DE10052339B4

DE10052339B4 - Hilfslenkeinrichtung einer Fahrzeugachse

Info

Publication number: DE10052339B4
Application number: DE2000152339
Authority: DE
Inventors: Martin Dipl.-Ing. Weiner (FH); Hardy Dipl.-Ing. Mendler; Josef Dipl.-Ing. Stummer
Original assignee: MAN Nutzfahrzeuge AG
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 2000-10-21
Filing date: 2000-10-21
Publication date: 2009-11-26
Anticipated expiration: 2020-10-22
Also published as: DE10052339A1

Abstract

Hilfslenkeinrichtung (1) einer Fahrzeugachse, insbesondere einer Vorder-, Vorlauf- oder Nachlaufachse (4) eines Nutzfahrzeugs, deren Räder (6, 7) durch eine eine Zwangskoppelung erzielende Spurstange (20) gemeinsam lenkbar sind, mit wenigstens einem mit einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung (42) in Wirkverbindung stehenden Arbeitszylinder (16) als Lenk-Stellglied sowie mit wenigstens einem Signal für den Ist-Lenkwinkel eines oder mehrerer Räder (6) einer Achsseite (8) an die Steuer- und/oder Regeleinrichtung (42) liefernden Sensor (44), wobei wenigstens ein weiterer, Signale für den Ist-Lenkwinkel eines oder mehrerer Räder (7) der anderen Achsseite (10) liefernden Sensor (46) vorgesehen ist, dessen Signale von der Steuer- und/oder Regeleinrichtung (42) mit den Signalen des einen Sensors (44) zu einem einzigen, auf die Achse (4) bezogenen Ist-Lenkwinkel verrechenbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und/oder Regeleinrichtung (42) unter Verarbeitung dieser Signale und zusätzlich hierzu eingehender Signale jeweils ermittelter Soll-Lenkwinkel S_soll den mit ihr in Wirkverbindung stehenden, wenigstens einen Arbeitszylinder (16) solcherart regelt/steuert, dass...

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Hilfslenkeinrichtung einer Fahrzeugachse gemäß der Gattung von Patentanspruch 1.
Aus der US 3 498 630 A ist eine gattungsgemäße Lenkeinrichtung bekannt. Dort wird jedoch stets die absolut korrekte Vorspur angestrebt und dafür die übliche Längenkonstante Spurstange aufgegeben.
Eine weitere Hilfslenkeinrichtung ist aus der DE 33 38 011 A1 bekannt, bei welcher durch einen an einer Lenkachse eines Rades einer Hinterachse eines Nutzfahrzeugs angeordneten Lagesensor ein Signal für den Ist-Lenkwinkel dieses Rades für einen Mikroprozessor erzeugbar ist. Die Lenkbewegung der Hinterachse wird durch einen Arbeitszylinder als Stellglied gesteuert, der mit einem Lenkhebel der Hinterachse verbunden ist. Der Mikroprozessor verarbeitet die vom Lagesensor gelieferten Signale und steuert abhängig hiervon den Arbeitszylinder an. Der Lenkhebel steht mit einer Spurstange in Verbindung, durch welche die Lenkbewegungen des Rades der einen Achsseite und des Rades der anderen Achsseite der Hinterachse mechanisch verkoppelt sind, so dass die Bewegungen des Arbeitszylinders in gemeinsame Lenkbewegungen beider Hinterachsräder umgesetzt werden.
Bei solchen Fahrzeug- oder Nutzfahrzeugachsen treten aufgrund von Elastizitäten im Achsbereich von der Achslast und den an der Achse angreifenden Kräften abhängige Spuränderungen in Form von Vorspur oder Nachspur auf. Wenn nun eine solche Spuränderung durch den auf eine Achsseite oder ein Rad bezogenen Lagesensor detektiert wird, so veranlasst der Mikroprozessor eine Korrektur entsprechend einem gespeicherten oder an der Lenksäule oder an einer anderen Achse gemessenen Soll-Lenkwinkel, der beispielsweise bei Geradeausfahrt Null Grad beträgt. Da aber bei Vorspur oder Nachspur die Räder der beiden Achsseiten zueinander gegensinnig verdreht und die Lenkbewegungen der Räder der Achse zwangsgekoppelt sind, bewirkt die abhängig von der Stellung des Rades der einen Achsseite erfolgte Korrektur auf den Soll-Lenkwinkel automa tisch eine Vergrößerung der Spuränderung am Rad der anderen Achsseite. Bedingt durch diese achslastabhängige Fehlstellung (Radeinschlag) eines Rades tritt an diesem ein erhöhter Reifenverschleiß auf, welcher unter anderem unerwünschte Unterschiede in den Traktions- und Bremseigenschaften an den Rädern der Achse bewirken kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hilfslenkeinrichtung gemäß der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei welcher eine Korrektur von achslastbedingten Spuränderungen auf beide Räder der Achse verteilt wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist eine Hilfslenkeinrichtung einer Fahrzeugachse, insbesondere einer Vorder-, Vorlauf- oder Nachlaufachse eines Nutzfahrzeuges gegeben, deren Räder durch eine eine Zwangskoppelung erzielende Spurstange gemeinsam lenkbar sind, mit wenigstens einem mit einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung in Wirkverbindung stehenden Arbeitszylinder als Lenk-Stellglied sowie mit wenigstens einem Signal für den Ist-Lenkwinkel eines oder mehrerer Räder einer Achsseite an die Steuer- und/oder Regeleinrichtung liefernden Sensor. Dabei ist wenigstens ein weiterer, Signale für den Ist-Lenkwinkel eines oder mehrerer Räder der anderen Achsseite liefernden Sensor vorgesehen, dessen Signale von der Steuer- und/oder Regeleinrichtung mit den Signalen des einen Sensors zu einem einzigen, auf die Achse bezogenen Ist-Lenkwinkel verrechenbar sind, wobei die Steuer- und/oder Regeleinrichtung unter Verarbeitung dieser Signale und zusätzlich hierzu eingehender Signale jeweils ermittelter Soll-Lenkwinkel S_soll den mit ihr in Wirkverbindung stehenden, wenigstens einen Arbeitszylinder solcherart regelt/steuert, dass eine gleichmäßige Verteilung achslastbedingter Spuränderungen auf die Räder beider Achsseiten der Achse erzielt ist.
Vorteile der Erfindung
Aufgrund der Verrechnung sowohl der einen Achsseite als auch der anderen Achsseite zugeordneter Ist-Lenkwinkelsignale zu einem auf die gesamte Achse bezogenen Ist-Lenkwinkel finden bei einer Korrektur von lastabhängigen Spuränderungen beide Achsseiten Berücksichtigung, so dass einseitiger Reifenverschleiß weitgehend vermieden wird. Somit werden Spuränderungen der Achse unabhängig von der jeweiligen Achslast auf beide Achsseiten oder Räder der Achse verteilt.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung möglich.
Gemäß einer besonders zu bevorzugenden Maßnahme wird ein Mittelwert aus den Signalen des der einen Achsseite zugeordneten Sensors und den Signalen des der anderen Achsseite zugeordneten Sensors gebildet, so dass eine gleichgewichtete Verteilung der Spuränderung auf beide Achsseiten stattfinden kann. Somit können insbesondere bei Geradeausfahrten des Fahrzeuges ansonsten auftretende Fehlstellungen der gelenkten Räder zueinander vermieden und einseitig auftretende Reifenabnutzungen wirksam unterbunden werden.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass zusätzlich zum einen Arbeitszylinder ein weiterer, der anderen Achsseite zugeordneter Arbeitszylinder vorgesehen ist, welcher auf das Rad oder die Räder der anderen Achsseite oder auf die Zwangskoppelung wirkt. Hierbei ist der eine Sensor dem einen Arbeitszylinder und der andere Sensor dem anderen Arbeitszylinder zur Messung der Stellposition des jeweiligen Arbeitszylinders zugeordnet, wobei die Sensoren vorzugsweise innerhalb der Arbeitszylinder angeordnet sind. Wegen der Anordnung der Sensoren innerhalb der Arbeitszylinder können zum einen freiliegende und daher beschädigungsgefährdete Verkabelungen vermieden werden, zum anderen sind die Sensoren innerhalb der Arbeitszylinder optimal gegen Verschmutzung und Beschädigung geschützt.
Eine weitere Maßnahme sieht vor, dass die Zwangskoppelung der Räder der beiden Achsseiten durch eine endseitig an zwei Lenkhebeln angelenkte Spurstange gebildet wird, wobei je ein Lenkhebel durch einen der Arbeitszylinder angetrieben ist.
Zeichnungen
Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines Teils einer Hilfslenkeinrichtung einer Nachlaufachse eines Nutzfahrzeugs in bevorzugter Ausführungsform;
2 eine stark vereinfachte Darstellung der Nachlaufachse von 1.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die in 1 dargestellte und mit 1 bezeichnete Hilfslenkeinrichtung dient zum Lenken einer der angetriebenen Hinterachse 2 in Fahrtrichtung nachgeordneten Nachlaufachse 4. Aus Maßstabsgründen sind von der Hilfslenkeinrichtung 1 nur die Komponenten dargestellt, welche sich im Bereich der mit je einem Rad 6, 7 auf jeder Achsseite 8, 10 ausgestatteten Nachlaufachse 4 befinden. Die Räder 6, 7 bzw. deren Achsschenkel sind zusammen mit je einem Lenkhebel 12, 14 an der Nachlaufachse 4 angelenkt. Jeweils ein Schenkel eines Lenkhebels 12, 14 ist an einer Kolbenstange eines vorzugsweise als parallel zur Fahrtrichtung verlaufender Arbeitszylinder 16, 18 ausgebildeten Hydraulikaggregats angelenkt. Die jeweils anderen Schenkel der beiden Lenkhebel 12, 14 stehen durch eine etwa senkrecht zur Fahrtrichtung verlaufende Spurstange 20 miteinander in Verbindung. Somit sind ein rechter Arbeitszylinder 16 einem rechten Rad 6 oder einer rechten Achsseite 8 und ein linker Arbeitszylinder 18 einem linken Rad 7 oder einer linken Achsseite 10 zugeordnet. Die Arbeitszylinder 16, 18 sind ihrerseits an einem Fahrzeugrahmen angelenkt.
Innerhalb der Arbeitszylinder 16, 18 ist je ein Differenzialkolben 22, 24 geführt, welcher je nach den in durch ihn abgegrenzten Arbeitskammern 26, 28, 30, 32 vorherrschenden Druckverhältnissen lineare Bewegungen in eine oder in die hierzu entgegengesetzte Richtung ausführen kann. Die Arbeitskammern 26, 28, 30, 32 der beiden Arbeitszylinder 16, 18 sind mittels eines durch zwei Druckmittelleitungen 34, 36 von einer Druckmittelquelle 37 geförderten Druckmittels, beispielsweise Hydrauliköl, druckbeaufschlagbar oder druckentlastbar. Die Arbeitskammern 26, 28, 30, 32 der Arbeitszylinder 16, 18 sind miteinander über Kreuz verschaltet, d. h., dass eine Druckmittelleitung 36 eine Arbeitskammer 26 des rechten Arbeitszylinders 16 und eine bezogen auf den Differenzialkolben entgegengesetzte Arbeitskammer 32 des linken Arbeitszylinders 18 und die andere Druckmittelleitung 34 die andere Arbeitskammer 28 des rechten Arbeitszylinders 16 und die hierzu entgegengesetzte Arbeitskammer 30 des linken Arbeitszylinders 18 mit Druckmittel versorgt. Hierdurch wird eine gleichsinnige Wirkung der Arbeitszylinder 16, 18 im Lenksinn gewährleistet. Beispielsweise bewirkt wegen der beschriebenen Lenkkinematik eine Ausfahrbewegung des Differenzialkolbens 22 des rechten Arbeitszylinders 16 und eine gleichzeitige Einfahrbewegung des Differenzialkolbens 24 des linken Arbeitszylinders 18 den in 1 dargestellten Lenkeinschlag. Die Versorgung der Ar beitskammern 26, 28, 30, 32 der beiden Arbeitszylinder 16, 18 mit Hydrauliköl geschieht über die Druckmittelleitungen 34, 36 in Abhängigkeit vom Schaltzustand einer Ventilanordnung 38, welche den Arbeitszylindern 16, 18 und der Druckmittelquelle 37 zwischengeordnet und über eine Signalleitung 40 von einem Mikroprozessor 42 ansteuerbar ist.
Darüber hinaus beinhaltet die Hilfslenkeinrichtung 1 Sensoren zur Ermittlung des Ist-Lenkwinkels der beiden Räder 6, 7, welche vorzugsweise als Wegmessaufnehmer 44, 46 ausgebildet sind. Hierbei ist ein dem rechten Rad 6 oder der rechten Achsseite 8 zugeordneter Wegmessaufnehmer 44 („rechter Wegmessaufnehmer”) und ein dem linken Rad 7 oder der linken Achsseite 10 zugeordneter Wegmessaufnehmer 46 („linker Wegmessaufnehmer”) vorgesehen, wobei der rechte Wegmessaufnehmer 44 vorzugsweise innerhalb des rechten Arbeitszylinders 16 und der linke Wegmessaufnehmer 46 innerhalb des linken Arbeitszylinders 18 angeordnet ist. Die beiden Wegmessaufnehmer 44, 46 sind derart ausgebildet, dass sie ausgehend von einer Referenz- oder Null-Lage den vom jeweiligen Differenzialkolben 22, 24 in die eine oder die andere Richtung zurückgelegten Weg messen, welcher aufgrund der durch die Lenkhebel 12, 14 gegebenen Lenkkinematik proportional zum Ist-Lenkwinkel des jeweiligen Rades 6, 7 ist. Über Signalleitungen 48, 50 wird dann für jedes der beiden Räder 6, 7 ein Signal für den Ist-Lenkwinkel an den Mikroprozessor 42 geliefert. Anstatt Wegmessaufnehmer 44, 46 könnten alternativ auch Drehwinkelsensoren vorgesehen sein, welche an der Lenkachse des jeweiligen Rades 6, 7 angeordnet sind und den Ist-Lenkwinkel direkt messen.
Die Funktions- und Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Hilfslenkeinrichtung 1 ist wie folgt: Dem Mikroprozessor 42 wird beispielsweise von einem an einer in 1 nicht dargestellten Lenksäule angeordneten Lenkwinkelsensor ein Soll-Lenkwinkelsignal S_soll geliefert, welches bei Geradeausfahrt einem Lenkwinkel von Null Grad entspricht. Sodann wird die Ventilanordnung 38 vom Mikroprozessor 42 derart geschaltet, dass sich der rechte Arbeitszylinder 16 und der linke Arbeitszylinder 18 in Gleichstellung befinden. Dann sollten sich die Räder 6, 7 der Nachlaufachse 4 in der in 2 mit durchgezogenen Linien dargestellten Geradeausstellung befinden.
Aufgrund von Achslasten und von elastischen Verformungen in den Radführungselementen können die Räder 6, 7 der Nachlaufachse 4 jedoch in Nachspur gedrängt werden, was zu einer Änderung der Ist-Lenkwinkel führt. Die spuränderungsbedingten Drehbewegungen der Räder 6, 7 werden durch die Lenkhebel 12, 14 in drehwinkelproportionale, lineare Bewegungen der Differenzialkolben 22, 24 des rechten und linken Arbeitszylinders 16, 18 umgesetzt, welche in Betrag und Richtung von den zugeordneten Wegmessaufnehmern 44, 46 gemessen und über die Signalleitungen 48, 50 an den Mikroprozessor 42 weitergeleitet werden. Dort findet eine Verrechnung der beiden Ist-Lenkwinkelsignale statt, vorzugsweise derart, dass aus dem Signal für den Ist-Lenkwinkel des rechten Rades 6 und dem Signal für den Ist-Lenkwinkel des linken Rades 7 ein Mittelwert gebildet wird, der einem einzigen, auf die gesamte Nachlaufachse 4 bezogenen Ist-Lenkwinkel entspricht. Dieser Ist-Lenkwinkel der Achse 4 wird anschließend für einen Vergleich zwischen dem Soll-Lenkwinkel S_soll herangezogen und an die Ventilanordnung 38 entsprechende Signale zur Ansteuerung der beiden Arbeitszylinder 16, 18 gemäß einer hieraus berechneten Regeldifferenz ausgegeben. Die achslastbedingten Spuränderungen an den Rädern 6, 7 der Nachlaufachse 4 werden dann aufgrund des ausgemittelten Ist-Lenkwinkels unabhängig von der tatsächlichen Achslastverteilung gleichmäßig auf beide Räder 6, 7 verteilt, wie durch die anhand von gestrichelten Linien in 2 dargestellten Radstellungen veranschaulicht ist.

Claims

Hilfslenkeinrichtung (1) einer Fahrzeugachse, insbesondere einer Vorder-, Vorlauf- oder Nachlaufachse (4) eines Nutzfahrzeugs, deren Räder (6, 7) durch eine eine Zwangskoppelung erzielende Spurstange (20) gemeinsam lenkbar sind, mit wenigstens einem mit einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung (42) in Wirkverbindung stehenden Arbeitszylinder (16) als Lenk-Stellglied sowie mit wenigstens einem Signal für den Ist-Lenkwinkel eines oder mehrerer Räder (6) einer Achsseite (8) an die Steuer- und/oder Regeleinrichtung (42) liefernden Sensor (44), wobei wenigstens ein weiterer, Signale für den Ist-Lenkwinkel eines oder mehrerer Räder (7) der anderen Achsseite (10) liefernden Sensor (46) vorgesehen ist, dessen Signale von der Steuer- und/oder Regeleinrichtung (42) mit den Signalen des einen Sensors (44) zu einem einzigen, auf die Achse (4) bezogenen Ist-Lenkwinkel verrechenbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und/oder Regeleinrichtung (42) unter Verarbeitung dieser Signale und zusätzlich hierzu eingehender Signale jeweils ermittelter Soll-Lenkwinkel S_soll den mit ihr in Wirkverbindung stehenden, wenigstens einen Arbeitszylinder (16) solcherart regelt/steuert, dass eine gleichmäßige Verteilung achslastbedingter Spurveränderungen auf die Räder (6, 7) beider Achsseiten (8, 10) der Achse (4) erzielt ist.
Hilfslenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittelwert aus den Signalen des einen Sensors (44) und den Signalen des anderen Sensors (46) gebildet wird.
Hilfslenkeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zum einen Arbeitszylinder (16) ein weiterer Arbeitszylinder (18) vorgesehen ist, welcher auf das Rad (7) oder die Räder der anderen Achsseite (10) oder auf die Zwangskoppelung (20) wirkt.
Hilfslenkeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Sensor (44) dem einen Arbeitszylinder (16) und der andere Sensor (46) dem anderen Arbeitszylinder (18) zur Messung der Stellposition des jeweiligen Arbeitszylinders (16, 18) zugeordnet ist, wobei die Sensoren vorzugsweise als in die Arbeitszylinder (16, 18) integrierte Wegmessaufnehmer (44, 46) zur Messung der von in den Arbeitszylindern (16, 18) geführten Differenzialkolben (22, 24) zurückgelegten Wegstrecken und deren Richtung ausgebildet sind.
Hilfslenkeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Differenzialkolben (22, 24) jeweils zwei Arbeitskammern (26, 28, 30, 32) eines Arbeitszylinders (16, 18) begrenzt, wobei die Arbeitskammern (26, 28, 30, 32) der Arbeitszylinder (16, 18) miteinander über Kreuz verschaltet sind.
Hilfslenkeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwangskoppelung der Räder (6, 7) der beiden Achsseiten (10, 12) durch die endseitig an zwei Lenkhebeln (12, 14) angelenkte Spurstange (20) gebildet wird, wobei je ein Lenkhebel (12, 14) durch einen der Arbeitszylinder (16, 18) angetrieben ist.