WO2023144105A1 - Verfahren, steuerungseinheit und steuerungssystem zur elektrohydraulischen hubwerksregelung - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a method, a control unit and a control system for electrohydraulic hitch control in a work machine such as a tractor, and a computer program for carrying out the method.
- Attachments can be attached to working machines, in particular mobile working machines such as vehicles or other mobile or mobile machines, e.g. tractors, which can be moved by means of a hoist, i.e. in particular can be raised and lowered.
- Such attachments can be, for example, agricultural equipment such as ploughs, sowing machines and the like, which can be attached to a tractor as a mobile working machine.
- the invention deals with lifting mechanisms (or lifting devices) for work machines, in particular mobile work machines such as tractors, and in particular their operation.
- the lifting gear can in particular be what is known as a three-point power lift, also known as a three-point hydraulic system; it is a hydraulic one Device on tractors or other working machines to couple and lift attachments (implements).
- Such a lifting gear is often attached to the rear of the working machine (rear lifting gear; attached to the front of the working machine it is referred to as a front lifting gear).
- the downward movement takes place either hydraulically or, in the case of simpler systems, by the weight of its own elements (lower links) or the attachments.
- the system is called three-point because the implements are attached to the working machine at three points.
- Such lifting gears are nowadays typically controlled electronically or electrohydraulically, this is also referred to as the so-called electrohydraulic lifting gear control (EHR).
- EHR electrohydraulic lifting gear control
- Such is usually standard in modern tractors, but can also be used in other (mobile) work machines.
- the movements and forces on the suspension can be recorded electronically.
- the links are attached to the tractor with force measuring bolts, for example. The exact height can be determined and set with a position sensor on the three-point linkage.
- the hitch (the actual lifting device) can typically be controlled in two ways. Either the tractive force applied to the mobile working machine (force control) or the position (position) of the hoist (position control) is controlled.
- position control the position or attitude is determined, for example, by means of a position or attitude sensor (typically as an angle sensor).
- the tensile force is determined using a force sensor, for example.
- the force or position can be regulated accordingly via a suitable activation of a lifting gear valve by a control device (control device with functional software).
- the tractive force typically serves as an indirect value for the working depth, i.e. the tractive force on the force sensor is increased by lowering a tillage implement as an attachment into the soil. By lifting, the tractor or the mobile work machine is relieved and the value currently output by the force sensor decreases.
- the power control is primarily required for tillage implements (such as ploughs), since a constant tractive power ensures optimal work results and good utilization of the tractor.
- tillage implements such as ploughs
- the location or position (ie the height above the ground or relative to the work machine) of the lifting mechanism should preferably be kept constant.
- a The big advantage of the electro-hydraulic hitch control is the so-called mixed control. A certain amount of position control can be “mixed in” with the force control. The advantage of this is that the position of the linkage fluctuates less than with pure power control and the working depth can therefore be kept more constant. This function is particularly advantageous for inhomogeneous soils.
- An operator control unit is generally provided for a user of the work machine, via which he can set or specify the desired type of regulation, a setpoint value or other functions.
- control or actuation elements such as potentiometers, switches or buttons are typically provided as components of the control unit.
- the control setpoint can typically be specified on the control unit by means of a potentiometer or a similar control element.
- a potentiometer can, for example, be adjustable between two end stops (e.g. rotatable in the case of a rotary potentiometer), so that a corresponding setpoint for the control can be set depending on the specific position between the two end stops.
- an “active float” function can be provided, e.g. in one (e.g. lowest) position of the potentiometer (e.g. the lower end stop); this is a float position or float control.
- the hydraulic valve is permanently opened against the tank, which means that the attachment follows the contours of the ground, since there is no pressure in the hydraulic cylinder. This is useful, for example, for attachments that should always rest on the ground, such as a roller.
- the mixing ratio of the mentioned mixed control can also be adjusted by means of a (further) potentiometer. If this potentiometer is at one of the end stops, this corresponds to pure force or pure position control.
- the lowering speed of the hoist can be limited, for example, by means of an additional potentiometer.
- the possibility of vibration damping can be provided. It is usually switched on and off via a button or button. When driving with attached attachments, it compensates for the effects of uneven roads and prevents the mobile working machine from swinging up.
- the so-called quick retraction causes, for example, the lowering or lowering of the lifting mechanism at maximum speed, for example to allow the plow to penetrate the ground quickly when the corresponding button is pressed.
- a switch can also be provided to unlock the system, for example when starting the mobile work machine or in the event of errors.
- control system includes a control unit and an operating unit that interacts with it.
- a method for the control is also proposed.
- the procedure, control unit, operating unit and control system are to be described together and comprehensively.
- the operating unit has an operating element (or actuating element), the operating element being adjustable in an adjustment range between two end stops or end points, specifically continuously or quasi-continuously.
- This operating element can in particular be a potentiometer, for example a rotary potentiometer, which can be turned between two physical end stops, for example by hand.
- a control element thus generates in particular a signal that lies between two values that correspond to the end stops. For example, a voltage can change continuously (or quasi-continuously) between an upper and a lower value (level). be changed.
- the adjustment range there is a signal range for the signal in which a value of the signal lies.
- a virtual operating element is also conceivable, which is displayed, for example, on a touchscreen or another display and input device, and which can be moved between two end stops or two end points by touching the touchscreen.
- a signal can be generated that lies in a signal range between two values that correspond to the end stops.
- the control unit e.g. a control unit or another computing unit
- the control unit is set up to selectively carry out or cause at least one of several control functions of the electrohydraulic hitch control (additional components within the scope of the hitch control can be activated if necessary).
- the multiple control functions preferably include at least one position controller for controlling a position of a hoist and a force controller for controlling a force on the hoist.
- the multiple control functions can include, for example, float control, vibration damping, and mixed control for controlling a position of the hoist and a force on the hoist.
- control unit is also set up to interact with the operating unit, ie to receive a signal from the operating unit and thus to implement the desired control or other function specified by means of the operating unit or its operating element.
- a value of the received signal is in a signal range between two limit values, it being possible for the value to vary continuously or quasi-continuously within this signal range (a variation occurs when the operating element is actuated).
- at least one of the plurality of control functions is then selected and carried out or initiated.
- the invention thus enables the EHR system to be operated in a comparatively easy, intuitive manner by reducing the number of operating elements, ideally to just one, eg a single potentiometer, and two, preferably mechanical, end stops.
- a display means in particular a lamp such as an LED, can be used to signal a system state, ie to output information about a currently selected control function within the scope of the electrohydraulic hitch control. This achieves greater customer acceptance of both mechanical systems and existing operating concepts of EHR systems.
- the operating unit is cheaper to manufacture than conventional operating parts.
- the signal area preferably comprises at least two, in particular mutually exclusive, partial areas. It is conceivable, for example, to subdivide the signal range into an upper and a lower half - or to divide the adjustment range into two areas of approximately the same size, for example. Then the at least two partial areas are each assigned to different control functions.
- the functionality of mixed control ie position control and force control at the same time, can also be achieved.
- position fluctuations during pure force control are compensated to a certain extent.
- An additional switch can also be provided to turn AHC on or off.
- the signal area or at least a partial area of the signal area is assigned to at least two different control functions.
- the assignment of the current value of the signal is changed from one to another of the at least two different control functions if the change in the value of the signal over time corresponds to a predetermined pattern.
- the predetermined pattern includes, for example, that the value of the signal is within a predetermined switching range of the signal range for at least and/or at most a predetermined period of time. For example, (almost) the entire signal range can be used for position control; If the operating element is then moved into a switching range for a certain period of time, e.g. at or near one of the end stops, and then moved out again, it is possible to switch to force control. Then (almost) the entire signal range can be used for force control. Several of these switchover areas can also be provided.
- control element can be used in many different ways.
- other possibilities are also conceivable for carrying out or initiating various control functions by means of an operating element. Two more detailed examples will be explained in the context of the description of the figures.
- a control unit which can display the control functions mentioned using the value of a signal within a signal range. It is also conceivable here that the method is carried out by an additional function with which the value of a signal within a signal range is converted into other signals, such as are required in conventional control units for electrohydraulic hitch control, which previously interacted with several operating elements.
- a software update is conceivable here, for example.
- a control unit according to the invention for example a control unit of a tractor, is set up, in particular in terms of programming, to carry out a method according to the invention.
- the implementation of a method according to the invention in the form of a computer program or computer program product with program code for carrying out all method steps is advantageous because this causes particularly low costs, especially if an executing control device is also used for other tasks and is therefore available anyway.
- Suitable data carriers for providing the computer program are, in particular, magnetic, optical and electrical memories, such as hard drives, flash memories, EEPROMs, DVDs, etc. It is also possible to download a program via computer networks (Internet, intranet, etc.).
- FIG. 1 shows a working machine with a control system for electrohydraulic hitch control in a preferred embodiment.
- FIG. 2 schematically shows a sequence of a method according to the invention in a preferred embodiment.
- FIG. 3 schematically shows a control unit according to the invention in a preferred embodiment.
- FIG. 4 schematically shows an operating unit according to the invention in a further preferred embodiment. Detailed description of the drawing
- FIG. 1 shows a working machine 100 designed as a tractor with a control system for electrohydraulic hitch control in a preferred embodiment, schematically and by way of example.
- the tractor includes a lifting mechanism 130 to which an attachment 102 designed as a plow is attached, for example.
- the lifting mechanism 130 in turn has a hydraulic cylinder 132 with which a linkage 134 can be moved, in particular raised and lowered. Furthermore, a hydraulic pump 134 is provided, by means of which hydraulic fluid can be conveyed to the hydraulic cylinder 132 via a valve or a valve block 136 (possibly with several valves) in order to raise the lifting mechanism. Hydraulic fluid can be drained by opening the valve to lower the hitch.
- a control unit 120 is provided, by means of which the valve or the valve block 136 can be controlled, possibly also the hydraulic pump. Furthermore, an operating unit 110 is provided, by means of which a user can make specifications for control functions of the electrohydraulic hitch control, which are transmitted to the control unit 120 as a signal 112 .
- a force sensor 140 and a position sensor 142 are provided in order to detect a position (possibly via an angle) of the lifting gear 130 or a force on the lifting gear 130 .
- the control unit 120 receives the values from these sensors in order to be able to carry out the control or regulation in accordance with the specification via the operating unit 110 .
- a rear button arrangement 144 with, for example, two so-called rear buttons is provided, by means of which a user can also make specifications for control functions of the electrohydraulic hitch control; however, these are typically limited to lowering and/or raising.
- FIG. 2 shows a sequence of a method according to the invention in a preferred embodiment.
- a user can make specifications for control functions of the electro-hydraulic lifting gear regulation, ie, for example, specifying a specific desired value for the position control or lowering the lifting gear. This can be done via the operating unit 110 or the rear button 144.
- a setting or position of the potentiometer can be transmitted as a signal 212 to the control unit 120 .
- a button position can be transmitted as a signal 214 to the control unit 120 by the rear buttons 144 .
- a position 202 of the lifting mechanism 130 is detected by means of the position sensor 142 (possibly as an angle sensor) and transmitted to the control unit 120 as a position value 204 .
- a load or force 208 on the lifting mechanism 130 is detected by means of the force sensor 140 . This may require a conversion or consideration 206 of the location or position of the hitch in or on the force (this can depend, for example, on the surface on which the attachment is moving, the weather, the attachment itself or the speed of the tractor. This force 208 is then transmitted to the control unit 120 as a force value 210 .
- the position value 204 and the force value 210 is first determined, and a setpoint value is calculated (which is determined via the signal 212 is specified), the desired open-loop or closed-loop control function is determined (which is also specified via signal 212) and, if necessary, a control difference is calculated.
- a position control 220 and a force control 222 are provided for selection here as an example.
- the relevant control or regulation function is then initiated or carried out, e.g. by activating the valve block of the lifting gear 130. This is used, for example, to fill or empty the hydraulic cylinder in order to raise or raise or lower the lifting gear.
- control unit 120 can output information 216 about a currently selected control function on a display means, such as an LED.
- a control unit 310 according to the invention is shown schematically in FIG. 3 in a preferred embodiment.
- the operating unit 310 has an operating element 350 designed as a rotary potentiometer with a nose 352 .
- two end stops 354 and 356 are provided, between which an adjustment area 360 is provided.
- the operating unit 350 can be adjusted continuously or quasi-continuously in the adjustment range 360 (by turning) between the two end stops 354, 356.
- the se 352 is provided, which comes to a stop at the end stops.
- the nose 352 shows the currently set value 368.
- the end stops 354 and 356 can, if necessary, be adjusted manually, for example, so that the usable portion of the adjustment range is reduced.
- the operating unit or the operating element is used to generate a signal 312 which is transmitted to the control unit.
- the signal 312 schematically indicated here can be a voltage signal, for example.
- the signal can assume a value between two limit values 354' and 356', e.g. an upper and a lower voltage level. These two limits correspond to the end stops 354 and 356 when attached to their respective ends so that the maximum range of adjustment can be selected.
- the (maximum) adjustment range 360 corresponds to a signal range 360'.
- the adjustment range can be subdivided into several sub-areas, here for example three sub-areas 362, 364 and 366. Accordingly, the signal range 360' is also divided into three sub-areas 362', 364' and 366'.
- the current value 368 set using the control element corresponds to the current value 368' in signal 312.
- the three sections 362, 364 and 366 or 362', 364' and 366' can now be assigned to three different control or regulation functions as part of the electrohydraulic hitch control, which correspond to the current value 368 or 368' or possibly its change over time can be chosen and implemented. This will be explained in more detail below using an example.
- the actual control functions depend on the position of the potentiometer.
- the upper section 362 is assigned to the position control; all setpoints for position control of the hoist can be set there and the position control is active. For example, by adjusting the value 368 or turning the potentiometer from one end of the sub-range 362 to the other end, the setpoint of the position can be lowered.
- the "Active Float" function (float control) is implemented in sub-area 364. This is in the lowest position at or after the position control. It should be noted that the partial area 362 can be very small (eg only in the form of a point), since no different setpoint values have to be specified here.
- the lower sub-area 366 is assigned to force control. All setpoints of the force for tensile forces are shown here (the setpoint increases downwards, for example). In this partial area 366, it is not possible to excavate from the ground, since regulation of the traction force always means that the attachment is in a position below the field surface.
- the sub-areas 362, 364 and 366 can be labeled accordingly on the operating unit, e.g. with "position control”, “active float” and “force control”. Position control and force control can also be scaled to provide a reference point for setpoints (at least maximum and minimum adjustable setpoint).
- the functionality of mixed control can also be achieved.
- position fluctuations during pure force control are compensated to a certain extent.
- the lowering speed is determined by the movement of the potentiometer, ie the faster the potentiometer is turned, the faster the lifting mechanism is lowered or raised (as long as sub-range 362 is selected).
- a vibration damping can be activated automatically, for example, if there is position control, the hoist has exceeded a certain height and the nominal value has not been changed by the potentiometer for a certain time. Vibration damping is deactivated when the potentiometer is moved again.
- the LED 390 (display means) indicates, e.g. by lighting up after the system has started, that it needs to be unlocked. Errors can be output by flashing codes. With the blocking described above, the LED flashes at 4Hz, for example.
- FIG. 4 shows an operating unit 410 according to the invention in a further preferred embodiment.
- the operating unit 410 has an operating element 350 designed as a rotary potentiometer with a nose 352 .
- two end stops 354 and 356 are provided, between which an adjustment area 460 is provided.
- the operating unit 350 can be adjusted continuously or quasi-continuously in the adjustment range 460 (by turning) between the two end stops 354, 356.
- the lug 352 is provided, which comes into abutment against the end stops.
- the nose 352 shows the currently set value 368.
- the end stops 354 and 356 can be adjusted manually, for example, if necessary, so that the usable portion of the adjustment range is reduced.
- the operating unit or the operating element is used to generate a signal 412 which is transmitted to the control unit.
- the signal 412 schematically indicated here can be a voltage signal, for example.
- the signal can assume a value between two limit values 454' and 456', e.g. an upper and a lower voltage level. These two limits correspond to the end stops 354 and 356 when attached to their respective ends so that the maximum range of adjustment can be selected.
- the (maximum) adjustment range 460 corresponds to a signal range 460'.
- the mechanical structure of the operating unit 410 can be identical to that of the operating unit 310; there is a difference in the way in which the current value within the adjustment range 460 or the signal range 460' is converted into a control or regulation function in the control unit.
- the labeling of the operating unit is also different.
- the adjustment area 460 can now be subdivided into several subareas, here for example three subareas 462, 464 and 466.
- the signal area 460' is also subdivided correspondingly into three subareas 462', 464' and 466'.
- the current value 468 set using the control element corresponds to the current value 468' in the signal 412.
- the partial areas 462 and 466 at or near the end stops serve as switching areas; these two sections can be very small; if necessary, only the value directly at the end stop can serve as the switching range. Accordingly, the partial area 364 corresponds almost to the entire adjustment area 460.
- the sub-range 464 or almost the entire adjustment range 460 thus represents both the entire setpoint range of the position control and the setpoint range of the force control.
- Force control is activated by moving the potentiometer into the switching range or sub-range 466 and then leaving the switching range or sub-range 466 within a certain time period (if this sub-range were not left within this time period, "Active Float” would be activated). Due to the position of the switching area 466 at the lower end stop, the switching process is secured (no uncontrolled movement) since the attachment is on the ground.
- the software functionality can also be used for the mixed control.
- the control function does not change.
- the switching process can be started again after the potentiometer has been moved out of the switching range. Analogously to switching over or changing over from position control to force control, the switching area 462 switches from force control to position control.
- the sub-areas 462 and 466 can be labeled accordingly on the operating unit, for example with "Switch to position control” and "Active float + switch to force control”.
- the partial area 464 can also be provided with a scale in order to provide a point of reference for the desired values (at least the maximum and minimum adjustable desired value). to ride.
- the partial area 464 can also be labeled “position control/force control”.
- the force control can be used here, since the entire range for force setpoints is mapped.
- this operating mode it can be provided in particular that there is no area switchover from force/mixed control (use of the force measuring bolt for the sensor signal) to position control (use of the position sensor for the sensor signal).
- the sensor signal is therefore constant and the control does not need to be blocked in the switchover range in order to absorb a sudden behavior of the hoist. If the weight of the attachment is exceeded by the force setpoint, the lifting mechanism would immediately lift to the maximum since the control difference can no longer be compensated for by lifting. In order to prevent this, the lifting height can also be limited in force control using the potentiometer. If the potentiometer is turned further up, the maximum height increases, which ensures safe lifting. Thus, the (upper) end stop always limits the lifting height.
- the operating point can also be set using one of the end stops. It can be unlocked as in the variant according to FIG. After unlocking, for example, there is always position control. The lowering speed is specified by the potentiometer movement. In position control, the vibration damping in the variant according to FIG. 3 can be activated by staying in the upper area and deactivated by moving the potentiometer again.
- LED 390 If LED 390 is off, the system is in position control. In force control, the LED flashes at e.g. 0.5 Hz. During switching processes, the LED flashes at 4 Hz, for example. As in the variant according to Figure 3, after the tractor has been started, the LED indicates, for example, by continuously lighting up that the system is locked, and errors are signaled by flashing codes.
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrohydraulischen Hubwerksregelung bei einer Arbeitsmaschine, umfassend ein Empfangen eines Signals (312), wobei ein Wert (368') des Signals in einem Signalbereich (360') zwischen zwei Grenzwerten (354', 356') kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich variieren kann; ein Auswählen einer von wenigsten zwei Steuerungsfunktionen der elektrohydraulischen Hubwerksregelung in Abhängigkeit von einem aktuellen Wert (368', 468') des Signals und/oder einer zeitlichen Veränderung des Werts (368', 468') des Signals, und ein Veranlassen oder Durchführen der ausgewählten Steuerungsfunktion in Abhängigkeit von einem aktuellen Wert (368') des Signals und/oder einer zeitlichen Veränderung des Werts (368') des Signals.
Description
Verfahren, Steuerungseinheit und Steuerungssystem zur elektrohydraulischen Hubwerksregelung
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Steuerungseinheit sowie ein Steuerungssystem zur elektrohydraulischen Hubwerksregelung bei einer Arbeitsmaschine wie z.B. einem Traktor, sowie ein Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens.
Hintergrund der Erfindung
An Arbeitsmaschinen, insbesondere mobilen Arbeitsmaschinen wie Fahrzeugen oder anderen beweglichen oder fahrbaren Maschinen, z.B. Traktoren, können Anbaugeräte angebracht werden, die mittels eines Hubwerks bewegbar sind, also insbesondere angehoben und abgesenkt werden können. Bei solchen Anbaugeräten kann es sich z.B. um landwirtschaftliche Geräte wie Pflüge, Sähmaschinen und dergleichen handeln, die an einem Traktor als mobile Arbeitsmaschine angebracht werden können.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren, eine Steuerungseinheit sowie ein Steuerungssystem zur elektrohydraulischen Hubwerksregelung, sowie ein Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Die Erfindung beschäftigt sich mit Hubwerken (bzw. Hubeinrichtungen) für Arbeitsmaschinen, insbesondere mobile Arbeitsmaschinen wie Traktoren, und insbesondere deren Bedienung. Bei dem Hubwerk kann es sich insbesondere um einen sog. Dreipunkt-Kraftheber handeln, auch als Dreipunkthydraulik bekannt; dabei handelt es sich um eine hydraulische
Vorrichtung an Traktoren oder anderen Arbeitsmaschinen, um Anbaugeräte (Arbeitsgeräte) anzukuppeln und anzuheben. Ein solches Hubwerk ist häufig an der Rückseite der Arbeitsmaschine angebracht (Heckhubwerk; an der Front der Arbeitsmaschine angebracht wird von einem Fronthubwerk gesprochen). Die Abwärtsbewegung erfolgt entweder hydraulisch oder bei einfacheren Systemen durch das eigene Gewicht seiner Elemente (Unterlenker) bzw. der Anbaugeräte. Dreipunkt heißt das System, weil die Arbeitsgeräte an drei Punkten an der Arbeitsmaschine befestigt werden.
Solche Hubwerke sind heutzutage typischerweise elektronisch oder elektrohydraulisch geregelt, hier wird auch von der sog. elektrohydraulischen Hubwerksregelung (EHR) gesprochen. Ein solche ist in der Regel Standard in modernen Traktoren, kann aber auch in anderen (mobilen) Arbeitsmaschinen eingesetzt werden. Dabei können die Bewegungen und Kräfte an der Aufhängung elektronisch erfasst werden. Die Lenker sind z.B. mit Kraftmessbolzen am Traktor befestigt. Mit einem Positionssensor an der Dreipunktaufhängung kann die genaue Höhe ermittelt und eingestellt werden.
Bei einer elektrohydraulischen Hubwerksregelung kann das Hubwerk (die eigentliche Hubeinrichtung) typischerweise auf zwei Arten geregelt werden. Entweder es wird die an der mobilen Arbeitsmaschine anliegende Zugkraft (Kraftregelung) oder die Position (Lage) des Hubwerks (Positionsregelung) geregelt. Für die Positionsregelung wird z.B. mittels eines Positions- bzw. Lagesensors (typischerweise als Winkelsensor) die Position bzw. Lage bestimmt. Für die Kraftregelung wird die Zugkraft z.B. mittels eines Kraftsensors ermittelt. Über eine geeignete Ansteuerung eines Hubwerkventils durch eine Steuerungseinrichtung (Steuergerät mit Funktionssoftware) kann entsprechend Kraft oder Position geregelt werden. Hierbei dient die Zugkraft typischerweise als indirekter Wert für die Arbeitstiefe, d.h. es wird durch Ablassen eines Bodenbearbeitungsgeräts als Anbaugerät in den Boden die Zugkraft auf den Kraftsensor erhöht. Durch Anheben wird der Traktor bzw. die mobile Arbeitsmaschine entlastet und der aktuell vom Kraftsensor ausgegebene Wert sinkt.
Die Kraftregelung wird vorzugsweise für Bodenbearbeitungsgeräte (wie Pflüge) benötigt, da eine konstante Zugkraft für ein optimales Arbeitsergebnis und eine gute Auslastung des Traktors sorgt. Für andere Anwendungen wie etwa Düngerstreuen (mit einem Streuer als Anbaugerät) oder Spritzen soll die Lage bzw. Position (also die Höhe über dem Boden oder relativ zur Arbeitsmaschine) des Hubwerks vorzugsweise konstant gehalten werden. Ein
großer Vorteil der elektrohydraulischen Hubwerksregelung ist die sog. Mischregelung. Hierbei kann zur Kraftregelung ein gewisser Anteil an Positionsregelung "hinzugemischt" werden. Dies hat den Vorteil, dass die Position des Hubwerks verglichen mit reiner Kraftregelung weniger stark schwankt und somit die Arbeitstiefe besser konstant gehalten werden kann. Diese Funktion ist besonders bei inhomogenen Böden vorteilhaft.
Für einen Nutzer der Arbeitsmaschine ist in der Regel eine Bedieneinheit vorgesehen, über die er die gewünschte Art der Regelung, einen Sollwert oder sonstige Funktionen einstellen bzw. vorgeben kann. Hierzu sind typischerweise viele verschiedene Bedien- oder Betätigungselemente wie z.B. Potentiometer, Schalter oder Taster als Komponenten der Bedieneinheit vorgesehen.
Der Sollwert der Regelung kann an der Bedieneinheit typischerweise mittels eines Potentiometers oder einem ähnlichem Bedienelement vorgegeben werden. Dabei kann ein Potentiometer z.B. zwischen zwei Endanschlägen verstellbar sein (z.B. drehbar im Fall eines Drehpotentiometers), sodass je nach konkreter Stellung zwischen den zwei Endanschlägen ein entsprechender Sollwert für die Regelung eingestellt werden kann.
Zusätzlich zur Regelung von Kraft und Position kann, z.B. in einer (z.B. unterster) Stellung des Potentiometers (also z.B. dem unteren Endanschlag), eine Funktion "Active Float" vorgesehen sein; dabei handelt es sich um eine Schwimmstellung oder Schwimmregelung. Hierbei wird das Hydraulikventil dauerhaft gegen den Tank geöffnet, wodurch das Anbaugerät der Bodenkontur folgt, da kein Druck im Hydraulikzylinder herrscht. Dies ist z.B. für Anbaugeräte sinnvoll, die immer auf dem Boden aufliegen sollen, wie etwa eine Walze.
Bei herkömmlichen Bedienkonzepten kann das Mischverhältnis der erwähnten Mischregelung, also Kraft- und Positionsregelung, ebenfalls mittels eines (weiteren) Potentiometer eingestellt. Wenn dieses Potentiometer an einem der Endanschläge ist, entspricht dies reiner Kraft- bzw. reiner Positionsregelung. Dabei kann mit zwei Modi gearbeitet werden, welche mittels (Kipp-)Schalter eingestellt werden können. Zum einen gibt es einen Transportmodus. Hierbei wird das Hubwerk maximal aus- bzw. angehoben. Die Hubhöhe im Transportmodus wird in der Regel mit einem weiteren Potentiometer begrenzt. Der zweite Modus ist der Arbeitsmodus bzw. Regelmodus. In diesem wird die Position-, Kraft- oder Mischregelung aktiviert und das Hubwerk auf den eingestellten Arbeitspunkt bzw. Sollwert (Setpoint) geregelt.
Die Senkgeschwindigkeit des Hubwerks kann bei typischen Bedienkonzepten z.B. mittels eines weiteren Potentiometers begrenzt werden. Im Transportmodus kann die Möglichkeit der Schwingungstilgung vorgesehen sein. Sie wird meist über einen Taster oder Knopf ein- und ausgeschaltet. Sie gleicht bei Fahrten mit angebrachten Anbaugerät die Einflüsse von unebenen Fahrbahnen aus und verhindert ein Aufschwingen der mobilen Arbeitsmaschine.
Außerdem können weitere Funktionen vorgesehen sein. Der sog. Schnelleinzug bewirkt z.B. das Ablassen bzw. Absenken des Hubwerks mit maximaler Geschwindigkeit, um z.B. den Pflug schnell in das Erdreich eindringen zu lassen, wenn der entsprechende Taster gedrückt wird. Auch zur Entsperrung des Systems, beispielsweise beim Start der mobilen Arbeitsmaschine oder bei Fehlern, kann ein Schalter vorgesehen sein.
Solche Bedienkonzepte für die elektrohydraulische Hubwerksregelung sind aufgrund der Vielzahl an Bedienelementen mitunter sehr komplex und damit für den Nutzer meist sehr unübersichtlich und schwierig zu bedienen. Zwar könnten einige Bedienelemente weggelassen werden, dies geht allerdings mit einer Reduzierung des Funktionsumfangs einher.
Vor diesem Hintergrund wird ein Bedienkonzept für eine elektrohydraulische Hubwerksregelung vorgeschlagen, durch das diese Komplexität vereinfacht wird, ohne jedoch den Funktionsumfang zu reduzieren oder zumindest ohne diesen übermäßig zu reduzieren.
Hierzu wird ein Steuerungssystem vorgeschlagen, das eine Steuerungseinheit und eine damit zusammenwirkende Bedieneinheit umfasst. Ebenso wird ein Verfahren für die Steuerung vorgeschlagen. Nachfolgend sollen Verfahren, Steuerungseinheit, Bedieneinheit sowie Steuerungssystem gemeinsam und übergreifend beschrieben werden.
Die Bedieneinheit weist ein Bedienelement (bzw. Betätigungselement) auf, wobei das Bedienelement in einem Verstellbereich zwischen zwei Endanschlägen bzw. Endpunkten verstellbar ist, und zwar kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich. Bei diesem Bedienelement kann es sich insbesondere um ein Potentiometer, z.B. ein Dreh potentiometer, handeln, das beispielsweise per Hand zwischen zwei physischen Endanschlägen gedreht werden kann. Ein solches Bedienelement erzeugt damit insbesondere ein Signal, das zwischen zwei Werten liegt, die den Endanschlägen entsprechen. Beispielsweise kann eine Spannung kontinuierlich (bzw. quasi-kontinuierlich) zwischen einem oberen und einem unteren Wert (Pegel) ver-
ändert werden. Entsprechend dem Verstellbereich gibt es für das Signal also einen Signalbereich, in dem ein Wert des Signals liegt.
Grundsätzlich denkbar ist auch ein virtuelles Bedienelement, das z.B. auf einem Touchscreen oder einem anderen Anzeige- und Eingabemittel angezeigt wird, und das durch Berühren des Touchscreens zwischen zwei Endanschlägen bzw. zwei Endpunkten bewegt werden kann. Auch hier kann dann ein Signal generiert werden, das in einem Signalbereich zwischen zwei Werten liegt, die den Endanschlägen entsprechen.
Die Steuerungseinheit (z.B. ein Steuergerät oder eine andere Recheneinheit) ist dazu eingerichtet, wahlweise zumindest eine von mehreren Steuerungsfunktionen der elektrohydraulischen Hubwerksregelung durchzuführen oder zu veranlassen (hierbei können ggf. weitere Komponenten im Rahmen der Hubwerksregelung angesteuert werden). Die mehreren Steuerungsfunktionen umfassen dabei bevorzugt zumindest eine Positionsregelung zum Regeln einer Position eines Hubwerks und eine Kraftregelung zum Regeln einer Kraft auf das Hubwerk. Außerdem können die mehreren Steuerungsfunktionen z.B. noch eine Schwimmregelung, eine Schwingungsdämpfung sowie eine Mischregelung zum Regeln einer Position des Hubwerks und einer Kraft auf das Hubwerk umfassen.
Es kann also je nach Bedarf z.B. die eingangs erwähnte Kraftregelung oder Positionsregelung durchgeführt werden. Die Steuerungseinheit ist außerdem dazu eingerichtet, mit der Bedieneinheit zusammenzuwirken, also von der Bedieneinheit ein Signal zu empfangen und somit die mittels der Bedieneinheit oder deren Bedienelement vorgegebenen Regelwunsch oder sonstige Funktion umzusetzen.
Ein Wert des empfangenen Signals liegt dabei in einem Signalbereich zwischen zwei Grenzwerten, wobei der Wert innerhalb dieses Signalbereichs kontinuierlich oder quasikontinuierlich variieren kann (eine Variation erfolgt bei Betätigung des Bedienelements). Je nach Wert und/oder (zeitlicher) Veränderung des Werts des (empfangenen) Signals wird dann zumindest eine der mehreren Steuerungsfunktionen ausgewählt und durchgeführt bzw. veranlasst.
Es wird also nur ein Bedienelement benötigt, das in einem Verstellbereich zwischen zwei Endanschlägen kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich verstellbar ist, um trotzdem mehrere
verschiedene Steuerungsfunktionen der elektrohydraulischen Hubwerksregelung durchführen oder veranlassen zu können. Die Erfindung ermöglicht damit eine vergleichsweise leicht eingängige Bedienung des EHR-Systems, indem die Anzahl der Bedienelemente reduziert wird, idealerweise auf lediglich eines, z.B. ein einziges Potentiometer, und zwei, vorzugsweise mechanische, Endanschläge. Zur Signalisierung eines Systemzustandes, also zur Ausgabe einer Information über eine aktuell gewählte Steuerungsfunktion im Rahmen der elektrohydraulischen Hubwerksregelung, kann ein Anzeigemittel, insbesondere eine Lampe wie z.B. eine LED verwendet werden. Dadurch wird eine höhere Akzeptanz gegenüber sowohl mechanischen Systemen als auch bestehenden Bedienkonzepten von EHR-Systemen bei Kunden erreicht. Außerdem ist die Bedieneinheit kostengünstiger zu fertigen als herkömmliche Bedienteile.
Dabei sind verschiedene Möglichkeiten bevorzugt, mehrere verschiedene Steuerungsfunktionen auf den Signalbereich (bzw. Verstellbereich) abzubilden. Vorzugsweise umfasst der Signalbereich wenigstens zwei, insbesondere einander ausschließende, Teilbereiche. Denkbar ist z.B., den Signalbereich in eine obere und eine untere Hälfte - bzw. den Verstellbereich in zwei z.B. in etwa gleich große Bereiche zu unterteilen. Dann sind die wenigstens zwei Teilbereiche jeweils voneinander verschiedenen Steuerungsfunktionen zugeordnet. Denkbar ist z.B., dass dann bei einem Potentiometer als Bedienelement, ausgehend von einem (oberen) Endanschlag innerhalb einer Hälfte des Verstellbereichs ein Sollwert für eine Positionsregelung (von maximal zu minimal) vorgegeben werden kann, ab der zweiten Hälfte, dann bis hin zum (unteren) Endanschlag hingegen ein Sollwert für die Kraftregelung (von minimal zu maximal). Ebenso denkbar ist, dass zwischen den beiden Teilbereichen ein (kleiner, ggf. auch punktförmiger) weiterer Teilbereich (die beiden anderen wären dann z.B. jeweils etwas kleiner) vorgesehen ist, dem eine Schwimmregelung ("Active Float") zugeordnet ist. Durch (mechanisches) Verstellen der Endanschläge kann dann z.B. der Sollwert, der für die Kraft- oder Positionsregelung vorgegeben werden kann, begrenzt werden.
Mittels zusätzlicher Softwarefunktionalität kann z.B. auch die Funktionalität der Mischregelung, also zugleich Positionsregelung und Kraftregelung, erreicht werden. Hierbei werden Positionsschwankungen während reiner Kraftregelung in bestimmtem Maße kompensiert. Dies ist eine Regelungsart, die besonders bei inhomogenen Böden Vorteile bietet. Die Mischregelung (AHC=Automatic Hitch Control) kann bei beiden beschriebenen Bedienkon-
zepten z.B. immer automatisch aktiviert sein, wenn Kraftregelung angewählt ist. Um AHC ein- oder auszuschalten, kann auch ein zusätzlicher Schalter vorgesehen sein.
Bevorzugt ist es auch, wenn der Signalbereich oder wenigstens ein Teilbereich des Signalbereichs wenigstens zwei voneinander verschiedenen Steuerungsfunktionen zugeordnet ist. Ein Wechsel der Zuordnung des aktuellen Werts des Signals von einer zu einer anderen der wenigstens zwei voneinander verschiedenen Steuerungsfunktionen wird in diesem Fall vorgenommen, wenn die zeitliche Veränderung des Werts des Signals einem vorgegebenen Muster entspricht. Das vorgegebene Muster umfasst z.B., dass sich der Wert des Signals für mindestens und/oder höchstens jeweils eine vorgegebene Zeitdauer innerhalb eines vorgegebenen Umschaltbereichs des Signalbereichs befindet. So kann z.B. (fast) der gesamte Signalbereich für die Positionsregelung verwendet werden; wenn das Bedienelement dann für eine bestimmte Zeitdauer in einen Umschaltbereich, z.B. am oder nahe eines der Endanschläge, bewegt wird, danach wieder herausbewegt wird, kann zur Kraftregelung umgeschaltet werden. Dann kann also (fast) der gesamte Signalbereich für die Kraftregelung verwendet werden. Es können auch mehrere dieser Umschaltbereiche vorgesehen sein.
Auf diese Weise kann das eine Bedienelement auf vielfältige Weise benutzt werden. Neben den vorstehend erwähnten Beispielen sind noch weitere Möglichkeiten denkbar, mittels eines Bedienelements verschiedene Steuerungsfunktionen durchzuführen bzw. zu veranlassen. Zwei ausführlichere Beispiele sollen im Rahmen der Figurenbeschreibung erläutert werden.
Es sei erwähnt, dass zur Verwendung der vorgeschlagenen Bedieneinheit eine Steuerungseinheit nötig ist, die anhand des Werts eines Signals innerhalb eines Signalbereichs die erwähnten Steuerungsfunktionen darstellen kann. Hierbei ist es auch denkbar, dass das Verfahren durch eine Zusatzfunktion ausgeführt wird, mit der der Wert eines Signals innerhalb eines Signalbereichs in andere Signale gewandelt wird, wie sie z.B. bei herkömmlichen Steuerungseinheiten zur elektrohydraulischen Hubwerksregelung nötig sind, die bisher mit mehreren Bedienelementen zusammengewirkt haben. Denkbar ist hier z.B. ein Update der Software.
Eine erfindungsgemäße Steuerungseinheit, z.B. ein Steuergerät eines Traktors, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
Auch die Implementierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Computerprogramms oder Computerprogrammprodukts mit Programmcode zur Durchführung aller Verfahrensschritte ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
Figurenbeschreibung
Figur 1 zeigt schematisch eine Arbeitsmaschine mit einem Steuerungssystem zur elektrohydraulischen Hubwerksregelung in einer bevorzugten Ausführungsform.
Figur 2 zeigt schematisch einen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform.
Figur 3 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Bedieneinheit in einer bevorzugten Ausführungsform.
Figur 4 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Bedieneinheit in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
In Figur 1 ist schematisch und beispielhaft eine als Traktor ausgebildete Arbeitsmaschine 100 mit einem Steuerungssystem zur elektrohydraulischen Hubwerksregelung in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Der Traktor umfasst ein Hubwerk 130, an dem beispielhaft ein als Pflug ausgebildetes Anbaugerät 102 angebracht ist.
Das Hubwerk 130 wiederum weist einen Hydraulikzylinder 132 auf, mit dem ein Gestänge 134 bewegt, insbesondere angehoben und abgesenkt werden kann. Weiterhin ist eine Hydraulikpumpe 134 vorgesehen, mittels welcher über ein Ventil oder einen Ventilblock 136 (mit ggf. mehreren Ventilen) Hydraulikfluid zu dem Hydraulikzylinder 132 befördert werden kann, um das Hubwerk anzuheben. Zum Absenken des Hubwerks kann Hydraulikfluid durch Öffnen des Ventils abgelassen werden.
Weiterhin ist eine Steuerungseinheit 120 vorgesehen, mittels welcher das Ventil oder der Ventilblock 136 angesteuert werden kann, ggf. auch die Hydraulikpumpe. Weiterhin ist eine Bedieneinheit 110 vorgesehen, mittels welcher ein Nutzer Vorgaben für Steuerungsfunktionen der elektrohydraulischen Hubwerksregelung machen kann, die als Signal 112 an die Steuerungseinheit 120 übermittelt werden. Zudem sind ein Kraftsensor 140 und ein Positionssensor 142 vorgesehen, um eine Position (ggf. über einen Winkel) des Hubwerks 130 bzw. eine Kraft auf das Hubwerk 130 zu erfassen. Die Steuerungseinheit 120 erhält die Werte dieser Sensoren, um die Steuerung bzw. Regelung entsprechend der Vorgabe über die Bedieneinheit 110 durchführen zu können.
Außerdem ist beispielhaft eine Hecktasteranordnung 144 mit beispielsweise zwei sog. Hecktastern vorgesehen, mittels derer ein Nutzer ebenfalls Vorgaben für Steuerungsfunktionen der elektrohydraulischen Hubwerksregelung machen kann; diese beschränken sich typischerweise aber auf Absenken und/oder Anheben.
In Figur 2 ist schematisch ein Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Ein Nutzer kann, in einem Schritt 200, Vorgaben für Steuerungsfunktionen der elektrohydraulischen Hubwerksregelung machen, also z.B. einen bestimmten Sollwert für die Positionsregelung vorgeben oder das Hubwerk absenken. Dies kann über die Bedieneinheit 110 oder die Hecktaster 144 erfolgen. So kann z.B. über die
Bedieneinheit 110 eine Stellung oder Position des Potentiometers als Signal 212 an die Steuerungseinheit 120 übermittelt werden. Ebenso kann ggf. von den Hecktastern 144 eine Tasterstellung als Signal 214 an die Steuerungseinheit 120 übermittelt werden.
Mittels des Positionssensors 142 (ggf. als Winkelsensor) wird eine Position 202 des Hubwerks 130 erfasst und als Positionswert 204 an die Steuerungseinheit 120 übermittelt. Mittels des Kraftsensors 140 wird eine Belastung oder Kraft 208 das Hubwerk 130 erfasst. Hierzu ist ggf. eine Umrechnung oder Berücksichtigung 206 der Lage oder Position des Hubwerks in bzw. auf die Kraft nötig (dies kann z.B. von der Oberfläche, auf dem sich das Anbaugerät bewegt, der Witterung, dem Anbaugerät selbst oder der Geschwindigkeit des Traktors abhängen. Diese Kraft 208 wird dann als Kraftwert 210 an die Steuerungseinheit 120 übermittelt.
In der Steuerungseinheit 120 werden dann anhand der Signale 212, 214 (typischerweise wird nur eines davon zur gleichen Zeit vorgegeben/erhalten), dem Positionswert 204 und dem Kraftwert 210 z.B. zunächst der Systemzustand des Hubwerks 130 bestimmt, ein Sollwert errechnet (der über das Signal 212 vorgegeben wird), die gewünschte Steuer- oder Regelfunktion bestimmt (die ebenfalls über das Signal 212 vorgegeben wird) und ggf. eine Regeldifferenz berechnet. Beispielhaft sind hier eine Positionsregelung 220 und eine Kraftregelung 222 zur Auswahl vorgesehen. Es erfolgt dann das Veranlassen oder Durchführen der betreffenden Steuer- oder Regelfunktion z.B. durch Ansteuern des Ventilblocks des Hubwerks 130. Damit wird z.B. der Hydraulikzylinder gefüllt oder geleert, um das Hubwerk an- bzw. auszuheben oder abzusenken.
Außerdem kann von der Steuerungseinheit 120 eine Information 216 über eine aktuell gewählte Steuerungsfunktion auf einem Anzeigemittel, wie z.B. einer LED, ausgegeben werden.
In Figur 3 ist schematisch eine erfindungsgemäße Bedieneinheit 310 in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Die Bedieneinheit 310 weist ein als Drehpotentiometer ausgebildetes Bedienelement 350 mit einer Nase 352 auf. Weiterhin sind zwei Endanschlägen 354 und 356 vorgesehen, zwischen denen ein Verstellbereich 360 vorgesehen ist. Die Bedieneinheit 350 kann in dem Verstellbereich 360 (mittels Drehen) zwischen den zwei Endanschlägen 354, 356 kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich verstellt werden. Hierzu ist die Na-
se 352 vorgesehen, die an den Endanschlägen in Anschlag geht. Außerdem zeigt die Nase 352 den aktuell eingestellten Wert 368 an. Die Endanschläge 354 und 356 können ggf. z.B. manuell verstellt werden, sodass der ausnutzbare Anteil des Verstellbereichs verkleinert wird.
Die Bedieneinheit bzw. das Bedienelement dient zum Erzeugen eines Signals 312, das an die Steuerungseinheit übermittelt wird. Bei dem hier schematisch angedeuteten Signal 312 kann es sich z.B. um ein Spannungssignal handeln. Das Signal kann einen Wert zwischen zwei Grenzwerten 354‘ und 356‘ annehmen, z.B. einem oberen und einem unteren Spannungspegel. Diese beiden Grenzwerte entsprechend den Endanschläge 354 und 356, wenn diese an ihrem jeweiligen Ende angebracht sind, sodass der maximale Verstellbereich gewählt werden kann. Dem (maximalen) Verstellbereich 360 entspricht ein Signalbereich 360‘.
Der Verstellbereich kann in mehrere Teilbereiche unterteilt sein, hier z.B. drei Teilbereiche 362, 364 und 366. Entsprechend ist auch der Signalbereich 360‘ in drei Teilbereiche 362‘, 364‘ und 366‘ unterteilt. Der aktuelle mittels des Bedienelements eingestellte Wert 368 (Stellung des Potentiometers) entspricht dem aktuellen Wert 368‘ im Signal 312.
Die drei Teilbereiche 362, 364 und 366 bzw. 362‘, 364‘ und 366‘ können nun drei verschiedenen Steuer- oder Regelfunktionen im Rahmen der elektrohydraulischen Hubwerksregelung zugeordnet sein, die entsprechend dem aktuellen Wert 368 bzw. 368‘ oder ggf. dessen zeitlicher Veränderung gewählt und umgesetzt werden können. Dies soll nachfolgend anhand eines Beispiels näher erläutert werden.
Die aktuellen Steuerungsfunktionen hängt von der Stellung des Potentiometers ab. Der obere Teilbereich 362 ist der Positionsregelung zugeordnet; dort sind alle Sollwerte für eine Positionsregelung des Hubwerks einstellbar und die Positionsregelung ist aktiv. So kann durch Verstellen des Werts 368 bzw. Drehen des Potentiometers von einem Ende des Teilbereichs 362 zum anderen Ende der Sollwert der Position z.B. abgesenkt werden.
Die Funktion "Active Float" (Schwimmregelung) wird im Teilbereich 364 realisiert. Dieser befindet sich in unterster Stellung an bzw. nach der Positionsregelung. Es sei angemerkt, dass der Teilbereich 362 sehr klein (z.B. nur im Form eines Punktes) sein kann, da hier keine verschiedenen Sollwerte vorgegeben werden müssen.
Der untere Teilbereich 366 ist der Kraftregelung zugeordnet. Hier sind alle Sollwerte der Kraft für Zugkräfte dargestellt (nach unten steigt der Sollwert z.B. an). In diesem Teilbereich 366 kann nicht aus dem Boden ausgehoben werden, da eine Regelung auf Zugkraft immer einer Position des Anbaugeräts unterhalb der Feldoberfläche bedeutet.
Die Teilbereiche 362, 364 und 366 können auf der Bedieneinheit entsprechend beschriftet sein, z.B. mit "Positionsregelung", "Active Float" und "Kraftregelung". Positionsregelung und Kraftregelung können zudem mit einer Skala versehen sein, um einen Anhaltspunkt für die Sollwerte (zumindest maximalem und minimalem, einstellbarem Sollwert) bereitzustellen.
Mittels zusätzlicher Softwarefunktionalität kann z.B. auch die Funktionalität der Mischregelung erreicht werden. Hierbei werden Positionsschwankungen während reiner Kraftregelung in bestimmtem Maße kompensiert.
Soll das Hubwerk während einer Kraftregelung ausgehoben werden, muss in den Teilbereich 364 und dann 362 umgestellt werden. Da die dabei auftretenden Positionssollwerte jedoch zunächst sehr klein und ggf. kleiner als der aktuelle Istwert des Positionssensors sind, könnte dies zu einem ungewollten Absenken des Hubwerks führen. Um dies zu verhindern, ist vorzugsweise vorgesehen, dass bei Verlassen des Teilbereichs 366 ein Absenken des Hubwerks zunächst z.B. durch Sperren des Systems verhindert wird. Dies kann optisch, z.B. durch Blinken der LED angezeigt werden. Erst wenn der Positionssollwert den Istwert bzw. Sensorwert der Position überschreitet, wird das Hubwerk wieder freigegeben (und das Blinken der LED endet). Dadurch entsteht nach dem Entsperren keine große Regeldifferenz, welche zu unkontrollierter Bewegung des Hubwerks führen könnte.
Es ist vorzugsweise möglich, auch während einer solchen Sperre wieder in den Bereich der Kraftregelung zu rückzu kehren, wo das Hubwerk zur Bodenbearbeitung wieder freigegeben wird.
Die Senkgeschwindigkeit wird durch die Potentiometerbewegung vorgegeben, d.h. je schneller das Potentiometer gedreht wird, desto schnelle wird das Hubwerk abgesenkt bzw. angehoben (solange der Teilbereich 362 gewählt ist).
Eine Schwingungsdämpfung kann z.B. automatisch aktiviert werden, wenn Positionsregelung vorliegt, das Hubwerk eine gewisse Höhe überschritten hat und der Sollwert durch das Potentiometer für eine bestimmte Zeit nicht verändert wurde. Deaktiviert wird die Schwingungsdämpfung, wenn das Potentiometer wieder bewegt wird.
Die LED 390 (Anzeigemittel) zeigt z.B. durch Leuchten nach Systemstart an, dass entsperrt werden muss. Durch Blinkcodes können Fehler ausgegeben werden. Bei der oben beschriebenen Sperrung blinkt die LED z.B. mit 4Hz.
In Figur 4 ist schematisch eine erfindungsgemäße Bedieneinheit 410 in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Die Bedieneinheit 410 weist ein als Drehpotentiometer ausgebildetes Bedienelement 350 mit einer Nase 352 auf. Weiterhin sind zwei Endanschläge 354 und 356 vorgesehen, zwischen denen ein Verstellbereich 460 vorgesehen ist. Die Bedieneinheit 350 kann in dem Verstellbereich 460 (mittels Drehen) zwischen den zwei Endanschlägen 354, 356 kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich verstellt werden. Hierzu ist die Nase 352 vorgesehen, die an den Endanschlägen in Anschlag geht. Außerdem zeigt die Nase 352 den aktuell eingestellten Wert 368 an. Die Endanschläge 354 und 356 können ggf. z.B. manuell verstellt werden, sodass der ausnutzbare Anteil des Verstellbereichs verkleinert wird.
Die Bedieneinheit bzw. das Bedienelement dient zum Erzeugen eines Signals 412, das an die Steuerungseinheit übermittelt wird. Bei dem hier schematisch angedeuteten Signal 412 kann es sich z.B. um ein Spannungssignal handeln. Das Signal kann einen Wert zwischen zwei Grenzwerten 454‘ und 456‘ annehmen, z.B. einem oberen und einem unteren Spannungspegel. Diese beiden Grenzwerte entsprechend den Endanschläge 354 und 356, wenn diese an ihrem jeweiligen Ende angebracht sind, sodass der maximale Verstellbereich gewählt werden kann. Dem (maximalen) Verstellbereich 460 entspricht ein Signalbereich 460‘.
Es sei erwähnt, dass der mechanische Aufbau der Bedieneinheit 410 mit demjenigen der Bedieneinheit 310 identisch sein kann; ein Unterschied besteht in der Art, wie der aktuelle Wert innerhalb des Verstellbereichs 460 bzw. des Signalbereichs 460‘ in der Steuerungseinheit in eine Steuer- oder Regelunktion umgesetzt wird. Ebenso unterscheidet sich dann eine Beschriftung der Bedieneinheit.
Der Verstellbereich 460 kann nun in mehrere Teilbereiche unterteilt sein, hier z.B. drei Teilbereiche 462, 464 und 466. Entsprechend ist auch der Signalbereich 460‘ in drei Teilbereiche 462‘, 464‘ und 466‘ unterteilt. Der aktuelle mittels des Bedienelements eingestellte Wert 468 (Stellung des Potentiometers) entspricht dem aktuellen Wert 468‘ im Signal 412.
Dabei dienen die Teilbereiche 462 und 466 an bzw. nahe an den Endanschlägen als Umschaltbereiche; diese beiden Teilbereiche können sehr klein sein; ggf. kann auch nur der Wert direkt am Endanschlag als Umschaltbereich dienen. Dementsprechend entspricht der Teilbereich 364 fast dem gesamten Verstellbereich 460.
Der Teilbereich 464 bzw. fast der gesamte Verstellbereich 460 stellt damit sowohl den gesamten Sollwertbereich der Positionsregelung als auch den Sollwertbereich der Kraftregelung dar. Der Funktion "Active Float" ist z.B. der Teilbereich 466 zugeordnet (der dann aber zudem als Umschaltbereich dienen kann).
Auf Kraftregelung wird geschaltet durch Bewegen des Potentiometers in den Umschaltbereich bzw. Teilbereich 466 und anschließendem Verlassen des Umschaltbereichs bzw. Teilbereichs 466 innerhalb einer gewissen Zeitspanne (würde dieser Teilbereich nicht innerhalb dieser Zeitspanne Verlassen, würde "Active Float" aktiviert). Durch die Lage des Umschaltbereichs 466 am unteren Endanschlag ist der Umschaltvorgang abgesichert (keine unkontrollierte Bewegung), da sich das Anbaugerät auf dem Boden befindet. Wie bei der Variante gemäß Figur 3 kann ebenfalls die Softwarefunktionalität für die Mischregelung verwendet werden.
Wird das Potentiometer im Umschaltpunkt nicht bewegt, ändert sich die Regelfunktion nicht. Der Umschaltvorgang kann wieder begonnen werden, nachdem das Potentiometer aus dem Umschaltbereich bewegt wurde. Analog zum Umschalten bzw. Wechseln von Positionsregelung auf Kraftregelung wird durch den Umschaltbereich 462 von Kraftregelung auf Positionsregelung geschaltet.
Die Teilbereiche 462 und 466 können auf der Bedieneinheit entsprechend beschriftet sein, z.B. mit "Umschalten auf Positionsregelung" und "Active Float + Umschalten auf Kraftregelung". Der Teilbereich 464 kann zudem mit einer Skala versehen sein, um einen Anhaltspunkt für die Sollwerte (zumindest maximalem und minimalem, einstellbarem Sollwert) be-
reitzustellen. Ebenso kann der Teilbereich 464 mit "Positionsregelung / Kraftregelung" beschriftet sein.
Im Gegensatz zur Variante gemäß Figur 3 kann hier in Kraftregelung ausgehoben werden, da der gesamte Bereich für Kraftsollwerte abgebildet ist. In dieser Bedienart kann nämlich insbesondere vorgesehen sein, dass keine Bereichsumschaltung von Kraft-/Mischregelung (Verwendung des Kraftmessbolzens für das Sensorsignal) auf Positionsregelung (Verwendung des Positionssensors für das Sensorsignal) erfolgt. Somit ist das Sensorsignal stetig und die Regelung braucht hier nicht im Umschaltbereich gesperrt zu werden, um ein Sprungverhalten des Hubwerkes abzufangen. Wenn das Gewicht des Anbaugeräts durch den Kraftsollwert überschritten wird, würde das Hubwerk sofort maximal ausheben, da die Regeldifferenz durch Ausheben nicht mehr ausgeglichen werden kann. Um dies zu verhindern, kann zusätzlich die Aushubhöhe in Kraftregelung durch das Potentiometer begrenzt werden. Wird das Potentiometer weiter nach oben gedreht, erhöht sich die maximale Höhe, wodurch sicheres Ausheben gewährleistet ist. Somit begrenzt der (obere) Endanschlag immer die Hubhöhe.
Der Arbeitspunkt kann ebenfalls mittels eines der Endanschläge eingestellt werden. Entsperrt kann wie bei der Variante gemäß Figur 3 werden. Nach dem Entsperren liegt z.B. immer Positionsregelung vor. Die Senkgeschwindigkeit wird durch die Potentiometerbewegung vorgegeben. In Positionsregelung kann die Schwingungsdämpfung bei der Variante gemäß Figur 3 durch Verweilen im oberen Bereich aktiviert werden, und durch erneute Potentiometerbewegung deaktiviert werden.
Ist die LED 390 aus, befindet sich das System in Positionsregelung. In Kraftregelung blinkt die LED mit z.B. 0,5 Hz. Bei Umschaltvorgängen blinkt die LED z.B. mit 4Hz. Wie bei der Variante gemäß Figur 3 zeigt die LED nach dem Traktorstart z.B. durch Dauerleuchten an, dass das System gesperrt ist, und durch Blinkcodes werden Fehler signalisiert.
Claims
1. Verfahren zur elektrohydraulischen Hubwerksregelung bei einer Arbeitsmaschine (100), umfassend:
Empfangen eines Signals (112, 212, 312, 412), wobei ein Wert (368‘, 468‘) des Signals in einem Signalbereich (360‘, 460‘) zwischen zwei Grenzwerten (354‘, 356‘, 454‘, 456‘) kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich variieren kann,
Auswahlen einer von wenigsten zwei Steuerungsfunktionen der elektrohydraulischen Hubwerksregelung in Abhängigkeit von einem aktuellen Wert (368‘, 468‘) des Signals und/oder einer zeitlichen Veränderung des Werts (368‘, 468‘) des Signals, und
Veranlassen oder Durchführen der ausgewählten Steuerungsfunktion (220, 222) in Abhängigkeit von einem aktuellen Wert (368‘, 468‘) des Signals und/oder einer zeitlichen Veränderung des Werts (368‘, 468‘) des Signals.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der Signalbereich (360‘, 460‘) wenigstens zwei, insbesondere einander ausschließende, Teilbereiche (362‘, 364‘, 366‘, 462‘, 464', 466‘) umfasst, und wobei die wenigstens zwei Teilbereiche jeweils voneinander verschiedenen Steuerungsfunktionen zugeordnet sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Signalbereich oder wenigstens ein Teilbereich (464‘) des Signalbereichs wenigstens zwei voneinander verschiedenen Steuerungsfunktionen zugeordnet ist, und wobei ein Wechsel der Zuordnung des aktuellen Werts (368‘, 468‘) des Signals von einer zu einer anderen der wenigstens zwei voneinander verschiedenen Steuerungsfunktionen vorgenommen wird, wenn die zeitliche Veränderung des Werts (368‘, 468‘) des Signals einem vorgegebenen Muster entspricht.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das vorgegebene Muster umfasst, dass sich der Wert (368‘, 468‘) des Signals für mindestens und/oder höchstens jeweils eine vorgegebene Zeitdauer innerhalb eines vorgegebenen Umschaltbereichs (462‘, 466‘) des Signalbereichs befindet.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die mehreren Steuerungsfunktionen zumindest die folgenden umfassen:
- eine Positionsregelung (220) zum Regeln einer Position eines Hubwerks, und
- eine Kraftregelung (222) zum Regeln einer Kraft auf das Hubwerk.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei anhand des aktuellen Werts (368‘, 468‘) des Signals ein Sollwert für die Positionsregelung oder die Kraftregelung vorgegeben wird.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die mehreren Steuerungsfunktionen weiterhin zumindest eine der folgenden umfassen:
- eine Schwimmregelung,
- eine Schwingungsdämpfung, und
- eine Mischregelung zum Regeln einer Position des Hubwerks und einer Kraft auf das Hubwerk.
8. Steuerungseinheit (120) zur elektrohydraulischen Hubwerksregelung einer Arbeitsmaschine (100), die dazu eingerichtet ist, ein nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
9. Steuerungssystem zur elektrohydraulischen Hubwerksregelung einer Arbeitsmaschine (100), mit einer Steuerungseinheit (120) nach Anspruch 8 und mit einer damit zusammenwirkenden Bedieneinheit (110).
10. Steuerungssystem nach Anspruch 9, wobei die Bedieneinheit (110) ein Bedienelement (350) aufweist, das in einem Verstellbereich (360, 460) zwischen zwei Endanschlägen (354, 356) kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich verstellbar ist, wobei die Bedieneinheit (110, 310, 410) eingerichtet ist, in Abhängigkeit von einer Stellung des Bedienelements in dem Verstellbereich ein Signal (112, 212, 312, 412) auszugeben.
11. Steuerungssystem nach Anspruch 10, wobei zumindest einer der zwei Endanschläge (354, 356) verstellbar ist, um den Verstellbereich (360, 460) zu verändern.
12. Steuerungssystem) nach Anspruch 10 oder 11 , wobei die Bedieneinheit weiterhin ein Anzeigemittel (390), insbesondere eine Lampe, aufweist, die eingerichtet ist, eine Information über eine aktuell gewählte Steuerungsfunktion im Rahmen der elektrohydraulischen Hubwerksregelung anzuzeigen.
13. Computerprogramm, das eine Recheneinheit, insbesondere eine Steuerungseinheit (120) zur elektrohydraulischen Hubwerksregelung, veranlasst, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit ausgeführt wird.
14. Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 13.
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