DE102020212111A1

DE102020212111A1 - Rückkopplungskreisantriebssysteme mit geschlossenem regelkreis für motorgrader

Info

Publication number: DE102020212111A1
Application number: DE102020212111.7A
Authority: DE
Inventors: Adam B. Zell; Katherine S. Rogers
Original assignee: Deere and Co
Current assignee: Deere and Co
Priority date: 2019-10-31
Filing date: 2020-09-25
Publication date: 2021-05-06
Also published as: US11248362B2; US20210131060A1; BR102020018339A2; CN112746637A

Abstract

Ein Rückkopplungskreisantriebssystem mit geschlossenem Regelkreis, das an Bord eines Motorgraders verwendet wird, beinhaltet eine Bedienereingabevorrichtung, eine Schar und einen Mehrgeschwindigkeitshydraulikmotor mit einer Motorausgangswelle. Die Motorausgangswelle ist mechanisch mit der Schar verbunden, so dass die Motorausgangswellendrehung die Drehung der Schar um eine Schardrehachse antreibt. Eine Steuerung ist betriebsfähig mit der Bedienereingabevorrichtung und dem Mehrgeschwindigkeitshydraulikmotor gekoppelt. Die Steuerung ist konfiguriert, um: (i) Schardrehbefehle über die Bedienereingabevorrichtung zu empfangen, um die Schar auf befohlene Weise um die Drehachse zu drehen; und (ii) den Mehrgeschwindigkeitshydraulikmotor zu steuern, um die Schardrehbefehle umzusetzen, während wiederholt die Drehzahl der Motorausgangswelle wiederholt eingestellt wird, um Schwankungen in einer Drehzahl der Schar aufgrund von Änderungen der Scharbelastungsbedingungen, die während des Betriebs des Motorgrades auftreten, zu reduzieren.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Nicht zutreffend.
ANGABE ÜBER STAATLICH GEFÖRDERTE FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG
Nicht zutreffend.
GEBIET DER OFFENBARUNG
Diese Offenbarung bezieht sich auf Rückkopplungskreisantriebssysteme mit geschlossenem Regelkreis zum Steuern eines Mehrgeschwindigkeitskreisdrehmotors (z. B. eines Hydraulikmotors mit variabler Verdrängung oder zwei Geschwindigkeiten), der zum Einstellen der Drehposition einer Schar an einem Motorgrader verwendet wird.
HINTERGRUND DER OFFENBARUNG
Ein Motorgrader ist häufig mit einem Kreisantriebssystem zum Einstellen der Drehposition einer Kreismesserbaugruppe ausgestattet, d. h. einer Baugruppe, die eine relativ große, im Allgemeinen kreisförmige Struktur oder einen „Kreis“ umfasst, unter dem eine Schar aufgehängt ist. Herkömmlicherweise umfasst ein Kreisantriebssystem entweder eine Hydraulikzylinderanordnung oder einen Hydraulikmotor mit fester Verdrängung, um die Kreismesserbaugruppe und damit die Schar um eine Schardrehachse senkrecht zur Fahrtrichtung des Motorgraders zu drehen. Als konkretes Beispiel wird in einer gemeinsamen Ausführung der Kreis mit einem gezahnten Innenumfang versehen, der ein großes Hohlrad bildet, in das ein kleineres Zahnrad oder Ritzel eingreift. Das Ritzel ist direkt oder indirekt über ein zwischengeschaltetes Getriebe, beispielsweise ein Untersetzungsgetriebe, mechanisch mit der Ausgangswelle eines Hydraulikmotors mit fester Verdrängung verbunden. Während des Betriebs des Motorgraders werden Bedienerbefehle, die über einen Joystick (oder eine ähnliche Eingabevorrichtung) empfangen werden, an ein Ventilstellglied weitergeleitet, das mechanisch mit einem Schieber verbunden ist, der in einem Wegeventil enthalten ist. Das Ventilstellglied stellt die translatorische Position des Schiebers innerhalb des Wegeventils entsprechend den Bedienerbefehlen ein. Dies reguliert die Richtung und Rate des Hydraulikfluidstroms durch den Hydraulikmotor mit fester Verdrängung, der wiederum die Drehung des Ritzels antreibt, um die Kreismesserbaugruppe auf die befohlene Weise um ihre Drehachse zu drehen.
ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
Es werden Rückkopplungskreisantriebssysteme mit geschlossenem Regelkreis zur Verwendung an Bord von Motorgradern offenbart. In Ausführungsformen beinhaltet das Rückkopplungskreisantriebssystem mit geschlossenem Regelkreis eine Bedienereingabevorrichtung, eine Schar, die um eine Schardrehachse drehbar ist, und einen Mehrgeschwindigkeitshydraulikmotor mit einer Motorausgangswelle. Die Motorausgangswelle ist mechanisch mit der Schar verbunden, so dass eine Drehung der Motorausgangswelle eine Drehung der Schar um die Schardrehachse bewirkt. Eine Steuerung ist betriebsfähig mit der Bedienereingabevorrichtung und dem Mehrgeschwindigkeitshydraulikmotor gekoppelt. Die Steuerung ist konfiguriert, um: (i) Schardrehbefehle über die Bedienereingabevorrichtung zu empfangen, um die Schar auf befohlene Weise um die Drehachse zu drehen; und (ii) den Mehrgeschwindigkeitshydraulikmotor zu steuern, um die Schardrehbefehle umzusetzen, während wiederholt die Drehzahl der Motorausgangswelle wiederholt eingestellt wird, um Schwankungen in einer Drehzahl der Schar aufgrund von Änderungen der Scharbelastungsbedingungen, die während des Betriebs des Motorgrades auftreten, zu reduzieren.
In weiteren Ausführungsformen beinhaltet das Rückkopplungskreisantriebssystem mit geschlossenem Regelkreis eine Bedienereingabevorrichtung, eine Schar, die um eine Drehachse drehbar ist, einen Mehrgeschwindigkeitshydraulikmotor mit einer Motorausgangswelle, die mechanisch mit der Schar verbunden ist, und einen ersten Sensor, der konfiguriert ist, um einen Parameter zu überwachen, der eine Drehgeschwindigkeit der Schar angibt. Eine Steuerung ist betriebsfähig mit der Bedienereingabevorrichtung, dem Mehrgeschwindigkeitshydraulikmotor und dem ersten Sensor gekoppelt. Die Steuerung ist konfiguriert, um: (i) eine Zielschardrehgeschwindigkeit (v_{Schar_Ziel}) als eine Funktion von Bedienerbefehlssignalen, die über die Bedienereingabevorrichtung empfangen werden, festzulegen; (ii) eine Diskrepanz (v_{Schar_Δ}) zwischen der Zielschardrehgeschwindigkeit (v_{Schar_Ziel}) und einer aktuellen Schardrehgeschwindigkeit (v_{Schar_aktuell}) zu bestimmen; und (iii) eine Drehzahl der Motorausgangswelle zu modifizieren, um die Diskrepanz (v_{Schar_Δ}) zwischen der Zielschardrehgeschwindigkeit (v_{Schar_Ziel}) und der aktuellen Schardrehgeschwindigkeit (V_{Scha_aktuell}) zu reduzieren, wenn die Diskrepanz (v_{Schar_Δ}) einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.
In noch weiteren Ausführungsformen beinhaltet das Rückkopplungskreisantriebssystem mit geschlossenem Regelkreis einen Hydraulikmotor mit zwei Geschwindigkeiten mit einer Motorausgangswelle. Der Hydraulikmotor mit zwei Geschwindigkeiten ist in einem Modus mit niedrigem Drehmoment und hoher Drehgeschwindigkeit (ND/HD) und einem Modus mit hohem Drehmoment und niedriger Drehgeschwindigkeit (HD/ND) betreibbar. Der Hydraulikmotor mit zwei Geschwindigkeiten ist mechanisch mit einer Schar des Motorgraders verbunden und konfiguriert, um die Schar selektiv um eine Drehachse zu drehen. Das Rückkopplungskreisantriebssystem mit geschlossenem Regelkreis beinhaltet ferner eine Steuerung, die betriebsfähig mit dem Hydraulikmotor mit zwei Geschwindigkeiten gekoppelt ist. Die Steuerung ist konfiguriert, um: (i) den Hydraulikmotor mit zwei Geschwindigkeiten während des Betriebs des Motorgraders selektiv zwischen dem ND/HD-Modus und dem HD/ND-Modus umzuschalten; und (ii) ferner eine Drehzahl der Motorausgangswelle zu steuern, um Abweichungen in einer Schardrehgeschwindigkeit zu minimieren, wenn der Hydraulikmotor mit zwei Geschwindigkeiten zwischen dem ND/HD-Modus und dem HD/ND-Modus geschaltet wird.
Die Details einer oder mehrerer Ausführungsformen sind in den beigefügten Zeichnungen sowie in der nachstehenden Beschreibung festgelegt. Andere Eigenschaften und Vorteile werden aus der Beschreibung und den Zeichnungen sowie aus den Ansprüchen ersichtlich.
Figurenliste
Mindestens ein Beispiel der vorliegenden Offenbarung wird nachstehend in Verbindung mit den folgenden Figuren beschrieben:

1 ist eine Seitenansicht eines Motorgraders, der mit einer Ausführungsform des Rückkopplungskreisantriebssystems mit geschlossener Schleife (teilweise als Schema dargestellt) ausgestattet ist, wie es in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dargestellt wird;
2 ist eine Draufsicht oder Grundrissansicht auf den in 1 gezeigten Motorgrader, die beispielhafte Verschiebungen der Kreismesserbaugruppe und damit der Motorgraderschar um eine Schardrehachse veranschaulicht;
Die 3 und 4 sind schematische Darstellungen einer ersten beispielhaften Implementierung eines Rückkopplungskreisantriebssystem mit geschlossenem Regelkreis (geeignet zur Verwendung als das Kreisantriebssystem, wie allgemein in 1 gezeigt), einschließlich eines Hydraulikmotors mit zwei Geschwindigkeiten, der in einem Modus mit niedrigem Drehmoment und hoher Drehgeschwindigkeit (3) und einem Modus mit hohem Drehmoment und niedriger Drehgeschwindigkeit (4) betrieben werden kann; und
5 ist eine schematische Darstellung einer zweiten beispielhaften Implementierung des Rückkopplungskreisantriebssystems mit geschlossenem Regelkreis, das ferner zur Verwendung als das Kreisantriebssystem geeignet ist, das generell in 1 gezeigt ist und ist einen Hydraulikmotor mit variabler Verdrängung beinhaltet.

Gleiche Referenzsymbole in den unterschiedlichen Zeichnungen bezeichnen gleiche Elemente. Aus Gründen der Einfachheit und Klarheit der Darstellung können Beschreibungen und Details bekannter Merkmale und Techniken weggelassen werden, um unnötiges Verdecken der in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung beschriebenen beispielhaften und nicht einschränkenden Ausführungsformen der Erfindung zu vermeiden. Es versteht sich ferner, dass Merkmale oder Elemente, die in den begleitenden Figuren erscheinen, nicht zwangsläufig maßstabsgetreu gezeichnet sind, sofern nicht anders vermerkt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind in den beigefügten Figuren der vorstehend kurz beschriebenen Zeichnungen dargestellt. Verschiedene Abwandlungen der beispielhaften Ausführungsformen können von Fachleuten in Betracht gezogen werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, wie in den beigefügten Ansprüchen festgelegt.
ÜBERSICHT
Wie oben kurz erörtert, verlassen sich herkömmliche Kreisantriebssysteme üblicherweise auf Hydraulikmotoren mit fester Verdrängung, um die Rotation von Kreismesserbaugruppen und damit Motorgraderscharen um eine Schardrehachse gemäß Bedienerbefehlen anzutreiben. Obwohl zuverlässig, sind solche herkömmlichen Kreisantriebssysteme mit verschiedenen Mängeln verbunden. Ein solcher Mangel tritt beim Wenden des Motorgraders auf, d. h. wenn ein Motorgrader gesteuert wird, um seine Fahrtrichtung umzukehren, während die Scharposition zurückgesetzt wird, um die Schar für einen neuen Erdbewegungsdurchgang vorzubereiten. Während des Wendens werden in der Regel mehrere Scharpositionseinstellungen in schneller Folge durchgeführt. Solche Scharpositionseinstellungen beinhalten anfängliches Anheben der Motorgraderschar in eine oberirdische Position, Drehen der Schar in eine neue Winkelposition (typischerweise gespiegelt gegenüber der vorherigen Scharposition) und dann erneutes Absenken der Schar in eine bodendurchdringende Position (hier als eine „Position im Boden“ bezeichnet). Diese und andere hydraulisch angetriebene Funktionen des Motorgraders können aufgrund der erheblichen hydraulischen Anforderungen des Festverdrängungsmotors verlangsamt werden, der traditionell konstruktiv überdimensioniert ist, um die Spitzendrehmomentanforderungen zu erfüllen, die während der Drehung der Schar im Boden auftreten. Die Leistung des Motorgraders und Bedienerfahrung können dadurch beeinträchtigt werden.
In Anbetracht dieser und anderer Einschränkungen wurden verbesserte Kreisantriebssysteme mit Mehrgeschwindigkeitshydraulikmotoren entwickelt und implementiert. Der Begriff „Mehrgeschwindigkeitshydraulikmotor“, wie er in diesem Dokument erscheint, ist so definiert, dass er alle Hydraulikmotortypen mit Ausnahme von Hydraulikmotoren mit fester Verdrängung umfasst. Der Begriff „Mehrgeschwindigkeitshydraulikmotor“ umfasst somit unter anderem Hydraulikmotoren mit zwei Geschwindigkeiten und Hydraulikmotoren mit variabler Verdrängung, wie nachstehend ausführlich beschrieben. Beispiele für Motorgraderkreisantriebssysteme mit Mehrgeschwindigkeitshydraulikmotoren werden in dem folgenden Dokument vorgestellt, dessen Inhalt durch Bezugnahme einbezogen wird: US-Patent Nr. 7,874,377 B1 mit dem Titel „KREISANTRIEBSANORDNUNG FÜR MOTORGRADER“, ausgestellt vom US-Patent- und Markenamt (USPTO) am 25. Januar 2011, und der Zessionarin des vorliegenden Dokuments (Deere & Company) zugewiesen. Durch die Verwendung von Mehrgeschwindigkeitshydraulikmotoren und anderen zugehörigen Komponenten sind solche verbesserten Kreisantriebssysteme in der Lage, sowohl eine Drehung der Schar mit hoher Drehgeschwindigkeit und niedrigem Drehmoment besser aufzunehmen, wenn sie sich in einer Position über dem Boden (oder anderweitig leicht belastet) befindet, als auch eine Drehung der Schar mit niedriger Drehgeschwindigkeit und hohem Drehmoment, wenn sie sich in einer Position im Boden (oder anderweitig stark belastet) befindet. Der Einbau von Mehrgeschwindigkeitshydraulikmotoren in Kreisantriebssysteme kann somit beide Betriebsextremen erfüllen, wobei Motorüberdimensionen vermieden und die hydraulischen Anforderungen an den Motor minimiert werden. Dies wiederum ermöglicht es, den schnellen Betrieb der verschiedenen hydraulisch angetriebenen Funktionen des Motorgraders während des Wendens aufrechtzuerhalten.
Aus den obigen Gründen stellt die Entwicklung und Implementierung von Kreisantriebssystemen mit Mehrgeschwindigkeitshydraulikmotoren einen wesentlichen Fortschritt bei der Konstruktion von Motorgradern dar. Ungeachtet dessen bleiben aktuelle Kreisantriebssysteme mit Mehrgeschwindigkeitshydraulikmotoren in gewisser Hinsicht eingeschränkt. Als primäre Einschränkung solcher Kreisantriebssysteme kann die Verwendung eines Mehrgeschwindigkeitshydraulikmotoren zum Antrieb der Schardrehung zu unerwünschten Schwankungen der Schardrehgeschwindigkeit in Verbindung mit Schwankungen der Scharbelastung führen. Solche Schwankungen der Schardrehgeschwindigkeit können signifikant sein und für Bediener eines Motorgraders wahrnehmbar sein. Dies kann die Zufriedenheit und Effizienz des Bedieners beeinträchtigen, insbesondere wenn sich nicht-triviale Disparitäten zwischen Verschiebungen der Steuereingabe (z. B. Joysticks) und der Schardrehgeschwindigkeit über verschiedene Iterationen des Motorgraderbetriebs entwickeln. Folglich besteht eine anhaltende Nachfrage der Branche nach Kreisantriebssystemen, die die Konsistenz erhöht, bei der Schardrehbefehle durch den Bediener zu einer erwarteten Schardrehgeschwindigkeitsausgabe führen, während die Korrelation zwischen Schardrehgeschwindigkeit und Scharbelastung weitgehend, wenn nicht gar vollständig durchtrennt ist. Gleichzeitig ist es wünschenswert, dass ein solches Kreisantriebssystem die oben beschriebenen Vorteile im Zusammenhang mit der Verwendung eines Mehrgeschwindigkeitshydraulikmotors beibehält, um die Schardrehung anzutreiben und die schnelle Ausführung von hydraulisch angetriebenen Funktionen während des Wendens des Motorgraders zu bewahren.
Um dieser anhaltenden industriellen Nachfrage gerecht zu werden, wurden in den folgenden Ausführungen Kreisantriebssysteme mit eingebauten Motorgradern und Mehrgeschwindigkeitshydraulikmotoren verwendet, die nach einzigartigen Rückkopplungssteuerschemata mit geschlossenem Regelkreis betrieben werden. Die Rückkopplungsteuerschemata mit geschlossenem Regelkreis werden durch eine Steuerung implementiert, die betriebsfähig mit dem Mehrgeschwindigkeitshydraulikmotor und mit mindestens einer Bedienereingabevorrichtung (z. B. einem Joystick) betriebsfähig gekoppelt ist, die verwendet wird, um die Winkelposition der Motorgraderschar zu steuern. Wie in diesem Dokument erscheint, wird der Begriff „Steuerung“ in einem nicht einschränkenden Sinne verwendet, um sich allgemein auf die Verarbeitungsarchitektur eines Rückkopplungskreisantriebssystems mit geschlossenem Regelkreis zu beziehen. Die Steuerung kann eine beliebige Anzahl von Prozessoren, Steuercomputern, computerlesbaren Speichern, Stromversorgungen, Speichergeräten, Schnittstellenkarten und anderen standardisierten Komponenten beinhalten oder damit verbunden sein. Die Steuerung kann auch eine beliebige Anzahl von Firmware- und Softwareprogrammen oder computerlesbaren Anweisungen enthalten oder mit diesen interagieren, die zur Ausführung der verschiedenen hier beschriebenen Prozessaufgaben, Berechnungen und Steuerfunktionen dienen. Solche computerlesbaren Anweisungen können in einem nichtflüchtigen Sektor des Speichers gespeichert sein, auf den die Steuerung zugreifen kann, wie nachstehend näher beschrieben.
Die Steuerung kann verschiedene Steuerschemata implementieren, um die Drehzahl und Richtung der Ausgangswelle des Mehrgeschwindigkeitshydraulikmotors während des Betriebs des Rückkopplungskreisantriebssystems mit geschlossenem Regelkreis zu regulieren. In Ausführungsformen kann die Steuerung zunächst eine befohlene oder „Ziel“-Schardrehgeschwindigkeit (v_{Schar_Ziel}) in Abhängigkeit von über die Bedienereingabevorrichtung empfangenen Schardrehbefehlen festlegen. Die Steuerung kann dann den Mehrgeschwindigkeitshydraulikmotor steuern, um die Schardrehbefehle umzusetzen, während die Drehzahl der Motorausgangswelle selektiv eingestellt wird, um Diskrepanzen zwischen der Zielschardrehgeschwindigkeit (v_{Schar_Ziel}) und einer aktuellen Schardrehgeschwindigkeit (v_{schar_aktuell}) aufgrund von Schwankungen der Lastkräfte, die einer Schardrehung widerstehen, zu reduzieren. Beispielsweise kann die Steuerung in bestimmten Ausführungsformen anfänglich eine Diskrepanz (v_{Schar_Δ}) zwischen der Zielschardrehgeschwindigkeit (v_{Schar_Ziel}) und der aktuellen Schardrehgeschwindigkeit (V_{Scha_aktuell}) berechnen. Die Steuerung kann dann die Drehzahl der Motorausgangswelle modifizieren, um eine solche Diskrepanz (v_{Schar_Δ}) zu reduzieren, wenn ein vorbestimmter Schwellenwert überschritten wird. Der vorbestimmte Schwellenwert kann in bestimmten Ausführungsformen einen Nullwert aufweisen; zweckmäßiger ist jedoch ein Wert ungleich Null (fest oder variabel), um kleine, redundante Scharwinkeleinstellungen oder „Flattern“ der Motorgraderschar zu vermeiden. Die Steuerung wiederholt diesen Prozess vorzugsweise auf einer relativ schnellen (z. B. Echtzeit-) iterativen Basis, um ein Rückkopplungssteuerschema mit geschlossenem Regelkreis bereitzustellen, das die Drehgeschwindigkeit der Motorgraderschar unabhängig von (oder mit einer reduzierten Abhängigkeit von) Schwankungen der Scharbelastungsbedingungen auf Zielniveaus hält.
Die Steuerung kann die aktuelle Schardrehgeschwindigkeit (v_{Schar_aktuell}) unter Verwendung von Daten überwachen, die von einem oder mehreren Sensoren empfangen werden, die ferner in dem Rückkopplungskreisantriebssystem mit geschlossenem Regelkreis enthalten sind. Beispielsweise kann die Steuerung in bestimmten Ausführungsformen Daten von einem Sensor (z. B. einem drehbaren variablen Differentialtransformator) empfangen, der die Winkelposition der Motorgraderschar oder möglicherweise einer anderen Komponente überwacht, die sich mit der Schar in einer festen Beziehung mitdreht. Die Steuerung kann dann diese Sensoreingabe verwenden, um Änderungen des Scharwinkels im Laufe der Zeit und damit der aktuellen Schardrehgeschwindigkeit (v_{Schar_aktuell}) zu verfolgen. In anderen Implementierungen kann die Steuerung Dateneingaben von einem Drehzahlsensor empfangen, wie etwa einem Beschleunigungsmesser und/oder Gyroskop für mikroelektromechanische Systeme (Microelectromechanical Systems - MEMS), der konfiguriert ist, um die Drehzahl einer Ausgangswelle des Mehrgeschwindigkeitshydraulikmotors, die Drehzahl der Motorgraderschar oder Kreismesserbaugruppe selbst oder die Drehzahl einer anderen Komponente in dem sich von dem Hydraulikmotor zu der Kreismesserbaugruppe erstreckenden Drehübertragungsweg zu überwachen. Die Steuerung verwendet diese Sensoreingabe dann, um die aktuelle Schardrehgeschwindigkeit (v_{schar_aktuell}) zum Vergleich mit der Zielschardrehgeschwindigkeit (v_{Schar_Ziel}), wie zuvor beschrieben, zu bestimmen.
Die besondere Art und Weise, in der die Steuerung den Betrieb des Mehrgeschwindigkeitshydraulikmotors steuert (d. h. beeinflusst), variiert je nach Ausführungsform. Wenn der Mehrgeschwindigkeitshydraulikmotor als Hydraulikmotor mit variabler Verdrängungssteuerung ausgebildet ist, kann die Steuerung die variable Verdrängungssteuerung verwenden, um eine Verdrängungseinstellung des Hydraulikmotors beim Einstellen der Drehzahl der Motorausgangswelle wiederholt zu ändern. Ferner kann die Steuerung zusätzlich zum selektiven Modifizieren der Verdrängungseinstellung des Hydraulikmotors auch wiederholt die Position eines Wertelements (z. B. eines Schiebers) anpassen, das in einem Wegeventil enthalten ist, um die Rate und Richtung des Hydraulikfluidstroms durch den Hydraulikmotor mit variabler Verdrängung zu variieren, wodurch die Drehzahl und Drehrichtung der Motorausgangswelle weiter gesteuert wird. In noch anderen Fällen kann die Steuerung die Drehzahl und/oder Drehrichtung der Motorausgangswelle auf eine andere Weise modifizieren, etwa durch Steuern der Durchflussleistung einer Pumpe nachgelagert des Mehrgeschwindigkeitshydraulikmotors. Demgegenüber kann die Steuerung in Ausführungsformen, in denen der Mehrgeschwindigkeitshydraulikmotor die Form eines Hydraulikmotors mit zwei Geschwindigkeiten annimmt, ebenfalls die Motorausgangsdrehzahl (und Drehrichtung) steuern, indem sie die Rate und Richtung des Hydraulikfluidstroms durch den Hydraulikmotor einstellt; z. B. indem sie die Translationsposition eines Schiebers in einem Wegeventil nachgeschaltet des Hydraulikmotors mit zwei Geschwindigkeiten einstellt. In diesem letzteren Fall wird jedoch durch die Fähigkeit des Hydraulikmotors mit zwei Geschwindigkeiten, in mindestens zwei Modi zu arbeiten, die hier im relativen Sinne als „Modus mit niedrigem Drehmoment, hoher Drehgeschwindigkeit (ND/HD)“ und „Modus mit hohem Drehmoment, niedriger Drehgeschwindigkeit (HD/ND)“ bezeichnet werden, eine zusätzliche Schicht an Steuerungsaufwand eingeführt. Dementsprechend kann die Steuerung in solchen Fällen bestimmen, wann der Hydraulikmotor mit zwei Geschwindigkeiten zwischen diesen Betriebsmodi zu schalten ist, während sie ferner den Hydraulikmotor steuert, um die Variation der Motordrehzahl zu minimieren, wenn zwischen den Betriebsmodi geschaltet wird. Dies kann das Schalten des Hydraulikmotors mit zwei Geschwindigkeiten für einen Bediener des Motorgraders weniger wahrnehmbar machen, um das Bedienererlebnis zu verbessern.
In Implementierungen, in denen das Kreisantriebssystem einen Hydraulikmotor mit zwei Geschwindigkeiten mit einem ersten und einem zweiten Leistungselement beinhaltet, kann die Steuerung zwischen Motorbetriebsmodi umschalten oder wechseln, indem variiert wird, ob die Leistungselemente fluidisch parallel oder in Reihe gekoppelt sind. Beispielsweise kann in einer möglichen Implementierung die Steuerung mit einem Auswahlventil gekoppelt werden, das ein bistabiles Ventilelement, wie etwa einen Schieber, enthält. Der Schieber kann zwischen zwei stabilen Positionen bewegbar sein, um zu bestimmen, ob die Leistungselemente fluidisch parallel gekoppelt sind (Versetzen des Hydraulikmotors mit zwei Geschwindigkeiten in den HD/ND-Modus) oder in Reihe (Versetzen des Hydraulikmotors in den ND/HD-Modus). Während des Betriebs des Rückkopplungskreisantriebssystems mit geschlossenem Regelkreis kann die Steuerung bestimmen, wann der Hydraulikmotor mit zwei Geschwindigkeiten zwischen seinen Betriebsmodi zumindest teilweise auf Grundlage des Empfangs von mindestens einer Sensoreingabe, die eine Scharlast angibt, umzuschalten ist. Eine solche Sensoreingabe kann von einem Sensor empfangen werden, der konfiguriert ist, um die Scharlast auf direkte Weise zu messen; z. B. wie im Fall eines Kraftsensors, der mechanisch zwischen dem Motorausgang und der Schar gekoppelt ist. In anderen Fällen kann die Sensoreingabe von einem Sensor bereitgestellt werden, der konfiguriert ist, um einen Parameter zu überwachen, der indirekt indikativ für die Scharlast ist, z. B. durch Überwachen von Hydraulikdrücken innerhalb des Strömungskreises des Kreisantriebssystems unter Verwendung eines oder mehrerer Drucksensoren, wie nachfolgend näher beschrieben. Zusätzlich oder alternativ kann die Steuerung des Kreisantriebssystems in solchen Ausführungsformen auch konfiguriert sein, um den Hydraulikmotor mit zwei Geschwindigkeiten als Reaktion auf eine vorhergesagte oder erwartete Änderung der Scharbelastungsbedingungen selektiv zwischen Betriebsmodi zu verschieben. Beispielsweise kann die Steuerung in bestimmten Implementierungen den Hydraulikmotor mit zwei Geschwindigkeiten in den HD/ND-Modus schalten, wenn bestimmt wird, dass die Motorgraderschar von einer Position über dem Boden in eine Position im Boden abgesenkt wurde (oder auf eine bestimmte Eindringtiefe abgesenkt wurde); und dann den Hydraulikmotor in den ND/HD-Modus zurückbringen, wenn die Schar wieder in die oberirdische Position angehoben wird.
Nun unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungsfiguren wird eine beispielhafte Ausführungsform eines Rückkopplungskreisantriebssystems mit geschlossenem Regelkreis, das einen Hydraulikmotor mit zwei Geschwindigkeiten beinhaltet, im Folgenden in Verbindung mit den 3 und 4 erörtert, während eine beispielhafte Ausführungsform eines Rückkopplungskreisantriebssystem mit geschlossenem Regelkreis, das einen Hydraulikmotor mit variabler Drehzahl enthält, weiter unten in Verbindung mit 5 erörtert. Zunächst wird jedoch ein beispielhafter Motorgrader, der zweckmäßigerweise mit einer Ausführungsform des Rückkopplungskreisantriebssystems mit geschlossener Schleife ausgestattet ist, im Folgenden in Verbindung mit den 1 und 2 beschrieben. Während im Folgenden im Zusammenhang mit einem bestimmten Motorgradertyp mit bestimmten Merkmalen erörtert wird, können Ausführungsformen des Rückkopplungskreisantriebssystems mit geschlossenem Regelkreis ohne Einschränkung an Bord verschiedener Arten von Motorgradern eingesetzt werden.
BEISPIEL FÜR EINEN MOTORGRADER, DER MIT EINEM VERALLGEMEINERTEN RÜCKKOPPLUNGSKREISANTRIEBSSYSTEM MIT GESCHLOSSENEM REGELKREIS
AUSGESTATTET IST
Unter Bezugnahme nun auf die 1 und 2 wird ein beispielhafter Motorgrader 10 dargestellt, der mit einem Rückkopplungskreisantriebssystem mit geschlossenem Regelkreis 12 ausgestattet ist. Zur Veranschaulichung sind nur ausgewählte Komponenten des Rückkopplungskreisantriebssystems mit geschlossenem Regelkreis 12 schematisch in 1 dargestellt, das zum Beispiel eine Steuerung 14 und einen computerlesbaren Speicher 16 beinhaltet. Wie oben angemerkt, ist der Begriff „Steuerung“ hierin definiert, um die Verarbeitungsarchitektur des Kreisantriebssystems 12, das bestimmte Steuerschemata (von denen Beispiele nachfolgend beschrieben werden) ausführt, in Übereinstimmung mit computerlesbaren Anweisungen oder Code, die in dem Speicher 16 gespeichert sind, allgemein zu umfassen. Darüber hinaus kann der Speicher 16, obwohl allgemein als ein einziger Block veranschaulicht, eine beliebige Anzahl und Art von Speichermedien umfassen, die sich zur Speicherung eines computerlesbaren Codes oder von Anweisungen eignen, sowie sonstige Daten, die zur Unterstützung des Betriebs des Rückkopplungskreisantriebssystems mit geschlossenem Regelkreis 12 verwendet werden. Zusätzliche Komponenten, die in spezifischen Implementierungen des beispielhaften Rückkopplungskreisantriebssystem mit geschlossenem Regelkreis 12 enthalten sein können, werden weiter unten in Verbindung mit den 3-5 erörtert; zuerst wird jedoch die Konstruktion und der Betrieb des Motorgraders 10 erörtert, um einen nicht einschränkenden Kontext bereitzustellen, in dem das Rückkopplungskreisantriebssystem mit geschlossenem Regelkreis 12 besser verstanden werden kann.
In der beispielhaften Ausführungsform der 1 und 2, beinhaltet der Motorgrader 10 einen vorderen Rahmen 18 und einen hinteren Rahmen 20, der gelenkig mit einem hinteren Abschnitt des vorderen Rahmens 18 verbunden ist. Der vordere Rahmen 18 wird von einem Paar vorderer Bodeneingriffsräder 22 getragen, während der hintere Rahmen 20 ebenfalls von linken und rechten Tandem-Hinterradsätzen 24 getragen wird. Eine Bedienerkabine 28 ist unmittelbar hinter einem geneigten vorderen Abschnitt 26 des hinteren Rahmens 20 angeordnet. Ein Motor (nicht sichtbar) ist in einem Motorraumgehäuse 30 enthalten, das ferner an dem hinteren Rahmen 20 an einer Stelle unmittelbar hinter der Bedienerkabine 28 montiert ist. Während des Betriebs des Motorgraders 10 liefert der Motor (z. B. ein Verbrennungsmotor) innerhalb des Motorraumgehäuses 30 Antriebsleistung über ein nicht dargestelltes Getriebe an die Hinterräder 24. Die Vorderräder 22 des Motorgraders 10 können auch durch ein nicht dargestelltes hydrostatisches Unterstützungsgetriebe angetrieben werden.
Insbesondere unter Bezugnahme auf den vorderen Rahmen 18 des Motorgraders 10 beinhaltet der vordere Rahmen 18 einen oberen, in Längsrichtung länglichen Abschnitt 32 (im Folgenden der „erhöhte Abschnitt 32“) und einen vorderen, vertikal länglichen Nasenabschnitt 34 (im Folgenden der „vordere Endabschnitt 34“). Gemeinsam verleihen die Abschnitte 32, 34 dem vorderen Rahmen 18 eine allgemein L-förmige Geometrie, von einer Seite des Motorgraders 10 aus gesehen. Aufgrund der L-förmigen Geometrie des Vorderrahmens 18 wird ein räumliches Volumen oder eine Hülle 36 unter dem vorderen Rahmen 18 zum Aufnehmen eines Motorgrader-Anbaugeräts 38 erzeugt. Wie in den 1 und 2 dargestellt, nimmt das Motorgrader-Anbaugerät 38 häufig die Form einer Erdbewegungsschar (oder einer anderen Materialbewegungsschar) an und wird daher im Folgenden als „Schar 38“ bezeichnet. Ungeachtet dieses Beispiels kann die Schar 38 in anderen Fällen mit anderen Motorgrader-Anbaugeräten, wie etwa einem Schneepflug-Anbaugerät, ausgetauscht werden. Die Schar 38 ist unter einer relativ großen Struktur oder einem „Kreis“ 40 aufgehängt, der einen allgemein kreisförmigen Formfaktor aufweist, von oben nach unten gesehen (2). Zusammen bilden die Schar 38 und der Kreis 40 eine drehbare Kreismesserbaugruppe 42, wie weiter unten erörtert. Während in 1 komplett gezeigt, sind Abschnitte des vorderen Rahmens 18 in 2 verborgen, um die Kreismesserbaugruppe 42 besser zu sehen.
Eine Deichsel 44 mit abgewinkelten Schenkeln 46, 48 erstreckt sich von dem vorderen Endabschnitt 34 des vorderen Rahmens 18 zu dem Kreis 40 der Kreismesserbaugruppe 42. Aufgrund der abgewinkelten Ausrichtung der Schenkel 46, 48 weist die Deichsel 42 in der Draufsicht einen im wesentlichen V-förmigen Formfaktor auf ( 2). An ihrem vorderen (schmalen) Ende ist die Deichsel 44 durch ein Gelenk 50 mit mehreren Freiheitsgraden, wie etwa ein Kugelgelenk, mit dem vorderen Endabschnitt 34 verbunden. Zwischen dem vorderen Rahmen 18 und den Schenkeln 46, 48 der Deichsel 44 sind ferner zwei Linearstellglieder (hier Hydraulikzylinder 52) schwenkbar gelagert. Die Zylinder 52 (von denen nur einer sichtbar ist) ermöglichen Winkeleinstellungen der Kreismesserbaugruppe 42 um eine Längs- oder Gierachse des vorderen Rahmens 18, wie durch eine gestrichelte Linie 54 in 2 dargestellt. In ähnlicher Weise ist ein Hydraulikzylinder 56 zwischen dem vorderen Rahmen 18 und der Kreismesserbaugruppe 42 montiert, um die Winkelausrichtung der Motorgraderschar 38 (insbesondere den Seitenverschiebungswinkel der Schar 38) gemäß Bedienerbefehlen, die über Eingabesteuervorrichtungen empfangen werden, die sich innerhalb der Kabine 28 befinden, weiter einzustellen, wie nachfolgend näher beschrieben.
Unter weiterer Bezugnahme auf die 1 und 2, ist der beispielhafte Motorgrader 10 ferner mit einem Hydraulikkreisdrehmotor 60 ausgestattet, der in dem Rückkopplungskreisantriebssystem mit geschlossenem Regelkreis 12 enthalten ist. Der Hydraulikkreisdrehmotor 60 ist konfiguriert, um die Winkelausrichtung der Kreismesserbaugruppe 42 und damit der Schar 38 um eine Schardrehachse 58 (in 2) einzustellen. Der Hydraulikkreisdrehmotor 60 beinhaltet eine Motorausgangswelle (Beispiele dafür werden in den 3-5 gezeigt), die mechanisch mit einem Zahnrad oder Ritzel 64 verbunden ist. Die Ausgangswelle des Hydraulikkreisdrehmotors 60 kann direkt mit dem Ritzel 64 verbunden sein (z. B. über eine Keilverzahnungskupplung); oder stattdessen kann die Motorwelle mechanisch mit dem Ritzel 64 über eine beliebige Anzahl von dazwischenliegenden Komponenten, wie etwa eine Getriebeuntersetzung, verbunden sein. In jedem Fall weist das Ritzel 64 einen gezahnten Außenumfang auf, der in ineinandergreifendem Eingriff mit einem gezahnten Innenumfang 66 des Kreises 40 der Kreismesserbaugruppe 42 positioniert ist. Der Kreis 40 dient somit als relativ großes Hohlrad, wobei die Drehung durch die Drehung des Ritzels 64 angetrieben wird.
Die Steuerung 14 des Rückkopplungskreisantriebssystems mit geschlossenem Regelkreis 12 ist mit dem Hydraulikkreisdrehmotor 60 in einer Weise gekoppelt, die es der Steuerung 14 ermöglicht, bestimmte Betriebsaspekte des Motors 60, einschließlich der Drehzahl und Richtung der Motorausgangswelle, zu modifizieren. Die Betriebsbeziehung zwischen der Steuerung 14 und dem Hydraulikkreisdrehmotor 60 ist in 1 durch eine Steuerlinie 68 dargestellt. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Steuerung 14 die Ausgangsdrehzahl und -richtung der Ausgangswelle des Hydraulikkreisdrehmotor 60 zumindest teilweise basierend auf Daten modifizieren, die von einem oder mehreren Sensoren 70 empfangen werden, die in dem Rückkopplungskreisantriebssystem mit geschlossenem Regelkreis 12 enthalten sind. Die Datenverbindung 72 zwischen dem/den Sensor(en) 70 und der Steuerung 14 kann eine drahtgebundene Verbindung, eine drahtlose Verbindung oder eine Kombination davon sein. Der Sensor oder die Sensoren 70 können verschiedene Betriebsparameter überwachen, die beim Implementieren der unten beschriebenen Schardrehsteuerschemata verwendet werden. Solche Parameter können unter anderem Folgendes beinhalten: Daten, die indikativ für die Drehzahl (Geschwindigkeit und Drehrichtung) der Motorgraderschar 38 sind; Daten, die indikativ für die Drehzahl der Motorausgangswelle sind; Daten, die indikativ für die Winkelposition der Schar 38 um die Schardrehachse 58 sind; und/oder Daten, die indikativ für Lastkräfte sind, die einer Schardrehung um die Achse 58 widerstehen. In bestimmten Ausführungsformen kann/können der/die Sensor(en) 70 der Steuerung 14 auch Daten liefern, die indikativ für eine ausgenommene oder erwartete Last sind, die auf die Motorgraderschar 38 ausgeübt wird; z. B. wie aus Daten abgeleitet werden kann, die angeben, ob sich die Schar 38 derzeit in einer Position über dem Boden oder einer Position im Boden befindet. Eine weitere Beschreibung möglicher Implementierungen des Sensors (der Sensoren) 70 und des Hydraulikkreisdrehmotors 60 und beispielhafte Steuerschemata, die in geeigneter Weise von der Steuerung 14 während des Betriebs des Motorgraders 10 ausgeführt werden, werden im Folgenden in Verbindung mit den 3-5 erörtert.
Ein Lenkrad 74 und andere Bedienereingabevorrichtungen 76 befinden sich innerhalb der Kabine 28 des beispielhaften Motorgraders 10. Während er in der Kabine 28 sitzt oder steht, manipuliert ein Bediener das Lenkrad 74 und die anderen Bedienereingabevorrichtungen 76, um verschiedene Betriebsaspekte des Motorgraders 10 zu steuern, einschließlich der Drehung der Kreismesserbaugruppe 42 um die Schardrehachse 58. Die Bedienereingabevorrichtungen 76 beinhalten oft mindestens einen Joystick oder Hebel, der von einem Bediener betätigt wird, um die Drehung der Kreismesserbaugruppe 42 und damit der Motorgraderschar 38 zu steuern. Ungeachtet dessen können die Bedienereingabevorrichtungen 76 jede Form annehmen, die geeignet ist, Bedienereingabebefehle (einschließlich Schardrehbefehlen) zu empfangen, die vom Bediener gewünschte Einstellungen der Positionierung der Kreismesserbaugruppe 42 angeben. Dementsprechend können die Bedienereingabevorrichtungen 76 die Form verschiedener anderer physischer Eingabevorrichtungen (z. B. Tasten, Drehknöpfe, Schalter und dergleichen) und Vorrichtungen (z. B. eine Trackball- oder Touchscreen-Schnittstelle) zum Interagieren mit Elementen der grafischen Benutzerschnittstelle (GUI) beinhalten oder annehmen, die auf einem Anzeigebildschirm generiert werden, der sich innerhalb der Bedienerkabine 28 befindet. Die Steuerung 14 empfängt solche Bedienereingabebefehle von den Bedienereingabevorrichtungen 76 über eine drahtgebundene oder drahtlose Datenverbindung 78 und wandelt diese Bedienereingabebefehle dann entsprechend in Positionseinstellungen oder Bewegung der Kreismesserbaugruppe 42 um.
Der Winkel der Motorgraderschar 38, wie er um die Schardrehachse 58 genommen wird, kann in Bezug auf die Drehverschiebung der Schar 38 relativ zu einer virtuellen Referenzebene 82 (2) beschreiben werden. Die Bezugsebene 82 kann den Kreis 40 halbieren und ist im Wesentlichen orthogonal zur Richtung der Motorgraderbewegung sein. In dieser Hinsicht kann ein Beispielszenario in Betracht gezogen werden, in dem die Motorgraderschar 38 aus einer neutralen Position (d. h. einer Position, die mit der Bezugsebene 82 ausgerichtet ist) in die Position gedreht wird, die der gestrichelten Linie 84 entspricht, wobei die Linie 84 die Winkelausrichtung der Vorderseite der Schar 38 angibt. Um zu dieser Position zu gelangen, wird die Schar 38 aufgrund der Wirkung des Mehrgeschwindigkeitshydraulikmotors 60 unter dem Befehl der Steuerung 14 durch eine erste Winkelverschiebung (α₁) in einer ersten Drehrichtung (im veranschaulichten Beispiel im Uhrzeigersinn) gedreht. Dies bringt die Schar 38 in eine vom Bediener befohlene Position, um zum Beispiel den Motorgrader 10 auf die Durchführung eines ersten Erdbewegungsdurchgangs über einen gegebenen Arbeitsbereich vorzubereiten. Nachdem der Motorgrader 10 diesen Durchgang durchgeführt hat, kann der Bediener dann dem Motorgrader 10 befehlen, für einen anschließenden Durchgang über den Arbeitsbereich umzukehren. Während des Wendens steuert der Bediener ferner die Motorsortierschar 38, um den Scharwinkel zurückzusetzen (d. h. die Schar 38 in die neutrale Position zurückzuführen, die mit der Bezugsebene 82 ausgerichtet ist), und dreht dann die Schar 38 um eine äquivalente Winkelverschiebung (α₂) in einer zweiten, entgegengesetzten Drehrichtung (im Uhrzeigersinn in der veranschaulichten Ausrichtung aus 2). Dies bringt die Schar 38 in eine Winkelposition, die einer gestrichelten Linie 86 entspricht, die der Scharposition, die der Linie 84 entspricht, relativ zur Referenzebene 82 gegenüberliegt. So positioniert bewegt die Schar 38 weiterhin Erde (oder ein anderes Material) zur gleichen Seite des Motorgraders 10, wie der Motorgrader 10 seine Fahrtrichtung umkehrt, und führt einen nachfolgenden Erdbewegungsdurchgang über den Arbeitsbereich aus.
Wie zuvor angegeben, können die hydraulisch angetriebenen Funktionen des Motorgraders 10 während des Wendens stark verlangsamt werden, wenn man sich auf ein Kreisantriebssystem verlässt, das einen Hydraulikmotor mit fester Verdrängung enthält, um die Kreismesserbaugruppe 42 und die Schar 38 zu drehen. Zumindest aus diesem Grund ist der Hydraulikkreisdrehmotor 60 im veranschaulichten Beispiel als Mehrgeschwindigkeitshydraulikmotor ausgebildet und wird daher im Folgenden als „Mehrgeschwindigkeitshydraulikmotor 60“ bezeichnet. Aufgrund seiner Fähigkeit, die Beziehung zwischen dem Volumen des Hydraulikfluids, das durch den Hydraulikmotor 60 pro Umdrehung der Motorausgangswelle geleitet wird, zu variieren, kann der Mehrgeschwindigkeitshydraulikmotor 60 durch die Steuerung 14 (1) gesteuert werden, um sowohl eine Drehung der Motorgraderschar 38 mit hoher Drehgeschwindigkeit und niedrigem Drehmoment als auch eine Drehung der Schar 38 mit niedriger Drehgeschwindigkeit und hohem Drehmoment besser unterzubringen. Da die hydraulischen Anforderungen des Mehrgeschwindigkeitshydraulikmotors 60 in Bezug auf einen Festverdrängungsmotor, der für die gleiche Verwendung verwendet wird, reduziert werden, kann zudem der schnelle Betrieb der verschiedenen hydraulisch angetriebenen Funktionen des Motorgraders 10 (einschließlich Anheben, Drehen und Absenken der Motorgraderschar 38) während des Wendens des Motorgraders beibehalten werden.
Die Verwendung eines Mehrgeschwindigkeitshydraulikmotors für die Schardrehung kann zu unerwünschten Schwankungen der Schardrehgeschwindigkeit in Verbindung mit Schwankungen der Scharbelastungsbedingungen führen, wenn keine ausreichenden Gegenmaßnahmen vorgesehen sind. Daher ist der Motorgrader 10 ferner mit dem Rückkopplungskreisantriebssystem mit geschlossenem Regelkreis 12 ausgestattet, das dazu dient, Schwankungen der Schardrehgeschwindigkeit als Reaktion auf Schwankungen der Scharlast, die während des Betriebs des Motorgraders auftreten, zu minimieren oder zu eliminieren. Die besondere Art und Weise, in der das Rückkopplungskreisantriebssystem mit geschlossenem Regelkreis 12 implementiert wird, wird zwangsläufig zwischen Ausführungsformen variieren, die zumindest teilweise auf der Form basieren, die der Mehrgeschwindigkeitshydraulikmotor 60 annimmt; z. B. ob der Mehrgeschwindigkeitshydraulikmotor 60 die Form eines beispielsweise Hydraulikmotor mit zwei Geschwindigkeiten oder stattdessen eines Hydraulikmotors mit variabler Verdrängung annimmt. Um den Punkt weiter hervorzuheben, wird nun eine erste beispielhafte Implementierung des Rückkopplungskreisantriebssystems mit geschlossenem Regelkreis 12, das einen Hydraulikmotor mit zwei Geschwindigkeiten beinhaltet, in Verbindung mit den 3 und 4 beschreiben. Im Anschluss daran wird eine zweite beispielhafte Implementierung des Rückkopplungskreisantriebssystems mit geschlossenem Regelkreis 12, das einen Hydraulikmotor mit variabler Verdrängung beinhaltet, im Folgenden in Verbindung mit 5 dargestellt.
BEISPIELHAFTE IMPLEMENTIERUNG DES RÜCKKOPPLUNGSKREISANTRIEBSSYSTEMS MIT GESCHLOSSENEM REGELKREIS, EINSCHLIESSLICH EINES HYDRAULIKMOTORS MIT ZWEI GESCHWINDIGKEITEN
Die 3 und 4 sind schematische Darstellungen einer ersten beispielhaften Implementierung eines Rückkopplungskreisantriebssystems mit geschlossenem Regelkreis 12-1; wobei der Zusatz „-1“ angibt, dass das veranschaulichte Kreisantriebssystem 12-1 nur eine mögliche Implementierung des verallgemeinerten Kreisantriebssystems 12 darstellt, das oben in Verbindung mit 1 beschreiben ist. Gegebenenfalls sind auch andere Bezugszeichen aus den vorhergehenden Zeichnungsfiguren übernommen; unter Hinweis auf beispielsweise die Beschriftung der Steuerung 14, des Speichers 16 und der Bedienereingabevorrichtung 76 in den 3 und 4. Zusätzlich zu den vorstehenden Komponenten beinhaltet das Rückkopplungskreisantriebssystem mit geschlossenem Regelkreis 12-1 ferner eine Vielzahl von Sensoren 70, die dem/den Sensor(en) 70 aus 2 entsprechen. Die Sensoren 70 beinhalten zwei Drucksensoren 70-1, 70-2, einen Drehzahlsensor 70-3 und eine beliebige Anzahl zusätzlicher Sensoren 70-4, wie etwa einen Kreisdrehwinkelsensor. Die Sensoren 70 und Weisen, in denen die Steuerung 14 die von den Sensoren 70 bereitgestellten Daten bei der Steuerung der verschiedenen Komponenten des Kreisantriebssystems 12-1 berücksichtigen kann, werden nachfolgend erörtert. Zunächst werden jedoch die Hydraulikkomponenten des Rückkopplungskreisantriebssystems mit geschlossenem Regelkreis 12-1 beschrieben.
Ein Strömungsnetzwerk 90, das aus einer Anzahl von Strömungsleitungen 90-1 bis 90-8 besteht, verbindet die hydraulischen Komponenten des Rückkopplungskreisantriebssystems mit geschlossenem Regelkreis 12-1. Diese Hydraulikkomponenten beinhalten: (i) eine Auffangwanne 92, (ii) eine Pumpe 94, (iii) ein Wegeventil 96, (iv) ein Modusauswahlventil 98 und (v) einen Hydraulikmotor mit zwei Geschwindigkeiten 100 (entsprechend dem Hydraulikkreisdrehmotor 60 aus den 1 und 2). Der Hydraulikmotor mit zwei Geschwindigkeiten 100 wiederum beinhaltet ein erstes Leistungselement 102 und ein zweites Leistungselement 104, die über das Strömungsnetzwerk 90 fluidisch miteinander verbunden sind. Die Leistungselemente 102, 104 sind an einer gemeinsamen Welle 106 des Hydraulikmotors mit zwei Geschwindigkeiten 100 montiert, die sich mit einer Ausgangswelle 108 mitdreht (und integral ausgebildet sein kann), die ferner in dem Hydraulikmotor 100 enthalten ist. Während des Betriebs des Rückkopplungskreisantriebssystems mit geschlossenem Regelkreis 12-1 wird Hydraulikfluid durch die Leistungselemente 102, 103 geleitet, um eine Drehung der Motorausgangswelle 108 anzutreiben. Das Rückkopplungskreisantriebssystem mit geschlossenem Regelkreis 12-1 kann in der Praxis ferner verschiedene andere hydraulische Komponenten beinhalten, wie etwa zusätzliche (z. B. Verstärker-) Pumpen, Filter, Rückschlagventile und dergleichen; solche Komponenten sind jedoch tangential zu den Kernfunktionen des Kreisantriebssystems 12-1 und daher nicht dargestellt, um ein Verdecken der Zeichnungen zu vermeiden.
In der beispielhaften Implementierung in den 3 und 4 ist das Wegeventil 96 als Vierwege-Dreistellungsschieberventil ausgebildet. Dementsprechend beinhaltet das Wegeventil 96 einen Schieber (allgemein ein „Ventilelement“), der in einem Ventilgehäuse oder einer Hülse für eine translatorische Bewegung darin angeordnet ist. Der Schieber ist in der veranschaulichten schematischen Darstellung in einer Zwischen- oder neutralen Position gezeigt und kann sich aus dieser Position in beide Richtungen entlang seiner Translationsachse bewegen, wie durch Pfeile 110, 112 angezeigt. Die Positionierung des Schiebers innerhalb des Wegeventils 96 wird durch die Steuerung 14 unter Verwendung eines oder mehrerer Ventilstellglieder 114 eingestellt, die ferner in dem Wegeventil 96 enthalten oder diesem zugeordnet sind. Bei Erregung oder anderweitiger Betätigung wirken das/die Ventilstellglied(er) 114 zusammen mit oder entgegen Vorspannkräften, die von einem oder mehreren Federelementen 116, wie etwa Schraubendruckfedern, die in der Hülse des Wegeventils 96 enthalten sind, auf den Schieber ausgeübt werden. Das/die Ventilstellglied(er) 114 kann/können in Ausführungsformen ein Solenoid oder ein Solenoidpaar sein, das von der Steuerung 14 selektiv erregt wird, um die translatorische Position des Schiebers innerhalb des Wegeventils 96 zu bestimmen. In weiteren Ausführungsformen kann das Ventilstellglied 114 verschiedene andere Formen annehmen, wie etwa die eines hydraulischen Stellglieds, einer anderen Art von elektrischem Stellglied oder einer Kombination davon.
Während des Betriebs des Rückkopplungskreisantriebssystems mit geschlossenem Regelkreis 12-1 befiehlt die Steuerung 14 dem/den Ventilstellglied(ern) 114, die Translationsposition des Schiebers innerhalb der Hülse des Wegeventils 96 selektiv einzustellen. Das Steuern der Schieberposition auf diese Weise beeinflusst die Rate und Richtung des Fluidstroms durch das Wegeventil 96 und damit durch den Hydraulikmotor mit zwei Geschwindigkeiten 100. Es ist zum Beispiel ein Szenario zu beachten, in dem die Steuerung 14 dem Ventilstellglied 114 befiehlt, den Schieber in die durch Pfeil 112 angegebene Richtung aus der neutralen Position (in dem veranschaulichten Schema nach unten) zu bewegen. In diesem Fall richtet das Wegeventil 96 den Fluidstrom durch den primären Strömungskreis (d.h. den Strömungskreis nachgelagert des Wegeventils 96 bestehend aus den Strömungsleitungen 90-2 bis 90-7) in eine erste Strömungsrichtung, wie durch das obere Pfeilpaar innerhalb des entsprechenden Ventilsymbols angedeutet. Dies führt im Allgemeinen zu einer Strömung im Uhrzeigersinn in veranschaulichter schematischer Weise, um die Drehung der Motorausgangswelle 108 in einer ersten Drehrichtung anzutreiben. Wenn der Schieber entsprechend dem Pfeil 112 weiter zu dem Positionsextremum gleitet, erhöht sich die Durchflussrate durch das Wegeventil 96 (vorausgesetzt, dass die anderen Durchflussbedingungen konstant bleiben) zusammen mit der Drehzahl der Motorausgangswelle 108. Umgekehrt liefert aus der neutralen Position ( 3 und 4) eine Bewegung des Schiebers in der entgegengesetzten Richtung entsprechend dem Pfeil 110 die Port-zu-Port-Verbindungen bereit, die durch das untere Paar von Pfeilsymbolen in der schematischen Darstellung des Wegeventils 96 angegeben sind. Dementsprechend wird die Richtung der Hydraulikfluidströmung durch den primären Strömungskreislauf umgekehrt (Bereitstellen einer im Wesentlichen entgegen dem Uhrzeigersinn gerichteten Strömung in der veranschaulichten schematischen Darstellung), was die Drehung der Motorausgangswelle 108 in einer zweiten, entgegengesetzten Richtung antreibt. Erneut erhöht sich die Durchflussrate durch das Wegeventil 96, wenn sich der Schieber weiter in Richtung des entsprechenden Positionsextrempfeils 112 bewegt, was die Drehung der Motorausgangswelle 108 in der zweiten Drehrichtung weiter beschleunigt.
Durch Einstellen der Translationsposition des Schiebers innerhalb des Wegeventils 96 auf die gerade beschriebene Weise kann die Steuerung 14 selektiv die Drehzahl und Richtung der Motorausgangswelle 108 und damit die Drehzahl und Richtung der Motorgraderschar 38 um die Schardrehachse 58 (2) modifizieren. In bestimmten Implementierungen kann die Steuerung 14 ferner die Drehzahl und Richtung der Motorausgangswelle 108 auf andere Weise steuern, wie etwa durch Steuern der Pumpe 94, um den Pumpenauslass zu regulieren, wenn die Pumpe 94 in der Lage ist, auf diese Weise gesteuert zu werden; obwohl ein solcher Steuermechanismus nicht in Ausführungsformen verwendet werden kann, wie etwa wenn die Pumpe 94 zahnradgetrieben wird. In anderen Fällen kann die Steuerung 14 die Drehzahl und Richtung der Motorausgangswelle 108 sowohl durch Modulieren des Wegeventils 96 als auch durch selektives Umschalten oder Schalten des Hydraulikmotors mit zwei Geschwindigkeiten 100 zwischen mehreren Betriebsmodi steuern. Im veranschaulichten Beispiel steuert die Steuerung 14 insbesondere ferner die Drehzahl und Richtung der Motorausgangswelle 108 durch selektives Schalten des Hydraulikmotors mit zwei Geschwindigkeiten 100 zwischen zwei Betriebsmodi unter Verwendung des Modusauswahlventils 98, wie nun beschrieben wird.
Wie das Wegeventil 96 nimmt das Modusauswahlventil 98 in der veranschaulichten Implementierung die Form eines Vierwege-Dreistellungsschieberventils an. Die Bewegung des Schiebers, der in dem Modusauswahlventil 98 enthalten ist, wird unter Verwendung eines Ventilstellglieds 118, wie etwa eines Solenoid, gesteuert. Wie von der Steuerung 14 befohlen, drängt das Ventilstellglied 118 die Kolbenbewegung in eine bestimmte Translationsrichtung (in der veranschaulichten Ausrichtung nach unten), wenn die Ausgangskraft des Stellglieds ausreicht, um eine Vorspannkraft zu überwinden, die ferner durch mindestens ein Federelement 120, wie etwa eine Schraubenfeder, innerhalb der Hülse des Modusauswahlventils 98 auf den Kolben ausgeübt wird. Im Gegensatz zum Wegeventil 96 ist dem Modusauswahlventil 98 in dem veranschaulichten Beispiel eine bistabile Konstruktion verliehen. Dementsprechend ist der Schieber des Modusauswahlventils 98 zwischen einer ersten stabilen Position (gezeigt in 3) und einer zweiten stabilen Position (gezeigt in 4) beweglich. Die Bewegung des Schiebers innerhalb des Modusauswahlventils 98 in die erste stabile Stellung (3) versetzt die Leistungselemente 102, 104 fluidisch in Strömungsreihe, wodurch der Hydraulikmotor mit zwei Geschwindigkeiten 100 in den ND/HD-Betriebsmodus geschaltet wird. Umgekehrt werden durch Bewegen des Modusauswahlventils 98 in die zweite stabile Stellung (4) die Leistungselemente 102, 104 in einer Parallelströmungsanordnung angeordnet, die den Hydraulikmotor 100 in den HD/ND-Betriebsmodus versetzt.
Wie soeben erwähnt, koppelt die Bewegung des Modusauswahlventils 98 in die erste stabile Stellung (3) die Leistungselemente 102, 104 fluidisch in Strömungsreihe. Zur weiteren Verdeutlichung dieses Punktes sei angenommen, dass der Schieber des Wegeventils 96 in das Positionsextremum entsprechend dem Pfeil 112 in 3 verschoben wird. In diesem Fall erhält das Modusauswahlventil 98 von dem Wegeventil 96 über die Strömungsleitung 90-2 zunächst einen Hydraulikfluidstrom, der dann von dem Ventil 98 in die Strömungsleitung 90-3 geleitet wird. Das Hydraulikfluid strömt durch die Strömungsleitung 90-3, durch das Leistungselement 104, durch die Strömungsleitung 90-4 und kehrt schließlich zu dem Modusauswahlventil 98 zurück. Im Anschluss daran leitet das Modusauswahlventil 98 den Hydraulikfluidstrom in die Strömungsleitung 90-5 um, die den Fluidstrom durch das Leistungselement 102 leitet. Von dem Leistungselement 102 fließt das Hydraulikfluid dann durch die Strömungsleitung 90-6 zurück zu dem Modusauswahlventil 98. Das rücklaufende Hydraulikfluid gelangt über das Modusauswahlventil 98 in die Strömungsleitung 90-7, durchströmt das Wegeventil 96 und wird schließlich über die Strömungsleitung 90-8 in die Auffangwanne 92 zurückgeführt. Dies führt zu einer Drehung der Motorausgangswelle 108 in einer ersten Drehrichtung; und dementsprechend zu der Drehung der Motorgraderschar 38 in einer ersten Drehrichtung um die Schardrehachse 58 (2). Im Allgemeinen wird dann in dem Beispielszenario aus 3 das von der Pumpe 94 abgegebene Hydraulikfluid durch die Leistungselemente 102, 104 des Hydraulikmotors mit zwei Geschwindigkeiten 100 in Strömungsreihe geleitet, um einen Betrieb des Motors 100 mit niedrigem Drehmoment und hoher Drehgeschwindigkeit bereitzustellen. Dieser Betriebsmodus des Hydraulikmotors mit zwei Geschwindigkeiten 100 ist optimal, um die Schardrehung anzutreiben, wenn die Motorgradierschar 38 einer leichten Last oder keiner Last ausgesetzt ist, wie etwa wenn sich die Schar 38 in einer Position über dem Boden befindet. Das oben beschriebene Strömungsmuster kehrt sich um, wenn die Steuerung 14 eine Bewegung des Schiebers des Wegeventils 96 über die neutrale Position hinaus in die entgegengesetzte Richtung (entsprechend dem Pfeil 110) befiehlt. Somit kann die Steuerung 14 durch Modulieren des Wegeventils 96 auf diese letztgenannte Weise bewirken, dass sich die Motorausgangswelle 108 und die Schar 38 in der entgegengesetzten Drehrichtung drehen, wenn dies über Schardrehbefehle befohlen wird, die über die Bedienereingabevorrichtung 76 empfangen werden.
Wenn die Steuerung 14 stattdessen eine Bewegung des Schiebers des Modusauswahlventils 98 in die zweite stabile Position bewirkt (4), werden die Leistungselemente 102, 104 in einer Parallelströmungsanordnung angeordnet, um den Hydraulikmotor 100 mit zwei Geschwindigkeiten 100 in den HD/ND-Modus zu schalten. Es wird erneut ein Beispielszenario in Betracht gezogen, in dem sich der Schieber des Wegeventils 96 in dem Positionsextremum befindet, das dem Pfeil 112 entspricht. In diesem Fall wird der an einer Einlassöffnung des Modusauswahlventils 98 aufgenommene Hydraulikfluidstrom auf die Strömungsleitungen 90-3, 90-5 aufgeteilt und somit parallel durch die Leistungselemente 102, 104 geleitet. Nach dem Durchströmen der Leistungselemente 102, 104 wird das Hydraulikfluid über die Strömungsleitungen 90-4, 90-6 zu den Einlassöffnungen des Moduswahlventils 98 geleitet. Der Hydraulikfluidstrom wird dann innerhalb des Modusauswahlventils 98 konsolidiert, durch einen Auslass des Ventils 98 abgegeben und durch die Strömungsleitung 90-8 zur Auffangwanne 92 zurückgeführt. Dies führt zu einer Drehung der Motorausgangswelle 108 und damit der Motorgraderschar 38 in der ersten Drehrichtung. Wiederum kehrt sich das oben beschriebene Strömungsmuster um, wenn der Schieber des Wegeventils 96 stattdessen über die neutrale Position in der durch Pfeil 110 angezeigten Richtung bewegt wird, um die Drehung der Motorausgangswelle 108 und der Schar 38 in der zweiten, entgegengesetzten Richtung anzutreiben. Die Steuerung 14 kann den Hydraulikmotor mit zwei Geschwindigkeiten 100 im HD/ND-Betriebsmodus verschieben, wenn sich die Schar 38 in einer Position im Boden befindet oder anderweitig stark belastet ist, wie nachfolgend erörtert.
In Ausführungsformen bestimmt die Steuerung 14, wann der Hydraulikmotor mit zwei Geschwindigkeiten 100 zumindest teilweise basierend auf einer oder mehreren Sensoreingaben umgeschaltet werden soll, die die Lastkräfte angeben, die einer Schardrehung um die Schardrehachse 58 widerstehen (hier auch als die „Antirotationslastkräfte“ bezeichnet). Eine solche Sensoreingabe kann direkt die Scharlast messen, beispielsweise unter Verwendung eines Kraftsensors, der in den zusätzlichen Sensoren 70-4 enthalten ist und mechanisch zwischen der Motorausgangswelle 108 und dem Motorgraderschar 38 gekoppelt ist. In solchen Ausführungsformen kann die Steuerung 14 konfiguriert sein, um den Hydraulikmotor mit zwei Geschwindigkeiten 100 vom ND/HD-Modus in den HD/ND-Modus zu überführen, wenn die auf die Motorgraderschar 38 ausgeübten Antirotationslastkräfte einen vorbestimmten Schwellenwert überschreiten, und um den Hydraulikmotor 100 weiter in den ND/HD-Modus zurückzuführen, wenn die auf die Schar 38 ausgeübten Antirotationslastkräfte wieder unter den vorbestimmten Schwellenwert fallen. In anderen Fällen kann die Steuerung 14 Sensoreingaben empfangen, die indirekt den Antirotationslastkräften entsprechen, die während der Drehung der Schar 38 auftreten. Beispielsweise können Ausführungsformen des Rückkopplungskreisantriebssystems mit geschlossenem Regelkreis 12-1 mindestens einen Drucksensor beinhalten, der konfiguriert ist, um den Druck in einer Strömungsleitung zu überwachen, die zwischen einem Auslass der Pumpe 94 und einem Anschluss des Hydraulikmotors mit zwei Geschwindigkeiten 100 fluidisch gekoppelt ist. In diesem letzteren Fall kann die Steuerung 14 diesen Hydraulikdruck unter Verwendung des/der Drucksensors/-sensoren, wie etwa des Drucksensors 70-1 oder 70-2 (nachstehend erörtert), überwachen und dann die geeigneten Befehle ausgeben, um den Hydraulikmotor mit zwei Geschwindigkeiten 100 vom ND/HD-Modus in den HD/ND-Modus zu überführen, wenn der überwachte Druck in einer Strömungsleitung einen vorbestimmten Wert übersteigt.
In Übereinstimmung mit der vorstehenden Erörterung ist dargestellt, dass das Rückkopplungskreisantriebssystem mit geschlossenem Regelkreis 12-1 zwei Drucksensoren 70-1, 70-2 enthält. Die Steuerung 14 kann Daten, die den Hydraulikdruck in der Strömungsleitung 90-3 angeben, von dem Drucksensor 70-1 und damit nachgeschaltet des Hydraulikmotors mit zwei Geschwindigkeiten 100 empfangen, wenn der Fluidstrom durch den Kreislauf in einer ersten Richtung auftritt (im veranschaulichten Schema im Allgemeinen im Uhrzeigersinn). Die Steuerung 14 kann diese Druckdaten dann verwenden, um zu bestimmen, wann der Hydraulikmotor mit zwei Geschwindigkeiten 100 zwischen seinen Betriebsmodi oder -zuständen umgeschaltet werden muss. Wenn zum Beispiel der Druck in der Strömungsleitung 90-3 einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt, kann die Steuerung 14 dem Modusauswahlventil 98 befehlen, den Hydraulikmotor mit zwei Geschwindigkeiten 100 in den HD/ND-Betriebsmodus (4) zu versetzen. Wenn der Druck in der Strömungsleitung 90-3 wieder unter den Schwellenwert fällt, kann die Steuerung 14 dann dem Modusauswahlventil 98 befehlen, den Hydraulikmotor in den ND/HD-Betriebsmodus (3) zu versetzen. Umgekehrt kann die Steuerung 14 den Drucksensor 70-2 verwenden, um den Hydraulikdruck in der Strömungsleitung 90-4 nachgeschaltet des Hydraulikmotors 100 zu überwachen, wenn der Schieber des Wegeventils 96 derart bewegt wird, dass Hydraulikfluidstrom in der entgegengesetzten Richtung (im veranschaulichten Beispiel im Allgemeinen entgegen dem Uhrzeigersinn) auftritt. Wiederum kann die Steuerung 14 das Modusauswahlventil 98 anweisen, den Hydraulikmotor mit zwei Geschwindigkeiten 100 in den HD/ND-Modus (4) zu versetzen, wenn der Druck in der Strömungsleitung 90-4 einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt, was auf eine hohe Drehmomentanforderung hinweist, die an die Schar 38 aufgebracht werden. In weiteren Ausführungsformen kann eine andere Anzahl von Drucksensoren und/oder ein anderes Steuerschema verwendet werden. Beispielsweise kann ein einzelner Drucksensor verwendet werden, um den höheren Druck in einer der Strömungsleitungen 90-3, 90-4 zu überwachen, indem beispielsweise ein Wechselventil (oder eine ähnliche Vorrichtung) verwendet wird, um den höheren Druck von einer der Strömungsleitungen 90-3, 90-4 zu dem Drucksensor in einer Weise zu leiten, die der nachfolgend in Verbindung mit 5 beschriebenen ähnlich ist.
Zusätzlich oder anstelle der Berücksichtigung einer Sensoreingabe, die indikativ für die tatsächliche Last ist, die einer Drehung der Motorgraderschar 38 widersteht, kann die Steuerung 14 auch Sensoreingaben berücksichtigen, die eine aktuelle Scharlast oder eine erwartete Scharlast vorhersagen, wenn bestimmt wird, wann der Hydraulikmotor mit zwei Geschwindigkeiten 100 in einen bestimmten Betriebsmodus zu versetzen ist. Beispielsweise kann die Steuerung 14 in einer Ausführungsform überwachen, ob sich die Motorgraderschar 38 derzeit entweder in einer Position über dem Boden oder einer Position im Boden befindet, z. B. über einen Scharhöhen- oder Tiefensensor, der in einem oder mehreren zusätzlichen Sensoren 70-4 enthalten ist, die in dem Kreisantriebssystem 12-1 enthalten sind. Die Steuerung 14 kann dann den Betriebszustand des Hydraulikmotors mit zwei Geschwindigkeiten 100 entsprechend modulieren. Insbesondere kann die Steuerung 14 in solchen Ausführungsformen das Modusauswahlventil 98 anweisen, den Hydraulikmotor mit zwei Geschwindigkeiten 100 in den ND/HD-Betriebsmodus zu versetzen (3), wenn bestimmt wird, dass sich die Schar 38 in einer Position über dem Boden befindet. Umgekehrt kann die Steuerung 14 den Hydraulikmotor 100 anweisen und weiter in den HD/ND-Modus schalten, wenn bestimmt wird, dass sich die Schar 38 in einer Position im Boden befindet. In anderen Implementierungen kann ein ähnlicher Ansatz unter Verwendung eines anderen Vorhersagefaktors oder -ereignisses verwendet werden, wie etwa einer vorbestimmten Schareindringtiefe; z. B. kann die Steuerung 14 den Hydraulikmotor mit zwei Geschwindigkeiten 100 in den HD/ND-Betriebsmodus (4) versetzen, wenn die Schar 38 um eine festgelegte Tiefe in den Boden (oder ein anderes Material) eindringt. In noch weiteren Ausführungsformen kann ein komplexeres Steuerschema verwendet werden, bei dem sowohl die Schareindringtiefe als auch die Scharlast berücksichtigt werden.
In zumindest einigen Implementierungen passt die Steuerung 14 des Rückkopplungskreisantriebssystems mit geschlossenem Regelkreis 12-1 auch vorteilhaft eine Drehzahl der Motorausgangswelle 108 an, um Abweichungen in der Drehgeschwindigkeit der Motorgraderschar 38 zu minimieren, wenn der Hydraulikmotor mit zwei Geschwindigkeiten 100 zwischen dem ND/HD-Modus und dem HD/ND-Modus geschaltet wird. In einem gewissen Ausmaß kann dies inhärent aufgrund der Ausführung eines Rückkopplungssteuerschemas mit geschlossenem Regelkreis durch die Steuerung 14 auftreten, wofür Beispiele weiter unten festgelegt sind. Zusätzlich oder alternativ kann die Steuerung 14 die Position des Schiebers des Wegeventils 96 um einen vorbestimmten Betrag oder eine eingestellte lineare Verschiebung einstellen, wenn der Hydraulikmotor mit zwei Geschwindigkeiten 100 zwischen dem HD/ND-Modus und dem ND/HD-Modus geschaltet wird. Beispielsweise kann die Steuerung 14 in diesem Fall dem Ventilstellglied 114 befehlen, den Schieber des Wegeventils 96 durch eine vorbestimmte translatorische Verschiebung zu bewegen oder „zu springen“, was eine geschätzte Bewegung des Schiebers darstellt, um die Motorausgangsdrehzahl im Allgemeinen durch den Übergang in der Betriebsmodalität des Hydraulikmotors 100 aufrechtzuerhalten. Im Anschluss daran kann die Steuerung 14 dann die Position des Schiebers innerhalb des Wegeventils 96 in Übereinstimmung mit einem Regelschema mit geschlossenem Regelkreis einstellen, wie weiter unten ausführlicher beschrieben.
Zusätzlich zum Bestimmen, wann der Hydraulikmotor mit zwei Geschwindigkeiten 100 zwischen Betriebsmodi geschaltet werden soll, reguliert die Steuerung 14 ferner die Rate und Richtung des Hydraulikfluidstroms durch den Hydraulikmotor 100, um die Drehzahl der Motorausgangswelle 134 trotz Abweichungen in den Scharbelastungsbedingungen im Allgemeinen auf befohlenen Niveaus zu halten. Die Steuerung 14 kann verschiedene Rückkopplungssteuerschemata mit geschlossenem Regelkreis gemäß computerlesbaren Anweisungen oder Code ausführen, die im Speicher 16 gespeichert sind, um diese Funktion auszuführen. In einem beispielhaften Ansatz stellt die Steuerung 14 anfänglich eine aktuelle Drehgeschwindigkeit der Motorgraderschar 38 (v_{Schar_aktuell}) fest. Die Steuerung 14 kann die aktuelle Schardrehgeschwindigkeit (V_{Scha_aktuell}) unter Verwendung verschiedener Sensoreingaben festlegen, die von den Sensoren 70 bereitgestellt werden, die in dem Kreisantriebssystem 12-1 enthalten sind. Beispielsweise kann die Steuerung 14 die Winkel- oder Drehposition der Motorgraderschar 38 unter Verwendung eines Kreisdrehwinkelsensors überwachen, der in dem zusätzlichen Sensor 70-4 enthalten ist. In anderen Fällen kann die Steuerung 14 die Winkelposition einer anderen Komponente in der Drehübertragungskette überwachen, die sich mit der Schar 38 in einer festen (1:1 oder einer anderen proportionalen) Beziehung mitdreht. Die Steuerung 14 kann dann Änderungen des Scharwinkels im Laufe der Zeit in eine entsprechende aktuelle Schardrehgeschwindigkeit (v_{schar_aktuell}) umwandeln. In noch weiteren Ausführungsformen kann die Steuerung 14 die aktuelle Schardrehgeschwindigkeit (v_{schar_aktuell}) auf direktere Weise überwachen; z. B. unter Verwendung eines Sensors, der konfiguriert ist, um die Drehzahl der Motorausgangswelle 108 oder einer anderen Komponente, die sich damit mitdreht, zu überwachen. Wie beispielsweise in 4 gezeigt, kann ein Sensor 70-3, wie etwa ein Drehdifferentialtransformator oder eine MEMS-Vorrichtung (z. B. ein MEMS-Beschleunigungsmesser und/oder Gyroskop) die Drehzahl der Motorausgangswelle 108 überwachen und diese Informationen der Steuerung 14 bereitstellen.
Nach, vor oder gleichzeitig mit dem Festlegen der aktuellen Schardrehgeschwindigkeit (v_{schar_aktuell}) bestimmt die Steuerung 14 ferner eine Zieldrehgeschwindigkeit der Motorgraderschar 38 (v_{Schar_Ziel}). Im Allgemeinen bestimmt die Steuerung 14 v_{Schar_Ziel} in Abhängigkeit von Bedienerbefehlssignalen, die über die Bedienereingabevorrichtung 76 empfangen werden. In Ausführungsformen kann die Zielschardrehgeschwindigkeit (v_{Schar_Ziel}) der Verschiebung der Bedienereingabevorrichtung 76 in einer im Wesentlichen proportionalen Beziehung zugeordnet werden. In Ausführungsformen, in denen die Bedienereingabevorrichtung 76 die Form eines Joysticks oder Hebels annimmt, kann die Steuerung 14 die Größe und Richtung von aus einer neutralen oder Ausgangsposition bestimmen und diesen Wert dann in eine entsprechende Zielschardrehgeschwindigkeit (v_{Schar_Ziel}) umwandeln. Beispielsweise kann die Steuerung 14 bestimmen, dass ein Bediener den Joystick um einen bestimmten Prozentsatz (z. B. 25 %) des maximalen Bewegungsbereichs (BB) des Joysticks in einer ersten Richtung von der neutralen Position weg bewegt hat, und dann diese Joystick-Verschiebung in einen entsprechenden Prozentsatz (z. B. 25 %) der maximalen Drehgeschwindigkeit der Schar 38 in einer ersten Drehrichtung umwandeln. In ähnlicher Weise kann eine 25 % Verschiebung des Joysticks aus der neutralen Joystickposition (d. h. 25 % des maximalen Bewegungsbereichs des Joysticks) in einer zweiten, entgegengesetzten Richtung ebenfalls in einen Wert von 25 % einer maximalen Drehgeschwindigkeit der Schar 38 in einer zweiten, entgegengesetzten Drehrichtung umgewandelt werden. In anderen Ausführungsformen können Bewegungen der Bedienereingabevorrichtung 76 unter Verwendung eines anderen Ansatzes, wie etwa eines positionsbasierten Ansatzes, bei dem die Bewegung eines Joysticks von einer ersten Position in eine zweite Position in einem gegebenen Zeitraum in eine entsprechende Schardrehgeschwindigkeit umgewandelt wird, in die Zielschardrehgeschwindigkeit (v_{Schar_Ziel}) abgebildet oder umgewandelt werden.
Als nächstes berechnet die Steuerung 14 die Differenz oder Disparität (hier „v_{Schar_Δ}“) zwischen der Zielschardrehgeschwindigkeit (v_{Schar_Ziel}) und der aktuellen Schardrehgeschwindigkeit (v_{Schar_aktuell}). In bestimmten Fällen kann die Disparität v_Δ zwischen V_{Schar_Ziel} und V_{Schar_aktuell} Null sein, auch in Fällen, in denen die Motorgraderschar wünschenswerterweise stationär ist (in diesem Fall haben v_{Schar_Ziel} und v_{Schar_aktuell} ebenfalls Werte von Null). In anderen Fällen, wie etwa, wenn eine Bedienereingabe über die Bedienereingabevorrichtung 76 empfangen wird, die eine Schardrehung befiehlt, und der Drehung der Motorgraderschar durch eine Last Widerstand entgegengesetzt wird, kann sich eine Ungleichheit ungleich Null zwischen v_{Schar_Ziel} und v_{Schar_aktuell} entwickeln. Wenn der Wert von v_Δ einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, passt die Steuerung 14 die Drehzahl des Mehrgeschwindigkeitshydraulikmotors 100 auf die oben beschriebene Weise an, um die Diskrepanz (v_{Schar_Δ}) zwischen der aktuellen Schardrehgeschwindigkeit (v_{Schar_aktuell}) und der Zielschardrehgeschwindigkeit (v_{Schar_Ziel}) zu reduzieren. Der vorbestimmte Schwellenwert kann in Ausführungsformen einen Wert von Null aufweisen, weist jedoch häufiger einen Wert ungleich Null auf, um wiederholte geringfügige Einstellungen der Drehgeschwindigkeit der Schar 38 zu verhindern. Der Wert des vorbestimmten Schwellenwerts kann als fester Parameter im Speicher 16 gespeichert sein oder stattdessen als „Empfindlichkeits“-Einstellung des Kreisantriebssystems 12-1 auf Bediener- oder Kundenpräferenzen einstellbar sein.
Die Steuerung 14 wiederholt dann die oben beschriebenen Prozessschritte auf einer relativ schnellen (z. B. nahezu echtzeitfähigen) iterativen Grundlage, um eine Rückkopplungssteuerung mit geschlossener Regelschleife bereitzustellen, die die Drehzahl der Motorgraderschar 38 regelt. Auf diese Weise stellt die Steuerung 14 effektiv sicher, dass die Motorgraderschar 38 eine gewünschte Drehgeschwindigkeit unabhängig von der lastresistenten Schardrehung erreicht. Somit kann eine konsistentere Beziehung zwischen Verschiebungen der Steuereingabe (z. B. Joystick) und der Drehzahl der Motorgraderschar 38 über verschiedene Iterationen des Motorgraderbetriebs aufrechterhalten werden, um die Zufriedenheit und Produktivitätsniveaus des Bedieners zu verbessern. Gleichzeitig behält das Rückkopplungskreisantriebssystem mit geschlossenem Regelkreis 12-1 die Verwendung eines Mehrgeschwindigkeitshydraulikmotors (d. h. eines Hydraulikmotors mit zwei Geschwindigkeiten 100) bei, um eine Verringerung der Größe und des Hydraulikbedarfs des Motors relativ zu Festverdrängungsmotoren zu ermöglichen, wodurch eine schnelle Ausführung von hydraulisch angetriebenen Funktionen während des Wendens des Motorgraders erhalten bleibt.
BEISPIELHAFTE IMPLEMENTIERUNG DES RÜCKKOPPLUNGSKREISANTRIEBSSYSTEMS MIT GESCHLOSSENEM REGELKREIS, EINSCHLIESSLICH EINES HYDRAULIKMOTORS MIT VARIABLER VERDRÄNGUNG
Abschließend wird auf 5 Bezug genommen, in der eine schematische Darstellung einer zweiten beispielhaften Implementierung des Rückkopplungskreisantriebssystems mit geschlossenem Regelkreis 12-2 gezeigt ist, das ferner zur Verwendung als das Kreisantriebssystem 12 geeignet ist, das allgemein in 1 gezeigt ist. In vielerlei Hinsicht ist der Rückkopplungskreisantrieb mit geschlossenem Regelkreis 12-2 ähnlich dem Rückkopplungskreisantrieb mit geschlossenem Regelkreis 12-1, der oben in Verbindung mit den 3 und 4 beschrieben ist. Beispielsweise beinhaltet das Rückkopplungskreisantriebssystem mit geschlossenem Regelkreis 12-2 die oben beschriebene Steuerung 14, den Speicher 16, die Bedienereingabevorrichtung 76, den Drehzahlsensor 70-3, die zusätzlichen Sensoren 70-4, die Auffangwanne 92 und die Pumpe 94. Diese Komponenten wurden zuvor beschrieben und werden hier zur Vermeidung von Redundanz nicht näher beschrieben. Komponenten aus der vorstehenden Liste können in einem gewissen Umfang in Bezug auf die vorhergehende Beschreibung modifiziert werden, jedoch je nach Bedarf, um den Betrieb des Rückkopplungskreisantriebs mit geschlossenem Regelkreis 12-2 zu unterstützen; z. B. unterscheidet sich der computerlesbare Code, der sich im Speicher 16 befindet, um der Steuerung 14 zu ermöglichen, ein anderes Steuerschema durchzuführen, das zum Steuern eines Hydraulikmotors mit variabler Verdrängung geeignet ist (z. B. des Hydraulikmotors mit variabler Verdrängung 132), anstelle eines Hydraulikmotors mit zwei Geschwindigkeiten, wie nachfolgend erläutert.
Das in 5 dargestellte beispielhafte Rückkopplungskreisantriebssystem mit geschlossenem Regelkreis 12-2 beinhaltet ferner ein Strömungsnetzwerk 122, das Strömungsleitungen 122-1 bis 122-7 beinhaltet. Das Strömungsnetzwerk 122 verbindet fluidisch ein druckbetätigtes Wechselventil 124, ein magnetbetätigtes Auswahlventil 126 und ein hydraulisches Stellglied 128, einschließlich eines federvorgespannten Kolbens 130. Wie zuvor bei dem Kreisantriebssystem 12-1 enthält das Rückkopplungskreisantriebssystem mit geschlossenem Regelkreis 12-2 auch einen Hydraulikmotor 132, der eine Motorausgangswelle 134 aufweist und der zur Verwendung als der Hydraulikkreisdrehmotor 60 geeignet ist, der oben in Verbindung mit den 1 und 2 beschrieben. Im Gegensatz zum Beispiel der 3 und 4, ist der Hydraulikmotor 132 jedoch als Hydraulikmotor mit variabler Verdrängung ausgebildet und wird daher im Folgenden als „Hydraulikmotor mit variabler Verdrängung 132“ bezeichnet. Der Hydraulikmotor mit variabler Verdrängung 132 beinhaltet ein Leistungselement 136, das fluidisch im Strömungsnetzwerk 122 angeordnet ist, und einen Verdrängungseinstellmechanismus 138, der mechanisch an das Stangenende des federvorgespannten Kolbens 130 gekoppelt ist.
Zusätzlich zu dem federvorgespannten Kolben 130 enthält das hydraulische Stellglied 128 ferner eine (z. B. Schraubendruck-) Feder 140 und eine hydraulische Steuerkammer 142. Die Druckbeaufschlagung der Steuerkammer 142 wird durch die Steuerung 14 unter Verwendung des magnetbetätigten Auswahlventils 126 geregelt, das eine Feder 144 und einen Solenoid 146 beinhaltet, der betriebsfähig mit der Steuerung 14 gekoppelt ist. Bei Erregung durch die Steuerung 14 übt der Elektromagnet 146 eine Kraft auf den Schieber des Auswahlventils 126 aus, die ausreicht, um die Federvorspannkraft der Feder 144 zu überwinden und dadurch den Schieber des in die Position zu bewegen, die in der unteren Hälfte des Symbols angegeben ist, das das Ventil 126 darstellt. Dies koppelt praktisch die Strömungsleitung 122-3 fluidisch an die Strömungsleitung 122-4, die unter Druck stehenden Hydraulikfluidstrom in die Steuerkammer 142 des hydraulischen Stellglieds 128 leitet. Wenn die kumulative Kraft, die auf die Fläche des Kolbens 130 wirkt, ausreicht, um die Vorspannkraft der Feder 140 zu überwinden, erstreckt sich der Kolben 130, um den Verschiebungseinstellmechanismus 138 wie befohlen einzustellen. Umgekehrt befiehlt die Steuerung 14, wenn gewünscht wird, den Kolben 130 zurückzuziehen, dem Elektromagneten 146, den Schieber des Auswahlventils 126 in die entgegengesetzte Position zu bewegen (angegeben durch die obere Hälfte des Symbols des Ventils 126); z. B. genauer gesagt, kann die Steuerung 14 den Elektromagneten zu einer Bewegung des Schiebers des Auswahlventils 126 abschalten, wenn sich die Feder 144 entspannt. Dies koppelt die Strömungsleitung 122-4 fluidisch an die Strömungsleitung 122-5, wodurch ein Abfluss von Hydraulikfluid aus der Steuerkammer 142 durch das Auswahlventil 126 und in das Auffangbecken 92 ermöglicht wird, wenn sich der Kolben 130 zurückzieht, um den Verdrängungseinstellmechanismus 138 wie gewünscht einzustellen. In weiteren Ausführungsformen kann das hydraulische Stellglied 128 durch eine andere Art von Stellglied ersetzt werden, wie etwa ein elektrisches lineares Stellglied, das von der Steuerung 14 verwendet wird, um die Verdrängungseinstellung des Hydraulikmotors mit variabler Verdrängung 132 in gleicher Weise zu variieren.
Während des Betriebs des Rückkopplungskreisantriebssystems mit geschlossenem Regelkreis 12-2 kann die Steuerung 14 den Betrieb des Hydraulikmotors mit variabler Verdrängung 132 unter Verwendung eines Rückkopplungssteuerschemas mit geschlossenem Regelkreis steuern, das dem zuvor in Verbindung mit den 3 und 4 beschrieben ähnlich, wenn nicht im Wesentlichen identisch ist. Dementsprechend kann die Steuerung 14 anfänglich eine Zieldrehgeschwindigkeit (v_Ziel) der Motorgraderschar 38 als Funktion von Bedienerbefehlssignalen, die über die Bedienereingabevorrichtung 76 empfangen werden, wie zuvor beschrieben, festlegen. Als nächstes bestimmt die Steuerung 14 dann eine Diskrepanz (v_{schar_Δ}) zwischen der Schardrehgeschwindigkeit (v_{Schar_Ziel}) und einer aktuellen Schardrehgeschwindigkeit (v_{Schar_aktuell}) wie unter Verwendung einer oder mehrerer Sensoreingaben bestimmt, die von den Sensoren 70 empfangen werden (wiederum wie zuvor beschrieben). Auch während dieses Schritts und wie in 5 angezeigt, kann ein einzelner Drucksensor 70-5 verwendet werden, um den Druck in der Strömungsleitung 122-3 zu überwachen, der fluidisch mit dem Druck in der Strömungsleitung 122-2 oder dem Druck in der Strömungsleitung 122-6 (je nachdem, welcher Wert größer ist) durch die Wirkung des Wechselventils 124 verbunden ist. Die Steuerung 14 kann dann die Verschiebungseinstellung des Hydraulikmotors mit variabler Verschiebung 132 als eine Funktion des durch den Drucksensor 70-5 erfassten Hydraulikdrucks einstellen. Schließlich modifiziert die Steuerung 14 eine Drehzahl der Motorausgangswelle 134 (und je nach Bedarf eine Drehrichtung), um die Diskrepanz (v_{Schar_Δ}) zwischen der Schardrehgeschwindigkeit (v_{Schar_Ziel}) und der aktuellen Schardrehgeschwindigkeit (v_{Schar_aktuell}) zu reduzieren, wenn die Diskrepanz (v_{Schar_Δ}) einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, der in dem Speicher 16 gespeichert ist. In weiteren Ausführungsformen kann ein anderes Steuerschema von der Steuerung 14 in geeigneter Weise verwendet werden, um eine Rückkopplungssteuerung mit geschlossenem Regelkreis der Schardrehung unter Verwendung des Hydraulikmotors mit variabler Verdrängung 132 bereitzustellen. Dabei befiehlt die Steuerung 14 dem Hydraulikmotor mit variabler Verdrängung 132 auf eine Weise, die die Drehzahl der Motorausgangswelle 134 trotz Schwankungen der Scharbelastungsbedingungen besser auf gewünschten Niveaus hält. Die Konsistenz, bei der Bedienereingaben zu einer erwarteten Schardrehgeschwindigkeitsausgabe führen, wird somit verbessert, während die schnelle Ausführung hydraulisch angetriebener Funktionen während des Wendens des Motorgraders beibehalten wird.
AUFZÄHLUNG VON BEISPIELEN FÜR DAS RÜCKKOPPLUNGSKREISANTRIEBSSYSTEM MIT
GESCHLOSSENEM REGELKREIS
Die folgenden Beispiele für das Rückkopplungskreisantriebssystem mit geschlossenem Regelkreis sind zur besseren Bezugnahme nummeriert.
1. In einem ersten Ausführungsbeispiel beinhaltet das Rückkopplungskreisantriebssystem mit geschlossenem Regelkreis eine Bedienereingabevorrichtung, eine Schar, die um eine Schardrehachse drehbar ist, und einen Mehrgeschwindigkeitshydraulikmotor mit einer Motorausgangswelle. Die Motorausgangswelle ist mechanisch mit der Schar verbunden, so dass eine Drehung der Motorausgangswelle eine Drehung der Schar um die Schardrehachse bewirkt. Eine Steuerung ist betriebsfähig mit der Bedienereingabevorrichtung und dem Mehrgeschwindigkeitshydraulikmotor gekoppelt. Die Steuerung ist konfiguriert, um: (i) Schardrehbefehle über die Bedienereingabevorrichtung zu empfangen, um die Schar auf befohlene Weise um die Drehachse zu drehen; und (ii) den Mehrgeschwindigkeitshydraulikmotor zu steuern, um die Schardrehbefehle umzusetzen, während wiederholt die Drehzahl der Motorausgangswelle wiederholt eingestellt wird, um Schwankungen in einer Drehzahl der Schar aufgrund von Änderungen der Scharbelastungsbedingungen, die während des Betriebs des Motorgrades auftreten, zu reduzieren.
2. Das Rückkopplungskreisantriebssystem mit geschlossenem Regelkreis nach Beispiel 1, beinhaltet ferner einen ersten Sensor, der konfiguriert ist, um einen Parameter zu überwachen, der die Drehgeschwindigkeit der Schar angibt. Die Steuerung ist betriebsfähig mit dem ersten Sensor gekoppelt und konfiguriert, um eine aktuelle Schardrehgeschwindigkeit (v_{Schar_aktuell}) unter Verwendung von Daten, die durch den ersten Sensor bereitgestellt werden, zu überwachen.
3. Das Rückkopplungskreisantriebssystem mit geschlossenem Regelkreis nach Beispiel 2, wobei die Steuerung ferner konfiguriert ist, um: (i) eine Zieldrehgeschwindigkeit (v_Ziel) der Schar als eine Funktion der über die Bedienereingabevorrichtung empfangenen Bedienerbefehlssignale festzulegen; (ii) eine Diskrepanz (v_{Schar_Δ}) zwischen der Schardrehgeschwindigkeit (v_{Schar_Ziel}) und der aktuellen Schardrehgeschwindigkeit (v_{schar_aktuell}) zu bestimmen; und (iii) wenn die Diskrepanz (v_{Schar_Δ}) einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt, die Drehzahl der Motorausgangswelle einzustellen, um die Diskrepanz (v_{Schar_Δ}) zwischen der Schardrehgeschwindigkeit (v_{Schar_Ziel}) und der aktuellen Schardrehgeschwindigkeit (v_{Schar_aktuell}) zu reduzieren.
4. Das Rückkopplungskreisantriebssystem mit geschlossenem Regelkreis nach Beispiel 3, wobei die Steuerung konfiguriert ist, um: (i) eine Verschiebungsrichtung und Größe der Bedienereingabevorrichtung relativ zu einer neutralen Position davon zu bestimmen; und (ii) die Verschiebungsrichtung und Größe der Bedienereingabevorrichtung in die Schardrehgeschwindigkeit (v_{Schar_Ziel}) umzuwandeln.
5. Das Rückkopplungskreisantriebssystem mit geschlossenem Regelkreis nach Beispiel 2, wobei der erste Sensor die Form eines Drehwinkelsensors annimmt, der konfiguriert ist, um einen Drehwinkel der Schar zu überwachen.
6. Das Rückkopplungskreisantriebssystem mit geschlossenem Regelkreis nach Beispiel 2, wobei der erste Sensor die Form eines Drehzahlsensors annimmt, der konfiguriert ist, um die Drehzahl der Motorausgangswelle zu überwachen.
7. Das Rückkopplungskreisantriebssystem mit geschlossenem Regelkreis nach Beispiel 1, beinhaltet ferner eine Pumpe und ein Wegeventil, das fluidisch zwischen der Pumpe und dem Mehrgeschwindigkeitshydraulikmotor gekoppelt ist. Die Steuerung ist konfiguriert, um die Drehzahl der Motorausgangswelle zumindest teilweise durch Steuern des Wegeventils einzustellen, um eine Rate des Hydraulikfluidstroms durch den Mehrgeschwindigkeitshydraulikmotor zu variieren.
8. Das Rückkopplungskreisantriebssystem mit geschlossenem Regelkreis nach Beispiel 1, wobei der Mehrgeschwindigkeitshydraulikmotor einen Hydraulikmotor mit variabler Verdrängung beinhaltet, der einen Verdrängungseinstellmechanismus beinhaltet. Die Steuerung ist konfiguriert, um die Drehzahl der Motorausgangswelle zumindest teilweise durch Einstellen einer Verdrängungseinstellung des Hydraulikmotors mit variabler Verdrängung unter Verwendung des Verdrängungseinstellmechanismus einzustellen.
9. Das Rückkopplungskreisantriebssystem mit geschlossenem Regelkreis nach Beispiel 1, wobei der Mehrgeschwindigkeitshydraulikmotor einen Hydraulikmotor mit zwei Geschwindigkeiten mit einem ersten und einem zweiten Leistungselement beinhaltet. Das Rückkopplungskreisantriebssystem mit geschlossenem Regelkreis beinhaltet ferner ein Auswahlventil, das fluidisch mit dem ersten und dem zweiten Leistungselement gekoppelt ist.
10. Das Rückkopplungskreisantriebssystem mit geschlossenem Regelkreis nach Beispiel 9, wobei die Steuerung betriebsfähig an das Auswahlventil gekoppelt ist und konfiguriert ist, um die Drehzahl der Motorausgangswelle zumindest teilweise einzustellen, indem das Auswahlventil selektiv umgeschaltet wird zwischen: (i) einer ersten Position, in der das erste und das zweite Leistungselement fluidisch in Reihe gekoppelt sind; und (ii) einer zweiten Position, in der das erste und das zweite Leistungselement fluidisch parallel gekoppelt sind.
11. Das Rückkopplungskreisantriebssystem mit geschlossenem Regelkreis nach Beispiel 1, wobei der Mehrgeschwindigkeitshydraulikmotor einen Hydraulikmotor mit zwei Geschwindigkeiten beinhaltet, der in einem Modus mit niedrigem Drehmoment, hoher Drehgeschwindigkeit (ND/HD) und einem Modus mit hohem Drehmoment, niedriger Drehgeschwindigkeit (HD/ND) betreibbar ist. Die Steuerung ist ferner konfiguriert, um: (i) den Hydraulikmotor mit zwei Geschwindigkeiten während des Betriebs des Motorgraders selektiv zwischen dem ND/HD-Bereichsmodus und dem HD/ND-Modus zu schalten; und (ii) den Hydraulikmotor mit zwei Geschwindigkeiten ferner zu steuern, um Varianzen in der Drehgeschwindigkeit der Schar zu minimieren, wenn der Hydraulikmotor mit zwei Geschwindigkeiten zwischen dem ND/HD-Modus und dem HD/ND-Modus umgeschaltet wird.
12. Das Rückkopplungskreisantriebssystem mit geschlossenem Regelkreis nach Beispiel 11, ferner umfassend einen Sensor, der konfiguriert ist, um einen Parameter zu überwachen, der die Scharbelastungsbedingungen angibt. Die Steuerung ist betriebsfähig an den zweiten Sensor gekoppelt und ferner konfiguriert, um zu bestimmen, wann der Hydraulikmotor mit zwei Geschwindigkeiten zwischen dem ND/HD-Modus und dem HD/ND-Modus zumindest teilweise auf Grundlage von Daten, die über den Sensor empfangen werden, umgeschaltet werden soll.
13. Das Rückkopplungskreisantriebssystem mit geschlossenem Regelkreis nach Beispiel 12, ferner umfassend eine Strömungsleitung und ein Wegeventil, das fluidisch mit dem Mehrgeschwindigkeitshydraulikmotor durch die Strömungsleitung gekoppelt ist. Der Sensor nimmt die Form eines Drucksensors an, der konfiguriert ist, um einen Hydraulikdruck in der Strömungsleitung zu überwachen. Die Steuerung ist konfiguriert, um zumindest teilweise basierend darauf, ob der Hydraulikdruck einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, zu bestimmen, wann der Hydraulikmotor mit zwei Geschwindigkeiten von dem ND/HD-Modus in den HD/ND-Modus geschaltet werden soll.
14. Das Rückkopplungskreisantriebssystem mit geschlossenem Regelkreis nach Beispiel 11, wobei die Steuerung konfiguriert ist, um zumindest teilweise auf der Grundlage dessen, ob sich die Schar aktuell in einer Position über dem Boden oder in einer Position im Boden befindet, zu bestimmen, wann der Hydraulikmotor mit zwei Geschwindigkeiten von dem ND/HD-Modus in den HD/ND-Modus geschaltet werden soll.
15. In weiteren Ausführungsformen beinhaltet das Rückkopplungskreisantriebssystem mit geschlossenem Regelkreis eine Bedienereingabevorrichtung, eine Schar, die um eine Drehachse drehbar ist, einen Mehrgeschwindigkeitshydraulikmotor mit einer Motorausgangswelle, die mechanisch mit der Schar verbunden ist, und einen ersten Sensor, der konfiguriert ist, um einen Parameter zu überwachen, der eine Drehgeschwindigkeit der Schar angibt. Eine Steuerung ist betriebsfähig mit der Bedienereingabevorrichtung, dem Mehrgeschwindigkeitshydraulikmotor und dem ersten Sensor gekoppelt. Die Steuerung ist konfiguriert, um: (i) eine Schardrehgeschwindigkeit (v_{Schar_Ziel}) als eine Funktion von Bedienerbefehlssignalen, die über die Bedienereingabevorrichtung empfangen werden, festzulegen; (ii) eine Diskrepanz (v_{Schar_Δ}) zwischen der Schardrehgeschwindigkeit (v_{Schar_Ziel}) und einer aktuellen Schardrehgeschwindigkeit (v_{schar_aktuell}) zu bestimmen; und (iii) eine Drehzahl der Motorausgangswelle zu modifizieren, um die Diskrepanz (v_{Schar_Δ}) zwischen der Schardrehgeschwindigkeit (v_{Schar_Ziel}) und der aktuellen Schardrehgeschwindigkeit (V_{Scha_aktuell}) zu reduzieren, wenn die Diskrepanz (v_{Schar_Δ}) einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt.
FAZIT
Aus diesem Grund wurden Ausführungsformen eines Rückkopplungskreisantriebssystem mit geschlossenem Regelkreis zum Steuern eines Mehrgeschwindigkeitskreisdrehmotors (z. B. eines Hydraulikmotors mit variabler Verdrängung oder zwei Geschwindigkeiten) bereitgestellt, der zum Einstellen der Drehposition einer Motorgraderschar verwendet wird. Die oben beschriebenen Rückkopplungskreisantriebssysteme mit geschlossenem Regelkreis erhöhen die Konsistenz, in der Bedienerbefehlseingaben zu einer erwarteten Schardrehgeschwindigkeitsausgabe führen, indem Schwankungen der Schardrehgeschwindigkeit bei sich ändernden Belastungsbedingungen reduziert oder eliminiert werden. Gleichzeitig verwenden die Kreisantriebssysteme einen Mehrgeschwindigkeitshydraulikmotor zum Antreiben der Schardrehung, wodurch eine schnelle Ausführung der hydraulisch angetriebenen Funktionen während des Wendens des Motorgraders besser erhalten bleibt. Ferner kann die Steuerung in Ausführungsformen, in denen das Kreisantriebssystem einen Hydraulikmotor mit zwei Geschwindigkeiten enthält, den Hydraulikmotor mit zwei Geschwindigkeiten selektiv zwischen einem ersten (z. B. geringes Drehmoment, hohe Drehzahl) Betriebsmodus und einem zweiten (z. B. hohes Drehmoment, niedrige Drehzahl) Betriebsmodus umschalten, während sie den Hydraulikmotor mit zwei Geschwindigkeiten steuert, um Schwankungen in der Motordrehzahl zu minimieren, wenn zwischen den Betriebsmodi umgeschaltet wird. Auf die oben beschriebene Weise kann die Art und Weise, in der Bedienersteuerbefehle in Schardrehgeschwindigkeitseinstellungen übersetzt werden, gleichmäßiger und vorhersehbarer über die Verwendung des Motorgraders hinweg gemacht werden, um das Bedienererlebnis und die Effizienz zu verbessern.
Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „ein/eine“ und „der/die“ auch die Pluralformen beinhalten, sofern der Kontext dies nicht klar ausschließt. Es versteht sich ferner, dass die Begriffe „umfasst“ und/oder „umfassend“ bei einer Verwendung in dieser Patentschrift das Vorhandensein von angegebenen Merkmalen, Ganzzahlen, Schritten, Operationen, Elementen und/oder Komponenten angeben, jedoch nicht das Vorhandensein oder die Hinzufügung eines bzw. einer oder mehrerer anderer Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen.
Die Beschreibung der vorliegenden Offenbarung wurde zur Veranschaulichung und Beschreibung vorgelegt, soll aber nicht vollständig oder auf die Offenbarung in der offenbarten Form beschränkt sein. Viele Modifikationen und Variationen sind für Fachleute offensichtlich, ohne vom Umfang und Sinn der Offenbarung abzuweichen. Die hierin ausdrücklich genannten Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um die Prinzipien der Offenbarung und ihre praktische Anwendung am besten zu erklären und es anderen Durchschnittsfachleuten auf diesem Gebiet ermöglichen, die Offenbarung zu verstehen und viele Alternativen, Änderungen und Abweichungen von den beschriebenen Beispielen zu erkennen. Dementsprechend liegen verschiedene Ausführungsformen und Implementierungen als die explizit beschriebenen im Geltungsbereich der folgenden Ansprüche.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 7874377 B1 [0013]

Claims

Rückkopplungskreisantriebssystem mit geschlossenem Regelkreis, das an Bord eines Motorgraders verwendet wird, wobei das Rückkopplungskreisantriebssystem mit geschlossenem Regelkreis Folgendes umfasst: eine Bedienereingabevorrichtung; eine Schar, die um eine Schardrehachse drehbar ist; einen Mehrgeschwindigkeitshydraulikmotor mit einer Motorausgangswelle, die mechanisch mit der Schar verbunden ist, wobei eine Drehung der Motorausgangswelle eine Drehung der Schar um die Schardrehachse bewirkt; und eine Steuerung, die betriebsfähig mit der Bedienereingabevorrichtung und mit dem Mehrgeschwindigkeitshydraulikmotor gekoppelt ist und konfiguriert ist, um: eine Zielschardrehgeschwindigkeit (v_{Schar_Ziel}) in Abhängigkeit von über die Bedienereingabevorrichtung empfangenen Schardrehbefehlen festzulegen; und den Mehrgeschwindigkeitshydraulikmotor zu steuern, um die Schardrehbefehle umzusetzen, während eine Drehzahl der Motorausgangswelle modifiziert wird, um Diskrepanzen zwischen der Zielschardrehgeschwindigkeit (v_{Schar_Ziel}) und einer aktuellen Schardrehgeschwindigkeit (V_{Scha_aktuell}) aufgrund von Schwankungen der Lastkräfte, die der Schardrehung während des Betriebs des Motorgraders widerstehen, zu reduzieren.
Rückkopplungskreisantriebssystem mit geschlossenem Regelkreis nach Anspruch 1, ferner umfassend einen ersten Sensor, der konfiguriert ist, um einen Parameter zu überwachen, der eine Schardrehgeschwindigkeit angibt; wobei die Steuerung betriebsfähig mit dem ersten Sensor gekoppelt und konfiguriert ist, um die aktuelle Schardrehgeschwindigkeit (v_{Schar_aktuell}) unter Verwendung von Daten, die durch den ersten Sensor bereitgestellt werden, zu überwachen.
Rückkopplungskreisantriebssystem mit geschlossenem Regelkreis nach Anspruch 2, wobei die Steuerung ferner konfiguriert ist, um: eine Diskrepanz (v_{Schar_Δ}) zwischen der Zielschardrehgeschwindigkeit (v_{Schar_Ziel}) und der aktuellen Schardrehgeschwindigkeit (v_{Schar_aktuell}) zu bestimmen; und die Drehzahl der Motorausgangswelle zu modifizieren, um die Diskrepanz (v_{Schar_Δ}) zu reduzieren, wenn ein vorbestimmter Schwellenwert überschritten wird.
Rückkopplungskreisantriebssystem mit geschlossenem Regelkreis nach Anspruch 2 oder 3, wobei der erste Sensor einen Drehwinkelsensor umfasst, der konfiguriert ist, um einen Drehwinkel der Schar zu überwachen.
Rückkopplungskreisantriebssystem mit geschlossenem Regelkreis nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der erste Sensor einen Drehzahlsensor umfasst, der konfiguriert ist, um die Drehzahl der Motorausgangswelle zu überwachen.
Rückkopplungskreisantriebssystem mit geschlossenem Regelkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Steuerung konfiguriert ist, um: eine Verschiebungsrichtung und Größe der Bedienereingabevorrichtung relativ zu einer neutralen Position davon zu bestimmen; und die Verschiebungsrichtung und die Größe der Bedienereingabevorrichtung in eine Zielschardrehgeschwindigkeit (v_{Schar_Ziel}) umzuwandeln.
Rückkopplungskreisantriebssystem mit geschlossenem Regelkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner umfassend: eine Pumpe; und ein Wegeventil, das fluidisch zwischen der Pumpe und dem Mehrgeschwindigkeitshydraulikmotor gekoppelt ist; wobei die Steuerung konfiguriert ist, um die Drehzahl der Motorausgangswelle zumindest teilweise durch Steuern des Wegeventils einzustellen, um eine Rate des Hydraulikfluidstroms durch den Mehrgeschwindigkeitshydraulikmotor zu variieren.
Rückkopplungskreisantriebssystem mit geschlossenem Regelkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Mehrgeschwindigkeitshydraulikmotor einen Hydraulikmotor mit variabler Verdrängung umfasst, der einen Verdrängungseinstellmechanismus beinhaltet; und wobei die Steuerung konfiguriert ist, um die Drehzahl der Motorausgangswelle zumindest teilweise durch Einstellen einer Verdrängungseinstellung des Hydraulikmotors mit variabler Verdrängung unter Verwendung des Verdrängungseinstellmechanismus einzustellen.
Rückkopplungskreisantriebssystem mit geschlossenem Regelkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Mehrgeschwindigkeitshydraulikmotor einen Hydraulikmotor mit zwei Geschwindigkeiten mit einem ersten und einem zweiten Leistungselement umfasst; und wobei das Rückkopplungskreisantriebssystem mit geschlossenem Regelkreis ferner ein Auswahlventil umfasst, das fluidisch mit dem ersten und dem zweiten Leistungselement gekoppelt ist.
Rückkopplungskreisantriebssystem mit geschlossenem Regelkreis nach Anspruch 9, wobei die Steuerung betriebsfähig an das Auswahlventil gekoppelt ist und konfiguriert ist, um die Drehzahl der Motorausgangswelle zumindest teilweise einzustellen, indem das Auswahlventil selektiv umgeschaltet wird zwischen: einer ersten Position, in der das erste und das zweite Leistungselement fluidisch in Reihe gekoppelt sind; und einer zweiten Position, in der das erste und das zweite Leistungselement fluidisch parallel gekoppelt sind.
Rückkopplungskreisantriebssystem mit geschlossenem Regelkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Mehrgeschwindigkeitshydraulikmotor einen Hydraulikmotor mit zwei Geschwindigkeiten beinhaltet, der in einem Modus mit niedrigem Drehmoment, hoher Drehgeschwindigkeit (ND/HD) und einem Modus mit hohem Drehmoment, niedriger Drehgeschwindigkeit (HD/ND) betreibbar ist; und wobei die Steuerung ferner konfiguriert ist, um: den Hydraulikmotor mit zwei Geschwindigkeiten während des Betriebs des Motorgraders zwischen dem ND/HD-Bereichsmodus und dem HD/ND-Modus zu schalten; und den Hydraulikmotor mit zwei Geschwindigkeiten ferner zu steuern, um Varianzen in der Drehgeschwindigkeit der Schar zu minimieren, wenn der Hydraulikmotor mit zwei Geschwindigkeiten zwischen dem ND/HD-Modus und dem HD/ND-Modus umgeschaltet wird.
Rückkopplungskreisantriebssystem mit geschlossenem Regelkreis nach Anspruch 11, ferner umfassend einen Sensor, der konfiguriert ist, um einen Parameter zu überwachen, der indikativ für Scharbelastungsbedingungen ist; wobei die Steuerung betriebsfähig an den zweiten Sensor gekoppelt und ferner konfiguriert, um zu bestimmen, wann der Hydraulikmotor mit zwei Geschwindigkeiten zwischen dem ND/HD-Modus und dem HD/ND-Modus zumindest teilweise auf Grundlage von Daten, die über den Sensor empfangen werden, umgeschaltet werden soll.
Rückkopplungskreisantriebssystem mit geschlossenem Regelkreis nach Anspruch 12, ferner umfassend: eine Strömungsleitung; und ein Wegeventil, das fluidisch über die Strömungsleitung mit dem Mehrgeschwindigkeitshydraulikmotor gekoppelt ist; wobei der Sensor einen Drucksensor umfasst, der konfiguriert ist, um einen Hydraulikdruck in der Strömungsleitung zu überwachen; und wobei die Steuerung konfiguriert ist, um zumindest teilweise basierend darauf, ob der Hydraulikdruck einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, zu bestimmen, wann der Hydraulikmotor mit zwei Geschwindigkeiten von dem ND/HD-Modus in den HD/ND-Modus geschaltet werden soll.
Rückkopplungskreisantriebssystem mit geschlossenem Regelkreis nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die Steuerung konfiguriert ist, um zumindest teilweise auf der Grundlage dessen, ob sich die Schar aktuell in einer Position über dem Boden oder in einer Position im Boden befindet, zu bestimmen, wann der Hydraulikmotor mit zwei Geschwindigkeiten von dem ND/HD-Modus in den HD/ND-Modus geschaltet werden soll.
Rückkopplungskreisantriebssystem mit geschlossenem Regelkreis, das an Bord eines Motorgraders verwendet wird, wobei das Rückkopplungskreisantriebssystem mit geschlossenem Regelkreis Folgendes umfasst: eine Bedienereingabevorrichtung; eine Schar, die um eine Schardrehachse drehbar ist; einen Mehrgeschwindigkeitshydraulikmotor mit einer Motorausgangswelle, die mechanisch mit der Schar verbunden ist; einen ersten Sensor, der konfiguriert ist, um einen Parameter zu überwachen, der eine Drehgeschwindigkeit der Schar angibt; und eine Steuerung, die betriebsfähig mit der Bedienereingabevorrichtung, dem Mehrgeschwindigkeitshydraulikmotor und dem ersten Sensor gekoppelt ist und konfiguriert ist, um: eine Zielschardrehgeschwindigkeit (v_{Schar_Ziel}) als eine Funktion von Bedienerbefehlssignalen, die über die Bedienereingabevorrichtung empfangen werden, festzulegen; eine Diskrepanz (v_{Schar_Δ}) zwischen der Zielschardrehgeschwindigkeit (v_{Schar_Ziel}) und einer aktuellen Schardrehgeschwindigkeit (v_aktuell) zu bestimmen; und eine Drehzahl der Motorausgangswelle zu modifizieren, um die Diskrepanz (v_{Schar_Δ}) zwischen der Zielschardrehgeschwindigkeit (v_{Schar_Ziel}) und der aktuellen Schardrehgeschwindigkeit (v_aktuell) zu reduzieren, wenn die Diskrepanz (v_{Schar_Δ}) einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.
Rückkopplungskreisantriebssystem mit geschlossenem Regelkreis nach Anspruch 15, ferner umfassend: eine Pumpe; und ein Wegeventil, das fluidisch zwischen der Pumpe und dem Mehrgeschwindigkeitshydraulikmotor gekoppelt ist; wobei die Steuerung konfiguriert ist, um die Drehzahl der Motorausgangswelle durch Variieren des Hydraulikfluidstroms durch den Mehrdrehzahlhydraulikmotor unter Verwendung des Wegeventils zu modifizieren.
Rückkopplungskreisantriebssystem mit geschlossenem Regelkreis nach Anspruch 16, wobei der Mehrgeschwindigkeitshydraulikmotor einen aus der Gruppe umfasst, die aus einem Hydraulikmotor mit variabler Verdrängung und einem Hydraulikmotor mit zwei Geschwindigkeiten besteht.
Rückkopplungskreisantriebssystem mit geschlossenem Regelkreis, das an Bord eines Motorgraders verwendet wird, wobei das Rückkopplungskreisantriebssystem mit geschlossenem Regelkreis Folgendes umfasst: einen Hydraulikmotor mit zwei Geschwindigkeiten mit einer Motorausgangswelle, wobei der Hydraulikmotor mit zwei Geschwindigkeiten in einem Modus mit niedrigem Drehmoment und hoher Drehgeschwindigkeit (ND/HD) und einem Modus mit hohem Drehmoment und niedriger Drehgeschwindigkeit (HD/ND) betreibbar ist; eine Schar, die mechanisch mit dem Hydraulikmotor mit zwei Geschwindigkeiten verbunden ist und selektiv dadurch um eine Schardrehachse gedreht wird; eine Steuerung, die betriebsfähig mit dem Hydraulikmotor mit zwei Geschwindigkeiten gekoppelt und konfiguriert ist, um: den Hydraulikmotor mit zwei Geschwindigkeiten zwischen dem ND/HD-Modus und dem HD/ND-Modus während des Betriebs des Rückkopplungskreisantriebssystems mit geschlossenem Regelkreis selektiv zu schalten; und ferner eine Drehzahl der Motorausgangswelle zu steuern, um Abweichungen in einer Schardrehgeschwindigkeit zu minimieren, wenn der Hydraulikmotor mit zwei Geschwindigkeiten zwischen dem ND/HD-Modus und dem HD/ND-Modus geschaltet wird.
Rückkopplungskreisantriebssystem mit geschlossenem Regelkreis nach Anspruch 18, ferner umfassend: eine Pumpe; und ein Wegeventil, das fluidisch zwischen der Pumpe und dem Hydraulikmotor mit zwei Geschwindigkeiten gekoppelt ist; wobei die Steuerung ferner betriebsfähig mit dem Wegeventil gekoppelt und konfiguriert ist, um eine Ausgangsdrehzahl des Hydraulikmotors mit zwei Geschwindigkeiten durch selektives Schalten des Hydraulikmotors mit zwei Geschwindigkeiten zwischen dem ND/HD-Modus und dem HD/ND-Modus zu steuern, während das Wegeventil moduliert wird, um eine Rate und Richtung des Hydraulikfluidstroms durch den Hydraulikmotor mit zwei Geschwindigkeiten zu regulieren.
Rückkopplungskreisantriebssystem mit geschlossenem Regelkreis nach Anspruch 18 oder 19, ferner umfassend: eine Bedienereingabevorrichtung; und einen Sensor, der konfiguriert ist, um einen Parameter des Rückkopplungskreisantriebssystems mit geschlossenem Regelkreis zu überwachen, der eine Drehgeschwindigkeit der Schar angibt; wobei die Steuerung betriebsfähig mit der Bedienereingabevorrichtung und mit dem Sensor gekoppelt ist und ferner konfiguriert ist, um: eine Zielschardrehgeschwindigkeit (v_{Schar_Ziel}) als eine Funktion von Bedienerbefehlssignalen, die über die Bedienereingabevorrichtung empfangen werden, festzulegen; eine Diskrepanz (v_Δ) zwischen der Zielschardrehgeschwindigkeit (v_{Schar_Ziel}) und einer aktuellen Schardrehgeschwindigkeit (v_aktuell) zu schätzen; und wenn v_Δ einen Schwellenwert überschreitet, das Einstellen einer Ausgangsdrehzahl des Motors mit variabler Drehzahl, um v_Δ zu reduzieren.