DE10058980A1

DE10058980A1 - System und Verfahren zur automatischen Steuerung eines Arbeitswerkzeuges einer Erdbewegungsmaschine basierend auf diskreten Drehmomentwerten

Info

Publication number: DE10058980A1
Application number: DE2000158980
Authority: DE
Inventors: David J Rocke
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1999-12-15
Filing date: 2000-11-28
Publication date: 2001-08-09
Also published as: AU7155300A; US20010056319A1; JP4993805B2; JP2001214466A; AU772902B2; US6385519B2

Abstract

Ein Verfahren und ein System zur automatischen Steuerung eines Arbeitswerkzeuges einer Erdbewegungsmaschine mit Rädern wird offenbart, wobei das Arbeitswerkzeug eine Schaufel aufweist, um Material aufzunehmen, anzuheben und abzulassen, wobei die Schaufel steuerbar von einem hydraulischen Kippzylinder und mindestens einem hydraulischen Hubzylinder betätigt wird, und zwar basierend auf diskreten Drehmomentwerten. Das Steuersystem weist einen Drehmomentanzeigemechanismus auf, der einen repräsentativen Wert für die Größe des Drehmomentes liefert, das auf die Räder der Erdbewegungsmaschine aufgebracht wird, weiter eine elektronische Steuervorrichtung zur Aufnahme des repräsentativen Drehmomentwertes von dem Drehmomentanzeigemechanismus und zur Bestimmung, ob der repräsentative Wert des Drehmoments, der von dem Drehmomentanzeigemechanismus aufgenommen wird, einen ersten vorbestimmten Wert überschreitet, und dann zur darauf ansprechenden Erzeugung eines ersten Befehlssignals, und eine hydraulische Werkzeugsteuervorrichtung zur Steuerung des Hydraulikströmungsmittelflusses zum hydraulischen Kippzylinder in einer vorbestimmten Sequenz, die ansprechend auf das erste Befehlssignal aktiviert wird, wobei der hydraulische Kippzylinder steuerbar die Schaufel der Erdbewegungsmaschine betätigt, um Material von einem Haufen zu entfernen.

Description

Technisches Gebiet

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Steuer system zur automatischen Steuerung eines Arbeitswerk zeuges einer Erdbewegungsmaschine mit Rädern, und ins besondere auf ein Steuersystem, das die Hydraulikzy linder einer Erdbewegungsmaschine basierend auf dis kreten bzw. getrennten Werten des Ausgangsdrehmomentes steuert das, an die Räder der Erdbewegungsmaschine ge liefert wird. Dieses Ausgangsdrehmoment muß nicht phy sisch an den Rädern gemessen werden sondern kann aus einer anderen korrelativen bzw. damit in Beziehung stehenden Eingangsgröße abgeleitet werden und dann be rechnet werden.

Technischer Hintergrund

Im allgemeinen werden Erdbewegungsmaschinen, wie bei spielsweise Radlader, Bagger, Raupenlader und ähnliches zur Bewegung von Materialmassenmengen verwendet. Diese Erdbewegungsmaschinen haben Arbeitswerkzeuge, die eine Schaufel aufweisen können. Die Schaufel wird steuerbar von mindestens einem Hydraulikzylinder betätigt. Der Be diener führt typischerweise eine Abfolge von getrennten Aufnahme-, Hub-, und Materialladeoperationen aus.

Ein typischer Arbeitszyklus kann aufweisen, daß ein Be diener zuerst die Schaufel auf einem Materialhaufen posi tioniert. Die Schaufel wird dann abgesenkt, so daß das Arbeitswerkzeug nahe der Erdoberfläche und in der Nähe zu einem Materialhaufen ist. Der Bediener leitet dann die Schaufel vorwärts zum Eingriff mit dem Materialhaufen, was in anderer Weise als "Aufnahme" bekannt ist. Dieses Leiten der Schaufel kann die Bewegung der gesamten Erdbe wegungsmaschine vorsehen. Der Bediener steuert dann dar auffolgend die Schaufel, um das Arbeitswerkzeug durch den Haufen anzuheben, um die Schaufel zu füllen und das Mate rial anzuheben. Der Bediener kippt dann die Schaufel zu rück, um das Material aufzunehmen. Der Bediener bewegt dann die Erdbewegungsmaschine zu einer erwünschten Ziel stelle, beispielsweise einem Kipplastwagen, und läßt das aufgenommene Material aus der Schaufel herausfallen. Der Bediener bewegt dann die Erdbewegungsmaschine zurück zu dem Materialhaufen, um diesen Arbeitszyklus insgesamt wieder zu starten.

Es gibt zahlreiche Probleme, die mit diesem manuellen Prozeß in Beziehung stehen. Bei einem menschlichen Bedie ner kann die Erdbewegungsmaschine nicht konstant in allen Umgebungen und für verlängerte Arbeitszeiten produktiv sein. Der menschliche Bediener kann auch nicht die volle Ansammlungs- bzw. Aufnahmekapazität der Erdbewegungsma schine verwenden. Herkömmliche automatisierte Ladezyklen jedoch beginnen den Rückkippteil des Arbeitszyklusses so fort nach dem Überschreiten der ordnungsgemäßen Schwelle des hydraulischen Druckes, wodurch unnötiger Weise Lei stung an das Hydrauliksystem während des Aufnahmeteils des Arbeitszyklusses abgeleitet wird. Zusätzlich kann der menschliche Bediener die Schaufel zu weit kippen, was übermäßig durch den Materialhaufen hindurch brechen kann und die Hubkraft absenken kann, was dazu führt, daß die Räder durchrutschen.

Das US-Patent 3,782,572, ausgegeben an Gautler offenbart ein hydraulisches Steuersystem, welches einen Hubzylinder steuert, um einen Radkontakt mit der Erde zu halten, und zwar durch Überwachung des assoziierten Raddrehmomentes. Das US-Patent 5,528,843, ausgegeben an Rocke offenbart ein Steuersystem zur Aufnahme von Material, welches se lektiv maximale Hub- und Kippsignale ansprechend auf ab gefühlte Hydraulikdrücke liefert. Die internationale An meldung Nr. WO 95/33896 von Daysis und anderen offenbart das Umkehren der Richtung des Strömungsmittelflusses zum Hydraulikzylinder, wenn die Schaufelkräfte zulässige Grenzen überschreiten. Keines der Systeme jedoch verwen det einen vorbestimmten Wert des Ausgangsdrehmomentes, wie es über den Antriebsstrang auf die Räder einer Ar beitsmaschine aufgebracht wird, als den Zustand, der dem Aufbringen von Leistung auf die Hydraulikmittel und dem Eintreten in den Rückkippteil des Arbeitszyklusses voran geht.

Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme zu überwinden.

Offenbarung der Erfindung

Gemäß eines Aspektes dieser Erfindung wird ein Steuersy stem offenbart, um automatisch ein Arbeitswerkzeug einer Erdbewegungsmaschine zu steuern, die Räder hat, wobei das Arbeitswerkzeug eine Schaufel aufweist, um Material auf zunehmen, anzuheben und abzulassen, wobei die Schaufel steuerbar von einem hydraulischen Kippzylinder betätigt wird, und wobei mindestens ein hydraulischer Hubzylinder offenbart wird. Das Steuersystem weist einen Drehmo mentanzeigemechanismus auf, der einen repräsentativen Wert für eine Drehmomentgröße liefert, die auf die Räder der Erdbewegungsmaschine aufgebracht wird, eine elektro nische Steuervorrichtung zur Aufnahme des repräsentativen Drehmomentwertes von dem Drehmomentanzeigemechanismus und zur Bestimmung, ob der repräsentative Wert des Drehmo ments, der von dem Drehmomentanzeigemechanismus aufgenom men wurde, einen ersten vorbestimmten Wert überschreitet, und dann zur Erzeugung eines ersten Befehlssignals, und eine hydraulische Werkzeugsteuervorrichtung zur Steuerung des Hydraulikströmungsmittelflusses zum hydraulischen Hubzylinder in einer vorbestimmten Sequenz, die anspre chend auf das erste Befehlssignal aktiviert wurde, wobei der hydraulische Kippzylinder steuerbar die Schaufel der Erdbewegungsmaschine betätigt, um Material von einem Hau fen wegzunehmen.

Gemäß eines weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Steuerung eines Arbeitswerkzeuges einer Erdbewegungsmaschine mit Rädern offenbart, wobei das Arbeitswerkzeug eine Schaufel aufweist, um Material aufzunehmen, anzuheben und abzulassen, wobei die Schaufel steuerbar von einem hydraulischen Kippzylinder betätigt wird, und mindestens einem hydraulischen Hubzylinder be tätigt wird. Das Verfahren weist die Schritte auf, einen repräsentativen Wert des Drehmomentes zu liefern, das auf die Räder der Erdbewegungsmaschine aufgebracht wird, und zwar mit einem Drehmomentanzeigemechanismus, weiter das repräsentative Drehmomentwertsignal von dem Drehmomentan zeigemechanismus aufzunehmen und zu bestimmen, ob der re präsentative Wert des Drehmoments, der von dem Drehmo mentanzeigemechanismus aufgenommen wurde, einen ersten vorbestimmten Wert überschreitet, und dann das darauf an sprechende Erzeugen eines ersten Befehlssignals mit einer elektronischen Steuervorrichtung, und die Steuerung des Hydraulikströmungsmittelflusses zu dem hydraulischen Kippzylinder in einer vorbestimmten Sequenz, die anspre chend auf das erste Befehlssignal mit dem hydraulischen Kippzylinder aktiviert wird, und zwar mit einer hydrauli schen Werkzeugsteuervorrichtung, wodurch steuerbar die Schaufel der Erdbewegungsmaschine betätigt wird, um das Material von einem Haufen wegzunehmen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung sei Bezug genommen auf die beigefügten Zeichnungen, in denen die Figuren folgendes darstellen:

Fig. 1 eine diagrammartige Ansicht eines Arbeitswerk zeuges einer Erdbewegungsmaschine;

Fig. 2 ein Hardware- bzw. Komponentenblockdiagramm von verschiedenen Aspekten eines Steuersystems für eine Erdbewegungsmaschine, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht;

Fig. 3A und 3B ein Flußdiagramm, das Software bzw. Pro gramme zur automatischen Steuerung einer Schau fel einer Erdbewegungsmaschine veranschaulicht, um Material aufzunehmen, anzuheben und abzulas sen, und zwar basierend auf diskreten oder ge trennten Werten eines Ausgangsdrehmomentes, das an die Räder einer Erdbewegungsmaschine gelie fert wird;

Fig. 4A und 4B Flußdiagramme, die ein erstes alternati ves Ausführungsbeispiel der Programme zur auto matischen Steuerung einer Schaufel einer Erdbe wegungsmaschine veranschaulichen, um Material aufzunehmen, anzuheben und abzulassen, und zwar basierend auf diskreten bzw. getrennten Werten des Ausgangsdrehmomentes, das an die Räder der Erdbewegungsmaschine geliefert wird, und zwar entsprechend den Fig. 3A und 3B, wobei diese auch bestimmen, ob die Kraft der Hydraulikzy linder einen vorherbestimmten Prozentsatz eines primären Hydraulikentlastungsventils über schreitet, bevor sie in eine vorbestimmte Se quenz eintreten und dann steuerbar die Schaufel der Erdbewegungsmaschine betätigen, um das Ma terial von einem Haufen wegzunehmen; und

Fig. 5A und 5B ein Flußdiagramm, das ein zweites alter natives Ausführungsbeispiel des Programms zur automatischen Steuerung einer Schaufel einer Erdbewegungsmaschine veranschaulicht, um Mate rial aufzunehmen, anzuheben und abzulassen, und zwar basierend auf den getrennten Werten des Ausgangsdrehmomentes, das an die Räder der Erd bewegungsmaschine geliefert wird, und zwar ge mäß der Fig. 3A und 3B, wobei es auch be stimmt, ob die Kraft des (der) hydraulischen Hubzylinder unter einen vorbestimmten Grenzwert oder einen vorbestimmten Schwellenwert vor dem Eintreten in eine vorbestimmte Sequenz fällt und dann steuerbar die Schaufel der Erdbewe gungsmaschine betätigt, um Material von einem Haufen wegzunehmen.

Bester Weg zur Ausführung der Erfindung

Mit Bezug auf die Zeichnungen und anfänglich auf Fig. 1 ist ein automatisches Schaufelladesystem im allgemeinen durch das Bezugszeichen 10 bezeichnet. Fig. 1 veran schaulicht nur einen vorderen Teil einer mit Rädern ver sehenen Erdbewegungsmaschine 12 mit einem Arbeitswerkzeug 14 und Rädern 13, während die vorliegende Erfindung auf eine große Vielzahl von Maschinen anwendbar ist, wie bei spielsweise auf Raupenlader und andere Maschinen mit ähn lichen Materialladewerkzeugen, wie beispielsweise Bagger, wobei sie jedoch nicht auf diese eingeschränkt sind. Das Arbeitswerkzeug 14 kann eine Schaufel 16 aufweisen, die mit einer Hubarmanordnung 18 verbunden ist. Jedoch kann irgendeine von einer großen Vielzahl von Vorrichtungen zur Aufnahme, zum Anheben und zum Abladen eines Material haufens 23 als die Schaufel 16 wirken. Die Hubarmanord nung 18 wird schwenkbar durch ein Paar von Hydraulikhub zylindern 20 (von denen nur einer gezeigt ist) betätigt, und zwar um ein Paar von Hubarmschwenkstiften 22 (von de nen nur einer gezeigt ist), die an dem Rahmen der mit Rä dern versehenen Erdbewegungsmaschine 12 angebracht sind.

Ein Paar von Hubarmlasttragschwenkstiften 24 (von denen nur einer gezeigt ist) ist an der Hubarmanordnung 18 und den Hydraulikzylindern 20 angebracht. Die Schaufel 16 wird auch von einem hydraulischen Kippzylinder 26 gekippt oder "nach hinten geschwenkt".

Mit Bezug auf Fig. 2, die ein Blockdiagramm eines elek trohydraulischen Steuersystems ist, das im allgemeinen vom Bezugszeichen 120 angezeigt wird, ist ein Ausfüh rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den zuvor in Fig. 1 erwähnten Komponenten gezeigt. Obwohl diese Erfindung dies nicht erfordert und ein vor bestimmtes Hub- und Kippmuster vorzugsweise verwendet wird, wird das optimale Ausführungsbeispiel wahrschein lich Positionssensoren 121 und 122 und Kraftsensoren 124, 125 und 126 aufweisen.

Die Hub- und Kipppositionssensoren 121 und 122 erzeugen jeweils Positionssignale ansprechend auf die Position der Schaufel 16 mit Bezug auf die mit Rädern versehene Erdbe wegungsmaschine 12 durch Abfühlen der Kolbenstangenaus dehnung der hydraulischen Hub- und Kippzylinder 20 bzw. 26. Funkfrequenz- bzw. Hochfrequenzresonanzsensoren, wie beispielsweise jene, die im US-Patent 4,737,705 von Bitar und anderen offenbart wurden, können zu diesem Zweck ver wendet werden, oder alternativ kann die Position direkt aus den Arbeitswerkzeugverbindungswinkelmessungen unter Verwendung von Drehpotentiometern, von Jo-Jo-Sensoren bzw. Wickel- oder Seilzugsensoren oder ähnlichem abgelei tet werden, um die Drehung an den Hubarmschwenkstiften 22 und den Hubarmlasttragschwenkstiften 24 zu messen.

Kraftsensoren 124, 125 und 126 erzeugen Signale, die die Hydraulikkräfte darstellen, die auf die Schaufel 16 aus geübt werden, und zwar vorzugsweise durch Abfühlen der Drücke in dem (den) hydraulischen Hubzylinder (n) 20 und alternativ im hydraulischen Kippzylinder 26. Der (die) hydraulische Hubzylinder 20 wird (werden) nicht während der Belastung zurückgezogen, daher ist ein Sensor nur am Kopfende des hydraulischen Hubzylinders 20 vorgesehen, das typischerweise orientiert ist, um eine Aufwärtsbewe gung vorzusehen. Sensoren können jedoch sowohl an den Kopf- als auch den Stangenenden des hydraulischen Hubzy linders 26 vorgesehen werden, um Kraftbestimmungen sowohl während des Zurückkippens als auch während des Vorkippens der Schaufel 16 zu gestatten, wenn dies bei einer spezi ellen Steuerstrategie geeignet ist. Die Drucksignale kön nen in entsprechende Kraftwerte umgewandelt werden, und zwar durch Multiplikation mit einem Gain- bzw. Verstär kungsfaktor, der die jeweiligen Querschnittsflächen der Kolbenenden des hydraulischen Kippzylinders 26 darstellt. Die repräsentative Kraft F_T des hydraulischen Kippzylin ders 26 entspricht der Differenz zwischen dem Produkt des Kopfendendruckes und der Fläche und dem Produkt des Stan genendendruckes und der Fläche:

F_T = P_H.A_H-P_R.A_R

In einem alternativen Ausführungsbeispiel können Lastzel len bzw. Kraftmeßdosen oder ähnliche Vorrichtungen als die Kraftsensoren 124, 125 und 126 verwendet werden, die an den Verbindungen bzw. Gelenken des Arbeitswerkzeuges gelegen sind.

Dies ist der einzige Aspekt des elektrohydraulischen Steuersystems 120, der sowohl Positions- als auch Ver schiebungssensoren und eine Vielzahl von assoziierten Steueralgorithmen aufweisen kann.

Das Drehmomentwandlerausgangsdrehmoment T, das an die Rä der 13 geliefert wird, ist eine Funktion der Drehmoment wandlereingangs- und -ausgangsdrehzahlen, die typischer weise am Motor und am Antriebsstrang 28 entweder auf der Getriebeachse oder der Drehmomentwandlerausgangsachse ab gefühlt wird. In dieser Patentanmeldung muß das Ausgangs drehmoment T nicht physikalisch gemessen werden und kann aus anderen Messungen an zahlreichen Punkten zwischen dem (nicht gezeigten) Motor und den Rädern 13 abgeleitet oder berechnet werden. Das Getriebe, der Gang und die Motor drehzahl können leicht von einer Getriebesteuervorrich tung 136 überwacht werden, und zwar unter Verwendung von passiven Aufnehmern, wie beispielsweise einem Getriebeum drehungssensor 134 und einem Motorumdrehungssensor 135, die elektrische Signale erzeugen, die die Drehfrequenz darstellen, wie beispielsweise aus durchlaufenden Zahn radzähnen. Eine Drehmomentwandlerleistungstabelle, die für eine spezielle Drehmomentwandlerkonstruktion einzig artig ist, stellt tabellenartig das Wandlerausgangs drehmoment für gegebene Drehmomentwandlereingangs- und -ausgangsdrehzahlen dar.

Die Maschinenfahrgeschwindigkeit S wird in ähnlicher Wei se als eine Funktion der abgefühlten Drehmomentwandler ausgangswellen- oder -achsendrehzahl des Getriebes be stimmt, und zwar mit entsprechender Kompensation bezüg lich der Getriebeuntersetzung oder anderer Zahnradunter setzungen, die im Antriebsstrang 28 vorhanden sind.

Die Positions-, Kraft- und Drehzahlsignale können an eine Signalkonditioniervorrichtung 127 geliefert werden, und zwar zur herkömmlichen Signalerregung und Filterung. Die konditionierten Signale werden dann an eine elektronische Steuervorrichtung 128 geliefert. Die elektronische Steu ervorrichtung 128 kann ein Mikroprozessor basiertes Sy stem sein, welches arithmetische Einheiten verwendet, um Prozesse entsprechend den Softwareprogrammen zu steuern. Die elektronische Steuervorrichtung 128 kann einen Pro zessor, wie beispielsweise einen Mikroprozessor aufwei sen, ist jedoch nicht darauf eingeschränkt; jedoch wird irgendeine von einer großen Vielzahl von Berechnungsvor richtungen ausreichen. Die elektronische Steuervorrich tung 128 weist vorzugsweise eine Speichervorrichtung 146 und eine (nicht gezeigte) Uhr bzw. einen Taktgeber auf, ist jedoch nicht darauf eingeschränkt, und ist repräsen tativ sowohl für Fließkommaprozessoren als auch für Fest kommaprozessoren. Die elektronische Steuervorrichtung 128 ist betreibbar, um Informationen von einer Vielzahl von Sensoren und anderen Vorrichtungen aufzunehmen, die mit dem automatischen Schaufelladesystem 10 assoziiert sind. Typischerweise werden die Programme in der Speichervor richtung 146 gespeichert, die ein Lesespeicher bzw. ROM, ein Arbeitsspeicher bzw. RAM oder ähnliches sein kann, die jedoch nicht darauf beschränkt ist, wobei diese typi scherweise eine Komponente der elektronischen Steuervor richtung 128 ist.

Zusätzlich verwendet die elektronische Steuervorrichtung 128 arithmetische Einheiten zur Erzeugung von Signalen, die jene nachahmen, die von manuellen Steuerhebeleingaben 130 erzeugt werden, beispielsweise von einem Joystick bzw. Steuerhebel, und zwar gemäß der Softwareprogramme, die in der Speichervorrichtung 146 gespeichert sind. Durch Nachahmung von Befehlssignalen, die die erwünschte Hub/Kipp-Zylinderbewegungsrichtung und -geschwindgkeit darstellen, die gewöhnlicherweise von manuellen Steuerhe beleingaben 130 geliefert werden, kann die vorliegende Erfindung vorteilhafterweise bei existierenden Maschinen nachgerüstet werden, und zwar durch Verbindung mit einer programmierbaren Werkzeugsteuervorrichtung 129 parallel zu den manuellen Steuerhebeleingängen 130 oder in diese eingreifend. Alternativ kann eine integrierte elektroni sche Steuervorrichtung vorgesehen werden durch Kombinati on der elektronischen Steuervorrichtung 128 und einer programmierbaren Werkzeugsteuervorrichtung 129 in einer einzigen Einheit, um die Anzahl der Komponenten zu ver ringern. Ein Maschinenbediener kann optional Steuerspezi fikationen eingeben, wie beispielsweise Materialzustand seinstellungen, wie im folgenden besprochen, und zwar durch eine Bedienerschnittstelle 131, wie beispielsweise eine alphanumerische Tastatur, Wählvorrichtungen, Schal ter oder einen berührungsempfindlichen Anzeigeschirm.

Die programmierbare Werkzeugsteuervorrichtung 129 weist Hydraulikschaltungen mit Kipp- und Hubzylindersteuerven tilen 132 bzw. 133 auf, um die Rate zu steuern, mit der unter Druck gesetztes Hydraulikströmungsmittel zu den je weiligen hydraulischen Hub- und Kippzylindern 20 bzw. 26 fließt, und zwar proportional zu den empfangenen Ge schwindigkeitsbefehlssignalen, in einer Weise, die dem Fachmann wohlbekannt ist. Hub- und Kipphydraulikzylinder geschwindigkeitsbefehlssignale werden zur Abkürzung im folgenden als Hub- oder Kippbefehle oder Hub- oder Kipp befehlssignale bezeichnet. Die Ausgangsgröße der manuel len Steuerhebeleingaben 130 bestimmt die Bewegungsrich tung und Geschwindigkeit des Arbeitswerkzeuges 14.

Im Betrieb steuert die elektronische Steuervorrichtung 128 die Bewegung der Schaufel 16 unter Verwendung von Be fehlssignalen. Eine Arbeitsmaschine, wie beispielsweise eine mit Rädern versehene Erdbewegungsmaschine 12 wird zu dem Materialhaufen 23 hin getrieben, der aufzuladen ist, wobei der Boden der Schaufel 16 nahezu ausgerichtet und in der Nähe zum Erdboden ist. Nachdem eine Spitze der Schaufel 16 mit dem Materialhaufen 23 in Berührung kommt und beginnt dorthinein zu graben, werden Befehlssignale erzeugt, um die Schaufel 16 durch den Materialhaufen 23 zu heben und nach hinten zu kippen, während die mit Rä dern versehene Erdbewegungsmaschine 12 weiter auf den Rä dern 13 nach vorne angetrieben wird, was im folgenden als "Ansammeln" oder "Aufnehmen" des Materialhaufens 23 be zeichnet wird. Das Antriebsstrangdrehmoment T der mit Rä dern versehenen Erdbewegungsmaschine 12 wird überwacht, und dieser Parameter steigt als eine Folge des Widerstan des, der von der Schaufel 16 angetroffen wird. Wenn dies die anfängliche Durchdringung der Schaufel 16 ist, und wenn eine vorbestimmte Hubzylinderkraft überschritten wird, dann wird im wesentlichen die gesamte Leistung in der mit Rädern versehenen Erdbewegungsmaschine 12 zum An triebsstrang 28 geleitet, wobei eine minimale Leistung auf die Hydraulikmittel angewandt wird, die das Arbeits werkzeug 14 steuern, wobei sehr wenig Leistung falls überhaupt auf die Hubzylindersteuerventile 133 aufgewandt wird. Dies wird nur auftreten, nachdem diese vorbestimmte Hubzylinderkraft überschritten wird, was anzeigt, daß die Räder 13 der mit Rädern versehenen Erdbewegungsmaschine 12 eine gute Traktion haben, um diese wesentliche Ablei tung der Leistung zum Antriebsstrang 28 zu gestatten. Dies bietet eine maximale Durchdringung und den vollen Eingriff der Schaufel 16 in den Materialhaufen 23. Das Antriebsstrangdrehmoment T der mit Rädern versehenen Erd bewegungsmaschine 12 fährt fort, sich aufzubauen, bis das Antriebsstrangdrehmoment einen ersten vorbestimmten Wert oder Einstellpunkt A erreicht. Wenn dieser erste vorbe stimmte Wert oder Einstellpunkt A beträchtlich über schritten wird, kann ein Durchrutschen bzw. Abreißen des Drehmomentwandlers auftreten. An diesem Punkt der vollen Durchdringung tritt die mit Rädern versehene Erdbewe gungsmaschine 12 in eine vorbestimmte Kippbefehlssequenz ein, wobei die elektronische Steuervorrichtung 128 Be fehlssignale durch die programmierbare Werkzeugsteuervor richtung 129 zum Kippzylindersteuerventil 132 liefert, welches den hydraulischen Kippzylinder 126 betätigt. Die se vorbestimmte Kippbefehlssequenz wird erzeugt, um die Spitze der Schaufel 16 näher an die Oberfläche des Mate rials im Haufen 23 zu bewegen, was schließlich das An triebsstrangdrehmoment T verkleinert bzw. löst, und zwar durch Verringerung des Widerstandes des Materialhaufens 23, so daß die mit Rädern versehene Erdbewegungsmaschine 12 sich vorwärts bewegen kann, wenn das Material in der Schaufel 16 sich zum Hinterteil der Schaufel 16 bewegt.

Das Zurückkippen der Schaufel 16 in zu schneller Weise oder um zu viel kann die Schaufel 16 zur Oberfläche des Materialhaufens 23 bringen, bevor die Schaufel 16 voll war, und könnte die Kraft der hydraulischen Hubzylinder 20 verringern, was zu einem Durchrutschen der Räder 13 führt. Daher wird die vorbestimmte Kippbefehlssequenz ab geschaltet, wenn das Antriebsstrangdrehmoment unter einen zweiten vorbestimmten Wert oder Einstellpunkt B fällt.

Eine weitere Option könnte es sein, die vorbestimmte Kippbefehlssequenz beizubehalten, auch wenn das Antriebs strangdrehmoment T unter den zweiten vorbestimmten Wert oder Einstellpunkt B fällt, solange die Kraft des (der) hydraulischen Hubzylinder 20 einen vorbestimmten Prozent satz eines primären Hydraulikentlastungsventils 138 für das elektronische Steuersystem 120 für die mit Rädern versehene Erdbewegungsmaschine 12 überschreitet. Dieser Prozentsatz variiert abhängig von der Bauart, dem Her steller, der Größe und so weiter der Erdbewegungsmaschi ne. Ein nicht einschränkendes Beispiel von diesem Pro zentsatz wäre 110%.

Die Verteilungsbreite oder der Unterschied zwischen dem ersten vorbestimmten Wert oder Einstellpunkt A und dem zweiten vorbestimmten Wert oder Einstellpunkt B für das Drehmoment T des Antriebsstrangs 28 sollte nicht zu groß sein, was zu zu langen Perioden der Verkippung der Schau fel 16 oder zu zu kleinen Unterschieden führt, was dazu führt, daß eine mögliche Frequenz eines An-Aus-Zyklusses des vorbestimmten Kippbefehls weniger als ideal ist.

Der Verteilungsbereich kann zwischen Null (0) bis unge fähr fünfzig (50) Prozent und vorzugsweise zwischen vier (4) bis ungefähr fünfzehn (15) Prozent liegen. Dieser Verteilungsbereich oder diese Differenz kann stark vari ieren, und zwar abhängig von der speziellen Maschine, von dem Material und von den Vorlieben des Bedieners.

Es ist wichtig zu bemerken, daß der vorbestimmte Kippbe fehl für eine minimale Zeitperiode an oder aus bleiben muß, um ein Rütteln zu verhindern. Diese Zeitperiode ist abhängig von der Bauart, vom Hersteller und von der Größe der Erdbewegungsmaschine und des assoziierten Hydraulik systems.

Wenn die mit Rädern versehene Erdbewegungsmaschine 12 in der vorbestimmten Kippsequenz ist, kann im bevorzugten Ausführungsbeispiel ein Hydraulikfluß nur zu dem (den) hydraulischen Hubzylinder (n) 20 verfügbar sein, wenn der Fluß zu einem hydraulischen Kippzylinder 26 geringer ist als ein gewisser Prozentsatz. Wiederum ist dieser Pro zentsatz abhängig von der Bauart, vom Hersteller und von der Größe der Erdbewegungsmaschine und des assoziierten Hydrauliksystems und ist eine Funktion der Maschinenkon struktion.

Alternativ kann eine Kraftwertvorhersage verwendet wer den, um die Veränderungsrate dN = f(n-3)-f(n) der Kraft in dem (den) hydraulischen Hubzylinder (n) 20 zu berech nen, um vorherzusagen, wann die Hubkraft unter eine vor bestimmte Grenze fallen wird, die benötigt wird, um die hydraulische Verzögerung zu überwinden, die Veränderungs rate der Kraft in dem (den) hydraulischen Hubzylinder (n) 20 kann auch mit einer vorbestimmten Schwelle verglichen werden, um zu bestimmen, wie schnell die Hubkraft ein Ni veau erreichen könnte, was zu einem Schlupf der Räder 13 führen würde.

Die Programme zur automatischen Steuerung einer Schaufel 16 einer mit Rädern versehenen Erdbewegungsmaschine 12 zur Aufnahme und zum Anheben von Material von einer Quel lenstelle, beispielsweise von einem Materialhaufen 23, und zwar basierend auf diskreten bzw. getrennten Werten des Ausgangsdrehmomentes T des Antriebsstranges 28 wird nun mit Bezugnahme auf die Fig. 3A und 3B besprochen, die ein Flußdiagramm abbilden, und zwar im allgemeinen vom Bezugszeichen 200 bezeichnet, das die Computerpro grammanweisungen darstellt, die von der elektronischen Steuervorrichtung 128 ausgeführt werden, die in Fig. 2 gezeigt ist. Bei der Beschreibung der Flußdiagramme wird sich die funktionelle Erklärung, die mit Bezugszeichen in << bezeichnet wird, auf Flußdiagrammblöcke beziehen, die diese Nummer tragen.

Wie in den Fig. 3A und 3B gezeigt, und anfänglich in Fig. 3A, beginnt die Programmsteuerung anfänglich Pro grammschritt <210<, wobei eine MODE-Variable (MODE = Be triebszustand) auf IDLE (Leerlauf) gesetzt wird. MODE wird auf IDLE gesetzt ansprechend darauf, daß der Bedie ner einen Schalter betätigt, um eine automatisierte Bela dungssteuerung für die Schaufel 16 einzuschalten. Obwohl die Programmsteuerung im Leerlaufbetriebszustand ist, werden keine Befehlssignale automatisch erzeugt, wenn der Bediener nicht im wesentlichen die Schaufel 16 nahe der Erdoberfläche ausgerichtet hat. Eine Position der Schau fel 16 wird aus den hydraulischen Hub- und Kippzylindern 20 bzw. 26 abgeleitet, oder Positionssignale von den Hu barmschwenkstiften 22 und den Hubarmlasttragschwenkstif ten 24 können verwendet werden, um zu bestimmen, ob ein Boden der Schaufel 16 im wesentlichen mit dem Boden aus gerichtet ist und ihm nahe ist. Zusätzlich weisen abge fühlte Werte, die überwacht werden können, um sicherzu stellen, daß eine automatische Beladung der Schaufel 16 nicht zufällig oder unter Umständen eingeschaltet wird, folgende auf:

- Die Geschwindigkeit der mit Rädern versehenen Erdbe wegungsmaschine 12 innerhalb eines festgelegten Be reiches, wie beispielsweise zwischen einem oberen Drittel der Geschwindigkeit im ersten Gang und einer oberen Geschwindigkeit des zweiten Ganges;
- Die manuellen Steuerhebeleingänge 130 sind im we sentlichen in einer zentrierten neutralen Position (ein geringfügiger Befehl nach unten kann zugelassen werden, um ein Reinigen des Bodens zu gestatten); und
- Der Getriebeschalthebel (nicht gezeigt) ist in einem niedrigen Vorwärtsgang, beispielsweise im ersten bis dritten, und mindestens eine vorbestimmte Zeit ist nach dem letzten Heraufschalten vergangen.

Der Bediener leitet dann die mit Rädern versehene Erdbe wegungsmaschine 12 in den Materialhaufen 23, vorzugsweise nahe bei einer Maximalleistungseinstellung innerhalb des ausgewählten Getriebebereiches, zu dem Zeitpunkt, wenn man mit dem Materialhaufen 23 voll in Eingriff kommt.

Ein zweiter Programmschritt <220< ist es, den Material haufen 23 mit der Schaufel 16 zu berühren und damit in Eingriff zu kommen, während der Ansammlungs- bzw. Aufnah meprozeß mit der mit Rädern versehenen Erdbewegungsma schine 12 beginnt. Wenn dies die anfängliche Durchdrin gung der Schaufel 16 ist, und eine vorbestimmte Hubzylin derkraft überschritten wird, dann wird im wesentlichen die gesamte Leistung der mit Rädern versehenen Erdbewe gungsmaschine 12 zum Antriebsstrang 28 abgeleitet, wobei eine minimale Leistung auf die Hydraulikmittel aufge bracht wird, die das Arbeitswerkzeug 14 steuern, wobei sehr wenig Leistung falls überhaupt auf die Hubzylinder steuerventile 133 aufgebracht wird. Dies wird nur auftre ten, nachdem diese vorbestimmte Hubzylinderkraft über schritten worden ist, was anzeigt, daß die Räder 13 der mit Rädern versehenen Erdbewegungsmaschine 12 eine gute Traktion haben, um diese wesentliche Ableitung der Lei stung zum Antriebsstrang 28 zu gestatten.

Ein dritter Programmschritt <230< ist eine Bestimmung, ob das Drehmoment B des Antriebsstrangs 28 der mit Rädern versehenen Erdbewegungsmaschine 12 einen ersten vorbe stimmten Wert überschreitet. Wenn die Antwort auf diese Anfrage negativ ist, werden die Programmschritte <220< und <230< kontinuierlich wiederholt. Wenn die Antwort auf diese Anfrage positiv ist, schreitet das Softwareprogramm zu einem vierten Programmschritt <240< voran.

Ein vierter Programmschritt <240< verwendet eine vorbe stimmte Kippsequenz, die die Schaufel 16 der mit Rädern versehenen Erdbewegungsmaschine 12 miteinschließt. Dies gestattet, daß die Schaufel 16 nach oben schneidet bzw. eingreift, während sie Material zum hinteren Teil der Schaufel 16 gleiten läßt. Diese vorbestimmte Kippsequenz vermeidet auch ein Absterben bzw. Abrutschen oder Durchrutschen des Antriebsstranges 28.

Ein fünfter Programmschritt <250< ist eine Bestimmung, ob das Antriebsstrangdrehmoment T der mit Rädern versehenen Erdbewegungsmaschine 12 unter einen zweiten vorbestimmten Wert fällt. Wenn die Antwort auf diese Anfrage negativ ist, dann schreitet das Softwareprogramm zu einem sech sten Programmschritt <260< voran, wie in Fig. 3B ge zeigt, der bestimmt, ob eine Rückkipp- und Haltesequenz bei der mit Rädern versehenen Erdbewegungsmaschine 12 aufgetreten ist. Wenn die Antwort auf diese Frage negativ ist, werden die Programmschritte <240<, <250< und <260< wiederholt. Wenn die Antwort auf die Frage im Pro grammschritt <260< positiv ist, dann wird die Rückkipp- und Haltesequenz vollendet, wobei Material von dem Mate rialhaufen 23 entfernt wird, wie bei einem siebten Pro grammschritt <270<. Das Anheben kann in dieser Sequenz eingeschlossen sein, jedoch ist das Anheben typischerwei se kein Aspekt dieser Sequenz.

Falls die Antwort auf die Frage im fünften Programm schritt <250<, der die Bestimmung aufweist, ob das An triebsstrangdrehmoment T der mit Rädern versehenen Erdbe wegungsmaschine 12 unter einen zweiten vorbestimmten Wert fällt, positiv ist, dann schreitet das Softwareprogramm voran zum achten Programmschritt <280<, der die vorbe stimmte Kippsequenz unterbricht und im wesentlichen die gesamte Leistung zum Antriebsstrang 28 der mit Rädern versehenen Erdbewegungsmaschine 12 ableitet, während der Aufnahme- bzw. Ansammlungsprozeß fortgeführt wird, um mit dem Materialhaufen 23 in Eingriff zu kommen.

Ein neunter Programmschritt bestimmt, ob das Antriebs strangdrehmoment T der mit Rädern versehenen Erdbewe gungsmaschine 12 einen dritten vorbestimmten Wert über schreitet <290<. Dieser dritte vorbestimmte Wert ist ty pischerweise ähnlich falls nicht identisch mit dem ersten vorbestimmten Wert, jedoch kann abhängig von der Konfigu ration der mit Rädern versehenen Erdbewegungsmaschine 12 dieser dritte vorbestimmte Wert ein anderer sein als der erste vorbestimmte Wert. Falls die Antwort auf diese Fra ge negativ ist, dann werden die Programmschritte <280< und <290< kontinuierlich wiederholt. Wenn die Antwort auf diese Anfrage positiv ist, dann geht das Softwareprogramm zum Programmschritt <240<, um wiederum die vorbestimmte Kippsequenz zu verwenden, und hoffentlich, außer bei ei ner erneuten Ableitung in den Programmschritt <280<, die Rückkipp- und Haltesequenz mit den Programmschritten <250< bis <270< vollenden wird.

Die Programme für ein erstes alternatives Ausführungsbei spiel zur automatischen Steuerung einer Schaufel 16 einer mit Rädern versehenen Erdbewegungsmaschine 12 zur Aufnah me und zum Anheben von Material von einer Quellenstelle, beispielsweise von einem Materialhaufen 23, basierend auf diskreten Werten des Antriebsstrangausgangsdrehmomentes T unter Verwendung einer Option, die bestimmt, ob die Kraft des (der) hydraulischen Hubzylinder 20 einen vorbestimm ten Prozentsatz eines primären Hydraulikentlastungsven tils 138 überschreitet, wird nun mit Bezugnahme auf die Fig. 4A und 4B und anfänglich auf Fig. 4A besprochen, die ein Flußdiagramm abbildet, welches im allgemeinen durch das Bezugszeichen 300 angezeigt wird, welches die Computerprogrammanweisungen darstellt, die von der elek tronischen Steuervorrichtung 128 ausgeführt werden, wie in Fig. 2 gezeigt. In der Beschreibung der Flußdiagramme werden sich die funktionellen Erklärungen, die mit Be zugszeichen in << (Winkelklammern), <nnn< beziehen, auf Flußdiagrammblöcke beziehen, die diese Nummer tragen.

Wie in Fig. 4A gezeigt, beginnt die Programmsteuerung wie beim obigen Softwareprogramm anfänglich im Programm schritt <310<, wobei eine MODE-Variable (MODE = Betriebs zustand) auf IDLE (Leerlauf) gesetzt wird. Der Bediener leitet dann die mit Rädern versehene Erdbewegungsmaschine 12 in den Materialhaufen 23 vorzugsweise nahe an der Ein stellung mit maximaler Leistung innerhalb des ausgewähl ten Gangbereiches, und zwar zu dem Zeitpunkt, wenn der Materialhaufen 23 voll in Eingriff steht.

Ein zweiter Programmschritt <320< bedeutet der Kontakt und Eingriff des Materialhaufens 23 mit der Schaufel 16, während der Aufnahmeprozeß mit der mit Rädern versehenen Erdbewegungsmaschine 12 beginnt. Wenn dies die anfängli che Durchdringung der Schaufel 16 ist, und eine vorbe stimmte Hubzylinderkraft überschritten wird, dann wird im wesentlichen die gesamte Leistung der mit Rädern versehe nen Erdbewegungsmaschine 12 zum Antriebsstrang 28 abge leitet, wobei eine minimale Leistung auf die Hydraulik mittel angewandt wird, die das Arbeitswerkzeug 14 steu ern, wobei sehr wenig Leistung falls überhaupt auf die Hubzylindersteuerventile 133 aufgebracht wird. Dies wird nur dann auftreten, nachdem diese vorbestimmte Hubzylin derkraft überschritten wurde, was anzeigt, daß die Räder 13 der mit Rädern versehenen Erdbewegungsmaschine 12 eine gute Traktion haben, um diese wesentliche Ableitung der Leistung zum Antriebsstrang 28 zu gestatten.

Ein dritter Programmschritt <330< ist eine Bestimmung, ob das Antriebsstrangdrehmoment T der mit Rädern versehenen Erdbewegungsmaschine 12 einen ersten vorbestimmten Wert überschreitet. Falls die Antwort auf diese Frage negativ ist, werden die Programmschritte <320< und <330< kontinu ierlich wiederholt. Wenn die Antwort auf diese Frage po sitiv ist, dann geht das Softwareprogramm zum vierten Programmschritt <340< voran.

Ein vierter Programmschritt <340< verwendet eine vorbe stimmte Kippsequenz, die die Schaufel 16 der mit Rädern versehenen Erdbewegungsmaschine 12 miteinschließt. Dies gestattet, daß die Schaufel 16 nach oben schneidet bzw. fährt, während sie das Material zum hinteren Teil der Schaufel 16 gleiten läßt. Diese vorbestimmte Kippsequenz vermeidet auch das Absterben bzw. Ruckeln des Antriebs stranges 28.

Ein fünfter Programmschritt <350< ist eine Bestimmung, ob das Antriebsstrangdrehmoment T der mit Rädern versehenen Erdbewegungsmaschine 12 unter einen zweiten vorbestimmten Wert fällt. Wenn die Antwort auf diese Frage negativ ist, dann schreitet das Softwareprogramm zu einem sechsten Programmschritt <360< voran, wie in Fig. 4B gezeigt, der bestimmt, ob eine Rückkipp- und Haltesequenz bei der mit Rädern versehenen Erdbewegungsmaschine 12 aufgetreten ist. Wenn die Antwort auf diese Frage negativ ist, dann werden die Programmschritte <340<, <350< und <360< wie derholt. Wenn die Antwort auf die Frage im Programm schritt <360< positiv ist, dann wird die Rückkipp- und Haltesequenz als siebter Programmschritt <370< vollendet. Das Anheben kann in dieser Sequenz enthalten sein, jedoch ist das Anheben typischerweise kein Aspekt dieser Se quenz.

Wenn die Antwort auf die Frage im fünften Programmschritt <350<, die Bestimmung aufweist, ob das Antriebsstrang drehmoment T der mit Rädern versehenen Erdbewegungsma schine 12 unter einen zweiten vorbestimmten Wert fällt, positiv ist, dann schreitet das Softwareprogramm voran zum achten Programmschritt <380<, der die vorbestimmte Kippsequenz unterbricht und im wesentlichen die gesamte Leistung vom elektrohydraulischen Steuersystem 120 der mit Rädern versehenen Erdbewegungsmaschine 12 zum An triebsstrang 28 der mit Rädern versehenen Erdbewegungsma schine 12 ableitet, während der Aufnahmeprozeß fortge führt wird, um mit dem Materialhaufen 23 in Eingriff zu kommen.

Ein neunter Programmschritt bestimmt, ob das Antriebs strangdrehmoment T der mit Rädern versehenen Erdbewe gungsmaschine 12 einen dritten vorbestimmten Wert über schreitet <390<. Dieser dritte vorbestimmte Wert ist ty pischerweise ähnlich falls nicht identisch mit dem ersten vorbestimmten Wert, jedoch kann abhängig von der Konfigu ration der mit Rädern versehenen Erdbewegungsmaschine 12 dieser dritte vorbestimmte Wert ein anderer sein als der erste vorbestimmte Wert. Falls die Antwort auf diese Fra ge positiv ist, dann geht das Softwareprogramm zum Pro grammschritt <340<, um wiederum die vorbestimmte Kippse quenz zu verwenden, und hoffentlich wird dies, außer es kommt wiederum eine Ableitung zum Programmschritt <380< vor, die Rückkipp- und Haltesequenz mit den Programm schritten <350< bis <370< vollenden.

Wenn die Antwort auf diese Frage negativ ist, dann schreitet das Softwareprogramm zum zehnten Programm schritt <395< voran, der dann bestimmt, ob die Kraft des (der) hydraulischen Hubzylinder 20 einen vorbestimmten Prozentsatz der Kraft für ein primäres Hydraulikentla stungsventil 138 überschreitet. Dieser vorherbestimmte Prozentsatz der Kraft für das primäre Hydraulikentla stungsventil ist abhängig von der Bauart, vom Hersteller und von der Größe der Erdbewegungsmaschine und des asso ziierten Hydrauliksystems. Dieser Prozentsatz kann von ungefähr hundert Prozent (100%) bis ungefähr hundertfünf zig Prozent (150%) reichen. Dies ist sehr abhängig von der Maschinenkonfiguration, und während eine Bauart einer Maschine optimal zwischen hundertfünf Prozent (105%) bis ungefähr hundertfünfzehn Prozent (115%) arbeitet, während die andere Maschine optimal zwischen hundertfünfundzwan zig Prozent (125%) und ungefähr hundertfünfundvierzig Prozent (145%) arbeitet.

Wenn die Antwort auf diese Frage positiv ist, dann kehrt das Softwareprogramm zum Programmschritt <340< zurück, um wiederum die vorbestimmte Kippsequenz zu verwenden, und wird hoffentlich, außer bei einer Ableitung wiederum zum Programmschritt <380<, die Rückkipp- und Haltesequenz mit den Programmschritten <350< bis <370< vollenden.

Wenn die Antwort auf diese Frage im Programmschritt <395< negativ ist, dann geht das Softwareprogramm zurück zum Programmschritt <380<, um wiederum die vorbestimmte Kipp sequenz zu unterbrechen und im wesentlichen alle Leistung vom elektrohydraulischen Steuersystem 120 der mit Rädern versehenen Erdbewegungsmaschine 12 zum Antriebsstrang 28 der mit Rädern versehenen Erdbewegungsmaschine 12 abzu leiten, um den Aufnahmeprozeß am Materialhaufen 23 fort zusetzen, genauso wie zum Programmschritt <390<, der be stimmt, ob das Antriebsstrangdrehmoment der mit Rädern versehenen Erdbewegungsmaschine 12 einen zweiten vorbe stimmten Wert überschreitet.

Die Programme für ein zweites alternatives Ausführungs beispiel zur automatischen Steuerung einer Schaufel 16 einer mit Rädern versehenen Erdbewegungsmaschine 12 zur Aufnahme und zum Anheben von Material von einer Quellen stelle, beispielsweise von einem Materialhaufen 23, ba sierend auf diskreten Werten des Antriebsstrangausgangs drehmomentes T unter Verwendung einer Option, die be stimmt, ob die Veränderungsrate der Kraft zu dem (den) hydraulischen Hubzylinder (n) 20 unter einen vorbestimm ten Grenzwert fällt, oder auch die Veränderungsrate der Kraft zu dem (den) hydraulischen Hubzylinder (n) 20 im Vergleich zu einem Schwellenwert, wird beschrieben. Im beiden Fällen würde dies einen Zustand anzeigen, der zu einem Durchrutschen der Räder 13 führt. Dieses zweites alternative Ausführungsbeispiel wird nun mit Bezugnahme auf die Fig. 5A und 5B besprochen, die ein Flußdia gramm abbilden, welches im allgemeinen vom Bezugszeichen 400 angezeigt wird, das die Computerprogrammanweisungen darstellt, die von der in Fig. 2 gezeigten elektroni schen Steuervorrichtung 128 ausgeführt werden.

Wie in Fig. 5A gezeigt, beginnt das Softwareprogramm wie das obige Softwareprogramm anfänglich im Programmschritt <410<, wobei eine MODE-Variable (MODE = Betriebszustand) auf IDLE (Leerlauf) gesetzt wird. Der Bediener leitet dann die mit Rädern versehene Erdbewegungsmaschine 12 in den Materialhaufen 23, vorzugsweise nahe einer Maximal leistungseinstellung innerhalb des ausgewählten Getriebe bereiches, und zwar zu dem Zeitpunkt, wenn der Material haufen 23 voll in Eingriff steht.

Ein zweiter Programmschritt <420< ist der Kontakt und Eingriff des Materialhaufens 23 mit der Schaufel 16, wäh rend der Aufnahmeprozeß bei der mit Rädern versehenen Erdbewegungsmaschine 12 beginnt. Wenn dies die anfängli che Durchdringung der Schaufel 16 ist, und eine vorbe stimmte Hubzylinderkraft überschritten wird, dann wird im wesentlichen die gesamte Leistung der mit Rädern versehe nen Erdbewegungsmaschine 12 zum Antriebsstrang 28 abge leitet, wobei eine minimale Leistung auf die Hydraulik mittel aufgebracht wird, die das Arbeitswerkzeug 14 steu ern, wobei sehr wenig Leistung falls überhaupt auf die Hubzylindersteuerventile 133 aufgebracht wird. Dies wird nur auftreten, nachdem diese vorbestimmte Hubzylinder kraft überschritten worden ist, was anzeigt, daß die Rä der 13 der mit Rädern versehenen Erdbewegungsmaschine 12 eine gute Traktion haben, um diese wesentliche Ableitung der Leistung zum Antriebsstrang 28 zu gestatten.

Ein dritter Programmschritt <430< ist die Bestimmung, ob das Antriebsstrangdrehmoment T der mit Rädern versehenen Erdbewegungsmaschine 12 einen ersten vorbestimmten Wert überschreitet. Wenn die Antwort auf diese Frage negativ ist, werden die Programmschritte <420< und <430< kontinu ierlich wiederholt. Wenn die Antwort auf diese Anfrage positiv ist, schreitet das Softwareprogramm zu einem vierten Programmschritt <440< voran.

Ein vierter Programmschritt <440< verwendet eine vorbe stimmte Kippsequenz, die die Schaufel 16 der mit Rädern versehenen Erdbewegungsmaschine 12 miteinschließt. Dies gestattet, daß die Schaufel 16 nach oben schneidet bzw. fährt, während sie Material zum hinteren Teil der Schau fel 16 gleiten läßt. Diese vorbestimmte Kippsequenz ver meidet auch ein Absterben bzw. Ruckeln des Antriebsstran ges 28.

Ein fünfter Programmschritt <450< ist eine Bestimmung, ob das Antriebsstrangdrehmoment T der mit Rädern versehenen Erdbewegungsmaschine 12 unter einen zweiten vorbestimmten Wert fällt. Wenn die Antwort auf diese Anfrage negativ ist, dann schreitet das Softwareprogramm zu einem sech sten Programmschritt <460< voran, der bestimmt, ob eine Rückkipp- und Haltesequenz bei der mit Rädern versehenen Erdbewegungsmaschine 12 aufgetreten ist. Wenn die Antwort auf diese Frage negativ ist, werden die Programmschritte <440<, <450< und <460< wiederholt. Wenn die Antwort auf die Frage im Programmschritt <460< positiv ist, dann wird die Rückkipp- und Haltesequenz vollendet, und zwar wie der siebte Programmschritt <470<, wie in Fig. 5B ge zeigt. Das Anheben kann in dieser Sequenz eingeschlossen sein, jedoch ist das Anheben typischerweise kein Aspekt dieser Sequenz.

Falls die Antwort auf die Frage im fünften Programm schritt <450<, die Bestimmung aufweist, ob das Antriebs strangdrehmoment T der mit Rädern versehenen Erdbewe gungsmaschine 12 unter einen zweiten vorbestimmten Wert fällt, positiv ist, dann schreitet das Softwareprogramm voran zum achten Programmschritt <480<, der die vorbe stimmte Kippsequenz ausschaltet und im wesentlichen die gesamte Leistung vom elektrohydraulischen Steuersystem 120 der mit Rädern versehenen Erdbewegungsmaschine 12 zum Antriebsstrang 28 der mit Rädern versehenen Erdbewegungs maschine 12 ableitet, um den Aufnahmeprozeß fortzusetzen, um mit dem Materialhaufen 23 in Eingriff zu kommen.

Ein neunter Programmschritt <490< bestimmt, ob das An triebsstrangdrehmoment T der mit Rädern versehenen Erdbe wegungsmaschine 12 einen dritten vorbestimmten Wert über schreitet. Dieser dritte vorbestimmte Wert ist typischer weise ähnlich, falls nicht identisch mit dem ersten vor bestimmten Wert, jedoch kann abhängig von der Konfigura tion der mit Rädern versehenen Erdbewegungsmaschine 12 dieser dritte vorbestimmte Wert ein anderer sein als der erste vorbestimmte Wert. Wenn die Antwort auf diese An frage positiv ist, dann geht das Softwareprogramm zum Programmschritt <440<, um wiederum die vorbestimmte Kipp sequenz zu verwenden, und wird hoffentlich, außer bei ei ner erneuten Ableitung in den Programmschritt <480<, die Rückkipp- und Haltesequenz mit den Programmschritten <450< bis <470< vollenden.

Wenn die Antwort auf diese Frage negativ ist, dann schreitet das Softwareprogramm zu einem zehnten Programm schritt <495< voran, der dann unter Verwendung einer Kraftwertvoraussage die Veränderungsrate dN = f(n-3)-f(n) der Kraft in dem (den) hydraulischen Hubzylinder (n) 20 bestimmt, um vorherzusagen, wann die Hubkraft unter einen vorbestimmten Grenzwert fällt, der benötigt wird, um die hydraulische Verzögerung zu überwinden. Diese vorbestimm ten Grenzwerte sind abhängig von der Bauart, vom Herstel ler und von der Größe der Erdbewegungsmaschine, die mit dem Hydrauliksystem assoziiert ist. Die Veränderungsrate der Kraft in dem (den) hydraulischen Hubzylinder (n) 20 kann auch mit einem vorbestimmten Schwellenwert vergli chen werden. Diese vorbestimmten Grenzwerte hängen von der Bauart, vom Hersteller und der Größe der Erdbewe gungsmaschine und des assoziierten Hydrauliksystems ab. In beiden Fällen würde dies bestimmen, wie schnell die Hubkraft ein Niveau erreichen könnte, was zu einem Schlupf der Räder 13 führen würde. Wenn die Antwort auf diese Frage positiv ist, dann geht das Softwareprogramm zum Programmschritt <440<, um wiederum die vorbestimmte Kippsequenz zu verwenden, und wird hoffentlich, außer, wenn wiederum eine Ableitung zum Programmschritt <480< auftritt, die Rückkipp- und Haltesequenz mit den Pro grammschritten <450< bis <470< vollenden.

Wenn die Antwort auf diese Frage im Programmschritt <495< negativ ist, dann geht das Softwareprogramm wie derum zurück zum Programmschritt <480<, was die vorbe stimmte Kippsequenz ausschaltet und im wesentlichen die gesamte Leistung vom elektrohydraulischen Steuer system 120 der mit Rädern versehenen Erdbewegungsma schine 12 zum Antriebsstrang 28 der mit Rädern verse henen Erdbewegungsmaschine 12 ableitet, um den Aufnah meprozeß fortzusetzen, genauso wie beim Schritt <490<, der bestimmt, ob das Antriebsstrangdrehmoment T der mit Rädern versehenen Erdbewegungsmaschine 12 einen zweiten vorbestimmten Wert überschreitet.

Industrielle Anwendbarkeit

Die vorliegende Erfindung ist ein automatisches Arbeits werkzeug, das auf eine große Vielzahl von Maschinen an wendbar ist, wie beispielsweise auf Raupenlader und ande re Maschinen mit ähnlichen Materialladewerkzeugen.

Obwohl der Betrieb der mit Rädern versehenen Erdbewe gungsmaschine 12 durch einen menschlichen Bediener und automatisch sehr ähnlich sein kann, kann es einige gewis se signifikante Unterschiede zwischen einer mit Rädern versehenen Erdbewegungsmaschine 12, die von einem mensch lichen Bediener basierend auf diskreten bzw. getrennten Werten des Ausgangsdrehmomentes, das an die Räder der mit Rädern versehenen Erdbewegungsmaschine 12 geliefert wird, betrieben wird, und einer mit Rädern versehenen Erdbewe gungsmaschine 12 geben, die automatisch basierend auf diskreten bzw. getrennten Werten des Ausgangsdrehmomentes gesteuert wird, das an die Räder der Erdbewegungsmaschine 12 geliefert wird, und zwar jeweils zum Laden eines Mate rials, wobei ein nicht einschränkendes Beispiel der mit Rädern versehenen Erdbewegungsmaschine 12 ein Radlader ist.

Anfänglich übertragt die mit Rädern versehene Erdbewe gungsmaschine 12 im wesentlichen die ganze Leistung an den Antriebsstrang 28, damit die Schaufel 16 einen guten "Biss" aus dem Materialhaufen 23 nimmt, und die Traktion für die Räder 13 maximiert, wie in Fig. 1 gezeigt. Wenn dies die erste Durchdringung der Schaufel ist, und wenn eine vorbestimmte Hubzylinderkraft überschritten wird, dann wird im wesentlichen die gesamte Leistung in der mit Rädern versehenen Erdbewegungsmaschine 12 zum Antriebs strang 28 abgeleitet, wobei eine minimale Leistung auf die Hydraulikmittel aufgebracht wird, die das Arbeits werkzeug 14 steuern, wobei sehr wenig Leistung, falls überhaupt auf die Hubzylindersteuerventile 133 aufge bracht wird. Dies wird nur auftreten, nachdem diese vor bestimmte Hubzylinderkraft überschritten wurde, die an zeigt, daß die Räder 13 der mit Rädern versehenen Erdbe wegungsmaschine 12 eine gute Traktion haben, um diese we sentliche Ableitung der Leistung zum Antriebsstrang 28 zu gestatten.

Der Beginn des diskreten Drehmoment basierten Algorith musses ist dort, wo die Schaufel 16 eine anfängliche Durchdringung in den Materialhaufen 23 erreicht hat, und wo die Kraft des (der) hydraulischen Hubzylinder 20 einen vorbestimmten Wert überschritten hat. Dieser vorbestimmte Wert hängt ab vom Hersteller der mit Rädern versehenen Erdbewegungsmaschine 12 und von der assoziierten Konfigu ration genauso wie von der Natur des Materialhaufens 23. An diesem Punkt wird der Hubbefehl auf Null gesetzt, und zwar durch Schließen der Hubzylindersteuerventile 133, wie in Fig. 2 gezeigt, und durch Übertragung der gesam ten Leistung durch den Antriebsstrang 28 der mit Rädern versehenen Erdbewegungsmaschine 12. Ein Bediener kann die Hubzylindersteuerventile 133 öffnen, wenn die Kraft auf den Hubzylinder 20 höher ist als die Einstellung des pri mären Hydraulikentlastungsventils 138. Dies würde bedeu ten, daß Leistung verschwendet wird durch Leiten des Flusses über das primäre Hydraulikentlastungsventil 138. Es baut sich weiter Drehmoment auf, und zwar bis zum er sten vorbestimmten Wert oder Einstellpunkt A. Dieser vor bestimmte Wert oder Einstellpunkt A zeigt den Beginn ei nes zweiten Abschnittes an.

An diesem Punkt der vollen Durchdringung tritt die mit Rädern versehene Erdbewegungsmaschine 12 in eine vorbe stimmte Kippbefehlssequenz ein, wobei die elektronische Steuervorrichtung 128 Befehlssignale durch die Werkzeug steuervorrichtung 129 zu den Kippzylindersteuerventilen 132 liefert, die den hydraulischen Kippzylinder 26 betä tigt. Diese vorbestimmte Kippbefehlssequenz wird erzeugt, um die Spitze der Schaufel 16 näher an die Oberfläche des Materials im Haufen 23 zu bewegen, um schließlich das An triebsstrangdrehmoment T loszulassen bzw. freizusetzen, und zwar durch Reduzierung des Widerstandes von dem Mate rialhaufen 23, so daß die mit Rädern versehene Erdbewe gungsmaschine 12 sich vorwärts bewegen kann, wenn das Ma terial in der Schaufel 16 sich zum Hinterteil der Schau fel 16 bewegt. Der menschliche Bediener kann möglicher weise nicht die mit Rädern versehene Erdbewegungsmaschine 12 die volle Aufnahmekapazität auf dem Materialhaufen 23 anwenden lassen, wenn der menschliche Bediener konstant die manuellen Steuerhebeleingänge 130 verwendet, um die hydraulische Werkzeugsteuervorrichtung 129 zu aktivieren, oder wenn der Bediener bei der Anwendung der hydrauli schen Werkzeugsteuervorrichtung 129 durch die manuellen Steuerhebeleingänge 130 eine Pause macht, oder er kann nicht lange genug Pause machen, um zu gestatten, daß die Schaufel 16 durch einen härteren Materialhaufen 23 bricht.

Das Zurückkippen der Schaufel 16 in zu schneller Weise oder um zu viel kann die Schaufel zur Oberfläche des Ma terialhaufens 23 bringen, bevor die Schaufel 16 voll ist und könnte die Kraft in dem (den) hydraulischen Hubzylin der (n) 20 verringern, was zum Durchrutschen der Räder 13 führt. Daher wird die vorbestimmte Kippbefehlssequenz ab geschaltet, wenn das Antriebsstrangdrehmoment T unter ei nen zweiten vorbestimmten Wert oder Einstellpunkt B fällt.

Der Kippbefehl fällt dann auf ungefähr Null und hebt sich wiederum auf den maximalen Wert an. Optional wird dabei die vorbestimmte Kippbefehlssequenz beibehalten, auch wenn das Antriebsstrangdrehmoment unter den zweiten vor bestimmten Wert oder Einstellpunkt B fällt, und zwar so lange wie die Kraft des (der) hydraulischen Hubzylinder 20 einen vorbestimmten Prozentsatz des Hauptentlastungs ventils überschreitet, beispielsweise 110%, und zwar für das elektrohydraulische Steuersystem 120 für die mit Rä dern versehene Erdbewegungsmaschine 12.

Der Kippbefehl fällt wiederum ungefähr auf Null und steigt wiederum auf den maximalen Wert an.

Die Beschreibung ist nur zu Veranschaulichungszwecken vorgesehen und soll nicht die vorliegende Erfindung als solche einschränken. Es wird dem Fachmann klar sein, daß die vorliegende Erfindung für eine Vielzahl von anderen Anwendungen geeignet ist.

Andere Aspekte, Ziele und Vorteile der vorliegenden Er findung können aus einem Studium der Zeichnungen, der Of fenbarung und der beigefügten Ansprüche erhalten werden.

Claims

1. Steuersystem zur automatischen Steuerung eines Ar beitswerkzeuges einer Erdbewegungsmaschine mit Rä dern, wobei das Arbeitswerkzeug eine Schaufel zur Aufnahme, zum Anheben und zum Ablassen von Material aufweist, wobei die Schaufel steuerbar durch einen hydraulischen Kippzylinder und mindestens einen hy draulischen Hubzylinder betätigt wird, wobei das Sy stem folgendes aufweist:
einen Drehmomentanzeigemechanismus, der einen reprä sentativen Wert für eine Drehmomentgröße bietet, die auf die Räder der Erdbewegungsmaschine aufgebracht wird;
eine elektronische Steuervorrichtung zur Aufnahme des repräsentativen Drehmomentwertes von dem Drehmo mentanzeigemechanismus und zur Bestimmung, ob der repräsentative Drehmomentwert, der von dem Drehmo mentanzeigemechanismus aufgenommen wurde, einen er sten vorbestimmten Wert überschreitet, und dann dar auf ansprechende Erzeugung eines ersten Befehls signals; und
eine hydraulische Werkzeugsteuervorrichtung zur Steuerung des Hydraulikströmungsmittelflusses zum hydraulischen Kippzylinder in einer vorbestimmten Sequenz, die ansprechend auf das erste Befehlssignal aktiviert wird, wobei der hydraulische Kippzylinder steuerbar die Schaufel der Erdbewegungsmaschine be tätigt, um das Material von einem Haufen wegzuneh men.

2. Steuersystem nach Anspruch 1, wobei die elektroni sche Steuervorrichtung bestimmt, ob der repräsenta tive Wert des Drehmomentes, der von dem Drehmo mentanzeigemechanismus empfangen wird, kleiner als ein zweiter vorbestimmter Wert ist, und dann darauf ansprechende Erzeugung eines zweiten Befehlssignals, so daß die hydraulische Werkzeugsteuervorrichtung die vorbestimmte Sequenz der Steuerung des Hydrau likströmungsmittelflusses zu dem hydraulischen Kipp zylinder ansprechend auf das zweite Befehlssignal unterbricht.

3. Steuersystem nach Anspruch 2, wobei die elektroni sche Steuervorrichtung bestimmt, ob der repräsenta tive Wert des Drehmomentes, der von dem Drehmo mentanzeigemechanismus empfangen wird, einen dritten vorbestimmten Wert überschreitet, und dann darauf ansprechend ein drittes Befehlssignal erzeugt, so daß die hydraulische Werkzeugsteuervorrichtung den Hydraulikströmungsmittelfluß zu dem hydraulischen Kippzylinder in einer vorbestimmten Sequenz steuert, und aktiviert ansprechend auf das dritte Befehls signal, das steuerbar die Schaufel der Erdbewegungs maschine betätigt, um Material von einem Haufen weg zunehmen.

4. Steuersystem nach Anspruch 3, wobei die elektroni sche Steuervorrichtung bestimmt, ob der repräsenta tive Wert des Drehmomentes, der von dem Drehmo mentanzeigemechanismus empfangen wird, nicht den dritten vorbestimmten Wert überschreitet, und wobei die elektronische Steuervorrichtung bestimmt, ob ei ne Veränderungsrate der Kraft von mindestens einem hydraulischen Hubzylinder nicht unter einen vorbe stimmten Grenzwert abfällt, wobei sie dann im we sentlichen die gesamte Leistung der Erdbewegungsma schine zum Antriebsstrang der Erdbewegungsmaschine leitet, so daß die Schaufel der Erdbewegungsmaschine einen Aufnahmeprozess ausführt, um mit dem Material in Eingriff zu kommen.

5. Steuersystem nach Anspruch 3, wobei die elektroni sche Steuervorrichtung bestimmt, ob der repräsenta tive Wert des Drehmomentes, der von dem Drehmo mentanzeigemechanismus empfangen wird, nicht den dritten vorbestimmten Wert überschreitet, und wobei die elektronische Steuervorrichtung bestimmt, ob ei ne Veränderungsrate der Kraft von mindestens einem hydraulischen Hubzylinder einen vorbestimmten Grenz wert überschreitet, wobei dann die hydraulische Werkzeugsteuervorrichtung dem Hydraulikströmungsmit telfluß zum hydraulischen Hubzylinder in einer vor bestimmten Sequenz steuert, die in steuerbarer Weise die Schaufel der Erdbewegungsmaschine betätigt, um Material von einem Haufen zu entfernen.

6. Steuersystem nach Anspruch 5, wobei der vorbestimmte Grenzwert durch die Gleichung dN = [f(n-3)-f(n)] be stimmt wird.

7. Verfahren zur Steuerung eines Arbeitswerkzeuges ei ner Erdbewegungsmaschine mit Rädern, wobei das Ar beitswerkzeug eine Schaufel aufweist, um Material aufzunehmen, anzuheben und abzulassen, wobei die Schaufel steuerbar durch einen hydraulischen Kippzy linder und mindestens einen hydraulischen Hubzylin der betätigt wird, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Liefern eines repräsentativen Wertes des Drehmomen tes, das auf die Räder der Erdbewegungsmaschine auf gebracht wird, und zwar mit einem Drehmomentanzeige mechanismus;
Aufnahme des repräsentativen Drehmomentsignals von dem Drehmomentanzeigemechanismus und Bestimmung, ob der repräsentative Drehmomentwert, der von dem Drehmomentanzeigemechanismus aufgenommen wird, einen ersten vorbestimmten Wert überschreitet, und dann darauf ansprechende Erzeugung eines ersten Befehls signals mit einer elektronischen Steuervorrichtung; und
Steuerung des hydraulischen Strömungsmittelflusses zu dem hydraulischen Kippzylinder in einer vorbe stimmten Sequenz, die ansprechend auf das erste Be fehlssignal aktiviert wird, und zwar mit dem hydrau lischen Kippzylinder, mit einer hydraulischen Werk zeugsteuervorrichtung, wodurch in steuerbarer Weise die Schaufel der Erdbewegungsmaschine betätigt wird, um das Material von einem Haufen wegzunehmen.

8. Verfahren nach Anspruch 7, welches weiter folgenden Schritt aufweist:
Bestimmung, ob der repräsentative Wert des Drehmo mentes, der von dem Drehmomentanzeigemechanismus empfangen wird, kleiner ist als ein zweiter vorbe stimmter Wert, und dann darauf ansprechende Erzeu gung eines zweiten Befehlssignals mit der elektroni schen Steuervorrichtung, so daß die hydraulische Werkzeugsteuervorrichtung die vorbestimmte Sequenz der Steuerung des Hydraulikströmungsmittelflusses zu dem hydraulischen Kippzylinder ansprechend auf das zweite Befehlssignal unterbricht.

9. Verfahren nach Anspruch 8, welches weiter folgenden Schritt aufweist:
Bestimmung, ob der repräsentative Wert des Drehmo mentes, der von dem Drehmomentanzeigemechanismus empfangen wurde, einen dritten vorbestimmten Wert überschreitet, und dann Erzeugung eines dritten Be fehlssignals mit der elektronischen Steuervorrich tung, so daß die hydraulische Werkzeugsteuervorrich tung den Hydraulikströmungsmittelfluß zu dem hydrau lischen Kippzylinder in einer vorbestimmten Sequenz steuert, die ansprechend auf das dritte Befehls signal aktiviert wird; und
steuerbare Betätigung der Schaufel der Erdbewegungs maschine, um das Material von einem Haufen wegzuneh men.

10. Verfahren nach Anspruch 9, welches weiter folgenden Schritt aufweist:
Bestimmung, ob der repräsentative Wert des Drehmo mentes, der von dem Drehmomentanzeigemechanismus empfangen wird, einen dritten vorbestimmten Wert überschreitet und dann darauf ansprechende Erzeugung eines dritten Befehlssignals mit der elektronischen Steuervorrichtung, so daß die hydraulische Werkzeug steuervorrichtung den Hydraulikströmungsmittelfluß zu dem hydraulischen Kippzylinder in einer vorbe stimmten Sequenz steuert, die ansprechend auf das dritte Befehlssignal aktiviert wird; und
steuerbare Betätigung der Schaufel der Erdbewegungs maschine, um das Material von einem Haufen wegzuneh men.

11. Verfahren nach Anspruch 9, welches weiter folgenden Schritt aufweist:
Bestimmung, ob der repräsentative Wert des Drehmo mentes, der von dem Drehmomentanzeigemechanismus empfangen wurde, nicht den dritten vorbestimmten Wert überschreitet, und Bestimmung, ob eine Verände rungsrate der Kraft von dem mindestens einen hydrau lischen Hubzylinder einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet, und zwar mit der elektronischen Steu ervorrichtung, wobei dann die hydraulische Werkzeug steuervorrichtung den Hydraulikströmungsmittelfluß zum hydraulischen Kippzylinder in einer vorbestimm ten Sequenz steuern wird; und
steuerbare Betätigung der Schaufel der Erdbewegungs maschine, um Material von einem Haufen zu entfernen.

12. Verfahren nach Anspruch 9, welches weiter folgenden Schritt aufweist:
Bestimmung, ob der Wert des Drehmomentes, der von dem Drehmomentanzeigemechanismus empfangen wurde, nicht den zweiten vorbestimmten Wert überschreitet, und wobei die elektronische Steuervorrichtung be stimmt, ob eine Veränderungsrate der Kraft des min destens einen hydraulischen Hubzylinders einen vor bestimmten Schwellenwert überschreitet, und zwar mit der elektronischen Steuervorrichtung, wobei dann die hydraulische Werkzeugsteuervorrichtung den Hydrau likströmungsmittelfluß zum hydraulischen Kippzylin der in einer vorbestimmten Sequenz steuern wird, die steuerbar die Schaufel der Erdbewegungsmaschine be tätigen wird, um Material von einem Haufen zu ent fernen.