DE4442689B4

DE4442689B4 - Automatisches Hub- und Kippkoordinationssteuersystem und Verfahren zur Verwendung desselben

Info

Publication number: DE4442689B4
Application number: DE4442689A
Authority: DE
Inventors: James C. Peoria Barton; Kevin J. Edwards Lueschow; Kenneth L. Dunlap Stratton
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1993-11-30
Filing date: 1994-11-30
Publication date: 2008-08-07
Anticipated expiration: 2014-12-01
Also published as: ITTO940972A0; IT1267634B1; DE4442689A1; JPH07189287A; ITTO940972A1; US5467829A

Abstract

Steuervorrichtung für im Gelände arbeitende Fahrzeuge, wobei die Fahrzeuge ein Arbeitsgerät, einen Hubbetätiger, der mit dem Arbeitsgerät assoziiert ist; und einen Kippbetätiger aufweisen, der mit dem Arbeitsgerät assoziiert ist;
wobei die Steuervorrichtung Folgendes aufweist:
Befehlsmittel zum Ausgeben eines Kippbefehlssignals entsprechend einer gewünschten Arbeitsgerätkippwinkelposition;
einen Motordrehzahlsensor der ein Motordrehzahlsignal an die Steuervorrichtung liefert; und
Steuermittel geeignet zum Empfang des Motordrehzahlsensorsignals und des Kippbefehlssignals, zum Berechnen einer Veränderung der Arbeitsgeräthöhe entsprechend dem Kippbefehlssignal, zum Berechnen eines Hubbetätigerbefehlsignals zum Kompensieren der durch den Kippvorgang verursachten Veränderung der Arbeitsgeräthöhe und zum Ausgeben des Hubbetätigerbefehlssignals an den Hubbetätiger.

Description

Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf nicht auf der Straße fahrende bzw. im Gelände arbeitende Fahrzeuge, die ein (Arbeits-)Gerät besitzen, das in der Lage ist, Erde oder irgendwelche Gegenstände zu bewegen. Noch genauer bezieht sich die Erfindung auf einen Mechanismus und ein Verfahren zum automatischen Koordinieren der Hub- und Kippfunktionen des Fahrzeugsgerätes, so daß die Gerätehöhe konstant bleibt, obwohl der Bediener den Kippwinkel des Gerätes verändert hat.
Ausgangspunkt
Im Gelände arbeitende Fahrzeuge, wie zum Beispiel Radlader, Bulldozer, und Raupenlader, besitzen zum Beispiel eine Schaufel oder ein anderes (Arbeits-)Gerät, um Erde oder andere Gegenstände zu bewegen. Die folgende Beschreibung der Mängel und Nachteile bekannter Fahrzeuge wird unter Bezugnahme auf einen Bulldozer gegeben. Diese Nachteile oder Mängel ergeben sich jedoch auch bei anderen ähnlichen Fahrzeugen mit einem (Arbeits-)Gerät.
Ein Bulldozerbediener besitzt typischerweise zwei Steuerungen, die die Orientierung des Bulldozerschildes variieren, und zwar eine Kippsteuerung und eine Hubsteuerung. Die Kippsteuerung reguliert den Winkel des Schildes in Beziehung zum Boden. Die Hubsteuerung reguliert die Schildhöhe, wobei die Schildhöhe ein Maß des Abstandes der Schneidkante vom Boden ist. Diese zwei Steuerungen sind nicht vollständig unabhängig voneinander. Zum Beispiel bewirkt ein Verringern des Schildwinkels im allgemeinen einen Anstieg der Höhe der Schneidkante. Wenn die Schneidkante somit anfangs auf dem Boden ruht, bewirkt ein Verringern des Schildwinkels das Anheben der Schneidkante vom Boden. Es sei bemerkt, daß, wenn die Schneidkante während bestimmter Vorgänge vom Boden abgehoben ist, daß dies die Produktivität stark beeinträchtigen könnte.
Der Bulldozerbediener kann die Veränderung der Schildhöhe manuell kompensieren durch die Verwendung der Hubsteuerungen, aber dies benötigt Erfahrung und Aufmerksamkeit, da die manuellen Korrekturen Feineinstellungen notwendig machen, die aufwendig und schwierig durchzuführen sind, während der Bediener andere Aufgaben, die mit dem Betrieb eines Bulldozers verbunden sind, durchführt.
Aus der DE 38 27 619 A1 ist eine sensorgesteuerte Nachführeinrichtung für eine Planierraupe mit einem Hub- und Kippbetätiger sowie Steuermitteln zum Empfang von Sensorsignalen und zur Ausgabe von Hub- bzw. Kippbetätigerbefehlssignalen bekannt.
Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, einen oder mehrere dieser Nachteile zu überwinden.
Die Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Steuervorrichtung gemäß den Ansprüchen 1, 3 und 10, sowie durch ein Verfahren nach Anspruch 14 gelöst. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Gemäß einem Aspekt eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ist eine Steuervorrichtung, die an einem Bulldozer verwendet wird, offenbart. Das Steuersystem umfaßt einen Hubbetätiger und einen Kippbetätiger und Befehlsmittel zum Ausgeben eines Kippbefehlssignals, das einer gewünschten Schildposition entspricht. Ein Motor oder Drehzahlgeschwindigkeitssensor erzeugt ein Motordrehzahlsignal, das durch die Steuermittel empfangen wird. Die Steuermittel sind auch in der Lage, das Kippbefehlssignal zu empfangen und eine Veränderung der Schildhöhe anspechend auf das Kippbefehlssignal zu berechnen, eine Veränderung der Hubposition des Schildes zum Kompensieren der Schildhöhenveränderung zu berechnen und ein Steuersignal an den Hubbetätiger auszugeben. Gemäß einem weiteren Aspekt eines bevorzugten Ausführungsbeispiels ist ein Verfahren zum Steuern eines Bulldozerschildes mit einem Kippmechanismus und einem Hubmechanismus offenbart, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Auswählen einer gewünschten Schildwinkelposition;
Berechnen einer Veränderung der Schneidkantenversetzung zwischen der Schneidkantenversetzung an einer gewünschten Schildwinkelposition und einer vorhergehenden Schildwinkelposition;
Ausgeben eines Befehlssignals an einen Hubmechanismus, wobei das Befehlssignal der Veränderung der Schneidkantenversetzung entspricht; und
Bewegen des Hubmechanismus über eine Größe, die gleich der Veränderung der Schneidkantenversetzung ist.
Die vorhergehenden und weitere Ziele der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der detaillierten Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung und den Ansprüchen.
Figurenbeschreibung
In der Zeichnung zeigt:
1 eine Seitenansicht eines Bulldozers, der mit der automatischen Hub- und Kippkoordinationssteuerung der vorliegenden Erfindung ausgerüstet ist:
2 eine Seitenansicht des Bulldozer-Schildes;
3 ein Blockdiagramm der Steuerschaltung der automatischen Hub- und Kippsteuerung;
4 in Flußdiagramm, das im allgemeinen die Softwaresteuerung der vorliegenden Erfindung zeigt.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung kann in Verbindung mit irgendeinem im Gelände arbeitenden Fahrzeug, das ein (Arbeits-)Gerät besitzt, das Erde oder andere Objekte oder Gegenstände bewegt, verwendet werden. Zum Beispiel kann die Erfindung in Verbindung mit einem Radlader, einem Raupenlader, einem Bulldozer oder anderen ähnlichen Fahrzeugen mit einem (Arbeits-)Gerät verwendet werden. Während die folgende detallierte Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels die Erfindung in Verbindung mit einem Bulldozer beschreibt, sei bemerkt, daß die Beschreibung in gleicher Weise für die Verwendung der Erfindung an anderen Fahrzeugen zutrifft. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Verwendung bei einem Bulldozer beschränkt. Im Gegensatz dazu beinhaltet die vorliegende Erfindung, wie sie durch die Ansprüche definiert wird, andere ähnliche, Nicht-Straßenfahrzeuge bzw. im Gelände arbeitende Fahrzeuge mit einem (Arbeits-)Gerät.
Gemäß 1 ist eine Seitenansicht eines Bulldozers, der die vorliegende Erfindung beinhaltet, gezeigt. Der Bulldozerschild 10 wird gesteuert durch die Bewegung und Positionierung der Hubzylinder 15 und der Kippzylinder 20. Obwohl dies in 1 nicht gezeigt ist, umfaßt der Bulldozer vorzugsweise zwei Hubzylinder 15 und zwei Kippzylinder 20, und zwar einen auf jeder Seite des Bulldozerschildes 10.
Der Schildwinkel 25 ist ein Maß des Winkels zwischen einer Ebene, die im wesentlichen durch den Bodenteil 30 des Bulldozerschilds 10 gebildet wird und einer Ebene, die durch den Boden 35 gebildet wird. Der Bediener kann die Position des Kippzylinders 20 einstellen, was den Schildwinkel 25 verändert. In gleicher Weise kann der Bediener die Position des Hubzylinders 15 einstellen, die bewegt werden können, um die Schneidkantenhöhe 27 einzustellen, die als der Abstand zwischen der Schneidkante 26 und dem Boden 35 gemessen wird.
Typischerweise wird ein Bulldozer sequentiell durch drei unterschiedliche Moden oder Bestriebsarten betätigt. Diese Moden bzw. Betriebsarten umfassen einen Last- oder Lademodus, einen Ausbreitungsmodus und einen Tragmodus. Während des Lademodus schneidet oder kratzt der Bediener den Boden mit der Schneidkante, um Erde zu lösen. Während des Tragemodus wird gelöste Erde zu einem zweiten Ort geschoben oder getragen und während des Ausbreitungsmodus wird die Erde an der zweiten Stelle abgelassen oder ausgebreitet. Jeder dieser drei Betriebsmoden besitzt einen unterschiedlichen optimalen Schaufel- oder Schildwinkel 25.
2 zeigt die allgemeine Beziehung zwischen typischen optimalen Schildwinkeln für den Tragemodus 40, den Lademodus 45 und den Ausbreitungsmodus 50. Der optimale Schildwinkel 25 für den Tragmodus 40 ist der kleinste, während optimale Winkel für den Ausbreitungsmodus 50 der größte ist. Der optimale Schildwinkel für den Lademodus 45 ist zwischen diesen zwei Winkeln.
Typischerweise geht der Bulldozerbediener sequentiell durch jeden dieser Modi, und zwar relativ schnell. Somit lädt der Bediener für eine kurze Zeit, bis genügend Erde von dem Arbeitsbereich abgekratzt bzw. abgelöst wurde. Dann trägt der Bediener die Erde zu einem zweiten Bereich und breitet die Erde aus. Der Bediener kehrt dann zu dem Ladebereich zurück und wiederholt die gesamte Sequenz. Um am effizientesten zu arbeiten, muß der Bediener den Schildwinkel zu dem optimalen Schildwinkel für jeden speziellen Betriebsmodus ändern. Jedoch, wie oben bemerkt, beeinflußt das Ändern des Schildwinkels auch die Schildhöhe und dies kann bewirken, daß die Schneidkante vom Boden hoch kommt. Der Bediener muß somit simultan versuchen, die Hubsteuerung zu manipulieren, um die Schneidkantenhöhe 27 konstant zu halten. Da die Anforderungen an den Bediener jedoch groß sind, wenn er durch die Moden hindurchgeht, kann der Bediener den Schild im allgemeinen nicht auf einer konstanten Höhe halten. Dies kann jedoch die Produktivität schwer beeinflussen. Zum Beispiel, wenn der Bediener den Schildwinkel verringert, während er sich von dem Lademodus zu dem Tragmodus verringert, hebt sich die Schneidkante vom Boden ab. Wenn der Bediener die Hubzylinder 15 nicht einstellt, kann die Last oder Ladung aus der Schaufel oder dem Schild 10 fallen, ohne zu dem zweiten Ort getragen zu werden.
3 zeigt ein Blockdiagramm des automatischen Hub- und Kippkoordinationssteuersystems eines bevorzugten Ausführungsbeispiels. Der Bediener steuert den Schild durch Verwendung des Steuerhebels 60. Auf der Oberseite des Hebels ist ein Drei-Positionsdaumenschalter 65 vorgesehen, der es dem Bediner erlaubt, einen der drei Betriebsmodi auszuwählen, d. h. den Lade; Trag- oder Ausbreitungsmodus. Um den Schildwinkel 25 zu erhöhen, bewegt der Bediener den Hebel 60 nach rechts. Um den Schildwinkel 25 zu verringern, bewegt der Bediener den Hebel 60 nach links. Wenn keine Kraft auf den Hebel 60 ausgeübt wird, verbleibt er in einer Zwischenposition zwischen den linken und rechten Anschlägen.
Sensoren sind in der Basis 61 des Hebels angeordnet, um linke und rechte Signale 63, 64 zu erzeugen, die eine Funktion der Position des Hebels 60 sind. Die linken und rechten Signale 63, 64 sind mit der elektronischen Steuerung 68 verbunden. Die elektronische Steuerung 68 berechnet Elektomagnetreibersignale 66, 67, um zu bewirken, daß das Proportionalvorsteuerventil 70 eine Strömung eines hydraulischen Strömungsmittels von der Vorsteuerversorgung 71 zu dem Kippbetätigerventil 75 überträgt. Das Proportionalvorsteuerventil 70 steuert dadurch die Position des Kippbetätigerventils 75, das die Größe und Richtung des Hochdruckströmungsmittels steuert, das zu den Kippzylindern 20 strömt. Auf diese Art und Weise kann der Bediener durch Manipulieren des Steuerhebels 60 die Strömungsmittelströmung zu den Kippzylindern 20 steuern und den Schildwinkel 25 einstellen.
Es sei bemerkt, daß durch das Erkennen der geometrischen Beziehung der Bulldozerbauteile und der Position der Kippzylinder 20 und der Hubzylinder 15 die elektronische Steuerung 68 den Schildwinkel 25 berechnen kann. Es gibt mehrere bekannte lineare Positionsabfühlvorrichtungen, die die absolute Position messen und in Verbindung mit den Zylindern verwendet werden können. Zum Beispiel sind HF (Hochfrequenz) Sensoren oder LVDT (Linear Variable Differential Transformer = Lineare variable Differentialtransformer) Sensoren bekannte Positionssensoren. Diese Vorrichtungen sind jedoch teuer und erhöhen die Kosten der Steuerung immens. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird stattdessen eine relative Position als eine Funktion der Menge an Hydraulikströmungsmittel, das in einen Zylinder eintritt, berechnet, was eine Funktion der Strömungsrate des Hydraulikströmungsmittels und der Zeit, während der Strömungsmittel in den Zylinder eintritt, ist. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel berechnet die elektronische Steuerung die Kippzylinderposition gemäß der folgenden Gleichung 1:
Gleichung 1

Kippzylinderposition = Anfangsposition + K Strömung dtwobei K = 1/(Querschnittsbereich des Zylinders); und t = An-Zeit des hydraulischen Zylinders.

Da die Gleichung 1 eine relative Position berechnet, wie in der Gleichung gezeigt ist, ist es notwendig, zuerst eine bekannte Anfangsposition herzustellen.
Die elektronische Steuerung 68 berechnet die Position der Kippzylinder 20 durch anfängliches "Nullen" der Kippzylinder. Das heißt, die elektronische Steuerung 68 be wirkt, daß sich die Kippzylinder 20 zu einer bekannten Position bewegen, dann speichert sie den Wert entsprechend der bekannten Position in dem Speicher 69. Der Nullungsvorgang wird vorzugsweise erreicht, indem die elektronische Steuerung 68 Elektromagnettreibersignale 66, 67 ausgibt, die bewirken, daß das Kippbetätigerventil 75 bewirkt, daß sich die Kippzylinder zurückziehen. Die Treibersignale 66, 67 werden für eine ausreichende Zeitdauer angelegt, um sicherzustellen, daß sich die Kippzylinder 20 gegen einen mechanischen Anschlag (in den Figuren nicht gezeigt) zurückziehen. Die elektronische Steuerung 68 speichert einen Positionswert in dem Speicher 69, der dem entspricht, daß die Kippzylinder 20 gegen ihre Anschläge vollständig zurückgezogen sind. Dann kann, wie in Gleichung 1 gezeigt ist, die Position der Kippzylinder 20 bestimmt werden durch Berechnen der Relativbewegung der Zylinder bezüglich zu der bekannten Position. Die elektronische Steuerung 68 berechnet eine neue Position relativ zu der bekannten Position durch Messen der Strömungsrate des hydraulischen Strömungsmittels und der Zeitdauer, während der dem Strömungsmittel erlaubt wird, in den Zylinder mit der Rate einzutreten oder auszutreten.
Die Strömungsrate des Strömungsmittels könnte berechnet werden durch Plazieren eines Strömungsmessers 8 an den Leitungen zu dem Kippzylinder 20. In der vorliegenden Erfindung wurde der Strömungsmesser jedoch weggelassen und die Strömungrate wird stattdessen als eine Funktion der Motordrehzahl geschätzt bzw. angenährt. Experimente haben gezeigt, daß die Strömungsrate eng als eine Funktion der Motordrehzahl angenährt werden kann, so lange es nur eine einzige Anforderung an das Hydrauliksystem gibt. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel berechnet die elektronische Steuerung 68 der vorliegenden Erfindung die Strömungsrate somit aus dem Motordrehzahlsignal 76 des Motordrehzahlsensors 77. Die elektronische Steuerung kann die Kippzylinder "An-Zeit" präzise bestimmen, durch die Dauer der Elektromagnettreibersignale 66, 67, die an das Proportionalvorsteuerventil abgegeben werden. Aus der "An-Zeit" und dem Motordrehzahlsignal 76 kann die elektronische Steuereinheit dann die Position der Kippzylinder 20 berechnen.
Da die Kippzylinderposition berechnet wird durch Integrieren der Strömungsmittelströmung kann sich mit der Zeit eine großer Integrationsfehler entwickeln. Somit ist es notwendig, die Kippzylinder periodisch zu "Nullen" durch Zurückführen zu einer bekannten Position und Einstellen des Wertes, der in der elektronischen Steuerung gespeichert ist, auf den bekannten Wert. Wie oben bemerkt, werden die Kippzylinder 20 in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel genullt durch vollständiges Zurückziehen derselben gegen mechanische Anschläge und Einstellen des Kippositionswertes in dem Speicher 69 auf Null.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel berechnet die elektronische Steuerung 68 auch eine relative Position der Hubzylinder 15 in einer ähnlichen Art und Weise, wie bezüglich zu den Kippzylindern beschrieben wurde. Indem die Position von sowohl den Hubzylindern 15 als auch den Kippzylindern 20 bekannt ist, kann die elektronische Steuerung die Schneidkantenhöhe 27 berechnen. Wenn der Bediener dann eine Veränderung des Schildwinkels 25 befiehlt, kann die elektronische Steuerung 28 die notwendige Einstellung der Hubzylinder 15 berechnen, um die Schneidkantenhöhe 27 auf derselben zu halten, wie vor der Veränderung des Schildwinkels.
4 zeigt ein Flußdiagramm der Softwareimplementierung der Steuerstrategie der automatischen Hub- und Kippkoordinationssteuerung der vorliegenden Erfindung. Das Flußdiagramm zeigt einen vollständigen und kompletten Satz von Instruktionen zum Erzeugen der notwendigen Software zur Verwendung mit irgendeinem geeigneten Mikroprozessor.
Das Schreiben der Softwareinstruktionen aus dem Flußdiagramm wäre für einen Fachmann, der solche Software schreibt ein mechanischer Schritt.
Der Bediener startet zuerst den Bulldozermotor und bringt das automatische Hub- und Kippkoordinationsmerkmal in Eingriff durch Drücken des in dem Blockdiagramm in 3 gezeigten automatischen oder Auto-Kippschalters 80. Die elektronische Steuerung 68 besitzt anfänglich keinen Positionswert, der für die Position der Kippzylinder 20 in dem Speicher 69 gespeichert ist. Es ist daher notwendig, den Schild zu "Nullen" durch Bewegen desselben in eine bekannte Position. Wie oben beschrieben, erreicht die Steuervorrichtung dies durch anfängliches vollständiges Zurückziehen der Kippzylinder 20, und zwar für eine ausreichende Zeitdauer, um sicherzustellen, daß die Kippzylinder gegen die mechanischen Anschläge zurückgezogen sind und durch Speichern eine Wertes in dem Speicher 69, der der vollständig zurückgezogenen Position entspricht.

Wenn der Bediener das automatische Hub- und Kippkoordinationsmerkmal danach in Eingriff bringt bzw. betätigt durch Drücken des automatischen Kippschalters 80, geht das Steuersystem durch die in 4 gezeigte Steuerstrategie, um die Höhe des Schildes automatisch einzustellen. Jede in 4 gezeigte Variable ist nachfolgend in der Tabelle 1 aufgelistet und beschrieben.

Tabelle 1	Steuervariablen
Definition der in dem Flußdiagramm verwendeten Begriffe
Kippwinkel:	Der Winkel zwischen einer Ebene, der im wesentlichen durch den Boden der Schaufel gebildet wird und einer Ebene, die durch den Boden gebildet wird.
Kipposition:	Eine gemessene oder berechnete Anzeige der durchschnittlichen Kippzylinderausdehnung bzw. Ausfahrposion.
Nominale Hubausfahrposition:	Die durchschnittliche Hubzylinderausfahrposition, wenn die Kippzylinder vollständig zurückgezogen sind.
Hubposition:	Der Unterschied zwischen der nominalen Hubposition und der durchschnittlichen Ausfahrposition der Hubzylinder.
Kipphöhe:	Der Abstand zwischen der Mitte des Schwenkstiftes, der den Bulldozerschild an dem Kippzylinder befestigt und der Mitte des Stiftes, der den Bulldozerschild an dem Kipparm befestigt.
Nominaler Kippwinkel:	Der Kippwinkel, wenn beide Zylinder vollständig zurückgezogen sind.
Schneidkantenhöhe:	Der Abstand zwischen der Schneidkante und dem Boden entlang einer Linie senkrecht zu einer Tangentialebene zu der Bodenneigung.
Zielkantenversetzung:	Der Schneidkantenversetzungspositionsbefehl, d. h. die Position, zu der sich die Schneidkante bewegen soll.

Gemäß 4 ist ein Flußdiagramm einer Softwaresteuerung in der elektronischen Steuerung 68 eines bevorzugten Ausführungsbeispiels gezeigt. Beim Betätigen der automatischen Hub- und Kippkoordinationseigenschaft durch Drücken des automatischen Kippschalters 80 beginnt die elektronische Steuerung 68 im Block 100. Dann geht die Steuerung zum Block 105, in dem die elektronische Steuerung bestimmt, ob die Kippzylinder genullt (Kipposition genullt) sind und die derzeitige Kipposition in dem Speicher 69 der elektronischen Steuerung 68 größer ist als Null. Es ist notwendig, sicherzustellen, daß die gespeicherte Position größer als Null ist, da, wie zuvor bemerkt, Integrationsfehler in der Positionsberechnung in Gleichung 1 bewirken können, daß die berechneten relativen Kippzylinderpositionen einen negativen Wert annehmen. Wenn die Kippzylinder 20 nicht genullt wurden, wird der "Kipposition genullt"-Merker bzw. die -Flagge gesetzt und die Steuerung geht zum Block 115. Wenn Fehler bewirkt haben, daß der gespeicherte Kippositionswert negativ ist, dann geht die Steuerung ebenso zum Block 115. Im Block 115 wird die letzte Kipposition auf die derzeitige Kipposition eingestellt, die Zielhubposition wird auf die derzeitige Hubposition eingestellt und die Schneidkantenversetzung wird auf Null eingestellt. Wenn der "Kipposition genullt"-Merker gesetzt und die Kipposition größer als Null ist, geht die Steuerung vom Block 115 zum Block 110.
Im Block 110 berechnet die elektronische Steuerung 68 den derzeitigen Kippwinkel 25. Wie gezeigt, ist der Kippwinkel 25 eine Funktion des nominalen Kippwinkels (Kippwinkel, wenn die Kippzylinder 20 vollständig zurückgezogen sind), der derzeitigen Kipposition 31 und der Kipphöhe 21. Die spezielle Gleichung, die im Block 110 gezeigt ist, ist eine Funktion der speziellen geometrischen Beziehung zwischen der Kippfunktion, den Hubfunktionen und anderen Bauteilen eines CATERPILLAR BULLDOZER MODEL mit der Modell-Nummer D10N. Die im Block 110 gezeigte Gleichung kann durch einen Fachmann leicht modifiziert werden, auf die spezielle Geometriebeziehung zwischen den Kipp- und Hubfunktionen irgendeines speziellen Bulldozers. Die Steuerung geht dann zum Block 120, wo die elektrische Steuerung 68, die derzeitige Schneidkantenversetzung 31 berechnet, die eine Funktion der Schneidkantenlänge 55, des derzeitigen Kippwinkels 25 und des nominalen Kippwinkels ist.
Von einem der Blöcke 115 oder 120 geht die Steuerung zum Block 125, wo die elektronische Steuerung bestimmt, ob sie die Zielhubposition zurücksetzen muß und wenn dies der Fall ist, setzt sie den Rückstellzielhubpositionsmerker. Wie im Block 125 gezeigt ist, wird der Rückstellzielhubpositionsmerker zurückgesetzt, wenn der Bediener eine Korrektur des Kippwinkels durchgeführt hat oder sich die Kipposition nicht verändert hat oder der Bediener den Lademodus an dem Daumenschalter 65 ausgewählt hat. Die Zielhubposition ist die Position, bei der die Hubzylinder 15 sein müssen, um eine bestimmte Schneidkantenversetzung 27 beizubehalten, wenn eine Veränderung des Kippwinkels 25 auftritt.
Wenn der Bediener eine manuelle Korrektur der Hubzylinder 20 durchführt, um den Kippwinkel 25 des Schildes zu verändern oder keine Veränderung des Kippwinkels aufgetreten ist, (gemessen durch eine Veränderung der derzeitigen Kipposition gegenüber der letzten Kipposition) oder der Bulldozer in der Ladebetriebsart arbeitet, dann muß die Zielhubposition auf eine neue Zielhubposition zurückgesetzt werden. Die elektronische Steuerung 68 bestätigt somit den Rückstellzielhubpositionsmerker. In dem Fall geht die Steuerung vom Block 130 auf den Block 140 über. Im Block 140 werden sowohl die Zielhubposition als auch die Starthubposition auf die derzeitige Hubposition eingestellt und die Zielkantenversetzung wird auf die Schneidkantenversetzung eingestellt. Da die Zielhubposition auf die derzeitige Hubposition eingestellt wurde, erzeugt die elektronische Steuerung 68 kein Elektromagnettreibersignal 66, 67 zum Betätigen der Hubzylinder 15.
Wenn andererseits die Rückstellzielhubposition nicht eingestellt wurde, dann ist eine automatische Einstellung durch die Hubzylinder 15 notwendig, um die Schneidkantenversetzung auf einer konstanten Höhe zu halten und die Steuerung geht vom Block 130 auf den Block 135 über. Im Block 135 berechnet die elektronische Steuerung 68 eine neue Zielhubposition als eine Funktion der Starthubposition, der Schneidkantenversetzung 27 und der Zielkantenversetzung, wie durch die Gleichung im Block 135 gezeigt ist.
Gemäß 4b fühlt die elektronische Steuerung in dem Entscheidungsblock 145 die vorderen und hinteren Signale 63, 64 ab, um zu bestimmen, ob der Bediener eine Einstellung der Hubzylinder 15 des Schildes 10 macht. Wenn der Bediener eine Einstellung macht, dann stellt die elektronische Steuerung 68 im Block 150 den Hubhaltemerker. Die Steuerung geht dann zum Block 155 über, wo die eletronische Steuerung 68 eine automatische Einstellung der Hubzylinder 15 verhindert, bis der Bediener die letzte Hubkorrektur beendet hat durch Halten des Ventilausgangs bzw. des Ventilausgangssignals aus dieser Funktion gleich Null. Somit wird kein automatischer Hubbefehl durch die elektronische Steuerung 68 ausgegeben.
Wenn der Bediener keine Korrektur der Hubzylinder 15 durchführt, dann geht die Steuerung zum Block 160 über. Wenn die Hubposition sich innerhalb von 6 mm der Zielhubposition befindet, dann geht die Steuerung zum Block 155 über, wo die elektronische Steuerung 68 die Elektromagnettreibersignale 66, 67 an das Proportionalvorsteuerventil 70 auf Null einstellt, wodurch eine weitere Bewegung der Hubzylinder 15 gestoppt wird. Obwohl die Toleranz in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung auf 6 mm eingestellt ist, sei bemerkt, daß leicht irgendeine andere Toleranz implementiert werden könnte, ohne vom Wesen der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Im Block 160 geht, wenn die Hubposition mehr als 6 mm von der Zielhubposition entfernt ist, die Steuerung zum Block 165 über, wo die elektronische Steuerung 68, die Elektromagnettreibersignal 66, 67 berechnet, die notwendig sind, um die Hubzylinder 15 zu der Zielhubposition zu bewegen und gibt die berechneten Elektromagnettreibersignale 66, 67 zu dem Proportionalvorsteuerventil 70 ab, was bewirkt, daß sich die Hubzylinder in dem Bereich innerhalb von 6 mm zu der Zielhubposition bewegen. Im Block 175 kehrt das automatische Hub- und Kippkorrelationssteuersystem dann zum Block 100 zurück, um eine weitere Steuersequenz zu beginnen.
Industriele Anwendbarkeit
Es sei bemerkt, daß durch die Verwendung der vorliegenden Erfindung bei einem Bulldozer der Bediener eine konstante Schaufel- oder Schildhöhe beibehalten kann, ohne die Hubzylinder manuell einstellen zu müssen. Da der Bediener sequentiell durch mehrere unterschiedliche Betriebsarten bzw. Betriebmodi hindurchgeht, die je einen unterschiedlichen Optimalwinkel besitzen, muß der Bediener wieder holt die Hubzylinder einstellen, um eine konstante Schildhöhe beizuhalten. Die vorliegende Erfindung erhöht die Produktivität und macht die Arbeit des Bedieners weniger anstrengend bzw. weniger ermüdend durch automatisches Beibehalten einer konstanten Schildhöhe über die Sequenz der Betriebsmodi hinweg, es sei denn, daß der Bediener die Hubhöhe manuell einstellt.
Zusammenfassend sieht die Erfindung folgendes vor: Ein automatisches Hub- und Kippkoordinationssystem zur Verwendung in Verbindung mit einem Nicht-Straßen- bzw. im Gelände arbeitenden Fahrzeug mit einem (Arbeits-)Gerät ist offenbart. Das System bewirkt eine automatische Einstellung der Gerätehubbetätiger ansprechend auf eine Bedienerveränderung des Gerätekippwinkels, so daß die Gerätehöhe konstant bleibt.

Claims

Steuervorrichtung für im Gelände arbeitende Fahrzeuge, wobei die Fahrzeuge ein Arbeitsgerät, einen Hubbetätiger, der mit dem Arbeitsgerät assoziiert ist; und einen Kippbetätiger aufweisen, der mit dem Arbeitsgerät assoziiert ist; wobei die Steuervorrichtung Folgendes aufweist: Befehlsmittel zum Ausgeben eines Kippbefehlssignals entsprechend einer gewünschten Arbeitsgerätkippwinkelposition; einen Motordrehzahlsensor der ein Motordrehzahlsignal an die Steuervorrichtung liefert; und Steuermittel geeignet zum Empfang des Motordrehzahlsensorsignals und des Kippbefehlssignals, zum Berechnen einer Veränderung der Arbeitsgeräthöhe entsprechend dem Kippbefehlssignal, zum Berechnen eines Hubbetätigerbefehlsignals zum Kompensieren der durch den Kippvorgang verursachten Veränderung der Arbeitsgeräthöhe und zum Ausgeben des Hubbetätigerbefehlssignals an den Hubbetätiger.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Hubbetätiger und der Kippbetätiger einen hydraulischen Hubzylinder bzw. einen hydraulischen Kippzylinder aufweisen.
Steuervorrichtung für im Gelände arbeitende Fahrzeuge, wobei die Fahrzeuge ein Arbeitsgerät, einen Hubbetätiger, der mit dem Arbeitsgerät assoziiert ist; und einen Kippbetätiger aufweisen, der mit dem Arbeitsgerät assoziiert ist; wobei die Steuervorrichtung Folgendes aufweist: Einstellmittel zum manuellen Einstellen des Arbeitsgerätkippwinkels; einen Positionssensor, der mit den manuellen Einstellmitteln verbunden ist, wobei der Positionssensor ein manuelles Einstellsignal erzeugt; Kipppositionsabfühlmittel, die mit dem Kippbetätiger assoziiert sind, zum Abfühlen der Position des Kippbetätigers und zum Ausgeben eines Kippositionssignals entsprechend der Position; Hubpositionsabfühlmittel, die mit dem Hubbetätiger assoziiert sind, zum Abfühlen der Position des Hubbetätigers und zum Ausgeben eines Hubpositiossignals entsprechend der Position; und Steuermittel zum Empfangen des Kipppositionsssignals, zum Empfangen des Hubpositionssignals, zum Empfangen des manuellen Einstellsignals, zum Berechnen einer Veränderung der Arbeitsgeräthöhe ansprechend auf ein Steuerbefehlssignal und zum automatischen Ausgeben eines Hubbetätigerbefehlssignals.
Steuervorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Hubbetätiger und der Kippbetätiger einen hydraulischen Hubzylinder bzw. einen hydraulischen Kippzylinder aufweisen.
Steuervorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Kippositionsabfühlmittel folgendes aufweisen: einen Motordrehzahlsensor der ein Motordrehzahlsignal ausgibt; Zeitsteuermittel zum Bestimmen der Zeitdauer, während der Kippbetätiger aktiviert ist, wobei die Zeitsteuermittel geeignet sind zum Erzeugen eines kippzeitaktivierten Signals; und wobei die Steuermittel das Motordrehzahlsignal, das kippzeitaktivierte Signal und ein Ventil-Offen-Signal empfangen und das Kipppositionssignal berechnen.
Steuervorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Kippositionsabfühlmittel einen HF-Sensor aufweisen.
Steuervorrictung nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Kippositionsabfühlmittel einen LVDT-Sensor aufweisen.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei die Hubpositionsabfühlmittel einen HF-Sensor aufweisen.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei die Hubpositionsabfühlmittel einen LVDT-Sensor aufweisen.
An einem im Gelände arbeitenden Fahrzeug befindliche Steuervorrichtung, wobei das Fahrzeug ein Arbeitsgerät, einen Kippzylinder, der mit dem Arbeitsgerätverbunden ist; und einen Hubzylinder aufweist, der mit dem Arbeitsgerätverbunden ist; wobei die Steuervorrichtung Folgendes aufweist: einen ersten Positionssensor, der mit dem Kippzylinder assoziiert ist; einen zweiten Positionssensor, der mit dem Hubzylinder assoziiert ist; einen manuellen Einstellhebel; einen dritten Positionssensor, der mit dem manuellen Einstellhebel assoziiert ist; eine elektronische Steuerung, die in der Lage ist, ein Signal von dem ersten, zweiten und dritten Positionssensoren zu empfangen und darauf ansprechend ein Hubbefehlssignal zu erzeugen; eine hydraulische Druckströmungsmittelversorgung; ein Kippzylinderbetätigerventil, das hydraulisch mit der Druckversorgung und dem Kippzylinder verbunden ist; ein Hubzylinderbetätigerventil, das hydraulisch mit der Druckversorgung und dem Hubzylinder verbunden ist, wobei das Hubzylinderbetätigerventil die Strömung eines hydraulischen Strömungsmittels von der Druckversorgung zu dem Hubzylinder steuert, und zwar ansprechend auf das Hubbefehlssignal.
Steuervorrichtung nach Anspruch 10, wobei der erste Positionssensor einen Motordrehzahlsensor und Zeitsteuermittel aufweist, zum Bestimmen der An-Zeit des Kippzylinders.
Steuervorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, wobei der zweite Positionssensor einen Motordrehzahlsensor und Zeitsteuermittel aufweist zum Bestimmen der An-Zeit des Hubzylinders.
Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die Folgendes aufweist: Speichermittel zum Speichern eines ersten Positionssensorsignals anspechend auf den ungefähren Arbeitsgerätkippwinkel; wobei das gespeicherte erste Positionssignal bei einer Veränderung des Signals von dem ersten Positionssensor auf den neuesten Stand gebracht wird; wobei die elektronische Steuerung eine Veränderung der Höhe des Arbeitsgerätesentsprechend der Veränderung des Signals von dem ersten Positionssensor berechnet und darauf ansprechend ein Hubbefehlssignal als eine Funkion der Höhenveränderung erzeugt.
Verfahren zur Steuerung eines im Gelände arbeitenden Fahrzeugs mit einem Kippmechanismus und einem Hubmechanismus, die mit einem Arbeitsgerät assoziiert sind, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Auswählen einer ersten Arbeitsgerätkippwinkelposition; Abfühlen der Position des Kippmechanismus an der ersten ausgewählten Arbeitsgerätkippwinkelposition; Auswählen einer zweiten Arbeitsgerätkippwinkelposition; Abfühlen der Position des Kippmechanismus an der zweiten ausgewählten Arbeitsgerätkippwinkelposition; Berechnen einer Veränderung der Arbeitsgeräthöhe entsprechend der Veränderung einer abgefühlten Arbeitsgerätkippwinkelposition aus der ersten Arbeitsgerätkippwinkelposition in die zweite Arbeitsgerätkippwinkelposition; Ausgeben eines Befehlsignals an den Hubmechanismus; und Bewegen des Hubmechanismus über eine Größe, die dem Befehlssignal entspricht.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Befehlssignal eine Funktion der Veränderung der Arbeitsgeräthöhe ist.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei das Verfahren den folgenden Schritt aufweist: Bewirken, daß sich der Kippmechanismus vollständig zurückzieht, und zwar vor dem Auswählen einer ersten Arbeitsgerätkippwinkelposition.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei die Abfühlschritte die folgenden Schritte aufweisen: Abfühlen einer Motordrehzahl; Berechnen der Strömungsrate eines hydraulischen Strömungsmittels aus der abgefühlten Motordrehzahl; Messen der Zeitdauer, während der ein Kippmechanimus betätigt ist; und Berechnen der Position des Kippmechanismus aus der Strömungsrate und der Betätigungszeit.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Abfühlen der Position des Hubmechanismus; Bestimmen, ob der Hubmechanismus sich innerhalb einer vorbestimmten Toleranz der Hubposition entsprechend dem Befehlssignal befindet; Ausgeben eines zweiten Befehlssignals ansprechend darauf, daß die Hubmechanimusposition größer als die vorbestimmte Toleranz von der Hubposition entsprechend dem Befehlssignal ist.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, die weiter Folgendes aufweist: Zeitsteuermittel zum Bestimmen der Zeitdauer, während der Kippbetätiger aktiviert ist, wobei die Zeitsteuermittel geeignet sind zum Erzeugen eines kippzeitaktivierten Signals; und wobei die Steuermittel das Motordrehzahlsignal und das kippzeitaktivierte Signal empfangen und die Veränderung der Arbeitsgeräthöhe zumindest teilweise aufgrund des Motordrehzahlsignals und aufgrund des kippzeitaktivierten Signals berechnen.