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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur traktionsbezogenen Geschwindigkeitsregelung einer Arbeitsmaschine bzw. deren Antriebsstrang. Ferner ist eine Arbeitsmaschine umfasst, welche mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird.
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Aus dem Stand der Technik sind Verfahren zur Schlupfregelung bekannt. Derartige Verfahren sind etwa in
WO 2009/141181 A1 ,
DE 102 19 270 C1 und
US 2016/0039480 A1 beschrieben. Die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren basieren auf der Vorgabe einer konstanten Obergrenze für den Antriebsschlupf. Der Schlupf an den angetriebenen Rädern wird so geregelt, dass ein vorgegebener Grenzwert nicht überschritten wird. Der Traktionswirkungsgrad ist abhängig von der an das jeweilige Rad abgegebenen Triebkraft und dem Antriebsschlupf. Herrschen gute Traktionsbedingungen vor, liegt das Maximum des Traktionswirkungsgrads bei geringem Antriebsschlupf. Verschlechtern sich allerdings die Traktionsbedingungen, beispielsweise durch Befahren eines lockeren Untergrunds oder Auftreten einer äußeren Last, ändert sich die Abhängigkeit zwischen dem Traktionswirkungsgrad und dem Antriebsschlupf. Das Maximum des Traktionswirkungsgrads verschiebt sich dann in Richtung höherer Schlupfwerte. Wird eine konstante Obergrenze für den zulässigen Antriebsschlupf vorgegeben, kann das Fahrzeug nicht bei sämtlichen Bodenbedingungen sein volles Antriebsmoment ausschöpfen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bekannte Verfahren zur traktionsbezogenen Steuerung eines Antriebsstrangs einer Arbeitsmaschine zu verbessern, insbesondere ein vereinfachtes Verfahren bereitzustellen und so eine universelle Verwendung bei verschiedenen Fahrzeugen zu ermöglichen.
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Die Aufgabe wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelöst. Dabei weist die Arbeitsmaschine ein Antriebselement, ein Getriebe und eine Steuervorrichtung auf. Das Antriebselement ist beispielsweise als Verbrennungskraftmaschine oder als motorisch bzw. motorisch/generatorisch betreibbare elektrische Maschine ausgeführt. Auch kann es sich bei dem Antriebselement um eine Hybridanordnung handeln, dementsprechend verfügt der Antriebsstrang neben einer Verbrennungskraftmaschine auch über eine rein motorisch oder motorisch/generatorisch betreibbare elektrische Maschine. Ferner weist die Arbeitsmaschine wenigstens eine erste und zweite Fahrzeugachse mit Rädern auf, wobei wenigstens eine Fahrzeugachse angetrieben, also mit dem Antriebsstrang bestehend aus dem Antriebselement und dem Getriebe, wirkverbunden ist. In weiteren Ausführungen kann die Arbeitsmaschine mehr als zwei Fahrzeugachsen aufweisen, auch kann mehr als eine Fahrzeugachse angetrieben sein.
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Bei Arbeitsmaschinen handelt es sich vorrangig um Baumaschinen oder land- bzw. forstwirtschaftliche Fahrzeuge. Insbesondere handelt es sich bei land- bzw. forstwirtschaftlichen Fahrzeugen um Traktoren oder Ackerschlepper. Arbeitsmaschinen weisen dabei in der Regel fest verbaute Einrichtungen oder ankuppelbare Anbaugeräte zur Verrichtung verschiedener Arbeiten auf. Auch kann zwischen verschiedenen Anbaugeräten oder einem Betrieb mit oder ohne Verwendung eines Anbaugeräts gewechselt werden. Dabei können Anbaugeräte lediglich vor/hinter der Arbeitsmaschine mitgeführt werden (beispielsweise ein Pflug), oder für einen aktiven Betrieb selbst über einen Fahrantrieb, eine Arbeitshydraulik oder eine sonstige Betätigungsvorrichtung verfügen. Dabei wird die benötigte Leistung üblicherweise über eine geeignete Schnittstelle von der Arbeitsmaschine bereitgestellt. Aus verschiedensten Gründen sind Betriebszustände der Arbeitsmaschine anzustreben, welche einen möglichst geringen Schlupf und gleichzeitig ein Beibehalten einer voreingestellten Geschwindigkeit gewährleisten.
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Das Getriebe der Arbeitsmaschine kann als automatisiertes Getriebe, als Lastschalt-, Doppelkupplungsgetriebe oder als hydrostatisches, hydrostatisch/mechanisch leistungsverzweigtes Getriebe ausgeführt sein. Ferner können sowohl das Antriebselement als auch das Getriebe eine separate Recheneinheit aufweisen, durch welche ein Eingriff in die Steuerung des Antriebselements und/oder des Getriebes erfolgt. Insbesondere wird hierdurch eine Anpassung von Drehzahl und Drehmoment des Antriebselements bzw. eine Anpassung eines Übersetzungsverhältnisses des Getriebes erreicht. Alternativ können die Recheneinheiten auch in einem Fahrzeugführungsrechner oder in der Steuervorrichtung zusammengefasst sein.
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Mit der Eingabe einer Fahranforderung in Bezug auf eine Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine geht eine Reduzierung eines Radschlupfes durch Anpassung einer Drehzahl der Räder der angetriebenen Fahrzeugachse einher. Eine solche Fahranforderung kann durch einen Bediener der Arbeitsmaschine oder über eine externe Schnittstelle, beispielsweise zur Fernwartung/Diagnose oder über eine automatisierte oder autonome Steuerung der Arbeitsmaschine, vorgegeben werden. Insbesondere handelt es sich bei ebendieser Eingabe der Fahranforderung um die Eingabe einer Soll-Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine.
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In Weiterbildung der Erfindung wird eine Fahrgeschwindigkeit bzw. eine Änderung der Fahrgeschwindigkeit überwacht. Dabei wird überprüft, ob eine Anpassung der Drehzahl der Räder auch zu einer erwarteten Änderung der Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine geführt hat. Insbesondere wird eine Erhöhung der Fahrgeschwindigkeit erwartet. Soweit die zuvor beschriebenen Reaktion (Veränderung der Fahrgeschwindigkeit) ausbleibt, wird die Anpassung der Drehzahl der Räder zurückgenommen. Ursächlich für das Ausbleiben der Reaktion können beispielsweise eine ungünstige Beschaffenheit des Fahrwegs oder eine veränderte Zugkraftanforderung durch ein Anbaugerät der Arbeitsmaschine sein. Würde die Drehzahlanpassung in diesem Fall nicht zurückgenommen, so hätte die erhöhte Raddrehzahl lediglich eine erhöhte Verlustleistung an den angetriebenen Rädern und eine damit verbundenen Bodenschädigung zur Folge. Dies wird durch die Rücknahme der Drehzahlanpassung vermieden.
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Ausgehend von der Eingabe der Fahranforderung fährt die Arbeitsmaschine mit einem definierten Radschlupf eine erste Fahrgeschwindigkeit an. Hierunter ist zu verstehen, dass durch die Steuervorrichtung eine Drehzahl des Antriebselements und eine Übersetzung des Getriebes derart eingestellt werden, dass bei gegebenem Raddurchmesser des Fahrzeugs eine Fahrgeschwindigkeit nahe der Soll-Fahrgeschwindigkeit zu erwarten ist. Zwar kann durch die eingestellte Drehzahl des Antriebselements, die eingestellte Übersetzung des Getriebes und die Berücksichtigung einer fixen Übersetzung der Fahrzeugachsen in Verbindung mit einem bekannten Raddurchmesser die Soll-Geschwindigkeit theoretisch exakt eingestellt werden, jedoch ist eine Fahrbewegung der Arbeitsmaschine nur in Verbindung mit Schlupf an den Rädern möglich. Aus diesem Grund weicht die Fahrgeschwindigkeit über Grund von der theoretisch eingestellten Fahrgeschwindigkeit ab. Dementsprechend kann eine Schlupfkompensation als Vorgabe für einen definierten Radschlupf eingestellt werden, beispielsweise indem eine theoretische Fahrgeschwindigkeit eingestellt wird, welche um einen definierten Wert über der Soll-Fahrgeschwindigkeit liegt. Exemplarisch kann dieser Wert 5% betragen. Aber auch andere Werte sind möglich, je nach Ausgestaltung der Arbeitsmaschine, dem Betriebsmodus und/oder der Bodenverhältnisse des Fahrwegs.
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Durch eine geeignete Messvorrichtung wird die (tatsächliche) Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine über Grund ermittelt. Die Messvorrichtung kann beispielsweise einen Radar-, Lidar, GPS- oder einen optischen Sensor zur Bildauswertung aufweisen. Aus einem Abgleich der theoretischen Fahrgeschwindigkeit oder der Fahrvorgabe mit der tatsächlichen Fahrgeschwindigkeit lässt sich der aktuelle Radschlupf an den angetriebenen Rädern ermitteln.
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Die gemessene (tatsächliche) Fahrgeschwindigkeit wird anschließend mit der Fahrvorgabe, also der Soll-Fahrgeschwindigkeit abgeglichen. Liegt die tatsächliche Fahrgeschwindigkeit oberhalb der Fahrvorgabe, wird die Abtriebsdrehzahl des Getriebes entweder durch einen Eingriff in die Steuerung des Antriebselements (Senkung der Drehzahl des Antriebselements) und/oder durch eine Anpassung der Übersetzung des Getriebes reduziert. Diese Reduzierung findet auch dann statt, wenn die tatsächliche Fahrgeschwindigkeit identisch mit der Fahranforderung ist. Die Reduzierung der Abtriebsdrehzahl des Getriebes hat auch eine Reduzierung des Radschlupfes an den angetriebenen Rädern zur Folge.
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Im Anschluss daran wiederholen sich die Messung der tatsächlichen Fahrgeschwindigkeit, die Berechnung des Radschlupfes und der Abgleich der tatsächlichen Fahrgeschwindigkeit mit der Fahrvorgabe. Diese Schleife der Verfahrensabfolge wird so oft durchlaufen, bis die tatsächliche Fahrgeschwindigkeit kleiner als die Fahrvorgabe ist. Anstatt einer Reduzierung der Abtriebsdrehzahl des Getriebes wird nun hingegen die Abtriebsdrehzahl des Getriebes, und damit auch der Radschlupf an den Rädern, angehoben.
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Dem nachgeschaltet ist eine Überprüfung bzw. Überwachung der tatsächlichen Fahrgeschwindigkeit. Hierunter ist zu verstehen, dass überprüft wird, ob die Anhebung der Abtriebsdrehzahl des Getriebes auch zu einer Veränderung, insbesondere einer Steigerung, der tatsächlichen Fahrgeschwindigkeit geführt hat. Wenn dem so ist, wird die vorherige Anhebung der Abtriebsdrehzahl des Getriebes beibehalten. Andernfalls wird die Anhebung der Abtriebsdrehzahl des Getriebes zurückgenommen. In beiden Fällen wiederholen sich die Messung der tatsächlichen Fahrgeschwindigkeit, die Berechnung des Radschlupfes, das Abgleichen der tatsächlichen Fahrgeschwindigkeit mit der Fahrvorgabe, sowie das Anheben bzw. das Reduzieren der Abtriebsdrehzahl des Getriebes bei Vorliegen der zuvor beschriebenen Bedingungen.
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Die Abfolge der Schritte des Verfahrens dient dem Zweck, die Fahranforderung mit dem kleinstmöglichen Schlupf an den angetriebenen Rädern einzustellen. Es wird kontinuierlich überprüft, ob die Fahranforderung mit einem (noch) geringeren Radschlupf umsetzbar bzw. erreichbar ist. Hierdurch wird eine maximale Bodenschonung erzielt und die Verlustleistung zwischen Rädern und Fahrweg minimiert. Gleichzeitig kann durch die kontinuierliche Überprüfung auf sich ändernde Einflussfaktoren, beispielsweise eine Änderung des Fahrwegs, reagiert werden. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass die Arbeitsmaschine in einem Arbeitsbetrieb typischerweise mit einem Anbaugerät ausgestattet ist, welches aufgrund der Beschaffenheit des Fahrwegs (Bodens) oder einer Änderung der Betriebsbedingungen des Anbaugerätes eine sich ändernde Zugkraftanforderung hervorruft. Auch dieser kann durch das erfindungsgemäße Verfahren begegnet werden, im Idealfall erfolgt eine Kompensation. Auch kann sich die Beschaffenheit des Fahrwegs im Kontaktbereich mit den Rädern beispielsweise aufgrund von Witterungseinflüssen (Nässe, Schlamm, Eis, Schnee) verändern oder die Zusammensetzung des Fahrwegs (Übergang von verdichtetem Fahrweg zu losem Fahrweg bzw. von einem sandigen Fahrweg hin zu einem lehmhaltigen Fahrweg etc.) variiert. Beides kann dazu führen, dass sich der Schlupf zwischen Rad und Fahrweg bzw. eine Traktion verändert.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auch eine Arbeitsmaschine mit einem Antriebselement, einem Getriebe und einer Steuervorrichtung umfasst. Über eine Antriebswelle wird eine Antriebsleistung in das Getriebe eingeleitet und über eine Abtriebswelle die resultierende Abtriebsleistung an die Räder einer ersten und/oder zweiten Fahrzeugachse übertragen. Die Steuervorrichtung der Arbeitsmaschine ist dabei dazu geeignet und eingerichtet, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- 1: eine schematische Darstellung einer Arbeitsmaschine mit Anbaugerät;
- 2: in einer schematischen Darstellung ein Ablaufdiagramm des Verfahrens zur traktionsbezogenen Geschwindigkeitsregelung einer Arbeitsmaschine.
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1 zeigt in einer stark vereinfachten schematischen Darstellung eine Arbeitsmaschine 1 mit einem Anbaugerät 11. Die Arbeitsmaschine 1 ist vorliegend als Traktor bzw. Ackerschlepper ausgeführt und verfügt über ein Antriebselement 2, ein Getriebe 3 und eine Steuervorrichtung 10. Das Antriebselement ist über eine Antriebswelle 4 mit einem Eingang des Getriebes 3 verbunden, während ein Ausgang des Getriebes 3 über eine Abtriebswelle 5 mit einer ersten Fahrzeugachse 7 bzw. daran angeordneten Rädern 6 verbunden ist. Das Antriebselement 2 stellt eine Antriebsleistung bereit, welche über die Antriebswelle 4 in das Getriebe 3 eingeleitet und entsprechend der eingestellten Übersetzung über die Abtriebswelle 5 an die erste Fahrzeugachse 7 übertragen wird. Die Arbeitsmaschine 1 verfügt vorliegend über eine zweite Fahrzeugachse 9, an welcher Räder 8 angeordnet sind. Die zweite Fahrzeugachse 9 kann dabei ebenfalls mit der Abtriebswelle 5 oder der ersten Fahrzeugachse 7 verbunden sein, dementsprechend sind dann alle Räder 6, 8 der Arbeitsmaschine 1 angetrieben sind.
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Die Steuervorrichtung 10 ist signalübertragend mit dem Getriebe 3 und/oder dem Antriebselement 2 verbunden, was durch Strichlinien dargestellt wird. Ferner weist die Steuervorrichtung 10 einen nicht gezeigten Sensor bzw. Messvorrichtung zur Erfassung einer Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine 1 auf. Anstatt in der Steuervorrichtung 10 integriert kann dieser Sensor auch als separates Bauteil mit einer signalübertragenden Verbindung ausgeführt sein.
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Das Anbaugerät 11 ist vorliegend als Pflug ausgeführt. In alternativen Ausführungen kann es sich hierbei auch um jegliche anderen landwirtschaftlichen Anbaugeräte zur Bodenbearbeitung oder zur Ernte von Nutzpflanzen handeln. In der einfachsten Ausgestaltung kann es sich auch um einen Anhänger handeln. Über eine Hubvorrichtung 13 kann dabei eine Höhenverstellung des Anbaugeräts 11, insbesondere des Pflugs, realisiert werden. Je nach eingestellter Hubhöhe des Anbaugeräts 11 ändert sich eine Einsinktiefe in den Fahrweg 12. Insbesondere handelt es sich bei dem Fahrweg 12 um einen Boden einer landwirtschaftlichen Nutzfläche. In alternativen Ausführungen kann es sich bei dem Fahrweg 12 aber auch um einen Weg oder eine Straße handeln, wobei dann üblicherweise andere Anbaugeräte 11 als der vorliegende Pflug an der Arbeitsmaschine 1 angebracht sind. Durch das Einbringen des Anbaugeräts 11 in den Fahrweg 12 wird dieser aufgebrochen bzw. aufgeworfen, was durch einen Aufwurf 14 angedeutet wird.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms des Verfahrens zur traktionsbezogenen Geschwindigkeitsregelung der Arbeitsmaschine 1. Mit Eingabe einer Fahranforderung in Bezug auf eine Fahrgeschwindigkeit geht dabei iterativ eine Reduzierung eines Radschlupfes durch Anpassung einer Drehzahl der Räder 6, 8 der angetriebenen Fahrzeugachse 7, 9 einher.
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Hierfür erfolgt in einem ersten Verfahrensschritt A1 die Eingabe der Fahranforderung. In einem zweiten Verfahrensschritt A2 fährt die Arbeitsmaschine 1 mit einem definierten Radschlupf eine erste Fahrgeschwindigkeit an. In einem dritten Verfahrensschritt A3 wird eine tatsächliche Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine 1 gemessen und ein dazu korrespondierender aktueller Radschlupf berechnet. In einem vierten Verfahrensschritt A4 erfolgt ein Abgleich der tatsächlichen Fahrgeschwindigkeit mit der Soll-Fahrgeschwindigkeit. In einem fünften Verfahrensschritt A5 wird die Drehzahl der Räder 6, 8 reduziert und eine Rückführung zu dem dritten Verfahrensschritt A3 initiiert, wenn die tatsächliche Fahrgeschwindigkeit größer als die oder gleich der Soll-Fahrgeschwindigkeit ist. Hingegen wird in einem sechsten Verfahrensschritt A6 die Drehzahl der Räder 6, 8 angehoben, wenn bei dem Abgleich in dem vierten Verfahrensschritt A4 die tatsächliche Fahrgeschwindigkeit kleiner als die Soll-Fahrgeschwindigkeit ist.
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Dem sechsten Verfahrensschritt A6 schließt sich ein siebter Verfahrensschritt A7 an, wobei hier eine Überwachung der tatsächlichen Fahrgeschwindigkeit stattfindet. Dabei wird geprüft, ob die tatsächliche Fahrgeschwindigkeit in Reaktion auf die Anhebung der Drehzahl der Räder 6, 8 in dem sechsten Verfahrensschritt A6 gestiegen ist. Ist dies nicht der Fall, wird die Anhebung der Drehzahl der Räder 6, 8 in einem achten Verfahrensschritt A8 zurückgenommen und es folgt eine Rückführung zu dem zweiten Verfahrensschritt A2. Im Gegensatz dazu wird in einem neunten Verfahrensschritt A9 die Anhebung der Drehzahl der Räder 6, 8 beibehalten, wenn im siebten Verfahrensschritt A7 eine Steigerung der tatsächlichen Fahrgeschwindigkeit in Reaktion auf die Anhebung der Drehzahl der Räder 6, 8 in dem sechsten Verfahrensschritt A6 festgestellt werden konnte. Dem neunten Verfahrensschritt A9 schließt sich ebenfalls eine Rückführung zu dem zweiten Verfahrensschritt A2 an.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Arbeitsmaschine
- 2
- Antriebselement
- 3
- Getriebe
- 4
- Antriebswelle
- 5
- Abtriebswelle
- 6
- Rad
- 7
- erste Fahrzeugachse
- 8
- Rad
- 9
- zweite Fahrzeugachse
- 10
- Steuervorrichtung
- 11
- Anbaugerät
- 12
- Fahrweg
- 13
- Hubvorrichtung
- 14
- Aufwurf
- A
- Verfahren
- A1-A9
- Verfahrensschritte
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2009/141181 A1 [0002]
- DE 10219270 C1 [0002]
- US 2016/0039480 A1 [0002]
