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. Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Lenkeinrichtung für Fahrzeuge od. dgl., die mindestens drei Achsen aufweisen, wovon die Räder einer Achse über ein Lenkgestänge od. dgl. direkt steuerbar sind, und die Räder mindestens einer zweiten Achse über einen elektronischen
Regelkreis von einer Stelleinheit in Abhängigkeit vom Einschlag der ersten Räder gesteuert werden.
Die Erfindung beschäftigt sich mit der Problematik, dass die gesteuerten Räder einer Vorder- oder Nachlaufachse während des Lenkvorganges nicht jeweils den gleichen Einschlagwinkel einneh- men wie die Räder der gesteuerten Achse. Der Einschlagwinkel der Räder der gesteuerten Achse und der über eine elektronische Lenkeinrichtung nachgesteuerten Räder ist je nach der Fahrzeuggeo- metrie unterschiedlich.
Es sind verschiedene Lenkeinrichtungen für vielachsige Schwerlastfahrzeuge bekannt, so z. B. aus der DE-AS 1780534 und 2438617. Weitere Beispiele sind den US-PS Nr. 3, 913, 936 und Nr. 4, 190, 130 zu entnehmen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine derartige Lenkeinrichtung zu schaffen, deren nachträglicher Einbau in herkömmlichen LKW's möglich ist und die daher nicht auf den Einsatz bei Sonderfahrzeugen beschränkt ist.
Die erfindungsgemässe Aufgabe wird dadurch gelöst, dass jeder von einer Stelleinheit zu steuernden Achse ein Geber zugeordnet und an dem Regelkreis angeschlossen ist und ein Geber der direkt gesteuerten Achse zugeordnet und ebenfalls an den Regelkreis angeschlossen, und dass bei jedem Geber eine mechanische Verstelleinrichtung mit vorzugsweise stufenloser Einstellmöglichkeit für das Verhältnis des zu steuernden Radeinschlages zum vorgegebenen Einschlag der Räder der direkt gesteuerten Achse vorgesehen ist.
Von besonderer Bedeutung ist, dass bei der Montage der Lenkeinrichtung die Elektronik unangetastet bleibt.
Die Montage- und die Einstellarbeiten der Lenkeinrichtung sind rein mechanisch, so dass sie von jedem Kfz-MechÅaniker durchgeführt werden können.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass jede Verstelleinrichtung zwei im Winkel zueinander stehende, miteinander verbundene Stangen umfasst, von denen eine mit dem Geber starr verbunden ist, und dass der Abstand zwischen der Kupplungsstelle mit der zweiten Stange und dem Geber einstellbar ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht vor, dass die zweite Stange zwei Gelenke aufweist und über einen Kupplungsteil mit dem Lenkgestänge verbunden ist.
Die Geber können in Fahrtrichtung vor oder hinter dem Lenkgestänge postiert sein. Die Übertragungseinrichtung des Fahrzeuges kann der Königsbolzen eines Sattelschleppers sein.
Vorteilhaft kann eine Abschaltvorrichtung vorgesehen sein, die bei Fehlern im elektrischen Regelkreis die Lenkeinrichtung ausschaltet. Die Steuerung erfolgt dadurch, dass der Ansprechanteil des Winkels al in einem definierten Verhältnis zur Differenz ss1 minus ss2 steht.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnungen beschrieben. Die Fig. 1 zeigt schematisch die vom Fahrer eines Kraftfahrzeuges über die normale Steuereinrichtung gelenkte Achse, die Fig. 2 zeigt schematisch eine über die erfindungsgemässe Lenkeinrichtung gesteuerte Achse und die Fig. 3 zeigt ein Schema der Hydraulikanlage.
Die Fig. 1 zeigt die vom Fahrer gelenkte Achse mit den Rädern, dem Lenktrapez, dem Geber
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In der Mitte des Lenktrapezes ist das Übertragungsgestänge --2-- an einem Kupplungsteil - angebracht.
Der Radwinkel al wird über das Lenktrapez und die Stange --2-- auf das Gelenk --3-- des Reiters --5-- und über den Geberarm --6-- auf den Geber --1-- übertragen, der dadurch eine Verdrehung um den Winkel ssl erfährt.
Der Geber --1--, beispielsweise ein Drehpotentiometer oder ein Resolver, erzeugt eine dem Winkel ss1 proportionale Gleichspannung. Diese wird einer Steuerelektronik zugeführt, welche die Sollwerte der Einstellwinkel der Räder an den übrigen Achsen ermittelt.
Die Fig. 2 zeigt eine über die Elektronik gesteuerte Lenkachse mit Lenktrapez, Geber --7--, Stange --8-- und den beiden Zylindern --18 und 19--, die das Einstellen der von der Elektronik ermittelten Radlage durchführen.
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Der Radwinkel a2 wird über das Lenktrapez und die Stange --8-- auf das Gelenk --10-- des Reiters --9-- und über den Geberarm --11-- auf den Istwertgeber --7-- übertragen, der da- durch eine Verdrehung um den Winkel ss 2 erfährt.
Der Geber --7-- erzeugt eine, dem Drehwinkel ss 2 proportionale Gleichspannung, die der
Steuerelektronik zugeführt wird.
Die Steuerelektronik vergleicht die beiden Messwerte ss1 und ss2 und steuert eine Hydraulikan- lage so, dass die Differenz dieser beiden Werte zu annähernd Null wird. Das Lenkverhältnis kann derart eingestellt werden, dass a 2 grösser, kleiner oder gleich ist. Das Vorzeichen der Stellwinkel a2 gegenüber al kann + oder-eingestellt werden.
Die Hydraulikanlage ist in Fig. 2 beschrieben. Je nach Ergebnis des Vergleiches der Messwerte ssl und ss 2 in der Steuerelektronik steuert diese das Ventil --13--. Dieses ist über zwei Elektro- magnete--14, 15--und zwei Stellfedern 17--betätigt. Es ist ein 4-Wege-3-Stellungsventil.
Bei einem bestimmten Vorzeichen (+,-) der Differenz der Messwerte ss 1 und ss2 wird der Elektromagnet --14-- erregt. Dadurch wird der Steuerkolben des Ventils so eingestellt, dass eine Verbindung zwischen der Druckleitung --P1-- und der Druckleitung-AI-hergestellt wird. Infolge dieser Verbindung wird der Druckraum --20-- des Zylinders --18-- beaufschlagt. Dies führt zu einer Verstellung der zugeordneten Räder. Dabei wird aus dem Druckraum --22-- des Zylinders --19-- das Öl drucklos über die Leitung --B1-- zum Tank geführt.
Die Verstellung erfolgt so lange, bis die Elektronik die Gleichheit der Winkel ssl und ss2 erkennt und den Magneten --14-- spannungslos schaltet. Durch die Federn --16 und 17-- wird nun der Steuerkolben des Ventils --13-- in die Mittelstellung gedrückt, in der die Leitungen - AI und B1-- gesperrt werden. Die Kolbenstangen --21 und 23-- und somit das Lenktrapez mit den darauf befestigten Rädern werden durch diesen Sperrvorgang in der jeweils eingenommenen Lage festgehalten.
Ändert sich das Vorzeichen der Differenz der Messwerte ss 1 - ss 2 infolge der Änderung des Winkels ss 1, so wird der Elektromagnet --15-- erregt. Dadurch wird der Steuerkolben des Ventils --13-- so verstellt, dass die Druckleitung --P1-- mit der Druckleitung --B1-- verbunden wird.
Hiedurch wird der Druckraum --22-- des Zylinders --19-- beaufschlagt. Dies führt zu einer Verstellung der Kolbenstange --23-- und somit über das Lenktrapez zu einer Verstellung der zugehörigen Räder. Dabei wird das Öl aus dem Zylinderraum --20-- über die Leitungen-AI und Tlzum Tank geführt.
Die Verstellung des Kolbens --23-- erfolgt wieder so lange, bis die Elektronik die Gleichheit der Winkel ss1 und ss 2 erkennt und den Magneten --15-- spannungslos schaltet. Durch die Federn - 16 und 17-- wird der Steuerkolben des Ventils --13-- in eine Mittelstellung gedrückt, in der die Leitungen-AI und B1-- gesperrt und somit die Kolbenstangen --21 und 23-- und daher das Lenktrapez in seiner Lage festgehalten wird. In beiden beschriebenen Schaltungsfällen sind die Elektromagneten --26-- des Ventils --24 und 27-- erregt und damit die Steuerkolben dieser Ventile so eingestellt, dass der Druckölstrom von der Hydraulikpumpe --28-- über das Ventil --24-- zum Anschluss-P1--des Ventils-13--gelangen kann.
Die Ventilanschlüsse und somit die Leitungsver-
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--A3 - P3 und B3 - T3-- des Ventils --25-- sind- gesperrt.
Bei Auftreten von Störanfällen, beispielsweise Ausfall der Versorgungsspannung der Elektronik, Kurzschluss oder Aderbruch an den Messleitungen der Geber, Kurzschluss oder Aderbruch der Versorgungsleitungen der Ventilmagnete, Stecken des Steuerkolbens des Ventils --13--, mechanisches Klemmen der Stellkolben --21 oder 23-- werden die Elektromagneten --14, 15--, das Ventil --13 sowie 26--, das Ventil --24 und 27--, das Ventil --25-- spannungslos geschaltet.
Dadurch wird der Steuerkolben des Ventils --24-- durch die Druckfeder --31-- so gestellt, dass der Anschluss --P2-- mit --A2-- und --T2-- von --B2-- getrennt wird. Der Steuerkolben des Ventils --25-- wird über die Druckfeder --32-- so eingestellt, dass die Anschlüsse --P3-- mit - A3-und-T3-mit-B3-verbunden sind. Dadurch wird erreicht, dass der Pumpenförderstrom gleichzeitig in die Zylinderräume --29 und 30-- der Zylinder --18 und 19-- geleitet wird. Die Kolben --33 und 34-- werden dadurch bis zu den Anschlägen --35 und 36-- verstellt. Dabei werden die Kolben --21 und 23-- in eine Mittellage gebracht und dort festgehalten und die Räder wer-
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den-über das Lenktrapez in die Geradeausfahrrichtung ausgerichtet.
In dieser Lage wird der Stössel des Ventils --37-- so eingestellt, dass der Druck in den noch beaufschlagten Leitungen auf einen mittels der Feder --39-- am Ventil --37-- einstellbaren Wert reduziert wird, so dass sich der Öl- strom in dieser Beschaltung nicht in unzulässiger Weise erwärmen kann.
Im Normalbetriebsfall ist der Druck in den Förderleitungen über das Ventil --38-- einstellbar.
Damit das beschriebene Lageregelsystem auf die jeweiligen geometrischen Abmessungen der Zylinder --18 und 19-- abgestimmt werden kann und das Verstellverhalten schwingungsfrei arbeitet, ist die Ventilgruppe --40, 41,42 und 43-- installiert.
Die Arbeitsweise ist folgende :
Der Pumpenförderstrom durchströmt die Messdrossel --40-- und es entsteht eine Druckdifferenz p2 minus pl. Der Druck p2 wird in die Ventilräume --S4 und P5 und S5-- geleitet. Der Druck pl wird in die Ventilräume --P4 und T5-- geleitet. Sinkt der Druck p2 so weit ab, dass der Ventilkolben --46-- gegen die Federkraft der Feder --44-- verstellt wird, dann kann über die Steuerkante des Ventils --41-- ein Teilölstrom zum Anschluss --T4-- und weiter zum Tank abgeleitet werden. Dies hat zur Folge, dass bei unterschiedlicher äusserer Krafteinwirkung auf die Stellkolben der Zylinder --18 und 19-- diejenige Stellgeschwindigkeit gleich bleibt, die an der Messdrossel - eingestellt wird.
Sollte durch eine äussere Krafteinwirkung der Druck p2 kleiner als 900 Millibar werden, dann wird der Ventilkolben --47-- so verstellt, dass über die Steuerkante --48-- des Ventils --43-sofort Drucköl mit einem Druck pl in die Ventilräume --P5 und S4-gelangt. Dadurch wird der Ventilkolben --46-- so verstellt, dass die Ventilräume --P4 und T4-- voneinander getrennt bleiben, solange p2 gleich oder kleiner als 900 Millibar ist.
Dies hat zur Folge, dass das Drucköl nicht über den Anschluss --T4-- zum Tank fliessen kann und das Lageregelsystem auch in dem beschriebenen Fall stabil arbeitet.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektronische Lenkeinrichtung für Fahrzeuge od. dgl., die mindestens drei Achsen aufweisen, wovon die Räder einer Achse über ein Lenkgestänge od. dgl. direkt steuerbar sind, und die Räder mindestens einer zweiten Achse über einen elektronischen Regelkreis von einer Stelleinheit in Abhängigkeit vom Einschlag der ersten Räder gesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, dass jeder von einer Stelleinheit zu steuernden Achse ein Geber (7) zugeordnet und an dem Regelkreis
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mit vorzugsweise stufenloser Einstellmöglichkeit für das Verhältnis des zu steuernden Radeinschlages zum vorgegebenen Einschlag der Räder der direkt gesteuerten Achse vorgesehen ist.
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. The invention relates to an electronic steering device for vehicles or the like, which have at least three axles, of which the wheels of one axle can be controlled directly via a steering linkage or the like, and the wheels of at least a second axle via an electronic one
Control loop can be controlled by an actuator depending on the impact of the first wheels.
The invention is concerned with the problem that the controlled wheels of a front or trailing axle do not each take the same steering angle as the wheels of the controlled axle during the steering process. The turning angle of the wheels of the controlled axle and the wheels that are readjusted via an electronic steering device differs depending on the vehicle geometry.
Various steering devices for multi-axle heavy goods vehicles are known, for. B. from DE-AS 1780534 and 2438617. Further examples can be found in US Pat. Nos. 3, 913, 936 and 4, 190, 130.
The object of the invention is to provide such a steering device, the subsequent installation of which is possible in conventional trucks and which is therefore not restricted to use in special vehicles.
The object according to the invention is achieved in that an encoder is assigned to each axis to be controlled by an actuating unit and is connected to the control loop, and an encoder is assigned to the directly controlled axis and also connected to the control loop, and in that each encoder has a mechanical adjustment device with preferably stepless Setting option for the ratio of the wheel lock to be controlled to the predetermined lock of the wheels of the directly controlled axle is provided.
It is particularly important that the electronics remain untouched when the steering device is installed.
The assembly and adjustment work of the steering device is purely mechanical, so that it can be carried out by any automotive mechanic.
It is advantageously provided that each adjusting device comprises two mutually angled, interconnected rods, one of which is rigidly connected to the transmitter, and that the distance between the coupling point with the second rod and the transmitter is adjustable.
An embodiment of the invention provides that the second rod has two joints and is connected to the steering linkage via a coupling part.
The sensors can be positioned in front of or behind the steering linkage in the direction of travel. The transmission device of the vehicle can be the kingpin of a semitrailer.
A switch-off device can advantageously be provided which switches off the steering device in the event of faults in the electrical control circuit. The control takes place in that the response component of the angle al is in a defined relationship to the difference ss1 minus ss2.
An exemplary embodiment of the invention is described below with reference to the drawings. 1 schematically shows the axle steered by the driver of a motor vehicle via the normal control device, FIG. 2 schematically shows an axle controlled via the steering device according to the invention and FIG. 3 shows a diagram of the hydraulic system.
Fig. 1 shows the axis steered by the driver with the wheels, the trapezoidal steering, the encoder
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The transmission linkage --2-- is attached to a coupling part - in the middle of the steering trapezoid.
The wheel angle al is transmitted via the steering trapezoid and the rod --2-- to the joint --3-- of the rider --5-- and via the encoder arm --6-- to the encoder --1--, which thereby undergoes a rotation by the angle ssl.
The encoder --1--, for example a rotary potentiometer or a resolver, generates a DC voltage proportional to the angle ss1. This is fed to control electronics, which determine the target values for the setting angle of the wheels on the other axles.
Fig. 2 shows a steering axle controlled by the electronics with trapezoid, sensor --7--, rod --8-- and the two cylinders --18 and 19--, which carry out the setting of the wheel position determined by the electronics.
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The wheel angle a2 is transmitted via the steering trapezoid and the rod --8-- to the joint --10-- of the rider --9-- and via the encoder arm --11-- to the actual value encoder --7--, which thereby experiencing a rotation by the angle ss 2.
The encoder --7-- generates a DC voltage proportional to the angle of rotation ss 2, which the
Control electronics is supplied.
The control electronics compare the two measured values ss1 and ss2 and control a hydraulic system so that the difference between these two values becomes almost zero. The steering ratio can be set so that a 2 is larger, smaller or the same. The sign of the setting angle a2 compared to al can be set + or-.
The hydraulic system is described in Fig. 2. Depending on the result of the comparison of the measured values ssl and ss 2 in the control electronics, this controls the valve --13--. This is actuated by two electromagnets - 14, 15 - and two springs 17 -. It is a 4-way, 3-position valve.
With a certain sign (+, -) of the difference between the measured values ss 1 and ss2, the electromagnet --14-- is energized. This sets the control spool of the valve so that a connection is established between the pressure line --P1-- and the pressure line-AI-. As a result of this connection, the pressure space --20-- of the cylinder --18-- is applied. This leads to an adjustment of the assigned wheels. The oil is fed from the pressure chamber --22-- of the cylinder --19-- to the tank without pressure via line --B1--.
The adjustment is carried out until the electronics detect the equality of the angles ssl and ss2 and de-energize the magnet --14--. The springs --16 and 17-- now push the control piston of the valve --13-- into the middle position, in which the lines - AI and B1-- are blocked. The piston rods --21 and 23-- and thus the steering trapezoid with the wheels attached to it are held in this position by the locking process.
If the sign of the difference between the measured values ss 1 - ss 2 changes as a result of the change in the angle ss 1, the electromagnet --15-- is excited. This moves the control spool of valve --13-- so that pressure line --P1-- is connected to pressure line --B1--.
This acts on the pressure chamber --22-- of the cylinder --19--. This leads to an adjustment of the piston rod --23-- and thus via the trapezoidal steering to an adjustment of the associated wheels. The oil from the cylinder chamber --20-- is fed to the tank via the lines AI and Tl.
The piston --23-- is adjusted again until the electronics detect the equality of the angles ss1 and ss 2 and de-energize the magnet --15--. The springs - 16 and 17-- push the control piston of the valve --13-- into a central position, in which the lines-AI and B1-- are locked and thus the piston rods --21 and 23-- and therefore the steering trapezoid is held in place. In both circuit cases described, the electromagnets --26-- of the valve --24 and 27-- are energized and the control pistons of these valves are set so that the pressure oil flow from the hydraulic pump --28-- via the valve --24-- to connection P1 - the valve 13 - can get.
The valve connections and thus the line connections
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--A3 - P3 and B3 - T3-- of the valve --25-- are blocked.
If malfunctions occur, e.g. failure of the supply voltage of the electronics, short circuit or wire break on the measuring lines of the sensors, short circuit or wire break of the supply lines of the valve solenoids, plugging the control piston of the valve --13--, mechanical clamping of the control pistons --21 or 23- - The electromagnets --14, 15--, the valve --13 and 26--, the valve --24 and 27--, the valve --25-- are de-energized.
As a result, the control piston of the valve --24-- is set by the pressure spring --31-- so that the connection --P2-- is separated from --B2-- with --A2-- and --T2-- . The control spool of the valve --25-- is adjusted via the pressure spring --32-- so that the connections --P3-- are connected to - A3-and-T3-with-B3-. This ensures that the pump flow is simultaneously fed into the cylinder chambers --29 and 30-- of the cylinders --18 and 19--. This moves pistons --33 and 34-- up to stops --35 and 36--. The pistons --21 and 23-- are brought into a central position and held there and the wheels are
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aligned with the trapezoid in the straight-ahead direction.
In this position, the tappet of the valve --37-- is set so that the pressure in the still loaded lines is reduced to a value that can be set by means of the spring --39-- on the valve --37--, so that the Oil flow in this circuit cannot heat up in an impermissible manner.
In normal operation, the pressure in the delivery lines can be adjusted via the valve --38--.
The valve group --40, 41, 42 and 43-- is installed so that the position control system described can be matched to the respective geometric dimensions of the cylinders --18 and 19-- and the adjustment behavior works without vibration.
The procedure is as follows:
The pump flow flows through the measuring throttle --40-- and there is a pressure difference p2 minus pl. The pressure p2 is fed into the valve compartments --S4 and P5 and S5--. The pressure pl is fed into the valve rooms --P4 and T5--. If the pressure p2 drops so far that the valve piston --46-- is adjusted against the spring force of the spring --44--, then a partial oil flow can be connected to the connection --T4-- via the control edge of the valve --41-- and further to the tank. The result of this is that, with different external forces acting on the actuating pistons of the cylinders --18 and 19--, the actuating speed that is set at the measuring throttle remains the same.
If the pressure p2 becomes less than 900 millibars due to an external force, the valve piston --47-- is adjusted so that pressure oil with a pressure pl enters the valve compartments --43- via the control edge --48-- of the valve --P5 and S4-arrives. As a result, the valve piston --46-- is adjusted so that the valve chambers --P4 and T4-- remain separate from one another as long as p2 is equal to or less than 900 millibars.
As a result, the pressure oil cannot flow to the tank via the --T4-- connection and the position control system also works stably in the case described.
PATENT CLAIMS:
1. Electronic steering device for vehicles or the like, which have at least three axles, of which the wheels of one axle can be controlled directly via a steering linkage or the like, and the wheels of at least a second axle via an electronic control circuit from an actuating unit as a function of Steering of the first wheels can be controlled, characterized in that a transmitter (7) is assigned to each axis to be controlled by an actuating unit and is connected to the control loop
EMI3.1
with preferably stepless adjustment for the ratio of the wheel lock to be controlled to the predetermined lock of the wheels of the directly controlled axle is provided.