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Sachgebiet
der Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet von Steuersystemen
zum Steuern der Position eines frei tragenden Auslegers, und, insbesondere,
auf ein Steuersystem zum automatischen Steuern des Rollens eines
Auslegers.
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Hintergrund der Erfindung
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Frei
tragende Ausleger werden in unterschiedlichen Industriezweigen für unterschiedliche Zwecke
verwendet. In der Landwirtschaftsindustrie wird zum Beispiel eine
frei aufgehängte
Ausleger-Spritzeinrichtung herkömmlich
für die
Aufbringung von Pestiziden, Herbiziden und Düngern verwendet. Sprühspitzen
sind an dem Sprühausleger unter
einer vorgegebenen Beabstandung befestigt, um eine gleichmäßige Aufbringung
des Materials, das aufgebracht werden soll, zu unterstützen. Um eine
annehmbar gleichmäßige Aufbringung
eines solchen Materials zu erreichen, ist es notwendig, dass die
Sprühspitzen
unter einem konstanten Abstand (oder einem nahezu konstanten Abstand)
von dem Boden oder der Vegetation, auf die das Material aufgebracht
werden soll, gehalten werden. Allgemein sind die Sprühspitzen,
die für
diese Aufbringungen verwendet werden, zur Verwendung unter einer
spezifischen Höhe
für eine
optimale Funktionsweise und eine gleichförmige Aufbringung ausgelegt.
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Das
Beibehalten einer gleichmäßigen Höhe an allen
Punkten eines Auslegers ist eine schwierige Herausforderung. Der
Ausleger einer Ausleger-Sprüheinrichtung
ist mechanisch frei tragend von dem Rahmen der Sprüheinrichtung
aufgehängt,
und, wenn sich die Sprüheinrichtung über einen
unebenen Untergrund bewegt, sind unterschiedliche Positionseinstellungen
erforderlich, um eine gleichförmige Auslegerhöhe über die
gesamte Länge
des Auslegers beizubehalten. Irgendeiner von drei unabhängigen Positionseinstellungsmechanismen
wird typischerweise hierzu verwendet. Als erstes ist ein Einstellungsmechanismus
für die
vertikale Höhe
zum Anheben (oder Absenken) der gesamten Ausle geranordnung in einer
vertikalen Richtung bekannt. Als zweites sind ein linker und ein
rechter Flügelspitzeneinstellungsmechanismus
für ein
unabhängiges
Anheben (oder Absenken) irgendeines Flügelabschnitts des Auslegers
bekannt. Als drittes ist ein Roll-Einstellungsmechanismus zum Drehen des
gesamten Auslegers in einer Uhrzeigerrichtung oder einer Gegenuhrzeigerrichtung,
um eine Achse, die in die Vorwärtsrichtung
hinweist, bekannt (dies ist nützlich,
um den gesamten Ausleger parallel zu dem Untergrund zu halten, wenn
ein Höhenfehler
durch das tragende Fahrzeug eingeführt wird, wenn seine Räder über einen
unebenen Untergrund laufen). Heutzutage verwenden die bekannten
Roll-Einstellungsmechanismen entweder passive Einrichtungen zum
Steuern des Rollens (z. B. in der Form einer Dreh- oder Pendelverbindung
zwischen den Rahmen der Sprüheinrichtung
und dem Mittenausleger, zusammen mit einer Dämpfungseinrichtung, um die
Drehwirkung zu dämpfen
und den Ausleger so zu zentrieren, dass sich der Ausleger gleichmäßig zu einem
parallelen Zustand zu dem Hauptrahmen der Sprüheinrichtung annähern wird)
oder einen manuell betätigten,
hydraulischen Zylinder (z. B. direkt oder indirekt unter der Verwendung
von Federn und Dämpfungseinrichtungen).
Frühere
Versuche, die Roll-Position des Auslegers zu automatisieren, sind
weitesgehend nicht erfolgreich gewesen, und es ist ein Erfordernis in
der Industrie nach einem effektiven, automatisierten Roll-Steuersystem
vorhanden.
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Ein
solcher Stand der Technik ist zum Beispiel durch die Patentoffenlegungen
FR-A-2 795 913, EP-A-1 167 095 und EP-A-0 922 385 angegeben. Die FR-A-2
795 913 offenbart eine Vorrichtung zum automatischen Steuern einer
winkelmäßigen Verschiebung,
die zwischen einem Sprühausleger
und einem Schleppergehäuse
gemessen wird, wodurch der relative Winkel gemessen wird, und ein
hydraulischer Hebezylinder wird aktiviert, um eine Kraft auf den Ausleger
aufzubringen und diesen Winkel konstant zu halten. Die EP-A-1 167
095 ist auf eine hydraulische Vorrichtung gerichtet, die in einem
System zum Erzeugen der Kraft verwendet werden kann, die benötigt wird,
um den Sprühausleger
zu bewegen, wobei Abstandssensoren an den Auslegerflügeln die Gesamthöhe des Auslegers
von dem Untergrund (oder von Feldfrüchten) messen, und dieser Abstand wird
dann mit einem Standard verglichen. Dann wird ein Fehlerwert von
der Differenz abgeleitet, woraus die Kraft, die dazu benötigt wird,
den Ausleger zu bewegen, bestimmt wird. Die EP-A-0 922 385 offenbart ein
automatisiertes System, das nur dann arbeitet, wenn eine Sprüheinrich tung
eine Wende am Ende eines Felds vornimmt, wobei, an diesem Punkt,
der Bediener eine Taste drückt,
um zu bewirken, dass drei Vorgänge
in einer bestimmten, vorgegebenen Reihenfolge durchgeführt werden,
wobei einer davon eine Roll-Einstellung umfasst und ein anderer
(getrennt davon) eine Gesamtauslegerhöheneinstellung umfasst.
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Ein
Steuern des Ausleger-Rollens führt
zu einer Anzahl von Vorteilen, die dazu dienen, die Funktionsweise
an einer Ausleger-Betätigungseinrichtung unter
Betätigen
einer Befestigungseinrichtung zu verbessern. Genauer gesagt kann
eine Roll-Steuerung Fehler beseitigen, die durch ein Fahrzeug eingeführt werden,
wenn sich das Fahrzeug über
einen unebenen Untergrund bewegt, und gleichzeitig kann sie auch
dazu dienen, die Spitzen bzw. die Enden durch Erhöhen der
Rate der Einstellung der Spitzenhöhen, wenn ein Roll-Fehler vorhanden
ist, einzustellen. Ein automatisches Steuern des Rollens eines Auslegers kann
auch dabei helfen, schneller die Rollbewegung des Auslegers (d.
h. ein Schwingen nach hinten und nach vorne des Auslegers, verursacht
durch die Pendelwirkung einer Rolle) verglichen mit einer passiven Steuereinrichtung,
die nur auf der Reibung und mechanischen Dämpfungseinrichtungen beruht,
um dieses Schwingen zu verringern stabilisieren, wodurch ein stabilerer
Ausleger mit einer gleich bleibenden Höhe in allen Betriebszuständen erreicht
wird.
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Es
ist ein Bedarf nach einer verbesserten, automatisierten Ausleger-Roll-Steuereinrichtung
vorhanden. Es ist auch ein Bedarf nach Einrichtungen vorhanden,
mit denen eine Kombination von Ausleger-Positionsparametern zu Zwecken
einer Steuerung eines Ausleger-Rollens berücksichtigt wird. Weiterhin
ist ein Bedarf nach Einrichtungen vorhanden, mit denen Realzeit-Betriebsparameter
verwendet werden, um das Rollen des Auslegers zu steuern.
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Gemäß der Erfindung
wird ein Roll-Steuersystem geschaffen, wie es in Anspruch 1 definiert
ist.
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Vorzugsweise
wird der Flügelabschnitt-Differenzwert
mit einem ersten Skalierfaktor skaliert und der Ausleger-Sollwert
wird mit einem zweiten Skalierfaktor skaliert.
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Die
Flügelabschnitt-Position-Messvorrichtung
kann eine erste Abstandsmesskomponente, die so aufgebaut ist, um
ein Signal des rechten Flügels zu
erzeugen, und eine zweite Ab standsmesskomponente, die so aufgebaut
ist, um das Signal für
den linken Flügel
zu erzeugen, aufweisen. Die Ausleger-Roll-Position-Messvorrichtung
kann eine dritte Abstandsmesskomponente aufweisen, die so ausgelegt
ist, um ein Ausleger-Roll-Signal zu erzeugen. Die erste, die zweite
und die dritte Messkomponente können
Ultraschall-Echosensoren
aufweisen. Die erste Messkomponente ist vorzugsweise an einem oder nahe
eines Abschlussendes des linken Flügelabschnitts angeordnet und
die zweite Messkomponente ist vorzugsweise an einem oder nahe eines
Abschlussendes des rechten Flügelabschnitts
angeordnet.
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In
einer Ausführungsform
weist der Roll-Steuermechanismus einen Roll-Rahmen auf, der mit
dem Trage-Rahmen durch eine schwenkbare Kupplung und durch Verlängerungs/Verkürzungsmittel
(z. B. ein hydraulisches Ventil und ein Zylinder), die von der Schwenk-Kupplung beabstandet
sind, verbunden ist. In dieser Ausführungsform ist die dritte Messkomponente
an dem Roll-Rahmen angeordnet und vorzugsweise verbinden mindestens
eine Feder und eine Dämpfungseinrichtung
den Roll-Rahmen mit dem Ausleger.
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Vorzugsweise
vergleicht die Steuereinheit den Ausleger-Roll-Steuerfehlerwert
mit einem Unempfindlichkeitswert und stellt den Ausleger-Roll-Steuerfehlerwert
auf Null ein, wenn der Vergleich angibt, dass der Ausleger-Roll-Steuerfehlerwert
geringer als der Unempfindlichkeits- bzw. Todzonen-Wert ist.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren geschaffen, wie
es in Anspruch 14 definiert ist.
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Vorzugsweise
wird der Flügelabschnitt-Differenzwert
durch einen ersten Skalierfaktor skaliert und der Ausleger-Rollwert
wird durch einen zweiten Skalierfaktor skaliert. Vorzugsweise wird
der Ausleger-Roll-Steuerfehlerwert mit einem Todzonen-Wert verglichen
und der Ausleger-Roll-Steuerfehlerwert wird auf Null gesetzt, wenn
der Vergleich ergibt, dass der Ausleger-Roll-Steuerfehlerwert geringer
als der Todzonen-Wert ist.
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Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die
folgenden Zeichnungen beschrieben, in denen entsprechende Bezugszeichen
durchweg entsprechende Elemente bezeichnen.
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Die 1 bis 3 stellen
die Grundtypen von bekannten Auslegereinstellungen (Stand der Technik)
dar, die so gestaltet werden können,
um die Position/Höhe
eines Auslegers über
einem Sollbereich (ob nun der Boden, Blattpflanzen oder einen anderen
anwendbaren Zielbereich) einzustellen.
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1 stellt
eine bekannte Einstellung (Stand der Technik) dar, mit der der gesamte
Ausleger in einer vertikalen Richtung bewegt wird (d. h. angehoben wird
oder abgesenkt wird), wie dies durch die Pfeile angezeigt ist. Diese
vertikale Steuereinstellung wird typischerweise mit einem vertikalen
Gestell oder einer Parallelverbindung und einem hydraulischen Hauptausleger-Hebezylinder
vorgenommen. Eine Automatisierung dieser Höhe kann unter Verwendung eines
Abstandssensors an dem Mittenabschnitt des Auslegers in Verbindung
mit einer Steuereinheit zum Steuern des hydraulischen Flusses zu
dem Hauptausleger-Hebezylinder vorgenommen werden;
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2 stellt
eine weitere, bekannte Einstellung (Stand der Technik) dar, bei
der eine oder beide der linken und der rechten Auslegerspitzen angehoben
oder abgesenkt wird/werden (wie dies durch die Pfeile angezeigt
ist), um so den Sprühabschnitten
zu ermöglichen,
der Kontur des Bodens zu folgen. Jede Flügelspitzen-Einstellung wird
typischerweise unter Verwendung von linken und rechten hydraulischen Ausleger-Hebezylindern
und einem Gelenkpunkt zwischen dem Mittenabschnitt des Auslegers
und dem linken und dem rechten Auslegerabschnitt jeweils vorgenommen.
Solche Flügelspitzen-Einstellungen
können
unter Verwendung von Abstandssensoren an den Flügelspitzen mit einer Steuereinheit zum
Steuern des hydraulischen Flusses sowohl zu dem linken als auch
dem rechten hydraulischen Ausleger-Hebezylinder automatisiert werden;
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3 stellt
eine weitere, bekannte Einstellung (Stand der Technik) dar, bei
der der gesamte Ausleger in einer Uhrzeigerrichtung oder einer Gegenuhrzeigerrichtung
um eine Achse, die in die Vorwärtsrichtung
weist, gedreht wird, wobei diese Drehposition hier als Ausleger-Roll-Position
bezeichnet wird (in 3 ist diese Drehung durch einen
Doppelpfeil angezeigt);
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4 zeigt
eine vordere Aufrissansicht einer Ausleger-Anordnung, die an einer
Sprüheinrichtung befestigt
ist und ein Ausleger-Höhen-Steuersystem besitzt,
mit einer Roll-Steuerkomponenten,
und zwar gemäß der Erfindung,
die darin installiert ist;
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5 zeigt
eine Seitenansicht der Vorrichtung der 4, die die
Ausleger-Anordnung und das Ausleger-Höhen-Steuersystem davon umfasst;
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6 zeigt
eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung der 4,
die die Auslege-Anordnung und
das Ausleger-Höhen-Steuersystem
davon umfasst;
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7 zeigt
ein Blockdiagramm eines Ausleger-Höhen-Steuersystems gemäß der Erfindung;
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8 zeigt
ein Flussdiagramm der Schritte/Berechnungen, die durch einen Mikroprozessor des
Ausleger-Höhen-Steuersystems
der 7 durchgeführt
werden; und
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9 zeigt
eine vordere Teilaufrissansicht einer Ausleger-Anordnung, die an
einer Sprüheinrichtung
befestigt ist und ein Ausleger-Höhen-Steuersystem
besitzt, wobei eine geänderte
Ausführungsform
der Roll-Steuerkomponente gemäß der Erfindung
vorhanden ist.
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Beschreibung
der dargestellten Ausführungsform
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Eine
Ausführungsform
des Roll-Steuersystems der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und
wird nachfolgend beschrieben. Die Funktion des Roll-Steuersystems
ist diejenige, eine Roll-Position eines Auslegers, der drehbar an
einem Tragerahmen verbunden ist, zu steuern, wobei sich die "Roll" Position auf eine
Drehung in Uhrzeigerrichtung oder Gegenuhrzeigerrichtung des Auslegers
relativ zu dem Tragerahmen bezieht.
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In
den 4, 5 und 6 ist eine Sprüheinrichtung 1 dargestellt,
die einen Sprüheinrichtungs-Rahmen 2 und
einen Sprüheinrichtungs-Behälter 3 umfasst,
die, in dieser Ausführungsform,
durch Räder 4 getragen
sind, die die Vorwärtsbewegung
der Sprüheinrichtung
zulassen (allerdings sollte angemerkt werden, dass in einer anderen
Ausführungsform
die Sprüheinrichtung
anstelle davon ein Fahrzeug sein könnte, das durch eine selbst
angetriebene Einheit, wie beispielsweise einen Traktor, geschleppt
wird). Eine Parallelverbindung 5 und ein hydraulischer
Hauptausleger-Hebezylinder 6 sind an einem Ende davon mit
dem Rahmen 2 der Sprüheinrichtung
und an dem gegenüberliegenden
Ende davon mit einem Sprüheinrichtungs-Rahmen 7 verbunden.
In dieser Ausführungsform
wird die Gesamt-Ausleger-Höhen-Einstellung,
die in 1 dargestellt ist, durch Einstellen des Hebezylinders 6 so durchgeführt, um
zu bewirken, dass er den Ausleger-Tragerahmen 7 anhebt
(oder absenkt) und dadurch die Höhe
des gesamten Auslegers der Sprüheinrichtung
einstellt. Eine alternative Einrichtung, um diese vertikale Einstellung
zu erreichen, kann anstelle davon vertikale Gleitschienen verwenden.
Es sollte allerdings angeführt
werden, dass diese Ausleger-Höhen-Einstellung
nicht für
die Erfindung, wie sie hier beansprucht ist, relevant ist.
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Sowohl
der Roll-Rahmen 8 als auch der Mitten-Ausleger-Rahmen 9 sind
mit dem Ausleger-Tragerahmen 7 verbunden, um eine Drehung
relativ zu der Uhrzeigerrichtung oder in Gegenuhrzeigerrichtung
zuzulassen. Dies wird durch einen Schwenkstift 10 vorgenommen,
der eine Schwenkbefestigung darstellt, um eine Drehbewegung des
Mitten-Ausleger-Rahmens 9 zuzulassen.
Der Roll-Rahmen 8 ist auch schwenkbar durch den Stift 10 befestigt
und in der Lage, sich drehbar zu bewegen (d. h. unabhängig irgendeiner
Drehbewegung durch den Mitten-Ausleger-Rahmen 9). Der Roll-Rahmen 8 ist
eine feste Struktur (hergestellt aus Stahl in dieser Ausführungsform)
und ist mit dem Ausleger-Tragerahmen 7 mit
einem hydraulischen Roll-Zylinder 11 verbunden. Wenn sich
der Roll-Zylinder 11 verlängert (oder
zurückzieht
bzw. verkürzt),
bewirkt er, dass sich der Roll-Rahmen 8 in
einer Gegenuhrzeigerrichtung (oder Uhrzeigerrichtung) dreht. Dies übt ein Drehmoment
auf den Mitten-Ausleger-Rahmen 9 über einen Dämpfer 13 aus, ebenso
wie über
zentrierende Federn 12 in dieser besonderen Ausführungsform,
wobei zwei davon an jeder Seite des Roll-Rahmens 8 installiert
sind, und dies bewirkt wiederum, dass sich das gesamte Ausleger-Rahmen-Werk
so dreht, wie dies in 3 dargestellt ist, bis sich
Kräfte
an dem Ausleger aufheben und eine neue Roll-Position eingerichtet
wird. Der Roll-Rahmen 8 und
der Zylinder 11 (mit seinem zugeordneten Betätigungsventil 26) arbeiten
zusammen als ein Roll-Steuermechanismus für die Drehung des Auslegers
relativ zu dem Trage-Rahmen auf ein Roll-Steuersignal 27 hin,
das durch eine Steuereinheit 25 erzeugt wird.
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Das
Ausleger-Roll-Steuersystem ist in dieser Ausführungsform durch Abstandsmessvorrichtungen 14, 17 und 21,
die so montiert sind, wie dies dargestellt ist, und Ultraschall-Echosensoren, eine
Steuereinheit in der Form eines Mikroprozessors 25 (dargestellt
in 7, allerdings nicht in den 4-6) dargestellt,
einen hydraulischen Roll-Zylinder 11 und sein zugeordnetes
Betätigungsventil
(innerhalb einer Ventilreihe 26), um den Aus leger zu drehen
(ein Rollen zu bewirken), vorgesehen. Die Steuereinheit 25 empfängt und
verarbeitet Abstandsmess-Informationssignale von den Vorrichtungen 14, 17 und 21 und erzeugt
daraus ein Roll-Steuersignal 27, das so ausgelegt ist,
um das Ventil innerhalb der Ventilreihe 26 anzusteuern,
das den hydraulischen Roll-Zylinder 11 so, wie dies geeignet
ist, betätigt
(d. h. bewirkt, dass sich sein Verlängerungselement herausfährt oder einzieht),
um das Rollen des Auslegers zu steuern, und demzufolge dabei zu
unterstützen,
die Höhe
des Auslegers entlang seiner Länge über das
Sprühziel zu
steuern. Die 4 und 5 stellen
den Aufbau der Abstandsmessvorrichtungen (Sensoren) in der dargestellten
Ausführungsform
dar.
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Die
Flügelabschnitt-Positions-Messvorrichtung
ist mit einem linken und einem rechten Flügelsensor 14, 17 versehen.
Der linke Flügelsensor 14 erzeugt
ein linkes Flügelsignal,
das den Abstand von dem Sensor 14 mit einer Referenzposition
(die als Boden in den Zeichnungen dargestellt ist, um das Sprühziel anzugeben)
in Korrelation setzt, und dieser Abstand entspricht der Höhe des linken
Flügelabschnitts 15.
Neben dem Roll-Steuersystem dieser Erfindung wird diese Flügel-Boden-Abstandsmessung auch
durch die Steuereinheit 25 verwendet, um die Höhe des linken
Flügels 15 mittels
des linken Flügelzylinders 16 zu
steuern (und ähnlich
wird das Ausgangssignal des rechten Flügelsensors 17 verwendet,
um die Höhe
des rechten Flügelabschnitts 18 mittels
des rechten Flügelzylinders 19 zu
steuern). Ein Mitten-Ausleger-Sensor 20 erzeugt ein Signal, das
zu dem Abstand von dem Sensor 20 zu dem Boden korreliert,
und diese Abstandsmessung stellt die Höhe des Mitten-Auslegers 9 dar.
Auch wird, neben dem Roll-Steuersystem dieser Erfindung, diese Ausleger-Boden-Messung
durch die Steuereinheit 25 verwendet, um die Höhe des gesamten
Auslegers zu steuern (d. h. durch Bewegen des Ausleger-Trage-Rahmens 7 und
des Mitten-Ausleger-Rahmens 9, der daran befestigt ist,
an dem die Flügel
befestigt sind), und zwar mittels eines Hauptausleger-Hebezylinders 6.
Diese Flügelspitzen-
und Ausleger-Höhensteuerungs-Merkmale
sind hier nur zu Zwecken der Information angegeben, allerdings sollte
verständlich
werden, dass sie kein Teil des Roll-Steuersystems der vorliegenden
Erfindung bilden.
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Die
Abstandsmessvorrichtung 21 liefert zu der Steuereinrichtung 25 dynamische
Abstandsmess-Informationen, die der Roll-Wirkung des Auslegers zu
dem Zeitpunkt, zu dem die Messung erzeugt wird, zugeordnet sind.
Genauer gesagt wird in dieser Ausfüh rungsform ein Ultraschall-Echosensor 21 verwendet,
um den Abstand zwischen dem Sensor 21 und einer Ausleger-Roll-Referenz,
die ein festgelegter Feder-Sollbetrag 22 ist (nachfolgend
hier bezeichnet als "Feder-Soll-Abstand"), zu messen. Der
Feder-Soll-Abstand,
der durch den Sensor 21 gemessen ist, korreliert die Ausdehnung
der Zentrierfedern 12, und daraufhin den Roll-Vorgang des
Auslegers. Diese Feder-Soll-Messung wird, wie durch das Steuersystem-Block-Diagramm 7 dargestellt
ist, in Kombination mit zwei Flügel-Sensor-Auslesungen
verwendet, um die Basis des Roll-Steuersystems dieser Erfindung,
wie sie hier beansprucht ist, zu schaffen. Das bedeutet, dass die
Abstands-Messungen,
die den Ausgängen
der drei Sensoren 21, 14 und 17 zugeordnet
sind, durch die Steuereinheit 25 verwendet werden, um ein
Roll-Steuersignal zu erzeugen, das dahingehend wirkt, das Ventil
innerhalb der Ventilreihe 26 anzusteuern, das den hydraulischen
Roll-Zylinder 11 versorgt, um die Ausdehnung davon einzustellen
und dadurch ein Roll-Drehmoment
entsprechend den Berechnungen der Steuereinheit 25 aufzubringen.
Es sollte durch einen Fachmann auf dem betreffenden Fachgebiet verständlich sein,
dass sich die Ventile der Ventilreihe 26 mit den hydraulischen
Zylindern über
Schläuche
verbinden und unabhängig voneinander
unter entweder der Steuerung der Steuereinheit 25 oder
eines manuellen Übersteuerungs-Mechanismus
(nicht in den Zeichnungen dargestellt, allerdings sind solche Übersteuerungs-Mechanismen
ausreichend bekannt und werden typischerweise für Sicherheits-Zwecke vorgesehen)
arbeiten (d. h. öffnen).
Jedes Ventil in der Ventilreihe 26 arbeitet dahingehend,
seinen zugeordneten Zylinder zu steuern, d. h. ein Roll-Zylinder-Ventil
steuert den hydraulischen Roll-Zylinder, ein hydraulisches Ventil für den rechten
Flügel
steuert einen hydraulischen Zylinder für den rechten Flügel des
Auslegers, usw.. Für
die dargestellte Ausführungsform
wurden Proportional-Ventile für
den Einsatz ausgewählt,
wodurch der Ölfluss
zu dem Hydraulikzylinder, der jedem Ventil zugeordnet ist, proportional
entsprechend dem Steuersignal gesteuert wird, das von der Steuereinheit 25 zu
diesem Ventil zugeführt
wird.
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Der
Sensor 21 weist einen Ultraschallwandler zum Übertragen
und Empfangen auf, wie dies im Stand der Technik bekannt ist, alternativ
können
ein separater Sender und ein Empfänger verwendet werden. Der
Sensor 21 weist auch eine Verarbeitungseinrichtung in der
Form eines Mikroprozessors auf, die so aufgebaut ist, um einen Empfang
des Ultraschall-Echos zu verarbeiten, um Rauschen und andere, einen
Fehler mit sich bringende Informationen herauszufiltern und um das
herausgefilterte Schallecho in einen nummerischen Wert (z. B. x
Millimeter) umzuwandeln. Eine Datenübertragungsschaltung, die so
aufgebaut ist, um diesen Wert zu einer Steuereinheit 25 zu übertragen,
ist auch durch den Sensor 21 vorgesehen.
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Für die bestimmte
Ausführungsform
der Erfindung, die hier dargestellt ist, weist die Steuereinheit 25,
die für
die Benutzung ausgewählt
ist, einen Mikroprozessor auf, der eine 8051 Architektur besitzt.
Allerdings wird der Leser verstehen, dass zahlreiche andere spezifische
Steuereinheiten ebenso geeignet aufgebaut werden könnten und
verwendet werden könnten,
um die Erfindung umzusetzen, wobei eine allgemeine Kategorie solcher
alternativen Vorrichtungen programmierbare, logische Steuereinheiten
(PLC's) sind, die
ausreichend für
Fachleute auf dem betreffenden Gebiet der Steuersysteme bekannt
sind. Die Funktionen, die durch die Steuereinheit 25 durchgeführt werden,
umfassen einen Empfang und ein Verarbeiten von Abstandsinformationen von
den Sensoren (z. B. der Roll-Abstandssensor 21 und der
linke und der rechte Abstandssensor 14, 17), die
optional an einer Bediener-Schnittstelle vorgesehen sind, die einem
Bediener ermöglichen,
den System-Modus automatisch oder manuell einzustellen (allerdings
kann diese Funktionalität
anstelle davon getrennt von der Steuereinheit 25, entsprechend dem
ausgewählten
Design, vorgesehen werden), ein Verarbeiten eines Algorithmus entsprechend
der Erfindung, um ein Ausgangs-Roll-Steuersignal zu bestimmen, und
Ventil-Ansteuereinheiten, um das Roll-Steuersignal zu dem zugeordneten
Roll-Ventil in der Ventilreihe 26 zu übertragen.
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Die
Steuereinheit 25 führt,
wie durch das Flussdiagramm der 8 dargestellt
ist, Berechnungen basierend auf den Abstands-Messungs-Informations-Signalen,
die durch den Roll-Sensor 21 und den linken und den rechten
Flügelsensoren 14, 17 erzeugt
sind, durch, und, als Folge, wird ein Ausleger-Roll-Steuerfehler-Wert
(Erc), basierend auf einer Kombination eines Flügelabschnitt-Differential-Werts (Ew)
und eines Ausleger-Roll-Werts (Es) (alternativ jeweils hier bezeichnet,
speziell in 8, als Ausleger-Roll-Fehler
(Ew) und Feder-Roll-Fehler (Es)), berechnet. Der Ausleger-Steuerfehler
(Erc) wird durch die Steuereinheit 25 verwendet, um Zylinderausfahrgrößen- und
Richtungssteuersignale zu berechnen, um die Hydraulikventile 26 anzusteuern
und den Roll-Zylinder 11 entsprechend den Berechnungen der
Steuereinheit zu betätigen.
Der Mikroprozessor 25 berech net einen Ausleger-Roll-Wert
(Es) gleich zu dem gemessenen Feder-Sollabstand (ST) minus einer
Sollpunkthöhe
(SP_S), wobei die Sollpunkthöhe hier
als ein Referenz-Sollabstand
bezeichnet wird, der eine Referenzrollposition für den Ausleger darstellt. Er
berechnet auch einen Flügelabschnitt-Differential-Wert
(Ew) gleich zu der Hälfte
der Differenz zwischen der linken Ausleger-Boden-Abstandsmessung
(LW) und der rechten Ausleger-Boden-Abstandsmessung (RW).
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Sowohl
der Ausleger-Roll-(Es)- als auch der Flügel-Abschnitt-Differential-(Ew)-Wert
sind skaliert, und zwar durch Skalierungsfaktoren (WSF und SSF jeweils),
bei denen es sich um eine Zahl handelt, die typischerweise geringer
als 1 ist, um skalierte Ausleger-Roll- und Flügel-Abschnitt-Differential-Werte (Es', Ew') zu erzeugen. Wie
einem fachkundigen Leser verständlich
werden wird, werden diese Skalierfaktoren dazu verwendet, die Ansprechempfindlichkeit
auf einen Steuervorgang zu bestimmen und die spezifischen Werte,
die zu diesen Skalierfaktoren zugeordnet sind, werden für irgendeine
gegebene Ausführungsform
dieser Erfindung unterschiedlich sein, und zwar in Abhängigkeit
von den Dimensionen des Auslegers und anderen Dynamiken des bestimmten Geräts (z. B.
Sprüheinrichtung),
das für
die Umsetzung verwendet wird. Eine Standard-Steuer-Theorie und ein
Testen des Skalierfaktors müssen,
wie für Fachleute
auf dem betreffenden Fachgebiet ausreichend bekannt ist, für eine gegebene
Umsetzung verwendet werden, um die Funktionsweise der Steuereinheit 25 zu
optimieren.
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Ein
Roll-Steuer-Fehler-Wert (Erc) gleich zu der Summe der skalierten
Ausleger-Roll- und Flügel-Abschnitt-Differential-Werte
(Es' + Ew') wird dann durch
die Steuereinheit 25 berechnet. Der Absolutwert des Roll-Steuerfehler-Werts
(d. h. um die Rollrichtungsinformationen zu entfernen) werden dann mit
einem Roll-Steuerfehler-Totband- bzw. Unempfindlichkeitswert (Dbrc)
verglichen, und um sicherzustellen, dass er größer als der Unempfindlichkeitswert
ist, und wenn dies der Fall ist, erzeugt die Steuereinheit 25 ein
Steuersignal von dem Roll-Steuerfehler-Wert, der so berechnet ist,
um das Roll-Zylinder-Ventil der Ventilreihe 26 anzusteuern,
und den Roll-Zylinder 11 so einzustellen, um die Rollwirkung des
Auslegers entsprechend den Berechnungen der Steuereinheit 25 zu
steuern. Wenn der Roll-Steuerfehler-Wert (Erc) größer als
der Roll-Steuer-Unempfindlichkeitswert (Dbrc) ist, wird er auf Null
gesetzt und keine Einstellung wird in Bezug auf die Rollwirkung
des Auslegers vorgenommen. Der Zweck, diesen Unempfindlichkeits-Vergleich
anzuwenden, ist derjenige, sicherzustellen, dass ein Gleichgewichtspunkt
durch das Steuersystem erreicht werden kann, wodurch der Steuervorgang
endet (d. h. wo das Steuersignal 27 inaktiv wird). Ohne
ein derartiges Heranziehen eines Gleichgewichtspunkts würde das
Steuersystem einer größeren Abnutzung
unterworfen werden.
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Die
folgenden, primären
Roll-Steuerfunktionen werden durch den Roll-Steuer-Algorithmus der 8 unter
Verwendung der vorstehenden Kombinationen von Abstandsmessungen
begleitet.
- 1. Eine erste Roll-Steuerfunktion
ist diejenige, Ausleger-Höhen-Fehler,
die durch das Sprühfahrzeug
selbst eingefügt
werden, wenn die Räder 4 über einen
unebenen Boden fahren und bewirken, dass sich der gesamte Ausleger
in einem nicht ausnivellierten Zustand bewegt, zu verringern. Zum
Beispiel würde,
wenn ein linkes Rad nach oben an einer Furche laufen würde, dies
sowohl den Sprüheinrichtungs-Rahmen 2,
den Ausleger-Trage-Rahmen 7 als auch den Roll-Rahmen 8 dazu
bringen, sich in einer Uhrzeigerrichtung zu drehen, da diese Rahmen
miteinander verbunden sind. Wenn diese Drehung stattfindet, ist
eine Zeitverzögerung
vorhanden, bevor die Federn 12 und die Dämpfungseinrichtung 13 eine
ausreichende Kraft erzeugen, um den Mitten-Ausleger-Rahmen 9 aufgrund
der Trägheitskraft
des gesamten Auslegers zu drehen. Während dieser Zeitverzögerung wird
sich der Abstand, gemessen durch den Rollsensor 21, erhöhen, und
deshalb leitet die Steuereinheit 25 eine Roll-Einstellung
ein, indem bewirkt wird, dass sich der Roll-Zylinder 11 in
einer solchen Art und Weise verlängert,
um den Abstand, der durch den Rollsensor 21 gemessen ist,
zu seinem neutralen Punkt zu bringen, der der Sollpunkt-Höhen-Wert (SP_S)
ist. Tatsächlich
versucht der Betrieb der Steuereinheit 25 fortlaufend,
den Feder-Soll-Abstand auf einem konstanten Wert gleich zu der Sollpunkt-Höhe (SP_S)
zu halten, wenn der linke und der rechte Flügelsensor etwa denselben Abstand
messen (siehe nachfolgend).
- 2. Eine zweite Roll-Steuerfunktion ist diejenige, dabei zu helfen,
den Roll-Fehler zu verringern, der zwischen den gegenüberliegenden
Flügelspitzen des
gesamten Auslegers existiert, da der berechnete Roll-Steuer-Fehlerwert
(Erc) auch von dem Flügel-Roll-Fehler-Wert (Ew)
abhängt
(d. h. zusätzlich
dazu, dass er auch von dem Feder-Soll-Fehler abhängt). Wenn der linke Flügelsensor 14 höher als
der rechte Flügelsensor 17 ist,
dann kann eine Roll-Korrektur in Gegenuhrzeigerrichtung durch das
Steuersystem eingeleitet werden. Ebenso kann, wenn der rechte Flügelsensor 17 höher als
der linke Flügelsensor 14 ist, dann
eine Korrektur in Uhrzeigerrichtung stattfinden, um dies zu korrigieren
(allerdings auch in Abhängigkeit
von den Abstandsmess-Informationen, die von dem Roll-Sensor 21 bestimmt
sind). In jeder dieser zwei Situationen arbeitet die Steuereinheit 25 so,
um zu bewirken, dass sich der Roll-Zylinder 11 verlängert oder
verkürzt
(entsprechend der Drehrichtung, die benötigt wird), so dass Kräfte, die
durch die Federn 12 und die Dämpfungseinrichtung 13 aufgebracht
werden, dabei unterstützen,
den Ausleger zurück
zu einem ausnivellierten Zustand zu bringen, d. h. einem Zustand, bei
dem der gesamte Ausleger ungefähr
parallel zu dem Boden verläuft.
Die spezifische Wirkung der Steuereinheit ist diejenige, den Roll-Zylinder 11 so
einzustellen, dass der Feder-Soll-Fehler (der die Differenz zwischen
dem Abstand, gemessen durch den Roll-Sensor 21, und dem
Sollpunkt-Höhen-Wert
ist) proportional zu dem differentiellen Fehler ist, der durch die
Flügelsensoren 14, 17 gemessen
ist.
- 3. Eine dritte Roll-Steuerfunktion ist diejenige, dabei zu helfen,
den Ausleger zu stabilisieren. Wenn ein Roll-Fehler existiert, bewirken
die Kräfte,
die durch die zentrierenden Federn 12 aufgebracht werden,
dass der Ausleger damit beginnt, sich zu einer neutralen Position
hin zu bewegen, und wenn er dies vornimmt, nähern sich die Federkräfte einem
Gleichgewicht. Allerdings ist dabei, wenn der Ausleger ein Drehmoment
besitzt, eine Tendenz, ohne das Roll-Steuersystem, vorhanden, dass
sich der gesamte Ausleger hinter die neutrale Position bewegt (d.
h. überläuft) und
einen Roll-Fehler in der entgegengesetzten Richtung erzeugt. Dies
bewirkt wiederum eine ausbalancierende Einstellung in der entgegengesetzten
Richtung, und der Vorgang wird wiederholt, was eine Instabilität und unnötige Ausleger-Höhen-Fehler hervorruft.
Das Roll-Steuersystem
der vorliegenden Erfindung hilft dabei, den Ausleger zu stabilisieren,
wenn er sich einem ausnivellierten Zustand annähert. Das bedeutet, dass sich
dann, wenn sich der Ausleger einem Niveau-Zustand annähert, der
Roll-Rahmen 8 dazu gebracht wird, sich in der entgegengesetzten
Richtung zu drehen, und die Kräfte,
die durch die Dämpfungseinrichtung 13 aufgebracht
werden, verringern dann das Drehmoment des Auslegers, um den Überlauf des
Auslegers zu verringern oder im Wesentlichen zu beseitigen. Dies
hat den Effekt, dass ein stabilerer Ausleger erhalten wird, wodurch
Höhen-Fehler
verringert werden. Weiterhin ermöglicht,
entsprechend der Standard-Steuer-Theorie, ein Einrichten eines stabileren
Auslegers einen hohen Steuersystemnutzen, was die Ansprechgeschwindigkeit
des gesamten Höhen-Steuersystems verbessert.
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Die
Kombination der vorstehenden Roll-Steuerfunktionen der Erfindung
ergibt ein aktives, intelligentes Roll-Steuersystem für frei tragende Ausleger,
die eine wesentlich verbesserte Funktionsweise gegenüber den
bekannten Basis-Höhen-Steuersystemen
haben, wobei sich der Ausdruck "frei
tragender Ausleger" hier
auf eine Ausleger-Anordnung bezieht, bei der der Ausleger nicht
in direktem Kontakt mit dem Boden steht. Weiterhin kann diese Kombination
einer Höhen-
und Roll-Steuerung allgemein auf irgendein Landwirtschaft-Industrie- oder Baugerät angewandt
werden, das sowohl Höhen-
als auch Roll-Steuerungen
verwendet.
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Für die Ausführungsform,
die in den 4-6 dargestellt
ist, ist der Ausleger-Roll-Mechanismus
mit einem Roll-Rahmen 8 mit einem Roll-Zylinder 11,
der diesen mit dem Ausleger-Trage-Rahmen verbindet, und mit Federn 12 und
einer Dämpfungseinrichtung 13,
die ihn mit den Mitten-Ausleger 9 verbindet, versehen.
Es sollte allerdings verständlich
werden, dass alternative Roll-Mechanismen geeignet zur Verwendung
in irgendeiner gegebenen Anwendung ausgelegt werden können (d.
h. anstelle derjenigen, die in den 4-6 dargestellt
sind). Ein Beispiel einer solchen Alternativen ist in 9 dargstellt,
in der das Rollen des Auslegers mittels eines sich horizontal erstreckenden Roll-Zylinders 110 und
eines Roll-Trägers 80 gesteuert
wird, wobei der Roll-Träger 80 die
Stelle des Roll-Rahmens 8 der Ausführungsform der 4-6 einnimmt.
Funktional steuert allerdings diese alternative Ausführungsform
das Ausleger-Rollen in einer ähnlichen
Art und Weise zu dem Ausleger-Roll-Mechanismus, der in den 4-6 dargestellt
ist. In 9 verbindet ein Schwenkstift 100 einen
Ausleger-Träger-Rahmen 80 mit
einem Mitten-Ausleger-Rahmen 90 und
ein Roll-Sensor 210 misst den Abstand eines Feder-Soll-Ziels 220.
Der Roll-Träger 80 ist
mit dem Ausleger-Trage-Rahmen 70 über den hydraulischen Roll-Zylinder 110 verbunden,
der, wenn er sich verlängert
und verkürzt,
bewirkt, dass der Roll-Träger 80 auf
einer Welle (nicht dargestellt) gleitet, die als eine Führung für Druckfedern 120 wirkt,
die mit dem Mitten-Ausleger-Rahmen 90 verbunden sind. Der
Roll-Träger 80 verbindet
den Zylinder 110, eine Dämpfungseinrichtung 130,
beide Federn 120 und ein Feder-Ziel 220 miteinander.
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Optional
kann es erwünscht
sein, in das Steuersystem einen Steuer-Mechanismus einzusetzen,
um den Mitten-Ausleger 9, im Durchschnitt, parallel zu
dem Ausleger-Trage-Rahmen 7 zu
halten. Für
eine solche Option kann der Sensor 22 auch dazu verwendet
werden, die relative Position des Mitten-Auslegers 9 zu
dem Ausleger-Trage-Rahmen 7 zu bestimmen, wodurch die Position
eines zweiten Ziels 23, befestigt an dem Ausleger-Trage-Rahmen 7 (siehe 5),
auch durch den Sensor 21 gemessen wird. Unter Verwendung
eines Ultraschall-Echo-Sensors für
den Sensor 21 wird nur dieser (eine) Sensor benötigt, um
dies vorzunehmen, allerdings könnte ein
getrennter Abstands- oder Winkelsensor auch verwendet werden.
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Optional
kann, wenn der Roll-Sensor 21 geeignet orientiert ist (wie
beispielsweise derjenige, der in 5 dargestellt
ist), der Sensor 21 auch dazu verwendet werden, die Höhe des Mitten-Auslegers 9 zu
bestimmen, um das Erfordernis nach einem getrennten Mitten-Ausleger-Höhen-Sensors 20 zu
beseitigen. Ein Ausleger-Trage-Rahmen-Sollabstand (REF) plus eines
Offset-Werts (wie dies dargestellt ist), werden von einem mittels
dem Sensor gemessenen Abstand zu dem Sprüh-Ziel (Boden) abgezogen, um
die Mitten-Ausleger-Höhe zu bestimmen,
wie dies durch 5 dargestellt ist.
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Die
einzelnen elektronischen Verarbeitungsfunktionen, die in den vorstehend
beschriebenen Ausführungsformen
verwendet sind, werden einzeln ausreichend durch Fachleute auf dem
betreffenden Fachgebiet verstanden. Es sollte für den Leser verständlich sein,
dass eine Vielzahl von anderen Ausführungsformen durch Fachleute
als eine Substitution vorgesehen werden können. Fachleute auf dem Gebiet
von elektronischen Steuersystemen für Maschinen werden leicht in
der Lage sein, die vorliegende Erfindung in einer geeigneten Umsetzung
für eine erwünschte Anwendung
umzusetzen. Es sollte auch verständlich
sein, dass die spezifischen Typen und die Konfigurationen der Maschinenteile,
die hier unter Bezugnahme auf die dargestellten Ausführungsformen
beschrieben sind, nicht dazu vorgesehen sind, die Erfindung einzuschränken; zum
Beispiel ist die Erfindung weder dahingehend vorgesehen, auf irgendeine
spezifische Anordnung oder einen Typ eines Auslegers beschränkt zu werden,
noch auf irgendeine spezifische Anordnung oder einen Typ von Abstandsmessungsvorrichtungen
oder Roll-Mechanismen beschränkt
zu werden, für
die verschiedene alternative Ausführungsformen durch einen Fachmann
auf dem betreffenden Fachgebiet, basierend auf den Lehren hier oder
besonderen Anwendungen, bestimmt werden können.
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Demzufolge
sollte verständlich
werden, dass die bestimmte Ausführungsform,
die hier anhand einer Erläuterung
dargestellt und beschrieben worden ist, nicht dazu vorgesehen ist,
den Schutzumfang der Erfindung einzuschränken, wie er durch die Erfinder beansprucht
ist, der durch die beigefügten
Ansprüche
definiert ist.