DE112009003769T5

DE112009003769T5 - Kabinenhalterungen einsetzende Maschine und Verfahren zum Steuern von Kabinenhalterungen basierend auf dem Maschinenstandort

Info

Publication number: DE112009003769T5
Application number: DE112009003769T
Authority: DE
Inventors: Ron Warnat; Brett Ellen; Steve Jones
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2008-12-15
Filing date: 2009-12-15
Publication date: 2012-09-27
Also published as: CN102282318A; CN102282320A; DE112009003185T5; US20100147640A1; US20100152979A1; US20100152968A1; CN102282317A; WO2010075110A3; WO2010075105A2; JP2012512341A; WO2010071781A2; JP2012512365A; JP2012512342A; WO2010075105A3; WO2010075113A3; US20100152980A1; WO2010075108A3; WO2010075108A2; WO2010071781A3; DE112009003187T5

Abstract

Es ist eine Maschine (100), die steuerbare Halterungen (106) einsetzt, und ein Verfahren zum Steuern solcher Halterungen (106) basierend auf dem Maschinenstandort offenbart. Die steuerbare Halterung (106) kann ein Gehäuse (108), einen Stift (120), rheologisches Fluid (116) innerhalb des Gehäuses (108) und Spulen (131), die nahe dem rheologischen Fluid (116) bereitgestellt sind, umfassen. Wenn Strom auf die Spulen (131) angewendet wird, wird die scheinbare Viskosität des rheologischen Fluids (116) erhöht und dadurch auch die Steifigkeit der steuerbaren Halterung (106). Abhängig von dem Maschinenstandort kann es jedoch sein, dass der Fahrer in einer oder mehreren der steuerbaren Halterungen (1chte. Wenn zum Beispiel auf steinigem Gelände gefahren wird, kann es sein, dass der Fahrer relativ lose Halterungen (106) möchte, um die starken Vibrationseingänge zu absorbieren und für eine komfortablere Fahrt zu sorgen. Die vorliegende Offenbarung identifiziert deshalb den Maschinenstandort durch Globalpositionierungssatelliteninformationen, topographischen Karten, Neigungsmessern, Höhenmessern, Fahrereingabe und dergleichen und steuert dementsprechend den Strom zu den Spulen und somit die relative Steifigkeit und Dämpfung der steuerbaren Halterungen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf Kabinenhalterungen und insbesondere bezieht sie sich auf Maschinen, die Kabinenhalterungen einsetzen, und Verfahren zum Steuern von Kabinenhalterungen.
Hintergrund
Bei vielen unterschiedlichen Schwermaschinengeräten wird eine Fahrerkabine von einem Rahmen der Maschine mit Kabinenhalterungen gestützt. Kabinenhalterungen sind in vielen unterschiedlichen Formen und Konfigurationen erhältlich und versuchen im Allgemeinen, die Kabine von dem Unterwagen der Maschine zu isolieren, um die von dem Fahrer wahrgenommene Vibrationsauswirkung, wenn sich die Maschine bewegt oder Arbeit verrichtet, zu beschränken. Wenn sich zum Beispiel ein Lader über steiniges Gelände fortbewegt, kann es sein, dass das Chassis, der Unterwagen und die Räder/Kette des Laders beträchtlich durchgeschüttelt und herumgestoßen werden; da jedoch die Kabine nicht fest an dem Rahmen gehalten wird, verringert das durch die Kabinenhalterungen gegebene Spiel den Effekt dieser Bewegung auf den Fahrer.
Solche Halterungen können einfach eine mechanische Feder oder ein elastomerer Stoßdämpfer sein, die/der ein festes Niveau an Vibrationsdämpfung bietet. Andere Halterungsarten sind von fluider oder elektrochemischer Natur. Magnetorheologische (MR) und elektrorheologische (ER) Halterungen sind zwei Beispiele für solche Halterungen. Nimmt man eine MR-Halterung als Beispiel, umfasst sie im Allgemeinen ein ein MR-Fluid enthaltendes Gehäuse, eine Struktur, die sich durch das MR-Fluid bewegt, und eine Spule zur Bereitstellung eines Magnetfelds über das MR-Fluid. Durch das Leiten von Strom zu den Spulen wird nicht nur das Magnetfeld durch das MR-Fluid kreiert, sondern es wird auch die scheinbare Viskosität des MR-Fluids erhöht. Da sich die Struktur durch das MR-Fluid bewegt, macht eine Erhöhung der scheinbaren Viskosität des MR-Fluids die Halterung starrer.
Ein Beispiel einer MR-Halterung ist im US-Patent Nr. 7,063,191 offenbart. Das Patent '191 offenbart eine hydraulische Halterung, die eine Entkoppler-Unterbaugruppe, einen mit MR-Fluid gefüllten Körper, eine Pumpkammer und eine Membrankammer umfasst. Der Körper kann aus einem flexiblen geformten Elastomer gebildet sein, so dass Vibrationseingänge von dem Motor die Pumpkammer elastisch verformen, um Fluidtransfer zwischen der Pumpkammer und der Membrankammer durch die Entkoppler-Unterbaugruppe zur viskosen Dämpfung zu bewirken. Obwohl dies in gewisser Weise effektiv ist, stellt eine solche Halterung keine Rückmeldung bereit.
Ein weiteres Beispiel einer MR-Halterung ist in der US-Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnr. 2007/0257408, veröffentlicht am 8. November 2007, an Kenneth Alan St. Clair, et al., offenbart. Die Veröffentlichung '408 offenbart eine Stütze mit einem magnetorheologischen Fluiddämpfer, umfassend ein röhrenförmiges Gehäuse, das mit einem magnetorheologischen Fluid gefüllt ist, und einen Kolbenkopf, der innerhalb des röhrenförmigen Gehäuses entlang seiner longitudinalen Länge beweglich ist.
Zusammenfassung der Offenbarung
Gemäß einem Aspekt der Offenbarung ist somit eine Maschine offenbart, die Folgendes beinhaltet: einen Rahmen, eine von dem Rahmen gestützte Fahrerkabine, eine steuerbare Halterung, welche die Fahrerkabine betriebsfähig mit dem Rahmen verbindet und Folgendes umfasst: ein Gehäuse, einen Stift, der innerhalb des Gehäuses gehalten wird, ein rheologisches Fluid innerhalb des Gehäuses und Spulen, die relativ zu dem Gehäuse positioniert sind, um ein Feld durch das rheologische Fluid zu erzeugen, und eine elektronische Steuereinheit, die betriebsfähig mit den Spulen in Verbindung steht und eingerichtet ist, um ein Niveau an auf die Spulen angewendetem Strom zu ändern, um basierend auf dem Maschinenstandort eine scheinbare Viskosität des rheologischen Fluids anzupassen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Offenbarung ist ein Verfahren zum Steuern einer Kabinenhalterung offenbart, wobei das Verfahren Folgendes beinhaltet: Verbinden einer Kabine mit einer Maschine unter Verwendung einer Kabinenhalterung, wobei die Kabinenhalterung ein Gehäuse und einen Stift, der relativ zu dem Gehäuse beweglich ist, aufweist, Empfangen von Informationen bezüglich eines Standorts der Maschine und Anpassen des Stromflusses zu den Spulen basierend auf dem Standort der Maschine.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der Offenbarung ist ein Steuersystem zum Steuern einer Halterung, die eine Fahrerkabine betriebsfähig mit einem Maschinenrahmen verbindet, offenbart, wobei das Steuersystem Folgendes beinhaltet: eine steuerbare Halterung, die Folgendes umfasst: ein Gehäuse, einen Stift, der innerhalb des Gehäuses beweglich ist, ein Volumen an rheologischem Fluid innerhalb des Gehäuses und Spulen, die nahe dem rheologischen Fluid gehalten werden, einen Globalpositionierungstransceiver und eine elektronische Steuereinheit, die eingerichtet ist, um den Standort der Maschine über den Globalpositionierungstransceiver zu empfangen und ein Niveau an zu den Spulen gelenktem Strom basierend auf dem Standort der Maschine anzupassen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Ansicht einer Maschine, die gemäß der Lehre dieser Offenbarung konstruiert ist;
2 ist eine Schnittansicht einer steuerbaren Halterung, die gemäß der Lehre dieser Offenbarung konstruiert ist;
3 ist eine graphische Darstellung, die das Kriechen bei einem elastomeren Element der steuerbaren Halterung während der anfänglichen Verwendung, im Laufe der Zeit und wie berichtigt aufzeigt;
4 ist eine schematische Darstellung eines Steuersystems, das gemäß der Lehre dieser Offenbarung konstruiert ist;
5a–d sind schematische Darstellungen alternativer Ausführungsformen zum Erfassen der Versetzung der Halterung;
6 ist ein Blockdiagramm einer Bedienerschnittstelle, die gemäß der Lehre dieser Offenbarung konstruiert ist;
7 ist eine Graphik, die Frequenz gegenüber Spektraldichte aufzeichnet, wobei historische Daten aufgezeigt sind, die mit einer steuerbaren Halterung in Verbindung stehen, und identifiziert wird, wann eine Halterung ersetzt oder repariert werden sollte;
8 ist eine Graphik, die Frequenz gegenüber Amplitude aufzeichnet, und wobei Stapelalgorithmen aufgezeigt sind, die selbige gemäß der Lehre dieser Offenbarung steuern;
9a–e sind schematische Darstellungen von Ausführungsformen unterschiedlicher Halterungsstellen.
Detaillierte Beschreibung
Nun mit Bezug auf die Zeichnungen und insbesondere mit Bezug auf 1 wird auf eine gemäß der Lehre dieser Offenbarung konstruierte Maschine im Allgemeinen mit der Bezugsnummer 100 verwiesen. Die Maschine 100 umfasst einen eine Fahrerkabine 104 stützenden Rahmen 102. Wie gezeigt, ist die Maschine 100 als ein Kettendozer dargestellt, es versteht sich jedoch, dass die Lehre dieser Offenbarung mit gleicher Wirksamkeit auf andere Schwerindustrie- und Konstruktionsmaschinen angewendet werden kann, wie zum Beispiel, jedoch nicht darauf beschränkt, Baggerlader, Radlader, Kettenlader, knickgelenkte Muldenkipper, Muldenkipper, Bagger, Motorplanierer, Gabelstapler, Kompaktlader oder eine beliebige andere auf dem Fachgebiet bekannte Maschine, die eine an einem Rahmen gehaltene Kabine umfasst.
Nun mit Bezug auf 2 stellt eine Querschnittsansicht ein Beispiel einer Ausführungsform einer steuerbaren Halterung 106 zur Verwendung mit der hier offenbarten Maschine 100 und dem hier offenbarten Verfahren dar. Wie gezeigt, kann die steuerbare Halterung 106 ein Gehäuse 108 umfassen, das mittels eines Halterungsflansches 110 an dem Rahmen 102 gehalten werden kann (siehe 1). Das Gehäuse 108 kann eine erste Kammer 112 und eine zweite Kammer 114 umfassen. Wie hier detaillierter beschrieben werden wird, kann die erste Kammer 112 mit einem rheologischen Fluid 116 wie etwa einem magnetorheologischen (MR) Fluid oder einem elektrorheologischen (ER) Fluid gefüllt sein. Die zweite Kammer 114 kann mit einem komprimierten Fluid 118 wie etwa komprimiertem Gas einschließlich komprimierter Luft gefüllt sein.
Die steuerbare Halterung 106 kann auch einen Stift 120 umfassen, der teilweise in dem Gehäuse 108 angeordnet ist, und kann an einem Halterungsende 122 an der Kabine 104 angebracht sein. Der Stift 120 kann durch ein elastomeres Element 124, das dem Stift 120 beschränkte Axialbewegung entlang der Achse 126 und Radialbewegung senkrecht zu der Achse 126 ermöglicht, an dem Gehäuse 108 angebracht sein. Das elastomere Element 124 kann sowohl Axial- als auch Radialbewegung zwischen dem Stift 120 und dem Gehäuse 108 dämpfen.
Wie gezeigt, kann eine Dämpfungsplatte 128 an dem Stift 120 angebracht und innerhalb des rheologischen Fluids 116 der ersten Kammer 112 angeordnet sein. Die Dämpfungsplatte 128 kann eine Vielzahl von Öffnungen 130 umfassen, um zu ermöglichen, dass das rheologische Fluid 116 durch die Dämpfungsplatte 128 führt. Wird die Dämpfungsplatte 128 durch das rheologische Fluid 116 bewegt, wird die relative Bewegung zwischen dem Gehäuse 108 und dem Stift 120 gedämpft. Das Dämpfungsniveau kann durch das Anwenden eines Magnetfelds oder eines elektrischen Felds auf das rheologische Fluid 116 angepasst werden. Zudem wird durch das Ändern der Stärke des Magnetfelds oder des elektrischen Felds die scheinbare Viskosität des rheologischen Fluids 116 proportional geändert, wodurch ein Mechanismus bereitgestellt wird, durch den der durch die steuerbare Halterung 106 gegebene Dämpfungsgrad auf die Bedürfnisse des Fahrers zugeschnitten werden kann.
Zur Erzeugung des Magnetfelds oder des elektrischen Felds sind nahe dem rheologischen Fluid 116 Spulen 131 bereitgestellt. Insbesondere können die Spulen 131 lateral angrenzend an die erste Kammer 112 auf dem Gehäuse 108 gehalten werden. Zur Verbindung mit einer steuerbaren Leistungsversorgung 134 können sich Leitungen 132 von den Spulen 131 erstrecken. Alternativ oder zusätzlich dazu können die Spulen 131 auf dem Stift 120 und/oder der Dämpfungsplatte 128 gehalten werden.
Der Stift 120 kann auch einen Kolben 136 umfassen, der die erste Kammer 112 von der zweiten Kammer 114 trennt. Der Kolben 136 kann eine Dichtung 138 umfassen, die gegen einen Schacht 140 des Gehäuses 108 abdichtet. Bei einer solchen Konfiguration wirken der Kolben 136 und die zweite Kammer 114 als eine Gasfeder 142 zum Positionieren des Stifts 120 auf einer Idealabfanghöhe 144; wie wichtig dies ist, wird hier detaillierter beschrieben werden. Der Druck des komprimierten Fluids 118 innerhalb der Gasfeder 142 kann mittels eines Ventils 146 angepasst werden. Durch das Anpassen des Drucks des komprimierten Fluids 118 wird die auf den Kolben 136 angewendete Vorspannkraft der Gasfeder 142 ebenfalls angepasst. Ein erster Schlauch oder eine erste Röhre 148 kann mit dem Ventil 146 verbunden sein, um die zweite Kammer 114 mit unter Druck stehendem Fluid 118 zu versorgen. Das Ventil 146 kann auch einen zweiten Schlauch oder eine zweite Röhre 150 umfassen, um das unter Druck stehende Fluid 118 innerhalb der zweiten Kammer 114 zu einem Speichertank 152 zurückzuführen oder um es an die Atmosphäre abzugeben.
Zur Unterstützung des Vorspannens des Kolbens 136 in Richtung der Idealabfanghöhe 144 kann auch eine mechanische Feder 154 verwendet werden. Die Feder 154 kann um eine Führungserstreckung 156 des Stifts 120 angeordnet sein und sich zwischen der Führungserstreckung 156 und einem Boden 158 des Gehäuses 108 erstrecken. Die Führungserstreckung 156 kann positioniert sein, um mit dem Gehäuse 108 in Kontakt zu kommen und als ein Erstendstopp für die steuerbare Halterung 106 zu wirken.
Die steuerbare Halterung 106 kann auch einen Sensor 160 zum Erzeugen eines Signals, das die relative Versetzung zwischen der Kabine 104 und dem Rahmen 102 angibt, umfassen. Bei der gegenwärtigen Ausführungsform geschieht dies durch das Bestimmen der relativen Versetzung zwischen dem Gehäuse 108 und dem Stift 120. Der Sensor 160 kann einen Dehnungsmesser (nicht gezeigt) umfassen, der in einem in dem elastomeren Element 124 bereitgestellten Kanal 162 angeordnet ist. Alternativ dazu kann der Kanal 162 mit einem leitfähigen Elastomer 164 mit einer elektrischen Leitfähigkeit und einem Widerstand, die/der sich bei Ausdehnung und beim Zusammenziehen ändert, gefüllt sein. Insbesondere kann die auf das leitfähige Elastomer 164 ausgeübte Dehnung mit dem von dem leitfähigen Elastomer 164 gezeigten Widerstand in Wechselbeziehung stehen. Somit kann durch das Messen des Widerstands die relative Versetzung zwischen dem Gehäuse 108 und dem Stift 120 berechnet werden. Es können Leitungen 166 verwendet werden, um Daten von dem Sensor 160 zu einer elektronischen Steuereinheit 168 zu übertragen (siehe 4).
Die steuerbare Halterung 106 kann auch einen Sensor 170 umfassen, um den Druck des Fluids 118 innerhalb der zweiten Kammer 114 zu überprüfen. Der Drucksensor 170 kann sowohl mit der elektronischen Steuereinheit 168 als auch mit den Leitungen 172 verbunden sein. Im Allgemeinen kann der Drucksensor 170 verwendet werden, um Druckspitzen und somit den Verschleiß des elastomeren Elements 124 zu messen. Somit kann die verbleibende Lebensdauer und Gebrauchstauglichkeit der steuerbaren Halterung 106 berechnet werden. Zudem kann das Versagen entweder Von Sensor 160 oder 170 angeben, dass die steuerbare Halterung 106 ersetzt oder repariert werden muss.
Alternativ oder zusätzlich zu dem Sensor 160 innerhalb des elastomeren Elements 124 kann auch der Drucksensor 170 verwendet werden, um die Versetzung des Stifts 120 relativ zu dem Gehäuse 108 zu bestimmen. Insbesondere kann die Versetzung unter Verwendung der folgenden Formel bestimmt werden: V_n = P_i·V_i/P_n wobei:

V_n: das neue Volumen ist;
P_i: der Anfangsdruck ist;
V_i: das Anfangsvolumen ist und
P_n: der neue Druck ist.

Der Anfangsdruck und das Anfangsvolumen können anfangs bei einer bekannten Position des Stifts 120 kalibriert werden und können dem Volumen und dem Druck der zweiten Kammer 114 entsprechen. Der neue Druck und das neue Volumen können der Versetzung von der Anfangsposition entsprechen. Die neue Position kann unter Verwendung der folgenden Formel aus dem neuen Volumen bestimmt werden: D = (V_n – V_i)/(π·R²) wobei:

D: die Versetzungsänderung ist;
R: der Radius des Schachts 140 ist;
V_i: erneut das Anfangsvolumen ist und
V_n: erneut das neue Volumen ist.

Temperaturausgleich kann ebenfalls verwendet werden, um die Genauigkeit der Messung der Versetzung zu erhöhen. Alternativ dazu kann die Versetzung durch gespeicherte Tabellen, in denen diese Berechnungen bereits bestimmt wurden, bestimmt werden.
Diese berechnete Versetzung kann dann verwendet werden, um in einem Steueralgorithmus, ausgeführt durch die elektronische Steuereinheit 168, welche die Halterung 106 steuert, Rückmeldung bereitzustellen. Insbesondere können die berechneten Versetzungsdaten verwendet werden, um den auf die Spulen 130 der steuerbaren Halterung 106 angewendeten Strom anzupassen und somit die scheinbare Viskosität der steuerbaren Halterung 106 anzupassen, um eine verbesserte Leistungsfähigkeit bereitzustellen.
Bei einer Ausführungsform wird die scheinbare Viskosität des rheologischen Fluids 116 in direkter Beziehung zu der Versetzung der Halterung 106 geändert. Somit wird, wenn sich der Stift 120 von der Idealabfanghöhe 144 weg bewegt, mehr Strom auf die Spule angewendet und die scheinbare Viskosität des rheologischen Fluids 116 wird erhöht, um den Stift 120 von dem Eingriff mit dem Gehäuse 108 weg vorzuspannen. Somit stoßen der Stift 120 und die Dämpfungsplatte 128 auf einen größeren Bewegungswiderstand und somit kann diese Rückmeldungssteuerung verwendet werden, um Fälle, in denen der Stift 120 einen Endstopp erreicht, auch als Tief- oder Hochpunkterreichen („bottoming” oder „topping out”) bekannt, zu minimieren.
Bei einer anderen Ausführungsform kann die statistische Analyse der Daten von einem oder mehreren Sensoren 160, 170 verwendet werden, um die Versetzung der steuerbaren Halterung 106 im Laufe der Zeit zu interpretieren und die Steuerung der steuerbaren Halterung 106 auf Änderungen bei dem Gewicht der Kabine, d. h. dem Gewicht unterschiedlicher Fahrer, ihrer Werkzeuge und ihrem Zubehör und dergleichen, einzurichten. Der Anfangsdruck und das Anfangsvolumen können in der Fabrik und während der Maschinenwartung bestimmt und kalibriert werden.
Diese Versetzungsdaten können auch statistisch analysiert und zur Langzeitspeicherung aufbewahrt werden. Die historischen Daten können Durchschnittsversetzungen, Frequenzbereich und Daten zur Leistungsspektraldichte umfassen. Die historischen statistischen Versetzungsdaten können verwendet werden, um den Zeitpunkt zum Ersetzen einer spezifischen Halterung zu bestimmen. Falls zum Beispiel der Betrieb der steuerbaren Halterung außerhalb ihres historischen Durchschnitts liegt, wird die steuerbare Halterung als ersetzungsbedürftig angesehen. Zudem kann die Geschichte über die Lebensdauer der steuerbaren Halterung hinweg festgehalten werden, um einen historischen Langzeitdurchschnitt zu erstellen. Der historische Langzeitdurchschnitt kann mit einer mittelfristigen Geschichte und einer kurzfristigen Geschichte verglichen werden, um einen Gesamtfehler oder einen punktuellen Fehler bereitzustellen, um nach Problemen bei der Leistungsfähigkeit Ausschau zu halten.
Durch das Verfolgen und Aufrechterhalten eines historischen statistischen Versetzungsdurchschnitts kann auch die Veränderung und das Kriechen des elastomeren Elements 124 bestimmt werden. Wie hier verwendet, beziehen sich „Veränderung” und „Kriechen” des elastomeren Elements 124 auf Änderungen bei der Elastizität des Elastomers. Anfangs verformt sich das Elastomer vorhersagbar und kehrt zu derselben Form und Stärke zurück. Im Laufe der Zeit und mit sich wiederholender Bewegung kann es jedoch sein, dass das Elastomer anfängt, sich auf molekularer Ebene zu ändern, um nicht dieselbe Elastizität vorzuweisen. Bei der vorliegenden Anmeldung kann dies bewirken, dass das elastomere Element 124 im Laufe der Zeit anfängt, zu erschlaffen.
In graphischer Form bedeutet dies, dass, wenn das elastomere Element 124 erschlafft, sich verändert und anfängt, zu kriechen, das elastomere Element 124 anfangen kann, sich auf eine nicht lineare Art und Weise zu verhalten, wie in 3 gezeigt. Wie gezeigt, kann sich das elastomere Element 124 anfangs auf eine im Allgemeinen lineare Weise zwischen den Endstopps 176 verhalten, wie durch die Linie 174 angegeben. Im Laufe der Zeit kann das elastomere Element 124 jedoch eine Veränderung annehmen und anfangen zu kriechen, wie durch die Linie 178 gezeigt.
Die elektronische Steuereinheit 168 kann verwendet werden, um diese Änderung bei den Materialeigenschaften auszugleichen sowie die Kriecheffekte zu minimieren. Zum Beispiel kann die elektronische Steuereinheit 168 verwendet werden, um den auf die Spulen 130 angewendeten Strom anzupassen und dadurch die Änderung bei den Materialeigenschaften des elastomeren Elements 124 auszugleichen, was als gepunktete Linie 180 gezeigt ist. Somit kann mehr Strom auf die Spulen 130 angewendet werden, wenn negative Versetzung bestimmt wird, und weniger, wo positive Versetzung bestimmt wird. Bei Konfigurationen, bei denen ein pneumatisches System zur Verfügung steht, um den Gasdruck innerhalb der Gasfeder 142 zu erhöhen, kann der erhöhte Gasdruck zur weiteren Kompensierung verwendet werden und um den Stift 120 in Richtung der Idealabfanghöhe 144 vorzuspannen.
Nun mit Bezug auf 4 stellt eine schematische Darstellung ein Steuersystem 182 für eine Maschine 100, auf der die steuerbaren Halterungen 106 verwendet werden können, dar. Wie gezeigt, umfasst das System 182 die elektronische Steuereinheit 168, die in elektrischer Kommunikation mit Maschinensensoren 186, einer Bedienerschnittstelle 188 und einer Leistungsquelle 190 ist. Die elektronische Steuereinheit 168 kann einen Prozessor 192 und ein computerlesbares Medium oder einen solchen Speicher 194 zum Speichern von Anweisungen umfassen. Die Maschinensensoren 186 können eine große Vielfalt an Sensoren, einschließlich Akzelerometern, Neigungsmessern, Temperatursensoren, Druckwandlern und anderen auf dem Fachgebiet bekannten Sensoren, zur Verwendung auf der Maschine 100 umfassen. Die Bedienerschnittstellen 188 können Folgendes umfassen: Steuerhebel, Pedale, Schalter, Knöpfe, Berührungsbildschirme, Tastaturen und andere auf dem Fachgebiet bekannte Vorrichtungen zum Empfangen einer Bedienereingabe.
Die elektronische Steuereinheit 168 kann auch mit einer Vielzahl von steuerbaren Halterungen 106, die verwendet werden, um die Kabine 104 an einem Maschinenrahmen 102 zu halten, in elektrischer Kommunikation sein. Solche Halterungen 106 können eine rechte vordere steuerbare Halterung 198, eine rechte hintere steuerbare Halterung 200, eine linke hintere steuerbare Halterung 202 und eine linke vordere steuerbare Halterung 204 umfassen. Die rechte vordere steuerbare Halterung 198, rechte hintere steuerbare Halterung 200, linke hintere steuerbare Halterung 202 und linke vordere steuerbare Halterung 204 kann jeweils die Merkmale der oben beschriebenen steuerbaren Halterung 106 sowie andere Merkmale von auf dem Fachgebiet bekannten steuerbaren Halterungen umfassen.
Bei einer Ausführungsform können die steuerbaren Halterungen 106 identisch sein. Ihre physischen Positionen auf dem Maschinenrahmen 102 und der Kabine 104 können jedoch unterschiedlich sein und mittels eines Kabelstrangs 206, der zwischen den steuerbaren Halterungen 106 und der elektronischen Steuereinheit 168 bereitgestellt ist, bekannt sein. Zum Beispiel kann eine Reihe von Schaltern 208 codiert sein, um die Position jeder steuerbaren Halterung 106 auf dem Maschinenrahmen 102 anzugeben. Falls vier Halterungen 106 verwendet werden, können zum Beispiel die folgenden Codes aus TABELLE 1 verwendet werden: TABELLE 1:

Position Schalter 1 Schalter 2

Kabine, vorne, rechts 0 0

Kabine, vorne, links 0 1

Kabine, hinten, rechts 1 0

Kabine, hinten, links 1 1
Die Strangcodes können die Schalterfunktionalität durch zwei Kabel und einen Erdleiter (nicht gezeigt), die als Teil des Kabelstrangs 206 zu jeder Halterungsstelle führen, bereitstellen. Die Schalter 208 der obigen Tabelle werden dann in jedem Verbinder gestaltet, indem ein entsprechendes Kabel mit der Erde verbunden wird, um eine 1 bereitzustellen, und für eine 0 offen gelassen. Dies kann durch den Verbinder zu der steuerbaren Halterung 106 gelangen, so dass die steuerbare Halterung 106 ihre Position auf dem Maschinenrahmen 102 identifizieren kann. Diese Positionsinformationen können verwendet werden, um die steuerbaren Halterungen 106 auf dem Maschinenrahmen 102 abzustimmen und präziser zu steuern.
Bei einer anderen Ausführungsform können die steuerbaren Halterungen 106 verschieden und konfiguriert sein, um einen spezifischen Verbinder von dem Kabelstrang 206 zu empfangen. Alternativ dazu kann ein generischer Kabelstrang 206 verwendet werden, und jeder steuerbaren Halterung 106 kann ihre Adresse von einem Techniker gegeben werden, um ihre Position an die elektronische Steuereinheit 168 zu übertragen.
Optional und wie gezeigt, können die steuerbaren Halterungen 106 jeweils die Gasfeder 142 umfassen, wie oben in Verbindung mit 2 diskutiert. Jede Gasfeder 142 kann pneumatisch mit einer Quelle an unter Druck stehendem Gas, wie etwa einer Pumpe 210, und einer Quelle an Niedrigdruckgas, wie etwa dem Tank 152, verbunden sein. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die elektronische Steuereinheit 168 in Kommunikation mit der Pumpe 210 gezeigt, die Steuerung muss jedoch nicht elektronisch sein. Es kann zum Beispiel eine mechanische Ventilanordnung verwendet werden. Bei der elektronischen Ausführungsform kann jedoch zum Beispiel, falls der Druck des Gases innerhalb der Gasfeder 142 der rechten vorderen steuerbaren Halterung 198 als zu gering bestimmt wird, die elektronische Steuereinheit 168 der Pumpe 210 den Befehl geben, unter Druck stehendes Gas bereitzustellen, und einem pneumatischen Ventil (nicht gezeigt) der rechten vorderen steuerbaren Halterung 198 den Befehl geben, sich zu öffnen und das unter Druck stehende Gas aufzunehmen, um den Gasdruck innerhalb der Gasfeder 142 zu erhöhen. Wenn der Druck der Gasfeder 142 ausreichend ist, kann die elektronische Steuereinheit 168 das Ventil schließen und die Pumpe 210 abstellen. Alternativ dazu kann in Situationen, in denen der Druck in der Gasfeder 142 zu hoch ist, die elektronische Steuereinheit 168 das Ventil zu dem Tank 152 öffnen und das Ventil schließen, wenn der Druck ausreichend reduziert worden ist.
Eine genaue Messung der Versetzung der Halterung ermöglicht, dass zur maximalen Effektivität der steuerbaren Halterungen 106 die steuerbaren Halterungen 106 auf oder in der Nähe der Idealabfanghöhe 144 beibehalten werden. Dadurch, dass jede Halterung über ihre Nutzungsdauer hinweg auf ihrer Idealabfanghöhe 144 beibehalten wird, kann übermäßiges Belasten und Tief-/Hochpunkterreichen der Halterung 106 während des Maschinenbetriebs minimiert oder verhindert werden. Folglich ist es möglich, dass während der Lebensdauer der Maschine 100 weniger Ersatzteile der Kabine 104 und der Halterungen 106 nötig sind. Die vorliegende Offenbarung und die Tatsache, dass sie unterschiedlichen statischen Belastungen der Kabine 104 Rechnung trägt, kann ermöglichen, dass unterschiedliche Systeme und Zusätze zu unterschiedlichen Zeitpunkten installiert werden können, ohne dass die Halterungen 106 ersetzt werden müssen, wodurch über die gesamte Maschinenlebensdauer ein hoher Grad an Modularität und Zuschneiden der Maschine 100 auf spezifische Anwendungen bereitgestellt wird, während dieselbe Halterungseinheit behalten wird.
Nun mit Bezug auf 5a–d können zusätzlich zu den oben diskutierten Verfahren und Systemen Messungen der Versetzung der steuerbaren Halterung mit anderen Sensoren, einschließlich durch die Verwendung eines Halleffektsensors 214, erzielt werden. Zum Beispiel kann, wie in 5a gezeigt, auf dem Gehäuse 108 der steuerbaren Halterung 106 ein Dauermagnet 216 positioniert sein. Ein Sensorchip 218 kann mit der Kabine 104 verbunden und positioniert sein, um die relative Position des Magnets 216 zu erfassen. Bei einer anderen Ausführungsform (5b) kann eine erweiterbare Kammer 220 an einem Ende einen Laser 222 und an dem anderen Ende einen Empfänger 224 unterbringen. Jedes Ende kann an einem von der Kabine 104 und dem Maschinenrahmen 102 angebracht sein. Da sich die Kammer 220 mit der relativen Bewegung der Kabine 104 und des Rahmens 102 erweitert und zusammenzieht, kann eine genaue Messung der Versetzung der Halterung erzielt werden. Bei einer anderen Ausführungsform kann ein Barcodeleser 226 positioniert sein, um eine Barcodeanzeige 228 aus Edelstahl oder einem anderen korrosionsbeständigen Material zu lesen, wie in 5c dargestellt. Die Anzeige 228 kann an dem Rahmen 102 angebracht sein, und der Barcodeleser 226 kann an der Kabine 104 angebracht sein. Bei noch einer weiteren Ausführungsform kann auch ein Drehsensor 230 mit einem Antrieb 232, angeordnet, um sich an einem Gestell 234 nach oben und nach unten zu bewegen (siehe 5d), verwendet werden, um die Versetzung zu bestimmen.
Zusätzlich zum Diagnostizieren und Korrigieren von Kriechen oder Veränderung des elastomeren Elements 124 stellen die steuerbaren Halterungen 106 der vorliegenden Offenbarung auch einen Mechanismus bereit, durch den dem Fahrer Maschinenrückmeldung bereitgestellt werden kann. Zum Beispiel können die steuerbaren Halterungen 106 härter gemacht werden und dadurch selektiv geringer dämpfend sein, so dass mehr von der Vibration und der Stoßlast von dem Maschinenrahmen 102 zu der Kabine 104 geführt wird. Wie oben angedeutet, geschieht das Härtermachen der steuerbaren Halterungen 106, wenn den Spulen 131 ein elektrischer Strom bereitgestellt wird und die scheinbare Viskosität des rheologischen Fluids 116 erhöht wird. Umgekehrt kann, wenn Maschinenrückmeldung nicht so wünschenswert wie der Komfort des Fahrers ist, die steuerbare Halterung 106 weicher gemacht werden, indem der Strom entfernt oder reduziert wird, um dadurch die Dämpfung zu verringern. Das Dämpfungsniveau kann von dem Fahrer manuell ausgewählt werden, programmiert werden, um sich während spezifischer Intervalle des Maschinenbetriebs zu ändern, und/oder auf Sensoreingaben basieren, wie unten detaillierter beschrieben wird.
Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Offenbarung ist, dass die Bedienerschnittstelle 188 dem Fahrer eine signifikante Steuerung der steuerbaren Halterungen 106 ermöglichen kann. Zum Beispiel kann, wie schematisch in 6 gezeigt, die Bedienerschnittstelle 188 einen An-/Ausschalter 236 umfassen, um einen Fahrer zu befähigen, die steuerbaren Halterungen 106 auf Aus zu stellen, und somit zu allen Zeitpunkten das angenehmste Fahren bereitzustellen. In einer solchen Situation funktionieren die steuerbaren Halterungen 106 einfach als eine viskose Halterung. Alternativ dazu kann ein Fahrer den Steueralgorithmus mittels eines Inkrementalschalters 238, eines Berührungsbildschirms 240 oder einer Tastatur 242 anpassen, um den von einem Steueralgorithmus bereitgestellten Stromfluss durch die steuerbare Halterung 106 festzulegen. Zum Beispiel kann der Fahrer den Steueralgorithmus auf fünfzig Prozent (oder einen anderen Wert) festlegen, um ein weicheres Fahren zu erhalten, was in einer anderen dynamischen Rate und anderen Dämpfungseigenschaften des Steuersystems 182 resultieren kann.
Bei einer anderen Ausführungsform kann die Bedienerschnittstelle 188 dem Fahrer ermöglichen, eine direkte Steuerung des auf jede steuerbare Halterung 106 angewendeten Stroms zu haben. Zum Beispiel können jeweils vier Schiebebalken 244 (oder eine andere Anzahl, falls eine andere Anzahl an steuerbaren Halterungen verwendet wird) die vier entsprechenden Halterungen 106 repräsentieren und dem Fahrer gestatten, die Schieber 244 auf der Bedienerschnittstelle 188 zu bewegen, um den persönlichen Vorlieben des Fahrers/der Fahrerin zu genügen. Die Bedienerschnittstelle 188 kann der Berührungsbildschirm 240 sein, um eine direkte Steuerung zu gestatten, oder es kann eine Maus 246 oder ein Steuerhebel 248 verwendet werden, um einen Cursor über den Bildschirm 240 zu bewegen, um die gewünschten Änderungen an den Einstellungen der steuerbaren Halterungen vorzunehmen.
Ferner kann die Steuerung der steuerbaren Halterungen 106 über das Menü oder das Bedienungssystem 250 der Maschine 100 zugänglich sein. Bei manchen Ausführungsformen kann die Steuerung der steuerbaren Halterungen 106 allein einem Servicetechniker über einen Passwortschutz zugänglich sein oder kann als Teil einer Bedieneridentifizierungsvorrichtung 252, die die Einstellungen auf den spezifischen Fahrer anpasst, vorprogrammiert sein. Dies kann durch die Verwendung eines RFID-Ausweises 254 oder von Fahrerinformationen, die auf Dingen wie etwa einem Mobiltelefon 256, einem Speicherstick 258, einem Organizer 260 oder einem anderen computerlesbaren Medium oder einer solchen Vorrichtung gespeichert sind, erzielt werden.
Die Bedienerschnittstelle 188 kann dem Fahrer auch ermöglichen, den geographischen Standort der Maschine 100 sowie Straßen- oder Baustellenmaterialbedingungen einzugeben oder automatisch einzugeben. Folglich kann die elektronische Steuereinheit 168 einen Steueralgorithmus anpassen oder einführen, um die individuellen Geländeeigenschaften der Baustelle am besten zu kompensieren und dadurch für das angenehmste Fahren zu sorgen. Falls zum Beispiel eine steinige Baustelle durchquert wird, kann die elektronische Steuereinheit 168 den Stromfluss zu den Spulen 131 in jeder steuerbaren Halterung 106 auf ein höheres Niveau erhöhen, um der Kabine 104 und dem Fahrer mehr Dämpfung bereitzustellen. Bei einem Beispiel kann die Maschine 100 während des Fahrens über das steinige Gelände bei fünfzig Prozent des Maximalstroms und über eine ebene Baustelle bei null Prozent betrieben werden.
Bei einer anderen Konfiguration kann ein Fahrer auch die Art der durchgeführten Maschinenaufgabe spezifizieren, in welchem Fall unterschiedliche Steueralgorithmen 262 die Steuerung übernehmen können, die programmiert sind, um Vibrationen bestmöglich zu dämpfen, wenn passend, und zu anderen Zeitpunkten Rückmeldung zu gestatten. Zum Beispiel kann, falls die ausgewählte Aufgabe das Laden von Fahrzeugen von einem Stapel Material ist, ein Ladealgorithmus 264 ausgewählt werden. Der Ladealgorithmus 264 kann den steuerbaren Halterungen 106 während des Bewegens zwischen dem Fahrzeug und dem Stapel fünfzig Prozent (oder mehr) Maximalstrom bereitstellen, während des Ladeschaufelladens und wenn die Ladeschaufel über eine zuvor bestimmte Höhe angehoben wird, kann die elektronische Steuereinheit 168 den Stromfluss jedoch auf einhundert Prozent erhöhen, um Maschinenrückmeldung bereitzustellen und somit eine bessere Bedienersteuerung bereitzustellen.
Bei einem anderen Beispiel kann ein Fahrer angeben, dass die Maschine 100 ein Motorplanierer ist und die durchzuführende Aufgabe Feinplanieren ist. Die elektronische Steuereinheit 168 kann dann bewirken, dass die steuerbaren Halterungen 106 hart sind, während sich das Getriebe der Maschine 100 in einem Vorwärtsgang befindet, und in einem Rückwärtsgang weich sind. Während des Feinplanierens wünschen die Fahrer soviel Rückmeldung wie möglich, um die Arbeit innerhalb bestimmter Toleranzen schneller zu erledigen. Zusätzlich oder alternativ dazu können die steuerbaren Halterungen 106 für ausgewählte Betriebseinstellungen auf die Wünsche des Fahrers abgestimmt werden. Zum Beispiel kann der Fahrer die elektronische Steuereinheit 168 anweisen, während des Feinplanierens einhundert Prozent, während des Fahrens auf der Straße null Prozent und während der Schneebeseitigung fünfzig Prozent zu führen.
Bei einem anderen Beispiel kann ein Radlader die steuerbaren Halterungen 106 während des Fahrens auf der Straße und des Bewegens um eine Baustelle weich halten, die steuerbaren Halterungen 106 jedoch hart machen, wenn die Ladeschaufel angehoben wird, so dass der Fahrer den Maschinenbetrieb besser spüren kann. Bei noch einem anderen Beispiel können die steuerbaren Halterungen eines Kettendozers so weich wie möglich gehalten werden, wobei null Strom durch die Spulen 131 geführt wird, während die Maschine 100 mit der Ladeschaufel und dem Aufreißer oben bewegt wird. Dieselbe Maschine 100 kann programmiert sein, um den Maximalstrom zu führen, wenn eines dieser Hilfsmittel eine Aufgabe durchführt.
Ähnlich können, falls die Maschine 100 ein Bagger ist, die steuerbaren Halterungen 106 hart gemacht werden, wenn eine große Last platziert wird, um dem Fahrer wertvolle Rückmeldung bereitzustellen. Im Gegensatz dazu kann, wenn der Bagger bewegt wird, null Strom durch die steuerbaren Halterungen 106 geführt werden, um dem Fahrer ein weicheres, komfortableres Fahren bereitzustellen. Bei Baggern können üblicherweise die steuerbaren Halterungen 106 immer welch sein, außer wenn während des Abladens, Grabens oder anderer Ereignisse Transienten auftreten.
Die Lehre der vorliegenden Offenbarung kann auch zum Erkennen von Kettenschlupf bei einem Kettendozer eingesetzt werden. Indem die steuerbaren Halterungen 106 auf eine Hochstromeinstellung eingestellt werden, wird dem Fahrer mehr Rückmeldung bereitgestellt. Diese Rückmeldung kann dem Fahrer angeben, dass Kettenschlupf auftritt. In einem solchen Fall kann der Fahrer wählen, den Betrieb zu beenden, so dass Wartungsarbeiten durchgeführt werden können, und somit den Verschleiß des Unterwagens minimieren.
Das Steuersystem 182 der vorliegenden Offenbarung kann auch beliebige der Steueralgorithmen 262 einsetzen, um Rückmeldung und Komfort am effektivsten und schnellsten auszubalancieren. Zusätzlich zu dem oben erwähnten Ladealgorithmus 264 kann von der elektronischen Steuereinheit 168 ein Vorhersagealgorithmus 266 verwendet werden, um die steuerbaren Halterungen 106 zu steuern. Die steuerbaren Halterungen 106 können auf die spezifische Maschinenverwendung und durchgeführte Aufgabe, wie etwa Räumen, Aufreißen, Planieren oder Baggern, oder auf die gewünschte Einstellung, wie etwa verbessertes Fahren, Geräuschreduzierung oder Fahrerkomfort, abgestimmt werden. Die spezifische Maschinenverwendung und Aufgabe kann von dem Fahrer wie oben angegeben eingegeben werden oder kann anhand der Position einer Schaufel, eines Aufreißers, einer Ladeschaufel oder anderer Hilfsmittel 268 der Maschine 100, wie von einem Hilfsmittelpositionssensor 269 erfasst, bestimmt werden. Alternativ dazu können sie von Folgendem kommen: der Bedienerschnittstelle 188, Hydraulikdruckmessern 270, Baustellenkarten 272, Globalpositionierungssysteminformationen 274, Laserplaniereingaben 276, topographischen Karten 278, Neigungsmessern 280, bestimmten Nickraten 282, Lenksignalen 284, Höhenmessern 285, Gelenkposition 286 und Thermometern 287. Zum Beispiel können aus der Position eines Fahrzeugs in einem Ladebereich Stoßlasten antizipiert werden, und somit kann die steuerbare Halterung 106 dementsprechend angepasst werden, um soviel Auswirkung von dem Laden wie möglich zu absorbieren.
Alternativ dazu können, wenn die Ladeschaufel eines Radladers, Kettenladers, Baggers oder einer anderen Maschine, die Ladeschaufeln verwendet, herabgelassen und zum Eingriff mit einem Stapel positioniert wird, die steuerbaren Halterungen 106 anfangs weich und dann hart gemacht werden, wenn die Hydraulikzylinderdrücke eine zuvor bestimmte Schwelle übersteigen, um dem Fahrer Rückmeldung bereitzustellen, während die Auswirkung des Eingreifens der Ladeschaufel mit dem Stapel minimiert wird. Zusätzlich dazu kann die Geschwindigkeit der Maschine 100 verwendet werden, um die gewünschten Einstellungen für die steuerbaren Halterungen 106 vorherzusagen. Zum Beispiel können bei höheren Geschwindigkeiten, wie durch einen Geschwindigkeitsmesser 288 erfasst, die steuerbaren Halterungen 106 weicher sein und dann härter gemacht werden, wenn die Maschine langsamer 100 wird. Dieses Härter- und Weichermachen kann auch von einem Getriebe 289 der Maschine (100) abhängig sein, insbesondere einem Gang, in dem die Maschine 100 betrieben wird. Im ersten Gang können fünfzig Prozent (oder ein anderer Wert) Strom durch die Spulen 131 geführt werden, und in einem zweiten Gang können vierzig Prozent geführt werden. Im dritten Gang können fünfundzwanzig Prozent Strom geführt werden, und im vierten Gang können null Prozent geführt werden. Härtere Halterungen bei geringeren Geschwindigkeiten stellen dem Fahrer eine bessere Rückmeldung bereit, während höhere Geschwindigkeiten einen besseren Komfort bereitstellen.
Der Vorhersagealgorithmus 266 kann auch die erfasste Geschwindigkeit des Hilfsmittels verwenden, um die steuerbaren Halterungen 106 zu steuern. Wenn zum Beispiel eine Schaufel herabgelassen wird, kann der Anfangskontakt mit dem Boden den Fahrer erschüttern. Somit können, wenn die Schaufel heruntergelassen wird, die steuerbaren Halterungen 106 in Antizipation der Auswirkung weicher gemacht und, nachdem der Kontakt gemacht wurde, härter gemacht werden, um Rückmeldung und Steuerung zu verbessern. Im Allgemeinen kann der Steueralgorithmus 262 auch eingestellt sein, um auch Vibrations-, Hebe-, Nick-, Roll- und Giermodi zu steuern. Der Vorhersagealgorithmus 266 kann auch verwendet werden, um vorherzusagen, dass, wenn ein Hilfsmittel 268 nicht verwendet wird und sich die Maschine 100 mit einer relativ hohen Geschwindigkeitsrate bewegt, dies bedeuten kann, dass Fahren auf der Straße stattfindet und die steuerbaren Halterungen 106 für maximalen Komfort angepasst werden sollten.
Es kann auch ein historischer Algorithmus 290 verwendet werden. Insbesondere kann von den mit jeder steuerbaren Halterung 106 in Verbindung stehenden Sensoren ein Histogramm der Leistungsfähigkeit jeder steuerbaren Halterung 106 erhalten werden. Das Histogramm kann verwendet werden, um kontinuierlich jede individuelle steuerbare Halterung 106 auf gegenwärtige Bedingungen abzustimmen. Mit anderen Worten verwendet die elektronische Steuereinheit 168 die Geschichte der Sensoren, um die steuerbare Halterung 106 auf die gegenwärtige Leistungsfähigkeit einzurichten, wodurch im Laufe der Zeit und Verwendung eine verbesserte Leistungsfähigkeit bereitgestellt wird. Zum Beispiel können Spitzendruck und -frequenz aufbewahrt werden, um eine Geschichte der Leistungsfähigkeit zu entwickeln, um anhand der Abklingrate zu identifizieren, wann Härter- und Weichermachen stattfinden soll. Falls die steuerbare Halterung 106 in der Vergangenheit sehr wenig Bewegung erfuhr, kann sie sich selbst weicher machen, um unnötige Härte und Energieverschwendung zu vermeide. Ist mehr Bewegung vorhanden, kann die steuerbare Halterung 106 dann die Dämpfung erhöhen. Falls zum Beispiel, während die Maschine auf der Straße fährt, Hochfrequenz-Geringversetzungsvibration erfasst wird, können die steuerbaren Halterungen 106 weicher werden, um Geräusche zu minimieren, Komfort zu erhöhen und Energie zu sparen. Wenn die Maschine 100 anfängt, auf raues Gelände zu stoßen, kann die elektronische Steuereinheit 168 den Strom erhöhen, um die Dämpfung der steuerbaren Halterung 106 zu ändern, um die größere Niedrigfrequenzversetzung auszugleichen.
Um zu verhindern, dass das Versagen einer der steuerbaren Halterungen 106 bei anderen steuerbaren Halterungen 106 und/oder anderen Maschinensystemen durch anhaltende Verwendung Schäden verursacht, können die von Sensoren, die mit der steuerbaren Halterung 106 in Verbindung stehen, gesammelten Sensordaten gesammelt werden und von dem historischen Algorithmus 290 verwendet werden, um eine Betriebsgeschichte bereitzustellen, die dann verwendet werden kann, um Betriebstoleranzen zu bestimmen. Die gegenwärtigen Sensordaten können verwendet werden, um die Leistungsspektraldichte der steuerbaren Halterung 106 bereitzustellen und zu bestimme, ob die steuerbare Halterung 106 ersetzt werden sollte. Zum Beispiel, und mit Bezug auf 7, können die gepunkteten Linien 292 die Toleranzen für einen akzeptablen Betrieb für die steuerbare Halterung 106 darstellen, und die durchgezogene Linie 294 kann die Istlaufleistungsspektraldichte darstellen. Eine Spitze 296 außerhalb eines Toleranzbereichs 298 oder ein Durchschnittsfehler, der den Toleranzbereich 298 überschreitet, kann angeben, dass die steuerbare Halterung 106 ersetzt werden sollte. Alternativ können die Versetzung und Beschleunigung der Kabine 104 relativ zu der Halterung 106 oder die exakte Versetzung der Halterungskomponenten verwendet werden, um der Lebensdauer der steuerbaren Halterung 106 zu folgen und den historischen Algorithmus 290 mit Daten zu versorgen, um die Steifigkeit der steuerbaren Halterung 106 zu steuern.
Diese Steueralgorithmen 262 und die anderen hier diskutierten können auch als Stapelalgorithmen 300 implementiert sein. Zum Beispiel kann die elektronische Steuereinheit 168 einen Standardalgorithmus 302, einen Endstoppalgorithmus 304 und einen Resonanzsteueralgorithmus 306 verwenden. Der Standardalgorithmus 302 kann die Geschichte der steuerbaren Halterung verwenden, um den Strom an Leistungsfähigkeitsbedürfnisse anzupassen. Alle drei Algorithmen können zusammen berechnet werden, und es kann dem Algorithmus Priorität gegeben werden, der unter den gegenwärtigen Umständen die Höchstkraftsteuerung der steuerbaren Halterung 106 bereitstellt. Zum Beispiel, und mit Bezug auf 8, kann die Maschine 100 auf der Straße fahren, währenddessen der Standardalgorithmus 302 verwendet werden kann, um die steuerbare Halterung 106 zu steuern. Bewegt sich die Maschine 100 über ein Schlagloch, stellt dies dem Steuersystem 182 einen Impuls bereit, der, falls nicht gedämpft, durch die Linie 308 dargestellt ist. Linie 310 stellt den Effekt dar, der von den Stapelalgorithmen 300 als Antwort auf den Impuls produziert wird. Der Standardalgorithmus 302 kann die Steuerung haben, bis dann dem Endstoppalgorithmus 304 Priorität gegeben werden kann, die steuerbare Halterung 106 zu steuern. Nachdem der Endstoppalgorithmus 304 gewirkt hat, kann dem Resonanzsteueralgorithmus 306 Priorität gegeben werden, um eine durch den Stoß durch das Schlagloch bewirkte Resonanz abzudämpfen. Der Standardalgorithmus 302 kann die Steuerung der steuerbaren Halterung 106 wieder übernehmen, sobald die Resonanz unter Kontrolle ist.
Zusätzlich zu der durch den Fahrer ausgewählten Steuerung und der Steuerung zur Bereitstellung von Fahrerrückmeldung kann die elektronische Steuereinheit 168 verwendet werden, um Nivellierung und Anpassung der Kabine 104 bereitzustellen. Insbesondere kann eine Anpassung der statischen Last und eine Fahrhöhenanpassung erlangt werden, indem die Gasfeder 142 angepasst wird, um den Stift 120 jeder Halterung 106 von dem Eingriff mit dem Gehäuse 108 weg und in Richtung seiner Idealabfanghöhe 144 vorzuspannen. Dies verhindert somit, dass der Stift 120 auf eine „Hoch- oder Tiefpunkt erreichende” Weise in das Gehäuse 108 eingreift. Die elektronische Steuereinheit 168 kann die relative Versetzung überprüfen und die Gasfeder 142 durch Zugeben oder Abgeben von Gas anpassen. Falls die Sensoren 160, 170 angeben, dass die Halterung 106 auf oder in der Nähe der Idealabfanghöhe 144 ist, wird von der elektronischen Steuereinheit 168 keine Aktion unternommen, um den Druck innerhalb der Gasfeder 142 anzupassen.
Diese Anpassung der steuerbaren Halterung 106 kann von Vorteil sein, um die unterschiedlichen Größen von Fahrern, die Werkzeuge, Nahrungsmittel und andere Ausrüstung in der Kabine 104 mit sich führen können oder auch nicht, auszugleichen. Die unterschiedlichen Lasten können die steuerbaren Halterungen 106 von der Idealabfanghöhe 144 weg bewege. Bei manchen Anwendungen kann die Maschine 100 an einem Hang betrieben werden und somit kann es sein, dass die steuerbaren Abwärtshalterungen einen größeren Teil der Last tragen. Folglich kann es sein, dass sich die steuerbaren Abwärtshalterungen nicht auf ihrer Idealabfanghöhe 144 befinden. Die pneumatische Kammer 114 jeder Halterung 106 kann somit individuell angepasst werden, um jede Halterung 106 auf die Idealabfanghöhe 144 zurückzubringen.
Änderungen der Höhenlage und der Umgebungstemperatur können die steuerbaren Halterungen 106 ebenfalls von ihrer Idealabfanghöhe 144 weg bewegen. Zum Beispiel kann eine Maschine 100, die bei Temperaturen von null Grad auf Meereshöhe betrieben wurde und dann in das Gebirge gebracht und bei sechstausend Fuß über dem Meeresspiegel bei Temperaturen von fünfzig Grad verwendet wurde, Halterungen aufweisen, die nicht mehr auf ihrer Idealabfanghöhe 144 angeordnet sind. Die vorliegende Offenbarung kann somit diese Änderung bei der Höhenlage und Umgebungstemperatur ausgleichen, um die Halterungen 106 auf ihre Idealabfanghöhe 144 zurückzubringen.
Es kann auch eine Mischhalterungsanordnung verwendet werden, um geringere Kosten und Komplexität bereitzustellen, während viele der mit steuerbaren Halterungen in Verbindung stehenden Vorteile bereitgestellt werden. Zum Beispiel können, wie in 9a–e gezeigt, steuerbare Halterungen 106 an einigen Stellen verwendet werden, um eine Steuerbarkeit der Kabinenreaktion bereitzustellen, während Halterungen geringerer Kosten verwendet werden, um dabei zu helfen, die Kabine 104 an anderen Stellen zu stützen/anzubringen. Bei einer Ausführungsform (siehe 9a), bei der gewünscht wird, dass das Nicken der Kabine 104 gesteuert wird, können zwei Passivhalterungen 312 an einer Vorderseite 314 der Kabine 104 positioniert sein und zwei steuerbare Halterungen 106 können an hinteren Stellen 316 positioniert sein. Somit kann durch selektives Härtermachen der steuerbaren Halterungen 106 die Nick- und Rollbewegung gesteuert werden. Die Konfiguration kann auch umgekehrt sein, wie in 9b, mit zwei Passivhalterungen 312, die an der Hinterseite 316 der Kabine 104 positioniert sind, und zwei steuerbaren Halterungen 106, die an der Vorderseite 314 der Kabine 104 positioniert sind. Wie hier verwendet, weisen Passivhalterungen Dämpfungseigenschaften auf, die während des Betriebs nicht verändert werden können, und umfassen zum Beispiel Viskose- und Gummihalterungen.
Alternativ dazu kann auch ein Drei-Punkt-System möglich sein, bei dem eine einzelne Passivhalterung 312 an der Vorderseite 314 und zwei steuerbare Halterungen 106 an der Hinterseite 316 der Kabine 104 positioniert sind, wie in 9c gezeigt, so dass die Struktur weniger kostspielig und zur Ebenen- und Positionsausrichtung leichter herzustellen ist. Bei noch einer anderen Ausführungsform (siehe 9d) können zwei Passivhalterungen 312 in der Nähe einer Trägheitsnickachse 318 gehalten werden, wobei eine dritte steuerbare Halterung 106 von der Achse 318 weg gehalten wird.
Es kann eine weitere Kabinenhalterungsanordnung bei Maschinen 100 verwendet werden, die eine externe Überrollschutzstruktur 320 umfassen. Zum Beispiel können, wie in 9e) gezeigt, Passivhalterungen 312 zwischen der Kabine 104 und dem Rahmen 102 der Maschine 100 gehalten werden. Eine oder mehrere steuerbare Halterungen 106 können oberhalb der Kabine 104 angeordnet sein und zwischen der Kabine 104 und der externen Überrollschutzstruktur 320 gehalten werden. Bei dieser Konfiguration stellen die Passivhalterungen 312 eine Geräuschreduzierung bereit, und die steuerbaren Überkopfhalterungen 106 können eine Fahrsteuerung bereitstellen.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Aus dem Vorangehenden ist ersichtlich, dass die Lehre dieser Offenbarung in einer Vielfalt von industriellen Situationen angewendet werden kann, insbesondere bei Maschinen, die Fahrerkabinen halten. Solche Maschinen können Folgendes umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt: Kettendozer, Radlader, Kettenlader, Bagger, Motorplanierer, knickgelenkte Muldenkipper, Muldenkipper, Kompaktlader, Skidder und dergleichen. Die Maschinen können eine steuerbare Halterung einsetzen, um die durch den Unterwagen und den Motor der Maschine erzeugten Vibrationen von der Kabine und somit dem Fahrer innerhalb der Kabine zu isolieren.
Zusätzlich dazu kann durch das Bereitstellen einer Halterung wie jener, die hier offenbart ist, die Idealabfanghöhe des Stifts innerhalb des Gehäuses beibehalten werden. Dadurch kann übermäßiges Belasten und Tief- oder Hochpunkterreichen der Halterung während des Maschinenbetriebs minimiert oder eliminiert werden. Dies kann wiederum dabei helfen, die Nutzlebensdauer der Halterung zu steigern. Des Weiteren kann durch das Überprüfen der relativen Versetzung des Stifts mit Bezug auf das Gehäuse eine Diagnose erzeugt werden, die angibt, wann ein elastomeres Element der Halterung oder die Halterung selbst ersetzt werden sollte.
Die Lehre der vorliegenden Offenbarung kann auch verwendet werden, um eine Maschine zu konstruieren, die dem Fahrer mehr Rückmeldung bereitstellt. Durch das Versteifen der Halterungen spürt der Fahrer Vibrationen intensiver, was sich beim Durchführen von Aufgaben wie etwa Feinplanieren, Schneeräumen oder Baggern oder beim Erfassen von Bedingungen wie etwa Kettenschlupf als nützlich erweisen kann. Umgekehrt können beim Fahren auf der Straße die Halterungen gelockert werden, um Rückmeldung zu verringern und somit einen besseren Fahrerkomfort bereitzustellen.
Die vorliegende Offenbarung weist auch eine Anwendbarkeit beim Bereitstellen eines Maschinenhalterungssteuersystems auf, wobei ein Fahrer durch eine passende Bedienerschnittstelle ein gewünschtes Niveau an Härte- oder Rückmeldung auswählen kann. Eine solche Bedienerschnittstelle kann es dem Fahrer auch gestatten, die Art der durchzuführenden Aufgabe auszuwählen, und das Steuersystem kann dann die Halterung dementsprechend einstellen.
Sensoren können auch die Positionen oder Geschwindigkeiten der Maschine oder Hilfsmittel überprüfen, um dann die Art der durchzuführenden Aufgabe vorherzusagen. Nach der Vorhersage können die passenden Halterungseinstellungen verwendet werden. Ein solcher Vorhersagealgorithmusansatz kann nicht nur maschinenerfasste Parameter verwenden, sondern kann auch Globalpositionierungssatelliten und andere Abbildungstechnologie benutzen, um die Aufgabe und die gewünschten Halterungseinstellungen vorherzusagen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 7063191 [0004]

Claims

Eine Maschine (100), die Folgendes beinhaltet: einen Rahmen (102); eine Fahrerkabine (104), die von dem Rahmen (102) gestützt wird; eine steuerbare Halterung (106), welche die Fahrerkabine (104) betriebsfähig mit dem Rahmen (102) verbindet, wobei die steuerbare Halterung (106) Folgendes umfasst: ein Gehäuse (108); einen Stift (120), der innerhalb des Gehäuses (108) gehalten wird; ein rheologisches Fluid (116) innerhalb des Gehäuses (108) und Spulen (131), die relativ zu dem Gehäuse (108) positioniert sind, um ein Feld durch das rheologische Fluid (116) zu erzeugen; und eine elektronische Steuereinheit (168), die betriebsfähig mit den Spulen (131) in Verbindung steht und eingerichtet ist, um ein Niveau an auf die Spulen (131) angewendetem Strom zu ändern, um basierend auf dem Maschinenstandort eine scheinbare Viskosität des rheologischen Fluids (116) anzupassen.
Maschine (100) gemäß Anspruch 1, wobei die elektronische Steuereinheit (168) mit einem Globalpositionierungssatelliten (274) in Kommunikation ist und das Niveau an auf die Spulen (131) angewendetem Strom basierend auf einem von dem Globalpositionierungssatelliten (274) bereitgestellten Standort ändert.
Maschine (100) gemäß Anspruch 1, wobei die elektronische Steuereinheit (168) den auf die Spulen (131) angewendeten Strom erhöht, wenn sich die Maschine (100) auf unebenem Grund befindet, und den auf die Spulen (131) angewendeten Strom verringert, wenn sich die Maschine (100) auf ebenem Grund befindet.
Maschine (100) gemäß Anspruch 1, die ferner einen Höhenlagensensor (285) umfasst, wobei die elektronische Steuereinheit (168) eingerichtet ist, um den auf die Spulen (131) angewendeten Strom basierend auf der erfassten Höhenlage anzupassen.
Maschine (100) gemäß Anspruch 1, die ferner einen Temperatursensor (287) umfasst, wobei die elektronische Steuereinheit eingerichtet ist, um den auf die Spulen (131) angewendeten Strom basierend auf der erfassten Temperatur anzupassen.
Maschine (100) gemäß Anspruch 1, die ferner einen Neigungssensor (280) umfasst, wobei die elektronische Steuereinheit eingerichtet ist, um den auf die Spulen (131) angewendeten Strom basierend auf der erfassten Neigung anzupassen.
Maschine (100) gemäß Anspruch 1, wobei die Fahrerkabine (104) von dem Rahmen (102) mit einer Vielzahl von steuerbaren Halterungen (106) gestützt wird, wobei jede der steuerbaren Halterungen (106) individuell anpassbar ist, und wobei die Vielzahl von steuerbaren Halterungen (106) mindestens eine vordere Halterung und eine hintere Halterung umfasst, und wobei die steuerbare Halterung (106) ferner eine Kammer (114) mit unter Druck stehendem Fluid umfasst, wobei die hintere Halterung stärker unter Druck steht als die vordere Halterung, wenn das Kraftfahrzeug (100) eine Neigung in einer Vorwärtsrichtung hinauffährt, und weniger unter Druck steht als die vordere Halterung, wenn die Maschine eine Neigung in einer Vorwärtsrichtung hinunterfährt, wie von einem Sensor (280) erfasst wird.
Ein Verfahren zum Steuern einer Kabinenhalterung (106), das Folgendes beinhaltet: Verbinden einer Kabine (104) mit einer Maschine (100) unter Verwendung einer Kabinenhalterung (106), wobei die Kabinenhalterung (106) ein Gehäuse (108), einen Stift (120), der relativ zu dem Gehäuse (108) beweglich ist, ein Volumen an rheologischem Fluid (116) innerhalb des Gehäuses (108) und Spulen (131), die nahe dem Volumen des rheologischen Fluids (116) gehalten werden, aufweist; Empfangen von Informationen hinsichtlich des Standorts der Maschine (100) und Anpassen des Stromflusses zu den Spulen (131) basierend auf dem Standort der Maschine (100).
Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei die Informationen hinsichtlich des Standorts der Maschine (100) von einem Globalpositionierungssatelliten (274) empfangen werden.
Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei die Informationen hinsichtlich des Standorts der Maschine (100) von einem Fahrer empfangen werden, der die Informationen manuell in eine Bedienerschnittstelle (188) eingibt.