Verfahren zur Hubregelung

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Hubregelung eines Hubwerkzeugs eines Fahrzeugs und ein Verfahren zur Hubregelung. Dazu weist die Anordnung ein Steuergerät auf, das einen Lageregler und einen Kraftregler aufweist, die mit ei- nem steuerbaren Hydraulikventil für das Hubwerkzeug zusammenwirken. Das Hydraulikventil ist dem Lage- und dem Kraftregler nachgeschaltet und setzt Steuersignale des Lage- und des Kraftreglers in Hubbewegungen des Hubwerkzeugs mittels eines Hubwerkzylinders um.

Eine derartige Anordnung zur Hubregelung eines Hubwerkzeugs eines Fahrzeugs ist aus der Druckschrift EP 0 212 304 B2 bekannt, wobei die bekannte Anordnung eine elektrohydraulische Einrichtung zum Regeln eines Hubwerks an einem landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeug, insbesondere eines Pfluges an einem Traktor mit einem Regelkreis zum Beeinflussen der Lage des Hubwerks aufweist. In dem Re- gelkreis sind dazu wenigstens ein Lagesensor, ein Kraftsensor sowie ein Sollwertgeber angeordnet. Abhängig von den Signalen dieser Sollwertgeber und Regler werden eine hydraulische Ventileinrichtung und ein hydraulisch betätigbarer Motor gesteuert.

Ferner werden gemäß EP 0 212 304 B2 an einem Summenpunkt diesen Signalen zusätzlich ein Signal eines Sensors, der den Schlupf der angetriebenen Räder misst, hinzugefügt und dem Istwertsignal des Kraftsensors aufgeschaltet. Das Ausgangssignal des Kraftsensors geht an den Eingang einer Mischvorrichtung, die an einem ersten Eingang das Istwertsignal des Lagesensors und an einem zweiten Eingang das Ausgangssignal des Kraftsensors zuführt. Dazu weist ein Bedienpult einen Steller auf, mit dem das Verhältnis der Signale von Lageregler und Kraftregler verstellbar ist.

Neben dem Hauptschalter zum Ein- und Ausschalten des Hubwerks ist ein Schalter für ein Heben und Senken des Hubwerks und neben dem Steller für die Mischposition sind weitere Steller für einen oberen Endanschlag sowie ein Steller für die Einstellung einer Senkgeschwindigkeit als weitere Bedienelemente für das Hubwerk vorgesehen. Eine derart komplexe Bedienung ist für entsprechende Fahrer in Europa kein Problem, jedoch in Märkten mit bisher einfachen, kleinen und im Allgemeinen sogar mechanischen Hubwerksregelungen zeigt es sich, dass die Bedienung zu komplex ist und aufgrund der Anzahl notwendiger Bedienelemente auch zu teuer ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zur Hubregelung eines Hubwerkzeugs sowie ein Verfahren zur Hubregelung zu schaffen, das eine deutliche Vereinfachung des Bedienkonzeptes bzw. eines entsprechenden Bedienpults ermög- licht und zusätzlich eine Kraftregelstrategie aufweist, die mindestens den gleichen Komfort wie bisherige Hubregelungen für Hubwerkzeuge liefert.

Gelöst wird diese Aufgabe mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen An- Sprüchen.

Erfindungsgemäß wird eine Anordnung zur Hubregelung eines Hubwerkzeugs eines Fahrzeugs und ein Verfahren zur Hubregelung geschaffen. Dazu weist die Anordnung ein Steuergerät auf, das einen Lageregler und einen Kraftregler be- sitzt, die mit einem steuerbaren Hydraulikventil für das Hubwerkzeug zusammenwirken. Das Hydraulikventil ist dem Lage- und dem Kraftregler nachgeschaltet und setzt Steuersignale des Lage- und des Kraftreglers in Hubbewegungen des Hub- Werkzeugs mittels eines Hubwerkzylinders um. Ferner weist die Anordnung einen Zugkraftmesser zur Messung der Kraft mit der das Hubwerkzeug gezogen wird und einen Hubwerkspositionsmesser zur Messung der Lage, in der sich das Hubwerkzeug befindet auf. Das Steuergerät weist eine zentrale Steuereinheit auf, die bei einem an einem Bedienpult des Hubwerkzeugs eingestellten und erreichten Lagesollwert für eine begrenzte Zeit oder eine begrenzte Fahrstrecke bei eingeschalteter Kraftregelung automatisch einen mittleren Kraftaufwand als Sollwert für die Zugkraft bildet, bevor die Kraftregelung mit diesem Sollwert automatisch arbeitet, indem der automatisch ermittelte Sollwert einem Differenzglied zuführt wird, das als Regelgröße die Differenz zwischen dem automatisch ermittelten Sollwert und einem Istwert eines Zugkraftmessers dem Kraftregler zuführt.

Ein Vorteil dieser Anordnung und dieser Regelstruktur ist eine deutliche Vereinfachung der Bedienung des Hubwerkzeugs, da das Bedienpult lediglich einen Hauptschalter und einen weiteren Schalter sowie ein einziges Stellglied zur Vorgabe der Arbeitslage des Hubwerkzeugs aufweist. Bei eingeschalteter Kraftregelung, die mit dem weiteren Schalter aktiviert werden kann, wird der Kraftsollwert anhand des für eine begrenzte Zeit oder für eine begrenzte Wegstrecke gemessenen Mittelwerts der Kraft ohne Vorgabe durch den Bediener eingestellt. Zudem kann aufgrund der Regelstrategie anstatt zweier Kraftsensoren nur ein einziger Kraftsensor eingesetzt werden, was zusätzlich die Systemkosten senkt, ohne dass der Regelkomfort und die Regelgenauigkeit vermindert wird.

Im Prinzip braucht das Bedienpersonal lediglich das Hubwerkzeug einzuschalten und eine Kraftregelung anzufordern sowie mit dem einzigen Stellglied des Bedienpults ein Heben oder Senken des Hubwerkzeugs vorzugeben. Der damit durch das Bedienpersonal festgelegte Lagesollwert wird so lange beibehalten, bis automatisch ohne das Zutun des Bedienpersonals die eingeschaltete Kraftregelung einen entsprechenden Mittelwert und damit einen Sollwert für die Kraftregelung selbsttätig ermittelt hat und die Anlage auf Kraftregelung automatisch umstellt. Während bisher das Bedienpersonal die Empfindlichkeit der Kraftregelung durch Verstellen eines Mischpotentiometers in Richtung Lageregelung kontinuierlich reduzieren konnte, wird bei dem erfindungsgemäßen Regelungskonzept die Empfindlichkeit der Kraftregelung adaptiv selbst eingestellt, indem Wechselanteile des Kraftsignals und des Lagesignals durch geeignete Filterparameter und/oder variable Totzonen um den Mittelwert so eingestellt werden, dass die Hubwerksbewegungen aufgrund der Regelabweichung in Amplitude und Frequenz optimal den Erwartungen und Erfahrungen mit Hubwerkzeugen entsprechen.

Während das bekannte elektrohydraulische Regelungssystem für die Kraftregelung direkt einen Kraftsollwert über das Bedienpult vorgibt, der bei gegebenen Arbeitsverhältnissen einer bestimmten Arbeitstiefe entspricht, ist es notwendig, rechts und links am Unterlenker Kraftsensoren vorzusehen, deren Signale im Steuergerät ermittelt werden. Dadurch wird bei dem Regelkonzept gemäß dem Stand der Technik vermieden, dass sich beispielsweise nach dem Wenden eines Pfluges auf der Rückfahrt über den Acker eine andere Arbeitstiefe einstellt als auf der Hinfahrt. Bei dem erfindungsgemäßen Regelkonzept spielt jedoch diese Tatsache keine Rolle, da die Arbeitstiefe eingestellt wird und die Zugkraft jeweils gemessen wird. Das bedeutet, dass absolute Kraftniveau bei eingestellter Tiefe spielt gar keine Rolle. Deshalb kommt das erfindungsgemäße Regelungskonzept mit einem einzigen Kraftsensor auf einer der beiden Seiten rechts oder links vollständig aus.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist in der Anordnung zur Hubregelung vorzugsweise das steuerbare Hydraulikventil einer Mischwerteinrichtung, die einen Mischwert aus Stellwerten des Lagereglers und Stellwerten des Kraftreglers bildet, nachgeschaltet. Darüber hinaus weist die Anordnung einen Funktionsblock auf, in dem zur Parameteradaption ein jeweiliger Wechselanteil eines Filterblockes der Zugkraftmessung adaptiert wird und dem Kraftregler über den Funktionsblock zu- geführt wird. Außerdem kann der Funktionsblock zur Parameteradaption Messwerte eines Schlupfsensors, der vom Schlupf der angetriebenen Räder abhängige Signale generiert, dem Kraftregler zuführen. Als zentrale Steuereinheit in dem Steuergerät ist vorzugsweise ein Mikroprozessor vorgesehen, der einerseits das Zeitintervall und/oder die Wegstrecke, für die der Mittelwert der Zugkraft ermittelt wird, vorgibt und einen entsprechenden Trigger- impuls an eine Einrichtung zur Mittelwertbildung übermittelt.

Das Stellglied des Bedienpults zur Einstellung des Lagesollwertes kann vorzugsweise ein Drehpotentiometer oder ein Schiebepotentiometer sein. Außerdem ist der Hauptschalter in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mit dem Stell- glied derart mechanisch gekoppelt, dass ein Ausschalten des Hauptschalters nur im oberen Anschlag des Stellglieds zur Einstellung des Lagesollwertes betätigbar ist. Der Hauptschalter kann jederzeit betätigt werden. Durch die Betätigung wird das Hubwerk in der aktuellen Position verriegelt. Der Hauptschalter ist optional. Aus Sicherheitsgründen ist nur in einem festgelegten unteren Lagebereich die au- tomatische Kraftsollermittlung möglich, um ein unbeabsichtigtes Absenken während einer Transportfahrt zu vermeiden. Wenn der Fahrer vergessen haben sollte, die Kraftregelung mit dem hierfür vorgesehenen weiteren Schalter zu deaktivieren, bleibt die Kraftregelung aktiviert, bis diese im oberen Hubwerksbereich deaktiviert ist. Das Hubwerk wird dann in seiner Lageregelung bewegt.

Ein Verfahren zur Hubregelung eines elektrohydraulischen Hubwerkzeugs weist die nachfolgenden Verfahrenschritte auf. Zunächst wird ein Lagesollwert für das Hubwerkzeug an einem Bedienpult eingestellt, wobei ein Lageregler aktiviert wird. Zum Erreichung des Lagesollwertes erfolgt ein Messen der Hubwerksposition mit einem Hubwerkspositionsmesser und ein Regeln auf den eingestellten Lagesollwert durch einen Lageregler.

Ist an dem Bedienpult ein Schalter für die Zugkraftregelung eingeschaltet, so wird eine zentrale Steuereinheit in dem Steuergerät aktiviert und eine automatische Mittelwertbildung der Zugkraft mittels Messen der Zugkraft für ein begrenztes Zeitintervall oder für eine begrenzte Fahrstrecke nach Erreichen des Lagesollwertes automatisch durchgeführt, indem ein Triggerimpuls nach der Zeit- und/oder Weg- messung von einer zentralen Steuereinheit an einen Mittelwertbildungsblock erfolgt. Abschließend wird der automatisch erfasste Mittelwert der Zugkraft als Sollwert für den Kraftregler einem Differenzglied zugeführt. Danach erfolgt die Differenzbildung zwischen Mittelwert bzw. Sollwert und Augenblickswert bzw. Istwert der Zugkraft als Regelgröße für den Kraftregler durch das Differenzglied.

Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass lediglich der Lagesollwert von einem Bedienpult aus vorzugeben ist und bei Erreichen des Sollwerts automatisch ein Erfassen eines Sollwerts für den Kraftregler erfolgt, ohne dass das Bedienpersonal eingreifen muss, wenn zusätzlich zum Hauptschalter ein weiterer Schalter des Bedienpults eingeschaltet ist. Dabei ist in dem Regelungsverfahren vorgesehen, dass nach der Mittelwertbildung automatisch von der Lageregelung in die Kraftregelung gewechselt wird und die Kraftregelung so lange beibehalten wird, bis erneut eine Lageänderung vom Bedienpult aus veranlasst wird.

Die begrenzte Zeitspanne bzw. die begrenzte Wegstrecke wird durch das Steuergerät mit Hilfe einer zentralen Steuereinheit überwacht, die einen Triggerimpuls generiert, der nach dem Zeitinterwall oder der Fahrstrecke zur Messung der Zugkräfte bei erreichter Hubwerkposition die automatische Mittelwertbildung durch den Mittelwertbildungsblock zur Ermittlung eines Gleichanteils und Sollwertes der Zugkraft auslöst. Gleichzeitig kann eine Parameteradaption der Wechselanteile der Zugkraft durchgeführt und dem Kraftregler zugeführt werden. Bei Änderung des Lagesollwertes am Bedienpult wird automatisch von der Kraftregelung auf Lageregelung umgeschaltet und es werden erneut die Verfahrensschritte zur auto- matischen Kraftregelung nach Erreichen des Lagesollwerts durchgeführt. Dabei wird wie bereits oben erwähnt die Empfindlichkeit der Kraftregelung adaptiv selbst eingestellt, indem ein Wechselanteil des Zugkraftmesssignals und des Lagemesssignals durch Filterparameter und/oder Totzonen um den automatisch ermittelten Mittelwert derart eingestellt wird, dass die Hubwerkbewegungen aufgrund von Re- gelabweichungen in Amplitude und Frequenz Erfahrungswerten optimal angepasst werden. Das Anbaugerät kann beispielsweise ein Pflug an einem Traktor sein, der durch Veränderung des Lagesollwertes abgesenkt wird, bis die gewünschte Arbeitstiefe erreicht ist. Bei Veränderung des Sollwertes durch den Bediener wechselt der Regler automatisch in den Lageregelmodus. Wird der Sollwert jedoch nicht mehr verändert, wird ein Kraftsignal, das durch vorzugsweise einen Kraftsensoren erzeugt wird, für eine bestimmte Zeit t1 oder eine bestimmte Fahrstrecke S1 gemessen. Während dieser Zeit und/oder dieser Strecke wird der Mittelwert des bis dahin gemessenen Kraftsignals als Sollwert für die Kraftregelung eingesetzt. Der Regler wechselt dann automatisch von der Lage- in die Kraftregelung. Die Kraftre- gelung bleibt so lange aktiv, wie einerseits die Regelung durch den weiteren Schalter aktiviert ist oder bis der Bediener den Lagesollwert manuell über das Stellglied des Bedienpults erneut verändert.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.

Figur 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Anordnung zur Hubregelung eines Hubwerkzeugs;

Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Regelstruktur zur Rege- lung der Hubbewegung eines Hubwerkzeugs.

Figur 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Anordnung 1 zur Hubregelung eines Hubwerkzeugs 2, das an einem Fahrzeug beispielsweise einem Traktor angeordnet ist, der beispielsweise einen Wendepflug trägt, der in einer vorgege- benen Arbeitstiefe ein Feld in zwei unterschiedlichen Richtungen durchpflügen kann. Dazu ist eine robuste und einfach bedienbare Anordnung erforderlich, die es auch ungeschultem Personal ermöglicht, ein elektrohydraulisches Hubwerkzeug 2 fachgerecht zu bedienen.

Dazu weist das Hubwerkzeug 2 ein Bedienpult 10, das an dem Fahrzeug angeordnet ist, auf. Dieses Bedienpult 10 verfügt über einen Hauptschalter 16, der das Hubwerkzeug 2 aktiviert. Ein weiterer Schalter 17 ist dafür vorgesehen, eine Kraft- regelung anzufordern. Das Bedienpult 10 verfügt lediglich über ein einziges Stellglied, das vorzugsweise ein Drehpotentiometer oder ein Schiebepotentiometer sein kann, um das Senken und Heben des Hubwerks auf einen Sollwert L _so n nach Einschalten des Hauptschalters 16 zu ermöglichen. Dieser Lagesollwert L _SO ιι wird über eine Signalleitung 23 einem Steuergerät 3 zugeführt, das einen Lageregler aufweist, wobei die Istlage von einem entsprechenden Hubwerkpositionssensor 8 dem Steuergerät 3 über die Messleitung 24 zugeführt wird.

Der Hubwerkpositionsmesser 8 liefert einen Lageistwert L _lst , der einem Differenz- glied in dem Steuergerät 3 zugeführt wird und die Differenz zwischen Lageistwert L, _st und Lagesollwert L _so n als Regelgröße einem im Steuergerät 3 angeordneten Lageregler zuführt. Der Lageregler ist über eine Steuerleitung 25 mit einem Hydraulikventil 6 verbunden, das in Richtung H ein Heben des Hubwerkzeugs veran- lasst und in Richtung S ein Senken des Hubwerkzeugs ermöglicht. Das Hydraulik- ventil 6 veranlasst eine entsprechende Hub- oder Senkbewegung des Hubwerkzeugs, indem es über mindestens eine Hydraulikleitung 26 einen Hubwerkzylinder 12 antreibt.

Der Hubwerkzylinder 12 verfährt über eine mechanische Verbindung 27 das Hub- Werkzeug 2 in die Solllage, wobei die aktuelle Lageposition über eine Verbindung 28, den Hubwerkpositionsmesser 8 und die Messleitung 24 an das Steuergerät 3 rückgekoppelt wird. Bei Einstellung des weiteren Schalters 17 auf Kraftregelung erfolgt nach Erreichen des Lagesollwerts eine automatische Ermittlung des Kraftsollwerts von einer zentralen Steuereinheit 9 in dem Steuergerät 3, ohne dass ein Eingriff über das Bedienpult 10 in das Steuergerät 3 durch das Bedienpersonal erfolgt. Dieses wird anhand der nachfolgenden Figur 2 näher erläutert.

Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Regelstruktur 30 zur Regelung der Hubbewegung des in Figur 1 gezeigten Hubwerkzeugs 2. Dazu sind zwei Reg- ler, ein Lageregler 4 und ein Kraftregler 5, in einem Steuergerät 3 vorgesehen. Der Lageistwert L _ιst wird durch einen Hubwerkpositionsmesser 8 gemessen und einer zentralen Steuereinheit 9 sowie einem Differenzglied 11 zugeführt. Der Istwert der Zugkraft F _lst wird durch einen Zugkraftmesser 7 erfasst. Zur Aktivierung des Hubwerkzeugs wird zunächst ein Hauptschalter 16 eingeschaltet und zusätzlich kann eine Kraftregelung über einen weiteren Schalter 17 durch das Bedienpersonal am Bedienpult 10 angefordert werden.

Über das Schaltpult 10 wird zunächst vom Bedienpersonal ein Lagesollwert L _so n durch ein Stellglied 18 vorgegeben, wobei der Lagesollwert L _SO ιι und der Lageistwert Li _st in einem Differenzglied 11 verglichen und als Regelgröße über ein Schaltelement 21 für die Lageregelung an den Lageregler 4 weitergegeben wird. Über eine Mischwerteinrichtung 13 und eine Steuerleitung 25 wird das Hydrauliksteuerventil gesteuert und Senk- oder Hubbewegungen des Hubwerkzeugs geregelt, bis der Lageistwert L _ιs t dem Lagesollwert L _so n entspricht. Dann wird automatisch die in Figur 2 gezeigte Reglerstruktur mit Hilfe der Schaltelemente 21 und 22 auf eine Kraftregelung über einen Kraftregler 5 umgeschaltet.

Diese automatische Umschaltung erfolgt erst, nachdem ohne Eingriffsmöglichkeiten über das Bedienpult 10 eine zentrale Steuereinheit 9 automatisch für eine Zeitspanne t1 oder eine Fahrstrecke S1 eine Kraftmessung veranlasst und einen Triggerimpuls T zu einer Mittelwertbildung an einen Mittelwertbildungsblock 19 weitergegeben hat. Der Mittelwertbildungsblock 19 ermittelt einen Mittelwert oder Gleichanteil der Kraftmessung während der Zeitspanne t1 und/oder während der Fahrtstrecke s1 , der einen Sollwert F _so n für die Kraftregelung bildet. Die Wechselanteile der Kraftmessung werden genutzt, um in dem Filterblock 15 und dem Funktionsblock 14 adaptiv beispielsweise die Empfindlichkeit der Kraftmessung im Kraftregler 5 einzustellen. Der aktuelle Kraftmesswert F _ιst wird darüber hinaus mit dem Sollwert F _SO ιι an einem Differenzierglied 20 verglichen und als eine Regelgröße an den Kraftregler 5 weitergegeben, sobald der Lagesollwert erreicht ist und das Schaltelement 22 für die Kraftregelung automatisch den Kraftregler 5 anschließt.

Solange der Lagesollwert L _SO ιι beibehalten und nicht durch das Bedienpersonal über das Bedienpult 10 geändert wird, wird nun das Hydraulikventil von dem Kraft- regier 5 über die Mischwerteinrichtung 13 und die Steuerleitung 25 gesteuert. Mit dieser Regelstruktur 30 wird folglich erreicht, dass die Bedienung des Hubwerkzeugs vereinfacht wird und dennoch der Regelungskomfort herkömmlicher Anlagen beibehalten bleibt.

Bezuqszeichenliste

1 Anordnung

2 Hubwerkzeug

3 Steuergerät

4 Lageregler

5 Kraftregler

6 Hydraulikventil

7 Zugkraftmesser

8 Hubwerkspositionsmesser

9 zentrale Steuereinheit

10 Bedienpult

11 Differenzglied

12 Hubwerkzylinder

13 Mischwerteinrichtung

14 Funktionsblock

15 Filterblock

16 Hauptschalter

17 weiterer Schalter

18 Stellglied

19 Mittelwertbildungsblock

20 Differenzierglied

21 Schaltelement für Lagerregelung

22 Schaltelement für Kraftregelung

23 Signalleitung

24 Messleitung

25 Steuerleitung

26 Hydraulikleitung

27 mechanische Verbindung

28 Verbindung

30 Regelstruktur F _ιst Zugkraftistwert

Fsoii Zugkraftsollwert

L,s _t Lageistwert

Lsoii Lagesollwert T Triggerimpuls