DE19754916A1

DE19754916A1 - Lenkkurvenkalibrierungsverfahren und -vorrichtung für eine Pflastermaschine mit Gummirädern

Info

Publication number: DE19754916A1
Application number: DE19754916A
Authority: DE
Inventors: Craig R Gustin; Keith R Schmidt
Original assignee: Caterpillar Paving Products Inc
Current assignee: Caterpillar Paving Products Inc
Priority date: 1996-12-11
Filing date: 1997-12-10
Publication date: 1998-06-18
Also published as: GB9723083D0; GB2320337A; GB2320337B; US5931881A

Description

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Vorrich tung und ein Verfahren zum Lenken einer zwei-weg-rich tungsgesteuerten Maschine und insbesondere auf eine Vor richtung und ein Verfahren zum Kalibrieren der Lenkkur ven, die mit einem Lenksteuersystem einer Pflasterma schine assoziiert sind.

Asphaltpflastermaschinen bzw. Straßenfertiger weisen eine Füllvorrichtung auf, um Pflastermaterial aufzunehmen, und ein Fördersystem zum Übertragen des Pflastermaterials von der Füllvorrichtung zur Ablage auf dem Straßenbett. Schraubenförderer verteilen das Material auf dem Straßen bett vor einem schwimmenden Schild bzw. einer Bohle, die mit der Pflastermaschine durch Schwenkzug- oder Zieharme verbunden ist. Das Schild wirkt dahingehend, daß es das Pflastermaterial formt und verdichtet, welches von den Förderern verteilt wird, wobei idealerweise die fertige Straße mit einer gleichförmigen glatten Oberfläche hin terlassen wird.

Solche Maschinen können durch Anwendung von Gummirädern angetrieben werden, die auf entgegengesetzten Seiten der Maschine angeordnet sind. Typische, mit Gummirädern ver sehene Maschinen besitzen vordere lenkbare oder gelenkte Räder und eine mechanische Differentialvorrichtung bzw. ein Differential, welches die hinteren angetriebenen Rä der antreibt. Jedoch kann diese Art von Maschinen nicht wirkungsvoll ein Durchrutschen der Räder durch Leiten von Leistung an nur ein Rad steuern.

Ein zweites alternatives Antriebssystem ist es, unabhän gig jedes angetriebene Rad anzutreiben. Die Erfordernis des unabhängigen Antriebes erzeugt das Problem der Steu erung der Relativgeschwindigkeit bzw. -drehzahl von jedem Rad, um ordnungsgemäß dem Lenk- bzw. Schwenkpfad der vor deren gelenkten Räder zu folgen, während man volle Lei stung mit minimalem Schlupf an jedes Rad liefert. Ein elektronisches Steuerregelsystem (closed loop) ist ein Verfahren, um die erforderliche Steuerung vorzusehen. Je doch ist eine Schwierigkeit bei der Konstruktion einer solchen Steuerung die Definition der Steuerbeziehung zwi schen den rechten und linken angetriebenen Rädern, so daß die individuellen Betriebscharakteristiken einer indivi duellen Maschine in Betracht gezogen werden.

Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, diese Probleme zu lösen, und zwar durch Bestimmung der Steuer beziehungen zwischen den rechten und linken angetriebenen Rädern, um dem Pfad der gelenkten Räder zu folgen. Zu sätzlich modifiziert die vorliegende Erfindung die Steu erbeziehung, um verbesserte Lenkmöglichkeiten durch einen Overdrive bzw. ein Überholen der angetriebenen Räder vor zusehen.

Gemäß eines Aspektes der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren vorgesehen, um die Lenkung einer richtungsge lenkten Maschine mit einem hydrostatischen System zu steuern, welches eine Vielzahl von angetriebenen Rädern antreibt. Das Verfahren weist die Schritte auf, ein Lenk winkelsignal zu erzeugen, welches den Winkel der gelenk ten Räder anzeigt, und ein Raddrehzahlsignal, welches die Drehgeschwindigkeit der angetriebenen Räder anzeigt, und eine programmierbare Kurve zu erzeugen, die die daraus resultierenden Antriebsraddrehzahlen als eine Funktion des Winkels der gelenkten Räder darstellt.

Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung sei Bezug genommen auf die Begleitzeichnungen, in denen die Figuren folgendes darstellen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Asphaltpflastermaschine bzw. eines Straßenfertigers;

Fig. 2 ein elektronisches Steuersystem für ein hydro statisches Antriebssystem der Pflastermaschine;

Fig. 3 ein Blockdiagramm auf hohem Niveau eines Lenk steuerverfahrens; und

Fig. 4 ein Blockdiagramm auf hohem Niveau einer Lenkkur venkalibrierungsroutine.

Die vorliegende Erfindung ist auf ein Kalibrierungsver fahren gerichtet, welches eine koordinierte Radantriebs steuerung von zwei-weg-richtungsgesteuerten Maschinen vorsieht. Mit Bezug auf die Figuren veranschaulicht Fig. 1 eine Bauart einer zwei-weg-richtungsgesteuerten Maschi ne, beispielsweise einer Pflastermaschine bzw. eines Straßenfertigers 100 der Bauart mit Gummirädern. Die Pflastermaschine 100 besitzt ein Fahrgestell 110, durch welches zwei Einspeisungsförderer Pflastermaterial, wie beispielsweise Asphaltmaterial von einer Einspeisungs füllvorrichtung 120 tragen, die vor der Pflastermaschine 100 gelegen ist. Verteilungsfördervorrichtungen 125, auf die auch als Verteilungsschnecken Bezug genommen wird, sind quer und am Hinterteil des Fahrgestells 110 vorgese hen. Die Fördervorrichtungen 125 verteilen das Asphaltma terial quer zur Fahrrichtung der Pflastermaschine 100. Das Material wird über die erwünschte Breite eines Pfla sterstreifens verteilt. Die Dicke und Breite der Pflaste rung wird durch die Materialverdichtungsschildanordnung 105 eingerichtet. Wie gezeigt, ist die Schild- bzw. Boh lenanordnung 105 am Fahrgestell 110 durch ein Paar von Zugarmen 130 angebracht. Vorzugsweise weist die Schild anordnung 105 ein Hauptschild 135 und ein ausfahrbares Schild oder Verlängerungsschild 140 auf. Das Hauptschild 135 ist aus zwei Abschnitten gebildet, einem auf jeder Seite der Mittellinie der Pflastermaschine. Das Verlänge rungsschild 140 ist auf jedem der Hauptschildabschnitte befestigt.

Ein elektronisches Steuersystem 200 für ein hydrostati sches Antriebssystem 205 der Pflastermaschine 100 ist in Fig. 2 gezeigt. Das hydrostatische Antriebssystem 205 weist einen (nicht gezeigten) Verbrennungsmotor auf, der zwei Hydraulikpumpen 210, 215 mit variabler Verdrängung antreibt. Die Taumel- bzw. Wellenplatte von jeder Pumpe ist durch eine Verdrängungs- bzw. Verschiebungsbetäti gungsvorrichtung 220, 225 betätigbar. Vorzugsweise weist jede Verdrängungsbetätigungsvorrichtung einen Richtungs elektromagneten 230, 235 auf, der den Ausgangsfluß und die -richtung der jeweiligen Pumpe steuert, d. h. entwe der vorwärts oder rückwärts. Jede Pumpe 210, 215 liefert Hochdruck-Strömungsmittel an einen Motor 240, 245 mit va riabler Verdrängung, der einen Verdrängungs- bzw. Ver schiebungselektromagneten 250, 255 aufweist, der verwen det wird, um die Verdrängung des jeweiligen Motors zu be tätigen. Die Motoren 240, 245 werden verwendet, um das notwendige Drehmoment zu liefern, um die Maschine über einen rechten und linken Satz von angetriebenen Rädern 260, 265 anzutreiben. Die Maschinenlenkung wird über ei nen mechanischen Lenkmechanismus 267 gesteuert, der den Winkel eines rechten und linken Satzes von Lenkrädern 270, 275 steuert.

Das elektronische Steuersystem 200 weist eine mikropro zessorbasierte Steuervorrichtung 269 auf, die einen Sy stemspeicher aufweist. Die Steuervorrichtung 269 empfängt verschiedene Abfühlsignale und steuert die Verdrängung der Pumpen 210, 215 und der Motoren 240, 245, um die Ge schwindigkeit bzw. Drehzahl und Lenkung der Maschine zu regeln.

Eine Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlwählvorrichtung 280 ist für den Bediener vorgesehen, um die maximale Lauf geschwindigkeit der Maschine basierend auf der Motordreh zahl einzustellen. Entsprechend erzeugt ein Geschwindig keitswählvorrichtungssensor 285 ein maximales Fahrge schwindigkeitssignal, welches proportional zur Drehposi tion der Geschwindigkeitswählvorrichtung 275 ist.

Ein Antriebshebel 290 ist für den Bediener vorgesehen, um eine gewünschte Fahrrichtung der Maschine anzuzeigen, beispielsweise vorwärts, rückwärts oder neutral. Der An triebshebel 290 steuert zusätzlich die Beschleunigung oder Abbremsung der Maschine durch Anzeige eines ge wünschten Prozentsatzes der maximalen Fahrgeschwindig keit. Entsprechend erzeugt ein Antriebshebelsensor 295 ein Antriebssignal, welches die erwünschte Richtung der Maschinenfahrt und den gewünschten Prozentsatz der maxi malen Fahrgeschwindigkeit ansprechend auf die relative Position des Antriebshebels 290 anzeigt.

Ein Lenksensor 297 erzeugt ein Lenkwinkelsignal, welches auf den Lenkwinkel des rechten und linken Satzes der Lenkräder anspricht. Vorzugsweise ist der Lenksensor 297 integral mit einer Drehanordnung des Lenkmechanismus 267 montiert. Ein Drehzahlsensor 298 des rechten Rades er zeugt ein rechtes Drehzahlsignal ansprechend auf die Dre hung des rechten angetriebenen Rades. Ein Drehzahlsensor 299 des linken Rades erzeugt ein linkes Drehzahlsignal ansprechend auf die Drehung des linken angetriebenen Ra des. Vorzugsweise sind die Drehzahlsensoren 298, 299 in tegral mit den jeweiligen Motoren 240, 245 montiert, um die Drehung der jeweiligen angetriebenen Räder zu überwa chen.

Die Steuervorrichtung 269 verwendet arithmetische Einhei ten, um verschiedene Prozesse entsprechend Softwarepro grammen zu steuern. Typischerweise sind die Programme in einem ROM bzw. Lesespeicher, einem RAM bzw. Arbeitsspei cher oder ähnlichem gespeichert.

Ein solcher Prozeß ist mit Bezug auf Fig. 3 gezeigt, die ein Blockdiagramm auf hohem Niveau eines Lenksteuerver fahrens 300 zeigt. Vorteilhafterweise sorgt das Lenk steuerverfahren 300 dafür, daß die Maschine mit einem konstanten Radius lenkt, der unabhängig von der Fahrge schwindigkeit oder der Motordrehzahl ist.

Eine Software-Nachschautabellenroutine 305 empfängt das Lenkwinkelsignal und das Antriebssignal und wählt einen Lenkradiuswert aus, der einen gewünschten Lenkradius an zeigt. Beispielsweise kann die Software-Nachschautabel lenroutine eine Karte (map) bzw. Zuweisungstabelle für die Vorwärts- und Rückwärtsfahrrichtungen aufweisen. Dar über hinaus kann jede Zuweisungstabelle bzw. Karte ver schiedene Kurven aufweisen, die programmierbar sind, um andere Lenk- oder Handhabungscharakteristiken vorzusehen. Beispielsweise stellt jede Kurve einen gewünschten Lenk radius als eine Funktion des gewünschten Lenkwinkels für einen vorbestimmten Geschwindigkeitsbereich dar. Darüber hinaus können die angetriebenen Räder mit einer anderen Drehzahl bzw. Differentialdrehzahl angetrieben werden, um die Lenkcharakteristiken zu verstärken bzw. zu verbes sern.

Ein Multiplikationsblock 310 empfängt das Antriebs- und Maximalgeschwindigkeitssignal und erzeugt ein gewünschtes Fahrgeschwindigkeitssignal ansprechend auf das Produkt der empfangenen Signale. Eine Raddrehzahlberechnungs routine 315 empfängt das gewünschte Fahrgeschwindigkeits signal und den Lenkradiuswert und bestimmt die Drehge schwindigkeit der äußeren und inneren Antriebsraddreh zahlen. Beispielsweise werden die äußeren und inneren Raddrehzahlen wie folgt berechnet:

Lenkradiusgleichungen:
V_außen = V_Soll(2-2R/G+2R)
V_innen = V_außen(R/R+G)

wobei folgendes gilt:
V_Soll = gewünschte bzw. Soll-Maschinenfahrge schwindigkeit;
R = Lenkradiuswert; und
G = Spurweite der Maschine, d. h. die Breite zwi schen den Radmitten.

Eine Software-Nachschauroutine 320 empfängt Signale, die die berechneten Außen- und Innenantriebsraddrehzahlen darstellen, und ruft eine Pumpenbefehlssignalsgröße für jede Pumpe auf. Entsprechend empfangen die Rückkoppe lungs- bzw. Feedback-Steuervorrichtungen 325, 330 die Pumpenbefehlssignale und liefern Signale an die entspre chenden Pumpenelektromagneten, um den Strömungsmittelfluß an die jeweiligen Motoren zu steuern. Beispielsweise emp fängt jede Rückkoppelungssteuervorrichtung Signale, die die erwünschten bzw. Soll- und die tatsächlichen bzw. lst-Raddrehzahlen darstellen, vergleicht die Raddrehzah len miteinander und stellt die jeweilige Pumpenbefehls signalgröße ein, um die tatsächliche bzw. Ist-Raddrehzahl auf die gewünschte bzw. Soll-Raddrehzahl zu steuern. Die Rückkoppelungssteuervorrichtungen 325, 330 können bekann te Proportional- und Integral-Steuerstrategien verwenden, um die jeweiligen Pumpenbefehlssignale mit ausreichenden Größen zur genauen Regulierung der Raddrehzahlen zu er zeugen.

Die vorliegende Erfindung ist auf ein Verfahren 400 zur Kalibrierung oder Erzeugung der Lenkkurven gerichtet, die im Speicher der Steuervorrichtung gespeichert sind. Das Verfahren wird von dem in Fig. 4 gezeigten Blockdiagramm veranschaulicht. Im Block 405 schwenkt der Bediener die Vorderräder von einer vollständigen Lenkung nach links zu einer vollständigen Lenkung nach rechts. Im Block 410 liest die Steuervorrichtung, wenn der Bediener die Vor derräder schwenkt, den Lenkwinkel vom Lenkwinkelsignal und die linken und rechten Antriebsraddrehzahlen von den linken und rechten Raddrehzahlsignalen. Entsprechend er zeugt im Block 415 der Mikroprozessor eine Lenkkurve zur Anwendung in einer Lenkradiuskarte bzw. Lenkradiuszu weisungstabelle (map) bei der speziellen Maschinenfahrge schwindigkeit. Die Kurve stellt die daraus resultierenden Antriebsraddrehzahlen als eine Funktion des Winkels der gelenkten Räder dar. Der Bediener kann die obigen Schrit te wiederholen, um eine Familie bzw. Gruppe von Lenkkur ven jeweils für eine unterschiedliche Maschinenfahr geschwindigkeit zu erzeugen.

Wie beschrieben, sieht die vorliegende Erfindung ein Ver fahren vor, welches eine Software-Karte (map) bzw. Soft ware-Zuweisungstabelle erzeugt, die aus einer oder einer Vielzahl von programmierbaren Kurven besteht, jeweils entsprechend einer speziellen gewünschten Geschwindig keit. Jede Kurve stellt einen gewünschten Lenkradius als eine Funktion des erwünschten Lenkwinkels und der Rad drehzahl dar. Folglich kompensiert dieses Verfahren dyna mische Maschinenveränderungen bei den Lenkcharakteri stiken von einer Maschine zu nächsten.

Vorteilhafterweise sind die erzeugten Kurven programmier bar, um verbesserte Lenkfähigkeiten vorzusehen. Bei spielsweise können die erzeugten Kurven modifizierbar sein, und zwar durch Multiplizieren jedes Wertes einer speziellen Kurve mit einem Faktor, um die angetriebenen Räder zu überholen bzw. überanzutreiben (overdrive). Die ser Aspekt des Überholens bzw. des Überantriebs der Räder erzeugt zusätzliche Lenkkräfte durch die Hinterräder, um eine "engere" Lenkung vorzusehen, d. h. einen kleineren Lenkradius, als jener, der vom Lenkwinkelsignal angezeigt wird.

Während somit die vorliegende Erfindung insbesondere mit Bezug auf das obige bevorzugte Ausführungsbeispiel ge zeigt und beschrieben worden ist, wird es dem Fachmann klar sein, daß verschiedene zusätzliche Ausführungsbei spiele in Betracht gezogen werden können, ohne vom Geiste und Umfang der Erfindung abzuweichen.

Wie beschrieben, ist die vorliegende Erfindung insbeson dere geeignet zur Steuerung der Lenkung einer Asphalt pflastermaschine. Um bedienungsfreundlicher als typische Asphaltpflastermaschinen zu sein, steuert die mit der vorliegenden Erfindung assoziierte Steuervorrichtung den tatsächlichen Lenkradius der Maschine, so daß er unabhän gig von der Maschinengeschwindigkeit ist, um die Lenkung und das Gefühl eines Automobils zu simulieren. Darüber hinaus sieht die vorliegende Erfindung eine Kalibrie rungsroutine vor, die Lenkkurven erzeugt, die verbesserte Lenkcharakteristiken vorsehen.

Andere Aspekte, Ziele und Vorteile der vorliegenden Er findung können aus einem Studium der Zeichnungen, der Of fenbarung und der beigefügten Ansprüche erhalten werden.

Zusammenfassend kann man folgendes sagen:
Gemäß eines Aspektes der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Steuerung der Lenkung einer richtungsge steuerten Maschine mit einem hydrostatischen System vor gesehen, welches eine Vielzahl von angetriebenen Rädern antreibt. Das Verfahren weist die Schritte auf, ein Lenk winkelsignal zu erzeugen, welches den Winkel der gelenk ten Räder anzeigt, und ein Raddrehzahlsignal, welches die Drehgeschwindigkeit der angetriebenen Räder anzeigt, und die Erzeugung einer programmierbaren Kurve, die die dar aus resultierenden Antriebsraddrehzahlen als ein Funktion des Winkels der gelenkten Räder darstellt. Die erzeugte Kurve wird dann in einer Software-Zuweisungstabelle ge speichert, um später verwendet zu werden, um die An triebsraddrehzahlen basierend auf dein Winkel der gelenk ten Räder zu bestimmen.

Claims

1. Vorrichtung zur Steuerung der Lenkung einer rich tungsgesteuerten Maschine mit einem Satz von an getriebenen und von gelenkten Rädern, wobei die Vor richtung folgendes aufweist:
einen Lenkwinkelsensor, der ein Lenkwinkelsignal er zeugt, welches den Winkel der gelenkten Räder an zeigt;
einen Raddrehzahlsensor, der ein Raddrehzahlsignal erzeugt, welches die Drehgeschwindigkeit der ange triebenen Räder anzeigt; und
eine Steuervorrichtung, die die Raddrehzahl- und Lenkwinkelsignale empfängt, darauf ansprechend eine programmierbare Kurve erzeugt, die die resultieren den Antriebsraddrehzahlen als eine Funktion des Win kels der gelenkten Räder darstellt, und die erzeugte Kurve in einer Software-Zuweisungstabelle bzw. -karte (map) speichert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuervor richtung das Lenkwinkelsignal empfängt, die erzeugte Kurve verwendet, um die gewünschte Drehgeschwindig keit der angetriebenen Räder zu bestimmen, um die Maschine mit einem gewünschten bzw. Soll-Lenkradius anzutreiben, und Befehlssignale erzeugt, die die Soll-Drehgeschwindigkeiten der angetriebenen Räder anzeigen; und Mittel zum Empfang der Befehlssignale und um darauf ansprechend die Drehzahl der angetriebenen Räder auf die Soll-Drehzahl zu steuern, um zu bewirken, daß die Maschine mit dem Soll-Lenkradius fährt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, die folgendes aufweist:
eine Vielzahl von Hydraulikmotoren zum Antrieb eines jeweiligen angetriebenen Rades: und
eine Vielzahl von Pumpen mit variabler Verdrängung zum Liefern von unter Druck gesetztem Strömungs mittel an die Hydraulikmotoren ansprechend auf den Empfang von Befehlssignalen.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 2, wobei die Steuervor richtung ein Mikroprozessor ist.

5. Verfahren zur Steuerung der Lenkung einer richtungs gesteuerten Maschine mit einem Satz von angetriebe nen und von gelenkten Rädern, welches folgende Schritte aufweist:
Erzeugung eines Lenkwinkelsignals, welches den Win kel der gelenkten Räder anzeigt;
Erzeugung eines Raddrehzahlsignals, welches die Drehgeschwindigkeit der angetriebenen Räder anzeigt; und
Empfang der Raddrehzahl- und Lenkwinkelsignale, Er zeugen einer programmierbaren Kurve, die die daraus resultierenden Antriebsraddrehzahlen als eine Funk tion des Winkels der gelenkten Räder darstellt, und Speichern der erzeugten Kurve in einer Software-Zuweisungstabelle (map).

6. Verfahren nach Anspruch 5, welches folgende Schritte aufweist:
Erzeugung eines Soll-Fahrgeschwindigkeitssignals, welches eine Soll-Maschinenfahrgeschwindigkeit an zeigt; und
Empfang der Soll-Fahrgeschwindigkeits-, Raddrehzahl- und Lenkwinkelsignale und Erzeugen einer Vielzahl von programmierbaren Kurven, die jeweils unter schiedlichen Soll-Fahrgeschwindigkeiten entsprechen.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, welches die Schritte aufweist, die Soll-Fahrgeschwindigkeits- und Lenkwinkelsignale zu empfangen, eine Kurve aus der Software-Zuweisungstabelle (map) ansprechend auf eine Soll-Fahrgeschwindigkeit auszuwählen, und die Kurve zu verwenden, um ein Soll-Lenkradiussignal an sprechend auf den Soll-Lenkwinkel zu erzeugen.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 7, welches folgende Schritte aufweist:
Erzeugung eines Maximalgeschwindigkeitssignals, wel ches eine maximale Fahrgeschwindigkeit anzeigt;
Erzeugung eines Antriebssignals, welche den er wünschten Prozentsatz der maximalen Fahrgeschwin digkeit und die Fahrrichtung anzeigt;
Erzeugung eines Soll-Fahrgeschwindigkeitssignals an sprechend auf das maximale Drehzahlsignal und das Antriebssignal; und
Bestimmung der Soll-Drehgeschwindigkeit der ange triebenen Räder ansprechend auf die Soll-Fahrge schwindigkeits- und Lenkungssignale.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 7, welches die Schritte aufweist, jedem Wert einer speziellen Kurve mit einem Faktor zu multiplizieren, um die Antriebsräder zu übersteuern bzw. zu überholen (overdrive) und einen kleineren Lenkradius vorzusehen als jenen, der von dem Lenkwinkelsignal angezeigt wird.