DE19530323B4

DE19530323B4 - Steuersystem zum automatischen Steuern eines Arbeitswerkzeuges an einer Erdbearbeitungsmaschine zur Aufnahme von Material

Info

Publication number: DE19530323B4
Application number: DE19530323A
Authority: DE
Inventors: David J. Eureka Rocke
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1994-08-18
Filing date: 1995-08-17
Publication date: 2006-08-03
Anticipated expiration: 2015-08-18
Also published as: JP3907720B2; JPH0868069A; US5528843A; DE19530323A1

Abstract

Ein Steuersystem zum automatischen Steuern eines Arbeitswerkzeugs einer Erdbearbeitungsmaschine zum Aufnehmen von Material, wobei das Arbeitswerkzeug einen Kübel umfaßt, wobei der Kübel steuerbar durch einen hydraulischen Hubzylinder und einen hydraulischen Kippzylinder betätigt wird und dabei folgendes vorgesehen ist:
Druckabfühlmittel zum Erzeugen entsprechender Drucksignale ansprechend auf die mindestens einem der Hub- und Kippzylinder zugeordneten hydraulischen Drücke;
Kraftberechnungsmittel zum Empfangen der Drucksignale und darauf ansprechendes Berechnen korrelativer Kraftsignale;
Logikmittel zum Empfangen der Kraftsignale und darauf ansprechendes Erzeugen der Kippzylinderbefehlssignale, um den Kübel ansprechend darauf zu kippen, dass die Hubzylinderkraft einen oberen Druckschwellenwert überschreitet, und Erzeugen der Kippzylinderbefehlssignale, um das Kübelkippen ansprechend darauf zu stoppen, dass die Hubzylinderkraft unter einen unteren Druckschwellenwert fällt, und ansprechendes Erzeugen von Hubzylinderbefehlssignalen ansprechend auf das Vergleichen mindestens eines der Drucksignale mit einem vorbestimmten einer Vielzahl von Einstellpunkten; und
Betätigungsmittel zum Empfangen der Hubbefehlssignale und Erstrecken des Hubzylinders auf steuerbare Weise, um den...

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Steuersystem zur automatischen Steuerung eines Arbeitswerkzeuges einer Erdbearbeitungsmaschine und insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Steuerungssystem, welches die hydraulischen Zylinder einer Erdbearbeitungsmaschine steuert, um Material aufzunehmen.

Technischer Hintergrund

Arbeitsmaschinen wie beispielsweise Lader und dergleichen werden dazu verwendet, große Mengen an Material zu bewegen. Diese Maschinen besitzen Arbeitswerkzeuge, die in erster Linie aus einem Kübelgestänge bestehen. Das Arbeitskübelgestänge wird in steuerbarer Weise betätigt, und zwar durch mindestens einen Hydraulikzylinder. Ein Benutzer manipuliert typischerweise das Arbeitswerkzeug derart, daß eine Reihe von bestimmten Funktionen zum Zwecke des Beladens des Kübels ausgeführt wird.

Bei einem typischen Arbeitszyklus positioniert der Benutzer das Kübelgestänge als erstes an einem Materialhaufen und senkt dann den Kübel ab, bis der Kübel sich nahe der Erdoberfläche befindet. Sodann lenkt der Benutzer den Kübel in Eingriff mit dem Haufen. Daraufhin hebt der Benutzer den Kübel durch den Haufen hindurch an, um den Kübel zu füllen, woraufhin der Benutzer den Kübel nach hinten kippt oder bewegt, um das Material einzufangen oder aufzunehmen. Schließlich läßt der Benutzer die aufgenommene oder eingefangene Last an einer bestimmten Abladestelle herabfallen. Das Arbeitswerkzeug wird sodann zum Haufen zurückgebracht und der Arbeitszyklus beginnt von neuem.

Es besteht in der Erdbewegungsindustrie zunehmend der Wunsch, Teile des Arbeitszyklus zu automatisieren, und zwar aus mehreren Gründen. Anders als ein menschlicher Benutzer ist eine automatische Arbeitsmaschine ständig produktiv, unabhängiv von den Umgebungsbedingungen und langen Arbeitsstunden. Die automatisierte Arbeitsmaschine ist ideal für Anwendungsfälle, wo gefährliche Bedingungen vorherrschen, die für Menschen entweder ungeeignet oder unerwünscht sind. Eine automatisierte Maschine kann ferner in der Lage sein, eine genauere Beladung vorzusehen, was einen Ausgleich für das Fehlen der Geschicklichkeit des Benutzers bedeutet.

Die WO92/03710A1 bezieht sich auf ein Verfahren und ein Vorrichtung für das Überwachen einer Arbeitslast. Die beschriebene Vorrichtung und das Verfahren fühlen nur den hydraulischen Druck eines Hebezylinders ab. Das Arbeitslastgewicht wird durch Kurvenanpassung des abgefühlten Zylinderdrucks an ein zeitabhängiges Polynom zweiter Ordnung und durch Vergleich des zeitabhängigen Polynoms mit einem aus einer Serie von vorbestimmten geometrischen Polynomen zweiter Ordnung berechnet. Die Gewichtsberechnungsalgorithmen, die für den Arbeitslastmonitor genutzt werden, sind auf eine Anzahl von Arbeitsmaschinen mit zumindest einem Arbeitsgerätgelenk und zumindest einem hydraulischen Zylinder zum Modifizieren der Gelenkgeometrie anwendbar.

Ferner beschreibt die WO92/11418A1 eine Gelenkanordnung für ein Mehrzweckfahrzeug. Zum Vorsehen einer Hebearmge lenkanordnung, die die funktionalen Erfordernisse aufweist, die für das Arbeiten mit einer Vielzahl von Arbeitsgeräten nötig sind, während gleichzeitig ein einfacher und dennoch effizienter Aufbau beibehalten wird, wird ein elektronisches Steuermittel im Aufbau mit vorgesehen. Das elektronische Steuermittel weist eine Vielzahl von Sensoren auf, die operativ den Hebe- und Kippmitteln der Hebearmanordnung zugeordnet sind. Die Sensoren ermöglichen dem elektronischen Steuermittel eine ständige Überwachung der aktuellen Position der Hebearme und des Arbeitsgeräts und das Vergleichen derselben mit einer programmierten Sequenz von Bewegungen. Die elektronischen Steuermittel sind ferner in der Lage die Position der Hebearme und des Arbeitsgeräts automatisch gemäß der programmierten Sequenz einzustellen.

Es sei auch noch die DE 36 43 960 A1 erwähnt, die einen Front- oder Hecklader beschreibt mit an einer höhenverschwenkbaren Schwinge angebrachtem Werkzeug, welches gegenüber der Schwinge höhenverschwenkbar ist sowie auf der Hubstrecke in einer (vor)bestimmten Winkellage zum Boden in einer sog. Ausgangsstellung parallelgeführt wird und nach erfolgtem Werkzeug-Abkippen bei Schaltung der Werkzeug-Rückführbewegung selbsstätig bis in die Aüsgangsstellung zurückschwenkt. Zur Werkzeug-Verschwenkung ist mindestens ein elektrisch schaltbarer Werkzeug-Stellmotor, vorzugsweise durch ein Elktromagnetventil steuerbare r) Hydraulikzylinder vorgesehen. Die Rückführ-Einrichtung ist als eine elektrische Schalteinrichtung ausgebildet, die zum Abschalten der Werkzeug-Hochschwenkbewegung einen beim Erreichen einer gewissen Werkzeug-Schwenkstellung schaltenden Lageschalter sowie eine mit diesem gekoppelten Schaltzeitpunkt-Verzögerungseinrichtung aufweist.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eines oder mehrere der oben genannten Probleme zu überwinden und insbesondere ein Steuersystem zum automatischen Steuern eines Arbeitswerkzeuges zum Aufnehmen von Material vorzusehen.

Offenbarung der Erfindung

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein automatisches Steuersystem zum Beladen eines Kübels eines Radladers offenbart. Das System weist einen Drucksensor auf, der Drucksignale erzeugt, und zwar ansprechend auf die hydraulischen Drücke, die mit einem der Hub- und Kippzylinder assoziiert sind. Ein Mikroprozessor empfängt die Drucksignale, vergleicht mindestens eines der Drucksignale mit einem vorbestimmten Einstellpunkt aus einer Vielzahl von Druckeinstellpunkten und erzeugt Hub- und Kippbefehlssignale ansprechend auf die Druckvergleiche. Schließlich empfängt ein elektrohydraulisches System Hubbefehlssignale und fährt in steuerbarer Weise den Hubzylinder aus, um den Kübel durch das Material hinweg anzuheben, und das elektrohydraulische System empfängt ferner die Kippsignale und fährt in steuerbarer Weise den Kippzylinder aus, um den Kübel zum Einfangen des Materials zu kippen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Zum besseren Verständnis der Erfindung sei auf die Zeichnung Bezug genommen. In der Zeichnung zeigt:
1 einen Radlader mit dem entsprechenden Kübelgelenkmitteln;
2 ein Blockdiagramm eines elektrohydraulischen Systems, welches zur automatischen Steuerung der Kübelgelenkmittel verwendet wird; und
3A-3C Flußdiagramme eines Verfahrens oder Programms, welches zur automatischen Steuerung der Kübelgelenkmittel verwendet wird.
Ein derzeit als günstig angesehenes Ausführungsbeispiel der Erfindung sei nunmehr beschrieben
1 zeigt ein automatisches Kübelladesystem, auf das allgemein mit dem Bezugszeichen 100 Bezug genommen sei. Es sei bemerkt, daß obwohl 1 einen Vorderteil einer Lademaschine 105 der Radladerbauart zeigt, und zwar mit einem Arbeitswerkzeug 107, die vorliegende Erfindung doch in gleicher Weise auch bei Maschinen wie beispielsweise Lademaschinen der Ketten- oder Bandbauart eingesetzt werden kann und auch bei anderen Fahrzeugen mit ähnlichen Ladewerkzeugen. Das Ladewerkzeug 107 weist einen Kübel 110 auf, der mit einer Hubarmanordnung 115 verbunden ist, und zwar schwenkbar betätigt durch zwei hydraulische Hubzylinder 120 (von denen nur der eine gezeigt ist), um ein Paar von Hubarmschwenkstifte 125 (nur einer ist gezeigt) herum, die am Maschinenrahmen befestigt sind. Ein Paar von Hubarm-Lastlagerschwenkstiften 130 (nur einer ist gezeigt) sind an der Hubarmanordnung und den Hubzylindern angebracht. Der Kübel wird auch durch einen Kübelkippzylinder 133 gekippt oder verschwenkt.
2 zeigt ein Blockdiagramm eines elektrohydraulischen Systems 200, welches mit der vorliegenden Erfindung assoziiert ist. Positionssensor oder -abfühlmittel 205 erzeugen Positionssignale ansprechend auf die Position des Arbeitswerkzeugs 100. Die Mittel 205 weisen Versetzungs- oder Verschiebungssensoren 210, 215 auf, die die Größe der Zylinderverschiebung oder die Ausfahrgröße abfühlen, und zwar in den hydraulischen Hub- und Kippzylindern. Ein auf Hochfrequenz basierender Sensor gemäß US-PS 4,737,705 kann beispielsweise verwendet werden.
Man erkennt, daß die Position des Arbeitswerkzeuges 100 auch aus Messungen des Arbeitswerkzeugverbindungswinkels ableitbar ist. Eine alternative Vorrichtung zur Erzeugung eines Arbeitswerkzeug-Positionssignals weist Drehwinkelsensoren auf, wie beispielsweise Drehpotentiometer, welche die Drehung eines der Hubarmschwenkstifte messen, aus der die Geometrie der Hubarmanordnung oder die Ausfahrgröße oder die Verschiebung der Hubzylinder abgeleitet werden kann. Die Arbeitswerkzeugposition kann berechnet werden entweder aus den Ausfahr- oder Verschiebungsmessungen des hydraulischen Zylinders oder der Verbindungswinkelmessung durch trigonometrische Verfahren.
Ein Drucksensormittel 225 erzeugt Drucksignale ansprechend auf die auf das Arbeitswerkzeug 100 ausgeübte Kraft. Die Mittel 225 weisen Drucksensoren 230, 235 auf, welche die Hydraulikdrücke in den hydraulischen Hub- bzw. Kippzylindern bemessen. Die Drucksensoren 230, 235 erzeugen jeweils Signale ansprechend auf die Drücke der entsprechenden Hydraulikzylinder. Beispielsweise fühlen die Zylinderdrucksensoren die Kopf- bzw. Stangenenddrücke der hydraulischen Hub- und Kippzylinder ab. Die Positions- und Drucksignale werden an einen Signalkonditionierer 245 geliefert. Der Signalkonditionierer 245 sieht die konventionelle Signalanregung (excitation) und -filterung vor. Die konditionierten Positions- und Drucksignale werden an Logikmittel 250 geliefert. Die Logikmittel 250 sind ein auf einem Mikroprozessor basierendes System, welches arithmetische Einheiten oder Recheneinheiten verwendet, um das Verfahren entsprechend Software-Programmen zu steuern. Typischerweise sind die Programme in einem ROM, einem RAM oder dergleichen gespeichert. Die Programme werden unter Beziehung auf die verschiedenen Flußdiagramme diskutiert.
Die Logikmittel 250 weisen Eingangsgrößen von zwei weiteren Quellen auf: Mehrfach-Joysticksteuerhebeln 255 und eine Benutzer-Interface 260. Der Steuerhebel 255 ist für die manuelle Steuerung des Arbeitswerkzeugs 100 vorgesehen. Die Ausgangsgröße des Steuerhebels 255 bestimmt die Bewegungsrichtung und Geschwindigkeit des Arbeitswerkzeugs 100.
Ein Maschinenbenutzer kann Spezifikationen oder Anweisungen durch eine Benutzer-Interfacevorrichtung 260 eingeben. Das Benutzer-Interface 260 kann Informationen anzeigen, die sich auf die Nutzlast (payload) der Maschine bezieht. Die Interface-260-Vorrichtung kann einen Flüssigkristallanzeigeschirm aufweisen, und zwar mit einer alphanummerischen Tastatur. Eine auf Berührung ansprechende Schirmausbildung ist ebenfalls geeignet. Ferner kann das Benutzer-Interface 260 auch eine Vielzahl von Einstellelementen und/oder -schaltern für den Benutzer aufweisen, um die verschiedenen Einstellungen hinsichtlich der Arbeitsbedingungen vorzunehmen, beispielsweise hinsichtlich des Materials.
Die Logikmittel 250 bestimmen ansprechend auf die Positions- und Drucksignalinformation die Werkzeuggeometrie und -kräfte.
Beispielsweise empfangen die Logikmittel 250 die Drucksignale und berechnen die Hub- und Kippzylinderkräfte gemäß der folgenden Formel: Zylinderkraft = (P2·A2) – (P1·A1)wobei P₂ und P₁ die entsprechenden Hydraulikdrücke an den Kopf- und Stangenenden eines bestimmten Zylinders sind und A₂ und A₁ die Querschnittsflächen an den entsprechenden Enden sind.
Die Logikmittel 250 erzeugen Hub- und Kipp-Zylinderbefehlssignale zur Lieferung an die Betätigungsmittel 265, die in steuerbarer Weise das Arbeitswerkzeug 100 bewegen. Die Betätigungsmittel 265 weisen hydraulische Steuermittelventile 270, 275 auf, welche den hydraulischen Fluß zu den entsprechenden hydraulischen Hub- und Kippzylindern steuern.
Die Fluß- oder Strömungsdiagramme der 3A-C repräsentieren die Computersoftwarelogik zur Ausführung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Das in den Diagrammen gezeigte Verfahren oder Programm kann in irgendeinem geeigneten Mikroprozessorsystem verwendet werden.
Die 3A-C sind Flußdiagramme, welche Computerprogrammbefehle repräsentieren, und zwar ausgeführt durch die auf Computerbasis vorgesehene Steuereinheit der 2 zum Ausführen des erfindungsgemäßen automatischen Kübelladeverfahrens. In der Beschreibung der Flußdiagramme beziehen sich die Bezugszeichen, die von spitzen Klammern umgeben sind, wie z.B. <nnn>, auf Blöcke, die diese Zahl oder Nummer führen.
Es sei nunmehr auf die 3A Bezug genommen. Die Programmsteuerung bestimmt als erstes, ob eine variable Betriebsart oder MODE auf BEREIT oder READY eingestellt ist. Die MODE wird auf READY eingestellt, ansprechend darauf, daß der Benutzer die automatisierte Kübelladesteuerung <302> "enabled" oder einstellt. Der Benutzer kann die Steuerung dadurch einstellen oder enabeln, daß er beispielsweise eine "automatische Betriebsart" oder "AUTO"-Schalter an der Benutzersteuertafel oder dem Armaturenbrett einstellt. Als nächstes positioniert entweder der Benutzer oder das Steuersystem das Gestände, insbesondere das Kübelgestänge, auf der Erde und nivelliert den Kübel <304>. Dementsprechend lenkt oder leitet der Benutzer die Maschine zu dem Materialhaufen, vorzugsweise mit Vollgas ("full throttle") <306>. Sodann be stimmt die Programmsteuerung, ob der Benutzer die automatische Steuerung der Kübelladung <308> initiiert oder eingeleitet hat. Der Benutzer kann die automatische Steuerung der Kübelbeladung beispielsweise durch Niederdrücken eines Knopfes in der Benutzer- oder Fahrerkabine initiieren. Wenn der Benutzer die automatische Kübelbeladung initiiert hat, so wird ein hörbares Signal oder ein Ton erzeugt, um den Benutzer darauf hinzuweisen, daß die automatische Kübelladesteuerung die Hub- und Kippzylinder steuert. Zudem wird die MODE (Betriebsart) auf START <310> eingestellt und die Logikmittel erzeugen ein Befehlssignal, um zu bewirken, daß der Hubzylinder mit maximaler Geschwind <312> ausfährt.
Wenn der Benutzer nicht die automatische Kübelbeladung initiiert hat, so kann die Programmsteuerung die automatische Kübelbeladung initiieren, wenn mehrere Bedingungen auftreten <314>:

1. Ist der "AUTO"-Schalter auf "AUTO"-Steuerung eingestellt?
2. Zeigt die Hubzylinderposition an, daß sich der Kübel innerhalb eines vorbestimmten Abstandes gegenüber der Erde befindet?
3. Zeigt die Kippzylinderposition an, daß der Boden des Kübels im wesentlichen auf Niveau odereben verläuft?
4. Ist die Maschinengeschwindigkeit größer als 1 mph, aber kleiner als 6 mph?
5. Sind die Hub- und Kipphebel im wesentlichen in einer zentrierten neutralen Position?
6. Zeigt die Getriebe- oder Gangschaltung an, daß das Maschinengetriebe im ersten oder zweiten Vorwärtsgang angeordnet bzw. verriegelt ist?

Demgemäß bestimmt die Programmsteuerung, ob die Hubzylinderdruck/-kraft größer ist als ein Einstellpunkt A <316>. Wenn die Hubzylinderkraft größer als der Einstellpunkt A ist, dann sagt man, daß der Kübel in Eingriff mit dem Haufen steht. Infolgedessen wird ein Tonsignal oder ein hörbarer Ton erzeugt, die MODE wird auf START <318> eingestellt und die Logikmittel erzeugen ein Befehlssignal, um zu bewirken, daß der Hubzylinder mit maximaler Geschwindigkeit <320> ausfährt.
Sodann bestimmt die Programmsteuerung, ob die Kipp- und Hubzylinderdrücke/-kräfte größer bleiben als vorbestimmte Niveaus oder Pegel, um sicherzustellen, daß der Kübel mit dem Haufen in Eingriff steht und daß die darauffolgende Kraftablesung nicht das Ergebnis einer Druckspitze <322> war:

1. Die Programmsteuerung bestimmt, ob der bzw. die Druck/Kraft unter Einstellpunkt A zu einer ersten vorbestimmten Zeitperiode gefallen ist, beispielsweise 0,05 Sek., nachdem die "Auto"-Steuerung gestartet hat.
2. Die Programmsteuerung bestimmt, ob die Druck/Kraft unter den Einstellpunkt AG gefallen ist zu einer zweiten vorbestimmten Zeitperiode, beispielsweise 0,20 Sek. nach dem Starten der "Auto"-Steuerung.

Wenn festgestellt wird, daß die obigen Kriterien nicht erfüllt sind, sagt man, daß eine Druckspitze aufgetreten ist und die MODE wird auf READY <324> eingestellt und die Logikmittel erzeugen ein Befehlssignal, um das Ausfahren <325> des Hubzylinders zu begrenzen.
Als nächstes bestimmt die Programmsteuerung, ob die Position des Kippzylinders anzeigt, daß der Kübel sich in einer völlig gekippten Position befindet, oder ob der Benutzer die manuelle Steuerung <326> initiiert hat. Wenn eine der Bedingungen des Blocks 326 (erfüllt sind) passieren ("PASS"), so ist die automatische Kübelladung vollständig. Demgemäß erzeugen die Logikmittel ein Befehlssignal, um das Ausfahren der Hub- und Kippzylinder <327> zu begrenzen. Die Steuerung berechnet zudem die Nutzlast <328> in einer Art und Weise, ähnlich wie dies in DE-OS-68915002.4 oder US-PS 4,919,222 gezeigt ist.
Wenn jedoch die automatische Kübelladung nicht vollständig ist, so bestimmt die Steuerung, ob die MODE auf END PASS <330> eingestellt ist. Wenn die MODE auf END PASS eingestellt ist, so erzeugen die Logikmittel ein Befehlssignal, um zu bewirken, daß der Kippzylinder mit maximaler Geschwindigkeit <332> ausfährt. Wenn jedoch die MODE nicht auf END PASS eingestellt ist, dann bestimmt die Programmsteuerung, ob der Kübel hinreichend beladen <334> ist, und zwar unter Verwendung eines von mehreren Kriterien "END PASS" bedeutet, daß der Radlader oder Kübel eine volle Ladung Material eingeladen hat und das Ende seines Durchgangs = Pass(ieren) durch den Haufen:

1. Ist das Ausfahren des Kippzylinders größer als ein Einstellpunkt G, was anzeigt, daß der Kübel fast vollständig zurückgekippt ist?
2. Ist das Ausfahren des Hubzylinders größer als ein Einstellpunkt F?
3. Hat der Benutzer die manuelle Steuerung initiiert oder eingeleitet?

Wenn eines der obigen Kriterien vorliegt, dann sagt man, daß der Kübel im wesentlichen gefüllt ist. Die Programmsteuerung setzt dann MODE auf END PASS <336>, während die Logikmittel ein Befehlssignal erzeugen, um zu bewirken, daß der Kippzylinder mit maximaler Geschwindigkeit <338< ausfährt. Darüberhinaus kann ein Tonsignal erzeugt werden, um den Benutzer darauf hinzuweisen, daß der Kübel gefüllt ist.
Wenn jedoch festgestellt wird, daß der Kübel nicht vollständig gefüllt ist, dann bestimmt die Programmsteuerung, ob die MODE oder Betriebsart auf START <340> eingestellt ist. Wenn die MODE auf START eingestellt ist, dann bestimmt die Steuerung, ob die Hub- oder Kipp-Zylinderdrücke/-kräfte oberhalb einer unteren vorbestimmten Schwelle <342> liegen. Beispielsweise,

1. ist die Hubzylinderkraft größer als ein Einstellpunkt B; oder
2. ist die Kippzylinderkraft größer als ein Einstellpunkt C?

Wenn die Hubzylinderkraft größer als Einstellpunkt B ist, dann wird eine AUSLÖSERFLAGGE (oder AUSLÖSESIGNAL oder TRIGGERFLAGGE) auf LIFT eingestellt; wohingegen dann, wenn die Kippzylinderkraft größer als Einstellpunkt C ist, die TRIGGERFLAGGE auf KIPPEN oder TILT <344> eingestellt wird. Demgemäß erzeugen die Logikmittel ein Befehlssignal, um zu bewirken, daß der Kippzylinder mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit <346> ausgefahren wird. Die Programmsteuerung setzt dann die MODE auf LOAD BKT (LADE KÜBEL) und die KIPP- oder TILTFLAGGE auf ON <350>. BKT ist eine Abkürzung für das englische Wort "bucket", d.h. Kübel. Sodann bestimmt die Steuerung, ob die Größe des Hubzylinderbefehlssignals auf einen vorbestimmten niedrigen Wert, beispielsweise 0, verrringert werden sollte, und zwar ansprechend auf den Zustand des Materials <352>. Der Materialzustand kann in einer Art und Weise bestimmt werden, wie dies in der deutschen Patentanmeldung 019510634.2 beschrieben ist. Der Inhalt dieser Anmeldung wird auch zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht und es wird dementsprechend eine Kopie dieser Anmeldung der vorliegenden Anmeldung beigefügt. Wenn die Programmsteuerung bestimmt, daß das Hubzylinderbefehlssignal verringert werden soll, dann er zeugen die Logikmittel ein Befehlssignal in entsprechender Weise <354>.
Sodann bestimmt die Programmsteuerung, ob die Hub- oder Kippzylinderdrücke/-kräfte eine obere vorbestimmte Schwelle überschritten haben, beispielsweise:

1. Hat die Hubzylinderkraft Einstellpunkt D überstiegen; oder
2. hat die Kippzylinderkraft Einstellpunkt E <356> überstiegen?

Wenn eines der obigen Kriterien vorliegt oder auftritt, dann bestimmt die Programmsteuerung, ob die TILTFLAGGE für eine vorbestimmte Zeitperiode <358> im AUS- oder OFF-Zustand war. Wenn die TILTFLAGGE für eine vorbestimmte Zeitperiode im AUS- oder OFF-Zustand war, dann bestimmt die Programmsteuerung, ob die Hubzylinderkraft größer ist als Einstellpunkt D <360>. Wenn dies der Fall ist, dann setzt die Programmsteuerung die TRIGGER FLAGGE auf LIFT (ANHEBEN) HUB <362> und die TILT FLAG oder TILTFLAGGE auf EIN oder ON <364>. Wenn jedoch die Hubzylinderkraft nicht größer ist als Einstellpunkt D, dann bestimmt die Programmsteuerung, ob die Kippzylinderkraft größer ist als Einstellpunkt E <366>. Wenn dies so ist, dann wird die TRIGGERFLAGGE auf TILT <368> gesetzt.
Wenn die Bedingung des Blocks 358 ausfällt (die TILTFLAGGE für eine vorbestimmte Zeit nicht AUS oder OFF war; NO Zustand in 3C), dann bestimmt die Programmsteuerung, ob die TILTFLAGGE für eine vorbestimmte Zeitspanne oder Zeitgröße <370> EIN oder ON war. Wenn die TILTFLAGGE für eine vorbestimmte Zeitspanne ON oder EIN war, dann bestimmt die Programmsteuerung, ob:

1. die TRIGGERFLAGGE = LIFT oder HUB (Heben) und dieHubzylinderkraft kleiner als eine untere vorbestimmte Schwelle, beispielsweise Einstellpunkt H ist; oder
2. ob die TRIGGERFLAGGE = TILT oder HUB und die Kippzylinderkraft kleiner ist als eine untere vorbestimmte Schwelle, beispielsweise Einstellpunkt I <372>?

Wenn eines der obigen Kriterien auftritt, dann wird die TRIGGERFLAGGE auf FALSE oder FALSCH eingestellt und die TILT- oder KIPPFLAGGE wird auf OFF oder AUS <374> eingestellt. Als nächstes bestimmt die Programmsteuerung, ob die TILTFLAGGE ON oder EIN ist. Wenn die TILTFLAGGE ON (EIN) ist, dann bestimmt die Programmsteuerung die Dauer, während welcher die TILTFLAGGE ON oder EIN <382> war. Demgemäß erzeugen die Logikmittel ein Befehlssignal an den Kippzylinder, um mit maximaler Geschwindigkeit <384> auszufahren. Wenn jedoch die TILTFLAGGE OFF oder AUS ist, dann bestimmt die Programmsteuerung die Dauer, mit der die TILTFLAGGE OFF oder AUS <378> war. Demgemäß erzeugen die Logikmittel ein Befehlssignal für den Kippzylinder, um die Zylinderausfahrung oder Zylinderverschiebung <380> zu begrenzen.
Obwohl die folgende Erfindung unter Bezugnahme auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel oben beschrieben wurde, so erkennt der Fachmann doch, daß verschiedene zusätzliche Ausführungsbeispiele in den Rahmen der Erfindung fallen.
Industrielle Anwendbarkeit
Im folgenden sei die Arbeitsweise der Erfindung beschrieben, um die Merkmale und Vorteile der Erfindung zu veranschaulichen. Die Erfindung ist besonders geeignet für die Steuerung von Erdbearbeitungsmaschinen, insbesondere solchen Maschinen, die Ladefunktionen ausführen, wie beispielsweise Bagger, Schaufellader und Vorderlader mit Frontschaufeln.
Sobald die automatische Kübelsteuerung eingeleitet ist, überwachen Logikmittel kontinuierlich die Kraft am Hubzylinder, um als erstes zu bestimmen, wann der Kübel mit dem Haufen in Eingriff kommt. Infolgedessen, sobald die Hubzylinderkraft Einstellpunkt A übersteigt, sagt man, daß der Kübel mit dem Haufen in Eingriff steht. Demgemäß erzeugen die Logikmittel ein Hubzylinderbefehlssignal mit einer maximalen Größe, um zu bewirken, daß der Kübel nach oben durch den Haufen mit maximaler Geschwindigkeit bewegt wird. Während der Kübel durch den Haufen angehoben wird, werden die Hub- und Kippzylinderkräfte kontinuierlich überwacht. Sobald die Hubzylinderkraft Einstellpunkt B übersteigt oder die Kippzylinderkraft Einstellpunkt C überschreitet, erzeugen die Logikmittel ein Kippzylinderbefehlssignal mit einer maximalen Größe, um zu bewirken, daß der Kübel anfängt, sich nach hinten zu kippen, um das Material einzufangen. Der Kübel setzt die Kippbewegung nach hinten fort, bis eine der Kräfte, die Hubzylinderkraft oder die Kippzylinderkraft unter eine vorbestimmte Schwelle fällt, d.h. die Einstellpunkte H bzw. I. Dementsprechend reduzieren die Logikmittel das Kippzylinderbefehlssignal, um die Kübelkipp- oder -kipprückbewegung zu begrenzen. Sobald jedoch eine der folgenden Kräfte, nämlich die Hubzylinderkraft oder die Kippzylinderkraft eine vorbestimmte obere Schwelle übersteigen, d.h. die Einstellpunkte D bzw. E, erhöhen oder vergrößern die Logikmittel das Kippzylinderbefehlssignal auf eine maximale Größe, um den Kübel schnell zu kippen bzw. nach hinten zu kippen. Die inkrementale Kipp- oder Rückkippbewegung setzt sich fort, bis der Kübel als gefüllt bestimmt wird, d. h. sobald die Kippzylinderposition den Einstellpunkt F übersteigt. Sobald schließlich die Kippzylinderposition einen vollständig gekippten bzw. zurück gekippten Kübel repräsentiert, d. h. Einstellpunkt G, so ist dann der Auto- oder Selbstladezyklus vollendet.
Wie oben beschrieben, verändern die Logikmittel das Kippzylinderbefehlssignal zwischen einem vorbestimmten minimalen und maximalen Wert, um die Hub- und Kippzylinderkräfte in einem effektiven Kraftbereich zu halten. Demgemäß werden die Positionen und Kräfte der Hub- und Kippzylinder überwacht, um die Befehlssignale auf die gewünschten Größen zu steuern. Wenn beispielsweise die Hub- oder Kippzylinderkräfte unter die unteren vorbestimmten Werte fallen, so wird das Ausfahren des Kippzylinders angehalten, um zu verhindern, daß der Kübel aus dem Haufen zu schnell "herausbricht". Wenn alternativ die Hub- oder Kippzylinderkraft den oberen vorbestimmten Wert übersteigt, so wird das Ausfahren des Kippzylinders beschleunigt, um zu verhindern, daß der Kübel zu tief in den Haufen eindringt.
Weitere Aspekte, Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Studium der Zeichnungen, den beigefügten Ansprüchen sowie der übrigen Offenbarung.
Zusammenfassend sieht die Erfindung folgendes vor:
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein automatisches Steuersystem zum Laden eines Kübels eines Radladers vorgesehen. Das System weist einen Drucksensor auf, der Drucksignale erzeugt, und zwar ansprechend auf die hydraulischen Drücke, die mit einem der Hub- bzw. Kippzylinder assoziiert sind. Ein Mikroprozessor empfängt die Drucksignale, vergleicht mindestens eines der Drucksignale mit einem vorbestimmten Einstellpunkt aus einer Vielzahl von Druckeinstellpunkten und erzeugt Hub- und Kippbefehlssignale ansprechend auf die Druckvergleiche. Schließlich empfängt ein elektrohydraulisches System die Hubbefehlssignale und fährt in steuerbarer Weise den Hubzylinder aus, um den Kübel durch das Material hindurch anzuheben, und das elektrohydraulische System empfängt ferner die Kippbefehlssignale und fährt in steuerbarer Weise den Kippzylinder aus, um den Kübel zum Einfangen oder Einladen des Material zu kippen.
In der Zeichnung werden die folgenden Abkürzungen verwendet.
1. 1:

keine

2. Figur 2:
3. Figur 3A:
4. Figur 3B:
5. Figur 3C:

Claims

Ein Steuersystem zum automatischen Steuern eines Arbeitswerkzeugs einer Erdbearbeitungsmaschine zum Aufnehmen von Material, wobei das Arbeitswerkzeug einen Kübel umfaßt, wobei der Kübel steuerbar durch einen hydraulischen Hubzylinder und einen hydraulischen Kippzylinder betätigt wird und dabei folgendes vorgesehen ist: Druckabfühlmittel zum Erzeugen entsprechender Drucksignale ansprechend auf die mindestens einem der Hub- und Kippzylinder zugeordneten hydraulischen Drücke; Kraftberechnungsmittel zum Empfangen der Drucksignale und darauf ansprechendes Berechnen korrelativer Kraftsignale; Logikmittel zum Empfangen der Kraftsignale und darauf ansprechendes Erzeugen der Kippzylinderbefehlssignale, um den Kübel ansprechend darauf zu kippen, dass die Hubzylinderkraft einen oberen Druckschwellenwert überschreitet, und Erzeugen der Kippzylinderbefehlssignale, um das Kübelkippen ansprechend darauf zu stoppen, dass die Hubzylinderkraft unter einen unteren Druckschwellenwert fällt, und ansprechendes Erzeugen von Hubzylinderbefehlssignalen ansprechend auf das Vergleichen mindestens eines der Drucksignale mit einem vorbestimmten einer Vielzahl von Einstellpunkten; und Betätigungsmittel zum Empfangen der Hubbefehlssignale und Erstrecken des Hubzylinders auf steuerbare Weise, um den Kübel durch Material anzuheben, und zum Empfangen der Kippbefehlssignale und Erstrecken des Kippzylinders auf steuerbare Weise, um den Kübel zu kippen, um das Material aufzunehmen.
Steuersystem nach Anspruch 1, das folgendes umfaßt: Mittel zum Erzeugen entsprechender Positionssignale ansprechend auf die entsprechende Position mindestens eines der Hub- und Kippzylinder; und Mittel zum Empfangen der Positionssignale, Vergleichen der Positionssignale mit einer Vielzahl positionaler Einstellpunkte und Anzeigen, wenn das Beladen vollständig ist ansprechend darauf, dass die Kipp- oder Hubzylinderpositionen größer als ein entsprechender positionaler Einstellpunkt sind.
Ein Steuersystem zum automatischen Steuern eines Arbeitswerkzeugs einer Erdbearbeitungsmaschine zum Aufnehmen von Material, wobei das Arbeitswerkzeug einen Kübel umfaßt, wobei der Kübel steuerbar durch einen hydraulischen Hubzylinder und einen hydraulischen Kippzylinder betätigt wird und folgendes vorgesehen ist: Druckabfühlmittel zum Erzeugen entsprechender Drucksignale ansprechend auf die mindestens einem der Hub- und Kippzylinder zugeordneten hydraulischen Drücke; Kraftberechnungsmittel zum Empfangen der Drucksignale und darauf ansprechendes Berechnen korrelativer Kraftsignale; Logikmittel zum Empfangen der Kraftsignale und darauf ansprechendes Erzeugen der Kippzylinderbefehlssignale, um den Kübel ansprechend darauf zu kippen, dass die Kippzylinderkraft einen oberen Druckschwellenwert überschreitet, und Erzeugen der Kippzylinderbefehlssignale, um das Kübelkippen ansprechend darauf zu stoppen, dass die Kippzylinderkraft unter einen unteren Druckschwellenwert fällt, und ansprechendes Erzeugen von Hubzylinderbefehlssignalen ansprechend auf das Vergleichen mindestens eines der Drucksignale mit einem vorbestimmten einer Vielzahl von Druckeinstellpunkten; und Betätigungsmittel zum Empfangen der Hubbefehlssignale und Erstrecken des Hubzylinders auf steuerbare Weise, um den Kübel durch Material anzuheben, und Empfangen der Kippbefehlssignale und Erstrecken des Kippzylinders auf steuerbare Weise, um den Kübel zu kippen, um Material aufzunehmen.
Steuersystem nach Anspruch 3, das folgendes umfaßt: Mittel zum Erzeugen entsprechender Positionssignale ansprechend auf die entsprechende Position mindestens eines der Hub- und Kippzylinder; und Mittel zum Empfangen der Positionssignale, Vergleichen der Positionssignale mit einer Vielzahl von positionalen Einstellpunkten, und Anzeigen, wenn das Beladen vollständig ist ansprechend darauf, dass die Hub- oder Kippzylinderpositionen größer als ein entsprechender positionaler Einstellpunkt sind.
Ein Verfahren zum automatischen Steuern eines Arbeitswerkzeugs einer Erdbearbeitungsmaschine zum Aufnehmen von Material, wobei das Arbeitswerkzeug einen Kübel umfaßt, wobei der Kübel steuerbar durch einen hydraulischen Hubzylinder und einen hydraulischen Kippzylinder betätigbar ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Erzeugen entsprechender Drucksignale ansprechend auf die mindestens einem der Hub- und Kippzylinder zugeordneten hydraulischen Drücke; und Erzeugen der Kippzylinderbefehlssignale, um den Kübel ansprechend darauf zu kippen, dass der Hubzylinderdruck einen oberen Druckschwellenwert überschreitet; und Erzeugen der Kippzylinderbefehlssignale, um das Kübelkippen zu stoppen ansprechend darauf, dass der Hubzylinderdruck unter einen unteren Druckschwellenwert fällt; und Vergleichen der Drucksignale mit einer Vielzahl von Druckeinstellpunkten und Erzeugen von Hubzylinder befehlssignalen, um den Kübel ansprechend darauf anzuheben, dass entweder die Hub- oder Kippzylinderdrücke größer als ein entsprechender vorbestimmter Einstellpunkt sind.
Verfahren nach Anspruch 5, das die folgenden Schritte umfaßt: Erzeugen entsprechender Positionssignale ansprechend auf die entsprechende Position mindestens eines der Hub- und Kippzylinder; und Empfangen der Positionssignale, Vergleichen der Positionssignale mit einer Vielzahl positionaler Einstellpunkte und Anzeigen, wenn das Beladen vollständig ist ansprechend darauf, dass die Kippzylinderposition oder die Hubzylinderposition größer als ein entsprechender positionaler Einstellpunkt ist.
Ein Verfahren zum automatischen Steuern eines Arbeitswerkzeugs einer Erdbearbeitungsmaschine zum Aufnehmen von Material, wobei das Arbeitswerkzeug einen Kübel umfaßt, wobei der Kübel steuerbar durch einen hydraulischen Hubzylinder und einen hydraulischen Kippzylinder betätigt wird, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Erzeugen entsprechender Drucksignale ansprechend auf die zugeordneten hydraulischen Drücke, die mindestens einem der Hub- und Kippzylinder zugeordnet sind; und Erzeugen der Kippzylinderbefehlssignale, um den Kübel ansprechend darauf zu kippen, dass der Kippzylinderdruck einen oberen Druckschwellenwert überschreitet; und Erzeugen der Kippzylinderbefehlssignale, um das Kübelkippen zu stoppen ansprechend darauf, dass der Kippzylinderdruck unter einen unteren Druckschwellenwert fällt; und Vergleichen der Drucksignale mit einer Vielzahl von Druckeinstellpunkten, und Erzeugen von Hubzylinderbefehlssignalen, um den Kübel ansprechend darauf anzuheben, dass entweder der Hub- oder der Kippzylinderdruck höher als ein entsprechender vorbestimmter Einstellpunkt ist.