DE102013221757A1 - Einrichtung und Verfahren zur Analyse und/oder Dokumentation des Betriebs eines Arbeitsfahrzeugs - Google Patents

Abstract

Eine Einrichtung (124) zur Analyse und/oder Dokumentation des Betriebs eines Arbeitsfahrzeugs (10) umfasst einen Prozessor (128), der mit einem Speicher (126) verbunden und an einem internen Bus (104) des Arbeitsfahrzeugs (10) angeschlossen ist, über den im Betrieb zwischen Kontrolleinheiten (70, 64, 46) des Arbeitsfahrzeugs (10) Steuerbefehle zur Kontrolle von Aktoren und Daten hinsichtlich des Betriebszustands von Betriebselementen des Arbeitsfahrzeugs (10) übertragbar sind. Der Prozessor (128) ist programmiert, anhand des Datenverkehrs über den Bus (104) einen Betriebszustand des Arbeitsfahrzeugs (10) zu erkennen und im Speicher (126) abzuspeichern.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Einrichtung und ein Verfahren zur Analyse und/oder Dokumentation des Betriebs eines Arbeitsfahrzeugs.
• Stand der Technik
• In der Landwirtschaft werden Schlepper für unterschiedliche Aufgaben verwendet, beispielsweise für die Bodenbearbeitung, zum Ausbringen von Material, wie Saatgut oder Dünger, auf einem Feld, für Erntearbeiten oder für Transportarbeiten. Demnach sind unterschiedliche Geräte an den Schlepper anzukoppeln, wie Pflüge, Sämaschinen, Düngerstreuer, Ballenpressen, Mähgeräte, angebaute Feldhäcksler oder Transportanhänger. Die Schlepper sind daher mit einer oder mehreren Schnittstellen ausgestattet, an denen unterschiedliche Geräte befestigt werden können. Derartige Schnittstellen können eine Anhängekupplung zum Anhängen z.B. eines Transportanhängers oder einer Ballenpresse, eine hintere Dreipunktkupplung an der Rückseite des Schleppers und/oder eine Dreipunktkupplung an der Vorderseite des Schleppers umfassen, die jeweils zur Anbringung nicht mit einer Deichsel angekoppelter Geräte dienen, z.B. von Mähgeräten, Feldspritzen, Feldhäckslern, Düngerstreuern, Sämaschinen oder Pflügen. Neben Schleppern finden auch andere Typen von Arbeitsfahrzeugen in der Landwirtschaft Verwendung, wie selbstfahrende Erntemaschinen (z.B. Mähdrescher oder Feldhäcksler) oder Fahrzeuge zur Bewegung von Lasten (z.B. Rad- oder Teleskoplader).
• Es ist wünschenswert, den Betrieb des Arbeitsfahrzeugs zu dokumentieren, d.h. Daten hinsichtlich der jeweils durchgeführten Arbeiten über die Zeit in einen Speicher abzulegen. Diese Daten können beispielsweise zu Abrechnungszwecken bei Lohnunternehmern oder zur Dokumentation der Maschinenauslastung zur Planung von Wartungsarbeiten oder bei Gewährleistungsfragen dienen. Im Stand der Technik wird jeweils eine Information hinsichtlich des jeweiligen Betriebs des Fahrzeugs ( DE 43 40 285 A1 , DE 199 14 765 A1 ) bzw. eines daran angebrachten Geräts ( DE 199 49 994 A1 , DE 102 30 474 A1 ) dokumentiert.
• Aufgabe
• Im Umgang mit Maschinendaten, deren Analyse und Auswertung, ist es oftmals notwendig, Kontext (d.h. das Verständnis über Zusammenhänge fördernde Information) über die Verwendungsweise und die verschiedenen Betriebszustände einer Maschine zu haben. So zum Beispiel bei der Effizienzanalyse und Optimierung von landwirtschaftlichen Arbeitsvorgängen oder der Datenauswertung zur Verifizierung und Validierung neuer Maschinendesigns. Kontextuelle Informationen für ein Traktor-Gerät-Gespann sind zum Beispiel das verwendete Gerät, der momentane Arbeitszustande der Maschine, Wartungszustand der Maschine, Bodenbeschaffenheit, besondere Witterungsbedingungen. Beim tatsächlichen Betrieb der Maschine ist es für einen erfahrenen Beobachter unter Umständen sehr einfach, diesen Kontext wahrzunehmen und Maschinendaten adäquat zu interpretieren. Durch das Aufzeichnen und die spätere Wiedergabe von Maschinendaten geht dieser Kontext jedoch oftmals verloren und ist nur schwer zu rekonstruieren.
• Die im Stand der Technik vorgesehene, einfache Aufzeichnung der Betriebsdaten ermöglicht demnach keinen Rückschluss darauf, welche Tätigkeiten jeweils durchgeführt wurden. Dies ist umso problematischer, als dass an landwirtschaftlich genutzten Arbeitsfahrzeugen unterschiedliche Geräte angebracht werden können, das Dokumentationssystem jedoch möglichst unabhängig davon sein soll, welches Gerät angebracht ist.
• Das der Erfindung zu Grunde liegende Problem wird darin gesehen, eine Einrichtung und ein Verfahren zur Analyse und/oder Dokumentation des Betriebs eines Arbeitsfahrzeugs bereitzustellen, das eine detaillierte Analyse bzw. Dokumentation ermöglicht, aber unabhängig vom jeweils am Arbeitsfahrzeug angebrachten Gerät arbeitet.
• Lösung
• Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Lehre der Patentansprüche 1 und 10 gelöst, wobei in den weiteren Patentansprüchen Merkmale aufgeführt sind, die die Lösung in vorteilhafter Weise weiterentwickeln.
• Die vorliegende Erfindung beinhaltet eine Einrichtung und ein Verfahren zur Datenverarbeitung, welche während der Datenaufzeichnung aus Maschinendaten kontextorientierte Information gewinnen. Es ist auch zur nachträglichen Rekonstruktion der Information (off-board und offline) geeignet. Die entwickelten Methoden beziehen sich in erster Linie auf ein System bestehend aus Traktor und Gerät. Sie lassen sich jedoch prinzipiell auch auf andere Systeme wie zum Beispiel Mähdrescher, Feldhäcksler, selbstfahrende Feldspritzen, Radlader, Bagger oder LKW übertragen. Die vorliegende Erfindung beinhaltet eine Klassifizierung des Arbeitszustandes des Systems (Zustandsklassifizierung) sowie optional eine Abschätzung des Leistungsverbrauches einzelner System-Subkomponenten (Energieflussmodellierung). Durch die Zustandsklassifizierung wird eine automatische Interpretation und Analyse des Arbeitsvorgangs ermöglicht, die z.B. zur Alarmierung des Bedieners der Arbeitsmaschine oder einer beabstandeten Station herangezogen werden kann, wenn Abweichungen von Erwartungswerten vorliegen, oder zu einem zustandsbasierten Einschränken des geographischen Bewegungsbereichs des Arbeitsfahrzeugs (Geo-Fencing) oder zum Vergleich der Arbeitsweisen und -effektivitäten unterschiedlicher Bediener. So kann beispielsweise angezeigt werden, wenn die Energieflussmodellierung ergeben hat, dass das Arbeitsfahrzeug ineffektiv arbeitet. Auch können die möglichen Tätigkeiten geographisch eingeschränkt werden, um z.B. Arbeiten auf nicht zu bearbeitenden Feldern zu verhindern.
• Die Zustandsklassifizierung gemäß der vorliegenden Erfindung ist von der Art des Gerätes unabhängig. Diese generische Implementierung der Zustandsklassifizierung bringt mehrere Herausforderungen mit sich, da Arbeitsmuster von Gerät zu Gerät verschieden sind. Das System besteht aus einem elektronischen Steuergerät, welches auf ein internes, auf CAN oder einer anderen Norm, z.B. Autosar, basierendes Bussystem (oder mehrere interne Bussysteme) des Arbeitsfahrzeugs zugreifen und darauf verschickte Nachrichten lesen kann, welche u.a. Anweisungen an Aktoren oder Zustände von Elementen des Arbeitsfahrzeugs (wie Motordrehzahlen oder -drehmomente) enthalten. Die angewandten Methoden sind insofern generisch, als dass sie keine Arbeitsfahrzeug-externen Informationen (wie zum Beispiel vom Gerät über den CAN- oder ISO-Bus gesendete oder vom Bediener über ein Bedienterminal eingegebene Informationen) über das Gerät benötigen. Es wäre jedoch denkbar, über ein das Arbeitsfahrzeug mit dem Gerät verbindendes Bussystem (z.B. nach ISO 11783) verfügbare Informationen über das Gerät zur Zustandsklassifizierung zu verwenden. Die Vorgehensweise bei der Auswertung des Datenverkehrs würde sich nicht ändern, jedoch könnten einige Parameter, die ansonsten ohne diese Informationen zu ermitteln wären, aufgrund des vorhandenen Wissens über das Gerät direkt bestimmbar sein.
• Des Weiteren kann das System eine Kommunikationsschnittstelle haben, um die berechneten Ergebnisse drahtlos, z.B. über Mobilfunk (nach einem beliebigen Protokoll wie GSM, UMTS oder LTE), an einen entfernt gelegenen Server zu schicken. Über diesen Server kann zudem die Konfiguration der Zustandsklassifizierung sowie der Energieflussmodellierung auf dem Arbeitsfahrzeug modifiziert werden. Auch kann das System ein direkt (oder indirekt über CAN-Bus) angeschlossenes Display haben, mittels dessen die Ergebnisse der Zustandsklassifizierung und ggf. einer Energieflussanalyse dem Fahrer des Arbeitsfahrzeugs angezeigt werden können. Bei der Zustandserkennung und/oder der Energieflussanalyse kann auch auf Daten zurückgegriffen werden, die von einer beabstandeten Stelle über die Kommunikationsschnittstelle an den Prozessor übersandt werden. Ein Beispiel wären Daten über die Position der Teile eines größeren Feldes, auf denen Korn gesät wurde, die an einen Mähdrescher geschickt werden. Befährt er den mit Korn besäten Teil des Feldes, kann davon ausgegangen werden, dass ein Erntevorgang stattfindet. Die in der vorliegenden Erfindung dargelegte Methode kann auch auf bereits aufgezeichnete Daten angewendet werden. In diesem Fall besteht das System aus einem Rechner, einer Methode, die Daten in diesen Rechner einzulesen sowie ein Softwaretool zur Umsetzung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise.
• Die Bestimmung des Betriebszustandes kann segmentweise erfolgen, wobei jedem Segment ein möglichst konstanter Betriebszustand zugeordnet wird. Bei der Evaluierung des jeweiligen Betriebszustands kann auf vorherige Segmente und deren zugehörige Daten bzw. daraus abgeleitete Information zurückgegriffen werden. Man geht hierbei davon aus, dass sich zwischen den einzelnen Segmenten das Gerät nicht ändert und es somit fortdauernd in zumindest ähnlicher Weise gehandhabt wird. Somit werden aus vorherigen Segmenten Informationen zur genaueren und detaillierteren Klassifizierung des Betriebszustands abgeleitet.
• Die vorliegende Erfindung beinhaltet eine Zustandsklassierung basierend insbesondere auf einer (insbesondere binären) Entscheidungsbaummethode welche den Arbeitszustand eines Arbeitsfahrzeug-Gerät-Gespannes ermitteln kann. Es werden bei einem landwirtschaftlichen Traktor beispielsweise die Zustände „Leerlauf, „Transport“, „Wendemanöver“, „Feldarbeit“, „stationäre Arbeit“ und „schwere Feldarbeit“ unterschieden. Bei anderen Arbeitsmaschinen, wie Erntemaschinen, können andere Zustände vorliegen, wie z.B. „Kornentladen“ bei einem Mähdrescher oder „Öffnen eines Feldes“ bei einem Feldhäcksler.
• Unterscheidungsmerkmale sind insbesondere die Verwendung des Zapfwellenbetriebes während Transport oder Feldarbeit, die Anbauposition des Gerätes (Zugpendel oder Heckkraftheber) sowie die Benutzung der selbsttätig durch eine entsprechende Steuerung zur Automatisierung des Betriebs eines Geräts, z.B. einer Ballenpresse (s. EP 1 813 146 A2 ), oder durch einen Bediener betätigbaren hydraulischen Steuergeräte für Geräte als Steuerelemente oder zur Leistungsübertragung.
• Die Abschätzung der Leistungsverbräuche einzelner Systemkomponenten ist oftmals schwierig, da eine Mehrzahl zu deren Berechnung benötigte Parameter nicht oder nicht mit adäquatem Aufwand auf der Maschine gemessen werden können. Des Weiteren beinhaltet die Erfindung somit eine Methode, den Leistungsverbrauch einzelner Systemkomponenten und anfallende Verluste zu schätzen. Dies geschieht über zwei zustandsabhängige physikalische Modelle des Gesamtsystems, eine zustandsabhängige Parametrierung dieser Modelle sowie mathematische Methoden zur Abschätzung dieser Parametrisierung.
• Ausführungsbeispiel
• In den Zeichnungen ist ein nachfolgend näher beschriebenes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt:
• 1 eine seitliche Ansicht eines Arbeitsfahrzeugs in Form eines landwirtschaftlichen Schleppers,
• 2 ein Schema des Antriebsstrangs des Arbeitsfahrzeugs sowie der an dessen Arbeitsfahrzeugbus angeschlossener Komponenten einschließlich einer Einrichtung zur Erkennung und Dokumentation des Betriebs des Arbeitsfahrzeugs,
• 3 ein Flussdiagramm, nach dem die Einrichtung zur Erkennung und Dokumentation des Betriebs des Arbeitsfahrzeugs im Betrieb vorgeht, und
• 4 ein Flussdiagramm, nach dem die Einrichtung bei der Erkennung der jeweiligen Betriebsart vorgeht.
• Arbeitsfahrzeug
• In der 1 ist ein Arbeitsfahrzeug 10 in Form eines landwirtschaftlichen Schleppers dargestellt, der sich auf einem Rahmen 12 aufbaut und durch vordere, lenkbare Räder 14 und antreibbare, rückwärtige Räder 16 auf dem Boden abstützt. Der Bedienerarbeitsplatz befindet sich in einer Kabine 18.
• Am rückwärtigen Ende des Rahmens 12 ist eine hintere Dreipunktkupplung 20 angeordnet, die sich aus zwei nebeneinander angeordneten, unteren Lenkern 22 und einem oberen Lenker 24 zusammensetzt. Die unteren Lenker 22 sind durch Aktoren 26 in Form von Hydraulikzylindern höhenverstellbar. Der obere Lenker 24 ist durch einen Aktor 28 in Form eines Hydraulikzylinders längenveränderbar. Durch Verstellung der Aktoren 26 können die rückwärtigen Enden der unteren Lenker 22 in eine Position verbracht werden, in der sie mit einem beliebigen Gerät (nicht gezeigt) gekoppelt werden können. Am rückwärtigen Ende der unteren Lenker 22 sind in an sich bekannter Weise Koppelpunkte 30 in Form von sich nach oben erstreckenden Fanghaken (oder beliebiger anderer Koppelpunkte, z. B. Koppelaugen, wie sie in der DIN ISO 730-1 Landmaschinen und Traktoren – Heck-Dreipunktanbau – Teil 1: Kategorien 1, 2, 3 und 4 beschrieben werden) angeordnet, während am rückwärtigen Ende des oberen Lenkers 24 ein ebenfalls konventioneller Oberlenker-Koppelpunkt 32 vorgesehen ist. An der Rückseite des Rahmens 12 ist weiterhin ein Zapfwellenanschluss 34 zum Antrieb beweglicher Elemente des an der Dreipunktkupplung 20 angebrachten oder an einer festen oder gegenüber dem Rahmen 12 positionsverstellbaren Anhängekupplung 72 mit einer Deichsel angehängten Geräts angebracht.
• Am vorderen Ende des Rahmens 12 ist eine vordere Dreipunktkupplung 36 angeordnet, die zwei untere Lenker 40 umfasst, die jeweils mittels eines Aktors 42 höhenverstellbar sind. Außerdem umfasst die vordere Dreipunktkupplung 36 einen oberen Lenker 38, der hier als nicht-längenverstellbar dargestellt ist. Die Lenker 38, 40 sind mit einem Gerät 44 beliebiger Art verbunden. Eine Steuereinheit 46 ist elektrisch mit einer Ventileinheit 48 verbunden, die wiederum u.a. die Aktoren 26, 28, 42 hydraulisch kontrolliert.
• Der Bedienerarbeitsplatz in der Kabine 18 umfasst einen Sitz 50, ein Lenkrad 52, ein Gaspedal 54 und andere Pedale für Bremse und Kupplung (nicht gezeigt) und einige im Griffbereich des sich am Bedienerarbeitsplatz befindlichen Bedieners angeordnete Eingabeelemente (vgl. 2) zur Vorgabe auswählbarer Funktionen des Arbeitsfahrzeugs 10. Zu letzteren zählt eine Auswahleinrichtung 56 für die Übersetzungsstufe eines Zapfwellengetriebes 58, ein Eingabeelement 60 zur Vorgabe der Höhe der Dreipunktkupplung 20 und/oder 36, ein Zapfwellenschalter 62 und ein virtuelles Terminal 64 eines nach ISO 11783 arbeitenden Bussystems mit einer Tastatur 66 und einer Anzeigeeinrichtung 68. Die Auswahleinrichtung 56 und/oder der Zapfwellenschalter 62 könnten auch als Menüpunkte auf dem Terminal 64 realisiert werden. Anstelle des Terminals 64 können auch beliebige andere Eingabe- und Anzeigeeinrichtungen verwendet werden. Das Gaspedal 54 ist mit einem Sensor versehen, der einer Bedienerschnittstellenlogik 70 elektrische Signale übermittelt, die Informationen über die jeweilige Stellung des Gaspedals 54 enthalten.
• Die 2 zeigt schematisch die Antriebsanordnung des Arbeitsfahrzeugs 10 zum Antrieb der Hinterräder 16 und des Zapfwellenanschlusses 34, der zum Antrieb antreibbarer Elemente eines ggf. angebrachten Geräts dient. Die Kurbelwelle eines Antriebsmotors 74, in der Regel ein Dieselmotor, treibt eine Welle 76, die über ein Zahnrad 78 zum Antrieb der Hinterräder 16 und vorzugsweise auch der Vorderräder 14 und ggf. anderer antreibbarer Einrichtungen des Arbeitsfahrzeugs 10, wie eines Kompressors einer Klimaanlage und eines Stromgenerators 130 dient. Die Hinterräder 16 und ggf. Vorderräder 14 werden vom Zahnrad 78 her über eine Kupplung 80 und ein Fahrgetriebe mit stufenlos oder in Stufen wählbarer, in den einzelnen Übersetzungsstufen konstanter Übersetzung und ein Differenzialgetriebe 83 angetrieben. Bei anderen Ausführungsformen können auch zwei oder mehr Antriebsmotoren 74 vorgesehen sein, z.B. bei Traktoren höherer Leistung oder Erntemaschinen.
• In der dargestellten Ausführungsform umfasst das Fahrgetriebe ein Lastschaltgetriebe 84, welches Planetenradsätze mit Kupplungen und Bremsen enthält, die eine Umschaltung der Gänge unter Last ermöglichen, und ein nachgeschaltetes Synchronschaltgetriebe 82. Das Lastschaltgetriebe 84 und das Synchronschaltgetriebe 82 sind mit jeweils einem Aktor 86 bzw. 88 zur Auswahl der Übersetzungsstufe ausgeschaltet. In den Antriebsstrang zwischen dem Lastschaltgetriebe 84 und das Synchronschaltgetriebe 82 ist weiterhin die Kupplung 80 eingefügt, die durch einen Kupplungsaktor 90 zwischen einer Schließ- und Öffnungsposition bewegbar ist.
• Die Welle 76 ist auch mit einer hydraulisch betätigbaren Kupplung 92 verbunden, die ausgangsseitig mit einer Eingangswelle 94 des Zapfwellengetriebes 58 verbunden ist. Die Kupplung 92 wird mittels eines Ventilzusammenbaus 96 betätigt, der auch mit einer auf der Eingangswelle 94 angeordneten Bremse 98 verbunden ist. Das Zapfwellengetriebe 58 weist drei unterschiedliche, auswählbare Übersetzungsstufen auf und umfasst daher drei kämmende Zahnradpaare. Die Übersetzungsstufe wird mittels eines elektrohydraulisch (oder elektrisch) fremdkraftbetätigten Aktors 100 ausgewählt, der beispielsweise mittels verschiebbarer Kopplungsglieder festlegt, welches der drei auf einer Abtriebswelle 102 des Zapfwellengetriebes 58 angeordneten Zahnräder in drehmomentschlüssiger Verbindung mit der Abtriebswelle 102 steht. Die Abtriebswelle 102 ist mit dem Zapfwellenanschluss 34 verbunden.
• Die elektronische Steuereinheit 46 ist mit den Ventilzusammenbauten 48 und 96 und mit dem Aktor 116 verbunden. Über einen internen Bus 104 des Arbeitsfahrzeug 10 (z. B. CAN-Bus) ist sie außerdem mit der Bedienerschnittstellenlogik 70 verbunden, die ihrerseits mit der Auswahleinrichtung 56, dem Sensor des Gaspedals 54, der Eingabeeinrichtung 60 und dem Zapfwellenschalter 62 verbunden ist. Über den internen Bus 104 ist die Steuereinheit 46 außerdem mit den Aktoren 86 und 88 und dem Kupplungsaktor 90 der Kupplung 80 verbunden. Die Auswahleinrichtung 56 umfasst vier Drucktasten, von denen jeweils eine einer anderen Übersetzungsstufen und der Neutralstellung des Zapfwellengetriebes 58 zugeordnet ist.
• Das Arbeitsfahrzeug 10 verfügt zudem über einen zweiten Bus 103, der vorzugsweise unter der Norm ISO 11783 arbeitet. An dem zweiten Bus 103 sind das virtuelle Terminal 64 und eine Lenkkontrolleinheit 114 angeschlossen, sowie (wie mit dem Bezugszeichen 107 angedeutet), optional anschließbare elektronische Kontrolleinheiten (nicht gezeigt) des Geräts. Eine an beiden Bussen 103, 104 angeschlossene Kommunikationseinheit 105 ermöglicht eine Datenübertragung zwischen den Bussen 103, 104, sodass z.B. das virtuelle Terminal 64 mit der Steuereinheit 46 bidirektional kommunizieren kann. Auch kann die Lenkkontrolleinheit 114 über den zweiten Bus 103, die Kommunikationseinheit 105 und den internen Bus 104 mit einer Lenksteuereinheit 118 kommunizieren.
• Verbringt der Bediener den Zapfwellenschalter 62 in die Betriebsposition, übermittelt die Bedienerschnittstellenlogik 70 eine entsprechende Information über den Bus 104 an die Steuereinheit 46, die ihrerseits den Ventilzusammenbau 96 veranlasst, die Bremse 98 zu lösen und die Kupplung 92 zu schließen. Verbringt der Bediener den Zapfwellenschalter 62 in die Außerbetriebsposition, übermittelt die Bedienerschnittstellenlogik 70 analog eine entsprechende Information über den Bus 104 an die Steuereinheit 46, die ihrerseits den Ventilzusammenbau 96 veranlasst, die Kupplung 92 zu öffnen und die Bremse 98 zu aktivieren.
• Die Steuereinheit 46 ist weiterhin über den internen Bus 104 mit einer Motorsteuerung 106 verbunden, die wiederum eine Einspritzanlage 108 des Antriebsmotors 74 steuert und der von einem Drehzahlsensor 110 eine Information über die jeweilige Drehzahl der Welle 76 zugeführt wird.
• Zur automatischen Lenkung des Arbeitsfahrzeugs 10 ist es mit einer Empfangsantenne 112 zum Empfang der Signale von Satelliten eines Positionsbestimmungssystems (z.B. GPS, Glonass und/oder Galileo) ausgestattet. Die Empfangsantenne 112 ist mit der Lenkkontrolleinheit 114 verbunden, die anhand der mit der Signale von der Empfangsantenne 112 evaluierten Position des Arbeitsfahrzeugs 10 und eines abgespeicherten Wegeplans, der durch eine Planungssoftware oder erst bei der Arbeit durch Befahren eines ersten Weges festgelegt werden kann, zu dem dann nachfolgend seitlich parallel versetzte Spuren abgefahren werden, Lenksignale über den Bus 103, die Kommunikationseinheit 105 und den Bus 104 an die Lenksteuereinheit 118 abgibt, die einen Lenkaktor 116 kontrolliert, der den Lenkwinkel der Vorderräder 14 vorgibt.
• Schließlich ist das Arbeitsfahrzeug 10 mit einer durch den Bediener steuerbaren Ventileinrichtung 120 ausgestattet, die mit Hydraulikanschlüssen 122 verbunden ist, an denen hydraulische Elemente (z.B. Hydraulikzylinder zum Verklappen eines Mähgeräts in die Transportstellung) des mit dem Arbeitsfahrzeug 10 verbundenen Gerät angeschlossen werden können. Die Ansteuerung der Ventileinrichtung 120 erfolgt über das Terminal 64, die Busse 103 und 104 und die Steuereinheit 46, oder separate Eingabeelemente (nicht gezeigt), welche die Ventileinrichtung 120 über die Bedienerschnittstellenlogik 70, die Busse 103 und 104 und die Steuereinheit 46 kontrollieren kann.
• Einrichtung zur Dokumentation des Betriebs des Arbeitsfahrzeugs
• Die vorhergehende Beschreibung erläutert ein typisches Arbeitsfahrzeug 10 für landwirtschaftliche Aufgaben. An das Arbeitsfahrzeug 10 kann ein beliebiges Gerät angebracht werden, das durch das Arbeitsfahrzeug 10 über ein Feld oder eine Straße bewegt werden kann, um eine spezielle Aufgabe durchzuführen. Beispiele für Geräte sind Bodenbearbeitungsgeräte, Sämaschinen, Ballenpressen, Mähgeräte, Frontlader, Transportanhänger etc. Der Betrieb des Arbeitsfahrzeugs 10 soll zu Dokumentations- und/oder Abrechnungszwecken selbsttätig erkannt und aufgezeichnet werden, wozu nach der vorliegenden Erfindung eine entsprechende Einrichtung 124 vorgesehen ist. Diese Einrichtung 124 zur Erkennung und Dokumentation des Betriebs des Arbeitsfahrzeugs 10 hat die Aufgabe, zu erkennen und zu dokumentieren, welche Tätigkeit das Arbeitsfahrzeug 10 jeweils durchführt. Zusätzlich kann erfasst und dokumentiert werden, wie die energetische Bilanz des Arbeitsprozesses aussieht. Die jeweiligen Ergebnisse werden in einem Speicher 126 abgespeichert, dessen Inhalt zur weiteren Auswertung auf einen Bürocomputer übertragen werden kann.
• Die Einrichtung 124 eignet sich nicht nur für Schlepper, wie hier dargestellt, sondern für beliebige landwirtschaftliche Fahrzeuge, wie Teleskoplader oder selbstfahrende Erntemaschinen, und für Baufahrzeuge wie Radlader oder Bagger, die ebenfalls mit unterschiedlichen Geräten bestückt werden können.
• Die Einrichtung 124 zur Erkennung und Dokumentation des Betriebs des Arbeitsfahrzeugs 10 soll einerseits unabhängig vom jeweils angebrachten Gerät arbeiten und andererseits auch möglichst unabhängig von der jeweiligen Ausführung (d.h. Baureihe, Modell, Ausstattung etc.) des Arbeitsfahrzeugs 10 sein, damit sie nicht jeweils spezifisch für das jeweilige Arbeitsfahrzeug programmiert werden muss. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Einrichtung 124 am internen Bus 104 angeschlossen, dessen Verkehr sie mithört. Anhand über den Bus 104 übersandter Meldungen (Kommandos an Aktoren und Rückmeldungen von Sensoren sowie von Steuereinheiten berechnete Daten von Elementen des Arbeitsfahrzeugs 10, z.B. Drehzahl und Drehmoment des Antriebsmotors 74) erkennt sie den Betriebszustand des Arbeitsfahrzeugs 10. Die Einrichtung 124 ist (optional) auch an den zweiten Bus 103 angeschlossen, um auch dort übertragene Daten mithören zu können.
• Dabei geht die mit einem Prozessor 128 und dem Speicher 126 ausgestattete Einrichtung 124 nach dem in der 3 gezeigten Flussdiagramm vor.
• Nach dem Start (Schritt 300) wird im Schritt 302 ein Entscheidungsbaum mittels einer Spezifikation initialisiert, welche in einer Konfigurationsdatei in dem Speicher 126 dauerhaft, aber änderbar abgelegt ist. Diese Konfigurationsdatei kann bei Bedarf verändert werden (vgl. unten Schritt 330). Wird der Entscheidungsbaum mit einer zuvor bereits benutzten Konfigurationsdatei geladen, werden zusätzliche, zuvor in den Speicher 126 geschriebene Parameter initialisiert.
• Nach der Initialisierung des Schritts 302 werden im Schritt 304 die Nachrichten vom CAN-Bus 104 gelesen. Diese Daten werden im Schritt 306 in einen Puffer (Teilbereich des Speichers 126) geschrieben und zu einem Datensegment hinzugefügt. Im Schritt 308 werden zusätzliche Parameter aus den eingelesenen Daten berechnet, insbesondere werden virtuelle Kanäle und andere Statistiken berechnet. Dieser Prozess wird wiederholt und läuft solange ab, bis ein neues Segment gebildet wird (Schritt 310 mit Rücksprung auf Schritt 304 und bei neuem Segment Übergang auf Schritt 312). Die Bildung von Segmenten ist an die Änderung wichtiger Parameter gekoppelt. Damit wird sichergestellt, dass sie Daten in den Segmenten relativ homogen sind, was für die weitere Berechnung essenziell ist. Wichtige, die Segmentierung bestimmende Parameter sind dabei zum Beispiel die Geschwindigkeitsänderung des Fahrzeuges, die Deaktivierung oder Aktivierung des automatischen Lenksystems 112–118 über das Terminal 64 oder eine Deaktivierung des Lenksystems 112–118 durch eine manuelle Betätigung des Lenkrads 52, das Ein- und Ausschalten der Zapfwelle (Zapfwellenschalter 62), die Positionsänderung der Aktoren 26, 28, 42 der Dreipunktkupplung 20, 36 (Eingabeelement 60) und/oder das Betätigen der steuerbaren Ventileinrichtung 120 (über das Terminal 64 oder eine andere Bedienerschnittstelle).
• Wird ein neues Segment begonnen, so wird im Schritt 312 das soeben aufgezeichnete Segment erstellt und zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung gestellt. Es wird eine Beschreibung des Segments in Form eines „Fingerprints“ erstellt. Ein solcher Fingerprint enthält statistische Informationen über das Segment (so zum Beispiel durchschnittliche Motorleistung, mittlere Fahrtrichtung). Des Weiteren darin enthalten sind Informationen über die jüngste Vergangenheit (wie Anteil Zapfwellenbetrieb in verschiedenen zuvor klassifizierten Arbeitszuständen, Anheben des Heckkrafthebers während Wendevorgängen), wobei der Betrachtungszeitraum spezifizierbar ist (zum Beispiel die letzten fünf Minuten) und auch Daten aus zuvor bereits klassifizierten Segmenten verwendet werden. Weiter werden verschiedene zur Zustandsklassifizierung relevante Muster wie das Fahren in parallelen Linien (über Kompassrichtung, mit der Empfangsantenne 112 erfasst), Wendevorgänge (über Lenkwinkeleinschlag, mittels eines Lenkwinkelsensors, in 2 nicht gezeigt, erfasst) und zyklische Leistungsabfragen (über die von der Motorsteuerung 106 bereitgestellte Antriebsleistung des Antriebsmotors 74) erkannt. Aus der parallelen Linienerkennung wird zudem eine Arbeitsbreitenabschätzung gemacht. Diese Berechnungen werden in den Schritten 314, 332 in einem Kurzzeitspeicher, der ebenfalls ein Bereich im Speicher 126 ist, zwischengespeichert, der (Schritt 316) im Schritt 302 mit initialisiert wurde. Die Parameter des aktuellen Segments werden in binäre Indikatoren (engl. flags) umgewandelt. So wird zum Beispiel aus ein sich leicht variierenden Geschwindigkeitssignal ein Indikator „schnell“ oder „nicht schnell“.
• Entscheidungsbaum zur Zustandsklassifizierung
• Der Entscheidungsbaum wird im Schritt 302 durch den Prozessor 128 der Einrichtung 124 anhand der Konfigurationsdatei erstellt. Auf diese Weise kann der Entscheidungsbaum an die aktuelle Konfiguration (d.h. Ausstattung mit Sensoren und/oder verstellbaren Aktoren) des Arbeitsfahrzeugs 10 angepasst werden. Beispielsweise erübrigen sich Schritte zur Überprüfung der Position eines Frontkrafthebers, wenn ein solcher nicht vorhanden ist.
• Diese Indikatoren werden nun dazu benutzt, um mittels des in Schritt 302 initialisierten Entscheidungsbaumes eine Aussage über den Arbeitszustand der Kombination aus dem Arbeitsfahrzeug 10 und dem ggf. damit gekoppelten Gerät zu treffen. Zuerst wird zwischen Straßentransport und Feldarbeit unterschieden. Im unteren, zweiten Teil des Entscheidungsbaumes wird dann zwischen leichter und schwerer Feldarbeit unterschieden. Zusätzliche Indikatoren werden in einem weiteren Schritt dazu benutzt, die Zustandsklassierung in Zustände „Leerlauf, „Transport“, „Wendemanöver“, „stationäre Arbeit“, „Feldarbeit“ und „schwere Feldarbeit“ zu vollziehen.
• Hierzu wird auf die 4 verwiesen. Nach Aufruf des Entscheidungsbaumes (der hier als binärer Baum dargestellt ist, der ggf. aber auch in einer oder mehreren Entscheidungen drei oder mehr Alternativen umfassen kann) mit dem Schritt 314 wird im Schritt 400 zuerst abgefragt, ob das automatische Lenksystem 112–118 eingeschaltet ist. Ist das der Fall, geht der Prozess auf den Schritt 422 über, d.h. es ist erkannt worden, dass sich das Arbeitsfahrzeug im Arbeitsbetrieb befindet, es muss aber noch herausgefunden werden, welche Art von Arbeitsbetrieb vorliegt.
• Ist im Schritt 400 das automatische Lenksystem 112–118 nicht eingeschaltet, folgt der Schritt 402, in dem abgefragt wird, ob eine schnelle Fahrt vorliegt, d.h. die mit einem mit dem Erdboden zusammenwirkenden Radarsensor 134 erfasste Geschwindigkeit größer als ein Schwellenwert von z.B. 15 km/h liegt. Ist das der Fall, folgt der Schritt 404, in dem als Ergebnis der Zustand „Transport“ ausgegeben wird.
• Anderenfalls folgt der Schritt 406, in dem abgefragt wird, ob eine Parallelfahrt (zu zuvor durchgeführten Fahrten) durchgeführt wird, sei sie durch das automatische Lenksystem 112–118 oder durch manuelles Lenken des Bedieners erzielt. Es wird hier (über den zweiten Bus 103 oder den internen Bus 104) auf die Signale der Empfangsantenne 112 zurückgegriffen, nicht (obwohl auch dies möglich wäre) auf automatisch generierte Lenksignale, um auch manuelles Parallelfahren erkennen zu können. Ist das Ergebnis des Schritts 406 positiv, folgt der Schritt 422, anderenfalls der Schritt 408.
• Dort wird abgefragt, ob die Zapfwelle 102 eingeschaltet ist und zuvor nicht beim Transport eingeschaltet war. Für die zweitgenannte Information wird auf den in vorherigen Durchläufen des Schritts 332 beaufschlagten Kurzzeitspeicher zurückgegriffen, in dem zuvor Informationen abgelegt wurden, ob bei vorherigen Segmenten, denen der Zustand „Transport“ zugeordnet wurde, die Zapfwelle 102 eingeschaltet war oder nicht. Der Schritt 408 ermöglicht somit eine korrekte Erkennung von Zuständen für Geräte, bei denen trotz eines Transportvorganges die Zapfwelle 102 im Betrieb ist. Ist das Ergebnis des Schritts 408 positiv, folgt der Schritt 422, anderenfalls der Schritt 410.
• Im Schritt 410 wird abgefragt, ob sich eine Dreipunktkupplung 20, 36 in der Arbeitsposition befindet und diese sich zuvor nicht beim Transport in der Arbeitsposition befand. Auch hier wird auf den in vorherigen Durchläufen des Schritts 332 beaufschlagten Kurzzeitspeicher zurückgegriffen, in dem zuvor Informationen abgelegt wurden, ob bei vorherigen Segmenten, denen der Zustand „Transport“ zugeordnet wurde, die Dreipunktkupplung 20 und/oder 36 in der Arbeitsposition war. Analog zu Schritt 408 ermöglicht es der Schritt 410, Zustände korrekt zu erkennen, bei denen trotz eines Transportvorgangs die Dreipunktkupplung 20, 36 in Arbeitsposition war. Ist das Ergebnis des Schritts 410 positiv, folgt der Schritt 422, sonst der Schritt 412.
• Im Schritt 412 wird abgefragt, ob das aktuelle Segment eine vorbestimmte Länge (von z.B. 1 min) hat, was darauf hindeutet, dass ein kontinuierlicher Betrieb stattfindet, und die Zapfwelle 102 abgeschaltet ist und die Zapfwelle zuvor bei der Arbeit verwendet wurde. Für die letztgenannte Entscheidung wird (analog zu den Schritten 408 und 410) auf den im Schritt 332 beaufschlagten Kurzzeitspeicher zurückgegriffen, in dem abgespeichert wurde, ob bei vorherigen Segmenten, denen der Zustand „Feldarbeit“ zugeordnet wurde, die Zapfwelle 102 eingeschaltet war. Ist das Ergebnis des Schritts 412 positiv, folgt der Schritt 404, anderenfalls der Schritt 414.
• Im Schritt 414 wird abgefragt, ob das aktuelle Segment eine vorbestimmte Länge (von z.B. 1 min) hat, was darauf hindeutet, dass ein kontinuierlicher Betrieb stattfindet, und die Dreipunktkupplung 20, 36 sich nicht in der Arbeitsposition befindet und die Dreipunktkupplung 20, 36 zuvor bei der Arbeit in der Arbeitsposition war. Für die letztgenannte Entscheidung wird (analog zu den Schritten 408, 410 und 412) auf den im Schritt 332 beaufschlagten Kurzzeitspeicher zurückgegriffen, in dem abgespeichert wurde, ob bei vorherigen Segmenten, denen der Zustand „Feldarbeit“ zugeordnet wurde, die Dreipunktkupplung in Arbeitsposition war. Ist das Ergebnis des Schritts 414 positiv, folgt der Schritt 404, anderenfalls der Schritt 416.
• Im Schritt 416 wird abgefragt, ob der Zustand wenigstens einer Ventileinrichtung 120 auf Feldarbeit hindeutet, d.h. irgendwelche Aktoren des Geräts im Sinne einer auf Feldarbeit hindeutenden Aktion betätigt wurden, z.B. Zylinder ausgefahren wurden, um Bearbeitungselemente in Wirkstellung zu bringen. Ist das der Fall, folgt Schritt 422, anderenfalls der Schritt 418.
• Im Schritt 418 wird abgefragt, ob der Zustand wenigstens einer Ventileinrichtung 120 darauf hindeutet, dass ein Gerät in eine Transportstellung verbracht wurde, z.B. Zylinder eingefahren wurden, um Bearbeitungselemente in eine Transportstellung anzuheben. Ist das der Fall, folgt der Schritt 404, anderenfalls der Schritt 420.
• Im Schritt 420 wird abgefragt, ob dem vorigen Segment der Zustand „Feldarbeit“ zugeordnet wurde, wozu wiederum auf den Kurzzeitspeicher (im Schritt 332 beaufschlagt) zurückgegriffen wird. Ist das nicht der Fall, folgt der Schritt 404, anderenfalls der Schritt 422.
• Der bisher beschriebene Teil des Entscheidungsbaums kann zwischen den Zuständen „Transport“ und „Arbeit“ unterscheiden, die Art der Arbeit jedoch noch nicht identifizieren. Der Schritt 422 führt somit, wie oben angemerkt, zu einem zweiten Entscheidungsbaum, in dem die Art der Arbeit genauer identifiziert wird. In einem ersten Schritt 428 wird abgefragt, ob ein Wendevorgang stattfindet, wozu auf einen Lenkwinkelsensor (nicht gezeigt) und/oder die Signale der Empfangsantenne 112 zurückgegriffen werden kann. Ist das Ergebnis des Schritts 428 positiv, folgt der Schritt 426, in dem als Ergebnis der Zustand „leichte Feldarbeit“ ausgegeben wird (denn beim Wenden wird üblicherweise keine schwere Feldarbeit, wie Bodenbearbeitung, durchgeführt), anderenfalls der Schritt 430.
• Im Schritt 430 wird abgefragt, ob die Dreipunktkupplung 20, 36 bei vorherigen Segmenten, denen der Zustand „Arbeit“ zugeordnet war (hierzu wird, wie bei Schritt 420 oben beschrieben, auf den Kurzzeitspeicher zurückgegriffen) in Arbeitsposition war und ob die Dreipunktkupplung bei vorherigen Segmenten, denen der Zustand „Wenden“ zugeordnet war (hierzu wird, wie bei Schritt 420 oben beschrieben, auf den Kurzzeitspeicher zurückgegriffen) nicht in Arbeitsposition war. Ist das der Fall, folgt der Schritt 432, anderenfalls der Schritt 436.
• Im Schritt 432 wird untersucht, ob die Dreipunktkupplung 20, 36 in Arbeitsstellung ist. Ist das der Fall, folgt der Schritt 434, in dem als Ergebnis der Zustand „schwere Feldarbeit“ ausgegeben wird, anderenfalls der Schritt 426.
• Im Schritt 436 wird abgefragt, ob die Zapfwelle 102 bei vorherigen Segmenten, denen der Zustand „Arbeit“ zugeordnet war (hierzu wird, wie bei Schritt 420 oben beschrieben, auf den Kurzzeitspeicher zurückgegriffen) eingeschaltet war und ob die Zapfwelle 102 bei vorherigen Segmenten, denen der Zustand „Wenden“ zugeordnet war (hierzu wird, wie bei Schritt 420 oben beschrieben, auf den Kurzzeitspeicher zurückgegriffen) nicht eingeschaltet war. Ist das der Fall, folgt der Schritt 438, anderenfalls der Schritt 440.
• Im Schritt 438 wird untersucht, ob die Zapfwelle 102 eingeschaltet ist. Ist das der Fall, folgt der Schritt 434, in dem als Ergebnis der Zustand „schwere Feldarbeit“ ausgegeben wird, anderenfalls der Schritt 426.
• Im Schritt 440 wird abgefragt, ob mindestens eine Ventileinrichtung 120 auf Bodenbearbeitung hindeuten kann (vgl. Schritt 416). Ist das der Fall, folgt der Schritt 442, anderenfalls der Schritt 444.
• Im Schritt 442 wird abgefragt, ob mindestens eine Ventileinrichtung 120 auf Bodenbearbeitung hindeutet (vgl. Schritt 416). Ist das der Fall, folgt der Schritt 434, anderenfalls der Schritt 426.
• Im Schritt 444 wird abgefragt, ob die Leistung des Antriebsmotors 74 beim Wenden reduziert ist (d.h. es wird wieder der Kurzzeitspeicher abgefragt, welche Leistung beim vorigen Segment vorlag). Ist das der Fall, folgt der Schritt 446, anderenfalls der Schritt 426.
• Im Schritt 446 wird abgefragt, ob eine hohe Leistung des Antriebsmotors 74 (über einer Schwelle von z.B. 50 % seiner Nennleistung) vorliegt. Ist das der Fall, folgt der Schritt 434, anderenfalls der Schritt 426.
• Der Prozessor 128 ist demnach programmiert, bei der Erkennung des den jeweiligen Segmenten zuzuordnenden Betriebszustands auf zeitlich vorhergehenden Segmenten zugeordneten Betriebszustände und aus den zugehörigen, über den Bus 104 übertragenen Daten abgeleitete Informationen (insbesondere die jeweiligen Zustände der Elemente des Arbeitsfahrzeugs, wie z.B. den Zustand der Dreipunktkupplung 20, 36 und der Zapfwelle 102) zurückzugreifen, vgl. die Schritte 408 bis 414, 420, 430, 432, 426 und 444, und diese bei der Erkennung des Betriebszustands zu berücksichtigen. Dadurch wird eine genauere und detailliertere Erkennung des Betriebszustands als bisher ermöglicht.
• Das Ergebnis der 4 ist einer von drei möglichen Zuständen (Transport – Schritt 404, leichte Feldarbeit – Schritt 426 und schwere Feldarbeit – Schritt 434). Die anderen erwähnten Zustände Wendemanöver, stationäre Arbeit und Leerlauf werden dann anhand des Lenkwinkels (Wendemanöver) bzw. daran erkannt, dass sich als Ergebnis der 4 keine Feldarbeit ergibt und das Arbeitsfahrzeug sich nicht bewegt (Leerlauf), oder daran erkannt, dass sich als Ergebnis der 4 Feldarbeit ergibt und das Arbeitsfahrzeug sich nicht bewegt (stationäre Arbeit).
• Es werden so lange Daten segmentiert und klassifiziert bis (Schritt 316) der Puffer einen vorher spezifizierten Arbeitszeitraum abdeckt. Danach werden die sich im Puffer befindlichen Daten zur Verarbeitung in der Energieflussanalyse freigegeben (Schritt 320) und der Puffer neu gefüllt (Schritte 318 und 304).
• Energieflussanalyse
• Die im Schritt 320 zur Energieflussanalyse benötigten physikalischen Modelle, d.h. das Leistungsmodell (beschreibt die Leistungsübertragung und sowie den Leistungsverlust von Antriebsmotor 74 zu den Hinterrädern 16) sowie das Widerstandsmodell (beschreibt die Zugkräfte) sind in der Software der Einheit 124 hinterlegt. Das Leistungsmodell enthält fahrzeugspezifische Kennfelder (Motorleistungskurve und Verlustleistungskennfeld des Antriebsstranges) welche über die eingangs erwähnte Konfigurationsdatei (Schritt 302) bezogen werden. Die Parametrisierung der physikalischen Modelle geschieht zustandsabhängig durch Angleichen von Leistungsmodell und Widerstandsmodell unter Anwendung der Methode der kleinsten Quadrate mit Nebenbedingungen. Anhand des parametrierten Modells wird dann der Leistungsverbrauch der einzelnen Systemkomponenten berechnet. Diese beinhalten die Zugleistung, Schlupfverluste, die Verlustleistung im Antriebsstrang, die hydraulischen Verbraucher (Lenkung, hydraulische Front-/Heck-Kraftheber 36, 20, Betätigen hydraulischer Aktoren auf dem Gerät, die mittels der Ventileinrichtung 120 betätigt werden), Leistung für Motorkühlung und Klimaanlage.
• Im Einzelnen wird folgendermaßen vorgegangen.
• Die Leistung des Antriebsmotors 74 P_M wird zerlegt in folgende Anteile: Leistung für die Motorbeschleunigung P_Beschl, Generatorleistung P_Gen (d.h. von einem Generator 130 aufgenommene Leistung, die als elektrische Leistung an Verbraucher abgegeben wird, bei denen es sich u.a. um einen Lüfter zur Kühlung des Antriebsmotors 74 handeln kann.
• Wenn der Lüfter mechanisch angetrieben wird, käme in Gleichung (1) (s. unten) noch eine mechanische Lüfterleistung P_Lüft hinzu und P_Gen könnte entweder entfallen oder dient zur Versorgung anderer elektrischer Verbraucher, z.B. der Beleuchtung), hydraulische Leistung P_hyd (d.h. von einem Pumpenzusammenbau 132 zum Antrieb der oben beschriebenen, hydraulisch betriebenen Komponenten, u.a. der Dreipunktkupplungen 20 und/oder 36, dem Lenkaktor 116 und der Ventileinrichtung 120 aufgenommene Leistung und ggf. zu einem hydraulischen Antrieb des erwähnten Lüfters für den Antriebsmotor 74), Leistung P_Zapf für die Zapfwelle 102 und Eingangsleistung P_Fgtein des Fahrgetriebes. Ggf. kommt noch die Leistung zum Betrieb einer Klimaanlage hinzu. P_M = P_Beschl + P_Fgt,ein + P_Zapf + P_Gen + P_hyd (1)
• Daraus ergibt sich P_Fgt,ein = P_M – P_Beschl – P_Zapf – P_Gen – P_hyd (2)
• Die Information über die Leistung des Antriebsmotors 74 wird über den Bus 104 bereitgestellt, entweder direkt oder aus der über den Bus 104 übertragenen Drehzahl und dem Drehmoment abgeleitet.
• Die Leistung für die Motorbeschleunigung P_Beschl kann durch Multiplizieren des Trägheitsmoments der beweglichen Teile des Antriebsmotors 74 mit der Drehzahl und deren Zeitableitung sowie ggf. einem Faktor zur Konvertierung der Maßeinheiten errechnet werden.
• Die vom Generator abgegebene elektrische Leistung kann durch eine Messeinrichtung des Generators 130 elektrisch gemessen werden. Im Falle eines elektrisch betriebenen Lüfters kann die Leistung anhand dessen sensorisch erfasster Drehzahl evaluiert werden. Die Eingangsleistung P_Gen ergibt sich dann durch Dividieren mit einem (bekannten) Wirkungsgrad des Generators.
• Die hydraulische Leistung P_hyd kann anhand der Betriebszustände der hydraulisch angetriebenen Verbraucher, z.B. aus Lenkwinkeländerungen (für den Lenkaktor 116) und Betriebszuständen der Ventile 48, 120, abgeleitet werden.
• Die Leistung P_Zapf für die Zapfwelle 102 kann anhand einer Messung des Drehmoments an der Zapfwelle mit einem geeigneten Sensor und einer Messung der Drehzahl der Zapfwelle 102 mit einem geeigneten Sensor (oder durch Modulation der Zapfwellenkupplung 92 und damit einhergehendem Schlupf basierend auf Kennfeldern, vgl. DE 101 45 588 A1 ) erfasst werden, deren Werte über den Bus 104 an die Einrichtung 124 übersandt werden. Die Leistung P_Zapf für die Zapfwelle 102 ergibt sich dann als Produkt aus Drehmoment, Drehzahl und ggf. einem Faktor zur Umrechnung der Maßeinheiten.
• Die Eingangsleistung P_Fgtein des Fahrgetriebes kann demnach nach der Gleichung (2) problemlos bestimmt werden. Für das Leistungsmodell wird die an der Radnabe zur Verfügung stehende Ausgangsleistung P_Fgtaus des Fahrgetriebes benötigt, die eine Funktion der Eingangsleistung P_Fgtein, der Drehzahl des Antriebsmotors 74 und der gewählten Übersetzungsstufe ist. Die Verlustleistung des Fahrgetriebes kann demnach anhand der erwähnten, bekannten Größen aus einer im Speicher 126 abgelegten Tabelle o.ä. abgelesen werden. Die Ausgangsleistung P_Fgtaus wird dann durch einfache Subtraktion der Verlustleistung von der Eingangsleistung P_Fgtein berechnet. Es wäre auch möglich, sie durch einen geeigneten Sensor direkt zu erfassen, analog zur Leistung der Zapfwelle 102.
• Für das Widerstandsmodell wird außerdem die Zugkraft F_zug des Arbeitsfahrzeugs 10 benötigt. Dazu liegt folgende Gleichung vor: F_zug = F_a + F_R + F_S + F_T (3) wobei F_a die Kraft zur Überwindung des Beschleunigungswiderstands, F_R die Kraft zur Überwindung des Rollwiderstands, F_S die Kraft zur Überwindung des Neigungswiderstands und F_T die Kraft zur Überwindung des Bodenbearbeitungswiderstands sind.
• Die Kraft zur Überwindung des Beschleunigungswiderstands entspricht der Masse des Arbeitsfahrzeugs 10 mit dem Gerät plus einer Massenkorrektur zur Berücksichtigung des Trägheitsmoments des Antriebsstrangs multipliziert mit der Beschleunigung des Arbeitsfahrzeugs 10. Die Geschwindigkeit kann mit dem Radarsensor 134 oder anhand der Signale der Empfangsantenne 112 erfasst werden. Die Beschleunigung ergibt sich dann als Zeitableitung der Geschwindigkeit, während die Masse geschätzt oder gewogen und in das Terminal 64 eingegeben werden kann.
• Die Kraft zur Überwindung des Rollwiderstands F_R berechnet sich als Produkt aus einem abschätzbaren Koeffizienten, der Masse des Arbeitsfahrzeugs 10 mit dem Gerät, der Gravitationsbeschleunigung und dem Cosinus des Hangwinkels β in Fahrtrichtung, welcher anhand der Signale der Empfangsantenne 112 oder eines Neigungssensors evaluiert werden kann.
• Die Kraft zur Überwindung des Neigungswiderstands F_S berechnet sich als Produkt aus der Masse des Arbeitsfahrzeugs 10 mit dem Gerät, der Gravitationsbeschleunigung und dem Sinus des Hangwinkels in Fahrtrichtung.
• Für die Kraft zur Überwindung des Bodenbearbeitungswiderstands F_T kann auf eines oder beide von zwei Modellen zurückgegriffen werden. Beim ersten Modell ist der Ansatz: F_T = (a_T + b_Tv_G + c_Tv_G ²)d_TI_T (4)
• Hierbei sind a_T, b_T, c_T und d_T anzupassende Koeffizienten, wobei d_T die Bodenbearbeitungstiefe ist (die optional auch in die anderen Koeffizienten eingehen und dafür entfallen könnte), v_G die Geschwindigkeit gegenüber dem Boden und I_T ein binärer Indikator dafür, dass eine Bodenbearbeitung stattfindet. Dieses erste Modell ist ein generischer Ansatz, der z.B. durch die ASABE verwendet wird, um Bodenbearbeitungskräfte für unterschiedliche Böden und Anwendungen zu vergleichen. Es eignet sich zu einer Voraussage, was bei einer Geschwindigkeitsänderung bei der Bodenbearbeitung passieren wird, es kann aber keine lokalen Änderungen der Bodenbearbeitungskraft aufgrund sich ändernder Bodenzusammensetzungen erklären.
• Beim zweiten Modell ist der Ansatz: F_T = (ã_TF_link – b ~_Tsin(β + c ~_T – d ~_Th))I_T (5)
• Hier sind ã_T, b ~_T c ~_T und d ~_T wiederum anzupassende Koeffizienten und β der Hangwinkel. F_link ist die Zugkraft an den unteren Lenkern 22. ã_T ist der Anteil des unteren Lenkers 22 an der Bodenbearbeitungskraft F_T, b ~_T eine Korrektur dafür, dass die Gewichtskraft des Geräts durch die Dreipunktkupplung 20 getragen wird, c ~_T ein Versatz für den effektiven Haltewinkel des Geräts und d ~_T ein Umrechnungsfaktor für die Position des unteren Lenkers 22 in dessen Winkel. h ist die Position (Höhe) des unteren Lenkers 22.
• Das zweite Modell verwendet Daten hinsichtlich der Zugkraft an den unteren Lenkern 22, die ebenfalls über den Bus 104 übertragen werden, um lokale Variationen zu erklären, es kann aber nur zur Erklärung von Messdaten dienen, nicht zur Simulation alternativer Zustände, denn die Geschwindigkeit wird nicht berücksichtigt. Das zweite Modell wird verwendet, wenn tatsächlich Zugkräfte an den unteren Lenkern 22 auftreten, anderenfalls wird das erste Modell verwendet. Das jeweils genutzte Modell wird demnach situationsabhängig ausgewählt, wobei die zur Entscheidung herangezogene Situation hier davon abhängt, ob von den unteren Lenkern 22 eine Zugkraft für das Gerät bereitgestellt wird. Hierfür können Kraftsensoren (nicht gezeigt) verwendet werden, oder es wird geprüft, welches der beiden Modelle zu plausibleren Ergebnissen führt. Es könnten jedoch auch andere Kriterien zur Entscheidung, welches Modell verwendet wird, angewandt werden.
• Anhand des ausgewählten Modells wird einerseits die an der Radnabe abgenommene Leistung nach der Gleichung P_Boden = F_zug·v_G (6) berechnet. Andererseits kann gemäß der obigen Beschreibung des Leistungsmodells die an der Radnabe der Hinterräder 16 zur Verfügung stehende Leistung P_Fgtaus des Fahrgetriebes berechnet werden. Diese Leistung P_Fgtaus muss mit der tatsächlich abgenommenen Leistung P_Boden übereinstimmen: P_Boden ≡ P_Fgtaus. (7)
• Die erwähnten Koeffizienten können durch die Einrichtung 124 durch Optimierungsverfahren, insbesondere eine Vorgehensweise zur Minimierung der Fehlerquadrate, angepasst werden. Sinnvolle Vorgaben für die Koeffizienten und mögliche Bereiche, in denen sie sich bewegen können, werden vorzugsweise im Schritt 302 initialisiert.
• Die in der Zustandsklassifizierung und Energieflussmodellierung erzielten Resultate werden im Schritt 322 an die Segmente angehängt, im Schritt 326 in einer Datei abgespeichert und können via Mobilfunkverbindung oder Speicherkarte an einen Server an einer beabstandeten Station übertragen werden. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, die Resultate über die Anzeigeeinrichtung 68 des Terminals 64 dem Fahrer anzuzeigen. Außerdem werden im Schritt 330 die Konfigurationsdatei und die Parameter für den Schritt 302 abgespeichert. Sie können dazu verwendet werden, Rückschlüsse über das jeweilige Feld (Bodenart etc.) und geeignete Maßnahmen zu seiner Bewirtschaftung zu treffen, ungünstige Nutzungen der Antriebsenergie aufzuzeigen (ungeeignete Motordrehzahlen, Übersetzungsstufen etc.) oder die Leistungsaufteilung zwischen dem Arbeitsfahrzeug und dem jeweiligen Gerät zu beurteilen, um z.B. stumpfe Bodenbearbeitungswerkzeuge zu erkennen.
• Nach alledem beschreibt die vorliegende Erfindung eine Vorgehensweise zur Dokumentation des Betriebs einer Kombination aus einem Arbeitsfahrzeug 10 und einem beliebigen, damit koppelbaren Gerät. Zunächst wird anhand der über den Bus 104 übertragenen Befehle, Betriebsdaten und Sensorrückmeldungen die jeweilige Betriebsart bestimmt. Dann wird zusätzlich der Energiefluss der Arbeitsmaschine analysiert und gemeinsam mit der evaluierten Betriebsart abgespeichert. Die Informationen zum Energiefluss ermöglichen es, ungeeignete Vorgehensweisen des Bedieners der Arbeitsmaschine 10 (z.B. zu tiefe Eindringtiefen bei der Bodenbearbeitung) zu identifizieren und ihm direkt anzuzeigen. Außerdem können aus dem Energiefluss Eigenschaften des Bodens abgeleitet werden, die anschließend zu ortsspezifischen Bearbeitungsmaßnahmen z.B. bei der Bodenbearbeitung oder bei der Saatgutausbringung einschließlich der Entscheidung für eine bestimmte Fruchtart herangezogen werden können.
• Die erkannte Betriebsart kann, wie bereits erwähnt, zusätzlich zur internen Nutzung auf dem Arbeitsfahrzeug 10 über eine Kommunikationsschnittstelle 136 (die, anders als in der 2 gezeigt, statt am zweiten Bus 103 direkt an der Einrichtung 124 angeschlossen werden kann) an eine beabstandete Stelle gesendet werden, z.B. an einen Computer in einem Büro eines Lohnunternehmers, in dem auch Betriebsdaten von anderen Arbeitsfahrzeugen empfangen werden, die auf demselben oder einem anderen Feld arbeiten. Dort kann demnach beispielsweise die Zusammenarbeit aus einer Kombination aus einem Mähdrescher und einem Traktor oder einer Bodenbearbeitungs- und einer Sämaschine überwacht werden, wobei eine Segmentierung in Logikeinheiten erfolgen kann. Durch diese Maßnahmen lassen sich beispielsweise Leerlaufzeiten besser interpretieren. Auch können Feldeigenschaften und Bodeneigenschaften von einer vorwegfahrenden Maschine an eine nachfolgende Maschine gesandt werden, um deren Betrieb zu optimieren.
• Bezugszeichenliste
• Schritte der Fig. 3

300

Start

302

Initialisieren des Entscheidungsbaums und des Kurzzeitspeichers

304

Nachrichten vom CAN Bus lesen

306

Nachrichten in Puffer schreiben

308

zusätzliche Daten berechnen

310

Start eines neuen Segments?

312

Erzeuge Segment (Start, Ende, Flagzustand, Speicherstatistik)

314

Kurzzeitspeicher aktualisieren und Arbeitszustand evaluieren

316

Puffer gefüllt oder Messung beendet?

318

Messung beendet?

320

Energieflussanalyse

322

Ergebnisse der Energieflussanalyse an Segmente anhängen

324

alten Puffer löschen

326

Segmente abspeichern

328

Ende

330

Konfigurationsdatei und Parameter abspeichern

332

Kurzzeitspeicher beaufschlagen

Schritte der Fig. 4

400

automatisches Lenksystem eingeschaltet?

402

schnelle Fahrt?

404

Ergebnis: Transport.

406

Parallelfahrt?

408

Zapfwelle ein und Zapfwelle zuvor nicht beim Transport eingeschaltet?

410

Dreipunktkupplung in Arbeitsposition und Dreipunktkupplung zuvor nicht beim Transport in Arbeitsposition?

412

Segment größerer Länge und Zapfwelle aus und Zapfwelle zuvor bei Arbeit verwendet?

414

Segment größerer Länge und Dreipunktkupplung nicht in Arbeitsposition und Dreipunktkupplung zuvor bei Arbeit verwendet?

416

deutet mindestens eine Ventileinrichtung 120 auf Arbeit hin?

418

deutet mindestens eine Ventileinrichtung 120 auf Transport hin?

420

vorheriges Segment = Arbeit?

422

Arbeitsbetrieb: zweiter Entscheidungsbaum

426

Ergebnis: leichte Feldarbeit.

428

Wenden?

430

Dreipunktkupplung zuvor bei Arbeit in Arbeitsstellung und nicht zuvor beim Wenden in Arbeitsstellung?

432

Dreipunktkupplung in Arbeitsstellung?

434

Ergebnis: schwere Feldarbeit.

436

vorherige Benutzung der Zapfwelle bei Arbeit und keine vorherige Benutzung der Zapfwelle beim Wenden?

438

Zapfwelle ein?

440

kann mindestens eine Ventileinrichtung 120 auf Bodenbearbeitung hindeuten?

442

mindestens eine Ventileinrichtung 120 deutet auf Bodenbearbeitung hin?

444

Leistung zuvor beim Wenden vermindert?

446

hohe Leistung?

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• DE 4340285 A1 [0003]
• DE 19914765 A1 [0003]
• DE 19949994 A1 [0003]
• DE 10230474 A1 [0003]
• EP 1813146 A2 [0013]
• DE 10145588 A1 [0073]
• Zitierte Nicht-Patentliteratur
• ISO 11783 [0009]
• DIN ISO 730-1 [0021]
• ISO 11783 [0023]
• ISO 11783 [0028]

Claims (10)

1. Einrichtung (124) zur Analyse und/oder Dokumentation des Betriebs eines Arbeitsfahrzeugs (10), mit einem Prozessor (128), der mit einem Speicher (126) verbunden und an einem internen Bus (104) des Arbeitsfahrzeugs (10) angeschlossen ist, über den im Betrieb zwischen Kontrolleinheiten (70, 64, 46) des Arbeitsfahrzeugs (10) Steuerbefehle zur Kontrolle von Aktoren und Daten hinsichtlich des Betriebszustands von Betriebselementen des Arbeitsfahrzeugs (10) übertragbar sind, wobei der Prozessor (128) programmiert ist, anhand des Datenverkehrs über den Bus (104) einen Betriebszustand des Arbeitsfahrzeugs (10) zu erkennen und im Speicher (126) abzuspeichern.
2. Einrichtung (124) nach Anspruch 1, wobei der Prozessor (128) programmiert ist, den Betriebszustand segmentweise abzuspeichern, wobei die einzelnen Segmente jeweils einen zumindest etwa konstanten Betriebszustand repräsentieren.
3. Einrichtung (124) nach Anspruch 2, wobei der Prozessor (128) programmiert ist, bei der Erkennung des den jeweiligen Segmenten zuzuordnenden Betriebszustands auf zeitlich vorhergehenden Segmenten zugeordneten Betriebszustände und aus den den zeitlich vorhergehenden Segmenten zugehörigen Daten abgeleitete Informationen zurückzugreifen und diese bei der Erkennung des Betriebszustands zu berücksichtigen.
4. Einrichtung (124) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Prozessor (128) programmiert ist, einen oder mehreren folgender Betriebszustände zu erkennen: Transportfahrt, leichte Feldarbeit, schwere Feldarbeit, stationäre Arbeit, Wendemanöver und Leerlauf.
5. Einrichtung (124) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Prozessor (128) über den Bus (104) mit Signalen hinsichtlich des Soll- bzw. Ist-Zustands eines oder mehrerer der folgenden Elemente beaufschlagbar ist: Zustand einer Zapfwelle (102), Position einer Dreipunktkupplung (20, 36), Fahrgeschwindigkeit des Arbeitsfahrzeugs (10), Betriebsart einer selbsttätigen Lenkung (112–118), manuell oder selbsttätig gesteuerter Parallelfahrbetrieb zu einer vorigen Spur, Lenkwinkel lenkbarer Räder (14), Betriebsdaten eines Antriebsmotors (74) sowie einer durch eine selbsttätige Steuerung und/oder durch den Bediener steuerbaren Ventileinrichtung (120) zur hydraulischen Beaufschlagung eines Geräts.
6. Einrichtung (124) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Prozessor (128) betreibbar ist, den Betriebszustand des Arbeitsfahrzeugs (10) anhand eines insbesondere binären Entscheidungsbaums zu evaluieren, der vorzugsweise durch den Prozessor (128) anhand einer Konfigurationsdatei erstellbar ist.
7. Einrichtung (124) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Prozessor (128) programmiert ist, zusätzlich zum Betriebszustand auch Daten hinsichtlich des Energieflusses eines Antriebsmotors (74) oder mehrerer Antriebsmotoren des Arbeitsfahrzeugs (10) abzuspeichern.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, wobei der Prozessor programmiert ist, Koeffizienten eines oder mehrerer Modelle für den Energiefluss der jeweiligen Betriebssituation entsprechend anzupassen und abzuspeichern, wobei die Modelle vorzugsweise situationsabhängig ausgewählt werden.
9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Prozessor (128) mit einer Anzeigeeinrichtung (68) und/oder einer Kommunikationsschnittstelle (136) verbunden ist, um die jeweils erfasste Betriebssituation und/oder daraus abgeleitete Informationen anzuzeigen oder zu übertragen, insbesondere um Warnhinweise bei ineffektiven Arbeitsweisen oder Überschreiten festgelegter Arbeitsbereiche zu geben oder Arbeitsweisen und -effektivitäten unterschiedlicher Bediener anzuzeigen.
10. Verfahren zur Analyse und/oder Dokumentation des Betriebs eines Arbeitsfahrzeugs (10), mit einem Prozessor (128), der mit einem Speicher (126) verbunden und an einem internen Bus (104) des Arbeitsfahrzeugs (10) angeschlossen ist, über den im Betrieb zwischen Kontrolleinheiten (70, 64, 46) des Arbeitsfahrzeugs (10) Steuerbefehle zur Kontrolle von Aktoren und Daten hinsichtlich des Betriebszustands von Betriebselementen des Arbeitsfahrzeugs (10) übertragen werden, wobei der Prozessor (128) anhand des Datenverkehrs über den Bus (104) einen Betriebszustand des Arbeitsfahrzeugs (10) erkennt und im Speicher (126) abspeichert.

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