst.
-
In einer sehr flexibel konfigurierbaren Weiterbildung sind die Bedingungen in der Steuereinheit auswählbar und in ihrem Wert setzbar vorgesehen. So kann das Bedienpersonal die Bedingungen an die jeweilige Anwendung der Arbeitsmaschine und/oder an persönliche Präferenzen angepasst auswählen und einstellen.
-
In einer Weiterbildung ist die Steuereinheit derart ausgestaltet, dass mit erfasster Manipulation oder Auslenkung neue Soll-Werte der manuellen Steuerung setzbar sind und/oder die automatisierte Steuerung unterbrechbar und auf manuelle Steuerung umschaltbar ist. Erfolgt beispielsweise gerade ein automatisiertes Absenken (Hubhöhe, Höhen-Koordinate) des Arbeitsgerätes und wird am Bedienelement Heben angewählt, stoppt die momentane Senkbewegung und Heben wird eingeleitet. Eine automatisierte Änderung des Neigungswinkels kann dabei, je nach Ausgestaltung der Steuereinheit, mit unterbrochen werden oder bleibt unbehelligt.
-
In einer Weiterbildung sind in der Steuereinheit für die ausgelöste automatisierte Steuerung vorbestimmte Soll- oder Ziel-Werte, jeweils der Koordinate und des Neigungswinkels, abgelegt und werden nach Auslösung automatisiert angefahren.
-
Dabei ist in einer Weiterbildung mit Erreichen der vorbestimmten Soll-Werte, wenn also die Erfassungseinheit die entsprechenden Ist-Werte erfasst, ein Abbruch der automatisierten Steuerung auslösbar. Das Arbeitsgerät ruht dann, bis eine erneute Manipulation oder Auslenkung des Bedienelements erfasst wird.
-
In einer Weiterbildung ist eine Zeitdauer ab der Betätigung bis zu einem Erreichen der vorbestimmten Soll-Werte auf einen Arbeitsgang oder Arbeitszyklus der Arbeitsmaschine abgestimmt. Insbesondere im Zyklusbetrieb bietet dies einen zeitlichen Vorteil. Wird die automatisierte Steuerung beispielsweise beim Rad- oder Frontlader während der Rückwärtsfahrt ausgelöst, und die die Zeitdauer ist auf die Dauer der Rückwärtsfahrt abgestimmt, so befindet sich das Arbeitsgerät mit Beendigung der Rückwärtsbewegung bereits in seiner vorbestimmten Position (vorbestimmte Soll-Werte der Koordinate und Neigung). Der Fahrer kann dann mit optimaler Sicht die Vorwärtsfahrt einleiten und ohne weiteres Zutun ins zu ladende Gut einstechen.
-
Insbesondere sind die genannten Soll-Werte mit Bezug und/oder Abstand zu einer Arbeitsebene der Arbeitsmaschine oder der Umwelt, insbesondere mit Bezug zum Boden oder einem Aufstand, vorbestimmt. Insbesondere sind sie für mindestens eine Ebene, insbesondere vom Bedienpersonal, in Grenzen einstellbar. Beispielsweise ist der vorbestimmte Soll-Wert der Koordinate als Hubhöhe definiert, und die automatisierte Steuerung stoppt mit Erreichen der Hubhöhe oberhalb des Bodens, beispielsweise auf 0,2m oder dergleichen.
-
In einer Weiterbildung weist die Steuereinheit eine Schnittstelle zum Bedienpersonal auf, über die ein Status der automatisierten Steuerung, insbesondere „aktiv“, „inaktiv“, „blockiert“, „unterbrochen“ oder dergleichen anzeigbar ist. Dies kann beispielsweise eine Blinksignalanlage, eine Tonsignalanlage, eine Vibrationseinrichtung am Bedienelement oder ein optisches Signal auf einem Display oder dergleichen sein.
-
Eine mobile Arbeitsmaschine hat ein von wenigstens einem hydraulischen Aktor mittel- oder unmittelbar angelenktes Arbeitsgerät und eine Steuereinheit, die gemäß wenigstens einem Aspekt der der vorhergehenden Beschreibung ausgestaltet ist. Dabei ist in Abhängigkeit einer Manipulation des vorbeschriebenen Bedienelements der wenigstens eine Aktor über eine Druckmittelquelle, und insbesondere über eine Ventileinrichtung der Steuereinheit, mit Druckmittel versorgbar. Auf diese Weise sind wenigstens eine Koordinate und ein Neigungswinkel des Arbeitsgerätes manuell steuerbar. Erfindungsgemäß ist über die Betätigung des vorbeschriebenen Betätigungselements die automatisierte Steuerung der Koordinate und des Neigungswinkels auslösbar.
-
Ein Verfahren zur Steuerung des Arbeitsgerätes der mobilen Arbeitsmaschine hat demzufolge Schritte „Manuelles Steuern wenigstens einer Koordinate und eines Neigungswinkels des Arbeitsgerätes über wenigstes ein Bedienelement“ der vorbeschriebenen Steuereinheit und „Auslösen einer zumindest teilautomatisierten Steuerung des Arbeitsgerätes über ein Betätigungselement“ der vorbeschriebenen Steuereinheit. Erfindungsgemäß ist über die Betätigung neben der automatisierten Steuerung des Neigungswinkels auch die der wenigstens einen Koordinate auslösbar.
-
Anstatt eine automatisierte Steuerung lediglich für den Neigungswinkel auslösen zu können, kann so erfindungsgemäß zudem die wenigstens eine Koordinate, beispielsweise eine Hubhöhe, automatisiert gesteuert werden. Das stellt einen erheblichen Komfortgewinn für ein Bedienpersonal dar.
-
In einer Weiterbildung hat das Verfahren Schritte „Abfrage einer Ist-Position des Arbeitsgerätes bezüglich Koordinate und Neigung“ und „Vergleich der Ist-Position mit einer Ziel-Position“ über die Steuereinheit. In Abhängigkeit des Ergebnisses dieser Abfrage erfolgt über die Steuereinheit die Ansteuerung ihrer Ventileinrichtung. So wird ein Heben oder Senken und ggf. ein Neigen des Arbeitsgerätes bewirkt, bis die Ziel-Position erreicht wird. Mit Erreichen der Zielposition erfolgt ein Schritt „Beenden der automatisierten Steuerung“.
-
In einer Weiterbildung hat das Verfahren einen Schritt „Abfragen einer ersten Bedingung“ und in Abhängigkeit davon einen Schritt „Sequentielle und/oder zumindest zeitweise simultane automatisierte Steuerung der Koordinate und des Neigungswinkels“. Die erste Bedingung enthält dabei insbesondere die bereits besprochene Kinematik-Position des Arbeitsgerätes.
-
In einer bevorzugten Weiterbildung erfolgt der Schritt „Abfragen einer ersten Bedingung“ durch „Abfragen einer Hubhöhe des Arbeitsgerätes“ und es folgt ein Schritt „Vergleich der Hubhöhe mit einem Limit“ über die Steuereinheit. Dadurch können die unerwünschten oder strukturell schädlichen Kinematikpositionen des Arbeitsgerätes bei gleichzeitig simultaner automatisierter Steuerung ausgeschlossen werden.
-
In Abhängigkeit des Ergebnisses dieser Abfrage erfolgt für Ergebnisse oberhalb des Limits zuerst ein Schritt „Automatisiertes Absenken des Arbeitsgerätes bis zum Limit“ und ab dem Limit ein Schritt „Automatisiertes Absenken und Neigen des Arbeitsgerätes bis zum Soll- oder Ziel-Wert“, also bis zur Ziel-Position. Die automatisierte Steuerung der Koordinate und Neigung erfolgt also zumindest abschnittsweise nicht-simultan. Mit Erreichen der Zielposition erfolgt ein Schritt „Beenden der automatisierten Steuerung“.
-
Für Ergebnisse unterhalb des Limits ist die unerwünschte oder strukturell schädliche Kinematikposition im Vorfeld ausgeschlossen. Somit können die Schritte „Automatisiertes Absenken oder Anheben des Arbeitsgerätes bis zum Soll- oder Ziel-Wert“ und „Automatisiertes Neigen des Arbeitsgerätes bis zum Soll- oder Ziel-Wert“, also bis zur Ziel-Position, simultan erfolgen. Auch in diesem Fall erfolgt mit Erreichen der Zielposition der Schritt „Beenden der automatisierten Steuerung“.
-
In einer Weiterbildung des Verfahrens erfolgt der Schritt „Automatisiertes Absenken des Arbeitsgerätes“ mit einem Schritt „Ansteuern einer Ventileinrichtung der Steuereinheit in eine Schwimmstellung“. So kann beim automatisierten Absenken für den Fall einer Kollision des Arbeitsgerätes mit Gegenständen ein Aufbocken der Arbeitsmaschine verhindert werden.
-
In einer Weiterbildung hat das Verfahren einen Schritt „Abfragen einer zweiten Bedingung“ und in Abhängigkeit des Ergebnisses einen Schritt „Blockieren oder Abbrechen oder Unterbrechen der automatisierten Steuerung der Koordinate und/oder des Neigungswinkels“. Die zweite Bedingung enthält dabei insbesondere die bereits besprochene erfassbare Manipulation des Bedienelements, erfassbare Unaufmerksamkeit eines Bedienpersonals, ein Limit der wenigstens einen Koordinate und/oder ein Limit des Beladungszustandes. So kann in Abhängigkeit des Resultats der Abfrage und unerwünschter, automatisierter Betriebszustand blockiert oder abgebrochen werden.
-
Die Erfüllung der zweiten Bedingung ist somit notwendig, um die automatisierte Steuerung auslösen oder fortführen zu können.
-
In einer Weiterbildung weist das Verfahren einen Schritt „Automatisiertes Absenken des Arbeitsgerätes mit einer lastvariablen, insbesondere adaptiven, Dynamik“ auf. Wird die automatisierte Steuerung der Koordinate und Neigung mit einer beladenen Schaufel ausgeführt, sorgt eine dieser Schritt zusätzlich dafür, kritische Maschinenzustände zu verhindern.
-
In einer Weiterbildung weist das Verfahren eine einstellbare zeitliche Begrenzung der automatisierten Steuerung der Koordinate und Neigung auf. So ist verhindert, dass bei nicht Erreichen der Ziel-Koordinate oder der Ziel-Neigung, oder beider, die zugordnete Ventileinrichtung der Steuereinheit dauerhaft angesteuert oder bleibt.
-
Im Folgenden werden ein Ausführungsbeispiel einer mobilen Arbeitsmaschine mit erfindungsgemäßer Steuereinheit und ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine erfindungsgemäße als Radlader ausgestaltete mobile Arbeitsmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel, in einer Seitenansicht,
- 2 ein Flussdiagramm eines in einer Steuereinheit der Arbeitsmaschine zur Ausführung abgelegten Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel,
- 3 einen Systemaufbau einer Steuereinheit der Arbeitsmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel, und
- 4 zeitabhängige Verläufe relevanter Prozessgrößen der Arbeitsmaschine bei Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, ausgehend von unterschiedlichen Startwerten.
-
Gemäß 1 ist eine mobile Arbeitsmaschine als Radlader 1 mit einem Vorderwagen 2 und einem damit um eine Hochachse schwenkbar verbundenen Hinterwagen 4 ausgeführt. Am Vorderwagen 2 ist oberseitig ein Ausleger 6 schwenkbar angeordnet, an dessen Endabschnitt wiederum ein als Schaufel 8 ausgebildetes Arbeitsgerät schwenkbar angeordnet ist. Der Ausleger 6 ist von einem doppeltwirkenden, hydrostatischen Auslegerzylinder 10 angelenkt. Die Schaufel 8 ist über eine am Ausleger 6 drehgelenkig angeordnete Hebelanordnung 12 von einem doppeltwirkenden Schaufelzylinder 14 angelenkt. Am Hinterwagen ist eine Kabine 16 mit einem Bedienplatz 18 mit wenigstens einem als Joystick ausgebildeten Bedienelement 20 vorgesehen, über das Bedienpersonal das Arbeitsgerät 8 in seiner Position oder Koordinate, insbesondere Hubhöhe, und Neigung manuell steuern kann. Die Verarbeitung von am Joystick 20 erfassten Soll-Werten der Koordinate und Neigung werden von einer Steuereinheit 22 verarbeitet und mittels einer Ventileinrichtung der Steuereinheit 22 werden die Hydrozylinder in Abhängigkeit der Soll-Werte und erfassten Ist-Werten mit Druckmittel versorgt. Die Druckmittelversorgung erfolgt dabei über eine von der Antriebsmaschine des Radladers 1 angetriebene Hydropumpe (nicht dargestellt). Auf eine weitergehende Beschreibung des Grundaufbaus der Arbeitsmaschine 1 kann an dieser Stelle verzichtet werden, da dieser hinreichend aus dem Stand der Technik bekannt ist.
-
Im bestimmungsgemäßen Betrieb stellt die in 1 gezeigte Hubhöhe der Schaufel 8 einen typischen Betriebszustand nach dem Auskippen der Schaufel 8 über einem Laster oder Schüttgut dar. Zum erneuten Aufnehmen muss dann eine Grabe- oder Einstechposition angefahren werden. Eine solche Ziel-Position zeichnet sich in der Regel durch eine Ziel-Hubhöhe und Ziel-Neigung der Schaufel 8 aus, beispielsweise 20cm über dem Boden und zum Boden parallel gestellt.
-
Erfindungsgemäß wird die Ziel-Position durch ein in der Steuereinheit 22 zur Ausführung gespeichertes Verfahren gemäß 2 automatisiert angefahren.
-
In einem ersten Schritt 100 erfolgt die Anforderung der automatisierten Steuerung über das Bedienpersonal mittels Betätigen eines am Bedienelement 22 angeordneten Betätigungselements 21, beispielsweise eines Schalters. Die Steuereinheit 22 fragt dann mehrere notwendige Bedingungen ab und ermittelt, ob die angeforderte automatisierte Steuerung der Schaufel in die Ziel-Position unter Sicherheitsaspekten (vorgenannte Beladung) möglich ist, und wenn ja, wie genau sie auszuführen ist.
-
Konkret wird im Schritt 102 abgefragt, ob das Bedienpersonal anwesend ist. Dies erfolgt beispielsweise über einen drucksensitiven Sensor am Bedienplatz, der eine Belastung des Bedienplatzes durch Bedienpersonal, oder durch einen Augensensor, der erfasst, ob Aufmerksamkeit gegeben ist. Auf diese Weise wird verhindert, dass die automatisierte Steuerung vom Bedienpersonal unbemerkt oder unbeobachtet ausgelöst werden kann.
-
Im Schritt 104 wird abgefragt, ob das Bedienelement 22 in seiner Neutralposition steht. Dies erweist sich als besonders vorteilhaft, wenn damit verbunden ist, dass eine Manipulation des Bedienelements immer die automatisierte Steuerung übersteuert, also eine höhere Priorität als diese besitzt. Ist das Bedienelement 20 nicht in der Neutralstellung ist die automatisierte Steuerung blockiert oder, falls sie bereits in Gang ist, wird sie unterbrochen.
-
Im Schritt 106 wird die Hubhöhe der Schaufel ermittelt. Hierzu weist die Arbeitsmaschine eine Wegerfassungseinheit auf (nicht dargestellt), über die die jeweilige Stellung der Hydrozylinder 10, 14 erfassbar sind, wobei darauf aufbauend über eine in der Steuereinheit 22 hinterlegte Kinematik die Hubhöhe und Neigung der Schaufel 8 ermittelbar sind. Konkret wird in Folge über die Steuereinheit abgefragt, ob die ermittelte Hubhöhe ein vorbestimmtes Limit überschreitet oder nicht, und ob sich die Schaufel 8 unterhalb oder oberhalb ihrer automatisiert anzusteuernden Ziel-Position bezüglich Koordinate und Neigung befindet.
-
Die Schritte 102 bis 106 können in anderer Reihenfolge oder parallel ausgeführt werden.
-
Bei Erfüllung der Bedingungen und aufbauend auf der ermittelten Hubhöhe und Neigung erfolgt im Schritt 108 die Ansteuerung der Hydrozylinder 10, 14 über die Steuereinheit 22 und deren Ventileinrichtung derart, dass die Ziel-Position angefahren wird.
-
Wird die Ziel-Position von der Wegerfassungseinheit schließlich erfasst, erfolgt über die Steuereinheit 22 der Abbruch der automatisierten Steuerung im Schritt 110. Gleiches erfolgt im gezeigten Ausführungsbeispiel bei einer Auslenkung des Bedienelements 20 aus seiner Neutrallage oder wenn die Bedingungen gemäß Schritt 102 und 104 nicht mehr erfüllt werden. Im ersten Fall setzt die Auslenkung einen entsprechenden neuen Soll-Wert der manuellen Steuerung und diese wird aktiviert, sodass weiterhin eine Bewegung des Arbeitsgerätes 8 erfolgt, im zweiten Fall erfolgt der Abbruch der automatisierten Steuerung und ein Stop jeder Bewegung des Arbeitsgerätes 8.
-
3 zeigt schematisch den Aufbau der Steuereinheit 22. Sie umfasst das Bedienelement 20 mit dem Betätigungselement 21, eine Erfassungseinheit 24 mit Kinematiksensoren, Winkelsensoren und Wegsensoren zur Erfassung eines Winkels der Schaufel 8 und von Wegen oder Positionen der Hydrozylinder 10, 14, sowie einen Drucksensor zur Erfassung eines Arbeitsdrucks zumindest des Auslegerzylinders 10.
-
Des Weiteren umfasst sie eine Prozessoreinheit 26 (ECU), die mit den genannten Komponenten 20, 21, und 24 signalverbunden ist. Ausgänge der Prozessoreinheit 26 sind Soll-Wert-Signale 28 zur Ansteuerung der jeweiligen Ventileinrichtung des Auslegerzylinders 10 zum Heben und Senken des Auslegers 6 und des Schaufelzylinders 14 zum Neigen der Schaufel 8 in eine Stellung zum Auskippen und zum Halten von aufgenommenem Gut.
-
Die Signalverbindungen können beispielsweise über einen CAN Bus realisiert sein.
-
Die Prozessoreinheit 26 beinhaltet eine Kinematik-Positions-Berechnungseinheit 30, eine Auswertungseinheit 32, die mit dem Bedienelement 20 und dem Betätigungselement 21 signalverbunden ist, und über die die Anforderungen durch das Bedienpersonal auswertbar sind, einen Signalfilter 34, eine Dynamik-Adaptionseinrichtung 36, über dem Signalfilter 34 Filterparameter bereitstellbar sind, um eine Bewegungsdynamik lastabhängig zu beeinflussen, eine erfindungsgemäße „Return to Position“ Einrichtung 38 zur automatisierten Steuerung der Schaufel in ihre Ziel-Position mit integrierter Schaufelverzögerung 40, über die in Abhängigkeit der Hubhöhe die Schaufel 8 simultan zum Ausleger 10 oder alternativ hubhöhen-/zeitverzögert in ihre Ziel-Neigung steuerbar ist, um schädliche Kinematik-Positionen auszuschließen. Den Ausgängen 28 vorgeschaltet ist ein Ventiltreiber 42 zur Umsetzung der Signale der „Return to Position“ Einrichtung 38 und der Schaufelverzögerung 40 in einen Ansteuerstrom eines jeweiligen Aktor-Magneten der Ventileinrichtung.
-
4 zeigt zeitabhängige Verläufe relevanter Prozessgrößen der Arbeitsmaschine 1 bei Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, ausgehend von unterschiedlichen Startwerten.
-
Die erste Diagrammzeile zeigt ein impulsförmige Betätigungssignal 42 zur Auslösung der automatisierten Steuerung und auf der Nulllinie die aus der Neutrallage des Bedienelements 20 resultierenden Null-Signale für Ausleger heben, Ausleger senken, Schaufel auskippen und Schaufel aufnehmen.
-
Die dritte Diagrammzeile zeigt den Weg 44 oder die Länge des Auslegerzylinders 10, insbesondere als Maß für die Hubhöhe der Schaufel 8 zum Zeitpunkt des Auslösesignals 42, und dessen Verlauf bis zum Erreichen der Ziel-Position der Schaufel 8, die dem Ziel-Weg 46 des Auslegerzylinders 10 entspricht. Dabei wird mit dem Limit 48 des Weges 44 der Bezug zum in der Steuereinheit 22 abgelegten und abgefragten Limit der Hubhöhe dargestellt, von dem wie vorbeschrieben abhängt, ob die Bewegung der Schaufel 8 in ihre Ziel-Neigung simultan mit der Bewegung des Auslegers 6 erfolgt oder verzögert.
-
Die vierte Diagrammzeile zeigt den Weg 50, beziehungsweise die Länge des Schaufelzylinders 14, insbesondere als Maß für den Neigungswinkel der Schaufel 8 zum Zeitpunkt des Auslösesignals 42 und danach, sowie den Verlauf des Weges 50 bis zum Erreichen der Ziel-Position der Schaufel 8, wenn diese beispielsweise parallel gestellt ist, was dem Ziel-Weg 52 des Schaufelzylinders 14 entspricht. Hier kann natürlich auch eine andere Ziel-Position und -Neigung im Vorfeld eingestellt werden.
-
Die zweite Diagrammzeile zeigt den Verlauf von Steuerdrücken, mit denen die Ventileinrichtungen des Auslegerzylinders 10 und des Schaufelzylinders 14 in Abhängigkeit der Soll-Wert-Signale 28 gemäß 3. Dabei ist 54 der Verlauf des Steuerdrucks zum Heben des Auslegers 6, 56 der Verlauf des Steuerdrucks zum Senken des Auslegers 6, 58 der Verlauf des Steuerdrucks zum Auskippen der Schaufel 8 und 60 der Verlauf des Steuerdrucks zum Aufnehmen oder Aufrichten der Schaufel 8.
-
Dabei werden vier verschiedene Startpositionen mit anschließender automatisierter Steuerung der Hubhöhe - proportional zum Weg 44 des Auslegerzylinders 10 - und der Neigung der Schaufel 8 - proportional zum Weg 50 des Schaufelzylinders 14 - in vier Beispielen I - IV durchgespielt.
-
In allen Beispielen ist die Schaufel bei Auslösung sowohl ihre Hubhöhe als auch ihre Neigung betreffend außerhalb ihrer Ziel-Position, was die Ausgangslagen der Zylinderwege 44 und 50 zeigen.
-
In den Beispielen I und II ist der Auslegerzylinder 10 nicht bis zum Limit 48 ausgefahren, sondern die Schaufel 8 befindet sich unterhalb des Hubhöhen-Limits.
-
In den Beispielen I, III und IV ist die Schaufel 8 beim Auslösen in einer aufgerichteten Stellung, ähnlich der in 1 gezeigten Position. Im Beispiel II ist dies umgekehrt, sie hat eine „auskippende“ Stellung. Dementsprechend bewirkt das Auslösen in den Beispielen I, III und IV das Einfahren des Schaufelzylinders 14 und im Beispiel II dessen Ausfahren, um die Schaufel parallel zum Boden auszurichten.
-
In allen Beispielen I - IV befindet sich die Schaufel 8 in der Ausgangslage oberhalb ihrer Ziel-Position, die einem Weg 48 des Auslegerzylinders 10 entspricht, sodass in der dritten Diagrammzeile in jedem Fall mit dem Auslösen der automatisierten Steuerung ein Einfahren des Auslegerzylinders 10 angesteuert wird, was am sich verkleinernden Weg 44 abzulesen ist.
-
In den Beispielen I und II ist die Ausgangslage der Schaufel unterhalb des „Hubhöhenlimits“ 48. In diesem Fall erlaubt die Steuereinheit 22 nach Auslösung das simultane automatisierte Verstellen der Hydrozylinder 10, 14, da kein ungünstiger Betriebszustand durch Anregung aufgrund der rotatorischen Schaufelbewegung droht.
-
Anders ist dies in den Beispielen III und IV. Hier ist gemäß der dritten Diagrammzeile die Schaufel 8 oberhalb des „Hubhöhenlimits“ 48 positioniert, sodass mit Auslösung zuerst der Auslegerzylinder 10 eingefahren wird, bis das „Hubhöhenlimits“ 48 erreicht ist, und erst ab dessen Unterschreitung die simultane Ansteuerung beider Zylinder 10, 14 erfolgt. Dies ist am zeitlichen Versatz der Kurven 56 zu 58 nach dem Auslösesignal 42 zu erkennen.
-
Offenbart ist eine Steuereinheit zur Steuerung eines Arbeitsgerätes einer mobilen Arbeitsmaschine im Raum. Dabei ist ein Bedienelement zur manuellen Steuerung des Arbeitsgerätes vorgesehen und eine Auslöseeinrichtung zum Auslösen einer zumindest teilautomatischen Steuerung des Arbeitsgerätes im Raum. Erfindungsgemäß ist die Steuereinheit ausgestaltet, dass über die Betätigung wenigstens ein translatorischer und ein wenigstens ein rotatorischer Freiheitsgrad des Arbeitsgerätes automatisiert steuerbar ist.
-
Offenbart sind zudem eine mobile Arbeitsmaschine mit einer derartigen Steuereinheit, sowie ein Verfahren zur erfindungsgemäßen Steuerung der Arbeitsmaschine.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
