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Die Erfindung betrifft ein Lenksystem
für ein Fahrzeug
mit einer Druckquelle, einer Lenkeinheit, einer ersten Lenkmotoranordnung
und einer zweiten Lenkmotoranordnung, bei dem beide Lenkmotoranordnungen
mit der Lenkeinheit verbindbar sind.
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Ein Lenksystem mit den Merkmalen
des Oberbegriffes des Anspruchs 1 ist aus
DE 34 26 204 A1 bekannt.
DE 34 26 204 A1 beschreibt
ein hydraulisches Lenksystem für
Kraftfahrzeuge, die zwei Arten von Lenksystemen aufweisen, nämlich zum
einen eine Radlenkung und zum anderen eine Knicklenkung oder eine
gelenkte Vorder- und eine gelenkte Hinterachse. Zwischen einer Lenkeinheit
und den Lenkmotoren ist ein Umschaltventil angeordnet, das in einer
Position die Lenkeinrichtung mit der Radlenkung verbindet. In dieser
Position wirkt das Umschaltventil gleichzeitig als eine Verriegelungsvorrichtung,
die ein Auslenken der zweiten Lenkung verhindert. Hierzu rastet
ein Bolzen in eine Kulisse der zweiten Lenkmotoranordnung ein. Wenn
die Radlenkung ihre Extremstellung erreicht hat, über die Lenkeinrichtung
aber weiter Hydrauliköl
zugeführt
wird, dann steigt der Druck in einer Druckkammer des Umschaltventils
an, was dazu führt,
daß zum
einen eine Umschaltung auf die andere Lenkmotoranordnung erfolgt
und zum anderen die mechanische Verriegelung dieser Lenkmotoranordnung
gelöst
wird. Ohne daß der
Fahrer es merkt, wird also zusätzlich
zu den eingeschlagenen gelenkten Rädern die zweite Lenkmotoranordnung
in Betrieb gesetzt.
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Ein weiteres Lenksystem ist aus
US 4 802 545 bekannt. Die
erste Lenkmotoranordnung wirkt auf gelenkte Räder, d.h. Räder, die gegenüber einem Fahrzeugteil
eingeschlagen werden können,
um das Fahrzeug zu lenken. Die zweite Lenkmotoranordnung wirkt auf
ein Knickgelenk. Mit dieser Lenkmotoranordnung ist es möglich, zwei
Fahrzeugteile, die über
das Knickgelenk miteinander verbunden sind, gegeneinander zu verschwenken.
Durch diese Verschwenkung werden Räder, die an dem ersten Fahrzeugteil
angeordnet sind, gegenüber
Rädern,
die an dem zweiten Fahrzeugteil angeordnet sind, verschwenkt. Auch
auf diese Weise läßt sich
eine Richtungsänderung
des so gelenkten Fahrzeugs bewirken. Wenn man beide Lenkarten, d.h.
die Radlenkung und die Knicklenkung, miteinander kombiniert, lassen
sich sehr enge Kurvenradien erreichen. Darüber hinaus kann man andere
Lenkgeometrien realisieren. Derartige Lenksysteme werden hauptsächlich bei
Baustellenfahrzeugen oder anderen selbstfahrenden Arbeitsmaschinen
eingesetzt.
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Ein ähnliches Lenksystem ist aus
DE 35 43 054 A1 bekannt.
Hier wird beim Auslenken zuerst die Radlenkung bis zum Endanschlag
und dann erst der Arbeitszylinder für den Knickrahmen betätigt.
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Ein weiteres Lenksystem ist aus
US 4 565 257 bekannt. Auch
hier wirkt die erste Lenkmotoranordnung auf gelenkte Räder, während die
zweite Lenkmotoranordnung auf einen Knickrahmen wirkt.
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Der Fahrer eines derartigen Fahrzeugs
wird die benötigte
Lenkmotoranordnung in Abhängigkeit von
der Bahn wählen,
auf der er das Fahrzeug bewegen möchte. Das Umschalten zwischen
der ersten Lenkmotoranordnung und der zweiten Lenkmotoranordnung
kann also durchaus während
der Fahrt erfolgen und zwar auch, ohne daß eine Lenkmotoranordnung bereits
ihren Anschlag erreicht hat. Allerdings muß man dabei sicherstellen,
daß die
Lenkmotoranordnung, die vom Fahrer gerade nicht betätigt wird, nicht
unabsichtlich eine Änderung
ihrer Geometrie einnimmt. Dies könnte
für das
Fahrverhalten des Fahrzeugs unabsehbare Folgen haben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auch
bei unterschiedlichen Lenkungsarten auf einem Fahrzeug eine sichere
Kontrolle über
das Fahrzeug zu haben.
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Diese Aufgabe wird bei einem Lenksystem der
eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die erste Verriegelungseinrichtung
eine erste Ventileinrichtung mit einer ersten Sperrventilanordnung
in jeder Richtungsleitung aufweist, die vom Druck in der jeweils
anderen Richtungsleitung aufsteuerbar ist, und die zweite Verriegelungseinrichtung
eine zweite Ventileinrichtung mit einer zweiten Sperrventilanordnung
in jeder Richtungsleitung aufweist, die von einem extern geschalteten
Druck an einem Steuereingang aufsteuerbar ist.
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Jede Verriegelungsventileinrichtung
sorgt dafür,
daß die
zugehörige
Lenkmotoranordnung ihre Geometrie, d.h. ihre Einstellung nicht verändern kann,
solange dies vom Fahrer (oder einer entsprechenden Bedienungsperson)
nicht zugelassen ist. Die Verwendung derartiger Verriegelungsventileinrichtungen
an Lenksystemen für
Radlenkungen ist an sich bekannt. Im Zuge der Entwicklung hat man
bei einem Fahrzeug, das mit einer Radlenkung und mit einer Knicklenkung
ausgerüstet
war, eine Verriegelungsventileinrichtung nicht nur bei der Radlenkung, d.h.
bei der ersten Lenkmotoranordnung, verwendet, sondern eine entsprechende
Verriegelungsventileinrichtung auch bei der zweiten Lenkmotoranordnung, d.h.
der Knicklenkung, versucht. Damit wollte man erreichen, daß der "Knick" in einer "Geradeaus-Position" blockiert wurde.
Allerdings hat eine derartige Anordnung zu Instabilitäten im System
geführt.
Es konnte bislang nicht abschließend geklärt werden, warum die Probleme
nur bei der Knicklenkung und nicht auch bei der Radlenkung entstehen.
Möglicherweise hängt dies
damit zusammen, daß bei
einer Lenkmotoranordnung, die auf ein Knickgelenk wirkt, in der Regel
ein größeres Ölvolumen
verwendet wird als bei einer Lenkmotoranordnung, die im Zusammenhang mit
der Radlenkung verwendet wird. Falls bei dem größeren Ölvolumen noch weitere Elemente
hinzukommen, beispielsweise nachgiebige Leitungen oder Federn, dann
kann dies zu den erwähnten
Schwingungen oder Instabilitäten
führen.
Wenn man hingegen unterschiedliche Verriegelungsventileinrichtungen
verwendet, dann kann man jede Verriegelungsventileinrichtung an
die zugehörige
Lenkmotoranordnung anpassen, so daß man gezielt Probleme bei den
einzelnen Lenkmotoranordnungen überwinden kann.
Jede Lenkmotoranordnung weist ein paar von Richtungsleitungen auf,
die auch als Arbeitsleitungen bezeichnet werden können. Der
Druck in einer Richtungs leitung führt dazu, daß der Motor
in die gewünschte
Richtung arbeitet und damit Räder
in die gewünschte
Richtung auslenkt. Gleichzeitig muß aber das dabei verdrängte Ölvolumen über die
andere Richtungsleitung abgeleitet werden. In beiden Richtungsleitungen
ist jeweils ein Sperrventil angeordnet, das ohne das Auftreten weiterer
Einflüsse
geschlossen bleibt, so daß in
der Lenkmotoranordnung ein Ölvolumen
eingeschlossen ist, das eine unbeabsichtigte Bewegung oder Verstellung
des oder der Lenkmotoren verhindert. Wenn nun Öl zugeführt wird, dann wird das Sperrventil
in der Leitung, durch die das Öl
zugeführt
wird, geöffnet.
Gleichzeitig führt die
Druckerhöhung
in dieser Richtungsleitung dazu, daß ein Ventil in der anderen
Richtungsleitung geöffnet
wird, so daß das
durch die Zufuhr des Öls
auf der einen Seite des Lenkmotors auf der anderen Seite verdrängte Öl durch
die andere Richtungsleitung abfließen kann. Sobald der Druck
in der einen Richtungsleitung wieder nachläßt, wird das Sperrventil in der
anderen Richtungsleitung wieder geschlossen. Eine Verstellung des
oder der Lenkmotoren ist also tatsächlich nur dann möglich, wenn
eine Lenkbewegung durch den Fahrer initiiert wird. Bei dieser Ausgestaltung
der zweiten Sperrventilanordnung verzichtet man zwar auf den Vorteil,
daß die
Lenkmotoranordnung nur dann eine Änderung ihrer Stellung bewirken
kann, wenn tatsächlich
eine Lenkbewegung bewirkt wird. Vielmehr wird eine Verstellung bereits
immer dann ermöglicht,
wenn der externe Druck an den Steuereingang der zweiten Sperrventilanordnung
angelegt wird. Dafür
kann man aber durch den externen Druck sozusagen eine offene Leitung
in jede Richtung einrichten, bei der die Gefahr einer Schwingungsbildung
außerordentlich
klein ist.
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Vorzugsweise ist zwischen den beiden
Lenkmotoranordnungen und der Lenkeinheit ein hydraulisch betätigbares
Auswahlventil angeordnet, dessen Betätigungsdruck die zweite Sperrventilanordnung beaufschlagt.
Das Umschalten zwischen der Lenkmotoranordnung und der zweiten Lenkmotoranordnung
erfolgt also mit Hilfe des Auswahlventils, zu dessen Betätigung ein
gewisser hydraulischer Druck erforderlich ist. Das Lenksystem "weiß" also, daß bei Vorhandensein
dieses Steuerdrucks für
das Auswahlventil auch die Sperrventilanordnung der zweiten Lenkmotoranordnung
geöffnet
werden muß.
Man kann daher den Druck, der zur Betätigung des Auswahlventils verwendet
wird, ohne weiteres verwenden, um die zweite Sperrventilanordnung
zu öffnen. Der
Fahrer muß also
nur eine einzige Handlung vornehmen, nämlich dafür sorgen, daß das Auswahlventil
umgeschaltet wird. Der Rest erfolgt dann automatisch im Lenksystem.
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Hierbei ist besonders bevorzugt,
daß ein Ausgang
eines Pilotventils sowohl mit einem Steuereingang des Auswahlventils
als auch mit dem Steuereingang der zweiten Sperrventilanordnung
verbunden ist. Der Fahrer muß also
lediglich das Pilotventil betätigen
oder über
eine Steuereinrichtung betätigen lassen,
um sämtliche
Funktionen, die für
ein Umwechseln von der ersten Lenkmotoranordnung auf die zweite
Lenkmotoranordnung erforderlich ist, einzustellen. Zusätzliche
Elemente sind praktisch nicht erforderlich, weil das Pilotventil
ohnehin vorhanden sein muß,
um den hydraulischen Betätigungsdruck für das Auswahlventil
durchzuschalten.
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Vorzugsweise ist die zweite Sperrventilanordnung
frei von Schließfedern
ausgebildet. Die Sperrventilanordnung besteht beispielsweise aus zwei
Rückschlagventilen,
die durch einen hydraulischen Druck in ihre Schließstellung
gebracht werden. Der Verzicht auf Federn bedingt einen Verzicht
auf ein Element, das möglicherweise
Schwingungen verursachen könnte.
Dadurch wird die Knicklenkung relativ stabil gemacht.
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Bevorzugterweise ist eine Hilfsventilanordnung
vorgesehen, mit der bei Ausfall eines Pumpendrucks ein Druckpfad
zwischen der Lenkeinheit und dem Steuereingang der zweiten Sperrventilanordnung
schaltbar ist. Im harten Arbeitseinsatz von Arbeitsmaschinen auf
Baustellen läßt sich
der Ausfall des Pumpendrucks nicht immer mit der notwendigen Zuverlässigkeit
sicherstellen. Bei Ausfall des Pumpendrucks wird das Fahrzeug allerdings
nicht vollkommen lenkunfähig,
weil die Lenkeinheit in der Regel einen Meßmotorabschnitt aufweist, der
als Hilfspumpe genutzt werden kann. Wenn daher der Ausgang der Lenkeinheit über die
Hilfsventilanordnung mit dem Steuereingang der Sperrventilanordnung verbunden
werden kann, dann läßt sich
mit Hilfe der Lenkeinrichtung auch die zweite Lenkmotoranordnung
noch betätigen.
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Hierbei ist besonders bevorzugt,
daß die Hilfsventilanordnung
ein Umschaltventil aufweist, dessen einer Eingang mit der Druckquelle
und dessen anderer Eingang mit der Lenkeinheit verbunden ist. Das
Umschaltventil schaltet also bedarfsmäßig zwischen der Druckquelle,
d.h. der Pumpe oder einer dieser nachgeschalteten Prioritätsventil,
und dem Ausgang der Lenkeinheit (bei Pumpendruckausfall) um, so
daß am
Ausgang des Umschaltventils immer der erforderliche Druck zum Betätigen der
zweiten Lenkmotoranordnung und zum Entsperren der zweiten Sperrventilanordnung
zur Verfügung
steht.
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Hierbei ist bevorzugt, daß das Umschaltventil
als Wechselventil ausgebildet ist. Das Umschalten zwischen Pumpendruck
und Druck der Lenkeinheit erfolgt also automatisch, ohne daß der Fahrer
irgendwelche Maßnahmen
treffen muß.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand
eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Hierin zeigt
die:
einzige Figur eine schematische Ansicht eines Lenksystems.
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Ein Lenksystem 1 weist eine
Lenkeinheit 2 auf, die über
ein Prioritätsventil 3 mit
einer Pumpe 4 verbunden ist. Die Pumpe 4 ist als
Verstellpumpe ausgebildet, die über
ein LS-Signal betätigbar
ist.
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Die Lenkeinheit 2, beispielsweise
vom Typ OSPD LS der Danfoss A/S, Dänemark, ist mit einem Ventilblock 5 verbunden,
der wiederum mit einer ersten Lenkmotoranordnung 6 und
einer zweiten Lenkmotoranordnung 7 verbunden ist. Die Lenkmotoranordnung 6 wirkt
im vorliegenden Fall auf gelenkte Räder, die, genau wie das dazugehörige Fahrzeug, nicht
näher dargestellt
sind. Die Stellung der Räder gegenüber dem
Fahrzeug kann durch einen Sensor 8 ermittelt werden. Die
zweite Lenkmotoranordnung 7 gehört zu einer Knicklenkung, d.h.
sie ist in der Lage, zwei Fahrzeugteile gegeneinander zu verschwenken,
die über
ein Knickgelenk miteinander verbunden sind. Die Richtung der beiden
Fahrzeugteile zueinander wird über
einen zweiten Sensor 9 ermittelt.
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Zum Umschalten der Verbindung zwischen der
Lenkeinheit 2 einerseits und der ersten Lenkmotoranordnung 6 oder
der zweiten Lenkmotoranordnung 7 andererseits ist ein Auswahlventil 10 vorgesehen,
das mit Hilfe eines hydraulischen Drucks, der über eine Steuerleitung 11 zugeführt wird,
gegen die Kraft einer Feder 12 betätigt wird. Die Feder 12 stellt das
Auswahlventil 10, wie in der Figur dargestellt, so ein,
daß ohne
Druck in der Steuerleitung 11 eine Verbindung zwischen
der Lenkeinheit 2 und der ersten Lenkmotoranordnung 6 hergestellt
wird.
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Wenn das Auswahlventil 10 durch
einen Druck in der Steuerleitung 11 verstellt wird, richtet
es eine Verbindung zwischen der Lenkeinheit 2 und der zweiten
Lenkmotoranordnung 7 ein. Der hierzu erforderliche Steuerdruck
in der Steuerleitung 11 wird mit Hilfe eines Pilotventils 12 geschaltet,
das von einer Steuereinrichtung 13 betätigt wird, die eine Reihe von Eingängen 14,
einige Signalausgänge 15 und
einige Betäti gungsausgänge 16 aufweist.
Das Pilotventil 12 schaltet in der dargestellten, d.h.
nicht erregten, Position die Steuerleitung 11 drucklos,
verbindet sie also mit einem Tank 17. In der betätigten Position
verbindet das Pilotventil 12 einen Druckeingang P der Lenkeinheit 2 mit
dem Steuereingang des Auswahlventils 10.
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Die Lenkeinheit 2 weist
einen Meßmotorabschnitt
mit einem ersten Meßmotor 18 und
einem zweiten Meßmotor 19 auf,
von denen der erste Meßmotor 18 permanent
aktiv ist, während
der zweite Meßmotor 19 über ein
Umschaltventil 20 dem ersten Meßmotor 18 parallel
geschaltet werden kann, um die Verdrängung der Lenkeinheit 2 zu
erhöhen.
Das Umschaltventil 20 wird durch ein zweites Pilotventil 21 betätigt. Die
Betätigung
erfolgt durch die Steuereinrichtung 13 im wesentlichen
zeitgleich mit dem Umschalten des Auswahlventils 10, so
daß dann, wenn
die zweite Lenkmotoranordnung 7 für die Knicklenkung ausgewählt wird,
eine größere Verdrängung der
Lenkeinheit 2 zur Verfügung
steht. Damit trägt
man der Tatsache Rechnung, daß die
Lenkmotoranordnung 7 für
die Knicklenkung für
den gleichen Lenkwinkel einen größeren Verbrauch
hat als die Lenkmotoranordnung 6 für die Radlenkung.
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Die erste Lenkmotoranordnung 6 weist
eine Verriegelungsventileinrichtung 22 auf, die in jeder Richtungsleitung
L, R ein Rückschlagventil 23a, 23b aufweist.
Jedem Rückschlagventil 23a, 23b ist
ein Überbrückungsventil 24a, 24b parallel
geschaltet, wobei von jedem Überbrückungsventil 24a, 24b ein weiteres
Rückschlagventil 25a, 25b wieder
in die zugehörige
Richtungsleitung L, R öffnet.
Das Überbrückungsventil 24a der
einen Richtungsleitung L weist einen Betätigungseingang auf, der über eine
Steuerleitung mit der anderen Richtungs leitung R verbunden ist.
Umgekehrt ist das Überbrükkungsventil 24b mit
seinem Steuereingang über
eine Steuerleitung mit der anderen Richtungsleitung L verbunden.
Wenn also in der einen Richtungsleitung L ein Druck aufgebaut wird,
dann öffnet
das Rückschlagventil 23a,
so daß Öl unter
Druck zur Lenkmotoranordnung 6 gelangen kann. Gleichzeitig
wird das Überbrückungsventil 24b in
der anderen Richtungsleitung R aufgesteuert, so daß das Öl, das auf
der anderen Seite der Lenkmotoren verdrängt wird, über die Lenkeinheit 2 zum
Tank zurückfließen kann.
Das gleiche gilt im umgekehrten Fall. Beide Überbrückungsventile 24a, 24b können auch
noch als Überdrucksicherungen wirken,
d.h. sie können
gegen die Kraft einer Feder 26 auch vom Druck in der Lenkmotoranordnung 6 aufgesteuert
werden. Da diese Situation aber nur relativ selten auftritt, soll
sie vorliegend nicht weiter vertieft werden. Im Normalfall bleibt
die erste Lenkmotoranordnung 6 in einer einmal eingestellten
Position, solange nicht in einer der beiden Richtungsleitungen L,
R ein Druck aufgebaut wird.
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Die zweite Lenkmotoranordnung 7 weist
eine zweite Verriegelungsventileinrichtung auf, die allerdings einen
andere Aufbau hat. In dieser Verriegelungsventileinrichtung 27 befindet
sich in jeder Richtungsleitung L, R ein Rückschlagventil 28a, 28b,
das ohne Federn ausgebildet ist, d.h. nur von einer Druckdifferenz
in der jeweiligen Richtungsleitung L, R geschlossen wird. Auch hier
gibt es Überdruckventile 29a, 29b,
die im Fall eines Überdrucks
in der zweiten Lenkmotoranordnung 7 Hydrauliköl zum Tank
hin abfließen
lassen.
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Die beiden Rückschlagventile 28a, 28b weisen
jeweils einen Steuereingang auf, der mit der Steuerleitung 11 verbunden
ist. Sobald also in der Steuerleitung 11 ein erhöhter Druck
eingestellt wird, werden die Rückschlagventile 28a, 28b aufgesteuert. Dieser
Fall tritt immer dann auf, wenn das Pilotventil 12 betätigt wird,
um das Auswahlventil 10 zu betätigen. In diesem Fall ist aber
klar, daß die
zweite Lenkmotoranordnung betätigt
werden soll. Dementsprechend können
die beiden Rückschlagventile 28a, 28b geöffnet werden.
Bei dieser Ausgestaltung ist zwar eine Bewegung oder Verstellung
der zweiten Lenkmotoranordnung 7 auch dann möglich, wenn
ein entsprechendes Signal von der Lenkeinheit 2 fehlt. Dafür ist aber
trotz des normalerweise größeren Ölvolumens
in der zweiten Lenkmotoranordnung 7 eine Schwingungsbildung
praktisch nicht zu beobachten.
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Gleichwohl läßt sich auch mit der zweiten Verriegelungsventileinrichtung 27 das
gewünschte Fahrverhalten
des Fahrzeugs praktisch ohne Abstriche realisieren. Die zweite Lenkmotoranordnung 7 läßt sich
nur dann verstellen, sei es durch die Lenkeinheit oder durch externe
Kräfte,
wenn das Pilotventil 12 eine Verbindung zwischen der Lenkeinheit 2 und
der zweiten Lenkmotoranordnung 7 hergestellt hat. In diesem
Fall hat aber der Fahrer die Möglichkeit,
bei etwa auftretenden äußeren Kräften sofort korrigierend
einzugreifen. Wenn hingegen eine Verbindung zwischen der Lenkeinheit 2 und
der zweiten Lenkmotoranordnung 7 nicht besteht, weil das
Fahrzeug in diesem Augenblick über
die Räder
gelenkt werden soll, dann ist die zweite Lenkmotoranordnung 7 verriegelt,
d.h. sie kann auch durch das Auftreten von äußeren Kräften nicht verstellt werden.
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Zwischen den beiden Richtungsleitungen
L, R der Lenkeinheit 2 ist ein Wechselventil 30 angeordnet,
dessen Ausgang mit einem Eingang eines zweiten Wechselventils 31 verbunden
ist. Das zweite Wechselventil 31 weist einen zweiten Eingang
auf, der mit dem Druckeingang P der Steuereinheit 2 verbunden
ist. Der Ausgang des zweiten Wechselventils 31 ist mit
dem Pilotventil 12 verbunden. Diese Ausgestaltung hat den
Vorteil, daß das
Fahrzeug mit beiden Lenkmotoranordnungen 6, 7 auch
dann noch lenkbar bleibt, wenn aus irgendwelchen Gründen der
Druck am Druckeingang P der Lenkeinheit 2 ausfällt. In
diesem Fall kann nämlich
der erste Meßmotor 18 als Hilfspumpe
wirken und Öl
unter Druck fördern.
Dieses Öl
gelangt in der in der Figur dargestellten Stellung des Auswahlventils 10 zur
ersten Lenkmotoranordnung, um eine Radlenkung des Fahrzeugs zu bewirken.
Falls aber eine Beaufschlagung der zweiten Lenkmotoranordnung 7 gewünscht ist,
beispielsweise um das Fahrzeug gerade zu richten, wird das Pilotventil 12 betätigt. Der
von der Lenkeinheit 2 stammende Druck wird, da die beiden
Wechselventile 30, 31 immer den höheren der
beiden Eingangsdrücke weitergeben,
an das Pilotventil 12 weitergegeben und gelangt, wenn das
Pilotventil 12 durchgeschaltet ist, an den Steuereingang
des Auswahlventils 10 und an die Steuereingänge der
Rückschlagventile 28a, 28b.