DE4432237A1 - Steuerung für mobile Arbeitsmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuerung für mobile Arbeitsmaschinen, insbe­ sondere für Baumaschinen, wie Bagger, Radlader, Grader oder dgl.

Moderne mobile Arbeitsmaschinen sind heutzutage multifunktional ausgelegt und unterstützen Arbeitsfunktionen, wie z. B. das Heben, Senken, Transpor­ tieren, Lockern, Verdichten und Bohren von Materialien und Erdreich. Sie werden in hoher Stückzahl gebaut und in der Baumaschinen-, Landmaschinen- und Flurfördertechnik eingesetzt.

Die Arbeits- und Fahrfunktionen werden über sogenannte Maschinenfunktio­ nen erzeugt, die auf den Systemkomponenten Mechanik, Hydraulik, Elektrik und Elektronik basieren. Die Schnittstelle zum Maschinenfahrer bildet das Bediensystem mit den einzelnen Elementen, Handhebeln und Fußpedalen, Lenkrad und Fahrtrichtungsschalter sowie dem Armaturenbrett.

Vielfach wird zur Unterstützung der angesprochenen Funktionen bei den mobilen Arbeitsmaschinen von einer sogenannten zentralen Steuereinheit ausgegangen, mittels welcher sowohl die Steuerglieder, die Handhebel, die Fußpedale und das Armaturenbrett sowie Aktoren, wie Relais, Stellmotoren, Schalt- und Proportionalventile als auch Sensoren zur Ermittlung von Temperatur, Druck, Spannung, Motor- und Getriebedrehzahl angesteuert werden. Durch entsprechende Verbindungen können Fehler im Bereich der Aktoren und Sensoren sowie der Steuerglieder mittels entsprechender Warn­ elemente, beispielsweise am Armaturenbrett der mobilen Arbeitsmaschine angezeigt werden, so daß Fehler in diesen Bereichen schnell erkannt und behoben werden können. Stellen sich jedoch Fehler im Bereich der zentra­ len Steuereinheit ein, so können hier ernsthafte Probleme im Bereich der nachgeschalteten Aktoren und Sensoren auftreten, wobei die Fehlerursache nicht eindeutig zuzuordnen ist, so daß ein zum Teil nicht unerheblicher Aufwand betrieben werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Steuerung von mobilen Ar­ beitsmaschinen, insbesondere von Baumaschinen, wie Radladern oder dgl., dahingehend zu optimieren, daß die Erkennung und Zuordnung von Störungen im Bereich der Steuerung optimiert werden kann, so daß auftretende Feh­ ler, insbesondere im Bereich der Steuerung einfacher behoben werden kön­ nen. Außerdem soll eine sofortige Störungserkennung dazu dienen, evtl. Gefahren/Schäden von Mensch und/oder Maschine frühzeitig entgegenzuwir­ ken.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß erreicht durch eine Steuerung für mobile Arbeitsmaschinen, insbesondere für Baumaschinen, wie Bagger, Radlader, Grader oder dgl., bestehend aus mindestens zwei dezentral angeordneten, über mindestens einen Datenbus miteinander verbundenen, sich gegenseitig überwachenden Steuereinheiten zur Betätigung nachgeschalteter Sensoren und/oder Aktoren.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Steuerung sind den gegenständlichen Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Aufgabe wird desweiteren gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb einer Steuerung, bestehend aus mindestens zwei dezentral angeordneten, Aktoren und/oder Sensoren betätigenden Steuereinheiten für mobile Arbeitsmaschi­ nen, insbesondere Baumaschinen, wie Radlader oder dgl., wobei sich die einzelnen Steuereinheiten gegenseitig überwachen und über mindestens einen Datenbus Meldungen untereinander austauschen und wobei Störungen im Bereich mindestens einer defekten Steuereinheit diese in Form von Stö­ rungsmeldungen durch mindestens eine intakte Steuereinheit an entspre­ chenden Warnelementen angezeigt wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind den zugehörigen Unteran­ sprüchen zu entnehmen.

Das Prinzip beruht somit auf einer gegenseitigen Überwachung der dezentral angeordneten Steuerungen untereinander, wobei die Anzahl der Steuerungen hierbei unerheblich ist. Infolge dieser gegenseitigen Überwachung besteht jederzeit die Möglichkeit, den Ausfall einer oder mehrerer Steuerungen an der zugehörigen Warneinrichtung, insbesondere einer Lampe oder einer LCD-Anzeige darzustellen, wobei auch akustische Warnungen problemlos möglich sind. Durch den Einsatz einer normalen Zweidrahttech­ nik und den Verzicht auf aufwendige Spezialstecker wird der Aufwand im Bereich der Steuerung, montage- und kostenmäßig niedrig gehalten. Der bisher zum Einsatz gelangende einzelne Rechner als zentrale Steuereinheit wird nach den jeweiligen Primärfunktionen aufgeteilt und in separate Steuergeräteeinheiten zerlegt. Diese haben dann Aufgaben, wie die Steue­ rung/Regelung der Antriebsleistung, die Steuerung der Arbeitsbewegung, die Ausführung der Schaltlogik für das Fahrwerk, die Abfrage von Handhe­ beln und Fußpedalen sowie die Ein- und Ausgabe von Informationen auf das Armaturenbrett. Die Zusammenführung der Einzelsysteme zu einem Gesamtsy­ stem erfolgt anschließend wieder über den bereits angesprochenen Daten­ bus.

Der Einsatz einer dezentralen Steuerungstechnik unterstützt die Varianten und die Funktionsvielfalt der heutzutage angebotenen mobilen Arbeitsma­ schinen. Sie bringt weitere Vorteile bei der Entwicklung und Einführung neuer Steuereinheiten und schützt gegen Totalausfall bei Fehlern einzel­ ner Baugruppen und Bauteile.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 - Beispiel für eine Radladersteuerung,

Fig. 2 - Prinzipskizze einer sich selbst überwachenden Baumaschinen­ steuerung,

Fig. 3 - Zeitdiagramm.

Fig. 1 zeigt anhand einer Prinzipskizze eine Radladersteuerung, wobei hier auch jede andere Arbeits- oder Baumaschine angesprochen sein kann. Das dargestellte Steuerungssystem besteht aus vier separaten mikro­ controller-gestützten Einheiten, nämlich die elektrische Vorsteuerung, die Fahrwerkssteuerung, die Antriebssteuerung sowie das Bord-Control- System.

Die Antriebssteuerung, Fahrwerkssteuerung und Vorsteuerung ermitteln für ihre Aufgaben Daten geben sie auf die Datenbusleitung.

Fig. 2 zeigt eine vereinfachte Darstellung der Fig. 1, bei welcher lediglich zwei Steuereinheiten, beispielsweise die Antriebssteuerung A und die Fahrwerkssteuerung F dargestellt sind. Die Steuereinheiten A und F sind über eine Datenbusleitung D miteinander verbunden. Von der Steuer­ einheit A geht eine elektrische Leitung 1 zu einem nicht weiter darge­ stellten Display, während die elektrische Leitung 2 von einer ebenfalls nicht weiter dargestellten Tastatur zur Steuereinheit A führt. Die weiter durch Pfeile dargestellten elektrischen Leitungen 3, 4, 5, 6 an den Steuer­ einheiten A und F sind Zu- und Abführleitungen zu ebenfalls nicht weiter dargestellten Aktoren/Sensoren. Analog zu einer zentralen Steuereinheit kann es auch bei dezentral angeordneten Steuereinheiten A, F vorkommen, daß nicht nur Aktoren/Sensoren ausfallen, sondern darüber hinaus auch die jeweilige Steuereinheit A/F. Um hier eine größtmögliche Sicherheit bei der Überwachung herbeizuführen, werden über die Datenbusleitung D zy­ klisch Meldungen von A nach F und umgekehrt geschickt. Bei auftretenden Störungen, beispielsweise im Bereich der Steuereinheit A erhält die Steu­ ereinheit F über einen vorgegebenen Zeitraum keine entsprechenden Meldun­ gen mehr und gibt über die elektrische Leitung 7 eine Störmeldung, bei­ spielsweise an eine Lampe 8 im Bereich des nur angedeuteten Armaturen­ brettes 9 aus. Der Maschinenführer erkennt den Ausfall der Steuereinheit A und kann entsprechende Gegenmaßnahmen einleiten. Gleiches gilt in umge­ kehrter Reihenfolge, wenn die Steuereinheit F ausfällt. In diesem Fall wird von der intakten Steuereinheit A über die elektrische Leitung 10 eine Störmeldung auf die Lampe 11 gelegt. Sowohl die Steuereinheit A als auch die Steuereinheit F besitzen einen Eigencheck für mögliche Ausfälle der über die Leitungen 3 bis 6 nachgeschalteten Aktoren/Sensoren. Über die Leitungen 12, 13 werden entsprechende Warneinrichtungen 14, 15 betä­ tigt, so daß der Maschinenführer entsprechende Gegenmaßnahmen einleiten kann.

Fig. 3 zeigt anhand eines Zeitdiagrammes den Normalbetrieb sowie den Störungsfall in der Steuereinheit A. Dargestellt sind drei Bereiche a, b, c, wobei a und c den Normalbetrieb durch wechselnde Meldungen von A nach F widerspiegeln, während b einen Störfall in der Steuereinheit A dokumentiert (Pfeil in Richtung A - keine Reaktion in Richtung F). Wie bereits dargelegt, wird im Normalbetrieb ein zyklischer Datenaustausch zwischen den Steuereinheiten A und F in Form von Datentelegrammen statt­ finden, wobei als Information herübergebracht wird, daß die jeweilige Steuereinheit A bzw. F noch "lebt". Im Bereich einer jeden Steuereinheit A, F sind hier nicht weiter dargestellte Fehlerzähler integriert, die bei einer entsprechenden positiven Meldung der anderen Steuereinheit ständig auf null gesetzt werden. Da nicht auszuschließen ist, daß es hin und wieder Probleme beim Datentransfer gibt, wird beim Ausbleiben einer Mel­ dung der jeweils andere Fehlerzähler automatisch in Gang gesetzt, sobald jedoch eine neuerliche positive Meldung der anderen Steuereinheit ein­ tritt, wird dieser Fehlerzähler wiederum auf null gesetzt. Hier werden entsprechende Zykluszeiten in Millisekunden vorgegeben.

Tritt nun ein Störungsfall, beispielsweise in der Steuereinheit A, auf, wird der Fehlerzähler im Bereich der Steuereinheit F aktiviert, wie es im Bereich b in Fig. 3 dargestellt ist. Angenommen ist in diesem Beispiel ein Grenzwert von 100, der in einem bestimmten Zeitintervall erreichbar ist. Ist dieser Grenzwert erreicht, wird, wie in Fig. 2 dargestellt, eine entsprechende Störmeldung auf die Lampe 8 gegeben.

Hat es jedoch lediglich Datentransportprobleme zwischen den Steuereinhei­ ten A und F gegeben, so wird unterhalb des zu erreichenden Grenzwertes von 100 der Normalbetrieb gemäß c wieder hergestellt, sobald eine ent­ sprechende positive Meldung der Steuereinheit A abgegeben wird. Der Feh­ lerzähler wird anschließend auf null gesetzt.

Claims (9)

1. Steuerung für mobile Arbeitsmaschinen, insbesondere für Baumaschi­ nen, wie Bagger, Radlader, Grader oder dgl., bestehend aus minde­ stens zwei dezentral angeordneten, über mindestens eine Daten­ busleitung (D) miteinander verbundenen, sich gegenseitig überwachen­ den Steuereinheiten (A, F) zur Betätigung nachgeschalteter Sensoren und/oder Aktoren (3-6).

2. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über die Datenbusleitung (D) zyklisch, d. h. in vorgegebenen Zeitintervallen, Meldungen zwischen den einzelnen Steuereinheiten (A, F) austauschbar sind.

3. Steuerung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich einer jeden Steuereinheit (A, F) mindestens ein Fehlerzäh­ ler (b) angeordnet ist.

4. Steuerung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Störung einer oder mehrerer defekter Steuereinheit(en) (A bzw. F) an optischen Mitteln (8 bzw. 11) im Bereich des Armaturenbrettes (9) der mobilen Arbeitsmaschine anzeigbar ist.

5. Verfahren zum Betrieb einer Steuerung, bestehend aus mindestens zwei dezentral angeordneten Aktoren und/oder Sensoren (3-6) betätigenden Steuereinheiten (A,F) für mobile Arbeitsmaschinen, insbesondere Baumaschinen, wie Radlader oder dgl., wobei sich die einzelnen Steu­ ereinheiten (A, F) gegenseitig überwachen und über mindestens eine Datenbusleitung (D) Meldungen untereinander austauschen und wobei Störungen im Bereich mindestens einer defekten Steuereinheit (A bzw. F) diese in Form von Störungsmeldungen durch mindestens eine intakte Steuereinheit (F bzw. A) an entsprechenden Warnelementen (8 bzw. 11) angezeigt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Meldungen der einzelnen Steuereinheiten (A, F) untereinander zyklisch, d. h. in vorgegebenen Zeitintervallen, erfolgen.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei auftretenden Störungen im Bereich mindestens einer der Steuer­ einheiten (A bzw. F) mindestens ein Fehlerzähler (b) im Bereich mindestens einer der intakten Steuereinheiten (F bzw. A) bis zu einem vorgegebenen Wert hochgezählt und bei Erreichen dieses Wertes die Störung im Bereich des oder der defekten Steuereinheit(en) (A bzw. F) durch mindestens eine intakte Steuereinheit (F bzw. A) ange­ zeigt wird.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Normalbetrieb der Steuereinheiten (A, F) die jeweiligen Fehlerzäh­ ler (b) auf den Wert null gesetzt werden.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Störung an einer Lampe (8 bzw. 11), insbesondere an einem LC-Display am Armaturenbrett (9) der mobilen Arbeitsmaschine angezeigt wird.