DE2710819A1

DE2710819A1 - Hydraulisches lenksystem mit veraenderlicher rueckkopplung

Info

Publication number: DE2710819A1
Application number: DE19772710819
Authority: DE
Inventors: Lanson Becker
Original assignee: General Signal Corp
Current assignee: SPX Technologies Inc
Priority date: 1976-03-11
Filing date: 1977-03-11
Publication date: 1977-09-15
Also published as: SE7702722L; BR7701493A; GB1571316A; CA1044992A; FR2343910B1; US4003202A; JPS52110389A; SE407922B; JPS5759441B2; FR2343910A1

Description

GENERAL SIGNAL CORPORATION 11. März 1977

High Ridge Park

Stamford, Connecticut / V.St.A.

Unser Zeichen: G 1406

Hydraulisches Lenksystem mit veränderlicher Rückkopplung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen hydraulischen Steuerkreis mit einem veränderlichen Rückkopplungsweg, insbesondere einen hydraulischen Steuerkreis für das Lenksystem eines Gelenkfahrzeugs zu dessen veränderlicher Lenkung.

Es ist bekannt, daß bestimmte, beim Bau, im Bergbau und beim Holzfällen verwendete Gelenkfahrzeuge für gewisse Arbeiten eine verhältnismäßig schnelle bzw. empfindliche Lenkung benö-

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tigen, während sie zeitweilig eine verhältnismäßig langsame bzw. unempfindlich ansprechende Lenkung haben müssen. So benötigen beispielsweise Holzschlepper bei der Arbeit eine schnell ansprechende Lenkung, wenn das Fahrzeug im "Entengang" arbeiten oder die Zugkraft des Schleppers beim Herausziehen aus achstiefem Schlamm unterstützen soll. Auf Wegen jedoch, auf denen das Fahrzeug mit höheren Marschgeschwindigkeiten betrieben werden kann, kann eine schnell ansprechende oder empfindliche Lenkung gefährlich werden, sodaß sie dann unerwünscht ist. Für den Fahrbetrieb auf Wegen ist deshalb eine langsame bzw. eine relativ unempfindliche Lenkung erwünscht. Dieses Problem ist bisher durch die Verwendung komplexer mechanischer Gestängeanordnungen, die Schaffung einer mehrstufigen Lenkung, ferner durch die Verwendung eines Mehrfach-Pumpsystems, durch die Verwendung eines Sammlers zur Unterstützung des normalen Pumpendrucks für eine erhöhte Ansprechempfindlichkeit und durch die Verwendung von Strömungsteiler-Absperrorganen zur Veränderung der Lenkgeschwindigkeiten gelöst. Alle diese Systeme sind von Natur aus verhältnismäßig komplex.

Die Erfindung sieht einen hydraulischen Steuerkreis mit einer Druckmedien-Quelle, Mitteln zur Verteilung des Druckmediums zwischen einer Mehrzahl von Strömungswegen, mit den Verteilungseinrichtungen in Verbindung stehende Eingabeeinrichtungen zur Veränderung der Verteilung des Druckmediums, mit der Verteilungseinrichtung in Medienverbindung stehende Rückkopplungsmittel zur Erzeugung eines der Wirkung der Eingabeeinrichtung entgegenwirkenden Rückkopplungssignals und in Fluidverbindung mit den Rückkopplungsmitteln stehende Einrichtungen zur Veränderung des Rückkopplungssignals und dadurch zur Veränderung der Größe des dem Eingangssignal entgegenwirkenden Rückkopplungssignals.

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Die Erfindung sieht weiterhin einen hydraulischen Steuerkreis für das Lenksystem eines Gelenkfahrzeugs vor, der eine erste Pumpeinrichtung zur Förderung eines Druckmediums aufweist, ferner ein erstes, in Pluidverbindung mit der ersten Pumpeinrichtung stehendes und die Strömungsrichtung des Druckmediums regelndes Richtungs-Steuerabsperrorgans aufweist, weiterhin eine zweite Pumpeinrichtung besitzt, die in Abhängigkeit vom Lenkeingabesignal arbeitet und eine Ausgangsleistung erzeugt, die kennzeichnend für die gewünschte Änderung der Fahrzeugrichtung ist, weiterhin mit einer Betätigungseinrichtung, die mit dem ersten Richtungs-Steuerabsperrorgan verbunden ist und dessen Einstellung steuert, wobei die Betätigungseinrichtung in medienleitender Verbindung mit der zweiten Pumpeinrichtung steht und dessen Ausgangsleistung erhält, weiterhin mit in medienleitender Verbindung mit der Betätigungseinrichtung stehenden Rückkopplungsmitteln zur Erzeugung eines der Wirkung der Ausgangsleistung entgegengerichteten Rückkopplungssignals und schließlich mit den Rückkopplungsmitteln in medienleitender Verbindung stehenden Mitteln zur Veränderung des Rückkopplungssignals und damit zur Veränderung des der Ausgangsleistung der zweiten Pumpeinrichtung entgegengerichteten Wirkung.

Auf der einzigen Zeichnung ist eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten hydraulischen Steuerkreises in Form eines Schaltbildes dargestellt.

In der einzigen Zeichnungsfigur ist ein hydraulischer Steuerkreis dargestellt, der eine Druckmedienquelle Io aufweist. Die Druckmedienquelle besteht vorzugsweise aus einer stationären Verdrängerpumpe, die das Medium aus dem Reservoir 12 ansaugt und in eine Ausgangsleitung Ik fördert. Die Ausgangsleitung steht in fluidleitender Verbindung mit einer Einrichtung 16 zum Verteilen des Druckmediums zwischen einer Mehrzahl von Förderwegen. Die Verteilungseinrichtung 16 umfaßt ein Richtungs-Steuerabsperrorgan 18, das in medienleitender Verbin-

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dung mit der Pumpe Io steht und die Strömungsrichtung des Druckmediums steuert. Die Verteilungseinrichtung 16 umfaßt weiterhin eine mit dem Richtungs-Steuerabsperrorgan 18 verbundene Betätigungsvorrichtung 2o, die die Stellung des Absperrorgans steuert. Die Betätigungsvorrichtung 2o ist vorzugs weise ein doppelendiger Stangenkolben-Betätiger, der eine symmetrische Arbeitsweise ermöglicht.

Eine Eingabeeinrichtung 22 steht in medienleitender Verbindung mit der Verteilereinrichtung 16, damit die Verteilung des Druckmediums geändert werden kann. Die Eingabeeinrichtung 22 umfaßt eine zweite Pumpeinrichtung 2*1, die in Abhängigkeit von einem Lenkeingangssignal arbeitet und eine Ausgangsleistung erzeugt, die kennzeichnend für die gewünschte Änderung der Fahrzeugrichtung ist. Die zweite Pumpeinrichtung umfaßt ein stationäres Verdrängungspumpsystem 26, das das Medium unter Druck hält und zu einer Handpumpe fördert. Die Handpumpe 28 ist vorzugsweise mit einer Lenkeingabewelle 3o verbunden und besteht aus einer Drehvorrichtung zum Zumessen der von dem Pumpsystem 26 zugeführten Medienmenge entsprechend dem Grad der Drehung der Welle 3o. Die Handpumpe 28 ist medienleitend durch die Leitungen 32 und J>k mit dem Betätiger 2o verbunden. In Abhängigkeit der Drehung der Lenkeingabevrelle 3o führt die Handpumpe 28 das Medium entweder durch die Leitung 32 oder durch die Leitung 3^ dem Betätiger 2o zu, je nach dem, in welche Richtung die Welle 3o gedreht worden ist.

Das Richtungs-Steuerabsperrorgan 18 ist.durch die Leitungen 36 und 58 mit einem Lenkantriebszylinder ko verbunden. Der Zylinder Jlo wiederum ist vom Kopfende zum Stangenende und vom Stangenende zum Kopfende mit einem zweiten Lenkantriebszylinder *J2 verbunden. Die Antriebszylinder ¹Io, 42 sind zwischen den Einheiten des zu lenkenden Gelenkfahrzeugs in bekannter Weise angeordnet .

Mit der Verteilungseinrichtung steht ein Rückkopplungsmittel hh in medienleitender Verbindung zur Erzeugung eines Rück-

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kopplungssignals, das der Wirkung der Eingabeeinrichtung entgegenarbeitet. Die Rückkopplungseinrichtung 44besteht aus einer Zylinderanordnung wie den Rückkopplungszylindern 46 und 48, die derart an dem Gelenkfahrzeug angeordnet sind, daß sie auf die Position des Fahrzeugs und der Antriebszylinder 40 und 42 ansprechen. Die Rückkopplungszylinder 46 und 48 sind über die Leitungen 50 bzw. 52 mit dem Betätiger 20 verbunden.

Die Elemente des insoweit beschriebenen Systems sind bekannt und gehören nicht zur vorliegenden Erfindung. Neu ist dagegen eine mit der Rückkopplungseinrichtung 44 in Verbindung stehende Vorrichtung 54 zur Veränderung des Rückkopplungssignals und dadurch zur Veränderung des Einflußes der Gegenwirkung gegen das Eingabesignal. Normalerweise können die Rückkopplungszylinder 46 und 48 eine dauernde Verbindung zwischen dem Kopf und den Stangenenden der jeweiligen Zylinder herstellen, wie dies dargestellt ist. Dabei erhalten die Rückkopplungssignale in den Leitungen 50 und 52 einen feststehenden Grad der Ansprechempfindlichkeit. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist jedoch zusätzlich ein zweites Richtungs-Steuerabsperrorgan 54 vorgesehen, das beispielsweise das Kopfende des Zylinders 46 medienleitend mit dem Stangenende des Zylinders 48 und das Stangenende des Zylinders 46 in medienleitende Verbindung mit dem Kopfende des Zylinders 48 bei einer ersten Absperrorganstellung bringt. Weiterhin dient das zweite Richtungs-Steuerabsperrorgan in einer zweiten Stellung zur medienleitenden Verbindung der Zylinder46 und 48 mit dem Reervoir 12. Dieses ist nur eine Art, in der die Rückkopplungszylinder 46 und 48 verbunden werden können, während sich andere Alternativen aus der nachfolgenden Diskussion der Betriebsweise des erfindungsgemäß ausgebildeten hydraulischen Steuerkreises ergeben.

Nimmt man an, daß das Richtungs-Steuerabsperrorgan 18 wie dargestellt in einer neutralen Stellung startet, dann wird das

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4ο

gesamte von der Pumpe 10 zugeführte Medium in den Tank 12 zurückgeführt, sodaß die Stellung der Antriebszylinder 40 und 42 und damit das Verhalten des Fahrzeuges nicht verändert wird. Wenn der Fahrzeugführer die Lenkwelle 30 in eine bestimmte Richtung dreht, leitet die Handpumpe 28 eine der Drehung der Welle 30 proportionale Medienmenge in beispielsweise die Leitung 34. Dadurch wird Medium in die linke Kammer des Kolbenbetätigers 20 gepumpt, sodaß der Kolben und die Steuerkörper des Absperrorgans 18 um einen entsprechenden Betrag nach rechts betrieben werden. Wenn die Absperrorgantrommel sich aus der neutralen Position bewegt, kann nunmehr Medium von der Leitung 14 in die Leitung 36 und in das Kopfende des Zylinders 40 sowie in das Stangenende des Zylinders 42 strömen. Damit beginnt das Fahrzeug zu schwenken.

Wenn beispielsweise der Rückkopplungszylinder 46 mit dem Antriebszylinder 40 und der Rückkopplungszylinder 48 mit dem Antriebszylinder 42 korrespondiert, wird infolge der Fahrzeugbewegung der Kolben des Zylinders 46 nach links und der Kolben des Zylinder 48 nach rechts bewegt. Falls daher das Richtungs-Steuerabsperrorgan 54 sich in der ersten, dargestellten Position befindet, wird Medium vom Kopfende des Zylinders 48 und Medium vom Stangenende des Zylinders 46 in die auf der rechten Seite liegende Kammer des Kolbenbetätigers gepumpt. Zusätzlich kann Medium von der linken Seite des Kolbenbetätigers 20 über die Leitung 50 zum Kopfende des Zylinders 46 und zum Stangenende des Zylinders 48 gelangen. Dadurch wird der Kolben in dem Betätiger 20 nach links bewegt und wirkt dabei dem von der Handpumpe 28 erzeugten Eingabesignal entgegen, sodaß das Absperrorgan 18 erneut in seine neutrale Position bewegt wird und jegliche Strömung zu den Zylindern 40 und 42 abschneidet, wodurch eine weitere Richtungsänderung des Fahrzeugs verhindert wird. Daraus ergibt sich, daß in dieser ersten Position ein verhältnismäßig großes Rückkopplungssignal erzeugt wird, das wiederum

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Λ*

die Empfindlichkeit der Lenkung verhältnismäßig klein macht. Eine solche Anordnung ist für hohe Betriebsgeschwindigkeiten des Fahrzeugs geeignet.

Beim Betrieb des Fahrzeugs mit niedriger Geschwindigkeit jedoch, bei dem eine hochempfindliche Lenkung erforderlich ist, kann das Absperrorgan 5** in eine zweite Position überführt werden. Das Absperrorgan 5^ kann entweder manuell oder automatisch durch eine mechanische Verbindung zu der Fahrzeugkraftübertragung in diesem Sinne verlagert werden. Sofern das Absperrorgan 5*1 nach rechts verlagert wird, wird in jedem Fall das Rückkopplungssignal bei gleicher Lenkeingabe beträchtlich verändert. In der zweiten Stellung gelangt nur vom Kopfende des Rückkopplungszylinders *l8 Medium durch die Leitung 52 auf die rechte Seite des Kolbenbetätigers 20. Es kommt hinzu, daß nur das Kopfende des Rückkopplungszylinders Ί6 zur Aufnahme des Mediums von der linken Seite des Betätigers 20 verfügbar ist. Daraus ergibt sich, daß die Trommel des Absperrorgans 18 nicht so schnell in die neutrale Position zurückgeführt wird, wie das bei der vorhergehend beschriebenen Einstellung der Fall, sodaß die Lenkung empfindlicher wird. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel kann die Lenkung bei der zweiten Einstellung annähernd doppel so empfindlich sein, wie die Lenkung bei der ersten Einstellung. Dieses Verhältnis kann jedoch vor allem durch die Veränderung der Volumenverhältnisse zwischen den Zylinderkopfenden und den Zylinderstangenenden verändert werden. Es kommt hinzu, daß, obzwar in der Zeichnung nur 2 Rückkopplungszylinder dargestellt sind, deren Anzahl nicht begrenzt ist und dementsprechend leicht eine große Spanne der Lenkempfindlichkeit erreicht werden kann. Darüberhinaus kann auch das Absperrorgan 5*1, obzwar es nur als Absperrorgan mit zwei möglichen Positionen dargestellt ist, ggfs. auch noch zur Einstellung in zusätzliche Positionen ausgebildet sein, sodaß der Fahrzeugführer, falls erwünscht, die Wahl zwischen einer Mehrzahl von Lenkempfindlichkeiten hat. Es versteht

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sich, daß bei einer Drehung der Lenkeingabewelle 30 in eine zweite Richtung die Trommel des Absperrorgans 18 nach links bewegt wird und das System grundsätzlich in der gleichen Weise, jedoch in entgegengesetztem Sinn arbeitet.

Damit ist ein hydraulischer Steuerkreis für das Lenksystem eines Gelenkfahrzeugs geschaffen, das dem Fahrzeugführer ohne weiteres die Erreichung einer hohen Lenkempfindlichkeit bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten und einer niedrigen Lenkempfindlichkeit bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten ermöglicht. Solange das System nur das Rückkopplungssignal ändert und nicht die Betriebsweise des primären Hydraulikkreises, bleibt die Zumeßcharakteristik des Steuerabsperrorgans l8 von der Änderung der Lenkempfindlichkeit unberührt. Es kommt hinzu, daß nur ein Richtungs-Steuerabsperrorgan und wenige zusätzliche Leitungen zu den bestehenden Lenksystemen hinzugefügt werden müssen, sodaß das erfinderischgemäße System ohne Schwierigkeiten an die bestehenden Systeme angepaßt werden kann. Im übrigen ermöglicht diese leichte Anpaßbarkeit auch eine einfache und wenig kostenaufwendige Herstellung.

Es versteht sich, daß die vorangehend beschriebene Ausführungsform nur eine beispielsweise Verwirklichung der Erfindung ist, in deren Rahmen noch mancherlei Änderungen erfolgen können.

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Claims

PateniC'nv'älte Dipl.-lng Dipl.-Chem. E. Prinz Dr. G. Hauser Ernsbergerstrasse 19 8 München 60

GENERAL SIGNAL CORPORATION 11. März 1977

High Ridge Park

Stamford, Connecticut / V.St.A.

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Ansprüche

Hydraulischer Steuerkreis, gekennzeichnet durch eine Druckmittelquelle, durch Einrichtungen zum Verteilen des Druckmediums zwischen einer Mehrzahl von Strömungswegen, durch in medienleitender Verbindung mit der Verteilungseinrichtung stehende Eingabeeinrichtungen zur Veränderung der Druckmittelverteilung, ferner mit der Verteilereinrichtung in medienleitender Verbindung stehende Rückkopplungsmittel zur Erzeugung eines der Wirkung der Eingabeeinrichtung entgegengerichteten Rückkopplungssignals und durch mit den Rückkopplungsmitteln in medienleitender Verbindung stehende Einrichtungen zur Veränderung des Rückkopplungssignals und dadurch zur Veränderung des Einflusses der dem Eingabesignal entgegengerichteten Wirkung.

Hydraulischer Steuerkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Rückkopplungsmittel Zylindereinrichtungen umfassen und daß die Einrichtungen zur Veränderung des Rückkopplungssignals ein

mehrstelliges Richtungs-Steuerabsperrorgan umfassen, 709837/1020

wobei das Absperrorgan in einer ersten Position die Kopfenden und die Stangenenden der Zylinder auf eine erste Art in medienleitende Verbindung bringt, während es in einer zweiten Position die Kopfenden und die Stangenenden der Zylinder auf eine zweite Art in medienleitende Verbindung bringt.

Hydraulischer Steuerkreis nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen ersten und einen zweiten Zylinder, von denen in der ersten Absperrorgan-Position das Kopfende des ersten Zylinders mit dem Stangenende des zweiten Zylinders und das Kopfende des zweiten Zylinders mit dem Stangenende des ersten Zylinders in medienleitende Verbindung bringbar ist, während die Stangenenden des ersten und zweiten Zylinders in der zweiten Position des Absperrorgans in medienleitende Verbindung mit einem Reservoir bringbar sind.

Hydraulischer Steuerkreis nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilereinrichtung mit einem Verbraucher verbunden ist, auf dessen Position die Rückkopplungsmittel ansprechen.

Hydraulischer Steuerkreis für das Lenksystem eines Gelenkfahrzeugs, gekennzeichnet durch eine erste Pumpeinrichtung zur Bereitstellung eines Druckmediums, durch ein mit der ersten Pumpeinrichtung in medienleitender Verbindung stehendes erstes Richtungs-Steuerabsperrorgan zur Steuerung der Strömungsrichtung des Druckmediums, durch eine zweite, auf ein Lenkeingabesignal ansprechende Pumpeinrichtung zur Erzeugung eines für eine erwünschte Änderung der Fahrzeugrichtung kennzeichnende Ausgangsleistung, weiterhin durch eine mit

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dem ersten Richtungs-Steuerabsperrorgan verbundene Betätigereinrichtung zur Steuerung der Absperrorganstellung, die in medienleitender Verbindung mit der zweiten Pumpeinrichtung steht und deren Ausgangsleistung aufnimmt, durch mit der Betätigereinrichtung in medienleitender Verbindung stehende Rückkopplungsmittel zur Erzeugung eines Rückkopplungssignals, das der Ausgangsleistung der zweiten Pumpeinrichtung entgegenwirkt,und schließlich durch mit den Rückkopplungsmitteln in medienleitender Verbindung stehende Einrichtungen zur Veränderung des Rückkopplungssignals und dadurch zur Veränderung des Einflusses der der Ausgangsleistung der zweiten Pumpeinrichtung entgegengerichteten Wirkung.

6. Hydraulischer Steuerkreis nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß das erste Richtungs-Steuerabsperrorgan in medienleitender Verbindung einer Mehrzahl,von Antriebszylindern steht und die Rückkopplungsmittel auf die Position der Antriebszylinder ansprechen.

7. Hydraulischer Steuerkreis nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzei chnet, daß die Rückkopplungsmittel Zylinder und die Einrichtungen zur Veränderung des Rückkopplungssignals ein zweites Richtungs-Steuerabsperrorgan umfassen, wobei das zweite Absperrorgan in -einer zweiten Position die Kopfenden und die Stangenenden der Zylinder auf eine zweite Weise medienleitend miteinander verbinden.

8. Hydraulischer Steuerkreis nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Zylinderanordnung einen ersten und einen zweiten Zylinder umfaßt, von denen das Kopfende des ersten Zylinders mit dem Stangenende des zweiten Zylinders und das Kopfende des zweiten Zylinders mit dem Stangenende des ersten

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Zylinders bei in der ersten Position eingestelltem Absperrorgan medienleitend miteinander verbindbar sind, während die Stangenenden des ersten und zweiten Zylinders bei in der zweiten Position befindlichem Absperrorgan medienleitend mit einem Reservoir verbindbar sind.

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