DE112017003562T5

DE112017003562T5 - Regelung für das schwenken

Info

Publication number: DE112017003562T5
Application number: DE112017003562.7T
Authority: DE
Inventors: Mark P. Vonderwell; Douglas W. Seeger; Christopher A. Williamson
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2016-08-12
Filing date: 2017-07-25
Publication date: 2019-04-25
Anticipated expiration: 2037-07-26
Also published as: DE112017003562B4; CN109563694B; AU2017310312B2; CA3033341C; US10100494B2; WO2018031228A1; CA3033341A1; CN109563694A; AU2017310312A1; US20180044887A1

Abstract

Ein System (118) und Verfahren zum Regeln des Schwenkens einer Maschine (100) wird offenbart. Das System (118) kann einen hydrostatischen Kreislauf (120) umfassen, der eine elektronische Verstellregelungspumpe (122) und einen ersten Schwenkmotor (124a) beinhaltet, der in einem geschlossenen Kreislauf fluidisch verbunden ist. Die elektronische Verstellregelungspumpe (122) ist so konfiguriert, dass sie die Versorgung von Fluid für den Schwenkmotor (124a) auf Basis eines letzten Pumpenverstellbefehls regelt. Der erste Schwenkmotor (124a) ist so konfiguriert, dass er den Oberwagen (104) der Maschine (100) dreht. Der hydrostatische Kreislauf (120) ist so konfiguriert, dass er (a) eine tatsächliche Geschwindigkeit des ersten Schwenkmotors (124a) regelt, wenn der letzte Pumpenverstellbefehl aus einer angeforderten Schwenkmotorgeschwindigkeit resultiert, und (b) ein Drehmoment des ersten Schwenkmotors (124a) regelt, wenn der letzte Pumpenverstellbefehl aus einem angeforderten Schwenkmotordrehmoment resultiert.

Description

Gebiet der Technik
Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen Regelprozesse in Maschinen und, insbesondere, Prozesse für die Verwendung bei der Regelung des Drehschwenkens an einer Maschine.
Stand der Technik
Bagger, Schaufelbagger und ähnliche Erdbewegungsausrüstung ist normalerweise mit einem Schwenkantrieb ausgestattet, der den Oberwagen (obere Maschinenstruktur, die das Arbeitswerkzeug beinhaltet) in Bezug auf den Unterwagen (untere Maschinenstruktur mit Ketten oder Rädern für den Antrieb) dreht. Der Schwenkantrieb kann durch hydraulische oder elektrische Motoren betrieben werden. Die Regelung der Schwenkgeschwindigkeit kann bei Baubaggern, Tieflöffelbaggern und ähnlichen Maschinen eingesetzt werden. Das heißt, wenn der Bediener einen Betätigungshebel bewegt, entspricht die Position des Hebels einer gewünschten Drehgeschwindigkeit des Schwenkantriebs. Der Bediener kann den Hebelbefehl anpassen, um die gewünschte Geschwindigkeit zu erhalten und die Änderungen bei der Nutzlast, Gestängeposition oder anderen Faktoren auszugleichen, die die Schwenkgeschwindigkeit beeinflussen können. Große Trägheitslasten, die z. B. bei großen Kranen oder Hydraulikbaggern gängig sind, können durch Regelung des Schwenkdrehmoments geregelt werden. Regelung des Schwenkdrehmoments bedeutet, dass die Position des Bedienerhebels als gewünschtes Motordrehmoment interpretiert wird, was es dem Bediener ermöglicht, sowohl die Geschwindigkeit als auch die Beschleunigung des Schwenkantriebs zu modulieren.
Für hydraulisch betriebene Schwenkantriebe wurde die Schwenkregelung historisch mithilfe hydromechanischer Ventile im Hydraulikkreis erreicht und die Eigenschaften der Schwenkregelung (Regelung der Schwenkgeschwindigkeit, Regelung des Schwenkdrehmoments) solcher Schwenkantriebe werden hauptsächlich durch Auswahl und Einstellung von Durchfluss- und Druckregelventilen, Pumpenverstellregelungsmechanismen und anderer hydromechanische Komponenten bestimmt. In anderen Worten, ob ein hydraulischer Schwenkkreis hauptsächlich Geschwindigkeits- oder Drehmomentregelung verwendet, wird hauptsächlich durch die hydraulische Hardware bestimmt, da solche hydraulischen Schwenkkreise hauptsächlich Drehmomentregelung oder Geschwindigkeitsregelung für den Schwenkmotor bereitstellen, aber nicht die Option bereitstellen, entweder Drehmomentregelung oder Geschwindigkeitsregelung im selben Hydraulikkreis zu haben.
Aufgrund der Größe und des Gewichts des Oberwagens müssen große Trägheitskräfte während der anfänglichen Bewegung überwunden werden. Verstellregelungspumpen werden nicht für die Regelung der Geschwindigkeit des Schwenkmotors verwendet, da die Schwenkgeschwindigkeit aufgrund der Menge des Fluiddrucks, der für die Initiierung der Bewegung nötig ist, der großen volumenkomprimierbaren Schläuche zwischen der Pumpe und dem Schwenkmotor und dem Mangel an erheblicher Schwingungsdämpfungsvorteile, die durch eine Arbeitsfläche (Erde, Minenwand usw.) im Ohmschen Kontakt mit dem Oberwagen (der Oberwagen schwenkt durch die Luft) bereitgestellt wird, häufig schwankt. Darüber hinaus kann die Leistung mit einer Verstellregelungspumpe weiter verringert sein, wenn ein geschlossener Hydraulikkreis genutzt wird.
US-Patent Nr. 6,520,731 („MacLeod“), ausgestellt am 18. Februar 2003, beschreibt ein Regelungssystem für Schwenkzylinder zum Positionieren eines Auslegers an einem Tieflöffelbagger. Das System beinhaltet ein Paar doppelt wirkende Hydraulikzylinder am Rahmen des Tieflöffelbaggers, die mit dem Ausleger zum Schwenken des Auslegers in Bezug auf den Rahmen operativ verbunden sind, eine Pumpe, die in einem geschlossenen Kreislauf mit den Hydraulikzylindern angeordnet ist, sodass die Regelung der Pumpe das einzige Mittel zum Regeln der Zylinder ist. Die Offenbarung behandelt nicht das Regeln des Springens/Schwingens zwischen der Verringerung und Erhöhung der Signale für die Verstellung des Fluidvolumens. Ein besseres Design ist nötig.
Kurzdarstellung der Offenbarung
Gemäß einem Aspekt der Offenbarung wird ein System zum Regeln des Schwenkens eines Oberwagens einer Maschine offenbart. Das System kann einen hydrostatischen Kreislauf, einen Geschwindigkeitssensor, einen ersten Drucksensor, einen zweiten Drucksensor, eine Benutzerschnittstelle und eine Regelung umfassen. Der hydrostatische Kreislauf beinhaltet eine elektronische Verstellregelungspumpe, einen ersten Schwenkmotor, eine erste Leitung und eine zweite Leitung. Die elektronische Verstellregelungspumpe ist so konfiguriert, dass sie die Versorgung eines Fluids für einen ersten Schwenkmotor auf Basis eines letzten Pumpenverstellbefehls regelt. Der erste Schwenkmotor ist mit der elektronischen Verstellregelungspumpe fluidisch verbunden. Der erste Schwenkmotor ist so konfiguriert, dass er den Oberwagen der Maschine dreht. Die erste Leitung verbindet die elektronische Verstellregelungspumpe und den ersten Schwenkmotor fluidisch. Die zweite Leitung verbindet die elektronische Verstellregelungspumpe und den ersten Schwenkmotor fluidisch. Der Geschwindigkeitssensor ist so konfiguriert, dass er eine tatsächliche Geschwindigkeit des ersten Schwenkmotors misst. Der erste Drucksensor ist so konfiguriert, dass er einen Eingangsdruck des Fluids misst, das vom ersten Schwenkmotor empfangen wird. Der zweite Drucksensor ist so konfiguriert, dass er einen Ausgangsdruck des Fluids misst, das vom ersten Schwenkmotor abgegeben wird. Die Benutzerschnittstelle ist in operativer Kommunikation mit einer Regelung und so konfiguriert, dass sie eine Benutzereingabe empfängt und zur Regelung überträgt. Die Regelung ist in operativer Kommunikation mit dem hydrostatischen Kreislauf. Die Regelung ist so konfiguriert, dass sie ein Pumpenverstellsignal, das für den letzten Pumpenverstellbefehl repräsentativ ist, zur elektronischen Verstellregelungspumpe als Folge der Benutzereingabe überträgt. Der hydrostatische Kreislauf ist ein geschlossener Kreislauf, der so konfiguriert ist, dass er die tatsächliche Geschwindigkeit des ersten Schwenkmotors regelt, wenn die Benutzereingabe einer angeforderten Schwenkmotorgeschwindigkeit zugeordnet ist, und ist so konfiguriert, dass er ein Drehmoment des ersten Schwenkmotors regelt, wenn die Benutzereingabe einem angeforderten Schwenkmotordrehmoment zugeordnet ist.
Gemäß einem anderen Aspekt der Offenbarung wird ein Verfahren zum Regeln des Schwenkens eines Oberwagens einer Maschine offenbart. Die Maschine beinhaltet den Oberwagen, einen Unterwagen und ein System. Der Oberwagen ist mit dem Unterwagen drehbar verbunden. Der Unterwagen beinhaltet in den Boden eingreifende Elemente. Das System beinhaltet eine Regelung und einen hydrostatischen Kreislauf. Der hydrostatische Kreislauf ist ein geschlossener Kreislauf. Der hydrostatische Kreislauf beinhaltet eine elektronische Verstellregelungspumpe und einen ersten Schwenkmotor, der mit der elektronischen Verstellregelungspumpe fluidisch verbunden ist. Das Verfahren kann Folgendes umfassen: Empfangen einer Moduseingabe; Platzieren, durch die Regelung, des Systems in einen Geschwindigkeitsmodus oder einen Drehmomentmodus auf Basis der Moduseingabe, wobei das System im Geschwindigkeitsmodus verwendet werden kann, wenn die Moduseingabe im Geschwindigkeitsmodus ist, und im Drehmomentmodus verwendet werden kann, wenn die Moduseingabe im Drehmomentmodus ist; Empfangen, durch die Regelung, einer Benutzereingabe, wobei die Benutzereingabe als eine angeforderte Schwenkmotorgeschwindigkeit empfangen wird, wenn das System im Geschwindigkeitsmodus ist, oder als ein angefordertes Schwenkmotordrehmoment empfangen wird, wenn das System im Drehmomentmodus ist; und Regeln, durch das System, des Schwenkens des Oberwagens auf Basis der Moduseingabe und der Benutzereingabe.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Offenbarung wird ein System zum Regeln des Drehschwenkens eines Oberwagens einer Maschine offenbart. Das System kann einen hydrostatischen Kreislauf umfassen. Der hydrostatische Kreislauf beinhaltet eine elektronische Verstellregelungspumpe und einen ersten Schwenkmotor. Die elektronische Verstellregelungspumpe ist so konfiguriert, dass sie ein Pumpenverstellsignal empfängt, das ein Fluidverstellvolumen der elektronischen Verstellregelungspumpe regelt, wobei das Pumpenverstellsignal für einen letzten Pumpenverstellbefehl repräsentativ ist. Der erste Schwenkmotor ist mit der elektronischen Verstellregelungspumpe fluidisch verbunden und so konfiguriert, dass er den Oberwagen der Maschine dreht. Der hydrostatische Kreislauf ist ein geschlossener Kreislauf, der so konfiguriert ist, dass er (a) eine tatsächliche Geschwindigkeit des ersten Schwenkmotors regelt, wenn der Pumpenverstellbefehl aus einer angeforderten Schwenkmotorgeschwindigkeit resultiert, und (b) ein Drehmoment des ersten Schwenkmotors regelt, wenn der Pumpenverstellbefehl aus einem angeforderten Schwenkmotordrehmoment resultiert.
Figurenliste

1 ist eine Seitenansicht einer exemplarischen Maschine 100, die einen Oberwagen 104 beinhaltet;
2 ist eine schematische Darstellung eines exemplarischen Systems 118 zum Regeln der Drehbewegung des Oberwagens 104 der Maschine 100 von 1;
3 ist ein exemplarischer Prozess zum Regeln der Drehbewegung eines Oberwagens 104 an der Maschine 100 von 1, wenn sich das System 118 von 2 im Geschwindigkeitsmodus befindet;
4 ist ein alternativer exemplarischer Prozess zum Regeln der Drehbewegung eines Oberwagens 104 an der Maschine 100 von 1, wenn sich das System 118 von 2 im Geschwindigkeitsmodus befindet;
5 ist ein alternativer exemplarischer Prozess zum Regeln der Drehbewegung eines Oberwagens 104 an der Maschine 100 von 1, wenn sich das System 118 von 2 im Geschwindigkeitsmodus befindet;
6 ist ein exemplarischer Prozess zum Regeln der Drehbewegung eines Oberwagens 104 an der Maschine 100 von 1, wenn sich das System 118 von 2 im Drehmomentmodus befindet; und
7 ist ein alternativer exemplarischer Prozess zum Regeln der Drehbewegung eines Oberwagens 104 an der Maschine 100 von 1, wenn sich das System 118 von 2 im Drehmomentmodus befindet.

Detaillierte Beschreibung
1 veranschaulicht ein Beispiel einer Maschine 100, die die Merkmale der vorliegenden Offenbarung aufweist. Die exemplarische Maschine 100 kann ein Fahrzeug, wie z. B. ein Bagger, ein Hydraulikbagger oder dergleichen sein. 1 veranschaulicht eine exemplarische Maschine 100, die ein Hydraulikbagger 102 ist. Die Maschine 100 beinhaltet einen Oberwagen 104, der mit einem Unterwagen 106 drehbar verbunden ist. Der Oberwagen 104 dreht sich sowohl im Uhrzeigersinn als auch gegen den Uhrzeigersinn. Der Oberwagen 104 beinhaltet eine Bedienerstation 108 und einen Körper 110. Der Unterwagen 106 beinhaltet eine oder mehrere in den Boden eingreifende Einheiten 112. In der exemplarischen Ausführungsform sind die in den Boden eingreifenden Einheiten 112 Kettenanordnungen 114. Fachleute werden erkennen, dass die Maschine 100 ferner eine Stromquelle 116, zum Beispiel einen Motor 117, beinhaltet, der die in den Boden eingreifende Einheiten 112 mit Energie versorgt, und eine Endantriebsanordnung (nicht dargestellt) über einen mechanischen oder elektrischen Antriebsstrang. Während die folgende detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen in Bezug auf einen Hydraulikbagger 102 erfolgen, können die Lehren der Offenbarung bei ähnlichen Maschinen 100 eingesetzt werden, in denen ein Oberwagen 104 in Bezug auf einen Unterwagen 106 schwenkt oder dreht (durch die Luft und vom Boden unbehindert).
Wie in 2 veranschaulicht, kann die Maschine 100 ferner ein System 118 zum Regeln der Bewegung (z. B. Schwenk-/Drehbewegung) des Oberwagens 104 der Maschine 100 in Bezug auf den Unterwagen 106 der Maschine 100 beinhalten. Das System 118 umfasst einen hydrostatischen Kreislauf 120, der eine elektronische Verstellregelungspumpe 122, ein oder mehrere Schwenkmotoren 124, eine erste Leitung 126 und eine zweite Leitung 128 beinhaltet. Der hydrostatische Kreislauf 120 ist ein geschlossener Kreislauf.
Die elektronische Verstellregelungspumpe 122 kann, in einer Ausführungsform, eine variable Verstellkolbenpumpe sein, deren Fluidverstellvolumen elektronisch geregelt wird. Die elektronische Verstellregelungspumpe 122 ist so konfiguriert, dass sie Fluid zu dem einen oder den mehreren Schwenkmotoren 124 im geschlossenen Kreislauf des hydrostatischen Kreislaufs 120 pumpt. Wie hierin verwendet, ist ein geschlossener Kreislauf einer, in dem Fluid, das von der elektronischen Verstellregelungspumpe 122 zu den Schwenkmotoren 124 gepumpt wird, zur elektronischen Verstellregelungspumpe 122 zurückgeleitet wird. in einem solchen geschlossenen Kreislauf wird kein Behälter benutzt, um das zurückgeleitete Fluid für die nachfolgende Ansaugung durch die elektronische Verstellregelungspumpe 122 zu halten.
Jeder Schwenkmotor 124 ist mit der elektronischen Verstellregelungspumpe 122 fluidisch verbunden und so konfiguriert, dass er den Oberwagen 104 der Maschine 100 über Verbindungsgestänge (z. B. eine Ritzelrad- und Hohlradanordnung oder dergleichen) dreht (Drehschwenken). In der in 2 veranschaulichten Ausführungsform beinhaltet der hydrostatische Kreislauf 120 einen ersten Schwenkmotor 124a und einen zweiten Schwenkmotor 124b, die parallel verbunden sind.
Die erste Leitung 126 verbindet die elektronische Verstellregelungspumpe 122 und den ersten Schwenkmotor 124a fluidisch. Ähnlich verbindet die erste Leitung 126 die elektronische Verstellregelungspumpe 122 und den zweiten Schwenkmotor 124b fluidisch. Die zweite Leitung 128 verbindet die elektronische Verstellregelungspumpe 122 und die ersten und zweiten Schwenkmotoren 124a, 124b fluidisch. Wenn der Oberwagen 104 im Uhrzeigersinn schwenkt, wird die Schrägscheibe der elektronischen Verstellregelungspumpe 122 in eine erste Richtung betätigt und die ersten und zweiten Schwenkmotoren 124a, 124b drehen sich in eine erste Richtung. Wenn der Oberwagen 104 gegen den Uhrzeigersinn schwenkt, wird die Schrägscheibe der elektronischen Verstellregelungspumpe 122 in die entgegengesetzte Richtung betätigt und die ersten und zweiten Schwenkmotoren 124a, 124b drehen sich ebenfalls in die entgegengesetzte Richtung. Die Richtung des Fluidflusses im hydrostatischen Kreislauf 120, wenn sich der Oberwagen 104 gegen den Uhrzeigersinn dreht, ist der Richtung des Fluidflusses im hydrostatischen Kreislauf 120, wenn sich der Oberwagen 104 im Uhrzeigersinn dreht (und der Einlass und Auslass des Motors getauscht sind), entgegengesetzt.
Der hydrostatische Kreislauf 120 kann eine oder mehrere Ladungspumpen 129 beinhalten, die mit dem hydrostatischen Kreislauf 120 fluidisch verbunden sind, um jegliche Verluste aufgrund von Auslaufen oder dergleichen, die im geschlossenen Kreislauf auftreten können. auszugleichen. Eine solche Ladungspumpe 129 ist so konfiguriert, dass sie Fluid aus einem normalerweise kleinen Ladungspumpenbehälter saugt, der „Zusatz“-Fluid enthält, und solches Fluid in den geschlossenen Kreislauf des hydrostatischen Kreislaufs 120 einspritzt.
Das System 118 beinhaltet ferner einen Geschwindigkeitssensor 130 und/oder eine Vielzahl von Drucksensoren 131. Der Geschwindigkeitssensor 130 ist so konfiguriert, dass er eine tatsächliche Geschwindigkeit eines der Schwenkmotoren 124, zum Beispiel des ersten Schwenkmotors 124a, misst. Jeder Drucksensor 131 ist so konfiguriert, dass er den Fluiddruck in einer der Leitungen, entweder der ersten Leitung 126 oder der zweiten Leitung 128, misst. Je nach Richtung des Fluidflusses im hydrostatischen Kreislauf 120 kann der gemessene Fluiddruck entweder ein Eingangsdruck des Fluids sein, das vom ersten Schwenkmotor 124a empfangen wird, oder ein Ausgangsdruck des Fluids, das von den Schwenkmotoren 124 zur elektronischen Verstellregelungspumpe 122 zurückgeleitet wird.
Das System 118 beinhaltet eine Modusschnittstelle 134, eine Benutzerschnittstelle 136 und eine Regelung 138. Die Modusschnittstelle 134 ist in operativer Kommunikation mit der Regelung 138 und so konfiguriert, dass sie eine Moduseingabe (Auswahl) von einem Benutzer empfängt. Die Moduseingabe (Auswahl) kann Geschwindigkeitsmodus oder Drehmomentmodus sein. Wenn die Moduseingabe (Auswahl) Geschwindigkeitsmodus ist, überträgt die Modusschnittstelle 134 diese Moduseingabe zur Regelung 138 und das System 118 wird dann durch die Regelung 138 in den Geschwindigkeitsmodus gesetzt. Wenn die Moduseingabe (Auswahl) Drehmomentmodus ist, überträgt die Modusschnittstelle 134 diese Moduseingabe zur Regelung 138 und das System 118 wird dann durch die Regelung 138 in den Drehmomentmodus gesetzt.
Die Benutzerschnittstelle 136 ist in operativer Kommunikation mit der Regelung 138 und so konfiguriert, dass sie eine Benutzereingabe empfängt und zur Regelung 138 überträgt. In einer Ausführungsform kann die Benutzerschnittstelle 136 ein Joystick, ein Hebel, ein Einstellrad oder dergleichen sein. Wenn das System 118 im Geschwindigkeitsmodus ist, wird die von der Benutzerschnittstelle 136 empfangene Benutzereingabe von der Regelung 138 als repräsentativ für eine angeforderte Schwenkmotorgeschwindigkeit erkannt, und wenn das System 118 im Drehmomentmodus ist, wird die von der Benutzerschnittstelle 136 empfangene Benutzereingabe von der Regelung 138 als repräsentativ für das angeforderte Schwenkdrehmoment erkannt. Somit kann dieselbe Benutzerschnittstelle 136, zum Beispiel ein einfacher Joystick, genutzt werden, um entweder die Ausgangsgeschwindigkeit oder das Drehmoment des Schwenkmotors/der Schwenkmotoren 124 abhängig vom auf der Modusschnittstelle 134 durch einen Bediener/Benutzer ausgewählten Modus zu regeln. In einigen Ausführungsformen können die Modusschnittstelle 134 und die Benutzerschnittstelle 136 Teil derselben Vorrichtung sein, in anderen Ausführungsformen können die Modusschnittstelle 134 und die Benutzerschnittstelle 136 getrennte/unterschiedliche Vorrichtungen sein.
Die Regelung 138 ist in operativer Kommunikation mit dem hydrostatischen Kreislauf 120 (zum Beispiel der elektronischen Verstellregelungspumpe 122 des hydrostatischen Kreislaufs 120), dem Geschwindigkeitssensor 130 (falls vorhanden), den Drucksensoren 131 (falls vorhanden). In einigen Ausführungsformen kann die Regelung 138 in operativer Kommunikation mit den ersten und zweiten Schwenkmotoren 124a, 124b und der Ladungspumpe 129 sein. Die Regelung 138 ist so konfiguriert, dass sie ein Pumpenverstellsignal (z. B. Spannung, Strom) (auf Basis von einem oder repräsentativ für einen letzten Pumpenverstellbefehl) an die elektronische Verstellregelungspumpe 122 infolge der von der Benutzerschnittstelle 136 empfangenen und zur Regelung 138 übertragenen Benutzereingabe überträgt.
Der hydrostatische Kreislauf 120 ist so konfiguriert ist, dass er die tatsächliche Geschwindigkeit der Schwenkmotoren 124a, 124b regelt, wenn die Benutzereingabe einer angeforderten Schwenkmotorgeschwindigkeit zugeordnet ist, und so konfiguriert, dass er ein Drehmoment der Schwenkmotoren 124a, 124b regelt, wenn die Benutzereingabe einem angeforderten Schwenkmotordrehmoment zugeordnet ist.
Die Regelung 138 kann einen Prozessor 140 und eine Speicherkomponente 142 beinhalten. Der Prozessor 140 kann ein Mikroprozessor oder ein anderer Prozessor, wie im Stand der Technik bekannt, sein. Der Prozessor 140 kann Anweisungen ausführen und Regelsignale erzeugen für: Verarbeitung einer Benutzereingabe, Moduseingabe, tatsächliche Geschwindigkeit (Daten), Eingangsdruck (Daten), Ausgangsdruck (Daten), Pumpendruckanpassung(en); Berechnen des gemessenen Differenzdrucks, Geschwindigkeitsfehler, Druckfehler, einen Dämpfungswert, Proportional-Integral-Differential (PID)-Pumpenverstellanpassungen, eine geschätzte Pumpenverstellung, einen angepassten Pumpenverstellbefehl, einen letzten Pumpenverstellbefehl und dergleichen; und eine Zuordnung verschiedener Werte zu anderen Werten (über Nachschlagetabellen, Algorithmen oder dergleichen). Solche Anweisungen, die von einem Computer gelesen werden können, können in ein computerlesbares Medium, wie z. B. die Speicherkomponente 142, eingelesen oder durch dieses verkörpert oder dem Prozessor 140 extern bereitgestellt werden. In alternativen Ausführungsformen können festverdrahtete Schaltungen anstelle von oder in Kombination mit Softwareanweisungen zum Implementieren eines Regelverfahrens verwendet werden.
Der Ausdruck „computerlesbares Medium“, wie hierin verwendet, bezieht sich auf jedes nicht transitorische Medium oder jede Kombination von Medien, die am Bereitstellen von Anweisungen für den Prozessor 140 zur Ausführung teilnehmen. Ein solches Medium kann alle computerlesbaren Medien umfassen, mit Ausnahme eines transitorischen, sich ausbreitenden Signals. Formen computerlesbarer Medien beinhalten zum Beispiel jedwedes magnetische Medium, eine CD-ROM, jedwedes optische Medium oder jedwedes andere Medium, von dem ein Computerprozessor 140 lesen kann.
Die Regelung 138 ist nicht auf einen Prozessor 140 und eine Speicherkomponente 142 begrenzt. Die Regelung 138 kann mehrere Prozessoren 140 und Speicherkomponenten 142 sein.
Gewerbliche Anwendbarkeit
3 veranschaulicht einen exemplarischen Prozess 300 zum Regeln der Dreh-(Schwenk-) Bewegung des Oberwagens 104 der Maschine 100 in Bezug auf den Unterwagen 106, wenn der durch den Bediener/Benutzer auf der Modusschnittstelle 134 ausgewählte (und zur Regelung 138 übertragene) Modus der Geschwindigkeitsmodus ist.
In Block 305 empfängt die Modusschnittstelle 134 die Moduseingabeauswahl. Die Auswahl wird dann zur Regelung 138 übertragen.
In Block 310 empfängt die Regelung 138 von der Modusschnittstelle 134 den vom Benutzer ausgewählten Modus. In der Ausführungsform von 3 ist der vom Benutzer/Bediener ausgewählte und von der Regelung 138 empfangene Modus der Geschwindigkeitsmodus. Die Regelung 138 setzt das System 118 auf Basis der empfangenen Moduseingabe in den Geschwindigkeitsmodus.
In Block 315 empfängt die Regelung 138 die Benutzereingabe von der Benutzerschnittstelle 136. In Block 320 bestimmt die Regelung 138 eine angeforderte Schwenkmotorgeschwindigkeit auf Basis der Benutzereingabe. Eine angeforderte Schwenkmotorgeschwindigkeit wird (im Gegensatz zu einem angeforderten Schwenkmotordrehmoment) bestimmt, da das System 118 im Geschwindigkeitsmodus ist. In einer Ausführungsform kann die Regelung 138 die Benutzereingabe in der Form einer Verstellung der Benutzerschnittstelle 136 (z. B. Joystick, Hebel oder Einstellrad) zur angeforderten Schwenkmotorgeschwindigkeit zugeordnet werden. In Block 325 bestimmt die Regelung 138 als einen (anfänglichen) angeforderten Pumpenverstellbefehl (Wert) einen „Vorwärtsschub“-Term auf Basis der angeforderten Schwenkmotorgeschwindigkeit (siehe Block 320). In einer Ausführungsform kann die Regelung 138 den „Vorwärtsschub“-Term auf Basis einer Zuordnung der angeforderten Schwenkmotorgeschwindigkeit zum (anfänglichen) angeforderten Pumpenverstellbefehl (Wert) bestimmen.
In Block 330 empfängt die Regelung 138 vom Geschwindigkeitssensor 130 eine tatsächliche Geschwindigkeit für mindestens einen der Schwenkmotoren 124, zum Beispiel den ersten Schwenkmotor 124a.
In Block 335 bestimmt die Regelung 138 einen Geschwindigkeitsfehler. Der Geschwindigkeitsfehler ist die angeforderte Schwenkmotorgeschwindigkeit minus der tatsächlichen Geschwindigkeit.
In Block 340 bestimmt die Regelung 138 eine Proportional-Integral-Differential-(PID)-Pumpenverstellanpassung (Wert) auf Basis des Geschwindigkeitsfehlers (siehe Block 335). Die PID-Pumpenverstellanpassung(Wert) ist ein Feedbackwert, der verwendet wird, um den (anfänglichen) angeforderten Pumpenverstellbefehl (Wert) Vorwärtsschub anzupassen, um die Schwenkmotorgeschwindigkeit näher bei der gewünschten Geschwindigkeit anzutreiben und Schwingungen zu dämpfen. In einigen Ausführungsformen kann der Ableitungsbeitrag der PID-Pumpenverstellanpassung nur genutzt werden, um Schwingungen zu dämpfen, wenn der Geschwindigkeitsfehler kleiner ist als der Geschwindigkeitsfehler-Schwellenwert, z. B. 500 U/min, durch Einstellen der Ableitungsverstärkung auf null, wenn der Fehler groß ist. Ein solches Schema behält die Dämpfungsvorteile des Ableitungsterms beim Stoppen oder sonstigen Annähern an die gewünschte Schwenkmotorgeschwindigkeit, ohne die langsamere Beschleunigung, die die Ableitungsregelung bewirkt, wenn der Fehler groß ist. Der PID-Pumpenverstellanpassungswert auf Basis des Geschwindigkeitsfehlers ist die Summe einer Proportionalverstärkung multipliziert mit dem Geschwindigkeitsfehler, einer Integralverstärkung proportional zum Integral des Geschwindigkeitsfehlers und einer Ableitungsverstärkung multipliziert mit der Ableitung des Geschwindigkeitsfehlers.
In Block 345 bestimmt die Regelung 138 einen angepassten Pumpenverstellbefehl (Wert). Der angepasste Pumpenverstellbefehl (Wert) ist die Summe des Vorwärtsschub-Terms (angeforderter Pumpenverstellbefehl; siehe Block 325) und des PID-Pumpenverstellanpassungswerts von Block 340 („Motorgeschwindigkeitsregelungsanpassung“ vom PID-Feedback).
In Block 350 empfängt die Regelung 138 von einem ersten Drucksensor 131 den Eingangsdruck des Fluids, das vom ersten Schwenkmotor 124a empfangen wird. Die Regelung 138 empfängt außerdem, von einem zweiten Drucksensor 131, den Ausgangsdruck des Fluids, das von dem/den Schwenkmotor(en) 124 abgegeben wurde und zur elektronischen Verstellregelungspumpe 122 zurückgeleitet wird.
In Block 355 kann die Regelung 138 ein oder mehrere Pumpendruckanpassungen bestimmen. Insbesondere kann die Regelung 138 eine Pumpenverstellanpassung zur Druckbegrenzung und/oder eine Pumpenverstellanpassung zur Verringerung der Druckanstiegsrate bestimmen. Die Regelung 138 kann die Pumpenverstellanpassung zur Druckbegrenzung berechnen, um den angepassten Pumpenverstellbefehl (Wert von Block 345) weiter anzupassen, falls nötig, um den Druck an den Anschlüssen des Schwenkmotors 124 auf eine gewisse maximale Grenze, zum Beispiel 350 bar, zu begrenzen. Die Regelung 138 überwacht den Druck an jedem Anschluss (Eingangs- und Ausgangsanschlüsse) und, wenn der Fluiddruck an einem den gewünschten maximalen Grenzwert (z. B. 350 bar) übersteigt, wird der Fehler zwischen dem Druckfeedback und dem gewünschten maximalen Grenzwert berechnet. Die Pumpenverstellanpassung zur Druckbegrenzung wird mithilfe von Proportionalregelung (eine Proportionalverstärkung multipliziert mit dem Fehler (der Differenzdruck über dem gewünschten maximalen Grenzwert für den Druck)) berechnet, um den Druck an den Anschlüssen des Schwenkmotors 124 in Richtung der gewünschten maximalen Druckgrenze zu verringern.
Wie oben beschrieben, versucht das Verfahren, den Fluiddruck mithilfe von Proportionalregelung auf einen gewünschten maximalen Grenzwert (z. B. 350 bar) zu begrenzen. Wenn der Fluiddruck jedoch schnell steigt, kann, wenn er den gewünschten maximalen Grenzwert (z. B. 350 bar) erreicht, kann der Druck Spitzen weit über einem solchen gewünschten maximalen Grenzwert (z. B. 350 bar) erreichen, bevor die Proportionalregelung die elektronische Verstellregelungspumpe 122 effektiv veranlassen kann, einen Hub zurück auszuführen. Somit kann, um die Drucküberschreitung des gewünschten maximalen Grenzwerts (z. B. 350 Bar) zu begrenzen, eine Ableitungsregelung (die Pumpenverstellanpassung zur Verringerung der Druckanstiegsrate) eingesetzt werden, um die Druckanstiegsrate zu verlangsamen, bevor der Fluiddruck die gewünschte maximale Druckgrenze erreicht. Wenn der Anschlussdruck eines Schwenkmotors 124 einen Schwellenwert, zum Beispiel 250 bar, überstiegen hat und der Druck weiter steigt, berechnet die Regelung 138 die Pumpenverstellanpassung zur Verringerung Druckanstiegsrate, die proportional zur Druckanstiegsrate ist. Die Pumpenverstellanpassung zur Verringerung der Druckanstiegsrate verringert die Druckanstiegsrate, wenn der gewünschte maximale Grenzwert (z. B. 350 bar) für den Druck erreicht wird, ohne die Systemreaktion zu verringern, wenn der Fluiddruck unter dem Schwellenwert (250 bar) ist.
In Block 360 bestimmt die Regelung 138 den letzten Pumpenverstellbefehl (Wert). Der letzte Pumpenverstellbefehl (Wert) ist der angepasste Pumpenverstellbefehl (Wert) verringert durch die Pumpendruckanpassung(en) (die Pumpenverstellanpassung zur Druckbegrenzung (falls vorhanden) und/oder Pumpenverstellanpassung zur Verringerung der Druckanstiegsrate (falls vorhanden)). Wenn es keine Pumpenverstellanpassung zur Druckbegrenzung oder Pumpenverstellanpassung zur Verringerung der Druckanstiegsrate gibt, ist der letzte Pumpenverstellbefehl (Wert) gleich dem angepassten Pumpenverstellbefehl (Wert). Der letzte Pumpenverstellbefehl (Wert) basiert auf der Summe einer Reihe von Termen, einem Vorwärtsschub-Term (der (anfängliche) angeforderte Pumpenverstellbefehlswert), einem PID-Pumpenverstellanpassungswert (einem Feedback-Term der Schwenkmotorgeschwindigkeit zum Verbessern der Verfolgung der gewünschten Geschwindigkeit und Verringern von Schwingungen der Schwenkmotorgeschwindigkeit), einem Pumpenverstellanpassung-Term zur Druckbegrenzung (falls vorhanden), um zu verhindern, dass die elektronische Verstellregelungspumpe 122 einen Druckschwellenwert übersteigt, und einem Pumpenverstellanpassung-Term zur Verringerung der Druckanstiegsrate (falls vorhanden), um die Überschreitung der Druckgrenze durch Verringerung der Anstiegsrate, wenn die Druckgrenze erreicht wird, zu begrenzen.
In Block 365 bestimmt die Regelung 138 das Pumpenverstellsignal. In einer Ausführungsform ordnet die Regelung 138 den letzten Pumpenverstellbefehl (Wert) von Block 360 dem Pumpenverstellsignal (z. B. Strom oder Spannung) zu, das das Fluidverstellvolumen der elektronischen Verstellregelungspumpe 122 regelt. Die Regelung 138 überträgt dann das resultierende Pumpenverstellsignal zur elektronischen Verstellregelungspumpe 122.
4 veranschaulicht einen exemplarischen Prozess 400 zur Regelung der Dreh-(Schwenk-) Bewegung des Oberwagens 104 der Maschine 100, wenn die Moduseingabe im Geschwindigkeitsmodus ist und (1) das System 118 keinen Geschwindigkeitssensor 130 beinhaltet oder (2) Daten vom Geschwindigkeitssensor 130, zum Beispiel die tatsächliche Geschwindigkeit des ersten Schwenkmotors 124a, von der Regelung 138 nicht empfangen werden. Das Verfahren von 4 ist ähnlich dem von 3, jedoch statt die Ableitung des Motorgeschwindigkeitsfeedbacks zu nehmen (siehe Block 340 von 3), verwendet das Verfahren von 4 den Differenzdruck (siehe Block 435), um einen Wert ähnlich einer Motorgeschwindigkeitsableitung zu erhalten. Außerdem bestimmt, anders als das Verfahren von 3, das einen PID bestimmt, das Verfahren von 4 keinen Proportional-Integral-Wert in Bezug auf die Motorgeschwindigkeitsregelung.
In Block 405 empfängt die Modusschnittstelle 134 die Moduseingabeauswahl. Die Auswahl wird dann zur Regelung 138 übertragen.
In Block 410 empfängt die Regelung 138 von der Modusschnittstelle 134 den vom Benutzer ausgewählten Modus. Im Verfahren von 4 ist der vom Benutzer/Bediener ausgewählte und von der Regelung 138 empfangene Modus der Geschwindigkeitsmodus. Die Regelung 138 setzt das System 118 auf Basis der empfangenen Moduseingabe in den Geschwindigkeitsmodus.
In Block 415 empfängt die Regelung 138 die Benutzereingabe von der Benutzerschnittstelle 136. In Block 420 bestimmt die Regelung 138 eine angeforderte Schwenkmotorgeschwindigkeit auf Basis der Benutzereingabe. In einer Ausführungsform kann die Regelung 138 die Benutzereingabe in der Form einer Verstellung der Benutzerschnittstelle 136 (z. B. Joystick, Hebel oder Einstellrad) zur angeforderten Schwenkmotorgeschwindigkeit zugeordnet werden. In Block 425 bestimmt die Regelung 138 einen (anfänglichen) angeforderten Pumpenverstellbefehl (Wert), einen Vorwärtsschub-Term auf Basis der angeforderten Schwenkmotorgeschwindigkeit (siehe Block 420). In einer Ausführungsform kann die Regelung 138 einen solchen Vorwärtsschub-Term durch Zuordnung der angeforderten Schwenkmotorgeschwindigkeit von Block 420 zum (anfänglichen) angeforderten Pumpenverstellbefehl (Wert) bestimmen.
In Block 430 empfängt die Regelung 138 von einem ersten Drucksensor 131 den Eingangsdruck des Fluids, das vom ersten Schwenkmotor 124a empfangen wird. Die Regelung 138 empfängt außerdem, von einem zweiten Drucksensor 131, den Ausgangsdruck des Fluids, das von dem/den Schwenkmotor(en) 124 abgegeben wurde und zur elektronischen Verstellregelungspumpe 122 zurückgeleitet wird.
In Block 435 bestimmt die Regelung 138 einen Dämpfungswert. Der Dämpfungswert des Verfahrens von 4 ist ein Feedback-Term des Schwenkmotors 124, der proportional zum Differenzdruck zwischen dem Eingangsdruck und dem Ausgangsdruck ist. Da ein solcher Differenzdruck proportional zur Beschleunigung des Schwenkmotors oder der Ableitung der Schwenkmotorgeschwindigkeit ist, wird der Dämpfungseffekt des Ableitungsterms der Schwenkmotorgeschwindigkeit im Verfahren von 4 implementiert (siehe Block 445 unten), indem der (anfängliche) angeforderte Pumpenverstellbefehl (Wert) durch einen Term (den Dämpfungswert) angepasst wird, der proportional zum Differenzdruck über den Schwenkmotor 124 ist. Dies verringert unerwünschte Schwingungen bei der Schwenkmotorgeschwindigkeit durch Verringern des angeforderten Pumpenverstellbefehls (Wert) proportional zum Differenzdruck.
In Block 440 bestimmt die Regelung 138 eine Pumpenverstellanpassung zur Druckbegrenzung, um den Druck an den Anschlüssen des Schwenkmotors 124 auf eine gewisse maximale Grenze, zum Beispiel 350 bar, zu begrenzen. Die Regelung 138 überwacht den Druck an jedem Anschluss (Eingangs- und Ausgangsanschlüsse) und, wenn der Fluiddruck an einem den gewünschten maximalen Grenzwert (z. B. 350 bar) übersteigt, wird der Fehler zwischen dem Druckfeedback und dem gewünschten maximalen Grenzwert berechnet. Die Pumpenverstellanpassung zur Druckbegrenzung wird über eine Proportionalverstärkung multipliziert mit dem Fehler berechnet, um den Druck an den Anschlüssen des Schwenkmotors 124 in Richtung der gewünschten maximalen Druckgrenze zu verringern.
In Block 445 bestimmt die Regelung 138 den letzten Pumpenverstellbefehl (Wert) für die elektronische Verstellregelungspumpe 122. Die Regelung 138 ordnet dann den letzten Pumpenverstellbefehlswert dem Pumpenverstellsignal (z. B. Strom oder Spannung) zu, das das Fluidverstellvolumen der elektronischen Verstellregelungspumpe 122 regelt.
Der letzte Pumpenverstellbefehl (Wert) (und das Pumpenverstellsignal) basiert auf einem Vorwärtsschub-Term (der angeforderte Pumpenverstellbefehlswert), wie durch (1) das Feedback des Schwenkmotors auf Basis des berechneten Differenzdrucks (siehe Dämpfungswert von Block 435) und (2) die Pumpenverstellanpassung zur Druckbegrenzung (falls vorhanden) angepasst. Insbesondere kann, in einer Ausführungsform, der letzte Pumpenverstellbefehl (Wert) als angeforderter Pumpenverstellbefehlswert wie verringert durch (1) den Dämpfungswert und (2) die Pumpenverstellanpassung zur Druckbegrenzung (falls vorhanden) berechnet werden.
In Block 450 bestimmt die Regelung 138 das Pumpenverstellsignal. In einer Ausführungsform ordnet die Regelung 138 den letzten Pumpenverstellbefehl (Wert) von Block 445 dem Pumpenverstellsignal (z. B. Strom oder Spannung) zu, das das Fluidverstellvolumen der elektronischen Verstellregelungspumpe 122 regelt. Die Regelung 138 überträgt dann das resultierende Pumpenverstellsignal zur elektronischen Verstellregelungspumpe 122.
5 veranschaulicht einen exemplarischen Prozess 500 zur Regelung der Dreh-(Schwenk-) Bewegung des Oberwagens 104 der Maschine 100, wenn die Moduseingabe im Geschwindigkeitsmodus ist und das System 118 keine Drucksensoren 131 beinhaltet oder das Feedback der Drucksensoren von der Regelung 138 nicht empfangen wird.
In Block 505 empfängt die Modusschnittstelle 134 die Moduseingabeauswahl. Die Auswahl wird dann zur Regelung 138 übertragen.
In Block 510 empfängt die Regelung 138 von der Modusschnittstelle 134 den vom Benutzer ausgewählten Modus. Im Verfahren von 5 ist der vom Benutzer/Bediener ausgewählte und von der Regelung 138 empfangene Modus der Geschwindigkeitsmodus. Die Regelung 138 setzt das System 118 auf Basis der empfangenen Moduseingabe in den Geschwindigkeitsmodus.
In Block 515 empfängt die Regelung 138 die Benutzereingabe von der Benutzerschnittstelle 136. In Block 520 bestimmt die Regelung 138 eine angeforderte Schwenkmotorgeschwindigkeit auf Basis der Benutzereingabe. In einer Ausführungsform kann die Regelung 138 die Benutzereingabe in der Form einer Verstellung der Benutzerschnittstelle 136 (z. B. Joystick, Hebel oder Einstellrad) zur angeforderten Schwenkmotorgeschwindigkeit zugeordnet werden.
In Block 525 bestimmt die Regelung 138 als einen (anfänglichen) angeforderten Pumpenverstellbefehl (Wert) einen Vorwärtsschub-Term auf Basis der angeforderten Schwenkmotorgeschwindigkeit (siehe Block 520). In einer Ausführungsform kann die Regelung 138 den Vorwärtsschub-Term auf Basis einer Zuordnung der angeforderten Schwenkmotorgeschwindigkeit zum (anfänglichen) angeforderten Pumpenverstellbefehl (Wert) bestimmen.
In Block 530 empfängt die Regelung 138 vom Geschwindigkeitssensor 130 eine tatsächliche Geschwindigkeit für mindestens einen der Schwenkmotoren 124, zum Beispiel den ersten Schwenkmotor 124a.
In Block 535 bestimmt die Regelung 138 einen Geschwindigkeitsfehler. Der Geschwindigkeitsfehler ist die angeforderte Schwenkmotorgeschwindigkeit minus der tatsächlichen Geschwindigkeit.
In Block 540 bestimmt die Regelung 138 eine PID-Pumpenverstellanpassung (Wert) auf Basis des Geschwindigkeitsfehlers (siehe Block 535). Die PID-Pumpenverstellanpassung (Wert) ist ein Feedbackwert, der verwendet wird, um den (anfänglichen) angeforderten Pumpenverstellbefehl (Wert) Vorwärtsschub anzupassen, um die Schwenkmotorgeschwindigkeit näher bei der gewünschten Geschwindigkeit anzutreiben und Schwingungen zu dämpfen. In einigen Ausführungsformen kann der Ableitungsbeitrag der PID-Pumpenverstellanpassung nur genutzt werden, um Schwingungen zu dämpfen, wenn der Geschwindigkeitsfehler kleiner ist als der Geschwindigkeitsfehler-Schwellenwert, z. B. 500 U/min, durch Einstellen der Ableitungsverstärkung auf null, wenn der Fehler groß ist. Ein solches Schema behält die Dämpfungsvorteile des Ableitungsterms beim Stoppen oder sonstigen Annähern an die gewünschte Schwenkmotorgeschwindigkeit, ohne die langsamere Beschleunigung, die die Ableitungsregelung bewirkt, wenn der Fehler groß ist. Der PID-Pumpenverstellanpassungswert auf Basis des Geschwindigkeitsfehlers ist die Summe einer Proportionalverstärkung multipliziert mit dem Geschwindigkeitsfehler, einer Integralverstärkung proportional zum Integral des Geschwindigkeitsfehlers und einer Ableitungsverstärkung multipliziert mit der Ableitung des Geschwindigkeitsfehlers.
In Block 545 bestimmt die Regelung 138 einen letzten Pumpenverstellbefehl (Wert) für die elektronische Verstellregelungspumpe 122. Der letzte Pumpenverstellbefehl (Wert) ist die Summe des Vorwärtsschub-Terms (angeforderter Pumpenverstellbefehl; siehe Block 525) und des PID-Pumpenverstellanpassungswerts von Block 540 („Motorgeschwindigkeitsregelungsanpassung“ vom PID-Feedback).
In Block 550 bestimmt die Regelung 138 das Pumpenverstellsignal. In einer Ausführungsform ordnet die Regelung 138 den letzten Pumpenverstellbefehl (Wert) von Block 545 dem Pumpenverstellsignal (z. B. Strom oder Spannung) zu, das das Fluidverstellvolumen der elektronischen Verstellregelungspumpe 122 regelt. Die Regelung 138 überträgt dann das resultierende Pumpenverstellsignal zur elektronischen Verstellregelungspumpe 122.
6 veranschaulicht einen exemplarischen Prozess 600 zur Regelung der Dreh-(Schwenk-) Bewegung des Oberwagens 104 der Maschine 100, wenn die Moduseingabe Drehmomentmodus ist.
In Block 605 empfängt die Modusschnittstelle 134 die Moduseingabeauswahl. Die Auswahl wird dann zur Regelung 138 übertragen.
In Block 610 empfängt die Regelung 138 von der Modusschnittstelle 134 den vom Benutzer ausgewählten Modus. In der Ausführungsform von 6 ist der vom Benutzer/Bediener ausgewählte und von der Regelung 138 empfangene Modus der Drehmomentmodus. Die Regelung 138 setzt das System 118 auf Basis der empfangenen Moduseingabe in den Drehmomentmodus.
In Block 615 empfängt die Regelung 138 die Benutzereingabe von der Benutzerschnittstelle 136. In Block 620 bestimmt die Regelung 138 ein angefordertes Schwenkmotordrehmoment auf Basis der Benutzereingabe. In einer Ausführungsform kann die Regelung 138 die Benutzereingabe in Form einer Verstellung der Benutzerschnittstelle 136 (z. B. Joystick, Hebel oder Einstellrad) auf ein angefordertes Schwenkmotordrehmoment zuordnen, aus dem ein Differenzdruck, „der angeforderte Differenzdruck“, durch die Regelung 138 abgeleitet wird, oder alternativ kann die Regelung 138 die Benutzereingabe direkt dem angeforderten Differenzdruck für den Schwenkmotor 124 zuordnen.
In Block 625 empfängt die Regelung 138 von einem ersten Drucksensor 131 den Eingangsdruck des Fluids, das vom ersten Schwenkmotor 124a empfangen wird. Die Regelung 138 empfängt außerdem, von einem zweiten Drucksensor 131, den Ausgangsdruck des Fluids, das von dem/den Schwenkmotor(en) 124 abgegeben wurde und zur elektronischen Verstellregelungspumpe 122 zurückgeleitet wird.
In Block 630 bestimmt die Regelung 138 den (gemessenen) Differenzdruck über einen der Schwenkmotoren 124. Der gemessene Differenzdruck ist, in dieser Ausführungsform, der Unterschied zwischen dem Eingangsdruck und dem Ausgangsdruck.
In Block 635 bestimmt die Regelung 138 den Druckfehler. Der Druckfehler ist der Unterschied zwischen dem angeforderten Differenzdruck (Block 620) und dem gemessenen Differenzdruck (Block 630).
In Block 640 bestimmt die Regelung 138 die Proportional-Integral-Differential (PID)-Pumpenverstellanpassung auf Basis des Druckfehlers als die Summe einer Proportionalverstärkung multipliziert mit dem Druckfehler, einer Integralverstärkung proportional zum Integral des Druckfehlers und einer Ableitungsverstärkung multipliziert mit der Ableitung des Druckfehlers.
In Block 645 empfängt die Regelung 138 die tatsächliche Geschwindigkeit des Schwenkmotors/der Schwenkmotoren 124 vom Geschwindigkeitssensor 130.
In Block 650 bestimmt die Regelung 138 eine geschätzte Pumpenverstellung auf Basis der tatsächlichen Geschwindigkeit des Schwenkmotors 124. In einer Ausführungsform kann die Regelung 138 die geschätzte Pumpenverstellung durch Zuordnen der tatsächlichen Geschwindigkeit des Schwenkmotors 124 zur geschätzten Pumpenverstellung bestimmen.
In Block 655 bestimmt die Regelung 138 einen letzten Pumpenverstellbefehl (Wert). Der letzte Pumpenverstellbefehl ist die Summe eines Vorwärtsschub-Terms (die geschätzte Pumpenverstellung auf Basis der gemessenen Schwenkmotorgeschwindigkeit) und eines DruckFeedback-Terms (die PID-Pumpenverstellanpassung). Insbesondere ist der letzte Pumpenverstellbefehl die Summe der geschätzten Pumpenverstellung und der PID-Pumpenverstellanpassung.
In Block 660 bestimmt die Regelung 138 ein Pumpenverstellsignal auf Basis des letzten Pumpenverstellbefehls. In einer Ausführungsform bestimmt die Regelung 138 das Pumpenverstellsignal durch Zuordnen des letzten Pumpenverstellbefehls, der in Block 655 für das Pumpenverstellsignal bestimmt wurde.
In Block 665 überträgt die Regelung 138 das Pumpenverstellsignal zur elektronischen Verstellregelungspumpe 122.
7 veranschaulicht einen exemplarischen Prozess 700 zur Regelung der Dreh-(Schwenk-) Bewegung des Oberwagens 104 der Maschine 100, wenn die Moduseingabe im Drehmomentmodus ist und das System 118 keinen Geschwindigkeitssensor 130 beinhaltet oder das Feedback des Geschwindigkeitssensors nicht empfangen wird (zum Beispiel wenn ein Geschwindigkeitssensor 130 beschädigt ist oder nicht funktioniert).
In Block 705 empfängt die Modusschnittstelle 134 die Moduseingabeauswahl. Die Auswahl wird dann zur Regelung 138 übertragen.
In Block 710 empfängt die Regelung 138 von der Modusschnittstelle 134 den vom Benutzer ausgewählten Modus. Im Verfahren von 7 ist der vom Benutzer/Bediener ausgewählte und von der Regelung 138 empfangene Modus der Drehmomentmodus. Die Regelung 138 setzt das System 118 auf Basis der empfangenen Moduseingabe in den Drehmomentmodus.
In Block 715 empfängt die Regelung 138 die Benutzereingabe von der Benutzerschnittstelle 136. In Block 720 bestimmt die Regelung 138 ein angefordertes Schwenkmotordrehmoment (Differenzdruck) auf Basis der Benutzereingabe. In einer Ausführungsform kann die Regelung 138 die Benutzereingabe in Form einer Verstellung der Benutzerschnittstelle 136 (z. B. Joystick, Hebel oder Einstellrad) auf ein angefordertes Schwenkmotordrehmoment zuordnen, aus dem ein Differenzdruck, „der angeforderte Differenzdruck“, durch die Regelung 138 abgeleitet wird, oder alternativ kann die Regelung 138 die Benutzereingabe direkt dem angeforderten Differenzdruck für den Schwenkmotor 124 zuordnen.
In Block 725 empfängt die Regelung 138 von einem ersten Drucksensor 131 den Eingangsdruck des Fluids, das vom ersten Schwenkmotor 124a empfangen wird. Die Regelung 138 empfängt außerdem, von einem zweiten Drucksensor 131, den Ausgangsdruck des Fluids, das von dem/den Schwenkmotor(en) 124 abgegeben wurde und zur elektronischen Verstellregelungspumpe 122 zurückgeleitet wird.
In Block 730 bestimmt die Regelung 138 den (gemessenen) Differenzdruck. Der gemessene Differenzdruck ist, in dieser Ausführungsform, der Unterschied zwischen dem Eingangsdruck und dem Ausgangsdruck.
In Block 735 bestimmt die Regelung 138 den Druckfehler. Der Druckfehler ist der Unterschied zwischen dem angeforderten Differenzdruck (Block 720) und dem gemessenen Differenzdruck (Block 730).
In Block 740 bestimmt die Regelung 138 die Proportional-Integral-Differential (PID)-Pumpenverstellanpassung auf Basis des Druckfehlers als die Summe einer Proportionalverstärkung multipliziert mit dem Druckfehler, einer Integralverstärkung proportional zum Integral des Druckfehlers und einer Ableitungsverstärkung multipliziert mit der Ableitung des Druckfehlers.
In Block 745 bestimmt die Regelung 138 den letzten Pumpenverstellbefehl (Wert) auf Basis der PID-Pumpenverstellanpassung (Block 740). In einer Ausführungsform ist der letzte Pumpenverstellbefehl (Wert) gleich der PID-Pumpenverstellanpassung.
In Block 750 bestimmt die Regelung 138 ein Pumpenverstellsignal. In einer Ausführungsform bestimmt die Regelung 138 das Pumpenverstellsignal durch Zuordnen des letzten Pumpenverstellbefehls zum Pumpenverstellsignal.
In Block 755 überträgt die Regelung 138 das Pumpenverstellsignal zur elektronischen Verstellregelungspumpe 122.
Ebenfalls offenbart wird ein Verfahren zum Regeln des Schwenkens eines Oberwagens 104 einer Maschine 100. Das Verfahren kann das Empfangen einer Moduseingabe; Platzieren, durch die Regelung 138, des Systems 118 in einen Geschwindigkeitsmodus oder einen Drehmomentmodus auf Basis der Moduseingabe; Empfangen, durch die Regelung 138, einer Benutzereingabe, wobei die Benutzereingabe als eine angeforderte Schwenkmotorgeschwindigkeit empfangen wird, wenn das System 118 im Geschwindigkeitsmodus ist, oder als ein angefordertes Schwenkmotordrehmoment empfangen wird, wenn das System 118 im Drehmomentmodus ist; und Regeln, durch das System 118, des Schwenkens des Oberwagens 104 auf Basis der Moduseingabe und der Benutzereingabe, umfassen. In einer Ausführungsform kann das Verfahren ferner, wenn das System 118 im Geschwindigkeitsmodus ist, das Ermitteln eines letzten Pumpenverstellbefehls und Übertragen eines Pumpenverstellsignals (auf Basis des letzten Pumpenverstellbefehls) an die elektronische Verstellregelungspumpe 122 beinhalten, wobei der letzte Pumpenverstellbefehl zumindest teilweise auf einer PID-Pumpenverstellanpassung basiert, die auf Geschwindigkeitsfehler basiert. Der letzte Pumpenverstellbefehl kann ferner auf der angeforderten Schwenkmotorgeschwindigkeit basieren.
In einer Ausführungsform kann das Verfahren, wenn das System 118 im Geschwindigkeitsmodus ist, das Ermitteln eines letzten Pumpenverstellbefehls beinhalten, wobei der letzte Pumpenverstellbefehl auf der angeforderten Schwenkmotorgeschwindigkeit und einem Dämpfungswert basiert, der proportional zu einem Differenzdruck über den ersten Schwenkmotor 124a ist.
In einer Ausführungsform kann das Verfahren, wenn das System 118 im Drehmomentmodus ist, das Ermitteln eines letzten Pumpenverstellbefehls und Übertragen eines Pumpenverstellsignals (repräsentativ für den letzten Pumpenverstellbefehl) an die elektronische Verstellregelungspumpe 122 beinhalten, wobei der letzte Pumpenverstellbefehl zumindest teilweise auf einer PID-Pumpenverstellanpassung basiert, die auf Druckfehler basiert. In einer Verfeinerung kann der letzte Pumpenverstellbefehl ferner auf einer geschätzten Pumpenverstellung basieren, die auf einer tatsächlichen Geschwindigkeit des Schwenkmotors 124 basiert.
Die hierin offenbarten Merkmale können besonders vorteilhaft für Maschinen 100 wie Bagger und Hydraulikbagger 102 sein. Das hierin offenbarte System 118 stellt eine hydraulische Schwenkregelung bereit, die den Betrieb entweder im Geschwindigkeits- oder Drehmomentmodus ermöglicht. Dieselbe Hardwarekonfiguration kann verwendet werden, um eine Schwenkgeschwindigkeitsregelung oder Schwenkdrehmomentregelung zu implementieren, und solche Betriebseigenschaften können während der Verwendung des Systems 118 geändert werden, ohne dass eine Änderung an der Systemhardwarekonfiguration nötig ist. Vorteile davon beinhalten die Fähigkeit, verschiedenen Bedienerpräferenzen sowie verschiedenen Größen, Typen und Arbeitsvorgängen der Maschinen Rechnung zu tragen. Außerdem können die Lehren dieser Offenbarung eingesetzt werden, um ein Springen/Schwingen des hydrostatischen Kreislaufs 120 zu verringern, der eine solche Drehung oder ein solches Schwenken regelt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 6520731 [0005]

Claims

System (118) zum Regeln des Schwenkens eines Oberwagens (104) einer Maschine (100), das System (118) umfassend: einen hydrostatischen Kreislauf (120), der Folgendes beinhaltet: eine elektronische Verstellregelungspumpe (122), die so konfiguriert ist, dass sie eine Versorgung eines Fluids für einen ersten Schwenkmotor (124a) auf Basis eines letzten Pumpenverstellbefehls regelt; wobei der erste Schwenkmotor (124a) mit der elektronischen Verstellregelungspumpe (122) fluidisch verbunden ist, wobei der erste Schwenkmotor (124a) so konfiguriert ist, dass er den Oberwagen (104) der Maschine (100) dreht; eine erste Leitung (126), die die elektronische Verstellregelungspumpe (122) und den ersten Schwenkmotor (124a) fluidisch verbindet; und eine zweite Leitung (128) die die elektronische Verstellregelungspumpe (122) und den ersten Schwenkmotor (124a) fluidisch verbindet; einen Geschwindigkeitssensor (130), der so konfiguriert ist, dass er eine tatsächliche Geschwindigkeit des ersten Schwenkmotors (124a) misst; einen ersten Drucksensor (131), der so konfiguriert ist, dass er einen Eingangsdruck des Fluids misst, das vom ersten Schwenkmotor (124a) empfangen wird; einen zweiten Drucksensor (131), der so konfiguriert ist, dass er einen Ausgangsdruck des Fluids misst, das vom ersten Schwenkmotor (124a) abgegeben wird; eine Benutzerschnittstelle (136), die in operativer Kommunikation mit einer Regelung (138) und so konfiguriert ist, dass sie eine Benutzereingabe empfängt und zur Regelung (138) überträgt; und die Regelung (138), die in operativer Kommunikation mit dem hydrostatischen Kreislauf (120) ist, wobei die Regelung (138) so konfiguriert ist, dass sie ein Pumpenverstellsignal, das für den letzten Pumpenverstellbefehl repräsentativ ist, zur elektronischen Verstellregelungspumpe (122) infolge der Benutzereingabe überträgt, wobei der hydrostatische Kreislauf (120) ein geschlossener Kreislauf ist, der so konfiguriert ist, dass er die tatsächliche Geschwindigkeit des ersten Schwenkmotors (124a) regelt, wenn die Benutzereingabe einer angeforderten Schwenkmotorgeschwindigkeit zugeordnet ist, und so konfiguriert, dass er ein Drehmoment des ersten Schwenkmotors (124a) regelt, wenn die Benutzereingabe einem angeforderten Schwenkmotordrehmoment zugeordnet ist.
System (118) nach Anspruch 1, in dem der hydrostatische Kreislauf (120) ferner einen zweiten Schwenkmotor (124b) beinhaltet, der mit der elektronischen Verstellregelungspumpe (122) durch die erste Leitung fluidisch verbunden ist, der erste Schwenkmotor (124a) und der zweite Schwenkmotor (124b) parallel verbunden sind, der zweite Schwenkmotor (124b) so konfiguriert ist, dass der den Oberwagen (104) der Maschine (100) dreht.
System (118) nach Anspruch 1, wobei, wenn die Benutzereingabe der angeforderten Schwenkmotorgeschwindigkeit zugeordnet ist, der letzte Pumpenverstellbefehl auf der angeforderten Schwenkmotorgeschwindigkeit und einer ersten PID-Pumpenverstellanpassung basiert, die auf Geschwindigkeitsfehler basiert, wobei ferner, wenn die Benutzereingabe dem angeforderten Schwenkmotordrehmoment zugeordnet ist, der letzte Pumpenverstellbefehl zumindest teilweise auf einer zweiten PID-Pumpenverstellanpassung basiert, die auf Druckfehler basiert.
System (118) nach Anspruch 3, wobei, wenn die Benutzereingabe der angeforderten Schwenkmotorgeschwindigkeit zugeordnet ist, der letzte Pumpenverstellbefehl auf der angeforderten Schwenkmotorgeschwindigkeit, der ersten PID-Pumpenverstellanpassung, die auf Geschwindigkeitsfehler basiert, und einer Pumpendruckanpassung basiert.
System (118) nach Anspruch 4, wobei die Pumpendruckanpassung eine Pumpenverstellanpassung zur Druckbegrenzung und eine Pumpenverstellanpassung zur Verringerung der Druckanstiegsrate beinhaltet.
System (118) nach Anspruch 4, wobei, wenn die Benutzereingabe der angeforderten Schwenkmotorgeschwindigkeit zugeordnet ist, der letzte Pumpenverstellbefehl auf der angeforderten Schwenkmotorgeschwindigkeit und einem Dämpfungswert basiert, der proportional zu einem Differenzdruck über den ersten Schwenkmotor (124a) ist.
System (118) nach Anspruch 1, wobei die Benutzerschnittstelle (136) ein Joystick, ein Hebel oder ein Einstellrad ist.
System (118) nach Anspruch 7, ferner beinhaltend eine Modusschnittstelle, die in operativer Kommunikation mit der Regelung (138) ist, wobei die Modusschnittstelle so konfiguriert ist, dass sie die Moduseingabe von einem Benutzer empfängt, der das System (118) entweder in den Geschwindigkeitsmodus oder den Drehmomentmodus setzt, wobei, wenn das System (118) im Geschwindigkeitsmodus ist, die von der Benutzerschnittstelle (136) übertragene Benutzereingabe von der Regelung (138) als der angeforderten Schwenkmotorgeschwindigkeit zugeordnet erkannt wird, und wenn das System (118) im Drehmomentmodus ist, die Benutzereingabe dem angeforderten Schwenkdrehmoment zugeordnet erkannt wird.
Verfahren zum Regeln des Schwenkens eines Oberwagens (104) einer Maschine (100), wobei die Maschine (100) den Oberwagen (104), einen Unterwagen und ein System (118) beinhaltet, wobei der Oberwagen (104) drehbar mit dem Unterwagen verbunden ist, wobei der Unterwagen in den Boden eingreifende Elemente beinhaltet, wobei das System (118) eine Regelung (138) und einen hydrostatischen Kreislauf (120) beinhaltet, wobei der hydrostatische Kreislauf (120) eine elektronische Verstellregelungspumpe (122) und einen ersten Schwenkmotor (124a), der mit der elektronischen Verstellregelungspumpe (122) fluidisch verbunden ist, beinhaltet, das Verfahren umfassend: Empfangen einer Moduseingabe; Platzieren, durch die Regelung (138), des Systems (118) in einen Geschwindigkeitsmodus oder einen Drehmomentmodus auf Basis der Moduseingabe, wobei das System (118) im Geschwindigkeitsmodus verwendet werden kann, wenn die Moduseingabe Geschwindigkeitsmodus ist, und im Drehmomentmodus verwendet werden kann, wenn die Moduseingabe im Drehmomentmodus ist; Empfangen, durch die Regelung (138), einer Benutzereingabe, wobei die Benutzereingabe als eine angeforderte Schwenkmotorgeschwindigkeit empfangen wird, wenn das System (118) im Geschwindigkeitsmodus ist, oder als angefordertes Schwenkmotordrehmoment empfangen wird, wenn das System (118) im Drehmomentmodus ist; und Regeln, durch das System (118), des Schwenkens des Oberwagens (104) auf Basis der Moduseingabe und der Benutzereingabe, wobei der hydrostatische Kreislauf (120) ein geschlossener Kreislauf ist.
Verfahren nach Anspruch 9, ferner beinhaltend: wenn das System (118) im Geschwindigkeitsmodus ist, Ermitteln eines letzten Pumpenverstellbefehls; und Übertragen eines Pumpenverstellsignals auf Basis des letzten Pumpenverstellbefehls an die elektronische Verstellregelungspumpe (122), wobei der letzte Pumpenverstellbefehl zumindest teilweise auf einer PID-Pumpenverstellanpassung basiert, die auf Geschwindigkeitsfehler basiert.