DE3017570A1

DE3017570A1 - Einrichtung zum steuern eines pfluges an einem traktor

Info

Publication number: DE3017570A1
Application number: DE19803017570
Authority: DE
Inventors: Winfried 7143 Vaihingen Arnold; Horst Dipl.-Ing. Dr. 7000 Stuttgart Hesse; Walter Dipl.-Ing. 7141 Schwieberdingen Kobald; Jan Dipl.-Ing. 7255 Rutesheim Vlemmings
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1980-05-08
Filing date: 1980-05-08
Publication date: 1981-11-12
Also published as: FR2482326A1; FR2482326B1; DE3017570C2

Description

R. 6 28 5

14. 4.I98O My/Kö

ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO Stuttgart 1

Einrichtung zum Steuern eines Pfluges an einem Traktor

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zum Steuern eines Pfluges an einem Traktor nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon eine solche Einrichtung bekannt (AT-PS 2^9 ^33), bei der als Regelgröße die Belastung des Verbrennungsmotors benutzt wird. Dabei wird die Einspritzmenge von der Einspritzpumpe, die einem Dieselmotor zugeordnet ist, gemessen und daraus ein Signal für die Belastung des Dieselmotors hergeleitet. Obwohl die Belastungsregelung als solche in vielen Anwendungsfällen vorteilhaft ist, hat sie doch den Nachteil, daß mit ihr keine stabile Arbeitsweise der'Regeleinrichtung möglich ist. Hinzu kommt, .daß diese Einrichtung rein hydraulisch arbeitet und sich dadurch weniger zum Einbau von Rückführungen eignet. Die Instabilität dieser Einrichtung zeigt sich dann besonders deutlich, wenn sich der Traktor beim Pflügen auf welligem Gelände festfährt oder beim Pflügen auf weichen Böden wegen hohem Schlupf der Antriebsräder im Boden eingräbt.

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Ferner ist aus der US-PS 3 516 ^l98 eine Einrichtung zum Steuern eines Pfluges an einem Traktor bekannt, die mit einem elektronischen Steuergerät arbeitet, das seinerseits ein elektrohydraulisches Wegeventil ansteuert. Mit dieser Einrichtung kann der Traktor beim Pflügen in Lageregelung, in Zugkraftregelung oder in einer Mischregelung betrieben werden. Obwohl bei'dieser Einrichtung mit Hilfe des elektronischen Steuergeräts die Signale leicht verarbeitbar sind, hat diese Einrichtung doch den Nachteil, daß mit ihr keine Belastungsregelung möglich ist. Der Dieselmotor des Traktors ist daher nicht gegen überlastung geschützt.. Zudem hat diese Einrichtung den Nachteil, daß sie aufwendige mechanische Mittel mit einer Zugkraftmeßfeder benötigt, um eine Zugkraftregelung zu ermöglichen.

Vorteile der Erfindung ■

Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sie unter Beibehaltung der einer Belastungsregelung eigenen Vorteile eine stabile Arbeitsweise der Einrichtung ermöglicht, wobei der Pflug beim Heben und Senken selbst bei ungünstigen Bedingungen nicht überschwingt. Die stabile Arbeitsweise der Einrichtung zeigt sich besonders darin, daß sie beim Pflügen in welligem Gelände ein Pestfahren des Traktors verhindert. Ferner läßt sich mit der Einrichtung in vorteilhafter Weise beim Pflügen auf weichem Boden ein Einwühlen des Traktors bei großem Schlupf der Antriebsräder vermeiden. Zudem baut die Einrichtung relativ einfach und mit geringem Aufwand. - .

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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Einrichtung möglich. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus der Beschreibung sowie der Zeichnung.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen die Figur 1 in vereinfachter Darstellung einen Traktor mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung zum Steuern des Pfluges, Figur 2 ein Prinzipschaltbild der Einrichtung nach Figur 1 und Figur 3 in vereinfachter Darstellung einen Traktor beim Pflügen in welligem Gelände.'

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die Figur 1 zeigt einen Traktor 10 mit einer Einrichtung 11 zur Steuerung der Eindringtiefe eines vom Traktor 10 gezogenen Pfluges 12. Der Pflug 12 ist in an sich bekannter Weise über ein Dreipunktgestänge 13 an einem Traktorgehäuse Ik sowie an einem Hubarm 15 angelenkt. Der Hubarm 15 wird von einem Kraftheber 16 betätigt, der über eine hydraulische Leitung 17 mit einem elektrohydraulisch vorgesteuerten 3/3-Wegeventil 18 in Verbindung steht. Das Wegeventil 18 wird von einer Pumpe 19 mit Druckmittel versorgt und entlastet in der gezeichneten Neutralstellung 21 die Pumpe 19 über eine Rücklaufleitung zum Tank 22. Der Steuerschieber des Wegeventils 18 ist in der gezeichneten Neutralstellung 21 von Federn zentriert und blockiert hydraulisch in dieser Stellung

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den Kraftheber ΐβ. Ferner weist das Wegeventil 18 noch eine Heben-Stellung 23 und eine Senken-Stellung 24 auf. In die letztgenannten Stellungen ist der Steuerschieber des Wegeventiles 18 durch Magnete auslenkbar, welche über elektrische Leitungen 25 mit den Ausgängen 26 eines elektronischen Steuergeräts 27 verbunden sind. Das elektronische Steuergerät 27 hat einen ersten Eingang 28, der mit einem ersten Geber 29 in Verbindung steht, mit welchem ein Last-Sollwert vorgegeben wird. Ein zweiter Eingang 31 des elektronischen Steuergeräts 27 ist mit einem Regler 32 der Einspritzpumpe 33 verbunden, welche dem Dieselmotor 34 des Traktors 10 zugeordnet ist. Dem Regler 32 an der Einspritzpumpe 33 wird ferner von einem als Gaspedal ausgebildeten zweiten Geber 35 ein Drehzahl-Sollwert für den Dieselmotor 34 vorgegeben* Ferner ist am Traktorgehäuse 14 ein Schalter. 36 vorgesehen, der einerseits zum Ausschalten des Dieselmotors 34 mit dem Regler 32 und andererseits mit einem dritten Eingang 37 des elektronischen Steuergeräts 27 Verbindung hat. Letzteres weist ferner einen vierten Eingang 38 auf, an dem eine erste Rückführung 39 angeschlossen ist. In entsprechender Weise ist an einem fünften Eingang 4l des Steuergeräts 27 eine zweite Rückführung 42 angeschlossen. Während die erste Rückführung 39 für Signale abhängig vom Druck im Kraftheber 16 verwendet wird, werden über die zweite Rückführung 42 Signale abhängig von der Lage des Hubwerks 13, 15 relativ zum Traktorgehäuse l4 gemeldet.

In Figur 2 ist die Einrichtung 11 nach Figur 1 in Form eines Prinzipschaltbildes näher dargestellt. Darin bil-_ det das elektronische Steuergerät 27 zusammen mit dem Wegeventil l8 und dem Kraftheber 16 einen Pflugregler

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Im Pflugregler 43 führt die erste Rückführung 39 über ein übertragungsglied 44 mit proportionalem, nachgebendem und verzögerndem (PID-)Verhalten zu einem ersten Summierpunkt 45- Die zweite Rückführung 42 für die lageabhängigen Signale führt über ein zweites Übertragungsglied 47 mit proportionalem, nachgebendem und verzögerndem (PID-)Verhalten ebenfalls zum ersten Summierpunkt 45". Am ersten Summierpunkt 45 wird ferner der Last-Sollwert vom Geber 29 angelegt. Das Ausgangssignal vom ersten Summierpunkt 45 wird dem elektrischen Hubwerksregler 49 eingegeben, dessen Ausgangssignale über einen zwischengeschalteten, zweiten elektrischen Schalter 48 das Wegeventil 18 ansteuern können. Das Schließglied des zweiten elektrischen Schalters 48 wird von dem ersten Schalter 36 gesteuert, der zum Ausschalten des Dieselmotors 34 zusätzlich mit dem Regler 32 der Einspritzpumpe

33 in Wirkverbindung steht." Der zweite Schalter 48 ist so ausgebildet, daß er beim Einschalten des Dieselmotors

34 mit Hilfe des ersten Schalters 36 die Wirkverbindung zwischen Regler 49 und Wegeventil l8 herstellt und beim Ausschalten des Dieselmotors 34 seine zugeordnete Verbindung sperrt. Das elektrohydraulisch betätigte Wegeventil 18 steuert über den Kraftheber l6 und das Dreipunktgestänge 13 j 15 den Pflug 12. Dabei können auf das Hubwerk 13, 15 als Störgrößen von außen vertikale Schlepper schwingungen sowie Bodenunebenheiten einwirken. In entsprechender Weise wirkt von außen als Störgröße der Bodenwiderstand auf den Pflug 12 ein, wodurch der Pflug 12 auf den'Traktor 10 eine Zugkraft ausübt. Als weitere Störgröße kann auf den Traktor 10 von außen der Schlupf der Antriebsräder des Traktors wirken. Das vom Traktor ausgeübte Lastmoment wird an einem zweiten Summierpunkt 51 mit einem Einspritzmoment verglichen und das Diffe-

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ή.

renzsignal des Summierpunkts 51 wirkt auf die Masse 10' des Traktors 10 ein. Dies führt am Ausgang des Dieselmotors 34 zu einer Ist-Drehzahl n, die an, einem dritten Summierpunkt 52 mit einer von dem Gaspedal 35 vorgegebenen Soll-Drehzahl verglichen wird. Das Ausgangssignal vom dritten Summierpunkt 52 wird dem Regler 32 der Einspritzpumpe 33 eingegeben, der ein für die Belastung des Dieselmotors 34 maßgebliches Istwert-Signal s über ein übertragungsglied 53 mit proportionalem, nachgebendem-und verzögerndem (P-ID-)Ver halt en an die erste Summierstelle 45 gibt. Zusätzlich wird dieses Istwert-Signal für die Belastung auf den zweiten Summierpunkt 51 zurückgeführt.

Die Wirkungsweise der Einrichtung 11 wird wie folgt erläutert: Wird mit Hilfe des ersten Schalters 36 der Dieselmotor 34 eingeschaltet, so wird zugleich auch das Schließglied des zweiten elektrischen Schalters 48 in seine nicht gezeichnete Ein-Stellung gesteuert, wodurch _# der Belastungs-Regelkreis geschlossen ist. Mit dem Gaspedal 35 kann die Bedienungsperson auf dem Traktor 10 abhängig von dem jeweils eingelegten Gang im Getriebe eine bestimmte Geschwindigkeit des Traktors 10 vorwählen. Ferner stellt die Bedienungsperson mit dem ersten Geber 29 den Sollwert für die Belastung des Dieselmotors 34 ein. Dabei wird die Bedienungsperson diesen Sollwert so -wählen, daß die Leistung des Dieselmotors 10 möglichst weitgehend ausgenutzt wird. Beim Pflügen können von außen auf den Traktor 10 eine Reihe von Storkraften einwirken, wie sie z.-B. durch vertikale Schwingungen des Traktors 10, durch Bodenunebenheiten, durch den Bodenwiderstand und damit die Eindringtiefe des Pfluges 12, durch den Schlupf der Antriebsräder des Traktors 10 sowie durch Berg- oder Talfahrt des Traktors verursacht werden.

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Ändern sich diese Störgrößen, so ändert sich auch die Belastung des Dieselmotors 34, welche z.B. über die Regelstange der Reiheneinspritzpumpe 33 abgegriffen werden kann. Dieses Istwert-Signal für die Belastung des Dieselmotors 34 wird über das übertragungsglied 53 dem ersten Summierpunkt 45 gemeldet. Weichen Istwert von der Einspritzpumpe 33 und Sollwert vom Geber 29 voneinander ab, so steuert der Pflugregler 43 über das Hubwerk 13, den Pflug 12 so lange in Richtung Heben oder Senken, bis die Regelabweichung zu Null wird. Dabei wird über die zweite Rückführung 42 vom Hubwerk 13, 15 eine lageabhängiges Signal auf den ersten Summierpunkt 45 zurückgeführt, um auf diese Weise Schwingungen der Einrichtung 11 zu verhindern und somit eine.stabile Arbeitsweise zu erreichen. Für diesen Zweck ist ein zweites Übertragungsglied 47 mit PID-Verhalten besonders geeignet. Ferner wird ein druckabhängiges Signal über die erste Rückführung 39 vom Kraftheber 16 auf den ersten Sumraierpunkt 45 rückgeführt. Dabei ist das erste Übertragungsglied 44 in dieser Rückführung 39 ebenfalls mit einem PID-Verhalten ausgestattet. Damit läßt sich die Stabilität der Einrichtung 11 noch weiter erhöhen.

Fährt der Traktor 10, wie in Figur 3 dargestellt, auf eine Bodenerhöhung hinauf, so stützt sich beim Hochfahren' der Traktor 10 über den Pflug 12 verstärkt -auf dem Boden ab, während der Raddruck der Antriebsräder auf den Boden gleichzeitig verringert wird. Diese Entlastung der Antriebsräder des Traktors 10 führt zu einer geringeren Belastung des Dieselmotors 34. Der Regler 32 an der Einspritzpumpe 33 deutet diese Entlastung des Dieselmotors als zu geringe Eindringtiefe des Pfluges 12 im Erdreich

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und würde dementsprechend ein Senksignal für den Pflug verursachen. Käme dieses Senksignal über den Pflugregler 43 zustande, so würde der Pflug 12 noch tiefer in das
Erdreich eintauchen und der Traktor 10 könnte sich festfahren. Bei dem geschilderten Hochfahren auf die Bodenerhöhung führt die nun größere Abstützkraft des Pfluges 12 auf dem Boden zu einem Druckabfall im Kraftheber 16. Dieser Druckabfall wird über die erste Rückführung 39 ^auf den ersten Summierpunkt 45 rückgeleitet und wirkt- dort
dem von der Einspritzpumpe 33 abgeleiteten, von der Belastungsänderung des Dieselmotors 34 verursachten Senkimpuls so stark entgegen, daß der Pflugregler 43 ein
rechtzeitiges Ausheben des Pfluges 12 veranlaßt und damit ein Pestfahren des Traktors 10 verhindert. Der Traktor wird somit beim Pflügen eines Bodens mit kurzwelligen
Bodenunebenheiten trotz Verwendung einer Einrichtung 11 mit Belastungsregelung und Lagerückführung vor einem
Pestfahren geschützt, indem beim Auffahren auf eine
kurzwellige Bodenerhebung der Pflug 12 rechtzeitig ausgehoben und damit die Belastung des Dieselmotors 34 verringert wird. Es hat sich beim Pflügen in welligem Ackerboden gezeigt, daß dieser Druckabfall im Kraftheber 16
stets etwas früher auftritt als der Belastungsabfall am Dieselmotor 34- Da somit die Druckänderung schneller ist als die Belastungsänderung am Motor, wird der Pflug früher angehoben. Ein überschwingen und Festfahren wird hiermit verhindert.

In vorteilhafter Weise wird derselbe Effekt auch dann
ausgenutzt, wenn der Traktor 10 beim Pflügen auf ebenem Gelände auf weichen Boden gerät und sich der Traktor
durch zu großen Schlupf der Antriebsräder im Boden einwühlt. Bei zu großem Schlupf der Antriebsräder würde

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die Belastung des Dieselmotors 3^ sinken, was infolge der Belastungsregelung zu einem Senkenimpuls für den Pflug 12 führen würde. Auch hier wird der Druckabfall im Kraftheber 16 für ein Signal benutzt, das über die erste Rückführung 39 am ersten Summierpunkt 45 dem Senkenimpuls infolge.der Belastungsänderung des Dieselmotors 3^ so entgegenwirkt j daß der Pflug 12 rechtzeitig ausgehoben und damit ein Einwühlen des Traktors im weichen Boden verhindert wird.

Durch die Kombination einer Lagerückführung, einer Druckrückführung sowie eines elektronischen Steuergeräts zur Verknüpfung der rückgeführten Signale mit den Soll- und Istwerten läßt sich somit unter, Beibehaltung der Vorzüge einer Belastungsregelung eine Einrichtung schaffen, die schwingungsarm und damit stabil arbeitet und auch ein Pflügen in schwierigerem Gelände erlaubt, indem sie vor allem ein Pestfahren des Traktors in welligem Gelände sowie ein Einwühlen in weichem Boden verhindert. Zudem baut die Einrichtung 11 relativ einfach und läßt sich leicht an verschiedene Bauarten von Traktoren anpassen. Zudem hat diese Einrichtung 11 auch den Vorteil, daß sie sich auch für Belastungsregelungen eignet, bei denen die Belastung'des Dieselmotors 3^ nicht über Stellglieder oder Sensoren ermittelt wird, die ein so hohes Auflösungsvermögen haben, wie dies z.B. bei der Regelstange einer Reiheneinspritzpumpe der Fall ist. So kommen als Parameter für die Ermittlung der Belastung des Verbrennungsmotors des Traktors 10 auch der Druck des Auspuffgases, die Temperatur des Auspuffgases, die Ausströmgeschwindigkeit sowie auch der Schalldruck des Auspuffgases in Betracht. Auch bei diesen Parametern liegt in begrenzten Bereichen eine Proportionalität

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zwischen der Belastung des Dieselmotors und den erwähnten Größen vor. Die zuletzt genannten Parameter haben bei der Verwendung für eine Belastungsregelung den Vorteil, daß sich hier Eingriffe im Bereich der Einspritzpumpe und des Motors erübrigen.

Selbstverständlich sind weitere Änderungen an der gezeigten Einrichtung 11 möglich, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen. So kann anstelle der erwähnten Reihenpumpe auch eine Verteilereinspritzpumpe verwendet werden, die entweder hydraulisch geregelt sein kann oder auch einen Fliehkraftregler aufweisen kann. Auch kann die Belastung des Dieselmotors 3^ von anderen, geeigneten Stellgliedern einer Einspritzpumpe oder des zugehörigen Reg- ' lers abgeleitet werden. Weiterhin ist es möglich, die Belastung des Dieselmotors über die Spannung einer zugehörigen Lichtmaschine zu ermitteln. Weiterhin kann anstelle der gezeigten Belastungsregelung über die Regelstangenposition der Einspritzpumpe 33 auch eine Belastungsregelung -über der Drehzahl des Dieselmotors 3^ durchgeführt werden. ■--"...-

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Claims

κ. 6 23 5 14.4.1980 My/Kö ROBERT BOSCH GHBH3 7000 Stuttgart 1 Ansprüche

1. Einrichtung zum Steuern eines Pfluges an einem Traktor, mit einer Regelvorrichtung zum Nachführen eines dem Pflug zugeordneten Hubwerks von einem Ist- auf einen Sollwert, wobei als Regelgröße die Belastung des den Traktor antreibenden Verbrennungsmotors benutzt wird und mit einem das Hubwerk betätigenden, hydraulischen Kraftheber, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) daß eine erste Rückführung (.39) für von der Größe des hydraulischen Drucks im Kraftheber (16) abhängige Signale angeordnet ist,

b) daß eine zweite Rückführung (42) für von der Lage des Hubwerks (13, 15) abhängige Signale angeordnet ist, und

c) daß ein elektronisches Steuergerät (27) vorgesehen ist, dem die .rückgeführten Signale für Lage und Druck sowie die Signale für Istwert und Sollwert der Belastung des Verbrennungsmotors (34) eingegeben werden und das ein elektrohydraulisches Wegeventil (18) steuert.

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2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Rückführung (39) ein die Signale nachgebend und verzögernd beeinflussendes übertragungsglied (44) angeordnet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungsglied (44) in der ersten Rückführung (39) ein Proportionalverhalten aufweist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis "3» dadurch gekennzeichnet, daß in die zweite Rückführung (42) ein übertragungsglied (47) mit proportionalem, nachgebendem und verzögerndem Verhalten (PID) geschaltet ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Istwert-Signal für die Last über ein übertragungsglied (53) mit proportionalem, nachgebendem und verzögerndem Verhalten (PID) geführt ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das elektronische Steuergerät (27) einen Summierpunkt (.45) aufweist, an dem die rückgeführ-' ten Signale der ersten (39) und zweiten Rückführung (42) sowie das lastabhängige Istwertsignal (Sist) dem Sollwert-Lastsignal vom ersten Geber (29) gegengeschaltet

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werden und daß dessen Ausgangssignal einem Hubwerksregler (49) eingegeben wird.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Traktor ClO) einen Dieselmotor (34) mit einer zugeordneten Einspritzpumpe (33) aufweist, die bzw. deren Regler (32) ein die Belastung des Dieselmotors (10) anzeigendes Stellglied zur Abnahme der Istwert-Belastung aufweist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, mit denen die Belastung des Verbrennungsmotors vom Druck seiner Auspuffgase abgeleitet wird.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel angeordnet sind, mit denen die Belastung des Verbrennungsmotors von der Temperatur der Auspuffgase abgeleitet wird.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel angeordnet sind, mit denen die Belastung des Verbrennungsmotors von der Strömungsgeschwindigkeit der Auspuffgase abgeleitet wird.

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11. Einrichtung nach einein der Ansprüche 1 bis 6 ,dadurch gekennzeichnet, daß Mittel, angeordnet sind, mit denen die Belastung des Verbrennungsmotors vom Schalldruck der Auspuffgase abgeleitet wird.

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