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Die Offenbarung betrifft allgemein ein Verfahren und ein System zum Steuern einer Arbeitsmaschine mit Planiersteuerung.
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Planierarbeiten mit Arbeitsmaschinen sind eine spezielle Phase des Bauprozesses. Eine ordnungsgemäße Bodenvorbereitung gewährleistet die erwarteten Ergebnisse bei der Bauausführung, der Steuerung des Wasserabflusses, dem Straßenbau, der Umweltbelastung und der Einhaltung von Bodennormen. Aktuelle Arbeitsmaschinen nutzen LED-Lichtleisten zum Kommunizieren einer Position eines Anbaugeräts an einen Bediener an einer Planiersteuerung. Jedoch weist diese Form der Planiersteuerungsanzeige Beschränkungen bei der Menge an Informationen und dem Typ von Informationen, die an den Bediener kommuniziert werden, auf. Des Weiteren fehlt den LED-Lichtleisten eine standardisierte Schnittstelle von einem Typ von Arbeitsmaschine zu einem anderen. Darin liegt eine Möglichkeit zum Verbessern der Echtzeitkommunikation einer Planiersteuerung an einen Bediener.
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Ein Anzeigesystem und -verfahren für eine Arbeitsmaschine mit Planiersteuerung wird offenbart. Das Anzeigesystem umfasst einen Rahmen der Arbeitsmaschine, ein Anbaugerät, das über eine Auslegeranordnung bewegbar mit dem Rahmen gekoppelt ist, einen ersten Sensor, einen zweiten Sensor und eine Steuereinheit. Der erste Sensor ist dazu konfiguriert, ein erstes Sensorsignal zu erzeugen, das einen Rahmenwinkel relativ zu einer Schwerkraftrichtung angibt. Der zweite Sensor ist dazu konfiguriert, ein zweites Sensorsignal zu erzeugen, das einen Anbaugerätewinkel relativ zu einem von dem Rahmen und der Schwerkraftrichtung angibt. Die Steuereinheit weist ein nichtflüchtiges computerlesbares Medium mit einer Programmanweisung zum Planieren einer Fläche auf. Die Programmanweisung veranlasst bei Ausführung einen Prozessor der Steuereinheit zu Folgendem. Die Steuereinheit empfängt das erste Sensorsignal vom ersten Sensor, der an den Rahmen gekoppelt ist, das zweite Sensorsignal vom zweiten Sensor, der an das Anbaugerät gekoppelt ist, und eine Sollplanierungseingabe. Die Steuereinheit bestimmt dann eine Querneigung und eine Gradiente des Anbaugeräts. Schließlich steuert die Steuereinheit eine Anzeigevorrichtung zum Anzeigen einer einzelnen Grafik einer Position des Anbaugeräts relativ zu einer Sollplanierung, wobei die einzelne Grafik die Querneigung des Anbaugeräts und die Gradiente des Anbaugeräts relativ zum Rahmen darstellt.
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Die einzelne Grafik umfasst ein erstes Grafikelement, das die Querneigung des Anbaugeräts darstellt, ein zweites Grafikelement, das eine Rahmenreferenz für das erste Grafikelement darstellt, und ein drittes Grafikelement, das die Sollplanierung darstellt. Das zweite Grafikelement kann eine horizontale Linie sein. Das dritte Grafikelement kann rechteckig sein und ferner eine Toleranz der Sollplanierung darstellen. Die einzelne Grafik kann eine Schneidkante des Anbaugeräts relativ zum Rahmen und/oder der Sollplanierung darstellen.
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Das Anzeigesystem kann ferner eines von einer numerischen Darstellung einer Größe von einem von der Querneigung und der Gradiente und einer farbcodierten Darstellung der Größe von einem von der Querneigung und der Gradiente umfassen.
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Das Anzeigesystem kann ferner ein viertes Grafikelement umfassen, umfassend eine vertikale Linie, die ein Fadenkreuz mit dem zweiten Grafikelement erzeugt, wobei eine vertikale Platzierung des ersten Grafikelements relativ zum zweiten Grafikelement die Gradiente des Anbaugeräts darstellt.
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Ein Verfahren zum Steuern einer Arbeitsmaschine mit einem Planiersteuerungssystem wird ebenfalls offenbart. Das Verfahren umfasst ein Empfangen eines ersten Sensorsignals von einem ersten Sensor, der an einen Rahmen der Arbeitsmaschine gekoppelt ist, wobei das erste Sensorsignal einen Rahmenwinkel relativ zu einer Schwerkraftrichtung angibt. Das Verfahren schließt dann ein Empfangen eines zweiten Sensorsignals von einem zweiten Sensor, der an das gekoppelte Anbaugerät gekoppelt ist, ein, wobei das Anbaugerät an den Rahmen gekoppelt ist. Das zweite Sensorsignal gibt einen Anbaugerätewinkel relativ zu einem von dem Rahmen und der Schwerkraftrichtung an. Bei einem nächsten Schritt schließt das Verfahren ein Empfangen einer Sollplanierungseingabe, Bestimmen einer Querneigung des Anbaugeräts und einer Gradiente des Anbaugeräts ein. Schließlich schließt das Verfahren ein Steuern einer Anzeigevorrichtung zum Anzeigen einer einzelnen Grafik einer Position des Anbaugeräts relativ zu einer Sollplanierung ein, wobei die einzelne Grafik die Querneigung des Anbaugeräts und die Gradiente des Anbaugeräts relativ zur Sollplanierung darstellt. Das Verfahren kann ferner ein Identifizieren eines Sensortyps des ersten Sensors und des zweiten Sensors und ein Steuern einer Anzeigevorrichtung zum Anzeigen einer zweiten Grafik des Sensortyps umfassen.
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Die obigen Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Lehren gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung der besten Durchführungsweisen der Lehren in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen leicht hervor.
- 1 ist eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer Arbeitsmaschine, die als Kompaktlader gezeigt wird.
- 2 ist ein Blockdiagramm der Systemarchitektur und des Ablaufs des Planiersteuerungssystems.
- 3 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern einer Arbeitsmaschine mit einem Planiersteuerungssystem.
- 4 ist eine beispielhafte Ausführungsform der Anzeige auf einer Anzeigevorrichtung.
- 5a ist eine Detailansicht der einzelnen Grafik einer ersten Position des Anbaugeräts gemäß einer ersten Ausführungsform.
- 5b ist eine Detailansicht der einzelnen Grafik einer zweiten Position des Anbaugeräts gemäß der ersten Ausführungsform.
- 6 ist eine Detailansicht der einzelnen Grafik einer Position des Anbaugeräts gemäß einer zweiten Ausführungsform.
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Der Durchschnittsfachmann wird erkennen, dass Begriffe, wie „über“, „unter“, „nach oben“, „nach unten“, „obere/r/s“, „untere/r/s“ usw., deskriptiv für die Figuren verwendet werden und keine Beschränkungen des Schutzumfangs der Offenbarung, der durch die beigefügten Ansprüche definiert wird, darstellen. Des Weiteren können die Lehren hier hinsichtlich funktionaler und/oder logischer Blockkomponenten und/oder verschiedener Verarbeitungsschritte beschrieben werden. Es versteht sich, dass solche Blockkomponenten aus einer beliebigen Anzahl von Hardware-, Software- und/oder Firmwarekomponenten, die zur Durchführung der angegebenen Funktionen konfiguriert sind, gebildet sein können.
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Begriffe hinsichtlich eines Grads, wie „allgemein“, „im Wesentlichen“ oder „ungefähr“, beziehen sich gemäß dem Verständnis des Durchschnittsfachmanns auf angemessene Bereiche außerhalb eines angegebenen Werts oder einer angegebenen Ausrichtung, zum Beispiel allgemeine Toleranzen oder Positionsbeziehungen, die mit der Herstellung, Montage und Verwendung der beschriebenen Ausführungsformen verbunden sind.
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Außerdem ist der hier verwendete Begriff „oder“ ein einschließender „oder“-Operator und entspricht dem Begriff „und/oder“, es sei denn, aus dem Kontext ergibt sich eindeutig etwas anderes. Der Begriff „basierend auf” ist nicht ausschließlich und kann auf zusätzlichen, nicht beschriebenen Faktoren beruhen, es sei denn, aus dem Kontext geht eindeutig etwas anderes hervor.
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Wie hier verwendet, geben Aufzählungen mit Elementen, die durch Bindewörter (z. B. „und“) getrennt werden und denen des Weiteren die Formulierung „eines oder mehrere von“ oder „mindestens eines von“ vorangestellt ist, sofern sie nicht anderweitig eingeschränkt oder modifiziert werden, Konfigurationen oder Anordnungen an, die möglicherweise einzelne Elemente der Aufzählung oder eine beliebige Kombination daraus umfassen. Zum Beispiel geben „mindestens eines von A, B und C“ oder „eines oder mehrere von A, B und C“ jeweils die Möglichkeiten von lediglich A, lediglich B, lediglich C oder eine beliebige Kombination aus zwei oder mehr von A, B und C (z. B. A und B; B und C; A und C oder A, B und C) an.
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Wie hier verwendet, soll „Steuereinheit“ 10 entsprechend der Verwendung des Begriffs durch einen Fachmann verwendet werden und bezieht sich auf eine Rechenkomponente mit Verarbeitungs-, Speicher- und Kommunikationsfähigkeiten, die dazu verwendet werden, Anweisungen (d. h., die in dem Speicher 20 gespeichert sind oder über die Kommunikationsfähigkeiten empfangen werden) auszuführen, um eine oder mehrere andere Komponenten zu steuern oder mit ihnen zu kommunizieren. Bei bestimmten Ausführungsformen kann die Steuereinheit 10 dazu konfiguriert sein, Eingangssignale in verschiedenen Formaten (z. B. hydraulische Signale, Spannungssignale, Stromsignale, CAN-Nachrichten, optische Signale, Funksignale) zu empfangen und Befehls- oder Kommunikationssignale in verschiedenen Formaten (z. B. hydraulische Signale, Spannungssignale, Stromsignale, CAN-Nachrichten, optische Signale, Funksignale) auszugeben.
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Die Steuereinheit 10 kann mit anderen Komponenten an der Arbeitsmaschine 100, wie hydraulischen Komponenten, elektrischen Komponenten und Bedienereingaben in einer Bedienerstation einer zugehörigen Arbeitsmaschine, in Kommunikation stehen. Die Steuereinheit 10 kann über einen Kabelbaum mit diesen anderen Komponenten elektrisch verbunden sein, sodass Nachrichten, Befehle und elektrische Leistung zwischen der Steuereinheit 10 und den anderen Komponenten übertragen werden können. Obgleich die Steuereinheit 10 im Singular angeführt ist, können bei alternativen Ausführungsformen die Konfiguration und die Funktionalität, die hier beschrieben werden, unter Verwendung von einem Durchschnittsfachmann bekannten Techniken auf mehrere Vorrichtungen aufgeteilt sein. Die Steuereinheit 10 enthält den greifbaren, nichtflüchtigen Speicher 20, in dem computerausführbare Anweisungen, einschließlich eines Steueralgorithmus, aufgezeichnet sind. Der Prozessor 30 der Steuereinheit 10 ist zum Ausführen der Steuerprogrammanweisungen 40 konfiguriert.
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Die Steuereinheit 10 kann als ein oder mehrere digitale Computer oder Host-Maschinen mit jeweils einem oder mehreren Prozessoren, Festwertspeicher (ROM), Direktzugriffsspeicher (RAM), elektrisch programmierbarem Festwertspeicher (EPROM), optischen Laufwerken, magnetischen Laufwerken usw., einem Hochgeschwindigkeitstaktgeber, einer Analog/Digital-Schaltungsanordnung (A/D-Schaltungsanordnung), einer Digital/Analog-Schaltungsanordnung (D/A-Schaltungsanordnung) und beliebigen erforderlichen Eingabe/Ausgabe-Schaltungsanordnungen (E/A-Schaltungsanordnungen) und Kommunikationsschnittstellen sowie Signalaufbereitungs- und Pufferelektronik ausgeführt sein.
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Der computerlesbare Speicher 20 kann ein beliebiges nichtflüchtiges/greifbares Medium umfassen, das an der Bereitstellung von Daten oder computerlesbaren Anweisungen beteiligt ist. Der Speicher 20 kann nichtflüchtig oder flüchtig sein. Nichtflüchtige Medien können zum Beispiel optische oder magnetische Platten und anderen persistenten Speicher umfassen. Beispielhafte flüchtige Medien können dynamischen Direktzugriffsspeicher (DRAM), der einen Hauptspeicher bilden kann, umfassen. Andere Beispiele für Ausführungsformen für den Speicher 20 umfassen eine Diskette, eine flexible Platte oder Festplatte, ein Magnetband oder ein anderes magnetisches Medium, eine CD-ROM, eine DVD und/oder irgendein anderes optisches Medium sowie andere mögliche Speichervorrichtungen, wie Flash-Speicher.
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Deshalb kann ein Verfahren 300 als eine Programmanweisung 40 ausgeführt sein, die auf der Steuereinheit 10 betreibbar ist. Es versteht sich, dass die Steuereinheit 10 eine beliebige Vorrichtung umfassen kann, die in der Lage ist, Daten von verschiedenen Sensoren zu analysieren, Daten zu vergleichen, Entscheidungen zu treffen und die erforderlichen Aufgaben auszuführen.
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Nun Bezug nehmend auf die Zeichnungen veranschaulicht 1 eine Seitenansicht einer Arbeitsmaschine 100, die als Kompaktlader mit einem Anbaugerät 105 dargestellt ist, das betriebsmäßig mit der Arbeitsmaschine 100 gekoppelt ist. Es verseht sich jedoch, dass die Arbeitsmaschine 100 eine von vielen Arten von Arbeitsmaschinen sein kann, einschließlich und ohne Einschränkung eines Kompaktladers, eines Baggerladers, eines Frontladers, eines Bulldozers und anderer Bau- oder landwirtschaftlicher Fahrzeuge mit Planierfähigkeit. Die gezeigte Arbeitsmaschine 100 weist einen Rahmen 110 mit einer vorderen Sektion oder einem vorderen Abschnitt und einem hinteren Abschnitt 125 auf. Die Arbeitsmaschine 100 enthält einen Mechanismus zur Bodenbearbeitung 155, der den Rahmen 110 stützt, und eine Bedienerkabine 160, die auf dem Rahmen 110 gestützt wird. Die Bedienerkabine 160 ist optional, wenn die Kabine aus der Ferne und/oder autonom betrieben wird. Der Mechanismus zur Bodenbearbeitung 155 kann dazu konfiguriert sein, den Rahmen 110 auf einer Fläche 135 zu tragen. Die Arbeitsmaschine100 kann so betrieben werden, dass sie in den Boden eingreift und Material schneidet und bewegt, um einfache oder komplexe Bodenmerkmale auf dem Boden zu erzeugen. Die Richtung in Bezug auf die Arbeitsmaschine ist hier die Richtung, in die der Bediener blickt. Die Arbeitsmaschine kann Bewegungen in drei Richtungen und Drehungen in drei Richtungen erfahren. Die Richtung der Arbeitsmaschine kann auch in Bezug auf die Länge 45 oder die Längsrichtung, die Breite 50 oder die Querrichtung und die Vertikale 55 der Vertikalrichtung angegeben werden. Die Drehung der Arbeitsmaschine kann als Rollen oder Rollrichtung 60, Nicken 65 oder Nickrichtung und Gieren 70 oder Gierrichtung oder Kurs bezeichnet werden.
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Eine Energiequelle ist mit dem Rahmen 110 gekoppelt und kann die Arbeitsmaschine 100 bewegen. Die veranschaulichte Arbeitsmaschine 100 enthält Räder, aber andere Ausführungsformen können ein(e) oder mehrere Ketten oder Räder umfassen, die mit der Fläche 135 in Eingriff gelangen. Bei dieser beispielhaften Ausführungsform kann der Mechanismus zur Bodenbearbeitung 155 auf der linken Seite der Arbeitsmaschine 100 mit einer anderen Geschwindigkeit oder in einer anderen Richtung als der Mechanismus zur Bodenbearbeitung 155 auf der rechten Seite der Arbeitsmaschine 100 betrieben werden.
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Nun Bezug nehmend auf 1 und 2 umfasst die Arbeitsmaschine 100 die Auslegeranordnung 170, die mit dem Rahmen 110 gekoppelt ist. Das Anbaugerät 105 (kann auch als Arbeitsgerät bezeichnet werden) kann mit einem vorderen Abschnitt der Auslegeranordnung 170 (z. B. einem Schild) gekoppelt sein, während der hintere Teil der Auslegeranordnung 170 schwenkbar mit dem Rahmen 110 gekoppelt ist. Das Anbaugerät 105 am vorderen Abschnitt der Auslegeranordnung 170 kann über eine Anbaugerätekupplung (nicht gezeigt), eine Industriestandardkonfiguration oder eine universell für viele Deere-Anbaugeräte und verschiedene Anbaugeräte auf dem Nachrüstungsmarkt verwendbare Kupplung gekoppelt werden.
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Die Auslegeranordnung 170 der beispielhaften Ausführungsform umfasst ein erstes Paar von Auslegerarmen 175 (jeweils einen auf einer linken und einer rechten Seite), die schwenkbar mit dem Rahmen 110 gekoppelt und durch ein Paar hydraulischer Auslegeraktuatoren (nicht gezeigt) relativ zu dem Rahmen 110 bewegbar sind. Während eines Planiervorgangs bleiben die Auslegerarme 175 feststehend. Der Anbaugerätekoppler ist mit einem vorderen Abschnitt der Auslegerarme 175 gekoppelt und durch ein Paar von Nick-/Hubaktuatoren 185 relativ zu dem Rahmen 110 bewegbar. Der Rahmen 110 der Arbeitsmaschine 100 umfasst ferner einen Hilfsanschluss 195 am vorderen Abschnitt der Arbeitsmaschine, um einen oder mehrere hydraulische Hilfsaktuatoren (d. h. hydraulische Aktuatoren, die sich an dem Anbaugerät befinden) zu koppeln, um die Bewegung eines Anbaugeräts anzutreiben oder dessen Hilfsfunktionen auszulösen. Die Anbaugerätekupplung (nicht gezeigt) ermöglicht die mechanische Kopplung des Anbaugeräts 105 mit dem Rahmen 110. Der Hilfsanschluss 195 ermöglicht im Gegensatz zum Anbaugerätekoppler die hydraulische Kopplung von hydraulischen Schwenkaktuatoren 198 an dem Anbaugerät 105 mit dem Hydrauliksystem. Die hydraulischen Schwenkaktuatoren 198 am Anbaugerät 105 (z. B. ein Planierschild) enthalten einen einzelnen hydraulischen Kippaktuator 187 und ein Paar von hydraulischen Schwenkaktuatoren 198. Der hydraulische Kippaktuator 187 kippt das Anbaugerät 105 relativ zur Arbeitsmaschine 100, was auch als Bewegen des Anbaugeräts 105 in Rollrichtung 60 bezeichnet werden kann. Das heißt, das Betätigen der hydraulischen Schwenkaktuatoren 198 (insbesondere des hydraulischen Kippaktuators 187) betätigt das Anbaugerät und kippt das Anbaugerät in einer radialen Bewegung um den vorderen Abschnitt der Auslegeranordnung 170. Das Paar von hydraulischen Schwenkaktuatoren 198 ermöglicht es dem Anbaugerät 105, sich in Gierrichtung 70 zu bewegen oder das Anbaugerät 105 relativ zu dem Rahmen 110 in Gierrichtung 70 zu neigen.
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2 ist ein Blockdiagramm der Systemarchitektur der Arbeitsmaschine und des Ablaufs des Anzeigesystems 200 für eine Arbeitsmaschine 100 mit Planiersteuerung. Ein bekanntes System für die Planiersteuerung wird von Deere & Company in Moline, Illinois, als Integrated Grade Control-System (IGC-System) angeboten, bei dem es sich im Allgemeinen um ein Schildsteuerungssystem handelt, das eine Kombination aus Sensoreingaben (z. B. GPS) und gespeicherten Daten (z. B. Karten) verwendet. Das IGC-System kann auch die Steuerung einer Anfangspositionseinstellung durch den Bediener, wie eine Anfangshöhe eines Schildanbaugeräts, ermöglichen. Das IGC-System kann auch eine Kombination aus Bediener- und automatisierter Positionssteuerung ermöglichen. Zum Beispiel kann der Winkel des Schildanbaugeräts anfänglich oder kontinuierlich unter der Steuerung des Bedieners über eine Benutzeroberfläche sein, und die Neigung des Schilds kann automatisch gemäß Eingaben von Sensoren und einer Datenspeicherung gesteuert werden.
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Das Planiersteuerungssystem umfasst einen ersten Sensor 205, einen zweiten Sensor 210, einen Laserempfänger 215 und eine Steuereinheit 10. Der erste Sensor 205 ist am Rahmen 110 der Arbeitsmaschine 100 befestigt und dazu konfiguriert, ein erstes Sensorsignal 220 zu liefern, das die Bewegung und Ausrichtung des Rahmens 110 angibt. Bei einer alternativen Ausführungsform kann der erste Sensor 205 nicht direkt am Rahmen 110 befestigt, sondern stattdessen über Zwischenkomponenten oder -strukturen mit dem Rahmen verbunden sein. Bei dieser alternativen Ausführungsform ist der erste Sensor 205 nicht direkt am Rahmen 110 befestigt, aber dennoch an einer festen relativen Position mit dem Rahmen verbunden, sodass er die gleiche Bewegung wie der Rahmen 110 erfährt. Der erste Sensor 205 ist dazu konfiguriert, ein erstes Sensorsignal 220 zu erzeugen, das einen Winkel des Rahmens relativ zur Schwerkraftrichtung 304, d. h. eine Winkelmessung in der Nickrichtung 65, angibt. Dieses erste Sensorsignal 220 kann als Rahmenneigungssignal bezeichnet werden. Die Steuereinheit 10 kann ein Arbeitsgerät basierend auf dem Rahmenneigungswinkel betätigen. Der erste Sensor 205 kann auch dazu konfiguriert sein, ein erstes Sensorsignal 220 oder Signale zu liefern, das/die andere Positionen oder Geschwindigkeiten des Rahmens 110 angeben, einschließlich dessen Winkelposition, Geschwindigkeit oder Beschleunigung in einer Richtung, wie der Rollrichtung 60, Nickrichtung 65, Gierrichtung 70, oder seiner linearen Beschleunigung in einer Richtung, wie der Längenrichtung 45, Breitenrichtung 50 und Vertikalrichtung 55. Der erste Sensor 205 kann dazu konfiguriert sein, direkt die Neigung zu messen, die Winkelgeschwindigkeit zu messen und zu integrieren, um die Neigung zu erhalten, oder die Neigung zu messen und daraus die Winkelgeschwindigkeit abzuleiten.
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Der zweite Sensor 210 kann ein Schildneigungssignal liefern, das den Winkel des Schilds angibt. Der zweite Sensor 210 ist dazu konfiguriert, ein zweites Sensorsignal 225 zu erzeugen, das einen Winkel des Anbaugeräts 105 relativ zu einem des Rahmens 110 und der Schwerkraftrichtung 304 angibt. Der zweite Sensor 210 ist am Anbaugerät 105 (hier als beispielhafte Ausführungsform als Schild gezeigt) befestigt. Der zweite Sensor 210 kann wie der erste Sensor 205 dazu konfiguriert sein, die Winkelposition (Neigung oder Ausrichtung), die Geschwindigkeit oder die Beschleunigung oder die Linearbeschleunigung zu messen. Bei alternativen Ausführungsformen kann der zweite Sensor 210 dazu konfiguriert sein, stattdessen einen Gestängewinkel, wie einen Winkel zwischen der Auslegeranordnung 170 und dem Rahmen 110, zu messen, um eine Position des Anbaugeräts 105 zu bestimmen. Bei alternativen Ausführungsformen ist der zweite Sensor 210 möglicherweise nicht direkt an dem Anbaugerät 105 befestigt, sondern stattdessen über Zwischenkomponenten oder - strukturen mit dem Anbaugerät 105 verbunden. Bei diesen alternativen Ausführungsformen ist der zweite Sensor 210 nicht direkt an dem Anbaugerät 105 befestigt, aber dennoch mit dem Anbaugerät in einer festen relativen Position verbunden, sodass er dieselbe Bewegung wie das Anbaugerät erfährt.
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Der Laserempfänger 215 ist dazu konfiguriert, ein Lasersignal 235 aus einer Laserbake 237 zu empfangen. Der Laserempfänger 215 erzeugt ein Höhensignal 240 (gezeigt als 240a und 240b für jeden jeweiligen Laserempfänger) basierend auf dem Lasersignal 235, wobei das Höhensignal 240 eine Position von einem des Anbaugeräts 105 und des Rahmens 110 relativ zur Laserbake 237 angibt. Der Laserempfänger 215, der sich an einem Lasermast 115 befindet und das Lasersignal 235 aus der Laserbake 237 erfasst, kann dazu konfiguriert sein, die Höhe der Arbeitsmaschine 100 relativ zu der Laserbake 237 zu überwachen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann die Laserbake 237 dazu konfiguriert sein, ein Lasersignal 235 zu liefern, wie einen Laserstrahl mit geringer Intensität, der über eine Baustelle geführt werden kann, um eine Laserebene zu definieren. Die Laserbake 237 kann an einer vorgewählten Koordinatenposition an der Baustelle positioniert sein. Ein Laserstrahl zum Beispiel (d. h. das Lasersignal 235) kann die Laserebene über der Baustelle in einer vorgegebenen Höhenposition definieren, wobei die Laserebene im Wesentlichen parallel zu einer gewünschten Flächenplanierung verläuft. Der Abstand zwischen der Laserebene und der Sollplanierung kann dabei eine Höhenkoordinatenposition in der Vertikalrichtung 55 festlegen.
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Die Steuereinheit 10 weist ein nichtflüchtiges computerlesbares Medium mit einer Programmanweisung 40 zum Planieren der Fläche 135 auf, wobei die Programmanweisungen 40 bei ihrer Ausführung einen Prozessor 30 der Steuereinheit 10 veranlassen, die folgenden Schritte durchzuführen. Der Prozessor 30 legt eine Sollplanierung 303 basierend auf einer gewünschten Planierung der Fläche 135 fest und ermittelt anschließend eine Position des Anbaugeräts 105 in Bezug auf eines des Rahmens 110, der Fläche 135 und des Lasersignals 235. Der Prozessor 30 kann dann das erste Sensorsignal 220 von dem ersten Sensor 205 empfangen, das zweite Sensorsignal 225 von dem zweiten Sensor 210 empfangen und das Lasersignal 235 aus der Laserbake 237 empfangen. Der Prozessor 30 kann dann ein erstes Steuersignal 335 basierend auf dem Höhensignal 240 erzeugen, wobei das erste Steuersignal 335 einen oder mehrere Aktuatoren 197, die das Anbaugerät 105 mit der Arbeitsmaschine koppeln, veranlasst, das Anbaugerät 105 in einer Position zu halten, die der Sollplanierung 303 entspricht, während die Arbeitsmaschine 100 eine Baustelle abfährt. Bei der offenbarten Ausführungsform umfassen der eine oder die mehreren Aktuatoren 197 die Nick- oder Hubaktuatoren 185, die hydraulischen Kippaktuatoren 187 und die hydraulischen Schwenkaktuatoren 198. Andere Maschinen können einen anderen Satz von Aktuatoren enthalten, die das Anbaugerät 105 zum Betrieb der Gestängekinematik mit der Arbeitsmaschine 100 koppeln. Eine Eingabe einer Sollplanierung 303 kann von einem Bediener oder alternativ aus einer in dem Speicher 20 gespeicherten Datenbank erfasst werden.
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Bei Fehlen des Höhensignals 240 kann der Prozessor 30 ein zweites Steuersignal 260 basierend auf einem des ersten Sensorsignals 220 und des zweiten Sensorsignals 225 erzeugen, wobei das zweite Steuersignal 260 einen oder mehrere Aktuatoren 197, die das Anbaugerät 105 mit der Arbeitsmaschine 100 koppeln, veranlasst, das Anbaugerät 105 in einer Position zu halten, die dem früheren Wert des Planierprofils (wie Querneigung 301 und Gradiente 302) des Anbaugeräts 105 entspricht, während die Arbeitsmaschine 100 eine Baustelle abfährt. Die Gradiente kann die Neigung in der Richtung sein, in der sich die Arbeitsmaschine bewegt. Bei anderen Ausführungsformen kann das zweite Steuersignal 260 außer aus einem früheren Wert auch auf andere Weise bestimmt werden. Der frühere Wert des Planierprofils umfasst eines von einer Momentaufnahme in der Gegenwart, in der unmittelbaren Vergangenheit, in der Vergangenheit oder alternativ in einem vergangenen Zeitraum. Bei einer Ausführungsform kann das zweite Steuersignal 260 auf einem gefilterten Wert oder einem Kalman-Filter oder anderen Sensorfusionen basieren. Bei einer anderen Ausführungsform kann das zweite Steuersignal 260 zum Beispiel auf einem Algorithmus basieren, der die Neigungen des Lasersignals 235 (d. h. der Laserebene) und die Bewegung der Arbeitsmaschine 100 verfolgt und anschließend den ersten Sensor 205 und den zweiten Sensor 210 (z. B. die IMUs) verwendet, um die Bewegung der Arbeitsmaschine bei Fehlen des Lasersignals 235 relativ zu einer abgesteckten Laserebene vorherzusagen. Alternativ kann das zweite Steuersignal 260 auf einem des ersten Sensorsignals und des zweiten Sensorsignals 225 und der Kinematik zwischen dem Rahmen 110 und dem Anbaugerät basieren, um die Höhenabweichung des Arbeitsgeräts von den früheren Werten der Laserebene, zum Beispiel mittels eines Kalman-Filters, zu schätzen und zu steuern.
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Bei dieser besonderen Ausführungsform umfasst der Laserempfänger 215 einen ersten Empfänger 275 und einen zweiten Empfänger 280, wobei die Empfänger jeweils an einem ersten Lasermast 115a bzw. einem zweiten Lasermast 115b angeordnet sind. Es sei darauf hingewiesen, dass der erste Lasermast 115a und der zweite Lasermast 115b zusammen als Lasermasten 115 bezeichnet werden. Die Lasermasten 115 erstrecken sich von einer relativ zu dem Rahmen 110 fixierten Stelle nach oben. Der erste und der zweite Empfänger 275 erzeugen ein erstes Höhensignal 240 und ein zweites Höhensignal 240. Die Höhensignale 240 ermöglichen es der Steuereinheit 10, ein oder mehrere der Attribute eines Planierprofils (wie Querneigung 301 und Gradiente 302) des Anbaugeräts 105 zu berechnen. Das Höhensignal 240 kann möglicherweise die Höhe des Laserempfängers 215 automatisch so steuern, dass es der Höhe des empfangenen Lasersignals 235 beim Fahren der Arbeitsmaschine 100 entspricht.
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Ein früherer Wert kann aus einem vorbestimmten Zeitraum abgeleitet werden. Der Prozessor 30 zeichnet Ausgaben des ersten Sensors 205 und des zweiten Sensors 210 (z. B. Querneigung 301 und Gradiente 302) auf, indem er eine Folge von Mittelwerten aufeinanderfolgender gegebener Zahlen über einen bestimmten Zeitraum ableitet und dadurch kurzzeitige Schwankungen ausgleicht und Trends im Planierprofil (wie zum Beispiel Querneigung 301 und Gradiente 302) verdeutlicht. Alternativ kann der frühere Wert aus einem vorbestimmten Toleranzband abgeleitet werden, wodurch Ausreißer ignoriert werden. Bei einer anderen Ausführungsform kann der frühere Wert aus einer vorbestimmten Anzahl von Durchgängen abgeleitet werden, die die Arbeitsmaschine beim Planieren einer Fläche 135 durchführt.
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Die Steuereinheit 10 kann ferner dazu konfiguriert sein, den automatischen Steuerungsmodus, bei dem das Anbaugerät 105 in einer Position gehalten wird, nach einem Zeitraum auszusetzen, wenn das zweite Steuersignal 260 den einen oder die mehreren Aktuatoren 197 betätigt. Wenn der Laserempfänger 215 weiterhin, zum Beispiel durch Beschädigung, ausfällt, oder wenn alternativ die Laserbake 237 ihren Betrieb einstellt, sodass über einen längeren Zeitraum kein Lasersignal 235 mehr übertragen wird, kann der automatische Steuerungsmodus ausgesetzt werden. Alternativ kann die Steuereinheit 10 den Bediener über die Arbeitsverschlechterung informieren und ihm die Entscheidung überlassen, ob die Planiersteuerung unterbrochen werden soll. Ein Anzeigesystem 200 kann es einem Bediener vorteilhaft ermöglichen, die Position des Anbaugeräts 105 auf einen Blick zu betrachten. Das Anzeigesystem 200 umfasst eine Anzeigevorrichtung 140 zum Anzeigen mindestens einer einzelnen Grafik 402a einer Position des Anbaugeräts 105 relativ zu einer Sollplanierung 303, wobei die einzelne Grafik 402a eine Querneigung 301 des Anbaugeräts 105 und eine Gradiente 302 des Anbaugeräts 105 relativ zu entweder dem Rahmen 110 oder der Sollplanierung 303 darstellt.
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3 offenbart ein Flussdiagramm eines Verfahrens 300 zum Steuern eines Anzeigesystems 200 für die Arbeitsmaschine 100 mit Planiersteuerung. Bei einem ersten Schritt 305a umfasst das Verfahren 300 ein Empfangen eines ersten Sensorsignals von einem ersten Sensor 205, der an einen Rahmen 110 der Arbeitsmaschine 100 gekoppelt ist.
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Das erste Sensorsignal gibt einen Winkel des Rahmens 110 relativ zu der Schwerkraftrichtung 304 an. Bei Schritt 305b umfasst das Verfahren 300 ein Empfangen eines zweiten Sensorsignals 225 von einem zweiten Sensor 210, der an das Anbaugerät gekoppelt ist. Das zweite Sensorsignal 225 gibt einen Winkel des Anbaugeräts relativ zu einem von dem Rahmen 110 und der Schwerkraftrichtung 304 an. Bei Schritt 305c umfasst das Verfahren 300 ein Empfangen einer Sollplanierungseingabe. Nachfolgend bestimmt die Steuereinheit 10 bei Schritt 306a eine Querneigung 301 des Anbaugeräts 105 und bestimmt bei Schritt 306b eine Gradiente 302 des Anbaugeräts. Bei Schritt 307a kann das Verfahren 300 ein Steuern einer Anzeigevorrichtung 140 zum Anzeigen einer einzelnen Grafik 402 einer Position des Anbaugeräts 105 relativ zu der Sollplanierung 303 umfassen, wobei die einzelne Grafik 402 eine Querneigung 301 des Anbaugeräts 105 und eine Gradiente 302 des Anbaugeräts relativ zu der Sollplanierung 303 darstellt. Alternativ kann das Verfahren 300 bei Schritt 307b ein Steuern der Anzeigevorrichtung 140 (in 4 gezeigt) zum Anzeigen einer einzelnen Grafik 402 einer Position des Anbaugeräts 105 relativ zu der Sollplanierung 303 umfassen, wobei die einzelne Grafik 402 eine Querneigung 301 des Anbaugeräts und eine Gradiente 302 des Anbaugeräts 105 relativ zu dem Rahmen 110 darstellt.
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4 offenbart eine beispielhafte Ausführungsform der Anzeige 400 auf der Anzeigevorrichtung 140. Eine einzelne Grafik 402a ermöglicht es dem Bediener vorteilhaft, die Leistung der Planiersteuerung in Echtzeit auf einen Blick zu betrachten.
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5a ist eine Detailansicht der einzelnen Grafik 402 einer ersten Position des Anbaugeräts 105 gemäß einer ersten Ausführungsform 402a. Die einzelne Grafik 402a umfasst ein erstes Grafikelement 405, das eine Querneigung 301 des Anbaugeräts 105 darstellt; ein zweites Grafikelement 410, das eine Rahmenreferenz 460 darstellt, die eine Position des ersten Grafikelements 405 relativ zu dem zweiten Grafikelement 410 angibt; und ein drittes Grafikelement 415, das die Sollplanierung 303 darstellt. In Bezug auf die Planiersteuerung kann das erste Grafikelement 405 die Querneigung 301 der Schneidkante 189 des Anbaugeräts 105 oder alternativ eine horizontale Mittellinie 80 des Anbaugeräts 105 in einer Richtung senkrecht zu der Längsachse 45 der Arbeitsmaschine 100 darstellen. 1 zeigt einen Kompaktlader mit einem Schild. Eine andere Ausführungsform kann ein Bagger sein, wobei das erste Grafikelement 405 die Schneidkante 189 einer Schaufel darstellen kann. Die Querneigung 301 des Anbaugeräts 105 kann auf entweder dem Rahmen 110 (wie durch die Rahmenreferenz 460 gezeigt) oder alternativ der Schwerkraftrichtung 304 basieren. Die Schwerkraftrichtung 304 kann durch einen Sensor, wie er dem Fachmann bekannt ist, (z. B. eine IMU) erfasst werden. Bei einer Ausführungsform kann das zweite Grafikelement 410 eine horizontale Linie sein. Das heißt, dass sich das zweite Grafikelement 410 selbst als eine horizontale Linie halten kann, unabhängig davon, ob der Rahmen 110 der Arbeitsmaschine 100 auf einer Querneigung 301 (z. B. einem Hügel) ist. Ein anderes Grafikelement (nicht Teil der einzelnen Grafik 402) kann auf der Anzeige 400 als ein Modus gezeigt sein, der angibt, ob die horizontale Linie den Rahmen 110 oder die Schwerkraftrichtung 304 darstellt.
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Die einzelne Grafik 402 kann ferner ein viertes Grafikelement 420 umfassen, umfassend eine vertikale Linie 422, die ein Fadenkreuz mit dem zweiten Grafikelement 410 erzeugt, wobei eine vertikale Platzierung des ersten Grafikelements 405 relativ zu dem zweiten Grafikelement 410 entlang der vertikalen Linie 422 die Gradiente 302 des Anbaugeräts 105 darstellt. 5b ist eine einzelne Grafik 402, die in 5a gezeigt ist, mit dem Anbaugerät 105 in einer zweiten Position, wobei die Gradiente 302 höher ist. 6 zeigt eine alternative Ausführungsform der einzelnen Grafik 402b, wobei die vertikale Linie 422 fehlt, aber die relative Position des zweiten Grafikelements 410 relativ zu dem ersten Grafikelement 405 weiterhin eine Gradiente 302 auf der Anzeige 400 kommuniziert.
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Die Gradiente 302 des Anbaugeräts 105 kann basierend auf einem des Rahmens 110 und der Schwerkraftrichtung 304 bestimmt werden. Eine andere Dimension kann zu der vertikalen Linie 422 hinzugefügt werden, wobei die Platzierung der vertikalen Linie 422 in der x-Richtung 50 eine vertikale Mittellinie 75 des Anbaugeräts 105 (in 1 gezeigt) darstellt.
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Bei der gezeigten Ausführungsform kann das dritte Grafikelement 415 oder die Sollplanierung 303 rechteckig sein (hier als gestrichelt gezeigt). Das heißt, dass die Sollplanierung 303 durch zwei parallele Linien in der x-Richtung dargestellt ist, die die Querneigung 301 der Sollplanierung 303 angeben, wobei der Abstand zwischen den zwei parallelen Linien das Fenster der Toleranz 427 der Querneigung 301 darstellt. Die relative Position des dritten Grafikelements 415 relativ zu dem zweiten Grafikelement 410 stellt auch die Toleranz 427 der Gradiente 302 dar. Wenngleich als ein Rechteck in gestrichelten Linien gezeigt, sind die zwei parallelen Linien zum Darstellen der Toleranz sowohl der Querneigung 301 als auch der Gradiente 302 ausreichend. Die Anzeige der einzelnen Grafik stellt vorteilhaft eine dynamische Momentaufnahme der aktuellen Live-Position 455 und der Sollplanierung 303 in Echtzeit bereit. Die Sollplanierung 303 kann basierend auf einer ortsbasierten Programmierung auch variabel sein.
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Wie in 6 gezeigt, kann die Anzeigevorrichtung 140 ferner einen Indikator 430 einer Größe für mindestens eines von der Querneigung 301 und der Gradiente 302 umfassen. Der Indikator 430 kann eine numerische Darstellung 431 der Größen von mindestens einem von der Querneigung 301 und der Gradiente 302 umfassen. Alternativ kann der Indikator 430 eine farbcodierte Darstellung 432 der Größen von mindestens einem von der Querneigung 301 und der Gradiente 302 umfassen. Zum Beispiel kann grün angeben, dass die Planierung des Anbaugeräts innerhalb der Planiertoleranz 427 ist. Gelb kann angeben, dass die Anbaugeräteplanierung in der Nähe der Planiertoleranz 427 ist, oder alternativ angeben, dass eines von der Querneigung 301 und der Gradiente 302 außerhalb der Toleranz 427 ist. Rot kann angeben, dass ein Planieranbaugerät vollständig außerhalb der Toleranz 427 ist.
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Bei Schritt 308 kann das Verfahren 300 ferner ein Identifizieren eines Sensortyps des ersten Sensors 205 und des zweiten Sensors 210 umfassen. Das Verfahren 300 kann einen Schritt 309 zum Steuern einer Anzeigevorrichtung zum Anzeigen einer zweiten einzelnen Grafik, die die Sensoreingabe identifiziert, umfassen. Die Sensorzusammensetzung, die die Eingaben für die Planiersteuerung bereitstellt, kann von einer Arbeitsmaschine 100 zu einer anderen basierend auf dem Typ von Arbeitsmaschine 100, der Arbeitsanwendung, dem Anbaugerät und dem Bediener variieren. Dies kann zum Beispiel Lidar, IMUs, Sonar und Bildsensoren umfassen. Die einzelne Grafik 402, die die Grafikelemente (405, 410, 415) aufweist, ist über verschiedene Plattformen universell anwendbar und erzeugt deshalb vorteilhaft ein kohäsives und vereinfachtes Mittel zum Teilen von Planiersteuerungsinformationen.
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Der Begriff „z. B.“ wird hier verwendet, um nicht erschöpfende Beispiele aufzulisten, und hat dieselbe Bedeutung wie alternative veranschaulichende Formulierungen, wie „einschließlich“, „einschließlich, aber nicht beschränkt auf“ und „einschließlich ohne Einschränkung“. Wie hier verwendet und sofern nicht anderweitig eingeschränkt oder modifiziert, geben Aufzählungen mit Elementen, die durch Bindewörter (z. B. „und“) getrennt sind und denen auch die Formulierung „eine/r/s oder mehrere von“, „mindestens eine/r/s von“, „mindestens“ oder eine ähnliche Formulierung vorangestellt ist, Konfigurationen oder Anordnungen an, die potenziell einzelne Elemente der Aufzählung oder eine beliebige Kombination daraus umfassen. Zum Beispiel geben „mindestens eine/r/s von A, B und C“ und „eine/r/s oder mehrere von A, B und C“ jeweils die Möglichkeit von lediglich A, lediglich B, lediglich C oder eine beliebige Kombination aus zwei oder mehr von A, B und C (A und B; A und C; B und C oder A, B und C) an. Die Singularformen „ein/e/r“ und „der/die/das“, wie hier verwendet, sollen auch die Pluralformen umfassen, es sei denn, der Kontext gibt eindeutig etwas anderes an. Ferner sollen „umfasst“, „enthält“ und ähnliche Formulierungen das Vorliegen angegebener Merkmale, Schritte, Vorgänge, Elemente und/oder Komponenten angeben, jedoch das Vorliegen oder Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, Schritte, Vorgänge, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon nicht ausschließen.
