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Die Erfindung betrifft einen Rad-Straßenfertiger gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1
sowie ein Verfahren gemäß des Oberbegriffs des Anspruchs 10.
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Aus dem Datenblatt "Lenkautomat für Vögele Straßenfertiger mit Raupenfahrwerk"
der Fa. Joseph Vögele AG, ist ein Raupenfahrwerk-Straßenfertiger bekannt, der
automatisch entlang einer Referenzlinie fahrbar ist. In der
Referenzlinien-Abtastvorrichtung ertastet ein Sensor die Sollrichtung von der Referenzlinie, beispielsweise
einem gespannten Draht, einer Bordsteinkante oder einer Leitplanke. Abweichungen
von der Sollrichtung werden an einen Regler des Lenkautomaten gemeldet, der
erforderliche Korrekturen der Fahrtrichtung des Straßenfertigers veranlasst. Dies ist eine
sogenannte Panzerlenkung, d. h., das jeweils kurveninnenseitige Raupenfahrwerk wird
gegenüber dem kurvenaußenseitigen Raupenfahrwerk abgebremst. Dieses Prinzip
bedingt bei Raupenfahrwerks-Straßenfertigern die unerwünschte Vernichtung von
Antriebsleistung.
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Aus einer technischen Information der Fa. Danfoss "Danfoss Hydro News", Nr. 6,
Kennziffern D03, D02, 1999, ist ein elektrohydraulisches Lenksystem für land- und
forstwirtschaftliche Maschinen, Baumaschinen und Kommunalfahrzeuge. Das
Lenksystem kann mit einer automatischen Lenkung kombiniert werden, falls eine Sensorik
für eine Referenzlinienerfassung eingebaut wird. Die automatische Lenkung greift am
Lenkzylinder ein.
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Aus US 3 543 654 A ist ein elektrohydraulisch gelenkter Gleitschalungsfertiger
bekannt, bei dem die Raupenfahrwerke nach Vorgabe des Lenkautomaten
unterschiedlich angetrieben werden (Panzerlenkung).
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Aus US 3 454 121 A ist ein Raupenfahrwerks-Straßenfertiger mit einem
Lenkautomaten bekannt, der die Antriebsgeschwindigkeiten der Raupenfahrwerke
seitenindividuell über ein Steuergestänge reguliert (mechanische Panzerlenkung).
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Elektrohydraulische Servolenkungen für Arbeitsmaschinen sind ferner bekannt aus
US 4 517 800 A, WO86/06 142 und US 4 663 936 A.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rad-Straßenfertiger sowie ein
Verfahren zum Lenken des Rad-Straßenfertigers anzugeben, mit denen der
Radstraßenfertiger automatisch und präzise einer Referenzlinie folgt.
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Die gestellte Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und
verfahrenstechnisch mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.
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Dank der Lenkunterstützung durch die seitenindividuelle Drehzahlregelung der
angetriebenen Hinterräder in Abhängigkeit von der Lenkeinstellung der Vorderräder lässt
sich der Rad-Straßenfertiger überraschend präzise und sogar automatisch entlang der
Referenzlinie fahren. Die Lenkunwilligkeit des Rad-Straßenfertigers auf in Echtzeit
festgestellte Richtungsabweichungen, die bisher die Verwendung von Lenkautomaten
bei Rad-Straßenfertigern verwehrte, wird durch die Lenkunterstützung mit den
seitenindividuell drehzahlgeregelten Hinterräder beseitigt. Die Lenkunterstützung kann
den Lenkautomaten über den gesamten Lenkbereich unterstützen, oder ab einem
vorbestimmten Lenkwinkel oder bei maximalem Lenkausschlag. Ferner kann die
Lenkunterstützung, die für die Kooperation mit dem Lenkautomaten sehr zweckmäßig
ist, auch ohne Lenkautomaten bei manuellem Lenken oder einer Lenkeinstellung
durch ein Potentiometer oder einen Joystick eingesetzt werden, um die Lenkpräzision
des Rad-Straßenfertigers und vor allem dessen Ansprechverhalten auf
Richtungskorrekturen zu erhöhen.
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Verfahrensgemäß wird zumindest bei Einsatz des Lenkautomaten nicht nur mit den
Vorderrädern gelenkt, um den Rad-Straßenfertiger an der Referenzlinie möglichst
präzise zu führen, sondern wird zusätzlich die seitenindividuelle Drehzahlregelung der
Hinterräder überlagert, um Abweichungen von der Sollrichtung präzise und rasch zu
beseitigen.
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Der Lenkautomat lässt sich zweckmäßig mit einer hydraulischen, einer
elektrohydraulischen oder einer elektromotorischen Vorderrad-Servolenkung zur Zusammenarbeit
bringen, insbesondere einer Servolenkung, die an den Achsschenkeln der
Vorderräder angreift und direkt und weitestgehend spielfrei arbeitet.
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Um der Drehzahlregelung die notwendigen Ist-Informationen zum Soll-Wert-Ist-
Wertvergleich zu liefern, sind Lenkwinkelsensoren und Drehzahlsensoren
vorgesehen. Der wenigstens eine Lenkwinkelsensor kann dabei den tatsächlichen Lenkwinkel
ermitteln oder den Weg des Lenkzylinders aus der Geradeausstellung.
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Ein optimales Ansprechverhalten, das für minimierte Richtungsabweichungen wichtig
ist, lässt sich mit einem geschlossenen Regelkreis über den Lenkautomaten erzielen.
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Aus Sicherheitsgründen sollte eine Passivierungs-Schaltungsvorrichtung vorgesehen
sein, die den Lenkautomaten außer Funktion setzt, sobald durch den Fahrzeugführer
manuell oder auf andere Weise eingegriffen wird.
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Insbesondere bei Benutzen des Lenkautomaten ist es wichtig, bei aufgrund äußerer
Einflüsse auftretender Lenkunwilligkeit des Rad-Straßenfertigers zusätzlich eingreifen
zu können. Dies lässt sich bewerkstelligen mittels einer Potentiometer-Lenkwinkel-
Einstellvorrichtung, die, beispielsweise bei Überschreiten einer Toleranzzeit ohne
erfolgreiche Richtungskorrektur, über einen manuellen Eingriff eine Kurvenfahrt
erzwingt, indem die Vorderräder bewusst stärker eingeschlagen werden, als es der
Richtungskorrektur entspräche, und falls trotz der seitenindividuellen
Drehzahlregelung der Hinterräder entsprechend einem maximalen Lenkwinkel auf andere Weise
die erforderliche Richtungskorrektur nicht stattfindet.
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Der Lenkautomat stellt mit der Referenzlinien-Abtastvorrichtung zweckmäßig eine
Anbaugruppe, d. h. eine Optionsausstattung, des Rad-Straßenfertigers, der an die
ohnedies vorgesehene Steuervorrichtung des Rad-Straßenfertigers anschließbar ist und
dann eine dort bereits abgelegte Programmroutine oder einen integrierten Regler
benutzt. Auf diese Weise lassen sich mit einer entsprechenden Steuervorrichtung
ausgestattete Rad-Straßenfertiger auch nachträglich auf Automatikbetrieb umrüsten.
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Die Lenkpräzision und das Ansprechverhalten auf Richtungskorrekturen lassen sich
ferner dadurch verbessern, dass auch für die Vorderräder ein Arbeitsfahrt-Antrieb
eingesetzt wird. Zweckmäßigerweise wird pro Seite mindestens ein Vorderrad mit einem
Drehmoment angetrieben, das bei der von der Drehzahl der Hinterräder abhängigen
Drehzahl gerade noch übertragbar ist. Dabei wird nicht nur die Hydraulikmenge
(Drehzahleinstellung) gesteuert, sondern zumindest zeitweise auch der
Hydraulikdruck (das Drehmoment), um eine aktive seitenindividuelle Traktionskontrolle an den
Vorderrädern durchzuführen und bei hoher Lenkpräzision optimale
Traktionsverhältnisse zu erzielen.
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Baulich einfach enthält der Lenkautomat ein Richtungssteuerventil mit abgesperrter
Neutralstellung und ein Umschaltventil mit Magnetbetätigung, um bei
Automatikbetrieb eine Lastdrucksignal-Regelung der Druckversorgung nutzen zu können.
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Das Lenkungsprinzip, mit zugehörigem Lenkautomaten, kann alternativ auch für einen
Radfahrwerks-Beschicker verwendet werden, der die Gutversorgung des
Straßenfertigers durchführt, und automatisch ebenfalls an der gleichen oder einer anderen
Referenzlinie gefahren wird.
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Anhand der Zeichnung wird eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes
erläutert. Es zeigen:
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Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf einen mit einem Lenkautomaten
ausgestatteten Rad-Straßenfertiger, und
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Fig. 2 ein Blockschaltbild zur Verdeutlichung der Kombination einer
hydraulischen Servolenkung mit dem elektrohydraulischen Lenkautomaten.
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Ein Rad-Straßenfertiger RF in Fig. 1 weist in einem Chassis 1 eine
Primärantriebsquelle M, beispielsweise einen Dieselmotor auf, der mehrere Hydraulikpumpen Pn als
Antriebsquellen für Sekundärantriebe treibt. Das Chassis 1 ist auf lenkbaren
Vorderrädern 2a, 2b abgestützt, im vorliegenden Fall auf zwei Vorderrädern 2a, 2b pro Seite.
Alternativ ist es möglich, nur ein lenkbares Vorderrad 2a oder 2b pro Seite
vorzusehen. Ferner ist das Chassis 1 auf Hinterrädern 4 abgestützt, bei der gezeigten
Ausführungsform auf einem Hinterrad 4 pro Seite. Alternativ könnten pro Seite auch zwei
Hinterräder 4 vorgesehen sein, die einzeln oder pro Seite paarweise angetrieben sind.
Für jedes Hinterrad 4 ist eine eigene Hinterrads-Antriebseinheit H1, H2 vorgesehen,
beispielsweise eine hydrostatische Antriebseinheit. Die beiden Hinterrads-
Antriebseinheiten H1, H2 sind über eine Drehzahlregelung R so steuerbar, dass die
Drehzahlen der Hinterräder 4 seitenindividuell regelbar sind. Jeder Hinterrads-
Antriebseinheit H1, H2 oder jedem Hinterrad 4 ist ein Drehzahlsensor Sn1, Sn2
zugeordnet, der beispielsweise an die Drehzahlregelung R signalübertragend
angeschlossen ist. Die Hydromotoren der Hinterrads-Antriebseinheiten H1, H2 werden von der
Druckversorgung Pn mit Druckmittel versorgt. Der Rad-Straßenfertiger RF verfügt
ferner über eine computerisierte, elektronische Steuervorrichtung CU, die ebenfalls mit
der Drehzahlregelung R verknüpft ist.
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Für die Vorderräder 2a, 2b ist eine hydraulische Servolenkung L vorgesehen, die auf
einen Lenkzylinder Z einwirkt, der über Spurstangen 10 mit Achsschenkeln 6 der
Vorderräder 2a, 2b gekoppelt ist (Achsschenkellenkung). Die Servolenkung L ist über ein
Lenkrad 7 und/oder einen Lenk-Joystick bzw. eine
Potentiometer-Lenkwinkel-Einstellvorrichtung 8 betätigbar. Zum Abtasten des jeweiligen Lenkwinkels ist wenigstens
ein Lenkwinkelsensor SW vorgesehen, der entweder den Stellweg des Lenkzylinders Z
oder den Lenkwinkel der Vorderräder 2a, 2b abtastet und an die Servolenkung L
(und/oder die Steuereinrichtung CU und/oder die Drehzahlregelung R) meldet.
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Ferner ist im Rad-Straßenfertiger RF ein Lenkautomat LA vorgesehen, zu dem eine
Referenz-Abtastvorrichtung 5 gehört, die eine strichpunktiert angedeutete
Referenzlinie 3 abtastet, z. B. mit Ultraschallsensoren (nicht gezeigt). Der Lenkautomat LA
und/oder die Referenzlinien-Abtastvorrichtungen 5 kann/können eine Anbaugruppe
darstellen, die auch nachträglich in den Rad-Straßenfertiger einbaubar und mit der
Steuervorrichtung CU verknüpfbar ist, oder kann/können permanent installiert sein.
Die Referenzlinien-Abtastvorrichtung 5 kann an beiden Chassisseiten vorne
vorgesehen oder wahlweise umsetzbar sein.
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Der Lenkautomat LA greift am Lenkzylinder Z ein. Ferner ist der Lenkautomat LA mit
der Steuervorrichtung CU und/oder der Drehzahlregelung R verbunden. Auch die
Signale der Sensoren Sw und/oder Sn1, Sn2 können an den Lenkautomaten LA
übermittelt werden. Eine als Verbindung angedeutete Passivierungs-Schaltvorrichtung 9
trennt den Lenkautomaten LA ab, sobald am Lenkrad 7 oder der Einrichtung 8
manuell eingegriffen wird und dabei der Lenkautomat LA gerade aktiviert ist.
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In zumindest einem lenkbaren Vorderrad 2a, 2b pro Seite kann eine hydrostatische
Antriebseinheit HF1, HF2 integriert sein, die mit einer Traktionskontrolle T für die
Arbeitsfahrt des Rad-Straßenfertigers zuschaltbar ist und einen zusätzlichen Vorderrad-
Antrieb bildet. Die Antriebseinheiten HF1, HF2 (Radnabenmotoren) werden von der
Druckversorgung Pn der Primärantriebsquelle M versorgt. Ein Drehzahlsensor SnV ist
für jedes antreibbare Vorderrad 2a vorgesehen und zumindest mit der
Traktionskontrolle T verbunden. Zweckmäßigerweise wird über die Traktionskontrolle T nicht nur
die Menge für die Antriebseinheiten HF1, HF2 individuell oder gemeinsam geregelt,
sondern auch der Druck, der das Drehmoment jedes Vorderrades bestimmt. Auf diese
Weise lässt sich jedes Vorderrad 2a mit dem von ihm gerade noch zu übertragenden
maximalen Drehmoment antreiben, zweckmäßigerweise nach Maßgabe der
Drehzahlen der Hinterräder 4 und genau angepasst an die seitenindividuellen
Traktionsverhältnisse. Die Traktionskontrolle T ist (nicht dargestellt) mit der Steuervorrichtung
CU und/oder der Drehzahlregelung R verbunden.
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In Fig. 2 ist die Verknüpfung des Lenkautomaten LA mit der Servolenkung L als
Blockschaltbild erkennbar. Zumindest mit dem Lenkrad 7 wird ein Regelorgan 7'
betätigt, das an eine Druckleitung 13 von der Druckversorgung Pn (über eine
Prioritätsventilschaltung 21 mit Berücksichtigung eines über eine Steuerleitung 15
bereitgestellten Lastdrucksignals) und eine Tankleitung 14 zu einem Tank T angeschlossen
ist. Vom hydraulischen Regelorgan 7' führen Arbeitsleitungen 11, 12 zum
Lenkzylinder Z, dessen Verstellhübe aus beispielsweise einer der Geradeausfahrt
entsprechenden Mittelstellung durch die Lenkwinkelsensoren Sw abgetastet werden. Im
Regelorgan 7' wird auch der momentane Lastdruck in der Arbeitsleitung 11 oder 12
abgegriffen und in die Leitung 15 eingespeist, in der ein Wechselventil 16 enthalten ist.
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In der Druckleitung 13 ist ferner ein Durchflusswächter (Mengenmessgerät) 18
enthalten.
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Von der Druckleitung 13 zweigt eine parallele Druckleitung 13' zum Lenkautomaten
LA ab, von dem eine weitere Tankleitung 14' zum Tank T führt. Die Druckleitung 13'
und die Tankleitung 14' sind im Lenkautomaten LA an ein Richtungssteuerventil STV
angeschlossen, im gezeigten Ausführungsbeispiel ein
4/3-Proportional-Wegesteuerventil mit Magnetbetätigung in beiden Richtungen aus einer federzentrierten,
abgesperrten Neutralstellung. Das Richtungssteuerventil STV ist über
Arbeitsleitungen 11', 12' an die Arbeitsleitungen 11, 12 zum Lenkzylinder Z angeschlossen. Ferner
ist im Lenkautomaten LA ein gegen Federkraft durch einen Magneten 19 betätigbares
Umschaltventil 17 parallel zum Richtungssteuerventil STV an die Druckleitung 13' und
die Tankleitung 14' angeschlossen, das über eine Steuerleitung 15' mit einer Seite
des Wechselventils 16 verbunden ist. Zwischen der Steuerleitung 15' und der
Tankleitung 14' ist ein einstellbares Signaldruck-Begrenzungsventil 20 vorgesehen, das
aus der Steuerleitung 15' druckvorgesteuert ist. Das Umschaltventil 17 ist in der
gezeigten Ausführungsform ein 4/2-Wegesteuerventil, das in der durch die Feder
eingestellten Schaltstellung die Steuerleitung 15' mit der Tankleitung 14' verbindet, und in
der anderen, durch den Magneten 19 eingestellten Schaltstellung eine Verbindung
von der Druckleitung 13' zur Steuerleitung 15 herstellt. An die
Prioritätsventileinrichtung 21 können weitere, nicht gezeigte Hydraulikverbraucher angeschlossen werden,
wobei jedoch die Servolenkung L bzw. der Lenkautomat LA Priorität gegenüber den
weiteren Hydraulikverbrauchern haben.
Automatikbetrieb
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Sobald die Referenzlinien-Abtastvorrichtung 5 eine Abweichung von der Sollrichtung
ermittelt, wird an den Lenkautomaten LA ein Korrektursignal gegeben, mit dessen
Hilfe der Lenkautomat LA nach entsprechenden Berechnungen den Lenkzylinder Z
verstellt. Die Verstellung des Lenkzylinders Z wird über die Lenkwinkelsensoren Sw
abgetastet und an die Servolenkung L bzw. den Lenkautomaten LA bzw. die in der
Steuervorrichtung CU für diese Routine programmierten Einrichtungen
rückübermittelt, um einen Soll-Wert-/ist-Wertvergleich durch Berechnen durchzuführen. In
Abhängigkeit von dem ermittelten Lenkwinkel (Lenkwinkelsensoren Sw) regelt die
Drehzahlregelung R einen Drehzahlunterschiede zwischen den Hinterrädern 4 ein, um eine
Lenkunterstützung vorzunehmen, zumindest bis die Referenzlinien-Abtastvorrichtung
5 kein Korrektursignal mehr liefert. Der Rad-Straßenfertiger RF fährt entlang der
Referenzlinie 3. Greift der Fahrzeugführer mittels des Lenkrades 7 oder der Einrichtung 8
manuell ein, dann wird der Lenkautomat LA abgetrennt und wird fortan mit der
Servolenkung L gelenkt.
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Nach Deaktivierung des Lenkautomaten LA lässt sich der Rad-Straßenfertiger RF
herkömmlich mittels der Servolenkung L lenken. Wird mittels der
Potentiometer-Lenkwinkel-Einstellvorrichtung 8 ein bestimmter Lenkwinkel eingestellt, so ist diese
Umschaltung von Lenkrad 7 auf die Potentiometerlenkung nur im Stand möglich. Im
manuellen Betrieb erleichtert die Potentiometerlenkung die Arbeit insbesondere bei
langgestreckten Kurven erheblich. Alternativ kann der Rad-Straßenfertiger RF auch mit
der nicht näher hervorgehobenen Joystick-Lenkung gefahren werden.
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Der Vorderradantrieb wird entweder bei Arbeitsfahrt permanent zugeschaltet
gelassen, um über die Traktionskontrolle T optimale Traktionsverhältnisse zu erzielen und
die Lenkpräzision bzw. das Ansprechverhalten der Lenkung zu erhöhen, oder nur bei
Traktionsverlust zugeschaltet.
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Insbesondere in der Potentiometer-Lenkwinkel-Einstellvorrichtung ist eine weitere
Sicherheitsfunktion zweckmäßig, bei der bei lenkunwilligem Rad-Straßenfertiger RF
eine Kurvenfahrt erzwungen werden kann. So ist beispielsweise im jeweiligen
Endstellbereich, z. B. im letzten Drittel, der Einstellvorrichtung 8 eine Routine vorgesehen, mit
der die Vorderräder 2a, 2b maximal eingeschlagen werden, falls der vorhergehende
Lenkeinschlag und die individuelle Drehzahlregelung der Hinterräder 4 (entsprechend
beispielsweise dem maximalen Einschlagwinkel) nicht ausreichen mit dem Rad-
Straßenfertiger eine gewünschte Kurve zu fahren.