DE19857048A1

DE19857048A1 - Verfahren zum Vorsehen schneller Lenkungsveränderungen

Info

Publication number: DE19857048A1
Application number: DE1998157048
Authority: DE
Inventors: Ronnie L Satzler
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1997-12-10
Filing date: 1998-12-10
Publication date: 1999-07-15
Also published as: GB9827156D0; GB2332407A; AR017718A1

Description

Technisches Gebiet

Diese Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf die Steuerung in einer Lenkung in einer Maschine und speziel ler auf das Vorsehen einer schnellen Lenkungsreaktion für einen der Lenkungsanordnungen in einer Maschine mit zwei verschiedenen Lenkungsanordnungen.

Stand der Technik

In verschiedenen bekannten Maschinen hat eine Lenkungsan ordnung lenkbare Räder zum Vorsehen einer Hauptlenkung und eine Lenkhilfe wird durch Anwenden unabhängig gesteu erter Bremsen auf der anderen Antriebseinheit, die keine lenkbaren Räder hat, vorgesehen. In anderen Maschinen sind beide Rädersätze lenkbare Räder und beide werden in entgegengesetzte Richtungen gelenkt, um eine schnelle Lenkung oder einen kleinen Wenderadius der Maschine vor zusehen. In Maschinen jedoch, die einen Satz lenkbarer Räder haben, ist es schwieriger, eine scharfe 180° Wen dung vorzunehmen. Diesen Maschinen ist der Wenderadius normalerweise durch einen Maximallenkwinkel gesteuert, der durch die lenkbaren Räder erlaubt ist. Wenn es wün schenswert ist, die Maschine 180° zu wenden, so daß sie einen Rückweg benachbart zum anfänglichen Weg entlang fährt, so ist es notwendig, die Maschine so weit wie mög lich in die gewünschte Richtung zu lenken, dann anzuhal ten und so weit wie möglich in die Lenkungsrichtung umzu kehren, zurückzustoßen, um die Maschine geeignet aus zu richten, und die Lenkungsrichtung noch einmal umzukehren, um die lenkbaren Räder gerade zu stellen. Dieses Manöver erfordert zusätzlichen Aufwand durch den Fahrzeugführer und trägt zur Müdigkeit bzw. Erschöpfung des Fahrzeugfüh rers bei. Das zusätzliche Manövrieren dauert auch zusätz liche Zeit, um die Maschine herumzudrehen, was die Be triebseffizienz erniedrigt.

Die vorliegende Erfindung richtet sich auf das Überwinden eines der obigen Probleme oder mehrere der obigen Proble me.

Offenbarung der Erfindung

In einem Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung dar gelegt zum Vorsehen einer schnellen Lenkreaktion für eine Lenkanordnung in einer Maschine mit einer ersten Lenkan ordnung mit lenkbaren Rädern, einer zweiten Lenkanordnung mit nicht lenkbaren Antriebseinheiten und eine Lenkein gangssteuerung bzw. Lenkeingabesteuerung, die dazu be trieben wird, einen Lenkeingabebefehl an die ersten und zweiten Lenkanordnungen zu initiieren. Die erste Lenk anordnung weist einen Strömungsmittelbetätiger, der mit den lenkbaren Rädern verbunden ist, und ein Strömungsmit telsteuerventil auf, das betrieben wird, um den Strö mungsmittelfluß zum und vom Strömungsmittelbetätiger zu steuern. Die Vorrichtung weist eine erste Quelle von Druckströmungsmittel, die betriebsmäßig zwischen einem Behälter und einem Strömungsmittelsteuerventil angeordnet ist, und eine zweite Quelle von Druckströmungsmittel, die mit dem Strömungssteuerventil parallel zu ersten Quelle von Druckströmungsmittel verbunden ist, auf, und betrie ben wird, um ein zusätzliches Volumen von Druckströmungs mittel zum Betätiger ansprechend auf das Steuerventil, das zu einer extremen Position hin bewegt wird, zu lie fern.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine teilweise diagrammartige und eine teilweise schematische Darstellung einer Ma schine, die die Erfindung eingearbeitet hat; und

Fig. 2 ist ein Diagramm, das einen typischen Weg dar stellt, den eine Maschine, wie zum Beispiel ein Mähdrescher entlang fährt, wenn sie wendet.

Beste Art und Weise, die Erfindung auszuführen

Mit Bezug auf die Zeichnungen und spezieller mit Bezug auf Fig. 1 ist eine Maschine 10 dargestellt, die folgen des aufweist: einen Rahmen 12, erste und zweite Lenkan ordnungen 14, 16, eine Lenkeingabeanordnung 18, einen Mo tor 29, eine elektronische Steuerung 20 und ein Lei stungsgetriebe bzw. eine Kraftübertragung 21. Das Lei stungsgetriebe 21 wird betriebsmäßig mit rechten und lin ken Antriebseinheiten 22, 24 über entsprechende Ausgangs wellen 26, 28 betrieben.

Die erste Lenkungsanordnung 14 weist lenkbare Räder 30 auf, die von einander durch eine Achse 32 beabstandet sind. Die Achse 32 ist mit dem Rahmen 12 verbunden, und ein Lenkzylinder 34 ist zwischen den lenkbaren Rädern 30 angeordnet und wird betrieben, um zu bewirken, daß die entsprechenden lenkbaren Räder 30 sich an Winkeln bezüg lich des Rahmens 12 stellen können. Dieser Lenkungstyp wird normalerweise als Ackerman-Lenkung bezeichnet. Ob wohl zwei Räder 30 gezeigt sind, sei bemerkt, daß ein einzelnes lenkbares Rad mit dem Rahmen 12 verbunden sein könnte, ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen.

Ein lenkbares Steuerventil 36 wird betriebsmäßig zwischen dem Lenkzylinder 34 und einer Quelle von Druckströmungs mittel 38, wie zum Beispiel einer hydraulischen Pumpe, angeordnet, die Strömungsmittel von einem Behälter 39 empfängt. Das Lenkungssteuerventil 36 der Erfindung ist ein Drei-Positions-Proportionales-Steuerventil, das zwi schen einer zentrierten Position, einer Stromblockierpo sition, und einer ersten und zweiten Betriebspositionen bewegbar ist. Das Lenkungssteuerungsventil 36 ist von seiner mittleren Position ansprechend auf den Empfang ei nes elektrischen Signals von der elektronischen Steuerung 20 bewegbar. Wenn das Lenksteuerventil 36 zu seiner er sten Betriebsposition hin bewegt wird, so werden die lenkbaren Räder 30 in einer Richtung angewinkelt, und wenn das Lenksteuerventil 36 zu seiner zweiten Betriebs position hin bewegt wird, so werden die lenkbaren Räder 30 in der entgegengesetzten Richtung angewinkelt.

Eine zweite Quelle von Druckströmungsmittel 40, wie zum Beispiel ein Akkumulator, ist mit dem Lenksteuerventil 36 parallel zur ersten Quelle von Druckströmungsmittel 38 verbunden. Ein Einwegkontrollventil 41 wird zwischen der ersten Quelle von Druckströmungsmittel 38 und dem Lenk steuerventil angeordnet, und zwar stromaufwärts von der Verbindung des Akkumulators 40.

Ein Sensor 42 ist relativ zur Achse 32 und einem der lenkbaren Räder 30 angeordnet und wird betrieben, um ein elektrisches Signal, das repräsentativ für den Lenkwinkel oder den Wenderadius ist, an die elektronische Steuerung 20 zu richten.

Die Lenkungseingabeanordnung 18 richtet ein Eingabe- bzw. Eingangssignal an die Steuerung 20, das repräsentativ ist für den Sollenkwinkel, der durch den Fahrzeugführer ge fordert ist. Die Steuerung 20 richtet entsprechende Be fehlssignale an das Lenkungssteuerventil 36.

Ein Geschwindigkeitssensor 44 ist im allgemeinen am Aus gang des Leistungsgetriebes 21 angeordnet und wird be trieben, um ein Signal zur Steuerung 20 zu senden, das repräsentativ für die Geschwindigkeit des Leistungsge triebes 21 ist. Die Steuerung nutzt den Geschwindigkeits ausgang vom Leistungsgetriebe, um die Bodengeschwindig keit der Maschine 10 zu berechnen.

Ein Differentiallenkungsmechanismus 46 ist zwischen dem Ausgang bzw. der Ausgangsgröße des Leistungsgetriebes 21 und den entsprechenden Ausgangswellen 26, 28 angeordnet und wird betrieben, um die relativen Geschwindigkeiten der entsprechenden Ausgangswellen 26, 28 zu verändern. Der Differentiallenkungsmechanismus 46 hat einen Strö mungsmittellenkungsmotor 48 damit verbunden. Der Lenkungs motor 48 ist strömungsmittelmäßig mit einer veränderli chen Verdrängungspumpe 50 verbunden. Die Verdrängung der veränderlichen Verdrängungspumpe 50 wird ansprechend auf den Empfang eines Signals von der Steuerung 20 gesteuert. Die Ausgangsgeschwindigkeit des Lenkungsmotors 48 be stimmt die Größe der relativen Geschwindigkeitsdifferenz bzw. des relativen Geschwindigkeitsunterschieds zwischen den entsprechenden Ausgangswellen 46, 48 und deshalb der Geschwindigkeit der rechten und linken Antriebseinheiten 22, 24.

Ein Sensor 52 ist mit dem Ausgang bzw. der Ausgangsgröße des Strömungsmittellenkungsmotors 48 verbunden und wird betrieben, um ein Signal zur Steuerung 20 zu senden, das repräsentativ für die Geschwindigkeit des Lenkungsmotors 48 ist. Die Steuerung 20 nutzt das Geschwindigkeitssignal vom Lenkungsmotor 48, um die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen den Ausgangswellen 26, 28 zu berechnen, und um somit den Lenkwinkel oder Wenderadius der Maschine 10 zu bestimmen, der durch den Differentiallenkungsmechanismus 46 erzeugt wird.

Eine erste Bremse 54 ist auf der ersten Ausgangswelle 26 angeordnet, und eine zweite Bremse 56 ist auf der zweiten Ausgangswelle 28 angeordnet. Jede der ersten und zweiten Bremsen 54, 56 ist federvorgespannt, und Druck frei gege ben, ansprechend auf den Empfang von Druckströmungsmittel aus der Quelle des Druckströmungsmittels 38. Entspre chende Bremsensteuerventile 58, 60 sind zwischen der Pum pe 38 und in den entsprechenden unabhängig gesteuerten Bremsen 54, 56 angeordnet. Jedes der Bremsensteuerventile 58, 60 ist federvorgespannt auf eine Position, bei wel cher das Druckströmungsmittel aus der Pumpe 38 blockiert wird und die Betätigungskammer der Bremse ist zum Behäl ter 39 offen. Jede ist zu einer Position hin bewegbar, bei welcher die Pumpe 38 in Strömungsmittelverbindung mit der zugehörigen der Bremsen 54, 56 auf den Empfang eines Signals von der elektronischen Steuerung 20 ist.

Mit Bezug auf Fig. 2 zeigt ein Diagramm einen typischen Weg der erfindungsgemäßen Maschine 10, wenn sie in Situa tionen verwendet wird, die es erfordern, daß die Maschine in einer Richtung fährt und dann wendet und einem Rück kehrweg folgt, der benachbart zum anfänglichen Weg ist. Eine gerade Linie 70 des Diagramms stellt den typischen Weg der Maschine 10 in einer Richtung dar. Eine gekrümmte Linie 72 stellt den Anfangsteil der Wendung dar. Eine ge krümmte Linie 74 stellt den Teil der Wendung dar, in wel chem die Maschine sich in einer entgegengesetzten Rich tung bewegt. Eine gerade Linie 76 stellt den Weg der Ma schine 10 dar, die in die entgegengesetzte Richtung di rekt benachbart zum anfänglichen Weg entlang fährt, der durch die Linie 70 repräsentiert wird.

Es sei bemerkt, daß verschiedene Anordnungen der ersten und zweiten Lenkanordnungen 14, 16 verwendet werden könn ten, ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen. Zum Bei spiel sei bemerkt, daß der Lenkungseingabebefehl direkt auf das Lenksteuerventil angewendet werden könnte, und zwar entweder elektrisch oder mechanisch. Auf ähnliche Weise könnten verschiedene Typen der zweiten Lenkanord nung 16 verwendet werden. Zum Beispiel könnte die zweite Lenkanordnung in der Form einer Kupplung-/Bremsesteuerung oder eines veränderlichen Übersetzungsriemensystems sein. Weiterhin könnte die Lenkungseingabe bzw. der Lenkungs eingang zur zweiten Lenkanordnung 16 vorgenommen werden, und dann wird die erste Lenkanordnung 14 gesteuert, um mit der zweiten Lenkanordnung übereinzustimmen. Zusätz lich könnten die rechten und linken Antriebsanordnungen, Räder, kontinuierliche Spuren oder kontinuierliche Riemen sein. Auf ähnliche Weise könnte das Leistungsgetriebe 21 in der Form eines Mechanismusgetriebes oder eine strö mungsmittelangetriebenen Getriebes sein, ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen.

Gewerbliche Anwendbarkeit

Im Betrieb der in Fig. 1 dargelegten Ausführungsform fährt die Maschine eine gerade Linie entlang, so lange wie die Maschine 10 keiner Lenkungseingabe unterliegt. Wenn eine Lenkungseingabe über die Lenkungseingabeanordnung 18 vor genommen wird, so wird ein Lenkungseingabesignal an die Steuerung 20 gerichtet. Die Steuerung 20 richtet ein Be fehlssignal zum Lenkungssteuerventil 36, das es zur ent sprechenden Betriebsposition bewegt, um die lenkbaren Rä der 30 zu lenken oder anzuwinkeln. Wenn die lenkbaren Rä der 30 gelenkt werden, so überwacht der Sensor 42 den Lenkwinkel und richtet die Information zur Steuerung 20.

Gleichzeitig richtet die Steuerung 20 ein Befehlssignal zur veränderlichen Verdrängungspumpe 50, um ihre Verdrän gung zu ändern. Als Ergebnis der Veränderung der Verdrän gung der veränderlichen Verdrängungspumpe 50 dreht der Lenkungsmotor 48 proportional zur empfangenen Strömungs mittelmenge. Die Geschwindigkeit des Motors 48 bestimmt den relativen Unterschied zwischen den Geschwindigkeiten der Ausgangswellen 26, 28. Die Steuerung 20 berechnet und synchronisiert den Lenkwinkel jeder der ersten und zwei ten Lenkungsanordnungen 14, 16, um das Drehen der Maschi ne 10 zu steuern.

Durch kontinuierliches Abfühlen des Lenkungswinkels der ersten Lenkungsanordnung 14, des Geschwindigkeitssensors 44 und des relativen Unterschiedes zwischen den Geschwin digkeiten der Ausgangswellen 26, 28, behält die Steuerung 20 eine Übereinstimmung zwischen dem Lenkwinkel der er sten und zweiten Lenkanordnungen 14, 16 bei. Wenn eine oder die andere der ersten und zweiten Lenkanordnungen 14, 16 zu groß ist, so richtet die Steuerung 21 das ent sprechende Befehlssignal dorthin, um seinen Lenkungswin kel zu verändern, um mit dem anderen übereinzustimmen.

Wenn der Lenkungswinkel, der durch die Lenkungseingabean ordnung 18 erforderlich ist, größer ist als der, der durch die zweite Lenkungsanordnung 16 beibehalten werden kann, so richtet die Steuerung 20 ein Befehlssignal zur entsprechenden Bremse 54, 56, um die Bremse proportional anzuwenden, um die zweite Lenkungsanordnung 16 zu unter stützen. Dies erlaubt der Maschine 10, engere Drehungen bzw. Wendungen unter verschiedenen Betriebsbedingungen auszuführen.

Wenn die Maschine gewendet wird, um in der entgegenge setzten Richtung entlang eines Weges, der benachbart zum anfänglichen Weg ist, entlang zu fahren, so bewegt der Fahrzeugführer die Lenkungseingabe zu ihrer extremen Po sition in der Richtung der Drehung. Dies wird durch das Plazieren der Lenkungseingabe oder Drehen eines Lenkrades zu seiner extremen Position erreicht, was im früheren Sy stem mehrere Umdrehungen erforderte. Dieses Lenkeingabe signal wird sowohl zur ersten als auch zweiten Lenkanord nung 14, 16 gerichtet. Obwohl die zweite Lenkanordnung 16 die Fähigkeit hat, sich am Ort zu drehen, und zwar durch Rotieren einer seiner Antriebseinheiten 22, 24 in einer Richtung und Drehen der anderen Antriebseinheit in die entgegengesetzte Richtung, ist der Lenkwinkel oder Wende radius der ersten Lenkanordnung 14 begrenzt. Konsequen terweise, wie im allgemeinen durch die gekrümmte Linie 72 der Fig. 2 gezeigt, erlaubt es der minimale Wenderadius der Maschine 10 der Maschine nicht, eng genug zu wenden, um auf einem Weg, der benachbart zum anfänglichen Weg ist, zurückzukehren.

Wenn die Lenkeingabe einmal zu ihrer extremen Position bewegt wurde, so ist der Strömungsmittelfluß durch das Lenksteuerventil 36 der kombinierte Strom, der sowohl von der ersten als auch zweiten Quelle von Druckströmungs mittel 38, 40 verfügbar ist. Konsequenterweise werden die lenkbaren Räder 30 zu ihrem extremen Winkel schnell be wegt, und die Maschine wendet sich entlang ihres kürze sten Wenderadius, wie im allgemeinen durch die gekrümmte Linie 72 der Fig. 2 gezeigt. Wenn die Maschine 10 einmal zu einem Sollpunkt gedreht wurde, wie durch die gekrümmte Linie 72 bezeichnet, so muß der Fahrzeugführer das Lenk rad in die entgegengesetzte Richtung zu seiner extremen Position drehen, um die lenkbaren Räder 30 voll in die entgegengesetzte Richtung anzuwinkeln. Der kombinierte Strömungsmittelstrom von sowohl der ersten als auch zwei ten Quelle von Druckströmungsmittel 38, 40 wird zum Lenk zylinder 34 gerichtet, um die lenkbaren Räder 30 schnell zu ihrem extremen Winkel in der entgegengesetzten Rich tung zu bewegen. Die Maschine wird dann in eine entgegen gesetzte Richtung gedreht, wie im allgemeinen durch die Linie 74 gezeigt. Wenn die Maschine einmal eine Position erreicht, die im allgemeinen parallel mit dem anfängli chen Weg ist, so dreht der Maschinenführer seine Lenkein gabe noch einmal in die entgegengesetzte Richtung um, um das Lenksteuerventil 36 in seine andere extreme Position zu bewegen. Wieder wird der kombinierte Strom von sowohl der ersten als auch der zweiten Quelle von Druckströ mungsmittel 38, 40 zum Lenkzylinder 34 gerichtet, um die lenkbaren Räder 30 schnell zu ihrer "geradeaus"-Position zu bewegen. Wenn die lenkbaren Räder 30 ihre "geradeaus"-Po sition erreicht haben, so wird die Lenkeingabe zu ihrer Neutralbedingung bzw. ihrem Neutralzustand zurückgeführt, und die Maschine wird in einer Vorwärtsrichtung bewegt, wie durch die Linie 76 dargestellt.

Mit Blick auf das Vorangegangene, ist leicht ersichtlich, daß die erfindungsgemäße Anordnung die nötige Vorrichtung aufweist, um eine schnelle Bewegung der lenkbaren Räder in jede Lenkrichtung vorzusehen, und zwar ansprechend auf das Lenksteuerventil 36, das zu jeder seiner extremen Po sition bewegt wird. Dies wird erreicht, ohne eine Pumpe mit großer Kapazität 38 zu fordern, welche ziemlich teuer sein würde und auch ein ineffizienter Verlust an Systemp ferdestärke sein würde, da der große Strom nur während der Wendung der Maschine gebraucht wird, oder wenn ein enger Wenderadius schnell benötigt wird.

Andere Aspekte, Ziele und Vorteile dieser Erfindung kön nen aus den Zeichnungen, der Beschreibung und den Ansprü chen entnommen werden.

Zusammenfassend sieht die Erfindung folgendes vor:
Eine Vorrichtung, die reaktivere Lenkung für eine Maschi ne während einer Wendung der Maschine liefert. In Maschi nen mit einem ersten Satz lenkbarer Räder und einem zwei ten Satz nicht lenkbarer Räder ist es nicht möglich, die Maschine 180° zu drehen und einen Weg, der benachbart zum anfänglichen Weg ist, ohne zusätzlich vorzunehmende Lenk bemühungen zurückzuverfolgen. In der vorliegenden Erfin dung wird eine zweite Quelle von Druckströmungsmittel vorgesehen und in Verbindung mit der ersten Quelle von Druckströmungsmittel genutzt, wenn das Lenksteuerventil zu den steuerbaren Rädern zu seiner extremen Position in jeder Richtung bewegt wird.

Claims

1. Verfahren zum Vorsehen einer schnellen Lenkreaktion für eine Lenkanordnung in einem Maschine mit einer ersten Lenkanordnung mit lenkbaren Rädern, einer zweiten Lenkan ordnung mit nicht lenkbaren Antriebseinheiten, und einer Lenkeingangssteuerung bzw. Lenkeingabesteuerung, die be trieben wird, um einen Lenkeingabebefehl zu den ersten und zweiten Lenkanordnungen zu initiierten, wobei die er ste Lenkanordnung einen Strömungsmittelbetätiger, der mit den lenkbaren Rädern verbunden ist, und ein Strö mungsmittelsteuerventil, das betrieben wird, um den Strö mungsmittelstrom von und zum Strömungsmittelbetätiger zu steuern, aufweist, wobei die Vorrichtung folgendes auf weist:
einen erste Quelle von Druckströmungsmittel, die be triebsmäßig zwischen einem Behälter und dem Strömungsmit telsteuerventil angeordnet ist;
eine zweite Quelle von Druckströmungsmittel, die mit dem Strömungsmittelsteuerventil parallel mit der ersten Quelle von Druckströmungsmittel verbunden ist, und be trieben wird, um ein zusätzliches Volumen von Druckströ mungsmittel zum Betätiger zu liefern, und zwar anspre chend auf das Bewegen des Steuerventils zu einer extremen Position hin.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die zweite Quelle von Druckströmungsmittel einen Akkumulator, der mit dem Strömungsmittelsteuerventil von dort stromaufwärts ver bunden ist, und ein Rückschlag- bzw. Kontrollventil, das zwischen dem Verbindungspunkt des Akkumulators und der ersten Quelle von Druckströmungsmittel angeordnet ist, aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zweite Lenkanordnung eine Lenkung durch Veränderung der relati ven Ausgangsgeschwindigkeiten der entsprechenden An triebseinheiten vorsieht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die zweite Lenk anordnung einen Differentiallenkmechanismus mit einem Strömungsmittellenkmotor aufweist, der betrieben wird, um die relativen Ausgangsgeschwindigkeiten der entsprechen den Antriebseinheiten ansprechend auf dessen Rotation verändert.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die eine elektronische Steuerung aufweist, die betrieben wird, um den Lenkeingabebefehl zu empfangen und entspre chende Signal zur ersten und zweiten Lenkanordnung zu liefern, um deren Lenkung ansprechend auf den Lenkeinga bebefehl zu initiieren.