DE112013001746T5

DE112013001746T5 - Steuerung für Kurvenfahrtoperationen eines Motorgraders

Info

Publication number: DE112013001746T5
Application number: DE112013001746.6T
Authority: DE
Inventors: Michael Braunstein; Yongliang Zhu
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2012-03-27
Filing date: 2013-03-20
Publication date: 2015-02-26
Also published as: US20130255977A1; CN104204362A; WO2013148428A1

Abstract

Ein Verfahren zur Steuerung eines Motorgraders mit einem Schild, einer Schildverschiebungsbetätigungsvorrichtung, einem Sensor zum Detektieren einer Distanz zu einer Kurve, einem oder mehreren lenkbaren Rädern, einer Lenkbetätigungsvorrichtung, einem mit Gelenk versehenen Rahmen und einer Knicklenkbetätigungsvorrichtung wird vorgesehen. Gemäß einem Aspekt ist ein Objektsensor so angeordnet und konfiguriert, dass er einen Spalt zwischen dem Schild und der Kurve bestimmt und den Spalt in Abwesenheit einer Einwirkung des Anwenders auf einem vorbestimmten Wert hält, und zwar durch automatisches Manipulieren der Schildverschiebungsbetätigungsvorrichtung und/oder der Lenkbetätigungsvorrichtung und/oder der Knicklenkbetätigungsvorrichtung. Es kann basierend auf einer Modusauswahl durch einen Bediener des Motorgraders bestimmt werden, welche der einen oder mehreren Betätigungsvorrichtungen verwendet werden soll bzw. sollen, um den Schildspalt beizubehalten.

Description

Technisches Gebiet der Offenbarung
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf den Betrieb eines Motorgraders bzw. Straßenhobels und insbesondere bezieht sie sich auf eine Schild- und Lenkungssteuerung eines Motorgraders für Operationen nahe Straßenmarkierungen, wie beispielsweise bei Kurven.
Hintergrund der Offenbarung
Motorgrader bzw. Straßenhobel sind Erdbewegungsmaschinen, die bei einer Vielzahl von Aufgaben eingesetzt werden, was Formwerkzeuge zur Erzeugung von Böschungen, Gräben und Absätzen mit einschließt, weiter als Oberflächenvorbereitungswerkzeuge für das Aufreißen und andere Behandlungen von Oberflächen und als Endbearbeitungswerkzeuge zur Verfeinerung bzw. zum Abziehen von Baustellen- und Straßenoberflächen zu einer letztendlichen Form und Kontur. Obwohl dies nicht immer so ist, weisen Motorgrader typischer Weise einen vorderen Rahmen und einen hinteren Rahmen auf, die an einer Gelenkverbindung verbunden sind. Der hintere Rahmen weist Abteile für die Aufnahme der Leistungsquelle und der Kühlkomponenten auf, wobei die Leistungsquelle betriebsmäßig mit den Hinterrädern für einen Primärantrieb der Maschine gekoppelt ist. Die Hinterräder sind typischerweise in Tandemsätzen auf gegenüberliegenden Seiten des hinteren Rahmens angeordnet. Der vordere Rahmen weist typischer Weise ein Paar von Vorderrädern auf und trägt eine Bedienerstation und eine Schildanordnung.
Um eine erwünschte Form, Kontur und/oder Endbearbeitung zu erzeugen, kann das Schild des Motorgraders bzw. Straßenhobels im Allgemeinen mit einer feinen Bewegungsauflösung zu irgendeiner von einer großen Anzahl von Positionen gedreht, gekippt, angehoben, abgesenkt und/oder seitlich verschoben werden. Obwohl das Schild an dem Motorgrader befestigt ist, ist somit die relative Schildposition stark variabel.
Die Gesamtlenkung der Maschine ist allgemein eine Funktion von sowohl einer Lenkbewegung der Vorderräder (typischerweise als „Lenken” bezeichnet) und einer Gelenkbewegung des vorderen Rahmens relativ zum hinteren Rahmen (typischerweise als „Gelenkbewegung” bzw. „Knicklenkung” bezeichnet). Dies gestattet, dass die Maschine relativ enge Bögen und Kreise fährt, wie diese bei Kurven oder Kehren in einer Straße auftreten können. Vor dem Hintergrund der Fähigkeit zur Steuerung der Schildposition, der Rahmenknicklenkun und der Radlenkung, stellt die Bedienung eines Motorgraders Anwender vor eine komplexe Aufgabe. Die Bedienerschnittstelle zur Steuerung der Maschine weist im Allgemeinen verschiedene von Hand betätigte Steuerungen auf, um die Vorderräder zu lenken, das Schild zu positionieren, die Rahmengelenkbewegung zu steuern und zusätzliche Vorrichtungen zu steuern, wie beispielsweise Reißwerkzeuge und Pflüge, während sie auch verschiedene Anzeigen zur Überwachung von Maschinenzuständen und/oder Maschinenfunktionen aufweist.
Während der Aufgaben, die eine feine Positionierung des Schildes und der Maschine erfordern, werden auch erfahrene Bediener oft die Betriebsgeschwindigkeit verlangsamen müssen, um zu vermeiden, dass die Straße beschädigt wird oder nahe beistehende Markierungen getroffen werden, während sichergestellt wird, dass das Schild die Grenzen der zu bearbeitenden Fläche erreicht. Wie der Ausdruck hier verwendet wird, bezieht sich der Ausdruck „Markierung” auf eine Struktur, der gefolgt werden muss, wie beispielsweise einer Kurve. Während eine Markierung nicht speziell mit einer sichtbaren Farbe oder einer anderen Markierungssubstanz markiert werden muss, schließt der Ausdruck „Markierung” nicht solche sichtbar markierten Strukturen aus.
Beim Graden bzw. Abziehen in einer Sackgasse muss der Bediener den Motorgrader um einen eng gekrümmten Pfad manövrieren, während er das Schild in einer erwünschten Distanz von Kurven und anderen Hindernissen hält. Dies erfordert, dass der Bediener gleichzeitig das Schild, die Lenkbewegung der Vorderräder und den Rahmenknicklenkwinkel steuert. Wenn er irgendeine dieser Variablen nicht ordnungsgemäß steuert, können solche Umstände Kollisionen zwischen dem Schild und einem Hindernis oder eine unvollständige Bearbeitung zur Folge haben.
Gewisse Systeme versuchen, Teile dieses Problems anzusprechen. Beispielsweise offenbart die US-Anmeldung mit der Nummer 2010/0010703 von Coats und anderen ein Verfahren zum Leiten einer Maschine, welches darauf gerichtet ist, eine Maschinenposition relativ zu einer Markierung beizubehalten. Während das System von Coats und anderen den Bedienern dabei hilft, gewisse Aufgaben bei der Maschinenpositionierung zu automatisieren, spricht es nicht die Schildpositionierung für empfindliche Operationen an, wie beispielsweise Abziehen und Konturieren in einer Sackgasse.
Die vorliegende Offenbarung ist auf ein Steuersystem und Steuerverfahren für eine Maschine gerichtet, um Betriebsvorgänge eines Motorgraders zu verbessern, um ein oder mehrere der oben dargelegten Probleme oder Nachteile anzusprechen. Es sei jedoch bemerkt, dass die Lösung irgendeines speziellen Problems keine Einschränkung bezüglich des Umfangs dieser Offenbarung und der beigefügten Ansprüche ist, außer dies ist ausdrücklich erwähnt. Außerdem bespricht dieser Abschnitt über den technischen Hintergrund Probleme und Lösungen, die von den Erfindern bemerkt wurden; das Vorkommen irgendeines Problems oder einer Lösung in diesem Abschnitt ist jedoch keine Anzeige dafür, dass das Problem oder die Lösung bekannten Stand der Technik darstellt, außer, wenn dies ausdrücklich erwähnt wird. Bezüglich des Standes der Technik, der als solcher ausdrücklich erwähnt wird, soll dessen Zusammenfassung nicht das Dokument des Standes der Technik selbst verändern oder ergänzen; jegliche Abweichung oder jeglicher Unterschied sollte durch Bezugnahme auf den Stand der Technik gelöst werden.
Zusammenfassung der Offenbarung
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zur Steuerung eines Motorgraders vorgesehen. Das Verfahren weist auf, eine Bedienerauswahl von einem Bediener des Motorgraders bzw. Straßenhobels zu empfangen, welche anzeigt, dass der Bediener eine automatische Steuerung des Schildes wünscht. Eine Distanz zwischen einem Merkmal einer Straßenmarkierung und einer Kante des Schildes des Motorgraders, die am nächsten an der Straßenmarkierung ist, wird automatisch über einen Objektsensor bestimmt, und das Schild wird automatisch relativ zur Straßenmarkierung bewegt, so dass die Distanz zwischen dem Merkmal der Straßenmarkierung und der Kante des Schildes nächstliegend zur Straßenmarkierung im Wesentlichen einer Ziel- bzw. Solldistanz entspricht.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Motorgrader vorgesehen, welcher einen mit Knickgelenk versehenen Rahmen aufweist, der eine oder mehrere lenkbare Traktions- bzw. Antriebsvorrichtungen an einem Ende des mit Gelenk versehenen Rahmens und eine oder mehrere Antriebstraktionsvorrichtungen an einem gegenüberliegenden Ende des mit Gelenk versehenen Rahmens aufweist. Ein Schild ist unter dem mit Gelenk versehenen Rahmen positioniert, um eine Bodenfläche unter dem Motorgrader zu bearbeiten bzw. abzuziehen, und eine Knickgelenkbetätigungsvorrichtung ist so angeordnet und konfiguriert, dass sie einen Gelenkwinkel bzw. Knicklenkwinkel des mit Gelenk versehenen Rahmens einrichtet. Eine Lenkbetätigungsvorrichtung ist so angeordnet und konfiguriert, dass sie einen Lenkwinkel der einen oder mehreren lenkbaren Traktionsvorrichtungen einrichtet, und eine Verschiebungsbetätigungsvorrichtung ist so angeordnet und konfiguriert, dass sie das Schild relativ zum mit Gelenk versehenen Rahmen verschiebt. Zumindest ein Objektsensor detektiert eine Straßenmarkierung benachbart zum Motorgrader und liefert Informationen, welche eine Distanz zwischen dem Schild und der Straßenmarkierung anzeigen. Eine Steuervorrichtung ist vorgesehen, um ein Modusauswahlsignal von einem Modusauswahlschalter zu empfangen, welches einen erwünschten Betriebsmodus aus einer Vielzahl von verfügbaren Modi identifiziert, welche Folgendes aufweisen: einen manuellen Modus, einen automatischen Schildsteuermodus, wobei die Steuervorrichtung die Schildverschiebungsbetätigungsvorrichtung so steuert, dass eine Ziel- bzw. Soll-Distanz zwischen dem Schild und der Straßenmarkierung beibehalten wird, einen automatischen Schild- und Knickgelenksteuermodus, bei dem die Steuervorrichtung die Schildverschiebungsbetätigungsvorrichtung und die Knickgelenkbetätigungsvorrichtung so steuert, dass die Soll-Distanz zwischen dem Schild und der Straßenmarkierung beibehalten wird, wenn die Maschine durch den Bediener gelenkt wird, und einen vollautomatischen Steuermodus, in dem die Steuervorrichtung die Schildverschiebungsbetätigungsvorrichtung, die Knickgelenkbetätigungsvorrichtung und die Lenkbetätigungsvorrichtung steuert, um den Motorgrader zu leiten, während die Soll-Distanz zwischen dem Schild und der Straßenmarkierung beibehalten wird.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der Offenbarung wird ein Verfahren vorgesehen, um einen Motorgrader zu steuern, der ein Schild, eine Schildverschiebungsbetätigungsvorrichtung, einen Objektsensor zum Detektieren einer Distanz zu einer Kurve, ein oder mehrere lenkbare Räder, eine Lenkbetätigungsvorrichtung, einen mit Gelenk versehenen Rahmen und eine Knickgelenkbetätigungsvorrichtung hat. Das Verfahren weist auf, periodisch über den Objektsensor einen Spalt zwischen dem Schild und einem Merkmal der Kurve zu bestimmen und den Spalt auf einer Ziel- bzw. Soll-Distanz zu halten, wenn keine Intervention durch den Anwender vorliegt, und zwar durch automatisches Manipulieren der Schildverschiebungsbetätigungsvorrichtung und/oder der Lenkbetätigungsvorrichtung und/oder der Knickgelenkbetätigungsvorrichtung.
Zusätzliche und alternative Merkmale und Aspekte der offenbarten Verfahren und Systeme werden beim Lesen der detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungsfiguren offensichtlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine bildliche Darstellung einer Seitenansicht eines beispielhaften Motorgraders;
2 ist eine bildliche Darstellung einer Draufsicht eines beispielhaften Motorgraders;
3 ist eine schematische Veranschaulichung einer Draufsicht eines beispielhaften Motorgraders, welche Lenkungs- und Knickgelenkwinkel veranschaulicht;
4 ist ein Steuerschema, welches Steuervorrichtungseingänge und -ausgänge zeigt, die beim Ausführen verschiedener Ausführungsbeispiele der offenbarten Systeme und Verfahren verwendet werden;
5 ist ein Flussdiagramm, welches eine Übersicht eines Betriebsverfahrens von gewissen Aspekten einer Motorgradermaschine basierend auf einer Modusauswahl durch den Bediener veranschaulicht:
6 ist ein Flussdiagramm, welches ein automatisches Schildsteuerverfahren gemäß einer Ausführung der Offenbarung veranschaulicht;
7 ist ein Flussdiagramm, welches ein automatisches Schild- und Knickgelenksteuerverfahren gemäß einer Ausführung der Offenbarung veranschaulicht;
8 ist ein Flussdiagramm, welches ein automatisches Schild-, Lenkungs- und Knickgelenksteuerverfahren gemäß einer Ausführung der Offenbarung veranschaulicht; und
9 ist ein schematisches Beispiel einer Anzeige, die eine Auswahl von gewissen Parametern durch einen Bediener gestattet.
Detaillierte Beschreibung der Offenbarung
Die vorliegende Offenbarung sieht ein System und ein Verfahren für die Lenkung und Schildsteuerung eines Motorgraders für Operationen bzw. Betriebsvorgänge bezüglich Straßenmarkierungen vor, wie beispielsweise bezüglich Kurven usw., ist jedoch nicht darauf eingeschränkt. Nun mit Bezug auf 1 und 2 ist dort ein beispielhafter Motorgrader bzw. Straßenhobel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung gezeigt. Der veranschaulichte Motorgrader 10 weist einen vorderen Rahmen 12, einen hinteren. Rahmen 14 und ein Arbeitswerkzeug 16 auf. Im Zusammenhang mit einem Motorgrader ist ein Arbeitswerkzeug 16 typischerweise eine Schildanordnung 18, die auch manchmal als Zugstangen-Kreis-Formplattenanordnung bzw. DCM-Anordnung bezeichnet wird (DCM = drawbarcircle-moldboard). Die Schildanordnung 18 kann einen separaten Schildteil und einen Formplattenteil aufweisen und solche Anordnungen werden hier insgesamt als Schild-Formplatte oder DCM bezeichnet.
Der hintere Rahmen 14 weist eine nicht gezeigte Leistungsquelle auf, die in einem hinteren Abteil 20 enthalten ist. Die Leistungsquelle ist typischer Weise betriebsmäßig durch ein nicht gezeigtes Getriebe mit hinteren Traktionsvorrichtungen oder Rädern 22 für den Primärantrieb der Maschine gekoppelt. Wie gezeigt, sind die hinteren Räder 22 betriebsmäßig in Tandemanordnungen 24 aufgehängt, die zwischen den Hinterrädern 22 auf jeder Seite des Motorgraders 10 schwenkbar mit der Maschine verbunden sind. Die Leistungsquelle kann beispielsweise ein Dieselmotor, ein Benzinmotor, ein Erdgasmotor oder irgendein anderer in der Technik bekannter Motor sein. Die Leistungsquelle kann zusätzlich oder alternativ eine Batterie, eine Brennstoffzelle oder eine andere Vorrichtung zur Speicherung von elektrischer Leistung aufweisen, die in der Technik bekannt ist. Das Getriebe kann ein mechanisches Getriebe, ein hydraulisches Getriebe oder irgendeine andere in der Technik bekannte Getriebebauart sein und kann betreibbar sein, um mehrere Ausgangsdrehzahlübersetzungen (oder eine kontinuierlich variable Drehzahlübersetzung) zwischen der Leistungsquelle und den angetriebenen Traktionsvorrichtungen zu erzeugen.
Der vordere Rahmen 12 trägt eine Bedienerstation 26, welche verschiedene Bedienersteuerungen zusammen mit einer Vielzahl von Anzeigen oder Indikatoren enthält, die verwendet werden, um Informationen für den Bediener vorzusehen, die zur primären Bedienung des Motorgraders 10 verwendet werden. Der vordere Rahmen 12 weist auch einen Träger 28 auf, der die Schildanordnung 18 trägt. Die Schildanordnung 18 weist eine Zugstange 32 auf, welche schwenkbar mit einem ersten Ende 34 des Trägers 28 über ein (nicht gezeigtes) Kugelgelenk verbunden ist. Die Position der Zugstange 32 wird durch drei Hydraulikzylinder gesteuert: einen rechten Hubzylinder 36 und einen linken Hubzylinder 38, welche eine Vertikalbewegung steuern, und einen mittleren Verschiebungszylinder 40, der eine horizontale Bewegung steuert. Wie der Ausdruck hier verwendet wird, bezieht sich „Schildverschiebung” auf eine seitliche Verschiebung des Schildes über den mittleren Verschiebungszylinder 40.
Die rechten und linken Hubzylinder 36, 38 sind über eine Koppelungsvorrichtung 70, welche Hubarme 72 aufweist, schwenkbar mit dem Träger 28 zur Drehung um eine Achse C verbunden. Ein unterer Teil der Koppelungsvorrichtung 70 hat einehorizontales Glied 74 mit einstellbarer Länge, welches mit dem mittleren Verschiebungszylinder 40 verbunden ist.
Die Zugstange 32 weist eine große, flache Platte auf, die üblicherweise als Jochplatte 42 bezeichnet wird. Unter der Jochplatte 42 ist eine kreisförmige Zahnradanordnung und Halterung, die üblicherweise als Kreis 44 bezeichnet wird. Der Kreis 44 wird beispielsweise durch einen Hydraulikmotor gedreht, der als Kreisantrieb 46 bezeichnet wird. In anderen Ausführungsformen wird ein Elektromotor verwendet, um eine Drehung des Kreises 44 zu ermöglichen.
Egal, welche Technologie verwendet wird, um den Kreisantrieb 46 anzutreiben, dreht eine Drehung des Kreises 44 durch den Kreisantrieb 46 das daran angebrachte Schild 30 um eine Achse A senkrecht zu einer Ebene der Zugstangenjochplatte 42. Wie der Ausdruck hier verwendet wird, bezieht sich der Schildschnittwinkel auf einen Winkel des Schildes 16 relativ zu einer Längsachse 48 des vorderen Rahmens 12. Beispielsweise ist bei einem Schildschnittwinkel von Null Grad das Schild 30 in einem rechten Winkel zur Längsachse 48 des vorderen Rahmens 12 und des Trägers 28 quer zur Maschine 10 angeordnet, wie in 2 gezeigt.
Eine Schwenkanordnung 50 zwischen dem Schild 30 und dem Kreis 44 gestattet das Kippen des Schildes 30 relativ zum Kreis 44. Zu diesem Zweck wird ein Schildkippzylinder 52 verwendet, um das Schild 30 nach vorne oder hinten zu kippen. Anders gesagt, der Schildkippzylinder 52 wird verwendet, um eine obere Kante 54 relativ zur unteren Schneidkante 56 des Schildes 30 zu kippen oder anzustellen, und das Auftreten oder das Ausmaß dieser Verkippung wird üblicherweise als „Schildverkippung” bzw. „Schildanstellung” bezeichnet.
Wie oben bemerkt, wird die Lenkung des Motorgraders 10 durch eine Kombination einer Lenkbewegung der Vorderräder und einer Knickgelenkbewegung der Maschine erreicht. In 2 sind lenkbare Traktionsvorrichtungen (rechtes Rad 58 und linkes Rad 60 in dem veranschaulichten Beispiel) mit dem ersten Ende 34 des Trägers 28 assoziiert. Das rechte Rad 58 und das linke Rad 60 können drehbar und kippbar sein, und zwar zur Verwendung während des Lenkens und Nivellierens einer Arbeitsoberfläche 86. Das rechte Rad 58 und das linke Rad 60 sind über eine Lenkvorrichtung 88 verbunden, welche eine Zugstange 90 zum gleichzeitigen Schwenken der Räder um Schwenkpunkte 80 aufweisen, genauso wie eine oder mehrere Radkippbetätigungsvorrichtungen 91, um eine Kippbewegung der Vorderräder vorzusehen.
Mit Bezug auf die 1 und 3 weist der Motorgrader 10 eine Knickgelenkverbindung 62 auf, welche schwenkbar den vorderen Rahmen 12 und den hinteren Rahmen 14 an einer Knicklenkachse B verbindet. Sowohl ein rechter Knicklenkzylinder 64 als auch ein linker Knicklenkzylinder 66 sind zwischen dem vorderen Rahmen 12 und dem hinteren Rahmen 14 auf gegenüberliegenden Seiten der Maschine 10 angeschlossen. Die rechten und linken Knicklenkzylinder 64, 66 werden verwendet, um den vorderen Rahmen 12 relativ zum hinteren Rahmen 14, die bei der Knicklenkachse B getrennt sind, zu schwenken. In dem veranschaulichten Beispiel der 2 ist der Motorgrader 10 in der neutralen Position oder Position mit einem Knicklenkwinkel von Null positioniert, wobei die Längsachse 48 des vorderen Rahmens 12 mit einer Längsachse 68 des hinteren Rahmens 14 ausgerichtet ist.
3 sieht eine Draufsicht des Motorgraders 10 vor, wobei der vordere Rahmen 12 um einen Knicklenkwinkel a durch den Schnitt der Längsachse 48 des Vorderrahmens 12 und der Längsachse 68 des hinteren Rahmens 14 definiert wird, wobei der Schnittpunkt der Position der Knicklenkverbindung 62 entspricht. Diese Darstellung folgt der Konvention, dass ein positiver Wert eine Knicklenkbewegung nach links von der Perspektive eines Bedieners aus anzeigt, der nach vorne sieht, während ein negativer Wert eine Knicklenkbewegung nach rechts anzeigen würde. Ein Vorderradlenkwinkel θ wird zwischen einer Längsachse 76 parallel zur Längsachse 48 des vorderen Rahmens 12 und einer Längsachse 78 der vorderen Räder 58, 60 definiert, wobei der Winkel θ einen Ursprung am Schwenkpunkt 80 der Vorderräder 58, 60 hat. Dies ist in Verbindung mit dem linken vorderen Rad 60 gezeigt, lässt sich jedoch auf das rechte vordere Rad 58 anwenden. Es wird klar sein, dass man einen geringfügig unterschiedlichen Lenkwinkel vorsehen muss, damit die Kurvenfahrtmittelpunkte der Vorderräder 58, 60 zusammenfallen, wie gezeigt, wobei das äußere Rad im Allgemeinen einen längeren Radius hat.
Wie zu sehen ist, hat der Motorgrader 10 viele Freiheitsgrade, sowohl bezüglich der Lenkungsposition als auch bezüglich der Schildposition, was die Fähigkeit bietet, eine präzise Arbeit auszuführen, jedoch müssen diese verschiedenen Freiheitsgrade sorgfältig gesteuert werden, um das beste Arbeitsprodukt und die beste Erfahrung für den Bediener vorzusehen. Wie oben erwähnt, können Sackgassen bzw. Wendehammeroperationen besonders herausfordernd sein, und zwar in Anbetracht der Notwendigkeit, den Motorgrader 10 präzise zu steuern, während gleichzeitig die Schildanordnung 18 mit ausreichender Genauigkeit positioniert wird, insbesondere in der Verschiebungsrichtung, um einen Schaden an der Kurvenkontur oder eine unvollständige Bearbeitung bzw. Nivellierung zu vermeiden.
In einem Ausführungsbeispiel der Offenbarung wird eine Anzahl von speziellen Maschinenmodi vorgesehen, welche einen automatischen Schildmodus aufweisen, bei dem die Schildanordnung 18 automatisch relativ zu einer Straßenmarkierung positioniert wird, wie beispielsweise zu einer Kurve oder einer Straßenkante, während der Bediener die Positionierung der Maschine 10 über Lenkung und Knicklenkung steuert. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist auch die Knicklenkung der Maschine automatisiert, so dass die Knicklenkbewegung und die Schildverschiebung kooperativ gesteuert werden, um eine erwünschte Beabstandung zwischen der Kante der Schildanordnung 18 und der Markierung beizubehalten. In noch einem weiteren Ausführungsbeispiel sieht ein vollautomatischer Modus eine automatische Steuerung einer Seitenverschiebung des Schildes, einer Rahmenknicklenkbewegung und einer Radlenkbewegung vor. Als ein optionaler Aspekt von einem oder mehreren Modi kann die Maschinengeschwindigkeit gesteuert oder begrenzt werden. Diese verschiedenen Modi vereinfachen das Zusammenspiel des Nivellierens bzw. der Bearbeitung in einer Sackgasse nahe Kurven und verbessern die Gleichförmigkeit des Arbeitsproduktes während langer Strecken geradliniger Nivellierung nahe einer Straßenkante oder Kurve.
Mit Bezug auf 4 setzt ein Ausführungsbeispiel der Offenbarung eine Steuervorrichtung 94 zum Empfangen und Bewerten von Maschinenbefehlen ein, wie beispielsweise Modusauswahl, obwohl andere physische Ausführungen möglich sind. Die Steuervorrichtung 94 ist auch konfiguriert, um Maschinendaten zu empfangen und zu bewerten, wie beispielsweise einen Lenkwinkel, einen Schildwinkel, eine Schildverschiebung, eine Schildverkippung bzw. Schildanstellung, eine Maschinengeschwindigkeit usw. Zusätzlich kann die Steuervorrichtung 94 Sensordaten empfangen und bewerten, wie beispielsweise die Lage der Straßenmarkierung benachbart zur Maschine, die Krümmung der Markierung oder eine Abstandsverringerung von Punkten auf der Markierung usw. Die Steuervorrichtung 94 liefert auch Daten und Steuerausgangsgrößen, wie sie benötigt werden, um die hier beschriebenen Verfahren auszuführen, und zwar abhängig von dem ausgewählten Modus, beispielsweise zum Einstellen der Verschiebung der Schildanordnung 18, zum Einstellen der Lenkbewegung und des Kippwinkels von einer oder mehreren Maschinenrädern, zum Einstellen des Gelenkwinkels usw.
Die Steuervorrichtung 94 ist in einem Ausführungsbeispiel als eine Computervorrichtung ausgeführt, welche einen oder mehrere Mikrocontroller und/oder Mikroprozessoren verkörpert (die insgesamt hier als „Prozessor” oder „Digitalprozessor” bezeichnet werden). Die Steuervorrichtung 94 arbeitet durch Lesen oder Laden von computerausführbaren Anweisungen, oder Code, aus einem nicht flüchtigen computerlesbaren Medium, wie beispielsweise aus einem nicht flüchtigen Speicher, einem Magnetspeicher oder einem optischen Plattenspeicher, einem Flash-Speicher usw. Die Steuervorrichtung 94 kann die Anweisungen in zeitlich geteilter Weise (time-shared), in mehrfach paralleler Weise (multi-thread), oder irgendeiner anderen geeigneten Ausführungstechnik ausführen. Es wird klar sein, dass Daten, die von der Steuervorrichtung 94 bei der Ausführung der computerlesbaren Anweisungen verwendet werden, genauso gespeichert und ausgelesen werden können oder in Echtzeit erzeugt werden können. Die Steuervorrichtung 94 hat eine oder mehrere Schnittstellen, um Daten und/oder Befehle zu empfangen, und eine oder mehrere Ausgangsgrößen, um Daten und/oder Befehle auszugeben, wie beispielsweise jene, die oben besprochen wurden. Die Steuervorrichtung 94 kann eine isolierte Steuervorrichtung sein oder ist alternativ mit einer anderen Steuervorrichtung ausgeführt, welche auch für andere Maschinenfunktionen dient.
In dem in 4 gezeigten beispielhaften Ausführungsbeispiel empfängt die Steuervorrichtung 94 ein Lenkwinkelsensoreingangssignal 96 von einem oder mehreren Lenkwinkelsensoren 98. Dieses Lenkwinkelsensoreingangssignal 96 liefert ein Signal, welches den Lenkwinkel anzeigt. Wie hier verwendet, zeigt ein Signal eine spezielle Größe oder einen Wert an, wenn es direkt oder indirekt übermittelt wird oder es kann verwendet werden, um direkt oder indirekt die Größe oder den Wert zu berechnen. Bezüglich aller Eingangsgrößen wird klar sein, dass jedes Signal über eine extra dafür vorgesehene physische Leitung oder einen Kanal übermittelt werden kann oder über einen Kanal für mehrere Signale gemultiplext werden kann, wie es der Fall sein kann, falls die Maschine 10 ein gemanagtes bzw. verwaltetes Maschinennetzwerk verwendet. In jedem Fall können ein oder mehrere Eingangssignale zumindest teilweise durch drahtlose Übertragung übermittelt werden.
Die Steuervorrichtung 94 empfängt weiter ein Lenkeingangssignal 100 von einer oder mehreren Bedienerlenksteuervorrichtungen 102, welches einen Bedienerlenkbefehl anzeigt. Die Bedienerlenkungssteuerungen 102 können einen Joystick aufweisen, wie in den 1–2 gezeigt, oder irgendeine andere Art einer Bedienereingabevorrichtung, wie beispielsweise ein Rad, eine Tastatur, ein Pedal oder andere in der Technik bekannte Vorrichtungen. In einem Ausführungsbeispiel ist ein Lenkwinkelsensor so konfiguriert, dass er die Drehung oder Position der Bedienerlenksteuerungen 102 abfühlt und ein Lenkeingangssignal 100 liefert, welches einen Lenkwinkel O anzeigt.
In einem Ausführungsbeispiel empfängt die Steuervorrichtung 94 weiter ein Knicklenkeingangssignal 104 von einem oder mehreren Knicklenksensoren 106, wobei das Knicklenkeingangssignal 104 den Knicklenkwinkel a an der Achse B zwischen dem hinteren Rahmen 14 und dem vorderen Rahmen 12 anzeigt. In einem weiteren Ausführungsbeispiel weisen der eine oder die mehreren Knicklenksensoren 106 einen Schwenksensor auf, der an der Knicklenkverbindung 62 angeordnet ist, um eine Drehung um die Knicklenkachse B abzufühlen. Zusätzlich oder alternativ können der eine oder die mehreren Knicklenksensoren 106 einen oder mehrere Sensoren aufweisen, die konfiguriert sind, um die Ausfahrbewegung der rechten und/oder linken Knicklenkzylinder 64, 66 zu überwachen. Es wird klar sein, dass die Lenkwinkelsensoren 98, der Lenkradsensor (an den Bedienerlenksteuerungen 102), die Knicklenksensoren 106 genauso wie andere Sensoren zur Drehbewegung, beispielsweise Potentiometer, Ausfahrbewegungssensoren, Näherungssensoren, Winkelsensoren, Drehencoder usw., sein können.
In einem Ausführungsbeispiel liefern ein oder mehrere Schildpositionssensoren 110 ein Schildpositionseingangssignal 108 an die Steuervorrichtung 94, wobei das Schildpositionseingangssignal 108 die tatsächliche Position des Schildes 30 anzeigt. Solche Sensoren können konfiguriert sein, um eine Schildposition direkt abzufühlen oder können konfiguriert sein, um die Schildposition indirekt abzufühlen (beispielsweise aus Stiftwinkelsensoren usw.), und zwar basierend auf den Positionen der damit in Beziehung stehenden hydraulischen Betätigungsvorrichtungen. In einem Ausführungsbeispiel wird die Schildposition in zumindest der Verschiebungsrichtung über einen kontaktlosen Sensor („Objektsensor”) abgefühlt, beispielsweise über eine Digitalkamera, ein LADAR, ein LIDAR usw. Das Schildpositionseingangssignal 108 kann auch eine Position des Schildes 30 in anderen Dimensionen anzeigen, wie beispielsweise Verkippung, Anstellung und Drehung bzw. Schnittwinkel.
In ähnlicher Weise sieht ein Schildpositionsbefehlseingangssignal 124, welches von einer Bedienerschildpositionseingabevorrichtung 126 kommt, für die Steuervorrichtung 94 Informationen bezüglich der Bedienereingaben zum Positionieren des Schildes 30 vor. Die Bedienerschildpositionseingabevorrichtung 126 kann irgendeine geeignete Bedienersteuerung zum Einstellen der Schildposition sein, was einen oder mehrere Joysticks bzw. Steuerhebel, Hebel usw. mit einschließt, jedoch nicht darauf eingeschränkt ist.
Ein oder mehrere Getriebesensoren 114, welche mit dem Getriebe assoziiert sind, können verwendet werden, um ein Gangeingangssignal 112 vorzusehen, welches einen gegenwärtigen Gang oder eine Ausgangsübersetzung anzeigt, der bzw. die mit dem Maschinengetriebe assoziiert ist. Alternativ kann das Gangeingangssignal 112 durch Signale vorgesehen werden, die mit Bedienersteuerungen für das Getriebe assoziiert sind (nicht gezeigt).
Obwohl die Maschinenkonfiguration aus den oben erwähnten Dateneingangsgrößen für die Steuervorrichtung 94 bekannt sein kann, kann die Position der Maschine und des Schildes relativ zu einer Straßenmarkierung, wie beispielsweise zu einer Kurve, nicht aus diesen Eingangsgrößen erkannt werden, außer vielleicht durch eine Extrapolation aus einer vergangenen bekannten Beziehung. Um eine Echtzeit-Information bezüglich der Lage der Markierung benachbart zur Maschine 10 und/oder vor der Maschine 10 vorzusehen, liefern ein oder mehrere Markierungssensoren 118 („Objektsensoren”) zu diesem Zweck ein Markierungspositionseingangssignal 116 an die Steuervorrichtung 94. In einem Ausführungsbeispiel weisen der eine oder die mehreren Markierungssensoren 118 nur einen einzigen Sensor auf, der selektiv auf eine Seite der Maschine 10 oder auf die andere gerichtet wird, und zwar abhängig davon, auf welcher Seite der Maschine 10 die Straßenmarkierung bekannter Weise liegt oder detektiert wurde. Zusätzlich oder alternativ können der eine oder die mehreren Markierungssensoren 118 mehrere stationäre Sensoren oder eine begrenztere Anzahl von Scan- bzw. Abtastungssensoren aufweisen, oder eine Kombination von stationären und abtastenden Sensoren. Ein abtastender Sensor ist in diesem Zusammenhang einer, der dynamisch auf ein unterschiedliches Sichtfeld gerichtet werden kann, d. h., er kann selektiv nach vorne oder zur Seite, nach unten oder zur Seite, zur linken Seite oder zur rechten Seite usw. gerichtet sein. Zusätzlich können virtuelle Sensoranordnungen von einem einzigen Sensor über heterodyne Detektionsschemata weiter ausgeführt werden, um die Eigenschaften der einzelnen Sensoren zu verbessern.
Der eine oder die mehreren Markierungssensoren 118 können einen oder mehrere LIDAR-Sensoren (LIDAR = light detection and ranging = Lichtdetektion und Entfernungsmessung), einen oder mehrere LADAR-Sensoren (LADAR = laser detection and ranging = Laser-Detektion und Bereichsmessung), eine oder mehrere Digitalkameras und/oder andere Arten von Sensoren aufweisen. Es sei bemerkt, dass das Abfühlen mit LIDAR das Emittieren und Detektieren von UV-Strahlung, sichtbarer Strahlung oder nahe Infrarot liegender Strahlung mit sich bringt, um eine Distanz zwischen dem Sensor und einem Zielobjekt zu bestimmen, beispielsweise einer Straßenmarkierung. In ähnlicher Weise umfasst LADAR die Verwendung von Laserstrahlung zum Detektieren der Distanz zu dem Zielobjekt. Zusätzlich zum Einsetzen von kohärenter Strahlung anstatt der nicht kohärenten Strahlung, die bei LIDAR verwendet wird, kann LADAR auch in Bereichen des elektromagnetischen Spektrums arbeiten, welche nicht von LIDAR verwendet werden.
Während LADAR im Allgemeinen bessere Genauigkeit in größerer Entfernung vorsehen kann als LIDAR, beziehen sich die Systeme und Verfahren dieser Offenbarung auf die Detektion im Nahbereich. In ähnlicher Weise liefern Kameras typischerweise im Verhältnis zu sowohl LADAR als auch LIDAR genaue Entfernungsinformationen nur in kurzen Entfernungen, jedoch liefern Kameras geeignete Entfernungsmessungsfähigkeiten innerhalb der hier in Betracht gezogenen Nahbereiche. Als solches kann die Auswahl der Sensorart, der Anzahl und der Position durch Überlegungen bezüglich der Kosten und der Verfügbarkeit genauso wie durch irgendwelche anderen Überlegungen einer mehrfachen Einsetzbarkeit von Sensoren gelöst werden, anstatt bezüglich Fragen der Effizienz. Beispielsweise kann ein einziger Sensor sowohl für die Detektion von Objekten als auch für die Detektion von Personen oder für andere zusätzliche Zwecke verwendet werden.
In einem Ausführungsbeispiel können alle oder ein Untersatz des einen oder der mehreren Markierungssensoren 118 in Verbindung mit dem Prozessor konfiguriert sein, um vorzugsweise eine spezielle Markierung, ein spezielles Material oder eine Qualität zu detektieren, die mit der Straßenmarkierung assoziiert ist bzw. sind. Beispielsweise kann eine Kurve durch einen langgestreckten Block einer gewissen Farbe oder eines Farbbereiches gekennzeichnet sein, der durch lineare Grenzen umgrenzt ist, oder bezüglich anderer Farben, wie beispielsweise die Farbe des Erdbodens, des Grases usw. In Umgebungen, wo der lineare Charakter der Kurve nicht unterscheidbar ist oder die Farbe der Kurve zu nahe an den Farben von anderen Oberflächen liegt, welche die Kurve umgeben, kann eine nicht natürlich auftretende Farbe auf die Kurve angewendet werden, um ein Signal für den einen oder die mehreren Markierungssensoren 118 zu liefern, die vorzugsweise detektiert werden sollen. Beispielsweise kann ein kontinuierlicher Streifen von hellweißer oder neonoranger Farbe auf die Kurve aufgebracht werden, um bei der Detektion und/oder Entfernungsmessung zu helfen. In diesem Ausführungsbeispiel würde die detektierte, nicht natürlich auftretende Farbe ein Ziel, beispielsweise die Kurve, identifizieren, auf welche sich die Entfernungsbestimmung bezieht.
In einem Ausführungsbeispiel wird ein Antriebseingabesignal 120 an die Steuervorrichtung 94 von einer oder mehreren vom Bediener gesteuerten Antriebsschnittstellenvorrichtungen 122 geliefert, beispielsweise von Beschleunigungs- bzw. Gaspedalen oder -hebeln, Getriebemodusauswahlvorrichtungen usw. Solche Schnittstellenvorrichtungen 122 können in der Bedienerstation 26 gelegen sein. Ein Motordrehzahleingabesignal 121 wird auch in einem Ausführungsbeispiel an die Steuervorrichtung 94 geliefert, und zwar mit den assoziierten Motordrehzahldaten, die von einem Umdrehungssensor 123 oder Ähnlichem kommen.
Eine Maschinenpositionssensoransammlung 130 ist konfiguriert, um die Steuervorrichtung 94 mit einem Maschinenpositionseingangssignal 128 zu versorgen. Die Maschinenpositionssensoransammlung 130 kann ohne Einschränkung einen oder mehrere Beschleunigungsmesser, Neigungsmesser, Trägheitsmesseinheiten und andere Orientierungssensoren genauso wie ein GPS oder ein anderes Positionsbestimmungssystem aufweisen. Als solches versorgt das Maschinenpositionseingangssignal 128 die Steuervorrichtung 94 mit Informationen bezüglich sowohl der Position als auch der Orientierung der Maschine 10.
Wie oben erwähnt, wird eine Modusauswahloption für den Bediener in einem Ausführungsbeispiel der Offenbarung ermöglicht. Die Modusauswahloption kann über einen Modusauswahlschalter 134 angeboten werden, welcher ein Modusauswahlsignal 132 an die Steuervorrichtung 94 liefert. Wie genauer unten besprochen wird, kann der Modusauswahlschalter 134 eingesetzt werden, um unter verschiedenen Betriebsmodi auszuwählen, welche beispielsweise einen automatischen Schildmodus, einen automatischen Schild- und Knicklenkungsmodus, einen vollautomatischen Modus und einen normalen oder manuellen Modus aufweisen.
Bevor diese Modi und der Betrieb und die Konfiguration der Steuervorrichtung 94 zum Ausführen der Operationen bzw. Betriebsvorgänge in den verschiedenen Modi besprochen werden, werden beispielhafte Ausgangsgrößen der Steuervorrichtung 94 kurz genannt und besprochen. Es wird klar sein, dass jedes Ausgangssignal über eine extra dafür vorgesehene physische Leitung oder einen Kanal geliefert werden kann, oder dass alle Ausgaben über eine geringere Anzahl von nicht extra dafür vorgesehenen Leitungen oder Kanälen gemultiplext werden können. Eine oder mehrere Ausgangsgrößen können zumindest teilweise über drahtlose Übertragungen übermittelt werden.
Um die Maschinenposition für Modi aufrechtzuerhalten, die solches erfordern, liefert die Steuervorrichtung 94 eine Lenkausgangsgröße 136 zum Einstellen des Lenkwinkels an die Vorderräder der Maschine 10. Die Lenkausgangsgröße 136 kann an eine Systemsteuervorrichtung geliefert werden, welche den Lenkbefehl ausführt. Beispielshaft kann die Lenkausgangsgröße 136 an die gleiche Logik und Hardware geliefert und von dieser verarbeitet werden, welche die Lenkbefehle von den Bedienerlenksteuerungen verarbeiten, was weiter (nicht gezeigte) Hydraulikzylinder der Lenkvorrichtung 88 betätigt, um den Lenkbefehl auszuführen. Wie später besprochen wird, kann die Lenkausgangsgröße 136 in einem Ausführungsbeispiel durch den Bediener überstimmt werden.
Zum Steuern der Knicklenkbewegung der Maschine 10, wenn ein Modus eine solche Steuerung erfordert, liefert die Steuervorrichtung 94 eine Knicklenkausgangsgröße 138. Wie bei anderen Ausgangsgrößen kann die Knicklenkausgangsgröße 138 zu einer anderen Steuervorrichtung oder einem anderen Untersystem geliefert werden, welches dafür verantwortlich ist, Knicklenkbefehle auszuführen. Alternativ kann die Knicklenkausgangsgröße 138 über unabhängige Hardware bzw. Komponenten und Verarbeitungsvorgänge ausgeführt werden. In jedem Fall wird der angezeigte Knicklenkbefehl verwendet, um die Knicklenkbewegung des Maschinenrahmens zu steuern, beispielsweise über die Knicklenkbetätigungsvorrichtungen 64, 66.
Um die Position des Schildes 30 zu steuern, um die Distanz zwischen dem Schild und der Straßenmarkierung während Operationen bzw. Betriebsvorgänge beizubehalten („Soll-Distanz”), liefert die Steuervorrichtung 94 eine Schildverschiebungsausgangsgröße 140. Die Schildverschiebungsausgangsgröße 140 kann an einen Steuerelektromagneten geliefert werden, der mit einem Hydrauliksteuerventil für den mittleren Verschiebungszylinder 40 assoziiert ist, und zwar über die gleichen Komponenten wie die Bedienereingabeverschiebungsbefehle oder über einen unabhängigen Kanal oder eine Schaltung.
Schließlich kann es in einigen Modi wünschenswert sein, die Maschinengeschwindigkeit zu steuern. Zu diesem Zweck liefert die Steuervorrichtung 94 eine Maschinengeschwindigkeitsausgangsgröße 142. Die Maschinengeschwindigkeitsausgangsgröße 142 kann Befehle zum Steuern der Maschinenmotordrehzahl, der Antriebsgeschwindigkeit und/oder des Getriebemodus oder Getriebebereichs enthalten, oder kann verwendet werden, um diese zu erzeugen. Beispielsweise kann es bei Bedingungen mit unebenem Boden wünschenswert sein, ein konstantes Drehmoment an den Traktionselementen beizubehalten, während es in einer Umgebung mit beträchtlicher Variation der Steigung erwünscht sein kann, eine konstante Maschinengeschwindigkeit beizubehalten.
Beispielhafte Verfahren, die von der Steuervorrichtung 94 in einem Ausführungsbeispiel verwendet werden, um die Schilddistanz zu einer Straßenmarkierung in verschiedenen Modi zu steuern, sind in den 5–8 gezeigt. Während die Offenbarung diese Verfahren so beispielhaft darstellen wird, dass sie von der Steuervorrichtung 94 ausgeführt werden, wird klar sein, dass die Verfahren in einer gegebenen Ausführung verteilt ausgeführt werden können, falls nötig oder erwünscht. Darüber hinaus wird klar sein, dass die Reihenfolge der Schritte innerhalb jedes Prozesses zur Veranschaulichung dient und dass die Schritte nicht in der gegebenen Reihenfolge auftreten müssen, außer wenn dies aus der Offenbarung in anderer Weise offensichtlich wird. Während die Offenbarung Operationen in verschiedenen ausführbaren Modi erklärt, wird darüber hinaus auch in Betracht gezogen, für eine Maschine in einer speziellen Ausführung nur einen Untersatz der beschriebenen Verfahren zu unterstützen oder tatsächlich nur einen einzigen Modus zu unterstützen, ohne vom Umfang der Lehre abzuweichen.
Nun mit Bezugnahme auf 5 ist ein Übersichtsverfahren 150 für den Betrieb von gewissen Aspekten der Maschine basierend auf einer Modusauswahl durch den Bediener gezeigt, beispielsweise durch den Modusauswahlschalter 134. Das Verfahren 150 wird verwendet, um weitere Verfahren zur Ausführung basierend auf der Modusauswahl zu identifizieren. Im Schritt 152 des Verfahrens 150 empfängt die Steuervorrichtung 94 ein Modusauswahlsignal vom Modusauswahlschalter 134. Das Modusauswahlsignal identifiziert einen erwünschten Betriebsmodus, der aus verfügbaren Modi ausgewählt wurde, beispielsweise manuelle Steuerung, automatische Schildsteuerung, automatische Schild- und Knicklenkungssteuerung und vollautomatische Steuerung.
In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel bestimmt das Verfahren 150 darauf folgend im Schritt 154, welcher der verfügbaren Modi ausgewählt worden ist und endet, wenn ein manueller Betrieb ausgewählt worden ist, er geht weiter zum Sprungpunkt A (siehe 6), wenn eine automatische Schildsteuerung ausgewählt worden ist, geht weiter zum Sprungpunkt B (siehe 7), wenn eine automatische Schild- und Knicklenkungssteuerung ausgewählt worden ist, und geht weiter zum Sprungpunkt C (siehe 8), wenn eine vollautomatische Steuerung ausgewählt worden ist. In einem optionalen Ausführungsbeispiel können andere Modi als der manuelle Modus verriegelt sein, das heißt, nicht auswählbar sein, wenn die Maschinengeschwindigkeit höher als eine vorbestimmte akzeptable Geschwindigkeit ist.
Mit Bezug auf 6 ist ein automatisches Schildsteuerverfahren 160 gezeigt. Beim Sprungpunkt A wird in das automatische Schildsteuerverfahren 160 eingetreten, und es beginnt mit dem optionalen Schritt 162, wo die Steuervorrichtung 94 ein Markierungssensorpositionssignal empfängt, beispielsweise eine Anzeige dafür, ob ein Markierungssensor, wie beispielsweise eine Kamera, ein LIDAR-Sensor oder ein anderer Markierungssensor zur linken Seite der Maschine 10 oder zur rechten Seite weist. Alternativ kann die Steuervorrichtung 94 eine geeignete Richtung für den Markierungssensor bestimmen und den Markierungssensor automatisch positionieren.
Wenn ein automatischer Modus beispielsweise in einem Ausführungsbeispiel mit einem einzigen Sensor ausgewählt wird, kann die Steuervorrichtung 94 den Sensor zu einer ersten Seite der Maschine 10, beispielsweise zur rechten Seite bezüglich einer Kurve oder einer anderen Markierung scannen bzw. führen, und wenn so etwas gefunden wird, den Sensor in dieser Orientierung halten. Wenn bei einer Abtastung auf der rechten Seite keine Kurve oder andere Markierung gefunden wird, kann die Steuervorrichtung 94 dann den Sensor auf der gegenüberliegenden Seite der Maschine 10 scannen bzw. abtasten lassen. In einer Ausführungsform, in der separate nach links und nach rechts weisende Sensoren verwendet werden, kann das Markierungssensorpositionssignal anzeigen, welcher Markierungssensor aktiv sein soll, beispielsweise auf welcher Seite der Maschine 10 die Markierung entdeckt worden ist.
Vor dem Voranschreiten in dem Verfahren 160 kann die Steuervorrichtung 94 den Bediener über eine sichtbare Anzeige anweisen, gewisse Aspekte der Schildpositionierung auf eine erwünschte Einstellung einzustellen, beispielsweise eine erwünschte Schildverkippung, Anstellung und Kreisverschiebung einzustellen. Sobald die Markierungssensorposition bestimmt worden ist, geht das Verfahren 160 weiter zum Schritt 164, wo die Steuervorrichtung 94 die Distanz vom Schild 30 zur detektierten Markierung bestimmt, beispielsweise zu der Kurve oder der anderen Markierung. Während ein gegebener Sensor, wie beispielsweise eine Kamera, ein LIDAR-Sensor, ein LADAR-Sensor usw., typischerweise nur die Distanz zwischen dem Sensor selbst und der Markierung bestimmen wird, kann die Steuervorrichtung 94 dann die Distanzinformation verarbeiten, und zwar unter Berücksichtigung der bekannten Sensorposition relativ zur Maschine und der bekannten Schildposition relativ zur Maschine, um die Distanz von der Schildkante zur Markierung zu bestimmen.
In einer Ausführungsform kann die detektierte Markierungsstruktur dem Anwender angezeigt werden, der dann auswählt, welchem Merkmal gefolgt werden soll. Beispielsweise kann eine eckige Kurve vier oder mehr lineare Merkmale haben, einschließlich jenen in der Basis, und der Anwender kann ein Merkmal der angezeigten Struktur auswählen, zu dem die Distanz gemessen werden soll. In einer alternativen Ausführungsform wird der Bediener auch aufgefordert, einen akzeptablen Schildspalt bzw. Schildabstand einzustellen. Beispielsweise kann dem Bediener eine Kameraansicht des Schildes und der Markierung auf einer Anzeige angezeigt werden und er kann einen Spalt auf dem Schirm visuell oder numerisch einstellen oder kann manuell das Schild verschieben, während er die Anzeigeeinheit beobachtet, bis der erwünschte Spalt erreicht ist.
Ein schematisches Beispiel einer Anzeige zum Zulassen einer Auswahl von Parametern durch den Anwender ist in 9 gezeigt. Die veranschaulichte Auswahlanzeige 206 zeigt die detektierten linearen Merkmale einer Kurve 208 im Querschnitt als ein Kurvenpunkt A (210), Kurvenpunkt B (212) und Kurvenpunkt C (214). In einem Ausführungsbeispiel kann eine Markierung, wie beispielsweise helle Farbe, für die Kurve angewendet werden, und zwar entweder entlang der gesamten Länge, der gefolgt werden soll, oder periodisch, um die Fähigkeit des Sensors zu verbessern, die Kurve oder gewisse Merkmale der Kurve zu detektieren und zu unterscheiden.
Jeder Kurvenpunkt 210, 212, 214 ist mit einer Tracking- bzw. Verfolgungskurve assoziiert, d. h. mit der Verfolgungskurve A (216), der Verfolgungskurve B (218) und der Verfolgungskurve C (220). Das Schild 30 wird in der Anzeige 206 durch den Schildumriss 222 dargestellt. In einem Ausführungsbeispiel weist die Anzeige 206 ein oder mehrere Parameterfelder auf, welche es dem Bediener gestatten, erwünschte Parameter einzugeben. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel weist die Anzeige 206 ein Schildspaltfeld 224 auf, in dem der Bediener einen numerischen Schildspalt eingeben kann, genauso wie ein Endbearbeitungsauswahlfeld 226, zur Auswahl, wenn eine Endbearbeitungseinstellung für den Spalt vorliegt. Wie oben erwähnt, kann der Anwender auch manuell den Schildspalt einstellen, während er die Anzeige 206 betrachtet, oder er kann in einem weiteren Ausführungsbeispiel den Spalt einstellen, indem er die Anzeige selbst über eine Cursor-Auswahl oder einen Betrieb mit berührungsempfindlichen Bildschirm betätigt.
Beim Auswählen eines Kurvenpunkts, zu dem gemessen werden soll, wählt der Bediener in einem Ausführungsbeispiel auch die entsprechende Tracking- bzw. Verfolgungskurve aus. Weil die mit dem Schild 30 assoziierten Mechanismen nicht sofort reagieren können, gestattet es die Kurve der Steuervorrichtung 94, bevorstehende Kurven und diskontinuierliche Teile vorherzusagen und aufzunehmen. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, dass die Verfolgungskurven 216, 218, 220 nicht präzise dem ausgewählten Kurvenpunkt folgen müssen. Stattdessen kann eine Verfolgungskurve über kleinere Spalte oder diskontinuierliche Bereiche eines speziellen Kurvenpunktes interpoliert werden, wie beispielsweise über einen Spalt für ein Abflussgitter, eine Einstiegslochabdeckungsöffnung usw.
In einem Ausführungsbeispiel besteht die interpolierte Tracking- bzw. Verfolgungskurve während eines diskontinuierlichen Teils aus einem Kurvensegment, welches den letzten nicht interpolierten Punkt vor dem Spalt und den ersten nicht interpolierten Punkt nach dem Spalt verbindet. Das Kurvensegment hat in diesem Ausführungsbeispiel eine Krümmung, die im Wesentlichen der Durchschnitt der Kurvenwerte direkt vor und direkt nach dem Spalt ist. Lokale Krümmungen können durch einen Radius, einen Polynomausdruck oder in anderer Weise identifiziert werden.
In einigen Fällen kann die Verfolgungskurve ein Ende aufweisen, d. h. es ist kein jenseitiger Punkt auf der Kurve sichtbar, im Gegensatz zu einem Spalt, bei dem ein Punkt auf der anderen Seite detektiert werden kann. Wenn in solchen Fällen das Schild 30 einen Endpunkt erreicht, kann das Verfolgungsverfahren die Schildposition an seiner gegenwärtigen Position festlegen, bis die Kurve wieder detektiert wird, kann die automatische Schildsteuerung beenden oder kann das Schild 30 zur Seite weg von der Kurvenseite verschieben. Ein anderes Ansprechen kann abhängig von der Umgebung der Ausführung geeignet sein. Wenn beispielsweise die verfolgte bzw. getrackte Kurve oder die andere Markierung bekanntermaßen kreisförmig ist oder einem gewissen anderen vorbestimmten Pfad folgt, kann das Verfolgungsverfahren weiter die virtuelle bekannte Kurve verfolgen, auch wenn keine tatsächliche detektierbare Kurve oder andere Markierung vorhanden ist.
Fortfahrend mit dem Verfahren 160 bewegt die Steuervorrichtung 94 das Schild 30 im Schritt 166, wenn der Anwender nicht manuell den Spalt eingestellt hat, und zwar in dem Ausmaß, welches nötig ist, dass die Distanz von der Schildkante zur Markierung mit einer Soll-Schildspaltdistanz übereinstimmt, was nur ungefähr 30 mm oder weniger sein kann, und zwar abhängig von der Bewegungsauflösung der Maschine bis zu viel größeren Spaltdistanzen, wie sie erforderlich sein können, wenn man nahe Kurven arbeitet, die verlängerte Basisteile haben. In einem Ausführungsbeispiel ist die Soll-Schild-Spaltdistanz ein voreingestellter Wert und in einem alternativen Ausführungsbeispiel kann der Bediener die Soll-Distanz so auswählen, dass sie aufrechterhalten wird, wie oben erwähnt.
Im Schritt 167 hält die Steuervorrichtung 94 den Spalt zwischen dem Schild 30 und der ausgewählten Kurve, wenn sich die Maschine 10 nach vorne bewegt, und zwar durch Einstellen der Schildseitenverschiebung über den mittigen Verschiebungszylinder 40. In einem Ausführungsbeispiel ist die Schildverschiebung, die im Schritt 167 ausgeführt wird, auf einen vorbestimmten Prozentsatz des Bereiches der verfügbaren Verschiebung des Schildes eingeschränkt, um eine gewisse Reservekapazität für weitere Verschiebung zuzulassen, falls dies notwendig ist. Beispielsweise kann die Verschiebung im Schritt 167 auf 75% des gesamt verfügbaren Bereiches eingeschränkt sein. Eine Warnungsanzeige wird in einem Ausführungsbeispiel vorgesehen, wenn die seitliche Verschiebung den voreingestellten Grenzwert erreicht.
Wenn die Maschine 10 weiter entlang der Markierung voranschreitet, bestimmt die Steuervorrichtung im Schritt 169, ob der Bediener die Maschine 10 aus dem Bereich der Markierung gelenkt hat. Wenn der Bediener die Maschine 10 aus dem Bereich gelenkt hat, dann hebt das Verfahren 160 das Schild im Schritt 170 an und bringt die Maschine zurück zur manuellen Steuerung. Wenn dagegen im Schritt 169 bestimmt wird, dass der Bediener nicht aus dem Bereich der Markierung gelenkt hat, geht das Verfahren schleifenartig zurück zum Schritt 162, um die Schildposition erneut zu bewerten und weiter zu verfeinern, wenn die Maschine 10 sich nach vorne bewegt. In einem Ausführungsbeispiel kann eine Warnung abgegeben werden, bevor man zur manuellen Steuerung zurückkehrt. Beispielsweise kann eine sichtbare oder hörbare Warnung anzeigen, dass die Schildspaltdistanz Gefahr läuft, aus dem Bereich zu laufen, dass die Maschine zu schnell fährt usw.
Zusätzlich zu den Beendigungsbedingungen, die oben erwähnt wurden, können eine oder mehrere andere Bedingungen ebenfalls bewirken, dass die Maschine 10 zur manuellen Steuerung zurückkehrt. In einem Ausführungsbeispiel wird das Verfahren 160 beispielsweise beendet und die Maschine 10 wird zum manuellen Betrieb zurückgebracht, wenn der Bediener die Seitenverschiebung des Schildes manuell manipuliert, beispielsweise über Bedienersteuerungen in der Bedienerstation 26.
Wenn der automatische Schild- und Knicklenkungssteuermodus im Schritt 154 des Verfahrens 150 ausgewählt wurde, dann arbeitet die Steuervorrichtung 94 gemäß dem in 7 gezeigten automatischen Schild- und Knicklenkungssteuerverfahren 172, welches anfangs ähnlich dem automatischen Schildsteuerverfahren 160 ist. Man tritt bei dem Sprungpunkt B in das Verfahren 172 ein, und dieses beginnt mit dem optionalen Schritt 174, wo die Steuervorrichtung 94 ein Markierungssensorpositionssignal empfängt oder eine geeignete Richtung für den Markierungssensor bestimmt und den Markierungssensor automatisch positioniert, wie oben besprochen. Vor dem Fortfahren, kann die Steuervorrichtung 94 den Bediener über eine sichtbare Anzeige anweisen, gewisse Aspekte der Schildpositionierung auf die erwünschte Einstellung einzustellen, beispielsweise eine erwünschte Schildverkippung, Anstellung bzw. Schrägstellung und Kreisverschiebung einzustellen, wie bezüglich des Verfahrens 160 besprochen.
Die Steuervorrichtung 94 bestimmt dann die Distanz vom Schild 30 zur detektierten Markierung im Schritt 176 und bewegt das Schild 30 im Schritt 178 in dem benötigten Ausmaß, so dass die Distanz von der Schildkante zur Markierung mit der voreingestellten Schildspaltdistanz übereinstimmt, wenn der Anwender den Spalt nicht manuell eingestellt hat. Wie oben mit Bezugnahme auf 9 erwähnt, kann die detektierte Markierungsstruktur in einem alternativen Ausführungsbeispiel dem Anwender angezeigt werden, der dann auswählt, welchem Merkmal gefolgt werden soll und einen geeigneten Spalt einstellt.
Wenn sich die Maschine 10 darauf folgend voran bewegt, hält die Steuervorrichtung 94 den Spalt bei, der anfänglich zwischen dem Schild 30 und der ausgewählten Kurve, und zwar durch Einstellen der seitlichen Verschiebung des Schildes über den mittigen Verschiebungszylinder 14 im Schritt 179. In einem Ausführungsbeispiel ist die Schildverschiebung auf weniger als den tatsächlich verfügbaren Bereich der seitlichen Verschiebung des Schildes begrenzt, beispielsweise auf 75% des gesamt verfügbaren Bereiches. Wiederum kann eine Warnanzeige vorgesehen werden, wenn die seitliche Verschiebung den voreingestellten Grenzwert erreicht.
Zusätzlich zum Überprüfen und Einstellen der Schildposition steuert die Steuervorrichtung 94 auch die Knicklenkbewegung der Maschine in einem vorliegenden Ausführungsbeispiel. Die Steuerung der Knicklenkbewegung dient drei Zwecken, nämlich eine Übereinstimmung mit gewissen Bewegungsregeln sicherzustellen, eine zusätzliche Seitenverschiebungsfähigkeit vorzusehen und es den hinteren Rädern zu gestatten, in dem Ausmaß zu folgen, dass dies mit anderen Zielen der Knicklenkbewegung kompatibel ist. Somit fühlt die Steuervorrichtung den Lenkwinkel θ beispielsweise über das Lenkeingangssignal 100 im Schritt 180. Im Schritt 182 stellt die Steuervorrichtung 94 den Rahmengelenkwinkel a (wie über das Knicklenkbewegungseingangssignal 104 abgefühlt und über die Knicklenkausgangsgröße 138 für die rechten und linken Knicklenkzylinder 64, 66 gesteuert) basierend auf (1) gewissen Fahrregeln, die beispielsweise ein Auftreffen der Hinterräder auf der Kurve nicht gestatten, (2) dem Ausmaß der restlichen benötigten Seitenverschiebung des Schildes, falls vorhanden, und (3) dem detektierten Lenkwinkel θ, ein.
In einem Ausführungsbeispiel werden diese Ziele in der Reihenfolge verfolgt. Beispielsweise wird eine Knicklenkeinstellung, die benötigt wird, um zu vermeiden, dass die hinteren Räder auf die Kurve auftreffen werden, Priorität gegenüber jeglichen Einstellungen bekommen, die benötigt werden, um eine zusätzliche Seitenverschiebung des Schildes vorzusehen, oder um zu bewirken, dass die vorderen und hinteren Räder in der Spur bleiben. Wenn darüber hinaus kein Risiko des Auftreffens auf die Kurve offensichtlich ist, wird jegliche Einstellung, die benötigt wird, um eine zusätzliche Seitenverschiebung des Schildes vorzusehen, Priorität gegenüber Einstellungen bekommen, die notwendig sind, um zu bewirken, dass die vorderen und hinteren Räder in der Spur bleiben. Wenn schließlich keine Knickelenkbewegungseinstellungen benötigt werden, um ein Auftreffen auf die Kurve zu vermeiden oder eine seitliche Verschiebung vorzusehen, dann kann eine Knicklenkbewegungseinstellung ausgeführt werden, um zu gestatten, dass die Räder in der Spur bleiben.
Zusätzlich kann gemäß einem Aspekt eine Warnung oder ein Indikator für den Bediener vorgesehen werden, wenn eine Knicklenkbewegung aktiv von der Steuervorrichtung 94 verändert wird. In einem Ausführungsbeispiel kann die Steuervorrichtung 94 zusätzlich die Schildkreisverschiebung einstellen, um einen zusätzlichen Bereich der Schildseitenbewegung vorzusehen, wenn die Knicklenkbewegung, die innerhalb der obigen Grenzen verfügbar ist, nicht ausreicht, damit das Schild 30 weiter der Kurve folgt.
Die Art und Weise der Verbindung des detektierten Lenkwinkels θ mit einem erwünschten Knicklenkwinkel für eine Verfolgung bzw. ein Nachlaufen der Räder kann über irgendein geeignetes Verfahren ausführt werden. Beispielsweise steuert das Verfahren, welches in der US-Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 20110035109 beschrieben wird, eine Knicklenkbewegung basierend auf dem Lenkwinkel in einer derartigen Weise, dass ein hinterer Mittellinienpunkt einem vorderen Mittellinienpunkt folgen wird. Es wird klar sein, dass andere Arten einer lenkungsbasierten Knicklenksteuerung stattdessen abhängig von der Umgebung des Einsatzes verwendet werden können. Anstatt der Lenkbewegung des vorderen Rades zu folgen, kann die Knicklenkbewegung beispielsweise verwendet werden, um Lenkimpulse zu betonen oder zu dämpfen.
Mit Bezug auf 7 bestimmt die Steuervorrichtung 94 im Schritt 184, wenn die Maschine 10 entlang der Markierung fährt, ob der Bediener die Maschine 10 aus dem Bereich der Markierung gelenkt hat und hebt das Schild 30 und zur kehrt zur manuellen Steuerung im Schritt 186 zurück, wenn dies aufgetreten ist. Anderenfalls bewegt sich das Verfahren 160 schleifenförmig zurück zum Schritt 174, um erneut die Schildposition zu bewerten und zu verfeinern, wenn die Maschine 10 sich nach vorne bewegt. Auch ohne Bewegung des Schildes 30 selbst relativ zur Maschine 10 wird klar sein, dass Veränderungen der Schildposition relativ zu der Markierung wegen der Maschinenbewegung auf Grund eines Lenkvorgangs und einer Knicklenkbewegung und/oder wegen seitlichen Variationen bei der Position der Markierung auftreten können.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel stellt die Steuervorrichtung 94 die Rahmenknicklenkbewegung und die Schildposition im Zusammenhang miteinander ein anstelle diese Variablen sequentiell basierend auf Trends der Markierung und/oder Merkmalen von bevorstehenden Markierungen einzustellen, wie beispielsweise der Krümmung der Markierung.
Wenn beispielsweise detektiert wird, dass die Schildkante zu weit weg von der Kurve oder einer anderen Markierung ist, kann die Steuervorrichtung 94 bestimmen, ob die Markierung sich innerhalb einer bevorstehenden vorbestimmten Distanz krümmt, wie beispielsweise in einer Maschinenlänge, 30 Fuß oder einer erwünschten Messlänge. Wenn die Markierung sich nicht innerhalb der festgelegten Distanz krümmt, kann die Steuervorrichtung 94 darauf warten, eine vorhergesagte Veränderung der Lenkung aufzunehmen und kann dann eine Knicklenkbewegungseinstellung im Zusammenspiel mit einer Verschiebung des Schildes verwenden, um den Spalt zwischen der Schildkante und der Markierung auf die geeignete Distanz zu schließen.
In ähnlicher Weise kann die Steuervorrichtung 94 eine Knicklenkbewegung des Rahmens und eine Verschiebung des Schildes verwenden, um einander auszubalancieren bzw. auszugleichen, um die größte bleibende Einstellungsfreiheit zuzulassen, wenn die Maschine 10 sich weiter voran bewegt. Wenn beispielsweise die gegenwärtige Schildverschiebungsposition weit weg von der Mitte ist und sich einer Weggrenze nach links oder rechts annähert, kann die Steuervorrichtung 94 die Schildverschiebung wieder zur Mitte hin einstellen, während die Rahmenknicklenkbewegung so eingestellt wird, dass die veränderte Kantenposition des Schildes relativ zur Markierung ausgeglichen wird.
Wenn die Schildkante zu weit weg von der Mitte zur Markierung hin verschoben ist, kann die Steuervorrichtung 94 in einem speziellen Ausführungsbeispiel das Schild 30 zurück zur Mitte verschieben, während die Knicklenkbewegung verringert wird, wobei das Ergebnis ist, dass der Spalt zwischen der Kante des Schildes und der Markierung so bleibt, wie erwünscht. Wie oben erwähnt, kann jedoch der Bediener so weit weg von der Markierung lenken, dass der volle Bereich der Schildverschiebung und der Knicklenkbewegung des Rahmens nicht ausreichen, um den Spalt auf dem geeigneten Maß zu halten. Wie in den Schritten 168 und 184 der 6 bzw. 7 kann die Steuervorrichtung 94 in diesem Fall annehmen, dass die Maschine 10 außerhalb des Bereiches ist und kann das gewünschte automatische Verfahren beenden.
Mit kurzer Bezugnahme auf 5 ist eine vollautomatische Steuerung ausgewählt worden, wenn der Schritt 154 das Verfahren 150 zum Sprungpunkt C leitet, und die Steuervorrichtung 94 führt das Verfahren 188 aus, welches in 8 gezeigt ist. In einem Ausführungsbeispiel bringt die vollautomatische Steuerung eine Steuerung einer Seitenverschiebung des Maschinenschildes und einer Knicklenkbewegung mit sich, um einen eingestellten Spalt zur Kurve oder einer anderen Markierung beizubehalten. Zusätzlich kann die Maschinengeschwindigkeit optional gesteuert werden, so dass diese unter einem voreingestellten Einstellpunkt bleibt. Alternativ kann das Verfahren 188 eine Überprüfung der Maschinengeschwindigkeit erfordern, bevor es beginnt, wie bezüglich anderen Ausführungsformen oben besprochen wurde.
Beim Ausführen des Verfahrens 188 empfängt die Steuervorrichtung 94 anfänglich ein Markierungssensorpositionssignal oder bestimmt eine geeignete Richtung für den Markierungssensor und positioniert den Markierungssensor automatisch im Schritt 190, wie oben besprochen. Zu diesem Zeitpunkt kann die Steuervorrichtung 94 den Bediener über eine sichtbare Anzeige auffordern, die Anstellung des Schildes, die Verkippung und die Rotation bzw. Kreisverschiebung einzustellen und optional einen geeigneten Spalt zwischen dem Schild und der Kurve oder der anderen Markierung einzustellen, beispielsweise über einen mit einer Anzeige betriebenen Prozess, wie oben besprochen.
Die Steuervorrichtung 94 bestimmt dann die Distanz vom Schild 30 zu der detektierten Markierung im Schritt 192 und bewegt das Schild 30 im Schritt 194 in dem notwendigen Ausmaß, so dass die Distanz von der Schildkante zur Markierung mit der voreingestellten Schildspaltdistanz übereinstimmt, wenn der Anwender nicht manuell den Spalt eingestellt hat, und zwar in dem Ausmaß, dass eine solche Bewegung nicht eine vorbestimmte Bereichsgrenze verletzt.
Wenn sich die Maschine 10 dann voran bewegt, hält die Steuervorrichtung 94 den anfänglich eingestellten Spalt zwischen dem Schild 30 und der ausgewählten Kurve primär durch Einstellen der seitlichen Verschiebung des Schildes über den mittigen Verschiebungszylinder 40 im Schritt 194. Wenn die Verschiebung des Schildes auf weniger als den tatsächlich verfügbaren Bereich der seitlichen Verschiebung des Schildes begrenzt ist, wie oben besprochen, dann kann jegliche nicht erfüllte Anforderung einer seitlichen Verschiebung in den späteren Schritten ausgeglichen werden. In diesem Ausführungsbeispiel kann eine Warnanzeige vorgesehen werden, wenn die Seitenverschiebung den voreingestellten Grenzwert erreicht.
Im Schritt 196 steuert die Steuervorrichtung 94 den Maschinenlenkwinkel θ und den Rahmenknicklenkwinkel a, um jegliche zusätzliche seitliche Verschiebung in dem Ausmaß vorzusehen, dass dies mit jeglichen Bewegungsregeln kompatibel ist, wie beispielsweise nicht zu gestatten, dass die Hinterräder auf die Kurve oder andere Markierung auftreffen. Somit stellt die Steuervorrichtung 94 im Schritt 196 den Lenkwinkel und den Knicklenkwinkel so ein, dass sich die Maschine 10 näher an die Kurve oder weiter von der Kurve weg bewegt, um dabei zu helfen, den Spalt auf dem erwünschten Wert zu halten, während auch die seitliche Verschiebung des Schildes innerhalb eines akzeptablen Bereiches gehalten wird, und zwar in dem Ausmaß, dass die Einstellung keine Bewegungsregeln verletzt.
Die Beziehung zwischen dem Lenkwinkel θ und dem Knicklenkwinkel a kann in jeglicher erwünschter Weise festgelegt sein, jedoch werden in einem Ausführungsbeispiel der Lenkwinkel und der Knicklenkwinkel so eingestellt, dass ein hinterer Mittellinienpunkt einem vorderen Mittellinienpunkt folgen wird, wie oben besprochen. Wenn die verfügbare Knicklenkbewegung innerhalb der obigen Grenzen nicht ausreicht, um zu gestatten, dass das Schild 30 weiter der Kurve folgt, ohne eine Einschränkung zu verletzen, wie oben erwähnt, kann die Steuervorrichtung 94 zusätzlich die Kreisverschiebung des Schildes einstellen, um einen zusätzlichen Bereich einer Seitenbewegung des Schildes vorzusehen.
Wenn die Maschine 10 entlang der Markierung voranfährt, stellt die Steuervorrichtung 94 den Lenkwinkel und den Rahmenknicklenkwinkel zusammen im Schritt 198 ein, um der Soll-Kurve zu folgen. Wenn die Kurve endet, wie im Schritt 200 bestimmt (außer einer momentanen Beendigung mit erwartetem Neubeginn, beispielsweise nach einem Spalt), oder wenn der Anwender manuell das automatische Steuerverfahren beendet, wie im Schritt 202 bestimmt, dann endet das Verfahren 188. Anderenfalls fährt das Verfahren 188 fort, den Schritt 198 auszuführen, um der Soll-Kurve zu folgen.
Obwohl dies nicht ausdrücklich in den 6–8 gezeigt ist, kann die Steuervorrichtung 94 die Maschinengeschwindigkeit während jeglichen automatischen Modus steuern, beispielsweise um eine konstante Geschwindigkeit beizubehalten, und zwar zusätzlich dazu, dass sichergestellt wird, dass die Maschinengeschwindigkeit geringer als eine vorbestimmte Schwellengeschwindigkeit ist. Beispielsweise kann die automatische Geschwindigkeitssteuerung während Betriebsvorgängen in Umgebungen nützlich sein, welche häufige Veränderungen der Steigung haben.
In einem Ausführungsbeispiel tritt die Steuervorrichtung 94 aus irgendeinem automatischen Schild-Spalt-Einstellmodus in dem Fall aus, dass der Bediener entweder versucht, eine automatisierte oder feste Funktion zu steuern, wie beispielsweise die Schildtiefe oder Schildverschiebung, oder er eine manuelle Steuerung, wie beispielsweise die Lenkung, in dem Ausmaß betätigt, dass die Maschine 10 aus einem automatisch korrigierbaren Bereich gebracht wird. Wenn der Bediener zu irgendeinem Zeitpunkt von einem automatischen Modus in einen manuellen Modus umschaltet, bringt die Steuervorrichtung 94 in ähnlicher Weise die Maschine 10 auf eine manuelle Steuerung zurück. In einem weiteren Ausführungsbeispiel bewirkt die Steuervorrichtung 94, dass das Schild 30 angehoben wird, wenn aus jeglichem automatischen Modus in den manuellen Modus umgeschaltet wird.
Industrielle Anwendbarkeit
Allgemein ausgedrückt stellt die vorliegende Offenbarung ein System und ein Verfahren zur Steuerung eines Motorgraders bzw. Straßenhobels während Betriebsvorgängen dar, welche einer Straßenmarkierung folgen, wie beispielsweise einer Kurve. In einem Ausführungsbeispiel steuern das System und das Verfahren einen oder mehrere Aspekte des Motorgraderbetriebs während einer Bearbeitung bzw. Nivellierung nahe einer Kurve in einer Sackgasse bzw. einem Wendehammer. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann ein Maschinenbediener einen Betriebsmodus auswählen, wobei beispielhafte Betriebsmodi einen manuellen Modus, einen automatischen Schildmodus, einen automatischen Schild- und Lenkungsmodus und einen vollautomatischen Modus aufweisen, wobei die Schildverschiebung, die Lenkung der Maschine und die Knicklenkbewegung der Maschine automatisiert sind, um der Markierung zu folgen.
Zu jeglichem Zeitpunkt während eines automatisierten Betriebs kann der Bediener die Modi wechseln oder kann in einem Ausführungsbeispiel einfach die Maschine aus einem gegenwärtigen automatischen Modus steuern, wobei die Maschine in diesem Fall zum manuellen Modus zurückkehrt. Das Verfahren und das System für den Betrieb eines Motorgraders, welche hier beschrieben wurden, halten einen erwünschten Spalt zwischen dem Schild und der Markierung, um zu verhindern, dass das Schild des Motorgraders während des Betriebs auf die Markierung trifft, insbesondere während Betriebsvorgängen benachbart zu gekrümmten Markierungen, wie beispielsweise Kurven in einer Sackgasse.
Zusätzlich dazu, dass einem Bediener gestattet wird, ein Schild eines Motorgraders auf einer festen Distanz von einer Kurve oder einer andern Markierung zu halten, können die Distanzdaten, die bei diesem Verfahren gewonnen wurden, auch in historischer Weise verwendet werden bzw. gespeichert werden, um eine Aufzeichnung des Bearbeitungs- bzw. Nivellierungsprozesses vorzusehen. Beispielsweise werden die Daten in einem Ausführungsbeispiel verwendet, um dem Bediener eine Karte von Bereichen zur Verfügung zu stellen, die mit dem erwünschten Spalt nivelliert bzw. bearbeitet wurden, d. h., über welche Bereiche gefahren wurde, während die Schildsteuerung in Einsatz war. Diese Aufzeichnung kann optional einer Geländekarte überlagert werden, um einem Bediener oder einer Überwachungsperson eine Aufzeichnung von ausgeführter Arbeit zur Verfügung zu stellen, und auch eine Darstellung von Arbeit, die noch ausgeführt werden muss. In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Anzeige eine oder mehrere Anzeigevorrichtungen auf, welche Bereiche zeigen, bei denen es Probleme gab, die korrigiert werden mussten oder aufgezeichnet werden mussten, wie beispielsweise Bereiche, wo die Spalt-Kurve-Einstellung verletzt wurde.
Es wird klar sein, dass die vorliegende Offenbarung einen effektiven und effizienten Mechanismus und ein solches Steuersystem für eine Steuerung eines Motorgraders vorsieht. Nicht nur verbessern das beschriebene System und das Verfahren im Allgemeinen den Komfort für den Bediener und verringern eine Ermüdung des Bedieners, sondern sie ergeben auch ein Gradierungsprodukt bzw. eine Nivellierungsarbeit von hoher Qualität mit weniger Training für den Bediener und Erfahrung, die anderenfalls erforderlich wäre.
Während nur gewisse Beispiele des beschriebenen Systems und Verfahrens dargelegt worden sind, werden Alternativen und Modifikationen aus der obigen Beschreibung für den Fachmann offensichtlich werden. Diese und andere Alternativen werden als äquivalente Ausführungen und als innerhalb des Kerns und Umfangs dieser Offenbarung und der beigefügten Ansprüche angesehen.

Claims

Motorgrader (10), der Folgendes aufweist: einen mit Gelenk versehenen Rahmen (12, 14), der eine oder mehrere lenkbare Traktionsvorrichtungen (58, 60) an einem Ende des mit Gelenk versehenen Rahmens (12, 14) hat, und eine oder mehrere Antriebstraktionsvorrichtungen (22) an einem gegenüberliegenden Ende des mit Gelenk versehenen Rahmens (12, 14); ein Schild (30), welches unter dem mit Gelenk versehenen Rahmen (12, 14) positioniert ist, um eine Bodenfläche unter dem Motorgrader (10) zu nivellieren bzw. zu bearbeiten; eine Knicklenkbetätigungsvorrichtung (64, 66), die so angeordnet und konfiguriert ist, dass sie einen Knicklenkwinkel des mit Gelenk versehenen Rahmens (12, 14) einrichtet, weiter eine Lenkbetätigungsvorrichtung (88), die so angeordnet und konfiguriert ist, dass einen Lenkwinkel der einen oder mehreren lenkbaren Traktionsvorrichtungen (58, 60) einrichtet, und eine Seitenverschiebungsbetätigungsvorrichtung (40), die so angeordnet und konfiguriert ist, dass sie das Schild (30) relativ zu dem mit Gelenk versehenen Rahmen (12, 14) verschiebt; mindestens einen Objektsensor (118), der so angeordnet und konfiguriert ist, dass er eine Straßenmarkierung benachbart zum Motorgrader (10) detektiert, und eine Information liefert, welche eine Distanz zwischen dem Schild (30) und der Straßenmarkierung anzeigt; und eine Steuervorrichtung (94), die konfiguriert ist, um ein Modusauswahlsignal von einem Modusauswahlschalter (134) zu empfangen, welches einen erwünschten Betriebsmodus aus einer Vielzahl von verfügbaren Modi identifiziert, welche einen manuellen Modus, einen automatischen Schildsteuermodus, in dem die Steuervorrichtung (94) die Seitenverschiebungsbetätigungsvorrichtung (40) des Schildes so steuert, dass eine Soll-Distanz zwischen dem Schild (30) und der Straßenmarkierung beibehalten wird, weiter einen automatischen Schild- und Knicklenksteuerungsmodus, wobei die Steuervorrichtung (94) die Seitenverschiebungsbetätigungsvorrichtung (40) des Schildes und die Knicklenkbetätigungsvorrichtung (64, 66) so steuert, dass die Soll-Distanz zwischen dem Schild (30) und der Straßenmarkierung beibehalten wird, wenn die Maschine durch den Bediener gelenkt wird, und einen vollautomatischen Steuermodus aufweisen, in dem die Steuervorrichtung (94) die Seitenverschiebungsbetätigungsvorrichtung (40) des Schildes, die Knicklenkbetätigungsvorrichtung (64, 66) und die Lenkbetätigungsvorrichtung (88) steuert, um den Motorgrader (10) zu leiten, während die Soll-Distanz zwischen dem Schild (30) und der Straßenmarkierung beibehalten wird.
Motorgrader (10) nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Objektsensor (118) einen einzigen neu positionierbaren Objektsensor aufweist, und wobei die Steuervorrichtung (94) konfiguriert ist um den einzigen neu positionierbaren Objektsensor zu verwenden, um zu bestimmen, auf welcher Seite des Motorgraders (10) die Straßenmarkierung liegt und um den Objektsensor (118) zu positionieren, um die Distanz zur Straßenmarkierung zu detektieren.
Motorgrader (10) nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei die Steuervorrichtung (94) weiter konfiguriert ist, um eine Kurve eines Merkmals der Straßenmarkierung zu detektieren und zu bewirken, dass das Schild (30) um eine Soll-Distanz von der Kurve entfernt bleibt, wenn das Modusauswahlsignal dem automatischen Schildsteuermodus, den automatischen Schild- und Knicklenksteuerungsmodus oder den vollautomatischen Steuermodus identifiziert.
Motorgrader (10) nach einem der Ansprüche 1–3, wobei die Steuervorrichtung (94) weiter konfiguriert ist, um einen Lenkbefehl vom Bediener zu detektieren und einen Knicklenkbefehl zu liefern, um einen Grad einer Rahmenknicklenkbewegung basierend auf dem detektierten Lenkbefehl einzustellen, wenn das Modusauswahlsignal den automatischen Schild- und Knicklenksteuerungsmodus identifiziert.
Motorgrader (10) nach einem der Ansprüche 1–4, wobei die Steuervorrichtung (94) weiter konfiguriert ist, um zum manuellen Betriebsmodus zurückzukehren, wenn der Bediener eine manuelle Steuerung einer automatisierten Funktion versucht.
Motorgrader (10) nach einem der Ansprüche 1–5, wobei die Steuervorrichtung (94) weiter konfiguriert ist, um zum manuellen Betriebsmodus zurückzukehren, wenn der Bediener den Motorgrader (10) über einen vorbestimmten Bereich der Straßenmarkierung hinaus lenkt.
Verfahren zur Steuerung eines Motorgraders (10) mit einem Schild (30) mit einer Schildseitenverschiebungsbetätigungsvorrichtung (40), mit einem Objektsensor (118) zum Detektieren einer Distanz zu einer Kurve, mit einem oder mehreren lenkbaren Rädern (58, 60), mit einer Lenkbetätigungsvorrichtung (88), mit einem mit Gelenk versehenen Rahmen (12, 14) und einer Knicklenkbetätigungsvorrichtung (64, 66), wobei das Verfahren Folgendes aufweist: periodisches Bestimmen eines Spaltes zwischen dem Schild (30) und einem Merkmal der Kurve über den Objektsensor (118); und automatisches Beibehalten des Spaltes auf einer Soll-Distanz über den Objektsensor (118) in Abwesenheit einer Einwirkung eines Anwenders durch automatisches Betätigen der Schildseitenverschiebungsbetätigungsvorrichtung (40) und/oder der Lenkbetätigungsvorrichtung (88) und/oder der Knicklenkbetätigungsvorrichtung (64, 66).
Verfahren zur Steuerung eines Motorgraders (10) nach Anspruch 7, wobei das Merkmal der Kurve eine Krümmung im Wesentlichen entlang ihrer Länge in der Fahrtrichtung zeigt, und wobei das Halten des Spaltes auf der Soll-Distanz aufweist, zu bewirken, dass das Schild (30) der Kurve in der Soll-Distanz vom Merkmal folgt.
Verfahren zur Steuerung eines Motorgraders (10) nach einem der Ansprüche 7 und 8, wobei der Objektsensor (118) einen ersten Objektsensor aufweist, der so positioniert ist, dass er Objekte auf einer ersten Seite des Motorgraders (10) detektiert, und einen zweiten Objektsensor, der so positioniert ist, dass er Objekte auf einer zweiten Seite des Motorgraders (10) detektiert, und wobei das periodische Bestimmen eines Spaltes zwischen dem Schild (30) und einem Merkmal der Kurve aufweist, mittels des Objektsensors (118), eine Distanz von einem der ersten und zweiten Objektsensoren zur Kurve zu detektieren.
Verfahren zur Steuerung eines Motorgraders (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der Objektsensor (118) einen einzigen positionierbaren Objektsensor aufweist, und wobei die Bestimmung eines Spaltes zwischen dem Schild und einem Merkmal der Kurve aufweist, zuerst den einzelnen positionierbaren Objektsensor zur Kurve hin zu richten.