DE10219270C1 - Landwirtschaftliches Nutzfahrzeug und Verfahren zur Schlupfregelung - Google Patents
Landwirtschaftliches Nutzfahrzeug und Verfahren zur SchlupfregelungInfo
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Abstract
Die Erfindung beschreibt ein landwirtschaftliches Nutzfahrzeug mit Einrichtungen zur Schlupfregelung und ein Verfahren zur Schlupfregelung. DOLLAR A Aufgabe ist es, den Energieverbrauch zu verringern, die Bodenhaftung zu verbessern, die Bedienung zu vereinfachen und die Fahrsicherheit zu erhöhen. Erfindungsgemäß sind mehrere Einrichtungen angeordnet, mit denen Fahrgeschwindigkeit, Antriebsräderdrehzahl, Getriebeübersetzung, Raddrehzahlen, Motordrehzahl, Reifenluftdruck, angekoppelte Last, Lastschwerpunkt, Schlupf und Neigung des Nutzfahrzeuges ermittelt werden. Weiterhin ist eine Elektronikbox angeordnet, auf die alle Eingangsgrößen aller Einrichtungen geschaltet sind. Ein Regler zur Schlupfeinstellung ist vorrangig geschaltet und angeordnet. Die Fahrzeuggeschwindigkeit ist über einen Regler einstellbar. In Abhängigkeit vom eingestellten Schlupf sind über die Elektronikbox weitere Einrichtungen einzeln oder kombiniert ansteuerbar. Außerdem ist ein Fahrmodenschalter geschaltet und angeordnet. DOLLAR A Verfahrensgemäß werden alle Eingangssignale in einer zentralen Elektronikbox ausgewertet und die schlupfrelevanten Kenngrößen angezeigt. Mehrere Fahrmoden in Abhängigkeit von einstellbaren Grenzwerten sind wählbar, wobei die entsprechenden Einrichtungen zur Regelung der einzelnen Fahrzeugkomponenten automatisch vorrangig in Abhängigkeit von einem minimierten einstellbarem Schlupf geregelt werden.
Description
Die Erfindung beschreibt ein landwirtschaftliches Nutzfahrzeug mit Einrich
tungen zur Ermittlung der tatsächlichen Fahrgeschwindigkeit über Land, mit
Einrichtungen zur Ermittlung der Drehzahl jedes einzelnen und/oder aller
Antriebsräder, mit Einrichtungen zur ansteuerbaren Änderung der Getriebe
drehzahl, der Motordrehzahl bzw. der Fahrgeschwindigkeit, mit Einrichtun
gen zur Veränderung des Reifenluftdruckes und Einrichtungen zur Ermittlung
der angekoppelten Last und zur Lageveränderung der angekoppelten Last, mit
Einrichtungen zur Ermittlung und Anzeige des Schlupfes und mit Einrichtun
gen zur Erkennung und Anzeige der gegenwärtigen Neigung des Nutzfahr
zeuges und ein Verfahren zur Schlupfregelung, insbesondere bei Einsatz auf
land- oder forstwirtschaftlichen Böden.
Beim Einsatz von landwirtschaftlichen Nutzfahrzeugen auf land- oder forst
wirtschaftlichen Böden, insbesondere bei nassen Wetterlagen, kann durchaus
ein Schlupf der Antriebsräder bis zu 25% auftreten. Das bedeutet, dass bis ca.
¼ des Treibstoffes alleine für den unproduktiven Schlupf verwendet wird.
Somit ergibt sich bei einer Schlupfminimierung ein gewaltiges Einsparpoten
tial beim Treibstoffverbrauch.
Es sind Traktoren bekannt, die gegenwärtig Radar verwenden, um die tat
sächliche Geschwindigkeit über Grund zu bestimmen. Dabei wird die Diffe
renz der Werte Raddrehzahl und tatsächliche Geschwindigkeit über Grund
ermittelt und in geeigneter Form angezeigt. Bei Überschreitung eines gewis
sen Schlupfwertes wird als einzige schlupfreduzierende Maßnahme das Hub
werk angehoben. Dabei wird das Arbeitsgerät entlastet und damit die ange
koppelte Last reduziert, was zur Folge hat, dass damit der Schlupf ebenfalls
entsprechend reduziert wird. Außerdem werden gegenwärtig Allrad- und Dif
ferentialsperrenmanagements verwendet, deren einziger Sinn darin besteht,
am Feld eine Schlupfreduzierung vornehmen zu können. Problematisch bei
diesen Systemen ist eine vorhandene Grenzgeschwindigkeit, bei der sich das
Management automatisch aus Sicherheitsgründen deaktiviert, damit bei Ab
senkung des Hubwerkes bzw. Absenkung der Geschwindigkeit das Manage
ment nicht unbeabsichtigt aktiviert wird. Alle bisher vorhandenen Manage
ments detektieren nicht den Schlupf, sondern beispielsweise Hubwerkstellun
gen, Bremsbetätigungen, Lenkbremsbetätigungen und Geschwindigkeiten
oder eventuell noch Lenkeinschläge.
Solcherart Einrichtungen zur Schlupfsteuerung und -regelung sind auch in
verschiedenen anderen Ausführungen bekannt.
In der DE 36 04 218 C2 ist eine elektrohydraulische Einrichtung zur Rege
lung eines Hubwerkes an einem landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeug be
schrieben, wo für den Anwendungsfall einer hohen Last, hervorgerufen durch
einen Pflug, mittels eines Regelkreises die Lage des Hubwerkes verändert
wird. Im Regelkreis sind dabei ein Lagesensor, ein Kraftsensor sowie ein
Sollwertgeber angeordnet, deren Signale über eine elektrische Einrichtung
und eine hydraulische Ventileinrichtung einen das Hubwerk betätigenden hy
draulischen Motor steuern. Aus den Lage- und Kraftsignalen und den Signa
len eines zusätzlichen Sensors wird ein erster Summenpunkt gebildet, dem
auch die Werte der Schlupfsignale aufgeschaltet werden. Daraus wird ein
Ausgangssignal gebildet, das in eine Mischvorrichtung eingegeben wird, wo
bei der Mischvorrichtung über einen weiteren Eingang das Istwertsignal des
Lagesensors eingegeben wird und daraus ein Ausgangssignal gebildet wird,
das einem zweiten Summenpunkt zugeführt wird, an dem gleichzeitig das
Sollwertsignal anliegt, um daraus letztlich die Regelabweichung zu bilden.
Auf diese Art wird dann eine Steuerung des Hubwerkes abgeleitet.
Diese auch bei anderen technischen Lösungen eingesetzte Funktion (Pflug
bzw. Hubwerk heben) ist aber eher kontraproduktiv, da der Anwender ja eine
entsprechende Tiefe pflügen oder in einer bestimmten Schnitthöhe schneiden
will.
Dieses Problem versucht eine technische Lösung zu vermeiden, die in der DE 196 49 273 C2
beschrieben ist. Daraus ist ein landwirtschaftliches Nutzfahr
zeug mit einem lagegeregelten Hubwerk bekannt, wo zur Lageregelung und
zur Steigerung der Arbeitsgeschwindigkeit des Nutzfahrzeuges ein zumindest
lastabschaltbares Getriebe angeordnet ist, dessen Untersetzungsverhältnis in
Stufen durch eine mit dem Getriebe verbundene Getrieberegelung schlupf-
oder zugwiderstandsabhängig veränderbar ist.
Der Antriebsmotor besitzt einen Konstantleistungsbereich. Die Drehzahl des
Antriebsmotors wird über die mit der Getrieberegelung verbundene Motorre
gelung in Abhängigkeit vom eingestellten Untersetzungsverhältnis verändert.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist die Getrieberegelung mit ei
nem Festwertspeicher verbunden, in dem bestimmte günstige Paare von Be
triebspunkten für das Getriebe und den Motor abgelegt sind. Vorzugsweise
erfolgt die Getrieberegelung dabei elektronisch. Das zugehörige Verfahren
beschreibt eine Lageregelung eines Hubwerkes in landwirtschaftlichen Nutz
fahrzeugen, bei dem kontinuierlich mittels eines Lagegebers die Arbeitshöhe
oder Tiefe erfasst wird, der ermittelte Wert mit einem Sollwert verglichen und
aufgrund der Differenz eine Stellgröße generiert wird, die in einem Hub
werksantrieb entgegen der Differenz nachgeführt wird. Des weiteren erfolgt
eine Schlupf oder Zugwiderstandsermittlung und es wird schlupf oder zug
widerstandsabhängig eine Gangstufe oder ein Untersetzungsverhältnis eines
zumindest teilweise lastabschaltbaren Getriebes und eine Motordrehzahl eines
Motors ausgewählt. Dabei wird unter ackerbautechnischen Gesichtspunkten
ein gleichmäßig aufgebautes Saatbett erzeugt und Bodenverdichtungen wer
den zuverlässig vermieden. Nachteilig hierbei ist allerdings, dass nur eine stu
fenweise Regelung möglich ist.
Es ist bekannt, zur Verbesserung der Arbeitsgeschwindigkeit bei modernen
Traktoren mit Lageregelung die Traktoren zusätzlich mit einer Schlupfrege
lung auszurüsten, die in der Regel in Kombination miteinander eingesetzt
werden. Dabei ist der maximal zulässige Schlupf voreinstellbar. Kleine Ände
rungen des Zugwiderstandes werden über ein mehr oder weniger an Schlupf
ausgeglichen, ohne dass sie zu Schwankungen der Bearbeitungstiefe führen.
Erst bei starken Änderungen des Zugwiderstandes bzw. der Haftungsbedin
gungen für die Antriebsräder und des dadurch bedingten Überschreitens des
eingestellten Schlupfgrenzwertes wird die Lageregelung aktiv und hebt das
Hubwerk solange an, bis der Schlupf wieder unter den voreingestellten
Grenzwert fällt. Der Nachteil, dass es bei unterschiedlichen Bodenstrukturen
zu unerwünschten Schwankungen der Bearbeitungstiefe kommen kann, bleibt
aber weiterhin bestehen.
Aufgabe der Erfindung ist es, den Energieverbrauch, insbesondere beim Ein
satz auf land- oder forstwirtschaftlichen Böden, zu verringern und die Boden
haftung für alle unterschiedlichen Einsatzfälle insgesamt zu verbessern, die
Bedienung zu vereinfachen und die Fahrsicherheit zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des ersten bzw. des
zweiten Patentanspruches gelöst. Dabei ist ein landwirtschaftliches Nutzfahr
zeug mit Einrichtungen zur Ermittlung der tatsächlichen Fahrgeschwindigkeit
über Land, wie z. B. mit einem Radargerät und/oder GPS-Gerät ausgerüstet,
womit die tatsächliche Geschwindigkeit über Grund festgestellt wird. Außer
dem sind Einrichtungen zur Ermittlung der Drehzahl jedes einzelnen und/oder
aller Antriebsräder angeordnet. Die Ermittlung der schlupfbehafteten Ge
schwindigkeit erfolgt bei Vorliegen eines Antriebes, der die angetriebenen
Räder gleichartig antreibt, über mindestens einen Sensor. Ist ein Antrieb vor
handen, der es ermöglicht, die Geschwindigkeit der verschiedenen Antriebs
räder unterschiedlich zu gestalten, sind entsprechend mehrere Sensoren ange
ordnet, mit denen die Radgeschwindigkeit aller bzw. jedes einzelnen Rades
ermittelt werden kann. Weiterhin sind Einrichtungen zur ansteuerbaren Ände
rung der Getriebeübersetzung und/oder der einzelnen Raddrehzahlen, der
Motordrehzahl und damit der Fahrgeschwindigkeit angeordnet. Das landwirt
schaftliche Nutzfahrzeug besitzt eine Einrichtung, mit der der Luftdruck der
Reifen überwacht werden kann, wobei die Reifenauflagefläche der am Fahr
zeug angeordneten Räder in Abhängigkeit vom ermittelten Schlupf geregelt
wird. Dabei erfolgt eine Veränderung der Reifenauflagefläche der am Fahr
zeug angeordneten Räder durch Veränderung des Reifenluftdrucks und die
Bodenhaftung wird dadurch erhöht. Gleichfalls ist eine Einrichtungen zur
Ermittlung der angekoppelten Last angeordnet. Über spezielle Einrichtungen
kann eine Lageveränderung der angekoppelten Last erfolgen oder die ange
koppelte Last kann verringert werden. Zudem erkennt das Fahrzeug die vor
handene Last entweder durch Lastdetektoren bzw. Zugkraftsensoren, oder die
Last wird aus der Drückung des Motors durch Vergleich der Motordrehzahl
vorgabe mit der tatsächlichen Motordrehzahl ermittelt.
Eine weitere Einrichtung dient zur Ermittlung des Schlupfes und ermöglicht
über die zentrale Elektronikbox dessen direkte Anzeige über ein Gerät im
Sichtbereich des Fahrers. Insgesamt werden die tatsächliche Geschwindigkeit
des Fahrzeuges, die Radgeschwindigkeit und die Differenz daraus, nämlich
der Schlupf, angezeigt. Gleichfalls ist eine Einrichtung zur Erkennung und
Anzeige der gegenwärtigen Neigung des Nutzfahrzeuges vorhanden.
Im landwirtschaftlichen Nutzfahrzeug ist eine zentrale mikrorechnergesteu
erte Elektronikbox angeordnet, auf die die Eingangsgrößen aller Einrichtun
gen und auch die anfallenden Steuersignale geschaltet sind, wobei ein Regler
zur Schlupfeinstellung über eine Vorrangschaltung geschaltet und angeordnet
ist. Ein weiterer Regler zur Einstellung der minimal zulässigen Fahrzeugge
schwindigkeit ist über die zentrale Elektronikbox so geschaltet und angeord
net, dass entsprechend der Reglereinstellung die Getriebeübersetzung eines
CVT-Getriebes und/oder gleichzeitig die Motordrehzahl geregelt wird. Da
durch ist eine stufenlose Regelung des Getriebes und auch der Motordrehzahl
möglich. Gleichfalls kann mittels einer selektiven Einstellung die Drehzahl
jedes einzelnen Rades gesteuert werden.
Erfindungsgemäß ist weiterhin ein Fahrmodenschalter geschaltet und ange
ordnet, der die Fahrgeschwindigkeit (es sind beliebige Kombinationen Mo
tordrehzahl-Getriebeübersetzung auswählbar) vorrangig in Abhängigkeit vom
Schlupf steuert. Durch die erfindungsgemäße Schaltung und Anordnung der
Einrichtungen werden beim erfindungsgemäßen Verfahren alle Eingangs
signale und Steuersignale der Einrichtungen auf eine zentrale mikrorechner
gesteuerte Elektronikbox geschaltet und in dieser ausgewertet. Als Ergebnis
der Auswertung werden alle schlupfrelevanten Kenngrößen über Anzeigen
dem Fahrer angezeigt. Über Steller ist es möglich, die Grenzwerte, wie ma
ximal zulässiger Schlupf, minimale Fahrgeschwindigkeit und Drehzahl des
Motors, voreinzustellen.
Der erfindungsgemäße Fahrmodenschalter ermöglicht die Auswahl mehrerer
Fahrmoden in Abhängigkeit von den voreingestellten Grenzwerten in Bezug
auf den voreingestellten Schlupf. Dabei werden die entsprechenden Einrich
tungen zur Regelung der einzelnen Fahrzeugkomponenten automatisch in
Abhängigkeit von einem minimierten voreingestellten Schlupf geregelt. Die
Aktivierung des Schlupfmanagements erfolgt mittels eines zusätzlich ange
ordneten Tasters, dessen Funktion nach jeder Zündung aus/ein erneut aktiviert
werden muss. Dabei wird die Funktion des Tasters über geeignete Maßnah
men angezeigt.
Bewegt sich das landwirtschaftliche Nutzfahrzeug auf einem Feld und tritt
durch die entsprechende Bodenbeschaffenheit ein entsprechender Schlupf auf,
der über dem voreingestellten Wert liegt, wird automatisch die Allrad- und ggf. die
Differentialsperre aktiviert.
Wird dann die Lenkung oder auch die Lenkbremse betätigt, wie z. B. beim
Wendevorgang am Feldende, deaktiviert sich die Differentialsperre und ggf.
auch die Allradsperre. Nach dem Ende der Betätigung wird diese diese
bei entsprechendem Schlupf wieder automatisch zugeschaltet.
Wird das Feld verlassen, reduziert sich der Schlupf entsprechend der Beschaf
fenheit der Straßenoberfläche und sowohl Allrad- als auch Differentialsperre
werden automatisch ausgeschaltet. Bei rutschiger Oberfläche (z. B. bei stark
verschmutzter Straße, bei Schneeglätte oder Glatteis) oder auch bei allen
Bremsvorgängen schaltet sich die Allrad- und Differentialsperre automatisch
zu. Die Differentialsperren werden natürlich nur zugeschaltet, wenn keine Len
kung oder Lenkbremse betätigt wurde.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist der Wegfall aller Allrad- und
Differentialsperrenmanagements der bislang üblichen Bauformen. Die Fahrsi
cherheit wird erhöht, da sich die Allrad- und Differentialsperre immer dann
automatisch aktiviert, sobald das Fahrzeug in kritische Bodenhaftungsverhält
nisse kommt. Für den Fahrer ergibt sich aus der erfindungsgemäßen Lösung
eine Reduzierung der Schaltfunktionen in der Fahrerkabine. Die Bedienung
des landwirtschaftlichen Nutzfahrzeuges wird insgesamt sicherer, einfacher
und übersichtlicher. Es erfolgt eine wesentliche Reduzierung des Schlupfes,
wodurch eine erhebliche Treibstoffeinsparung eintritt. Durch den neuartigen
Fahrmodenschalter, der z. B. als ein Potentiometer ausgebildet sein kann,
wird im Zusammenhang mit einem stufenlos regelbaren Getriebe (CVT-Ge
triebe) zunächst der maximal zulässige Schlupf eingestellt und über weitere
Einrichtungen der zulässige Fahrgeschwindigkeitsbereich. Die Vorgabe der
gewünschten Geschwindigkeit kann mittels Tempomat oder Drivepedal erfol
gen.
Sinn dieses Fahrmodes ist es, die Fahrgeschwindigkeit soweit zu verändern,
dass ein z. B. mittels Potentiometer eingestellter Schlupf nicht überschritten
wird. Steigt nun der Schlupf bei der vorgegebenen Geschwindigkeit über den
eingestellten Schlupfwert an, so wird die Getriebeübersetzung und/oder Mo
tordrehzahl des Antriebes stufenlos soweit reduziert (und damit auch die
Fahrgeschwindigkeit), bis der Schlupf wieder unter den eingestellten
Schlupfwert abgefallen ist. Danach steigt die Getriebeübersetzung wieder an.
Sinnvoll ist eine Regelung, die automatisch die Geschwindigkeit an den ge
wählten Schlupfwert anpasst, auch wenn die Sollgeschwindigkeitsvorgabe
über dieser liegt. Des weiteren ist eine minimal zulässige Geschwindigkeit
einstellbar. Ein Absinken unter diesen Wert ist nicht möglich, da bei Errei
chen der Minimalgeschwindigkeit der Vorrang der Schlupfregelung außer
Kraft gesetzt wird bzw. weitere Maßnahmen zur Schlupfreduzierung einge
leitet werden können. Die Veränderung der Motordrehzahl ist ebenfalls eine
Regelgröße und beeinflusst die Schlupfregelung, da bei sehr hohem Schlupf
vom Fahrzeug beinahe keine Last (es erfolgt kaum noch Vorschub bzw. am
Motor wird nur ganz wenig oder keine Drückung ermittelt bzw. es laufen kei
ne oder nur kleine Signalpegel der angeordneten Zugkraftsensoren ein) mehr
gemessen wird und es dadurch zu einer eventuell zu großen Absenkung der
Motordrehzahl bei mit Motor-Getriebemanagement ausgerüsteten Fahrzeugen
kommt. Eine Veränderung der Radgeschwindigkeit kann über alle Achsen,
auf Achsenpaaren oder auf jedes Rad einzeln angewendet werden. Durch die
Regelung pendelt die Geschwindigkeit zwischen gewünschter Sollvorgabe
und Minimalvorgabe entsprechend dem voreingestellten Schlupfwert ohne
Eingreifen des Fahrers, wodurch sich der Komfort für die Bedienung weiter
erhöht.
Zur Schlupfreduzierung können erfindungsgemäß im bzw. am landwirt
schaftlichen Nutzfahrzeug weitere Einrichtungen (Aktuatoren) vorgesehen
werden. So ist es sinnvoll, beim Erreichen einer gewissen Schlupfgröße mehr
Anpressdruck auf die Antriebsräder zu bekommen. Erfindungsgemäß ist es
vorteilhaft, am Nutzfahrzeug Einrichtungen (Aktuatoren) zur Verschiebung
des Fahrzeugschwerpunktes anzuordnen oder einzubauen. Ob dabei zuerst die
Geschwindigkeit des Fahrzeuges oder die entsprechenden zusätzlichen Ein
richtungen, sogenannte weitere Aktuatoren, angesteuert werden, kann vom
Fahrer ausgewählt werden. So kann unter anderem durch geeignete Maßnah
men die Stellung der Vorderachse verändert werden bzw. ein Gewicht außer
halb des Nutzfahrzeugschwerpunktes geschoben bzw. der Tankinhalt umge
pumpt werden. Diese Aktivitäten sind ebenfalls voreinstellbar und unterliegen
dann der automatischen Regelung. Nach der Voreinstellung bedürfen sie kei
ner wie auch immer gearteten Bedienung bzw. Aufmerksamkeit des Fahrers.
In einer weiteren Ausführungsform ist am Nutzfahrzeug mindestens eine
Schnittstelle geschaltet und angeordnet, die die Lastaufnahme des bzw. der
Anbaugeräte überwacht und über die eine Veränderung, insbesondere eine
Reduzierung der Lastaufnahme des/oder der Anbaugeräte, erfolgen kann.
Die Veränderung des Nutzfahrzeugschwerpunktes kann über mechanisch, hy
draulisch, pneumatisch oder elektrisch verstellbare und/oder verschiebbare
Gewichte in Abhängigkeit vom Schlupf der Antriebsräder erfolgen, wobei
diese Veränderungen sinnvollerweise mittels des Schlupfmanagements über
die zentrale Elektronikbox steuerbar sind.
In einer anderen Ausführungsform kann der Fahrzeugschwerpunkt bei mehre
ren an verschiedenen Orten des Fahrzeuges angeordneten und miteinander
verbundenen Kraftstofftanks durch Umpumpen des Kraftstoffes während der
Fahrt mittels ein oder mehrerer gesteuerter Pumpen verändert werden. Diese
Veränderung unterliegt ebenfalls der Abhängigkeit vom Schlupf der Antriebs
räder und ist über das Schlupfmanagement steuerbar. Bei einer anderen Lö
sung bei einem am Fahrzeug angeordnetem Kraftstofftank ist dieser in mehre
re Kammern unterteilt. Diese Kammern können unabhängig voneinander mit
Kraftstoff durch ein oder mehrere Pumpen während der Fahrt gefüllt werden,
wodurch sich der Nutzfahrzeugschwerpunkt in Abhängigkeit vom Schlupf der
Antriebsräder beeinflussen lässt.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Reifenauflagefläche
der am Fahrzeug angeordneten Räder durch Veränderung des Reifenluft
drucks der Reifen in Abhängigkeit vom voreingestellten maximalen Schlupf
geregelt werden. So lässt sich z. B. durch Verringerung des Reifenluftdrucks
die Auflagefläche der Reifen erhöhen, was den Schlupf verringert.
Weiterhin kann die Drehzahl der Vorderräder des Fahrzeuges gegenüber der
Drehzahl der Hinterräder geändert werden, wenn diese unabhängig von den
Hinterrädern antreibbar sind.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können die Räder des land
wirtschaftlichen Nutzfahrzeuges durch geeignete spezielle konstruktive Maß
nahmen am Fahrzeug während der Fahrt gegenüber der Längs- und/oder
Hochachse des landwirtschaftlichen Nutzfahrzeuges schräg gestellt werden.
Dadurch erfolgt ebenfalls eine Schlupfreduzierung. Alle diese zusätzlichen
Maßnahmen werden, wenn sie am bzw. im landwirtschaftlichen Nutzfahrzeug
angeordnet sind und zur Anwendung gebracht werden, über die zentrale
Elektronikbox mittels des Schlupfmanagements gesteuert. Dadurch lässt sich
über die Antriebsräder die Kraftübertragung verbessern und der Schlupf wird
weitgehend minimiert.
Vorteilhaft ist es, wenn ein oder alle Räder entsprechend dem jeweils unter
schiedlich aufgetretenen Schlupf mit unterschiedlicher Drehzahl angetrieben
und gesteuert werden körnen. Diese vorteilhafte Lösung ist insbesondere bei
schwierigen Bodenverhältnissen oder bei Einsatzzwecken auf Hanglagen für
ein optimale energiesparende und sichere Fahrweise des landwirtschaftlichen
Nutzfahrzeuges von Vorteil.
Die Erfindung soll nachstehend in einem Ausführungsbeispiel an Hand einer
Zeichnung näher erläutert werden.
Die Fig. 1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines landwirtschaftlichen
Nutzfahrzeuges in einer Ausführung als Traktor mit den erfindungsgemäßen
Bauteilen und ihre Anordnung und ihre Verschaltung untereinander. Der
Traktor besitzt als zentralen Antrieb einen Motor 1, der über eine Motorwelle
2 ein CVT-Getriebe 3, ein stufenlos arbeitendes Getriebe, antreibt. Das CVT-
Getriebe 3 ist über eine Antriebswelle 4 mit den Vorderrädern gekoppelt. Die
Antriebswelle 5 verbindet die Hinterräder mit dem CVT-Getriebe 3. An je
dem einzelnen Rad ist mindestens ein Raddrehzahlsensor angeordnet, die je
weils über die Verbindungsleitung 30 zur Ansteuerung und Drehzahlüberwa
chung der Vorderräder und die Verbindungsleitung 31 zur Ansteuerung und
Drehzahlüberwachung der Hinterräder mit der zentralen Elektronikbox 13
verbunden sind (in der Fig. 1 sind die Raddrehzahlsensoren nicht darge
stellt). In einer besonderen Ausbildungsform sind sowohl an den Hinterädern
als auch an den Vorderrädern pro Rad Einrichtungen (Aktuatoren nicht in
Fig. 1 dargestellt) zur Regelung der Drehzahl jedes einzelnen Rades so ange
ordnet, dass jedes einzelne Rad jeweils unabhängig von den anderen in gewis
sen Bereichen in seiner Drehzahl variabel gesteuert werden kann. Am Traktor
ist über ein Hubwerk 6 die ankoppelbare Last 12 angeordnet, die in der Regel
durch entsprechende landwirtschaftliche Geräte oder Gefährte gebildet wird.
Das Gaspedal 7 ist über die Signalleitung 40 mit der zentralen Elektronikbox
13 verbunden. Gleichfalls sind der Motor 1 über den Motorsteuerbus 32, das
CVT-Getriebe 3 über den Getriebesteuerbus 33 und die Reifenlufidrucküber
wachungseinheit der einzelnen Räder (Aktuator nicht in Fig. 1 dargestellt)
über die Verbindungsleitung 36 zur Ansteuerung und Überwachung des Rei
fenluftdrucks mit der zentralen Elektronikbox 13 verbunden. Des weiteren ist
das Hubwerk 6 mit Lastsensor und Hubwerklagesensor mit der zentralen
Elektronikbox 13 über eine Verbindungsleitung 34 zur Ansteuerung und
Überwachung der Lastaufnahme und der Lage des Hubwerkes und damit
letztlich der Last verbunden. In einer besonderen Ausbildungsform der Erfin
dung kann während des Betriebes die Lastaufnahme des angebauten Gerätes
verändert werden, so ist es z. B. denkbar, dass bei einem Ackerpflug durch
eine Reduzierung der Pflugweite die angekoppelte Last, d. h. die Lastaufnah
me, verringert wird.
Auf dem Traktor ist eine GPS-Antenne 9 und unter dem Fahrzeug ein Radar
gerät 10 angeordnet, deren Signale in die zentralen Elektronikbox 13 mittels
der Signalleitungen 38 und 39 eingespeist und ausgewertet werden. Dadurch
ist es möglich, zu jeder gewünschten Zeit die genaue Geschwindigkeit über
Grund zu ermitteln und anzuzeigen. Des weiteren werden auch die Signale
der Lenkung, die Stellung des Schalthebels 8 und die Betätigung der Bremsen
über die zentrale Elektronikbox 13 überwacht und ausgewertet (Verbin
dungsleitungen in Fig. 1 nicht dargestellt). Am Traktor ist des weiteren eine
erfindungsgemäße Einrichtung (Aktuator) zur Veränderung des Fahrzeug
schwerpunktes angeordnet. Im Ausführungsbeispiel sind am Traktor im
Frontbereich in ihrer Lage verschiebbare und verstellbare Gewichte 11 ange
ordnet, mit deren Hilfe sich der Fahrzeugschwerpunkt während der Fahrt in
Abhängigkeit vom Schlupf verändern lässt. Die verschiebbaren und verstell
baren Gewichte 11 sind über die Verbindungsleitung 35 zur Ansteuerung und
Überwachung des Fahrzeugschwerpunktes mit der zentralen Elektronikbox 13
verbunden und bekommen über diese auch die Steuersignale zu ihrer Lage
veränderung.
Die zentrale Elektronikbox 13 wertet alle entsprechend eingehenden Signale
Zeit- und prioritätsabhängig rechnergesteuert aus und liefert die erforderlichen
Daten an eine sich in der Fahrerkabine im Sichtfeld des Fahrers befindende
geeignete Bedien- und Anzeigeeinheit 14. Die Bedien- und Anzeigeeinheit 14
ist hierzu mit der zentralen Elektronikbox 13 über einen Informationsbus 37
zur Anzeige der erforderlichen Kenngrößen und dem Rückfluss der einstell
baren Steuerungsdaten verbunden. Über die Bedien- und Anzeigeeinheit 14
werden Steuersignale vom Fahrer eingegeben, die wiederum in der zentralen
Elektronikbox 13 ausgewertet werden und als Ergebnis Steuerbefehle für ein
zelne Einrichtungen (Aktuatoren) liefern, die an verschiedenen Stellen des
Traktors angeordnet sind und die eine optimale, energiesparende und sichere
Fahrt des Traktors bestimmen und ermöglichen.
Auf der Bedien- und Anzeigeinheit 14 befinden sich ein Modenschalter
Schlupf 20, zur Wahl der gewünschten Schlupfsteuerung; ein Gerät zur Ein
stellung der Steuerungsart 21, die die Vorgabe von. Prioritäten bei der Aus
wahl und Reihenfolge der schlupfreduzierenden Maßnahmen und Betätigung
der entsprechenden Einrichtungen (Aktuatoren) ermöglicht; eine Signallampe
Schlupf 22, zur Anzeige der eingeschalteten Schlupfsteuerung; ein Anzeige
gerät Schlupf 23, zur Anzeige des tatsächlichen Schlupfes; ein Einstellregler
Sollgeschwindigkeit 24, zur Auswahl und Einstellung der vom Fahrer ge
wünschten Sollgeschwindigkeit; ein Einstellregler minimale Geschwindigkeit
25, zur Auswahl und Einstellung der minimal zulässigen Geschwindigkeit des
Traktors über Grund und ein Einstellregler Schlupf 26, zur Auswahl und Ein
stellung eines maximal zulässigen Schlupfes.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Schlupfregelung werden beim
Betrieb des Traktors alle fahr- und betriebsrelevanten Daten bzw. Signale in
der zentralen mikrorechnergesteuerten Elektronikbox 13 gesammelt, bewertet
und ausgewertet. In ihr ist ein Festwertspeicher angeordnet, der die fest vor
eingestellten Grenzwerte und Daten der Fahrmodes enthält. Für die wesentli
chen schlupfrelevanten Kenngrößen erfolgt die Anzeige über die Bedien- und
Anzeigeeinheit 14 mittels geeigneter Anzeigegeräte. Aus diesen Informatio
nen kann der Fahrer mehrere Fahrmoden mittels des Modenschalters Schlupf
20 in Abhängigkeit von den einstellbaren Grenzwerten zulässiger Schlupf,
minimale Geschwindigkeit und Sollgeschwindigkeit wählen. Er kann des
weiteren entsprechende Einrichtungen (Aktuatoren) zur Regelung der einzel
nen Fahrzeugkomponenten vorrangig in Abhängigkeit von einem minimierten
einstellbaren Schlupf auswählen, einstellen und dann mittels der zentralen
Elektronikbox 13 automatisch regeln.
So erfolgt z. B. die Einstellung der Motordrehzahl und der Getriebeüberset
zung nach der ermittelten tatsächlich aktuellen Last. Sinkt die Last, wird um
Treibstoff zu sparen die Motordrehzahl bei gleichzeitig gleich bleibender
Fahrzeuggeschwindigkeit abgesenkt.
Kommt der Schlupf während der Fahrt nun in einen Bereich, der den maximal
zulässigen Schlupf überschreitet, schalten sich Allrad- und Differentialsperre
spätestens jetzt automatisch zu. Außerdem versucht die kombinierte Motor-
Getrieberegelung eine Einstellung zu finden, bei der geringere Schlupfwerte
auftreten. Ist die Reduzierung des Schlupfes nur unter Reduzierung der Rad
geschwindigkeit möglich, so wird diese bis zum voreingestellten minimal
zulässigen Geschwindigkeitswert abgesenkt.
Dadurch ist es bei einem landwirtschaftlichen Nutzfahrzeug möglich, hier z. B. bei einem Traktor, in jedem Betriebspunkt (Schlupf und detektierte Last)
innerhalb der Regelbereiche Motordrehzahl und Getriebeübersetzung den ge
samtwirtschaftlich gesehenen Verbrauchsbestpunkt anzunähern und bezogen
auf die optimale Arbeitsleistung den Verbrauch zu reduzieren.
Wird während der Fahrt die Einstellung des Anzeigegerätes Schlupf 23, d. h.
der maximal zulässige Schlupf, überschritten und die tatsächliche Geschwin
digkeit über Grund unterschreitet die Werte der voreingestellten minimal zu
lässigen Geschwindigkeit, so werden über die Getriebe-Motorregelung hinaus
Reduzierungen der Last am Anbaugerät (z. B. über ISOBUS) vorgenommen.
Ist das Fahrzeug mit entsprechenden weiteren vorteilhaften erfindungsgemä
ßen Einrichtungen (Aktuatoren) ausgerüstet, kann zusätzlich der Schwerpunkt
der Gesamtanordnung Fahrzeug-Anbaugerät so verschoben werden, dass zu
sätzliches Gewicht auf die Abtriebsräder kommt und somit der Schlupf redu
ziert und das Fahrzeug wieder in den Regelbereich zwischen maximal zuläs
siger Schlupf und minimal zulässige Geschwindigkeit kommt. Des weiteren
können, falls das Fahrzeug über entsprechende Einrichtungen (Aktuatoren)
verfügt, der Neigungswinkel der Räder entsprechend verstellt werden. Auch
dies dient der Schlupf und somit auch der Treibstoffverbrauchsreduzierung
und der Erhöhung der Fahrsicherheit. Zudem wird durch einen insgesamt ru
higeren Motorlauf das Fahrzeuggeräusch sowohl im Inneren des Traktors als
auch für die Umwelt vermindert.
Die erfindungsgemäße Lösung ist auch bei landwirtschaftlichen Nutzfahrzeu
gen, die mit elektrische Radnabenmotoren angetrieben werden, einsetzbar.
1
Motor
2
Motorwelle
3
CVT-Getriebe
4
Antriebswelle Vorderräder
5
Antriebswelle Hinterräder
6
Hubwerk
7
Gaspedal
8
Schalthebel
9
GPS-Antenne
10
Radargerät
11
verschiebbare und verstellbare Gewichte
12
angekoppelte Last
13
zentrale Elektronikbox
14
Bedien- und Anzeigeeinheit
20
Modenschalter Schlupf
21
Gerät zum Einstellen der Steuerungsart
22
Signallampe Schlupf
23
Anzeiggerät Schlupf
24
Einstellregler Sollgeschwindigkeit
25
Einstellregler minimale Geschwindigkeit
26
Einstellregler Schlupf
30
Verbindungsleitung Ansteuerung und Drehzahlüberwachung
Vorderräder
31
Verbindungsleitung Ansteuerung und Drehzahlüberwachung
Hinterrad
32
Motorsteuerbus-Ansteuerung und Überwachung Motordrehzahl
33
Getriebesteuerbus-Ansteuerung und Überwachung Getriebeun
tersetzung
34
Verbindungsleitung Ansteuerung und Überwachung Lastauf
nahme
35
Verbindungsleitung Ansteuerung und Überwachung zur Verän
derung des Fahrzeugschwerpunkts
36
Verbindungsleitung Ansteuerung und Überwachung des Reifen
luftdruckes
37
Informationsbus-Verbindung zur Anzeigeeinheit
38
Signalleitung GPS-Antenne
39
Signalleitung Radargerät
40
Signalleitung Gaspedal
Claims (11)
1. Landwirtschaftliches Nutzfahrzeug mit Einrichtungen zur Ermittlung der
tatsächlichen Fahrgeschwindigkeit über Land, mit Einrichtungen zur Ermitt
lung der Drehzahl jedes einzelnen und/oder aller Antriebsräder, mit Einrich
tungen zur ansteuerbaren Änderung der Getriebeübersetzung und/oder der
einzelnen Raddrehzahlen, der Motordrehzahl bzw. der Fahrgeschwindigkeit,
mit Einrichtungen zur Veränderung des Reifenluftdrucks und Einrichtungen
zur Ermittlung und Veränderung der angekoppelten Last und zur Schwer
punkt-Lageveränderung der Gesamteinheit (Anbaugerät und Nutzfahrzeug),
mit Einrichtungen zur Ermittlung und Anzeige des Schlupfes und mit Ein
richtungen zur Erkennung und Anzeige der gegenwärtigen Neigung des Nutz
fahrzeuges,
dadurch gekennzeichnet, dass
- a) eine zentrale mikrorechnergesteuerte Elektronikbox (13) angeordnet ist, auf die die Eingangsgrößen aller Einrichtungen geschaltet sind,
- b) dass ein Einstellregler (26) zur Schlupfeinstellung vorrangig geschaltet und angeordnet ist,
- c) und/oder dass ein Einstellregler (25) zur Einstellung einer minimalen Fahrzeuggeschwindigkeit geschaltet und angeordnet ist,
- d) wobei diese Einstellregler (25 und 26) über die zentrale Elektronikbox mit Einrichtungen zur Veränderung der Getriebeübersetzung eines CVT-Getriebes (3) und/oder der Motordrehzahl verbunden sind,
- e) und in Abhängigkeit vom eingestellten Schlupf durch die zentrale Elektronikbox (13) weitere Einrichtungen einzeln oder kombiniert an steuerbar ausgebildet sind,
- f) und dass ein Modenschalter (20) Schlupf geschaltet und angeordnet ist, der die Fahrgeschwindigkeit in Abhängigkeit vom Schlupf vorrangig steuert.
2. Verfahren zur Schlupfregelung an einem landwirtschaftlichen Nutzfahr
zeug,
dadurch gekennzeichnet,
dass alle Eingangssignale und Steuersignale in einer zentralen mikrorechner
gesteuerten Elektronikbox (13) ausgewertet werden, die schlupfrelevanten
Kenngrößen angezeigt werden, mehrere Fahrmoden in Abhängigkeit von ein
stellbaren Grenzwerten wählbar sind, wobei die entsprechenden Einrichtun
gen zur Regelung der einzelnen Fahrzeugkomponenten automatisch vorrangig
in Abhängigkeit von einem minimierten einstellbaren Schlupf geregelt wer
den.
3. Landwirtschaftliches Nutzfahrzeug nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass am Nutzfahrzeug Einrichtungen (11) zur Verschiebung des Fahrzeug
schwerpunktes angeordnet oder eingebaut sind.
4. Landwirtschaftliches Nutzfahrzeug nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass am Nutzfahrzeug mindestens eine Schnittstelle geschaltet und angeord
net ist, die die Lastaufnahme des Anbaugerätes überwacht und über die eine
Veränderung der Lastaufnahme des/oder der Anbaugeräte(s) erfolgt.
5. Verfahren zur Schlupfregelung an einem landwirtschaftlichen Nutzfahr
zeug nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Fahrzeugschwerpunkt über mechanisch, hydraulisch, pneumatisch
oder elektrisch verstellbare und/oder verschiebbare Gewichte (11) in Abhän
gigkeit vom Schlupf der Antriebsräder steuerbar und veränderbar ist.
6. Verfahren zur Schlupfregelung an einem landwirtschaftlichen Nutzfahr
zeug nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei mehreren an verschiedenen Orten des Fahrzeuges angeordneten mit
einander verbundenen Kraftstofftanks ein oder mehrere gesteuerte Pumpen
zum Umpumpen des Kraftstoffes während der Fahrt angeordnet sind und da
durch der Fahrzeugschwerpunkt in Abhängigkeit vom Schlupf der Antriebs
räder steuerbar und veränderbar ist.
7. Verfahren zur Schlupfregelung an einem landwirtschaftlichen Nutzfahr
zeug nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei einem am Fahrzeug angeordnetem Kraftstofftank dieser in mehrere
Kammern unterteilt ist, diese Kammern unabhängig voneinander mit Kraft
stoff durch ein oder mehrere Pumpen mit Kraftstoff während der Fahrt gefüllt
werden können und dadurch der Fahrzeugschwerpunkt in Abhängigkeit vom
Schlupf der Antriebsräder steuerbar und veränderbar ist.
8. Verfahren zur Schlupfregelung an einem landwirtschaftlichen Nutzfahr
zeug nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Reifenauflagefläche der am Fahrzeug angeordneten Räder durch
Veränderung des Reifenluftdrucks in Abhängigkeit vom ermittelten Schlupf
geregelt wird.
9. Verfahren zur Schlupfregelung an einem landwirtschaftlichen Nutzfahr
zeug nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Drehzahl der Vorderräder des Fahrzeuges gegenüber der Drehzahl
der Hinterräder variabel änderbar ist.
10. Verfahren zur Schlupfregelung an einem landwirtschaftlichen Nutzfahr
zeug nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Räder des Fahrzeuges schräg gestellt werden gegenüber der Längs-
bzw. Hochachse des landwirtschaftlichen Nutzfahrzeuges.
11. Verfahren zur Schlupfregelung an einem landwirtschaftlichen Nutzfahr
zeug nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein oder alle Räder entsprechend dem jeweils unterschiedlich aufgetrete
nen Schlupf mit unterschiedlicher Drehzahl angetrieben und gesteuert wer
den.
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