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Technisches Gebiet
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Diese Offenbarung betrifft im Allgemeinen das Steuern einer Maschine, und insbesondere ein Steuersystem zum Verringern von harmonischen Schwingungen der Maschine.
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Hintergrund
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Bestimmte Maschinen, wie etwa Motorgrader, weisen eine Eigenfrequenz auf, die sich aufgrund von Resonanz bei dieser Eigenfrequenz negativ auf ihren Betrieb auswirken kann. Die Eigenfrequenz eines Motorgraders ist eine Funktion von zahlreichen physikalischen Eigenschaften der Maschine, wie etwa ihrer Gewichtsverteilung, dem Abstand zwischen den Hinterrädern und der Formplatte und den Reifeneigenschaften. Zudem können die Betriebsbedingungen, die der Motorgrader vorfindet, die Eigenfrequenz ebenfalls beeinflussen. Erregung auf der Eigenfrequenz kann zu harmonischen Schwingungen innerhalb des Motorgraders führen, die allgemein als „Prellen” bezeichnet werden.
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Harmonische Schwingungen oder Prellen treten typischerweise auf, wenn der Motorgrader innerhalb eines bestimmten Drehzahlbereichs und mit einer leichten Last auf dem Schild oder der Formplatte betrieben wird. Die Bewegung, die durch den Prellzustand bewirkt wird, kann den Kontakt zwischen einer Arbeitsfläche und der Formplatte unterbrechen, was zu einer ungleichmäßigen Endbearbeitung oder Wellung auf der Arbeitsfläche führen kann. Derartige ungleichmäßige Endbearbeitung kann Nachbearbeiten der Arbeitsfläche oder das Aufbringen von zusätzlichem Material für eine ordnungsgemäße Endbearbeitung erfordern.
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Motorgrader können drei verschiedene Arten harmonischer Schwingungen oder Prellens erfahren: Vibrationen oder Prellen in Steigungsrichtung bzw. Nickrichtung, von Seite zu Seite oder „schwankend” (engl. duck-walk) und in vertikaler Richtung. Je dieser Arten von harmonischen Schwingungen oder Prellzuständen kann sich negativ auf einen Planierbetrieb auswirken. Harmonische vertikale Bewegung oder Prellen mit Eigenfrequenz tritt im Allgemeinen auf einer Frequenz zwischen 1,5 und 3 Hz auf.
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Die
U.S.-Patentveröffentlichung Nr. 2010/0051298 A1 offenbart ein System zum Erkennen und Abführen von hydraulischen Druckspitzen, die verursacht werden, wenn Arbeitsgeräte einer Maschine prellen bzw. rattern. Die Druckspitzen werden durch Erzeugen von Zufalls- oder Aufhebungsimpulsen innerhalb des Hydrauliksystems abgeführt.
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Mit der vorstehenden Besprechung des Hintergrundes ist lediglich eine Hilfestellung für den Leser beabsichtigt. Es ist weder beabsichtigt, die hierin beschriebenen Neuerungen einzuschränken, noch den besprochenen Stand der Technik einzuschränken oder zu erweitern. Die vorstehende Besprechung sollte daher nicht als Angabe angesehen werden, dass jegliches bestimmte Element eines Systems des Stands der Technik zum Gebrauch mit den hierin beschrieben Neuerungen ungeeignet ist, noch ist beabsichtigt anzugeben, dass jegliches Element beim Umsetzen der hierin beschriebenen Neuerungen wesentlich ist. Die Umsetzungen und Anwendung der hierin beschriebenen Neuerungen sind durch die beiliegenden Ansprüche definiert.
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Kurzdarstellung
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Die Offenbarung beschreibt in einem Aspekt ein System für automatisierte Bewegungssteuerung eines Motorgraders mit einer Antriebsmaschine und einem Bodeneingriffsschild. Ein erster Sensor ist am Motorgrader angeordnet und zum Zuführen eines Prellsignals konfiguriert, das ein gemessenes Prellen des Motorgraders anzeigt. Ein Geschwindigkeitssensor ist am Motorgrader angeordnet und zum Zuführen eines Geschwindigkeitssignals konfiguriert, das eine Fahrgeschwindigkeit des Motorgraders anzeigt. Eine Steuerung ist zum Empfangen des Prellsignals vom ersten Sensor und Bestimmen einer Maximalamplitude des gemessenen Prellen des Motorgraders auf Grundlage des Prellsignals konfiguriert. Die Steuerung ist ferner zum Erstellen eines Befehlssignals zum Steuern der Fahrgeschwindigkeit des Motorgraders zumindest teilweise auf Grundlage der Maximalamplitude des gemessenen Prellens und zum Übertragen des Befehlssignals zum Ändern der Geschwindigkeit des Motorgraders konfiguriert.
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In einem anderen Aspekt beschreibt die Offenbarung ein steuerungsimplementiertes Verfahren zum Anpassen von Bewegung eines Motorgraders mit einer Antriebsmaschine, einem Bodeneingriffsschild, einem ersten Sensor, der zum Zuführen eines Prellsignals konfiguriert ist, welches ein gemessenes Prellen des Motorgraders anzeigt, und einem Geschwindigkeitssensor, der am Motorgrader angeordnet ist und zum Zuführen eines Geschwindigkeitssignals konfiguriert ist, das eine Fahrgeschwindigkeit des Motorgraders anzeigt. Das Verfahren weist das Empfangen des Prellsignals vom ersten Sensor und Bestimmen einer Maximalamplitude des gemessenen Prellens des Motorgraders auf Grundlage des Prellsignals auf. Das Verfahren weist ferner das Erstellen eines Befehlssignals innerhalb der Steuerung zum Steuern der Fahrgeschwindigkeit des Motorgraders zumindest teilweise auf Grundlage der Maximalamplitude des gemessenen Prellens und zum Übertragen des Befehlssignals von der Steuerung zum Ändern der Geschwindigkeit des Motorgraders auf.
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In wiederum einem anderen Aspekt beschreibt die Offenbarung einen Motorgrader mit einer Antriebsmaschine, einem Bodeneingriffsschild, einem ersten Sensor, der am Motorgrader angeordnet ist und zum Zuführen eines Prellsignals konfiguriert ist, welches ein gemessenes Prellen des Motorgraders anzeigt, und einem Geschwindigkeitssensor, der am Motorgrader angeordnet ist und zum Zuführen eines Geschwindigkeitssignals konfiguriert ist, das eine Fahrgeschwindigkeit des Motorgraders anzeigt. Eine Steuerung ist zum Empfangen des Prellsignals vom ersten Sensor und Bestimmen einer Maximalamplitude des gemessenen Prellens des Motorgraders auf Grundlage des Prellsignals konfiguriert. Die Steuerung ist ferner zum Erstellen eines Befehlssignals zum Steuern der Fahrgeschwindigkeit des Motorgraders zumindest teilweise auf Grundlage der Maximalamplitude des gemessenen Prellens und zum Übertragen des Befehlssignals zum Ändern der Geschwindigkeit des Motorgraders konfiguriert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine Seitenansicht eines Motorgraders, der gemäß der Offenbarung gebaut ist;
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2 ist ein Blockdiagramm eines Prellschutzsteuersystems gemäß der Offenbarung;
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3 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Prellschutzsteuerprozess gemäß der Offenbarung darstellt;
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4 ist eine beispielhafte Kurvendarstellung einer Simulation vertikalen Prellens eines Motorgraders;
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5 ist eine beispielhafte Kurvendarstellung, die eine Simulation von Gaspedalverschiebung entsprechend dem vertikalen Prellen darstellt, das in 5 dargestellt ist;
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6 ist eine vergrößerte Ansicht des Abschnitts, der mit 6 in 4 bezeichnet ist;
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7 ist eine vergrößerte Ansicht des Abschnitts, der mit 7 in 5 bezeichnet ist;
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8 ist eine beispielhafte Kurvendarstellung, die 6 ähnelt und simuliertes vertikales Prellen eines Motorgraders darstellt, der das Prellschutzsteuersystem gemäß der Offenbarung aufweist; und
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9 ist eine beispielhafte Kurvendarstellung, die 7 ähnelt und eine Simulation eines Gaspedalverschiebungsbefehls von einer Bedienungsperson sowie einen Befehl darstellt, der durch das Prellschutzsteuersystem beim Übergehen des Befehls der Bedienungsperson erstellt wird.
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Detaillierte Beschreibung
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1 ist eine Diagrammdarstellung einer Maschine, wie etwa eines Motorgraders 10, die gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung benutzt werden kann. Der Motorgrader 10 weist einen Rahmen 11 und eine Antriebsmaschine auf, wie etwa einen Motor 12. Ein Satz Vorderräder 13 kann im Allgemeinen benachbart zu einem Vorderende des Motorgraders 10 betriebsfähig mit dem Rahmen 11 verbunden sein, und zwei Sätze Hinterräder 14 können im Allgemeinen benachbart zu einem hinteren Ende des Motorgraders betriebsfähig mit dem Rahmen 11 verbunden sein. In einer alternativen Ausführungsform könnte nur ein einziger Satz Hinterräder 14 vorgesehen sein. Ein oder beide Sätze Hinterräder 14 kann durch einen Leistungsübertragungsmechanismus (nicht gezeigt) angetrieben sein, der betriebsfähig mit dem Motor 12 verbunden ist. Der Leistungsübertragungsmechanismus kann jegliche gewünschte Art Antriebssystem sein, darunter ein hydrostatisches Antriebssystem, ein elektrisches Antriebssystem oder ein mechanisches Antriebssystem. Ein Führerhaus 15 kann am Rahmen 11 angebracht sein und enthält verschiedene Steuerungen, Sensoren und andere Mechanismen, die von einer Bedienungsperson benutzt werden.
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Ein Schild oder eine Formplatte 20 verläuft vom Rahmen 11 nach unten. Die Formplatte 20 kann an einem Schildkippstellmechanismus 21 angebracht sein, der durch eine Drehkreisbaugruppe 22 gestützt ist, welche betriebsfähig mit dem Schildkippstellmechanismus 21 verbunden ist. Verschiedene Hydraulikzylinder können zum Steuern der Position der Formplatte 20 vorgesehen sein. Beispielsweise kann die Kreisbaugruppe 22 durch ein Paar Schildhebeaktuatoren 23 (von denen nur einer in 1 sichtbar ist) gestützt sein. Einstellung der Schildhebeaktuatoren 23 ermöglicht, dass die Höhe der Drehkreisbaugruppe 22, und somit die Höhe der Formplatte 20, eingestellt wird. Die Schildhebeaktuatoren 23 können unabhängig voneinander oder in Kombination miteinander bewegt werden. Ein mittlerer Stellzylinder 24 kann zum Verstellen der Kreisbaugruppe 22 von Seite zu Seite vorgesehen sein. Ein Schildkippzylinder 25 kann zum Steuern des Winkels zwischen einer Kante der Formplatte 20 und dem Boden vorgesehen sein. Einer oder mehr Seitenstellzylinder (nicht gezeigt) können zum Steuern seitlicher Bewegung der Formplatte 20 bezüglich der Kreisbaugruppe 22 vorgesehen sein. Die Kreisbaugruppe 22 kann einen Mechanismus, wie etwa Verzahnung, zum Ermöglichen der Drehung der Formplatte 20 enthalten. Auf Wunsch können andere Wege zum Positionieren und Steuern der Formplatte 20 Anwendung finden.
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Der Motorgrader 10 kann mit mehreren Sensoren ausgestattet sein, die Daten zuführen, welche die Leistung oder Bedingungen verschiedener Aspekte der Maschine (direkt oder indirekt) anzeigen. Es kann ein Bedienungspersonanwesenheitssensor 30 zum Ermitteln, ob eine Bedienungsperson im Führerhaus 15 sitzt, vorgesehen sein. Ein Feststellbremsensensor 31 kann zum Ermitteln vorgesehen sein, ob die Feststellbremse eingerückt ist. Ein Getriebeausgangsdrehzahlsensor 32 kann zum Ermitteln der Ausgangsdrehzahl von einem Getriebe (nicht gezeigt) vorgesehen sein. Ein Raddrehzahlsensor 33 kann zum Ermitteln der Drehzahl der Hinterräder 14 und dadurch zum Anzeigen der Fahrgeschwindigkeit des Motorgraders 10 vorgesehen sein.
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Ein oder mehr Rattersensoren bzw. Prellsensoren können zum Ermitteln der Prellung oder Bewegung des Motorgraders 10 vorgesehen sein. In einer Ausführungsform In einer Ausführungsform kann ein erster Sensor, wie etwa ein Beschleunigungsmesser 34, am Motorgrader 10 vorgesehen sein. Der erste Sensor kann zum Zuführen eines Beschleunigungssignals verwendet werden, das gemessene Beschleunigung des Motorgraders 10 bezüglich einer Schwerkraftreferenz anzeigt. In einem Beispiel kann der erste Sensor Messungen in sechs Freiheitsgraden (d. h. Längs-, Seiten- und Vertikalrichtungen sowie Nicken, Rollneigung und Gieren) zuführen. In einer alternativen Ausführungsform kann der erste Sensor ein Drei-Achsen-Beschleunigungsmesser sein, der ein Beschleunigungssignal liefert, welches gemessene Beschleunigung des Motorgraders entlang Längs-, Seiten- und Vertikalrichtungen anzeigt. In einer anderen alternativen Ausführungsform kann der erste Sensor ein Ein-Achsen-Beschleunigungsmesser sein, der die Messung der der gemischten Beschleunigung des Motorgraders entlang Längs-, Seiten- und Vertikalrichtungen liefert. Durch Überwachen der Beschleunigung im ersten Sensor können Bewegungen des Motorgraders 10 erkannt werden, die ein Prellen bzw. Rattern des Motorgraders anzeigen. Unter Umständen kann es erwünscht sein, den ersten Sensor im Allgemeinen den Hinterrädern 14 benachbart anzuordnen. Weiterhin kann es erwünscht sein, den ersten Sensor im Allgemeinen dem Führerhaus 15 benachbart anzuordnen, sodass eine Bewegung, die durch den Sensor ermittelt wird, ungefähr mit einer Bewegung übereinstimmt, die die Bedienungsperson fühlt.
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In einer anderen alternativen Konfiguration kann der erste Sensor einen oder mehr Hydraulikdrucksensoren 35 enthalten, die einigen oder allen der Hydraulikzylinder zugeordnet sind, welche zum Steuern der Formplatte 20, des Schildkippstellmechanismus 21 und der Kreisbaugruppe 22 benutzt werden.
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Durch Überwachen des Drucks und der Druckänderungen in den Zylindern können spezifische Druckkennzeichen überwacht werden, die Motorgraderprellen anzeigen. Andere Sensorarten sind ebenfalls in Betracht gezogen.
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Ein Steuersystem 40 kann zum Steuern des Betriebs des Motorgraders 10 mit den Prellschutzsteueraspekten oder -funktionalität der Maschine vorgesehen sein. Das Steuersystem 40 kann, wie allgemein durch einen Pfeil in 1 gezeigt, der Zuordnung zum Motorgrader 10 anzeigt, ein elektronisches Steuermodul enthalten, wie etwa eine Steuerung 41. Die Steuerung 41 kann Bedienungsperson-Eingabebefehlssignale empfangen und den Betrieb der verschiedenen Systeme des Motorgraders 10 steuern. Die Steuerung 41 ist in 1 im Führerhaus 15 untergebracht gezeigt, kann jedoch an jeglicher zweckmäßigen Stelle am Motorgrader 10 angebracht sein. Das Steuersystem 40 kann ein oder mehr Eingabegeräte (nicht gezeigt) zum Steuern des Motorgraders 10 und einen oder mehr Sensoren enthalten, darunter den Bedienungspersonanwesenheitssensor 30, den Feststellbremsensensor 31, den Getriebeausgangsdrehzahlsensor 32, den Raddrehzahlsensor 33 und den ersten Sensor, um Daten und andere Eingangssignale zu liefern, die verschiedene Betriebsparameter des Motorgraders 10 darstellen.
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Die Steuerung 41 kann eine elektronische Steuerung sein, die logisch zum Durchführen von Operationen, Ausführen von Steueralgorithmen, Speichern und Abrufen von Daten und anderen Betriebsvorgängen arbeitet. Die Steuerung 41 kann Speicher, sekundäre Speichergeräte, Prozessoren und jegliche andere Komponenten zum Ausführen einer Anwendung enthalten oder darauf zugreifen. Der Speicher und die sekundären Speichergeräte können in der Form von Festwertspeicher (ROM) oder Arbeitsspeicher (RAM) oder integrierten Schaltungen sein, die für die Steuerung zugänglich sind. Verschiedene andere Schaltungen können der Steuerung zugeordnet sein, wie etwa Stromversorgungsschaltungen, Signalaufbereitungsschaltungen, Treiberschaltungen und andere Arten von Schaltungen.
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Die Steuerung 41 kann eine einzelne Steuerung sein oder mehr als eine Steuerung enthalten, die zum Steuern verschiedener Funktionen und/oder Merkmale des Motorgraders 10 angeordnet sind. Mit dem Begriff „Steuerung” ist im weitesten Sinne die Beinhaltung von einer oder mehr Steuerungen und/oder Mikroprozessoren gemeint, die dem Motorgrader 10 zugeordnet sein können und beim Steuern verschiedener Funktionen und Betriebsvorgänge der Maschine zusammenwirken können. Die Funktionalität der Steuerung 41 kann ungeachtet der Funktionalität in Hardware und/oder Software implementiert sein. Die Steuerung 41 kann auf ein oder mehr Datenkennfelder zurückgreifen, die die Betriebsbedingungen des Motorgraders 10 betreffen und im Speicher des der Steuerung gespeichert sein können. Jedes dieser Kennfelder kann eine Ansammlung von Daten in der Form von Tabellen, Graphen und/oder Gleichungen enthalten. Die Steuerung 41 kann die Datenkennfelder zum Maximieren der Effizienz des Motorgraders 10 benutzen.
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Das Steuersystem 40 kann ein Ratter- bzw. Prellschutzsteuersystem oder -funktionalität zur Unterstützung beim Steuern bestimmter Arten harmonischer Bewegung des Motorgraders 10, die als Rattern bzw. Prellen bekannt sind, enthalten. Dabei kann die Steuerung 41 konfiguriert sein, um als Eingabewerte die Bewegungsamplituden des Motorgraders 10 bei bestimmten Frequenzen zu empfangen, bei denen das Auftreten von Prellen wahrscheinlich ist,. Schwellenwerte der Motorgraderbewegung bei jeder der spezifizierten oder vorgegebenen Frequenzen können als Teil der Datenkennfelder zum Unterstützen beim Bestimmen des Vorhandenseins eines Ratter- bzw. Prellzustands gespeichert sein. Kennfelder von Reaktionen auf Prellen des Motorgrader, das den Schwellenwert übersteigt, können in der Steuerung 41 festgelegt und gespeichert sein. Derartige Kennfelder können verschiedene Faktoren nutzen, darunter die Geschwindigkeit des Motorgraders 10, das Ausmaß, in dem die Amplitude des Prellens den Schwellenwert übersteigt, und die Frequenz des Prellzustandes. Andere Betriebsbedingungen und -eigenschaften können ebenfalls in den Datenkennfeldern zugeordnet sein.
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Während des Betriebs des Motorgraders 10, wie nachstehend detaillierter beschrieben, kann die Prellschutzsteuerfunktion des Steuersystems 40 die Betriebsbedingungen des Motorgraders 10 zum Beseitigen oder Verringern des Motorgraderprellens modifizieren. In einem Beispiel kann die Steuerung 41, sobald sie feststellt, dass ein Prellzustand vorliegt, den Gaspedalsteuerbefehl, der von der Bedienungsperson ausgeht, außer Kraft setzen, um die Motordrehzahl herabzusetzen und dadurch die Geschwindigkeit des Motorgraders 10 herabzusetzen. Sobald der Prellzustand genügend beseitigt oder reduziert ist, wird die Prellschutzsteuerfunktion des Steuersystems 40 ausgeschaltet und beeinflusst den Betrieb des Motors 12 nicht mehr, sodass die Motordrehzahl wieder auf die von der Betriebsperson angewiesene rückgeführt wird.
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Wie in 2 dargestellt, empfängt die Steuerung 41 Information von verschiedenen Sensoren und Systemen des Motorgraders 10 und verarbeitet diese Information. Die Steuerung 41 kann an einem Knoten 43 ein Ratter- bzw. Prellsignal oder -signale von einem Prellsensor empfangen, die das Prellen des Motorgraders 10 anzeigen. Der Prellsensor kann der erste Sensor sein, wie etwa ein Beschleunigungsmesser 34 oder Hydraulikdrucksensoren 35 an den Hydraulikzylindern, die der Formplatte 20 zugeordnet sind. Am Knoten 44 kann die Steuerung 41 ein Signal hinsichtlich des Gangs empfangen, der von der Bedienungsperson zum Betreiben des Motorgraders 10 ausgewählt wurde. Ein derartiges Signal kann durch einen anderen Aspekt des Steuersystems erstellt werden, der den Betrieb des Getriebes des Motorgraders 10 steuert. Am Knoten 45 kann die Steuerung 41 ein Signal dahingehend empfangen, ob eine Bedienungsperson im Führerhaus 15 sitzt. Das Bedienungspersonanwesenheitssignal kann durch den Bedienungspersonanwesenheitssensor 30 zugeführt werden.
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Die Steuerung 41 kann am Knoten 46 dahingehend ein Signal empfangen, ob die Feststellbremse eingerückt ist. Das Feststellbremsensignal kann durch einen Feststellbremsensensor 31 zugeführt werden. Am Knoten 47 kann die Steuerung 41 ein Signal bezüglich des Status bestimmter Diagnoseprogramme des Prellschutzsteuersystems empfangen. Am Knoten 48 kann die Steuerung 41 ein Signal empfangen, das die Raddrehzahl der Vorder- oder Hinterräder 14 anzeigt. Das Raddrehzahlsignal kann vom Raddrehzahlsensor 33 zugeführt werden. Am Knoten 49 kann die Steuerung 41 ein Signal bezüglich des Status der verschiedenen Sensoren empfangen, die dem Prellschutzsteuersystem Information zuführen. Am Knoten 50 kann die Steuerung 41 ein Signal von einem Benutzerschalter dahingehend empfangen, ob die Bedienungsperson das Prellschutzsteuersystem eingeschaltet oder ausgeschaltet hat.
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In einer Ausführungsform kann die Steuerung 41 verschiedene Ausgangssignale auf Grundlage des Betriebs des Prellschutzsteuersystems erstellen. Am Knoten 51 kann die Steuerung 41 ein Befehlssignal zuführen, wie etwa einen Motordrehzahlsteuerbefehl zum Steuern des Betriebs der Motordrehzahl. Die Steuerung 41 kann am Knoten 52 ein Signal zum Vermitteln des Status des Prellschutzsteuersystems an andere Aspekte des Steuersystems 40 zuführen.
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Am Knoten 53 kann die Steuerung 41 einer Anzeigenleuchte (nicht gezeigt) ein Signal zuführen, das anzeigt, ob die Prellschutzsteuerfunktionalität in Betrieb ist. Beispielsweise kann, wenn sich der Motorgrader 10 nicht in einem Prellzustand befindet, die Leuchte aus sein. Wenn der Motorgrader 10 Prellen erfährt und die Prellschutzsteuerfunktionalität in Betrieb ist, kann die Leuchte aufleuchten. Wenn sich der Motorgrader 10 in einem Prellzustand bzw. einem Ratterzustand befindet, die Prellschutzsteuerfunktionalität jedoch nicht in Betrieb ist, kann die Leuchte blinken. Zu Beispielen dafür, wenn sich der Motorgrader 10 in einem Prellzustand befindet, die Prellschutzsteuerfunktionalität jedoch nicht in Betrieb ist, gehört, wenn die Bedienungsperson die Prellschutzsteuerfunktionalität ausgeschaltet hat oder wenn andere Systeme des Motorgraders 10, die die Motordrehzahl steuern, eine höhere Priorität haben und gegenüber der Prellschutzsteuerfunktionalität Vorrang haben.
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Der Motorgrader 10 kann mit einer Benutzerschnittstelle 36 zum Aktivieren und Deaktivieren des Prellschutzsteuersystems des Steuersystems 40 ausgestattet sein. Diese Benutzerschnittstelle könnte ein Schalter oder ein berührungsempfindlicher Bildschirm sein. Wenn die Benutzerschnittstelle 36 nicht aktiviert ist, arbeitet der Motorgrader 10 gemäß den Befehlen der Bedienungsperson ungeachtet der Betriebsbedingungen, die der Motorgrader vorfindet.
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Wenn die Benutzerschnittstelle 36 aktiviert ist, arbeitet das Steuersystem 40 gemäß dem Ablaufdiagramm von 3. Die Steuerung 41 kann anfänglich beim Schritt 60 verschiedene Diagnose- und Systemprüfungen durchführen, um festzustellen, dass das Prellschutzsteuersystem und die Komponenten des Motorgraders 10 sachgemäß arbeiten. Falls jegliche Aspekte des Systems oder der Komponenten des Motorgraders 10 nicht sachgemäß arbeiten, aktiviert die Steuerung die Prellschutzsteuerfunktionalität nicht, und der Motorgrader 10 arbeitet gemäß den Befehlen der Bedienungsperson, selbst wenn Prellzustände vorgefunden werden.
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Bei Schritt 61 bestimmt die Steuerung 41, ob bestimmte Schwellenbedingungen des Prellschutzsteuersystems erfüllt wurden. Beispielsweise könnte die Prellschutzsteuerfunktionalität nur unter bestimmten Betriebsbedingungen des Motorgraders 10 betriebsbereit sein. Eine erforderliche Betriebsbedingung kann sein, dass sich die Getriebeausgangsdrehzahl innerhalb eines vorgegebenen Bereichs befinden muss. Eine zusätzliche Betriebsbedingung kann sein, dass das Getriebe in bestimmten vorgegebenen Gängen arbeitet. Beispielsweise tritt Prellen typischerweise auf und muss zum Verringern der Beschädigung des Bodens durch das Schild gesteuert werden, wenn der Motorgrader zwischen ungefähr 6 bis 9 Meilen pro Stunde fährt. Dementsprechend könnte für einen Motorgrader 10 mit einem Getriebe (nicht gezeigt) mit acht Vorwärtsgängen die Prellschutzsteuerfunktionalität nur dann in Betrieb sein, wenn das Getriebe entweder im dritten oder vierten Gang ist. Betrieb entweder im ersten oder zweiten Gang kann zu langsam zum Bewirken eines Prellzustands sein. Betrieb im fünften Gang und darüber kann zu schnell dafür sein, dass die Bedienungsperson qualitativ hochwertige Planierarbeit durchführt. Infolgedessen ist es unwahrscheinlich, dass Auswirkungen auf qualitativ hochwertige Planierarbeit bestehen, wenn Ratter- bzw. Prellzustände auf derart höherer Geschwindigkeit auftreten.
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Zusätzlich erforderliche Betriebsbedingungen können die Anwesenheit einer Bedienungsperson im Führerhaussitz und das Lösen der Feststellbremse sein. Weiterhin kann der Raddrehzahlsensor 33 ein Drehzahlsignal zuführen, das die Fahrgeschwindigkeit des Motorgraders 10 anzeigt. Das Drehzahlsignal kann überwacht werden, und das Prellschutzsteuersystem kann nur dann funktionieren, wenn die Raddrehzahl unterhalb einer vorgegebenen Schwelle liegt. Beispielsweise kann die Steuerung 41 derart konfiguriert sein, dass die Prellschutzsteuerfunktionalität nicht in Betrieb ist, wenn die Raddrehzahl über ungefähr 10,5 Meilen pro Stunde liegt. Auf verhältnismäßig hohen Geschwindigkeiten (wie jenen über 10,5 Meilen pro Stunde) ist es unwahrscheinlich, dass der Motorgrader 10 Planiervorgänge durchführt und Prellbedingungen vorfindet, die den Kontakt zwischen der Arbeitsfläche und der Formplatte 20 negativ beeinflussen.
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Das System kann derart konfiguriert sein, dass die Prellschutzsteuerfunktionalität außer Betrieb ist, falls eine jegliche der Schwellenbedingungen nicht erfüllt ist. Unter anderen Umständen kann die Prellschutzsteuerfunktionalität abhängig davon, welche Schwellenbedingungen nicht erfüllt wurden, begrenzt oder anderweitig angepasst sein.
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Wenn die Systemschwellenbedingungen bei Schritt 61 erfüllt wurden, empfangt die Steuerung 41 bei Schritt 62 Prellsignale von den ersten oder Prellsensoren (wie etwa einem Beschleunigungsmesser 34 oder Hydraulikdrucksensoren 35), die Bewegung des Motorgraders 10 anzeigen. Es ist zu beachten, dass die Eigenfrequenz jeden Motorgraders 10 eine Funktion zahlreicher Eigenschaften ist, darunter Gewicht und Gewichtsverteilung, Maschinenabmessungen und die Reifeneigenschaften. Dieses Prellen bei der Eigenfrequenz könnte durch verschiedene Betriebsbedingungen ausgelöst werden, die der Motorgrader 10 vorfindet (wie etwa Erdbodenzustände und -profil, Schildbewegung und Gang- und Geschwindigkeitswechsel). Dementsprechend untersucht die Steuerung 41, beim Untersuchen der Bewegung des Motorgraders 10 auf Prellen, bei Schritt 63 die Bewegungsamplitude des Motorgraders 10 innerhalb bestimmter Frequenzbereiche.
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In einem Beispiel eines vertikalen Prellens des Motorgraders 10 kann die Steuerung 41 vertikale Bewegung des Motorgraders 10 innerhalb eines Frequenzbereichs zwischen ungefähr 1,5 und 3 Hz untersuchen. Beim Ausführen einer derartigen Untersuchung kann die Steuerung 41 an Stufe 64 die Amplitude vertikaler Bewegung bei jeder Frequenz innerhalb des Bereichs untersuchen und die maximale Bewegungsamplitude sowie die Frequenz einer derartigen maximalen Bewegung bestimmen.
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In Beispielen für Prellen bzw. Rattern in Nickrichtung sowie von Seite zu Seite kann sich der Frequenzbereich, der von der Steuerung 41 untersucht wird, mit dem Frequenzbereich des vertikalen Prellens decken oder davon abweichen. Für jede Bewegungsart kann die Steuerung 41 bei Schritt 64 die Amplitude der bestimmten Bewegung bei jeder Frequenz innerhalb des Bereichs untersuchen und die maximale Amplitude der Bewegung sowie die Frequenz derartiger maximaler Bewegung bestimmen.
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Bei Schritt 65 bestimmt die Steuerung, ob die maximale Amplitude eine vorgegebene Schwelle übersteigt. In einem Beispiel kann dies durch Vergleichen der maximalen Amplitude mit Datenkennfeldern innerhalb der Steuerung 41 ausgeführt werden, die der spezifischen Frequenz entsprechen. Wenn die maximale Amplitude die vorgegebene Schwelle nicht übersteigt, wird die Prellschutzsteuerfunktionalität nicht aktiviert und der Motorgrader 10 arbeitet gemäß den Befehlen der Bedienungsperson, da jegliche vorgefundene Prellbedingungen nicht zur Rechtfertigung genügen, dass das Prellschutzsteuersystem die Befehle der Bedienungsperson außer Kraft setzt.
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Wenn die maximale Amplitude die vorgegebene Schwelle übersteigt, kann die Steuerung 41 bei Schritt 88 bestimmen, ob jegliche andere Untersysteme innerhalb des Steuersystems Vorrang vor der Prellschutzsteuerfunktionalität haben. Wenn die Prellschutzsteuerfunktionalität außer Kraft gesetzt ist, arbeitet der Motorgrader 10 ohne die Prellschutzsteuerfunktionalität. Die Steuerung kann bei Schritt 67 ein Signal erstellen, das anzeigt, dass der Motorgrader 10 in einem Prellzustand arbeitet, die Prellschutzsteuerfunktionalität jedoch außer Kraft gesetzt wurde. Dies kann durch eine blinkende Anzeigenleuchte innerhalb des Führerhauses 15 angezeigt sein.
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Wenn die Prellschutzsteuerfunktionalität an Stufe 66 nicht außer Kraft gesetzt ist, kann die Steuerung bei Schritt 68 den zweckmäßigen Vorgang zum Beseitigen des Prellzustands bestimmen und ein zweckmäßiges Befehlssignal erstellen. In einem Beispiel kann die Steuerung 41 ein Befehlssignal zum Verringern der Drehzahl des Motors 12 zum Verlangsamen des Motorgraders 10 erstellen. In einem anderen Beispiel kann das Befehlssignal der Steuerung 41 die Betriebsbremsen des Motorgraders 10 betätigen. Es können andere Arten und Weisen zum Verringern der Geschwindigkeit des Motorgraders 10 angewendet werden. Unter Umständen kann es möglich sein, den Prellzustand durch Erhöhen der Geschwindigkeit des Motorgraders 10 zu beseitigen. In einem derartigen Beispiel kann das Befehlssignal von der Steuerung 41 die Drehzahl des Motors 12 erhöhen. Das Befehlssignal, das durch die Steuerung erstellt wird, kann auf den Betriebsbedingungen des Motorgraders 10 sowie der Amplitude und Frequenz des Prellens basieren. Beispielsweise kann die Steuerung 41 die Motordrehzahl wesentlich schneller für einen Prellzustand verringern, der wesentlich größer als die Schwellenbedingung ist, im Vergleich zu einem Prellzustand, der die Schwellenbedingung geringfügig übersteigt.
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Die Steuerung kann bei Schritt 69 ein Signal erstellen, das anzeigt, dass der Motorgrader 10 in einem Prellzustand arbeitet und dass die Prellschutzsteuerfunktionalität in Betrieb ist. Dies kann durch Erregen einer Anzeigeleuchte innerhalb des Führerhauses angezeigt werden. Nach dem Erstellen des Befehlssignals kann das Befehlssignal bei Schritt 70 an das zweckmäßige System zum Verringern oder Beseitigen des Prellzustands übertragen werden.
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Es ist zu beachten, dass der Motorgrader 10, wie oben beschrieben, drei verschiedene Arten von Ratter- bzw. Prellzuständen (vertikal, in Nickrichtung, von Seite zu Seite) bei drei Frequenzen erfahren kann. Anders gesagt tritt vertikales Prellen in einer ersten Richtung und bei einer ersten Frequenz auf, Prellen in einer Nickrichtung in einer zweiten Richtung und bei einer zweiten Frequenz und Prellen von Seite zu Seite- in einer dritten Richtung und bei einer dritten Frequenz. Sie könnten nicht bei identischen Frequenzen auftreten. Die Datenabbildungen der Steuerung 41 können Daten für jede Art Prellen und den Prozess, der in 3 ausgeführt ist, enthalten, welcher (gleichzeitig oder sequentiell) für jede Art Prellen wiederholt wird. Dabei kann die Steuerung 41 ein Befehlssignal zum Verringern oder Beseitigen jeder Art von Prellen bestimmen, jedoch nur das Befehlssignal zum Verringern des größten Prellens übertragen.
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In einer alternativen Konfiguration kann die Steuerung 41 auf Grundlage der Betriebsbedingungen und Eingabe von den drei Arten von Prellen bestimmen, dass eine alternative oder gemischte Lösung zum Verringern oder Beseitigen des Prellens erwünscht sein kann. In einer anderen alternativen Konfiguration kann die Steuerung 41 ein Befehlssignal erstellen, das jede Art von Prellen verringert, ohne jegliche Art von Prellen sofort zu beseitigen. In wiederum einer anderen Konfiguration kann eine Art von Prellen als schädlicher als eine andere erachtet werden, sodass die Steuerung die Erstellung von Befehlssignalen priorisiert, um eine bestimmte Art von Prellen zuerst zu verringern oder zu beseitigen. Derartige Priorisierung kann außerdem von den relativen Amplituden oder dem Grad abhängen, in dem jede Art von Prellen ihre jeweilige Schwelle übersteigt.
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Unter Bezugnahme auf 14 ist eine Kurvendarstellung simulierter vertikaler Maschinenbeschleunigung oder Prellen 75 eines Motorgraders 10 in Abhängigkeit von Zeit dargestellt. 5 stellt einen simulierten Gaspedalverstellungsbefehl 76 von einer Bedienungsperson entsprechend dem Schaubild von 4 dar, dargestellt als Prozentanteil möglicher Gaspedalbewegung in Abhängigkeit von der Zeit und ohne die Prellschutzsteuerfunktionalität des Steuersystems 40. 6 ist eine vergrößerte Ansicht des Abschnitts der Kurvendarstellung von 4 innerhalb des mit 6 bezeichneten Kastens, und 7 ist eine vergrößerte Ansicht des Abschnitts der Kurvendarstellung von 5 innerhalb des mit 7 bezeichneten Kastens.
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In 5 und 7 ist ersichtlich, dass die Bedienungsperson, wenn der Motorgrader beginnt, vertikal zu prellen, versuchen kann, das Prellen durch manuelles Verringern der Verstellung des Gaspedals zu verringern. Jedoch ist unter Bezugnahme auf 6 bis 7 zu sehen, dass das vertikale Prellen etwas vor ungefähr 60 Sekunden im Verlauf der Kurvendarstellung zu wirken beginnt und die Bedienungsperson zum Verringern der Gaspedalverschiebung bei 77 nicht vor ungefähr 67 Sekunden im Verlauf der Kurvendarstellung tätig wird. Das vertikale Prellen beginnt abzunehmen, und die Bedienungsperson erhöht die Gaspedalverschiebung bei 78, entsprechend ungefähr 72 Sekunden im Verlauf des Schaubilds. Das vertikale Prellen könnte jedoch nicht genügend verringert worden sein und/oder die Erhöhung der Motordrehzahl bewirkt, dass der Motorgrader 10 bei ungefähr 80 Sekunden im Verlauf des Schaubilds wieder zu prellen beginnt. Die Bedienungsperson verringert dann die Gaspedalverstellung bei 79, entsprechend ungefähr 87 Sekunden im Verlauf der Kurvendarstellung, um das vertikale Prellen zu verringern. Bei ungefähr 92 Sekunden im Verlauf der Kurvendarstellung ist das Prellen verringert, und die Bedienungsperson erhöht die Gaspedalverschiebung bei 80. In der Simulation, die in 7 dargestellt ist, erfuhr der Motorgrader 10 vertikales Prellen über ungefähr 30 Sekunden hinweg, während die Bedienungsperson wiederholte Versuche zum Verringern des Prellens unternahm.
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8 bis 9 stellen eine Simulation vertikalen Prellens 81 des Motorgraders 10 bzw. von Gaspedalverstellung 82 dar, während die Prellschutzsteuerfunktionalität des Steuersystems 40 in Betrieb ist. Wenn das vertikale Prellen etwas vor ungefähr 60 Sekunden im Verlauf der Kurvendarstellung zu wirken beginnt, setzt die Prellschutzsteuerfunktionalität des Steuersystems 40 den Gaspedalbefehl von der Bedienungsperson außer Kraft und verringert die Gaspedalverschiebung bei 83 automatisch.
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Das Prellschutzsteuersystem erhält dann den verringerten Gaspedalbefehl aufrecht und erhöht anschließend den Befehl bei 84, entsprechend ungefähr 63 Sekunden in der Kurvendarstellung, bis der Gaspedalbefehl bei 85, entsprechend ungefähr 66 Sekunden in der Kurvendarstellung, zum Gaspedalbefehl der Bedienungsperson rückgestellt wird. Es ist durch Vergleichen der 7 und 9 ersichtlich, dass die automatisierte Steuerung, die durch das Steuersystem 40 vorgesehen ist, die Gaspedalverstellung früher als die Bedienungsperson verringert und die Gaspedalverstellung weniger abrupt verringert, den Gaspedalbefehl jedoch auch um ein größeres Ausmaß verringert. Wie in 8 dargestellt, erfährt der Motorgrader 10 vertikales Prellen bei eingeschaltetem Prellschutzsteuersystem über einen erheblich kürzeren Zeitraum hinweg. Es ist zu beachten, dass, obgleich die Gaspedalverstellung in dem in 9 dargestellten Beispiel im Vergleich zu 7 größer ist, die Verringerungsrate in 9 geringer ist, sodass die Bedienungsperson eine kleinere Abnahme der Motordrehzahl und Motorgradergeschwindigkeit wahrnehmen kann.
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Obgleich das Prellschutzsteuersystem oben bezüglich des Steuerns von Prellzuständen zum Minimieren von Beschädigung einer Bodenfläche beschrieben wird, kann es in manchen Situationen erwünscht sein, das System zu nutzen, wenn die Formplatte 20 nicht in den Boden eingreift. Beispielsweise kann ein Prellzustand auftreten, wenn der Motorgrader 10 mit verhältnismäßig hohen Geschwindigkeiten fährt und sich die Formplatte über der Bodenfläche befindet. In solchem Falle kann das Prellschutzsteuersystem zum Verringern des Prellzustands und dadurch zum Erhöhen der Bequemlichkeit ohne Einwirkung auf die Bodenfläche benutzt werden.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Die industrielle Anwendbarkeit des hierin beschriebenen Systems geht ohne weiteres aus der vorstehenden Besprechung hervor. Die vorstehende Besprechung ist auf Maschinen, wie etwa Motorgrader 10, anwendbar, bei denen sich harmonische Schwingungen oder Prellen auf den Betrieb auswirken können. Individuelle Eigenschaften der Maschine sowie die Betriebsbedingungen und die Umgebung beeinflussen die Eigenfrequenz jeder Maschine. Das hierin offenbarte Prellschutzsteuersystem bestimmt die Eigenfrequenz des Motorgraders 10 durch Untersuchen der Bewegung des Motorgraders, und bestimmt die maximale Bewegungsamplitude und die Frequenz, bei der derartige Bewegung auftritt. Die Steuerung 41 kann dann das Prellen durch Ändern der Geschwindigkeit des Motorgraders 10 auf Grundlage verschiedener Faktoren, wie etwa der Amplitude des Prellens und der Eigenfrequenz des Motorgraders sowie der Betriebsbedingungen und anderer Faktoren, auf Wunsch verringern oder beseitigen.
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In einem Aspekt ist ein System ein System für automatisierte Bewegungssteuerung eines Motorgraders 10 mit einer Antriebsmaschine und einem mit dem Boden in Eingriff stehenden Schild beschrieben. Ein erster Sensor ist am Motorgrader 10 angeordnet und zum Liefern eines Prellsignals konfiguriert, das ein gemessenes Prellen bzw. Rattern des Motorgraders anzeigt. Ein Geschwindigkeitssensor ist am Motorgrader 10 angeordnet und zum Liefern eines Geschwindigkeitssignals konfiguriert, das eine Fahrgeschwindigkeit des Motorgraders anzeigt. Eine Steuerung 41 ist zum Empfangen des Prellsignals vom ersten Sensor und zum Bestimmen einer Maximalamplitude des gemessenen Prellens des Motorgraders 10 auf Grundlage des Prellsignals konfiguriert. Die Steuerung 41 ist ferner zum Erstellen eines Befehlssignals zum Steuern der Fahrgeschwindigkeit des Motorgraders 10 zumindest teilweise auf Grundlage der Maximalamplitude des gemessenen Prellens und zzum Übertragen des Befehlssignals zum Ändern der Geschwindigkeit des Motorgraders konfiguriert.
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In einem anderen Aspekt beschreibt die Offenbarung ein steuerungsimplementiertes Verfahren zum Anpassen von Bewegung eines Motorgraders 10 mit einer Antriebsmaschine, einem mit dem Boden in Eingriff stehenden Schild, einem ersten Sensor, der zum Liefern eines Prellsignals konfiguriert ist, welches ein gemessenes Prellen des Motorgraders anzeigt, und einem Geschwindigkeitssensor, der am Motorgrader angeordnet ist und zum Liefern eines Geschwindigkeitssignals konfiguriert ist, das eine Fahrgeschwindigkeit des Motorgraders anzeigt. Das Verfahren enthält das Empfangen des Prellsignals vom ersten Sensor und Bestimmen einer Maximalamplitude des gemessenen Prellens des Motorgraders 10 auf Grundlage des Prellsignals. Das Verfahren enthält ferner das Erstellen eines Befehlssignals innerhalb der Steuerung 41 zum Steuern der Fahrgeschwindigkeit des Motorgraders 10 zumindest teilweise auf Grundlage der Maximalamplitude des gemessenen Prellens und Übertragen des Befehlssignals von der Steuerung 41 zum Ändern der Geschwindigkeit des Motorgraders.
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In wiederum einem anderen Aspekt beschreibt die Offenbarung einen Motorgrader 10 mit einer Antriebsmaschine, einem mit dem Boden in Eingriff stehenden Schild, einem ersten Sensor, der am Motorgrader angeordnet ist und zum Liefern eines Prellsignals konfiguriert ist, welches ein gemessenes Prellen des Motorgraders anzeigt, und einem Geschwindigkeitssensor, der am Motorgrader angeordnet ist und zum Liefern eines Geschwindigkeitssignals konfiguriert ist, das eine Fahrgeschwindigkeit des Motorgraders anzeigt. Eine Steuerung 41 ist zum Empfangen des Prellsignals vom ersten Sensor und zum Bestimmen einer Maximalamplitude des gemessenen Prellens des Motorgraders 10 auf Grundlage des Prellsignals konfiguriert. Die Steuerung ist ferner zum Erstellen eines Befehlssignals zum Steuern der Fahrgeschwindigkeit des Motorgraders zumindest teilweise auf Grundlage der Maximalamplitude des gemessenen Prellens und zum Übertragen des Befehlssignals zum Ändern der Geschwindigkeit des Motorgraders konfiguriert.
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Man wird erkennen, dass die vorstehende Beschreibung Beispiele des offenbarten Systems und der offenbarten Technik vorsieht. Es ist jedoch berücksichtigt, dass andere Implementierungen der Offenbarung im Detail von den vorstehenden Beispielen abweichen können. Es ist daher beabsichtigt, dass alle Bezugnahmen auf die Offenbarung oder Beispiele davon auf das bestimmte, an diesem Punkt besprochene Beispiel verweisen, und es ist nicht beabsichtigt, dass sie jegliche Beschränkung bezüglich dem Umfang der Offenbarung im Allgemeineren beinhalten. Es ist beabsichtigt, dass begriffliche Unterscheidung und Herabsetzung fehlende Bevorzugung dieser Merkmale anzeigen, diese jedoch nicht gänzlich aus dem Umfang der Offenbarung ausschließen, falls nicht anderweitig angegeben.
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Die Angabe von Wertebereichen hierin soll lediglich als zusammengefasstes Verfahren zum individuellen Verweisen auf jeden separaten Wert, der in den Bereich fällt, dienen, solange hierin nicht anders angegeben, und jeder separate Wert ist in die Schrift eingegliedert, als ob er individuell hierin angeführt wäre. Alle hierin beschriebenen Verfahren können in jeder geeigneten Reihenfolge ausgeführt werden, falls hierin nicht anderweitig angegeben oder ansonsten deutlich durch den Kontext bestritten.
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Dementsprechend beinhaltet diese Offenbarung alle Modifikationen und Äquivalente des in den hier beiliegenden Ansprüchen angeführten Erfindungsgegenstands, wie durch gültiges Recht zugelassen. Zudem ist jegliche Kombination der oben beschriebenen Elemente in allen möglichen Variationen davon von der Offenbarung erfasst, falls hierin nicht anderweitig angegeben oder ansonsten deutlich durch den Kontext bestritten.