DE3436570C2 - Einrichtung zur Positionssteuerung eines an einem landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeug über ein Hubwerk angelenkten Arbeitsgeräts - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zur Positionssteuerung eines an einem landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeug 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. Engng. Res. (1981) 26, S. 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 Sollwertsignal der Zugkraft wird mit dem Istwertsignal der Zugkraft verglichen und 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 Stärke 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 26 47 077 A1 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 Geschwindigkeitsänderungen des Schleppers berücksichtigen kann; zudem werden auch Verdichtungen des zu bearbeitenden Bodens von der Tiefenregelung nicht unmittelbar erfaßt. Diese Einrichtung arbeitet daher unbefriedigend.

Ferner ist aus der EP 0 092 316 B1 eine Einrichtung zur Positionssteuerung eines an einem Schlepper angelenkten Pfluges bekannt, bei der die Parameter Zugkraft und Schlupf in der Regeleinrichtung kombiniert verarbeitet werden. Dabei werden die einzelnen Parameter in einer Vielzahl von Schritten nach einem aufgezeigten Flußdiagramm verarbeitet, wobei in einem Schritt von einem Lastsollwert LCOM zwei Regelabweichungen SERR für Schlupf und RERR für Motordrehzahl abgezogen werden, um somit einen Steuerzwischenwert COMM zu erhalten. Im nachfolgenden Schritt wird dieser Steuerzwischenwert mit dem Zugkraftistwert und zusätzlichen Werten und Faktoren kombiniert, um eine Lastregelabweichung LERR zu erhalten. Trotz des Einflusses von Schlupf- und Motordrehzahl- Regelabweichungen soll insgesamt eine Regelung ereicht werden, bei welcher der Krafteinfluß der dominierende Einfluß bleibt. Eine Mischvorrichtung, bei welcher die eingehenden Signale anteilsmäßig miteinander verarbeitet werden, kann dieser Einrichtung nicht entnommen werden.

Weiterhin ist aus der Zeitschrift "Grundlagen der Landtechnik, Bd. 32, 1982, Nr. 2, Seite 54, Bild 1" eine Mischregelung im Zusammenhang mit einer Einrichtung zur Positionssteuerung eines Hubwerks bekannt, bei der mit Hilfe eines Stellers das Mischungsverhältnis verstellbar ist. Bei dieser Mischvorrichtung werden lediglich zwei Istwerte eingegeben; zudem verarbeitet sie als Parameter die Signale für Kraft und Lage.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zur Positionssteuerung eines an einem landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeug über ein Hubwerk angelenktes Arbeitsgerät anzugeben, welche unterschiedliche Betriebsbedingungen wie Widerstandsänderungen im Boden sowie Reibungsänderungen zwischen Schlepperrad und Boden besser verarbeitet.

Gelöst wird diese Aufgabe ausgehend von der gattungsbildenden Einrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.

Die Einrichtung hat 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.

Ein Ausführungsbeispiel der Einrichtung ist in der Zeich­ nung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Schleppers mit angelenktem Pflug und mit einer Einrichtung zur Positionssteuerung des Pfluges und Fig. 2 ein Blockdiagramm der Einrichtung nach Fig. 1.

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

Das Hubwerk 11 weist ein übliches Dreipunktgestänge be­ stehend aus einem Oberlenker 13 und einem Paar Unter­ lenker 14 auf, die von einem hydraulischen Kraftheber 15 über einen Hubarm 16 und eine Hubstange 17 betätigbar sind. Die Einrichtung umfaßt ferner ein Paar Kraftsen­ soren 18, das als Maß für die durch den Pflug 12 verur­ sachte tatsächliche Zugbelastung die Zugkräfte in den Unterlenkern 14 ermittelt.

Wie die Fig. 2 näher zeigt, sind die Kraftsensoren 18 Teil einer ersten, der Zugkraftregelung zugeordneten Vorrichtung 19, die ferner einen Sollwertgeber 21 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 Fig. 2 in Verbindung mit Fig. 1 näher zeigt, ist dem Hinterrad 24 des Schleppers 10 ein erster Drehzahl­ sensor 25 zugeordnet, der zur Umfangsgeschwindigkeit des angetriebenen Hinterrades 24 proportionale Signale liefert. Ferner ist dem nicht angetriebenen Vorderrad 26 des Schleppers 10 ein zweiter Drehzahlsensor 27 zuge­ ordnet, der somit der Geschwindigkeit des Schleppers 10 entsprechende Signale liefert. Beide Sensoren 25, 27 sind Teile einer zweiten, der Schlupfregelung zu­ geordneten 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 Verbin­ dung, 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-Regelabwei­ chung, 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 Zug­ kraft und Schlupf hinsichtlich ihrer Größen und ihrer Polarität miteinander verarbeitet werden. Die Mischvor­ richtung 33 bildet an ihrem Ausgang 34 als Signal eine resultierende Regelabweichung, welche einer Antriebs­ schaltung 35 zugeführt wird. Ist die resultierende Re­ gelabweichung größer als Null, so steuert die Antriebs­ schaltung 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 Pflu­ ges 12 steuert. Ist dagegen die resultierende Regelab­ weichung am Ausgang 34 kleiner als Null, so betätigt die Antriebsschaltung 35 ein Senkenventil 37, das in ent­ sprechender Weise einen Senkenvorgang des Pfluges 12 steuert. Die Mischvorrichtung 33 weist einen insbesondere von Hand verstellbaren Steller 38 auf, mit dem die Ein­ flüsse von Zugkraft- und Schlupfregelung in einem belie­ bigen Verhältnis zueinander wählbar sind. Die Vorrichtun­ gen 19 und 28 sind ebenso wie die Mischvorrichtung 33 Teile der Einrichtung 39 zur Positionssteuerung des Pflu­ ges 12.

Die Wirkungsweise der Einrichtung 39 zur Positionssteue­ rung 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 Schlep­ pers 10 am Sollwertgeber 21 die gewünschte Größe der Zug­ kraft eingestellt, die vom Fahrer entsprechend den Be­ triebsbedingungen gewählt wird. Ferner stellt die Bedie­ nungsperson 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. ei­ nen Anteil von 50% Kraftregelung und entsprechend 50% Schlupfregelung einstellen kann. Das grundsätzliche Ver­ halten 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 ei­ ner dem eingestellten Sollwert entsprechenden Zugkraft führt. Entsprechend umgekehrt wird bei zu kleiner Zug­ kraft der Pflug 12 tiefer in den Boden gesenkt. Die grundsätzliche Funktion der Schlupfregelung zielt dahin, bei zu großem Schlupf des Hinterrades 24 den Pflug 12 auszuheben, was zu einem verringerten Widerstand beim Pflügen führt und damit einen niedrigeren Schlupf er­ gibt. Umgekehrt wird bei zu kleinem Schlupf am Hinterrad 24 der Pflug 12 tiefer in den Boden gesenkt, was zu er­ höhtem 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 zusam­ mengeführt, daß ihre jeweiligen Regelabweichungen von den Vorrichtungen 19 bzw. 28 miteinander verarbeitet wer­ den. Dabei werden die Regelabweichungen von Zugkraft und Schlupf unter Berücksichtigung ihrer Größe und ihrer Po­ larität entsprechend dem vorgegebenen Mischungsverhält­ nis zusammengezählt und ergeben dadurch, eine resultieren­ de Regelabweichung, welche die hydraulischen Ventile 36 und 37 ansteuert. Werden der Mischvorrichtung 33 aus bei­ den Vorrichtungen 19, 28 Hebenimpulse eingegeben, so wer­ den diese entsprechend dem eingestellten Mischungsverhält­ nis anteilsmäßig addiert und ergeben einen Hebenimpuls am Ausgang 34; entsprechendes gilt bei Senkenimpulsen. Heben­ impulse einer Regelungsart und Senkenimpulse der anderen Regelungsart werden entsprechend zusammengezählt und er­ geben einen Heben- oder Senkenimpuls am Ausgang 34. Mit Hilfe der Mischvorrichtung 33 wird stets eine Regelabwei­ chung 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 100% beliebig groß ge­ wählt werden.

Mit einer derartigen kombinierten Zugkraft-Schlupf-Re­ gelung lassen sich beim Pflügen sprunghafte Änderungen im Bodenwiderstand und insbesondere starke Reibungsände­ rungen am angetriebenen Hinterrad 24 überhaupt erst be­ 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 Pflu­ ges 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 kurz­ zeitig 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 Über­ schwingen bei einer Pflügetiefe von ca. 19 cm ein neues Gleichgewicht zu finden. Regelfrequenz und Regelamplitude werden somit bei dieser kombinierten Regelungsart selbst bei ungünstigen Verhältnissen, wie starken Bodenwider­ standsänderungen und vor allem Reibungsänderungen, erheb­ lich verringert.

Es kann bei Bedarf auch zweckmäßig sein, der Regeleinrichtung einen Anteil Lageregelung beizuge­ ben oder auch die Motorbelastung des Schleppers 10 zu berücksichtigen.

Claims (2)

1. Einrichtung zur Positionssteuerung eines an einem landwirtschaft­ lichen Arbeitsfahrzeug über ein Hubwerk angelenkten Arbeitsgeräts, insbesondere eines am Schlepper angelenkten Pfluges, mit einer Vor­ richtung, die den Schlupf des Arbeitsfahrzeuges 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-Regelab­ weichung zur Steuerung des Arbeitsgeräts, wobei die Vorrichtungen zur Verarbeitung von Schlupf-, Zugkraft- und davon abhängigen Signa­ len als elektronische Systeme ausgebildet sind, dadurch gekennzeich­ net, daß eine Mischvorrichtung (33) vorgesehen ist, in der die Schlupf-Regelabweichung der ersten Vorrichtung (19) und die Zug­ kraft-Regelabweichung der zweiten Vorrichtung (28) entsprechend eines mit Hilfe eines Stellers (38) an der Mischvorrichtung (33) vorgegebenen, verstellbaren Mischverhältnisses anteilsmäßig mit­ einander 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 zusätz­ liche Parameter des Arbeitsfahrzeugs (10) und/oder des Arbeitsgeräts (12), wie insbesondere Lagesignal, Motordrehzahl, im Schlupf-Zug­ kraft-Regelkreis verarbeitet werden.