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Die Erfindung betrifft eine Hilfslenkeinrichtung für eine hydrostatische Fahrzeuglenkung, wie sie beispielsweise in landwirtschaftlichen Fahrzeugen, aber auch Forst- und Baumaschinen Verwendung findet.
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Im Allgemeinen umfassen derartige Fahrzeuglenkungen eine als Lenkrad ausgebildete Lenkhandhabe, mittels derer sich ein aus einer hydraulischen Hochdruckpumpe mit unter Druck stehender Hydraulikflüssigkeit gespeistes Lenkdosierventil in Gestalt eines Orbitrols betätigen lässt, um einen damit verbundenen hydraulischen Lenkzylinder zur Verstellung lenkbarer Räder des Fahrzeugs anzusteuern. Die Funktion des Orbitrols beschränkt sich auf die Einstellung des Hydraulikflusses in Richtung des hydraulischen Lenkzylinders, wohingegen die Bereitstellung des Hydraulikdrucks, mithin der hydraulischen Energie seitens der hydraulischen Hochdruckpumpe erfolgt. Auf diese Weise lassen sich problemlos Stellkräfte erzeugen, die selbst den Verhältnissen schwerer Fahrzeuge Rechnung tragen. Auf der anderen Seite ist eine unmittelbare Implementierung von Zusatz- oder Hilfsfunktionen, die einen Eingriff in die hydrostatische Fahrzeuglenkung erfordern, nur mit vergleichsweise hohem Aufwand möglich. Denn im Unterschied zu sogenannten elektrohydraulischen Lenksystemen besteht unter anderem kein direkter mechanischer Durchgriff zwischen Lenkhandhabe und Lenkzylinder, einen derartigen Eingriff vereinfachen würde.
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Es besteht daher ein Bedarf an einer universell einsetzbaren Hilfslenkeinrichtung, die bei vergleichsweise geringem Aufwand die Verwirklichung einer Vielzahl von Zusatz- und Hilfsfunktionen in Verbindung mit einer hydrostatischen Fahrzeuglenkung erlaubt.
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Diese Aufgabe wird durch eine Hilfslenkeinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Demgemäß umfasst die Hilfslenkeinrichtung für eine hydrostatische Fahrzeuglenkung eine mittels einer Lenkhandhabe betätigbare bzw. in Drehung versetzbare Eingangswelle, eine Ausgangswelle zur Betätigung eines Lenkdosierventils bzw. Orbitrols, sowie ein Planetengetriebe. Das Planetengetriebe umfasst einen Planetenradträger mit einer Vielzahl von Planetenrädern, die mit einem Sonnenrad und einem umgebenden Ringrad in Eingriff stehen, wobei die Eingangswelle mit dem Planetenradträger und die Ausgangswelle mit dem Sonnenrad drehfest verbunden ist. Ferner weist die Hilfslenkeinrichtung einen elektrischen Antrieb zur Ausübung eines Drehmoments auf das Ringrad, eine Bremseinrichtung zur Festlegung der Eingangswelle, und eine Kupplungseinrichtung zur Herstellung einer drehfesten Verbindung zwischen der Ausgangswelle und dem Planetenradträger auf.
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Je nach Betätigungszustand der Kupplungs- bzw. Bremseinrichtung einerseits und dem Betriebszustand des elektrischen Antriebs andererseits ist es möglich, verschiedene Zusatz- und Hilfsfunktionen für eine hydrostatische Fahrzeuglenkung zu verwirklichen, ohne dass die hydrostatische Fahrzeuglenkung an sich zu modifizieren wäre. Die erfindungsgemäße Hilfslenkeinrichtung zeichnet sich zudem durch einen vergleichsweise einfachen und damit besonders robusten Aufbau aus und bildet eine von der hydrostatischen Fahrzeuglenkung baulich unabhängige Einheit, die es möglich macht, diese in bestehenden Fahrzeugen nachzurüsten oder als aufpreispflichtige Ausstattungsvariante anzubieten. Auch ist ein universeller Einsatz in Verbindung mit hydrostatischen Fahrzeuglenkungen unterschiedlichen Typs möglich, also nicht nur bei solchen zur Vorderachslenkung, sondern auch zur Hinterachs- oder Knicklenkung.
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Bei der Lenkhandhabe handelt es sich typischerweise um ein Lenkrad, das sich in einer Fahrerkabine des Fahrzeugs befindet und mit der Eingangswelle der Hilfslenkeinrichtung in drehfester Verbindung steht.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Hilfslenkeinrichtung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Vorzugsweise wird die Bremseinrichtung unter der Wirkung eines Rückstellmittels in unbetätigtem Zustand in eine geöffnete Stellung gedrängt. Die Bremseinrichtung ist zur Festlegung der Eingangswelle an einem fahrzeugfesten Chassisteil oder aber an einer Befestigungsstruktur der Hilfslenkeinrichtung, die ihrerseits der Anbringung an einem fahrzeugfesten Chassisteil dient, montiert. Die Betätigung der Bremseinrichtung, insbesondere einer Bremszange zur Ineingriffnahme einer mit der Eingangswelle drehfest verbundenen Bremsscheibe, erfolgt beispielsweise mittels eines elektromagnetischen Aktuators. Die Bremseinrichtung nimmt dabei unter der Wirkung des Rückstellmittels ihre geöffnete Stellung ein, sofern sich der elektrische Aktuator in stromlosem Zustand befindet. In diesem Zustand lässt sich die Lenkhandhabe bzw. das Lenkrad von einem Fahrer in gewohnter Weise betätigen bzw. in Drehung versetzen.
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Andererseits wird das mittels der Bremseinrichtung maximal erzeugbare Bremsmoment derart begrenzt, dass der Fahrer dieses durch Betätigung der Lenkhandhabe von Hand zu überwinden vermag, sodass ein fahrerseitiges Eingreifen in die Fahrzeuglenkung jederzeit möglich bleibt.
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Des Weiteren besteht die Möglichkeit, dass die Kupplungseinrichtung unter der Wirkung eines Vorspannmittels in unbetätigtem Zustand in eine eingerückte Stellung gedrängt wird. Auch hier kann zur Betätigung der Kupplungseinrichtung ein elektromagnetischer Aktuator vorgesehen sein, wobei Ein- und Ausgangswelle in stromlosem Zustand des elektromagnetischen Aktuators drehfest miteinander gekoppelt sind. Mit anderen Worten erfolgt in der eingerückten Stellung der Kupplungseinrichtung eine Überbrückung des Planetengetriebes und damit letztlich der Hilfslenkeinrichtung, sodass Ein- und Ausgangswelle beim Betätigen der Lenkhandhabe synchron miteinander rotieren.
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Mittels der Hilfslenkeinrichtung lassen sich nun in Zusammenspiel mit der hydrostatischen Fahrzeuglenkung im Rahmen entsprechender Betriebsmodi verschiedene Hilfs- und Zusatzfunktionen verwirklichen. Hierzu ist die Hilfslenkeinrichtung mit einer elektronischen Steuereinrichtung ausgestattet.
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Erster Notbetriebsmodus
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In einem für eine Fehlfunktion der Hilfslenkeinrichtung vorgesehenen ersten Notbetriebsmodus besteht die Möglichkeit, dass auf Veranlassung der Steuereinrichtung bei geöffneter Bremseinrichtung die Kupplungseinrichtung eingerückt sowie der elektrische Antrieb in einen antriebslosen Zustand versetzt wird, in dem sich das Ringrad bei Betätigung der Lenkhandhabe frei drehen lässt.
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Ein derartige Fehlfunktion kann zum Beispiel bei einem Defekt oder Ausfall des elektrischen Antriebs, einer zu dessen Betrieb vorgesehenen Stromversorgung, des Drehwinkelsensors, aber auch der Steuereinrichtung an sich bzw. eines von dieser umfassten Stell- bzw. Regelkreises, der der Steuerung des elektrischen Antriebs dient, auftreten. Ob dies der Fall ist, kann die Steuereinrichtung auf Grundlage einer Selbstdiagnose und/oder einer Plausibilitätsüberprüfung des über den CAN-Bus erfolgenden Informationsaustauschs der vorgenannten Komponenten erkennen. Der erste Notbetriebszustand gewährleistet hierbei, dass der Fahrer durch Betätigung der Lenkhandhabe weiterhin Einfluss auf die hydrostatische Fahrzeuglenkung nehmen kann.
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Zweiter Notbetriebsmodus
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Andererseits kann in einem für eine Fehlfunktion der hydrostatischen Fahrzeuglenkung vorgesehenen zweiten Notbetriebsmodus auf Veranlassung der Steuereinrichtung bei geöffneter Bremseinrichtung die Kupplungseinrichtung eingerückt sowie der elektrische Antrieb in einen von einer ermittelten Betätigung der Lenkhandhabe abhängigen lenkungsunterstützenden Antriebszustand versetzt werden.
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Der zweite Notbetriebsmodus trägt dem Umstand Rechnung, dass sich die hydrostatische Fahrzeuglenkung im Falle eines Defekts über die Lenkhandhabe allenfalls noch mit erheblichem Kraftaufwand betätigen lässt. Denkbar ist unter anderem ein Ausfall der das Lenkdosierventil bzw. Orbitrol speisenden hydraulischen Hochdruckpumpe, wobei dieser für die Steuereinrichtung aufgrund einer entsprechenden Fehlermeldung am CAN-Bus erkennbar ist. Im Falle des zweiten Notbetriebsmodus wird daher unter Überbrückung des Planetengetriebes eine fahrerseitige Lenkbetätigung seitens des elektrischen Antriebs aktiv unterstützt.
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Hierbei besteht die Möglichkeit, dass die Steuereinrichtung Richtung und Umfang der fahrerseitigen Lenkbetätigung aus der mittels eines Drehwinkelsensors erfassten aktuellen Drehrichtung und -stellung der Lenkhandhabe ermittelt. Der solchermaßen erkannte Lenkwunsch wird anschließend durch Ansteuerung des elektrischen Antriebs mittels des von der Steuereinrichtung umfassten Stell- bzw. Regelkreises in damit korrespondierende Lenkeingriffe umgesetzt.
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Neutralbetriebsmodus
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Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass auf Veranlassung der Steuereinrichtung in einem Neutralbetriebsmodus bei geöffneter Bremseinrichtung die Kupplungseinrichtung eingerückt sowie der elektrische Antrieb in einen eine Rückwirkung der Hilfslenkeinrichtung an der Lenkhandhabe kompensierenden Antriebszustand versetzt wird. Der Neutralbetriebsmodus kann manuell über eine mit der Steuereinrichtung kommunizierende Benutzerschnittstelle aufgerufen werden.
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Der Neutralbetriebsmodus unterscheidet sich vom ersten Notbetriebsmodus dahingehend, dass die im antriebslosen Zustand des elektrischen Antriebs zu überwindenden Losbrech- und Reibungsmomente soweit verringert werden, dass die über die Lenkhandhabe vermittelte Betätigungscharakteristik weitgehend derjenigen einer konventionellen hydrostatischen Fahrzeuglenkung ohne Hilfslenkeinrichtung entspricht. Auch hier erfolgt die Umsetzung der Lenkeingriffe auf Grundlage der über den CAN-Bus bereitgestellten Drehwinkelinformationen des Drehwinkelsensors.
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Darüber hinaus können weitere Betriebsmodi zur aktiven Fahrerunterstützung vorgesehen sein. Diese lassen sich ebenfalls manuell über die mit der Steuereinrichtung kommunizierende Benutzerschnittstelle aufrufen.
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Erster Unterstützungsmodus
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So kann in einem ersten Unterstützungsmodus auf Veranlassung der Steuereinrichtung bei geöffneter Bremseinrichtung die Kupplungseinrichtung eingerückt sowie mittels des elektrischen Antriebs ein auf eine Geradeausstellung lenkbarer Räder hinweisendes Betätigungsmoment an der Lenkhandhabe aufgeprägt werden.
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Diese Funktion führt zu einer Unterstützung bzw. Entlastung des Fahrers insbesondere bei der Durchführung von Straßentransportfahrten, da eine Spurhaltung auf geraden Strecken aufgrund der über die Lenkhandhabe ausgeübten haptischen Rückmeldung wesentlich vereinfacht wird.
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Zweiter Unterstützungsmodus
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In einem zweiten Unterstützungsmodus kann vorgesehen sein, dass auf Veranlassung der Steuereinrichtung bei geöffneter Bremseinrichtung die Kupplungseinrichtung ausgerückt sowie der elektrische Antrieb im Sinne einer Veränderung des Übersetzungsverhältnisses zwischen Ein- und Ausgangswelle angesteuert wird.
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Ein typischer Anwendungsfall des zweiten Unterstützungsmodus ist die Verwirklichung einer sogenannten Parameterlenkung, wie sie aus dem Automobilbereich bekannt ist. So kann mit zunehmender Fahrtgeschwindigkeit eines mit der Hilfslenkeinrichtung ausgestatteten Fahrzeugs eine Verringerung des Übersetzungsverhältnisses, mithin eine zunehmende Untersetzung erfolgen. Denkbar ist es auch, den ersten und zweiten Unterstützungsmodus miteinander zu kombinieren, was sich insbesondere bei der Durchführung von Straßentransportfahrten anbietet. Informationen hinsichtlich der aktuellen Fahrtgeschwindigkeit des Fahrzeugs stehen der Steuereinrichtung in Form entsprechender Raddrehzahlinformationen auf dem CAN-Bus zur Verfügung oder werden aus seitens eines satellitengestützten Navigationssystems gewonnenen Positionsinformationen abgeleitet.
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Automatikmodus
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Der Automatikmodus zeichnet sich vorliegend dadurch aus, dass auf Veranlassung der Steuereinrichtung die Bremseinrichtung geschlossen und die Kupplungseinrichtung ausgerückt ist, wobei der elektrische Antrieb nach Maßgabe eines von einer autonomen Fahrzeugsteuerung vorgegebenen Lenkbefehls angesteuert wird.
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Durch die Festlegung der Eingangswelle und damit des Planetenradträgers wird die Ausgangswelle und damit das Lenkdosierventil bzw. Orbitrol ausschließlich von Seiten des elektrischen Antriebs in Drehung versetzt.
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Bei der autonomen Fahrzeugsteuerung handelt es sich beispielsweise um ein Lenksystem, wie es von John Deere unter der Bezeichnung „AutoTrac“ angeboten wird. Dieses sieht neben der Durchführung fahrerunabhängiger Lenkeingriffe ebenfalls eine Beeinflussung der Fahrtgeschwindigkeit vor. Damit der Fahrer jederzeit die Gewalt über das Fahrzeug behält, ist es vorstellbar, dass die Steuereinrichtung den Automatikmodus bei erkannter Betätigung der Lenkhandhabe selbsttätig beendet und beispielsweise in den Neutralbetriebsmodus übergeht. Ob eine bewusste Betätigung der Lenkhandhabe vorliegt, kann die Steuereinrichtung durch Auswertung der am CAN-Bus anliegenden Drehwinkelinformationen des Drehwinkelsensors unschwer erkennen.
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Die erfindungsgemäße Hilfslenkeinrichtung für eine hydrostatische Fahrzeuglenkung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei beziehen sich identische Bezugszeichen auf übereinstimmende oder bezüglich ihrer Funktion vergleichbare Komponenten. Es zeigen:
- 1 ein schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Hilfslenkeinrichtung, und
- 2 eine tabellarische Übersicht der mit der Hilfslenkeinrichtung ausführbaren Hilfs- und Zusatzfunktionen.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Hilfslenkeinrichtung 10 in einem landwirtschaftlichen Fahrzeug 12.
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Bei dem landwirtschaftlichen Fahrzeug 12 handelt es sich vorliegend um einen landwirtschaftlichen Traktor 14 herkömmlicher Bauart. Der landwirtschaftliche Traktor 14 ist mit einer hydrostatischen bzw. vollhydraulischen Fahrzeuglenkung 16 ausgestattet, mittels derer sich an einer Vorderachse 18 angeordnete lenkbare Räder 20, 22 bezüglich ihres Einschlagwinkels verstellen lassen. Genauer gesagt umfasst die hydrostatische Fahrzeuglenkung 16 eine als Lenkrad 24 ausgebildete Lenkhandhabe 26 in einer Fahrerkabine 28 des landwirtschaftlichen Traktors 14, ein mittels des Lenkrads 24 betätigbares Lenkdosierventil 30 in Gestalt eines Orbitrols 32, das aus einer hydraulischen Hochdruckpumpe 34 mit unter Druck stehender Hydraulikflüssigkeit gespeist wird, sowie einen mit dem Orbitrol 32 verbundenen hydraulischen Lenkzylinder 36, der sich seitens des Orbitrols 32 zum Zwecke der Verstellung der lenkbaren Räder 20, 22 ansteuern lässt. Je nach Drehrichtung des Orbitrols 32 wird der Lenkzylinder 36 entweder zur einen oder zur anderen Seite hin ausgelenkt, wobei sich der Umfang der Auslenkung aus der jeweiligen Drehstellung des Orbitrols 32, genauer gesagt dem damit proportionalen Hydraulikvolumen, das dabei vom Orbitrol 32 in Richtung des Lenkzylinders 36 gefördert wird, ergibt. Vorliegend ist der Lenkzylinder 36 doppeltwirkend ausgebildet, sodass je nach Drehrichtung des Orbitrols 32 Hydraulikflüssigkeit in eine der beiden Arbeitskammern 38, 40 hinein- und aus der anderen in Richtung eines Hydraulikreservoirs 42 abfließt.
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Ausgehend von der Darstellung in 1 liegt die Hilfslenkeinrichtung 10 in der zwischen Lenkrad 24 und Orbitrol 32 verlaufenden mechanischen Verbindung, wozu die Hilfslenkeinrichtung 10 eingangsseitig eine mittels des Lenkrads 24 betätigbare bzw. in Drehung versetzbare Eingangswelle 44 sowie ausgangseitig eine Ausgangswelle 46 zur Betätigung des Orbitrols 32 aufweist. Lenkrad 24 und Eingangswelle 44 einerseits bzw. Ausgangswelle 46 und Orbitrol 32 andererseits stehen dabei jeweils drehfest miteinander in Verbindung.
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Wesentlicher Bestandteil der Hilfslenkeinrichtung 10 ist ein Planetengetriebe 48. Das Planetengetriebe 48 umfasst einen Planetenradträger 50 mit einer Vielzahl von Planetenrädern 52, die mit einem Sonnenrad 54 und einem umgebenden Ringrad 56 in Eingriff stehen, wobei die Eingangswelle 44 mit dem Planetenradträger 50 und die Ausgangswelle 46 mit dem Sonnenrad 54 drehfest verbunden ist.
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Des Weiteren weist die Hilfslenkeinrichtung 10 einen elektrischen Antrieb 58 zur Ausübung eines Drehmoments auf das Ringrad 56, eine Bremseinrichtung 60 zur Festlegung der Eingangswelle 44, und eine Kupplungseinrichtung 62 zur Herstellung einer drehfesten Verbindung zwischen der Ausgangswelle 46 und dem Planetenradträger 50 auf.
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Der elektrische Antrieb 58 ist als elektrischer Getriebemotor 64 ausgebildet und steht über ein abtriebsseitiges Stirnrad 66 mit dem Ringrad 56 des Planetengetriebes 48 in Antriebseingriff. Der elektrische Getriebemotor 64 ist, wie auch die nachfolgend beschriebene Bremseinrichtung 60, an einer Befestigungsstruktur 68 der Hilfslenkeinrichtung 10, die der Anbringung an einem in 1 angedeuteten fahrzeugfesten Chassisteil 70 dient, montiert.
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Die Bremseinrichtung 60 wird unter der Wirkung eines als Druckfeder 72 ausgebildeten Rückstellmittels 74 in unbetätigtem Zustand in eine geöffnete Stellung gedrängt. Die Betätigung der Bremseinrichtung 60, vorliegend einer Bremszange 76 zur Ineingriffnahme einer mit der Eingangswelle 44 drehfest verbundenen Bremsscheibe 78, erfolgt mittels eines elektromagnetischen Aktuators 80. Die Bremseinrichtung 60 nimmt dabei unter der Wirkung des Rückstellmittels 74 ihre geöffnete Stellung ein, sofern der elektromagnetische Aktuator 80 sich in stromlosem Zustand befindet. In diesem Zustand lässt sich das Lenkrad 24 vom Fahrer in gewohnter Weise in Drehung versetzen. Andererseits wird das mittels der Bremseinrichtung 60 maximal erzeugbare Bremsmoment derart begrenzt, dass der Fahrer dieses durch Betätigung des Lenkrads 24 von Hand zu überwinden vermag, sodass ein fahrerseitiges Eingreifen in die Fahrzeuglenkung 16 jederzeit möglich bleibt.
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Andererseits wird die Kupplungseinrichtung 62 unter der Wirkung eines durch zwei Druckfedern 82 gebildeten Vorspannmittels 84 in unbetätigtem Zustand in eine eingerückte Stellung gedrängt. Zur Betätigung der Kupplungseinrichtung 62 ist ein weiterer elektromagnetischer Aktuator 86 vorgesehen, wobei Ein- und Ausgangswelle 44, 46 drehfest miteinander gekoppelt sind, sofern der elektromagnetische Aktuator 86 sich in stromlosem Zustand befindet. Mit anderen Worten erfolgt in der eingerückten Stellung der Kupplungseinrichtung 62 eine Überbrückung des Planetengetriebes 48 und damit letztlich der Hilfslenkeinrichtung 10, sodass Ein- und Ausgangswelle 44, 46 beim Drehen des Lenkrads 24 synchron miteinander rotieren. Hierbei weist die Kupplungseinrichtung 62 gemäß 1 eine mit der Ausgangswelle 46 drehfest verbundene erste Kupplungsscheibe 88 auf, die sich in Richtung einer mit der Ausgangswelle 46 drehfest verbundenen zweiten Kupplungsscheibe 90 auslenken lässt, um einen am Planetenradträger 50 verlaufenden Kragen 92 in Eingriff zu nehmen.
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Zur Koordination des elektrischen Antriebs 58 sowie der beiden elektromagnetischen Aktuatoren 80, 86 dient eine der Hilfslenkeinrichtung 10 zugeordnete elektronische Steuereinrichtung 94. Diese kommuniziert über einen CAN-Bus 96 des landwirtschaftlichen Traktors 14 mit einer zum Betrieb des elektrischen Antriebs 58 vorgesehenen Motorsteuerung 98 sowie ersten und zweiten Leistungsschaltern 100, 102, die eine voneinander unabhängige Ansteuerung der beiden elektromagnetischen Aktuatoren 80, 86 erlauben. Daneben ist ein Drehwinkelsensor 104 zur sensorischen Erfassung der Lenkradstellung vorhanden, dessen Drehwinkelinformationen über den CAN-Bus 96 der Steuereinrichtung 94 bereitgestellt werden. Der Drehwinkelsensor 104 ist beispielgemäß im Bereich der Eingangswelle 44 angeordnet, um deren aktuelle Drehrichtung und -stellung zu erfassen. Alternativ befindet sich der Drehwinkelsensor 104 im Bereich des Lenkzylinders 36.
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Wie aus 1 ersichtlich ist, steht die Steuereinrichtung 94 ferner mit einem zentralen Fahrzeugsteuergerät 106 in Verbindung, das seinerseits mit einer Benutzerschnittstelle 108 in Gestalt eines berührungsempfindlichen Displays 110, einem satellitengestützten Navigationssystem 112, einer autonomen Fahrzeugsteuerung 114, sowie einer Datenübertragungsschnittstelle 116 kommuniziert, die zur Herstellung einer drahtlosen Datenaustauschverbindung 118 mit einem Farmmanagementsystem 120 auf einem zentralen Cloud-Server 122 dient.
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Mit der Hilfslenkeinrichtung 10 werden im Rahmen entsprechender Betriebsmodi verschiedene Hilfs- und Zusatzfunktionen ausgeführt. Eine tabellarische Übersicht gibt 2.
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Erster Notbetriebsmodus
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In einem für eine Fehlfunktion der Hilfslenkeinrichtung 10 vorgesehenen ersten Notbetriebsmodus wird auf Veranlassung der Steuereinrichtung 94 bei geöffneter Bremseinrichtung 60 die Kupplungseinrichtung 62 durch Ansteuerung des zugehörigen elektrischen Aktuators 86 eingerückt sowie der elektrische Antrieb 58 in einen antriebslosen Zustand versetzt wird, in dem sich das Ringrad 56 bei Betätigung des Lenkrads 24 frei drehen lässt.
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Eine derartige Fehlfunktion kann zum Beispiel bei einem Defekt oder Ausfall des elektrischen Antriebs 58, einer zu dessen Betrieb vorgesehenen Stromversorgung, des Drehwinkelsensors 104, aber auch der Steuereinrichtung 94 an sich bzw. eines von dieser umfassten Stell- bzw. Regelkreises, der der Steuerung des elektrischen Antriebs 58 dient, auftreten. Ob dies der Fall ist, erkennt die Steuereinrichtung 94 auf Grundlage einer Selbstdiagnose und/oder einer Plausibilitätsüberprüfung des über den CAN-Bus 96 erfolgenden Informationsaustauschs der vorgenannten Komponenten. Der erste Notbetriebszustand gewährleistet hierbei, dass der Fahrer durch Betätigung des Lenkrads 24 weiterhin Einfluss auf die hydrostatische Fahrzeuglenkung 16 nehmen kann.
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Zweiter Notbetriebsmodus
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Andererseits wird in einem für eine Fehlfunktion der hydrostatischen Fahrzeuglenkung 16 vorgesehenen zweiten Notbetriebsmodus auf Veranlassung der Steuereinrichtung 94 bei geöffneter Bremseinrichtung 60 die Kupplungseinrichtung 62 eingerückt sowie der elektrische Antrieb 58 in einen von einer ermittelten Betätigung des Lenkrads 24 abhängigen lenkungsunterstützenden Antriebszustand versetzt.
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Der zweite Notbetriebsmodus trägt dem Umstand Rechnung, dass sich die hydrostatische Fahrzeuglenkung 16 im Falle eines Defekts über das Lenkrad 24 allenfalls noch mit erheblichem Kraftaufwand betätigen lässt. Denkbar ist unter anderem ein Ausfall der das Lenkdosierventil 30 bzw. Orbitrol 32 speisenden hydraulischen Hochdruckpumpe 34, wobei dieser für die Steuereinrichtung 94 aufgrund einer entsprechenden Fehlermeldung am CAN-Bus 96 erkennbar ist. Im Falle des zweiten Notbetriebsmodus wird daher unter Überbrückung des Planetengetriebes 48 eine fahrerseitige Lenkbetätigung seitens des elektrischen Antriebs 58 aktiv unterstützt.
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Richtung und Umfang der fahrerseitigen Lenkbetätigung leitet die Steuereinrichtung 94 aus der mittels des Drehwinkelsensors 104 über die Eingangswelle 44 am Lenkrad 24 erfassten aktuellen Drehrichtung und -stellung ab. Der solchermaßen erkannte Lenkwunsch wird anschließend durch Ansteuerung des elektrischen Antriebs 58 mittels des von der Steuereinrichtung 94 umfassten Stell- bzw. Regelkreises in damit korrespondierende Lenkeingriffe umgesetzt.
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Neutralbetriebsmodus
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Des Weiteren ist ein Neutralbetriebsmodus vorgesehen, in dem auf Veranlassung der Steuereinrichtung 94 bei geöffneter Bremseinrichtung 60 die Kupplungseinrichtung 62 eingerückt sowie der elektrische Antrieb 58 in einen eine Rückwirkung der Hilfslenkeinrichtung 10 an dem Lenkrad 24 kompensierenden Antriebszustand versetzt wird. Der Neutralbetriebsmodus wird manuell über die mit der Steuereinrichtung 94 kommunizierende Benutzerschnittstelle 108 aufgerufen.
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Der Neutralbetriebsmodus unterscheidet sich vom ersten Notbetriebsmodus dahingehend, dass die im antriebslosen Zustand des elektrischen Antriebs 58 zu überwindenden Losbrech- und Reibungsmomente soweit verringert werden, dass die über das Lenkrad 24 vermittelte Betätigungscharakteristik weitgehend derjenigen einer konventionellen hydrostatischen Fahrzeuglenkung ohne Hilfslenkeinrichtung 10 entspricht. Auch hier erfolgt die Umsetzung der Lenkeingriffe auf Grundlage der über den CAN-Bus 96 bereitgestellten Drehwinkelinformationen des Drehwinkelsensors 104 hinsichtlich der über die Eingangswelle 44 erfassten aktuellen Drehrichtung und -stellung des Lenkrads 24.
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Darüber hinaus sind weitere Betriebsmodi zur aktiven Fahrerunterstützung vorgesehen. Diese lassen sich ebenfalls manuell über die mit der Steuereinrichtung 94 kommunizierende Benutzerschnittstelle 108 aufrufen.
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Erster Unterstützungsmodus
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So wird bei fahrerseitiger Auswahl eines ersten Unterstützungsmodus auf Veranlassung der Steuereinrichtung 94 bei geöffneter Bremseinrichtung 60 die Kupplungseinrichtung 62 eingerückt sowie mittels des elektrischen Antriebs 58 ein auf eine Geradeausstellung der lenkbaren Räder 20, 22 hinweisendes Betätigungsmoment am Lenkrad 24 aufgeprägt.
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Diese Funktion führt zu einer Unterstützung bzw. Entlastung des Fahrers insbesondere bei der Durchführung von Straßentransportfahrten, da eine Spurhaltung auf geraden Strecken aufgrund der über das Lenkrad 24 ausgeübten haptischen Rückmeldung wesentlich vereinfacht wird.
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Zweiter Unterstützungsmodus
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Alternativ oder ergänzend ist ein zweiter Unterstützungsmodus vom Fahrer auswählbar. In diesem wird auf Veranlassung der Steuereinrichtung 94 bei geöffneter Bremseinrichtung 60 die Kupplungseinrichtung 62 ausgerückt sowie der elektrische Antrieb 58 im Sinne einer Veränderung des Übersetzungsverhältnisses zwischen Ein- und Ausgangswelle 44, 46 angesteuert.
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Der zweite Unterstützungsmodus dient der Verwirklichung einer sogenannten Parameterlenkung, wie sie aus dem Automobilbereich bekannt ist. So erfolgt mit zunehmender Fahrtgeschwindigkeit des landwirtschaftlichen Traktors 14 eine Verringerung des Übersetzungsverhältnisses, mithin eine zunehmende Untersetzung. Informationen hinsichtlich der aktuellen Fahrtgeschwindigkeit des landwirtschaftlichen Traktors 14 stehen der Steuereinrichtung 94 in Form entsprechender Raddrehzahlinformationen auf dem CAN-Bus 96 zur Verfügung oder werden aus seitens des satellitengestützten Navigationssystems 112 gewonnenen Positionsinformationen abgeleitet.
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Automatikmodus
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Des Weiteren ist vom Fahrer ein Automatikmodus auswählbar, bei dem auf Veranlassung der Steuereinrichtung 94 die Bremseinrichtung 60 geschlossen und die Kupplungseinrichtung 62 ausgerückt ist, wobei der elektrische Antrieb 58 nach Maßgabe eines von der autonomen Fahrzeugsteuerung 114 vorgegebenen Lenkbefehls angesteuert wird.
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Durch die Festlegung der Eingangswelle 44 und damit des Planetenradträgers 50 wird die Ausgangswelle 46 und damit das Lenkdosierventil 30 bzw. Orbitrol 32 ausschließlich von Seiten des elektrischen Antriebs 58 in Drehung versetzt.
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Bei der autonomen Fahrzeugsteuerung 114 handelt es sich um ein Lenksystem wie es von John Deere unter der Bezeichnung „AutoTrac“ angeboten wird. Dieses sieht neben der Durchführung fahrerunabhängiger Lenkeingriffe ebenfalls eine Beeinflussung der Fahrtgeschwindigkeit vor. Die Planung der autonom zu durchfahrenden Fahrtstrecke erfolgt mittels des Farmmanagementsystems 120, wobei die zugehörigen Steuerdaten über die Datenübertragungsschnittstelle 116 abgerufen und in das Lenksystem der autonomen Fahrzeugsteuerung 114 hochgeladen werden.
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Damit der Fahrer jederzeit die Gewalt über den landwirtschaftlichen Traktor 14 behält, beendet die Steuereinrichtung 94 den Automatikmodus bei erkannter Betätigung des Lenkrads 24 selbsttätig, um in den Neutralbetriebsmodus überzugehen. Ob eine bewusste Betätigung des Lenkrads 24 vorliegt, erkennt die Steuereinrichtung 94 durch Auswertung der am CAN-BUS 96 anliegenden Drehwinkelinformationen des Drehwinkelsensors 104.
