DE19649273C2 - Landwirtschaftliches Nutzfahrzeug mit einem lagegeregelten Hubwerk und ein Verfahren zur Lageregelung eines Hubwerks in landwirtschaftlichen Nutzfahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein landwirtschaftliches Nutzfahrzeug mit einem lagegeregelten Hubwerk, umfassend ein Getriebe, einen Motor, eine Motorregelung, das Hubwerk, eine Hubwerksregelung, einen Hubwerksantrieb, mindestens einen Lagegeber, einen Schlupfsensor und/oder einen Zugkraftsensor sowie eine Eingabe­ einheit zur Vorgabe der Lage-Sollwerte. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Lageregelung eines Hubwerks 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.

Bekannte landwirtschaftliche Traktoren, wie sie beispielsweise in dem Firmenprospekt "FIATAGRI Serie G Modell G 170, G 190, G 210, G 240"; Druckvermerk 50013/D00 01/95, gezeigt sind, verfügen über ein 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. ä. 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 acherbautechnischen 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.

Aus der DE 29 49 237 A1 ist ein landwirtschaftlicher Schlepper mit einem den Antriebsmotor mit den Antriebsrädern verbindenden Wechselgetriebe und einer Hebeeinrichtung zum Tragen bzw. Ziehen von Geräten, sowie mit einer Regeleinrichtung für den Betrieb des Schleppers in Abhängigkeit von der durch das ange­ schlossene Gerät verursachten Schlepperbelastung bekannt. Das Übersetzungsverhältnis des stufenlos verstellbaren Wechselge­ triebes ist in Abhängigkeit vom Durchrutschen mindestens eines der angetriebenen Schlepperräder regelbar, wobei die Solldreh­ zahl des Motors von Hand vorgegeben, jedoch nicht über die Regeleinrichtung beeinflußt wird. Die Motordrehzahl ist hier somit regelungstechnisch gesehen ein Sollwert.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Arbeitsgeschwindigkeit eines ein lagegeregeltes Hubwerk aufweisenden landwirtschaftlichen Nutzfahrzeugs zu steigern.

Diese Aufgabe wird bei einem landwirtschaftlichen Nutzfahrzeug der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das Getriebe zu­ mindest teilweise lastschaltbar ausgebildet ist und sein Unter­ setzungsverhältnis in Stufen durch eine mit dem Getriebe ver­ bundene Getrieberegelung schlupf- oder zugwiderstandsabhängig veränderbar ist, sowie dadurch, daß der Motor einen Konstant­ leistungsbereich aufweist und seine Drehzahl über die mit der Getrieberegelung verbundene Motorregelung in Abhängigkeit des eingestellten Untersetzungsverhältnisses veränderbar ist.

Durch die Ausbildung des Getriebes als zumindest teilweise lastschaltbares Getriebe, dessen Untersetzungsverhältnis in Stufen durch eine mit dem Getriebe verbundene Getrieberegelung schlupf- oder zugwiderstandsabhängig veränderbar ist, und durch den Einsatz eines Motor mit Konstantleistungsbereich, dessen Drehzahl über die mit der Getrieberegelung verbundene Motor­ regelung in Abhängigkeit des eingestellten Untersetzungsver­ hältnisses veränderbar ist, kann jeweils die optimale Arbeits­ geschwindigkeit des Nutzfahrzeuges in Abhängigkeit zum vorgege­ benen Sollwert der Lage eingestellt werden. Die Motordrehzahl ist dabei regelungstechnisch gesehen eine Stellgröße. Die Erfindung ermöglicht bei einem Traktor mit lagegeregeltem Hub­ werk, lastschaltbar ausgebildetem Getriebe und einem Motor mit Konstantleistungsbereich trotz der Schaltstufen eine kontinu­ ierliche Getrieberegelung. Dazu wird kein stufenloses Getriebe benötigt, wie dies bei dem aus der DE 29 49 237 A1 bekannten Schlepper der Fall ist.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird zum Beispiel 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 Stell­ glied das Untersetzungsverhältnis des zumindest teilweise last­ schaltbaren 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 Arbeitsgeschwin­ digkeit erhöht wird. Dadurch wird erreicht, daß das landwirt­ schaftliche Nutzfahrzeug bei den eingestellten Parametern Lage und optimaler Grenzwert für Schlupf- und Zugwiderstand stets mit der maximalen Arbeitsgeschwindigkeit betrieben wird. Bei Bedarf können oberer und unterer Grenzwert für den Schlupf zusammenfallen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Nutzfahrzeuges ergeben sich aus den Unter­ ansprüchen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem eine Schlupf- oder Zugwiderstandsermittlung erfolgt und schlupf- oder zugwiderstandsabhängig eine Gangstufe oder das Unter­ setzungsverhältnis eines zumindest teilweise lastschaltbaren Getriebes und eine Motordrehzahl eines Motors ausgewählt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Figuren zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines lage-, zugwiderstands- oder schlupfgeregelten Hubwerks nach dem Stand der Technik und

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines lagegeregelten Hubwerks mit einer schlupf- oder zugwiderstandsabhängigen Getrieberegelung bei einem zumindest teillastschaltbaren 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 dem 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 bidirektionale 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 letzgenannten Regelungen dabei nach dem Stand der Technik erfolgen.

Bezugszeichenliste

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 (5)

1. Landwirtschaftliches Nutzfahrzeug mit einem lagegeregelten Hubwerk (1), umfassend ein Getriebe (13), einen Motor, eine Motor­ regelung (16), das Hubwerk (1), eine Hubwerksregelung (3), einen Hubwerks­ antrieb (2), mindestens einen Lagegeber (6), einen Schlupfsensor (5) und/oder einen Zugkraftsensor (7) sowie eine Eingabeeinheit (4) zur Vorgabe der Lage-Sollwerte, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe (13) zumindest teilweise lastschaltbar ausge­ bildet ist und sein Untersetzungsverhältnis in Stufen durch eine mit dem Getriebe (13) verbundene Getrieberegelung (14) schlupf- oder zugwiderstandsabhängig veränderbar ist, und daß der Motor einen Konstantleistungsbereich aufweist und seine Drehzahl über die mit der Getrieberegelung (14) ver­ bundene Motorregelung (16) in Abhängigkeit des eingestellten Untersetzungsverhältnisses veränderbar ist.

2. Landwirtschaftliches Nutzfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Getrieberegelung (14) mit einem Festwertspeicher (19) verbunden ist, in dem Paare von Betriebspunkten für das Getriebe (13) und den Motor abgelegt sind.

3. Landwirtschaftliches Nutzfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Getrieberegelung (14) als elektronische Getrieberegelung (14) ausgebildet ist.

4. Landwirtschaftliches Nutzfahrzeug nach einem der vorangegan­ genen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hubwerks­ antrieb als Hydraulikhubzylinder (2) ausgebildet ist.

5. Verfahren zur Lageregelung eines Hubwerks in landwirtschaft­ lichen Nutzfahrzeugen, bei dem kontinuierlich mittels eines Lagegebers die Arbeitshöhe oder -tiefe erfaßt wird, der er­ faßte Wert mit einem Sollwert verglichen und aufgrund der Differenz eine Stellgröße generiert wird, die einen Hub­ werksantrieb entgegen der Differenz nachführt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schlupf- oder Zugwider­ standsermittlung erfolgt und schlupf- oder zugwiderstands­ abhängig eine Gangstufe oder das Untersetzungsverhältnis eines zumindest teilweise lastschaltbaren Getriebes (13) Motordrehzahl eines Motors ausgewählt werden.