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GEBIET DER OFFENBARUNG
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf selbstfahrende Arbeitsfahrzeuge wie etwa Bau- und Forstmaschinen, insbesondere auf Systeme und Verfahren zur Steuerung bestimmter Bewegungen und/oder Vorgänge solcher selbstfahrender Arbeitsfahrzeuge auf Grundlage von z. B. zugrunde liegendem Gelände.
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HINTERGRUND
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Selbstfahrende Arbeitsfahrzeuge dieser Art können beispielsweise Baggermaschinen, Forstmaschinen, Frontschaufelmaschinen und andere beinhalten. Diese Maschinen verfügen in der Regel über Raupenkettenbodeneingriffseinheiten, die das Fahrwerk über der Bodenfläche tragen.
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Beispielhafte Arbeitsfahrzeuge gemäß der vorliegenden Offenbarung beinhalten ferner Anbaugeräte, die Arbeitsanbaugeräte umfassen, die in Bezug auf das Arbeitsfahrzeug durch verschiedene Stellglieder bewegbar sind, um Aufgaben mit dem Anbaugerät zu erfüllen. Die Erörterung hierin kann sich typischerweise auf eine Baggermaschine als ein beispielhaftes Arbeitsfahrzeug konzentrieren, wobei die entsprechende Anwendung von beweglichen Anbaugeräten, die als ein Ausleger, ein Arm, eine Schaufel und dergleichen (zusammen eine Auslegerbaugruppe) konfiguriert sind, mit Stellgliedern zum Bewegen der Anbaugeräte, die im Allgemeinen als Hydraulikzylinder konfiguriert sind.
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Wenn selbstfahrende Arbeitsfahrzeuge, wie beispielsweise Bagger, auf Hängen fahren, kann üblicherweise ein erhebliches Maß an Bedienerkompetenz erforderlich sein. Der Bediener eines Baggers muss die zugehörigen Ausleger-, Arm- und Schaufelpositionen gleichzeitig mit der Fahrtrichtung des Fahrzeugs steuern. Wenn der Bagger beispielsweise bergauf fährt, können die verschiedenen Elemente positioniert werden, um den Baggerkörper beim Hinauffahren durch Ausführen einer „Hochzieh“-Aktion zu stützen, wobei die Anbaugeräte anfänglich nach außen und tief zum Boden ausgefahren werden. Wenn der Bagger bergab fährt, können die verschiedenen Elemente positioniert werden, um den Baggerkörper durch Ausführen einer „Zurückschiebe“-Aktion zu stützen, wobei die Anbaugeräte zunächst wieder nach außen und tief in den Boden ausgefahren werden. In jeder gegebenen Art von Gelände, einschließlich sogar flachem Gelände, können die verschiedenen Elemente des Arbeitsfahrzeugs, insbesondere Arbeitsanbaugeräte, wie etwa der Ausleger, der Arm, die Schaufel usw., entsprechend der Art des Geländes positioniert werden, um die Ausrichtung des Arbeitsfahrzeugs als Ganzes zu stabilisieren und Überrollbedingungen im Wesentlichen zu verhindern.
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Es wäre wünschenswert, bestimmte koordinierte Vorgänge auf der Grundlage der Art des Geländes, auf dem das Arbeitsfahrzeug fährt, zuverlässig zu automatisieren, einschließlich beispielsweise Rampen und flachen Oberflächen, wodurch die Fahrzeugstabilität erhöht und ferner die Ermüdung des Bedieners und/oder die Auswirkungen der Unerfahrenheit des Bedieners verringert werden, wenn ansonsten eine große Anzahl von gleichzeitigen Steuerungen manuell betätigt wird.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG
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Die vorliegende Offenbarung stellt in verschiedenen Ausführungsformen eine Verbesserung herkömmlicher Systeme bereit, zumindest teilweise durch Einführen eines neuen Systems und Verfahrens zum Überwachen der Ausrichtung eines Arbeitsfahrzeugs, einschließlich der Positionierung verschiedener Anbaugeräte relativ zu dem Arbeitsfahrzeugrahmen basierend zumindest teilweise auf einer kinematischer Rückkopplung und dementsprechend dem Implementieren einer Automatisierung bestimmter Fahrzeugvorgänge und zugehöriger Funktionen während beispielsweise einer Fahrt bergauf und bergab mit unterschiedlicher Neigung und/oder Abstand und einer Fahrt über relativ flaches Gelände.
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Unter Bezugnahme beispielsweise auf einen Bagger als das Arbeitsfahrzeug können ein System und ein Verfahren, wie offenbart, konfiguriert sein, um Anbaugeräte, wie etwa den Arm-, die Schaufel- und die Auslegeranbaugeräte mithilfe kinematischer Rückkopplung weiter im Hinblick auf einen ausgewählten und/oder bestimmten Fahrmodus automatisch zu steuern. Im Zusammenhang mit einem steilen Hang kann der Bediener die Schaufelzähne zunächst in einer bestimmten Weise auf der Bodenfläche platzieren und dann einen Fahrbefehl an eine Arbeitsfahrzeugsteuerung oder eine ähnliche Vorrichtung bereitstellen, woraufhin der Arm automatisch gemäß dem Fahrgeschwindigkeitsbefehl eingefahren werden kann. In anderen beispielhaften Fahrmodi können der Ausleger, der Arm und die Schaufel automatisch in anderen vorbestimmten Positionen positioniert und/oder gemäß vorbestimmten Betriebsabläufen bewegt werden.
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In einer Ausführungsform wird ein computerimplementiertes Verfahren, wie hierin offenbart, zur Stabilitätssteuerung für ein selbstfahrendes Arbeitsfahrzeug bereitgestellt, das eine Vielzahl von Bodeneingriffseinheiten und mindestens ein Arbeitsanbaugerät umfasst, das konfiguriert ist, um steuerbar Gelände zu bearbeiten. Das beispielhafte offenbarte Verfahren beinhaltet das Abrufen von mindestens jeweiligen vorbestimmten Zielpositionen und/oder Vorgängen des mindestens einen Arbeitsanbaugeräts, die einem bestimmten Fahrmodus für das selbstfahrende Arbeitsfahrzeug entsprechen, das Empfangen von Rückkopplungssignalen von einem oder mehreren Sensoren, die jeweiligen aktuellen Positionen und/oder Vorgängen des mindestens einen Anbaugeräts entsprechen, und das Erzeugen eines oder mehrerer Steuersignale zum automatischen Steuern des mindestens einen Arbeitsanbaugeräts auf die jeweiligen vorbestimmten Zielpositionen und/oder durch die jeweiligen Vorgänge als Reaktion auf den bestimmten Fahrmodus und die empfangenen Rückkopplungssignale.
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In einem beispielhaften Aspekt der oben genannten Ausführungsform kann der Fahrmodus gemäß einer manuellen Benutzerauswahl aus einer Vielzahl von Fahrmodi über eine Benutzerschnittstelle bestimmt werden.
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In einem weiteren beispielhaften Aspekt der oben genannten Ausführungsform kann das Verfahren ferner das Empfangen von Rückkopplungssignalen, die einer vorhergesagten Arbeitsfahrzeugneigung entsprechen, von einem oder mehreren Sensoren, die mit einer Neigungssteuereinheit verbunden sind, beinhalten, wobei der bestimmte Fahrmodus über die vorhergesagte Arbeitsfahrzeugneigung bestätigt wird.
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In einem weiteren beispielhaften Aspekt der oben genannten Ausführungsform kann das Verfahren ferner das Empfangen von Rückkopplungssignalen, die einer vorhergesagten Arbeitsfahrzeugneigung entsprechen, von einem oder mehreren Sensoren, die mit einer Neigungssteuereinheit verbunden sind, beinhalten, wobei der Fahrmodus gemäß der vorhergesagten Arbeitsfahrzeugneigung bestimmt wird.
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In einem weiteren beispielhaften Aspekt der oben genannten Ausführungsform kann das Verfahren ferner das Empfangen von Rückkopplungssignalen beinhalten, die Fahrtrichtungs- und/oder Geschwindigkeitsbefehlen für das selbstfahrende Arbeitsfahrzeug während des bestimmten Fahrmodus entsprechen.
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Das eine oder die mehreren Steuersignale gemäß mindestens dem vorhergehenden Aspekt können optional zum Steuern des mindestens einen Arbeitsanbaugeräts auf die jeweiligen vorbestimmten Zielpositionen und/oder durch die jeweiligen Vorgänge als Reaktion auf den bestimmten Fahrmodus erzeugt werden, wobei die empfangenen Rückkopplungssignale jeweiligen aktuellen Positionen und/oder Vorgängen des mindestens einen Anbaugeräts entsprechen und die empfangenen Rückkopplungssignale den Fahrbefehlen entsprechen.
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Das eine oder die mehreren Steuersignale gemäß zumindest dem vorhergehenden Aspekt können optional zum Steuern der Arbeitsfahrzeuggeschwindigkeit während des bestimmten Fahrmodus als Reaktion auf mindestens die vorbestimmten Zielpositionen und/oder Vorgänge des mindestens einen Anbaugeräts und die empfangenen Rückkopplungssignale, die jeweiligen aktuellen Positionen und/oder Vorgängen des mindestens einen Anbaugeräts entsprechen, erzeugt werden.
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Beispielsweise kann das Arbeitsfahrzeug angewiesen werden, während zumindest eines erforderlichen Betriebs des mindestens einen Anbaugeräts während eines bestimmten Fahrmodus anzuhalten und sich nur vorwärts zu bewegen, während das mindestens eine Anbaugerät während des bestimmten Fahrmodus in einer vorbestimmten Position gehalten wird.
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In einem weiteren beispielhaften Aspekt der oben genannten Ausführungsform kann das Verfahren ferner das Ermöglichen der manuellen Abschaltung der automatischen Steuerung während des bestimmten Fahrmodus über eine Benutzerschnittstelle beinhalten.
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In einem anderen beispielhaften Aspekt der oben genannten Ausführungsform kann der bestimmte Fahrmodus einer Richtung und/oder einem Betrag der Neigung für das Gelände, auf dem das Arbeitsfahrzeug fährt, entsprechen.
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In einer weiteren Ausführungsform kann ein erfindungsgemäßes selbstfahrendes Arbeitsfahrzeug, wie hierin offenbart, eine Vielzahl von Bodeneingriffseinheiten beinhalten, die ein Fahrzeugfahrgestell stützen, mindestens ein Arbeitsanbaugerät, das von dem Fahrzeugfahrgestell gestützt wird und konfiguriert ist, um steuerbar zu arbeiten, einen oder mehrere Sensoren, die konfiguriert sind, um Rückkopplungssignale bereitzustellen, die jeweiligen aktuellen Positionen und/oder Vorgängen des mindestens einen Anbaugeräts entsprechen, und einen Datenspeicher, in dem mindestens jeweilige vorbestimmte Zielpositionen und/oder Vorgänge des mindestens einen Arbeitsanbaugeräts gespeichert sind, die jedem einer Vielzahl von Fahrmodi für das selbstfahrende Arbeitsfahrzeug entsprechen. Eine Steuerung, die dem Arbeitsfahrzeug zugeordnet ist, ist ferner konfiguriert, um die Durchführung von Vorgängen zu leiten, die den Schritten der oben genannten Verfahrensausführungsform und optional einem oder mehreren der oben genannten beispielhaften Aspekte davon entsprechen.
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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, die einen Bagger als ein beispielhaftes selbstfahrendes Arbeitsfahrzeug gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt.
- 2 ist ein Blockdiagramm, das ein beispielhaftes Steuersystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
- 3 ist ein Ablaufdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
- Die 4A-4E sind Seitenansichten, die den Bagger aus 1 mit relevanten Arbeitsanbaugeräten/Anbaugeräten darstellen, die gemäß verschiedenen beispielhaften Fahrmodi und im Hinblick auf ein Verfahren wie hierin offenbart positioniert sind.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Nun unter Bezugnahme auf die 1- 4E können nun verschiedene Ausführungsformen eines Systems und Verfahrens zum Bereitstellen von z. B. geländebasierter Fahrassistenz für selbstfahrende Arbeitsfahrzeuge beschrieben werden. Kurz gesagt kann eine Erfindung, wie hierin offenbart, vorzugsweise Fahrmodi und/oder Arbeitszustände im Zusammenhang mit Multifunktions- und hochpräzisen koordinierten Bewegungen identifizieren und automatisierte Merkmale ermöglichen, die den Benutzerbetrieb vereinfachen und die Sicherheit und Zuverlässigkeit des Arbeitsfahrzeugs erhöhen.
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1 in einer bestimmten Ausführungsform, wie hierin offenbart, zeigt ein repräsentatives selbstfahrendes Arbeitsfahrzeug in Form beispielsweise einer Raupenbaggermaschine 20. Das Arbeitsfahrzeug 20 beinhaltet ein Fahrwerk 22 mit ersten und zweiten Bodeneingriffseinheiten 24 mit ersten und zweiten Fahrmotoren (nicht gezeigt) zum Antreiben der ersten bzw. zweiten Bodeneingriffseinheiten 24.
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Ein Hauptrahmen 32 wird von dem Fahrwerk 22 durch ein Schwenklager 34 getragen, so dass der Hauptrahmen 32 um eine Schwenkachse 36 relativ zu dem Fahrwerk 22 schwenkbar ist. Die Schwenkachse 36 ist im Wesentlichen vertikal, wenn eine Bodenfläche 38, in die die Bodeneingriffseinheiten 24 eingreifen, im Wesentlichen horizontal ist. Ein Schwenkmotor (nicht gezeigt) ist so konfiguriert, dass der Hauptrahmen 32 auf dem Schwenklager 34 um die Schwenkachse 36 relativ zum Fahrwerk 22 geschwenkt werden kann.
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Ein Arbeitsanbaugerät 42 im Zusammenhang mit dem genannten Arbeitsfahrzeug 20 beinhaltet eine Auslegerbaugruppe 42 mit einem Ausleger 44, einem Arm 46, der schwenkbar mit dem Ausleger 44 verbunden ist, und einem Arbeitswerkzeug 48. Der Begriff „Anbaugerät“ kann hierin verwendet werden, um die Auslegerbaugruppe (oder ein Äquivalent davon) insgesamt oder einzelne Elemente der Auslegerbaugruppe oder ein Äquivalent davon zu beschreiben. Der Ausleger 44 ist schwenkbar am Hauptrahmen 32 angebracht, um eine im Allgemeinen horizontale Achse in Bezug auf den Hauptrahmen 32 zu schwenken. Das Arbeitswerkzeug in dieser Ausführungsform ist eine Baggerschaufel (oder Schaufel) 48, die schwenkbar mit dem Arm 46 verbunden ist. Die Auslegerbaugruppe 42 erstreckt sich vom Hauptrahmen 32 entlang einer Arbeitsrichtung der Auslegerbaugruppe 42. Die Arbeitsrichtung kann auch als Arbeitsrichtung des Auslegers 44 bezeichnet werden. Wie hierin beschrieben, kann sich die Steuerung des Arbeitsanbaugeräts 42 auf die Steuerung einer oder mehrerer der zugehörigen Komponenten (z. B. Ausleger 44, Arm 46, Werkzeug 48) beziehen.
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In der Ausführungsform von 1 sind die erste und zweite Bodeneingriffseinheit 24 Raupenkettenbodeneingriffseinheiten, obwohl verschiedene alternative Ausführungsformen eines Arbeitsfahrzeugs 20 in Betracht gezogen werden, wobei die Bodeneingriffseinheiten 24 Bodeneingriffseinheiten auf Rädern sein können. Jede der Raupenkettenbodeneingriffseinheiten 24 beinhaltet ein Zwischenrad 52, ein Antriebskettenrad 54 und eine Raupenkette 56, die sich um das Zwischenrad 52 und das Antriebskettenrad 54 erstreckt. Der Fahrmotor jeder Raupenkettenbodeneingriffseinheit 24 treibt das jeweilige Antriebskettenrad 54 an. Jede Raupenkettenbodeneingriffseinheit 24 ist so dargestellt, dass sie eine Vorwärtsfahrtrichtung 58 aufweist, die von dem Antriebskettenrad 54 in Richtung des Zwischenrads 52 definiert ist. Die Vorwärtsfahrtrichtung 58 der Raupenkettenbodeneingriffseinheiten 24 definiert auch eine Vorwärtsfahrtrichtung 58 des Fahrwerks 22 und damit des Arbeitsfahrzeugs 20. In einigen Anwendungen, einschließlich einer Bergauffahrt, wie weiter unten erörtert, kann die Ausrichtung des Fahrwerks 22 umgekehrt werden, sodass eine Fahrtrichtung des Arbeitsfahrzeugs 20 von dem Zwischenrad 52 in Richtung seines jeweiligen Antriebskettenrads 54 definiert ist, während das/die Arbeitsanbaugerät(e) 42 immer noch in der Fahrtrichtung vor dem Fahrwerk 22 positioniert ist/sind.
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Am Hauptrahmen 32 kann sich eine Bedienerkabine 60 befinden. Die Bedienerkabine 60 und die Auslegerbaugruppe 42 können beide am Hauptrahmen 32 montiert sein, so dass die Bedienerkabine 60 in die Arbeitsrichtung 58 der Auslegerbaugruppe weist. Eine Steuerstation 62 kann sich in der Bedienerkabine 60 befinden.
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Ebenfalls auf dem Hauptrahmen 32 ist ein Motor 64 für den Antrieb des Arbeitsfahrzeugs 20 montiert. Der Motor 64 kann ein Diesel-Verbrennungsmotor sein. Der Motor 64 kann eine Hydraulikpumpe antreiben, um die verschiedenen Betriebssysteme des Arbeitsfahrzeugs 20 mit hydraulischer Leistung zu versorgen.
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Wie schematisch in 2 dargestellt, beinhaltet das selbstfahrende Arbeitsfahrzeug 20 ein Steuersystem mit einer Steuerung 112. Die Steuerung 112 kann Teil der Maschinensteuerung des Arbeitsfahrzeugs 20 oder ein separates Steuermodul sein. Die Steuerung 112 kann eine Benutzerschnittstelle 114 beinhalten und optional in der Bedienerkabine 60 an der Steuerstation 62 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, von dem einzelne Beispiele unten beschrieben werden können. Verschiedene Sensoren in dem Sensorsystem 104 können typischerweise diskret sein, aber Signale, die für mehr als einen Eingangsparameter repräsentativ sind, können von demselben Sensor bereitgestellt werden, und das Sensorsystem 104 kann sich ferner auf Signale beziehen, die von der Maschinensteuerung bereitgestellt werden.
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Die Steuerung 112 kann konfiguriert sein, um Ausgaben, wie nachstehend näher beschrieben, an die Benutzerschnittstelle 114 zur Anzeige für den menschlichen Bediener zu erzeugen. Beispielsweise kann die Steuerung 112 konfiguriert sein, um bevorzugte Positionen des Arbeitsfahrzeugs 20 und der zugehörigen Anbaugeräte 42, 44, 46, 48 auf Grundlage des bestimmten Fahrmodus, der Neigung des Geländes und/oder der Fahrtrichtung zu kommunizieren. Im Zusammenhang mit einem Bagger als das Arbeitsfahrzeug 20 können sich die bevorzugten Positionen im Hinblick auf die verschiedenen Ausführungsformen auf mindestens eine Position der Schaufel 48 in Bezug auf den Hauptrahmen, die Bodenfläche, die Fahrtrichtung oder dergleichen beziehen, wie hierin weiter offenbart.
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Die Steuerung 112 kann ferner oder alternativ konfiguriert sein, um Steuersignale zum Steuern des Betriebs jeweiliger Stellglieder oder Signale zur indirekten Steuerung über Zwischensteuereinheiten zu erzeugen, die einem Maschinenlenksteuersystem 126, einem Maschinenanbaugerätesteuersystem 128 und einem Motordrehzahlsteuersystem 130 zugeordnet sind. Die Steuersysteme 126, 128, 130 können unabhängig voneinander oder anderweitig zusammen oder als Teil einer Maschinensteuereinheit auf verschiedene in der Technik bekannte Weise integriert sein. Die Steuerung 112 kann zum Beispiel Steuersignale zum Steuern des Betriebs verschiedener Stellglieder, wie etwa Hydraulikmotoren oder hydraulische Kolben-ZylinderEinheiten (nicht gezeigt), erzeugen, und elektronische Steuersignale von der Steuerung 112 können tatsächlich von elektrohydraulischen Steuerventilen empfangen werden, die den Stellgliedern zugeordnet sind, sodass die elektrohydraulischen Steuerventile den Strom von Hydraulikfluid zu und von den jeweiligen hydraulischen Stellgliedern steuern, um deren Betätigung als Reaktion auf das Steuersignal von der Steuerung 112 zu steuern.
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Die Steuerung 112 beinhaltet einen Prozessor 150, ein computerlesbares Medium 152, eine Kommunikationseinheit 154, einen Datenspeicher 156, wie zum Beispiel ein Datenbanknetzwerk, und die zuvor erwähnte Benutzerschnittstelle 114 oder das Bedienfeld 114 mit einer Anzeige 118 oder kann damit verbunden sein. Eine Eingabe-/Ausgabevorrichtung 116, wie etwa eine Tastatur, ein Joystick oder ein anderes Benutzerschnittstellentool 116, wird bereitgestellt, so dass der menschliche Bediener Anweisungen an die Steuerung eingeben kann. Es versteht sich, dass die hierin beschriebene Steuerung 112 eine einzelne Steuerung sein kann, die einige oder alle der beschriebenen Funktionen aufweist, oder sie kann mehrere Steuerungen beinhalten, wobei einige oder alle der beschriebenen Funktionen auf die mehreren Steuerungen verteilt sind.
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Verschiedene Vorgänge, Schritte oder Algorithmen, wie in Verbindung mit der Steuerung 112 beschrieben, können direkt in Hardware, in einem Computerprogrammprodukt, wie etwa einem Softwaremodul, das durch den Prozessor 150 ausgeführt wird, oder in einer Kombination aus beiden verkörpert sein. Das Computerprogrammprodukt kann sich im RAM-Speicher, Flash-Speicher, ROM-Speicher, EPROM-Speicher, EEPROM-Speicher, in Registern, auf einer Festplatte, Wechselplatte oder einer beliebigen anderen in der Fachwelt bekannten Form eines computerlesbaren Mediums 152 befinden. Ein beispielhaftes computerlesbares Medium 152 kann mit dem Prozessor 150 derart gekoppelt sein, dass der Prozessor 150 Informationen von dem Speicher/ Speichermedium 152 lesen und Informationen auf dieses schreiben kann. Alternativ kann das Medium 152 in den Prozessor 150 integriert sein. Der Prozessor 150 und das Medium 152 können sich in einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) befinden. Die ASIC kann sich in einem Benutzerendgerät befinden. Alternativ können sich der Prozessor 150 und das Medium 152 als diskrete Komponenten in einem Benutzerendgerät befinden.
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Der Begriff „Prozessor“ 150, 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 150 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 154 kann die Kommunikation zwischen der Steuerung 112 und externen Systemen oder Vorrichtungen unterstützen oder bereitstellen und/oder eine Kommunikationsschnittstelle in Bezug auf interne Komponenten des selbstfahrenden Arbeitsfahrzeugs 20 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 weiter unten erörterte Datenspeicher 156 kann, sofern nicht anders angegeben, im Allgemeinen Hardware umfassen, wie etwa flüchtige oder nichtflüchtige Speichervorrichtungen, Laufwerke, elektronischen Speicher und optische oder andere Speichermedien, sowie in bestimmten Ausführungsformen eine oder mehrere Datenbanken, die sich darauf befinden.
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Unter Bezugnahme auf 3 kann nun ein beispielhaftes und allgemeines Verfahren 300 beschrieben werden, gefolgt von spezifischeren Beispielen von Verfahren, wie sie hierin offenbart sind, und unter weiterer Bezugnahme auf die 4A-4E.
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Das Verfahren 300 kann das Empfangen einer oder mehrerer Eingaben beinhalten, die einem bestimmten Fahrmodus für das Arbeitsfahrzeug 20 entsprechen (Schritt 310). Bestimmte Eingaben können in Form von Bedienerbefehlen über zum Beispiel die Benutzerschnittstelle 114 in Bezug auf eine Konfiguration des zu durchquerenden Geländes erfolgen und können in einigen Ausführungsformen manuell/direkt bereitgestellte Parameter und/oder Vorgänge, Sequenzen von Parametern und/oder Vorgängen usw. umfassen, die mit dem Fahrmodus in Verbindung stehen.
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Beispielhaft können solche Eingaben Fahrbefehlausgangssignale beinhalten, die einem manuellen Eingriff von Schnittstellentools, wie zum Beispiel einem Pedal oder Joystick in der Bedienerkabine 60, entsprechen.
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Weitere beispielhafte derartige Eingaben können ein direktes Auswählen eines Fahrmodus beinhalten, der über ein Benutzerschnittstellentool 116, wie etwa ein versiegeltes Schaltmodul (Sealed Switch Module - SSM), einen Druckknopf, einen Touchscreen oder eine gleichwertige Vorrichtung, umgesetzt werden soll. In einer Ausführungsform können mehrere vorbestimmte Fahrmodi grafisch dargestellt oder anderweitig individuell durch den Bediener oder einen gleichwertigen Benutzer auswählbar sein. Die Benutzerschnittstelle 114 zur Fahrmodusauswahl kann in der Bedienerkabine 60 bereitgestellt sein oder kann in bestimmten Ausführungsformen remote relativ zu dem Arbeitsfahrzeug 20 positioniert sein, zum Beispiel eine grafische Schnittstelle, die auf einer mobilen Rechenvorrichtung oder dergleichen erzeugt wird.
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Noch weitere beispielhafte derartige Eingaben können Ausgangssignale beinhalten, die einer bevorstehenden Neigung entsprechen, die über ein 3D-Neigungssteuersystem erkannt wird, das dem Arbeitsfahrzeug 20 zugeordnet ist. Solche Neigungssteuersysteme können dazu konfiguriert sein, Änderungen in der Neigung eines Geländes, das von dem Arbeitsfahrzeug 20 durchfahren werden soll, zu erfassen oder anderweitig vorherzusagen, mithilfe entsprechender Sensoren, wie etwa Bildsensoren, Ultraschallsensoren, optischen Sensoren oder dergleichen, wobei die Neigungseingaben für Algorithmen, wie hierin offenbart, erhalten oder anderweitig selektiv bereitgestellt werden können.
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Eine oder mehrere Anbaugeräte-Sensoreingaben (Schritt 312) können als Rückkopplungssignale von jeweiligen Quellen in dem Sensorsystem 104 empfangen werden, wie zum Beispiel von einem kinematischen Erkennungssystem, das konfiguriert ist, um die aktuellen Positionen und/oder Vorgänge des Elements/der Elemente (z. B. des Auslegers 44, des Arms 46 und/oder der Schaufel 48) in dem jeweiligen Koordinatenraum zu überwachen, wie zum Beispiel in einem unabhängigen Koordinatenrahmen, der jeweils einem globalen Navigationsrahmen des Arbeitsfahrzeugs 20 entspricht. Ein beispielhaftes kinematisches System kann Trägheitsmesseinheiten (inertial measurement units - IMUs) beinhalten, die an Elementen der Auslegerbaugruppe und/oder des Hauptrahmens 32 des Arbeitsfahrzeugs 20 angebracht oder befestigt sind, und die ferner eine Reihe von Sensoren beinhalten, einschließlich, aber nicht beschränkt auf: Beschleunigungsmesser, die (unter anderem) Geschwindigkeit und Beschleunigung messen; Gyroskope, die (unter anderem) Winkelgeschwindigkeit und Winkelbeschleunigung messen; und/oder Magnetometer, die (unter anderem) Stärke und Richtung eines Magnetfelds messen.
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Das Sensorsystem 104 kann in bestimmten Ausführungsformen optional Sensoren zum Implementieren eines Gegengewichtsausgleichsmerkmals zum Verbessern der Traktion bei steilen Gefällen beinhalten, zum Beispiel durch Messen oder Bestimmen der Last und/oder Traktion der Bodeneingriffseinheiten 24 des Arbeitsfahrzeugs 20 relativ zur Bodenfläche 38. Nicht einschränkende Beispiele können Lastsensor-, Drucksensor- und/oder echte Bodengeschwindigkeitssensormessungen zum Bestimmen von Raupenkettenschlupf beinhalten, die dem Fachmann jeweils allgemein bekannt sind.
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In anderen Ausführungsformen kann das Sensorsystem 104 wiederum ohne Einschränkung des Umfangs einer hier offenbarten Erfindung, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben, eine oder mehrere GPS-Erfassungseinheiten (Global Positioning System) oder ein Äquivalent beinhalten, das integral mit einem Neigungssteuersystem oder anderweitig unabhängig davon ist und relativ zu dem Hauptrahmen 32 fixiert ist, das eine absolute Position und Ausrichtung des Arbeitsfahrzeugs 20 innerhalb eines externen Referenzsystems erkennen kann und ferner Änderungen in einer solchen Position und Ausrichtung erkennen kann, und/oder ein kamerabasiertes System, das umgebende Strukturmerkmale über Bildverarbeitung beobachten kann und auf die Ausrichtung des Arbeitsfahrzeugs 20 relativ zu diesen umgebenden Strukturmerkmalen reagieren kann.
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Einige oder alle der vorhergehenden Elemente eines Sensorsystems 104 können dementsprechend zusätzliche Merkmale ermöglichen, die im Geltungsbereich eines Systems, wie hierin offenbart, in Betracht gezogen werden können. Zum Beispiel muss ein Bediener eines selbstfahrenden Arbeitsfahrzeugs 20 manchmal eine vertikale Position eines Anbaugeräts, wie etwa der Schaufel 48, oder einen von diesem ausgeübten Abwärtsdruck verwalten, um die Raupenketten 24 für eine ordnungsgemäße Traktion in Eingriff mit dem Boden 38 zu halten. Die Steuerung 112 kann konfiguriert sein, um eine Abwärtskraft auf die Schaufel 48 als eine Möglichkeit zu schätzen, um ein übermäßiges Anheben eines Endes des Arbeitsfahrzeugs zu vermeiden, optional mithilfe von Sensoreingaben, wie zuvor angemerkt, wie etwa Druckwerte, Raupenkettenschlupfschätzungen (über eine Bodengeschwindigkeitsreferenz wie GPS, Kamera usw.) oder dergleichen. Alternativ können verschiedene Bedienereingaben (z. B. Auslegerbefehle) programmgesteuert als vertikale Befehle interpretiert werden, was es dem Bediener ferner ermöglicht, eine Abwärtskraft einzustellen, während die horizontale Bewegung automatisiert wird.
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Ein weiteres Beispiel für Merkmale, die durch die Eingaben des Sensorsystems 104 und die zugehörige Programmierung der Steuerung 112 aktiviert werden, kann ein Umkippwarnmerkmal beinhalten, das angibt, wann sich das Arbeitsfahrzeug 20 einer unsicheren Position oder Ausrichtung nähert, und in einigen Ausführungsformen empfohlene Abschwächungsaktionen angibt, z. B. wo die Schaufel 48 unter den erkannten Umständen positioniert werden soll. In einem solchen Beispiel kann das Arbeitsfahrzeug 20 konfiguriert sein, um die Neigung zu überwachen und die ideale Position wie zuvor erwähnt zu berechnen, aber anstatt automatisch zu handeln, kann es Grenzen auf diese Position und Neigung setzen und eine Warnausgabe an den Bediener erzeugen, wenn diese Grenzen überschritten werden, und/oder dem Bediener eine vorgeschlagene Aktion anzeigen.
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Eine oder mehrere Lenksteuereingaben und/oder Geschwindigkeitssteuereingaben (Schritt 314) können auch als Rückmeldung in Bezug auf Fahrbefehle von jeweiligen Quellen in dem Sensorsystem 104 empfangen und zusammen mit den Eingaben des Gerätesensors und dem Fahrmodus weiter verarbeitet werden (Schritt 320). In solchen Ausführungsformen können Steuerungsvorgänge entsprechend als Reaktion auf einen oder mehrere von einem bestimmten (z. B. ausgewählten) Fahrmodus, Rückkopplungssignalen, die jeweiligen aktuellen Positionen und/oder Vorgängen der Anbaugeräte entsprechen (z. B. Ausleger 44, Arm 46 und/oder Schaufel 48 einzeln oder gemeinsam als eine Auslegerbaugruppe 42), und den oben genannten Rückkopplungssignale, die Fahrbefehlen entsprechen, ausgeführt werden.
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Eine solche Verarbeitung, die durch die Steuerung 112 wie zuvor beschrieben ausgeführt werden kann, kann ferner gespeicherte Zielwerte 316 für jedes von einem oder mehreren Elementen des Arbeitsfahrzeugs 20 (z. B. Auslegerbaugruppe, Lenkung, Fahrzeuggeschwindigkeit) gemäß dem ausgewählten oder bestimmten Fahrmodus beinhalten. Die gespeicherten Zielwerte können durch die Steuerung 112 aus dem zugehörigen Datenspeicher 156 im Hinblick auf einen bestimmten Fahrmodus abrufbar sein und können ferner zum Beispiel jeweilige vorbestimmte Zielpositionen und/oder Vorgänge jedes relevanten Arbeitsanbaugeräts oder Elements davon umfassen (z. B. relative Positionen und/oder Bewegungen des Baggerauslegers 44, Arms 46, Schaufel 48 usw.).
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Die Steuersignale können dann in Bezug auf einen oder mehrere Parameter oder Vorgänge (oder Sequenzen von Parametern oder Vorgängen) zur Automatisierung in Verbindung mit dem ausgewählten oder bestimmten Fahrmodus erzeugt werden (Schritt 320) und können einem beliebigen oder mehreren von dem Lenksteuersystem 126 (Schritt 330), dem Anbaugerätesteuersystem 128 (Schritt 332) und dem Motordrehzahlsteuersystem 130 (Schritt 334) in Abhängigkeit von der jeweiligen Anwendung bereitgestellt werden. Die Steuersignale und die relevanten Steuersysteme, für die die Automatisierung selektiv verwendet wird, können von beliebigen oder allen verschiedenen Bedingungen abhängen, einschließlich zum Beispiel einem bestimmten Fahrmodus, einer Neigung/Steigung des Geländes, über das das Arbeitsfahrzeug fährt, einem Winkel, mit dem das Arbeitsfahrzeug ein geneigtes Gelände hinauf oder hinunter fährt, einer Last, die von dem Arbeitsfahrzeug getragen wird, einem Zustand der Bodenfläche usw.
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Verschiedene beispielhafte Fahrmodi und entsprechende Anbaugerätepositionen, Vorgänge und/oder Abläufe von Vorgängen können ferner unter Bezugnahme auf die 4A bis 4E und ferner zu veranschaulichenden Zwecken in Bezug auf einen Bagger, wie in 1 als das Arbeitsfahrzeug 20 gezeigt, beschrieben werden.
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In einem ersten Fahrmodus, wie in 4A dargestellt, wurden Systemeingaben von einem Bediener oder einer automatisierten Ausgabe von einem 3D-Neigungssteuersystem bereitgestellt, um anzugeben, dass eine steile Aufwärtsneigung von dem Arbeitsfahrzeug 20 zurückgelegt werden soll (oder wird). Obwohl in bestimmten Ausführungsformen eine anfängliche Positionierung der Auslegerbaugruppe 42 automatisiert sein kann, kann es im Allgemeinen erforderlich sein, dass der Bediener die Auslegerbaugruppe 42 anfänglich positioniert, um beispielsweise die Zähne der Schaufel 48 in der Bodenfläche 38 zu fixieren. Das Arbeitsfahrzeug 20 kann ferner so ausgerichtet sein, dass die Fahrtrichtung des Arbeitsfahrzeugs von dem Zwischenrad 52 in Richtung seines jeweiligen Antriebskettenrads 54 definiert ist. Eine solche Positionierung kann zum Beispiel ermöglichen, dass die Schaufel 48 als ein Werkzeug verwendet wird, um den Bagger 20 zu ziehen, wenn er bergauf fährt, und dem Vorgang Stabilität verleiht. Beim anfänglichen Positionieren der Schaufel 48 kann der Bediener einen geeigneten Fahrbefehl auswählen, der zum Beispiel eine Arbeitsfahrzeuggeschwindigkeit beinhalten kann, und das System erzeugt Befehle zum Einziehen des Arms gemäß der Rate des Fahrbefehls.
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Für längere oder wiederholte Zeiträume des Bergaufbetriebs kann in Betracht gezogen werden, dass der Bediener das Arbeitsfahrzeug 20 anhalten und die Auslegerbaugruppe 42 ausfahren muss, um die Zähne der Schaufel 48 in der Bodenfläche 38 mehrmals, d. h. jedes Mal, wenn sich der Bagger 20 der Schaufel 48 nähert, wenn er bergauf fährt, neu zu positionieren.
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Es kann ferner in Betracht gezogen und dementsprechend in der Steuerung 112 programmiert werden, dass das Arbeitsfahrzeug 20 angewiesen wird, während mindestens eines erforderlichen Vorgangs des Auslegers 44, des Arms 46 und/oder der Schaufel 48 während eines bestimmten Fahrmodus anzuhalten und sich nur vorwärts zu bewegen, während das jeweilige Anbaugerät 42, 44, 46, 48 während des bestimmten Fahrmodus in einer vorbestimmten Position gehalten wird.
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In einem zweiten Fahrmodus, wie in 4B dargestellt, wurden Systemeingaben von einem Bediener oder einer automatisierten Ausgabe von einem 3D-Neigungssteuersystem bereitgestellt, um anzuzeigen, dass ein steiler Gefälleabhang von dem Arbeitsfahrzeug 20 zurückgelegt werden soll (oder wird). Obwohl in bestimmten Ausführungsformen eine anfängliche Positionierung der Auslegerbaugruppe 42 automatisiert sein kann, kann es im Allgemeinen erforderlich sein, dass der Bediener die Auslegerbaugruppe 42 anfänglich positioniert, um beispielsweise die Schaufel 48 parallel zur Bodenfläche 38 zu platzieren. Eine solche Positionierung kann es beispielsweise der Schaufel 48 ermöglichen, Widerstand bereitzustellen, wenn der Bagger 20 einen Abhang hinab fährt, und fügt dem Betrieb Stabilität hinzu. Beim anfänglichen Positionieren der Schaufel 48 kann der Bediener einen geeigneten Fahrbefehl auswählen, der zum Beispiel eine Arbeitsfahrzeuggeschwindigkeit beinhalten kann, und das System erzeugt Befehle zum Anheben des Auslegers 44 und Einfahren des Arms 46 gemäß der Rate des Fahrbefehls.
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Für längere oder wiederholte Zeiträume des Bergabbetriebs kann in Betracht gezogen werden, dass der von der parallelen Schaufelposition erzeugte Widerstand für eine stabile Bewegung während der gesamten Dauer verwendet werden kann, sobald der Bagger ordnungsgemäß auf dem Hang positioniert ist.
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In einem dritten Fahrmodus, wie in 4C dargestellt, wurden Systemeingaben von einem Bediener oder einer automatisierten Ausgabe von einem 3D-Neigungssteuersystem bereitgestellt, um anzugeben, dass eine moderate Neigung von dem Arbeitsfahrzeug 20 überquert werden soll (oder wird). In Übereinstimmung mit der Einleitung dieses Fahrmodus kann das System Befehle erzeugen, um die Schaufel 48 automatisch nach vorne auszufahren, wobei die Zähne (distale Kante) ausgerollt und der Bodenfläche 38 zugewandt sind (z. B. etwa einen halben Meter über der Bodenfläche), indem kinematische Rückkopplung verwendet wird. Das Arbeitsfahrzeug 20 kann ferner so ausgerichtet sein, dass die Fahrtrichtung 58 des Arbeitsfahrzeugs 20 von dem Zwischenrad 52 in Richtung seines jeweiligen Antriebskettenrads 54 definiert ist. Eine solche Positionierung kann vorzugsweise einen niedrigen Schwerpunkt für das Arbeitsfahrzeug 20 minimieren oder anderweitig aufrechterhalten, wodurch die Stabilität entsprechend verbessert wird. In einer Ausführungsform kann das System beim ersten Eintritt in den Fahrmodus zunächst einen Stoppbefehl (d. h. eine Null-Vorwärtsbewegung) für das Arbeitsfahrzeug 20 erzeugen, bis einige oder alle der Anbaugeräte (z. B. Ausleger 44, Arm 46, Schaufel 48 usw.) in ihre jeweils angegebenen Positionen bewegt werden.
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In einem vierten Fahrmodus, wie in 4D dargestellt, wurden Systemeingaben von einem Bediener oder einer automatisierten Ausgabe von einem 3D-Neigungssteuersystem bereitgestellt, um anzugeben, dass ein moderater Gefälleabhang von dem Arbeitsfahrzeug 20 durchfahren werden soll (oder wird). In Übereinstimmung mit der Einleitung dieses Fahrmodus kann das System Befehle erzeugen, um den Arm 46 automatisch in eine Position senkrecht zur Bodenfläche 38 zu bewegen und um die Schaufel 48 automatisch in eine Position parallel zur Bodenfläche 38 zu bewegen. In einer Ausführungsform kann das System beim ersten Eintritt in den Fahrmodus zunächst einen Stoppbefehl (d. h. eine Null-Vorwärtsbewegung) für das Arbeitsfahrzeug 20 erzeugen, bis einige oder alle der Anbaugeräte (z. B. Ausleger 44, Arm 46, Schaufel 48 usw.) in ihre jeweils angegebenen Positionen bewegt werden.
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In einem fünften Fahrmodus, wie in 4E dargestellt, wurden Systemeingaben von einem Bediener oder einer automatisierten Ausgabe von einem 3D-Neigungssteuersystem bereitgestellt, um anzuzeigen, dass ein relativ flacher (~ Null-Neigung) Abschnitt des Geländes von dem Arbeitsfahrzeug 20 durchfahren werden soll (oder wird). In Übereinstimmung mit diesem Fahrmodus kann das System Befehle erzeugen, um den Ausleger 44, den Arm 46 und die Schaufel 48 vor der Fahrt automatisch in empfohlene oder vorbestimmte Positionen zu bewegen. In einer Ausführungsform kann das System beim ersten Eintritt in den Fahrmodus zunächst einen Stoppbefehl (d. h. eine Null-Vorwärtsbewegung) für das Arbeitsfahrzeug 20 erzeugen, bis einige oder alle der Anbaugeräte (z. B. Ausleger 44, Arm 46, Schaufel 48 usw.) in ihre jeweils angegebenen Positionen bewegt werden.
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In einigen Ausführungsformen können die Positionen oder Vorgänge für ein bestimmtes Anbaugerät oder eine Sammlung von Anbaugeräten 42, 44, 46, 48 nicht nur im Hinblick auf einen Fahrmodus, sondern ferner unter Berücksichtigung anderer Bedingungen, wie zum Beispiel eines Arbeitszustands und/oder einer Last, bestimmt werden. Zum Beispiel können Eingaben von einem Nutzlast-Wägesystem, das dem Arbeitsfahrzeug 20 zugeordnet ist, beeinflussen, wie die verschiedenen Anbaugerätelemente für eine bestimmte Neigung oder einen bestimmten Grad davon sicher positioniert werden können. In Verbindung mit einem gegebenen Fahrmodus können die Positionen und/oder Vorgänge verschiedener Anbaugeräte 42, 44, 46, 48 ferner von Arbeitsfahrzeug-Fahrbefehlen (Vorwärtsbewegung und/oder Lenkung) sowie Bodenflächenbedingungen abhängen, wobei eine Schaufel 48 zum Beispiel positioniert und dadurch verwendet werden kann, um dabei zu helfen, den Hauptrahmen 32 des Arbeitsfahrzeugs 20 während Drehbewegungen der Bodeneingriffseinheiten 24 auf einer geneigten Bodenfläche 38 zu stabilisieren usw.
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Die Benutzerschnittstelle 114, wie hierin offenbart, kann konfiguriert sein, um die automatisierten Steuerungsfunktionen über einen beliebigen manuellen hydraulischen Befehl zu aktivieren oder zu überschreiben, wie etwa über eine Taste oder ein gleichwertiges Ein/Aus-Stellglied. Alternativ kann eine solche Überschreibung durch den Bediener implementiert werden, der die Funktionen einfach manuell gemäß den herkömmlichen Techniken ausführt, wie beispielsweise manuelle Ausleger- 44, Arm- 46 oder Schaufel- 48 Befehle mithilfe der entsprechenden Joysticks. In verschiedenen Ausführungsformen kann die manuelle Interaktion durch den Bediener die automatisierten Steuerungen für einen bestimmten Fahrmodus nicht deaktivieren oder unterbrechen, sondern die Form von Fahrbefehlen als weitere (z. B. additive) Eingaben an die Steuerung zum Erweitern und/oder Modifizieren der zugehörigen Steuersignale annehmen. Der Bediener kann dementsprechend die Bewegung des Arbeitsfahrzeugs 20 einstellen, ohne ausdrücklich eine gesamte automatisierte Koordination mit den Bodeneingriffseinheiten 24 zu unterbrechen.
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In einer bestimmten Ausführungsform kann die Benutzerschnittstelle 114 Tools beinhalten, die einem selektiven Deaktivierungs- (Automatisierungs-Aus-) Merkmal, einem selektiven Aktivierungs- (Automatisierungs-Ein-) Merkmal und einem Anzeigemerkmal entsprechen, wobei die Steuerung 112 Signale bereitstellt, um Positionen und/oder Vorgänge des Arbeitsfahrzeugs 20 und der zugehörigen Anbaugeräte 42, 44, 46, 48 auf Grundlage des Fahrmodus anzuzeigen und/oder zu empfehlen. Beispielsweise kann es wünschenswert sein, Automatisierungsmerkmale auf steile Hänge oder andere tückische Bedingungen der Bodenfläche zu beschränken, während nur visuelle und/oder akustische Angaben für Fahrmodi im Zusammenhang mit flachen Bodenflächen oder Bodenflächen mit einer moderaten Neigung und ansonsten normalen Betriebsbedingungen ausreichend sein können.
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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“ Element A, Element B und Element C ohne Einschränkung z. B. Element A oder Element A und Element B einschließen. Dieses Beispiel kann auch Element A, Element B und Element C oder Element B und Element C einschließen.
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Somit ist ersichtlich, dass die Vorrichtung und die Verfahren der vorliegenden Offenbarung leicht die genannten Ziele und Vorteile sowie die darin enthaltenen erreichen. 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.
