DE19649273A1 - Landwirtschaftliches Nutzfahrzeug mit einem lagegeregelten Hubwerk und ein Verfahren zur Optimierung der Arbeitsgeschwindigkeit bei einer ausschließlichen Lageregelung eines Hubwerkes - Google Patents
Landwirtschaftliches Nutzfahrzeug mit einem lagegeregelten Hubwerk und ein Verfahren zur Optimierung der Arbeitsgeschwindigkeit bei einer ausschließlichen Lageregelung eines HubwerkesInfo
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Description
Bekannte landwirtschaftliche Traktoren verfügen über einen
oder mehrere elektronisch geregelte Hubwerke, bei denen der
Anwender zwischen den Regelungsarten Lage-, Zugwiderstands- und
Schlupfregelung sowie ihren Kombinationen wählen kann
Stellglieder bei allen drei Regelungsarten sind hydraulische
Antriebe, mit denen die Hubhöhen der Hubwerke eingestellt
werden können. Anbauräume für solche Hubwerke sind
standardmäßig das Heck, zunehmend häufiger zusätzlich der
Frontraum und mittlerweile seltener der Zwischenachsraum. Mit
diesen Hubwerken werden unterschiedliche Arbeitsmaschinen
aufgenommen und während der Arbeit entsprechend einer der
vorstehenden Regelungsarten in einer bestimmten, einstellbaren
Höhe geführt. Beispielsweise müssen mit
Bodenbearbeitungsmaschinen bestimmte Arbeitstiefen erzielt und
mit Mähwerken bestimmte Schnitthöhen eingehalten werden.
Eine sehr genaue Einhaltung einer zuvor eingestellten
Arbeitstiefe wird mit Hilfe der Lageregelung erzielt. Dabei
wird das Hubwerk im Idealfall so geregelt, daß die angehängte
Arbeitsmaschine unabhängig von Eigenbewegungen des Traktors
infolge von Bodenunebenheiten o.a. stets in der gleichen Lage
in bezug auf den bearbeiteten Boden bleibt. Unter
ackerbautechnischen Gesichtspunkten lassen sich auf diese
Weise die besten Arbeitsergebnisse erzielen, weil so auf die
jeweils angebauten Pflanzen abgestimmte, gleichmäßig
aufgebaute Saatbetten ohne unerwünschte Verdichtungen oder
Vermischungen verschiedener Bodenbestandteile angelegt werden
können. Ein erheblicher Nachteil bei dieser Regelungsart
besteht jedoch darin, daß die maximale Zugleistung eines
Traktors nicht vollständig ausgenutzt werden kann; denn die
Arbeitsgeschwindigkeit ist so zu wählen, daß der Traktor
Schwankungen des Zugwiderstandes der angehängten
Arbeitsmaschine infolge wechselnder Bodenbeschaffenheit oder
unterschiedlichem Bewuchs bewältigen kann, ohne daß es zu
einem Abwürgen des Traktors oder zu einem unzulässig hohen
Schlupf der Antriebsräder und damit zu unbeabsichtigten
Bodenverdichtungen kommt.
Um höhere Arbeitsgeschwindigkeiten zu erzielen, wird in der
Praxis bei schweren Bodenbearbeitungen, wie zum Beispiel dem
Pflügen, mit Zugwiderstands- statt mit Lageregelung oder einer
bezüglich der Anteile beider Parameter einstellbaren
Mischregelung gearbeitet. Einer Zunahme des Zugwiderstandes
aus den vorgenannten Gründen wird dabei dadurch
entgegengewirkt, daß das Hubwerk durch die Regelung etwas
angehoben und damit die Arbeitstiefe der angehängten
Arbeitsmaschine reduziert wird. Vorteil ist, daß jetzt die
maximale Zugleistung des Traktors ausgenutzt werden kann.
Nachteil ist, daß es gerade auf stark wechselnden Böden mit
unterschiedlichem Bewuchs zu merklichen und aus
ackerbautechnischen Gründen unerwünschten Schwankungen der
Bearbeitungstiefe kommen kann.
Zur Verbesserung der Arbeitsgeschwindigkeit bei Arbeiten mit
Lageregelung sind moderne Traktoren zusätzlich mit einer
Schlupfregelung ausgerüstet, die in der Regel in Kombination
mit der erstgenannten Regelungsart angewendet wird. Dabei kann
der maximal tolerierbare Schlupf vorgegeben werden. Solange
dieser während der Bearbeitung nicht erreicht wird, wird das
Hubwerk ausschließlich von der Lageregelung beeinflußt.
Kleinere Änderungen des Zugwiderstandes werden also über ein
zulässiges Mehr oder Weniger an Schlupf ausgeglichen, ohne daß
sie zu Schwankungen der Bearbeitungstiefe führen. Erst bei
starken Änderungen des Zugwiderstandes bzw. der
Haftungsbedingungen für die Antriebsräder und des dadurch
bedingten Überschreitens des eingestellten Schlupfgrenzwertes
wird das Hubwerk wie bei der Zugwiderstandsregelung solange
angehoben, bis der Schlupf wieder unter den Grenzwert fällt.
Hinsichtlich der Arbeitsqualität ergibt sich im Vergleich zu
Arbeiten mit Zugwiderstandsregelung zwar eine Verbesserung,
der eigentliche Nachteil, daß es gerade auf stark wechselnden
Böden mit unterschiedlichem Bewuchs zu merklichen und aus
ackerbautechnischen Gründen unerwünschten Schwankungen der
Bearbeitungstiefe kommen kann, bleibt aber bestehen.
Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, die
Arbeitsgeschwindigkeit landwirtschaftlicher Traktoren bei
ausschließlicher Lageregelung des Hubwerkes zu steigern.
Die Lösung des Problems ergibt sich durch die Merkmale der
Patentansprüche 1, 4, 9 und 10. Durch die Ausbildung des
Getriebes als zumindest teilweise lastschaltbares Getriebe
oder als stufenloses Getriebe, dessen Untersetzungsverhältnis
durch eine mit dem Getriebe verbundene Getrieberegelung
schlupf- oder zugwiderstandsabhängig veränderbar ist, kann
jeweils die optimale Arbeitsgeschwindigkeit des Nutzfahrzeuges
in Abhängigkeit zum vorgegebenen Sollwert der Lage eingestellt
werden. Dabei wird z. B. der obere Grenzwert des Schlupfes auf
einen empirisch ermittelten, bezogen auf die
Bearbeitungsverhältnisse, optimalen Richtwert eingestellt.
Entsteht nun während der Arbeit eine Abweichung von dem
eingestellten oberen Richtwert, so wird über ein Stellglied
das Untersetzungsverhältnis des zumindest teilweise
lastschaltbaren oder stufenlosen Getriebes derart geändert,
daß bei Überschreiten des eingestellten oberen Grenzwertes für
den Schlupf oder den Zugwiderstand die Arbeitsgeschwindigkeit
vermindert wird bzw. bei Unterschreiten des unteren
Grenzwertes die Arbeitsgeschwindigkeit erhöht wird. Dadurch
wird erreicht, daß das landwirtschaftliche Nutzfahrzeug bei
den eingestellten Parametern Lage und optimaler Grenzwert für
Schlupf oder Zugwiderstand stets mit der maximalen
Arbeitsgeschwindigkeit betrieben wird. Bei Bedarf können
oberer und unterer Grenzwert für den Schlupf zusammenfallen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben
sich aus den Unteransprüchen.
In einer weiteren Ausführungsform wirkt die Getrieberegelung
bei zumindest teilweise lastschaltbaren Getrieben auf eine
Motorregelung, die zusätzlich die Motordrehzahl des Motors
schlupf- oder zugwiderstandsabhängig verändern kann. Weiter
kann der Getrieberegelung ein Festwertspeicher zugeordnet
werden, in dem die jeweiligen Betriebspunkte für das Getriebe
und/oder den Motor zur optimalen Abgabe und Übertragung der
gewünschten verfügbaren Leistung abgelegt sind.
In einer weiteren Ausführungsform ist das stufenlose Getriebe
als elektromechanisches Getriebe ausgebildet. In diesem Fall
kann die Getrieberegelung in die Umrichtersteuerung des
Getriebes integriert werden. Ein solches elektromechanisches
Getriebe ist z. B. aus der EP 0 693 392 bekannt.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Getrieberegelung
elektronisch ausgebildet. Weiter ist der Hubwerksantrieb
bevorzugt als Hydraulikhubzylinder ausgebildet.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten
Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Figuren zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines lage-, zugwiderstands- oder
schlupfgeregelten Hubwerks nach dem Stand der
Technik
Fig. 2 ein Blockschaltbild eines lagegeregelten Hubwerks
mit einer schlupf- oder zugwiderstandsabhängigen
Getrieberegelung bei einem zumindest
teillastschaltbaren Getriebe und
Fig. 3 ein Blockschaltbild eines lagegeregelten Hubwerks
mit einer schlupf- oder zugwiderstandsabhängigen
Getrieberegelung bei einem stufenlosen Getriebe.
Bekannte Lageregelungen gemäß Fig. 1 umfassen ein Hubwerk 1,
einen Hydraulikhubzylinder 2, eine elektronische
Hubwerksregelung 3, eine Eingabeeinheit 4 für die von einem
Fahrer vorzugebenden Sollwerte der Arbeitshöhe oder -tiefe,
einen Lagegeber 6, ein Schlupfsensor 5 und/oder einen
Zugkraftsensor 7. Bei einer reinen Lageregelung überträgt der
Lagegeber 6 ein Signal 8, das dem erfaßten Lagewert eines
Arbeitsgerätes entspricht, an die elektronische
Hubwerksregelung 3. Die elektronische Hubwerksregelung 3
vergleicht das Signal 8 des Lagegeber 6 mit einem dem Sollwert
entsprechenden Signal 9, das von der Eingabeeinheit 4 der
elektronischen Hubwerksregelung 3 zugeführt wird. Aus der
Differenz der beiden Signale 8, 9 generiert die elektronische
Hubwerksregelung 3 eine Stellgröße 10, die den
Hydraulikhubzylinder 2 der Abweichung entgegen nachregelt. Der
Schlupfsensor 5 und der Zugkraftsensor 7 sind inaktiv. Bei
Bedarf kann der Fahrer von reiner Lageregelung auf
Schlupfregelung umschalten. In diesem Fall vergleicht die
elektronische Hubwerksregelung 3 das Signal 9 zusätzlich mit
einem dem Schlupfwert entsprechendem Signal 11, das vom
Schlupfsensor 5 an die elektronische Hubwerksregelung 3
übertragen wird. Das Signal 9 enthält dann Lagesollwert und
maximal zulässigen Schlupf. Der Zugkraftsensor 7 ist inaktiv.
Nach dem gleichen Prinzip kann auch eine reine
Zugwiderstandsregelung ausgewählt werden, wobei dann vom
Zugkraftsensor 7 ein der erfaßten Zugkraft entsprechendes
Signal 12 an die elektronische Hubwerksregelung 3 übertragen
wird. Ebenso kann eine Mischregelung aus der Lage-,
Zugwiderstands- und Schlupfregelung ausgewählt werden.
In der Fig. 2 ist ein Blockschaltbild für ein lagegeregeltes
Hubwerk 1 mit einer schlupf- oder zugwiderstandsabhängigen
Getrieberegelung bei einem zumindest teilweise lastschaltbaren
Getriebe 13 dargestellt. Das Hubwerk 1 wird ausschließlich
lagegeregelt, wobei der Regelmechanismus den der in Fig. 1
beschriebenen Lageregelung gleicht. Zusätzlich ist eine
elektronische Getrieberegelung 14 angeordnet, der über ein
Signal 15 von der Eingabeeinheit 4 die vom Fahrer
voreingestellten Sollwerte übergeben werden. Weiter wird der
elektronischen Getrieberegelung 14 das dem Schlupf
entsprechende Signal 11 vom Schlupfsensor 5 zugeführt, wobei
der Schlupfsensor 5 z. B. als Bodenradar ausgebildet ist. Die
elektronische Getrieberegelung 14 ist ausgangsseitig mit dem
Getriebe 13 und einer Motorregelung 16 verbunden. Steigt
während des Betriebes der Schlupf über einen für die jeweilige
Bearbeitung eingestellten Grenzwert für den Schlupf, so regelt
die elektronische Getrieberegelung 14 über Stellgrößen 17, 18
die Gangstufe des Getriebes 13 und die Motorregelung 16
entgegen der Abweichung vom Grenzwert nach. Dazu greift die
Getrieberegelung 14 auf einen Festwertspeicher 19 zu, in dem
Datenpaare für die jeweilige Gangstufe und die Motordrehzahl
abgelegt sind. Der Grund hierfür liegt darin, daß Regelkreise
mit Elementen mit linearem Verhalten einfacher zu beherrschen
sind als solche mit Elementen mit nicht linearem Verhalten.
Mit Hilfe des Festwertspeichers 19 wird das nicht lineare
Verhalten von Lastschaltgetrieben und Verbrennungsmotoren (bei
Motoren mit Konstantleistungscharakteristik) linearisiert,
d. h. jeder einzelnen Arbeitsgeschwindigkeit wird eindeutig
eine bestimmte Motordrehzahl-/Gangstufenkombination
zugeordnet. Dabei können die Wertepaare für das Beschleunigen
und das Verzögern unterschiedlich sein. Über eine
birekktionale Verbindung 20 werden die den Betriebsparametern
entsprechenden Adressen des Festwertspeichers 19 ausgewählt
und vom Festwertspeicher 19 die benötigten
Gangstufe/Motorendrehzahl-Paare an die elektronische
Getrieberegelung 14 übergeben. Beim Überschreiten des
voreingestellten Grenzwertes für den Schlupf regeln die
Stellgrößen 17, 18 den Motor und das Getriebe 13 derart nach,
daß durch eine Verringerung der Arbeitsgeschwindigkeit der
Schlupf wieder kleiner oder gleich dem Grenzwert eingestellt
wird. Alternativ kann als Fehlergröße für die elektronische
Getrieberegelung 14 anstatt des Schlupfes der Zugwiderstand
verwendet werden. Bei Bedarf kann eine Umschaltmöglichkeit
vorgesehen sein, mit der es dem Fahrer möglich ist, zwischen
Lage-, Schlupf-, Zugwiderstands- oder Mischregelung des
Hubwerkes 1 auszuwählen, wobei die drei letztgenannten
Regelungen dabei nach dem Stand der Technik erfolgen.
In der Fig. 3 ist das Blockschaltbild eines lagegeregelten
Hubwerks mit einer schlupf- oder zugwiderstandsabhängigen
Getrieberegelung bei einem stufenlosen Getriebes dargestellt.
Die Lageregelung des Hubwerkes 1 entspricht der Lageregelung
aus Fig. 1 und Fig. 2. Der elektronischen Getrieberegelung 14
wird von der Eingabeeinheit 4 das dem Lagesollwert
entsprechende Signal 15 und das dem erfaßten Schlupf
entsprechende Signal 11 zugeführt. Die elektronische
Getrieberegelung 14 generiert eine Stellgröße 17, die einer
Drehzahl- oder Drehmomentvorgabe für das stufenlose Getriebe
13 entspricht. Der Regelmechanismus bei Unter- oder
Überschreiten des eingestellten Grenzwertes für den Schlupf
entspricht dem in Fig. 2, nur daß anstelle des Wertepaares
Gangstufe/Motordrehzahl das Untersetzungsverhältnis des
stufenlosen Getriebes geändert wird, so daß das landwirt
schaftliche Nutzfahrzeug mit maximal möglicher
Arbeitsgeschwindigkeit bei einer ausschließlichen Lageregelung
des Hubwerkes 1 arbeitet. Bei Bedarf kann eine
Umschaltmöglichkeit vorgesehen sein, mit der es dem Fahrer
möglich ist, zwischen Lage-, Schlupf-, Zugwiderstands- oder
Mischregelung des Hubwerkes 1 auszuwählen, wobei die drei
letztgenannten Regelungen dabei nach dem Stand der Technik
erfolgen. Alternativ kann als Fehlergröße für die
elektronische Getrieberegelung 14 anstatt des Schlupfes der
Zugwiderstand verwendet werden.
1
Hubwerk
2
Hydraulikhubzylinder
3
Hubwerksregelung
4
Eingabeeinheit
5
Schlupfsensor
6
Lagegeber
7
Zugkraftsensor
8
Signal
9
Signal
10
Stellgröße
11
Signal
12
Signal
13
Getriebe
14
Getrieberegelung
15
Signal
16
Motorregelung
17
Stellgröße
18
Stellgröße
19
Festwertspeicher
20
Verbindung.
Claims (10)
1. Landwirtschaftliches Nutzfahrzeug mit einem lagegere
gelten Hubwerk, umfassend ein Getriebe, einen Motor, ein
Hubwerk, eine Hubwerksregelung, ein Hubwerksantrieb,
mindestens einen Lagegeber, einen Schlupfsensor und/oder
einen Zugkraftsensor und eine Eingabeeinheit zur Vorgabe
der Lage-Sollwerte,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Getriebe (13) zumindest teilweise lastschaltbar
ausgebildet ist, dessen Untersetzungsverhältnis durch
eine mit dem Getriebe (13) verbundene Getrieberegelung
(14) schlupf- oder zugwiderstandsabhängig veränderbar
ist.
2. Landwirtschaftliches Nutzfahrzeug nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Motordrehzahl des Motors
durch die Getrieberegelung (14) über eine mit dieser
verbundenen Motorregelung (16) oder in Abhängigkeit des
eingestellten Untersetzungsverhältnisses schlupf- oder
zugwiderstandsabhängig veränderbar ist.
3. Landwirtschaftliches Nutzfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Getrieberegelung (14) mit
einem Festwertspeicher (19) verbunden ist, in dem die
Betriebspunkte für das Getriebe (13) und/oder den Motor
abgelegt sind.
4. Landwirtschaftliches Nutzfahrzeug mit einem lagegere
gelten Hubwerk, umfassend ein Getriebe, einen Motor, ein
Hubwerk, eine Hubwerksregelung, ein Hubwerksantrieb,
mindestens einen Lagegeber, einen Schlupfsensor und/oder
einen Zugkraftsensor und eine Eingabeeinheit zur Vorgabe
der Lage-Sollwerte,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Getriebe (13) stufenlos ausgebildet ist, dessen
Ausgangs-Drehzahl, Drehmoment oder Untersetzungsver
hältnis durch eine mit dem Getriebe (13) verbundene
Getrieberegelung (14) schlupf- oder zugwiderstands
abhängig veränderbar ist.
5. Landwirtschaftliches Nutzfahrzeug nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß das stufenlose Getriebe (13)
als elektromechanisches Getriebe (13) ausgebildet ist.
6. Landwirtschaftliches Nutzfahrzeug nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Getrieberegelung (14) in
einer Umrichtersteuerung des elektromechanischen
Getriebes (13) integriert ist.
7. Landwirtschaftliches Nutzfahrzeug nach einem der
vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Getrieberegelung (14) als
elektronische Getrieberegelung (14) ausgebildet ist.
8. Landwirtschaftliches Nutzfahrzeug nach einem der
vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Hubwerksantrieb als
Hydraulikhubzylinder (2) ausgebildet ist.
9. Verfahren zur Lageregelung eines Hubwerkes in
landwirtschaftlichen Nutzfahrzeugen, bei dem
kontinuierlich mittels eines Lagegebers die Arbeitshöhe
oder -tiefe erfaßt wird, der erfaßte Wert mit einem
Sollwert verglichen und aufgrund der Differenz eine
Stellgröße generiert wird, die einen Hubwerksantrieb
entgegen der Differenz nachführt,
dadurch gekennzeichnet, daß
eine Schlupf- oder Zugwiderstandsermittlung erfolgt und
schlupf- oder zugwiderstandsabhängig eine Gangstufe oder
das Untersetzungsverhältnis eines zumindest teilweise
lastschaltbaren Getriebes (13) und/oder eine
Motordrehzahl eines Motors ausgewählt wird.
10. Verfahren zur Lageregelung eines Hubwerkes in
landwirtschaftlichen Nutzfahrzeugen, bei dem
kontinuierlich mittels eines Lagegebers die Arbeitshöhe
oder -tiefe erfaßt wird, der erfaßte Wert mit einem
Sollwert verglichen und aufgrund der Differenz eine
Stellgröße generiert wird, die einen Hubwerksantrieb
entgegen der Differenz nachführt,
dadurch gekennzeichnet, daß
eine Schlupf- oder Zugwiderstandsermittlung erfolgt und
schlupf- oder zugwiderstandsabhängig die Ausgangs-Dreh
zahl oder das Untersetzungsverhältnis eines
stufenlosen Getriebes (13) ausgewählt wird.
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