DD237639A1 - Elektrohydraulische lenkautomatik, insbesondere fuer landmaschinen und traktoren - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrohydraulische Lenkautomatik zur selbsttaetigen Fuehrung von Arbeitsmaschinen entlang einer Leitlinie. Durch die Erfindung soll an einer derartigen Lenkautomatik eine hohe Stellgeschwindigkeit bei geringen Beschleunigungs- bzw. Verzoegerungskraeften sowie geringen Regelabweichungen insbesondere dadurch erreicht werden, dass bei Regelabweichungen nahe Null ein freier Umlauf des Pumpenfoerderstromes vorliegt und in den Dosierstellungen des den Lenkzylinder steuernden Ventils ein Pumpendruck gegeben ist, der unwesentlich ueber dem Arbeitsdruck des Lenkzylinders liegt. Die erfindungsgemaesse Lenkautomatik umfasst ein elektrisch gestelltes Proportionalventil mit Anschluessen fuer eine Zuflussleitung, eine Rueckflussleitung sowie zwei Zylinderleitungen und ein Druckdifferenzventil mit stellbarer Federkraft, dessen Federraum mit dem gesteuerten Anschluss eines ODER-Ventils Verbindung hat, welches ueber seine Eingangsanschluesse an beide Zylinderleitungen angeschlossen ist. Die Ausgaenge eines vom Lenkzylinder gestellten Istwertgebers sowie eines tastergestellten Sollwertgebers sind eingangsseitig mit einem PID-Regler verbunden, dessen Ausgang ueber eine Steuerkette, bestehend aus Lageregler, Ansteuerstufe und Leistungsstufen, auf die Proportionalmagneten des Wegeventils gefuehrt ist. Fig. 1

Description

Zwischen Zuflußleitung und Rückflußleitung des Wegeventils ist ein Druckdifferenzventil mit stellbarer Federkraft angeordnet, dessen Federraum mit dem gesteuerten Anschluß eines Oder-Ventils Verbindung hat, welches über seine Eingangsanschlüsse an beide Zylinderleitungen angeschlossen ist. In bekannter Weise sind die Ausgänge eines vom Lenkzylinder gestellten elektrischen Istwertgebers sowie eines von einem Taster gestellten Sollwertgebers mit den Eingängen eines PID-Reglers verbunden. Der Ausgang dieses Reglers ist in ebenfalls bekannter Weise über eine Steuerkette, in der sich ein Lageregler, eine Ansteuerstufe und zwei parallelgeschaltete Leistungsstufen befinden mit den beiden Proportionalmagneten des Wegeventils verbunden. Darüber hinaus ist in dieser Steuerkette zwischen dem PID-Relger und dem Lageregler ein Funktionsgenerator angeordnet dessen symmetrische Übertragungsfunktion aus einem anfänglichen Sperrbereich und einem anschließenden stetigen Bereich besteht, wobei der Übergang zwischen diesen beiden Bereichen sprungförmig von einstellbaren Punkten und mit einer Schalthysterese erfolgt.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert. In der Zeichnung zeigt: Figur 1: das Funktionsschema der elektronischen sowie hydraulischen Schaltelemente.

Bei einer Regelabweichung nahe Null zwischen dem die Lenkung bewirkenden Lenkzylinder 1 und dem Taster 2 — d.h. das Fahrzeug besitzt den vorgegebenen Abstand und die vorgegebene Lage zur Leitlinie—befindet sich das Proportionalwegeventil 3 in seiner Neutralstellung. Der von der Pumpe 4 geförderte Strom fließt durch die Verbindung zwischen Zuflußleitung 5 und Rückflußleitung 6 drucklos zum Behälter 7 zurück. Die beiden Zylinderleitungen 8,9 sind abgesperrt, der Lenkzylinder 1 kann durch äußere Kräfte demzufolge nicht verstellt werden.

Ergibt sich z. B. durch eine Krümmung der Leitlinie eine Regelabweichung zwischen Soll- und Istwert, wird die im PID-Regler 10 mit dessen Zeitverhalten und Verstärkungsfaktor verstärkt an den Funktionsgenerator 11 weitergegeben. Für relativ kleine Eingangssignale, die noch innerhalb des anfänglichen Sperrbereiches liegen, sperrt dieser den Durchgang, und die weiteren Elemente der Steuerkette werden nicht wirksam — das Proportionalwegeventil 3 läßt die Pumpe 4 weiter drucklos umfördern, und der Lenkzylinder 1 bleibt abgesperrt. Damit wird das Proportionalwegeventil 3 bei den ständigen kleinen Tasterausschlägen nicht aus der Neutralstellung ausgelenkt, sondern verbleibt in dieser, wodurch die Verlustleistung und die Pumpendruckbelastung minimal sind.

Erst wenn die Regelabweichung einen einstellbaren Schwellwert übersteigt, übernimmt der Funktionsgenerator 1.1 eine Verstärkungsfunktion in seinem stetigen Bereich. Dabei ist seine Ausgangsgröße zu Beginn seines stetigen Bereichesso eingestellt, daß sie nach Durchlauf der weiteren Elemente der Steuerkette Lageregler 12, Ansteuerstufe 13, jeweilige Leistungsstufe (je nach Richtung der Regelabweichung) 14 bzw. 15, Proportionalmagnet 16 oder 17 das Proportionalwegeventil 3 mindestens bis zum Öffnungsbeginn der Verbindungen Zuflußleitung 5 zur jeweiligen zuflußseitigen Zylinderleitung 8 bzw. 9 und der jeweilig rückflußseitigen Zylinderleitung 9 bzw. 8 zur Rückflußleitung 6auslenkt. Das Druckdifferenzventil 18, welches federraumseitig über das Oder-Ventil 19 mit dem momentanen Verbraucherzuflußdruck (am Lenkzylinder 1 ist aktive Belastung vorherrschend) beaufschlagt ist, begrenzt dabei die Druckdifferenz über dem zuflußseitigen Öffnungsquerschnitt des Proportionalwegeventiles 3 konstant auf einen über die Federkraft des Druckdifferenzventiles 18 vorwählbaren Wert. Dadurch ergeben sich mehrere Vorteile.

Da diese Druckdifferenz nur so groß gewählt wird, daß der gesamte Pumpenförderstrom erst bei maximalem Öffnungsquerschnitt zum Lenkzylinder 1 fließt, ergibt sich eine maximale Auflösung bei der stetigen Dosierfunktion des Proportionalwegeventiles 3. Die Pumpe 4 wird nur mit einem Druck belastet, der um diese relativ geringe Druckdifferenz größer ist, als der Zuflußdruck zum Lenkzylinder 1. Über das Pumpendruckbegrenzungsventil 20 fließt der Pumpenförderstrom erst, wenn die Druckbelastung des Lenkzylinders 1 den maximal zulässigen Wert erreicht. Die anfallende Verlustleistung ist trotz Konstantpumpe auch im Dosierbereich relativ gering. Die Größe des Öffnungsquerschnittes des Proportionalwegeventils 3 ist im stetigen Bereich der Übertragungsfunktion des Funktionsgenerators 11 proportional zur Regelabweichung bzw. wegen des D-Anteiles des PID-Reglers 10 proportional zu deren Zeitdifferential. Damit läßt sich der Stellgeschwindigkeitsverlauf des Lenkzylinders 1 den Bedingungen des Regelkreises optimal anpassen. Durch die Rückführung der Auslenkung des Proportionalwegeventiles 3 über Weggeber 21 auf den Lageregler 12 ergibt sich eine große Genauigkeit bei der Steuerung des Proportionalwegeventils 3 durch den Funktionsgenerator 11. Verringert sich durch den Abgleichvorgang die Regelabweichung bis zum Rückschaltpunkt des Funktionsgenerators 11, springt dieser in seinen Sperrbereich zurück und damit auch das Proportionalwegeventil 3 in die Neutralstellung. Damit es bei bestimmter Größe der Regelabweichung nicht zum ständigen Schalten zwischen Sperrbereich und stetigem Kennlinienbereich kommt, besteht zwischen dem Schwellwert für den Sprung vom Sperrbereich zum stetigen Kennlinienbereich und dem Rückschaltpunkt für die entgegengesetzte Funktion eine Schalthysterese einstellbarer Größe.

Dadurch, daß das Rückschalten des Proportionalwegeventils 3 in die Neutralstellung bei einer Regelabweichung nahe Null demzufolge aus einer Schaltstellung heraus erfolgt, in der die Verbindungen zwischen Zuflußleitung 5 und momentan zuflußseitiger Zylinderleitung 8 bzw. 9 sowie momentan rückflußseitiger Zylinderleitung 9 bzw. 8 und Rückflußleitung 6 noch geöffnet sind, die Verbindung zwischen Zuflußleitung 5 und Rückflußleitung 6 noch gesperrt ist, kommt es bei aktiver und passiver Belastung des Lenkzylinders 1 nicht zum Verbleib des Proportionalventils 3 in einer drosselnden Zwischenstellung. Es stellt sich der volle Querschnitt für den freien Pumpenumlauf ein und beide Zylinderleitungen 8; 9 werden abgesperrt. Dadurch werden wiederum vorteilhafterweise Verlustleistung und die Pumpendruckbelastung minimiert.

Durch die Erfindung wird eine elektrohydraulische Lenkautomatik geschaffen, die eine stetige Funktion besitzt, wodurch sich eine große Stellgeschwindigkeit bei kleiner Regelabweichung realisieren läßt. Durch den freien Pumpenumlauf bei Regelabweichungen nahe Null und durch eine Pumpenbelastung nur unwesentlich über dem Arbeitsdruck des Lenkzylinders im Dosierbereich werden eine geringe Verlustleistung sowie ein geringer Pumpenverschleiß und damit ein ökonomischer Betrieb ermöglicht.

Claims (1)

1. Erfindungsanspruch:

   Elektrohydraulische Lenkautomatik, insbesondere für Landmaschinen und Traktoren, bestehend aus einem Flüssigkeitsbehälter, einer Pumpe mit Druckbegrenzungsventil, einem Proportionalwegventil mit Anschlüssen für eine Zuflußleitung, eine Rückflußleitung und zwei Zylinderleitungen, mit einem doppeltwirkenden Lenkzylinder an den ein elektrischer Istwertgeber angeschlossen ist, der ausgangsseitig mit dem ersten Eingang eines PID-Reglers Verbindung hat, dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang eines tastergestellten Sollwertgebers in Verbindung steht und bei dem der Ausgang des PID-Reglers über eine Steuerkette, bestehend aus Lageregler, Ansteuerstufe und zwei parallel geschalteten Leistungsstufen mit den beiden Proportionalmagneten des Proportionalwegeventiles verbunden ist, wobei einer dieser Proportionalmagneten über einen Weggeber verfügt, der an den zweiten Eingang des Lagereglers angeschlossen ist, gekennzeichnet dadurch, daß in der Neutralstellung des Proportionalwegeventils (3) die beiden Zylinderleitungen (8; 9) abgesperrt sind und die Zuflußleitung (5) mit der Rückflußleitung (6) verbunden ist und daß in den Zwischenstellungen des Proportionalwegeventils (3) eine Verbindung zwischen Zuflußleitung (5) und Rückflußleitung (6) mit je einer der beiden Zylinderleitungen (8; 9) mit einem hubproportionalen Öffnungsquerschnitt besteht, während keine Verbindung zwischen Zuflußleitung (5) und Rückflußleitung (6) vorliegt und daß weiterhin zwischen der Zuflußleitung (5) und der Rückflußleitung (6) ein Druckdifferenzventil (18) mit einstellbarer Federkraft angeordnet ist, dessen Federraum mit dem gesteuerten Anschluß eines Oder-Ventils (19) in Verbindung steht, welches über seine Eingangsanschlüsse zwischen die Zylinderleitungen (8; 9) geschaltet ist und daß in der elektrischen Steuerkette zwischen PID-Regler (10) und Lageregler (12) ein Funktionsgenerator (11 (angeordnet ist, dessen symmetrische Übertragungsfunktion aus einem anfänglichen Sperrbereich und einen anschließenden stetigem Bereich besteht, wobei ein sprungförmiger Übergang zwischen beiden Bereichen vorliegt und dieser Sprung eine richtungsabhängige Schalthysterese besitzt und seine Lage einstellbar ist.

   Hierzu 1 Seite Zeichnung

   Anwendungsgebiet der Erfindung

   Die Erfindung betrifft eine elektrohydraulische Lenkautomatik insbesondere für Landmaschinen und Traktoren zur selbständigen Führung dieser Arbeitsmaschinen nach einer z.B. durch die Bestandsgrenze von Agrokulturen oder die Pflugfurche vorgegebenen Leitlinie.

   Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

   Bekannt ist eine elektrohydraulische Lenkautomatik für Mähdrescher, welche mit einem Dreipunktregler ausgerüstet ist. Der hydraulische Lenkzylinder wird von einem schaltenden Dreistellungs-Wegeventil gesteuert, welches in der neutralen Schaltstellung bei Absperrung der beiden Zylinderleitungen den zur Minimierung der Verlustleistung und Pumpendruckbelastung erforderlichen freien Umlauf des Pumpenförderstromes gewährt. Die Nachteile dieses unstetig wirkenden Systems sind die durch die große Beschleunigung und Verzögerung des Lenkzylinders verursachten Stoßbelastungen und Geräusche sowie die relativ große Regelabweichung. Weiterhin bekannt ist ein stetig wirkendes System bei dem ein proportional wirkendes Servoventil die Steuerung des Lenkzylinders übernimmt. In üblicherweise sperrt dieses Servoventil in der Neutralstellung außer den Zylinderleitungen auch die Zuflußleitung ab. Damit muß der Pumpenförderstrom in der Zeit, in der die Regelabweichung nahe Null ist, über das erst beim max. zulässigen Betriebsdruck öffnende Druckbegrenzungsventil zum Tank umlaufen. Auch in den dosierenden Zwischenstellungen des Servoventils muß der überschüssige Teil des Pumpenförderstromes über diesen Weg fließen. Damit entsteht ein großer Verlustleistungsanteil und durch die hohe durchschnittliche Pumpenbelastung ein großer Pumpenverschleiß, wodurch eine solche Lenkautomatik relativ hohe Betriebskosten verursacht.

   Ziel der Erfindung

   Die Erfindung hat eine elektrohydraulische Lenkautomatik zum Ziel, die eine hohe Stellgeschwindigkeit bei geringen Beschleunigungs- bzw. Verzögerungskräften sowie geringer Regelabweichung gewährleistet.

   Darlegung des Wesens der Erfindung

   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrohydraulische Lenkautomatik zu schaffen, die stetig wirkt und zur Minimierung der Verlustleistung und Pumpendruckbelastung bei Regelabweichungen nahe Null einen freien Umlauf des Pumpenförderstromes gewährt sowie in den Dosierstellungen des den Lenkzylinder steuernden Ventiles einen Pumpendruck bewirkt, der unwesentlich über dem Arbeitsdruck des Lenkzylinders liegt.

   Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Steuerung des Lenkzylinders ein elektrisch gestelltes Proportionalventil mit Anschlüssen für eine Zuflußleitung, eine Rückflußleitung und für zwei Zylinderleitungen aufweist, welches in der Neutralstellung bei Sperrung beider Zylinderleitungen die Zufluß- mit der Rückflußleitung verbindet und bei Auslenkung in beiden Stellrichtungen diese Verbindung gleichzeitig mit Öffnungsbeginn der Verbindung Zylinderleitungen zur Zufluß-bzw. Rückflußleitung unterbricht. Mit weiterer Auslenkung vergrößert sich der Öffnungsquerschnitt zwischen der Zuflußleitung und der momentan zuflußseitigen Zylinderleitung und zwischen der momentan rückflußseitigen Zylinderleitung ι irtH r\ar Ri"ir»U-fli iRlai+i mn c+a+ΐη \/r*rt Nil ill Ki ο -711 i4am r^öi- Mannijimrfa /4 ao \A/unm,anf!ic anfonra^anrlon IV/l=svinr»ol»A,e»r+