DE3717719A1 - Elektrohydraulische hubwerksregeleinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrohydraulische Hubwerks­ regeleinrichtung, die im Landmaschinen- insbesondere im Traktorenbau Anwendung finden kann.

Die Aufgabe einer Hubwerksregeleinrichtung besteht einer­ seits in der Ermöglichung der Übertragung eines gleich­ mäßig großen Anteiles der Gerätelast auf die Antriebs­ räder des Traktors und andererseits in der Sicherung der geforderten Arbeitsqualität, insbesondere der Arbeitstiefe. Da diese beiden Forderungen sich in der technischen Reali­ sierung einander widersprechen, wurden Hubwerksregelein­ richtungen entwickelt, bei denen eine beliebige Mischung von Zugkraft- und Lage-Istwertsignalen entsprechend den Einsatzbedingungen möglich ist. Die Signalübertragung und -verarbeitung erfolgt vorwiegend elektrisch, die Energie­ übertragung hydraulisch. Schnittstelle ist ein Magnet- Proportionalventil, welches eine Neutralstellung für druck­ armen Ölumlauf besitzt. Das beliebig gemischte resul­ tierende Istwertsignal wird mit einem Sollwertsignal verglichen. Überschreitet die Regelabweichung eine Tot­ zone bzw. einen Unempfindlichkeitsbereich, wird das Magnet-Proportionalventil angesteuert.

Die Empfindlichkeit der Regelung ist über die Variation der Totzone einstellbar, das System kann dadurch an unter­ schiedliche Qualitätsanforderungen angepaßt werden, es ist variabel einsetzbar.

In der Firmenschrift von Bosch - "HITCH-TRONIC", - Elektro­ nisch-hydraulische Hubwerksregelung für Ackerschlepper - ist eine Hubwerksregeleinrichtung der o. g. Art bekannt gemacht.

Die Empfindlichkeit der Regelung ist wählbar, indem der Schwellwert für das Heben variiert wird. Der Schwellwert für das Senken ist nicht variabel. Das Ausgangssignal des Schwellwertschalters für das Senken wird mit dem Ausgangs­ signal eines parallelgeschalteten Pulslängenmodulators, mit Hilfe dessen die Senkgeschwindigkeit lastunabhängig gewählt werden kann, verknüpft.

Tritt eine Regelabweichung für das Heben auf, welche die gewählte Totzone überschreitet, so wird der Magnet "Heben" sprungförmig mit einem Spannungssignal beaufschlagt, der Zylinder wird mit maximaler Geschwindigkeit ausgehoben. Die Senkbewegung des Hubwerkes erfolgt gedämpft, wobei jedoch beim Überschreiten der unteren Totzonengrenze bzw. des Schwellwertes für das Senken der Magnet "Senken" in Abhängigkeit von der vorgewählten Senkgeschwindigkeit mehr oder weniger hart angesteuert wird.

Sowohl beim Heben als auch beim Senken treten also bei Über­ schreitung der jeweiligen Totzonengrenzen Sprünge im Über­ tragungsverhalten auf. Diese Sprünge können - besonders bei klein vorgegebener Totzone bzw. großer Empfindlichkeit - zu einer Instabilität des Systems und damit zu einer energie­ intensiven Arbeitsweise (Überschwingen) führen.

Böden mit unterschiedlicher Beschaffenheit beaufschlagen das System häufig mit impulsartigen Störgrößen, wodurch es zum oftmaligen Ausregeln dieser Störgrößen bzw. zum Zurückregeln in den Totzonenbereich veranlaßt wird. Dabei haben beim Heben impulsartige Störgrößen mit hohen Ampli­ tuden gleichen Einfluß wie Amplituden in der Nähe des Tot­ zonenbereiches.

Eine Verringerung der Instabilität bzw. der Häufigkeit des Ansprechens der Regelung kann nur mit einem Verlust an Regelgüte, d. h. einer Vergrößerung des Totzonenbereiches erkauft werden.

Weiterhin bedeutet der aus den Sprüngen im Übertragungs­ verhalten resultierende Ruck neben der erhöhten Material­ belastung auch eine zusätzliche physische Belastung für den Fahrer.

Ziel der Erfindung ist es, eine flexibel einsetzbare bei hoher Regelgüte energiearm arbeitende Hubwerksregel­ einrichtung zu entwickeln.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein beim Überschrei­ ten der Totzonengrenzen ruckfreies Ansprechen mit frei wählbarer Ansprech-Empfindlichkeit des Hubzylinders einer Hubwerksregeleinrichtung und damit ein stabiles Regelver­ halten zu erreichen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß dem durch ein Absolutwertglied gerichteten Signal der Regelabweichung in einer Summierstelle ein erster Einstellwert - Empfindlich­ keit I - überlagert wird, nach anschließender Gleichrich­ tung eine multiplikative Verknüpfung mit einem zweiten Ein­ stellwert - Empfindlichkeit II - erfolgt und dieses mittels eines Pulsdauermodulators digitalisierte Ausgangssignal mit den Ausgangssignalen eines Fensterdiskriminators, dessen Eingangssignal die Regelabweichung ist, UND-ver­ knüpft ist.

Durch die Überlagerung bzw. Subtraktion des ersten wähl­ baren Einstellwertes - Empfindlichkeit I - von dem durch das Absolutwertglied gerichteten Signal der Regelab­ weichung und anschließender Gleichrichtung entsteht ein stetiger Kennlinienverlauf mit einer variablen Totzone. Der Anstieg dieser Kennlinie und damit die Ansprechge­ schwindigkeit ist durch die multiplikative Verknüpfung mit dem wählbaren zweiten Einstellwert - Empfindlich­ keit II - ebenfalls variabel.

Unabhängig vom Betrag der gewählten Totzone erfolgt somit eine stetige Regelung und damit eine weiche Ansteuerung der Magneten des Proportionalventiles.

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbei­ spiel näher erläutert werden.

Die zugehörige Zeichnung zeigt die erfindungsgemäße Ver­ knüpfung von Istwert- und Sollwertsignalen in Signale zur Ansteuerung eines Magnet-Proportionalventiles einer elektro­ hydraulischen Hubwerksregeleinrichtung.

Die Istwerte von Lage und Zugkraft werden in einem Mischer 1 in einem entsprechend den Einsatzbedingungen wählbaren Ver­ hältnis miteinander gemischt und bilden den Istwert des Systems. Dieser wird in der Summierstelle 2 vom Sollwert subtrahiert und so die Regelabweichung x _w gebildet, die anschließend einem Verstärker 3 zugeführt wird.

Das Ausgangssignal des Verstärkers 3, also die verstärkte Regelabweichung x _{w, wird auf ein Absolutwertglied 4 und auf einen Fensterdiskriminator 9 geschaltet. Am Ausgang des Absolutwertgliedes 4 durchläuft die Kennlinie des vorliegen­ den resultierenden Signales nur noch die Quadranten I und II des Koordinatensystems, d. h., das Ausgangssignal ist immer positiv. Der Knickpunkt und damit tiefste Punkt der Kennlinie ist der Ursprung des Koordinatensystems. In der Summierstelle 5 wird von dem resultierenden Signal ein einstellbarer Betrag - Empfindlichkeit I - subtrahiert. Damit wird die Kennlinie um diesen Betrag in negativer y-Richtung parallel zur x-Achse verschoben. Durch Löschung des durch die Empfindlichkeit I bestimmten Betrages mittels eines Gleichrichters 6 entsteht ein Unempfindlichkeitsbereich bzw. eine Totzone T. Das so geformte Ausgangssignal wird in einem Verstärker 7 mit einem zweiten einstellbaren Wert - Empfindlichkeit II - multiplikativ verknüpft, wodurch der Anstieg der Kenn­ linie außerhalb des Totzonenbereiches beeinflußbar ist. Das so entstandene Ausgangssignal wird anschließend mittels eines Pulsdauermodulators 8 in ein digitales Signal gewandelt. Die Pulsdauer ist dabei proportional der Ein­ gangsspannung. Anschließend wird der Ausgang des Pulsdauer­ modulators 8 mit den Ausgängen des Fensterdiskriminators 9 verknüpft. Der Fensterdiskriminator bestimmt hierbei, zu welchem Magneten des Proportionalventiles 14 das Ausgangssignal des Pulsdauermodulators 8 geleitet wird. Ist die Regelabweichung x w positiv, wird das UND-Glied 10, ist die Regelabweichung x w negativ, wird das UND-Glied 11 geöffnet. Das Ausgangssignal des Pulsdauermodulators 8 steuert somit entweder über den Verstärker 12 oder über den Verstärker 13 das Magnet "Heben" oder das Magnet "Senken" des Proportional­ ventiles 14 an. Die Istwerte der Lage und der Zugkraft werden entsprechend nachgeregelt und bilden die neuen Istwerte. Der Bediener hat mit dem Steller Empfindlichkeit I die Möglichkeit, der Regelung eine gewünschte Totzone zuzuordnen, die die Ansprechhäufigkeit des Proportionalventiles 14 be­ stimmt. Mit dem Steller Empfindlichkeit II besteht die Möglichkeit, die Geschwindigkeit der Ausregelung optimal an den ent­ sprechenden Boden anzupassen. In jedem Fall wird ein sanftes Ansprechen des Hubzylinders infolge des durch die erfin­ dungsgemäße Signalverknüpfung erzielten stetigen Kennlinien­ verlaufes gewährleistet und damit ein Überschwingen vermieden.}

Claims (1)

1. Elektrohydraulische Hubwerksregeleinrichtung, bei welcher die Signalübertragung und Signalverarbeitung elektrisch und die Energieübertragung hydraulisch erfolgt, wobei die Zugkraft- und Lagesignale beliebig zu einem resultierenden Istwertsignal mischbar sind, welches ein Proportionalventil ansteuert, wenn die durch einen Soll-Istwertvergleich vor­ liegende Regelabweichung einen bestimmten einstellbaren Schwellwert bzw. eine Totzonengrenze überschreitet, ge­ kennzeichnet durch die Überlagerung des durch ein Absolut­ wertglied (4) gerichteten Signales der Regelabweichung in einer Summierstelle (5) mit einem ersten Einstellwert - Empfindlichkeit I -, anschließender Gleichrichtung mittels eines Gleichrichters (6) und nachfolgender multi­ plikativer Verknüpfung mit einem zweiten Einstellwert - Empfindlichkeit II - mittels eines Verstärkers (7) und UND-Verknüpfung dieses in einem Pulsdauermodulators (8) digitalisierten Ausgangssignales mit denen eines dieser Anordnung parallelgeschalteten Fensterdiskriminators (9).