DE102005000770B3 - Verfahren zur Steuerung der Arbeitsorgane und der Fahrgeschwindigkeit eines Mähdreschers - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung und Regelung eines Mähdreschers nach der Bestandsdichte und dem Abreifestadium eines Biomassenbestandes. Es wird vorgeschlagen, daß die Daten eines georeferenziert erfaßten abgereiften Biomassenbestandes aus vorhergegangenen Arbeitsabläufen oder die Daten eines direkt vom Mähdrescher erfaßten abgereiften Biomassenbestandes für eine punktgenaue Steuerung und Regelung aller Funktionseinheiten und der Fahrgeschwindigkeit eines Mähdreschers genutzt werden. Diese Daten werden mit einer geeigneten Software verarbeitet und es wird durch die Software eine Sollkarte erstellt, die über das Bordsystem des Mähdreschers die Funktionseinheiten und die Fahrgeschwindigkeit zueinander so steuert und regelt, daß der Mähdrescher unabhängig von der anstehenden Biomassendichte und ohne subjektive Einflußnahme durch den Fahrer immer mit dem höchsten quantitativen und qualitativen Ernteergebnis betrieben wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Arbeitsorgane und der Fahrgeschwindigkeit mit Hilfe historisch georeferenzierten Ertragsdaten.
• Ein Verfahren zum Steuern eines Mähdreschers, der laufend zur Ernteleistungsoptimierung durch einen Steuerprozessor mit Soll- und/oder Grenzbetriebsdaten von einem Bediener extern gesteuert wird, ist u.a. aus der DE 44 31 824 C1 bekannt geworden. Nach diesem Verfahren wird vorgeschlagen, dass der Steuerprozessor des Mähdreschers ein historisches Datenkataster im Zugriff hat und mit den jeweiligen Ortskoordinaten des Mähdreschers, verknüpft mit dessen jeweiligen Fahrdaten, dort gespeicherten historischen Daten, jeweils den aktuellen Koordinaten vorgreifend adressiert und liest und daraus neue Soll- oder Grenzbetriebsdaten bestimmt und aktuell vorgibt. Für dieses Verfahren werden Katasterdaten als Grundlage für die Gewinnung von Soll- und/oder Grenzdaten genutzt, die bei früheren Mähdrescherdurchläufen aus den Vorjahren oder den vorherigen Durchläufen benachbarter Schneisen aufgezeichnet wurden.
• Um den Mähdrescher nach diesen Verfahren, nämlich auf der Grundlage von ständig zu bestimmenden und aktuell vorgegebenen Soll- und Grenzbetriebsdaten am Ernteleistungsoptimum zu betreiben, ist es zum einen notwendig, dass die katasterisierten Daten bezüglich des wahren Entstehungsortes, also korrigiert um den Weg den der Mähdrescher während der Verzögerung vom Schnitt des Erntegutes bis zur Meßgrößengewinnung zurücklegt, ausgewertet werden und zum anderen, dass die Regelzeitkonstanten der jeweiligen Einstellvorrichtung berücksichtigt werden, also die Koordinaten des Katasterzugriffs entsprechend dem Fahrweg, den der Mähdrescher während der Regelkonstanten zurücklegt, vorgelegt werden. Ein derartiger Steuerungsablauf ist sehr aufwendig und führt infolge der ständigen Bestimmung und Vorgabe von neuen Soll- und Grenzbetriebsdaten und dem damit zeitlich versetzten Steuerablauf nicht in jedem Fall dazu, dass die Arbeitsorgane des Mähdreschers und dessen Fahrgeschwindigkeit am momentan abzutrennenden Biomassenbestand optimalen Leistungslimit betrieben werden. Auch unter Berücksichtigung der Regelzeitkonstanten der jeweiligen Einstellvorrichtungen kann keine wesentliche Verbesserung erreicht werden, da die neue Einstellung der Arbeitsorgane und der Fahrgeschwindigkeit erst nach der durchgeführten Bestimmung der Soll- oder Grenzbetriebsdaten erfolgt, so dass bei großen Schwankungen der Dichte des Biomassenbestandes Fehleinstellungen nicht auszuschließen sind. Darüber hinaus bleibt ein nicht auszuschließender wechselnder Abreifegrad des Biomassenbestandes, der für eine störungsfreie Funktionsweise der Arbeitsorgane sehr entscheidend ist, völlig unberücksichtigt.
• Aus der DE 102 50 694 B3 ist ein Verfahren zur Steuerung eines landwirtschaftlichen Nutzfahrzeuges bekannt, bei dem das Fahrmanagement durch ständigen Abgleich gespeicherter mit aktuellen Daten optimiert wird. Auch hierbei erfolgt die automatisch optimierte Steuerung des Fahrmanagements von landwirtschaftlichen Nutzfahrzeug durch einen ständigen Datenaustausch von programmierten Daten und akuellen Daten.
• Aus der DE 696 09 362 T2 ist eine Erntemaschine bekannt geworden, bei der das geerntete Halmgut nach der Ernte in verschiedene Aufnahmebehälter überführt wird. Die dafür ausgelegte Regeleinrichtung ist geeignet, Informationen eines Positioniersystems zu empfangen, wobei die Informationsdaten entweder direkt oder indirekt zur Regelung des Verteilers genutzt werden. Geichzeitig kann die Regelung zum Vergleich der Position der Ernteeinrichtung mit einer vorher festgelegten Karte von Ernteinstruktionen ausgebildet sein, die vor der Ernte gesammelt wurden, um die Erntemaschine beim getrennten Einsammeln des Halmgutes nach den vorher festgelegten Kriterien zu regeln.
• In der DE 102 14 648 A1 wird eine Messeinrichtung für eine landwirtschaftliche Maschine beschrieben, bei der eine entsprechende Kartierung der Höhe des Getreidebestands, der Bestandsdichte sowie der Feuchte in Verbindung mit einer navigierten Position auf dem Feld eine entsprechende Karte mit ortsbezogenen Informationen liefert, die eine spätere Beurteilung und Verwendung dieser Informationen über das Feld möglich macht., Diese Karte enthält folglich historische Daten, die u.a. für die Bestimmung von Soll- oder Grenzbetriebsdaten bei späteren Erntemaschinendurchläufen zugrunde gelegt werden können, wie beispielsweise bei einem Verfahren, wie es in der DE 44 31 824 C1 beschrieben ist.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Steuerung der Arbeitsorgane und der Fahrgeschwindigkeit unter Nutzung von historisch georeferenzierten Daten so auszulegen, dass die Arbeitsweise der Arbeitsorgane und die Fahrgeschwindigkeit während eines Ernteprozesses flächenspezifisch unmittelbar entsprechend den vorherrschenden Eigenschaften des Ernteguts, wie anstehende Biomassenbestandsdichte, Abreifegrad und Bodenbeschaffenheit, so geregelt wird, dass der Mähdrescher mit relativ geringem flächenspezifischen Ernteverlust und unter Vermeidung von Überlastfällen und damit verbundenen Maschinenschäden annähernd immer im konzipierten Leistungsbereich (Tonne/Stunde) arbeitet.
• Untersuchungen haben gezeigt, dass während der Biomassenentwicklung erstellte Biomassenkarten, wie beispielsweise Biomassekarten für die teilflächenbezogene Düngung oder Biomassekarten, die im Vorfeld zur Ermittlung des zu erwartenden Ernteergebnisses dienen, sehr genaue Aufschlüsse über die flächenspezifische Bestandsdichte und über einen möglichen unterschiedlichen Abgreifegrad des abzuerntenden Erntegutes geben.
• Mit dieser Erkenntnis wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die historisch georeferenzierten Daten aus Daten bestehen, die während der Biomassenentwicklung gewonnen und aufgezeichnet werden und dass aus diesen Biomassendaten mittels einer Software eine Sollkarte erstellt wird, die zur Steuerungsgrundlage des Mähdreschers dient.
• Mit dieser Sollkarte kann gewährleistet werden, dass die Steuerung und Regelung der Arbeitsorgane in Verbindung mit der Fahrgeschwindigkeit des Mähdreschers georeferenziert und automatisch immer an die flächenspezifische Biomassenbestandsdichte unter Berücksichtigung des jeweiligen Abreifegrads des Ernteguts angepaßt ist. Folglich erfolgt Steuerung und Regelung des Mähdreschers bereits bei geringsten Veränderungens der Bestandsbedingungen des Erntegutes punktgenau an den anstehenden flächenspezifischen Bestandsbedingungen und nicht im Nachlauf, wie es bei der Bestimmung von Soll- oder Grenzbetriebsdaten der Fall ist, die zeitversetzt oder unter Berücksichtigung von Regelzeitkonstanten erst vorgegeben werden. Damit führt eine erfindungsgemäß ausgelegte Steuerung für den Mähdrescher nicht nur zu einer verbesserten Ernteleistungsoptimierung sondern ist auch regeltechnisch vereinfacht und ist damit auch störunanfälliger.
• Durch die Einbeziehung des flächenspezifischen Abreifegrads des Erntegutes in die Sollkarte und damit in die Steuerung ist auch sichergestellt, dass die im Leistungslimit betriebenen Arbeitsorgane bei einem möglichen wechselnden Abreifegrad, der bedingt durch die Bodenbeschaffenheit oder die Lage eines abzuerntenden Feldes nicht ausgeschlossen werden kann, nicht im Überlastbereich arbeiten, so dass Maschinenschäden oder auch daraus resultierende Ernteverluste ausgeschlossen werden können. Vorteilhaft ist, wenn die Daten vor dem Erstellen der Sollkarte mit der Software einer Bewertung unterzogen werden oder auf Grund anderer vorliegender Daten bewertet werden.
• Diese Daten können sich beispielsweise auf die Geografie des zu überfahrenden Geländes, der Variabilität der Überfahrgeschwindigkeit, des Massendurchflusses, der Verlustvorgabe, der Erntedringlichkeit, der nachfolgenden Handlungsabläufe, die vom geplanten Arbeitsgang beeinflußt werden, wie u.a. Stoppelhöhe, Häckselarbeiten, beziehen, um gleichzeitig auch betriebswirtschaftliche Prioritäten zu setzen.
• Vorteilhafterweise werden alle Steuer- und Regelprozesse als gleitende Prozesse ausgeführt. Damit erfolgt eine har monische und exakt angepaßte Einstellung der Arbeitsorgane unter Berücksichtigung der Fahrgeschwindigkeit.
• Mit dem ansich selbstregelnden Funktionsablauf des Mähdreschers mit der erfindugsgemäß ausgelegten Steuerung wird gleichzeitig der Fahrer physisch von den Steuer- und Regelungsaufgaben entlastet und kann sich demzufolge verstärkt auf Überwachungsaufgaben konzentrieren und somit Störungen im Ernteablauf frühzeitiger erkennen und entsprechende Maßnahmen einleiten, um Havariefälle zu minimieren oder sogar auszuschließen.
• Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung.
• Während der Biomassenentwicklung wird der Biomassenbestand beispielsweise mit geeigneten Verfahren, wie u.a. mit gegenwärtig bekannten Pendelsensoren oder Erkennungssystemen, mit Yara N-Sensoren oder auch mit anderen Verfahren im Bereich der Precision Farming, die satellitengestützt georeferenziert erfolgen oder generell georeferenzierte satellitengestützte Erkennungssysteme sein können, während der Biomassenentwicklung also im Vorfeld des Ernteprozesses bevorzugt mehrfach erfaßt und in einer Biomassenbestandskarte aufgezeichnet.
• Die ermittelten Daten, die bereits georeferenziert in einer Biomassenkarte im Bereich der Precision Farming dargestellt sein können, werden visuell oder auf der Grundlage von Datenbanken bewertet und es wird über eine entsprechend ausgelegte Software ein Speichermedium beschrieben, das die Arbeitsorgane und die Fahrgeschwindigkeit des Mähdreschers in Abhängigkeit der ermittelten flächenbezogenen Daten über die Biomassenbestandsdichte und deren Abreifegrad ansteu ert und regelt. Dieses Speichermedium ist auf einer Sollkarte abgespeichert.
• Mit der Beschreibung des Speichermediums kann der Anwender vorher Prioritäten festlegen, die ihm für den Ernteprozeß wichtig erscheinen. Diese Prioritäten können sehr vielfältig sein und u.a. sich auf die Geografie des zu überfahrenden Geländes, Variabilität der Überfahrgeschwindigkeit, Massendurchfluß, Verlustvorgabe, Erntedringlichkeit, nachfolgende Handlungsabläufe, die vom geplanten Arbeitsgang beeinflußt werden, wie beispielsweise Stoppelhöhe, Häckselarbeiten u.ä. beziehen.
• Zu Beginn des Erntevorganges wird die erstellte Sollkarte in das Bordsystem des Mähdreschers eingesetzt und der Mähdrescher wird beim Überfahren der abzuerntenden Fläche durch die Sollkarte satellitengestützt georeferenziert entsprechend der vorliegenden Situation beim Erntevorgang so gesteuert und geregelt, dass bei jeder veränderten Situation während des Überfahrens die Fahrgeschwindigkeit und die Arbeitsorgane untereinander immer so eingestellt sind, dass in Verbindung mit einem akzeptablen Verlustniveau und einer geforderten Druschqualität immer das Leistungslimit des Mähdreschers erreicht wird.
• Das Speichermedium auf der Sollkarte ist bevorzugt so beschrieben, dass unter Berücksichtigung aller auftretenden Bedingungen, wie beispielsweise die Schlagoberfläche, die Hang- und Seitenneigung, der Steigwinkel und der Schlupf, der Abreifegrad, die Konsistenz der Strohmassen der stehenden oder liegenden Biomasse, die örtlichen Hindernisse u.ä., die Regelung und Steuerung des Mähdreschers abgestimmt ist und somit alle Arbeitsorgane und Einstellungen der Arbeitsorgane sowie die Fahrgeschwindigkeit des Mähdreschers auf die momentan anstehende Umstände maximal eingestellt sind.
• Diese vielfachen Möglichkeiten sind in einer Matrix des Speichermediums erfaßt, so dass beim Eintritt des einen oder anderen Ereignisses die einzelnen Organe des Mähdreschers über bestimmte elektrische Impulse, elektromechanische, elektrohydraulische oder andere Verfahren punktgenau und bevorzugt gleitend gesteuert werden.
• Die Steuer- und Regelungsprozesse der einzelnen Arbeitsorgane und deren Einstellung sowie die Fahrgeschwindigkeit erfolgen automatisch und homogen zeitgleich, ohne dass der Fahrer aktiv eingreifen muss.
• Kann die Fahrgeschwindigkeit aus irgendwelchen Gründen der Biomasse nicht angepaßt werden, wird über die Sollkarte die Mähdreschereinstellung dem real gefahrenen Durchsatz angepaßt, d.h., bei geringerer Fahrgeschwindigkeit wird beispielsweise die Dreschwerksaktivität verringert und die Reinigungsarbeit der verringerten Dreschwerksaktivität angepaßt.
• Die vorgegebene Einstellung und die Fahrgeschwindigkeit des Mähdreschers sind mit der Trommelbelastung, der Motordrehzahl, der Rutschkupplung am Schneidwerk und den vielen anderen Steuersignalen über die Sollkarte verknüpft, so dass eine nicht voraussehbare Überlastung der Arbeitsorgane ausgeschlossen werden kann.

Claims (2)

1. Steuerung der Arbeitsorgane und der Fahrgeschwindigkeit eines Mähdreschers mit Hilfe historisch georeferenzierten Ertragsdaten, dadurch gekennzeichnet, dass die georeferenzierten Daten aus Daten bestehen, die während der Biomassenentwicklung gewonnen und aufgezeichnet werden und dass aus diesen Biomassendaten mittels einer Software eine Sollkarte erstellt wird, die zur Steuerungsgrundlage des Mähdreschers dient.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten einer Bewertung unterzogen werden oder auf Grund anderer vorliegender Daten bewertet werden, bevor mittels der Software die Sollkarte erstellt wird.