DE19714786C1 - Lenkeinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Lenkeinrichtung mit einem Lenkwinkelgeber, einem Lenkantrieb, mindestens einem vom Lenkantrieb angetriebenen Rad, einer Sensoreinrich­ tung zur Ermittlung der Winkelstellung des Rades und einer Steuereinrichtung, wobei die Sensoreinrichtung eine erste Erfassungseinrichtung, die das Ausmaß einer Bewegung des Lenkantriebs relativ zu einer Ausgangspo­ sition ermittelt und die in den Lenkantrieb integriert ist, aufweist.

Derartige Lenkeinrichtungen werden vielfach dann benö­ tigt, wenn keine mechanische Verbindung zwischen dem gelenkten Rad und dem Lenkwinkelgeber, beispielsweise einem Lenkhandrad, vorhanden ist. In diesem Fall gibt der Fahrer über den Lenkwinkelgeber den gewünschten Lenkeinschlag des Rades oder der Räder vor. Der Lenk­ antrieb bewegt dann das Rad in die gewünschte Position. Wenn ein dreirädriges Fahrzeug verwendet wird, wie es beispielsweise bei Gabelstaplern vielfach der Fall ist, dann ist ein Rad gelenkt. Wenn vier- oder mehrrädrige Fahrzeuge verwendet werden, dann sind in der Regel zwei Räder paarweise gelenkt. Um die Erläuterung zu verein­ fachen, soll im folgenden aber immer nur von einem ge­ lenkten Rad die Rede sein.

Damit die Lenkeinrichtung überprüfen kann, ob das ge­ lenkte Rad die gewünschte Winkelstellung eingenommen hat, wird diese Winkelstellung mit Hilfe eines Sensors überwacht. Die Winkelstellung wird dann an die Steuer­ einrichtung zurückgemeldet, die den so ermittelten Ist- Wert mit dem vorgegebenen Soll-Wert vergleicht und das Rad, falls nötig, neu positioniert.

Bei einer derartigen Lenkeinrichtung ist es allerdings von Nachteil, daß der Sensor dicht an dem gelenkten Rad angebracht sein muß, um die Position bestimmen zu kön­ nen. Je weiter der Sensor von dem gelenkten Rad ent­ fernt ist, d. h. je weiter die Geber- und Empfängerteile des Sensors voneinander entfernt sind, desto größer werden die Ungenauigkeiten und damit die Fehler bei der Bestimmung des Lenkwinkels. Man muß daher genauer ar­ beitende Sensoren verwenden, was die Lenkeinrichtung verteuert. Darüber hinaus ist vielfach eine komplizier­ te Leitungsführung erforderlich, weil die Steuerein­ richtung und der Sensor oder der Lenkantrieb größere Entfernungen zwischen sich aufweisen. Die größere Ent­ fernung mit den dazu gehörigen Übertragungsleitungen vergrößert nicht nur den Montageaufwand. Sie ist auch eine Quelle für Fehler, da die längeren Leitungswege leichter unterbrochen werden können.

DE 43 03 342 A1 zeigt eine Lenkeinrichtung der eingangs genannten Art. Jedes Rad weist einen Elektromotor als Lenkmotor auf. Hierbei ist vorgesehen, daß in jedem Elektromotor ein Impulsgeber angeordnet ist, der pro Umdrehung des Elektromotors Impulse an die Steuerein­ richtung über eine Leitung abgeben kann.

Am Rad ist ferner ein Istwertgeber vorgesehen, der über eine Leitung den Ist-Winkel des Rades an die Steuerein­ richtung zurückmeldet. Dieser Istwertgeber kann als In­ krementalgeber, als Impulsgeber oder als Potentiometer ausgebildet sein.

DE 42 07 719 A1 zeigt eine Fremdkraft-Lenkanlage für Kraftfahrzeuge, bei der zur Erhöhung der Zuverlässig­ keit zwei Sensoren an der Lenkspindel vorhanden sein sollen. Hierbei kann ein Sensor als Grobsensor und der andere Sensor als Feinsensor ausgebildet sein. Ein Sen­ sor, der den Ist-Einschlag des gelenkten Rades ermit­ telt, ist am Gestänge des gelenkten Rades angeordnet. Es ist nicht erkennbar, daß dieser Sensor zweiteilig ausgebildet ist und zum einen einen Inkrementalgeber, der eine Bewegung relativ zu einer Ausgangsposition ermittelt, und andererseits einen Referenzgeber für eine bestimmte Position bein­ haltet.

DE 195 11 301 A1 zeigt ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zur Justierung eines Potentiometers in einer elek­ trischen Lenkvorrichtung für ein Flurförderfahrzeug. Hier ist ein Lenkwinkelpotentiometer über eine Rutsch­ kupplung mit dem gleichen Getriebe verbunden, das auch den Drehschemel des gelenkten Rades antreibt. Das Po­ tentiometer hat den gleichen Schwenkbereich wie der Drehschemel. Die Bewegung des Drehschemels ist durch zwei Anschläge begrenzt. Man kann nun den Drehschemel jeweils bis zu den Anschlägen fahren, wobei sich das Potentiometer entsprechend verschiebt. Wenn beide An­ schläge angefahren worden sind, hat das Potentiometer seine Endstellung eingenommen. Falls das Potentiometer vorher an seinen Anschlag kommt, wird ein weiterer An­ trieb über die Rutschkupplung verhindert.

DE 40 12 880 A1 zeigt eine Hilfslenkeinrichtung für Kraftfahrzeuge, die im Bereich des Lenkantriebs ledig­ lich einen Impulszähler aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Lenkein­ richtung einfacher auszugestalten.

Diese Aufgabe wird bei einer Lenkeinrichtung der ein­ gangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Sensorein­ richtung neben der ersten Erfassungseinrichtung, die das Aus­ maß einer Bewegung des Lenkantriebs relativ zu einer Ausgangsposition ermittelt und die in den Lenkantrieb integriert ist, eine zweite Erfassungseinrichtung aufweist, die für mindestens eine Position des Lenkan­ triebs ein Referenzsignal erzeugt.

Die Sensoreinrichtung wird also aufgeteilt in zwei Funktionseinheiten. Die eine Funktionseinheit, nämlich die erste Erfassungseinrichtung, ermittelt die Relativ­ bewegung, die der Lenkantrieb durchführt, wenn er das Rad bewegt. Eine Relativbewegung ist aber vielfach ein­ facher zu bestimmen als die absolute Position. Die er­ ste Erfassungseinrichtung kann also zum einen einfacher aufgebaut werden. Sie kann aber zum anderen auch in den Lenkantrieb integriert werden, so daß die Leitungswege kurz sind. Dies vereinfacht die Montage und die War­ tung. Allerdings benötigt die Sensoreinrichtung eine Information darüber, von welchem Startpunkt aus die Lenkbewegung zu rechnen ist, damit eine Zuordnung zwi­ schen der absoluten Position des gelenkten Rades und dem vom Lenkwinkelgeber ausgegebenen Steuerbefehl mög­ lich ist. Hierbei reicht es aus, die absolute Position des gelenkten Rades für einen einzigen Zustand zu be­ stimmen. Natürlich können auch mehrere derartiger Posi­ tionen bestimmt werden. Wenn nun lediglich eine oder wenige Positionen genau erfaßt werden müssen, dann läßt sich dies auf einfache Art und Weise bewerkstelligen. Aus der Kombination von Relativbewegung und absoluter Position läßt sich dann fortlaufend die genaue Winkel­ stellung des gelenkten Rades ermitteln.

Hierbei ist es von Vorteil, wenn die zweite Erfassungs­ einrichtung einen Geber, der an einem Übertragungsele­ ment des Lenkantriebs angeordnet ist, und einen mit dem Geber zusammenwirkenden Detektor aufweist. Wenn der Geber an dem Detektor vorbeiläuft, dann kann der Detek­ tor das erforderliche Referenzsignal erzeugen. Da der Detektor nur dann dieses Signal erzeugt, wenn der Geber an ihm vorbeiläuft oder eine entsprechende Position ihm gegenüber einnimmt, läßt sich mit relativ wenig Aufwand eine präzise Bestimmung der Position des gelenkten Ra­ des in diesem Augenblick vornehmen. Das Übertragungs­ element ist zwischen dem Lenkantrieb und dem gelenkten Rad angeordnet. Man kann also den Detektor relativ nahe am Lenkantrieb oder sogar direkt am Lenkantrieb posi­ tionieren, so daß auch hier keine längeren Leitungswege erforderlich sind. Natürlich kann der Detektor auch ganz in den Lenkantrieb integriert werden.

Vorzugsweise ist das Übertragungselement als Kette, Zahnriemen oder Zahnrad ausgebildet. Man muß den Geber also lediglich an der Kette, dem Zahnriemen oder dem Zahnrad befestigen, um in den gewünschten Positionen des gelenkten Rades das Referenzsignal zu erzeugen. Der Geber kann beispielsweise als Magnet ausgebildet sein, der mit einem Reed-Relais zusammenwirkt. Der Geber kann auch eine Nocke sein, die einen Schalter betätigt. Denkbar sind auch Lichtschrankenkonstruktionen oder andere Kombinationen von Elementen, die in einer be­ stimmten Position der Kette, des Riemens oder des Zahn­ rades eine Veränderung der Umgebung des Detektors so bewirken, daß dieser das Referenzsignal erzeugt. Zwi­ schen der Kette bzw. dem Zahnriemen oder dem Zahnrad und der Winkelposition des gelenkten Rades besteht ein eindeutiger Zusammenhang, d. h. jeder Position des ge­ lenkten Rades stimmt mit genau einer Position der Ket­ te, des Zahnriemens oder des Zahnrades und damit des Gebers überein. Auf diese Weise ist eine zuverlässige Aussage über die Winkelstellung des gelenkten Rades möglich.

Mit Vorteil weist der Lenkantrieb einen Rotationsmotor auf und die erste Erfassungseinrichtung ermittelt einen Drehwinkel des Motors. Dies ist eine relativ einfache Vorgehensweise. Der Drehwinkel des Motors, genauer ge­ sagt der Drehwinkel des Rotors im Motor, läßt sich mit bekannten Verfahren und Bauteilen leicht ermitteln.

Hierbei ist besonders bevorzugt, daß die erste Erfas­ sungeinrichtung die Anzahl von Umdrehungen des Motors ermittelt. Eine feinere Auflösung ist vielfach nicht notwendig. Die Anzahl der Umdrehungen des Rotors läßt sich durch einfaches Abzählen feststellen.

Hierbei ist besonders bevorzugt, daß der Lenkantrieb ein Übersetzungsgetriebe aufweist und die Sensorein­ richtung eine Recheneinrichtung aufweist, die die An­ zahl der Motorumdrehungen mit einem vom Übersetzungs­ verhältnis des Getriebes abhängigen Werts multipli­ ziert. Ein Übersetzungsgetriebe ist in den meisten Fäl­ len vorhanden, damit der Motor mit einem geringeren Moment dimensioniert werden kann. Dafür muß der Motor, um das Rad zu lenken, eine größere Anzahl von Umdrehun­ gen durchführen. Diese Kombination ergänzt sich nun vorteilhaft zu der Tatsache, daß man die Anzahl der Umdrehungen des Motors zählt. Mit Hilfe des Überset­ zungsgetriebes ergibt sich dann eine Auflösung, die fein genug ist, um die Winkelposition des gelenkten Rades mit der notwendigen Genauigkeiten bestimmen zu können. Das Übersetzungsverhältnis ist dann bekannt. Man weiß, daß einer Umdrehung des Motors eine vorbe­ stimmte Winkeländerung des gelenkten Rades entspricht. Dies kann man durch eine Multiplikation in der Steuer­ einheit auch auswerten.

Vorzugsweise weist die erste Erfassungseinrichtung ei­ nen in einem Motorlager eingebauten Sensor auf. Derar­ tige im Motorlager eingebaute Sensoren werden bei­ spielsweise von der Firma SKF hergestellt. Die Integra­ tion des Sensors im Motorlager spart Bauraum und hält die Leitungswege kurz.

In einer alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung kann der Motor als von einem Frequenzumrichter gespei­ ster Wechsel- oder Drehstrommotor ausgebildet sein, wobei die erste Erfassungseinrichtung die Speisespan­ nung des Motors auswertet. Bei derartigen Motoren kann man die Zahl der elektrischen Perioden direkt umrechnen in die Zahl der Umdrehungen des Motors. Bei einem zwei­ poligen Motor entspricht die Zahl der Perioden der An­ zahl der Umdrehungen. Bei mehrpoligen Maschinen muß man die Perioden durch die Anzahl der Polpaare dividieren, um die Umdrehungsanzahl des Rotors zu ermitteln. Auf diese Weise vermeidet man einen zusätzlichen Sensor. Die Information über die elektrische Spannung des Mo­ tors steht ohnehin zur Verfügung. Dies kann auf elek­ trische Weise ausgewertet werden, so daß die Lenkein­ richtung relativ einfach und damit kostengünstig aufge­ baut werden kann. Es können aber auch Gleichstrom-, ge­ schaltete Reluktanz-, Schritt- oder Permanentmotoren verwendet werden, wenn ihre Speisespannung die entspre­ chenden Impulse enthält.

Vorteilhafterweise zählt die erste Erfassungseinrich­ tung hierbei Impulse, die der Frequenzumrichter an den Motor abgibt. Die erste Erfassungseinrichtung muß also nicht mehr dem gesamten Spannungsverlauf verfolgen. Es reicht aus, wenn sie beispielsweise zählt, wie oft die Speisespannung einen bestimmten Schwellwert überschrei­ tet. In vielen Fällen gibt der Frequenzumrichter ohne­ hin keine rein sinusförmige Spannung mehr an den Motor ab, sondern speist den Motor mit einer impulsartig aus­ gebildeten Speisespannung, so daß eine zusätzliche Im­ pulsformung entfallen kann.

Mit Vorteil weist die Steuereinrichtung ein von der Betätigungsgeschwindigkeit des Lenkwinkelgebers abhän­ giges Übertragungsverhalten auf. Dadurch, daß man nun den Lenkwinkelgeber und das gelenkte Rad entkoppelt hat, kann man Lenkphilosophien verfolgen, die nicht mehr einen eindeutigen Zusammenhang zwischen der Stel­ lung des Lenkwinkelgebers, d. h. dem vorgegebenen Soll- Wert, und dem Ist-Wert des gelenkten Rades entspricht, sonderen anderen Gesetzmäßigkeiten folgt. Beispielswei­ se kann man bei einer langsamen Bewegung des Lenkwin­ kelgebers eine große Auflösung realisieren, d. h. eine langsame Bewegung des gelenkten Rades, wobei die ge­ wünschte Winkelstellung mit hoher Genauigkeit eingenom­ men wird. Bei einer schnellen Bewegung des Lenkwinkel­ gebers wird hingegen eine entsprechend schnelle Bewe­ gung des gelenkten Rades realisiert, wobei die endgül­ tige Position mit einer geringeren Genauigkeit einge­ nommen wird.

Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Steuereinrich­ tung ein von der Fahrgeschwindigkeit des gelenkten Fahrzeugs abhängiges Übertragungsverhalten aufweisen. Bei einer langsamen Fahrgeschwindigkeit sind dann bei­ spielsweise andere Ausschläge des Lenkwinkelgebers not­ wendig, um die gewünschte Richtungsänderung zu bewir­ ken.

Mit besonderem Vorteil weist die Steuereinrichtung eine Geradeaus-Funktion auf. Hierbei kann der Bediener ein Kommando geben, beispielsweise einen Knopf drücken, woraufhin die Steuereinrichtung den Lenkantrieb solange bewegt, bis das gelenkte Rad in einer Geradeaus-Fahr­ stellung ist. Eine derartige Stellung läßt sich ohne derartige Hilfsmittel vielfach nur von sehr geübten Fahrern erreichen. Mit der zusätzlichen Funktion wird das Fahrzeug auch von ungeübten Fahrern besser handhab­ bar.

Mit Vorteil weist der Lenkwinkelgeber einen Rückstell­ antrieb auf. Damit wird beispielsweise bei Verwendung eines Lenkhandrades ein Selbstrichten des Lenkhandrades möglich, wie man es von einem PKW gewöhnt ist, bei dem sich das Lenkhandrad auch wieder in die Neutralstellung zurückdreht, wenn man es losläßt. In einem PKW werden die Rückstellkräfte allerdings über die Räder ausgeübt, die mit dem Lenkhandrad auf die ein oder andere Weise mechanisch verbunden sind. Wenn die Verbindung fehlt, dann kann das Rückstellen normalerweise nicht erfolgen. Der Rückstellantrieb erhöht also auf einfache Weise den Bedienungskomfort.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist vor­ gesehen, daß die Steuereinrichtung eine Endanschlags­ überwachungseinrichtung, die die Endpositionen des ge­ lenkten Rades ermittelt, und einen Begrenzer aufweist, der die Bewegungen des Rades auf einen vorbestimmten Winkelbereich begrenzt, der mit Abstand zu den Endposi­ tionen endet. Wenn im Betrieb das Rad soweit ausgelenkt wird, daß es an einen mechanischen Anschlag stößt, dann erfolgt vielfach ein unangenehmer Schlag auf das Fahr­ zeug. Bei Verwendung der Lenkeinrichtung in einem Ga­ belstapler kann dieser Schlag so stark sein, daß auf Paletten gestapeltes Gut ins Rutschen kommt. Wenn man nun den mechanischen Anschlag, d. h. die Position, an der das gelenkte Rad mit mechanischen Mitteln an einer Weiterbewegung gehindert wird, ermittelt und die Bewe­ gung des Rades so begrenzt, daß dieser Anschlag später nicht mehr erreicht wird, dann vermeidet man diese Schläge und erhöht damit auf einfache Weise den Bedie­ nungskomfort und die Betriebssicherheit des gelenkten Fahrzeugs. Dies ist möglich, obwohl die absolute Posi­ tion des Rades nicht mehr direkt ermittelt wird, son­ dern lediglich die Relativbewegung des Rades im Ver­ hältnis zu einer Ausgangsposition. Hierbei kann, wie oben ausgeführt, jedesmal eine neue Abgleichung der Position erfolgen, wenn die zweite Erfassungseinrich­ tung bei der Bewegung des Lenkantriebs das Referenzsi­ gnal erzeugt.

Hierbei ist besonders bevorzugt, daß die Endanschlags­ überwachungseinrichtung den Motorstrom überwacht. Wenn das gelenkte Rad an den mechanischen Anschlag fährt, dann erhöht sich das vom Motor aufzubringende Moment. Bei elektrischen Motoren ist aber vielfach der vom Mo­ tor benötigte Strom abhängig vom Moment. Wenn der Strom ansteigt, dann ist dies ein Zeichen dafür, daß auch ein höheres Gegenmoment auftritt. Dies ist damit eine rela­ tiv eindeutige Aussage für das Erreichen des mechani­ schen Anschlags. Der Motorstrom kann aber auf relativ einfache Weise überwacht werden.

Mit Vorteil bewegt die Steuereinrichtung auf ein Start­ signal hin oder bei Inbetriebnahme das gelenkte Rad solange, bis die zweite Erfassungseinrichtung ein Er­ fassungsignal ausgibt. Man ist daher nicht mehr darauf angewiesen, daß die Lenkeinrichtung die absolute Posi­ tion, die sie aufgrund der Relativbewegung ausgehend von einer bekannten Position ermittelt, fortwährend speichert, d. h. auch dann, wenn das Fahrzeug außer Be­ trieb gesetzt wird. Vielmehr kann man bei Betriebsbe­ ginn - oder zwischendurch, wenn der Bediener das ent­ sprechende Startsignal erzeugt - einen erneuten Ab­ gleich vornehmen, so daß die notwendigen Informationen zur Verfügung stehen. Natürlich ist nicht auszuschlie­ ßen, daß sich im Laufe des Betriebs eine Abweichung der errechneten Werte von der tatsächlichen Winkelstellung des gelenkten Rades ergibt. Da aber im Betrieb laufend ein Abgleich vorgenommen werden kann, ist die Fehler­ wahrscheinlichkeit relativ gering.

Hierbei ist bevorzugt, daß die Steuereinrichtung das gelenkte Rad in beide Richtungen bis zum Anschlag be­ wegt. Man ist hierbei sicher, daß das Referenzsignal auf jeden Fall erzeugt wird. Darüber hinaus kann man bei dieser Ausgestaltung gleichzeitig die Endpositionen des gelenkten Rades ermitteln und so den Lenkbereich begrenzen.

Vorzugsweise erzeugt die zweite Erfassungseinrichtung das Referenzsignal im Bereich der Geradeausstellung des Rades. Im Betrieb werden sich die meisten Lenkbewegun­ gen des Rades im Bereich der Geradeausstellung ergeben. In dieser Stellung ist dann der Abgleich am häufigsten möglich.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzug­ ten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeich­ nung beschrieben. Hierin zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung einer Lenkeinrichtung.

Eine Lenkeinrichtung 1 weist einen Lenkwinkelgeber 2 auf, der im vorliegenden Fall als Steuerknüppel 3 oder "joy-stick" ausgebildet ist. Er kann aber auch als her­ kömmliches Lenkhandrad ausgebildet sein.

Ferner weist die Lenkeinrichtung 1 einen Lenkantrieb 4 auf, mit dessen Hilfe die Winkelstellung eines schema­ tisch dargestellten gelenkten Rades 5 verändert werden kann. Zwischen dem Lenkwinkelgeber 2 und dem gelenkten Rad besteht im vorliegenden Fall keine mechanische Wirkverbindung.

Der Lenkantrieb weist einen Motor 6 auf, dessen Aus­ gangswelle 7 mit einem Getriebe 8 verbunden ist, das die Drehzahl des Motors 6 übersetzt. Dementsprechend hat eine Ausgangswelle 9 des Getriebes 8 eine wesent­ lich geringere Drehzahl als die Ausgangswelle 7 des Motors 6. Die Ausgangswelle 9 des Getriebes 8 ist mit einem Zahnrad 10 verbunden, das über eine Kette 11 mit einem Zahnrad 12 in Wirkverbindung steht, das wiederum das Rad 5 betätigt. Anstelle einer Kette kann auch ein Zahnriemen oder ein anderes Übertragungsglied verwendet werden, solange sichergestellt ist, daß zu jeder Posi­ tion der Kette 11 eine eindeutige Position des Rades 5, d. h. ein eindeutiger Lenkwinkel, gehört.

Der Motor 6 wird von einer Steuereinrichtung 14 ange­ steuert, die den Motor 6 über eine schematisch darge­ stellte Leitung 13 mit elektrischer Energie versorgt. Der Motor 6 ist dementsprechend als elektrischer Motor ausgebildet. Es handelt sich beispielsweise um einen Wechsel- oder Drehstrommotor. Dementsprechend weist die Steuereinrichtung 14 auch einen Frequenzumrichter auf, der Gleichstrom in einen ein- oder mehrphasigen Wech­ selstrom umwandelt oder die Frequenz eines ein- oder mehrphasigen Wechselstromes in eine andere wandelt.

Die Steuereinrichtung 14 stellt gleichzeitig sicher, daß der Lenkwinkel des Rades 5, d. h. der Ist-Wert, ei­ nem durch den Lenkwinkelgeber 2 vorgegebenen Lenkwin­ kel, dem Soll-Wert, entspricht. Hierzu ist es notwen­ dig, daß die Steuereinrichtung über die aktuelle Posi­ tion des Rades 5 informiert ist. Zu diesem Zweck ist die Steuereinrichtung 14 mit einer Sensoreinrichtung verbunden oder weist diese aus, die nachfolgend näher erläutert werden soll.

Zum einen weist die Sensoreinrichtung eine erste Erfas­ sungseinrichtung auf, die eine Relativbewegung des Ra­ des 5 zwischen zwei Stellungen ermittelt. Diese Ermitt­ lung erfolgt allerdings indirekt, d. h. nicht am Rad 5 selbst, sondern im Lenkantrieb 4. Hierzu ist zum Zwecke der Erläuterung auf der Motorwelle 7 eine Markierung 15 vorgesehen, die von einem Sensor 16 erfaßt werden kann. Jedes Vorbeilaufen der Markierung 15 am Sensor 16 wird an die Steuereinrichtung 14 weitergemeldet, die dement­ sprechend die Anzahl der Motor-Umdrehungen ermitteln kann. Da das Übersetzungsverhältnis des Getriebes 8 und der Zusammenhang zwischen einer Drehung der Ausgangs­ welle 9 des Getriebes 8 und einer Winkeländerung des Rades 5 bekannt ist, läßt sich mit der Information der Markierung 15 eine zuverlässige Aussage darüber gewin­ nen, um welchen Winkel das Rad 5 bei einer entsprechen­ den Bewegung des Motors 6 gedreht worden ist.

Anstelle der dargestellten Kombination aus Markierung 15 und Sensor 16 kann jedoch in einer einfacheren Aus­ führungsform auch vorgesehen sein, daß die Steuerein­ richtung 14 die Impulse zählt, die der Motor 6 erhält. Bei frequenzgesteuerten Elektromotoren ist dies eben­ falls eine eindeutige Information über die durchgeführ­ ten Umdrehungen. Man kann auch einen Sensor verwenden, der im Motorlager eingebaut ist. In allen Fällen ist aber vorgesehen, daß die erste Erfassungseinrichtung im Lenkantrieb 4 vorgesehen und als relative Erfassungs­ einheit ausgebildet ist, so daß keine zusätzlichen ex­ ternen Leitungen erforderlich sind und der Sensor keine genauen Absolutwerte bestimmen muß.

Da die erste Erfassungseinrichtung aber lediglich In­ formationen über eine Relativbewegung des Rades 5 lie­ fern kann, ist eine zusätzliche Information notwendig, mit deren Hilfe auch die tatsächliche, absolute Posi­ tion des Rades 5 bestimmt werden kann. Hierzu ist eine zweite Erfassungseinrichtung vorgesehen, die einen Ge­ ber 17 und einen Detektor 18 aufweist. Der Geber 17 ist hierbei an der Kette 11 befestigt und zwar so, daß er dem Detektor 18 gegenübersteht, wenn das Rad 5 in sei­ ner Neutral- oder Geradeausposition steht. Wenn sich der Geber 17 dem Detektor 18 gegenüber befindet, dann gibt der Detektor 18 ein Referenzsignal an die Steuer­ einrichtung 14, die daraufhin den Lenkantrieb 4 abglei­ chen kann, d. h. die Steuereinrichtung 14 kann dann aus­ gehend von dieser Information mit Hilfe der Informatio­ nen über die Relativbewegung die absolute Position des Rades 5 bestimmen. Hierbei ist es nicht erforderlich, daß der Geber 17 gegenüber dem Detektor 18 verweilt. Dies ist aus praktischen Gründen im Betrieb ohnehin nicht immer möglich. Es reicht aus, wenn jedesmal dann, wenn der Geber 17 am Detektor 18 vorbei läuft, was bei­ spielsweise bei Lenkbewegungen über die Neutralstellung hinaus erfolgt, eine Neueinstellung oder Nachkorrektur des Lenkantriebs 4 erfolgt. Hierdurch lassen sich auch laufend Fehler korrigieren, die durch den Schlupf des Motors 6 entstehen können.

Da im Betrieb des Fahrzeugs davon auszugehen ist, daß die Neutralstellung oder Geradeausfahrstellung das Ra­ des 5 recht häufig durchlaufen wird, erfolgt also ge­ nauso häufig eine Neueinstellung oder ein Abgleich des Lenkantriebs 4, so daß trotz der an und für sich unge­ nügenden Informationen über eine Relativbewegung eine ausreichende Gesamtinformation über die Position des Rades 5 verfügbar ist. Dies alles läßt sich erreichen, ohne daß man Absolutsensoren in der Nähe des Rades 5 verwenden muß. Ausreichend sind vielmehr Sensoren, die praktisch im Lenkantrieb 4 oder am Lenkantrieb 4 unter­ gebracht sein können.

Mit dieser Ausgestaltung lassen sich nun eine Reihe von Funktionen realisieren. Beispielsweise kann der Lenk­ winkelgeber eine Zusatzeinrichtung 19, hier einen Betä­ tigungsknopf aufweisen. Sobald der Fahrer den Betäti­ gungsknopf 19 drückt, stellt die Steuereinrichtung 14 das Rad 5 in Geradeausfahrstellung.

Man kann die Geschwindigkeit, mit der das Rad 5 ausge­ lenkt wird, auch abhängig machen von der Betätigungs­ geschwindigkeit des Lenkwinkelgebers 2. Wird beispiels­ weise der Lenkwinkelgeber langsam betätigt, dann er­ folgt eine entsprechend langsame Auslenkung des Rades 5 mit einer hohen Auflösung, d. h. einer hohen Genauig­ keit. Wird hingegen der Steuerknüppel 3 schnell bewegt, dann erfolgt eine schnellere Auslenkung des Rades 5 mit einer geringeren Auflösung oder Genauigkeit. In glei­ cher Weise kann man die Auslenkungsgeschwindigkeit des Rades 5 von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängig machen.

Darüber hinaus kann man mit der dargestellten Lenkein­ richtung 1 noch folgende Funktionen realisieren: Der Lenkwinkel des Rades 5, d. h. der Winkelbereich, in dem sich das Rad 5 bewegen kann, ist zwangsläufig begrenzt. Das Rad 5 wird bei Auslenkbewegungen nach links und rechts dann an mechanische Anschläge anstoßen. Ein der­ artiges Anstoßen kann im Betrieb störend sein, weil es zu teilweise erheblichen Erschütterungen des Fahrzeuges führt. Dabei kann beispielsweise bei Verwendung der Lenkeinrichtung in einem Gabelstapler Ladung, die auf einer Palette aufgenommen ist, ins Rutschen kommen.

Um dies zu verhindern, wird das gelenkte Rad 5 nach beiden Seiten an den mechanischen Anschlag gefahren und die Steuereinrichtung 14 registriert diese Anschläge. Diese Registrierung kann beispielsweise dadurch erfol­ gen, daß die Steuereinrichtung 14 den Strom überwacht, der dem Motor 6 zugeführt wird. Sobald ein mechanischer Anschlag erreicht wird, steigt dieser Strom nämlich an. Das Anfahren der mechanischen Anschläge kann entweder auf einen Befehl des Fahrers hin erfolgen, automatisch zu Beginn des Betriebes oder auch im Betrieb, wenn man in Kauf nimmt, daß das Anfahren eines jeden Anschlags nur einmal erfolgt. Die Steuereinrichtung 14 "merkt" sich dann die Winkelpositionen der Anschläge und ver­ hindert im künftigen Betrieb, daß das Rad 5 dorthin ausgelenkt wird, d. h. der Winkelbereich, in dem sich das Rad 5 bewegt, hat einen entsprechenden Abstand zu den mechanischen Anschlägen. Da diese Funktion selbst lernend ist, ist eine vorherige Einstellung einer Win­ kelbegrenzung nicht notwendig. Dies vereinfacht die Montage und die Wartung von Fahrzeugen, die mit einer derartigen Lenkeinrichtung ausgerüstet sind.

Claims (18)

1. Lenkeinrichtung mit einem Lenkwinkelgeber, einem Lenkantrieb, mindestens einem vom Lenkantrieb ange­ triebenen Rad, einer Sensoreinrichtung zur Ermitt­ lung der Winkelstellung des Rades und einer Steuer­ einrichtung, wobei die Sensoreinrichtung eine erste Erfassungseinrichtung, die das Ausmaß einer Bewe­ gung des Lenkantriebs relativ zu einer Ausgangspo­ sition ermittelt und die in den Lenkantrieb inte­ griert ist, aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinrichtung eine zweite Erfassungsein­ richtung (17, 18) aufweist, die für mindestens eine Position des Lenkantriebs (4) ein Referenzsignal erzeugt.

2. Lenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zweite Erfassungseinrichtung (17, 18) einen Geber (17), der an einem Übertragungsele­ ment (11) des Lenkantriebs (4) angeordnet ist, und einen mit dem Geber (17) zusammenwirkenden Detektor (18) aufweist.

3. Lenkeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Übertragungselement (11) als Ket­ te, Zahnriemen oder Zahnrad ausgebildet ist.

4. Lenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Lenkantrieb (4) einen Rotationsmotor (6) aufweist und die erste Erfassungseinrichtung (15, 16) einen Drehwinkel des Motors (6) ermittelt.

5. Lenkeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die erste Erfassungeinrichtung (15, 16) die Anzahl von Umdrehungen des Motors (6) er­ mittelt.

6. Lenkeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Lenkantrieb (4) ein Übersetzungs­ getriebe (8) aufweist und die Sensoreinrichtung eine Recheneinrichtung aufweist, die die Anzahl der Motorumdrehungen mit einem vom Übersetzungsverhält­ nis des Getriebes (8) abhängigen Wert multipli­ ziert.

7. Lenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Erfassungs­ einrichtung einen in einem Motorlager eingebauten Sensor aufweist.

8. Lenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor als von einem Frequenzumrichter gespeister Wechsel- oder Dreh­ strommotor ausgebildet ist, wobei die erste Erfas­ sungseinrichtung die Speisespannung des Motors (6) auswertet.

9. Lenkeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die erste Erfassungseinrichtung Im­ pulse zählt, die der Frequenzumrichter an den Motor (6) abgibt.

10. Lenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (14) eins von der Betätigungsgeschwindigkeit des Lenkwinkelgebers (2) abhängiges Übertragungsverhal­ ten aufweist.

11. Lenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung ein von der Fahrgeschwindigkeit des gelenkten Fahrzeugs abhängiges Übertragungsverhalten aufwei­ st.

12. Lenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (14) eine Geradeaus-Funktion aufweist.

13. Lenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Lenkwinkelgeber (2) einen Rückstellantrieb aufweist.

14. Lenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (14) eine Endanschlagsüberwachungseinrichtung, die die Endpositionen des gelenkten Rades (5) ermit­ telt, und einen Begrenzer aufweist, der die Bewe­ gungen des Rades (5) auf einen vorbestimmten Win­ kelbereich begrenzt, der mit Abstand zu den Endpo­ sitionen endet.

15. Lenkeinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Endanschlagsüberwachungseinrich­ tung den Motorstrom überwacht.

16. Lenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (14) auf ein Startsignal hin oder bei Inbetriebnah­ me das gelenkte Rad (5) solange bewegt, bis die zweite Erfassungseinrichtung (17, 18) ein Erfas­ sungsignal ausgibt.

17. Lenkeinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steuereinrichtung das gelenkte Rad (5) in beide Richtungen bis zum Anschlag be­ wegt.

18. Lenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Erfassungs­ einrichtung das Referenzsignal im Bereich der Ge­ radeausstellung des Rades (5) erzeugt.