DE10039219A1 - Fahrzeug mit einer Regeleinrichtung zur Schwingungsdämpfung - Google Patents

Abstract

Es wird ein Fahrzeug, insbesondere eine Zugmaschine (1), mit einer Regeleinrichtung (3) zur Schwingungsdämpfung im wesentlichen um eine horizontale Schwingachse und mit einem an einem elektrohydraulisch betätigten Hubwerk (2) angelenkten Anbaugerät (4) vorgeschlagen, wobei die Regeleinrichtung (3) mittels Reglern (18, 19) elektrische Signale von an dem Hubwerk (2) angeordneten Sensoren zur Schwingungsdämpfung verarbeitet. Bei dem erfinungsgemäßen Fahrzeug weist die Regeleinrichtung (3) zusätzlich wenigstens einen Regler (23, 24) auf, der ein Signal, welches das Verhalten einer Vorderachse (11) des Fahrzeuges (1) repräsentiert, verarbeitet (Figur 1).

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einem Fahrzeug, insbesondere einer Zugmaschine, mit einer Regeleinrichtung zur Schwingungs­ dämpfung im wesentlichen um eine horizontale Schwingachse nach der im Oberbegriff des Anspruchs 1 näher angegebenen Gattung aus.

Aus der DE 37 23 488 A1 ist ein Fahrzeug bzw. eine Zugma­ schine mit an einem elektrohydraulisch betätigbaren Hubwerk angelenktem Anbaugerät bekannt. Bei der Zugmaschine handelt es sich um einen Traktor, der eine Regeleinrichtung auf­ weist, die als mit dem elektrohydraulischen Hubwerk gekop­ peltes aktives System zur Schwingungsdämpfung bei Trans­ portfahrten vorgesehen ist. Das Hubwerk weist in an sich bekannter Weise ein Dreipunktgestänge mit einem Oberlenker und einem Unterlenker auf, welches an einem Rahmen des Traktors schwenkbar befestigt ist. An dem Hubwerk ist dann das höhenverstellbare Anbaugerät angelenkt. Zur elektrohy­ draulischen Betätigung des Hubwerks sind Hydraulikzylinder vorgesehen, mit denen das Hubwerk schwenkbar ist. Darüber hinaus weist das Hubwerk Sensoren auf, deren Signale als Regelgrößen für die Regeleinrichtung vorgesehen sind.

Infolge von Nickschwingungen auftretende Kraftänderungen werden von den Sensoren gemessen, und davon abhängig wird das Anbaugerät bzw. das Hubwerk relativ zum Traktor ver­ stellt. Somit kann eine Schwingungsdämpfung bei dem bekann­ ten als Traktor ausgebildeten Fahrzeug erreicht werden, wo­ bei das Anbaugerät als Tilgermasse bzw. Schwingungsaus­ gleichsmasse verwendet wird. Bei dem bekannten Fahrzeug kann insbesondere eine Bewegungsgröße des Anbaugeräts zu einer vergleichbaren Bewegungsgröße des Fahrzeuges vorzugs­ weise mit 90°-Phasenwinkelvoreilung gesteuert werden. Da­ durch soll die Schwingungsdämpfung bei dem bekannten Fahr­ zeug verbessert werden.

Des weiteren ist aus der EP 0 518 226 A1 ebenfalls ein als landwirtschaftlich nutzbare Zugmaschine ausgebildetes Fahr­ zeug mit angelenktem Hubwerk bekannt. Bei diesem ebenfalls als Traktor ausgebildeten Fahrzeug ist auch eine Regelein­ richtung zur aktiven Dämpfung von Schwingungen, insbesonde­ re von Nickschwingungen des Fahrzeuges, vorgesehen. Die Re­ geleinrichtung des Fahrzeuges nutzt zur Schwingungsdämpfung einerseits das elektrohydraulisch betätigbare Hubwerk und andererseits eine hydropneumatische Vorderachsfederung. Als Schwingungsausgleichsmasse, d. h. als Tilgermasse, wird bei dem bekannten Fahrzeug die Vorderachslast verwendet.

Somit werden bei den bekannten Fahrzeugen zur Schwingungs­ dämpfung sowohl die hydropneumatische Vorderachsfederung als auch das elektrohydraulisch betätigte Hubwerk verwen­ det. Damit ist bei den Fahrzeugen eine hydraulische Kopp­ lung beider Systeme erforderlich. Dies hat den Nachteil, daß das gekoppelte hydraulische System hinsichtlich seiner konstruktiven Ausgestaltung wesentlich umfangreicher ausge­ bildet ist. Darüber hinaus ist bei diesem System auch die benötigte Anzahl von Steuer- bzw. Regelventilen sowie die benötigte Ölmenge pro Zeiteinheit wesentlich höher. Dies führt insgesamt bei den bekannten Fahrzeugen zu einem kon­ struktiven und regelungstechnischen Mehraufwand.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Fahrzeug mit einer Regeleinrichtung zur Schwingungsdämpfung mit den Merkmalen des Patentanspru­ ches 1 stellt eine Verbesserung des Standes der Technik da­ hingehend dar, daß zur Schwingungsdämpfung bei dem erfin­ dungsgemäßen Fahrzeug lediglich ein Signal, welches das Verhalten der Vorderachse des Fahrzeugs repräsentiert, ver­ arbeitet wird, ohne daß eine hydraulische Kopplung des elektrohydraulischen Hubwerks und einer vorzugsweise vor­ handenen Vorderachsfederung erforderlich ist. Somit kann auch eine Vorderachsfederung, welche passiv, niveauregelbar und auch abschaltbar vorgesehen sein kann, wesentlich ein­ facher gestaltet bzw. ausgelegt werden. Beispielsweise kön­ nen zur Niveauregelung der Vorderachse kleine und relativ einfache Steuerventile eingesetzt werden, da für die An­ steuerung nur kleine Ölmengen pro Zeiteinheit benötigt wer­ den.

Insbesondere die informationstechnische Kopplung des Vor­ derachssignals mit der Schwingungsdämpfung am Hubwerk, wie es bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeug vorgesehen ist, er­ möglicht eine deutliche Verbesserung der Schwingungsdämp­ fung, wobei die mitgeführte Last am Hubwerk, wie z. B. das Anbaugerät, als Schwingungsausgleichsmasse bzw. Tilgermasse verwendet wird. Die Verbesserung der Schwingungsdämpfung wird somit bei minimalem Mehraufwand erzielt.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Regeleinrichtung zwei zusätzliche Regler aufweist, die das Vorderachssignal entsprechend verarbeiten. Das als Eingangssignal vorgesehene Vorderachssignal wird dabei zu­ nächst vorzugsweise einem Filterglied zugeführt, das bei­ spielsweise eine Hochpaßfilterung oder dergleichen Filte­ rung sein kann. Durch eine solche Hochpaßfilterung des Vor­ derachssignales kann in vorteilhafter Weise ein statischer Offset eliminiert werden.

Zur Rückführung des Vorderachssignals auf das Ausgangs­ signal der Regeleinrichtung, was auch als Störgrößenauf­ schaltung bezeichnet wird, kann es in einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung vorgesehen sein, daß das Vorder­ achssignal direkt über den ersten Regler der Regeleinrich­ tung zurückgeführt wird. Dies ermöglicht eine zusätzliche Dämpfung von Nickschwingungen bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeug.

Des weiteren kann gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung auch eine verzögerte Rückführung des Vorder­ achssignales über den zweiten Regler erfolgen. Dadurch wird eine Verringerung der Belastung des an dem Hubwerk ange­ lenkten Anbaugerätes ermöglicht.

Selbstverständlich kann bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeug die Regeleinrichtung auch lediglich einen zusätzlichen Reg­ ler aufweisen, der dann eine gewünschte Rückführung des Vorderachssignales ermöglicht.

Im Falle einer verzögerten Rückführung über den zweiten Regler kann diese z. B. über ein Verzögerungsglied erfolgen, wobei dem Verzögerungsglied dann ein Filterglied nachge­ schaltet sein kann. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß vorzugsweise als Verzögerungsglied eine geschwindigkeitsabhängige Verzögerung und als Filterglied eine Hochpaßfilterung verwendet wird. Mit dem Verzögerungs­ glied kann das Vorderachssignal so lange verzögert werden, bis auch die Hinterachse des z. B. als Traktor ausgebildeten Fahrzeuges über ein entsprechendes Hindernis fährt.

Die Fahrzeuggeschwindigkeit, die als Regelgröße für das Verzögerungsglied benötigt wird, kann beispielsweise über einen sogenannten CAN-Bus des Fahrzeuges abgefragt werden. Es ist aber selbstverständlich auch möglich, daß die Fahr­ zeuggeschwindigkeit auf andere Weise dem Verzögerungsglied zugeführt wird.

Weiterhin ist es denkbar, daß bei einem als Traktor ausge­ bildeten Fahrzeug bereits eine Niveauregelung an der Vor­ derachse vorgesehen ist. In diesem Fall kann zur Schwin­ gungsdämpfung als Vorderachssignal ein zur Niveauregelung gehörender Sensor, insbesondere ein Lagesensor, verwendet werden. Bei den mit einer Niveauregelung ausgestatteten Traktoren kann das Vorderachssignal mittels eines Steuerge­ rätes über den CAN-Bus des Traktors der Regeleinrichtung bereitgestellt werden.

Sollte bei dem Fahrzeug keine Niveauregelung vorgesehen sein, ist es erforderlich, daß ein entsprechender Lagesen­ sor an der Vorderachse des Fahrzeuges vorgesehen ist. Als Lagesensor kann erfindungsgemäß ein Wegsensor, ein Winkel­ sensor, ein Drucksensor oder dergleichen Sensor eingesetzt werden, der dann ein entsprechendes Vorderachssignal an die Regeleinrichtung vorgibt.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Er­ findung sind den Patentansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmen.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher er­ läutert. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines als Traktor ausgebildeten Fahrzeuges mit einer Regeleinrichtung zur Schwingungsdämpfung; und

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht des Traktors gemäß Fig. 1 mit stark vereinfacht dargestelltem Blockschalt­ bild.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist ein als Traktor 1 ausgebildetes Fahrzeug mit einem heckseitig bewegbar angeordneten Hubwerk 2 darge­ stellt. Der Traktor 1 weist eine Regeleinrichtung 3 zur Schwingungsdämpfung im wesentlichen um eine horizontale Schwingachse, insbesondere eine Querachse des Traktors 1, auf.

Das Hubwerk 2 ist elektrohydraulisch betätigbar, so daß ein an ihm angelenktes Anbaugerät, welches in Fig. 1 als Pflug 4 ausgebildet ist, betätigbar ist. In an sich bekannter Weise wird das Hubwerk 2 durch ein Dreipunktgestänge gebil­ det. Das Dreipunktgestänge ist mit einem Oberlenker 5 und einem Unterlenker 6 an einem Rahmen 7 an dem Traktor 1 hö­ henverstellbar angelenkt. Zur Verstellung des Pfluges 4 weist das Hubwerk 2 zumindest einen Hydraulikzylinder 8 auf, der mit einer Hydraulikanlage 9 in Wirkverbindung steht, wobei die Hydraulikanlage 9 Regelventile 10 umfaßt, mit denen der Hydraulikzylinder 8 ansteuerbar ist. Die Re­ gelventile 10 sind mit der Regeleinrichtung 3 gekoppelt.

An einer Vorderachse 11 des Traktors 1 ist eine Vorderachs- Federeinrichtung 12 vorgesehen, die einen Lagesensor 13 aufweist. Der Lagesensor 13 ist in Fig. 1 als Winkelsensor 14 dargestellt.

An der Vorderachse 11 des Traktors 1 ist des weiteren eine Niveauregelung 15 vorgesehen. Die Niveauregelung 15 weist ein Steuergerät 16 auf, welches mit dem Lagesensor 13 ge­ koppelt ist und mit einem Datenspeicher verbunden ist. Der Datenspeicher kann eine Vielzahl von Daten des Traktors 1, wie z. B. Geschwindigkeit, Einfederungsweg der Vorderachse 11 und vieles mehr enthalten, welche über einen CAN-Bus 17 oder ein anderes Bussystem mit anderen elektronischen Steu­ ergeräten des Traktors 1 ausgetauscht werden können.

So ist der CAN-Bus 17 auch hier mit der Regeleinrichtung 3 zur Schwingungsdämpfung des Traktors 1 gekoppelt.

In Fig. 2 ist zusätzlich ein Blockschaltbild dargestellt, welches die Regelstruktur der Regeleinrichtung 3 zur Schwingungsdämpfung wiedergibt. Gleiche Bauteile des Trak­ tors 1 sind mit gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 be­ zeichnet.

Mit einer gestrichelten Linie soll der Teil der Regelein­ richtung 3 skizziert werden, der bereits bei den aus dem Stand der Technik bekannten Fahrzeugen vorhanden ist und Teil eines bekannten EHR-Steuergerätes ist.

Dabei handelt es sich in erster Linie um Regler 18 und 19. Der Regler 18 hat als Eingangssignal ein Signal eines Sen­ sors 20 einer Hubwelle 21 des Hubwerkes 2. Das als Hubwel­ len-Istlage vorgesehene Eingangssignal des Sensors 20 wird mit einer vorgegebenen Hubwellen-Solllage abgeglichen und dem Regler 18 zugeführt.

Des weiteren gehen in die Schwingungsdämpfung die auf den Unterlenker 6 wirkenden Kräfte ein, welche an den Regler 19 als Eingangssignal von einem Kraftsensor 22 ausgegeben wer­ den, der an dem Unterlenker 6 des Hubwerkes 2 angeordnet ist.

In Abhängigkeit der Eingangssignale werden die Regelventile 10 der Hydraulikanlage 9 z. B. durch Ausgabe eines Soll­ stroms für einen Heben- und Senkenmagnet als Ausgangssigna­ le von den Reglern 18, 19 angesteuert. Die Regelventile 10 können dann die an dem Hubwerk 2 vorgesehenen Hydraulikzy­ linder 8 entsprechend ansteuern.

Erfindungsgemäß weist die Regeleinrichtung 3 zur Schwin­ gungsdämpfung einen ersten zusätzlichen Regler 23 und einen zweiten zusätzlichen Regler 24 auf. Als Eingangssignal ist für diese Regler 23, 24 ein Vorderachssignal 31 der Vorder­ achse 11 des Traktors 1 vorgesehen. Das Vorderachssignal 31 wird durch den Lagesensor 13 ausgegeben.

In Fig. 2 ist der Lagesensor mit einem Wegsensor 25 ausge­ bildet, der den Einfederungsweg bzw. Vorderachsweg als In­ formation über den Profilverlauf der Wegstrecke nutzt. Selbstverständlich kann hier auch eine dem Vorderachsfeder­ weg äquivalente Größe wie z. B. der Druck bei einer hydro­ pneumatischen Federung zur Bereitstellung des Vorderachs­ signales 31 herangezogen werden, wobei dann anstelle des Lagesensors ein Drucksensor verwendet werden muß. Auch kann die Vorderachsbewegung schon durch andere Meß- und Rechner­ einheiten ermittelt worden sein und über den CAN-Bus 17 ab­ fragbar sein.

Das Vorderachssignal 31 mit der Information über die Lage­ veränderung der Vorderachse 11 wird zunächst durch ein Fil­ terglied 26, welches als Hochpaßfilter ausgebildet ist, ge­ filtert. Durch die Hochpaßfilterung wird ein statischer Offset des hier den Einfederungsweg repräsentierenden Vor­ derachssignals 31 eliminiert.

Nach der Hochpaßfilterung ist eine direkte Rückführung des Vorderachssignals 31 über den Regler 23 auf das Ausgangs­ signal der EHR-Schwingungsdämpfung durch die Regler 18 und 19 vorgesehen. Durch die direkte Rückführung bzw. Aufschal­ tung des gefilterten Vorderachssignals 31 wird eine zusätz­ liche Dämpfung der Nickschwingungen des Traktors 1 ermög­ licht.

Zusätzlich steht ein Verzögerungsblock zur Verfügung, in dem das Vorderachssignal 31 zunächst mittels eines Verzöge­ rungsgliedes 27 verzögert wird, bis der Traktor 1 auch mit seiner Hinterachse über ein selbes Hindernis wie die Vor­ derachse fährt. Als weitere Eingangsgröße wird hier die Fahrgeschwindigkeit v des Traktors 1 benötigt. Die Fahrge­ schwindigkeit v des Traktors 1 kann z. B. von dem CAN-Bus 17 jederzeit abgerufen werden. Das Ausgangssignal der ge­ schwindigkeitsabhängigen Verzögerung wird dann mittels ei­ nes zweiten Filtergliedes 28 wiederum gefiltert, wobei hier vorzugsweise ein Hochpaßfilter verwendet wird. Das aus dem Filterglied 28 ausgegebene Signal wird dann über den Regler 24 ebenfalls auf das Ausgangssignal der Regler 18 und 19 zurückgeführt bzw. diesem aufgeschaltet.

Die verzögerte Rückführung des Vorderachssignals 31 über den Regler 24 ermöglicht eine Verringerung der Belastung des Anbaugerätes bzw. des Pfluges 4, da sie einen voraus­ schauenden Regeleingriff auf die entsprechend der Fahrge­ schwindigkeit erwartbare Schwingungsanregung der Hinterach­ se bei Überfahren einer Bodenunebenheit ermöglicht.

Die Ausgangssignale der Regler 23, 24 treffen in einem Ver­ knüpfungspunkt 29 aufeinander. In einem weiteren Verknüp­ fungspunkt 30 treffen die Ausgangssignale der Regler 23, 24 der bekannten Regeleinrichtung 3 auf das Ausgangssignal der Regler 18, 19 und bilden das gemeinsame Ausgangssignal der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung 3. Die Rückführung der Ausgangssignale der erfindungsgemäß vorgesehenen Regler 23, 24 auf das Ausgangssignal der bisherigen Schwingungsdämp­ fung im Verknüpfungspunkt 30 wird als sogenannte Störgrö­ ßenaufschaltung bezeichnet. Das Ausgangssignal 32 der Regel­ einrichtung 3 wird dann der Hydraulikanlage 9 zugeführt.

Die Nutzung des Vorderachssignals 31 für die Schwingungs­ dämpfung mit dem Hubwerk 2 durch informationstechnische Kopplung von Vorderachsfederung und Schwingungstilgung am Hubwerk führt zu einer Erhöhung der Wirkung der Teilsysteme mit deutlich verbesserter Schwingungsdämpfung und Bela­ stungsverringerung des Anbaugeräts 4, und damit zu einer Erhöhung der Fahrsicherheit und des Fahrkomforts bei dem Traktor 1 auch bei höheren Fahrgeschwindigkeiten.

Claims (11)

1. Fahrzeug, insbesondere Zugmaschine, mit einer Regelein­ richtung (3) zur Schwingungsdämpfung im wesentlichen um eine horizontale Schwingachse, und mit einem an einem elektrohydraulisch betätigten Hubwerk (2) angelenkten Anbaugerät (4), wobei die Regeleinrichtung (3) mittels Reglern (18, 19) elektrische Signale von an dem Hubwerk (2) angeordneten Sensoren zur Schwingungsdämpfung ver­ arbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrich­ tung (3) zusätzlich wenigstens einen Regler (23, 24) aufweist, der ein das Verhalten der Vorderachse (11) des Fahrzeuges (1) repräsentierendes Signal verarbei­ tet.

2. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Vorderachse (11) ein Sensor (13) vorgesehen ist, der jeweils einen ermittelten Einfederungsweg der Vor­ derachse (11) als Vorderachssignal (31) der Regelein­ richtung (3) vorgibt.

3. Fahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (3) zusätzlich einen ersten Regler (23) und einen zweiten Regler (24) zum Verarbeiten des Vorderachssignals (31) aufweist.

4. Fahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß beide Regler (23, 24) parallel zueinander in der Regel­ einrichtung (3) geschaltet sind, wobei das Vorderachs­ signal (31) als gemeinsames Eingangssignal vorgesehen ist, dem ein Filterglied (26) vorgeschaltet ist, und daß das jeweils von den Reglern (23, 24) ausgegebene Signal auf das Ausgangssignal der die Signale von dem Hubwerk (2) angeordneten Sensoren verarbeitenden Reg­ lern 18, 19 zurückführbar ist.

5. Fahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorderachssignal (31) direkt über den ersten Regler (23) rückführbar ist.

6. Fahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorderachssignal (31) zunächst einem Verzögerungs­ glied (27) und danach einem Filterglied (28) zuführbar ist, und daß dieses Signal über den zweiten Regler (24) rückführbar ist.

7. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß es eine Niveauregelung (15) an der Vorderachse (11) aufweist.

8. Fahrzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorderachssignal (31) eines Sensors der Niveaurege­ lung (15) über ein Steuergerät (16) der Regeleinrich­ tung (3) vorgebbar ist.

9. Fahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (13) als Wegsensor (25) ausgebildet ist.

10. Fahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (13) als Winkelsensor (14) ausgebildet ist.

11. Fahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (13) ein Drucksensor ist.