DE3501568A1

DE3501568A1 - Verfahren zur regelung eines anbaugeraets an landwirtschaftlichen schleppern

Info

Publication number: DE3501568A1
Application number: DE19853501568
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr.-Ing. 8770 Lohr Kauß
Original assignee: Mannesmann Rexroth AG
Current assignee: Bosch Rexroth AG
Priority date: 1984-03-15
Filing date: 1985-01-18
Publication date: 1985-09-19
Also published as: DE3501568C2; US4878543A

Description

Mannesmann Rexroth GmbH
8770 Lohr/Hain

Verfahren zur Regelung eines Anbaugeräts

an landwirtschaftlichen Schleppern

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung eines Anbaugeräts an einem landwirtschaftlichen Schlepper gemäß Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Solche Schlepper wie beispielsweise Traktoren sind im allgemeinen aufgrund ihrer Einsatzbedingungen und Arbeitsaufgaben und auch hinsichtlich wirtschaftlicher Anforderungen in ungefederter Bauweise konstruiert. Diese Fahrzeuge werden daher aufgrund der elastischer. Eigenschaften und geringen Dämpfung ihrer Reifen besonders leicht und stark durch Fahrbahnunebenheiten zu Schwingungen angeregt, wobei die Erregerfrequenzen durchaus im Bereich der Eigenfrequenzen liegen können. Diese schwingungsbehafteten Fahrbewegungen des Traktors führen, insbesondere bei einem über einen Kraftheber am Traktor angebrachten Anbaugerät, d.h. einem Anbaugerät, das keine eigenständigen Fahrelemente wie Räder oder der-

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gleichen aufweist, zu erheblichen Störungen des Arbeitsprozesses. So wäre beispielsweise das Pflügen als wichtigstes Bodenbearbeitungsverfahren bei einer starren Koppelung zwischen Traktor und Pflug nur bei einem idealisierten völlig ebenen Acker möglich. Real folgt jedoch der Traktor entsprechend seinem Schwingungsverhalten den Unebenheiten des Ackerbodens und kann dabei erheblichen Winkelauslenkungen, d.h. Nickbewegungen unterliegen, so daß die Relativstellung zwischen Traktor und Pflug ständig geändert werden muß, damit der Pflug im Boden bleibt.

Zu diesem Zweck wird seit langem das Verfahren der Zugkraftregelung verwendet, das anhand der Fig. 1 und 2 Q\ an dieser Stelle näher erläutert werden soll.

Fig. 1 zeigt einen Traktor 1 mit einem Pflug 2, der über ein Lenkergestänge 3 am Traktor befestigt ist.

Auf das Lenkergestänge wirkt zur Verändern der Relativstellung zwischen Traktor und Pflug ein Kraftheber 4, der von einem hydraulischen Zylinder 5 betätigt wird. Der Zylinder wird über ein Ventil 6 mit Druckfluid versorgt, das von einem Regler 7 angesteuert ist, wie anhand des den Regelkreis darstellenden Blockschaltbildes von Fig. 2 näher erläutert wird. In den Blöcken ist die Übergangsfunktion des jeweiligen Regelkreisgliedes eingezeichnet, d.h. die Antwort bzw. Ausgangsfunktion Tür eine sprungartige Änderung des Eingangssignals. Bei diesen Diagrammen bedeutet t die auf der Abszisse aufgetragene Zeit. Im konventionellen Zugkraftregelkreis dient die Summe der Kräfte, die an einer Meßfeder 8, die zwischen einem festen Punkt am Traktor und dem Lenkergestänge angeordnet ist, in Meßrichtung angreifen, als Regelgröße. Im Beispiel.ist die Meßrichtung parallel zum Boden festgelegt. Die Summe dieser Kräfte bestimmt sich somit aus der Zugkraft, die sich aus der Pflugtiefe und der

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entsprechenden Bodenwiderstandscharakteristik ergibt, zuzüglich einer entsprechenden Komponente in Meßrichtung einer Gewichtskraft des Pflugs (bei Horizontalfahrt O); bei sämtlichen betrachteten Kräften sind nur die

° jeweiligen Komponenten in Meßrichtung maßgebend. Die Regelung arbeitet hierbei so, daß eine Änderung der an der Meßfeder auftretenden Kraft erfaßt und durch die Bewegung des Pflugs zu null geregelt wird.

Zur mathematischen Beschreibung im Regelkreis muß die Lage des Pflugs koordinatenmäßig erfaßt werden, wie in Fig. 1 dargestellt ist. Hi-erbei beschreibt die Koordinate ζ die Absolutlage des Traktors, während die Koordinate a die Relativstellung zwischen Pflug und Traktor !5 beschreibt. Bei einer Änderung einer oder beider dieser Koordinaten ändert sich dementsprechend die absolute Lage des Pflugs, wie durch die Koordinate a-z beschrieben ist, d.h. der Wert a-z stellt die Abweichung des Pflugs von seiner ursprünglichen Lage dar. Aufgrund einer Absolutlageänderung a-z des Pflugs und/oder aufgrund einer Änderung der Bodenwiderstandscharakteristik, die durch mehrere Kennlinien in der Übertragungsfunktion im Blockschaltbild für den Boden gemäß Fig.2 angedeutet ist, ergibt sich eine Kraftänderung F an der Meßfeder. Die Kennlinien des Bodens sollen hierbei auch Steigungsänderungen oder Widerstandsänderungen bei gleicher Pflügtiefe erfassen. Die Kraftänderung F bewirkt eine Auslenkung f der Meßfeder, aus der der Regler zusammen mit einer geeigneten Sollwertvorgabe w eine Stellgröße y bildet, die auf das Ventil einwirkt und einen dementsprechenden Druckfluidstrom q pro Zeiteinheit zum Zylinder strömen läßt. Durch einen aus diesem Druckfluidstrom folgenden Hub h des Zylinders wird der Kraftheber betätigt und der Pflug senkrecht zum Boden relativ um den Betrag a verschoben. In diesem Zusammenhang sei darauf

hingewiesen, daß sowohl die Relativbewegung als auch die vom Traktor übertragene Störbewegung des Pflugs aus Drehbewegungen, wie beispielsweise den Nickschwingungen oder der Drehung des Lenkergestänges um seine Gelenke, resultieren, jedoch allein der vertikale Anteil dieser Bewegung ausschlaggebend ist, wie durch die Koordinaten dargestellt wird. Dieser Verschiebung des Pflugs durch den Kraftheber wird die Traktorbewegung ζ überlagert, so daß sich eine neue Absolutlage a-z des Pflugs ergibt, die ihrerseits bedingt durch die Bodencharakteristik eine Kraftänderung F hervorruft. Der Regelkreis ist somit geschlossen.

Dieses Regelverfahren führt einer geeignet konstanten Sollwertvorgabe folgend zu einer konstanten Zugkraft an der Meßfeder, die über eine unterschiedliche Eintauchtiefe des Pflugs und somit Furchentiefe erreicht wird. Bei der Zugkraftregelung kann daher eine gleichmäßige Furchentiefe nur dann erwartet werden, wenn die.Zugkraftänderungen, d.h. die Verformungsänderungen der Meßfeder O wären; dies würde einen homogenen Ackerboden, d.h. ohne Widerstandsänderung bei gleicher Pflugtiefe, sowie einen Fahrweg ohne Steigungsänderungen voraussetzen. Ferner wird durch die Änderung der Furchentiefe über die Regelung ein Abfall der Motordrehzahl verhindert, der unter Umständen zu einem Festfahren des Gespanns führen kann. Ein solches Festfahren wird aber nur solange vermieden, als sich die Zugkraft über die Antriebsräder des Traktors im Boden abstützen läßt. Sinkt die über-

tragbare Triebkraft durch Verschlechterung der Krsft-

schl uflverhä 1 t.n j sse nun unter den Sollwert der Zugkraft.,
fordert der Regelkreis eine Zugkrafterhöhung und reaaiert zu diesem Zweck im Sinne einer

Mitkopplung, d.h. der Pflug wird weiter abgesenkt, um eine höhere Zugkraft zu bewirken; mit folglich ansteigendem Radschlupf führt dies schließlich zum Festfahren des Gespanns, sofern nicht durch eine manuelle Korrektur eingegriffen wird. Ein manuelles Eingreifen muß laufend auch dann vorgenommen werden, wenn eine gleichmäßige Furchentiefe gefordert wird, die aufgrund des prinzipiellen Regelkreisaufbaus bei realen Boden- und Ackerverhältnissen nicht automatisch gegeben sein kann. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, bildet der Bodenwiderstand als die die zu regelnde Zugkraft beeinflussende Hauptgröße ein Element des Regelkreises, das sich erheblich auf dessen Dynamik und Empfindlichkeit auswirkt.

Neben dem Zugkraftregelkreis kann der Kraftheber noch einen Lageregelkreis aufweisen, der das An- und Abkoppeln der Anbaugeräte erleichtert und bei getragenen Geräten (z.B. Düngerstreuer, Feldspritzgerät) die Stellung bezüglich des Traktors kontrolliert. Unter besonderen Bedingungen werden bei der Bodenbearbeitung der Zugkraft- und der Lageregelkreis auch gemeinsam betrieben.

Zur gerätetechnischen Realisierung dieses bekannten Verfahrens sind im wesentlichen drei Möglichkeiten bekannt:

Eine mechanisch-hydraulische Regelung (MHR), bei der die Regelgrößen Zugkraft und Relativstellung Traktor/ Pflug mechanisch erfaßt und über ein Gestänge und Hebel zu einem Schieber für das Ventil des Krafthebers übertragen werden. Dieser Regelungsart sind bedingt durch die unmittelbare Signalrückführung ohne Verstärkung hinsichtlich Stabilität und Empfindlichkeit enge Grenzen gesetzt. So muß die-Meßfeder bei den zu erwartenden Zugkraftänderungen Verformungen zulassen, die zur Betätigung des

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Schiebers ausreichen, was zusammen mit den großen Massen der Anbaugeräte zu Signalverzögerungen führt, die zusätzlich die Schwingungsneigung (Instabilität) erhöhen und die Schnelligkeit des Regelkreises verringern. Darüberhinaus neigt die MHR-Regelung aufgrund der Reibungen und des Spiels der mechanischen Gestängekonstruktion zu Dauerschwingungen, welche durch eine breite Ansprechschwelle, die mehr als 20 % der maximalen Zugkraft betragen kann, unterdrückt werden müssen. 10

Diese Nachteile werden durch eine servohydraulische Regelung verringert, bei der*eine hydraulische Leitung und Verstärkung der Regelsignale erfolgt. Schwingungsbegünstigendes Spiel und Reibung treten in der hydraulisehen Rückführung nicht auf. Zusätzlich kann der an der Meßfeder erforderliche Verformungsweg erheblich reduziert werden.

Auch bei einer elektrohydraulischen Regelung wird das Prinzip der Zugkraft- und Relativstellungsrückführung beibehalten, die Zugkraftmessung jedoch mittels elektronischer Systeme vorgenommen. So wird die Verformung eines konventionellen MHR-Meßgliedes mit Hilfe eines induktiven Wegaufnehmers erfaßt, was jedoch keine prinzipiellen Funktionsvorteile bietet, wenn auch das Gestänge und seine negativen Einflüsse auf die Regelung wegfallen. Bei einer direkten Zugkraftmessung in den Befestigungsbolzen (Kraftmeßbolzen) des Lenkergestänges, vorzugsweise in denjenigen der Unterlenker, wird die Kraftheberkonstruktion vereinfacht und aufgrund der hohen Steifigkeit des Meßglieds die Regelungsdynamik verbessert. Ebenso wie bei einer potentiometrischen Messung der Kräfte in beiden Unterlenkern in einer rautenförmigen Öffnung (Kraftmeßring) liegen hierbei die Nachteile in der verschleißgefährdeten starken Bean-

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spruchung der Meßglieder und des durch mechanische Reibung bedingten Hystereseverhaltens, sowie in der Anordnung von elektronischen Bauteilen wie Sensoren in einer

elektronikfeindlichen Umgebung.
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Unabhängig von der Wahl der jeweiligen gerätetechnischen Realisierung bringt die Zugkraftregelung aufgrund des regelungstechnischen Prinzips zusammenfassend folgende

Nachteile mit sich:
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Sie ermöglicht bei der Bodenbearbeitung keine echte Automatisierung, da in der Praxis besonders auf Böden mit stark wechselnder Widerstandscharakteristik der Tiefgang des Pflugs beobachtet und manuell in die Regelung eingegriffen werden muß. Andere Arbeitsverfahren, die eine gleichmäßige Arbeitsebene oberhalb des Bodens erfordern, können nur als Regelung mit der Relativstellung Traktor/Pflug als Regelgröße durchgeführt werden, was aufgrund der Traktornickbewegungen zwangsläufig zu Fehlern führt. Die konstruktive Gestaltung der Zugkraftmeßeinrichtung bereitet erhebliche Schwierigkeiten, da dieses elastische Element nicht nur die hohen Zugkräfte messen und abstützen muß, sondern auch die erheblichen dynamischen Kräfte beim Transport der schweren Anbaugeräte übertragen muß. In regelungstechnischer Hinsicht steht das nichtlineare und instationäre Verhalten des Bodens als Element des Regelkreises einer Optimierung der Zugkraftregelung entgegen. Seine Übertragungscharakteristik geht als Faktor in die Rückkopplungsverstärkung ein, so daß sowohl die Schwingungsneigung (Stabilitätsgrenze) und die Ansprechgeschwindigkeit als auch die Empfindlichkeit und Genauigkeit der Regelung von der Bodenart geprägt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren

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zur Regelung eines Anbaugeräts an einem landwirtschaftlichen Schlepper zu schaffen, das die Einstellung und Einhaltung der Lage des Anbaugeräts gegenüber einem

Boden gewährleistet. Insbesondere soll eine echte Tiefen-5

haltung des Anbaugeräts, d. h. eine durch Schlepperschwingungen unbeeinflußte Lage des Anbaugeräts im Raum, ermöglicht sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Merkmal im kennzeichnenden Teil von Patentanspruch 1 gelöst. Hierbei wird die Absolutbewegung des Anbaugeräts als. Regelgröße herangezogen und vorzugsweise so geregelt, daß sie zu null wird, d. h. der Pflug seine Lage im Raum nicht ändert, hierdurch entfällt jegliche durch die ° Bodenwiderstandscharakteristik beeinflußte Kraftmessung und somit der Boden als Element des Regelkreises selbst, so daß dessen Unstetigkeiten die Regelung nicht nachteilig beeinflussen können. Durch das einerAbsolutbewegung des Anbaugeräts entgegenwirkende Regelverfahren wird erreicht,

*^v daß dieses sowohl im als auch außerhalb des Bodens eine konstante Lage beibehält.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.

Gemäß einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Absolutbewegung des Anbaugeräts am Anbaugerät selbst beispielsweise elektrisch erfaßt und dadurch als Regelgröße herangezogen. Dieser Lösungsansatz hat den Vorteil, daß der Regelkreis mit einem einzigen Sensor zur Erfassung einer Koordinate des Gespanns auskommt.

Ensprechend der Weiterbildung gemäß Unteranspruch 3 kann die Absolutbewegung dadurch erfaßt werden, daß der Bewegungssensor am Anbaugerät direkt angebracht ist. Dies

ist zwar in soweit vorteilhaft, aLs dadurch die Meßgenauigkeit des Bewegungssensors verhältnismäßig groß gehalten werden kann. Andererseits führt diese Weiterbildung dazu, daß der Bewegungsensor beim Wechsel des An baugeräts mit umgebaut werden muß. Um diesen bedienungstechnischen Nachteil zu beseitigen werden erfindungsgemäß zwei weitere Lösungsprinzipien gemäß Unteranspruch bzw. 5 vorgeschlagen:

Wegen der direkten und starren. Kopplung zwischen dem Kraftheber und dem Anbaugerät ist die vom Bewegungssensor am Kraftheber ermittelte Absolutbewegung

,C direkt proportional zu der Absolutbewegung, die ein Bewegungssensor ermittelt, der am Anbaugerät selbst montiert ist. Dadurch kann der Regelkreis der Verfahrensvarianten gemäß Patentanspruch 3 ^ur>d ί im wesentlichen identisch ausgeführt werden, wobei gegebenenfalls bei

2ß der Variante gemäß Patentanspruch 4 ein geeignetes Proport iona L i tat sg Ii ed verwendet werden kann.

Eine weitere Möglichkeit, die Absolutbewegung des Anbaugeräts zu ermitteln und als Regelgröße heranzu- ziehen, ohne bei einem Wechsel des Anbaugeräts den Bewegungssensor stets mit auswechseln zu müssen, ist Gegenstand des Unteranspruchs 5. Wenn sich gemäß dieser Verfahrensvariante der'Schlepper bewegt, führt der Kraftheber entsprechend dieser Störbewegung eine Korrektur-

OQ bewegung aus, die bei geeigneter Abstimmung des Regelkreises so groß ist, daß die Differnz zwisehen der Kraftheber- und der Traktorbewegung zu Null wird. Damit bleibt die Lage des Anbaugeräts bezüglich des Bodens stets unverändert. Es hat sich gezeigt, daß das über-

nr tragungsverha Iten der Bewegungsregelung durch die Be-

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festigung des Senosrs am Schlepper nicht beeinflußt wird, daß sich aber andererseits hinsichtlich der Handhabung und Signalübertragung der große Vorteil ergibt, c daß der Senor beim Wechsel von Anbaugeräten nicht mehr umgebaut werden muß. Darüber hinaus ergibt sich der zusätzliche Vorteil, daß die Elemente der elektronischen Rückkopplung, d. h. der Wandler, der Verstärker, sowie die Leitungen und Stecker, zuverlässiger vor äußeren _n Einflüssen geschützt werden können.

Gemäß Anspruch 6 und 7 wird zusätzlich als weitere Regelgröße die Relativstellung Schlepper/Anbaugerät herangezogen und so geregelt, daß sie im zeitlichen Mittel

._ konstant ist. D. h. über die Zeit betrachtet heben sich Io

die aus einer Relativbewegung resultierenden Beträge, um die das Anbaugerät nach oben (negativ) oder nach unter (positiv) verschoben wird, in der Summe auf. Aus der Überlegung, daß das Gespann bei erneutem Erreichen

einer Ausgangsstellung, beispielsweise nach einer Rund-20

fahrt, wieder dieselbe Stellung wie zu Beginn einnehmen soll, führt dies dazu, daß langsam erfolgende Vertikalbewegungen des Schleppers, die beispielsweise beim überfahren eines Hügels auftreten, vom Anbaugerät mitgemacht werden, d. h., däß'in einem solchen Fall das An-25

baugerät der Absolutbewegung des Traktors folgend seine Lage im Raum ändert und gleichen Abstand zum Boden einhält. Somit wird verhindert, daß beispielsweise beim Pflügen mit einem Pflug als Anbaugerät dieser "durch""'

den Hügel gezogen wird. Die aus der Nickbewegung des 30

Traktors angeregte Absolutbewegung des Anbaugeräts um

seine Absolutlage wird jedoch durch die Regelung zu null gehaI ten.

Zur Vermeidung einer überbelastung des Motors des Schleppers, die zu einem Abwürgen führen könnte, wird gemäß den Ansprüchen Sund 9 die Drehzahl des Motors

dem Regelkreis als Hi LfsregeLgröße überlagert, die bei einem unzulässigen Abfall derMotordrehzahI in die Regelung eingreift und zur Verringerung der Belastung des c Motors das Anbaugerät um ein gewisses Maß hebt.

Mit der Weiterbildung gemäß Unteranspruch 10 ergibt sich ein günstiges Ansprechverhalten des Regelkreises.

.Q Der Bewegungssensor kann beispielsweise von einem trans-' lativ arbeitenden Beschleunigungsaufnehmer gebildet sein. Da die auszuregelnden Störbeweg-ungen des Schleppers hauptsächlich jedoch Nickbewegungen des landwirtschaftlichen Schleppers darstellen, und die ebenfalls auftrer- tenden Hubbewegungen der Maschine eher von untergeordne-

ter Bedeutung sind, ist es besonders vorteilhaft, das Verfahren in der Weiterbildung gemäß Unteranspruch 11 anzuwenden, und die um die Querachse der Maschine aufgenommenen rotativen Beschleunigungen als Meßgröße heranzuziehen.

AuführungsbeispieIe der Erfindung werden nachstehend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zei gen:

Fig. 1 ein Gespann bestehend aus schlepper und Anbaugerät, das entsprechend dem bekannten Zugkraftregelverfahren aufgebaut ist.

_ Fig. 2 ein Blockdiagramm für den Regelkreis des Gespanns gemäß~Fig. 1,

Fig. 3 ein Gespann bestehend aus Schlepper und Anbau· gerät, bei dem das erfindungsgemäße Regelverfahren verwirklicht ist,

Fig. 4 und 5 Blockschaltbilder für bei dem Gespann gemäß Fig. 3 angewandte erfindungsgemäße Regelkreise,

c Fig. 6 einen Beschleunigungssensor zur Realisierung des erfindungsgemäßen Regelverfahrens,

Fig. 7 eine der'Fig. 3 entsprechende Ansicht eines

Gespanns, bei dem der Bewegungssensor an einer .Q von Fig. 3 abweichenden Stelle montiert ist,

Fig. 8 eine Fig. 7 ähnliche Darstellung eines Gespanns, bei dem der Bewegungssensor am Traktor angebracht ist, und

Fig. 9 ein Blockschaltbild für den bei dem Gespann gemäß'Fig. 8 angewandten erfiridungsgemäßen Regelkreis.

Fig. 3 zeigt einen Traktor 1 mit angebautem Pflug 2, der entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren geregelt wird. Gleiche Bezugszeichen bzw. gleiche Koordinatenrichtungen wie in Fig. 1 bezeichnen gleiche Bauteile bzw. gleiche Bewegungen und werden daher nicht wiederholt erläutert. In der Nähe eines Traktorfahrerplatzes ist ein Sollwertgeber IO in Kombination mit einem Regler 11 angebracht, der manuell vom Fahrer einstellbar ist. Auf dem Pflug ist ein Bewegungssensor 12 montiert, der beispielsweise die Absolutbeschleunigung des Pflugs mißt und ein entsprechendes Signal i an den Regler gibt, der seinerseits ein Stellsignal i. an das den Zylinder 5 des Krafthebers betätigende Ventil 6 gibt. In Fig. 4 ist das Blockschaltbild für diesen Regelkreis dargestellt. Einer durch den Kraftheber ausgelösten Relativbewegung a des Pflugs wird die Störbewegung ζ

des Traktors überlagert, so daß sich für den Pflug eine Absolutbewegung a-z ergibt, die je nach Betrag der beiden Bewegungen in den Boden hinein oder aus diesem herausführt. Diese Absolutbewegung des Pflugs wird durch den Bewegungssensor als Beschleunigung ä-z erfaßt, was im Blockschaltbild für den Bewegungssensor durch die

zweimalige Ableitung nach der Zeit (d/dt) der Absolutlagekoordinate a-z des Pflugs zum Ausdruck kommt. Der Bewegungssensor gibt das der gemessenen Beschleunigung entsprechende Signal i an den Regler. Wie ferner dargestellt ist, wird die Relativbewegung a des Pflugs durch einen Lagesensor 13 erfaßt und aus dieser ein über das zeitliche Mittel konstantes Signal i für den

j^g Regler so bestimmt, daß die Relativbewegungen des Pflugs in der Summe über eine gewisse Zeit hinweg zu null werden; dies entspricht einer im zeitlichen Mittel starren Koppelung und hat wie erwähnt den Zweck, daß der Pflug langsamen vertikalen Traktorbewegungen, die beispielswei-

2Q se beim Überfahren eines Hügels auftreten, folgt und seine Lage im Raum verändert. Der Regler bildet aus

den Signalen i und i sowie dem durch die Sollwertvorgaz a

be festgelegten Signal i _t ein Stellsignal i . , das auf das Ventil 6 einwirkt und dessen Druckfluidstrom q be-

2g stimmt, der den Zylinder zu einem Hub h veranlaßt. Das Blockschaltbild des Ventils ist gemäß Fig. 4 in drei Blöcke aufgeteilt, die die Übergangsfunktion eines einen Kolben des Ventils betätigenden Magneten, einer Vorsteuerung und einer Steuerkante darstellen, deren Lage letztlich die Größe der Ventilöffnung und somit des Druckfluidstroms bestimmt. Aus dem Hub h des Zylinders erfolgt über den Kraftheber eine neue Relativbewegung a des Pflugs, die zum einen zur Bildung des über das zeitliche Mittel konstanten Signals herangezogen

₃_ wird und zum anderen überlagert von der Störbewegung

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ζ vom Bewegungssensor für die Absolutbeschleunigung des Pflugs erfaßt wird. Der Regelkreis ist somit geschlossen. Das Stellsignal i. des Reglers wird hierbei so gebildet, daß einer Absolutbewegung des Pflugs entgegengewirkt wird, d.h. daß diese zu null geregelt wird, wobei Absolutlageveränderungen des Pflugs, um die die zu null geregelten Bewegungen auftreten, aufgrund der Rückführung der Relativlage a so, daß sich im zeitlichen Mittel eine starre Koppelung ergibt, entsprechend einer solchen Absolutlageveränderung des Traktors möglich sind.

Bei diesem Regelverfahren kann nun der Fall eintreten, daß aufgrund eines stark erhöhten Bodenwiderstandes,

der auf die Regelung und somit die Lage des Pflugs keinen Einfluß mehr ausübt, die Belastung des Traktors unzulässig ansteigt, da der Pflug in diesem Fall im Gegensatz zur Zugkraftregelung nicht angehoben wird. Es ist daher zweckmäßig, wie die Fig. 3 und 5 zeigen, die Motordreh-

zahl des Traktors über einen Drehzahlsensor 14 zu erfassen, der an die Regelung ein weiteres Signal i liefert, das bei unzulässigen Motordrehzahlen eine entsprechende Verlagerung des Arbeitsgeräts hervorruft. So wird beispielsweise der Pflug ein wenig nach oben verfahren,

wenn aufgrund eines übermäßig stark erhöhten Bodenwiderstands die Belastung des Motors ansteigt und seine Drehzahl einen unzulässig niedrigen Wert erreicht. Zur genauen Erfassung der Motorbelastung können selbstverständlich hierzu auch weitere Kenngrößen als Hilfsregelgrößen herangezogen werden.

Das erfindungsgemäße Regelungsverfahren bringt neben den prinzipiellen Vorteilen, die eine echte Konstantlageregelung des Anbaugeräts ermöglichen, auch verschiedene ^ konstruktive Vorteile mit sich. Da das Kraftmeßelement

entfällt, kann die Lenkerlagerung des Krafthebers ausschließlich im Hinblick auf die höchsten Belastungen ausgelegt werden, welche beim Transport schwerer Anbaugeräte entstehen, pur die Belastungsbegrenzung des Motors steht ein mechanisches Drehzahlsignal am Fahrplatz bereits zur Verfügung und die Umwandlung dieses Signals in ein elektrisches ist auf einfache Weise beispielsweise mit Hilfe eines Tachogenerators möglich. Die elektronische Messung, Rückführung und Verarbeitung der Bewegungssigna-

¹^ Ie und der Lastsignale des Motors ist im Regler optimierbar, so daß die Bewegungs- und Lastregelung unabhängig vom Schlepper, der Anbaugeräte- und Bodenart einstellbar ist. Die Umgebungsbedingungen für den Bewegungssensor am Anbaugerät sind günstiger als die Bedingungen

¹^ im Bereich der unteren Lenker. Außerdem stellt der konstruktive Aufbau eines Bewegungssensors, der in Fig. 6 dargestellt ist, eine Einheit dar, welche günstige Voraussetzungen für eine vollständige Kapselung bietet.

^ Der Bewegungssensor gemäß Fig. 6 erfaßt die Beschleunigung und kann somit als Beschleunigungssensor bezeichnet werden. Er umfaßt ein allseitig geschlossenes Gehäuse 20, das mit Öl 21 gefüllt ist, in dem eine an einer sich in Längsrichtung des Gehäuses erstreckenden Blattfe-

^S der 22 befestigte Kasse 23 "schwimmt". Der Masse gegenüberliegend ist ein Aufnahmestück 28 angeordnet, in das zwei elektronische Wegesensoren 25 eingesetzt sind, die mittels elektrischer Kabel mit einem an der Außenseite des Gehäuses angeordneten Kabelanschluß 26 verbunden sind. Die Masse 23 weist einen Vorsprung mit ebener Stirnfläche auf, an der eine Meßfläche 24 vorgesehen ist, die einer Stirnfläche der elektronischen Wegesensoren mit geringem Abstand gegenüberliegt. In Abhängigkeit von der Beschleunigung des Bauteils, an dem der 3eschleunigungssensor angebracht ist, erfährt die Masse eine

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durch das ÖL 21 gedämpfte AusLenkung, die durch die Wegesensoren erfaßt und in ein elektrisches Signal umgewandelt wird, das am Kabelanschluß 26 abgenommen werden kann. Am Gehäuse 20 des Beschleunigungssensors ist ferner ein Befestigungsflansch 27 zum Anbringen beispielsweise an dem Anbaugerät vorgesehen.

Der in Fig. 6 gezeigte Beschleunigungssensor arbeitet quasi translativ, d. h. er erfaßt in erster Linie Beschleunigungen in einer Richtung, die senkrecht auf der Blattfeder 22 steht. Dadurch ist der gezeigte Be-schleunigungssensor in der Lage, sowohl Nick- als auch reine Hubbewegungen des Gespanns in ein repräsentatives

Ausgangssignal umzuwandeln. Da die auftretenden Hub-

bewegungen der Maschine und des Gespanns allerdings gegenüber den Nickbewegungen des landwirtschaftlichen Schleppers bzw. des Gespanns nur von untergeordneter Bedeutung sind, genügt für eine zuverlässige Ermittlung der Absolutbewegung des Anbaugeräts auch ein Beschleu-

nigungssensor, der lediglich rotative Beschleunigung um eine horizontale Querachse Q des Gespanns bzw. des Schleppers aufnimmt.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist

der Beschleunigungssensor 12 direkt auf dem Anbaugerät 2 montiert. Eine derartige Anbringung des Beschleunigungssenors setzt voraus, daß dieser bei einem Wechsel des Anbaugeräts stets mit umgebaut werden muß und daß die zum Beschleunigungssensor führenden Signalübertragungseinrichtungen über eine verhältnismäßig lange Strecke äußeren Einflüssen ausgesetzt sind. Dies kann zu handhabungstechnichen und auch betriebstechnischen Schwi er i gke-i ten führen. Um dies zu verhindern sieht die Erfindung weitere, in den Fig. 7 bis 9 gezeigt Aus-

führungsformen vor.

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Die in Fig. 7 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der in Fig. 3 dargestellter» lediglich dadurch, daß der Bewegungssensor 12', der im übrigen ebenso wie der Bewegungssensor 12 gemäß Fig. 3 ausgebildet sein kann, nunmehr die Vertikalbewegungen eines oberen Anlenkpunktes 15 eines am Lenkergestänge 3 angelenkten Krafthebers 16 erfaßt. Aufgrund der starren Kopplung zwischen Kraftheber 16 und dem Anbaugerät 2 ist das vom Bewegungssen-

2Q sor 12' erzeugte Ausgangssignal i direkt proportional dem vom Bewegungssensor 12 gemäß Fig. 3 erzeugten Ausgangssignal, so daß die in Fig.* 4 und 5 gezeigten Regelkreise unverändert bei dem Gespann gemäß Fig. 7 angewendet werden können, um die erfindungsgemäße Lagere-

,C gelung des Anbaugeräts durchzuführen. Auf den Regelkreis wird deshalb nicht mehr näher eingegangen; zur Vereinfachung der Beschreibung des Gespanns wurden die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 3 verwendet.

2Q Eine weitere Möglichkeit, die erfindungsgemäße Lageregelung des Anbaugeräts durchzuführen, ohne den Bewegungssensor 12 am Anbaugerät 2 selbst anbringen zu müssen, ist in den Fig. 8 und 9 dargestellt. Zur Vereinfachung der Beschreibung sind wiederum diejenigen

«κ Elemente des Gespanns, die denen gemäß Fig. 3 und 7 entsprechen, mit identischen Bezugszeichen versehen. Das Gespann gemäß Fig. 8 unterscheidet sich von den vorstehend beschriebenen Ansordnungen dadurch, daß der Bewegungssensor 12' nicht mehr die Absolutbewegung des

oQ Anbaugeräts, sondern die Absolutbewegung ζ des Schleppers 1 erfaßt. Um dennoch die erfindungsgemäße Lageregelung des Anbaugeräts durchführen zu können, ist in diesem Fall der Regelkreis geringfügig abweichend von den in den Fig. 4 und 5 gezeigten Regelkreisen aufgebaut. Die

Regelstrecke, bestehend aus Ventil, Zylinder und Kraft-

heber kann dabei derjenigen gemäß Fig. 4 bez. 5 entsprechen. Die ErmittLung der dem Regler zugeführten Regelgröße, nämlich der Absolutbewegung des Anbaugec räts_;erfolgt allerdings abweichend von den in Fig. 5 bzw. 6 dargestellten Regelkre dadurch, daß die vom Bewegungssensor 12' gemessene Bewegung des Schleppers dem Regelkreis an einer Stelle 17, an der ein die Relativlage des Anbaugeräts zum Schlepper wiedergebendes _in Signal i vorliegt, mit umgekehrten Vorzeichen (-i ) als Führungsgröße vorgegeben und iη über lagerung mit dem Signal i dem Regler zugeführt wird. Da der

Bewegungssensor 12¹ vorzugsweise wiederum ein Beschleunigungssensor ist, dessen Ausgangssignal i«· die Absolutbeschleunigung des Traktors wiedergibt, befindet sich

die Stelle 17, an der dieses Signal mit negativem Vorzeichen dem Regelkreis als Führungsgröße vorgegeben wird an einer Stelle, an der vom Signal i die zwei-

fache Ableitung nach der Zeit, d. h. das Signal in

_on . vorliegt. Zwischen derStelle 17 und dem Regler liegt somit ein Signal i.. - i·· vor, das dem Signal i ge-

a ζ ζ

maß Fig. 4 entspricht. Der Regelkreis gemäß Fig. 9 besitzt somit die gleiche Regelgröße wie die vorstehend beschiebenen Regelkreise gemäß Fig. 4 bzw. 5.

Wenn sich bei der Ausführungsform gemäß Fig. S und 9 der

Traktor bewegt, führt der Kraftheber 16 entsprechend dieser Bewegung, die bei den Regelkreisen gemäß Fig. und 5 eine Störbewegung ζ darstellt, eine definierte

_ Korrekturbewegung aus. Bei geeigneter Abstimmung des oU

Reglers auf die Regelstrecke wird dann die nach dem Punkt 17 des Regelkreises vorliegende Differenz i·· - i**

a ζ

zu Null geregelt, so daß die Lage des Anbaugeräts bezüglich des* Bodens als Folge davon unverändert bleibt, „p. Auch bei dem Regelkreis gemäß Fig. 9 kann die von einem

Drehzahlsensor 14 erfaßte Motordrehzahl des Schleppers als Hilfsregelgröße herangezogen werden, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist.

Es wurde vorstehend erwähnt, daß der Bewegungssensor

12 bzw 12' Bewegungen, bevorzugterweise Beschleunigungen in Richtung der Koordinate ζ erfaßt/ dies setzt allerdings nicht voraus, daß der Beschleunigungsaufnehmer !Q rein translativ arbeitet. Vielmehr kann auch bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 7 bis 9 in vorteilhafter Weise ein BeschleunigungssensoT 12' herangezogen wer'den, der ausschließlich rotative Beschleunigungen um eine horizontale Querachse Q des Schleppers 1 aufnimmt.

Offenbart ist ein Verfahren zur Regelung eines Anbaugeräts an einem landwirtschaftlichen Schlepper. Hierbei wird mittels eines an dem Anbaugerät angebrachten Bewegungssensor dessen Absolutbewegung ermittelt und als Regelgröße herangezogen, wobei die durch einen Regler beeinflußte und über einen Kraftheber ausgeführte Relativbewegung des Anbaugerätes zum Traktor so bestimmt wird, daß die Absolutbewegung des Anbaugeräts zu null wird. Durch dieses Regelverfahren wird erreicht, daß das Anbaugerät trotz den als Störbewegung wirkenden Nickschwingungen des Schleppers eine konstante Lage im Raum beibehält, die einen automatischen gewünschten Arbeitsprozeß, wie z. B. gleiche Furchentiefe beim Pflügen, gewähr lei set. Durch die überlagerte

Rückkopplung weiterer Regelgrößen wie der Relativstellung

und der Hotorbelastung wird erreicht, daß Absolutlageänderungen des Anbaugeräts möglich und Motorüberlastungen vermeidbar sind.

Claims

TeDTKE - BüHLING - KlNNE - GrUPEJ ':< - j O A* Q Dfpi.-lng.HTieätke i nELLMANN " «RAMS " OTRUIF Dipl.-Chem. G. Bühling Dipl.-lng. R. Kinne Dipl.-Ing. R Grupe Dipl.-lng. B. Pellmann 3501568 Dlpl.-lng.lt Grams Dipl.-Chem. Dr. B. Struif Bavariaring 4, Postfach 202403 8000 München 2 Tel.: 089-539653 Telex: 5-24845 tipat Telecopier: 0 89-537377 cable: Germaniapatent München 18. Januar 1985 DE 4509 Patentansprüche

1. Verfahren zur Regelung eines über einen Kraftheber an einem landwirtschaftlichen Schlepper angebrachten Anbaugeräts, dadurch gekennzeichnet, daß als Regelgröße die Absolutbewegung des Anbaugeräts (2) ermittelt und herangezogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Absolutbewegung (a-z) des Anbaugeräts (2) am Anbaugerät (2) erfaßt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Absolutbewegung durch einen am Anbaugerät angebrachten Bewegungssensor (12) erfaßt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Absolutbewegung durch einen am Kraftheber (16) des Schleppers (1) angebrachten Bewegungssenso (12') erfaßt wird.

Dresdner B»nk (München) Kto 3939844 Deutsche B«nk (München) Kw 2861060 Postscheckamt (München) Klo 670-43-804

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet/ daß die Bewegung (Z) des Schleppers (1) gemessen und einem Regelkreis für die Relativlage (a) zwischen

c Schlepper (1) und Anbaugerät (2) mit umgekehrtem Vorzeichen als Führungsgröße (w) vorgegeben wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet/ daß zusätzlich als weitere Regel-

_ größe ein Koordinate Ca) für die Relativstellung zwischen dem Anbaugerät (2) und dem Schlepper (1) verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet/ daß ein Regler (11) die Absolut-

,_ bewegung (a-z) des Anbaugeräts (2) zu Null und die Koordi-Ib

nate (a) für die Relativstellung im zeitlichen Mittel konstant hält.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7/ da-

durch gekennzeichnet/ daß der Regelung eine die Belastung 20

eines Motors des Schleppers (1) repräsentierende Größe als Hilfsregelgröße überlagert wird.

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9. Verfahren nach Anspruch 8/ dadurch gekennzeichnet/ daß die Hilfsregelgröße die Motordrehzahl ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet/ daß vom Bewegungssenor (12; 12') Geschwindigkeiten oder Beschleunigungen gemessen werden.

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11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet/ daß vom Bewegungssensor (12; 12^T) ausschließlich Rotationsbeschleunigungen um eine Querachse (Q) des Schleppers (1) gemessen werden.

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