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Steuervorrichtung fUr bidseitig
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blocklerbare Gelenksperre eines Gel enkfahrzeugs Die Erfindung bezieht
sich auf eine Steuervorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 bezeichneten
Art.
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In der US-PS 24 61 212 wird eine gattungsgemäße Steuervorrichtung
für ein Gelenkfahrzeug offenbart, bei der die Sensoren mechanische Aufnehmer sind
und bei der ein mechanischer Vergleich der von den Sensoren aufgenommenen charakteristischen
Betriebsgrößen für den Lenkwinkel oc und den Knickwinkel /3 stattfindet. Abhängig
von diesem Vergleich wird eine Gelenksperre mechanisch-hydraulisch betätigt. Dieses.
v9rbekannte System ist aufgrund des mechanisch durchgeführten Vergleichs baulich
aufwendig, insbesondere im Hinblick auf den benötigten Bauraum und das Gewicht.
Darüber hinaus arbeitet es nicht mit der gewünschten Genauigkeit.
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Aus der DE-AS 24 20 203 ist eine einseitig blockierbare Gelenksperre
eines Gelenkfahrzeugs bekannt, deren Betätigung ebenfalls in Abhängigkeit von einem
Vergleich zwischen Lenkwinkel und Knickwinkel erfolgt, wobei jedoch
eine
elektrische bzw. elektronische Rechenschaltung zur Anwendung kommt. Nachteile dieser
vorbekannten Einrichtung sind die nur einseitige Wirkung und der beträchtliche elektronische
Aufwand für die Rechenschaltung.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Steuervorrichtung
der gattungsgemäßen Art zu schaffen, die mit hoher Genauigkeit und zuverlässig arbeitet
und dennoch nur geringstmöglichen Bauaufwand erfordert.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird von der Erkenntnis ausgegangen, daß
der Fahrzustand eines Gelenkfahrzeugs durch zwei fahrdynamische Größen insbesondere
den Lenkwinkel X der gelenkten Räder und den Knickwinkel ffi zwischen den beiden
Fahrzeugteilen bestimmt werden kann, und daß zwischen diesen beiden Größen bei stationärer
Kreisfahrt eine trigonometrische Abhängigkeit besteht, d. h., daß dem jeweiligen
Lenkwinkel bei stationärer Kreisfahrtxs ein bestimmter Knickwinkel bei stationärer
Kreisfahrt Ks zugeordnet ist.
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Ausgehend von dieser Erkenntnis wird die gestellte Aufgabe dadurch
gelöst, daß eine gattungsgemäße Steuervorrichtung die Merkmale des Kennzeichnungsteils
des Patentanspruchs 1 aufweist.
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Der Hauptvorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß die
Steuervorrichtung nur minimalen schaltungstechnischen Aufwand erfordert, indem nämlich
lediglich zwei elektrische Größen durch eine vorgegebene fest eingestellte Verstärkungsfunktion
verstärkt werden und die Ergebnisse elektrisch voneinanderalgebraisch subtrahiert
werden, was mit einem Summierer einfachster Bauart möglich ist.
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Vorzugsweise weist der Summierer zwei AusgXnge auf und
zwar
einen für ein Ausgangssignal, wenn das Vorzeichen der obengenannten Differenz positiv
ist, und den anderen für ein Ausgangssignal, wenn das Vorzeichen der obengenannten
Differenz negativ ist wobei sich Ausgangssignale nur dann ergeben, wenn die Differenz
zwischen den subtrahierten Größen einen bestimmten Mindestbetrag,nämlich a UO übersteigt.
Das 8 Uo entspricht einer zugelassenen Toieranzbreitefl0 um den Kniewinkel bei stationärer
Kreisfahrt ßs herum. Der Winkelausschnitt #ßo wandert also mit dem Knickwinkel für
stationäre Kreisfahrt ßs entsprechend dem Fahrzustand des Fahrzeugs über den gesamten
Knickwinkelbereich #ßmax. Solange der tatsächliche Knick winkel zwischen den beiden
FahrzeugteiTen innerhalb der Toleranzbreite #ßo np, liegt, bleibt die Gelenksperre
offen (es gibt kein Ausgangssignal aus dem Summierer) und das Gelenk zwischen den
beiden Fahrzeugteilen ist demnach frei beweglich. Erst wenn der Toleranzbereich
jp0 überschritten wird, d. h., wenn sich ein Absolutbetrag d U größer als a uO ergibt,
wird die Gelenksperre betätigt, wobei einem, mit positivem Vorzeichen die Gelenksperre
z. B. nach rechts blockiert, während ein # 110 mit negativem Vorzeichen die Gelenksperre
nach links blockiert.
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Als charakteristische Betriebsgrößen werden, wie an sich bekannt,
der Lenkwinkel X der gelenkten Räder des Vorderwagens und der Knickwinkel ß zwischen
den beiden Fahrzeugteilen verwendet, oder ein Vergleich der Drehzahlen von Rädern
auf der rechten und auf der linken Fahrzeugseite oder ein Vergleich von Querbeschleunigungen
in verschiedenen Längskoordlnaten des Fahrzeugs oder Kombinationen solcher Betriebsgrößen.
Alle diese Werte können durch entsprechende Umformung in elektrische Größen überführt
werden, die erfindungsgemäß verstärkt und miteinander verglichen werden können.
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Als Toleranzbreite #ßo für den Knickwinkel P ist ein Wert von 5 %
des maximal möglichen Knickwinkels zwar vorteilhaft.
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Es hat sich gezeigt, daß diese Toleranzbreite klein genug ist, um
ein einwandfreies sicheres Fahrverhalten des Gelenkfahrzeugs zu garantieren, andererseits
groß genug ist, um der Eigenelastizität der Fahrzeugkarosserie und der Ungenauigkeit
beim Abtasten der charakteristischen Betriebsgröße in der Weise Rechnung zu tragen,
daß von der Steuervorrichtung nicht ständig Schaltimpulse zur Blockierung und zum
Freigeben der Gelenksperre ausgehen.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Funktionswerte
U'a aund U'b in gestreckter Stellung des Gelenkfahrzeugs Null sind. Diese Ausgestaltung
hat vor allem schaltungstechnische Vorteile.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß Verstärkungsfaktoren
bzw. Multiplikatoren so gewählt werden daß die Funktionswerte U'a und U'b bei einem
Knickwinkel der etwa 2/3 des maximal möglichen Knickwinkels ymax zwischen den Fahrzeugteilen
beträgt, genau gleich sind (Schnittpunkt der Kurven U'a aund U'b). Durch diese Ausgestaltung
wird erreicht, daß die Toleranzbreite Ay0 nicht über dem gesamten Knickwinkelbereich
symmetrisch um den sich einstellenden Knickwinkel für stationäre Kreisfahrt herum
liegt, d. h.
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also nicht zu beiden Seiten den Winkels ps jeweils 40/2 sondern daß
bei kleineren Knickwinkeln (geringere Abweichung von der gestreckten Stellung des
Gelenkfahrzeugs) ein größerer Teil der Toleranzbreite AÄ0 bezüglich des Knickwinkels
ps auf der Kurveninnenselte zu liegen kommt, während im Bereich größerer Knickwinkel
der größere Teil der Toleranzbreite A80 bezüglich des Knickwinkels Ns zur Kurvenaußenseite
hin gelegen ist. Es wird dadurch erreicht, daß der Ansprechwinkel bei kleineren
Knickwinkeln in
Richtung einer Verkleinerung des Knickwinkels kleiner
ist als in der Gegenrichtung und daß im Bereich größerer Knickwinkel der Ansprechwinkel
für die Blockierung der Gelenksperre in Richtung einer Vergrößerung des Knickwinkels
kleiner ist als in der Gegenrichtung.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen
und Diagramme beispielhaft erläutert.
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In den Zeichnungen zeigt Fig. 1 die Draufsicht auf ein mit beidseitig
blocklerbarer Gelenksperre ausgerüstetes Gelenkfahrzeug schematisch, Fig. 2 ein
Diagramm, in dem die elektrischen Größen 11a und Ub in Abhängigkeit vom Knickwinkel
zwischen den Fahrzeugteilen aufgetragen sind, Fig. 3 ein Diagramm, in dem die angeglichenen
Funktionen U'a aund U'b in Abhängigkeit von aufgetragen sind, Fig. 4 das Schaltbild
einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung, Fig. 5 die Abhängigkeit zwischen Lenk-
und Knickwinkel bei stationärer Kreisfahrt sowohl nach rechts als auch nach links,
Fig. 6 ein Diagramm über die Abhängigkeit der elektrisuche Größen Ula und U'b vom
Lenkeinschlagwinkel bzw. Knickwinkel zwischen den Fahrzeugteilen und zwar für Lenkeinschlag
und Knickwinkel nach rechts als auch nach links und
Fig. 7 die
Verschiebung der Toleranzbreite.
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bezüglich eines Knickwinkels ßs in Gegenüberstellung für einen kleinen
und einen großen Knickwinkel (s Fig. 8 ein weiteres Schaltbild einer erfindungsgemäßenSteuervorrichtung.
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Das in Fig. 1 schematisch in Draufsicht dargestellte Gelenkfahrzeug
weist einen Vorderwagen V und einen Nachläufer N auf, die über ein Drehgelenk G
um eine vertikale Achse gegeneinander verschwenkbar verbunden sind, Die Vorderachse
des Vorderwagens V ist mit lenkbaren Rädern versehen, deren Lenkeinschlag mit OC
bezeichnet ist.
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Die Mittellängsachse-des Vorderwagens V ist mit 10 be-.
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zeichnet, während die Längsachse des Nachläufers N das Bezugszeichen
11 trägt. Die Längsachsen 10 und 11 schließen den tatsächlichen Knickwinkel ßt zwischen
beiden Fahrzeugteilen V und N ein. Ober diesen tatsächlichen Knickwinkel hinaus
ist noch ein weiterer Knickwinkel ßs in Fig. 1 angegeben, das ist der Knickwinkel,
der sich dann zwischen den beiden Fahrzeugteilen einstellt, wenn das Gelenkfahrzeug
mit dem Winkel X s auf einer stationären Kreisbahn fährt. In diesem Fall würde die
Längsachse 11 des Nachläufers N die Position des strichlierten freien Schenkels
des eingezeichneten Winkels As einnehmen. Um diesen freien Schenkel des Winkels
us herum ist ein Winkel eingezeichnet, der die Toleranzbreite angibt, um die sich
die Längsachse 11 des Nachläufers N auch bei stationärer Kreisfahrt mit dem Lenkwinkel
Xs vom freien Schenkel des Winkels # s nach rechts oder nach links bewegen kann
ohne daß eine im Fahrzeug vorgesehene Gelenksperre eingreift, d. h. innerhalb des
mit A bezeichneten Winkelfeldes kann die Längsachse 11 des Nachläufers N hin und
her pendeln.
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Die erfindungsgemäße Gelenksperre soll nun so angesteuert sein, daß
dann, wenn die Längsachse 11 des Nachläufers N aus dem Winkel feld A sich nach rechts
in das Winkel feld B oder nach links in das Winkelfeld C herausbewegt, ein Steuerimpuls
zur Betätigung der Gelenksperre erfolgt. Die Gelenksperre des in Fig. 1 dargestellten
Fahrzeugs wird durch einen rechten (1) und einen linken (2) nachführbaren Anschlag
zu beiden Seiten des Gelenks G des Gelenkfahrzeugs verkörpert. Diese Ansehläge 1,
2 sind so beschaffenD daß sie be Ansteuerung mit einem Steuersignal eine Bewegung
der Längsachse 11 des Nachläufers nur in Richtung auf das Winkelfeld A.hin zulassen,
nicht dagegen eine Bewegung vom Winkelfeld A weg bzw. aus dem Winkel feld A heraus.
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In der gezeichneten Position des Nachläufers N ist also der Anschlag
1 blockiert, so daß die Achse 11 bzw. der Nachläufer N nicht weiter nach rechts
schwenken können.
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Der Anschlag 2 ist frei, so daß die Achse 11 nach links bis in das
Winkelfeld A hineinwandern kann. Sobald jedoch die Achse 11 nach links über das
Winkel feld A in das Winkelfeld C wandern will, wird der Anschlag 2 blockiert und
verhindert dies. Der Anschlag 1 wird bei der Schwenkbewegung der Längsachse 11 des
Nachläufers N in Richtung auf das Winkel feld A jeweils nachgeführt, so daß eine
Umkehrung der Schwenkbewegung der Achse 11, d. h.
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eine Vergrößerung des Winkels ßt nicht möglich wäre.
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Das Schaltbild für die Steuervorrichtung zur Steuerung der Anschlage
1, 2 ist in Fig. 4 dargestellt. In dieser Schaltung ist ein erster Sensor 3 zur
Registrierung einer für den Lenkwinkel charakteristischen Betriebsgröße a des Vorderwagens
V und ein entsprechender zweiter Sensor 4 zur Registrierung einer für den Knickwinkel
zwischen
den Fahrzeugteilen charakteristischen Betriebsgröße b
vorgesehen. Die Sensoren 3, 4 registrieren die Betriebsgrößen sowohl nach Betrag
als auch nach Vorzeichen, d. h.
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ein Lenkeinschlag nach rechts wird mit positiven Vorzeichen registriert
und ein Knickwinkel nach rechts, wie in Fig. 1 dargestellt, wird ebenfalls mit positiven
Vorzeichen registriert, während Lenkeinschlag nach links und Knickwinkel nach links
mit negativen Vorzeichen registriert werden. Den Sensoren 3, 4 sind Meßumformer
13, 14 nachgeschaltet, in denen die registrierten Betriebsgrößen a, b in elektrische
Spannungen Ua und Ub umgewandelt werden.
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Ein Beispiel für einen Verlauf der Spannungen 11a und Ub in Abhängigkeit
vom Knickwinkel ist in Fig. 2 dargestellt, wobei jeweils stationäre Kreisfahrt zugrunde
gelegt ist.
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In Fig. 3 sind die Funktionen U'a und U'b in Abhängigkeit vom Knickwinkel
ß dargestellt, das sind die im Verstärker 5 getrennt voneinander um verschiedene
Faktoren veränderten Spannungen 11a und Ub. Dabei ist der Verstärker 5 so eingestellt9und
die Kinematik der Sensoren so gewählt, daß sich eine möglichst gute Linearisierung
und Annäherung der Funktionen U'a und U'b ergibt. Die maximale Differenz #U der
Spannungen U'a und U'b soll, stationäre Fahrt zugrunde gelegt, nur etwa 2 % der
maximalen Ausgangsspannung betragen. Der Spannungsdifferenz #U in Fig. 3 entspricht
der neutrale Knickwinkelbereich #ßo in Fig. 1 bzw. Fig. 5.
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Die Verstärkungsfaktoren bzw. Multiplikatoren im Verstärker 5 werden
so gewählt, daß die Funktionswerte U'a und U'b bei einem Knickwinkel ßm der etwa
2/3 des maximal
möglichen Knickwinkels ßmax zwischen den beiden
Fahrzeugteilen V, N beträgt, genau gleich sind. An dieser Stelle liegt dann der
Schnittpunkt der Kurven Ula aund 111b in Fig. 3. Durch diese Wahl des Schnittpunktes
der Kurven U'a a und Ulb ergibt sich eine Toleranzbreite für #ßo, die nicht genau
symmetrisch um den Winkel ßs herum liegt sondern die Grenze des Toleranzbereichs
A zum Winkelfeld B (vergl. Fig. 19 Fig. 5 und Fig. 7) näher am Winkel ßs liegt als
die Grenze des Toleranzbereichs A zum Winkel feld C.
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In einem Summierer 6, der dem Verstärker 5 nachgeschaltet ist (vergl.
Fig. 4) werden die Funktionswerte UO aund algebraisch voneinander subtrahiert, wobei
der Summierer 6 derart eingerichtet ist, daß dann, wenn die sich ergebende Differenz
nach ihrem Betrag einen vorgegebenen eingespeicherten Wert #Uo übersteigt, ein Stellsignal
S als Ausgangssignal aus dem Summierer 6- erzeugt wird. Im gezeichneten Ausführungsbeispiel
gemäß Fig. 4 weist der Summierer 6 zwei Ausgänge auf, einen für Stellsignale, wenn
das Vorzeichen der sich ergebenden Differenz posittv ist und einen für Stellsignale,
wenn dieses Vorzeichen negativ ist. Für jedes der Stellsignale ist noch ein zusätzlicher
Verstärker 9 vorgesehen, bevor die Stellsignale S auf elektromagnetische Ventile
7, 8 geführt werden.
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Durch die Ventile 7, 8 werden die Anschläge 1, 2 in der im Zusammenhang
mit Fig. 1 beschriebenen Weise betätigt.
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Aus Fig. 6 ist ersichtllch, daß die Einrichtung so ausgelegt sein
soll, daß bei Geradeausfahrt die Spannungen 111a und Ulb = Null sind. Bei Kreisfahrt
haben diese Spannungen 111a' Ulb jeweils gleiche Vorzeichen, d. h. bei Rechtskurve
sind beide Vorzeichen positiv und bei Linkskurve beide negativ.
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Das in Fig. 8 dargestellte Schaltbild entspricht im wesentlichen dem
aus Fig. 4. Der Unterschied liegt darin, daß für die erste charakteristische Betriebsgröße
a, die für die Bewegungsrichtung des Vorderwagens V steht, ein Vergleich zweier
Betriebsgrößen des Vorderwagens herangezogen wird, also z. B. ein Vergleich der
Drehzahlen eines linken und eines entsprechenden rechten Fahrzeugrades des Vorderwagens
V. Demnach sind anstelle des einen Sensors 3 beim Schaltbild nach Fig. 4 in der
Schaltung nach Fig. 8 zwei Sensoren 3R, 3L vorhanden, denen Meßumformer 13L, 13R
nachgeschaltet sind, in denen die registrierten Betriebsgrößen L und R in elektrische
Spannungen UL und UR umgewandelt werden. Diese Spannungen UL> UR werden dann
in einem Vergleicher 20 miteinander verglichen, und es wird das Ausgangssignal des
Vergleiches 20 so umgeformt, daß sich eine zur Spannung U'b geeignete Spannungsgröße
U'a ergibt. Wie beim Schaltbild nach Fig. 4 beschrieben, werden die Funktionswerte
UD aund U'b in einem Summierer 6 algebraisch voneinander subtrahiert. Wenn die sich
ergebende Differenz nach ihrem Betrag einen vorgegebenen eingespeicherten Wert u"bersteigt,
ergibt sich in gleicher Weise, wie bei der Schaltung nach Fig. 4 ein Stellsignal
S als Ausgangssignal.
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Durch die erfindungsgemäße Steuerung wird eine Funktion der Gelenksperre
in der Weise bewirkt, daß je nach Größe und Vorzeichen der Differenz (Utb - Ula)
die Sperre betätigt wird. Solange die Spannungsdifferenz (U"b - U§a) positiv und
größer alaQUg ist wird die Sperre auf der rechten Seite des Fahrzeugs geschlossen;
wird diese Spannungsdifferenz negativ und der entsprechende Betrag größer als a
so 50 wird die Sperre auf der linken Seite des Fahrzeugs geschlossen. Bei statlonärer
Fahrt liegt die Längsachse 11 des Nachläufers N innerhalb der Toleranz
breite
A, die Spannungsdifferenz U'b - Ula ist kleiner alsa #Uo und die Gelenksperre ist
infolgedessen nach beiden Seiten offen. Sobald die Längsachse 11 des Nachläufers
N die Grenze zwischen dem Toleranzbereich A und dem Winkelfeld B überschreitet,
wird die Gelenksperre auf der rechten Seite geschlossen und wirkt gegen eine weitere
Vergrößerung des Knickwinkels 6 , da dann die Spannungsdifferenz U'b - U'a positiv
und größer als a a ist (vergl. Fig. 3 und 6). Sobald die Längsachse 11 des Nachläufers
N ausgehend vom neutralen Bereich A nach links in das Winkelfeld C hineinwandern
will, wird die Sperre auf der linken Seite des Gelenkfahrzeugs geschlossen und wirkt
gegen eine weitere Verkleinerung des" Knickwinkels, da die Spannungsdifferenz 111b
- 111 anegativ und der entsprechende Betrag dieser Spannungsdifferenz größer als
a uO ist.
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