DE102019200079A1

DE102019200079A1 - Verfahren und Steuergerät zum Beladen eines Arbeitswerkszeugs einer Arbeitsmaschine

Info

Publication number: DE102019200079A1
Application number: DE102019200079.7A
Authority: DE
Inventors: Stefan Traub
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2019-01-07
Filing date: 2019-01-07
Publication date: 2020-07-09
Also published as: WO2020144018A1; US20220081872A1

Abstract

Verfahren zum automatisierten oder automatischen Beladen eines Arbeitswerkszeugs einer Arbeitsmaschine wie einer Schaufel eines Radladers, wobei die Arbeitsmaschine ein Leistungsverzweigungsgetriebe (4) mit einem hydrostatische Einheiten umfassenden Hydrostat (5) aufweist. Abhängig von Betriebsbedingen der Arbeitsmaschine wird eine Wahrscheinlichkeit darüber bestimmt wird, ob das Arbeitswerkszeug der Arbeitsmaschine mit einem Materialhaufen in Eingriff kommt oder in Eingriff steht. Dann, wenn die ermittelte Wahrscheinlichkeit größer als ein entsprechender Grenzwert ist, wird eine Beladungsfunktion zum automatisierten oder automatischen Beladen des Arbeitswerkszeugs aktiviert. Bei aktivierter Beladungsfunktion werden abhängig von einem hydrostatseitigen Druckmesswert des Leistungsverzweigungsgetriebes (4) ein Soll-Wert für eine Hubposition des Arbeitswerkszeugs, ein Soll-Wert für eine Kippposition des Arbeitswerkszeugs und ein Soll-Wert für eine Fahrpedalbetätigung ermittelt. Abhängig von einem Vergleich der ermittelten Soll-Werte mit entsprechenden Ist-Werten werden Stellsignale zum automatisierten oder automatischen Beladen des Arbeitswerkszeugs ermittelt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatisierten oder automatischen Beladen eines Arbeitswerkszeugs einer Arbeitsmaschine. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Steuergerät zur Durchführung des Verfahrens.
Der Aufbau einer Arbeitsmaschine mit einem Leistungsverzweigungsgetriebe, welches einen Hydrostat aufweist, ist aus der DE 10 2007 047 194 A1 bekannt. Ein Antriebsaggregat bzw. eine Antriebsmaschine ist an eine Eingangswelle des Leistungsverzweigungsgetriebes gekoppelt. Das Leistungsverzweigungsgetriebe verfügt über einen hydrostatischen Zweig und einen mechanischen Zweig, die über ein als Planetenradgetriebe ausgebildetes Summiergetriebe summiert werden. Das Leistungsverzweigungsgetriebe stellt mindestens zwei Fahrbereiche in einer Vorwärtsfahrtrichtung und mindestens zwei Fahrbereiche in einer Rückwärtsfahrtrichtung bereit. Hierzu umfasst das Leistungsverzweigungsgetriebe eine Kupplung für eine Vorwärtsfahrt und eine Kupplung für eine Rückwärtsfahrt, wobei die Kupplung für die Vorwärtsfahrt und die Kupplung für die Rückwärtsfahrt auch als Wendekupplungen bezeichnet werden. Die Fahrbereiche in der Vorwärtsfahrtrichtung und der Rückwärtsfahrtrichtung werden über Gangkupplungen, die auch als Bereichskupplungen bezeichnet werden, bereitgestellt. Der hydrostatische Zweig des Leistungsverzweigungsgetriebes umfasst einen Hydrostat. Der Hydrostat wird von einer ersten hydrostatischen Einheit und einer zweiten hydrostatischen Einheit bereitgestellt, wobei eine hydrostatische Einheit als Pumpe und die andere hydrostatische Einheit als Motor wirkt.
Aus der DE 10 2009 045 510 A1 sind weitere Details eines Hydrostat bekannt, wobei auch dieser Hydrostat zwei hydrostatische Einheiten umfasst. Die hydrostatischen Einheiten des Hydrostats wirken mit einem Positionsregelventil zusammen. Über das Positionsregelventil können die hydrostatischen Einheiten des Hydrostats mit einem hydraulischen Druck beaufschlagt werden, um dieselben anzusteuern. Dabei wirkt mit dem Positionsregelventil weiterhin ein Hochdruckregelventil zusammen. Es ist auch ein Hydrostat bekannt, der kein derartiges Hochdruckregelventil aufweist, sondern lediglich ein Positionsregelventil aufweist.
Aus der Praxis ist es ferner bekannt, im Bereich des Hydrostats des Leistungsverzweigungsgetriebes, insbesondere in einem Hochdruckbereich desselben, mindestens einen Drucksensor zu verbauen, wobei unter anderem in Abhängigkeit des Messwerte des oder jedes Drucksensors die Beaufschlagung und Regelung der hydrostatischen Einheiten des Hydrostats erfolgt.
Aus der DE 103 53 259 A1 bzw. der US 2004/0117092 A1 ist ein Verfahren zur automatischen Schaufelbeladung der Schaufel einer Arbeitsmaschine bekannt, wobei es sich bei der Arbeitsmaschine um einen Radlader handeln kann. Nach diesem Stand der Technik werden ein Massenfaktor, eine Hubposition, eine Kippposition sowie eine Fahrgeschwindigkeit abhängig von entsprechenden Sensoren messtechnisch erfasst, um abhängig von diesen Messsignalen Stellsignale für Hubbetätigungsvorrichtungsventile und Kippbetätigungsvorrichtungsventile zu generieren und so die Hubposition sowie Kippposition der Schaufel für die automatische Schaufelbeladung automatisch anzupassen. Der messtechnisch erfasste Massenfaktor kann einer oder mehrere von verschiedenen Maschinenparametern sein, die überwacht werden, um das Ausmaß der Anhäufung bzw. Massenbildung von Materialhaufen zu bestimmen. Nach dem Stand der Technik wird ein Druck in einer Hub- und Kipphydraulik der Schaufel erfasst und ausgewertet. Hierzu müssen in der Hub- und Kipphydraulik Sensoren verbaut sein, die den Druck und damit die Last in der Schaufel bestimmen. Dies ist aufwendig und daher von Nachteil.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein neuartiges Verfahren zur automatisierten oder automatische Beladung eines Arbeitswerkszeugs wie einer Schaufel einer Arbeitsmaschine wie eines Radladers sowie ein Steuergerät zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum automatisierten oder automatischen Beladen eines Arbeitswerkszeugs einer Arbeitsmaschine gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Abhängig von Betriebsbedingen der Arbeitsmaschine wird eine Wahrscheinlichkeit darüber bestimmt, ob das Arbeitswerkszeug der Arbeitsmaschine mit einem Materialhaufen in Eingriff kommt oder in Eingriff steht.
Dann, wenn die ermittelte Wahrscheinlichkeit größer als ein entsprechender Grenzwert ist, wird eine Beladungsfunktion zum automatisierten oder automatischen Beladen des Arbeitswerkszeugs aktiviert.
Bei aktivierter Beladungsfunktion werden abhängig von einem hydrostatseitigen Druckmesswert des Leistungsverzweigungsgetriebes ein Soll-Wert für eine Hubposition des Arbeitswerkszeugs, ein Soll-Wert für eine Kippposition des Arbeitswerkszeugs und ein Soll-Wert für eine Fahrpedalbetätigung ermittelt.
Abhängig von einem Vergleich der ermittelten Soll-Werte mit entsprechenden Ist-Werten werden Stellsignale zum automatisierten oder automatischen Beladen des Arbeitswerkszeugs ermittelt.
Mit der hier vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, die Wahrscheinlichkeit darüber zu bestimmen, ob das Arbeitswerkzeug der Arbeitsmaschine mit einem Materialhaufen in Eingriff kommt oder in Eingriff steht. Dann, wenn die ermittelte Wahrscheinlichkeit größer als der entsprechende Grenzwert ist, wird die Beladungsfunktion zum automatisierten oder automatischen Beladen des Arbeitswerkszeugs aktiviert. Bei aktivierter Beladungsfunktion werden abhängig von dem hydrostatseitigen Druckmesswert des Leistungsverzweigungsgetriebes die Soll-Werte für die automatisierte oder automatische Beladung des Arbeitswerkzeugs ermittelt.
Eine auf das Arbeitswerkzeug einwirkende äußere Last wird demnach nicht über Sensoren in einer Hub- und Kipphydraulik des Arbeitswerkzeugs ermittelt, sondern durch den Druckmesswert des Hydrostaten des Leistungsverzweigungsgetriebes direkt am Leistungsverzweigungsgetriebe der Arbeitsmaschine. Durch die messtechnische Erfassung der auf das Arbeitswerkzeug der Arbeitsmaschine einwirkenden, äußeren Last direkt am Leistungsverzweigungsgetriebe bzw. direkt im Hydrostaten des Leistungsverzweigungsgetriebes kann die äußere Last einfach und zuverlässig mit hoher Genauigkeit ermittelt werden, und zwar ohne die Notwendigkeit von Drucksensoren im Bereich der Hub- und Kipphydraulik für das Arbeitswerkzeug erfolgen.
Vorzugsweise wird die Wahrscheinlichkeit darüber, ob das Arbeitswerkszeug der Arbeitsmaschine mit einem Materialhaufen in Eingriff kommt oder in Eingriff steht, abhängig von einem Ist-Wert der Hubposition des Arbeitswerkszeugs, abhängig von einem Ist-Wert der Kippposition des Arbeitswerkszeugs und abhängig von einem Ist-Wert einer Abtriebsdrehzahl oder einem Ist-Wert eines Gradienten der Abtriebsdrehzahl ermittelt. Auf diese Art und Weise kann die Wahrscheinlichkeit darüber, ob das Arbeitswerkzeug der Arbeitsmaschine mit dem Materialhaufen in Eingriff kommt oder in Eingriff steht, besonders vorteilhaft ermittelt werden.
Dann, wenn bei aktivierter Beladungsfunktion der hydrostatseitige Druckmesswert des Leistungsverzweigungsgetriebes größer als der entsprechende Grenzwert ist, werden die Soll-Werte zum automatischen oder automatisierten Belades des Arbeitswerkzeugs automatisch ermittelt.
Vorzugsweise werden dann, wenn bei aktivierter Beladungsfunktion der hydrostatseitige Druckmesswert des Leistungsverzweigungsgetriebes größer als der entsprechender Grenzwert ist, der Soll-Wert für die Hubposition des Arbeitswerkszeugs, der Soll-Wert für die Kippposition des Arbeitswerkszeugs und der Soll-Wert für die Fahrpedalbetätigung ermittelt. Insbesondere werden hierzu der Soll-Wert für die Hubposition sowie der Soll-Wert für die Kippposition jeweils erhöht, vorzugsweise bis der hydrostatseitige Druckmesswert wieder unter den entsprechenden Grenzwert absinkt, und wobei nachfolgend dann, wenn der hydrostatseitige Druckmesswert wieder größer als der entsprechende Grenzwert wird, der Soll-Wert für die Hubposition und der Soll-Wert für die Kippposition abermals erhöht werden. Dies wird solange durchgeführt, bis der Soll-Wert für die Hubposition sowie der Soll-Wert für die Kippposition einen entsprechenden Grenzwert erreicht, bis also das Arbeitswerkzeug maximal beladen ist.
Vorzugsweise werden die ermittelten Stellsignale zur automatischen Ansteuerung der Arbeitsmaschine genutzt, um einen Fahrer über die automatische Beladung des Arbeitswerkszeugs zu entlasten. Alternativ werden die ermittelten Stellsignale in einem Display angezeigt, um einen Fahrer bei der automatisierten Beladung des Arbeitswerkszeugs zu unterstützen.
Die automatische Ansteuerung der Arbeitsmaschine ist besonders bevorzugt, um den Fahrer vollständig zu entlasten. In diesem Fall können dann optimale Beladungsergebnisse für das Arbeitswerkzeug realisiert werden. Aber auch mit der automatisierten Beladung des Arbeitswerkzeugs, bei welcher die Stellsignale lediglich in einem Display angezeigt werden, um den Fahrer zu unterstützen, kann die Beladung des Arbeitswerkzeugs der Arbeitsmaschine verbessert werden.
Vorzugsweise werden die Stellsignale für die automatisierte oder automatische Beladung des Arbeitswerkszeugs weiterhin abhängig von einem Messwert eines Gewichtssensors des Arbeitswerkzeugs und/oder abhängig von einem Messwert eines abtriebsseitigen Sensors der Arbeitsmaschine ermittelt. Hiermit kann das Ergebnis der Beladung des Arbeitswerkzeugs weiter verbessert werden.
Das Steuergerät ist in Anspruch 10 definiert. Das Steuergerät ist eingerichtet das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

1 ein antriebsseitiges Blockschaltbild einer Arbeitsmaschine mit einem Leistungsverzweigungsgetriebe, welches einen Hydrostat aufweist;
2 eine steuerungsseitiges Blockschaltbild der Arbeitsmaschine;
3 ein Blockschaltbild zur Verdeutlichung eines ersten Aspekts des erfindungsgemäßen Verfahrens;
4 ein Blockschaltbild zur Verdeutlichung eines zweiten Aspekts des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer ersten Variante;
5 ein Blockschaltbild zur Verdeutlichung des zweiten Aspekts des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer zweiten Variante.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatisierten oder automatischen Beladen eines Arbeitswerkszeugs einer Arbeitsmaschine wie einer Schaufel eines Radladers.
Bei einer solchen Arbeitsmaschine ist ein Antriebsaggregat an eine Eingangswelle eines Leistungsverzweigungsgetriebes gekoppelt. Das Leistungsverzweigungsgetriebe umfasst zusätzlich zu einem hydrostatischen Zweig, in den ein Hydrostat eingebunden ist, einen mechanischen Zweig. Der mechanische Zweig und der hydrostatische Zweig werden summiert bzw. aufgeteilt. Das Leistungsverzweigungsgetriebe kann sowohl für eine Vorwärtsfahrtrichtung als auch für eine Rückwärtsfahrtrichtung jeweils mindestens zwei Fahrbereiche und damit Gänge bereitstellen, wobei das Leistungsverzweigungsgetriebe hierzu Wendekupplungen und Bereichskupplungen aufweist. Ein Druck im Hydrostat, der zwei als Pumpe und Motor wirkende hydrostatische Einheiten umfasst, ist mit mindestens einem Drucksensor überwachbar.
1 zeigt schematisiert ein exemplarisches Blockschaltbild einer Arbeitsmaschine mit einem Antriebsaggregat 2, einem Power-Take-Out 1, einem Abtrieb 9 und einem Leistungsverzeigungsgetriebe 4 mit sogenannter sekundärer Kopplung. Das Leistungsverzweigungsgetriebe 4 umfasst einen Hydrostat 5, der mit einem Planetenradgetriebe 6 und einem Summierungsgetriebe 7 zusammenwirkt, wobei das Summierungsgetriebe 7 Zahnradstufen aufweist. Der Hydrostat 5 umfasst die als Pumpe und Motor wirkenden hydrostatischen Einheiten. Antriebsseitig ist zwischen das Planetenradgetriebe 6 sowie das Antriebsaggregat 2 und den Power-Take-Out 1 eine Wendegetriebe 3 mit den Wendekupplungen zum Wechsel zwischen der Vorwärtsfahrtrichtung und der Rückwärtsfahrtrichtung geschaltet. Abtriebsseitig ist zwischen das Summierungsgetriebe 7 und den Abtrieb 9 ein Fahrbereichsgetriebe 8 mit den Bereichskupplungen zur Bereitstellung der mindestens zwei Fahrbereiche geschaltet. Innerhalb jedes Fahrbereichs sowie in der Vorwärtsfahrtrichtung und in der Rückwärtsfahrtrichtung kann stufenlos am Abtrieb 9 Antriebsleistung bereitgestellt werden. Das Leistungsverzweigungsgetriebe 4 umfasst den Hydrostat 5, das Planetenradgetriebe 6, das Summierungsgetriebe 7, das Wendegetriebe 3 und das Fahrbereichsgetriebe 8. Die eigentliche Leistungsverzweigung erfolgt in Hydrostat 5, Planetenradgetriebe 6 und Summierungsgetriebe 7. Beim Power-Take-Out 1 kann es sich um eine Hub- und Kipphydraulik eines Arbeitswerkzeugs wie einer Schaufel handeln.
Der obige Aufbau ist dem Fachmann geläufig und aus der DE 10 2007 047 194 A1 sowie aus der DE 10 2009 045 510 A1 bekannt.
2 zeigt ein Blockschaltbild steuerungsseitiger Details einer Arbeitsmaschine. So ist in 2 wiederum das Leistungsverzweigungsgetriebe 4 gezeigt, welches den Hydrostat 5 umfasst, der in Wirkverbindung mit dem Planetenradgetriebe 6 und dem Summiergetriebe 7 steht. Mit Hilfe mindestens eines dem Hydrostat 5 des Leistungsverzweigungsgetriebes 4 zugeordneten Drucksensor (nicht gezeigt) kann ein Druck in Hochdruckbereich des Hydrostat 5 und damit das Leistungsverzweigungsgetriebes 4 messtechnisch erfasst werden.
2 zeigt weiterhin ein Arbeitswerkzeug 10 der Arbeitsmaschine, bei welcher es sich insbesondere um eine Schaufel handelt. Das Arbeitswerkzeug 10 kann über eine Hub- und Kipphydraulik bzw. ein Hubgerüst angehoben und gekippt werden, also in eine definierte Hubposition sowie in eine definierte Kippposition überführt werden. Im Hubgerüst sind Positionssensoren (nicht gezeigt) verbaut, mit Hilfe derer Ist-Werte über die Hubposition sowie Ist-Werte über die Kippposition des Arbeitswerkzeugs messtechnisch erfasst werden können.
Nach einer ersten steuerungsseitigen Variante der Arbeitsmaschine ist es möglich, dass das Arbeitswerkzeug 10 der Arbeitsmaschine, nämlich die Positionssensoren im Bereich des Hubgerüsts des Arbeitswerkzeugs 10, im Sinne des Pfeils 11 Ist-Werte über die Hubposition des Arbeitswerkzeugs 10 sowie Ist-Werte über die Kipp-position des Arbeitswerkzeugs 10 an das Leistungsverzweigungsgetriebe 4, nämlich ein Steuergerät desselben, übertragen. Abhängig hiervon, also abhängig von diesen Ist-Werten der Hubposition und der Kippposition, ermittelt das Leistungsverzweigungsgetriebe 4, nämlich das Steuergerät desselben, Stellsignale für die Ansteuerung des Arbeitswerkzeugs 10 und stellt diese Stellsignale einem Steuergerät 12 im Sinne des Pfeils 13 bereitstellt. Beim Steuergerät 12 handelt es sich um ein Steuergerät des Hubgerüsts des Arbeitswerkzeugs 10 der Arbeitsmaschine handelt. Gemäß dem Pfeil 14 kommuniziert das Steuergerät 12 des Hubgerüsts mit Aktautoren des Hubgerüsts des Arbeitswerkzeugs 10, um insbesondere die Stellsignale an das Hubgerüst des Arbeitswerkzeugs 10 zu übertragen und so die Hubposition des Arbeitswerkzeugs 10 und die Kippposition des Arbeitswerkzeugs 10 über die Aktautoren des Hubgerüsts des Arbeitswerkzeugs 10 anzupassen.
2 zeigt ferner ein optionales weiteres Steuergerät 15 der Arbeitsmaschine, wobei der Datenaustausch bzw. Signalaustausch auch über dieses weitere Steuergerät 15 erfolgen kann. So kann im Sinne des Pfeils 16 das Arbeitswerkzeug 10 die Messwerte der Positionssensoren des Hubgerüsts des Arbeitswerkzeugs 10 dem Steuergerät 15 bereitstellen, welches dann im Sinne des Pfeils 17 die entsprechenden Messwerte über den Ist-Wert der Hubposition des Arbeitswerkzeugs 10 und den Ist-Wert der Kippposition des Arbeitswerkzeugs 10 dem Steuergerät des Leistungsverzweigungsgetriebes 4 überträgt. Das Steuergerät des Leistungsverzweigungsgetriebes 4 ermittelt dann wiederum Stellsignale, die dasselbe im Sinne des Pfeils 18 an das weitere Steuergerät 15 überträgt, wobei das weitere Steuergerät 15 diese Stellsignale im Sinne des Pfeils 19 dem Steuergerät 12 bereitstellt. Im Unterschied zu einer direkten Kommunikation zwischen dem Steuergerät des Leistungsverzweigungsgetriebes 4 und dem Steuergerät 12 des Hubgerüsts im Sinne des Pfeils 13 kann demnach nach einer zweiten steuerungsseitigen Variante auch eine indirekte Kommunikation im Sinne der Pfeile 17, 18 und 19 erfolgen, nämlich über das weitere Steuergerät 15 des Arbeitswerkzeugs.
Bei der hier vorliegenden Erfindung geht es nun darum, ein Arbeitswerkzeug einer Arbeitsmaschine, vorzugsweise die Schaufel eines Radladers, optimal automatisch oder automatisiert zu beladen, wobei die Arbeitsmaschine das Leistungsverzweigungsgetriebe 4 mit dem Hydrostat 5 umfasst.
Details der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf 3 bis 5 beschrieben.
Zum automatisierten oder automatischen Beladen des Arbeitswerkzeugs 10 der Arbeitsmaschine wird abhängig von Betriebsbedingungen der Arbeitsmaschine eine Wahrscheinlichkeit darüber bestimmt, ob das Arbeitswerkzeug 10 der Arbeitsmaschine mit einem Materialhaufen in Eingriff kommt oder in Eingriff steht.
Dann, wenn diese ermittelte Wahrscheinlichkeit größer als ein entsprechender Grenzwert ist, wird eine Beladungsfunktion zum automatisierten oder automatischen Beladen des Arbeitswerkzeugs 10 aktiviert.
Bei aktivierter Beladungsfunktion werden abhängig von einem hydrostatseitigen Druckmesswert des Leistungsverzweigungsgetriebes 4, den ein dem Hydrostat 5 insbesondere im Hochdruckbereich desselben zugeordneter Drucksensor bereitstellt, ein Sollwert für die Hubposition des Arbeitswerkzeugs 10, ein Soll-Wert für die Kipp-position des Arbeitswerkzeugs 10 und ein Soll-Wert für eine Fahrpedalbetätigung eines Fahrpedals der Arbeitsmaschine ermittelt.
Abhängig von einem Vergleich dieser ermittelten Soll-Werte mit entsprechenden Ist-Werten werden dann Stellsignale für das automatisierte oder automatische Beladen des Arbeitswerkzeugs 10 der Arbeitsmaschine ermittelt.
3 verdeutlicht Details zur Ermittlung der Wahrscheinlichkeit darüber, ob das Arbeitswerkzeug 10 der Arbeitsmaschine mit einem Materialhaufen in Eingriff kommt oder in Eingriff steht. So erfolgt die Ermittlung dieser Wahrscheinlichkeit in einem Block 20 der 3, wobei dem Block 20 der 3, in welchem die Wahrscheinlichkeit über den Eingriff oder dem bevorstehenden Eingriff des Arbeitswerkzeugs 10 mit einem Materialhaufen ermittelt wird, mehrere Eingangsgrößen 21, 22 und 23 bereitgestellt werden. So wird dem Block 20 als erste Eingangsgröße ein Ist-Wert der Hubposition des Arbeitswerkzeugs bereitgestellt. Als zweite Eingangsgröße 22 wird dem Block 20 ein Ist-Wert über die Kippposition des Arbeitswerkzeugs bereitgestellt. Als weitere Eingangsgröße 23 wird dem Block 20 ein Ist-Wert einer Abtriebsdrehzahl oder ein Ist-Wert eines Gradienten der Abtriebsdrehzahl bereitgestellt. Zumindest diese drei Eingangsgrößen 21, 22 und 23 werden ausgewertet, um die Wahrscheinlich darüber zu ermitteln, ob das Arbeitswerkzeug 10 der Arbeitsmaschine mit einem Materialhaufen in Eingriff kommt oder in Eingriff steht.
Dann, wenn der Ist-Wert der Hubposition des Arbeitswerkzeugs 10 gemäß der Eingangsgröße 21 in einem ersten Bereich liegt, und dann, wenn der Ist-Wert der Kipp-position des Arbeitswerkzeugs 10 gemäß der Eingangsgröße 22 in einem zweiten Bereich liegt, und dann, wenn der Ist-Wert der Abtriebsdrehzahl gemäß der Eingangsgröße 22 kleiner als ein entsprechender Grenzwert, wird darauf geschlossen, dass die Wahrscheinlichkeit darüber, dass das Arbeitswerkzeug 10 der Arbeitsmaschine mit einem Materialhaufen in Eingriff kommt oder in Eingriff steht, größer als der entsprechende Grenzwert ist.
Es ist auch möglich, dass dann, wenn der Ist-Wert der Hubposition des Arbeitswerkzeugs 10 gemäß der Eingangsgröße 21 in dem ersten Bereich liegt, und dann, wenn der Ist-Wert der Kipp-position des Arbeitswerkzeugs 10 gemäß der Eingangsgröße 22 in dem zweiten Bereich liegt, und dann, wenn der Ist-Wert des Gradienten der Abtriebsdrehzahl größer als ein entsprechender Grenzwert ist, darauf geschlossen wird, dass die Wahrscheinlichkeit darüber, dass das Arbeitswerkzeug der Arbeitsmaschine 10 mit einem Materialhaufen in Eingriff kommt oder in Eingriff steht, größer als der entsprechende Grenzwert ist.
Als weitere Eingangsgröße kann dem Block 20 optional auch eine Bremspedalposition bereitgestellt werden. Bei betätigtem Bremspedal oberhalb des Inchbereiches ist die Wahrscheinlichkeit, dass das Arbeitswerkzeug 10 der Arbeitsmaschine mit einem Materialhaufen in Eingriff kommt oder in Eingriff steht, gering. Bei einer Bremspedalbetätigung ändert sich zwar der Gradient der Abtriebsdrehzahl sowie die Abtriebsdrehzahl als solche, eine reguläre Bremspedalbetätigung wird jedoch nicht dahingehend steuerungsseitig ausgewertet, dass die Wahrscheinlichkeit darüber, dass das Arbeitswerkzeug 10 mit dem Materialhaufen in Eingriff kommt oder in Eingriff steht, größer als der entsprechende Grenzwert ist.
Wird in Block 20 festgestellt, dass die Wahrscheinlichkeit, dass das Arbeitswerkzeug 10 der Arbeitsmaschine mit einem Materialhaufen in Eingriff kommt oder steht, größer als ein entsprechender Grenzwert ist, so wird auf Block 24 verzweigt und auf eine sogenannte Haufenfahrt erkannt. Es wird dann auf Block 25 verzweigt und die Beladungsfunktion für das automatisierte oder automatische Beladen des Arbeitswerkzeugs 10 aktiviert.
Wird hingegen in Block 20 erkannt, dass die ermittelte Wahrscheinlichkeit darüber, ob das Arbeitswerkzeug 10 der Arbeitsmaschine mit einem Materialhaufen in Eingriff kommt oder steht, kleiner als der entsprechende Grenzwert ist, so wird auf Block 26 verzweigt und darauf erkannt, dass keine Haufenfahrt vorliegt. In diesem Fall wird auf dann auf Block 27 verzweigt und die Beladungsfunktion bleibt inaktiv bzw. wird nicht aktiviert.
Dann, wenn also erkannt wird, dass die Wahrscheinlichkeit darüber, ob das Arbeitswerkzeug 10 mit einem Materialhaufen in Kontakt kommt oder in Kontakt steht, größer als der entsprechende Grenzwert ist, wird die Beladungsfunktion für das automatische bzw. automatisierte Beladen des Arbeitswerkzeugs aktiviert.
Bei aktivierter Beladungsfunktion, nämlich dann, wenn der hydrostatseitige Druckmesswert des entsprechenden Drucksensors des Leistungsverzweigungsgetriebes 4 größer als ein entsprechender Grenzwert ist, werden der Soll-Wert für die Hubposition des Arbeitswerkzeugs 10, der Soll-Wert für die Kippposition des Arbeitswerkzeugs 10 und der Soll-Wert für die Fahrpedalbetätigung ermittelt. Diese Soll-Werte werden mit den entsprechenden Ist-Werten verglichen, um abhängig hiervon letztendlich die Stellsignale für die automatisierte oder automatische Beladung des Arbeitswerkzeugs 10 zu ermitteln.
4 verdeutlicht Details einer Beladungsfunktion, welche Stellsignale für eine automatisierte Beladung des Arbeitswerkzeugs 10 generiert. So sind in 4 Eingangsgrößen für die Beladungsfunktion gezeigt, nämlich mit einer Eingangsgröße 28 der hydrostatseitige Druckmesswert, mit einer Eingangsgröße 29 ein Ist-Wert der Hubposition des Arbeitswerkzeugs 10, mit einer Eingangsgröße 30 der Ist-Wert der Kippposition des Arbeitswerkzeugs 10, mit einer Eingangsgröße 31 ein Ist-Wert einer Fahrpedalbetätigung und mit einer weiteren optionalen Eingangsgröße 32 ein Ist-Wert der Abtriebsdrehzahl, über welchen der hydrostatseitige Druckmesswert des Leistungsverzweigungsgetriebes 4 validiert werden kann.
Gemäß 4 ermittelt auf Grundlage dieser Eingangsgrößen das Steuergerät des Leistungsverzweigungsgetriebes 4 einerseits die obigen Soll-Werte und andererseits abhängig von dem Vergleich der obigen Soll-Werte mit den entsprechenden Ist-Werten Stellsignale, die das Steuergerät des Leistungsverzweigungsgetriebes 4 dem weiteren Steuergerät 15 der Arbeitsmaschine bereitstellt, wobei das weitere Steuergerät 15 der Arbeitsmaschine die entsprechenden Stellsignale in bzw. auf einem Display 33 der Arbeitsmaschine anzeigt, um den Fahrer der Arbeitsmaschine bei der automatisierten Beladung des Arbeitswerkzeugs 10 zu unterstützen.
In 4 sind über der Zeit t unterschiedliche Anzeigen auf dem Display 33 gezeigt, die dazu dienen, den Fahrer bei der Beladung des Arbeitswerkzeugs 10 zu unterstützen. So werden auf dem Display 33 unterschiedliche Stellsignale angezeigt, nämlich als erstes Stellsignal ein Stellsignal über ein Kippen des Arbeitswerkzeugs 10, als zweites Stellsignal über ein Anheben oder auch Absenken des Arbeitswerkzeugs 10 und als drittes Stellsignal ein Stellsignal über eine Fahrpedalbetätigung. So ist dem Fahrer stets bekannt, welche Aktionen er zur optimalen Beladung des Arbeitswerkzeugs 10 vorzunehmen hat. Der Fahrer erhält also über der Zeit t fortlaufend Informationen darüber, ob der das Arbeitswerkzeug 10 weiter zu kippen oder weiter anzuheben hat sowie Informationen darüber, ob die Betätigung des Fahrpedals OK ist, oder ob das Fahrpedal stärker betätigt werden muss, oder ob das Fahrpedal gelöst und damit weniger stark betätigt werden muss.
5 verdeutlicht Details einer aktivierten Beladungsfunktion, die im Unterschied zu 4 nicht der automatisierten Beladung des Arbeitswerkzeugs 10 sondern vielmehr der automatischen bzw. vollautomatischen Beladung des Arbeitswerkzeugs 10 der Arbeitsmaschine dient. Auch hier werden wiederum verschiedene Eingangsgrößen 28, 29, 30, 34 und 32 genutzt, wobei es sich bei der Eingangsgröße 28 wiederum um den Druckmesswert des Leistungsverzweigungsgetriebes 4, nämlich um den hydrostatseitigen Druckmesswert eines entsprechenden Drucksensors handelt, wobei es sich bei der Eingangsgröße 29 um den Ist-Wert der Hubposition des Arbeitswerkzeugs 10 und bei der Eingangsgröße 30 um den Ist-Wert der Kippposition des Arbeitswerkzeugs 10 handelt. Bei der Eingangsgröße 34 handelt es sich um einen Ist-Wert einer Bremspedalbetätigung und bei der optionalen Eingangsgröße 32 um die Abtriebsd rehzah l.
Diese Eingangsgrößen werden dem Steuergerät des Leistungsverzweigungsgetriebes 4 bereitgestellt, welches dann, wie oben beschrieben, abhängig von ermittelten Soll-Werten und einem Vergleich dieser Soll-Werte mit entsprechenden Ist-Werten die Stellsignale erzeugt und entweder im Sinne des Pfeils 13 unmittelbar dem Steuergerät 12 des Hubgerüsts oder indirekt im Sinne der Pfeile 17, 19 die entsprechenden Stellsignale über das weitere Steuergerät 15 der Arbeitsmaschine dem Steuergerät 12 des Hubgerüsts bereitstellt.
Das Steuergerät 12 des Hubgerüsts nutzt dann diese Stellsignale zur automatischen Ansteuerung der Arbeitsmaschine, um über die automatische Beladung des Arbeitswerkzeugs den Fahrer zu entlasten. Die Einstellung der Hubposition und der Kippposition und die Fahrpedalbetätigung erfolgt dann vollautomatisch auf Grundlage der ermittelten Stellsignale.
Bei einer fahrerseitigen Betätigung des Bremspedals, die dem Steuergerät des Leistungsverzweigungsgetriebes 4 als Eingangsgröße 34 bereitgestellt wird, erfolgt ein automatischer Abbruch der automatischen Beladung des Arbeitswerkzeugs 10. Zur nachfolgenden Aktivierung der Beladungsfunktion muss erneut eine Wahrscheinlichkeit für eine Haufenfahrt ermittelt werden, die größer als der entsprechende Grenzwert ist. Es muss also erneut eine Wahrscheinlichkeit ermittelt werden, dass das Arbeitswerkzeug 10 mit einem Materialhaufen in Eingriff kommt oder in Eingriff steht.
Durch die ständige Überwachung bzw. Messung des hydrostatseitigen Druckmesswerts kann fortlaufend eine optimale Hubposition und Kippposition für das Arbeitswerkzeug 10 sowie eine optimale Fahrpedalbetätigung ermittelt werden, um das Arbeitswerkzeug 10 optimal zu beladen.
Es kann vorgesehen sein, die Stellsignale für die automatisierte oder automatische Beladung des Arbeitswerkzeugs 10 weiterhin abhängig von einem Messwert eines Gewichtssensors des Arbeitswerkzeugs 10 und/oder abhängig von einem Messwert eines abtriebsseitigen Sensors der Arbeitsmaschine zu ermitteln. Wird z.B. festgestellt, dass das Gewicht des Arbeitswerkzeugs 10 bereits einen Grenzwert überschritten hat, so kann der Beladungsvorgang abgebrochen werden. Der Grenzwert kann, anwählbar über ein HMI-Interface, vorgegeben werden, da unterschiedliche Materialien unterschiedliche Dichten haben.
Dann, wenn auf Basis eines Messwerts eines abtriebseitigen Sensors auf durchdrehende Räder der Arbeitsmaschine 10 erkannt wird, so kann die Fahrpedalbetätigung zurückgenommen werden, um zu vermeiden, dass infolge durchdrehender Räder der zu befahrende Untergrund beeinträchtigt wird. Werden durchgehende Räder erkannt, so wird eine Fahrpedalbetätigung zurückgenommen und vorzugsweise zusätzlich das Arbeitswerkzeug 10 stärker angehoben. Nachfolgend kann über eine erneute Fahrpedalbetätigung ein weiteres Beladen des Arbeitswerkzeugs 10 erfolgen.
Bei der automatischen Beladung des Arbeitswerkzeugs 10 kann über einen Lernalgorithmus, der über mehrere automatische Beladungsvorgänge ein Optimum der Beladung des Arbeitswerkzeugs 10 ermittelt, die Effizient der Beladung des Arbeitswerkzeugs 10 weitere gesteigert werden.
Die hier vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Steuergerät einer Arbeitsmaschine, welches eingerichtet ist, dass oben beschriebene Verfahren ausführen. Bei diesem Steuergerät handelt es sich insbesondere um das Steuergerät des Leistungsverzweigungsgetriebes 4, welches auf Grundlage der oben beschriebenen Größen einerseits die Wahrscheinlichkeit über eine Haufenfahrt ermittelt, und welches andererseits dann, wenn die Wahrscheinlichkeit über eine Haufenfahrt größer als der entsprechende Grenzwert ist, die Beladungsfunktion automatisch aktiviert und dann abhängig von den anderen oben beschriebenen Eingangsgrößen die Stellsignale für das automatische bzw. automatisierte Beladen des Arbeitswerkzeugs 10 ermittelt.
Dieses Steuergerät verfügt über hardwareseitige Mittel sowie softwareseitige Mittel, um das oben beschriebene Verfahren auszuführen. Zu den hardwareseitigen Mitteln zählen Datenschnittstellen, um mit an der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beteiligten Baugruppen, insbesondere mit den Sensoren, welche die benötigten Eingangsgrößen bereitstellen, Daten auszutauschen. Ferner zählen zu diesen hardwareseitigen Baugruppen ein Prozessor zur Datenverarbeitung und ein Speicher zur Datenspeicherung. Zu den softwareseitigen Mitteln zählen Programmbausteine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Das erfindungsgemäße Steuergerät ist Bestandteil eines Steuersystems der Arbeitsmaschine. Das Steuergerät bzw. das Steuersystem ist Bestandteil der Arbeitsmaschine.
Bezugszeichenliste

1: Power-Take-Out
2: Antriebsaggregat
3: Wendegetriebe
4: Leistungsverzeigungsgetriebe
5: Hydrostat
6: Planetenradgetriebe
7: Summierungsgetriebe
8: Fahrbereichsgetriebe
9: Abtrieb
10: Arbeitswerkzeug/Hubgerüst
11: Pfeil
12: Steuergerät Arbeitswerkzeug/Hubgerüst
13: Pfeil
14: Pfeil
15: Steuergerät Arbeitsmaschine
16: Pfeil
17: Pfeil
18: Pfeil
19: Pfeil
20: Wahrscheinlichkeitsermittlung
21: Ist-Wert Hubposition
22: Ist-Wert Kippposition
23: Ist-Wert Abtriebsdrehzahl/Abtriebsdrehzahlgradient
24: Haufenfahrterkennung
25: Beladungsfunktionsaktivierung
26: keine Haufenfahrterkennung
27: keine Beladungsfunktionsaktivierung
28: hydrostatseitige Druckmesswert,
29: Ist-Wert Hubposition
30: Ist-Wert Kippposition
31: Ist-Wert Fahrpedalbetätigung
32: Ist-Wert Abtriebsdrehzahl
33: Display
34: Ist-Wert Bremspedalbetätigung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007047194 A1 [0002, 0025]
DE 102009045510 A1 [0003, 0025]
DE 10353259 A1 [0005]
US 2004/0117092 A1 [0005]

Claims

Verfahren zum automatisierten oder automatischen Beladen eines Arbeitswerkszeugs einer Arbeitsmaschine wie einer Schaufel eines Radladers, wobei die Arbeitsmaschine ein Leistungsverzweigungsgetriebe mit einem hydrostatische Einheiten umfassenden Hydrostat aufweist, wobei abhängig von Betriebsbedingen der Arbeitsmaschine eine Wahrscheinlichkeit darüber bestimmt wird, ob das Arbeitswerkszeug der Arbeitsmaschine mit einem Materialhaufen in Eingriff kommt oder in Eingriff steht, wobei dann, wenn die ermittelte Wahrscheinlichkeit größer als ein entsprechender Grenzwert ist, eine Beladungsfunktion zum automatisierten oder automatischen Beladen des Arbeitswerkszeugs aktiviert wird, wobei bei aktivierter Beladungsfunktion abhängig von einem hydrostatseitigen Druckmesswert des Leistungsverzweigungsgetriebes ein Soll-Wert für eine Hubposition des Arbeitswerkszeugs, ein Soll-Wert für eine Kippposition des Arbeitswerkszeugs und ein Soll-Wert für eine Fahrpedalbetätigung ermittelt werden, wobei abhängig von einem Vergleich der ermittelten Soll-Werte mit entsprechenden Ist-Werten Stellsignale zum automatisierten oder automatischen Beladen des Arbeitswerkszeugs ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wahrscheinlichkeit darüber, ob das Arbeitswerkszeug der Arbeitsmaschine mit einem Materialhaufen in Eingriff kommt oder steht, abhängig von einem Ist-Wert der Hubposition des Arbeitswerkszeugs, abhängig von einem Ist-Wert der Kippposition des Arbeitswerkszeugs und abhängig von einem Ist-Wert einer Abtriebsdrehzahl oder einem Ist-Wert eines Gradienten der Abtriebsdrehzahl ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn der Ist-Wert der Hubposition in einem ersten Bereich liegt, und dann, wenn der Ist-Wert der Kippposition in einem zweiten Bereich liegt, und dann, wenn entweder der Ist-Wert der Abtriebsdrehzahl kleiner als ein entsprechender Grenzwert oder der Ist-Wert des Gradienten der Abtriebsdrehzahl größer als ein entsprechender Grenzwert ist, darauf geschlossen wird, dass die Wahrscheinlichkeit größer als der entsprechende Grenzwert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn bei aktivierter Beladungsfunktion der hydrostatseitige Druckmesswert des Leistungsverzweigungsgetriebes größer als ein entsprechender Grenzwert ist, der Soll-Wert für die Hubposition des Arbeitswerkszeugs, der Soll-Wert für die Kippposition des Arbeitswerkszeugs und der Soll-Wert für die Fahrpedalbetätigung ermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellsignale in einem Display angezeigt werden, um einen Fahrer bei dem automatisierten Beladen des Arbeitswerkszeugs zu unterstützen.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als erstes Stellsignal dem Fahrer ein Kippen des Arbeitswerkszeugs, als zweites Stellsignal ein Anheben oder Absenken des Arbeitswerkszeugs und als drittes Stellsignal eine Fahrpedalbetätigung angezeigt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellsignale zur automatischen Ansteuerung der Arbeitsmaschine genutzt werden, um einen Fahrer über das automatische Beladen des Arbeitswerkszeugs zu entlasten.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das automatische Beladen des Arbeitswerkszeugs durch eine Bremspedalbetätigung beendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellsignale für das automatisierte oder automatische Beladen des Arbeitswerkszeugs weiterhin abhängig von einem Messwert eines Gewichtssensors des Arbeitswerkzeugs und/oder abhängig von einem Messwert eines abtriebsseitigen Sensors der Arbeitsmaschine ermittelt werden.
Steuergerät einer Arbeitsmaschine wie eines Radladers, dadurch gekennzeichnet, dass dasselbe eingerichtet ist das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen.