DE102014017716B4 - working machine - Google Patents
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Abstract
Arbeitsmaschine mit einer Lenkanlage zur Vornahme einer Richtungsänderung der Arbeitsmaschine, mit einem von einem Nutzer zu betätigenden Steuerelement und mit einer Steuerelektronik, die mit dem Steuerelement und mit elektrohydraulischen Mitteln der Lenkanlage in Verbindung steht und die derart ausgebildet ist, dass von dem Steuerelement ausgehende Signale in eine Betätigung der elektrohydraulischen Mittel zur Bewirkung der Lenkbewegung umgesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschaltpfad mit einem von einem Nutzer zu betätigenden Schalter (S1) vorgesehen ist, wobei der Abschaltpfad keine Steuerelektronik aufweist und mit der Steuerelektronik oder mit den elektrohydraulischen Mitteln derart in Verbindung steht, dass in einer Schaltstellung des Abschaltpfades die Steuerelektronik und/oder die Stromversorgung der elektrohydraulischen Mittel vollständig abgeschaltet wird. Work machine with a steering system for making a change in direction of the work machine, with a user-operated control and with control electronics, which is in communication with the control and with electro-hydraulic means of the steering system and which is designed such that outgoing signals from the control in an actuation of the electro-hydraulic means for effecting the steering movement to be implemented, characterized in that a Abschaltpfad with a user-actuated switch (S1) is provided, wherein the Abschaltpfad has no control electronics and with the control electronics or with the electro-hydraulic means in such a connection is that in a switching position of the Abschaltpfades the control electronics and / or the power supply of the electro-hydraulic means is completely switched off.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Arbeitsmaschine, insbesondere einen Radlader, mit einer Lenkanlage zur Vornahme einer Richtungsänderung der Arbeitsmaschine, mit einem von einem Nutzer zu betätigenden Steuerelement, wie beispielsweise einem Lenkrad oder Joystick, und mit einer Steuerelektronik, die mit dem Steuerelement und mit elektrohydraulischen Mitteln der Lenkanlage in Verbindung steht und die derart ausgebildet ist, dass von dem Steuerelement ausgehende Signale in eine Betätigung der elektrohydraulischen Mittel zur Bewirkung der Lenkbewegung umgesetzt werden.The present invention relates to a work machine, in particular a wheel loader, with a steering system for making a change in direction of the work machine, with a user-operated control, such as a steering wheel or joystick, and with control electronics, with the control and with electro-hydraulic means the steering system is in communication and which is designed such that signals emitted by the control element are converted into an actuation of the electro-hydraulic means for effecting the steering movement.
Normen und Vorschriften für funktionale Sicherheit fordern insbesondere für die Steuerung der Lenkung von Radladern bei der Straßenfahrt ein maximales Niveau an Steuerungsgüte, das sich durch den sogenannten Performancelevel (im Folgenden PL) spezifizieren lässt. Es wird in diesem Zusammenhang beispielsweise auf die ISO 13849 sowie auf die ISO 15998 verwiesen, die für die Steuerung der Lenkanlage bei Straßenfahrt mit PL e ein Höchstmaß an Güte fordern.Standards and regulations for functional safety require a maximum level of control performance, in particular for controlling the steering of wheel loaders during road travel, which can be specified by the so-called performance level (in the following PL). Reference is made, for example, to ISO 13849 and to ISO 15998, which require the highest degree of quality for the control of the steering system when traveling on the road with PL e.
Die Umsetzung dieses hohen Perfomancelevels, PL e erfordert gemäß ISO 13849 besonders hohe Anforderungen an die Bauteilzuverlässigkeit, deren Diagnosefähigkeit sowie die Umsetzung der Software von programmierbarer komplexer Logik. Sie beschränkt sich in ihrem Wirkungsbereich gleichzeitig auf PL d-Steuerungen, in denen bei Verwendung von programmierbarer, komplexer Logik in Verbindung mit einer PL e-Steuerung auf die Anwendung einer weiteren Norm, nämlich auf die IEC 62061 verwiesen wird. Deren Einhaltung ist mit einem erheblichen Zusatzaufwand für die Entwicklung von Betriebssystemen und Applikationssoftware von Maschinensteuerungen verbunden.The implementation of this high level of performance, PL e, requires, in accordance with ISO 13849, particularly high demands on component reliability, its diagnostic capability and the implementation of the software of programmable complex logic. It is limited in its scope at the same time on PL d controllers, in which reference is made to the application of another standard, namely to the IEC 62061 when using programmable, complex logic in conjunction with a PL e control. Compliance with this is associated with considerable additional effort for the development of operating systems and application software of machine control systems.
Für den Bereich abseits der Straße, das heißt für den eigentlichen Arbeitsbereich von Arbeitsmaschinen insbesondere von Radladern ist hinsichtlich der Lenkanlagen ein geringerer PL gefordert. Für diese Anwendungen (PL d) ist die Verwendung einer komplexen Logik bzw. einer Steuerelektronik sehr gut geeignet, da die Anforderungen an Betriebssysteme und Applikationssoftware in diesem Fall gerechtfertigt sind und auch anwendbar sind. Exemplarisch sind als Lenkanlagen z. B. eines Radladers für den Bereich abseits der Straße, elektrohydraulische Joysticklenkungen, Komfortlenkungen mit elektrohydraulischer Überlagerung, die elektrohydraulische Betätigung von Stufenservostaten oder die Gerotorabschaltung bei konventioneller Orbitrollenkung oder achsweise zu- und wegschaltbare Hilfslenkungen zu nennen, bei denen es im Falle einer elektrischen Fehlfunktion zu Gefährdungssituationen für Fahrer und Umgebung kommen kann, bis hin zur Unkontrollierbarkeit der Lenkung.For the area off the road, that is for the actual work area of machines especially wheel loaders is required with respect to the steering systems a lesser PL. For these applications (PL d), the use of complex logic or control electronics is very well suited, since the requirements for operating systems and application software are justified in this case and are also applicable. Exemplary are as steering systems z. As a wheel loader for the area off the road, electro-hydraulic joystick steering, comfort steering with electro-hydraulic superposition, the electro-hydraulic actuation of step servos or the Gerotorabschaltung in conventional Orbitrollenkung or axle-to-off and wegschaltbare auxiliary steering to call, in which it in case of electrical malfunction hazardous situations for the driver and the environment, up to the uncontrollability of the steering.
Aus der gattungsbildenden
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Arbeitsmaschine der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass mit vergleichsweise geringem Aufwand im Straßenbetrieb ein Höchstmaß an Zuverlässigkeit und Steuerungsgüte erzielt werden kann.The present invention has the object, a work machine of the type mentioned in such a way that with comparatively little effort in road operation maximum reliability and control quality can be achieved.
Diese Aufgabe wird durch eine Arbeitsmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Danach ist vorgesehen, dass zumindest ein Abschaltpfad mit einem von einem Nutzer zu betätigenden Schalter vorgesehen ist, wobei der Abschaltpfad keine Steuerelektronik aufweist und mit der Steuerelektronik oder mit den elektrohydraulischen Mitteln, wie beispielsweise einem elektrohydraulischen Ventil derart in Verbindung steht, dass in zumindest einer Schaltstellung des Abschaltpfades die Steuerelektronik und/oder die Stromversorgung der elektrohydraulischen Mittel vollständig abgeschaltet wird.This object is achieved by a work machine with the features of
Der vorliegenden Erfindung liegt somit der Gedanke zugrunde, das Einwirken jeglicher elektrohydraulischer Unterstützung einer elektronischen, programmierbaren komplexen Logik bzw. Steuerelektronik zu vermeiden, um eine Lenkanlage straßenfahrtauglich zu machen. Dies wird dadurch erreicht, dass die Lenkanlage im Straßenbetrieb von programmierbarer, komplexer Logik bzw. von der Steuerelektronik gänzlich entkoppelt wird und daher im Sinne der Norm ISO 13849 isoliert betrachtet werden kann.The present invention is therefore based on the idea of avoiding the intervention of any electrohydraulic support of electronic, programmable complex logic or control electronics in order to make a steering system roadworthy. This is achieved by completely decoupling the steering system from programmable, complex logic or from the control electronics during road operation and can therefore be considered isolated in the sense of the ISO 13849 standard.
Durch das Abschalten der Steuerelektronik, die im Folgenden auch als komplexe Logik bezeichnet wird, kann der Lenkbetrieb der Arbeitsmaschine im Straßenbetrieb durch bewährte hydraulisch-mechanische Lenkungen bzw. Komponenten vorgenommen werden, was eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung darstellt. Eine Einflussnahme elektronischer Komponenten und insbesondere elektronisch programmierbarer Komponenten lässt sich erfindungsgemäß so ausschließen.By switching off the control electronics, which is also referred to below as complex logic, the steering operation of the working machine in road operation by proven hydraulic-mechanical steering or components can be made, which is a preferred embodiment of the invention. An influence of electronic components and in particular electronically programmable components can thus be excluded according to the invention.
Somit kann für Fahrzeuge bzw. Arbeitsmaschinen, die über elektrohydraulisch beeinflussbare Lenkungen verfügen, die für PL d-Anwendungen ausschließlich abseits der Straße durch eine komplexe Logik gesteuert werden können, beim Befahren von Straßen eine straßenfahrtaugliche Abschaltung der elektrohydraulischen Beeinflussung im Sinne der ISO 13849 geschaffen werden. Somit können die Anforderungen an ein PL e-System bzw. ein Höchstmaß an Steuerungsgüte für den Abschaltpfad erreicht werden, ohne dass dafür eine komplexe Logik bzw. elektronische Komponenten verwendet werden müssten.Thus, for vehicles or work machines that have electro-hydraulically modifiable steering, which can be controlled for PL d applications exclusively off the road by a complex logic, when driving on roads a street drive suitable shutdown of electro-hydraulic interference within the meaning of ISO 13849 are created. Thus, the requirements for a PL e system or a maximum degree of control performance for the shutdown path can be achieved without the need for complex logic or electronic components.
Erfindungsgemäß ist es möglich, Fehlermöglichkeiten durch die komplexe Logik durch den unabhängigen, sicheren Abschaltpfad gänzlich auszuschließen, um bei der formalen Nachweisführung gemäß ISO 13849 bei der Straßenfahrt so vorgehen zu können, als gäbe es keine Fehlerquellen durch eine komplexe Logik.According to the invention, it is possible to completely eliminate the possibility of errors due to the complex logic through the independent, safe shutdown path in order to be able to proceed with the formal verification according to ISO 13849 in road traffic as if there were no sources of error due to a complex logic.
Der Abschaltpfad ist somit eigenständig und getrennt von jeglicher programmierbarer Logik bzw. getrennt von der Steuerelektronik ausgeführt.The Abschaltpfad is thus independent and executed separately from any programmable logic or separately from the control electronics.
Vorzugsweise besteht der Abschaltpfad ausschließlich aus mechanischen und/oder aus elektrischen Bauteilen.Preferably, the shutdown consists solely of mechanical and / or electrical components.
Er kann derart angeordnet sein, dass dieser in einer Schaltstellung des Abschaltpfades den oder die Stromkreise des Stromversorgungspfades der Steuerelektronik unterbricht.It can be arranged such that it interrupts the circuit or circuits of the power supply path of the control electronics in a switching position of the Abschaltpfades.
Vorzugsweise besteht die Bauteilkette des Abschaltpfades gänzlich aus elektrischen Bauteilen, die in ihrer Anordnung einer Steuerungskategorie 3 oder 4 entsprechen. Dies bedeutet, dass die Abschaltung über zwei getrennte Kanäle redundant ausgeführt wird.Preferably, the component chain of the Abschaltpfades entirely of electrical components that correspond in their arrangement a control category 3 or 4. This means that the shutdown via two separate channels is redundant.
Denkbar ist es, dass der Abschaltpfad entweder Stromkreise des Stromversorgungspfades einer komplexen Logik oder auch Leistungsausgänge der komplexen Logik, mit denen im regulären Betrieb Aktuatoren betätigt werden, unterbricht und somit abschaltet, womit die Möglichkeit einer Fehlfunktion der komplexen Logik oder von deren Bauteile als nicht existent angesehen werden kann.It is conceivable that the Abschaltpfad either circuits the power supply path of a complex logic or power outputs of the complex logic, with which actuators are actuated in regular operation, breaks and thus shuts down, so that the possibility of malfunction of the complex logic or its components as non-existent can be viewed.
Vorzugsweise ist der Abschaltpfad geeignet, Stromkreise im Stromversorgungspfad einer komplexen Logik bzw. der Steuerungselektronik oder auch im Ausgangspfad der komplexen Logik zur Steuerung von Aktuatoren zu unterbrechen bzw. redundant zu unterbrechen.Preferably, the Abschaltpfad is suitable to interrupt circuits in the power supply path of a complex logic or the control electronics or in the output path of the complex logic to control actuators or redundantly interrupt.
Der Abschaltpfad kann über einen mechanischen und vorzugsweise handelsüblichen Schalter verfügen, der vorzugsweise derart angeordnet ist, dass mindestens zwei getrennte Stromkreise in dem Schalter vorliegen, die über eine gemeinsame Mechanik betätigt bzw. geöffnet oder geschlossen werden können.The Abschaltpfad may have a mechanical and preferably commercially available switch, which is preferably arranged such that at least two separate circuits are present in the switch, which can be operated or opened or closed by a common mechanism.
Vorzugsweise ist des Weiteren vorgesehen, dass die Mechanik des Schalters zusätzlich über eine Verriegelung zumindest in der geöffneten Schaltstellung verfügt, in der der Abschaltpfad eine Abschaltung der Steuerelektronik bzw. elektrohydraulischer Komponenten bewirkt. Dies hat den Vorteil, dass ein selbsttätiges Schließen der Stromkreise ausgeschlossen wird und eine unbeabsichtigte Fehlbedienung durch den Fahrer verhindert wird.Preferably, it is further provided that the mechanism of the switch additionally has a lock at least in the open switching position, in which the Abschaltpfad causes a shutdown of the control electronics or electro-hydraulic components. This has the advantage that an automatic closing of the circuits is excluded and accidental misuse by the driver is prevented.
Die getrennten Stromkreise des Schalters können mindestens zwei voneinander unabhängige Relais schalten, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass jedes dieser beiden Relais wiederum über mehrere getrennte Stromkreise verfügen kann.The separate circuits of the switch can switch at least two independent relays, it being preferably provided that each of these two relays can in turn have several separate circuits.
Denkbar ist es weiterhin, dass jeder zu unterbrechende Stromkreislauf über zumindest zwei getrennte Relais geführt wird und der komplexen Logik durch eingangsseitiges oder ausgangsseitiges Unterbrechen die Möglichkeit genommen wird, ungewollt Einfluss zu nehmen auf die Lenkung der Arbeitsmaschine.It is also conceivable that each circuit to be interrupted is passed through at least two separate relays and the complex logic is taken by input-side or output-side interruption the opportunity to take unintentional influence on the steering of the machine.
Auch ist es denkbar, dass anstelle der eingangs- oder ausgangsseitigen Unterbrechung der Steuerelektronik die Stromversorgung von zumindest einer elektrohydraulischen Komponente, wie beispielsweise von einem elektrohydraulischen Ventil unterbrochen wird. Der Abschaltpfad kann somit gleichzeitig eine Einschaltmimik übernehmen, womit die Betätigung durch die komplexe Logik vollständig durch eine analoge Schaltung ersetzt werden kann.It is also conceivable that instead of the input or output side interruption of the control electronics, the power supply of at least one electro-hydraulic component, such as is interrupted by an electro-hydraulic valve. The Abschaltpfad can thus simultaneously take over a Einschaltmimik, whereby the operation can be completely replaced by the complex logic by an analog circuit.
Die Betätigung des Abschaltpfades kann über zwei galvanisch getrennte Klemmen erfolgen, um zu verhindern, ein grundsätzlich hoch verfügbares System bei Ausfallen eines der beiden Klemmen-Versorgungspfade durch ungewolltes Aktivieren des Abschaltpfades im Ein-Fehler-Fall lahmzulegen.The Abschaltpfades can be operated via two galvanically isolated terminals to prevent a fundamentally highly available system in case of failure of one of the two terminal supply paths by unintentional activation of the Abschaltpfades in one-error case paralyze.
Des Weiteren kann die Arbeitsmaschine Diagnosemittel aufweisen, die so ausgebildet sind, dass diese den Schaltzustand des Abschaltpfades signalisieren. Bei diesen Mitteln kann es sich um beliebige Mittel handeln, beispielsweise um akustisch und/oder optisch wahrnehmbare Mittel, z. B. in Form einer LED oder Glühlampe.Furthermore, the working machine can have diagnostic means which are designed such that they signal the switching state of the shutdown path. These agents may be any means, such as acoustically and / or optically perceivable agents, e.g. B. in the form of an LED or light bulb.
Die Diagnosemittel können die Steuerelektronik oder Teile von dieser bzw. die komplexe Logik teilweise oder vollständig umfassen. Somit ist es möglich, Funktionen in der Diagnose des sicheren Abschaltpfades zu übernehmen und den Fahrer auf Fehlfunktionen einzelner Bauteile im Abschaltpfad hinzuweisen.The diagnostic means may include the control electronics or parts thereof or the complex logic partially or completely. Thus, it is possible to take over functions in the diagnosis of the safe shutdown path and to alert the driver to malfunctions of individual components in the shutdown path.
Vorzugsweise betrifft die Erfindung PL e-Anwendungen, insbesondere zum Ausschluss von Fehlfunktionen elektrohydraulisch beeinflussbarer Lenkungen jeglicher Ausführungsart insbesondere der Straßenfahrt, in dem Fehlereinflüsse von der komplexen Logik unterbunden werden.Preferably, the invention relates to PL e applications, in particular for the exclusion of malfunctions electrohydraulically influenced Steering systems of any kind, especially road driving, in which error influences are prevented by the complex logic.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
-
1 : ein Schaltkreis mit einem mechanischen Schalter mit zwei getrennten Stromkreisen zur Versorgung der Steuerungselektronik bzw. eines elektrohydraulischen Ventils, -
2 : einen Schaltkreis mit einem mechanischen Schalter und zwei redundant ausgeführten Energieversorgungspfaden für die Steuerelektronik, -
3 : einen Schaltkreis mit einem mechanischen Schalter und zwei redundant ausgeführten Energieversorgungspfaden für die Steuerelektronik in einer weiteren Ausführungsform und -
4 : eine schematische Ansicht eines PL e Subsystems.
-
1 a circuit comprising a mechanical switch with two separate circuits for supplying the control electronics or an electro-hydraulic valve, -
2 a circuit comprising a mechanical switch and two redundant power supply paths for the control electronics; -
3 a circuit comprising a mechanical switch and two redundant power supply paths for the control electronics in a further embodiment and -
4 : a schematic view of a PL e subsystem.
Gemäß
Dies bringt den Vorteil mit sich, dass der Ausfall eines Energieversorgungspfades nicht zur selbsttätigen Abschaltung der elektrohydraulischen Lenkung durch den Abschaltpfad führen kann, insbesondere wenn es sich um eine rein elektrohydraulische Lenkung handelt, wie z. B. eine elektrohydraulische Joysticklenkung mit elektronischem Joystick.This has the advantage that the failure of a power supply path can not lead to the automatic shutdown of the electro-hydraulic steering through the Abschaltpfad, especially if it is a purely electro-hydraulic steering, such. B. an electro-hydraulic joystick steering with electronic joystick.
Durch eine in den Zeichnungen nicht näher dargestellte Verriegelungsmöglichkeit wird der Schalter in der geöffneten Schaltstellung gehalten, wie sie in
Wie dies aus den
Durch das Schließen der beiden Stromkreise des Schalters
Alternativ kann dieser Schaltungsaufbau auch durch die Verwendung von vier einzelnen Standardrelais
Dennoch ist die Überwachung des Schaltungszustandes möglich, ob beide Stromkreise bei Abschaltung durch den Schalter
Bei weniger komplexen Lenkungskonzepten, wie beispielsweise mit
Die vorliegende Erfindung ist somit nicht auf die komplette Abschaltung einer Steuerelektronik beschränkt, sondern umfasst auch das gezielte Abschalten einzelner elektrohydraulischer Komponenten, wie beispielsweise eines Ventils.The present invention is thus not limited to the complete shutdown of control electronics, but also includes the targeted shutdown of individual electro-hydraulic components, such as a valve.
Je nach Ausführung des Lenkungskonzeptes kann der Diagnosepfad
Dies ist beispielsweise der Fall, wenn nur die Klemme
Werden hingegen die Ausgangspfade
L kennzeichnet die komplexe Logik.L denotes the complex logic.
Im Übrigen werden in
Die Schaltung gemäß
Durch die vorliegende Erfindung wird für den Fall der Straßenfahrt auf komplexe Logik verzichtet und Fehlfunktionen von elektronisch beeinflussten sicherheitsrelevanten Komponenten bzw. Steuerungen werden ausgeschlossen.The present invention dispenses with complex logic in the case of driving on the road, and malfunctions of electronically influenced safety-relevant components or control systems are ruled out.
Das selbsttätige Zuschalten elektrischer Stromkreise und deren Fehlereinflussmöglichkeiten auf sicherheitsrelevante Steuerungsvorgänge können gänzlich ausgeschlossen werden.The automatic connection of electrical circuits and their influence on safety-relevant control processes can be completely excluded.
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