DE102022203066A1

DE102022203066A1 - Spritzgestängesteuerung für verbesserte fahrt und steuerung

Info

Publication number: DE102022203066A1
Application number: DE102022203066.4A
Authority: DE
Inventors: Eric R. Anderson
Original assignee: Deere and Co
Current assignee: Deere and Co
Priority date: 2021-05-19
Filing date: 2022-03-29
Publication date: 2022-11-24
Also published as: AU2022202485A1; BR102022003481A2; US11832543B2; US20220369531A1

Abstract

Ein Gestängeaufhängungssystem kann einen zentralen Rahmen umfassen, der mittels Verbindungsstangen, die für vertikale Bewegung ausgelegt sind, betriebswirksam mit einem Hauptrahmen verbunden ist. Ein Sensor kann betriebswirksam mit einem Paar Gestängestrukturen verbunden sein, die sich von gegenüberliegenden Seiten des zentralen Rahmens seitlich nach außen erstrecken können. Eine Steuereinrichtung kann dazu ausgelegt sein, Eingabedaten von dem Sensor zu empfangen und Kräfte oder Durchflussraten für Neigezylinder zu bestimmen, die zwischen jede Gestängestruktur und den zentralen Rahmen gekoppelt sein können. Jeder Neigezylinder kann betriebswirksam mit einer Hydraulikschaltung verbunden sein, die einen von der Steuereinrichtung bestimmten Durchflusssteuermodus und Drucksteuermodus umfassen kann. Die Hydraulikschaltung kann einen ersten Satz von Ventilen umfassen, der parallel zu einem zweiten Satz von Ventilen angeordnet ist. Jeder Satz von Ventilen kann ein Magnetventil in Reihe mit einem Druckregelventil und einen Drucksensor umfassen, der auf jeder Seite jedes Magnetventils vorgesehen ist.

Description

HINTERGRUND
Spritzgestänge werden verwendet, um eine ausgewählte Flüssigkeit, wie z. B., aber nicht beschränkt auf, Flüssigdünger, Pestizide oder andere Flüssigkeiten, während dessen Vegetationszyklus auf Erntegut aufzubringen. Die Höhe des Spritzgestänges ist verstellbar, um zu gewährleisten, dass das Erntegut die richtige Menge der abgegebenen Flüssigkeit erhält. Es ist erwünscht, dass das Gestänge in einem gleichmäßigen Abstand über einer darunter liegenden Fläche gehalten wird. Für eine korrekte Leistung des Spritzgestänges muss das Gestänge so gesteuert werden, dass es nicht mit einer darunter liegenden Fläche, z. B. dem Boden, in Kontakt gelangt und außerdem eine gewisse Höhe über der darunter liegenden Fläche aufrechterhält. Die Fähigkeit, die Leistung des Gestänges zu steuern und das Erntegut mit hoher Geschwindigkeit und Präzision zu besprühen, ist ebenfalls erwünscht, wobei der Fahrkomfort für die Bedienungsperson erhalten bleiben soll.
KURZDARSTELLUNG
Diese Kurzdarstellung wird gegeben, um eine Auswahl von Konzepten in vereinfachter Form einzuführen, die nachstehend in der ausführlichen Beschreibung genauer beschrieben werden. Diese Kurzdarstellung soll weder Schlüsselfaktoren noch wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands aufzeigen noch soll sie den Umfang des beanspruchten Gegenstands einschränken.
In einer Implementierung kann ein Gestängeaufhängungssystem einen zentralen Rahmen umfassen, der mittels Verbindungsstangen, die für vertikale Bewegung ausgelegt sind, betriebswirksam mit einem Hauptrahmen verbunden ist. Der zentrale Rahmen kann ein oberes Element und ein unteres Element umfassen. Ein Paar Gestängestrukturen kann sich von gegenüberliegenden Seiten des zentralen Rahmens seitlich nach außen erstrecken für Schwenkbewegungen nach oben und unten relativ zu dem zentralen Rahmen. Einer oder mehrere Sensoren können betriebswirksam mit jeder Gestängestruktur verbunden sein und dazu ausgelegt sein, den Abstand zwischen einzelnen Stellen an der Gestängestruktur und der darunter liegenden Fläche zu erfassen. Eine Steuereinrichtung kann dazu ausgelegt sein, Eingabedaten von dem Sensor zu empfangen und Kräfte oder Durchflussraten für Neigezylinder zu bestimmen. Mindestens ein Neigezylinder ist zwischen jede Gestängestruktur und den zentralen Rahmen gekoppelt. Jeder Neigezylinder kann betriebswirksam mit einer Hydraulikschaltung verbunden sein. Die Hydraulikschaltung kann einen von der Steuereinrichtung bestimmten Durchflusssteuermodus und Drucksteuermodus umfassen. Die Hydraulikschaltung kann einen ersten Satz von Ventilen und einen zweiten Satz von Ventilen umfassen, wobei der erste Satz von Ventilen parallel zu dem zweiten Satz von Ventilen angeordnet ist. Jeder Satz von Ventilen kann ein Magnetventil in Reihe mit einem Druckregelventil und einen Drucksensor umfassen, der auf jeder Seite jedes Magnetventils vorgesehen ist.
Zum Erreichen der vorstehend genannten und damit zusammenhängenden Ziele sind in der folgenden Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen gewisse darstellende Aspekte und Implementierungen dargelegt. Diese geben nur einige der verschiedenen Möglichkeiten an, bei denen einer oder mehrere Aspekte verwendet werden können. Weitere Aspekte, Vorteile und neue Merkmale der Offenbarung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen betrachtet ersichtlich.
Figurenliste
Was hierin offenbart ist, kann physische Form in gewissen Teilen und Anordnungen von Teilen annehmen und wird in dieser Spezifikation und in den beiliegenden Zeichnungen, die einen Teil davon bilden, im Detail beschrieben bzw. dargestellt. Dabei zeigen:

1 eine perspektivische Rückansicht eines Spritzgestänges.
2 eine perspektivische Ansicht einer Implementierung eines Spritzgestänges mit einem fixierten zentralen Rahmen.
3 eine perspektivische Ansicht einer Implementierung eines Spritzgestänges mit einem schwebenden zentralen Rahmen.
4 eine perspektivische Ansicht einer Implementierung eines Spritzgestänges mit einem schwebenden zentralen Rahmen.
5 eine perspektivische Rückansicht eines Spritzgestänges.
6 eine perspektivische Seitenansicht einer Implementierung eines Spritzgestänges.
7A ein Ablaufdiagramm, das eine Implementierung eines Spritzgestängeaufhängungssystems darstellt.
7B ein Ablaufdiagramm, das eine Implementierung der Drucksteuerung gemäß 7A darstellt.
7C ein Ablaufdiagramm, das eine Implementierung der Durchflusssteuerung gemäß 7A darstellt.
8 eine schematische Darstellung einer Hydraulikschaltung, die in einer Implementierung des Gestängeaufhängungssystems verwendet wird.
9A ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel für die Steuerlogik für das Gestängeaufhängungssystem darstellt.
9B ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel für die Steuerlogik für das Gestängeaufhängungssystem zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Der beanspruchte Gegenstand wird nun mit Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszahlen im Allgemeinen durchgehend zur Bezugnahme auf gleiche Elemente verwendet werden. In der folgenden Beschreibung werden zu Erklärungszwecken zahlreiche spezielle Details dargelegt, um ein umfassendes Verständnis des beanspruchten Gegenstands bereitzustellen. Es dürfte jedoch ersichtlich sein, dass der beanspruchte Gegenstand auch ohne diese speziellen Details umgesetzt werden kann. In anderen Fällen werden Strukturen und Vorrichtungen in Form von Blockdiagrammen gezeigt, um die Beschreibung des beanspruchten Gegenstands zu erleichtern.
Im Allgemeinen wird ein Gestängeaufhängungssystem 100 für ein landwirtschaftliches Fahrzeug, z. B. ein Fahrzeug mit einem Spritzgestänge 102, offenbart. Das Gestängeaufhängungssystem 100 soll Einwirkungen auf ein Fahrgestell 104 mit hoher Frequenz von einem Gestänge 106 entkoppeln. In einer Implementierung kann dies durch die Verwendung von Drucksteuerventilen anstelle von Durchflusssteuerventilen als Teil der Schaltung zum Steuern der Neigezylinder erreicht werden. Es wird davon ausgegangen, dass durch die Regelung des Drucks, wenn das Fahrgestell 104 eine plötzliche Bewegung erfährt, damit nicht durch das eingeschlossene Öl in dem Durchflusssteuerventil eine hohe Kraft auf das Gestänge 106 ausgeübt wird, was bewirkt, dass das Gestänge sich bewegt, Öl in dem Drucksteuerventil entsprechend abgelassen oder nachgefüllt wird, um die gleiche Kraft auf dem Gestänge 106 aufrechtzuhalten, wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird. Da das System während des Feldbetriebs Druckregelventile (nachstehend beschrieben) und Durchflusssteuerventile für Vorgänge wie das Ausfahren und Einfahren der Gestängearme verwenden kann, kann die Gesamtkonfiguration plötzliche Änderungen der Kraft, Richtung oder Beschleunigung verhindern, die von der Bedienungsperson als ruckartige Bewegung wahrgenommen werden können.
Mit Bezugnahme auf 1-6 ist ein Fahrzeug mit Spritzgestänge 102 dargestellt. Das Fahrzeug mit Spritzgestänge 102 kann das Gestängeaufhängungssystem 100 und verschiedene Implementierungen umfassen. In dieser Implementierung kann das beispielhafte Gestängeaufhängungssystem 100 einen zentralen Rahmen 110 umfassen, der betriebswirksam (z. B. während des Betriebs des Systems) fest mit dem Fahrzeugfahrgestell 104 in Angriff sein kann. Beispielsweise kann der zentrale Rahmen 110 an Hebearmen 112, die an dem Fahrzeugfahrgestell 104 angebracht sind, befestigt sein (oder auf andere Weise betriebswirksam fest damit in Angriff sein), wobei die Hebearme 112 zum Heben und Senken des zentralen Rahmens 110 auf eine erwünschte Höhe verwendet werden. Ferner kann der zentrale Rahmen 110 in diesem beispielhaften Gestängeaufhängungssystem 100 ein oberes Element 114 und ein unteres Element 116 umfassen. In einigen Implementierungen kann der zentrale Rahmen 110 auch ein linkes oder erstes vertikales Element 118 und ein zweites oder rechtes vertikales Element 120 umfassen. Das erste vertikale Element 118 und das zweite vertikale Element 120 können jeweils fest mit dem oberen Element 114 und dem unteren Element 116 in Angriff sein. In einigen Implementierungen kann der zentrale Rahmen 110 zusätzliche Elemente umfassen, z. B. abhängig von dem benötigten Ausmaß an Stützkraft und/oder dem Typ der Anwendung. In einigen Implementierungen kann das obere Element 114 ein erstes oder linkes Ende 112 und ein zweites oder rechtes Ende 114 aufweisen. Der zentrale Rahmen 110 kann beispielsweise ein fixierter zentraler Rahmen 122 sein, wie in 2 gezeigt. In anderen Implementierungen, wie in 3 und 4 dargestellt, kann der zentrale Rahmen 110 beispielsweise ein schwebender zentraler Rahmen 124 sein. Der schwebende zentrale Rahmen 124 kann mit dem fixierten zentralen Rahmen 122 betriebswirksam verbunden sein. Der schwebende zentrale Rahmen 124 kann mit dem fixierten zentralen Rahmen 122 durch Schwingarme 126 verbunden sein, wie beispielsweise in 4 gezeigt.
Wie vorstehend angegeben, kann das Gestängeaufhängungssystem 100 einen zentralen Rahmen 110 umfassen, der mittels Verbindungsstangen, die für vertikale Bewegung ausgelegt sind, betriebswirksam mit einem Hauptrahmen oder Fahrgestell 104 verbunden ist. Ein Paar Gestängestrukturen 128 kann sich von gegenüberliegenden Seiten des zentralen Rahmens 110 seitlich nach außen erstrecken für Schwenkbewegungen nach oben und unten relativ zu dem zentralen Rahmen 110.
Einer oder mehrere Sensoren 140 können betriebswirksam mit jeder Gestängestruktur 128 verbunden sein und dazu ausgelegt sein, den Abstand zwischen jeder Gestängestruktur 128 und der darunter liegenden Fläche zu erfassen. Es kann jeglicher nach fundiertem technischem Ermessen ausgewählte Sensor verwendet werden. In einer nicht einschränkenden Implementierung kann der Sensor ein Ultraschallsensor sein.
Das Gestängeaufhängungssystem 100 kann ferner eine Steuereinrichtung 150 umfassen, die dazu ausgelegt sein kann, Eingabedaten von jedem Sensor 140 zu empfangen und Kräfte oder Durchflussraten für einen oder mehrere Neigezylinder 160 zu bestimmen. Mindestens ein Neigezylinder 160 kann zwischen jede Gestängestruktur 128 und den zentralen Rahmen 110 gekoppelt sein. In einer Implementierung kann ein Neigezylinder 160 betriebswirksam mit einer Gestängestruktur 128 verbunden sein, beispielweise mit einer linken Gestängestruktur, und kann ein anderer Neigezylinder betriebswirksam mit einer der Gestängestrukturen 128 verbunden sein, beispielweise mit einer rechten Gestängestruktur. Der Neigezylinder 160 kann dazu ausgelegt sein, die Gestängestrukturen 128 relativ zu einer darunter liegenden Fläche auf und ab zu heben. In noch einer weiteren Implementierung kann ein Rahmenneigezylinder 162 betriebswirksam zwischen den zentralen Rahmen 110 und das Fahrzeugfahrgestell 104 gekoppelt sein. Der Rahmenneigezylinder kann verwendet werden, um den zentralen Rahmen 110 relativ zu dem Fahrzeugfahrgestell zu bewegen. Der Neigezylinder 160 kann unabhängig von oder in Verbindung mit dem Rahmenneigezylinder 162 betätigt werden. Der Rahmenneigezylinder 162 kann unabhängig von oder in Verbindung mit dem Neigezylinder 160 betätigt werden.
Jeder Neigezylinder 160, 162 kann eine Hydraulikschaltung 170 umfassen. Mit Bezugnahme auf 8 kann die Hydraulikschaltung 170 einen Durchflusssteuermodus und einen Drucksteuermodus umfassen, die von der Steuereinrichtung 150 bestimmt werden. Die Hydraulikschaltung 170 kann einen ersten Satz von Ventilen 172 und einen zweiten Satz von Ventilen 174 umfassen. Der erste Satz von Ventilen 172 kann parallel zu dem zweiten Satz von Ventilen 174 angeordnet sein. Jeder Satz von Ventilen 172, 174 kann ein gesteuertes Sperrventil 176 in Reihe mit einem Druckregelventil 178 umfassen. Jeder Satz von Ventilen 172, 174 kann einen Drucksensor 180 umfassen, der auf jeder Seite jedes Druckregelventils 178 vorgesehen ist. Jeder Drucksensor 180 kann in Kommunikation mit der Steuereinrichtung 150 gekoppelt sein. Die Steuereinrichtung 150 kann Daten von einem oder mehreren Drucksensoren 180 empfangen, die den in der Hydraulikschaltung 170 herrschenden Druck angeben. Das Druckregelventil 178 kann in Kommunikation mit der Steuereinrichtung 150 gekoppelt sein. In einem Beispiel kann die Steuereinrichtung 150 von einem oder mehreren Sensoren 140, wie den Drucksensoren 180, zugeführte Daten empfangen und kann die Steuereinrichtung 150 dann Daten, die einen geeigneten auf die Hydraulikschaltung 170 aufzubringenden Druck angeben, an das Druckregelventil 178 senden, so dass das Gestänge 106 den geeigneten Abstand über der darunter liegenden Fläche aufrechterhält. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann das Druckregelventil 178 ein elektrohydraulisches Druckregelventil oder ein Magnetventil sein. In einem anderen Beispiel kann das Druckregelventil 178 ein Aktivierungsventil sein.
Die Hydraulikschaltung 170 kann ferner einen Hydraulikzylinder 182 umfassen. Der Hydraulikzylinder 182 kann einen Kolben (oder ein Kopfende) 184 mit einer ersten Kolbenoberoberfläche 186 und einer zweiten Kolbenoberfläche 188, eine Stange (oder ein Stangenende) 190, eine Kolbenseite 192, eine Stangenseite 194, eine zylindrische Wand 196, eine erste Endwand 198 und eine zweite Endwand 200 umfassen. Die Kolbenseite 192 kann die erste Oberfläche 186, die erste Endwand 198 und einen ersten zylindrischen Abschnitt 197 der zylindrischen Wand 196 zwischen der ersten Kolbenoberfläche 188 und der ersten Endwand 198 umfassen. Die Stangenseite 194 kann die zweite Kolbenoberfläche 188, die zweite Endwand 200 und einen zweiten zylindrischen Abschnitt 202 der zylindrischen Wand 196 zwischen der zweiten Kolbenoberfläche 188 und der zweiten Endwand 200 umfassen. Die Volumina der Kolbenseite 192 und der Stangenseite 194 sowie die Längen des ersten und des zweiten zylindrischen Abschnitts 197, 202 ändern sich, wenn der Hydraulikzylinder 182 aus- und einfährt. Mit Bezugnahme auf 8 kann das Kopfende 184 mit dem ersten Satz von Ventilen 172 gekoppelt sein. Das Stangenende 190 kann mit dem zweiten Satz von Ventilen 174 gekoppelt sein. Der Hydraulikzylinder 182 kann betriebswirksam mit einer Fluiddruckquelle 204 und einem Fluidsammelbehälter 206 verbunden sein.
In einer Implementierung ermöglicht die präzise Überwachung des Drucks eine Steuerung mit geschlossenem Regelkreis der auf die Neigezylinder 160, 162 ausgeübten Kraft. Durch die Verwendung von Druckregelventilen 178 wird eine sehr hohe mechanische Bandbreite der Regelventile 178 erreicht und kann die Kraftsteuerung mit einer niedrigeren Frequenz erfolgen.
Weiterhin mit Bezugnahme auf die Steuereinrichtung 150 kann die Steuereinrichtung 150 dazu ausgelegt sein, eine Mehrzahl von Eingaben von den Sensoren 140 zu empfangen. Die Steuereinrichtung 150 kann jedem Neigezylinder 160, 162 eine Mehrzahl von Ausgaben bereitstellen, um ein Druckmuster aufrechtzuhalten, das eine im Wesentlichen konstante Höhe zwischen der Gestängestruktur 128 und der darunter liegenden Fläche aufrechterhält. In einer Implementierung kann die Steuereinrichtung 150 jeden Neigezylinder 160, 162 automatisch zwischen dem Drucksteuermodus und dem Durchflusssteuermodus umschalten. In einer anderen nicht einschränkenden Implementierung kann die Steuereinrichtung 150 dazu ausgelegt sein, jeden Neigezylinder 160, 162 unabhängig von einem anderen Neigezylinder 160, 162 zu steuern.
Die Sensoren 140 können dazu ausgelegt sein, eine oder mehrere Eingaben zu empfangen. Die Steuereinrichtung 150 kann dazu ausgelegt sein, aus den Eingaben eine virtuelle Kraft zu berechnen. Die virtuelle Kraft kann eine Simulation eines Massen-, Feder- und Dämpfersystems zwischen der darunter liegenden Fläche und dem Gestänge 106 sein. Die Steuereinrichtung 150 kann eine Schätzung der Masse und der Stelle des Schwerpunkts verwenden, die sie steuert. Wenn die Masse und der Schwerpunkt des Gestänges 106 bekannt sind, kann die virtuelle Kraft die Wirkung von Masse-Feder-Dämpfer in Verbindung mit einer Bodenmessung replizieren. Die Einstellung der Steuereinrichtung 150 kann die Auswahl eines Dämpfungsverhältnisses und einer Eigenfrequenz umfassen, mit denen die erwünschte Leistung bereitgestellt wird. Dies kann durch die Betrachtung der erforderlichen signifikanten Variationen in der Topologie der darunter liegenden Fläche und der Geschwindigkeit zur Abdeckung der Topologie zusammen mit dem Bereich, der aufrechterhalten werden muss, abgeleitet werden. Mit anderen Worten kann das Gestängeaufhängungssystem 100 das erwünschte Frequenzverhalten des Systems auswählen. Das hohe Frequenzverhalten der mechanischen Komponenten des Gestänges 106 kann ein ideales Druckverfolgungsverhalten gewährleisten. Dies wird durch das System mit geschlossenem Regelkreis des Drucksteuermodus auch dann unterstützt, wenn die Drucksensoren 180 zur Verringerung der Hysterese und zur kontinuierlichen Kalibrierung des Betätigungssystems verwendet werden können. Da es sich bei der Drucksteuerung um ein System mit geschlossenem Regelkreis handelt, kann das Gestängeaufhängungssystem 100 die Dynamik des Steuerventils 176 der Hydraulikschaltung 170 durch Vorwärtsschätzung von Verlusten kompensieren.
Mit Bezugnahme auf 6, 9A und 9B sind die virtuelle Feder und der virtuelle Stoßdämpfer so dargestellt, dass sie an der Position jedes Sensors 140 montiert sind. Zusätzliche virtuelle Positionen, wie z. B. die in der Mitte, könnten unter Verwendung der vorhandenen Sensoren 140 auf jeder Seite geschätzt werden. Mit Bezugnahme auf 9A kann eine äquivalente zweite Kraft an dem Zylinder berechnet werden, um die virtuelle Kraft an der Position jedes Sensors 140 zu replizieren, z. B. an den fünf gezeigten Feder- und Dämpferpositionen, die auf der Verlagerung und Geschwindigkeit relativ zu der darunter liegenden Fläche basieren können. Wie in 6 und 9B gezeigt, kann die Kraft eines gegebenen Neigezylinders, F_LIFT _CYL, wie folgt sein: $F_{L I F T C Y L} = \frac{x_{y s}}{x_{C Y L} S I N (θ_{B M C Y L})} (F_{L 2} + F_{L 1} + F_{C} + F_{R 1} + F_{R 2})$
Xvs ist der Abstand der virtuellen Feder, gemessen von einer Stange des Kolbens 162 zu der Position der nach unten gerichteten Kraft der virtuellen Feder. X_CYL ist der Abstand des Zylinders von der Stange des Kolbens 162 zu dem Befestigungspunkt an dem Rahmen. Der Winkel des Gestängezylinders, θ_BMCYL, kann anhand des Winkels des Kolbens 162 relativ zu einer Achse gemessen werden, die parallel zu einer darunter liegenden Fläche verläuft. F_L2 ist die an dem zweiten linken Zylinder berechnete Kraft, F_L1 ist die an dem ersten linken Zylinder berechnete Kraft, Fc ist die in der Mitte des Gestänges berechnete Kraft, F_R1 ist die an dem ersten rechten Zylinder berechnete Kraft und F_R2 ist die an dem zweiten rechten Zylinder berechnete Kraft. Die nach unten gerichtete virtuelle Kraft Fvs kann die Summe der virtuellen Kräfte F_L2 + F_L1 + F_C + F_R1 + F_R2 sein.
Mit Bezugnahme auf 9B sollte jede der Federn effektiv die richtige Vorspannung und Federrate/Dämpfungskonstante haben, um ein erwünschtes Frequenzverhalten zu erreichen. Die Vorspannung kann durch eine adaptive Kalibrierung erreicht werden. Drei virtuelle starre Körper 152 können eine Masse, einen Schwerpunkt und ein schematisch dargestelltes Äquivalenzsystem 154 der virtuellen starren Körper 152 umfassen. In einer anderen Implementierung kann ein Sensor 140 pro Gestängestruktur (z. B. der Gestängestruktur am rechten oder linken Flügel) der verwendete Sensor sein, wenn er der darunter liegenden Fläche am nächsten ist. Die Ausführungsform, die lineare Elemente nutzt, dient als ein Beispiel, aber ist auch direkt auf nichtlineare Elemente erweiterbar. Nachfolgend sind Berechnungen dargestellt, die die virtuellen Kräfte für die relativ zur Mitte links und rechts angeordneten Neigezylinder 160 darstellen.
i = Index der Postition: {L2, L1, C, R1, R2}, wobei L2 die zweite linke Position ist, L1 die erste linke Position ist, C die mittlere Position ist, R1 die erste rechte Position ist und R2 die zweite rechte Position ist. $F_{i} = k_{i} h_{i} + b_{i} {\dot{h}}_{i} .$
wobei k eine erste Konstante und b eine zweite Konstante und ḣ eine Ableitung von Höhe ist. $F_{C Y L - L} = \frac{1}{d_{C Y L - L}} (F_{L 1} d_{L 1} + F_{L 2} d_{L 2} - d_{w - 152} w_{152} C O S (θ_{L} + θ_{C}))$
$F_{C Y L - R} = \frac{1}{d_{C Y L - R}} (F_{R 1 d 1} + F_{R 2} d_{R 2} - d_{w - 152} w_{152} C O S (θ_{R} + θ_{L}))$
Die Steuereinrichtung 150 kann dazu ausgelegt sein, eine zweite Kraft zu berechnen, die im Wesentlichen äquivalent zu der virtuellen Kraft ist, und die Aufgabe haben, das Ventil zu steuern, um die Kraft in dem Hydraulikzylinder 182 zu erreichen, wenn er sich in einem Kraft- oder Drucksteuermodus befindet. Die Eingaben der Steuereinrichtung können einen oder mehrere der folgenden Werte umfassen: Zylinderposition, Zylindergeschwindigkeit und Zylinderdruck. Die Steuereinrichtung 150 kann außerdem dazu ausgelegt sein, gleichzeitig eine momentane Zylinderkraft und eine Anpassung des Zylinderkraftbefehls zu berechnen. Die momentane Zylinderkraft kann beispielweise aus einem oder mehreren von Zylinderposition, Zylindergeschwindigkeit und Zylinderdruck berechnet werden. Die Anpassung des Zylinderkraftbefehls kann aus der Zylinderposition und der Zylindergeschwindigkeit berechnet werden, um einen virtuellen Stoßdämpfer auf den Hydraulikzylinder 182 anzuwenden, um Stoßbelastungen zu verringern. In einem weiteren nicht einschränkenden Beispiel kann die Steuereinrichtung dazu ausgelegt sein, die Solldrücke des Kopfendes und des Stangenendes des Hydraulikzylinders zu berechnen.
Durch die Regelung des Drucks wird, wenn das Fahrgestell 104 eine plötzliche Bewegung durch eine Einwirkung erfährt, z. B. eine Bodenwelle, damit nicht das eingeschlossene Öl in dem Hydraulikzylinder 182 eine hohe Kraft auf dem Gestänge 106 ausübt, was bewirken kann, dass sich das Gestänge 106 bewegt, Öl abgelassen, um die gleiche Kraft auf dem Gestänge 106 aufrechtzuhalten. In einem anderen Beispiel wird, wenn das Fahrgestell 104 eine plötzliche Bewegung durch eine Einwirkung erfährt, wie z. B. ein Loch im Boden, anstatt durch einen unerwarteten Fluidverlust in dem Hydraulikzylinder 182 die entsprechende Kraft auf dem Gestänge 106 zu verlieren, was bewirken kann, dass sich das Gestänge 106 bewegt, Öl nachgefüllt, um die gleiche Kraft auf dem Gestänge 106 aufrechtzuhalten. In noch einer weiteren Implementierung kann die Einwirkung auch keine Welligkeit der darunter liegenden Fläche sein. Stattdessen kann es sich um einen Verlust von elektrischem Strom handeln. In einem solchen nicht einschränkenden Beispiel des Verlusts von elektrischem Strom kann jedes Druckregelventil 178 der Hydraulikschaltung auf einen normal hohen Standarddruck eingestellt werden und die Kolbenseite 192 des Hydraulikzylinders 182 füllen, um zu verhindern, dass die Gestängestrukturen mit der darunter liegenden Oberfläche in Kontakt gelangen.
Der Durchflusssteuermodus kann für gewisse Funktionen verwendet werden, z. B. zum Einsetzen der Hebearme 112, zum Aktivieren der Spritzvorrichtung, um eine erwünschte Flüssigkeit auf den Boden zu bringen, oder für andere, nicht feldspezielle Betriebsfunktionen. Der Durchflusssteuermodus kann ein System mit offenem Steuerkreis sein. Der Drucksteuermodus kann während des Feldbetriebs verwendet werden, um kontinuierlich Eingaben auszuwerten, um zu bestimmen, ob Öl aus dem/in den Hydraulikzylinder 182 abgelassen oder nachgefüllt werden sollte, um eine im Wesentlichen gleichbleibende Höhe des Gestänges 106 relativ zu der darunter liegenden Fläche aufrechtzuhalten. Der Drucksteuermodus kann ein System mit geschlossenem Regelkreis sein.
Mit Bezugnahme auf 7A-7C stellen Ablaufdiagramme ein beispielhaftes Verfahren für das Gestängeaufhängungssystem 100 dar. Die Steuereinrichtung 150 kann Sensordaten 700 beziehen, wie z. B., aber nicht beschränkt auf, Ultraschallsensordaten, Zylinderposition, Zylinderdruck oder Daten von einer Trägheitsmomenteinheit („IMU, Inertial Momentum Unit“). Zusätzlich kann die Steuereinrichtung 150 Daten der Bedienungsperson und die Fahrzeuggeschwindigkeit beziehen 710. Die bezogenen Daten der Bedienungsperson können ohne Einschränkung die Aktivierung der Spritzvorrichtung, die Aktivierung oder Deaktivierung der aktiven Höhensteuerung der Spritzvorrichtung sowie die Befehle des Hydrauliksystems umfassen. Die Steuereinrichtung 150 kann dann bestimmen, ob das Hydrauliksystem, d.h. beispielsweise die Hydraulikschaltung 170, im Durchflusssteuermodus oder im Drucksteuermodus sein soll. Die Steuereinrichtung bestimmt, ob die Drucksteuerung aktiv ist 730. Ist sie nicht aktiv, empfängt und verarbeitet die Steuereinrichtung Daten im Durchflusssteuermodus, wie in 7C beispielhaft gezeigt ist. Wenn die Steuereinrichtung bestimmt, dass das hydraulische System im Drucksteuermodus sein sollte, werden Höhenanpassungen gemäß den von der Steuereinrichtung bezogenen Sensordaten 700 befohlen. Wenn die Drucksteuerung aktiv ist, kann die Steuereinrichtung 150 dann die Höhe und Geschwindigkeit an der Position jedes Sensors 140 berechnen 750. In einer Implementierung kann die IMU betriebswirksam und in Kommunikation mit der Steuereinrichtung 150 gekoppelt sein. Die IMU kann zum Bestimmen der Hochfrequenzschätzung der Bewegung des Gestänges 106 verwendet werden. Eine Kamera kann verwendet werden, um nach vorne zu schauen und die Rate bereitzustellen, mit der sich das Gelände in der Höhe verändert. In noch einem weiteren Beispiel können die Sensoren 40 verwendet werden, um die Höhe an ihrer jeweiligen Position zu messen, gemessen von der darunter liegenden Fläche und der Position des Sensors 40 an dem Gestänge 106. Die Höhen- und Geschwindigkeitsdaten an jeder Sensorposition werden zur Berechnung der virtuellen Kraft an dieser Sensorposition verwendet 760. Anschließend berechnet die Steuereinrichtung 150 die äquivalente Kraft auf dem Gestänge 106, das ein starrer Körper ist, um die virtuellen Kräfte über die Hydraulikzylinder aufzubringen 780. Dies kann über drei oder vier Freiheitsgrade geschehen, abhängig davon, ob der zentrale Rahmen 110 ein fixierter zentraler Rahmen 122 oder ein schwebender zentrale Rahmen ist.
Ein Beispiel für die Drucksteuerung 800 ist in 7B gezeigt. Auch hier können wieder verschiedene Eingaben bezogen werden, umfassend, aber nicht beschränkt auf, Kraftbefehl, Zylinderposition, Zylindergeschwindigkeit und Zylinderdrücke. Der Kraftbefehl für den Zylinder kann auf Grundlage der Zylinderposition und der Fahrzeuggeschwindigkeit angepasst werden, um einen virtuellen Stoßdämpfer auf den Hydraulikzylinder anzuwenden, um Stoßbelastungen zu verringern 810. Gleichzeitig können Hydraulikzylinderdaten und momentane Hydraulikzylinderdrücke zum Berechnen der momentanen Zylinderkraft verwendet werden 820. Als Nächstes werden die Solldrücke für die Kolbenseite und die Stangenseite des Hydraulikzylinders bestimmt und können Fehler berechnet werden 830. Die Steuereinrichtung 150 kann die berechneten Werte dann anwenden, um den Druck an den Hydraulikzylindern zu bestimmen, was dazu führt, dass Hydraulikfluid in den Zylinder gefüllt oder daraus entnommen wird, um die Höhe des Gestänges 106 relativ zu der darunter liegenden Fläche aufrechtzuhalten 840. Die Anwendung dieser berechneten Werte kann durch eine Vielzahl von Methoden erreicht werden, umfassend, aber nicht beschränkt auf, eine oder mehrere von: Vorsteuerung, nichtlineare partielle Beobachtung, Linearisierung, z. B. Feedback-Linearisierung, oder herkömmliche Proportional-Integral-Derivativ-Regelung. Das Drucksteuerschema mit geschlossenem Regelkreis bezieht kontinuierlich die Eingaben zur Anpassung der Neigezylinder 160, 162, um die Höhe des Gestänges 106 relativ zu der darunter liegenden Fläche aufrechtzuhalten.
Mit Bezugnahme auf 7C ist die Durchflusssteuereinrichtung 740 gezeigt. Auch hier werden Eingaben bezogen, umfassend, aber nicht beschränkt auf, Kraftbefehl, Zylinderposition, Zylindergeschwindigkeit und Zylinderdrücke. Auf Grundlage der befohlenen Geschwindigkeit wird die Steuerstrategie bestimmt 742. Sobald die Steuerstrategie und die Drücke bestimmt sind, kann die Steuereinrichtung 150 den geregelten Solldruck in dem EHPRV einstellen, um den erwünschten Durchfluss auf Grundlage der zylinderseitigen Drücke zu erreichen 744. Sobald der Solldruck erreicht ist, werden Absperrventile in deren erwünschte Positionen geöffnet 746. Die befohlenen Drücke können auf Grundlage der Steuerstrategie und der gemessenen Drücke kontinuierlich aktualisiert werden, was dann zum Schließen der Absperrventile führen kann, wenn der Befehl der Bedienungsperson auf Null zurück geht 748. Das Schema der Durchflusssteuereinrichtung 740 kann ein System mit offenem Steuerkreis sein.
Auf Grundlage der vorstehenden Beschreibung des Gestängesteuersystems 100 wird nun ein Verfahren beschrieben, das das Gestängesteuersystem 100 verwendet und zum Steuern von Gestängestrukturen verwendet werden kann. Das Verfahren zum Steuern von Gestängestrukturen kann die Schritte des Identifizierens von Eingabedaten von Sensoren umfassen. Jeder Sensor kann betriebswirksam mit Gestängestrukturen verbunden sein. Die Sensoren können dazu ausgelegt sein, einen Abstand zwischen jeder Gestängestruktur und einer darunter liegenden Fläche zu erfassen. Das Paar Gestängestrukturen kann sich von gegenüberliegenden Seiten eines zentralen Rahmens seitlich nach außen erstrecken für Schwenkbewegungen nach oben und unten relativ zu dem zentralen Rahmen. Der zentrale Rahmen kann mittels Verbindungsstangen, die für vertikale Bewegung ausgelegt sind, betriebswirksam mit einem Hauptrahmen verbunden sein. Der zentrale Rahmen kann ein oberes Element und ein unteres Element umfassen. Als nächstes können Kräfte für die Neigezylinder bestimmt werden. Mindestens ein Neigezylinder kann zwischen jede Gestängestruktur und den zentralen Rahmen gekoppelt sein. Jeder Neigezylinder kann betriebswirksam mit einer Hydraulikschaltung verbunden sein. Die Hydraulikschaltung kann einen von der Steuereinrichtung bestimmten Durchflusssteuermodus und Drucksteuermodus umfassen. Die Hydraulikschaltung kann einen ersten Satz von Ventilen und einen zweiten Satz von Ventilen umfassen. Der erste Satz von Ventilen kann parallel zu dem zweiten Satz von Ventilen angeordnet sein. Jeder Satz von Ventilen kann ein Magnetventil in Reihe mit einem Druckregelventil und einen Drucksensor umfassen, der auf jeder Seite jedes Magnetventils vorgesehen ist. Dadurch können die Gestängestrukturen während des Drucksteuermodus über der darunter liegenden Fläche gehalten werden.
Das Verfahren kann ferner die Schritte des Berechnens einer virtuellen Kraft aus der Höhe und der Geschwindigkeit umfassen. Die zweite Kraft kann im Wesentlichen äquivalent zu der virtuellen Kraft sein. Die zweite Kraft kann so berechnet und konfiguriert werden, dass sie verhindert, dass die virtuelle Kraft auf den Hydraulikzylinder und schließlich auf die Gestängestrukturen übertragen wird.
Das Verfahren kann als Nächstes die momentane Zylinderkraft aus einem oder mehreren von einer Zylinderposition, einer Zylindergeschwindigkeit und einem Zylinderdruck bestimmen. Die Anpassung des Zylinderkraftbefehls aus der Zylinderposition und der Zylindergeschwindigkeit kann erfolgen, um einen virtuellen Stoßdämpfer auf einen Hydraulikzylinder anzuwenden, der betriebswirksam mit der Hydraulikschaltung verbunden sein kann. Dadurch werden Stoßbelastungen auf den Gestängestrukturen verringert. Um die erwünschte virtuelle Kraft zu erreichen, können Solldrücke berechnet werden. Ferner kann die Höhe der Gestängestrukturen im Wesentlichen über der darunter liegenden Fläche gehalten werden.
Das Wort „beispielhaft“ wird hierin verwendet, um als ein Beispiel, eine Instanz oder eine Darstellung zu dienen. Jeglicher hierin als „beispielhaft“ beschriebene Aspekt oder Konstruktion ist nicht unbedingt als vorteilhaft gegenüber anderen Aspekten oder Konstruktionen auszulegen. Vielmehr beabsichtigt die Verwendung des Wortes „beispielhaft“, Konzepte auf konkrete Weise darzustellen. Wie in dieser Anmeldung verwendet, soll der Begriff „oder“ eher ein einschließendes „oder“ als ein ausschließendes „oder“ bedeuten. Das heißt, sofern nicht anders angegeben oder aus dem Kontext ersichtlich, ist mit „X verwendet A oder B“ jegliche der natürlichen, einschließenden Umsetzungen gemeint. Das heißt, wenn X A verwendet, X B verwendet oder X sowohl A als auch B verwendet, dann ist „X verwendet A oder B“ in jeglichem der vorstehenden Fälle erfüllt. Ferner bedeutet mindestens eines von A und B und/oder dergleichen im Allgemeinen A oder B oder sowohl A als auch B. Zusätzlich können die Artikel „ein“ und „eine“, wie sie in dieser Anmeldung und den beiliegenden Ansprüchen verwendet werden, im Allgemeinen so ausgelegt werden, dass sie „eines oder mehrere“ bedeuten, es sei denn, es ist etwas anderes angegeben oder aus dem Kontext geht eindeutig hervor, dass sie sich auf eine Singularform beziehen.
Obwohl der Gegenstand in einer Sprache beschrieben wurde, die sich speziell auf strukturelle Merkmale und/oder methodische Aktionen bezieht, wird zu verstehen sein, dass der in den beiliegenden Ansprüche definierte Gegenstand nicht notwendigerweise auf die vorstehend beschriebenen speziellen Merkmale oder Aktionen beschränkt ist. Vielmehr werden die vorstehend beschriebenen speziellen Merkmale und Aktionen als beispielhafte Formen der Implementierung der Ansprüche offenbart. Natürlich wird der Fachmann verstehen, dass viele Modifikationen an dieser Konfiguration vorgenommen werden können, ohne vom Umfang oder Geist des beanspruchten Gegenstands abzuweichen.
Auch wenn die Offenbarung in Bezug auf eine oder mehrere Implementierungen gezeigt und beschrieben wurde, werden andere Fachleute auf Grundlage des Lesens und Verstehens dieser Beschreibung und der beiliegenden Zeichnungen außerdem gleichwertige Änderungen und Modifikationen in den Sinn kommen. Die Offenbarung umfasst alle derartigen Modifikationen und Änderungen und ist nur durch den Umfang der folgenden Ansprüche beschränkt. Insbesondere im Hinblick auf die verschiedenen Funktionen, die von den vorstehend beschriebenen Komponenten (z. B. Elementen, Ressourcen usw.) ausgeführt werden, sollen die zur Beschreibung solcher Komponenten verwendeten Begriffe, sofern nicht anders angegeben, jeglicher Komponente entsprechen, die die angegebene Funktion der beschriebenen Komponente ausführt (z. B. die funktionell äquivalent ist), auch wenn sie strukturell nicht äquivalent zu der offenbarten Struktur ist, die die Funktion in den hierin dargestellten beispielhaften Implementierungen der Offenbarung ausführt.
Zusätzlich kann, auch wenn ein bestimmtes Merkmal der Offenbarung nur in Bezug auf eine von mehreren Implementierungen offenbart wurde, dieses Merkmal mit einem oder mehreren anderen Merkmalen der anderen Implementierungen kombiniert werden, wie es für jegliche gegebene oder besondere Anwendung erwünscht und vorteilhaft sein kann. Soweit die Begriffe „weist auf“, „hat“, „mit“ oder Varianten davon in der ausführlichen Beschreibung oder in den Ansprüchen verwendet werden, sind diese Begriffe außerdem auf ähnliche Weise wie der Begriff „umfassend“ als einschließend zu verstehen.
Die Implementierungen wurden vorstehend beschrieben. Dem Fachmann wird ersichtlich sein, dass die vorstehenden Verfahren und Geräte Änderungen und Modifikationen umfassen können, ohne vom allgemeinen Umfang der Erfindung abzuweichen. Es sollen alle derartigen Modifikationen und Änderungen einbezogen werden, soweit sie in den Umfang der beiliegenden Ansprüche oder deren Äquivalente fallen.

Claims

Gestängeaufhängungssystem (100), umfassend: einen zentralen Rahmen (110), der mittels Verbindungsstangen, die für vertikale Bewegung ausgelegt sind, betriebswirksam mit einem Hauptrahmen verbunden ist, wobei der zentrale Rahmen (110) ein oberes Element (114) und ein unteres Element (116) umfasst; ein Paar Gestängestrukturen (128), die sich von gegenüberliegenden Seiten des zentralen Rahmens (110) seitlich nach außen erstrecken für Schwenkbewegungen nach oben und nach unten relativ zu dem zentralen Rahmen (110); einen Sensor (140), der betriebswirksam mit jeder Gestängestruktur (128) verbunden ist und dazu ausgelegt ist, den Abstand zwischen jeder Gestängestruktur (128) und der darunter liegenden Fläche zu erfassen; eine Steuereinrichtung (150), die dazu ausgelegt ist, Eingabedaten von jedem Sensor (140) zu empfangen und Kräfte oder Durchflussraten für Neigezylinder (160) zu bestimmen, wobei mindestens ein Neigezylinder (160) zwischen jede Gestängestruktur (128) und den zentralen Rahmen (110) gekoppelt ist; wobei jeder Neigezylinder (160) betriebswirksam mit einer Hydraulikschaltung (170) verbunden ist, wobei die Hydraulikschaltung (170) einen von der Steuereinrichtung bestimmten Durchflusssteuermodus und Drucksteuermodus umfasst, wobei die Hydraulikschaltung (170) umfasst: einen ersten Satz von Ventilen (172) und einen zweiten Satz von Ventilen (174), wobei der erste Satz von Ventilen (172) parallel zu dem zweiten Satz von Ventilen (174) angeordnet ist, wobei jeder Satz von Ventilen umfasst: ein gesteuertes Sperrventil (176) in Reihe mit einem Druckregelventil (178); und einen Drucksensor (180), der auf jeder Seite jedes Druckregelventils (178) vorgesehen ist.
Gestängeaufhängungssystem (100) nach Anspruch 1, das ferner einen Rahmenneigezylinder (162) umfasst, der betriebswirksam zwischen den zentralen Rahmen (110) und ein Fahrzeugfahrgestell (104) gekoppelt ist, wobei der Rahmenneigezylinder (162) eine Rahmenneigehydraulikschaltung (170) umfasst.
Gestängeaufhängungssystem (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der zentrale Rahmen (110) ein fixierter zentraler Rahmen (122) ist.
Gestängeaufhängungssystem (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der zentrale Rahmen (110) ein schwebender Rahmen (124) ist, der betriebswirksam mit einem fixierten zentralen Rahmen (110) verbunden ist.
Gestängeaufhängungssystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Steuereinrichtung (150) jeden Neigezylinder (160) automatisch zwischen dem Drucksteuermodus und dem Durchflusssteuermodus umschaltet.
Gestängeaufhängungssystem (100) nach Anspruch 5, wobei die Steuereinrichtung (150) dazu ausgelegt ist, jeden Neigezylinder (160) unabhängig von einem anderen Neigezylinder (160) zu steuern.
Gestängeaufhängungssystem nach Anspruch 6, wobei die Steuereinrichtung (150) dazu ausgelegt ist, eine Mehrzahl von Eingaben zu empfangen, wobei die Steuereinrichtung (150) jedem Neigezylinder eine Mehrzahl von Ausgaben bereitstellt, um ein Druckmuster aufrechtzuhalten, das eine im Wesentlichen konstante Höhe zwischen der Gestängestruktur (128) und der darunter liegenden Fläche aufrechterhält.
Gestängeaufhängungssystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei jede Hydraulikschaltung (170) betriebswirksam mit einem Hydraulikzylinder (182) verbunden ist, wobei der Hydraulikzylinder (182) ferner umfasst: ein Kopf (184)-Ende, das mit dem ersten Satz von Ventilen (172) gekoppelt ist; ein Stangen (190)-Ende, das mit dem zweiten Satz von Ventilen (174) gekoppelt ist; eine Fluiddruckquelle (204); und einen Fluidsammelbehälter (206).
Gestängeaufhängungssystem (100) nach Anspruch 8, wobei jedes Druckregelventil (178) der Hydraulikschaltung (170) einen hohen Druck hat, wobei beim Verlust von elektrischem Strom auf den normal hohen Standarddruck eingestellt wird, um zu verhindern, dass die Gestängestrukturen (128) mit der darunterliegenden Fläche in Kontakt gelangen.
Gestängeaufhängungssystem (100) nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Sensor (140) dazu ausgelegt ist, eine oder mehrere Eingaben zu empfangen, wobei die Steuereinrichtung (150) dazu ausgelegt ist, aus den Eingaben eine virtuelle Kraft zu berechnen.
Gestängeaufhängungssystem (100) nach Anspruch 10, wobei die Steuereinrichtung (150) dazu ausgelegt ist, eine zweite Kraft zu berechnen, die im Wesentlichen äquivalent zu der virtuellen Kraft ist, wobei die zweite Kraft so konfiguriert wird, dass sie verhindert, dass die virtuelle Kraft auf den Hydraulikzylinder (182) übertragen wird.
Gestängeaufhängungssystem (100) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die Steuereinrichtung (150) dazu ausgelegt ist, eine oder mehrere Eingaben zu empfangen, wobei die Eingaben eine oder mehrere umfassen von: Zylinderposition, Zylindergeschwindigkeit und Zylinderdruck.
Gestängeaufhängungssystem (100) nach Anspruch 12, wobei die Steuereinrichtung (150) dazu ausgelegt ist, gleichzeitig zu berechnen: eine momentane Zylinderkraft aus einem oder mehreren von Zylinderposition, Zylindergeschwindigkeit und Zylinderdruck; und eine Anpassung des Zylinderkraftbefehls aus der Zylinderposition und der Zylindergeschwindigkeit, um einen virtuellen Stoßdämpfer auf den Hydraulikzylinder anzuwenden, um Stoßbelastungen zu verringern.
Gestängeaufhängungssystem (100) nach Anspruch 13, wobei die Steuereinrichtung (150) dazu ausgelegt ist, die Solldrücke des Kopf (184)-Endes und des Stangen (190)-Endes des Hydraulikzylinders (182) zu berechnen.
Gestängeaufhängungssystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der Durchflusssteuermodus ein System mit offenem Steuerkreis ist und der Drucksteuermodus ein System mit geschlossenem Regelkreis ist.