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"Elektro-hydraulische Lenkeinrichtung" = = = = = = = = = = = = =
= = = = = = ~ = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = Die Erfindung
betrifft eine elektro-hydraulische Lenkeinrichtung für Fahrzeuge, insbesondere für
Knickgelenkfahrzeuge oder für Fahrzeuge mit zwei unabhängig voneinander zu bedienenden
Lenke inrichtun'en.
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Es ist bereits eine hydrostatische Lenkeinrichtung bekannt, bei der
von einem Lenkrad ein Steuerventil direkt betätigt wird, das bei einem Lenkeinschlag
einen von einer ölpumpe geförderten Hydraulikstrom zu einem entsprechenden Lenkzylinder
freigibt. Mit einem gelenkten Rad ist ein induktiver Messwertgeber oder ein Potentiometer
verbunden, das bei einer Schwenkbewegung eines Rades ausgelenkt wird. Dieser Soll-Wert-Messwertgeber
ist mit einem gleichartigen Ist-Messwertgeber verbunden, der mit einer der Lenksäule
zugeordneten Zwischenwelle verbunden ist. Diese Zwischenwelle ist it einem Steuerglied
des Steuerventils drehfest und mit dem anderen Steuerglied drehweich verbunden.
Bei einer Betätigung des Lenkrades und einer mit der dadurch hervorgerufenen Schwenkung
der Räder verbundenen Verstellung des Soll-Wert-WIesswertgebers wird von der durch
die beiden Messwertgeber gebildeten Brücke ein Signal über einen Verstärker
auf
einen Stellmotor gegeben, der auf die Zwischenwelle einwirkt und damit das von der
Lenksäule nicht betätigte Steuerglied und den Ist-Wert-Geber nachführt. Ist auf
diesem Wege ein Abgleich der Messbrücke herbeigeführt, schaltet der Stellmotor aus.
Gleichzeitig ist das Steuerventil hierdurch wieder geschlossen, da das zweite Steuerglied
relativ zum ersten Steuerglied in die Schließstellung gebracht ist (DT-OS 1 947
205).
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Diese Lenkung weist den allen diesen bekannten hydraulischen Lenksystemen
eigenen Nachteil aur, dass in der neutralen Stelltnb der Lenksäule ständig der gesamte
Pumpenförderstrom zwischen der Pumpe und dem Ölvorratsbehälter umgewälzt wird. Bei
Fahrzeugen mit hohen Lenkträften sind Pumpenförderleistungen bis zu ca.
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6ool/min erforderlich. Diese ölmengen umzuwälzen bedeutet zusätzliche
Ölerwärmung, unnötige Durchwirbelung und se llere Alterung des Hydrauliköles. Ausserdem
wird bei derartigen hydraulischen Lenksystemen, die eine Ventilsteuerung aufweisen,
zeitweise der Pumpenförderstrom beim Schalten der Steuerventile abgequetscht, wodurch
z.T. beträchtliche Druckstösse im hydraulischen System auftreten. Dies bedeutet
zusätzliche Ölerwärmung, erhöhten Versehletss der Pumpe und der übrigen Steuerelemente.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektrohydraulische
Lenkeinrichtung so auszugestalten, dass derartige Belastungen des Hydrauliksystems
vermieden werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass ein mit einer
Lenksäule gekoppelter Sollwertgeber und ein in Abhängigk.it von der Schwenkbewegung
gelenkter Räder betätigter Istwertgeber zu einer eine reversierbare fördermangenregelbare
Hydraulikpumpe
steuernden Soll-Ist-Wertschaltung zusammengefasst sind, wobei die Hydraulikpumpe
den oder die Lenkaylinder oder Schwenkantriebe direkt beaufschlagt.
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Vorteilhafterweise sind in der Hydraulikleitung zwischen der Hydraulikpumpe
und dem oder den Lenkzylindern bzw. Schwenkantrieben Vorspannventile zur Stabilisierung
der Radstellung vorgesehen.
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Mit dieser erfindungsgemässen Ausgestaltung wird erreicht, dass die
Hydraulikpumpe.selber als Steuerorgan für die Lenkzylinder bzw. Schwenkantriebe
dient. Es wird also lediglich Drucköl gefördert-, wenn bei Betätigung des Lenkrades
eine Soll-Ist-Wert-Differenz zwischen den beiden Messwertgebern auftritt. Hierdurch
ist es weiterhin möglich, die Hydraulikleitungen zwischen der reversierbaren fördertengenregelbaren
Hydraulikpumpe und den Lenkzylindern bzw. Schwenkantrieben sehr kurz zu halten.
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Diese hydraulische Lenkung eignet sich daher besonders fur Fahrzeuge,
bei denen sehr grosse Lenkkräfte erforderlich sind, wie z.B. knickgelenkte Fahrzeuge,
und für Fahrzeuge mit zwei unabhängig voneinan er arbeitenden Lenkeinrichtungen,
da zwischen den Lenksäulen und der Hydraulikpumpe nur Kabelführungen aber keine
Hydraulikschläuche erforderlich sind. Eine solche Lenkung arbeitet auch selbstkorrigierend,
da bei einer zwangsweisen Auslenkung der Räder, beispielsweise aufgrund von Strassenunebenheiten,
aufgrund der auftretenden Soll-Ist -Wert-Differenz sofort ein entsprechender praktisch
verzögerungsfrei wirkender; der Verstellung entgegenwirkender Hydraulikstrom zu
dem oder den Lenkzylindern gefördert wird.
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Durch zusätzlichen Einbau von Vorspannventilen direkt vor die Lenktylinder
bzw. Schwenkantriebe werden kleinere Stösse auf die Lenkung aufgenommen, ohne dass
überhaupt eine wenn auch geringfügige Verstellung der Lenkung e-intritt. Hierdurch
wird also vermieden, dass die Lenkung zu elastisch ist.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung
von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung.
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In der Zeichnung zeigen Fig. 1 eine Lenkeinrichtung gemäss der Erfindung
bei einem knickgelenkten Fahrzeug, Fig. 2 eine Lenkeinrichtung gemäss der Erfindung
bei einem Fahrzeug mit Achsschenkellenkung, Fig. 5 eine Lenkeinrichtung gemäss der
Erfindung bei einem Fahrzeug mit einer gelenkten Vorder- und einer gelenkten Hinterachse
und zwei entsprechenden Lenkrädern.
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In Fig. 1 ist schematisch der Rahmen 1 einer Zugmaschine dargestellt,
deren Hinterräder 2 nicht lenkbar sind, während deren Vorderräder 3 über eine Knickgelenklenkung
um ein Knickgelenk 4 schwenkbar am Rahmen 1 angebracht sind. Die Lenkbewegung erfolgt
mittels zweier am Rahmen 1 einerseits und an der Achse 5 andererseits angebrachter
hydraulischer Lenkzylinder 6 bzw. 7.Mit der Lenksäule 8 eines Lenkhandrades 9 ist
ein Sollwert-Potentiometer lo drehfest gekoppelt. Mit dem Knickgelenk 4 ist ein
Istwert-Potentiometer 11 ebenfalls drehfest gekoppelt, das bei Schwenkbweguhgen
der Vorderräder 5 aus seiner Lage ausgelenkt wird.
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Die Abgriffe 12 bzw. 13 dieser Potentiometer sind über einen Verstärker
14 auf ein elektromagnetisches Servoventil 15 geschaltet. Je nachdem, welches Potential
eine Soll-Ist-Wert-Differenz hat, wird ein Ausgang 16 oder 17 dieses Servoventils
15 geöffnet, wodurch eine entsprechende Beaufschlagung eines hydraulischen Stellzylinders
18 erfolgt. Das Servoventil 15 und der Stellzylinder 18 sind in einen von einer
Steuerdruckpumpe 19 gespeisten Steuerhydraulikkreis 20 geschaltet.
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z.B.
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Von dem Stellzylinder 18 wird das Stellglied 21/einer regelbaren Axial-
oder Radialkolbenpumpe 22 aus seiner Nullage herausgeschwenkt, sodass eine der beiden
zu den Lenkzylindern. 6 bzw. 7 führenden Hydraulikleitungen 25 bzw. 24 mit Drucköl
beaufschlagt wird. Dies führt je nach dem, ob eine positive oder eine negative Soll-
Ist-Wert-Differenz zwischen den Potentiometern lo bzw. 11 besterlt, dazu, dass der
Lenkzylinder 6 auf Druck und der Lenkzylinder 7 auf Zug oder umgekehrt beansprucht
werden, wodurch die Vorderräder 3 eine entsprechende Lenkbewegungausführen. Die
Lenkzylinder 6 bzw. 7 sind überkreuz geschaltet, d.h. die Hydraulikleitung 23 führt
zur Druckkammer des Lenkzylinders 6 und zur Zugkammer des Lenkzylinders 7, während
die
Hydraulikleitung 24 zur Druckkammer des Lenkzylinders 7 und
zur Zugkammer des Lenkzylinders 6 führt. Die Pumpe 22 und die Steuerdruckpumpe 19
werden vom Fahrmotor 25 des Fahrzeugs angel trieben.
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In die Hydraulikleitungen 23 bzw. 24 sind Rückschlagventile 26 geschaltet,
die ein Rückströmen der Hydrauiikflüssigkeit von den zugehörigen Kammern der Lenkzylinder
6 bzw. 7 zur Pumpe 22 verhindern. Parallel zu diesen Rückschlagventilen sind an
die Hydraulikleitungen 23 bzw. 24 Vorspannventile 27 geschaltet, die so eingestellt
sind, dass eine Rückströmung von Hydraulikflüssigkeit durch eine der Leitungen 23
bzw. 24 zur jeweiligen Saugseite der Pumpe 22 erst bei Uberschreiten eines bestimmten
Druckes möglich ist. Hierdurch wird die Lenkung gewissermassen eingespannt, sodass
normale Fahrbahnstösse keine Auslenkung der Vorderräder 3 bewirken können. Werden
solche Stösse so stark, dass das auf Druck belastete Vorspannventil 27 aufgeht,
so bewirkt die damit verbundene Verstellung der Räder 7 eine Verstellung des Istwert-Potentiometers
11, was umgehend wiederum einen Regelvorgang der bereits beschriebenen Art auslöst,
sodass sich die Lenkung selbst wieder - und zwar praktisch verzögerungsfrei - in
die Sollage zurückbringt.
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Zwischen die Hydraulikleitungen 23 und 24 ist ein Druckbegrenzungsventil
28 geschaltet, das über Rückschlagventile 29 mit diesen Hydraulikleitungen 23, 24
verbunden ist, die jeweils offen sind, wenn die entsprechende zugehörige Hydraulikleitung
23 oder 24 auf Druck belastet wird. Andererseits ist das Druckbegrenzungsventil
28 über eine Rücklaufleitung 30 mit einem Ölbehälter 51 verbunden. Die Rücklaufleitung
30 ist schliesslich noch über Rückschlagventile 32 mit den Hydraulikleitungen 23
bzw. 24 verbunden, die so angeordnet sind, dass sie bei Unterdruck auf einer der
Leitungen 23 bzw. 24 offen sind.
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Das Druckbegrenzungsventil 28 ist so eingestellt, dass es kurz vor
der maximalen Belastbarkeit der Pumpe 22 bzw. der Leitungen 23, 24 oder der Lenkzylinder
6, 7 oder der Achse 5 bzw. der Räder 3 anspricht. Es dient dazu, dine Zerstörung
oder Beschädigung des gesamten hydraulischen Systems und auch der damit gekoppelten
mechanischen Teile zu verhindern, wenn beispielsweise bei einer völligen Blockierung
der Vorderräder - wenn diese beispielsweise gegen eine Hauswand oder Mauer festliegen
- eine Selbstzerstörung des hydraulischen Systems eintreten würde. Wenn in einem
solchen Falle durch Drehen des Lenkrades 9 eine Soll- Ist-Wert-Differenz erzeugt
wird und damit durch entsprechende Verstellung der Pumpe 22 in einr der Hydraulikleitungen
23 oder 24 ein übergrosser Druck aufgebaut würde, da eine V rstellung der L-nkzylinder
nicht möglich ist, öffnet das Druckbegrenzungsventil 28 und gibt die- geförderte
Ölmenge im Kurzschluss über das entsprechende Rückschlagventil 32 an die saugseitige
Hydraulikleitung 24 bzw 23. Durch die Rücklaufleitung 30 können ausserdem Leckverluste
des Kreislaufes ergänzt werden.
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Durch entsprechende Wahl des V2rstirkers 14 kann erreicht werden,
dass die Auslenkung des Stellzylinders 18 und damit L des Stsllgliedes 21 der fördermengenJregelbaren
Pumpe 22 und damit schliesslich deren Förderleistung direkt abhängig ist von aem
Betrag der Soll- Ist- Wert-Differenz, sodass mit Abnehmen dieser Differenz vor dem
Erreichen des Lenkungsendpunktes das Stellglied und damit die FörderleStung zurückgenommen
wird.
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Hierdurch wird ein langsames Anfahren des Lenkungsendpunktes erreicht,
was sich in einem weichen Lenkverhalten zeigt. Das ollwert- und das Istwert-Potentiometer
lo bzw. 11 werden von einer gemeinsamen Gleichspannungsquelle 33 gespeist.
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Die Steuerdruckpumpe 19 wird über ein Druckbegrenzungsventil 54 zum
blbehälter 31 kurzgeschlossen, wenn wegen Fehlens einer Soll-Ist-Wert-Differenz
beide Ausgänge 16 bzw. 17 des Servoventils 15 geschlossen sind.
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Das Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 2 unterscheidet sich von dem gemäss
Fig. 1 lediglich dadurch, dass anstelle einer Knickgelenklenkung eine Achsschenkellenkung
vorgesehen ist.
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Hierbei sind die beiden Lenkzylinder 6, 7 durch einen auf die Spurstange
35 wirkenden doppeltwirkenden Lenkzylinder 36 ersetzt, dessen beide Kammern gleichen
wirksamen Querschnitt haben, sodass die jeweils über eine Hydraulikleitung 23 bzw.
24 in eine Kammer gedrückte ölmenge der aus der anderen Kammer herausgedrückten
entspricht. Das Istwert-Potentiometer 11 ist zweckmässigerweise direkt mit einem
Achsschenkelbolzen 37 verbunden.
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In Fig. 5 ist eine Ausführungsform dargestellt, die sich von der in
Fig. 2 dargestellten dadurch unterscheidet, dass Vorder -räder 5 und Hinterräder
2 mittels einer Achssciienkellenkung lenkbar sind und dass vorn und hinten am Fahrzeug
ein Lenkrad 9 bzw. 9' vorgesehen ist. Die Hinterräder 2 folgen über eine Gestängekupplung
58, die gegebenenfalls auch hydraulisch oder elektrisch ausgebildet sein kann, gegenläufig
den Schwenkbewegungen der Vorderräder 5.
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t den Lenksäulen 8 bzw. 8' der Lenkräder 9 bzw. 9' sind jeweils gleiche
Sollwert-Potentiometer lo bzw. lo' verbunden, die wahlweise über einen entsprechenden
Schalter 59 mit dem Istwert-Potentiometer verbunden werden können, sodass das Fahrzeug
entweder mittels des Lenkrades 9 oder des Lenkrades 9' an den beiden Enden des Fahrzeuges
gelenkt werden kann.
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Anstelle der Soll-Ist-Wert-Potentiometer loj 11 können auch induktive
Messwertgeber vorgesehen werden, sodass anstelle eines Spannungsvergleichs ein Stromvergleich
erfolgt. Des weiteren kann die Regelung der fördermengenregelbaren Hydraulikpumpe
22 auch elektrisch oder pneumatisch vorgenommen werden. Statt der Lenkzylinder 6,
7 bzw. 56 können auch Ölmotoren als Schwenkantriebe verwendet werden.
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Bei Verwendung von fördermengenregelbaren Radial- oder Axialkolbenpumpen,
die in der Nullage des Stellgliedes 21 noch eine Leerlauffördermenge fördern, wobei
eine solche Leerlauffördermenge höchstens 1 bis 3 % der Betriebsfördermenge ausmacht,
ist an die Hydraulikleitung 23 bzw. 24, in die diese Leerlaufmenge gefördert wird,
eine zum ölbehälter 51 führende Leerlaufleitung anzuschliessen, in die ein Umlaufventil
zu schalten ist, das bei Auftreten einer Joll-Ist-Wert-Differenz geschlossen wird.
Die durch diese Leerlaufmenge aus der entsprechenden anderen Hydraulikleitung 24
bzw: 23 abgezogene Ölmenge wird dann ständig über die Rücklaufleitung 30 und das
entsprechende Rückschlagventil 52 ersetzt.
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Mit der Lenksäule 8, 8 kann ein Zahnraduntersetzungsgetriebe verbunden
sein, an dessen Abtrieb das Potentiometer lo bzw.
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lo' angeschlossen ist. Hierdurch kann erreicht werden, dass zum einen
die Sollwert-Potentiometer lo, lo' und die Istwert-Potentiometer 11 völlig gleichartig
ausgebildet werden und auch bei einer bestimmten Drehung des Lenkrades und einer
entsprechenden zugeordneten Schwenkung der Räder um einen selbstverständlich sehr
viel kleineren Winkel eine jeweils gleiche Drehung ausführen. Gegebenenfalls wird
auch das Istwert-Potentiometer 11 über ein entsprechendes Getriebe angetrieben.
Zum anderen kann hierdurch erreicht werden, dass dem doppelten vollen Lenke ins
chlag der volle Abgriffsbereich
eines Potentiometers zugeordnet
wird, wodurch die Regelgenauigkeit erheblich gesteigert werden kann.
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- Ansprüche -