DE69410921T2

DE69410921T2 - Koordiniertes steuern eines arbeitsgerätes

Info

Publication number: DE69410921T2
Application number: DE69410921T
Authority: DE
Inventors: William E. Peoria Il 61614 Allen; Paul D. Kent Wa 98042 Anderson; Walter J. Richmond Hill Ontario L4B 3G1 Bradbury; John M. Dunlap Il 61525 Hadank; Richard B. Peoria Il 61604 League
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1993-05-13
Filing date: 1994-03-14
Publication date: 1999-02-11
Anticipated expiration: 2014-03-15
Also published as: EP0650544B1; US5424623A; JP3453142B2; JPH07509294A; DE69410921D1; EP0650544A1; WO1994026988A1

Description

Technisches Gebiet

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Steuersystem zum Steuern eines Arbeitsgeräts auf einem Arbeitsfahrzeug und insbesondere auf ein Steuersystem, das eine koordinierte Steuerschnittstelle zwischen dem Arbeitsgerät und dem Fahrzeugbediener vorsieht.

Stand der Technik

Im Bereich von Arbeitsfahrzeugen, insbesondere von solchen Fahrzeugen, die Grab- oder Ladefunktionen durchführen, wie beispielsweise Bagger, Hecktieflöffelbagger und Frontschaufelbagger, wird ein Arbeitsgerät im allgemeinen durch ein manuelles Steuersystem mit zwei oder mehr Bedienersteuerhebeln und zusätzlich durch andere Fahrzeugsteuereinrichtungen gesteuert. Typischerweise umfaßt das manuelle Steuersystem häufig Fußpedale sowie handbetätigte Hebel. Beispielsweise verwendet ein Hecktieflöffelbagger, der von J. I. Case Manufacturing Co. hergestellt wird, drei Hebel und zwei Pedale, um das Arbeitsgerät zu steuern. Ein von Ford Motor Co. hergestellter Hecktieflöffelbagger verwendet vier Steuerhebel. Mit diesem Gerät Steuerschemata sind Nachteile verbunden. Ein Nachteil ist die Belastung und Ermüdung des Bedieners, die sich daraus ergibt, daß er so viele Hebel und Pedale zu bedienen hat. Ferner ist erforderlich, daß ein Fahrzeugbediener einen relativ hohen Grad an Erfahrung besitzen muß, um die Steuerhebel und Fußpedale flüssig zu betätigen und zu koordinieren. Um produktiv zu werden, bedarf es für einen unerfahrenen Bediener einer langen Trainingsperiode, um mit den Steuerungen und ihren Funktionen vertraut zu werden.
Einige Hersteller haben die Nachteile der zu großen Anzahl von Steuerungen erkannt und haben als Norm ein Zwei-Hebel-Steuerschema eingeführt. Allgemein teilen sich zwei vertikal angebrachte, Zwei-Achsen-Hebel die Aufgabe der Steuerung der Bewegung der Anbauten des Arbeitsgeräts (Ausleger und Stiel) und der Schaufel bzw. des Löffels des Arbeitsgeräts. Beispielsweise verwenden Hydraulikbagger, die derzeit von Caterpillar Inc. hergestellt werden, einen Joystick für die Steuerung des Stiels und der Drehung (Schwingen) und einen weiteren Joystick für die Steuerung des Auslegers und des Löffels. In ähnlicher Weise hat Deere & Co. einen Hydraulikbagger mit einem Joystick für die Steuerung des Auslegers und der Drehung (Schwingen) und einen weiteren für die Steuerung des Stils und des Löffels. In jedem Fall wurde die Anzahl der Steuerung auf zwei vermindert, was den Maschinenbetrieb stark vereinfacht hat. Jedoch sind diese Zwei-Hebel- Steuerschemata noch nicht vollständig zweckmäßig oder erwünscht. Die Zuordnung von Arbeitsgerätelementen bzw. -gelenkgliedern zu den Joysticks ist völlig beliebig und es besteht kaum eine Beziehung zwischen der Richtung der Bewegung der Arbeitsgerätelemente und der der Steuerhebel.
Ferner muß der Bediener bei einem typischen Einebnungsvorgang (oder bei der Fertigstellung einer Böschung oder Neigung) die Steuerhebel um und entlang mindestens dreier Achsen betätigen, um eine lineare Bewegung des Löffels bzw. der Schaufel zu erzeugen. Die Komplexität und erforderliche Geschicklichkeit ist erhöht bei der Durchführung dieser Art von Vorgängen, wodurch die Ermüdung des Bedieners beschleunigt und die erforderliche Trainingszeit erhöht wird.
Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, die oben genannten Probleme durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 7 zu lösen.

Offenbarung der Erfindung

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur steuerbaren Bewegung eines Fahrzeugarbeitsgeräts vorgesehen. Das Arbeitsgerät umfaßt ein erstes Anbauteil, das schwenkbar mit dem Fahrzeug verbunden ist, und ein zweites Anbauteil, das schwenkbar mit dem ersten Anbauteil verbunden ist. Die Vorrichtung fühlt die Geometrie des Arbeitsgeräts ab und erzeugt darauf ansprechend eine Vielzahl von Positionssignalen und erzeugt entweder ein manuelles Steuerbetriebssignal oder ein automatisches Steuerbetriebssignal. Eine Bedienerschnittstelle erzeugt erste und zweite Hebelbefehlsignale als Anzeige einer gewünschten Bewegung des Arbeitsgeräts. Die Vorrichtung empfängt das Steuerbetriebssignal und die ersten und zweiten Hebelsteuersignale und erzeugt darauf ansprechend eine lineare Bewegung des Endpunkts des zweiten Anbauteils entlang erster und zweiter Arbeitsachsen, wenn das Steuerbetriebssignal gleich dem automatischen Steuerbetriebssignal ist.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum steuerbaren Bewegen eines Fahrzeugarbeitsgeräts vorgesehen. Das Arbeitsgerät umfaßt ein erstes Anbauteil, das schwenkbar mit dem Fahrzeug verbunden ist, und ein zweites Anbauteil, das schwenkbar mit dem ersten Anbauteil verbunden ist. Das Verfahren umfaßt die folgenden Schritte: Abfühlen der Geometrie des Arbeitsgeräts, Abfühlen der Bewegung einer Vielzahl von Steuerhebeln und Erzeugen eines Steuersignals ansprechend auf den Empfang von entweder einem manuellen Steuerbetriebssignal oder einem automatischen Steuerbetriebssignal. Das Verfahren umfaßt ferner den Schritt des darauf ansprechenden Erzeugens einer linearen Bewegung des zweiten Endpunkts des zweiten Anbauteils entlang erster und zweiter Arbeitsachsen im automatischen Steuerbetrieb.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht des koordinierten Steuersystems und des Arbeitsgeräts;
Fig. 2 ist eine schematische Ansicht des Arbeitsgeräts und zeigt die wichtigen Punkte auf dem Arbeitsgerät;
Fig. 3 ist eine isometrische Ansicht der Steuerhebel, die bezüglich eines Bedienersitzes angebracht sind;
Fig. 4 ist eine Seitenansicht eines Fahrzeugs, das eine ebene Schaufelbewegung ausführt, wobei Strichpunktlinien die Bewegung des Arbeitswerkzeugs anzeigen;
Fig. 5 ist eine Seitenansicht eines Fahrzeugs, das eine Bewegung zur Fertigstellung einer Neigung oder Böschung zeigt, wobei Strichpunktlinien die Bewegung des Arbeitswerkzeugs zeigen;
Fig. 6 ist ein Blockdiagramm der koordinierten Steuerimplementierung;
Fig. 7 ist ein Flußdiagramm, das den Betrieb der Steuerimplementierung zeigt; und
Fig. 8 ist ein Flußdiagramm, das den Betrieb der Steuerimplementierung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.

Beste Art der Ausführung der Erfindung

Mit Bezug auf Fig. 1 ist die vorliegende Erfindung 100, im weiteren als koordiniertes Steuersystem bezeichnet, in der Lage, eine lineare Bewegung eines Arbeitsgeräts 102 eines Arbeitsfahrzeugs in gesteuerter Weise vorzusehen. Das Arbeitsgerät 102 umfaßt typischerweise ein erstes Anbauteil 104, ein zweites Anbauteil 106 und ein drittes Anbauteil 108. Zum Zwecke der Beschreibung ist das Arbeitsfahrzeug ein Hydraulikbagger, aber das vorliegende Steuersystem 100 ist auch geeignet zur Anwendung bei anderen Fahrzeugen wie beispielsweise Heckladern, Frontschaufelbaggern, Radladern, Raupenladern und Kompaktladern (Skidder).
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel entsprechen die Anbauteile (oder Werkzeugelemente) dem Ausleger 104, dem Stiel 106 und dem Löffel 108 des Hydraulikbaggers, wie es gezeigt ist. Die Arbeitsgerätkonfiguration kann sich jedoch von Maschine zu Maschine unterscheiden und die Konfiguration kann andere Arbeitsgeräte als eine Schaufel umfassen, wie beispielsweise einen Greifer. Bei bestimmten Maschinen, wie beispielsweise dem Bagger, ist die Fahrerkabine zusammen mit dem Arbeitsgerät entlang einer Fahrzeugmittelachse drehbar; bei anderen Maschinen wie beispielsweise einem Heckbagger, ist die Fahrerkabine stationär und das Arbeitsgerät ist an dem Schwenkpunkt an der Basis des Auslegers zu einer anderen Stelle hin schwenk- bzw. schwingbar. Dieser Unterschied ist nicht signifikant und die Ausführung des koordinierten Steuersystems 100 wird in beiden Fällen im wesentlichen identisch sein. Das Arbeitsgerät 102 des Arbeitsfahrzeugs wird im allgemeinen in einer vertikalen Ebene 110 betätigt und ist zusammen mit der Fahrerkabine in eine Vielzahl zweiter Ebenen schwenk- bzw. schwingbar, die unterschiedlich sind von der ersten Ebene, und zwar durch Drehen der Fahrzeugplattform oder durch Schwingen an der Schwenkbasis des Auslegers. Der Ausleger 104 wird durch erste hydraulische Betätigungsmittel 111 mit zwei hydraulischen Zylindern 112 und 114 betätigt, welche ein Anheben und Absenken des Arbeitsgeräts 102 ermöglichen. Der Stiel 106 wird durch zweite hydraulische Betätigungsmittel 115 zu dem Fahrzeug hingezogen und von diesem wegbewegt. Die zweiten Betätigungsmittel 115 umfassen einen Hydraulikzylinder 116. Dritte hydraulische Betätigungsmittel 117 umfassen einen weiteren Hydraulikzylinder 118. Die dritten Betätigungsmittel 117 "öffnen" und "schließen" die Schaufel (als Eindrehfunktion bezeichnet). Die Hydraulikströmung zu den hydraulischen Zylindern 112, 114, 116, 118 wird geregelt durch hydraulische Steuerventile 120, 122, 124, 126.
Bedienerschnittstellenmittel 128 sehen eine Bedienereingabe an das koordinierte Steuersystem 100 vor. Die Bedienerschnittstellenmittel 128 umfassen einen ersten Steuerhebel 130 und einen zweiten Steuerhebel 132. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Steuerhebel 130 und 132 elektronische (induktive) Steuerhebel (oder Joysticks). Ein geeigneter Joystick ist erhältlich von CTI Electronics aus Bridgeport, CT, USA, aber andere Typen können auch verwendet werden. Die Ausgabe der elektronischen Joysticks sind elektrische Signale, die eine Anzeige für die Relativbewegung entlang oder um vorher definierte Achsen bilden.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel sind die Steuerhebel 130, 132 mechanische Joysticks. Die Steuerhebel betätigen (nicht gezeigte) Pilotsysteme des Fahrzeughydrauliksystems. In den manuellen Betriebsarten betätigen die Pilotsysteme Steuerventile für jeden der entsprechenden Zylinder. In den automatischen oder halbautomatischen Betriebsarten werden die Pilotsysteme durch die elektronischen Steuerungen umgangen. Jedoch umfassen die Pilotsysteme Drucksensoren zum Erzeugen von Signalen als Anzeige für die relative Bewegung der Steuerhebel 130, 132.
Bei einem Ausführungsbeispiel besitzt der erste Steuerhebel 130 drei (Freiheits-)Grade der Bewegung, die alle einer Ebene 134 im wesentlichen parallel zu der Arbeitsgerätebene 110 liegen: nach vorn und nach hinten bezüglich des Fahrzeugs (entlang einer ersten Steuerachse 136), vertikal auf und ab (entlang einer zweiten Steuerachse 138) und drehmäßig, wie durch den Pfeil 140 gezeigt ist (um eine dritte Steuerachse 142). Der zweite Steuerhebel 132 ist nach links und rechts bezüglich des Fahrzeugs bewegbar (entlang einer vierten Steuerachse 143).
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel besitzt der erste Steuerhebel 130 zwei (Freiheits-)Grade der Bewegung: entlang der erste Steuerachse 136 und entlang der zweiten Steuerachse 138. Der zweite Steuerhebel 132 besitzt auch zwei (Freiheits-)Grade der Bewegung: entlang der vierten Steuerachse 143 und nach vorn und hinten bezüglich des Fahrzeugs (entlang einer fünften Steuerachse) 145. Der erste Steuerhebel 130 erzeugt ein Signal für jeden jeweiligen (Freiheits-)Grad der Bewegung, wobei jedes Signal die Richtung und Geschwindigkeit der Versetzung bzw. Bewegung des Steuerhebels bezüglich der Neutralstellung repräsentiert. In ähnlicher Weise erzeugt der zweite Steuerhebel 132 ein Signal für die Richtung und Geschwindigkeit einer Versetzung bzw. Bewegung nach links und rechts zur Steuerung des seitlichen Schwingen des Arbeitsgeräts.
Mittel 144 erzeugen ein elektrisches Signal als Anzeige für einen erwünschten Neigungswinkel (nachfolgend beschrieben). Bei einem Ausführungsbeispiel umfassen die Mittel 144 einen Daumenradschalter 146 mit drei Anzeigen 148, 150, 152. Die erste Anzeige 148 ist bewegbar zwischen einer positiven Position (als Anzeige für einen positiven gewünschten Neigungswinkel) und einer negativen Position (als Anzeige für einen negativen gewünschten Neigungswinkel). Die zweiten und dritten Anzeigen 150, 152 sind jeweils bewegbar zwischen 10 Positionen (0-9), die die Größe bzw. den Betrag des gewünschten Neigungswinkels (zwischen 0 und 90 Grad) repräsentieren. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel umfassen die Mittel 144 eine LED-Anzeige und eine Reihe von Knöpfen zur Anzeige und Eingabe des gewünschten Neigungswinkels.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfassen die Mittel 144 auch Mittel zum Erzeugen eines weiteren elektrischen Signals als Anzeige eines gewünschten Schaufelwinkels. Die Mittel 144 umfassen auch Mittel zum Erzeugen eines gewünschten Betriebsartsignals. Die elektrischen Signale werden von Logikmittel 154 empfangen, die darauf ansprechend eine Vielzahl von Arbeitsgerätsteuersignalen an die hydraulischen Steuerventile 120, 122, 124, 126 liefern.
Bezugnehmend auf Fig. 2 ist darin eine vereinfachte Ansicht eines Arbeitsgeräts 102 gezeigt und eine Anzahl von Punkten und Achsen definiert, die von den Logikmittel 154 verwendet werden. Das Arbeitsgerät 102 ist auf einem Teil der Kabine 156 des Baggers an einem Schwenkpunkt b schwenkbar angebracht. Eine Achse xbm ist mit einem Ursprung am Punkt b und einer konstanten Richtung bezüglich der Kabine 156 definiert. Die Achse xbm wird dazu verwendet, die relative Winkelbeziehung zwischen dem Arbeitsfahrzeug 156 und dem Ausleger 104 zu messen. Der Punkt a ist als ein Punkt auf der Achse xbm definiert. Die Hydraulikzylinder 112, 114 des Auslegers (aus Gründen der Einfachheit ist nur einer gezeigt) sind zwischen dem Arbeitsfahrzeug 156 und dem Ausleger 104 an Punkten 1 bzw. c verbunden.
Der Stiel ist am Punkt e schwenkbar mit dem Ausleger 104 verbunden. Der Hydraulikzylinder 116 des Stiels ist zwischen dem Ausleger 104 und dem Stiel 106 an Punkten d und f verbunden. Eine Achse Xstk ist mit einem Ursprung am Punkt e und einer bezüglich des Auslegers 104 konstanten Richtung definiert. Die Achse Xstk wird dazu verwendet, die relative Winkelbeziehung zwischen dem Ausleger 104 und dem Stiel 106 zu messen. Der Punkt n ist als ein Punkt auf der Achse Xstk definiert.
Die Schaufel (Löffel) 108 ist am Punkt e schwenkbar mit dem Stiel 106 verbunden. Eine Achse Xbkt ist mit einem Ursprung i und einer bezüglich des Stiels 106 konstanten Richtung definiert. Der Punkt o ist definiert als ein Punkt auf der Achse Xbkt. Der Hydraulikzylinder 118 der Schaufel ist am Punkt g und dem Stiel 106 und am Punkt j mit einem Arbeitselement bzw. Verbindungs- oder Gelenkglied 158 verbunden. Das Gelenkglied 158 ist mit dem Stiel 106 und der Schaufel 108 an Punkten h bzw. j verbunden. Ein Punkt m ist an der Spitze der Schaufel 108 definiert.
Bezugnehmend auf Fig. 3 ist dort eine isometrische Ansicht des Bedienersitzbereichs und der manuellen Steuerung gezeigt. Wenn der Bediener auf einem Bedienersitz 302 sitzt, kann er seine Arme auf Armlehnen 304, 306 legen, wobei die Steuerhebel 130, 132 leicht erreicht werden können. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der erste Steuerhebel 130 im wesentlichen horizontal angebracht, und der zweite Steuerhebel 132 ist im wesentlichen vertikal angebracht, wie es gezeigt ist. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel sind beide Steuerhebel 130, 132 im wesentlichen vertikal angebracht.
Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung besitzt das Steuersystem 100 sechs Betriebsarten:
A. manuelle Steuerbetriebsart,
B. manuelle Steuerbetriebsart mit Schaufelstellungssteuerung,
C. lineare Betriebsart,
D. lineare Betriebsart mit konstanter Schaufelstellung,
E. Steuerbetriebsart zur Fertigstellung einer Neigung oder Böschung, und
F. Steuerbetriebsart zur Fertigstellung einer Neigung oder Böschung mit konstanter Schaufelstellung.
Jede Betriebsart wird nachfolgend im einzelnen erklärt.
In der manuellen Steuerbetriebsart steuern die Steuerhebel 130, 132 eine Bewegung der Arbeitsgerätanbauten (Ausleger, Stiel, Schaufel) 104, 106, 108 unabhängig, d. h. eine Bewegung des ersten Steuerhebels 130 entlang einer bestimmten Steuerachse 136, 138, 142 entspricht einem bestimmten Element des Arbeitsgeräts.
Bei einem Ausführungsbeispiel steuert eine Bewegung des ersten Steuerhebels in Richtung entlang der ersten Steuerachse 136 die Strömung von Hydraulikströmungsmittel zu dem Hydraulikzylinder 116 des Stiels und eine Bewegung des ersten Steuerhebels 130 in Richtung entlang der zweiten Steuerachse 138 steuert die Strömung von Strömungsmittel von den Hydraulikzylindern 112, 114 des Auslegers. Ferner steuert eine Drehbewegung des ersten Steuerhebels 130 um die dritte Steuerachse 142 herum die Eindrehbewegung der Schaufel 108, und eine Bewegung des zweiten Steuerhebels 132 entlang der vierten Steuerachse 143 steuert die Schwingbewegung der Baggerkabine.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel steuert eine Bewegung des horizontalen Steuerhebels 130 in Richtung und entlang der ersten Steuerachse 136 die Strömung von Hydraulikströmungsmitteln zu den Hydraulikzylindern 112, 114 des Auslegers, und eine Bewegung des horizontalen Steuerhebels 130 in Richtung und entlang der zweiten Steuerachse 138 steuert die Eindrehbewegung 108. Ferner steuert eine Bewegung des zweiten Steuerhebels 132 entlang der vierten Steuerachse 143 die Schwingbewegung der Baggerkabine und eine Bewegung des zweiten Steuerhebels 132 entlang der fünften Steuerachse 145 steuert die Strömung von Hydraulikströmungsmittel zu dem Hydraulikzylinder 116 des Stiels.
In der manuellen Steuerbetriebsart mit Schaufelstellung behält der Bediener manuelle Kontrolle bzw. Steuerung der Hydraulikkreise des Auslegers und des Stiels. Der Schaufelkreis wird jedoch automatisch gesteuert, um die Schaufel derart einzustellen, daß ein konstanter Winkel der Schaufel bezüglich einer horizontalen Ebene beibehalten wird. Eine Betätigung eines der Steuerhebel 130, 132 kann, wie oben beschrieben wurde, zum Einstellen des Schaufelwinkels während des Betriebs verwendet werden.
In den vier übrigen automatischen oder halbautomatischen Steuerbetriebsarten wird die Steuerung der Bewegungen der Anbauteile simultan koordiniert, um eine lineare Bewegung vorzusehen. Mit Bezug auf die Fig. 4 und 5 führt das Arbeitsgerät 102 des Arbeitsfahrzeugs 302 eine im wesentlichen lineare Schaufelbewegung bezüglich des Fahrzeugs 304 aus.
In allen vier koordinierten Betriebsarten wird die Richtung und Geschwindigkeit der Linearbewegung vorgeschrieben durch die Bewegung eines Steuerhebels 130, 132 entlang einer Steuerachse 136, 138, 143, 145.
Bei einem Ausführungsbeispiel der linearen Steuerbetriebsart sieht die Bewegung der Steuerhebel 130, 132 entlang oder um die Steuerachsen 136, 138, 142, 143 die folgenden Funktionen vor:
erste Steuerachse 136 lineare horizontale Bewegung des Punktes i
zweite Steuerachse 138 lineare vertikale Bewegung des Punktes i
dritte Steuerachse 142 Eindrehfunktion der Schaufel und
vierte Steuerachse 143 Dreh- bzw. Schwingsteuerung.
Mit Bezug auf Fig. 4 sieht eine Bewegung des ersten Steuerhebels 130 entlang der ersten Steuerachse 136 eine lineare horizontale Bewegung des Punktes i vor. Die lineare Bewegung des Punktes i wird erreicht durch automatisches Koordinieren der Strömung von Hydraulikströmungsmittel zu den Ausleger- und Stielzylindern 112, 114, 116 (im weiteren beschrieben). Die manuelle Steuerung der Eindreh- und Schwingfunktionen bleibt die gleiche wie bei der manuellen Steuerbetriebsart.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der linearen Steuerbetriebsart sind die Steuerhebel 130, 132 jeweils entlang von zwei Steuerachsen 136, 138, 143, 145 bewegbar. Eine Bewegung entlang jeder Steuerachse 136, 138, 143, 145 entspricht einer der Steuerfunktionen wie oben beschrieben wurde.
In noch einem weiteren Ausführungsbeispiel bleibt die Winkelbeziehung zwischen der Schaufel und dem Stiel konstant und eine lineare Bewegung des Punkts m ist vorgesehen. In anderen Worten wird die Schaufel bzw. der Löffel 108 als eine Verlängerung des Stiels 106 behandelt.
Die lineare Betriebsart mit konstanter Schaufelstellung ist ähnlich zu der linearen Steuerbetriebsart mit der Ausnahme, daß eine manuelle Steuerung der Eindrehfunktion beseitigt ist. Die lineare Bewegung des Punktes i ist in der gleichen Weise wie oben beschrieben wurde vorgesehen. Zusätzlich ist die Betätigung des Hydraulikzylinders 118 der Schaufel derart koordiniert, daß ein konstanter Schaufelwinkel bezüglich des Fahrzeugs 302 beibehalten wird. Daher erfordern beim ebenen Heranziehen der Schaufel zum Fahrzeug hin alle drei Gelenkelemente bzw. Anbauteile eine simultane und koordinierte Steuerung.
Gemäß den oben beschriebenen Steuerbetriebsarten sieht die vorliegende Erfindung ein System 100 vor, daß die Fahrzeughydraulik entsprechend der Steuerbetriebsarten betätigt. Das Steuersystem 100 umfaßt Mittel 603 zum Abfühlen der Geometrie des Arbeitsgeräts 102 und zum darauf ansprechenden Erzeugen einer Vielzahl von Positionssignalen.
Die Mittel 144 erzeugen entweder ein manuelles Steuerbetriebsartsignal oder ein automatisches Steuerbetriebsartsignal. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel gibt es zwei manuelle Betriebsarten und vier automatische Betriebsarten: manuelle Steuerbetriebsart, manuelle Steuerbetriebsart mit Schaufelstellung, lineare Steuerbetriebsart, lineare Steuerbetriebsart mit Schaufelstellung, Steuerbetriebsart zur Fertigstellung einer Neigung bzw. Böschung und Steuerbetriebsart zur Fertigstellung einer Neigung bzw. Böschung mit Schaufelstellung.
Die Bedienerschnittstellenmittel 128 erzeugen erste und zweite Hebelbefehlssignale als Anzeige für die gewünschte Bewegung des Arbeitsgeräts 102.
Die Logikmittel 154 empfangen das Steuerbetriebsartsignal und die ersten und zweiten Hebelsteuersignale, erzeugen darauf ansprechend eine lineare Bewegung des zweiten Endpunktes des zweiten Anbauteils 106 entlang der ersten und zweiten Arbeitsachsen 404, 412, 404', 412', wenn das Steuerbetriebsartsignal gleich dem automatischen Betriebsartsignal ist und erzeugt darauf ansprechend eine Winkelbewegung der ersten und zweiten Anbauteile 104, 106 in Proportion zu den ersten bzw. den zweiten Hebelbefehlssignalen, wenn das Steuersignal gleich dem manuellen Steuerbetriebsartsignal ist.
Die Logikmittel umfassen:
1. Mittel zum Empfang der Positionssignale und darauf ansprechenden Berechnen einer Vielzahl von Betriebsartwertsignalen (rpq). Die Betriebsartwertsignale sind als Winkelgeschwindigkeiten der Anbauteile vorhanden, wenn das Steuerbetriebsartsignal gleich dem automatischen Steuerbetriebsartsignal ist;
2. Mittel zum darauf ansprechenden Berechnen einer Vielzahl von Winkel-zu-Linearwertsignalen (so). Die Winkel-zu-Linearwertsignale sind als Lineargeschwindigkeit/Winkelgeschwindigkeit vorhanden, wenn das Steuerbetriebsartsignal gleich dem automatischen Steuerbetriebsartsignal ist; und
3. Mittel zum Berechnen einer Vielzahl von Umwandlungs- bzw. Transformationssignalen (t) als Funktion der Winkel-zu-Linearwert- und Betriebsartwertsignale; und zum Berechnen einer Vielzahl von Zylindergeschwindigkeitsbefehlssignalen als eine Funktion der Betriebsartwertsignale und der Winkel-zu-Linearwertsignale.
Die Betätigungsmittel 109 empfangen Zylindergeschwindigkeitsbefehlssignale und betätigen darauf ansprechend das Arbeitsgerät 102.
Fig. 4 zeigt insbesondere die Linearbewegung des Arbeitsgeräts entlang einer ersten Arbeitsachse (X) 404. Die erste Arbeitsachse 404 ist im wesentlichen parallel zu der Ebene des Fahrzeugs 402. In der ersten Strichpunktlinienkontur 406 ist der Stiel ausgefahren und die Schaufel ist in einer geschlossenen Position. Wenn der erste Steuerhebel 130 entlang der ersten Steuerachse 136 nach hinten bezüglich des Fahrzeugs gezogen wird, wird das Arbeitsgerät 102 in die durch die zweite Strichpunktlinienkontur 408 gezeigte Position gezogen, der Ausleger wird angehoben, der Stiel wird näher an das Fahrzeug heranbewegt und die Schaufel kommt in eine offenere Position. In der Endposition, die durch die durchgezogene Kontur 410 gezeigt ist, ist der Ausleger abgesenkt, der Stiel ist eingezogen, und die Schaufel ist offen.
Eine lineare vertikale Bewegung entlang einer zweiten Arbeitsachse 412 wird auf ähnliche Weise ausgeführt, und zwar ansprechend auf eine Bewegung des ersten Steuerhebels 130 entlang der zweiten Steuerachse 138. Die zweite Arbeitsachse (Y) 412, die in der zweiten Strichpunktlinienkontur 408 gezeigt ist, ist senkrecht zu der ersten Arbeitsachse 404.
Fig. 5 zeigt insbesondere die Linearbewegung des Arbeitsgeräts entlang einer ersten Arbeitsachse (X') 404'. Die erste Arbeitsachse 404' besitzt eine Winkelbeziehung zu dem Fahrzeug 402. Der Neigungswinkel ist durch die Mittel 144 definiert. In der ersten Strichpunktlinienkontur 406' ist der Stiel ausgefahren und die Schaufel ist in einer geschlossenen Position. Wenn der erste Steuerhebel 130 entlang der ersten Steuerachse 136 nach hinten bezüglich des Fahrzeugs gezogen wird, wird das Arbeitsgerät 102 in die durch die zweite Strichpunktlinienkontur 308' gezeigte Position gezogen, der Ausleger wird angehoben, der Stiel wird näher zum Fahrzeug hingezogen, und die Schaufel kommt in eine offenere Position. In der durch die ausgezogene Kontur 410' gezeigte Endposition ist der Ausleger abgesenkt, der Stiel ist eingezogen und die Schaufel ist offen.
Eine lineare vertikale Bewegung entlang einer zweiten Arbeitsachse (Y') 412' wird auf ähnliche Weise durchgeführt, und zwar ansprechend auf eine Bewegung des ersten Steuerhebels 130 entlang der zweiten Steuerachse 138. Die zweite Arbeitsachse 412', die in der zweiten Strichpunktlinienkontur 408' gezeigt ist, ist senkrecht zu der ersten Arbeitsachse 404'.
Bei einem Fahrzeug mit herkömmlichen Steuerungen, bei dem jedes Gelenkelement unabhängig gesteuert wird, werden alle Gelenkelementbewegungen ausdrücklich durch den Bediener gesteuert und manipuliert bzw. betätigt. Da das Hauptinteresse des Fahrzeugbedieners in der Plazierung der Schaufel liegt, gestatten alle vier koordinierten Steuerbetriebsarten der vorliegenden Erfindung eine exakte Bewegung und Richtungssteuerung der Schaufel durch den Bediener, und zwar unabhängig von der Geometrie des Arbeitsgeräts. Um eine ebene Bewegung der Schaufel, wie beispielsweise bei der Fertigstellung einer Bodenfläche, durchzuführen, braucht der Bediener daher nur den ersten Steuerhebel 130 nach vorn oder hinten bezüglich des Fahrzeugs zu bewegen.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Logikmittel 154 in einem Mikrocontroller (Mikrosteuereinrichtung) implementiert. Typischerweise ist der Mikrocontroller auf Mikroprozessorbasis vorgesehen. Ein geeigneter Mikroprozessor ist als Teil Nr. MC68332 von Motorola Inc. aus Roselle, Illinois erhältlich, aber es ist jeder geeignete Mikroprozessor verwendbar.
Bezugnehmend nun auf Fig. 6 ist ein Blockdiagramm der koordinierten Steuerung gezeigt, und zwar angewandt in Software auf die Logikmittel 154. Die elektrischen Signale, die durch die Steuerhebel 130, 132 erzeugt werden, sind als Joystickgeschwindigkeitsanfvrderungseingaben in das Blockdiagramm gezeigt. Diese Geschwindigkeitsanforderungssignale sind in kartesischen Koordinaten entsprechend der Steuerhebelbewegung vorhanden. Die Geschwindigkeitsanforderungen werden im Block 602 in ein unterschiedliches Koordinatensystem umgewandelt, und zwar basierend auf der Konfiguration und der Position der Gelenkglieder.
Mittel 603 fühlen die Geometrie des Arbeitsgeräts 102 ab und erzeugen darauf ansprechend eine Vielzahl von Positionssignalen. Bei einem Ausführungsbeispiel umfassen die Gelenkgliedpositionssensoren Gelenkgliedwinkelresolver bzw. -koordinatenwandler zum Messen der relativen Winkel zwischen den Gelenkgliedern. In einem anderen Ausführungsbeispiel umfassen die Gelenkgliedpositionssensoren lineare Sensoren zum Abfühlen der Länge oder der Ausfahrgrade bzw. -maße der individuellen Zylinder. Beispiele können gefunden werden in "Robot Manipulators: Mathematics, Programming and Control" von Richard P. Paul, MIT Press, 1981.
Die Positionssignale werden von der Geschwindigkeitstransformation bzw. -umwandlung empfangen.
Der obere Teil der koordinierten Steuerimplementierung von Fig. 6 (Blöcke 602, 604, 606, 608) sieht eine manuelle Steuerung der Strömung von Hydraulikströmungsmittel zu den Hydraulikzylindern 112, 114, 116, 118 durch die Verwendung der Steuerhebel 130 vor. Die Zylindergeschwindigkeitsanforderungen (oder gemeinsame Winkelgeschwindigkeit) von diesem Bewegungsprozeß werden im Block 604 um einen Faktor skaliert, der in dem Proportionalströmungssteuerungsblock 606 erhalten wird.
Eine Proportionalhydraulikströmungssteuerung ist beschrieben im U. S. Patent Nr. 4,712,376, ausgegeben am 15. Dezember 1987 an Hadank und Creger. Das grundlegende Konzept der Proportionalströmungssteuerung umfaßt das Berechnen der Menge von Hydraulikströmung, die für Arbeitsgerätbetätigung unter derzeitigen Betriebsbedingungen (d. h. Motordrehzahl, Fahrzeuggeschwindigkeit, etc.) verfügbar ist. Die sich aus dem Block 604 ergebende, skalierte Geschwindigkeitsanforderung wird zum Geschwindigkeitssteuerblock 608 weitergegeben, wo eine Regelung oder Steuerung (Steuerung mit offener oder geschlossener Schleife) die Hydraulikventilgeschwindigkeitssteuerungssignale bestimmt, um die Zylindergeschwindigkeitsanforderung zu erfüllen. Solche Steuersysteme mit offener oder geschlossener Schleife (Steuer- oder Regelsysteme) sind auf dem Gebiet der Steuerungstheorie bekannt und werden daher nicht weiter beschrieben. Die Hydrauliksteuerventilsignale werden durch einen weiteren Satz von Signalen ergänzt, um Fehler zu eliminieren, die bei der Umwandlung aus dem kartesischen Koordinatensystem in das Gelenkgliedkoordinatensystem hervorgerufen wurden.
Bezugnehmend nun auf den Block 610 werden die Joystickgeschwindigkeitsanforderungen mit dem gleichen Faktor skaliert, wie er in der Proportionalströmungssteuerung erhalten wurde. Die skalierten Joystickgeschwindigkeitsbefehle werden über die Zeit hinweg integriert, um Positionsbefehle 612 zu erhalten, und werden in die Gelenkgliedkoordinaten 614 umgewandelt. Diese Umwandlung ist ähnlich zu dem Umwandlungsprozeß im Block 602. Die Ausgabe des Positionsumwandlungsblocks 614 wird dann in eine weitere Steuerung 616 mit offener oder geschlossener Schleife weitergegeben, wo ein Hydraulikventilpositionssteuersignal bestimmt wird. Eine geeignete Steuerung mit geschlossener Schleife unter Verwendung von Positions- und Geschwindigkeitssteuerung ist offenbart in der US-Patentanmeldung 07/540,726 desselben Anmelders, eingereicht am 15. Juni 1990.
Die Hydraulikventilsteuersignale von beiden Zweigen werden mit einem Addierer 618 kombiniert, um die schließlichen Zylinderventilsteuersignale für das Arbeitsgerät zu erhalten. In der manuellen Betriebsart ist der untere Teil der Steuerimplementierung außer Betrieb; die Zylinderventilsteuersignale stehen in direkter Beziehung zu den Geschwindigkeitsanforderungen von den Steuerhebeln (Joysticks) 130, 132. Wenn die Steuerimplementierung in einer der koordinierten Steuerbetriebsarten läuft, ist auch der untere Teil (Blöcke 610 bis 616) der Steuerimplementierung effektiv bzw. wirksam, und ein Teil des oberen Teils kann auch in Betrieb sein. Beispielsweise koordiniert in der linearen Steuerbetriebsart mit Schaufelstellung der untere Teil der Steuerimplementierung die Strömung von Strömungsmittel zu den Hydraulikzylindern 112, 114, 116, 118 in Übereinstimmung mit den Horizontal- und Vertikalgeschwindigkeitsanforderungen. Die Schwingbewegung des Arbeitsgeräts 102 verbleibt unter manueller Steuerung durch die Blöcke 602 bis 608. Ferner kann eine Schaufelgeschwindigkeitsanforderung von einem der Steuerhebel 130, 132 durch die Steuerimplementierung akzeptiert werden. Dieses Signal würde modifiziert werden (wie oben beschrieben wurde), um ein Schaufelzylinderkorrektursignal zu erzeugen. Das Schaufelzylinderkorrektursignal würde zu dem Signal für die angeforderte Schaufelgeschwindigkeit von dem unteren Teil der Steuerimplementierung addiert werden. Diese Funktion gestattet, daß der Bediener die Strömung von Hydraulikströmungsmittel zu dem Hydraulikzylinder 118 der Schaufel während der Schaufelstellungssteuerung korrigieren, modifizieren oder anpassen kann.
Die oben beschriebenen Umwandlungen aus dem kartesischen Koordinatensystem in Gelenkgliedkoordinaten verwenden den Schaufelstift (Schwenkstift) als Bezugspunkt und berücksichtigen nicht die Position der Schaufelspitze. Wenn es jedoch für den Bediener intuitiver bzw. geeigneter erscheint, das Fahrzeug mit der Schaufelspitze als dem signifikanten Endpunkt zu bedienen, kann die Bewegung in leichter Weise erweitert bzw. ausgedehnt werden, um das Schaufelgelenkglied zu berücksichtigen.
Um die Steuerung mit geschlossener Schleife unter Verwendung von Zylinderpositionsrückkopplung durchzuführen, muß die relative Versetzung (Ausfahren und Zurückziehen) jedes Zylinders 112, 114, 116, 118 verfügbar sein. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden Sensoren (Mittel 603) dazu verwendet, die relativen Winkel zwischen dem Arbeitsfahrzeug 156, dem Ausleger 104, dem Stiel 106 und der Schaufel 108 zu messen.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel wird die Zylinderbewegung direkt gemessen. Ein geeigneter Sensor ist der Hochfrequenzlinearpositionssensor, der im U. S. Patent Nr. 4,737,705 von Bitar et al., ausgegeben am 12. April 1988, offenbart ist. Ein Sensor auf der Grundlage eines Potentiometers kann auch verwendet werden.
In einer Beschreibung, die in Einzelheiten die Herleitung der Berechnungen beschreibt, die in der koordinierten Steuerimplementierung verwendet werden, werden nachfolgend die folgenden Bezeichnungen verwendet:
L eine Länge mit konstanter Größe
λ eine Länge mit sich ändernder Größe
A ein Winkel mit konstanter Größe und
θ ein Winkel mit sich ändernder Größe.
Bezugnehmend wiederum auf Fig. 2 besitzt jede Länge (L, λ) zwei Indizes, die die zwei Punkte definieren, zwischen denen die Länge gemessen wird. Jeder Winkel (A, θ) besitzt drei Indizes, die die Linien definieren, zwischen denen der Winkel gemessen wird, (wobei der mittlere Index der Scheitel des Winkels ist).
Die folgenden Gleichungen (1)-(51) zeigen die Herleitung der Berechnung, die dazu verwendet wird, um die verschiedenen Steuerbetriebsarten durchzuführen. Die Gleichungen sind abhängig von der bestimmten Geometrie des Arbeitsgeräts, wie es in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine Geometrie beschränkt. Ähnliche Herleitungen werden verwendet, um die vorliegende Erfindung an verschiedene Arbeitsgerätgeometrien anzupassen.
Wenn Gelenkwinkelresolver zum Messen von Gelenkgliedpositionen verwendet werden, müssen die gemessenen relativen Winkel von den Resolvern in Zylinderbewegungen umgewandelt werden. Basierend auf der Kosinus-Regel ist die relative Zylinderbewegung bzw. -versetzung λcl der Hydraulikzylinder 112, 114 des Auslegers durch die folgende Formel bestimmt:
λcl ={[L²bl +L²bc -2LblLbccos(Aabl+Acbe+θabe)}½. (1)
In ähnlicher Weise wird die relative Versetzung des Hydraulikzylinders 116 des Stiels durch die folgende Formel bestimmt:
λdf = {[L²de +L²ef -2LdeLefcos(π-Abed -Afei -Θebei)]}½. (2)
In ähnlicher Weise wird die relative Versetzung des Hydraulikzylinders 118 der Schaufel bestimmt durch die folgende Formel:
λgj = {(L²gh +L2hj -2LghLhjcos(2π-Aehg-Aehj -Θjhi)]}½· (3)
In dem bevorzugten Ausführungbeispiel befindet sich der gemessene Winkel (θjhi) auf dem Gelenkglied 158. Um den Winkel θoim der Schaufel 108 bezüglich des Stiels 106 zu bestimmen, wird der folgende Satz von Gleichungen verwendet:
Θjhi+Θehji+Θkji+Θjki+Θhik 2π, (4)
Θoik = Akim+Θoim, and (5)
Θhik+Aeih+Θoik=π. (6)
Θoim =-π+Θhji+Θkji+Θjki-Aeih-Akim+Θjhi.
wobei
Θhji = cos&supmin;¹[(λ²ij +L²hj -L²hi)/(2Lhjλij)]. (8)
Θkji = cos&supmin;¹[(λ²ij +L²jk -L²ik)/(2Ljkλij)], (9)
λij = {[L²hi +L²hj -2Lhi Lhjcos(Θjhi)]}½, and (10)
Θjki = cos&supmin;¹[(L²jk +L²ik -λ²ij)/(2Ljk Lik)]. (11)
Mit Bezug auf Fig. 7 ist der Betrieb bzw. die Funktion der vorliegenden Erfindung wie folgt: als erstes werden in einem Steuerblock 702 die Hebelbefehlssignale von den Steuerhebeln gelesen. In einem Steuerblock 704 wird die gewünschte Betriebsart aus den Mitteln 144 ausgelesen.
In einem Steuerblock 706 werden die gewünschten Winkelgeschwindigkeiten der Ausleger- ,Stiel- und Schaufelgelenkglieder bestimmt als eine Funktion der Betriebsart und der Hebelbefehlssignale.
In einem Steuerblock 708 werden die Winkelgeschwindigkeiten in lineare Geschwindigkeiten der Gelenkgliedzylinder übersetzt bzw. umgewandelt. Die linearen Geschwindigkeiten werden dann dazu verwendet, um die Zylinder im Steuerblock 710 in steuerbarer Weise zu betätigen.
In der linearen Steuerbetriebsart oder der linearen Steuerbetriebsart mit Schaufelstellung werden die für die gewünschte horizontale und vertikale Geschwindigkeit repräsentativen Geschwindigkeitsanforderungssignale von den Steuerhebeln 130, 132 empfangen. Die horizontale Geschwindigkeitsanforderung und die vertikale Geschwindigkeitsanforderung werden integriert, um die gewünschten Positionskomponenten (x, y) des Schaufelschwenkstifts, nämlich den Punkt i zu bestimmen. Die gewünschte Position muß in die gewünschten Zylindergeschwindigkeitsbefehle übertragen bzw. umgewandelt werden.
Als erstes werden die Sollpositionsbefehle (x, y) zum Ausleger 104 in Beziehung gesetzt:
x = LbecosΘabe+Leicos(Θabe+Θbei). (12)
y = LbesinΘabe+Leisin(Θabe+Θbei). (13)
λbi = {(y²+x²)}½. (14)
Θiba = tan&supmin;¹(y/x). (15) Qebi = cos&supmin;¹ [(λ²bi+L²be-L²ei)/(2λbiLbe)] (16)
Θabe = Θebi+Θiba. (17)
Θabe = cos&supmin;¹[(λ²bi +L²be -L²ei)/(2λbiLbe)]+tan&supmin;¹(y/x)·(18)
wobei θabe der gewünschte Auslegerwinkel ist.
θabe wird anhand der Gleichung 1 in die gewünschte Auslegerzylinderlänge λcl umgewandelt.
Die Gleichung 17 wird differenziert, um die gewünschte Winkelgeschwindigkeit des Auslegers 104 zu bestimmen:
Θ'abe = Θ'ebi +Θ'iba. (19)
Θ'abe = [(cosΘebi/λbisinΘebi)-(1/LbesinΘebi)]λ'bi +(1/λbi²)(xy'-yx'). (20)
λ'bi = (yy'+xx') /λbi. (21)
Θ'abe = {x[(cosΘebi/λbi)-(1/Lbe)]/λbisinθebi) -y(1/λbi²)}x'+{y[(cosΘebi/λbi) -(1/Lbe)]/λbisinΘebi)+x(1/λbi²)}y'. (22)
wobei "'" eine Differenzierung bedeutet.
Die gewünschte Auslegerzylindergeschwindigkeit wird bestimmt unter Verwendung der Gleichung:
λ'cl = [LbcLbcsin(Aabl+Acbe+Θabe)/λcl]Θabe. (23)
Der gewünschte Stielwinkel ist:
Θbei = cos&supmin;¹(Lbe²+Lei²-λbi²)/(2LbeLei0]-π. (24)
Unter Verwendung der Gleichungen 2 und 14 ist die gewünschte Winkelgeschwindigkeit des Stiels
Θbei' = [X/LbeLeisin(Θbei+π)]x' +{y/(LbeLeisin(Θbei+π)]y'. (25)
Die gewünschte Stielzylindergeschwindigkeit wird dann bestimmt durch die Gleichung:
λ'df = -[(LdeLefsin (π-adeb-Afei-Θbei)/λdf]Θ'bei. (26)
Die Berechnungen für die gewünschten Zylindergeschwindigkeiten für den Ausleger und den Stiel in der Steuerbetriebsart zur Fertigstellung einer Neigung bzw. Böschung und der Steuerbetriebsart zur Fertigstellung einer Neigung bzw. Böschung mit Schaufelstellung sind ähnlich zu denjenigen, die bei der linearen Steuerbetriebsart und der linearen Steuerbetriebsart mit Schaufelstellung verwendet werden mit der Ausnahme, daß der gewünschte Neigungswinkel r in die Gleichungen eingeführt wird.
Daher werden die Gleichungen für die Sollposition des Schaufelschwenkstifts, nämlich den Punkt i:
x = Lbecos(Θabe+Γ)+Leicos(Θabe+Γ+Θbei). (27)
y = Lbesin(Θabe+Γ)+Leisin(Θabe+Γ+Θbei). (28)
Der gewünschte Auslegerwinkel wird:
Θabe = cos&supmin;¹[(λ²bi +L²be +Lei)/(2λbiLbe)] +tan&supmin;¹(y/x)+Γ. (29)
Bei Durchführung der Transformationen wird die gewünschte Winkelgeschwindigkeit des Auslegers 104 und des Stiels 106:
Θ'abe = { xcos(Γ)[(cosΘebi/λbi) -(1/Lbe)]/(λbisinΘebi)-y(1/λbi²)}x' +{ysin(Γ)[(cosΘebi/λbi) -(1/Lbe)(]/λbisinΘebi)-x(1/λ²bi)}y'. (30)
Θ'bei = -[xsin(Γ)/(LbiLeisin(Θbei+π)]x' +[ycos(Γ)/(LbiLeisin(Θbei+π)]y'. (31)
Die gewünschten Geschwindigkeiten für die Zylinder des Auslegers und des Stiels werden berechnet unter Verwendung der Gleichungen 23 und 26.
In der Steueroption mit Schaufelstellung wird die Schaufel 108 unter einem konstanten Winkel bezüglich des Fahrzeugs gehalten. Während des Ausfahrens (oder Zusammenziehens) der Hydraulikzylinder 112, 114, 116 des Aus legers und des Stiels wird der Schaufelstellungswinkel durch Betätigung des Hydraulikzylinders 118 beibehalten. Die Sollgeschwindigkeitsbefehle für Stiel und Ausleger werden nicht modifiziert.
Der Schaufelstellungswinkel steht mit den von dem Resolver gemessenen Winkeln durch die folgenden Gleichungen in Beziehung:
Θabe +(π+Θbei)+(π+Θoim)+(π-φ) = 2π. (32)
Θoim = φ-π-Θabe-Θbei. (33)
Θ'oim =φ'-Θ'abe-Θbei. (34)
wobei φ den Schaufelstellungswinkel repräsentiert.
Um die gewünschte Winkelgeschwindigkeit 108 zu bestimmen, muß die Winkelgeschwindigkeit des Auslegers 104 und des Stiels 106 bekannt sein.
Die Winkelgeschwindigkeit des Auslegers wird bestimmt unter Verwendung der befohlenen Winkelgeschwindigkeit wie folgt:
λcl = {(L²bc+L²bl-2LbcLblcos(Aabl+Acbe+Θabe)]}½ (35)
λ'cl = (LbcLblsin(Aabl+Acbe+Θabe)/λcl]Θ'abe. (36)
Θ'abe = [λcl/(LbcLblsin(Θabe+Aabl+Acbe))]λ'cl. (37)
In ähnlicher Weise wird die Winkelgeschwindigkeit des Stiels 106 bestimmt:
Adeb+Θdef+Afei+(π+Θbei) = 2π. (38)
Θbei = π-Adeb-Adeb-Afei-Θdef. (39)
Θdef =cos&supmin;¹[(L²de+L²ef-λ²df)/(2LdeLef)]. (40)
Θ'bei = -[λdf/(LdeLefsin(π-adeb-Afei-Θbei)]λ'df. (41)
Daher ist die gewünschte Winkelgeschwindigkeit der Schaufel bestimmt als:
Θ'oim = φ'-[λcl/(LbcLsin(Θabe+Aabl+Acbe))]λ'cl +[λdf/(LdeLefsin(π-adeb-Afei-Θbei)]λ'df (42)
wobei φ' eine angeforderte Schaufelgeschwindigkeitseingabe von einem der Steuerhebel 130, 132 ist.
Die gewünschte Schaufelzylindergeschwindigkeit wird bestimmt unter Verwendung der gewünschten Winkelgeschwindigkeit der Schaufel und der Gleichungen:
Θjhi = π-Θhji-Θkji-Θjki+Aeih+Akim+Θoim. (43)
λ'ij = (LhiLhjsin(Θjhi)/λij)Θ'jhi. (44)
Q'jhi = Θ'hji-Θ'kji-Θ'jki+Θ'oim. (45)
θ'hji = {LhisinΘjhi[Lhjcos(Θhji)/λij-1]/ (λijsinΘhji)}Θ'jhi. (46)
Θ'kji = {LhiLhjsinΘjhi(Ljkcos(Θkji)/λij-1)/ (LjkλijsinΘkjio}Θ'jhi' (47)
Θ'jki = [LhiLhjsinΘjhi/(LjkLiksinΘjki)]Θ'jhi (48)
Θ'jhi = [1/(1+Θ'hji+Θ'kji+Θ'jki)]Θ'oim. (49)
λ'gj = (-LghLhjsin(2π-Aehg-Aehi-Θjhi)/λgj)Θ'jhi. (50)
In der Steuerbetriebsart zur Fertigstellung einer Neigung bzw. Böschung mit Schaufelstellung wird die Gleichung 33 modifiziert, um den gewünschten Neigungswinkel zu kompensieren:
Θoim = φ-π-(Θabe-Γ)-Θbei. (51)
Die gewünschte Schaufelzylindergeschwindigkeit wird auf die gleiche Weise bestimmt, wie es oben beschrieben wurde.
Wie oben mit Bezug auf Fig. 6 beschrieben wurde, ist die Ausgabe der koordinierten Steuerung eine Vielzahl von linearen Geschwindigkeitsanforderungen. Die Geschwindigkeitsanforderungen werden durch den Geschwindigkeitssteuerblock 608 verwendet. Der Geschwindigkeitssteuerblock 608 verwendet ein offenes oder geschlossenes Rückkopplungsschema, um den Betrieb der Hydraulikzylinder 112, 114, 116, 118 zu steuern.
Da die Hebeleingaben sich auf verschiedene Arten von Anforderungen abhängig von der Steuerbetriebsart beziehen, haben die Hebelbefehle verschiedene Maßeinheiten. Beispielsweise entsprechen die Hebelbefehlssignale in der manuellen Steuerbetriebsart der gewünschten Winkelgeschwindigkeit der entsprechenden Gelenkglieder. In den automatischen Betriebsarten entsprechen mindestens zwei der Steuerhebelsignale der gewünschten linearen Geschwindigkeit eines Punkts auf dem Gelenkglied entlang einer Achse. Daher bestimmt die koordinierte Steuerung die verwendete Betriebsart und wandelt die als Winkelgeschwindigkeit oder die als Lineargeschwindigkeit vorliegenden Hebelbefehlssignale in Lineargeschwindigkeitsanforderungen um.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die Lineargeschwindigkeitsbefehle bestimmt unter Verwendung von Matrixmultiplikation. Die grundlegende Matrixgleichung ist:
[C] = [T] · [L], (52)
Wobei [C] die Zylindergeschwindigkeitsbefehlsmatrix ist, [T] eine Transformationsmatrix ist, und [L] eine Hebelbefehlsmatrix ist.
Die Zylindergeschwindigkeitsbefehlsmatrix ist eine 3 · 1- Matrix und ist in der Form:
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel entspricht c&sub1; dem gewünschten Auslegerzylindergeschwindigkeitssignal, c&sub2; entspricht dem gewünschten Stielgeschwindigkeitssignal und ist proportional zu der gewünschten Stielzylindergeschwindigkeit, und c&sub3; ist das gewünschte Schaufelzylindergeschwindigkeitssignal und ist proportional zu der gewünschten Schaufelzylindergeschwindigkeit.
Die Hebelbefehlsmatrix ist eine 3 · 1-Matrix und ist in der Form:
Die Bedeutung von l&sub1;, l&sub2; und l&sub3; ändert sich abhängig von der Steuerbetriebsart.
In der manuellen Betriebsart entspricht l&sub1; der gewünschten Auslegerzylinderlineargeschwindigkeit, l&sub2; entspricht der gewünschten Stielzylinderlineargeschwindigkeit und l&sub3; entspricht der gewünschten Schaufelzylinderlineargeschwindigkeit.
In der manuellen Steuerbetriebsart mit Schaufelstellungssteuerung entspricht l&sub1; der gewünschten Auslegerzylinderlineargeschwindigkeit, l&sub2; entspricht der gewünschten Stielzylinderlineargeschwindigkeit und l&sub3; entspricht einer gewünschten Schaufelzylindereinstellung.
In der Linearsteuerungsbetriebsart entspricht l&sub1; der gewünschten Geschwindigkeit entlang der Horizontalachse (X), l&sub2; entspricht der gewünschten Geschwindigkeit entlang der Vertikalachse und l&sub3; entspricht der gewünschten Winkelgeschwindigkeit der Schaufel.
In der linearen Steuerbetriebsart mit Schaufelstellungssteuerung entspricht l&sub1; der gewünschten Geschwindigkeit entlang der Horizontalachse, l&sub2; entspricht der gewünschten Geschwindigkeit entlang der Horizontalachse und l&sub3; entspricht der gewünschten Schaufelstellung.
In der Steuerbetriebsart zur Fertigstellung einer Neigung bzw. Böschung entspricht l&sub1; der gewünschten Geschwindigkeit entlang der X'-Achse, l&sub2; entspricht der gewünschten Geschwindigkeit entlang der Y'-Achse und l&sub3; entspricht der gewünschten Winkelgeschwindigkeit der Schaufel, wobei X' und Y' definiert werden durch den Offset- oder Versetzungswinkel.
In der Steuerbetriebsart zur Fertigstellung einer Neigung bzw. Böschung mit Schaufelstellungssteuerung ist l&sub1; die gewünschte Geschwindigkeit entlang der X'-Achse, l&sub2; ist die gewünschte Geschwindigkeit entlang der Y'-Achse und l&sub3; ist die gewünschte Schaufeleinstellung, wobei X' und Y' durch den Offset- oder Versetzungswinkel definiert werden.
Die Umwandlungs- oder Transformationsmatrix ist eine 3 · 3- Matrix und hat die Form:
Wie gezeigt ist, besteht jedes Element von [T] aus dem Produkt zwischen einem rpq-Term und einem so-Term. Die rpq-Terme sind abhängig von der Betriebsart (siehe unten) und wandeln im Endeffekt die Hebelbefehlssignale in Terme der gewünschten Winkelgeschwindigkeiten um (basierend auf der derzeitigen Steuerbetriebsart). Die so-Terme wandeln im Endeffekt von einer Winkelgeschwindigkeit in Lineargeschwindigkeit um.
Ein Einsetzen der Gleichungen (53)-(55) in die Gleichung (52) ergibt:
c&sub1; = s&sub1; · (r&sub1;&sub1; · l&sub1; + r&sub1;&sub2; · l&sub2; + r&sub1;&sub3; · l&sub3;). (56)
c&sub2; = s&sub2; · (r&sub2;&sub1; · l&sub1; + r&sub1;&sub2; · l&sub2; + r&sub2;&sub3; · l&sub3;). (57)
c&sub3; = s&sub3; · (r&sub3;&sub1; · l&sub1; + r&sub3;&sub2; · l&sub2; + r&sub3;&sub3; · l&sub3;). (58)
Wie oben beschrieben wurde, ändert sich jeder der Terme in den Gleichungen abhängig von der Betriebsart. Die Gleichung für jeden Term in jeder Betriebsart basiert auf den obigen Herleitungen und wird nun beschrieben.
In der manuellen Betriebsart sind die Hebelbefehlssignale eine Anzeige für die gewünschte Hydraulikströmung zu jedem der Zylinder 112, 114, 116, 118. Daher werden die Hebelbefehlssignale zum Geschwindigkeitssteuerblock 608 geleitet. Die Terme haben die folgenden Werte:
r&sub1;&sub1; = r&sub2;&sub2; = r&sub3;&sub3; = 1 und
r&sub1;&sub2; = r&sub1;&sub3; = r&sub2;&sub3; =
r&sub3;&sub1; = r&sub2;&sub1; = r&sub3;&sub2; = 0.
Daher gilt:
c&sub1; = l&sub1;,
c&sub2; = l&sub2;, und
c&sub3; = l&sub3;,
In der manuellen Betriebsart mit Schaufelstellungssteuerung werden die Ausleger- und Stielzylinder in der gleichen Weise behandelt wie in der manuellen Betriebsart. Lediglich die Terme bezüglich des Schaufelzylinders werden verändert.
r&sub1;&sub1; = r&sub2;&sub2; = 1 und
r&sub1;&sub2; = r&sub1;&sub3; = r&sub2;&sub3; = r&sub2;&sub1; = 0.
r&sub3;&sub1; = A,
r&sub3;&sub2; = A · B, und
r&sub3;&sub3; = A · C, wobei
Die rpq-Terme müssen nun aus Winkelgeschwindigkeitstermen in Lineargeschwindigkeitsterme umgewandelt werden. Dies wird erreicht durch Multiplizieren von r&sub3;&sub1;, r&sub3;&sub2; und r&sub3;&sub3; mit c&sub3;, wobei
In der Linearsteuerbetriebsart bilden die ersten, zweiten und dritten Hebelbefehlssignale eine Anzeige für eine gewünschte Bewegung entlang einer X-Achse 404, einer Y- Achse 412 und einer gewünschten Hydraulikströmung zu dem Schaufelzylinder. Die Terme der Gleichungen (56)-(58) werden bestimmt durch:
r&sub1;&sub1; = D,
r&sub1;&sub2; = E.
r&sub1;&sub3; = 0.
r&sub2;&sub1; = F,
r&sub2;&sub2; = G,
r&sub2;&sub3; = 0,
r&sub3;&sub1; = 0.
r&sub3;&sub2; = 0 und
r&sub3;&sub3; - 1.
Der Term s&sub3; wird so verwendet, wie er in der Gleichung (62) definiert wurde.
In der linearen Steuerbetriebsart mit Schaufelstellungssteuerung bilden die ersten und zweiten Hebelbefehlssignale eine Anzeige für eine gewünschte Bewegung entlang der X- und Y-Achsen 404, 412. Die Schaufel wird so angepaßt, daß sie einen konstanten Schaufelwinkel beibehält. Die Anpassung des Schaufelwinkels kann vorgesehen werden durch das dritte Steuerhebelbefehlssignal. Die Terme der Gleichungen (56)-(58) werden bestimmt durch r&sub1;&sub1; = D,
r&sub1;&sub2; = E.
r&sub1;&sub3; = 0.
r&sub2;&sub1; = F
r&sub2;&sub2; = G.
r&sub2;&sub3; = 0.
r&sub3;&sub1; = A.
r&sub3;&sub2; = A · B, und
r&sub3;&sub3; A · C,
wobei A, B, C, D, E, F, G, S&sub1;, S&sub2; und S&sub3; bestimmt werden unter Verwendung der Gleichungen (59), (60), (61), (63), (64), (65), (66), (67), (68) bzw. (62).
In der Steuerbetriebsart zur Fertigstellung einer Neigung bzw. Böschung sind die Terme ähnlich zu denen, die in der Linearsteuerungsbetriebsart verwendet werden, aber sie sind angepaßt, um den gewünschten Neigungs- bzw. Böschungswinkel Γ zu berücksichtigen. Die Terme werden daher bestimmt durch:
r&sub1;&sub1; = H,
r&sub1;&sub2; = I.
r&sub1;&sub3; = 0.
r&sub2;&sub1; = J.
r&sub2;&sub2; = K,
r&sub2;&sub3; = 0,
r&sub3;&sub1; = 0.
r&sub3;&sub2; = 0, und
r&sub3;&sub3; = 1,
wobei
+ y/λbi2;
und wobei s&sub1;, s&sub2; und s&sub3; bestimmt werden durch die Gleichungen (67), (68) bzw. (62).
In der Steuerbetriebsart zur Fertigstellung einer Neigung bzw. Böschung mit Schaufelstellungssteuerung sind die Terme ähnlich zu denjenigen, die in der Steuerbetriebsart zur Fertigstellung einer Neigung bzw. Böschung verwendet werden, aber der Schaufelwinkel wird auf einem konstanten Winkel beibehalten. Die Terme werden daher bestimmt durch:
r&sub1;&sub1; = H,
r&sub1;&sub2; = I,
r&sub1;&sub3; = 0,
r&sub2;&sub1; = J,
r&sub2;&sub2; = K,
r&sub2;&sub3; = 0,
r&sub3;&sub1; = A,
r&sub3;&sub2; = A · B, und
r&sub3;&sub3; = A · C.

Gewerbliche Anwendbarkeit

Mit Bezug auf die Zeichnungen und beim Betrieb ist die vorliegende Erfindung geeignet, eine koordinierte Steuerung für ein Arbeitsgerät eines Arbeitsfahrzeugs vorzusehen. Wie oben beschrieben wurde, ist bei einem Bagger eine manuelle Steuerbetriebsart vorgesehen. Ein Bediener bedient unter Verwendung der Steuerhebel 130, 132 das Arbeitsgerät 102, um in normaler Weise die Grabarbeiten durchzuführen, die in dem Arbeitszyklus des Fahrzeugs typisch sind.
Um jedoch unter Verwendung der Schaufel 108 eine glatte Oberfläche automatisch "fertigzustellen" oder vorzusehen, wird eine der zusätzlichen Betriebsarten des Steuersystems 100 verwendet. Um beispielsweise einen ebenen Untergrund vorzusehen, positioniert der Bediener die Schaufel 108 manuell an einem Punkt auf dem gewünschten Pfad. Das Steuersystem 100 wird in die lineare Steuerbetriebsart gebracht. In der linearen Steuerbetriebsart wird eine lineare horizontale Bewegung des Schaufelschwenkstifts (Punkt i) durch eine Bewegung des ersten Steuerhebels 130 entlang der ersten Steuerachse 136 gesteuert. Daher braucht der Bediener nur den ersten Steuerhebel 130 zurückzuziehen, und das Steuersystem 100 koordiniert die Strömung von Hydraulikströmungsmittel zu den Zylindern 112, 114, 116, um die lineare Bewegung vorzusehen. Eine lineare Vertikalbewegung ist vorgesehen durch Bewegung des ersten Joysticks entlang einer zweiten Steuerachse 138. Alternativ dazu kann eine Vertikalbewegung gesteuert werden durch einen zweiten Steuerhebel 132.
In den Steuerbetriebsarten zur Fertigstellung einer Neigung bzw. Böschung muß der Bediener auch dem Steuersystem 100 einen gewünschten Neigungs- bzw. Böschungswinkel angeben. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wählt der Bediener einfach den gewünschten Neigungswinkel auf dem Daumenradschalter 146.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel positioniert der Bediener zuerst die Schaufel 108 an einem ersten Punkt auf der gewünschten Neigung bzw. Böschung und gibt dem Steuersystem 100 ein Signal. Dann positioniert der Bediener die Schaufel 108 an einem zweiten Punkt der gewünschten Neigung bzw. Böschung und gibt dem Steuersystem 100 ein Signal. Das Steuersystem berechnet dann die gewünschte Neigung basierend auf den Schaufelpositionen.
In den Steuerbetriebsarten (linear und Neigung) mit Schaufelstellung, positioniert der Bediener die Schaufel in dem gewünschten Schaufelstellungswinkel, bevor er in die lineare oder Neigungssteuerbetriebsart eintritt.

Claims

1. Vorrichtung (100) zum steuerbaren Bewegen eines Fahrzeugarbeitsgerätes (102) mit einem ersten Element bzw. Gelenkglied (104), das schwenkbar mit dem Fahrzeug verbunden ist, und einem zweiten Element bzw. Gelenkglied (106) mit ersten und zweiten Endpunkten, das schwenkbar mit dem ersten Element (104) an dem ersten Endpunkt verbunden ist, wobei die Vorrichtung folgendes aufweist:

Mittel (603) zum Abfühlen der Geometrie des Arbeitsgerätes (102) und zum darauf ansprechenden Erzeugen einer Vielzahl von Positionssignalen;

Mittel (144) zum Erzeugen eines manuellen Steuerbetriebsartsignals oder eines automatischen Steuerbetriebsartsignals;

Bedienerschnittstellenmittel (128) zum Erzeugen erster und zweiter Hebelbefehlssignale, die eine gewünschte Bewegung des Arbeitsgerätes (102) anzeigen;

Logikmittel (154) zum Empfangen des einen Steuerbetriebsartsignals und der ersten und zweiten Hebelsteuersignale, zum darauf ansprechenden Erzeugen einer Linearbewegung des zweiten Endpunktes des zweiten Elementes (106) entlang erster und zweiter Arbeitsachsen, und zwar ansprechend darauf, daß das eine Steuerbetriebsartsignal gleich dem automatischen Steuerbetriebsartsignal ist, und zum darauf ansprechenden Erzeugen einer Winkelbewegung der ersten und zweiten Elemente (104, 106) proportional zu den ersten bzw. zweiten Hebelbefehlssignalen, und zwar ansprechend darauf, daß das eine Steuersignal gleich dem manuellen Steuerbetriebsartsignal ist, wobei die Logikmittel folgendes aufweisen:

Mittel zum Empfangen der Positionssignale; zum darauf ansprechenden Berechnen einer Vielzahl von Betriebsartwertsignalen (rpq), wobei die Betriebs artwertsignale in Winkelgeschwindigkeiten des Arbeitsgerätes (102) ausgedrückt sind, und zwar ansprechend darauf, daß das eine Steuerbetriebsartsignal gleich dem automatischen Steuerbetriebsartsignal ist;

Mittel zum darauf ansprechenden Berechnen einer Vielzahl von Winkel-zu-Linearwertsignalen (co), wobei die Winkel-zu-Linearwertsignale in linearer Geschwindigkeit über Winkelgeschwindigkeit ausgedrückt sind, und zwar ansprechend darauf, daß das eine Steuerbetriebsartsignal gleich dem automatischen Steuerbetriebsartsignal ist; und

Mittel zum Berechnen einer Vielzahl von Transformationssignalen als eine Funktion der Winkel-zu- Linearwert- und Betriebsartwertsignale; und zum Berechnen einer Vielzahl von Zylindergeschwindigkeitsbefehlssignalen als eine Funktion der Betriebsartwertsignale und der Winkel-zu-Linearwertsignale; und

Betätigungsmittel (109) zum Empfang der Zylindergeschwindigkeitsbefehlssignale und zum darauf ansprechenden Betätigen des Arbeitsgerätes (102).

2. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei die ersten und zweiten Hebelbefehlssignale eine gewünschte Bewegung entlang einer X-Achse bzw. einer Y-Achse anzeigen, und zwar darauf ansprechend, daß das eine Steuerbetriebsartsignal gleich dem automatischen Steuerbetriebsartsignal ist, wobei die X- und Y- Achsen senkrecht zueinander stehen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein drittes Element bzw. ein Fortsatz vorgesehen ist, der schwenkbar mit dem zweiten Endpunkt des zweiten Elements verbunden ist, wobei das dritte Element eine Winkelbeziehung bezüglich einer Horizontalebene aufweist, und wobei: die Bedienerschnittstellenmittel (128) Mittel aufweisen zum Erzeugen eines dritten Hebelbefehlssignals und wobei die Steuerbetriebsartsignalerzeugungsmittel (144) Mittel aufweisen zum Erzeugen eines automatischen Steuerbetriebsartsignals mit Löffel- bzw. Schaufeleinstellung.

4. Vorrichtung (100) nach Anspruch 3, wobei die Vorrichtung Mittel (144) aufweist zum Erzeugen eines Neigungswinkelsignals (Γ), welches einen gewünschten Neigungswinkel anzeigt, und wobei:

das dritte Hebelbefehlssignal eine gewünschte Winkelgeschwindigkeit des dritten Elementes anzeigt, und zwar ansprechend darauf, daß das eine Steuerbetriebsartsignal gleich dem manuellen Steuerbetriebsartsignal ist; und

wobei die ersten und zweiten Hebelbefehlssignale eine gewünschte Bewegung entlang einer X-Achse bzw. einer Y-Achse anzeigen, und das dritte Hebelbefehlssignal eine gewünschte Winkelgeschwindigkeit des dritten Elementes (108) anzeigt, und zwar darauf ansprechend, daß das eine Steuerbetriebsartsignal gleich dem automatischen Steuerbetriebsartsignal ist, wobei die X- und Y-Achsen senkrecht zueinander stehen.

5. Vorrichtung (100) nach Anspruch 3, wobei die Vorrichtung Mittel (144) zum Erzeugen eines Neigungswinkelsignals (Γ) aufweisen, welches einen gewünschten Neigungswinkel anzeigt, und wobei: die Steuerbetriebsartsignalerzeugungsmittel (144) Mittel aufweisen zum Erzeugen eines Neigungsendbearbeitungs-Steuerbetriebsartsignals und eines Neigungsendbearbeitungs-Steuerbetriebsartsignals mit Löffel- oder -schaufeleinstellung; wobei die ersten und zweiten Hebelbefehlssignale eine gewünschte Bewegung entlang einer X-Achse bzw. einer Y-Achse anzeigen, und zwar darauf ansprechend, daß das eine Steuerbetriebsartsignal gleich dem automatischen Steuerbetriebsartsignals mit Schaufel- oder Löffeleinstellung ist, wobei die X- und Y- Achsen senkrecht zueinander stehen, und wobei die Logikmittel (154) in der Lage sind, die Winkelbeziehung beizubehalten;

wobei die ersten und zweiten Hebelbefehlssignale eine gewünschte Bewegung entlang einer X'-Achse bzw. einer Y'-Achse anzeigen, und das dritte Hebelbefehlssignal eine gewünschte Winkelgeschwindigkeit des dritten Elementes anzeigt, und zwar darauf ansprechend, daß das eine Steuerbetriebsartsignal gleich dem Neigungs-Steuerbetriebsartsignal ist, wobei die X'- und Y'-Achsen senkrecht zueinander stehen, wobei die X'-Achse eine Winkelbeziehung bezüglich der Horizontalebene besitzt, die proportional zu dem Neigungswinkelsignal (Γ) ist; und wobei die ersten und zweiten Hebelbefehlssignale eine gewünschte Bewegung entlang einer X'-Achse bzw. einer Y'-Achse anzeigen, und zwar darauf ansprechend, daß das eine Steuerbetriebsartsignal gleich dem Neigungs-Steuerbetriebsartsignal mit Löffel- bzw. Schaufeleinstellung ist, wobei die X'- und Y'- Achsen senkrecht zueinander stehen, wobei die X'- Achse eine Winkelbeziehung bezüglich der Horizontalebene aufweist, die proportional zu dem Neigungswinkelsignal (Γ) ist, und die Logikmittel (154) in der Lage sind, die Winkelbeziehung beizubehalten.

6. Vorrichtung (100) nach Anspruch 3, wobei die Vorrichtung Mittel (144) aufweist zum Erzeugen eines Neigungswinkelsignals (Γ), das einen gewünschten Neigungswinkel anzeigt, und wobei:

die Steuerbetriebsartsignalerzeugungsmittel (144) Mittel zum Erzeugen eines Neigungsendbearbeitungs- Steuerbetriebsartsignals und einer Neigungsendbear beitungs-Steuerbetriebsartsignals mit Löffel- oder Schaufeleinstellung aufweisen;

wobei erste, zweite und dritte Hebelbefehlssignale gewünschte Winkelgeschwindigkeiten der ersten, zweiten bzw. dritten Elemente anzeigt, und zwar darauf ansprechend, daß das eine Steuerbetriebsartsignal gleich dem manuellen Steuerbetriebsartsignal ist;

wobei erste und zweite Hebelbefehlssignale eine gewünschte Bewegung entlang einer X-Achse bzw. einer Y-Achse anzeigen, und das dritte Hebelbefehlssignal eine gewünschte Winkelgeschwindigkeit des dritten Elementes anzeigt, und zwar darauf ansprechend, daß das eine Steuerbetriebsartsignal gleich dem automatischen Steuerbetriebsartsignal ist, wobei die X- und Y-Achsen senkrecht zueinander stehen;

wobei erste und zweite Hebelbefehlssignale eine gewünschte Bewegung entlang einer X-Achse bzw. einer Y-Achse anzeigen, und zwar darauf ansprechend, daß das eine Steuerbetriebsartsignal gleich dem automatischen Steuerbetriebsartsignal mit Löffel- bzw. Schaufeleinstellung ist, wobei die X- und Y-Achsen senkrecht zueinander stehen, und wobei Logikmittel (154) in der Lage sind, die Winkelbeziehung beizubehalten;

wobei erste und zweite Hebelbefehlssignale eine gewünschte Bewegung entlang einer X'-Achse bzw. einer Y'-Achse anzeigen, und das dritte Hebelbefehlssignal eine gewünschte Winkelgeschwindigkeit des dritten Elementes anzeigt, und zwar darauf ansprechend, daß das eine Steuerbetriebsartsignal gleich dem Neigungs-Steuerbetriebsartsignal ist, wobei die X'- und Y'-Achsen senkrecht zueinander stehen, wobei die X'- Achse eine Winkelbeziehung bezüglich der Horizontalebene besitzt, die proportional zu dem Neigungswinkelsignal (Γ); und

wobei die ersten und zweiten Hebelbefehlssignale eine gewünschte Bewegung entlang einer X'-Achse bzw. einer Y'-Achse anzeigen, und zwar darauf ansprechend, daß das eine Steuerbetriebsartsignal gleich dem Neigungs-Steuerbetriebsartsignal mit Löffel- bzw. Schaufeleinstellung ist, wobei die X'- und Y'- Achsen senkrecht zueinander stehen, wobei die X'- Achse eine Winkelbeziehung bezüglich der Horizontalebene besitzt, die proportional zu dem Neigungswinkelsignal (Γ) ist, und wobei Logikmittel (154) in der Lage sind, die Winkelbeziehung beizubehalten.

7. Verfahren zum steuerbaren Bewegen eines Fahrzeugarbeitsgerätes (102) mit einem ersten Element oder Fortsatz (104), der schwenkbar mit dem Fahrzeug verbunden ist, und einem zweiten Element oder Fortsatz (106) mit ersten und zweiten Endpunkten, der schwenkbar mit dem ersten Element (104) an dem ersten Endpunkt verbunden ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

Abfühlen der Geometrie des Arbeitsgerätes (102) und darauf ansprechendes Erzeugen einer Vielzahl von Positionssignalen;

Abfühlen der Bewegung einer Vielzahl von Steuerhebeln und darauf ansprechendes Erzeugen einer Vielzahl von Hebelbefehlssignalen;

Erzeugen eines Steuersignals, ansprechend auf den Empfang eines manuellen Steuerbetriebsartsignals oder eines automatischen Steuerbetriebsartsignals; Empfangen des einen Steuerbetriebsartsignals und der ersten und zweiten Hebelsteuersignale;

darauf ansprechendes Erzeugen einer linearen Bewegung des zweiten Endpunktes des zweiten Elementes (106) entlang erster und zweiter Arbeitsachsen, ansprechend darauf, daß das Steuersignal gleich dem automatischen Steuerbetriebsartsignal ist;

darauf ansprechendes Erzeugen einer Winkelbewegung der ersten und zweiten Elemente (104, 106) proportional zu den ersten bzw. zweiten Hebelbefehls signalen, darauf ansprechend, daß das Steuersignal gleich dem manuellen Steuerbetriebsartsignal ist; wobei der Bewegungserzeugungsschritt die folgenden Schritte aufweist:

Berechnen eines Betriebsartwertsignals (rpq), welches jedem Transformationssignal als eine Funktion des Betriebsartsignals, der Vielzahl von Hebelbefehlssignalen und den Positionssignalen entspricht, wobei die Betriebsartwertsignale in Winkelgeschwindigkeiten des Arbeitsgerätes ausgedrückt sind, und zwar ansprechend darauf, daß das Betriebsartsignal gleich dem automatischen Steuerbetriebsartsignal ist,

Berechnen eines Winkel-zu-Linearwertsignals (co), welches jedem Transformationssignal als eine Funktion des Betriebsartsignals, der Vielzahl von Hebelbefehlssignalen und den Positionssignalen entspricht, wobei die Winkel-zu-Linearwertsignale in linearer Geschwindigkeit über Winkelgeschwindigkeit ausgedrückt sind, und zwar ansprechend darauf, daß das Betriebsartsignal gleich dem automatischen Steuerbetriebsartsignal ist, und

Berechnen einer Vielzahl von Transformationssignalen (tmn) als eine Funktion der Winkel-zu-Linearwert- und Betriebsartwertsignale.