DE3135512A1

DE3135512A1 - Elektronisches traktor-fuehrungssystem

Info

Publication number: DE3135512A1
Application number: DE19813135512
Authority: DE
Inventors: Jerry W. 95355 Modesto Calif. Brum
Original assignee: Geosource Inc 77056 Houston Tex; Geosource Inc
Current assignee: Satake USA Inc
Priority date: 1980-09-09
Filing date: 1981-09-08
Publication date: 1982-05-19
Also published as: GB2083662A; CA1158341A; MX151151A; US4366756A; JPS5783812A; GB2083662B

Description

Beschreibung;

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf automatische Führung sSteuersysteme zum Steuern der Fahrtrichtung eines sich bewegenden Fahrzeuges, damit dieses einem vorgeschriebenen Weg folgt. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein automatisches Führungssteuersystem zum Führen eines Ackerbau-Traktors, damit dieser einer zuvor gepflügten Ackerfurche oder einer Führungseinrichtung in einem bestellten Feld folgt.

Das Erfordernis, eine maximale Menge von Äckerbauprodukten bei einer vorgegebenen Anbaufläche zu erzeugen, wird als Folge einer immer weiter steigenden Forderung nach diesen Erzeugnissen und der ansteigenden Kosten zu deren Erzeugung immer wichtiger. Um dieser steigenden Forderung gerecht zu werden, muß die zu bestellende Anbaufläche so gepflügt und bestellt werden, daß nur wenig ungenutztes Land verbleibt. Jede gepflügte Ackerfurche soll zu allen anderen Ackerfurchen parallel und mit sehr genauen Trennentfernungen beabstandet sein.

Bisherige Traktor-Führungssysteme wurden so ausgelegt, daß die Fahrtrichtung des Traktors einer zuvor gepflügten Ackerfurche folgt. Jedoch sind diese bisherigen Führungssysteme größtenteils komplizierte mechanisch-hydraulische Vorrichtungen, denen die Empfindlichkeit fehlt, die zu einer optimalen Steuerung der Fahrtrichtung des Traktors erforderlich ist, damit dieser einer zuvor gepflügten Ackerfurche folgt.

Außerdem sind diese bisherigen Vorrichtungen nur wirksam, wenn sie auf Traktoren benutzt werden, die geschlossene, zentrale Hydrauliksysteme haben. Nicht alle Traktoren sind jedoch so ausgerüstet. Ein weiteres Problem, das von diesen bisherigen Vorrichtungen nicht gelöst wurde, tritt durch äußere Kräfte auf, die auf den Traktor wirken, und die gezogenen Arbeitsgeräte, die den Traktor zu einer Abweichung seiner Fahrtrichtung ohne eine Änderung in der Lenkrichtung

des Traktors zwingen. Diese äußeren Kräfte ergeben sich durch Dinge, wie die jeweilige Höhe und der Neigungsgrad des Grundes, d.h., zum Beispiel beim Pflügen auf der Seite eines Hügels, den Schlupf der Traktorräder, Änderungen in der Brdreichstruktur und durch andere Quellen. Um sicherzustellen, daß der Traktor in der geeigneten Richtung fährt, um die gewünschten gepflügten Ackerfurchen oder Ergebnisse, die andere Ackerbautätigkeiten umfassen, zu erzeugen, müssen solche äußeren Kräfte durch ein wirksames Lenken des Traktors in einer Richtung ausgeglichen werden, die etwas von der tatsächlichen Fahrtrichtung abweicht.

Es wäre daher vorteilhaft, ein einfaches mechanisch-elektrisches automatisches Traktor-Führungssystem zu schaffen, das.

leicht an vorhandenen Traktoren unterschiedlicher Art installiert werden kann, um eine genaue und empfindliche elektrische Lenksteuerung zu bewirken, damit der Traktor zuvor gepflügten Ackerfurchen genau folgen kann. Außerdem wäre es vorteilhaft, ein automatisches Traktor-Führungssystern zu schaffen, das äußere Kräfte ausgleicht, die dazu neigen, den Traktor in eine von der gewünschten Fahrtrichtung abweichende Richtung zu zwingen.

. Erfindungsgemäß wird ein automatisches Führungssystem zur Steuerung der Fahrtrichtung eines Traktors, damit er einem Leitweg folgt, indem ein Lenksteuersignal zum Steuern der Lenkrichtung des Traktors erzeugt wird, geschaffen, das sich auszeichnet durch

a) einen.mit dem Traktor verbundenen Richtungsfühler zum Erzeugen eines Wegrichtungssignals, das die Wegrichtung in Bezug auf die Fahrtrichtung des Traktors angibt,

b) eine auf das Lenksteuersignal ansprechende Traktor-Lenkeinrichtung zum Steuern der Lenkrichtung des Traktors,

c) einen mit der Lenkeinrichtung verbundenen Traktor-Lenkfühler zum Erzeugen eines Lenkrichtungssxgnals, das • die Lenkrichtung des Traktors angibt und

d) eine auf die Fühler ansprechende Steuereinrichtung zum Erzeugen des Lenksteuersignals als eine Funktion des Wegrichtungssignals und des Lenkrichtungssignals, wobei das Lenksteuersignal ein änderbares Tastverhältnis hat, wodurch eine Lenkänderung bewirkt wird, wenn das Tastverhältnis des Lenksteuersignals von einem 50 %-Tastver= hältnis abweicht.

Die Erfindung schafft also ein automatisches Führungssystem zum Steuern der Fahrtrichtung eines Traktors längs eines Leitweges. Das Führungssystem besteht aus zwei Fühlern, einem mit dem Traktor verbundenen Richtungsfühler zum Erfassen der Richtung des Leitweges in Bezug zu der Fahrtrichtung des Traktors, und einem Traktor-Lenkfühler, der mit der Lenkeinrichtung des Traktors verbunden ist, um die Lenk-.richtung des Traktors zu erfassen. Beide, der Richtungsfühler und der Traktor-Lenkfühler sind empfindliche, änderbare Differenzdrehumformer, die Ausgangsgleichspannungen erzeugen, die proportional der Drehstellung der Welle der Fühler sind.

Im Falle des Richtungsfühlers steuert eine Ackerfurchenfolgeranordnung in geeigneter Weise die Drehstellung der Welle des Richtungsfühlers, um ein Wegrichtungssignal zu erzeugen, das die relative Richtung des Weges zu der Fahrtrichtung des Traktors angibt. Im Falle des Traktor-Lenkfühlers wird die Drehstellung der Welle des Fühlers durch das Lenken der lenkbaren Vorderräder des Traktors gesteuert- Auf diese Weise wird die Lenkrichtung des Traktors erfaßt, um ein Lenkrichtungssignal zu erzeugen.

Das Führungssystem umfaßt außerdem eine Traktor-Lenkeinrichtung, die an der Lenksäule des Traktors angeordnet ist, um eine Drehung des Lenkrades unter der Steuerung des Führungssystems zu bewirken. Die Traktor-Lenkeinrichtun? umfaßt einen Permanentmagnet-Gleichstrommotor, der mit der Lenksäule über eine Zahnradanordnung oder durch Zahnräder und

eine Kette gekoppelt ist. Außerdem ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, die auf das Wegrichtungssignal von dem Richtungsfühler und das Lenkrichtungssignal von dem Traktor-Lenkfühler anspricht, um ein Lenksteuersignal zu erzeugen. Das Lenksteuersignal ist ein digitales Signal mit einem Tastverhältnis, das sich mit der Größe der Differenz zwischen dem Wegrichtungssignal und dem Lenkrichtungssignal ändert. Eine Lenkänderung des Traktors wird bewirkt, wenn das Tastverhältnis des Lenksignals von einem 50 %-Tastverhältnis abweicht.

Beim Betrieb verstärkt die Steuereinrichtung die Signale von den zwei Fühlern, um jeweils das Wegrichtungssignal und das Lenkrichtungssignal zu erhalten. Eine'bipolare Abweichungssteuerspannung wird erzeugt und von dem Wegrichtungssignal subtrahiert, um ein Ackerfurchenfehlersignal zu. erzeugen. Die bipolare Abweichungssteuerspannung ist für die Seitenkräfte vorgesehen, die auf den Traktor wirken, um die Fahrtrichtung des Traktors zu verändern, obwohl eine Änderung in der Lenkrichtung des Traktors nicht vorgenommen wurde. Ein Lenkfehlerverstärker spricht auf das Lenkrichtungssignal und das Ackerfurchenfehlersignal an, um ein Lenkfehlersignal zu erzeugen, das schließlich bestimmt, ob eine Lenkänderung am Traktor auftritt.·

Ein Konvergenzsteueroszillator ist vorgesehen, um ein bipolares Konvergenzfrequenzsignal zu erzeugen, das mit dem Lenkfehlersignal verglichen wird, um das Lenksteuersignal mit änderbarem Tastverhältnis zu erzeugen. Eine Vergleichseinrichtung ist vorgesehen, um das Konvergenzfrequenzsignal und das Lenkfehlersignal miteinander zu vergleichen. Bei dem gegenwärtig bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung hat das Konvergenzfrequenzsignal eine bipolare, dreieckige Signalform. Wenn die Größe dieses Konvergenzfrequenzsignals größer als das Lenkfehlersignal ist, wird ein digitaler logischer Zustand für das Lenksteuersignal erzeugt, und wenn die Größe des Konvergenzfrequenzsignals

geringer als das Lenkfehlersignal ist, wird der entgegengesetzte digitale logische Zustand erzeugt.

Wenn das Lenksteuersignal den einen logischen Zustand hat, wird ein Rechtswendesignal für den Gleichstrommotor erzeugt, der die Lenksäule des Traktors steuert, während beim entgegengesetzten logischen Zustand ein Linkswendesteuersignal an den Motor abgegeben wird. Auf diese Weise wird während jeder Periode des Konvergenzfrequenzsignals ein Kommando an den Lenkmotor sowohl zum Rechtswenden als auch Link-,wenden gegeben. Wenn das Tastverhältnis des Lenksteuersignals gleich 50 % gibt, tritt in der Lenkung keine wirksame Drehung bzw. wirksames Wenden auf. Jede Änderung des Tastverhältnisses, entweder auf über oder unter 50 %, führt dagegen zu einer wirksamen Drehung oder Wendebewegung nach rechts oder nach links.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
20

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen automatischen Traktor-Führungssystems wird anhand der. · Zeichnung erläutert. Im einzelnen zeigt;

Fig. 1 eine Seitenansicht der Ackerfurchenfolgeanordnung, die am vorderen Ende eines typischen Traktors angebracht ist,

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine typische Lenkgestängeanordnung, wobei der Lenkfühler zu erkennen ist, der zum Erfassen der Lenkrichtung des Traktors angeschlossen ist,

Fig. 3 eine Ansicht von oben auf den Richtungsfühler, der an den Fühlausleger des Ackerfurchenfolgers gekoppelt ist, der an dem vorderen Ende des Traktors angebracht ist,

Fig. 4 eine Darstellung der Steuermotoranordnung zum Steuern der Lenksäule des Traktors,

Fig. 5 ein schemätisches Blockschaltbild der Steuereinrichtung bei der Erfindung/

Fig. 6 einen Stromlauf plan eines Teils der in Fig. .5 gezeig-· ten Steuereinrichtung,

Fig. 1 einen Stromlaufplan des Leistungsverstärkers, der das Treibersignal für den Lenksteuermotor erzeugt, der in Fig. 4 dargestellt ist, und

Fig. 8 eine Darstellung verschiedener elektrischer Signalformen, die zeigen, wie das Lenksteuersignal durch die in Fig. 5 gezeigte Steuereinrichtung erzeugt wird.

In den verschiedenen Figuren der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder einarider entsprechende Teile. ' In Fig. 1 ist eine Ackerfurchenfolgeanordnung 2 zum.Erfassen der Richtung eines Leitweges, wie eine zuvor gepflügte Ackerfurche, gezeigt. Eine detailliertere Beschreibung der Ackerfurchenfolgeanordnung 2 ist in der US-PS 4- 165 796 von Petz enthalten, deren Offenbarung damit in die vorliegende Beschreibung aufgenommen ist. Ein Ausleger 6 trägt an seinem Fühlerende■zwei tellerförmige Platten 4, die innerhalb der Schrägseiten einer gepflügten Ackerfurche liegen und diesen damit folgen. Mit dem entgegengesetzten Ende des Auslegers ist der Richtungsfühler 12 verbunden. Der Richtungsfühler 12 ist an einer Platte 14 so angebracht, daß eine Seite-zu-Seite-Verschiebung des Auslegers 6 in Bezug auf die Fahrtrichtung des Traktors eine Drehung der Welle des Fühlers 12 bewirkt. Eine analoge Gleichspan-. nung wird an dem Ausgang des Fühlers 12 als.eine Funktion der Drehstellung seiner Welle erzeugt. Eine Drehung der.. Welle durch die Ackerfurchenfolgeranordnung 2 erzeugt da-

her eine Änderung der vom Fühler 12 erzeugten Spannung. Die Ackerfürchenfolgeranordnung 2 ist mit einem hydraulischen Kolben 8 versehen/ der in Abhängigkeit von elektrischen Signalen betätigt wird, um den Ausleger 6 anzuheben und abzusenken. Beim Betrieb wird der Ausleger 6 so abgesenkt, daß die tellerförmigen Platten 4 die Ackerfurche berührt, längs der der Traktor geführt wird. Jede Abweichung der Fahrtrichtung des Traktors zu der Richtung des Leitweges ergibt daher eine Änderung im Ausgangssignal des Fühlers 12=

In Fig. 2 ist das vordere Lenkgestänge des Traktors schematisch dargestellt, um zu zeigen, wie der Traktor-Lenkfühler 22 mit dem Lenkgestänge der Vorderräder des Traktors gekoppelt ist, um ein Fehlergleichspannungssignal zu erzeugen?

das die Lenkrichtung des Traktors angibt. Meistenteils wird die Lenkrichtung des Traktors die Fahrtrichtung des Traktors sein. Wenn auf den Traktor jedoch äußere Kräfte wirken, wie beim Schlupf der Traktorräder, beim Pflügen auf der Seite einer Neigung, usw., kann die Traktorlenkung nicht zwangsläufig in der Fahrtrichtung des Traktors erfolgen. Um Seitenkräfte auszugleichen, muß die Lenkung des Traktors in einer Richtung bewirkt werden, um diese Seitenkräfte auszugleichen. Dadurch kann die Fahrtrichtung des Traktors in der gewünschten Richtung beibehalten werden. Der Lenkfühler 22 ist identisch mit dem Fühler 12 und erzeugt eine analoge Gleichspannung als eine Funktion der Drehstellung der Eingangswelle des Fühlers. Durch Modulieren der Drehstellung der Welle des Fühlers 22 als eine Funktion der Stellungen der Vorderräder kann ein Rückkopplungsfehlersignal als eine Funktion der Lenkrichtung des Traktors erzeugt werden. Bei dem augenblicklich bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Fühler 12 und 22 beide änderbare Differenzdrehumformer, die als Modell R30D von der Schaevitz Engineering vertrieben werden. Diese Einheiten wurden gewählt, da sie 0 Volt abgeben, wenn die Drehstellung der Welle eine Bezugsstellung ist, was unabhängig von Änderungen in den an die Einheiten abgegebenen Speisespannungen erfolgt.. Diese Vorhersagemög-

1 ichkoit dor Ausgangsspannunq beseitigt das Erfordernis, von komplizierten Abweichungsfehlereinstellungen in den elektronischen Schaltungen, um Änderungen in der Speisespannung des Systems ausgleichen zu können.
·

In Fig. 3 sind der Fühler 12 und der Ausleger 6 von oben gezeigt. Der Ausleger 6 bildet eine U-förmige Jochverbindung mit dem Gehäuse des Fühlers 12, während die Welle 16 des Fühlers fest an dem Rahmen des Traktors mit Hilfe einer Klammer 20 befestigt ist. Klammern 18, 14 bilden ein mechanisches Läger für die Fühleranordnung, während das Gehäuse des Fühlers 12 sich relativ zu seiner Welle 16 drehen kann. Sollte die Fahrtrichtung des Traktors von der Richtung des Leitweges abweichen, wird das Gehäuse des Fühlers 12 durch Verschiebung des Apslegers 6 gedreht. Diese Drehung bewirkt eine Änderung in der Ausgangsgleichspannung des Fühlers 12.

In Fig. 4 ist die Lenksteuereinrichtung zum Bewirken der · Drehung der Lenksäule des Traktors in Abhängigkeit von

2P Steuersignalen von dem Führungssteuersystem gezeigt. Ein Permanentmagnet-Gleichstrommotor 34 ist mit der Lenksäule 36 des Traktors über eine Kombination von Zahnrädern 40, 42 verbunden, die über eine Endloskette 38 verbunden sind. Das Zahnrad 40 ist'an der Welle des Gleichstrommotors 34 befestigt, während das Zahnrad 42 mit der Lenksäule 36 des Traktors verbunden ist. Die Endloskette 38 überträgt das von dem Gleichstrommotor 34 erzeugte Drehmoment auf die Lenksäule 36. Auf diese Weise bewirkt die Drehung des Lenkmotors 34 eine Drehung der Lenksäule 36. Bei dem gegenwärtig bevorzugten Ausführungsbeispiel· der Erfindung·ist der Per- - manentmagnet-Gleichstrommotor ein von Indiana General vertriebenes Modell 4010-W19-01. .

In Fig. 5 ist ein Blockschaltbild der Steuereinrichtung des erfindungsgemäßen automatischen Steuersystems gezeigt." Die Ackerfurchenfühlanordnung 2, die den Ausleger 6 und die Ackerfurchenfühlscheiben 4 umfaßt, ist in einer die Richtung

einer Ackerfurche 1 fühlenden Stellung gezeigt. Das Ausgangssignal von dem Fühler 12, der in der Ackerfurchenfuhlanordnung 2 enthalten ist, wird an einen Fehlerverstärker 42 gegeben. In gleicher Weise wird ein Rückkopplungsfehlersignal von dem Lenkfühler 22, der in Fig. 2 gezeigt ist, an einen Rückkopplungsverstärker 50 gegeben, der mit dem Fehlerverstärker 42 identisch ist. Der Verstärker 42 erzeugt das Wegrichtungssignal an seinem Ausgang, während der Rückkopplungsverstärker 50 das Lenkrichtungssignal 5 erzeugt.

..

Wie es weiter in Fig. 5 gezeigt ist, erzeugt eine Abweichungssteuerung 44 eine bipolare und durch Schalter wählbare Steuerabweichungsspannung, um Seitenkräfte zu kompensieren, die auf den Traktor wirken und dazu neigen, die Fahrtrichtung des Traktors zu ändern. Diese Abwexchungssteuerspannung wird zusammen mit dem Wegrichtungssignal an einen Differenzverstärker 46 gegeben, der die beiden Signale voneinander subtrahiert und an seinem Ausgang das Ackerfurchenfehlersignal 3 erzeugt. Das Ackerfurchenfehlersignal 3 wird dann zusammen mit dem Lenkrichtungssignal 5 von dem Rückkopplungsverstärker 50 an einen Summen- und Differenzverstärker 48 gegeben. Der Summen- oder Differenzverstärker 48 erzeugt sowohl die Summe des Ackerfurchenfehlersignals 3 und des Lenkrichtungssignals 5, als auch die Differenz zwischen diesen beiden Signalen. Eine Verteilerauswahl (vgl. Fig. 6) ist an dem Ausgang des Summen- oder Differenzverstärkers 48 vorgesehen, um jede Kombination des Ackerfurchenfehlersignals 3 und des Lenkrichtungssignals 5 als das Lenkfehlersignal 7 wählen zu können. Bei einigen Traktoreinbauten kann es nicht möglieh sein, die Lenkfühleranordnung 22 so anzubringen, daß eine bestimmte Richtungsänderung in ihrem Ausgangssignal, für eine bestimmte Änderung in der Lenkrichtung des Traktors erzeugt wird. Obwohl die Größe der Änderung als eine Funktion der Lenkänderung die gleiche sein wird, kann ihre PoIarität von Traktor zu Traktor unterschiedlich sein. Durch Vorsehen sowohl einer Summen- als auch einer Differenz-Funktion in dem Summen- oder Differenzverstärker 48 kann

jedoch die geeignete Kombination des Ackerfurchenfehlersig-

■ nals 3 und des Lenkrichtungssignals 5 ausgewählt werden, um das erforderliche Lenkfehlersignal 7 zu erhalten.

5- Wie in Fig. 5 ebenfalls dargestellt ist, wird das Lenkfehlersignal 7 zusammen mit dem Konvergenzfrequenzsignal 9 von dem-Konvergenzsteueroszillator 41 an den Vergleicher 52 für . eine Lenkung nach rechts und links gegeben. Die Funktion des■Vergleichers 52 ist die, ein digitales Rechts/Links-Lenksignal 11 zu erzeugen, bei dem ein logischer Zustand des digitalen Signals auftritt, wenn die Größe des Konver-

■ genzfrequehzsignais 9 größer als die Größe des Lenkfehlersignals 7 ist, während der entgegengesetzte logische Zustand erhalten wird, wenn das Frequenzsignal 9 geringer als das Lenkfehlersignal 7 ist. Die Frequenz des Rechts/Links-Lenksignals ist gleich der Grundfrequenz des Konvergenzfrequenzsignals 9. Durch Zuordnung einer Rechtslenkfunktion an den logischen Zustand von 1 des Signals 11 und einer

■ Linkslenkfunktion an den logischen Zustand von 0 sowie durch Zuführen dieses Steuersignals an den Lenkmotor 34, der die Lenkung des Traktors steuert, kann die Lenkung des Traktors als eine Funktion des Tastverhältnisses des Rechts/Links-Lenksignals 11 bewirkt werden. D.h., während jeder Periode des'Konvergenzoszxllatorfrequenzsxgnals wird dem Lenkmotor' 34 sowohl eine Rechts- als auch eine Linksdrehung erteilt. Wenn das Tastverhältnis des Rechts/Links-Lenksignals 1 ί gleich 50 % ist, ergibt sich keine wirksame Drehung für die Lenksäule 36. Wenn das Tastverhältnis des Signals jedoch von 50 % abweicht, wird mehr Zeit für eine Rechts- öder eine Linksdrehung als für die jeweils andere zur Verfügung gestellt. Dadurch ergibt sich eine wirksame Drehung der Lenksäule 36. Die Lenkungssteuerung erfolgt jeweils in einer Richtung, in der das Tastverhältnis des Rechts/Links-Lenksignals 11 zurück auf 50 % gebracht wird.

Die Konvergenzgeschwindigkeit der Lenkungssteuerung, um das gewünschte Tastverhältnis von 50 % wieder zu erreichen,-d.h.

- 15 -

die tatsächliche Geschwindigkeit, mit der eine Lenkkorrektur ausgeführt wird, - wird durch die Ausgangsgröße des Konvergenz Steueroszillators 41 gesteuert. Je niedriger die Ausgangsgröße des Konvergenzoszillators ist, um so höher ist die Konvergenzgeschwindigkeit. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt die Ausgangsfrequenz des Konvergenzsteueroszillators etwa 1 KHz.

Wie ebenfalls in Fig. 5 dargestellt ist, wird zur Erzeugung der Lenksteuersignale für den Lenksteuermotor 34 das Rechts/ Links-Lenksignal 11 sowohl an eine Rechtslenkeinheit 5 i als auch eine Linkslenkeinheit 56 gegeben. Diese beiden Einheiten erzeugen digitale Signale an ihren jeweiligen Ausgängen, wobei eine logische Eins an dem Ausgang einer Einheit.eine Lenkungsdrehung in die jeweilige Richtung bedeutet, während am Ausgang der anderen Einheit keine Lenkungsdrehung auftritt, d.h., dieser Ausgang führt eine logische Null. Dieser Zustand wechselt sich alternierend für jede Einheit ab, wenn die logischen Zustände ihrer jeweiligen Ausgänge sich ändern.

Wenn die Einheit 54 eine logische Eins angibt, gibt die Einheit 56 eine logische Null an. Wenn andererseits die Einheit 54 eine logische Null angibt, gibt die Einheit 56 eine logische Eins an. Die Ausgangssignale von der Rechtslenkeinheit 54 und der Linkslenkeinheit 56 werden an einen Leistungsverstärker 62 über Verzögerungseinheiten 58 und 60 jeweils gegeben. Der Leistungsverstärker 62 verstärkt die Ausgangssignale für Rechtsdrehung 13 und Linksdrehung 15, um die Lenksteuersignale für den Lenksteuermotor 34 zu erzeugen.

In den Figuren 6 und 7 ist ein Stromlaufplan der in Fig. 5 gezeigten Steuereinrichtung im einzelnen dargestellt. Die Arbeitsweise der in den Fig. 6 und 7 gezeigten Schaltungen gehören zum Stand der Technik, sodaß hier nicht im einzelnen ihre Arbeitsweisen erläutert werden. Der Fachmann erkennt jedoch, daß die Werte der verschiedenen Bauelemente und die den Analogverstärkern und Transistoren zugeordneten

1 Spannungen, die in den Fig. 6 und 7 angegeben sind, sich in Abhängigkeit von der jeweiligen Anwendung ändern. Bei einem gegenwärtig bevorzugten Ausführungsbeispiel, das in Verbindung mit einem automatischen Traktor.-Führungssystem zum

5 Steuern der Fahrtrichtung eines Traktors benutzt wird, gibt die nachfolgende Tabelle beispielhafte Werte an, die sich
als zufriedenstellend erwiesen haben.

Bauelementewerte

Widerstände

Bauelement

R 57, 60, 62,

R42, 46, 48,.49, 51,/54, 56, 58, 59, 61, 64, 65,

Rl 6 ■ R17 ■

R7, R12, 31, 39, 43, 44 45, 47, 50, 52, 53, 52, 55,

R68

R35, R7, 14, Alle übrigen Widerstände:

Wert (0hm)	einstellbar
10	fest
IK
2.2K
1OK
1OK	einstellbar
22K	fest
33K
47K
100K
100K

- 17 -

Kondensatoren

Bauelement

CI,	2
C3
C4
C5,	6
C7
C8

Wert (f)

0,1

• ^Ί 220

0,01 10

0,047

Verstärker

AT-Al 2

Al 3-A16 66, 68, 70, A17-A2O Q2_r Q6 Q3, Q7 Q1, Q5 O4, Q8

LM324 (National

Semiconductor)

3302 (Motorola)

1411 (Motorola)

SK3182 (RCA)

SK3183 (RCA)

2N6378 (Motorola)

2N6276 (Motorola)

Dioden

DI, D2 D3-D6

IN912
IN4OO5

Relais

64

W171-DIP19 (MAGNECRAFT)

In den Fig. 8(a), Cb) und (c) sind Signalformen des Lenkfehlersignals 7, das von dem Summen- oder Differenzeverstär-35 fcer 48 abgegeben wird, und das Konvergenzsteueroszillatorfrequenzsignal 9 in der gleichen Zeichnung superponiert gezeigt. Fig. 8(a) zeigt einen Zustand, bei dem das Lenk-

fehlersignal 7 eine Größe von O Volt hat, und die Spannungsschwankung des Konvergenz frequenz signals 9 gleich ;+ E ist. Das Rechts/Links-Lenksignal 11 wird als eine Funktion des Vergleichs des Lenkfehlersignals 7 und des Konyergenzfrequenzsignals 9 in dem Rechts/Links-Lenkvergleicher 52 erzeugt. Wenn das Konvergenzfrequenzsignal 9 größer als die Größe des Lenkfehlersignals 7 ist, wird eine logische Eins für das Rechts/Links-Lenksignal 11 erzeugt. In gleicher Weise wird eine logische Null erzeugt, wenn das Konvergenzfrequenzsignal 9 niedriger als das Lenkfehlersignal 7 ist. Durch wahlweises Zuordnen einer Rechtslenkfunktion zum Zustand der logischen Eins des Signals 11 und einer Linkslenkfunktion zum Zustand einer logischen Null ist es möglich, die Lenkung des Traktors als eine Funktion des Tast-Verhältnisses des Signals 11 zu steuern, wenn ein Steuersignal sowohl für eine Rechts- als auch eine Linkslenkung an den Lenksteuermötor 34 während jeder Periode des Konvergenzfrequenzsignals 9 abgegeben wird. Wenn das Tastverhältnis gleich 50 % ist, wie es in Fig. 8(a) gezeigt ist, ergibt sich kein wirksames Rechtslenk- oder Linkslenk-Signal für die Lenksäule 36.

In den Fig. 8(b) und 8(c) sind die Betriebszustände für ein Lenkfehlersignal 7 mit einer positiven Polarität und einer negativen Polarität jeweils gezeigt. Für ein positives Lenkfehlersignal 7 wird ein Tastverhältnis von weniger als 50 % erzeugt. Dieses ergibt eine wirksame Lenkänderung in die linke Richtung. In gleicher Weise wird, wenn das Lenkfehlersignal 7 negativ ist, eine wirksame Rechtslenkung bewirkt. Wie zuvor erwähnt wurde, steuert die in Fig. 5 gezeigte Steuereinrichtung die Richtung der Lenkung des Traktors., damit das Rechts/Links-Lenksignal 11 ein Tastverhältnis von 50 % zeigt. Die Geschwindigkeit, mit der eine Lenkkorrektur für die Lenkung des Traktors vorgenommen wer ^- den kann, ist eine Funktion der Größe des Konvergenzfrequenzsignals 9, wobei eine niedrigere Größe eine schnelle Lenkänderung als bei einem Signal mit einer hohen Größe bewirkt. ' '

Beim Betrieb ermöglicht das erfindungsgemäße Führungssystem die Erfassung sowohl der Richtung eines Leitweges als auch . der Lenkrichtung des Traktors, um ein Fehlersignal zu erzeugen, das mit einem Oszillatorfrequenzsignal verglichen wird. Das Ergebnis dieses Vergleiches erzeugt eine digitale Signalform, in der zwei logische Zustände der Steuerfunktion zur Einleitung einer Lenkung nach rechts oder nach links zugeordnet sind. Auf diese Weise kann ein Tastverhältnis von 50 % der digitalen Signalform keine wirksame Lenkwirkung in der Lenkrichtung des Traktors erzeugen. Abweichungen von dem Tastverhältnis von 50 %, die durch eine Abweichung in der Fahrtrichtung des Traktors und der Richtung der leitenden Ackerfurche hervorgerufen sind, ergeben eine Lenkkorrektur, um das Tastverhältnis wiederum auf 50 % zurückzubringen. Insolge der Abweichungswirkungen von Seitenkräften, die auf den Traktor als eine Funktion der Kontur des gepflügten Landes oder dergl. wirken, ist es manchmal erforderlich, die Lenkung des Traktors von der Fahrtrichtung des Traktors abweichen zu lassen. Es ist daher eine Einrichtung zum Modi- - fizieren des sich ergebenden Lenkfehlersignals vorgesehen, das durch einen Vergleich der Fehlersignale und der Rückkopplung von der Lenkrichtung durch Einbringen einer mit Hilfe • eines Schalters wählbaren Äbweichungsspannung in das Ackerfurchenfehler signal 3 (vgl. Fig. 5 und 6) erzeugt wird.. _;

Bei der Erläuterung der Erfindung wurde ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschrieben. Der Fachmann erkennt jedoch nach dieser Offenbarung der Erfindung Ergänzungen, fortzulassende Bestandteile, zu ersetzende Bestandteile

.30 oder andere Modifikationen, die alle unter den mit den , Patentansprüchen umrissenen allgemeinen Erfindungsgedanken fallen.

Le er sei te

Claims

GRÜNECKER, KINKELDEY, STOCK^AIR & PARTNER

PATENTANWÄLTE

EUROPEAN PATEMT ATTORNEYS

A. GRÜNECKER, ofl-ing,

DR. H. KlNKELDEY. »«--ING.

DR. W. STOCKMAIR, OPL-IN

DR. K. SCHUMANN, oipl-phvs

P. H. JAKOB, oplino

OR Q. BEZOLD. dipl-chem

W. MEISTER. OPLiNa

H. HILGERS. opuing

DR. H. MEYER-PLATH. opi-ino.

GEOSOURCE INC.

27OO South Post Oak Road,

Suite 2000, Houston,

Texas 77056,

U.S.A.

8000 MÜNCHEN 22 " MAXIMtUANSTRASSE. 43

07^09.81

P 16 S8O-7O/W

Elektronisches Traktor-Führungssystem

Patentansprü.che ;

. Automatisches Führung s sy stern zur Steuerung der Fahrtrichtung eines Traktors, damit er einem Leitweg folgt, indem ein Lenksteuersignal zum Steuern der Lenkrichtung des Traktors erzeugt wird, gekennzeichnet durch:

a) einem mit dem Traktor verbundenen Richtungsfiihler (12) zum Erzeugen eines Wegrichtungssignals, das die Wegrichtung in Bezug auf die Fahrtrichtung des Traktors

TELEFON {O 89) 112Θ 63

TELEX 03-29 3BO

TELEGRAMME MONAPAT '

angibt,

b) eine auf das Lenksteuersignal (5) ansprechende Traktor-Lenkeinrichtung (34) zum Steuern der Lenkrichtung des Traktors,

c) einen mit der Lenkeinrichtung (34) verbundenen Traktor-Lenkfühler (22) zum Erzeugen eines Lenkrichtungssignals, das die Lenkrichtung des Traktors angibt, und d) eine auf die F.ühler (12, 22) ansprechende Steuereinrichtung zum Erzeugen des Lenksteuersignals.(5) als " ■ eine Funktion des Wegrichtungssignals und des Lenkrichtungssignals, wobei das Lenksteuersignal (5) ein änderbares Tastverhältnis hat, wodurch eine Lenkänderung bewirkt wird, wenn das Tastverhältnis des Lenksteuersignals von einem 5o %-Tastverhältnis abweicht. 15
2. Führungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Traktor-Lenkeinrichtung einen Permanentmagnet-Gleichstrommotor (34) umfaßt, der mit der Lenkradanordnung (36) des Traktors verbunden ist, um die Lenkrichtung des Traktors nach Maßgabe des Lenksteuer-* signals zu steuern.
3. Führungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Richtungs- und der Traktor-Lenkfühler (12, 22) jeweils änderbare Differenzdrehumformer sind. ·
4. Führungssystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Steuereinrichtung aufweist:

a) erste und zweite Verstärker (42, 50) zum jeweiligen Verstärken des Wegrichtungssignals und des Lenkrichtungssignals (5),

. b) eine Abweichungssteuerung (44) zum Erzeugen einer Fehlerabweichungsspannung zum Ausgleichen von auf den Traktor wirkenden äußeren Seitenkräften, die dazu neigen, die Fahrtrichtung des Traktors ohne eine

ϋ β 9

zugehörige Änderung in der Lenkrichtung zu ändern,

c) einen ersten Differenzverstärker (46) zum Erzeugen der Differenz zwischen dem Ausgangssignal von dem ersten Verstärker (42) und der Fehlerabweichungsspannung, wobei das Ausgangssignal des Differenzverstärkers (46) ein Ackerfurchenfehlersignal (3) bildet,

d) einen auf das Ausgangssignal des zweiten Verstärkers (50) und das Ackerfurchenfehlersignal (3) ansprechenden Lenkfehlerverstärker (48) zum Erzeugen eines Lenkfehlersignals (7),

e) einen KonvergenzSteueroszillator (41) zum Erzeugen eines bipolaren Konvergenzfrequenzsignals (9) und

f) eine auf das Lenkfehlersignal (7) und das Konvergenz-. frequenzsignal (9) ansprechende Vergleichseinrichtung

(52) zum Erzeugen eines digitalen Lenksteuersignals (TI) mit sich änderndem Tastverhältnis und der gleichen Grundfrequenz wie das Konvergenzsignal (9) , wobei das Tastverhältnis des Lenksteuersignals (11) sich 20' als eine Funktion der Größe und Polarität des Lenkfehlersignals (7) ändert.
5. Führungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Lenkfehlerverstärker (48) aufweist:

a) einen Summierverstärker zum Erzeugen der Summe des verstärkten Lenkrichtungssignals (5) und des Ackerfurchenfehler signals (3) und

b) einen zweiten Differenzverstärker zum Erzeugen der Differenz zwischen dem verstärkten Lenkrichtungs-*

signal und dem Ackerfurchenfehlersignal, wobei das Ausgangssignal entweder des Summierverstärkers oder des zweiten Differenzverstärkers als das Lenkfehlersignal (7) ausgewählt wird.
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6. Führungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , äaß die Vergleichseinrichtung (52) aufweist:

a) eine Einrichtung zum Erzeugen eines Rechtswendesignals (54) während eines ersten Teils des Lenksteuersignals und eines Linkswendesignals während eines zweiten Teils des Lenksteuersignals/ wobei die ersteh und zweiten Teile die logischen Zustände des sich ändernden Tastverhältnisses des Leriksteuersigiials bilden, und

b) einen auf das Rechtswende- und das Linkswende-Signal (54, 56) ansprechenden Leistungsverstärker (62) zum Erzeugen von Leiscungstreibersignalen für die Träktor-Lenkeinrichtung (36) > um die Steuerung der Lenk- .-richtung des Traktors zu bewirken.
7. Führungssystem nach Anspruch 6, dadurch g e k e.n η -zeichnet, daß die Traktdr-Lenkeinrichtung einen Gleichstrommotor (34) aufweist, der mit der Lenkradan-Ordnung (36) des Traktors verbunden ist und auf die Leistungstreibersignale anspricht, um die Lenkung des Traktors zu steuern.