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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Steuersystem für eine Kombination eines landwirtschaftlichen Traktors und eines Geräts. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Steuern einer solchen Traktor-Geräte-Kombination.
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Landwirtschaftliche Traktoren werden gemeinsam mit Geräten verwendet, die von dem landwirtschaftlichen Traktor gezogen werden. Beispielsweise wird in der Landwirtschaft eine Kombination aus einem landwirtschaftlichen Traktor und einer Ballenpresse verwendet, um auf dem Feld liegendes oder stehendes Getreide aufzunehmen und zu einem Ballen zu pressen und zu binden. Eine verbesserte Traktor-Geräte-Kombination mit automatisch geregeltem Betrieb ist in dem Dokument
US 7 404 355 B2 des Standes der Technik beschrieben.
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Wenn ein landwirtschaftlicher Traktor auf dem Feld mit einem Außengerät wie etwa mit einer Ballenpresse arbeitet, das bzw. die die Geschwindigkeit bestimmt und regelt, ist es häufig notwendig, dass der Betreiber an der Geschwindigkeit des landwirtschaftlichen Traktors vorübergehende Einstellungen vornimmt. Gleichzeitig ist es nicht bevorzugt, dass es erforderlich ist, dass der Betreiber eine explizite Maßnahme ergreift, um die Automatisierung erneut zu initiieren, nachdem er eine dieser häufigen Einstellungen vorgenommen hat. Andererseits sollte der Betreiber in der Lage sein, die volle manuelle Steuerung schnell und intuitiv zu übernehmen. zum Beispiel muss ein Betreiber beim Ballenpressen häufig den landwirtschaftlichen Traktor wegen Feldbedingungen wie etwa einer ”Spurrille” oder einer schweren Schwade, auf die das automatische Geschwindigkeitsregelungssystem nicht schnell genug reagieren kann, verlangsamen und die Steuerung daraufhin auf das automatische System zurückstellen. Eine ähnliche Situation kann bei einem landwirtschaftlichen Traktor auftreten, der einem Mähdrescher folgt. Wenn der Entladebetrieb eines Mähdreschers abgeschlossen ist, möchte der Betreiber aber häufig die volle Steuerung der Geschwindigkeit übernehmen, während sich der landwirtschaftliche Traktor von der Mähmaschine wegbewegt.
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Dementsprechend ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, ein verbessertes Steuersystem für eine Kombination aus einem landwirtschaftlichem Traktor und einem Gerät sowie ein Verfahren zum Steuern einer solchen Traktor-Geräte-Kombination, das dem Betreiber ermöglicht, Fehlerschutzmerkmale eines automatischen Steuersystems einfach außer Kraft zu setzen, zu schaffen.
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Diese und andere Aufgaben werden durch die vorliegende Erfindung gelöst, wobei ein Steuersystem für eine Kombination aus einem landwirtschaftlichen Traktor und einem Gerät geschaffen wird. Das Steuersystem umfasst eine Gerätesteuereinheit zum Steuern von Funktionen des Geräts. Eine Traktorsteuereinheit ist betreibbar, um die Traktorbewegung in Reaktion auf eine Bedienung einer durch den Anwender beweglichen Geschwindigkeitsbefehlsvorrichtung zu steuern. Die Gerätesteuereinheit ist mit der Traktorsteuereinheit gekoppelt. Die Gerätesteuereinheit sendet ein Gerätegeschwindigkeitsanforderungssignal zu der Traktorsteuereinheit. Die Traktorsteuereinheit enthält eine automatische Geschwindigkeitsregelungs-Betriebsart und eine Handgeschwindigkeitsregelungs-Betriebsart. Die Traktorsteuereinheit erzeugt einen Betreibergeschwindigkeitsgrenzwert als Funktion der Geschwindigkeitsbefehlsvorrichtung. Die Traktorsteuereinheit vergleicht den Betreibergeschwindigkeitsgrenzwert mit dem Gerätegeschwindigkeitsanforderungssignal. Die Traktorsteuereinheit verlässt automatisch die automatische Geschwindigkeitsregelungs-Betriebsart und gibt die Handgeschwindigkeitsregelungs-Betriebsart frei, falls die Betreibergeschwindigkeitsgrenze größer ist als die Gerätegeschwindigkeitsanforderung.
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Ferner wird ein Verfahren zum Steuern einer solchen Traktor-Geräte-Kombination geschaffen. Ein Betreibergeschwindigkeitsgrenzwert als Funktion einer durch den Betreiber beweglichen Geschwindigkeitsbefehlsvorrichtung wird durch eine Traktorsteuereinheit erzeugt, die betreibbar ist, um die Traktorbewegung in Reaktion auf den Betrieb der Geschwindigkeitsbefehlsvorrichtung zu steuern, wobei die Traktorsteuereinheit eine automatische und eine manuelle Geschwindigkeitsregelungs-Betriebsart besitzt. Ein Gerätegeschwindigkeitsanforderungssignal wird durch eine Gerätesteuereinheit zu der Traktorsteuereinheit übertragen, die betreibbar ist, um die Traktorbewegung in Reaktion auf das Gerätegeschwindigkeitsanforderungssignal zu steuern. Das Verfahren umfasst ferner die Schritte des Vergleichens des Betreibergeschwindigkeitsgrenzwerts mit dem Gerätegeschwindigkeitsanforderungssignal und das automatische Verlassen der automatischen Geschwindigkeitsregelungs-Betriebsart und das Freigeben der manuellen Geschwindigkeitsregelungs-Betriebsart, falls die Betreibergeschwindigkeitsgrenze größer ist als die Gerätegeschwindigkeitsanforderung.
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Die Erfindung ist auf eine Traktor-Geräte-Kombination mit irgendeinem Typ eines Geräts, beispielsweise für runde oder quadratische Ballenpressen, eine Pflanzmaschine oder eine Sprühmaschine anwendbar. Die Erfindung ist außerdem auf einen landwirtschaftlichen Traktor in Kombination mit irgendeinem Typ einer Hilfssteuereinheit wie etwa einem globalen Positionierungssystem (GPS) oder einem Führungssystem, das mit der Traktorsteuereinheit verbunden sein kann und das die Traktorsteuereinheit dazu veranlassen kann, den landwirtschaftlichen Traktor unter bestimmten Bedingungen anzuhalten, anwendbar.
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Für ein vollständiges Verständnis der Gegenstände, der Techniken und des Aufbaus der Erfindung sollte auf die folgende genaue Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen werden, in denen ähnliche Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind:
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1 ist eine vereinfachte Seitenansicht eines landwirtschaftlichen Traktors mit einem Gerät in Form einer mit dem landwirtschaftlichen Traktor gekoppelten Rundballenpresse,
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2 ist ein schematisches Diagramm eines Steuersystems, das eine Traktorsteuereinheit und eine Ballenpressen-Steuereinheit umfasst, und
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3 ist ein Logikablaufplan eines von dem in 2 gezeigten Steuersystem ausgeführten Algorithmus.
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1 zeigt einen landwirtschaftlichen Traktor 10 und ein Gerät in Form einer Rundballenpresse 12, wobei die Rundballenpresse 12 eine Ballenpressenzugdeichsel 14, die mit einer Traktorzugdeichsel 15 gekoppelt ist, besitzt. Der landwirtschaftliche Traktor 10 ist auf einen Rahmen 18 gestützt, der auf lenkbaren Bodeneingriffs-Vorderrädern 20 und auf angetriebenen Hinterrädern 22 gestützt ist. Der Rahmen 18 stützt ein Führerhaus 24, das eine Betreiberstation 26 enthält. Der landwirtschaftliche Traktor 10 enthält eine herkömmliche Nebenabtriebs- oder PTO-Welle 56, die mit einer Antriebswelle 54 der Rundballenpresse 12 verbunden ist.
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Die Rundballenpresse 12 enthält einen Ballenpressenrahmen 114, der auf Rädern 116 gestützt ist. Der Ballenpressenrahmen 114 stützt ein Ballenpressensystem 113, das eine Ballenpressenkammer 112 enthält, die von Schutzblechen 118 umgeben ist, die um Rollen 120 geführt sind. Ein Arm 135, der eine Rolle 122 stützt, kann mittels eines Hydraulikzylinders 124 nach oben und nach unten bewegt werden. Der Hydraulikzylinder 124 ist mit dem Arm 135 über einen Hebel 136 verbunden, der um eine horizontale Achse 137 drehbar ist. Der Hydraulikzylinder 124 bestimmt somit die Spannung der Schutzbleche 118. Unter der Vorderkante der Rundballenpresse 12 folgt auf eine Getreideempfangsaufnahme 126 mit Zinken, die sich um die Querachse bewegen und drehen, in einer Getreideströmungsrichtung ein Förderband 128. Das Förderband 128 könnte auch durch einen Rotor ersetzt sein oder in der Getreideströmungsrichtung könnte zwischen das Getreideempfangsmittel 126 und das Förderband 128 ein Rotor eingefügt sein. Anstelle der Getreideempfangsaufnahme 126 könnte irgendein anderes geeignetes Getreideempfangsmittel wie Bewegungs- und Fördereinheiten verwendet werden. Die Getreideempfangsaufnahme 126 sammelt in einer Schwade 130 von Gras, Heu oder Stroh auf dem Feld liegendes Getreide und führt es der Ballenpressenkammer 112 zu. Die Schutzbleche 118 definieren eine Ballenpressenkammer 112 variabler Größe. Die Schutzbleche 118 werden während eines Ballenprozesses in ihrer Längsrichtung in Bewegung versetzt, da eine oder mehrere der Rollen 120 drehend angetrieben werden. Somit wird das in die Ballenpressenkammer 112 eingeführte Getreide während des Ballenpressens ebenfalls gedreht, während die Größe der Ballenpressenkammer 112 im Zeitverlauf zunimmt, da der Ballen veranlasst, dass sich der Arm 135 gegen die Kraft des Hydraulikzylinders 124 nach unten bewegt.
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An einem oberen hinteren Ort des Rahmens 114 ist an einer Achse 134, die quer zur Vorwärtsrichtung des landwirtschaftlichen Traktors 10 und der Rundballenpresse 12 verläuft, eine Rückwandklappe 132 angelenkt. Ein Aktuator 138 in Form eines Hydraulikzylinders ist mit einem Ende an dem Ballenpressenrahmen 114 und mit einem zweiten Ende an der Rückwandklappe 132 angebracht. Die Rückwandklappe 132 trägt die Rollen 120, die den hinteren Teil der Ballenpressenkammer 112 umgeben. Der Aktuator 138 ist mit der Rückwandklappe 132 so verbunden, dass er die Rückwandklappe 132 nach oben (in 1 im Gegenuhrzeigersinn) um die Achse 134 schwenken kann, um einen Ballen aus der Ballenpressenkammer 112 ausstoßen zu können.
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An dem unteren hinteren Ende des Ballenpressrahmens 114 ist in der Nähe der unteren Vorderkante der Rückwandklappe 132 ein Rückwandklappensensor 140 angebracht. Der Rückwandklappensensor 140 erfasst mittels eines durch die Rückwandklappe 132 betätigten Schalters (nicht gezeigt), ob die Rückwandklappe 132 geschlossen ist oder nicht.
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Über die Breite der Ballenpressenkammer 112 sind drei Ballengrößensensoren 144, die mit einem Gerät auf Mikroprozessorbasis oder auf einer Ballenpressen-Steuereinheit 162 verbunden sind, verteilt. Sie erfassen den Abstand zu der Oberfläche des Ballens und/oder der Schutzbleche 118, die an der Ballenoberfläche anliegen, und stellen so Informationen über den Ballendurchmesser an ihrem jeweiligen Ort längs der Breite des Ballens bereit. Ein Erster der Ballengrößensensoren 144 ist einer Position in der Nähe der linken Kante der Ballenpressenkammer 112 zugewiesen. Ein Zweiter der Ballengrößensensoren 144 ist einer Position in der Nähe der Mitte der Ballenpressenkammer 112 zugewiesen. Ein Dritter der Ballengrößensensoren 144 ist einer Position in der Nähe der rechten Kante der Ballenpressenkammer 112 zugewiesen.
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In der Nähe der Ballenpressenkammer 112 befindet sich eine Einwickelmaterial-Abgabeeinrichtung 146. Sie ist mit der Ballenpressen-Steuereinheit 162 verbunden und gibt, wenn sie durch die Ballenpressen-Steuereinheit 162 dazu angewiesen wird, an die Ballenpressenkammer 112 ein Einwickelmaterial wie etwa Bindegarn, ein Band, ein Netz oder eine Einwickelfolie ab. Der rotierende Ballen erfasst oder zieht das Einwickelmaterial in der Weise, dass es daraufhin um den Ballen gewickelt wird. Mit der Einwickelmaterial-Abgabeeinrichtung 146 steht ein Einwickelmaterial-Bewegungssensor 148 in Wechselwirkung und erfasst, ob der Ballen das Einwickelmaterial zieht.
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Die Getreideempfangsaufnahme 126 kann durch einen Hydraulikzylinder 152 angehoben werden. Sensoren 156 und 158 stellen für die Ballenpressen-Steuereinheit 162 jeweils Informationen über die Position der Hydraulikzylinder 152 und 124 bereit. Ein weiterer Sensor 157 erfasst die Position des Aktuators 138 oder der Rückwandklappe 132.
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In 2 umfasst ein Steuersystem 160 eine Ballenpressen-Steuereinheit 162, die an der Rundballenpresse 12 angebracht ist und die mit den Ballengrößensensoren 144, mit dem Rückwandklappensensor 140 und mit dem Einwickelmaterial-Bewegungssensor 148 verbunden ist. Die Ballenpressen-Steuereinheit 162 ist über einen herkömmlichen Datenbus 161 wie etwa einen CAN-Bus mit einer Traktorsteuereinheit 164 verbunden.
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Die Traktorsteuereinheit 164 umfasst vorzugsweise eine oder mehrere herkömmliche elektronische Steuereinheiten (nicht gezeigt) auf Mikroprozessorbasis, die verschiedene Traktorsysteme und -komponenten steuern, etwa Bremsen 166, eine Kupplung 168, eine Maschine 170 und ein Getriebe 172, ohne jedoch darauf eingeschränkt zu sein. Die Maschine 170 treibt das Getriebe 172 an, das seinerseits die Hinterräder 22 antreibt. Die Traktorsteuereinheit 164 umfasst wählbare automatische oder manuelle Regelungs-Betriebsarten. Das Getriebe 172 ist vorzugsweise ein bekanntes stufenlos verstellbares Getriebe (IVT).
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Mit der Traktorsteuereinheit 164 ist über den Datenbus 161 eine Schnittstelle und/oder eine Anzeigeeinheit 174 verbunden. Die Traktorsteuereinheit 164 empfängt ein Geschwindigkeitsbefehlssignal von einer bekannten Geschwindigkeitsregelungs- oder Geschwindigkeitsbefehlsvorrichtung 176, die einen Geschwindigkeitsbefehls- oder Fahrhebel 178 besitzt, der in einem Durchgang oder Schlitz 180 beweglich ist. Der Fahrhebel 178 enthält ein Geschwindigkeitsrad 177 für die Feineinstellung des Geschwindigkeitsbefehlssignals und zum Einstellen eines Geschwindigkeitsgrenzwerts. Die Traktorsteuereinheit 164 kann auch Signale von einem Kupplungspedalsensor 182, der mit einem Kupplungspedal 183 gekoppelt ist, einem Bremspedalsensor 184, der mit einem Bremspedal 185 gekoppelt ist, einem Raddrehzahlsensor 186, einem Betreiberanwesenheitssensor 188, der mit einem Sitz 189 gekoppelt ist, und mit einer Auswahlsteuerungsventileinheit (SCV-Einheit) 190 empfangen. Die Auswahlsteuerungsventileinheit 190 kann durch den Betreiber manipuliert werden, um Funktionen an der Rundballenpresse 12 wie etwa die Rückwandklappe 132 zu steuern.
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Die Ballenpressen-Steuereinheit 162 erzeugt ein Gerätegeschwindigkeits-Anforderungssignal, das an die Traktorsteuereinheit 164 gesendet wird. Das Gerätegeschwindigkeits-Anforderungssignal repräsentiert eine Geschwindigkeit, mit der die Rundballenpresse 12 gezogen werden sollte, damit sie auf eine gewünschte oder optimale Weise funktioniert. Die Traktorsteuereinheit 164 erzeugt periodisch einen Betreibergeschwindigkeitsgrenzwert. Die Traktorsteuereinheit 164 erzeugt den Betreibergeschwindigkeits-Grenzwert durch Multiplizieren des Geschwindigkeitsgrenzwerts, der durch das Geschwindigkeitsrad 177 eingestellt wird, mit einem Hebelpositionswert, der im Bereich von 0 bis 100% liegt und der durch die Position des Fahrhebels 178 in dem Schlitz 180 festgelegt ist. Wenn die Traktorsteuereinheit 164 in ihrer automatischen Geschwindigkeitsregelungs-Betriebsart ist, versucht sie, den landwirtschaftlichen Traktor 10 mit einer Geschwindigkeit anzutreiben, die das Minimum eines durch das Geschwindigkeitsrad 177 eingestellten Geschwindigkeitsgrenzwerts und der durch die Ballenpressen-Steuereinheit 162 über das Gerätegeschwindigkeits-Anforderungssignal angeforderten Geschwindigkeit ist.
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Wenn nun in dem Ablaufplan von 3 die Traktorsteuereinheit 164 in ihrer wählbaren automatischen Geschwindigkeitsregelungs-Betriebsart arbeitet, führt die Traktorsteuereinheit 164 periodisch einen Algorithmus 200 aus. Die Umsetzung des obigen Ablaufplans in eine Standardsprache zur Implementierung des durch den Ablaufplan beschriebenen Algorithmus 200 in einem digitalen Computer oder Mikroprozessor ist für den Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet offensichtlich.
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Der Algorithmus 200 beginnt im Schritt 202, wenn die Traktorsteuereinheit 164 in ihrer automatischen Geschwindigkeitsregelungs-Betriebsart ist.
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Der Schritt 204 setzt einen Betreiberzeitgeber zurück, um eine Zeitperiode wie etwa zwei Sekunden zu bestimmen.
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Der Schritt 206 veranlasst, dass der Algorithmus 200 für eine ausreichende Zeitperiode wartet, so dass der nächste Schritt 208 mit einer gewünschten Wiederholrate wie etwa alle 10 Millisekunden ausgeführt wird.
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Der Schritt 208 vergleicht den Betreibergeschwindigkeits-Grenzwert mit der Gerätegeschwindigkeitsanforderung. Falls der Betreibergeschwindigkeitsgrenzwert nicht höher ist als die Gerätegeschwindigkeitsanforderung, leitet der Schritt 208 den Algorithmus 200 zurück zu Schritt 204. Falls der Betreibergeschwindigkeits-Grenzwert höher ist als die Gerätegeschwindigkeitsanforderung, leitet der Schritt 208 den Algorithmus 200 zu Schritt 210.
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Der Schritt 210 inkrementiert den Betreiberzeitgeber und leitet den Algorithmus 200 zu Schritt 212.
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Wenn im Schritt 212 die Betreibergeschwindigkeitsgrenze zugenommen hat und der Betreiberzeitgeber abgelaufen ist, leitet der Schritt 212 zu Schritt 214, andernfalls zu Schritt 206 zurück.
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Der Schritt 214 beendet den Algorithmus 200 und veranlasst die Traktorsteuereinheit 164, die automatische Geschwindigkeitsregelung zu verlassen, und gibt die manuelle Geschwindigkeitsregelung frei.
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Im Ergebnis arbeitet der Algorithmus 200, um das folgende verfahren auszuführen. Die Traktorsteuereinheit 164 arbeitet, um die automatische Geschwindigkeitsregelungs-Betriebsart zu verlassen, und gibt die manuelle Geschwindigkeitsregelungs-Betriebsart frei, falls der Betreibergeschwindigkeitsgrenzwert für die Dauer der vorgegebenen Zeitperiode größer bleibt als die Gerätegeschwindigkeitsanforderung und falls der Betreibergeschwindigkeitsgrenzwert zugenommen hat.
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Die Erfindung ist die Art und Weise, in der die Wechselwirkungen des Betreibers mit dem Fahrhebel 178 in der automatischen Geschwindigkeitsregelungs-Betriebsart behandelt werden. Genauer kann der Betreiber den Fahrhebel 178 zurückziehen, um die Geschwindigkeit vorübergehend zu senken, und ihn dann erneut nach vorn bewegen, um der Ballenpressen-Steuereinheit 162 zu ermöglichen, die Geschwindigkeit zu regeln. Wenn eine Bedingung auftritt, so dass der Betreiber die Geschwindigkeit über die von der Ballenpressen-Steuereinheit 162 geforderte Geschwindigkeit erhöhen möchte oder muss, verlässt eine einfache Bewegung des Fahrhebels 178 nach vorn die Automatik und gibt die vollständige Steuerung der Geschwindigkeit an den Betreiber zurück. Änderungen des Geschwindigkeitsrades 177 durch den Betreiber haben auf den tatsächlichen Geschwindigkeitsbefehl die gleiche Wirkung wie die automatische Geschwindigkeitsregelungs-Betriebsart.
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Mit anderen Worten, wenn der Betreiber die Geschwindigkeit des landwirtschaftlichen Traktors 10 durch Zurückziehen des Fahrhebels 178 (oder durch Drehen des Geschwindigkeitsrades 177) senkt, wird eine anschließende Geschwindigkeitszunahme nicht unbedingt ein Verlassen der automatischen Geschwindigkeitsregelungs-Betriebsart zur Folge haben. Falls die tatsächliche Geschwindigkeit auf der Ballenpressenanforderung beruht (d. h. die durch den Fahrhebel 178 eingestellte Geschwindigkeit ist höher eingestellt als die durch die Rundballenpresse 12 geforderte Geschwindigkeit), wird jede Zunahme der Geschwindigkeit, die durch den Fahrhebel 178 oder das Geschwindigkeitsrad 177 befohlen wird, ein Verlassen der automatischen Geschwindigkeitsregelungs-Betriebsart zur Folge haben. Das Verhalten, in der automatischen Geschwindigkeitsregelungsbetriebsart zu bleiben oder die automatische Geschwindigkeitsregelungs-Betriebsart zu verlassen, behält das Verhalten bei, dass ein Ziehen des Fahrhebels 178 zurück die Geschwindigkeit senkt und dass seine Bewegung nach vorn die Geschwindigkeit erhöht, ohne die automatische Geschwindigkeitsregelungs-Betriebsart zu verlassen, solange es nicht notwendig ist, dieses Verhalten anzupassen.
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Dies ermöglicht dem Betreiber, den Fahrhebel 178 und das Geschwindigkeitsrad 177 auf die gleiche intuitive Weise zu verwenden, mit der er während ”normaler” oder nicht automatisierter Operationen eingestellt wird. Die Antwort des landwirtschaftlichen Traktors 10 verhält sich aus Sicht des Betreibers (Zurückziehen verringert die Geschwindigkeit, nach vorn Drücken erhöht die Geschwindigkeit) genauso, tritt aber nicht unnötig aus der Automatisierungsbetriebsart aus.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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