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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Bewegungssteuersysteme
und insbesondere auf Bewegungssteuersysteme, die eine Bedienerschnittstelle
mit einem bewegbaren Bedienereingabeglied aufweisen.
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Hintergrund
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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.
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Das
US-Patent 6 535 806 B2 von
Millsap und Anderen (”das '806-Patent”) 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 des '806-Patentes 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
das '806-Patent ein Allgemeines Signalverarbeitungsverfahren, welches
die Steuervorrichtung verwenden kann, um das Befehlssignal für die
Lenkradberührungsrückmeldungsvorrichtung basierend
auf diesen Faktoren zu erzeugen.
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Obwohl
das '806-Patent 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
das '806-Patent 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.
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Das
Bewegungssteuersystem und die Bewegungssteuerverfahren der vorliegenden
Offenbarung lösen eines oder mehrere der oben dargelegten
Probleme.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Ein
offenbartes Ausführungsbeispiel bezieht sich auf ein Bewegungssteuersystem,
welches eine Bedienerschnittstelle mit einem Bedienereingabeglied
und einer steuerbaren Kraftrückmeldungsvorrichtung aufweist,
die treibend mit dem Bedienereingabeglied verbunden ist. Das Bewegungssteuersystem
kann auch Steuerungen aufweisen, welche die Bewegung von einer oder
mehreren bewegbaren Komponenten regeln, einschließlich
der Einstellung eines ersten Betriebsparameters in einer Weise,
die zumindest teilweise von einem Steuerfehler zwischen einem Ziel-
bzw. Soll-Wert eines zweiten Betriebsparameters und einem tatsächlichen
Wert bzw. Ist-Wert des zweiten Betriebsparameters abhängt. Der
Soll-Wert des zweiten Betriebsparameters kann zumindest teilweise
auf der Bewegung des Bedienereingabegliedes basieren. Die Steuerungen
können auch die steuerbare Kraftrückmeldungsvorrichtung betreiben,
um eine Rückmeldungskraft auf das Bedienereingabeglied
in einer Art und Weise vorzusehen, die zumindest teilweise von dem
Steuerfehler abhängt, und derart, dass die Ableitung der
Rückmeldungskraft bezüglich des Steuerfehlers
zumindest teilweise abhängig von dem Steuerfehler variiert.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel bezieht sich auf ein Verfahren
zum Betrieb eines Bewegungssteuersystems. Das Verfahren kann aufweisen,
den Wert eines ersten Betriebsparameters des Bewegungssteuersystems
zumindest teilweise basierend auf einem Steuerfehler zwischen einem
Ziel- bzw. Soll-Wert des zweiten Betriebsparameters und einem tatsächlichen
Wert bzw. Ist-Wert des zweiten Betriebsparameters einzustellen.
Das Verfahren kann auch aufweisen, den Soll-Wert des zweiten Betriebsparameters
des Bewegungssteuersystems zumindest teilweise basierend auf der
Bewegung eines Bedienereingabegliedes einer Bedienerschnittstelle des
Bewegungssteuersystems zu bestimmen. Zusätzlich kann das
Verfahren aufweisen, eine steuerbare Kraftrückmeldungsvorrichtung
zu betreiben, die mit dem Bedienereingabeglied treibend verbunden ist,
um eine Rückmeldungskraft an das Bedienereingabeglied in
einer Weise zu liefern, die zumindest teilweise von dem Steuerfehler
abhängt und derart, dass die Ableitung der Rückmeldungskraft
bezüglich des Steuerfehlers als eine Funktion des Steuerfehlers
variiert.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel bezieht sich auf ein Lenksystem,
welches eine Bedienerschnittstelle mit einem Bedienereingabeglied
und einer steuerbaren Kraftrückmeldungsvorrichtung aufweist,
die treibend mit dem Bedienereingabeglied verbunden ist. Das Lenksystem
kann auch Steuerungen aufweisen, die die steuerbare Kraftrückmeldungsvorrichtung
betreiben, um eine Rückmeldungskraft auf das Bedienereingabeglied
zumindest teilweise basierend auf einem Steuerfehler zwischen einem
Soll-Wert eines Betriebsparameters des Lenksystems und einem Ist-Wert
des Betriebsparameters vorzusehen. Die Steuerungen können
die Rückmeldungskraft in einer Weise regeln, dass die Ableitung der
Rückmeldungskraft bezüglich des Steuerfehlers mit
einem ersten positiven Steuerfehlerwert abnimmt. Die Steuerungen
können auch die Rückmeldungskraft in einer Weise
regeln, dass die Ableitung der Rückmeldungskraft bezüglich
des Steuerfehlers mit einem zweiten positiven Steuerfehlerwert zunimmt,
wobei der zweite positive Steuerfehlerwert höher ist als
der erste.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Veranschaulichung von einem Ausführungsbeispiel
eines Bewegungssteuersystems gemäß der vorliegenden
Offenbarung, welches als ein Lenksystem einer mobilen Maschine eingerichtet
ist;
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2 veranschaulicht
graphisch eine Beziehung, die zwischen zwei Betriebsparametern eines Bewegungssteuersystems
gemäß der vorliegenden Offenbarung existieren
kann;
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3 ist
ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zum Betrieb eines Bewegungssteuersystems
gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
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4A veranschaulicht
graphisch eine Beziehung, die ein Bewegungssteuersystem gemäß der vorliegenden
Offenbarung zwischen einem Steuerfehler und einer Rückmeldungskraft
aufrecht erhalten kann; und
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4B veranschaulicht
die Ableitung der Rückmeldungskraft, die in 4A gezeigt
ist, bezüglich des Steuerfehlers.
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Detaillierte Beschreibung
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
Bedienerschnittstelle 13 kann ein Eingangssignal Si zumindest teilweise basierend auf der Bewegung
des Bedienereingabegliedes 20 erzeugen. In einigen Ausführungsbeispielen
kann die Bedienerschnittstelle 13 das Eingangssignal Si in einer Weise erzeugen, so dass der Wert
des Eingangssignals Si der Position des
Bedienereingabegliedes 20 entspricht. Die Bedienerschnittstelle 13 kann
das Eingangssignal Si auf verschiedenen
Wegen übertragen, die elektrisch, optisch, magnetisch,
drahtlos und/oder mit Strömungsmitteldruck aufweisen, jedoch
nicht darauf eingeschränkt sind. Das Eingangssignal Si kann verschiedenen Zwecken dienen. In einigen
Ausführungsbeispielen kann das Eingangssignal Si 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 Si einen Soll-Wert
für den Lenkwinkel 8 anzeigen.
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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.
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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.
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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.
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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 SS 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 SS vom Sensor 28 kann beispielsweise
die Position des Antriebsgliedes 34 der Betätigungsvorrichtung 16 anzeigen.
In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel
kann das Sensorsignal SS 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 SS in verschiedener Weise übertragen,
was elektrisch, optisch, mechanisch, magnetisch, drahtlos und/oder
mit Strömungsmitteldruck aufweist, jedoch nicht darauf eingeschränkt
ist.
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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 Steuer vorrichtung 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.
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Die
Steuervorrichtungen 14 können auch Vorkehrungen
bzw. Mittel aufweisen, um die Betätigungsvorrichtung 16 zu
steuern, wie beispielsweise Mittel zur Erzeugung eines Steuersignals
SC zur Steuerung von einem oder mehreren
Aspekten des Betriebs der Betätigungsvorrichtung 16.
Das Steuersignal SC 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 SC erzeugen. In einigen Ausführungsbeispielen
kann die Steuervorrichtung 24 das Steuersignal SC zumindest teilweise basierend auf Eingangsgrößen
von anderen Komponenten aufweisen, wie beispielsweise basierend
auf einem Eingangssignal Si von der Bedienerschnittstelle 13 und
basierend auf dem Sensorsignal SS vom Sensor 28.
Die Steuervorrichtung 24 kann verschiedene Algorithmen
zur Erzeugung des Steuersignals SC 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 SC zu erzeugen.
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Das
Steuersignal SC kann verschiedene Aspekte
des Betriebs der Betätigungsvorrichtung 16 durch
verschiedene Mittel steuern. Beispielsweise kann das Steuersignal
SC 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 SC 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 SC 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.
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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 SC die Betätigungsvorrichtung 16 durch
andere Mittel als durch die Steuerkomponente 26 steuern.
In einigen Ausführungsbeispielen können die Steuersignale
SC 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 SC 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 Ausführungsbeispie len mehr als ein Steuersignal
verwenden, um die Betätigungsvorrichtung 16 zu
steuern.
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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 SC 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 SC 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.
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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.
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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.
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Industrielle Anwendbarkeit
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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.
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In
einigen Ausführungsbeispielen können die Steuerungen 14 den
Wert eines ersten Betriebsparameters des Bewegungssteuersystems 10 mit
dem Steuersignal SC 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 SC 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 SC zum Zweck
des Erreichens eines Soll-Wertes TARV des
Lenkwinkels θ einstellen.
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Natürlich
kann der Soll-Wert TARV 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 SC 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 TARV 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.
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Die
Steuerungen 14 können den Soll-Wert TARV des Lenkwinkels θ auf verschiedenen
Faktoren basieren. In einigen Ausführungsbeispielen können die
Steuerungen 14 das Eingangssignal Si verwenden,
um den Soll-Wert TARV des Lenkwinkeis θ anzuzeigen.
Zusätzlich kann, wie oben erwähnt, die Bedienerschnittstelle 13 das
Eingangssignal Si in derartiger Weise erzeugen,
dass das Eingangssignal Si der Position
des Bedienereingabegliedes 20 entspricht. Entsprechend
kann der Soll-Wert TARV des Lenkwinkels θ als
eine Funktion der Position des Bedienereingabegliedes 20 variieren. 2 sieht
ein Beispiel dafür vor, wie der Soll-Wert TARV 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 Posi tionen des Bedienereingabegliedes 20,
die in einer entgegengesetzten Richtung zunehmend entfernt von der
Voreinstellposition sind.
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Die
Steuerungen 14 können verschiedene Regelungssteueralgorithmen
(Closed-Loop) verwenden, um die Geschwindigkeit der Betätigungsvorrichtung 16 durch
Einstellung des Steuersignals SC einzustellen,
und zwar mit dem Zweck des Erreichens des Soll-Wertes TARV des Lenkwinkels θ. Beispielsweise
können die Steuerungen 14 den in 3 veranschaulichten
Steueralgorithmus einsetzen. Gemäß diesem Steuerverfahren
können die Steuerungen 14 zuerst einen Steuerfehler
EC durch Abziehen eines Ist-Wertes ACTV des Lenkwinkels θ von dem Soll-Wert
TARV des Lenkwinkels θ bestimmen (Schritt 58).
Die Steuerungen 14 können den Ist-Wert ACTv des
Lenkwinkels θ auf verschiedene Art bestimmen. In einigen
Ausführungsbeispielen können die Steuerungen 14 das
Sensorsignal SS als eine Anzeige des Lenkwinkels θ verwenden.
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Nach
der Bestimmung des Steuerfehlers EC können
die Steuerungen 14 das Steuersignal SC basierend
auf einem Steuerfehler EC 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 SC und die Geschwindigkeit der Betätigungsvorrichtung 16 in
verschiedener Weise abhängig vom Steuerfehler EC einstellen. In einigen Ausführungsbeispielen
können die Steuerungen 14 jedes Mal wenn der Steuerfehler
EC zunimmt, das Steuersignal SC in
einer Weise einstellen, um die Geschwindigkeit der Betätigungsvorrichtung 16 zu
vergrößern, um den Lenkwinkel θ schneller
zum Soll-Wert TARV 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 EC 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.
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Während
die Geschwindigkeit der Betätigungsvorrichtung 16 durch
Einstellung des Steuersignals SC basierend
auf dem Steuerfehler EC zum Zweck des Erreichens
des Soll-Wertes TARV 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.
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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 EC einen
Wert ungleich Null hat. Die Steuerungen 14 können
beispielsweise immer dann, wenn der Steuerfehler EC 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 TARV des
Lenkwinkels θ, der von dem Eingangssignal Si 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
TARV 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 TARV des Lenkwinkels θ erreichen,
der vom Bediener mit dem Bedienereingabeglied 20 vorgegeben
wird. Wenn der Bediener das Bedienereingabeglied 20 loslässt, wenn
der Steuerfehler EC einen Wert ungleich
Null hat, kann zusätzlich die Rückmeldungskraft,
die von der steuerbaren Kraftrückmeldungsvorrichtung 18 geliefert
wird, das Bedienereingabeglied 20 zu einer Posi tion treiben,
wo der Soll-Wert TARV des Lenkwinkels θ dem
Ist-Wert ACTV entspricht.
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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 EC steuern. 4A sieht
ein Beispiel dafür vor, wie die Steuerungen 14 die
Größe der Rückmeldungskraft auf das Bedienereingabeglied 20 als
eine Funktion des Steuerfehlers EC einstellen können.
In 4A variiert der Steuerfehler EC 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 EC. In 4B variiert
der Steuerfehler EC entlang der horizontalen
Achse, und die Ableitung der Rückmeldungskraft bezüglich
des Steuerfehlers EC variiert entlang der
vertikalen Achse.
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Über
einen ersten Bereich Re1, der sich von einem
Steuerfehlerwert von Null zu einem ersten positiven Steuerfehlerwert
Ve1 erstreckt, können die Steuerungen 14 die
Ableitung der Rückmeldungskraft bezüglich des
Steuerfehlers EC relativ hoch halten. Indem
die Rückmeldungskraft relativ schnell rampenförmig
gesteigert wird, wenn der Steuerfehler EC anfänglich
von Null abweicht, können die Steuerungen 14 sicherstellen,
dass der Bediener wahrnehmbare Rückmeldung bei kleinen
Werten des Steuerfehlers EC erhält.
Dies kann auch dabei helfen, eine Reibung zu überwinden,
die einer Bewegung des Bedienereingabegliedes 20 Widerstand
bietet.
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Beim
ersten positiven Steuerfehlerwert Ve1 können
die Steuerungen 14 die Ableitung der Rückmeldungskraft
bezüglich des Steuerfehlers EC verringern.
Wie 4B zeigt, können die Steuerungen 14 in
einigen Ausführungsbeispielen die Ablei tung der Rückmeldungskraft
bezüglich des Steuerfehlers EC in
gestufter Weise verringern.
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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 EC über einen zweiten
Bereich, der sich vom ersten positiven Steuerfehlerwert Ve1 zu einem zweiten positiven Steuerfehlerwert
Ve2 erstreckt, niedriger als der durchschnittliche
Wert der Ableitung der Rückmeldungskraft bezüglich
des Steuerfehlerwertes EC über
den ersten Bereich Re1 ist. In einigen Ausführungsbeispielen
können die Steuerungen 14 darüber hinaus
die Ableitung der Rückmeldungskraft bezüglich
des Steuerfehlers EC über den gesamten zweiten
Bereich Reg niedriger als über den Bereich Re1 halten.
Durch vergleichsweise graduelle Steigerung der Rückmeldungskraft
bei moderaten Werten des Steuerfehlers EC können
die Steuerungen 14 dem Bediener den zunehmenden Aufwand
anzeigen, der ausgeübt wird, um den Soll-Wert TARV des Lenkwinkels θ zu erreichen,
ohne eine übermäßige Kraft zur Bewegung
des Bedienereingabegliedes 20 zu erfordern.
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Beim
zweiten positiven Steuerfehlerwert Ve2 können
die Steuerungen 14 die Ableitung der Rückmeldungskraft
bezüglich des Steuerfehlers EC vergrößern.
Wie 4B zeigt, können die Steuerungen 14 in
einigen Ausführungsbeispielen die Ableitung der Rückmeldungskraft
bezüglich des Steuerfehlers EC in
gestufter Weise steigern.
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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 EC über einen dritten
Bereich Re3 der Steuerfehlerwerte, der sich
vom zweiten positiven Steuerfehlerwert Ve2 zu
einem dritten positiven Steuerfehlerwert Ve3 erstreckt,
höher ist als der durchschnittliche Wert der Ableitung
der Rückmeldungskraft bezüglich des Steuerfehlers
EC über den zweiten Bereich Reg.
In einigen Ausführungsbeispielen können die Steuerungen 14 die
Ableitung der Rückmeldungskraft bezüglich des
Steuerfehlers EC über den gesamten
Bereich Re3 höher als über
den Bereich Re2 halten.
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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 TARV 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 TARV des Lenkwinkels anzeigt, als der Bediener
tatsächlich möchte.
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In
einigen Ausführungsbeispielen kann zusätzlich
der dritte positive Steuerfehlerwert Ve2 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
TARV zu treiben. Beispielsweise kann der
dritte positive Steuerfehlerwert Ve2 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 EC den
dritten positiven Steuerfehlerwert Ve2 erreicht,
als ein Weg für den Bediener dienen, sicherzustellen, dass
die Steuerungen 14 den Lenkwinkel θ nicht schneller
zum Soll-Wert TARV einstellen können.
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Beim
dritten positiven Steuerfehlerwert Ve3 können
die Steuerungen 14 wieder die Ableitung der Rückmeldungskraft
bezüglich des Steuerfehlers EC verringern.
Wie 4B zeigt, können die Steuerungen 14 in
einigen Ausführungsbeispielen die Ableitung der Rückmeldungskraft
bezüglich des Steuerfehlers EC in
gestufter Weise bei einem dritten positiven Steuerfehlerwert Ve3 verringern.
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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 EC über einen vierten
Bereich der Steuerfehlerwerte Re4, der sich
vom dritten positiven Steuerfehlerwert Ve3 nach
oben erstreckt, geringer ist als der durchschnittliche Wert der
Ableitung der Rückmeldungskraft bezüglich des
Steuerfehlers über den dritten Bereich Re3.
In einigen Ausführungsbeispielen können die Steuerungen 14 die
Ableitung der Rückmeldungskraft bezüglich des
Steuerfehlers EC über den Bereich
Re4 im Wesentlichen auf Null halten.
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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
EC.
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Wie
die 4A, 4B widerspiegeln, können
die Steuerungen 14 auch die Ableitung der Rückmeldungskraft
bezüglich des Steuerfehlers EC 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.
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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
TARV des Lenkwinkels θ zusätzlich
zu dem Eingabesignal Si 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 TARV 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 EC 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
EC und der Rückmeldungskraft, und
somit die Beziehung zwischen dem Steuerfehler EC und
der Ablei tung der Rückmeldungskraft bezüglich
des Steuerfehlers EC 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 EC 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.
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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.
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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.
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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.
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Zusammenfassung
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BEWEGUNGSSTEUERSYSTEM
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Ein
Bewegungssteuersystem weist eine Bedienerschnittstelle mit einem
Bedienereingabeglied und einer steuerbaren Kraftrückmeldungsvorrichtung auf,
die treibend mit dem Bedienereingabeglied verbunden ist. Das Bewegungssteuersystem
kann auch Steuerungen aufweisen, die die Bewegung von einer oder
mehreren bewegbaren Komponenten regeln, was das Einstellen eines
ersten Betriebsparameters in einer Weise aufweist, die zumindest
teilweise von einem Steuerfehler zwischen einem Soll-Wert eines zweiten
Betriebsparameters und einem Ist-Wert des zweiten Betriebsparameters
abhängt. Der Soll-Wert des zweiten Betriebsparameters kann
zumindest teilweise auf der Bewegung des Bedienereingabegliedes
basieren. Die Steuerungen können auch die steuerbare Kraftrückmeldungsvorrichtung
betreiben, um eine Rückmeldungskraft an das Bedienereingabeglied
in einer Weise zu liefern, die zumindest teilweise von dem Steuerfehler
abhängt, und so dass die Ableitung der Rückmeldungskraft
bezüglich des Steuerfehlers zumindest teilweise abhängig
von dem Steuerfehler variiert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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