DE112014001998T5

DE112014001998T5 - Kraftrückkopplung für Maschineneingabevorrichtungen mit unterschiedlichen Kraftrückkopplungsmodi

Info

Publication number: DE112014001998T5
Application number: DE112014001998.4T
Authority: DE
Inventors: Beau D. Kuipers
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2013-05-17
Filing date: 2014-05-15
Publication date: 2015-12-31
Also published as: WO2014186511A1; US20140343697A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Maschine, insbesondere eine Baumaschine, die eine Kraftrückkopplung an mehrere Bedienereingabevorrichtungen liefert. Der Bediener wählt einen Betriebsmodus, z. B. PIPC, PIVC oder VIVC, und die Kraftrückkopplung wird zumindest zum Teil auf der Grundlage des Betriebsmodus bereitgestellt.

Description

Technisches Gebiet
Diese Patentoffenbarung betrifft elektrische Systeme und Komponenten innerhalb einer Maschine im Allgemeinen, und insbesondere eine Bedienersteuerungsschnittstelle (z. B. Joystick, Lenkrad, etc.), die physische Aktionen des Bedieners in elektronische Signale umwandelt, die ihrerseits zu einer mechanischen Betätigung der gesteuerten Maschinenkomponenten (z. B. gelenkte Räder, eine Schaufel, ein Graderschild, etc.) an einer Arbeitsmaschine führen.
Hintergrund
Maschinen wie beispielsweise etwa Autos, Lastwagen, Radlader, Tieflöffelbagger und Schleppfahrzeuge, umfassen Bewegungssteuerungssysteme, die eine oder mehrere von einem Bediener bewegbare Eingabevorrichtungen aufweisen, die die Bewegung einer oder mehrerer beweglicher Komponenten einer Maschine regeln, wie etwa Laufräder und Werkzeuge/Arbeitsgeräte. Einige solcher Bewegungssteuerungssysteme umfassen eine Bedienerschnittstelle, die einer beweglichen Eingabevorrichtung zugeordnet ist, etwa einem Joystick, Lenkrad oder Pedal, die der Bediener verwendet, um eine Eingabe an das Bewegungssteuersystem zu liefern. Maschinen sind oft mit einer oder mehreren der oben erwähnten beweglichen Eingabevorrichtungen ausgestattet, um eine Reihe von vom Bediener initiierten Steuerungen für die Maschine zu erleichtern.
Es gibt viele Wege, wie Eingabeaktionen eines Bedieners in Maschinen-/Werkzeugsteuerungsvorgänge übersetzt werden. In einigen Fällen stellt eine Bedienereingabevorrichtung Eingänge bereit, um die Bewegung der beweglichen Komponenten durch eine mechanische Verbindung zu regeln. Solche mechanischen Verbindungen können eine Kraftrückkopplung von den beweglichen Komponenten an die Bedienereingabevorrichtung übertragen. Ein Beispiel für eine solche Kraftrückkopplung ist eine Federkraft, die zunimmt, während ein Hebel aus einer neutralen Stellung (keine Eingabe) bewegt wird. Andere Bewegungssteuerungssysteme verwenden mechanisch-elektrische Signalwandler, um physische Eingabeaktionen eines Bedieners an einer Steuerungseingabevorrichtung (z. B. das Drehen eines Lenkrads) in elektronische Steuersignale zur Betätigung einer beweglichen Komponente der Maschine zu übersetzen (z. B. Lenksysteme vom sog. Steer-by-Wire-Typ). Solche Systeme umfassen elektrohydraulische Maschinensteuerungssysteme, bei denen Eingabeaktionen des Benutzers in elektrische Signale umgewandelt werden, und die elektrischen Signale die Betätigung von Hydraulikaktuatoren ansteuern, die den Maschinenbetrieb steuern (z. B. Lenken der Räder, Anheben/Absenken eines Löffels etc.).
Einige Steer-By-Wire-Lenksysteme stellen eine Kraftrückkopplung für den Bediener bereit, der die Bedienereingabevorrichtung handhabt. Zum Beispiel wird eine Rückkopplungskraft, die durch das Kraftrückkopplungssystem gegen eine Kraft ausgeübt wird, die der Bediener auf die Bedienereingabevorrichtung ausübt, dadurch bestimmt, dass eine Differenz (ein Fehler) zwischen einem stabilen Zustand, der durch die aktuelle Position der Bedienereingabevorrichtung angegeben wird, und dem aktuellen Zustand eines gesteuerten Parameters (z. B. der Stellung der gelenkten Räder) der Maschine berechnet wird.
Ein beispielhaftes System, das eine Kraftrückkopplung an die Bedienereingabevorrichtung in einem elektrischen Lenksystem verwenden kann, wird in dem US-Patent 7,516,812 an Hara et al. beschrieben, das am 14. April 2009 (Hara) erteilt wurde. Das System von Hara ist in der Lage, die Lenkreaktionskraft in einem Lenkrad in Ansprechen auf Reaktionskräfte der Straßenoberfläche auf die Laufräder zu erhöhen, wenn das Lenkrad sich dreht, und die Lenkreaktionskraft in Ansprechen auf Reaktionskräfte der Straßenoberfläche zu erhöhen, wenn das Lenkrad zurückgestellt wird. Das System mildert Veränderungen in der Lenkkraft ab, die Schläge durch transiente Erhöhungen der Reaktionskräfte der Straßenoberfläche begleiten, so dass der Bediener das Lenkrad gleichmäßig in die Mittelstellung zurückbewegen kann.
Verschiedene Typen von Steueraktionen können von einem Benutzer unter Verwendung unterschiedlicher Typen von Eingabevorrichtungen (Lenkräder, Joysticks, Trackball-Einrichtungen, etc.) ausgeführt werden. Zur Führung einer Maschine entlang einer Straße kann ein Lenkrad bevorzugt werden. Ein Joystick kann jedoch die bevorzugte Eingabevorrichtung für die Steuerung der Maschinenbewegung während der Arbeit vor Ort sein, etwa dem Fassen von Erde und Beladen von Lastwagen – eine Tätigkeit, die eine wiederholte Änderung der Fahrtrichtung erfordert. Eine bevorzugte Übertragungsfunktion, die physische Veränderungen der Eingabevorrichtung (und die daraus resultierenden elektronischen Steuersignale) auf der Ausgangsseite mit mechanischen Aktionen einer Maschine oder eines Werkzeugs in Beziehung setzt, kann auf einem Aktivitätstyp basieren, der von der Maschine ausgeführt wird. Darüber hinaus kann sich ein bevorzugter Kraftrückkopplungsmodus, den die Eingabevorrichtung zeigt, ändern, um an eine bestimmte Verwendung der Maschine oder des Werkzeugs angepasst zu werden.
Zusammenfassung
Die Offenbarung beschreibt in einem Aspekt eine Maschine, die mehrere auswählbare Betriebsmodi für Bedienereingabevorrichtungen unterstützt. Die Maschine umfasst ein programmiertes Steuergerät und eine Bedienereingabevorrichtung, die einem Eingabesensor zugeordnet ist. Die Bedienereingabevorrichtung und der zugehörige Eingabesensor sind dazu ausgebildet, physische Bedieneraktionen an der Bedienereingabevorrichtung in Bedienereingabe-Steuersignale umzuwandeln. Darüber hinaus ist eine Kraftrückkopplungsvorrichtung, die der Bedienereingabevorrichtung zugeordnet ist, dazu ausgebildet, eine Widerstandskraft auf der Grundlage von Kraftrückkopplungssignalen auszuüben, die von dem programmierten Steuergerät ausgegeben werden. Ein Maschinenteilsystem umfasst einen Aktuator, der dazu ausgebildet ist, einen Betriebszustand der Maschine in Übereinstimmung mit Maschinensteuerbefehlen zu ändern, die von dem programmierten Steuergerät auf Grundlage der Bedienereingabe-Steuersignale ausgegeben werden.
Die Maschine umfasst des Weiteren eine Bedienereingabevorrichtungs-Konfigurationseinheit mit einer Benutzerschnittstelle, die dazu ausgebildet ist, Anweisungen zur Spezifikation von Bedienereingabevorrichtungs-Konfigurationsdefinitionen zu empfangen. Die Bedienereingabevorrichtungs-Konfigurationsdefinition spezifiziert eine Zuordnung zwischen den Bedienereingabe-Steuersignalen und den Maschinensteuerungsbefehlen, sowie eine Kraftrückkopplungsdefinition, um die Kraftrückkopplungssignale zumindest zum Teil auf Grundlage der Bedienereingabe-Steuersignale zu erzeugen. Darüber hinaus spezifiziert die Bedienereingabevorrichtungs-Konfigurationsdefinition zumindest einen Bedienereingabevorrichtungsmodus, und ein Kraftrückkopplungsmodus entsprechend der Kraftrückkopplungsdefinition basiert zumindest zum Teil auf dem Bedienereingabevorrichtungsmodus, der in der Bedienereingabevorrichtungs-Konfigurationsdefinition spezifiziert ist.
Die Offenbarung beschreibt des Weiteren sowohl ein Verfahren zur Konfiguration des Betriebs der Bedienereingabevorrichtung für eine Maschine als auch ein computerlesbares Medium mit computerausführbaren Anweisungen zur Durchführung des Verfahrens.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Während insbesondere die nachfolgenden Patentansprüche die Merkmale der vorliegenden Erfindung darlegen, werden die Erfindung und ihre Vorteile am besten durch die folgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen verständlich. In den Zeichnungen ist
1 ist eine schematische Seitenansicht einer Arbeitsmaschine in Übereinstimmung mit der Offenbarung.
2 ist eine schematische Veranschaulichung eines Maschinenlenk-/-werkzeugsteuersystems der Arbeitsmaschine von 1 in Übereinstimmung mit der Offenbarung;
3A, 3B und 3C bilden drei Kraftrückkopplungsbeziehungen auf der Grundlage der Bedienereingabevorrichtungsmodi PIPC, PIVC und VIVC;
4 ist ein Blockdiagramm, das einen Satz von Konfigurationsdefinitionen veranschaulicht, der Bedienereingabevorrichtungssignale mit dazu gehörigen Maschinenteilsystemaktionen in Beziehung setzt, sowie eine dazugehörige Kraftrückkopplung mit einem gemessenen Parameter, der einem bestimmten Bedienereingabevorrichtungsmodus zugeordnet ist; und
5 ist ein Flussdiagramm für ein Verfahren zur Konfiguration einer Bedienersteuerungs-Eingabevorrichtung für die Arbeitsmaschine in Übereinstimmung mit der Offenbarung.
Detaillierte Beschreibung
Diese Offenbarung betrifft Systeme und Verfahren, die verwendet werden können, um eine hochanpassbare Bedienereingabeschnittstelle für die Steuerung einer Arbeitsmaschine und der dieser zugeordneten steuerbaren Teilsysteme bereitzustellen (z. B. Fahrzeugvortrieb, Fahrzeuglenkung, Werkzeugbetätigung, etc.). Die folgende Offenbarung verwendet als Beispiel einen Radlader mit hydraulisch betätigten Lenk- und Schaufelteilsystemen.
1 veranschaulicht eine beispielhafte Maschine 10. Die Maschine 10 kann eine mobile Maschine sein, die eine bestimmte Betriebsart ausführt, die mit einer Industrie, wie beispielsweise Bergbau, Bau, Landwirtschaft, Transport oder einer anderen Industrie an einem Einsatzort verbunden ist. Zum Beispiel kann die Maschine 10 eine Erdbewegungsmaschine sein, wie beispielsweise ein Bagger, ein Förderlastwagen, ein Hublastwagen, oder irgendeine andere Maschine, die eine Betriebsart ausführt. Die Maschine 10 kann eine Leistungsquelle 12, eine Traktionsvorrichtung 14, eine Bedienerstation 16 und ein Lenksystem 17 umfassen.
Die Leistungsquelle 12 kann ein Motor sein, zum Beispiel ein Dieselmotor, ein Benzinmotor, ein mit gasförmigem Kraftstoff betriebener Motor wie etwa ein Erdgasmotor, oder ein beliebiger anderer Motortyp, der in der Technik bekannt ist. Es wird in Betracht gezogen, dass die Leistungsquelle 12 alternativ eine Leistungsquelle ohne Verbrennung sein kann, wie beispielsweise eine Brennstoffzelle, eine Leistungsspeichereinrichtung, ein Elektromotor oder eine andere in der Technik bekannte Quelle. Die Leistungsquelle 12 kann mit der Traktionsvorrichtung 14 verbunden sein und somit die Maschine 10 vortreiben.
Die Traktionsvorrichtung 14 kann Räder umfassen, die sich an jeder Seite der Maschine 10 befinden (nur eine Seite dargestellt). Alternativ kann die Traktionsvorrichtung 14 Ketten, Riemen oder andere bekannte Traktionseinrichtungen umfassen. Jedes der Räder an der Maschine 10 kann angetrieben und/oder gelenkt sein, z. B. durch Verwendung einer Bedienereingabevorrichtung wie sie unten beschrieben wird.
Die Bedienerstation 16 kann Bedienereingabevorrichtungen umfassen, die eine Eingabe von einem Maschinenbediener empfangen, die ein gewünschtes Lenkmanöver oder eine andere Maschinenaktion angibt. Insbesondere kann die Bedienerstation 16 Bedienereingabevorrichtungen 20 umfassen. Beispiele für Bedienereingabevorrichtungen 20 umfassen: Lenkräder, ein- oder mehrachsige Joysticks, Schwungräder und andere bekannte physische Bedienereingabevorrichtungen. Die Bedienereingabevorrichtungen 20 können mit einem Lenksystem 17 in Kommunikation stehen, Teil davon sein, oder diesem auf andere Weise zugeordnet sein.
Das Lenksystem 17 kann auch einen Lenkmechanismus 18 umfassen, der einen oder mehrere Hydraulikzylinder 22 aufweisen kann, die an jeder Seite der Maschine 10 angeordnet sind und in Zusammenwirkung mit einer zentral angeordneten Gelenksachse 24 wirken. Um die Lenkung zu beeinflussen, kann einer der Hydraulikzylinder 22, der an einer Seite der Maschine 10 angeordnet ist, ausfahren. Gleichzeitig fährt der andere der Hydraulikzylinder 22, der sich auf der gegenüberliegende Seite der Maschine 10 befindet, ein. Der komplementäre Betrieb der Hydraulikzylinder veranlasst ein vorderes Ende der Maschine 10, um eine zentral angeordnete Gelenksachse 24 relativ zu einem hinteren Ende der Maschine 10 zu schwenken. Alternativ kann der Lenkmechanismus 18 eine größere oder kleinere Anzahl der Hydraulikzylinder 22 umfassen, und/oder eine unterschiedliche Konfiguration des einen oder der mehreren Hydraulikzylinder 22 kann implementiert sein. In einigen Ausführungsformen können der eine oder die mehreren Hydraulikzylinder 22 so implementiert sein, dass sie eine direkte Verbindung mit der Traktionsvorrichtung 14 der Maschine 10 aufweisen. In anderen Ausführungsformen können der eine oder die mehreren Hydraulikzylinder 22 mit einem Lenkgestänge 47 (siehe 2) verbunden sein, das die Bewegung des einen oder der mehreren Hydraulikzylinder 22 auf die Vorderräder überträgt, so dass die Vorderräder relativ zu einem Körper der Maschine 10 einschlagen. Das Lenkgestänge 47 kann eine Kombination aus Stangen und Hebeln umfassen, die dazu ausgebildet sind, die Bewegung der Hydraulikzylinder 22 in einen Einschlag der Traktionsvorrichtung 14 zu übersetzen.
Das Ausfahren und Einfahren des einen oder der mehreren Hydraulikzylinder 22 kann erreicht werden, indem ein Kräfteungleichgewicht an einer Kolbenanordnung erzeugt wird, die innerhalb eines Rohrs eines jeden der einen oder mehreren Hydraulikzylinder 22 angeordnet ist. Im Besonderen kann jeder der einen oder mehreren Hydraulikzylinder 22 eine erste Kammer und eine zweite Kammer umfassen, die durch die Kolbenanordnung getrennt werden. Die Kolbenanordnung kann zwei gegenüberliegende Hydraulikflächen umfassen, von denen jeweils eine der ersten und zweiten Kammer zugeordnet ist. Die ersten und zweiten Kammern können komplementär mit einem unter Druck stehenden Fluid versorgt und von dem unter Druck stehenden Fluid entleert werden, um ein Kräfteungleichgewicht an den entgegengesetzten Oberflächen zu schaffen, das den Kolben veranlasst, sich axial innerhalb des Rohrs zu verschieben.
Wie in 2 veranschaulicht, kann das Lenksystem 17 einen Hydraulikkreis 26 umfassen, der dazu ausgebildet ist, selektiv Fluid an die Hydraulikzylinder 22 zuzuführen oder von dieser abzuziehen, und dadurch die Maschine 10 zu lenken. Der Hydraulikkreis 26 kann eine Quelle 28 für unter Druck stehendes Fluid, einen Tank 30, ein Lenksteuerventil 32 und ein Steuerungsteilsystem 34 umfassen. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Hydraulikkreis 26 zusätzliche oder unterschiedliche Komponenten umfassen, als jene, die in 2 illustriert und oben angeführt sind, wie beispielsweise etwa Akkumulatoren, Absperrventile, Druckentlastungs- oder Nachfüllventile, Druckausgleichselemente, Begrenzungsöffnungen und andere in der Technik bekannte Hydraulikkomponenten.
Die Quelle 28 kann einen Strom von unter Druck stehendem Fluid erzeugen und eine Pumpe mit variabler Verdrängung, eine Pumpe mit fixer Verdrängung, eine Pumpe mit variablem Durchfluss, und/oder eine beliebige andere in der Technik bekannte Quelle für unter Druck stehendes Fluid umfassen. Die Quelle 28 kann antreibbar mit einem Motor 36, wie etwa einem Elektromotor oder einem Verbrennungsmotor, verbunden sein. Obwohl 2 die Quelle 28 als speziell für die Zufuhr von unter Druck stehendem Fluid an nur einen Hydraulikkreis 26 vorgesehen veranschaulicht, kann die Quelle 28 alternativ unter Druck stehendes Fluid an zusätzliche Maschinenhydraulikkreise zuführen.
Der Tank 30 kann ein Reservoir darstellen, das konfiguriert ist, um einen Vorrat an Fluid zu halten. Das Fluid in dem Tank 30 kann zum Beispiel Motorschmieröl, Getriebeschmieröl, ein eigenes Hydrauliköl, oder ein beliebiges anderes in der Technik bekanntes Fluid sein. Die Quelle 28 kann Fluid von dem Tank 30 abziehen und an diesen zurückleiten. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Quelle 28 mit mehreren separaten Fluidtanks verbunden sein.
Das Lenksteuerventil 32 kann mit einer Quelle 28 über eine Versorgungsleitung 38 verbunden, und mit dem Tank 30 über eine ein Ablassleitung 40, um die Betätigung der Hydraulikzylinder 22 zu steuern. Das Lenksteuerventil 32 kann zumindest ein Ventilelement umfassen, das dazu dient, unter Druck stehendes Fluid an eine der ersten und zweiten Kammern innerhalb jedes der Hydraulikzylinder 22 zu dosieren, und gleichzeitig Fluid von der anderen der ersten und zweiten Kammern in den Tank 30 ablaufen zu lassen. In einem Beispiel kann das Ventilelement des Lenksteuerventils 32 ein Elektromagnetventil sein, das sich auf der Grundlage eines elektrischen Signals mechanisch öffnet und schließt, das von einem Steuergerät 48 gesteuert wird. In einem weiteren Beispiel kann das Lenksteuerventil 32 ein pilotbetätigtes Hydraulikventil sein. In einem weiteren Beispiel kann sich das Lenksteuerventil 32 zwischen einer ersten Stellung, in der Fluid in eine der ersten und zweiten Kammern fließen kann, während das Fluid aus der jeweils anderen der ersten und zweiten Kammern der Hydraulikzylinder 22 zu dem Tank 30 fließen kann, einer zweiten Stellung, in der die Fließrichtungen umgekehrt werden, und einer dritten Stellung (neutral), in der die Fluidströmung von beiden, also der ersten und zweiten Kammer der Hydraulikzylinder 22, blockiert ist. Die Stellung des Ventilelements zwischen den ersten, zweiten und dritten Stellungen kann eine Strömungsrate des unter Druck stehenden Fluids in die und aus den zugehörigen ersten und zweiten Kammern der Hydraulikzylinder 22 und damit eine entsprechende Lenkgeschwindigkeits-/Lenkwinkeländerungsrate (d. h. die Zeitableitung eines Lenkwinkels) des Lenkmechanismus 18 bestimmen.
Das Steuerungsteilsystem 34 kann Komponenten umfassen, die in Kommunikation mit dem Lenksystem 17, der Bedienerstation 16 und/oder der Traktionsvorrichtung 14 der Maschine 10 stehen. Insbesondere kann das Steuerungsteilsystem 34 einen oder mehrere Lenkeingabesensoren 42, die Bedienereingabevorrichtungen 20 zugeordnet sind, die zum Beispiel ein Lenkrad 20a, einen linksseitigen Joystick 20b und/oder einen rechtsseitigen Joystick 20c umfassen, einen Fahrgeschwindigkeitssensor 43, der der Traktionsvorrichtung 14 zugeordnet ist, Zylindersensoren 44, die den Hydraulikzylindern 22 zugeordnet sind, und/oder Gelenkwinkelsensoren 46, die dem Lenkmechanismus 18 zugeordnet sind, sowie ein Steuergerät 48 in Kommunikation mit einem oder mehreren dieser Sensoren umfassen.
In der illustrativen Drive-By-Wire-Bedienereingabeanordnung können die Eingabesensoren 42a, 42b und 42c (jeweils) den Betrieb der zugehörigen Bedienereingabevorrichtungen 20a, 20b und 20c überwachen und entsprechende Signale erzeugen, die einen Eingabebetriebsparameter angeben. Im Allgemeinen kann der Eingabebetriebsparameter ein beliebiger Parameter sein, der mit dem Betrieb einer entsprechenden der Bedienereingabevorrichtungen 20a, 20b und 20c, in Verbindung steht, wie etwa Stellung, Verstellung, Winkelgeschwindigkeit, Winkelbeschleunigung, Drehmoment, Druck und/oder andere bekannte Parameter der Bedienereingabevorrichtungen 20a, 20b und 20c. Zum Beispiel kann der Eingabesensor 42a für das Lenkrad 20a einen Stellungssensor verkörpern, der dazu ausgebildet ist, einen Verstellwinkel des Lenkrads 20a zu überwachen. In Ansprechen darauf erzeugt der Eingabesensor 42a ein entsprechendes Verdrängungssignal. Der überwachte Verstellwinkelwert, der von einem durch den Eingabesensor 42a bereitgestellten Signal abgeleitet wird, kann bezüglich der Zeit differenziert werden, um eine Winkelgeschwindigkeit für das Lenkrad 20a zu berechnen. Alternativ kann der Eingabesensor 42a einen Geschwindigkeitsbestimmungsschaltkreis verkörpern, der dazu ausgebildet ist, die Winkelgeschwindigkeit des Lenkrads 20a zu überwachen und ein entsprechendes Signal zu erzeugen. In dieser Konfiguration kann die Winkelgeschwindigkeit, die von dem Eingabesensor 42a ermittelt wird, integriert werden, um eine inkrementelle Stellung des Lenkrads 20a zu bestimmen, die dann verwendet werden kann, um den Verstellwinkel des Lenkrads 20a zu berechnen. Für das Lenkrad 20a kann der Verstellwinkel die Winkelmessung der Lenkradverstellung um eine zentrale Drehachse sein. Für den linksseitigen Joystick 20b und den rechtsseitigen Joystick 20c, die an der linken oder rechten Seite des Bedieners angeordnet sind, kann der Verstellwinkel der Neigungswinkel des Joysticks relativ zu einer neutralen senkrechten Achse sein, die sich durch die Joystickbasis erstreckt. Zusätzliche Aspekte des Steuerungsteilsystems 34, die die Konfiguration von Beziehungen zwischen den Bedienereingabevorrichtungen 20 und Maschinenaktionen (z. B. Lenken der Maschine 10, Anheben/Absenken und Drehen einer Fassschaufel) betreffen, werden hierin noch unter Bezugnahme auf eine Bedienereingabevorrichtungs-Konfigurationseinheit 70 und 3 beschrieben.
Der Fahrgeschwindigkeitssensor 43 kann zum Beispiel ein Sensor vom Magnetabnehmertyp sein. Der Fahrgeschwindigkeitssensor 43 kann der Traktionsvorrichtung 14 und/oder einer weiteren Komponente des Antriebsstrangs der Maschine 10 zugeordnet sein, und kann eine Drehzahl davon erfassen und ein entsprechendes Drehzahlsignal erzeugen. Alternativ kann der Fahrgeschwindigkeitssensor 43 einen Lasersensor, einen Radarsensor, oder andere Typen von Geschwindigkeitserfassungseinrichtungen verkörpern, die einer drehenden Komponente zugeordnet sein können oder nicht.
Der Zylindersensor 44 kann dem einen oder den mehreren Hydraulikzylindern 22 zugeordnet sein, um ein Signal zu erzeugen, das einen Lenkbetriebsparameter der Hydraulikzylinder 22 angibt, wenn die Hydraulikzylinder 22 mit der Zufuhr von Hydraulikfluid aus- und einfahren. Im Allgemeinen können die Lenkbetriebsparameter ein beliebiger Parameter sein, der mit dem Betrieb des Lenkmechanismus 18 in Verbindung steht, wie etwa Stellung, Verstellung, Winkelgeschwindigkeit, Winkelbeschleunigung, Drehmoment, Druck und/oder andere bekannte Parameter von Komponenten des Lenkmechanismus 18, wie etwa der Hydraulikzylinder 22, der zentral angeordneten Gelenksachse 24 und/oder des Lenkgestänges 47. Zum Beispiel kann der Zylindersensor 44 ein Signal erzeugen, das die Ausfahr-/Einfahr-Stellung, die Ausfahr-/Einfahr-Geschwindigkeit, die Ausfahr-/Einfahr-Beschleunigung, und/oder einen Druck der Hydraulikzylinder 22 angibt. In dem Fall, dass der Lenkmechanismus 18 die zentral angeordnete Gelenksachse 24 umfasst, kann der Gelenkwinkelsensor 46 dem Lenkmechanismus 18 zugeordnet sein, um ein Signal zu erzeugen, das einen Lenkbetriebsparameter angibt, der Verstellung, Winkelgeschwindigkeit und/oder Winkelbeschleunigung des Winkels zwischen dem vorderen Ende der Maschine 10 und dem hinteren Ende der Maschine 10 umfassen kann. In einem solchen Beispiel kann der Gelenkwinkelsensor 46 proximal zu der zentral angeordneten Gelenksachse 24 sein, um die das vordere Ende und das hintere Ende schwenken. Alternativ kann, wenn die Hydraulikzylinder 22 so angeschlossen sind, dass nur die Vorderräder angelenkt sind, der Gelenkwinkelsensor 46 proximal zu dem Schwenkgelenk angeordnet sein, um welches die Traktionsvorrichtung 14 gelenkt wird. In einem solchen Beispiel kann der Gelenkwinkelsensor 46 eine Verstellung, Winkelgeschwindigkeit und/oder Winkelbeschleunigung des Winkels zwischen der Traktionsvorrichtung 14 und einer Fahrtrichtung der Maschine 10, oder zwischen der Traktionsvorrichtung 14 und einer Mittelachse der Maschine 10 bestimmen. In dieser Konfiguration kann die Winkelgeschwindigkeit, die von dem Eingabesensor 42a ermittelt wird, integriert werden, um eine inkrementelle Stellung des Lenkrads 20a zu bestimmen, die dann verwendet werden kann, um den Verstellwinkel des Lenkrads 20a zu berechnen.
Das Steuergerät 48 kann einen einzelnen Mikroprozessor oder mehrere Mikroprozessoren umfassen, die einen Betrieb des Hydraulikkreises 26 steuern können. Zahlreiche kommerziell verfügbare Mikroprozessoren können dazu ausgebildet sein, die Funktionen des Steuergeräts 48 auszuführen, und das Steuergerät 48 könnte leicht einen allgemeinen Maschinenmikroprozessor verkörpern, der in der Lage ist, zahlreiche Maschinenfunktionen zu steuern. Das Steuergerät 48 kann einen Speicher, eine Sekundärspeichereinrichtung, einen Prozessor sowie beliebige andere Komponenten zum Ausführen einer Anwendung aufweisen. Der Speicher kann einen oder mehrere Speichereinrichtungen umfassen, die dazu ausgebildet sind, Informationen zu speichern, die durch das Steuergerät 48 verwendet werden, um bestimmte Funktionen im Zusammenhang mit hierin beschriebenen Ausführungsformen auszuführen. Die Sekundärspeichereinrichtung kann ein flüchtiges, nichtflüchtiges, magnetisches, Halbleiter-, Band-, optisches, entfernbares, nicht entfernbares Medium und/oder andere Arten von Speichereinrichtungen und computerlesbaren Medien umfassen. Der Sekundärspeicher kann Programme und/oder andere Informationen speichern, wie etwa Informationen in Verbindung mit der Verarbeitung von Daten, die von einem oder mehreren Sensoren empfangen werden, wie im Folgenden noch detailliert erläutert wird. Verschiedene andere Schaltungen können dem Steuergerät 48 zugeordnet sein, wie etwa Stromversorgungsschaltkreise, Signalaufbereitungsschaltkreise, Solenoidansteuerungsschaltkreise oder andere Typen von Schaltkreisen. Das Steuergerät 48 ist auch dazu ausgebildet, verschiedene Definitionen (z. B. Tabellen, Graphen, charakteristische Gleichungen etc.) in Verbindung mit den verschiedenen Konfigurationen der Bedienereingabevorrichtungen 20 zu speichern, die durch die im Folgenden noch detaillierter erläuterte Bedienereingabevorrichtungs-Konfigurationseinheit 70 erleichtert werden.
Das Steuergerät 48 kann in Kommunikation mit den verschiedenen Komponenten des Steuerungsteilsystems 34 und des Lenksystems 17 stehen. Insbesondere kann das Steuergerät 48 mit den Eingabesensoren 42a, 42b und 42c (für das Lenkrad 20a und die Joysticks 20b und 20c), dem Fahrgeschwindigkeitssensor 43, dem Zylindersensor 44, dem Gelenkwinkelsensor 46, dem Lenksteuerventil 32 und/oder dem Elektromotor 36 jeweils über Kommunikationsleitungen 50, 51, 52, 54, 56, und 58 in Kommunikation stehen. Das Steuergerät 48 kann das Lenkwinkelverstellungssignal, das Zylinderverstellungssignal und/oder das Winkelverstellungssignal des Gelenks empfangen, sowie den Betrieb des Lenksteuerventils 32 und/oder des Elektromotors 36 in Ansprechen auf empfangene Signale regeln.
Zum Beispiel kann das Steuergerät 48 in Ansprechen auf eine Fahrgeschwindigkeit der Maschine 10 und/oder eine Lenkradstellung, die über den Eingabesensor 42a überwacht wird, ein in dem Speicher davon gespeichertes Kennfeld referenzieren (auf Grundlage einer aktuellen Eingabevorrichtungskonfiguration, die über die Konfigurationseinheit 70 ausgewählt sein kann), um einen entsprechenden Gelenkwinkel der zentral angeordneten Gelenksachse 24 und/oder des Lenkgestänges 47 zu bestimmen. Um diesen entsprechenden Gelenkwinkel zu erzielen, kann das Steuergerät 48 Signale an das Lenksteuerventil 32 und/oder den Elektromotor 36 senden, um die Menge und/oder die Strömungsrate des Hydraulikfluids zu steuern, das an die Hydraulikzylinder 22 zugeführt oder von diesen abgezogen wird. Das Referenzkennfeld kann eine Sammlung von Daten in Form von Tabellen, Graphen und/oder Gleichungen umfassen. Das Referenzkennfeld kann verschiedene Typen von Beziehungen zwischen einem oder mehreren Eingabebetriebsparametern der Bedienereingabevorrichtungen 20 und einem oder mehreren Betriebsparametern, die der Maschine 10 zugeordnet sind, einschließlich der Lenkbetriebsparameter des Lenkmechanismus 18, definieren.
Eine Anzahl von Referenzkennfeldern kann von dem Steuergerät 48 vorgehalten werden. Solche Referenzkennfelder können verschiedenen Typen von konfigurierbaren Beziehungen zwischen den Bedienereingabevorrichtungen 20 und einer oder mehreren Maschinenaktionen zugeordnet sein (z. B. einer Veränderung des Lenkwinkels). Zum Beispiel kann das Steuergerät 48 die Geschwindigkeit und/oder Stellung des Lenkmechanismus 18 auf der Grundlage der Geschwindigkeit und/oder des Verstellwinkels des Lenkrads 20a steuern, wie sie von dem Lenkeingabesensor 42a bestimmt werden.
Insbesondere kann es möglich sein, dass eine der Bedienereingabevorrichtungen 20 in einer Positionseingabe-/Geschwindigkeitssteuerungs- oder PIVC-Beziehung betrieben wird, wobei die Lenkgeschwindigkeit und/oder die dem Lenkmechanismus 18 zugeordnete Verstärkung mit einer Verstellung der Bedienereingabevorrichtungen 20a, 20b und 20c in Beziehung stehen kann, wie diese jeweils durch einen der Eingabesensoren 42a, 42b und 42c gemessen werden. In einigen Fällen kann die Lenkgeschwindigkeit auch mit der Fahrgeschwindigkeit der Maschine 10 in Beziehung gesetzt werden, wie diese durch den Fahrgeschwindigkeitssensor 43 gemessen wird, zusätzlich zu der Verstellung der bestimmten von den Bedienereingabevorrichtungen 20, die derzeit für die Steuerung der Lenkung der Maschine 10 konfiguriert ist.
Eine weitere Möglichkeit kann sein, eine der Bedienereingabevorrichtungen 20 in einer Positionseingabe-/Positionssteuerungs- oder PIPC-Beziehung zu betreiben, bei der eine Verstellung des Lenkmechanismus 18 mit einer Verstellung einer der Bedienereingabevorrichtungen 20, sowie einer Fahrgeschwindigkeit der Maschine 10, in Beziehung stehen und/oder proportional zu dieser sein kann.
Noch eine weitere Möglichkeit, die jedoch im Allgemeinen nicht auf die Joystick-Eingabevorrichtungen 20b und 20c anwendbar ist, kann sein, dass das Lenkrad 20a in einer Geschwindigkeitseingabe-/Geschwindigkeitssteuerungs- oder VIVC-Beziehung betrieben wird, bei der eine Lenkgeschwindigkeit, die dem Lenkmechanismus 18 zugeordnet ist, mit der Drehgeschwindigkeit des Lenkrads 20a in Beziehung gesetzt sein kann, und eine Verstärkung der Fahrgeschwindigkeit der Maschine 10 zugeordnet (z. B. umgekehrt proportional dazu) sein kann.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Steuergerät 48 zusätzlich zu der obigen Zuordnung zwischen Bedienereingabeaktionen und entsprechenden Aktionen in Verbindung mit dem Betrieb der Maschine 10 auch elektronische Befehle bereitstellen, um ein spezifiziertes Ausmaß an Kraftrückkopplung durch eine der Bedienereingabevorrichtungen 20a, 20b und 20c zu verursachen. Die Kraftrückkopplung, die für eine der Bedienereingabevorrichtungen 20 ausgeübt wird, kann eine lineare Kraft und/oder ein Drehmoment sein. Eine solche Kraftrückkopplung kann zum Beispiel steuerbar durch eine Kraftrückkopplungsvorrichtung 60a für das Lenkrad 20a erzeugt werden.
Die Kraftrückkopplungsvorrichtung 60a für das Lenkrad 20a kann sich zum Beispiel in einem Gehäuse proximal zu dem Lenkrad 20a befinden. Eine ähnliche steuerbar ausgeübte Kraftrückkopplung wird für den linksseitigen Joystick 20b und den rechtsseitigen Joystick 20c jeweils durch Kraftrückkopplungsvorrichtungen 60b und 60c bereitgestellt. Die Kraftrückkopplungsvorrichtungen 60a, 60b und 60c können zum Beispiel einen Leistungsaktuator, wie etwa einen Elektromotor, umfassen, der antriebsmäßig jeweils mit den Bedienereingabevorrichtungen 20a, 20b und 20c verbunden ist.
Der Steuergerät 48 kann die Kraftrückkopplungsvorrichtung 60a auf der Grundlage eines Fehlers in einem Betriebsparameter des Lenkmechanismus 18 steuern. Zum Beispiel kann das Steuergerät 48 eine Kraft steuern, die von der Kraftrückkopplungsvorrichtung 60a für das Lenkrad 20a auf der Grundlage eines Fehlers zwischen einer gewünschten Stellung des Lenkmechanismus 18 und einer tatsächlichen Stellung des Lenkmechanismus 18 ausgeübt wird. Darüber hinaus kann das Steuergerät 48 die Kraftrückkopplungsvorrichtung 60a auf der Grundlage eines Eingabebetriebsparameters von dem Eingabesensor 42a für das Lenkrad 20a steuern. In einer Ausführungsform, in der das Lenksystem 17 unter Verwendung einer PIPC-Beziehung betrieben wird, kann eine gegebene Stellung des Lenkrads 20a, die auf der Grundlage des Eingabesensors 42a bestimmt wird, einer gewünschten Stellung des Lenkmechanismus 18 entsprechen. Eine tatsächliche Stellung des Lenkmechanismus 18 kann jedoch nicht gleich der gewünschten Stellung des Lenkmechanismus 18 sein, zum Beispiel auf Grund der Auswirkungen, die Unebenheiten an der Straße, auf der die Maschine 10 fährt, auf die Stellung des Lenkmechanismus 18 haben können. Auf der Grundlage des Fehlers zwischen der tatsächlichen Stellung des Lenkmechanismus 18 und der gewünschten Stellung des Lenkmechanismus, wie sie durch die Eingabevorrichtung 20 bestimmt wird, kann das Steuergerät 48 die Kraftrückkopplungsvorrichtungen 60 steuern, um eine Kraftrückkopplung an die Bedienereingabevorrichtung 20 zu liefern.
In einigen Ausführungsformen kann das Ausmaß an Kraftrückkopplung proportional zu dem Fehler zwischen dem tatsächlichen Lenkbetriebsparameter des Lenkmechanismus 18 und dem gewünschten Lenkbetriebsparameter des Lenkmechanismus 18 sein. Zum Beispiel kann das Ausmaß an Kraftrückkopplung, das durch die Kraftrückkopplungsvorrichtung 60a auf das Lenkrad 20a ausgeübt wird, proportional zu dem Fehler zwischen dem tatsächlichen Lenkbetriebsparameter des Lenkmechanismus 18 und dem gewünschten Lenkbetriebsparameter des Lenkmechanismus 18 sein. Diese Kraft kann eine Widerstandskraft simulieren, die von einem Lenkmechanismus an eine Bedienereingabevorrichtung in herkömmlichen mechanischen Lenksystemen übertragen wird. Die Kraftrückkopplung kann daher einem Bediener, der das Lenkrad 20a verwendet, eine fühlbare Rückkopplung bezüglich der Zustände einer Straße und/oder einer Maschinenleistung, mit der die Maschine 10 arbeitet, liefern, trotz einer fehlenden mechanischen Verbindung zwischen dem Lenkmechanismus 18 und dem Lenkrad 20a.
Das Steuergerät 48 kann auch selektiv eine Kraftrückkopplungsvorrichtung aktivieren, so dass die Kraftrückkopplung nicht ständig auf eine Bedienereingabevorrichtung ausgeübt wird. Wenn sich zum Beispiel ein Lenkbetriebsparameter des Lenkmechanismus 18 verändert, aber der Bediener der Maschine 10 keine gewünschte Veränderung durch eine Veränderung des Eingabebetriebsparameters des Lenkrads 20a angezeigt hat, kann das Steuergerät 48 die Kraftrückkopplungsvorrichtung 60a so steuern, dass sie keine Rückkopplungskraft auf das Lenkrad 20a ausübt. In einem weiteren Beispiel kann das Steuergerät 48, wenn eine Stellung des Lenkmechanismus 18 sich verändert, aber der Bediener die Stellung des Lenkrads 20a nicht verändert hat, die Kraftrückkopplungsvorrichtung 60a so steuern, dass sie keine entsprechende Rückkopplungskraft auf das Lenkrad 20a ausübt. Damit kann das Steuergerät 48 zum Beispiel verhindern, dass eine Rückstoßkraft von dem Lenkmechanismus 18 über das Lenkrad 20a an den Bediener übertragen wird, wenn die Maschine 10 plötzlich in Kontakt mit einem Hindernis, einer Blockade, einem Buckel und/oder einer Vertiefung in der Straße gerät.
Das Steuerungsteilsystem 34, und insbesondere das Steuergerät 48, ist in Bezug auf Beziehungen zwischen Bedieneraktionen an den Bedienereingabevorrichtungen 20a, 20b und 20c und daraus resultierenden Teilsystemen der Maschine 10 in hohem Ausmaß durch Bedienerangaben konfigurierbar. Solche Beziehungen können über Zuordnungen implementiert werden, die von dem Steuergerät 48 für die Maschine 10 unterstützt werden, die elektrohydraulisch gesteuerte Teilsysteme zur Ausführung verschiedener Maschinenaktionen einschließlich Lenkung, Vorwärts-Rückwärts-Bewegung, und Anheben/Absenken und Drehen eines Löffel-/Schaufelwerkzeugs umfasst. Zumindest einige Aspekte solcher Beziehungen können innerhalb des Steuergeräts 48 auf der Grundlage erfasster Eingaben in Verbindung mit dem Maschine 10 automatisch konfiguriert werden. Alternativ oder zusätzlich können die Beziehungen über die Bedienereingabevorrichtungs-Konfigurationseinheit 70 spezifiziert werden.
Jedes Teilsystem kann in einer Reihe von konfigurierbaren Bedienereingabevorrichtungsmodi betrieben werden, die folgende umfassen: PIPC, PIVC und VIVC. Insbesondere kann das Lenkrad 20a dazu ausgebildet sein, in den Modi PIPC, PIVC und VIVC zu arbeiten. Der linksseitige Joystick 20b und der rechtsseitige Joystick 20c können in den Modi PIPC und PIVC, aber nicht im Modus VIVC betrieben werden.
Darüber hinaus kann jeder der unterschiedlichen Bedienereingabevorrichtungsmodi (PIPC, PIVC und VIVC) einer unterschiedlichen Kraftrückkopplungsdefinition zugeordnet sein. Nun kurz Bezug nehmend auf die 3A, 3B und 3C wird dort ein Satz von beispielhaften Kraftrückkopplungsbeziehungen graphisch abgebildet. Bezug nehmend auf 3A ist dort eine beispielhafte Beziehung für die Kraftrückkopplung abgebildet, während eine der Bedienereingabevorrichtungen 20 in einem PIPC-Modus arbeitet. In dem illustrativen Beispiel von 3A nimmt das Ausmaß der Gegenkraft, die zum Beispiel durch die Kraftrückkopplungsvorrichtung 60a auf das Lenkrad 20a ausgeübt wird, zu, wenn sich der Positionsfehler vergrößert. Wie oben angemerkt basiert der Positionsfehler auf einem Vergleich zwischen einer gewünschten (Lenk-)Stellung und einer tatsächlichen Lenkstellung, wie sie aktuell durch das Steuergerät 48 registriert wird. Die Form der in 3A abgebildeten Kraftkurve ist rein beispielhaft, und die geringe Kraft bei einem Positionsfehler von Null stellt eine Haltekraft an der Eingabevorrichtung dar. Nach der Freigabe der Eingabevorrichtung bleibt diese über die Haltekraft der Kraftrückkopplungsvorrichtung in Position.
Bezug nehmend auf 3B ist dort eine beispielhafte Beziehung für die Kraftrückkopplung abgebildet, während eine der Bedienereingabevorrichtungen 20 in einem PIVC-Modus arbeitet. In dem illustrativen Beispiel von 3B nimmt das Ausmaß der Gegenkraft, die zum Beispiel durch die Kraftrückkopplungsvorrichtung 60a auf das Lenkrad 20a ausgeübt wird, zu, wenn die Verstellung aus einer neutralen Stellung (z. B. wenn die Maschine 10 nicht die Richtung wechselt) heraus zunimmt. Wie oben angemerkt nimmt die Geschwindigkeit des gesteuerten Teilsystems zu, und nimmt auch die durch die Kraftrückkopplungsvorrichtung ausgeübte Gegenkraft zu, wenn das Lenkrad oder der Joystick weiter aus einer Neutralstellung weg bewegt wird. Die Form der in 3B abgebildeten Kraftkurve ist rein beispielhaft, und die geringe Kraft bei einem Positionsfehler von Null stellt eine Haltekraft an der Eingabevorrichtung dar. Weiters wird nach der Freigabe der Eingabevorrichtung die Kraftrückkopplungsvorrichtung die Eingabevorrichtung in ihre neutrale (zentrierte) Stellung zurückführen.
Bezug nehmend auf 3C ist dort eine beispielhafte Beziehung für die Kraftrückkopplung abgebildet, während eine der Bedienereingabevorrichtungen 20 in einem VIVC-Modus arbeitet. In dem illustrativen Beispiel von 3C nimmt das Ausmaß der Gegenkraft, die zum Beispiel durch die Kraftrückkopplungsvorrichtung 60a auf das Lenkrad 20a ausgeübt wird, zu, wenn die Drehgeschwindigkeit des Lenkrads 20a zunimmt (Befehl an ein zugeordnetes Teilsystem der Maschine 10, eine angeforderte Aktion schneller durchzuführen). Die Form der in 3C abgebildeten Kraftkurve ist rein beispielhaft, und die geringe Kraft bei einem Positionsfehler von Null stellt eine Haltekraft an der Eingabevorrichtung dar. Weiters wird nach der Freigabe der Eingabevorrichtung diese in Position bleiben und durch die Haltekraft der Kraftrückkopplungsvorrichtung in Position gehalten.
Weiter Bezug nehmend auf 2 umfasst die Konfiguration der Bedienereingabevorrichtung, die durch Konfigurationsauswahlen erleichtert wird, die einem Benutzer über eine Bedienereingabevorrichtungs-Konfigurationseinheit 70 vorgelegt werden, Folgendes: (1) Ausweisen einer der Bedienereingabevorrichtungen 20a, 20b und 20c für die Steuerung eines bestimmten Maschinenteilsystems (z. B. Lenken der Räder, Anheben/Absenken und Drehen einer Schaufel), (2) Zuordnen der physischen Manipulation der Bedienereingabevorrichtungen 20a, 20b, und 20c an das ausgewiesene Maschinenteilsystem, und (3) Spezifizieren eines Kraftrückkopplungs-Betriebsmodus, der auf die Bedienereingabevorrichtungen 20a, 20b und 20c durch die Kraftrückkopplungsvorrichtungen 60a, 60b und 60c ausgeübt werden soll.
Das hierin beschriebene System erlaubt das Ausweisen einer Joysticksteuerung für die Steuerung der Bewegung der Maschine 10. Beim Betrieb der Maschine 10 auf einer Straße wird ein Lenksystem, das der seitlichen Bewegung (x-Achse) der Joysticksteuerung zugeordnet ist, ausgewiesen, um in einem PIPC-Modus zu arbeiten, wenn die Maschine 10 auf einer Straße betrieben wird. Darüber hinaus wählt das Steuergerät 48 automatisch einen PIPC-basierten Kraftrückkopplungsmodus (siehe 3a) für den Joystick. Später, wenn die Maschine 10 in einem Arbeitsmodus (d. h. Fassen und Bewegen von Material) betrieben wird, wird das Lenksystem, das der seitlichen (x-Achse) Bewegung der Joysticksteuerung zugeordnet ist, ausgewiesen, um in einem PIVC-Modus zu arbeiten. Darüber hinaus wählt das Steuergerät 48 automatisch einen PIVC-basierten Kraftrückkopplungsmodus (siehe 3B) für den Joystick.
Das hierin beschriebene System erlaubt das Ausweisen einer Lenkradsteuerung für die Steuerung der Bewegung der Maschine 10. Ähnliche auswählbare Beziehungszuordnungsoptionen werden auch für das Lenkrad 20a unterstützt, wenn es zur Steuerung des Lenkmechanismus 18 für die Maschine 10 verwendet wird. Im Fall der Auswahl des Lenkrads 20a für die Steuerung der Lenkung an der Maschine 10 ist jedoch auch die Auswahl der VIVC-Beziehung zwischen dem Lenkrad 20a und dem Lenkmechanismus 18 möglich. In einem solchen Fall kann das Steuergerät 48 in Ansprechen auf die Auswahl des VIVC-Modus für den Betrieb des Lenkrads 20a automatisch die Kraftrückkopplungsdefinition (siehe 3C) auswählen, die dem VIVC-Betriebsmodus für das Lenkrad 20a entspricht.
Die Bedienereingabevorrichtungs-Konfigurationseinheit 70 kann eine beliebige aus einer breiten Vielfalt von Schnittstellentypen umfassen. Die Konfigurationseinheit 70 kann ein Satz von physischen Schaltern sein, die bestimmte Betriebsmodi aktivieren/deaktivieren. Alternativ kann die Konfigurationseinheit 70 eine graphische Benutzerschnittstelle sein, die eine Berührungsbildschirm-Schnittstelle inkorporiert und unter anderem dazu ausgebildet ist, eine Reihe von hierarchisch verknüpften Anzeigen zu präsentieren. Die hierarchisch verknüpften Anzeigen listen die Konfigurationsoptionen auf jeder Ebene sowie Verknüpfungen zu benachbarten Entscheidungsebenen auf. Somit kann die Konfigurationseinheit 70 verwendet werden, um die Beziehungen zwischen bestimmten Bedienereingabevorrichtungen und entsprechenden Teilsystemen der Maschine 10 vollständig auszuweisen. Form und Funktion der Konfigurationseinheit 70 variieren im Wesentlichen in Übereinstimmung mit verschiedenen Implementierungen. Diese Konfigurationen könnten auch auf beliebige Weise durch das Steuergerät 48 begrenzt werden, wie etwa in Übereinstimmung mit Konfigurationsgrenzen, die von einem Originalhersteller spezifiziert werden.
Bezug nehmend auf 4 bildet die schematische Zeichnung dort das Steuergerät 48 sowie Komponenten der Maschine 10 ab, die kommunikativ mit dem Steuergerät 48 gekoppelt sein können, um die Konfiguration der Bedienereingabevorrichtungs-Konfigurationsdefinitionen 400 auf der Grundlage von Bedienereingabevorrichtungs-Parameterwerten, die von der Bedienereingabevorrichtungs-Konfigurationseinheit 70 bereitgestellt werden, zu erleichtern. Die Bedienereingabevorrichtungs-Konfigurationsdefinitionen 400 spezifizieren Beziehungen (ausgeführt durch das Steuergerät 48) zwischen den Bedienereingabevorrichtungen 20 und zugeordneten Bedienereingabevorrichtungssensoren 42 (die Bedienereingabe-Steuersignale bereitstellen), und Teilsystemen 405 der Maschine 10. Die Konfigurationsdefinitionen 400 spezifizieren auch einen Kraftrückkopplungsmodus, der das Steuergerät 48 veranlasst, Kraftrückkopplungssignale an die Bedienereingabe-Kraftrückkopplungsvorrichtungen 60 zum Teil auf der Grundlage von beobachteten Betriebsparameterwerten von entsprechenden (physisch gekoppelten) Bedienereingabevorrichtungen 20 auszugeben. In dem illustrativen Beispiel umfassen die Definitionen 400 folgendes: eine Lenkrad-Konfigurationsdefinition 400a, eine Konfigurationsdefinition 400b für den linksseitigen Joystick, und eine Konfigurationsdefinition 400c für den rechtsseitigen Joystick.
Die Bedienereingabevorrichtungs-Konfigurationsdefinitionen 400 werden auf der Grundlage von Vorlagen 410 für die Bedienereingabevorrichtungs-Konfigurationsdefinition geschaffen, die in einer Speicher- und Abfragevorrichtung 420 gespeichert sein können. Rein beispielhaft können Vorlagen 410 für die Bedienereingabevorrichtungs-Konfigurationsdefinition einen Satz von Datenstrukturen und/oder computerausführbaren Anweisungen umfassen, die durch eine Kombination aus Folgendem identifiziert werden: Typ der Bedienereingabevorrichtung, Maschinenteilsystem (gesteuertes Maschinenelement – z. B. Lenkungsteilsystem), und Bedienereingabevorrichtungsmodus. Somit wird eine erste Konfigurationsvorlage für eine erste Konfigurationskombination bereitgestellt, die umfasst: einen Joystick, das Lenkungsteilsystem und den PIPC-Modus. Eine zweite Konfigurationsvorlage für eine zweite Konfigurationskombination wird bereitgestellt, die Folgendes umfasst: einen Joystick, das Lenkungsteilsystem und den PIVC-Modus. Die Art der Definition der Konfigurationen durch die Verwendung von Vorlagen ist rein beispielhaft, und die Spezifikation von konfigurierten Bedienereingabevorrichtungs-Konfigurationsdefinitionen kann durch eine breite Vielfalt an Wegen in Übereinstimmung mit verschiedenen Implementierungen der Maschine 10 erreicht werden, die mehrere auswählbare Betriebsmodi für Bedienereingabevorrichtungen unterstützt.
Nun Bezug nehmend auf 5, fasst ein Flussdiagramm Schritte eines beispielhaften Verfahrens zur selektiven Konfiguration der Funktionalität einer Reihe von Bedienereingabevorrichtungen zusammen, wie etwa zum Beispiel des Lenkrads 20a, des linksseitigen Joysticks 20b und des rechtsseitigen Joysticks 20c der Maschine 10, die in 2 abgebildet ist. In dem folgenden Abschnitt wird 5 erläutert, um das offenbarte System und seinen Betrieb noch weiter zu veranschaulichen.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Das offenbarte System kann auf eine beliebige Maschine, wie etwa die Maschine 10, anwendbar sein, bei der es gewünscht ist, die selektive Konfiguration von bestimmten der mehreren Bedienereingabevorrichtungsmodi und der damit verbundenen Kraftrückkopplungsmodi zu unterstützen. Das beschriebene System kann diesen Bedarf durch die Verwendung der hierin beschriebenen Verfahren erfüllen. Die Verfahren können durch das Steuergerät 48 ausgeführt werden. Der Betrieb des hier weiter oben beschriebenen Systems wird nun unter Bezugnahme auf 5 erläutert.
Anfänglich wird während Schritt 500 eine Beziehung zwischen einer der Bedienereingabevorrichtungen 20 und einem entsprechenden bedienergesteuerten Teilsystem der Maschine 10 spezifiziert. Als ein Beispiel veranlasst ein Bediener die Konfigurationseinheit 70, eine Auflistung der Teilsysteme (z. B. Lenkung) der Maschine 10 bereitzustellen, die dazu ausgebildet sein kann, durch eine ausgewiesene aus mehreren verfügbaren Bedienereingabevorrichtungen (z. B. Bedienereingabevorrichtungen 20a, 20b und 20c) betrieben zu werden. In Ansprechen auf die Auswahl eines der aufgelisteten Teilsysteme, z. B. des Lenkungsteilsystems, durch einen Benutzer, wird die Konfigurationseinheit 70 veranlasst, eine Auflistung der Bedienereingabevorrichtungen anzuzeigen, die potenziell für die Steuerung des ausgewählten Teilsystems ausgewiesen werden können. Als ein Beispiel kann die Konfigurationseinheit 70 das Lenkrad 20a, den linksseitigen Joystick 20b und den rechtsseitige Joystick 20c als potenziell auswählbare Bedienereingabevorrichtungen für das Lenkungsteilsystem identifizieren. Der Benutzer schließt die Ausweisung der Beziehung ab, indem er eine der aufgelisteten Bedienereingabevorrichtungen auswählt.
Danach wird während Schritt 510 eine Zuordnungsdefinition aus einem in dem Steuergerät 48 vorgehaltenen (siehe 4) Satz von Definitionen zwischen Bedieneraktionen an der ausgewählten Bedienereingabevorrichtung und daraus resultierenden Steueranweisungen, die durch das Steuergerät 48 an das während Schritt 500 ausgewählte Teilsystem ausgegeben werden, ausgewiesen. Die Zuordnungsdefinition kann in Übereinstimmung mit der Offenbarung hierin allgemein durch die Betriebsmodi PIPC, PIVC und VIVC gekennzeichnet sein. Jedoch werden auch zusätzliche Details (z. B. Verstärkung, Verzögerung, Filterung etc.), die die zugeordneten Beziehungen zwischen den gepaarten Bedienereingabevorrichtungen und Maschinenteilsystemen definieren, spezifiziert, um den Betrieb des Steuergeräts 48 zu konfigurieren, wenn Eingaben von der Bedienereingabevorrichtung verarbeitet werden, um Steuersignale an das betroffene Maschinenteilsystem zu ergeben.
Danach wird während Schritt 520 eine Kraftrückkopplungscharakteristik für die Steuerung einer Kraftrückkopplungsvorrichtung für die ausgewählte Bedienereingabevorrichtung ausgewiesen (z. B. Kraftrückkopplungsvorrichtung 60b für den linksseitigen Joystick 20b). Der allgemeine Rückkopplungsmodus wird im Allgemeinen automatisch in Übereinstimmung mit einem zuvor ausgewiesenen Bedienereingabevorrichtungsmodus (z. B. PIPC, PIVC und VIVC) spezifiziert. Es kann jedoch auch eine bestimmte maßgeschneiderte Rückkopplungsantwort ausgewiesen werden, die die Größenordnung der Kraft, die Steigung/Gestalt der Parameter-/Kraft-Antwortkurve, Filterung, etc. umfasst.
Nachdem ein Benutzer die Beziehungsdefinition, die durch die Schritte 500, 510 und 520 festgelegt wurde, bestätigt hat, geht die Steuerung auf Schritt 530 über, wo das Steuergerät 48 die ausgewiesene/bestätigte Beziehung ausführt.
Die gewerbliche Anwendbarkeit des hierin beschriebenen Systems wird durch die vorangegangene Beschreibung hinreichend deutlich geworden sein. Die vorliegende Offenbarung kann als Teil einer Arbeitsmaschine wie etwa einer geländegängigen Maschine integriert werden, für die etwa ein Radlader ein bestimmtes Beispiel darstellt.
Die oben beschriebenen Systeme können an eine breite Vielfalt von Maschinen und Aufgaben angepasst werden. Zum Beispiel können andere Typen von Industriemaschinen, wie etwa Baggerlader, Verdichter, Fäll-Ablegemaschinen, Forstmaschinen, Industrielader, Kettengegenlauflader, Radlader und viele weitere Maschinen, Nutzen aus dem beschriebenen System ziehen.
Es versteht sich, dass die vorstehende Beschreibung nur Beispiele des offenbarten Systems bzw. der offenbarten Technik bietet. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass andere Implementierungen der Offenbarung sich im Detail von den vorstehenden Beispielen unterscheiden können. Alle Verweise auf die Offenbarung oder deren Beispiele sind als Verweis auf das speziell an dieser Stelle besprochene Beispiel zu verstehen und sollen keine Begrenzung des Umfangs der Offenbarung im Allgemeinen darstellen. Alle Formulierungen einer Unterscheidung und einer Herabsetzung bezüglich bestimmter Merkmale sollen eine geringere Bevorzugung für diese Merkmale angeben, jedoch diese nicht vom Bereich der Offenbarung ausschließen, falls nichts anderes angegeben ist.
Die Erwähnung von Wertebereichen soll hier nur als ein abgekürztes Verfahren dazu dienen, einzeln jeden getrennten Wert zu nennen, der in den Bereich fällt, außer wenn dies in anderer Weise hier angezeigt wird, und jeder getrennte Wert wird in die Beschreibung miteingeschlossen, genauso wie wenn er einzeln hier genannt worden wäre. Alle hier beschriebenen Verfahren können in beliebiger geeigneter Reihenfolge durchgeführt werden, falls hier nichts anderes angegeben ist oder es zum konkreten Zusammenhang nicht in einem klaren Widerspruch steht.
Demgemäß umfasst diese Offenbarung alle Modifizierungen und Äquivalente des in den beigefügten Ansprüchen angegebenen Gegenstands, soweit dies auf Grund anwendbarer Gesetze zulässig ist. Darüber hinaus ist jegliche Kombination der vorstehend beschriebenen Elemente in allen möglichen Variationen davon in die Offenbarung eingeschlossen, falls hier nichts anderes angegeben ist oder es nicht in einem klaren Widerspruch zum Kontext steht.

Claims

Maschine (10), die mehrere auswählbare Betriebsmodi für Bedienereingabevorrichtungen unterstützt, wobei die Maschine (10) umfasst: ein programmiertes Steuergerät (48); eine Bedienereingabevorrichtung (20), die einem Eingabesensor (42) zugeordnet ist, wobei die Bedienereingabevorrichtung (20) und der zugehörige Eingabesensor (42) dazu ausgebildet sind, physische Bedieneraktionen an der Bedienereingabevorrichtung (20) in Bedienereingabe-Steuersignale (50) umzuwandeln; eine Kraftrückkopplungsvorrichtung (60), die der Bedienereingabevorrichtung (20) zugeordnet und dazu ausgebildet ist, eine Widerstandskraft auf der Grundlage von Kraftrückkopplungssignalen auszuüben, die von dem programmierten Steuergerät (48) ausgegeben werden; ein Maschinenteilsystem (405) mit einem Aktuator, der dazu ausgebildet ist, einen Betriebszustand der Maschine (10) in Übereinstimmung mit Maschinensteuerbefehlen zu ändern, die von dem programmierten Steuergerät (48) auf Grundlage der Bedienereingabe-Steuersignale (50) ausgegeben werden; eine Bedienereingabevorrichtungs-Konfigurationseinheit (70) mit einer Benutzerschnittstelle, die dazu ausgebildet ist, Anweisungen zur Spezifikation einer Bedienereingabevorrichtungs-Konfigurationsdefinition (400) zu empfangen, wobei die Bedienereingabevorrichtungs-Konfigurationsdefinition (400) Folgendes spezifiziert: eine Zuordnung zwischen den Bedienereingabe-Steuersignalen (50) und den Maschinensteuerbefehlen, und eine Kraftrückkopplungsdefinition, um die Kraftrückkopplungssignale zumindest zum Teil auf der Grundlage der Bedienereingabe-Steuersignale (50) zu erzeugen; wobei die Bedienereingabevorrichtungs-Konfigurationsdefinition (400) zumindest einen Bedienereingabevorrichtungsmodus spezifiziert, und ein Kraftrückkopplungsmodus entsprechend der Kraftrückkopplungsdefinition zumindest zum Teil auf dem Bedienereingabevorrichtungsmodus basiert, der in der Bedienereingabevorrichtungs-Konfigurationsdefinition (400) spezifiziert ist.
Maschine (10) nach Anspruch 1, wobei die Maschine (10) mehrere Bedienereingabevorrichtungen (20) umfasst, die entsprechenden Eingabesensoren (42) zugeordnet sind und konfigurierbar sind, um Bedienereingabe-Steuersignale (50) für das Maschinenteilsystem (405) bereitzustellen, und wobei die Benutzerschnittstelle der Bedienereingabevorrichtungs-Konfigurationseinheit (70) das Ausweisen einer von den mehreren Bedienereingabevorrichtungen (20) für die Steuerung des Maschinenteilsystems (405) unterstützt.
Maschine (10) nach Anspruch 2, wobei die mehreren Bedienereingabevorrichtungen (20) zumindest ein Lenkrad und einen Joystick umfassen.
Maschine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Maschinenteilsystem (405) Maschinenlenkungskomponenten umfasst.
Maschine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Maschinenteilsystem (405) Maschinenvortriebskomponenten umfasst.
Maschine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Maschinenteilsystem (405) Schaufelwerkzeugkomponenten umfasst.
Maschine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Bedienereingabevorrichtungsmodus ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: einem Positionseingabe-/Positionssteuerungs- oder PIPC-Modus; einem Positionseingabe-/Geschwindigkeitssteuerungs- oder PIVC-Modus; und einem Geschwindigkeitseingabe-/Geschwindigkeitssteuerungs- oder VIVC-Modus.
Maschine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Bedienereingabevorrichtungs-Konfigurationsdefinition (400) in Ansprechen auf Konfigurationsanweisungen, die von der Bedienereingabevorrichtungs-Konfigurationseinheit (70) empfangen werden, aus einer Vorlage (410) für Bedienereingabevorrichtungs-Konfigurationsdefinitionen erzeugt wird, auf die das programmierte Steuergerät (48) zugreift.
Verfahren zur Konfiguration einer Maschine (10), die mehrere auswählbare Betriebsmodi für Bedienereingabevorrichtungen (20) unterstützt, wobei die Maschine (10) ein programmiertes Steuergerät (48), eine Bedienereingabevorrichtung (20), eine Bedienereingabevorrichtungs-Konfigurationseinheit (70) sowie eine Kraftrückkopplungsvorrichtung (60) umfasst, die der Bedienereingabevorrichtung (20) zugeordnet und dazu ausgebildet ist, eine Widerstandskraft auf der Grundlage von Kraftrückkopplungssignalen auszuüben, die von dem programmierten Steuergerät (48) ausgegeben werden, wobei das Verfahren umfasst: Empfangen von Konfigurationsanweisungen über die Bedienereingabevorrichtungs-Konfigurationseinheit (70), um eine Zuordnung zwischen der Bedienereingabevorrichtung (20) und einem Maschinenteilsystem (405) zu spezifizieren, wobei die Bedienereingabevorrichtung (20) und ein zugehöriger Eingabesensor (42) dazu ausgebildet sind, physische Bedieneraktionen an der Bedienereingabevorrichtung (20) in Bedienereingabe-Steuersignale (50) umzuwandeln, und wobei das Maschinenteilsystem (405) einen Aktuator umfasst, der dazu ausgebildet ist, einen Betriebszustand der Maschine (10) in Übereinstimmung mit Maschinensteuerungsbefehlen zu verändern, die von dem programmierten Steuergerät (48) auf der Grundlage der Bedienereingabe-Steuersignale (50) ausgegeben werden; und Erzeugen einer Bedienereingabevorrichtungs-Konfigurationsdefinition (400) auf der Grundlage der Konfigurationsanweisungen, wobei die Bedienereingabevorrichtungs-Konfigurationsdefinition (400) Folgendes spezifiziert: eine Zuordnung zwischen den Bedienereingabe-Steuersignalen (50) und den Maschinensteuerbefehlen, und eine Kraftrückkopplungsdefinition, um die Kraftrückkopplungssignale zumindest zum Teil auf der Grundlage der Bedienereingabe-Steuersignale (50) zu erzeugen; wobei die Bedienereingabevorrichtungs-Konfigurationsdefinition (400) zumindest einen Bedienereingabevorrichtungsmodus spezifiziert, und ein Kraftrückkopplungsmodus entsprechend der Kraftrückkopplungsdefinition zumindest zum Teil auf dem Bedienereingabevorrichtungsmodus basiert, der in der Bedienereingabevorrichtungs-Konfigurationsdefinition (400) spezifiziert ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Maschine (10) mehrere Bedienereingabevorrichtungen (20) umfasst, die entsprechenden Eingabesensoren (42) zugeordnet und dazu konfigurierbar sind, Bedienereingabe-Steuersignale (50) für das Maschinenteilsystem (405) bereitzustellen, und wobei die Konfigurationsanweisungen, die von der Benutzerschnittstelle der Bedienereingabevorrichtungs-Konfigurationseinheit (70) erhalten werden, eine von den mehreren Bedienereingabevorrichtungen (20) für die Steuerung des Maschinenteilsystems (405) ausweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 10, wobei der Bedienereingabevorrichtungsmodus ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: einem Positionseingabe-/Positionssteuerungs- oder PIPC-Modus; einem Positionseingabe-/Geschwindigkeitssteuerungs- oder PIVC-Modus; und einem Geschwindigkeitseingabe-/Geschwindigkeitssteuerungs- oder VIVC-Modus.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei während ihrer Erzeugung die Bedienereingabevorrichtungs-Konfigurationsdefinition (400) aus einer Vorlage (410) für Bedienereingabevorrichtungs-Konfigurationsdefinitionen erzeugt wird, auf die das programmierte Steuergerät (48) in Ansprechen auf Konfigurationsanweisungen, die von der Bedienereingabevorrichtungs-Konfigurationseinheit (70) empfangen werden, zugreift.
Nichtflüchtiges computerlesbares Medium mit computerausführbaren Anweisungen zur Konfiguration einer Maschine (10), die mehrere auswählbare Betriebsmodi für Bedienereingabevorrichtungen (20) unterstützt, wobei die Maschine (10) ein programmiertes Steuergerät (48), eine Bedienereingabevorrichtung (20), eine Bedienereingabevorrichtungs-Konfigurationseinheit (70) sowie eine Kraftrückkopplungsvorrichtung (60) umfasst, die der Bedienereingabevorrichtung (20) zugeordnet und dazu ausgebildet ist, eine Widerstandskraft auf der Grundlage von Kraftrückkopplungssignalen auszuüben, die von dem programmierten Steuergerät (48) ausgegeben werden, wobei die computerausführbaren Anweisungen, wenn sie von dem programmierten Steuergerät (48) ausgeführt werden, die Durchführung der folgenden Schritte erleichtert: Empfangen von Konfigurationsanweisungen über die Bedienereingabevorrichtungs-Konfigurationseinheit (70), um eine Zuordnung zwischen der Bedienereingabevorrichtung (20) und einem Maschinenteilsystem (405) zu spezifizieren, wobei die Bedienereingabevorrichtung (20) und ein zugehöriger Eingabesensor (42) dazu ausgebildet sind, physische Bedieneraktionen an der Bedienereingabevorrichtung (20) in Bedienereingabe-Steuersignale (50) umzuwandeln, und wobei das Maschinenteilsystem (405) einen Aktuator umfasst, der dazu ausgebildet ist, einen Betriebszustand der Maschine (10) in Übereinstimmung mit Maschinensteuerungsbefehlen zu verändern, die von dem programmierten Steuergerät (48) auf der Grundlage der Bedienereingabe-Steuersignale (50) ausgegeben werden; und Erzeugen einer Bedienereingabevorrichtungs-Konfigurationsdefinition (400) auf der Grundlage der Konfigurationsanweisungen, wobei die Bedienereingabevorrichtungs-Konfigurationsdefinition (400) Folgendes spezifiziert: eine Zuordnung zwischen den Bedienereingabe-Steuersignalen (50) und den Maschinensteuerbefehlen, und eine Kraftrückkopplungsdefinition, um die Kraftrückkopplungssignale zumindest zum Teil auf der Grundlage der Bedienereingabe-Steuersignale (50) zu erzeugen; wobei die Bedienereingabevorrichtungs-Konfigurationsdefinition (400) zumindest einen Bedienereingabevorrichtungsmodus spezifiziert, und ein Kraftrückkopplungsmodus entsprechend der Kraftrückkopplungsdefinition zumindest zum Teil auf dem Bedienereingabevorrichtungsmodus basiert, der in der Bedienereingabevorrichtungs-Konfigurationsdefinition (400) spezifiziert ist.
Nichtflüchtiges, computerlesbares Medium nach Anspruch 13, wobei die Maschine (10) mehrere Bedienereingabevorrichtungen (20) umfasst, die entsprechenden Eingabesensoren (42) zugeordnet und konfigurierbar sind, um Bedienereingabe-Steuersignale (50 für das Maschinenteilsystem (405) bereitzustellen, und wobei die Konfigurationsanweisungen, die von der Benutzerschnittstelle der Bedienereingabevorrichtungs-Konfigurationseinheit (70) erhalten werden, eine von den mehreren Bedienereingabevorrichtungen (20) für die Steuerung des Maschinenteilsystems (405) ausweisen.
Nichtflüchtiges, computerlesbares Medium nach einem der Ansprüche 13 bis 14, wobei während ihrer Erzeugung die Bedienereingabevorrichtungs-Konfigurationsdefinition (400) aus einer Vorlage (410) für Bedienereingabevorrichtungs-Konfigurationsdefinitionen erzeugt wird, auf die das programmierte Steuergerät (48) in Ansprechen auf Konfigurationsanweisungen, die von der Bedienereingabevorrichtungs-Konfigurationseinheit (70) empfangen werden, zugreift.