DE19625350A1 - Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Flurförderzeug, mit einem Lenkwinkelgeber und wenigstens einem zu lenkenden Rad, das in Abhängigkeit von der Stellung des Lenkwinkelgebers verstellbar ist.

Gabelstapler oder andere Flurförderzeuge werden für den Transport von Gütern eingesetzt und sind daher für hohe Zuladungen ausgelegt. Die Radlasten sind so hoch dimensioniert, daß ein sicheres Lenken ohne Kraftverstärkung nicht mehr möglich ist.

Als Lenkkraftverstärkung kommen entweder hydraulische Systeme oder elektromotorische Systeme unter Verwendung von Gleichstrommotoren zum Einsatz. Da die mechanische Anordnung von Lenkrad und gelenktem Rad nicht immer eine direkte Lenksäule, wie beispielsweise beim Auto erlaubt sind oft aufwendige mechanische Konstruktionen erforderlich.

Es sind auch Lenkungen ohne direkte mechanische Verbindungen zwischen Lenkrad und gelenktem Rad bekannt.

Hydraulische Systeme benötigen eine Pumpe, die den Öldruck stets aufrechthält. Da die Pumpe auch dann läuft, wenn gar keine Energie abverlangt, also nicht gelenkt wird, ergibt sich ein sehr schlechter Wirkungsgrad. Außerdem erzeugt das Hydrauliksystem beim Lenken unter Umständen sehr unangenehme Geräusche.

Bei elektromotorischen Systemen kommen Gleichstrommotoren zum Einsatz, die bedingt durch dem Aufbau der Kommutierung mit Kohlenbürsten einem mechanischen Verschleiß unterliegen und regelmäßig gewartet werden müssen. Außerdem treten große zeitliche Verzögerungen auf, die nicht das Gefühl einer direkten Lenkung vermitteln.

Das mit der Erfindung zu lösende Problem wird darin gesehen, daß bekannte rein elektrisch betriebene Lenkungen, d. h. ohne mechanische Verbindung zwischen Lenkrad oder dergl. und gelenktem Rad kein hinreichend sicheres Lenkgefühl vermitteln und wartungsintensiv sind.

Dieses Problem ist erfindungsgemäß durch die Lehre des Patentanspruchs 1 gelöst worden, wobei in den davon abhängigen Patentansprüchen diese Lehre vorteilhaft fortentwickelnde Merkmale enthalten sind.

Auf diese Weise wird ein Motor verwendet, der keine Verschleißteile enthält und daher keiner Wartung bedarf. Da eine vom Lenkwinkel abgeleitete Regelung angewandt wird, erfolgt eine nahezu verzögerungsfreie Reaktion des Asynchron­ motors, der einer Bedienungsperson ein sicheres Lenkgefühl gibt. Anders als beim Stand der Technik wird auch nicht eine beim Bewegen des Lenkmittelgebers erfaßte Geschwindigkeit als Regelgröße benutzt, sondern dessen Lage, z. B. eines Lenkrades oder die Stellung eines Joysticks oder dergleichen. Da der Asynchronmotor nur bei einer Bewegung des Rades oder beim Auftreten von Gegenkräften Energie aufnimmt, wird nur ein Bruchteil der Energie benötigt, die ein herkömmliches hy­ draulisches System aufnehmen würde. Die Verwendung eines Drehstrom-Asynchronmotors als Motor und der Regelung bieten auch hinsichtlich der Sicherheit Vorteile gegenüber anderen Systemen. Eine mögliche Gefahr bei bekannten elektrischen Systemen besteht darin, daß ein Kurzschluß in einem Leistungstransistor auftritt. Bei Verwendung eines Gleichstrommotors würde dieser mit voller Betriebsspannung versorgt, was zur unkontrollierten Drehung des Rades führen würde. Ein Drehstrommotor hingegen kann sich nur drehen, wenn ein korrektes Drehfeld über die Leistungsendstufe erzeugt wird. Dabei sind alle sechs Endstufentransistoren gleichermaßen beteiligt. Fällt einer der Transistoren aus, so wird das Drehfeld gestört und der Motor bleibt stehen.

Gegenüber einem Gleichstrommotor verhält sich ein Drehstrom-Asynchronmotor im Fehlerfall zugunsten der Sicherheit, indem keine unkontrollierten Bewegungen auftreten.

Die Verwendung einer Gleichstromquelle, insbesondere einer Batterie, zur Speisung des Asynchronmotors, z. B. anstelle eines kraftstoffbetriebenen Stromaggregats, bietet Vorteile beim Einsatz in geschlossenen Räumen und Hallen aufgrund der geringen Geräusche und fehlender Abgase. Die Verwendung eines Wechselrichters zur Umsetzung des Batteriegleichstromes in den für den Motor erforderlichen Wechselstrom bewirkt bei einem Betrieb mit einer Taktfrequenz oberhalb des menschlichen Hörbereichs, daß keine störenden Geräusche wahrnehmbar sind.

Um einer Bedienungsperson noch stärker das Gefühl eines natürlichen Lenkvorgangs zu geben, ist eine Übersetzung des Wegs des Lenkwinkelgebers vorgesehen, die gegebenenfalls abhängig von der Fahrgeschwindigkeit veränderbar ist. Auf diese Weise kann die Lenkung auch feiner dosiert werden, da für einen kleinen Lenkausschlag eine größere Lenkbewegung an dem Lenkwinkelgeber erforderlich gemacht werden kann.

Es gibt verschiedene Arten, den von dem Lenkwinkelgeber zurückgelegten Weg zu erfassen, die darin zu sehen sind, daß z. B. eine Umdrehungszahl, ein Stellweg und dergleichen erfaßt wird. Als sehr vorteilhaft sind dabei anzusehen, ein inkrementeller Encoder (Inkrementalgeber) oder gleichwertige Signale, d. h. pro Winkelgrad oder Weg werden Impulse aufgenommen, deren Zahl der Weglänge äquivalent ist. Ein weiterer Weg ist die Ermittlung einer Analogspannung resultierend von einem Potentiometer oder einer übergeordneten Steuerung (z. B. Induktivführung), d. h. die Stellung z. B. eines Joysticks wird mit einem Potentiometer ermittelt, oder ein Magnetfeld einer im Boden zu Führungszwecken verlegten Schleife wird gesondert aufgespürt, ausgewertet und ein Soll- Wert abgeleitet. Wenn sich die von dem Fahrzeug zurückzulegende Bahn nicht nach lokalen Gegebenheiten richten soll, sondern von einem vorbestimmten und von einer Datenverarbeitungsanlage oder einem Microchip abrufbaren Bahn vorgegeben werden soll, kann der Soll-Wert auch direkt in der Form von digitalen Werten vorgegeben werden, die über eine serielle oder parallele Datenschnittstelle zugeführt werden.

Erfolgt ein ständiger Vergleich des Ist- mit dem Sollwert ist damit ein Sicherheitsmerkmal gegeben mit dem nach festzulegenden Kriterien der Betrieb des Fahrzeugs abgeschaltet werden kann, wenn sich ergibt, daß der Soll-Wert nicht erreicht wird, oder wenn jedenfalls das Risiko besteht, daß dies eintritt. Als Kriterium kann z. B. eine bestimmte Zeitdauer vorgegeben werden, innerhalb der der Soll-Wert zu erreichen ist. Andererseits kann aber auch dann, wenn sich der Ist-Wert von dem Soll-Wert entfernt, anstatt sich ihm zu nähern, eine Unterbrechung des Fahrbetriebs eingeleitet werden. Hierzu könnte ein Relais das den Strom zu einem Antriebsmotor freigibt, unterbrochen werden.

Eine Prioritätsschaltung hat den Vorteil, daß die Bedienungsperson jederzeit in den Regelvorgang eingreifen und diesen beeinflussen, ändern, unterbrechen oder beenden kann. Ein hervorragendes Anwendungsbeispiel ist die Umschaltung auf Geradeausfahrt, wie es z. B. erforderlich ist, wenn das Fahrzeug durch eine Halle, eine Fertigungsgasse, einen Lagergang, einen Tunnel, einen Stollen oder dergleichen fahren muß. In diesem Fall ist mit der vorliegenden Erfindung gewährleistet, daß eine Abweichung von dem ausgewählten Winkelwert, d. h. der Ist-Wert ist Null, nicht stattfindet. Je nach der gewählten Ausführung kann der ursprüngliche Soll-Wert wieder Geltung erfahren oder ein neuer Soll-Wert vorgegeben werden, wenn die Prioritätsschaltung beendet wird.

Mittels einer Begrenzung der Regelgröße, d. h. des Soll-Werts kann ein ansonsten mechanischer Anschlag überflüssig oder nur noch zur Sicherheit verwendet werden. Die Begrenzung wird dabei so gewählt, daß ab einem bestimmten Winkel der Soll-Wert nicht weiter ansteigt, so daß bei der entsprechenden Radstellung der Radträger an einem Chassis oder dergleichen nicht anschlägt.

Können die Grenzwerte unterschiedlich eingestellt werden, ist es z. B. möglich, ausgehend von einer Geradeausfahrt die mögliche Lenkbewegung nach links kleiner oder größer als die Lenkbewegung nach rechts - oder umgekehrt - zu gestalten.

Eine definierte Winkelstellung wird als Grundstellung, d. h. Winkelsollwert ist gleich Null, verwendet, die vorzugsweise der Geradeausfahrt des Fahrzeuges entspricht. Über ein Eingangssignal kann diese Grundstellung unabhängig vom momentanen Winkelsollwert angewählt werden. Dabei wird das Rad so schnell wie möglich in die Grundstellung gefahren. Solange das Eingangssignal aktiv ist, bleibt das Rad in der Grundstellung und der Sollwinkel bleibt unberücksichtigt. Wird der Sollwinkel über ein Lenkrad mit Inkrementalgeber vorgegeben, so wird der Sollwinkel zu Null gesetzt. Wird das Eingangssignal inaktiv, so beginnt die Integration der Inkrementalgeberimpulse zum Sollwinkel ausgehend von der Momentanstellung des Lenkrades bei Null. Die beschriebene Funktion findet Verwendung bei Fahrzeugen, die zeitweise in geführten Gängen fahren. Befindet sich das Fahrzeug innerhalb eines Ganges, muß das Rad in Geradeausfahrt stehen und darf vom Fahrer nicht in seiner Stellung verändert werden. Außerdem kann diese Funktion dazu verwendet werden, um das Rad per Knopfdruck in die Geradeausstellung zu verfahren. Dazu wird vorzugsweise ein Taster benutzt.

Wenn der Schlupf des Asynchronmotors zur Variation dessen Drehmoments verwendet wird, kann auf eine Messung des den Motor speisenden Stroms verzichtet werden und der Motor wird vor Überlastung geschützt.

Wenn der Regelkreis nicht von elektronischen Komponenten gebildet wird, sondern aus einer Verarbeitung von Signalen und Werten in einer Datenverarbeitungsanlage mittels eines Coinputerprogramms besteht, wird ein hohes Maß an Flexibilität gewonnen und die Möglichkeit einer externen Beeinflussung eröffnet. Eine schnelle digitale Regelung sorgt dafür, daß die Verzögerungszeiten so klein gehalten werden, daß das Gefühl einer direkten Lenkung entsteht.

Die Verwendung eines Reluktanzmotors anstelle des Asynchronmotors und einer Regelvorrichtung führt zu den gleichen Vorteilen wie bei der Verwendung eines Asynchronmotors, wobei dann der Ist-Wert-Sensor, der Drehzahlsteller und der Drehmomentsteller entsprechend anzupassen sind.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Lenkvorrichtung in vereinfachter Darstellung mit einem Regelkreis,

Fig. 2 den in Fig. 1 gezeigten Regelkreis in detaillierter Darstellung und

Fig. 3 ein Diagramm über den Drehzahl-Drehmoment- Verlauf eines verwendeten Asynchronmotors.

Nach Fig. 1 setzt sich eine erfindungsgemäße Lenkvorrichtung 10 aus einem Lenkwinkelgeber 12, einem zu lenkenden Rad 14, einer Stromquelle 16, einem Motor 18 und einem Regelkreis 30 zusammen.

Die Lenkvorrichtung 10 kann in beliebigen Arten von nicht dargestellten Fahrzeugen verwendet werden, sofern deren Betriebsbedingungen eine Lenkvorrichtung 10 ohne direkte mechanische Verbindung zulassen; dies trifft insbesondere bei Flurförderzeugen wie Gabelstaplern, Teleskopladern, Tragfahrzeugen in Montagestraßen, Regalentnahmefahrzeugen und dergleichen zu. Solche Fahrzeuge sind gewöhnlich stromgetrieben, was aber nicht bedeutet, daß sie nicht auch von Verbrennungskraftmotoren angetrieben werden können. Bei den Fahrzeugen kann es sich sowohl um solche auf der Erdoberfläche als auch um solche im Untertagbetrieb eingesetzte handeln.

Die Lenkvorrichtung 10 ist größtenteils als eine selbständige Einheit ausgebildet, die als Gesamtheit in das betreffende Fahrzeug installiert wird.

Der Lenkwinkelgeber 12 ist in Fig. 1 in der einfachsten Art, nämlich als Lenkrad dargestellt; dieses steht jedoch stellvertretend für eine Vielzahl möglicher Lenkwinkelgeber 12. So kann statt dessen auch die Deichsel eines Deichselfahrzeugs, eine Induktivführung einer übergeordneten Steuerung, ein Joystick, ein CAN-Bus einer übergeordneten Steuerung und dergleichen verwendet werden. Wesentlich ist dabei lediglich, daß der Lenkwinkelgeber 12 ein Signal zur Bildung eines Soll-Wertes abgibt, das aus einem Weg abgeleitet wurde.

Das zu lenkende Rad 14 kann als einzelnes Rad, oder als Radpaar an einer Achse verwendet werden. Ein solches Rad 14 ist in bekannter und daher nicht beschriebener Weise in einer parallel zur Fahrbahn gelegenen Ebene um eine Lenkwelle 20 schwenkbar.

Die Stromquelle 16 wird in dem Ausführungsbeispiel von einer Batterie gebildet, die Gleichstrom abgibt. Allerdings sind auch andere Stromquellen denkbar, z. B. hängende Stromkabel, Sonnenkollektoren oder dergleichen. Wesentlich ist eine Stromquelle 16 mit Gleichstrom oder einem anderen in Gleichstrom umwandelbaren Strom. Sinnvollerweise wird diese Stromquelle 16 zugleich für den nicht gezeigten Fahrantrieb des Fahrzeugs benutzt. Allerdings ist weder ein elektrischer noch ein motorischer Fahrantrieb des Fahrzeugs überhaupt Voraussetzung.

Der Motor 18 ist als ein Asynchronmotor ausgebildet. Dieser Motor 18 ist besonders vorteilhaft, weil er mit Drehstrom betrieben wird und keine Kohlenbürsten enthält, die Verschleiß unterliegen.

Die Verbindung des Motors 18 mit dem Rad 14 bzw. dessen Lenkwelle 20 erfolgt über ein Zahnradgetriebe, ein Gestänge, direkt oder - wie dargestellt - über ein Umschlingungsgetriebe 22 mit einer Antriebsscheibe 24, einer Abtriebsscheibe 26 und einem Zugmittel 28, nämlich eine Kette. Da der Betrieb eines elektrischen Motors 18 einfacher und genauer erfolgt, wenn er mehrere Umdrehungen machen kann anstatt Bruchteile einer Umdrehung, ist es vorteilhaft, wenn die Durchmesser der Antriebs- und der Abtriebsscheibe 24, 26 so gewählt werden, daß sich eine Untersetzung ergibt von dem Motor 18 zu dem Rad 14 und/oder endseitig an dem Motor 18 ein Getriebe vorgesehen wird.

Der Regelkreis 30 setzt sich bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1 und 2 im wesentlichen aus einem Soll-Wert-Sensor 32, einem Ist-Wert-Sensor 34, einem Lageregler 36 und einem Wechselrichter 38 zusammen. Daneben - dies ist jedoch nicht zwingend, sondern nur vorteilhaft und komfortabler - sind ein Drehzahlregler 40 und ein Drehmomentsteller 42, sowie Integrationsglieder und Multiplizierglieder vorhanden, auf die später im einzelnen eingegangen wird. Der Betrieb des Regelkreises 30 kann mittels elektronischer Komponenten, Microchips oder einem Computerprogramm durchgeführt werden.

Der Soll-Wert-Sensor 32 ist in dem Ausführungsbeispiel als Inkrementalgeber, der auch als inkrementeller Encoder bezeichnet wird, ausgebildet. Aufgrund seiner Verbindung mit dem Lenkwinkelgeber 12 - dem Lenkrad - gibt dieser entsprechend dem Stellweg Impulse ab. Diese Impulse werden zu einem Winkel-Soll-Wert aufintegriert. Über eine Integrationskonstante für ein Übersetzungsverhältnis läßt sich das Verhältnis zwischen Lenkradwinkel und Radwinkel bestimmen.

Als Soll-Wert-Sensor 32 kommt aber auch ein solcher in Frage, der einen Analogwert abgibt. In diesem Fall ist der Sollwinkel analog zu einer Eingangsspannung. Die Spannung kann mit Hilfe eines Potentiometers verändert werden oder direkt von einer übergeordneten Steuerung, z. B. einer Induktivführung übermittelt werden. Ein Sollwertpotentiometer kann z. B. in einem Deichselfahrzeug zum Einsatz kommen. Auch eine Lenkung über Joystick ist dadurch möglich.

Ein Lenkwinkel-Sollwert kann auch über eine parallele oder serielle Datenschnittstelle, wie z. B. einem CAN-Bus von einer übergeordneten Steuerung oder einem Sollwertsensor übermittelt werden.

Der Ist-Wert-Sensor 34 befindet sich an dem Motor 18, und zwar an dessen Rotor und dient der Erfassung der Drehzahl und des Drehwinkels des Rotors des Motors 18. Bei besonderen Sicherheitsvorschriften kann auch ein zweiter Ist-Wert-Sensor auf der Lenkwelle 20 des Rades 14 verwendet werden. Auch in diesem Fall kann sowohl ein Inkrementalgeber oder ein Potentiometer verwendet werden. Dieser Ist-Wert-Sensor 34 stellt jedenfalls den von dem Motor 18 bewirkten Stellweg fest.

Der Lageregler 36 verarbeitet die von dem Soll-Wert- und Ist- Wert-Sensor 32 und 34 erstellten Signale und leitet eine Stellbewegung ein oder, wenn das Differenzsignal gleich Null ist, verhindert eine weitere Bewegung. Der Lageregler 36 sorgt dafür, daß die absolute Stellung des Rades 14 stets dem Lenkwinkel-Soll-Wert entspricht. Aus der Differenz zwischen Soll- und Ist-Wert wird eine Drehzahl berechnet, die dem gegebenenfalls vorhandenen unterlagerten Drehzahlregler 40 als Soll-Wert zugeführt wird.

Der Wechselrichter 38 erzeugt den für den Betrieb des Motors 18 benötigten Wechselstrom aus dem Batteriestrom.

Der Drehzahlregler 40 berechnet aus Ist- und Solldrehzahl ein benötigtes Drehmoment, das er an den Drehmomentsteller 42 gibt und so für die nötige Radbewegung sorgt. Stimmen Soll- und Ist-Wert des Lenkwinkels überein, erhält der Drehzahlregler 40 den Sollwert Null und das Rad 14 steht somit in einem festen Winkel.

Der Drehmomentsteller 42 sorgt für den Aufbau eines entsprechend hohen Drehmoments des Motors 18, so daß dessen Rotor in Bewegung gerät. Das Drehmoment wird zu Null wenn keine Drehung gewünscht ist, also der Ist-Lenkwinkel dem Soll- Lenkwinkel entspricht. Treten äußere Kräfte auf, die versuchen das Rad 14 zu drehen, so gibt der Drehzahlregler 40 ein entsprechendes Drehmoment vor und der Drehmomentsteller 42 sorgt für den Aufbau eines entsprechenden Gegendrehmomentes im Motor 18 und der Lenkwinkel wird konstant gehalten. Als Besonderheit des Drehmomentstellers 42 ist zu erwähnen, daß er ohne die Messung der Motorströme auskommt. Das Grundprinzip entspricht einem Schlupfregler, wie es nachfolgend beschrieben ist.

Fig. 3 zeigt den typischen Verlauf eines Drehzahl- bzw. Frequenz-Drehmomentverlaufs eines Asynchronmotors mit einem linearen Bereich 44, der für Regelzwecke hinreichend genau bestimmbar ist.

Sorgt man dafür, daß sich der Arbeitspunkt des Motors 18 immer im linearen Teil der Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie befindet - siehe Fig. 3 -, so verhält sich das Drehmoment und der Strom proportional zur Schlupffrequenz. Beim Betrieb des Motors 18 mit einer festen Frequenz stellt sich deshalb ein Schlupf in Abhängigkeit zum abverlangten Drehmoment ein. Bei der verwendeten Schlupfregelung hingegen läßt man den Schlupf nicht frei einstellen, sondern er wird gezielt vom Drehmomentsteller 42 eingeprägt. Die Linearität zwischen Schlupf und Drehmoment wird durch geeignete Wahl der Motorspannung erreicht. Aus dem geforderten Drehmoment wird also eine Schlupffrequenz und eine Spannung für den Motor 18 berechnet. Die Addition der gemessenen Rotorfrequenz und der berechneten Schlupffrequenz liefert die Statorfrequenz, die dann von dem Wechselrichter 38 erzeugt wird. Durch die Begrenzung der Schlupffrequenz wird der Wechselrichter 38 und der Motor 18 vor Überlastung geschützt. Auf diese Weise kann man dem Motor 18 über den gesamten Drehzahlbereich von Stillstand bis zur Nenndrehzahl volles Drehmoment abverlangen. Im unteren Drehzahlbereich ist eine kurzzeitige Überhöhung des Drehmomentes bis etwa zum dreifachen Nennmoment möglich.

Es wird nochmals auf Fig. 2 verwiesen, der die Regelkette schematisch zeigt.

In der Figur links beginnend befindet sich der Lenkwinkelgeber 12, dem der Ist-Wert-Sensor 32, ein Integrator 46 und ein Verstärkungsglied 48 folgt, das über ein erstes Summierglied 50 zu dem Lageregler 36 führt. Dem Lageregler 36 schließt sich nach einem zweiten Summierglied 52 der Drehzahlregler 40 an, in dem ausgehend von einer noch bestehenden Soll-Ist-Wert- Differenz eine bestimmte Drehzahl berechnet wird, die erforderlich ist, um den angestrebten Lenkwinkel zu erreichen. Dem Drehzahlregler 40, in dem das Drehmoment errechnet wird, das erforderlich ist, um den Rotor des Motors 18 zu der entsprechenden Drehung zu veranlassen, ist der Drehmomentsteller 42 nachgeordnet, der die Spannung und Frequenz zum Betrieb des Motors 12 berechnet, um das gewünschte Drehmoment zu erzeugen. Dem Drehmomentsteller 42 wird über einen Seitenzweig 54 die aktuelle Drehzahl des Rotors mitgeteilt. Der Drehmomentsteller 42 gibt dem Wechselrichter 38 die entsprechende Drehzahl -f- und die Spannung -U- auf, die dieser an dem Motor 18 erreichen bzw. anlegen soll. Der Wechselrichter 38 schließlich wandelt den Gleichstrom aus der Stromquelle 16 entsprechend um und gibt ihn als Drehstrom an den Motor 18. Die Bewegung des Rotors des Motors 18 wird von dem Ist-Wert-Sensor 34 ermittelt und über einen zweiten Integrator 56 sowohl dem Drehmomentsteller 42, wie über ein zweites Verstärkungsglied 58 einem zweiten Seitenzweig 60 für das zweite Summierglied 52 zugeführt. Die Stellbewegung wird aber auch über einen dritten Integrator 62 dem ersten Summierglied 50 zugeleitet, damit dieses den Ist- mit dem Soll-Wert vergleichen kann.

Nach alledem ergibt sich, daß der digitale Regelkreis 30 aus einer Kaskadierung des Lagereglers 36, Drehzahlreglers 40 und des Drehmomentstellers 42 besteht, die auf den Wechselrichter 38 wirken, der zum Betrieb des Motors 18 führt.

Zusätzlich zu der bisher behandelten Funktion der Lenkwinkelregelung ergeben sich folgende Sonderfunktionen der Lenkvorrichtung 10.

Lenkwinkelbegrenzung

Die erfindungsgemäße Lenkvorrichtung 10 bietet die Möglichkeit, die Lenkbewegung des Rades 14 über die Regelung des Lenkwinkels einzuschränken. Ausgehend von einer definierten Mittelstellung, meist Geradeausstellung, lassen sich die Begrenzungswinkel für linke und rechte Radbewegung unabhängig voneinander einstellen. Es werden daher keine mechanischen Anschläge benötigt, bzw. vorhandene mechanische Anschläge werden geschont, indem die elektrischen Begrenzungen wenige Winkelgrade vor den mechanischen Anschlägen eingestellt werden. Wird der Lenkwinkel durch die Regelung begrenzt, d. h. ansonsten überschritten, so wird dies durch ein Ausgangssignal angezeigt.

Geradeausfahrt

Eine definierte Winkelstellung wird als Grundstellung, d. h. Winkelsollwert ist Null, verwendet, die vorzugsweise der Geradeausfahrt des Fahrzeuges entspricht. Über ein Eingangssignal kann diese Grundstellung unabhängig vom momentanen Winkelsollwert angewählt werden und erhält die Priorität über die gerade durchgeführte Regelung. Dabei wird das Rad 14 so schnell wie möglich in die Grundstellung gefahren. Solange dieses überlagerte Prioritätssignal aktiv ist, bleibt das Rad 14 in der Grundstellung und der Sollwinkel bleibt unberücksichtigt. Wird der Sollwinkel über einen als Lenkrad ausgebildeten Lenkwinkelgeber 12 mit Inkrementalgeber als Soll-Wert-Sensor 32 vorgegeben, so wird der Sollwinkel zu Null gesetzt. Wird dieses Priorität-Eingangssignal inaktiv, so beginnt die Integration der Inkrementalgeberimpulse zum Sollwinkel ausgehend von der Momentanstellung des Lenkwinkelgebers 12 bei Null. Die beschriebene Funktion findet Verwendung bei Fahrzeugen, die zeitweise in geführten Gängen fahren. Befindet sich das Fahrzeug innerhalb eines Ganges, muß das Rad 14 in Geradeausfahrt stehen und darf vom Fahrer nicht gelenkt werden. Außerdem kann diese Funktion dazu verwendet werden, das Rad 14 per Knopfdruck in die Geradeausstellung zu verfahren. Dazu wird vorzugsweise ein nicht gezeigter Taster benutzt.

Überwachung

Um eine erhöhte Fahrsicherheit zu gewährleisten, findet eine ständige Überwachung der Lenkvorrichtung 10 statt. Tritt ein Fehler auf, so wird ein nicht gezeigtes Relais geöffnet, das den Fahrantrieb abschaltet und eine Bremse für die Räder 14 einfallen läßt. Weitere Überwachungen werden von dem Regelkreis 30 durchgeführt. Der beschriebene Lageregler 36 vergleicht ständig den Ist-Winkel des Rades 14 mit dem Soll- Winkel. Im Normalbetrieb werden Abweichungen sehr schnell ausgeregelt, so daß nur ein zeitweise geringer Schleppfehler (Abweichung von Soll- und Ist-Winkel) auftritt. Ein großer oder langanhaltender Schleppfehler kann nur dann auftreten, wenn eine Störung im System vorliegt. Durch die Überwachung des Schleppfehlers kann die gesamte Funktionskette Regelkreis 30, Wechselrichter 38, Motor 18 und Ist-Wert-Sensor 34 überwacht werden. Jeder mögliche Fehler in dieser Funktionskette führt zu einem Schleppfehler und zum Ansprechen der Überwachung. Nur der Lenkwinkelgeber 12 und/oder der Soll- Wert-Sensor 32 bedarf unter Umständen einer zusätzlichen Überwachung.

Zur Erfassung der absoluten Radstellung ist an der Lenkwelle 20 oder an dem Getriebe zwischen dem Motor 18 und der Lenkwelle 20 oder an dem Motor 18 selbst ein nicht gezeigtes Potentiometer angebracht, dessen Ausgangsspannung dem Regelkreis 30 zugeführt wird. Beim Einschalten der Regelung wird die aktuelle Radstellung ermittelt und zur Vorbesetzung des Winkel-Ist-Wertes benutzt. Zur Regelung des Winkels wird dann der Ist-Wert durch Integration der Inkrementalgebersignale des Ist-Wert-Sensors 34 ermittelt, da dadurch eine bessere Auflösung erzielt werden kann. Da über das Potentiometer ebenfalls der Winkel-Ist-Wert ermittelt werden kann, liegt hier eine Redundanz vor, die zu einer weiteren Überwachung genutzt wird.

Claims (13)

1. Lenkvorrichtung (10) für ein Fahrzeug, insbesondere eines Flurförderzeuges, mit einem Lenkwinkelgeber (12) und wenigstens einem zu lenkenden Rad (14), das in Abhängigkeit von der Stellung des Lenkwinkelgebers (12) verstellbar ist, mit einem Soll-Wert-Sensor (32) zur Bildung eines Soll-Wertes aus der Stellbewegung an dem Lenkwinkelgeber (12), einem Ist-Wert-Sensor (34) zur Bildung eines Ist-Wertes aus der Bewegung auf das Rad (14), mit einem Regelkreis (30) zur Lieferung eines Stellsignals und mit einem als Drehstrom-Asynchronmotor ausgebildeten Motor (18) zur Verstellung des Rades (14) abhängig von dem Stellsignal.

2. Lenkvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Motor (18) aus einer Gleichstrom liefernden Stromquelle (16), insbesondere einer Batterie, gespeist wird und der Drehstrom mittels eines Wechselrichters (38) erzeugt wird.

3. Lenkvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei zur Bildung des Ist-Werts die Stellbewegung des Lenkwinkelgebers (12) mittels eines insbesondere variablen Übersetzungsfaktors veränderbar ist.

4. Lenkvorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, wobei der Sollwinkel des Rades (14):

• a) mittels eines inkrementellen Encoders (Inkrementalgeber) oder gleichwertiger Signale,
• b) mittels einer Analogspannung, resultierend von einem Potentiometer oder einer übergeordneten Steuerung, insbesondere einer Induktivführung, oder
• c) mittels einer digitalen seriellen oder parallelen Datenschnittstelle

ermittelbar ist.

5. Lenkvorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, mit einem ständigen Vergleich des Soll-Werts mit dem Ist-Wert der Lenkgröße.

6. Lenkvorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, mit einer Prioritätsschaltung zur Einstellung eines vorgebbaren Radwinkels, insbesondere zur Geradeausfahrt.

7. Lenkvorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, mit einem Begrenzungsglied zur Begrenzung der Aufnahme oder Verarbeitung von Soll-Werten.

8. Lenkvorrichtung nach Anspruch 7, wobei in dem Begrenzungsglied unterschiedliche Grenzen einstellbar sind.

9. Lenkvorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, mit einer Regelung des Schlupfes des Motors 18 zur Variation dessen Drehmoments.

10. Lenkvorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, wobei der Regelkreis (30) digital betrieben wird und programmierbar ist.

11. Lenkvorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche mit einem Zeitglied zur Festlegung einer maximalen Zeitdauer zur Erreichung des Soll-Wertes.

12. Lenkvorrichtung (10) für ein Fahrzeug, insbesondere eines Flurförderzeuges, mit einem Lenkwinkelgeber (12) und wenigstens einem zu lenkenden Rad (14), das in Abhängigkeit von der Stellung des Lenkwinkelgebers (12) verstellbar ist, mit einem Soll-Wert-Sensor (32) zur Bildung eines Soll-Wertes aus der Stellbewegung an dem Lenkwinkelgeber (12), einem Ist-Wert-Sensor (34) zur Bildung eines Ist-Wertes aus der Bewegung auf das Rad (14), mit einem Regelkreis (30) zur Lieferung eines Stellsignals und mit einem als Reluktanzmotor ausgebildeten Motor (18) zur Verstellung des Rades (14) abhängig von dem Stellsignal.