-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug, umfassend einen Nebenabtrieb, eine Sensoreinheit zum Detektieren einer Neigung des Fahrzeuges und eine Regelungseinheit zum Regeln des Nebenabtriebes in Abhängigkeit von der Neigung des Fahrzeuges.
-
Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Nebenabtriebes eines Fahrzeuges, umfassend die Schritte Detektieren einer Neigung des Fahrzeuges und Regeln des Nebenabtriebes in Abhängigkeit von der Neigung des Fahrzeuges.
-
Viele Fahrzeuge, insbesondere landwirtschaftliche und forstwirtschaftliche Nutzfahrzeuge, beispielsweise Traktoren, verfügen über einen oder mehrere Nebenabtriebe. Die Nebenabtriebe sind in motorseitige Nebenabtriebe und getriebeseitige Nebenabtriebe klassifizierbar. Der Nebenabtrieb eines Traktors wird auch Zapfwelle oder Power Take-off (PTO) genannt. Mittels des Nebenabtriebes lassen sich die unterschiedlichsten Anbaugeräte für Traktoren antreiben, beispielsweise Forstseilwinden, Mähwerke und Bodenbearbeitungsgeräte.
-
Bei einem Betreiben dieser Anbaugeräte können bei dem Nutzfahrzeug instabile Fahrzeugzustände, beispielsweise ein Kippen des Nutzfahrzeuges, auftreten. Diese instabilen Fahrzeugzustände können sowohl in einem Fahrbetrieb des Nutzfahrzeuges als auch in einem Standbetrieb des Nutzfahrzeuges auftreten. Die Ursache für die instabilen Fahrzeugzustände ist, dass die Anbaugeräte regelmäßig gegen große Widerstände arbeiten oder weit ausladend sind. In beiden Fällen überlagert eine anbaugerätinduzierte Kraft eine Normalkraft des Nutzfahrzeuges, die das Nutzfahrzeug auf dem Boden hält. Wenn die anbaugerätinduzierte Kraft einen kritischen Wert überschreitet und eine Bodenhaftung des Nutzfahrzeuges ausreichend groß ist, beginnt das Nutzfahrzeug zu kippen. Zum Beispiel kann das Betreiben einer Forstseilwinde an dem Nutzfahrzeug zu instabilen Fahrzeugzuständen führen. Wenn das mit der Forstseilwinde ausgerüstete Nutzfahrzeug in abschüssigem Gelände steht oder fährt und schwere Bäume zieht oder rückt und womöglich noch destabilisierende Umstände, beispielsweise ein ungünstiger Zugwinkel oder ein Verhaken der Bäume im Boden oder an verwurzelten Baumstümpfen, hinzutreten, kann das Nutzfahrzeug innerhalb von Sekunden kippen, was oftmals zu schweren oder gar tödlichen Verletzungen eines Fahrers des Nutzfahrzeuges durch Herausfallen des Fahrers aus dem Nutzfahrzeug und erheblichen materiellen Schäden an dem Nutzfahrzeug führt.
-
Um derartige Unfälle zu vermeiden, ist in der Offenlegungsschrift
DE 10 2010 031 228 A1 eine neigungssensitive Überwachungsvorrichtung für Forstseilwinden beschrieben, die an einem mit der Forstseilwinde ausgerüsteten Traktor oder an der Forstseilwinde selbst angeordnet ist. Die Überwachungsvorrichtung weist eine Sensoreinheit zum Detektieren einer Neigung des Traktors und eine Regelungseinheit auf, wobei die Regelungseinheit bei Detektion einer Überschreitung einer maximal zulässigen Neigung des Traktors den die Forstseilwinde antreibenden Nebenabtrieb stoppt oder ein Auskuppeln des Nebenabtriebes bewirkt. Zum Detektieren der Neigung des Traktors weist die Sensoreinheit einen Beschleunigungssensor und einen Drehratensensor auf. Nachteilig an der Überwachungsvorrichtung ist, dass sie eine technisch aufwändige und damit fehleranfällige und kostenintensive Sensoreinheit erfordert.
-
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fahrzeug und ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das einfach und robust aufgebaut ist beziehungsweise das instabile Fahrzeugzustände verhindert.
-
Zur Lösung der Vorrichtungsaufgabe schlägt die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug der eingangs genannten Art vor, wobei die Sensoreinheit ein integraler Bestandteil eines Fahrerassistenzsystems des Fahrzeuges ist. Mit großem Vorteil ist die Sensoreinheit eine Sensoreinheit des Fahrerassistenzsystems, die ohnehin in dem Fahrzeug vorhanden ist und erfindungsgemäß eine Doppelfunktion erfüllt. Aufgrund der Verwendung der Sensoreinheit des Fahrerassistenzsystems für das Fahrerassistenzsystem und zum Detektieren der Neigung des Fahrzeuges ist eine separate Sensoreinheit zum Detektieren der Neigung des Fahrzeuges nicht erforderlich. Die Absenz der separaten Sensoreinheit zum Detektieren der Neigung des Fahrzeuges reduziert eine Anzahl an Bauteilen, die notwendig sind, um das Fahrerassistenzsystem bereitzustellen und eine Detektion der Neigung des Fahrzeuges durchzuführbar zu machen. Die reduzierte Anzahl an Bauteilen vereinfacht den Aufbau des Fahrzeuges und erhöht seine Robustheit.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Fahrerassistenzsystem ein Antiblockiersystem, eine Antischlupfregelung oder ein elektronisches Stabilitätsprogramm ist. Jedes dieser Fahrerassistenzsysteme weist zumindest eine Sensoreinheit auf, die zum Detektieren von Raddrehzahlen geeignet ist. Solche Sensoreinheiten umfassen Raddrehzahlsensoren, die unterschiedliche Raddrehzahlen von Rädern einer Achse des Fahrzeuges oder von Rädern des Fahrzeuges detektieren können. Wenn das Fahrzeug zum Kippen neigt, werden ein oder mehrere Räder des Fahrzeuges zunächst entlastet und im weiteren Verlauf des Kippens vom Boden abgehoben. Je nach Haftreibungskoeffizient zwischen dem Boden und den Rädern geht eine Haftung von abhebenden Rädern bereits bei der Entlastung oder spätestens bei dem Abheben verloren und die Raddrehzahlen dieser Räder verändern sich relativ zu den Rädern, die belastet auf dem Boden aufliegen bleiben. So entstandene Differenzen von Raddrehzahlen sind mittels der Raddrehzahlsensoren detektierbar und erlauben ein indirektes Detektieren der Neigung des Fahrzeuges. Die Art des Detektierens der Neigung des Fahrzeuges ist qualitativ. Mögliche Ergebnisse des Detektierens der Neigung des Fahrzeuges sind: Raddrehzahlen gleich, woraus eine gleichmäßige Bodenhaftung aller Räder und damit ein stabiler Stand des Fahrzeuges ableitbar ist; Raddrehzahlen geringfügig unterschiedlich, woraus ein beginnender Haftungsverlust von einem oder mehreren Rädern und damit ein sich anbahnender instabiler Fahrzeugzustand ableitbar ist; und Raddrehzahlen deutlich unterschiedlich, woraus ein vollständiger Haftungsverlust von einem oder mehreren Rädern und damit ein instabiler Fahrzeugzustand ableitbar ist.
-
In einer äußerst vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst das Fahrzeug ein Getriebe und eine nasslaufende Lamellenkupplung. Das Getriebe ist insbesondere ein leistungsverzweigtes Getriebe, kann alternativ aber auch ein Lastschaltgetriebe sein. Das leistungsverzweigte Getriebe erlaubt ein stufenloses Übertragen von Drehmomenten, beispielsweise von kleinen Drehmomenten in einem Bereich von 10 Nm bis 50 Nm, vorzugsweise 30 Nm, die an einem Hauptabtrieb des Fahrzeuges anliegen. Der Hauptabtrieb treibt mittels einer Antriebswelle ein Differenzial von einer angetriebenen Achse des Fahrzeuges und somit Räder des Fahrzeuges an. Die nasslaufende Lamellenkupplung erlaubt neben einem vollständigen Schließen der Lamellenkupplung ein annähernd verschleißfreies durchrutschendes Schließen der Lamellenkupplung. Ein durchrutschendes Schließen der Lamellenkupplung im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Anlegen der Kupplung, wobei sich Lamellen der Lamellenkupplung berühren und ein kleines Drehmoment übertragen, beispielsweise ein Drehmoment in einem Bereich von 10 Nm bis 50 Nm, vorzugsweise 30 Nm. Zum Übertragen von größeren Drehmomenten ist die Lamellenkupplung bei dem durchrutschenden Schließen nicht ausreichend geschlossen oder mit anderen Worten offen. Das Zusammenwirken von leistungsverzweigtem Getriebe und nasslaufender Lamellenkupplung ermöglicht das annähernd verschleißfreie Anlegen eines Drehmoments in einem Bereich von 10 Nm bis 50 Nm, vorzugsweise 30 Nm, an die angetriebenen Räder des Fahrzeuges. Zur Einstellung des Drehmoments und Verbesserung der Regelgüte können getriebeinterne Größen verwendet werden. Solche getriebeinterne Größen sind beispielsweise ein gemessener Weg an den Kupplungen, ein gemessener Schlupf an den Kupplungen und Rückleseströme an den Kupplungen.
-
Zur Lösung der Verfahrensaufgabe schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren der eingangs genannten Art vor, wobei der Schritt des Detektierens der Neigung des Fahrzeuges den Schritt Kommunizieren mit einem Fahrerassistenzsystem des Fahrzeuges umfasst. Mit großem Vorteil umfasst das erfindungsgemäße Verfahren einen Informationsaustausch mit dem Fahrerassistenzsystem, da die zum Detektieren der Neigung des Fahrzeuges erforderlichen Daten in dem Fahrerassistenzsystem bereits vorliegen. Als Daten werden bevorzugt Daten verwendet, die Informationen bezüglich der Raddrehzahlen der Räder des Fahrzeuges enthalten, da die Raddrehzahlen und insbesondere Differenzen in den Raddrehzahlen Rückschlüsse auf einen Schlupf von einem oder mehreren Rädern zulassen, die von dem Boden abzuheben drohen. Insofern ist das erfindungsgemäße Verfahren in der Lage, ein drohendes Kippen des Fahrzeuges bereits durch ein Entlasten von Rädern zu erkennen, lange bevor sich ein Winkel des Fahrzeuges relativ zu dem Boden zuverlässig messbar ändert. Mittels dieses indirekten, aber frühzeitigen Detektierens der Neigung des Fahrzeuges kann der Schritt des Regelns des Nebenabtriebes in Abhängigkeit von der Neigung des Fahrzeuges ebenfalls frühzeitig ausgeführt werden. Das Regeln des Nebenabtriebes kann ein Abschalten des Nebenabtriebes, ein vollständiges Stilllegen des Nebenabtriebes oder ein reduziertes Betreiben des Nebenabtriebes sein. Im einfachsten Fall wird der Nebenabtrieb abgeschaltet, sodass der das Kippen des Fahrzeuges provozierende Vorgang unterbrochen wird und das Fahrzeug nicht kippt, sondern auf seinen Rädern stehen bleibt. Somit ist das erfindungsgemäße Verfahren bestens geeignet, instabile Fahrzeugzustände zu verhindern.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Verfahren den Schritt Schließen einer Feststellbremse des Fahrzeuges umfasst. Durch das Schließen der Feststellbremse ist das Fahrzeug stationär und die mittels der Raddrehzahlsensoren detektierbaren Raddrehzahlen der Räder sind identisch null, solange das Fahrzeug mit allen Rädern fest auf dem Boden steht.
-
In einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren den Schritt durchrutschendes Schließen einer nasslaufenden Lamellenkupplung des Fahrzeuges. Bei einem laufenden Motor des Fahrzeuges führt das durchrutschende Schließen der nasslaufenden Lamellenkupplung zu einer Einleitung eines kleinen Drehmoments in das Getriebe des Fahrzeuges, welches an die Räder des Fahrzeuges übertragen wird. Das Drehmoment ist so klein, dass der Motor bei blockierten Rädern nicht abgewürgt wird.
-
In einer sehr vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst das erfindungsgemäße Verfahren sowohl den Schritt des Schließens der Feststellbremse des Fahrzeuges als auch den Schritt des durchrutschenden Schließens der nasslaufenden Lamellenkupplung des Fahrzeuges. Mit diesen Verfahrensschritten liegt bei laufendem Motor des Fahrzeuges an einem Hauptabtrieb des Fahrzeuges und somit an den Rädern des Fahrzeuges ein Drehmoment an, das entlastete oder unbelastete Räder in Rotation versetzt, die mittels der Raddrehzahlsensoren detektierbar ist.
-
In einer äußerst vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Schritt des durchrutschenden Schließens der nasslaufenden Lamellenkupplung des Fahrzeuges zu einem an einem Hauptabtrieb des Fahrzeuges anliegenden Drehmoment in einem Bereich von 10 Nm bis 50 Nm führt. Ein Drehmoment in dem vorgeschlagenen Bereich ist ausreichend groß, um die schweren und trägen Räder des Fahrzeuges in Rotation zu versetzen, wenn die Bodenhaftung gering oder verloren gegangen ist, und klein genug, um den Verschleiß der Lamellenkupplung vernachlässigbar gering zu halten. Bevorzugte Drehmomente sind beispielsweise 10 Nm, 20 Nm, 30 Nm, 40 Nm und 50 Nm. Das Drehmoment kann je nach Fahrzeugmasse und Untergrundbeschaffenheit auch größer sein.
-
Die vorliegende Erfindung wird in einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielhaft beschrieben, wobei weitere vorteilhafte Einzelheiten den Figuren der Zeichnungen zu entnehmen sind.
-
Die Figuren der Zeichnungen zeigen im Einzelnen:
-
1 eine schematische Draufsicht eines Fahrzeuges gemäß der vorliegenden Erfindung; und
-
2 ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.
-
Die 1 zeigt eine schematische Draufsicht eines Fahrzeuges gemäß der vorliegenden Erfindung, insbesondere eines Nutzfahrzeuges, nämlich eines Traktors 10, an dem ein Anbaugerät in Form einer zapfwellenangetriebenen Forstseilwinde 20 angebaut ist. Der Traktor 10 weist einen Nebenabtrieb 1, an dem die Zapfwelle der Forstseilwinde 20 angeschlossen ist, eine Sensoreinheit 2 zum Detektieren einer Neigung des Fahrzeuges, eine Regelungseinheit 3 zum Regeln des Nebenabtriebes 1 in Abhängigkeit von der Neigung des Fahrzeuges, ein Fahrerassistenzsystem 4, ein Getriebe 5, eine Lamellenkupplung 6, einen Motor 7 und einen Hauptabtrieb 8 auf. Erfindungswesentlich ist, dass die Sensoreinheit 2 ein integraler Bestandteil eines Fahrerassistenzsystems 4 des Fahrzeuges ist. Das Fahrerassistenzsystem 4 ist vorliegend ein Antiblockiersystem des Traktors 10. Alternativ kann das Fahrerassistenzsystem 4 auch eine Antischlupfregelung oder ein elektronisches Stabilitätsprogramm sein. Das Getriebe 5 ist ein leistungsverzweigtes Getriebe 5 und die Lamellenkupplung 6 ist eine nasslaufende Lamellenkupplung 6. In 1 nicht dargestellt sind Raddrehzahlsensoren des Fahrerassistenzsystems 4, die Rotationen von Rädern des Traktors 10 detektieren.
-
Die 2 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren dient zum Betreiben eines Nebenabtriebes 1 eines Fahrzeuges, um instabile Fahrzeugzustände, insbesondere ein Kippen des Fahrzeuges, zu vermeiden. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte in der angegebenen Reihenfolge: Schließen einer Feststellbremse des Fahrzeuges S30, um das Fahrzeug stationär zu halten; durchrutschendes Schließen einer nasslaufenden Lamellenkupplung des Fahrzeuges S31, wobei das durchrutschende Schließen der nasslaufenden Lamellenkupplung des Fahrzeuges S31 zu einem an einem Hauptabtrieb 8 des Fahrzeuges anliegenden Drehmoment in einem Bereich von 10 Nm bis 50 Nm führt; kontinuierliches Detektieren einer Neigung des Fahrzeuges S32, wobei hierzu ein Kommunizieren mit einem Fahrerassistenzsystem des Fahrzeuges S32a stattfindet; und kontinuierliches Regeln des Nebenabtriebes 1 in Abhängigkeit von der Neigung des Fahrzeuges S33.
-
Ein beispielhafter Verfahrensablauf für einen Traktor 10 als Fahrzeug, an dem ein Anbaugerät in Form einer zapfwellenangetriebenen Forstseilwinde 20 angebaut ist, gestaltet sich wie folgt: Nach Erreichen der Arbeitsposition wird die Feststellbremse des Traktors 10 geschlossen. Der Motor 7 des Traktors 10 läuft, der Nebenabtrieb 1 ebenfalls. Die Lamellen der nasslaufenden Lamellenkupplung 6 werden durchrutschend aneinander angelegt, sodass ein Drehmoment von etwa 30 Nm von dem Motor 7 auf das leistungsverzweigte Getriebe 5 übertragen wird, das schlussendlich an den Rädern des Traktors 10 anliegt. Der Traktor 10 steht stabil, sodass alle Räder gleichmäßig belastet sind und die Differenziale stillstehen. Die Raddrehzahlsensoren des Fahrerassistenzsystems 4 detektieren keine Rotationen, die berechneten Raddrehzahldifferenzen sind gleich null. Nun wird ein Baum ausgestreckt, der sich hinter einem verwurzelten Baumstumpf verhakt. Der verwurzelte Baumstumpf stellt einen Ankerpunkt dar. Bei einem Weiterbetreiben der Forstseilwinde 20 nähert sich nicht mehr der auszustreckende Baum dem Traktor 10 an, sondern der Traktor 10 dem auszustreckenden Baum. Bevor der Traktor 10 kippt oder weggleitet, wird aufgrund des Zuges der Forstseilwinde 20 in Abhängigkeit vom Geländeprofil zumindest ein Rad des Traktors 10 entlastet. Mit fortschreitender Entlastung wird irgendwann der Zeitpunkt erreicht, zu dem die Haftreibung des Rades auf dem Boden überwunden ist und sich aufgrund des anliegenden Drehmoments das Rad zu drehen beginnt. Diese Rotation wird von den Raddrehzahlsensoren des Fahrerassistenzsystems 4 detektiert und in der Sensoreinheit 2 zu Differenzen der Raddrehzahlen verarbeitet. Sobald die Differenzen einen hinterlegten Schwellenwert überschreiten, regelt die mit der Sensoreinheit 2 in Signalverbindung stehende Regelungseinheit 3 den Nebenantrieb 1 ab, um ein weiteres Antrieben der Forstseilwinde 20 zu stoppen und ein Kippen des Traktors 10 zu verhindern.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Nebenabtrieb
- 2
- Sensoreinheit
- 3
- Regelungseinheit
- 4
- Fahrerassistenzsystem
- 5
- Getriebe
- 6
- Lamellenkupplung
- 7
- Motor
- 8
- Hauptabtrieb
- 10
- Traktor
- 20
- Forstseilwinde
- S30
- Schließen der Feststellbremse des Fahrzeuges
- S31
- Durchrutschendes Schließen der nasslaufenden Lamellenkupplung des Fahrzeuges
- S32
- Detektierens der Neigung des Fahrzeuges
- S32a
- Kommunizieren mit dem Fahrerassistenzsystem des Fahrzeuges
- S33
- Regeln des Nebenabtriebes in Abhängigkeit von der Neigung des Fahrzeuges
-
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
-
- DE 102010031228 A1 [0005]
