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Technisches
Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf ein
elektronisches Reibungs- bzw. Traktionssteuersystem für eine gelenkige
bzw. artikulierte Arbeitsmaschine und insbesondere bezieht sich
die Erfindung auf ein elektronisches Steuersystem, welches jedes
Rad unabhängig
bremst und mindestens teilweise die Bremssteuerung basierend auf
der Rate der Artikulation der Arbeitsmaschine basiert.
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Arbeitsmaschinen auf Bauplätzen und
anderen im Gelände
angeordneten Arbeitsstellen sind oftmals artikulierte Maschinen
mit Vierradantrieb. Eine artikulierte Maschine weist Vorder- und
Hinterrahmen auf, die durch eine Artikulations- oder Gelenkverbindung
für eine
relative Schwenkbewegung zusammengefügt sind. Wenn einer der Rahmen
relativ zum anderen bewegt wird, so wendet die Maschine. Die Artikulationsverbindung
bewegt sich auch in bekannter Art und Weise zurück und nach vorne und zwar senkrecht
zu einer Mittellinie der Maschine, wenn die Maschine artikuliert
und eine zusätzliche
Bewegungskomponente der Maschinenwendedynamik aufprägt.
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Manchmal verlieren derartige Arbeitsmaschinen
die Traktion bzw. Reibung und zwar oftmals in Folge schlechter Bedingungen
der Unterlage oder aufgrund einer Änderung der Gewichtsverteilung
der Maschine. Traktionsverlustereignisse können auch dann auftreten, wenn
ein Rad der Maschine sich mit einer unterschiedlichen Drehzahl von
den anderen Rädern
dreht bzw. durchdreht, da das Rad in einer Position festgefahren
ist (und daher nicht durchdreht) oder in nicht steuerbarer Weise
bzw. unkontrollierter Weise durchdreht, weil das Profil des Rades
den Erdboden nicht ergreifen kann. Dieses Schlupfen und der darauf
folgende Traktionsverlust ist unerwünscht insofern, als die Maschine
dann weniger effizient arbeitet, wenn Schlupf auftritt und die Erdoberfläche unter
der Maschine kann zerrüttelt
und geschädigt werden.
Der Reifen oder das Rad der Maschine kann auch eine körperliche
Schädigung
oder einen thermischen Abrieb dann erfahren, wenn das Rad durchdreht
oder gleitet.
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Es wurden verschiedene mechanische
Traktionslösungen
entwickelt und kommerziell verwendet. Als Beispiel sei ein Verfahren
erwähnt,
welches dazu dient den Schlupf des Vorderrades bzw. Hinterrades
zu verhindern, und zwar unter Verwendung der Verriegelung des Differentials
an der schlupfenden oder schlüpfenden
Achse. Da jedoch hier die Differentialwirkung eingeschränkt wird
und nicht ansprechend auf irgendeinen abgefühlten Faktor gesteuert wird,
werden die Räder
auf der gleichen Drehzahl gehalten und die Artikulation kann in
nachteiliger Weise beeinflusst werden. Eine gewisse Differenz hinsichtlich
der Drehzahl des rechten bzw. linken Rades ist erforderlich, damit
die Vorder- und Hinterrahmen in optimaler Weise zur Wendung der
Maschine artikulieren können.
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Artikulierte Arbeitsmaschinen sind
oftmals mit gesondert betätigbaren
Bremsen für
jedes Rad ausgestattet. Diese Bremsen können manuell oder automatisch,
je nach Bedarf, betätigt
werden, um ein frei durchdrehendes Rad unter Kontrolle zu bringen, und
zwar im Großen
und Ganzen in der Art wie ein Automobilfahrer zur Wiederherstellung
des Zugs bzw. der Reibung bzw. der Traktion auf das Bremspedal tippt,
wobei aber dies hier mit viel präziserer
Steuerung erfolgt.
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Ein zur individuellen Betätigung von
Bremsen verwendetes automatisches Traktionssteuersystem ist in U.S.
Patent 5,535,124 offenbart, und zwar wurde dieses Patent am 9. Juli
1996 an Javad Hosseini et al. ausgegeben (dieses Patent wird im
Folgenden als '124
bezeichnet). Das Traktionssteuersystem der '124 detektiert die Differenz der Drehgeschwindigkeit
zwischen den zwei Rädern
des Vorder- oder Hinterrahmens, detektiert den Artikulationswinkel
der Maschine (ein Artikulationswinkel von Null bedeutet dass die
Maschine nicht wendet) und erzeugt dann darauf ansprechend ein Bremssteuersignal um das
sich schneller drehende Rad zu verlangsamen. Das Bremssteuersignal
der '124 berücksichtigt
die Tatsache, dass eines der Räder
schneller rotieren muss, wenn es das Außenrad ist, und gewichtet das Bremssteuersignal
demgemäß.
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Das '124 Traktionssteuersystem berechnet jedoch
das Bremssteuersignal unter Verwendung eines Solldrehzahlverhältnisses
zwischen jedem Satz von inneren und äußeren Rädern. Das Verhältnis kann
fälschlich
anzeigen, dass die Räder
nicht schlüpfen,
wenn tatsächlich
ein Traktions- bzw. Reibungsverlust vorliegt. Verpasste oder nicht
erfasste Traktionsereignisse treten oftmals beispielsweise dann
auf, wenn sowohl Innen- als auch Außenräder leicht schlüpfen oder
wenn nur das Innenrad schlüpft, da
die Steuervorrichtung nur prüft
ob das Verhältnis der
schnelleren Raddrehzahl zur langsameren Raddrehzahl größer ist
als erwartet, auf welche Weise die absoluten Raddrehzahlen ignoriert
werden. Das '124 System
berücksichtigt
auch nicht die Wirkung der Rückwärts-Vorwärts-Bewegung
oder der seitlichen Bewegung der Artikulationsverbindung während der Artikulation.
Der Teil der Raddrehzahl der auf die Artikulationsrate zurückzuführen ist
und die seitliche Bewegung der Gelenkverbindung sind nicht insignifikant
und können
kleine Traktionsverluste verdecken, was dazu führt, dass das '124 Traktionssteuersystem Radschlupfereignisse übersieht
oder auslässt. Schließlich berücksichtigt
das '124 System
den Effekt der Last, die durch die Maschine getragen wird, nicht und
wie diese Last bewirkt, dass eines oder mehrere der Räder der
Maschine mehr oder weniger wahrscheinlich schlüpfen.
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf die Überwindung
eines oder mehrerer der oben genannten Probleme.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der
Erfindung ist ein elektronisches Traktionssteuersystem für eine Arbeitsmaschine
offenbart. Die Arbeitsmaschine besitzt einen Vorderrahmen, einen Hinterrahmen
und eine Arti kulations- oder Gelenkverbindung, welche Vorder- und
Hinterrahmen verbindet. Das System weist einen Artikulationssensor auf,
und zwar an mindestens zwei Rädern,
eine Bremse, assoziiert mit der Arbeitsmaschine und ein elektronisches
Steuermodul. Der Artikulationssensor kann ein Artikulationswinkelsignal
liefern. Jedes Rad ist geeignet um ein Raddrehzahlsignal vorzusehen. Das
elektronische Steuermodul ist geeignet, um Artikulationswinkel-
und Raddrehzahlsignale zu empfangen; eine Artikulationsrate ansprechend
auf das Artikulationswinkelsignal zu berechnen; eine Sollraddrehzahl
zu bestimmen, und zwar mit mindestens einem von Folgendem: eine
artikulationsverursachte Lineargeschwindigkeitskomponente berechnet
ansprechend auf die Artikulationsrate, die den Artikulationswinkel
und die Raddrehzahlsignale, und eine durch vorübergehende Artikulation verursachte
Geschwindigkeitskomponente berechnet, ansprechend auf die Artikulationsrate,
den Artikulationswinkel und die Raddrehzahlsignale; und darauf ansprechendes Erzeugen
eines Bremssignals zur Steuerung der Bremse.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung wird ein elektronisches Traktions- oder Zugsteuersystem
für eine
Arbeitsmaschine offenbart. Die Arbeitsmaschine besitzt Vorder- und
Hinterrahmen, und zwar verbunden durch eine Gelenkverbindung für eine relative
Schwenkbewegung. Jeder Rahmen besitzt mindestens ein angetriebenes
Rad. Das elektronische Traktionssteuersystem weist Folgendes auf:
einen Artikulationssensor, assoziiert mit der Artikulationsverbindung
und geeignet zur Erzeugung eines Artikulationswinkelsignals, einen
Raddrehzahl- oder -geschwindigkeitssensor, assoziiert mit jedem
Rad und geeignet zur Erzeugung eines Radgeschwindigkeits- oder -drehzahlsignals
und ein elektronisches Steuermodul. Das elektronische Steuermodul
ist geeignet, um das Artikulationswinkelsignal und die Winkeldrehzahlsignale
zu Empfangen, einen gemessenen Radgeschwindigkeitswert zu bestimmen
und zwar ansprechend auf jedes Raddrehzahl- oder – geschwindigkeitssignal, wobei
das elektronische Steuermodul ferner geeignet ist, um einen Artikulationsratenwert
zu bestimmen ansprechend auf das Artikulationswinkelsignal, einen
artikulationsverursachten linearen Geschwindigkeitswert zu berechnen
und zwar für
jedes Rad ansprechend auf den Artikula tionswinkel, die Artikulationsrate
und die Raddrehzahlsignale und einen vorübergehenden artikulationsverursachten
Geschwindigkeitswert für
jedes Rad ansprechend auf den Artikulationswinkel, die Artikulationsrate
und die Raddrehzahlsignale, einen Sollradgeschwindigkeitswert zu
berechnen und zwar für
jedes Rad ansprechend auf den durch Artikulation verursachten Lineargeschwindigkeitswert
und den durch eine vorübergehende
Artikulation verursachten Geschwindigkeitswert, einen Fehlerwert
zu berechnen ansprechend auf den gemessenen Geschwindigkeitswert
und den Sollradgeschwindigkeitswert und das Modul ist ferner geeignet
um ein Bremssignal für
jedes Rad zu erzeugen, und zwar ansprechend auf den Fehlerwert.
Das elektronische Steuersystem weist auch eine mit jedem Rad assoziierte
Bremse auf, und zwar geeignet zum Empfang des Bremssignals und zur
darauf ansprechenden Betätigung
derselben.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Steuerung des Radschlupfes
einer artikulierten Arbeitsmaschine offenbart. Das Verfahren umfasst
die folgenden Schritte: Vergleichen der Relativ-Positionierung eine
Vorderrahmens und eines Hinterrahmens der Arbeitsmaschine, und darauf
ansprechendes Erzeugen eines Artikulationswinkelsignals; Abfühlen der
Geschwindigkeit bzw. Drehzahl von mindestens einem Rad assoziiert
mit mindestens einem der Vorder- und Rückrahmen und darauf ansprechendes
Erzeugen eines Radgeschwindigkeits- bzw. – drehzahlsignals; Empfang
des Artikulationswinkelsignals und jedes Raddrehzahlsignals; Erzeugen
eines Raddrehzahlwerts ansprechend auf jedes Raddrehzahlsignal;
und Bestimmen einer Änderungsrate des
Artikulationswinkelsignals und darauf ansprechendes Erzeugen eines
Artikulationsratenwertes. Das Verfahren weist ferner Folgendes auf:
Erzeugen eines artikulationsverursachten linearen Geschwindigkeitswerts
ansprechend auf das Artikulationswinkelsignal, den Artikulationsratenwert
und jedes Radgeschwindigkeits- oder Drehzahlsignal; Erzeugen eines
vorübergehenden
artikulationsverursachten Geschwindigkeitswerts ansprechend auf
das Artikulationswinkelsignal, den Artikulationsratenwert und jedes
Raddrehzahlsignal; und Erzeugen eines Sollraddrehzahlwerts basierend
auf den artikulationsverursachten linearen und vorübergehenden
artikulationsverursachten Geschwindigkeitswerten. Zusätzlich weist
das Verfahren Folgendes auf: Vergleichen des Raddrehzahlwerts mit
dem Sollraddrehzahlwert; Erzeugen eines Bremssignals ansprechend
auf die Differenz zwischen dem Istraddrehzahlwert und dem Sollraddrehzahlwert
und Steuern einer Bremse, die mit jedem Rad assoziiert ist, ansprechend
auf das Bremssignal.
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1 ist
ein schematisches Diagramm einer Arbeitsmaschine einschließlich eines
elektronischen Traktionssteuersystems eines Ausführungsbeispiels der Erfindung;
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2 ist
ein Flussdiagramm eines oberen Niveaus eines Ausführungsbeispiels
eines elektronischen Traktionssteuersystems eines Ausführungsbeispiels
der Erfindung;
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3 ist
ein Flussdiagramm eines zweiten Niveaus eines Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung;
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4 ist
ein Flussdiagramm eines dritten Niveaus eines Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung;
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5 ist
ein Blockdiagramm der Arbeitsmaschine, wobei bestimmte Maschinennomenklatur
und Eigenschaften veranschaulicht sind;
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6 ist
ein Flussdiagramm eines dritten Niveaus eines Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung;
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7 ist
ein Flussdiagramm eines dritten Niveaus eines Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung; und
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8 ist
ein Flussdiagramm eines zweiten Niveaus eines Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung.
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Detaillierte
Beschreibung
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Zunächst sei auf 1 Bezug genommen, wo ein elektronisches
Reibungs- bzw. Traktionssteuersystem 100 dargestellt
ist, welches bestimmte Prinzipien der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Gezeigt
ist eine teilweise partielle schematische Darstellung einer Arbeitsmaschine
mit einem artikulierten oder gelenkig ausgebildeten Chassis, bestehend aus
einem Vorderrahmen 1168 und einem Hinterrahmen 1170,
die durch eine Artikulations- oder Gelenkverbindung 1116 verbunden
sind, und zwar mit einer Vertikalachse, um die die Arbeitsmaschine
durch eine Servolenkanordnung gelenkt wird. Räder 102, 104, 106, 108 werden
durch Differentiale 110, 112 der Antriebsachsen 114, 116 angetrieben
und hydraulisch angelegte und durch Federn freigegebene Betriebsbremsen 118, 120, 122, 124 sind
betriebsmäßig mit
den Rädern 102, 104, 106, 108 jeweils
assoziiert, um deren Drehung zu steuern oder zu kontrollieren.
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Ein Paar von elektrisch gesteuerten
Service-Betriebsproportionalventilen 126, 128 sind
in einer Strömungsmittellieferbeziehung
mit den Betriebsbremsen 118, 120 jeweils verbunden
und zwar durch Strömungsmittelleitungen 130, 132 und
ein Paar von elektrisch gesteuerten Betriebsproportionalventilen 134, 136 verbunden
in Druckströmungsmittellieferbeziehung
mit den Betriebsbremsen 122, 124 durch Strömungsmittelleitungen 138, 140.
Die Betriebsventile 126, 128, 134, 136 besitzen
jeweils Steuerelemente 142, 144, 146, 148 mit
Strömungsmittelliefer-
und -schließpositionen
die eingestellt werden können.
Die Druckströmungsmittellieferung zu
den Betriebsventilen 126, 128 erfolgt durch ein elektrisch
gesteuertes Proportionalsicherheitsventil 150 und eine
Strömungsmittelbetriebsleitung 152 mit parallel
geschalteten Zweigen bezüglich
der Betriebsventile 126, 128. In ähnlicher
Weise ist ein elektrisch gesteuertes proportionales Sicherheitsventil 154 durch
eine Strömungsmittelbetriebsleitung 156 mit
den Betriebsventilen 134, 136 verbunden. Die Sicherheitsventile 150, 154 besitzen
Strömungsmittelflusssteuerelemente 158, 160,
wobei jedes einstellbare Strömungsmittelliefer-
und Schließpositionen besitzt.
Die Strömungssteuerelemente 142, 144, 146, 148, 158, 160 sämtlicher
Betriebs- und Sicherheitsventile 126, 128, 134, 136, 150, 154 sind
normalerweise in ihren geschlossenen Positionen und werden proportional
geöffnet,
und zwar abhängig
von der Menge des an diese Ventile gelieferten elektrischen Stromes.
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Die Arbeitsmaschine weist eine Druckströmungsmittelquelle
auf einschließlich
einer motorbetriebenen Pumpe 162, die Strömungsmittel
aus einem Reservoir 164 ansaugt und unter Druck stehende
Strömungsmittel
an zwei Akkumulatoren 166, 168 liefert und zwar
durch ein Doppelrückschlagventil 170 und
Strömungsmittelleitungen 172, 174.
Der Akkumulator 166 ist in Druckströmungsmittellieferbeziehung
mit dem Sicherheitsventil 150 verbunden, und zwar durch
eine Strömungsmittelleitung 176 und
der Akkumulator 168 steht in Druckströmungsmittellieferbeziehung
mit dem Sicherheitsventil 154 durch eine Strömungsmittelleitung 178.
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Jedes der Differentiale 110, 112 besitzt
einen (nicht gezeigten) Verriegelungsmechanismus, der durch Strömungsmitteldruck
angelegt und durch Federkraft freigegeben wird. Die Verriegelungsmechanismen
der Differentiale 110, 112 sind in einer Druckströmungsmittelempfangsbeziehung
verbunden mit einem elektrisch gesteuerten proportionalen Verriegelungsventil 180 und
zwar durch eine Strömungsmittelleitung 182 und
Zweigleitungen 184, 186 und das Verriegelungsventil 180 ist
in einer Druckströmungsmittelbeziehung
mit der Strömungsmittelleitung 178 durch
eine Strömungsmittelleitung 188 verbunden.
Der Differentialverriegelungsmechanismus kann zur positiven Verriegelungsbauart
gehören, oder
es kann eine Differentialverriegelung der Schlupfbauart verwendet
werden, wo die Schlupfgröße von dem
Druck des Strömungsmittels
abhängt, welches
an den Verriegelungsmechanismus geliefert wird. Der an den Differentialverriegelungsmechanismus
gelieferte Strömungsmitteldruck
kann verändert werden,
da das Verriegelungsventil 180 ein Proportionalventil ist.
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Die Arbeitsmaschine ist ebenfalls
mit einer Strömungsmittelsteuerung
für ihre
Parkbremse 190 versehen, die durch Federdruck angelegt
wird und durch Strömungsmitteldruck
freigegeben wird. Die Parkbremse 190 steht in einer Druckströmungsmittelempfangsbeziehung
mit den Akkumulatoren 166, 168 über elektrisch
gesteuerte Parkventile 192, 194 und ein Wechselventil 195.
Die Parkventile 192, 194 sind in Druckströmungsmittelempfangsbeziehung
mit Strömungsmittelleitungen 176, 178,
durch jeweils Strömungsmittelieitungen
196, 198 verbunden
und zwar aus Gründen
der Redundanz. Es kann jedoch auch nur ein Parkventil 192, 194 vorgesehen
sein und zugehörige
Strömungsmittelleitungen
können
in einigen Situationen vorgesehen werden. Ein Paar von Einlassanschlüssen des
Wechselventils 195 ist in Druckströmungsmittelempfangsbeziehung
mit den Parkventilen 192, 194 verbunden, und zwar
durch ein Paar von Strömungsmittelleitungen 1100, 1102 und eine
Strömungsmittelleitung 1104 verbindet
einen Auslassanschluss des Wechselventils 195 mit der Parkbremse 190.
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Individuelle Raddrehzahlsensoren 1106, 1108, 1110, 1112 sind
betriebsmäßig jeweils
mit den Rädern 102, 104, 106, 108 assoziiert
und ein Lenkwinkel oder Artikulationswinkelsensor 1114 ist
betriebsmäßig mit
der Artikulations- oder Gelenkverbindung 1116 assoziiert.
Die Raddrehzahl- bzw. – geschwindigkeitssensoren 1106, 1108, 1110, 1112 werden
nunmehr im Einzelnen unten beschrieben.
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Eine elektronische Steuerung ist
für den
Betrieb der Parkventile 192, 194 der Betriebsventile 126, 128, 134, 136,
der Sicherheitsventile 150, 154 und des Differentialverriegelungsventils 180 vorgesehen
und weist Folgendes auf: ein elektronisches Steuermodul 1118 und
optional ein elektronisches Ersatzsteuermodul 1120, welches
integral mit dem elektronischen Steuermodul 1118 ausgebildet
sein kann oder eine körperlich
getrennte Steuervorrichtung ist. Die elektronischen Steuermodule 1118, 1120 sind
bekannt und irgendein geeignetes elektronisches Steuermodul 1118, 1120 kann
verwendet werden, welches die gewünschten oder Soll-Eingangsgrößen empfängt und
die gewünschten
oder Soll-Ausgangsgrößen erzeugt.
Die Raddrehzahl- oder – geschwindigkeitssensoren 1106, 1108, 1110, 1112 und
der Lenkwinkelsensor 1114 sind in einer Signallieferbeziehung
mit den Eingängen
des elektronischen Steuermoduls 1118, 1120 verbunden.
Die Betriebsventile 126, 128, 134, 136,
die Sicherheitsventile 150, 154, die Parkventile 192, 194 und
das Differentialverriegelungsventil 180 sind einzeln mit
den Ausgängen
des elektronischen Steuermoduls 1118 jeweils durch elektrische
Leitungen 1122, 1124, 1126, 1128, 1130, 1132, 1134 verbunden.
Die Betriebsventile 134, 136 und das Sicherheitsventil 154 sind
mit den Betriebsbremsen 122, 124 der Hinterachse 116 verbunden
und das Parkventil 194 kann einzeln mit den Ausgängen des
elektronischen Stütz- oder
Hilfsmoduls 1120 verbunden sein, und zwar jeweils durch
elektrische Leitungen 1136, 1138, 1140, 1142;
es sei wiederum bemerkt, dass dann, wenn dies getan wird, dies aus
Gründen
der Redundanz geschieht, was mit der vorliegenden Erfindung nicht in
direkter Beziehung steht und es kann auch irgendeine andere Art
der Verbindung vorgesehen sein, ohne den Betrieb des elektronischen
Traktionssystems 100 zu beeinflussen.
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Die elektronischen Steuermodule 1118, 1120 sind
mit zwei Leistungsquellen verbunden, nämlich einem motorbetriebenen
Generator 1144 und einer Batterie 1146. Der Generator 1144 und
die Batterie 1146 sind gemeinsam in eine Leistungslieferbeziehung
mit einem Paar von Relais 1148, 1150 verbunden,
die ihrerseits in einer Leistungslieferbeziehung mit den elektrischen
Steuermodulen 1118, 1120 verbunden sind, und zwar
jeweils durch ein Paar von elektrischen Leitungen 1152, 1154.
Die Relais 1148, 1150 werden durch einen manuell
betätigten
Zündtypleistungsschalter 1156 betätigt, der
vorzugsweise in der Kabine der Arbeitsmaschine angeordnet ist oder
aber an einer anderen benutzerzugänglichen Position (wie beispielsweise
an einer Fernsteuervorrichtung) und dabei erfolgt die Verbindung
mit den Relais 1148, 1150 durch ein Paar von elektrischen Leitungen 1158, 115.
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Wenn die Differentiale 110, 112 mit
positiven Verriegelungsmechanismen ausgerüstet sind, so können die
elektronischen Steuermodule 1118, 1120 derart
programmiert sein, dass Strom an das Proportionaldifferentialverriegelungsventil 180 entsprechend
der abgefühlten
Fahrzeuggeschwindigkeit angelegt wird, auf welche Weise automatisch
nur die notwendige Kraft angelegt wird, um den positiven Verriegelungsmechanismus
in Eingriff zu bringen. Je größer die
Fahrzeuggeschwindigkeit ist, um so kleiner ist die Kraft, die erforderlich
ist, um den Differentialverriegelungsmechanismus in Eingriff zu
bringen, da die Maschine nicht in der Lage ist, so viel Drehmoment
zu entwickeln, um dem Differentialwiderstand bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten
ent gegenzuwirken. Die elektronischen Steuermodule 1118, 1120 können derart
programmiert sein, dass Strom zu dem proportionalen Verriegelungsventil 180 entsprechend
dem abgefühlten
Schlupf eines Rades geliefert wird durch einen entsprechenden Strömungsmitteldruck
an die Reibungskupplungen des Differentialverriegelungsmechanismus.
Diese Art der Traktionssteuerung kann als eine Traktionssteuerung
des Unterstützungstyps
angesehen werden, und zwar in dem Falle, wo die Traktionssteuerung
unter Verwendung der Betriebsbremsen nicht operativ wird oder unerwünscht ist.
Der Differentialverriegelungstraktionssteueralgorithmus wird unten
erläutert.
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Zusätzlich zu dem Leistungsschalter 1156 können die
verschiedenen manuell betätigten
Steuerungen einen Bremsbetätigungsmechanismus
aufweisen, der hier als ein Bremspedal 1162 gezeigt ist, ferner
ist ein Differentialverriegelungsschalter 1164 vorgesehen
und ein elektronischer Traktionssteuerschalter 1166, wobei
deren jeder geeignet ist um eine Eingangsgröße an mindestens eines der
elektronischen Steuermodule 1118, 1120 bekannter
Weise zu liefern.
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Die 2, 3, 4, 6, 7 und 8 zeigen Flussdiagramme, die zusammen
ein Computersoftwareprogramm veranschaulichen und zwar zum Implementieren
eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung. Es sei hierzu bemerkt, dass die Räder 102, 104, 106, 108 unabhängig voneinander
gesteuert werden. Somit repräsentieren
die Figuren die Steuerung eines Rades 102, 104, 106, 108,
wobei die anderen Räder 102, 104, 106, 108 im
Wesentlichen identische Flussdiagramme besitzen. Aus Gründen der
folgenden Diskussion bezeichnet der Ausdruck „Innenrad" das auf der Innenseite wendende Rad
und „Außenrad" bezeichnet das auf
der Außenseite
wendende Rad. Wenn die Maschine nicht wendet, dann repräsentiert
das Innenrad das linke Rad während
das Außenrad
das rechte Rad repräsentiert.
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Betriebsarfwahl des elektronischen
Traktionssteuersystems
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2 zeigt
ein Flussdiagramm eines vorläufigen
Entscheidungsprozesses welches die Betriebsart des elektronischen
Traktionssteuersystems 100 steuert. Es sei bemerkt, dass
das elektronische Traktionssteuersystem 100 kontinuierlich
arbeiten kann, wenn die Maschine läuft oder kann durch einen automatischen
(wie beispielsweise eine Sensoreingangsgröße oder einen Getriebezustand)
oder manuellen (wie beispielsweise durch eine benutzermanipulierte Eingabegröße) Befehl
gesteuert werden. Das elektronische Traktionssteuersystem 100 wird
hier mit diskreten und unterschiedenen Start- und Endpunkten diskutiert.
Der Fachmann kann ohne weiteres ein Betriebsschema angeben, bei
dem das elektronische Traktionssteuersystem konstant die Räder überwacht
und ein Bremssignal dann wenn erforderlich, erzeugt; ein derartiges
Ausführungsbeispiel
würde unter
die Ansprüche
der vorliegenden Erfindung fallen.
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Die Steuerung beginnt in 2 am START-Block 2 und
schreitet zum ersten Entscheidungsblock 200 fort, wo der
Zustand des Bremspedals 1162 der Bedienungsperson bestimmt
wird. Wenn das Bremspedal 1162 niedergedrückt ist, schaltet
die Steuerung zum ersten Steuer- oder Regelblock 202 weiter
und tritt in den Betriebsbremszustand ein, ohne das Traktionssteuersystem
der vorliegenden Erfindung zu aktivieren. Wenn das Bremspedal 1162 nicht
niedergedrückt
ist, schreitet die Steuerung zum zweiten Entscheidungsblock 204,
wo die Erdgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine vorzugsweise mit einer
optionalen vorbestimmten maximalen Traktionssteuergeschwindigkeit
(TSC-Grenze = TSC-Limit = traction control speed – Limit)
verglichen wird. Wenn die Erdgeschwindigkeit kleiner ist als oder
gleich der maximalen Traktionssteuerdrehzahl oder -geschwindigkeit,
oder aber wenn keine maximale Traktionssteuergeschwindigkeit vorgesehen
ist, schreitet die Steuerung zum dritten Entscheidungsblock 206 weiter,
wo der Zustand des Differentialverriegelungsmechanismus (diff lock
= differential lock mechanism) bewertet wird. Wenn die Erdgeschwindigkeit
größer ist
als die maximale Traktionssteuergeschwindigkeit, so schreitet die
Steuerung zu dem zweiten Steuerblock 208 (END) weiter.
Am dritten Entscheidungsblock 206 schreitet dann, wenn der
Differentialverriegelungsmechanismus in Eingriff ist, die Steuerung
zum drit ten Steuerblock 210 weiter, wobei an diesem Punkt
die Steuerung in den Differentialverriegelungstraktionssteuerzustand
eintritt, der weiter unten im Einzelnen beschrieben wird.
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Zurück gehend auf die andere Gabel
vom dritten Entscheidungsblock 206 gilt Folgendes: wenn die
Differentialverriegelung 113, 115 nicht in Eingriff steht,
schreitet die Steuerung zum vierten Steuerblock 212 weiter.
Vom vierten Steuerblock 212 tritt die Steuerung als nächstes in
das Traktionssteuersystem ein, das am Block 300 der 3 startet.
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Reibungs- bzw. Traktionssteuer- oder
-regelzustand Am ersten Steuerblock 300 der 3 werden die individuellen
Radgeschwindigkeiten oder Drehzahlen (VACTRR,
VACTRF, VACTLR,
VACTLF) und der Maschinengelenkwinkel (θ) getastet
bzw. abgefragt. Wie sich klar aus dem Strömungsdiagramm ergibt, werden
die Raddrehzahlen und der Maschinenartikulations- bzw. -gelenkwinkel
auf jeder Regelschleife getastet. Wie unten beschrieben, stellt
die Regelung die Bremskräfte
kontinuierlich ein, und zwar ansprechend auf die sich ändernden
Maschinenparameter. Nachdem die Maschinenparameter getastet bzw.
ermittelt sind, schreitet die Regelung vorzugsweise zum ersten Entscheidungsblock 302 weiter,
um zu bestimmen, ob die Maschinengeschwindigkeit oberhalb einer
optionalen oberen Grenze liegt, die für die Radschlupfsteuerung vorgesehen
ist. Die obere Grenze ist dann überschritten,
wenn die Maschine mit einem größeren Geschwindigkeitswert
als einem vorbestimmten maximalen Geschwindigkeitswert, beispielsweise
10 km/h, fährt.
Die obere Grenze bzw. der obere Grenzwert repräsentieren eine Maschinenqualität, wie beispielsweise
die maximale Maschinengeschwindigkeit im zweiten Gang. Wenn die
obere Grenze vorliegt oder überschritten
wird, dann schreitet die Regelung zum zweiten Steuerblock 304 weiter,
wo die inneren und äußeren Bremsen
freigegeben werden.
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Bevor die Sollraddrehzahl berechnet
wird, müssen
mehrere Maschinenparameter bestimmt und/oder berechnet werden. Vom
ersten Entscheidungsblock
302 geht die Regelung zum Block 400 in 4 über. Für die folgende Diskussion sein
auf 5 Bezug genommen,
wo grafisch viele der Maschinenparameter dargestellt sind, auf die
in den anderen Figuren und Gleichungen Bezug genommen wird.
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Nunmehr auf den Block 400 der 4 Bezug nehmend, wird der
Maschinenwenderadius TR gemäß folgender
Beziehung berechnet: TR = ½ RADBASIS/tan (θART/2) (WHEEL BASE = RADBASIS)wobei θART = Gelenk- oder Artikulationswinkel der Maschine
(ist).
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Als nächstes wird am zweiten Steuerblock 402 die
Stetigzustandswinkelgeschwindigkeit der Maschine ωSS gemäß folgender
Beziehung berechnet: ωSS =
VM/TRwobei VM = ((VACTRR + VACTRF + VACTLR +
VACTLF)/4)·(Rollradius der Räder) (rolling
radius of the wheels = Rollradius der Räder).
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Sobald ωSS berechnet
ist, geht die Steuerung auf den dritten Steuerblock 404 über, wo
die Artikulationsrate der Maschine ωART gemäß der folgenden Gleichung
berechnet wird ωART =
dθART/dt
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Sodann schreitet die Steuerung zurück zum dritten
Steuerblock 306, wo die Sollraddrehzahl jedes Rades, VDES, unter Verwendung der unten genannten Gleichungen
berechnet wird. Es sei darauf hingewiesen, dass in sämtlichen
Gleichungen RR das rechte Hinterrad, RF das rechte Vorderrad, LR
das linke Hinterrad und LF das linke Vorderrad bezeichnen. Wenn eine
Variable beschrieben wird unter Verwendung einer ausgewählten Abkürzung von
den Radpositionsbezeichnungen bzw. Abkürzungen RR, RF, LR oder LR,
so wird die Variable für
die anderen nicht gewählten
Radpositionen in ähnlicher
Weise bestimmt aber durch Ersetzen der gewählten Radpositionsbezeichnung
mit der entsprechenden nicht gewählten
Radpositionsbezeichnung. Beispielsweise repräsentiert VSSRF eine
Eigenschaft entsprechend dem rechten Vorderrad und VSSLF ist
die gleiche Eigenschaft, aber entsprechend dem linken Vorderrad.
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Als erstes wird die Radgeschwindigkeit
in Folge eines Stetigzustandsartikulationszustands oder einer Stetigzustandsartikulationsbedingung
Vss gemäß folgender
Gleichung berechnet:
für
das linke Vorderrad: VSSLF = VM – (ωSS·SPURBREITE/2)
(SPURBREITE = TREAD WIDTH)
für das linke Hinterrad: VSSLR = VSSLF
für das rechte
Vorderrad: VSSRF = VM + (ωSS·SPURBREITE/2)
(SPURBREITE = TREAD WIDTH)
für das rechte Hinterrad: VSSRR = VSSRF
dabei
ist:
VSSRF die artikulations- oder
gelenkverursachte Lineargeschwindigkeit des rechten Vorderrads unter
der Annahme inneren Differentials (d.h. Vorderachsdrehzahl = Hinterachsdrehzahl).
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Zweitens werden die Radgeschwindigkeiten in
Folge eines vorübergehenden
Artikulationszustands oder einer vorübergehenden Artikulationsbedingung
(d.h. vorgesehen durch die zeitlich sich verändernde Relativbewegung der
vorderen und hinteren Rahmen um die Artikulations- oder Gelenkverbindung),
VART gemäß folgenden
Gleichungen berechnet:
für
das rechte Vorderrad: VRF =
(ωART/2)·(SPURBREITE/2) – (RADBASIS/2)·tan(θART/2)) (SPURBREITE = TREAD WIDTH, RADBASIS
= WHEEL BASE) VARTRF =
(Vorzeichen von VRF)·(FMIN·min(fABS(VRF), fABS(VLF)) + FMAX max(fABS(VRF), fABS(VLF)))für das linke Vorderrad: VLF = –(ωART/2)·(SPURBREITE/2)
+ (RADBASIS/2)·tan(θART/2)) VARTLF = (Vorzeichen von VRF)·(FMIN·min(fABS(VRF), fABS(VLF)) + FMAX max(fABS(VRF), fABS(VLF)))für das rechte Hinterrad:
VRR = –VRF VARTRR =
(Vorzeichen von VRR)·(FMIN·min(fABS(VRR), fABS(VLR)) + FMAX max(fABS(VRR), fABS(VLR)))(Vorzeichen von = sign of)
für das linke
Hinterrad:
VLR = –VLF VARTLR = (Vorzeichen
von VLR)·(FMIN·min(fABS(VRR), fABS(VLR)) + FMAX max(fABS(VRR), fABS(VLR)))(Vorzeichen von = sign of)
wobei
Folgendes gilt:
(Vorzeichen von VRF)
= +1 oder –1,
und zwar abhängig
von dem positiven/negativen Wert von VRF
VRF = artikulationsratenverursachte Raddrehzahl
des rechten Vorderrads mit Interachsdifferential (Vorderachsdrehzahl ≠ Hinterachsdrehzahl),
fABS = Schwimmpunkt absolut = floating point
absolute
VA
RTF =
artikulationsratenverursachte Lineargeschwindigkeit des rechten
Vorderrads, kein Interachsdifferential (Vorderachsdrehzahl = Hinterachsdrehzahl),
FM
IN = ein vorbestimmter
auf der Last basierender Faktor für das Minimaldrehzahlrad (die
Wahrscheinlichkeit, dass das schnellere Rad schlüpft bei Artikulation) und
FMAX = ein vorbestimmter auf der Last basierender Faktor
für das
Maximaldrehzahlrad (= 1 – FM
IN), d.h. die Wahrscheinlichkeit,
dass das langsamere Rad bei Artikulation schlüpft.
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Die Werte von FM
IN und FMAX liegen
im Bereich von 0 bis 1 und werden einer vorbestimmten Nachschautabelle,
Formel oder Gleichung entnommen und basieren auf individuellen Maschinenparametern
und einem abgefühlten
Wert für
die von der Arbeitsmaschine getragene variable Last. FMIN und FMAX bringen eine „Vorspannung" für die Radgeschwindigkeit,
um die variable Last zu berücksichtigen,
was eine variable Gewichtsverteilung für die Räder verursacht; die genauen
Werte von FMI
N und
FMAX sind für die Erfindung nicht wesentlich
und können leicht
durch den Fachmann bestimmt werden.
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Schließlich werden die Sollraddrehzahlen oder
-geschwindigkeiten mit der folgenden Beziehung berechnet:
für das linke
Vorderrad: VDESLF = VSSLF +
VARTLF
für das rechte Vorderrad: VDESRF = VSSRF + VARTRF
für das linke Hinterrad: VDESLR = VSSLR + VARTLR
für das rechte Hinterrad: VDESRR = VSSRR + VARTRR
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Sobald die Maschinenparameter und
die Sollraddrehzahlen berechnet sind, geht die Steuerung zum ersten
Steuerblock 600 der 6 weiter, wo
die Maschinenparameter mit dem Arbeits- oder Betriebsbereich der
Radschlupfsteuerung oder -regelung verglichen werden. Unter Bezugnahme
auf den ersten Steuerblock 600 der 6 sei bemerkt, dass die Stetigzustandsradgeschwindigkeit
VSSS bestimmt wird als die Minimale sämtlicher
Sollraddrehzahlen oder -geschwindigkeiten. Sobald die Stetigzustandsradgeschwindigkeit
VSSS bestimmt ist, schreitet die Steuerung
zum ersten Steuerblock 602 weiter, wo VSSS mit
dem unteren Grenzgeschwindigkeitswert S Limit verglichen wird. S
Limit repräsentiert
einen vorbestimmten Wert einer Schwelle für einen effektiven Betrieb
des elektronischen Traktionssteuersystems 100 und kann
einen Wert von 1,5 km/h beispielsweise besitzen. Wenn VSSS als
kleiner als S Limit festgestellt wird, dann besteht die Annahme,
dass die Raddrehzahlen oder – geschwindigkeiten
zu niedrig für
das Traktionssteuersystem sind um richtig zu arbeiten und das elektronische
Traktionssteuersystem 100 ergreift keine Maßnahmen,
wobei die Steuerung zu dem achten Entscheidungsblock 208 der 2 für eine Beendung der Programmlogik
zurückgeht.
Ansonsten sagt man, dass die Maschinenparameter innerhalb des Betriebsbereichs
des elektronischen Traktionssteuersystems 100 liegen.
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Nach der Ausführung der Logik in 6 und nach dem Erhalt eines „No" oder „Kein"-Resultat im ersten
Entscheidungsblock 602 kehrt die Steuerung zum vierten
Steuerblock 308 gemäß 3 zurück. Am vierten Steuerblock 308 wird
ein vorbestimmter Bezugswert A bestimmt, und zwar aus einer voreingestellten
Liste von Werten abhängig
von irgendeiner Anzahl von Systemcharakteristika, oder vorzugsweise
und für
eine bessere Genauigkeit berechnet gemäß folgender Gleichung: A = |ωART|/2·RADBASIS/2·|tan(θART/2)| + KDB (WHEEL BASE
= RADBASIS)
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Dabei ist KDB ein
konstanter Wert, der die untere Abfühlgrenze der Radgeschwindigkeits-
oder -drehzahlsensoren (~ 0,5 Umdrehungen pro Minute oder dergleichen)
vorgesehen für
einen bestimmten Sensortyp) repräsentiert.
A symbolisiert den maximal möglichen
Fehler zwischen den Soll- und Messraddrehzahlen bzw. -geschwindigkeiten
ohne Traktionsverlust (Reibungs-). Ein derartiger Fehler kann in
Folge von Faktoren wie beispielsweise Sensormessfehler, Maschinendynamiken
und unterschieden zwischen den tatsächlichen (Ist) und angenommenen Radgeschwindigkeitsvorspannungen
während
einer vorübergehenden
Artikulation vorhanden sein.
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Die Steuerung schreitet dann zum
fünften Steuerblock 310,
wo ein Fehlerwertcode E erzeugt wird. E repräsentiert die Differenz zwischen
der Istraddrehzahl und der Sollraddrehzahl: E
= |VACT – VDES|
(für jedes
Rad)
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Am zweiten Entscheidungsblock 312 wird der
Fehlerwert E mit dem vorbestimmten Bezugswert A verglichen. Wenn
E größer ist
als A, dann setzt sich die Steuerung zum sechsten Steuerblock 314 fort. Ansonsten
schreitet die Steuerung zum dritten Entscheidungsblock 316.
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Am sechsten Entscheidungsblock 314 werden
die Bremskräfte
für die
schnellere Rotation oder den Schlupf des Rades eingestellt und zwar
unter Verwendung einer Proportionalintegralableitungstechnik (PID-Technik).
PID wird übli cherweise
dazu verwendet, um das Ansprechen eines elektronischen Steuersystems
zu modulieren und zu glätten.
Bei der vorliegenden Erfindung bewirkt PID die Transformation des
Radgeschwindigkeitsfehler-(E)-Werts in ein Bremsbefehlssignal (V).
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7 zeigt
eine Taste oder einen Messwert eines Blockdiagramms einer PID-Regelschleife, die am
sechsten Steuerblock 314 durchgeführt werden könnte. Die
Sollraddrehzahl VDS wird am ersten Steuerblock 700 eingegeben.
An der Summierverbindung oder dem Summierpunkt 702 werden
die Sollraddrehzahl und die Istraddrehzahl gelesen und die E und
A Werte werden berechnet. Sodann schreitet die Steuerung bzw. Regelung
zum PID-Block fort, der im Allgemeinen bei 706 dargestellt
ist, wo Vp, Vi und
Vd unter Verwendung von PID bereechnet werden,
und zwar vorzugsweise durch die folgenden Gleichungen: Vp = KpX Vi = Ki ∫Xdt Vd = Kd dX/dtwobei
X = E – A,
oder aber durch irgendein anderes geeignetes PID Format.
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Die Werte der Konstanten Kp, Ki und Kd werden aus der Simulation und Analyse von
empirischen Daten bestimmt und zwar ansprechend auf Folgendes: die
Unterlagen bzw. Bodenbedingungen, die Maschinendynamiken, die Art
der durch die Maschine ausgeführten
Arbeit usw. Beispielsweise können die
Werte der Konstanten Kp, Ki und
Kd in der Größenordnung von 1,0, 0,5 bzw.
1,0 liegen. Der Fachmann erkennt ohne Weiteres, dass die PID Konstantwerte
irgendeinen Wert aus einem breiten Bereich aus numerischen Werten
sein können
und zwar abhängig
von der erwünschten
oder Sollverstärkung des
Rückkopplungssystems,
und deren Bestimmung kann ohne Weiteres experimentell für ein gegebenes Traktionssteuersystem
vorgenommen werden.
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Am ersten Entscheidungsblock 706(a)
werden E und A verglichen. Wenn E größer ist als A, dann schreitet
die Steuerung zum zweiten Entscheidungs block 706(b) fort,
wo der Proportionalabschnitt Vp von PID
berechnet wird. Wenn E gleich oder kleiner ist als A, schreitet
die Steuerung zum dritten Steuerblock 706(c) und Vp wird auf Null gestellt. Dieses auf Null
gehen (zeroing out) unterstützt
bei der Feinabstimmung des Ansprechens des Systems durch Vermeiden
einer täuschenden
Vp-Komponente in Fällen wo der Fehler eine physikalische
Grenze oder ein physikalisches Limit des Systems annähert.
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Bei oder ungefähr bei der gleichen Zeit, wenn
die Steuerung in den proportionalen Aspekt der PID-Schleife am ersten
Entscheidungsblock 706(a) eintritt, wird der Integralteil
V; am vierten Steuerblock 706(d) berechnet und die Steuerung
tritt in einen Ableitungsteil der PID-Schleife am zweiten Entscheidungsblock 706(e)
ein. Am zweiten Entscheidungsblock 706(e) wird der vorherige
Zustand der Steuerung ausgewertet. Wenn der vorherige Zustand der Steuerung
nicht der des aktivierten Traktionssteuersystems ist, wird der Ableitungsteil
des PID übersprungen
und der vorherige Zustand wird am fünften Steuerblock 706(f)
an dem Traktionssteuersystem eingestellt.
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Dieser Teil der PID-Schleife ist
dazu vorgesehen, künstlich
große
Werte in dem Ableitungsteil zu verhindern, und zwar infolge der
plötzlichen
Initiierung der Logik der dritten oder vierten Steuerblöcke 210, 212.
Wahlweise kann die PID-Schleife mehrere Zyklen lang durchlaufen
werden, ohne den Ableitungsteil der Steuerung laufen zu lassen.
Nur ein Zyklus wird durch die „vorherige
Zustand"-Logik der 7 gezeigt, es ist aber wohlbekannt
ein Teil einer Schleife für
mehrere Zyklen zu überspringen
und zwar durch die Verwendung einer inkrementierten Variablen. Wenn
der vorherige Zustand der ist, dass das Traktionssteuersystem aktiviert
war, so schreitet die Steuerung zum sechsten Steuerblock 706(g)
fort, und deren Ableitungsteil des PID wird aktiviert.
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Der PID-Block 706 schickt
Ausgangsgrößen Vp,
Vi und Vd zum siebten
Steuerblock 708 und das Bremssignal V wird berechnet. V
kann durch die Gleichung V = Vp + Vi + Vd repräsentiert
werden. Vom siebten Steuerblock 708 gelangt die Steuerung
zum achten Steuerblock 710 und der End-V-Wert wird zurück zum Hauptprogramm
geschickt. Es sei bemerkt, dass die Logik der 7 innerhalb des sechsten Steuerblocks 314 der 3 Platz greift. Nach Erzeugung
des Bremsbefehlssignals und nach dem Zurückschicken desselben zum Hauptprogramm
der 3 am achten Steuerblock 710 geht
die Steuerung auf den neunten Steuerblock 712 über, wo
die Radgeschwindigkeit wiederum von den Radgeschwindigkeitssensoren 1106, 1108, 1110, 1112 abgelesen
wird und die Istradgeschwindigkeit zum Summierpunkt 702 geschickt
wird, um die PID-Schleife wieder zu starten.
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Die geschlossene Schleife der 7 veranschaulicht, dass
ansprechend auf den Fehlerwert E die PID-Steuerung die Bremskräfte berechnet,
die notwendig sind, um den Fehlerwert E auf den ersten vorbestimmten
Bezugswert A zu reduzieren. V wird durch die 7 Schleife berechnet und zu dem sechsten
Steuerblock 314 in 3 geschickt,
bis E gleich A oder kleiner als A wird. An diesem Punkt wird davon
ausgegangen, dass die Traktion (das Zugvermögen bzw. Reibung) wieder gewonnen
wurde, und dass das elektronische Traktionssteuersystem 100 nicht
mehr benötigt
wird bis zum nächsten
Schlupfereignis.
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Unter Bezugnahme auf den siebten
Steuerblock 318 gemäß 3 sei bemerkt, dass das Bremssystem
mit einer hinreichenden Menge an hydraulischem Strömungsmittel
beliefert wird, um den Druck aufzubauen, bevor die Betriebsbremsen 118, 120, 122, 124 angelegt
werden, wobei diese Operation als eine „pre-fill" oder „Vorfüll"-Operation bekannt ist. Dies wird dadurch
erreicht, dass man die Sicherheits- und Betriebsventile 150, 154, 126, 128, 134, 136 erregt
um das Bremssystem mit Druckströmungsmittel
zu füllen.
Das Vorfüllen
der Betriebsbremsen 118, 120, 122, 124 beseitigt
im Wesentlichen jedwede Zeitverzögerung
zwischen dem Moment, wo das Bremssteuersignal ausgegeben wird und
dem Moment, in dem die Bremse 118, 120, 122, 124 angelegt
wird. Beispielsweise können
die Sicherheits- und Betriebsventile 150, 154, 126, 128, 134, 136 für eine Zeitperiode
von 100 ms erregt werden oder für
eine solche Zeit um einen gewünschten
oder Sollströmungsmitteldruck
zu erreichen. Es ist klar, dass sobald der Bremsvorgang initiiert
ist, kein weitergehendes Bedürfnis
besteht, das Bremssystem vorzufüllen
und der siebte Steuerblock 318 kann eine Instruktion enthalten,
den Vorfüllschritt
dann zu überspringen,
wenn der Bremsdruck adäquat
ist. Die Steuerung schreitet dann zum achten Steuerblock 320 fort
und das Bremssignal V wird zu den Bremsen geschickt.
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Zum zweiten Entscheidungsblock 312 in 3 zurückkehrend sei bemerkt, dass
dann, wenn E nicht größer ist
als A – d.h.
wenn das schlüpfende Rad
bzw. die schlüpfenden
Räder 102, 104, 106, 108 nicht
mehr als schlüpfend
angesehen wird bzw. werden – die
Steuerung zum dritten Entscheidungsblock 316 weiter schreitet,
wo der Eingriffs/Nichteingriffszustand der Bremsen 118, 120, 122, 124 ausgewertet wird.
Wenn die Bremsen 118, 120, 122, 124 außer Eingriff
sind, so fährt
die Steuerung zum ersten Befehlsblock 300 zurück und startet
von neuem. Wenn die Bremsen 118, 120, 122, 124 am
dritten Entscheidungsblock 316 in Eingriff sind, so schreitet
die Steuerung zum neunten Steuerblock 322 weiter. Am neunten
Steuerblock 322 wird das Bremsen dadurch reduziert, dass
man ein neues Bremsbefehlssignal mit einem Wert aussendet, der entweder
kleiner ist als das vorherige Bremsbefehlssignal oder Null und die
Steuerung kehrt dann zum ersten Befehlsblock 300 zurück und startet
von neuem. Der Zweck der dritten-Entscheidungsblock-316-neunten-Steuerblock-322-Schleife
besteht darin, die Bremsen 118, 120, 122, 124 dann
außer
Eingriff zu bringen, wenn das elektronische Traktionssteuersystem
nicht mehr benötigt
wird. Von den zweiten, achten oder neunten Steuerblöcken 304, 320, 322 oder
von dem dritten Entscheidungsblock 320 kehrt die Steuerung
zum END-Block, und zwar Element 208 der 2, zurück.
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Differentialverriegelungstraktionssteuersystem
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Wenn der dritte Entscheidungsblock 206 der 2 anzeigt, dass die Bodengeschwindigkeit
der Maschine kleiner ist als die TCS-Grenze oder das TCS-Limit, so schreitet
die Steuerung zum dritten Steuerblock 210 weiter und die
Maschine tritt in den Zustand des Differentialverriegelungstraktionssteuersystems
ein. Das Differentialverriegelungstraktionssteuersystem ist einfach
eine Version des elektronischen Traktionssteuersystems 100,
welches in Verbindung mit der Differentialverriegelung 110, 112 arbeitet.
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Am ersten Steuerblock 800 der 8 werden die Sollraddrehzahlen
oder Sollradgeschwindigkeiten derart eingestellt, dass das Verhältnis der
Sollraddrehzahlen der beiden Räder 102, 104, 106, 108 die
eine Achse 114, 116 teilen gleich 1 ist. Die Steuerung
schaltet dann zum ersten Entscheidungsblock 802 fort und
prüft die
Raddrehzahl bezüglich
einer Sollraddrehzahl. Wenn die Raddrehzahl die Sollraddrehzahl
ist, so fährt
die Steuerung zum END-Block 208 in 2 zurück.
Wenn die Raddrehzahl nicht die Solldrehzahl ist, so schreitet die
Steuerung vom ersten Entscheidungsblock 802 zum zweiten
Entscheidungsblock 804, wo der Eingriff der Differentialverriegelung
(„diff
lock") 110, 112 untersucht
wird. Wenn die Differentialverriegelung 110, 112 nicht
auf maximalem Eingriff sich befindet, so hat das Radschlupfdrehmoment
vermutlich die Differentialverriegelung 110, 112 überwunden
und teilweise außer
Eingriff gebracht. In diesem Falle ist die Differentialverriegelung 110, 112 im
Eingriff und zwar üblicherweise
durch hydraulischen Druck am zweiten Steuerblock 806. Sodann
schreitet die Steuerung zum dritten Entscheidungsblock 808 fort
oder weiter, wo die Raddrehzahlen wiederum mit den Sollraddrehzahlen
verglichen werden. Wenn die Raddrehzahlen nicht auf den Sollwerten
sich befinden, so wiederholt die Steuerung die Logik des zweiten
Entscheidungsblocks 804. Ansonsten muss die Raddrehzahl
unter die Steuerung durch die Differentialverriegelung 110, 112 am
zweiten Steuerblock 806 gebracht werden und die Steuerung
schreitet zum END-Block 208 in 2 weiter.
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Wenn die Differentialverriegelung 110, 112 bereits
auf maximalem Eingriff im zweiten Entscheidungsblock 804 sich
befindet, so schreitet die Steuerung zum dritten Steuerblock 810 weiter.
Am dritten Steuerblock 810 werden die Betriebsbremsen 118, 120, 122, 124 aktiviert,
um die mit Überdrehzahl
laufenden Räder
bzw. das mit Überdrehzahl
laufende Rad 102, 104, 106, 108 auf
die Sollraddrehzahl zu verlangsamen. Sodann schreitet die Steuerung
zum vierten Entscheidungsblock 812, wo die Raddrehzahl wiederum
mit der Sollraddrehzahl verglichen wird. Wenn diese beiden gleich
sind, so wendet die Steuerung das Differentialverriegelungstraktionssteuersystem
am END-Block 208 der 2.
Wenn die zwei Geschwindigkeiten oder Drehzahlen unterschiedlich sind,
so kehrt die Steuerung zum dritten Steuerblock 810 zurück und setzt
die Verlangsamung des mit Überdrehzahl
laufenden Rades fort, bis die Räder
die eine Achse teilen, ein Geschwindigkeitsverhältnis von 1 besitzen.
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Allgemeiner
Betrieb und Betätigung
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Es sei in Erinnerung gebracht, dass
das elektronische Traktionssteuersystem 100 in einer Anzahl von
unterschiedlichen Arten aktiviert werden kann. Beispielsweise könnte das
elektronische Steuermodul 1118, 1120 automatisch
arbeiten, um einen Schlupfzustand der Räder zu allen Zeiten zu detektieren,
wobei auch der Benutzer oder der Fahrer das elektronische Traktionssteuersystem 100 manuell
bei bestimmten Arbeitsbedingungen betätigen könnte oder irgendetwas dergleichen.
Das exakte Verfahren zur Betätigung
des elektronischen Traktionssteuersystems 100 ist für die vorliegende
Erfindung nicht von wesentlicher Bedeutung.
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Aus der vorgehenden Beschreibung
ergibt sich, dass das elektronische Traktionssteuersystem 100 betrieben
wird, um ein schlupfendes Rad 102, 104, 106, 108 zu
detektieren, eine Bremskraft an das schlupfende Rad 102, 104, 106, 108 anzulegen
und periodisch und inkrementell die Bremskraft zu modulieren und
zwar entsprechend dem Grad des Schlupfes, der durch das elektronische
Traktionssteuersystem 100 detektiert wird.
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Für
den Fachmann ergibt sich, dass bestimmte Teile der Steuerung verzögert werden
könnten,
und zwar innerhalb der verschiedenen Steueralgorithmen, die in Hinblick
auf die Erfindung beschrieben wurden. Beispielsweise kann eine Verzögerung kurzzeitige
Radschlupfaberationen ausfiltern. Dies ist jedoch für die Erfindung
nicht kritisch.
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Es sei bemerkt, dass die hier beschriebenen Werte
lediglich beispielhaften Zwecken dienen. Der Fachmann erkennt, dass
jeder der veranschaulichten Werte abhängig von den gewünschten
Effekten modifiziert werden könnte.
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Industrielle
Anwendbarkeit
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Die vorliegende Erfindung ist sehr
gut geeignet für
das Regulieren oder Regeln des Radschlupfes einer artikulierten
oder gelenkigen Maschine wie beispielsweise eines Radladers. Der
Fachmann erkennt jedoch, dass die vorliegende Erfindung nicht auf
einen Radlader beschränkt
ist, sondern für
viele andere Bauarten artikulierter Maschinen anwendbar ist.
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Wie oben beschrieben, fühlt die
Radschlupfsteuerung der folgenden Erfindung die individuellen Raddrehzahlen
ab und berechnet einen Sollraddrehzahlwert. Basierend auf einer
Regelung oder Rückkopplungssteuerung
wird ein Fehlerwert bestimmt. Ansprechend auf die Größe des Fehlerwerts
bestimmt die Steuerung die richtigen Bremskräfte die erforderlich sind um
den Radschlupf zu eliminieren und befiehlt, dass die Bremsen diese
Kräfte
anlegen. Die Bremskräfte
werden in inkrementaler Weise moduliert und zwar bei jeder Schleife
der Steuerung bzw. Regelung um so glatte Übergänge vorzusehen, von der anfänglichen
Bremskraft zu der endgültigen Bremskraft.
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Der Fachmann erkennt, dass die PID-Regelung
(PID-Rückkopplungssteuerung)
eine erwünschtere
Bremssteuerung liefert. Der Vp-Ausdruck der PID-Regelung
führt zu
einer proportionalen Verstärkung,
was zu einem schnellen Ansprechen führt. Der Vi-Term
der PID-Regelung löscht
jede Abweichung bei dem durch den Vp-Term
eingeführten
Fehler aus. Der Vd-Term dämpft das Ansprechen und liefert
Regelstabilität.
Somit ergibt sich eine Radschlupfsteuerung, welche den Radschlupf
schnell eliminiert und ohne unerwünschte Effekte des Brems-„Pulsierens". Auf diese Weise
bestimmt die PID-Regelung genau die Größe und Rate mit der die Bremskraft
angelegt werden soll.
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Wie gezeigt ist die folgende Erfindung
besonders für
Maschinen geeignet, die artikuliert oder gelenkig gestaltet sind,
und die zwei Sätze
von Achsen aufweisen, und zwar zum Antrieb von mindestens zwei Rädern für jeden
Achssatz. Darüber
hinaus misst die folgende Erfindung den Artikulations- oder Gelenkwinkel
der Maschine, berechnet die Gelenk- oder Artikulationsrate und stellt
den Schlupfsignalwert ein, um das normale Raddrehzahldifferential
zu berücksichtigen,
das mit jedem Achssatz assoziiert ist und zwar während der Auslenkung und wobei auch
Kompensation vorgesehen wird für
die Bewegung der Artikulations- oder Gelenkverbindung während der
Artikulation und für
die durch die Maschine getragene variable Last. Ferner überwacht
das elektronische Traktionssteuersystem unabhängig den Radschlupf und sieht
einen effizienten Maschinenbetrieb vor.
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Weitere Aspekte, Ziele und Vorteile
der Erfindung erhält
man aus einem Studium der Zeichnungen der Offenbarung der beigefügten Ansprüche.