Seitenführung von Traktoranbaugeräten in ... - Tec.wzw.tum.de

Vorsitzender:
Prüfer der Dissertation:
Institut für Landtechnik
der Technischen Universität München
Seitenführung von
Traktoranbaugeräten in Beetkulturen
Pani Hartmann
Vollständiger Abdruck der
von der Fakultät für Landwirtschaft und Gartenbau der
Technischen Universität München
zur des akademischen Grades eines
Doktors der Agrarwissenschaften
genehmigten Dissertation.
Univ-Prof Dr. Auernhammer
1. Univ.-Prof. Dr. 1.
2. Univ.-Prof Dr. W. Rothenburger
Die Dissertation wurde am 05.10.1999 bei der
Technischen Universität München eingereicht
und durch die Fakultät für Landwirtschaft und Gartenbau
am 20.12.1999 angenommen.

vorliegende Arbeit
Forsten gefördert.
© 2000 Landtechnik Weihenstephan
ISSN-Nr. 093 ]·6264
vom Bundesministerium für Ernährung, L

Vorwort
Die Rückführung der Aufwandmengen oder der vollständige Verzicht auf den Ein-
satz von Herbiziden ist mit erheblichen Kosten und Risi-
ken für den verbunden, Für den Anbau ist eine chemische
Unkrautregulierung ohne die Alternativen nicht zulässig und
ist die Verfügbarkeit von Herbiziden wegen fehlender unzurei-
chend; der Anbau nach ökologischen Richtlinien schließt den Einsatz synthetischer
Herbizide aus. Vor diesem Hintergrund haben Arbeiten zur von Ge-
räten und Verfahren zur mit Maßnahmen erheb-
lich an Bedeutung gewonnen. Wesentliche Probleme diesem Zusammenhang sind
die von Arbeitskräften und die Kosten für die Durchführung von
Hackarbeiten in Beetkulturen. Eine Automatisierung ist allen Se-
reichen unerlässlich, insbesondere wird Bedarf der automatischen Geräteführung
In der vorliegenden Arbeit die Ziele in der Erarbeitung von Grundlagen
ein Regelungsverfahren zur automatischen Führung von Pflan-
zenreihen. Dieses Problem umfasst Teilbereiche: und Erfas-
sung der Pflanzenreihe,
sowie mechanische des Die Arbeit ist mit einem
hohen experimentellen Aufwand sehr und mit dem Bau
und der Erprobung eines abgeschlossen worden. Zur ökono-
mischen von automatischen Geräteführungen dient Simulations­
programm mit dem beispielhaft für Gemüsebaubetriebe unterschiedlicher Größe und
kulturtechnischer Ausrichtung der deutlich gemacht wird. Die
Ergebnisse der Arbeit sind von außerordentlich und werden auch Ein-
gang in die Praxis finden.
den 1.2.2000 Prof. Dr. habil. J.

An dieser Stelle möchte ich die Gelegenheit nutzen, allen herzlich zu danken, die
zum Gelingen dieser Arbeit beigetragen haben :
Mein ganz besonderer Dank gilt Herrn Prof. Dr. J. Meyer für die überlassung des
Themas und für seine Unterstützung und Förderung bei der Durchführung dieser
Arbeit.
Bei Herrn Prof. Dr. W. Rothenburger möchte ich mich für die übernahme des Kore­
ferates bedanken sowie bei Herrn Prof. Dr. H. Auernharnmer für die übernahme des
Prüfungsvorsitzes.
Danken möchte ich Herrn Prof. Dr. Feucht für die überlassung des Gewächshauses
mit der Versuchsstrecke.
Bei meinen Kollegen Dr. A. Bertram und H.P. Römer sowie dem Diplomphysiker
W. Krötz bedanke ich mich für die anregenden Diskussionen und die konstruktive
Kritik.
Mein Dank gilt allen, die an der Konstruktion und dem Bau der Versuchsgeräte und
-einrichtungen beteiligt waren . Nennen möchte ich an dieser Stelle Herrn H. Stadler,
die Mitarbeiter der Werktstatt sowie Dr. H. Stanzei , Herrn F. Bauer und den Elek­
troingenieur der Landtechnik J. Dallinger.
Bei Herrn H. Keller möchte ich mich für die technischen Zeichnungen, die mit viel
Liebe zum Detail angefertigt wurden , bedanken.
Für ihre Unterstützung und dafür, daß sie mich während meiner Promotionszeit stets
aufs Neue motiviert haben, möchte ich mich schließlich ganz besonders bei meinen
Eltern und meiner Freundin Kathrin bedanken.
Weihenstephan, im Januar 2000 Paul Hartmann

Inhaltsverzeichnis
1
2
2.2
2.3
2.3.1
2.3.2
2.3.2.1
2.3.2.2
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.8.1
2.8.2
2.8.3
2.8.4
3
4
4.1
4.1.
Inhaltsverzeichnis 5
Abbildungsverzeichnis " 8
Tabellenverzeichnis 12
Verzeichnis
Verzeichnis
Formelzeichen 13
Abkürzengen 15
Einleitueg und Problemstellang 16
Stand des Wissens 19
Automatische Gerätesteuerungen 20
Automatische Gerätesteuerungen 20
Sensoren zur der Landwirtschaft 22
Mit Tastern 25
Berührungslos arbeitende 28
Optische Verfahren 28
Akustische Verfahren 30
Bildverarbeitung 32
Angaben zu Pflanzenpositionen und Reihenverläufe 35
Bodenoberflächen und 36
Regelung und in der automatischen 37
Regelungstechnische Methoden zur der 39
Prädiktion 40
Vermaschung 40
Adantion 43
Koordination 46
Zielseuung 48
Material und Methoden 50
voroahen für eine 50
Pflanzenpositionen und Reihenverlauf.. 50

4.1
41.1.2
4.1.3
4.2.J
4.2.2
4.2.2.1
4.2.2.2
4.2.2.3
4.2.3
4.3
4.31
4.3.2
4.3.3
4.3.4
4.3.5
4.3.6
4.3.6.1
4.3.6.2
4.3.6.3
4.3.7
4.4
4.4.1
4.4.2
5
5.1
5.2
5.3.l
5.3.1.1
5.3.1.2
5.3.1.3
5.3.
5.3.2
5.4
Versuchsdurchführung und Meßaufbau Richtschnur. Maßband
und Winkel................................................................................... 5
Versuchsdurchführung und Meßaufbau mittels 52
Höhenprofile Beetoberflächen und Pflanzenbestände , 53
Versuchsdurchführung und Meßaufbau , 54
Sensoruntersuchungen 57
Statische und 58
Ultraschallsensoren 58
Die· Modellkörper 59
Versuchsaufbau für statische !
Versuchsaufbau für dynamische Untersuchungen ..
Lasersensoren 62
Gerätetechnische 65
Versuchsstand und Meßaufbau 65
Versuchsgerät Seitenführung 6
Versuchsgerät Höhenführung 68
SPS-Steuerung 70
Reaktionsverhalten der Versuchsmechanik 70
Regelungsentwicklung für automatische Geräteführung ..
Einfache Reglerstrukturen 73
Fahrversuche zur Höhen- und Seitenführung 82
Modellkalkulation zur ökonomischen automatischen
Geräteführung 83
Fixkosten '" 84
Variable Kosten 87
Beschreibung der Modellannahmen 88
Ergebnisse zu den Vorgaben automatisehen
Seitenführung - Pflanzenreihen 92
Ergebnisse zu den Untersuchungen einer automatischen
Höhenführung - Bodenoberflächen / Pflanzenbestände 102
Ergebnisse zu den Sensoruntersuchungen ..
Ultraschallsensoren .
Statische Untersuchungen ..
Untersuchungen zum Reflexionsverhalten .
eingesetzten Lasersensor .
Reaktionsverhalten der Versuchsmechanik Seitenführung
16

5.4.
5.4.2
5.4.3
5.4.3.1
5.4.3.2
5.4.4
5.4.5
5.4.6
5.5
5.5.1
5.5.2
5.5.3
6
6.1
6.2
6.3
6.4
7
HI
Inhaltsverzeichnis 7
Wiederholungsgenauigkeit des im Versuchsstand
Blumenstraße 117
Fahrgeschwindigkeitseinfluß aufdie Versuchsfahrten 121
Untersuchungen an einfachen Reglerstrukturen 125
Fahrverlaufbei unterschiedlichen Verstellzeiten der Scheibenseche 126
Fahrverlaufbei unterschiedlichen Geschwindigkeiten 128
Proportionalregler 130
Modellregler 135
Fahrversuche zur Höhen- und Seitenführung 140
Ökonomische Betrachtung der automatischen Geräteführung 145
Kostenkalkulation Modellbetrieb I 146
Kostenkalkulation Modellbetrieb Il 147
Kostenvergleich der beiden Modellbetriebe 148
Diskussion und Schlußfolgerungen 150
Rahmenbedingungen 151
Sensoruntersuchungen 153
Gerätetechnische Überprüfung 155
Ökonomische Betrachtung 158
Weiterführende Arbeiten 162
Zusammeufassung , , 164
Summary 167
Literaturverzeichnis 169
Anhang 175

8 Abbildungsverzeic/ulis
Bestandskanten
Rollentaster zum Antasten von
Mähdrescher E. 1986] .26
Abb. 2: aufeinen lasergeführten Gantrytraktor (verändert
P. van ZUYDAM und C. SONNEVELD
Abb.3: Bildverarbeitung zur Reihenverfolgung KEICHER
et al, 1995) 34
Abb, Störgrößenaufschaltung (verändert nach und
SCHMIDT 1994) .41
Abb. Störgrößenvorregehmg (verändert nach PARLITZ . 42
Abb.6: Darstellung einer adaptiven nach SCHMlDT
1994) .45
Meßaufbau Vegetationspunkte von
Winkel 51
Abb.8: Meßaufbau mit Totalstation zur von
Abb.9: nach 1996) 63
Abb. 10: Versuchsstrecke mit angetriebenen Gerätetragrahmen 66
Abb.ll:
Meßaufbau " vo
Abb. 12: Versuchsmechanik Arbeitsgeräten " V7
Abb. Fahrverlaufund Sechstellurig für ein fest vorgegebenes
Programmablaufder bei der Reglerentwicklung eingesetzten
eines Proprotionalreglers " .

Abb, 15: Geometrischer Zusammenhang der seitlichen Position
Abb, 16:
Abb,17:
Abhängigkeit vom Sechwinkel '"'''''''''''''''''''''''''''''''''''' """"''''''''''''''''''
Zusammenhang der seitlichen Position während des
Drehvorganges..",,"""""''''''''''"",,,"",""""""."".""",,,."".,,,,,,,, ,""",,",," 81
Verlauf einer gesäten Pflanzenreihe. Rettich iRaphanus sativus L),
aufetwa 10 cm in
"",,,,,.,,,,,.,,,,,, "",,,,,,,,,,,,94
Abb, 18: Verlaufeiner Pflanzenreihe;
Abstand in der Reihe 35 cm ,,,',,""",,"
(Lactuca sativa L),
"""""""".,,,,,,,,,,,96
Abb, 9: Relative der seitlichen Abweichung
aufeinanderfolgender Pflanzen; arn einer gesäten (rechts)
und einer Kultur "","
Abb. 20: Gleitende Mittelwertbildung als einer Möglichkeit, um
aus den ein Steuersignal zu generieren
Abb. 21: Fahrverlaufeines Pflanzenschutztunnels über eine vorgegebene
Pflanzenreihe 1 m, Tunnelbreite 6 cm) "",,,,,,,,,,,,,,
,,97
"",99
, 100
Abb. 22: Oberflächenprofil von zwei unterschiedlichen Bodenproben
(Probe 1: feiner Humus; Probe Ir: Sand),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, """"'"'' 102
Abb. 23: Höhenprofil von drei unterschiedlichen Pflanzenbeständen
(Mungbohne, Radies und """".""",,,,, ''''''',''"'''''''','''''',,,'' "," lO4
Abb. 24: Oberflächenprofil und Höhenverlauf als Eingangssignal einer
automatischen (Meßstrecke 10 und ein
Meßstreckenausschnitt der ersten 600 mm)"""" """,",,"""""" """""." 105
Abb. 25: Radius des Erfassungsbereiches der untersuchten
Ultraschallsensoren ."",,,,,,,,,,,,, """""."""""""""", ".""",,,,,,,,, "."""",108
Abb, 26: der untersuchten Sensoren beim
der Modellstrecke 0 Hz, = 50 llU.H!"J",.",,,,,,,,",,"'"''''''''''''''
Abb. 27: Eichkurve und Meßpunkte für den untersuchten Laser-

Tabellenverzeichnis
Tab. I. der Landtechnik eingesetzte Leitlinien und mögliche
Tab. 3:
2: Bezeichmmgen und Abmessungen eingesetzten Modellkörper 60
4:
Tab. 5:
Tab.
Tab.
Tab.
Summen der Flächen, aufdenen Unkrautregulierungsrnaßnahmen
durchgeführtwerden müssen (verändert nach WEBER
Varianten für die Modellkalkulation
zwischen den 90
Flächenleistungen der Gerätekombinationen
Modellbetriebe 91
Fixe (Kr) und variable Kosten Geräte zur
Unkrautregulierung zwischen den Reihen " 145
Jährliche Gesamtkosten von Betrieb für die mechanische
Unkrautregulierung zwischen den 146
Jährliche Gesamtkosten Betrieb II mechanische
Unkrautregulierung zwischen den Kulturpflanzenreihen
Flächenbezogener Verfahrenskostenanteil der mechanischen
Unkrautregulierung zwischen den Kulturpflanzenreihen
....... 147
luevU.'W·,,'I 149

14 Verzeichnis der FarmelzeiC",h",e",n__
YH
a
Po
(0
seitliche
seitlicher Versatz aufdem Führungsholm beim Drehen
seitlicher Versatz beim
Auslenkwinkel der
Dichte der Po =
Drehzeit
Summe
gegenüber der Fahrtrichtung
=0

Verzeichnis der Abkärzungen
Abb. Abbildung
AK Arbeitskraft
Aufl. Auflage
Verzeichnis der Abkürzungen
bzw. beziehungsweise
ca, circa
DM Deutsche Mark
et al. et alies
ff. folgenden Seite(n)
Hrsg. Herausgeber
ha Hektar
Kap. Kapitel
Max, Maximum
Min. Minimum
o.g, oben genannten
S. Seite
Tab. Tabelle
u. und
usw. und so weiter
v.Chr, vor Christus
vergl. vergleiche
zR zum
z.r. zum Teil
zZt. zur Zeit

Seit der vor
nützliche Pflanzen anzubauen, versucht
Die
den
Jahrhundert begonnen hat, erfährt zur Zeit
begonnen hat, systematisch bestimmte,
auch
weiteren Höhepunkt, Komplexe Steuerungs-
Im und heute
leichtert oder ganz übernommen. Der Bereich Automatisierung
und
Landwirtschaft, die
die automatische und ist ein bisher weitgehend
Aufgabenfeld Iür die Elektronik und Gegenstand
dieser
insbesondere
Die angespannte deutschen Arbeitsmarkt daß
Verfügbarkelt von
heimischen aus sehr unterschiedlichen Gründen
die Teil- bzw,
Betriebe Das
der Arbeitskräfte
das vorhandene
von Kulturpflanzenreihen
hier einen wesentlichen
Arbeitskräfte zur Erleichterung
Neben der Schonung
gesamten SPicktruin
beitsverfahren bei
Bodenstruktur ist
Unkräutern
Arbeitsgängen für das Fortbestellen
Ein-
sicherer Regulierungserfolg gegenüber
Hauptforderung an das eingesetzte Ar-
außerdem zusätzlich eine Schlagkraft bei gleicbzeitig

Einleitung und Problemstellung
geringen Arbeits- und Gerätekosten gefordert 1989, PAR!SH 1990 und
WEBER Die Schlagkraft eines Verfahrens resultiert aus der Arbeitsbreite
der Fahrgeschwindigkeit und wird bei vielen Geräten die Wirkunzs-
weise des eingesetzten Gerätes als durch das Reaktionsverhalten Arbeitskraft beim
Führen entlang der Pflanzenreihe begrenzt. Die mit der ein Arbeitsgerät
an emer Pflanzenreihe entlang wird, nimmt dabei bei steigender
schwindigkeit ab. Durch den Einsatz einer automatischen könnte die
Geschwindigkeit und somit die Schlagkraft gesteigert werden. Andererseits ist eine
höhere bei unveränderter Fahrgeschwindigkeit möglich. Bei höheren Ar­
beitsgenauigkeiten läßt sich der Sicherheitsabstand zu den Pflanzen verringern, so daß
sich der Anteil der bearbeiteten Fläche erhöht. Diese der bearbeiteten Flä-
che bedeutet einen geringeren Verfahrensaufwand bei der in der
Pflanzenreihe.
Der Regulierungserfolg bei vielen Arbeitsgeräten wie z. B. bei der Reihenhack-
bürste eng mit der Bearbeitungstiefe zusammen Nur bei einer exakten
in der gerätespezifisch richtigen Arbeitstiefe können Geräte
optimale Ergebnisse liefern. Starre mechanische Höhenführungen sind zum
mit erheblichen Nachteilen, wie z.B, einer starken Stoß- und Schlagempfindlich­
keit, behaftet. Eine Erfassung der Bodenoberfläche bringt in diesem
Bereich Vorteile, da kleine Bodenunebenheiten wie Steine einzelne Erd-
kluten durch die Vorverrechnung der brauchbaren aus-
geschaltet werden können,
Steuerungen lassen sich in zwei Hauptkomponenten unterteilen. Die erste
Komponente ist das Ortungssystem. Seine Aufgabe ist die Positionserrnittlung
stems, Als können im landwirtschaftlichen Bereich sehr unterschiedli-
che Leitlinien dienen. Die zweite Komponente eines ist das
stem, Die Aufgabe des ist das Steuern der Leitlinie und der Aus-

18
der vom Ortungssystem erfaßten Abweichungen. Bei zur auf dem
Markt handelt es sich um einfache Regler,
mit zuvor fest eingestellten Parametern arbeiten sehr spezifisch einzusetzen
sind. nach einem universellen großes Spektrum
Steuerungsaufgaben kann mit den Geräten nur teil-
weise erfüllt werden.
Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, einen zur Entwickluna eines univer­
seilen leisten um damit für Produzenten eine zu schaffen,
Arbeitskräfte zu entlasten und die Verfahrenskosten zu senken.
Ein in dieser Arbeit in der von industriell vorhandenen
Sensoren und in der Uberprüfung ihrer Eignung für den landwirtschaftlichen und
gartenhauliehen Einsatz. weiterer Schwerpunkt ist eines
neten Regelkreises, der sich auf veränderlichen Rahmenbedingungen
einstellen

2 Stand des Wissens
Stand des Wissens 19
In der Vergangenheit hat sich eine Reihe sehr unterschiedlicher Personen mit der au­
tomatischen Geräteführung beschäftigt. Dabei kamen diverse differierende methodi­
sche Ansätze und Versuchsanstellungen zum Einsatz. Die erzielten Ergebnisse sind
daher nur bedingt untereinander vergleichbar. Bei den Angaben zu den beschriebenen
Geräten und Arbeitsweisen handelt es sich meist um Herstellerangaben. die häufig
unzureichend dokumentiert sind.
Ein Einsatzschwerpunkt einer automatischen Höhen- und Seitenführung von Arbeits­
geräten in Beetkulturen in der physikalischen Unkrautbekämpfung. Hier treten
insbesondere Probleme durch die Witterungsabhängigkeit des Bekämpfungserfolges
und die geringe Schlagkraft der eingesetzten Verfahren auf. MEYER und WEBER
(1996) formulieren allgemeine Anforderungen für die Tiefen- und Seitenführung von
Hackgeräten zur Unkrautregulierung in Reihenkulturen.
L. KOLLAR (1992) gibt einen Überblick über theoretische und technische Ansätze für
die Spurführung mobiler Aggregate. Die bestehenden Forschungsarbeiten werden in
Konzepte mit einem Fahrer als Hauptoperator und Ansätze, die ohne einen Fahrer
auskommen, unterteilt. Es werden Anforderungen an automatische Lenkeinrichtungen
und die Eigenschaften ausgewählter Mess- und Ortungsverfahren dargestellt.
Die stark variierenden Ausgangsbedingungen in der landwirtschaftlichen und gärtne­
rischen Praxis sowie die hohen Anforderungen an die Arbeitsqualität und Effektivität
stellt das Hauptproblem für den Einsatz technischer Lösungen aus der Industrie in der
Landwirtschaft dar IHOFFMANN

Bei der seitlichen von wird zwischen automatischen Lenkein-
richtungen und unterschieden. Automatische Lenkeinrichtungen
fuhren die ganze Arbeitsmaschine mit Die
funktion des Fahrers wird hier von übernommen,
wodurch dem Fahrer mehr zur anderen Arbeitsabläufe ver-
bleibt. werden derzeit von Herstellern
vor allem für Mähdrescher, Häcksler und selbstfahrende Rübenroder ange-
boten. Als Sensoren zur der Leitlinien kommen in mechanische
Taster, sie im 2.3.I werden, zum Einsatz.
übertragen, ausgleichen. Die
Seitenführung von Anbaugeräten stellt ein derartiges
Arbeitsgerät unabhängig vom Schlepper
2.2 Automatische Gerätesteuerungen
werden soll,
Ein Einsatzschwerpunkt automatischen Höhenführung ist
Sämaschinen. AUERNHAMMER
automati-
der automatischen .r-uru urnz
Schleppers muß
Fahrer
Uberwachung der

Stand des Wissens 21
Schartiefenüberwachung und mittels Ultraschall. Von einer au-
tomatischen Kontrolle kann jedoch nur bei der wer-
den, da hier das Sensorsignal von einem direkt des Schar-
drucks verwendet wird. Als Vorteil wird die Entlastung des auch bei
Arbeitsdauer Nachteilig wird der hohe Aufwand für die eingesetzte
Elektronik und eine Falschregelung durch die auf einen
fensensor beurteilt. Der Ultraschallsensor stellt dabei hohe Anforderungen an die ab­
getastete Bodenoberfläche. Diese sollte gleichmäßig sein, da ungleiche Krümelgrößen
zu großen Streuurigen bei den Meßwerten führen,
In der Kf'ßl.-Presse-Inforrnation 1/1986 wird von einer automatischen Saattiefen­
kontrolle auf Ultraschallbasis berichtet. Es handelt sich um ein in Australien
setztes Gerät, das außer zur Saat auch zur Bodenbearbeitung eingesetzt werden kann.
Eine von der Bodenfeuchte Saattiefenregelung wird von WEATHERLV und
BOWERS vorgestellt. Das besteht aus einem Feuchtesensor. mit dem
die Bodenfeuchte durch elektrische Leitfähigkeitsmessung bestimmt wird und einer
Sämaschine, deren Ablagetiefe durch einen verstellt werden kann.
Die einzelnen Komponenten und das Reaktionsverhalten des Systems
wurden zuerst parametrisiert und anschließend anhand von und
modellbasierenden Simulationen optimiert.
BRUNS und GÖHLICH erläutern die Problematik der kontaktlosen Feldoberflä-
chenerfassung durch Sensoren anhand eines Ultraschallsensors. Die Autoren stellen
Überlegungen zu einer rechnergestützten von an. Handelsüb-
liche Sensoren konnten nur nach einer an die Arbeitsaufgabe eingesetzt
werden. Als Anwendungsbeispiel wird die eines Feldspritz­
gestänges vorgestellt.
DVCK et al. beschreiben unter anderem ein Verfahren zur automatischen

22 Stand des Wissens
Tiefenführung von Bodenbearbeitungsgeräten und einer pneumatischen Sämaschine
den Untersuchungen wurden folgende Ergebnisse erzielt:
Automatische Tiefensteuerungen konnten das Arbeitsergebnis vor allem bei unter­
schiedlichen Bodenbedingungen auffallend verbessern. Bei konstanten Bodenbe-
kaum Unterschied in der Ablagegenauigkeit bei pneumatischen
Sämaschinen ohne automatischer Tiefenführung zu erkennen.
2. Bei Unebenheiten zur Fahrtrichtung wurde keine befriedigende Bearbei-
tungstiefe erreicht, wenn einer oder mehrere der vier Sensoren auf diesen Uneben­
heiten gemessen haben.
Das Tiefenführungssystem konnte auf sehr unebenem Boden keine einheitliche
Tiefe halten. Dies wurde auf die Verteilung der Sensoren am Geräterahmen ZlI-
rückgeführt. Die einzelnen Unebenheiten konnten somit nicht genau ausgesteuert
werden.
Außerdem wird auf den technischen Entwicklungsbedarf bei Schlepper- und
Geräteherstellern hingewiesen. Die Autoren versprachen sich von der Kombination
Elektronik und Schlepperhydraulik wirtschaftliche für die Zukunft.
2.3 Sensoren zur Gerätesteuerung in der Landwirtschaft
eine Vielzahl
unterschiedlicher Sensoren Je nach Ortungssystem können
unterschiedliche Leitlinien genutzt werden. HOFMANN (1995) gibt einen syste-
matischen Überblick der Landwirtschaft eingesetzten Leitlinienarten. Der Autor
Leitlinien "durch landwirtschaftliche Bearbeitung" und "mit

Stand des Wissens 23
zusätzlichen Mitteln geschaffene Leitlinien" ein. Außerdem werden noch "virtuelle
Leitlinien" beschrieben, bei denen ein vorgegebener Fahrverlaufmit der momentanen
Position verglichen wird. Zur Positionsermittlung können im landwirtschaftlichen
Bereich ortsgebundene Ortungsverfahren oder Satellitenortungssysteme (GPS) ein­
gesetzt werden.
Einen Überblick der in der Landtechnik Leitlinien und deren meßtechni­
sehe Erfassung wird in der folgenden Tabelle (Tab. I) gegeben. Eine genaue Darstel­
lung der technischen und physikalischen Funktionsweise der in dieser Arbeit unter­
suchten Ultraschall- und Triangulationsensoren wird in den folgenden Kapiteln aufge­
zeigt. Auf eine detaillierte Darstellung aller angegebenen Abtastprinzipien wird an
dieser Stelle verzichtet.

24
Tab. 1:
Stand des Wissens
In der Landtechnik eingesetzte Leitlinien und mögliche physikalische Erfassungsprinzipien
-_._-_._--
X X
Pflanzenreihe X X
Dämme X X
Schwade X
Bodenrillen.
X X
Fahrspur X X
I elektrisch
Dammzwischenraum X
X X X
-_-:==mit
zusätzlichen Mitteln geschaffene Leitlinien
------
Bodenrillen:
X X
X
Erhebungen:
X
Leitsaat X X
Kontrastmittel X
Bodenkabel X
X
virtuelle Leitlinien X

26 Stand des Wissens
Unterschied zu landwirtschaftlichen Kulturen Beschädigungen nicht toleriert werden.
Eine weite Verbreitung von abtastenden wird zudem noch häufig
durch eine mangelnde Funktionssicherheit bei Fehlstellen der re-
lativ hohen Investitionen dürften jedoch auch ökonomische Faktoren den ","'IHle;"'!!
Einsatz dieser eine entscheidende Rolle
Rollentaster mit
Tastqestänqe
Mähwerk
Abb. I: Lenkregeleinrichtung mit Rollentaster zum Abtasten von Bestandskanten
an einem Mähdrescher [GRAEBER, E.
WULF beschreibt unterschiedliche automatische Seitensteuerungen für Pt1cge-
geräte und Erntemaschinen im Kartoffelanbau. Seitlich bewegliche Schleif- oder
Rollentastern werden in einer speziellen Leitfurche oder im Furchenbereich zwischen
zwei Dämmen geführt, Die Taster wirken auf mechanische Schalter oder induktive
Sensoren. Diese betätigen das elektromagnetische Ventil eines doppeltwirkenden Hy­
das angehängte Azzreaat seitlich verschiebt. Die seitliche Ab-
I

weichung unterschiedlicher Pflegegeräte im Kartoffelanbau mit automatischer
LW'UcLH·'6"'-'6' zwischen 0,6 und 2,6 cm 1998).
Eine Besonderheit unter den tastenden Verfahren zur automatischen Geräteführung
stellt die elektrische dar. Hier dient der elektrische Widerstand
zwischen Taster, Pflanze und Boden als Eingangssignal für den Zum Abtasten
der Pflanzenreihe werden mehrere Taster, die sich über oder neben den Pflanzen be-
finden, und ein Erdleiter. der den Kontakt zum Boden erzeugt, Berührt nun
ein Taster eine Pflanze, so schließt sich über die Pflanze und Boden ein Strom-
kreis und es wird ein Signal für den erzeugt. Der Widerstand zwischen Taster,
Pflanze und Erde hängt von vielen Faktoren ab. Er wird durch die des
Bodens und der Pflanze und die Intensität der zwischen Taster und Pflanze
beeinflußt. Nach v. ZABELTITZ der Widerstand zwischen 15 und 20
Megaohm, was bei den eingesetzten sehr geringen Strömen eine hohe Verstärkung
notwendig macht.
Eine auf der Leitfähigkeitsmessung basierende automatische für
Hackgeräte wird von JAKOB und SCHWALENBERG Bei diesem
stem befindet sich ein Taster seitlich von der Pflanzenreihe. Die von den Tastern
erzeugten werden elektronisch verstärkt und zum Ansteuern eines Hydrau-
likzylinders, der das seitlich verschiebt, Beim Rübenhacken
sollen sich mit diesem Gerät bis kmJh erreichen lassen.
Ein serienmäßiger Einsatz dieser Lenkeinrichtung ist nicht bekannt.
Bei allen mit Tastern muß eine durchgehende vorhandene
nie werden. Fehlstellen in der abgetasteten führen
sonst zu falschen Steuersignalen. wodurch bei Hackarbeiten über gesamte
Arbeitsbreite der Pflanzenbestand vernichtet werden kann,

Stand des Wissens
Lichtquelle zum Einsatz. Die sehr hohe Anfälligkeit für Verschmutzungen
Hauptnachteil der Verfahren angesehen.
Auf die von optischen Sensoren zur Bestimmung von Bewe-
gungen und Positionen von PAUL, W. und H. SPECKMANN (1983) eingegangen.
Die Autoren beschreiben in ihrem nur die Eignung der
Sensoren für die Landtechnik, aber kein konkretes Beispiel aus dem landwirt-
schaftlichen Bereich an.
Eine Möglichkeit zur automatischen von landwirtschaftlichen Geräten
durch den Einsatz von Verfahren ist die Laserleitlinie.
Ein derartiges wird von R. P. van ZUYDAM und C. SONNEVELO (1994) be-
schrieben 2). Die Leitlinie wird hier von einem arn Feldrand positionierten Ro-
tationslaser aus dem Bauwesen erzeugt. Der auf einem Führungsgestell an einem
Schlepper) montierte Empfänger steuert hydraulisch die Position
des Gerätes. Die Genauigkeit des Steuerungssystems wird mit einer maximalen Ab­
weichung

empfänger
"Totes Band"
Photozelle
Abb. 2: Aufsicht aufeinen lasergeführten Gantrvtraktor (verändert
ZUYDAM und C. SONNEVELD
2.3.2.2 Akustische Verfahren
P. van
Unter akustischen Verfahren wesentlichen von
Ultraschallsensoren zu verstehen. Andere akustische Sensoren werden
schaftliehen
nutzt.
gartenbauliehen Bereich für diesen Einsatzzweck ge-
Die besondere von Ultraschallsensoren ist zum relativ
Preis und andererseits die Robustheit und der Sensoren
begründet, Unter Laborbedingungen untersuchte (1978) Ultraschallsensoren
berührungslosen Nachweis von natürlichen Leruuuon. diesem Zweck
bei Kartoffeldämmen eine

Stand des Wissens 31
geköpfte Rübenreihe und eine Halmreihe in einer Bodenrinne Ein
Nachweis der Meßobjekte mit einer von rund 20 mm emer
mittleren Abweichung von ±15 mm und einem Abstand zwischen Objekt und Sensor
von 500 mm,
Die vielseitigen und Einsatzmöglichkeiten von Ultraschall im Bereich
Landwirtschaft und Gartenbau werden von TILLET (1991) ausführlich erläutert. Der
Autor beschreibt unter anderem zur Pflugfurchenerfassung bei einem
Pflugroboter, zum Erkennen von an einer automatischen Erntemaschi-
ne und zur einer Pflanzmaschine.
Einige Anwendungen akustischer Verfahren zur Abstandsmessung bei der Höhenfüh­
rung wurden bereits im Kapitel 2.2 beschrieben. Daher soll an dieser Stelle insbeson-
dere der Einsatz von Ultraschallsensoren zur beschrieben werden.
WARNER und HARRIES experimentierten bereits 1972 mit einem ultraschallgesteuerten
System zur das sich an der Pflugfurche orientiert. Ein ähnlich arbei­
tendes System wird auch von KOLLAR für die Spurführung mobiler Aggregate
behandelt.
Möglichkeiten und Grenzen der akustischen Meßwertgewinnung an Pflugfurchen
werden von AHRENS behandelt. Der Autor beschreibt eine automatische
Traktorlenkung, die mit zwei Ultraschallsensoren ausgerüstet ist. Bei der praktischen
Felderprobung des stellte sich jedoch heraus, daß unter den gegebenen Be-
dingungen (trockener, Boden, unebene Fahrbahn, starke Windbeeinflussung)
keine sichere Meßwertgewinnung mit den eingesetzten Sensoren möglich war. Die
Voraussetzungen und Anforderungen zum Erfassen von landwirtschaftlichen Bear­
beitungsgrenzer, mit Hilfe von Ultraschallsensoren wurden von AHRENS (1980) ein­
gehend beschrieben. Es stellte sich heraus, daß noch erhebliches Potential zur
des Systems hinsichtlich Meß- und Übertragungsgenauigkeiten besteht.

Stand des Wissens
zu einer automatischen von
schwaden wurden von HOFMANN durchgelührt. Neben statischen
sehen Sensoruntersuchungen wurde ein Algorithmus zur Berechnung Flächenin-
eines Senwadquerschnittes entwickelt. Schwerpunkt dieser dient
verrechneter Form als Eingangssignal eine vorhandene automatische Lenkein-
richtung. Bei praktischen Versuchen wurden 7 Sensoren eingesetzt, die, in zwei
Gruppen geschaltet, abwechselnd Messungen vornahmen.
die prinzipielle Eignung der eingesetzten Sensorik bis zu Fahrgeschwindigkeiten von
H"'AHlWl 15.5 km/h nachgewiesen
diesen hohen Geschwindigkeiten werden vom
Der Schwerpunkt Auswertung lag vielmehr
schwindigkeitsgrenze, bei
2,4
wird derzeit von einer
die Lenkeinrichtung dem Schwad noch
Genauigkeit der Spurführung bei
keine Angaben gt::lHi;It::lll.
Fahrge­
kann.
Die Bildverarbeitung als Möglichkeit zur Pflanzen- oder Reihenerkennung
Anzahl unterschiedlicher Forschungseinrichtungen
tensiv bearbeitet. Die derzeit diskutierten zur
schaftliehet Fahrzeuge oder Aggregate mit der Bildverarbeitung lassen
zwei Bereiche unterteilen. Zum einen die Ptlanzenerkennung zur Positionsermittlung
und andererseits die Reihenerfassung. Im zur oder
Identifikation der Reihenerfassung nicht die einzelne sondern die
ganze Pflanzenreihe detektiert und eine Leitlinie berechnet.
Bei einer Identifikation der Pflanze eine Unterscheidung zwischen Kultur
Unkraut autgrund morphologischer Parameter vorgenommen werden. Derartige
zur Identifikation
Pflanzen werden von

Stand des Wissens
z.B, nE. GUYERet al. D. M. WEOBBECKE al. (1995) und H. GEORG et al.
beschrieben. Wird neben der Pflanzenidentifikation noch eine Positionsbe-
stimmung so lassen sich mit den Positionen der einzelnen Kulturpflan-
zen auch die definieren.
Ein Vorteil der Bildverarbeitung gegenüber den bisher beschriebenen Sensor­
systemen ist die Möglichkeit des vorausschauenden Einsatzes. Insbesondere bei der
Reihenerkennung kann der Fahrverlaufdes Arbeitsgerätes schon im Voraus berechnet
werden. Im Gegensatz zu den meisten Sensoren, die den Verlauf der Pflanzenreihe
immer nur an einem Punkt können, bietet die digitale Bildverarbeitung
darüber hinaus die Chance bei der Generierung eines Steuersi-
zu eliminieren oder Fehlstellen zu überbrücken. Die bei den bisher realisierten
Systeme auftretenden Instabilitäten und Schwingungen um die Sollposition ist häufig
durch das Abtasten der Sensoren begründet.
Die hohen die bei der Bildanalyse anfallen, müssen zur Steuersignal­
generierung erheblich reduziert werden. Diese Datenreduktion verbunden mit zum
Teil sehr aufwendigen zur Positions- und Pflanzenidentifikation
führen zu relativ hohen Verarbeitungszeiten. Dies wirkt sich besonders nachteilig für
den Einsatz zur bei den geforderten hohen Fahrgeschwindigkeiten aus,
und dürfte ein wesentlicher Grund für die mangelnde Verbreitung solcher Systeme im
landwirtschaftlichen Bereich sein.
Von KElCHER et al, (1995) wird ein Bildverarbeitungssystem zur Reihenverfolgung
vorgestellt. Der Aufbau eines solchen sowie die unterschiedlichen Prozesse
der wird in der Darstellung 3) schematisch aufge-
zeigt.

Stand des Wissens
Angaben zu und Reibenverläufe
über und Reihenverläufe nur sehr wenige Angaben aus der
Literaturvor. finden sich Aussagen zur Komablage bei der Saat.
Die zur Ablagegenauigkeit bei Sämaschinen beschränken -'-"J--"'"
meist auf eine Beurteilung der Längsverteilung der Körnerablage in der Pflanzenreihe
GRlEPENTROG 1992 und H. et al. 1993). In der werden zudem
nur die Genauigkeiten von landwirtschaftlichen Feldfrüchten wie Getreide, Rüben
oder Ackerbohnen beurteilt.
Die in der Reihe ist nach H.-W. GRIEPENTROG (1992) bei Einzel­
komsämaschinen wesentlich gleichmäßiger, als bei der Drillsaat. Zur Beurteilung der
Arbeitsqualtität von verschiedenen Sägeräten wurden bestimmte Maßstäbe festgelegt.
Diese beziehen sich sowohl auf Labor- als auch auf Feldunter­
suchungen (W. BRlNKMA.NN et al. 1985). Angaben über die Aussaatbreite verschiede­
ner Säscharformenwerden von M. ESTLER (1998) gemacht.
Aussagen zum Verlauf von Pflanzenreihen als ein notwendiger Eingangsparameter
zur Entwicklung einer automatische lassen sich aus den Literaturan-
gaben zur Ablagegenauigkeit nicht gewinnen. Eine Untersuchung der we-
sentlich durch die Verfahrenstechnik bedingten hinsichtlich Pflanzenpositi-
on und Reihenverlauf gartenbaulicher Kulturen ist daher Bestandteil dieser Arbeit.
35

36 Stand des Wissens
Bodenoberflächen und Oberflächenprofile
Die zu Bodenoberflächen und Oberflächenprofilen aus der Literatur sind,
ähnlich den Angaben zu Reihenverläufen und Pflanzenposition, für die Entwicklung
automatischen verwertbar. Ihr Versuchs ansatz be-
sich in der Regel auf andere werden hierfür nur relativ
kleine Parzellen untersucht, um Aussagen über Saatbettbeschaffenheit oder
Witterungseinflüsse machen zu können.
Prinzipiell werden zwei unterschiedliche zum Abtasten
von Bei den taktilen Verfahren besteht ein Kontakt des
Meßinstrumentes mit der Bodenoberfläche. wird dabei das Oberflächenprofil
mit Stäben und anschließende Auswertung
kann manuell, elektronisch oder Bei dieser Methode kommt es aber
unter Umständen zu einer der Meßwerte. Eine solche Be-
einflussung der Meßwerte ist bei kontaktlosen die oder mit Laser-,
Infrarot- oder Ultraschallsensoren arbeiten, In Zeit werden
deshalb vermehrt berührungs los arbeitende Meßverfahren eingesetzt.
Ein taktil mit Taststäben arbeitendes Gerät, das mit einer elektronischen Datenauf­
zeichnung ausgestattet von RADKE et al, (1981) Der vertikale
Meßbereich dieses Meßinstrumentes 25 cm bei einer relativen Auflösung von
1 mrn. Da der Abstand zwischen zwei Meßstäben rnm kann horizontal nur
erfassen.
Mit dem lassen sich nebeneinan-
eindimensionale Oberflächenprofile mit von m, gleichzeitig
FLANAGAN et al, (1995) entwickelten einen Laser-Scanner zur eines
x 3 Dieses ein- oder zweidimensional arbei-

Stand des Wissens 37
tende Gerät wurde zur Beurteilung von Bodenerosionen entwickelt. Es läßt sich aber
auch für eine Vielzahl anderer Aufgaben einsetzen. Mit einem auf einer Linearfüh­
rung befestigten Lasertriangulationssensor kann die Bodenoberfläche mit einer Auflö­
sung von 0.5 abgetastet werden. Aus den Untersuchungen mit diesem Laser­
Scanner lassen sich aber, aufgrund der Versuchsanstellung, keine direkten Anforde­
rungen für die Regelung einer automatischen Höhenführung erstellen.
Ein auf einem Ultraschallsensor basierendes Verfahren wird von ROBICHAUD und
MOLNAU (1990) vorgestellt. Mit dem eingesetzten Sensor läßt sich der Höhenverlauf
der Bodenoberfläche mit einer vertikalen Genauigkeit von 3 mm erfassen. Die hori­
zontale Auflösung beträgt jedoch nur 30 rum und ist durch das verursacht.
Da sich die Untersuchungen auf die Oberflächenbeschaffenheit einer sehr kleinen
Fläche von nur 1 beschränken, sind die Ergebnisse nicht als Eingangsparameter für
eine Geräteführung verwertbar.
2.7 Regelung und Steuerung in der automatischen Geräteführung
Die Literaturangaben zur regelungstechnischen Betrachtung der automatischen Gerä­
teführung beschränken sich meist auf Untersuchungen bei automatischen Lenkein­
richtungen an unterschiedlichen selbstfahrenden Fahrzeugen. Von verschiedenen
Autoren wird auch das Verhalten von fest mit dem Zugaggregat verbundenen Werk­
zeugen dargestellt.
Die Regelalgorithmen für das Fahrverhalten von drei verschiedene Kombinationen
aus Arbeitsgerät und Zugfahrzeug wurden von SMJTH et al. (1985) entwickelt und
aufgestellt. Mittels kinematischer Simulationsberechnungen wurden die Fahrstabilität
dieser Algorithmen anschließend getestet. Eine Validierung der Rechenmodelle unter

Stand des Wissens 39
CHOI et al. (1990) wird, als eingesetzt. Bei dem
rithmus wurden festgelegte Rahmenbedingungen wie Fahrgeschwin-
digkeit, ein konstantes Lenkverhalten und schlupfloses Fahren unterstellt. In Simula­
tionen konnten beim Nachfahren eines fest vorgegebenen Pfades von
5 cm erreicht werden.
Eine ähnliche die sich zum Teil automatisch auf Veränderungen einstellen
kann, wird auch von NOH und ERBACH (1993) beschrieben. Ein Modell mit zwei
Freiheitsgraden wird als Regelalgorithmus für die Fahrzeugführung eingesetzt. Mit
der Methode der kleinsten quadratischen Abweichung (Lx-Methode) von der vorge­
gebenen Fahrfunktion kann sich die selbständig anpassen. Anhand von
Computersimulationen wurde die Regelung hinsichtlich ihrer Funktionssicherheit
überprüft.
Die Modellbildung ist im Bereich der autonomen Fahrzeugführung schon sehr weit
fortgeschritten. Dies ist insbesondere auch darauf daß zum Teil auf
sehr weitreichende Forschungsergebnisse aus dem Bereich der Kraftfahrzeugent­
wicklung zurückgegriffen werden kann. Hinsichtlich beweglich Arbeitsge­
räte ist der Stand der Forschung weitaus kritischer zu beurteilen. Hier finden sich
kaum zur Regelung und Steuerung von Arbeitsgeräten.
2.8 Regelungstechnische Methoden zur Verbesserung der Regelgüte
Im Bereich der Regelungstechnik gibt es eine Vielzahl unterschiedlicher Möglichkei­
ten, die zur Verbesserung der Regelgüte eingesetzt werden können. An dieser Stelle
sollen daher nur vier der wichtigsten Methoden näher betrachtet werden:
1. Die Prädiktion,

40 Stand des Wissens
Methoden können aus der
Die Vermaschung,
3. Die Auapuon,
4. Die Koordination.
v ,n.Lm'-'L

Stand des Wissens 41
setzt, um die Regelsituation transparenter zu machen. PARLlTZ (1986)
lichkeiten zur Vermaschung auf:
I. Die Störgrößenaufschaltung,
2. Die Störgrößenvorregelung,
3. Die Hilfsgrößenaufschaltung,
4. Die Kaskadenregelung.
Die Störgrößenaufschaltung (Abb. 4) erfaßt neben den Steuer- oder Stell größen auch
Zustandsgrößen, die den zu regelnden Prozeß beeinflussen.
w
z = Störgröße
w =Führungsgröße
z e = Regeldifferenz
u = Reglerausgangsgr6ße
x = Regelgröße
e : Regler I u - I Prozeß I x
+ - I + I
Abb.4: nach PARLlTZ 1986 und SCHMIDT
1994)
Die Störgröße z wird durch einen eigenen Meßwertgeber ermittelt und der Regelung
zugeführt, Da das Auftreten der Störung schon bevor es zu einem Einfluß auf die Re­
geIgröße x kommt ermittelt wird, können ausgleichende Maßnahmen sofort emaetei­
tet werden.

Stand des Wissens ___________ 43
Die Hilfsgrößenaufschaltung kann als interne Erweiterung einer einfachen Regel­
schleife angesehen werden. Es werden Hilfsregelgrößen XH nahe dem Angriffspunkt
der Störgrößen erfaßt und gezielt mit in die Regelung Regelungen mit
Hilfsgrößenaufschaltung reagieren schneller auf einen Einfluß von Störgrößen. da die
Veränderungen an der Hilfsgröße bereits eine Änderung des Führungswertes bewir­
ken.
Bei der Kaskadenregelung handelt es sich um mehrere ineinander geschaltete Regel­
kreise. Jede einzelne Regelung verfügt über einen eigenen Regler, der mit entspre­
chenden Fühlern ausgestattet sein muß. Es kann bei der Kaskadenregelung zwischen
zwei Regelkreisen, einem äußeren Hauptregelkreis und mindestens einem internen
Hilfsregelkreis unterschieden werden. Der interne Regler seine Regelgröße in­
nerhalb der Gesamtregelstrecke ab. Störgrößen. die in diesem Bereich eingreifen,
werden schneller ausgeregelt. da sie nicht die gesamte Regelstrecke durchlaufen müs­
sen.
2.8.3 Adaption
Unter Adaption versteht man die Anpassung an wechselnde Umgebungseinflüsse,
dies bedeutet, daß sich ein selbständig auf die es umgebenden Bedingungen
und Einwirkungen einstellt. Im Bereich der Regelungstechnik versteht man unter ad­
aptiven Reglern solche, bei denen sich die entscheidenden aktiven Elemente der Re­
gelung automatisch an die Regelstrecke und die umgebenden Betriebsbedingungen
anpassen. Die Verfahren, mit denen sich die Regelung anpaßt, können dabei sehr un­
terschiedlich sein. FÖLLlNGER (1992) beschreibt z.B. das "Self-Tuning- Verfahren"
und das .Modell-Referenz-Verfahren", wobei er ausdrücklich auf weitere Möglich­
keiten hinweist.

44 Stand des Wissens
SCHMlDT unterscheidet zwischen
adaptiven" Werden die Regelparameter
Parametern der angepaßt, so
adantiven'' Regelung. Die automatische Anpassung
"struktur­
die sich zeitlich ändernden
der Autor von einer "parameter­
Reglerstruktur an sich ändern-
de Streckenverhältnisse wird analog hierzu als "stru1ctulrad.aptive" Regelung bezeich­
net. An dieser Stelle wird entsprechend
Regelung behandelt. Für die Abstimmung
sind drei verschiedene Teilaufgaben zu bewältigen:
. Die Identifikation
2. Die Entscheidung
3. Die Modifikation.
Ein Blockschaltbild einer Regelung mit
folgenden Grafik (Abb, 6) schematisch dargestellt.
Regelparameter auf die Regelstrecke
Teilaufgaben der

Stand des Wissens 45
w u x
Abb. 6: Darstellung einer adaptiven Regelung (verändert nach SCHMIDT
-------,
Unter Identifikation wird die fortlaufende automatische Erfassung der sich ändernden
Streckeneigenschaften verstanden. Sie kann daher auch mit .Erkennung der Prozeß-
parameter" beschrieben werden (PARLlTZ 1986). Zu diesen Prozeßparametern zählen
die Stell- und Regelgrößen am Prozeßeingang und -ausgang. Es wird bei der Identifi­
kation nicht der Sollwert, sondern der Stellwert mit der Regelgröße "verglichen". Die­
ser Vergleich kann entweder durch statische Rechenverfahren oder durch den Einsatz
von physikalischen Modellen durchgeführt werden.
Die Entscheidung als zweiter Schritt der Adaption wird nicht von allen Autoren als
eigenständige Teilaufgabe zwischen Identifikation und Modifikation angesehen und
beschrieben. Eine genaue Unterscheidung und Abgrenzung zwischen den einzelnen
drei Teilschritten der Adaption ist auch nicht immer eindeutig durchzuführen. Im Ent-
scheidungsprozeß werden abhängig von den Ergebnissen, die bei der Identifikation
gewonnen werden, die geeigneten Regelparameter ermittelt.
I
I
I
I
I

___________--'Stand des Wissens 47
Die Plausibilitätskontrolle überprüft, ob die gewonnenen Meßdaten verständlich und
annehmbar sind. Falls die gemessenen oder berechneten Daten nicht in einem zuvor
festgelegten Bereich liegen, werden sie durch die Plausibilitätskontrolle ausgeschlos­
sen oder andere Maßnahmen eingeleitet. Zu diesen Maßnahmen zählt z.B. die Ausga-
be einer Fehlermeldung bzw. die von zuvor Werten. Häufig
dient eine einfache bei der Maximal- und Mini-
malwerte vorgegeben sind, als Kontrollmechanismus.
Unter einer Hysterese wird im Allgemeinen das Zurückbleiben einer Wirkung hinter
der sie verursachenden veränderlichen physikalischen Größe verstanden. In der Re­
gelungstechnik wird zwischen Schalt- und Stellhysterese unterschieden. Schalthyste­
resen sind bei unstetigen Reglern wie etwa bei Zweipunkt-Reglern zu finden. Sie ver­
hindern ein ständiges An- oder Ausschalten der Stellglieder wodurch der Verschleiß
erheblich vermindert werden kann. Stellhysteresen finden sich bei stetigen Reglern,
die mit kontinuierlichen Stellveränderungen arbeiten. Der verändert bei der
Stellhysterese die Stellgröße nicht, solange sich die Regelgröße dem Führungswert
annähert. Erst wenn die Differenz zwischen Führungswert und Regelgröße konstant
bleibt, oder sich vergrößert, ändert eine Regelung mit Stellhysterese ihre Stellgröße.

sondere Anforderungen an die Sensoren gestellt. Ein Teil dieser Arbeit befaßt sich
deshalb mit den von aus der Landwirtschaft auf das
Sensorverhalten. Die Sensoren sollen sowohl im statischen, als auch im dynamischen
Betrieb untersucht werden.
Da die von den Sensoren gelieferten Rohmeßwerte häufig noch keine brauchbaren
Stellgrößen für eine externe Regelung oder Steuerung liefern, soll in einem weiteren
Abschnitt dieser Arbeit die der Datenverarbeitung (Grenzwerterkennung
und Elimination oder Mittelwertbildung) zur Generierung von brauchbaren
Regelvorgaben analysiert werden.
Die Entwicklung von geeigneten Regel- und Steuerprogrammen für eine berührungs­
lose Höhen- und Seitenführung ist ein weiteres Teilziel der vorliegenden Arbeit. Die
Programmentwicklung umfaßt mehrere Bereiche:
Nach der Auswahl einer Versuchsmechanik für die Seiten- und Höhen­
führung wird deren Reaktionsverhalten unter genau reproduzierbaren Bedingungen
untersucht, und mit einem entwickelten Rechenmodell zum Fahrver­
halten verglichen.
.. Als letzter Schritt wird ein robustes für die Geräteführung aufgestellt.
das sich schnell auf die sich ändernden Rahmenbedingungen einstellen karm. Un­
terschiedliche und Steuerstrategien werden mit einfachen Reglervorgaben
verglichen und hinsichtlich ihrer Eignung bewertet.
Die Erhöhung der durch den Einsatz der automatischen ist
von ausschlaggebender ökonomischer und soll daher gesondert betrachtet
werden,

Es wurde mit dieser Methode eine etwa eine Woche der
einer herkömmlichen Pflanzmaschine untersucht. beim
eingestellte Abstand in Reihe 35 Salat im Beet-
anbau 150 cm) angebaut. Es
den Randreihen ermittelt.
4.1.1.2
Bei der zweiten wurde eine Totalstation
Pflanzenpositionen einer der bei-
Bei diesem eine installierte Totalstation ein
Glasprisma, das an den Pflanze wurde.
Gerät ermittelt mit einer von mm die x, y und z-Position der
suchten Pflanzen. Die Koordinaten werden nun-Werte
tensystem angegeben.
Da die von Totalstation ermittelten Koordinaten sich emen in der
Mitte des Prismas beziehen und nicht am Gestell, kam es zu
konstanten in der zwischen der
sächlichen und der gemessenen Koordinate in z-Richtung
90 mm, das bedeutet die Pflanzen befanden sich tatsächlich 90 unterhalb
der ermittelten Meßwerte. Die in x werden durch den
Standort des GEODHv1ETERS, dessen und Winkel zwischen Pris-
maoberfläche und des geodätischen Koordinatensystems bestimmt.
Oberfläche des Prismas wurde während zur
Daher sich des dem
Meßpunkt nur Abweichung in x-Richtung von 10 mm.

54 Material und Methoden
pflanzenpositionen exakt bestimmen können, ist bei der Höhenführung der Einsatz
von Meßverfahren zur geeignet. Hierfür sind mehre-
re Meßverfahren, wie die mittels Ultraschall oder die Laser-
einen zur Höhenführung ist das vom eingesetzten Sen-
sor übermittelte entscheidender vom eingesetz-
Sensor und kann dieses sehr unterschiedlich ausgeprägt
sein. keine genauen über beim Abtasten von Beetoberflä-
oder Pflanzenbeständen zur Verfügung standen wurden diese zu Beginn der
Untersuchungen genauer analysiert.
Versuchsdurchführung und Meßaufbau
Bei den zu den und Beetoberflächen wurde einer der
beiden Ultraschallsensoren verwendet, der auch bei den Sensoruntersuchungen (vergl.
zum Einsatz kam. Insofern sind hier Ergebnisse auch als Sen-
sorergebnisse zu werten. wurde der als Sensor II bezeichneten Sensor der
Die wurden über eine von 60 cm Dieser kurze
Bereich war durch die Schalen, in denen die Versuchspflanzen angezo-
gen wurden, den Schalen wurden auch die Bodenfraktionen für die Versu-
che um den Unterschied zwischen Oberflächenprofil und einer Verände-
rung im Höhenverlaufermitteln zu können. Die relativ kurze Strecke von 60 cm ist für
das Erarbeiten eines zur den Vorgaben einer Höhenführung
ausreichend.

Material und Methoden 55
Da das Reflexionsverhalten von gekörnten Oberflächen, wie aus der Literatur zu ent­
nehmen ist (MICHALSKI und BERGER 1984), einen starken Einfluß auf das Ultra­
schallecho und somit auf das Meßergebnis ausübt, wurden zwei stark unterschiedliche
Bodenarten für die Untersuchung ausgewählt.
Boden I kann als feinkrümeliger Humus beschrieben werden. Dieser Boden war fast
steinfrei und hatte eine sehr feine Struktur. Der maximale Durchmesser der größten
Bodenfraktionen lag bei ca. 10 mm. Boden Il läßt sich als lehmiger Sand am besten
beschreiben. Dieser Boden war stark mit Steinen durchsetzt und besaß eine grobkör­
nige Krümelung. Der maximale Durchmesser der Bodenkluten und Steine bei ca.
50 mm. Die Oberfläche dieses Bodens war im Gegensatz zu Boden I sehr rauh. Beide
Böden wurden zuerst im trockenen, später im nassen Zustand untersucht, da neben
den untersuchten Oberflächenprofilen auch geklärt werden sollte, ob ein Einfluß der
Bodenfeuchte festzustellen ist.
Neben den genannten Bodenarten wurde der Verlauf des Meßsignals beim Abtasten
von unterschiedlichen Pflanzenbeständen untersucht. Mit diesen Untersuchungen
sollte geklärt werden, inwieweit vorhandene Pflanzen die Vorgaben zur Generierung
eines Steuersignalszur Höhenführung stören können.
Als Pflanzenbestand wurden drei Pflanzenarten ausgewählt: Radies iRaphanus sativus
L. var. sattvusi; Weizen (Triticum L.) und Mungbohnen mungo L.). Aufgrund
ihrer Morphologie stehen sie stellvertretend für unterschiedliche Kultur- und Un­
krautpflanzen. Zum Zeitpunkt der Versuchsdurchführung hatten die Pflanzen ein Al-
ter von 8 Der Weizen zeigte den insgesamt lichtesten Bestand. einzelnen
Pflanzen hatten eine durchschnittliche Höhe von ca. 15 cm, wobei durchaus
auch Exemplare bis zu 20 cm Höhe erreichten. Der dichteste Pflanzenbestand wurde
von der Mungbohne gebildet. Diese wurden durchschnittlich 14 cm hoch, Ex-
emplare erreichten jedoch die Maximalhöhe von ca, 16 cm. bildeten die
Mungbohnen einen sehr inhomogenen Bestand. Die Bohnen von allen unter-

4.2 Sensoruntersucbungen
Material und Methoden
Die Anforderungen, die von einer berührungslosen Höhenführung an einen Sensor zur
Meßwerterfassung gestellt werden, unterscheiden sich wesentlich von den Anforde­
rungen der Seitenführung. Bei der Höhenführung handelt es sich um eine Abstands­
messung zur Bodenoberfläche. Hierfür können unterschiedliche Meßprinzipien, wie
etwa Ultraschallsensoren, Triangulationstaster oder Lasersensoren, die nach dem Im­
puls oder Phasenlaufzeitverfahren arbeiten, werden. Der Meßbereich, den
ein Sensor zur Höhenführung abdecken sollte, ist abhängig vom Anbauort und liegt
zwischen 50 mm und 1000 mm.
Sensoren zur Seitenführung müssen die Position des Arbeitsgerätes gegenüber der
Pflanzenreihe, die Pflanzenposition oder den Reihenverlauf ermitteln. Zur Zeit kom­
men für diese Aufgabe sehr unterschiedliche Meßprinzipien zum Einsatz. Als aus­
sichtsreichste Möglichkeit zur Positionsermittlung von wird derzeit die
Bildverarbeitung an verschiedenen Forschungseinrichtungen untersucht. Diese Unter­
suchungen sind wegen der Komplexität der Bildverarbeitung eigenständige Entwick­
lungen und aufgrund ihres Umfanges als eigene Themen zu betrachten. Zum Zeit­
punkt dieser Untersuchungen stand kein auf der Bildverarbeitung basierendes System
zur Verfügung, welches als Sensor zur Seitenführung einzusetzen gewesen wäre.
Aufgrund dieser Vorgaben beschränken sich die hier durchgeführten Untersuchungen
auf Sensoren zur mit denen die Position gegenüber der Bo­
denoberfläche oder einem geschlossenen Pflanzenbestand ermittelt werden kann.
57

Material und Methoden 59
Die Ultraschallwellen werden bei den elektrostatischen Sensoren durch eine spezielle
Folie, die über eine gespannt ist, erzeugt. Die Folie ist auf der
dem Seite mit Gold beschichtet und auf der gegenüberlie-
genden Seite isoliert. Sie ist und wandelt die elektrische in Ultra-
schallwellen um. Folie und Metallplatte stellen einen Widerstand dar, wo-
bei die Folie bei einer Berührung mit der Platte elektrostatisch wird. Bei
einer mit einer bestimmten Frequenz an der Wechselstrom-
spannung schwingt die Folie und erzeugt dabei Ultraschallwellen mit genau dieser
Frequenz.
Die Sensoren dienen sowohl zum Senden als auch zum der Schallwellen.
Beim Empfang von Schallwellen schwingt die Folie und baut entsprechend eine
Spannung auf, die an die Steuerplatine übertragen wird.
Eine genaue Charakterisierung der Sensoren befindet sich im Anhang. Die Steuerpla-
tine führt keine automatische durch. Diese kann jedoch im
Nachhinein durch eine Verrechnung der Meßsignale Bei den hier vorge-
stellten Untersuchungen konnte auf eine Temperaturkompensation verzichtet werden,
da die Umgebungsparameter zwischen den Einzelmessungen annähernd konstant ge­
halten werden konnten.
4.2.2.1 Die Modellkörper
Um das Meßverhalten der Sensoren zu untersuchen, wurden für die jeweilige
Fragestellung verschiedenartige Modellkörper eingesetzt. Die untersuchten Körper
wurden aus Holz Holz reflektiert den ausgesendeten Ultraschall relativ gut
und läßt sich außerdem einfach bearbeiten. Die Anordnung der Modellkörper konnte,

60 Material und Methoden
der Versuchsfrage entsprechend, einfach variiert werden. Die der einzelnen Mo-
dellkörper gegenüber den wurde ebenfalls für die jeweilige Untersuchung
Die einfache Geometrie der wurde die Meßergebnisse besser in-
terpretieren zu der Auswertung der Untersuchungen konnte somit ein
Einfluß durch undcfinierte Bedingungen ausgeschaltet
mensionierung der eingesetzten Modellkörper dargestellt.
Tab. 2:
In 1 ist Di-
Höhe Breite Länge
[rum] [rnm] [nun]
Quader I 10 10 50
Quadern 20 20 50
Quader Ill -- ._-
50 50 50
Quader IV 10 10 100
Quader V 20 20 100
I
Quader VI 50 50 100
Stufe I 50 50 200
Stufe n 20 20 200
Stufe m 10 10 200
Trapez 50 200 (oben) 200
I 250 (unten)
Der Modellkörper
pez, mit einer rechtwinkligen und
Kante
Winkel wurde
nicht wieder zum Sensor zurück reflektiert werden.
seinem Querschnitt einem ungleichförmigen Tra­
schrägen Kante. Der Winkel an der schrägen
daß
eintreffenden Schallwellen

4.2.2.2
Material und Methoden
Versuchsaufbau für statische Untersuchungen
Bei den statischen Untersuchungen wurde der Erfassungsbereich der Sensoren über-
Unter dem Erfassungsbereich der Sensoren wird hier der Ausschnitt aus der
Schallkeule verstanden, der dem Sensor zur Abstandsmessung dient. Er ist außer von
der Schallcharakteristik des Sensors auch vom Material und der Beschaffenheit der
schallreflektierenden Fläche abhängig. Die reflektierte Ultraschallwelle muß ausrei­
chend stark sein, um empfangen werden zu können und eine Auswertung
zu ermöglichen. Die Bewertung der Reflexionsfläche ist nicht überall gleich. Der
Ausschnitt, der sich im Mittelpunkt gegenüber dem Sensor befindet, wird stärker be­
wertet, als Randbereiche.
Außer dem Erfassungsbereich wurde bei den statischen auch die Re­
aktion der Sensoren auf Veränderungen der in der Software festgelegten Parame­
tereinstellungen untersucht.
Zur Ermittlung des Erfassungsbereiches wurden die Sensoren horizontal auf einem
Justiertisch Mit Hilfe eines Lotes wurde der Mittelpunkt des Sensors so aus­
gerichtet, daß er sich unter der Kante des Meßobjektes befand. Als Meßobjekt diente
ein Holzbrett. das in der Höhe beweglich aufeinem Stativ befestigt war. Die Sensoren
wurden nun in Millimeterschritten mit dem Justiertisch solange horizontal gegenüber
dem Meßbrett verschoben, bis der Abstand zum Meßobjekt nicht mehr angezeigt
wurde. Die Entfernung des Sensors vom ursprünglichen Mittelpunkt wurde nun für
die Höhe als Radius des Erfassungsbereiches auf einen Millimeter genau
notiert.
Nach der des Erfassungsbereiches der Sensoren wurde untersucht, in­
wieweit sich die Form des Schallfeldes durch den Einsatz von akustischen Linsen
oder Konustrichtern beeinflussen läßt. Die eingesetzten Trichter sollen die ausgesen-
61

62 Material und Methode"''n'---- _
zu optischen
Bei den zur wurden die Sensoren
mehr in einem starren Versuchsaufbau. sondern einem sich System
untersucht. Zu diesem wurden die Sensoren an einem Dreifußstativ über einem
Lineartisch Auf dem Lineartisch wurden unterschiedlichen Modellkör-
per der Im Gegensatz zu einer Anwendung an
einem Fahrzeug, sich diesem Fall der Sensor, sondern die Versuchs-
strecke, diese es und Vibra-
tionen, wie sie an einem können, auszuschließen, Die maximale
die Versuchsstrecke unten Sensor werden
mm/s. Eine direkte auf mit höhe"
ren wie etwa am Schlepper, sich daher schwierig,
Lasersensoren
Als zweites untersuchtes zur kam neben den beschrie-
benen Ultraschallsensoren zum Das Grund-
dieses Meßverfahrens wurde als Verfahren des Vorwärtsschneidens bereits
600 v.Chr zur (SCHLEMMER I

Dieses Meßprinzip
und starke Abhängigkeit
zu
räteführung ist insbesondere
Da die
nur
teile dieses Meßverfahrens
nen Bauformen
600 mm. Innerhalb
nicht linear ist,
automatischen Ge-
Schnelligkeit dieses Meßverfahrens b"'''b'l'''.
elektronischen Signalauswertung. Weitere
der Zusammenhang von ermittelter Entfernung
rechnung von ausgegebener Spannung
der
Einsatz.
als der Erfassungsbereich
Meßtleck ca.
und
200
10

Sensor auch im dynamischen Einsatz getestet. Für diese Versuche wurde der Sensor
mit verschiedenen über das Bodenbeet der in 4.3.1 be­
schriebenen Versuchsanlage
4.3 Cerätetechntsche Uberprüfung
Der Schwerpunkt dieser Arbeit lag in der Uberprüfung geeigneter Regelparameter für
eine berührungslose Höhen- und Daher wurde eine Versuchsmechanik
zur Seiten- und zur entwickelt und deren Reaktionsverhalten unter ge-
nau definierten überprüft und untersucht.
4.3.1 Versuchsstand und Meßaufbau
Die Untersuchungen zum Reaktionsverhalten der Seitenführung wurden auf einer
Versuchsstrecke mit angetriebenen Gerätetragrahmen in einem Gewächshaus durch­
geführt (Abb. 10).

Material und Methoden
Enden der Versuchsstrecke, liefern die Endstellung für den Tragrahmen.
Nach einer Beschleunigungsphase. die je nach eingestellter Geschwindigkeit unter­
schiedlich lang ist, bleibt die Fahrgeschwindigkeit konstant, bis durch das Überfahren
der induktiven Näherungsschalter (5) der Bremsvorgang ausgelöst wird. In der Zone
konstanter Fahrgeschwindigkeit befindet sich die Meßstrecke, die für die Untersu-
chungen des Versuchsgerätes wurde.
Die für den Meß-PC und das Versuchsgerät notwendige Stromversorgung erfolgt über
eine Energiekette (4) zum Tragrahrnen.
4.3.2 Versuchsgerät Seitenführung
Um das Reaktionsverhalten der Seitenführung untersuchen zu können wurde ein Ver­
suchsgerät zur Seitenführung in den Tragrahrnen montiert. Das Grundmodul des Ge­
rätes ist für den Heckanbau an eine herkömmliche Dreipunktaufhängung konzi­
piert und konnte zugekauft werden. Verschiedene Arbeitsgeräte können an einem
seitlich auf Rollen beweglichen Führungsholm angebracht werden.
Mit einem Stellmotor (6) können die Anstellwinkel von zwei seitlich am Führungs­
holm angebrachten Scheibenseche (5) verstellt werden. Diese Seche befinden sich
weils federnd gelagert an einem Stellarm Durch die federnde Lagerung der Seche
ist ein Ausweichen bei größeren Hindernissen Steine) Die vertikale Po­
sition der Stellarme gegenüber dem Führungsholm läßt sich variieren. Dadurch kann
die Eindringtiefe der Scheibenseche und damit die im Boden wirksame Sechfläche
verändert werden. Entsprechend der des eingestellten Sechwinkels wird der
Führungsholm bei der Fahrt seitlich verschoben. Der mögliche seitliche Verschiebe-
weg ist durch zwei an der befindliche Anschläge auf280 mm begrenzt.
67

Abb, ! 1: Seitenführung von Arbeitsgeräten mit Meßaufbau
Die Position auf dem Führungsholm
und von einem pe
der aktuelle Sechwinkel
Meßkarte erfaßt und aufgezeichnet,
einer
die
zur Höhenführung
Positions-Sensor (8) bestimmt
entsprechender Meßkarte aufgezeichnet, Außerdem
Sechmotors dieser
Reaktionsverhaltens bei der Höhenführung wurden
entwickelten Versuchsmechanik durchgerührt. Da ein kombiniertes
Seitenführung entwickelt werden sollte, wurde die Mechanik
an die Versuchsmechanik

vorgenommen.
Erfassung der aktuellen Gerätestellung
zeichnung der
durchgeführten Stellbewegungen.
der
Zur praktischen Umsetzung der Geräteführung wurde eine speicherprogrammierbare
Steuerung mir der entsprechenden Software eingesetzt.
rung kann modularen Aufbau entsprechend
Versuchsaufgabe angepaßt werden. Von
Ein- und Ausgänge betrieben
Steuerung programmiert
herstellerunspezifisch.
Steuerung können sowohl
basiert auf dem
Ein Vorteil dieser Steuerungen, industriellen Bereich
stcuerung eingesetzt werden, liegt in den
wesentliche für den Echtzeitbetrieb
Reaktionsverhalten
Steue-
Maschinen­
Reaktionszeiten. Diese sind eine
Untersuchungen zum Reaktionsverhalten der soll
sich äußere Einflüsse bemerkbar machen.
Ergebnisse dieser Versuche Vorinformation bei der Reglerentwicklung.

72 Material und Methoden
Der erste allen mit der vorgegebenen ! cuu U!u-
grammen war "GeradesteIlen" der Scheibenseche. bedeutet,
Seche
zur gestellt werden. Hierdurch wird in der Beschleunigungspha-
se seitliche des minimiert. ausschalten läßt sich
diese, folgenden als "seitliche Trift" bezeichnete nicht.
macht sich in den der durch unterschiedliche
fangspositionen des Versuchsgerätes bemerkbar. Nach der Beschleunigungsphase
wird durch einen Kippschalter das eigentliche Fahrprogramm ausgelöst, Durch diese
Verzögerung wird das Erreichen eingestellten Die
bei den Untersuchungen zum Reaktionsverhalten Fahrprogramme
den der untersuchten variiert. Im Wesentlichen besteht
Programmablaufaus einer Dreh- und Haltezeiten für den Stellmo-
tor der Scheibenseche.
Eine genaue bei den vorherrschenden
bungsparameter und Programmvorgaben befindet sich am Anfang des Ka-
Im Ergebnisteil.
4.3.6 Regelungseutwieklung für eine automatische Geräteführung
Ausgehend von den der Untersuchungen zum Reaktionsverhalten der
eingesetzten Versuchsmechanik. wird in mehreren Schritten eine Regelung zur auto-
matischen entwickelt Als erster Schritt wird untersucht ob es
ist, mittels einfacher eine bestimmte Position des Füh-
rungsholmes gegenüber dem Anbaurahmen einzuhalten. Für diese Untersuchungen
wurden einfache Der zweite Schritt in der Entwickluna
führt zum Beim P-Regler wird Anstellwinkel der Scheibense-

___________Material undMethoden 73
ehe gegenüber der Fahrtrichtung in Abhängigkeit von der Abweichung zur Sollpositi­
on festgelegt. Der letzte Schritt ist der Einsatz eines Modellreglers, der die Abwei­
chung anhand eines Reaktionsmodells des Versuchsgerätes ausgleicht.
Die Programmierung der einzelnen Regler erfolgte am PC. Anschließend wurden die
Programme in die Steuerung übertragen und entsprechend den der jeweili­
gen Untersuchung angepaßt.
Eine genaue Beschreibung der bei den Untersuchungen eingesetzten Regler und der
vorgegebenen Reglereinstellung erfolgt in den folgenden Unterkapiteln.
4.3.6.1 Einfache Reglerstrukturen
Der Zwei- bzw. der Dreipunktregler stellen einfache Reglerstrukturen dar. Der Zwei­
punktregler löst beim Über- oder Unterschreiten eines festgelegten Wertes (z.B. Ab­
stand von einer Pflanze) einen Regelvorgang aus. Dieser feste Wert ist bei einem
Dreipunktregler kein Einzelwert, sondern ein Wertebereich (totes Band) in dem keine
Aktion ausgeführt wird.
Um das Reaktionsverhalten der Versuchsmechanik bei einfachen Reglerstrukturen zu
überprüfen, wurde ein Dreipunktregler als Regelvorgabe programmiert. Die Aufgabe
des Reglers ist das Einhalten eines festgelegten Soll-Bereiches des Führungsholmes
gegenüber dem Dreipunkt-Anbaurahmen. Beim Verlassen dieses Bereiches wird von
der Steuerung eine Positionskorrektur durch das Verstellen der Seche eingeleitet.
Beim Erreichen des Sollbereiches erfolgte das automatische Zurückstellen der Schei­
benseche in die O-Posititon parallel zur Fahrtrichtung. Sowohl die Breite des einzu­
haltenden Soll-Bereiches als auch die Verstellzeit der Seche können frei festgelegt
werden.

nalregler veranschaulicht.
Material und Methoden 75
Nach dem Einschalten der Steuerung wird der aktuelle Einschlagwinkel der Schei­
benseche am Winkelsensor (Potentiometer) abgefragt. Stehen die Seche nicht parallel
zur Fahrtrichtung, so wird ein Unterprogramm ausgelöst, das diese so verstellt,
bis sie entsprechend ausgerichtet sind. Anschließend wird der nächste Programmab­
schnitt, der als Eingangsbedingung das Auslösen des Kippschalters benötigt, aufgeru­
fen. Hier wird die Position auf dem Führungsholm abgefragt (Potentiometer oder La­
sersensor). Wird der vorgegebene Sollbereich eingehalten, so erfolgt erneut eine wei­
tere Abfrage. Beim Über- oder Unterschreiten des Sollbereiches wird die aktuelle
Abweichung bestimmt und das Unterprogramm Proportionalregler ausgelöst.

Sechwinkel
abfragen
Schaltbedingung
>Kippschalter<
Position
bestimmen
Material und Methoden
nein
Seche gerade
stellen
nein Abweichung
bestimmen
>Proportionalregler<
Seche verstellen
Abb.14: Programmablauf der bei der Reglerentwicklung eingesetzten Programme
eines Proorotionalrezlers

4.3.6.3
Material und Methoden
Regelungsmodell Seitenführung
Die seitliche Verschiebung des Gerätetragholms ist von einer großen Anzahl unter­
schiedlicher Faktoren abhängig. Eine wesentliche Einflußgröße ist der Auslenkwinkel.
mit dem die Scheibenseche der Fahrtrichtung in den Boden eingreifen. Der
Sechwinkel kann sowohl konstant bleiben oder sich im dynamischen Betrieb abhängig
von der Sechdrehgeschwindigkeit verändern. Ausgehend von einem mathematischen
Modell zum Reaktionsverhalten der Versuchsmechanik wurde bei den Untersuchun­
gen zum »Regelungsrnodell Seitenführung'< der Regler entworfen.
Eine Voraussetzung bei der Programmierung der Steuerung ist die genaue Kenntnis
des Aktionsverhaltens der eingesetzten Versuchsmechanik. Um dieses Verhalten ge­
nauer zu spezifizieren, können sowohl Untersuchungen am Versuchsgerät, als auch
theoretische Überlegungen angestellt werden.
Bei der theoretischen Fahrverlaufsbestimmung wird von einem Fahrverhalten ohne
Schlupf, Trift, Tot- und Rechenzeiten ausgegangen. Der durch das Modell berechnete
Verlaufdes Systems stellt insofern eine »ideale Fahrt< dar. Das Versuchsgerät verhält
sich bei dieser Fahrt so, als ob es wie auf Schienen den mathematischen Vorgaben
folgt. Im folgenden wird der zugrunde gelegte mathematische Zusammenhang des
Fahrverlaufes beim Halte- und Drehvorgang der Scheibenseche näher betrachtet:
Fahrverlauf beim Halten des Seches mit einem konstanten Winkel
Wird der Anstellwinkel der Scheibenseche während der Fahrt nicht verändert, ist die
Positionsänderung auf dem Führungsholm vom Auslenkwinkel der Scheibenseche
gegenüber der Fahrtrichtung und vom zurückgelegten Weg abhängig. Der zurückge­
legte Weg hängt von der Fahrgeschwindigkeit und der Haltezeit. das ist die Zeit, in
der keine weitere Winkeländerung mehr stattfindet, ab. Er ergibt sich als geornetri-
77

scher Zusammenhang
Darin ist:
seitlicher
Auslenkwinkel
Haltezeit
gegenüber der Fahrtrichtung
Bei der mathematischen seitlichen Versatzes wird hier von einer kon­
stanten Fahrgeschwindigkeit während des Haltevorganges ausgegangen, Durch die
Konstruktion des auf
280 mm beschränkt
Die gratisehe Darstellung
eher Position ist in der folgenden Abbildung
Zusammenhanges zwischen Auslenkwinkel und seitli­
5

Die Geschwindigkeitskomponente vyder seitlichen Auslenkung
Um nun die seitliche Auslenkung
Drehzeit zu integrieren:
.tan«
Yo = -tan c dt
nach:
Drehvorganz YD zu erhalten ist über die
Unter Berücksichtigung der Winkelgeschwindigkeit, mit der das Sech
sich:
Yo =
wird,
Nach dem Aufläsen des Integrals läßt sich die seitliche Verschiebung beim Drehen Yo
der Seche wie berechnen:
(4)
1
Yo = -vo .-.Incos(oJ'
(j) , (5)

Darin ist:
Material und Methoden
YD seitlicher Versatz aufdem Führungsholm beim Drehen [m]
VD Fahrgeschwindigkeit beim Drehvorgang
(0 Winkelgeschwindigkeit der Seche
tu Drehzeit
In der folgenden Darstellung (Abb. 16) ist der Zusammenhang der seitlichen Position
während des Drehvorganges grafisch wiedergegeben.
y
y = seitliche Position
y D '" seitlicher Versatz auf dem Führungsholm
s = Weg in Fahrtrichtung
S[\, v J'" zurückgelegter Weg in Fahrtrichtung
1------- S [t, v I
Abb. 16: Zusammenhang der seitlichen Position während des Drehvorganges
Ausgehend von den hier beschriebenen theoretischen Überlegungen zum Fahrverlauf
der Versuchsmechanik wurde ein Modellregler entwickelt und programmiert.
yD
s
81

Um eine vorhandene Regelabweichung auszugleichen sind unterschiedliche An-
denkbar. Zum einen der für die Schei-
benseche, zum zweiten die Haltezeit Verdrehen und Zurück-
oder das sowohl der Dreh- als der
durch die Versuchsmechanik vorgegebenen möglichen Regelabweichunz kann
Aufteilung des in die Teilmodelle und
Scheibenseche verzichtet werden. entworfene Regler
zum einer die Strategie "Drehen-Zurückdrehen",
dazwischen ein Haltezeitglied einzufügen,
Als Eingangsgrößen in den Modellregler dienen die aktuelle Fahrgeschwin-
Eine genaue des Modellprogrammes
sowie seiner Entwicklung befindet Beginn des Kapitels
4.3.7 Fahrversuche Höhen- Seitenführung
Die Fahrversuche zur Höhen- und Seitenführung dienen zur Überprüfung und De­
Erkenntnisse aus der Regelungsentwicklung.
Da zum kein dem der Verlauf
Pflanzenreihe werden kann, zur stand, wurde
ner Modellstrecke ein künstlicher Reihenverlauf Dabei kam für die
gleiche Modellstrecke bei Fahrversuchen zur Höhenführung.
dem Unterschied, daß diese einmal und einmal auf-
zum Einsatz. Bei der senkrecht montierten Modellstrecke der
einer Pflanzenreihe Die dieser Modellstrek-
ke der am Führungsholm angebracht

Arbeitskraftkosten zusammen. Die Arbeitskraftkosten enthalten
Arbeitsgänge sowie die Anzahl
Einsatzkosten eines Arbeitsgerätes pro errechnen sich aus:
Darin ist:
K1ahr : jährliche Einsatzkosten pro Gerät
A
Fixkosten
Fixkosten Gerät
+
variable Kosten Gerät
jährliche Einsatzfläche
Traktorkosten
Kosten für Arbeitskraft
Zeit für die Bearbeitung
+
jährlichen Einsatzfläche
[DM/ha]
[ha]
[DMIh]
[DMJAkh]
Die Fixkosten pro Jahr errechnen sich aus der linearen Abschreibung des Anschaf-
fungspreises auf die Es in Höhe von 8 %
halben Anfallende Versicherungskosten (z. B. für
den Schlepper wurden addiert, Unterbringungskosten nicht berücksichtigt):
Fixkosten (Gerät,
Investition für das
- !cL+ I
- 'G 0,04
(7)
[DM]

nach WEBER einer Nutzungsdauer 10 Jahren ausgegangen. Die Nut-
zungsdauer einer automatischen Geräteführung wird veran-
schlagt
Das eingesetzte
eingesetzten Geräte, nach
Anschaffungspreises verzinst.
Die Fixkosten für den Pflegeschlepper (Geräteträger,
fungspreis von 70.000 DM
KTBL (1996):
jährliche Abschreibung
Zinsansatz von 8 % des halben Anschaffungspreises
Versicherungskosten
automatische Geräteführung und
Zinssatz des halben
mit einem Anschaf-
einer Nutzungsdauer von 12 nach
5.833 DM
+ 2.800 DM
+ 229DM
Für den Standardtraktor bei dem Geräte im oder Frontantrieb eingesetzt
werden (Traktor mit Hinterradantrieb, 30 - 40 kW) sich bei An-
schaffungskosten von 41.000 DM einer Nutzungsdauer von 12 Jahren
KTBL Fixkosten Höhe von:
Zinsansatz von 8 % des halben Anschaffungspreises
Bei einer Einsatzzeit von 800
setzten Traktoren Stunde:
3.417 DM
+ 1.640
betragen die festen Kosten für die
+ 229DM
8.862 : 800 DM/h

Material und Methoden 87
Standardtraktor - 40 kW) 5.286 DM/a: 800 hJa = 6,60 DM/h
Die Fixkosten die sich pro Jahr für eine automatische mit veran-
schlagten Anschaffungskosten in Höhe von 10.000 DM belaufen sich auf
1.400 DMJa. Da eine automatische Geräteführung nicht an ein bestimmtes Arbeitsge­
rät ist, werden die Fixkosten bei der Modellkalkulation auf die Geräte ent­
sprechend der jeweiligen Einsatzfläche aufgeteilt.
4.4.2 Variable Kosten
Die veränderlichen oder variablen Kosten setzen sich aus den und Be­
triebsstoffkosten. sowie aus den Verschleißkosten auf die Gesamteinsatzflä­
ehe und den Gesamteinsatzzeiten zusammen. Hinzu kommen noch die Arbeitskosten
entsprechend der Anzahl und der eingesetzten Arbeitskräfte.
Die veränderlichen Kosten der eingesetzten Traktoren betragen nach KTBL (1996)
für den:
Pflegeschlepper
Standardtraktor mit Hinterradantrieb (34 - 40 kW)
7,94 DMJh
9,45 DM/h
Die Betriebsstundenkosten sich aus den fixen Kosten pro Stunde und den
veränderlichen Kosten für den jeweiligen Schlepper:
Pf1egeschlepper
Standardtraktor - 40 kW)
11,- DM/h + 7,94 DMJh = 18.94 DM/h
6,60 DM/h + 9,45 DM/h = 16.05 DMJh
Als Kosten für eine Arbeitsstunde werden nach WEBER und den Sätzen der
Maschinenringe (KBMB 1995) 18 DM/AKh für den Schlepperfahrer angenommen.

88 Materiai und Methoden
Falls zweite Arbeitskraft zur Feinsteuerung notwendig wird, fallen
stunde Kosten von DM!AKh an. Dies WEBER (
Befragung ermittelten Kosten Arbeiten, die nur gar
der Arbeitskraft erfordern.
Bei den variablen der Arbeitsgeräte werden von WEBER und KTBL
angegebenen die ökonomischen Sie betra-
gen für Reihenhackbürste und für die Reihenhacke 3,60 DMJha. Für die
automatische werden Kosten von DM/ha angenommen.
Aufgrund der arbeitenden Sensorik mit geringem zu
rechnen. Die variablen Kosten hauptsächlich auf Abnutzung der für eine
tornatische Geräteführung Mechanik zurückzuführen.
Modellannahmen
Für den Kostenverzleich einer automatischen Geräteführung zur Unkrautregulierung
zwischen den mit herkömmlichen Verfahren werden 2
Modellbetriebe mit unterschiedlichen Anbauflächen Intensitätsstufen herangezo-
gen. Diese Modellbetriebe wurden von Weber (1997) für die eines
mierten zur mechanischen konstruiert. Die
Struktur der Betriebe basiert. auf der von 54 ökologisch
wirtschaftenden und Einteilung in verschiedene Betriebsformen nach
FRlTZ
Betrieb kann als landwirtschaftlicher Betrieb, der auf einer Fläche 30 ha
gemüsebau betreibt, beschrieben werden. durchschnittliche Schlaggröße dieses
Betriebes beträgt 2 ha, Betrieb ist mehr gärtnerisch orientierter Freilandgemüse-

5).
Tab. 5: Flächenleistungen der
Modellbetriebe
Material und Methoden 91
Gerätekombinationen für die
Variante automatische Heckanbau Frontanbau Geräteträger
Geräte- mit Feinführung
steuerung
Betriebstyp I n I n I II I n
Reihenhackbürste 0,23 0,18 0,23 0,18 0,14 0,11 0,18 0,14
[ha/h]
Reihenhacke [ha/h] 0,50 0,38 0,50 0,38 0,30 0,23 0,40 0,30
Für die Betrachtung der Verfahrenskosten wird angenommen, daß die Wirkung der
eingesetzten Geräte unabhängig von der Fahrgeschwindigkeit und damit der Flächen­
leistung ist.

92
5
Ergebnisse
Der der in mehrere Abschnitte. Im
ersten Abschnitt werden die zu den über die Vorgaben
und Die Untersuchungen
an vorhandenen Pflanzenreihen und der Höhenverlauf verschiedener Bodenoberflä-
chen stehen dabei im Aus den dieser Voruntersuchungen
werden anschließend allgemeine an die Sensoren und Akteren zur
automatischen Geräteführung aufgestellt. Das nächste befaßt sich mit der
Untersuchung von Sensoren für eine automatische Geräteführung. Hierbei wird so­
wohl auf statische als auch auf die Sensoruntersuchungen eingegangen.
Es folgt die Darstellung der Ergebnisse aus der gerätetechnischen Überprüfung zur
Höhen- und Seitenführung sowie der Reglerentwicklung. Abschließend werden die
Ergebnisse aus der ökonomischen behandelt.
5.1 Ergebnisse zu den Untersuchungen der Vorgaben eine,' automatischen
Seitenführung - Pflanzenreihen
Als Eingangsgröße für eine automatische ist der Verlauf der Pflanzen­
reihe entscheidender Dieser Reihenverlauf eng mit den vora.n-
gegangenen Arbeitsschritten und der Anbaumethode ab. Das Erfassen
und Parametrisieren von in der Praxis auftretenden in den Reihenver-
läufen ist
räteführung" .
der Eingangsvoraussetzungen zur Entwicklung einer "inltellig(;nt,;n Ge-
Zur Beurteilung und Bewertunz der Reihenverläufe und Schwankungen in den

Ergebnisse 93
Reihen ist ein einheitlicher notwendig. Als Bezugspunkt für die Position
der einzelnen Pflanze zur Reihe ist die Veränderung der bzw.
der Pflanze denkbar. Außerdem kann auch mit der Position gegenüber
einer Mittellinie oder dem gearbeitet werden. In der
Darstellung dient die Position der ersten Pflanze in der untersuchten Reihe als Be-
zugspunkt. Der Verlauf der sich nicht als da sich diese
innerhalb des Kulturverlaufes ändern kann. So führen nach einem
starken Regen oder andere Maßnahmen, wie etwa das Aufhacken zur Unkrautregulie­
rung, zu ständigen Veränderungen am Verlauf der Auch durch das mehr­
malig Befahren innerhalb der Kulturdauer wird die Fahrspur verbreitert, da ein exak-
tes Nachfahren einer vorhandenen in der Praxis nicht möglich ist.
Der Einfluß der Grundbodenbearbeitung auf den späteren Verlauf der Kulturpflanzen­
reihe ist bei der Gesamtbetrachtung der Anbaumethode nicht zu vernachlässigen. Eine
gleichmäßige Bodenstruktur trägt entscheidend zu der der anschließenden
Arbeiten in der Verfahrenskette bei. Eine unzureichende Grundbodenbearbeitung
kann durch die folgenden Arbeitsschritte nicht mehr ausgeglichen werden. Das
ungenügendeEinarbeiten von Ernterückständen führt beispielsweise oft zum Verstop­
fen des Säaggregates und somit zu Fehlstellen in der Pflanzenreihe. Diese Fehlstellen
müssen von einer automatischen Geräteführung, die sich an der Pflanzenreihe orien­
tiert, erkannt und ausgeglichen werden. Bei sehr Lücken im Pflanzenbestand
kann die Orientierung an einer Reihe als Vorgabe für die Geräteführung nicht mehr
ausreichend sein. Werden jedoch mehrere Pflanzenreihen gleichzeitig als Bezugs­
signal erfaßt, so lassen sich Fehlstellen in einzelnen Reihen leichter ausgleichen.
Von den untersuchten Pflanzenreihen soll an dieser Stelle exemplarisch eine gesäte
und eine gepflanzte Kultur vorgestellt werden. Bei der Pflanzenreihe in der folgenden
Darstellung(Abb. 17) ist die gesäte Kultur Dabei handelt es sich um Ret­
tich der Sorte Rex (Raphanus sativus L.), der in schmale Saatfurchen mit einer Drill-

Ergebnisse 95
Ermitteln des Vegetationspunktes erheblich erleichterte. Die Koordinaten des Vegeta­
tionspunktes der ersten Pflanze in der Reihe wurden um einen einheitlichen Bezugs-
zu erhalten auf die Position 0 ; 0 Die Koordinaten aller weiteren
Pflanzen beziehen sich ebenfalls auf diesen Ursprung. Die dargestellte Pflanzenreihe
verläuft in X-Richtung, wobei eine leichte Verschiebung von maximal 10 cm in Y­
Richtung festzustellen ist.
Bei der dargestellten Pflanzenreihe kann deutlich zwischen den Streuurigen aufeinan­
derfolgender Pflanzen und dem Verlaufder Reihe unterschieden werden. Der Verlauf
der Reihe wird wesentlich durch die Fahrbewegung bei der Aussaat bestimmt. Die
Abweichungen von aufeinanderfolgenden Pflanzen resultiert aus der Ablagegenauig­
keit des Säaggregates.
Als Beispiel einer gepflanzten Kultur ist in der folgenden Darstellung der
Verlauf einer Salatpflanzenreihe (Lactuca sativa L.) wiedergegeben. Die Positionser­
rmmung erroigte etwa eine Woche nach der Pflanzung. Der Salat wurde auf
einem Beet angebaut und maschinell mit einem Abstand von 35 cm in der Reihe ge-
Zum Ermitteln der Koordinaten wurde der im Kapitel 4.1.1 beschriebene
Meßaufbau mit Richtschnur, Maßband und Winkel eingesetzt. Die Koordinaten des
Vegetationspunktes der ersten Pflanze wurden analog zur gesäten Reihe auf die Posi­
tion 0 ; 0 gelegt.

nen Pflanzen, breiten
heitsbereiches bewirkt aber gleichzeitig
Kulturtläche,
rung, sondern auch
dende Rolle.
ausgeglichen werden. Dieses Erhöhen des Sicher-
einen größeren Anteil unbearbeiteten
Reihen spielt daher nicht nur für die Gerätefüh-
der Verfahrenstechnik eine entschei-
Um sinnvolle Stellgrößen für die Aktaren erhalten reicht es nicht aus, nur die Posi-
tion exakt zu bestimmen. Die alleine stellt noch
brauchbare Eingangsgröße zur von dar. Eine Mög-
um aus den ermittelten Werten eine zu erhalten bietet hier die
tende Mittelwertbildung.
Als Beispiel wie aus den Positionen der Einzelpflanzen durch die Mittel-
wertbildung eine für die ermittelt werden kann, dient in der
folgenden die Kultur. Es sind die Mittelwertfunk-
tionen aus 3, 5 und Pflanzen abgebildet.

der Pflanzen. die bei der gleitenden Mittelwertbildung
richtet hauptsächlich nach der
mechanische Unkrautregulierung bei
arbeitung möglichst keine zerstören beschädigen. Die wirksame
Pflanzenschutztunnels kann daher bei Ermittlung
der notwendigen Pflanzenanzahl herangezogen werden. Wird einer Tunnellänge
von einem ausgegangen, so bei der
generierung mindestens Pflanzenpositionen zu berücksichtigen.
der folgenden Darstellung ist Fahrverlauf eines Pflanzenschutztunnels unter der
Berücksichtigung von drei Pflanzenpositionen dargestellt (Abb. 21).
Pflanzenschutztunnels über
(Tunnellänge ] Tunnelbreite 6 C111)
Pflan-

Ergebnisse
Beim Verlauf wird unterstellt, daß keine Abweichung zwischen der zu
fahrenden und einem realen Fahrverlauf besteht. Der Verlauf der Reihe
mit dem Ansatz der Mittelwertbildung gut nachgefahren
werden. Problematisch sind die seitlichen Abweichungen aufeinanderfol­
genden Pflanzen. Nur die Pflanzen, die sich zwischen den beiden Tunnelrändern be­
finden, werden nicht Solche, die innerhalb oder außerhalb der als Tunnel-
markierten Fläche liegen, werden entweder vom Bearbeitungsgerät oder vom
Pflanzenschutztunnel in Mitleidenschaft gezogen. Im vorliegenden Beispiel ist dies
bei I Pflanzen der Fall. Durch die Auswahl eines breiteren Schutztunnels ist es
diese Anzahl zu reduzieren, gleichzeitig erhöht sich dadurch
der Anteil der unbearbeiteten Fläche.
Ein Problem bei der gleitenden Mittelwertbildung ist, daß Pflanzen, die große seitliche
Abweichungen gegenüber den restlichen Pflanzen in der Reihe aufweisen, den Ver­
lauf Mittelwertfunktion stark beeinflussen. Diese Pflanzen mit großen seitlichen
Abweichungen werden im Folgenden als "Ausreißer" bezeichnet.
Bei der hier Salatpflanzenreihe beträgt die Abweichung von 95 % aller
Pflanzen, der Mittelwertkennlinie aus 3 Werten, als 27 mm. Nur
zwei Pflanzen weichen mehr als 35 mm von dieser Linie ab. Bei einem optimierten
werden solche Pflanzen nicht mehr als Eingangsgröße für die Steuersignalge­
nerierung zur herangezogen. Dies bietet eine Möglichkeit Pflanzen, die
aufgrund ihrer Position gegenüber der Reihe nicht mehr durch das aus­
LUJ.

Untersuchungen der Vorzaben
der den automatischen Sei-
ist
Grundsätzlich der Methoden
auch anwenden.
der die beiden untersuchten
denfraktionen Der Meßwert auf
Abb.22:
0:0) um erhalten.
feiner

Ergebnisse 103
Die in der Abbildung zeigen die verschiedenen Bo­
denproben jeweils im angefeuchteten Zustand. Der Höhenverlauf konnte bei den trok-
kenen Böden nicht exakt ermittelt werden, da Fehlstellen im Verlaufdes Meß-
auftraten. Dies wird auf das Reflexionsverhalten der bei trockenen
Böden sehr Oberfläche zurückgeführt, Feuchte Böden können dage­
gen ausreichend und ohne Fehlstellen detektiert werden, was auf eine veränderte
Oberflächenstruktur durch das Befeuchten zurückgeführt wird.
Anband der aufgezeichneten läßt sich kein großer Unterschied
zwischen den beiden untersuchten Bodenfraktionen erkennen. Die feine Struktur der
Bodenprobe I (feinkrümeliger Humus) wird durch den Verlauf des aufgezeichneten
Meßsignal nicht wiedergegeben. Der Höhenverlauf ähnelt stark dem
von Il. Die sehr Struktur der zweiten Probe oder einzelne
Steine lassen sich anband des Oberflächenprofils ebenfalls nicht bestimmen. Der
Verlaufdieser, als sandiger Lehm beschriebenen Bodenprobe, ist im Vergleich
zur ersten Probe etwas unruhiger und es sind teilweise auch größere Sprünge inner­
halb der Meßreihe erkennbar.
Die Schwankungen oder Sprünge im Oberflächenprofil beider Bodenproben liegen
meist in einem Bereich von ± 1 crn. die
mehrmals innerhalb Zentimeter auftreten, müssen bei der eines
Eingangssignals zur Höhenführung unberücksichtigt bleiben. Sie treten, da sie durch
einzelne Steine oder Erdkluten verursacht werden, nur unmittelbar unter dem Meßort
und nicht über die gesamte Arbeitsbreite der eingesetzten Geräte auf. Ein Mittel, um
solche Schwankungen bei der Höhenführung gleich von an auszuschließen, ist
der Einsatz von mehreren Sensoren, die über die zu Breite verteilt sind.
Durch das Verrechnen einer größeren Anzahl von lassen sich die einzel-
nen Schwankungen Ein weiterer Vorteil beim Einsatz mehrerer Sensoren
ist es, Hangneigungen zu erkennen und bei der Höhenführung des zu

der der Höhenverlauf einer Bodenoberfläche über eine länge-
re Streckenabschnitt sowie ein cm Teilausschnitt Das
Bodenbeet wurde zuvor einem Rechen manuell daß
Schwankungen als bei Schalen untersuchten Bodenfraktionen erkennen
Über eine von Meter schwankt Höhenverlauf einem
Bereich von ± cm. Einzelne die der relativ ebenen Fläche herausra-
lassen gut wiederfinden. "Ausreißer" dürfen zu nezativen
der eines führen. Dies läßt sich
den an den Pflanzenreihen eine mittels
gleitender Mittelwertbildung über erreichen.
den Sensoruntersuchungen
Die Ergebnisse zu den Sensoruntersuchungen
sich entsprechend den unter-
suchten Sensoren m Bereiche .Llltraschall" und "Laser". sehr unter-
schiedlichen Meßprinzipien sind die Versuche den beiden nicht direkt
den Ultraschallsensoren konnten der variablen
Programmierung der
Sensoren eine Vielzahl unterschiedlicher Parameter berücksichtigt werden.
Ergebnisteil dieser Versuche den Laseruntersuchungen.

5.3.1 Ultraschallsensoren
Ergebnisse 107
Bei den Voruntersuchungen der eingesetzten Ultraschallsensoren wurde festgestellt,
daß beide Sensoren einen geringeren Abstand als die tatsächliche Entfernung zwi­
schen Sensor und Meßobjekt anzeigen. Die Differenz zwischen Istabstand und ange-
Abstand veränderte sich nicht über den Meßbereich und betrug bei Sensor I
etwa cm und bei Sensor Il ca. 1,5 cm. Diese Differenz spielte für die Verrechnung
und Darstellung der Meßdaten keine Rolle, da der Fehler durch eine entsprechende
O-Punkt-Korrekturausgeglichen wurde.
5.3.1.1 Statische Untersuchungen
Wie sich bei den statischen Untersuchungen herausstellte unterliegt der Erfassungsbe­
reich der untersuchten Sensoren Schwankungen im Millimeterbereich. Im Randbe­
reich ist eine eindeutige Erfassung des Meßobjektes nicht immer gewährleistet. Für
die Darstellung des Erfassungsbereiches wurde immer der Meßwert aufgenommen,
bei dem das Objekt noch sicher erfaßt wurde. In der folgenden Abbildung ist der Ra­
dius der Erfassungsbereiche der beiden untersuchten Ultraschallsensoren in Abhän­
gigkeit von der Entfernung Sensor/Meßobjekt dargestellt (Abb.

Ergebnisse
Zusammenhang nachgewiesen werden konnte. Die des Erfassungsbe­
reiches variierte einerseits abhängig vom jeweils untersuchten Sensor und andererseits
noch über den Abstand im Meßbereich, Die Auskleidung der Schallhörner mit schall­
absorbierendem Material hatte keinen Einfluß auf das und den Er­
fassungsbereich der Sensoren.
5.3.1.2 Auflösungsvermögen
Unter dem Begriff Auflösungsvermögen wird hier die des Sensors ver-
standen, ein einer bestimmten Mindestgröße sicher zu detektieren, Ob ein Sen-
sor ein wahrnimmt und anzeigt, hängt von der Intensität des empfangenen
Echos ab. Diese Intensität ist von einer Reihe unterschiedlicher Faktoren wie Ultra­
schallfrequenz, Objektgröße. Neigungswinkel und Abstand
Sensor/Objekt abhängig. Für die Ermittlung des Auflösungsverhaltens wurden die
verschiedenen Modellkörper in unterschiedlichen Entfemungen in den Ertassungsbe­
reich der Sensoren gebracht. Zeigte sich keine Veränderung dem zuvor
eingestellten Grundabstand, so wurde davon ausgegangen, daß der entsprechende
Meßkörper nicht mehr wahrgenommen werden konnte.
Es stellte sich bei diesen Untersuchungen heraus, daß ein fließender des
Auflösungsverhaltens der Sensoren Es gab keine scharfe Grenze für ein ex­
aktes Wahrnehmen der untersuchten Objekte. Abhängig von der Größe der Refle­
xionsfläche und der zum Sensor wurde der Abstand zum Meßobjekt un­
genau ermittelt. Es wurde, besonders bei kleinen Oberflächen, eine Entfer­
nung angezeigt als tatsächlich Zudem ist das Auflösungsverhalten am Rand
des Erfassungsraumes geringer als im zentralen Bereich. Durch den Einsatz von
Schallhörnern konnte keine eindeutige Verbesserung des Auflösungsverhaltens.

sehen der Begrenzung des Erfassungsraumes. festgestellt Von den unter­
suchten Sensoren hatte Sensor I ein besseres Auflösungsvermögen als Dies
ist insofern erstaunlich, da dieser Sensor auch
Durch die der
konnte keine Verbesserung des Auflösungsverhaltens
den, Das bei
die der Boden den gesamten Erfassungsbereich
5.3.1.3 Untersuchungen zum Reflexionsverhalten
den QTößen:n Erfassungsbereich
der
Sensoren beobachtet
Rolle, da für
Das Reflexionsverhalten der Meßobjektoberfläche wirkte sich sehr unterschiedlich
auf die beiden untersuchten Sensoren aus. Die von Sensor war
wesentlich als die von Sensor Il. Sensor Reihe von
Versuchen keine Meßergebnisse liefern. mit
dem die Objektoberfläche gegenüber dem Sensor entscheidende
Rolle für die Funktion des Wird Schall nicht wieder zum Sensor zu­
rück reflektiert, kann auch kein Abstand ermittelt werden. Ob das Ultraschallecho
beim Empfänger ankommt, von der Oberfläche, der und Ent-
fernung ab. Die schräge Kante des wurde von keinem der
den Sensoren bei den untersuchten Abstände erfaßt,
5.3.1.4
Als Versuchsautbau zur Ermittlung des Abbildungsverhaltens der Sensoren wurde
Standartversuchsstrecke die aus drei Qua-

Ergebnisse 113
So wird die Oberflächenkontur der Meßstrecke mit steigender Taktrate "genauer"
dargestellt. Bei dem untersuchten Meßsystem ist die Taktrate auf 20 Hz beschränkt.
Dies bedeutet, daß bei einer Fahrgeschwindigkeit von 50 mm/s ca. 400 Meßwerte
beim Abtasten der Modellstrecke aufgenommen werden. Die Variation der Taktrate
verursachte bei keinem der untersuchten Sensoren Probleme hinsichtlich ihres Meß­
verhaltens.
5.3.2 Untersuchungsergebnisse zu dem eingesetzten Lasersensor
Der eingesetzte Laser-Triangulationstaster gibt in Abhängigkeit vom Abstand zum
Meßobjekt eine Spannung zwischen 0 und 10 V ab. Das Verhältnis der Entfernung
zur Ausgangsspannung ist bei dem hier untersuchten Lasersensor keine lineare Funk­
tion. Die Eichfunktion zur Umrechnung vom Spannungssignal in mußte
aufgrund von bauartbedingten Schwankungen experimentell ermittelt werden. Auch
die Sensorunterlagen und die entsprechende Dokumentation konnten nur unzurei­
chend den sensorspezifischen Zusammenhang zwischen Spannung und Abstand klä­
ren. In der folgenden Abbildung ist die anhand von 40 Meßwerten experimentell er­
mittelte Eichkurve des eingesetzten Sensors dargestellt (Abb.

!I6 Ergebnisse
wegt aufgezeichnet. Nach dieser
50 Sekunden mit Raugiergeschwindigkeit
verschoben.
Das Reaktionsverhalten
wurde der Sensor für weitere
ruhiger Lauf) gegenüber der Platte
Außer diesem Versuch wurden noch unterschiedlichen Fahrgeschwindig-
keiten lind Alle diese führten zu
dem gleichen unbefriedigenden so daß auf die der Ergebnisse
und den weiteren Einsatz des Lasersenseres zur Abstandsmessung gegenüber
ten verzichtet werden mußte, Der Sensor konnte bei den
weiteren als Meßsystern zur des Positionssensors auf
dem Führungsholm werden. In diesem wird der festen Mon-
tage gegenüber der Meßfläche ein Meßergebnis erzielt.
Die Ursache für die hohe des Sensors gegenüber den Fahrbewegun-
gen wird innerhalb der Optik vermutet, nach in Bezug auf die
Fahrtrichtung unterschiedlich Effekte zu beobachten
5.4 Reaktionsverhalten der Versuchsmechanik Seitenführung
Systems, das Versuchsmechanik zur Seitenfüh-
rung im Boden wird, ist von großen Anzahl von sehr unterschiedlichen
Faktoren abhängig, Eine Reihe dieser Einflußfaktoren außerdem noch stän-
Schwankungen, was eme Reaktionsverhaltens Me-
chanik erschwert In der Praxis kommt es z.B. zu großen Schwan-
kungen Bodenart und innerhalb eines Diese bestimmen aber
entscheidend, wie tief die Scheibenseche in den Boden und somit welche
Kraft über die wirksame Sechfläche auf das übertragen wird. Die auf die Se-

Ergebnisse
ehe einwirkenden seitlichen Schiebekräfte bestimmten jedoch wesentlich,
Gesamtsystemverhält.
Die Fahrgeschwindigkeit, das Gewicht des angehängten und Fahrver-
halten der sind weitere Parameter, die sich entscheidend das Reakti-
onsverhalten auswirken. Das Erstellen eines Simulationsmodells zur Vorhersage des
Reaktionsverhalten der Seitenführung wird zusätzlich durch die zeitgleiche gegensei­
tige Beeinflussung der o. g. Faktoren erschwert. Um in diesem variablen Umfeld ei­
nen einzusetzen ist es notwendig, daß dieser alle Einflußfaktoren zusammen­
faßt und eigenständig aufVeränderungen reagiert.
Im Kapitel 4.3.6.3 wurde bereits der theoretische mathematische Fahrverlauf beim
Halten und während eines Drehvorganges der Seche beschrieben. Das tatsächliche
Reaktionsverhalten der Versuchsmechanik zur Seitenführung unter Bedingungen
ist zunächst der folgenden Untersuchungen. Anschließend
wird das Verhalten der Mechanik bei unterschiedlichen näher betrachtet.
5.4.1
Blumenstraße
Versuchsstand
Bei einem durch so viele unterschiedliche Faktoren beeinflußten System, wie es die
Versuchsmechanik zur Geräteführung darstellt, variieren die der
suchsfahrtenauch unter optimalen Bedingungen erheblich. Das Bestimmen der Bandbreite
in der sich das Reaktionsverhalten des Systems ist eine notwendige
Voraussetzung, um eine genaue Einordnung der Versuchsergebnisse durchfuhren zu
können.
117
das

li8 Ergebnisse
Die Untersuchung des Versuchsgerätes
suchsgerät zur Seitenführung im Versuchsstand Blumenstraße durchgeführt.
4.3.2 vorgestellte Versuchsgerät eingesetzt
SPS-S;tellenmg vorgegebene Fahrprogramm die Fahrgeschwindigkeit des
Ver­
tetragrahmens wurden bei allen Wiederholungen konstant Der Boden inner-
halb
Versuchsstrecke wurde nach jedem Durchgang
möglichst homogene schaffen. Während
keine Veränderung der Bodenfeuchte auf. An der Geschwindigkeitssteuerung
rätetragrahrnens wurden 20 eingestellt,
m1s Die Reproduzierbarkeit
digkeit ist mittels Lichtschranke
Darstellung des Zusammenhanges zwischen eingestelltem
Geschwindigkeit in m/s befindet im Anhang.
da­
die
am Tragrahmen eingestellten Geschwin-
Zeitmessung untersucht worden. Eine
Insgesamt wurden 25 untersucht und ausgewertet,
und erreichter
Fahrten befand sich der Teil des am rechten Anschlag
und die Seche zur Fahrtrichtung. Nach löste ein
der Versuchsstrecke Kippschalter
Steuerung aus. Daraufhin Sechstellmotor Seche
für 500 ms nach links. Es anschließend eine Haltezeit von 500 und
danach wurden die Scheibenseche Parallele zur Fahrtrichtung zurückge­
steltt.
der folgenden Darstellung ist von
Wiederholungsfahrten des Ver-
suchsgerätes für das beschriebene Fahrprogramm wiedergegeben.

über anderen Wiederholungsfahrten gleichmäßig
zwischen diesen UlIOHL,C". Die Standardabweichung 25
0.396. Sie ist in der folgenden Abbildung zusammen mit der Verteilung
30).
5 1------.----'-----------1 1--.--.-.'''-...--]
Wiederholung - 25
seitlichen
I
Min., Max. I'
arith, Mittel
Staudartab-
Abb.30: Verteilung statistische Kenngrößen der seitlichen Verschiebung von
25 Wiederholungen unter Rahmenbedingungen
Die dargestellte Grundstreuung des läßt sich auch unter normierten Bedin-
gungen nicht vermeiden, Unter ihrem Einfluß stehen alle Ulp·itp·cpn Untersuchungen
zum Reaktionsverhalten
eingesetzten Versuchsmechanik, Bei einem Einsatz au-
ßerhalb der Versuchsstrecke wirken zusätzlich noch weitere Faktoren, wie Fahr-
bewegungen des Zugfahrzeuges auf das
weiteren Erhöhung der Grundstreuung.
ein. Dies führt zusätzl ich zu einer

Ergebnisse 121
Mit festen für die Aktoren läßt sich ohne eine Rückmel-
über die genaue Position auf dem Verschiebeholm, ein Verlauf
nur unzureichend nachfahren. Insbesondere wenn, wie beim Nachfahren einer Pflan­
zenreihe, mehrere Positionswechsel hintereinander vorgenommen werden müssen, ist
die Rückmeldung an das System Diese fuhrt zu
einem geschlossenem Regelkreis für die automatische Geräteführung.
5.4.2 Fahrgeschwindigkeitseinfluß auf die Versuchsfahrten
Die zum Einfluß der Fahrgeschwindigkeit auf das Reaktionsverhal-
ten der Versuchsmechanik zur wurden weitgehend analog zu den Ver-
suchen zur der Anlage durchgeführt.
Die durch das zwischen dem Verdrehen und
Zurückdrehen des Seches wurde des großen seitlichen Versatzes bei hohen
Fahrgeschwindigkeiten auf 300 rns verkürzt. Die Drehzeit der Seche wurde mit
500 ms Verdrehen und 500 ms Zurückdrehen nicht verändert. Die Fahrgeschwindig­
keit wurde kontinuierlich in Schritten von 0.083 mJs zwischen 0.08 und 1,49 mJs ge­
steigert. Der die Geräteeinstellung und der Boden den in
5.4.1 beschriebenen Vorgaben.
In der Darstellung ist der Fahrverlauf der Versuchsmechanik für drei unter-
schiedliche Geschwindigkeiten abgebildet.

Ergebnisse 125
betrachtet nimmt der Wert der Abweichung mit steigender Fahrgeschwindigkeit zu.
Die Abweichung zwischen tatsächlicher und theoretischer ist von sehr
vielen unterschiedlichen Faktoren, wie etwa der Bodenart. dem Bodenzustand und der
wirksamen Sechfläche Diese Faktoren sind nicht konstant, sondern
sehr variabel. Während der Fahrt lassen sich diese auftretenden nur sehr
schlecht erfassen. Daher kann auch die Abweichung nicht durch eine ein-
fache Aufschaltung oder feste Voreinstellung werden. Eine Möglichkeit,
um auf die Veränderungen zu ist der Einsatz eines adaptiven
stems, das sich selbständig anhand eines hinterlegten Modells an die variablen
benheiten anpaßt.
5.4.3 Untersuchungen an einfachen Reglerstrukturen
Die bisher vorgestellten Untersuchungen das Reaktionsverhalten
der Versuchsmechanik bei fest vorgegebenen Es erfolgte während
und nach der Programmausführung keine Rückmeldung der Sensoren an die Steue­
rung. Das Nachfahren einer sich verändernden Pflanzenreihe ist ohne
Rückmeldungund Kontrolle der Sollposition nicht oder nur für einen kurzen Zeitraum
möglich. Wird nun nach einer vorgegebenen Steuerungsmaßnahme die aktuelle Posi­
tion an die Steuereinheit zur Kontrolle so kann diese eine Korrektur vor­
nehmen. Durch die Rückmeldung der "IST-Situation" wird aus der offenen Steuerung
ein geschlossenerRegelkreis (Abb. 34).

Meßort:
34:
Abstand
Bodenart und -zustand,
Erdkluten. Steine,
5.4.3.1 Fahrverlauf bei unterschiedlichen Verstellzeiten Scheibenseche
In der rotgenden Abbildung ist der Fahrverlauf bei zwei unterschiedlichen z.eirvorga-
ben zum Verstellen der Seche dargestellt Die Breite des einzuhaltenden
Sollbereiches
vorgegeben. Zu
ches,
bei I cm. Bei allen Fahrten wurde als Fahrgeschwindigkeit 0,83 rnls
rechten Anschlag,
Fahrt befand
in Mitte des beweglichen Berei-

128 Ergebnisse
beschriebene Verhalten zu vermeiden, ist das Verringern der Fahrgeschwindigkeit
Neben beiden Fahrten wurden noch weitere ms Verstellzeit
durchgeführt. Mit dem Anstellwinkel, der sich aus dieser Verstellzeit konnte
der seitlich nicht so stark verschoben werden, daß der Sollbereich
innerhalb der Versuchsstrecke erreicht wurde. Bei sehr kleinen Winkeln zwischen den
Sechen und der Fahrtrichtung war z.T. die auf den so ge-
ring, daß keine seitliche Verschiebung wurde.
5.4.3.2 Fahrverlauf bei unterschiedlichen Ge,sdlwiindliglieilten
Analog zu den Versuchen mit unterschiedlichen Verstellzeiten wurde das Verhalten
der Versuchsmechanik beim Einsatz eines fest programmierten Reglers und unter-
schiedlichen untersucht. Bei diesen Untersuchungen wurde
die des von 10 auf35 Hz in Schritten von 5 Hz er-
höht. Dies einem zwischen 0,4 und 1,45 m/s. Die
Verstellzeit der Scheibenseche wurde in einer Versuchsreihe mit 200 ms und in einer
weiteren Reihe mit 300 ms vorgegeben,
In der sind Fahrten bei unterschiedlichen
Bei diesen Fahrten wurde die Seche außer-
halb des Sollbereiches so verstellt, daß sich des
auszurcgelnden Bereiches Beim Eintritt in den Sollbereich genau
wie bei den zu unterschiedlichen Verstellzeiten. das automatische
Zurückstellen der Seche. Die unterschiedlichen Startpositionen auf dem Rahmen sind
durch die Drift während der Beschleunigungsphase verursacht,

Regelstrukturen nicht eingehalten
einzuhalten, kann hier beschriebenen einfachen
eliminieren, müßte
Verstell zeit werden.
beim der Scheibenseche Sollbereich schon verlassen wird.
Um
eine
das Problem des Zurückstollens beim Erreichen des Sollberei-
zu der eines je nach Regelabweichung
Scheibenseche unterschiedlich stark
den bisher es einem Proportionalregler
fest vorgegebenen Stellzeiten. nach vorhandener der
unterschiedliche Drehzeiten den Sechmotor vor. Aus dieser vorgegebenen
Drehzeit resultiert das Erreichen eines bestimmten Seche ge-
der Fahrtrichtung.
37) abgebildet.
Proportionalreglers ist

Der eigentliche Sollbereich (ct I cm) wird
obwohl die Seche bis zum Ende der Versuchsfahrt gegenüber
ausgelenkt bleiben, Durch das
y orceben einer Grundauslenkung außerhalb Sollbereiches läßt
derartiges Verhalten prinzipiell verhindern.
festen Vorzaben und Parametern
solches veränderliche Rahmenbedin-
schwindigkeiten ist der folgenden Darstellung
2
o
-2
-6
-8
.r
Abb, F ahrvertanf des Versuchsgerätes
Sollbereich wird bei der höchsten Fahrgeschwindigkeit
schwinzt aber, bevor sich die Seche
\
verschiedenenFahrge- .........
v1'" 0.4 m/s :-------
v2'" 0.8 m/s
c------
--- 1.2 m/s i-
Sollbereichsgrenzen
I
1'-

Ergebnisse 133
der aus diesem Bereich heraus. Der Grund für dieses Verhalten ist die fest vorgegebe­
ne Drehgeschwindigkeit mit der die Seche verstellt werden. Das Annähern an den
Sollbereich erfolgt so schnell, daß kein ausreichender Zeitraum zum Zurückdrehen
der Seche vorhanden ist.
Bei der Fahrt mit der langsamsten Fahrgeschwindigkeit wird der Sollbereich erst nach
fast zwei Metern erreicht. Hier tritt der gegenteilige Effekt zur schnellen Fahrt auf.
Die Seche werden schon beim Annähern wieder langsam zurückgedreht, was ein
späteres Eintreten zur Folge hat. Der Winkel, den die Seche beim Erreichen des Soll­
bereiches gegenüber der Fahrtrichtung aufweisen, ist im Vergleich zu den Fahrten mit
höheren Geschwindigkeiten sehr flach. Die vorgegebene Regelabweichung wird bei
der Fahrt mit 0.8 m/s am schnellsten ausgeglichen.
In der folgenden Abbildung sind die Auslenkurigen der Seche bei unterschiedlichen
Geschwindigkeiten dargestellt (Abb. 39). Im oberen Diagramm ist das Zeitverhalten
wiedergegeben, im unteren der Sechwinkel gegenüber dem Weg. Zur
besseren Vergleichbarkeit der verschiedenen Geschwindigkeiten wurde der Beginn
der Winkeländerung bei allen Versuchsläufen rechnerisch aufden Zeitpunkt 0 gelegt.

Ergebnisse 135
gen, Bei niedrigen Geschwindigkeiten macht sich das der Ab-
weichurig negativ bemerkbar. Eine dieses zu vermeiden,
ist das Aufschalten der Fahrgeschwindigkeit als Mit Hilfe dieser
ßenaufschaltung müßte der und die Grundauslenkung beim Ver-
lassen des Sollbereiches in von der Fahrgeschwindigkeit angepaßt wer-
den.
Das Problem der vorgegebenen Stellgeschwindigkeit mit der die Scheibenseche ver-
dreht werden können, läßt sich jedoch durch eine nicht lösen.
Unter Bedingungen kann mit Hilfe eines jedoch für ei-
nen relativ weiten Bereich eine befriedigende werden. Der Vorteil
liegt hier vor allem in einer sehr einfachen die zu reali-
sieren ist.Nachteilig das Verhalten des die Seche beim
Annähern langsam zurückzudrehen.
Eine Möglichkeit, um die Nachteile eines Porportionalreglers zu ist mo­
dellorientierter der nicht anband fester Regelpararneter, sondern entsprechend
dem Fahrverhalten der Versuchsmechanik die Stellgrößen ermittelt. Ein solches
stem bietet die Möglichkeit durch eine eine Regelabweichung
schnellstmöglich auszugleichen.
5.4.5
Der hier vorgestellte Modellregler basiert im wesentlichen auf dem im
behandelten zur Seitenführung.
4.3.6.3
Die für das Ausgleichen der Abweichung notwendige Drehzeit wird nicht durch eine
feste sondern durch ein Reaktionsmodell der Versuchsmechanik ermittelt.

Als Eingangsparameter dieses Modell dienen lc;ULl19"AI die Regelabweichune und
aktuelle Fahrgeschwindigkeit. veränderliche Parameter wie etwa die Bo-
denkbar,
oder
während
das Regelmodell wurde daher verzichtet,
als
ermitteln. Auf Einbinden in
Der prinzipielle Aufbau des Regelungsmodells soll anhand des Fahrverlaufs beim
..
I
I
vorgegebenen Abweichung erläutert werden (Abb .
Starteunkt
verdrehen
Wendepunkt
drehen
beim emer gegebenen
Nach dem Auslösen Programmstart (Startpunkt) wird die
aktuelle Abweichuns Mitte Sollbereiches vom Positionssensor ermittelt.
Einbeziehung der aktuellen Fahrgeschwindigkeit wird anschließend den
Modellregler die notwendige Drehzeit berechnet. die notwendige

halten, bekannt Mit steigender Geschwindigkeit
Bei °/s bei einer von mehr
gegen
Anschlaz gedrückt, Daher durch Steue-
maximal Wert Neben Maxi-
maldrehzeit durch die Verlassen des Sollbereiches eine
0.15 s vorgegeben, Diese Zeit seitlichen
Seche,
Da die eingesetzte SPS-Steuerung über alle notwendigen Rechenfunktionen, zur
deU
Bereich
in
43.6.3 beschriebene Mo-
vereinfachte Berechnung unter Verwendung linearer überführt
vereinfachte Berechnung diente Funktion
Modellfunktion zwischen Minimal-
In der folgenden Darstellung ist Fahrverlauf der Versuchsmechanik
bei unterschiedlichen
Regelvorgang ausgeglichen, Anschlie-
der vorgegebene Sollbereich restlichen Streckenverlauf
Startpunkt zwei verschiedene Positionen
und der Modellregler aktuelle Abweichung
auch
des Regelprozesses betrachtet,
er

Stellmechanik.
direkt
gesetzt,
Für die Fahrversuche
satz. Ein Fahrverlauf
den den beim Rezelvorzans
Eine Verringerung dieser
vorhandene der Pflanzenreihe besser
Dies ist bei dem entwickelten
schnelleren Steuerung oder durch
Scheibenseche H"'!"UvU,
der bei der Regelungsemwicklung gewonnenen Ergebnisse
vom Ultraschallsensor aufgezeichnete Eingangssignal
chung
enthalten,
Höhenführung anwenden,
die Höhenverstellung
Mocellregler ein-
Ein­
Modellstrecke und das
101­
Abwei­
Abbil-

Fahrgeschwindigkeiten konnte
zu
Problematisch ist in
kann
Modellstrecke besser nachgefahren
der
vorausschauend auf eine Veränderung
werden, Mit steigender Fahrgeschwindigkeit verschiebt
chende Anpassung durchführen, Eine
sich eines Stellmotors
werden kann erreichen.
Pflanzenreihe
I Meter
ten Meßstrecke
Fahrversuchen
autgest eilt und
Als Programmvorgabe für
dem Fahrverlauf
Abstand
dem Stellrahmen
die Fahrbewegung immer
Modellstrecke. Um eine fahrgeschwindigkeitsunabhängige Re­
Sensor entsprechend weit vor
Verbesserung des Regelverhaltens
Seitenführung
maximale Abweichung
Drehgeschwindigkeit variiert
Modellstrecke
am beweglichen Führungsholm befestigt,
untersuchten Versuchsmechanik
Vorbeifahren an der Modellstrecke. die einen Bogen
Ultraschallsensor erfaßte Eingangssignal
betrug 0.4 m/s.
hatte eine
Die gesam-
die ersten 5 Meter ausgewertet wurden.
ein einfacher Proportionalregler ge­
der Modellstrecke
Fahrgeschwindigkeit beim Vorbeifahren
mittleren Teildiagramm der Abbil­
der Modellstrecke

E o
8
6
Fahrverlauf Nachfahren eines mit unterschiedlichen
0,4 V2= 0,6 m/s, V3= 0,8 m/s, V4= 1.0 m/s)
Bei sehr stark zum Überschwingen. da die
Seche nicht
genug zurückgestellt
bei den Untersuchungen zum Proportionalregler
Dieses Verhalten sich bereits
4.3.6.2). Insofern be-
das Reaktionsverhalten Versuchsmechanik den Fahrversuchen zur Hö-
und Seitenführung,
wonnenen Ergebnisse.
Regelungsentwicklung ge-

Ergebnisse
5.5 Ökonomische Betrachtung der automatischen Geräreführung
Für die ökonomische Einordnung der in Kapitel 4.4.3 beschriebenen Kalkulationsbei­
spiele werden die entstehenden Kosten für die Unkrautregulierung zwischen den Rei­
hen verglichen. Bei diesem Vergleich werden die 8 Varianten der Modellkalkulation
und die unterschiedliche Flächenleistung der eingesetzten Gerätekombinationen be­
rücksichtigt.
Die jährlichen Einsatzkosten für die dargestellten Varianten setzen sich aus den fixen
und variablen Kosten der eingesetzten Geräte, der Größe der zu bearbeitenden Fläche,
den Kosten der für die Bearbeitung notwendigen Arbeitskraftstunden und den Trak­
torstunden zusammen.
Die fixen und variablen Kosten der Arbeitsgeräte sind in der folgenden Tabelle darge-
stellt 6). Bei den Kosten der Variante automatische Geräteführung wird davon
ausgegangen, daß die Führungseinrichtung für beide Geräte eingesetzt werden kann.
Die zusätzlichen Kosten, die für eine Geräteführung entstehen, werden zu den Geräte­
kosten addiert.
Tab. 6: Fixe und variable (Kv) Kosten der eingesetzten Geräte zur Unkrautregulierung
zwischen den Reihen
Variante . automatische Heckanbau Frontanbau Geräteträger
Geräte- mit Feinfiihrung
steuerung
K F Bürste [DM] 1788 1456 1120 1120
Ky Bürste (DM/ha] 25 20 20 20
K F Hacke (DM] 1558 1162 826 826
Ky Hacke (DM/ha] 8,60 3,60 3,60 3,60
145

Ergebnisse 147
Betriebsstundenkosten sind beim Pflegeschlepper entscheidend für die anfallenden
Kosten verantwortlich. Die Variante Feinsteuerung schneidet, wegen der hohen Ar­
beitszeitkosten, die durch die zusätzliche Arbeitskraft entstehen, schlechter als die Va­
riante mit automatischer Geräteführung ab.
5.5.2 Kostenkalkulation Modellbetrieb Il
Der Vorteil einer hohen Flächenleistung einer automatischen Geräteführung wirkt
sich bei den fast doppelt so großen jährlich zu bearbeitenden Flächen von Modellbe­
trieb I, gegenüber Modellbetrieb H, stark aus. In der folgenden Tabelle sind die Ge­
samtkosten, die auf dem mehr gärtnerisch orientierten Freilandgemüsebaubetrieb
(Modellbetrieb II) entstehen, aufgeführt (Tab.
Tab. 8: Jährliche Gesamtkosten von Betrieb Il für die mechanische
Unkrautregulierung zwischen den Kulturpflanzenreihen
Betrieb II (10 ha) automatische Heckanbau Frontanbau Geräteträger
Geräte- mit Feinführung
steuerung
Bürste [DM/al 5.523 6.081 6.876 6.092
tHacke [DM/a] 3.476 3.490 3.779 3.301
I Kosten [DM/al 8.999 9.571 10.655 9.393 I
Die Variante Standardtraktor-Frontanbau verursacht auch bei Betrieb Il die höchsten
jährlichen Einsatzkosten. Die Kosten, die für die Unkrautregulierung beim Einsatz der
Kombination Standardtraktor/automatische Führung entstehen, sind auch bei Be­
trieb Il im Vergleich am niedrigsten. Die Einsatzkosten der Varianten Heckan­
bau/Feinsteuerung und Geräteträger liegen zwischen den beiden anderen Werten.
Die durch den Einsatz der Reihenhackbürste verursachten Kosten tragen bei Modell-
I

Gesamtbetrag der jährlich entstehenden Einsatzkosten
Neben der Arbeitsgeschwindigkeit sind hierfür die hohen fixen und
Kosten dieses Gerätes verantwortlich.
Kostenvergleich der beiden Mndellbetriebe
Beim der beiden zeigt sich, daß unab-
von der Betriebsgröße. Variante mit automatischer Geräteführung die nied-
rigsten jährlichen Einsatzkosten Die höchsten Kosten entstehen bei beiden
Betrieben beim Einsatz der Kombination Standardtraktor/Frontanbau. Bei Betrieb I ist
Variante Standardtraktor/Heckanbau als die Variante Ge-
räteträger, sich dieser in umgekehrter Reihenfolge
dar.
Kosten
besser vergleichen
größeren Einsatzfläche fallen für Betrieb absoluten
Unkrautregulierung zwischen den Reihen an. Um beide Modellbetriebe
sind in der folgenden Tabelle daher die Einsatzkosten
9).

Diskussion und SchlußfOlgerungen 151
" Im letzten Abschnitt erfolgt die der ökonomischen Betrachtung einer
automatischen Es werden anhand der aus dem ange-
wendeten Modell die für den Einsatz einer automatischen Gerätefüh-
rung dargestellt. Ein Schwerpunkt der Darstellung liegt in der Bewertung der Mög­
lichkeiten und Grenzen der Modellkalkulation.
Nach der Diskussion wird in einem Ausblick auf weiterführende Arbeiten der not­
wendige Handlungsbedarf, der sich aus den Ergebnissen und Schlußfolgerungen die­
ser Arbeit ergibt, aufgezeigt.
6.1 Rahmenbedingungen
Um eine Vorstellung der Rahmenbedingungen und Vorgaben für eine automatische
Höhen- und Seitenführung zu bekommen, wurde exemplarisch zu Beginn der Unter­
suchungen eine Auswahl unterschiedlicher Pflanzenreihen und Bodenarten analysiert.
Die Ergebnissedieser Analyse daß die erreichbare Qualität der Geräteführung
entscheidendvon den verfahrenstechnischen Vorarbeiten beeinflußt wird.
Bei der Seitenführung bestimmt die Streubreite, die beim Anlegen der Pflanzenbe­
stände festgelegt wird, später die Effizienz aller weiteren Maßnahmen. Um eine au­
tomatische Führung effektiv nutzen zu können, ist es von entscheidender Bedeutung,
die Vorgaben möglichst uniform zu gestalten. Der Einsatz moderner Pflanz- und
Saattechnik mit optimal Aggregaten bietet die Voraussetzungen,
mäßige Bestände zu schaffen und dadurch den Einsatz einer automatischen Seitenfüh­
rung entscheidend zu vereinfachen. Ein zusätzlicher Nebeneffekt von exakt
angelegten Reihen ist bei der mechanischen Unkrautregulierung die Minimierung der
unbearbeitetenFläche, die sich aus der Breite des eingesetzten Pflanzenschutztunnels

weisen. Eine
Probleme, die beim auftreten,
direkt oder indirekt von den vorgegebenen Einsatzbedingungen ab. Durch die
sie entstehen, werden.
dieser Probleme,
unterschiedlicher der relativen Häufigkeit
seitlichen Abweichung aufeinanderfolgender Pflanzen beurteilt. Dabei stellte
heraus, daß Reihen die geringeren auf-
dieser Arbeit
nete Geräteauswahl anzustreben.
unterschiedlicher Saat- oder Pflanzverfahren wurde im Rahmen
ist jedoch auch im Hinblick auf
Soll die Geräteführung universell eingesetzt UHue""ll, auch ein Stan­
dartanbausystem, das festgelegten anzuwenden. Die
Beschränkung aufein Minimum unterschiedlicher Abstände innerhalb eines Betriebes
oder eines Zusammenschlusses zur auch bei der
Verringerung und Elimination unnötiger Rüst- und Umrüstzeiten.
gleitende Mittelwertbildune wurde als Methode Generierung eines geeigneten
he mögliche Signalvorgaben berechnet.
nes Pflanzenschutztunnels
auch die Anzahl
Als Vorgaben
flächen und
dieser Methode wurde anhand einer realen Pflanzenrei­
Die
den Haupteinfluß
sich auch bei der Höhenführung.
die Anzahl der Pflanzen innerhalb ei­
Wirkbereiches vorn Arbeitsgerät
automatischen Höhenführung wurden verschiedene Bodenober­
exakte
daß eine
Möglichkeiten zur Auto­
V oroahen der Bo

Diskussion und SchlußfOlgerungen 153
denbearbeitung und Beetvorbereitung bestimmen wesentlich die Effizienz der auto­
matischen Höhenführung.
Problematisch ist insbesondere beim Einsatz eines Meßsystems zur Abstandsmessung.
daß keine Unterscheidung zwischen Boden- und Pflanzenoberfläche getroffen
kann. Bei einem dichten Pflanzenbestand ist deshalb eine bodenorientierte Höhenfüh­
rung nicht ohne weiteres möglich. WEISPFENNIG (1993) diesen Umstand
durch den Einsatz eines Schleifschuhes, der kleine Bodenunebenheiten und Unkraut­
pflanzen unterhalb des Meßpunktes eliminiert. Ob eventuell bei dem Einsatz einer
derartigen mechanischen Vorrichtung ganz auf eine berührungslose Siznater-
verzichtet werden kann, sollte jedoch werden.
6.2 Senseruntersuchungen
Aus einer Vielzahl sehr unterschiedlicher Meßsysteme wurde des Wissens-
standes die Sensorarten Ultraschall- und Lasertriangulation und näher
analysiert. Die ihrer Eignung für den Einsatz einer landwirtschaftli-
ehen Umgebung war dieses Teiles der Untersuchungen. Bedingt durch
die stark unterschiedlichen Meßprinzipien lassen sich beide Sensorgruppen nur
schlecht miteinander vergleichen. Im Folgenden werden daher beide Gruppen unab-
voneinander diskutiert.
Der Erfassungsbereich der untersuchten Ultraschallsensoren unterscheidet sich nicht
nur hinsichtlich der Form, sondern auch in der Größe erheblich. Zur Beeinflussung
des bieten sich sogenannte akustische Linsen 00. Anhand ver­
schiedener Schallhörner wurde die prinzipielle ihres Einsatzes in einer land­
wirtschaftlichen Umgebung Aufbauend auf diesen Wissensstand wäre

Diskussion und Schlußfolgerungen
zur kontinuierlichen Erfassung von Halmgutschwaden. Durch den Einsatz einer grö­
ßeren Sensoranzahl und eine gegenseitige der Meßwerte läßt sich bei-
spielsweise die seitliche Hangneigung oder der Verlaufder erfassen.
Die Untersuchungsergebnisse des Lasertriangulationstasters fielen leider nicht so viel-
schichtig und wie beim Ultraschall aus. Der Sensor
sehen Betrieb beim Abtasten einer Bodenoberfläche eine extreme Störanfälligkeit des
aufgezeichneten Meßsignals, Der Vorteil, daß der Sensor ein nahezu kontinuierliches
bereitstellt, konnte somit nicht im praktischen Einsatz genutzt werden.
Die Ergebnisse aus den Untersuchungen zu den Sensoren stellt somit eine gute Basis
dar, um unter Einbeziehung der gerätetechnischen Voraussetzungen ein exaktes Anforderungsprofil
für die Auswahl einer geeigneten Sensorik aufzustellen.
Nach wie vor befindet sich jedoch derzeit kein zur Positionserfassung
von Reihen oder auf dem Markt, das die ganze Bandbreite der gartenbaulichen
und landwirtschaftlichen Rahmenbedingungen abdeckt. Die Anstrengungen
verschiedener Forschungseinrichtungen auf dem Sektor der digitalen Bildverarbeitung
lassen jedoch in naher Zukunft auch auf ein solches universelles System hoffen. Vor
allem aufgrund der noch immer mangelnden Sensorik bleibt die Generierung des
Eingangssignals zur Seitenführung das Haupthindernis für einen universellen
sehen Einsatz.
6.3 Cerätetechnisehe Überprüfung
Im ersten Teilabschnitt der gerätetechnischen Überprüfung wurde das Reaktionsverhalten
der Versuchsmechanik untersucht. In diesem Zusammenhang wurden die Parameter
Fahrgeschwindigkeit des Wiederholungsgenauigkeit und Bo-

Diskussion und Schlußfolgerungen 157
immer eine vorhanden. Um diesen Einfluß möglichst weit zu
reduzieren sogar teilweise ganz zu eliminieren sind konstante Vorgaben zwin-
erforderlich. Solche Voraussetzungen lassen sich nur durch ei-
ne Anbautechnik unter und den Einsatz einer ineinan-
dergreifenden Verfahrenskette erreichen.
Einfache etwa oder 3-Punktregler, die
ten Zeitschritten sind für eine automatische Geräteführung
nicht gut der
auf der Rahmenparameter wie z.B. der einstel-
len. Als weiterer Nachteil muß das Reaktionsverhalten
beim Einsatz von fest vorgegebenen Stellzeiten betrachtet werden.
Von den einfachen Reglern lieferte der besten Ins-
besondere bei kleinen Regelabweichungen wirkt sich ange-
Regelverhalten positiv auf das Reaktionsverhalten ein an die
Fahrgeschwindigkeit angepaßter Proportionalregler beim fest pro-
granunierten P-Regler ein starker Geschwindigkeitseinfluß auf das Fahrverhalten fest­
zustellen ist.
Bei der Entwicklung des wurde ein neuer Ansatz im Bereich der auto-
matischen landwirtschaftlicher Aufbauend auf ein Fahr-
rnodell, in dem das Reaktionsverhalten untersuchten Versuchsmechanik mathe-
matisch beschrieben wird, wurde ein entwickelt, der in Abhängig-
keit von der und die vorhandenen Abwei-
ausgleicht, Insbesondere bei ist der Modellregler
den anderen untersuchten deutlich die Abweichung mit einer

In zur Höhen-
Höhen- und des fest vorgegebenen
gungsortes des Sensors der Versuchsmechanik
Fahrgeschwindigkeit ist, bietet
riables das abhängig
Akteren auslöst,
Da der auf die
Einfluß auszugleichen.
anderer Anbringungsort
der Fahrgeschwindigkeit
hier Abhilfe 3"""U"".
Auf Durchführung von Praxistests der entwickelten Mechanik
ses mußte insbesondere wegen der mangelnden Sensorik
nicht vorhandenen verzichtet werden.
6.4
Für die untersuchten Modellannahmen
Modellbetriebe zurückgegriffen.
lieh und
auf die
gärtnerisch orientierten Gemüsebaubetrieb.
sehr unterschiedlichen Betriebsgrößen
stehen stellvertretend
Sensoren keine
Regelprogramm integriertes va-
WEBER
daß eine automatische Geräteführung im Vp"olpwh
fahren ökonomische Vorteile bringt.
größeren Einsatzfläche jedoch
Es wird davon ausgegangen,
Flächenleistung wie bei
kann. Die Einsparung
chen Arbeitskraft bedeutet hier einen wesentlichen
sich
des Regclkrei-
damit verbunden
herkömmlichen
Modellbetrieb
kleineren Betrieb aus.
einer automatischen Geräteführung
zusätzlicher Feinsteuerung er-
Feinsteuerung notwendigen zusätzli

ung beim dieser Varianten. Diese Arbeitskraft steht für den entsprechen­
den Zeitraum für andere auf dem Betrieb anfallende Arbeiten zur Verfügung. Außer­
dem wird die des Betriebsleiters den Einsatz von einer Ar­
beitskraft erleichtert.
Die Kombination Standardtraktor-Frontanbau und die Variante liegen
hinsichtlich ihrer unter der Variante automatische Bei
dem Modellbetrieb mit der kleineren zu bearbeitenden Fläche wirkt sich die
niedrige dieser Varianten nicht so wie beim größeren
Modellbetrieb aus. Die aufdie Gesamtkosten höheren Fixkosten der automa-
tischen führen beL'TI kleineren Betrieb zu einer weitgehenden Annäherung
der Kosten für die mechanische Unkrautregulierung zwischen den Pflanzenreihen.
Die Ergebnisse der Modellkalkulation stellen für zwei unterschiedlich
große Betriebe die zu erwartenden Kosten für die Unkrautregulierung zwischen den
für vier unterschiedliche mit zwei
häufig verbreiteten dar. Im Rahmen dieser Arbeit ist es nicht realisier-
bar, alle die durch die Variation der Modellannahmen für eine Kosten-
kalkulation entstehen, darzustellen. Daher sind die Annahmen eng an das von WEBER
(1997) beschriebene Modell zur zwischen den Reihen angelehnt.
Bei den Modellannahmen wurde nicht von einer zusätzlichen Steigerung der
schwindigkeit durch den Einsatz einer automatischen ausgegangen.
Trotzdem sich, daß ökonomisch betrachtet die automatische im Ver-
gleich zu den anderen Varianten, Vorteile Die Erhöhung
ist in der Praxis primär durch die und das schnelle Ermüden der
steuernden Arbeitskraft sowie zusätzlich durch das Arbeitsprinzip des eingesetzten
Gerätes beschränkt. Eine Steigerung der Fahrgeschwindigkeit und damit der Flächen­
leistung ist aufgrund der durch den Einsatz einer automatischen Geräteführung
geren physischen der Arbeitskräfte anzunehmen. Der ökonomische Vorteil,

sehe 1 UHH"'"
oder Mißerfolg
Dies
te,
Einsatz
darüber
die vorhandenen Witterungsfenster
noch
trieben besonderen Schwierigkeiten
Rahmen
gulierung zwischen den Kulturpflanzenreihen
ausgegangen. Es
satz eines
gängen
Einsatz
Kostenkalkulation
automatischen Geräteführung

Diskussion und SChlußfOlgerungjjn. _ 161
Pflanzen werden. kann ein Pflanzenschutztunnel mit geringerer
TU!lnelbreite eingesetzt werden, wodurch sich der Anteil der unbearbeiteten Fläche
verringert. Bei Betrieben, die nach Richtlinien der Anbauverbände
muß unbearbeitete Fläche Handarbeit unkrautfrei
werden. Dies kann erhebliche Kosten verursachen. Die der Minimierung
unbearbeiteter Fläche durch den Einsatz einer automatischen kann
diesem Bereich erheblich zur Kostenreduktion Auf eine genaue Spezifizie-
rung bei Handhacke entstehenden Kosten 'wurde im Rahmen dieser Arbeit
verzichtet, keine exakte für die Modellkalkulation
Ein weiterer Punkt, der bei der Kostenkalkulation unberücksichtigt bleibt, ist der Re-
eingesetzten Geräte. Die Wirksamkeit der Geräte ist
von einer Reihe sehr unterschiedlicher Einflußfaktoren abhängig. Neben dem Klima,
dem Boden und dem vorhandenen Unkraut beeinflußt die angewendete Geräte- und
Verfahrenstechnik entscheidend. Der der
eingesetzten Reihenhackbürste und Reihenhacke hängt unter anderem
von einer exakten ab und KOUWENHOVEN 1981 und
WEBER 1994). Die automatische dieser Geräte in der optimalen Arbeitstiefe
führt zu einer des erreichten Regulierungserfolges bei der Unkrautregulie-
rung. Diese läßt schwer auf die hier durchgeführte Kostenkai-
kulation da der Einflußfaktoren keine exakten An-
nahmen für Modellkalkulation werden können.

gen,
wenn
durchgeführten Untersuchungen zu
Einsatz automatischen Geräteführung
Rahmenbedingungen und Vorsrahen zei­
vieles erleichtert wird,
Verfahrenskette auf
abgestimmt
automatischen Geräteführung in eine einzelne Kultur bzw.
von Praxisuntersuchungen,
die gesamte Kulturführung aufgestellt
Im Gegensatz zur Höhenfühnmg steht für die automatische Seitenführung kein geeig-
sehrins im
ses Problems zugetraut,
der
bleibt
auch überprüft werden, ob
im
Verfügung, das als die exakte Position von
Pflanzenreihen ermitteln kann. des rasanten Fort-
digitaten Bildverarbeitung wird ihr die
Kombination
Versuchsmechanik
zur Positionserkennung mit
Pflanzen Komponenten im Steuerprogramm
Neben
die Ergebnisse
ist das entwickelte Versuchsgerät
in der Kombination mit angehängten Geräten

Weiterführende Arbeiten 163
Die der Rahmenbedingungen Fahrspurveränderung, und Trak-
torbewegung war nicht Gegenstand der Arbeit. Im Einsatz
ist jedoch ein erheblicher Einfluß auch dieser Faktoren auf eine automatische Geräte-
zu erwarten. Eine exakte dieser Parameter führt zu einer weiteren
Präzisierungder Anforderungen an ein zur automatischen Geräteführung.
Die Ergebnisse der ökonomischen Betrachtung daß der Einsatz einer automa­
tischen Geräteführung durchaus einen finanziellen Vorteil gegenüber der derzeitigen
Verfahrenstechnik bringt. Die Annahmen und Ergebnisse der Modellkalkulation sind
jedoch noch anband von Untersuchungen in Praxisbetrieben zu untermauern.

eichte
modernen Landwirtschaft zur Zeit
durch den Mikroelektronik, die mittlerweile fester Bestandteil zahlreicher
Aggregate und landwirtschaftli-
Maschinen werden komplexe Steuerungs- und Regelungsaufgaben durch Elek-
tronikeinsatz erheblich erleichtert auf
dem landwirtschaftlichen Sektor zur Effizi-
enzsteigenmg in automatische Fahrzeuz- und
Geräteführung ist eine Möglichkeit sowohl Arbeitskräfte entlasten auch die er­
Für die
und
wurden
der Pflanzenproduktion zu erhalten
zu
den Anforderungen des Anwendcrs
automatischen Geräteführung müssen die Anforde-
für deren Einsatz umfassend
Verlauf unterschiedlicher Pflanzenreihen
Geräteentwicklung näher untersucht, Bei den
Untersuchungen zum Reihenverlauf wurde zwischen gepflanzten und gesäten Kultu-
ren unterschieden, wobei tendenziell höhere Schwan-
innerhalb des wurden. Höhenverlauf unter-
schiedlicher Bodenoberflächen wird kleinen Oberflächen-
einem von ±1 und Im die
von einer automatischen Höhenführung ausgeglichen sollen, unterschieden.
tatsächlich
immer
Methode zur für ein
automatischen Geräteführung vorgestellt. Welches Verfahren
Steuersignalberechnung eingesetzt richtet sich
kulturtechnischen und gerä-
anschließend allgemeine Zusammenhänge sowie Anforderungen das Ein-

166 Zusammenfassung
und gartenbauliehen Gemüsebaubetrieb. In der Modellbetrachtung werden zwei
unterschiedliche Geräte vier Anbauformen berücksichtigt. Die Betrachtung be­
sich nur auf den Einsatz im Rahmen der mechanischen Unkrautregulierung. An­
Einsatzfelder, zusätzlich noch für eine automatische Geräteführung er-
könnten, werden nicht Bei beiden sich. daß
der Einsatz einer automatischen unter den getroffenen Modellannah-
men im zu herkömmlichen Verfahren ökonomische Vorteile

I)
Summary 167
The intensifying and rationalisation of modern agriculture is experiencing a
further through the of micro electronics, which has become a
firm part aggregates and systems. control and steering functions
in machines are made easier or even controlled by the use of
electronics, The present situation on the agricultural sector is forcing the to
fully exhaust an to efficiency, The use of automated machines
and vehicles is a way of as well as keeping the required quality in the pro-
duction of'plants.
In order to develop the correct automated equipment, the demands and conditions for
their use must be defined, The initial development ofthe equipment,
therefore, should be investigated closely in connection with the process of the diffe­
rent types and rows. The difference between and seeded crops were ex­
amined by the row process, tendentially higher variations by the pianted cul­
tures were observed, Different types of soils were divided between small differences
ofsurface the of± 1 and greater variations in height, which were
to be levelled out from an automated height control, the height process,
A method to determine the average level was used to generate a control signal for an
automated machine. The method, which is to be used in the practice, is always deter­
mined by the users demands, the crops, technical and machine allowances.
A laser sensor as weil as two different ultrasonic sensors have been tested in static and
dynarme studies. Contrary to laser sensors, which deliver an almost permanent signal,
the uitrasonic sensors provide intermittant test values. This makes a direct com­
parison difficult. The laser sensor was so prone to fault in the dynamic that it
was not used on a test device.

168 Summary
The characteristics ofthe test were the of the
control main factor effects the behaviour of an automated side dri-
ve proves Other parameters, for the type of soi! or its condi-
tion, a role. A model was on the basis
control structures. A mathematical drive model, which describes the theore-
tical drive run test device, used as the for the model controller. The
development controller is a in a test installation with
both and side trail runs,
The economical examination of the of an automated drive device is
realised with model calculation with two different farm sizes. The two model farms
represent an and a horticultural farm. Two different machines
and four different crops were taken into account in the model trial. The trial co­
vers the implementation in the automated weed control. Other areas in which an au-
tomated controller be were not both of activity,
the implernentation ofan automated device proved to economical advantages in
comparison to traditional methods.

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Herstetteraneaben zu Sensor I:
Bezeichnung:
Folienmaterial.
Herstellerangaben zu Sensor
Gehäuse:
Folienmaterial:
kleinste Ubenragungsempfindlichkeit:
7000 Series transducer
elektrostatischer Wandler
Gold
-43.4 dB (bei
0..,+60 oe
environmental
elektrostatischer Wandler
rostfreier
24 Goldfolie
-42 50
-30, ..+60 "C
50 kHz)