DE3513064C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Regelverfahren und eine danach arbeitende Regeleinrichtung für landwirtschaftlich nutzbare Zugfahrzeuge mit den im Oberbegriff des Patentanspruches 1 wiedergegebenen Merkmalen.

In der DE-OS 32 35 818 ist eine Regeleinrichtung zum Regeln der Arbeitstiefe eines von einem Schlepper gezogenen Anbaupfluges beschrieben, die einer solchen Regeleinrichtung entspricht. Die Arbeitsweise der bekannten Regeleinrichtung ist folgendermaßen:

Während des Pflügens wird mittels geeigneter Meßwertgeber ständig der aus dem Arbeitswiderstand resultierende Schlupf der Antriebsräder relativ zum befahrenen Gelände ermittelt. Solange dieser einen vorgegebenen Grenzwert nicht überschreitet, wird die Arbeitstiefe des Anbaupfluges durch die Tiefenregelung weitgehend konstant gehalten. Als Meßwert für die Regelgröße "Arbeitstiefe des Anbaupfluges" dient die relative Lage des den Anbaupflug am hinteren Endbereich gegen den Boden abstützenden Stützrades zum Rahmen des Anbaupfluges, mithin die Arbeitstiefe selbst. Übersteigt jedoch der gemessene Radschlupf den gegebenen Grenzwert, so wird anstelle der Arbeitstiefe für die Regelgröße der Radschlupf verwendet. Da dessen augenblicklicher Istwert den durch die Vorgabe des Grenzwertes definierten Schlupfsollwert überschritten hat, wird der Anbaupflug soweit angehoben, bis der Radschlupf im Verlauf des weiteren Pflügens unter den Grenzwert abfällt. Sinkt bei sich normalisierenden Untergrund der Radschlupf um einen bestimmten Betrag unter den Grenzwert, so wird als Regelgröße der Radschlupf wieder durch die Arbeitstiefe abgelöst.

Die Sollwerte für die Arbeitstiefe des Anbaupfluges und den Grenzwert des Radschlupfes müssen bei der bekannten Regeleinrichtung von dem Fahrer des Schleppers unmittelbar vor Arbeitsbeginn an einem Bedienteil eingegeben werden. Dabei ist insbesondere die richtige Einstellung des Grenzwertes schwierig, weil der Grenzwert in einer gewissen Abhängigkeit von dem beim Pflügen akzeptierten mittleren Radschlupf steht. Dieser ist vom Fahrer in weiten Grenzen durch Variieren der Antriebsleistung des Schleppers beeinflußbar. Unter üblichen Pflugbedingungen liegt er in einem Bereich von ca. 10% bis 25% Radschlupf, wobei aber nicht selten Abweichungen nach oben auftreten. Über die tatsächliche Größe des Radschlupfes hat der Fahrer keine hinreichend genaue Vorstellung. Hinzu kommt, daß der mittlere Radschlupf selbst beim Pflügen kleinerer Schläge, durch unterschiedliche Bodenverhältnisse bedingt, stark differieren kann. Aus diesem Grunde ist der Fahrer gezwungen, den Grenzschlupf von vornherein auf einen relativ hohen Wert einzustellen, so daß dieser mit Sicherheit oberhalb eines jeden unter den gegebenen Arbeitsbedingungen zu erwartenden mittleren Radschlupfes liegt. Bei einem zu geringen Abstand zwischen Soll- und Istwert bzw. bei laufender Überschreitung des Sollwerts würde sich anderenfalls dauerhaft die Arbeitstiefe des Pflugs ändern. Dies ist ein nicht gewollter Effekt. Daraus ergibt sich aber, daß beim Regeln nach dem bekannten Verfahren lediglich extreme Radschlupfwerte korrigiert werden, während der Großteil der Radschlupfschwankungen unbeeinflußt bleiben.

Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend von dem aufgezeigten Stand der Technik ein Regelverfahren für Regeleinrichtungen der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, welches den Fahrer davon entlastet, den Schlupfgrenzwert herausfinden und einstellen zu müssen.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 beschrieben.

Die vollkommen selbsttätige Bildung des Grenzwertes anhand des in der Vergangenheit aufgetretenen mittleren Radschlupfs erlaubt es nicht nur dem Fahrer, sich besser auf die Führung des Schleppers zu konzentrieren, sondern ermöglicht es auch, die Differenz zwischen dem Grenzwert und dem mittleren Radschlupf wesentlich kleiner als bisher zu halten, ohne es deshalb zu einem vermehrten Ansprechen der Schlupfbegrenzung mit der Folge einer reduzierten Arbeitstiefe kommen zu lassen. Wegen der Anpassung des Grenzwertes auch an einen sich ändernden mittleren Radschlupf ist dieser Vorteil selbst bei der Bearbeitung von schwierigen Böden mit dementsprechend schwankendem mittleren Radschlupf gegeben. In diesem Fall paßt sich der mittlere Radschlupf den neuen gegebenen Bodenverhältnissen an. Damit ist eine Bodenbearbeitung mit konstanter Arbeitstiefe bei für die momentanen Bodenverhältnisse günstigstem Radschlupf erreicht.

Durch Vorgabe eines maximalen Grenzschlupfes ist es möglich, eine Anpassung des Grenzschlupfes über einen solchen vorgegebenen Grenzwert hinaus zu unterbinden.

Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Merkmale der Erfindung gehen aus den übrigen Ansprüchen hervor. Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockdiagramm des Regelungssystems einer Kraftheber-Anlage eines Schleppers und

Fig. 2 ein Diagramm des über die Zeit aufgetragenen Radschlupfes.

Das Regelungssystem gemäß Fig. 1 enthält in bekannter Weise einen Pflug 1, der mittels eines druckbeaufschlagbaren Kraftheberzylinders 2 höhenverstellbar und damit bezüglich seiner Eindringtiefe in den Boden 3 einstellbar ist. Ein Meßglied für die vom Schlepper aufzubringenden Zugkraft und ein Meßglied für die Lage des Pfluges 1 relativ zum Schlepper ist mit 4 bzw. 5 bezeichnet. Beide Meßglieder 4, 5 sind mit einem Mischglied 6 verbunden, wo ihre Signale zu einem Mischsignal, dessen Mischungsverhältnis M vom Fahrer des Schleppers einzugeben ist, zusammengefaßt werden. Das als Istwert der Arbeitsstiefe fungierende Mischsignal wird anschließend in einem Mischglied 7 mit einem ebenfalls vom Fahrer einzugebenden Sollwert F_S verglichen. Je nach dem, ob das Mischungssignal gleich groß ist wie der Sollwert oder kleiner oder größer, steuert ein Regler ein Steuerventil 9 im Sinne eines Neutralverbleibens oder Anhebens bzw. Absenkens des Pfluges 1 an.

Diesem herkömmlichen Regelungssystem ist ein Mittelwertbildner 10 für mittels an sich bekannter Meßgeräte 11, 12, 13 ermittelte Werte des Radschlupfes S_R zugeordnet. Das Meßgerät 11 ermittelt dabei die theoretische Fahrgeschwindigkeit, z. B. anhand der Drehzahl der angetriebenen Schlepperräder, und das Meßgerät 12 die wahre Fahrgeschwindigkeit, z. B. anhand der Drehzahl eines nicht angetriebenen Schlepperrades. Die Meßwerte beider Geräte 11, 12 werden anschließend einer Redeschaltung 13 zugeführt, wo aus ihnen der augenblickliche Radschlupf S_R des Schleppers errechnet wird.

Jeweils aus den während einer bestimmten konstanten Zeitspanne T ermittelten Radschlupf-Werte wird im Mittelwertbildner 10 ein gemittelter Schlupfmittelwert S_M für die besagte Zeitspanne T errechnet. Anschließend wird auf Grundlage des errechneten Schlupfmittelwertes S_M in einen dem Mittelwertbildner 10 nach­ geschalteten Grenzwertbildner 14 ein zugehöriger Grenzschlupf S_G errechnet. Dieser wird in einem Mischglied 15 mit dem zuletzt gemessenen Wert des Radschlupfes S_R verglichen. Ist der Radschlupf S_R<S_G so arbeitet die Regeleinrichtung in Abhängigkeit von einem zwischen den Mischstellen 7, 16 angeordneten Signum-Funktions-Geber 16 auf Grundlage der von den Meßgliedern 4 und 5 gelieferten Signale in üblicher Weise als Mischregelung. Ist dagegen der Radschlupf S_R<S_G, wird der Signalfluß des Mischgliedes 6 am Mischglied 7 von einem Signal des Gebers 16 derart überlagert, daß das Steuerventil 9 den Kraftheberzylinder 2 im Sinne eines Anhebens des Pfluges 1 ansteuert. Dies geschieht solange, bis der Radschlupf S_R um ein bestimmtes Maß unterhalb des gerade geltenden Schlupfgrenzwertes S_G liegt. Danach wird wieder die Mischregelung aktiv.

Im folgenden wird die erfindungsgemäße Bestimmung des Grenzschlupfes S_G, bei dessen Überschreiten die Regeleinrichtung durch Anheben des Pfluges eine Schlupfbegrenzung durchführen soll, am Beispiel des in Fig. 2 gezeigten Diagrammes erläutert. In diesem ist der gemessene Radschlupf S_R über die Zeit t aufgetragen.

Wie bereits erwähnt, werden die errechneten Werte des Radschlupfes S_R laufend dem mit ausreichend hohem Speicherplatz ausgestatteten Mittelwertbildner 10 zugeführt. Verwertet werden nur die während eines bestimmten, jeweils gerade zurückliegenden Zeitraums T aufgelaufenen Radschlupf-Werte. Der Zeitraum T läßt sich anhand von Feldversuchen bestimmen und wurde bei der Auswertung des gezeigten S_R-Verlaufes zu T=5 sek angenommen. Bei ausreichend großem Speicherplatz lassen sich aber auch höhere Zeiträume T verwerten. Während dieser Zeit legt ein Schlepper beim Pflügen in der Regel etwa 10 m zurück, was in der Größenordnung der Länge des Gespanns Schlepper-Pflug liegt.

Im Mittelwertbildner 10 werden die ermittelten Werte des Radschlupfes S_R der zurückliegenden T sek während des Pflügens laufend nach der Beziehung

integriert und für den zurückliegenden Zeitraum T geltende Schlupfmittelwert S_M bestimmt. Daraus wiederum ergibt sich nach Addition eines Grenzbereichwertes G der Grenzschlupf S_G.

Der Grenzbereichswert G kann dabei eine konstante Größe oder auch abhängig vom ermittelten Schlupfmittelwert S_M sein. Für den Fall der vom Schlupfmittelwert S_M abhängigen Größe des Grenzbereichswertes G läßt sich dieser nach folgender Beziehung ermitteln:

G = K₁ + K₂ × S_M + K₃ × S_M²

wobei K₁, K₂ und K₃ konstante Größen sind, die für bestimmte Schlepper-Arbeitsgerät-Boden-Systeme festgelegt sind, und K₁ immer positiv, und K₂ und K₃ positiv oder negativ sein können. Im Diagramm ist strichpunktiert der Verlauf des Schlupf­ mittelwertes S_M über einen Zeitraum von 14 sek wiedergegeben, wie er nicht ungewöhnlich ist.

Der durch Addition eines konstanten Grenzbereichswertes G bestimmte Grenzschlupf S_G1 ist als eine ununterbrochene Linie, dagegen der durch Addition eines mit dem Schlupfmittelwert S_M veränderlichen Grenzbereichswertes G gewonnene Grenzschlupf S_G2 durch eine gestrichelte Linie dargestellt.

Betrachtet man die Kurve des Radschlupfes S_R, so ist ein sich von der 5. bis zur 10. sek erstreckender Zeitraum erkennbar, in welchem Radschlupfschwankungen von etwa 5% auftreten. Derartige Radschlupfwerte bei etwa konstantem Schlupfmittelwert S_M haben sich bei Messungen anläßlich von Pflugversuchen auch auf optimalem Boden als normal herausgestellt. Dies berücksichtigend, ist der Grenzbereichswert G auf 5% eingestellt. Damit ist ein ausreichender Abstand des Grenzschlupfes S_G von dem Schlupfmittelwert S_M gegeben derart, daß die Schlupfregelung einerseits nicht auf kleinste Radschlupfschwankungen anspricht, andererseits aber den Aufbau von Radschlupfwerten, die in höherem Maß über den Schlupfmittelwert S_M hinausgehen, sofort unterdrückt. Am Beispiel der Schlupfspitze nach der vierten sek ist dieser Vorgang anhand des wahren und theoretischen Verlaufs des Radschlupfes S_R dargestellt.

Auf ungleichmäßigen Böden ist der Schlupfmittelwert S_M in der Regel nicht konstant. Für einen immer schwerer werdenden Boden ist im Schaubild etwa ab der 7. sek der Verlauf des Radschlupfes S_R eingetragen. Die dort erkennbare Tendenz zum Ansteigen des Radschlupfes S_R wird ab der 10. sek von dem Mittelwertbildner 10 durch ein langsames aber stetiges Ansteigen des Schlupfmittelwertes S_M belegt. Dementsprechend steigt auch der Verlauf des Grenzschlupfes S_G1. Damit hat sich der Grenzschlupf S_G an den allgemeinen Trend des Radschlupfes S_R nach einem höheren Schlupfmittelwert S_M angepaßt. Auch jetzt werden lediglich solche Radschlupfwerte durch Ansprechen der Schlupfbegrenzung beeinflußt, die, wie die Werte zwischen der 10. und der 12. sowie der 13. und der 14. sek, den jeweiligen Grenzschlupf S_G übersteigen.

Wie ersichtlich, ist bei der beschriebenen Arbeitsweise der Schlupfbegrenzung sichergestellt, daß, unabhängig davon, wie hoch das allgemeine Niveau des Schlupfmittelwertes jeweils ist, die auftretenden Radschlupfschwankungen auf jeden Fall in der Größenordnung bleiben, wie sie auch für normale Böden gelten. Eine manuelle Nachstellung des Grenzschlupfes S_G durch den Fahrer des Schleppers während des Pflügens erübrigt sich daher.

Wenn im Extremfall der mit einer nach der Erfindung arbeitenden Regeleinrichtung ausgerüstete Schlepper mit Schlupfwerten größer S_{G max} betrieben wird, was in ganz außergewöhnlichen Situationen noch zulässig sein kann, wird das Anbaugerät soweit ausgehoben, d. h., die Arbeitstiefe soweit verringert, daß sich der Radschlupf auf den voreingestellten Grenzwert stabilisiert.

Claims (7)

1. Regelverfahren für landwirtschaftlich nutzbare Zugfahrzeuge, insbesondere Schlepper, zum Beeinflussen der Arbeitstiefe eines von dem Schlepper getragenen Pfluges aufgrund von Änderungen arbeitstiefenabhängiger Meßwerte entweder der vom Pflug herrührenden Zugkraft oder der Arbeitstiefe (Arbeitstiefenregelung) und zum Begrenzen des Schlupfes der Antriebsräder (Schlupfbegrenzung), wobei das Überschreiten eines gegebenen Grenzschlupfes zu einem Anheben des Pfluges führt, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzschlupf (S_G) wiederholt als Summe aus einem Schlupfmittelwert (S_M) und einem Grenzbereichswert (G) gebildet wird.

2. Regelverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzschlupf (S_G) laufend neu gebildet wird.

3. Regelverfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Bildung des Schlupfmittelwertes (S_M) nach folgender Beziehung erfolgt: wobei S_R den jeweils gemessenen Radschlupf und T einen jeweils gerade zurückliegenden Zeitraum bedeutet.

4. Regelverfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Dauer des Zeitraumes (T) von vorzugsweise 5 sek.

5. Regelverfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Grenzbereichswertes (G) in funktioneller Abhängigkeit zum Schlupfmittelwert (S_M) steht.

6. Regelverfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzschlupf (S_G) auf einen einstellbaren, bodenabhängigen Maximalwert (S_Gmax) begrenzt ist, bei dessen Überschreitung der Radschlupf (S_R) unzulässige Bodenschäden hervorruft.

7. Regeleinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bei der der mittels einer Rechenschaltung ermittelte Radschlupf mit einem Schlupf-Grenzwert verglichen wird, der von einem Grenzwert-Organ entstammt, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechenschaltung (13) für die Ermittlung des Radschlupfes (S_R) ein Mittelwertbildner (10) für den Radschlupf (S_R) und diesem als Grenzwert-Organ ein als Rechenschaltung ausgebildeter Grenzwertbildner (14) nachgeschaltet ist.