DD237639A1

DD237639A1 - ELECTROHYDRAULIC STEERING MACHINERY, ESPECIALLY FOR AGRICULTURAL MACHINES AND TRACTORS

Info

Publication number: DD237639A1
Application number: DD27665585A
Authority: DD
Inventors: Gerhard Wuerker; Ekart Michael; Eckehard Mathesius; Juergen Horst; Wolfram Lincke; Fritz Mueller
Original assignee: Orsta Hydraulik Veb K
Priority date: 1985-05-24
Filing date: 1985-05-24
Publication date: 1986-07-23

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. 1The invention relates to an electro-hydraulic automatic steering system for automatic guidance of working machines along a guideline. The invention aims at such a steering automatic high speed with low acceleration or Verzoegerungskraeften and low deviations are achieved in particular that at deviations near zero is a free circulation of Pumpenfoerderstromes and in the metering positions of the steering cylinder controlling valve pump pressure is given , which is insignificantly above the working pressure of the steering cylinder. The automatic steering system according to the invention comprises an electrically adjusted proportional valve with connections for an inflow line, a return line and two cylinder lines and a pressure differential valve with adjustable spring force, the spring chamber with the controlled connection of an OR valve has connection, which is connected via its Eingangsanschluesse to both cylinder lines. The outputs of an actual value transmitter provided by the steering cylinder as well as a setpoint setpoint sensor are connected on the input side to a PID controller, the output of which is guided via a timing chain, consisting of position controller, control stage and power stages, to the proportional solenoids of the directional control valve. 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.Between the supply line and return line of the directional valve, a pressure differential valve with adjustable spring force is arranged, the spring chamber has the controlled connection of an OR valve connection, which is connected via its input terminals to both cylinder lines. In known manner, the outputs of an electric actual value generator provided by the steering cylinder and a desired value transmitter provided by a pushbutton are connected to the inputs of a PID controller. The output of this regulator is connected in a likewise known manner via a timing chain in which a position controller, a control stage and two parallel-connected power stages are connected to the two proportional solenoids of the directional control valve. In addition, in this timing chain between the PID-Relger and the position controller, a function generator whose symmetrical transfer function consists of an initial stop band and a subsequent continuous range, the transition between these two areas is jump-shaped by adjustable points and with a hysteresis.

embodiment

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert. In der Zeichnung zeigt: Figur 1: das Funktionsschema der elektronischen sowie hydraulischen Schaltelemente.The invention will be explained below using an exemplary embodiment. In the drawing: FIG. 1 shows the functional diagram of the electronic and hydraulic switching elements.

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.At a control deviation close to zero between the steering cylinder causing the steering 1 and the button 2 -. the vehicle has the predetermined distance and the predetermined position to the guideline is the proportional directional control valve 3 in its neutral position. The funded by the pump 4 stream flows through the connection between the supply line 5 and return line 6 without pressure to the container 7 back. The two cylinder lines 8,9 are shut off, the steering cylinder 1 can therefore not be adjusted by external forces.

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.If z. B. by a curvature of the guideline, a control deviation between the setpoint and actual value, the amplified in the PID controller 10 with its timing and gain factor is passed to the function generator 11. For relatively small input signals, which are still within the initial Sperrbereiches, this locks the passage, and the other elements of the timing chain are not effective - the proportional directional control valve 3 allows the pump 4 continue to circulate without pressure, and the steering cylinder 1 remains shut off. Thus, the proportional directional control valve 3 is not deflected from the neutral position at the constant small button deflections, but remains in this, whereby the power loss and the pump pressure load are minimal.

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.Only when the control deviation exceeds an adjustable threshold, the function generator 1.1 assumes a gain function in its steady range. His output is set at the beginning of his steady Bereichesso that they after passing through the other elements of the timing chain position controller 12, control stage 13, respective power level (depending on the direction of the control deviation) 14 and 15, proportional solenoid 16 or 17, the proportional directional control valve 3 at least until Beginning of opening of the connections inflow line 5 to the respective inflow-side cylinder line 8 and 9 and the respective return-side cylinder line 9 and 8 to the return line 6auslenk. The pressure differential valve 18, which spring chamber side via the OR valve 19 with the current Verbraucherzuflußdruck (steering cylinder 1 is predominantly active load) is applied, thereby limiting the pressure difference across the inflow-side opening cross-section of the proportional directional control valve 3 constant to a preselected via the spring force of the pressure differential valve 18 value , This results in several advantages.

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.Since this pressure difference is chosen only so large that the entire pump flow rate flows only at maximum opening cross-section to the steering cylinder 1, there is a maximum resolution in the continuous dosing of the proportional directional control valve 3. The pump 4 is loaded only with a pressure that is relatively low Pressure difference is greater than the inflow pressure to the steering cylinder 1. About the pump pressure limiting valve 20, the pump delivery flow flows only when the pressure load of the steering cylinder 1 reaches the maximum allowable value. The accumulated power loss is relatively low despite constant pump also in the dosing. The size of the opening cross-section of the proportional directional control valve 3 is proportional to the control deviation in the steady region of the transfer function of the function generator 11 or proportional to the time differential thereof because of the D component of the PID controller 10. Thus, the actuating speed curve of the steering cylinder 1 can be optimally adapted to the conditions of the control loop. By returning the deflection of the proportional directional valve 3 via encoder 21 to the position controller 12 results in a high accuracy in the control of the proportional directional control valve 3 by the function generator 11. Reduced by the adjustment process, the deviation to the reset point of the function generator 11, this jumps into its blocking range back and thus the proportional directional control valve 3 in the neutral position. So that it does not come to permanent switching between stop band and continuous characteristic range at a certain size of the error, there is a switching hysteresis adjustable size between the threshold for the jump from the stop band to the continuous characteristic region and the reset point for the opposite function.

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.The fact that the switching back of the proportional directional control valve 3 in the neutral position at a control deviation close to zero therefore takes place from a switch position in which the connections between the supply line 5 and currently zuflußseitiger cylinder line 8 and 9 and currently reflux-side cylinder 9 and 8 and return line 6 still are open, the connection between the supply line 5 and return line 6 is still locked, it comes with active and passive load on the steering cylinder 1 not to the whereabouts of the proportional valve 3 in a throttling intermediate position. It turns the full cross section for the free pump circulation and both cylinder lines 8; 9 are shut off. This in turn advantageously power loss and the pump pressure load are minimized.

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.By the invention, an electro-hydraulic automatic steering system is provided which has a continuous function, which can be realized with a small control deviation, a large positioning speed. Due to the free pump circulation at control deviations close to zero and by a pump load only slightly above the working pressure of the steering cylinder in the dosing a low power loss and low pump wear and thus an economical operation possible.

Claims

Invention claim:

Electro-hydraulic steering automatic, in particular for agricultural machinery and tractors, consisting of a liquid container, a pump with pressure relief valve, a proportional directional valve with connections for an inflow, a return line and two cylinder lines, with a double-acting steering cylinder to which an electrical feedback is connected, the output side with the first Input of a PID controller Connection whose second input is connected to the output of a setpoint setpoint sensor and in which the output of the PID controller is connected to the two proportional solenoids of the proportional directional valve via a control chain consisting of position controller, control stage and two parallel power stages is, wherein one of these proportional magnets has a position encoder, which is connected to the second input of the position controller, characterized in that in the neutral position of the proportional directional control valve (3) the two cylinder lines (8; 9) are shut off and the inflow line (5) with the return line (6) is connected and that in the intermediate positions of the proportional directional control valve (3) a connection between the inflow line (5) and return line (6) with one of the two cylinder lines (8; ) with a stroke-proportional opening cross section, while there is no connection between the supply line (5) and return line (6) and that further between the inflow line (5) and the return line (6) a pressure differential valve (18) is arranged with adjustable spring force whose spring chamber with the controlled connection of an OR valve (19) is connected, which is connected via its input terminals between the cylinder lines (8; 9) and in that in the electrical control chain between the PID controller (10) and position controller (12) is a function generator (11 (whose symmetric transfer function consists of an initial stop band and a subsequent s There is a sudden transition between the two areas and this jump has a direction-dependent switching hysteresis and its position is adjustable.

For this 1 page drawing

Field of application of the invention

The invention relates to an electrohydraulic automatic steering system, in particular for agricultural machines and tractors for the independent guidance of these machines after a e.g. by the stock limit of agro-crops or the Pflugfurche given guideline.

Characteristic of the known technical solutions

An electrohydraulic automatic steering system for combine harvesters, which is equipped with a three-point controller, is known. The hydraulic steering cylinder is controlled by a switching three-position directional control valve which, in the neutral switching position when the two cylinder lines are shut off, provides the free circulation of the pump delivery flow necessary to minimize the power loss and pump pressure load. The disadvantages of this unstable acting system are the shock loads and noises caused by the great acceleration and deceleration of the steering cylinder as well as the relatively large control deviation. Also known is a continuously acting system in which a proportionally acting servo valve takes over the control of the steering cylinder. In usually closes this servo valve in the neutral position except the cylinder lines and the supply line. Thus, the pump delivery flow in the time in which the control deviation is close to zero, on the first at the max. permissible operating pressure opening pressure relief valve to the tank. Even in the metering intermediate positions of the servo valve, the excess part of the pump delivery flow must flow through this path. This results in a large power loss share and the high average pump load a large pump wear, causing such automatic steering relatively high operating costs.

Object of the invention

The object of the invention is an electrohydraulic automatic steering system which ensures a high actuating speed with low acceleration or deceleration forces as well as a low control deviation.

Explanation of the essence of the invention

The invention has for its object to provide an electro-hydraulic automatic steering system, which acts steadily and to minimize the power loss and pump pressure at control deviations near zero grants a free circulation of the pump flow and in the metering positions of the steering cylinder controlling valve causes a pump pressure which is insignificant above the Working pressure of the steering cylinder is.

According to the invention, this object is achieved in that the control of the steering cylinder has an electrically posed proportional valve with connections for an inflow, a return line and two cylinder lines, which connects in the neutral position in blocking both cylinder lines the inflow with the return line and deflection in both Stellrichtungen this connection simultaneously with opening of the connection cylinder lines to the inflow or. Reflux line interrupts. With further deflection, the opening cross-section between the supply line and the currently inflow-side cylinder line and between the momentarily return-side cylinder line ι irtH r \ ar Ri "ir» U-fli iRlai + i mn c + a + ΐη \ r * rt Nil ill Ki ο-711 i4am r ^ iz-Mannijimrfa / 4 ao \ A / unm, anf! ic anfonra ^ anrlon IV / l = svinr »ol» A, e »r +