DE3346892A1

DE3346892A1 - Fahrzeug mit einem gelenkig befestigten anbaugeraet

Info

Publication number: DE3346892A1
Application number: DE19833346892
Authority: DE
Inventors: Wolfgang 8770 Lohr Kauß; Norbert 8771 Rechtenbach Mucheyer; Kurt 8770 Lohr Wittich
Original assignee: Mannesmann Rexroth AG
Current assignee: Bosch Rexroth AG
Priority date: 1983-12-23
Filing date: 1983-12-23
Publication date: 1985-07-11
Also published as: DE3346892C2; US4667744A

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 führen_s 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

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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 ß_Q 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

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.

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

_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-

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.

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- Leerseite -

Claims

Patentansprüche

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.

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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 Anbauge^r&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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