-
Technisches
Gebiet
-
Diese
Offenbarung ist auf ein Lenkkompensationsverfahren gerichtet, und
insbesondere auf ein Vorderradantriebslenkkompensationsverfahren
für eine
Arbeitsmaschine, wie beispielsweise für einen Motorgrader.
-
Hintergrund
-
Typische
Motorgrader haben eine Allradantriebsfähigkeit, wobei ein oder mehrere
vordere Motoren zum Antrieb der Vorderräder vorgesehen sind, und wobei
ein getrenntes hinteres Getriebe zum Antrieb der Hinterräder vorgesehen
ist. Das Getriebe und die Kupplung für die vorderen Motoren weisen
typischerweise eine Freilauffähigkeit
auf, was bedeutet, dass die vorderen Räder sich mit einer schnelleren
Drehzahl drehen können,
als sie von den vorderen Motoren angetrieben werden. Wenn daher
der hintere Motor schneller fährt
als die vorderen Motoren, rollen die vorderen Räder frei und werden nicht ziehen.
Dies ist wichtig, weil die vorderen Räder eine Lenkungsfähigkeit
für den
Motorgrader vorsehen, und wenn die vorderen Räder ziehen, wird die Fähigkeit
des Motorgraders zu lenken, eingeschränkt.
-
Obwohl
die vorderen und hinteren Räder sich
typischerweise mit der gleichen Drehzahl während der Fahrt geradeaus drehen,
müssen
sich, wenn man lenkt, eines oder beide der vorderen Räder schneller
drehen als die hinteren Räder.
Tatsächlich
kann ein vollständig
lenkender Motorgrader Vorderraddrehzahlen haben, die um bis zu 50%
schneller sind als die Hinterraddrehzahlen. Wenn dies auftritt,
können
sich die vorderen Räder
schneller drehen als die antreibenden vorderen Motoren, wodurch ein
Freilauf bewirkt wird. Immer wenn die vorderen Räder frei laufen sehen sie keine
Traktion in der Kurve vor, was die Lenkbarkeit des Motorgraders
verringern kann und den Lenkradius vergrößern kann. Motorgrader, die
eine Tandem-Anordnung der Hinterradsätze haben, bieten mehr Widerstand
gegen Lenkung als jene mit einem einzigen Hinterradsatz. Entsprechend
können
die Probleme, die mit dem Freilauf eines Motorgraders mit Hinterradsätzen in
Tandemanordnung assoziiert sind, noch größer sein.
-
Ein
System zum Antrieb von Vorderräder
an einem Motorgrader ist in der US-Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer
US 2002/0027025 (die '025-Veröffentlichung)
von Kobayashi u. A. veröffentlicht.
Die '025-Veröffentlichung
offenbart ein System, um die vorderen Räder schneller als die Hinterräder zu drehen,
und zwar basierend auf dem Lenkradius und der Umdrehungszahl der
Hinterräder.
Das System misst einen Vorderradlenkwinkel und einen Gelenkwinkel
und steuert die Drehzahl der Vorderräder basierend auf den gemessenen
Faktoren. Jedoch offenbart die '025-Veröffentlichung,
dass eine einzige Pumpe beide Vorderräder antreibt. Weiterhin offenbart
die '025-Veröffentlichung
ein Regelungssystem (open-loop),
welches nicht ein Rad unabhängig
vom anderen kompensieren kann, um die Traktion in einer Kurve zu
steigern. Ein solches System kann einen Verlust der Traktion von
mindestens einem Vorderrad während
eines Lenkungsvorgangs zur Folge haben.
-
Die
Offenbarung ist auf ein System und ein Verfahren zur unabhängigen Steuerung
der Vorderraddrehzahlen einer Arbeitsmaschine durch unabhängige Einstellung
der erwünschten
Vorderraddrehzahlen basierend auf einem Lenkwinkel oder einer Kombination
von beispielsweise dem Lenkwinkel und dem Gelenkwinkel gerichtet.
-
Zusammenfassung
der Erfindung
-
Ein
Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist auf ein Verfahren zur Steuerung
der Drehzahl eines rechten Rades und eines linken Rades an einer
Arbeitsmaschine gerichtet. Das Verfahren weist die Aufnahme einer
Drehzahlkomponente basierend zumindest teilweise auf einer Bedienereingabe
auf und die Überwachung
von mindestens einem Radlenkwinkel von mindestens einem Rad. Ein
erster Raddrehzahlbefehl kann zumindest teilweise basie rend auf
dem mindestens einem Radlenkwinkel bestimmt werden. Zusätzlich kann
ein zweiter Raddrehzahlbefehl zumindest teilweise basierend auf
dem mindestens einem Radlenkwinkel bestimmt werden. Der erste Raddrehzahlbefehl
und der zweite Raddrehzahlbefehl können ausgegeben werden, um
unabhängig die
Drehzahl der rechten und linken Räder zu steuern.
-
Gemäß einem
weiteren Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf ein System zur
Steuerung der Drehzahl eines rechten Rades und eines linken Rades
an einer Arbeitsmaschine gerichtet. Das System weist eine Bedienereingabevorrichtung
und ein Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlmodul auf, das konfiguriert
ist, um einen Drehzahlbefehl basierend zumindest teilweise auf einem
Signal von der Eingabevorrichtung zu erzeugen. Mindestens ein Radwinkelsensor
ist mit mindestens einem der rechten und linken Räder assoziiert.
Der Radwinkelsensor kann konfiguriert sein, um mindestens einen
Radlenkwinkel von mindestens einem der rechten und linken Räder zu überwachen.
Ein Lenkungskompensationsmodul kann konfiguriert sein, um einen
ersten Raddrehzahlbefehl basierend zumindest teilweise auf dem mindestens
einen Radlenkwinkel zu bestimmen, und einen zweiten Raddrehzahlbefehl
basierend zumindest teilweise auf dem mindestens einen Radlenkwinkel
zu bestimmen. Das Lenkungskompensationsmodul kann konfiguriert sein,
um den ersten Raddrehzahlbefehl und dem zweiten Raddrehzahlbefehl
auszugeben, um unabhängig
die Drehzahl der rechten und linken Räder zu steuern.
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
-
1 ist
eine bildliche Darstellung einer Seitenansicht eines beispielhaften
Motorgraders.
-
2 ist
eine bildliche Darstellung einer Draufsicht des beispielhaften Motorgraders
der 1.
-
3 ist
ein Blockdiagramm eines Steuersystems zur Steuerung der Drehzahl
der vorderen Räder
eines Motorgraders, um Traktion während eines Lenkungsvorgangs
vorzusehen.
-
Detaillierte
Beschreibung
-
Es
wird nun im Detail auf beispielhafte Ausführungsbeispiele Bezug genommen,
die in den beigefügten
Zeichnungen veranschaulicht sind. Wo es immer möglich ist, werden die gleichen
Bezugszeichen in den gesamten Zeichnungen verwendet, um sich auf
die selben oder die gleichen Teile zu beziehen.
-
Ein
beispielhaftes Ausführungsbeispiel
eines Motorgraders 100 ist in den 1 und 2 veranschaulicht.
Der Motorgrader 100 weist einen hinteren Rahmenabschnitt 102 und
einen vorderen Rahmenabschnitt 104 auf. Der hintere Rahmenabschnitt 102 weist
einen hinteren Rahmen 106 und einen Motor in einem Motorraum 108 auf.
Der Motor im Motorraum 108 ist an dem hinteren Rahmen 106 montiert
und treibt die Hinterräder 110 am
Motorgrader 100 an oder versorgt diese mit Leistung.
-
Der
vordere Rahmenabschnitt 104 weist einen vorderen Rahmen 112,
eine Schildanordnung 114 und eine Bedienerkabine 116 auf.
Der vordere Rahmen 112 erstreckt sich von den Vorderrädern 118 zu
den Hinterrädern 110 und
trägt die
Bedienerkabine 116. Die Bedienerkabine 116 enthält die vielen Steuerungen,
die nötig
sind, um den Motorgrader 100 zu betreiben.
-
Die
Schildanordnung 114 weist ein Schild 120 und eine
Verbindungsanordnung bzw. Gelenkanordnung 122 auf, die
gestattet, dass das Schild 120 in eine Vielzahl von unterschiedlichen
Positionen relativ zum Motorgrader 100 bewegt wird. Die
Verbindungsanordnung 122 weist eine Zugstange 124,
einen rechten Hubzylinder 126, einen linken Hubzylinder 128 (2)
einen mittleren Verschiebungszylinder 130 und eine Kupplung 132 auf.
-
Die
Zugstange 124 ist an dem vorderen Rahmen 112 montiert,
und ihre Position wird durch den rechten Hubzylinder 126 und
den linken Hubzylinder 128 und den mittleren Verschiebungszylinder 130 gesteuert.
Die Kupplung 132 verbindet die drei Zylinder 126, 128 und 130 mit
dem vorderen Rahmen 112. Die Kupplung 132 kann
während
der erneuten Positionierung des Schildes bewegt werden, ist jedoch
stationär
während
Erdbewegungsvorgängen
festgelegt. Die Höhe
des Schildes 120 wird primär mit den rechten und linken
Hubzylindern 126, 128 gesteuert. Die rechten und
linken Hubzylinder 126, 128 können unabhängig gesteuert werden und können somit
verwendet werden, um das Schild 120 relativ zum Boden abzuwinkeln.
Der mittlere Verschiebungszylinder 130 wird primär verwendet,
um die Zugstange 124 und alle Komponenten, die am Ende
der Zugstange 124 befestigt sind, relativ zum vorderen
Rahmen 112 seitlich zu verschieben.
-
Die
Zugstange 124 weist eine große flache Platte auf, die im
allgemeinen als Jochplatte 134 bezeichnet wird, wie in 2 gezeigt.
Unter der Jochplatte 134 ist ein großes Zahnrad oder ein Kreis 136 (1).
Der Kreis 136 kann unter Verwendung von Verfahren gedreht
werden, die in der Technik bekannt sind, um das Schild 120 um
die Schildachse A zu schwenken, um einen Schildschneidwinkel einzurichten.
-
Wie
am besten in 2 zu sehen sind ein rechter
Gelenkzylinder 138 und ein linker Gelenkzylinder 140 jeweils
an der rechten und linken Seite des hinteren Rahmens 106 montiert.
Die rechten und linken Gelenkzylinder 138, 140 werden
verwendet, um den hinteren Rahmenabschnitt 102 relativ
zum vorderen Rahmenabschnitt 104 um eine Gelenkachse B zu
drehen, wie in 1 gezeigt. Der Winkel des hinteren
Rahmens 106 relativ zum vorderen Rahmen 112 wird
hier als ein Gelenkwinkel bezeichnet. In 2 ist der
Motorgrader 100 in einem Gelenkwinkel von Null positioniert.
-
2 zeigt
auch, dass die vorderen Räder 118 ein
rechtes vorderes Rad 142 und ein linkes vorderes Rad 144 aufweisen.
Die vorderen Räder 118 sind
konfiguriert, um sich relativ zum vorderen Rahmen 112 zu
drehen, um den Motorgrader 100 unter Verwendung von bekannten
Verfahren zu lenken. Der Winkel, der zwischen der Richtung der vorderen Räder 118 und
dem vorderen Rahmen 112 gebildet wird, wird hier als ein
Radlenkwinkel bezeichnet. Wenn beispielsweise die Räder direkt
nach vorne weisen und die Arbeitsmaschine nicht im Gelenk bewegt
wurde, ist der Radlenkwinkel Null. Irgend eine Schwenkbewegung der
Räder 118 relativ
zum vorderen Rahmen 112 vergrößert den Radlenkwinkel um die
Größe, um die
die Vorderräder 118 geschwenkt werden.
-
3 zeigt
ein Steuersystem 300 zur Steuerung der Drehzahl der Vorderräder 118 des
Motorgraders 100, um eine Traktion der Vorderräder während eines
Lenkungsvorgangs sicherzustellen. Das Steuersystem 300 weist
eine Drehzahlsteuerung 302, eine Lenkungskompensationssteuerung 304 und
ein Radantriebssystem 306 auf. Das Steuersystem 300 ist
konfiguriert, um ein erwünschtes
Drehzahlverhältnis
zu erzeugen und dann ein eingestelltes Drehzahlverhältnis zu
erzeugen, und zwar basierend auf dem erwünschten Drehzahlverhältnis und
dem Lenkwinkel und/oder dem Gelenkwinkel. Das erwünschte Drehzahlverhältnis ist
ein Verhältnis,
das gleich dem hinteren Getriebedrehzahlverhältnis multipliziert mit einem
Aggressionsfaktor ist, der von einem Bediener gesteuert wird. Das
hintere Getriebedrehzahlverhältnis
ist ein Verhältnis
zwischen der Getriebeausgangsdrehzahl und der Getriebeeingangsdrehzahl. Der
Aggressionsfaktor ist ein einstellbarer Faktor, der die erwünschte Drehzahl
von beiden Vorderrädern relativ
zur der Drehzahl der Hinterräder
steuert. Das eingestellte Drehzahlverhältnis ist ein Verhältnis, das berechnet
wird, um die Vorderraddrehzahlen zu vergrößern oder zu verringern, um
eine Traktion während
eines Lenkungsvorgangs vorzusehen.
-
Die
Drehzahlsteuerung 302 ist konfiguriert, um ein erwünschtes
Drehzahlverhältnis
zu bestimmen, und zwar durch Multiplizieren des hinteren Getriebedrehzahlverhältnisses
mit dem Aggressionsfaktor, wie vom Bediener gesteuert. Somit kann
der Bediener die vorderen Räder
so steuern, dass sie mit einer schnelleren oder langsameren Drehzahl
als die Hinterräder
arbeiten. Die Drehzahlsteuerung 302 weist eine Getriebe 308 auf,
eine oder mehrere Bedienereingabevorrichtung(en) 310 und
ein Drehzahlmodul 312. Das Getriebe 308 kann irgendein
Standard Getriebe sein und kann mit dem Drehzahlmodul 312 in
einer Weise assoziiert sein, um Signale zu dem Dreh zahlmodul 312 zu
senden, die eine Getriebedrehzahlverhältnis vom Getriebe 308 darstellen. Das
Getriebedrehzahlverhältnis
kann von einer Berechnung der Getriebeausgangsdrehzahl geteilt durch
die Motoreingangsdrehzahl abgeleitet werden. Entsprechend kann das
Getriebedrehzahlverhältnis von
Gang zu Gang abweichen.
-
Die
Bedienereingabevorrichtung 310 kann irgendeine analoge
oder digitale Standardeingabevorrichtung sein, die einen Wählschalter,
einen Joystick, eine Tastatur, ein Pedal und/oder eine andere in
der Technik bekannte Eingabevorrichtung aufweist, die alleine oder
in Kombination verwendet werden. In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel
ist die Bedienereingabevorrichtung 310 mit dem Drehzahlmodul 312 assoziiert,
um die Vorderraddrehzahl relativ zur Hinterraddrehzahl durch Einstellung
des Aggressionsfaktors zu steuern. Beispielsweise kann die Bedienereingabevorrichtung 310 konfiguriert
sein, um den Aggressionsfaktor einzustellen, um es einem Bediener
zu gestatten, die Vorderraddrehzahl relativ zur Hinterraddrehzahl
in einem zulässigen
Bereich zu steuern. In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel gestattet der
zulässige
Bereich, dass der Bediener eine Vorderraddrehzahl ausgewählt, die
zwischen 90% und 120% der Hinterraddrehzahl ist. Entsprechend kann
ein Bediener im Betrieb die Eingabevorrichtung 310 verwenden,
um den Aggressionsfaktor einzustellen, um die Vorderraddrehzahl
auf einen Prozentsatz der Hinterraddrehzahl einzustellen, wie beispielsweise
110%. In diesem beispielhaften Ausführungsbeispiel wäre die Vorderraddrehzahl
daher 10% höher
als die Hinterraddrehzahl.
-
Das
Drehzahlmodul 312 ist mit dem Getriebe 308 und
der Bedienereingabevorrichtung 310 assoziiert und kann
irgendein Modul sein, das eine Berechnung und Bestimmung des erwünschten
Drehzahlverhältnisses
basierend auf dem Getriebedrehzahlverhältnis vom Getriebe 308 und
dem Einstellfaktor von der Bedienereingabevorrichtung 310 ausführen kann.
Zusätzlich
kann das Drehzahlmodul 312 den gegenwärtigen Betriebsgang des Getriebes 308 berücksichtigen,
wenn es das erwünschte
Drehzahlverhältnis
bestimmt.
-
Die
Lenkungskompensationssteuerung 304 ist konfiguriert, um
das erwünschte
Drehzahlverhältnis
einzustellen und ein eingestelltes Drehzahlverhältnis auszugeben, um jedes
Vorderrad zu steuern, um eine ausreichende Traktion zu jedem Zeitpunkt während eines
Lenkungsvorgangs vorzusehen. Die Lenkungskompensationssteuerung 304 kann
einen Radwinkelsensor 314, einen Rahmensensor 315 eine
optionale Sensorverarbeitungsvorrichtung 318, eine optionale
Sensorverarbeitungsvorrichtung 319 und ein Lenkungskompensationsmodul 320 aufweisen.
-
Der
Radwinkelsensor 314 kann einer oder mehrere Sensoren sein,
die mit einem oder mit beiden der rechten und linken Vorderräder 142, 144 assoziiert
ist, und kann konfiguriert sein, um die rechten und/oder linken
Vorderräder 142, 144 zu überwachen,
um einen Lenkwinkel basierend auf Signalen von dem Radwinkelsensor 314 zu
bestimmen. Wie oben erklärt,
ist der Radlenkwinkel der Lenkwinkel des Rades relativ zum vorderen
Rahmen 112 und kann unter Verwendung von irgendeinem Standardlenksystem
am Motorgrader gesteuert werden, wie beispielsweise vom Lenkrad
in der Bedienerkabine 116. In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel
ist der Radwinkelsensor 314 konfiguriert, um den Radlenkwinkel
durch Überwachung
der Winkel der Lenkverbindungen an den Vorderrädern 118 zu überwachen.
In einem weiteren beispielhaften Ausführungsbeispiel ist der Radwinkelsensor 314 konfiguriert,
um den Radlenkwinkel durch Messung der Ausdehnungslänge einer
Betätigungsvorrichtung
zu messen, wie beispielsweise einer hydraulischen Betätigungsvorrichtung,
die den Lenkungsvorgang der Vorderräder 118 steuert. Der
Radwinkelsensor 314 kann an irgendeiner von einer Anzahl
von unterschiedlichen Positionen gelegen sein, wo er das Ausmaß der Lenkung
der Vorderräder überwachen
kann, und kann ein System sein, um eine Bewegung der Steuerungen
abzufühlen,
wie beispielsweise die Bewegung des Lenkrades in der Bedienerkabine 116,
die Bewegung eines Lenksteuerhebels (Joystick) oder an von Stellen.
Es sei bemerkt, dass der Radwinkelsensor 314 irgendein
System sein kann, das konfiguriert ist, um den Lenkwinkel zu bestimmen,
und welches eine oder mehrere zusätzliche Steuervorrich tungen
aufweisen kann, die ein Signal verarbeiten oder filtern können, welches
einen Radlenkwinkel anzeigt.
-
Der
Rahmensensor 315 ist einer oder mehrere Sensoren, die konfiguriert
sind, um den Gelenkwinkel an der Achse B zwischen dem hinteren Rahmenabschnitt 102 und
dem vorderen Rahmenabschnitt 104 des Motorgraders 100 zu überwachen.
In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel
ist der Rahmensensor 315 ein Schwenksensor, der an der Gelenkachse
B angeordnet ist und konfiguriert ist, um den Schwenkwinkel der
Gelenkachse B zu messen. In einem weiteren beispielhaften Ausführungsbeispiel
ist der Rahmensensor 315 konfiguriert, um die Ausdehnungslänge einer
Betätigungsvorrichtung zu überwachen,
wie beispielsweise der rechten und/oder linken Gelenkzylinder 138, 140,
die verwendet werden können,
um die Größe der Auslenkung zwischen
dem hinteren Rahmenabschnitt 102 und dem vorderen Rahmenabschnitt 104 des
Motorgraders 100 zu steuern. Der Radwinkelsensor 314 und der
Rahmensensor 315 könnten
Sensorarten sein, die in der Technik bekannt sind, die u. a. ein
Potentiometer, einen Ausdehnungssensor, einen Annäherungssensor
und einen Winkelsensor aufweisen könnten. Es sei bemerkt, dass
in einigen beispielhaften Ausführungsbeispielen
der Radwinkelsensor 314 und der Rahmensensor 315 direkt
mit dem Lenkungskompensationsmodul verbunden sind und von diesen überwacht
werden. In anderen beispielhaften Ausführungsbeispielen werden Signale,
die Werte darstellen, die von dem Radwinkelsensor 314 und dem
Rahmensensor 315 bestimmt werden, von einem anderen Steuermodul
an der Arbeitsmaschine aufgenommen und können über verdrahtete oder drahtlose
Datenverbindungen übertragen
werden.
-
Das
Lenkungskompensationsmodul 320 kann einen Prozessor und
eine Speichervorrichtung aufweisen, die konfiguriert ist, um eine
oder mehrere Steuerroutinen zu speichern, die Software-Programme
sein könnten,
um das eingestellte Drehzahlverhältnis
für jedes
Vorderrad zu bestimmen. Das Lenkungskompensationsmodul 320 kann
mit dem Radwinkelsensor 314, mit dem Rahmensensor 315 und dem
Drehzahlmodul 312 assoziiert sein. Basie rend auf dem Radlenkwinkel,
dem Rahmengelenkwinkel und/oder dem erwünschten Drehzahlverhältnis von dem
Drehzahlmodul 312 ist das Lenkungskompensationsmodul 320 konfiguriert,
um ein eingestelltes Drehzahlverhältnis für jedes Vorderrad zu berechnen,
so dass die Räder
zu jedem Zeitpunkt während eines
Lenkungsvorgangs Traktion vorsehen. Das eingestellte Drehzahlverhältnis ist
ein Verhältnis,
das berechnet wurde, um die Drehzahlen der Vorderräder zu vergrößern oder
zu verringern, um eine Traktion während des Lenkungsvorgangs
vorzusehen. Die eingestellten Drehzahlverhältnisse für die rechten und linken Vorderräder 142, 144 werden
hier als eingestelltes rechtes Drehzahlverhältnis bzw. eingestelltes linkes
Drehzahlverhältnis
bezeichnet.
-
In
einem beispielhaften Ausführungsbeispiel bestimmt
das Lenkungskompensationsmodul 320 die rechten und linken
eingestellten Drehzahlverhältnise
basierend auf einer gespeicherten Nachschautabelle, wie beispielsweise
durch eine Mapping- bzw. Aufzeichnungsfunktion. Die Aufzeichnungsfunktion
für das
rechte Vorderrad 142 ist anders als die Aufzeichnungsfunktion
für das
linke Vorderrad 144 und kann den unterschiedlichen lenkt
Radius an einem inneren liegenden und einem außen liegenden Rad während eines
Lenkungsvorgangs als Faktor berücksichtigen.
In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel
weist die Aufzeichnungsfunktion entweder eine lineare oder eine
nichtlineare Kurve auf einer Karte (Kennfeld) mit zwei Achsen auf,
welche beispielsweise einen Lenkungswinkel auf einer Achse und einen
Lenkungskompensationsfaktor auf der anderen Achse aufweisen kann.
Die Karte kann eine getrennte Kurve für jeden messbaren Gelenkwinkel
verwenden. Dann verwendet das Lenkungskompensationsmodul 320 die
Karte um basierend auf dem Radlenkungswinkel und dem Gelenkwinkel die
rechten und linken eingestellten Drehzahlverhältnis für zu bestimmen, und zwar basierend
auf dem erwünschten
Drehzahlverhältnis,
wenn das von dem Drehzahlmodul 312 aufgenommen wurde.
-
In
einem weiteren beispielhaften Ausführungsbeispiel ist das Lenkungskompensationsmodul 320 konfiguriert,
um die rechten und linken eingestellten Drehzahlverhältnisse
unter Verwendung von trigonometrischen Gleichungen zu berechnen.
In diesem beispielhaften Ausführungsbeispiel
bestimmt das Lenkungskompensationsmodul 320 das eingestellte
Drehzahlverhältnis,
das nötig
ist, um eine Traktion während
eines Lenkungsvorgangs aufrecht zu erhalten, und zwar basierend
auf der Konfiguration und/oder Größe der Komponenten des Motorgraders 100.
Beispielsweise kann das eingestellte Drehzahlverhältnis für jedes
Rad abhängig
von der Distanz zwischen den rechten und linken Vorderrädern 142, 144 sein,
abhängig
von der Distanz zwischen den vorderen und hinteren Rädern 118, 110 und/oder abhängig von
irgendeiner Anzahl anderer Parameter.
-
Wenn
ein Radwinkelsensor 314 mit jedem Vorderrad assoziiert
ist, kann die optionale Sensorverarbeitungsvorrichtung 318 konfiguriert
sein, um ein Sensorsignal auszufiltern, während sie gestattet, dass das
andere zum Lenkungskompensationsmodul 304 zur Verarbeitung
durchläuft.
Entsprechend wird in diesem Ausführungsbeispiel
nur ein Signal von dem Lenkungskompensationsmodul 320 berücksichtigt,
um sowohl das rechte als auch das linke eingestellte Drehzahlverhältnis zu
berechnen. In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel kann die Sensorverarbeitungsvorrichtung 318 konfiguriert
sein, um das Signal vom Radwinkelsensor 314 auszufiltern, das
mit dem in einer Kurve außen
liegenden Rad assoziiert ist. Entsprechend wird bei diesem Ausführungsbeispiel
nur das Signal vom Radwinkelsensor 314, das mit dem innen
liegenden Rad assoziiert ist, von dem Lenkungskompensationsmodul 320 tatsächlich berücksichtigt.
Daher kann das Lenkungskompensationsmodul zwei unterschiedliche
Mapping- bzw. Aufzeichnungsfunktionen
aufweisen, die das gleiche Signal verarbeiten; eine, die das eingestellte
linke Drehzahlverhältnis
bestimmt, und eine, die das eingestellte rechte Drehzahlverhältnis bestimmt.
-
Die
optionale Sensorverarbeitungsvorrichtung 319 kann mit dem
Rahmensensor 315 assoziiert sein und kann konfiguriert
sein, um ein Sensorsignal auszufiltern, während sie gestattet, dass eine
oder mehrere andere Signale zu dem Lenkungskompensationsmodul 304 zur
Verarbeitung durchlaufen.
-
Entsprechend
wird bei dem Ausführungsbeispiel,
dass die Sensorverarbeitungsvorrichtung 319 verwendet,
nur ein Signal von dem Lenkungskompensationsmodul 320 berücksichtigt,
welches den Gelenkwinkel darstellt, um sowohl die rechten als auch linken
eingestellten Drehzahlverhältnisse
zu berechnen. Die Sensorsignale können mit Rahmensensoren 315 assoziiert
sein, die mit jedem der rechten und linken Gelenkzylinder 138, 140 assoziiert
sind.
-
In
einem weiteren beispielhaften Ausführungsbeispiel kann das Lenkungskompensationsmodul 320 konfiguriert
sein, um das linke eingestellte Drehzahlverhältnis und das rechte eingestellte
Drehzahlverhältnis
basierend auf Signalen von dem jeweiligen Radwinkelsensor 314 zu
berechnen, der mit sowohl den linken als auch rechten Vorderrädern assoziiert
ist. Das linke eingestellte Drehzahlverhältnis und das rechte eingestellte
Drehzahlverhältnis
können
aus dem Lenkungskompensationsmodul 320 ausgegeben werden
und an das Radantriebssystem 306 geliefert werden.
-
Das
Radantriebssystem 306 ist konfiguriert, um die Vorderräder 118 mit
Leistung zu versorgen, und kann eine erste Steuervorrichtung 322 für ein linkes
hydrostatische Getriebe (HST = hydrostatic transmission), eine Steuervorrichtung 324 für ein rechtes
hydrostatische Getriebe, ein linkes hydrostatisches Getriebe 326,
ein rechtes hydrostatische Getriebe 328 und linke und rechte
Drehzahlsensoren 316, 317 aufweisen, die mit den
linken und rechten Vorderrädern 144, 142 assoziiert
sind. Die Steuervorrichtungen 322, 324 für das linke
und das rechte hydrostatische Getriebe können konfiguriert sein, um die
jeweiligen linken und rechten eingestellten Drehzahlverhältnisse
von dem Lenkungskompensationsmodul 320 aufzunehmen und
Signale aufzunehmen, die die tatsächlichen Drehzahlen der linken
und rechten vorderen Räder 144, 142 anzeigen,
und zwar von den jeweiligen linken und rechten Drehzahlsensoren 316, 317.
Weiterhin können
die Steuervorrichtungen 322, 324 für die linken
und rechten hydrostatischen Getriebe konfiguriert sein, um die eingestellten
Drehzahlverhältnisse
und die gemessenen Raddrehzahlen zu verarbeiten und Steuersignale
an die linken bzw. rechten hydrostatischen Getriebe auszugeben. Die
linken und rechten hydrostatischen Getriebe 326, 328 weisen
jeweils eine Pumpe und einen Motor auf, wobei die Pumpen und Motoren
unabhängig
von den Steuervorrichtung ein 322, 324 für die hydrostatischen
Getriebe gesteuert werden. Die Motoren können jeweils in einer Nabe
der linken und rechten Vorderräder 142, 144 angeordnet
sein.
-
Die
linken und rechten Drehzahlsensoren 316, 317 können mit
den linken und rechten Vorderrädern 144 bzw. 142 assoziiert
sein, und können
konfiguriert sein, um Parameter zu messen, die die tatsächlichen
Raddrehzahlen anzeigen, oder irgendeine andere Drehzahl, die direkt
proportional zur Raddrehzahl ist, die mit einer Getriebereduktion
assoziiert sein kann. Signale, die die Raddrehzahlen darstellen,
können
an die Steuervorrichtung 322 für das linke hydrostatische
Getriebe bzw. an die Steuervorrichtung 324 für das rechte
hydrostatische Getriebe gesandt werden. Während einer geradlinigen Fahrt werden
die Drehzahlen der Vorderräder 142, 144 im wesentlichen
gleich sein. Jedoch variieren die Drehzahlen der Vorderräder 142, 144 während der
Lenkung. Die linken und rechten Drehzahlsensoren 316, 317 sind
konfiguriert, um die Drehzahl von jedem jeweiligen Vorderrad unabhängig von
der Drehzahl des anderen Vorderrades zu messen. Die Sensoren 316, 317 können irgendein
Sensor sein, der solche Informationen messen kann, was einen Sensor
für die Umdrehungen
des Rades pro Minute, einen Radgeschwindigkeitssensor bzw. Raddrehzahlsensor
oder einen anderen Sensor mit einschließt. In einem beispielhaften
Ausführungsbeispiel
kann die tatsächliche
Raddrehzahl durch Messung der Motordrehzahl der linken und rechten
hydrostatischen Getriebe 326, 328 gemessen werden,
die zu der Raddrehzahl in einer vorderen Endgetriebeübersetzung
proportional ist.
-
Weil
die Drehzahl von jedem Vorderrad konstant durch die linken und rechten
Drehzahlsensoren 316, 317 überwacht wird, können die
Steuervorrichtungen 322, 324 für die linken und rechten hydrostatischen
Getriebe weiter die tatsächliche
Drehzahl von jedem Vorderrad mit der Drehzahl vergleichen, die für das eingestellte
Drehzahlverhältnis
erwünscht
ist, und sie können
Korrekturen bezüglich
irgendwelcher Unterschiede vornehmen. Wenn somit die tatsächliche
Drehzahl von der erwünschten
Drehzahl abweicht, können
die Steuervorrichtungen 322, 324 für die linken
und rechten hydrostatischen Getriebe ein Signal senden, um das Rad
zu beschleunigen oder abzubremsen, so dass die tatsächliche
Drehzahl der Drehzahl entspricht, die für das eingestellte Drehzahlverhältnis erwünscht ist.
Diese Eingabe von den linken und rechten Drehzahlsensoren 316, 317 sieht ein
Steuerungssystem (closed-loop) zur Steuerung der Vorderraddrehzahlen
vor.
-
In
einem beispielhaften Ausführungsbeispiel kann
das Steuersystem 300 konfiguriert sein, um unter Verwendung
von nur einem Vorderradantrieb zu arbeiten, wobei die Hinterräder frei
rollen. In diesem Ausführungsbeispiel
ist die Bedienereingabevorrichtung oder sind die Bedienereingabevorrichtungen 310 konfiguriert,
um als eine kontinuierlich variable Getriebesteuerung zu arbeiten,
die das Antriebsverhältnis
des hydrostatischen Getriebes (HST-Verhältnis)
für die
Vorderräder
des Motorgraders 100 steuert. Das Geschwindigkeitsmodul
bzw. Drehzahlmodul 312 kann konfiguriert sein, um das erwünschte Verhältnis des
hydrostatischen Getriebes an das Lenkungskompensationsmodul 320 auszugeben, welches
eine eingestellte Übersetzung
der linken und rechten hydrostatischen Getriebe bestimmen kann, so
dass die rechten und linken Vorderräder beide das gleiche Ausmaß an Traktion
aufrechter halten, und so dass die Maschine die gleiche Fahrgeschwindigkeit
wie die Hinterräder
während
einer Kurve beibehält.
Entsprechend können
die Vorderräder
während eines
Lenkvorgangs beschleunigt werden, um eine konstante Geschwindigkeit
an den Hinterrädern
aufrecht zu erhalten. Alternativ können die Vorderräder während eines
Lenkungsvorgangs gesteuert werden, um eine konstanten Drehzahl an
den Vorderrädern aufrecht
zu erhalten. Das Lenkungskompensationsmodul kann die Mapping- bzw.
Aufzeichnungsfunktionen oder trigonometrische Gleichungen verwenden, um
die eingestellten linken und rechten Drehzahlverhältnisse
basierend auf dem Radlenkwinkel und dem Rahmengelenkwinkel zu berechnen.
-
Industrielle
Anwendbarkeit Ein beispielhaftes Verfahren zur Steuerung der Drehzahl
der Vorderräder
eines Motorgraders, um eine kontinuierliche Traktion in einer Kurve
vorzusehen, wird nun beschrieben. Während des Fahrens überwacht
das Drehzahlmodul 312 ein Getriebedrehzahlübersetzungssignal
vom Getriebe 308 und nimmt dieses auf. Zusätzlich überwacht
das Drehzahlmodul 312 den Gang des Getriebes. Ein Bediener
des Motorgraders 100 kann den Gang auswählen, und zusätzlich kann er
die Bedienereingabevorrichtung 310 steuern, um die Vorderraddrehzahl
relativ zur Hinterraddrehzahl zu steuern. Das Drehzahlmodul 312 berechnet
ein erwünschtes
Drehzahlverhältnis
basierend auf einem Signal, welches den Aggressionsfaktor von der
Bedienereingabevorrichtung 310 darstellt, weiter basierend
auf der Drehzahlübersetzung
vom Getriebe 308 und in manchen beispielhaften Ausführungsbeispielen
basierend auf dem Getriebebetriebsgang. Das Drehzahlmodul 312 gibt
dann das erwünschte
Drehzahlverhältnis
an die Lenkungskompensationssteuerung 304 aus.
-
Die
Lenkungskompensationssteuerung 304 bestimmt eine Vorderraddrehzahl,
die eine ausreichende Traktion zu jedem Zeitpunkt während einer Kurve
vorsieht, und zwar unter Verwendung der erwünschten Drehzahlübersetzung
von dem Drehzahlmodul 312, unter Verwendung eines Signals
von dem Radwinkelsensor 314 und/oder eines Signals von dem
Rahmensensor 315. Das Signal von dem Radwinkelsensor 314 ist
repräsentativ
für den
Lenkungswinkel der Vorderräder 118 des
Motorgraders 100. In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel
ist ein Radwinkelsensor 314 mit jedem Vorderrad assoziiert.
In einem weiteren beispielhaften Ausführungsbeispiel ist ein Radwinkelsensor 314 mit
nur einem Vorderrad assoziiert.
-
In
dem beispielhaften beschriebenen Verfahren ist der Radwinkelsensor 314 mit
jedem Vorderrad assoziiert. Eine Sensorverarbeitungsvorrichtung 318 überwacht
das Signal von jedem Radwinkelsensor 314 und wählt aus,
welches Signal zu dem Lenkungskompensationsmodul 320 zu
senden ist. Die Sensorverarbeitungsvorrichtung 318 filtert
ungewählte
Signale aus, so dass sie nicht von dem Lenkungskompensationsmodul 320 berücksichtigt
werden.
-
Beispielsweise
kann die Sensorverarbeitung 318 gestatten, dass nur das
Signal des Radwinkelsensors 314, der mit dem Rad auf der
Innenseite einer Kurve assoziiert ist, bei dem Lenkungskompensationsmodul 320 empfangen
wird. In einem weiteren beispielhaften Ausführungsbeispiel gestattet die Sensorverarbeitungsvorrichtung,
dass Signale von den Radwinkelsensoren 314, die mit sowohl
den linken als auch den rechten Vorderrädern assoziiert sind, bei dem
Lenkungskompensationsmodul 320 zur Verarbeitung empfangen
werden.
-
Der
Rahmensensor 315 überwacht
den Gelenkwinkel zwischen den hinteren und vorderen Rahmenabschnitten 102, 104 des
Motorgraders 100. Der Rahmensensor 315 kann dies
beispielsweise durch Überwachung
der Schwenkbewegung bei der Gelenkachse B tun, oder kann die Ausdehnungslänge der
Betätigungsvorrichtungen überwachen,
wie beispielsweise von den Gelenkzylindern 138, 140.
Eine Sensorverarbeitungsvorrichtung 319 überwacht
das Signal von jedem Rahmensensor 315 und wählt aus, welches
Signal zu dem Lenkungskompensationsmodul 320 zu senden
ist. Das Lenkungskompensationsmodul 320 nimmt das ausgewählte Signal
vom Rahmensensor 315 auf, welches den Gelenkwinkel darstellt.
-
Das
Lenkungskompensationsmodul 320 verarbeitet die Signale
von dem Radwinkelsensor 314 und von dem Rahmensensor 315 zusammen
mit der erwünschten
Drehzahlübersetzung
von dem Drehzahlmodul 312, um die linken und rechten eingestellten
Drehzahlverhältnisse
für die
linken und rechten Vorderräder 142, 144 zu
bestimmen. Die Verarbeitung kann die Anwendung einer Nachschautabelle aufweisen,
wie beispielsweise einer Mapping- bzw. Aufzeichnungsfunktion,
um die linken und rechten eingestellten Drehzahlübersetzungen zu bestimmen. Die
Aufzeichnungsfunktion kann auf dem Gelenkwinkel basieren, wobei
jeder mögliche
Gelenkwinkel eine getrennte Karte bzw. ein getrenntes Kennfeld besitzt.
Unter Verwendung des Radlenkwinkels, des Gelenkwinkels und/oder
des erwünschten
Drehzahlverhältnisses
bestimmt das Lenkungskompensationsmodul 320 die rechten
und linken eingestellten Drehzahlübersetzungen und gibt diese
aus, wobei diese die Vorderraddrehzahlen darstellen, die nötig sind,
um eine Traktion in einer Kurve vorzusehen. Diese können auch
unter Verwendung von trigonometrischen Gleichungen berechnet werden.
-
Sobald
sie berechnet wurden, werden die linken und rechten eingestellten
Drehzahlverhältnisse jeweils
an die Steuervorrichtung 322 für das linke hydrostatische
Getriebe und an die Steuervorrichtung 324 für das rechte
hydrostatische Getriebe gesandt. Die Steuervorrichtung 322, 324 für das linke
und das rechte hydrostatische Getriebe wandeln die Signale für das eingestellte
Drehzahlverhältnis
in Steuersignale um, um die jeweiligen linken und rechten hydrostatischen
Getriebe 326, 328 zu steuern. Die linken und rechten
hydrostatischen Getriebe 326, 328 steuern die
Drehzahl der linken und rechten Vorderräder unabhängig von einander, um eine
Traktion während der
Kurve vorzusehen.
-
Die
linken und rechten Drehzahlsensoren 316, 317 sind
mit den linken und rechten Vorderrädern 142, 144 assoziiert
und messen Parameter, die die tatsächlichen Raddrehzahlen anzeigen.
Die linken und rechten Drehzahlsensoren 316, 317 übermitteln
unabhängig
elektronisch ein Signal, welches die Raddrehzahlen anzeigt, an die
Steuervorrichtungen 322, 324 für die linken und rechten hydrostatischen
Getriebe. Die Steuervorrichtung 322, 324 für die linken
und rechten hydrostatischen Getriebe, vergleichen die tatsächliche
Drehzahl von jedem Vorderrad 142, 144 mit der
Drehzahl, die für
das eingestellte Drehzahlverhältnis
von jedem Vorderrad erwünscht ist.
Wenn die tatsächliche
Drehzahl von der erwünschten
Drehzahl abweicht, kompensieren die Steuervorrichtungen 322, 324 für das linke
und rechte hydrostatische Getriebe die eingestellten Drehzahlverhältnisse
durch Steuerung des linken oder rechten hydrostatischen Getriebes,
so dass die tatsächliche
gemessene Drehzahl der erwünschten Drehzahl
des eingestellten Drehzahlverhältnisses entspricht.
Daher ist das System ein Steuerungssystem (closed-loop), und die
Steuervorrichtungen 322, 324 für das linke und rechte hydrostatische
Getriebe nehmen Signale auf, die die tatsächliche Drehzahl anzeigen,
um sicher zu stellen, dass die Raddrehzahlen der erwünschten
Drehzahl des eingestellten Drehzahlverhältnisses für jedes Rad entsprechen.
-
In
einem beispielhaften Ausführungsbeispiel ist
das eingestellten Drehzahlverhältnis
für das
innere Rad in einer Kurve geringer als das eingestellten Drehzahlverhältnis für das äußere Rad.
Dies kompensiert den Unterschied des Lenkradius zwischen den zwei
Vorderrädern.
Daher fährt
das innere Rad langsamer als das äußere Rad, so dass beide Räder ein ähnliches
Ausmaß an
Traktion vorsehen, um ordnungsgemäß den Motorgrader zu lenken.
Zusätzlich sei
bemerkt, dass die Lenkwinkel zwischen den linken und rechten Vorderrädern während einer
Lenkung abweichen können,
und zwar durch stärkeres Abwinkeln
des inneren Rades als des äußeren Rades,
wie es in der Technik bekannt ist.
-
Die
beispielhafte Arbeitsmaschine 100 in 1 ist
ein Gelenk-Motorgrader. In manchen Fällen kann der Bediener die
Arbeitsmaschine 100 in einem erwünschten Winkel gelenkartig
bewegen und die Vorderräder 118 auf
einen erwünschten
Lenkwinkel einstellen, so dass die Gelenk-Arbeitsmaschine in einer
geraden Richtung fährt.
Durch Berücksichtigung des
Gelenkwinkels kann das Lenkungskompensationsmodul 320 erkennen,
dass sowohl die rechten als auch linken Vorderräder 142, 144 mit
der gleichen Drehzahl angetrieben werden sollten. Jedoch ist in einem
weiteren beispielhaften Ausführungsbeispiel der
Motorgrader nicht mit einem Gelenk versehen. In diesem Ausführungsbeispiel
berechnet die Lenkungskompensationssteuerung 304 die linken
und rechten eingestellten Drehzahlverhältnisse nur basierend auf dem
erwünschten
Drehzahlverhältnis und
dem Radlenkwinkel. Dies tritt effektiv bei einer Gelenksarbeitsmaschine
auf, wenn der Gelenkwinkel Null ist.
-
Obwohl
diese Offenbarung beschreibt, dass eine Traktion während eines
Lenkungsvorgangs eines Motorgraders vorgesehen wird, kann das offenbarte
System an irgendeinem Gelenklastwagen, an irgend einer Traktor-Planiervorrichtung
und einer Verdichtungsvorrichtung bzw. einer Walze verwendet werden
kann, die getrennt angetriebene Vorderräder haben. Zusätz lich kann
sie bei irgendeinem mit Rädern
versehenen, nicht mit Gelenken versehenen Lastwagen verwendet werden,
was einen Geländelastwagen,
einen Radlader und andere Maschinen mit einschließt, die
getrennte mit Leistung versorgte Vorderräder verwenden. Somit können verschiedene Arbeitsmaschinen,
die die Notwendigkeit einer Traktion der Vorderräder in einer Kurve aufweisen,
Vorteile hieraus ziehen.
-
Es
wird dem Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen
und Variationen an den offenbarten Ausführungsbeispielen vorgenommen
werden können,
ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Andere Ausführungsbeispiele der
Erfindung werden dem Fachmann aus einer Betrachtung der Beschreibung
und aus der praktischen Ausführung
der hier offenbarten Erfindung offensichtlich werden. Es ist beabsichtigt,
dass die Beschreibung und die Beispiele nur als beispielhaft angesehen
werden, wobei ein wahrer Umfang der Erfindung durch die folgenden
Ansprüche
und ihre äquivalenten
Ausführungen
gezeigt wird.