DE19800185A1 - System und Verfahren zur automatischen Schaufelbeladung unter Verwendung von Massendurchdringungsfaktoren - Google Patents
System und Verfahren zur automatischen Schaufelbeladung unter Verwendung von MassendurchdringungsfaktorenInfo
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Description
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Steuersy
stem zur automatischen Steuerung eines Arbeitswerkzeuges
einer Erdbearbeitungsmaschine und insbesondere auf ein
elektrohydraulisches System, welches die Hydraulikzylin
der einer Erdbearbeitungsmaschine steuert, um Massen
durchdringungsfaktoren zu verwenden, wenn man Material
aufnimmt.
Arbeitsmaschinen zur Bewegung von Massengrößen von Erde,
Fels, Mineralien und anderem Material weisen typischer
weise ein Arbeitswerkzeug auf, welches zur Beladung kon
figuriert ist, wie beispielsweise eine Schaufel, die
steuerbar von mindestens einem Hub- und einem Kipphydrau
likzylinder betätigt wird. Ein Bediener betätigt das Ar
beitswerkzeug, um eine Sequenz von unterschiedlichen
Funktionen auszuführen. In einem typischen Arbeitszyklus
zur Beladung einer Schaufel manövriert der Bediener zu
erst nahe an einen Materialhaufen hin und richtet die
Schaufel nahe der Bodenoberfläche aus, dann leitet er die
Maschine nach vorne, um mit dem Haufen in Eingriff zu
kommen.
Der Bediener hebt darauffolgend die Schaufel durch den
Haufen, während er zur gleichen Zeit die Schaufel
"Zurückkippt" (nach hinten kippt), um das Material auf
zunehmen. Wenn die Schaufel gefüllt ist oder aus dem Hau
fen freibricht, kippt der Bediener vollständig die Schau
fel zurück und hebt sie auf eine Ablade- bzw. Ablaßhöhe,
wobei er zurück vom Haufen fährt, um an eine spezielle
Ablagestelle zu fahren. Nach dem Abladen der Last wird
die Arbeitsmaschine zum Haufen zurückgebracht, um einen
weiteren Arbeitszyklus zu beginnen.
Es ist immer wünschenswerter, den Arbeitszyklus zu auto
matisieren, um die Ermüdung des Bedieners zu senken, um
wirkungsvoller die Schaufel zu beladen, und wo die Bedin
gungen für einen menschlichen Bediener ungeeignet sind.
Herkömmlich automatisierte Beladungszyklen jedoch, wo
vorbestimmte Positions- oder Geschwindigkeitsbefehls
signale sequentiell geliefert werden, können ineffizient
sein und nicht vollständig die Schaufel beladen, und zwar
aufgrund der großen Vielzahl von Materialzuständen. Sogar
wenn man ein relativ homogenes Material aufnimmt, wie
beispielsweise losen Schmutz bzw. lose Erde, Felsen oder
andere Schüttgüter kann die Schaufel, wenn ein vorbe
stimmter Rückkippgeschwindigkeitsbefehl geliefert wird,
vorzeitig aus dem Haufen freibrechen oder so tief hinein
graben, daß die Fähigkeiten des Hydrauliksystems über
schritten werden, allein die Schaufel freizubrechen.
Das US-Patent 3 782 572 von Gautler offenbart ein Hydrau
liksteuersystem, welches einen Hubzylinder steuert, um
einen Radkontakt mit dem Boden beizubehalten, und zwar
durch Überwachung des assoziierten Raddrehmomentes. Das
US-Patent 5 528 843 von Rocke offenbart ein Steuersystem
zur Aufnahme von Material, welches selektiv maximale Hub- und
Kippsignale liefert, und zwar ansprechend auf abge
fühlte Hydraulikdrücke. Die Internationale Anmeldung No.
WO 95/33896 von Daysys und andere offenbart das Umkehren
der Richtung des Strömungsmittelflusses an den Hydrau
likzylinder, wenn die Schaufelkräfte zulässige Grenzen
überschreiten. Keines der Systeme jedoch steuert variabel
die Größe der Befehlssignale, um wirkungsvoller Material
aufzunehmen.
Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eines
oder mehrere der oben dargelegten Probleme zu überwinden.
Entsprechend ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung,
die automatische Beladung eines Arbeitswerkzeuges vorzu
sehen.
Es ist ein weiteres Ziel, Signale zur Steuerung einer
Schaufel vorzusehen, um Material aufzunehmen, insbeson
dere Schüttmaterial.
Es ist noch ein weiteres Ziel, einen automatisierten Ar
beitszyklus für ein Werkzeug vorzusehen, der die Pro
duktivität gegenüber einem manuellen Beladungsvorgang
steigert.
Diese und andere Ziele können mit einem automatischen
Steuersystem erreicht werden, welches gemäß der Prinzi
pien der vorliegenden Erfindung konstruiert ist, um Ma
terial unter Verwendung eines Arbeitswerkzeuges gemäß ei
nes Massendurchdringungsfaktors (crowd factor) zu laden.
Gemäß eines Aspektes der vorliegenden Erfindung weist das
System Sensoren auf, die Signale erzeugen, die Maschinen
parameter darstellen, die mit der Beladung der Schaufel
eines Radladers assoziiert sind. Ein Befehlssignalgene
rator empfängt die Signale, bestimmt einen Massendurch
dringungsfaktor und erzeugt darauf ansprechend Hub- und
Kipphydraulikzylinderbefehlssignale. Zumindest das Kipp
befehlssignal wird proportional zum Massendurchdrin
gungsfaktor erzeugt. Schließlich empfängt eine Werkzeug
steuervorrichtung die Hubbefehlssignale und fährt steuer
bar den Hubzylinder aus, um die Schaufel durch das Mate
rial anzuheben, und empfängt die Kippbefehlssignale und
bewegt steuerbar den Kippzylinder, um die Schaufel zu
kippen, um das Material aufzunehmen.
Andere Details, Ziele und Vorteile der Erfindung werden
als gewisse vorliegende Ausführungsbeispiele davon und
als gewisse gegenwärtig bevorzugte Verfahren zur Ausfüh
rung derselbigen Vorgänge offensichtlich werden.
Eine vollständigere Erkenntnis dieser Erfindung kann er
reicht werden durch Bezugnahme auf die folgende detail
lierte Beschreibung, wenn sie in Verbindung mit den Be
gleitzeichnungen gesehen wird, in denen gleiche Bezugs
zeichen die gleichen oder ähnliche Komponenten bezeich
nen, in denen die Figuren folgendes darstellen:
Fig. 1 einen Radlader und eine entsprechende Schaufelver
bindung;
Fig. 2 ein Blockdiagramm eines elektrohydraulischen Sy
stems, welches zur automatischen Steuerung der
Schaufelverbindung verwendet wird; und
Fig. 3 ein Flußdiagramm einer Programmsteuerung, um auto
matisch Material aufzunehmen;
Fig. 4 ein schematisches Diagramm, welches eine Vielzahl
von Funktionen veranschaulicht, um Massendurch
dringungsfaktoren (crowd factors) mit Kippzylin
derbefehlssignalen in Beziehung zu bringen;
Fig. 5 eine Kurvendarstellung, die eine Beziehung zwi
schen abgefühlten und gesteuerten Werten während
eines Beladungszyklus veranschaulicht;
Fig. 6 eine Kurvendarstellung, die ein nicht lineares Ge
schwindigkeitsansprechen veranschaulicht, welches
typischerweise innerhalb des Bereiches der manuel
len Steuersignale zu finden ist.
Mit Bezug auf die Zeichnungen und zuerst mit Bezug auf
Fig. 1 ist ein Vorderteil einer Radladermaschine 10 ge
zeigt, die ein Arbeitswerkzeug besitzt, welches eine
Schaufel 16 aufweist, die mit einer Hubarmanordnung 12
verbunden ist und eine Schaufelspitze 16a besitzt. Die
Hubarmanordnung 12 wird schwenkbar durch einen Hydraulik
hubzylinder 14 betätigt, und zwar um die Hubarmschwenk
stifte 13, die am Maschinenrahmen 11 angebracht sind. Hub
armlasttragschwenkstifte 19 sind an der Hubarmanordnung
12 und dem Hubzylinder 14 angebracht. Die Schaufel 16
wird nach hinten gekippt oder "rückgekippt" (racked), und
zwar durch einen Schaufelkipphydraulikzylinder 15 und
Schaufelschwenkstifte 17. Obwohl mit Bezug auf einen
durch Räder 18 bewegbaren Lader veranschaulicht, ist die
vorliegende Erfindung genauso auf andere Maschinen an
wendbar, wie beispielsweise auf Raupenlader und andere
Arbeitswerkzeuge zur Aufnahme von Material.
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm eines elektrohydraulischen
Steuersystems 20 gemäß eines Ausführungsbeispiels der
vorliegenden Erfindung. Hub- und Kippositionssensoren 21,
22 erzeugen jeweils Positionssignale ansprechend auf die
Position der Schaufel 16 relativ zum Rahmen 11 durch Ab
fühlen der Kolbenstangenausdehnung bzw. -ausfahrbewegung
der Hub- bzw. Kipphydraulikzylinder 14, 15. Radiofre
quenz- bzw. Hochfrequenz-Resonanzsensoren, wie beispiel
weise jene, die im US-Patent 4 737 705 von Bitar und an
dere offenbart werden, können für diesen Zweck verwendet
werden, oder alternativ kann die Position direkt aus Ar
beitswerkzeugverbindungswinkelmessungen abgeleitet wer
den, und zwar unter Verwendung von Drehpotentiometern,
Yo-Yo-Vorrichtungen oder ähnlichem, um die Drehung an den
Schwenkstiften 13 und 17 zu messen.
Kraftsensoren 24, 25 und 26 erzeugen Signale, die die Hy
draulikkräfte darstellen, die auf die Schaufel 16 ausge
übt werden, vorzugsweise durch Abfühlen der Drücke in den
Hub- und alternativ in den Kipphydraulikzylindern. Der
Hubzylinder ist während der Ladung nicht zurückgezogen
bzw. eingefahren, daher ist ein Sensor nur am Kopfende
des Zylinders vorgesehen, und zwar typischerweise orien
tiert um eine Aufwärtsbewegung vorzusehen. Sensoren kön
nen jedoch sowohl an den Kopf- als auch an den Stangen
enden des Kippzylinders vorgesehen sein, um Kraftbestim
mungen sowohl während des Rückkippens (racking) als auch
des Vorkippens (unracking) der Schaufel zu gestatten,
falls auf eine spezielle Steuerstrategie passend oder ge
eignet. Die Drucksignale können in entsprechende Kraft
werte umgewandelt werden, und zwar durch Multiplikation
mit einem Verstärkungsfaktor, der die jeweiligen Quer
schnittsflächen A der Kolbenenden darstellt. Die reprä
sentative Kippzylinderkraft FT entspricht der Differenz
zwischen dem Produkt des Kopfenddruckes und der Fläche
und dem Produkt des Stangenenddruckes und der Fläche:
FT = PH . AH - PR . AR
In einem alternativen Ausführungsbeispiel können Last
zellen bzw. Kraftmeßdosen oder ähnliche Vorrichtungen,
die an Verbindungen des Arbeitswerkzeuges gelegen sind,
als Kraftsensoren 24, 26 verwendet werden.
Das Drehmomentwandlerausgangsdrehmoment T, welches an die
Räder 18 geliefert wird, ist eine Funktion der Drehmo
mentwandlereingangs- und -ausgangswellendrehzahlen, die
typischerweise am Motor und dem Antriebsstrang entweder
am Getriebe, der Achse oder der Drehmomentwandleraus
gangswelle abgefühlt werden. Die Getriebedrehzahl und der
-gang und die Motordrehzahl können leicht von einer Ge
triebesteuervorrichtung 36 überwacht werden, und zwar un
ter Verwendung von passiven Aufnehmern 34, 35, die elek
trische Signale erzeugen, die die Drehfrequenz dar
stellen, wie beispielsweise von vorbeilaufenden Zahnrad
zähnen. Eine Drehmomentwandlerleistungstabelle, einzig
artig für die spezielle Drehmomentwandlerkonstruktion,
stellt tabellenartig das Wandlerausgangsdrehmoment für
gegebene Drehmomentwandlereingangs- und -ausgangsdreh
zahlen dar.
Unter der Annahme, daß die vorliegende Erfindung im we
sentlichen den Radschlupf verhindert, wird die Maschinen
boden- bzw. Maschinenfahrgeschwindigkeit S in ähnlicher
Weise als eine Funktion der abgefühlten Getriebe-,
Drehmomentwandlerausgangswellen- oder Achsendrehzahl be
stimmt, und zwar mit einer geeigneten Kompensation für
das Getriebe oder andere Zahnradreduzierungen, die dem
Getriebestrang innewohnen.
Die Positions-, Kraft- und Drehzahlsignale können an eine
Signalkonditioniervorrichtung 27 zur herkömmlichen Sig
nalerregung und -filterung geliefert werden, werden je
doch dann an den Befehlssignalgenerator 28 geliefert. Der
Befehlssignalgenerator 28 ist vorzugsweise ein mikropro
zessorbasiertes System, welches arithmetische Einheiten
verwendet, um ein Signal zu erzeugen, welches jene nach
bildet, die von Joystick- bzw. Bedienhebelsteuerhebeln 30
gemäß im Speicher gespeicherten Softwareprogrammen er
zeugt werden. Durch Nachbilden von Befehlssignalen, die
eine gewünschte Hub/Kippzylinderbewegungsrichtung und
-geschwindigkeit darstellen, die normalerweise von Steu
erhebeln 30 geliefert werden, kann die vorliegende Erfin
dung vorteilhafterweise auf bestehende Maschinen nachge
rüstet werden, und zwar durch Verbindung mit der Werk
zeugsteuervorrichtung 29 parallel oder in Zusammenwirkung
mit den manuellen Steuerhebeleingangsgrößen. Alternativ
kann eine integrierte elektrohydraulische Steuervorrich
tung vorgesehen werden, und zwar durch Kombinieren des
Befehlssignalgenerators 28 und einer programmierbaren
Werkzeugsteuervorrichtung 29 in einer einzigen Einheit,
um die Anzahl der Komponenten zu verringern. Ein Maschi
nenbediener kann optional Steuerspezifikationen bzw.
-einstellungen eingeben, wie beispielsweise Materialzu
standseinstellungen, die im folgenden besprochen werden,
und zwar durch eine Bedienerschnittstelle 31, wie bei
spielsweise eine alpha-numerische Tastatur, Anzeige- bzw.
Wählvorrichtungen, Schalter oder einen berührungsempfind
lichen Anzeigeschirm.
Die Werkzeugsteuervorrichtung 29 weist hydraulische
Schaltungen mit Hub- und Kippzylindersteuerventilen 32,
33 auf, um die Rate zu steuern, mit der unter Druck ge
setztes Hydraulikströmungsmittel zu jeweiligen Hub- und
Kipphydraulikzylindern fließt, und zwar in Proportion zu
empfangenen Geschwindigkeitsbefehlssignalen in einer Wei
se, die dem Fachmann wohlbekannt ist. Hub- und Kipp
hydraulikzylindergeschwindigkeitsbefehlssignale werden
zur Abkürzung im folgenden als Hub- oder Kippbefehle oder
-befehlssignale bezeichnet.
Im Betrieb steuert der Befehlssignalgenerator 28 die
Schaufelbewegung unter Verwendung von Massendurchdrin
gungsfaktoren (crowd factors), um proportional die Be
fehlssignale zu modifizieren. Eine Arbeitsmaschine, wie
beispielsweise ein Radlader, wird zu dem zu ladenden Ma
terialhaufen gefahren, wobei der Boden der Schaufel nahe
zu waagerecht und nahe am Boden ist. Nachdem die Schau
felspitze einen Kontakt herstellt und beginnt, in dem
Haufen zu graben, werden Befehlssignale erzeugt, um die
Schaufel durch das Material zu heben und zurückzukippen,
während die Maschine weiter auf den Rädern 18 nach vorne
gefahren wird, auf was im folgenden als "Massendurch
dringung" (crowding) des Haufens Bezug genommen wird.
Verschiedene Maschinenparameter können überwacht werden,
um den Grad der Massendurchdringung zu bestimmen, wobei
diese Parameter im allgemeinen als Massendurchdrin
gungsfaktoren bezeichnet werden. Solche Parameter können
folgende aufweisen, sind jedoch nicht darauf einge
schränkt: Hydraulikzylinderdruck oder Schaufelkraft F,
Maschinenantriebsstrangdrehmoment T, akkumulierte Energie
E, Motordrehzahl und Fahrgeschwindigkeit, die jeweils als
eine Folge des von der Schaufel 16 angetroffenen Wider
standes steigen oder fallen. Die vorliegende Erfindung
normiert vorzugsweise Maschinenparameter auf einen Pro
zentsatz eines Maximalwertes für ein gegebenes Maschi
nenmodell, um Massendurchdringungsfaktoren zu erzeugen.
Fig. 3 ist ein Flußdiagramm eines bevorzugten Ausfüh
rungsbeispiels der Erfindung, welche in Programmlogik
ausgeführt werden kann, die durch den Befehlssignal
generator 28 ausgeführt wird. In der Beschreibung des
Flußdiagramms bezieht sich die funktionelle Erklärung,
die mit Bezugszeichen in Winkelklammern bezeichnet wird,
<nnn<, auf Blöcke, die die Nummern tragen.
Die Programmsteuerung beginnt anfänglich mit einem
Schritt <100<, wenn eine MODE-Variable auf IDLE gesetzt
wird (IDLE = Leerlauf). MODE (Mode = Betriebszustand)
wird ansprechend darauf auf IDLE gesetzt, daß der Bedie
ner einen Schalter betätigt, um die automatisierte Schau
felbeladungssteuerung einzuschalten. Obwohl die Programm
steuerung in einem TDLE-Betriebszustand ist, werden die
Befehlssignale nicht automatisch erzeugt, wenn der Bedie
ner nicht im wesentlichen die Schaufel nahe der Bodenflä
che ausgerichtet bzw. waagerecht gelegt hat. Eine Schau
felposition, die von den Hub- und Kippzylinder- oder
Schwenkstiftpositionssignalen abgeleitet wird, kann ver
wendet werden, um zu bestimmen, ob der Schaufelboden im
wesentlichen waagerecht bzw. bündig und nahe dem Boden
ist, wie beispielsweise innerhalb plus oder minus 10° ho
rinzontaler Neigung auf unter 12% der Hubhöhe. Zusätzlich
abgefühlte Werte, die überwacht werden können, um sicher
zustellen, daß die automatische Schaufelbeladung nicht
zufällig in Eingriff gebracht bzw. eingeschaltet wird
oder unter unsicheren Zuständen, weisen folgende auf:
- - Maschinendrehzahl innerhalb eines vorbestimmten Berei ches, wie beispielsweise zwischen einem Drittel der obe ren Drehzahl im ersten Gang und der oberen Drehzahl im zweiten Gang.
- - Steuerhebel 30 im wesentlichen in einer zentrierten, neutralen Position (ein kleiner Abwärtsbefehl kann zu gelassen sein, um eine Bodenreinigung zu gestatten)
- - Getriebeschalthebel in einem niedrigen Vorwärtsgang, beispielsweise erster bis dritter, und mindestens eine vorbestimmte Zeit ist seit dem letzten Heraufschalten vergangen.
Der Bediener leitet dann die Maschine in den Materialhau
fen, vorzugsweise bei nahezu voller Drosselstellung zu
dem Zeitpunkt, wenn der Haufen vollständig im Eingriff
ist, während die Programmsteuerung einen Massendurch
dringungsfaktor überwacht, wie beispielsweise das Dreh
moment T oder die Hubzylinderkraft FL, um zu bestimmen,
wann die Maschine den Haufen berührt hat <102<. In einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel wird MODE (MODE = Be
triebszustand) auf START gesetzt <104<, wenn der Be
fehlssignalgenerator 28 bestimmt, daß ein Drehmoment-
Massendurchdringungsfaktor einen Einstellpunkt A über
schritten hat und weiter steigt. Zusätzliche Parameter
können als eine Querüberprüfung überwacht werden, wie
beispielsweise ob die Maschinenboden- bzw. Maschinenfahr
geschwindigkeit simultan sinkt, oder ob der Massendurch
dringungsfaktor weiter für eine vorbestimmte Dauer
steigt. Eine solche Querüberprüfung stellt beispielsweise
sicher, daß gesteigertes Drehmoment nicht unrichtig als
ein Haufenkontakt interpretiert wird, wenn es tatsächlich
durch die Beschleunigung der Maschine bewirkt wird.
Sobald er im START-Betriebszustand ist, sendet der Be
fehlssignalgenerator 28 optional einen Herunterschalt
befehl an eine Getriebesteuervorrichtung, um zu bewirken,
daß das Getriebe in einem tieferen Gang gebracht wird,
und zwar durch eine (nicht gezeigte) automatische Her
unterschaltroutine, um die Maschinencharakteristiken an
eine ausgewählte Aggressivität oder einen Materialzustand
anzupassen. Manche Materialien können geladen werden,
wenn man in einem höheren Gang bleibt, und zwar durch ge
eignetes Verschieben der Einstellpunkte, die verwendet
werden, um geeignete Befehlssignale zu bestimmen. Das Re
duzieren des Getriebes auf dem tiefsten Gang beim Berüh
ren des Haufens jedoch gestattet, daß der Bediener
schnell zwischen den Lade- und Abladestellen fährt, wäh
rend gleichzeitig automatisch sichergestellt wird, daß
ein maximales Drehmoment verfügbar ist, um die Haufenma
sse zu durchdringen.
Im START-Betriebszustand <104< wird ein Befehlssignal an
fänglich erzeugt, um zu bewirken, daß die Werkzeugsteuer
vorrichtung 29 den Hubzylinder aus fährt, und zwar unter
Verwendung eines voreingestellten Geschwindigkeitsmusters
und beginnt, die Schaufel durch den Haufen zu heben, wo
durch schnell eine Abwärtskraft erzeugt wird, um die Rä
der 18 zu belasten, und eine ausreichende Traktion für
den DIG- bzw. Grabteil des Arbeitszyklus einzurichten.
Das voreingestellte Geschwindigkeitsmuster kann nahe der
maximalen konstanten Geschwindigkeit sein oder auch eine
Zeitvariantenkurve. Das Hubbefehlssignal wird erzeugt,
bis der überwachte Massendurchdringungsfaktor (crowd fak
tor) oder ein zusätzlicher Massendurchdringungsfaktor ba
sierend auf den abgefühlten Maschinenparametern an einem
Einstellpunkt B vorbeiläuft. Der Einstellpunkt B stellt
einen Wert dar, bei dem die Maschine nahe ihrer Kapazität
ist, was darstellt, daß die Schaufel in den Haufen gegra
ben hat und vollständig damit in "Eingriff" ist. Bei
spielsweise können hohes Drehmoment oder Hubkräfte und
sehr niedrige Boden- bzw. Fahrgeschwindigkeiten vorher
sagen, wann das Zurückkippen beginnen sollte, um einen
Absterbevorgang zu verhindern.
Wenn der überwachte Massendurchdringungsfaktor am Ein
stellpunkt B vorbeigelaufen ist, wird MODE bzw. der Be
triebszustand auf DIG bzw. Graben im Schritt 108 ein
gestellt, und der Befehlssignalgenerator 29 beginnt,
Kippbefehlssignale zu erzeugen, und zwar proportional zu
einem überwachten Massendurchdringungsfaktor. Zur glei
chen Zeit werden die maximalen Hubbefehlssignale elimi
niert oder auf einen Teilbefehlsgeschwindigkeitspegel re
duziert.
Mit Bezug auf Fig. 4 erzeugt der Befehlssignalgenerator
28 während des DIG- bzw. Grabbetriebszustandes die Kipp
zylinderbefehlssignale VT auf der Basis von einer oder
mehreren vorbestimmten Rückkippfunktionen 60, 62, 64, 66,
die Befehlssignale mit einem überwachten Massendurchdrin
gungsfaktor Q in Beziehung setzen. Entsprechend eines
weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung
steigen die Befehlssignale VT linear als eine Funktion
des Massendurchdringungsfaktors Q gemäß der folgenden Be
ziehung:
VT = m . Q + b
wobei m und b jeweilige Konstanten sind, die basierend
auf einem Materialzustand ausgewählt werden.
Eine Rückkippfunktion 62 mit einer Steigung m = 2 bei
spielsweise sorgt für einen geringfügig weniger aggres
siven Ansatz als eine Rückkippfunktion 66 mit einer Stei
gung von m = 1,43, wenn beide die Massendurchdringungs
faktorachse an der gleichen Stelle schneiden, da sich das
Befehlssignal schneller mit Bezug auf Veränderungen des
Massendurchdringungsfaktors verändert. Der Massendurch
dringungsfaktorachsenschnittpunkt B' kann dem zuvor er
wähnten Einstellpunkt B entsprechen, was anzeigt, daß der
Haufen vollständig im Eingriff ist, jedoch ist er typi
scherweise niedriger, um das Massendurchdringungsfaktor
basierte Rückkippen über einen weiteren Bereich von Wer
ten fortzusetzen, sobald es begonnen hat.
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Verwendung einer
linearen Beziehung zwischen den Befehlssignalen VT und
dem Massendurchdringungsfaktor Q beschrieben worden ist,
ist es offensichtlich, daß eine nicht lineare Rückkipp
funktion 64 auch verwendet werden kann, oder daß die Be
fehlssignale in Schritten unter Verwendung einer Nach
schautabelle gesteigert werden könnten, ohne vom Geiste
der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Im Betrieb bestimmt der Befehlssignalgenerator 28 zuerst
einen Massendurchdringungsfaktor Q, typischerweise durch
Normieren von abgefühlten Maschinenparametern als einen
Prozentsatz eines vorbestimmten Maximalwertes für den
entsprechenden Parameter. Beispielsweise wird ein Hubzy
linderkraft-Massendurchdringungsfaktor von 100% als der
Druck definiert, bei dem sich ein Druckentlastungsventil
öffnen würde. Wie im folgenden beschrieben, werden
Massendurchdringungsfaktoren vorzugsweise von der vorbe
stimmten Erfindung innerhalb ihrer Konstruktionsgrenzen
gehalten, um ein Abwürgen oder eine Schädigung der Ma
schine 10 zu vermeiden, oder Hydraulikpumpenenergie zu
verschwenden, oder zu gestatten, daß die Hubarmanordnung
12 im Fall einer Hubzylinderkraft absackt.
Nach der Bestimmung von mindestens einem berechneten
Massendurchdringungsfaktor Q während des DIG- bzw. Grab
betriebszustandes befragt der Befehlssignalgenerator 28
eine ausgewählte Rückkippfunktion, um ein entsprechendes
Proportionalkippbefehlssignal zu erzeugen. Eine Rück
kippfunktion 60 kann einen oberen Bruch- bzw. Grenzpunkt
C aufweisen, der die Grenzen einer Umhüllung B'-C defi
niert, innerhalb der der Befehlssignalgenerator 28 den
Massendurchdringungsfaktor bearbeitet, entweder direkt
durch den Kippbefehl oder indirekt, wie beispielsweise
durch den Hubbefehl. Im ersteren Falle, wenn ein Massen
durchdringungsfaktor Q den Grenzpunkt C überschreitet,
kann der Kippbefehl konstant bleiben, bis der Massen
durchdringungsfaktor wieder einmal unter den Grenzpunkt C
fällt. Die Regressionsanalyse des Massendurchdringungs
faktors kann verwendet werden, um sich entwickelnde
Trends vorherzusagen, was eine frühe Bewegung des Ventils
gestattet, was den Kippzylinder steuert, um irgendeiner
Verzögerungszeit Rechnung zu tragen.
Obwohl das Heben und Rückkippen nicht gleichzeitig auf
treten muß, ist es wünschenswert, einen Teilhubbefehl
während des Rückkippens beizubehalten, um sicherzustel
len, daß eine ausreichende Kraft auf den Rädern bleibt,
um die Traktion aufrechtzuerhalten, und um ein vollstän
diges Stoppen der Schaufel zu vermeiden, wenn der Kipp
befehl auf Null reduziert wird, wie oben beschrieben. In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Hubbefehl
auf einen Nominalwert von ungefähr 30% reduziert, wenn
der DIG- bzw. Grab-Betriebszustand beginnt. Typischer
weise besitzen die Werkzeugsteuervorrichtung 29 und die
assoziierten Ventile eine "Kipp-Priorität", die unter
Druck gesetztes Hydraulikströmungsmittel von der Pumpe
verteilt, um den Kippbefehl zu erfüllen, und zwar vor der
Belieferung des Kippzylinders. Folglich kann der Hubzy
linder während Teilen des Arbeitszyklus überhaupt nicht
ausgefahren sein, wo der Kippbefehl einen Teil des Maxi
mums überschreitet, außer ein Hubbefehl ist erzeugt wor
den. Der Hubbefehl ist daher typischerweise nur wirksam,
wenn er während des Grab- bzw. DIG-Betriebszustandes be
nötigt wird.
Wie zuvor erwähnt, kann der überwachte Massendurchdrin
gungsfaktor Q oder ein zweiter Massendurchdringungsfaktor
Q2 auch verwendet werden, um den Hubbefehl zu bestimmen.
Wenn beispielsweise die Hubkraft einen oberen Einstell
punkt D überschreitet, kann der Hubbefehl zeitweise von
30 Prozent auf Null Prozent reduziert werden.
Die speziellen Werte, die für die Neigung m und den Null
durchgang bzw. Schnitt b verwendet worden sind, können
vom Bediener auswählbar sein, um die Aggressivität der
Schaufelbeladung zu steuern, entweder individuell oder
basierend auf einer Materialzustandseinstellungsein
gangsgröße durch Schalter auf der Bedienerschnittstelle
31. Der Materialzustand kann auch automatisch bestimmt
werden, und zwar gemäß eines Ausführungsbeispiels während
eines Teils des Arbeitszyklus. Beispielsweise kann die
Nutzlast am Ende eines Ladeteils des Arbeitszyklus be
stimmt werden, und zwar unter Verwendung von abgefühlten
Hydraulikdrücken als eine Anzeige des Beladungswirkungs
grades, um die Aggressivität des nächsten Arbeitszyklus
einzustellen. Nach der Erzeugung der Hub- und Kippge
schwindigkeitsbefehlssignale bestimmt der Befehlssig
nalgenerator 28 in einem Schritt <112<, ob die Schaufel
voll genug ist, um den Grab- bzw. DIG-Betriebszustandteil
des Arbeitszyklus zu beenden. Falls nicht, kehrt der Be
fehlssignalgenerator 28 zum Schritt <108< zurück, um zu
sätzliche Iterationen einer Bestimmung von Massendurch
dringungsfaktoren und Befehlssignalen auszuführen. Wenn
im Schritt <112< die Schaufel 16 als voll genug bestimmt
wird, dann erzeugt der Befehlssignalgenerator 28 im
Schritt <114< Befehlssignale, um zu bewirken, daß sich
der Kippzylinder mit maximaler Geschwindigkeit ausdehnt,
optional gefolgt von Signalen, um den Hubzylinder mit ma
ximaler Geschwindigkeit auf eine gegebene Höhe bis zur
maximalen Ausdehnung auszufahren. Der Befehlssignalge
nerator 28 bestimmt im Schritt <112<, ob die Schaufel
voll genug ist, und zwar durch Vergleich der Hub- und/oder
Kippzylinderausdehnungen mit Einstellpunkten,
die folgende aufweisen:
- - Ob die Ausdehnung des Kippzylinders größer als ein Ein stellpunkt E ist, wie beispielsweise 0,75 rad. was an zeigt, daß die Schaufel fast vollständig zurückgekippt ist.
- - Ob die Ausdehnung des Hubzylinders größer als ein Ein stellpunkt F ist, was anzeigt, daß die Schaufel wahr scheinlich aus dem Haufen freigebrochen wurde.
- - Ob eine Ladezeitgrenze überschritten worden ist.
Der Bediener kann eine manuelle Steuerung über die Schau
fel zu irgendeinem Zeitpunkt während des Arbeitszyklus
wiedergewinnen, und zwar durch Bewegung von irgendeinem
der Steuerhebel 30 aus dem Neutralbereich, um aus der
Programmsteuerung auszutreten. Anderenfalls bleibt die
Schaufel bei voller Ausdehnung zurückgekippt, und zwar
folgend auf die Vollendung des Schrittes <112<, bis der
Bediener manuell die Schaufel an einer Abladestelle ab
lädt, oder eine darauf folgende automatische Routine die
Steuerung übernimmt.
Merkmale und Vorteile, die mit der vorliegenden Erfindung
assoziiert sind, werden am besten durch Beschreibung ih
res Betriebs mit Bezug auf Radlader und unter Verwendung
des Drehmomentes und der Hubkraft als repräsentative
Massendurchdringungsfaktoren offensichtlich. Die automa
tische Schaufelsteuerung wird zuerst ansprechend auf
überwachte Drehmomentniveaus eingeleitet, und danach
überwacht der Befehlssignalgenerator 28 das Antriebs
strangdrehmoment und die Hubkraft von dem abgefühlten
Hubhydraulikzylinderdruck, um zu bestimmen, wann die
Schaufel vollständig mit dem Haufen in Eingriff kommt.
Sobald der Haufen vollständig im Eingriff ist, sendet der
Befehlssignalgenerator Signale an die Steuervorrichtung
29, um kontinuierlich den Kippbefehl ansprechend auf ei
nen überwachten Massendurchdringungsfaktor zu variieren.
Wie beschrieben, variiert der Befehlssingalgenerator 28
die Hub- und Kippzylinderbefehlssignale, die an die Steu
ervorrichtung geliefert werden, innerhalb von gewissen
maximalen Werten, um den überwachten Massendurchdrin
gungsfaktor innerhalb einer gegebenen Umhüllung zu hal
ten.
Fig. 5 veranschaulicht Veränderungen, die in einer Viel
zahl von überwachten und gesteuerten Parametern auftreten
können, und zwar bei einer Maschine, die gemäß eines Aus
führungsbeispiels der vorliegenden Erfindung arbeitet.
Mit Bezug auf Fig. 3 und 5 stellen die ersten fünf Sekun
den nur Daten dar, die während des IDLE- bzw. Leerlauf-
Betriebszustands <100< aufgenommen wurden, und sind daher
nicht gezeigt. Ein START-Betriebszustand beginnt zur Zeit
5,7 Sekunden, wenn ein erster Massendurchdringungsfaktor,
der das Drehmoment 50 darstellt, einen Einstellpunkt von
30% des Maximums überschreitet und gestiegen ist, während
zur gleichen Zeit die Boden- bzw. Fahrgeschwindigkeit
(nicht gezeigt) abnimmt, was anzeigt, daß der Haufen be
rührt worden ist <102<. Ein voreingestelltes Geschwin
digkeitsmuster, wie beispielweise ein maximaler (100%-iger)
Hubbefehl 52 wird dann gehalten <104<, bis bei un
gefähr 6,65 Sekunden der erste überwachte Massendurch
dringungsfaktor 50 einen zweiten Einstellpunkt von 65%
überschreitet, was anzeigt, daß der Haufen vollständig im
Eingriff ist <106< und der DIG- bzw. Grabbetriebszustand
beginnen sollte.
Im Grab- bzw. DIG-Betriebszustand wird der Hubbefehl 52
auf einen 30%igen Teilhubbefehl verringert, und ein Kipp
befehl 56 proportional zum zweiten Massendurchdringungs
faktor 54 wird iterativ erzeugt <108<, <110<. Der Hubbe
fehl 56 wird zeitweise auf Null reduziert, und zwar bei 7
Sekunden, wenn der zweite Massendurchdringungsfaktor 54
(Hubkraft) seine Umhüllung bei 100% überschreitet, wird
jedoch auf den 30%-igen Teilbefehl kurz danach zurückge
bracht, wenn die Hubkraft wieder abfällt. Der Kippbefehl
56 wird weiter als eine Funktion des zweiten Massendurch
dringungsfaktors erzeugt, der die Hubkraft 54 darstellt,
wobei er auf Null fällt, wenn der Massendurchdringungs
faktor 54 unter einen niedrigeren Einstellpunkt von 65%
fällt, bis bei ungefähr 8,8 Sekunden bestimmt wird, daß
die Schaufel voll genug ist <112< und die maximalen Hub- und
Kippbefehle werden gleichzeitig erzeugt. Wie im vor
angegangenen Beispiel gezeigt, können einer oder mehrere
Massendurchdringungsfaktoren überwacht werden, um einen
DIG- bzw. Grabteil des Arbeitszyklus zu identifizieren,
und um unabhängig oder in Kombination die Erzeugung von
proportionalen Hub- und Kippbefehlen zu betreiben.
Fig. 6 veranschaulicht ein nicht lineares Geschwindig
keitsansprechen der Werkzeugsteuervorrichtung 29 und der
Hydraulikzylinder 14, 15 an den Endpositionen 70, 72 der
Steuerhebel 30. Unter manueller Steuerung ist diese
Nicht-Linearität von geringer Konsequenz, da der Bediener
typischerweise nur große Geschwindigkeitsänderungen un
terscheiden kann und darauf reagieren kann. Bei der vor
liegenden Erfindung ist es jedoch wünschenswert, relativ
kleine genaue Veränderungen der Hydraulikzylinderge
schwindigkeit machen zu können, um zu gestatten, daß
Rückkippfunktionen mit vorhersagbarem Ansprechen erzeugt
werden. Entsprechend wird die Werkzeugsteuervorrichtung
29 gemäß eines weiteren Aspektes der vorliegenden Erfin
dung mit einer Regelsteuerung (closed loop) oder einer
Fabrikkalibrierung versehen, um sicherzustellen, daß das
Hub- und Kippzylinderansprechen vorhersagbar ist, und
zwar proportional zu den Geschwindigkeitsbefehlen, die
durch den Befehlssignalgenerator 28 erzeugt werden.
Während gewisse bevorzugte Ausführungsbeispiele der Er
findung und gewisse gegenwärtig bevorzugte Verfahren zur
Ausführung dieser hier veranschaulicht und beschrieben
worden sind, sei es ausdrücklich erwähnt, daß die Erfin
dung nicht darauf eingeschränkt ist, sondern in anderer
Weise verschiedentlich innerhalb des Umfangs der folgen
den Ansprüche verkörpert und ausgeführt werden kann.
Zusammenfassend kann man folgendes sagen:
Ein elektrohydraulisches Steuersystem zur Beladung einer Schaufel einer Erdbewegungsmaschine weist Sensoren auf, um Maschinenparametersignale zu erzeugen, die darstellen, wie stark die Maschine den zu ladenden Materialhaufen durchdringt. Ein Befehlssignalgenerator überwacht die Massendurchdringungsfaktoren entsprechend den abgefühlten Parametern, um zu bestimmen, wann die Schaufel den Haufen berührt, wobei dann Schaufelhubhydraulikzylinderbefehls signale erzeugt werden, um eine Traktionskraft beizube halten. Der Befehlssignalgenerator bestimmt als nächstes aus den Massendurchdringungsfaktoren, wann der Haufen na he der Maschinenkapazität im Eingriff ist, dann erzeugt er die Schaufelkipphydraulikzylinderbefehlssignale pro portional zu den überwachten Massendurchdringungsfak toren, um die Schaufel mit Raten zurückzukippen, die be rechnet werden, um wirkungsvoll das Material aufzunehmen.
Ein elektrohydraulisches Steuersystem zur Beladung einer Schaufel einer Erdbewegungsmaschine weist Sensoren auf, um Maschinenparametersignale zu erzeugen, die darstellen, wie stark die Maschine den zu ladenden Materialhaufen durchdringt. Ein Befehlssignalgenerator überwacht die Massendurchdringungsfaktoren entsprechend den abgefühlten Parametern, um zu bestimmen, wann die Schaufel den Haufen berührt, wobei dann Schaufelhubhydraulikzylinderbefehls signale erzeugt werden, um eine Traktionskraft beizube halten. Der Befehlssignalgenerator bestimmt als nächstes aus den Massendurchdringungsfaktoren, wann der Haufen na he der Maschinenkapazität im Eingriff ist, dann erzeugt er die Schaufelkipphydraulikzylinderbefehlssignale pro portional zu den überwachten Massendurchdringungsfak toren, um die Schaufel mit Raten zurückzukippen, die be rechnet werden, um wirkungsvoll das Material aufzunehmen.
Claims (19)
1. Steuersystem zur automatischen Steuerung einer
Schaufel einer Erdbewegungsmaschine, um Material
aufzunehmen, wobei die Schaufel steuerbar durch ei
nen hydraulischen Kippzylinder und einen Hubzylinder
betätigt wird, wobei das System folgendes aufweist:
Abfühlmittel zum Abfühlen von Maschinenparametern, die den Widerstand der Schaufelbewegung durch einen Materialhaufen darstellen, und Erzeugen von Maschi nenparametersignalen;
Befehlssignalerzeugungsmittel zum Empfang der Ma schinenparametersignale, um darauf ansprechend ent sprechende Massendurchdringungs- bzw. Crowd-Faktoren zu bestimmen, und um Kippbefehlssignale proportional zu den Massendurchdringungsfaktoren zu erzeugen; und
eine Hydraulikwerkzeugsteuervorrichtung zur Modifi zierung des Hydraulikströmungsmittelflusses an die Zylinder entsprechend den Befehlssignalen.
Abfühlmittel zum Abfühlen von Maschinenparametern, die den Widerstand der Schaufelbewegung durch einen Materialhaufen darstellen, und Erzeugen von Maschi nenparametersignalen;
Befehlssignalerzeugungsmittel zum Empfang der Ma schinenparametersignale, um darauf ansprechend ent sprechende Massendurchdringungs- bzw. Crowd-Faktoren zu bestimmen, und um Kippbefehlssignale proportional zu den Massendurchdringungsfaktoren zu erzeugen; und
eine Hydraulikwerkzeugsteuervorrichtung zur Modifi zierung des Hydraulikströmungsmittelflusses an die Zylinder entsprechend den Befehlssignalen.
2. Steuersystem nach Anspruch 1, wobei die Abfühlmittel
weiter folgendes aufweisen:
Drucksensoren zur Erzeugung von Drucksignalen an sprechend auf Hydraulikdrücke, die mit dem Hubzylin der assoziiert sind, wobei die Befehlssignalerzeu gungsmittel die Massendurchdringungsfaktoren unter Verwendung der Hubzylinderdrücke bestimmen.
Drucksensoren zur Erzeugung von Drucksignalen an sprechend auf Hydraulikdrücke, die mit dem Hubzylin der assoziiert sind, wobei die Befehlssignalerzeu gungsmittel die Massendurchdringungsfaktoren unter Verwendung der Hubzylinderdrücke bestimmen.
3. Steuersystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Erd
bewegungsmaschine einen Antriebsstrang mit einem
Drehmomentwandler und einem Getriebe aufweist, wobei
das Steuersystem weiter folgendes aufweist:
daß die Abfühlmittel Drehzahl- bzw. Geschwindig keitssensoren aufweisen, um Drehzahl- bzw. Ge schwindigkeitssignale zu erzeugen, die die Motor- und Antriebsstrangdrehzahlen bzw. -geschwindigkeiten darstellen; und
wobei die Befehlssignalerzeugungsmittel die Dreh zahlsignale empfangen und die Massendurchdrin gungsfaktoren entsprechend dem Drehmomentwandleraus gangsdrehmoment bestimmen.
daß die Abfühlmittel Drehzahl- bzw. Geschwindig keitssensoren aufweisen, um Drehzahl- bzw. Ge schwindigkeitssignale zu erzeugen, die die Motor- und Antriebsstrangdrehzahlen bzw. -geschwindigkeiten darstellen; und
wobei die Befehlssignalerzeugungsmittel die Dreh zahlsignale empfangen und die Massendurchdrin gungsfaktoren entsprechend dem Drehmomentwandleraus gangsdrehmoment bestimmen.
4. Steuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, insbesondere nach Anspruch 3, welches weiter
folgendes aufweist:
daß die Befehlssignalerzeugungsmittel bestimmen, wann die Schaufel den Haufen berührt hat, und zwar unter Verwendung der Drehmoment-Massendurchdrin gungsfaktoren, und wobei sie darauf ansprechend vor bestimmte Geschwindigkeitsmusterhubbefehlssignale erzeugen, um mit dem Haufen in Eingriff zu kommen.
daß die Befehlssignalerzeugungsmittel bestimmen, wann die Schaufel den Haufen berührt hat, und zwar unter Verwendung der Drehmoment-Massendurchdrin gungsfaktoren, und wobei sie darauf ansprechend vor bestimmte Geschwindigkeitsmusterhubbefehlssignale erzeugen, um mit dem Haufen in Eingriff zu kommen.
5. Steuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, insbesondere nach Anspruch 4, welches weiter
folgendes aufweist:
daß die Befehlssignalerzeugungsmittel bestimmen, daß die Schaufel vollständig mit dem Haufen in Eingriff gekommen ist, wenn die Drehmoment-Massendurchdrin gungsfaktoren einen vorbestimmten Einstellpunkt überschreiten und weiter steigen, während die Ma schinengeschwindigkeit bzw. -drehzahl fällt, und zwar als ein Zustand zur Erzeugung der Kippbefehls signale proportional zu den Massendurchdringungsfak toren.
daß die Befehlssignalerzeugungsmittel bestimmen, daß die Schaufel vollständig mit dem Haufen in Eingriff gekommen ist, wenn die Drehmoment-Massendurchdrin gungsfaktoren einen vorbestimmten Einstellpunkt überschreiten und weiter steigen, während die Ma schinengeschwindigkeit bzw. -drehzahl fällt, und zwar als ein Zustand zur Erzeugung der Kippbefehls signale proportional zu den Massendurchdringungsfak toren.
6. Steuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, insbesondere nach Anspruch 4, welches weiter
folgendes aufweist:
daß die Befehlssignalerzeugungsmittel ein Schalt befehlssignal erzeugen, um das Getriebe auf einen niedrigeren Gang herunterzuschalten, und zwar nach der Bestimmung, daß die Schaufel den Haufen berührt hat.
daß die Befehlssignalerzeugungsmittel ein Schalt befehlssignal erzeugen, um das Getriebe auf einen niedrigeren Gang herunterzuschalten, und zwar nach der Bestimmung, daß die Schaufel den Haufen berührt hat.
7. Steuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, insbesondere nach Anspruch 6, welches weiter
folgendes aufweist:
daß die Abfühlmittel weiter Drucksensoren aufweisen, um Drucksignale ansprechend auf die Hydraulikdrücke zu erzeugen, die mit dem Hubzylinder assoziiert sind; und
wobei die Befehlssignalerzeugungsmittel weiter Mas sendurchdringungsfaktoren bestimmen, und zwar ent sprechend der Hubkräfte, die mit den Hubzylinder drücken assoziiert sind, wobei sie den maximalen Hubbefehl auf einen Teilhubbefehl verringern, wenn die Hubkraft-Massendurchdringungsfaktoren einen Ein stellpunkt überschreiten, und wobei sie darauf fol gend Kippbefehlssignale proportional zu den Hub kraft-Massendurchdringungsfaktoren erzeugen.
daß die Abfühlmittel weiter Drucksensoren aufweisen, um Drucksignale ansprechend auf die Hydraulikdrücke zu erzeugen, die mit dem Hubzylinder assoziiert sind; und
wobei die Befehlssignalerzeugungsmittel weiter Mas sendurchdringungsfaktoren bestimmen, und zwar ent sprechend der Hubkräfte, die mit den Hubzylinder drücken assoziiert sind, wobei sie den maximalen Hubbefehl auf einen Teilhubbefehl verringern, wenn die Hubkraft-Massendurchdringungsfaktoren einen Ein stellpunkt überschreiten, und wobei sie darauf fol gend Kippbefehlssignale proportional zu den Hub kraft-Massendurchdringungsfaktoren erzeugen.
8. Steuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, insbesondere nach Anspruch 1, welches weiter
folgendes aufweist:
Mittel zum Auswählen einer Materialzustandseinstel lung; und
wobei die Befehlssignalerzeugungsmittel die Be fehlssignale als lineare Funktionen der Massen durchdringungsfaktoren erzeugen, und zwar mit einer Steigung und einem Schnitt bzw. Nulldurchgang be stimmt durch die Materialzustandseinstellung.
Mittel zum Auswählen einer Materialzustandseinstel lung; und
wobei die Befehlssignalerzeugungsmittel die Be fehlssignale als lineare Funktionen der Massen durchdringungsfaktoren erzeugen, und zwar mit einer Steigung und einem Schnitt bzw. Nulldurchgang be stimmt durch die Materialzustandseinstellung.
9. Steuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, insbesondere nach Anspruch 8, wobei die Mittel
zum Auswählen der Materialzustandseinstellung minde
stens einen vom Bediener betätigten Schalter aufwei
sen.
10. Steuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, insbesondere nach Anspruch 1, wobei die Abfühl
mittel weiter folgendes aufweisen:
Positionsabfühlmittel zur Erzeugung von Positionssig nalen, die die jeweiligen Ausdehnungen der Hub- und Kippzylinder darstellen; und
wobei die Befehlssignalerzeugungsmittel die Posi tionssignale mit einer Vielzahl von Positionsein stellpunkten vergleichen und im wesentlichen maxi male Kippzylindergeschwindigkeitsbefehlssignale er zeugen, um vollständig die Schaufel zurückzukippen, wenn die Position von einem der Hub- und Kippzylin der jeweilige Positionseinstellpunkte überschrei tet.
Positionsabfühlmittel zur Erzeugung von Positionssig nalen, die die jeweiligen Ausdehnungen der Hub- und Kippzylinder darstellen; und
wobei die Befehlssignalerzeugungsmittel die Posi tionssignale mit einer Vielzahl von Positionsein stellpunkten vergleichen und im wesentlichen maxi male Kippzylindergeschwindigkeitsbefehlssignale er zeugen, um vollständig die Schaufel zurückzukippen, wenn die Position von einem der Hub- und Kippzylin der jeweilige Positionseinstellpunkte überschrei tet.
11. Verfahren zur automatischen Steuerung eines Arbeits
werkzeuges einer Erdbewegungsmaschine, um Material
aufzunehmen, wobei das Arbeitswerkzeug einen Motor
aufweist, einen Drehmomentwandler, einen Antriebs
strang und eine Schaufel, wobei die Schaufel steuer
bar durch einen Hubhydraulikzylinder und einen
Kipphydraulikzylinder betätigt wird, wobei das Ver
fahren folgende Schritte aufweist:
Erzeugung von Signalen, die die abgefühlten Hydrau likdrücke im Hubhydraulikzylinder darstellen;
Erzeugung von Signalen, die die Motor- und Antriebs strangdrehzahlen bzw. -geschwindigkeiten darstellen;
Berechnung des Drehmomentwandlerausgangsdrehmomentes aus den Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlsignalen;
Bestimmung, wann die Maschine mit einem Materialhau fen in Eingriff kommt, und zwar durch Vergleich von Massendurchdringungsfaktoren, die dem Drehmoment und/oder den Drucksignalen und/oder den Drehzahl- bzw. Geschwindigkeitssignalen entsprechen, und zwar mit ersten vorbestimmten Einstellpunkten;
Erzeugung von Kippbefehlen als eine Funktion der Massendurchdringungsfaktoren zum steuerbaren Aus fahren des Kippzylinders, um die Schaufel zu kippen, um das Material aufzunehmen.
Erzeugung von Signalen, die die abgefühlten Hydrau likdrücke im Hubhydraulikzylinder darstellen;
Erzeugung von Signalen, die die Motor- und Antriebs strangdrehzahlen bzw. -geschwindigkeiten darstellen;
Berechnung des Drehmomentwandlerausgangsdrehmomentes aus den Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlsignalen;
Bestimmung, wann die Maschine mit einem Materialhau fen in Eingriff kommt, und zwar durch Vergleich von Massendurchdringungsfaktoren, die dem Drehmoment und/oder den Drucksignalen und/oder den Drehzahl- bzw. Geschwindigkeitssignalen entsprechen, und zwar mit ersten vorbestimmten Einstellpunkten;
Erzeugung von Kippbefehlen als eine Funktion der Massendurchdringungsfaktoren zum steuerbaren Aus fahren des Kippzylinders, um die Schaufel zu kippen, um das Material aufzunehmen.
12. Verfahren nach Anspruch 11, welches weiter folgendes
aufweist:
Bestimmung, wann die Schaufel den Materialhaufen be rührt, und zwar durch Vergleich von Massendurch dringungsfaktoren, die dem Drehmoment und/oder den Drucksignalen und/oder den Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlsignalen entsprechen, und zwar mit zweiten vorbestimmten Einstellpunkten;
Erzeugung von maximalen Hubbefehlen, um steuerbar den Hubzylinder auszufahren, um die Schaufel durch das Material zu heben, wenn die Schaufel den Mate rialhaufen berührt, und Verringern der maximalen Hubbefehle auf Teilhubbefehle, wenn bestimmt wird, daß die Maschine mit dem Haufen in Eingriff gekommen ist.
Bestimmung, wann die Schaufel den Materialhaufen be rührt, und zwar durch Vergleich von Massendurch dringungsfaktoren, die dem Drehmoment und/oder den Drucksignalen und/oder den Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlsignalen entsprechen, und zwar mit zweiten vorbestimmten Einstellpunkten;
Erzeugung von maximalen Hubbefehlen, um steuerbar den Hubzylinder auszufahren, um die Schaufel durch das Material zu heben, wenn die Schaufel den Mate rialhaufen berührt, und Verringern der maximalen Hubbefehle auf Teilhubbefehle, wenn bestimmt wird, daß die Maschine mit dem Haufen in Eingriff gekommen ist.
13. Steuersystem nach Anspruch 11 oder 12, welches wei
ter folgendes aufweist:
Auswählen einer Materialzustandseinstellung; und
wobei der Schritt der Erzeugung der Kippbefehle als eine Funktion der Massendurchdringungsfaktoren wei ter das Auswählen einer linearen Funktion mit einer Steigung und einem Schnittpunkt bzw. Nulldurchgang aufweist, und zwar bestimmt durch die Materialzu standseinstellung.
Auswählen einer Materialzustandseinstellung; und
wobei der Schritt der Erzeugung der Kippbefehle als eine Funktion der Massendurchdringungsfaktoren wei ter das Auswählen einer linearen Funktion mit einer Steigung und einem Schnittpunkt bzw. Nulldurchgang aufweist, und zwar bestimmt durch die Materialzu standseinstellung.
14. Verfahren zur automatischen Steuerung eines Arbeits
werkzeuges einer Erdbewegungsmaschine zur Aufnahme
von Material, wobei das Arbeitswerkzeug eine Schau
fel und einen Antriebsstrang aufweist, wobei der An
triebsstrang einen Motor besitzt, einen Drehmoment
wandler, ein Getriebe und drehbare Glieder zur Bewe
gung der Schaufel der Erdbewegungsmaschine in einen
Materialhaufen, wobei die Schaufel steuerbar durch
einen Hubhydraulikzylinder und einen Kipphydraulik
zylinder betätigt wird, wobei das Verfahren folgende
Schritte aufweist:
Bestimmung von Massendurchdringungsfaktoren entspre chend der abgefühlten Maschinenparameter, die einen Grad anzeigen, in dem die Maschine den Haufen durch dringt;
Erzeugung von Kippbefehlen proportional zu den Massendurchdringungsfaktoren; und
steuerbares Ausfahren des Kippzylinders, um die Schaufel zu kippen, um das Material ansprechend auf die Kippbefehle aufzunehmen.
Bestimmung von Massendurchdringungsfaktoren entspre chend der abgefühlten Maschinenparameter, die einen Grad anzeigen, in dem die Maschine den Haufen durch dringt;
Erzeugung von Kippbefehlen proportional zu den Massendurchdringungsfaktoren; und
steuerbares Ausfahren des Kippzylinders, um die Schaufel zu kippen, um das Material ansprechend auf die Kippbefehle aufzunehmen.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
insbesondere nach Anspruch 14, welches weiter fol
gendes aufweist:
Erzeugung von Signalen, die die Motor- und Antriebs strangdrehzahlen darstellen;
Berechnung des Drehmomentwandlerausgangsdrehmomentes aus den Drehzahlsignalen, wobei die Massendurchdrin gungsfaktoren dem Ausgangsdrehmoment entsprechen;
Bestimmung, wann die Schaufel den Materialhaufen be rührt, und zwar durch Vergleich der Drehmoment- Massendurchdringungsfaktoren mit einem ersten vor bestimmten Einstellpunkt;
Erzeugung von Hubbefehlen ansprechend auf den Schau felkontakt; und
steuerbares Ausfahren des Hubzylinders, um die Schaufel anzuheben, und zwar ansprechend auf die Hubbefehle.
Erzeugung von Signalen, die die Motor- und Antriebs strangdrehzahlen darstellen;
Berechnung des Drehmomentwandlerausgangsdrehmomentes aus den Drehzahlsignalen, wobei die Massendurchdrin gungsfaktoren dem Ausgangsdrehmoment entsprechen;
Bestimmung, wann die Schaufel den Materialhaufen be rührt, und zwar durch Vergleich der Drehmoment- Massendurchdringungsfaktoren mit einem ersten vor bestimmten Einstellpunkt;
Erzeugung von Hubbefehlen ansprechend auf den Schau felkontakt; und
steuerbares Ausfahren des Hubzylinders, um die Schaufel anzuheben, und zwar ansprechend auf die Hubbefehle.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
insbesondere nach Anspruch 14, welches weiter fol
gendes aufweist:
Bestimmung, wann die Maschine vollständig mit dem Materialhaufen in Eingriff steht, wobei die Kippbe fehle proportional zu den Massendurchdringungsfak toren erzeugt werden, und zwar erst nachdem bestimmt worden ist, daß die Maschine vollständig mit dem Haufen in Eingriff steht.
Bestimmung, wann die Maschine vollständig mit dem Materialhaufen in Eingriff steht, wobei die Kippbe fehle proportional zu den Massendurchdringungsfak toren erzeugt werden, und zwar erst nachdem bestimmt worden ist, daß die Maschine vollständig mit dem Haufen in Eingriff steht.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
insbesondere nach Anspruch 14, welches weiter fol
gendes aufweist:
Bestimmung, wann die Maschine mit dem Materialhaufen in Eingriff steht, und zwar durch Vergleich der Drehmoment-Massendurchdringungsfaktoren mit einem zweiten vorbestimmten Einstellpunkt, der größer ist als der erste Einstellpunkt, und darauf ansprechend Erzeugung von Teilhubbefehlen.
Bestimmung, wann die Maschine mit dem Materialhaufen in Eingriff steht, und zwar durch Vergleich der Drehmoment-Massendurchdringungsfaktoren mit einem zweiten vorbestimmten Einstellpunkt, der größer ist als der erste Einstellpunkt, und darauf ansprechend Erzeugung von Teilhubbefehlen.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
insbesondere nach Anspruch 14, welches weiter fol
gendes aufweist:
Erzeugung von Signalen, die die Hydraulikdrücke im Hubzylinder darstellen, wobei die Kippbefehle pro portional zu einem Massendurchdringungsfaktor ent sprechend diesen Hubdrücken erzeugt werden.
Erzeugung von Signalen, die die Hydraulikdrücke im Hubzylinder darstellen, wobei die Kippbefehle pro portional zu einem Massendurchdringungsfaktor ent sprechend diesen Hubdrücken erzeugt werden.
19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
insbesondere nach Anspruch 14, welches weiter fol
gendes aufweist:
Auswählen einer Materialzustandseinstellung; und wobei der Schritt der Erzeugung der Kippbefehle pro portional zu den Massendurchdringungsfaktoren weiter das Variieren der proportionalen Kippbefehle entlang einer Steigung und eines Schnittpunktes bzw. Null durchgangs aufweist, die aus der Materialzustands einstellung bestimmt werden.
Auswählen einer Materialzustandseinstellung; und wobei der Schritt der Erzeugung der Kippbefehle pro portional zu den Massendurchdringungsfaktoren weiter das Variieren der proportionalen Kippbefehle entlang einer Steigung und eines Schnittpunktes bzw. Null durchgangs aufweist, die aus der Materialzustands einstellung bestimmt werden.
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