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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-Straßenfertigem
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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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 Vorderrädem 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 weitegehend 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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1 eine
schematische Draufsicht auf einen mit einem Lenkautomaten ausgestatteten Rad-Straßenfertiger,
und
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2 ein
Blockschaltbild zur Verdeutlichung der Kombination einer hydraulischen
Servolenkung mit dem elektrohydraulischen Lenkautomaten.
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Ein
Rad-Straßenfertiger
RF in 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
vorzuse hen. 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 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
Hydraulikverbrauchem haben.
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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 Abhän gigkeit
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.