FI125919B - Työkonejärjestelmä ja menetelmä työkonejärjestelmän ohjauksessa - Google Patents

Description

TYÖKONEJÄRJESTELMÄ JA MENETELMÄ TYÖKONEJÄRJESTELMÄN OHJAUKSESSA

Keksinnön ala

Keksinnön kohteena on menetelmä työkonejärjestelmän ohjauksessa. Keksinnön kohteena on lisäksi työkonejärjestelmä. Keksinnön kohteena on lisäksi metsäkone.

Keksinnön taustaa

Erilaiset maastossa liikkuvat työkoneet ylittävät maassa olevia painaumia, kuoppia, ojia, kohoumia, mättäitä, kaatuneiden puiden runkoja, kiviä, kantoja ja muita vastaavia esteitä. Esteiden ylittäminen kuormittaa työkoneen voi-mansiirtolaitteita, sillä voimansiirtolaitteiden on käytettävä tavanomaista runsaammin tehoa esteiden ylittämisen aikana, ja lisäksi teho on oltava käytettävissä nopeasti, jotta työkone ei pysähdy tai sen nopeus ei putoaisi tarpeettomasti. Mikäli työkone kuljettaa erilaisia kuormia, niin tehontarve on tavanomaista suurempi ja sen vaihtelu on tavanomaista suurempaa.

Eräitä tunnettuja työkoneita ovat metsäkoneet, kuten erilaiset harvesterit, kuormakoneet ja niiden yhdistelmät. Puunkorjuun suorittamiseksi harvesterin puomiston päähän on sovitettu puunkorjuulaitteisto, nk. harvesteripää, jolla pystyssä kasvava puunrunko katkaistaan, kaadetaan, karsitaan ja sahataan halutun mittaisiksi osiksi. Sahatut puunrungot kerätään kuormakoneella, joka on varustettu puomiin kiinnitetyllä kuormainkouralla ja jonka kuormatilassa puunrungot kuljetetaan pois.

Eräs pyörien avulla liikkuva kuormakone on esitetty julkaisussa EP-1923289-A2, käsittäen kaksi nivelen avulla toisiinsa kytkettyä runkoa, joihin voimansiir-tolaitteet on sijoitettu. Takarunko on varustettu puomilla ja kuormatilalla, johon puunrungot kerätään. Eturunkoon on sovitettu ohjaamo ja voimasiirtolait-teisiin kuuluva voimanlähde, joka on polttomoottori.

Esteiden ylittämien aiheuttaa myös työkoneiden heilumista ja saattaa vaikuttaa negatiivisesti myös työkoneen stabiiliuteen. Työkoneen kuljettaja myös kokee heilumisen epämiellyttävänä. Kohonnut tehontarve ja tehontarpeen vaihtelut kuormittavat voimansiirtolaitteita tavanomaista enemmän, mikä voi vaikuttaa niiden huoltotarpeeseen ja käyttöikään.

Keksinnön yhteenveto

Keksinnön mukainen menetelmä työkonejärjestelmän ohjauksessa on esitetty patenttivaatimuksessa 1. Keksinnön mukainen työkonejärjestelmä on esitetty patenttivaatimuksessa 10. Keksinnön mukainen metsäkone on esitetty patenttivaatimuksessa 15.

Ratkaisun mukainen menetelmä toteutetaan tai se on käyttökelpoinen työ-konejärjestelmässä, joka käsittää voimanlähteen, voimanlähteeseen kytketyt voimansiirtolaitteet työkoneen propulsiota varten, ts. liikkumista varten, ja toimintaa ohjaavan ohjausjärjestelmän.

Työkoneena voivat olla erilaiset maastossa liikkuvat työkoneet, jotka liikkuvat pyörien tai telaketjujen tai niiden yhdistelmien avulla.

Työkoneena on esimerkiksi metsäkone, kuten puita kaatava harvesteri, puita kuljettava kuormakone tai juontotraktori. Työkoneena voi olla kaivinkone, tai kaivinkoneen puomistoa ja alustaa hyödyntävä metsäkone, jonka puomiston päähän on kiinnitetty harvesteripää puiden prosessoimiseksi tai kaatopää puiden kaatamiseksi. Työkoneena voi olla maatalouskäyttöön tarkoitettu traktori, joka soveltuu vetämään metsäperävaunua tai johon on kytketty metsä-perävaunu, jolla kuljetetaan puunrunkoja. Metsäperävaunussa on tyypillisesti puomisto ja siihen kiinnitetty koura puurunkojen lastausta ja purkua varten.

Esitetyssä menetelmässä seurataan voimansiirtolaitteiden toiminnallisen suureen muutoksia ohjausjärjestelmään kytketyn anturin avulla, joita on yksi tai useampia. Seurattava toiminnallinen suure on sellainen, jonka muutos ennakoi voimansiirtolaitteiden kuormituksen kasvua esteen ylittämisen aikana. Menetelmässä lisäksi kompensoidaan suureen muutosta ohjaamalla ohjausjärjestelmän avulla voimanlähdettä tai voimansiirtolaitteita, tai niitä molempia esteen ylittämiseksi.

Erään esimerkin mukaisesti menetelmässä ohjataan ohjausjärjestelmän avulla voimansiirtolaitteita niin, että työkoneen nopeus alenee esteen ylittämiseksi.

Työkone ylittää esteen ja edellä kuvatulla menetelmällä esim. voimasiirtolait-teiden paineen nousua voidaan hillitä tai rajoittaa. Nopeuden alentaminen vähentää työkoneen propulsioon tarvittavaa tehoa, mikä vaikuttaa suoraan hydraulisen ajovoimansiirron paineisiin, tai, kun kyseessä on johonkin muuhun tekniikkaan perustuva ajovoimansiirtolaite, johonkin muuhun suureeseen, jonka muutosta pyritään hillitsemään tai rajoittamaan.

Menetelmän avulla vältetään voimanlähteen, erityisesti polttomoottorin pyörimisnopeuden alentuminen. Polttomoottorin pyörimisnopeuden muuttuminen aikaisempaa vähemmän vaikuttaa polttoaineenkulutukseen, joka pienenee.

Seurauksena on myös ajomukavuuden parantuminen ja työkoneen stabiiliuden parantuminen.

Erään toisen esimerkin mukaisesti menetelmässä ohjataan ohjausjärjestelmän avulla lisäksi voimanlähdettä niin, että voimanlähteen ulostulon pyörimisnopeus kasvaa ainakin hetkellisesti.

Erään kolmannen esimerkin mukaisesti menetelmässä ohjataan ohjausjärjestelmän avulla lisäksi voimanlähdettä niin, että voimanlähteen ulostulon vään-tömomentti kasvaa ainakin hetkellisesti.

Menetelmän eräässä suoritusmuodossa ohjataan ohjausjärjestelmän avulla voimansiirtolaitteita niin, että niiden ns. Gear Ratio -arvoa muutetaan esteen ylittämiseksi.

Menetelmän eräässä erityisessä suoritusmuodossa kyseinen toiminnallinen suure, jonka muutosta seurataan kuormituksen kasvun havaitsemiseksi, on voimansiirtolaitteiden hydraulinen paine.

Erään esimerkin mukaisesti voimansiirtolaitteet käsittävät hydraulisen pumpun ja hydraulisen moottorin, ja menetelmässä ohjataan ohjausjärjestelmän avulla kyseistä pumppua tai kyseistä moottoria, tai niitä molempia, siten, että ohjaus on riippuvainen mainitun toiminnallisen suureen muutoksesta.

Voimansiirtolaitteet voivat käsittää hydraulisen ajovoimansiirron, mekaanisen ajovoimansiirron tai sähköisen ajovoimansiirron, tai jonkin niiden yhdistelmän.

Työkoneen voimansiirtolaitteet voivat perustua erilaisiin laitteisiin, jotka muuntavat tuotettua tai varastoitua energiaa kineettiseksi energiaksi työkoneen propulsiota varten. Voimanlähteenä voi olla esim. polttomoottori ja sen tuottama mekaaninen akseliteho, akkujärjestelmä, polttomoottorin pyörittämä generaattori, tai polttokenno. Voimansiirtolaitteet voivat hyödyntää energian siirrossa esim. sähkönenergiaa, mekaanista energiaa, hydraulista energiaa tai pneumaattista energiaa. Propulsiota varten työkoneet hyödyntävät esim. hydraulimoottoreita, paineilmamoottoreita, sähkömoottoreita tai mekaanisia laitteita.

Erään neljännen esimerkin mukaisesti menetelmässä ohjataan ohjausjärjestelmän avulla lisäksi työkonejärjestelmän jotakin voimanlähteen tehoa kuluttavaa muuta laitetta. Tällöin laitteen toimintaa hidastetaan ainakin hetkellisesti tai sen toiminta pysäytetään ainakin hetkellisesti.

Etuna on voimanlähteen kuormituksen pienentyminen. Laitteena voi olla esim. tuuletin tai ilmastointilaite.

Työkonejärjestelmä, jossa ratkaisu toteutetaan tai jossa se on käyttökelpoinen, käsittää voimanlähteen, voimanlähteeseen kytketyt voimansiirtolaitteet työkoneen propulsiota varten, ja toimintaa ohjaavan ohjausjärjestelmän. Lisäksi työkonejärjestelmä lisäksi ohjausjärjestelmään kytketyn anturin, joita on yksi tai useampia. Anturi on sovitettu seuraamaan voimansiirtolaitteiden toiminnallisen suureen muutoksia, jolloin kyseinen seurattava toiminnallinen suure on sellainen, jonka muutos ennakoi voimansiirtolaitteiden kuormituksen kasvua esteen ylittämisen aikana. Lisäksi, ohjausjärjestelmä on suureen muutoksen kompensoimiseksi sovitettu ohjaamaan voimanlähdettä tai voi-mansiirtolaitteita, tai niitä molempia esteen ylittämiseksi.

Erään esimerkin mukaisesti ohjausjärjestelmä on sovitettu ohjaamaan voi-mansiirtolaitteita niin, että työkoneen nopeus alenee esteen ylittämiseksi.

Ratkaisun mukaisella ohjausjärjestelmällä saavutetaan etuja, joita jo edellä on esitetty.

Työkonejärjestelmän eräässä erityisessä suoritusmuodossa kyseinen anturi on sovitettu mittaamaan voimansiirtolaitteiden hydraulista painetta.

Erään esimerkin mukaisesti voimansiirtolaitteet käsittävät hydraulisen ajo-voimansiirron, mekaanisen ajovoimansiirron tai sähköisen ajovoimansiirron, tai jonkin niiden yhdistelmän.

Esitetyn ratkaisun mukaista työkonejärjestelmä on käyttökelpoinen esim. työkoneessa, joka on maastossa liikkuva metsäkone. Erään erityisen esimerkin mukaisesti kyseessä on maastossa liikkuva kuormakone.

Piirustuksien lyhyt kuvaus

Keksintöä selostetaan seuraavassa tarkemmin esimerkkisen avulla ja viittaamalla samalla oheisiin piirustuksiin, joissa: kuva 1 esittää erästä työkonetta, joka on maastossa liikkuva työkone ja jossa esitettyjä ratkaisuja voidaan soveltaa, kuva 2 esittää kaaviokuvana erään esimerkin mukaisia työkoneen voimansiir-tolaitteita, joita voidaan soveltaa kuvan 1 työkoneessa, kuva 3 esittää kaaviokuvana tarkemmin kuvan 2 voimansiirtolaitteiden ja sen hydraulisen ajovoimansiirron kytkentöjä, kuvat 4 esittää kaaviokuvana tarkemmin erään toisen esimerkin mukaisen voimansiirtotaitteiden ja sen hydraulisen ajovoimansiirron kytkentöjä, ja kuva 5 esittää erästä esimerkkiä voimansiirtolaitteiden erään toiminnallisen suureen käyttäytymisestä ja voimansiirtolaitteiden ohjausta.

Keksinnön tarkempi kuvaus

Kuvassa 1 on esitetty eräs työkone, erityisesti maastossa liikkuva työkone, jossa esitetyn mukaista ratkaisua sovelletaan. Kyseessä on metsäkone, joka tarkemmin ottaen on puunrunkoja kuljettava kuormakone. Kuormakone käsittää eturungon 11 ja takarungon 12, jotka on kytketty toisiinsa runkonivelellä 13 ja joihin voimansiirtolaitteet on sijoitettu. Eturungossa 11 on ohjaamo 14 ja energian lähde 15, ja takarungossa 12 on puomi 16 kourineen 17 ja kuorma-tila 18. Energian lähteenä on polttomoottori. Kukin runko käsittää 2-pyöräisen keinuvan akselin, mutta eturungossa voidaan vaihtoehtoisesti käyttää tavallista 1-pyöräistä akselia, jossa on takarungon pyöriä isompi pyörä.

Tarkastellaan seuraavaksi erään työkoneen voimansiirtolaitteita, jotka perustuvat polttomoottoriin sekä hydrostaattisen ja mekaanisen ajovoimansiirron yhdistelmään, joka liikuttaa työkonetta. Kyseisiä voimansiirtolaitteita voidaan soveltaa kuvan 1 kuormakoneessa.

Kuvan 2 mukaisesti polttomoottori 19 tuottaa kullakin hetkellä tarvittavan tehon, jota esim. työkoneen liikuttelu ja ajaminen erilaisissa tilanteissa ja maastoissa vaatii. Polttomoottori 19 akselilleen tuottama mekaaninen teho muunnetaan hydrauliseksi tehoksi pumpussa 20, jolloin teho on verrannollinen pumpun 20 tuottamaan syöttöpaineeseen ja tilavuusvirtaan. Pumppu 20 on säädettävä, jolloin tuotettua tilavuusvirtaa voidaan vaihdella. Hydraulinen teho hyödynnetään moottorissa 21, joka puolestaan tuottaa ulostuloakselille vääntömomentin ja pyörimisnopeuden. Pumpun 20 tuottama syöttöpaine riippuu moottorin 21 kuormituksesta ja tehontarpeesta. Moottorin 21 pyörimisnopeus riippuu pumpun 20 tuottamasta tilavuusvirrasta ja moottorin 21 asetuksesta, mikäli moottori 21 on säädettävä. Moottori 21 on puolestaan kytketty vaihteeseen 22 (nopea/hidas), jonka välityksellä mekaaninen teho siirretään työkoneen pyöriin 27, esimerkiksi kardaanivälityksen 23 ja differen-tiaaliakseleiden 24 avulla 2-pyöräisiin keinuviin akseleihin tai teleihin 25, joissa on työkoneen pyörät 27, jotka on kiinnitetty pyöriviin pyörännapoihin 26. Voimansiirtolaitteita ohjataan työkoneen elektronisella ohjausjärjestelmällä 28, joka ohjaa myös polttomoottoria 19 elektronisen ohjausyksikön 29 (ECU, Electronic control unit) välityksellä. ECU (Engine Control Unit) on moottorin ohjausyksikkö, joka ohjaa ja valvoo moottorin toimintoja.

Polttomoottorin tuottama mekaaninen teho on verrannollinen polttomoottorin 1 antamaan vääntömomenttiin ja pyörimisnopeuteen. Kierrosnopeuden tai työkoneen ajonopeuden määrää kuljettajan antama ohjausarvo, joka annetaan tyypillisesti pedaalin 30 avulla. Pedaali tuottaa anturin 31 avulla asetus-signaalin 32, joka on pedaalin 30 asennosta riippuvainen ja joka syötetään ohjausjärjestelmälle 28. Ohjausarvon antamiseen voidaan käyttää muitakin tapoja, esim. ohjaussauvaa. Tyypillistä on, että mitä suurempi pedaalin asennon siirtymä tai ohjausarvo on, sitä suurempi kierrosnopeus tai ajonopeus saavutetaan. Pedaalin 30 painaminen aikaansaa tarvittaessa myös työkoneen työjarrun avautumisen, minkä jälkeen ohjausjärjestelmä 28 ohjaa pumppua 20 ohjaussignaalilla, jolla on ennalta määrätty minimitaso tai -arvo. Tyypillisesti ohjaussignaalina on virtasignaali, josta pumpun 20 tuottama tila-vuusvirta riippuu.

Kuvassa 3 on esitetty kuvan 2 ajovoimansiirtolaitteet tarkemmin hydraulisen ajovoimansiirron osalta. Tässä esimerkissä kyseessä on suljettu piiri ja 1-piirijärjestelmä, erityisesti 1-moottorijärjestelmä. Eri osien toiminta ja numerointi vastaa kuvassa 2 esitettyä numerointia ja siihen liittyvää selostusta.

Pumppu 20 on esimerkiksi kierrostilavuudeltaan (Vg) säätyvä vinolevy-tyyppinen aksiaalimäntäpumppu, jossa tilavuusvirran suuntaaja edelleen sen avulla moottorin pyörimissuuntaa ja työkoneen ajosuuntaa voidaan vaihtaa kääntämällä pumpun vinolevyä molemmille puolille neutraalia keskiasentoa. Ohjattavina suureina ovat pumpun kierrostilavuus, ja samalla sen tuottama tilavuusvirta. Moottori 21 on esimerkiksi aksiaalimäntämoottori, joka on tyyppiä vinolevy tai vinoakseli, tai radiaalimäntämoottori. Säätyvässä moottorissa on esim. käännettävä moottorin vinolevy. Ohjattavina suureina ovat siis moottorin kierrostilavuus (Vg) ja pyörimisnopeus. Moottori 21 voi myös olla kierrostilavuudeltaan (Vg) kiinteä, ts. vakio. Ohjattavana suureena on moottorin pyörimisnopeus.

Kuvassa 4 on esitetty kuvan 2 ajovoimansiirtolaitteet tarkemmin hydraulisen ajovoimansiirron osalta. Tässä esimerkissä kyseessä on avoin piiri. Eri osien toiminta ja numerointi vastaa kuvassa 2 esitettyä numerointia ja siihen liittyvää selostusta.

Kuvassa 4 hydraulisesti toimivan ajovoimansiirron avulla saadaan aikaan säätyvä työkoneen ajonopeus, koska moottorille 21 saadaan venttiilin 35 avulla säädettävä tilavuusvirta. Sopivimmin kyseessä on suuntaventtiili, joka on sähköisesti ohjattu ja proportionaalisesti toimiva. Venttiilin tilavuusvirtaa on riippuvainen venttiilin asennosta ja avautumasta, joita puolestaan ohjataan ohjaussignaalilla. Tyypillisesti ohjaussignaalina on virtasignaali, josta venttiilin tilavuusvirta riippuu. Kuvassa 4 venttiili 35 on esitetty periaatekuvan-tona, mutta kyseinen venttiili ja sen toiminnot voidaan toteuttaa myös yhden tai useamman erillisen hydraulisen komponentin avulla, jotka on yhdistetty toisiinsa kanavien avulla.

Kuvan 4 esimerkissä pumppu 20 on kierrostilavuudeltaan (Vg) säätyvä, esim. aksiaalimäntäpumppu. Ohjattavina suureina ovat pumpun kierrostilavuus ja sen tuottama tilavuusvirta. Moottori 21 on kierrostilavuudeltaan (Vg) kiinteä, ts. vakio, esim. aksiaalimäntämoottori tai radiaalimäntämoottori. Ohjattavana suureena on siis moottorin pyörimisnopeus.

Työkoneen ohjausjärjestelmä valvoo voimansiirtolaitteita, mm. ajovoimansiirtoa, sen hydraulista ohjauspiiriä ja kaikkia siihen liittyviä aputoimintoja. Kyseinen ohjausjärjestelmä toimii esim. PC-käyttöympäristössä. Ohjausjärjestelmän varusteet on sijoitettu ohjaamoon kuljettajan saataville. Ohjausjärjestelmän ohjausautomatiikka perustuu ohjainväylän osalta tunnetun tekniikan mukaiseen CAN-väyläratkaisuun, jossa tieto kulkee digitaalisesti.

Ohjausjärjestelmän varusteet käsittävät erään esimerkin mukaisesti näyttö-moduulin, PC-näppäimistön, touchpad-hiiren, keskusyksikön (HPC-CPU) prosessoreineen ja muisteineen, ja usein myös tulostimen, sekä ohjausjärjestelmän moduuleja. Varusteisiin kuuluu myös yksi tai useampi ohjauspaneeli, jonka näppäimien, painikkeiden ja ohjaussauvan avulla vaikutetaan ohjausjärjestelmään). Tässä esimerkissä ohjausjärjestelmään 28 on kytketty tai sen varusteisiin kuuluu ainakin yksi anturi (esim. kuvan 3 tai kuvan 4 anturi 34) tai mittalaite, jonka antama signaali on verrannollinen työkoneen jonkin toiminnallisen suureen arvoon. Sopivimmin on niin, että kyseinen anturi on kytketty esimerkiksi johonkin työkoneen voimansiirtolaitteeseen.

Kuvien 3 ja 4 esimerkeissä anturi 34 on kytketty työkoneen hydrauliseen ajo-voimansiirtoon. Ohjausjärjestelmässä 28 on esim. ennalta määrätty paramet ri, jonka arvo on riippuvainen anturin 34 mittaamasta suureesta. Kyseistä suuretta voidaan mitata jatkuvasti halutulla näytteenottotaajuudella tai pelkästään ajoittain. Kyseinen suure on esimerkiksi paine, erityisesti hydraulisesti toimivan ajovoimansiirron paine, esimerkiksi pumpun 20 tuottama syöt-töpaine tai moottorin 21 paine.

Erään toisen esimerkin mukaisesti kyseinen suure on polttomoottorin pyörimisnopeus, erityisesti sen ulostuloakselin pyörimisnopeus. Erään kolmannen esimerkin mukaisesti kyseinen suure on pyörän 27 sisäinen paine, jota anturi mittaa.

Esitetyn ratkaisun toteuttamiseksi vaadittava sovellus ja sen sisältämä ohjelmisto asennetaan ohjausjärjestelmän prosessoripohjaiseen keskusyksikköön, jossa on tarvittava RAM- ja massamuisti. Ohjausjärjestelmä hyödyntää käyttöjärjestelmää, jonka alaisuudessa sovellusta ajetaan. Laitteistossa ja käyttöjärjestelmässä on tarvittavat sovellukset ja protokollavälineet tiedonsiirtoon muiden laitteiden kanssa.

Työkoneen ohjausjärjestelmä perustuu esim. CAN-väylätekniikkaan (Controller Area Network) ja hajautettuun ohjaukseen. Järjestelmä koostuu itsenäisistä älykkäistä moduuleista, jotka keskustelevat CAN-väylän välityksellä. Ohjausjärjestelmä ohjaa voimanlähdettä, ajovoimansiirtoa ja näihin liittyviä apu-toimintoja sekä tarvittaessa myös puomijärjestelmää. Järjestelmä koostuu tyypillisesti moduuleista, jotka ovat CAN-väylässä. Ohjausjärjestelmä tai jokin sen moduuli huolehtii voimanlähteen, ajovoimansiirron, ja niihin liittyvien apu-toimintojen ohjauksesta ja tiedonkulusta, sekä ohjaa em. pumpun ja moottorin kierrostilavuutta.

Seuraavassa on eräs esimerkki, jossa on tarkasteltu työkoneen toiminnallista suuretta, jonka arvo on riippuvainen voimansiirtolaitteiden kuormituksesta. Kuormitus on riippuvainen siitä tuotetusta tehosta, joka on tarpeen työkoneen liikuttelemiseksi ja ajamiseksi erilaisissa tilanteissa ja maastoissa. Kyseessä on erityisesti suureen sellainen arvon muutos, joka on seurausta siitä, että työkone ylittää estettä tai on aloittamassa esteen ylitystä. Suureen arvon nykyinen muutos edustaa tulevaa kuormituksen kasvua, toisin sanoen se ennakoi tulevaa suurempaa muutosta, joten kyseistä suuretta seuraamalla voidaan ennakoida tulevaa kuormitusta. Näin ohjausjärjestelmä voi varautua kuormituksen muutoksiin ja ohjata voimansiirtolaitteita halutulla tavalla ko. tilanteessa.

Kuvassa 5 on seurattavana suureena hydraulisen ajovoimansiirron paine. Kuvassa 5 on esitetty hydraulisen ajovoimansiirron paineen käyttäytyminen tietyn ajanjakson kuluessa. Erään esimerkin mukaisesti kyseessä on paine-anturin mittaama paine, esim. anturin 34 mittaama paine 36.

Painetta 36 vastaavalla tavalla voi käyttäytyä myös jokin muukin em. työkoneen toiminnallinen suure, joten seuraavassa esitettyjä voidaan soveltaa paineen lisäksi myös muihin suureisiin.

Esteen kohdalla tai este kohdattaessa suureen arvo muuttuu, koska vaaditaan esim. suurempaa tehoa esteen päälle nousemiseksi tai halutun ajonopeuden ylläpitämiseksi esteestä huolimatta. Kun kyseessä on hydraulinen ajovoimansiirto, niin pumpun 20 syöttöpaine tai moottorin 21 paine kasvaa (ks. kuva 3 tai kuva 4). Kuvan 5 esimerkissä havaitaan paineen 36 nousu, joka on asetettua raja-arvoa 38 suurempi.

Ohjausjärjestelmä havaitsee suureen muutoksen ja sopivimmin on lisäksi niin, että suureen muutosta verrataan johonkin ennalta määrättyyn raja-arvoon. Mikäli suureen muutos on kyseistä raja-arvoa suurempi, siirtyy ohjausjärjestelmä tilaan, jossa se vaikuttaa työkoneeseen niin, että kompensoidaan syntynyttä muutosta. Suureen muutoksen osalta seurataan esim. absoluuttista tai suhteellista muutosta tai muutosnopeutta. Lisäksi usein on niin, että suureen muutoksen on tapahduttava asetetussa aikavälissä. Kuvan 5 esimerkissä paineen kasvu on oltava vähintään noin 60 - 100 bar, tai sopivimmin vähintään noin 75 bar. Paineen muutoksen on tapahduttava enintään noin 80-150 ms aikavälissä, tai sopivimmin enintään 120 ms aikavälissä.

Ohjausjärjestelmä ohjaa voimansiirtolaitteita ohjaussignaalilla, joka on riippuvainen halutusta ajonopeudesta. Kun kyseessä on esim. hydraulinen ajovoimansiirto, niin ko. ohjaussignaalilla ohjataan mm. pumppua. Kyseinen ohjaussignaali on riippuvainen mm. asetussignaalista (esim. asetussignaali 32 kuvassa 3 tai kuvassa 4) ja erään esimerkin mukaisesti myös polttomoottorin pyörimisnopeuden maksimiarvosta, tai polttomoottorin nykyisestä pyörimisnopeudesta, tai polttomoottorin pyörimisnopeudesta, joka vastaa asetussig- naalia, tai jostakin näiden yhdistelmästä. Ohjausjärjestelmän käyttämä ohjaussignaali on esimerkiksi hydraulisen ajovoimansiirron ns. Gear Ratio -arvoa muuttava ohjaussignaali, tai vaihtoehtoisesti ohjaussignaali vaikuttaa sellaisiin voimansiirtolaitteiden suureisiin, joiden muutos aiheuttaa Gear Ratio -arvon muutoksen. Ohjausjärjestelmä hyödyntää ohjauksessa taulukointia, sääntöjä tai laskenta-algoritmeja. Ohjausjärjestelmä sisältää myös aseteltavia parametreja, joihin on tallennettuna tässä selostuksessa mainittujen muuttujien arvot. Sopivimmin on niin, että ne ovat käyttäjän aseteltavissa, jotta järjestelmän toimintaan voidaan vaikuttaa.

Hydraulisessa ajovoimansiirrossa ns. Gear Ratio -arvolla viitataan esim. joko pumpun tai moottorin ominaisuuksiin, esim. vinolevyn asentoon, tai pumpun ja moottorin ominaisuuksien suhteeseen, esim. niiden vinolevyjen asennon (kulman) suhteeseen. Ajovoimansiirto voi olla toteutettuna kokonaan mekaanisesti, esim. vaihteistolla, jonka sisään- ja ulostulon välille voidaan määrittää ns. Gear Ratio -arvo.

Kun kyseessä on esteen ylitys ja kohoava tehontarve, ohjausjärjestelmä kompensoi tilannetta niin, että ajonopeutta alennetaan tai työkonetta jarrutetaan, jolloin ohjausjärjestelmä vaikuttaa joko voimanlähteeseen tai muihin voimansiirtolaitteisiin, tai niihin molempiin. Erään esimerkin mukaisesti ajonopeuden pienennys on noin 10-35 % riippuen siitä, millä tasolla nykyinen ajonopeus on.

Kuvan 5 esimerkissä ohjausjärjestelmä vaikuttaa nykyiseen ajonopeuteen (esim. 1.5 - 4.0 km/h) niin, että hydraulisen ajovoimansiirron Gear Ratio -arvoa 37 pienennetään välittömästi, sallien esim. 50 - 120 ms viiveen. Pienennys on noin 10-35 % riippuen siitä, millä tasolla nykyinen Gear Ratio -arvo on. Vaihtoehtoisesti tai lisäksi pienennys voi olla myös riippuvainen nykyisestä ajonopeudesta. Sopivimmin on niin, että mitä suurempi ajonopeus on, sitä suurempi pienennys on. Vaihtoehtoisesti Gear Ratio -arvo pienennetään johonkin ennalta määrättyyn arvoon. Tässä esimerkissä ajonopeuteen vaikutetaan kääntämällä moottorin 21 vinolevyä niin, että kierrostilavuus pienenee.

Myös mekaanisen ajovoimansiirron Gear Ratio -arvoon voidaan vaikuttaa, jolloin kyseeseen tulee erityisesti vaihteistojen tai välityksien portaattomat tai diskreetit Gear Ratio -arvot, kuten esim. planeettavaihteistossa. Kyseessä on esimerkiksi voimansiirtolaitteen sisääntulon pyörimisnopeuden suhde ulostulon pyörimisnopeuteen, tai vastaavalla määritelty suhde sisääntulon ja ulostulon toiminnallisten suureiden välillä.

Erään esimerkin mukaisesti ohjausjärjestelmä kompensoi tilannetta samanaikaisesti lisäksi niin, että voimanlähteen pyörimisnopeutta lisätään, jolloin ohjausjärjestelmä vaikuttaa voimanlähteeseen esim. elektronisen ohjausyksikön (ECU) välityksellä. Ohjausjärjestelmä ohjaa elektronista ohjausyksikköä yhden tai useamman ohjaussignaalin avulla, kuten myös voimansiirtoa. Pyörimisnopeus pidetään koholla esim. ennalta määrätyn viiveen ajan. Pyörimisnopeuden lisäys on esim. ennalta määrätyn suuruinen tai riippuvainen esim. nykyisestä pyörimisnopeudesta.

Ohjausjärjestelmä kompensoi tilannetta esim. ennalta määrätyn viiveen ajan.

Kuvan 5 esimerkissä Gear Ratio -arvo pidetään pienennettynä viiveen 39 ajan (esim. 300 ms), jonka jälkeen Gear Ratio -arvo pyritään palauttamaan arvoon, joka sillä oli ennen kompensoinnin aloittamista, tai olennaisesti sitä vastaavaan arvoon, tai johonkin sellaiseen arvoon, joka vastaa em. asetus-signaalin nykyistä tilaa.

Ohjausjärjestelmä lopettaa kompensoinnin palauttamalla ajonopeuden, joka työkoneella oli ennen kompensoinnin aloittamista, tai olennaisesti sitä vastaavaan ajonopeuteen, tai johonkin sellaiseen ajonopeuteen, joka vastaa em. asetussignaalin nykyistä tilaa. Ohjausjärjestelmä vaikuttaa joko voimanlähteeseen tai muihin voimansiirtolaitteisiin, tai niihin molempiin.

Palauttaminen tapahtuu sopivimmin niin, että ajonopeutta kasvatetaan vähitellen, jolloin ajonopeuden muutos tiettyä aikayksikköä kohden on rajattu tai ajonopeuden muutosnopeutta on rajoitettu. Tällöin ohjausjärjestelmä voi soveltaa erilaisia ramppitoimintoja, joiden mukaisesti tarvittavat ohjaussignaalit muodostetaan. Tällainen ramppitoiminto on havaittavissa myös kuvassa 5, jossa Gear Ratio -arvoa kasvatetaan viiveen 39 jälkeen. Gear Ratio -arvoa kasvatetaan vähitellen niin, että Gear Ratio -arvon muutos tiettyä aikayksikköä kohden on rajattu.

Mikäli seurattavassa suureessa havaitaan uusi muutos, joka edellyttää kom-pensointitoimenpiteitä, toimitaan uudelleen kuten edellä on esitetty. Tarvittaessa em. ramppitoiminto keskeytetään.

Työkone ylittää esteen ja edellä kuvatulla menetelmällä esim. paineen 36 nousua voidaan hillitä tai rajoittaa.

Edellä on kuvattu erityisesti tilanne, jossa ennakoidaan esteen ylittämisen aiheuttamaa tehontarpeen lisäystä. Tehontarpeen lisääntyminen voi olla seurausta myös muista tilanteista, mutta niihin voidaan reagoida edellä esitetyllä menetelmällä ja järjestelmällä.

Claims (15)

1. Menetelmä työkonejärjestelmän ohjauksessa, joka työkonejärjestelmä käsittää voimanlähteen (19), voimanlähteeseen kytketyt voimansiirtolaitteet (20 - 24) työkoneen propulsiota varten, ja toimintaa ohjaavan ohjausjärjestelmän (28), tunnettu siitä, että menetelmässä: - seurataan voimansiirtolaitteiden toiminnallisen suureen muutoksia ohjausjärjestelmään kytketyn anturin (34) avulla, jolloin seurattava toiminnallinen suure on sellainen, jonka muutos ennakoi voimansiirtolaitteiden kuormituksen kasvua esteen ylittämisen aikana, ja - kompensoidaan toiminnallisen suureen muutosta ohjaamalla ohjausjärjestelmän avulla voimanlähdettä (19) tai voimansiirtolaitteita (20 - 24), tai niitä molempia, esteen ylittämiseksi, kun ohjausjärjestelmä havaitsee toiminnallisen suureen muutoksen olevan ennaltamäärättyä raja-arvoa suurempi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä em. kompensointi suoritetaan erityisesti silloin, kun a) ohjausjärjestelmä havaitsee toiminnallisen suureen muutosnopeuden olevan ennaltamäärättyä raja-arvoa suurempi, tai kun b) ohjausjärjestelmä havaitsee toiminnallisen suureen absoluuttisen tai suhteellisen muutoksen ennalta asetetussa aikavälissä olevan ennaltamäärättyä raja-arvoa suurempi.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä ohjataan ohjausjärjestelmän (28) avulla voimansiirtolaitteita (20 -24) niin, että työkoneen nopeus alenee esteen ylittämiseksi.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ohjataan ohjausjärjestelmän (28) avulla lisäksi voimanlähdettä (19) niin, että voimanlähteen ulostulon pyörimisnopeus kasvaa ainakin hetkellisesti.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ohjataan ohjausjärjestelmän (28) avulla lisäksi voimanlähdettä (19) niin, että voimanlähteen ulostulon vääntömomentti kasvaa ainakin hetkellisesti.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ohjataan ohjausjärjestelmän (28) avulla voimansiirtolaitteita (20 - 24) niin, että niiden Gear Ratio -arvoa muutetaan esteen ylittämiseksi.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ohjataan ohjausjärjestelmän (28) avulla lisäksi työkoneenjärjestelmän jotakin voimanlähteen tehoa kuluttavaa muuta laitetta niin, että sen toimintaa hidastetaan ainakin hetkellisesti tai sen toiminta pysäytetään ainakin hetkellisesti.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että voimansiirtolaitteet käsittävät hydraulisen pumpun (20) ja hydraulisen moottorin (21), ja menetelmässä ohjataan ohjausjärjestelmän avulla mainittua pumppua (20), tai mainittua moottoria (21), tai niitä molempia, riippuvaisena mainitun toiminnallisen suureen muutoksesta.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kyseinen toiminnallinen suure on voimansiirtolaitteiden hydraulinen paine.

10. Työkonejärjestelmä, joka käsittää: - voimanlähteen (19), - voimanlähteeseen kytketyt voimansiirtolaitteet (20 - 25) työkoneen pro-pulsiota varten, ja - toimintaa ohjaavan ohjausjärjestelmän (28), tunnettu siitä, että työkonejärjestelmä käsittää lisäksi: - ohjausjärjestelmään kytketyn anturin (34), joka on sovitettu seuraamaan voimansiirtolaitteiden toiminnallisen suureen muutoksia, jolloin seurattava toiminnallinen suure on sellainen, jonka muutos ennakoi voimansiirtolaitteiden kuormituksen kasvua esteen ylittämisen aikana, ja - ohjausjärjestelmä on toiminnallisen suureen muutoksen kompensoimiseksi sovitettu ohjaamaan voimanlähdettä (19) tai voimansiirtolaitteita (20 - 25), tai niitä molempia, esteen ylittämiseksi, kun ohjausjärjestelmän havaitsema toiminnallisen suureen muutoksen on ennaltamäärät-tyä raja-arvoa suurempi.

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen työkonejärjestelmä, tunnettu siitä, että ohjausjärjestelmä on sovitettu suorittamaan em. kompensointi erityisesti silloin, kun a) ohjausjärjestelmän havaitsema toiminnallisen suureen muutosnopeus on ennaltamäärättyä raja-arvoa suurempi, tai kun b) ohjausjärjestelmän havaitsema toiminnallisen suureen absoluuttinen tai suhteellinen muutos ennalta asetetussa aikavälissä on ennaltamäärättyä raja-arvoa suurempi.

12. Patenttivaatimuksen 10 tai 11 mukainen työkonejärjestelmä, tunnettu siitä, että ohjausjärjestelmä (28) on sovitettu ohjaamaan voimansiirtolaitteita (20 - 24) niin, että työkoneen nopeus alenee esteen ylittämiseksi.

13. Jonkin patenttivaatimuksen 10-12 mukainen työkonejärjestelmä, tunnettu siitä, että kyseinen anturi (35) on sovitettu mittaamaan voimansiirtolait-teiden hydraulista painetta.

14. Jonkin patenttivaatimuksen 10-13 mukainen työkonejärjestelmä, tunnettu siitä, että työkoneena on maastossa liikkuva metsäkone.

15. Metsäkone, erityisesti maastossa liikkuva kuormakone, tunnettu siitä että se käsittää patenttivaatimuksen 10 mukaisen työkonejärjestelmän.