ES2336307T3 - Parametros de control seleccionables en una maquina de potencia. - Google Patents
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Abstract
Un sistema de control para una máquina de potencia que tiene ruedas que se pueden dirigir y rotar de forma independiente, cuyo sistema de control comprende: un dispositivo de entrada de usuario que incluye una pluralidad de entradas activables por usuario que proveen señales de actuación de usuario; y un controlador electrónico acoplado al dispositivo de entrada de usuario y configurado para recibir una pluralidad de parámetros operativos seleccionables por usuario, basándose en la actuación del usuario de las entradas activables por usuario, y proveer una señal de control de dirección para controlar la dirección de las ruedas y una señal de control de velocidad para controlar la velocidad de las ruedas basándose en los parámetros operativos recibidos; una entrada de modo momentáneo de dirección activable por usuario, que provee una señal de modo momentáneo de dirección indicativa de un modo momentáneo deseado de dirección; y en el que el controlador está configurado para controlar la máquina de potencia en el modo de dirección momentáneo hasta que se desactiva la señal de modo de dirección momentáneo, en el que el modo de dirección momentáneo comprende un modo de dirección de deslizamiento y en donde el controlador está configurado para proveer la señal de control de dirección para mover todas las ruedas a una dirección directamente hacia el frente antes de controlar la máquina de potencia en el modo de dirección de deslizamiento.
Description
Parámetros de control seleccionables en una
máquina de potencia.
El presente invento se refiere en general a
dispositivos de entrada de usuario para máquinas de potencia. En
particular, el presente invento se refiere a un sistema de control
en una máquina de potencia con una pluralidad de parámetros
seleccionables.
Las máquinas de potencia, tales como las
cargadoras, típicamente tienen una serie de dispositivos de
accionamiento a potencia. Tales dispositivos de accionamiento
pueden incluir, por ejemplo, dispositivos de accionamiento de
impulsión que proporcionan potencia de tracción a las ruedas o a las
bandas de rodamiento de la máquina. Los dispositivos de
accionamiento pueden incluir también los que estén en relación de
asociación con la manipulación de una herramienta de trabajo
primaria, tal como un cangilón. En ese caso, los dispositivos de
accionamiento incluyen dispositivos de accionamiento de elevación
e inclinación. Por supuesto, se pueden usar también una amplia gama
de otros dispositivos de accionamiento en dichas máquinas de
potencia. Ejemplos de tales dispositivos de accionamiento incluyen
dispositivos de accionamiento auxiliares, dispositivos de
accionamiento de herramienta manejados a mano o a distancia u otros
dispositivos de accionamiento en relación de asociación con el
funcionamiento de la propia máquina de potencia, o bien una
herramienta acoplada a la máquina de potencia.
Los diversos dispositivos de accionamiento de
dichas máquinas de potencia se han controlado convencionalmente por
articulaciones mecánicas. Por ejemplo, cuando los dispositivos de
accionamiento son dispositivos de accionamiento hidráulicos
controlados por un fluido hidráulico a presión, se han controlado
por dispositivos de entrada de usuario tales como empuñaduras,
palancas, o pedales. Los dispositivos de entrada de usuario se han
conectado a un carrete de válvula (de una válvula que controle el
flujo de fluido hidráulico a presión que va al dispositivo de
accionamiento hidráulico) mediante una articulación mecánica. La
articulación mecánica transforma el movimiento de entrada del
usuario en un desplazamiento lineal del carrete de la válvula para
de ese modo controlar el flujo de fluido hidráulico que entra al
dispositivo de accionamiento.
Se han desarrollado también dispositivos de
entrada de control electrónicos. Los dispositivos de entrada
electrónicos incluyen un detector electrónico que detecta la
posición de los dispositivos de entrada que se pueden activar por
el usuario (tales como empuñaduras de mano y pedales). En el pasado,
tales detectores han sido detectores del tipo resistivo, tales como
potenciómetros rotatorios o lineales.
En épocas anteriores, las máquinas de potencia
que tenían controles electrónicos han controlado tanto la velocidad
como la dirección basándose en un algoritmo de preconfiguración y
control predeterminado. El cambio de los parámetros operativos era
incómodo, requiriendo a menudo una reprogramación compleja del
controlador.
El documento
WO-A-00/37744 se refiere a un
sistema de control y reconocimiento de herramienta para uso en una
máquina de trabajo y a un sistema y un método para configurar
electrónicamente los sistemas de control y los sistemas hidráulicos
en relación de asociación con una máquina de trabajo particular para
controlar la operación de una herramienta de trabajo particular
montada para usar en la máquina de trabajo basándose en los
parámetros operativos en relación de asociación con la herramienta
de trabajo.
El documento
EP-A-305326 se refiere a un sistema
de control de dirección para elegir entre diferentes modos de
dirección.
Un sistema de control de acuerdo con una
característica del presente invento incluye una o más entradas de
usuario, que puede mover un usuario en un compartimiento de operador
de una máquina de potencia. Las entradas de usuario se pueden usar
para configurar valores para una pluralidad de parámetros operativos
configurables con el fin de controlar la dirección de movimiento de
la máquina de potencia, así como la velocidad de desplazamiento.
La Figura 1 es una vista en alzado lateral de
una máquina de potencia de acuerdo con una realización del presente
invento.
La Figura 2 es un diagrama de bloques de un
circuito de control de acuerdo con una realización del presente
invento.
Las Figuras 3A-3E ilustran
diferentes modos de dirección.
La Figura 4 es un diagrama de flujo que ilustra
un modo momentáneo de dirección de deslizamiento.
La Figura 5 es un gráfico de velocidad en
función del desplazamiento de la palanca de mando.
La Figura 6 es un diagrama de flujo de la
configuración de velocidad máxima.
La Figura 7 es un gráfico de velocidad en
función del tiempo dada una entrada escalonada a la palanca de
mando.
La Figura 8 es un gráfico de ángulos de giro en
función del tiempo dada una entrada escalonada a la palanca de
mando.
Las Figuras 9 a 11 son diagramas de flujo que
ilustran la configuración de la aceleración de respuesta de
dirección, la configuración de la banda muerta, y la configuración
de una velocidad máxima de dirección.
Las Figuras 12 y 13 ilustran la implementación
de una función de regulación.
Las Figuras 14A y 14B son vistas de una
realización de una palanca de mando usada como un mecanismo de
entrada de usuario.
La Figura 1 es una vista en alzado lateral de
una realización de una cargadora 10 de acuerdo con el presente
invento. La cargadora 10 incluye un chasis 12 soportado por las
ruedas 14. El chasis 12 soporta también una cabina 16 que define un
compartimiento de operador y que sustancialmente incluye un asiento
19 en el que se sienta un operador para controlar la cargadora 10
de dirección de deslizamiento. Una barra 21 de asiento está
acoplada de forma pivotable a una parte frontal de la cabina 16.
Cuando el operador ocupa el asiento 19, hace pivotar entonces la
barra 21 de asiento desde la posición elevada (mostrada en líneas de
trazos en la Figura 1) hasta la posición baja mostrada en la Figura
1.
Un par de palancas de mando 23 de dirección (de
las que solamente se ha mostrado una en la Figura 1) están montadas
dentro de la cabina 16. Las palancas de mando 23 son manipuladas
por el operador para controlar el movimiento hacia delante y hacia
atrás de la cargadora 10, y con el fin de gobernar la cargadora 10.
Una realización de la palanca de mando 23 se ha ilustrado con
mayor detalle con respecto a las Figuras
14A-14B.
Un brazo de elevación 17 está acoplado al chasis
12 en puntos de pivotamiento 20 (de los que solamente uno se ha
mostrado en la Figura 1, estando el otro idénticamente dispuesto
en el lado contrario de la cargadora 10). Un par de cilindros
hidráulicos 22 (de los que solamente se ha mostrado uno en la Figura
1) están acoplados de forma pivotable al chasis 12 en puntos de
pivotamiento 24 y al brazo de elevación 17 en puntos de pivotamiento
26. El brazo de elevación 17 está acoplado a una herramienta de
trabajo que, en esta realización, es un cangilón 28. En una
realización simplificada, el brazo de elevación 17 está acoplado de
forma pivotable al cangilón 28 en puntos de pivotamiento 30, y otro
cilindro hidráulico 32 está acoplado de forma pivotable al brazo de
elevación 17 en un punto de pivotamiento 34 y al cangilón 28 en un
punto de pivotamiento 36. Sin embargo, se puede usar cualquier tipo
adecuado de conexión. Asimismo, aunque solamente se ha mostrado un
cilindro 32, se entenderá que se pueden usar cualquier número que
se desee de cilindros para hacer trabajar al cangilón 28 o a
cualquier otra herramienta adecuada.
El operador que está situado en la cabina 16
manipula el brazo de elevación 17 y el cangilón 68 accionando
selectivamente los cilindros hidráulicos 22 y 32. En las cargadoras
de la técnica anterior, dicho accionamiento se llevaba a cabo
mediante la manipulación de pedales en la cabina 16 o mediante el
accionamiento de empuñaduras en la cabina 16, de los que ambos
estaban fijados por articulaciones mecánicas a válvulas (o a
carretes de válvulas) que controlaban la operación de los cilindros
22 y 23. Sin embargo, de acuerdo con el presente invento, este
accionamiento se lleva a cabo mediante el movimiento de un
elemento que se puede mover, tal como una palanca de mando, un
pedal o un interruptor o pulsador accionable por el usuario en una
empuñadura o palanca de mando 23 y controlando electrónicamente el
movimiento de los cilindros 22 y 23 basándose en el movimiento del
elemento que se puede mover. En una realización, el movimiento de
los elementos que se pueden mover se detecta mediante un
controlador instalado en la empuñadura y se comunica a un ordenador
principal de control utilizado para controlar a los cilindros y
otras funciones hidráulicas o electrónicas en una cargadora 10. En
otra realización, ciertas funciones no son detectadas por el
controlador en la empuñadura manual, sino que se comunican
directamente al ordenador principal de control.
Mediante el accionamiento de los cilindros
hidráulicos 22 y haciendo que los cilindros hidráulicos 22 aumenten
de longitud, el operador mueve el brazo de elevación 17, y por
consiguiente el cangilón 28, en general verticalmente hacia arriba
en la dirección indicada por la flecha 38. Recíprocamente, cuando el
operador acciona el cilindro 22 causando que disminuya de longitud,
el cangilón 28 se mueve en general verticalmente hacia abajo a la
posición mostrada en la Figura 1.
El operador puede manipular también el cangilón
28 accionando el cilindro 32. Esto se hace también de forma
ilustrativa mediante el pivotamiento o el accionamiento de un
elemento móvil (tal como un pedal o una empuñadura manual en una
palanca de mano o un pulsador o interruptor instalados en una
empuñadura) y controlando electrónicamente el cilindro 32 basándose
en el movimiento del elemento Cuando el operador hace que el
cilindro 32 aumente de longitud, el cangilón se inclina hacia
delante alrededor de los puntos de pivotamiento 30. Recíprocamente,
cuando el operador hace que el cilindro 32 disminuya su longitud, el
cangilón 28 se inclina hacia atrás alrededor de los puntos de
pivotamiento 30. La inclinación se realiza en general a lo largo de
una trayectoria arqueada indicada por la
flecha 40.
flecha 40.
Aunque esta memoria descriptiva especifica
muchas funciones primarias de la cargadora 16, se deberían mencionar
también una serie de otras funciones. Por ejemplo, la cargadora 10
podría incluir a título ilustrativo unos intermitentes o unos
señalizadores de giro montados en la parte exterior del chasis 12.
Asimismo, la cargadora 10 podría incluir una bocina y acopladores
hidráulicos adicionales, tales como elementos auxiliares delanteros
y traseros, que se podrían controlar de un modo de
conexión/desconexión o de un modo proporcional. La cargadora 10 se
podría acoplar también a otras herramientas que funcionen de maneras
diferentes que el cangilón 28. Por tanto, adicionalmente a los
dispositivos de accionamiento hidráulico anteriormente descritos, la
cargadora 10 podría incluir también a título ilustrativo otros
muchos dispositivos de accionamiento hidráulicos o electrónicos.
En una realización ilustrativa, la cargadora 10
es una cargadora con dirección a todas las ruedas. Cada una de las
ruedas puede tanto rotar como pivotar sobre el eje en el que se
soporta. El movimiento de pivotamiento se puede accionar usando una
amplia variedad de mecanismos, tales como un cilindro hidráulico, un
motor eléctrico, etc. Por motivos de claridad en la exposición, la
presente descripción se desarrollará con respecto a las ruedas que
se pueden dirigir individualmente con cilindros hidráulicos.
Adicionalmente, la cargadora 10 incluye a título
ilustrativo al menos dos motores de accionamiento, uno para el par
de ruedas del lado izquierdo del vehículo y uno para el par de
ruedas del lado derecho del vehículo. Por supuesto, la cargadora 10
podría incluir también un solo motor de accionamiento para las
cuatro ruedas, o un motor de accionamiento en relación de
asociación con cada rueda.
La Figura 2 es un diagrama de bloques de un
sistema 100 de control de acuerdo con una realización ilustrativa
del presente invento. El sistema 100 incluye una palanca de mando
izquierda 102, una palanca de mando derecha 104 (colectivamente
palancas de mando 23), unos detectores 106 y 108 de posición de
palanca de mando, unos filtros de paso bajo 110 y 112, unos
elementos 114 de entrada de dispositivo de accionamiento, un
controlador 116, unos detectores 118 de velocidad de rueda y un
detector 119 de ángulo de dirección. La Figura 2 ilustra también
unas válvulas de dirección 120, unos cilindros de dirección 122,
unas ruedas 124, una válvulas 126 de motor de accionamiento y unos
motores de accionamiento 128.
En una realización, las palancas de mando
izquierda y derecha 102 y 104 incluyen a título ilustrativo unas
empuñaduras. Las empuñaduras manuales se describen también
brevemente con respecto a las Figuras 14A y 14B. En esa
realización, las empuñaduras incluyen controladores o
microprocesadores que detectan el movimiento de las palancas de
mando y proveen una salida de señal de posición que indica el
desplazamiento de las palancas de mando desde el punto muerto. Por
supuesto, se pueden usar también cualesquiera otras configuraciones
adecuadas.
Los detectores 106 y 108 de posición de palanca
de mando son detectores de posición de palanca de mando
ilustrativamente disponibles desde el punto de vista comercial que
se pueden implementar con controlador y que se acoplan a las
palancas de mando 102 y 104, respectivamente. Los detectores 106 y
108 de posición de palanca de mando pueden detectar a título
ilustrativo las posiciones según los ejes X e Y de las palancas de
mando 102 y 104, con respecto a su posición neutral central. Los
detectores 106 y 108 de posición de palanca de mando convierten a
título ilustrativo el movimiento físico o mecánico de las palancas
de mando 102 y 104 en una señal de salida eléctrica que se envía, a
través de los filtros de paso bajo 110 y 112, al controlador
116.
En una realización ilustrativa, los filtros de
paso bajo 110 y 112 eliminan por filtración las perturbaciones
oscilatorias de alta frecuencia provistas por los detectores 106 y
108 de posición de palanca de mando. Esto tiene el efecto de
eliminar por filtración los movimientos muy rápidos de las palancas
de mando 102 y 104 de las funciones de dirección y velocidad. En
una realización ilustrativa, los filtros 110 y 112 están
configurados para eliminar por filtración los cambios en la
posición de las palancas de mando que estén por encima de
aproximadamente 2,5-3 Hz. Esto reduce las
características de dirección no deseables basadas en entradas
erróneas de operador debidas a inestabilidades verticales del
vehículo, o debidas a otros movimientos que causan un movimiento
relativo involuntario de la máquina y del operador.
En una realización ilustrativa, los filtros 110
y 112 son filtros discretos implementados en hardware usando una de
cualquier número de técnicas de filtración convencionales. Por
supuesto, los filtros de paso bajo 110 y 112 se pueden implementar
en software en relación de asociación con el controlador 116 o
también con el controlador instalado en las empuñaduras manuales de
las palancas de mando 102 y 104. En cualquier caso, el controlador
116 se ha configurado para proveer señales de control de salida
basadas en señales de entrada de las palancas de mando que hayan
mantenido un estadio estacionario durante una cantidad
predeterminada de tiempo.
En una realización ilustrativa, el controlador
116 es un ordenador digital, un microcontrolador, u otro tipo de
componente de control en relación de asociación con memoria y
circuitos.
Los detectores 118 de rueda incluyen a título
ilustrativo detectores magnéticos, detectores de efecto Hall, u
otros detectores similares que puedan detectar la velocidad de
rotación de las ruedas 124. En una realización ilustrativa, hay
solamente un único detector 118 de velocidad de rueda para el par
izquierdo de ruedas y un solo detector 118 para el par derecho de
ruedas. Ese detector, por supuesto, está montado a solamente una de
las ruedas izquierda o derecha, respectivamente. Sin embargo, en
otra realización ilustrativa, hay un detector 118 de velocidad de
rueda configurado para detectar la velocidad de rotación de cada una
de las ruedas 124.
En cualquier caso, los detectores 118 de rueda
proveen a título ilustrativo una salida pulsada en la que la
frecuencia de los impulsos varía basándose en la velocidad de la
rueda. En una realización ilustrativa, los detectores de velocidad
de rueda proveen aproximadamente 60 impulsos por rotación de rueda.
Por supuesto, los detectores 118 de velocidad de rueda se pueden
montar también junto a los motores de accionamiento 128 que
accionan las ruedas. En ese caso, los detectores 118 de velocidad de
rueda detectan simplemente la velocidad de rotación del motor, en
una cualquiera de una amplia variedad de modalidades
convencionales.
El sistema de control 100 incluye también a
título ilustrativo unos detectores 119 de ángulo de dirección. Los
detectores 119 pueden ser codificadores de ángulo situados en el
área pivotable de las ruedas 124, potenciómetros, detectores
magnéticos, o cualquier otro tipo de detector que provea una señal
indicativa del ángulo de dirección de cada rueda con respecto a una
posición predeterminada (tal como "directamente hacia el
frente").
Los elementos de entrada 114 de dispositivo de
accionamiento son a título ilustrativo pulsadores, disparadores,
interruptores basculantes, interruptores de paleta o de corredera u
otros elementos de entrada que se puedan accionar con el dedo
pulgar o con otro dedo y que se puedan instalar en las palancas de
mando 102 y 104 o en el panel de control o en otro emplazamiento
conveniente al que pueda tener acceso el usuario. Dichos
interruptores incluyen a título ilustrativo un interruptor de modo
148 para seleccionar uno de entre una pluralidad de modos de
dirección diferentes.
Por ejemplo, dado que cada una de las ruedas es
independientemente direccionable, el controlador 10 se puede
controlar en uno de entre varios modos ilustrados por las Figuras
3A-3E. El controlador 10 se puede controlar en un
modo normal de dirección de deslizamiento (ilustrado en la Figura 3
A), en el que todas las ruedas apuntan directamente hacia delante y
los pares izquierdo y derecho de las ruedas se controlan para
realizar dirección de deslizamiento. En esa configuración, la
dirección se puede realizar usando una sola palanca de mando, o
bien la palanca de mando izquierda puede controlar la rotación y
velocidad hacia delante y hacia atrás de las ruedas del lado
izquierdo de la cargadora 10, mientras que la palanca de mando
derecha puede controlar la rotación y velocidad hacia delante y
hacia atrás de las ruedas del lado derecho de la cargadora.
La cargadora se puede controlar también a título
ilustrativo en un modo de dirección coordinado, ilustrado en la
Figura 3B. En este modo, las ruedas delanteras funcionan juntas como
un par, y las ruedas traseras funcionan juntas como un par. Por
ejemplo, con el fin de realizar un giro a la derecha, las ruedas
delanteras giran hacia la derecha, mientras que las ruedas traseras
giran hacia la izquierda dando lugar a que la cargadora gire más
bruscamente.
La cargadora se puede controlar también en un
modo de dirección de cangrejo, como se ha ilustrado en la Figura
3C. En ese modo, de nuevo las ruedas delanteras actúan como un único
par de ruedas y las ruedas traseras actúan también como un solo
par. Sin embargo, para realizar un giro hacia delante a la derecha,
por ejemplo, tanto los pares delanteros como los pares traseros de
ruedas giran hacia la derecha. Esto da lugar a que la cargadora 10
se mueva hacia delante y a la derecha en una dirección diagonal con
respecto a su eje longitudinal. Similarmente, para realizar un giro
hacia delante a la izquierda, tanto los pares delantero y trasero
de las ruedas son girados hacia la izquierda, dando lugar de nuevo
a que la cargadora se mueva en una dirección generalmente diagonal,
con respecto a su eje longitudinal.
Por supuesto, la cargadora se puede controlar
también (como se ha ilustrado en las Figuras 3D y 3E) usando un
modo de dirección de ruedas delanteras (Figura 3D), en el que las
ruedas delanteras dirigen en una modalidad acostumbrada, o un modo
de dirección de ruedas traseras, (Figura 3E), en el que las ruedas
traseras dirigen al vehículo. El vehículo se dirige a título
ilustrativo usando solamente una única palanca de mando. Si la
palanca de mando se mueve hacia delante y hacia la derecha o hacia
la izquierda, la máquina se mueve hacia delante y hacia la derecha
o hacia la izquierda. Similarmente, si la palanca de mando se mueve
hacia atrás y hacia la derecha o hacia la izquierda, la máquina se
mueve hacia atrás y hacia la derecha o hacia la izquierda.
Los pulsadores (o dispositivos de accionamiento
114) incluyen también a título ilustrativo un interruptor
momentáneo 154 de dirección de deslizamiento. El control se ha
ilustrado con respecto a las Figuras 2 y 4. En esa realización, se
selecciona en primer lugar un modo de dirección, como se ha indicado
por el bloque 200 en la Figura 4. El controlador 116 controla la
dirección de acuerdo con ese modo como se indica por el bloque 202.
Cuando se pulsa el interruptor momentáneo 154 de dirección de
deslizamiento (como se indica por el bloque 204), el controlador
116 detecta el ángulo de dirección de todas las ruedas basándose en
la realimentación del detector 119 y provee señales a las válvulas
120 para que las ruedas 124 de la cargadora lleguen rápidamente a
alinearse en una configuración directamente hacia el frente, como
se ha indicado por el bloque 206. Ambas palancas de mando 102 y 104
suministran señales al controlador 116 que controla la cargadora
basándose en las señales para dirigir la cargadora en un modo
convencional de dirección de deslizamiento como se ha indicado por
el bloque 208. Sin embargo, cuando se suelta el interruptor
momentáneo de dirección de deslizamiento, o se desactiva, entonces
el controlador 116 se invierte para controlar la cargadora de
acuerdo con el modo de dirección que tenía antes de pulsar el
interruptor momentáneo 154 de dirección de deslizamiento, como se
ha indicado por el bloque 210. Por supuesto, aunque la presente
descripción se ha desarrollado con respecto a un modo momentáneo
de dirección de deslizamiento, se puede asignar un interruptor
momentáneo también a otros modos de dirección.
Adicionalmente, los dispositivos de
accionamiento 114 incluyen a título ilustrativo una pluralidad de
parámetros operativos configurables. El controlador 116 controla a
título ilustrativo la velocidad de las ruedas basándose en la
posición de la palanca de mando de acuerdo con una curva tal como la
que se ha mostrado en 212 en la Figura 5. Una parte inicial 214 de
la curva 212 ilustra una parte de banda muerta. La parte de banda
muerta es un intervalo de movimiento de las palancas de mando 102 y
104 alrededor de la posición central neutral que resultará en que
no haya salidas de control del controlador 116. Una vez fuera de la
banda muerta, el movimiento adicional de la palanca de mando
resulta en una salida de velocidad incrementada del controlador
116.
Los parámetros configurables pueden incluir, por
ejemplo, la velocidad máxima de la máquina de potencia. En otras
palabras, cuando las palancas de mando 102 y 104 se colocan en la
posición, por parte del usuario, de máximo desplazamiento para
reflejar una velocidad máxima hacia delante o hacia atrás, esa
velocidad puede ser a título ilustrativo configurada por el
usuario, u otra persona, antes del uso, como se ha indicado por el
bloque 216 en la Figura 6. El elemento de entrada 162 de dispositivo
de accionamiento para configurar la velocidad máxima puede ser
simplemente un dispositivo de accionamiento alto/bajo que cause que
la máquina de potencia trabaje en una modalidad de alta velocidad o
de baja velocidad, o puede ser un dispositivo continuo de
accionamiento que cause que la velocidad máxima varíe linealmente
desde una velocidad mayor hasta una velocidad menor. Una vez que se
ha recibido un nuevo valor de velocidad máxima, se reconfigura en la
memoria del controlador. Entonces, el controlador 116 ajusta el
algoritmo de control para controlar de acuerdo con una nueva curva
218. Esto se ha indicado por los bloques 220 y 222 en la Figura
6.
Adicionalmente, el régimen al que la cargadora
acelera basándose en una entrada de usuario procedente de la
palanca de mando puede variar mediante la selección de curvas de
aceleración predefinidas con un interruptor digital o ajustando la
curva usando una entrada variable. Por ejemplo, la Figura 7 ilustra
tres curvas diferentes de aceleración 223, 224 y 226. Se podría
usar un conmutador para conmutar entre dos o más de dichas curvas
predefinidas. Alternativamente, se podría implementar una entrada
variable para permitir que el usuario ajustase la curva de
aceleración desde una configuración por defecto. De acuerdo con una
realización, el controlador 116 controla al motor de tracción de
una manera lineal desde una velocidad inicial hasta una nueva
velocidad (por ejemplo, a lo largo de la curva 224). Sin embargo,
esta respuesta se puede cambiar. Por ejemplo, podría ser
conveniente acelerar más despacio al principio y luego más deprisa,
como se ha indicado por la curva 226, o viceversa. Por supuesto, se
pueden implementar también respuestas no lineales, respuestas
escalonadas u otras curvas de respuesta.
Se puede proveer este mismo tipo de
configuración para características de dirección. Por ejemplo, se
puede configura el radio máximo de giro de la máquina de potencia.
En esa realización, cuando el usuario acciona las palancas de mando
102 y 104 para realizar un giro a la derecha o a la izquierda, el
operador puede configurar el máximo grado de giro de las
ruedas.
Además, como ocurría con la respuesta de
aceleración, se puede variar también la respuesta de dirección. Por
ejemplo, la Figura 8 muestra el ángulo de dirección representado
gráficamente en función del tiempo suponiendo una entrada
escalonada en la palanca de mando (por ejemplo, el usuario ha
desplazado la palanca de mando desde la posición neutral a un lado
en un rápido movimiento continuo). El controlador 116 puede cambiar
el ángulo de dirección desde el ángulo inicial (por ejemplo, cero
grados - directamente hacia delante) hasta un nuevo valor de
ángulo (por ejemplo, el ángulo máximo de dirección) de una forma
lineal como se ha mostrado mediante la curva 226. Sin embargo, esa
curva de control se puede cambiar para girar más despacio al
principio, y luego más deprisa como se ha mostrado mediante la
curva 230; o viceversa, como se muestra por la curva 232 o incluso
más drásticamente como se muestra por la curva 233. Por supuesto, se
podrían usar también otras curvas de control, tales como curvas de
respuestas no lineales, o curvas de respuesta escalonadas. Además,
se puede realizar el cambio entre dos curvas predeterminadas (por
ejemplo, usando un conmutador) o se puede hacer variando
continuamente la respuesta (por ejemplo, usando una corredera, una
paleta u otra entrada continua) desde una curva de respuesta por
defecto hasta otra curva de respuesta predeterminada. Por tanto, se
pude variar el régimen al que gira la máquina de potencia en
respuesta a una entrada de usuario entre modos de respuesta alta y
baja (en los que el modo de respuesta alta es una respuesta más
rápida que el modo de respuesta baja) o bien se puede variar
continuamente entre los modos de respuesta alta y baja.
La Figura 9 es un diagrama de flujo simplificado
que ilustra el cambio de respuesta de aceleración y de respuesta de
dirección. En primer lugar, el controlador 116 recibe una entrada
para cambiar la respuesta de aceleración o la respuesta de
dirección desde las entradas 158 ó 160 (en la Figura 2). Esto se ha
indicado mediante el bloque 234 en la Figura 9. Entonces, el
controlador 116 carga las constantes o el algoritmo apropiados para
obtener la curva de control deseada. Esto se ha indicado mediante el
bloque 236.
Los dispositivos de accionamiento 114 pueden
incluir también una entrada de banda muerta 164. La banda muerta
(214 en la Figura 5) corresponde a la cantidad de desplazamiento
desde la posición neutral que pueden experimentar las palancas de
mando 102 y 104 sin incurrir en una respuesta resultante del
controlador 116. A título ilustrativo, las palancas de mando 102 y
104 tienen una banda muerta alrededor de su posición centrada
neutral de tal manera que el usuario pueda mover un poco la palanca
de mando, sin incurrir en una respuesta de dirección o de
aceleración basada en el controlador. El tamaño de la banda muerta
se puede configurar de una forma similar a la de los otros
parámetros configurables anteriormente indicados. La Figura 10 es
un diagrama de flujo que ilustra mejor la afirmación anterior. En
la Figura 10, el controlador 116 recibe primero una señal de cambio
de banda muerta del dispositivo 164 de accionamiento de entrada.
Esto se ha indicado mediante el bloque 238. El controlador 116
reconfigura luego los valores de banda muerta, en todos los ejes, en
la memoria de controlador. Esto se ha indicado mediante el bloque
240. Finalmente, el controlador 116 ajusta el algoritmo de control
(tal como moviendo el punto de partida de la curva 212 de la Figura
5), para acomodar los nuevos valores de banda muerta. Esto se ha
indicado mediante el bloque 242.
Podría ser deseable también cambiar una
velocidad máxima permitida durante la toma de una curva. Por tanto,
los dispositivos de accionamiento 114 pueden incluir también una
entrada 166 de velocidad máxima de dirección. Por ejemplo, durante
los giros bruscos, la velocidad máxima de cargadora permitida
podría ser una velocidad menor que la velocidad máxima durante el
desplazamiento directamente hacia el frente o durante giros más
suaves. Podría ser conveniente configurar también la velocidad
máxima de dirección. La Figura 11 ilustra mejor cómo se puede
implementar esto. En primer lugar, se seleccionan un valor normal de
velocidad máxima y un valor de velocidad máxima de dirección usando
las entradas 162 y 166. Esto se ha indicado mediante el bloque 244.
Luego, el controlador 116 monitoriza el ángulo de dirección para
comprobar si excede de un valor umbral predeterminado basándose en
la realimentación de los detectores 119 de ángulo de dirección. Esto
se ha indicado mediante los bloques 246 y 248. Si no es así, se
configura la velocidad máxima a la velocidad máxima normal como se
indica mediante el bloque 250. No obstante, si es así, esto
significa que la cargadora 10 está dirigiendo en un ángulo
bastante abrupto para recurrir a la configuración de velocidad
máxima de dirección. El controlador 116 recupera luego este valor y
reconfigura la máxima velocidad permitida en el algoritmo de
control, como se ha indicado mediante el bloque 252. Una vez que el
ángulo de dirección es menor que un valor umbral predeterminado, se
vuelve a configurar la velocidad máxima permitida a su valor
normal.
En otra realización ilustrativa, los
dispositivos de accionamiento 114 incluyen también dispositivos de
accionamiento de regulación 150 y 152. En otras palabras, cuando la
cargadora se está desplazando a través de la cara frontal de una
pendiente, una o más de las ruedas se pueden regular en la
dirección cuesta arriba (tal como se ha mostrado en la Figura 13),
para compensar el peso de la máquina y la fuerza de la gravedad que
tienden a tirar de la máquina cuesta abajo. En una de estas
realizaciones, los dispositivos de accionamiento de regulación
incluyen un pulsador 150 de regulación conectada/desconectada que
simplemente conecta o desconecta la función de regulación, y un
pulsador 152 de regulación derecha/izquierda que causa que las
ruedas, cuando está habilitada la función de regulación, giren un
número predeterminado de grados a la derecha o a la izquierda con
respecto al eje longitudinal del vehículo. Por supuesto, el
dispositivo de accionamiento 152 de regulación a la derecha/a la
izquierda podría ser también un dispositivo de accionamiento
rotatorio, un dispositivo de accionamiento lineal tipo corredera u
otro tipo de dispositivo de accionamiento, de tal manera que se
pueda ajustar continuamente el grado de regulación. Cuando, en los
modos de dirección de ruedas delanteras o de ruedas traseras, a
título ilustrativo solamente se regularán las ruedas que no se
dirigen Por supuesto, se podrían ajustar también las ruedas que se
dirigen. En cualquiera de los dos casos, la compensación por
regulación corresponderá entonces a la posición neutral de la
palanca de mando.
Basándose en estas entradas, el controlador 116
provee una salida para activar las válvulas 126 de bomba y las
válvulas de dirección 120. En una realización ilustrativa, los
motores de impulsión 128 y los cilindros de dirección 122 son
dispositivos activados hidráulicamente. Por tanto, las válvulas de
dirección 120 y las válvulas 126 de bomba de impulsión controlan el
flujo de fluido hidráulico a presión que va a los cilindros de
dirección 122 y a los motores de impulsión 128, respectivamente. Con
el fin de aumentar la velocidad de movimiento de la cargadora, las
válvulas 126 de bomba de impulsión están posicionadas para proveer
un flujo incrementado de fluido hidráulico a los motores de
impulsión 128 que, a su vez, están acoplados a las ruedas 124 a
través de un eje. Similarmente, para aumentar o disminuir la
amplitud con que se dirigen las ruedas con respecto al eje
longitudinal de la cargadora, las válvulas 120 están posicionadas
para proveer fluido hidráulico a presión a los cilindros de
dirección 122 para, o bien alargar estos cilindros, o bien
acortarlos. Esto, por supuesto, causa que las ruedas pivoten
alrededor de los ejes a los que están montadas, para cambiar el
grado de dirección en relación de asociación con estas ruedas.
Las Figuras 14A y 14B ilustran una realización
de una empuñadura manual 44 que está soportada por una de las
palancas de mando 103 ó 105. Por supuesto, ambas palancas de mando
pueden incluir empuñaduras similares o diferentes. Asimismo,
aunque el presente invento se puede usar con sustancialmente
cualquier tipo de empuñadura en las palancas de mando 103 y 105,
las que se han ilustrado en las Figuras 14A-14B se
han provisto solamente a título de ejemplo.
En la Figura 14A, la empuñadura manual 44 está
vista desde el lado trasero (o del operador) ilustrando los
pulsadores 45. La Figura 14B se ha ilustrado desde el lado derecho
del operador. Ambas Figuras 14A y 14B ilustran figuras en líneas de
trazos que muestran la empuñadura manual 44 pivotada con respecto a
su posición neutral. En la Figura 14A, la empuñadura manual 44 se
ha pivotado al lado izquierdo del operador (como se ha mostrado con
línea de trazos) en la dirección indicada por la flecha 103. Por
supuesto, hay que hacer notar que la empuñadura 44 se puede
pivotar también al lado derecho del operador. La Figura 14B presenta
la empuñadura 44 pivotada en la dirección a popa (hacia el usuario
como se muestra mediante la flecha 105) y también mostrada con
línea de trazos. Por supuesto, la empuñadura 44 se puede pivotar
también en la dirección hacia delante.
En una realización ilustrativa, el intervalo de
movimiento (desde la imagen en trazo lleno hasta la imagen en línea
de trazos mostradas en la Figuras 14A y 14B) es aproximadamente
10,795 cm (4,25 pulgadas), y está descentrado por un ángulo de
aproximadamente 20 grados. Debe hacerse notar también que, en una
realización, el conjunto 23 de palanca de mando (distinto que las
empuñaduras) es un conjunto de palanca de mando disponible
comercialmente y que se puede adquirir en la Sauer Company.
Las Figuras 14A y 14B ilustran también
esquemáticamente al controlador 47 que está empotrado dentro de la
empuñadura 44. En una realización ilustrativa, el controlador 47
está contenido en un módulo con memoria asociada, que está
empotrado dentro del interior de la empuñadura 44 mientras que un
circuito de conductor flexible acopla los pulsadores 114 al
controlador 47. En una realización, el exterior de la empuñadura 44
es de plástico duro o blando o de caucho, o de un material duro con
una superficie de fricción creciente (tal como un material de
textura o un material de agarre más blando) dispuesto donde la mano
del usuario engancha la empuñadura 44, tal como bajo la región de
la palma, la región de un dedo y/o la región de la punta de un
dedo. El controlador 47 (y posiblemente una placa de circuitos
asociados) está fijado a título ilustrativo y con seguridad dentro
de una cavidad interior de la empuñadura 44 por medio de un
adhesivo, tornillos, abrazaderas u otro mecanismo de fijación
mecánica. En una realización ilustrativa, se ha provisto un enlace
de comunicación en serie de tres conductores entre el controlador
47 y el controlador 116. Los tres conductores incluyen alimentación
de energía eléctrica, tierra, y un conductor de comunicación en
serie. En otra realización, el controlador 47 incluye un transmisor
inalámbrico mientras que el controlador 116 incluye un receptor
inalámbrico. Entonces se efectúa la comunicación inalámbrica entre
los dos usando radiación tal como señales radioeléctricas, señales
de infrarrojos u otra radiación electromagnética.
Aunque el presente invento se ha descrito con
referencia a realizaciones preferidas, los trabajadores expertos en
la técnica reconocerán que se podrían hacer cambios en forma y
detalle sin apartarse del alcance del invento.
Claims (15)
1. Un sistema de control para una máquina de
potencia que tiene ruedas que se pueden dirigir y rotar de forma
independiente, cuyo sistema de control comprende:
un dispositivo de entrada de usuario que incluye
una pluralidad de entradas activables por usuario que proveen
señales de actuación de usuario; y
un controlador electrónico acoplado al
dispositivo de entrada de usuario y configurado para recibir una
pluralidad de parámetros operativos seleccionables por usuario,
basándose en la actuación del usuario de las entradas activables
por usuario, y proveer una señal de control de dirección para
controlar la dirección de las ruedas y una señal de control de
velocidad para controlar la velocidad de las ruedas basándose en los
parámetros operativos recibidos;
una entrada de modo momentáneo de dirección
activable por usuario, que provee una señal de modo momentáneo de
dirección indicativa de un modo momentáneo deseado de dirección;
y
en el que el controlador está configurado para
controlar la máquina de potencia en el modo de dirección momentáneo
hasta que se desactiva la señal de modo de dirección momentáneo,
en el que el modo de dirección momentáneo
comprende un modo de dirección de deslizamiento y en donde el
controlador está configurado para proveer la señal de control de
dirección para mover todas las ruedas a una dirección directamente
hacia el frente antes de controlar la máquina de potencia en el modo
de dirección de deslizamiento.
\vskip1.000000\baselineskip
2. El sistema de control de la reivindicación
1, en el que la máquina de potencia se puede dirigir en una
pluralidad de modos de dirección y en el que las entradas activables
por usuario incluyen:
una entrada de selección de modo de impulsión
que provee una señal de selección indicativa de un modo seleccionado
de entre uno de la pluralidad de modos de dirección, estando
configurado el controlador para proveer la señal de control de
dirección basándose en la señal de selección recibida.
\vskip1.000000\baselineskip
3. El sistema de control de la reivindicación
1, en el que el dispositivo de entrada de usuario comprende:
al menos una palanca de mando que se puede mover
con respecto a una posición neutral.
\vskip1.000000\baselineskip
4. El sistema de control de la reivindicación
3, en el que las entradas activables por usuario incluyen:
una entrada de banda muerta que provee una señal
de banda muerta indicativa de un intervalo previsto de movimiento
de la palanca de mando con respecto a la posición neutral a través
del cual la palanca de mando se tiene que mover antes de solicitar
una entrada de respuesta de controlador.
\vskip1.000000\baselineskip
5. El sistema de control de la reivindicación
1, en el que el controlador provee las señales de control para
acelerar las ruedas de acuerdo con un parámetro de control de
aceleración y en el que las entradas activables por usuario
comprenden:
una entrada de aceleración de impulsión que
provee una señal de aceleración indicativa de una respuesta prevista
de control de aceleración; y
en donde el controlador está configurado para
modificar el parámetro de control de aceleración basándose en la
señal de aceleración.
\vskip1.000000\baselineskip
6. El sistema de control de la reivindicación
5, en el que el parámetro de control de aceleración comprende una
curva de control de aceleración.
7. El sistema de control de la reivindicación
1, en el que el controlador controla una velocidad en la que las
ruedas se dirigen basándose en un parámetro de control de dirección
y en el que las entradas activables por usuario comprenden:
una entrada de control de dirección que provee
una señal de control de dirección indicativa de una respuesta
prevista de control de dirección; y
en el que el controlador está configurado para
modificar el parámetro de control de dirección basándose en la
señal de control de dirección.
\vskip1.000000\baselineskip
8. El sistema de control de la reivindicación
7, y que comprende además:
un detector de ángulo de dirección acoplado al
controlador y que provee una señal de ángulo de dirección indicativa
de un ángulo en el que está dispuesta una rueda en relación de
asociación con respecto a un ángulo de rueda predeterminado.
\vskip1.000000\baselineskip
9. El sistema de control de la reivindicación
8, en el que el controlador controla la velocidad de las ruedas
basándose, al menos en parte, en un valor de velocidad máxima
indicativo de una velocidad de impulsión máxima, y en donde las
entradas activables por usuario comprenden:
una entrada de velocidad máxima de dirección que
provee una señal de velocidad máxima de dirección indicativa de una
velocidad máxima cuando la señal de ángulo de dirección indica que
las ruedas exceden un valor umbral predeterminado de ángulo de
dirección.
\vskip1.000000\baselineskip
10. El sistema de control de la reivindicación
9, en el que el controlador se ha configurado para ajustar la
máxima velocidad de impulsión a la máxima velocidad indicada por la
señal de velocidad máxima de dirección cuando la señal de ángulo de
dirección indica que las ruedas exceden el umbral predeterminado de
ángulo de dirección.
11. El sistema de control de la reivindicación
1, y que comprende además:
un detector de velocidad de rueda acoplado al
controlador y que provee una señal de velocidad indicativa de la
velocidad de las ruedas.
\vskip1.000000\baselineskip
12. El sistema de control de la reivindicación
1, en el que el controlador está configurado además para proveer la
señal de control de dirección con el fin de controlar la máquina de
potencia en un modo de dirección previamente seleccionado cuando se
desactiva la señal de modo momentáneo de dirección.
13. El sistema de control de la reivindicación
1 y que comprende además:
una entrada de regulación activable por usuario,
acoplada al controlador, que provee una señal de entrada de
regulación, cuyo controlador está configurado para recibir la señal
de entrada de regulación y proveer la señal de control de dirección
para regular al menos una de las ruedas dirigiéndola a un ángulo
positivo o negativo con respecto a una dirección directamente hacia
el frente.
\vskip1.000000\baselineskip
14. El sistema de control de la reivindicación
2, en el que la entrada de regulación incluye:
un interruptor de conexión/desconexión de
regulación que provee una señal de habilitación para habilitar y
deshabilitar la regulación; y
un interruptor de selección de regulación que
provee un valor de regulación indicativo de un grado de ángulo de
dirección mediante el cual se regulan las ruedas.
\vskip1.000000\baselineskip
15. El sistema de control de la reivindicación
13, en el que el controlador está configurado para regular un
conjunto predeterminado de la pluralidad de ruedas basándose en un
modo de dirección seleccionado actualmente y en la señal de entrada
de regulación.
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