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Diese
Erfindung betrifft ein Bremssteuerverfahren für landwirtschaftliche Traktoren,
wie es besonders im Oberbegriff von Anspruch 1 festgelegt ist.
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Bei
herkömmlichen
Traktoren sind die Räder mit
dem Chassis direkt verbunden, ohne dass dazwischen Aufhängungen
vorgesehen sind. Im Gegensatz zu Straßenfahrzeugen ist es daher
nicht möglich,
die Lasten auf den Achsen abzutasten, so dass es daher notwendig
ist, eine feste Verteilung der Bremsung zwischen den Achsen des
Traktors zu verwenden. Weiters sind die Traktoren sehr großen Schwankungen
in den Lasten auf den Achsen unterworfen. Es kommt vor, dass sich
bei Werkzeugen, die in die vordere Hebevorrichtung eingerastet sind,
die maximale Last auf der Vorderachse befindet. In anderen Fällen ruht
die maximale Last auf der Hinterachse, beispielsweise dann, wenn
ein schweres Werkzeug auf der hinteren Hebevorrichtung angebracht
wird, wobei die Vorderachse im Wesentlichen vollständig entlastet
wird.
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Bei
einer festen Verteilung der Bremsleistung zwischen der Vorderachse
und der Hinterachse kann in diesem Fall der Bremsweg nicht minimiert werden.
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Andererseits
wäre die
Verwendung von Antiblockiersystemen, wie sie für Straßenfahrzeuge entwickelt wurden,
bei landwirtschaftlichen Traktoren nicht ganz zufriedenstellend.
Tatsächlich
erfordern die besonderen Arbeitsbedingungen von landwirtschaftlichen
Traktoren vom Bremssteuersystem kompliziertere Funktionen, als dies
bei ABS-Systemen von Straßenfahrzeugen
der Fall ist.
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DE-A-42
24 887 offenbart ein Bremssteuerverfahren, wie es oben beschrieben
wurde, für
ein Kraftfahrzeug, das in der Industrie oder in der Landwirtschaft
verwendet wird. Gemäß diesem
System bremst eine elektrische oder elektronische Steuereinheit
wahlweise nur das Hinterrad an der Innenseite einer Kurve, wenn
ein vorgegebener Lenkwinkel überschritten
wird.
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US-A-5,531.512
offenbart ein Bremssystem für
ein Kraftfahrzeug, das wahlweise nur ein Rad oder mehrere Räder bremsen
kann, wobei es auch dann angewandt werden kann, wenn bei der Betätigung des
Bremspedals mehrere Räder
auf jeder Seite des Fahrzeugs gebremst werden sollen.
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Der
Gegenstand der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Bremssteuerverfahren
für landwirtschaftliche
Traktoren zu liefern, mit dem die Bremsung richtig auf die Achsen
des Traktors verteilt werden kann, wodurch verhindert wird, dass
die Räder
in irgendwelchen Lastzuständen
blockieren, wobei zusätzlich
auch die Bedienungsperson beim Ausführen von komplizierten Vorgängen unterstützt wird,
die für eine
genaue Steuerung der Bremsung notwendig sind.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird dieser Gegenstand mit einem Bremssteuersystem erreicht,
das jene Hauptmerkmale besitzt, die im Anspruch 1 festegelegt sind.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der
nun folgenden ausführlichen
Beschreibung eines nicht einschränkenden
Beispiels sowie im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen
ersichtlich, in denen zeigt:
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1 eine
vereinfachte Darstellung, in der die Anordnung des elektrischen/elektronischen
Teils eines Systems dargestellt ist, das gemäß dem Verfahren der vorliegenden
Erfindung arbeitet;
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2 eine
vereinfachte Darstellung, in der die Anordnung des Hydraulikteils
des Systems dargestellt ist, das erfindungsgemäß arbeitet; und
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3 einen
vereinfachten Grundriss des Wendeverhaltens eines Traktors, der
mit einem System ausgestattet ist, das erfindungsgemäß arbeitet.
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Im
Zusammenhang mit den Zeichnungen besitzt ein landwirtschaftlicher
Traktor, der vereinfacht die Bezugsziffer 10 trägt, ein
Paar von Hinterrädern 12 sowie
ein Paar von lenkbaren Vorderrädern 14. Wie
dies bei landwirtschaftlichen Traktoren normalerweise der Fall ist,
sind die Räder 12, 14 mit
dem Chassis 16 starr verbunden, das heißt ohne dazwischen liegende
Aufhängungen.
Der Traktor 10 kann nur einen Hinterradantrieb besitzen,
oder so aufgebaut sein, dass alle vier Räder angetrieben werden. Im
letztgenannten Fall ist normalerweise eine Einrichtung vorgesehen,
um einen Zweiradantrieb oder einen Vierradantrieb einzustellen.
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Wie 2 zeigt,
ist jedem Rad 12, 14 eine entsprechende Bremse 18 zugeordnet,
beispielsweise eine Scheibenbremse, von denen jede ein hydraulisch
betätigbares
Stellglied 20 besitzt, das bei Scheibenbremsen von einer
Bremszange gebildet wird. Die Stellglieder 20 der Bremsen 18 werden über entsprechende
Hydraulikleitungen 22 angesteuert, die mit einer hydraulischen
Bremssteuereinheit 24 verbunden sind. Die Hydraulikeinheit 24 ist
mit einem Betätigungspedal 26 verbunden,
mit dem die Bedienungsperson die Bremsung abstimmen kann. Das Pedal 26 ist,
wie dies bei landwirtschaftlichen Traktoren üblich ist, vorzugsweise zweigeteilt.
damit die Bedienungsperson die rechten und die linken Räder unabhängig voneinander
bremsen kann.
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Die
hydraulische Steuereinheit 24 enthält vier elektrohydraulische
Stellglieder mit bekanntem Aufbau (nicht dargestellt), mit denen
der Bremsdruck der einzelnen Räder 12, 14 relativ
zum Bezugswert verändert
werden kann, der von der Bedienungsperson mit Hilfe des Bremspedals 26 eingestellt
wird. Im Besonderen ermöglichen
die elektrohydraulischen Stellglieder, dass die Bremsdrücke der
einzelnen Räder 12, 14 unabhängig erhöht oder
vermindert werden können.
Die elektrohydraulischen Stellglieder der Hydraulikeinheit 24 werden
mit einer elektronischen Steuereinheit 28 in Übereinstimmung
mit einer Logik betätigt,
die später
beschrieben werden soll. Die hydraulische Steuereinheit 24 weist
weiters einen Druckwandler 30 auf, der für die Steuereinheit 28 ein
Signal liefert, das anzeigt, dass ein Bremsbefehl gegeben wurde.
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Im
Zusammenhang mit 1 ist jedem Rad 12, 14 ein
entsprechender Drehzahlfühler 32 zugeordnet,
beispielsweise ein Tonradfühler.
Jeder Drehzahlfühler 32 enthält ein Zahnrad 34,
das am entsprechenden Rad 12, 14 angebracht ist,
sowie einen elektromagnetischen Wandler 36, der dem Rad 34 gegenüber liegt.
Die Wandler 36 liefern für die elektronische Steuereinheit 28 elektrische
Signale, mit denen die momentane Drehzahl der einzelnen Räder 12, 14 angezeigt
wird.
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Das
Bremssteuersystem gemäß der vorliegenden
Erfindung weist weiters einen Fühler 38 auf, der
für die
Steuereinheit 28 ein elektrisches Signal liefert, das die
Geschwindigkeit des Traktors 10 relativ zum Boden anzeigt.
Beim Fühler 38 kann
es sich um einen Radarfühler
handeln, wie er beispielsweise unter der Bezeichnung C45640-3081B
von DICKEY-JOHN (eingetragenes Warenzeichen) erzeugt und vertrieben
wird. Der elektronischen Steuereinheit 28 ist vorzugsweise
ein Schalter 40 zugeordnet, mit dem die Bedienungsperson
das Bremssteuersystem wahlweise ein- oder ausschalten kann.
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Zusätzlich zu
den Bremssteuerfunktionen, die später beschrieben werden sollen,
kann mit dem System gemäß der Erfindung
der Wenderadius des Traktors gesteuert und verkleinert werden, besonders
bei der Arbeit auf dem Feld. Dazu besitzt das System einen Lenkwinkelfühler 42,
der beispielsweise dem Lenkrad 44 zugeordnet ist und der
Steuereinheit 28 Daten liefern kann, die sich auf die Lenkrichtung
und die Amplitude des Lenkwinkels beziehen, die von der Bedienungsperson
mit dem Lenkrad 44 eingestellt wurden. Bei Traktoren mit
ausrückbarem Vierradantrieb
ist vorzugsweise ein Fühler 46 vorgesehen,
der der Steuereinheit 28 anzeigt, ob der Traktor mit zwei
oder vier Antriebsrädern
betrieben wird. Schließlich
kann das System gemäß der Erfindung einen
Schalter 48 besitzen, um die Art der Lenkung einzustellen,
die in Betrieb gesetzt werden soll. Genauer gesagt: die Bedienungsperson
kann mit dem Schalter 48 die Lenkung mit dem minimal möglichen Wenderadius
und mit einem Blockieren der Räder
an der Innenseite der Kurve oder eine Lenkung auswählen, die
mit der größtmöglichen
Bremsung der Räder an
der Innenseite der Kurve erfolgt, ohne dass diese jedoch blockiert
werden.
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Die
Arbeitsweise des oben beschriebenen Systems soll nunmehr ausführlich im
Zusammenhang mit den einzelnen Funktionen erläutert werden, die die Elektronikeinheit 28 steuert.
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Die
erste Grundfunktion des Systems gemäß der Erfindung besteht in
einem Antiblockiersystem mit einer automatischen Verteilung der
Bremsung auf die Achsen des Traktors. Es wird angenommen, dass sich
der Traktor auf der Straße
bewegt, und dass es notwendig ist, infolge einer gefährlichen
Situation scharf zu bremsen. Unter diesen Bedingungen legt die Bedienungsperson
eine Bremskraft auf das Pedal 26, mit der das Bremssystem
aktiviert wird. Die von der Bedienungsperson ausgeübte Bremskraft
entspricht einem Bezugswert, der für den Bremsdruck eingestellt
ist, der auf die Bremsen 18, 20 wirkt. Der Druckwandler 30 liefert
für die
elektronische Steuereinheit 28 ein Signal, das anzeigt,
dass das Bremssystem aktiviert wurde. Daraufhin beginnt die Steuereinheit 28 mit
dem Ablesen der Drehzahlen von jedem Rad, die von den Fühlern 32 geliefert
werden. Wenn eine Achse den blockierten Zustand erreicht, gibt die
Elektronikeinheit 28 einen Befehl zur Hydraulikeinheit 24 ab,
um den Bremsdruck zu den Bremsen dieser Achse herabzusetzen. Wenn
ein einzelnes Rad blockiert ist, vermindert die Steuereinheit 28 nur den
Druck dieses Rads. Das System stellt den von der Bedienungsperson
eingestellten Bremsdruck wieder her, sobald das Rad oder die Achse
freigegeben wird.
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Das
System arbeitet daher wie ein normales Antiblockiersystem für Fahrzeuge,
das ein Blockieren der Räder
verhindert und die Bremswirkung maximiert, da der Reibungskoeffizient
für die
rollende Reibung größer als
für die
gleitende Reibung ist. Dies erfolgt unabhängig von den Bedingungen und
der Verteilung der Last auf die Achsen des Traktors. Die Bremslast
wird damit automatisch auf die Achsen des Traktors verteilt, da
die Achse mit der größeren Last einem
größeren Bremsdruck
widersteht, ohne dass sie blockiert, während Achsen mit geringerer
Last zu einem leichteren Blockieren neigen. Diese Verteilung der
Bremslast ist besonders bei landwirtschaftlichen Traktoren nützlich,
da sie deshalb, weil sie keine Aufhängung besitzen, über kein
Bremsverteilungssystem verfügen
können,
wie es bei Fahrzeugen mit Aufhängungen
verwendet wird.
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Eine
zweite Funktion des Steuersystems gemäß der Erfindung besteht im
Wesentlichen in einer Sicherheitsfunktion, die Daten verwendet,
die von den Fühlern 38 stammen,
mit denen die Geschwindigkeit des Traktors 10 relativ zum
Boden gemessen wird.
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Eine
erste gefährliche
Situation ist dann gegeben, wenn alle Räder gleichzeitig blockieren.
Unter diesen Bedingungen sieht die Steuereinheit 28 die von
den Drehzahlfühlern 32 kommende
Nachricht so an, als ob der Traktor angehalten hat, während er sich
im Gegensatz dazu in Fahrt befindet. Unter diesen Bedingungen setzen
jene Daten, die vom Fühler für die absolute
Geschwindigkeit 38 kommen, die Steuereinheit 28 so
in Betrieb, dass sie versteht, dass sich der Traktor bewegt, während alle
Räder blockiert
sind. Unter diesen Zuständen
befiehlt die Steuereinheit 28 der Hydraulikeinheit 24 eine Druckreduktion
des gesamten Bremssystems. Eine zweite gefährliche Situation tritt dann
auf, wenn sich der Traktor 10 auf lockerem Boden abwärts bewegt. Wenn
die Bedienungsperson mit der Bremsung beginnt, neigen die Räder extrem
leicht zu einem Blockieren, wobei das Steuersystem den Bremsdruck herabsetzt,
um ein Blockieren der Räder
zu verhindern. Unter diesen Bedingungen behält der Traktor jedoch oft seine
Geschwindigkeit bei, statt sie zu vermindern. Es wurde experimentell
festgestellt, dass es unter diesen Bedingungen oft wirksamer ist,
die Räder
zu blockieren, da sich vor den Rädern
Erde ansammelt, wodurch die Bremswirkung verstärkt wird. Wenn die elektronische
Steuereinheit 28 vom Druckwandler 30 ein Signal
empfängt,
mit der Bremsung zu beginnen, aber mit dem Fühler 38 keinerlei
Herabsetzung der Geschwindigkeit abtastet, erkenn sie eine gefährliche
Situation und bewirkt ein Blockieren der Räder, wobei möglicherweise
der Bremsdruck relativ zum Bezugswert erhöht wird, den die Bedienungsperson
eingestellt hat.
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Eine
weiter Funktion des Bremssteuersystems gemäß der Erfindung besteht im
Verkleinern des minimalen Wenderadius. Bei Traktoren, bei denen
vier Räder
angetrieben werden, ist normalerweise der Vierradantrieb eingeschaltet,
wenn sie auf dem Feld arbeiten. Wenn eine Bahn beendet ist, muss
der Traktor normalerweise eine 180°-Wendung ausführen, um
mit einer neuen Bahn zu beginnen. Dieser Vorgang wird normalerweise
so ausgeführt, dass
die Vorderräder
in den maximal möglichen
Winkel gelenkt und die Bremse des inneren Hinterrads betätigt werden.
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Das
System gemäß der Erfindung
kann so aufgebaut werden, dass es eine gesteuerte Bremsung der Vorder-
und der Hinterräder
ausführt,
die an der Innenseite der Kurve liegen, wenn der Lenkwinkel (den
der Fühler 42 abtastet)
einen vorgegebenen Bezugswert überschreitet.
Das System führt
diese gesteuerte Bremsung der Innenräder wahlweise nur dann aus,
wenn folgende Zustände
auftreten:
- – der Vierradantrieb ist eingerückt und
- – die
Geschwindigkeit des Fahrzeugs relativ zum Boden liegt unterhalb
eines vorgegebenen Werts.
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Wenn
diese Zustände
eintreten, gibt die elektronische Steuereinheit 28 der
Hydraulikeinheit 24 den Befehl, mit der Bremsung der beiden
inneren Räder
im Bezug auf den Radius der Kurve zu beginnen und sie auf eine vorgegebene
Drehzahl zu bringen. Die Elektronikeinheit 28 vermindert
fortlaufend die Drehzahlen der Räder
an der Innenseite der Kurve, wenn die Einstellung des Lenkwinkels
allmählich größer wird.
Es muss darauf hingewiesen werden, dass die Drehzahl des inneren
Vorderrads unabhängig
von der Drehzahl des inneren Hinterrads ist, und dass deren ent sprechende
Bremswirkungen ebenfalls unabhängig
sind, vorausgesetzt, dass das System sowohl die Drehzahl als auch
die Bremskraft für jedes
Rad steuert. Unabhängig
von jener Last, die auf den Achsen ruht, kann das System somit immer die
gewünschte
Drehzahl der inneren Räder
sicherstellen.
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Wie
bereits oben betont wurde, ist mit Hilfe des Schalters 48 eine
Auswahl möglich,
ob die Lenkung mit dem maximalen Wenderadius mit blockierten Rädern ausgeführt werden
soll, oder ob ein Blockieren der Räder an der Innenseite der Kurve
verhindert werden soll.
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Wenn
im ersten Fall ein vorgegebener Lenkwinkel erreicht wird, blockiert
des System die inneren Räder.
In diesem Zustand kann der minimale Wenderadius des Traktors erreicht
werden. Wenn andererseits ein Lenken ohne Blockierung ausgewählt wird, führt das
System den selben Vorgang durch, wie er oben beschrieben wurde,
ohne jedoch ein Blockieren der Räder
an der Innenseite der Kurve zu erreichen. Diese Option ist besonders
dann nützlich,
wenn beispielsweise auf einer Rasenfläche gefahren wird, auf der
gewünscht
ist, dass die Rasenfläche
nicht dadurch aufgerissen wird, dass mit blockierten Innenrädern gelenkt
wird.
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3 zeigt
vereinfacht das Lenken eines Traktors, der ein System gemäß der vorliegenden
Erfindung besitzt. Die mit der Bezugsziffer 50 bezeichnete
Wendebahn kennzeichnet den kinematischen Wenderadius des Traktors,
wogegen die mit der Bezugsziffer 50 versehene Bahn (deren
Radius etwas größer als
der kinematische Wenderadius ist) den minimalen Wenderadius bei
eingerücktem
Vierradantrieb kennzeichnet. Wenn die Lenkung mit dem Bremssteuersystem
gemäß der Erfindung
ausgeführt wird,
wobei die Drehzahlen der Räder
an der Innenseite der Kurve gesteuert werden, erreicht man einen entschieden
kleineren Wenderadius, der jener Bahn entspricht, die vereinfacht
mit der Bezugsziffer 54 versehen ist. Die größten Vorteile
des Lenksteuersystems gemäß der Erfindung
werden mit einem Vierradantrieb erreicht. Unter der Voraussetzung, dass
jede Achse ihr eigenes Differential besitzt, führt das Herabsetzen der Drehzahl
des Rads an der Innenseite der Kurve automatisch zu einer Erhöhung der
Drehzahl des äußeren Rads.
Das Erhöhen
der Drehzahl des äußeren Vorderrads
ist beim Herabsetzen des Wenderadius besonders hilfreich.
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Mit
dem Bremssteuersystem gemäß der vorliegenden
Erfindung kann unter allen Straßen-
und Lastzuständen
eine größere Sicherheit
erreicht werden, wobei die Bremsleistung zwischen der Vorder- und
der Hinterachse unabhängig
richtig verteilt werden kann, da es sich beim System um einen Bremsverteiler
handelt, der die Bremskraft in Übereinstimmung
mit den Anforderungen verteilt.
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Bei
der Ausführung
mit der Lenksteuerung wird mit dem System eine beträchtliche
Herabsetzung des minimalen Wenderadius im Betrieb auf Feldern, falls
dies erforderlich ist, ohne dass während des Lenkens der Boden
beschädigt
wird, dadurch erreicht, dass eine Lenkung ausgewählt werden kann, bei der die
Räder nicht
blockieren. Die automatische Lenksteuerung bietet der Bedienungsperson
einen größeren Komfort,
da sie dann, wenn auf dem Feld gearbeitet wird, während des
Lenkens die Bremsen nicht betätigen
und auch nicht auf die Art der ausgeführten Bremsung (mit oder ohne
Blockierung der Räder)
achten muss. Tatsächlich
ist ein Lenken und Bremsen mit der Hand für die Bedienungsperson sehr
anspruchsvoll, die gezwungen ist die Bremskraft fortlaufend anzupassen.
Weiters ist das Hinterrad vom Fahrersitz aus schwer zu sehen, so
dass die Bedienungsperson bei einer Betätigung mit der Hand das Rad
leicht blockieren kann, ohne dass sie es wahrnimmt.