EP3096197A2 - Control system for vehicles - Google Patents

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EP3096197A2
EP3096197A2 EP16168831.2A EP16168831A EP3096197A2 EP 3096197 A2 EP3096197 A2 EP 3096197A2 EP 16168831 A EP16168831 A EP 16168831A EP 3096197 A2 EP3096197 A2 EP 3096197A2
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EP
European Patent Office
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axis
control system
system axis
coil
disc
Prior art date
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Application number
EP16168831.2A
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German (de)
French (fr)
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EP3096197B1 (en
EP3096197A3 (en
Inventor
Henrik Andersen
Eric Vloemans
Marko Boving
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Grammer AG
Original Assignee
Grammer AG
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Filing date
Publication date
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Application filed by Grammer AG filed Critical Grammer AG
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Publication of EP3096197A3 publication Critical patent/EP3096197A3/en
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Publication of EP3096197B1 publication Critical patent/EP3096197B1/en
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05G—CONTROL DEVICES OR SYSTEMS INSOFAR AS CHARACTERISED BY MECHANICAL FEATURES ONLY
    • G05G5/00—Means for preventing, limiting or returning the movements of parts of a control mechanism, e.g. locking controlling member
    • G05G5/03—Means for enhancing the operator's awareness of arrival of the controlling member at a command or datum position; Providing feel, e.g. means for creating a counterforce
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05G—CONTROL DEVICES OR SYSTEMS INSOFAR AS CHARACTERISED BY MECHANICAL FEATURES ONLY
    • G05G9/00—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously
    • G05G9/02—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only
    • G05G9/04—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only in which movement in two or more ways can occur simultaneously
    • G05G9/047—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only in which movement in two or more ways can occur simultaneously the controlling member being movable by hand about orthogonal axes, e.g. joysticks
    • G—PHYSICS
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    • G05G—CONTROL DEVICES OR SYSTEMS INSOFAR AS CHARACTERISED BY MECHANICAL FEATURES ONLY
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    • G05G9/047—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only in which movement in two or more ways can occur simultaneously the controlling member being movable by hand about orthogonal axes, e.g. joysticks
    • G05G2009/0474—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only in which movement in two or more ways can occur simultaneously the controlling member being movable by hand about orthogonal axes, e.g. joysticks characterised by means converting mechanical movement into electric signals
    • G05G2009/04755—Magnetic sensor, e.g. hall generator, pick-up coil
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05G—CONTROL DEVICES OR SYSTEMS INSOFAR AS CHARACTERISED BY MECHANICAL FEATURES ONLY
    • G05G9/00—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously
    • G05G9/02—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only
    • G05G9/04—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only in which movement in two or more ways can occur simultaneously
    • G05G9/047—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only in which movement in two or more ways can occur simultaneously the controlling member being movable by hand about orthogonal axes, e.g. joysticks
    • G05G2009/04766—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only in which movement in two or more ways can occur simultaneously the controlling member being movable by hand about orthogonal axes, e.g. joysticks providing feel, e.g. indexing means, means to create counterforce

Definitions

  • the invention relates to a control system for vehicles, in particular utility vehicles, comprising a control lever element arranged along a first system axis, wherein the first system axis is rigidly connected at a reference point to a second system axis and a third system axis, starting from a home position of the control system, the control system by means of a Rotation about the reference point is deflected.
  • Vehicles equipped with multiple movable elements in terms of functional components or assemblies conventionally have a control system and controls for driving these movable elements. Examples of such vehicles are about a forklift or a tractor. As another example, here is an excavator called excavating machine, as he is known to be used for excavation work.
  • This excavator has (see also FIGS. 1a and 1b ), for example, four movable elements: a vehicle cabin which is pivotable to the left and to the right, a first boom pivotally mounted on the vehicle cabin, a second boom arm pivotally mounted on the first boom, and finally an excavator bucket pivotally mounted on the second boom arm.
  • the latter three elements are preferably arranged pivotable upwards and downwards. So there are two differently directed movements per element possible, so a total of eight.
  • joysticks or control sticks or control lever elements are known from the prior art, which resemble a gearshift lever from the car and the user of the vehicle (driver), such as an excavator (excavator operator) manually operated within the vehicle cabin are arranged. These are, for example, by the muscle power of the driver, from a starting position (home position, neutral position) to the left and to the right and forward and backward pivotally mounted.
  • the standard ISO 10968 deals, for example, with the assignment of the input movements or basic functions of the joystick to the output movements or machine functions of the excavator. This standard is also the illustrations according to FIGS. 1a and 1b taken.
  • a joystick 25a which can be operated with the left hand
  • a joystick 25b which can be operated with the right hand
  • Both joysticks 25a, 25b can be pivoted from a basic position, in which the central axis of the joysticks 25a, 25b is arranged perpendicular to the image plane, to the front v or to the rear h as well as to the left l and to the right r.
  • These input movements v, h, I, r are each associated with output movements of the movable elements 11a, 11b, 11c, 11d disposed on the vehicle 13.
  • the movable member 11a corresponds to the vehicle cabin 14, the movable member 11b to the first boom 15, the movable member 11c to the second boom 16, and the movable member 11d to the bucket 26.
  • the first cantilever arm 15 is arranged with its first end 15a pivotable on the vehicle cabin 14, wherein at the second end 15b of the first cantilever arm 15 of the second cantilever arm 16 is pivotally mounted with a first end 16a.
  • the excavator bucket 26 is pivotally mounted. While the vehicle cabin 14 is pivotable about an axis parallel to the height direction 19c of the vehicle 13, the first 15 and second boom 16 and the bucket 26 are pivotally arranged about axes perpendicular to the height direction 9c of the vehicle 13.
  • a basic position of the vehicle cabin 14 generally corresponds to the position in which the longitudinal direction 19a of the vehicle cabin 14 is arranged parallel to the longitudinal extent of the vehicle 13 or of the chains shown and viewed in the direction of the driver in the direction of forward travel. Also, the width direction 19b and the height direction 19c of the vehicle 13 are illustrated.
  • a pivoting movement of the left joystick 25a to the left I solves according to the standard pivoting 11a1 of the vehicle cab 14 to the left and a pivoting movement of the left joystick 25a to the right r triggers a pivoting movement 11 a2 of the vehicle cab 14 to the right according to standards. If a pivoting movement of the left joystick 25a forward v, the second boom 16 is a pivoting 11 c1 imposed on the front of the vehicle cabin 14 away, while at a pivoting movement of the left joystick 25a to the rear h pivoting 11c2 of the second boom 16 to the rear in Direction vehicle cab 14 takes place.
  • a pivoting movement of the right-hand joystick 25b to the left according to the standard triggers a pivoting movement 11d1 of the excavator bucket 26 towards the rear of the vehicle cabin 14 and a pivoting movement of the right-hand joystick 25b to the right triggers pivoting movement 11d2 of the bucket 26 forwardly away from the vehicle cab 14 , If a pivoting movement of the right-hand joystick 25b to the front v, the first boom 15 is a pivoting 11 b2 rearwardly directed towards the vehicle cabin 14, while a pivoting movement of the right joystick 25b to the rear h pivoting 11 b1 of the first arm 15 forward from the vehicle cab 14 away takes place.
  • control lever element should be detectable with respect to its pivoting from the starting position to the left or to the right or to the front or to the rear.
  • control lever element should be traceable back to its original position or home position when the driver releases the control lever element in a pivoted position, thus therefore no longer acts on the control lever element its muscle power.
  • control lever element should be activatable and / or programmable controllable via the control system; the means that without the action of muscle power, the control lever element from the initial position to the left or right or forward and / or backward to be pivoted, in which case preferably the sequence of movements should be preprogrammed.
  • a control system for vehicles comprising a control lever element arranged along a first system axis, wherein the first system axis is rigidly connected at a reference point to a second system axis and a third system axis, starting from a home position of the control system the control system is deflectable by means of a rotation about the reference point, wherein at least one actuator element for actively moving the respective system axis and / or at least one return element for resetting the respective system axis to the basic position of the control system by means of an upper end with at least one of the second or third system axis a longitudinal axis is connected.
  • active force generators or active restoring force generators are connected to the control lever element.
  • a rotation of the control lever element about the reference point due to the rigid connection of the first system axis with the second and the third system axis automatically causes a rotation of the entire system to the reference point.
  • the second and the third system axis are also arranged rigidly to one another.
  • the control system starting from the basic position, can preferably be deflected in all directions.
  • the end of the first system axis facing away from the reference point is defined as the first system point, whereby any other point on the first system axis could also be used for the consideration.
  • the control system and with it the first system point can therefore preferably experience a deflection about the second system axis and / or a deflection about the third system axis, both with respect to a positive (corresponds to a forward rotation) and a negative rotation (corresponds to a rotation to the rear) around the respective system axis.
  • a superposition of the described deflections is preferably possible.
  • a rotation of the first system point starting from the basic position in a range of + 90 ° and -90 ° around the second and also about the third system axis is possible. More preferably, this rotation is infinitely possible.
  • a rotation of the first system point takes place exclusively about the third system axis and thus preferably in the plane which is spanned by the first and the second system axis.
  • fx (px) is the equation of motion of the first system point, where the function value fx (px) maps the coordinates of the first system point with respect to the first system axis and px the coordinates of the first system point with respect to the second system axis.
  • fx (px) and px respectively, they are within the limits of 0 to R.
  • the arrows according to the FIGS. 2a and 2b and the three-dimensional coordinate system according to Fig. 2a illustrate these equations of motion fx (px) and fy (py).
  • the axis px is parallel to the second system axis X, the axis py parallel to the third system axis Y and the axis fx, fy arranged parallel to the first system axis Z.
  • the distance R from the first system point SP to the reference point 2 is shown.
  • the system axis automatically to the basic position without intervention of an active or controlled element.
  • the return is preferably carried out when no force is applied, which causes a deflection of the system axis (s).
  • This force is thus, for example, the muscle power of the vehicle driver or the force provided by the actuator element.
  • control system according to the invention can preferably be deflected by means of a rotation initiated by the control lever element about the reference point. This is the case when the driver manually moves the control lever element.
  • rotation is initiated by one or more actuator elements connected to the second and / or third system axis. This in turn is possible by the actuator element actively causing a movement of the respective system axis.
  • control system can be deflected by all system axes to the same extent, it has proved to be advantageous if the first, the second and the third system axis are each arranged perpendicular to one another.
  • the basic position of the control system is predefinable and characterized as the position which exists when none of the three system axes undergoes a deflection, thus also the basic position of the first, second and third system axis is present, and if the restoring elements no return work or no return work more Afford.
  • the basic position of the control system corresponds to the position in which the first system axis in the height direction, the second system axis in the longitudinal direction and the third system axis in the width direction of a driver's cab of the vehicle are arranged.
  • a preferred embodiment provides that at least one measuring device for measuring the position of the second and / or the third system axis is respectively connected to at least one of the second or third system axis by means of an upper end of a longitudinal axis.
  • the measuring device preferably detects the deflection of the respective system axis. At predefined distance of the upper end of the longitudinal axis of the measuring device to the reference point thus the angle can be determined by which the respective axis has been deflected. By superposing the equations of motion of the various axes as described above, the overall displacement of the system can be further calculated.
  • At least one of the longitudinal axes is rigidly connected to the respective system axis connected thereto with respect to a translation movement along the at least one longitudinal axis and is movably connected with respect to a rotational movement about the respective system axis connected thereto.
  • actuator elements is also used below if the actuator elements and / or restoring elements and / or the measuring devices are mentioned.
  • the degrees of freedom of the elements are therefore preferably limited to the extent that a displacement between the upper end of the longitudinal axis and the system axis connected to them is not possible.
  • a movement initiated on the elements from the rest of the control system so the upper end of its longitudinal axis and the rigidly connected to this upper end elements will move with.
  • rotation of the respective system axis about the reference point or about one of the other two system axes shifts the top point of the longitudinal axis of the elements connected thereto in dependence on the amount of deflection and position of the element relative to the reference point.
  • a self-rotation of the respective system axis ie a rotation of the respective system axis about itself, preferably has no influence on the position of the longitudinal axes of the elements connected to it.
  • a rotation of the system axes relative to the upper ends of the longitudinal axes of the actuator elements and / or restoring elements is preferably possible. This is preferably realized by the connection point between the upper end of the longitudinal axis of the actuator elements and / or restoring elements and the respective system axis is designed as a ball joint or as a along the respective system axis aligned sliding sleeve with a corresponding game.
  • the longitudinal axes of the elements with the associated system axis with respect to a translational movement along this system axis are each rigidly connected, and therefore arranged non-displaceable along this system axis.
  • a further preferred embodiment provides that the longitudinal axes of the elements are arranged displaceably in this regard.
  • the second end of the longitudinal axes of the elements is slidably mounted along the longitudinal axis.
  • at least one, preferably all remaining degrees of freedom is otherwise locked, which can be realized, for example, by a sliding bush in which the second end of the longitudinal axis is displaceably mounted.
  • at maximum deflection upward and at maximum deflection down the longitudinal axis is at least partially disposed between an upper and a lower end of the slide bushing.
  • an upper and / or lower end stop which can be realized for example by two rigidly connected to the longitudinal axis and arranged on this outside of the sliding bush stop discs, which reaching the corresponding end stop by contact of the respective stop disc with the corresponding Ensure upper or lower end of the sliding bushing.
  • the longitudinal axes of the actuator element connected to the second system axis, restoring element and the measuring device are each arranged parallel to one another and / or perpendicular to the second system axis.
  • the described arrangement perpendicular to the second system axis ensures that a deflection of the second system axis with the largest possible transmission ratio is converted into a deflection of the upper end of the longitudinal axes of the actuator element, restoring element and the measuring device, which among other things reduces the measurement inaccuracy. Furthermore, can be optimally utilized by the explained parallel arrangement of the longitudinal axes of the space. In addition, this allows the simplest possible conversion of the deflection of the measuring device to the deflection of the actuator element or the return element.
  • the longitudinal axes of the actuator element, restoring element and the measuring device connected to the third system axis are arranged parallel to one another and / or perpendicular to the third system axis.
  • the first and / or the second actuator element is designed as a magnetic drive element, which comprises a magnet movably arranged to a first coil and rigidly connected to the longitudinal axis of the actuator element magnet, wherein a position of the magnet relative to him concentric surrounding first coil by means of a change in a current intensity of the first coil flowing current at least in the direction of the longitudinal axis of the actuator element is variable.
  • the longitudinal axis of the actuator element and thus in particular its upper end point, also undergoes a change in position, which advantageously takes place in the direction of the longitudinal axis of the actuator element.
  • This change in position of the upper end point of a magnetic drive element is further transmitted due to the described degrees of freedom of the control system in a change in position of the system axis connected to the respective actuator element.
  • the change in the current and thus the change in position of the magnet are precisely determinable, which is a targeted intervention of the actuator element in the control system guaranteed.
  • programs can be created, which are stored in the control device of the control system and map predefined and / or signal-dependent motion sequences of the magnetic drive element.
  • first and / or second actuator element can be controlled by means of a corresponding first signal of a control device of the control system.
  • movements of the first and / or the second actuator element along the respective longitudinal axis are preferably programmably executable by the first signal of the control device of the control system.
  • the current is preferably also switched off, so that, for example, in the event of an initiated force due to a manual actuation of the control system, starting from the control lever element no in this case unwanted drag on the part of the magnetic drive element is constructed.
  • the entire system can either transmit a movement of the control lever element to said elements or else a movement of the actuator element (programmed) can be generated, which results in a movement of the control lever element.
  • the active system actuator element
  • the passive system reset element
  • the programming of movements is possible, which are transmitted by means of the active force generator to the control lever element. It is thus possible for the excavator operator to do another job while, for example, the excavator bucket automatically moves from top to bottom and preprogrammed repeatedly, or the driver's cab turns from left to right after a certain sequence of movements of the bucket has elapsed.
  • the driver may also be warned of a possible, currently not conscious danger to him by the active system, a vibration of the control lever element or a blocking of a movement of the control lever element is carried out in at least one direction. This is advantageous when the driver with the bucket, which is moved by the control lever element, abuts against a fixed obstacle, whereupon the movement of the bucket is stopped. If the excavator driver continues to push the control lever element in the same direction, the control system recognizes that the force for exerting this movement is always increasing until it finally exceeds a predeterminable upper limit.
  • control system sends an order to change the inductance of the first coil in the active force generator, thus counteracting the muscular force of the excavator operator as described above, and blocking, for example, the movement in the direction harmful to the bucket to the obstacle. It would be conceivable, however, also a mere vibration movement of the control lever element as a warning to the excavator operator.
  • the active system can assist the passive system by providing additional forces, at least in the last section, and facilitate the job of the excavator operator.
  • the first and / or the second passive return element comprise a longitudinal axis of the return element forming slide rod which is movably mounted within a hollow cylindrical housing along its longitudinal axis, wherein in the basic position of the control system within the housing, a second upper disc and a second lower disc between which a compression spring is biased, each contacting the housing, and wherein a first upper disc adjacent to the second upper disc and a first lower disc adjacent to the second lower disc each on a side facing away from the compression spring are arranged adjacent to them second disc, wherein the first upper and the first lower disc are rigidly connected to the slide rod.
  • the housing has an upper and a lower end face, wherein the second upper disc with an interior of the upper end face and the second lower disc with an interior of the lower end face are arranged contacting, and wherein, in a basic position of the restoring element, the first upper disk is arranged in contact with the second upper disk and the first lower disk is arranged in contact with the second lower disk.
  • the two second disks are preferably pushed onto the slide rod only, but do not form any connection or friction connection with it, but rather are movable relative to the slide rod and in particular are mounted displaceably. Also the housing opposite the two second discs are preferably movable and in particular displaceably mounted, but are in the basic position of the control system in each case in contact with an interior of the respective end face.
  • recesses are arranged on the end faces of the housing for the arrangement of the longitudinal axis. These are preferably designed circular and have a diameter which is of course greater than a diameter of the slide rod. Further, it is preferable that a diameter of the second disks is larger than the diameter of the recesses and the diameter of the sliding rod. More preferably, a diameter of the first slices is smaller than a diameter of the recesses and larger than the diameter of the sliding rod.
  • the first upper disc rigidly connected to the sliding rod can move the adjacent second upper disc downwardly and arrange it spaced from the housing, if the longitudinal axis of the restoring element, for example, by a manual operation of the driver and a correspondingly applied force along the direction of the longitudinal axis moves down.
  • the contact between the first lower and the second lower disc is interrupted.
  • the pressure spring arranged between the two second disks is compressed even more in this case and thus builds up a counterforce to move the longitudinal axis. If the displacement of the sliding rod triggering force is no longer present, the opposing force of the compression spring ensures that the compression spring relaxes again and the second discs are pushed apart until the second discs abutment again contact the housing and in particular the basic position of the respective system axis is present. It is therefore as described without the arrangement of an active element passive return to the normal position possible.
  • the first and / or the second measuring device comprise an electrical resonant circuit having at least one sensor, a second coil with a variable length and a capacitor connected in series to the second coil, wherein by means of the sensor, a change in the length the second coil can be detected directly or indirectly and transmitted via a corresponding second signal to the control device of the control system.
  • the length of the second coil is variable, if a movement of the system axis connected to the measuring device and thus the longitudinal axis of the measuring device takes place upwards or downwards, so that a value of the change of the length of the coil unambiguously and in particular one-to-one value of a deflection can be assigned to the system axis.
  • the second coil is designed here as a cylindrical air coil whose length is very large compared to the diameter of the cross section of the coil.
  • the determination of the changed resonance frequency is determined based on the sensor value by means of the control device and evaluated with respect to the associated value of the displacement of the control system or the system axis.
  • the self-inductance of a coil can also be changed by a core located in the coil (iron core), since such a magnetic conductor increases the magnetic flux.
  • a core located in the coil (iron core)
  • the displacement of the core thus causes a change in the magnetic flux and thus the inductance of the coil.
  • the core can be directly or indirectly mechanically connected to the control lever element.
  • Fig. 2a shows the schematic structure of a control system according to the invention S according to a first embodiment.
  • a control lever element 1 ("joystick handle") arranged along a first system axis Z is shown, wherein a central pivot point (“central pivot point”) is arranged as a reference point 2 of the control system S at a lower end of the first system axis Z.
  • the system axis Z is arranged in the direction of height expansion of the control lever element 1.
  • a second system axis X and a third system axis Y are arranged in the form of linear slide rods, which are present both at a right angle, ie perpendicular to each other and at a right angle to the first system axis Z are arranged.
  • the system axes X, Y, Z are interconnected by means of a rigid connection in the reference point 2.
  • the control system S can be deflected by means of a rotation about the reference point 2.
  • the elements 5, 6, 7, 8 present substantially cylindrical, wherein the central axes 5a, 6a, 7a, 8a of the elements 5, 6, 7, 8 in the illustrated basic position SG of the control system S respectively parallel to each other and parallel to first system axis Z and in each case perpendicular to the system axes X, Y are arranged.
  • Measuring devices 9 arranged at the second X and at the third system axis Y by means of connections 3c and 4c ("Spring-based LC-tank for X-axis position measurement") and 10 ("Spring-based LC-tank for Y-axis position measurement”) are also cylindrical in the present case, wherein the center axes 9a and 10a are arranged in the basic position SG shown in each case perpendicular to the second X and the third system axis Y.
  • the measuring devices 9; 10 are for measuring the position of the second and / or the third system axis X; Y formed and connected thereto by means of an upper end 9a1, 10a1 a longitudinal axis 9a, 10a.
  • the actuator elements 5; 7 each have a smaller distance from the reference point 2 than the return elements 6 arranged on the same system axis X, Y; 8 and measuring devices 9; 10.
  • the return elements 6; 8 each have a smaller distance from the reference point 2 than the measuring devices 9 arranged on the same system axis X, Y; 10.
  • this also applies to the connection points 3a, 3b, 3c, 4a, 4b, 4c.
  • the arrangement of the actuator elements 5, 7 shown has the advantage that the path that has to be covered by the actuator element 5, 7 in order to actively move the system axes X, Y can be low and can be compensated, for example, by a correspondingly high torque.
  • the arrangement of the return elements 6 shown; 8, on the other hand, is a successful compromise.
  • the way, by the return element 6; 8 must be traveled in order to move the system axes X, Y passively in their basic position, to be as low as possible, so that the basic position can be reached again in a relatively short time.
  • a sufficiently high force in the restoring element 6, 8 during the deflection be buildable, which, for example, by using a correspondingly dimensioned compression spring 34 (see Fig. 5 ) can be realized.
  • connections 3a, 3b, 3c and 4a, 4b, 4c between the elements 5, 6, 7, 8, 9, 10 and the second system axis X and the third system axis Y are configured such that in the case of an inclination of the respective system axis X, Y, the axes 5a, 6a, 9a or 7a, 8a, 10a of the elements 5, 6, 9 or 7, 8, 10 directly connected to this system axis X, Y are directed downwards or upwards be moved.
  • the elements 5, 6, 7, 8, 9, 10 are thus in this case connected in parallel to the control lever element 1, wherein at the respective lower end 5a2, 6a2, 7a2, 8a2, 9a2, 10a2 of the axes 5a, 6a, 7a, 8a, 9a, 10a presently a fixed bearing is arranged in each case.
  • the elements 6, 8 serve to provide a passive restoring force for restoring the initial position SG of the control lever element 1.
  • the elements 5, 7 serve to provide an active force for the programmed movement of the control lever element 1.
  • the elements 9 , 10 are used for position measurement with respect to the degree of pivoting of the control lever element 1 from its basic position SG.
  • control system S, S 'according to the invention is thus characterized by a high degree of compactness.
  • the structure of the control system S 'according to Fig. 2b corresponds to the structure of the control system S according to Fig. 2a , although no measuring devices 9, 10 can be seen.
  • the measuring devices 9, 10 not as in Fig. 2a shown in parallel to the elements 6, 8, but in series with these elements 6, 8, so for example below the actuator elements 6, 8 are arranged, wherein the same longitudinal axis for both elements 5 and 9 or 7 and 10 can be used.
  • the measuring devices 9, 10 in series with the elements 5 and 7, for example below these elements 5 and 7.
  • the measurement results of the elements 9, 10 can thus be described as input signals 12 ', 12 "(schematically illustrated in FIG Fig. 2a ) the basis for the control of the system axes X, Y and the control lever element 1 by the actuator elements 6, 8 by means of suitable output signals 56 (see Fig. 5a ) by the higher-level control device CU.
  • Fig. 3 shows the structure of the return element 6 of the Fig. 2a , wherein also the return element 8 can be constructed as described below. Likewise, the following description for the return elements 6, 8 according to Fig. 2b hold true.
  • the return element 6 comprises a sliding rod 31 ("sliding rod”), which forms the longitudinal axis 6a of the return element 6 and within a hollow cylindrical Housing 33 (“Housing”) and is mounted movably mounted to this housing 33 along its longitudinal axis 31 a.
  • Both elements 31, 33 are cylindrical in the present case, wherein central axes or longitudinal axes 31 a, 33 a of the elements 31, 33 are aligned.
  • a spring 34 in the form of a spiral spring or compression spring under preload ("preloaded spring") between a second upper 32a and a second lower disc 32b or rings ("ring”) arranged.
  • the housing 33 in this case has an upper 36a and a lower end face 36b, wherein the second upper disc 32a with an interior of the upper end face 36a and a second lower disc 32b with an interior of the lower end face 36a is arranged in contact.
  • first upper 35a and a first lower plate 35b are rigidly connected on the rod 31 with this sliding rod 31 and limit the movement of the sliding rod 31 to the housing 33.
  • first upper disc 35a is adjacent to the second upper one Disc 32a and the first lower disc 35b adjacent to the second lower disc 32b each on a side facing away from the compression spring 34 of the adjacent to them second disc 32a; 32b are arranged.
  • first upper disc 35a contacting the second upper disc 32a and the first lower disc 35b contacting the second lower disc 32b are arranged.
  • Fig. 4 shows the structure 41 of a measuring system or a measuring device 9 for determining the position of the pivot lever element 1 according to Fig. 2a , Wherein the measuring system or the measuring device 10 can be configured in such a way. Likewise, the following description for the measuring devices 9, 10 according to Fig. 2b hold true.
  • the measuring device 9 here comprises a circuit with a coil 43 ("Conductive Coil (Inductor)”), which has a variable length l 'and an inductance L.
  • the coil 43 is in the case in the form of a helical spring.
  • a capacitor 42 connected to the coil 43 in series (“Capacitor”) with capacitance C is arranged.
  • the displacement or compression 45 (“Mechanical Deformation of the Conductive Coil") of this designed as a spring coil 43 is analogous to the displacement or compression of the spring with the character 34 from the Fig. 3 , so that in particular the displacement of the coil 43 to a housing, not shown, by means of suitable sensors 44 ("Detector") can be determined. In particular, it can also be determined (for example, by arranging two sensors) whether the compression of the coil 43, ie the change in length ⁇ l 'of the coil 43, by moving the upper end of the coil 43 downward or by shifting the lower end of the coil 43 is caused to the top. This can in turn be closed to the direction in which the control lever element 1 connected to the measuring device 9 is pivoted.
  • a compression of the coil 43 but also causes a change .DELTA.L of the inductance L of the coil 43, which in turn can be inferred at a known capacitance C to a change in the resonant frequency f 0 .
  • This determination of the change in the resonant frequency f 0 thus ultimately allows the determination of the position or the position change of the control lever element 1.
  • the measuring device 9 and its electrical oscillating circuit LC comprises at least one sensor 44, by means of which the change .DELTA.l 'of the length l' of the coil 43 directly or indirectly, so for example via the change ⁇ L of the inductance L, detectable and via a corresponding second signal 46th to a higher-level control device shown CU of the control system S is transferable.
  • the passive reset system can be supported by an active power delivery system.
  • the associated actuator element 5 can be configured, for example, in the form of a magnetic drive element M, as shown in FIGS Fig. 5a, 5b and 5c illustrated. It shows the FIG. 5a a top view, Fig. 5b a cross-sectional view through the in Fig. 5a plane illustrated by the arrows AA and Fig. 5c a perspective view of the magnetic drive element M.
  • a cylindrical permanent magnet 51 (“permanent magnet”) is arranged inside a non-magnetic carrier 53 ("magnetic carrier”) adjacent to magnetic material 52 (magnetic flux optimizer (magnetic material)).
  • a magnetic ring 54 Around the non-magnetic support 53 is disposed a magnetic ring 54 ("magnetic ring").
  • a coil 55 in the form of electrically conductive windings (“circular electrically conductive windings") is arranged.
  • the magnet 51 is movably arranged to coil 55 concentrically surrounding it and rigidly connected to a longitudinal axis 5a of the actuator element 5, not shown.
  • the position of the magnet 51 can be changed at least in the direction of the longitudinal axis 5a of the actuator element 5 and elements connected to it.
  • a shaft can be arranged on the magnet 51 or in the interior of the bore arranged in the magnet 51 and rigidly connected to the magnet 51. This shaft can as the axes 5a, 7a according to Fig. 2a / 2b be arranged. A movement of the magnet 51 can thus be transmitted to the axes 5a, 7a and thus to the control lever element 1 as described above.
  • Fig. 6 shows a possible curve of the torque T '("torque") as a function of the displacement travel x ("Travel") and the Verschwenkwegs of the control lever element 1 using a diagram with the axes T for torque and x for adjustment. The latter is present for simplicity equal to a pivoting angle of the control lever element.
  • the torque T increases with a high gradient m2 up to a maximum value Tmax and then decreases with a negative slope m3 which is also high in magnitude, up to a torque Tmin, which in this case is the lowest value within the example curve T '. having. Subsequently, the torque increases again with a strong slope m4.
  • the active force system is programmed so that it either actively opposes the driver (see passages with gradients m2, m4) or actively supports the driver, depending on the distance traveled x or depending on the path segment Gradients m3).
  • this serves to warn the driver of a danger (as described above); but it can also be a kind of information for him to indicate him by means of the abrupt torque change, that now leave a first working level with leaving a first path range and a second working level is entered upon entering a second path range. For example, this means for him that now the lights on the excavator are turned on or need to be.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Steuersystem für Fahrzeuge, insbesondere Nutzfahrzeuge, umfassend ein entlang einer ersten Systemachse angeordnetes Steuerhebelelement, wobei die erste Systemachse in einem Referenzpunkt starr mit einer zweiten Systemachse und einer dritten Systemachse verbunden ist, wobei ausgehend von einer Grundstellung des Steuersystems das Steuersystem mittels einer Drehung um den Referenzpunkt auslenkbar ist, wobei mit mindestens einer der zweiten oder dritten Systemachse mindestens ein Aktorelement zum aktiven Bewegen der jeweiligen Systemachse und/ oder mindestens ein Rückstellelement zum Rückstellen der jeweiligen Systemachse in die Grundstellung des Steuersystems jeweils mittels eines oberen Endes einer Längsachse verbunden ist.The invention relates to a control system for vehicles, in particular utility vehicles, comprising a control lever element arranged along a first system axis, wherein the first system axis is rigidly connected at a reference point to a second system axis and a third system axis, starting from a home position of the control system, the control system by means of a Rotation about the reference point can be deflected, wherein at least one actuator element for actively moving the respective system axis and / or at least one return element for resetting the respective system axis is connected to the basic position of the control system respectively by means of an upper end of a longitudinal axis with at least one of the second or third system axis ,

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuersystem für Fahrzeuge, insbesondere Nutzfahrzeuge, umfassend ein entlang einer ersten Systemachse angeordnetes Steuerhebelelement, wobei die erste Systemachse in einem Referenzpunkt starr mit einer zweiten Systemachse und einer dritten Systemachse verbunden ist, wobei ausgehend von einer Grundstellung des Steuersystems das Steuersystem mittels einer Drehung um den Referenzpunkt auslenkbar ist.The invention relates to a control system for vehicles, in particular utility vehicles, comprising a control lever element arranged along a first system axis, wherein the first system axis is rigidly connected at a reference point to a second system axis and a third system axis, starting from a home position of the control system, the control system by means of a Rotation about the reference point is deflected.

Fahrzeuge, die mit mehreren bewegbaren Elementen im Sinne von Funktionsbauteilen oder -baugruppen ausgestattet sind, verfügen herkömmlicherweise über ein Steuersystem und Steuerelemente zur Ansteuerung dieser bewegbaren Elemente. Beispiele für solche Fahrzeuge sind etwa ein Gabelstapler oder ein Traktor. Als ein weiteres Beispiel sei hier noch ein Bagger als Aushubmaschine genannt, wie er bekanntermaßen für Erdaushubarbeiten verwendet wird.Vehicles equipped with multiple movable elements in terms of functional components or assemblies conventionally have a control system and controls for driving these movable elements. Examples of such vehicles are about a forklift or a tractor. As another example, here is an excavator called excavating machine, as he is known to be used for excavation work.

Dieser Bagger verfügt (siehe auch Figuren 1a und 1b) zum Beispiel über vier bewegbare Elemente: eine Fahrzeugkabine, die nach links und nach rechts verschwenkbar ist, ein an der Fahrzeugkabine verschwenkbar angeordneter erster Auslegerarm, ein am ersten Auslegerarm verschwenkbar angeordneter zweiter Auslegerarm, und schließlich eine am zweiten Auslegerarm verschwenkbar angeordnete Baggerschaufel. Die letztgenannten drei Elemente sind bevorzugt nach oben und nach unten verschwenkbar angeordnet. Es sind also insgesamt pro Element zwei verschieden gerichtete Bewegungen möglich, also insgesamt acht.This excavator has (see also FIGS. 1a and 1b ), for example, four movable elements: a vehicle cabin which is pivotable to the left and to the right, a first boom pivotally mounted on the vehicle cabin, a second boom arm pivotally mounted on the first boom, and finally an excavator bucket pivotally mounted on the second boom arm. The latter three elements are preferably arranged pivotable upwards and downwards. So there are two differently directed movements per element possible, so a total of eight.

Zur Ansteuerung von bewegbaren Elementen bzw. deren Bewegungsfunktionen sind aus dem Stand der Technik sogenannte Joysticks oder auch Steuerknüppel oder auch Steuerhebelelemente bekannt, welche einem Gangschalthebel aus dem PKW ähneln und vom Benutzer des Fahrzeugs (Fahrzeugführer), beispielsweise eines Baggers (Baggerführer) manuell bedienbar innerhalb der Fahrzeugkabine angeordnet sind. Diese sind, beispielsweise durch die Muskelkraft des Fahrers, von einer Ausgangsstellung (Grundstellung, Neutralstellung) nach links und nach rechts sowie nach vorne und nach hinten verschwenkbar angeordnet.For the control of movable elements or their movement functions so-called joysticks or control sticks or control lever elements are known from the prior art, which resemble a gearshift lever from the car and the user of the vehicle (driver), such as an excavator (excavator operator) manually operated within the vehicle cabin are arranged. These are, for example, by the muscle power of the driver, from a starting position (home position, neutral position) to the left and to the right and forward and backward pivotally mounted.

Die Norm ISO 10968 befasst sich zum Beispiel mit der Zuordnung der Eingangsbewegungen bzw. Grundfunktionen des Steuerknüppels zu den Ausgangsbewegungen bzw. Maschinenfunktionen des Baggers. Dieser Norm sind auch die Abbildungen gemäß den Figuren 1a und 1b entnommen.The standard ISO 10968 deals, for example, with the assignment of the input movements or basic functions of the joystick to the output movements or machine functions of the excavator. This standard is also the illustrations according to FIGS. 1a and 1b taken.

Zu sehen ist aus Sicht eines Baggerführers die Kommandoübersicht in einem Bagger aus dem Stand der Technik, in dem ein mit der linken Hand bedienbarer Joystick 25a und ein mit der rechten Hand bedienbarer Joystick 25b angeordnet sind. Beide Joysticks 25a, 25b können von einer Grundstellung, in der die Mittelachse der Joysticks 25a, 25b senkrecht zur Bildebene angeordnet ist, jeweils nach vorne v bzw. nach hinten h sowie nach links I und nach rechts r verschwenkt werden. Diesen Eingangsbewegungen v, h, I, r sind jeweils Ausgangsbewegungen der am Fahrzeug 13 angeordneten bewegbaren Elemente 11a, 11 b, 11 c, 11 d zugeordnet.From the point of view of a dredger, the command overview in an excavator from the prior art can be seen, in which a joystick 25a, which can be operated with the left hand, and a joystick 25b, which can be operated with the right hand, are arranged. Both joysticks 25a, 25b can be pivoted from a basic position, in which the central axis of the joysticks 25a, 25b is arranged perpendicular to the image plane, to the front v or to the rear h as well as to the left l and to the right r. These input movements v, h, I, r are each associated with output movements of the movable elements 11a, 11b, 11c, 11d disposed on the vehicle 13.

Dabei entspricht in diesem Fall das bewegbare Element 11a der Fahrzeugkabine 14, das bewegbare Element 11 b dem ersten Auslegerarm 15, das bewegbare Element 11 c dem zweiten Auslegerarm 16 und das bewegbare Element 11 d der Baggerschaufel 26.In this case, in this case, the movable member 11a corresponds to the vehicle cabin 14, the movable member 11b to the first boom 15, the movable member 11c to the second boom 16, and the movable member 11d to the bucket 26.

Der erste Auslegerarm 15 ist mit seinem ersten Ende 15a verschwenkbar an der Fahrzeugkabine 14 angeordnet, wobei am zweiten Ende 15b des ersten Auslegerarms 15 der zweite Auslegerarm 16 mit einem ersten Ende 16a verschwenkbar angeordnet ist. Am zweiten Ende 16b des zweiten Auslegerarms 16 ist wiederum die Baggerschaufel 26 verschwenkbar angeordnet. Während die Fahrzeugkabine 14 um eine Achse verschwenkbar ist, die parallel zur Höhenrichtung 19c des Fahrzeugs 13 angeordnet ist, sind der erste 15 und der zweite Auslegerarm 16 sowie die Baggerschaufel 26 verschwenkbar um Achsen angeordnet, die senkrecht zur Höhenrichtung 9c des Fahrzeugs 13 angeordnet sind.The first cantilever arm 15 is arranged with its first end 15a pivotable on the vehicle cabin 14, wherein at the second end 15b of the first cantilever arm 15 of the second cantilever arm 16 is pivotally mounted with a first end 16a. At the second end 16b of the second boom 16 again the excavator bucket 26 is pivotally mounted. While the vehicle cabin 14 is pivotable about an axis parallel to the height direction 19c of the vehicle 13, the first 15 and second boom 16 and the bucket 26 are pivotally arranged about axes perpendicular to the height direction 9c of the vehicle 13.

Eine Grundstellung der Fahrzeugkabine 14 entspricht generell der Stellung, in der die Längsrichtung 19a der Fahrzeugkabine 14 parallel zur Längsausdehnung des Fahrzeugs 13 bzw. der gezeigten Ketten und mit Blickrichtung des Fahrers in Fortbewegungsrichtung nach vorne angeordnet ist. Ebenfalls sind die Breitenrichtung 19b und die Höhenrichtung 19c des Fahrzeugs 13 veranschaulicht.A basic position of the vehicle cabin 14 generally corresponds to the position in which the longitudinal direction 19a of the vehicle cabin 14 is arranged parallel to the longitudinal extent of the vehicle 13 or of the chains shown and viewed in the direction of the driver in the direction of forward travel. Also, the width direction 19b and the height direction 19c of the vehicle 13 are illustrated.

Die folgenden Beschreibungen sind jeweils aus Sicht des Fahrers zu sehen.The following descriptions are shown from the driver's point of view.

Eine Verschwenkbewegung des linken Joysticks 25a nach links I löst normgemäß ein Verschwenkbewegung 11a1 der Fahrzeugkabine 14 nach links und eine Verschwenkbewegung des linken Joysticks 25a nach rechts r löst normgemäß ein Verschwenkbewegung 11 a2 der Fahrzeugkabine 14 nach rechts aus. Erfolgt eine Verschwenkbewegung des linken Joysticks 25a nach vorne v, wird dem zweiten Auslegerarm 16 eine Verschwenkbewegung 11 c1 nach vorne von der Fahrzeugkabine 14 weg auferlegt, während bei einer Verschwenkbewegung des linken Joysticks 25a nach hinten h eine Verschwenkbewegung 11c2 des zweiten Auslegerarms 16 nach hinten in Richtung Fahrzeugkabine 14 erfolgt.A pivoting movement of the left joystick 25a to the left I solves according to the standard pivoting 11a1 of the vehicle cab 14 to the left and a pivoting movement of the left joystick 25a to the right r triggers a pivoting movement 11 a2 of the vehicle cab 14 to the right according to standards. If a pivoting movement of the left joystick 25a forward v, the second boom 16 is a pivoting 11 c1 imposed on the front of the vehicle cabin 14 away, while at a pivoting movement of the left joystick 25a to the rear h pivoting 11c2 of the second boom 16 to the rear in Direction vehicle cab 14 takes place.

Eine Verschwenkbewegung des rechten Joysticks 25b nach links l löst normgemäß ein Verschwenkbewegung 11 d1 der Baggerschaufel 26 nach hinten in Richtung Fahrzeugkabine 14 und eine Verschwenkbewegung des rechten Joysticks 25b nach rechts r löst normgemäß ein Verschwenkbewegung 11d2 der Baggerschaufel 26 nach vorne von der Fahrzeugkabine 14 weg aus. Erfolgt eine Verschwenkbewegung des rechten Joysticks 25b nach vorne v, wird dem ersten Auslegerarm 15 eine Verschwenkbewegung 11 b2 nach hinten in Richtung Fahrzeugkabine 14 auferlegt, während bei einer Verschwenkbewegung des rechten Joysticks 25b nach hinten h eine Verschwenkbewegung 11 b1 des ersten Auslegerarms 15 nach vorne von der Fahrzeugkabine 14 weg erfolgt.A pivoting movement of the right-hand joystick 25b to the left according to the standard triggers a pivoting movement 11d1 of the excavator bucket 26 towards the rear of the vehicle cabin 14 and a pivoting movement of the right-hand joystick 25b to the right triggers pivoting movement 11d2 of the bucket 26 forwardly away from the vehicle cab 14 , If a pivoting movement of the right-hand joystick 25b to the front v, the first boom 15 is a pivoting 11 b2 rearwardly directed towards the vehicle cabin 14, while a pivoting movement of the right joystick 25b to the rear h pivoting 11 b1 of the first arm 15 forward from the vehicle cab 14 away takes place.

Es soll nun ein Steuersystem für ein Steuerhebelelement entwickelt werden, welches mehrere Vorteile aufweist. Zum einen soll die Position des Steuerhebelelements hinsichtlich seiner Verschwenkung aus der Ausgangsstellung nach links oder nach rechts bzw. nach vorne oder nach hinten detektierbar sein. Zum anderen soll das Steuerhebelelement wieder in seine Ausgangsstellung oder Grundstellung rückführbar sein, wenn der Fahrzeugführer das Steuerhebelelement in einer verschwenkten Stellung loslässt, mithin also dessen Muskelkraft nicht mehr auf das Steuerhebelelement wirkt. Des Weiteren soll das Steuerhebelelement über das Steuersystem aktiv ansteuerbar und/oder programmierbar ansteuerbar sein; das heißt, dass ohne Einwirken der Muskelkraft das Steuerhebelelement aus der Ausgangsstellung nach links oder nach rechts bzw. nach vorne und/oder nach hinten verschwenkbar sein soll, wobei hier bevorzugt die Abfolge der Bewegungsabläufe vorprogrammierbar sein soll.It will now be developed a control system for a control lever element, which has several advantages. On the one hand, the position of the control lever element should be detectable with respect to its pivoting from the starting position to the left or to the right or to the front or to the rear. On the other hand, the control lever element should be traceable back to its original position or home position when the driver releases the control lever element in a pivoted position, thus therefore no longer acts on the control lever element its muscle power. Furthermore, the control lever element should be activatable and / or programmable controllable via the control system; the means that without the action of muscle power, the control lever element from the initial position to the left or right or forward and / or backward to be pivoted, in which case preferably the sequence of movements should be preprogrammed.

Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst von einem Steuersystem für Fahrzeuge, insbesondere Nutzfahrzeuge, umfassend ein entlang einer ersten Systemachse angeordnetes Steuerhebelelement, wobei die erste Systemachse in einem Referenzpunkt starr mit einer zweiten Systemachse und einer dritten Systemachse verbunden ist, wobei ausgehend von einer Grundstellung des Steuersystems das Steuersystem mittels einer Drehung um den Referenzpunkt auslenkbar ist, wobei mit mindestens einer der zweiten oder dritten Systemachse mindestens ein Aktorelement zum aktiven Bewegen der jeweiligen Systemachse und/ oder mindestens ein Rückstellelement zum Rückstellen der jeweiligen Systemachse in die Grundstellung des Steuersystems jeweils mittels eines oberen Endes einer Längsachse verbunden ist.The object of the invention is achieved by a control system for vehicles, in particular commercial vehicles, comprising a control lever element arranged along a first system axis, wherein the first system axis is rigidly connected at a reference point to a second system axis and a third system axis, starting from a home position of the control system the control system is deflectable by means of a rotation about the reference point, wherein at least one actuator element for actively moving the respective system axis and / or at least one return element for resetting the respective system axis to the basic position of the control system by means of an upper end with at least one of the second or third system axis a longitudinal axis is connected.

Es werden also aktive Kraftgeneratoren oder aktive Rückstellkraftgeneratoren, mithin Aktorelemente, und passive Rückstellkraftgeneratoren, mithin Rückstellelemente, mit dem Steuerhebelelement verbunden.Thus, active force generators or active restoring force generators, thus actuator elements, and passive restoring force generators, thus restoring elements, are connected to the control lever element.

Eine Drehung des Steuerhebelelements um den Referenzpunkt bedingt dabei aufgrund der starren Verbindung der ersten Systemachse mit der zweiten und der dritten Systemachse automatisch eine Drehung des gesamten Systems um den Referenzpunkt. Bevorzugt sind die zweite und die dritte Systemachse ebenfalls starr zueinander angeordnet.A rotation of the control lever element about the reference point due to the rigid connection of the first system axis with the second and the third system axis automatically causes a rotation of the entire system to the reference point. Preferably, the second and the third system axis are also arranged rigidly to one another.

Dabei ist das Steuersystem ausgehend von der Grundstellung bevorzugt in alle Richtungen auslenkbar. Es sei im Folgenden das vom Referenzpunkt abgewandte Ende der ersten Systemachse als erster Systempunkt definiert, wobei auch jeder andere Punkt auf der ersten Systemachse für die Betrachtung herangezogen werden könnte. Das Steuersystem und mit ihm der erste Systempunkt kann also bevorzugt eine Auslenkung um die zweite Systemachse und/ oder eine Auslenkung um die dritte Systemachse erfahren, und zwar sowohl hinsichtlich einer positiven (entspricht einer Drehung nach vorne) als auch einer negativen Drehung (entspricht einer Drehung nach hinten) um die jeweilige Systemachse. Ferner ist bevorzugt eine Superposition der beschriebenen Auslenkungen möglich.In this case, the control system, starting from the basic position, can preferably be deflected in all directions. In the following, the end of the first system axis facing away from the reference point is defined as the first system point, whereby any other point on the first system axis could also be used for the consideration. The control system and with it the first system point can therefore preferably experience a deflection about the second system axis and / or a deflection about the third system axis, both with respect to a positive (corresponds to a forward rotation) and a negative rotation (corresponds to a rotation to the rear) around the respective system axis. Furthermore, a superposition of the described deflections is preferably possible.

Dabei ist bevorzugt eine Drehung des ersten Systempunkts ausgehend von der Grundstellung in einem Bereich von +90° und -90° um die zweite und auch um die dritte Systemachse möglich. Weiter bevorzugt ist diese Drehung stufenlos möglich.In this case, preferably, a rotation of the first system point starting from the basic position in a range of + 90 ° and -90 ° around the second and also about the third system axis is possible. More preferably, this rotation is infinitely possible.

Die vorstehenden Erläuterungen gelten natürlich auch für die Betrachtung, wonach ein beliebiger Punkt auf der zweiten oder dritten Systemachse als zweiter bzw. dritter Systempunkt definiert und analog die Auslenkung um die erste und dritte oder um die erste und zweite Systemachse betrachtet würde. Weiter sei erwähnt, dass statt einer Verschwenkbewegung auch eine Translationsbewegung des Steuerhebelelements in die genannten Richtungen denkbar ist; im Folgenden wird die Erfindung jedoch anhand der Verschwenkbewegung erläutert.Of course, the above explanations also apply to the consideration according to which an arbitrary point on the second or third system axis is defined as the second or third system point and, analogously, the deflection about the first and third or about the first and second system axis is considered. It should also be mentioned that, instead of a pivoting movement, a translational movement of the control lever element in the mentioned directions is also conceivable; However, the invention will be explained below with reference to the pivoting movement.

Die Auslenkung des Systems, mithin die Bewegung um den Referenzpunkt kann ermittelt werden, indem beispielsweise die Bewegungsgleichungen des ersten Systempunkts aufgestellt werden. Diese bilden eine Bewegung des ersten Systempunkts um den Referenzpunkt und um eine der Systemachsen auf einer Kreisbahn mit Radius = R ab, wobei R der Abstand des ersten Systempunkts zum Referenzpunkt ist.The deflection of the system, and thus the movement about the reference point can be determined, for example, by the motion equations of the first system point are set up. These map a movement of the first system point about the reference point and about one of the system axes on a circular path with radius = R, where R is the distance of the first system point to the reference point.

Beispielsweise findet eine Drehung des ersten Systempunktes ausschließlich um die dritte Systemachse und damit bevorzugt in der Ebene statt, welche durch die erste und die zweite Systemachse aufgespannt ist. Dann ist fx(px) die Bewegungsgleichung des ersten Systempunkts, wobei der Funktionswert fx(px) die Koordinaten des ersten Systempunktes in Bezug auf die erste Systemachse und px die Koordinaten des ersten Systempunktes in Bezug auf die zweite Systemachse abbilden. Für fx(px) und px gilt jeweils, dass sie in den Grenzen von 0 bis R liegen.For example, a rotation of the first system point takes place exclusively about the third system axis and thus preferably in the plane which is spanned by the first and the second system axis. Then fx (px) is the equation of motion of the first system point, where the function value fx (px) maps the coordinates of the first system point with respect to the first system axis and px the coordinates of the first system point with respect to the second system axis. For fx (px) and px respectively, they are within the limits of 0 to R.

Die entsprechende Bewegungsgleichung fx des ersten Systempunkts kann demnach mit folgender Gleichung beschrieben werden: fx px = ± R 2 − p x 2

Figure imgb0001
The corresponding equation of motion fx of the first system point can therefore be described by the following equation: fx px = ± R 2 - p x 2
Figure imgb0001

Die Bewegungsgleichung fy(py) des ersten Systempunkts hinsichtlich dessen Drehung ausschließlich um die zweite Systemachse und damit bevorzugt in der Ebene, welche durch die erste und die dritte Systemachse aufgespannt ist, lässt sich für den Fachmann analog dazu herleiten.The equation of motion fy (py) of the first system point with respect to its rotation only about the second system axis and thus preferably in the plane which by the first and the third system axis is spanned, can be derived analogously for the expert.

Die Pfeile gemäß den Figuren 2a und 2b sowie das dreidimensionale Koordinatensystem gemäß Fig. 2a veranschaulichen diese Bewegungsgleichungen fx(px) und fy(py). Dabei ist die Achse px parallel zur zweiten Systemachse X, die Achse py parallel zur dritten Systemachse Y und die Achse fx, fy parallel zur ersten Systemachse Z angeordnet. Ferner ist gemäß Fig. 2a der Abstand R vom ersten Systempunkt SP zum Referenzpunkt 2 gezeigt.The arrows according to the FIGS. 2a and 2b and the three-dimensional coordinate system according to Fig. 2a illustrate these equations of motion fx (px) and fy (py). The axis px is parallel to the second system axis X, the axis py parallel to the third system axis Y and the axis fx, fy arranged parallel to the first system axis Z. Furthermore, according to Fig. 2a the distance R from the first system point SP to the reference point 2 is shown.

Dem Fachmann obliegt es ferner, diese Bewegungsgleichungen in Abhängigkeit des Verschwenkwinkels der ersten Systemachse abzubilden, wobei der Tangens dieses Verschwenkwinkels jeweils dem Quotienten aus px und fx(px) sowie aus py und fy(py) entspricht. Exemplarisch ist hier für eine Verschwenkung fy um die zweite Systemachse X ein Verschwenkwinkel α an einer beliebigen Stelle eingezeichnet.It is also up to the person skilled in the art to map these equations of motion as a function of the pivot angle of the first system axis, the tangent of this pivot angle corresponding in each case to the quotient of px and fx (px) and of py and fy (py). By way of example, a pivot angle α at an arbitrary point is shown here for a pivoting fy about the second system axis X.

Gleichermaßen lässt sich eine Superpositionsgleichung fxy(px, py) = fx(px) + fy(py) für eine kombinierte Bewegung herleiten.Similarly, a superposition equation fxy (px, py) = fx (px) + fy (py) can be derived for a combined motion.

Mit dem erfindungsgemäßen System ist ferner dafür gesorgt, dass die betreffende Systemachse mittels des Aktorelements aktiv angesteuert, mithin eine Fremdsteuerung der Maschine ohne notwendiges Eingreifen des Fahrzeugführers realisiert werden kann.With the system according to the invention, it is further ensured that the relevant system axis can be activated actively by means of the actuator element, thus an external control of the machine can be realized without the vehicle driver having to intervene.

Gleichzeitig ist es möglich, die Systemachse automatisch und ohne Eingreifen eines aktiven oder anzusteuernden Elements wieder in die Grundstellung zurückzuführen. Die Rückführung erfolgt bevorzugt dann, wenn keine Kraft mehr anliegt, die eine Auslenkung der Systemachse(n) bewirkt. Diese Kraft ist also zum Beispiel die Muskelkraft des Fahrzeugführers oder die durch das Aktorelement bereitgestellte Kraft.At the same time it is possible to return the system axis automatically to the basic position without intervention of an active or controlled element. The return is preferably carried out when no force is applied, which causes a deflection of the system axis (s). This force is thus, for example, the muscle power of the vehicle driver or the force provided by the actuator element.

Es sei erwähnt, dass das erfindungsgemäße Steuersystem bevorzugt mittels einer durch das Steuerhebelelement initiierten Drehung um den Referenzpunkt auslenkbar ist. Dies ist dann der Fall, wenn der Fahrzeugführer das Steuerhebelelement manuell bewegt. Möglich ist aber auch, dass die Drehung von einem oder mehreren mit der zweiten und/ oder dritten Systemachse verbundenen Aktorelemente initiiert ist. Dies wiederum ist möglich, indem das Aktorelement aktiv eine Bewegung der jeweiligen Systemachse hervorruft.It should be mentioned that the control system according to the invention can preferably be deflected by means of a rotation initiated by the control lever element about the reference point. This is the case when the driver manually moves the control lever element. However, it is also possible that the rotation is initiated by one or more actuator elements connected to the second and / or third system axis. This in turn is possible by the actuator element actively causing a movement of the respective system axis.

Damit das Steuersystem um alle Systemachsen im gleichen Maße auslenkbar ist, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die erste, die zweite und die dritte Systemachse jeweils senkrecht zueinander angeordnet sind.So that the control system can be deflected by all system axes to the same extent, it has proved to be advantageous if the first, the second and the third system axis are each arranged perpendicular to one another.

Vorteilhaft sei die Grundstellung des Steuersystems vordefinierbar und gekennzeichnet als die Stellung, die dann vorliegt, wenn keine der drei Systemachsen eine Auslenkung erfährt, mithin auch die Grundstellung der ersten, zweiten und dritten Systemachse vorliegt, und wenn die Rückstellelemente keine Rückstellarbeit leisten oder keine Rückstellarbeit mehr leisten. Beispielsweise entspricht die Grundstellung des Steuersystems der Stellung, in der die erste Systemachse in Höhenrichtung, die zweite Systemachse in Längsrichtung und die dritte Systemachse in Breitenrichtung einer Fahrerkabine des Fahrzeugs angeordnet sind.Advantageously, the basic position of the control system is predefinable and characterized as the position which exists when none of the three system axes undergoes a deflection, thus also the basic position of the first, second and third system axis is present, and if the restoring elements no return work or no return work more Afford. For example, the basic position of the control system corresponds to the position in which the first system axis in the height direction, the second system axis in the longitudinal direction and the third system axis in the width direction of a driver's cab of the vehicle are arranged.

Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass mit mindestens einer der zweiten oder dritten Systemachse mindestens eine Messeinrichtung zum Messen der Position der zweiten und/ oder der dritten Systemachse jeweils mittels eines oberen Endes einer Längsachse verbunden ist.A preferred embodiment provides that at least one measuring device for measuring the position of the second and / or the third system axis is respectively connected to at least one of the second or third system axis by means of an upper end of a longitudinal axis.

Die Messeinrichtung erfasst bevorzugt die Auslenkung der jeweiligen Systemachse. Bei vordefiniertem Abstand des oberen Endes der Längsachse der Messeinrichtung zum Referenzpunkt kann somit der Winkel bestimmt werden, um den die jeweilige Achse ausgelenkt worden ist. Durch Superposition der Bewegungsgleichungen der verschiedenen Achsen wie oben beschrieben kann ferner die Gesamtauslenkung des Systems berechnet werden.The measuring device preferably detects the deflection of the respective system axis. At predefined distance of the upper end of the longitudinal axis of the measuring device to the reference point thus the angle can be determined by which the respective axis has been deflected. By superposing the equations of motion of the various axes as described above, the overall displacement of the system can be further calculated.

Bevorzugt ist mindestens eine der Längsachsen mit der jeweiligen mit ihnen verbundenen Systemachse hinsichtlich einer Translationsbewegung entlang der mindestens einen Längsachse starr verbunden und hinsichtlich einer Rotationsbewegung um die jeweilige mit ihnen verbundene Systemachse beweglich verbunden.Preferably, at least one of the longitudinal axes is rigidly connected to the respective system axis connected thereto with respect to a translation movement along the at least one longitudinal axis and is movably connected with respect to a rotational movement about the respective system axis connected thereto.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden auch der Begriff "Elemente" verwendet, wenn von den Aktorelementen und/ oder Rückstellelementen und/ oder den Messeinrichtungen die Rede ist.In the context of the present invention, the term "elements" is also used below if the actuator elements and / or restoring elements and / or the measuring devices are mentioned.

Die Freiheitsgrade der Elemente sind also bevorzugt dahingehend eingeschränkt, dass eine Verschiebung zwischen dem oberen Ende der Längsachse und der mit ihnen verbundenen Systemachse nicht möglich ist. Eine auf die Elemente eingeleitete Bewegung ausgehend vom restlichen Steuerungssystem wird also das obere Ende ihrer Längsachse und die mit diesem oberen Ende starr verbundenen Elemente mit verschieben. Mithin gilt, dass eine Rotation der jeweiligen Systemachse um den Referenzpunkt oder auch um eine der anderen beiden Systemachsen den oberen Punkt der Längsachse der mit ihnen verbundenen Elemente in Abhängigkeit von dem Ausmaß der Auslenkung und der Position des Elements relativ zum Referenzpunkt verschiebt.The degrees of freedom of the elements are therefore preferably limited to the extent that a displacement between the upper end of the longitudinal axis and the system axis connected to them is not possible. A movement initiated on the elements from the rest of the control system so the upper end of its longitudinal axis and the rigidly connected to this upper end elements will move with. Thus, rotation of the respective system axis about the reference point or about one of the other two system axes shifts the top point of the longitudinal axis of the elements connected thereto in dependence on the amount of deflection and position of the element relative to the reference point.

Eine Eigenrotation der jeweiligen Systemachse, also eine Rotation der jeweiligen Systemachse um sich selbst, hat bevorzugt allerdings keinen Einfluss auf die Position der Längsachsen der mit ihr verbundenen Elemente. Ein Verdrehen der Systemachsen gegenüber den oberen Enden der Längsachsen der Aktorelemente und/ oder Rückstellelemente ist bevorzugt also möglich. Dies ist bevorzugt realisiert, indem die Verbindungsstelle zwischen dem oberen Ende der Längsachse der Aktorelemente und/ oder Rückstellelemente und der jeweiligen Systemachse als Kugelgelenk oder als eine entlang der jeweiligen Systemachse ausgerichteten Gleithülse mit entsprechendem Spiel ausgestaltet ist.However, a self-rotation of the respective system axis, ie a rotation of the respective system axis about itself, preferably has no influence on the position of the longitudinal axes of the elements connected to it. A rotation of the system axes relative to the upper ends of the longitudinal axes of the actuator elements and / or restoring elements is preferably possible. This is preferably realized by the connection point between the upper end of the longitudinal axis of the actuator elements and / or restoring elements and the respective system axis is designed as a ball joint or as a along the respective system axis aligned sliding sleeve with a corresponding game.

Weiterhin bevorzugt sind die Längsachsen der Elemente mit der mit ihnen verbundenen Systemachse hinsichtlich einer Translationsbewegung entlang dieser Systemachse jeweils starr verbunden, mithin also entlang dieser Systemachse nicht-verschiebbar angeordnet. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die Längsachsen der Elemente diesbezüglich verschiebbar angeordnet sind.Further preferably, the longitudinal axes of the elements with the associated system axis with respect to a translational movement along this system axis are each rigidly connected, and therefore arranged non-displaceable along this system axis. A further preferred embodiment provides that the longitudinal axes of the elements are arranged displaceably in this regard.

Ferner ist es bevorzugt, wenn das zweite Ende der Längsachsen der Elemente verschiebblich entlang der Längsachse gelagert ist. Weiter bevorzugt ist ansonsten mindestens einer, bevorzugt alle restlichen Freiheitsgrade gesperrt, was beispielsweise durch eine Gleitbuchse, in welcher das zweite Ende der Längsachse verschiebbar gelagert ist, realisiert werden kann. Insbesondere ist es bevorzugt, dass bei maximaler Auslenkung nach oben und bei maximaler Auslenkung nach unten die Längsachse zumindest teilweise zwischen einem oberen und einem unteren Ende der Gleitbuchse angeordnet ist. Ferner kann es vorteilhaft sein, einen oberen und/ oder unteren Endanschlag anzuordnen, welcher beispielsweise durch zwei starr mit der Längsachse verbundene und auf dieser außerhalb der Gleitbuchse angeordnete Stoppscheiben realisiert werden kann, welche das Erreichen des entsprechenden Endanschlags durch Kontakt der jeweiligen Stoppscheibe mit dem entsprechenden oberen oder unteren Ende der Gleitbuchse gewährleisten.Furthermore, it is preferred if the second end of the longitudinal axes of the elements is slidably mounted along the longitudinal axis. Further preferably, at least one, preferably all remaining degrees of freedom is otherwise locked, which can be realized, for example, by a sliding bush in which the second end of the longitudinal axis is displaceably mounted. In particular, it is preferred that at maximum deflection upward and at maximum deflection down the longitudinal axis is at least partially disposed between an upper and a lower end of the slide bushing. Further, it may be advantageous to arrange an upper and / or lower end stop, which can be realized for example by two rigidly connected to the longitudinal axis and arranged on this outside of the sliding bush stop discs, which reaching the corresponding end stop by contact of the respective stop disc with the corresponding Ensure upper or lower end of the sliding bushing.

Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn in einer Grundstellung der zweiten Systemachse die Längsachsen des mit der zweiten Systemachse verbundenen Aktorelements, Rückstellelements und der Messeinrichtung jeweils parallel zueinander und/ oder senkrecht zur zweiten Systemachse angeordnet sind.It has proven to be advantageous if, in a basic position of the second system axis, the longitudinal axes of the actuator element connected to the second system axis, restoring element and the measuring device are each arranged parallel to one another and / or perpendicular to the second system axis.

Durch die beschriebene Anordnung senkrecht zur zweiten Systemachse ist sichergestellt, dass eine Auslenkung der zweiten Systemachse mit dem größtmöglichen Übersetzungsverhältnis in eine Auslenkung des oberen Endes der Längsachsen des Aktorelements, Rückstellelements und der Messeinrichtung umgewandelt wird, was unter anderem die Messungenauigkeit reduziert. Ferner kann durch die erläuterte parallele Anordnung der Längsachsen der Bauraum optimal ausgenutzt werden. Außerdem erlaubt dies eine möglichst einfache Umrechnung der Auslenkung der Messeinrichtung zu der Auslenkung des Aktorelements oder des Rückstellelements.The described arrangement perpendicular to the second system axis ensures that a deflection of the second system axis with the largest possible transmission ratio is converted into a deflection of the upper end of the longitudinal axes of the actuator element, restoring element and the measuring device, which among other things reduces the measurement inaccuracy. Furthermore, can be optimally utilized by the explained parallel arrangement of the longitudinal axes of the space. In addition, this allows the simplest possible conversion of the deflection of the measuring device to the deflection of the actuator element or the return element.

Aus den gleichen Gründen hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn in einer Grundstellung der dritten Systemachse die Längsachsen des mit der dritten Systemachse verbundenen Aktorelements, Rückstellelements und der Messeinrichtung jeweils parallel zueinander und/ oder senkrecht zur dritten Systemachse angeordnet sind.For the same reasons, it has been found to be advantageous if, in a basic position of the third system axis, the longitudinal axes of the actuator element, restoring element and the measuring device connected to the third system axis are arranged parallel to one another and / or perpendicular to the third system axis.

Es hat sich ferner als vorteilhaft herausgestellt, wenn das erste und/ oder das zweite Aktorelement als Magnetantriebselement ausgestaltet ist, welches einen beweglich zu einer ersten Spule angeordneten und mit der Längsachse des Aktorelements starr verbundenen Magneten umfasst, wobei eine Position des Magneten relativ zur ihn konzentrisch umgebenden ersten Spule mittels einer Änderung einer Stromstärke eines die erste Spule durchfließenden Stroms zumindest in Richtung der Längsachse des Aktorelements veränderbar ist.It has also been found to be advantageous if the first and / or the second actuator element is designed as a magnetic drive element, which comprises a magnet movably arranged to a first coil and rigidly connected to the longitudinal axis of the actuator element magnet, wherein a position of the magnet relative to him concentric surrounding first coil by means of a change in a current intensity of the first coil flowing current at least in the direction of the longitudinal axis of the actuator element is variable.

Durch die Änderung der Position des Magneten erfahren damit auch die Längsachse des Aktorelements und insbesondere damit ihr oberer Endpunkt eine Änderung der Position, welche vorteilhaft in Richtung der Längsachse des Aktorelements erfolgt. Diese Positionsänderung des oberen Endpunkts eines Magnetantriebselements wird ferner aufgrund der beschriebenen Freiheitsgrade des Steuersystems in eine Positionsänderung der mit dem jeweiligen Aktorelement verbundenen Systemachse übertragen.As a result of the change in the position of the magnet, the longitudinal axis of the actuator element, and thus in particular its upper end point, also undergoes a change in position, which advantageously takes place in the direction of the longitudinal axis of the actuator element. This change in position of the upper end point of a magnetic drive element is further transmitted due to the described degrees of freedom of the control system in a change in position of the system axis connected to the respective actuator element.

Dabei sind die Änderung der Stromstärke und damit auch die Positionsänderung des Magneten genau bestimmbar, was ein gezieltes Eingreifen des Aktorelements in das Steuersystem gewährleistet. Ferner können Programme erstellt werden, welche in der Steuereinrichtung des Steuersystems abgelegt werden und vordefinierte und/ oder signalabhängige Bewegungsabläufe des Magnetantriebselements abbilden.In this case, the change in the current and thus the change in position of the magnet are precisely determinable, which is a targeted intervention of the actuator element in the control system guaranteed. Furthermore, programs can be created, which are stored in the control device of the control system and map predefined and / or signal-dependent motion sequences of the magnetic drive element.

Demnach ist es vorteilhaft, wenn das erste und/ oder zweite Aktorelement mittels eines entsprechenden ersten Signals einer Steuerungseinrichtung des Steuersystems ansteuerbar ist. Bevorzugt sind also insbesondere Bewegungen des ersten und/ oder des zweiten Aktorelements entlang der jeweiligen Längsachse durch das erste Signal der Steuerungseinrichtung des Steuersystems programmierbar ausführbar.Accordingly, it is advantageous if the first and / or second actuator element can be controlled by means of a corresponding first signal of a control device of the control system. Thus, movements of the first and / or the second actuator element along the respective longitudinal axis are preferably programmably executable by the first signal of the control device of the control system.

Ferner ist der Strom bevorzugt auch abschaltbar, so dass beispielsweise im Falle einer eingeleiteten Kraft aufgrund einer manuellen Betätigung des Steuersystems ausgehend vom Steuerhebelelement keine in diesem Fall unerwünschte Gegenkraft seitens des Magnetantriebselements aufgebaut wird.Furthermore, the current is preferably also switched off, so that, for example, in the event of an initiated force due to a manual actuation of the control system, starting from the control lever element no in this case unwanted drag on the part of the magnetic drive element is constructed.

Diese Anordnung (wie gemäß den Fig. 5a, 5b, 5c gezeigt) stellt jedoch lediglich ein Beispiel dar; alternativ können statt des Magneten oder des Magnetantriebselements weitere programmierbare Kraftgeneratoren verwendet werden (z.B. Luftdrucksysteme oder Hydrauliksysteme mit ansteuerbaren Ventilen, Servomotoren, Linear-Elektromotoren, einfache Magnete, Drehstrommotoren etc.). Es muss lediglich dafür gesorgt sein, dass die Längsachsen der Elemente wie oben beschrieben programmierbar und/oder vorbestimmbar und/oder steuerbar verschoben werden können.This arrangement (as in the Fig. 5a, 5b . 5c however, is merely an example; Alternatively, instead of the magnet or the magnetic drive element further programmable force generators can be used (eg air pressure systems or hydraulic systems with controllable valves, servomotors, linear electric motors, simple magnets, three-phase motors, etc.). It merely has to be ensured that the longitudinal axes of the elements can be shifted programmable and / or predeterminable and / or controllable as described above.

Es kann also das gesamte System entweder eine Bewegung des Steuerhebelelements auf die genannten Elemente übertragen oder aber eine Bewegung des Aktorelements (programmiert) erzeugt werden, welche eine Bewegung des Steuerhebelelements zur Folge hat. Somit kann das aktive System (Aktorelement) das passive System (Rückstellelement) beispielsweise durch Hinzufügen oder Reduzieren von Kraft unterstützen.Thus, the entire system can either transmit a movement of the control lever element to said elements or else a movement of the actuator element (programmed) can be generated, which results in a movement of the control lever element. Thus, the active system (actuator element) can assist the passive system (reset element), for example by adding or reducing force.

Damit ist zum einen wie erwähnt die Programmierung von Bewegungsabläufen möglich, welche mittels des aktiven Kraftgenerators auf das Steuerhebelelement übertragen werden. Es ist also möglich, dass der Baggerführer eine andere Arbeit ausführt, während sich die Baggerschaufel beispielsweise automatisch und vorprogrammiert wiederholt von oben nach unten bewegt oder sich die Fahrerkabine nach Ablauf einer bestimmten Bewegungsfolge der Baggerschaufel von links nach rechts dreht.Thus, as mentioned, the programming of movements is possible, which are transmitted by means of the active force generator to the control lever element. It is thus possible for the excavator operator to do another job while, for example, the excavator bucket automatically moves from top to bottom and preprogrammed repeatedly, or the driver's cab turns from left to right after a certain sequence of movements of the bucket has elapsed.

Der Fahrer kann außerdem vor einer möglichen, ihm momentan nicht bewussten Gefahr gewarnt werden, indem durch das aktive System eine Vibration des Steuerhebelelements oder eine Sperrung einer Bewegung des Steuerhebelelements in zumindest eine Richtung ausgeführt wird. Dies ist dann von Vorteil, wenn der Fahrer mit der Baggerschaufel, welche durch das Steuerhebelelement bewegt wird, gegen ein festes Hindernis stößt, worauf die Bewegung der Baggerschaufel gestoppt wird. Drückt der Baggerfahrer das Steuerhebelelement weiterhin in die gleiche Richtung, wird anhand des Steuerungssystems erkannt, dass die Kraft zur Ausübung dieser Bewegung immer größer wird, bis sie schließlich eine vorbestimmbare Obergrenze überschreitet. Daraufhin schickt das Steuerungssystem einen Befehl, die Induktivität der ersten Spule im aktiven Kraftgenerator zu ändern, um somit der Muskelkraft des Baggerführers wie oben beschrieben eine aktive Kraft entgegenzusetzen, und beispielsweise die Bewegung in die für die Baggerschaufel schädliche Richtung zum Hindernis hin zu sperren. Denkbar wäre hier aber ebenfalls eine bloße Vibrationsbewegung des Steuerhebelelements als Warnung an den Baggerführer.The driver may also be warned of a possible, currently not conscious danger to him by the active system, a vibration of the control lever element or a blocking of a movement of the control lever element is carried out in at least one direction. This is advantageous when the driver with the bucket, which is moved by the control lever element, abuts against a fixed obstacle, whereupon the movement of the bucket is stopped. If the excavator driver continues to push the control lever element in the same direction, the control system recognizes that the force for exerting this movement is always increasing until it finally exceeds a predeterminable upper limit. Thereafter, the control system sends an order to change the inductance of the first coil in the active force generator, thus counteracting the muscular force of the excavator operator as described above, and blocking, for example, the movement in the direction harmful to the bucket to the obstacle. It would be conceivable, however, also a mere vibration movement of the control lever element as a warning to the excavator operator.

Weiterhin gibt es Bewegungsabläufe des Steuerhebelelements, welche auf einem ersten Abschnitt mit wenig Kraftaufwand und auf einem letzten Abschnitt mit hohem Kraftaufwand verbunden sind. Hier kann das aktive System das passive System durch Bereitstellen von Zusatzkräften zumindest auf dem letzten Abschnitt unterstützen und dem Baggerführer die Arbeit erleichtern.Furthermore, there are movements of the control lever element, which are connected on a first section with little effort and on a last section with high expenditure of force. Here, the active system can assist the passive system by providing additional forces, at least in the last section, and facilitate the job of the excavator operator.

Ferner ist es bevorzugt, dass das erste und/ oder das zweite passive Rückstellelement einen die Längsachse des Rückstellelements ausbildenden Gleitstab umfassen, welcher innerhalb eines hohlzylindrischen Gehäuses entlang seiner Längsachse beweglich gelagert ist, wobei in der Grundstellung des Steuersystems innerhalb des Gehäuses eine zweite obere Scheibe und eine zweite untere Scheibe, zwischen welchen eine Druckfeder unter Vorspannung angeordnet ist, jeweils kontaktierend zum Gehäuse angeordnet sind, und wobei eine erste obere Scheibe benachbart zur zweiten oberen Scheibe und eine erste untere Scheibe benachbart zur zweiten unteren Scheibe jeweils auf einer der Druckfeder abgewandten Seite der zu ihnen benachbarten zweiten Scheibe angeordnet sind, wobei die erste obere und die erste untere Scheibe starr mit dem Gleitstab verbunden sind.Further, it is preferred that the first and / or the second passive return element comprise a longitudinal axis of the return element forming slide rod which is movably mounted within a hollow cylindrical housing along its longitudinal axis, wherein in the basic position of the control system within the housing, a second upper disc and a second lower disc between which a compression spring is biased, each contacting the housing, and wherein a first upper disc adjacent to the second upper disc and a first lower disc adjacent to the second lower disc each on a side facing away from the compression spring are arranged adjacent to them second disc, wherein the first upper and the first lower disc are rigidly connected to the slide rod.

Ferner ist es bevorzugt, dass das Gehäuse eine obere und eine untere Stirnfläche aufweist, wobei die zweite obere Scheibe mit einem Inneren der oberen Stirnfläche und die zweite untere Scheibe mit einem Inneren der unteren Stirnfläche kontaktierend angeordnet sind, und wobei in einer Grundstellung des Rückstellelements die erste obere Scheibe kontaktierend zur zweiten oberen Scheibe und die erste untere Scheibe kontaktierend zur zweiten unteren Scheibe angeordnet sind.Furthermore, it is preferred that the housing has an upper and a lower end face, wherein the second upper disc with an interior of the upper end face and the second lower disc with an interior of the lower end face are arranged contacting, and wherein, in a basic position of the restoring element, the first upper disk is arranged in contact with the second upper disk and the first lower disk is arranged in contact with the second lower disk.

Die beiden zweiten Scheiben werden bevorzugt lediglich auf den Gleitstab aufgeschoben, bilden mit diesem jedoch keine Verbindung oder Reibverbindung aus, sondern sind dem Gleitstab gegenüber beweglich und insbesondere verschiebbar gelagert. Auch dem Gehäuse gegenüber sind die beiden zweiten Scheiben bevorzugt beweglich und insbesondere verschiebbar gelagert, liegen jedoch in der Grundstellung des Steuersystems jeweils kontaktierend zu einem Inneren der jeweiligen Stirnfläche an.The two second disks are preferably pushed onto the slide rod only, but do not form any connection or friction connection with it, but rather are movable relative to the slide rod and in particular are mounted displaceably. Also the housing opposite the two second discs are preferably movable and in particular displaceably mounted, but are in the basic position of the control system in each case in contact with an interior of the respective end face.

Es versteht sich, dass im hohlzylindrischen Gehäuse Aussparungen an den Stirnflächen des Gehäuses für die Anordnung der Längsachse angeordnet sind. Diese sind bevorzugt kreisförmig ausgestaltet und weisen einen Durchmesser auf, welcher selbstverständlich größer ist als ein Durchmesser des Gleitstabs. Ferner ist es bevorzugt, dass ein Durchmesser der zweiten Scheiben größer ist als der Durchmesser der Aussparungen und als der Durchmesser des Gleitstabs. Weiter bevorzugt ist ein Durchmesser der ersten Scheiben kleiner als ein Durchmesser der Aussparungen und größer als der Durchmesser des Gleitstabs.It is understood that in the hollow cylindrical housing recesses are arranged on the end faces of the housing for the arrangement of the longitudinal axis. These are preferably designed circular and have a diameter which is of course greater than a diameter of the slide rod. Further, it is preferable that a diameter of the second disks is larger than the diameter of the recesses and the diameter of the sliding rod. More preferably, a diameter of the first slices is smaller than a diameter of the recesses and larger than the diameter of the sliding rod.

So ist gewährleistet, dass beispielsweise die starr mit dem Gleitstab verbundene erste obere Scheibe die ihr benachbarte zweite obere Scheibe mit nach unten verschieben und zum Gehäuse beabstandet anordnen kann, wenn sich die Längsachse des Rückstellelements beispielsweise durch eine manuelle Betätigung des Fahrzeugführers und einer dementsprechend anliegenden Kraft entlang der Richtung der Längsachse nach unten verschiebt. Der Kontakt zwischen der ersten unteren und der zweiten unteren Scheibe wird dabei unterbrochen. Diese Beschreibung für eine Bewegung der Längsachse nach unten gilt natürlich analog für eine Bewegung der Längsachse nach oben.This ensures that, for example, the first upper disc rigidly connected to the sliding rod can move the adjacent second upper disc downwardly and arrange it spaced from the housing, if the longitudinal axis of the restoring element, for example, by a manual operation of the driver and a correspondingly applied force along the direction of the longitudinal axis moves down. The contact between the first lower and the second lower disc is interrupted. This description for a movement of the longitudinal axis downwards of course applies analogously for a movement of the longitudinal axis upwards.

Die zwischen den beiden zweiten Scheiben angeordnete Druckfeder wird in diesem Fall noch stärker komprimiert und baut somit eine Gegenkraft zum Verschieben der Längsachse auf. Liegt die das Verschieben des Gleitstabs auslösende Kraft nicht mehr an, sorgt die Gegenkraft der Druckfeder dafür, dass die Druckfeder sich wieder entspannt und die zweiten Scheiben wieder auseinander gedrückt werden, bis die zweiten Scheiben wieder kontaktierend zum Gehäuse anliegen und insbesondere die Grundstellung der jeweiligen Systemachse vorliegt. Es ist also wie beschrieben ohne Anordnung eines aktiven Elements eine passive Rückführung in die Grundstellung möglich.The pressure spring arranged between the two second disks is compressed even more in this case and thus builds up a counterforce to move the longitudinal axis. If the displacement of the sliding rod triggering force is no longer present, the opposing force of the compression spring ensures that the compression spring relaxes again and the second discs are pushed apart until the second discs abutment again contact the housing and in particular the basic position of the respective system axis is present. It is therefore as described without the arrangement of an active element passive return to the normal position possible.

Ferner ist es möglich, eine Art Freilauffunktion für das Rückstellelement vorzusehen und insbesondere die erste obere und die zweite obere Scheibe so anzuordnen, dass sie in Grundstellung des Steuersystems beabstandet zueinander angeordnet sind.Further, it is possible to provide a kind of freewheeling function for the return element and in particular the first upper and the second upper disc to be arranged so that they are spaced from each other in the basic position of the control system.

Es ist weiter bevorzugt, dass die erste und/ oder die zweite Messeinrichtung einen elektrischen Schwingkreis umfassen, welcher mindestens einen Sensor, eine zweite Spule mit einer veränderbaren Länge und einen zur zweiten Spule in Reihe geschalteten Kondensator aufweist, wobei mittels des Sensors eine Änderung der Länge der zweiten Spule direkt oder indirekt detektierbar und über ein entsprechendes zweites Signal an die Steuerungseinrichtung des Steuersystems übertragbar ist.It is further preferred that the first and / or the second measuring device comprise an electrical resonant circuit having at least one sensor, a second coil with a variable length and a capacitor connected in series to the second coil, wherein by means of the sensor, a change in the length the second coil can be detected directly or indirectly and transmitted via a corresponding second signal to the control device of the control system.

Insbesondere ist hier die Länge der zweiten Spule veränderbar, wenn eine Bewegung der mit der Messeinrichtung verbundenen Systemachse und damit der Längsachse der Messeinrichtung nach oben oder nach unten erfolgt, so dass ein Wert der Änderung der Länge der Spule eindeutig und insbesondere eineindeutig einem Wert einer Auslenkung der Systemachse zugeordnet werden kann.In particular, here the length of the second coil is variable, if a movement of the system axis connected to the measuring device and thus the longitudinal axis of the measuring device takes place upwards or downwards, so that a value of the change of the length of the coil unambiguously and in particular one-to-one value of a deflection can be assigned to the system axis.

Bevorzugt ist die zweite Spule hier als zylinderförmige Luftspule ausgestaltet, deren Länge sehr groß gegenüber dem Durchmesser des Querschnitts der Spule ist.Preferably, the second coil is designed here as a cylindrical air coil whose length is very large compared to the diameter of the cross section of the coil.

Wie in Verbindung mit der Figur 4 nachstehend noch erläutert wird, bewirkt eine Änderung der Länge der Spule eine Änderung der Induktivität und der Resonanzfrequenz des Schwingkreises. Die Bestimmung der veränderten Resonanzfrequenz wird ausgehend von dem Sensorwert mittels der Steuereinrichtung bestimmt und in Bezug auf den dazugehörigen Wert der Verschiebung des Steuersystems bzw. der Systemachse ausgewertet.As in connection with the FIG. 4 will be explained below, causes a change in the length of the coil, a change in the inductance and the resonant frequency of the resonant circuit. The determination of the changed resonance frequency is determined based on the sensor value by means of the control device and evaluated with respect to the associated value of the displacement of the control system or the system axis.

Die Selbstinduktivität einer Spule kann auch durch einen sich in der Spule befindlichen Kern (Eisenkern) verändert werden, da ein solcher magnetischer Leiter den magnetischen Fluss erhöht. Als alternative Ausführungsform des Messsystems ist demnach denkbar, anstatt der mechanischen Komprimierung der Spule in einer mechanisch festen Spule mit konstanter Windungszahl einen Kern verschiebbar anzuordnen. Die Verschiebung des Kerns bewirkt somit eine Änderung des magnetischen Flusses und somit der Induktivität der Spule. Dadurch ergibt sich wiederum eine Änderung der Resonanzfrequenz bzw. eine Änderung der Impedanz der Spule in dem LC-Schwingkreis, wodurch wiederum die Position bzw. die Positionsänderung des Steuerhebelelements bestimmbar ist. Der Kern kann dabei direkt oder indirekt mechanisch mit dem Steuerhebelelement verbunden sein.The self-inductance of a coil can also be changed by a core located in the coil (iron core), since such a magnetic conductor increases the magnetic flux. As an alternative embodiment of the measuring system is therefore conceivable, instead of the mechanical compression of the coil in a mechanically fixed coil with a constant number of turns to arrange a core displaceable. The displacement of the core thus causes a change in the magnetic flux and thus the inductance of the coil. This in turn results in a change in the resonant frequency or a change in the impedance of the coil in the LC resonant circuit, which in turn the position or the position change of the control lever element can be determined. The core can be directly or indirectly mechanically connected to the control lever element.

Die restlichen Figuren zeigen:

Fig. 2a
den schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Steuerungssystems gemäß einer ersten Ausführungsvariante;
Fig. 2b
den schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Steuerungssystems gemäß einer weiteren Ausführungsvariante;
Fig. 3
den schematische Aufbau eines Beispiels eines passiven Rückstellelementes;
Fig. 4
den schematische Aufbau eines Beispiels eines verwendeten Schaltkreises für die Messeinrichtung;
Fig. 5a, 5b, 5c
den schematischen Aufbau eines Beispiels eines Aktorelements in verschiedenen Ansichten;
Fig. 6
eine grafische Veranschaulichung der Unterstützung bzw. Anleitung des Fahrers durch das Aktorelement.
The remaining figures show:
Fig. 2a
the schematic structure of a control system according to the invention according to a first embodiment variant;
Fig. 2b
the schematic structure of a control system according to the invention according to a further embodiment;
Fig. 3
the schematic structure of an example of a passive return element;
Fig. 4
the schematic structure of an example of a circuit used for the measuring device;
Fig. 5a, 5b, 5c
the schematic structure of an example of an actuator element in different views;
Fig. 6
a graphic illustration of the support or guidance of the driver by the actuator element.

Fig. 2a zeigt den schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Steuerungssystems S gemäß einer ersten Ausführungsvariante. Zu sehen ist ein entlang einer ersten Systemachse Z angeordnetes Steuerhebelelement 1 ("Joystick Handle"), wobei an einem unteren Ende der ersten Systemachse Z wiederum ein zentraler Schwenkpunkt ("Central Pivot Point) als Referenzpunkt 2 des Steuersystems S angeordnet ist. Fig. 2a shows the schematic structure of a control system according to the invention S according to a first embodiment. A control lever element 1 ("joystick handle") arranged along a first system axis Z is shown, wherein a central pivot point ("central pivot point") is arranged as a reference point 2 of the control system S at a lower end of the first system axis Z.

Die Systemachse Z ist dabei in Höhenausdehnungsrichtung des Steuerhebelelements 1 angeordnet. Vom zentralen Referenzpunkt 2 ausgehend sind eine zweite Systemachse X und eine dritte Systemachse Y in Form von linearen Gleitstäben angeordnet, welche vorliegend sowohl in einem rechten Winkel, also senkrecht zueinander als auch in einem rechten Winkel zur ersten Systemachse Z angeordnet sind.The system axis Z is arranged in the direction of height expansion of the control lever element 1. Starting from the central reference point 2, a second system axis X and a third system axis Y are arranged in the form of linear slide rods, which are present both at a right angle, ie perpendicular to each other and at a right angle to the first system axis Z are arranged.

Bevorzugt sind dabei die Systemachsen X, Y, Z mittels einer starren Verbindung im Referenzpunkt 2 miteinander verbunden. Ausgehend von der hier gezeigten Grundstellung SG des Steuersystems S ist das Steuersystem S mittels einer Drehung um den Referenzpunkt 2 auslenkbar.Preferably, the system axes X, Y, Z are interconnected by means of a rigid connection in the reference point 2. Starting from the basic position SG of the control system S shown here, the control system S can be deflected by means of a rotation about the reference point 2.

An der zweiten Systemachse X sind weitere Elemente in Form eines Aktorelements 5 ("X-axis Active Force Generator") und eines Rückstellelements 6 ("X-axis Passive Return Force Generator") angeordnet. Analog dazu sind an der dritten Systemachse Y weitere Elemente in Form eines Aktorelements 7 ("Y-axis Active Force Generator") und eines Rückstellelements 8 ("Y-axis Passive Return Force Generator") angeordnet.At the second system axis X further elements in the form of an actuator element 5 ("X-axis Active Force Generator") and a return element 6 ("X-axis passive return force generator") are arranged. Analogously, further elements in the form of an actuator element 7 ("Y-axis Active Force Generator") and a return element 8 ("Y-axis passive return force generator") are arranged on the third system axis Y.

Dabei sind die gezeigten Aktorelemente 5; 7 zum aktiven Bewegen der jeweiligen Systemachse X, Y und die Rückstellelemente 6; 8 zum Rückstellen der jeweiligen Systemachse X, Y in die Grundstellung SG des Steuersystems S; S' ausgebildet und vorliegend jeweils mittels eines oberen Endes 5a1, 6a1; 7a1, 8a1 einer Längsachse 5a, 6a; 7a, 8a verbunden.The illustrated actuator elements 5; 7 for actively moving the respective system axis X, Y and the return elements 6; 8 for resetting the respective system axis X, Y in the basic position SG of the control system S; S 'formed and present in each case by means of an upper end 5a1, 6a1; 7a1, 8a1 of a longitudinal axis 5a, 6a; 7a, 8a connected.

Dabei sind die Elemente 5, 6, 7, 8 vorliegend im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet, wobei die Mittelachsen 5a, 6a, 7a, 8a der Elemente 5, 6, 7, 8 in der gezeigten Grundstellung SG des Steuersystems S jeweils parallel zueinander sowie parallel zur ersten Systemachse Z und jeweils senkrecht zu den Systemachsen X, Y angeordnet sind.In this case, the elements 5, 6, 7, 8 present substantially cylindrical, wherein the central axes 5a, 6a, 7a, 8a of the elements 5, 6, 7, 8 in the illustrated basic position SG of the control system S respectively parallel to each other and parallel to first system axis Z and in each case perpendicular to the system axes X, Y are arranged.

An der zweiten X und an der dritten Systemachse Y mittels Verbindungen 3c und 4c angeordnete Messeinrichtungen 9 ("Spring Based LC-tank for X-Axis position measurement") und 10 ("Spring Based LC-tank for Y-Axis position measurement") sind ebenfalls vorliegend zylindrisch ausgebildet, wobei die Mittelachsen 9a und 10a in der gezeigten Grundstellung SG jeweils senkrecht zu der zweiten X und der dritten Systemachse Y angeordnet sind.Measuring devices 9 arranged at the second X and at the third system axis Y by means of connections 3c and 4c ("Spring-based LC-tank for X-axis position measurement") and 10 ("Spring-based LC-tank for Y-axis position measurement") are also cylindrical in the present case, wherein the center axes 9a and 10a are arranged in the basic position SG shown in each case perpendicular to the second X and the third system axis Y.

Die Messeinrichtungen 9; 10 sind zum Messen der Position der zweiten und/ oder der dritten Systemachse X; Y ausgebildet und mit diesen jeweils mittels eines oberen Endes 9a1, 10a1 einer Längsachse 9a, 10a verbunden.The measuring devices 9; 10 are for measuring the position of the second and / or the third system axis X; Y formed and connected thereto by means of an upper end 9a1, 10a1 a longitudinal axis 9a, 10a.

Im gezeigten Beispiel weisen die Aktorelemente 5; 7 jeweils einen geringeren Abstand zum Referenzpunkt 2 auf als die auf der gleichen Systemachse X, Y angeordneten Rückstellelemente 6; 8 und Messeinrichtungen 9; 10. Ebenfalls weisen die Rückstellelemente 6; 8 jeweils einen geringeren Abstand zum Referenzpunkt 2 auf als die auf der gleichen Systemachse X, Y angeordneten Messeinrichtungen 9; 10. Je weiter ein zu betrachtender Punkt auf der jeweiligen Systemachse X, Y vom Referenzpunkt 2 entfernt liegt, desto größer ist natürlich die Auslenkung, die der jeweilige Punkt beim Verschwenken der Systemachse X, Y erfährt. Dies gilt natürlich ebenfalls für die Verbindungsstellen 3a, 3b, 3c, 4a, 4b, 4c.In the example shown, the actuator elements 5; 7 each have a smaller distance from the reference point 2 than the return elements 6 arranged on the same system axis X, Y; 8 and measuring devices 9; 10. Also, the return elements 6; 8 each have a smaller distance from the reference point 2 than the measuring devices 9 arranged on the same system axis X, Y; 10. The further a point to be considered on the respective system axis X, Y lies away from the reference point 2, the greater, of course, is the deflection that the respective point experiences when pivoting the system axis X, Y. Of course, this also applies to the connection points 3a, 3b, 3c, 4a, 4b, 4c.

Die gezeigte Anordnung der Aktorelemente 5, 7 hat den Vorteil, dass der Weg, der durch das Aktorelement 5, 7 zurückgelegt werden muss, um die Systemachsen X, Y aktiv zu bewegen, gering sein und beispielsweise durch ein entsprechend hohes Drehmoment ausgeglichen werden kann.The arrangement of the actuator elements 5, 7 shown has the advantage that the path that has to be covered by the actuator element 5, 7 in order to actively move the system axes X, Y can be low and can be compensated, for example, by a correspondingly high torque.

Außerdem reduziert sich die Gefahr eines Messfehlers bei der Bestimmung des Grades der Auslenkung der Systemachsen X, Y durch die Messeinrichtungen 9; 10, da durch deren relativ großen Abstand zum Referenzpunkt 2 eine relativ hohe Auslenkung der Systemachsen X, Y an den jeweiligen Verbindungen 3c, 4c herrscht und der Messfehler sich prozentual weniger auswirkt.In addition, the risk of a measurement error in the determination of the degree of deflection of the system axes X, Y by the measuring devices 9 is reduced; 10, because by their relatively large distance from the reference point 2, a relatively high deflection of the system axes X, Y at the respective compounds 3c, 4c prevails and the measurement error is less effective in percentage.

Die gezeigte Anordnung der Rückstellelemente 6; 8 ist hingegen ein gelungener Kompromiss. Zum einen soll nämlich der Weg, der durch das Rückstellelement 6; 8 zurückgelegt werden muss, um die Systemachsen X, Y passiv in deren Grundstellung zu bewegen, möglichst gering sein, damit die Grundstellung in relativ kurzer Zeit wieder erreicht werden kann. Zum anderen muss natürlich eine genügend hohe Kraft im Rückstellelement 6, 8 während der Auslenkung aufbaubar sein, was beispielsweise durch Verwendung einer entsprechend dimensionierten Druckfeder 34 (siehe Fig. 5) realisiert werden kann.The arrangement of the return elements 6 shown; 8, on the other hand, is a successful compromise. For one thing, namely, the way, by the return element 6; 8 must be traveled in order to move the system axes X, Y passively in their basic position, to be as low as possible, so that the basic position can be reached again in a relatively short time. On the other hand, of course, a sufficiently high force in the restoring element 6, 8 during the deflection be buildable, which, for example, by using a correspondingly dimensioned compression spring 34 (see Fig. 5 ) can be realized.

Im Gegensatz zur starren Verbindung im Referenzpunkt 2 sind die Verbindungen 3a, 3b, 3c und 4a, 4b, 4c zwischen den Elementen 5, 6, 7, 8, 9, 10 und der zweiten Systemachse X bzw. der dritten Systemachse Y so ausgestaltet, dass bei einer Neigung der jeweiligen Systemachse X, Y die Achsen 5a, 6a, 9a oder 7a, 8a, 10a der mit dieser Systemachse X, Y unmittelbar verbundenen Elemente 5, 6, 9 oder 7, 8, 10 nach unten bzw. nach oben verschoben werden. Werden die Systemachsen X, Y jedoch um sich selbst gedreht, so werden die Achsen 5a, 6a, 9a oder 7a, 8a, 10a der mit dieser Systemachse X, Y unmittelbar verbundenen Elemente 5, 6, 9 oder 7, 8, 10 nicht verschoben.In contrast to the rigid connection in the reference point 2, the connections 3a, 3b, 3c and 4a, 4b, 4c between the elements 5, 6, 7, 8, 9, 10 and the second system axis X and the third system axis Y are configured such that in the case of an inclination of the respective system axis X, Y, the axes 5a, 6a, 9a or 7a, 8a, 10a of the elements 5, 6, 9 or 7, 8, 10 directly connected to this system axis X, Y are directed downwards or upwards be moved. However, if the system axes X, Y are rotated on their own, then the Axes 5a, 6a, 9a or 7a, 8a, 10a of the system with this axis X, Y directly connected elements 5, 6, 9 or 7, 8, 10 not moved.

Es gilt also, dass die Längsachsen 5a; 6a; 7a; 8a; 9a; 10a mit der jeweiligen mit ihnen verbundenen Systemachse X; Y hinsichtlich einer Translationsbewegung entlang der mindestens einen Längsachse 5a; 6a; 7a; 8a; 9a; 10a starr verbunden und hinsichtlich einer Rotationsbewegung um die jeweilige mit ihnen verbundene Systemachse X; Y beweglich verbunden sind.It is therefore true that the longitudinal axes 5a; 6a; 7a; 8a; 9a; 10a with the respective system axis X connected to them; Y in terms of a translational movement along the at least one longitudinal axis 5a; 6a; 7a; 8a; 9a; 10a rigidly connected and in rotation about the respective system axis X connected to them; Y are movably connected.

Es ist also dafür gesorgt, dass eine Neigung der jeweiligen Systemachse X, Y auf die mit ihr unmittelbar verbundenen Elemente 5, 6, 9 oder 7, 8, 10 übertragbar ist bzw. dass eine Neigungsbewegung der jeweiligen Systemachse X, Y (also eine Schwenkbewegung der jeweiligen Systemachse X, Y um die jeweils andere jeweiligen Systemachse Y, X) mit einer Translationsbewegung der mit ihr unmittelbar verbundenen Elemente 5, 6, 9 oder 7, 8, 10 gekoppelt ist.It is therefore ensured that an inclination of the respective system axis X, Y is transferable to the elements 5, 6, 9 or 7, 8, 10 directly connected thereto or that an inclination movement of the respective system axis X, Y (ie a pivoting movement the respective system axis X, Y is coupled to the respectively other respective system axis Y, X) with a translational movement of the elements 5, 6, 9 or 7, 8, 10 directly connected to it.

Gleichzeitig ist eine reine Drehung der jeweiligen Systemachse X, Y um sich selbst auf die mit ihr unmittelbar verbundenen Elemente 5, 6, 9 oder 7, 8, 10 nicht übertragbar bzw. ist eine reine Rotationsbewegung der jeweiligen Systemachse X, Y um sich selbst von einer Bewegung der mit ihr unmittelbar verbundenen Elemente 5, 6, 9 oder 7, 8, 10 entkoppelt.At the same time a pure rotation of the respective system axis X, Y is not transferable to itself on the directly connected with her elements 5, 6, 9 or 7, 8, 10 or is a pure rotational movement of the respective system axis X, Y to itself from a movement of the directly connected to her elements 5, 6, 9 or 7, 8, 10 decoupled.

Dreht also der Baggerführer das Steuerhebelelement 1 lediglich um die dritte Systemachse Y, so werden die Elemente 7, 8, 10 an der dritten Systemachse Y nicht mitbewegt, wohl aber die Elemente 5, 6, 9 an der zweiten Systemachse X. Gleiches gilt natürlich umgekehrt.Thus, if the excavator operator rotates the control lever element 1 only about the third system axis Y, then the elements 7, 8, 10 are not moved on the third system axis Y, but the elements 5, 6, 9 on the second system axis X are moved along. The same, of course, applies in reverse ,

Es ist aber auch wie beschrieben eine Überlagerung (Superposition) von Bewegungen um die zweite Systemachse X und um die dritte Systemachse Y möglich, welche ebenfalls entsprechend detektiert werden kann. Diese liegt dann vor, wenn das Steuerhebelelement 1 so verschwenkt wird, dass die Verschwenkbewegung weder parallel zur zweiten Systemachse X noch parallel zur dritten Systemachse Y erfolgt.However, it is also possible as described a superposition (superposition) of movements about the second system axis X and the third system axis Y, which can also be detected accordingly. This occurs when the control lever element 1 is pivoted so that the pivoting movement is neither parallel to the second system axis X nor parallel to the third system axis Y.

Die Elemente 5, 6, 7, 8, 9, 10 sind vorliegend also zum Steuerhebelelement 1 parallel geschaltet, wobei am jeweiligen unteren Ende 5a2, 6a2, 7a2, 8a2, 9a2, 10a2 der Achsen 5a, 6a, 7a, 8a, 9a, 10a vorliegend jeweils ein Festlager angeordnet ist.The elements 5, 6, 7, 8, 9, 10 are thus in this case connected in parallel to the control lever element 1, wherein at the respective lower end 5a2, 6a2, 7a2, 8a2, 9a2, 10a2 of the axes 5a, 6a, 7a, 8a, 9a, 10a presently a fixed bearing is arranged in each case.

Wie nachfolgend noch erläutert wird, dienen die Elemente 6, 8 dem Bereitstellen einer passiven Rückstellkraft zur Wiederherstellung der Ausgangsstellung bzw. Grundstellung SG des Steuerhebelelements 1. Die Elemente 5, 7 dienen dem Bereitstellen einer aktiven Kraft zum programmierten Bewegen des Steuerhebelelements 1. Die Elemente 9, 10 dienen zur Positionsmessung hinsichtlich des Grades der Verschwenkung des Steuerhebelelements 1 aus seiner Grundstellung SG.As will be explained below, the elements 6, 8 serve to provide a passive restoring force for restoring the initial position SG of the control lever element 1. The elements 5, 7 serve to provide an active force for the programmed movement of the control lever element 1. The elements 9 , 10 are used for position measurement with respect to the degree of pivoting of the control lever element 1 from its basic position SG.

Das erfindungsgemäße Steuerungssystem S, S' zeichnet sich also durch ein hohes Maß an Kompaktheit aus.The control system S, S 'according to the invention is thus characterized by a high degree of compactness.

Der Aufbau des Steuerungssystems S' gemäß Fig. 2b entspricht dem Aufbau des Steuerungssystems S gemäß Fig. 2a, wobei allerdings keine Messeinrichtungen 9, 10 zu sehen sind.The structure of the control system S 'according to Fig. 2b corresponds to the structure of the control system S according to Fig. 2a , although no measuring devices 9, 10 can be seen.

Denkbar ist aber, dass die Messeinrichtungen 9, 10 nicht wie in Fig. 2a gezeigt parallel zu den Elementen 6, 8, sondern in Reihe zu diesen Elementen 6, 8, also beispielsweise unterhalb der Aktorelemente 6, 8 angeordnet sind, wobei die gleiche Längsachse für beide Elemente 5 und 9 bzw. 7 und 10 verwendet werden kann. Alternativ ist auch denkbar, die Messeinrichtungen 9, 10 in Reihe zu den Elementen 5 und 7, beispielsweise unterhalb dieser Elemente 5 und 7anzuordnen. Diese alternativen Schaltungen ändern nichts daran, dass die Auslenkungen der zweiten Systemachse X und/ oder der dritten Systemachse Y detektierbar sind.It is conceivable, however, that the measuring devices 9, 10 not as in Fig. 2a shown in parallel to the elements 6, 8, but in series with these elements 6, 8, so for example below the actuator elements 6, 8 are arranged, wherein the same longitudinal axis for both elements 5 and 9 or 7 and 10 can be used. Alternatively, it is also conceivable to arrange the measuring devices 9, 10 in series with the elements 5 and 7, for example below these elements 5 and 7. These alternative circuits do not change the fact that the deflections of the second system axis X and / or the third system axis Y are detectable.

Die Messergebnisse der Elemente 9, 10 können somit als Eingangssignale 12', 12" (schematisch veranschaulicht gemäß Fig. 2a) die Grundlage für die Ansteuerung der Systemachsen X, Y bzw. des Steuerhebelelements 1 durch die Aktorelemente 6, 8 mittels geeigneter Ausgangssignale 56 (siehe Fig. 5a) durch die übergeordnete Steuerungseinrichtung CU sein.The measurement results of the elements 9, 10 can thus be described as input signals 12 ', 12 "(schematically illustrated in FIG Fig. 2a ) the basis for the control of the system axes X, Y and the control lever element 1 by the actuator elements 6, 8 by means of suitable output signals 56 (see Fig. 5a ) by the higher-level control device CU.

Fig. 3 zeigt den Aufbau des Rückstellelements 6 aus der Fig. 2a, wobei auch das Rückstellelement 8 wie im Folgenden beschrieben aufgebaut sein kann. Ebenfalls kann die nachfolgende Beschreibung für die Rückstellelemente 6, 8 gemäß Fig. 2b zutreffen. Fig. 3 shows the structure of the return element 6 of the Fig. 2a , wherein also the return element 8 can be constructed as described below. Likewise, the following description for the return elements 6, 8 according to Fig. 2b hold true.

Im Wesentlichen umfasst das Rückstellelement 6 einen Gleitstab 31 ("Sliding Rod"), welcher die Längsachse 6a des Rückstellelements 6 ausbildet und innerhalb eines hohlzylindrischen Gehäuses 33 ("Housing") und zu diesem Gehäuse 33 entlang seiner Längsachse 31a beweglich gelagert angeordnet ist. Beide Elemente 31, 33 sind vorliegend zylindrisch ausgebildet, wobei Mittelachsen bzw. Längsachsen 31 a, 33a der Elemente 31, 33 fluchten.In essence, the return element 6 comprises a sliding rod 31 ("sliding rod"), which forms the longitudinal axis 6a of the return element 6 and within a hollow cylindrical Housing 33 ("Housing") and is mounted movably mounted to this housing 33 along its longitudinal axis 31 a. Both elements 31, 33 are cylindrical in the present case, wherein central axes or longitudinal axes 31 a, 33 a of the elements 31, 33 are aligned.

Innerhalb des Gehäuses 33 ist in der gezeigten Grundstellung 6G des Rückstellelements 6 bzw. der Grundstellung SG des Steuersystems S eine Feder 34 in Form einer Spiralfeder bzw. Druckfeder unter Vorspannung ("Preloaded Spring") zwischen einer zweiten oberen 32a und einer zweiten unteren Scheibe 32b bzw. Ringen ("Ring") angeordnet. Das Gehäuse 33 weist dabei eine obere 36a und eine untere Stirnfläche 36b auf, wobei die zweite obere Scheibe 32a mit einem Inneren der oberen Stirnfläche 36a und eine zweite untere Scheibe 32b mit einem Inneren der unteren Stirnfläche 36a kontaktierend angeordnet ist.Within the housing 33 in the illustrated basic position 6G of the restoring element 6 or the basic position SG of the control system S, a spring 34 in the form of a spiral spring or compression spring under preload ("preloaded spring") between a second upper 32a and a second lower disc 32b or rings ("ring") arranged. The housing 33 in this case has an upper 36a and a lower end face 36b, wherein the second upper disc 32a with an interior of the upper end face 36a and a second lower disc 32b with an interior of the lower end face 36a is arranged in contact.

Weitere Elemente in Form einer ersten oberen 35a und einer ersten unteren Scheibe 35b sind auf dem Stab bzw. Gleitstab 31 starr mit diesem Gleitstab 31 verbunden und begrenzen die Bewegung des Gleitstabs 31 zum Gehäuse 33. Dabei ist die erste obere Scheibe 35a benachbart zur zweiten oberen Scheibe 32a und die erste untere Scheibe 35b benachbart zur zweiten unteren Scheibe 32b jeweils auf einer der Druckfeder 34 abgewandten Seite der zu ihnen benachbarten zweiten Scheibe 32a; 32b angeordnet sind. Darüber hinaus sind in der gezeigten Grundstellung 6G des Rückstellelements 6 die erste obere Scheibe 35a kontaktierend zur zweiten oberen Scheibe 32a und die erste untere Scheibe 35b kontaktierend zur zweiten unteren Scheibe 32b angeordnet.Further elements in the form of a first upper 35a and a first lower plate 35b are rigidly connected on the rod 31 with this sliding rod 31 and limit the movement of the sliding rod 31 to the housing 33. Here, the first upper disc 35a is adjacent to the second upper one Disc 32a and the first lower disc 35b adjacent to the second lower disc 32b each on a side facing away from the compression spring 34 of the adjacent to them second disc 32a; 32b are arranged. In addition, in the illustrated basic position 6G of the restoring element 6, the first upper disc 35a contacting the second upper disc 32a and the first lower disc 35b contacting the second lower disc 32b are arranged.

Durch die vorliegende Anordnung ist gewährleistet, dass durch eine Bewegung des Gleitstabs 31 nach unten z32 die zweite obere Scheibe 32a die Feder 34 weiter zusammendrückt. Analog dazu bewirkt eine Bewegung des Gleitstabs 31 nach oben z31, dass die zweite untere Scheibe 32b die Feder 34 komprimiert. Diese Bewegungen können wiederum durch die Bewegung des Steuerhebelelements (Bezugszeichen 1 aus Fig. 2) verursacht werden.By the present arrangement it is ensured that by a movement of the slide rod 31 down z32, the second upper disc 32a further compresses the spring 34. Similarly, movement of the slide bar 31 upwardly z31 causes the second lower disc 32b to compress the spring 34. These movements can in turn by the movement of the control lever element (reference numeral 1 off Fig. 2 ) caused.

Wenn nun die Kraft, die diese Bewegung jeweils verursacht, nicht mehr anliegt, indem beispielsweise der Baggerführer den Steuerhebel loslässt, wird durch die Vorspannung die Feder 34 wieder auseinandergedrückt; d.h. die Feder 34 entspannt sich innerhalb des Raums zwischen zweiter oberer 32a und zweiter unterer Scheibe 32b und schiebt dabei über die Verbindung zwischen den oberen Scheiben 32a, 35a bzw. den unteren Scheiben 32b, 35b auch den Stab 31 wieder nach oben z31 bzw. nach unten z32. Somit wird eine passive Rückstellkraft zur Rückkehr des Steuerhebelelements (Bezugszeichen 1 aus Fig. 2) bereitgestellt.Now, if the force that causes this movement, no longer applied by, for example, the excavator leader releases the control lever, the spring 34 is pressed apart again by the bias; that is, the spring 34 relaxes within the space between the second upper 32a and the second lower plate 32b, thereby pushing the rod 31 back upwards through the connection between the upper discs 32a, 35a and the lower discs 32b, 35b below z32. Thus, a passive Restoring force for returning the control lever element (reference numeral 1 off Fig. 2 ) provided.

Fig. 4 zeigt den Aufbau 41 eines Messsystems bzw. einer Messeinrichtung 9 zur Bestimmung der Position des Schwenkhebelelements 1 gemäß Fig. 2a, wobei auch das Messsystem bzw. die Messeinrichtung 10 derartig ausgestaltet sein kann. Ebenfalls kann die nachfolgende Beschreibung für die Messeinrichtungen 9, 10 gemäß Fig. 2b zutreffen. Fig. 4 shows the structure 41 of a measuring system or a measuring device 9 for determining the position of the pivot lever element 1 according to Fig. 2a , Wherein the measuring system or the measuring device 10 can be configured in such a way. Likewise, the following description for the measuring devices 9, 10 according to Fig. 2b hold true.

Die Messeinrichtung 9 umfasst vorliegend einen Stromkreis mit einer Spule 43 ("Conductive Coil (Inductor)"), welche eine veränderbare Länge l'und eine Induktivität L aufweist. Die Spule 43 liegt in dem Fall in Form einer Schraubenfeder vor. Ferner ist ein zur Spule 43 in Reihe geschalteter Kondensator 42 ("Capacitor") mit Kapazität C angeordnet.The measuring device 9 here comprises a circuit with a coil 43 ("Conductive Coil (Inductor)"), which has a variable length l 'and an inductance L. The coil 43 is in the case in the form of a helical spring. Further, a capacitor 42 connected to the coil 43 in series ("Capacitor") with capacitance C is arranged.

Es liegt also ein elektrischer Schwingkreis LC vor, mithin eine resonanzfähige elektrische Schaltung, die elektrische Schwingungen ausführen kann.So there is an electrical resonant circuit LC before, thus a resonant electric circuit that can perform electrical oscillations.

Bei diesem LC-Schwingkreis wird Energie zwischen dem magnetischen Feld der Spule 43 und dem elektrischen Feld des Kondensators 42 periodisch ausgetauscht, wodurch abwechselnd eine hohe Stromstärke oder eine hohe Spannung vorliegen. Die Frequenz f0, mit der sich dieses im ungestörten Fall periodisch wiederholt, ist f 0 = 1 2 π L ⋅ C

Figure imgb0002
(Thomsonsche Schwingungsgleichung).In this LC oscillation circuit, energy is periodically exchanged between the magnetic field of the coil 43 and the electric field of the capacitor 42, whereby there is alternately a high current or a high voltage. The frequency f 0 , with which it repeats periodically in the undisturbed case, is f 0 = 1 2 π L ⋅ C
Figure imgb0002
 (Thomson oscillation equation).

Bei der vorliegenden zylinderförmigen Luftspule 43, deren Länge l' sehr groß gegenüber dem Durchmesser des Querschnitts A ist, lässt sich die Induktivität L näherungsweise folgendermaßen bestimmen: L = N 2 ⋅ μ 0 A l ′ = N 2 R m

Figure imgb0003
mit N = Windungsanzahl der Spule 43, µ0 = Permeabilitätszahl und Rm = magnetischer Widerstand.In the present cylindrical air coil 43, whose length l 'is very large compared to the diameter of the cross section A, the inductance L can be determined approximately as follows: L = N 2 ⋅ μ 0 A l ' = N 2 R m
Figure imgb0003
 with N = number of turns of the coil 43, μ 0 = permeability and R m = magnetic resistance.

Aus beiden Formeln geht also hervor, dass eine Längenänderung Δl' der vorliegenden Spule 43 ebenfalls eine Induktivitätsänderung ΔL dieser Spule 43 bewirkt.It therefore follows from both formulas that a change in length Δl 'of the present coil 43 also causes an inductance change ΔL of this coil 43.

Die Verschiebung bzw. Komprimierung 45 ("Mechanical Deformation of the Conductive Coil") dieser als Feder ausgestalteten Spule 43 funktioniert analog zur Verschiebung bzw. Komprimierung der Feder mit dem Zeichen 34 aus der Fig. 3, so dass insbesondere die Verschiebung der Spule 43 zu einem nicht dargestellten Gehäuse mittels geeigneter Sensoren 44 ("Detector") ermittelt werden kann. Insbesondere kann auch ermittelt werden (beispielsweise durch Anordnung von zwei Sensoren), ob die Komprimierung der Spule 43, also die Längenänderung Δl' der Spule 43, durch ein Verschieben des oberen Endes der Spule 43 nach unten oder durch ein Verschieben des unteren Endes der Spule 43 nach oben verursacht wird. Damit kann wiederum auf die Richtung, in die das mit der Messeinrichtung 9 verbundene Steuerhebelelement 1 verschwenkt wird, geschlossen werden.The displacement or compression 45 ("Mechanical Deformation of the Conductive Coil") of this designed as a spring coil 43 is analogous to the displacement or compression of the spring with the character 34 from the Fig. 3 , so that in particular the displacement of the coil 43 to a housing, not shown, by means of suitable sensors 44 ("Detector") can be determined. In particular, it can also be determined (for example, by arranging two sensors) whether the compression of the coil 43, ie the change in length Δl 'of the coil 43, by moving the upper end of the coil 43 downward or by shifting the lower end of the coil 43 is caused to the top. This can in turn be closed to the direction in which the control lever element 1 connected to the measuring device 9 is pivoted.

Gemäß Fig. 4 bzw. gemäß obiger Formel bewirkt eine Komprimierung der Spule 43 aber eben auch eine Änderung ΔL der Induktivität L der Spule 43, woraus bei bekannter Kapazität C wiederum auf eine Änderung der Resonanzfrequenz f0 geschlossen werden kann. Diese Bestimmung der Änderung der Resonanzfrequenz f0 erlaubt somit letztendlich die Bestimmung der Position bzw. der Positionsänderung des Steuerhebelelements 1.According to Fig. 4 or according to the above formula, a compression of the coil 43 but also causes a change .DELTA.L of the inductance L of the coil 43, which in turn can be inferred at a known capacitance C to a change in the resonant frequency f 0 . This determination of the change in the resonant frequency f 0 thus ultimately allows the determination of the position or the position change of the control lever element 1.

Ferner umfasst die Messeinrichtung 9 und deren elektrischer Schwingkreis LC mindestens einen Sensor 44, mittels dem die Änderung Δl' der Länge l' der Spule 43 direkt oder indirekt, also beispielsweise über die Änderung ΔL der Induktivität L, detektierbar und über ein entsprechendes zweites Signal 46 an eine gezeigte übergeordnete Steuerungseinrichtung CU des Steuersystems S übertragbar ist.Furthermore, the measuring device 9 and its electrical oscillating circuit LC comprises at least one sensor 44, by means of which the change .DELTA.l 'of the length l' of the coil 43 directly or indirectly, so for example via the change ΔL of the inductance L, detectable and via a corresponding second signal 46th to a higher-level control device shown CU of the control system S is transferable.

Das passive Rückstellsystem kann dabei durch ein aktives Kraftbereitstellungssystem unterstützt werden. Das dazugehörige Aktorelement 5 kann beispielsweise in Form eines Magnetantriebselements M ausgestaltet sein, wie gemäß den Fig. 5a, 5b und 5c veranschaulicht. Dabei zeigt die Figur 5a eine Draufsicht, Fig. 5b eine Querschnittsansicht durch die in Fig. 5a gemäß den Pfeilen A-A veranschaulichte Ebene und Fig. 5c eine perspektivische Ansicht des Magnetantriebselements M.The passive reset system can be supported by an active power delivery system. The associated actuator element 5 can be configured, for example, in the form of a magnetic drive element M, as shown in FIGS Fig. 5a, 5b and 5c illustrated. It shows the FIG. 5a a top view, Fig. 5b a cross-sectional view through the in Fig. 5a plane illustrated by the arrows AA and Fig. 5c a perspective view of the magnetic drive element M.

Vorliegend ist hierbei ein zylindrischer Permanentmagnet 51 ("permanent magnet") innerhalb eines nicht-magnetischen Trägers 53 ("non magnetic carrier") benachbart von magnetischem Material 52 ("magnet flux optimiser (magnetic material)") angeordnet. Um den nicht-magnetischen Träger 53 ist ein magnetischer Ring 54 ("magnetic ring") angeordnet. Innerhalb des nicht-magnetischen Trägers 53 ist eine Spule 55 in Form von elektrisch leitfähigen Windungen ("circular electrically conductive windings") angeordnet. Der Magnet 51 ist beweglich zur ihn konzentrisch umgebenden Spule 55 angeordnet und mit einer nicht gezeigten Längsachse 5a des Aktorelements 5 starr verbunden.In the present case, a cylindrical permanent magnet 51 ("permanent magnet") is arranged inside a non-magnetic carrier 53 ("magnetic carrier") adjacent to magnetic material 52 (magnetic flux optimizer (magnetic material)). Around the non-magnetic support 53 is disposed a magnetic ring 54 ("magnetic ring"). Within of the non-magnetic carrier 53, a coil 55 in the form of electrically conductive windings ("circular electrically conductive windings") is arranged. The magnet 51 is movably arranged to coil 55 concentrically surrounding it and rigidly connected to a longitudinal axis 5a of the actuator element 5, not shown.

Über eine Änderung der Stromstärke eines Stroms, welcher durch die Spule 55 fließt, kann die Position des Magneten 51 zumindest in Richtung der Längsachse 5a des Aktorelements 5 und mit ihm verbundener Elemente geändert werden. Denkbar wäre, dass am Magneten 51 bzw. im Inneren der im Magneten 51 angeordneten Bohrung eine Welle angeordnet und starr mit dem Magneten 51 verbunden ist. Diese Welle kann wie die Achsen 5a, 7a gemäß Fig. 2a/2b angeordnet sein. Eine Bewegung des Magneten 51 kann so auf die Achsen 5a, 7a und damit wie oben beschrieben auf das Steuerhebelelement 1 übertragen werden.By changing the current of a current flowing through the coil 55, the position of the magnet 51 can be changed at least in the direction of the longitudinal axis 5a of the actuator element 5 and elements connected to it. It would be conceivable for a shaft to be arranged on the magnet 51 or in the interior of the bore arranged in the magnet 51 and rigidly connected to the magnet 51. This shaft can as the axes 5a, 7a according to Fig. 2a / 2b be arranged. A movement of the magnet 51 can thus be transmitted to the axes 5a, 7a and thus to the control lever element 1 as described above.

Dabei sind Bewegungen des Aktorelements 5 entlang der jeweiligen Längsachse 5a durch ein entsprechendes erstes Signal 56 der Steuerungseinrichtung CU des Steuersystems S mittels einer Steuerung der Stromstärke programmierbar ausführbar.In this case, movements of the actuator element 5 along the respective longitudinal axis 5a by a corresponding first signal 56 of the control device CU of the control system S by means of a control of the current programmable executable.

Fig. 6 zeigt einen möglichen Verlauf des Drehmoments T' ("Torque") in Abhängigkeit des Verstellwegs x ("Travel") bzw. des Verschwenkwegs des Steuerhebelelements 1 anhand eines Diagramms mit den Achsen T für Drehmoment und x für Verstellweg. Letzterer sei vorliegend der Einfachheit halber gleichzusetzen mit einem Verschwenkwinkel des Steuerhebelelements 1. Fig. 6 shows a possible curve of the torque T '("torque") as a function of the displacement travel x ("Travel") and the Verschwenkwegs of the control lever element 1 using a diagram with the axes T for torque and x for adjustment. The latter is present for simplicity equal to a pivoting angle of the control lever element. 1

Gezeigt sind die Drehmomentgrenzen T*min, T*max der vorliegenden Anordnung, nämlich ein minimal aufzubringendes Drehmoment T*min ("minimum application torque") und ein maximal aufzubringendes Drehmoment T*max ("maximum application torque"). Letzteres entspricht mindestens dem doppelten Losbrechmoment Tbo ("Break-out Torque"), also dem maximal notwendigen Drehmoment zur Trennung einer bestehenden Haftverbindung. Ein aus der Praxis bekannter Wert für dieses Losbrechmoment (auch Reibmoment genannt) ist typischerweise 1,5 Nm.Shown are the torque limits T * min, T * max of the present arrangement, namely a minimum applied torque T * min ("minimum application torque") and a maximum applied torque T * max ("maximum application torque"). The latter corresponds to at least twice the breakaway torque Tbo ("break-out torque"), ie the maximum torque required to separate an existing adhesive bond. A value known from practice for this breakaway torque (also called the friction torque) is typically 1.5 Nm.

Wie zu sehen ist, liegen alle Werte der Beispielkurve T' jeweils zwischen den Graphen (Geraden) für Losbrechmoment Tbo und maximal aufzubringendem Drehmoment T*max. Es steigt gemäß Beispielkurve T' das Drehmoment T zunächst in etwa linear bzw. mit einer geringen Steigung m1 an.As can be seen, all the values of the example curve T 'lie between the graphs (straight lines) for the breakaway torque Tbo and the maximum torque T * max to be applied. According to the example curve T ', the torque T initially increases approximately linearly or with a small gradient m1.

Bei Erreichen eines gewissen Wegs steigt das Drehmoment T mit einer hohen Steigung m2 an bis zu einem Maximalwert Tmax, um dann mit einer ebenso hinsichtlich ihres Betrags hohen negativen Steigung m3 abzufallen bis zu einem Drehmoment Tmin, welches vorliegend den niedrigsten Wert innerhalb der Beispielkurve T' aufweist. Anschließend steigt das Drehmoment wieder mit einer starken Steigung m4 an.When a certain distance is reached, the torque T increases with a high gradient m2 up to a maximum value Tmax and then decreases with a negative slope m3 which is also high in magnitude, up to a torque Tmin, which in this case is the lowest value within the example curve T '. having. Subsequently, the torque increases again with a strong slope m4.

Denkbar ist hier also, dass das aktive Kraftsystem so programmiert ist, dass es je nach zurückgelegtem Weg x bzw. je nach vorliegendem Wegabschnitt entweder dem Fahrer aktiv Kraft entgegensetzt (siehe Passagen mit Steigungen m2, m4) oder den Fahrer aktiv unterstützt (siehe Passagen mit Steigungen m3). Dies dient einerseits dazu, den Fahrer vor einer Gefahr zu warnen (wie oben beschrieben); es kann aber auch eine Art Information für ihn sein, um ihn mittels der abrupten Drehmomentänderung anzuzeigen, dass nun mit dem Verlassen eines ersten Wegbereichs auch ein erster Arbeitslevel verlassen und mit Betreten eines zweiten Wegbereichs ein zweiter Arbeitslevel begonnen wird. Beispielsweise heißt dies für ihn, dass nun die Lichter am Bagger angeschaltet werden oder werden müssen.It is therefore conceivable here that the active force system is programmed so that it either actively opposes the driver (see passages with gradients m2, m4) or actively supports the driver, depending on the distance traveled x or depending on the path segment Gradients m3). On the one hand, this serves to warn the driver of a danger (as described above); but it can also be a kind of information for him to indicate him by means of the abrupt torque change, that now leave a first working level with leaving a first path range and a second working level is entered upon entering a second path range. For example, this means for him that now the lights on the excavator are turned on or need to be.

Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.All disclosed in the application documents features are claimed as essential to the invention, provided they are new individually or in combination over the prior art.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
SteuerhebelelementControl lever member
22
Referenzpunktreference point
3a, 3b, 3c3a, 3b, 3c
Verbindungenlinks
4a, 4b, 4c4a, 4b, 4c
Verbindungenlinks
5, 75, 7
Aktorelementactuator
5a, 6a, 7a, 8a, 9a, 10a5a, 6a, 7a, 8a, 9a, 10a
Längsachselongitudinal axis
5a1, 6a1; 7a1, 8a1, 9a1, 10a15a1, 6a1; 7a1, 8a1, 9a1, 10a1
oberes Endetop end
5a2, 6a2, 7a2, 8a2, 9a2, 10a25a2, 6a2, 7a2, 8a2, 9a2, 10a2
unteres Endelower end
6, 86, 8
RückstellelementReturn element
9, 109, 10
Messeinrichtungmeasuring device
11a, 11b, 11c, 1d11a, 11b, 11c, 1d
bewegbares Elementmovable element
11a1, 11 a2, ..., 11d1, 11d211a1, 11a2, ..., 11d1, 11d2
Verschwenkbewegungswiveling
12', 12"12 ', 12 "
Signalsignal
1313
Fahrzeugvehicle
1414
Fahrzeugkabinecabin
1515
erster Auslegerarmfirst cantilever arm
15a, 15b, 16a, 16b15a, 15b, 16a, 16b
EndeThe End
1616
zweiter Auslegerarmsecond extension arm
19a19a
Längsrichtunglongitudinal direction
19b19b
Breitenrichtungwidth direction
19c19c
Höhenrichtungheight direction
25a, 25b25a, 25b
Joystickjoystick
2626
Baggerschaufelscoop
3131
Gleitstabslide bar
31a, 33a31a, 33a
Achseaxis
32a, 32b32a, 32b
zweite Scheibensecond discs
3333
Gehäusecasing
3434
Druckfedercompression spring
35a, 35b35a, 35b
erste Scheibenfirst slices
36a, 36b36a, 36b
Stirnflächeface
4141
Aufbauconstruction
4242
Kondensatorcapacitor
4343
zweite Spulesecond coil
4444
Sensorsensor
4545
Komprimierungcompression
4646
zweites Signalsecond signal
5151
Magnetmagnet
5252
magnetisches Materialmagnetic material
5353
nicht-magnetischer Trägernon-magnetic carrier
5454
magnetischer Ringmagnetic ring
5555
erste Spulefirst coil
5656
erstes Signalfirst signal
CC
Kapazitätcapacity
CUCU
Steuerungseinrichtungcontrol device
f0 f 0
Frequenzfrequency
fx, fyfx, fy
Bewegungsgleichungenequations of motion
fx(px), fy(py), px, pyfx (px), fy (py), px, py
Koordinatencoordinates
hH
Eingangsbewegung nach hintenInput movement to the rear
II
Eingangsbewegung nach linksInput movement to the left
l'l '
Längelength
Δl'.DELTA.l '
Änderung der LängeChange of length
LL
Induktivitätinductance
ΔL.DELTA.L
Änderung der InduktivitätChange of inductance
LCLC
Schwingkreisresonant circuit
MM
MagnetantriebselementMagnetic drive element
m1, m2, m3, m4m1, m2, m3, m4
Steigungpitch
NN
Windungsanzahlnumber of turns
rr
Eingangsbewegung nach rechtsInput movement to the right
vv
Eingangsbewegung nach vorneInput movement forward
RR
Abstanddistance
Rm R m
magnetischer Widerstandmagnetic resistance
S, S'S, S '
Steuersystemcontrol system
SG, XG, YG, 6G; 8GSG, XG, YG, 6G; 8G
Grundstellunginitial position
SPSP
Systempunktsystem point
TT
Drehmomenttorque
T'T '
Beispielkurveexample curve
Tmin, TmaxTmin, Tmax
Extremum des DrehmomentverlaufsExtremum of the torque curve
T*min, T*maxT * min, T * max
Drehmomentgrenzetorque limit
Tbotbo
LosbrechmomentBreakaway
xx
Verstellwegadjustment
X, Y, ZX, Y, Z
Systemachsensystem axes
Z31Z31
Bewegung nach obenMove upwards
Z32Z32
Bewegung nach untenMove down
µ0 μ 0
Permeabilitätszahlpermeability

Claims (11)

Steuersystem (S; S') für Fahrzeuge, insbesondere Nutzfahrzeuge, umfassend ein entlang einer ersten Systemachse (Z) angeordnetes Steuerhebelelement (1), wobei die erste Systemachse (Z) in einem Referenzpunkt (2) starr mit einer zweiten Systemachse (X) und einer dritten Systemachse (Y) verbunden ist, wobei ausgehend von einer Grundstellung (SG) des Steuersystems (S; S') das Steuersystem (S; S') mittels einer Drehung um den Referenzpunkt (2) auslenkbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
mit mindestens einer der zweiten (X) oder dritten Systemachse (Y) mindestens ein Aktorelement (5; 7) zum aktiven Bewegen der jeweiligen Systemachse (X, Y) und/ oder mindestens ein Rückstellelement (6; 8) zum Rückstellen der jeweiligen Systemachse (X, Y) in die Grundstellung (SG) des Steuersystems (S; S') jeweils mittels eines oberen Endes (5a1, 6a1; 7a1, 8a1) einer Längsachse (5a, 6a; 7a, 8a) verbunden ist.Control system (S; S ') for vehicles, in particular commercial vehicles, comprising a control lever element (1) arranged along a first system axis (Z), wherein the first system axis (Z) is rigidly connected to a second system axis (X) and at a reference point (2) a third system axis (Y) is connected, starting from a basic position (SG) of the control system (S; S '), the control system (S; S') is deflectable by means of a rotation about the reference point (2),
characterized in that
with at least one of the second (X) or third system axis (Y) at least one actuator element (5; 7) for actively moving the respective system axis (X, Y) and / or at least one reset element (6; 8) for resetting the respective system axis ( X, Y) is connected to the home position (SG) of the control system (S; S ') respectively by means of an upper end (5a1, 6a1; 7a1, 8a1) of a longitudinal axis (5a, 6a; 7a, 8a). Steuersystem (S; S') für Fahrzeuge nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste (Z), die zweite (X) und die dritte Systemachse (Y) jeweils senkrecht zueinander angeordnet sind.Control system (S; S ') for vehicles according to claim 1,
characterized in that
the first (Z), the second (X) and the third system axis (Y) are each arranged perpendicular to each other. Steuersystem (S') für Fahrzeuge nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
mit mindestens einer der zweiten (X) oder dritten Systemachse (Y) mindestens eine Messeinrichtung (9; 10) zum Messen der Position der zweiten und/ oder der dritten Systemachse (X; Y) jeweils mittels eines oberen Endes (9a1, 10a1) einer Längsachse (9a, 10a) verbunden ist.A control system (S ') for vehicles according to claim 1 or 2,
characterized in that
at least one measuring device (9, 10) for measuring the position of the second and / or the third system axis (X, Y) by means of at least one of the second (X) or third system axis (Y), in each case by means of an upper end (9a1, 10a1) of a Longitudinal axis (9a, 10a) is connected. Steuersystem (S') für Fahrzeuge nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens eine der Längsachsen (5a; 6a; 7a; 8a; 9a; 10a) mit der jeweiligen mit ihnen verbundenen Systemachse (X; Y) hinsichtlich einer Translationsbewegung entlang der mindestens einen Längsachse (5a; 6a; 7a; 8a; 9a; 10a) starr verbunden und hinsichtlich einer Rotationsbewegung um die jeweilige mit ihnen verbundene Systemachse (X; Y) beweglich verbunden ist.Control system (S ') for vehicles according to one of the preceding claims,
characterized in that
at least one of the longitudinal axes (5a; 6a; 7a; 8a; 9a; 10a) with the respective one with their associated system axis (X; Y) is rigidly connected with respect to translation movement along the at least one longitudinal axis (5a; 6a; 7a; 8a; 9a; 10a) and is movably connected with respect to rotational movement about the respective system axis (X; Y) connected thereto , Steuersystem (S; S') für Fahrzeuge nach einem der Ansprüche 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
in einer Grundstellung (XG) der zweiten Systemachse (X) die Längsachsen (5a; 6a; 9a) des mit der zweiten Systemachse (X) verbundenen Aktorelements (5), Rückstellelements (6) und der Messeinrichtung (9) jeweils parallel zueinander und/ oder senkrecht zur zweiten Systemachse (X) angeordnet sind.Control system (S; S ') for vehicles according to one of claims 3 or 4,
characterized in that
in a basic position (XG) of the second system axis (X) the longitudinal axes (5a; 6a; 9a) of the actuator element (5), return element (6) and the measuring device (9) connected to the second system axis (X) are parallel to one another and / or or perpendicular to the second system axis (X) are arranged. Steuersystem (S; S') für Fahrzeuge nach einem der Ansprüche 3-5,
dadurch gekennzeichnet, dass
in einer Grundstellung (YG) der dritten Systemachse (Y) die Längsachsen (7a; 8a; 10a) des mit der dritten Systemachse (Y) verbundenen Aktorelements (7), Rückstellelements (8) und der Messeinrichtung (10) jeweils parallel zueinander und/ oder senkrecht zur dritten Systemachse (Y) angeordnet sind.Control system (S; S ') for vehicles according to one of claims 3-5,
characterized in that
in a basic position (YG) of the third system axis (Y), the longitudinal axes (7a; 8a; 10a) of the actuator element (7), return element (8) and the measuring device (10) connected to the third system axis (Y) are parallel to one another and / or or perpendicular to the third system axis (Y) are arranged. Steuersystem (S; S') für Fahrzeuge nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das erste (5) und/ oder das zweite Aktorelement (7) als Magnetantriebselement (M) ausgestaltet ist, welches einen beweglich zu einer ersten Spule (55) angeordneten und mit der Längsachse (5a; 7a) des Aktorelements (5; 7) starr verbundenen Magneten (51) umfasst, wobei eine Position des Magneten (51) relativ zur ihn konzentrisch umgebenden ersten Spule (55) mittels einer Änderung einer Stromstärke eines die erste Spule (55) durchfließenden Stroms zumindest in Richtung der Längsachse (5a; 7a) des Aktorelements (5; 7) veränderbar ist.Control system (S; S ') for vehicles according to one of the preceding claims,
characterized in that
the first (5) and / or the second actuator element (7) is designed as a magnetic drive element (M) which is arranged to be movable relative to a first coil (55) and rigid with the longitudinal axis (5a; 7a) of the actuator element (5; connected magnet (51), wherein a position of the magnet (51) relative to the concentrically surrounding first coil (55) by means of a change of a current flowing through the first coil (55) current at least in the direction of the longitudinal axis (5a, 7a) Actuator element (5; 7) is variable. Steuersystem (S; S') für Fahrzeuge nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das erste (5) und/ oder zweite Aktorelement (7) mittels eines entsprechenden ersten Signals (56) einer Steuerungseinrichtung (CU) des Steuersystems (S; S') ansteuerbar ist.Control system (S; S ') for vehicles according to one of the preceding claims,
characterized in that
the first (5) and / or second actuator element (7) can be controlled by means of a corresponding first signal (56) of a control device (CU) of the control system (S; S '). Steuersystem (S; S') für Fahrzeuge nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das erste (6) und/ oder das zweite passive Rückstellelement (8) einen die Längsachse (6a; 8a) des Rückstellelements (6; 8) ausbildenden Gleitstab (31) umfassen, welcher innerhalb eines hohlzylindrischen Gehäuses (33) entlang seiner Längsachse (31 a) beweglich gelagert ist, wobei in der Grundstellung (SG) des Steuersystems (S; S') innerhalb des Gehäuses (33) eine zweite obere Scheibe (32a) und eine zweite untere Scheibe (32b), zwischen welchen eine Druckfeder (34) unter Vorspannung angeordnet ist, jeweils kontaktierend zum Gehäuse (33) angeordnet sind, und wobei eine erste obere Scheibe (35a) benachbart zur zweiten oberen Scheibe (32a) und eine erste untere Scheibe (35b) benachbart zur zweiten unteren Scheibe (32b) jeweils auf einer der Druckfeder (34) abgewandten Seite der zu ihnen benachbarten zweiten Scheibe (32a; 32b) angeordnet sind, wobei die erste obere (35a) und die erste untere Scheibe (35b) starr mit dem Gleitstab (31) verbunden sind.Control system (S; S ') for vehicles according to one of the preceding claims,
characterized in that
the first (6) and / or the second passive return element (8) comprise a sliding rod (31) forming the longitudinal axis (6a; 8a) of the restoring element (6; 8), which is mounted within a hollow cylindrical housing (33) along its longitudinal axis (31 a) is movably mounted, wherein in the basic position (SG) of the control system (S; S ') within the housing (33) a second upper disc (32a) and a second lower disc (32b), between which a compression spring (34) is arranged under bias, respectively contacting the housing (33) are arranged, and wherein a first upper disc (35a) adjacent to the second upper disc (32a) and a first lower disc (35b) adjacent to the second lower disc (32b) respectively one of the compression spring (34) facing away from the adjacent to them second disc (32a, 32b) are arranged, wherein the first upper (35a) and the first lower disc (35b) are rigidly connected to the slide rod (31). Steuersystem (S; S') für Fahrzeuge nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Gehäuse (33) eine obere (36a) und eine untere Stirnfläche (36b) aufweist, wobei die zweite obere Scheibe (32a) mit einem Inneren der oberen Stirnfläche (36a) und eine zweite untere Scheibe (32b) mit einem Inneren der unteren Stirnfläche (36a) kontaktierend angeordnet sind, und wobei in einer Grundstellung (6G; 8G) des Rückstellelements (6; 8) die erste obere Scheibe (35a) kontaktierend zur zweiten oberen Scheibe (32a) und die erste untere Scheibe (35b) kontaktierend zur zweiten unteren Scheibe (32b) angeordnet sind.Control system (S; S ') for vehicles according to claim 9,
characterized in that
the housing (33) has an upper (36a) and a lower end surface (36b), the second upper disc (32a) having an interior of the upper end surface (36a) and a second lower disc (32b) having an interior of the lower end surface (36a) are arranged in contact, and wherein in a basic position (6G; 8G) of the restoring element (6; 8), the first upper disc (35a) contacting the second upper disc (32a) and the first lower disc (35b) contacting the second lower disc (32b) are arranged. Steuersystem (S; S') für Fahrzeuge nach einem der Ansprüche 3-10,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste (9) und/ oder die zweite Messeinrichtung (10) einen elektrischen Schwingkreis (LC) umfassen, welcher mindestens einen Sensor (44), eine zweite Spule (43) mit einer veränderbaren Länge (l') und einen zur zweiten Spule (43) in Reihe geschalteten Kondensator (42) aufweist, wobei mittels des Sensors (44) eine Änderung (Δl') der Länge (l') der zweiten Spule (43) direkt oder indirekt detektierbar und über ein entsprechendes zweites Signal (46) an die Steuerungseinrichtung (CU) des Steuersystems (S, S') übertragbar ist.A vehicle control system (S; S ') according to any one of claims 3-10,
characterized in that
the first (9) and / or the second measuring device (10) comprise an electrical oscillating circuit (LC) which has at least one sensor (44), a second coil (43) with a variable length (l ') and a second coil ( 43) in series capacitor (42), wherein by means of the sensor (44) a change (Δl ') of the length (l') of the second coil (43) directly or indirectly detectable and via a corresponding second signal (46) the control device (CU) of the control system (S, S ') is transferable.
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