DE112022000447T5

DE112022000447T5 - System zur erkennung des ausfalls eines ackermann-steuermechanismus

Info

Publication number: DE112022000447T5
Application number: DE112022000447.9T
Authority: DE
Inventors: John J. Krone; Daniel P. Sergison; Edward W. Mate; Jeremy T. PETERSON; Bradly G. Duffer; Matthew S. Marquette
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2021-02-19
Filing date: 2022-02-11
Publication date: 2023-10-19
Also published as: WO2022177812A1; US12017699B2; CA3208737A1; AU2022224491A1; CN116848040A; JP2024507770A; US20220266905A1

Abstract

Eine Maschine (100) beinhaltet einen Rahmen (104), einen ersten Lenkarm (120), einen zweiten Lenkarm (122), einen mit dem Rahmen (104) und dem ersten Lenkarm (120) gekoppelten ersten Hydraulikaktor (116) und einen mit dem Rahmen (104) und dem zweiten Lenkarm (122) gekoppelten zweiten Hydraulikaktor (118). Ein erster Winkelsensor (400) misst eine Drehverschiebung des ersten Hydraulikaktors (116) relativ zu dem ersten Lenkarm (120). Eine erste Stange (500) koppelt den ersten Hydraulikaktor (116) und den ersten Sensor (400) und isoliert andere Bewegungen als die erste Drehverschiebung. Ein zweiter Winkelsensor (400) misst eine zweite Drehverschiebung des zweiten Hydraulikaktors (118) relativ zu dem zweiten Lenkarm (122). Eine zweite Stange (500) koppelt den zweiten Hydraulikaktor (118) und den zweiten Sensor (400) und isoliert andere Bewegungen als die zweite Drehverschiebung.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Sensorsystem zur Messung eines Lenkwinkels einer Maschine. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein System zur Messung von Lenkwinkeln zur Verwendung bei der Ermittlung eines Ausfalls einer Lenkanordnung der Maschine.
Stand der Technik
Maschinen wie beispielsweise Bergbau-Muldenkipper, Lader, Planierraupen oder andere Bau- und Bergbauausrüstungen werden häufig für Bau-, Konstruktions-, Bergbau- und andere Aktivitäten eingesetzt. Beispielsweise werden Bergbau-Muldenkipper häufig für den Abtransport von abgebautem Material aus Bergbaustätten eingesetzt. Diese Maschinen verfügen über Lenkanordnungen, die Spurstangen, Arme, Hydraulikzylinder, mechanische Gestänge und so weiter beinhalten. Während Lenkanordnungen zum Vermeiden von Ausfällen konzipiert sind, können bei Hochleistungsanwendungen Verschleiß aufgrund von langem Betrieb, mangelnder Wartung und/oder missbräuchlicher Verwendung zu Ausfällen führen.
Zur Erkennung von Fehlern können die Lenkanordnungen bzw. deren Komponenten Sensoren beinhalten. In einigen Fällen können die Sensoren die Lenkwinkel der Maschine messen, um zu ermitteln, ob die Lenkwinkel innerhalb bestimmter Bereiche liegen. Lenkwinkel, die außerhalb der Bereiche liegen, können einen Ausfall angeben. Üblicherweise befinden sich die Sensoren jedoch in den Komponenten der Lenkanordnung, wie beispielsweise in den Hydraulikzylindern. Die Lage der Sensoren erschwert den Austausch der Sensoren und/oder der Hydraulikzylinder und ist zudem zeitaufwendig. Zusätzlich erhöhen sich die Herstellungs- und Reparaturkosten, wenn die Sensoren innerhalb der Hydraulikzylinder angeordnet sind.
Ein Mechanismus zur Messung des Lenkwinkels ist in dem US-Patent Nr. 10,266,200 (im Folgenden als „die '200-Referenz“ bezeichnet) beschrieben. Die '200-Referenz beschreibt Lenkzylinder mit Zylinderhubsensoren zum Erfassen des Hubes der jeweiligen Zylinder. Die von diesen Zylinderhubsensoren erfassten Werte können zur Ermittlung der Lenkwinkel verwendet werden. Die in der '200-Referenz beschriebenen Zylinderhubsensoren sind jedoch in die Lenkzylinder integriert. Dies erhöht den Aufwand und die Ausfallzeit bei der Reparatur der Sensoren und/oder erfordert den Austausch des gesamten Lenkzylinders.
Beispiele der vorliegenden Offenbarung sind auf die Überwindung eines oder mehrerer der vorstehend genannten Defizite gerichtet.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß einem ersten Aspekt kann eine Maschine einen ersten, mit einem ersten Rad der Maschine gekoppelten Lenkarm, einen zweiten, mit einem zweiten Rad der Maschine gekoppelten Lenkarm, einen sich zwischen dem ersten Lenkarm und einem Rahmen der Maschine erstreckenden ersten Zylinder und einen sich zwischen dem zweiten Lenkarm und dem Rahmen erstreckenden zweiten Zylinder beinhalten. Die Betätigung des ersten Zylinders kann eine erste Drehung des ersten Zylinders relativ zu dem Rahmen um eine erste Drehachse bewirken und die Betätigung des zweiten Zylinders kann eine zweite Drehung des zweiten Zylinders relativ zu dem Rahmen um eine zweite Drehachse bewirken. Die Maschine kann ferner einen ersten Winkelsensor beinhalten, der zum Erfassen einer ersten Winkelverschiebung entsprechend der ersten Drehung ausgelegt ist, und einen zweiten Winkelsensor, der zum Erfassen einer zweiten Winkelverschiebung entsprechend der zweiten Drehung ausgelegt ist. Gemäß einem weiteren Aspekt kann eine Lenkanordnung einen Rahmen, einen ersten Lenkarm, einen zweiten Lenkarm, einen ersten Hydraulikaktor, der mit dem Rahmen und dem ersten Lenkarm gekoppelt ist, und einen zweiten Hydraulikaktor, der mit dem Rahmen und dem zweiten Lenkarm gekoppelt ist, beinhalten. Die Betätigung des ersten Hydraulikaktors veranlasst den ersten Lenkarm, relativ zu dem Rahmen und relativ zu dem ersten Lenkarm zu schwenken, und die Betätigung des zweiten Hydraulikaktors veranlasst den zweiten Lenkarm, relativ zu dem Rahmen und relativ zu dem zweiten Lenkarm zu schwenken. Die Lenkanordnung kann ferner einen ersten, zum Messen einer ersten Drehverschiebung des ersten Hydraulikaktors relativ zu dem ersten Lenkarm angeordneten Winkelsensor, eine an einem ersten Ende mit dem ersten Hydraulikaktor gekoppelte erste Stange und eine an einem zweiten Ende mit dem ersten Winkelsensor gekoppelte zweite Stange beinhalten, wobei das erste Ende der ersten Stange relativ zu dem zweiten Ende der ersten Stange beweglich ist, um andere Bewegungen als die erste Drehverschiebung zu isolieren. Die Lenkanordnung kann ferner einen zweiten, zum Messen einer zweiten Drehverschiebung des ersten Hydraulikaktors relativ zu dem zweiten Lenkarm angeordneten Winkelsensor, und eine an einem zweiten Ende mit dem ersten Hydraulikaktor und einem vierten Ende mit dem zweiten Winkelsensor gekoppelte zweite Stange beinhalten, wobei das dritte Ende der zweiten Stange relativ zu dem vierten Ende der zweiten Stange beweglich ist, um andere Bewegungen als die zweite Drehverschiebung zu isolieren. Gemäß einem weiteren Aspekt kann eine Maschine einen Rahmen, einen mit einem ersten Rad der Maschine gekoppelten ersten Lenkarm, einen mit einem zweiten Rad der Maschine gekoppelten zweiten Lenkarm, einen mit einer ersten Seite des Rahmens und dem ersten Lenkarm gekoppelten ersten Aktor und einen mit einer zweiten Seite des Rahmens und dem zweiten Lenkarm gekoppelten zweiten Aktor beinhalten. Die Maschine kann ferner einen zum Erfassen einer ersten, mit dem ersten Aktor verbundenen Winkelverschiebung ausgelegten ersten Sensor und einen zum Drehen in Reaktion auf eine Betätigung des ersten Aktors ausgelegten ersten Isoliermechanismus beinhalten. Die Drehung des ersten Isoliermechanismus kann von dem ersten Sensor als erste Winkelverschiebung erfasst werden. Die Maschine kann ferner einen zum Erfassen einer zweiten, mit dem zweiten Aktor verbundenen zweiten Winkelverschiebung ausgelegten zweiten Sensor und einen zum Drehen in Reaktion auf eine Betätigung des zweiten Aktors ausgelegten zweiten Isoliermechanismus beinhalten. Die Drehung des zweiten Isoliermechanismus kann von dem zweiten Sensor als zweite Winkelverschiebung erfasst werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Offenbarung wird unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren dargelegt. In den Figuren identifiziert/identifizieren die linke(n) Ziffer(n) einer Bezugsnummer die Figur, in der die Bezugsnummer zuerst erscheint. Die Verwendung der gleichen Bezugsnummern in verschiedenen Figuren gibt ähnliche oder identische Elemente an. Darüber hinaus können die Figuren als eine ungefähre Darstellung der relativen Größen der einzelnen Komponenten innerhalb der einzelnen Figuren betrachtet werden. Die Darstellungen innerhalb der Figuren sind jedoch nicht maßstabsgetreu, und die relativen Größen der einzelnen Komponenten, sowohl innerhalb der einzelnen Figuren als auch zwischen den verschiedenen Figuren, können von dem Dargestellten abweichen. Insbesondere können einige der Figuren Komponenten in einer bestimmten Größe oder Form darstellen, während andere Figuren dieselben Komponenten der Übersichtlichkeit halber in einem größeren Maßstab oder in einer anderen Form darstellen können.

1 veranschaulicht eine beispielhafte Maschine, die eine beispielhafte Lenkanordnung zum Ermitteln von Lenkwinkeln der Maschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beinhaltet.
2 veranschaulicht eine teilperspektivische Detailansicht der Lenkanordnung von 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
3 veranschaulicht eine teilperspektivische Detailansicht der Lenkanordnung von 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
4 veranschaulicht eine perspektivische Detailansicht einer beispielhaften Isolierkomponente der Maschine von 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
5 veranschaulicht eine planare Detailansicht der Isolierkomponente von 4 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
6 veranschaulicht eine teilperspektivische Ansicht der Lenkanordnung von 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
7 veranschaulicht ein beispielhaftes Verfahren zum Ermitteln eines Lenkwinkels einer Maschine zur Verwendung bei dem Ermitteln eines Ausfalls einer Lenkanordnung der Maschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.

Ausführliche Beschreibung
1 ist eine schematische Darstellung einer beispielhaften Maschine 100 mit einer beispielhaften Lenkanordnung 102 gemäß Beispielen der Offenbarung. Obwohl die Maschine 100 als eine Art Muldenkipper dargestellt ist, kann die Maschine 100 jede geeignete Maschine beinhalten, wie beispielsweise jede Art von Lader, Planierraupe, Muldenkipper, Verdichter, Tieflöffelbagger, Mähdrescher, Abstreifer, Grabenfräse, Zugmaschine, Kombinationen davon oder dergleichen. In einigen Fällen ist die Maschine 100 beispielsweise zum Bewegen von Straßendeckenmaterial (z. B. Asphalt), abgebauten Materialien, Erde, Abraum, schwerem Baumaterial und/oder Ausrüstung für den Straßenbau, den Hochbau, andere Bergbau-, Straßenbau- und/oder Bauanwendungen ausgelegt. Beispielsweise kann die Maschine 100 in Situationen eingesetzt werden, in denen Materialien wie Mineralerze, loses Gestein, Kies, Erde, Sand, Beton und/oder andere Materialien auf einer Baustelle transportiert werden müssen.
Die Maschine 100 beinhaltet einen Rahmen 104 und Räder 106. Der Rahmen 104 ist aus beliebigen geeigneten Materialien wie beispielsweise Eisen, Stahl, Aluminium oder anderen Metallen gefertigt. Der Rahmen 104 besteht in einigen Fällen aus einer einzigen Karosserie, und ist in anderen Fällen durch das Zusammenfügen von zwei oder mehr separaten Karosserieteilen aufgebaut. Die Teile oder Komponenten des Rahmens 104 sind durch eine Vielzahl geeigneter Mechanismen verbunden, einschließlich beispielsweise durch Schweißen, Bolzen, Schrauben, Befestigungselemente oder die Stange.
Die Räder 106 sind mechanisch mit einem Antriebsstrang (nicht dargestellt) gekoppelt, um die Maschine 100 anzutreiben. Die Maschine 100 beinhaltet einen Motor von beliebiger Art, Größe, Leistungsausgabe, usw. In einigen Fällen kann der Motor mit Gas (z. B. Diesel), Erdgas, Solarenergie oder Batterien betrieben werden. Wird der Motor angetrieben, versetzt der Motor die Räder 106 über den Antriebsstrang in Drehung, um der Maschine 100 zu ermöglichen, sich in der Umgebung zu bewegen. Somit ist der Motor mechanisch mit einer Vielzahl von Komponenten des Antriebsstrangs gekoppelt, wie beispielsweise einer Antriebswelle und/oder Achsen, um die Räder 106 zu drehen und die Maschine 100 anzutreiben. In einigen Fällen beinhaltet der Antriebsstrang eine Vielzahl anderer Komponenten, einschließlich, aber nicht beschränkt auf ein Differential, Verbinder, Gleichlauf-(CV-)Gelenke, usw.
Wie dargestellt, kann die Maschine 100 zum Tragen von Material in einer Kippmulde 108 oder einem oder mehreren anderen beweglichen Element(en) ausgelegt sein, das zum Bewegen, Heben, Tragen und/oder Abkippen von Material ausgelegt ist. Die Kippmulde 108 wird durch ein oder mehrere Hydrauliksysteme oder ein anderes geeignetes mechanisches System der Maschine 100 betätigt. In einigen Fällen wird das Hydrauliksystem durch den Motor angetrieben, wie beispielsweise durch Antrieb der Hydraulikpumpe(n) (nicht dargestellt) des Hydrauliksystems. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass das Hydrauliksystem bei anderen Arten von Maschinen (z. B. anderen Maschinen als einem Bergbau-Muldenkipper) in einer anderen als der in 1 dargestellten Ausgestaltung zum Betreiben von anderen Elementen als einer Kippmulde 108 ausgelegt sein kann und/oder entfallen kann.
In einigen Fällen kann die Maschine 100 eine Kabine oder einen anderen Bedienerstand beinhalten. Der Bedienerstand ist so ausgelegt, dass eine Bedienperson (nicht dargestellt) darin sitzen kann. Die in dem Bedienerstand sitzende Bedienperson interagiert mit verschiedenen Steuerschnittstellen und/oder Aktoren (z. B. Lenkrad, Hebel, Tasten, Steuerhebel usw.) innerhalb des Bedienerstandes, um die Bewegung der Maschine 100 und/oder verschiedener Komponenten der Maschine 100 zu steuern, wie z. B. das Anheben und Absenken der Kippmulde 108. Zusätzlich oder alternativ kann in einigen Fällen, wie hierin erläutert, die Maschine 100 von einer entfernten Bedienperson oder autonom ferngesteuert werden. Beispielsweise kann die Maschine 100 autonom entlang eines vorgegebenen Pfades oder einer Strecke innerhalb einer Umgebung arbeiten. In solchen Fällen kann die Maschine 100 den Bedienerstand beinhalten, oder der Bedienerstand kann entfallen. Ferner kann die Maschine 100 auch in Fällen ferngesteuert werden, in denen sich eine Bedienperson innerhalb des Bedienerstandes befindet. Die Lenkanordnung 102 kann Komponenten beinhalten, die das Lenken der Maschine 100 ermöglichen. In 1 ist eine Detailansicht der Lenkanordnung 102 dargestellt. In einigen Fällen kann die Lenkanordnung 102 eine Mittelstange 110, eine erste Spurstange 112, eine zweite Spurstange 114, eine erste Zylinderstange 116 und eine zweite Zylinderstange 118 beinhalten. Die erste Spurstange 112 und die zweite Spurstange 114 können Enden beinhalten, die schwenkbar mit der Mittelstange 110 gekoppelt sind (z. B. Kugelgelenk, Achsschenkelgelenk, usw.). Beispielsweise können die erste Spurstange 112 und die zweite Spurstange 114 über einen Zapfen, der durch die erste Spurstange 112 und die Mittelstange 110 sowie die zweite Spurstange 114 und die Mittelstange 110 angeordnet ist, schwenkbar mit der Mittelstange 110 gekoppelt sein. Lager, Achsschenkel oder andere Gelenke können ebenfalls enthalten sein, um eine Schwenkbewegung der ersten Spurstange 112 und der zweiten Spurstange 114 relativ zu der Mittelstange 110 zu ermöglichen (z. B. wenn die Maschine 100 das Geländer durchquert, lenkt, usw.). Obwohl die Lenkanordnung 102 als bestimmte Komponenten beinhaltend dargestellt ist, können Ackermann-Lenkanordnungen zusätzliche oder andere Komponenten beinhalten, als hierin dargestellt und erläutert werden.
Gegenüberliegende Enden der ersten Spurstange 112 und der zweiten Spurstange 114, die nicht mit der Mittelstange 110 gekoppelt sind, sind mit den Lenkarmen der Maschine 100 verbunden. Beispielsweise kann die Maschine 100 einen ersten Lenkarm 120 beinhalten, der sich an einer ersten Seite der Maschine 100 (z. B. rechts) befindet, und einen zweiten Lenkarm 122, der sich an einer zweiten Seite der Maschine 100 (z. B. links) befindet. Die erste Spurstange 112 und die zweite Spurstange 114 können mit dem ersten Lenkarm 120 bzw. dem zweiten Lenkarm 122 gekoppelt sein (z. B. über Zapfen). Die Zapfen können eine Schwenk- oder Drehbewegung der ersten Spurstange 112 und der zweiten Spurstange 114 relativ zu dem ersten Lenkarm 120 bzw. dem zweiten Lenkarm 122 ermöglichen. Lager, Achsschenkel oder andere Gelenke können eine Schwenkbewegung der ersten Spurstange 112 und der zweiten Spurstange 114 ermöglichen, wenn sich der erste Lenkarm 120 bzw. der zweite Lenkarm 122 dreht oder wenn die Maschine 100 das Gelände durchquert, lenkt und so weiter. Der erste Lenkarm 120 kann auch mit einem ersten Rad (z. B. an einer Nabe) der Räder 106 gekoppelt sein, die sich an der ersten Seite der Maschine 100 befinden, und der zweite Lenkarm 122 kann mit einem zweiten Rad (z. B. an einer Nabe) der Räder 106 gekoppelt sein, die sich an der zweiten Seite der Maschine 100 befinden.
Die erste Zylinderstange 116 kann schwenkbar mit dem ersten Lenkarm 120 gekoppelt sein und die zweite Zylinderstange 118 kann schwenkbar mit dem zweiten Lenkarm 122 gekoppelt sein. Die erste Zylinderstange 116 und die zweite Zylinderstange 118 können über Zapfen und Lager (z. B. Achsschenkel) mit dem ersten Lenkarm 120 bzw. dem zweiten Lenkarm 122 gekoppelt sein. In einigen Fällen können die erste Zylinderstange 116 und die zweite Zylinderstange 118 lineare Aktoren darstellen, die bei Betätigung eines Lenkmechanismus der Maschine 100 auf verschiedene Längen aus- und einfahren. Wird beispielsweise ein Lenkmechanismus, wie ein Lenkrad (nicht dargestellt), von einer Bedienperson der Maschine 100 (oder von einer entfernten Bedienperson) betätigt (z. B. gedreht), um eine gewünschte Bewegung der Maschine 100 anzuzeigen, kann eine Steuerung ein verbundenes Steuersignal erzeugen und an die erste Zylinderstange 116 und die zweite Zylinderstange 118 übertragen. In Reaktion darauf können die erste Zylinderstange 116 und die zweite Zylinderstange 118 zum Lenken der Maschine 100 betätigt werden. In einigen Fällen können Arme, Wellen, Zahnräder usw. das Lenkrad mit der Lenkanordnung 102 zum Lenken der Maschine 100 wirkverbinden.
In einigen Fällen können die erste Zylinderstange 116 und die zweite Zylinderstange 118 mittels Pneumatik oder Hydraulik betätigt werden. Die Maschine 100 kann Behälter zur Aufnahme der verschiedenen ausgefahrenen Längen der ersten Zylinderstange 116 und der zweiten Zylinderstange 118 beinhalten und entweder Fluid zuführen oder empfangen. In einigen Fällen kann die Lenkanordnung 102 ein elektrohydraulisches Lenksystem darstellen oder eine Komponente eines elektrohydraulischen Lenksystems sein. Beispielsweise kann bei einer elektrohydraulischen Servolenkung ein Elektromotor eine Pumpe antreiben, die den für die Servolenkung erforderlichen Druck bereitstellt. Somit kann die Lenkanordnung 102 elektronisch gesteuert sein. Hier kann die Maschine 100, wie zuvor erwähnt, eine Steuerung (z. B. eine Lenksteuerung) beinhalten, die ein Steuersignal zum Lenken der Maschine 100 erzeugt und an die erste Zylinderstange 116 und die zweite Zylinderstange 118 überträgt. Das Steuersignal kann in Reaktion auf die Bewegung eines Lenkrads durch eine Bedienperson oder durch elektronisches Bereitstellen eines gewünschten Lenkbetrags durch eine entfernte Bedienperson erzeugt werden. In solchen Fällen kann das Steuersignal mit dem gewünschten Lenkgrad verbunden sein. In Reaktion auf die Bewegung des Lenkrads durch die Bedienperson kann beispielsweise ein Steuersignal an die erste Zylinderstange 116 (oder eine mit ihr gekoppelte Steuerung) bereitgestellt werden. Dieses Steuersignal kann mit einem angewiesenen Lenkwinkel (z. B. zehn Grad, dreißig Grad, usw.) der Maschine 100 verbunden sein. Die erste Zylinderstange 116 kann in Reaktion auf das Steuersignal und basierend auf dem gewünschten Lenkgrad aus- oder einfahren. Je nach Lenkgrad können entsprechende Steuersignale an die erste Zylinderstange 116 und die zweite Zylinderstange 118 gesendet werden.
Enden der ersten Zylinderstange 116 und der zweiten Zylinderstange 118, die nicht mit dem ersten Lenkarm 120 und dem zweiten Lenkarm 122 gekoppelt sind, können mit dem Rahmen 104 (oder dem Unterrahmen) der Maschine 100 gekoppelt sein. Wie dargestellt, kann die Mittelstange 110 zusätzlich mit dem Rahmen 104 gekoppelt sein. In einigen Fällen kann die Mittelstange 110, die erste Zylinderstange 116 und/oder die zweite Zylinderstange 118 schwenkbar mit dem Rahmen 104 gekoppelt sein. Infolge der veranschaulichten Anordnung werden bei der Betätigung (z. B. Ausfahren oder Einfahren) der ersten Zylinderstange 116 und der zweiten Zylinderstange 118 der erste Lenkarm 120 und der zweite Lenkarm 122 bewegt, was zu einer Wendung der Räder 106 führt. Ebenfalls infolge der Betätigung bewirken die erste Spurstange 112 und die zweite Spurstange 114 über ihre Anbaugeräte an dem ersten Lenkarm 120 bzw. an dem zweiten Lenkarm 122 ein relatives Schwenken der Mittelstange 110 gegenüber dem Rahmen 104.
Die erste Zylinderstange 116 und die zweite Zylinderstange 118 sind als einen Zylinderabschnitt und einen Stangenabschnitt beinhaltend dargestellt. Der Stangenabschnitt kann von dem Zylinderabschnitt aufgenommen werden, sodass sich der Stangenabschnitt in unterschiedlichen Längen aus dem Zylinderabschnitt erstrecken kann. Mit anderen Worten, der Stangenabschnitt kann aus dem Zylinderabschnitt ausfahren oder in diesen einfahren. Je nach Lenkung der Maschine 100 kann der Stangenabschnitt entweder aus dem Zylinderabschnitt ausfahren oder in den Zylinderabschnitt einfahren. Darüber hinaus wird, bei der Ausgestaltung der Lenkanordnung 102 wie in 1 dargestellt, wenn die Maschine 100 nach links oder rechts gedreht wird, einer der Stangenabschnitte der ersten Zylinderstange 116 oder der zweiten Zylinderstange 118 aus dem Zylinderabschnitt ausfahren, während der andere der Stangenabschnitte der ersten Zylinderstange 116 oder der zweiten Zylinderstange 118 in den Zylinderabschnitt eingefahren wird. Der Zylinderabschnitt der ersten Zylinderstange 116 und die zweite Zylinderstange 118 sind als mit dem Rahmen 104 gekoppelt dargestellt, während der Stangenabschnitt der ersten Zylinderstange 116 und die zweite Zylinderstange 118 mit dem ersten Lenkarm 120 bzw. dem zweiten Lenkarm 122 gekoppelt sind. In einigen Fällen kann jedoch der Zylinderabschnitt der ersten Zylinderstange 116 und der zweiten Zylinderstange 118 mit dem ersten Lenkarm 120 bzw. dem zweiten Lenkarm 122 gekoppelt sein. In solchen Fällen kann der Stangenabschnitt der ersten Zylinderstange 116 und der zweiten Zylinderstange 118 mit dem Rahmen 104 gekoppelt sein.
In einigen Fällen kann die Lenkanordnung 102 eine Ackermann-Lenkgeometrie darstellen. Bei Ackermann-Lenkgeometrien können sich die Räder 106 durch eine bekannte kinematische Beziehung im Einklang drehen. Dies kann teilweise dadurch erreicht werden, dass der erste Lenkarm 120 und der zweite Lenkarm 122 über die Mittelstange 110, die erste Spurstange 112 und die zweite Spurstange 114 wirkverbunden sind. Mit anderen Worten können der erste Lenkarm 120 und der zweite Lenkarm 122 synchron und um einen relativen Betrag lenken, der durch eine durch die Gestängekonstruktion definierte kinematische Beziehung beschrieben wird. Obwohl die abgebildete Lenkanordnung 102 als bestimmte Komponenten beinhaltend dargestellt ist, kann die Lenkanordnung zusätzliche Komponenten, wie beispielsweise Achsschenkelbolzen, Gleichlaufgelenke, Pleuelstangen und so weiter beinhalten.
Die Maschine 100 ist als ein Ausfallerkennungssystem 124 beinhaltend dargestellt. Im Allgemeinen kann das Ausfallerkennungssystem 124 zum Ermitteln eines Ausfalls der Lenkanordnung 102 oder von deren Komponenten dienen. Beispielsweise können die erste Spurstange 112, die zweite Spurstange 114, die erste Zylinderstange 116 und/oder die zweite Zylinderstange 118 von Zeit zu Zeit versagen (z. B. reißen, verbiegen, brechen usw.). Zusätzlich kann der angewiesene Lenkwinkel (oder der Lenkbetrag) von einem gemessenen Lenkwinkel abweichen. Dies kann dazu führen, dass die Maschine 100 nicht wie erwartet lenkt. Bei Erkennen eines Ausfalls kann der Betrieb der Maschine 100 gesteuert werden. Bei einem Ausfall des Gestänges würde die Bedienperson eine Änderung des Lenkverhaltens bemerken und die Maschine 100 zum sicheren Stillstand bringen. Wie hierin erläutert, ist die Bedienperson in Fällen, in denen die Maschine 100 ferngesteuert wird, jedoch möglicherweise nicht in der Lage, Änderungen in dem Lenkverhalten zu erkennen, um Ausfälle der Lenkanordnung 102 zu verstehen. In diesen Fällen kann das Ausfallerkennungssystem 124 zum Ermitteln eines Zustands, einer Intaktheit oder eines Ausfalls der Lenkanordnung 102 zum Ausgeben von Benachrichtigungen oder zum sicheren Anhalten der Maschine 100 dienen, um weitere Schäden zu vermeiden.
Das Ausfallerkennungssystem 124 kann eine Ausfallerkennungssteuerung 126 beinhalten, die ermittelt, ob innerhalb der Lenkanordnung 102 ein Fehler erkannt wurde. Ein oder mehrere Sensoren 128 können mit der Lenkanordnung 102 verbundene Sensordaten 130 erzeugen, erfassen oder sammeln. In einigen Fällen können die Sensordaten 130 die mit dem ersten Lenkarm 120 und dem zweiten Lenkarm 122 verbundenen gemessenen Lenkwinkel angeben. In einigen Fällen kann ein erster Sensor an dem ersten Lenkarm 120 und ein zweiter Sensor an dem zweiten Lenkarm 122 angeordnet sein. In solchen Fällen kann der erste Sensor einen mit dem ersten Lenkarm 120 (oder einem ersten Rad) verbundenen ersten Lenkwinkel 132 messen (oder von dem ersten Sensor erzeugte Daten können zum Ermitteln verwendet werden) und der zweite Sensor kann einen mit dem zweiten Lenkarm 122 (oder einem zweiten Rad) verbundenen zweiten Lenkwinkel 134 messen (oder von dem zweiten Sensor erzeugte Daten können zum Ermitteln verwendet werden).
Wie hierin erläutert, kann der erste Lenkwinkel 132 einen Winkel zwischen einer durch einen Drehpunkt (z. B. Zapfen), an dem die erste Zylinderstange 116 mit dem ersten Lenkarm 120 gekoppelt ist, und einem mit dem ersten Lenkarm 120 verbundenen ersten Rad-Achsschenkelbolzen angeordneten Achse und einer ersten Längsachse darstellen, die entlang und durch die Mitte der ersten Zylinderstange 116 verläuft. Ebenso kann der zweite Lenkwinkel 134 einen Winkel zwischen einer durch einen Drehpunkt (z. B. Zapfen), an dem die zweite Zylinderstange 118 mit dem zweiten Lenkarm 122 gekoppelt ist, und einem mit dem zweiten Lenkarm 122 verbundenen zweiten Rad-Achsschenkelbolzen angeordneten Achse und einer zweiten Längsachse darstellen, die entlang und durch die Mitte der zweiten Zylinderstange 118 verläuft. Allgemeiner ausgedrückt, können die Lenkwinkel (d. h., der erste Lenkwinkel 132 und der zweite Lenkwinkel 134) zwischen einer Achse des ersten Lenkarms 120 und der ersten Zylinderstange 116 sowie des zweiten Lenkarms 122 und der zweiten Zylinderstange 118 gemessen werden. Da die Lenkanordnung 102 eine bekannte Geometrie hat, die durch die hierin beschriebenen kinematischen Beziehungen dargestellt werden kann, können natürlich auch andere als die soeben beschriebenen Winkel ermittelt und zum Ermitteln des Zustands der Lenkanordnung 102 gemäß den hierin beschriebenen Techniken verwendet werden. Diese Winkel können ohne Einschränkung auch Winkel beinhalten, die mit den Lenkarmen, den Aktoren, den Spurstangen, dem Rahmen und/oder anderen Komponenten und/oder Achsen verbunden sind.
Wenn die Maschine 100 manövriert, können sich die Lenkwinkel anpassen. Da es sich bei der Lenkanordnung 102 um eine Ackermann-Lenkung handeln kann, können die Lenkwinkel zusätzlich eine definierte kinematische Beziehung beinhalten. Das heißt, die Lenkwinkel können durch die Lenkanordnung 102 begrenzt werden und eine definierte kinematische Beziehung beinhalten. Da die Sensoren 128 auf gegenüberliegenden Seiten der Maschine 100 angeordnet sind oder die Lenkwinkel auf gegenüberliegenden Seiten der Maschine 100 ermitteln, kann es ein Hinweis auf einen Ausfall der Lenkanordnung 102 sein, wenn die Lenkwinkel nicht der kinematischen Beziehung entsprechen oder nicht damit verbunden sind. Dementsprechend kann die Ausfallerkennungssteuerung 126 die Sensordaten 130 zum Ermitteln von Ausfällen empfangen. In einigen Fällen kann die Ausfallerkennungssteuerung 126 die Sensordaten 130 gemäß einem vorgegebenen Zeitplan und/oder in Reaktion auf bestimmte Betriebszustände der Maschine 100 (z. B. bei Wendungen, Bremsvorgängen, bestimmten Beschleunigungen usw.) empfangen.
Zum Ermitteln der kinematischen Beziehung kann die Ausfallerkennungssteuerung 126 Zugriff auf kinematische Daten 136 haben. Die kinematischen Daten 136 können Verbindungen oder Ausrichtungen zwischen den Komponenten der Lenkanordnung 102 beinhalten. In einigen Fällen können die Lenkwinkel beispielsweise anhand bekannter Dimensionen, Längen, Ausrichtungen usw. der ersten Zylinderstange 116 und/oder der zweiten Zylinderstange 118 ermittelt werden. Das heißt, da die erste Zylinderstange 116 und die zweite Zylinderstange 118 mit dem Rahmen 104, dem ersten Lenkarm 120 bzw. dem zweiten Lenkarm 122 gekoppelt sind, kann die Ausfallerkennungssteuerung 126 die kinematischen Daten 136 zum Ermitteln der kinematischen Beziehung zwischen den von dem ersten Sensor erfassten Lenkwinkeln und den von dem zweiten Sensor erfassten Lenkwinkeln verwenden. Unter Verwendung der kinematischen Daten 136 können der erste Lenkwinkel 132 und der zweite Lenkwinkel 134 angesichts des begrenzten Bewegungsbereichs der Lenkanordnung 102 miteinander verbunden werden. Zusätzlich können die kinematischen Daten 136 Verbindungen oder Ausrichtungen zwischen dem ersten Lenkarm 120 und dem zweiten Lenkarm 122 oder zwischen den Komponenten der Lenkanordnung 102 beinhalten. In einigen Fällen können die Lenkwinkel des ersten Lenkarms 120 und des zweiten Lenkarms 122 beispielsweise anhand bekannter Dimensionen, Längen, Ausrichtungen usw. der ersten Spurstange 112, der zweiten Spurstange 114, der ersten Zylinderstange 116 und/oder der zweiten Zylinderstange 118 ermittelt werden. In anderen Fällen kann der erste Lenkwinkel 132 des ersten Lenkarms 120 mit dem zweiten Lenkwinkel 134 des zweiten Lenkarms 122 unter Verwendung von Dimensionen, Längen usw. der ersten Spurstange 112 und der zweiten Spurstange 114 korreliert oder damit verbunden werden. Somit können die kinematischen Daten 136 bekannte Bewegungseigenschaften der ersten Spurstange 112, der zweiten Spurstange 114, der ersten Zylinderstange 116, der zweiten Zylinderstange 118, maximale Verlängerungen oder Bereiche der ersten Spurstange 112, der zweiten Spurstange 114, der ersten Zylinderstange 116, der zweiten Zylinderstange 118 und so weiter beinhalten. Die kinematischen Daten 136 können beispielsweise auch die Verbindungen oder Kopplungen zwischen der ersten Spurstange 112 mit der Mittelstange 110 und dem ersten Lenkarm 120, der zweiten Spurstange 114 mit der Mittelstange 110 und dem zweiten Lenkarm 122, der ersten Zylinderstange 116 mit dem Rahmen 104 und dem ersten Lenkarm 120, und/oder der zweiten Zylinderstange 118 mit dem Rahmen 104 und dem zweiten Lenkarm 122 angeben.
Als kurzes Beispiel kann die Ausfallerkennungssteuerung 126 erste Sensordaten von dem mit der ersten Zylinderstange 116 gekoppelten ersten Sensor und zweite Sensordaten von dem mit der zweiten Zylinderstange 118 (oder dem zweiten Lenkarm 122) gekoppelten zweiten Sensor empfangen. Die Ausfallerkennungssteuerung 126 kann einen ersten Lenkwinkel aus den ersten Sensordaten und einen zweiten Lenkwinkel aus den zweiten Sensordaten ermitteln. Unter Verwendung des ersten Lenkwinkels und der kinematischen Daten 136 kann die Ausfallerkennungssteuerung 126 einen vorhergesagten oder erwarteten Lenkwinkel ermitteln, der mit der zweiten Zylinderstange 118 verbunden ist. Dieser erwartete Lenkwinkel kann mit dem tatsächlichen zweiten Lenkwinkel 134, wie gemessen (d. h. über die zweiten Sensordaten), verglichen werden. Liegen der erwartete Lenkwinkel und der zweite Lenkwinkel 134 (wie gemessen) innerhalb eines bestimmten Schwellenwerts, kann dies angeben, dass die Lenkanordnung 102 ordnungsgemäß funktioniert. Liegen der erwartete Lenkwinkel und der zweite Lenkwinkel 134 jedoch nicht innerhalb eines bestimmten Schwellenwerts, kann dies angeben, dass die Lenkanordnung 102 nicht ordnungsgemäß funktioniert. Zusätzlich oder alternativ kann die Ausfallerkennungssteuerung 126 unter Verwendung des zweiten Lenkwinkels 134 und der kinematischen Daten 136 in einigen Fällen einen vorhergesagten oder erwarteten Lenkwinkel ermitteln, der mit der ersten Zylinderstange 116 (oder dem ersten Lenkarm 120) verbunden ist. Dieser erwartete Lenkwinkel kann mit dem tatsächlichen ersten Lenkwinkel 132, wie gemessen (d. h. über die ersten Sensordaten), verglichen werden. Liegen der erwartete Lenkwinkel und der erste Lenkwinkel 132 innerhalb eines bestimmten Schwellenwerts, kann dies angeben, dass die Lenkanordnung 102 ordnungsgemäß funktioniert. Liegen der erwartete Lenkwinkel und der erste Lenkwinkel 132 jedoch nicht innerhalb eines bestimmten Schwellenwerts, kann dies angeben, dass die Lenkanordnung 102 nicht ordnungsgemäß funktioniert.
In einigen Fällen kann die Ausfallerkennungssteuerung 126 auch die gemessenen Lenkwinkel mit den angewiesenen Lenkgraden vergleichen. Beispielsweise kann eine Bedienperson während eines Lenkvorgangs Befehle bereitstellen, die mit einem gewünschten Lenkbetrag verbunden sind. Diese Befehle können als Signale bereitgestellt werden, die die Betätigung der ersten Zylinderstange 116 und der zweiten Zylinderstange 118 steuern. Zudem können die Signale mit bestimmten Lenkwinkeln der Maschine 100 korreliert werden. In einigen Fällen können die Lenkwinkel ermittelt oder mit der Maschinenrichtung, -geschwindigkeit, - gewichtsverteilung, -last und/oder -bremsung verbunden werden. Die Ausfallerkennungssteuerung 126 kann die angewiesenen Lenkwinkel (oder den Lenkbetrag) mit den gemessenen Lenkwinkeln vergleichen. Wird beispielsweise die erste Zylinderstange 116 bis zu einer bestimmten Länge betätigt, die mit einem angewiesenen Lenkwinkel verbunden ist, kann dieser Winkel mit dem gemessenen ersten Lenkwinkel verglichen werden. Liegt eine Schwellenwertdifferenz dazwischen, kann dies ein Hinweis auf eine ausgefallene Lenkanordnung 102 sein.
In einigen Fällen kann/können der/die Sensor(en) 128 Sensoren vom kapazitiven Typ, Hall-Effekt-Sensoren, Wirbelstromsensoren, piezoelektrische Sensoren, Photodioden oder eine Kombination davon beinhalten. Der/die Sensor(en) 128 kann/können umweltbeständig sein, um dem Eindringen von Flüssigkeiten zu widerstehen und den Umgebungsbedingungen der Maschine 100, wie beispielsweise Schlamm, Schmutz, Steinen, Staub, Eis, Schnee und so weiter, standzuhalten. Der/die Sensor(en) 128 kann/können Dichtungen oder Buchsen zum Abdichten des/der Sensor(en) 128 gegen Umgebungsbedingungen beinhalten. Wie hierin erläutert, kann/können der/die Sensor(en) 128 die Roll- und Nickbewegungen der Maschine 100 zum Messen des Lenkwinkels isolieren. Zusätzlich kann/können in einigen Fällen der/die Sensor(en) 128 eine Lenkauflösung von 0,035 Grad Drehung pro Bit oder besser beinhalten. Zusätzlich kann/können der/die Sensor(en) 128 oder die von dem/den Sensor(en) 128 gemeldeten Sensordaten 130 monoton sein. Auf diese Weise können die gemessenen Lenkwinkel entweder zunehmend oder abnehmend sein.
Wie hierin beschrieben, erfassen der/die Sensor(en) 134 die relative Drehung der Lenkkomponenten. Die Sensordaten können in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet werden. Beispielsweise und wie hierin näher erläutert, können die Sensorausgaben zum Identifizieren von Lenksystemausfällen, Bereitstellen von Rückmeldungen, z. B. in einer Lenkrückkopplungsschleife, und/oder zum Implementieren eines haptischen Rückkopplungssystems (z. B. durch die Bereitstellung einer Vibration oder eines Widerstands als Kontrollhilfe, Warnung, Anleitung oder dergleichen) in Betracht gezogen werden. Beispielsweise können präzise Winkelmessungen erforderlich sein, um einige oder alle dieser Funktionen zu implementieren, und in einigen Fällen kann eine Auflösung von 0,035 Grad Drehung pro Bit oder besser erforderlich sein. Ein haptisches Rückmeldesystem kann beispielsweise und ohne Einschränkung Sensordaten mit einer Genauigkeit von 0,035 Grad Drehung pro Bit erfordern, um der Bedienperson einen kontinuierlichen Bereich an haptischer Rückmeldung bereitzustellen und erfahrene Ruckbewegungen bei der Rückmeldung zu beseitigen.
Der/die Sensor(en) 128 kann/können sich außerhalb der ersten Zylinderstange 116 bzw. der zweiten Zylinderstange 118 befinden, um Reparaturzeiten und -kosten zu reduzieren. Wie hierin erläutert, können der oder die Sensoren 128 vertikal über einem Drehpunkt befestigt sein, an dem die erste Zylinderstange 116 und die zweite Zylinderstange 118 mit dem ersten Lenkarm 120 bzw. dem zweiten Lenkarm 122 gekoppelt sind. In einigen Fällen können der oder die Sensoren 128 oberhalb eines Zapfens befestigt sein, der die erste Zylinderstange 116 und die zweite Zylinderstange 118 mit dem ersten Lenkarm 120 bzw. dem zweiten Lenkarm 122 koppelt. Die Befestigung des Sensors/der Sensoren 128 kann einen Mechanismus beinhalten, der zum Isolieren unerwünschter Einflüsse auf den Lenkwinkel ausgelegt ist, wie beispielsweise einen weiter unten beschriebener Isoliermechanismus. Beispielsweise kann das Rollen der ersten Zylinderstange 116 und der zweiten Zylinderstange 118 (um das Kugelgelenk, das die erste Zylinderstange 116 und die zweite Zylinderstange 118 mit dem ersten Lenkarm 120 bzw. dem zweiten Lenkarm 122 koppelt) einen unerwünschten Einfluss auf die Lenkwinkel ausüben. Zusätzlich kann eine Neigung der ersten Zylinderstange 116 und der zweiten Zylinderstange 118 (aufgrund der Verdichtung und Ausdehnung eines Aufhängungssystems) einen unerwünschten Einfluss auf die Lenkwinkel ausüben. Der Mechanismus kann diese Bewegungen isolieren, sodass die Lenkwinkel zum Verwenden bei der Erkennung von Fehlern, der Lenksteuerung und der haptischen Rückmeldung genau ermittelt werden. In einigen Fällen kann dies zum Teil durch Anordnen des Sensors/der Sensoren 128 über den Enden der ersten Zylinderstange 116 und der zweiten Zylinderstange 118 an dem ersten Lenkarm 120 bzw. an dem zweiten Lenkarm 122 und Koppeln des Sensors/der Sensoren 128 mit den Enden der ersten Zylinderstange 116 und der zweiten Zylinderstange 118 erreicht werden.
In einigen Fällen können der oder die Sensoren 128 die Hublänge der ersten Zylinderstange 116 bzw. der zweiten Zylinderstange 118 messen, um die Lenkwinkel durch eine kinematische Transformation zu ermitteln. Das heißt, die kinematischen Daten 136 oder eine kinematische Beziehung zwischen der Hublänge der ersten Zylinderstange 116 und der zweiten Zylinderstange 118 können zum Messen des Lenkwinkels des ersten Lenkarms 120 und des zweiten Lenkarms 122 verwendet werden. Ferner können die erste Spurstange 112 und die zweite Spurstange 114 die Länge der ersten Zylinderstange 116 und der zweiten Zylinderstange 118 physisch begrenzen. Daher kann die Hublänge der ersten Zylinderstange 116 und der zweiten Zylinderstange 118 mit den Lenkwinkeln korreliert werden.
Das Ausfallerkennungssystem 124 kann eine Warnsteuerung 138 beinhalten, das zum Ausgeben von Benachrichtigungen, Hinweisen oder anderen Warnungen 140 dient. Beispielsweise kann die Ausfallerkennungssteuerung 126 mit der Warnsteuerung 138 kommunizieren, und in Reaktion darauf kann die Warnsteuerung 138 eine oder mehrere Warnungen 140 ausgeben. Die Warnungen 140 können die Erkennung eines Fehlers innerhalb der Lenkanordnung 102 und/oder bestimmter Komponenten der Lenkanordnung 102 (z. B. der ersten Spurstange 112) angeben. Wenn beispielsweise die erste Zylinderstange 116 bricht, können der erwartete Lenkwinkel und der gemessene Lenkwinkel der ersten Zylinderstange 116 unterschiedlich sein (oder eine Schwellenwertdifferenz aufweisen). Dies kann die Warnung 140 auslösen, die den Ausfall angibt, und in Reaktion darauf kann die Bedienperson die Maschine 100 zum Stillstand bringen. In Fällen, in denen die Maschine 100 ferngesteuert wird, kann die Warnung 140 eine oder mehrere automatische Maßnahmen auslösen (z. B. Anhalten) oder dazu dienen, eine entfernte Bedienperson zu benachrichtigen, damit diese eine oder mehrere Maßnahmen ergreift. In einigen Fällen können die Warnungen 140 akustisch (z. B. eine Reihe von Pieptönen), optisch (z. B. Lichter, Anzeigen usw.), haptisch (z. B. Vibrationen) usw. sein. Die Warnungen 140 können auch eine Informationsausgabe auf einer Benutzeroberfläche (User Interface, UI) innerhalb des Bedienerstandes sein. Die Warnungen 140 können beispielsweise eine Hinweisausgabe auf der Benutzeroberfläche sein, die einen Ausfall einer oder mehrerer Komponenten der Lenkanordnung 102 angibt, um die Wartung der Lenkanordnung 102 zu planen und so weiter.
Das Ausfallerkennungssystem 124 kann zusätzlich eine Bewegungssteuerung 142 beinhalten. In einigen Beispielen kann basierend auf der Erkennung eines Fehlers an der Lenkanordnung 102 die Bewegung der Maschine 100 eingeschränkt oder anderweitig gesteuert werden. Die Bewegungssteuerung 142 kann zum Einschränken, Bremsen oder Verhindern der Bewegung der Maschine 100 ausgelegt sein. Ermittelt beispielsweise die Ausfallerkennungssteuerung 126 einen Fehler, kann die Bewegungssteuerung 142 eine Bremsung auf die Maschine 100 ausüben und/oder die Leistung der Komponenten der Maschine 100 (z. B. des Motors) abschalten. In einigen Fällen kann die Ausfallerkennungssteuerung 126 die Bewegungssteuerung 142 zum Beschränken oder Begrenzen der Bewegung der Maschine 100 anweisen, um weitere Schäden an der Lenkanordnung 102 (oder an Komponenten der Maschine 100) zu verhindern. Zusätzlich oder alternativ kann die Bewegungssteuerung 142 ausgelöst werden, um die Bewegung der Maschine 100 basierend auf den von der Warnsteuerung 138 ausgegebenen Warnungen 140 zu begrenzen oder zu beschränken.
In einigen Fällen kann die Maschine 100 kommunikativ mit einer entfernten Computervorrichtung oder einem Remotesystem 144 gekoppelt sein. Die Maschine 100 kann über ein Netzwerk 146 mit dem Remotesystem 144 in Verbindung stehen. Das Netzwerk 146 kann ein lokales Netzwerk („LAN“), ein größeres Netzwerk wie ein Großraumnetzwerk („WAN“) oder eine Sammlung von Netzwerken, wie das Internet, sein. Zum Implementieren des Netzwerks 146 können Protokolle für die Netzwerkkommunikation (z. B. drahtlose Maschine-zu-Maschine-Kommunikationsprotokolle) wie beispielsweise TCP/IP verwendet werden.
Netzwerkschnittstellen 148 können der Maschine 100 die Kommunikation über das Netzwerk 146 mit dem Remotesystem 144 ermöglichen. Die Netzwerkschnittstellen 148 können eine Kombination aus Hardware, Software und/oder Firmware umfassen und können Softwaretreiber zur Ermöglichung einer beliebigen Vielfalt von protokollbasierter Kommunikation und einer beliebigen Vielfalt von drahtgebundenen und/oder drahtlosen Anschlüssen/Antennen umfassen. Zum Beispiel können die Netzwerkschnittstellen 148 ein oder mehrere von WiFi, Mobilfunk, einer drahtlosen (z. B. IEEE 802.1x-basierten) Schnittstelle, einer Bluetooth® -Schnittstelle und dergleichen umfassen.
In einigen Fällen kann das Remotesystem 144 als ein oder mehrere Server implementiert sein und in einigen Fällen einen Abschnitt einer über das Netzwerk zugänglichen Computerplattform bilden, die als Computerinfrastruktur mit Prozessoren, Speicher, Software, Datenzugriff usw. implementiert ist und über das Netzwerk 146, wie beispielsweise das Internet, verwaltet und zugänglich ist. Cloud-basierte Systeme erfordern möglicherweise keine Kenntnisse des Endbenutzers über den physischen Standort und die Konfiguration des Systems, das die Dienste bereitstellt. Das Remotesystem 144 kann sich beispielsweise in der Umgebung der Maschine 100 (z. B. auf der Baustelle) und/oder von dieser Umgebung entfernt befinden. Gängige Ausdrücke, die mit dem Remotesystem 144 verbunden sind, beinhalten „On-Demand-Computing“ „Software as a Service (SaaS)“, „Platform Computing“, „netzzugängliche Plattform“, „Cloud-Dienste“, „Rechenzentren“ und so weiter.
In jedem der hierin beschriebenen Beispiele kann die Funktionalität des Ausfallerkennungssystems 124 so verteilt sein, dass bestimmte Arbeitsabläufe von der Maschine 100 und andere Arbeitsabläufe von dem Remotesystem 144 betrieben werden. Da beispielsweise das Remotesystem 144 über eine Rechenkapazität verfügt, die die der Maschine 100 bei weitem übersteigt, kann das Remotesystem 144 aus den Sensordaten 130 Muster zum genauen Ermitteln von Ausfällen an der Lenkanordnung 102 ermitteln. In solchen Fällen kann/können der/die Sensor(en) 128 die Sensordaten 130 erzeugen, die die Lenkwinkel angeben, und die Sensordaten 130 können an das Remotesystem 144 übertragen werden. In Reaktion darauf kann das Remotesystem 144 die Sensordaten 130, die die Lenkwinkel vergleichen, zur Verwendung bei der Ermittlung von Fehlern der Lenkanordnung 102 analysieren. In Fällen, in denen das Remotesystem 144 einen Fehler ermittelt, kann das Remotesystem 144 die Warnung 140 zur Ausgabe zurück an die Maschine 100 übertragen. Zusätzlich oder alternativ kann das Remotesystem 144 mit der entfernten Bedienperson kommunizieren, um die Warnung 140 auszugeben. Ferner kann das Remotesystem 144 die Maschine 100 über die Bewegungssteuerung 142 zum Einschränken oder Anhalten der Bewegung anweisen. Dementsprechend kann das Remotesystem 144 Arbeitsabläufe der Maschine 100 steuern und/oder Fehler der Lenkanordnung 102 ermitteln.
Obwohl als bestimmte Komponenten beinhaltend dargestellt, kann die Maschine 100 weiterhin eine Anzahl anderer Komponenten innerhalb des Bedienerstandes beinhalten, wie beispielsweise einen oder mehrere Positionssensoren (z. B. ein globales Positionsbestimmungssystem (GPS)), ein Klimaanlagensystem, ein Heizsystem, Kollisionsvermeidungssysteme, Kameras, usw. Diese Komponenten und/oder Systeme werden durch jeden geeigneten Mechanismus angetrieben, wie beispielsweise durch eine Gleichstromversorgung, die von dem Motor zusammen mit einem Generator (nicht dargestellt) und/oder einem Wechselrichter (nicht dargestellt) angetrieben wird, eine Wechselstromversorgung, die von dem Motor und einem Generator angetrieben wird, und/oder durch mechanische Kopplung mit dem Motor. Die Maschine 100 kann Steuerungen beinhalten, die kommunikativ mit den Komponenten und/oder Systemen zum Steuern ihres Betriebs gekoppelt sind.
Die Maschine 100, Steuerungen oder Module der Maschine 100 (z. B. die Ausfallerkennungssteuerung 126) können einen oder mehrere Prozessoren und/oder Speicher beinhalten. Der/die Prozessor(en) kann/können die in dem Speicher gespeicherten Vorgänge ausführen. Wo vorhanden, kann der Prozessor bzw. können die Prozessoren mehrere Prozessoren und/oder einen Prozessor mit mehreren Kernen beinhalten. Darüber hinaus kann/können der/die Prozessor(en) einen oder mehrere Kerne unterschiedlichen Typs umfassen. Der/die Prozessor(en) kann/können zum Beispiel Anwendungsprozessoreinheiten, Grafikverarbeitungseinheiten und so weiter umfassen. In einer Implementierung kann der Prozessor bzw. können die Prozessoren aus einem Mikrocontroller und/oder einem Mikroprozessor bestehen. Der/die Prozessor(en) kann/können eine Grafikverarbeitungseinheit (GPU), einen Mikroprozessor, einen digitalen Signalprozessor oder andere in der Technik bekannte Verarbeitungseinheiten oder Komponenten umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann die hierin beschriebene Funktion zumindest teilweise von einer oder mehreren Hardware-Logikkomponenten ausgeführt werden. Zu den beispielhaften Arten von Hardware-Logikkomponenten, die verwendet werden können, gehören beispielsweise und ohne Einschränkung feldprogrammierbare Gate-Arrays (FPGAs), anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs), anwendungsspezifische Standardprodukte (ASSPs), System-on-a-chip-Systeme (SOCs), komplexe programmierbare Logikbausteine (CPLDs) usw. Zusätzlich kann jeder des einen oder der mehreren Prozessoren über seinen eigenen lokalen Speicher verfügen, in dem auch Programmkomponenten, Programmdaten und/oder ein oder mehrere Betriebssysteme gespeichert werden können.
Der Speicher kann flüchtigen und nicht-flüchtigen Speicher, entfernbare und nicht entfernbare Medien beinhalten, die in einem beliebigen Verfahren oder einer beliebigen Technologie zur Speicherung von Informationen implementiert sind, wie z. B. computerlesbare Anweisungen, Datenstrukturen, Programmkomponenten oder andere Daten. Ein solcher Speicher kann beinhalten, ist aber nicht beschränkt auf RAM, ROM, EEPROM, Flash-Speicher oder andere Speichertechnologien, CD-ROM, Digital Versatile Disks (DVD) oder andere optische Speicher, Magnetkassetten, Magnetbänder, Magnetplattenspeicher oder andere magnetische Speichervorrichtungen, RAID-Speichersysteme oder jedes andere Medium, das zum Speichern der gewünschten Informationen verwendet werden kann und auf das eine Rechenvorrichtung zugreifen kann. Der Speicher kann als computerlesbare Speichermedien („CRSM“) implementiert sein, bei denen es sich um beliebige verfügbare physische Medien handeln kann, auf die der/ die Prozessor(en) zur Ausführung von im Speicher gespeicherten Anweisungen zugreifen können. In einer Grundimplementierung kann das CRSM einen Direktzugriffsspeicher („RAM“) und einen Flash-Speicher umfassen. In anderen Implementierungen kann CRSM einen Festwertspeicher („ROM“), einen elektrisch löschbaren, programmierbaren Festwertspeicher („EEPROM“) oder jedes andere greifbare Medium umfassen, das zum Speichern der gewünschten Informationen verwendet werden kann und auf das der/die Prozessor(en) zugreifen können.
Die Maschine 100 und/oder das Remotesystem 144 können Komponenten zum Ermitteln von Ausfällen der Lenkanordnung 102 beinhalten. Die Maschine 100 und das Remotesystem 144 können kommunikativ miteinander gekoppelt sein, um eine Fernsteuerung der Maschine und eine Übertragung von Daten zu ermöglichen. Falls Ausfälle erkannt werden, können Warnungen 140 ausgegeben werden und/oder die Bewegung der Maschine 100 kann begrenzt werden. Der zum Ermitteln von Fehlern verwendete Sensor 128 kann sich zur Senkung von Reparaturkosten, Zeit und Aufwand außerhalb der Zylinderstangen befinden. Die Maschine 100 kann wiederum eine erhöhte Verfügbarkeit aufweisen.
2 veranschaulicht eine teilweise Detailansicht der Lenkanordnung 102. Insbesondere veranschaulicht 2 eine Seite der Lenkanordnung 102, wie beispielsweise die erste Spurstange 112, die erste Zylinderstange 116 und den ersten Lenkarm 120. Obwohl sich die Erörterung hierin auf eine Seite der Lenkanordnung 102 bezieht, ist zu verstehen, dass die zweite Spurstange 114, die zweite Zylinderstange 118 und der zweite Lenkarm 122 ähnlich funktionieren können. Zusätzlich entfällt in 2 der Rahmen 104, an dem die Mittelstange 110 und die erste Zylinderstange 116 gekoppelt sind.
Die erste Spurstange 112 ist als ein mit der Mittelstange 110 gekoppeltes erstes Ende 200 und ein mit dem ersten Lenkarm 120 gekoppeltes zweites Ende 202 beinhaltend dargestellt. In einigen Fällen kann das erste Ende 200 mit der Mittelstange 110 über einen Zapfen gekoppelt sein, der durch entsprechende Kanäle oder Durchgänge in der Mittelstange 110 und der ersten Spurstange 112 (z. B. Gelenkköpfe) angeordnet ist. Zusätzlich können Lager (z. B. kugelförmige Lager, Achsschenkel, Gelenke, usw.) die Schwenkbewegung der ersten Spurstange 112 unterstützen. In ähnlicher Weise kann das zweite Ende 202 mit dem ersten Lenkarm 120 über einen Zapfen gekoppelt sein, der durch entsprechende Kanäle oder Durchgänge in dem ersten Lenkarm 120 und der ersten Spurstange 112 (z. B. Gelenkköpfe) angeordnet ist. Lager können die Schwenkbewegung der ersten Spurstange 112 unterstützen. In einigen Fällen kann sich die erste Spurstange 112 in der Länge anpassen.
Die erste Zylinderstange 116 beinhaltet ein zum Koppeln mit dem Rahmen 104 ausgelegtes erstes Ende 204 (in 2 nicht dargestellt) und ein mit dem ersten Lenkarm 120 gekoppeltes zweites Ende 206. In einigen Fällen kann das erste Ende 204 mit dem Rahmen 104 über einen Zapfen gekoppelt sein, der durch entsprechende Kanäle oder Durchgänge in dem Rahmen 104 und der ersten Zylinderstange 116 angeordnet ist. Zusätzlich können Lager (z. B. kugelförmige Lager) die Schwenkbewegung der ersten Zylinderstange 116 um oder relativ zu dem Rahmen 104 unterstützen. In ähnlicher Weise kann das zweite Ende 206 mit dem ersten Lenkarm 120 über einen Zapfen gekoppelt sein, der durch entsprechende Kanäle oder Durchgänge in dem ersten Lenkarm 120 und der ersten Zylinderstange 116 angeordnet ist. Lager können die Schwenkbewegung der ersten Zylinderstange 116 unterstützen. Ferner kann, wie vorstehend in Bezug auf 1 erläutert, die erste Zylinderstange 116 einen Zylinderabschnitt und einen Stangenabschnitt beinhalten. Der Stangenabschnitt kann sich in verschiedenen Längen von dem Zylinderabschnitt erstrecken, um die Maschine 100 unter Verwendung von Pneumatik oder Hydraulik zu lenken. In einigen Fällen kann der Zylinderabschnitt mit dem Rahmen 104 oder dem ersten Lenkarm 120 gekoppelt sein, und der Stangenabschnitt kann mit dem Rahmen 104 oder dem ersten Lenkarm 120 gekoppelt sein.
Die erste Zylinderstange 116 ist als eine Längsachse 208 beinhaltend dargestellt, die sich mittig durch die erste Zylinderstange 116, entlang einer Länge der ersten Zylinderstange 116, zwischen dem ersten Ende 204 und dem zweiten Ende 206 erstreckt. Wenn die Maschine 100 manövriert oder die erste Zylinderstange 116 zum Lenken der Maschine 100 betätigt wird, kann die erste Zylinderstange 116 in einigen Fällen eine Drehung (z. B. Rollen, Verdrehen usw.) um die Längsachse 208 erfahren. In einigen Fällen kann der Zylinderabschnitt und/oder der Stangenabschnitt der ersten Zylinderstange 116 eine Drehbewegung erfahren. Die Lager, mit denen die erste Zylinderstange 116 mit dem Rahmen 104 und dem ersten Lenkarm 120 gekoppelt ist, können diese Drehung unterstützen oder ermöglichen. Die Drehbewegung kann zum Teil als eine Folge der Fahrt der Maschine 100 über unebenes Gelände oder während der Betätigung der ersten Zylinderstange 116 zum Aus- oder Einfahren entstehen.
Der erste Lenkarm 120 kann mit Aufhängungskomponenten 210 der Maschine 100, wie beispielsweise einer Feder, einem Federbein oder einem Dämpfer, gekoppelt sein. Die Aufhängungskomponenten 210 können einer Bedienperson der Maschine 100 Komfort bereitstellen und/oder die Beibehaltung der Steuerung der Maschine 100 während des Betriebs unterstützten. Die Aufhängungskomponenten 210 können eine vertikale Verschiebung zu der Maschine 100 (Y-Richtung) ermöglichen. Wie dargestellt, können die Aufhängungskomponenten 210 mit dem ersten Lenkarm 120 an einer Position gekoppelt sein, der von der Position versetzt ist, an dem die erste Spurstange 112 und die erste Zylinderstange 116 mit dem ersten Lenkarm 120 gekoppelt sind. Die Aufhängungskomponenten 210 können eine Nickbewegung (z. B. Y-Richtung) in die erste Zylinderstange 116 übertragen. Beispielsweise kann sich die erste Zylinderstange 116 beim Ausfahren und Zusammendrücken der Aufhängungskomponenten mit der Bewegung der Maschine 100 auf und ab bewegen. In solchen Fällen kann die erste Zylinderstange 116 ausfahren oder einfahren.
In einigen Fällen kann der erste Lenkarm 120 einen Achsschenkelbolzen 216 beinhalten, der einen Hauptschwenkpunkt an dem ersten Lenkarm 120 darstellt. Der Achsschenkelbolzen 216 kann als eine Achse dienen, um die sich die Räder oder ein mit dem ersten Lenkarm 120 gekoppeltes Rad drehen.
Eine Halterung 212 ist als mit dem ersten Lenkarm 120 gekoppelt dargestellt. Die Halterung 212 ordnet einen Sensor relativ zu dem zweiten Ende 206 der ersten Zylinderstange 116 an, und der Sensor ist zum Messen einer Winkelverschiebung der ersten Zylinderstange relativ zu dem ersten Lenkarm 120 ausgestaltet. Die Halterung 212 ist beispielsweise als mehrere Seiten oder Flächen beinhaltend dargestellt, die im Allgemeinen eine U-Form bilden können. Wie mit Bezug auf 3 nachstehend näher erläutert, kann die Halterung 212 eine erste Fläche, die mit einer Unterseite des ersten Lenkarms 120 gekoppelt ist, eine sich von der ersten Fläche (z. B. in Y-Richtung) erstreckende zweite Fläche und eine sich von der zweiten Fläche erstreckende dritte Fläche beinhalten. Die dritte Fläche kann einen Sensor unter den Sensoren 128 vertikal über dem zweiten Ende 206 der ersten Zylinderstange 116 anordnen. Beispielsweise kann der Sensor vertikal über einem durch das zweite Ende 206 der ersten Zylinderstange 116 und den ersten Lenkarm 120 angeordneten Zapfen angeordnet sein. Wie hierin erläutert, können Abschnitte des Sensors zum Messen einer Winkelverschiebung der ersten Zylinderstange 116 relativ zu dem ersten Lenkarm 120 (z. B. zum Ermitteln des ersten Lenkwinkels 132) auch mit der ersten Zylinderstange 116 gekoppelt sein. Darüber hinaus kann der Sensor, wie dargestellt, außerhalb der ersten Zylinderstange 116 liegen bzw. nicht in diese integriert sein. Dies kann den Austausch des Sensors in kürzerer Zeit und/oder zu geringeren Kosten ermöglichen.
In einigen Fällen kann der Sensor auf die Längsachse 208 der ersten Zylinderstange 116 ausgerichtet sein. Dies kann eine genaue Messung des ersten Lenkwinkels 132 ermöglichen. Darüber hinaus kann der Sensor mit einer Achse 214 des ersten Lenkarms 120 ausgerichtet sein. In einigen Fällen kann sich die Achse 214 entlang einer zentralen Position des ersten Lenkarms 120 erstrecken und kann durch einen Punkt angeordnet sein, an dem die erste Zylinderstange 116 mit dem ersten Lenkarm 120 gekoppelt ist. Mit anderen Worten kann die Achse 214 durch einen ersten Drehpunkt, um den die erste Zylinderstange 116 mit dem ersten Lenkarm 120 gekoppelt ist (z. B. Zapfen), und einen mit dem Achsschenkelbolzen 216 des ersten Lenkarms 120 verbundenen zweiten Punkt (durch eine vom Achsschenkelbolzen 216 definierte Drehachse) verlaufen. Das heißt, die Achse 214 kann sich durch die Mitte des Achsschenkelbolzens 216 zu der Mitte des Zapfens erstrecken, der die erste Zylinderstange 116 mit dem ersten Lenkarm 120 koppelt.
Der Sensor kann den ersten Lenkwinkel 132 messen, der zwischen der Längsachse 208 und der Achse 214 angeordnet ist. In 2 ist der erste Lenkwinkel 132 als sich zwischen der Längsachse 208 und der Achse 214 erstreckend dargestellt. Während die Maschine 100 arbeitet und die erste Zylinderstange 116 aus- oder einfährt, kann sich der erste Lenkwinkel 132 vergrößern oder verkleinern und der Sensor kann den ersten Lenkwinkel 132 messen. Das Ausfahren der ersten Zylinderstange 116 ergibt einen Winkel mit einem monotonen Verhältnis. Wie hierin erläutert, können die Halterung 212 und die Sensoranordnung Bewegungen der Aufhängungskomponenten (z. B. vertikal in Y-Richtung) und/oder Drehungen der ersten Zylinderstange 116 (z. B. um die X-Achse) isolieren, um nur Winkelverschiebungen, z. B. Drehungen um die Y-Achse zum Ermitteln des ersten Lenkwinkels 132, zu messen. Auf diese Weise kann der Sensor den ersten Lenkwinkel 132 zur Verwendung durch die Ausfallerkennungssteuerung 126, die Fehler der Lenkanordnung 102 ermittelt, genau messen. Obwohl eine bestimmte Form oder Ausführung der Halterung 212 dargestellt ist, können andere Halterungen zur Positionierung des Sensors an der Längsachse 208 der ersten Zylinderstange 116 enthalten sein. Beispielsweise können andere Halterungen den Sensor auf der Längsachse 208 positionieren, wobei ein Teil des Sensors mit dem ersten Lenkarm 120 stationär bleibt und ein anderer Teil des Sensors die Drehung der ersten Zylinderstange 116 (wie hierin erläutert) verfolgt.
3 veranschaulicht eine Detailansicht der Lenkanordnung 102 mit ausgelassenen Rädern 106 zur Veranschaulichung der Komponenten der Lenkanordnung 102. Wie vorstehend erläutert, können die erste Spurstange 112 und die erste Zylinderstange 116 mit dem ersten Lenkarm 120 (z. B. über durch Gelenklager angeordnete Zapfen) gekoppelt sein.
Die Halterung 212 kann mehrere Seiten oder Flächen zum vertikalen Anordnen des Sensors über (z. B. in Y-Richtung) dem zweiten Ende 206 der ersten Zylinderstange 116 beinhalten. Eine erste Fläche 300 der Halterung 212 (z. B. die Unterseite) kann beispielsweise mit einer unteren Fläche 302 des ersten Lenkarms 120 gekoppelt sein. Eine zweite Fläche 304 (z. B. eine Seite) kann sich von der ersten Fläche 300 um das Äußere (oder die Seite) des ersten Lenkarms 120 erstrecken. Beispielsweise kann sich, wie dargestellt, die zweite Fläche 304 von der ersten Fläche 300 und in einer Richtung zu einer oberen Fläche 306 des ersten Lenkarms 120 (z. B. in Y-Richtung) erstrecken. Zusätzlich können, wie dargestellt, die erste Spurstange 112 und die erste Zylinderstange 116 entlang oder an der oberen Fläche 306 mit dem ersten Lenkarm 120 gekoppelt sein. Zusätzlich beinhaltet die Halterung 212 eine dritte Fläche 308, die sich von der zweiten Fläche 304 über den ersten Lenkarm 120 (X-Richtung) erstreckt. Die Anordnung der dritten Fläche 308 über dem ersten Lenkarm 120 oder über der oberen Fläche 306 ermöglicht die vertikale Anordnung des Sensors über der ersten Zylinderstange 116.
In einigen Fällen kann der Sensor mit der dritten Fläche 308 gekoppelt sein, sodass der Sensor konzentrisch mit einem Zapfen oder Drehpunkt des zweiten Endes 206 der ersten Zylinderstange 116 relativ zu dem ersten Lenkarm 120 ist. In einigen Fällen kann eine Platte oder ein Flansch mit der dritten Fläche 308 (z. B. durch Befestigungselemente, Schweißen oder dergleichen) gekoppelt sein. Dabei kann der Sensor so mit dem Flansch gekoppelt sein, sodass der Sensor über dem zweiten Ende 206 der ersten Zylinderstange 116, zwischen dem Flansch und dem zweiten Ende 206 der ersten Zylinderstange 116 liegt. Da sich die erste Zylinderstange 116, wie hierin erläutert, auf und ab bewegen (z. B. in Y-Richtung) oder drehen (z. B. um ihre Längsachse) kann, ermöglicht die Position des Sensors das Ermitteln der Drehverschiebung der ersten Zylinderstange 116 (z. B. um die Y-Achse), ohne durch diese Effekte beeinflusst zu werden. Auf diese Weise kann der Sensor den ersten Lenkwinkel 132 zur Verwendung durch die Ausfallerkennungssteuerung 126 (und/oder einer Lenksteuerung), die Ausfälle erkennt, genau messen.
4 veranschaulicht eine Detailansicht, die einen über dem zweiten Ende 206 der ersten Zylinderstange 116 angeordneten Sensor 400 darstellt. Einige der Komponenten in 4 sind durch gestrichelte Linien dargestellt, um ihre Position vor oder hinter anderen Komponenten zu veranschaulichen. 4 veranschaulicht Teilansichten von Komponenten der Lenkanordnung 102, wie beispielsweise die erste Spurstange 112, die erste Zylinderstange 116 und/oder den ersten Lenkarm 120. Zusätzlich sind in 4 Abschnitte der Halterung 212 transparent dargestellt, um den Sensor 400 oder zusätzliche Komponenten der Lenkanordnung 102 zu veranschaulichen.
Wie vorstehend erläutert, kann die Halterung 212 mit dem ersten Lenkarm 120 gekoppelt sein, um die dritte Fläche 308 über dem zweiten Ende 206 der ersten Zylinderstange 116 anzuordnen. In 4 ist beispielsweise die sich entlang einer Seite des ersten Lenkarms 120 erstreckende zweite Fläche 304 dargestellt, und die dritte Fläche 308 erstreckt sich über das zweite Ende 206 der ersten Zylinderstange 116. Zusätzlich veranschaulicht 4 einen mit der Halterung 212 (z. B. an der dritten Fläche 308) (z. B. über Befestigungselemente) gekoppelten Flansch 402. Wie dargestellt, kann der Sensor 400 mit dem Flansch 402 gekoppelt sein. In einigen Fällen kann die dritte Fläche 308 jedoch ausreichend groß zum Aufnehmen des Sensors 400 sein, sodass der Flansch 402 in solchen Fällen entfallen kann.
Der Sensor 400 kann vertikal über (z. B. in Y-Richtung) dem zweiten Ende 206 der ersten Zylinderstange 116 angeordnet sein. In einigen Fällen kann eine Mitte des Sensors 400 mit einem Drehpunkt 404 des zweiten Endes 206 der ersten Zylinderstange 116 ausgerichtet sein oder der Sensor 400 kann vertikal darauf ausgerichtet sein. Die erste Zylinderstange 116 kann sich beispielsweise während des Lenkens der Maschine 100 um den Drehpunkt 404 drehen. In einigen Fällen kann der Drehpunkt 404 mit einem Punkt eines Zapfens verbunden sein, der die erste Zylinderstange 116 mit dem ersten Lenkarm 120 koppelt. Auf diese Weise kann der Sensor 400 den ersten Lenkwinkel 132 messen. An dieser Position kann der Sensor 400 Winkel zur Verwendung bei der Ermittlung eines Bruchs oder Ausfalls von Komponenten innerhalb der Lenkanordnung 102 erkennen.
Der Sensor 400 kann einen Arm 406 beinhalten oder mit diesem gekoppelt sein. Der Arm 406 kann mit einer Gelenkstange gekoppelt sein (in 5 näher dargestellt und nachstehend erläutert). Die Gelenkstange kann mit der ersten Zylinderstange 116 an dem zweiten Ende 206 gekoppelt sein. Wenn sich die erste Zylinderstange 116 dreht, kann sich die Gelenkstange dadurch entsprechend bewegen. Diese Bewegung kann auf den Arm 406 übertragen werden und der Sensor 400 kann wiederum die Verschiebung des Arms 406 zum Messen des ersten Lenkwinkels 132 (z. B. um die Y-Achse) messen. Somit kann sich der Arm 406 mit einer Bewegung oder Drehung der ersten Zylinderstange 116 durch Kopplung mit der ersten Zylinderstange 116 an dem zweiten Ende 206 bewegen. Zudem kann der Sensor 400 von Drehbewegungen der ersten Zylinderstange 116 (um die X-Achse) oder vertikalen Bewegungen (in Y-Richtung) des ersten Lenkarms 120 isoliert sein. Diese Bewegungen können, wenn sie gemessen werden, den ersten Lenkwinkel 132 beeinflussen und zu falschen Messungen des ersten Lenkwinkels 132 führen. Durch Isolieren des Sensors 400 kann der erste Lenkwinkel 132 jedoch genau gemessen werden. Das heißt, da die Halterung 212 mit dem ersten Lenkarm 120 gekoppelt ist, kann sich der Sensor 400 mit Verschiebungen der Aufhängungskomponenten 210 vertikal bewegen. Zusätzlich befindet sich der Sensor 400 außerhalb der ersten Zylinderstange 116, um das Erkennen von Drehbewegungen (um die X-Achse) zu vermeiden, die den ersten Lenkwinkel 132 beeinflussen könnten. In einigen Fällen können der Sensor 400, die Halterung 212 und/oder der Flansch 402 einen Anpassungsmechanismus beinhalten, um den Sensor 400 im Wesentlichen über dem Drehpunkt 404 oder über dem Zapfen auszurichten.
Der Sensor 400 kann ein niedriges Profil beinhalten, um zwischen der Halterung 212 (oder dem Flansch 402) und der ersten Zylinderstange 116 angeordnet zu werden. In einigen Fällen kann der Sensor 400 einen ausreichenden Winkeldrehbetrag beinhalten. Beispielsweise kann der Sensor 400 eine Winkeldrehung von 110 Grad messen. Der Sensor 400 kann eine Lenkauflösung von 0,035 Grad der Drehung pro Bit oder besser beinhalten. Mit diesem Auflösungsgrad kann die haptische Rückmeldung gesteuert werden, ohne dass die Bedienperson unerwünschte Drehmomentwelligkeit oder Vibrationseingaben von dem Lenkrad oder dem Steuerhebel wahrnimmt.
5 ist eine Draufsicht auf die in 4 veranschaulichten Komponenten, einschließlich des Sensors 400 und der ersten Zylinderstange 116. In 5 ist die Halterung 212 in verdeckten Linien dargestellt, um die Komponenten, einschließlich des Sensors 400, der Lenkanordnung 102 besser zu veranschaulichen.
Wie vorstehend in 4 vorgestellt, kann der Sensor 400 mit dem Flansch 402 oder der dritten Fläche 308 der Halterung 212 gekoppelt sein. Zusätzlich ist der Arm 406 mit dem Sensor 400 gekoppelt und erstreckt sich in einer Richtung weg von dem Drehpunkt 404 oder radial nach außen von dem Arm 406. Der Arm 406 ist mit einer Gelenkstange 500 gekoppelt. Die Gelenkstange 500 beinhaltet ein mit dem Arm 406 schwenkbar (z. B. über ein Gelenk und ein Befestigungselement) gekoppeltes proximales Ende 508 und ein mit der ersten Zylinderstange 116 schwenkbar (z. B. über ein Gelenk und ein Befestigungselement) gekoppeltes distales Ende 510. Genauer gesagt kann die Gelenkstange 500 einen mit dem Arm 406 gekoppelten ersten Abschnitt 502 und einen mit dem zweiten Ende 206 der ersten Zylinderstange 116 gekoppelten zweiten Abschnitt 504 beinhalten. Der erste Abschnitt 502 und der zweite Abschnitt 504 können miteinander wirkverbunden sein. Insbesondere können der erste Abschnitt 502 und der zweite Abschnitt 504 zum relativen Bewegen zueinander bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Befestigung ausgelegt sein. Außerdem kann, wie dargestellt, der zweite Abschnitt 504 über ein Befestigungselement 506 mit dem zweiten Ende 206 der ersten Zylinderstange 116 gekoppelt sein. In einigen Fällen kann der zweite Abschnitt 504 kugelförmige Enden oder Gelenke (z. B. ein Kugelgelenk) beinhalten, durch die das Befestigungselement 506 angeordnet ist, um eine Schwenkbewegung des zweiten Abschnitts 504 relativ zu der ersten Zylinderstange 116 zu ermöglichen. Weitere Einzelheiten und Merkmale der Gelenkstange werden nachfolgend unter Bezugnahme auf 6. beschrieben.
Obwohl als „Gelenkstange“ bezeichnet, kann die „Gelenkstange“ allgemeiner eine Stange darstellen. Obwohl die Gelenkstange 500 als zwei Abschnitte beinhaltend dargestellt ist, können die Gelenkstange 500 oder andere Stangen mehr oder weniger Abschnitte beinhalten, um die Drehung um die Y-Achse von anderen Nick-/Rollbewegungen zu isolieren.
Das Koppeln der Gelenkstange 500 mit dem Arm 406 kann das Erfassen der Drehbewegung der ersten Zylinderstange 116 durch den Sensor 400 ermöglichen. Das heißt, während sich das zweite Ende 206 der ersten Zylinderstange 116 dreht, kann sich die Gelenkstange 500 durch die Kopplung der Gelenkstange 500 mit dem zweiten Ende 206 der ersten Zylinderstange 116 entsprechend bewegen. Der Sensor 400 kann die Bewegung mit dem ersten Lenkwinkel 132 verbinden, wie er zwischen der Längsachse 208 und der Achse 214 gemessen wird. In einigen Fällen kann das Befestigungselement 506 zudem auf die Längsachse 208 der ersten Zylinderstange 116 ausgerichtet sein. Dies ermöglicht der Gelenkstange 500 eine entsprechende Bewegung mit der ersten Zylinderstange 116 und erlaubt die genaue Messung des ersten Lenkwinkels 132 durch den Sensor 400.
Die Gelenkstange 500 kann die Roll- und Nickbewegungen der ersten Zylinderstange 116 isolieren. Ohne die Gelenkstange 500 kann der Sensor 400 beispielsweise irreführende oder ungenaue Lenkwinkel erkennen. Mit anderen Worten kann die Position des Sensors 400 und die Kopplung der Gelenkstange 500 mit dem Sensor 400 über den Arm 406 das Einbringen von Interferenzen aus anderen Freiheitsgraden, die nicht mit dem ersten Lenkwinkel 132 zusammenhängen (z. B. vertikale Verschiebung der Aufhängungskomponenten 210 und/oder Roll- und Nickbewegungen der ersten Zylinderstange 116) vermeiden. Somit kann der Sensor 400 mit dem zweiten Ende 206 der ersten Zylinderstange 116 zum Reduzieren von Einflüssen, die durch das Rollen der ersten Zylinderstange 116 verbreitet werden, wirkgekoppelt sein.
6 veranschaulicht eine Teilansicht der Lenkanordnung 102. In 6 ist die Halterung 212 entfernt, um die Position und Ausrichtung der Gelenkstange 500 sowie die Verbindung zwischen der Gelenkstange 500, dem Arm 406 und der ersten Zylinderstange 116 zu veranschaulichen. Wie vorstehend vorgestellt, kann das zweite Ende 206 der ersten Zylinderstange 116 schwenkbar mit dem ersten Lenkarm 120 gekoppelt sein. Beispielsweise kann das zweite Ende 206 einen Gelenkkopf 600 beinhalten, durch den ein Zapfen 602 angeordnet ist. Der Gelenkkopf 600 kann auch ein Lager zum Unterstützen der Drehbewegung der ersten Zylinderstange 116 um den Zapfen 602 beinhalten. Beispielsweise kann ein Gelenklager zusätzlich zu der Drehbewegung der ersten Zylinderstange 116 auch die Roll- und Nickbewegungen der ersten Zylinderstange 116 ermöglichen. Ein Befestigungselement 604 (z. B. eine Mutter) kann den Zapfen 602 an dem ersten Lenkarm 120 sichern. Auf diese Weise kann das zweite Ende 206 der ersten Zylinderstange 116 schwenkbar mit dem ersten Lenkarm 120 gekoppelt sein. Der Gelenkkopf 600 (z. B. sphärisch) kann eine Drehbewegung des zweiten Endes 206 um den Zapfen 602 bereitstellen.
Der Sensor 400 ist derart mit dem Flansch 402 gekoppelt, dass er zwischen dem Flansch 402 und dem Zapfen 602 angeordnet ist. Der Sensor 400 kann den Arm 406 beinhalten oder mit ihm gekoppelt sein. Wie dargestellt, kann sich der Arm 406 von einer vertikal über dem Zapfen 602 (oder einer Oberseite des Gelenkkopfes 600) angeordneten Position bis zu einer Position entlang einer Seite des Zapfens 602 (oder einer Seite des Gelenkkopfes 600) erstrecken. Der erste Abschnitt 502 der Gelenkstange 500 ist mit einem Ende des Arms 406 gekoppelt, das einer Position gegenüberliegt, in der der Arm 406 mit dem Sensor 400 gekoppelt ist. In einigen Fällen kann der erste Abschnitt 502 kugelförmige Enden oder Gelenke (z. B. Kugelgelenke) beinhalten, durch die ein Befestigungselement zum Koppeln der Gelenkstange 500 mit dem Arm 406 angeordnet ist. Das Gelenk kann eine Drehung oder Schwenkbewegung des ersten Abschnitts 502 relativ zu dem Arm 406 ermöglichen.
Der zweite Abschnitt 504 ist mit dem Gelenkkopf 600 an einer Position entlang der Längsachse 208 der ersten Zylinderstange 116 gekoppelt. Beispielsweise kann das Befestigungselement 506 (in 6 nicht dargestellt) durch ein Gelenklager 606 des zweiten Abschnitts 504 angeordnet sein. Das Befestigungselement 506 kann auf die Längsachse 208 der ersten Zylinderstange 116 ausgerichtet sein. Allgemeiner kann die Gelenkstange 500 frei zum Schwenken um eine Position oder einen Punkt sein, der mit der Längsachse 208 der ersten Zylinderstange 116 zusammenfällt. Der Gelenkkopf 600 kann eine Aufnahme (z. B. Profile) zum Aufnehmen des Befestigungselements 506 beinhalten.
Der erste Abschnitt 502 und der zweite Abschnitt 504 der Gelenkstange 500 können miteinander wirkgekoppelt sein, um eine Messung der Bewegung des Gelenkkopfes 600 durch den Sensor 400 zu ermöglichen. Das heißt, wenn die erste Zylinderstange 116 aus- und einfährt und dadurch die Maschine 100 lenkt, kann die Kopplung der Gelenkstange 500 mit der ersten Zylinderstange 116 dem Arm 406 eine Bewegung vermitteln. Die Bewegung des Arms 406 und die Kopplung des Arms 406 mit dem Sensor 400 kann zum Ermitteln des ersten Lenkwinkels 132 erfasst werden. In einigen Fällen kann der Sensor 400 einen monotonen Wert ausgeben, der darstellt, ob der erste Lenkwinkel 132 mit einem Hub der ersten Zylinderstange 116 relativ zu einer Referenzposition entweder zunimmt oder abnimmt.
In einigen Fällen kann der Sensor 400 ein Sensorsystem oder eine Anordnung darstellen, die den Sensor 400, den Arm 406 und/oder die Gelenkstange 500 zur Messung des ersten Lenkwinkels 132 beinhaltet. Zudem können, obwohl sich die obige Erläuterung auf den ersten Lenkarm 120 oder eine an den ersten Lenkarm 120 angeordnete oder damit gekoppelte Komponente bezieht, ähnliche und gleiche Komponenten auch an dem zweiten Lenkarm 122 angeordnet oder damit gekoppelt sein. Somit kann die Maschine 100 Sensoren 128 beinhalten, die nicht gemeinsam angeordnet sind oder die sich an separaten Komponenten der Maschine 100, wie beispielsweise an einer ersten Seite und einer zweiten Seite (d. h. einander gegenüber) befinden.
7 veranschaulicht einen Prozess 700 zum Ermitteln von Lenkwinkeln der Maschine 100 zur Verwendung bei der Ermittlung von Lenkwinkeln der Maschine 100 und/oder eines Ausfalls einer oder mehrerer Komponenten der Lenkanordnung 102. Der hierin beschriebene Prozess 700 ist als Sammlungen von Blöcken in logischen Ablaufdiagrammen dargestellt, die eine Abfolge von Arbeitsabläufen repräsentieren, von denen einige oder alle in Hardware, Software oder einer Kombination davon implementiert sein können. Im Zusammenhang mit Software können die Blöcke computerausführbare Anweisungen darstellen, die auf einem oder mehreren computerlesbaren Medien gespeichert sind und bei Ausführung durch einen oder mehrere Prozessoren die Prozessoren zur Durchführung der erwähnten Arbeitsabläufe programmieren. Im Allgemeinen beinhalten computerausführbare Anweisungen Routinen, Programme, Objekte, Komponenten, Datenstrukturen und dergleichen, die bestimmte Funktionen ausführen oder bestimmte Datentypen implementieren. Die Reihenfolge, in der die Blöcke beschrieben werden, ist nicht als Einschränkung zu verstehen, es sei denn, dies ist ausdrücklich vermerkt. Eine beliebige Anzahl der beschriebenen Blöcke kann in beliebiger Reihenfolge und/oder parallel kombiniert werden, um den Prozess 700 oder alternative Prozesse zu implementieren, und es müssen nicht alle Blöcke ausgeführt werden. Zu Erläuterungszwecken wird der Prozess 700 unter Bezugnahme auf die in den Beispielen hierin beschriebenen Umgebungen, Maschinen, Architekturen und Systeme beschrieben, wie beispielsweise diejenigen, die in Bezug auf die 1 bis 6 beschrieben sind, obwohl der Prozess 700 in einer Vielzahl anderer Umgebungen, Maschinen, Architekturen und Systeme implementiert werden kann.
In einigen Fällen kann der Prozess 700 von der Maschine 100 und/oder dem Remotesystem 144 ausgeführt werden. Beispielsweise kann das Ausfallerkennungssystem 124 in dem Remotesystem 144 zum Ermitteln eines Ausfalls einer oder mehrerer Komponenten der Lenkanordnung 102 implementiert sein.
Bei 702 kann die Ausfallerkennungssteuerung 126 einen ersten Lenkwinkel 132 ermitteln, der mit dem Lenken der Maschine 100 verbunden ist. Beispielsweise können, in Reaktion auf eine die Maschine 100 lenkende Bedienperson, Befehlssignale an mit dem Aus- und Einfahren der ersten Zylinderstange 116 bzw. der zweiten Zylinderstange 118 verbundene Aktoren, Steuerungen usw. bereitgestellt werden. Diese Befehlssignale können auch mit bestimmten gewünschten Lenkwinkeln der Maschine 100 verbunden sein. Beispielsweise kann eine erste Betätigung der ersten Zylinderstange 116 mit einem ersten Lenkwinkel und eine zweite Betätigung der zweiten Zylinderstange 118 mit einem zweiten Lenkwinkel verbunden sein. In einigen Fällen kann eine Lenksteuerung Eingaben von einer Bedienperson der Maschine 100 empfangen und die Lenkanordnung 102 zum Lenken um unterschiedliche Beträge anweisen.
Bei 704 kann die Ausfallerkennungssteuerung 126 von dem ersten Sensor erste Daten empfangen, die dem ersten Lenkwinkel 132 der Maschine 100 entsprechen. In einigen Fällen kann der erste Sensor auf einer ersten Seite der Maschine 100 angeordnet oder mit der ersten Zylinderstange 116 verbunden sein. Der erste Sensor kann zum Messen eines Lenkwinkels an einer ersten Seite der Maschine 100, wie beispielsweise der rechten Seite, angeordnet sein. In einigen Fällen kann der erste Sensor einem Winkelsensor entsprechen, der eine Drehbewegung der ersten Zylinderstange 116 misst.
Bei 706 kann die Ausfallerkennungssteuerung 126 den ersten gemessenen Lenkwinkel 132 der Maschine 100 an der ersten Seite der Maschine 100 ermitteln. In einigen Fällen kann der erste gemessene Lenkwinkel 132 zwischen der Längsachse 208 der ersten Zylinderstange 116 und der Achse 214 gemessen werden. Der erste gemessene Lenkwinkel 132 kann beispielsweise als 30 Grad betragend gemessen werden.
Bei 708 kann eine Ausfallerkennungssteuerung 126 einen Differenz zwischen dem ersten Lenkwinkel und dem ersten gemessenen Lenkwinkel 132 ermitteln. Das heißt, es kann eine Differenz zwischen den angewiesenen und den gemessenen Lenkwinkeln ermittelt werden. In einigen Fällen kann diese Differenz zum Überwachen des Zustands der Lenkanordnung 102 und/oder für Rückmeldeschleifen verwendet werden. Beispielsweise kann der Prozess 700 ab 708 eine Schleife zu 702 zum Ermitteln zusätzlicher Lenkwinkel durchlaufen.
Bei 710 kann die Ausfallerkennungssteuerung 126, zumindest teilweise basierend auf dem ersten gemessenen Lenkwinkel und kinematischen Daten, einen erwarteten zweiten Lenkwinkel ermitteln. Beispielsweise kann die Ausfallerkennungssteuerung 126, unter Verwendung des ersten gemessenen Lenkwinkels 132 und der kinematischen Daten 136, einen vorhergesagten oder erwarteten Lenkwinkel ermitteln, der mit der zweiten Zylinderstange 118 verbunden ist. Anders ausgedrückt können, bei ordnungsgemäßem Betrieb, die ersten Lenkwinkel und die zweiten Lenkwinkel über den gesamten Lenkbereich miteinander verbunden sein und bestimmte Lenkwinkel können erwartet werden. Wenn der erste gemessene Lenkwinkel 132 einen bestimmten Winkel aufweist und die Lenkanordnung 102 ordnungsgemäß arbeitet (d. h., nicht defekt ist), dann sollte der zweite Lenkwinkel 134 einen bekannten Winkel aufweisen. Werden Differenzen ermittelt, kann dies ein Hinweis darauf sein, dass die Lenkanordnung 102 nicht ordnungsgemäß funktioniert. Die kinematischen Daten 136 können den erwarteten zweiten Lenkwinkel basierend auf einer gegebenen Eingabe des ersten gemessenen Lenkwinkels 132 angeben.
Bei 712 kann die Ausfallerkennungssteuerung 126 von dem zweiten Sensor zweite Daten empfangen, die einem Lenkwinkel der Maschine 100 entsprechen. In einigen Fällen kann der zweite Sensor auf einer zweiten Seite der Maschine 100 angeordnet oder mit der zweiten Zylinderstange 118 verbunden sein. Der zweite Sensor kann zum Messen eines Lenkwinkels an einer zweiten Seite der Maschine 100, wie beispielsweise der linken Seite, angeordnet sein. In einigen Fällen kann der zweite Sensor einem Winkelsensor entsprechen, der eine Drehbewegung eines Endes der zweiten Zylinderstange 118 misst.
Bei 714 kann die Ausfallerkennungssteuerung 126 den zweiten gemessenen Lenkwinkel 134 der Maschine 100 an der zweiten Seite der Maschine 100 ermitteln. Beispielsweise kann die Ausfallerkennungssteuerung 126 basierend auf den zweiten Daten den zweiten gemessenen Lenkwinkel 134 ermitteln. In einigen Fällen kann der zweite Lenkwinkel 134 zwischen der zweiten Längsachse der zweiten Zylinderstange 118 und der zweiten Achse entlang des zweiten Lenkarms 122 (die der ersten Achse 214 entspricht) gemessen werden.
Bei 716 kann die Ausfallerkennungssteuerung 126 ermitteln, ob sich der erwartete zweite Lenkwinkel von dem zweiten gemessenen Lenkwinkel 134 unterscheidet. Beispielsweise kann die Ausfallerkennungssteuerung 126 den zweiten Lenkwinkel 134 mit dem erwarteten zweiten Lenkwinkel, wie er bei 714 ermittelt wurde, vergleichen. Liegen der erwartete zweite Lenkwinkel und der zweite gemessene Lenkwinkel 134 innerhalb eines bestimmten Schwellenwerts, kann dies angeben, dass die Lenkanordnung 102 ordnungsgemäß funktioniert. Liegen der erwartete zweite Lenkwinkel und der gemessene zweite Lenkwinkel 134 jedoch nicht innerhalb eines bestimmten Schwellenwerts, kann dies angeben, dass die Lenkanordnung 102 nicht ordnungsgemäß funktioniert. Daher kann das Ermitteln, ob der erwartete zweite Lenkwinkel und der zweite gemessene Lenkwinkel 134 unterschiedlich sind, einen Vergleich der Differenz mit einem Schwellenwert beinhalten. Ist die Differenz größer als ein Schwellenwert, kann der Prozess 700 dem Weg „JA“ folgen und mit 718 fortfahren.
Bei 718 kann die Ausfallerkennungssteuerung 126 das Ausführen einer oder mehrerer Maßnahmen veranlassen. Beispielsweise kann die Ausfallerkennungssteuerung 126 als Ergebnis des Ermittelns, dass der zweite gemessene Lenkwinkel 134 und der erwartete zweite Lenkwinkel unterschiedlich sind, das Ausführen einer oder mehrerer Maßnahmen veranlassen. Die eine oder mehreren Maßnahmen können mit der Vermeidung von Schäden an der Lenkanordnung 102 verbunden sein und/oder die Bedienperson über eine möglicherweise ausgefallene Lenkanordnung 102 informieren.
Wie bei 718 dargestellt, können Untervorgänge 720 und/oder 722 durchgeführt werden. Beispielsweise kann die Ausfallerkennungssteuerung 126 bei 714 die Ausgabe einer mit einer Lenkanordnung verbundenen Warnung veranlassen. Die Ausfallerkennungssteuerung 126 kann mit der Warnsteuerung 138 zum Veranlassen der Ausgabe der Warnung 140 kommunizieren. Die Warnung 140 kann optisch, taktil, hörbar und/oder eine beliebige Kombination davon sein. Beispielsweise kann die Warnung 140 auf einer Benutzeroberfläche der Maschine 100 ausgegeben werden und vor möglicherweise ausgefallene Komponenten der Lenkanordnung 102 warnt. Die Warnung 140 kann daher die Bedienperson vor der möglicherweise ausgefallenen Lenkanordnung 102 warnen, was wiederum die Bedienperson veranlassen kann, die Maschine 100 abzuschalten, um weitere Schäden zu vermeiden.
Zusätzlich oder alternativ kann die Ausfallerkennungssteuerung 126 bei 722 eine Modifizierung einer Bewegung der Maschine 100 bewirken. Beispielsweise kann die Ausfallerkennungssteuerung 126 mit der Bewegungssteuerung 142 zum Begrenzen oder Beschränken einer Bewegung der Maschine 100 kommunizieren. Die Bewegungssteuerung 142 kann beispielsweise eine Bremsung aufbringen, um eine Bewegung der Maschine 100 anzuhalten und/oder einen Motor der Maschine 100 abzuschalten. Die von der Bewegungssteuerung 142 bereitgestellte Beschränkung kann weitere Schäden an der Maschine 100 und/oder der Lenkanordnung 102 verhindern.
Ist die Differenz bei 716 kleiner als ein Schwellenbetrag, kann der Prozess 700 alternativ dem Weg „NEIN“ folgen und mit 724 fortfahren. Bei 724 kann die Ausfallerkennungssteuerung 126 das Veranlassen der Ausgabe einer mit der Lenkanordnung verbundenen Warnung unterlassen. Ermittelt die Ausfallerkennungssteuerung 126 beispielsweise, dass die Differenz zwischen dem zweiten gemessenen Lenkwinkel 134 und dem erwarteten zweiten Lenkwinkel kleiner ist als die Schwellendifferenz, kann die Ausfallerkennungssteuerung 126 ermitteln, dass die Lenkanordnung 102 ordnungsgemäß funktioniert. Infolgedessen kann die Ausfallerkennungssteuerung 126 eine Warnung der Bedienperson und/oder die Steuerung der Bewegung der Maschine 100 unterlassen. Ab 724 kann der Prozess 700 zu 702 übergehen, wobei die Ausfallerkennungssteuerung 126 zusätzliche Sensordaten zum Ermitteln von Lenkwinkeln der Maschine 100 und möglichen Fehlern der Lenkanordnung 102 empfangen kann.
Obwohl der Prozess 700 bestimmte Szenarien beschreibt, in denen Maßnahmen im Falle eines Ausfalls durchgeführt werden, können die Maßnahmen auch durch zusätzliche Vorgänge durchgeführt werden. Wenn die Sensoren 128 beispielsweise unregelmäßige Lenkwinkel melden oder ein intermittierendes Verhalten beinhalten, können die Sensoren 128 defekt sein. Dies kann angeben, dass die Sensoren 128 und/oder die Lenkanordnung 102 ausgefallen sind. Werden zudem von der Ausfallerkennungssteuerung 126 keine Signale von den Sensoren 128 empfangen oder wird eine konstante Ausgabe empfangen, kann dies ein Hinweis auf einen Ausfall der Sensoren 128 und/oder der Lenkanordnung 102 sein. Zusätzlich, obwohl der Prozess 700 den Vergleich des zweiten gemessenen Lenkwinkels 134 mit dem eines erwarteten zweiten Lenkwinkels veranschaulicht, kann der Prozess 700 für den Vergleich des ersten gemessenen Lenkwinkels 132 mit dem eines erwarteten ersten Lenkwinkels wiederholt werden. In Fällen, in denen der Prozess 700 von dem Remotesystem 144 durchgeführt wird oder das Remotesystem 144 den Ausfall der Lenkanordnung 102 ermittelt, kann das Remotesystem 144 mit der Maschine 100 kommunizieren, um Anweisungen zu geben oder die Maschine 100 anderweitig zu steuern. Anders ausgedrückt, kann die Maschine 100 durch das Remotesystem 144 (oder ein anderes System oder eine andere Vorrichtung) ferngesteuert werden. In solchen Fällen kann das Remotesystem 144 Signale an die Maschine 100 zur Ausführung verschiedener Vorgänge, wie beispielsweise das Anheben und Absenken der Kippmulde 108, das Lenken, das Beschleunigen der Maschine 100 und so weiter, übertragen. Was die sofortige Anwendung betrifft, kann das Remotesystem 144 Signale übertragen, die mit dem Abbremsen der Maschine 100 verbunden sind oder die Bewegung der Maschine 100 in Fällen, in denen die Lenkanordnung 102 ausfällt, einschränken. Darüber hinaus kann das Remotesystem 144 die Warnungen an andere Dritte übertragen, die mit der ausgefallenen Lenkanordnung 102 verbunden sind. Somit kann das Remotesystem 144 kommunikativ mit der Maschine 100 gekoppelt sein, um Sensordaten 130 zu empfangen und den Zustand der Lenkanordnung 102 zu ermitteln.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die vorliegende Offenbarung beschreibt die Verwendung von Lenkwinkelsensorsystemen und Verfahren zur Lenksteuerung und zum Ermitteln von Ausfällen oder, allgemeiner, des Zustands einer Lenkanordnung einer Maschine 100, wie beispielsweise einer Bergbaumaschine (z. B. eines Bergbau-Muldenkippers). Die Maschinen 100 können vor Ort (z. B. von einer Bedienperson an Bord) und/oder aus der Ferne (z. B. von einer entfernt befindlichen Bedienperson) gesteuert werden. Das Ermitteln des Ausfalls der Lenkanordnung bietet mehrere Vorteile, wie beispielsweise die Verringerung von Reparaturzeiten, Kosten und/oder zusätzlichen Schäden an der Maschine 100.
Die hierin offenbarten Systeme und Verfahren ermöglichen durch Vergleichen von Lenkwinkeln der Maschine 100 das Ermitteln des Zustands der Lenkanordnung auf einer kontinuierlichen Basis. Beispielsweise können der oder die Sensoren auf der oder um die Lenkanordnung außerhalb der Zylinderstangen angeordnet sein. Der/die Sensor(en) (z. B. Winkelsensoren) kann/können jedoch, beispielsweise zum Ermitteln der Lenkwinkel, mit einem Ende der Zylinderstangen wirkgekoppelt sein. Die Anordnung des Sensors/der Sensoren außerhalb der Zylinderstangen reduziert die Reparaturzeit und -kosten sowie die Herstellungskosten. Beispielsweise kann in Fällen, in denen die Sensoren versagen oder defekt sind und ausgetauscht werden müssen, der Austausch nur des Sensors anstatt der Zylinderstangen kostengünstiger sein. Darüber hinaus kann/können der/die Sensor(en) Komponenten beinhalten, die unerwünschte Vertikal- und/oder Drehbewegungen isolieren. Beispielsweise können der oder die Sensoren vertikale Bewegungen oder Rollbewegungen der Zylinderstangen isolieren, die durch ein Aufhängungssystem der Maschine 100 vermittelt werden. Durch Isolierung dieser Bewegungen können die Sensoren die Lenkwinkel der Maschine 100 zur Verwendung bei der Fehlererkennung genau messen.
Obwohl die Systeme und Verfahren der Maschinen 100 im Zusammenhang mit einem Bergbau-Muldenkipper erläutert sind, versteht sich, dass die hierin erläuterten Systeme und Verfahren auf eine Vielzahl von Maschinen und Fahrzeugen in einer Vielzahl von Branchen angewendet werden können, wie zum Beispiel im Baugewerbe, im Bergbau, in der Landwirtschaft, im Transportwesen, im Militär, in Kombinationen davon oder dergleichen. Das hier beschriebene System oder die Verfahren können beispielsweise in einem beliebigen Fahrzeug, einer beliebigen Maschine oder einem beliebigen Gerät mit Rädern, wie beispielsweise einem Mähdrescher, eingesetzt werden.
Obwohl die vorstehende Erfindung in Bezug auf die spezifischen Beispiele beschrieben wird, ist zu verstehen, dass der Umfang der Erfindung nicht auf diese spezifischen Beispiele beschränkt ist. Da andere Modifikationen und Änderungen zur Anpassung an bestimmte Arbeitsabläufe und Umgebungen für den Fachmann offensichtlich sind, ist die Erfindung nicht auf das für die Zwecke der Offenbarung gewählte Beispiel beschränkt und schließt alle Änderungen und Modifikationen ein, die keine Abweichung vom wahren Geist und Umfang der Erfindung darstellen.
Obwohl die Anmeldung Ausführungsformen mit spezifischen strukturellen Merkmalen und/oder methodischen Handlungen beschreibt, ist zu verstehen, dass die Ansprüche nicht notwendigerweise auf die beschriebenen spezifischen Merkmale oder Handlungen beschränkt sind. Vielmehr sind die spezifischen Merkmale und Handlungen lediglich eine Veranschaulichung einiger Ausführungsformen, die in den Anwendungsbereich der Ansprüche der Anmeldung fallen.
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 10266200 [0004]

Claims

Lenkanordnung (102), umfassend: einen Rahmen (104); einen ersten Lenkarm (120); einen zweiten Lenkarm (122); einen mit dem Rahmen (104) und dem ersten Lenkarm (120) gekoppelten ersten Hydraulikaktor (116), wobei die Betätigung des ersten Hydraulikaktors (116) den ersten Lenkarm (120) zum Schwenken relativ zu dem Rahmen (104) und relativ zu dem ersten Lenkarm (120) veranlasst; einen mit dem Rahmen (104) an den zweiten Lenkarm (122) gekoppelten zweiten Hydraulikaktor (118), wobei die Betätigung des zweiten Hydraulikaktors (118) den zweiten Lenkarm (122) zum Schwenken relativ zu dem Rahmen (104) und relativ zu dem zweiten Lenkarm (122) veranlasst; einen zum Messen einer ersten Drehverschiebung (132) des ersten Hydraulikaktors (116) relativ zu dem ersten Lenkarm (120) angeordneten ersten Winkelsensor (400); eine an einem ersten Ende (508) mit dem ersten Hydraulikaktor (116) und an einem zweiten Ende (510) mit dem ersten Winkelsensor (400) gekoppelte erste Stange (500), wobei das erste Ende (508) der ersten Stange (500) relativ zu dem zweiten Ende (510) der ersten Stange (500) beweglich ist, um andere Bewegungen als die erste Drehverschiebung (132) zu isolieren; einen zum Messen einer zweiten Drehverschiebung (134) des zweiten Hydraulikaktors (118) relativ zu dem zweiten Lenkarm (122) angeordneten zweiten Winkelsensor (400); und eine an einem dritten Ende (508) mit dem zweiten Hydraulikaktor (118) und an einem vierten Ende (510) mit dem zweiten Winkelsensor (400) gekoppelte zweite Stange (500), wobei das dritte Ende (508) der zweiten Stange (500) relativ zu dem vierten Ende (510) der zweiten Stange (500) beweglich ist, um andere Bewegungen als die zweite Drehverschiebung (134) zu isolieren.
Lenkanordnung (102) nach Anspruch 1, wobei: der erste Hydraulikaktor (116) sich entlang einer ersten Längsachse (208) erstreckt; der zweite Hydraulikaktor (118) sich entlang einer zweiten Längsachse (208) erstreckt; die erste Stange (500) mit dem ersten Hydraulikaktor (116) an einem Punkt entlang der ersten Längsachse (208) gekoppelt ist; und die zweite Stange (500) mit dem zweiten Hydraulikaktor (118) an einem Punkt entlang der zweiten Längsachse (208) gekoppelt ist.
Lenkanordnung (102) nach Anspruch 1, ferner umfassend: ein erster Arm (406) den ersten Winkelsensor (400) mit der ersten Stange (500) koppelt; und eine zweiter Arm (406) den zweiten Winkelsensor (400) mit der zweiten Stange (500) koppelt.
Lenkanordnung (102) nach Anspruch 1, wobei: die erste Stange (500) einen ersten Abschnitt (502) mit dem ersten Ende (508) und einen zweiten Abschnitt (504) mit dem zweiten Ende (510) beinhaltet, wobei der erste Abschnitt (502) und der zweite Abschnitt (504) schwenkbar miteinander gekoppelt sind; und die zweite Stange (500) einen dritten Abschnitt (502) mit dem dritten Ende (508) und einen vierten Abschnitt (504) mit einem vierten Ende (510) beinhaltet, wobei der dritte Abschnitt (502) und der vierte Abschnitt (504) schwenkbar miteinander gekoppelt sind.
Lenkanordnung (102) nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine erste Halterung (212), die den ersten Winkelsensor (400) oberhalb einer oberen Fläche (306) des ersten Lenkarms (120) anordnet; und eine zweite Halterung (212), die den zweiten Winkelsensor (400) oberhalb einer oberen Fläche (306) des zweiten Lenkarms (122) anordnet.
Maschine (100), umfassend: einen Rahmen (104); einen mit einem ersten Rad (106) der Maschine (100) gekoppelten ersten Lenkarm (120); einen mit einem zweiten Rad (106) der Maschine (100) gekoppelten zweiten Lenkarm (122); einen mit einer ersten Seite des Rahmens (104) und dem ersten Lenkarm (120) gekoppelten ersten Aktor (116); einen mit einer zweiten Seite des Rahmens (104) und dem zweiten Lenkarm (122) gekoppelten zweiten Aktor (118); einen zum Erfassen einer mit dem ersten Aktor (116) verbundenen ersten Winkelverschiebung (132) ausgelegten ersten Sensor (400); einen mit dem ersten Aktor (116) gekoppelten und zum Drehen in Reaktion auf eine Betätigung des ersten Aktors (116) ausgelegten ersten Isoliermechanismus (500), wobei die Drehung des ersten Isoliermechanismus (500) von dem ersten Sensor (400) als die erste Winkelverschiebung (132) erfasst wird; einen zum Erfassen einer mit dem zweiten Aktor (118) verbundenen zweiten Winkelverschiebung (134) ausgelegten zweiten Sensor (400); und einen mit dem zweiten Aktor (118) gekoppelten und zum Drehen in Reaktion auf eine Betätigung des zweiten Aktors (118) ausgelegten zweiten Isoliermechanismus (500), wobei die Drehung des zweiten Isoliermechanismus (500) von dem zweiten Sensor (400) als die zweite Winkelverschiebung (134) erfasst wird.
Maschine (100) nach Anspruch 6, wobei: der erste Isoliermechanismus (500) eine erste Gelenkstange umfasst, die einen mit dem ersten Sensor (400) gekoppelten ersten Abschnitt (502) und einen mit dem ersten Aktor (116) gekoppelten zweiten Abschnitt (504) beinhaltet, wobei der erste Abschnitt (502) relativ zu dem zweiten Abschnitt (504) beweglich ist, um die Bewegung des ersten Aktors (116) relativ zu dem ersten Sensor (400) zu isolieren; und der zweite Isoliermechanismus (500) eine zweite Gelenkstange umfasst, die einen mit dem zweiten Sensor (400) gekoppelten dritten Abschnitt (502) und einen mit dem zweiten Aktor (118) gekoppelten vierten Abschnitt (504) beinhaltet, wobei der dritte Abschnitt (502) relativ zu dem vierten Abschnitt (504) beweglich ist, um die Bewegung des zweiten Aktors (118) relativ zu dem zweiten Sensor (400) zu isolieren.
Maschine (100) nach Anspruch 7, ferner umfassend: einen mit dem ersten Sensor (400) gekoppelten ersten Arm (406), wobei der erste Abschnitt (502) über den ersten Arm (406) mit dem ersten Sensor (400) gekoppelt ist, wobei der erste Arm (406) um eine erste Achse schwenkt und der erste Sensor (400) zum Messen des Schwenkens zum Ermitteln des ersten Winkels (132) ausgelegt ist; und einen mit dem ersten Sensor (400) gekoppelten zweiten Arm (406), wobei der dritte Abschnitt (502) über den zweiten Arm (406) mit dem zweiten Sensor (400) gekoppelt ist, wobei der zweite Arm (406) um eine zweite Achse schwenkt und der zweite Sensor (400) zum Messen des Schwenkens zum Ermitteln des zweiten Winkels (134) ausgelegt ist.
Maschine (100) nach Anspruch 6, wobei: der erste Aktor (116) sich entlang einer ersten Längsachse (208) erstreckt; der zweite Aktor (118) sich entlang einer zweiten Längsachse (208) erstreckt; der erste Isoliermechanismus (500) mit dem ersten Aktor (116) an einer Position entlang der ersten Längsachse (208) gekoppelt ist; und der zweite Isoliermechanismus (500) mit dem zweiten Aktor (118) an einer Position entlang der zweiten Längsachse (208) gekoppelt ist.
Maschine (100) nach Anspruch 6, wobei: eine erste Halterung (212) mit dem ersten Lenkarm (120) gekoppelt ist und den ersten Sensor (400) über einer oberen Fläche (306) des ersten Lenkarms (120) anordnet; und eine zweite Halterung (212) mit dem zweiten Lenkarm (122) gekoppelt ist und den zweiten Sensor (400) über einer oberen Fläche (306) des zweiten Lenkarms (122) anordnet.