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Die
vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen eine Steuervorrichtung
für ein
Fahrsystem bei Baufahrzeugen, und insbesondere eine Steuervorrichtung,
die für
eine automatische Steuerung des Betriebs des Fahrsystems eines Baufahrzeuges
geeignet ist.
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Die 1 zeigt die hydraulische
Schaltung eines typischen Fahrsystems eines Baufahrzeuges. Wie in
der 1 gezeigt wird,
umfasst das typische Fahrsystem eine hydraulische Hauptpumpe P,
welche durch die Drehkraft eines Motors E angetrieben wird. Ein
Fahrmotor M ist durch eine hydraulische Leitung an die hydraulische
Pumpe P angeschlossen, so dass der Motor M durch das unter Druck
gesetzte Öl
der Pumpe P betätigt
wird. Die hydraulische Leitung, die sich zwischen dem Motor M und
der Pumpe P erstreckt, ist mit einem Wegeventil V versehen, welches
die Zufuhr des unter Druck gesetzten Öls für den Motor M steuert und somit
den Motor M startet oder stoppt oder die Drehrichtung des Motors M ändert. Um
das obige Wegeventil V zu betätigen, wird
der Steuerdruck einer Steuerpumpe Pp an das Ventil V angelegt und
somit der Schieber des Ventils V in eine der beiden Richtungen bewegt.
Die obige Steuerpumpe Pp wird durch den Motor E angetrieben. Der
Steuerdruck der Steuerpumpe Pp wird gemäss eines Betätigungssignals,
welches von den Fahrsteuerpedalen D ausgegeben wird, die im Führerstand
des Baufahrzeuges installiert sind, wahlweise an eines der beiden
Enden des Schiebers des Wegeventils V angelegt. Zwei Überdruckventile
R1 und R2 sind an die entsprechenden Pumpen P und Pp angeschlossen
und begrenzen den Druck der hydraulischen Schaltung auf ein vorgegebenes
Niveau, wodurch die Betriebssicherheit des Fahrsystems beibehalten
wird.
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In
letzter Zeit wurden Mikroprozessoren zum automatischen Steuern des
Betriebs von Baufahrzeugen intensiv verwendet. Die Verwendung von
Mikroprozessoren ist jedoch leider auf die Steuerung der Arbeitseinheiten
wie Ausleger, Arme und Schaufeln der Baufahrzeuge beschränkt, weil
das automatische Fahrsystem während
des Betriebs des Baufahrzeuges einen Unfall verursachen kann.
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Deshalb
wurde das Fahrsystem eines Baufahrzeuges leider von Hand betätigt, obwohl
die anderen Arbeitseinheiten durch eine Steuerung automatisch betätigt werden.
Das manuelle Fahrsystem ist unbequem für den Operateur eines Baufahrzeuges,
besonders wenn das Baufahrzeug Bauarbeiten ausführt, während es auf dem Boden fährt.
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Aus
der
US 5 463 931 ist
beispielsweise eine Steuereinrichtung für hydraulische Motoren bekannt. Die
Steuereinrichtung umfasst ein Wegeventil zur Weiterleitung der Hydraulikflüssigkeit
von einer Druckquelle zum Motor, eine mit Steuerdruck betriebene
Aktivierungsvorrichtung, mit der Aktivierungsvorrichtung und der
Druckquelle verbundene Servoventile sowie einen manuellen Aktivierungshebel,
der über
eine Kupplung mechanisch mit dem Wegeventil verbunden ist. Ein mit
Druckflüssigkeit
betriebenes Stellglied ist der Kupplung zugeordnet, um die Kupplung
zu verschieben, wenn es unter Druck steht. Ein Verschiebeventil,
das sowohl mit dem Stellglied als auch mit den Servoventilen in
Verbindung steht, ist derart angeordnet, dass es die Servoventile
und das Stellglied der Kupplung gleichzeitig mit Druck beaufschlagt,
um eine doppelte Aktivierung des Wegeventils zu verhindern.
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Aus
der
US 4 341 073 ist
eine Steuerschaltung zur gezielten Veränderung der Verdrängung einer
Verdrängungspumpe
für ein
hydrostatisches Getriebe bekannt. Die Steuerschaltung umfasst eine
primäre
Steuerschaltung, die eine unter Druck stehende Fluidquelle mit der
Verdrängungspumpe
verbindet und derart betrieben werden kann, dass sie die Verdrängung der
Pumpe zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert variieren
kann. Dabei ist eine separate Umgehungsschaltung mit der primären Steuerschaltung
verbunden, um diese außer
Kraft zu setzen und die Verdrängung
der Verdrängungspumpe
gezielt zu verändern.
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Aus
der
GB 2 022 787 A ist
eine Steuereinrichtung für
ein hydrostatisches Getriebe bekannt, das eine variable Verdrängungspumpe
aufweist, die mit einem Motor verbunden ist. Eine durch den Zustrom
zur Verdrängungspumpe
betriebene Zusatzpumpe ist mittels eines Drosselventils und eines
Servomotors derart angeschlossen, dass der Servomotor in Abhängigkeit
von einem Fluiddruck-Signal angetrieben wird, welches proportional
zur Zustromgeschwindigkeit der beiden Pumpen ist, so dass die Verdrängungspumpe
durch den Servomotor entsprechend eingestellt wird.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, eine Steuervorrichtung für ein Fahrsystem
bei Baufahrzeugen bereit zu stellen, bei der die obigen Probleme überwunden
werden können
und welche den Betrieb des Fahrsystems automatisch steuert, wenn
ein Baufahrzeug Bauarbeiten ausführt,
während
es auf dem Boden fährt.
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Um
die Aufgabe zu lösen,
stellt die vorliegende Erfindung eine Steuervorrichtung für ein Fahrsystem
bei Baufahrzeugen bereit, wobei das Fahrsystem einen Motor, eine
Hauptpumpe und eine Steuerpumpe, einen Fahrmotor, ein Wegeventil
und ein Fahrsteuerpedal umfasst und wobei die Steuervorrichtung
eine Ventilsteuereinrichtung umfasst, um unabhängig vom Fahrsteuerpedal einen
Steuerdruck der Steuerpumpe an einen Schieber des Wegeventils anzulegen
und somit den Betrieb des Wegeventils auf eine solche Art automatisch
zu steuern, dass ein Steuermodus, der durch das Fahrsteuerpedal
ausgeführt
wird, Vorrang gegenüber
einem Steuermodus hat, der durch die Ventilsteuereinrichtung ausgeführt wird.
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Die
Steuervorrichtung nach der Erfindung ist so programmiert, dass der
manuelle Steuermodus des Operateurs im Falle zum Beispiel eines
Notfalles Vorrang gegenüber
dem automatischen Steuermodus hat, wodurch die Arbeitseffizienz
verbessert wird und die Betriebssicherheit des Baufahrzeuges erhöht wird.
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Bei
der bevorzugten Ausführungsform
der Steuervorrichtung nach der Erfindung umfasst die Ventilsteuereinrichtung
ein Proportionalsteuerventil, das an eine Steuerleitung angeschlossen
ist, die sich zwischen der Steuerpumpe und dem Schieber des Wegeventils
erstreckt und geeignet ist, um den Steuerdruck der Steuerpumpe in
Abhängigkeit
eines Eingangsstromsignals an den Schieber anzulegen; einen Druckmessfühler, der
zum Messen von Steuerdrücken
geeignet ist, wobei ein Steuerdruck durch das Fahrsteuerpedal erzeugt
wird und auf den Schieber wirkt und der andere Steuerdruck durch
das Proportionalsteuerventil erzeugt wird und auf den Schieber wirkt;
und eine Steuerung, die ein Signal empfängt, das die Steuerdrücke anzeigt,
die durch den Druckmessfühler
gemessen werden, und die das Stromsignal an das Proportionalsteuerventil
ausgibt.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Steuervorrichtung nach der Erfindung wird im folgenden unter
Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben, in welchen:
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1 die hydraulische Schaltung
eines typischen Fahrsystems eines Baufahrzeuges ist;
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2 die hydraulische Schaltung
eines Fahrsystems mit der bevorzugten Ausführungsform der Steuervorrichtung
nach der Erfindung ist; und
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3 ein Flussdiagramm eines
Steuerverfahrens eines Fahrsystems mit der Steuervorrichtung nach
der Erfindung ist.
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Die 2 zeigt die hydraulische
Schaltung eines Fahrsystems mit der bevorzugten Ausführungsform
der Steuervorrichtung nach der Erfindung. Wie in der 2 gezeigt wird, umfasst
das Fahrsystem eine hydraulische Hauptpumpe P, welche durch die
Drehkraft eines Motors E angetrieben wird. Ein Fahrmotor M ist durch
eine hydraulische Leitung an die hydraulische Pumpe P angeschlossen,
so dass der Motor M durch das unter Druck gesetzte Öl der Pumpe
P betätigt
wird. Die hydraulische Leitung, die sich zwischen dem Motor M und
der Pumpe P erstreckt, ist mit einem Wegeventil V versehen, welches
die Zufuhr des unter Druck gesetzten Öls für den Motor M steuert und somit
den Motor M startet oder stoppt oder die Drehrichtung des Motors
M ändert.
Um das obige Wegeventil V zu betätigen,
wird der Steuerdruck einer Steuerpumpe Pp an das Ventil V angelegt
und somit der Schieber des Ventils V in eine der beiden Richtungen
bewegt. Die obige Steuerpumpe Pp wird durch den Motor E angetrieben.
Der Steuerdruck der Steuerpumpe Pp wird gemäss eines Betätigungssignals,
welches von den Fahrsteuerpedalen D ausgegeben wird, die im Führerstand
des Baufahrzeuges installiert sind, wahlweise an eines der beiden
Enden des 'Schiebers
des Wegeventils V angelegt. Zwei Überdruckventile R1 und R2 sind
an die entsprechenden Pumpen P und Pp angeschlossen und begrenzen
den Druck der hydraulischen Schaltung auf ein vorgegebenes Niveau,
wodurch die Betriebssicherheit des Fahrsystems beibehalten wird.
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Die
Steuervorrichtung für
das oben genannte Fahrsystem umfasst eine Ventilsteuereinrichtung, welche
unabhängig
von den Fahrsteuerpedalen D den Steuerdruck der Steuerpumpe Pp an
den Schieber des Wegeventils V anlegt und somit den Betrieb des
Wegeventils V steuert. In diesem Falle hat der Steuermodus, der
durch die Fahrsteuerpedale D ausgeführt wird, Vorrang gegenüber einem
Steuermodus, der durch die Ventilsteuereinrichtung ausgeführt wird.
Bei der bevorzugten Ausführungsform
dieser Erfindung umfasst die Ventilsteuereinrichtung zwei Proportionalsteuerventile 2a und 2b,
welche an die entsprechenden Steuerleitungen 1a und 1b angeschlossen
sind, die sich zwischen der Steuerpumpe Pp und den beiden entsprechenden
Enden des Schiebers des Wegeventils erstrecken. Wenn die obigen
Proportionalsteuerventile 2a und 2b Stromsignale
empfangen, öffnen
die Ventile 2a und 2b die Steuerleitungen 1a und 1b proportional
und bilden somit die Steuerdrücke,
die auf beide Enden des Schiebers des Wegeventils wirken. Das unter
Druck gesetzte Steueröl
die Steuerpumpe Pp wird sowohl an die Fahrsteuerpedale D als auch
an die Proportionalsteuerventile 2a und 2b angelegt.
Die Steuerleitungen 1c und 1d für die Proportionalsteuerventile 2a und 2b sind
bei entsprechenden Wechselventilen 3a und 3b an
die Steuerleitungen 1e und 1f für die Fahrsteuerpedale
D angeschlossen und erstrecken sich wiederum zu den entsprechenden
Steuerleitungen 1a und 1b für das Wegeventil V.
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Inzwischen
hat die hydraulische Schaltung auch eine Steuerung 4, welche
den rückgekoppelten Steuerdruck
empfängt,
der auf beide Enden des Schiebers des Wegeventils wirkt, und die
oben genannten Stromsignale an die Proportionalsteuerventile 2a und 2b ausgibt.
Die obige Steuerung 4 empfängt die rückgekoppelten Steuerdrücke der
Steuerleitungen 1a und 1b durch den Druckmessfühler 5, welcher
an die Steuerleitungen 1a und 1b und das Wechselventil 3c angeschlossen
ist.
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Zwei
Druckschalter 6a und 6b sind an die Steuerleitungen 1e und 1f angeschlossen,
welche sich zu den Fahrsteuerpedalen D erstrecken. Die obigen Druckschalter 6a und 6b messen
die Steuerdrücke
der Steuerleitungen 1e und 1f, welche sich zu den
Fahrsteuerpedalen D erstrecken, und geben Messsignale, welche die
Betätigungswerte
der Pedale D anzeigen, an die Steuerung 4 aus.
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Das
obige Fahrsystem wird folgendermassen betrieben.
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Im
Falle eines automatischen Steuermodus werden die Proportionalsteuerventile 2a und 2b in Abhängigkeit
der Steuersignale betätigt,
die von der Steuerung 4 ausgegeben werden, um dadurch einen Steuerdruck
zu bilden. Der Steuerdruck wiederum wird mittels der Wechselventile 3a und 3b an
den Schieber des Wegeventils V angelegt, so dass sich der Schieber
in eine der beiden Richtungen bewegt und den Fahrmotor M startet.
Im obigen Zustand wird der Steuerdruck durch den Druckmessfühler 5 zur Steuerung 4 zurück gekoppelt,
womit erlaubt wird, dass die Steuerung 4 den Betrieb des
Fahrmotors M ununterbrochen steuert.
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Im
Falle eines manuellen Steuermodus betätigt der Operateur des Baufahrzeuges
die Fahrsteuerpedale D, so dass die Pedale D einen Steuerdruck bilden.
Aufgrund des obigen Steuerdruckes sind die Druckschalter 6a und 6b eingeschaltet
und geben Signale an die Steuerung 4 aus, wobei sie die
Steuerung 4 informieren, dass das Fahrsystem in den manuellen
Fahrsteuermodus gebracht worden ist.
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Wenn
die Pedale D durch den Operateur während eines automatischen Steuermodus
betätigt werden,
wo die Steuerung 4 die Stromsignale an die Proportionalsteuerventile 2a und 2b ausgibt
und das Fahrsystem automatisch steuert, stoppt die Steuerung 4 die
Ausgabe der Stromsignale an die Ventile 2a und 2b.
Inzwischen wird der Steuerdruck, der durch die Betätigung der
Pedale D verursacht wird, mittels eines der beiden Wechselventile 3a oder 3b an
den Schieber des Wegeventils V angelegt, wodurch der Schieber in
eine der beiden Richtungen bewegt wird und der Fahrmotor M gestartet
wird.
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Gemäss der vorliegenden
Erfindung ist es vorzuziehen, die Daten, welche die Betätigung der Fahrsteuerpedale
D betreffen, bei einem manuellen Betrieb des Fahrsystems im Speicher
der Steuerung 4 zu speichern und die gespeicherten Daten
in einem nächsten
Betriebsvorgang des Fahrsystems zu verwenden, um das Fahrsystem
automatisch zu steuern. Um das obige Ziel zu erreichen, wird der
Steuerdruck, der durch die betätigten
Pedale D erzeugt wurde, sowohl durch den Druckmessfühler 5 als
auch durch die Druckschalter 6a und 6b gemessen
und wiederum an die Steuerung 4 übergeben, womit er im Speicher
der Steuerung 4 gespeichert wird. Im obigen Falle muss
das Fahrsystem einen Funktionswahlschalter (nicht gezeigt) haben,
welcher verwendet wird, um bei einem manuellen Betrieb des Fahrsystems
eine Funktion zum Speichern der Daten, welche die Betätigung der
Fahrsteuerpedale D betreffen, im Speicher der Steuerung 4 auszuwählen, oder
eine Funktion zum Wiederholen des Betriebs des Fahrsystems auf der
Basis der gespeicherten Daten. Wenn der obige Wahlschalter eingeschaltet ist,
um die Datenspeicherfunktion auszuwählen, werden sowohl das Ausgangssignal
der Druckschalter 6a und 6b als auch der durch
den Druckmessfühler 5 gemessene
Steuerdruck an die Steuerung 4 übergeben. Die Steuerung 4 speichert
das Signal und den Steuerdruck in der Form von Daten im Speicher. Wenn
die Wiederholfunktion des Wahlschalters ausgewählt ist, wird der Betrieb des
Fahrsystems gemäss
den gespeicherten Daten automatisch wiederholt.
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Die 3 ist ein Flussdiagramm
des Steuerverfahrens für
das Fahrsystem gemäss
der vorliegenden Erfindung.
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Beim
Betrieb des Fahrsystems empfängt
die Steuerung 4 beim Schritt 1 Signale von den
Druckschaltern 6a und 6b und dem Druckmessfühler 5, welche
die Steuerdrücke
anzeigen. Beim Schritt 2 prüft die Steuerung 4 den
Betriebsmodus des Fahrsystems gemäss den Eingangssignalen. Das
heisst, die Steuerung 4 prüft, ob ein automatischer Steuermodus
ausgeführt
wurde.
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Wenn
bestimmt wird, dass das Fahrsystem in einem automatischen Steuermodus
betrieben wird, prüft
die Steuerung 4 beim Schritt 3 den Signalausgang
von den Druckschaltern 6a und 6b und bestimmt
somit, ob die Pedale D betätigt
wurden. Wenn bestimmt wird, dass die Pedale D nicht betätigt wurden,
empfängt
die Steuerung 4 beim Schritt 4 Daten zum Steuern
der Proportionalsteuerventile 2a und 2b. Nach
dem Empfang der Daten zum Steuern der Proportionalsteuerventile 2a und 2b verarbeitet
die Steuerung 4 beim Schritt 5 die Eingangsdaten,
bevor sie Steuersignale an die Proportionalsteuerventile 2a und 2b ausgibt.
Danach kehrt das Verfahren zum Schritt 1 zurück.
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Inzwischen
wird das Fahrsystem in einem manuellen Steuermodus betätigt, und
die Steuerung 4 prüft
beim Schritt 6, ob die Datenspeicherfunktion des Funktionswahlschalters
ausgewählt
wurde. Wenn die Datenspeicherfunktion des Funktionswahlschalters
ausgewählt
wurde, speichert die Steuerung 4 beim Schritt 7 die
Daten, die sowohl die Ausgangssignale der Druckschalter 6a und 6b als
auch den durch den Druckmessfühler 5 gemessenen
Steuerdruck betreffen, im Speicher. Die gespeicherten Daten werden
für eine
automatische Wiederholung des Betriebs des Fahrsystems in einem
nächsten
Vorgang verwendet.
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Wenn
entweder die Datenspeicherfunktion des Funktionswahlschalters nicht
ausgewählt
wurde oder die Daten im Speicher gespeichert worden sind, gibt die
Steuerung 4 beim Schritt 8 ein Nullsignal an die
Proportionalsteuerventile 2a und 2b aus, bevor sie
zum Schritt 1 zurückkehrt.
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Wenn
die Steuerung 4 beim Schritt 3 bestimmt, dass
die Fahrsteuerpedale D betätigt
wurden, führt
die Steuerung 4 den Schritt 8 aus, um ein Nullsignal
an die Proportionalsteuerventile 2a und 2b auszugeben,
bevor sie zum Schritt 1 zurückkehrt. Bei der Steuervorrichtung
gemäss
dieser Erfindung hat der manuelle Steuermodus Vorrang gegenüber dem automatischen
Steuermodus, wodurch die Betriebssicherheit des Fahrsystems besonders
im Falle eines Notfalles beibehalten wird.
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Wie
oben beschrieben wurde, stellt die vorliegende Erfindung eine automatische
Steuervorrichtung für
ein Fahrsystem bei Baufahrzeugen bereit. Die Steuervorrichtung steuert
den Betrieb des Baufahrzeuges automatisch, wodurch die Arbeitseffizienz
verbessert wird, wenn ein Baufahrzeug Bauarbeiten ausführt, während es
auf dem Boden fährt.
Die obige Steuervorrichtung ist programmiert um zu erlauben, dass
der manuelle Steuermodus Vorrang gegenüber dem automatischen Steuermodus
hat, wodurch die Betriebssicherheit des Baufahrzeuges im Falle zum
Beispiel eines Notfalles angestrebt wird.
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Obwohl
zum Zwecke der Darstellung die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung offenbart wurden, wird der Fachmann erkennen, dass verschiedene
Modifikationen, Zusätze
und Substitutionen möglich
sind, ohne vom Schutzbereich und von der Idee der Erfindung abzuweichen, wie
sie in den beiliegenden Patentansprüchen offenbart wird.