DE102014206234A1

DE102014206234A1 - Fahrzeug mit Bodenbearbeitungsgerät und Antriebsschlupfregelung

Info

Publication number: DE102014206234A1
Application number: DE102014206234.9A
Authority: DE
Inventors: Antoine Chabaud; Jochen Fehse; Boris Buchtala; Jochen Fassnacht; Soenke Jessen
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-04-02
Filing date: 2014-04-02
Publication date: 2015-10-08
Anticipated expiration: 2034-04-03
Also published as: DE102014206234B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug (10) mit wenigstens einem bezüglich einer Fahrtrichtung (11) vorderen Rad (13) und wenigstens einem bezüglich der Fahrtrichtung (11) hinteren Rad (14), wobei ein Bodenbearbeitungsgerät (20) wenigstens über einen ersten Aktuator (21) mit dem übrigen Fahrzeug (10) gekoppelt ist, wobei mit dem ersten Aktuator (21) eine Relativlage zwischen dem Bodenbearbeitungsgerät (20) und dem übrigen Fahrzeug (10) verstellt werden kann, wobei ein Antriebsschlupfregler für das vordere und/oder das hintere Rad (13; 14) vorgesehen ist. Erfindungsgemäß ist das Bodenbearbeitungsgerät (20) über einen zweiten Aktuator (22) mit dem übrigen Fahrzeug (10) gekoppelt, so dass durch Verstellung des ersten und/oder des zweiten Aktuators (21; 22) die Höhe und die Neigung des Bodenbearbeitungsgerätes (20) bezüglich des Erdbodens (12) verstellbar ist, wobei die Stellgrößen des Antriebsschlupfreglers (40) die Einstellung des ersten und die Einstellung des zweiten Aktuators (21; 22) sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Verfahren zu dessen Betrieb.
Aus der EP 151 323 B2 und der EP 151 325 B1 ist ein Fahrzeug bekannt, welches bezüglich einer Fahrtrichtung zwei vordere und zwei hintere Räder aufweist. Bei dem Fahrzeug handelt es sich um einen landwirtschaftlichen Traktor, bei dem typischerweise alle vier Räder angetrieben sind. Das Fahrzeug ist hinten mit einem Hubwerk ausgestattet, an dem ein Bodenbearbeitungsgerät, beispielsweise ein Pflug angebracht werden kann. Das Hubwerk kann mit einem ersten Aktuator in Form eines Hydraulikzylinders angehoben und abgesenkt werden. Weiter ist ein Antriebsschlupfregler vorgesehen mit dem der Antriebsschlupf an den vorderen und/oder den hinteren Rädern geregelt werden kann. Hierfür wird mittels des ersten Aktuators die Arbeitstiefe des Bodenbearbeitungsgerätes verstellt. Hierdurch wird die Qualität der Bodenbearbeitung negativ beeinträchtigt, indem sich eine ungleichförmige Arbeitstiefe ergibt.
Aus der US 5 911 769 A ist eine ähnliche Antriebsschlupfregelung bekannt, bei der verschiedenste Sensoren vorgesehen sind, deren Messergebnisse die Antriebsschlupfregelung beeinflusst.
Aus der DE 10 2011 100 168 A1 ist ein Bodenbearbeitungsgerät bekannt, bei dem die Arbeitstiefe mit einem einzigen Sensor bzw. einer einzigen Kamera gemessen wird, welche den Abstand zum Erdboden misst.
Aus der DE 103 50 651 B3 ist ein Traktor mit einem Hubwerk bekannt, welches einen ersten und einen zweiten Aktuator umfasst, so dass sowohl der Abstand als auch die Neigung des Bodenbearbeitungsgeräts bezüglich des Erdbodens verstellt werden kann.
Der Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass durch die Antriebsschlupfregelung der Energie, insbesondere der Dieselverbrauch des Fahrzeuges minimiert wird, wobei sich gleichzeitig eine qualitativ hochwertige Bodenbearbeitung, insbesondere eine gleichförmige Arbeitstiefe ergibt.
Gemäß dem selbständigen Sachanspruch wird vorgeschlagen, dass das Bodenbearbeitungsgerät über einen zweiten Aktuator mit dem übrigen Fahrzeug gekoppelt ist, so dass durch Verstellung des ersten und/oder des zweiten Aktuators die Höhe und die Neigung des Bodenbearbeitungsgerätes bezüglich des Erdbodens verstellbar ist, wobei die Stellgrößen des Antriebsschlupfreglers die Einstellung des ersten und die Einstellung des zweiten Aktuators sind. Durch die Neigung des Bodenbearbeitungsgerätes zum Traktor kann ebenfalls die erforderliche Zugkraft und damit der Antriebsschlupf an den Rädern beeinflusst werden. Dabei wird die Qualität der Bodenbearbeitung weniger beeinflusst als durch die Verstellung der Arbeitstiefe des Bodenbearbeitungsgeräts. Bei dem ersten und/oder dem zweiten Aktuator handelt es sich vorzugsweise um einen Hydraulikzylinder. Bei dem Bodenbearbeitungsgerät handelt es sich vorzugsweise um einen Pflug oder um einen Grubber.
Gemäß dem selbständigen Verfahrensanspruch wird ein Verfahren zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs vorgeschlagen, wobei ein Istwert des Antriebsschlupfs des vorderen und/oder des hinteren Rades gegenüber dem Erdboden ermittelt, insbesondere gemessen wird. Hierfür kann beispielsweise ein Radarsensor an dem Fahrzeug angebracht werden, um die Über-Grund-Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu messen. Diese kann auch mit einem GPS-Gerät ermittelt werden. Der Schlupf ergibt sich dann aus der Umfangsgeschwindigkeit der ersten bzw. der zweiten Räder und der genannten Über-Grund-Geschwindigkeit.
In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung angegeben.
Es ist bevorzugt, dass bezüglich der Fahrtrichtung vorne an dem Bodenbearbeitungsgerät ein vorderer Sensor, zur Messung eines Istwerts eines vorderen Abstands zum Erdboden, befestigt ist, wobei bezüglich der Fahrtrichtung hinten an dem Bodenbearbeitungsgerät ein hinterer Sensor, zur Messung eines Istwerts eines hinteren Abstands zum Erdboden, befestigt ist. Hierdurch kann die tatsächliche Neigung des Bodenbearbeitungsgerätes bezüglich des Erdbodens gemessen und im Rahmen der Antriebsschlupfregelung berücksichtigt werden. Dies ist allein mit den aus der DE 103 50 651 B3 bekannten Stellungssensoren am Hubwerk nicht möglich, da die Welligkeit des Erdbodens nicht berücksichtigt werden kann. Bei dem ersten und/oder dem zweiten Sensor handelt es sich vorzugsweise um einen Ultraschallsensor, wobei Laser- oder Radarsensoren ebenfalls denkbar sind. Alternativ kann auch nur der Abstand vorne am Anbaugerät gemessen werden und der hintere Abstand über ein Modell berechnet oder anhand von GPS-basierten Oberflächendaten bei Precision Farming ermittelt werden.
Es ist bevorzugt, dass ein erster und wenigstens ein zweiter Lenker vorgesehen sind, deren gegenüberliegende Enden jeweils drehbeweglich an das Bodenbearbeitungsgerät und das übrige Fahrzeug angekoppelt sind, wobei eine Länge des ersten Lenkers mit dem ersten Aktuator verstellbar ist, wobei eine Drehlage des zweiten Lenkers mit dem zweiten Aktuator verstellbar ist. Der erste Lenker ist vorzugsweise weiter vom Erdboden entfernt als der zweite Lenker und wird deshalb üblicherweise als Oberlenker bezeichnet. Vorzugsweise verlaufen der erste und/oder der zweiten Lenker in zumindest einer Stellung parallel zur Fahrtrichtung, welche durch die Räder definiert wird.
Es ist bevorzugt, dass durch Verstellung des ersten und/oder des zweiten Aktuators die Neigung des Bodenbearbeitungsgeräts bezüglich des Erdbodens so verstellt wird, dass der Istwert des Antriebsschlupfs innerhalb eines vorgegebenen Wertebereichs liegt, wobei die Höhe des Bodenbearbeitungsgerätes über dem Erdboden erst verstellt wird, wenn die genannte Neigungsverstellung nicht mehr ausreicht, um den Istwert des Antriebsschlupfs in dem vorgegebenen Wertebereich zu halten oder die Neigung des Anbaugeräts so groß wird, dass das Arbeitsergebnis stark negativ beeinflusst wird. Durch die in erster Linie durchgeführte Neigungsverstellung des Bodenbearbeitungsgeräts wird die Bodenbearbeitungsqualität weniger beeinflusst bei größerer bzw. gleicher möglicher Gewichtsverlagerung auf die Hinterachse. Erst wenn diese Maßnahme nicht ausreicht, wird auch die Arbeitstiefe verstellt, um den Antriebsschlupf wie gewünscht einzustellen.
Es ist bevorzugt, dass ein erster Abstandsregler vorgesehen ist, dessen Regelabweichung aus dem Istwert des hinteren Abstands und einem vorgegebenen Sollwert des hinteren Abstands zum Erdboden ermittel wird, wobei dessen Stellgröße ein erster Anteil der Soll-Geschwindigkeit des ersten Aktuators ist. Die Soll-Geschwindigkeit des ersten Aktuators kann weitere Anteile umfassen, die vorzugsweise aufsummiert werden, um die gesamte Soll-Geschwindigkeit des ersten Aktuators zu erhalten. Vorzugsweise wird die genannte Soll-Geschwindigkeit mittels einer verstellbaren Blende eingestellt, mit der ein Druckflüssigkeits-Volumenstrom zum ersten Aktuator verstellt werden kann.
Es ist bevorzugt, dass ein zweiter Anteil der Soll-Geschwindigkeit des ersten Aktuators abhängig vom Istwert des Antriebsschlupfs ermittelt wird, wenn die Regelabweichung des ersten Abstandsreglers kleiner als ein vorgegebener Grenzwert ist, wobei der genannte zweite Anteil im Übrigen Null ist. Hierdurch wird, wie bereits angesprochen, in erster Linie die Neigung des Bodenbearbeitungsgerätes verstellt. Dabei wir ausgenutzt, dass bei der bevorzugten Anordnung des ersten Aktuators im Wesentlichen nur die Neigung des Bodenbearbeitungsgerätes zum Traktor verstellt wird, wenn der erste Aktuator betätigt wird.
Es ist bevorzugt, dass der Istwert des Antriebsschlupfs auf einen vorgegebenen Sollwert eingeregelt wird. Hierdurch kann das Fahrzeug mit einem besonders geringen Energieverbrauch betrieben werden. Der genannte Sollwert des Antriebsschlupfs beträgt vorzugsweise zwischen 5% und 20%
Es ist bevorzugt, dass ein dritter Anteil der Soll-Geschwindigkeit des ersten Aktuators abhängig von einem Druck im ersten Aktuator ermittelt wird, wenn die Regelabweichung des ersten Abstandsreglers kleiner als ein vorgegebener Grenzwert ist, wobei der genannte zweite Anteil im Übrigen Null ist. Hierdurch kann auf die Messung des Antriebsschlupfs verzichtet werden. Alternativ können Störungen bei der Messung des Antriebsschlupfs kompensiert werden.
Es ist bevorzugt, dass ein vom ersten verschiedener zweiter Abstandsregler vorgesehen ist, dessen Regelabweichung aus dem Istwert des vorderen Abstands und einem vorgegebenen Sollwert des vorderen Abstands zum Erdboden berechnet wird, wobei dessen Stellgröße ein erster Anteil der Soll-Geschwindigkeit des zweiten Aktuators ist. Dabei wir ausgenutzt, dass bei der bevorzugten Anordnung des zweiten Aktuators im Wesentlichen nur die Arbeitstiefe des Bodenbearbeitungsgerätes verstellt wird, wenn der zweite Aktuator betätigt wird. Durch die bevorzugte Anordnung des ersten und des zweiten Aktuators wird also ein Entkopplungseffekt erzielt, der es erlaubt, die Abstandsregelungen wie vorgeschlagen besonders einfach auszuführen.
Es ist bevorzugt, dass ein zweiter Anteil der Soll-Geschwindigkeit des zweiten Aktuators abhängig vom Istwert des Antriebsschlupfs derart ermittelt wird, dass der Istwert des Antriebsschlupfs einen vorgegebenen Grenzwert nicht übersteigt. Hierdurch soll in erster Linie ein Festfahren des Fahrzeuges vermieden werden, bei dem sich die Räder drehen, ohne dass sich das Fahrzeug gegenüber dem Erdboden weiter bewegt.
Es ist bevorzugt, dass eine Steuervorrichtung mit einem digitalen, nicht flüchtigen Speicher und einer digitalen Recheneinheit vorgesehen ist, wobei in dem genannten Speicher ein Programm gespeichert ist, das zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist. Hierdurch kann das erfindungsgemäße Verfahren auf besonders einfache und kostengünstige Weise umgesetzt werden. Unter einem digitalen, nicht flüchtigen Speicher soll beispielsweise eine ROM, eine EEPROM oder ein Flash-Speicher verstanden werden.
Für das genannte Programm wird selbständiger Schutz angestrebt.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es stellt dar:
1 eine grobschematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs;
2 einen Signalflussplan eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform;
3 einen Signalflussplan der Schlupfoptimierung in 2;
3a eine Variante der Schlupfoptimierung nach 3;
4 einen Signalflussplan eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform; und
5 einen Signalflussplan der Druckregelung in 4.
1 zeigt eine grobschematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs 10. Das Fahrzeug 10 umfasst eine Zugmaschine 16 in Form eines landwirtschaftlichen Traktors. Die Zugmaschine 16 hat zwei vordere und zwei hintere Räder 13; 14, die jeweils einen Teil der Gewichtskraft F_GV; F_GH des Fahrzeuges 10 auf dem Erdboden 12 abstützen. Das Zugfahrzeug 16 ist vorzugsweise mit einem Allradantrieb ausgestattet, wobei die Räder 13; 14 vorzugsweise zumindest mittelbar von einem Dieselmotor angetrieben werden, so dass sich jeweils eine Umfangsgeschwindigkeit v_RadV; v_RadH der Räder 13; 14 ergibt. Die Über-Grund-Geschwindigkeit v_Traktor des Fahrzeugs 10 wird vorzugsweise mit einem Radarsensor oder mit einem GPS-System ermittelt, so dass sich ein Istwert des Schlupfs zu S_Ist = (v_Rad ÷ v_Traktor – 1) × 100% ergibt.
An der Zugmaschine 16 ist ein Hubwerk 15 fest angebracht. Das Hubwerk 15 umfasst einen ersten Lenker 25, auch Oberlenker genannt, der von einem ersten Aktuator 21 in Form eines Hydraulikzylinders gebildet wird. Der Hubweg des ersten Aktuators 21 ist mit D_OL gekennzeichnet. Die beiden zweiten Lenker 26, die auch Unterlenker genannt werden, können mit einem zweiten Aktuator 22 bezüglich des Drehgelenks 27a verdreht werden. Der zweite Aktuator 22 ist vorzugsweise als Hydraulikzylinder ausgebildet. Der sich durch die Betätigung des zweiten Aktuators 22 ergebende Hubweg des Hubwerks 15 ist mit D_Hub gekennzeichnet.
Das Bodenbearbeitungsgerät 20 ist über die Drehgelenke 27b, die sich am hinteren Ende des ersten bzw. des zweiten Lenkers 25; 26 befinden, mit dem Hubwerk 15 lösbar verbunden. Das Bodenbearbeitungsgerät 20 kann beispielsweise als Pflug oder als Grubber ausgebildet sein. Am bezüglich der Fahrtrichtung 11 vorderen Ende des Bodenbearbeitungsgeräts 20 ist ein vorderer Sensor 23 befestigt, der beispielsweise als Ultraschallentfernungssensor ausgebildet ist, wobei er den Abstand D_AVIst zum Erdboden 12 misst. Am bezüglich der Fahrtrichtung hinteren Ende des Bodenbearbeitungsgeräts 20 ist ein hinterer Sensor 24 befestigt, der beispielsweise als Ultraschallentfernungssensor ausgebildet ist, wobei er den Abstand D_AHIst zum Erdboden misst.
2 zeigt einen Signalflussplan eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform. Hierdurch wird ein Antriebsschlupfregler 40 im Sinne des selbständigen Anspruchs verwirklicht.
Für das vordere und das hintere Rad sind zwei voneinander gesonderte Regeleinrichtungen vorgesehen, welche jeweils einen ersten bzw. einen zweiten Abstandsregler 30; 31 umfassen. Die Abstandsregler 30; 31 sind vorzugsweise als stetige, lineare Regler, beispielsweise als PI-Regler, ausgebildet, wobei sie höchst vorzugsweise zeitdiskret berechnet werden. Die Regelabweichung 32 des ersten Abstandsreglers 30 wird bestimmt, indem vom vorgegebenen Sollwert D_AHSoll des hinteren Abstands der gemessene Istwert D_AHIst des hinteren Abstands abgezogen wird. Die genannte Regelabweichung 32 wird dem ersten Abstandsregler 30 zugeleitet, welcher hieraus einen ersten Anteil V_SollOVAH der Soll-Geschwindigkeit des ersten Aktuators bestimmt.
Weiter wird die Regelabweichung 32 des ersten Abstandsreglers 30 einer Entscheidungsfunktion 41 zugeleitet. Der zweite Anteil V_SollOVS der Soll-Geschwindigkeit des ersten Aktuators beträgt Null, wenn die genannte Regelabweichung 32 größer als eine vorgegebene maximal zulässige Abweichung D_AHLim ist, andernfalls wird sie entsprechend den nachfolgenden Ausführungen ermittelt. Es kann ein dritter Anteil der Sollgeschwindigkeit des ersten Aktuators verwendet werden, der mit Bezug auf 4 erläutert wird. Der erste, der zweite und ggf. der dritte Anteil der Soll-Geschwindigkeit des ersten Aktuators werden aufsummiert, um die Sollgeschwindigkeit V_SollOV des ersten Aktuators zu bestimmen. Diese wird der Ansteuerung 37 des ersten Aktuators zugeleitet. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um ein hydraulisches Ventil, mit dem der Ölvolumenstrom zum ersten Aktuator eingestellt wird.
Weiter wird eine Schlupfabweichung 42 bestimmt, indem von dem Sollwert S_Soll des Antriebsschlupfs der Istwert S_Ist des Antriebsschlupfs abgezogen wird. Die Schlupfabweichung 42 wird einer Übertragungsfunktion 39 zugeleitet, deren Ausgangswert 43 Null beträgt, wenn die Schlupfabweichung 42 größer Null ist, wobei sie im Übrigen gleich der Schlupfabweichung 42 ist. Der genannte Ausgangswert 43 wird einer Schlupfoptimierung 34; 34' zugeleitet, welche mit Bezug auf die 3 und 3a erläutert wird. Die Schlupfoptimierung 34; 34' bestimmt den zweiten Anteil der V_SollOVS, welcher der Entscheidungsfunktion 41 zugeleitet wird.
Die Regelabweichung 33 des zweiten Abstandsreglers 31 wird bestimmt, indem vom vorgegebenen Sollwert D_AVSoll des vorderen Abstands der gemessene Istwert D_AVIst des vorderen Abstands abgezogen wird. Der zweite Abstandsregler 31 bestimmt hieraus einen ersten Anteil der Soll-Geschwindigkeit V_SollHV des zweiten Aktuators. Diesem ersten Anteil wird ein zweiter Anteil hinzuaddiert, der von einer Festfahrverhinderung 36 bestimmt wird. Die Festfahrverhinderung 36 erhält als Eingangswert den Istwert S_Ist des Antriebsschlupfs. In einem Betriebszustand des Fahrzeuges beim Festfahren ist dieser sehr hoch. In diesem Fall wird die Soll-Geschwindigkeit V_SollHV des zweiten Aktuators so hoch eingestellt, dass die Arbeitstiefe des Bodenbearbeitungsgeräts schnell sinkt, so dass die erforderliche Zugkraft schnell fällt. Die Soll-Geschwindigkeit V_SollHV des zweiten Aktuators wird einer Ansteuerung 38 des zweiten Aktuators zugeleitet. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um ein hydraulisches Ventil, mit dem der Ölvolumenstrom zum zweiten Aktuator eingestellt wird.
Eine übergeordnete Steuerung übernimmt die Festlegung der beiden Sollabstände vorne D_AVSoll und hinten D_AHSoll, um über diese Verknüpfung beider Regelungen eine gegenseitige Schwingungsanregung zu verhindern.
Ein Ziel der kombinierten Hubwerks- und Oberlenkerregelung ist es, das Bodenbearbeitungsgerät möglichst waagerecht in der richtigen Höhe über dem Erdboden zu halten, da nur dies ein optimales Arbeitsergebnis garantiert. Besonders bei welligem Erdboden erfordert dies ein ständiges Ändern des Neigungswinkels zwischen der Zugmaschine und dem Bodenbearbeitungsgerät. Hierzu ist es nötig, den Abstand zwischen einem Referenzpunkt auf dem vorderen Ende des Anbaugeräts und dem Boden D_AV und zusätzlich den Abstand zwischen einem Referenzpunkt auf dem hinteren Ende des Anbaugeräts und dem Boden D_AH zu kennen. Beide sind so zu wählen, dass das Bodenbearbeitungsgerät bei gleichem Abstand der beiden Referenzpunkte zum Boden exakt parallel ist. Alternativ kann bei ungleicher Höhe der Referenzpunkte auch über einen Einlernvorgang das Regelungssystem geeicht werden.
Es wird davon ausgegangen, dass der Bodenabstand am vorderen und hinteren Ende des Anbaugeräts beispielsweise mit einem Ultraschallsensor gemessen oder über ein geeignetes Modell mit anderen Messgrößen ermittelt werden kann. Die ganze Problematik hierbei – wie beispielsweise Senken im Boden oder Pflanzen oberhalb der Bodenoberfläche vor dem Anbaugerät bzw. die komplette Unebenheit der Oberfläche hinter dem Anbaugerät durch die Bodenbearbeitung – wird hier bewusst ausgeblendet. Diese Abstände müssen mit geeigneten Filtern und Beobachtungsalgorithmen aus den Sensorsignalen entsprechend ermittelt werden.
Idealerweise können die Sensoren auf dem Anbaugerät leicht montiert und somit auf verschiedenen Anbaugeräten verwendet werden. Falls die Sensoren günstig sind, so könnten sie auch fest auf dem Anbaugerät verbleiben.
Mit einem Sensor am vorderen und hinteren Ende des Anbaugeräts könnte auf die Messung der Hubwerkslage verzichtet werden. Da allerdings das Hubwerk auch mit Anbaugeräten ohne eigene Bodenabstandssensoren betrieben werden könnte, wird vorzugsweise nicht auf die Lageerfassung des Hubwerks verzichtet und es wird mit redundanten Sensoren gearbeitet. Falls man ein Einstellen zu Beginn der Arbeit mit dem Anbaugerät auf dem Acker zulässt, so kann eventuell auf den Sensor am vorderen Ende des Anbaugeräts verzichtet werden, wenn man hierfür die Hubwerkslage mit einer entsprechenden Umrechnung verwendet. Allerdings werden dann die Reifeneinfederung und die Nickneigungsänderung des Traktors nicht berücksichtigt.
Es wird davon ausgegangen, dass der Schlupf des Fahrzeugs gemessen oder sonst wie ermittelt wird. Eine Möglichkeit hierfür stellt die Verwendung eines entsprechenden Radarsystems oder GPS-Systems dar.
Der Fahrer will ohne Festzufahren mit einer festgelegten Tiefe und mit möglichst wenig Kraftstoffverbrauch, d.h. mit möglichst geringem Schlupf bei der von ihm gewählten Fahrzeuggeschwindigkeit grubbern oder pflügen oder den Boden mit einer sonstigen zugkraftnotwendigen Art bearbeiten. Der Fahrer kann einen maximalen Soll-Schlupf, eine Solllage bzw. einen Sollabstand des Anbaugerätes zum Boden und eine zulässige Sollabstandsabweichung D_AHLim zwischen dem Bodenabstand am hinteren und vorderen Anbaugeräteende der Regelung vorgeben.
Es können für die Regelung die folgenden drei Zustände grob unterschieden werden:

1. Falls der Schlupf geringer als der Soll-Schlupf (und somit deutlich geringer als der Festfahrschlupf) ist, so regelt das System nur die Solllage konstant. Hierbei wird der vordere Bodenabstand des Anbaugeräts über die Hubwerksregelung richtig eingestellt und der hintere Bodenabstand über die Oberlenkerregelung. Somit folgt das Anbaugerät optimal der Form des Bodens.
2. Falls der Schlupf sich dem Festfahrschlupf nähert und ein Festfahren droht, so wird das Anbaugerät über das Hubwerk und den Oberlenker entsprechend parallel zur Bodenoberfläche angehoben, bis der Schlupf sich wieder entsprechend vom Festfahrschlupf entfernt hat. Hierbei wird die Festfahrverhinderung höher als das optimale Pflug- bzw. Bearbeitungsergebnis priorisiert.
3. Falls der Schlupf S_Ist größer als der Sollschlupf S_Soll ist, so wird innerhalb der zulässigen Toleranz zwischen dem vorderen und hinteren Bodenabstand der Druck im Oberlenkerzylinder so lange erhöht, wie mit einer Druckerhöhung der Schlupf des Gespanns sinkt. Falls der Schlupf bei weiterer Erhöhung des Drucks steigt, so ist die Vorderachse so weit entlastet, dass der Traktionsgewinn an der Hinterachse kleiner ist als der Traktionsverlust an der Vorderachse. Auf diese Art und Weise kann ein Abheben der Traktorvorderachse verhindert werden. Bei Traktoren mit Vorderachsfederung, welche bei modernen Traktoren verbreitet ist, kann auch das entsprechende Vorderachsdrucksignal P_VAIst ausgewertet werden, um eine unzulässige Entlastung der Vorderachse zu verhindern. Vor allem bei Pflügen wird aber die Vorderachsfederung oft komplett ausgeschaltet und die Federung ganz eingefahren, um die Nickneigungsänderung des Traktors möglichst gering zu halten.

Prinzipiell gibt es bei der Oberlenkerregelung zwei Regelungsziele, die mit nur einem Stellglied erfüllt werden sollen: Es soll sowohl die Kraft des Oberlenkers zur Schlupfoptimierung und gleichzeitig die Lage des Oberlenkers, welche für die Lage des Bodenbearbeitungsgeräts in Bezug auf den Erdboden entscheidend ist, mit nur einem Ventil, welches einen Volumenstrom in den Oberlenkerzylinder einstellt, geregelt werden. Der Kompromiss zwischen den zwei Regelungszielen wird dadurch erzielt, dass beide Regelungen aktiv sind und die Ausgangswerte beider Regelungen summiert werden. Nur falls die Abweichung zwischen Lagesoll- und Istwert eine bestimmte Größe D_AHLim überschreitet, so wird die Lageregelung priorisiert und der Ausgangswert der Schlupfregelung zu Null gesetzt. Dies ist ein ähnliches Prinzip wie bei der aktiven Schwingungsdämpfung. Über geeignete Sollwertrampen wird beim Regeln um diesen beschriebenen Punkt herum ein gleichmäßiges und ruckfreies Ansteuern des Regelungssystems erreicht.
3 zeigt einen Signalflussplan der Schlupfoptimierung 34 in 2. 3a zeigt eine Variante 34' der Schlupfoptimierung nach 3, bei der auf die Berücksichtigung des Istwertes P_VAIst des Druckes in der Federung der Vorderachse des Fahrzeugs verzichtet wurde. Insgesamt wird dabei ein zeitdiskretes Berechnungsverfahren durchgeführt, indem mehrere Berechnungsschritte in einem festen zeitlichen Abstand nacheinander ausgeführt werden. Die Werte aus dem jeweils vorherigen Berechnungsschritt sind dabei mit dem Index "Alt"gekennzeichnet.
Wenn die Höhe des Hubwerks eingeregelt ist, so kann die Schlupfoptimierung stattfinden (D_AVIST == konstant. Alternativ kann mit einem Timer dafür gesorgt werden, dass einige Zeit schon keine Änderung der Hubwerksposition stattgefunden hat). In allen anderen Fällen ist keine Schlupfoptimierung sinnvoll, da eine Änderung der Pflugtiefe die Zugkraft und somit den Schlupf beeinflusst. In diesen Fällen sollte keine Volumenstrom- bzw. Druckänderung am Oberlenker aufgrund der Schlupfoptimierung stattfinden.
Der dargestellte Algorithmus der Schlupfoptimierung 34; 34' versucht den Ist-Schlupf unter den Wert des Sollschlupfes über ein Verstellen der Oberlenkerlage bzw. des Oberlenkerdrucks zu regeln. Da schnelle Änderungen des Hubwerks und des Oberlenkers als unangenehme Stöße auf dem Fahrzeug empfunden werden, sollten die Änderungsschritte Δ_INC, Δ_INCS und Δ_DECP entsprechend klein gewählt werden und die Ausgangssignale der Regelung eventuell durch Filterglieder geglättet bzw. „weich gemacht“ werden. Die Schlupfoptimierung erfordert auch keine schnellen Sprünge, da sie lediglich Einfluss auf den Verbrauch hat und die Festfahroptimierung hiervon nicht betroffen ist.
Über die Variable INC wird überprüft, ob im letzten Schritt der Volumenstrom in den Oberlenkerzylinderzylinder erhöht wurde. Hierdurch kann überprüft werden, ob eine Erhöhung des Drucks bzw. des Volumenstroms in den Zylinder zu einer Verminderung des Schlupfs geführt hat.
Falls der Traktor nicht über eine Vorderachsfederung verfügt und somit auch die Vorderachslast nicht anhand des Drucks gemessen werden kann, so wird die hiermit gekoppelte Entscheidung (P_AVIst <= P_AVLimit) weggelassen (vgl. 3a).
4 zeigt einen Signalflussplan eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform. Die zweite Ausführungsform ist bis auf die nachfolgend beschriebenen Unterschiede identisch mit der ersten Ausführungsform ausgebildet, so dass diesbezüglich auf die Ausführungen zu 2 verwiesen wird. Dabei sind sich entsprechende Teile mit den gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet.
Zusätzlich oder alternativ zum zweiten Anteil der Soll-Geschwindigkeit des ersten Aktuators wird der bereits angesprochene dritte Anteil V_SollOVP bestimmt. Hierfür wird eine Druckabweichung 44 bestimmt, indem von einem vorgegebenen Solldruck P_Soll im ersten Aktuator ein gemessener Istdruck P_Ist abgezogen wird. Die Druckabweichung 44 wird einer Übertragungsfunktion 45 zugeleitet, deren Ausgangswert 46 Null beträgt, wenn die genannte Druckabweichung 44 größer Null ist, wobei der Ausgangswert 46 im Übrigen gleich der Druckabweichung 44 ist. Der Ausgangswert 46 wird einer Druckregelung 35 zugeführt, welche den dritten Anteil V_SollOVP der Soll-Geschwindigkeit des ersten Aktuators bestimmt.
Falls auf dem Traktor kein teurer Schlupfsensor verbaut ist oder das Schlupfsignal gestört ist, so kann vorstehend beschriebene Regelung eingesetzt werden, welche versucht, eine bestimmte Oberlenkerkraft bzw. einen bestimmten Oberlenkerdruck parallel zur Lage des Anbaugeräts einzuregeln. Hierzu ist ein Oberlenkerdrucksignal oder ein Oberlenkerkraftsignal nötig. Dies kann einfach über den Hydrauliköldruck an der entsprechenden Oberlenkerseite gemessen werden. Der Benutzer muss einen geeigneten Druckwert als Sollwert P_Soll für die Oberlenkerregelung vorgeben.
5 zeigt einen Signalflussplan der Druckregelung 36 in 4.
Es ist eine Druckregelung mit Berücksichtigung des Vorderachsregelungsdruckes P_VAIst bzw. der Vorderachslast dargestellt. Hierbei wird der Druck im Oberlenker gesenkt, falls der Druck der Vorderachsregelung zu gering wird, was auf eine unzulässige Entlastung der Vorderachse hindeutet.
Bezugszeichenliste

10: Fahrzeug
11: Fahrtrichtung
12: Erdboden
13: vorderes Rad
14: hinteres Rad
15: Hubwerk
16: Zugmaschine
20: Bodenbearbeitungsgerät
21: erster Aktuator
22: zweiter Aktuator
23: vorderer Sensor
24: hinterer Sensor
25: erster Lenker
26: zweiter Lenker
27: Drehgelenk
27a: Drehgelenk
27b: Drehgelenk
30: erster Abstandsregler
31: zweiter Abstandsregler
32: Regelabweichung des ersten Abstandsreglers
33: Regelabweichung des zweiten Abstandsreglers
34: Schlupfoptimierung
34': Schlupfoptimierung (Variante)
35: Druckregelung
36: Festfahrverhinderung
37: Ansteuerung des ersten Aktuators
38: Ansteuerung des zweiten Aktuators
39: Übertragungsfunktion
40: Antriebsschlupfregler
41: Entscheidungsfunktion
42: Schlupfabweichung
43: Ausgangswert der Übertragungsfunktion
44: Druckabweichung
45: Übertragungsfunktion
46: Ausgangswert
S_Soll: Sollwert des Antriebsschlupfs
S_Ist: Istwert des Antriebsschlupfs
D_AVSoll: Sollwert des vorderen Abstands zum Erdboden
D_AVIst: Istwert des vorderen Abstands zum Erdboden
D_AHSoll: Sollwert des hinteren Abstands zum Erdboden
D_AHIst: Istwert des hinteren Abstands zum Erdboden
D_AHLim: vorgegebene maximal zulässige Abweichung zwischen D_AHIst und D_AHSoll
V_SollOV: Soll-Geschwindigkeit des ersten Aktuators
V_SollOVAH: erster Anteil der Soll-Geschwindigkeit des ersten Aktuators aus der Abstandsregelung hinten
V_SollOVS: zweiter Anteil der Soll-Geschwindigkeit des ersten Aktuators aus der Antriebsschlupfregelung
V_SollOVP: dritter Anteil der Soll-Geschwindigkeit des ersten Aktuators aus der Druckregelung
V_SollHV: Soll-Geschwindigkeit des zweiten Aktuators
V_SollOVPP: proportionaler Anteil von V_SollOVP
V_SollOVPI: integraler Anteil von V_SollOVP
Δ_DECP: vorgegebener Änderungsschritt von V_SollOVS in negativer Richtung zur Beeinflussung von P_VAIst
Δ_INC: vorgegebener Änderungsschritt von V_SollOVS in positive Richtung
Δ_INCS: vorgegebener Änderungsschritt von V_SollOVS in negativer Richtung
INC: Hilfsvariable, mit der überprüft wird, ob im letzten Schritt V_SollOVAH erhöht wurde
S_IstAlt: Istwert des Antriebsschlupfs im vorhergehenden Berechnungsschritt
V_SollOVSAlt: V_SollOVS im vorhergehenden Berechnungsschritt
v_RadV: Umfangsgeschwindigkeit des vorderen Rads
v_RadH: Umfangsgeschwindigkeit des hinteren Rads
v_Traktor: Über-Grund-Geschwindigkeit des Fahrzeugs
F_GV: vom vorderen Rad aufgenommene Gewichtskraft des Fahrzeugs
F_GH: vom hinteren Rad aufgenommene Gewichtskraft des Fahrzeugs
D_OL: Hubweg des ersten Aktuators
D_Hub: Hubweg des Hubwerks
P_VAIst: Istwert des Druckes in der pneumatischen Federung der Vorderachse des Fahrzeugs
P_VALimit: vorgegebener Grenzwert von P_VAIst, bei dem das Vorderrad zu stark entlastet ist
P_Soll: Solldruck im erstem Aktuator
P_Ist: Istdruck im ersten Aktuator
K_p: vorgegebene Proportionalverstärkung des Druckreglers
K_I: vorgegebene Integralverstärkung des Druckreglers

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 151323 B2 [0002]
EP 151325 B1 [0002]
US 5911769 A [0003]
DE 102011100168 A1 [0004]
DE 10350651 B3 [0005, 0010]

Claims

Fahrzeug (10) mit wenigstens einem bezüglich einer Fahrtrichtung (11) vorderen Rad (13) und wenigstens einem bezüglich der Fahrtrichtung (11) hinteren Rad (14), wobei ein Bodenbearbeitungsgerät (20) wenigstens über einen ersten Aktuator (21) mit dem übrigen Fahrzeug (10) gekoppelt ist, wobei mit dem ersten Aktuator (21) eine Relativlage zwischen dem Bodenbearbeitungsgerät (20) und dem übrigen Fahrzeug (10) verstellt werden kann, wobei ein Antriebsschlupfregler (40) für das vordere und/oder das hintere Rad (13; 14) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Bodenbearbeitungsgerät (20) über einen zweiten Aktuator (22) mit dem übrigen Fahrzeug (10) gekoppelt ist, so dass durch Verstellung des ersten und/oder des zweiten Aktuators (21; 22) die Höhe und die Neigung des Bodenbearbeitungsgerätes (20) bezüglich des Erdbodens (12) verstellbar ist, wobei die Stellgrößen des Antriebsschlupfreglers (40) die Einstellung des ersten und die Einstellung des zweiten Aktuators (21; 22) sind.
Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bezüglich der Fahrtrichtung (11) vorne an dem Bodenbearbeitungsgerät (20) ein vorderer Sensor (23), zur Messung eines Istwerts eines vorderen Abstands (D_AVIst) zum Erdboden (12), befestigt ist, wobei bezüglich der Fahrrichtung (11) hinten an dem Bodenbearbeitungsgerät (20) ein hinterer Sensor (24), zur Messung eines Istwerts eines hinteren Abstands (D_AHIst) zum Erdboden (12), befestigt ist.
Fahrzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster und wenigstens ein zweiter Lenker (25; 26) vorgesehen sind, deren gegenüberliegenden Enden jeweils drehbeweglich (27) an das Bodenbearbeitungsgerät (20) und das übrige Fahrzeug (10) angekoppelt sind, wobei eine Länge des ersten Lenkers (25) mit dem ersten Aktuator (21) verstellbar ist, wobei eine Drehlage des zweiten Lenkers (26) mit dem zweiten Aktuator (22) verstellbar ist.
Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeuges nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Istwert des Antriebsschlupfs (S_Ist) des vorderen und/oder des hinteren Rades (13; 14) gegenüber dem Erdboden (12) ermittelt, insbesondere gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch Verstellung des ersten und/oder des zweiten Aktuators (21; 22) die Neigung des Bodenbearbeitungsgeräts (20) bezüglich des Erdbodens (12) so verstellt wird, dass der Istwert des Antriebsschlupfs (S_Ist) innerhalb eines vorgegebenen Wertebereichs liegt, wobei die Höhe des Bodenbearbeitungsgerätes (20) über dem Erdboden (12) erst verstellt wird, wenn die genannte Neigungsverstellung nicht mehr ausreicht, um den Istwert des Antriebsschlupfs (S_Ist) in dem vorgegebenen Wertebereich zu halten.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Abstandsregler (30) vorgesehen ist, dessen Regelabweichung (32) aus dem Istwert (D_AHIst) des hinteren Abstands und einem vorgegebenen Sollwert (D_AHSoll) des hinteren Abstands zum Erdboden (12) ermittelt wird, wobei dessen Stellgröße ein erster Anteil (V_SollOVAH) der Soll-Geschwindigkeit des ersten Aktuators (21) ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Anteil (V_SollOVS) der Soll-Geschwindigkeit des ersten Aktuators (21) abhängig vom Istwert des Antriebsschlupfs (S_Ist) ermittelt wird, wenn die Regelabweichung (32) des ersten Abstandsreglers (30) kleiner als ein vorgegebener Grenzwert (D_AHLim) ist, wobei der genannte zweite Anteil (V_SollOVS) im Übrigen Null ist.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Istwert (S_Ist) des Antriebsschlupfs auf einen vorgegebenen Sollwert (S_Soll) eingeregelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter Anteil (V_SollOVP) der Soll-Geschwindigkeit des ersten Aktuators (21) abhängig von einem Druck (P_Ist) im ersten Aktuator (21) ermittelt wird, wenn die Regelabweichung (32) des ersten Abstandsreglers (30) kleiner als als ein vorgegebener Grenzwert (D_AHLim) ist, wobei der genannte zweite Anteil (V_SollOVP) im Übrigen Null ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein vom ersten (30) verschiedener zweiter Abstandsregler (31) vorgesehen ist, dessen Regelabweichung (33) aus dem Istwert (D_AVIst) des vorderen Abstands und einem vorgegebenen Sollwert (D_AVSoll) des vorderen Abstands zum Erdboden (12) berechnet wird, wobei dessen Stellgröße ein erster Anteil der Soll-Geschwindigkeit (V_SollHV) des zweiten Aktuators ist.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Anteil der Soll-Geschwindigkeit (V_SollHV) des zweiten Aktuators (22) abhängig vom Istwert (S_Ist) des Antriebsschlupfs derart ermittelt wird, dass der Istwert (S_Ist) des Antriebsschlupfs einen vorgegebenen Grenzwert nicht übersteigt.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstandswert des Anbaugerätes zum Boden, z.B. der hintere Abstandswert, über ein Modell und einen oder mehrere zusätzliche Messwerte oder Oberflächendaten gebildet wird, welcher dann für die Regelung eingesetzt wird.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuervorrichtung mit einem digitalen, nicht flüchtigen Speicher und einer digitalen Recheneinheit vorgesehen ist, wobei in dem genannten Speicher ein Programm gespeichert ist, das zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 4 bis 11 eingerichtet ist.
Programm, das so eingerichtet ist, dass ein Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 12 durchgeführt wird, wenn es von der Recheneinheit des Fahrzeugs nach Anspruch 13 ausgeführt wird.