DE112007003202B4

DE112007003202B4 - Bewegungssteuersystem sowie verfahren zum betrieb eines bewegungssteuersystems

Info

Publication number: DE112007003202B4
Application number: DE112007003202.2T
Authority: DE
Inventors: James D. Dattilo; Shawn I. Cullen; Norval P. Thomson; Kenneth K. Her; Marc D. Proud; Arvil D. Wilson; Wendell D. Stahl
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2006-12-28
Filing date: 2007-12-06
Publication date: 2017-10-05
Anticipated expiration: 2027-12-07
Also published as: US20080162000A1; JP5145356B2; CN101568460B; JP2010515150A; US7881841B2; WO2008088515A1; DE112007003202T5; CN101568460A

Abstract

Bewegungssteuersystem (10), welches Folgendes aufweist: eine Bedienerschnittstelle (13), die Folgendes aufweist: ein Bedienereingabeglied (20); eine steuerbare Kraftrückmeldungsvorrichtung (18), die treibend mit dem Bedienereingabeglied (20) verbunden ist; und Steuerungen (14), die die Bewegung von einer oder mehreren bewegbaren Komponenten (12) regeln, was das Einstellen eines ersten Betriebsparameters in einer Weise aufweist, die zumindest teilweise von einem Steuerfehler (EC) zwischen einem Soll-Wert (TARV) eines zweiten Betriebsparameters (θ) und einem Ist-Wert (ACTV) des zweiten Betriebsparameters (θ) abhängt, wobei der Soll-Wert (TARV) des zweiten Betriebsparameters (θ) zumindest teilweise auf der Bewegung des Bedienereingabegliedes (20) basiert; und wobei die Steuerungen (14) auch die steuerbare Kraftrückmeldungsvorrichtung (18) betreiben, um eine Rückmeldungskraft auf das Bedienereingabeglied (20) in einer Weise vorzusehen, die zumindest teilweise von dem Steuerfehler (EC) abhängt, und so dass die Ableitung der Rückmeldungskraft bezüglich des Steuerfehlers (EC) zumindest teilweise abhängig von dem Steuerfehler (EC) variiert, wobei die Steuerungen (14) die steuerbare Kraft-Rückmeldungsvorrichtung (18) in einer Weise betreiben, dass der durchschnittliche Wert der Ableitung der Rückmeldungskraft bezüglich des Steuerfehlers (EC) über einen ersten Bereich (Re1) der Steuerfehlerwerte, der sich von einem ersten positiven Steuerfehlerwert (Ve1) nach oben erstreckt, höher ist als der durchschnittliche Wert der Ableitung der Rückmeldungskraft bezüglich des Steuerfehlers über einen zweiten Bereich (Re2) von Steuerfehlerwerten, der sich von dem ersten positiven Steuerfehlerwert (Ve1) zu einem zweiten positiven Steuerfehlerwert (Ve2) erstreckt; und so dass ...

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Bewegungssteuersysteme und insbesondere auf Bewegungssteuersysteme, die eine Bedienerschnittstelle mit einem bewegbaren Bedienereingabeglied aufweisen, sowie auf ein Verfahren zum Betrieb eines Bewegungssteuersystems.
Hintergrund
Viele Maschinen weisen Bewegungssteuersysteme auf, die eine oder mehrere bewegbare Komponenten und Steuerungen haben, die die Bewegung von einer oder mehreren bewegbaren Komponenten regeln. Einige solcher Bewegungssteuersysteme weisen eine Bedienerschnittstelle mit einem bewegbaren Bedienereingabeglied auf, wie beispielsweise mit einem Joystick bzw. Steuerhebel, einem Lenkrad oder einem Pedal, die ein Bediener verwenden kann, um eine Eingabe in das Bewegungssteuersystem zu liefern. In einigen Fällen kann ein solches Bedienereingabeglied Eingangsgrößen zu einer oder mehreren Komponenten des Bewegungssteuersystems durch eine mechanische Verbindung liefern. Eine solche mechanische Verbindung zwischen einem Bedienereingabeglied und einer anderen Komponente des Bewegungssteuersystems kann Feedback- bzw. Rückmeldungskräfte an das Bedienereingabeglied übertragen. Ein Bediener kann Informationen über den Betrieb des Bewegungssteuersystems von solchen Rückmeldungskräften aufnehmen. Einige Bewegungssteuersysteme verwenden andere Mittel als eine mechanische Verbindung zur Übertragung von Eingangsgrößen von einem bewegbaren Bedienereingabeglied zu einer oder mehreren anderen Komponenten des Bewegungssteuersystems. Beispielsweise können einige Bewegungssteuersysteme elektrische Signale verwenden, um Bedienereingaben, die durch ein Bedienereingabeglied empfangen wurden, zu anderen Komponenten des Bewegungssteuersystems zu übertragen. Solche anderen Mittel zur Übertragung von Bedienereingaben an andere Komponenten des Bewegungssteuersystems können verschiedene Vorteile haben, jedoch sehen sie im Allgemeinen keine Rückmeldungskraft für den Bediener vor, der das Bedienereingabeglied betätigt.
US 6 535 806 B2 offenbart ein Steer-By-Wire-Lenksystem (Lenksystem mit Übertragung durch elektrische Drähte bzw. drahtgebundenes Lenksystem) mit einer Lenkradberührungsrückmeldungsvorrichtung, die eine Rückmeldungskraft an das Lenkrad des Lenksystems liefert. Das Lenksystem gemäß US 6 535 806 B2 weist eine Steuervorrichtung auf, die die Lenkradberührungsrückmeldungsvorrichtung mit einem Befehlssignal beliefert, welches die Größe der Rückmeldungskraft steuert, die die Lenkradberührungsrückmeldungsvorrichtung auf das Lenkrad aufbringt. Die Steuervorrichtung erzeugt das Befehlssignal basierend auf der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, der tatsächlichen Lenkrichtung des Fahrzeugs, dem Winkel des Lenkrades und basierend auf einem Steuerfehler, der durch einen Vergleich einer tatsächlichen Lenkrichtung des Fahrzeugs und des Winkels des Lenkrades bestimmt wird. Mit Bezugnahme auf ein Blockdiagramm in 2 beschreibt US 6 535 806 B2 ein allgemeines Signalverarbeitungsverfahren, welches die Steuervorrichtung verwenden kann, um das Befehlssignal für die Lenkradberührungsrückmeldungsvorrichtung basierend auf diesen Faktoren zu erzeugen.
Obwohl US 6 535 806 B2 ein Steer-By-Wire-System bzw. drahtgebundenes Lenksystem mit einer Lenkradberührungsrückmeldungsvorrichtung offenbart, die eine Rückmeldungskraft an das Lenkrad des Lenksystems liefert, bestehen gewisse Nachteile. Beispielsweise kann das Lenksystem des '806-Patentes alleine durch Verwendung von Geschwindigkeit und Fehler als Faktoren bei der Steuerung der Größe der Rückmeldungskraft einem Bediener nur eine sehr grundlegende Information liefern. Als eine Folge kann der Bediener nicht die gesamten Informationen bekommen, die der Bediener von der Rückmeldungskraft auf das Lenkrad erwünscht. Zusätzlich offenbart US 6 535 806 B2 nicht, wie die Rückmeldungskraft auf das Lenkrad tatsächlich als eine Funktion der verschiedenen Faktoren variiert, welche die Steuervorrichtung verwendet, um das Befehlssignal zu erzeugen. Wenn die Steuervorrichtung nicht eine wünschenswerte Beziehung zwischen diesen Faktoren und der Rückmeldungskraft auf das Lenkrad aufrecht erhält, kann sie die Bedienungs- bzw. Betriebserfahrung für den Bediener des Fahrzeugs beeinträchtigen.
DE 199 21 307 A1 offenbart ein Hilfskraft-Lenksystem mit einem Lenkaktuator und einem Lenkhandradaktuator, der eine Regelabweichung zwischen Sollwert und Regelgröße über das Lenkhandrad an den Fahrer in Form eines Drehmomentes weiterleitet, wobei ein nichtlinearer Zusammenhang zwischen Regelabweichung und aufgebrachtem Lenkmoment besteht.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Lösung eines oder mehrerer der oben dargelegten Probleme erfolgt durch ein Bewegungssteuersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zum Betrieb eines Bewegungssteuersystems mit den Merkmalen des Anspruchs 6. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Veranschaulichung von einem Ausführungsbeispiel eines Bewegungssteuersystems gemäß der vorliegenden Offenbarung, welches als ein Lenksystem einer mobilen Maschine eingerichtet ist;
2 veranschaulicht graphisch eine Beziehung, die zwischen zwei Betriebsparametern eines Bewegungssteuersystems gemäß der vorliegenden Offenbarung existieren kann;
3 ist ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zum Betrieb eines Bewegungssteuersystems gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
4A veranschaulicht graphisch eine Beziehung, die ein Bewegungssteuersystem gemäß der vorliegenden Offenbarung zwischen einem Steuerfehler und einer Rückmeldungskraft aufrecht erhalten kann; und
4B veranschaulicht die Ableitung der Rückmeldungskraft, die in 4A gezeigt ist, bezüglich des Steuerfehlers.
Detaillierte Beschreibung
1 veranschaulicht ein Bewegungssteuersystem 10 gemäß der vorliegenden Offenbarung. Das Bewegungssteuersystem 10 kann bewegbare Komponenten 12, eine Leistungs- bzw. Antriebsquelle 11, eine Bedienerschnittstelle 13 und Steuerungen 14 zur Steuerung der Bewegung der bewegbaren Komponenten 12 aufweisen.
Teilweise abhängig von dem Zweck, dem das Bewegungssteuersystem 10 dient, können die bewegbaren Komponenten 12 verschiedene Anzahlen und Arten von Komponenten aufweisen. In einigen Ausführungsbeispielen, wie beispielsweise in dem in 1 vorgesehenen Beispiel, kann das Bewegungssteuersystem 10 ein Lenksystem für eine mobile Maschine 46 mit einem Antriebssystem 47 sein. Die bewegbaren Komponenten 12 können entsprechend Lenkvorrichtungen 48, 49 aufweisen, die Lenkkräfte an die Umgebung um die mobile Maschine 46 übertragen, um die mobile Maschine 46 zu lenken. Wie 1 zeigt, können die Lenkvorrichtungen 48, 49 in einigen Ausführungsbeispielen Räder sein. Die bewegbaren Komponenten 12 können auch Komponenten aufweisen, die die Lenkvorrichtungen 48, 49 verbinden und eine Einstellung eines Lenkwinkels θ zwischen den Lenkvorrichtungen 48 und den Lenkvorrichtungen 49 gestatten. Beispielsweise kann das Bewegungssteuersystem 10 in Ausführungsbeispielen, wie jenem, das in 1 gezeigt ist, ein Gelenklenksystem bilden, wobei in diesem Fall die bewegbaren Komponenten 12 einen bewegbaren Rahmenabschnitt 50 aufweisen können, an dem die Lenkvorrichtungen 48 befestigt sind, und einen bewegbaren Rahmenabschnitt 51, an dem die Lenkvorrichtungen 49 befestigt sind. Ein Schwenkgelenk 54 zwischen den Rahmenabschnitten 50, 51 kann die Einstellung des Lenkwinkels θ gestatten, in dem es gestattet, dass die Rahmenabschnitte 50, 51 relativ zueinander um eine Achse 56 schwenken. In Ausführungsbeispielen, wo das Bewegungssteuersystem 10 ein Gelenklenksystem bildet, gleicht der Winkel zwischen den Lenkvorrichtungen 48 und den Lenkvorrichtungen 49 dem Winkel zwischen den Rahmenabschnitten 50, 51. Entsprechend kann in solchen Ausführungsbeispielen der Winkel zwischen den Rahmenabschnitten 50, 51 den Lenkwinkel θ bilden.
Natürlich kann das Bewegungssteuersystem 10 in einigen Ausführungsbeispielen eine andere Art eines Lenksystems als ein Gelenklenksystem bilden. Beispielsweise kann das Bewegungssteuersystem 10 ein Ackerman-Lenksystem bilden. Ein Ackerman-Lenksystem kann beispielsweise Lenkvorrichtungen 48 haben, die mit dem Rahmen der mobilen Maschine 46 in einer Weise verbunden sind, die das Schwenken der Lenkvorrichtungen 48 relativ zum Rahmen der mobilen Maschine 46 gestatten, um den Winkel der Lenkvorrichtungen 48 bezüglich der Längsachse der mobilen Maschine 46 zu verändern. In Ausführungsbeispielen, wo das Bewegungssteuersystem 10 ein Ackerman-Lenksystem bildet, kann entsprechend der Lenkwinkel θ den Winkel zwischen der allgemeinen Ausrichtung, in die die Lenkvorrichtungen 48 weisen und der allgemeinen Ausrichtung bilden, in die die Lenkvorrichtungen 49 weisen. Natürlich kann eine Lenkvorrichtung 48 in eine geringfügig andere Richtung weisen als die andere Lenkvorrichtung 48 und/oder eine Lenkvorrichtung 49 kann in eine geringfügig andere Richtung weisen als die andere Lenkvorrichtung 49. In dem Fall, wo eine Lenkvorrichtung 48 in eine geringfügig andere Richtung weist als die andere Lenkvorrichtung 48, kann die Richtung, in die eine Lenkvorrichtung 48 weist, den Lenkwinkel θ definieren, oder der Durchschnitt der Richtungen, in die die Lenkvorrichtungen 48 weisen, kann den Lenkwinkel θ definieren. In dem Fall, wo eine Lenkvorrichtung 49 in eine geringfügig andere Richtung weist als die andere Lenkvorrichtung 49 kann in ähnlicher Weise die Richtung, in die eine Lenkvorrichtung 49 weist, den Lenkwinkel θ definieren, oder der Durchschnitt der Richtungen, in die die Lenkvorrichtungen 49 weisen, kann den Lenkwinkel θ definieren.
Die Leistungs- bzw. Antriebsquelle 11 kann irgendeine Komponente oder Komponenten aufweisen, die Leistung für das Bewegungssteuersystem 10 liefern. Die Leistungsquelle 11 kann Leistung in verschiedener Weise liefern, beispielsweise mechanisch durch Lieferung von unter Druck gesetztem Hydraulikströmungsmittel, durch Lieferung von Druckluft und/oder durch Lieferung von Elektrizität. Wie 1 zeigt, kann die Leistungsquelle 11 in einigen Ausführungsbeispielen einen Motor 40 des Antriebssystems 47, eine Hydraulikpumpe 42, die treibend mit dem Motor 40 verbunden ist, und einen elektrischen Generator 43 aufweisen, der treibend mit dem Motor 40 verbunden ist.
Die Bedienerschnittstelle 13 kann ein bewegbares Bedienereingabeglied 20 aufweisen. Wie 1 zeigt, kann in einigen Ausführungsbeispielen das Bedienereingabeglied 20 ein Handgriff sein, wie beispielsweise ein Joystick bzw. Steuerhebel. Die Konfiguration der Bedienerschnittstelle 13 kann es dem Bedienereingabeglied 20 gestatten, sich in verschiedener Weise zu bewegen. In einigen Ausführungsbeispielen kann das Bedienereingabeglied 20 um eine Achse 22 schwenken. Zusätzlich kann das Bedienereingabeglied 20 in einigen Ausführungsbeispielen einen begrenzten Bewegungsbereich haben. Beispielsweise kann das Bedienereingabeglied 20 in einigen Ausführungsbeispielen über weniger als 180° um die Achse 22 schwenken können.
Die Bedienerschnittstelle 13 kann ein Eingangssignal S_i zumindest teilweise basierend auf der Bewegung des Bedienereingabegliedes 20 erzeugen. In einigen Ausführungsbeispielen kann die Bedienerschnittstelle 13 das Eingangssignal S_i in einer Weise erzeugen, so dass der Wert des Eingangssignals S_i der Position des Bedienereingabegliedes 20 entspricht. Die Bedienerschnittstelle 13 kann das Eingangssignal S_i auf verschiedenen Wegen übertragen, die elektrisch, optisch, magnetisch, drahtlos und/oder mit Strömungsmitteldruck aufweisen, jedoch nicht darauf eingeschränkt sind. Das Eingangssignal S_i kann verschiedenen Zwecken dienen. In einigen Ausführungsbeispielen kann das Eingangssignal S_i einen Ziel- bzw. Soll-Wert für einen oder mehrere Parameter der Bewegung der bewegbaren Komponenten 12 und/oder der Komponenten der Steuerungen 14, die mit den bewegbaren Komponenten 12 verbunden sind, anzeigen. Beispielsweise kann das Eingangssignal S_i einen Soll-Wert für den Lenkwinkel θ anzeigen.
Wie 1 zeigt, kann die Bedienerschnittstelle 13 auch eine steuerbare Kraftrückmeldungsvorrichtung 18 aufweisen, die treibend mit dem Bedienereingabeglied 20 verbunden ist. Die steuerbare Kraftrückmeldungsvorrichtung 18 kann eine oder mehrere Komponenten aufweisen, die das Aufbringen einer Rückmeldungskraft auf das Bedienereingabeglied 20 gestatten, und die die Größe der Rückmeldungskraft unabhängig von der Position des Bedienereingabegliedes 20 einstellen. Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck ”Rückmeldungskraft” auf eine lineare Kraft und/oder auf ein Drehmoment, die auf das Bedienereingabeglied 20 durch die steuerbare Kraftrückmeldungsvorrichtung 18 aufgebracht werden. Die steuerbare Kraftrückmeldungsvorrichtung 18 kann beispielsweise eine angetriebene Betätigungsvorrichtung 19 aufweisen, wie beispielsweise einen Elektromotor, der treibend mit dem Bedienereingabeglied 20 verbunden ist. Die steuerbare Kraftrückmeldungsvorrichtung 18 kann Leistung von der Leistungsquelle 11 in verschiedener Form aufnehmen. Beispielsweise kann in Ausführungsbeispielen, wo die steuerbare Kraftrückmeldungsvorrichtung 18 einen Elektromotor aufweist, der elektrische Generator 43 Elektrizität liefern, um die steuerbare Kraftrückmeldungsvorrichtung 18 zu betreiben.
Die Steuerungen 14 können irgendeine Komponente oder Komponenten aufweisen, die betreibbar sind, um einen oder mehrere Aspekte des Betriebs des Bewegungssteuersystems 10 zumindest teilweise abhängig von Eingaben zu steuern, die durch die Bedienerschnittstelle 13 empfangen wurden. In einigen Ausführungsbeispielen können die Steuerungen 14 eine Betätigungsvorrichtung 16 aufweisen, um einen oder mehrere Aspekte der Bewegung der bewegbaren Komponenten 12 zu steuern. Die Betätigungsvorrichtung 16 kann eine lineare Betätigungsvorrichtung, eine Drehbetätigungsvorrichtung oder eine Art einer Betätigungsvorrichtung sein, die eine andere Bewegung erzeugt, als eine rein drehende oder lineare Bewegung. Zusätzlich kann die Betätigungsvorrichtung 16 beispielsweise eine hydraulische Betätigungsvorrichtung, eine pneumatische Betätigungsvorrichtung oder eine elektrische Betätigungsvorrichtung sein. Wie 1 zeigt, kann die Betätigungsvorrichtung 16 in einigen Ausführungsbeispielen ein Hydraulikzylinder mit einem Gehäuse 32 und einem Antriebsglied 34 sein.
Die Betätigungsvorrichtung 16 kann treibend mit den bewegbaren Komponenten 12 verbunden sein. Wie 1 zeigt, kann die Betätigungsvorrichtung 16 beispielsweise direkt treibend mit jedem Rahmenabschnitt 50, 51 verbunden sein und durch jeden Rahmenabschnitt 50, 51 kann sie indirekt treibend mit den Lenkvorrichtungen 48, 49 verbunden sein. Dies kann gestatten, dass die Betätigungsvorrichtung 16 die Rahmenabschnitte 50, 51 und die Lenkvorrichtungen 48, 49 antreibt. Wie 1 zeigt, kann die Betätigungsvorrichtung 16 in einigen Ausführungsbeispielen mit den Rahmenabschnitten 50, 51 in einer Art und Weise verbunden sein, die ermöglicht, dass die Betätigungsvorrichtung 16 den Lenkwinkel θ durch Schwenken des Rahmenabschnittes 50 und der Lenkvorrichtungen 48 um die Achse 56 relativ zum Rahmenabschnitt 51 und den Lenkvorrichtungen 49 einstellt.
Die Steuerungen 14 können auch Vorkehrungen bzw. Mittel zum Sammeln von Informationen über die Bewegung der Betätigungsvorrichtung 16 und/oder über die Bewegung der bewegbaren Komponenten 12 aufweisen, wie beispielswiese einen oder mehrere Sensoren. Die Steuerungen 14 können beispielsweise einen Sensor 28 aufweisen, der ein Sensorsignal S_s liefert, der in Beziehung mit dem Ist-Wert von einem oder mehreren Parametern der Bewegung der Betätigungsvorrichtung 16 und der bewegbaren Komponenten 12 ist. Das Sensorsignal S_s vom Sensor 28 kann beispielsweise die Position des Antriebsgliedes 34 der Betätigungsvorrichtung 16 anzeigen. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel kann das Sensorsignal S_s durch Anzeige der Position des Antriebsgliedes 34 der Betätigungsvorrichtung 16 auch den Lenkwinkel θ und den gegenwärtigen Lenkradius der mobilen Maschine 46 anzeigen. Der Sensor 28 kann das Signal S_s in verschiedener Weise übertragen, was elektrisch, optisch, mechanisch, magnetisch, drahtlos und/oder mit Strömungsmitteldruck aufweist, jedoch nicht darauf eingeschränkt ist.
Zusätzlich können die Steuerungen 14 Vorkehrungen bzw. Mittel aufweisen, um die steuerbare Kraftrückmeldungsvorrichtung 18 zu steuern. Beispielsweise können die Steuerungen 14 eine Steuervorrichtung 24 aufweisen, die betriebsmäßig mit der steuerbaren Kraftrückmeldungsvorrichtung 18 verbunden ist. Die Steuervorrichtung 24 kann einen oder mehrere (nicht gezeigte) Prozessoren und eine oder mehrere (nicht gezeigte) Speichervorrichtungen aufweisen. Die Steuervorrichtung 24 kann verschiedene Steueralgorithmen aufweisen, um die steuerbare Kraftrückmeldungsvorrichtung 18 zu betreiben. Die vorliegende Offenbarung sieht unten Details von einigen beispielhaften Steueralgorithmen vor, die die Steuervorrichtung 24 verwenden kann.
Die Steuervorrichtungen 14 können auch Vorkehrungen bzw. Mittel aufweisen, um die Betätigungsvorrichtung 16 zu steuern, wie beispielsweise Mittel zur Erzeugung eines Steuersignals S_C zur Steuerung von einem oder mehreren Aspekten des Betriebs der Betätigungsvorrichtung 16. Das Steuersignal S_C kann Informationen in verschiedener Weise übertragen, was elektrisch, optisch, mechanisch, magnetisch, drahtlos und/oder mit Strömungsmitteldruck aufweist, jedoch nicht drauf eingeschränkt ist. In einigen Ausführungsbeispielen kann die Steuervorrichtung 24 ein Steuersignal S_C erzeugen. In einigen Ausführungsbeispielen kann die Steuervorrichtung 24 das Steuersignal S_C zumindest teilweise basierend auf Eingangsgrößen von anderen Komponenten aufweisen, wie beispielsweise basierend auf einem Eingangssignal S_i von der Bedienerschnittstelle 13 und basierend auf dem Sensorsignal S_S vom Sensor 28. Die Steuervorrichtung 24 kann verschiedene Algorithmen zur Erzeugung des Steuersignals S_c einsetzen, um verschiedene Ziele zu begünstigen. Die vorliegende Offenbarung sieht unten Details von einigen beispielhaften Steueralgorithmen vor, die die Steuervorrichtung 24 verwenden kann, um das Steuersignal S_C zu erzeugen.
Das Steuersignal S_C kann verschiedene Aspekte des Betriebs der Betätigungsvorrichtung 16 durch verschiedene Mittel steuern. Beispielsweise kann das Steuersignal S_C die Position, die Geschwindigkeit, die Beschleunigung und/oder die Kraftausgabe der Betätigungsvorrichtung 16 durch Steuerung einer Steuerkomponente 26 steuern, welche die Lieferung von Leistung von der Leistungs- bzw. Antriebsquelle 11 zur Betätigungsvorrichtung 16 steuert. In einigen Ausführungsbeispielen kann die Steuerkomponente 26 ein Ventil aufweisen, welches einen Strömungsmittelfluss zwischen der Hydraulikpumpe 42 und der Betätigungsvorrichtung 16 zumisst. Zusätzlich kann die Steuerkomponente 26 einen elektrischen Steuerelektromagneten aufweisen, um einen oder mehrere Aspekte des Betriebs des Ventils zu steuern. In solchen Ausführungsbeispielen kann das Steuersignal S_C beispielsweise aus elektrischem Strom bestehen, der durch den elektrischen Steuerelektromagneten fließt, wodurch die Position, die Geschwindigkeit, die Beschleunigung und/oder die Kraftausgabe der Betätigungsvorrichtung 16 gesteuert werden, wodurch der Betriebszustand des Ventils gesteuert wird und somit der Fluss des Hydraulikströmungsmittels zu der Betätigungsvorrichtung 16 hin und/oder weg von dieser. Natürlich können zusätzlich zum Steuersignal S_C andere Faktoren die Position, die Geschwindigkeit, die Beschleunigung und die Kraftausgabe der Betätigungsvorrichtung 16 beeinflussen. Solche anderen Faktoren können beispielsweise den Druck aufweisen, mit dem die Hydraulikpumpe 42 Strömungsmittel liefert und die Last auf der Betätigungsvorrichtung 16.
Das Bewegungssteuersystem 10 ist nicht auf die oben besprochenen Beispiele eingeschränkt. Zusätzlich zu der angetriebenen Betätigungsvorrichtung 19 oder statt dieser kann beispielsweise die steuerbare Kraftrückmeldungsvorrichtung 18 andere Arten von Komponenten aufweisen, die betreibbar sind, um eine steuerbare Rückmeldungskraft auf das Bedienereingabeglied 20 aufzubringen, wie beispielsweise eine oder mehrere steuerbare Bremsen oder steuerbare Dämpfer. Zusätzlich kann das Bedienereingabeglied 20 eine andere Art eines Handgriffs sein als ein Joystick bzw. Steuerhebel, wie beispielsweise ein Lenkrad oder eine andere Komponente als ein Handgriff, wie beispielsweise ein Pedal. In ähnlicher Weise kann das Bedienereingabeglied 20 anstatt um die Achse 22 zu schwenken, sich in anderer Weise bewegen, wie beispielsweise linear. Weiterhin kann das Steuersignal S_C die Betätigungsvorrichtung 16 durch andere Mittel als durch die Steuerkomponente 26 steuern. In einigen Ausführungsbeispielen können die Steuersignale S_C direkt eine oder mehrere Komponenten der Betätigungsvorrichtung 16 steuern, um einen oder mehrere Aspekte des Betriebs der Betätigungsvorrichtung 16 zu steuern. Alternativ kann das Steuersignal S_C in einigen Ausführungsbeispielen einen oder mehrere Aspekte des Betriebs der Betätigungsvorrichtung 16 steuern, in dem ein oder mehrere Aspekte des Betriebs der Antriebsquelle 16 gesteuert werden. Weiterhin können die Steuerungen 14 in einigen Ausführungsbeispielen mehr als ein Steuersignal verwenden, um die Betätigungsvorrichtung 16 zu steuern.
Das Bewegungssteuersystem 10 kann auch in 1 nicht gezeigte Komponenten aufweisen und/oder eine oder mehrere der in 1 gezeigten Komponenten weglassen. Beispielsweise kann das Bewegungssteuersystem 10 eine andere Anzahl von bewegbaren Komponenten 12 haben als 1 zeigt. In einigen Ausführungsbeispielen kann das Bewegungssteuersystem 10 eine einzige bewegbare Komponente 12 aufweisen, die treibend mit der Betätigungsvorrichtung 16 verbunden ist. Zusätzlich kann das Bewegungssteuersystem 10 andere Vorkehrungen bzw. Mittel haben als die Steuervorrichtung 24, um die steuerbare Kraftrückmeldungsvorrichtung 18 zu betreiben und das Steuersignal S_C zu erzeugen, wie beispielsweise verkabelte Steuerschaltungen, Hydrauliksteuerungen, Pneumatiksteuerungen, mechanische Steuerungen und/oder eine Kombination davon. Das Bewegungssteuersystem 10 kann auch eine oder mehrere zusätzliche Betätigungsvorrichtungen haben. In einigen Ausführungsbeispielen kann das Bewegungssteuersystem 10 eine zusätzliche Betätigungsvorrichtung haben, die zwischen den Rahmenabschnitten 50, 51 angeschlossen ist, wie die Betätigungsvorrichtung 16, jedoch auf der gegenüberliegenden Seite des Schwenkgelenks 54. In solchen Ausführungsbeispielen können die Steuerungen 14 beispielsweise diese zusätzliche Betätigungsvorrichtung mit einem Steuersignal steuern, welches gleich und entgegengesetzt zu dem Steuersignal S_C ist, um die zusätzliche Betätigungsvorrichtung in gleicher und entgegengesetzter Weise 16 zu betreiben, um der Betätigungsvorrichtung 16 bei der Einstellung des Lenkwinkels θ zu helfen.
Das Bewegungssteuersystem 10 kann auch andere Konfigurationen von bewegbaren Komponenten 12 haben, um die mobile Maschine 46 zu lenken. Beispielsweise kann das Bewegungssteuersystem 10 eine oder mehrere Lenkvorrichtungen 48, 49 weglassen bzw. nicht aufweisen, und/oder mehr Lenkvorrichtungen aufweisen als in 1 gezeigt. Zusätzlich können die Lenkvorrichtungen 48, 49 statt Rädern Raupeneinheiten, Ski bzw. Gleitkufen oder andere Arten von Vorrichtungen sein, die konfiguriert sind, um Lenkkräfte auf den Boden aufzubringen, um die mobile Maschine 46 zu lenken. Weiterhin kann das Bewegungssteuersystem 10 eine andere Bauart eines Lenksystems sein als ein Gelenklenksystem oder Ackerman-Lenksystem, wie beispielsweise ein differenzialgesteuertes Lenksystem bzw. Panzer-Lenksystem. Zusätzlich kann die mobile Maschine 46 in einigen Ausführungsbeispielen ein Wasserfahrzeug oder ein Luftfahrzeug sein, und die Lenkvorrichtungen 48, 49 können Vorrichtungen sein, die konfiguriert sind, um Lenkkräfte auf ein Strömungsmittel aufzubringen, welches die mobile Maschine 46 umgibt, wie beispielsweise auf Ruder.
Das Bewegungssteuersystem 10 kann auch eine andere Art eines Systems sein als ein Lenksystem einer mobilen Maschine, wie beispielsweise ein Antriebssystem, ein Grabwerkzeug oder eine andere Vorrichtung. In einigen Ausführungsbeispielen kann das Bewegungssteuersystem 10 eine stationäre Basis haben.
Industrielle Anwendbarkeit
Das Bewegungssteuersystem 10 kann Anwendung bei irgendeiner Aufgabe finden, die die Steuerung von einem oder mehreren Aspekten der Bewegung von einer oder mehreren bewegbaren Komponenten 12 erfordert. Die Steuerungen 14 des Bewegungssteuersystems 10 können die Bewegung der bewegbaren Komponenten 12 in verschiedener Weise steuern, um verschiedene Ziele voranzubringen.
In einigen Ausführungsbeispielen können die Steuerungen 14 den Wert eines ersten Betriebsparameters des Bewegungssteuersystems 10 mit dem Steuersignal S_C einstellen, und zwar zum Zweck des Erreichens eines Ziel- bzw. Sollwertes eines zweiten Betriebsparameters des Bewegungssteuersystems 10. Beispielsweise können die Steuerungen 14 die Geschwindigkeit der Betätigungsvorrichtung 16 durch Einstellung des Steuersignals S_C zum Zwecke des Erreichens eines Soll-Wertes eines Parameters einstellen, der mit der Position der bewegbaren Komponenten 12 in Beziehung steht. Die Steuerungen 14 können beispielsweise die Geschwindigkeit der Betätigungsvorrichtung 16 durch Einstellung von Steuersignalen S_C zum Zweck des Erreichens eines Soll-Wertes TAR_V des Lenkwinkels θ einstellen.
Natürlich kann der Soll-Wert TAR_V des Lenkwinkels θ gleich einem Soll-Wert von einem oder mehreren entsprechenden Betriebsparametern sein, und die Einstellung der Geschwindigkeit der Betätigungsvorrichtung 16 durch Einstellung des Wertes des Steuersignals S_C kann dem Einstellen von einem oder mehreren entsprechenden Betriebsparametern gleichen. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel entspricht beispielsweise irgendein spezieller Wert des Lenkwinkels θ einem speziellen Lenkradius der mobilen Maschine 46 und der Soll-Wert des Lenkwinkels θ kann auch einen Soll-Wert des Lenkradius der mobilen Maschine 46 bilden. Weil irgendein spezieller Wert des Lenkwinkels θ entsprechenden Positionen der bewegbaren Komponenten 12 bezüglich einander und auch einer speziellen Position des Antriebsgliedes 34 der Betätigungsvorrichtung 16 entspricht, kann in ähnlicher Weise der Soll-Wert TAR_V des Lenkwinkels θ auch einen Soll-Wert der Position von jeder dieser Komponenten bilden. Zusätzlich bildet in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel das Einstellen der Geschwindigkeit der Betätigungsvorrichtung 16 auch das Einstellen der Veränderungsrate des Lenkwinkels θ und der Veränderungsrate des Lenkradius der mobilen Maschine 46.
Die Steuerungen 14 können den Soll-Wert TAR_V des Lenkwinkels θ auf verschiedenen Faktoren basieren. In einigen Ausführungsbeispielen können die Steuerungen 14 das Eingangssignal S_i verwenden, um den Soll-Wert TAR_V des Lenkwinkels θ anzuzeigen. Zusätzlich kann, wie oben erwähnt, die Bedienerschnittstelle 13 das Eingangssignal S_i in derartiger Weise erzeugen, dass das Eingangssignal S_i der Position des Bedienereingabegliedes 20 entspricht. Entsprechend kann der Soll-Wert TAR_V des Lenkwinkels θ als eine Funktion der Position des Bedienereingabegliedes 20 variieren. 2 sieht ein Beispiel dafür vor, wie der Soll-Wert TAR_V des Lenkwinkels θ als eine Funktion der Position des Bedienereingabegliedes 20 variieren kann. Auf der horizontalen Achse der 2 entspricht Null einer Default- bzw. Voreinstellposition des Bedienereingabegliedes 20. Zunehmende positive Werte entlang der horizontalen Achse der 2 entsprechen Positionen des Bedienereingabegliedes 20, die in einer Richtung immer weiter entfernt von seiner Voreinstellposition sind, und zunehmend negative Werte entsprechen Positionen des Bedienereingabegliedes 20, die in einer entgegengesetzten Richtung zunehmend entfernt von der Voreinstellposition sind.
Die Steuerungen 14 können verschiedene Regelungssteueralgorithmen (Closed-Loop) verwenden, um die Geschwindigkeit der Betätigungsvorrichtung 16 durch Einstellung des Steuersignals S_C einzustellen, und zwar mit dem Zweck des Erreichens des Soll-Wertes TAR_V des Lenkwinkels θ. Beispielsweise können die Steuerungen 14 den in 3 veranschaulichten Steueralgorithmus einsetzen. Gemäß diesem Steuerverfahren können die Steuerungen 14 zuerst einen Steuerfehler E_C durch Abziehen eines Ist-Wertes ACT_V des Lenkwinkels θ von dem Soll-Wert TAR_V des Lenkwinkels θ bestimmen (Schritt 58). Die Steuerungen 14 können den Ist-Wert ACT_V des Lenkwinkels θ auf verschiedene Art bestimmen. In einigen Ausführungsbeispielen können die Steuerungen 14 das Sensorsignal S_S als eine Anzeige des Lenkwinkels θ verwenden.
Nach der Bestimmung des Steuerfehlers E_C können die Steuerungen 14 das Steuersignal S_C basierend auf einem Steuerfehler E_C erzeugen (Schritt 60), um die Geschwindigkeit der Betätigungsvorrichtung 16 zu steuern. Die Steuerungen 14 können diesen Vorgang wiederholt ausführen. Unter Verwendung dieses Verfahrens können die Steuerungen 14 das Steuersignal S_C und die Geschwindigkeit der Betätigungsvorrichtung 16 in verschiedener Weise abhängig vom Steuerfehler E_C einstellen. In einigen Ausführungsbeispielen können die Steuerungen 14 jedes Mal wenn der Steuerfehler E_C zunimmt, das Steuersignal S_C in einer Weise einstellen, um die Geschwindigkeit der Betätigungsvorrichtung 16 zu vergrößern, um den Lenkwinkel θ schneller zum Soll-Wert TAR_V zu treiben. Natürlich können die Steuerungen 14 an einem gewissen Punkt ihre maximale Kapazität zur Steigerung der Geschwindigkeit der Betätigungsvorrichtung 16 erreichen, wobei danach die Steuerungen 14 nicht die Geschwindigkeit der Betätigungsvorrichtung 16 ansprechend auf weitere Steigerungen des Steuerfehlers E_C vergrößern können. Verschiedene Faktoren können die maximale Kapazität der Steuerungen 14 zur Steigerung der Geschwindigkeit der Betätigungsvorrichtung 16 beeinflussen. In Ausführungsbeispielen, wo die Betätigungsvorrichtung 16 Leistung in Form von Hydraulikströmungsmittel von der Hydraulikpumpe 42 aufnimmt, kann beispielsweise die maximale Flussrate des Hydraulikströmungsmittels von der Hydraulikpumpe 42 zur Betätigungsvorrichtung 16 die maximale Kapazität zur Steigerung der Geschwindigkeit der Betätigungsvorrichtung 16 definieren.
Während die Geschwindigkeit der Betätigungsvorrichtung 16 durch Einstellung des Steuersignals S_C basierend auf dem Steuerfehler E_C zum Zweck des Erreichens des Soll-Wertes TAR_V des Lenkwinkels θ eingestellt wird, können die Steuerungen 14 die steuerbare Kraftrückmeldungsvorrichtung 18 betreiben, um eine Rückmeldungskraft an das Bedienereingabeglied 20 zu liefern. In dem Fall des in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels kann die Steuervorrichtung 24 beispielsweise die angetriebene Betätigungsvorrichtung 19 betreiben, um ein Drehmoment auf das Bedienereingabeglied 20 aufzubringen. Die Steuerungen 14 können die steuerbare Kraftrückmeldungsvorrichtung 18 gemäß verschiedenen Steueralgorithmen betreiben.
In einigen Ausführungsbeispielen können die Steuerungen 14 die steuerbare Kraftrückmeldungsvorrichtung 18 betreiben, um eine Rückmeldungskraft an das Bedienereingabeglied 20 immer dann zu liefern, wenn der Steuerfehler E_C einen Wert ungleich Null hat. Die Steuerungen 14 können beispielsweise immer dann, wenn der Steuerfehler E_C einen Wert ungleich Null hat, die steuerbare Kraftrückmeldungsvorrichtung 18 dahingehend betreiben, dass sie das Bedienereingabeglied 20 zu einer Position hin drückt, wo der Soll-Wert TAR_V des Lenkwinkels θ, der von dem Eingangssignal S_i angezeigt wird, dem Ist-Wert des Lenkwinkels θ entsprechen würde. Wenn sie dies tun, können die Steuerungen 14 einem Bediener einen Widerstand bieten, wenn der Bediener das Bedienereingabeglied 20 in einer Richtung bewegt, die die Differenz zwischen dem Soll-Wert TAR_V des Lenkwinkels θ und dem Ist-Wert des Lenkwinkels vergrößert. Dieser Widerstand kann implizit dem Bediener anzeigen, wann die Steuerungen 14 dahingehend arbeiten, dass sie den Ziel-Wert TAR_V des Lenkwinkels θ erreichen, der vom Bediener mit dem Bedienereingabeglied 20 vorgegeben wird. Wenn der Bediener das Bedienereingabeglied 20 loslässt, wenn der Steuerfehler E_C einen Wert ungleich Null hat, kann zusätzlich die Rückmeldungskraft, die von der steuerbaren Kraftrückmeldungsvorrichtung 18 geliefert wird, das Bedienereingabeglied 20 zu einer Position treiben, wo der Soll-Wert TAR_V des Lenkwinkels θ dem Ist-Wert ACT_V entspricht.
Die Steuerungen 14 können die Größe der Rückmeldungskraft auf das Bedienereingabeglied 20 in verschiedener Weise basierend auf verschiedenen Faktoren steuern. In einigen Ausführungsbeispielen können die Steuerungen 14 die Größe der Rückmeldungskraft zumindest teilweise basierend auf dem Steuerfehler E_C steuern. 4A sieht ein Beispiel dafür vor, wie die Steuerungen 14 die Größe der Rückmeldungskraft auf das Bedienereingabeglied 20 als eine Funktion des Steuerfehlers E_C einstellen können. In 4A variiert der Steuerfehler E_C entlang der horizontalen Achse, und die Rückmeldungskraft variiert entlang der vertikalen Achse. In 4A zeigen positive Werte der Rückmeldungskraft eine Kraft in einer Richtung an und negative Werte der Rückmeldungskraft zeigen eine Rückmeldungskraft in einer entgegengesetzten Richtung an. 4B veranschaulicht die Ableitung der in 4A gezeigten Rückmeldungskraft bezüglich des Steuerfehlers E_C. In 4B variiert der Steuerfehler E_C entlang der horizontalen Achse, und die Ableitung der Rückmeldungskraft bezüglich des Steuerfehlers E_C variiert entlang der vertikalen Achse.
Über einen ersten Bereich R_e1, der sich von einem Steuerfehlerwert von Null zu einem ersten positiven Steuerfehlerwert V_e1 erstreckt, können die Steuerungen 14 die Ableitung der Rückmeldungskraft bezüglich des Steuerfehlers E_C relativ hoch halten. Indem die Rückmeldungskraft relativ schnell rampenförmig gesteigert wird, wenn der Steuerfehler E_C anfänglich von Null abweicht, können die Steuerungen 14 sicherstellen, dass der Bediener wahrnehmbare Rückmeldung bei kleinen Werten des Steuerfehlers E_c erhält. Dies kann auch dabei helfen, eine Reibung zu überwinden, die einer Bewegung des Bedienereingabegliedes 20 Widerstand bietet.
Beim ersten positiven Steuerfehlerwert V_e1 können die Steuerungen 14 die Ableitung der Rückmeldungskraft bezüglich des Steuerfehlers E_C verringern. Wie 4B zeigt, können die Steuerungen 14 in einigen Ausführungsbeispielen die Ableitung der Rückmeldungskraft bezüglich des Steuerfehlers E_C in gestufter Weise verringern.
Zusätzlich können die Steuerungen 14 die steuerbare Kraftrückmeldungsvorrichtung 18 in einer solchen Weise steuern, dass der durchschnittliche Wert der Ableitung der Rückmeldungskraft bezüglich des Steuerfehlers E_C über einen zweiten Bereich, der sich vom ersten positiven Steuerfehlerwert V_e1 zu einem zweiten positiven Steuerfehlerwert V_e2 erstreckt, niedriger als der durchschnittliche Wert der Ableitung der Rückmeldungskraft bezüglich des Steuerfehlerwertes E_C über den ersten Bereich R_e1 ist. In einigen Ausführungsbeispielen können die Steuerungen 14 darüber hinaus die Ableitung der Rückmeldungskraft bezüglich des Steuerfehlers E_C über den gesamten zweiten Bereich R_e2 niedriger als über den Bereich R_e1 halten. Durch vergleichsweise graduelle Steigerung der Rückmeldungskraft bei moderaten Werten des Steuerfehlers E_C können die Steuerungen 14 dem Bediener den zunehmenden Aufwand anzeigen, der ausgeübt wird, um den Soll-Wert TAR_V des Lenkwinkels θ zu erreichen, ohne eine übermäßige Kraft zur Bewegung des Bedienereingabegliedes 20 zu erfordern.
Beim zweiten positiven Steuerfehlerwert V_e2 können die Steuerungen 14 die Ableitung der Rückmeldungskraft bezüglich des Steuerfehlers E_C vergrößern. Wie 4B zeigt, können die Steuerungen 14 in einigen Ausführungsbeispielen die Ableitung der Rückmeldungskraft bezüglich des Steuerfehlers E_C in gestufter Weise steigern.
Zusätzlich können die Steuerungen 14 die steuerbare Kraftrückmeldungsvorrichtung 18 in einer solchen Weise betreiben, dass der durchschnittliche Wert der Ableitung der Rückmeldungskraft bezüglich des Steuerfehlers E_C über einen dritten Bereich R_e3 der Steuerfehlerwerte, der sich vom zweiten positiven Steuerfehlerwert V_e2 zu einem dritten positiven Steuerfehlerwert V_e3 erstreckt, höher ist als der durchschnittliche Wert der Ableitung der Rückmeldungskraft bezüglich des Steuerfehlers E_C über den zweiten Bereich R_e2. In einigen Ausführungsbeispielen können die Steuerungen 14 die Ableitung der Rückmeldungskraft bezüglich des Steuerfehlers E_C über den gesamten Bereich R_e3 höher als über den Bereich R_e2 halten.
Indem die Rückmeldungskraft relativ schnell bei hohen Steuerfehlerwerten rampenförmig aufwärts bewegt wird, können die Steuerungen 14 einem Bediener anzeigen, dass die Steuerungen 14 einen vergleichsweise hohen Prozentsatz der verfügbaren Kapazität verwenden, um den Lenkwinkel θ zum Soll-Wert TAR_V einzustellen, der vom Bediener vorgegeben wurde, und dass eine weitere Bewegung des Bedienereingabegliedes 20 den Lenkwinkel θ sich nicht schneller ändern lassen wird. Dies tendiert auch dazu, zu verhindern, dass der Bediener unbeabsichtigt das Bedienereingabeglied 20 zu einer Position bewegt, die einen größeren Soll-Wert TAR_V des Lenkwinkels anzeigt, als der Bediener tatsächlich möchte.
In einigen Ausführungsbeispielen kann zusätzlich der dritte positive Steuerfehlerwert V_e2 im Wesentlichen damit zusammenfallen, dass die Steuerungen 14 die maximale Kapazität zur Steigerung der Veränderungsrate des Lenkwinkels θ erreichen, um den Lenkwinkel zum Soll-Wert TAR_V zu treiben. Beispielsweise kann der dritte positive Steuerfehlerwert V_e2 im Wesentlichen mit dem Betriebspunkt zusammenfallen, wo die Steuerungen 14 die Flussrate des Hydraulikströmungsmittels von der Hydraulikpumpe 14 zur Betätigungsvorrichtung 16 unter den vorherrschenden Umständen so hoch wie möglich eingestellt haben. In solchen Ausführungsbeispielen kann die erprobte Zunahme der Rückmeldungskraft, wenn der Steuerfehler E_C den dritten positiven Steuerfehlerwert V_e2 erreicht, als ein Weg für den Bediener dienen, sicherzustellen, dass die Steuerungen 14 den Lenkwinkel θ nicht schneller zum Soll-Wert TAR_V einstellen können.
Beim dritten positiven Steuerfehlerwert V_e3 können die Steuerungen 14 wieder die Ableitung der Rückmeldungskraft bezüglich des Steuerfehlers E_C verringern. Wie 4B zeigt, können die Steuerungen 14 in einigen Ausführungsbeispielen die Ableitung der Rückmeldungskraft bezüglich des Steuerfehlers E_C in gestufter Weise bei einem dritten positiven Steuerfehlerwert V_e3 verringern.
Zusätzlich können die Steuerungen 14 die steuerbare Kraftrückmeldungsvorrichtung 18 in einer solchen Weise betreiben, dass der durchschnittliche Wert der Ableitung der Rückmeldungskraft bezüglich des Steuerfehlers E_C über einen vierten Bereich der Steuerfehlerwerte R_e4, der sich vom dritten positiven Steuerfehlerwert V_e3 nach oben erstreckt, geringer ist als der durchschnittliche Wert der Ableitung der Rückmeldungskraft bezüglich des Steuerfehlers über den dritten Bereich R_e3. In einigen Ausführungsbeispielen können die Steuerungen 14 die Ableitung der Rückmeldungskraft bezüglich des Steuerfehlers E_C über den Bereich R_e4 im Wesentlichen auf Null halten.
Durch Vorsehen einer oberen Grenze der Größe der Rückmeldungskraft können die Steuerungen 14 sicherstellen, dass ein Bediener immer die Rückmeldungskraft auf das Bedienereingabeglied 20 überwinden kann, und zwar ungeachtet der Größe des Steuerfehlers E_C.
Wie die 4A, 4B widerspiegeln, können die Steuerungen 14 auch die Ableitung der Rückmeldungskraft bezüglich des Steuerfehlers E_C für negative Steuerfehlerwerte variieren. In einigen Ausführungsbeispielen können die Steuerungen 14 außer dem Aufbringen der Rückmeldungskraft in einer entgegengesetzten Richtung im Wesentlichen die gleiche Beziehung zwischen den zunehmend negativen Steuerfehlerwerten und der Rückmeldungskraft vorsehen, wie die Steuerungen 14 zwischen zunehmend positiven Steuerfehlerwerten und der Rückmeldungskraft vorsehen.
Steuerverfahren, die die Steuerungen 14 einrichten bzw. verwenden können, sind nicht auf die oben besprochenen Beispiele eingeschränkt. Beispielsweise können die Steuerungen 14 den Soll-Wert TAR_V des Lenkwinkels θ zusätzlich zu dem Eingabesignal S_i auf anderen Faktoren begründen, beispielsweise auf der Fahrgeschwindigkeit der mobilen Maschine 46. Wenn sich in einem solchen Ausführungsbeispiel diese anderen Parameter verändern, kann der Soll-Wert TAR_V des Lenkwinkels θ sich verändern, ohne dass der Bediener das Bedienereingabeglied 20 bewegt. In ähnlicher Weise können die Steuerungen 14 die Rückmeldungskraft auf das Bedienereingabeglied 20 zusätzlich zum Steuerfehler E_C basierend auf anderen Faktoren steuern, wie beispielsweise basierend auf der Geschwindigkeit der mobilen Maschine 46 und/oder der Position des Bedienereingabegliedes 20. Zusätzlich kann die Beziehung zwischen dem Steuerfehler E_C und der Rückmeldungskraft, und somit die Beziehung zwischen dem Steuerfehler E_C und der Ableitung der Rückmeldungskraft bezüglich des Steuerfehlers E_C auf verschiedene Art von dem Abweichen, was die 4A, 4B zeigen. In einigen Ausführungsbeispielen können die Steuerungen 14 eine Rückmeldungskraft von Null bei Steuerfehlerwerten nahe Null vorsehen. Alternativ können die Steuerungen 14 bei Steuerfehlerwerten nahe Null eine höhere Rückmeldungskraft vorsehen, als 4A zeigt. Zusätzlich können die Steuerungen 14 die Ableitung der Rückmeldungskraft bezüglich des Steuerfehlers E_C mehrmals als 4B zeigt oder weniger als 4B zeigt, fluktuieren bzw. verändern. Weiterhin können die Steuerungen 14 die Ableitung der Rückmeldungskraft bezüglich des Steuerfehlers allmählich verändern anstatt die Ableitung der Rückmeldungskraft bezüglich des Steuerfehlers in gestufter Weise zu verändern, wie 4B zeigt.
Zusätzlich können die Steuerungen 14 eine oder mehrere der oben besprochenen Handlungen weglassen. Beispielsweise könnten die Steuerungen 14 in Ausführungsbeispielen, wo die steuerbare Kraftrückmeldungsvorrichtung 18 eine steuerbare Bremse aufweist, jedoch nicht eine angetriebene Betätigungsvorrichtung, die steuerbare Kraftrückmeldungsvorrichtung 18 nicht dahingehend betreiben, dass sie das Bedienereingabeglied 20 bewegt, wenn der Bediener es losgelassen hat.
Weiterhin können die Steuerungen 14 die oben besprochenen Verfahren auf die Einstellung von anderen Parametern als die Geschwindigkeit der Betätigungsvorrichtung 16 anwenden und/oder für den Zweck des Erreichens eines Soll-Wertes eines anderen zweiten Betriebsparameters als dem Lenkwinkel θ. Beispielsweise können die Steuerungen 14 die oben besprochenen Steuerverfahren verwenden, um Parameter einzustellen, wie beispielsweise die Position, die Beschleunigung, die Kraftausgabe oder die Drehmomentausgabe 16, und zwar mit dem Zweck des Erreichens eines Soll-Wertes eines anderen Betriebsparameters des Bewegungssteuersystems 10. In ähnlicher Weise können die Steuerungen 14 die oben beschriebenen Steuerverfahren verwenden, um einen Betriebsparameter des Bewegungssteuersystems 10 zum Zwecke des Erreichens eines Soll-Wertes eines anderen mit der Lenkung in Beziehung stehenden Parameters einzustellen, oder eines Parameters, der nicht mit der Lenkung in Beziehung steht, wie beispielsweise eines Parameters, der mit dem Betrieb eines Grab- bzw. Baggerwerkzeugs, einer Winde oder eines Antriebssystems assoziiert ist.
Es wird dem Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Variationen an dem Bewegungssteuersystem und an den Verfahren vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen. Andere Ausführungsbeispiele des offenbarten Bewegungssteuersystems und der offenbarten Verfahren werden dem Fachmann aus einer Betrachtung der Beschreibung und einer praktischen Ausführung des Bewegungssteuersystems und der Verfahren offensichtlich werden, die hier offenbart wurden. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung und die Beispiele nur als beispielhaft angesehen werden, wobei ein wahrer Umfang der Offenbarung durch die folgenden Ansprüche und ihre äquivalenten Ausführungen gezeigt wird.

Claims

Bewegungssteuersystem (10), welches Folgendes aufweist: eine Bedienerschnittstelle (13), die Folgendes aufweist: ein Bedienereingabeglied (20); eine steuerbare Kraftrückmeldungsvorrichtung (18), die treibend mit dem Bedienereingabeglied (20) verbunden ist; und Steuerungen (14), die die Bewegung von einer oder mehreren bewegbaren Komponenten (12) regeln, was das Einstellen eines ersten Betriebsparameters in einer Weise aufweist, die zumindest teilweise von einem Steuerfehler (E_C) zwischen einem Soll-Wert (TAR_V) eines zweiten Betriebsparameters (θ) und einem Ist-Wert (ACT_V) des zweiten Betriebsparameters (θ) abhängt, wobei der Soll-Wert (TAR_V) des zweiten Betriebsparameters (θ) zumindest teilweise auf der Bewegung des Bedienereingabegliedes (20) basiert; und wobei die Steuerungen (14) auch die steuerbare Kraftrückmeldungsvorrichtung (18) betreiben, um eine Rückmeldungskraft auf das Bedienereingabeglied (20) in einer Weise vorzusehen, die zumindest teilweise von dem Steuerfehler (E_C) abhängt, und so dass die Ableitung der Rückmeldungskraft bezüglich des Steuerfehlers (E_C) zumindest teilweise abhängig von dem Steuerfehler (E_C) variiert, wobei die Steuerungen (14) die steuerbare Kraft-Rückmeldungsvorrichtung (18) in einer Weise betreiben, dass der durchschnittliche Wert der Ableitung der Rückmeldungskraft bezüglich des Steuerfehlers (E_C) über einen ersten Bereich (R_e1) der Steuerfehlerwerte, der sich von einem ersten positiven Steuerfehlerwert (V_e1) nach oben erstreckt, höher ist als der durchschnittliche Wert der Ableitung der Rückmeldungskraft bezüglich des Steuerfehlers über einen zweiten Bereich (R_e2) von Steuerfehlerwerten, der sich von dem ersten positiven Steuerfehlerwert (V_e1) zu einem zweiten positiven Steuerfehlerwert (V_e2) erstreckt; und so dass der durchschnittliche Wert der Ableitung der Rückmeldungskraft bezüglich des Steuerfehlers (E_C) über den zweiten Bereich (R_e2) von Steuerfehlerwerten niedriger ist als der durchschnittliche Wert der Ableitung der Rückmeldungskraft bezüglich des Steuerfehlers (E_C) über einen dritten Bereich (R_e3) von Steuerfehlerwerten, der sich von dem zweiten positiven Steuerfehlerwert (V_e2) nach oben erstreckt.
Bewegungssteuersystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Soll-Wert (TAR_V) des zweiten Betriebsparameters (θ) dem Wert eines Eingabesignals (S_i) entspricht, welches von der Bedienerschnittstelle (13) erzeugt wird, wobei das Signal der Position des Bedienereingabegliedes (20) entspricht.
Bewegungssteuersystem (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die steuerbare Kraftrückmeldungsvorrichtung (18) eine angetriebene Betätigungsvorrichtung (19) aufweist; wobei das Betreiben der steuerbaren Kraftrückmeldungsvorrichtung (18) in einer Weise, um die Rückmeldungskraft an das Bedienereingabeglied (20) in einer Weise zu liefern, die zumindest teilweise von dem Steuerfehler (E_C) abhängt, aufweist, die angetriebene Betätigungsvorrichtung (19) zu betreiben, um die Rückmeldungskraft auf das Bedienereingabeglied (20) in einer solchen Weise aufzubringen, dass, wenn der Bediener das Bedienereingabeglied (20) loslässt, während der Steuerfehler (E_C) einen Wert ungleich Null hat, die steuerbare Kraftrückmeldungsvorrichtung (18) das Bedienereingabeglied (20) zu einer Position hin treibt, wo der Steuerfehler (E_C) Null wäre.
Bewegungssteuersystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Soll-Wert (TAR_V) des zweiten Betriebsparameters ein Soll-Wert der Position von einer oder mehreren der bewegbaren Komponenten (12) ist.
Bewegungssteuersystem (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedienerschnittstelle (13) ein Eingangssignal (S_i) erzeugt, welches der Position des Bedienereingabegliedes (20) entspricht; und wobei das Eingabesignal den Soll-Wert (TAR_V) des zweiten Betriebsparameters (θ) anzeigt.
Verfahren zum Betrieb eines Bewegungssteuersystems (10), welches Folgendes aufweist: Einstellen des Wertes eines ersten Betriebsparameters des Bewegungssteuersystems (10) zumindest teilweise basierend auf einem Steuerfehler (E_C) zwischen einem Soll-Wert (TAR_V) des zweiten Betriebsparameters (θ) und einem Ist-Wert (ACT_V) des zweiten Betriebsparameters (θ); Bestimmen des Soll-Wertes (TAR_V) des zweiten Betriebsparameters (θ) des Bewegungssteuersystems (10) zumindest teilweise basierend auf der Bewegung eines Bedienereingabegliedes (20) einer Bedienerschnittstelle (13) des Bewegungssteuersystems (10); und Betreiben einer steuerbaren Kraftrückmeldungsvorrichtung (18), die treibend mit dem Bedienereingabeglied (20) verbunden ist, um eine Rückmeldungskraft an das Bedienereingabeglied (20) in einer Weise zu liefern, die zumindest teilweise von dem Steuerfehler (E_C) abhängt, und so dass die Ableitung der Rückmeldungskraft bezüglich des Steuerfehlers (E_C) als eine Funktion des Steuerfehlers (E_C) variiert, wobei das Liefern der Rückmeldungskraft an das Bedienereingabeglied (20) in einer Weise, die zumindest teilweise von dem Steuerfehler (E_C) abhängt, aufweist, die Ableitung der Rückmeldungskraft bezüglich des Steuerfehlers (E_C) bei einem ersten positiven Wert (V_e1) des Steuerfehlers (E_C) zu verringern; und die Ableitung der Rückmeldungskraft bezüglich des Steuerfehlers (E_C) bei einem zweiten positiven Wert (V_e2) des Steuerfehlers (E_C) zu vergrößern, wobei der zweite positive Wert (V_e2) des Steuerfehlers (E_C) höher ist als der erste.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellen des Wertes des ersten Betriebsparameters zumindest teilweise basierend auf dem Steuerfehler (E_C) aufweist, den Wert des ersten Betriebsparameters mit zunehmendem Steuerfehler (E_C) zu steigern, bis die maximale Kapazität zur Steigerung des Wertes des ersten Betriebsparameters erreicht ist; und wobei das Liefern der Rückmeldungskraft an das Bedienereingabeglied (20) in einer Weise, die zumindest teilweise von dem Steuerfehler (E_C) abhängt, aufweist, die Ableitung der Rückmeldungskraft bezüglich des Steuerfehlers (E_C) im Wesentlichen in Übereinstimmung mit dem Erreichen der maximalen Kapazität zur Steigerung des Wertes des ersten Betriebsparameters zu steigern.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellen des Wertes des ersten Betriebsparameters zumindest teilweise basierend auf dem Steuerfehler (E_C) aufweist, den Wert des ersten Betriebsparameters mit zunehmendem Steuerfehler (E_C) in einer solchen Weise zu steigern, dass die maximale Kapazität zur Steigerung des ersten Betriebsparameters im Wesentlichen zusammenfallend mit dem zweiten positiven Steuerfehlerwert (V_e2) erreicht wird.