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Technisches Gebiet
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Diese Offenbarung betrifft allgemein eine Steuerung der Betriebsparameter einer Arbeitsmaschine mit Selbstantrieb, insbesondere ein System und ein Verfahren zum Steuern und Optimieren eines Rutschens von Ketten oder Rädern der Arbeitsmaschine mit Selbstantrieb.
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Hintergrund
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Arbeitsmaschinen mit Selbstantrieb, beispielsweise Maschinen mit Kettenantrieb sowie Maschinen mit Rädern, werden für eine Vielzahl von Aufgaben verwendet. Diese Maschinen müssen dazu in der Lage sein, auf einer Vielzahl von Bodenbedingungen effizient zu arbeiten, einschließlich unterschiedlicher Arten von Erdreich und Gelände. Ein Rutschen von Ketten oder Rädern tritt häufig während verschiedener Arbeitsabläufe auf. Das Rutschen verringert eine Wirtschaftlichkeit, bewirkt eine übermäßige Abnutzung der Bodeneingriffsbauteile sowie des Getriebes und kann eine Kontrolle eines Bedieners über die Maschine verringern.
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Das
US-Patent Nr. 7,779,947 offenbart ein System zum Steuern eines Rutschens einer Maschine. Ein Beschleunigungsmesser kann vorgesehen sein, um eine vertikale Beschleunigung der Maschine zu detektieren. Wenn Ketten der Maschine rutschen, kann die Maschine eine vertikale Beschleunigung erfahren, die durch den Beschleunigungsmesser gemessen wird. Bei einer Messung solch einer vertikalen Beschleunigung kann durch die Steuerung der Maschine ein Leistungsreduzierungssignal erzeugt werden, um die Ketten ausreichend zu verlangsamen, so dass ein Rutschen minimiert oder beseitigt wird.
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Die obige Diskussion soll lediglich zur Unterstützung des Lesers dienen. Es ist nicht beabsichtigt, die hierin beschriebenen Neuerungen zu beschränken, noch ist es beabsichtigt, den Stand der Technik zu beschränken oder zu erweitern. Somit soll die obige Diskussion nicht so verstanden werden, dass ein bestimmtes Element eines früheren Systems nicht für eine Verwendung mit den hierin beschriebenen Neuerungen geeignet ist, und es ist auch nicht beabsichtigt, dass ein beliebiges Element essentiell für eine Implementierung der hierin beschriebenen Neuerungen sein soll. Die Implementierungen und die Anwendung der hierin beschriebenen Neuerungen werden durch die angehängten Ansprüche festgelegt.
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Zusammenfassung
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Gemäß einem Aspekt enthält ein System zur automatischen Steuerung einer Bodeneingriffstraktionsvorrichtung einer Maschine mehrere Sensoren. Ein Antriebssensor ist zum Liefern eines Antriebssignals ausgebildet, das eine Geschwindigkeit der Bodeneingriffstraktionsvorrichtung angibt. Ein erster Sensor auf der Maschine ist zum Liefern eines Beschleunigungssignals ausgebildet, das eine gemessene Beschleunigung der Maschine angibt. Ein zweiter Sensor auf der Maschine ist zum Liefern eines Neigungsratensignals ausgebildet, das eine gemessene Neigungsrate der Maschine angibt. Eine Steuerung ist zum Ermitteln einer Antriebsbeschleunigung basierend auf dem Antriebssignal und Ermitteln einer Bodenbeschleunigung basierend auf dem Beschleunigungssignal und dem Neigungsratensignal ausgebildet. Die Steuerung ist ferner zum Vergleichen der Antriebsbeschleunigung mit der Bodenbeschleunigung, Bestimmen eines Befehlssignals zumindest teilweise basierend auf einem Bedienereingabebefehlssignal und einem Unterschied zwischen der Antriebsbeschleunigung und der Bodenbeschleunigung und Senden des Befehlssignals zu einem Antriebssystem zum Steuern der Bodeneingriffstraktionsvorrichtung ausgebildet.
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Gemäß einem anderen Aspekt wird ein Verfahren zum Steuern einer Bodeneingriffstraktionsvorrichtung einer Maschine geschaffen. Das Verfahren beinhaltet das Empfangen eines Antriebssignals durch eine Steuerung, das eine Geschwindigkeit der Bodeneingriffstraktionsvorrichtung angibt, das Empfangen eines Beschleunigungssignals durch die Steuerung, das eine gemessene Beschleunigung der Maschine angibt, und das Empfangen eines Neigungsratensignals durch die Steuerung, das eine gemessene Neigungsrate der Maschine angibt. Eine Antriebsbeschleunigung wird basierend auf dem Antriebssignal bestimmt, und eine Bodenbeschleunigung wird basierend auf dem Beschleunigungssignal und dem Neigungsratensignal bestimmt. Die Antriebsbeschleunigung wird mit der Bodenbeschleunigung verglichen. Ein Befehlssignal wird zumindest teilweise basierend auf einem Bedienereingabebefehlssignal und einem Unterschied zwischen der Antriebsbeschleunigung und der Bodenbeschleunigung bestimmt. Das Befehlssignal wird zum Steuern der Bodeneingriffstraktionsvorrichtung von der Steuerung zu einem Antriebssystem gesendet.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Maschine gemäß der Offenbarung;
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2 zeigt ein Flussdiagramm, das einen Traktionssteuerungsprozess gemäß der Offenbarung darstellt;
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3 zeigt ein Flussdiagramm, das einen weiteren Aspekt des Traktionssteuerungsprozesses der 2 darstellt;
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4 ist ein beispielhaftes Leistungsdiagramm des Signals von einem mit der vorliegenden Offenbarung verwendeten Beschleunigungsmesser;
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5 ist ein beispielhaftes Leistungsdiagramm des Signals der 4 nach einer Filterung;
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6 ist ein beispielhaftes Leistungsdiagramm des Signals von einem mit der vorliegenden Offenbarung verwendeten Neigungsratensensor; und
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7 ist ein beispielhaftes Leistungsdiagramm einer durch die Verwendung der Signale der 5–6 erzeugten Abschätzung der Bodenbeschleunigung.
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Detaillierte Beschreibung
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Maschine 10 gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung. Die Maschine 10 enthält einen Rahmen 12 und einen Antrieb, beispielsweise eine Brennkraftmaschine 13. Ein Bodeneingriffsantriebsmechanismus, beispielsweise eine Kette 15, wird durch ein Antriebsrad 14 auf jeder Seite der Maschine 10 zum Antreiben der Maschine angetrieben. Wenngleich die Maschine 10 mit einer Konfiguration des „Kettentyps” gezeigt ist, können andere Konfigurationen, beispielweise eine Konfiguration mit Rädern, verwendet werden. Zusätzlich dazu können die Systeme und Verfahren der Offenbarung mit beliebigen Maschinenantriebs- und Getriebemechanismen verwendet werden, einschließlich eines hydrostatischen, elektrischen oder mechanischen Antriebs.
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Die Maschine 10 kann einen Schild 16 enthalten, der durch Arme 17 auf beiden Seiten der Maschine 10 schenkbar mit dem Rahmen 12 verbunden ist. Die hierin offenbarten Systeme und Verfahren können ebenfalls auf anderen Maschinen als solchen, die einen Bodeneingriffsschild aufweisen, verwendet werden. Ein erster Hydraulikzylinder 21, der mit dem Rahmen 12 verbunden ist, trägt den Schild 16 in der vertikalen Richtung und ermöglicht, dass sich der Schild 16 in 1 in der vertikalen Richtung nach oben und unten bewegen kann. Zweite Hydraulikzylinder 22 auf jeder Seite der Maschine 10 ermöglichen, dass sich der Neigungswinkel einer Schildspitze 23 bezüglich einer Mittellinie 24 der Maschine ändern kann.
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Die Maschine 10 kann so ausgebildet sein, dass die Brennkraftmaschine 13 eine Hydraulikpumpe (nicht gezeigt) antreibt, die wiederum einen Hydraulikmotor (nicht gezeigt) antreibt. Der Hydraulikmotor kann für einen Betrieb mit den Antriebsrädern 14 und den Ketten 15 verbunden sein. Ein Betrieb der Hydrauliksysteme und somit der Antriebsräder 14 und der Ketten 15 kann durch ein Steuersystem mit einer Steuerung 30 gesteuert werden.
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Die Maschine 10 enthält ein Führerhaus 26, von dem aus ein Bediener eine Eingabe zum Steuern der Maschine vornehmen kann. Das Führerhaus 26 enthält eine oder mehrere Eingabevorrichtungen, mittels derer der Bediener Befehle ausgibt. Der Bediener kann Befehle zum Steuern des Antriebs und der Lenkung der Maschine 10 ausgeben sowie verschiedene Werkzeuge, die mit der Maschine in Verbindung stehen, bedienen. In einigen Situationen kann es wünschenswert sein, automatische Steuerungen zu verwenden, um von dem Bediener ausgegebene Befehle zu unterstützen oder außer Kraft zu setzen.
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Die Maschine 10 ist mit mehreren Sensoren ausgestattet, die Daten liefern, die (direkt oder indirekt) den Unterschied zwischen der Geschwindigkeit (oder der Geschwindigkeitsänderung) der Ketten 15 und der Geschwindigkeit (oder der Geschwindigkeitsänderung) der Maschine 10 angeben. Ein Antriebssensor, beispielsweise ein Antriebsgeschwindigkeitsmesssensor 32, kann auf der Maschine 10 vorgesehen sein. Das von dem Antriebsgeschwindigkeitsmesssensor 32 erzeugte Antriebssignal gibt die Geschwindigkeit der Bodeneingriffstraktionsvorrichtung oder der Kette 15 in Bezug auf die Maschine 10 an. Mit anderen Worten, das Antriebssignal gibt an, wie schnell sich die Kette 15 an der Maschine 10 bewegt. Der Antriebsgeschwindigkeitsmesssensor 32 kann ein Magnetsensor an einem Hydraulikmotor (nicht gezeigt) sein, der zum Antreiben des Antriebsrads 14 und somit Bewirken, dass sich die Kette 15 dreht, verwendet wird. Wie im Folgenden genauer beschrieben wird, wandelt die Steuerung 30 das Antriebssignal von dem Antriebsgeschwindigkeitsmesssensor 32 in eine „Ketten”-Beschleunigung um, die ein Maß für die Beschleunigung der Kette 15 ist.
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Ein erster Sensor 33, beispielsweise ein 3-Achsen-Beschleunigungsmesser, kann auf der Maschine 10 vorgesehen sein. Der erste Sensor 33 kann zum Liefern eines Beschleunigungssignals verwendet werden, das die gemessene Beschleunigung der Maschine 10 angibt. Ein zweiter Sensor 34, beispielsweise ein Neigungsratensensor (z. B. ein Gyroskop), kann ebenfalls auf der Maschine 10 vorgesehen sein. Der zweite Sensor 34 kann zum Liefern eines Neigungsratensignals verwendet werden, das eine gemessene Neigungsrate der Maschine 10 angibt. Wenn sich die Maschine 10 bewegt, wird die gemessene Neigungsrate die Rate einer Änderung des Neigungswinkels der Maschine 10 angeben. Der erste Sensor 33 und der zweite Sensor 34 können an dem Schild 16 oder an anderen Positionen auf der Maschine 10 montiert sein. Wie im Folgenden genauer beschrieben wird, wandelt die Steuerung 30 das Beschleunigungssignal von dem ersten Sensor 33 und das Neigungsratensignal von dem zweiten Sensor 34 in eine „Boden”-Beschleunigung um, die eine Näherung der Beschleunigung der Maschine 10 entlang des Bodens oder im Allgemeinen parallel zu der Mittellinie 24 der Maschine darstellt.
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Ein Steuersystem kann zum Steuern des Betriebs der Maschine 10 auf effiziente Weise vorgesehen sein. Das Steuersystem kann ein elektronisches Steuermodul oder eine Steuerung 30 enthalten. Die Steuerung 30 kann Bedienereingabebefehlssignale empfangen und den Betrieb der Hydrauliksysteme, die die Antriebsräder 14 und somit die Ketten 15 betreiben, steuern. Das Steuersystem kann eine oder mehrere Eingabevorrichtungen zum Steuern der Maschine 10 und einen oder mehrere Sensoren, einschließlich des Antriebsgeschwindigkeitsmesssensors 32, des ersten Sensors 33 und des zweiten Sensors 34, zum Liefern von Daten und anderen Eingangssignalen, die verschiedene Betriebsparameter der Maschine 10 angeben, enthalten.
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Die Steuerung 30 kann eine elektronische Steuerung sein, die auf logische Weise einen Betrieb zum Durchführen von Operationen, Ausführen von Steueralgorithmen, Speichern und Abrufen von Daten und andere gewünschte Operationen durchführt. Die Steuerung 30 kann einen Speicher, Sekundärspeichervorrichtungen, Prozessoren und beliebige andere Komponenten zum Ausführen einer Anwendung enthalten oder auf diese zugreifen. Der Speicher und die Sekundärspeichervorrichtungen können in Form eines Nur-Lese-Speichers (ROM) oder eines Zufallszugriffsspeichers (RAM) oder einer integrierten Schaltung, auf die die Steuerung zugreifen kann, vorliegen. Verschiedene andere Schaltungen können der Steuerung zugeordnet sein, beispielsweise eine Leistungsversorgungsschaltung, eine Signalverarbeitungsschaltung, eine Treiberschaltung und andere Arten von Schaltungen.
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Die Steuerung 30 kann eine einzige Steuerung sein oder kann mehrere Steuerungen enthalten, die zum Steuern verschiedener Funktionen und/oder Merkmale der Maschine 10 angeordnet sind. Der Ausdruck „Steuerung” soll im weitesten Sinn verwendet werden und ein oder mehrere Steuerungen und/oder Mikroprozessoren beinhalten, die der Maschine 10 zugeordnet sein können und zum Steuern verschiedener Funktionen und Betriebsabläufe der Maschine zusammenwirken können. Die Funktionalität der Steuerung 30 kann als Hardware und/oder als Software implementiert sein, unabhängig von der Funktionalität. Die Steuerung 30 kann auf ein oder mehrere Datenkennfelder zurückgreifen, die sich auf Betriebsbedingungen der Maschine 10 beziehen und die in dem Speicher der Steuerung gespeichert sein können. Jedes dieser Kennfelder kann eine Ansammlung von Daten in Form von Tabellen, Graphen und/oder Gleichungen enthalten. Die Steuerung 30 kann die Datenkennfelder zum Maximieren der Effizienz der Maschine 10 verwenden.
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Das Steuersystem und die Sensoren können für einen Betrieb als ein Traktionssteuersystem für die Bodeneingriffstraktionsvorrichtung ausgebildet sein. Dabei kann die Steuerung 30 zum Empfangen einer vorbestimmten Geschwindigkeit oder „Rutschgeschwindigkeit”, oberhalb der erwartet wird, dass kein Rutschen der Bodeneingriffstraktionsvorrichtung auftritt, als einen Eingangswert ausgebildet sein. Es sei bemerkt, dass während eines Normalbetriebs, bei dem von dem Bediener kein Rutschen einer Kette oder von Rädern wahrgenommen wird, ein geringes Ausmaß oder ein Schwellenausmaß eines Rutsches zwischen der Kette 15 und dem Boden auftreten kann. Dieses Schwellenausmaß eines Rutschens kann etwa 5 bis 10 Prozent betragen und bezeichnet hierin die Situation, in der die Antriebsbeschleunigung und die Bodenbeschleunigung gleich oder im Wesentlichen gleich sind. Mit anderen Worten, ein geringes Ausmaß eines Rutschens wird nicht als eine Situation beurteilt, in der die Antriebsbeschleunigung größer als die Bodenbeschleunigung ist und somit die Kettengeschwindigkeit größer als die Bodengeschwindigkeit ist.
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Während des Betriebs der Maschine 10 kann, wie im Folgenden genauer beschrieben wird, das Traktionssteuersystem die Rutschgeschwindigkeit nach oben oder unten ändern, basierend auf Daten, die während jedes Überwachungszyklus der Steuerung 30 erzeugt werden. Zusätzlich dazu kann ein „Rutschfaktor” erzeugt werden und zum Ändern eines Bedienereingabebefehls zur Verringerung der Geschwindigkeit der Bodeneingriffstraktionsvorrichtung verwendet werden. Der Rutschfaktor kann eine Prozentzahl zwischen Null und Hundert sein, so dass ein beliebiger Wert des Rutschfaktors, der kleiner als Hundert ist, im Vergleich zu der gewünschten Eingabe, wie sie durch den Bedienereingabebefehl angegeben wird, eine Verringerung des zu den Ketten 15 gesendeten Geschwindigkeitsbefehls bewirken wird.
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Die Maschine 10 kann mit einem Benutzerschalter (nicht gezeigt) zum Aktivieren oder Deaktivieren des Traktionssteuerungsaspekts des Steuersystems ausgestattet sein. Wenn das Traktionssteuersystem deaktiviert ist, wird die Maschine 10 einen Betrieb gemäß den Befehlen des Bedieners durchführen, unabhängig von den Betriebsbedingungen, denen die Maschine begegnet, z. B. einer Rutschbedingung.
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Wenn der Benutzerschalter aktiviert ist, wird das System wie in den Flussdiagrammen der 2–3 gezeigt arbeiten. Der Bediener liefert in Schritt 41 einen Bedienereingabebefehl zum Antreiben der Maschine 10 entweder in einer Vorwärtsrichtung oder einer Rückwärtsrichtung. In Schritt 42 bestimmt die Steuerung, ob bestimmte vorbestimmte Schwellenbedingungen für eine Aktivierung des Traktionssteuersystems erfüllt sind. Eine Schwellenbedingung kann die sein, dass die Brennkraftmaschine 13 oberhalb einer vorbestimmten Drehzahl in Betrieb ist. Wenn die Brennkraftmaschine 13 unterhalb der vorbestimmten Drehzahl in Betrieb ist, kann es wünschenswert sein, das Traktionssteuersystem zu deaktivieren, da die Wahrscheinlichkeit eines tatsächlichen Rutsches der Ketten 15 relativ gering sein kann.
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Eine andere Schwellenbedingung kann sein, dass die Last an der Brennkraftmaschine 13 weniger als ein vorbestimmtes Niveau aufweist. Die Last an der Brennkraftmaschine 13 kann von der Steuerung 30 basierend auf Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine bestimmt werden, einschließlich eines Kraftstoffverbrauchs und einer Betriebsdrehzahl. Es kann erwünscht sein, das Traktionssteuersystem zu deaktivieren, wenn die Last unterhalb des vorbestimmten Niveaus ist, da ein Kettenrutschen wahrscheinlicher unter Volllastbetriebsbedingungen auftritt und weniger wahrscheinlich unter Niedriglastbedingungen auftritt. Eine andere Schwellenbedingung kann eine Sensorqualitätsprüfung sein, bei der vorbestimmte Initialisierungs- und Betriebsbedingungen der Sensoren erfüllt sein müssen. Eine weitere Schwellenbedingung kann die Geschwindigkeit sein, mit der sich die Maschine fortbewegt. Wenn sich die Maschine mit mehr als einer vorbestimmten Rate fortbewegt, kann das Traktionssteuersystem deaktiviert werden, da es unwahrscheinlich ist, dass ein Kettenrutschen auftritt, wenn sich die Maschine mit mehr als der vorbestimmten Rate fortbewegt. Eine andere Schwellenbedingung kann auf einem Empfang vorbestimmter Lenkbefehle basieren. Beispielsweise kann eine Maschine 10, die ein Paar von Ketten 15 enthält, während bestimmter Wendemanöver eine Kette aufweisen, die sich schneller bewegt als die anderen Ketten. Es sei bemerkt, dass die verschiedenen Schwellenbedingungen unterschiedlich sein können, abhängig davon, ob befohlen wird, dass sich die Maschine 10 in einer Vorwärtsrichtung oder einer Rückwärtsrichtung bewegt. Andere Schwellenbedingungen können bei Bedarf in dem Steuersystem eingestellt werden.
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Wenn in Schritt 42 die notwendigen Schwellenbedingungen nicht erfüllt sind, wird die Steuerung 30 in Schritt 46 ein Befehlssignal erzeugen, das im Allgemeinen gleich dem Bedienereingabebefehlssignal ist. Mit anderen Worten, die Steuerung wird die Funktionalität des Traktionssteuersystems nicht implementieren, und ein Befehlssignal, das im Allgemeinen gleich dem Bedienereingabebefehlssignal ist, wird in Schritt 47 zur Steuerung der Bodeneingriffstraktionsvorrichtung zu dem Antriebssystem gesendet.
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Wenn andererseits in Schritt 42 die notwendigen Schwellenbedingungen erfüllt worden sind, empfängt die Steuerung in Schritt 43 ein Antriebssignal von dem Antriebsgeschwindigkeitsmesssensor 32, das die Geschwindigkeit der Ketten 15 angibt. Die Steuerung bestimmt dann in Schritt 44 die tatsächliche Geschwindigkeit bzw. die Antriebsgeschwindigkeit der Ketten. Wenn die Antriebsgeschwindigkeit größer als eine vorbestimmte maximale Aktivierungsgeschwindigkeit ist, erzeugt die Steuerung in Schritt 45 ein Befehlssignal, das in Schritt 46 gleich dem Bedienereingabebefehlssignal ist. Die vorbestimmte Maximalaktivierungsgeschwindigkeit kann größer oder gleich der Rutschgeschwindigkeit sein. In Schritt 47 wird das Befehlssignal zur Steuerung der Bodeneingriffstraktionsvorrichtung zu dem Antriebssystem gesendet.
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Wenn die Antriebsgeschwindigkeit weniger als die vorbestimmte Maximalaktivierungsgeschwindigkeit beträgt, kann der Prozess „A” gemäß 3 durchgeführt werden. In Schritt 50 wird basierend auf dem Antriebssignal, das von dem Antriebsgeschwindigkeitsmesssensor 32 erzeugt wird, die Antriebsbeschleunigung bestimmt. Dabei wird in Schritt 50 die anhand des in Schritt 43 empfangenen Antriebssignals bestimmte Antriebsgeschwindigkeit von der Steuerung 30 abgeleitet, so dass die Antriebsbeschleunigung berechnet wird. Die Antriebsbeschleunigung kann bei Bedarf auch durch die Steuerung 30 skaliert werden.
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In Schritt 51 wird das Beschleunigungssignal von dem ersten Sensor 33 von der Steuerung 30 empfangen. In Schritt 52 wird das Neigungsratensignal von dem zweiten Sensor 34 von der Steuerung 30 empfangen. Die Bodenbeschleunigung oder die Beschleunigung der Maschine 10 wird in Schritt 53 bestimmt. Während solch einer Berechnung kann das Beschleunigungssignal von dem ersten Sensor 33 gefiltert werden, beispielsweise durch eine Hochpassfilterung. Das Neigungsratensignal von dem zweiten Sensor 34 kann gefiltert werden, beispielsweise durch eine Tief- und Hochpassfilterung. Zusätzlich dazu kann das Neigungsratensignal integriert werden. Das gefilterte Beschleunigungssignal und das gefilterte und integrierte Neigungsratensignal werden dann zum Erzeugen einer Näherung für die tatsächliche Maschinenbeschleunigung oder Bodenbeschleunigung entlang des Bodens und im Allgemeinen parallel zu der Mittellinie 24, die in 1 gezeigt ist, addiert. Unter Verwendung des Beschleunigungssignals von dem ersten Sensor 33 und des Neigungsratensignals von dem zweiten Sensor 34 kompensiert das System die Auswirkungen der Schwerkraft sowie die Ansprechratenunterschiede zwischen dem ersten Sensor 33 und dem zweiten Sensor 34.
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Bezugnehmend auf 4 ist ein Graph des Beschleunigungssignals 61 von dem ersten Sensor 33 gezeigt. Der Graph zeigt das durch eine Linie 61 dargestellte Beschleunigungssignal von dem ersten Sensor 33 als eine Funktion der Zeit für eine simulierte Bewegung der Maschine 10 einen Berg oder eine Steigung hinauf. In 5 ist das Beschleunigungssignal der 4, nachdem es gefiltert worden ist, durch eine Linie 62 gezeigt. 6 zeigt das durch eine Linie 36 dargestellte Neigungsratensignal von dem zweiten Sensor 34. Der Graph zeigt das Neigungsratensignal 63 von dem zweiten Sensor 34 als eine Funktion der Zeit für dieselbe simulierte Bewegung der Maschine 10 wie in den 4–5. 7 zeigt die durch eine Linie 64 dargestellte geschätzte Bodenbeschleunigung der Maschine 10 entlang der Mittellinie 24, die von der Steuerung 30 erzeugt wird. Die geschätzte Bodenbeschleunigung 64 wird durch Summieren des gefilterten Beschleunigungssignals 62 der 5 und des Neigungsratensignals der 6 nach einer Filterung, einer Skalierung und einer Integration erzeugt. Aus den 4–7 ist ersichtlich, dass die Summe der Signale von dem ersten Sensor 33 und dem zweiten Sensor 34 die Beseitigung oder Verringerung von Fehlern in dem vorliegenden System aufgrund der Auswirkung der Schwerkraft auf die Sensoren, wenn die Maschine 10 auf Berge trifft, ermöglicht.
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Erneut Bezug nehmend auf 3 wird in Schritt 54 die Antriebsbeschleunigung mit der Bodenbeschleunigung verglichen. Wenn die Antriebsbeschleunigung ausreichend größer als die Bodenbeschleunigung ist, bestimmt das Steuersystem 30, dass die Kette 15 in Bezug auf den Boden rutscht. Die Steuerung 30 führt dann einen Betrieb zum Verringern der Geschwindigkeit der Ketten 15 durch. Dazu verringert die Steuerung in Schritt 55 den Rutschfaktor. Somit wird der Rutschfaktor für jeden Betriebszyklus der Steuerung 30, in dem die Antriebsbeschleunigung größer als die berechnete Bodenbeschleunigung ist, verringert, da diese Bedingung angibt, dass die Ketten 15 in Bezug auf den Boden rutschen. In Schritt 56 wird basierend auf dem Bedienereingabebefehlssignal und dem verringerten Rutschfaktor ein Befehlssignal erzeugt. Das Befehlssignal basiert zumindest zum Teil auf dem verringerten Rutschfaktor und dem Bedienereingabebefehlssignal. Wenn die Ketten 15 rutschen, führt jeder Betriebszyklus der Steuerung 30 zu einer Verringerung des Rutschfaktors. Bei einem Beispiel kann die Steuerung mit einer Frequenz von etwa 50 Hz arbeiten. Dementsprechend kann der Rutschfaktor relativ rasch verringert werden, bis die Ketten 15 nicht mehr rutschen. Nach einer Erzeugung des Befehlssignals wird dieses in Schritt 57 zur Steuerung der Bodeneingriffstraktionsvorrichtung zu dem Antriebssystem gesendet.
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Wenn die Antriebsbeschleunigung größer als die Bodenbeschleunigung ist, kann davon ausgegangen werden, dass sich das System von dem Rutschen „erholt”. In solch einem Fall kann die Steuerung 30 die Geschwindigkeit der Ketten 15 sowie den Rutschfaktor erhöhen.
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Wenn die Ketten 15 in Bezug auf den Boden nicht rutschen und die Antriebsbeschleunigung in Schritt 54 nicht größer als die Bodenbeschleunigung ist, wird der Rutschfaktor in Schritt 58 erhöht. Das in Schritt 59 erzeugte Befehlssignal basiert auf dem Bedienereingabebefehlssignal und dem erhöhten Rutschfaktor. Das Befehlssignal wird dann in Schritt 57 zur Steuerung der Bodeneingriffstraktionsvorrichtung zu dem Antriebssystem gesendet.
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Durch Verringern des Rutschfaktors jedes Mal, wenn die Antriebsbeschleunigung größer als die Bodenbeschleunigung ist, wird die Geschwindigkeit der Ketten 15 verringert, bis schließlich die Geschwindigkeit ausreichend verringert worden ist, so dass die Ketten 15 nicht mehr rutschen und die Antriebsbeschleunigung gleich oder annähernd gleich der Bodenbeschleunigung ist. Bei Bedarf kann die Steuerung bei mehreren unterschiedlichen Geschwindigkeiten und in einer Vorwärts- und einer Rückwärtsrichtung unterschiedlich auf den Rutschfaktor reagieren, so dass die Maschine 10 in einem schmaleren Bereich arbeiten kann, als wenn ein einziger Rutschfaktor verwendet würde.
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Während eines Betriebs wird ein Bediener häufig eine Reihe von Aufgaben über einen bestimmten Zeitraum in einem bestimmten Bereich mit einem im Allgemeinen konsistenten Oberflächenmaterial durchführen. Zur Verbesserung des Betriebs des Traktionssteuersystems kann die Steuerung 30 die Eigenschaften des Oberflächenmaterials, auf dem die Maschine arbeitet, sowie die Betriebscharakteristiken des Maschinenbedieners „lernen”. Dies kann durch Aufzeichnen der Geschwindigkeiten, bei denen ein Rutschen der Ketten 15 auftritt, als eine Reihe von Datenpunkten erreicht werden. Während jedes Betriebszyklus vergleicht die Steuerung die Antriebsbeschleunigung mit der berechneten Bodenbeschleunigung. Wenn die Antriebsbeschleunigung größer als die Bodenbeschleunigung ist, rutschen die Ketten 15 relativ zu dem Boden. Die Steuerung 30 kann den Rutschfaktor jedes Betriebszyklus verringern, bis die Antriebsbeschleunigung annähernd gleich der Bodenbeschleunigung ist und kein Rutschen auftritt. Die Steuerung 30 kann die Geschwindigkeit der Ketten 15 aufzeichnen und derartige Daten zum Vorhersagen oder Vorwegnehmen von Kettengeschwindigkeiten, bei denen ein Rutschen auftreten könnte, verwenden.
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Die Kettengeschwindigkeit, bei der das Rutschen aufgetreten ist, kann zum Berechnen einer neuen Rutschgeschwindigkeit verwendet werden. Während der Bediener fortfährt, die Maschine 10 zu bedienen, kann die Steuerung 30 die zusätzlichen Daten jedes Rutschvorgangs verwenden, indem sie die neue Rutschgeschwindigkeit mit der vorher eingestellten oder vorher berechneten Rutschgeschwindigkeit mittelt, so dass eine aktualisierte Rutschgeschwindigkeit erzeugt wird. Mit anderen Worten, die vorliegende oder vorbestimmte Rutschgeschwindigkeit wird mit der Kettengeschwindigkeit oder der Geschwindigkeit der Bodeneingriffstraktionsvorrichtung, wenn die Antriebsbeschleunigung annähernd gleich der Bodenbeschleunigung ist, gemittelt. Diese Rutschgeschwindigkeit kann verwendet werden, bis die Maschine 10 abgeschaltet wird oder das Traktionssteuersystem abgeschaltet wird. In einigen Situationen kann die Steuerung so ausgebildet sein, dass die Rutschgeschwindigkeit zu der ursprünglichen oder voreingestellten Rutschgeschwindigkeit zurückkehrt, wenn sich die Maschine an einer bestimmten Position im Leerlauf befindet. Bei Bedarf kann die Steuerung unterschiedliche Rutschgeschwindigkeiten für Vorwärts und Rückwärts verwenden.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Die gewerbliche Anwendbarkeit des hierin beschriebenen Systems kann ohne weiteres der obigen Beschreibung entnommen werden. Die obige Beschreibung kann auf Maschinen mit Selbstantrieb angewandt werden, die eine Bodeneingriffstraktionsvorrichtung, beispielsweise Ketten 15 oder Räder, aufweisen. Das Traktionssteuersystem vergleicht die Geschwindigkeit der Bodeneingriffstraktionsvorrichtung mit einer Bodengeschwindigkeit der Maschine 10, um zu bestimmen, ob ein Rutschen auftritt. Dies wird durch Vergleichen der Beschleunigung der Ketten 15 mit der Beschleunigung der Maschine 10 erreicht. Wenn die Ketten 15 wesentlich mehr als die Maschine 10 beschleunigt werden, rutschen die Ketten 15 in Bezug auf den Boden.
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Gemäß einem Aspekt enthält ein System zur automatischen Steuerung einer Bodeneingriffstraktionsvorrichtung einer Maschine 10 mehrere Sensoren. Ein Antriebssensor 32 ist zum Liefern eines Antriebssignals ausgebildet, das eine Geschwindigkeit der Bodeneingriffstraktionsvorrichtung angibt. Ein erster Sensor 33 auf der Maschine 10 ist zum Liefern eines Beschleunigungssignals ausgebildet, das eine gemessene Beschleunigung der Maschine angibt. Ein zweiter Sensor 34 auf der Maschine 10 ist zum Liefern eines Neigungsratensignals ausgebildet, das eine gemessene Neigungsrate der Maschine angibt. Eine Steuerung 30 ist zum Bestimmen einer Antriebsbeschleunigung basierend auf dem Antriebssignal und einer Bodenbeschleunigung basierend auf dem Beschleunigungssignal und dem Neigungsratensignal ausgebildet. Die Steuerung ist ferner zum Vergleichen der Antriebsbeschleunigung mit der Bodenbeschleunigung, Bestimmen eines Befehlssignals zumindest zum Teil basierend auf einem Bedienereingabebefehlssignal und einem Unterschied zwischen der Antriebsbeschleunigung und der Bodenbeschleunigung und Senden des Befehlssignals zu einem Antriebssystem zur Steuerung der Bodeneingriffstraktionsvorrichtung ausgebildet.
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Gemäß einem anderen Aspekt wird ein Verfahren zum Steuern einer Bodeneingriffstraktionsvorrichtung einer Maschine 10 geschaffen. Das Verfahren beinhaltet das Empfangen eines Antriebssignals durch eine Steuerung 30, das eine Geschwindigkeit der Bodeneingriffstraktionsvorrichtung angibt, das Empfangen eines Beschleunigungssignals durch die Steuerung 30, das eine gemessene Beschleunigung der Maschine 10 angibt, und das Empfangen eines Neigungsratensignals durch die Steuerung 30, das eine gemessene Neigungsrate der Maschine angibt. Eine Antriebsbeschleunigung wird basierend auf dem Antriebssignal bestimmt, und eine Bodenbeschleunigung wird basierend auf dem Beschleunigungssignal und dem Neigungsratensignal bestimmt. Die Antriebsbeschleunigung wird mit der Bodenbeschleunigung verglichen. Ein Befehlssignal wird zumindest zum Teil basierend auf einem Bedienereingabebefehlssignal und einem Unterschied zwischen der Antriebsbeschleunigung und der Bodenbeschleunigung bestimmt. Das Befehlssignal wird zur Steuerung der Bodeneingriffstraktionsvorrichtung von der Steuerung 30 zu einem Antriebssystem gesendet.
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Es ist offensichtlich, dass die obige Beschreibung Beispiele für das offenbarte System und das offenbarte Verfahren gibt. Diesbezüglich kann das offenbarte System Geschwindigkeits- und Beschleunigungssensoren verwenden, die bereits für andere Steuerfunktionen auf der Maschine angeordnet sind. Es ist jedoch vorgesehen, dass sich andere Implementierungen der Offenbarung im Einzelnen von den obigen Beispielen unterscheiden können. Das heißt, andere Geschwindigkeits- und/oder Beschleunigungssensoren können zum Ableiten (entweder direkt oder indirekt) einer Maschinenbeschleunigung und einer erwarteten Maschinenbeschleunigung verwendet werden, die dann zur Bestimmung eines Rutsches von Ketten verwendet werden können. Alle Bezüge auf die Offenbarung oder Beispiele für dieselbe sollen auf das bestimmte Beispiel Bezug nehmen, das an der jeweiligen Stelle erörtert wird, und sollen keine Beschränkung des Schutzbereichs der Offenbarung im Allgemeinen implizieren. Alle Ausdrücke zur Unterscheidung und Wertung in Bezug auf bestimmte Merkmale sollen das Fehlen einer Bevorzugung dieser Merkmale angeben, diese jedoch nicht vollständig aus dem Schutzbereich der Offenbarung ausschließen, sofern nichts anderes angegeben ist.
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Angaben von Wertebereichen sollen lediglich als eine Kurzschreibweise zum Bezugnehmen auf jeden einzelnen getrennten Wert, der in den Bereich fällt, dienen, sofern hierin nichts anderes angegeben ist, und jeder separate Wert ist in die Beschreibung aufgenommen, als ob er einzeln aufgeführt worden wäre. Alle hierin beschriebenen Verfahren können in einer beliebigen geeigneten Reihenfolge durchgeführt werden, sofern hierin nichts anderes angegeben ist oder der Zusammenhang eindeutig etwas anderes besagt.
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Dementsprechend beinhaltet diese Offenbarung alle Modifikationen und Äquivalente des Gegenstands der angehängten Ansprüche im Rahmen des Gesetzes. Darüber hinaus wird eine beliebige Kombination der oben beschriebenen Elemente in allen möglichen Variationen derselben von der Offenbarung umfasst, sofern hierin nichts anderes angegeben ist oder der Zusammenhang eindeutig etwas anderes besagt.
