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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Offenbarung bezieht sich auf die Schwingungssteuerung
und insbesondere auf Systeme und Verfahren zum Managen von Schwingungen,
die ein Bediener einer Arbeitsmaschine erfährt.
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Hintergrund
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Arbeitsmaschinenbediener
können
beträchtliche
Schwingungsniveaus erfahren. Viele Behörden haben Einschränkungen
bezüglich
der Schwingungsniveaus eingerichtet, denen ein Bediener über die
Zeit ausgesetzt werden darf. Um diese Einschränkungen zu erfüllen, kann
eine Zeit eines Bedieners bzw. eine Fahrtzeit auf einer speziellen
Maschine eingeschränkt
sein. Insbesondere kann es erforderlich sein, dass der Bediener
den Betrieb der Maschine abbricht, sobald er ein gewisses Schwingungsniveau
für eine
vorbestimmte Zeitperiode erfahren hat. Alternativ kann ein aktives
Schwingungsmanagementsystem in einem Versuch eingesetzt werden,
das durchschnittliche Schwingungsniveau zu verringern, welches der
Bediener erfährt,
und daher seine zulässige
Zeit auf der Maschine verlängern.
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Verschiedene
Systeme sind vorgeschlagen worden, um aktiv Schwingungen in einer
Maschine zu verringern. Viele dieser Systeme weisen auf, Schwingungen
abzufühlen,
die in der Maschine erzeugt werden, und die Schwingungen zu verringern, die
von einer Schwingungsquelle auf den Rahmen der Maschine übertragen
werden.
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Das
US-Patent Nr. 6,000,703 von
Schubert u. a. beschreibt ein aktives Dämpfungs- bzw. Aufhängungssystem
für eine
Arbeitsmaschine, welches einen aktiven Schwingungsisolator aufweist,
der zwischen dem Fahrgestell und der Kabine befestigt ist, und der
die Bewegung der Kabine relativ zum Fahrgestell ansprechend auf
ein Steuersignal steuert, und zwar abhängig von einem detektierten
Zustand (beispielsweise Unebenheit) einer Oberfläche vor dem Fahrzeug. Das Verfahren
zur Steuerung des Systems weist auf, die Unebenheit der Oberfläche zu detektieren,
auf der das Fahrzeug fährt,
einen Leistungsparameter anspre chend auf die detektierte Unebenheit
einzustellen, das Steuersignal ansprechend auf die detektierte Unebenheit
zu erzeugen, und das Steuersignal auf den Isolator anzuwenden. Eine
Vorrichtung für
ein solches aktives Aufhängungs-
bzw. Federungssystem wird auch offenbart. Die Unebenheit kann unter
Verwendung der Fahrzeuggeschwindigkeit, der vergangenen Leistung,
einer Oberflächenreferenzkarte
und Vorausschausensoren abgeschätzt
oder überwacht
werden. Die einstellbaren Leistungsparameter weisen Gain- bzw. Verstärkungs-
und Frequenzansprechen auf. Das System gestattet einem Bediener,
manuell die Verstärkung einzustellen
und somit das Frequenzansprechen.
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Beispielsweise
beschreibt das
US-Patent Nr. 6,644,590 von
Terpay u. a. ("das '590-Patent"), welches am 11.
November 2003 erteilt wurde, ein aktives System und ein Verfahren
zur Verringerung von Schwingungen, die von einem Getriebe in einem Drehflügelflugzeug
erzeugt wird. In diesem System ist eine aktive Aufhängung zwischen
dem Getriebe und dem Flugzeugrahmen angeschlossen, und zwar unter
Verwendung von hydraulischen Betätigungsvorrichtungen,
um den Flugzeugrahmen gegenüber dem
Getriebe aufzuhängen.
Basierend auf Ausgangssignalen von verschiedenen Schwingungssensoren
kann hydraulisches Strömungsmittel
zu den Betätigungsvorrichtungen
geliefert werden, um das Getriebe relativ zum Flugzeugrahmen zu
bewegen. Diese Bewegung kann gesteuert werden, um die Übertragung
von Schwingungen vom Getriebe auf den Rahmen zu minimieren.
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Während das
System des '590-Patentes
dabei helfen kann, Schwingungen zu verringern, die auf gewisse Maschinenkomponenten übertragen
werden, hat das System verschiedene Nachteile. Beispielsweise kann
das System des '590-Patentes nicht
die durchschnittlichen Schwingungsniveaus überwachen oder verfolgen, die
ein Bediener oder eine Komponente erfahren. Weiterhin weist das
System keine Vorhersagefähigkeit
zur Bestimmung des Schwingungsansprechens eines Systems auf verschiedene
Bedienereingaben auf. Zusätzlich
weist das System nicht die Fähigkeit
auf, das Ansprechen einer Maschinenkomponente einzustellen, um das Ausmaß der erzeugten
Schwingung zu verringern. Daher kann das System des '590-Patentes als
Mittel zum Sicherstellen, dass ein Bediener einer Arbeits maschine
nicht ein gewisses Schwingungsniveau für länger als eine zulässige Zeitdauer
erfährt,
ungeeignet sein.
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Die
vorliegende Offenbarung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere
der Probleme zu überwinden,
die mit den aktiven Schwingungsreduktionssystemen des Standes der
Technik assoziiert sind.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung sind ein Schwingungsmanagementsystem für Arbeitsmaschinen nach Anspruch
1 und ein Verfahren zur Steuerung von Schwingungen an einer Arbeitsmaschine nach
Anspruch 7 vorgesehen. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung
werden in den Unteransprüchen
offenbart.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Ein
Aspekt der Offenbarung weist ein Schwingungsmanagementsystem auf.
Das Schwingungsmanagementsystem kann mindestens eine Maschinenkomponente
aufweisen, die konfiguriert ist, um auf eingegebene Befehle von
einem Bediener der Maschine anzusprechen. Ein oder mehrere Schwingungssensoren
können
konfiguriert sein, um ein Signal auszugeben, welches ein Schwingungsniveau
anzeigt, das der Bediener erfährt.
Eine Steuervorrichtung kann konfiguriert sein, um das Ausgangssignal
aus dem einen Schwingungssensor oder der Vielzahl von Schwingungssensoren
zu überwachen und
ein durchschnittliches Schwingungsniveau zu bestimmen, welches der
Bediener erfährt.
Die Steuervorrichtung kann auch konfiguriert sein, um die Eingangsbefehle
vom Bediener zu überwachen
und ein vorhergesagtes Ansprechen der mindestens einen Maschinenkomponente
auf mindestens einen der Eingangsbefehle vorherzusagen. Die Steuervorrichtung
kann auch konfiguriert sein, um einen vorhergesagten Schwingungseffekt
auf den Bediener basierend auf dem vorhergesagten Ansprechen zu
bestimmen. Die Steuervorrichtung kann auch konfiguriert sein, um
ein tatsächliches
Ansprechen der mindestens einen Maschinenkomponente auf den mindestens
einen Bedienereingabebefehl basierend auf dem vorhergesagten Schwingungseffekt
und dem durchschnittlichen Schwingungsniveau einzustellen.
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Ein
weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist ein Verfahren
zur Steuerung von Schwingungen an einer Arbeitsmaschine auf. Das Verfahren
kann aufweisen, ein durchschnittliches Schwingungsniveau zu bestimmen,
welchem ein Bediener der Arbeitsmaschine ausgesetzt worden ist. Das
Verfahren kann auch aufweisen, Eingangsbefehle von einem Bediener
zu überwachen
und einen Schwingungseffekt als ein Ergebnis eines vorhergesagten
Ansprechens der mindestens einen Maschinenkomponente auf mindestens
einen der Eingangsbefehle zu bestimmen. Das Verfahren kann aufweisen,
ein tatsächliches
Ansprechen der mindestens einen Maschinenkomponente basierend auf
dem bestimmten Schwingungseffekt und dem durchschnittlichen Schwingungsniveau
einzustellen.
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Ein
weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist eine Arbeitsmaschine
auf. Die Arbeitsmaschine kann einen Rahmen und eine Leistungsquelle
aufweisen, die betriebsmäßig mit
dem Rahmen verbunden ist. Ein oder mehrere Traktions- bzw. Antriebsvorrichtungen
können
betriebsmäßig mit dem
Rahmen verbunden sein. Die Arbeitsmaschine kann auch mindestens
eine Maschinenkomponente aufweisen, die konfiguriert ist, um auf
Eingangsbefehle von einem Bediener der Maschine anzusprechen. Die
Arbeitsmaschine kann weiter ein oder mehrere Schwingungssensoren
aufweisen, die konfiguriert sind, um ein Signal auszugeben, welches
ein Schwingungsniveau anzeigt, das der Bediener erfährt. Die
Arbeitsmaschine kann eine Steuervorrichtung aufweisen, die konfiguriert
ist, um das Ausgangssignal von dem einen Schwingungssensor oder
der Vielzahl von Schwingungssensoren zu überwachen und ein durchschnittliches
Schwingungsniveau zu bestimmen, welches der Bediener erfährt. Die
Steuervorrichtung kann konfiguriert sein, um die Eingangsbefehle
vom Bediener zu überwachen
und ein vorhergesagtes Ansprechen der mindestens einen Maschinenkomponente
auf mindestens einen der Eingangsbefehle zu berechnen. Die Steuervorrichtung
kann konfiguriert sein, um einen vorhergesagten Schwingungseffekt
auf den Bediener basierend auf dem vorhergesagten Ansprechen zu
bestimmen und ein tatsächliches
Ansprechen der mindestens einen Maschinenkomponente auf den mindestens
einen Bedienereingabebefehl basierend auf dem vorhergesagten Schwingungseffektniveau
und dem durchschnittlichen Schwingungsniveau einzustellen.
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Ein
weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist ein aktives Schwingungsmanagementsystem
für eine
Arbeitsmaschine auf. Das aktive Schwingungsmanagementsystem kann
mindestens eine Maschinenkomponente aufweisen, die konfiguriert
ist, um auf Eingangsbefehle von einem Bediener der Maschine anzusprechen.
Das System kann ein oder mehrere Schwingungssensoren aufweisen,
die konfiguriert sein können,
um ein Signal auszugeben, welches ein Schwingungsniveau anzeigt,
das der Bediener erfährt.
Das System kann auch mindesten eine Schwingungsreduktionseinheit
aufweisen. Das System kann eine Steuervorrichtung aufweisen, die konfiguriert
ist, um das Ausgangssignal aus dem einen Schwingungssensor oder
der Vielzahl von Schwingungssensoren zu überwachen, und ein durchschnittliches
Schwingungsniveau zu bestimmen, welches der Bediener erfährt. Die
Steuervorrichtung kann konfiguriert sein, um die Eingangsbefehle
von dem Bediener zu überwachen
und ein vorhergesagtes Ansprechen der mindestens einen Maschinenkomponente
auf mindestens einen der Eingangsbefehle zu berechnen. Die Steuervorrichtung kann
konfiguriert sein, um einen vorhergesagten Schwingungseffekt auf
den Bediener basierend auf dem vorhergesagten Ansprechen zu bestimmen.
Die Steuervorrichtung kann konfiguriert sein, um die mindestens
eine Schwingungsreduktionseinheit in einer Weise zu betreiben, um
zumindest teilweise dem vorhergesagten Schwingungseffekt auf den
Bediener entgegenzuwirken, wenn der vorhergesagte Schwingungseffekt
bewirken würde,
dass das durchschnittliche Schwingungsniveau einen vorherbestimmten Schwingungsschwellenwert überschreitet.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine bildliche Darstellung einer Arbeitsmaschine gemäß einem
beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel.
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2 ist
eine Blockdiagrammdarstellung eines Schwingungsmanagementsystems
gemäß einem
beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel.
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3 ist
eine Blockdiagrammdarstellung eines Schwingungsmanagementsystems
gemäß einem
weiteren beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel.
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4 ist
ein Flussdiagramm, welches die Schritte eines beispielhaften offenbarten
Schwingungsmanagementverfahrens veranschaulicht.
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Detaillierte Beschreibung
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1 sieht
eine bildliche Darstellung der Arbeitsmaschine 10 vor.
Während
die Arbeitsmaschine 10 als ein Raupentraktor gezeigt ist,
kann die Arbeitsmaschine 10 verschiedene andere Arten von
Maschinen aufweisen. Beispielsweise kann die Arbeitsmaschine 10 ein
mit Rädern
versehener Traktor, ein Löffel/Schaufelbagger,
ein Kipplastwagen, ein Müllwagen
oder irgendeine andere Vorrichtung sein, die eine oder mehrere Maschinenkomponenten 12 aufweist,
die konfiguriert sind, um auf Eingangsbefehle von einem Bediener
anzusprechen.
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Die
Arbeitsmaschine 10 kann eine Leistungsquelle 14,
einen Rahmen 16 und ein oder mehrere Traktions- bzw. Antriebsvorrichtungen 18 aufweisen.
Die Leistungsquelle 14 und die Antriebsvorrichtung 18 können betriebsmäßig mit
dem Rahmen verbunden sein. Die Arbeitsmaschine 10 weist
auch ein Schwingungsmanagementsystem 20 auf, welches eine
Steuervorrichtung 22 aufweist. Die Arbeitsmaschine 10 weist
eine Eingabevorrichtung 24 auf, die Eingangsbefehle von
einem Bediener empfängt. Während sie
in 1 als ein Arbeitswerkzeug veranschaulicht ist
(ein Schild für
einen Raupentraktor in dieser Veranschaulichung), kann die Maschinenkomponente 12 irgendeine
Komponente an der Arbeitsmaschine 10 oder betriebsmäßig mit
dieser verbunden bilden, die konfiguriert ist, um auf Bedienereingabebefehle
durch die Eingabevorrichtung 24 anzusprechen. Beispielsweise
kann die Maschinenkomponente 12 ein oder mehrere elektrisch
gesteuerte Komponenten, Leistungs- bzw. Antriebsstrangkomponenten,
elektronisch gesteuerte Komponenten, hydraulisch gesteuerte Komponenten,
Aufhängungs- bzw.
Federungskomponenten und irgendwelche anderen derartigen Komponenten
aufweisen, die in der Technik bekannt sind.
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Die
Eingabevorrichtung 24, wie sie in 1 veranschaulicht
ist, kann ein Lenkrad, ein Joystick bzw. Steuerhebel oder irgendeine
andere Vorrichtung sein, die als eine Schnittstelle zwischen dem
Bediener und der Maschinenkomponente 12 die nen kann. Die
Maschinenkomponente 12 kann direkt oder indirekt auf einen
Befehl ansprechen, der vom Bediener an die Eingabevorrichtung 24 gegeben wird.
Beispielsweise kann die Maschinenkomponente 12 direkt ansprechend
auf Bewegungen der Eingabevorrichtung 24 (beispielsweise
eines Joysticks) sich anheben, absenken, kippen usw. Alternativ
kann die Maschinenkomponente 12 indirekt auf die Eingabevorrichtung 24 ansprechen.
In einer Situation, wo die Maschinenkomponente 12 eine
Aufhängungskomponente
oder eine ähnliche
Vorrichtung aufweist, kann beispielsweise die Maschinenkomponente 12 indirekt
auf die Eingabevorrichtung 24 ansprechen, indem sie auf
Bewegungen reagiert, die durch den Betrieb der Eingabevorrichtung 24 bewirkt
werden.
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2 sieht
eine Blockdiagrammdarstellung eines Schwingungsmanagementsystems 20 gemäß einem
beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel
vor. Das Schwingungsmanagementsystem 20 kann die Steuervorrichtung 22 aufweisen,
mindestens eine Maschinenkomponente 12, ein oder mehrere
Schwingungssensoren 114, 116 und 118,
die Eingabevorrichtung 24 und eine Speichereinheit 120. Das
Schwingungsmanagementsystem 20 kann auch eine Anzeigeeinheit 122,
ein Servicewerkzeug 130 und eine Schwingungssystemeingabe 140 aufweisen.
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Wie
in 2 veranschaulicht, kann das Schwingungsmanagementsystem 20 ein
oder mehrere Schwingungssensoren aufweisen. Während das in 2 gezeigte
beispielhafte System drei Sensoren aufweist: den Sensor 114,
den Sensor 116 und den Sensor 118; kann das Schwingungsmanagementsystem 20 irgendeine
Anzahl von Schwingungssensoren aufweisen. Die Anzahl der in dem
Schwingungsmanagementsystem 20 verwendeten Schwingungssensoren
kann von einem bis zu irgendeiner erwünschten Anzahl reichen, um
die Ziele einer speziellen Anwendung zu erreichen. Jeder Schwingungssensor
kann an irgendeiner erwünschten
Stelle an der Arbeitsmaschine 10 angeordnet sein. Jeder Schwingungssensor
kann konfiguriert sein, um die Schwingungen abzufühlen, die
von dem Bediener auf einer unabhängigen
Bewegungsachse erfahren wird. Beispielsweise können die Sensoren 114, 116 und 118 konfiguriert
sein, um Schwingungen in der Kipp-, Roll- und Gierungsrichtung abzufühlen. Jeder Sensor
kann ein Ausgangssignal an die Steuervorrichtung 22 liefern,
welches ein erwünschtes Schwingungsniveau
anzeigt. Hydraulische, elektromechanische, piezoelektrische oder
irgendwelche andere, in der Technik bekannte, Sensoren können in
dem Schwingungsmanagementsystem 20 verwendet werden.
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Die
Steuervorrichtung 22 kann irgendwelche Vorrichtungen aufweisen,
die geeignet sind, um eine Software-Anwendung laufen zu lassen.
Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 22 eine CPU bzw.
zentrale Verarbeitungseinheit, RAM bzw. Arbeitsspeicher, I/O- bzw.
Eingabe/Ausgabe-Module usw. aufweisen. In einem Ausführungsbeispiel
kann die Steuervorrichtung 22 eine Einheit bilden, die
extra dafür vorgesehen
ist, um das Ansprechen der Maschinenkomponente der Arbeitsmaschine 10 einzustellen. Alternativ
kann die Steuervorrichtung 22 jedoch mit einer elektronischen
Steuereinheit (ECU = electronic control unit) der Arbeitsmaschine 10 integriert
sein und/oder auf diese ansprechen.
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Die
Steuervorrichtung 22 kann konfiguriert sein, um das Ausgangssignal
aus mindestens einem der Schwingungssensoren 114, 116 und 118 zu überwachen.
Die Daten von diesen Signalen können
in der Speichereinheit 120 gespeichert sein. Basierend auf
den Schwingungsinformationen, die von den Sensoren 114, 116 und 118 geliefert
werden, kann die Steuervorrichtung 22 ein durchschnittliches Schwingungsniveau
bestimmen, welches der Bediener der Arbeitsmaschine 10 erfährt. Das
durchschnittliche Schwingungsniveau kann durch Aufnahme von Schwingungsniveauausgangsgrößen aus mindestens
einem der Schwingungssensoren 114, 116 und 118 bestimmt
werden, und durch Speicherung der Ausgangsgrößen in der Speichereinheit 120.
Es gibt eine kontinuierliche Aktualisierung der Daten, und der Durchschnittswert
kann durch Einschließen
der neuen Daten und Berechnen eines Durchschnittes über einige
oder alle der Sampling- bzw.
Aufnahmezeiten bestimmt werden.
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Die
Steuervorrichtung 22 kann konfiguriert sein, um das durchschnittliche
Schwingungsniveau während
verschiedener Betriebsstufen der Arbeitsmaschine 10 zu
bestimmen. Beispielsweise kann die Berechnung beginnen, wenn ein
Bediener beginnt, die Arbeitsmaschine 10 zu verwenden.
Die Steuervorrichtung 22 kann kontinuierlich oder intermittierend
den Durchschnittswert während
einer Zeitperio de berechnen, in der der Bediener auf der Arbeitsmaschine 10 bleibt.
Optional kann eine Zeitverzögerung vorgesehen
sein, sodass die Berechnung des durchschnittlichen Schwingungsniveaus
von irgendeinem der Sensoren 114, 116 und 118 erst
nach dem Warten für
eine vorbestimmte Zeitperiode beginnen kann. Die Steuervorrichtung 22 kann
die Durchschnittsschwingungsniveauberechnung für einen oder mehrere Sensoren 114, 116 und 118 zurücksetzen,
wenn ein neuer Bediener beginnt, die Arbeitsmaschine 10 zu
betreiben.
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Alternativ
oder zusätzlich
kann die Steuervorrichtung 22 konfiguriert sein, um eine
Veränderungsrate
des durchschnittlichen Schwingungsniveaus zu bestimmen. Diese Veränderungsrate
kann durch Speichern einer Reihe von berechneten Durchschnittsschwingungsniveauwerten
bestimmt werden und durch Bestimmung der Steigung einer Kurve durch
diese Werte. Die Bestimmung der Steigung kann für die gegenwärtige Zeit
oder für
irgendeine Zeit in der Vergangenheit ausgeführt werden, während der
das Schwingungsmanagementsystem 20 in Betrieb war.
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Die
Steuervorrichtung 22 kann auch konfiguriert sein, um die
Schwingungsniveaus auf mehr als einer Achse zu überwachen. Wie in 2 gezeigt, kann
beispielsweise die Steuervorrichtung 22 die Schwingungen
der drei Sensoren – 114, 116 und 118 überwachen,
wobei jeder Sensor Schwingungen auf unterschiedlichen unabhängigen Achsen
abfühlt.
Die Steuervorrichtung 22 kann daher konfiguriert sein, um
das durchschnittliche Schwingungsniveau für jede der Vielzahl von vorbestimmten
Bewegungsachsen zu berechnen.
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Die
Steuervorrichtung 22 kann auch konfiguriert sein, um die
Eingangsbefehle zu überwachen, die
an die Eingabevorrichtung 24 gegeben werden. Wenn beispielsweise
ein Bediener die Eingabevorrichtung 24 (beispielsweise
einen Joystick bzw. Steuerhebel) bewegt, um die Maschinenkomponente 12 (beispielsweise
ein Schild) anzuheben, kann die Steuervorrichtung 22 die
Bewegung der Eingabevorrichtung 24 überwachen. Die Steuervorrichtung 22 kann
ein vorhergesagtes Ansprechen (oder eine Bewegung) der Maschinenkomponente 12 berechnen, das
bzw. die aus der Bewegung der Eingabevorrichtung 24 resultiert.
Dieses vorhergesagte Ansprechen kann mit Hilfe von Daten berechnet
werden, die beispiels weise in der Speichereinheit 120 gespeichert sind,
die das Ansprechen der Maschinenkomponente 12 auf einen
vom Bediener gegebenen Eingabebefehle korrelieren. Sobald der Bediener
die Eingabevorrichtung 24 bewegt, kann die Steuervorrichtung 22 die
Größe und die
Richtung dieser Bewegung bestimmen und kann das Ansprechen der Maschinenkomponente 12 vorhersagen.
Das vorhergesagte Ansprechen kann in Form von Bewegungsgeschwindigkeit
und Richtungsdaten für
einen oder mehrere Teile der Maschinenkomponente 12 sein.
Die Steuervorrichtung kann auch konfiguriert sein, um ein Ansprechen
von anderen Elementen als den Maschinenkomponenten 12 vorherzusagen.
Basierend auf Bedienerbefehlen auf irgendeine geeignete Eingabevorrichtung
kann beispielsweise die Steuervorrichtung 22 ein Ansprechen
von solchen Komponenten vorhersagen, wie beispielsweise der Leistungsquelle 14 und
verschiedener Antriebsstrang/Leistungsstrangkomponenten (nicht gezeigt).
Während
die folgende Beschreibung den Betrieb des Schwingungsmanagementsystems 20 bezüglich nur
einer Maschinenkomponente 12 beschreibt, sei bemerkt, dass
die gleichen oder ähnliche
Betriebsvorgänge
mit irgendwelchen geeigneten Komponenten/Systemen (beispielsweise
Leistungsstrang/Antriebsstrangkomponenten) an der Arbeitsmaschine 10 ausgeführt werden
können.
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Die
Steuervorrichtung 22 kann weiter konfiguriert sein, um
einen vorhergesagten Schwingungseffekt auf den Bediener basierend
auf dem vorhergesagten Ansprechen der Maschinenkomponente 12 zu
bestimmen. Der vorhergesagte Schwingungseffekt kann beispielsweise
basierend auf Informationen über
physische Attribute für
die Arbeitsmaschinenkomponente 12 bestimmt werden. Beispielsweise können Informationen über gewisse
physische Attribute der Maschinenkomponente 12, wie beispielsweise
Masse, Trägheitsmomente,
Bewegungsgrenzen, Bewegungsprofile (beispielsweise ob harte/weiche
Anschläge
bestehen usw.) und Schwingungs/Bewegungsprofile usw. in der Speichereinheit 120 gespeichert
sein. Unter Verwendung des vorhergesagten Ansprechens der Maschinenkomponente 12 und ihrer
physischen Attribute kann die Steuervorrichtung 22 nun
die verschiedenen Kräfte
berechnen, die von der Maschinenkomponente 12 erzeugt werden,
wenn sie sich ansprechend auf die Bedienereingabe in die Eingabevorrichtung 24 bewegt.
Basierend auf den berechneten Kräften
kann die Steuervorrichtung 22 ein daraus resultierendes
Schwingungsprofil vorhersagen, welches vom Bediener als ein Ergebnis
der bevorstehenden Bewegung der Maschinenkomponente 12 erfahren
wird. Dieses berechnete Schwingungsprofil kann mit irgendwelchen
anderen bekannten Schwingungsquellen zusammenaddiert werden (beispielsweise
wie durch Zugriff auf vorbestimmte Bewegungs/Schwingungsprofile
für die
Maschinenkomponente 12 bestimmt), um einen gesamten vorhergesagten
Schwingungseffekt der Maschinenkomponente 12 auf den Bediener
vorzusehen.
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Basierend
auf diesem vorhergesagten Schwingungseffekt kann die Steuervorrichtung 22 konfiguriert
sein, um das tatsächliche
Ansprechen der Maschinenkomponente 12 einzustellen, wenn der
vorhergesagte Schwingungseffekt bewirken würde, dass das durchschnittliche
Schwingungsniveau (beispielsweise für eine oder mehrere Bewegungsachsen)
einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet. Die Steuervorrichtung 22 kann
auch konfiguriert sein, um das tatsächliche Ansprechen der Maschinenkomponente 12 basierend
auf der berechneten Veränderungsrate
des Durchschnittsschwingungsniveaus einzustellen. Wenn beispielsweise
die gegenwärtige
Veränderungsrate
zur Folge hätte, dass
der Schwellenwert während
der festgelegten Betriebszeit des Bedieners überschritten würde, dann
kann das tatsächliche
Ansprechen der Maschinenkomponente 12 eingestellt werden.
Zusätzlich kann
eine Kombination des durchschnittlichen Schwingungsniveaus und der
Veränderungsrate
des durchschnittlichen Schwingungsniveaus verwendet werden, wenn
bestimmt wird, ob das tatsächliche
Ansprechen einer Komponente einzustellen ist. Beispielsweise kann
in Situationen, wo das tatsächliche Ansprechen
bewirken kann, dass das durchschnittliche Schwingungsniveau zeitweise
den Schwellenwert überschreitet,
eine Einstellung des tatsächlichen Ansprechens
vermieden oder verringert werden, wenn die Veränderungsrate des durchschnittlichen Schwingungsniveaus
einen Trend nach unten zeigt oder für eine vorbestimmte Zeitlänge konstant
geblieben ist. Das tatsächliche
Ansprechen der Maschinenkomponente 12 weist irgendwelche
oder alle Bewegungen und/oder Betriebsvorgänge der Maschinenkomponente 12 als
direktes oder indirektes Ansprechen auf eine Bedienereingabe in
die Eingabevorrichtung 24 auf. Das tatsächliche Ansprechen der Maschinenkomponente 12 kann
eingestellt wer den, um die daraus resultierenden Schwingungseffekte auf
den Bediener zu reduzieren.
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In
einem Ausführungsbeispiel
kann die Steuervorrichtung 22 das tatsächliche Ansprechen der Maschinenkomponente 12 einstellen,
indem Betätigungssteuersignale
variiert werden, die zur Maschinenkomponente 12 geliefert
werden. Anstatt die normalen Steuersignale ansprechend auf eine
Bewegung der Eingabevorrichtung 24 auszugeben oder zuzulassen,
kann die Steuervorrichtung 22 zumindest einen Teil der
Steuersignale verändern,
um die Schwingungseffekte der Maschinenkomponente 12 auf
den Bediener zu verringern. Anstatt ein volles Beschleunigungsniveau
der Maschinenkomponente 12 zu gestatten, welches vom Bediener
angefordert wird, kann beispielsweise die Steuervorrichtung 22 die
Steuersignale konditionieren, um die Maschinenkomponente 12 mit
einer langsameren Rate zu beschleunigen oder abzubremsen, um die
Effekte dieser Bewegungen auf den Bediener zu verringern. Andere
Einstellungen des tatsächlichen
Ansprechens können
abhängig
von den Notwendigkeiten einer speziellen Anwendung angewandt werden.
Das Einstellen des tatsächlichen
Ansprechens der Maschinenkomponente 12 in dieser Weise
kann dabei helfen, das durchschnittliche Schwingungsniveau, welches
der Bediener auf irgendeiner oder auf allen Bewegungsachsen erfährt, unter
einem vorbestimmten Schwellenwert zu halten.
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Zusätzlich zur
Einstellung von Steuersignalen an Systeme oder Komponenten, die
direkt auf eine Bedienereingabe in die Eingabevorrichtung 24 ansprechen
(beispielsweise für
ein Schild oder ein anderes Arbeitswerkzeug), kann die Steuervorrichtung 22 auch
konfiguriert sein, um gewisse Steuersignale an das System zu liefern,
die direkt auf die Bedienereingaben ansprechen. Beispielsweise können in
gewissen Situationen die Schwingungseffekte der Bewegung oder des
Betriebs der Maschinenkomponente 12 abgemildert werden,
indem Steuersignale zu einem oder mehreren anderen Systemen geliefert werden.
In gewissen Ausführungsbeispielen
können diese
anderen Systeme Aufhängungssysteme
aufweisen. Die Betätigung
dieser Systeme oder Komponenten des Systems kann den Effekt haben,
zumindest teilweise die Schwingungen erzeugenden Bewegungen der
Arbeitsmaschinenkomponente 12 auszugleichen.
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Zusätzlich kann
die Steuervorrichtung 22 konfiguriert sein, um das tatsächliche
Ansprechen der Maschinenkomponente 12 basierend auf einem vorbestimmten
Bedienerschwingungsschwellenniveau und/oder basierend auf einer
vorbestimmten Bedienerzeitanwendungsgrenze einzustellen. Die Steuervorrichtung
kann konfiguriert sein, um die Zeit aufzuzeichnen, während der
ein spezieller Bediener beginnt, die Arbeitsmaschine 10 zu
verwenden. Wenn der Bediener sich einer vorbestimmten Anwendungszeitgrenze
nähert,
kann die Steuervorrichtung das Ansprechen der Maschinekomponente 12 derart einstellen,
dass das durchschnittliche Schwingungsniveau, welches der Bediener
erfährt,
nicht das Bedienerschwingungsschwellenniveau für die vorbestimmte Anwendungszeitgrenze überschreitet.
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Die
Steuervorrichtung 22 kann auch konfiguriert sein, um Maschinenanwendungsstatistiken
für den
Bediener zusammenzustellen, und weiter die Einstellung des tatsächlichen
Ansprechens der Maschinenkomponente 12 auf die zusammengestellte Maschinenanwendungsstatistik
für den
Bediener zu basieren. Dies kann beispielsweise durch Speichern eines
Anwendungsverlaufs des Bedieners in der Speichereinheit 20 erreicht
werden. Diese Daten können
Informationen bezüglich
der Verwendung der Arbeitsmaschine 10 durch den Bediener
aufweisen. In gewissen Ausführungsbeispielen
können
die Daten die Zeitdauer aufweisen, die der Bediener in der Arbeitsmaschine 10 für eine oder
mehrere Bedienungssitzungen vor der gegenwärtigen Anwendung verbracht
hat, die durchschnittlichen Schwingungsniveaus, die der Bediener
während
vorheriger Bedienungssitzungen erfahren hat, die Maschinenkomponenten,
die von dem Bediener während
der vorherigen Anwendung verwendet wurden, und irgendwelche anderen
geeigneten Informationen.
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Wenn
der Bediener in einer späteren
Sitzung einen Befehl in die Eingabevorrichtung 24 eingibt, kann
die Steuervorrichtung 22 den vergangenen Anwendungsverlauf
des Bedieners analysieren und das Ansprechen der Maschinenkomponente 12 zumindest
teilweise basierend auf diesem Verlauf einstellen. Wenn beispielsweise
ein Bediener einen Befehl in die Eingabevorrichtung 24 eingibt,
kann die Steuervorrichtung 22 bestimmen, dass der vorhergesagte Schwingungseffekt
be wirken kann, dass dieses durchschnittliche Schwingungsniveau einen
vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.
Bevor jedoch die Steuervorrichtung 22 das tatsächliche
Ansprechen der Maschinenkomponente 12 einstellt, kann sie
den vergangenen Anwendungsverlauf des Bedieners analysieren. Wenn
die Steuervorrichtung 22 aus dem vergangenen Anwendungsverlauf
des Bedieners bestimmt, dass der Bediener normalerweise die Arbeitsmaschine 10 in
einer Weise verwendet, die nicht bewirkt, dass der den Schwingungsschwellenwert überschreitet,
dann kann die Steuervorrichtung 22 auswählen, dass sie gestattet, dass
das tatsächliche
Ansprechen mit wenig oder keiner Einstellung auftritt. Wenn andererseits
der vergangene Anwendungsverlauf des Bedieners zeigt, dass er oft
hohe Schwingungsniveaus verursacht (insbesondere innerhalb einer
kurzen Zeitperiode), dann kann die Steuervorrichtung 22 das
tatsächliche
Ansprechen der Maschinenkomponente 12 aggressiver einstellen.
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Zusätzlich kann
der Betrieb des Schwingungsmanagementsystems 20 optional
sein. Insbesondere kann das Schwingungsmanagementsystem 20 in
einem eingeschalteten Modus arbeiten, in dem die Steuervorrichtung 22 das
tatsächliche
Ansprechen von verschiedenen Maschinenkomponenten einstellen kann.
Das Schwingungsmanagementsystem kann auch ausgeschaltet sein, sodass
verhindert wird, dass die Steuervorrichtung 22 Einstellungen
an dem tatsächlichen
Ansprechen der verschiedenen Komponenten macht.
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Betriebsmodi
können
beispielsweise wichtig sein, wenn die Arbeitsmaschine 10 in
einem halbautonomen Modus betrieben wird. In einem halbautonomen
Betriebsmodus kann kein Bediener in der Maschine vorhanden sein.
Stattdessen kann die Maschine durch einen Bediener an einer Basisstation ferngesteuert
werden. Somit gibt es, wenn kein Bediener vorhanden ist, weniger
Notwendigkeit, das Schwingungsmanagementsystem 20 zu betreiben. Trotzdem
kann das Schwingungsmanagementsystem 20 beispielsweise
eingeschaltet sein, wenn die Arbeitsmaschine 10 eine schwingungsempfindliche Komponente
aufweist oder wenn die Arbeitsmaschine 10 eine schwingungsempfindliche
Nutzlast aufnimmt.
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Ein
Eigentümer
der Arbeitsmaschine 10 kann die Werte von einem oder mehreren
Parametern einstellen, die mit dem Schwingungsmanagementsystem 20 assoziiert
sind, indem er beispielsweise ein Servicewerkzeug 130 verwendet.
Das Servicewerkzeug 130 kann eine tragbare Vorrichtung sein,
die konfiguriert ist, um eine Schnittstellenverbindung mit der Arbeitsmaschine 10 herzustellen
(beispielsweise ein Laptop). Der Eigentümer kann beispielsweise eine
vorbestimmte Schwingungsschwellengrenze und/oder eine vorbestimmte
Zeitschwellengrenze auswählen
und eingeben. Die vorbestimmte Schwingungsschwellengrenze kann dem maximalen
Schwingungsschwellenniveau entsprechen, dem ein Bediener über eine
gewisse Zeitperiode ausgesetzt sein kann. Diese Grenze kann durch Regulierungsbehörden vorgeschrieben
sein oder kann von dem Bediener bestimmt werden. Alternativ kann
der Eigentümer
der Arbeitsmaschine auch die Schwingungssystemeingabe 140 verwenden,
um die Schwingungsschwellengrenze und/oder die Zeitschwellengrenze
einzustellen. In einem solchen Ausführungsbeispiel kann ein Autorisierungscode
erforderlich sein, um diese Werte unter Verwendung der Eingabe 140 einzustellen,
was normalerweise für den
Bediener ebenfalls verfügbar
ist. Die Anwendung eines Autorisierungscodes würde die Möglichkeit minimieren, dass
der Bediener die Informationen überschreibt,
die von dem Eigentümer
der Arbeitsmaschine 10 vorgesehen bzw. vorgegeben werden.
Beim Beginn einer Sitzung in der Maschine kann der Bediener die
Schwingungssystemeingabe 140 verwenden, um eine vorbestimmte
Zeitgrenze einzustellen, die innerhalb der Schwelle liegt, die von
dem Bediener der Arbeitsmaschine 10 eingestellt wurde.
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Die
Anzeigeeinheit 122 kann konfiguriert sein, um dem Bediener
Informationen anzuzeigen, die mit dem Betrieb des Schwingungsmanagementsystems 20 in
Beziehung stehen. Beispielsweise kann die Anzeigeeinheit 122 konfiguriert
sein, um ein durchschnittliches Schwingungsniveau anzuzeigen, welches
basierend auf einem, einigen oder allen der Schwingungssensoren
an der Arbeitsmaschine 10 bestimmt wurde. Auch kann die
Anzeigeeinheit 122 einen tatsächlichen Ansprecheinstellstatusindikator zeigen,
um an den Bediener zu melden, wann eine tatsächliche Einstellung aufgetreten
ist, und zwar zusammen mit dem Grad bzw. Ausmaß der Einstellung. Die Anzeigeeinheit 122 kann
eine Katodenstrahlröhren einheit,
eine Flachpaneelanzeigeeinheit, ein oder mehrere Anzeigelichter
oder irgendwelche anderen in der Technik bekannten Anzeigevorrichtungen
aufweisen.
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Alternativ
oder zusätzlich
kann die Anzeigeeinheit 122 auch entfernt bezüglich der
Arbeitsmaschine 10 gelegen sein. Wenn die Arbeitsmaschine 10 beispielsweise
in einem halbautonomen Modus verwendet wird, kann die Anzeigeeinheit 122 in
einer Gelände-
bzw. Baustellenmanagementstation gelegen sein. Die Arbeitsmaschine 10 kann
irgendeine geeignete Technologie aufweisen, um Kommunikationsvorgänge zwischen
der Steuervorrichtung 22 und der Anzeigeeinheit 122 einzurichten,
die an der Geländemanagementstation
gelegen ist.
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3 sieht
ein Blockdiagramm vor, welches ein weiteres beispielhaftes Schwingungsmanagementsystem 300 in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Das Schwingungsmanagementsystem 300 kann
alle der gleichen Komponenten aufweisen, wie das Schwingungsmanagementsystem 20,
wie es in 2 gezeigt ist. Zusätzlich kann
das Schwingungsmanagementsystem 300 eine Schwingungsreduktionseinheit 308 aufweisen.
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Die
Schwingungsreduktionseinheit 308, wie sie in 3 gezeigt
ist, kann irgendeine Vorrichtung aufweisen, die aktiv betätigt werden
kann, um Schwingungen zu verringern. Beispielsweise kann die Schwingungsreduktionseinheit 308 eine
aktive Aufhängungskomponente
der Arbeitsmaschine 10 und/oder eine stabilisierte Bedienerplattform und/oder
einen stabilisierten Bedienersitz und/oder irgendeine andere aktiv
gesteuerte Vorrichtung aufweisen. Die Schwingungsreduktionseinheit 308 kann mit
Komponenten ausgerüstet
sein, die auf ein Steuervorrichtungssignal ansprechen können. Beispielsweise
kann die Schwingungsreduktionseinheit 308 einen oder mehrere
Motoren aufweisen, die Schwingungen auslöschen oder verringern können, die
ein Bediener der Arbeitsmaschine 10 ansprechend auf Signale
von der Steuervorrichtung 22 erfährt. Wenn die Steuervorrichtung 22 bestimmt,
dass der vorhergesagte Schwingungseffekt bewirken wird, dass das durchschnittliche
Schwingungsniveau, welches der Bediener der Arbeitsmaschine 10 erfährt, eine
vorbestimmte Schwingungsschwelle überschreitet, kann die Steuervorrichtung 22 Betätigungssteuersignale an
die Schwingungsreduktionseinheit 308 sen den. Die Schwingungsreduktionseinheit 308 kann
auf diese Signale ansprechen, indem sie eine oder mehrere Komponenten
bewegt oder betätigt,
um zumindest teilweise dem vorhergesagten Schwingungseffekt auf
den Bediener entgegenzuwirken.
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Das
offenbarte aktive Schwingungsmanagementsystem 300 kann
alleine oder in Verbindung mit einem oder mehreren anderen Schwingungsmanagementsystemen
verwendet werden (beispielsweise mit dem Schwingungsmanagementsystem 20).
Das aktive Schwingungsmanagementsystem 300 kann dazu dienen,
dem vorhergesagten Schwingungseffekt der Maschinenkomponente 12 ansprechend
auf einen Bedienerbefehl an die Eingabevorrichtung 24 an
der Arbeitsmaschine 10 entgegenzuwirken. Falls es in Verbindung
mit einem anderen Schwingungsmanagementsystem verwendet wird, kann
das Schwingungsmanagementsystem 300 konfiguriert sein,
um restliche Schwingungen zu kompensieren, die nach der Einwirkung
des anderen Schwingungsmanagementsystems zurückbleiben.
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Industrielle Anwendbarkeit
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4 sieht
ein Flussdiagramm vor, welches die Schritte eines beispielhaften
offenbarten Schwingungsmanagementverfahrens veranschaulicht. Im Schritt 400 kann
die Steuervorrichtung 22 die Identität des Bedieners bestimmen,
der die Maschine betreibt. Die Identität des Bedieners kann durch
den Schlüsselcode
bestimmt werden, der vom Bediener beim Einsteigen in die Arbeitsmaschine 10 eingegeben
wird. Alternativ kann die Steuervorrichtung 22 die RFID-Markierung
des Bedieners oder andere geeignete Mitte verwenden, um seine Identität zu bestimmen.
Im Schritt 404 kann der Arbeitsmodus der Arbeitsmaschine 10 eingestellt
werden. Das Schwingungsmanagementsystem kann eingeschaltet sein (Schwingungsmodus
an) oder ausgeschaltet sein (Schwingungsmodus aus). Falls es eingeschaltet
ist, dann kann die Steuervorrichtung 22 im Schritt 408 das
durchschnittliche Schwingungsniveau bestimmen, dem ein Bediener
der Arbeitsmaschine 10 ausgesetzt worden ist. Im Schritt 412 kann
die Steuervorrichtung 22 Eingabebefehle vom Bediener in
die Eingabevorrichtung 24 überwachen. Im Schritt 416 kann die
Steuervorrichtung 22 einen Schwingungseffekt als ein Ergebnis
eines vorher gesagten Ansprechens von mindestens einer Maschinenkomponente 12 auf mindestens
einen der Eingabebefehle bestimmen. Im Schritt 420 kann
die Steuervorrichtung 22 ein tatsächliches Ansprechen der mindestens
einen Maschinenkomponente 12 basierend auf den bestimmten
Schwingungseffekt und dem durchschnittlichen Schwingungsniveau einstellen.
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Das
offenbarte adaptive Schwingungsmanagementsystem 20 kann
bei irgendeinem System verwendet werden, wo ein Bediener Schwingungen ausgesetzt
ist. Durch Berechnung eines durchschnittlichen Schwingungsniveaus,
welches ein Bediener erfährt,
und durch Verwendung dieser Informationen, um proaktiv den Schwingungseffekt
zu verringern, den der Bediener erfährt, kann das Schwingungsmanagementsystem 20 die
Zeitperiode verlängern,
während
der ein Bediener in der Arbeitsmaschine 10 bleiben kann.
Zusätzlich
kann das Schwingungsmanagementsystem 20 durch Einstellung
des Ansprechens der Maschinenkomponente 12 auf der Grundlage
des Anwendungsverlaufes von jedem individuellen Bediener den Betrieb
der Arbeitsmaschine 10 für jeden Bediener zuschneiden.
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Das
offenbarte adaptive Schwingungsmanagementsystem 20 hat
viele mögliche
Vorteile. Das Schwingungsmanagementsystem 20 kann proaktiv das
Ansprechen der Maschinenkomponente 12 einstellen, sodass
eine Einwirkung von Schwingungen auf den Bediener gesteuert werden
kann. Durch proaktive Einstellung des Ansprechens der Maschinenkomponente 12 kann
das Schwingungsmanagementsystem 20 eine Zeit eines Bedieners
auf der Arbeitsmaschine 10 maximieren. Zusätzlich kann
das System die Notwendigkeit umgehen, dass der Eigentümer der
Arbeitsmaschine 10 periodisch das Schwingungsniveau überprüft, welches
ein Bediener der Arbeitsmaschine 10 erfährt. Weiterhin kann der Eigentümer der
Arbeitsmaschine 10 periodisch die Schwingungs- und Zeitschwellen
an der Arbeitsmaschine 10 variieren, um mit irgendwelchen
Veränderungen
der Regelungen in Übereinstimmung
zu kommen, Dies kann ohne mechanische oder strukturelle Veränderungen
an der Arbeitsmaschine 10 getan werden.
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Es
wird dem Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen
und Variationen an dem offenbarten Schwingungsmanagementsystem vorgenommen werden
können,
ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen. Zusätzlich werden andere Ausführungsbeispiele
des offenbarten Systems dem Fachmann aus einer Betrachtung der Beschreibung
offensichtlich werden.