DE102013209820A1

DE102013209820A1 - Selbstfahrende Straßenbaumaschine, insbesondere Straßenwalze, sowie Verfahren zum Fahren und Lenken einer Straßenbaumaschine

Info

Publication number: DE102013209820A1
Application number: DE201310209820
Authority: DE
Inventors: Christoph Korb; Klaus Meindl; Markus Golbs; Detlef Bornemann
Original assignee: Hamm AG
Current assignee: Hamm AG
Priority date: 2013-05-27
Filing date: 2013-05-27
Publication date: 2014-11-27

Abstract

Bei einer selbstfahrenden Straßenbaumaschine, insbesondere Straßenwalze, mit einem Fahrantrieb (60), mit einer Lenkungseinrichtung (62), mit einer Steuerung (30) für den Fahrantrieb (60) und die Lenkungseinrichtung (62), und wobei ein Bedienelement (8) für Fahrgeschwindigkeit und Lenkung, die Stellsignale für den Fahrantrieb (60) und die Lenkungseinrichtung (62) in Abhängigkeit von der auf das Bedienelement einwirkenden Stellbewegungsrichtung erzeugt, ist vorgesehen, dass zumindest im manuellen Betrieb der Steuerung (30) Sensoren die Höhe und die Fahrtrichtung der auf das Bedienelement (8) ausgeübten Kraft detektieren und dass die Steuerung (30) in Abhängigkeit vom detektierten Winkel relativ zur Richtung und der Höhe der Kraft ein Steuersignal für eine Beschleunigung, eine Verzögerung, oder einen Notstopp, sowie für die Lenkung erzeugt.

Description

Die Erfindung betrifft eine selbstfahrende Straßenbaumaschine, insbesondere eine Straßenwalze nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie ein Verfahren zum Fahren und Lenken einer Straßenbaumaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
Eine gattungsgemäße Straßenbaumaschine ist aus der EP 1 573 134 A bekannt. Die Straßenwalze arbeitet z. B. hinter einem Fertiger, der Asphaltmaterial einbaut und vorverdichtet. Die Straßenwalze überfährt die vom Fertiger eingebauten Flächen mehrmals, um die Endverdichtung und die Ebenheit der Fläche herzustellen. Dabei wird häufig die Fahrtrichtung gewechselt. Der Anteil der Vorwärts- und Rückwärtsfahrten ist in der Regel annähernd gleich. Um die Straßenwalze sicher zu bedienen, muss für die wesentlichen Bedienelemente wie Fahrtrichtungsgeber (Lenkrad, Joystick) und Fahrhebel zur Wahl der Fahrtrichtung der Geschwindigkeit für den Bediener eine eindeutige Zuordnung zur Fahrtrichtung gegeben sein.
Aus der EP 1 573 134 A ist auch bekannt, das Bedienelement für Fahrgeschwindigkeit und Lenkung in einen drehbaren Fahrersitz zu integrieren, wobei die Stellbewegungsrichtung des Bedienungselementes in jeder Sitzdrehposition mit der Fahrtrichtung der Straßenbaumaschine übereinstimmt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer selbstfahrenden Straßenbaumaschine, insbesondere eine Straßenwalze und bei einem Verfahren zum Fahren und Lenken einer Straßenbaumaschine die Steuerungsmöglichkeiten zu verbessern und dadurch die Betriebssicherheit zu erhöhen.
Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale des Anspruchs 1, sowie Anspruch 9.
Die Erfindung sieht in vorteilhafter Weise vor, dass zumindest im manuellen Betrieb der Steuerung Sensoren die Höhe und die Richtung der auf das Bedienelement ausgeübten Kraft detektieren, und dass die Steuerung in Abhängigkeit vom detektierten Winkel relativ zur Fahrtrichtung und der Höhe der Kraft ein Steuersignal für eine Beschleunigung, eine Verzögerung, oder einen Notstopp, sowie für die Lenkung erzeugt.
Dies hat den Vorteil, dass im manuellen Betrieb die Beschleunigung über eine Krafteinwirkung des Fahrers gesteuert werden kann. Dabei ist eine sensiblere Steuerung möglich. Je nach Höhe der Kraft kann detektiert werden, ob eine hohe oder eine geringe Beschleunigung oder eine geringe Verzögerung, eine hohe Verzögerung, oder sogar ein Notstopp gewünscht ist.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Steuerung bei Überschreiten eines ersten Kraftschwellenwertes in einem ersten Winkelbereich relativ zur Fahrtrichtung ein Steuersignal für eine geringe Beschleunigung in Fahrtrichtung erzeugt und bei Überschreiten eines zweiten Kraftschwellenwertes in einem vorzugsweise relativ zum ersten Winkelbereich engeren zweiten Winkelbereich ein Steuersignal für eine höhere Beschleunigung erzeugt.
Desweiteren kann die Steuerung bei Unterschreiten des ersten Kraftschwellenwertes in dem ersten Winkelbereich bis zu einem dritten Kraftschwellenwert in dem verbleibenden Winkelbereich außerhalb des ersten Winkelbereiches ein Steuersignal für eine geringe Verzögerung erzeugen.
Außerdem kann die Steuerung bei Überschreiten des dritten Kraftschwellenwertes bis zu einem vierten Kraftschwellenwert in dem verbleibenden Winkelbereich außerhalb des ersten Winkelbereiches ein Steuersignal für eine hohe Verzögerung erzeugen.
Schließlich kann die Steuerung bei Überschreiten des vierten Kraftschwellenwertes in dem verbleibenden Winkelbereich außerhalb des ersten Winkelbereiches ein Steuersignal für einen Notstopp erzeugen.
Die Steuerung kann bei Erreichen einer gewünschten Betriebsgeschwindigkeit der Straßenwalze auf einen ersten Schaltbefehl hin in einen Automatikbetrieb übergehen, in dem die aktuellen Stellsignale für den Fahrantrieb und die Lenkung automatisch konstant gehalten werden.
Dabei kann der Fahrer durch seine Krafteinwirkung auf das Bedienelement, z. B. einen Steuerhebel in der Art eines Joysticks, beschleunigen oder verzögern, wobei die Richtung und Höhe der Kraft in Bezug auf die Fahrtrichtung ausgewertet werden. Bei Erreichen der gewünschten Geschwindigkeit bestätigt der Fahrer dies durch einen Taster. Die Maschine fährt jetzt so lange mit konstanter Geschwindigkeit, bis über eine Krafteinwirkung auf das Bedienelement eine Beschleunigung bzw. Verzögerung eingeleitet wird.
Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Steuerung aus dem Automatikbetrieb auf manuellen Betrieb umschaltet, wenn die Höhe der detektierten Kraft auf das Bedienelement einen vorgegebenen fünften Kraftschwellwert in dem ersten Winkelbereich überschreitet.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Bedienelement in einem drehbaren Fahrersitz integriert ist.
Dabei stimmt die Stellbewegungsrichtung des Bedienelementes in jeder Sitzdrehposition mit der Fahrtrichtung der Straßenbaumaschine überein.
In dem Bedienelement sind die Stellsignale für die Fahrtrichtung und die Lenkung in Abhängigkeit von dem Drehwinkel der momentanen Sitzdrehposition kontinuierlich korrigierbar.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Straßenbaumaschine mit einem Bedienelement mit Kraftauswertung,
2 die Auswirkungen der Betätigung des Bedienelementes bei einem Ausführungsbeispiel mit drehbarem Fahrersitz,
3 ein Bedienungselement nach dem Stand der Technik, und
4 die Bewegungsrichtung des Bedienelementes bei einem drehbaren Fahrersitz.
In 1 ist schematisch eine Straßenwalze 1 mit zwei Walzenbandagen 2, 3 dargestellt, von denen mindestens eine lenkbar ist. Die Walzenbandagen 2, 3 sind über ein Fahrgestell 4 miteinander verbunden, auf dem ein Fahrerstand für eine Bedienungsperson angeordnet ist.
In dem Fahrerstand ist ein drehbarer Fahrersitz 5 mit integrierter Bedieneinheit für den Fahrbetrieb angeordnet. Die Bedieneinheit weist vorzugsweise einen Bedienhebel 8 auf, dessen Funktionen im Einzelnen in Verbindung mit 3 erläutert werden.
Obwohl die schematische Darstellung in 1 ein Ausführungsbeispiel zeigt, bei dem Fahrersitz drehbar ist, versteht es sich, dass die Erfindung auch bei Straßenwalzen ohne drehbaren Fahrersitz anwendbar ist.
Die Auswertung der auf das Bedienelement 8 ausgeübten Steuerkraft erfolgt in zwei Dimensionen mit Hilfe von Kraftsensoren 28, 29, wie sie beispielhaft in 3 dargestellt sind.
Die zweidimensionale Auswertung der Steuerkraft ermöglicht es, die Höhe und die Richtung der auf das Bedienelement 8 ausgeübten Kraft zu detektieren, wobei eine Steuerung 30 in Abhängigkeit vom detektierten Winkel relativ zur Fahrtrichtung und der Höhe der Kraft ein Steuersignal für eine Beschleunigung, eine Verzögerung oder einen Notstopp, sowie für die Lenkung erzeugt.
Die Kraftrichtung wird stets parallel zur Fahrtrichtung ausgewertet. Auch bei einem drehbaren Fahrersitz ist es möglich, die Kraftrichtung stets parallel zur Fahrtrichtung auszuwerten. Hierzu ist lediglich eine Winkelinformation hinsichtlich der Sitzdrehposition relativ zur Fahrzeuglenkachse erforderlich.
In 1 ist schematisch dargestellt, in welcher Weise die detektierte Kraft in Fahrtrichtung ausgewertet wird. Die schematische Darstellung in 1 zeigt die winkel- und kraftabhängige Auswertung der auf das Bedienelement 8 ausgeübten Kraft. In Vorwärtsrichtung gesehen sind zunächst beispielsweise zwei Kraftschwellwerte 40, 42 vorgesehen, bei deren Überschreitung zunächst eine geringe Beschleunigung in einem ersten Winkelbereich 44 und dann eine höhere Beschleunigung in einem vorzugsweise relativ zu dem ersten Winkelbereich 44 engeren Winkelbereich 46 bewirkt wird. Die geringe Beschleunigung ist mit einem ”+” im Winkelbereich 44 gekennzeichnet und die hohe Beschleunigung ist mit ”++” im Winkelbereich 46 gekennzeichnet. Es versteht sich, dass die Winkelbereiche 44 und 46 auch gleich groß sein können.
Die Winkelbereiche sind winkelmäßig begrenzt, wobei vorzugsweise für den Winkelbereich 44 ein größeres Winkelsegment zur Auswertung der Steuerkraft eingestellt sein kann als für den zweiten Winkelbereich 46. Der zweite Winkelbereich 46 für eine hohe Beschleunigung kann beispielsweise einen Winkelbereich kleiner ±45° relativ zur Fahrtrichtung, vorzugsweise ca. ±35°, aufweisen, also z. B. einen Gesamtwinkelbereich von 50° bis 80° überdecken.
Der Winkelbereich 44 geringer Beschleunigung umfasst einen Gesamtwinkelbereich von vorzugsweise über 90°, beispielsweise 80° bis ca. 150°.
Wird die Steuerkraft in eine Richtung ausgeübt, die außerhalb des festgelegten Krafschwellwertes 40 im engeren Winkelbereich 46 liegt, findet ein Wechsel zu einer höheren Beschleunigung statt.
Ergibt die Auswertung der auf das Bedienelement 8 ausgeübten Kraft eine Unterschreitung des ersten Kraftschwellwertes 40, wird eine geringe Verzögerung eingestellt. Das Feld mit der geringen Verzögerung im gesamten Winkelbereich 44, 48 ist in 1 mit ”-” gekennzeichnet.
In dem verbleibenden Winkelbereich 48 außerhalb des ersten Winkelbereiches 44 wird eine geringe Verzögerung eingestellt, solange ein dritter Kraftschwellwert 54 nicht überschritten wird. Bei Überschreitung wird eine hohe Verzögerung ”--” eingestellt.
Die Kraftschwellenwerte 42 und 54 können betragsmäßig gleich hoch sein.
Wird in dem verbleibenden Winkelbereich 48 außerhalb des ersten Winkelbereiches 44 ein vierter Kraftschwellwert 56 überschritten, wird ein Notstopp ”---” verfügt.
Im Automatikbetrieb kann im ersten Winkelbereich 44 vorgesehen sein, dass Kräfte auf das Bedienelement 8 oberhalb eines festgelegten Kraftschwellwertes 52 den Automatikbetrieb zwangsläufig auf Handbetrieb umschalten.
Im Handbetrieb beschleunigt der Fahrer bzw. verzögert der Fahrer die Betriebsgeschwindigkeit durch Kraftvorgabe auf das Bedienelement 8. Bei Erreichen der gewünschten Betriebsgeschwindigkeit kann der Fahrer dies durch einen Taster bestätigen. Die Straßenwalze fährt dann so lange mit konstanter Geschwindigkeit bis über eine Krafteinwirkung auf das Bedienelement 8 eine Beschleunigung oder Verzögerung ausgelöst wird.
2 und 3 zeigen den Stand der Technik nach EP 1572 134 . Im dargestellten Fall wird das Bedienelement 8 in Pfeilrichtung 20 ausgelenkt und bleibt in dieser Position – die Maschine fährt in Pfeilrichtung. Eine Bewegung des Bedienhebels 8 in Pfeilrichtung 18 führt zu einer Lenkbewegung der Bandage – die Maschine fährt nach links. Wird der Fahrersitz während der Fahrt um 90° gedreht, wird das Bedienelement 8 derart nachgeführt, dass seine Auslenkungsrichtung weiterhin der Fahrtrichtung entspricht. Auch die Bewegungsrichtung am Bedienelement 8 für die Lenkung entspricht der Bewegungsrichtung der Straßenwalze 1. Gleiches gilt für die Drehung des Fahrersitzes 5 um 180°. Der Fahrersitz 5 ist weiterhin über 180° hinaus frei drehbar.
3 stellt das Bedienelement 8 mit ihren Bauteilen, den Bedienfunktionen und der Vorrichtung zur Übertragung der Drehbewegung des Fahrersitzes 5 auf die Bedieneinheit dar. Das Bedienelement 8 besitzt Schalteinrichtungen 12 für die Hinterradlenkung bzw. Hundegang, Schalteinrichtungen 14 für das Ein- und Ausschalten der Vibration, Schalteinrichtungen 16 für das Entriegeln der Fahrsperre, sowie Schalteinrichtungen 18 mit zwei Freiheitsgraden für die Lenkrichtungsvorgabe und eine Schalteinrichtung 20 für die Fahrtrichtung. Um für die Bedienungsperson eine Unterscheidung zwischen Lenkbewegung und Fahrbewegung während der Bedienelementauslenkung zu erleichtern, wird die Lenkbewegung gegen eine Federkraft zur Neutralstellung und die Fahrauslenkung gegen eine Reibkraft betätigt. Vorzugsweise sind die wesentlichen genannten Bedienfunktionen in dem Bedienelement 8 integriert. Das Gehäuse 22 ist fest mit dem Fahrersitz 5 verbunden. Eine Auslenkung des Bedienhebels 8 in Richtung Fahren oder Lenken führt zu einer Auslenkung der jeweiligen, in der Zeichnung nicht dargestellt, Kulisse für die Fahr- bzw. Lenkbewegung.
Die Auslenkung des Bedienelementes 8 für das Lenken und Fahren wird durch zwei Potentiometer 32 (x-Richtung) und 34 (y-Richtung) im Kreuzgelenk 28 (Drehpunkt des Bedienhebels 8) erfasst. Ein drittes Potentiometer 36 ist unterhalb des Schwenkrades 26 auf dessen Drehachse angebracht und misst den Drehwinkel des Schwenkrades 26 relativ zum Gehäuse 22 und somit die Sitzposition. Die Potentiometer 32 und 34 sind drehfest mit dem Gehäuse 22 verbunden, d. h. eine Drehung des Fahrersitzes 5 verändert die Zuordnung des jeweiligen Potentiometers 32 und 34 zur Fahrhebelauslenkung. Beispielsweise wird in der Ausgangssitzposition der Lenkausschlag des Bedienhebels 8% zu 100% durch das Potentiometer 34 erfasst. Die Kraftsensoren 29, 30 erfassen die auf das Bedienelement 8 einwirkenden Kräfte zweidimensional.
4 erläutert ebenfalls die Bewegungsrichtung des Bedienelementes 8, wobei der Pfeil für alle Sitzpositionen die Richtungsangabe für Vorwärtsfahrt darstellt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1573134 A [0002, 0003]
EP 1572134 [0040]

Claims

Selbstfahrende Straßenbaumaschine, insbesondere Straßenwalze, – mit einem Fahrantrieb (60), – mit einer Lenkungseinrichtung (62), – mit einer Steuerung (30) für den Fahrantrieb (60) und die Lenkungseinrichtung (62), und – wobei ein Bedienelement (8) für Fahrgeschwindigkeit und Lenkung, die Stellsignale für den Fahrantrieb (60) und die Lenkungseinrichtung (62) in Abhängigkeit von der auf das Bedienelement einwirkenden Stellbewegungsrichtung erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest im manuellen Betrieb der Steuerung (30) Sensoren die Höhe und die Richtung der auf das Bedienelement (8) ausgeübten Kraft detektieren und dass die Steuerung (30) in Abhängigkeit vom detektierten Winkel relativ zur Fahrtrichtung und der Höhe der Kraft ein Steuersignal für eine Beschleunigung, eine Verzögerung, oder einen Notstopp, sowie für die Lenkung erzeugt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (30) bei Überschreiten eines ersten Kraftschwellenwertes (40) in einem ersten Winkelbereich (44) relativ zur Fahrtrichtung ein Steuersignal für eine geringe Beschleunigung (+) in Fahrtrichtung erzeugt und bei Überschreiten eines zweiten Kraftschwellenwertes (42) in einem vorzugsweise relativ zu dem ersten Winkelbereich (44) engeren zweiten Winkelbereich (46) ein Steuersignal für eine höhere Beschleunigung (++) erzeugt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (30) bei Unterschreiten des ersten Kraftschwellenwertes (40) in dem ersten Winkelbereich (44) bis zu einem dritten Kraftschwellenwert (54) in dem verbleibenden Winkelbereich (48) außerhalb des ersten Winkelbereiches (44) ein Steuersignal für eine geringe (-) Verzögerung erzeugt.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (30) bei Überschreiten des dritten Kraftschwellenwertes (54) bis zu einem vierten Kraftschwellenwert (56) in dem verbleibenden Winkelbereich (48) außerhalb des ersten Winkelbereiches (44) ein Steuersignal für eine hohe Verzögerung (--) erzeugt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (30) bei Überschreiten des vierten Kraftschwellenwertes (56) in dem verbleibenden Winkelbereich (48) außerhalb des ersten Winkelbereiches (44) ein Steuersignal für einen Notstopp (---) erzeugt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (30) bei Erreichen einer gewünschten Betriebsgeschwindigkeit auf einen Schaltbefehl hin in einen Automatikbetrieb übergeht, in dem die aktuellen Stellsignale für den Fahrantrieb (60) und die Lenkung automatisch konstant hält.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (30) im Automatikbetrieb auf manuellen Betrieb umschaltet, wenn die Höhe der detektierten Kraft auf das Bedienelement (8) einen vorgegebenen fünften Kraftschwellwert (52) in dem ersten Winkelbereich (44) überschreitet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Bedienelement (8) in einen drehbaren Fahrersitz (5) integriert ist und dass in dem Bedienelement (8) die Steuersignale für die Fahrtrichtung und die Lenkung in Abhängigkeit von dem Drehwinkel der momentanen Sitzdrehposition kontinuierlich korrigierbar sind.
Verfahren zum Fahren und Lenken einer Straßenbaumaschine, insbesondere einer Straßenwalze, mit einem Bedienelement (8) für den Fahrbetrieb, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe und die Richtung der auf das Bedienelement (8) ausgeübten Kraft im manuellen Betrieb detektiert werden, und dass in Abhängigkeit vom detektierten Winkel relativ zur Fahrtrichtung und der Höhe der Kraft ein Steuersignal für eine Beschleunigung, eine Verzögerung, oder einen Notstopp, sowie für die Lenkung erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreiten eines ersten Kraftschwellenwertes (40) in einem ersten Winkelbereich (44) relativ zur Fahrtrichtung ein Steuersignal für eine geringe Beschleunigung (+) erzeugt wird und bei Überschreiten eines zweiten Kraftschwellenwertes (42) in einem vorzugsweise relativ zu dem ersten Winkelbereich (44) engeren zweiten Winkelbereich (46) ein Steuersignal für eine höhere Beschleunigung (++) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei Unterschreiten des ersten Kraftschwellenwertes (40) in dem ersten Winkelbereich (44) bis zu einem dritten Kraftschwellenwert (54) in dem verbleibenden Winkelbereich (48) außerhalb des ersten Winkelbereiches (44) ein Steuersignal für eine geringe Verzögerung (-) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreiten des dritten Kraftschwellenwertes (54) in dem verbleibenden Winkelbereich (48) außerhalb des ersten Winkelbereiches (44) bis zu einem vierten Kraftschwellenwert (56) ein Steuersignal für eine hohe Verzögerung (--) erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreiten des vierten Kraftschwellenwertes (56) in dem verbleibenden Winkelbereich (48) außerhalb des ersten Winkelbereiches (44) ein Steuersignal für einen Notstopp (---) erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erreichen einer gewünschten Betriebsgeschwindigkeit ein Automatikbetrieb aktiviert werden kann, in dem die aktuellen Stellsignale für den Fahrantrieb (60) und die Lenkung automatisch konstant gehalten werden.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass im Automatikbetrieb automatisch auf manuellen Betrieb umgeschaltet wird, wenn die Höhe der detektierten Kraft auf das Bedienelement (8) einen vorgegebenen fünften Kraftschwellwert (52) in dem ersten Winkelbereich (44) überschreitet.