DE112005002991T5

DE112005002991T5 - Arbeitsmaschinenbetriebssystem und -verfahren

Info

Publication number: DE112005002991T5
Application number: DE112005002991T
Authority: DE
Inventors: Dante T. Thomas; Mark A. Sporer; Kevin E. Pielmeier; Joseph D. Groves
Original assignee: Caterpillar SARL
Current assignee: Caterpillar SARL
Priority date: 2004-12-10
Filing date: 2005-10-17
Publication date: 2008-01-10
Also published as: US7630793B2; US20060129280A1; CN101072917A; WO2006065341A1

Abstract

Verfahren zum Betrieb einer Arbeitsmaschine (10), welches Folgendes aufweist:
Abfühlen von mindestens einer Betriebscharakteristik eines Arbeitswerkzeuges (15), welche eine gegenwärtige Arbeitswerkzeugleistung anzeigt;
und
Verändern des Betriebs der Arbeitsmaschine (10) ansprechend auf das Abfühlen, um eine erwünschte Beziehung zwischen der mindestens einen Betriebscharakteristik des Arbeitswerkzeuges (15) und mindestens einer Betriebscharakteristik der Arbeitsmaschine (10) aufrechtzuerhalten.

Description

Technisches Gebiet
Diese Offenbarung bezieht sich Allgemein auf ein System und ein Verfahren zur Steuerung einer Arbeitsmaschine und insbesondere auf ein System und ein Verfahren zur Veränderung des Betriebs der Arbeitsmaschine basierend auf abgefühlten Arbeitswerkzeugbetriebscharakteristiken.
Hintergrund
Herkömmliche Arbeitsmaschinen können in vielen unterschiedlichen Anwendungen verwendet werden, was jene auf dem Gebiet des Baues, des Ackerbaus, der Landschaftsgestaltung und des Bergbaus einschließt. Um diese Anwendungen auszuführen, sind Arbeitswerkzeuge typischerweise an Arbeitsmaschinenhubarmen oder an anderen Gelenkgliedern angebracht und können mit einem oder mehreren Hydraulikmechanismen der Arbeitsmaschine verbunden sein.
Ein Arbeitsmaschinenbediener kann die Arbeitsmaschine antreiben und irgendwelche Arbeitswerkzeuge steuern, die daran angebracht sind, und zwar durch die Anwendung von verschiedenen Bedienerschnittstellen. Diese Bedienerschnittstellen können Hydraulikströmungsmittelflüsse und -drücke steuern und können dadurch den Betrieb des angebrachten Arbeitswerkzeuges während der Ausführung der Anwendung steuern. Beispielsweise können Arbeitsmaschinen eine oder mehrere Hydraulikschaltungen bzw. Hydraulikkreisläufe aufweisen, die bei der Betätigung von verschiedenen Arbeitswerkzeughub- und -kippmechanismen an der Arbeitsmaschine verwendet werden. Im Fall von einigen Arbeitswerkzeugen kann zusätzliche hydraulische Schaltung verwendet werden, um hydraulisches Strömungsmittel zum Arbeitswerkzeug zum Betrieb von verschiedenen Mechanismen zu liefern, die an dem Arbeitswerkzeug gelegen sind.
Die Anforderungen, die an die zusätzliche hydraulische Schaltung gestellt werden, können basierend auf einer Anzahl von Faktoren variieren, die beispielsweise die Art und/oder den Hersteller der Arbeitswerkzeuganbringung und die Aufgabe mit einschließen, für deren Ausführung sie verwendet wird. Zusätzlich kann jedes spezielle Arbeitswerkzeug einen Bereich von Geschwindigkeiten, Drücken, Flüssen oder anderen Betriebscharakteristiken haben, in denen das Arbeitswerkzeug gemäß seiner Auslegung arbeiten soll. Der Betrieb des Arbeitswerkzeuges in diesen Bereichen oder Konstruktionsparametern kann die Leistung des Arbeitswerkzeugs verbessern. Die verschiedenen Konstruktionsparameter eines gegebenen Arbeitswerkzeugs können innerhalb der Betriebstoleranzen oder der maximal zulässigen Geschwindigkeiten, Drücke und Flüsse des Arbeitswerkzeugs und/oder der Arbeitsmaschine sein, können jedoch auch anders als diese sein. Um die Leistung eines Systems aus Arbeitsmaschine und Arbeitswerkzeug zu verbessern, kann es nötig sein, die Betriebscharakteristiken des Arbeitswerkzeugs abzufühlen, wenn es eine Aufgabe ausführt, und den Betrieb der Arbeitsmaschine, wie beispielsweise die Arbeitswerkzeugfunktionen, innerhalb der Konstruktionsparameter des Arbeitswerkzeugs zu verändern.
Gegenwärtige Arbeitsmaschinensteuersysteme können den Betrieb einer Arbeitsmaschine basierend auf den maximalen betrieblichen Toleranzen des Arbeitswerkzeugs verändern, anstatt den Betrieb der Arbeitsmaschine basierend auf den Auslegungs- bzw. Konstruktionsparametern des Arbeitswerkzeugs zu verändern. Beispielsweise offenbart die US-Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer US 2003/0051470 A1 („die '470-Veröffentlichung") ein System zur Steuerung von hydraulischen Arbeitswerkzeugen. Das System weist eine Arbeitsmaschine, einen Steuercomputer und ein Arbeitswerkzeug auf, welches an der Arbeitsmaschine angebracht ist. Das Arbeitswerkzeug weist einen Speicherchip auf und kann einen Sensor aufweisen, der kontinuierlich Betriebsinformationen aufnimmt und sie zu dem Steuercomputer überträgt. Gemäß der '470-Veröffentlichung überträt der Speicherchip an dem Arbeitswerkzeug ein Signal an den Steuercomputer, welches den maximalen Betriebsströmungsmitteldruck und die maximale Betriebsströmungsmittelgeschwindigkeit des entsprechenden Arbeitswerkzeugs anzeigt. Der Steuercomputer berücksichtigt diese Informationen, um zu verhindern, dass diese betrieblichen Toleranzen des Arbeitswerkzeugs ü berschritten werden, wenn er die Strömungsmittelflussraten und -drücke berechnet, die erforderlich sind, um eine erwünschte Anwendung zu erreichen.
Die Steuerung einer Arbeitsmaschine basierend auf den betrieblichen Toleranzen oder Grenzen eines speziellen Arbeitswerkzeuges kann einen Schaden an dem Arbeitswerkzeug verhindern, kann jedoch nicht die Leistung des Systems aus Arbeitsmaschine und Arbeitswerkzeug für eine gegebene Anwendung verbessern. Beispielsweise können diese Toleranzen nicht in Beziehung mit den Strömungsmittelflussraten oder Strömungsmitteldrücken sein, mit denen das Arbeitswerkzeug gemäß seiner Auslegung effizient arbeiten soll, und können beträchtlich höher als diese sein. In einer solchen Situation kann eine toleranzbasierte Steuerstrategie die Arbeitsmaschine steuern, um bis zu den betrieblichen Grenzen des Arbeitswerkzeuges zu arbeiten, bevor eine Veränderung des Betriebs der Arbeitsmaschine bewirkt wird. Als eine Folge kann das Arbeitswerkzeug so gesteuert werden, dass es über seine Konstruktionsparameter hinaus arbeitet und die gesamte Leistung der Arbeitsmaschine kann beschränkt werden.
Die vorliegende Offenbarung sieht ein Arbeitsmaschinensteuersystem vor, welches einen Teil der zuvor erwähnten Nachteile des Standes der Technik oder alle diese Nachteile vermeidet.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist ein Verfahren zum Betrieb einer Arbeitsmaschine auf, zumindest eine Betriebscharakteristik eines Arbeitswerkzeuges abzufühlen, die eine gegenwärtige Arbeitswerkzeugleistung anzeigt. Das Verfahren weist auch auf, den Betrieb der Arbeitsmaschine ansprechend auf das Abfühlen zu verändern, um eine erwünschte Beziehung zwischen der mindestens einen Betriebscharakteristik des Arbeitswerkzeuges und der mindestens einen Betriebscharakteristik der Arbeitsmaschine aufrecht zu erhalten.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist ein Verfahren zum Betrieb einer Arbeitsmaschine auf, einen Arbeitswerkzeugströmungsmittel druck und/oder eine Arbeitswerkzeuggeschwindigkeit und/oder einen Arbeitswerkzeugströmungsmittelfluss abzufühlen. Das Verfahren weist auch auf, die Arbeitsmaschinenfahrgeschwindigkeit ansprechend auf das Abfühlen zu modifizieren, um ein erwünschtes Verhältnis zwischen der Arbeitsmaschinenfahrgeschwindigkeit und dem Arbeitswerkzeugströmungsmitteldruck und/oder der Arbeitswerkzeuggeschwindigkeit und/oder dem Arbeitswerkzeugströmungsmittelfluss aufrechtzuerhalten.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist ein Verfahren zum Betrieb einer Arbeitsmaschine auf, einen Arbeitswerkzeugströmungsmitteldruck und/oder eine Arbeitswerkzeuggeschwindigkeit und/oder einen Arbeitswerkzeugströmungsmittelfluss abzufühlen. Das Verfahren weist auch auf, einen Fluss eines Strömungsmittels von der Arbeitsmaschine zum Arbeitswerkzeug ansprechend auf das Abfühlen zu modifizieren, um ein erwünschtes Verhältnis zwischen dem Fluss des Strömungsmittels von der Arbeitsmaschine und dem Arbeitswerkzeugströmungsmitteldruck und/oder der Arbeitswerkzeuggeschwindigkeit und/oder dem Arbeitswerkzeugströmungsmittelfluss aufrechtzuerhalten.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist ein Arbeitsmaschinenbetriebssystem eine Vielzahl von Sensoren auf, die konfiguriert sind, um mindestens eine Betriebscharakteristik eines Arbeitswerkzeuges abzufühlen, und mindestens eine Bedienerschnittstelle. Das System weist auch eine Steuervorrichtung auf, die konfiguriert ist, um eine erwünschte Beziehung zwischen der mindestens einen Betriebscharakteristik des Arbeitswerkzeuges und der mindestens einen Betriebscharakteristik der Arbeitsmaschine aufrechtzuerhalten.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Teilseitenansicht und eine schematische Teilansicht einer Arbeitsmaschine gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
2 veranschaulicht eine Blockdiagrammdarstellung eines Arbeitsmaschinensteuersystems gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung; und
3 ist ein Flussdiagramm einer Arbeitsmaschinensteuerstrategie entsprechend einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung.
Detaillierte Beschreibung
Nun wird im Detail auf die Zeichnungen Bezug genommen. Wo immer es möglich ist, werden die gleichen Bezugszeichen in den gesamten Zeichnungen verwendet, um sich auf dieselben oder auf die gleichen Teile zu beziehen.
1 veranschaulicht eine Arbeitsmaschine 10 gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung. Obwohl 1 eine differentialgelenkte Ladermaschine abbildet, sei bemerkt, dass die Aspekte der vorliegenden Offenbarung in Verbindung mit irgendeiner anderen Arbeitsmaschine 10 verwendet werden können, die in der Technik bekannt ist. Solche Arbeitsmaschinen 10 können Raddozer, Radlader, Raupenlader, Baggerlader, Verdichter bzw. Walzen, Waldbaumaschinen, Frontschaufelbagger bzw. Löffelbagger, hydraulische Bagger, integrierte Werkzeugträger, Geländelader, Materialhandhabungsvorrichtungen und Ackerbautraktoren aufweisen, sind jedoch nicht darauf eingeschränkt.
Die Arbeitsmaschine 10 kann eine oder mehrere Bedienerschnittstellen 40 aufweisen. Wie in 1 veranschaulicht, sind die Bedienerschnittstellen 40 typischerweise im Bedienerabteil der Arbeitsmaschine 10 gelegen, können jedoch sonst irgendwo gelegen sein. Solche Bedienerschnittstellen 40 können Hebel, Schalter, Knöpfe, Fußpedale, Joysticks bzw. Steuerhebel, Steuerräder, berührungsempfindliche Flächen bzw. Touchpads, berührungsempfindliche Bildschirmanzeigen, LCD-Anzeigen, Computerbildschirme und Tastaturen aufweisen, sind jedoch nicht auf diese eingeschränkt. Die Bedienerschnittstellen 40 können betriebsmäßig mit der Arbeitsmaschine 10 verbunden sein, um entweder die Arbeitsmaschinensteuerung, die Werkzeugsteuerung oder Beides zu erleichtern. Die Bedienerschnittstel len 40 können auch die Kommunikation zwischen dem Bediener und einer (nicht gezeigten) Steuereinheit erleichtern.
Wie in 1 veranschaulicht, kann ein Arbeitswerkzeug 15 betriebsmäßig am vorderen Ende der Arbeitsmaschine 10 angebracht sein. Es sei bemerkt, dass, wenn eine Arbeitsmaschine 10 hinten montierte Arbeitswerkzeuge 15 verwenden kann, solche Werkzeuge 15 auch betriebsmäßig am hinteren Ende der Arbeitsmaschine 10 angebracht sein können. Es sei weiter bemerkt, dass die Arbeitswerkzeuge 15 betriebsmäßig an der Seite, am Oberteil, am Unterteil oder an anderen Stellen der Arbeitsmaschine 10 angebracht sein können, und das solche Werkzeuge 15 durch die hier offenbarten Verfahren gesteuert werden können.
Die Arbeitswerkzeuge 15 können in eine Anzahl von unterschiedlichen Kategorien aufgeteilt sein. Beispielsweise können die Arbeitswerkzeuge 15 so beschrieben werden, dass sie entweder eine einzige Anwendung ausführen können, oder dass sie mehr als eine ausführen können. Solche „Einzelanwendungsarbeitswerkzeuge" 15 können Grabwerkzeuge, Materialhandhabungsarme, Förderschnecken, Besen, Harken, Baumstumpffräsen, Schneefräsen, Kreissägen, Entastungsvorrichtungen, Radlader und Asphaltschneider aufweisen, sind jedoch nicht auf diese eingeschränkt. Genauso können „Mehrfachanwendungswerkzeuge" Eimer, Winkelschilde, Kaltplaniervorrichtungen, Verdichtungsvorrichtungen, Gabeln, Geländeformungsharken, Greifvorrichtungen, Baggereinrichtungen, Fülltrichter, Mehrfachverarbeitungseinrichtungen, Hubausleger und Greifvorrichtungen aufweisen, sind jedoch nicht darauf eingeschränkt. In dem in 1 gezeigten beispielhaften Ausführungsbeispiel kann das Arbeitswerkzeug 15, welches an der Arbeitsmaschine 10 angebracht ist, entweder ein Einzelanwendungsarbeitswerkzeug oder ein Mehrfachanwendungsarbeitswerkzeug 15 sein.
Arbeitswerkzeuge 15 können auch gemäß dem kategorisiert werden, ob sie hydraulisches Strömungsmittel verwenden, um eine erwünschte Aufgabe auszuführen oder nicht. Solche hydraulischen Arbeitswerkzeuge 15 können beispielsweise Materialhandhabungsarme, Schnecken, Besen, Baumstumpffräsen, Kreissägen, Schneefräsen, Asphaltschneidvorrichtungen, Verdichtungswerkzeuge bzw. Wal zen, Greifvorrichtungen und Mehrfachverarbeitungseinrichtungen aufweisen. Andererseits können „nicht hydraulische" Arbeitswerkzeuge beispielsweise Grabenfräswerkzeuge, Harken, Entastungsvorrichtungen, Radladevorrichtungen, Schaufeln, Winkelschilde, Kaltplaniervorrichtungen, Gabeln, Landformungsharken, Baggeransätze, Fülltrichter und Greifausleger aufweisen. Während nicht hydraulische Arbeitswerkzeuge nicht unter Druck gesetztes Strömungsmittel verwenden, um Aufgaben auszuführen, können einige nicht hydraulische Arbeitswerkzeuge andere am Werkzeug gelegene Steuermittel verwenden, wie beispielsweise Elektromotoren, pneumatische Vorrichtungen und/oder Elektromagneten, um dabei zu helfen, verschiedene Anwendungen auszuführen. Aspekte der vorliegenden Offenbarung können mit irgendeinem der zuvor erwähnten Arbeitswerkzeuge verwendet werden, genauso wie jene, die hier nicht erwähnt werden, und zwar ungeachtet dessen, wie das Arbeitswerkzeug 15 kategorisiert ist, oder wie das Arbeitswerkzeug 15 funktioniert.
Zusätzlich können Aspekte der vorliegenden Offenbarung ungeachtet der Anwendung verwendet werden, die von dem Arbeitswerkzeug 15 ausgeführt wird. Solche Anwendungen können beispielsweise Schleifen bzw. Fräsen, Lagerhaltung, das Graben von Gräben, Hämmern, Ausgrabungsarbeiten, Harken, Graden bzw. Abziehen, die Bewegung von Paletten, die Materialhandhabung, die Entfernung von Schnee, das Umfräsen von Böden, Abbrucharbeiten, Tragarbeiten, Schneidarbeiten, Verfüllungsarbeiten und Kehrarbeiten aufweisen.
2 veranschaulicht schematisch ein Steuersystem für eine Arbeitsmaschine 10 mit einem Arbeitswerkzeug 15, welches betriebsmäßig gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung angebracht ist. Wie in 2 veranschaulicht, kann eine Arbeitsmaschine 10 eine Steuereinheit 20 aufweisen. Es sei bemerkt, dass die Steuereinheit 20 beispielsweise ein elektronisches Steuermodul („ECM = Electronic Control Module"), ein Systemcomputer, eine zentrale Verarbeitungseinheit oder eine andere in der Technik bekannte Datenspeicher- und Datenverarbeitungsvorrichtung sein kann. Die Steuereinheit 20 kann irgendwo an der Arbeitsmaschine 10 gelegen sein und kann in Verbindung mit den oben beschriebenen Bedienerschnittstellen 40 sein. Die Steuereinheit 20 kann auch beispielsweise in Verbindung mit Arbeitswerkzeugdruck-, Arbeitswerkzeugfluss-, Arbeitswerkzeuggeschwindigkeits- und Arbeitswerkzeugpositionssensoren 25 bzw. 30 bzw. 35 bzw. 36 sein, und mit mindestens einer Hydrauliksteuervorrichtung 45, wie beispielsweise einem Arbeitswerkzeughydraulikflussventil (wobei jedes dieser Teile unten genauer beschrieben wird).
Die Steuereinheit 20 kann fähig sein, Daten zu speichern und kann interne Speichervorrichtungen haben, die die Speicherung von Daten ermöglichen. Solche Vorrichtungen können beispielsweise eine Festplatte, ein Floppydisk-Laufwerk, ein CD-ROM-Laufwerk oder andere in der Technik bekannte Datenspeichervorrichtungen aufweisen. Die gespeicherten Daten können bekannten Anwendungen und Arbeitswerkzeugen 15 entsprechen, und die Steuereinheit 20 kann diese und andere Daten mit neuen Daten aktualisieren. Es sei bemerkt, dass in allen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung die Steuereinheit 20 Informationen entsprechend Bereichen von Drehzahl, Druck, Fluss und/oder anderen Betriebscharakteristiken einer Vielzahl von Arbeitswerkzeugen 15 speichern kann. Diese Informationen können für jedes Arbeitswerkzeug 15 spezifisch sein und können Bereiche oder Konstruktionsparameter definieren, in denen das Arbeitswerkzeug 15 für einen Betrieb ausgelegt sein kann. Das Betreiben eines Arbeitswerkzeuges 15 innerhalb dieser Bereiche oder Konstruktionsparameter kann die Leistung des Arbeitswerkzeuges 15 während einer gegebenen Anwendung verbessern und kann auch die Gesamtleistung der Arbeitsmaschine 10 während der Anwendung verbessern.
Die Steuereinheit 20 kann auch fähig sein, Daten zu verarbeiten und kann interne Datenverarbeitungsvorrichtungen haben, um die Verarbeitung von Daten zu ermöglichen. Solche Vorrichtungen können beispielsweise einen Mikroprozessor von in der Technik bekannter Bauart und Geschwindigkeit aufweisen. Die Steuereinheit 20 kann fähig sein, Eingangsgrößen von so vielen Arbeitsmaschinenelementen und Arbeitswerkzeugsensoren aufzunehmen und zu diesen zu senden, wie es nötig ist, um die unterschiedlichen Steuerstrategien der vorliegenden Offenbarung auszuführen. Diese Arbeitsmaschinenelemente und Arbeitswerkzeugsensoren können zusätzlich zu den oben erwähnten Elementen und Sensoren vorgesehen sein. Beispielsweise kann die Arbeitsmaschine 10 eine Vielzahl von Bedienerschnittstellen 40 aufweisen, und das Arbeitswerkzeug 15 kann mehr als einen Druck-, Fluss-, Geschwindigkeits- und Positionssensor 25, 30, 35, 36 aufweisen.
Die Steuereinheit 20 kann beispielsweise eine Delphi-A1-2C- oder eine Delphi-A4-M1-Steuervorrichtung sein, die von der Delphi Corporation, Troy, Michigan, USA, hergestellt wird. Die Steuereinheit 20 kann starr an einer Struktur der Arbeitsmaschine 10 oder am Arbeitswerkzeug 15 durch irgendwelche in der Technik bekannten Mittel angebracht sein, und kann gedämpft sein, um die Effekte von Schwingungen, Zusammenstößen und anderen plötzlichen, rüttelnden oder wiederholten Bewegungen zu minimieren. Solche Steuereinheiten 20 können die Antriebsfunktionen des Arbeitswerkzeugs 15 steuern. Diese Funktionen können beispielsweise das Starten, das Beschleunigen, das Abbremsen, das Stoppen und das Drehen des Arbeitswerkzeuges 15 aufweisen. In einigen Ausführungsbeispielen kann die Steuereinheit 20 in Verbindung mit irgendeiner Anzahl von zusätzlichen (nicht gezeigten) Steuervorrichtungen sein, die entweder an dem Arbeitswerkzeug 15 oder an der Arbeitsmaschine 10 gelegen sind. In solchen Ausführungsbeispielen kann die Steuereinheit 20 mit den zusätzlichen Steuervorrichtungen durch ein Control-Area-Network (CAN) bzw. Steuerbereichsnetzwerk oder durch andere in der Technik bekannte Kommunikationsmittel kommunizieren.
Immer noch mit Bezug auf 2 können zusätzlich zum Drucksensor 25, zum Flusssensor 30, zum Geschwindigkeitssensor 35 und den Positionssensoren 36 optische Sensoren, Audiosensoren oder andere Sensoren oder Mechanismen, die in der Technik bekannt sind, mit der Steuereinheit 20 gekoppelt sein. Jeder der Sensoren kann mit einem Element des Arbeitswerkzeuges 15 verbunden sein, dessen Abfühlung nützlich bei der Bestimmung der Größe von beispielsweise der Arbeit, der Kraft oder der Energie sein kann, die erforderlich sind, um eine erwünschte Aufgabe auszuführen.
Die Lage eines speziellen Sensors am Arbeitswerkzeug 15 kann der Betriebscharakteristik des Arbeitswerkzeuges 15 entsprechen, die gemessen wird. Beispiels weise können in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung die Drucksensoren 25 Hydraulikströmungsmitteldrucksensoren sein, die an einem oder mehreren Hydraulikzylindern des Arbeitswerkzeuges 15 gelegen sind, und können den Druck des Hydraulikströmungsmittels in den Zylindern messen. Die Flusssensoren 30 können Hydraulikströmungsmittelflusssensoren sein, die strömungsmittelmäßig mit Hydraulikelementen des Arbeitswerkzeuges 15 verbunden sind, oder mit einer zusätzlichen Hydraulikschaltung 44 der Arbeitsmaschine 10, und sie können den Fluss des hydraulischen Strömungsmittels von der Arbeitsmaschine 10 zum Arbeitswerkzeug 15 messen. in Ausführungsbeispielen, wo das Arbeitswerkzeug 15 mehrere hydraulische Komponenten hat, kann das Arbeitswerkzeug 15 eine Vielzahl von Flusssensoren 30 aufweisen. Jeder Sensor 30 kann konfiguriert sein, um einen Fluss von hydraulischem Strömungsmittel von der Arbeitsmaschine 10 zu einer entsprechenden Hydraulikkomponente des Arbeitswerkzeuges 15 abzufühlen. Die Drehzahl- bzw. Geschwindigkeitssensoren 35 können Arbeitswerkzeuggeschwindigkeitssensoren sein, wie beispielsweise Radgeschwindigkeitssensoren, die an einem oder mehreren sich bewegenden Elementen des Arbeitswerkzeuges 15 gelegen sind, und sie können die Geschwindigkeit bzw. Drehzahl messen, mit der sich die Elemente drehen, lenken oder in anderer Weise bezüglich einer stationären Referenzposition bewegen.
Die Positionssensoren 36 können Arbeitswerkzeugpositionssensoren sein, die an irgendeinem sich bewegenden Teil des Arbeitswerkzeuges 15 gelegen sind. Die Positionssensoren 36 können die Position der unterschiedlichen Teile des Arbeitswerkzeuges 15 relativ zueinander abfühlen. Die Positionssensoren 36 können auch die Position des Arbeitswerkzeuges 15 mit Bezug zu einem Referenzpunkt abfühlen. Es sei bemerkt, dass die Positionssensoren 36 konfiguriert sein können, um den Winkel, die Höhe, die Tiefe und/oder andere Positionen des Arbeitswerkzeuges 15 oder seiner Teile relativ zum Referenzpunkt abzufühlen. Der Referenzpunkt kann ein fester Punkt an der Arbeitsmaschine 10 oder entfernt von dieser sein. Der Referenzpunkt kann sich auch relativ zur Arbeitsmaschine 10 bewegen. Beispielsweise kann in einem Ausführungsbeispiel der Referenzpunkt an einer anderen sich bewegenden Arbeitsmaschine 10 gelegen sein. In einem weiteren Ausführungsbeispiel können die Positionssensoren 36 Globalpositionsbestim mungsfähigkeiten haben. In noch einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der Referenzpunkt einen Punkt oder eine andere Stelle auf dem Boden oder auf einer anderen Oberfläche aufweisen, die die Arbeitsmaschine 10 trägt.
Es sei bemerkt, dass zusätzliche (nicht gezeigte) Sensoren an der Arbeitsmaschine 10 gelegen sein können, und dass sie positioniert sein können, um die Betriebscharakteristiken der Arbeitsmaschine 10 der oben beschriebenen Art abzufühlen. Solche Arbeitsmaschinensensoren können auch in Verbindung mit der Steuereinheit 20 sein. Die Betriebscharakteristiken der Arbeitsmaschine 10 können beispielsweise die Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine 10 und den Fluss des hydraulischen Strömungsmittels von der zusätzlichen Hydraulikschaltung 44 der Arbeitsmaschine 10 zum Arbeitswerkzeug 15 aufweisen. Die Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine 10 kann die Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine über ein Arbeitsgelände sein. Die Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine 10 kann vom Bediener gesteuert werden oder kann automatisch durch eine Steuerstrategie gesteuert werden. Wenn die Fahrgeschwindigkeit automatisch gesteuert wird, kann die Arbeitsmaschine 10 (nicht gezeigte) hydromechanische Komponenten aufweisen, die elektrisch mit der Steuereinheit 20 verbunden sind und konfiguriert sind, um die Fahrgeschwindigkeit zu steuern. Es sei bemerkt, dass die Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine 10 im Wesentlichen direkt in Beziehung zu der auf das Arbeitswerkzeug 15 aufgebrachten Last sein kann, wenn das Arbeitswerkzeug 15 auf ein im Wesentlichen gleichförmiges Material wirkt.
Gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel kann die Steuereinheit 20 ein oder mehrere Mittel sein, um eine erwünschte Beziehung oder ein Verhältnis zwischen mindestens einer Betriebscharakteristik des Arbeitswerkzeuges 15 und mindestens einer Betriebscharakteristik der Arbeitsmaschine 10 aufrechtzuerhalten. Beispielsweise kann bei Anwendungen, wo die Sensoren 25, 30, 35, 36 eine Steigerung der Arbeitswerkzeugströmungsmitteltemperatur und/oder eine Verringerung des Arbeitswerkzeugströmungsmittelflusses und/oder eine Verringerung der Arbeitswerkzeuggeschwindigkeit und/oder eine Veränderung der Arbeitswerkzeugposition abfühlen, die Steuereinheit 20 Aspekte der Arbeitsmaschine 10 so steuern, dass die Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine 10 verringert wird und/oder der Fluss des Strömungsmittels von der Arbeitsmaschine 10 zum Arbeitswerkzeug 15 gesteigert wird. Solche Bedingungen können daraus resultieren, dass das Arbeitswerkzeug 15 sich festfrisst, eingeklemmt wird oder in anderer Weise eine gesteigerte Belastung erfährt. Bei solchen Bedingungen mit gesteigerter Last kann die Verringerung des Arbeitswerkzeugströmungsmittelflusses das Ergebnis der Steigerung des Arbeitswerkzeugströmungsmitteldruckes sein, und kann nicht aufgrund der Betätigung eines Ventils oder einer anderen Flusssteuervorrichtung auftreten. Wenn die Belastung auf dem Arbeitswerkzeug 15 zunimmt, können somit der Arbeitswerkzeugströmungsmittelfluss und der Arbeitswerkzeugströmungsmitteldruck umgekehrt in Beziehung stehen.
Bei Anwendungen, wo die Sensoren 25, 30, 35, 36 eine Verringerung des Arbeitswerkzeugströmungsmitteldruckes und/oder eine Steigerung des Arbeitswerkzeugströmungsmittelflusses und/oder eine Steigerung der Arbeitswerkzeuggeschwindigkeit bzw. Arbeitswerkzeugdrehzahl und/oder eine Veränderung der Arbeitswerkzeugposition abfühlen, kann die Steuereinheit 20 andererseits Aspekte der Arbeitsmaschine 10 so steuern, dass sie die Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine 10 steigert und/oder den Fluss des Strömungsmittels von der Arbeitsmaschine 10 zum Arbeitswerkzeug 15 verringert. Solche Bedingungen können daraus resultieren, dass das Arbeitswerkzeug 15 plötzlich auf ein Material mit relativ niedriger Dichte einwirkt oder in anderer Weise eine Verringerung einer Last erfährt. Bei einer solchen Bedingung mit verringerter Last kann die Steigerung des Arbeitswerkzeugströmungsmittelflusses das Ergebnis der Verringerung des Arbeitswerkzeugströmungsmitteldruckes sein und kann nicht aufgrund des Betriebs eines Ventils oder einer anderen Flusssteuervorrichtung auftreten. Wenn die Belastung auf dem Arbeitswerkzeug 15 abnimmt, können somit der Arbeitswerkzeugströmungsmittelfluss und der Arbeitswerkzeugströmungsmitteldruck umgekehrt in Beziehung stehen.
Die Steuerung von Aspekten der Arbeitsmaschine 10, wie dies oben erklärt wurde, bewirkt, dass das Arbeitswerkzeug 15 in einem erwünschten Leistungsbereich oder Auslegungsparameter arbeitet, der kleiner als eine betriebliche Toleranz des Arbeitswerkzeuges ist. Diese erwünschten Beziehungen zwischen den Betriebscharakteristiken des Arbeitswerkzeugs 15 und den Betriebscharakteristiken der Arbeitsmaschine 10 können im Wesentlichen direkt oder indirekt sein. Es sei bemerkt, dass die erwünschten Beziehungen oder Verhältnisse auf den ausgeführten Anwendungen basieren können und dem erwünschten Leistungsbereich oder Auslegungsparameter des Arbeitswerkzeuges 15 entsprechen können. Als eine Folge kann die Arbeitsmaschine 10 gesteuert werden, um den Arbeitswerkzeugwirkungsgrad zu maximieren.
Es sei auch bemerkt, dass, um das Arbeitswerkzeug 15 innerhalb seines erwünschten Leistungsbereiches zu betreiben, die Arbeitsmaschine 10 nicht in ihrem erwünschten Leistungsbereich bei manchen Anwendungen betrieben werden kann. Beispielsweise kann das Betreiben eines gegebenen Arbeitswerkzeuges 15 innerhalb seines erwünschten Leistungsbereiches erfordern, dass die Arbeitsmaschine 10, an der es angebracht ist, mit einer Fahrgeschwindigkeit von 5 Fuß pro Minute arbeitet. Der erwünschte Leistungsbereich der speziellen Arbeitsmaschine 10 kann jedoch ungefähr 50-60 Fuß pro Minute sein. Somit würde das Betreiben des Arbeitswerkzeuges 15 in seinem erwünschten Leistungsbereich zur Folge haben, dass die Arbeitsmaschine 10 außerhalb ihres erwünschten Leistungsbereiches arbeitet. In manchen Situationen kann jedoch das Betreiben des Arbeitswerkzeuges 15 in seinem erwünschten Leistungsbereich anstatt in dem der Arbeitsmaschine 10 eine optimale Leistung der Anwendung zur Folge haben und kann somit bevorzugt sein.
Obwohl dies in 2 nicht gezeigt ist, kann die Arbeitsmaschine 10 zumindest eine primäre Hydraulikschaltung aufweisen. Die primäre Hydraulikschaltung kann beispielsweise Hydraulikzylinder, Hydraulikflussventile, Hydraulikströmungsmittelschläuche, Armaturen, Hydraulikströmungsmittelpumpen und andere Strukturen aufweisen, die bei der Steuerung des Flusses von hydraulischem Strömungsmittel nützlich sind. Diese Strukturen können eine Strömungsmittelregelungsschaltung (closed loop) an der Arbeitsmaschine 10 bilden und können in Verbindung mit anderen Komponenten der Arbeitsmaschine 10 verwendet werden, um verschiedene Aspekte des Betriebs der Arbeitsmaschine zu steuern. Beispielsweise kann ein Ende eines Hydraulikzylinders der primären Ende eines Hydraulikzylinders der primären Hydraulikschaltung an einem Gelenkarm der Arbeitsmaschine 10 angebracht sein, während ein anderes Ende am Körper der Arbeitsmaschine 10 angebracht sein kann. Der Hydraulikzylinder kann somit konfiguriert sein, um den Gelenkarm ansprechend auf einen Befehl, beispielsweise von der Steuervorrichtung 20, zu betätigen. Das Betätigen des Gelenkarms kann dabei helfen, die Position eines daran angebrachten Arbeitswerkzeuges 15 mit Bezug zu einem Referenzpunkt einzustellen.
In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung kann die Position des Arbeitswerkzeuges 15 über einen gesamten Bewegungsbereich gesteuert werden, wenn eine erwünschte Anwendung ausgeführt wird. In einem solchen Ausführungsbeispiel kann die Steuereinheit 20 die Arbeitsmaschine 10 steuern, um eine Anwendung auszuführen, die die dynamische Steuerung des Arbeitswerkzeuges 15 erfordert. Beispielsweise kann die Steuereinheit 20 programmiert werden, um das Zuschneiden eines Busches unter Verwendung eines Trimm- bzw. Zuschneidearbeitswerkzeuges 15 zu steuern, welches an einer Arbeitsmaschine 10 angebracht ist. In einem solchen Ausführungsbeispiel kann die Steuereinheit 20 die Position und/oder die Bewegung des Werkzeuges 15 über einen vorbestimmten Bewegungsbereich entsprechend einer erwünschten Buschform steuern. Die Positions- und/oder Bewegungssteuerung kann bezüglich eines Referenzpunktes geschehen, beispielsweise bezüglich der Basis des zugeschnittenen Busches. Die Position und/oder des Werkzeuges 15 kann ebenfalls gesteuert werden, wenn sich die Arbeitsmaschine 10 bezüglich des Referenzpunktes bewegt.
Die zusätzliche Hydraulikschaltung 44 der Arbeitsmaschine 10 kann Vorrichtungen enthalten, die ähnlich jenen sind, die mit Bezug auf die primäre Hydraulikschaltung besprochen wurden. Die Hilfs- bzw. Zusatzschaltung 44 kann jedoch konfiguriert sein, um Hydraulikströmungsmittel zu Hydraulikkomponenten 50 des Arbeitswerkzeuges 15 zu liefern und nicht zur Arbeitsmaschine 10. Wie oben beschrieben, kann beispielsweise ein Arbeitswerkzeug 15 eine oder mehrere Hydraulikkomponenten 50 aufweisen, die bei der Ausführung einer erwünschten Aufgabe nützlich sind. Die Hydraulikkomponenten 50 können beispielsweise Hydraulikzylinder sein. Wenn sie mit der Arbeitsmaschine 10 und insbesondere mit der Zusatzschaltung 44 der Arbeitsmaschine 10 verbunden sind, können die Hydraulikkomponenten 50 des Arbeitswerkzeuges 15 Hydraulikströmungsmittel von der Zusatzhydraulikschaltung 44 in gesteuerter Weise aufnehmen. Somit kann die zusätzliche Hydraulikschaltung 44 dabei helfen, die Position von mindestens einem Aspekt des Arbeitswerkzeuges 15 bezüglich eines Referenzpunktes einzustellen, der an der Arbeitsmaschine 10 oder entfernt von dieser gelegen ist.
Wie in 2 veranschaulicht, kann der Fluss des hydraulischen Strömungsmittels von der Zusatzschaltung 44 zum Arbeitswerkzeug 15 durch Hydraulikflusssteuervorrichtungen 45 an der Arbeitsmaschine 10 gesteuert werden. Diese Steuervorrichtungen 45 können beispielsweise elektrische Steuerungen, hydraulische Steuerungen, pneumatische Steuerungen, hydraulische Steuerventile oder andere Vorrichtungen aufweisen, die den Fluss von hydraulischem Strömungsmittel steuern oder manipulieren können. Die Steuervorrichtungen 45 können in Verbindung mit der Steuereinheit 20 sein und können eine Bauart, eine Marke und ein Modell sein, die in der Technik bekannt sind. Die Steuervorrichtungen 45 können mit der Zusatzhydraulikschaltung 44 durch irgendwelche herkömmlichen Mittel verbunden sein, und können ein integraler Teil der Schaltung 44 sein.
3 veranschaulicht eine Arbeitsmaschinensteuerstrategie 55 gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung. Die Strategie 55 kann durch die Steuereinheit 20 erleichtert werden und kann verwendet werden, um den Betrieb einer Arbeitsmaschine 10, beispielsweise ansprechend auf abgefühlte Betriebscharakteristiken des Arbeitswerkzeuges 15 und/oder eine gegenwärtige Anwendung der Arbeitsmaschine 10, zu verändern. Der Betrieb der Arbeitsmaschine 10 kann auch ansprechend auf das Abfühlen der Betriebscharakteristiken basierend auf einem erwünschten Leistungsbereich und/oder Auslegungsparametern des Arbeitswerkzeuges 15 verändert werden. Wie genauer später besprochen wird, kann eine Änderung einer Leistung oder eines Betriebs der Arbeitsmaschine 10 aufweisen, Parameter zu verändern, wie beispielsweise die Fahrgeschwindigkeit, die Hydraulikzylinderpriorität, den Zylinderdruck, die Zylinderposition und den Hydraulikströmungsmittelfluss von der Zusatzhydraulikschaltung 44 der Arbeitsmaschine 10 zum Arbeitswerkzeug 15. Beispielsweise kann in manchen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung die Arbeitsmaschine 10 den Anteil des Hydraulikströmungsmittels ändern, der zu einer oder mehreren Hydraulikkomponenten des Arbeitswerkzeuges 15 geleitet wird. In weiteren Ausführungsbeispielen kann der Betrieb der Arbeitsmaschine automatisch verändert werden.
Der Vorgang der Veränderung der Leistung einer Arbeitsmaschine 10 kann beginnen durch Identifizieren eines Arbeitswerkzeuges 15 (Kasten 60). Das Arbeitswerkzeug 15 kann vom Bediener bevor oder nachdem es physisch an der Arbeitsmaschine 10 angebracht wurde, auf eine Vielzahl von Arten identifiziert werden. Beispielsweise kann in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung eine Serviceschnittstellensoftware betriebsmäßig auf einem (nicht gezeigten) Laptop-Computer, einem Serviceverbinder bzw. einer Servicevorrichtung oder einer anderen in der Technik bekannten Vorrichtung installiert sein. Die Serviceschnittstellensoftware kann eine Kommunikation zwischen dem Laptop und der Steuereinheit 20 erleichtern und kann eine Bedienereingabe in Arbeitswerkzeugidentifikationsdaten umwandeln, die zur Steuereinheit 20 übertragen werden. In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung kann das Arbeitswerkzeug 15 beispielsweise durch das Abtasten eines Strichcodes identifiziert werden, der auf dem Arbeitswerkzeug 15 gelegen ist, oder durch irgendwelche in der Technik bekannten drahtlosen Kommunikationsmittel.
In noch einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der Bediener Werkzeugidentifikationsdaten in die Steuereinheit 20 direkt unter Verwendung von irgendeiner der oben besprochenen Bedienerschnittstellen 40 eingeben. In Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung kann die Steuereinheit 20 die Werkzeugidentifikationsdaten beispielsweise in Verbindung mit der Anzahl der Stunden speichern, die das spezielle Werkzeug 15 an der Arbeitsmaschine 10 verwendet wurde. Werkzeugidentifikationsdaten und Anwendungsinformationen können von der Steuereinheit 20 aufgerufen und heruntergeladen werden, beispielsweise in ein Computerterminal oder einen Laptop-Computer zur Analyse. Arbeitswerkzeugidentifikationsdaten können beispielsweise die Bauart, die Modellnummer, die Seriennummer, den Hersteller oder andere Daten aufweisen, die nützlich bei der entweder allgemeinen oder speziellen Identifikation des Arbeitswerkzeuges 15 sind. Die Arbeitswerkzeugidentifikationsdaten können Arbeitswerkzeugen 15 entsprechen und diese identifizieren, und zwar ungeachtet des Herstellers des Arbeitswerkzeuges. Die Arbeitswerkzeugidentifikationsdaten können auch voreingestellten Karten bzw. Kennfeldern entsprechen, die in dem Speicher der Steuereinheit 20 gespeichert sind. Sobald das Arbeitswerkzeug 15 vom Bediener identifiziert worden ist, kann somit die Steuereinheit 20 automatisch eine oder mehrere voreingestellte Karten bzw. Kennfelder auswählen, die dem identifizierten Arbeitswerkzeug 15 entsprechen. Die voreingestellten Kennfelder können einen oder mehrere Algorithmen enthalten, die verschiedenen Anwendungen entsprechen, die von dem identifizierten Arbeitswerkzeug 15 ausgeführt werden können. Wie genauer unten besprochen wird, kann die Steuereinheit 20 diese Algorithmen verwenden, um die Arbeitswerkzeugleistungsauswirkung zu berechnen. Die Steuereinheit 20 kann berechnete Arbeitswerkzeugleistungsauswirkungen mit arbeitswerkzeugspezifischen Konstruktionsparametern vergleichen, und zwar um zu bestimmen, ob der Betrieb der Arbeitsmaschine 10 zu verändern ist.
Der nächste Kasten im Verfahren der Veränderung eines Arbeitsmaschinenbetriebes weist auf, eine Arbeitsmaschinensteuerfunktion zu aktivieren (Kasten 70). Dieser Kasten kann auf eine Anzahl von Arten erreicht werden, wie dies in der Technik bekannt ist. Beispielsweise kann ein Bediener die Steuerfunktion aktivieren durch Betätigung von einer der oben erwähnten Bedienerschnittstellen 40, wodurch ein Aktivierungssignal an die Steuereinheit 20 gesandt wird. Alternativ kann die Funktion automatisch durch die Steuereinheit 20 aktiviert werden. Diese automatische Aktivierung kann einer festgelegten Zeit während des Arbeitszyklus entsprechen, einem Auftreten eines festgelegten Ereignisses oder einem Start der Arbeitsmaschine 10.
Auf den Empfang des Aktivierungssignals hin, kann die Steuereinheit 20 beginnen, Daten zu sammeln (Kasten 80). Diese Daten können beispielsweise Druck-, Fluss-, Geschwindigkeits- bzw. Drehzahl- oder Positionsdaten sein, oder andere Betriebscharakteristikdaten des Arbeitswerkzeuges 15 oder der Arbeitsmaschine 10. Die Steuereinheit 20 kann Daten beispielsweise von den Sensoren 25, 30, 35, 36 (2) und den oben beschriebenen Bedienerschnittstellen 40 (2) aufnehmen.
In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung kann die Arbeitsmaschinensteuerstrategie 55 eine Regelungsstrategie sein. Die Sensoren 25, 30, 35, 36 und die Bedienerschnittstellen 40 können vom Start der Arbeitsmaschine 10 bis zum Abschalten der Arbeitsmaschine 10 in Betrieb sein und können kontinuierlich Daten an die Steuereinheit 20 senden, und zwar ungeachtet dessen, ob die Regelungsfunktion aktiviert worden ist. Die Steuereinheit 20 kann diese Daten jedoch nur aufnehmen und verwenden, nachdem die Regelungsfunktion aktiviert worden ist.
Die Steuereinheit 20 kann zumindest eine Arbeitswerkzeugleistungsauswirkung unter Verwendung der Daten berechnen (Kasten 90). Bei der Ausführung dieser Berechnung kann die Steuereinheit 20 die Daten in einen oder mehrere voreingestellte Algorithmen eingeben, die dabei nützlich sind, zu bestimmen, wie der Betrieb der Arbeitsmaschine 10 zu verändern ist, um die Leistung zu verbessern. Die verwendeten Algorithmen können für jedes unterschiedliche Arbeitswerkzeug 15 variieren. Die verwendeten Algorithmen können auch voreingestellten Kennfeldern entsprechen, die zur Anwendung durch die Steuereinheit 20 basierend auf dem identifizierten Arbeitswerkzeug 15 und den von der Steuereinheit 20 aufgenommenen Daten ausgewählt wurden.
Beispielsweise kann die Steuereinheit 20 bestimmen, dass ein Asphaltschneider mit der Arbeitsmaschine 10 verbunden ist, und zwar durch die oben beschriebenen Prozesse. Nach dem Identifizieren des Asphaltschneiders kann die Steuereinheit 20 eine Gruppe von voreingestellten Karten bzw. Kennfeldern identifizieren, die in ihrem Speicher gespeichert sind, die dem identifizierten Asphaltschneider entsprechen. Die Steuereinheit 20 kann dann Daten während einer Anzahl von Arbeitszyklen aufnehmen. Basierend auf den aufgenommenen Daten kann die Steuereinheit 20 ein spezielles voreingestelltes Kennfeld aus der Gruppe von entsprechenden voreingestellte Kennfeldern auswählen.
Das ausgewählte voreingestellte Kennfeld kann das voreingestellte Kennfeld sein, welches am engsten mit den aufgenommenen Daten in Beziehung steht. Das ausgewählte voreingestellte Kennfeld und die vom Asphaltschneider aufgenommenen Daten können auch der speziellen Anwendung entsprechen, die von dem Asphaltschneider ausgeführt wird. Sowohl das voreingestellte Kennfeld als auch die aufgenommenen Daten können von Anwendung zu Anwendung variieren. Beispielsweise kann die Steuereinheit 20 ein erstes voreingestelltes Kennfeld basierend auf Daten auswählen, die aufgenommen wurden, als der Asphaltschneider verwendet wurde, um relativ neue oder dichte Asphaltteile zu schneiden, kann jedoch ein zweites voreingestelltes Kennfeld auswählen, wenn der gleiche Asphaltschneider verwendet wird, um verwitterte oder aufgebrochene Teile zu schneiden. Jedes voreingestellte Kennfeld kann Algorithmen enthalten, die für den Bereich von aufgenommenen Daten und/oder für die ausgeführte Anwendung spezifisch sind. Es sei bemerkt, dass jedes unterschiedliche voreingestellte Kennfeld andere Algorithmen enthalten kann, um Arbeitswerkzeugleistungsauswirkungen zu berechnen.
Sobald die Arbeitswerkzeugleistungsauswirkung berechnet worden ist, kann die Steuereinheit 20 die berechnete Arbeitswerkzeugleistungsauswirkung mit der Konstruktionsparameterinformation des speziellen angebrachten Arbeitswerkzeuges 15 vergleichen, um zu bestimmen, ob der Betrieb der Arbeitsmaschine 10 eine Veränderung erfordert (Kasten 100). Wenn die Auswirkung innerhalb des erwünschten Leistungsbereiches oder innerhalb der Konstruktionsparameter des Arbeitswerkzeuges 15 ist (Kasten 100: Nein), kann die Steuereinheit 20 eine Eingabe vom Bediener bezüglich dessen anfordern, ob die Steuerfunktion auszuschalten ist (Kasten 115). Wenn eine Anweisung zum Ausschalten gegeben wird (Kasten 115: Ja), kann die Steuerfunktion bis zum Abschalten ausgeschaltet sein (Kasten 120). Es sei bemerkt, dass die Steuerfunktion auch sofort auf irgendeine Anzahl von Arten ausgeschaltet werden kann, wie beispielsweise durch die Betätigung von irgendeiner Bedienerschnittstelle 40 während der automatischen Steuerung oder durch die Betätigung eines Kill- bzw. Aus-Schalters. Wenn das Ausschalten vom Bediener nicht angefordert wird (Kasten 115: Nein), kann die Steu ereinheit 20 weiter Daten beim Kasten 80 aufnehmen und Arbeitswerkzeugleistungsauswirkungen im Kasten 90 berechnen.
Wenn jedoch die berechnete Auswirkung 95 nicht innerhalb des erwünschten Leistungs- oder Auslegungsparameterbereiches für dieses Arbeitswerkzeug 15 ist (Kasten 100: Ja), kann die Steuereinheit 20 ein Veränderungssignal an Komponenten der Arbeitsmaschine 10 senden, wie beispielsweise an die Hydraulikflusssteuervorrichtungen 45 und/oder die Fahrgeschwindigkeitssteuerungen der Arbeitsmaschine 10. Das Veränderungssignal kann der Arbeitsmaschine 10 Modifikationen vorgeben, die erforderlich sind, um das Arbeitswerkzeug 15 in einem erwünschten Leistungs- oder Auslegungsparameterbereich zu betreiben, und kann den Betrieb der Arbeitsmaschine verändern (Kasten 110). Das Veränderungssignal kann beispielsweise eine Steigerung oder Verringerung des Hydraulikströmungsmittelflusses von der Zusatzhydraulikschaltung 44 der Arbeitsmaschine 10 zu den Hydraulikkomponenten 50 des Arbeitswerkzeuges 15 zur Folge haben. Das Veränderungssignal kann auch beispielsweise eine Steigerung oder Verringerung der Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine 10 oder eine Veränderung der Arbeitswerkzeugposition zur Folge haben. Wie oben beschrieben, können die Veränderungen beim Hydraulikströmungsmittelfluss von der Zusatzhydraulikschaltung 44 zu den Hydraulikkomponenten 50 und/oder die Veränderungen der Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine 10 ansprechend auf das Abfühlen von einer oder mehreren Betriebscharakteristiken des Arbeitswerkzeuges 15 geschehen. Zudem können diese Veränderungen eine erwünschte Beziehung oder ein Verhältnis zwischen mindestens einer der Betriebscharakteristiken der Arbeitsmaschine 10 und mindestens einer der Betriebscharakteristiken des Arbeitswerkzeuges 15 aufrechterhalten.
Die Arbeitsmaschine 10 kann weiter arbeiten, auch während die Steuereinheit 20 Daten aufnimmt, Arbeitswerkzeugleistungsauswirkungen berechnet, bestimmt, ob der Betrieb der Arbeitsmaschine 10 zu verändern ist oder nicht, und tatsächlich den Betrieb der Arbeitsmaschine 10 verändert. Es sei bemerkt, dass die Steuereinheit 20 den Betrieb der Arbeitsmaschine 10 für Arbeitswerkzeuge 15 verändern kann, die am vorderen Ende, am hinteren Ende und/oder an anderen Stellen oder Flächen der Arbeitsmaschine 10 angebracht sind. Es sei auch bemerkt, dass in manchen Situationen die Arbeitsmaschine 10 nicht in ihrem erwünschten Leistungs- oder Auslegungsparameterbereich arbeiten kann, um das Arbeitswerkzeug 15 in seinem erwünschten Bereich zu betreiben.
Industrielle Anwendbarkeit
Gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung kann die Arbeitsmaschine 10 ein differentialgelenkter Lader sein, das Arbeitswerkzeug 15 kann eine (Baum-)Stumpffräse sein und die Steuereinheit 20 kann ein elektronisches Steuermodul („ECM") sein. Für eine Vereinfachung der Beschreibung wird für den Rest der Offenbarung auf diese speziellen Vorrichtungen zur Ausführung einer Stumpffräsanwendung Bezug genommen.
Bevor die Stumpffräse 15 an den differentialgelenkten Lader 10 angebracht wird, identifiziert der Bediener die Stumpffräse 15 unter Verwendung eines Laptop-Computers an Bord des differentialgelenkten Laders 10, auf dem die Serviceschnittstellensoftware läuft. Wenn die Stumpffräse 15 ein neues Modell ist, so dass die Stumpffräsenidentifikationsdaten nicht schon im Speicher des Laptop-Computers gespeichert sind, kann der Bediener die Identifikationsdaten auf den Laptop-Computer durch irgendwelche herkömmlichen Mittel herunterladen. Der Laptop-Computer sendet die Stumpffräsenidentifikationsdaten an das elektronische Steuermodul 20. Basierend auf diesen Daten wählt das ECM 20 eine Gruppe von voreingestellten Karten aus, die dem speziellen Stumpffräser 15 entsprechen, der an dem differentialgelenkten Lader 10 angebracht ist.
Sobald der Bediener eine Stumpffräsanwendung beginnt, kann der Bediener entscheiden, die Steuerfunktion einzuschalten. Um die Funktion zu initialisieren, betätigt der Bediener einen Schalter 40 im Cockpit des differentialgelenkten Laders 10. Auf eine Aktivierung hin beginnt das elektronische Steuermodul 20 Daten aufzunehmen und zu verarbeiten, die kontinuierlich von den Hydraulikströmungsmitteldrucksensoren 25, von den Arbeitswerkzeugdrehzahl- bzw. Arbeitswerkzeuggeschwindigkeitssensoren 30, den Hydraulikströmungsmittelflusssensoren 35 und den Arbeitswerkzeugpositionssensoren 36 gesandt werden, die an der Stumpffräse 15 angebracht sind. Obwohl die Sensoren 25, 30, 35, 36 beginnen, Daten aufzunehmen und zu übertragen, wenn der Bediener die erste Fräsbewegung beginnt, und obwohl sie weiter die Daten über den gesamten Arbeitszyklus sammeln, verwendet das elektronische Steuermodul 20 nur die Daten, sobald der Bediener die Steuerfunktion initialisiert hat.
Das elektronische Steuermodul 20 passt die Daten an ein spezielles voreingestelltes Kennfeld aus der Gruppe von voreingestellten Kennfeldern an, die schon für die Stumpffräse 15 ausgewählt wurden. Das elektronische Steuermodul 20 gibt dann die Daten in einen oder mehrere Algorithmen ein, die dem speziellen voreingestellten Kennfeld entsprechen, um die Stumpffräsenleistungsauswirkungen zu berechnen. Somit entsprechen der eine Algorithmus oder die Vielzahl von Algorithmen den Daten, die für die spezielle Stumpffräse 15 aufgenommen wurden, die an dem differentialgelenkten Lader 10 angebracht ist, und können der Stumpffräsanwendung entsprechen, die ausgeführt wird.
Das elektronische Steuermodul 20 kann bestimmen, ob der Betrieb des differentialgelenkten Laders zu verändern ist, und zwar basierend auf einem Vergleich zwischen den berechneten Stumpffräsenleistungsauswirkungen und den bekannten Konstruktionsparametern oder einem erwünschten Leistungsbereich der Vorrichtung. Wenn die Auswirkungen innerhalb der Konstruktionsparameter der Stumpffräse sind, kann das elektronische Steuermodul 20 weiter Daten aufnehmen und Auswirkungen in einem Regelungsschleifenvorgang berechnen. Beispielsweise kann das elektronische Steuermodul 20 eine Bedienereingabe dahingehend anfordern, ob die Steuerfunktion auszuschalten ist. Wenn der Bediener das elektronische Steuermodul 20 anweist, mit der Steuerfunktion fortzufahren, können die Datenaufnahme und die Datenanalyse wieder aufgenommen werden. Wenn andererseits der Bediener nicht weitermachen möchte, kann das elektronische Steuermodul 20 die Steuerfunktion ausschalten.
Wenn jedoch eine Auswirkung aus den Konstruktionsparametern der Stumpffräse herausfällt, wird das elektronische Steuermodul 20 ein Veränderungssignal an die Flusssteuervorrichtung 45 in der Zusatzschaltung 44 des differentialgelenkten Laders 10 senden, um den Fluss des hydraulischen Strömungsmittels zu den Hydraulikkomponenten 50 der Stumpffräse 15 zu verändern. Bei Anwendungen, wo die Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine 10 die Arbeitswerkzeugleistung beeinflusst, kann das elektronische Steuermodul 20 auch ein Veränderungssignal an eine oder mehrere hydromechanische Komponenten oder Steuerungen der Arbeitsmaschine 10 senden, die konfiguriert sind, um die Fahrgeschwindigkeit zu steigern, zu verringern oder in anderer Weise zu verändern. Diese Veränderungen können dabei helfen, die Anwendung auszuführen und werden eine verbesserte Arbeitswerkzeugleistung zur Folge haben. Diese verbesserte Arbeitswerkzeugleistung kann die Gesamtleistung der Arbeitsmaschine 10 verbessern.
Wenn die Stumpffräse 15 beispielsweise verwendet wird, um ein großes Stück von besonders dichtem Holz zu fräsen, kann die Drehzahl des Werkzeugs abnehmen, was schädlich die Leistung der Stumpffräse beeinflusst. In einer solchen Situation kann der oben beschriebenen Veränderungskasten aufweisen, den Fluss des hydraulischen Strömungsmittels zur Stumpffräse 15 zu steigern, wodurch ihre Drehzahl gesteigert wird. Der Veränderungskasten kann auch aufweisen, die Fahrgeschwindigkeit des differentialgelenkten Laders 10 zu verringern. Alternativ kann in Situationen, wo das gefräste Material weniger dicht ist, der Veränderungskasten aufweisen, den Fluss von Hydraulikströmungsmittel zur Stumpffräse 15 zu verringern und/oder die Fahrgeschwindigkeit des differentialgelenkten Laders 10 zu vergrößern. Die Veränderung des Betriebs des differentialgelenkten Laders auf diese Weise kann den Vorgang der Anwendung verlangsamen, um einen Schaden an der Stumpffräse 15 zu verhindern, oder kann den Betrieb beschleunigen, um einen Energieverlust durch den differentialgelenkten Lader 10 zu verringern. Solche Veränderungen basieren auf erwünschten Beziehungen und/oder Verhältnissen zwischen den Betriebscharakteristiken der Stumpffräse 15 und den Betriebscharakteristiken des differentialgelenkten Laders 10, und können diese Beziehungen und Verhältnisse halten. Solche Veränderungen können die Stumpffräsenleistung während einer gegebenen Stumpffräsanwendung verbessern. Nachdem die Veränderungen an dem differentialgelenkten Lader 10 vorgenommen worden sind, wird das elektronische Steuermodul 20 weiter den Betrieb des diffe rentialgelenkten Laders verändern, so dass die Stumpffräse 15 in ihren Konstruktionsparametern während der Dauer der Anwendung arbeiten kann, und zwar bis zum Abschalten des differentialgelenkten Laders oder bis der Bediener den Prozess deaktiviert.
Andere Ausführungsbeispiele der Offenbarung werden dem Fachmann aus einer Betrachtung der Beschreibung und aus einer praktischen Ausführung der hier offenbarten Erfindung offensichtlich werden. Beispielsweise kann zumindest ein Teil der Steuerstrategie 55 eine Steuerungsstrategie (open loop) sein. In einem solchen Ausführungsbeispiel kann der Betrieb der Arbeitsmaschine 10 einmal verändert werden, sobald die berechnete Arbeitswerkzeugleistungsauswirkung innerhalb der Konstruktionsparameter des Arbeitswerkzeuges ist.
Zusätzlich können Sensoren für elektrischen Strom, Spannung oder Widerstand verwendet werden, um Daten aufzunehmen. Die abgefühlten Strom-, Spannungs- oder Widerstandsdaten können verwendet werden, um den Betrieb der Arbeitsmaschine zu verändern. Zusätzlich kann die Steuereinheit 20 mit dem Bediener durch die gleichen Überwachungseinrichtungen oder andere oben erwähnte Bedienerschnittstellen 40 kommunizieren. Die Arbeitsmaschine 10 kann einen Lautsprecher oder eine andere ähnliche Vorrichtung aufweisen, um hörbare Nachrichten an den Bediener zu übermitteln.
Darüber hinaus kann die Steuerstrategie auch verwendet werden, um nicht hydraulische Arbeitswerkzeuge zu steuern. Beispielsweise kann die hier beschriebene Steuerstrategie verwendet werden, um ein nicht hydraulisches Grabenziehwerkzeug zu steuern, welches mit einem differentialgelenkten Lader verbunden ist. Um diese Steuerung zu vereinfachen, können Geschwindigkeits- bzw. Drehzahl- und/oder Positionssensoren mit einem Antriebselement des Grabwerkzeuges verbunden sein, um Daten aufzunehmen. Die Sensoren können beispielsweise die Arbeit, die Kraft, die Werkzeugdrehzahl bzw. Werkzeuggeschwindigkeit, die Werkzeugposition und/oder die Energie bestimmen, die während einer gegebenen Graben- bzw. Grabenaushubsanwendung ausgeübt werden. Wie bei dem Beispiel des Fräsens von (Baum)Stümpfen kann das elektronische Steuermodul, sobald der Bediener die Steuerfunktion initialisiert hat, die Daten verwenden, die von den Sensoren aufgenommen wurden, um eine Grabwerkzeugleistungsauswirkung zu berechnen, und zwar durch Eingabe der Daten in einen Algorithmus entsprechend dem speziellen Grabenherstellungswerkzeug. Das elektronische Steuermodul kann bestimmen, ob der Betrieb des differentialgelenkten Laders zu verändern ist, und zwar basierend auf einem Vergleich zwischen der berechneten Leistungsauswirkung und den bekannten Auslegungsparametern dieses speziellen Grabenherstellungswerkzeuges. Entsprechend kann der Betrieb des Antriebselementes basierend auf diesen Berechnungen modifiziert werden.
Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung und die Beispiele nur als beispielhaft angesehen werden, wobei der wahre Umfang der Erfindung durch die folgenden Ansprüche gezeigt wird.
Zusammenfassung
Arbeitsmaschinenbetriebssystem und -verfahren
Ein Verfahren zum Betreiben einer Arbeitsmaschine weist auf, mindestens eine Betriebscharakteristik eines Arbeitswerkzeuges abzufühlen, die eine gegenwärtige Arbeitswerkzeugleistung anzeigt. Das Verfahren weist auch auf, den Betrieb der Arbeitsmaschine ansprechend auf das Abfühlen zu verändern, um eine erwünschte Beziehung zwischen der mindestens einen Betriebscharakteristik des Arbeitswerkzeuges und der mindestens einen Betriebscharakteristik der Arbeitsmaschine aufrechtzuerhalten.

Claims

Verfahren zum Betrieb einer Arbeitsmaschine (10), welches Folgendes aufweist: Abfühlen von mindestens einer Betriebscharakteristik eines Arbeitswerkzeuges (15), welche eine gegenwärtige Arbeitswerkzeugleistung anzeigt; und Verändern des Betriebs der Arbeitsmaschine (10) ansprechend auf das Abfühlen, um eine erwünschte Beziehung zwischen der mindestens einen Betriebscharakteristik des Arbeitswerkzeuges (15) und mindestens einer Betriebscharakteristik der Arbeitsmaschine (10) aufrechtzuerhalten.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Veränderung des Betriebs der Arbeitsmaschine (10) aufweist, die Arbeitsmaschinenfahrgeschwindigkeit zu modifizieren und/oder einen Fluss von hydraulischem Strömungsmittel von der Arbeitsmaschine (10) zum Arbeitswerkzeug (15) zu modifizieren.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verändern des Betriebs der Arbeitsmaschine (10) den Betrieb des Arbeitswerkzeuges verändert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Betriebscharakteristik des Arbeitswerkzeuges (15) eine der folgenden Größen ist: Arbeitswerkzeugströmungsmitteldruck, Arbeitswerkzeuggeschwindigkeit bzw. Arbeitswerkzeugdrehzahl oder Arbeitswerkzeugströmungsmittelfluss.
Verfahren nach Anspruch 1, welches weiter aufweist, mindestens einen Aspekt der Veränderung des Betriebs der Arbeitsmaschine (10) automatisch ohne Bedienereingabe auszuführen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Betriebscharakteristik des Arbeitswerkzeuges (15) durch einen Arbeitswerkzeugströmungsmitteldrucksensor (25) und/oder einen Arbeitswerkzeugdrehzahlsensor bzw. Arbeitswerkzeuggeschwindigkeitssensor (35) und/oder einen Arbeitswerkzeugströmungsmittelflusssensor (30) gemessen wird.
Arbeitsmaschinenbetriebssystem, welches Folgendes aufweist: eine Vielzahl von Sensoren (25, 30, 35, 36), die konfiguriert sind, um mindestens eine Betriebscharakteristik eines Arbeitswerkzeuges (15) abzufühlen; mindestens eine Bedienerschnittstelle (40); und Mittel, um eine erwünschte Beziehung zwischen der mindestens einen Betriebscharakteristik des Arbeitswerkzeuges (15) und mindestens einer Betriebscharakteristik der Arbeitsmaschine (10) aufrechtzuerhalten.
System nach Anspruch 7, wobei die Mittel zum Aufrechterhalten einer erwünschten Beziehung konfiguriert sind, um den Betrieb der Arbeitsmaschine (10) automatisch ohne Bedienereingabe zu verändern.
System nach Anspruch 7, wobei die Vielzahl von Sensoren (25, 30, 35, 36) einen Arbeitswerkzeugströmungsmitteldrucksensor (25), einen Arbeitswerkzeugdrehzahl- bzw. Arbeitswerkzeuggeschwindigkeitssensor (35) und/oder einen Arbeitswerkzeugströmungsmittelflusssensor (30) aufweist.
System nach Anspruch 7, wobei die Mittel zum Aufrechterhalten einer erwünschten Beziehung mehrere Betriebscharakteristiken des Arbeitswerkzeuges (15) kombinieren, um eine Anzeige für die Arbeitswerkzeugleistung zu bilden.