DE2005709A1 - Steueranordnung zum Lenken von Fahr zeugen - Google Patents

Description

—VS. on. O. BRAUNSCHWEIG MÖNCHEN

Braunschweigische Maschinenbauanstalt

33 Braunschweig
Am Alten Bahnhof 5

Steueranordnung zum Lenken von fahrzeugen

Die Erfindung betrifft eine Steueranordnung zum Lenken von Fahrzeugen, insbesondere von großflächigen und über Rad sätze mehrfach abgestützte Schwerfahrzeuge und Schwergeräte.

Die Lenkung von Kraftwagen über Lenkrad, Lenkgetriebe und Lenkgestänge bereitet in aller Regel keine Schwierigkeiten, in besonderen Fällen aber führt die Übertragung der Lenkkraft zwischen Lenkrad bzw. Lenkgetriebe (mit oder ohne Hilfskraft- oder Kraftlenkeinrichtung) und dem zu lenkenden Rad oder Radsatz über mechanische Hebelgestänge zu Schwierigkeiten* Diese treten insbesondere bei lenkbaren, großflächigen Geräten oder Fahrzeugen auf, wie sie z.B. allgemein zur Förderung, Verarbeitung und zum Transport von Massengütern Verwendung finden. Bei diesen Geräten oder Fahrzeugen wird die Unterkonstruktion stark durch die Erfordernisse für die lenkung bestimmt. Man hat sich bemüht, diese Schwierigkeiten dadurch klein zu halten, daß man mit einer geringen Anzahl von zu lenkenden Rädern auszukommen versucht hat. Man hat auoh bereits versucht, die lenkbaren Räder zusam

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menzufassen und parallel oder in Reihe beieinanderliegend so unterzubringen» daß für die Anordnung des Lenksystems nur kleine Abstände überbrückt werden müssen. Dabei dienen in allen Fällen zur Radeinstellung mechanische Hebelgestänge zwischen Lenkgetriebe und den lenkbaren Rädern oder Radsätzen.

Die Praxis zeigt, daß durch die Zusammenfassung der gelenkten Räder, z.B. im vorderen Bereich des Gerätes, und der nicht lenkbaren Räder in dessem hinteren Bereich oder umgekehrt, sehr aufwendige Konstruktionen zur Überbrückung der dadurch entstehenden großen Spannweiten erforderlich sind. Das Absetzen der Lasten auf die Fahrbahn oder auf den befahrbaren Boden erfolgt hierbei nur vorne und hinten und aufgrund der Verwendung möglichst weniger Räder in wenigen, sehr hoch belasteten Stellen. Durch die Übertragung der hohen Lasten über die wenigen Radaufstandflächen müssen besondere Anforderungen an die Tragfähigkeit der.Fahrbahn oder des Bodens gestellt werden*

Die aus dieser bekannten Verteilung der Last auftretenden Nachteile lassen sich vermeiden, wenn zur Überleitung und Abstützung der Lasten auf den Boden viele Räder verwendet werden, die über die gesamte Grundfläche des Gerätes oder Fahrzeuges verteilt sind. Diese Lösung führt jedoch zu einem sehr aufwendigen Hebelgestänge für die Lenkung, wobei besonders große tragende Querschnitte in dem Gestänge zur Aufnahme der Lenkkräfte notwendig sind, um die dabei in Kauf zu nehmenden relativ großen Radabstände zu überbrücken. Die Tragkonstruktion wird nicht viel weniger aufwendig als im zuvor behandelten Fall, weil für die eahlrei-

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chen Teile des Lenkgestänges Durchbrüche und Durchführungen in der Tragkonstruktion vorgesehen werden müssen.

In der Praxis zeigen die "bekannten Konstruktion für großflächige Geräte oder Fahrzeuge nur eine unzureichende geringe Wendigkeit. Durch die Anordnung der lenkbaren Räder, beispielsweise nur an einem Ende des G_erätes, ist bei Verwendung von Gestängen nur ein relativ großer Schwenkradius zu verwirklichen. Häufig wird jedoch aufgrund des zur Verfügung stehenden beschränkten Geländes eine große Wendigkeit verlangt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Steueranordnung der eingangs näher bezeichneten Art zu weiterzubilden, daß ohne großen Aufwand die Anordnung der lenkbaren Räder oder Radsätze an beliebiger Stelle ermöglicht wird, ohne daß die Tragkonstruktion aufwendig gestaltet werden muß.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem oder jedem lenkbaren Rad oder Radsatz ein Lenkmotor zugeordnet ist, der über eine, insbesondere über das Lenkrad oder dgl., betätigbare elektrische und/oder mittels Druckmittel arbeitende Fernsteuereinrichtung steuerbar ist. Auf ein aufwendiges Hebelgestänge für die Lenkung mit besonders großen tragenden Querschnitten zur Aufnahme der Lenkkräfte, kann aufgrund der neuen Anordnung verzichtet werden. Vielmehr können die Räder an beliebiger Stelle des Fahrzeuges angeordnet werden. Dadurch wird es möglich, die Räder direkt im Bereich der auftretenden Lasten

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anzuordnen, so daß man eine sehr leicht bauende Tragkonstruktion auch für ein großflächiges Gerät verwirklichen kann· Ein weiterer besonderer Vorteil liegt darin, daß die Einstellbarkeit der lenkbaren Räder oder Radsätze nicht mehr auf bestimmte Lenkwinkel beschränkt zu werden braucht. Saher lassen sich auch kleinste Wenderadien bis zum Drehen auf der Stelle verwirklichen. Aufgrund dieser Ausbildung läßt sich selbst ein großes Gerät oder Fahrzeug optimal auf engstem Räume rangieren. Sie Wendigkeit kann dabei noch durch besondere Radstellungen, z.B. Parallelfahrt in verschiedenen Richtungen, verbessert werden.

Vorteilhafterweise ist dem oder jedem lenkbaren Rad oder Radsatz ein Istwertgeber zur Rückmeldung des tatsächlichen Lenkausschlages zugeordnet. Dieser Istwertgeber kann vorteilhafterweise zur Fernsteuerung ausgenutzt werden. In diesem Fall kann der Lenkmotor über eine Einrichtung zum Vergleichen der Anzeige des Istwertgebers mit der Stellung eines - insbesondere durch das Lenkrad oder dgl. betätigbaren - Sollwertgeber für den gewünschten Lenkausschlag steuerbar sein.

Sie E_rfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig.1 zeigt in einemBlocksohaltbild ein Ausführungsbeispiel einer Steueranordnung gemäß der Erfindung. ,

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Pig.2 zeigt eine Einrichtung, mit deren Hilfe auf einfache und zuverlässige Weise der gewünschte Lenkvorgang in die Fernsteuereinrichtung eingegeben werden kann.

Pig.3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die einem lenkbaren Radsatz zugeordnete Lenkantriebseinrichtung mit Rückmeldung des Istwertes des Lenkausschlages·

Pig.4 zeigt ein anderes Beispiel für den Lenkantrieb eines lenkbaren Radsatzes.

Pig.5 zeigt eine weitere Ausgestaltung für die Vorrichtung nach Pig.4, während .

Pig. 6 eine Einzelheit der Pernsteuereinrichtung wiedergibt.

Gemäß dem vereinfachten Blockschaltbild nach Pig.1 umfaßt eine Steueranordnung gemäß der Erfindung eine von der Bedienungsperson zu handhabende Gebereinrichtung, im dargestellten Bei- i spiel ein Lenkrad 1 und Lenkwelle 2, welche über eine Untersetzungseinrichtung 3 eine Antriebswelle für einen Sollwertgeber für den gewünschten Lenkausschlag betätigen. Im dargestellten Beispiel ist der Sollwertgeber ein Ringpotentiometer mit Schleifer 5, welche über eine Kopplungseinrichtung 7 mit einer ale Verstärker ausgebildeten Pernsteuereinriohtung verbundm sind» Dae Pernsteuergerät wird im dargestellten Beispiel durch ein etabilieiertee Netzgerät 15 gespeist. An das Pernsteuer-

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gerät 8 ist über eine Kopplungseinrichtung 9 an dem Ringpotentiometer 6 entsprechendes Hingpotentiometer 10 mit Schleifer 11 angeschlossen, welche als Istwertgeber für den tatsächlichen Lenkaus schlag dienen.

Der Istwertgeber 10 bzw. dessen Schleiferwelle 12 kann direkt mit dem Schwenkzentrum eines lenkbaren Rades oder Radsatzes 17, 18 oder mit einem zugehörigen Lenkmotor 13 verbunden sein. Im dargestellten Beispiel ist die Schleiferwelle 12 mit dem Lenkmotor J" 1? verbunden, der den Radsatz um das Schwenksentrum versohwenkt. Der Lenkmotor 13 wird über eine Schalteinrichtung 14 geschaltet, welche über die Fernsteuereinrichtung θ gesteuert wird.

Wenn man annimmt, daß es sich um ein großflächiges Fahrzeug oder Gerät mit mehreren lenkbaren Rädern oder Radsätzen handelt, ist zu bemerken, daß jedem lenkbaren Rad oder Radsatz eine Einrichtung der in Fig.1 gezeigten Art zugeordnet ist, wobei selbstverständlich als Sollwertgeber 6 bzw. Istwertgeber 10 andere an t sich bekannte elektrisch oder mittels Druckmittel arbeitende Gebereinrichtungen verwendet werden können. Die Fernübertragungseinrichtung θ kann auch von hydraulischer Art sein.

In Fig.2 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für die Betätigung des beweglichen Gliedes 5 des Sollwertgebers durch das Lenkrad oder dgl. wiedergegeben. Hierbei ist angenommen, daß für jedes lenkbare Rad oder jeden lenkbaren Radsatz auf der Lenkwelle 2 des Lenkrades 1 eine Steuerkurve, z.B. in Form einer Kurven-

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Bcheibe 21 angeordnet, die mit einem Bewegungsabnahmeglied 22 zusammenwirkt. Hierdurch kann die Steuerkurve einen Stößel 23 verschieben, der einen Zahnstangenabschnitt aufweist, mit dem ein Ritzel 24 zum Antrieb der Welle 4 des Stellgliedes 5 des Sollwertgebers in Eingriff steht. Statt des Zahnstangenabschnittes mit dem Ritzel 24 und dem Ringpotentiometer mit zugehörigem Stellglied (Schleifer 5), kann auch ein einfacher Stößel in Verbindung mit einem Schiebepotentiometer vorgesehen sein, das mit dem Drehpotentiometer 10 (Fig. 3) zusammenarbeitet.

Anstelle des Stößels bzw. des Zahnstangenabschnittes kann auch ein drehbar gelagerter Hebel mit Rolle vorgesehen sein, der durch die Steuerkurve 21 verschwenkt wird und dessen anderes Ende mit dem Sollwertgeber gekuppelt ist.

Schließlich ist es auch möglich, eine mechanische Untersetzung zur Vergrößerung des Hebelschwenkwinkels nachzuschalten. Eine Untersetzung ist auch rein elektrisch durch Abstimmung von Geberund Empfängerpotentiometer für verschiedene Drehwinkel möglich.

Der Lenkwelle kann eine entsprechende Bremseinrichtung 20 als Drehwiderstand zugeordnet sein. Die verschiedenen Kurvenscheiben, von denen nur eine in Fig. 2 angedeutet ist, werden durch die Lenkwelle 2 gemeinsam gedreht. Dabei sind die Kurvenscheiben in ihrer Umrißgestalt und gegenseitigen relativen Lage so aufeinander abgestimmt, daß alle lenkbaren Räder oder Radsätze für jeden Winkelauaschlag dea Lenkrades 1 eine vorbestimmte Winkel-

lage oder einen vorbestimmten Lenkausschlag einnehmen. Vorteil*- hafterweise sind dabei Umrißgestalt und relative Lage der Kurvenscheiben so gewählt, daß sich alle Bäder und Radeätze bei Kurvenfahrt um einen gemeinsamen Drehpunkt des Fahrzeuges oder Gerätes bewegen.

In Pig. 3 ist ein erstes Ausführungsbeispiel für die Betätigung eines lenkbaren Radsatzes 17, 18 gezeigt. Die Radachse 19 des Radsatzes kann um die dazu senkrechte Achse 12 schwenken. Auf dieser Achse 12 ist eine Antriebsscheibe 16 oder ein Antriebsrad befestigt, mit dem ein Antriebsritzel 26 in Verbindung steht, das über die Welle 27 über einen umschaltbaren elektrischen Lenkmotor 13 antreibbar ist. Zur Betätigung des Motors 13 dient eine Schützensteuerung 14, mit den elektrischen Schaltschützen 28 und 29, die durch die Pernsteuereinrichtung 8 betätigbar sind und die über entsprechende Sicherungen 30 unmittelbar an ein Versorgungsnetz angeschlossen sind.

Mit der Achse 12, um die sich der Radsatz 17, 18 drehen kann, ist unmittelbar verbunden der Schleifer 11, des als Ringpotentiometer ausgebildeten Istwertgebers 10. Über das Potentiometer 10 kann der tatsächliche Lenkausschlag des Radsatzes 17t 18 zurückgemeldet, insbesondere der Pernsteuereinrichtung 8 nach Fig. 1 als Regeleingangsgröße zugeführt werden.

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Anstelle des Ringpotentiometers 10 können auch andere Drehwinkelgeber und Winkelcodierer Verwendung finden. Auch ist es möglich aktive Winkelgeber, z.B. in der Art von Ring - Stelltransformatoren, einzusetzen«

In 2?ig. 4 ist eine andere Ausführungsform für den Lenkmotor und seine Steuerung wiedergegeben. An der zur Radachse 19 senkrechten Schwenkachse des Radsatzes ist eine Scheibe 16 befestigt, an welcher exzentrisch der Stößel 36 eines hydraulischen Zylinders 35 angelenkt ist, der in der Tragkonstruktion schwenkbar gelagert ist. Der doppeltwirkende hydraulische Zylinder stellt den Lenkmotor 13 dar. Die beiden Speiseleitungen des doppeltwirkenden Zylinders 35 stehen über nur in Abflußrichtung wirksame Drosseleinrichtungen mit einem Umschaltschieber in Verbindung und können über diesen je nach der Stellung des Dreistellungsschiebers gesperrt oder wechselweise mit den zu einer hydraulischen Versorgungseinrichtung 41 führenden Zuström- und Abflußleitungen verbunden werden. Zur Betätigung des Schiebers 38 dienen Solenoide 391 40, die über Relais 42, 43 von der Fernsteuereinrichtung 8 betätigt werden können.

Die beschriebenen Betätigungseinrichtungen können von einer zentralen oder dezentralisierten Steueranlage aus betätigt werden, je nach den Erfordernissen des in Präge stehenden Großgerätes oder Großfahrzeuges.

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Die in Pig. 4 gezeigte Einrichtung mit hydraulischem Lenkmotor kann gem. Pig. 5 noch weitergebildet werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Dreistellungeschieber für den Lenkmotor 13 durch einen hydraulischen Niederdruckkreie gesteuert, der über den Druckwandler 55 von dem gleichen hydraulischen Versorgungssystem 41 gespeist werden kann· Die Betätigungskolben 56, 57 stehen mit diesem System über in einer Richtung gedrosselten (54a, 54b) Leitungen mit einem Dreistellungsschieber 53 und über diesen mit dem hydraulischen Versorgungssystem in Verbindung. Das Gehäuse des Dreistellungsschiebers 53 ist, wie bei 52 angedeutet, mechanisch mit der Anlenkstelle des Stößels 36 an der Scheibe 16 verbunden, so daß das Gehäuse an den Bewegungen der Scheibe 16 teilnimmt. Der Schieber selber wird über einen Nocken 51 verstellt, der über einen umschaltbaren Elektromotor 50, gegebenenfalls über ein Untersetzungsgetriebe 50a verdreht werden kann. Der Stellmotor 50 wird über eine Relaiseinrichtung 58, 59 betätigt, die mit der Pernsteuereinrichtung 8 verbunden sein kann. Mit dem Stellmotor 50 kann direkt das bewegliche Glied 11 des Istwertgebers für den Lenkausschlag verbunden sein. Es kann aber auch das bewegliche Glied 11a auf der Welle 12a des Nockens 51 befestigt sein, welcher den Schieber des Dreistellungsventils 53 verschiebt.

Statt eines Schubkolbenmotors kann als Lenkmotor auch ein Drehkolbenmotor oder ein Pleiger-Zylinder mit Drehantrieb verwendet

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werden.

Die Fernsteuereinrichtung, in welcher der Istwert und der Sollwert des Lenkausschlages verglichen und daraus die Steuergröße für dön Lenkmotor abgeleitet wird, kann aus einem praktisch trägheitslos arbeitenden, mehrstufigen Transistorverstärker bestehen, der den aus dem Vergleich gewonnenen Meßwert verstärkt und die Relaissätze, z.B. die Relaissätze 42, 43, bzw. 58, 59 der Pig.4 und Fig.5 bzw. den Relaissatz zur Steuerung des Schaltschützsatzes 28, 29 nach Fig.3 aussteuert. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.3 schalten beispielsweise die Relais je nach der geforderten Laufrichtung einen der Schützen 28, 29 des Drehstrommotors 13. Mit dem Einschalten eines Schützens dreht der Drehstrommotor 13 den Radsatz über das zwischengeschaltete Getriebe 26, 16 so lange, bis der aus dem Vergleich des Istwertgebers mit dem Sollwertgeber gewonnene Meßwert nach Verstärkung einen Wert nahe Null erreicht. Dann fällt das Relais ab und Behaltet dabei über den Schützen den Motor au»

Der mehrstufige Transistorverstärker 8 kann aus einem temperaturkompensierten mehrstufigen Operationsverstärker und einem nachgeschalteten mehrstufigen leistungsverstärker bestehen. Beide können auf einer gemeinsamen Steckkarte untergebracht sein. Auch das stabilisierte und mittels Transistor aufgebaute Speisegerät 15 kann auf Steckkarten in gedruckter Schaltung ausgebildet sein. Die Geräte können gegenüber Belastung so abgesichert sein, daß beim Ansprechen der Sicherung über einen Arbeitskontakt ein Signalstromkreis betätigt wird; dadurch wird sichergestellt, daß

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jeder Schaden sofort entdeckt und behoben werden kann.

Für nicht sehr hohe Genauigkeitsforderungen in der Radeinstellung kann unter Verwendung aktiver Geber, wie Ring-Stelltransformatoren aus dem Vergleich von Istwert und Sollwert, ein Meßwert gewonnen werden, der auch ohne Verstärkung ausreicht, übliche Relais anzusteuern.

Die Übertragungselemente der in Fig, 2 gezeigten Einrichtung können in besonderer Weise ausgebildet sein, um Übertragungsfehler durch großes Laufspiel zu vermeiden. Die insbesondere verwendeten Wälzführungen für die Elemente sind im Führungsspiel einstellbar. Die Einstellung erfolgt über wirksame Federelemente. Der spielfreie Lauf zwischen dem Ritzel 24 und dem Zahnstangenabschnitt 23 kann durch eine besondere exzentrische Lagerung des Ritzels mit Federvorspannung in Eingriffsrichtung unabhän-

^gig von Herstellungs- und Montagefehlern, sowie unabhängig von Verschleißeinwirkungen gewährleistet werden.

Eine Nachlaufregelschaltanordnung, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, läßt sich besonders gut mit Ringpotentiometer in durchgehender, 360 -Wicklung gem. Fig. 6 verwirklichen. Hierbei sind die Wicklungen in den 90 -Stellungen miteinander verbunden. Dabei wird durch Einspeisung eines Gleichstroms in den Doppelschleifer des Sollwertpotentiometers 60 am Doppelschleifer des Istwertpotentiometers 61 die Drehstellung mit dem Potentialwert

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Null gesucht. Dabei können Ringpotentiometer mit nichtdurchgehender Wicklung noch Schaltungsvereinfachungen ergeben. Diese Anordnung bietet den Vorteil der hohen Einstellgenauigkeit, Der fernübertragene Meßwert vom Doppelschleifer des Istwertpotentiometers 61 in Form eines Gleichstroms oder eine Gleichspannung bewirkt in der Pernsteuereinrichtung 62 das Einschalten des Lenkmotors für den betreffenden Radsatz und zwar in einer dem Potential entsprechenden Drehrichtung. Der Lenkmotor bleibt so lange angeschaltet, bis der fernübertragene Meßwert den Wert Null oder einen Wert genügend nahe am Wert Null erreicht hat. Dann schaltet der Lenkmotor ab.

Ansprüche

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Claims (9)

1. -H-

   Ansprüche

   ι 1.) Steueranordnung zum Lenken von Fahrzeugen, insbesondere von großflächigen und über Radsätze mehrfach abgestützte Schwerfahrzeuge und Schwergeräte, dadurch gekennzeichnet , daß dem oder jedem lenkbaren Had oder Radsatz ein Lenkmotor zugeordnet ist, der über eine, insbesondere durch das Lenkrad o. dgl., betätigbare elektrisch und/oder mittels Druckmittel arbeitende Fernsteuereinrichtung steuerbar ist.
2. 2. Steueranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem oder jedem lenkbaren Rad oder Radsatz ein Istwertgeber zur Rückmeldung des tatsächlichen Lenkausschlages zugeordnet ist.
3. 3. Steueranordnung nach Anspruch 2, dadurch. gekennzeichnet , daß der Lenkmotor über einen zum Vergleichen der Anzeige des Istwertgebers mit der Stellung eines - insbesondere durch das Lenkrad o.dgl. betätigbaren Sollwertgebers für den gewünschten Lenkausschlag steuerbar ist.
4. 4. Steueranordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß als Sollwertgeber und

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   als Istwertgeber Drehwinkelgeber, wie Ringpotentiometer oder Stelltransformatoren dienen.
5. 5. Steueranordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Zahl der zu lenkenden Räder oder Radsätze entsprechende Anzahl Steuerkurven vorgesehen sind, die zu einem, insbesondere vom lenkrad o.dgl. gemeinsam drehbaren Satz zusammengefaßt sind und jeweils mit Bewegungsabnahmeglledern zur Verstellung der jeweils einem Rad bzw. Radsatz zugeordneten Sollwertgeber zus ammenw ir k en.
6. 6. Steueranordnung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet , daß di · Steuerkurven in Ab-

   . hängigkeit von der Anordnung und Verteilt.: -₅ der lenkbaren Räder oder Radsätze in ihrem Verlauf und ihrer gegenseitigen Winkellage so ausgebildet und angeordnet sind, daß bei Kurvenfahrt alle Räder um einen gemeinsamen Drehpunkt rollen.
7. 7. Steueranordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichne t, daß durch das oder jedes Bewegungsabnahmeglied ein Zahnstangenstößel verschiebbar ist, der über ein Ritzel den Sollwertgeber antreibt.
8. 8. Steueranordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch das oder jedes

   Bewegungsabnahmeglied ein mit einem Schiebepotentiometer zusammenwirkender Stößel verschiebbar ist.
9. 9. Steueranordnung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß als Lenkmotor ein umschaltbarer Elektromotor oder ein doppeltwirkender elektrisch steuerbarer hydraulischer Schubkolben- oder Drehmotor dient.

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