DE3838497A1

DE3838497A1 - Vorrichtung zur regelung eines hubwerks

Info

Publication number: DE3838497A1
Application number: DE19883838497
Authority: DE
Inventors: Josef Dipl Ing Maichle
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1988-11-12
Filing date: 1988-11-12
Publication date: 1990-05-17

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung eines Hubwerks, insbesondere zur Zugregelung eines Hubwerks für einen Pflug an einem Ackerschlepper gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine bekannte Vorrichtung dient zur Regelung der Pflugstellung gegenüber einem Ackerschlepper, wobei die auf den Pflug wirkende Kraft geregelt wird. Beim Pflügen in stark wechselndem Boden treten aber bei reiner Kraftregelung große Regelamplituden auf, die zu stark schwankenden Pflügetiefen führen.

Um hier eine Verbesserung zu schaffen, ist es bereits bekannt, diese großen Regelamplituden dadurch zu reduzieren, daß sowohl ein Kraftsensor, der ein Kraft-Istwertsignal X _K abgibt, als auch ein Lagesensor, der ein Lage-Istwertsignal X _L abgibt, verwendet werden und eine Mischung dieser Signale, bzw. eine Mischung von Kraftanteil und Lageanteil nach folgender Formel durchgeführt wird:

Y = (W-X _K) · λ + (W-X _L) · (1-λ).

Dabei bedeutet Y die Stellgröße, W den Sollwert, X _K den Kraft-Istwert, X _L den Lage-Istwert und λ die Stellung des Mischpotentiometers, wobei λ zwischen 0 und 1 variierbar ist.

Die Größe (W-X _K) · λ stellt dabei den Kraftanteil und die Größe (W-X _L) · (1-λ) stellt den Lageanteil dar.

Für den Kraftanteil und den Lageanteil wird über ein Bedienteil als Sollwertsteller ein gemeinsamer Sollwert W vorgewählt. Bei λ=1 regelt dieses Mischkonzept mit reiner Kraftregelung. Bei einer Verdrehung des Mischstellers und damit einer Änderung von λ verlagert sich die Gewichtung zwischen dem Kraftanteil und dem Lageanteil. Bei λ=0 wird dann mit reiner Lageregelung gefahren.

Die Lagezumischung begrenzt zwar zunehmend die Tiefenschwankungen, wie aus oben stehender Formel ohne weiteres ersichtlich ist. Nachteilig wird aber zugleich die Empfindlichkeit der Kraftregelung vermindert, was daraus zu erkennen ist, daß im Kraftanteil dann ein Wert von λ kleiner als 1 als Faktor steht.

Ein weiterer, erheblicher Nachteil besteht zudem darin, daß bei einer Verstellung des Mischstellers und damit einer Änderung von λ eine Positionsänderung des Hubwerks erfolgt. Das bekannte Mischkonzept hat somit immer unmittelbaren und bleibenden Einfluß auf die Position des Hubwerks und ist somit hinsichtlich der Lageanteilzumischung nicht rückwirkungsfrei. Da das Lageniveau in der Regel auch bei einer Veränderung des Mischverhältnisses erhalten bleiben soll, ist dann eine nachfolgende, umständliche Lageniveaukorrektur mittels des Sollwertstellers durch eine Änderung des Sollwertes W erforderlich. Auch aus Sicherheitsgründen ist es unerwünscht, wenn sich das Hubwerk nur bei Verstellung des Mischungsverhältnisses in seiner Lage verändert, obwohl dies nicht gewollt und beabsichtigt ist.

Vorteile der Erfindung

Mit der Vorrichtung zur Regelung eines Hubwerks nach den Merkmalen des Anspruchs 1 wird eine rückwirkungsfreie Verstellung der Dämpfung von Tiefenschwankungn möglich. Eine Verstellung am Mischsteller bzw. Mischpotentiometer hat keinen unmittelbaren Einfluß auf die gegenwärtige Position des Hubwerks. Weiter bleibt die Empfindlichkeit der Zugkraftregelung auch bei einer Bedämpfung durch einen zugemischten Lageanteil erhalten. Manipulationen der Tiefenschwankungen sind somit möglich, ohne daß dabei die Zugkraftregelung beeinflußt oder unterdrückt wird. Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstands nach dem Hauptanspruch zum Inhalt. Insbesondere wird die Sicherheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch die beanspruchten Überwachungsschaltungen weiter erhöht.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung.

Eine Stellgröße Y auf einer Leitung 1 wird einem Hubwerk 2 zugeführt, das entsprechend der Stellgröße Y eine bestimmte Lage S einnimmt. Die Lage S wird gegenüber dem System Schlepper/Pflug 3 ermittelt, wobei der Schlepper die Zugkraft auf den Pflug aufbringt. Mit dem Block 4 wird im Regelkreis der Boden, in den der Pflug abgesenkt wurde, bzw. dessen veränderlicher Widerstand berücksichtigt.

Auf den Pflug wirkt die Kraft K, die in einem Kraftsensor 5 erfaßt wird. Der Kraftsensor 5 gibt über die Leitung 6 ein Kraft-Istwertsignal X _K an ein Summierglied 7.

Zudem wird die Lage S des Hubwerks bzw. des Pfluges mit einem Lagesensor 8 erfaßt, der ein Lage-Istwertsignal X _L abgibt.

Das Lage-Istwertsignal X _L wird über eine Leitung 9 direkt auf den Minus-Eingang eines Differenzbildungsgliedes 10 gegeben. Weiter wird das Lage-Istwertsignal X _L über eine abzweigende Leitung 11 über ein Tiefpaß-Filter 12 (PT1-Filter) mit einer Zeitkonstante zwischen zwei und zehn Sekunden geleitet. Am Ausgang des Tiefpaß-Filters 12 wird ein gefiltertes Lagesignal X _{L 0} erhalten, das als "schwimmender" Lagesollwert einen längerzeitlichen Mittelwert des Lage-Istwertsignals X _L darstellt und über eine Leitung 13 dem Plus-Eingang des Differenzbildungsgliedes 10 zugeführt wird.

Nach dem Differenzbildungsglied 10 tritt auf der Ausgangsleitung 14 somit ein Lage-Differenzsignal (X _{L 0}-X _L) auf. Im anschließenden Block 15, der im wesentlichen eine Multipliziereinheit darstellt, wird das Lage-Differenzsignal X _{L 0}-X _L mit einem Faktor E gewichtet, wobei dieser Faktor E über einen Mischsteller bzw. ein Mischpotentiometer (Leitung 16) einstellbar ist. Das gewichtete Signal wird als Lageanteilsignal E · (X _{L 0}-X _L) dem zweiten Eingang des Summiergliedes 7 zugeführt.

Damit ergibt sich nach dem Summierglied 7 auf der Leitung 17 ein Gesamtistwert X, der aus der Summe des Kraft-Istwerts X _K als Kraftanteil und eines gewichteten, schwimmenden Lageanteils E · (X _{L 0}-X _L) besteht. Dieser Gesamtistwert X wird zur Bildung der Regelabweichung einem Regler 18 zugeführt, an dem auch der Sollert W über eine Leitung 19 anliegt. Damit ist der Regelkreis im Bockschaltbild der Fig. 1 geschlossen.

Die dargestellte Vorrichtung bzw. Schaltung hat folgende Funktion: Der Lageanteil für die Regelung wird aus der mit E gewichteten Differenz zwischen dem PT1-gefilterten Lagesignal X _{L 0} entsprechend einem Lagesollwert und dem dynamischen Lage- Istwert X _L als Lage-Istwert gebildet. Tiefenschwankungen beim Pflügen im Feld entstehen infolge der Kraftregelung. Bei großen dynamischen Tiefenschwankungen wird die Lagedifferenz groß. Mit einem zunehmenden Wert von E gewinnt der Lageanteil an Gewicht. Daraus resultiert eine Reduzierung der Stellamplituden. Die Bedämpfung der Tiefenschwankungen nimmt mit größer werdendem E und damit einem zunehmenden Lageanteilseinfluß zu. Die Verstellung von E kann über ein Dämpfungspotentiometer am Bedienteil erfolgen.

Wichtig ist die Tatsache, daß der Lagesollwert X _{L 0} aus dem dynamischen Lage-Istwert X _L über ein Tiefpaß-Filter 12 gebildet wird, also nicht festgehalten wird. Der gefilterte Lagewert X _{L 0} schwimmt sozusagen als Mittelwert des dynamischen Lage-Istwerts X _L.

Beim Anhalten des Schleppers im Feld entspricht dies einem Festhalten des Lage-Istwerts X _L, so daß die Differenz (X _{L 0}- X _L) schnell gegen Null strebt, wobei die Zeitkonstante für das PT1-Filter zweckmäßig zwischen zwei und zehn Sekunden gewählt wird.

Wird E mittels des Mischpotentiometers im Feld verstellt, so bleibt dieser Vorgang ohne Rückwirkung auf die mittlere Pflugtiefe. Damit ist die Forderung nach Rückwirkungsfreiheit mit diesem Konzept gewährleistet.

Die Zugkraftregelung funktioniert somit nach folgender Gleichung:

Y = (W-X _K) + (X _{L 0}-X _L) · E.

Dabei bedeutet Y die Stellgröße, W den Sollwert, X _K das Kraft-Istwertsignal, X _{L 0} den gefilterten Lagewert, X _L den Lage-Istwert und E die Einstellung am Dämpfungspotentiometer.

Die Größe (W-X _K) stellt den Kraftanteil und die Größe (X _{L 0} -X _L) E den Lageanteil dar.

Weiter ist im Blockschaltbild der Fig. 1 eine Überwachungsschaltung 20 vorgesehen, die bei einer Aktivierung eine Umgehungsleitung 21 für das Tiefpaß-Filter 12 mit Hilfe eines Schalters 22 schließen kann.

Bei geschlossenem Schalter 22 wird das Lage-Istwertsignal X _L über die Leitung 9 dem Minus-Eingang und über die Leitung 13 zugleich dem Plus-Eingang des Differenzbildungssignals 10 zugeführt. Damit wird die Differenz gleich Null, so daß auch am zweiten Eingang des Summiergliedes 7 ein Nullsignal anliegt und damit das Kraft-Istwertsignal X _K als Gesamtistwert X direkt an den Regler 18 geführt wird, wodurch eine reine Kraftregelung vorgenommen ist.

Die Überwachungsschaltung 20 hat folgende drei Funktionsweisen:

Wird der Sollwert W am Bedienteil verstellt, so wird dies von der Überwachungsschaltung erkannt. Sie reagiert mit einem Ausblenden des Lageanteils bzw. Schließen des Schalters 22. Der Lageanteil bleibt solange ausgeblendet, bis der dann als Kraftregler arbeitende Regler 18 wenigstens einmal seine Totzone erreicht hat, d. h. ausgeregelt hat. Danach wird der Lageanteil wieder freigegeben, bzw. der Schalter 22 wieder geöffnet. Der Anfangswert für X _{L 0} entspricht im Moment der Freigabe dem sich eingependelten Wert von X _L. Eine beabsichtigte Lageänderung mittels einer Sollwertverstellung wird so durch den Lageanteil nicht behindert.

Bei einer Verstellung der Dämpfung mittels des Dämpfungspotentiometers durch Veränderung von E wird der Lageanteil entsprechend durch Schließen des Schalters 22 ausgeblendet. Auch hier erfolgt eine erneute Freigabe erst nach einem Totzonendurchgang des als Kraftregler arbeitenden Reglers 18.

Am Ackeranfang wird der Lageanteil erst freigegeben, wenn folgende Bedingungen erfüllt sind: Erstens muß die Kraftregelung eingeschaltet und das Hubwerk abgesenkt sein. Zweitens muß eine Mindestwartezeit abgelaufen sein und drittens muß ein Totzonendurchgang erfolgt sein. Ein Schnelleinzug des Pfluges am Furchenanfang wird so nicht behindert.

Claims

1. Vorrichtung zur Regelung eines Hubwerks, insbesondere zur Zugregelung eines Hubwerks für einen Pflug an einem Ackerschlepper, mit einem Sollwertsteller zur Vorgabe eines Sollwerts (W), mit einem Kraftsensor (5), der ein Kraft-Istwertsignal (X _K) abgibt, mit einem Lagesensor (8), der ein Lage- Istwertsignal (X _L) abgibt, mit einem Mischsteller mit dem zur Bedämpfung der Lage- bzw. Tiefenschwankungen einem Kraftanteil ein Lageanteil in der Regelung zumischbar ist und mit einem Regler (18), der entsprechend dem Sollwert (W) und einem zugeführten Istwertsignal (X) eine Regelabweichung (W-X) ermittelt und entsprechend eine Stellgröße (Y) abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Regler (18) zugeführte Istwertsignal (X) das in einem Summierglied (7) gebildete Summensignal (X) aus dem Kraft-Istwertsignal (X _K) und einem Lageanteilsignal (E · (X _{L 0}-X _L)) ist, daß das Lageanteilsignal (E · (X _{L 0}- X _L)) aus dem in einem Differenzbildungsglied (10) gebildeten Lage-Differenzsignal (X _{L 0}-X _L) zwischen einem gefilterten Lagesignal (X _{L 0}) und dem Lage-Istwertsignal (X _L) besteht, wobei das gefilterte Lagesignal (X _{L 0}) als schwimmender Lagesollwert aus dem Lage-Istwertsignal (X _L) durch längerzeitliche Mittelung (PT1-Filter) des Istwertsignals (X _L) in einem Filtergied (12) gebildet wird und eine Gewichtung des Lage- Differenzsignals (X _{L 0}-X _L) durch den Mischsteller (Dämpfungspotentiometer) erfolgt, indem in einem Multiplizierglied (15) ein Mischstellersignal (E) mit dem Lage-Differenzsignal (X _{L 0} -X _L) multipliziert wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkonstante im Filterglied (12) (PTl-Filter) zwischen zwei und zehn Sekunden gewählt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Überwachungsschaltung (20) vorgesehen ist, die eine Sollwertverstellung erkennt und darauf das Lageanteilsignal (E · (X _{L 0}-X _L)) ausblendet bzw. zu Null macht (Schalter 22), bis die dann verbleibende reine Kraftregelung einmal seine Totzone erreicht hat bzw. ausgeregelt hat.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Überwachungsschaltung (20) vorgesehen ist, die eine Verstellung des Mischstellers bzw. des Dämpfungspotentiometers (E) erkennt und darauf das Lageanteilsignal (E · (X _{L 0}-X _L)) ausblendet bzw. zu Null macht (Schalter 22), bis die dann verbleibende reine Kraftregelung einmal seine Totzone erreicht hat bzw. ausgeregelt hat.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Überwachungsschaltung (20) vorgesehen ist, die bei Inbetriebnahme bzw. am Ackeranfang das Lageanteilsignal (E · (X _{L 0}-X _L)) erst freigibt, wenn erstens die Kraftregelung eingeschaltet und das Hubwerk abgesenkt ist, wenn zweitens eine Mindestwartezeit über einen Zeitgeber abgelaufen ist und wenn drittens ein Totzonendurchgang erfolgt ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungsschaltung (20) oder die Überwachungsschaltungen (20) im aktivierten Zustand einen Schalter (22) schließen, mit dem eine Umgehungsleitung (21) für das Filterglied (12) geschlossen wird.