DE2438617C3 - Elektronisch-hydraulische Fahrzeug-Lenkeinrichtung für vielachsige Schwerlastfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronisch-hydraulische Fahrzeuglenkeinrichtung für vielachsige Schwerlastfahrzeuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Eine Lenkeinrichtung, welche von den meisten dieser Merkmale Gebrauch macht, ist aus der DE-OS 80 534 bekannt, und zwar in Verbindung mit einem Vierradfahrzeug.

Bei Lenkeinrichtungen der gattungsmäßigen Art hängt der Bedarf an Hydrauliköl für die Stellmotoren an den Achsen ab von der Schnelligkeit und der Größe des Lenkeinschlages. Würde die Pumpenförderung nicht ausreichen, um die Stellmotoren in allen Fällen ausreichend mit öl zu versorgen, so wären Undefinierte Stellungen der einzelnen Räder die Folge mit ihren leicht vorstellbaren verheerenden Auswirkungen für ein Schwerlastfahrzeug. Um dem zu begegnen, müßte die speisende Pumpe in ihrer Kapazität an diese Extremforderungen angepaßt und dementsprechend reichlich dimensioniert sein. Oder es wäre eine Pufferung mit einem entsprechend großvolumigen hydropneumatischen Druckspeicherbehälter erforderlich. Beide Methoden sind sehr aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Lenkeinrichtung der eingangs genannten Art prinzipiell mit einer wesentlich kleineren Hydraulikpumpe beziehungsweise ohne einen hydropneumatischen Druckspeicher auszukommen, dabei einen zwangsweisen Synchronlauf der Verstellung der einzelnen Räder oder Achsschemel zu bewirken und dem Fahrer eines solchen Schwerlastfahrzeuges das von rein mechanischen Lenkeinrichtungen her bekannte Lenkgefühl zu vermitteln.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches gelöst

Eine Einrichtung zur Erfassung der Abweichung eines

Istwertes von einem Sollwert ist aus der DE-OS 19 47 205 bekannt Diese Einrichtung ist dort aber nur in Verbindung mit einem einzigen, lenkbaren Fahrzeugrad offenbart. Eine etwaige Zusammenkopplung einer Mehrzahl von Fahrzeugachsen hingegen ist in dieser Literaturstelle nicht angesprochen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand des in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispieles erläutert Es zeigt

F i g. 1 den Grundaufbau einer elektronisch-hydraulisehen Fahrzeuglenkeinrichtung, von der die Erfindung ausgeht, anhand von vier repräsentativen AchsschemeJn eines vielachsigen Schwerlastfahrzeuges,

Fig.2 das Funktionsschaltbild einer Fahrzeuglenkeinrichtung nach F i g. 1 in detaillierterer Darstellung und mit den erfindungsgemäßen Mitteln.

In F i g. 1 bezeichnet 1 den linken vorderen, 2 den rechten vorderen, 3 den linken hinteren und 4 den rechten hinteren Achsschemel eines vielachsigen Schwerlastfahrzeuges, wobei aus Gründen des leichteren Verständnisses und der besseren Übersicht die anderen Achsschemel des Fahrzeuges weggelassen sind. Der Achsschemel 1 wird von einem hydraulischen Stellmotor la an sich beliebiger Art verstellt Dieser wird gesteuert von einem Proportional-Regelventil 16, welches an dem Differenzverstärker lc angeschlossen ist Über ein mit dem Verstellmotorantrieb verbundenes Potentiometer id wird die momentane Stellung des Stellmotors la als Istwert auf den Differenzverstärker ic zurückgeführt. Die genannten Teile bilden demgemaß einen elektrohydraulischen Nachlauf-Regelkreis Ie an sich bekannter Art, dem über die Verbindung 5 ein Sollwert vorgegeben wird. In gleicher Weise ist der Nachlauf-Regelkreis 2e für den Achsschemel 2 ausgebildet und wird über die Verbindung 6 mit einem Sollwert beaufschlagt Dieselben Verhältnisse finden sich bei dem Nachlauf-Regelkreis 3e, der von der Verbindung 7 seinen Sollwert erhält, und dem Nachlauf-Regelkreis 4e, dem die Verbindung 8 zugeordnet ist

Der Sollwert wird von dem Sollwertgeber 9 geliefert, welcher dem Lenkrad 10 des Fahrzeuges zugeordnet ist Damit das Fahrzeug beliebig manövrierbar ist, sind zwischen dem Sollwertgeber 9 und den Eingängen der Nachlauf-Regelkreise Ie bis 4e Funktionsgeneratoren 11 bis 14 zwischengeschaltet Diese formen den vom Lenkrad gelieferten Sollwert derart in Abhängigkeit von dem Einschlagwinkel und der Einschlagrichtung des Lenkrades von der Geradeausstellung so um, daß jeder der Nachlauf-Regelkreise Ie bis 4e genau den für das gewünschte Fahrmanöver erforderlichen Vorgabewert

to erhält.

In Γ i g. 1 ist unter den jeweiligen Achsschemeln durch Pfeile angegeben, welche Größe und Richtung die Radebenen der einzelnen Achsschemel haben müssen, wenn das Fahrzeug eine Rechtskurve oder gleich große

<i5 Linkskurve fährt. Die jeweils zugehörige Fahrtrichtung ist durch umrandete große Buchstaben angegeben. So ist ersichtlich, daß bei einer Rechtsfahrt, bei der also der Lenkpol rechts außerhalb des Zeichnungsfeldes liegend

zu denken ist, die Achsschemel 2 und 4 innere Achsschemel sind, während die Achsschemel 1 und 3 als äußere Achsschemel fungieren. Demzufolge ist offensichtlich, daß die Radebenen der Schemel 2 und 4 um einen größeren Winkel verdreht werden müssen als die Radebenen der Achsschemel 1 und 3. Denn erstere haben einen kleineren, letztere einen größeren Kurvenradius zu befahren.

Aus F i g. 1 ist weiter entnehmbar, daß die jeweils inneren bzw. äußeren Achsschemel um die gleichen Winkelbriräge zu schwenken sind, die Schwenkwinkel sich aber in ihrer Richtung voneinander unterscheiden und in bezug auf die Geradeausstellung spiegelbildlich liegen. Daraus ist waiter ersichtlich, daß jeweils nur zwei der vorhandenen Achsschemel von einem den Lenkradsoliwert korrigierenden Funktionsgenerator beaufschlagt zu werden brauchen, sofern nur dieser Generator einen positiven und einen negativen Ausgang hat

In F i g. 2 sind diejenigen Bauteile, Jie mit F i g. 1 unmittelbar übereinstimmen, mit den dort verwendeten Bezugszeichen versehen. Ferner ist zwecks besserer elektronischer Übersicht die in F i g. 1 gezeigte praxisnahe Anordnung der Teile verlassen worden.

Vor den Differenzverstärkern Ic bis 4c der einzelnen Nachlauf-Regelkreise Ie bis 4e ist jeweils ein mehrpoliger Umschalter Iu bis 4u eingeschaltet. Dieser kann an sich beliebiger Art sein und aus Relais oder elektronischen Kontaktelementen bestehen. Im einfachsten Fall, wenn das Fahrzeug nur für Normalfahrt bestimmt ist, genügen hierzu jeweils zwei Arbeitskontakte oder ein Umschaltkontakt. Im vorliegenden Fall ist das Fahrzeug für Normalfahrt und Diagonalfahrt bestimmt. Deswegen sind hier drei Kontakte a, b und c je Umschalteinheit erforderlich. Letztere sind mit Steuerleitungen 15 und 16 an eine Richtungslogik 18 oder über eine Steuerleitung 17 direkt an einem Flipflop 19 mit den Ausgängen e und /angeschlossen. Letzterer ist an zwei Taster 20 und 21 angeschlossen, von denen der Taster 20 für Normalfahrt und der Taster 21 für Diagonalfahrt bestimmt ist Mit Diagonalfahrt ist hier eine Fahrweise gekennzeichnet, bei der alle Achsschemel nach Maßgabe des Lenkradeinschlages um den gleichen Winkel und in die gleiche Richtung verdreht werden, so daß das Fahrzeug als Ganzes schräg zu seiner Längsachse verfahrbar ist. Die Richtungslogik 18 enthält unter anderem zwei UND-Tore ^ und Λ und steht über einen Komparator 22 mit den Ausgängen / und j mit dem Sollwertgeber £ des Lenkrades in Verbindung.

Wie weiter oben erwähnt, brauchen jeweils nur zwei der vorhandenen Achsschemel von einem Funktionsgenerator beaufschlagt zu werden. Im Ausführungsbeispiel sind hierzu die Funktionsgeneratoren 23 und 24 vorgesehen. Sie stehen über die genannten Umschalter Iu bis 4u mit den vier Achsschemeln 1 bis 4 des Fahrzeuges in Verbindung. Die Eingänge dieser Funktionsgeneratoren sind über einen Unipolator 25 und die Verbindung 26 mit dem Sollwertgeber 9 verbunden. Letzterer steht ferner über die Leitung 27 mit den Umschaltern Iu bis 4u in Verbindung. Der fao Unipolator 25 bewirkt, daß unabhängig von der Drehrichtung des Lenkrad- Vwertgrößen von stets gleichem Vorzeichen an die Funktionsgeneratoren gelangen.

Die Ausgänge der Differenzverstärker Ic bis 4c sind h^r> über Verbindungen 28, 29, 30 und 31 an eine Erfassungseinrichtung 32 angeschlossen, die den Maximalwert der Abweichungen auswählt. An deren Ausgängen liegen Proportionalsteuerventile 33 und 34, die in Wirkverbindung stehen mit Bremseinrichtungen 35 und 36 an sich beliebiger Art, welche die Achse des Lenkrades 10 abzubremsen vermögen.

Nachfolgend wird die Funktion der in Fig.2 gezeigten Lenkeinrichtung unter teilweise Zuhilfenahme digitaler Zustandsymbole erläutert

Der einfachste Teil ist die weiter oben bereits begrifflich näher definierte Diagonalfahrt Hierzu wird auf den Taster 21 gedrückt Dadurch erhält die Steuerleitung 17 vom Ausgang e des Flipfiop 19 L-Signal. Demzufolge werden von allen Umschaltern 1 u bis Au die Kontakte a geschlossen. Somit wird eine unmittelbare Verbindung vom Ausgang des Sollwertgebers 9 des Lenkrades zu den Differenzverstärkern lcbis 4c der Achsschemel 1 bis 4 hergestellt und alle Achsschemel erhalten Drehrichtungsollwerte gleicher Größe und Richtung.

Bei Normalfahrt wird der Taster 20 gedrückt Dadurch erhält jetzt der Ausgang / des Flipflop 19 L-Signa!. Es sei nun angenommen, daß das Fahrzeug eine Rechtskurve fahren soll. In diesem Fall gibt der Ausgang /des Komparators 22 ebenfalls ein L-Signal ab, so daß in der Richtungslogik 18 für das UND-Tor g die Schaltbedingung erfüllt ist und die Steuerleitung 15 ebenfalls L-Potential führt Demzufolge werden in sämtlichen Umschaltern Iu bis Au die Kontakte b geschlossen. Von den Funktionsgeneratoren 23 und 24 ist nun von Haus aus jeder für ein bestimmtes Paar von Achsschemeln bestimmt Und zwar ist der Funktionsgenerator 23 für die jeweils inneren Achsschemel bestimmt, nämlich diejenigen, die immer den größeren Lenkeinschlag benötigen; analog hierzu ist der Funktionsgenerator 24 für die äußeren Achsschemel bestimmt Dabei hat jeder dieser Generatoren zwei Ausgänge, welche Steuerungsspannungen gleicher Größe, aber unterschiedlichen Vorzeichens abgeben. Hierbei ist die Steuerspannung mit dem positiven Vorzeichen für Rechtseinschlag (Achsschemel 2), diejenige negativen Vorzeichens für den korrespondierenden Linkseinschlag (Achsschemel 4) bestimmt (vgl. F i g. 1).

Wie aus F i g. 2 ersichtlich, wird durch den Kontakt b des Umschalters 2u der positive Ausgang des Funktionsgenerators 23 mit dem Achsschemel 2 und sein negativer Ausgang über den Kontakt b des Umschalters Au mit dem Achsschemel 4 über die jeweils zwischengeschalteten Regelstrecken verbunden. In analoger Weise ist der positive Ausgang des Funktionsgenerators 24 mit dem Achsschemel 1 und sein negativer Ausgang mit dem Achsschemel 3 verbunden. Damit sind die aus F i g. 1 enlnehmbaren fahrgeometrischen Erfordernisse erfüllt.

In sinngemäß gleicher Weise erhält bei Linksfahrt die Steuerleitung 16 L-Potential, wodurch die Kontakte c der Umschalter Iu bis 4u geschlossen werden. Damit sind jetzt im Unterschied zum vorherigen Fall die Achsschemel 1 und 3 an die entsprechenden Ausgänge des für die inneren Achsschemel bestimmten Funktionsgenerators 23 angeschlossen, während die Achsschemel und 4 nunmehr am Funktionsgenerator 24 für die äußeren Achsschemel liegen.

Hinter den Differenzverstärkern Ic bis 4c der den einzelnen Achsschemeln zugeordneten Nachlauf-Regelkreise aus den Teilen la, Xb, id bis 4a, Ab, Ad treten Spannungen auf, welche ein Maß für die Abweichungen der Stellungs-Istwerte von den Sollwerten der einzelnen Achsschemel darstellen. Bei zu starkem und schnellem Lenkeinschlag könnten die Proportional-Regelventile

16 bis 46 so weit geöffnet werden, daß — wenn keine extrem große Pumpe verwendet wird — die Pumpförderung nicht mehr ausreicht, um die Stellmotoren la bis 4a hinreichend mit Drucköl zu versorgen. Dadurch könnten die einzelnen Achsschemel Undefinierte Stellungen zueinander einnehmen, was für ein Schwerlastfahrzeug verheerende Auswirkungen hätte. Über die Verbindungen 28 bis 31 werden nun die genannten Regelabweichungen erfaßt und in der Erfassungseinrichtung 32 ausgewertet. Dies geschieht so, daß über die Proportionalsteuerventile 33 und 34 und die Bremseinrichtungen 35 und 36 von an sich bekannter Art die Drehung des Lenkrades um so stärker gebremst wird, je größer die Regelabweichungen in den einzelnen Regelkreisen sind; im Extremfall wird das Lenkrad sogar blockiert. Von dem Pröpöfiiönäisleuerventii 33 wird dabei die Bremsung des Lenkrades bei Rechtsdrehung, von dem Proportionalsteuerventil 34 bei Linksdrehung eingeleitet. Hierbei ist das Maß der Abbremsung so bemessen, daß die geförderte Ölmenge der Pumpe bei jedem Fahrzustand gerade ausgeschöpft wird. Eine Bemessung der Pumpenleistung auf Extremverhältnisse ist daher durch den Einsatz der erfindungs-

gemäßen Mittel nicht mehr erforderlich. Das Lenkrad wird blockiert, wenn die Regelabweichung bei einer oder mehreren Achsen sehr groß ist, etwa beim Fahren eines der Räder des Fahrzeuges vor ein Hindernis (Stein od. dgl.). Dem Fahrer wird dadurch des von mechanischen Lenkgestängen her bekannte Lenkgefühl vermittelt, ähnlich wie bei einem Pkw, dessen eines Vorderrad an einem Randstein steht. Da in der Erfassungseinrichtung 32 das Maß der Abbremsung des Lenkrades in Abhängigkeit von der maximalen Regelabweichung ermittelt wird, welche bei einem der Achsschemel 1 bis 4 auftreten kann, wird zwangsläufig auch ein Synchronlauf der Bewegungen der einzelnen Achsschemel bewirkt.

Die Art der Lenkradabbremsung wurde vorstehend aus Einfachheiisgründen am Beispiel der weiter obenerwähnten Diagonalfahrt erläutert. Bei Normalfahrt sind grundsätzlich die gleichen Verhältnisse gegeben. Es sind lediglich zusätzlich Schaltglieder erforderlich, welche einen Bezug zwischen der Auslenkrichtung des maximal ausgelenkten Achsschemels und der Bremseinrichtung 35 oder 36 herstellen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Elektronisch-hydraulische Fahrzeuglenkeinrichtung für vielachsige Schwerlastfahrzeuge, bei der die lenkbaren Fahrzeugachsen in servohydraulische Regelkreise eingeschaltet sind, wobei jeder der lenkbaren Fahrzeugachsen eine elektrische Nachlaufeinrichtung zugeordnet und je zwei lenkbaren Achsen, von denen eine im ersten und die andere im zweiten bzw. die eine im dritten und die andere im vierten Quadranten des Fahrzeuges angeordnet ist, ein Funktionsgenerator mit zwei Ausgängen unterschiedlichen Steuerkennzeichens zugeordnet ist, welcher von einem mit dem Lenkhandrad verbundenen Sollwertgeber angesteuert wird und den Sollwert in Abhängigkeit von den fahrgeometrischen Erfordernissen der angeschlossenen Achsen umformt und vom Lenkhandrad über e:ne Richtungslogik fahrtrichtungsabhängig angesteuerte Schalteinrichtungen vorgesehen sind, welche die genannten Funktionsgeneratoren bei Fahrtrichtungswechsel auf zwei Achsen umschalten, die, auf die Längsrichtung des Fahrzeuges bezogen, spiegelbildlich den erstgenannten Achsen gegenüberliegen, dadurch gekennzeichnet, daß an die Nachlaufeinrichtungen der einzelnen Achsschemel (1, 2, 3 und 4) eine Erfassungseinrichtung (32) zur Erfassung der Abweichungen der Istwerte von den durch die Funktionsgeneratoren (23,24) vorgegebenen Sollwerten angeschlossen ist und die Erfassungseinrichtung (32) den Maximalwert der Abweichungen auswählt und über von ihr gesteuerte Bremseinrichtungen (35, 36) die Drehung des Lenkrades (10) in Abhängigkeit von der Größe des Maximalwertes der Abweichungen bis zu dessen Blockierung richtungsabhängig bremst.