DE3501568C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Regelung eines über einen Kraftheber an einem landwirtschaftlichen Schlepper angebrachten Anbaugeräts, gemäß dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruchs 1.

Schlepper sind im allgemeinen aufgrund ihrer Einsatzbedin­ gungen und Arbeitsaufgaben und auch hinsichtlich wirt­ schaftlicher Anforderungen in ungefederter Bauweise kon­ struiert. Derartige Fahrzeuge werden deshalb aufgrund der elastischen Eigenschaften und geringen Dämpfung ihrer Reifen besonders leicht und stark durch Fahrbahnuneben­ heiten zu Schwingungen angeregt, wobei die Erregerfrequen­ zen durchaus im Bereich der Eigenfrequenzen liegen können. Diese schwingungsbehafteten Fahrbewegungen des Schleppers führen, insbesondere bei einem über einen Kraftheber am Traktor angebrachten Anbaugerät, d. h. einem Anbaugerät, das keine eigenständigen Fahrelemente, wie Räder oder dgl., aufweist, zu erheblichen Störungen des Arbeitspro­ zesses. So wäre z. B. das Pflügen als wichtigstes Bodenbe­ arbeitungsverfahren bei einer starren Kopplung zwischen Traktor und Pflug nur bei einem idealisierten, völlig ebenen Acker möglich. In Wirklichkeit folgt jedoch der Traktor entsprechend seinem Schwingungsverhalten den Un­ ebenheiten des Ackerbodens und kann dabei erheblichen Winkelauslenkungen, d. h. Nickbewegungen unterliegen, so daß die Relativstellung zwischen Traktor und Pflug ständig geändert werden muß, damit der Pflug im Boden bleibt.

Zu diesem Zweck wird seit langem das Verfahren der Zug­ kraftregelung verwendet, das anhand der Fig. 1 und 2 an dieser Stelle näher erläutert werden soll.

Fig. 1 zeigt einen Traktor 1 mit einem Pflug 2, der über ein Lenkergestänge 3 am Traktor befestigt ist. Auf das Lenkergestänge wirkt zur Veränderung der Relativstellung zwischen Traktor und Pflug ein Kraftheber 4, der von einem hydraulischen Zylinder 5 betätigt wird. Der Zylinder wird über ein Ventil 6 mit Druckfluid versorgt, das von einem Regler 7 angesteuert ist, wie anhand des den Regelkreis darstellenden Blockschaltbildes von Fig. 2 näher erläutert wird. In den Blöcken ist die Übergangsfunktion des jewei­ ligen Regelkreisgliedes eingezeichnet, d. h. die Antwort bzw. Ausgangsfunktion für eine sprungartige Änderung des Eingangssignals. Bei diesen Diagrammen bedeutet t die auf der Abszisse aufgetragene Zeit. Im konventionellen Zug­ kraftregelkreis dient die Summe der Kräfte, die an einer Meßfeder 8, die zwischen einem festen Punkt am Traktor und dem Lenkergestänge angeordnet ist, in Meßrichtung angrei­ fen, als Regelgröße. Im Beispiel ist die Meßrichtung parallel zum Boden festgelegt. Die Summe dieser Kräfte bestimmt sich somit aus der Zugkraft, die sich aus der Pflugtiefe und der entsprechenden Bodenwiderstandscharak­ teristik ergibt, zuzüglich einer entsprechenden Komponente in Meßrichtung einer Gewichtskraft des Pfluges (bei Hori­ zontalfahrt 0); bei sämtlichen betrachteten Kräften sind nur die jeweiligen Komponenten in Meßrichtung maßgebend. Die Regelung arbeitet hierbei so, daß eine Änderung der an der Meßfeder auftretenden Kraft erfaßt und durch die Be­ wegung des Pfluges zu null geregelt wird.

Zur mathematischen Beschreibung im Regelkreis muß die Lage des Pflugs koordinatenmäßig erfaßt werden, wie in Fig. 1 dargestellt ist. Hierbei beschreibt die Koordinate z die Absolutlage des Traktors, während die Koordinate a die Relativstellung zwischen Pflug und Traktor beschreibt. Bei einer Änderung einer oder beider dieser Koordinaten ändert sich dementsprechend die absolute Lage des Pflugs, wie durch die Koordinate a-z beschrieben ist, d. h. der Wert a-z stellt die Abweichung des Pflugs von seiner ur­ sprünglichen Lage dar. Aufgrund einer Absolutlageänderung a-z des Pflugs und/oder aufgrund einer Änderung der Bodenwiderstandscharakteristik, die durch mehrere Kenn­ linien in der Übertragungsfunktion im Blockschaltbild für den Boden gemäß Fig. 2 angedeutet ist, ergibt sich eine Kraftänderung F an der Meßfeder. Die Kennlinien des Bodens sollen hierbei auch Steigungsänderungen oder Widerstands­ änderungen bei gleicher Pflügtiefe erfassen. Die Kraftän­ derung F bewirkt eine Auslenkung f der Meßfeder, aus der der Regler zusammen mit einer geeigneten Sollwertvorgabe w eine Stellgröße y bildet, die auf das Ventil einwirkt und einen dementsprechenden Druckfluidstrom q pro Zeiteinheit zum Zylinder strömen läßt. Durch einen aus diesem Druckfluidstrom folgenden Hub h des Zylinders wird der Kraftheber betätigt und der Pflug senkrecht zum Boden relativ um den Betrag a verschoben. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß sowohl die Relativbewegung als auch die vom Traktor übertragene Störbewegung des Pflugs aus Drehbewegungen, wie beispielsweise den Nickschwin­ gungen oder der Drehung des Lenkergestänges um seine Ge­ lenke, resultieren, jedoch allein der vertikale Anteil dieser Bewegungen ausschlaggebend ist, was durch die Koor­ dinaten dargestellt wird. Dieser Verschiebung des Pflugs durch den Kraftheber wird die Traktorbewegung z überla­ gert, so daß sich eine neue Absolutlage a-z des Pflugs ergibt, die ihrerseits bedingt durch die Bodencharak­ teristik eine Kraftänderung F hervorruft. Der Regelkreis ist damit geschlossen.

Dieses bekannte Regelungsverfahren führt einer geeignet konstanten Sollwertvorgabe folgend zu einer konstanten Zugkraft an der Meßfeder, die über eine unterschiedliche Eintauchtiefe des Pflugs und somit Furchentiefe erreicht wird. Bei der Zugkraftregelung kann daher eine gleich­ mäßige Furchentiefe nur dann erwartet werden, wenn die Zugkraftänderungen, d. h. die Verformungsänderungen der Meßfeder null wären; dies würde einen homogenen Acker­ boden, d. h. ohne Widerstandsänderung bei gleicher Pflüg­ tiefe, sowie einen Fahrweg ohne Steigungsänderungen voraussetzen. Ferner wird durch die Änderung der Furchen­ tiefe über die Regelung ein Abfall der Motordrehzahl ver­ hindert, der unter Umständen zu einem Festfahren des Ge­ spanns führen kann. Ein solches Festfahren wird aber nur so lange vermieden, als sich die Zugkraft über die An­ triebsräder des Traktors im Boden abstützen läßt. Sinkt die übertragbare Triebkraft durch Verschlechterung der Kraftschlußverhältnisse nun unter den Sollwert der Zugkraft, so fordert der Regelkreis eine Zugkrafterhöhung und reagiert zu diesem Zweck im Sinne einer Mitkopplung, d. h. der Pflug wird weiter abgesenkt, um eine höhere Zugkraft zu bewirken; mit folglich ansteigendem Radschlupf führt dies schließich zum Festfahren des Gespanns, sofern nicht durch eine manuelle Korrektur eingegriffen wird. Ein manuelles Eingreifen muß laufend auch dann vorgenommen werden, wenn eine gleichmäßge Furchentiefe gefordert wird, die aufgrund des prinzipiellen Regelkreisaufbaus bei realen Boden- und Ackerverhältnissen nicht automatisch gegeben sein kann. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, bildet der Bodenwiderstand als die die zu regelnde Zugkraft beein­ flussende Hauptgröße ein Element des Regelkreises, das sich erheblich auf dessen Dynamik und Empfindlichkeit auswirkt.

Neben dem Zugkraftregelkreis kann der Kraftheber noch einen Lageregelkreis aufweisen, der das An- und Abkoppeln der Anbaugeräte erleichtert und bei getragenen Geräten, wie z. B. bei Düngerstreuer oder Feldspritzgeräten, die Stellung bezüglich des Traktors kontrolliert. Unter beson­ deren Bedingungen werden bei der Bodenbearbeitung der Zugkraft- und der Lageregelkreis auch gemeinsam betrieben.

Zur gerätetechnischen Realisierung dieses bekannten Ver­ fahrens sind im wesentlichen drei Möglichkeiten bekannt:

Einer mechanisch-hydraulischen Regelung, bei der die Re­ gelgrößen Zugkraft und Relativstellung Traktor/Pflug mechanisch erfaßt und über ein Gestänge und Hebel zu einem Schieber für das Ventil des Krafthebers übertragen werden, sind bedingt durch die unmittelbare Signalrückführung ohne Verstärkung hinsichtlich Stabilität und Empfindlichkeit enge Grenzen gesetzt. So muß die Meßfeder bei den zu erwartenden Zugkraftänderungen Verformungen zulassen, die zur Betätigung des Schiebers ausreichen, was zusammen mit den großen Massen der Anbaugeräte zu Signalverzögerungen führt, die zusätzlich die Schwingungsneigung (Instabili­ tät) erhöhen und die Schnelligkeit des Regelkreises ver­ ringern. Darüber hinaus neigt die MHR-Regelung aufgrund der Reibungen und des Spiels der mechanischen Gestängekon­ struktion zu Dauerschwingungen, welche durch eine breite Ansprechschwelle, die mehr als 20 % der maximalen Zugkraft betragen kann, unterdrückt werden müssen.

Diese Nachteile werden durch eine servohydraulische Rege­ lung verringert, bei der eine hydraulische Leitung und Verstärkung der Regelsignale erfolgt. Schwingungsbegünsti­ gendes Spiel und Reibung treten in der hydraulischen Rück­ führung nicht auf. Zusätzlich kann der an der Meßfeder erforderliche Verformungsweg erheblich reduziert werden.

Auch bei einer elektrohydraulischen Regelung wird das Prinzip der Zugkraft- und Relativstellungsrückführung bei­ behalten, die Zugkraftmessung jedoch mittels elektro­ nischer Systeme vorgenommen. So wird die Verformung eines konventionellen MHR-Meßgliedes mit Hilfe eines induktiven Wegaufnehmers erfaßt, was jedoch keine prinzipiellen Funktionsvorteile bietet, wenn auch das Gestänge und seine negativen Einflüsse auf die Regelung wegfallen. Bei einer direkten Zugkraftmessung in den Befestigungsbolzen (Kraft­ meßbolzen) des Lenkergestänges, vorzugsweise in denjenigen der Unterlenker, wird die Kraftheberkonstruktion verein­ facht und aufgrund der hohen Steifigkeit des Meßgliedes die Regelungsdynamik verbessert. Ebenso wie bei einer potentiometrischen Messung der Kräfte in beiden Unterlen­ kern in einer rautenförmigen Öffnung (Kraftmeßring) liegen hierbei die Nachteile in der verschleißgefährdeten starken Beanspruchung der Meßglieder und des durch mechanische Reibung bedingten Hystereseverhaltens, sowie in der An­ ordnung von elektronischen Bauteilen, wie Sensoren, in einer elektronikfeindlichen Umgebung.

Unabhängig von der Wahl der jeweiligen gerätetechnischen Realisierung bringt somit die Zugkraftregelung aufgrund des regelungstechnischen Prinzips zusammenfassend folgende Nachteile mit sich:

Sie ermöglicht bei der Bodenbearbeitung keine echte Auto­ matisierung, da in der Praxis besonders auf Böden mit stark wechselnder Widerstandscharakteristik der Tiefgang des Pflugs beobachtet und manuell in die Regelung einge­ griffen werden muß. Andere Arbeitsverfahren, die eine gleichmäßige Arbeitsebene oberhalb des Bodens erfordern, können nur als Regelung mit der Relativstellung Trak­ tor/Pflug als Regelgröße durchgeführt werden, was aufgrund der Traktornickbewegungen zwangsläufig zu Fehlern führt. Die konstruktive Gestaltung der Zugkraftmeßeinrichtung bereitet erhebliche Schwierigkeiten, da dieses elastische Element nicht nur die hohen Zugkräfte messen und abstützen muß, sondern auch die erheblichen dynamischen Kräfte beim Transport der schweren Anbaugeräte übertragen muß. In regelungstechnischer Hinsicht steht das nicht lineare und instationäre Verhalten des Bodens als Element des Regel­ kreises einer Optimierung der Zugkraftregelung entgegen. Seine Übertragungscharakteristik geht als Faktor in die Rückkopplungsverstärkung ein, so daß sowohl die Schwin­ gungsneigung (Stabilitätsgrenze) und die Ansprechgeschwin­ digkeit als auch die Empfindlichkeit und Genauigkeit der Regelung von der Bodenart geprägt werden.

Zur Ausschaltung dieser grundsätzlichen Nachteile der Zugkraftregelung gibt es bereits Ansätze im Stand der Technik. So ist aus der DE-AS 12 37 831 sowie aus der DE- AS 12 79 406 eine Regelung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bekannt, bei dem als Regelgröße die Bewegung des Anbaugeräts mittels eines Bewegungssensors ermittelt und herangezogen wird. Dabei wird die Krümmung der Bodenoberfläche als Führungsgröße für die Höhenver­ stellung des Geräts benutzt, indem die Krümmung der Boden­ oberfläche als Geschwindigkeit der Winkeländerungen gemes­ sen wird, die von der Zugmaschine beim Überfahren der Bodenunebenheiten ausgeführt werden. Wenngleich diese bekannte Regelung vom Prinzip her in der Lage ist, den systematischen Schwächen der Zugkraftregelung entgegenzu­ wirken, so hat sie sich dennoch bislang deswegen nicht durchsetzen können, weil sie einen vorrichtungstechnischen Aufbau erfordert, der einer optimierten Signalverarbeitung abträglich ist.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Regelung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 der­ art weiterzubilden, daß unter Beibehaltung eines bestimm­ ten vorrichtungstechnischen Grundkonzepts der Signalfluß unter Abstimmung auf die baulichen Randbedingungen der Schnittstelle zwischen Anbaugerät und Schlepper optimiert werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Der erfindungsgemäße Schritt eröffnet die Möglichkeit, die Regelgröße dort zu messen, wo sie unmittelbar in das System eingebracht wird. Der Signalfluß wird auf diese Weise auf eine minimale Strecke reduziert. Der Aufbau des Bewegungssensors aus einem Feder-Masse-System eröffnet darüber hinaus die Möglichkeit, durch geeignete Verände­ rung der Eigenfrequenz und/oder durch Abstimmung des Dämpfungsgliedes des Feder-Masse-Systems auf den jeweili­ gen Ort der Anbringung des Sensors entweder Geschwindig­ keiten oder Beschleunigungen zu erfassen und somit unmit­ telbar ein Signal zu gewinnen, das für die schnellstmög­ liche Verarbeitung in der Regelung jeweils optimal er­ scheint. Dabei ergibt sich der zusätzliche Vorteil, daß derartige Bewegungssensoren mittlerweile käufliche Teile darstellen, deren Bauvolumen sehr klein ist. Durch geeig­ nete Kapselung des Bewegungssensors kann dieser an jeder Stelle des Schleppers bzw. des Anbaugeräts angebracht werden, wobei das Ausgangssignal geeigneterweise unter Zwischenschaltung eines Verstärkers dem Regler zugeführt wird. Der vorrichtungstechnische Aufwand wird auf diese Weise zusätzlich verringert.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Mit der Weiterbildung gemäß Patentanspruch 2 wird der Vorteil erzielt, daß lediglich ein einziger Sensor zur Regelung erforderlich wird. Allerdings führt diese Ausge­ staltung dazu, daß der Bewegungssensor beim Wechsel des Anbaugeräts mit umgebaut werden muß. Um diesen bedienungs­ technischen Nachteil zu beseitigen, sind die Weiterbil­ dungen der Regelung gemäß Patentanspruch 3 bzw. 4 von Vorteil.

Wegen der direkten und starren Kopplung zwischen dem Kraftheber und dem Anbaugerät ist die vom Bewegungssensor am Kraftheber ermittelte Absolutbewegung direkt propor­ tional zu der Absolutbewegung, die ein Bewegungssensor ermittelt, der am Anbaugerät selbst montiert ist. Dadurch kann der Regelkreis der Regelungsausführungen gemäß Pa­ tentanspruch 2 und 3 im wesentlichen identisch ausgeführt werden, wobei ggf. bei der Variante gemäß Patentanspruch 3 ein geeignetes Proportionalitätsglied verwendet werden kann.

Eine weitere Möglichkeit, die Absolutbewegung des Anbauge­ räts zu ermitteln und als Regelgröße heranzuziehen, ohne bei einem Wechsel des Anbaugeräts den Bewegungssensor stets mit auswechseln zu müssen, ist Gegenstand des Unter­ anspruchs 4. Wenn sich gemäß dieser Ausführung der Schlep­ per bewegt, führte der Kraftheber entsprechend dieser Störbewegung eine Korrekturbewegung aus, die bei geeigne­ ter Abstimmung des Regelkreises so groß ist, daß die Differenz zwischen der Kraftheber- und der Traktorbewegung zu null wird. Damit bleibt die Lage des Anbaugeräts bezüg­ lich des Bodens stets unverändert. Es hat sich gezeigt, daß das Übertragungsverhalten der Bewegungsregelung durch die Befestigung des Sensors am Schlepper nicht beeinflußt wird, daß sich aber andererseits hinsichtlich der Hand­ habung und Signalübertragung der große Vorteil ergibt, daß der Sensor beim Wechsel von Anbaugeräten nicht mehr umge­ baut werden muß. Darüber hinaus ergibt sich der zusätz­ liche Vorteil, daß die Elemente der elektronischen Rück­ kopplung, d. h. der Wandler, der Verstärker sowie die Leitungen und Stecker, zuverlässiger vor äußeren Einflüs­ sen geschützt werden können.

Gemäß Anspruch 7 wird zusätzlich als weitere Regelgröße die Relativstellung Schlepper/Anbaugerät herangezogen und so geregelt, daß sie im zeitlichen Mittel konstant ist. Das heißt, über die Zeit betrachtet heben sich die aus einer Relativbewegung resultierenden Beträge, um dieses Anbaugerät nach oben (negativ) oder nach unten (positiv) verschoben wird, in der Summe auf. Aus der Überlegung, daß das Gespann bei erneutem Erreichen einer Ausgangsstellung, beispielsweise nach einer Rundfahrt, wieder dieselbe Stellung wie zu Beginn einnehmen soll, führt dies dazu, daß langsam erfolgende Vertikalbewegungen des Schleppers, die beispielsweise beim Überfahren eines Hügels auftreten, vom Anbaugerät mitgemacht werden, d. h. daß in einem solchen Fall das Anbaugerät der Absolutbewegung des Trak­ tors folgend seine Lage im Raum ändert und gleichen Ab­ stand zum Boden einhält. Somit wird verhindert, daß bei­ spielsweise beim Pflügen mit einem Pflug als Anbaugerät dieser "durch" den Hügel gezogen wird. Die aus der Nickbe­ wegung des Traktors angeregte Absolutbewegung des Anbauge­ räts um seine Absolutlage wird jedoch durch die Regelung zu null gehalten.

Zur Vermeidung einer Überlastung des Motors des Schlep­ pers, die zu einem Abwürgen führen könnte, wird gemäß den Ansprüchen 6 und 7 die Drehzahl des Motors dem Regelkreis als Hilfsregelgröße überlagert, die bei einem unzulässigen Abfall der Motordrehzahl in die Regelung eingreift und zur Verringerung der Belastung des Motors das Anbaugerät um ein gewisses Maß hebt.

Mit der Weiterbildung gemäß Patentanspruch 8 ergibt sich ein günstiges Ansprechverhalten des Regelkreises.

Der Bewegungssensor kann beispielsweise von einem transla­ tiv arbeitenden Beschleunigungsaufnehmer gebildet sein, da die auszuregelnden Störbewegungen des Schleppers haupt­ sächlich jedoch Nickbewegungen des landwirtschaftlichen Schleppers darstellen, und die ebenfalls auftretenden Hubbewegungen der Maschine eher von untergeordneter Be­ deutung sind, ist es besonders vorteilhaft, die Regelung in der Weiterbildung gemäß Patentanspruch 9 anzuwenden, und die um die Querachse der Maschine aufgenommenen rota­ tiven Beschleunigungen als Meßgröße heranzuziehen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Gespann bestehend aus Schlepper und Anbau­ gerät, das entsprechend der bekannten Zugkraft­ regelung aufgebaut ist,

Fig. 2 ein Blockdiagramm für den Regelkreis des Ge­ spanns gemäß Fig. 1,

Fig. 3 ein Gespann bestehend aus Schlepper und Anbau­ gerät, bei dem die erfindungsgemäße Regelung verwirklicht ist,

Fig. 4 und 5 Blockschaltbilder für bei dem Gespann gemäß Fig. 3 angewandte erfindungsgemäße Regelkreise,

Fig. 6 einen Beschleunigungssensor zur Realisierung der erfindungsgemäßen Regelung,

Fig. 7 eine der Fig. 3 entsprechende Ansicht eines Gespanns, bei dem der Bewegungssensor an einer von Fig. 3 abweichenden Stelle montiert ist,

Fig. 8 eine Fig. 7 ähnliche Darstellung eines Gespanns, bei dem der Bewegungssensor am Traktor angebracht ist, und

Fig. 9 ein Blockschaltbild für den bei dem Gespann ge­ mäß Fig. 8 angewandten erfindungsgemäßen Regel­ kreis.

Fig. 3 zeigt einen Traktor 1 mit angebautem Pflug 2, dessen Lage mit der erfindungsgemäßen Regelung geregelt wird. Gleiche Bezugszeichen bzw. gleiche Koordinaten­ richtungen wie in Fig. 1 bezeichnen gleiche Bauteile bzw. gleiche Bewegungen und werden daher nicht wiederholt erläutert. In der Nähe eines Traktorfahrerplatzes ist ein Sollwertgeber 10 in Kombination mit einem Regler 11 angebracht, der manuell vom Fahrer einstellbar ist. Auf dem Pflug ist ein Bewegungssensor 12 montiert, der beispielsweise die Absolutbeschleunigung des Pflugs mißt und ein entsprechendes Signal i _z an den Regler gibt, der seinerseits ein Stellsignal i _d an das den Zylinder 5 des Krafthebers betätigende Ventil 6 gibt. In Fig. 4 ist das Blockschaltbild für diesen Regel­ kreis dargestellt. Einer durch den Kraftheber ausgelösten Relativbewegung a des Pflugs wird die Störbewegung z des Traktors überlagert, so daß sich für den Pflug eine Absolutbewegung a-z ergibt, die je nach Betrag der beiden Bewegungen in den Boden hinein oder aus diesem herausführt. Diese Absolutbewegung des Pflugs wird durch den Bewegungssensor als Beschleunigung ä- erfaßt, was im Blockschaltbild für den Bewegungssensor durch die zweimalige Ableitung nach der Zeit (d/dt) ² der Absolut­ lagekoordinate a-z des Pflugs zum Ausdruck kommt. Der Bewegungssensor gibt das der gemessenen Beschleunigung entsprechende Signal i _z an den Regler. Wie ferner dar­ gestellt ist, wird die Relativbewegung a des Pflugs durch einen Lagesensor 13 erfaßt und aus dieser ein über das zeitliche Mittel konstantes Signal i _a für den Regler so bestimmt, daß die Relativbewegungen des Pflugs in der Summe über eine gewisse Zeit hinweg zu null werden; dies entspricht einer im zeitlichen Mittel starren Kop­ pelung und hat wie erwähnt den Zweck, daß der Pflug langsamen vertikalen Traktorbewegungen, die beispielswei­ se beim Überfahren eines Hügels auftreten, folgt und seine Lage im Raum verändert. Der Regler bildet aus den Signalen i _z und i _a sowie dem durch die Sollwertvorga­ be festgelegten Signal i _w ein Stellsignal i _d, das auf das Ventil 6 einwirkt und dessen Druckfluidstrom q be­ stimmt, der den Zylinder zu einem Hub h veranlaßt. Das Blockschaltbild des Ventils ist gemäß Fig. 4 in drei Blöcke aufgeteilt, die die Übergangsfunktion eines einen Kolben des Ventils betätigenden Magneten, einer Vorsteuerung und einer Steuerkante darstellen, deren Lage letztlich die Größe der Ventilöffnung und somit des Druckfluidstroms bestimmt. Aus dem Hub h des Zylin­ ders erfolgt über den Kraftheber eine neue Relativbewe­ gung a des Pflugs, die zum einen zur Bildung des über das zeitliche Mittel konstanten Signals herangezogen wird und zum anderen überlagert von der Störbewegung z vom Bewegungssensor für die Absolutbeschleunigung des Pflugs erfaßt wird. Der Regelkreis ist somit ge­ schlossen. Das Stellsignal i _d des Reglers wird hierbei so gebildet, daß einer Absolutbewegung des Pflugs entge­ gengewirkt wird, d. h. daß diese zu null geregelt wird, wobei Absolutlageveränderungen des Pflugs, um die die zu null geregelten Bewegungen auftreten, aufgrund der Rück­ führung der Relativlage a so, daß sich im zeitlichen Mittel eine starre Koppelung ergibt, entsprechend einer solchen Absolutlageveränderung des Traktors möglich sind.

Bei dieser Regelung kann nun der Fall eintreten, daß aufgrund eines stark erhöhten Bodenwiderstandes, der auf die Regelung und somit die Lage des Pflugs keinen Einfluß mehr ausübt, die Belastung des Traktors unzuläs­ sig ansteigt, da der Pflug in diesem Fall im Gegensatz zur Zugkraftregelung nicht angehoben wird. Es ist daher zweckmäßig, wie die Fig. 3 und 5 zeigen, die Motordreh­ zahl des Traktors über einen Drehzahlsensor 14 zu erfas­ sen, der an die Regelung ein weiteres Signal i _n liefert, das bei unzulässigen Motordrehzahlen eine entsprechende Verlagerung des Arbeitsgeräts hervorruft. So wird bei­ spielsweise der Pflug ein wenig nach oben verfahren, wenn aufgrund eines übermäßig stark erhöhten Bodenwider­ stands die Belastung des Motors ansteigt und seine Drehzahl einen unzulässig niedrigen Wert erreicht. Zur genauen Erfassung der Motorbelastung können selbstver­ ständlich hierzu auch weitere Kenngrößen als Hilfsregel­ größen herangezogen werden.

Die erfindungsgemäße Regelung bringt neben den prinzipiellen Vorteilen, die eine echte Konstantla­ geregelung des Anbaugeräts ermöglichen, auch verschiedene konstruktive Vorteile mit sich. Da das Kraftmeßelement entfällt, kann die Lenkerlagerung des Krafthebers aus­ schließlich im Hinblick auf die höchsten Belastungen ausgelegt werden, welche beim Transport schwerer Anbau­ geräte entstehen. Für die Belastungsbegrenzung des Motors steht ein mechanisches Drehzahlsignal am Fahrplatz bereits zur Verfügung und die Umwandlung dieses Signals in ein elektrisches ist auf einfache Weise beispielsweise mit Hilfe eines Tachogenerators möglich. Die elektronische Messung, Rückführung und Verarbeitung der Bewegungssigna­ le und der Lastsignale des Motors ist im Regler opti­ mierbar, so daß die Bewegungs- und Lastregelung unabhän­ gig vom Schlepper, der Anbaugeräte- und Bodenart ein­ stellbar ist. Die Umgebungsbedingungen für den Bewegungs­ sensor am Anbaugerät sind günstiger als die Bedingungen im Bereich der unteren Lenker. Außerdem stellt der kon­ struktive Aufbau eines Bewegungssensors, der in Fig. 6 dargestellt ist, eine Einheit dar, welche günstige Voraussetzungen für eine vollständige Kapselung bietet.

Der Bewegungssensor gemäß Fig. 6 erfaßt die Beschleuni­ gung und kann somit als Beschleunigungssensor bezeichnet werden. Er umfaßt ein allseitig geschlossenes Gehäuse 20, das mit Öl 21 gefüllt ist, in dem eine an einer sich in Längsrichtung des Gehäuses erstreckenden Blattfe­ der 22 befestigte Masse 23 "schwimmt". Der Masse gegen­ überliegend ist ein Aufnahmestück 28 angeordnet, in das zwei elektronische Wegesensoren 25 eingesetzt sind, die mittels elektrischer Kabel mit einem an der Außensei­ te des Gehäuses angeordneten Kabelanschluß 26 verbunden sind. Die Masse 23 weist einen Vorsprung mit ebener Stirnfläche auf, an der eine Meßfläche 24 vorgesehen ist, die einer Stirnfläche der elektronischen Wegesenso­ ren mit geringem Abstand gegenüberliegt. In Abhängigkeit von der Beschleunigung des Bauteils, an dem der Beschleu­ nigungssensor angebracht ist, erfährt die Masse eine durch das Öl 21 gedämpfte Auslenkung, die durch die Wegesensoren erfaßt und in ein elektrisches Signal um­ gewandelt wird, das am Kabelanschluß 26 abgenommen werden kann. Am Gehäuse 20 des Beschleunigungssensors ist ferner ein Befestigungsflansch 27 zum Anbringen beispielsweise an dem Anbaugerät vorgesehen.

Der in Fig. 6 gezeigte Beschleunigungssensor arbeitet quasi translativ, d. h. er erfaßt in erster Linie Beschleunigungen in einer Richtung, die senkrecht auf der Blattfeder 22 steht. Dadurch ist der gezeigte Be­ schleunigungssensor in der Lage, sowohl Nick- als auch reine Hubbewegungen des Gespanns in ein repräsentatives Ausgangssignal umzuwandeln. Da die auftretenden Hub­ bewegungen der Maschine und des Gespanns allerdings gegenüber den Nickbewegungen des landwirtschaftlichen Schleppers bzw. des Gespanns nur von untergeordneter Bedeutung sind, genügt für eine zuverlässige Ermittlung der Absolutbewegung des Anbaugeräts auch ein Beschleu­ nigungssensor, der lediglich rotative Beschleunigung um eine horizontale Querachse Q des Gespanns bzw. des Schleppers aufnimmt.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist der Beschleunigungssensor 12 direkt auf dem Anbaugerät 2 montiert. Eine derartige Anbringung des Beschleuni­ gungssensors setzt voraus, daß dieser bei einem Wechsel des Anbaugeräts stets mit umgebaut werden muß und daß die zum Beschleunigungssensor führenden Signalüber­ tragungseinrichtungen über eine verhältnismäßig lange Strecke äußeren Einflüssen ausgesetzt sind. Dies kann zu handhabungstechnischen und auch betriebstechnischen Schwierigkeiten führen. Um dies zu verhindern sieht die Erfindung weitere, in den Fig. 7 bis 9 gezeigte Aus­ führungsformen vor.

Die in Fig. 7 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der in Fig. 3 dargestellten lediglich dadurch, daß der Bewegungssensor 12′, der im übrigen ebenso wie der Be­ wegungssensor 12 gemäß Fig. 3 ausgebildet sein kann, nunmehr die Vertikalbewegungen eines oberen Anlenkpunktes 15 eines am Lenkergestänge 3 angelenkten Krafthebers 16 erfaßt. Aufgrund der starren Kopplung zwischen Kraft­ heber 16 und dem Anbaugerät 2 ist das vom Bewegungssen­ sor 12′ erzeugte Ausgangssignal i _z direkt proportional dem vom Bewegungssensor 12 gemäß Fig. 3 erzeugten Aus­ gangssignal, so daß die in Fig. 4 und 5 gezeigten Regel­ kreise unverändert bei dem Gespann gemäß Fig. 7 ange­ wendet werden können, um die erfindungsgemäße Lagere­ gelung des Anbaugeräts durchzuführen. Auf den Regel­ kreis wird deshalb nicht mehr näher eingegangen; zur Vereinfachung der Beschreibung des Gespanns wurden die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 3 verwendet.

Eine weitere Möglichkeit, die erfindungsgemäße Lagere­ gelung des Anbaugeräts durchzuführen, ohne den Be­ wegungssensor 12 am Anbaugerät 2 selbst anbringen zu müssen, ist in den Fig. 8 und 9 dargestellt. Zur Ver­ einfachung der Beschreibung sind wiederum diejenigen Elemente des Gespanns, die denen gemäß Fig. 3 und 7 entsprechen, mit identischen Bezugszeichen versehen. Das Gespann gemäß Fig. 8 unterscheidet sich von den vorstehend beschriebenen Anordnungen dadurch, daß der Bewegungssensor 12′ nicht mehr die Absolutbewegung des Anbaugeräts, sondern die Absolutbewegung z des Schleppers 1 erfaßt. Um dennoch die erfindungsgemäße Lageregelung des Anbaugeräts durchführen zu können, ist in diesem Fall der Regelkreis geringfügig abweichend von den in den Fig. 4 und 5 gezeigten Regelkreisen aufgebaut. Die Regelstrecke, bestehend aus Ventil, Zylinder und Kraft­ heber kann dabei derjenigen gemäß Fig. 4 bez. 5 ent­ sprechen. Die Ermittlung der dem Regler zugeführten Regelgröße, nämlich der Absolutbewegung des Anbauge­ räts, erfolgt allerdings abweichend von den in Fig. 5 bzw. 6 dargestellten Regelkreisen dadurch, daß die vom Bewegungssensor 12′ gemessene Bewegung des Schleppers 1 dem Regelkreis an einer Stelle 17, an der ein die Re­ lativlage des Anbaugeräts zum Schlepper wiedergebendes Signal i _a vorliegt, mit umgekehrten Vorzeichen (-i _z) als Führungsgröße vorgegeben und in Überlagerung mit dem Signal i _a dem Regler zugeführt wird. Da der Bewegungssensor 12′ vorzugsweise wiederum ein Beschleuni­ gungssensor ist, dessen Ausgangssignal i die Absolut­ beschleunigung des Traktors wiedergibt, befindet sich die Stelle 17, an der dieses Signal mit negativem Vor­ zeichen dem Regelkreis als Führungsgröße vorgegeben wird an einer Stelle, an der vom Signal i _a die zwei­ fache Ableitung nach der Zeit, d. h. das Signal i _ä vorliegt. Zwischen der Stelle 17 und dem Regler liegt somit ein Signal i _ä -i vor, das dem Signal i _z ge­ mäß Fig. 4 entspricht. Der Regelkreis gemäß Fig. 9 be­ sitzt somit die gleiche Regelgröße wie die vorstehend beschriebenen Regelkreise gemäß Fig. 4 bzw. 5.

Wenn sich bei der Ausführungsform gemäß Fig. 8 und 9 der Traktor bewegt, führt der Kraftheber 16 entsprechend dieser Bewegung, die bei den Regelkreisen gemäß Fig. 4 und 5 eine Störbewegung z darstellt, eine definierte Korrekturbewegung aus. Bei geeigneter Abstimmung des Reglers auf die Regelstrecke wird dann die nach dem Punkt 17 des Regelkreises vorliegende Differenz i _ä-i zu Null geregelt, so daß die Lage des Anbaugeräts be­ züglich des Bodens als Folge davon unverändert bleibt. Auch bei dem Regelkreis gemäß Fig. 9 kann die von einem Drehzahlsensor 14 erfaßte Motordrehzahl des Schleppers als Hilfsregelgröße herangezogen werden, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist.

Es wurde vorstehend erwähnt, daß der Bewegungssensor 12 bzw. 12′ Bewegungen, bevorzugterweise Beschleunigungen in Richtung der Koordinate z erfaßt; dies setzt aller­ dings nicht voraus, daß der Beschleunigungsaufnehmer rein translativ arbeitet. Vielmehr kann auch bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 7 bis 9 in vorteilhafter Weise ein Beschleunigungssensor 12′ herangezogen werden, der ausschließlich rotative Beschleunigungen um eine horizontale Querachse Q des Schleppers 1 aufnimmt.

Claims (9)

1. Regelung eines über einen Kraftheber an einem landwirt­ schaftlichen Schlepper angebrachten Anbaugeräts, wobei als Regelgröße die Bewegung des Anbaugeräts mittels eines Bewegungssensors ermittelt und herangezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Bewegungssensor (12; 12′) aus einem gedämpften Feder-Masse-System besteht.

2. Regelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bewegungssensor (12) am Anbaugerät (2) angebracht ist.

3. Regelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bewegungssensor (12′) am Kraftheber (16) des Schlep­ pers (1) angebracht ist.

4. Regelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bewegungssensor (12) am Schlepper (1) angebracht ist und die Bewegung (Z) des Schleppers (1) gemessen und einem Regelkreis für die Relativlage (a) zwischen Schlepper (1) und Anbaugerät (2) mit umgekehrtem Vorzeichen als Füh­ rungsgröße (w) vorgegeben wird.

5. Regelung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Regler (11) für die Regelung der Absolutbewegung (a-z) des Anbaugeräts (2) zu Null ein Regler unterlagert ist, der die Koordinate (a) für die Relativstellung im zeitlichen Mittel konstant hält.

6. Regelung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelung eine die Belastung eines Motors des Schleppers (1) repräsentierende Größe als Hilfsregelgröße überlagert wird.

7. Regelung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsregelgröße die Motordrehzahl ist.

8. Regelung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß vom Bewegungssensor (12; 12′) Ge­ schwindigkeiten oder Beschleunigungen gemessen werden.

9. Regelung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß vom Bewegungssensor (12; 12′) ausschließlich Rotationsbe­ schleunigungen um eine Querachse (Q) des Schleppers (1) gemessen werden.