DE10353259B4

DE10353259B4 - Verfahren und System für die automatische Schaufelbeladung

Info

Publication number: DE10353259B4
Application number: DE10353259.5A
Authority: DE
Inventors: Steven C. Budde
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2002-12-12
Filing date: 2003-11-14
Publication date: 2022-03-24
Anticipated expiration: 2023-11-15
Also published as: US20040117092A1; US6879899B2; DE10353259A1

Abstract

Verfahren zur Steuerung eines automatischen Schaufelsteuersystem (200) während der Beladung eines Arbeitswerkzeuges (104) einer Arbeitsmaschine (100), wobei das Verfahren Folgendes aufweist:Bestimmen (302), wann das Arbeitswerkzeug (104) mit einem Materialhaufen (110, 112) in Eingriff kommt;Initialisieren (304) des automatischen Schaufelsteuersystems (200) ansprechend darauf, dass das Arbeitswerkzeug (104) mit dem Materialhaufen (110, 112) in Eingriff kommt;Bestimmen (308) einer Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine (100); undErzeugen (312, 316, 318) eines Hubbefehls basierend auf der Fahrgeschwindigkeit, wobei der Hubbefehl reduziert wird, wenn die Fahrgeschwindigkeit sich verringert.

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf einen automatisierten Schaufelbeladungszyklus für einen Grabvorgang und insbesondere auf ein Verfahren und auf ein System zur Steuerung des automatisierten Schaufelbeladungszyklus.
Hintergrund
Arbeitsmaschinen, beispielsweise Radlader, Raupenlader und ähnliches, die Arbeitswerkzeuge aufweisen, wie beispielsweise Schaufeln, werden oft verwendet, um Material von einer Stelle weg zu graben und das Material an einer oder mehreren anderen Stellen fallen zu lassen. Beispielsweise werden Radlader mit Schaufeln verwendet, um Materialien zu graben, wie beispielsweise Kies, Sand, Erdboden und ähnliches, und das Material auf die Ladefläche eines Lastwagens oder an anderen Stellen abzuladen.
Bei einer Arbeitsumgebung, in dem der Prozess von Graben und Abladen wiederholt für lange Zeitperioden ausgeführt wird, ist es wichtig, so effizient und produktiv wie möglich zu arbeiten. Wenn jedoch eine Ermüdung eintritt, oder wenn der Bediener relativ unerfahren ist, kann der Grabzyklus nicht so produktiv sein, wie erwünscht. Dies beeinflusst nachteilig den Wirkungsgrad der Arbeitsmaschine.
Als eine Folge sind Versuche unternommen worden, den Grabprozesses zu automatisieren, um die Produktivität und den Wirkungsgrad zu maximieren. Es ist beispielsweise bekannt, den Beladungsprozess einer Arbeitsmaschine zu automatisieren, wie beispielsweise von einem Radlader, wenn man verschiedene Massenfaktoren überwacht, wenn die Schaufel der Maschine in einen Haufen von Material eintritt. Während der anfänglichen Phase des Prozesses bestimmen bekannte Systeme, dass die Schaufel in den Haufen eingedrungen ist, und beginnen darauf ansprechend, die Schaufel schnell anzuheben. Die Systeme kippen dann die Schaufel zurück, wenn sie weiter in gesteuerter Weise angehoben wird.
Die bekannten Systeme sind ausgelegt, um mit dem Motor der Arbeitsmaschine auf voller Drehzahl zu arbeiten. Jedoch gibt es Situationen, wo es erwünscht ist, in einen Materialhaufen einzudringen, wobei der Motor auf einer Drehzahl ist, die geringer ist als bei der vollen Drosseleinstellung. Beispielsweise kann der Boden nass oder sandig sein und kann somit keine gute Traktion bieten können. Wenn man den Motor auf voller Drehzahl erhält, kann dies dann bewirken, dass die Arbeitsmaschine übermäßig rutscht, wenn sie in den Haufen eindringt. Wenn der Motor mit weniger als voller Drehzahl betrieben wird, weisen jedoch die bekannten Systeme die gleiche Hubgeschwindigkeit weiterhin an, wie bei voller Drehzahl. Dies kann zur Folge haben, dass die Schaufel aus dem Haufen aufsteigt, ohne dass der automatisierte Grabzyklus die Schaufel bis zu ihrer Kapazität belastet.
Eine Verbesserung von bekannten Systemen wird offenbart in US 6 321 153 B1 . US 6 321 153 B1 offenbart ein Verfahren, welches den Beladungsprozess einer Arbeitsmaschine automatisiert, indem es eine tatsächliche Motordrehzahl relativ zu einer vollen Motordrehzahl bestimmt, und einen Hubgeschwindigkeitsbefehl erzeugt, der auf einem Vergleich der tatsächlichen Motordrehzahl mit der vollen Drehzahl basiert.
Jedoch tragen die bekannten Systeme, einschließlich des Systems gemäß US 6 321 153 B1 , nicht der Motordrehzahl bei weniger als der vollen Drehzahl des Motors oder der Fahrgeschwindigkeit bei weniger als der maximaten Fahrgeschwindigkeit für einen gegebenen Gang Rechnung. Weiterhin sprechen die bekannten Systeme nicht die Situation an, die erscheint, wenn ein Bediener herunterschaltet, wenn er in einen Haufen eindringt, was die Motordrehzahl verändern kann, und folglich den Hubbefehl verändern kann.
Darüber hinaus arbeiten existierende Systeme, einschließlich des Systems gemäß US 6 321 153 B1 , wie wenn die Schaufel immer im Haufen wäre, sobald die Systeme aktiviert sind. Wenn entsprechend das System durch einen kleinen Haufen aktiviert wird, der vor einem zweiten größeren Haufen angeordnet ist, kann die Schaufel so hoch ansteigen, bevor sie mit dem zweiten Haufen in Eingriff kommt, dass sie von dem zweiten Haufen nicht eine volle Ladung aufnimmt.
DE 198 00 185 A1 offenbart ein elektrohydraulisches Steuersystem zur Beladung einer Schaufel einer Erdbewegungsmaschine, wobei das elektrohydraulische Steuersystem Sensoren aufweist, um Maschinenparametersignale zu erzeugen, die darstellen, wie stark die Maschine den zu ladenden Materialhaufen durchdringt. Ein Befehlssignalgenerator überwacht die Massendurchdringungsfaktoren entsprechend den abgefühlten Parametern, um zu bestimmen, wann die Schaufel den Haufen berührt, wobei dann Schaufelhubhydraulikzylinderbefehlssignale erzeugt werden, um eine Traktionskraft beizubehalten. Der Befehlssignalgenerator bestimmt als nächstes aus den Massendurchdringungsfaktoren, wann der Haufen nahe der Maschinenkapazität im Eingriff ist, dann erzeugt er die Schaufelkipphydraulikzylinderbefehlssignale proportional zu den überwachten Massendurchdringungsfaktoren, um die Schaufel mit Raten zurückzukippen, die berechnet werden, um wirkungsvoll das Material aufzunehmen.
US 6 064 933 A offenbart ein elektrohydraulisches Steuersystem zum Beladen einer Schaufel einer Erdbewegungsmaschine, wobei das elektrohydraulische Steuersystem Sensoren aufweist, um abzufühlen, wann die Maschine einen zu ladenden Materialhaufen durchdringt. Ein Befehlssignalgenerator überwacht die erfassten „Crowd“ -Parameter, um einen Lern- oder Wiedergabemodus für Hydraulikzylinder-Befehlssignale auszulösen, wenn der Parameter einen Kontakt mit dem Materialhaufen anzeigt.
Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, einen oder mehrere der oben dargelegten Nachteile oder andere Nachteile des Standes der Technik zu überwinden.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Steuerung eines automatischen Schaufelsteuersystems während der Beladung eines Arbeitswerkzeuges einer Arbeitsmaschine offenbart. Das Verfahren weist die Schritte auf, zu bestimmen, wann das Arbeitswerkzeug mit einem Materialhaufen in Eingriff kommt, weiter die Initialisierung des automatischen Schaufelsteuersystems ansprechend darauf, dass das Arbeitswerkzeug mit dem Materialhaufen in Eingriff kommt, weiter die Bestimmung einer Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine und die Erzeugung eines Hubbefehls basierend auf der Fahrgeschwindigkeit, wobei der Hubbefehl reduziert wird, wenn die Fahrgeschwindigkeit sich verringert. Vorzugsweise wird der Hubbefehl ungeachtet der Fahrgeschwindigkeit über einem minimalen Schwellenwert gehalten.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein automatisiertes Arbeitswerkzeugsteuersystem für eine Arbeitsmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 3 vorgesehen.
Es sei bemerkt, dass sowohl die vorangegangene allgemeine Beschreibung als auch die folgende detaillierte Beschreibung nur beispielhaft und erklärend sind und nicht die Erfindung einschränken, wie sie beansprucht wird.
Figurenliste
Die vorangegangenen und anderen Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden genaueren Beschreibung der Erfindung offensichtlich, wie sie in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht ist.

1 ist eine diagrammartige Darstellung einer Arbeitsmaschine, die Materialhaufen gegenüber steht.
2 ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften Ausführungsbeispiels eines Steuersystems, welches verwendet wird, um automatisch das Arbeitswerkzeug der Arbeitsmaschine zu steuern.
3 ist ein Flussdiagramm, welches ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel des Verfahrens der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
4 ist eine Kurvendarstellung, die eine beispielhafte Beziehung zwischen dem Hubbefehl und der Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine für einen einzigen Getriebegang zeigt.
5 ist eine Kurvendarstellung, die eine beispielhafte Beziehung des Massenfaktors, des Kippbefehls und des Hubbefehls mit der Zeit zeigt, wenn die Arbeitsmaschine der 1 mit Materialhaufen in Eingriff steht.
6 ist eine Kurvendarstellung, die eine andere beispielhafte Beziehung des Massenfaktors, des Kippbefehls und des Hubbefehls mit der Zeit zeigt, wenn die Arbeitsmaschine der 1 mit Materialhaufen in Eingriff kommt.

Detaillierte Beschreibung
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezug auf die Figuren beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen identische oder funktionell ähnliche Elemente zeigen. Ebenfalls entspricht in den Figuren die am weitesten links stehende Zahl von jedem Bezugszeichen der Figur, in der das Bezugszeichen das erste Mal verwendet wird. Während spezielle Konfigurationen und Anordnungen besprochen werden, sollte verständlich sein, dass dies nur zu Veranschaulichungszwecken getan wird. Ein Fachmann wird erkennen, dass andere Konfigurationen und Anordnungen verwendet werden können, ohne vom Kern und Umfang der Erfindung abzuweichen.
Mit Bezug auf 1 ist eine Arbeitsmaschine 100 veranschaulicht, die sich einem ersten Materialhaufen 110 und einem zweiten Materialhaufen 112 nähert. Der erste Materialhaufen 110 und der zweite Materialhaufen 112 können aus irgend einem von einer Vielzahl von Materialien sein, die in das Arbeitswerkzeug 104 zu laden sind und an einer anderen Stelle abgeladen werden. Beispielsweise können die ersten und zweiten Haufen 110, 112 Kies, Sand, Schmutz usw. aufweisen. Natürlich kann eine Arbeitsmaschine auf irgendeine Anzahl von Variationen der zu ladenden Materialhaufen während des Verlaufs ihres Betriebes treffen. Es sei bemerkt, dass die Referenz der Materialhaufen irgend eine Sammlung von Material umfasst, welches geladen werden kann.
Die Arbeitsmaschine 100 ist in 1 als Radlader abgebildet. Jedoch können andere Arten von Arbeitsmaschinen, beispielsweise Raupenlader, Baggerlader, Bagger, Frontschaufellader und ähnliches ebenfalls mit dem beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Die Arbeitsmaschine 100 wird durch einen Motor 102 angetrieben, wie beispielsweise durch einen Verbrennungsmotor. Zusätzlich weist die Arbeitsmaschine 100 ein Arbeitswerkzeug 104 auf, wie beispielsweise eine Schaufel zum Graben und Laden. In dem Beispiel der Arbeitsmaschine 100, die ein Radlader ist, wird das Arbeitswerkzeug 104 durch eine (nicht gezeigte) Hubbetätigungsvorrichtung und eine Kippbetätigungsvorrichtung 106 angetrieben und gesteuert. Die Hub -und Kippbetätigungsvorrichtungen können beispielsweise Zylinderbetätigungsvorrichtungen für hydraulisches Strömungsmittel sein. Jedoch können die Hub- und Kippbetätigungsvorrichtungen andere Betätigungsvorrichtungen sein, wie sie dem Fachmann offensichtlich sein würden.
Die Arbeitsmaschine 100 weist Vorderräder 107 und Hinterräder 108 auf, die die Arbeitsmaschine 100 tragen und von dem Motor 102 angetrieben werden, wie es in der Technik bekannt ist. Während eine mit Rädern versehenen Arbeitsmaschine gezeigt und beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen, dass Raupenarbeitsmaschinen ebenfalls verwendet werden können.
2 ist ein Blockdiagramm eines Steuersystems 200 für die Arbeitsmaschine 100 gemäß eines beispielhaften Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Die Hub- und Kipppositionssensoren 202 bzw. 204 erzeugen Signale ansprechend auf die Position des Arbeitswerkzeuges 104 beispielsweise durch Abfühlen des Ausfahrens der (nicht gezeigten) Hubbetätigungsvorrichtung und der Kippbetätigungsvorrichtung 106. Die Position kann beispielsweise durch Funkfrequenz- bzw. Hochfrequenz-Resonanzsensoren abgefühlt werden oder kann aus Arbeitswerkzeugverbindungswinkelmessungen unter Verwendung von Drehpotentiometern, Jo-Jos oder ähnlichen abgeleitet werden, um die Drehung der Betätigungsvorrichtungen zu messen.
Ein Massenfaktorsensor 206 erzeugt Signale, die einen überwachten Massenfaktor darstellen. Ein Massenfaktor kann einer oder mehrere von verschiedenen Maschinenparametern sein, die überwacht werden, um das Ausmaß der Anhäufung bzw. Massenbildung von Materialhaufen zu bestimmen, wie beispielsweise von ersten und zweiten Haufen 110, 112 in 1. Der Massenfaktorsensor 206 kann beispielsweise die Kraft, den Druck oder die Geschwindigkeit bzw. die Drehzahl abhängig von dem überwachten Massenfaktor messen. Beispielsweise könnten die Massenfaktorparameter das Drehmoment einer Arbeitsmaschine 100, dass Durchrutschen der Räder, die Fahrgeschwindigkeit, die Motordrehzahl, die Hubkraft, die Kippkraft und ähnliches sein, um die Kräfte zu bestimmen, die auf dem Arbeitswerkzeug 104 aufgebracht werden. In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel stellt der Massenfaktorsensor 206 zwei oder mehrere Sensoren dar, die unterschiedliche Massenfaktoren überwachen.
Ein Geschwindigkeitssensor 210 erzeugt ein Signal, welches eine Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine 100 darstellt. In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel ist der Geschwindigkeitssensor konfiguriert, um die Drehzahl am Ausgang des Arbeitsmaschinengetriebes zu messen. Jedoch könnte der Geschwindigkeitssensor irgendein Geschwindigkeitssensor sein, wie es dem Fachmann in der speziellen Technik offenbar sein würde. Der Gang des Getriebes kann leicht aus einem Gangmonitor 212 bestimmt werden.
Die Position, die Kraft, die Geschwindigkeit und die Gangsignale können an eine Signalkonditionierungsvorrichtung 214 für die herkömmliche Signalerregung und Signalfilterung geliefert werden, und können dann zu dem Befehlssignalgenerator 216 geliefert werden. Der Befehlssignalgenerator 216 kann beispielsweise ein mikroprozessorbasiertes System sein, welches arge kritische Einheiten verwendet, um Signale zu erzeugen, die jene widerspiegeln, die von den Steuerhebeln 218 erzeugt wurden, und zwar gemäß Software-Programmen, die im Speicher gespeichert sind. Durch Wiedergabe der Befehlssignale, die die erwünschte Bewegungsrichtung der Hub/KippBetätigungsvorrichtung und die Geschwindigkeit darstellen, die üblicherweise von den Steuerhebeln 218 geliefert werden, kann die vorliegende Erfindung vorteilhaft bei existierenden Maschinen nachgerüstet werden, um die Steuervorrichtung 220 parallel zu den manuellen Steuerhebeleingaben oder in dieser eingreifend einzurichten.
Alternativ kann eine integrierte Steuervorrichtung vorgesehen werden, in dem man den Befehlssignalgenerator 216 und die die Steuervorrichtung 220 für das programmierbare Werkzeug kombiniert in einer einzigen Einheit vorsieht, um die Anzahl der Komponenten zu reduzieren. Ein Maschinenbediener kann optional Steuerspezifikationen eingeben, wie beispielsweise Materialzustandseinstellungen, und zwar durch eine Bedienerschnittstelle 228, wie beispielsweise durch eine alphanumerische Tastatur, durch Wählvorrichtungen, durch Schalter oder durch einen berührungsempfindlichen Anzeigeschirm.
Die Werkzeugsteuervorrichtung 220 weist Hydraulikschaltungen mit Hub- und Kippbetätigungsvorrichtungssteuerventilen 224, 226 auf, um die Rate zu steuern, mit der unter Druck gesetztes hydraulisches Strömungsmittel zu den jeweiligen Hub- und Kippbetätigungsvorrichtungen fließt, und zwar proportional zu den aufgenommenen Befehlssignalen, in einer Weise, die dem Fachmann wohlbekannt ist.
3 ist ein Flussdiagramm des Betriebs eines beispielhaften Ausführungsbeispiels des Steuersystems, welches verwendet wird, um das Arbeitswerkzeug 104 so zu steuern, dass das Arbeitswerkzeug wirkungsvoll volle Ladungen aus dem Materialhaufen 110 und 112 aufnimmt. Das Steuersystem wird mit Bezug auf ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel erklärt, bei dem der überwachte Massenfaktor der Widerstand gegen das Anheben ist. Wie jedoch oben erklärt, könnte der überwachte Massenfaktor irgend einer von irgend einer Vielzahl von Massenfaktoren sein. Der Widerstand gegen das Anheben, oder gegen die Hubkraft, kann durch Massenfaktorsensoren 206 gemessen werden, die beispielsweise Druckwandler sein könnten, die innerhalb der Köpfe der Hubbetätigungsvorrichtungen gelegen sind, wie beispielsweise in den hydraulisch angetriebenen Hubzylinder.
Das System und das Verfahren werden mit Bezug auf die Hub- und Kippbefehle und auf die Hub- und Kippgeschwindigkeiten beschrieben. Die Hub- und Kippbefehle sind die Steuersignale, die von dem Steuersystem gesandt wurden, um die Ventile um einen Prozentsatz einer maximalen oder vollständig offenen Position zu öffnen. Die Hub- und Kippgeschwindigkeiten werden nicht nur durch Befehlseinstellungen bestimmt, sondern durch den Widerstand gegen das Anheben und das Kippen, wie es dem Fachmann offensichtlich sein würde.
Das System und das Verfahren beginnen mit einem Schritt des Starts des automatischen Steuersystems beim Startschritt 300. Der Startschritt kann das Ziehen eines Umschaltschalters, eines Knopfes oder einer anderen Vorrichtung aufweisen, um das System unter Verwendung einer Schalter- oder Bedienerschnittstelle 228 mit Leistung zu versorgen. In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel wird das System immer dann mit Leistung versorgt, wenn die Arbeitsmaschine arbeitet.
Im Schritt 302 bestimmt das System, ob das Arbeitswerkzeug 104 mit einem Materialhaufen in Eingriff gekommen ist, wie beispielsweise mit dem ersten Materialhaufen 110. Wie früher besprochen wird diese Bestimmung durchgeführt durch Überwachung von einem oder mehreren Massenfaktoren. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die überwachten Massenfaktoren die Fahrgeschwindigkeit, die Motordrehzahl und das Drehmoment des Antriebsstrangs. Wenn entsprechend die Fahrgeschwindigkeit, die Motordrehzahl und das Drehmoment des Antriebsstrangs von den Standardfahrtwerten über voreingestellte Schwellen abweichen, bestimmt das System, dass das Arbeitswerkzeug mit einem Materialhaufen in Eingriff gekommen ist. Wenn das System bestimmt, dass das Arbeitswerkzeug 104 mit dem Materialhaufen 110 in Eingriff gekommen ist, leitet das Steuersystem einen automatisierten Schaufelbeladungsprozess oder START-Betriebszustand im Schritt 304 ein.
In einem Schritt 306 detektiert das System, in welchem Getriebegang die Arbeitsmaschine ist, beispielsweise mittels eines Getriebemonitors 212. Das Steuersystem kann konfiguriert sein, um das Arbeitswerkzeug 104 für jeden Gang anders zu steuern. Beispielsweise können gewisse voreingestellte Schwellenwerte für jeden Gang eingestellt werden, wie es unten mit Bezug auf 4 erklärt wird.
In einem Schritt 308 wird die Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine 100 unter Verwendung eines Fahrgeschwindigkeitssensors 210 bestimmt. Wie oben erklärt könnte der Fahrgeschwindigkeitssensor 210 ein üblicher in der Technik bekannter Geschwindigkeitssensor sein.
Bei einem Ausführungsbeispiel werden Signale, die die tatsächliche Fahrgeschwindigkeit darstellen, zu dem Befehlssignalgenerator 216 gesandt. Die Fahrgeschwindigkeit wird verwendet, um den Hubbefehl zu bestimmen, der an die Werkzeugsteuervorrichtung 220 und an das Hubbetätigungsventil 224 des Arbeitswerkzeuges zu senden ist. Die Hubbefehlseinstellung ist ein Faktor bei der Erzeugung einer Hubgeschwindigkeit und wird bestimmt durch Vergleich der Fahrgeschwindigkeit mit einer oberen und unteren Schwelle für einen speziellen Gang. In einem Schritt 310 bestimmt der Befehlssignalgenerator 216, ob die Fahrgeschwindigkeit unter einer oberen Fahrgeschwindigkeitsschwelle für den Gang ist. Wenn die Fahrgeschwindigkeit unter der eingestellten oberen Schwelle für den Gang ist, wird der Hubbefehl auf einen voreingestellten Wert gesetzt, wie beispielsweise auf 100%, wodurch die Hubgeschwindigkeit maximiert wird.
4 ist eine Kurvendarstellung 400, die eine beispielhafte Beziehung zwischen der Fahrgeschwindigkeit und dem Hubbefehl anzeigt. In der Kurvendarstellung 400 stellt die vertikalen Achse den Hubbefehl als einen Prozentsatz der maximalen Hubkapazität der Hubbetätigungsvorrichtung für das ausgewählte Material dar. Die horizontale Achse stellt die Fahrgeschwindigkeit als einen Prozentsatz der maximalen Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine für einen einzigen Gang dar. Eine gezeichnete Linie 402 stellt den Hubbefehl basierend auf der Fahrgeschwindigkeit dar. Jeder Gang kann eine andere Beziehung zwischen dem Hubbefehl und der Fahrgeschwindigkeit haben. Genauso können die oberen und unteren Schwellen für jeden Gang unterschiedlich sein. Es sei auch bemerkt, dass das Hubbefehlsverhältnis genauso durch andere Mittel bestimmt werden kann, wie beispielsweise durch eine Tabelle von Befehlsbereichen oder Geschwindigkeitsbereichen, durch eine nichtlineare Reduktionskurve und ähnliches, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.
Wie in der Kurvendarstellung 400 gezeigt, ist die obere Schwelle der Fahrgeschwindigkeit 80% der maximalen Fahrgeschwindigkeit für den Gang. Wenn entsprechend im Schritt 310 in 3 die Fahrgeschwindigkeit 80% oder mehr der maximalen Fahrgeschwindigkeit für den Gang ist, dann würde der Hubbefehl auf 100% der Kapazität maximiert werden. Als solches geht im Schritt 310 das Verfahren weiter entlang der „Nein-Linie“ zu einem Schritt 312, der den Hubbefehl auf 100% setzt, was die Hubgeschwindigkeit maximiert.
Wenn in einem Schritt 310 die Fahrgeschwindigkeit unter der oberen Schwelle für den Gang ist, dann geht der Prozess voran zum Schritt 314, wo der Befehlssignalgenerator 216 die Fahrgeschwindigkeit mit einer voreingestellten unteren Schwelle vergleicht. Wenn im Schritt 314 die Fahrgeschwindigkeit nicht unter der unteren Schwelle ist, setzt der Befehlssignalgenerator 216 dem Hubbefehl auf ein erwünschtes Verhältnis im Schritt 316. Im Schritt 316 wird die Hubgeschwindigkeit ansprechend darauf reduziert, dass die tatsächliche Fahrgeschwindigkeit geringer ist als die maximale Fahrgeschwindigkeit für diesen Gang. Die Hubgeschwindigkeit kann verringert werden durch Einstellung des Hubbefehls für das Arbeitswerkzeug 104. Wenn entsprechend die Fahrgeschwindigkeit auf einem gewissen Wert von weniger als 80% der maximalen Fahrgeschwindigkeit für diesen Gang ist, wie beispielsweise bei 50%, dann würde mit neuerlicher Bezugnahme auf 4 der Hubbefehl auf ein entsprechendes Verhältnis auf der Linie 406 der Kurvendarstellung eingestellt werden.
Wenn die Fahrgeschwindigkeit unter der unteren Schwelle im Schritt 314 ist, wird der Hubbefehl auf eine untere Hubschwelle gesetzt, wie im Schritt 318 gezeigt. Das Einstellen des Hubbefehls auf eine minimale Schwelle stellt sicher, dass auch wenn die Arbeitsmaschine sich sehr langsam den ersten und zweiten Haufen 110, 112 nähert, der Hub nicht vollständig stoppen wird, sondern weiter funktionieren wird, um effektiv die Chance des Durchrutschens der Räder zu reduzieren. Beispielsweise zeigt 4 die untere Schwelle für die Fahrgeschwindigkeit bei 35% der maximalen Fahrgeschwindigkeit. Wenn entsprechend bestimmt wird, dass die tatsächliche Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine ein gewisser Wert unter 35% der maximalen Fahrgeschwindigkeit für den Gang ist, wird der Hubbefehl auf einen minimalen Schwellenwert von beispielsweise 70% des vollen Hubbefehls eingestellt.
Das System überwacht kontinuierlich einen Massenfaktor, wie im Schritt 320 beschrieben. Wie oben erklärt wird dieses Beispiel unter Verwendung der Hubkraft als überwachter Massenfaktor beschrieben. Die Hubkraft wird überwacht, um zu bestimmen, ob das System von dem START-Betriebszustand zu dem GRABEN-Betriebszustand fortschreitet.
In einem Schritt 322 führt das System kontinuierlich eine Überprüfung aus, um zu bestimmen, ob eine voreingestellte GRABEN-Betriebszustandsschwelle überschritten wird, die anzeigt, dass einer der ersten und zweiten Materialhaufen 110, 112 vollständig in Eingriff ist bzw. dass man vollständig in diesem hineingefahren ist. Die GRABEN-Betriebszustandsschwelle ist voreingestellt, um darzustellen, dass die Schaufel in den Haufen hinein gegraben hatte und vollständig damit „in Eingriff“ ist. Wenn entsprechend die GRABEN-Betriebszustandsschwelle von der Hubkraft (von dem überwachten Massenfaktor) überschritten wird, bestimmt das System, dass das Arbeitswerkzeug vollständig mit dem Haufen in Eingriff ist, und der Betriebszustand bewegt sich vom START-Betriebszustand zu dem GRABEN-Betriebszustand in einem Schritt 324. Wenn die GRABEN-Betriebszustandsschwelle nicht überschritten wird, dann arbeitet das System weiter in dem START-Betriebszustand, wobei der Hubbefehl auf dem zuvor bestimmten Befehl basiert, der mit Bezug auf den Schritt 314 beschrieben wurde.
In einem Schritt 324 wird der GRABEN-Betriebszustand eingeleitet, wodurch die START-Betriebszustandssteuerung beendet wird. In dem GRABEN-Betriebszustand wird die Hubkraft (der überwachte Massenfaktor) kontinuierlich in einem Schritt 326 überwacht. Die Hubkraft wird in der gleichen Weise überwacht, wie mit Bezug auf dem START-Betriebszustand beschrieben. In einem Schritt 328 erzeugt das Steuersystem Kippbefehlssignale proportional zu der Hubkraft. Gleichzeitig können die Hubbefehlssignale eliminiert oder auf einen Teil-Hubbefehlspegel bzw. auf einen reduzierten Hubbefehlspegel in einer inversen Beziehung zu der Kippgeschwindigkeit reduziert werden, wie unten besprochen.
In diesem beispielhaften Ausführungsbeispiel des GRABEN-Betriebszustandes basiert der Kippbefehl auf der Hubkraft, die der gemessene Massenfaktor ist, und wird eingestellt, so dass er proportional zu der Hubkraft arbeitet. Die Kippgeschwindigkeit wird gesteuert durch einen Kippbefehl, der von der Werkzeugsteuervorrichtung 220 zu den Kippventilen 226 gesandt wird. Wenn entsprechend die Hubkraft hoch ist, wird der Kippbefehl so eingestellt, dass die Kippgeschwindigkeit hoch ist. Der Kippbefehl muss nicht eine direkte proportionale Beziehung zu der Hubkraft haben, sondern kann allgemein mit Bezug auf eine Steigerung oder Verringerung der Hubkraft ansteigen oder abnehmen.
Der Hubbefehl basiert auf dem Kippbefehl und arbeitet umgekehrt dazu. Die Hubgeschwindigkeit wird gesteuert durch den Hubbefehl, der von der Werkzeugsteuervorrichtung 220 zu den Hubventilen 224 gesandt wird. Während des normalen Betriebs des Steuersystems ist entsprechend, wenn der Kippbefehl hoch ist, der Hubbefehl niedrig, und als solches ist die Kippgeschwindigkeit hoch und die Hubgeschwindigkeit gering.
Die Kippbetätigungsvorrichtung kann konfiguriert sein, dass sie eine hydraulische Priorität gegenüber der Hubbetätigungsvorrichtungen hat. Wenn daher die Werkzeugsteuervorrichtung 220 vollständig das Kippbetätigungsvorrichtungsventil 226 öffnet, kann die Hubbetätigungsvorrichtung kein Strömungsmittel aufnehmen, auch wenn das Hubbetätigungsvorrichtungsventil 224 vollständig offen ist. Wenn der Kippbefehl von voller Leistung reduziert wird, wodurch der Fluss durch das Kippbetätigungsvorrichtungsventil 226 reduziert wird, kann dann hydraulische Strömungsmittel verwendet werden, um die Hubbetätigungsvorrichtung zu betreiben.
Die Hubgeschwindigkeit und die Kippgeschwindigkeit können durch Potentiometer auf den Betätigungsvorrichtungszylindern oder durch andere Mittel gemessen werden, wie es dem Fachmann offensichtlich sein würde. Die Hubkraft kann durch Druckwandler gemessen werden, die in den Hubbetätigungsvorrichtungen oder in den Hubbetätigungsvorrichtungsköpfen angeordnet sind. Wenn entsprechend das Arbeitswerkzeug 104 mit einem Haufen in Eingriff ist und sich durch diesen hindurch bewegt, steigt die Hubkraft.
Wenn das Arbeitswerkzeug 104 nicht mit einem Haufen in Eingriff ist, wird die Hubkraft nahezu unverändert bleiben, oder kann steigen, wenn die Betätigungsvorrichtungen sich zu einer vertikaleren Position hin drehen.
In einem Schritt 329 bestimmt das System, ob die Schaufel voll genug ist. Diese Bestimmung kann auf der Position des Arbeitswerkzeuges im Vergleich zu einer voreingestellten Position mit voller Schaufel basieren. Wenn beispielsweise das Arbeitswerkzeug vollständig gekippt ist und vollständig durch den Aufnahmeprozess angehoben wurde, dann wird die Kippposition und die Hubposition über der voreingestellten Position mit voller Schaufel sein. Die voreingestellte Position mit voller Schaufel kann bei irgendeiner erwünschten Kipp- und Höhenposition eingestellt sein. Wenn die voreingestellte Position mit voller Schaufel erreicht oder überschritten ist, dann beendet der Befehlssignalgenerator 216 den GRABEN-Betriebszustand in einem Schritt 331. Der Bediener kann manuell die Maschine zu einer erwünschten Stelle fahren, um manuell das Material aus dem Arbeitswerkzeug abzuladen.
Alternativ kann der Bediener in einem Schritt 329 visuell bestimmen, dass die Schaufel voll genug ist und kann die GRABEN-Betriebszustandssteuerung alleine dadurch beenden, dass er manuell entweder die Kipp- oder Hubsteuerhebel bewegt oder das Steuersystem ausschaltet, wodurch das Steuersystem übersteuert wird, und wodurch die Systemsteuerung den Schritt 331 beendet. Es sei bemerkt, dass der Bediener die Fähigkeit haben kann, das Steuersystem zu irgendeinem Zeitpunkt in irgendeiner Position der START- und GRABEN-Betriebszustände zu übersteuern, wodurch die automatische Steuerung der Arbeitsmaschine beendet wird.
Wenn die Schaufel nicht voll ist, dann überwacht das System den Kippbefehl im Schritt 330, um zu bestimmen, ob der Kippbefehl eine voreingerichtete Schwellengröße überschreitet. Wenn das Arbeitswerkzeug tief mit dem Haufen in Eingriff ist, dann sollte der Massenfaktor relativ hoch sein, und daher wird der Kippbefehl auf hoch eingestellt. Wie oben erklärt, wird der Befehl auf niedrig eingestellt, wenn der Massenfaktor und der Kippbefehl hoch sind, da der Kippbefehl und der Hubbefehl umgekehrt in Beziehung stehen. Wenn der Kippbefehl den voreingestellten oberen Schwellenwert überschreitet, dann bestimmt das Steuersystem, dass das Arbeitswerkzeug ziemlich weit im Haufen sein muss. Entsprechend setzt der Befehlssignalgenerator 216 den Hubbefehl in einem Schritt 332 auf Null herunter. Durch Einstellung des Hubbefehls auf Null, wenn der Kippbefehl über der Kippbefehlsschwelle ist, kann der Strömungsmitteldruck innerhalb der Hydraulikschaltung höhere Drücke erreichen, als wenn der Hubbefehl auf einen Wert über Null eingestellt wird.
Wie oben erwähnt wird der Massenfaktor in einem Schritt 326 kontinuierlich überwacht. Wenn daher die Hubkraft reduziert wird, wird der Kippbefehl genauso gemäß der Beziehung zwischen dem Kippbefehl und dem Massenfaktor reduziert. Solange der Kippbefehl über der Schwelle ist, wird das System den Hubbefehl auf Null halten. Wenn der Massenfaktor unter die Kippbefehlsschwelle fällt, beginnen der Hubbefehl, und daher die Hubgeschwindigkeit, umgekehrt bzw. invers anzusteigen. Der Befehlssignalgenerator 216 überwacht den Hubbefehl, um zu bestimmen, ob die Hubgeschwindigkeit eine Schwelle im Schritt 334 überschreitet.
Wenn im Schritt 334 der Hubbefehl und die Hubgeschwindigkeit nicht die voreingestellte Schwelle überschreiten, gibt es einen akzeptablen Widerstand gegen den Hubvorgang, was anzeigt, dass das Arbeitswerkzeug ordnungsgemäß mit dem Materialhaufen in Eingriff ist. Entsprechend arbeitet das System weiter durch kontinuierliche Überwachung des Massenfaktors im Schritt 326, um zu bestimmen, ob die Schaufel ausreichend voll ist.
Wenn entsprechend die Hubgeschwindigkeit die voreingestellte Hubgeschwindigkeitsschwelle im Schritt 334 überschreitet, bestimmt das System, dass das Arbeitswerkzeug aus dem Materialhaufen ausgetreten ist. Um die Wahrscheinlichkeit zu verringern, dass das Arbeitswerkzeug zu hoch angehoben wird, bevor die Schaufel voll ist, wird der Hubbefehl um einen Prozentfaktor im Schritt 340 reduziert, wodurch die Hubgeschwindigkeit reduziert wird. Bei einem beispielhaften Ausführungsbeispiel wird der Hubbefehl um einen Faktor von 50% von der voreingestellten Hubschwelle reduziert. In einem weiteren beispielhaften Ausführungsbeispiel wird der Hubbefehl auf 50% der maximalen Hubfähigkeit reduziert. Der Hubbefehl kann reduziert werden oder auf irgendeinen erwünschten voreingestellten Wert eingestellt werden. Obwohl der reduzierte Befehl auf Null eingestellt sein kann, kann es wünschenswert sein, zumindest eine kleine Hubgeschwindigkeit beizubehalten, um zu ermöglichen, dass das Arbeitswerkzeug leichter in einen darauf folgenden Materialhaufen eindringen kann, sobald man mit dem darauf folgenden Haufen in Eingriff kommt.
In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel kann das System einen zweiten Massenfaktor überwachen, wie beispielsweise das Drehmoment des Antriebsstrangs, um zu bestimmen, ob der Massenfaktor eine Schwelle „im Haufen“ überschreitet, wie im Schritt 342 angezeigt. Es sei bemerkt, dass der zweite überwachte Massenfaktor ein anderer Faktor als das Drehmoment des Antriebsstrangs sein kann. Die Schwelle „im Haufen“ des zweiten Massenfaktors ist ein festgelegter Wert, der anzeigt, dass das Arbeitswerkzeug erneut mit dem ursprünglichen Materialhaufen in Eingriff gekommen ist, oder vielleicht mit einem zweiten Materialhaufen in Eingriff gekommen ist. Der festgelegte Schwellenwert im Haufen für diesen zweiten überwachten Massenfaktor kann ein voreingestellter Wert sein oder kann ein Wert sein, der aufgenommen wurde, als das Arbeitswerkzeug aus dem Materialhaufen im Schritt 334 ausgetreten ist. Beispielsweise könnte die Schwelle im Haufen der Wert oder das Drehmoment sein, der bzw. das gemessen wird, wenn das Arbeitswerkzeug aus dem ersten Materialhaufen das erste Mal ausgetreten ist.
Wenn das Drehmoment im Schritt 342 den Schwellenwert im Haufen überschreitet, was anzeigt, dass das Arbeitswerkzeug mit einem Widerstand in Eingriff gekommen ist, dann kann das System einen maximalen Hubbefehl in einem Schritt 344 ausgeben, der das Arbeitswerkzeug so schnell wie möglich durch den darauf folgenden Materialhaufen anhebt. Es kann vorteilhaft sein, den Hubbefehl auf einen maximalen Wert einzustellen, weil der gesteigerte Hub ermöglicht, dass das Arbeitswerkzeug sich leichter durch den Haufen bewegt. Jedoch muss der Hubbefehl nicht auf einen maximalen Wert eingestellt sein, sondern kann auf einen niedrigeren Hubwert eingestellt werden, wie es dem Fachmann erkenntlich sein würde.
Wenn das Drehmoment nicht den Schwellenwert im Haufen im Schritt 342 überschreitet, dann bestimmt das System, ob Zustände erfüllt werden, wo man stecken bleibt, und zwar in einem Schritt 346. Um zu bestimmen, ob das Arbeitswerkzeug stecken geblieben ist, kann das System die Hubgeschwindigkeit und die Kippgeschwindigkeit überwachen. Wenn der Kippbefehl und der Hubbefehl auf einen Wert eingestellt sind, jedoch die Kippgeschwindigkeit und die Hubgeschwindigkeit im wesentlichen Null sind, dann kann das Arbeitswerkzeug stecken geblieben sein. Wenn das System bestimmt, dass die Bedingungen dafür, dass man stecken bleibt, nicht erfüllt werden, dann fährt das System fort, weiter normal zu arbeiten, und zwar durch Überwachung des Massenfaktors im Schritt 326.
Wenn das System bestimmt, dass die Bedingungen für ein Steckenbleiben im Schritt 346 erfüllt werden, dann spricht das System durch Maximierung des Hubes im Schritt 344 an, um den steckengebliebenen Zustand frei zu brechen. Wenn entsprechend das System steckenbleibt, weil das Arbeitswerkzeug tief mit dem Materialhaufen in Eingriff ist, kann durch Maximierung des Hubbefehls das Arbeitswerkzeug aus dem Haufen frei brechen, wodurch der steckengebliebene Zustand überwunden wird.
Nach der Maximierung des Hubbefehls im Schritt 334 überwacht das System den Massenfaktor im Schritt 326, um zu bestimmen, wann der Hubbefehl verringert werden sollte, und zwar basierend auf dem gemessenen Massenfaktor und den Beziehungen zwischen Hubbefehl und Kippbefehl, wie oben dargelegt.
5 ist eine Kurvendarstellung, die die Beziehung zwischen dem Hub, der Verkippung und den Massenfaktoren zeigt, wenn die Arbeitsmaschine 100 mit den ersten bzw. zweiten Materialhaufen 110 bzw. 112 der 1 in Eingriff kommt. Die Kurvendarstellung 500 weist eine horizontale Zeitachse auf, die die Zeit in Sekunden zeigt. Es sei bemerkt, dass die Kurvendarstellung 500 nur beispielhaft ist, und das die tatsächliche Zeit zwischen irgend einer gegebenen Veränderung des Massenfaktors, einem Hubbefehl oder einem Kippbefehl beispielsweise abhängig von der Lage der Haufen variieren kann, abhängig von der Zusammensetzung des Haufens, von den Systemeinstellungen und abhängig von anderen Faktoren. Die Kurvendarstellung 500 weist auch eine vertikale Achse auf, die die effektiven Ausgangssignale der Hub- und Kippbefehle und den Massenfaktor als einen Prozentsatz der maximalen Kapazität zeigt. Die effektiven Ausgangssignale sind die Befehlseinstellungen. Der Effekt der Befehlseinstellungen steht eng mit den Einstellungen selbst in Beziehung.
Bei der Kurvendarstellung wird der Massenfaktor durch eine durchgezogene Linie dargestellt, der Kippbefehl wird durch eine gepunktete Linie dargestellt, und der Hubbefehl wird durch eine gestrichelte Linie dargestellt, wie in der Legende zu sehen. Bei Null Sekunden auf der Kurvendarstellung 500 steht das Arbeitswerkzeug 104 der Arbeitsmaschine 100 mit dem ersten Materialhaufen 110 in Eingriff, was den START-Betriebszustand einleitet. Weil das Arbeitswerkzeug 104 in den ersten Materialhaufen 110 eintritt, ist die Massenfaktorlinie 502 als steigend gezeigt. Wie mit Bezugnahme auf 3 beschrieben, beginnt der START-Betriebszustand, wenn der Massenfaktor eine minimale Schwelle überschreitet. Entsprechend wird auch bei ungefähr 2 Sekunden ein maximaler Hubbefehl an die Hubbetätigungsvorrichtungen gesandt, wie von der Hublinie 504 gezeigt.
Der Massenfaktor steigt weiter, bis er eine GRABEN-Betriebszustandsschwelle überschreitet, was anzeigt, dass das Arbeitswerkzeug 104 vollständig in dem ersten Materialhaufen 110 in Eingriff ist, was bei der Kurvendarstellung 500 bei ungefähr 0,9 Sekunden auftritt. Entsprechend leitet das Steuersystem den GRABEN-Betriebszustand ein. Somit wird ein Kippbefehl eingeleitet und zu den Betätigungsvorrichtungen gesandt, wie von der Kippbefehlslinie 506 gezeigt. Wenn der Kippbefehl ansteigt, sinkt der Hub entsprechend ab, wie durch die Hublinie 504 zu sehen. Weil genauso der Kippvorgang eine hydraulische Priorität gegenüber dem Hubvorgang hat, wird, wenn der Kippbefehl maximiert wird, dann der Hubbefehl minimiert oder auf Null gesetzt. Weil der Hubvorgang verringert wird, nimmt auch der Widerstand gegen den Hubvorgang ab, und als solches beginnt der Massenfaktor, abzunehmen, wie von der Massenfaktorlinie 502 bei ungefähr 1,4 Sekunden gezeigt. Weil der Kippbefehl auf dem Massenfaktor basiert, beginnt der Kippbefehl auch, abzunehmen, wie von der Kipplinie 504 gezeigt.
Bei ungefähr 2 Sekunden beginnt das Arbeitswerkzeug 104, aus dem ersten Materialhaufen 110 auszutreten. Entsprechend wird der Massenfaktorwert weiter geringer gefolgt durch eine Abnahme des Kippbefehls. Ebenfalls nimmt bei dem Zeitpunkt, wo der Massenfaktor beginnt, abzunehmen, oder um diesem Zeitpunkt herum, das System den Drehmomentwert des Antriebsstrangs als eine unten besprochene Einstellung auf.
Bei ungefähr 2,5 Sekunden auf der Kurvendarstellung 500 sinkt der Kippbefehl, bis er unter einer Schwelle ist, was den Hubbefehl erneut einsetzt, wie durch die gestrichelte Hublinie 504 gezeigt. Obwohl die Hubbefehlslinie schnell auf ein Plateau ansteigt, könnte der Hubbefehl mit einer langsameren Rate proportional zur Verringerung des Hubbefehls ansteigen und nicht eine Plateaueinstellung erreichen, wie gezeigt.
Bei ungefähr 2,9 Sekunden tritt das Arbeitswerkzeug 104 vollständig aus dem ersten Materialhaufen 110 aus. Wegen des verringerten Widerstandes steigt die Hubgeschwindigkeit über eine Einstellschwelle. Das System verringert den Hubbefehl um einen Faktor, wie beispielsweise um 50%, wie durch den Abfall des Hubbefehls zu sehen, der durch die Linie 504 gezeigt wird.
Wenn entsprechend die Arbeitsmaschine zwischen dem ersten Materialhaufen 110 und dem zweiten Materialhaufen 112 ist, wird der Hubbefehl auf dem reduzierten Wert gehalten, wie in dem horizontalen Abschnitt der Hublinie 504 zwischen ungefähr 3,0 und 3,5 Sekunden gezeigt. Das System überwacht das Drehmoment, um zu bestimmen, ob es den Drehmomentwert überschreitet, der an dem Punkt aufgenommen wurde, wo der Massenfaktor begann, abzufallen, wie oben beschrieben.
Auf der Kurvendarstellung 500 tritt bei ungefähr 3,5 Sekunden das Arbeitswerkzeug 104 in den zweiten Materialhaufen 112 ein. Bevor jedoch das Drehmoment des Antriebsstrangs den aufgenommenen Wert überschreitet, und weil die Bedingungen für ein Steckenbleiben nicht erfüllt werden, steigt der Massenfaktor als eine Folge des Eingriffes mit dem zweiten Materialhaufen, was bewirkt, dass das System Hub- und Kippbefehle erzeugt. Entsprechend wird bei ungefähr 3,5 Sekunden der Kippbefehl maximiert, wie von der gestrichelten Kipplinie gezeigt. Als solches fällt der Kippbefehl auf Null ab, weil der Kippbefehl den voreingestellten Wert überschreitet, wie von der Hublinie 504 gezeigt. Der Massenfaktor steigt weiter, wenn man vollständiger mit dem zweiten Materialhaufen 112 in Eingriff kommt, wodurch der Kippbefehl auf einem maximalen Wert gehalten wird.
Bei ungefähr 5,5 Sekunden bestimmt das System, dass die Schaufel voll ist. Folglich maximiert das Steuersystem die Kipp- und Hubbefehle, bis das Arbeitswerkzeug 104 vollständig gekippt und auf eine erwünschte Position angehoben ist. Wegen der hydraulischen Priorität ist der Kippbefehl mit einem Maximum gezeigt, und der Hubbefehl ist Null.
6 ist eine weitere Kurvendarstellung, die die Beziehung zwischen dem Hubvorgang, dem Kippvorgang und den Massenfaktoren zeigt, wenn die Arbeitsmaschine der 1 mit einem Materialhaufen in Eingriff kommt. Die Kurvendarstellung 600 ist identisch mit der Kurvendarstellung 500 der 5 während ungefähr der ersten drei Sekunden des Betriebs. In 6 zeigt jedoch der zweite überwachte Massenfaktor an, dass das Arbeitswerkzeug vollständig mit dem zweiten Materialhaufen in Eingriff gekommen ist. In diesein beispielhaften Ausführungsbeispiel ist der zweite überwachte Massenfaktor das Drehmoment des Antriebsstrangs.
Wie bei dem Ausführungsbeispiel, welches in Verbindung mit 5 beschrieben wurde, überwacht das System das Drehmoment, um zu bestimmen, ob der aufgenommene Wert überschritten wurde. Bei ungefähr 3,3 Sekunden kommt das Arbeitswerkzeug mit dem zweiten Materialhaufen 112 in Eingriff, wie durch die Steigerung der Massenfaktorlinie 502 zu sehen. Jedoch überschreitet bei ungefähr 3,6 Sekunden, bevor der Massenfaktor über einen voreingestellten Pegel ansteigt, der gemessene Drehmomentwert den Wert, der zuvor aufgenommen wurde. Entsprechend wird der Hubbefehl auf einen maximalen Wert von einer Hublinie 308 bei ungefähr 3,8 Sekunden gesetzt, wie durch die Hublinie gezeigt. Wegen der Steigerung des Massenfaktors beginnt der Kippbefehl anzusteigen, wie von der Linie 610 gezeigt. Bei ungefähr 4,2 Sekunden überschreitet der Kippbefehl eine voreingestellte Schwelle, und der Hubbefehl wird auf Null gesetzt. Der Massenfaktor steigt weiter an, wenn man weiter mit dem zweiten Materialhaufen 112 in Eingriff kommt, wodurch der Kippbefehl auf seinem maximalen Wert gehalten wird.
Bei ungefähr 5,2 Sekunden bestimmt das System, dass die Schaufel voll ist. Folglich maximiert das Steuersystem die Kipp- und Hubbefehle, bis das Arbeitswerkzeug 104 vollständig gekippt ist und auf eine erwünschte Position angehoben ist. Wegen der hydraulischen Priorität ist der Kippbefehl auf einem Maximum gezeigt, und der Hubbefehl ist Null.
Industrielle Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung stellt den Hubbefehl und die Hubgeschwindigkeit basierend auf Veränderungen der Fahrgeschwindigkeit während des Arbeitsprozesses ein. Als solches arbeitet das Arbeitswerkzeug sanft und durchgängig, obwohl ein Bediener Gänge umschalten kann, wenn er sich der Stelle zum Graben nähert oder mit dieser in Eingriff kommt. Somit berücksichtigt das System sowohl die Motordrehzahl als auch den Gang bei der Einstellung des automatisierten Grabzyklus.
Weiterhin kann die vorliegende Erfindung die Zustände des Arbeitswerkzeuges überwachen, um zu bestimmen, ob das Arbeitswerkzeug aus einem Materialhaufen austritt, bevor das Arbeitswerkzeug vollständig gefüllt ist. Dies verbessert den Wirkungsgrad dadurch, dass sichergestellt wird, dass das Arbeitswerkzeug vollständig gefüllt ist, bevor das Material sonst irgendwo abgeladen wird, was die Anzahl der Aufnahme- und Grabzyklen reduziert, die für die Bewegung einer gegebenen Materialmenge erforderlich sind.
Das automatische Steuersystem ist insbesondere nützlich, wenn Material von Kipplastwägen auf den Erdboden abgeladen wird, um irgendwo sonst durch die Arbeitsmaschine aufgenommen zu werden oder von ihr bewegt zu werden. Die Bediener des Kipplastwagens können nicht immer ihre Last direkt auf einem Haufen abladen, der schon auf dem Erdboden ist. Entsprechend werden darauf folgende Materialhaufen oft vor dem ursprünglichen Materialhaufen abgeladen. Das offenbarte System gestattet, dass die Arbeitsmaschine automatisch gräbt und das Arbeitswerkzeug mit mehr als einem Haufen füllt, und zwar ungeachtet der Lage und der Größe der Haufen.
Andere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden dem Fachmann aus einer Betrachtung der Beschreibung und aus einer praktischen Ausführung der hier offenbarten Erfindung offensichtlich werden. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung und die Beispiele nur als beispielhaft angesehen werden, wobei der Umfang der Erfindung durch die folgenden Ansprüche definiert wird.

Claims

Verfahren zur Steuerung eines automatischen Schaufelsteuersystem (200) während der Beladung eines Arbeitswerkzeuges (104) einer Arbeitsmaschine (100), wobei das Verfahren Folgendes aufweist: Bestimmen (302), wann das Arbeitswerkzeug (104) mit einem Materialhaufen (110, 112) in Eingriff kommt; Initialisieren (304) des automatischen Schaufelsteuersystems (200) ansprechend darauf, dass das Arbeitswerkzeug (104) mit dem Materialhaufen (110, 112) in Eingriff kommt; Bestimmen (308) einer Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine (100); und Erzeugen (312, 316, 318) eines Hubbefehls basierend auf der Fahrgeschwindigkeit, wobei der Hubbefehl reduziert wird, wenn die Fahrgeschwindigkeit sich verringert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Hubbefehl ungeachtet der Fahrgeschwindigkeit über einem minimalen Schwellenwert gehalten wird.
Automatisiertes Arbeitswerkzeugsteuersystem für eine Arbeitsmaschine (100), welches konfiguriert ist, um das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2 auszuführen.