DE3346892A1 - Fahrzeug mit einem gelenkig befestigten anbaugeraet - Google Patents
Fahrzeug mit einem gelenkig befestigten anbaugeraetInfo
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Description
Fahrzeug mit einem gelenkig befestigten Anbaugerät
Die Erfindung bezieht sich auf ein Fahrzeug gemäß Oberbegriff
von Patentanspruch 1.
Solche Fahrzeuge sind beispielsweise als Traktor mit einem Pflug als Anbaugerät bekannt. Bei der Fahrt mit
ausgehobenem, d.h. nicht im Betrieb befindlichen Anbaugerät
verändert sich infolge einer starren Ankoppelung an das Fahrzeug dessen Schwingungsverhalten im Vergleich
zu einem Fahrzeug ohne Anbaugerät: Es unterliegt insbesondere bei schneller Fahrt und/oder bei Fahrt über
unebenes Gelände aufgrund der Erhöhung des Massenträgheitsmoments durch das Anbaugerät erheblichen Nickschwingungen,
die dazu führens daß die durch das Gewicht
des Anbaugeräts ohnehin bereits verringerte statische Vorderachslast teilweise oder sogar ganz aufgehoben
wird. Der hierdurch zeitweise verlorengehende Fahrbahnkontakt der Vorderräder verhindert eine wirksame Lenkung
des Fahrzeugs in diesen Fahrphasen, wodurch eine beträchtliche
Unfallgefahr gegeben ist, die unter Umständen
F/22
Dresdner Bank (München) KIo. 3933 844
.Bayer Voromcbnnk (Munchnn) KIo SOBMI
nchen) KIo SOR »41 .,.,
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!.t:tl«;k iMum.iinn) KIo h/n .1.! [lll4
sogar zum Umstürzen des Fahrzeugs führt. Diese Nickschwingungen
treten vor allem im Frequenzbereich von 0,5 bis 5 Hz auf und hängen im wesentlichen von der
Federsteifigkeit der Reifen sowie der Masse und Schwerpunktlage des gesamten Gespanns Fahrzeug/Anbaugerät
ab.
Die Figuren 1 und 2, die bereits an dieser Stelle betrachtet werden sollen, zeigen einen Traktor 1 mit
^O einem Pflug 7, der bei der Transportfahrt starr angekoppelt
ist, bzw. ein Blockschaltbild für das Nickschwingungsverhalten dieses Gespanns. Hierbei sind ζ bzw.
z. die vertikalen Auslenkungen des Traktors im Stillstand an der Vorder- bzw. Hinterachse, die aus einem Aushub
,c des Anbaugeräts resultieren und eine Drehung des Traktors
um den Winkel ßQ bewirken, der gegeben ist durch
Po = K - V/x
wobei 1 der Achsabstand ist.
Aufgrund der durch Bodenunebenheiten, Fahr- bzw. Bremsbeschleunigungen
oder dergleichen auf das Gespann wirkenden Kräfte und daraus resultierenden Momente stellt
sich während der Fahrt ein tatsächlicher Nickwinkel 25
β , bezogen auf die gleiche Ebene wie
hierdurch bezüglich der statischen Lage β des Traktors sich ergebende Auslenkung ßr>~ß hat aufgrund der Feder- und Dämpfungseigenschaften von Reifen la bzw. des gesamten Achsaufbaus ein Rückstellmoment M„ zur Folge, das zusam- ^O men mit dem Trägheitsmoment M des starr angekoppelten Pflugs auf den Traktor wirkt und für diesen den momentanen zeitabhängigen Nickwinkel β hervorruft. Hierbei ist auch noch das Trägheitsmoment des Traktors selbst
hierdurch bezüglich der statischen Lage β des Traktors sich ergebende Auslenkung ßr>~ß hat aufgrund der Feder- und Dämpfungseigenschaften von Reifen la bzw. des gesamten Achsaufbaus ein Rückstellmoment M„ zur Folge, das zusam- ^O men mit dem Trägheitsmoment M des starr angekoppelten Pflugs auf den Traktor wirkt und für diesen den momentanen zeitabhängigen Nickwinkel β hervorruft. Hierbei ist auch noch das Trägheitsmoment des Traktors selbst
zu berücksichtigen.
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Zur Verringerung dieser Nickschwingungen wurde nun
vorgeschlagen, die starre Kopplung des Anbaugeräts durch ein Feder -Dämp fungue lenient aufzuheben. Dessen
Federsteifigkeit und Dämpfungsmaß sind dabei so ausgelegt,
daß es in Bezug auf den Nickschwingungsanteil der dynamischen Radlasten als Schwingungsabsorber arbeitet.
Abgesehen davon, daß diese Art der Ankoppelung nur bei einer bestimmten Frequenz voll wirksam ist,
sind durch diese passive Dämpfung der Nickschwingungen die dynamischen Radlasten zwar verringert, jedoch übt
das Anbaugerät noch immer einen wesentlichen negativen Einfluß auf die Nickschwingungen des Fahrzeugs aus.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeug
mit Anbaugerät zu schaffen, bei dem das Anbaugerät auf die Nickschwingungen des Fahrzeugs keinen nachteiligen
Einfluß ausübt„
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale 20
im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 gelöst, was sinngemäß bedeutet, daß sich eine Relativwinkelkoordinate
( β - ß) des Anbaugeräts zum Fahrzeug in entgegengesetzter
Richtung zur Richtungsänderung einer Nickwinkelkoordinate (β ) des Fahrzeugs ändert„
ok C _
Durch die geregelte Bewegung des Anbaugeräts relativ zum Fahrzeug gemäß Anspruch 2, die für das Anbaugerät
eine vertikale Absolutgeschwindigkeitskomponente mit dem Betrag annähernd null zur Folge hat, wird eine schwingungsmechanische
Entkoppelung der beiden Teilsysteme Fahrzeug und Anbaugerät erreicht, die verhindert, daß durch
das Anbaugerät Trägheitskräfte verursacht werden, die
auf das Fahrzeug einwirken« Durch diese gezielt über mechanische Elemente ausgelöste Bewegung des Anbaugeräts
werden die Nickschwingungen des Fahrzeugs - hinsichtlich
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denjenigen eines Fahrzeugs mit starr angekoppeltem Anbaugerät - aktiv gedämpft.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen gekennzeichnet. Durch die geregelte Bewegung des Anbaugeräts in Gegenphase zur Bewegung
des Fahrzeugs gemäß Anspruch 3 wird erreicht, daß die hierdurch auf das Fahrzeug ausgeübten Kräfte dieses
so beeinflussen, daß seine Nickschwingungen sogar geringer als bei einem Fahrzeug ohne Anbaugerät ausfallen.
Gemäß Anspruch 4 wird der ohnehin zum Zwecke des Absenkens und Anhebens des Anbaugeräts vorhandene Kraftheber verwendet,
um betätigt durch Stellsignale der Regeleinrichtung die geforderten Bewegungen des Anbaugeräts hervorzurufen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen:
Fig. 1 einen Traktor mit Pflug in der Aushubstellung,
wobei der Pflug hierbei starr angekoppelt ist.
Fig. 2 das Blockschaltbild für das Nickschwingungsverhalten
des Gespanns gemäß Fig. 1,
Fig. 3 einen Traktor mit Pflug in der Aushubstellung, wobei letzterer durch eine Regeleinrichtung
über einen Kraftheber bewegt wird,
Fig. 4 ein Blockschaltbild eines ersten erfindungsgemäßen
Regelungsprinzips, und
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Fig. 5 ein Blockschaltbild eines zweiten erfindungsgemäßen Regelungsprinzips.
Fig. 3 zeigt ein Gespann bestehend aus einem Traktor 1 als Fahrzeug mit einem Pflug 7 als Anbaugerät. Der
Pflug ist mittels Unterlenkern 3a und einem Oberlenker 3b am Traktor beweglich angekoppelt, und kann über
ein Hubgestänge 6, das von einem hydraulischen Hubzylinder 5 betätigt wird und zusammen mit diesem einen
Kraftheber bildet, nicht nur zwischen Betriebsstellungen und einer Aushubstellung verfahren werden, sondern
auch mit einer begrenzten Amplitude um eine mittlere Aushubstellung herum bewegt werden. Ferner ist schematisch
eine Zugkraftregelvorrichtung 4 dargestellt.
Die Amplitudenbewegung des Pflugs um die Aushubstellung
wird durch eine auf den Hubzylinder wirkende Regeleinrichtung 4a bewirkt, die in der Weise arbeitet, daß die
Nickschwingungen des Traktors aktiv gedämpft werden, wie nachstehend ausführlich beschrieben wird. Der Pflug
wird hierbei nach Art der Schwingungstilgung relativ zum Traktor bewegt. Die Regelung ihrerseits erfolgt
dadurch, daß ein geeignetes Signal in einen Positionsregelkreis des Hubzylinders eingeführt und überlagert
wird, wobei die Überlagerung nur bei betätigtem Aushub erfolgt. Dieses zur Schwingungsdämpfungsregelung benötigte
Signal kann auf zwei verschiedene Arten erzeugt werden.
Durch die Nick- und Vertikalschwingungen des Gespanns unterliegt dieses Beschleunigungskräften bzw. Beschleunigungen,
die durch Sensoren 2 wie Beschleunigungsaufnehmer, die an
ausgezeichneten Stellen des Gespanns angebracht sind, direkt gemessen werden können. Hierzu genügt ein Beschleunigungsaufne.hmer
2a bzw. 2b bzw. 2c, der beispielsweise entweder am Traktor 1 selbst, an den Unterlenkern
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3a oder am Pflug 7 angebracht sein kann.
Andererseits sind an geeigneten Stellen des Gespanns Beschleunigungskräfte meßbar und als Maß für die Beschleunigungen
auswertbar. So kann anstelle der bei im Betrieb abgesenkter Stellung mit Hilfe einer Zugkraftmeßvorrichtung
gemessenen Zugkraft die aus der Trägheit des Pflugs resultierende Beschleunigungskraft erfaßt
werden. Als Meßelemente sind hierbei Dehnungsmeßstreifen (DMS), Biegefedern mit Wegaufnehmer oder kontaktlos
arbeitende Sensoren, die die Materialspannung in ferromagnetischen Werkstoffen aufgrund des rnagnetoelastischen Prinzips aufnehmen, verwendbar. Auf die gleiche Art und Weise kann die im Hubgestänge 6 durch die Beschleu nigung hervorgerufene Kraft ermittelt werden. Es ist ferner zweckmäßig, den Hubzylinderdruck und die daraus resultierende Kraft durch elektrische Kraftmeßdosen zu erfassen.
arbeitende Sensoren, die die Materialspannung in ferromagnetischen Werkstoffen aufgrund des rnagnetoelastischen Prinzips aufnehmen, verwendbar. Auf die gleiche Art und Weise kann die im Hubgestänge 6 durch die Beschleu nigung hervorgerufene Kraft ermittelt werden. Es ist ferner zweckmäßig, den Hubzylinderdruck und die daraus resultierende Kraft durch elektrische Kraftmeßdosen zu erfassen.
Der Vorteil der zweiten Art und Weise der Signalerzeugung liegt darin, daß die Beschleunigungskräfte bei schwerem
Anbaugerät größer als bei leichtem ausfallen und somit besser meßbar sind. Dies gilt auch für Anbaugeräte,
die einen großen Schwerpunktabstand zur Traktorhinterachse haben. Ferner ist vorteilhaft, daß bei schweren
sowie langen Anbaugeräten, die eine stärkere Auswirkung auf das Schwingungsverhalten des Traktors haben, eine
stärkere Ausregelung stattfindet als bei leichten und kurzgebauten Geräten. Dies gilt auch, wenn bei der
ersten Art der Signalerzeugung der Beschleunigungsaufnehmer am Pflug angebracht ist.
Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild einer Regelung, die eine dynamische Entkopplung von Traktor und Pflug bewirkt.
Ziel hierbei ist, die vertikale Pflugbewegung
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weitestgehend zu beruhigen, so daß der Traktor bezüglich
Nickschwingungen dynamisch unbeeinflußt vom Pflug ist.
Zur Bildung der Nickwinkelkoordinate des Traktors gemäß dem Blockschaltbild in Fig. 2 ist die Rückführung des
aus einer augenblicklichen Absolutwinkelkoordinate f
(bezogen auf eine zur Bezugsebene von β parallele Ebene) des Pflugs resultierenden Trägheitsmoments M
erforderlich, wie im Blockschaltbild gemäß Fig. 4 dargestellt
ist. Das Moment M ergibt sich hierbei aus der Gleichung
M = Θ Ü vj) + k I
x dt2 ' ar
x dt2 ' ar
lt- Mit Θ als Trägheitsmoment des Pflugs, k einer Dämpfungskonstante
in der Koppelung zwischen Pflug und Traktor, und d/dt den entsprechenden zeitlichen Ableitungen.
Aus Gleichung 1 ist ersichtlich, daß M nur dann nicht
2Q 0 ist, wenn die Winkelkoordinate ^ des Pflugs einer
zeitlichen Änderung unterliegt. VM rd diese Winkelkoordinate Ψ als Regelgröße herangezogen, ist das Blockschaltbild
gemäß Fig. 2 zusätzlich zur bereits beschriebenen Addition des Trägheitsmoments M wie folgt zu
X.
O1_ erweitern;
·
·
Aus dem Nickwinkel /3 des Traktors wird durch Vergleich
mit dem Relativwinkel β - 'f zwischen Traktor und Pflug
dessen Absolutwinkelkoordinate ^j gebildet, die einerseits
zur Bildung des Momentes M dient. Andererseits ^
wird der Winkel γ von einem Sensor 2 erfaßt, der ein
geeignetes Signal für die Regeleinrichtung 4a erzeugt, deren
Ausgangssignal auf einen Stellantrieb bestehend aus einem Ventil 8, dem Hubzylinder 5 und dem Hubgestänge 6 wirkt, der einen neuen Relativwinkel /3 - vf erzeugt, der zurückgeführt ii-
Ausgangssignal auf einen Stellantrieb bestehend aus einem Ventil 8, dem Hubzylinder 5 und dem Hubgestänge 6 wirkt, der einen neuen Relativwinkel /3 - vf erzeugt, der zurückgeführt ii-
wird und im Vergleich mit dem Nickwinkel J6 wieder
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die Winkelkoordinate f den Pflug« ergibt. Dor Rege Ik re Ls
ist somit geschlossen. Zur Erhöhung der Genauigkeit der durch den Stellantrieb bewirkten Pflugrelativbewegung
wird der erhaltene Relativwinkel β - -f über einen
Hilfsreglerg zurückgeführt und dessen Signal mit dem Signal der Regeleinrichtung verglichen.Das sich daraus ergebende
Signal wird auf den Stellantrieb gegeben. Als Meßbzw. Regelgrößen sind auch möglich die Winkelgeschwindigkeit
γ bzw. Winkelbeschleunigung Ί des Pflugs, die
aus der Nickbewegung resultierenden dynamischen Kräfte,
oder die Relativwinkelkoordinate ß-j zwischen Traktor und Pflug.
Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild einer Regelung, bei der die Winkelkoordinate β des Traktors als Regelgröße
aufgefaßt wird, wobei das Ziel darin besteht, den Änderungsbereich dieses Winkels möglichst gering zu halten
bzw. seinen Änderungen entgegenzuwirken. Dies wird erreicht, indem der Pflug in etwa gegenphasig zum Traktor,
d.h. entgegengesetzt zu dessen Bewegungsverlauf, bewegt wird, wodurch sich eine Nickschwingungsreduzierung erzielen
läßt, die das Ausmaß der Nickbewegung des Traktors unter dasjenige eines Traktors ohne Anbaugerät absenkt.
Wie Fig. 5 zeigt, wird der sich gemäß dem Blockschaltbild entsprechend Fig. 2 ergebende Nickwinkel β des
Traktors durch den Sensor 2 gemessen und in geeigneter Form der Regeleinrichtung 4a zugeführt, deren Ausgangssignal
auf den Stellantrieb, der gleich demjenigen in Fig.
4 ist, gegeben wird, um eine Relativbewegung zwischen Traktor und Pflug hervorzurufen. Die Winkelkoordinate
β -*f dieser Relativbewegung wird mit dem Nickwinkel
β des Traktors zur Erzeugung der Winkelkoordinate *f des Pflugs überlagert, wobei aus letzterer über
die obengenannte Gleichung (1) wieder das auf den Traktor
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ausgeübte Trägheitsmoment M des Pflugs folgt. Ebenfalls wie bei der Regelung gemäß Fig „ 4 erfolgt zur Erhöhung
der Genauigkeit eine Rückführung des Relativwinkels ß>-*f über den Hilfsregler 9, dessen Signal mit dem
Signal der Regeleinrichtung verglichen wird, wodurch bei Abweichungen die Stellgröße entsprechend verändert wird.
Als Meß- bzw. Regelgrößen kommen ferner die Winkelgeschwindigkeit fh>
bzw. Winkelbeschleunigung ß des Traktors sowie die Relativbewegung β -j1 zwischen Traktor und
Pflug in Betracht.
Offenbart ist ein Fahrzeug mit einem Anbaugerät, beispielsweise
ein Traktor mit Pflug, das; oino auf η inen
Kraftheber des Pflugs wirkende Regeleinrichtung umfaßt;,
die diesen während der Fahrt in Aushubstellung gezielt bewegt. Gemäß einer ersten Regelung erfolgt diese Bewegung
des Pflugs relativ zum Traktor so, daß die vertikale
Absolutgeschwindigkeitskomponente des I'flugs annähernd
zu Null wird, indem er relativ zum Fahrzeug so bewegt
wird, daß er sich bei einer Abwärtsbewegung einer Ver-20
bindungsstelle Pflug/Traktor aufwärtsbewegt und bei einer Aufwärtsbewegung dieser Verbindungsstelle abwärtsbewegt.
Hierdurch ist der Traktor in dynamischer Hinsicht vom Pflug vollständig entkoppelt, no daß soin
Nickschwingungsverhalten nicht durch die aus den Beschleunigungskräften
des Pflugs resultierenden und auf ihn einwirkenden Momente negativ verändert wird,
wie dies bei einem Fahrzeug mit starr angekoppeltem Anbaugerät der Fall ist. Gemäß einer /,we i ten Hej'.e lunj',
QQ wird der Pflug in Gegenphase zum Traktor bewogt, wodurch
einer Änderung von dessen Nickwinkol koordinatc entgegengewirkt
wird und sich ein N icknehw ingunr.-^vorhal ten des
Traktors ergibt, dessen Amplitude unter derjenigen eines Traktors ohne Anbaugerät liegt.
•it * -IV -K- ·»
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- Leerseite -
Claims (9)
1.1 Fahrzeug mit einem gelenkig befestigten Anbaugerät
und mit einem Kraftheber für dieses, gekennzeichnet durch eine auf ein Signal ansprechende Regeleinrichtung,
durch die sich im Zusammenwirken mit dem Kraftheber (5,6) das Anbaugerät (7) im Bereich seiner Aushubstellung
gegenläufig zu den Schwingungen des Fahrzeugs während der Fahrt bewegt„
2. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativbewegung zwischen Fahrzeug (1) und Anbaugerät
(7) so erfolgt, daß das Anbaugerät in im wesentlichen vertikaler Richtung räumlich annähernd ruhig
gehalten ist.
3. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Bewegung des Anbaugeräts (7) so in Gegenphase zur Bewegung des Fahrzeugs (l) verläuft, daß der Änderungsbereich
einer Nickwinkelkoordinate (β ) des Fahrzeugs möglichst gering ist.
F/22
Dresdner Bank (München) KIo. 3939 844
BnyerVcrdnobnnk (München) KIo 6
PoslsMinek.lMunchcin) KKi 6/(M3 804
4. Fahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativbewegung des
Anbaugeräts (7) zum Fahrzeug (1) einer Bewegung mit begrenzter Amplitude um die mittlere Aushubstellung
herum entspricht.
5. Fahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung auf
den Positionsregelkreis für den Kraftheber (5,6) zur Steuerung verschiedener Betriebs- oder Aushubstellungen
des Anbaugeräts (7) wirkt, und daß das Signal in den Positionsregelkreis eingeführt und diesem überlagert
wird.
6. Fahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal durch mindestens
einen Beschleunigungsaufnehmer (2a, 2b, 2c) erzeugt wird, der entweder am Fahrzeug (1) selbst, an einem
Lenkgestänge (3) für das Anbaugerät (7), oder am Anbauger&t
angebracht ist.
7. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal aus einer Zugkraftrege
!vorrichtung (4,4a) für das Anbaugerät (7) abgeleitet wird.
8. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal aus dem Druck des
Hubzylinders (5) des Krafthebers (5,6) abgeleitet wird.
9. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal an geeigneter Stelle
eines Hubgestänges (6) des Krafthebers (5,6) aus der Hubkraft abgeleitet wird.
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ID=6217999
Family Applications (1)
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