DE3436570A1

DE3436570A1 - Einrichtung zur positionssteuerung eines an einem landwirtschaftlichen arbeitsfahrzeug ueber ein hubwerk angelenkten arbeitsgeraets

Info

Publication number: DE3436570A1
Application number: DE19843436570
Authority: DE
Inventors: Günther 7141 Möglingen Schwerin
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1984-10-05
Filing date: 1984-10-05
Publication date: 1986-04-10
Anticipated expiration: 2004-10-06
Also published as: FR2571207B1; IT8522229A0; DE3436570C2; FR2571207A1; IT1185363B

Description

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ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO STUTTGART 1

Einrichtung zur Positionssteuerung eines an einem landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeug über ein Hubwerk angelenkten Arbeitsgeräts

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus -von einer Einrichtung zur Positionssteuerung eines an einem landwirtschaftlichen Arbeit sfahrzeug über ein Hubwerk angelenkten Arbeitsgeräts nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon eine solche Einrichtung bekannt (Ismail, Singh, Gee-Clough: A Preliminary Investigation of a Combined Slip and Draught Control for Tractors; J. agric. Engn-g. Res. (1981) 26, 293 bis 306) bei der an einem Traktor mit angelenktem Pflug ein Zugkraftregelsystem durch eine Schlupfrückführung ergänzt wird. Bei dieser Einrichtung wird aus einem Sollwert und einem Istwert des Schlupfes ein Differenzsignal als Schlupf-Regelabweichung gebildet. Diese Schlupf-Regelabweichung wird dem Sollwert der Zugkraft so zugeführt, daß das resultierende Sollwertsignal der Zugkraft größer wird, wenn diese Schlupf-Regelabweichung positiv ist, und kleiner wird, wenn sie negativ ist. Erst das resultierende Sollwert signal der Zugkraft wird mit dem Istwert signal der Zugkraft verglichen und

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daraus eine resultierende Regelabweichung gewonnen, welche zur Steuerung von Heben oder Senken des Pfluges benutzt wird. Bei dieser Art der Zusammenführung der Signale für Schlupf-Regelabweichung und Sollwert der Zugkraft ergibt sich ein resultierender Sollwert der Zugkraft, der größer oder kleiner sein kann als der Sollwert der Kraft. Die nach dem Vergleich mit dem Istwert der Zugkraft sich ergebende resultierende Regelabweichung überschreitet daher den für sie vorgesehenen Bereich oder sie füllt ihn nicht aus. Dies kann zu einer ungünstigen Arbeitsweise der Regeleinrichtung führen. Ferner kann bei dieser Verknüpfung von Schlupf- und Zugkraft-Regelung ein hoher Anteil an Schlupfregelung nicht realisiert werden, da der Sollwert der Zugkraft stets in voller St'ärke anliegt, um mit der Schlupf-Regelabweichung addiert zu werden. In einer Reihe von Fällen kann aber ein höherer Anteil an Schlupfregelung vorteilhaft sein.

Ferner ist aus der DE-OS 2β hj OTT eine Einrichtung zur Positionssteuerung eines an einem Traktor angelenkten Pfluges bekannt, bei der die Position des Pfluges anhand der Parameter Schlupf und Arbeitstiefe gesteuert wird. Bei dieser Einrichtung wirkt das Tiefensignal in einer Weise auf die Schlupfregelung ein, daß die Pflügearbeit eine bestimmte Tiefe nicht überschreiten kann. Eine Positionssteuerung abhängig von einem Tiefensignal hat zudem auch den Nachteil, daß sie keine Geschwindigkeit sänderungen des Schleppers berücksichtigen kann ; zudem werden auch Verdichtungen des zu bearbeitenden Boddens von der Tiefenregelung nicht unmittelbar erfaßt, Diese Einrichtung arbeitet daher unbefriedigend.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Positionssteuerung eines an einem landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeug über ein Hubwerk angelenkten Arbeitsgeräts mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sie mit relativ geringem Aufwand bei unterschiedlichsten Betriebsbedingungen für das Arbeitsfahrzeug eine optimale Positionssteuerung des Arbeitsgerätes erlaubt. Vor allem werden Widerstandsänderungen im Boden sowie Reibungsänderungen zwischen Schlepperrad und Boden besser verarbeitet, wobei insbesondere die Schwingungsneigung der Regeleinrichtung verringert und ein Steckenbleiben des Schleppers bei nassem Boden weitgehend vermieden wird. Durch die Mischung der Regelabweichungen für Zugkraft und Schlupf wird stets die eine Regelabweichung geschwächt und die andere verstärkt oder umgekehrt. So bleibt die resultierende Regelabweichung zur Steuerung des Hubwerks und damit der Höhenlage des Pfluges stets in dem für sie vorgesehenen Bereich. Zudem kann der Anteil an Schlupfregelung beliebig groß sein.

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 Figur 1 eine Seitenansicht

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eines Schleppers mit angelenktem Pflug und mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Positionssteuerung des Pfluges und Figur 2 ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Einrichtung nach Figur 1.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die Figur 1 zeigt in vereinfachter Darstellung einen Schlepper 10, an dessem Gehäuse mit Hilfe eines üblichen Hubwerks 11 ein Pflug 12 heb- und senkbar angelenkt ist.

Das Hubwerk 11 weist ein übliches Dreipunktgestänge bestehend aus einem Oberlenker 13 und einem Paar Unterlenker 1k auf, die von einem hydraulischen Kraftheber über einen Hubarm 16 und eine Hubstange 17 betätigbar sind. Die Einrichtung umfaßt ferner ein Paar Kraftsensoren 18, das als Maß für die durch den Pflug 12 verursachte tatsächliche Zugbelastung die' Zugkräfte in den Unterlenkern 1k ermittelt.

Wie die Figur 2 näher zeigt, sind die Kraftsensoren 18 Teil einer ersten, der Zugkraftregelung zugeordneten Vorrichtung 19, die ferner einen Sollwertgeber 23 für die gewünschte Größe der Zugkraft aufweist. Mit den Signalen der Kraftsensoren 18 und dem Sollwertgeber 21 wird in einer Vergleichsschaltung 22 die resultierende Regelabweichung für die Zugkraft ermittelt, welches Signal an einem Ausgang 23 der ersten Vorrichtung 19 zur Verfügung steht.

Wie Figur 2 in Verbindung mit Figur 1 näher zeigt, ist dem Hinterrad 2k des-Schleppers 10 ein erster Drehzahl*· sensor 25 zugeordnet, der zur Umfangsgeschwindigkeit des angetriebenen Hinterrades 2k proportionale Signale liefert. Ferner ist dem nicht angetriebenen Vorderrad

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2β des Schleppers 10 ein zweiter Drehzahlsensor 27 zugeordnet, der somit der Geschwindigkeit des Schleppers 10 entsprechende Signale liefert. Beide Sensoren 25, 27 sind Teile einer zweiten, der Schlupfregelung zugeordneten Vorrichtung 28. Diese Vorrichtung 28 weist ein elektronisches Steuergerät 29 auf, welches aus den Signalen der beiden Sensoren 25 und 27 in üblicher Weise den Schlupf ermittelt. Das Steuergerät 29 steht ferner mit einem zweiten Sollwertgeber 31 in Verbindung, mit dem für den Schlupf eine bestimmte Größe vorgewählt wird. Aus dem errechneten Schlupf und dem vorgegebenen Sollwert ermittelt das elektronische Steuergerät 29 ein Signal für die Schlupf-Regelabweichung, das am Ausgang 32 der zweiten Vorrichtung 28 zur Verfügung steht.

Die Ausgänge beider Vorrichtungen 19 und 28 stehen mit den Eingängen einer Mischvorrichtung 33 in Verbindung, in der die Signale für die Regelabweichungen von Zugkraft und Schlupf hinsichtlich ihrer Größen und ihrer Polarität miteinander verarbeitet werden. Die Mischvorrichtung 33 bildet an ihrem Ausgang 3^ als Signal eine resultierende Regelabweichung, welche einer Antriebsschaltung 35 zugeführt wird. Ist die resultierende Regelabweichung größer als KuIl, so steuert die Antriebsschaltung 35 ein Hebenventil 36 an, das in einer nicht näher gezeichneten Hydraulikanlage liegt und über den Kraftheber 15 und das Hubwerk 11 ein Ausheben des Pfluges 12 steuert. Ist dagegen die resultierende Regelabweichung am Ausgang 3^ kleiner als Null, so betätigt die Antriebsschaltung 35 ein Senkenventil 37, das in entsprechender Weise einen Senkenvorgang des Pfluges 12 steuert. Die Mischvorrichtung 33 weist einen insbesondere von Hand verstellbaren Steller 38 auf, mit dem die Einflüsse von Zugkraft- und Schlupfregelung in einem belie-

bigen Verhältnis zueinander wählbar sind. Die Vorrichtungen 19 und 28 sind ebenso wie die Mischvorrichtung 33 Teile der Einrichtung 39 zur Positionssteuerung des Pfluges 12.

Die Wirkungsweise der Einrichtung 39 zur Positionssteuerung des Pfluges 12 wird wie folgt erläutert, wobei die grundsätzliche Funktion der Hubwerksregelung als an sich bekannt vorausgesetzt wird.

Mit Hilfe der Einrichtung 39 wird vom Fahrer des Schleppers 10 am Sollwertgeber 21 die gewünschte Größe der Zugkraft eingestellt, die vom Fahrer entsprechend den Betriebsbedingungen gewählt wird. Ferner stellt die Bedienungsperson am zweiten Sollwertgeber 31 eine bestimmte Größe für den Schlupf ein. Erfahrungen haben gezeigt, daß bei einem Schlupf um etwa 15 % der Schlepper 10 beim Pflügen günstige Werte erreichen kann. Ferner wird die Bedienungsperson mit dem Steller 38 die Anteile der jeweiligen Regelungsarten vorwählen, wobei er z.B. einen Anteil von 50 % Kraftregelung und entsprechend 50 % Schlupfregelung einstellen kann. Das grundsätzliche Verhalten der Einrichtung 39 ist so ausgebildet, daß bei zu hoher Zugkraft am Pflug 12 die Einrichtung 39 mit dem Hubwerk 11 ein Ausheben des Pfluges 12 solange steuert, bis der sich verringernde Widerstand beim Pflügen zu einer dem eingestellten Sollwert entsprechenden Zugkraft führt. Entsprechend umgekehrt wird bei zu kleiner Zugkraft der Pflug 12 tiefer in den Boden gesenkt. Die grundsätzliche Funktion der Schlupfregelung zielt dahin, bei zu großem Schlupf des Hinterrades 2U den Pflug 12 auszuheben, was zu einem verringerten Widerstand beim Pflügen führt und damit einen niedrigeren Schlupf er-

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gibt. Umgekehrt wird bei zu kleinem Schlupf am Hinterrad 2k der Pflug 12 tiefer in den Boden gesenkt, was zu erhöhtem Widerstand und damit zu größerem Schlupf führt. Bei Regelabweichungen nahe Null wird der Pflug in seiner jeweiligen Lage gehalten.

Die Einflüsse beider Regelungsarten für Zugkraft und Schlupf werden nun in der Mischvorrichtung 33 so zusammengeführt, daß ihre jeweiligen Regelabweichungen τοπ den Vorrichtungen 19 bzw. 28 miteinander verarbeitet werden. Dabei werden die Regelabweichungen von Zugkraft und Schlupf unter Berücksichtigung ihrer Größe und ihrer Polarität entsprechend dem vorgegebenen Mischungsverhältnis zusammengezählt und ergeben dadurch eine resultierende Regelabweichung, welche die hydraulischen Ventile 36 und 37 ansteuert.· Werden der Mischvorrichtung 33 aus beiden Vorrichtungen 19» 28 Hebenimpulse eingegeben, so werden diese entsprechend dem eingestellten Mischungsverhält nis anteilsmäßig addiert und ergeben einen Hebenimpuls am Ausgang 3^; entsprechendes gilt bei Senkenimpulsen. Heben impulse einer Regelungsart und Senkenimpulse der anderen Regelungsart werden entsprechend zusammengezählt und ergeben einen Heben- oder Senkenimpuls am Ausgang 3^. Mit Hilfe der Mischvorrichtung 33 wird stets eine Regelabweichung geschwächt, wenn die andere verstärkt wird. So bleibt die resultierende Regelabweichung stets in dem für sie vorgesehenen Bereich. Zudem kann der Anteil der Schlupfregelung zwischen 0 und 300 % beliebig groß gewählt werden.

Mit einer derartigen kombinierten Zugkraft-Schlupf-Regelung lassen sich beim Pflügen sprunghafte Änderungen im Bodenwiderstand und insbesondere starke Reibungsänderungen am angetriebenen Hinterrad 2k überhaupt erst be-

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herrschen, so daß die Regeleinrichtung 39 relativ ruhig und ohne Überschwingen arbeiten kann. Ein Steckenbleiben des Schleppers 10 bei in der Praxis häufig auftretenden, kurzzeitigen, schlammigen Bodenverhältnissen wird damit vermieden.

Für die Einrichtung 39 zur Positionssteuerung des Pfluges 12 mit am Steller 38 gleich eingestellten Anteilen für Schlupf und Zugkraft haben Ermittlungen ergeben, daß z.B. bei einer sprunghaften Verschlechterung der Reibung um einen Faktor 2,25 der Schlupf sich nur kurzzeitig von einem Ausgangswert von z.B. 12 % auf ca. 17 % erhöht, um dann ohne wesentliches Überschwingen auf 15 % einzupendeln. Zugleich wird bei diesem Reibungssprung bei einer Pflügetiefe von ca. 22 cm der Pflug 12 nur um wenige Zentimeter angehoben, um ohne nennenswertes Überschwingen bei einer Pflügetiefe von ca. 19 cm ein neues Gleichgewicht zu finden. Regelfreajienz und Regelamplitude werden somit bei dieser kombinierten Regelungsart selbst bei ungünstigen Verhältnissen, wie starken Bodenwide3?" standsänderungen und vor allem Reibungsänderungen, erheblich verringert.

Selbstverständlich sind Änderungen an der gezeigten Einrichtung 39 möglich, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen. So kann es bei Bedarf auch zweckmäßig sein, der Regeleinrichtung einen Anteil Lageregelung beizugeben oder auch die Motorbelastung des Schleppers 10 zu ■ berücksichtigen. Die Einrichtung ist nicht auf eine Ausführung mit elektronischen Mitteln begrenzt, sondern kann auch mit hydraulischen oder mechanischen Mitteln ausgeführt werden. Auch die Ausbildung und Wahl der Sensoren für Istwerte und Sollwerte kann dementsprechend gewählt werden.

Claims

2k.9.198U My/Pi ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO STUTTGART 1

1. Einrichtung zur Positionssteuerung eines an einem landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeug über ein Hubwerk angelenkten Arbeitsgeräts, insbesondere eines am Schlepper angelenkten Pfluges, mit einer Vorrichtung, die den Schlupf des Arbeitsfahrzeugs ermittelt und nach Vergleich mit einem Schlupf-Sollwert eine Schlupf-Regelabweichung bildet, um mit diesem Signal über das Hubwerk ein Heben, Senken oder Halten des Arbeitsgeräts in seiner Höhenlage zu steuern, sowie mit einer Vorrichtung zur Ermittlung von Ist- und Sollwert der Zugkraft des angelenkten Arbeitsgeräts und Rückführung der Zugkraft-Regelabweichung zur Steuerung des Arbeitsgeräts, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischvorrichtung (33) vorgesehen ist, in der die Schlupf-Regelabweichung der ersten Vorrichtung (19) und die Zugkraft-Regelabweichung der zweiten Vorrichtung (28) miteinander verarbeitet werden und daß deren Ausgangssignal mit der daraus ermittelten resultierenden Regelabweichung zur Steuerung des Hubwerks (11) benutzt wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen (19, 28, 33) zur Ermittlung und Verarbeitung von Schlupf, Zugkraft und resultierender Regelabweichung als elektronische Systeme ausgebildet sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Parameter von Arbeitsfahr-

zeug (10) und/oder Arbeitsgerät (12), wie insbesondere Lagesignal, Motordrehzahl, im Schlupf-Zugkraft-Regelkreis verarbeitet werden.

k. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Mischvorrichtung (33) das Verhältnis der zu verarbeitenden Eingangssignale beliebig verstellbar ist, insbesondere mit Hilfe eines Stellers (38). - /