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Technischer Bereich
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Die
vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein hydraulisches System
und genauer auf ein hydraulisches Brems- und Lenksystem.
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Stand der Technik
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Fahrzeuge,
wie beispielsweise Autos, LKW, Arbeitsmaschinen und andere Arten
von Fahrzeugen weisen oft eine oder mehrere Vortriebsvorrichtungen auf,
um die Bewegung des Fahrzeugs relativ des Bodens oder einer anderen
Oberfläche zu beeinflussen. Diese Vortriebsvorrichtungen
werden durch eine Leistungsvorrichtung des Fahrzeugs angetrieben und
werden oft durch mehrere hydraulische Systeme gesteuert, um das
Lenken oder Bremsen der Vortriebsvorrichtungen zu steuern. Fahrzeuge
weisen oft drei separate hydraulische Systeme auf, ein hydraulisches
System, das ausgelegt ist, um das Bremsen zu beeinflussen, und zwei
hydraulische Systeme, ein primäres und ein sekundäres
System, die eingerichtet sind, um das Lenken zu beeinflussen. Das
sekundäre hydraulische System ist typischerweise ein redundantes
Reservesystem und ist eingerichtet, um das Lenken bei der Fehlfunktion
oder dem Ausfall des primären hydraulischen Systems zu
beeinflussen. Oft weist jedes dieser hydraulischen Systeme eine
elektrohydraulische Ventileinrichtung auf, die strömungsmitteltechnisch
zwischen einer Pumpe und einem oder mehreren Aktuatoren angeschlossen ist,
um eine Strömungsgeschwindigkeit und -richtung eines unter
Druck stehenden Strömungsmittels in die und aus den Kammern
des einen oder der mehreren Aktuatoren zu steuern. Somit beeinflusst
die Ventileinrichtung das Bremsen oder Lenken, wie beispielsweise
durch das Bewegen eines Aktuators, um mechanische Bremsen bezüglich
eines sich bewegenden Teils der Vortriebsvorrichtungen in Eingriff
zu bringen, oder durch das Bewegen eines Aktuators, um den Winkel
einer oder mehrerer Vortriebsvorrichtungen bezüglich eines
Fahrzeugrahmens zu beeinflussen. Obwohl Fahrzeuge, die drei separate
hydraulische Systeme aufweisen, eine angemessene Steuerung der Vortriebsvorrichtungen
bilden, können mehrfache hydraulische Systeme die Komplexität des
Fahrzeugs steigern.
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Das
an Johnson erteilte
U.S. Patent
6935445 (das '445-Patent) offenbart ein Reservelenksystem für
Kettenfahrzeuge, für den Fall, dass ein primäres Lenksystem
nicht korrekt funktioniert. Das '445-Patent offenbart ein hydraulisches
System, welches eine Vielzahl von Ventilen aufweist, die zwischen
einer Pumpe und linken und rechten Betriebsbremsen angeschlossen
sind. Die gleichzeitige Betätigung der Betriebsbremsen
dient dazu, ein damit verbundenes Fahrzeug zu verlangsamen, und
die unabhängige Betätigung der Betriebsbremsen
dient dazu, das damit verbundene Fahrzeug zu steuern. Insbesondere offenbart
das '445-Patent ein elektrisch gesteuertes Hauptventil, welches
selektiv Strömungsmittel zu einem Betriebsartsteuerventil
leitet, um eine Bewegung desselben hydraulisch zu beeinflussen.
Bei Betätigung des Hauptventils leitet das Betriebsartsteuerventil
ansprechend darauf Strömungsmittel von der Pumpe zu den
Betriebsbremsen, um diese gleichzeitig zu betätigen. Das
'445-Patent offenbart auch ein Paar Reservemagnetventile die selektiv
und unabhängig voneinander Strömungsmittel durch
das Betriebsartsteuerventil von der Pumpe zu einer der Betriebsbremsen
leiten. Insofern stellt das '445-Patent eine duale Steuerung der
rechten und linken Betriebsbremsen entweder in der normalen Bremsbetriebsart,
beispielsweise der Betätigung des Hauptventils, oder einer
Reservebetriebsart, beispielsweise der Betätigung einer
oder beider Reserveventile bereit.
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Obwohl
das '445-Patent ein Reservelenksystem zur Steuerung eines Kettenfahrzeugs
für den Fall, dass ein primäres Lenksystem nicht
korrekt funktioniert, bereitstellen kann, kann das offenbarte System
möglicherweise nicht in der Lage sein, die Manövrierfähigkeit
des damit verbundenen Fahrzeugs während des korrekten Funktionierens
des primären Lenksystems zu steigern. Zusätzlich
kann das '445-Patent möglicherweise das normale Bremssystem
unterbrechen, wenn es die Reservelenkfunktion für das damit
verbundene Fahrzeug bereitstellt. Weiterhin kann das '445-Patent
eine komplexe Ventilanordnung und ein ebensolches Steuerungsverfahren benötigen,
um eine Reservelenkungssteuerung des damit verbundenen Fahrzeugs
bereitzustellen.
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Die
vorliegende Erfindung zielt darauf ab, eines oder mehrere der oben
dargelegten Probleme zu überwinden. Zusammenfassung der
Erfindung
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In
einer Hinsicht bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein hydraulisches
System. Das hydraulische System weist eine Quelle unter Druck stehenden
Strömungsmittels und eine Vielzahl an Strömungsmittelaktuatoren
auf, die ausgelegt sind, um den Betrag des Widerstandsdrehmoments
zu variieren, der auf eine damit verbundene Vortriebsvorrichtung
aufgebracht wird. Das hydraulische System weist ebenso eine Vielzahl
an Ventilen auf, deren jedes ausgelegt ist, um selektiv unter Druck
stehendes Strömungsmittel an einen der Strömungsmittelaktuatoren
zu leiten. Das hydraulische System weist zudem eine Steuerung auf,
die ausgelegt ist, um die Vielzahl von Ventilen als Funktion zumindest
eines Steuerungsbefehls zu steuern.
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In
anderer Hinsicht bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein
Verfahren des Betriebs eines hydraulischen Systems. Das Verfahren
umfasst das unter Druck setzen eines Strömungsmittels und
das Leiten unter Druck stehenden Strömungsmittels zu einer
Vielzahl von Ventilen, wobei jedes aus der Vielzahl von Ventilen
betriebsmäßig mit einem einer Vielzahl von Aktuatoren
verbunden ist. Das Verfahren umfasst zudem das selektive Leiten
unter Druck stehenden Strömungsmittels durch jedes der
Vielzahl an Ventilen zu der Vielzahl an Aktuatoren als eine Funktion
eines ersten Signals. Das Verfahren umfasst weiterhin das selektive
Leiten unter Druck stehenden Strömungsmittels durch eine
Untergruppe der Vielzahl an Ventilen als Funktion eines zweiten
Signals.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine beispielhafte schaubildliche Darstellung eines Fahrzeugs gemäß der
vorliegenden Erfindung; und
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2 ist
eine beispielhafte schematische Darstellung eines hydraulischen
Systems des Fahrzeugs aus 1.
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Genaue Beschreibung
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1 stellt
ein beispielhaftes Fahrzeug 10 dar. Das Fahrzeug 10 kann
für ein Auto, einen LKW, eine Arbeitsmaschine, und/oder
jedes andere mobile Fahrzeug stehen. Nur zur Verdeutlichung ist
das Fahrzeug 10 als Muldenkipper dargestellt, es ist jedoch
festzustellen, dass die hier vorgestellte Offenbarung auf jedes
mobile Fahrzeug angewendet werden kann. Insbesondere kann das Fahrzeug 10 einen Rahmen 12,
eine Bedienerschnittstelle 14, und eine Vielzahl an Vortriebsvorrichtungen 18 aufweisen.
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Der
Rahmen 12 kann jegliche strukturelle Einheit enthalten,
die die Bewegung des Fahrzeugs 10 stützt bzw.
trägt. Der Rahmen 12 kann beispielsweise ein stationärer
Grundrahmen sein, der eine Kraftquelle mit den Vortriebsvorrichtungen 18 verbindet,
beispielsweise ein Chassis, ein bewegliches Rahmenbauteil, das eines
oder mehrere Arbeitsgeräte mit einer Kraftquelle verbindet,
beispielsweise ein Verbindungssystem, und/oder jede andere gemäß Stand
der Technik bekannte Art Rahmen.
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Die
Bedienerschnittstelle 14 kann gestaltet sein, um Eingaben
von einem Bediener zu empfangen, die einen Arbeitsvorgang anzeigen,
wie beispielsweise die Bewegung des Rahmens 12, der Vortriebsvorrichtungen 18,
und/oder jeglichen anderen Arbeitsvorgang des Fahrzeugs 10.
Insbesondere kann die Bedienerschnittstelle 14 eine oder
mehrere Bedienerschnittstellenvorrichtungen 16 aufweisen, die
Steuerungselemente proportionaler Art aufweisen können,
wie beispielsweise Pedale und/oder Lenkräder, die gestaltet
sind, um Bestandteile des Fahrzeugs 10 zu positionieren
und/oder auszurichten. Es ist vorgesehen, dass zusätzliche
und/oder andere Bedienerschnittstellenvorrichtungen 16 in
der Bedienerschnittstelle 14 vorhanden sein können,
wie beispielsweise mehrachsige Steuerknüppel, Knäufe, Zug-Druck-Vorrichtungen,
Schalter, und/oder andere gemäß Stand der Technik
bekannte Bedienerschnittstellenvorrichtungen.
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Die
Vortriebsvorrichtungen 18 können Räder,
Ketten, und/oder andere Mechanismen umfassen, die gestaltet sind,
um die Fahrtrichtung des Fahrzeugs 10 bezüglich
einer Oberfläche, wie beispielsweise dem Boden, zu stützen
und/oder beeinflussen. Jede der Vortriebsvorrichtungen 18 kann lenkbar
sein oder auch nicht und kann jede Anzahl an Mechanismen an einer
oder mehreren Stellen bezüglich des Rahmens 12 aufweisen,
beispielsweise kann eine der Vortriebsvorrichtungen 18 zwei
nebeneinander liegende Räder aufweisen, die gemeinsam wirkend
miteinander verbunden sind. Beispielsweise kann das Fahrzeug 10 eine
erste, zweite, dritte und vierte Vortriebsvorrichtung 18a, 18b, 18c,
und 18d aufweisen, von denen zwei, die erste und dritte
Vortriebsvorrichtung 18a, 18c, in 1 dargestellt
sind. Nur zur Verdeutlichung können die ersten, zweiten, dritten
und vierten Vortriebsvorrichtungen 18a, 18b, 18c,
und 18d jeweils als vordere linke, vordere rechte, hintere
linke und hintere rechte Vortriebsvorrichtung betrachtet werden,
wie sie herkömmlicherweise mit Bezug auf ein mobiles Fahrzeug
bezeichnet werden. Es ist vorgesehen, dass die Vortriebsvorrichtungen 18 in
jeglicher herkömmlichen Anordnung ausgebildet sein können,
sodass das Lenken jeder der Vortriebsvorrichtungen 18 ermöglicht
wird, oder das Lenken nur der ersten und zweiten Vortriebsvorrichtungen 18a, 18b ermöglicht
wird. Es ist ebenfalls vorgesehen, dass die Vortriebsvorrichtungen 18 im
Betrieb miteinander, mit dem Rahmen 12, und/oder mit einer
Kraftquelle des Fahrzeugs 10 in jeder herkömmlichen
Weise verbunden sein können, welche beispielsweise einen
Antriebsstrang, Ausgleichsgetriebe, stossabsorbierende Mechanismen
und/oder andere geeignete Mechanismen umfassen. Es ist weiterhin
vorgesehen, dass jede der Vortriebsvorrichtungen 18 einen
oder mehrere einzelne nebeneinander gelegene Mechanismen aufweisen
können, so können beispielsweise die dritten und
vierten Vortriebsvorrichtungen 18c, 18d jeweils
mit zwei Rädern versehen sein, wie herkömmlicherweise
gemäß Stand der Technik bekannt.
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Wie
in 2 dargestellt, können die Vortriebsvorrichtungen 18 betriebsmäßig
mit einem hydraulischen System 20 verbunden sein. Insbesondere
kann das hydraulische System 20 einen oder mehreren hydraulischen
Aktuatoren 22 aufweisen, die jeweils gestaltet sind, um
das Eingreifen einer mechanischen Bremse und damit den Betrag des
Widerstandsdrehmoments zu beeinflussen, der auf die jeweilige Vortriebsvorrichtung 18 aufgebracht
wird. Das mechanische Bremssystem kann jedes herkömmliche
Bremssystem aufweisen, das gestaltet ist, um eine Widerstandsdrehmoment
auf eine der Vortriebsvorrichtungen 18 als Funktion eines
Ausfahrens und/oder eines Einfahrens eines hydraulischen Aktuators
aufzubringen. Beispielsweise kann das mechanische Bremssystem eine
Scheibenbremsvorrichtung aufweisen, deren Bremsbacken mit einer Bremssscheibe
als eine Funktion eines Ausfahrens und/oder eines Einfahrens eines
damit verbundenen hydraulischen Aktuators reibend in Eingriff treten.
Die weitere Beschreibung des mechanischen Bremssystems im eigentlichen
Sinne wird aus Gründen der Verdeutlichung weggelassen.
Es ist vorgesehen, dass die Bewegungsgeschwindigkeit einer der Vortriebsvorrichtungen 18 möglicherweise
eine Funktion des Betrags des darauf aufgebrachten Widerstandsdrehmoments
sein kann.
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Jeder
der hydraulischen Aktuatoren 22 kann jeweils mit einer
der Vortriebsvorrichtungen 18 verbunden sein. Beispielsweise
können ein erster, zweiter, dritter und vierter Aktuator 22a, 22b, 22c,
und 22d jeweils mit den ersten, zweiten, dritten und vierten
Vortriebsvorrichtungen 18a, 18b, 18c und 18d verbunden
sein. Eine weitere Beschreibung der hydraulischen Aktuatoren 22 wird
nur aus Gründen der Verdeutlichung werter unten mit Bezug
auf den ersten Aktuator 22a ausgeführt, und es
wird festgestellt, dass dessen Beschreibung auf die zweiten, dritten und
vierten Aktuatoren 22b, 22c und 22d angewandt werden
kann.
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Der
erste hydraulische Aktuator 22a kann ein Rohr 23 aufweisen,
das einen Zylinder definiert, und einen Kolben 24, der
den Zylinder in eine für die Aufnahme unter Druck stehenden
Strömungsmittels gestaltete erste Kammer 25 und
eine für die Aufnahme einer Feder gestaltete zweite Kammer 26 teilt.
Der Kolben 24 kann ansprechend auf das Zuführen
unter Druck stehenden Strömungsmittels in die erste Kammer 25 in
eine Richtung bewegbar sein, und kann ansprechend auf die Feder
in der zweiten Kammer 26 in eine zweite Richtung bewegbar
sein. Insbesondere kann unter Druck stehendes Strömungsmittel
innerhalb der ersten Kammer 25 den Kolben 24 in
die erste Richtung drängen, um das reibende Eingreifen einer
betriebsmäßig mit der ersten Vortriebsvorrichtung 18a verbundenen
mechanischen Bremse zu verstärken. Gegenteilig dazu kann
die Feder 27 in der zweiten Kammer 26 den Kolben 24 in
die zweite Richtung drängen, um das reibende Eingreifen
der betriebsmäßig mit der ersten Vortriebsvorrichtung 18a verbundenen
mechanischen Bremse zu verringern. Somit kann der Betrag des Eingreifens
der mechanischen Bremse, und somit der Betrag des Widerstandsdrehmoments,
der auf die erste Vortriebsvorrichtung 18a aufgebracht
wird, eine Funktion der Menge des unter Druck stehenden Strömungsmittels sein,
das der ersten Kammer 25 zugeführt wird. Es ist vorgesehen,
dass die hydraulischen Aktuatoren 22 alternativ auch durch
eine Feder in eine ausgefahrene Position vorgespannt sein können,
und hydraulisch in eine eingefahrene Position gedrängt
werden können.
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Das
hydraulische System 20 kann ebenfalls eine Quelle 30 unter
Druck stehenden Strömungsmittels aufweisen, ein Niederdruckquelle 32,
und eines oder mehrere Ventile 34, um das Ausfahren und/oder Einfahren
der hydraulischen Aktuatoren 22 zu beeinflussen. Es ist
vorgesehen, dass das hydraulische System 20 eine Vielzahl
von Strömungsmitteldurchlässen aufweisen kann,
welche wie gemäß Stand der Technik bekannt eines
oder mehrere Bestandteile strömungsmitteltechnisch miteinander
verbinden. Es ist auch vorgesehen, dass das hydraulische System 20 zusätzliche
und/oder andere Bestandteile wie beispielsweise Temperatursensoren,
Positionssensoren, Druckentlastungsventile, Akkumulatoren, Druckregler
und/oder andere gemäß Stand der Technik bekannte
Bestandteile beinhalten kann. Es ist weiter vorgesehen, dass das
hydraulische System 20 auch gestaltet sein kann, um das
Eingreifen von stationären Bremsen, beispielsweise Feststellbremsen
an einer oder mehreren der Vortriebsvorrichtungen 18 zu beeinflussen.
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Die
Quelle 30 kann gestaltet sein, um einen Strom von unter
Druck stehendem Strömungsmittel zu erzeugen, und eine Pumpe
mit verstellbarer Verdrängung, eine Pumpe mit fester Verdrängung und/oder
andere gemäß Stand der Technik bekannte Quellen
unter Druck stehenden Strömungsmittels aufweisen. Die Quelle 30 kann
antriebsmäßig mit einer Kraftquelle beispielsweise
mittels einer Vorgelegewelle, einem Riemen, einem elektrischen Schaltkreis,
oder auf jede andere gemäß Stand der Technik bekannte
Art und Weise verbunden sein. Die Quelle 30 kann in Strömungsrichtung
oberhalb der Niederdruckquelle 32 angeordnet sein, und
kann unter Druck stehendes Strömungsmittel an die Ventile 34 liefern.
Es ist vorgesehen, dass die Quelle 30 alternativ eine Vielzahl
von Pumpen aufweisen kann, die gemäß Stand der
Technik als mehrstufige Pumpen ausgelegt sind.
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Die
Niederdruckquelle 32 kann beispielsweise einen Speicher
oder Tank beinhalten, der gestaltet ist, um einen Vorrat an Strömungsmittel
zu beinhalten. Das Strömungsmittel kann beispielsweise
ein bestimmtes Hydrauliköl, ein Motorschmieröl,
ein Getriebeschmieröl, oder jedes andere gemäß Stand
der Technik bekannte Strömungsmittel sein. Eines oder mehrere
hydraulische Systeme innerhalb des Fahrzeugs 10 können
Strömungsmittel von der Niederdruckquelle 32 abziehen
und dorthin zurückleiten. Es ist vorgesehen, dass das hydraulische
System 20 mit mehreren einzelnen Niederdruckquellen verbunden sein
kann.
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Die
Ventile 34 umfassen die ersten, zweiten, dritten und vierten
Ventile 34a, 34b, 34c und 34d,
die jeweils mit den ersten, zweiten, dritten und vierten Hydralikaktuatoren 22a, 22b, 22c und 22d verbunden
sind. Jedes der Ventile 34 kann jeweils gestaltet sein,
um einen Fluss unter Druck stehenden Strömungsmittels zu
einem der Aktuatoren 22 zu regulieren. Insbesondere kann
jedes der Ventile 34 ein proportionales Ventilelement aufweisen,
das durch eine Feder vorgespannt und magnetbetätigt ist,
um das Ventilelement in eine von einer Mehrzahl von Positionen zu
bewegen. Eine weitere Beschreibung der Ventile 34 wird
nur aus Gründen der Verdeutlichung mit Bezug auf das erste
Ventil 34a vorgenommen, und es wird festgestellt, dass
dessen Beschreibung auf die ersten, zweiten und dritten Ventile 34b, 34c und 34d anwendbar
ist.
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Beispielsweise
kann das Ventilelement des ersten Ventils 34a von einer
ersten Position, in der das Fliessen unter Druck stehenden Strömungsmittels
zu dem ersten hydraulischen Aktuator 22a im Wesentlichen
verhindert wird, fort bewegt werden. Das Ventilelement kann ebenso
von der ersten Position in eine zweite Position bewegt werden, in
welcher dem unter Druck stehenden Strömungsmittel das Fliessen
von der Quelle 30 zum ersten hydraulischen Aktuator 22a ermöglicht
wird, oder in eine dritte Position in welcher ein maximales Fliessen
von unter Druck stehendem Strömungsmittel von dem hydraulischen
Aktuator 22a zu der Niederdruckquelle 32 zugelassen
wird. Es ist vorgesehen, dass das erste Ventil 34a alternativ
auch hydraulisch betätigt, mechanisch betätigt,
pneumatisch betätigt, oder auf jede andere geeignete Art
betätigt werden kann. Es ist ebenfalls vorgesehen, dass
das erste Ventil 34 eine Vielzahl unabhängiger
Zumessventile, ein Ventil mit festem Durchflussbereich, und/oder
jegliche andere gemäß Stand der Technik bekannte
Ventilanordnung aufweisen kann. Es wird festgestellt, dass der Betrag
des reibenden Eingreifens der mechanischen Bremse und somit der
Betrag des Widerstandsdrehmoments, der auf die erste Vortriebsvorrichtung 18a aufgebracht
wird, eine Funktion der Betätigung des Ventilelements des
ersten Ventils 34a und dementsprechend des Betrags der
Durchflussbereichs, durch den es dem unter Druck stehendem Strömungsmittel
gestattet wird zu fliessen sein kann.
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Wie
ebenso in 2 dargestellt, kann das hydraulische
System 20 durch ein Steuerungssystem 100 gesteuert
werden. Insbesondere kann das Steuerungssystem 100 gestaltet
sein, um Bedienereingaben mittels der Bedienerschnittstelle 16 zu
empfangen und eine oder mehrere Komponenten des hydraulischen Systems
darauf ansprechend zu betätigen. Insbesondere kann das
Steuerungssystem 100 eine Steuerungseinheit 104 und
einen Sensor 106 aufweisen und gestaltet sein, um die Bewegung
des Ventils 34 zu steuern. Es ist vorgesehen, dass das Steuerungssystem 100 zusätzliche
Komponenten wie beispielsweise Signalübertragungsleitungen, Verstärker, Filter,
Leistungsvorrichtungen, und/oder andere gemäß Stand
der Technik bekannte Komponenten beinhalten kann.
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Die
Steuerungseinheit 104 kann einen oder mehrere Mikroprozessoren
aufweisen, die gestaltet sind um den Betrieb des hydraulischen Systems 20 zu
steuern. Die Steuerungseinheit 104 kann einen Speicher,
eine Datenspeicherungsvorrichtung, einen Kommunikationsknotenpunkt
und/oder andere gemäß Stand der Technik bekannte
Komponenten aufweisen. Insbesondere kann die Steuerungseinheit 104 gestaltet
sein, um Eingaben von der Bedienerschnittstelle 16 und
dem Sensor 106 zu empfangen. Die Steuerungseinheit 104 kann
ebenfalls gestaltet sein, um einen und/oder mehrere Algorithmen
auszuführen und/oder auf eine oder mehrere relationale Datenbanken
zuzugreifen, wie beispielsweise Karten, Gleichungen, und/oder andere
Nachschlagetabellen. Die Steuerungseinheit 104 kann Steuerbefehle
an die Ventile 34 als Funktion der empfangenen Eingaben,
der ausgeführten Algorithmen, und/oder der Datenbanken,
auf die zugegriffen wurde, ausgeben. Beispielsweise kann die Steuerungseinheit 104 ein
Signal ausgeben, z. B. einen Strom oder eine Spannung, um die Bewegung
der Ventilelemente des Ventils 34 zu beinflussen, um eine
Strömungsrate, einen Druck, und/oder eine Richtung unter
Druck stehenden Strömungsmittels relativ zu den hydraulischen
Aktuatoren selektiv zu beeinflussen. Es ist vorgesehen, dass dass
die Steuerungseinheit 104 auch Steuerbefehle empfangen
und/oder an zusätzliche Komponenten des hydraulischen Systems 20 ausgeben,
wie beispielsweise der Quelle 30. Es ist ebenso vorgesehen,
dass die Steuerungseinheit 104 als separate Steuerungseinheit
gestaltet sein kann, oder in einem allgemeinen Fahrzeugsteuerungssystem
integriert sein kann, das in der Lage ist, verschiedene zusätzliche
Funktionen des Fahrzeugs 10 zu steuern. Es ist weiterhin
vorgesehen, dass die Steuerungseinheit 104 eine Vielzahl
von Steuerungseinheiten aufweisen kann, deren jede gestaltet ist,
um eine oder mehrere Komponenten des hydraulischen Systems 20 zu
steuern.
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Der
Sensor 106 kann jeglichen herkömmlichen Sensor
aufweisen und kann gestaltet sein, um einen oder mehrere Parameter
abzufühlen, die einen Betriebszustand eines separaten Lenkungssystems 200 anzeigen.
Der Sensor 106 kann beispielsweise einen Drucksensor aufweisen,
der gestaltet ist, um den Druck eines unter Druck stehenden Strömungsmittels
innerhalb des Lenkungssystems 200 abzufühlen.
Der Sensor 106 als solches kann ein Signal an die Steuerungseinheit 104 übermitteln,
welches mit einem akzeptablen Wert oder einer Spanne bzw. einem
Bereich von Werten verglichen werden kann, um zu bestimmen, ob das
Lenkungssystem 200 eine Fehlfunktion aufweist, also ob
es beispielsweise nicht korrekt funktioniert. Es ist vorgesehen,
dass der Sensor 106 alternativ jede Art von Sensor sein
kann, wie beispielsweise ein Positionssensor, ein Temperatursensor,
ein Leistungssensor, ein Strömungssensor, ein Spannungssensor,
ein Stromsensor, und/oder jeder andere gemäß Stand
der Technik bekannte Sensor. Es ist ebenfalls vorgesehen, dass das
Steuerungssystem 100 jede Anzahl von Sensoren aufweisen
kann, die gestaltet sind, um einen oder mehrere Parameter des Lenkungssystems 200 abzufühlen.
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Das
Lenkungssystem 200 kann jedes herkömmliche System
aufweisen, das gestaltet ist, um die Ausrichtung bzw. Orientierung
einer oder mehrerer der Vortriebsvorrichtungen 18 bezüglich
des Rahmens 12 zu beeinflussen, um dadurch die Fahrtrichtung
des Fahrzeugs 10' bezüglich einer Oberfläche zu
beeinflussen und/oder zu steuern. Beispielsweise kann das Lenkungssystem 200 ein
hydraulisches System, ein elektrisches System, und/oder ein mechanisches
System aufweisen. Auf eine weitere Beschreibung des Lenkungssystems 200 als
solches aus Gründen der Verdeutlichung wird verzichtet.
Es ist ebenso vorgesehen, dass das Lenkungssystem 200 aufgrund
jeglichen rationalen Grundprinzips als fehlerhaft funktionierend
angesehen werden kann, wie beispielsweise einem nicht ausreichenden
Betätigungsdruck innerhalb eines hydraulischen Systems,
einer nicht ausreichenden Spannung innerhalb eines elektrischen
Systems, weniger als die gewünschte Betätigung
und/oder Steuerung von einer oder mehrerer Komponenten innerhalb
des Lenkungssystems, und/oder aufgrund jeglicher anderer gewünschter
Kriterien. Es ist weiterhin vorgesehen, dass das Lenkungssystem 200 die
Ausrichtung bzw. Orientierung der Vortriebsvorrichtungen 18 ändern kann,
indem sie den Winkel der Vortriebsvorrichtungen 18 bezüglich
des Rahmens 12 in jegliche geeignete Ausrichtung bzw. Orientierung ändert.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Das
offenbarte hydraulische System kann auf jedes Fahrzeug anwendbar
sein, das eine Manipulation bzw. Bedienung des Bremsens und der
Lenkung und/oder eine Steuerung der Vortriebsvorrichtungen aufweist.
Das offenbarte System kann gestaltet sein, um eine Reservelenkfähigkeit
bei einer Fehlfunktion eines primären Lenksystems bereitzustellen und/oder
ein funktionierendes primäres Lenkungssystem zu verstärken.
Der Betrieb des hydraulischen Systems 20 wird unten erläutert.
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Mit
Bezug auf die 2 kann die Quelle 30 unter
Druck stehendes Strömungsmittel von der Niederdruckquelle 32 empfangen
und unter Druck stehendes Strömungsmittel an die in Strömungsrichtung oberhalb
gelegenen Seiten der Ventile 34 liefern. Die Ventile 34 können
selektiv die Strömungsrate, den Druck, und/oder die Richtung
des unter Druck stehenden Strömungsmittels ansprechend
auf die relative Position eines jeweiligen Ventilelements davon steuern.
Beispielsweise können die Ventile 34 jeweils aus
der ersten Position, in der sie im Wesentlichen das Fliessen unter
Druck stehenden Strömungsmittels zu einem entsprechenden
der hydraulischen Aktuatoren 22 unterbinden, in entweder
die zweite oder dritte Position bewegt werden. Die Bewegung des Ventilelements
eines der Ventile 34 in die zweite Position kann es dem
unter Druck stehenden Strömungsmittel erlauben, von der
Quelle 30 zu einer ersten Kammer 25 eines damit
verbundenen hydraulischen Aktuators zu fliessen, um eine Kraft aufzubauen,
die in der Lage ist, die Feder 27 zusammenzudrücken.
Im Ergebnis kann das selektive Bewegen der Ventilelemente des Ventils 34 das
selektive Bewegen des hydraulischen Aktuators 22 beeinflussen, was
seinerseits den Betrag des Widerstandsdrehmoments beeinflussen kann,
der auf jede der Vortriebsvorrichtungen 18 aufgebracht
wird.
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Die
hydraulischen Aktuatoren 22 können ansprechend
auf Bedienereingaben bewegbar sein, die mittels der Bedienerschnittstellenvorrichtungen 16 übermittelt
werden, Beispielsweise kann ein Antriebsdrehmoment auf die Vortriebsvorrichtungen 18 mittels
eines Antriebsstrangs übermittelt werden, um das Fahrzeug 10 bezüglich
einer Oberfläche voranzutreiben, wie gemäß Stand
der Technik bekannt. Ein Bediener kann den Wunsch haben, das Fahrzeug 10 zu
verlangsamen, und kann demgemäß eine der Bedienerschnittstellenvorrichtungen 16 betätigen, beispielsweise
kann ein Bediener ein Pedal des Fahrzeugs 10 herunterdrücken.
Zusätzlich kann ein Bediener den Wunsch haben, die Richtung
des Fahrzeugs 10 bezüglich einer Oberfläche
zu ändern, und kann dementsprechend eine andere der Bedienerschnittstellenvorrichtungen 16 betätigen,
beispielsweise kann ein Bediener ein Lenkrad des Fahrzeugs 10 betätigen.
Die Betätigung einer oder mehrerer der Bedienerschnittstellenvorrichtungen 16 kann
Signale, die den relativen Positionen derselben entsprechen, an
die Steuerungseinheit 104 übermitteln. Die Steuerungseinheit 104 kann
ansprechend auf eines oder mehrere empfangene Signale, eines oder
mehrere der Ventile 34 steuern, um es unter Druck stehendem
Strömungsmittel zu ermöglichen, von der Quelle 30 zu
den jeweiligen hydraulischen Aktuatoren 22 zu fliessen,
und/oder um es unter Druck stehendem Strömungsmittel zu
ermöglichen, von den entsprechenden hydraulischen Aktuatoren
zur Niederdruckquelle 32 zu strömen.
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Ansprechend
auf eine Bedienereingabe, das Fahrzeug 10 zu verlangsamen,
kann die Steuerungseinheit 104 die Bewegung jedes der Ventile 34 in
die zweiten Positionen derselben steuern. Beispielsweise kann die
Steuerungseinheit 104 das Ventilelement des ersten hydraulischen
Ventils 34a in Richtung der zweiten Position steuern, um
damit unter Druck stehendes Strömungsmittel, das von der
Quelle 30 bereitgestellt wird, in strömungsmitteltechnische
Verbindung mit der ersten Kammer 25 des hydraulischen Aktuators 22a zu
bringen. Das unter Druck stehende Strömungsmittel, das
in die erste Kammer 25 geleitet wird, kann gegen die Vorspannung
der Feder 27 wirken, um die Bewegung des Kolbens 24 zu
beeinflussen, und als Ergebnis das Widerstandsdrehmoment zu steigern,
das auf die Vortriebsvorrichtungen 18a aufgebracht wird.
Die Steuerungseinheit 104 kann auf ähnliche Weise
die zweiten, dritten und vierten Ventile 34b, 34c und 34d steuern,
und als Ergebnis kann das Fahrzeug 10 als Funktion des
Betrags der Betätigung einer der Bedienerschnittstellenvorrichtungen 16 verlangsamt
werden. Es ist vorgesehen, dass die Steuerungseinheit 104 gestaltet
sein kann, um selektiv das Widerstandsdrehmoment auf die dritten
und vierten Vortriebsvorrichtungen 18c, 18d zu steigern,
und zwar eine vorbestimmte Zeitdauer vor dem Steigern des Widerstandsdrehmoments
auf den ersten und zweiten Vortriebsvorrichtungen 18a, 18b gemäß Stand
der Technik, um ein resultierendes Moment in den ersten und zweiten
Vortriebsvorrichtungen 18a, 18b zu verringern.
Das heisst, die Steuerungseinheit 104 kann gestaltet sein,
um das Widerstandsdrehmoment auf die hinteren Vortriebsvorrichtungen
des Fahrzeugs zu steigern, bevor das Widerstandsdrehmoment auf die
vorderen Vortriebsvorrichtungen gesteigert wird, um ein resultierendes
Moment zu verringern, dass dazu neigen könnte, das Fahrzeug 10 um
die Vortriebsvorrichtungen zu schwenken, was potentiell den Vortrieb
der dritten und vierten Vortriebsvorrichtungen 18c, 18d bezüglich
einer Oberfläche verringert.
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Ansprechend
auf eine Bedienereingabe zur Änderung der Richtung des
Fahrzeugs 10, also beispielsweise um eine Änderung
der Gierung des Fahrzeugs 10 zu beeinflussen, kann die
Steuerungseinheit 104 selektiv die Bewegung eines oder
mehrerer der Ventile 34 in Richtung ihrer zweiten Positionen steuern.
Beispielsweise kann die Steuerungseinheit 104 ein vom Sensor 106 empfangenes
Signal mit einem vorbestimmten Wert vergleichen, um den Betriebszustand
des Lenkungssystems 200 zu ermitteln. Die Steuerungseinheit 104 kann
beispielsweise ermitteln, dass das Lenkungssystem 200 einr
Fehlfunktion aufweist, wenn das von dem Sensor 106 empfangene
Signal geringer als der vorbestimmte Wert ist. Weiterhin kann beispielsweise
unter der Annahme, dass der Sensor 106 auch einen Drucksensor
aufweisen kann, die Steuerungseinheit 104 feststellen,
dass das Lenkungssystem 200 eine Fehlfunktion aufweist,
wenn ein empfangenes Signal anzeigt, dass annähernd kein
oder ein unzureichend niedriger Druck innerhalb beispielsweise eines
hydraulischen Lenkungssystems 200 herrscht. Dementsprechend
kann die Steuerungseinheit 104 gestaltet sein, um das hydraulische
System 20 selektiv zu steuern, um das gewünschte
Lenken des Fahrzeugs 10 zu erreichen. Es ist vorgesehen,
dass die Steuerungseinheit 104 die ersten und dritten Ventile 34a, 34c im
Wesentlichen gleichzeitig steuert, um das auf die ersten und dritten
Vortriebsvorrichtungen 18a, 18c aufgebrachte Widerstandsdrehmoment
im Wesentlichen gleichzeitig zu erhöhen. Es ist ebenso vorgesehen,
dass die Steuerungseinheit gleichzeitig die zweiten und vierten
Ventile 34b, 34d und die zweiten und vierten Vortriebsvorrichtungen 18b, 18d steuern
kann.
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Die
Steuerungseinheit 104 kann selektiv das hydraulische System 20 und
insbesondere die Ventile 34 steuern, um das Lenken des
Fahrzeugs 10 zu beeinflussen, wenn ein Lenkbefehl empfangen
wird, und festgestellt wird, dass das Lenkungssystem 200 eine
Fehlfunktion aufweist. Beispielsweise kann die Steuerungseinheit 104,
ansprechend auf einen Steuerbefehl das Fahrzeug nach links zu lenken,
das auf die ersten und dritten (beispielsweise linken vorderen und
hinteren) Vortriebsvorrichtungen 18a, 18c aufgebrachte
Widerstandsdrehmoment erhöhen. Die Steuerungseinheit 104 kann
die jeweiligen Ventilelemente 34a, 34c in die
zweiten Positionen steuern, um es unter Druck stehendem Strömungsmittel
zu erlauben, zu den ersten und dritten Aktuatoren 22a, 22c zu
fließen. Somit können die ersten und dritten Vortriebsvorrichtungen 18a, 18c bezüglich
der zweiten und vierten (beispielsweise rechten vorderen und hinteren)
Vortriebsvorrichtungen 18b, 18d verlangsamt werden,
was in einer Drehung des Fahrzeugs nach links resultiert. In ähnlicher
Weise kann die Steuerungseinheit 104 das auf die zweiten
und vierten (beispielsweise rechten vorderen und hinteren) Vortriebsvorrichtungen 18b, 18d aufgebrachte
Widerstandsdrehmoment erhöhen, um eine Drehung des Fahrzeugs 10 nach
rechts zu bewirken. Somit kann die Steuerungseinheit 104 durch
das selektive Verlangsamen der ersten und dritten, 18a, 18c und
zweiten und vierten, 18b, 18d Vortriebsvorrichtungen
das Drehen des Fahrzeugs 10 bewirken, wenn das Lenkungssystem 200 eine
Fehlfunktion aufweist.
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Die
Steuerungseinheit 104 kann auch selektiv das hydraulische
System 20 und insbesondere die Ventile 34 steuern,
um das Lenken des Fahrzeugs 10 zu verstärken,
wenn ein Lenkbefehl empfangen wird, und festgestellt wird, dass
das Lenkungssystem 200 keine Fehlfunktion aufweist. Beispielsweise kann
die Steuerungseinheit 104, ansprechend auf einen Befehl,
das Fahrzeug 10 mit einem spezifischen bzw. bestimmten
Wenderadius nach links zu wenden, das auf die ersten und dritten
(beispielsweise linken vorderen und hinteren) Vortriebsvorrichtungen 18a, 18c aufgebrachte
Widerstandsdrehmoment erhöhen. Somit kann die Steuerungseinheit 104 das
Fahrzeug 10 befähigen, einen kleineren Wenderadius
als denjenigen zu erreichen, der nur durch die Steuerung der Ausrichtung
der Vortriebsvorrichtungen 18 durch das Lenkungssystem 200 zu
erreichen wäre. Es ist vorgesehen, dass die Steuerungseinheit 104 einen
oder mehrere Algorithmen aufweisen kann und/oder eine oder mehrere
Eingaben empfangen kann, um anzuzeigen, dass ein vom Bediener gewünschter
Wenderadius nicht durch das Lenkungssystem 200 allein zu erzielen
ist. Insbesondere kann die Steuerungseinheit feststellen, dass die
Eingabe des Lenkungsbefehls von einer der Bedienerschnittstellenvorrichtungen 16 größer
ist als ein vorbestimmter Schwellen- oder Grenzwert, wenn beispielsweise
ein Bediener eine der Bedienerschnittstellenvorrichtungen 16 betätigt,
um einen Wenderadius des Fahrzeugs 10 zu erreichen, den
das Lenkungssystem 200 alleine nicht erreichen kann, ohne
von dem hydraulischen System 20 unterstützt zu
werden.
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Ansprechend
auf eine Bedienereingabe, um die Geschwindigkeit und Richtung des
Fahrzeugs 10 zu ändern, wenn beispielsweise ein
Bediener wünscht, das Fahrzeug 10 zu verlangsamen
und zu lenken, wenn das Lenkungssystem 200 eine Fehlfunktion
aufweist, kann die Steuerungseinheit 104 selektiv die Bewegung
eines oder mehrerer der Ventile 34 als Funktion der Eingabe
zur Änderung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs 10 steuern,
bevor es selektiv die Ventile 34 als Funktion der Eingabe
zur Änderung der Richtung des Fahrzeugs 10 steuert. Insbesondere
kann die Steuerungseinheit 104 gestaltet sein, um die Ventile 34 zu
steuern, um ein gewünschtes Widerstandsdrehmoment, das
auf die Vortriebsvorrichtungen 18 aufgebracht wird, in
geeigneter Weise zu beeinflussen, um einen gewünschten Betrag
der Verlangsamung des Fahrzeugs 10 zu erreichen, bevor
ein gewünschter Betrag des Drehens des Fahrzeugs 10 erreicht
wird. Beispielsweise kann die Steuerungseinheit 104 wie
oben beschrieben das auf jede der Vortriebsvorrichtungen 18 aufgebrachte Widerstandsdrehmoment
erhöhen, um das Fahrzeug zu verlangsamen, bevor sie das
auf die ersten und dritten Vortriebsvorrichtungen 18a, 18c aufgebrachte Widerstandsdrehmoment
erhöht, um einen Wenderadius für das Fahrzeug 10 zu
erreichen. Die Steuerungseinheit 104 an sich kann gestaltet
sein, um Bedienereingaben zum Verlangsamen des Fahrzeugs 10 als
Eingaben höherer Priorität festzusetzen als Bedienereingaben,
um die Richtung des Fahrzeugs 10 zu ändern. Es
ist vorgesehen, dass die Steuerungseinheit 104 gestaltet
sein kann, um einen oder mehrere Algorithmen auszuführen,
um einen gewünschten Betrag des Verlangsamens des Fahrzeugs 10 zu
erreichen, bevor ein gewünschter Betrag des Drehens des
Fahrzeugs 10 erreicht wird. Es ist ebenfalls vorgesehen,
dass die Steuerungseinheit 104 Bedienereingaben zum Verlangsamen
und Drehen des Fahrzeugs mit Prioritäten versehen kann,
indem sie einen einzelnen Steuerbefehl erzeugt, beispielsweise einen
Steuerbefehl, der als Funktion einer Bedienereingabe zum Verlangsamen
und einer Bedienereingabe zum Drehen gestaltet ist, oder durch Erzeugen
mehrfacher Steuerbefehle, beispielsweise zweier Steuerbefehle, die
jeweils gestaltet sind als Funktion einer Bedienereingabe zum Verlangsamen
oder zum Drehen, für jedes der Ventile 34, um
die Bewegung derselben ansprechend auf eine Bedienereingabe zur Änderung
der Geschwindigkeit und Richtung des Fahrzeugs 10 zu steuern. Weil
das hydraulische System 20 und insbesondere die Steuerungseinheit 104 die
Bewegung der hydraulischen Aktuatoren 22 selektiv steuern
kann und somit den entsprechenden Betrag des auf die Vortriebsvorrichtungen 18 aufgebrachten
Widerstandsdrehmoments unabhängig steuern kann, kann das
hydraulische System 20 ein Reservelenksystem für
das Fahrzeug 10 bereitstellen. Ein separates Reservelenksystem
kann möglicherweise nicht nötig sein, und die
Komplexität des Fahrzeugs 10 kann reduziert werden.
Weil das hydraulische System 20 und insbesondere die Steuerungseinheit 104 gestaltet
sein können, um das Drehen des Fahrzeugs 10 unabhängig
vom Lenkungssystem 200 zu steuern, kann das hydraulische
System 20 möglicherweise die Manövrierfähigkeit
des Fahrzeugs 10 verbessern. Der Wenderadius des Fahrzeugs 10 als
solcher kann verringert werden, was die Manövrierfähigkeit des
Fahrzeugs 10 steigern kann. Weil das hydraulische System 20 ein
Steuerungssystem 100 aufweisen kann, das gestaltet ist,
um die Ventile 34 ansprechend auf die vom Bediener gewünschten
Brems- als auch Lenkungsbefehle zu steuern, kann das Lenken des
Fahrzeugs 10 zusätzlich durch die selektive Steuerung
eines hydraulischen Bremssystems ohne zusätzliche Komponenten
erzielt werden. Somit können eine einfache Ventilanordnung
und eine Steuerungseinheit erzielt werden.
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Es
wird dem Fachmann ersichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen
und Variationen an dem offenbarten hydraulischen System vorgenommen werden
können. Andere Ausführungsbeispiele werden dem
Fachmann durch die Betrachtung der Erläuterung und der
Ausführung des offenabrten Systems offensichtlich sein.
Es ist beabsichtigt, dass die Erläuterung und die Beispiele
lediglich beispielhaft sind, wobei der wahre Umfang der Erfindung
durch die folgenden Ansprüche und ihre Entsprechungen angezeigt
wird.
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Zusammenfassung
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Hydraulisches Brems- und Lenkungssystem
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Die
vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein hydraulisches System.
Das hydraulische System weist eine Quelle unter Druck stehenden
Strömungsmittels und eine Vielzahl von Strömungsmittelaktuatoren
auf, die gestaltet sind, um einen Betrag eines Widerstandsdrehmoments
zu beeinflussen, der auf eine damit verbundene Vortriebsvorrichtung aufgebracht
wird. Das hydraulische System weist weiterhin eine Vielzahl von
Ventilen auf, deren jedes gestaltet ist, um unter Druck stehendes
Strömungsmittel selektiv zu einem der Vielzahl von Strömungsmittelaktuatoren
zu leiten. Das hydraulische System umfasst weiterhin eine Steuerungseinheit,
welche gestaltet ist, um die Vielzahl von Ventile als Funktion zumindest
eines Lenkungsbefehls zu steuern.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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