DE3538338A1

DE3538338A1 - Automatic reverse steering system for passenger vehicles with trailer

Info

Publication number: DE3538338A1
Application number: DE19853538338
Authority: DE
Inventors: Karl Scherber
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-08-16
Filing date: 1985-10-29
Publication date: 1987-04-30

Abstract

In order to simplify the difficult reverse steering of a trailer, the complicated counter steering takes place fully automatically and the manual steering which has to be performed by sight and according to a natural feeling for the steering has the behaviour of a vehicle without trailer and can even be performed without difficulty by a child as in, by way of comparison, a remote-controlled model with the same steering technique, without the trailer ever being able to leave its predeindicationined reverse travel route or even adopt an askew position. The variants, presented in four different embodiments, of the automatic control with internal and external counter steering technique with single-axle and double-axle trailers, with mechanical and electrical control technology and, finally, for vehicles which are to be moved backwards and forwards are described. A special auxiliary servo drive whose drive power is derived from the wheel movement is proposed. By means of the interaction of a plurality of potentiometers which act as angle value transmitters, the control voltage for the counter steering servo drive or auxiliary servo drive is prepared in the electronic component and the property of sliding steering, which is immune to oversteering, is transmitted to the control potentiometer. An automatic angle matching ensures minimum tyre wear.

Description

Dieser Patentunterabschnitt (Ausführung 1, Patentanspruch 2a) sei an den 3 Beispielen A, B, C, gemäß der im funktionsfähigen Modell verwendeten Winkelwertanzeigen Fig. 1 bis 4 erläutert.This patent subsection (embodiment 1, claim 2a) will be explained using the 3 examples A, B, C, according to the angle value displays FIGS . 1 to 4 used in the functional model.

Beispiel B mit dem Schaltbild Fig. 7 ist ein seiner Wirkung völlig übereinstimmend mit dem Beispiel A in mechanischer Regeltechnik und das Beispiel C entspricht einer gemischt elektrisch/ mechanischen Ausführung (Patentanspruch 5.) zum vereinfachten Aufbau eines fernsteuerbaren Modells.Example B with the circuit diagram in FIG. 7 has an effect which is completely in accordance with Example A in mechanical control technology and Example C corresponds to a mixed electrical / mechanical embodiment (claim 5) for the simplified construction of a remote-controllable model.

Beispiel B zeigt in anschaulicher Weise das in den Patentansprüchen 3. und 4. genannte Zusammenspiel der 3 Winkelwertgeber St., α, β samt der daraus resultierenden automatischen Gegenlenktechnik.Example B clearly shows the interaction of the 3 angle encoders St. , α , β, as well as the resulting automatic counter-steering technology, as mentioned in patent claims 3 and 4.

In der Geradeausstellung 0° stehen die drei Winkelwertgeber R ₁ (St.), R ₂, (α), R ₃ (β) von je 100 Ω übereinstimmend auf ihrer 50 Ω - Mittelstellung und nach Eingabe der Steuergröße St. = +40° wird R ₂ infolge Störung des Brückengleichgewichts durch die anlaufende Servolenkung in gleichem Maße in die Gegenlenkstellung α = -40° zurückgedreht, so daß an den Schleifern von R ₂ und R ₃ wieder die ursprüngliche Spannung von je 1,0 Volt steht.In the 0 ° straight-ahead position, the three angle encoders R ₁ ( St. ), R ₂ , ( α ), R ₃ ( β ) of 100 Ω each correspond to their 50 Ω middle position and after entering the control variable St. = + 40 ° R _{2 is} rotated to the same extent in the counter-steering position α = -40 ° due to disturbance of the bridge balance by the starting power steering, so that the grinder of R ₂ and R ₃ again has the original voltage of 1.0 volt each.

Allen 3 Winkelwertgebern ist ein Winkelbereich von ±80° zugeordnet, so daß R ₁ bei +40° um 25 Ω vergrößert und R ₂ bei -40° um 25 Ω verkleinert wird und somit bei einem gemeinsamen Stromdurchfluß von i ₁ = i ₂ = 10 mA am R ₂- Abgriff 0,75 V + 0,25 V = 1 V, wie auch an dem mit 20 mA durchflossenen R ₃, stehen.All 3 angle encoders are assigned an angular range of ± 80 °, so that R ₁ is increased by 25 Ω at + 40 ° and R ₂ is reduced by 25 Ω at -40 ° and thus with a common current flow of i ₁ = i ₂ = 10 mA on the R ₂ tap 0.75 V + 0.25 V = 1 V, as well as on the R ₃ through which 20 mA flows.

Da β durch die beginnende Gegenlenkphase langsam anwächst und die Zunahme von R ₃ abermals die Servolenkung in umgekehrter Drehrichtung anlaufen läßt, bewegt sich die Lenkung α aus der Gegenlenkstellung -40° über 0° in die mit St. vorgegebene Rechtsrückwärtsstellung von α = +40°, wo der halb so schnell anwachsende Deichselwinkel β am Ende der Gegenlenkphase bei der beginnenden Stabilisierungsphase nahe u. = 1 eingeholt wird und eine konstante Rückwärtskreisbogenfahrt beibehält. Die symmetrische Schaltung Fig. 6 erscheint erst im Beispiel H der Ausführung 4 und berücksichtigt den kleinstmöglichen Reifenabrieb bei Since β slowly grows due to the beginning of the counter-steering phase and the increase in R ₃ causes the power steering to start in the opposite direction of rotation, the steering α moves from the counter-steering position -40 ° to 0 ° into the right-hand reverse position of α = + 40 ° specified by St. , where the drawbar angle β , which increases half as quickly, at the end of the countersteering phase at the beginning of the stabilization phase, is close to u. = 1 is obtained and maintains a constant reverse arc travel. The symmetrical circuit shown in FIG. 6 only appears in example H of version 4 and takes into account the smallest possible tire wear

General information on versions 1 to 4

Alle den Patentansprüchen 2a bis 2d entsprechenden 4 Ausführungen der automatischen Rückwärtssteuerung und deren Kombinationen werden durch die automatische Gegenlenkung ermöglicht.All 4 versions corresponding to claims 2a to 2d automatic reverse control and combinations thereof are made possible by the automatic countersteering.

Der Begriff "Gegenlenken" ist zwar vor allem bei der internen Gegenlenkung mit anfänglicher entgegengesetzter Lenkradbewegung zutreffend, aber er wird künftig bei allen Ausführungsarten für die Einleitung einer Rückwärtsfahrt mit der anschließenden Gegenwirkung zur Kreisbogenstabilisierung beibehalten. Der Gegenlenkgrad G kennzeichnet seine Intensität.The term "counter-steering" is particularly applicable to the internal counter-steering with initially opposite steering wheel movement, but in the future it will be retained in all types of implementation for initiating a reverse drive with the subsequent counteraction for circular arc stabilization. The counter-steering degree G characterizes its intensity.

Gliederung structure

Sowohl die automatische interne Gegenlenkung mit dem servoangetriebenen Lenkrad β der Ausführung 1 als auch die anschließend beschriebene externe Gegenlenkung mit dem Gegenlenkwinkel γ bewirken stets eine nichtgewaltsame indirekte Veränderung des Deichselwinkels β in die gewünschte Richtung. Entscheidend ist dabei, daß γ eine Mindestgröße gegenüber dem Steuerwinkel St. hat, oder daß beim zweiachsigen Anhänger dessen Wendekreis beim anfänglichen Zurückschieben kleiner als der des PKW's ist.Both the automatic internal counter-steering with the servo-driven steering wheel β of version 1 and the external counter-steering described below with the counter-steering angle γ always result in a non-violent indirect change in the tiller angle β in the desired direction. The decisive factor here is that γ has a minimum size compared to the steering angle St. , or that the turning circle of the two-axle trailer when it is initially pushed back is smaller than that of the car.

Beim Übergang des Winkelverhältnisses ≦ωτ1 in ≦λτ1 wechselt das mit Rückkopplungscharakter vergleichbare instabile Verhalten in das stabile Gegenkopplungsverhalten über und bewirkt die Aufrechterhaltung der mit der Steuerpoti St. vorgegebenen Kreisbogenrückwärtsfahrt ohne jegliche Überwachung oder ständiger Nachkorrektur, wie auch der Modellversuch beweist.At the transition of the angle ratio ≦ ωτ1 to ≦ λτ1, the unstable behavior comparable to the feedback character changes into the stable negative feedback behavior and results in the maintenance of the circular arc reverse travel specified with the control potentiometer St. without any monitoring or constant correction, as the model test proves.

Die externe Gegenlenkung setzt eine indirekte Beeinflussung des Deichselwinkels β durch Verdrehung der Anhängerachse voraus, weil sonst die mit der Lenkung +St. = +α eingeleitete Rechtsrückwärtskurve (R. R. in Fig. 8) den Anhänger in eine Linksrückwärtskurve (L. R.) schieben würde. Was die interne Gegenlenkung mit negativem Einlenkwinkel α = -40° in Fig. 2 bewirkt, muß bei den externen Gegenlenkungen mit Achsverdrehung wie in Fig. 9, 10, 10a, 11, 14 und 14a erreicht werden.The external counter-steering uses an indirect influence on the drawbar angle β by turning the trailer axle forward, otherwise the with the steering St. = + α introduced right reverse curve (R. R. in Fig. 8) the trailer in a left reverse curve (L. R. ) would push. What the internal counter-steering causes with a negative steering angle α = -40 ° in FIG. 2 must be achieved with the external counter-steering with axis rotation as in FIGS . 9, 10, 10a, 11, 14 and 14a.

Dies gilt sowohl für einachsige als auch für zweiachsige Anhänger (Ausführung 3, Fig. 20), jedoch sind letztere bei professionellen LKW-Fahrern kaum gefragt, aber es bestehen Anwendungsmöglichkeiten in Ausführung 4.This applies to both single-axle and double-axle trailers (version 3, Fig. 20), however, the latter are hardly in demand by professional truck drivers, but there are application options in version 4.

Jede der 4 Ausführungen benötigt eine eigne Schaltung im Elektronikteil und eine universell verwendbare Schaltung bietet sich dafür an.Each of the 4 versions requires its own circuit in the Electronics part and a universal circuit lends itself to this.

Die einfachste Übertragungsart nach P. A. 3 ermöglichen leicht montier- oder aufsteckbare Winkelwertgeber aus drahtgewickelten langlebigen Potentiometern, die in Fig. 12 in der gleichen Reihenfolge wie bei den Winkelwertanzeigen gezeichnet wurden.The simplest type of transmission according to PA 3 is made possible by easily mountable or attachable angle encoders made of wire-wound, long-life potentiometers, which were drawn in Fig. 12 in the same order as for the angle value displays.

Die folgende Ausführung 2 für externe Gegenlenkung kann nach den Beispielen D (Fig. 9), sowie E (Fig. 10, 10a und 11) oder nach dem beschriebenen Beispiel F realisiert werden. Letzteres sieht eine unter dem Wohnwagenanhänger drehbar verankerte Deichsel vor, welche mit dem in Ausführung 4 beschriebenen Hilfsservoantrieb während der Gegenlenkphase automatisch verdreht werden kann.The following version 2 for external countersteering can be implemented according to examples D ( FIG. 9) and E ( FIGS. 10, 10a and 11) or according to example F described. The latter provides a drawbar which is rotatably anchored under the caravan trailer and which can be automatically rotated with the auxiliary servo drive described in version 4 during the counter-steering phase.

Eine besondere Stellung nimmt noch das Beispiel E, Fig. 10/11 mit dem zwischen einem normalen PKW und Anhänger einzublendenden Hilfsservoantrieb ein, dessen bereitzustellende Lenkenergie bei kleinster Steuerleistung von der Radbewegung abgeleitet wird.Example E, Fig. 10/11 also occupies a special position with the auxiliary servo drive to be inserted between a normal car and trailer, the steering energy of which is to be provided and the smallest control power is derived from the wheel movement.

In allen Schaltungen beziehen sich die Brückenströme i ₁ bis i ₄ auf die Widerstände R ₁ bis R ₄ der Winkelwertgeber. In all circuits, the bridge currents i ₁ to i ₄ relate to the resistors R ₁ to R _{4 of} the angle encoders.

Description of version 2

Dieser Teil der automatischen PKW-Steuerung betrifft die externe Gegenlenkung, bei welcher jeder normale PKW mit unveränderter Lenkradsteuerung, mit oder ohne Servolenkunterstützung, verwendet und dafür die unverzichtbare Gegenlenktechnik auf die Anhängerseite oder zwischen Anhänger und PKW verlagert werden kann.This part of the automatic car control affects the external one Counter-steering, in which every normal car with unchanged Steering wheel control, with or without power steering support, used and therefore the indispensable counter steering technology relocated to the trailer side or between trailer and car can be.

Somit ist ein vorwiegend für Automobilhersteller verwendbares Patent in zunehmenden Maße auch für Anhänger-, Wohnwagen- und Landmaschinenhersteller gebrauchsfähig.This is one that can be used primarily for automobile manufacturers Increasingly patent also for trailer, caravan and Agricultural machinery manufacturer ready for use.

Obwohl die externe und interne Gegenlenkung das gleiche Endziel anstrebt, nämlich Einleitung und Aufrechterhaltung der vorgegebenen Rückwärtskreisbogenfahrt, wird dies auf recht unterschiedliche Weise erreicht.Although the external and internal countermeasures have the same ultimate goal strives for, namely initiation and maintenance of given reverse arc travel, this will be on right achieved different ways.

Während beim internen Verfahren über die Automatik eine echte Gegenlenkung am Lenkrad erforderlich ist, kann beim externen Verfahren das Lenkrad so bedient werden, als wenn der Anhänger gar nicht vorhanden wäre, aber trotzdem durch die Automatik so gesteuert wird, daß sich seine Fahrtroute der auferlegten Kreisbogenrückwärtsfahrt des PKW anpaßt, so daß genaugenommen vorher eher von einer "Mitlenkung" und erst bei einem Ausbruchversuch aus der stabilen Kreisbogenrückwärtsfahrt von einer einsetzenden "Gegenlenkung" gesprochen werden kann.While in the internal procedure via the automatic a real one Counter-steering on the steering wheel is required, can be done with the external Procedure the steering wheel can be operated as if the Trailer would not exist, but still by the automatic is controlled so that his route is the imposed Circular arc reversing the car adjusts so that, strictly speaking previously more of a "steer" and only at an attempt to break out of the stable circular arc reversing can be spoken of an onset of "countersteering" can.

Die wichtigste Verhaltensweise der automatischen Rückwärtssteuerung ist dem ferngesteuerten Modell zu entnehmen, denn es reagiert samt Anhänger nur auf die von Hand eingegebene oder auf die einprogrammierte Sollenkung völlig übereinstimmend bei der Vorwärts- und Rückwärtsfahrt mit oder ohne Anhänger bei interner oder externer Steuerung.The main behavior of automatic reverse control can be found in the remote-controlled model, because together with the trailer, it only reacts to the one entered by hand or completely in accordance with the programmed target lowering when driving forwards and backwards with or without a trailer with internal or external control.

Auch bei der externen Gegenlenkung erfolgt im Elektronikteil die Aufbereitung der komplizierten Steuerspannung des für die automatische Gegenlenkung erforderlichen externen Servoantriebs aus der elektrischen Verknüpfung dreier Winkelwertspannungen.External counter-steering also takes place in the electronics section the preparation of the complicated control voltage for the Automatic counter steering required external servo drive from the electrical connection of three angular value voltages.

Die elektrische Übertragung der für St. (=α), β und γ zugeordneten Werte erfolgt ebenfalls mit 3 als Winkelwertgeber fungierenden kleinen Potentiometern Fig. 12, von denen St. zur Sollenkungseingabe, γ zur Aufbereitung und Rückmeldung der Gegenlenksteuerspannung und γ mit β zusammen zur Stabilisierung der Kreisbogenrückwärtsfahrt am Ende der Gegenlenkphase herangezogen wird.The electrical transmission of the values assigned to St. (= α ), β and γ also takes place with 3 small potentiometers that act as angle value transmitters, FIG. 12, of which St. for inputting the target reduction, γ for processing and feedback of the counter steering control voltage and γ together with β Stabilization of the circular arc reverse travel is used at the end of the counter-steering phase.

Das Beispiel D, Fig. 9 für seitliche Ausweichmöglichkeit der Deichselkupplung längs einer Gleitschiene hat zwar keine praktische Verwendungsmöglichkeit aber dafür die anschaulichste Wirkungsweise der externen Gegenlenkung.Example D, Fig. 9 for the lateral evasion option of the drawbar coupling along a slide rail does not have any practical use, but it does have the clearest mode of operation of the external counter-steering.

Ähnliches gilt auch für das zwischen PKW und Anhänger einblendbare Steuerteil des Beispiels E, Fig. 10 und 10a mit aufwendiger Elektronik aber dafür universeller Einsatzmöglichkeit für normale PKW's und Anhänger mit zwei normalen KugelkopfverbindungenThe same also applies to the control part of example E, FIGS. 10 and 10a which can be faded in between the car and the trailer, with elaborate electronics, but which can be used universally for normal cars and trailers with two normal ball head connections

Die normalerweise gestreckte Deichsel, Fig. 10 macht nur während der Gegenlenkphase eine vorübergehende Einknickbewegung und ist gleich danach wieder im gestrecktem Zustand.The normally elongated drawbar, Fig. 10, only makes a temporary buckling movement during the countersteering phase and is immediately in the stretched state again.

Example F

Ähnlich wie bei der internen Gegenlenkung im Beispiel B, ist auch für die externe Gegenlenkung das Zusammenwirken von St. (=α), β und γ anhand des Schaltbildes Fig. 18 und der Wertetabelle Fig. 13a leicht zu verstehen.Similar to the internal counter-steering in example B, the interaction of St. (= α ), β and γ is also easy to understand for the external counter-steering on the basis of the circuit diagram in FIG. 18 and the table of values in FIG. 13a.

Von St. = β = γ = 0° ausgehend, wird zuerst der mit dem Lenkrad gekoppelte Winkelwertgeber St. (R ₁) in die Stellung +40° gebracht, wodurch sich U ₁ von 0,75 auf 0,375 V und U ₂ von 1,25 auf 0,875 V ändert und R ₂ mit dem Hilfsservoantrieb HSA bis auf den ursprünglichen U ₂-Wert von 1,25 V bei γ = +60° zurückgedreht wird.Starting from St. = β = γ = 0 °, the angle encoder St. ( R ₁ ), which is coupled to the steering wheel, is first set to the + 40 ° position, causing U ₁ from 0.75 to 0.375 V and U ₂ from 1 , 25 changes to 0.875 V and R _{2 is turned back} with the auxiliary servo drive HSA to the original U ₂ value of 1.25 V at γ = + 60 °.

Durch die einsetzende Gegenlenkung wächst auch β von 0° über +20° bis +40°, wodurch der Gegenlenkwinkel γ durch den abermals in umgekehrter Drehrichtung einsetzenden HSA von +60° über +30° bis 0° zurückgedreht wird und β bei +40° in der stabilen Kreisbogenrückwärtsfahrtroute festhält.As a result of the counter-steering, β also increases from 0 ° to + 20 ° to + 40 °, which means that the counter-steering angle γ is reversed from + 60 ° to + 30 ° to 0 ° by the HSA, which reverses in the opposite direction, and β at + 40 ° stuck in the stable circular arc backward route.

Die in Fig. 13a, Zeile 6 künstlich vorgenommene Verstimmung von +5°, also bis β = +45°, verursacht eine sofortige Gegenwirkung von γ = -7,5° mit Rücklauf bis β = +40° und γ = 0°.The detuning of + 5 °, ie up to β = + 45 °, artificially carried out in FIG. 13a, line 6, causes an immediate counteraction of γ = -7.5 ° with return to β = + 40 ° and γ = 0 °.

Eine Erweiterung der Wertetabelle um U ₄ und δ parallel zu U ₃ und β macht sie auch für Ausführung 3 verwendbar.An expansion of the value table by U ₄ and δ parallel to U ₃ and β also makes it usable for version 3.

Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß beim Schaltbild Fig. 24 die in Fig. 18a erwähnte gegenläufige Spannungs- und Winkeländerung für R ₂ gewählt und dafür R ₁, R ₃ undR ₄ normal geschaltet wurde. However, it should be pointed out that in the circuit diagram in FIG. 24, the opposite change in voltage and angle mentioned in FIG. 18a was selected for R ₂ and R ₁ , R ₃ and R _{4 were} switched normally.

Version 3

Die Arbeitsweise der automatischen Rückwärtssteuerung für einen zweiachsigen Anhänger mit lenkbarer Vorderachse sei am Beispiel G mit externer Gegenlenkung anhand der Winkelwertanzeige Fig. 19 bis 23 erklärt.The mode of operation of the automatic reverse control for a two-axle trailer with a steerable front axle is explained using the example G with external counter-steering on the basis of the angle value display FIGS. 19 to 23.

Für alle Ausführungen kann die automatische Gegenlenkung ohne zusätzliche Servoantriebe auch rein mechanisch mit Seil- oder Powdenzügen, biegsamen Wellen oder Gestängen aufgebaut und als elementares Grundprinzip angesehen werden. Wesentlich angenehmer ist aber im Beispiel G die elektrische Übertragungsart mit Winkelwertgebern und den in Ausführung 4 beschriebenen Hilfsservoantrieben.The automatic counter-steering can be used for all versions without additional servo drives, also purely mechanically Cable or Powden cables, flexible shafts or rods built and be seen as an elementary basic principle. In example G, electrical is much more pleasant Transmission type with angle encoders and those in version 4 described auxiliary servo drives.

Die Steuerung dieser zwei Hilfsservoantriebe erfolgt über eine Doppelbrücke Fig. 24, in welcher sowohl die Schaltung Fig. 18 für den Gegenlenkungsbeginn mit ≦λτ1 und der gegenläufigen Winkeländerung von β und γ als auch der Schaltungszusatz für den Parallellauf von β und δ (R ₄) enthalten ist. Lenkhilfen für die Rückwärtsfahrt zweiachsiger Anhänger sind bei professionellen LKW-Fahrern kaum gefragt und der Mehraufwand allein für das Zurückschieben ungerechtfertigt, dagegen bestehen nach Ausführung 4 Anwendungsmöglichkeiten für vorwärts zu schiebende zweiachsige Fahrzeuge oder landwirtschaftliche Geräte im Dauerbetrieb.These two auxiliary servo drives are controlled via a double bridge Fig. 24, in which both the circuit Fig. 18 for the countersteering start with ≦ λτ1 and the opposite change in angle of β and γ as well as the circuit additive for the parallel operation of β and δ ( R ₄ ) is included. Steering aids for the reverse travel of two-axle trailers are hardly in demand among professional truck drivers and the additional effort alone for pushing back is unjustified, but there are 4 possible uses for forward-moving two-axle vehicles or agricultural equipment in continuous operation.

Auch das Hineinschieben eines zweiachsigen Anhängers in eine schmale Gerage mit vorwärts gerichtetem Schubfahrzeug schafft für ungeübte Fahrer eine große Erleichterung.Also pushing a two-axle trailer into one narrow yard with forward thruster creates great relief for inexperienced drivers.

Die entscheidende Eigenschaft der Schaltung Fig. 24, samt der von ihr gesteuerten zwei Hilfsservoantrieben für die Winkel γ und δ ist der automatische Rücklauf in die mit dem Lenkrad vorgegebene stabilisierte Kreisbogenrückwärtsfahrt nach vorangegangener künstlicher Verstimmung, ähnlich der leichtverständlichen künstlichen Verstimmung in Fig. 17 für einen einachsigen Anhänger.The decisive characteristic of the circuit in FIG. 24, together with the two auxiliary servo drives it controls for the angles γ and δ, is the automatic return to the stabilized circular arc reversing specified by the steering wheel after previous artificial detuning, similar to the easily understandable artificial detuning in FIG. 17 for one uniaxial trailer.

Für den zweiachsigen Anhänger ist dieser Vorgang durch die gegenläufigen Wirkungen von γ und δ im Schaltbild Fig. 24 nur etwas unübersichtlich.For the two-axle trailer, this process is only somewhat confusing due to the opposing effects of γ and δ in the circuit diagram in Fig. 24.

Das Zusammenwirken aller beteiligten Winkel zeigt die für die Ausführung 4 zutreffende Winkelwertanzeige Fig. 35 bis 38, welche auch für die Schaltung Fig. 24 mit umgepoltem R ₂ für γ Gültigkeit hat. The interaction of all the angles involved is shown in the angle value display, FIGS. 35 to 38, which is applicable to version 4 and which is also valid for the circuit of FIG. 24 with reversed R ₂ for γ .

Version 4 Automatic control for push vehicles

Diese Art von Steuerautomatik nach Fig. 25 entspricht der umgekehrten Anwendung aber gleichen Gegenlenkproblematik wie bei der automatischen Rückwärtssteuerung für PKW's mit Anhänger nach Fig. 26.This type of automatic control system according to FIG. 25 corresponds to the reverse application but has the same counter-steering problem as with the automatic reverse control for cars with trailers according to FIG. 26.

Alle nach Ausführung 1 bis 3 beschriebenen Schaltungen und mechanischen Lenkvorrichtungen für die automatische Rückwärtssteuerung sind in ähnlicher Weise auch für die automatische Steuerung von Schubfahrzeugen für vorwärts zu schiebende Anhänger oder sonstiger Fahrgestelle mit technischen Einbauten geeignet und seien in der Reihenfolge der beschriebenen Beispiele A plus B, F und G durch deren Winkelwertanzeigen für die Vorwärtssteuerung im Zeichnungssatz mit Fig. 27 bis 38 vertreten.All of the circuits and mechanical steering devices for the automatic reverse control described according to embodiments 1 to 3 are similarly also suitable for the automatic control of pushers for trailers to be pushed forward or other chassis with technical installations and are in the order of the examples A plus B described, F and G represented by their angle value displays for the forward control in the drawing set with FIGS. 27 to 38.

Fig. 27 bis 30 entspricht dabei dem in Ausführung 4 beschriebenen Beispiel H mit der voraussichtlich meistgebrauchten internen Gegenlenkung eines einachsigen Anhängers in Anlehnung an das Beispiel A und B mit den zum Vergleich darunter gezeichneten Winkelwertanzeigen Fig. 2 bis 4 der automatischen elektrischen Rückwärtssteuerung. Fig. 27 to 30 Example H with the expected most frequently used internal counter-steering described in Embodiment 4 corresponds to a single-axis trailer in accordance with the example A and B with the comparing including subscribed angle value displays FIGS. 2 to 4 of the automatic reverse electrical control.

Ein Unterschied besteht also lediglich in der Winkelreihenfolge.The only difference is the order of the angles.

Durch Umschaltung der Elektronik sind alle automatischen Steuerarten möglich, und es entscheidet letztlich nur die Frage, ob für mehrere Fahrzeugarten eine einmalige interne Gegenlenkautomatik im Schubfahrzeug billiger ist als die externen Automatiken an ein bis mehreren vorwärts oder rückwärts zu schiebenden Fahrzeugen.By switching the electronics, all are automatic Tax types possible, and it ultimately only decides the Question whether a unique internal for several vehicle types Automatic counter-steering in the push vehicle is cheaper than the external one Automatics on one or more forwards or backwards to push vehicles.

Das Haupteinsatzgebiet im Dauerbetrieb dürfte in der Landwirtschaft, z. B. für Rasenmäher sowie Bodenbearbeitungs- und Erntemaschinen zu suchen sein, wobei das vorwärts zu schiebende Gefährt gemäß Fig. 25 außerhalb der Mitte angekoppelt und das vorangeschobene Gerät entweder über seine Räder, über eine Kardanwelle oder über einen eignen Motor angetrieben werden kann.The main area of application in continuous operation should be in agriculture, e.g. 25 for lawn mowers and tillage and harvesting machines, the vehicle to be pushed forward as shown in FIG. 25 coupled outside the center and the advanced device can be driven either by its wheels, by a cardan shaft or by its own motor.

Neben dem Beispiel H mit Winkelwertanzeige Fig. 27 bis 30 sei noch ein weiteres Beispiel mit externer Gegenlenkung gemäß Winkelwertanzeige vom elektrischen Beispiel F Fig. 31 bis 34 in der anschaulichsten elementaren mechanischen Form mit einem Seilzug gezeigt. In addition to the example H with the angle value display FIGS. 27 to 30, yet another example with external counter-steering according to the angle value display from the electrical example F FIGS. 31 to 34 is shown in the most descriptive elementary mechanical form with a cable pull.

Auxiliary servo drives

Damit sind die Sonderausführungen von elektrischen Servoantrieben oder elektrischen Servolenkungen mit geringer elektrischer Steuerleistung gemeint, die, im Gegensatz zu den für schnellfahrende PKW's und auf hohe Betriebssicherheit bedachten herkömmlichen hydraulischen Servolenkungen, für langsam fahrende Traktoren oder PKW's im ersten Vorwärtsgang oder Rückwärtsgang für eventuellen nachträglichen Einbau eingesetzt aber vor allem als Hilfsservoantrieb für die externen Gegenlenkungen der Ausführungen 2, 3 und 4 verwendet werden können.This makes the special versions of electric servo drives or electric power steering with low electric Tax benefit meant that, unlike the for fast-moving cars and high operational safety conventional hydraulic power steering, for slow moving tractors or cars in the first forward gear or reverse gear used for possible retrofitting but above all as an auxiliary servo drive for the external ones Counter-steering of versions 2, 3 and 4 used can be.

Hierfür bietet sich gemäß Patentanspruch 8 ein spezieller "Servoantrieb mit selbsttätigem Energieaustausch" an, bei welchem mit geringer Steuerleistung die Hauptlenkenergie von der Radbewegung abgeleitet wird.For this, there is a special one according to claim 8 "Servo drive with automatic energy exchange" at which the main steering energy with low control power is derived from the wheel movement.

Der Energiebedarf eines für Lenk- und Gegenlenkzwecke erforderlichen elektrischen Servoantriebes steigt mit zunehmender Unebenheit der Fahrbahn. Gleichzeitig macht sich aber durch den wechselhaften Widerstand der beiden Räder eine zunehmende Hin- und Herbewegung der Lenkung bemerkbar, die in der gewünschten freigegebenen Richtung in einfacher Weise als Lenkenergie umgesetzt oder gespeichert, dagegen in der entgegengesetzten Richtung blockiert wird.The energy requirement of one required for steering and counter-steering purposes electric servo drive increases with increasing Bumpiness of the road. At the same time, it is going through the changing resistance of the two wheels is increasing Steering back and forth noticeable in the desired released direction in a simple manner as steering energy implemented or saved, but in the opposite Direction is blocked.

Ein Darüberhinausschießen der Lenkung ist beim Erreichen der Brückennullage und dem anschließenden Polaritätswechsel mit Blockierungscharakter nicht möglich.Overshooting the steering is when the Bridge zero and the subsequent polarity change with Blocking character not possible.

Das Blockieren der Lenkbewegung geschieht nach Fig. 39 mit einem selbsthemmenden, also nicht schräg verzahnten, Schneckenantrieb, welcher nur eine solche Drehrichtung des Zahnrades Z zuläßt, die von der Drehrichtung des die Schnecke antreibenden kleinen Steuermotors M unterstützt wird.The blocking of the steering movement takes place according to FIG. 39 with a self-locking, thus not helical, worm drive, which only permits such rotational direction of the gear Z which is supported by the direction of rotation of the screw driving small control motor M.

Weil die Energieübertragung nur in Richtung Schnecke - Zahnrad möglich ist, besteht die Aufgabe des kleinen Steuermotors M überwiegend in der Blockierung der unerwünschten Lenkrichtung und nur zum kleinen Teil im Lenkbeitrag, dessen Gesamtfunktion und Wirkungsgrad durch die Speicherwirkung der Torsionsfeder T, den toten Gang zwischen den Anschlägen a und b der Kupplungsmitnehmerscheibe K und die Regelwirkung des Hauptstromsteuermotors M verbessert wird.Because the energy transfer is only possible in the direction of the worm gear, the task of the small control motor M is mainly to block the undesired steering direction and only to a small extent in the steering contribution, the overall function and efficiency of which is due to the storage effect of the torsion spring T , the dead gear between the Stops a and b of the clutch drive plate K and the control effect of the main flow control motor M is improved.

Das Zahnrad Z ist über eine weitere Zahnradübersetzung mit dem Lenkgestänge verbunden. The gear Z is connected to the steering linkage via a further gear translation.

Automatic angle adjustment

Für eine Kreisbogenfahrt in Vorwärtsrichtung stellt sich zu dem eingegebenen Steuerwinkel St., gleich dem Einlenkwinkel α, asymptotisch der dazugehörige Deichselwinkel β ein und ergibt das von der Deichsel- und Kupplungslänge abhängige Winkelverhältnis nahe dem Wert 1.For a circular arc travel in the forward direction, the associated tiller angle β is asymptotically adjusted to the entered steering angle St. , equal to the steering angle α , and results in the angle ratio, which is dependent on the tiller and coupling length, close to the value 1.

Dieses Winkelverhältnis führt bei unveränderter St.-Einstellung auch bei beginnender Rückwärtsfahrt ohne Regelautomatik kurzzeitig zu einer stabilen Kreisbogenfahrt, bei welcher β keine Tendenz zu einer Größenveränderung zeigt.If the St. setting is unchanged, this angular relationship leads briefly to a stable circular arc travel, even when starting to reverse without automatic control, in which β shows no tendency to change in size.

Bei der geringsten Abweichung verändert sich jedoch β lawinenartig bis zur völligen Querlage des Anhängers.At the slightest deviation, however, β avalanche-like changes until the trailer is completely transverse.

Würde man nun die Regelautomatik generell auf den Nennwert = 1 eingestellt lassen, so wäre trotz stabiler Kreisbogenrückwärtsfahrt ein erhöhter Reifenabrieb die Folge.Would the automatic control system now generally be set to the nominal value = 1 would be set, in spite of stable circular arc reversing the result is increased tire wear.

Für kurze Rückwärtsfahrtstrecken nach Ausführung 1 bis 3 ist dies von untergeordneter Bedeutung, dagegen wäre für die Vorwärtsfahrt im Dauerbetrieb nach Ausführung 4 eine einmalige Einstellung des optimalen Winkelverhältnisses durch den mit R _b einstellbaren Brückenstrom i ₃ gemäß Fig. 6 für bestimmte Anwendungsfälle empfehlenswert und auch nach Fig. 40 in einfacher Weise durchführbar, indem die für die Winkelwertgeber zuständige Regelbrücke in umgekehrter Anwendung zur automatischen Einstellung des Brückenstromes i ₃ bei gegebenen St.- und β-Werten herangezogen wird und künftig stets das einmalig eingestellte vom Nennwert 1 abweichende Winkelverhältnis = 1 bei der automatischen Steuerung berücksichtigt wird.For short reverse travel distances according to version 1 to 3, this is of minor importance, however, for forward travel in continuous operation according to version 4, a one-time setting of the optimal angle ratio through the bridge current i ₃ adjustable with R _b according to FIG. 6 would be recommended for certain applications and also after Fig. 40 can be carried out in a simple manner by using the control bridge responsible for the angle value transmitter in reverse application for the automatic setting of the bridge current i ₃ for given St. and β values and in the future always using the angular ratio = 1, which is set once and deviates from the nominal value 1 automatic control is taken into account.

Nach mindestens einer vollen Kreisbogenvorwärtsfahrt hat sich der Deichselwinkel β dem unverändert beibehaltenen Steuerwinkel St. asymptotisch angeglichen, und im Stillstand kann jetzt durch Knopfdruck die Regelbrücke eingeschaltet und der Servoantrieb 1 für die Gegenlenkung gegen den kleinen Servoantrieb 3 zur automatischen Einstellung des i ₃-Stromreglers R _b vertauscht werden.After at least one full circular arc travel, the tiller angle β has asymptotically adjusted to the control angle St., which has remained unchanged, and at standstill the control bridge can now be switched on at the push of a button and the servo drive 1 for countersteering against the small servo drive 3 for automatic adjustment of the i ₃ current controller R _{b are} exchanged.

Eine völlig automatische R _b-Einstellung ist nicht gerechtfertigt, weil diese nur einmalig vorgenommen zu werden braucht, und statt dem Servoantrieb genügt auch ein Nullindikator mit Schraubenziehereinstellung.A fully automatic R _b setting is not justified because it only needs to be done once, and instead of the servo drive, a zero indicator with screwdriver setting is sufficient.

Eine mehrmalige R _b-Einstellung bei verschiedenen St.-Werten und Mittelwertbildung ist ratsam. A repeated R _b setting at different St. values and averaging is advisable.

Example H

Die automatische Steuerung dieses vorwärts zu schiebenden einachsigen Gefährts mit interner Gegenlenkung ähnelt dem Beispiel B für automatische Rückwärtssteuerung eines Anhängers. Da die Ausführung 4 ausschließlich für die Vorwärtsfahrt im Dauerbetrieb vorgesehen ist, wurde das infolge kleiner Deichsellänge vom Nennwert 1 abweichende optimale Winkelverhältnis = 1,1 für geringsten Reifenabrieb berücksichtigt, wodurch sich der von i ₃ = 2i ₂ abweichende Stromwert zu i ₃ = 2,1 · i ₂ ergibt.The automatic control of this single-axle vehicle with internal counter-steering to be pushed forward is similar to example B for automatic reverse control of a trailer. Since version 4 is only intended for forward travel in continuous operation, the optimal angle ratio = 1.1 due to the short drawbar length was taken into account for the smallest tire wear, which means that the current value deviating from i ₃ = 2 i ₂ becomes i ₃ = 2 , 1 · i ₂ results.

Andererseits ist z. B. die Verringerung des Reifenabriebs bei einem auf unebenen Gelände fahrenden Traktor uninteressant. Ausschlaggebend für die einsetzende Stabilität am Ende der Gegenlenkphase ist der im Beispiel B vergleichbare Treffpunkt des langsam zunehmenden β-Wertes mit dem n-fach schnelleren Durchlauf von α infolge des n-fachen Stromes i ₃. Für das Beispiel = 1,1 wird n = 2,1, aber nach der experimentellen R ₂-Einstellmethode brauchen diese Werte garnicht bekannt zu sein.On the other hand, e.g. B. the reduction of tire abrasion uninteresting in a tractor driving on uneven terrain. Decisive for the onset of stability at the end of the counter-steering phase is the meeting point of the slowly increasing β value, comparable to that in Example B, with the n times faster passage of α as a result of the n times the current i ₃ . For the example = 1.1, n = 2.1, but according to the experimental R ₂ setting method, these values do not need to be known.

Durch die Einbeziehung der in Fig. 40 mit R _b vorzunehmenden Winkelanpassung wird der Brückendiagonalzweig, ähnlich wie in Fig. 6, in der 0°-Stellung auf die halbe Betriebsspannung bei V verlegt, wo er von der R _b-Einstellung unbeeinträchtigt bleibt.By including the angle adjustment to be carried out in FIG. 40 with R _b , the bridge diagonal branch, similar to FIG. 6, is shifted in the 0 ° position to half the operating voltage at V, where it remains unaffected by the R _b setting.

Um die Spannungsteilung 2 : 1 im rechten Brückenzweig rückgängig zu machen, muß vorher R ₁ zur Eingabe der Steuergröße mit dem doppelten Strom durchflossen werden.In order to undo the voltage division 2: 1 in the right branch of the bridge, double current must first be passed through R ₁ to enter the control variable.

Während die Eingabe von St. = +40° an R ₁ eine Widerstandsänderung von 50 auf 75Ω, sowie an R ₂ eine Spannungsänderung von 6,0 auf 6,25 V auslöst und dadurch die servoangetriebene Lenkung α aus der 0°-Lage in die Gegenlenkstellung -40° versetzt, bewirkt der langsam anwachsende Deichselwinkel β ein nochmaliges Anlaufen Servolenkung in umgekehrter Drehrichtung von -40° über 0° in die Plusrichtung bis der halb so schnell zunehmende Deichselwinkel β von α eingeholt und in der stabilen Winkellage bei = 1,1 zum Stillstand kommt. Falls man statt des Winkelverhältnisses die mechanische Meßmethode für den kleinstmöglichen Reifenabrieb bevorzugt, so bleibt nach wie vor die i ₃-Stromeinstellung mit R _b entscheidend für die Erhaltung der 0°-Einstellung. While the input of St. = + 40 ° at R ₁ triggers a change in resistance from 50 to 75Ω, and at R ₂ a change in voltage from 6.0 to 6.25 V and thereby the servo-driven steering α from the 0 ° position to counter-steering position -40 ° offset, causes the slow-growing drawbar angle β by a second start power steering in the opposite direction of rotation from -40 ° through 0 ° β in the plus direction to the half as fast increasing drawbar angle obtained from α and in the stable angular position at = 1.1 comes to a standstill. If you prefer the mechanical measurement method for the smallest possible tire abrasion instead of the angle ratio, the i ₃ current setting with R _b remains decisive for maintaining the 0 ° setting.

Ein weiteres aus dem elektrischen Beispiel F der Ausführg. 2 hervorgegangenes mechanisches Beispiel Fig. 32a mit der gleichen Winkelwertanzeige Fig. 31 bis 34 zeigt das bisher einfachste elementare Grundprinzip der automatischen Rückwärts- bzw. Vorwärtssteuerung.Another from electrical example F of the embodiment. 2 resulting mechanical example Fig. 32a with the same angle value display Fig. 31 to 34 shows the simplest elementary basic principle of automatic reverse or forward control.

Wegen der Übereinstimmung der Winkelwertanzeige wurde auch für das mechanische Beispiel der Gegenlenkgrad G = 1,5 durch die Wahl der Seilscheibenübersetzung D : d beibehalten, obwohl bei dem großen Gegenlenkwinkel γ = +60° bereits die Anhängerräder vom Seilzug berührt würden. In Wirklichkeit wird bei allmählicher St.-Zunahme und kleinerem G-Wert der Winkel γ = +60° niemals erreicht.Due to the correspondence of the angle value display, the counter-steering degree G = 1.5 was retained for the mechanical example by the choice of the pulley ratio D : d , although with the large counter-steering angle γ = + 60 ° the trailer wheels would already be touched by the cable. In reality, with a gradual increase in St. and a smaller G value, the angle γ = + 60 ° is never reached.

Außer der mit dem Lenkrad verbundenen Seilscheibe D ₁ muß noch eine zweite Scheibe gleichen Durchmessers D ₂ über der Anhängerkupplung drehbar gelagert sein, um bei zunehmenden Deichselwinkel β konstante Seillänge zu behalten. Statt der zwei kleinen Führungsrollen zwischen D ₁ und D ₂ könnte das Seil auch beiderseitig um D ₂ herumgeführt werden.In addition to the pulley D ₁ connected to the steering wheel, a second pulley of the same diameter D ₂ must be rotatably mounted above the trailer coupling in order to maintain a constant rope length as the drawbar angle β increases. Instead of the two small guide rollers between D ₁ and D ₂ , the rope could also be guided around D _{2 on} both sides.

Das am Punkt x der Seilscheibe D ₁ arretierte Seil sei um St. = +40° nach rechts verdreht, wodurch in der Geradeausstellung β = 0° auch das Anhängerchassis eine Rechtsdrehung um γ = +60° erfährt und bei beginnender Vorwärtsfahrt des PKW's mit zunehmenden β in eine Rechtskurve einmündet. Diese Rechtsbewegung endet bei β = +40°, weil dann γ = 0° geworden ist und die erreichte Kreisbogenfahrt stabilisiert.The rope locked at point x of the rope pulley D ₁ is turned by St. = + 40 ° to the right, so that in the straight-ahead position β = 0 ° the trailer chassis also turns clockwise by γ = + 60 ° and increases as the car begins to move forward β ends in a right-hand bend. This right-hand movement ends at β = + 40 °, because then γ = 0 ° and stabilizes the arc travel achieved.

Bei der angenommenen Überregelung von +5° bis β = +45° wird γ = -7,5° wie in Fig. 13a, Zeile 6 und bewirkt eine Zurückregelung auf γ = 0°.With the assumed over-regulation from + 5 ° to β = + 45 °, γ = -7.5 ° as in FIG. 13a, line 6 and causes a regulation back to γ = 0 °.

Sliding steering

Aus vielerlei Gründen sollte eine abrupte Lenkveränderung möglichst vermieden und besser durch einen gleitenden Übergang ersetzt werden.For a variety of reasons, there should be an abrupt steering change avoided as much as possible and better through a smooth transition be replaced.

Die beste Lösung ermöglicht ein flexibler Anschlag, welcher in Abhängigkeit von der Regel- und Fahrtgeschwindigkeit eine Verdrehung des Steuerpotis nur in dem Maße zuläßt, wie es ein übersteuerungsfreier Regelablauf erlaubt.The best solution allows a flexible stop, which depending on the control and travel speed a rotation of the control potentiometer only allows to the extent that a control sequence free of overdrive allows.

Das Verhalten der Potiachse ist dabei, wie in Fig. 39, mit dem Bolzen B und den beiden Anschlägen a und b der flexiblen Kupplungsscheibe K vergleichbar.The behavior of the potentiometer axis, as in FIG. 39, is comparable to the bolt B and the two stops a and b of the flexible clutch disc K.

(Fortsetzung als Erläuterung).(Continued as an explanation).

Claims

1. Reverse control for cars with trailers, characterized in that the difficult actual steering with the required counter-steering takes place automatically and is converted from the simple target steering to be carried out according to the view and natural steering sensation without counter-steering.

2. reverse control according to claim 1, characterized in that
a. After version 1 with internal conversion, the target steering is entered manually using a small potentiometer and the servo-driven steering wheel automatically performs the required actual steering.
b. after version 2 with external conversion, the target steering is entered directly into the steering wheel and the automatic countersteering takes place outside the car.
c. after version 3 the automatic reverse control is carried out with a two-axle trailer with steerable front axle.
d. According to version 4, the automatic counter-steering system can be used in reverse on a forward-moving car or tractor with the vehicle to be pushed forward.

3. reverse control according to claim 2a to 2c, and automatic Forward control according to claim 2d, characterized in that to record the steering and drawbar angle one potentiometer each acting as an angle encoder is used with electrical transmission and at Need for another angle encoder for biaxial Trailer with steerable front axle can be expanded.

4. Reverse control according to one of claims 1 to 3, characterized characterized that to prepare the difficult Actual steering including counter steering the electronic link the potentiometer voltages from the angle encoders and is used by the control potentiometer in the electronic part.

5. Reverse control according to one of claims 1 to 4, characterized characterized that the preparation of the actual steering both electronically and mechanically or mixed electronically / can happen mechanically.

6. Steering with control potentiometer according to claim 2a, characterized in that the difficult maneuvering when parking, with or without a trailer, both for reverse gear and even for the slowest forward gear without changing the steering mode can be made.

7. Counter-steering with an electrically controllable servo or Auxiliary servo drive, characterized in that the after Visibility and steering sensation to be entered manually in the electronic part with the required actual steering Countersteering converted and by a servo drive the steering is transferred.

8. servo drive with independent energy exchange according to claim 7, characterized in that only a small Control motor is needed and the main steering energy of the wheel movement is derived.

9. Automatic angle adjustment, characterized in that the optimal angle ratio St. / β for smallest tire wear can be programmed by briefly pressing a button.

10. An abrupt control potentiometer rotation is caused by the so-called "Sliding steering" prevented.