DE3538802C2

DE3538802C2 - Automatisches Differential-Sperrsystem für Arbeitsfahrzeuge sowie mit einem automatischen Differential-Sperrsystem ausgestattetes Arbeitsfahrzeug

Info

Publication number: DE3538802C2
Application number: DE3538802A
Authority: DE
Inventors: Kouji Fujiwara; Osami Fujiwara; Katsumi Ito; Mitsugu Sakai Osaka Kobayashi; Yoshizo Kuroiwa; Kunisuke Nakamura; Norimi Nakamura; Shigeaki Okuyama; Jituo Yoshida
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1984-10-31
Filing date: 1985-10-31
Publication date: 1987-05-14
Also published as: US4671376A; GB2168116B; AU4695585A; GB8523275D0; CA1263088C; CA1263088A; GB2168116A; AU564090B2; DE3538802A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein automatisches Differential-Sperrsystem für Arbeitsfahrzeuge, deren Vorder- und Hinterräder lenkbar sind, mit einer Selektionseinrichtung für die Selektion des Lenkmodus für das Fahrzeug, mit einer Betätigungseinrichtung für die Betätigung eines Differential-Sperrmechanismus und mit einem Gate für die Ausgabe eines Steuersignals an die Betätigungseinrichtung in Abhängigkeit von einem Signal aus der Selektionsschaltung, wobei das Gate derart ausgelegt ist, daß bei Empfang eines dem Parallel-Lenkmodus entsprechenden Signals aus der Selektionseinrichtung ein Differential-Sperrsignal an die Betätigungseinrichtung ausgegeben wird, die den Differential-Sperrmechanismus in Abhängigkeit von dem Differential-Sperrsignal betätigt. Da die Umdrehungsdifferenz der Räder zum Zeitpunkt der Parallel-Lenkung begrenzt ist, können Kurskorrekturen und Kursänderungen des Fahrzeugs ohne Schlupf der Räder erfolgen.

Description

Die Erfindung betrifft ein automatisches Differential- Sperrsystem für Arbeitsfahrzeuge, insbesondere jedoch ein automatisches Differential-Sperrsystem für die automatische Begrenzung der unterschiedlichen Umdrehungen der Vorder- und Hinterräder in Abhängigkeit von einem gewählten Lenkmodus.
Wenn ein Arbeitsfahrzeug über abschüssiges oder unebenes Gelände bewegt wird, entsteht durch den Schlupf der Räder eine Differenz zwischen den Umdrehungen eines rechten und eines linken Rades, derart, daß die Geradeausfahrt des Fahrzeugs beeinträchtigt wird. Deshalb ist man dazu übergegangen, Traktoren für Rasen- und Gartenarbeiten, die über ein zuverlässiges Geradeauslaufverhalten bzw. über sehr gute Spurtreue verfügen müssen, mit einem Differential-Sperrmechanismus auszustatten, derart, daß die unterschiedlichen Umdrehungen der Räder zwangsmäßig gestoppt werden. Wenn der Differential-Sperrmechanismus während der Fahrt aber dauerend in Betrieb ist, muß eines der rechten oder linken Räder schleifen bzw. rutschen und hinterläßt deshalb unerwünschte Schleifspuren auf dem Gelände.

Zur Lösung diese Problems beschreibt die japanische Patentanmeldungs-Veröffentlichung 58-2 46 744 ein automatisches Differential-Sperrsystem, bei welchem das Differential nur dann gesperrt wird, wenn der Lenkwinkel unter einem vorgegebenen Wert liegt, und bei welchem die Sperre aufgehoben wird, wenn der Lenkwinkel diesen Wert übersteigt.

Andererseits kennt man auch eine sogenannte Parallel- Lenkung, wonach die Vorder- und Hinterräder parallel zueinander beweglich sind und in gleicher Richtung gelenkt werden. Diese Lenkung ist insbesondere dann sinnvoll, wenn während der Fahrt einem Hindernis auszuweichen und die Position des Fahrzeugs in bezug auf die Fahrspur geändert werden soll oder wenn das Fahrzeug seitswärts zu bewegen ist. All diese Vorgänge sind möglich, ohne das Fahrzeug drehen oder wenden zu müssen. Da bei der Parallel-Lenkung alle vier Räder in einer Richtung gedreht werden, entsteht keine Differenz in der Umdrehung der Räder. Entsprechend gering ist auch die Wahrscheinlichkeit einer Schlupfbildung. Die Parallel-Lenkung hat sich also insbesondere auf abschüssigem Gelänge als sehr wirksam erwiesen.

Bei dem in der vorstehend genannten japanischen Patentanmeldung beschriebenen System wird die Differentialsperre ungeachtet des Lenkmodus automatisch aufgehoben, sobald die Lenkgröße einen vorgegebenen Wert übersteigt. Deshalb kann die an sich vorteilhafte Parallellenkung auf das vorgeschlagene System nicht angewendet werden.

Damit liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein automatisches Differential-Sperrsystem der eingangs genannten Art dahingehend auszubilden, daß die Differentialsperre im Hinblick auf ein besseres Fahrverhalten auf abschüssigem oder unebenem Gelände während der Parallel-Lenkung konstant beibehalten wird.

Darüber hinaus zielt vorliegende Erfindung auf die Vorteile eines zuverlässigen Geradeauslaufs und ausgezeichneter Leistung bei den auszuführenden Arbeiten sowie auf eine Entlastung des Fahres durch Fernsteuerung des Fahrzeugs bei Fahrt über abschüssiges oder unebenes Gelände und schließlich auf eine Differentialsperr-Sicherheitsmechanismus für die Aufhebung der Differentialsperre im Falle überdurchschnittlicher Last, um damit Zahnräder und andere Teile des Differentials weitgehend vor Schaden zu schützen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird bei einem Gegenstand nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 erfindungsgemäß durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.

Dazu weist ein erfindungsgemäßes automatisches Differential-Sperrsystem für Arbeitsfahrzeuge mit lenkbaren Vorder- und Hinterrädern eine Einrichtung für die Wahl des Lenkmodus für das Fahrzeug, eine Einrichtung für die Betätigung und Freigabe des Differential-Sperrmechanismus sowie eine Torschaltung bzw. ein Gate für die Steuerung der Betätigungseinrichtung in Abhängigkeit von einem Signal auf, das von der Selektionseinrichtung ausgegeben wird, wobei das Gate derart ausgelegt ist, daß in Abhängigkeit von einem Parallel-Lenkmodus-Signal aus der Selektionseinrichtung ein Signal für die Betätigung des Differential-Sperrmechanismus an die Betätigungseinrichtung ausgegeben wird.

Ein mit dem erfindungsgemäßen automatischen Differential-Sperrsystem ausgestattetes Arbeitsfahrzeug weist eine Fahrzeugkörper mit lenkbaren Vorder- und Hinterrädern auf, einen an dem Fahrzeugkörper befestigten Lenkgriff zur Bestimmung der Lenkgröße für die Vorder- und Hinterräder, eine Selektionseinrichtung zur Wahl des Lenkmodus für das Fahrzeug, eine Lenksteuerungseinrichtung zur Lenkung der Vorder- und Hinterräder in Abhängigkeit von der über den Lenkgriff festgelegten Lenkgröße und von dem durch die Selektionseinrichtung gewählten Lenkmodus, einen Differential-Sperrmechanismus zur Begrenzung der Umdrehungsdifferenz der Räder, eine Betätigungseinrichtung für die Betätigung und Freigabe des Differential-Sperrmechanismus und ein Gate bzw. eine Gateschaltung für die Steuerung der Betätigungseinrichtung in Abhängigkeit von einem Signal aus der Selektionseinrichtung, wobei das Gate bzw. die Gateschaltung derart ausgelegt ist, daß in Abhängigkeit von einem Parallel-Lenkmodus-Signal aus der Selektionseinrichtung ein Signal für die Betätigung des Differential-Sperrmechanismus unabhängig von der über den Lenkgriff festgelegten Lenkgröße an die Betätigungseinrichtung ausgegeben wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildung der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Es zeigt
Fig. 1 ein Schaltungsdiagramm für einen Steuermechanismus;
Fig. 2 ein Blockdiagramm zur Darstellung des gesamten Steuersystems;
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines von einem Motor abführenden Kraftübertragungssystems;
Fig. 4 eine Draufsicht auf ein Mähfahrzeug;
Fig. 5 eine Seitenansicht des Mähfahrzeugs;
Fig. 6 eine vergrößerte Seitenansicht zur Darstellung der Relation zwischen einem Geschwindigkeitswechselpedal und einem automatischen Geschwindigkeitswechsel-Betätigungselement;
Fig. 7 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Differentialsperre;
Fig. 8 die Differentialsperre in zum Teil abgebrochener Schnittansicht.
Zunächst wird auf die Fig. 4 und 5 Bezug genommen, die ein Mähfahrzeug mit Allradantrieb darstellen, das einen Fahrzeugkörper V mit einem Rahmen 1 in seinem unteren Bereich aufweist. An dem Rahmen 1 sind ein Fahrersitz 2, ein Lenkgriff H, ein Getriebegehäuse M im hinteren Bereich und ein Motor E im vorderen Bereich befestigt. Unter dem Rahmen 1 befinden sich die Räder 3, nämlich vordere Antriebsräder 3 F und hintere Antriebsräder 3 R. Ein in vertikaler Richtung beweglicher Mäher 4 ist hängend zwischen den Vorderrädern 3 F und Hinterrädern 3 R montiert und behaust ein scheibenartiges Messer.
Wie in Fig. 3 dargestellt ist, wird die Ausgangsleistung eines Motors E auf ein in einem Getriebegehäuse M montiertes stufenloses Hydraulikgetriebe HST übertragen. Die Ausgangsleistung des Motors durchläuft dann einen Geschwindigkeitswechsel, der durch ein Geschwindigkeitswechselpedal 9 oder einen Verlangsamungsmotor 10, der als automatisches Geschwindigkeitssteuerungs-Betätigungselement wirkt, ausgeführt wird. Die reduzierte bzw. herabgesetzte Antriebskraft wird dann auf den Mäher 4 sowie auf jeweilige Differentiale 3 a und 3 b der Vorderräder 3 F und Hinterräder 3 R übertragen und sorgt für den gleichzeitigen Antrieb der Vorder- und Hinterräder 3 F und 3 R sowie des Mähers 4.
Wie Fig. 6 zeigt, sind das Pedal 9 und eine Hilfsplatte 9 a an einer Haltewelle 9 b befestigt und somit gemeinsam schwenkbar. Ein Anlenkelement 11 ist ebenfalls an der Haltewelle 9 b befestigt. Das Anlenkelement 11 ist über eine Schubstange 12 mit einem Ende eines Schwenkarms 13 betrieblich verbunden. Das andere Ende des Schwenkarms 13 ist über eine weitere Schubstange 12, einen ersten Arm 10 a und eine Mehrscheiben- Reibungsübertragungseinrichtung D mit dem automatischen Geschwindigkeitssteuermotor 10 verbunden. Ein Plattenelement 13 a ist an dem Schwenkarm 13 befestigt und gemeinsam mit letzterem schwenkbar. Das Plattenelement 13 a definiert eine zentral ausgesparte Nockenfläche Q. Ein auf die Nockenfläche Q wirkendes Nockenelement 14 a ist an einem zweiten Arm 14 b befestigt, der von einer Steuerwelle 14 des stufenlosen Hydraulikgetriebes HST abführt. Der zweite Arm 14 b trägt an seinem äußeren Ende eine Zugfeder 14 c, die die Nockenfläche Q und das Nockenelement 14 in konstanter Angriffslage hält. Je weiter das Pedal 9 oder die Hilfsplatte 9 a aus der Neutrallage N heraus nach vorne gedrückt werden, desto schneller wird das Fahrzeug vorwärts bewegt, und je weiter das Pedal 9 oder die Platte 9 a nach rückwärts bewegt werden, desto schneller wird das Fahrzeug rückwärts bewegt. Wenn der Fahrer seinen Fuß von dem Pedal 9 oder der Platte 9 a nimmt, kehrt der zweite Arm 14 b durch eine Vorspannkraft 25 der Feder 14 c automatisch zurück in die ursprüngliche Geschwindigkeitswechselposition. Da der Motor 10 über die Mehrscheiben-Reibungsübertragungseinrichtung D mit dem Schwenkarm 13 verbunden ist, wird letzterer durch die Pedalbetätigung konstant schwenkbar gehalten. Das heißt die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs kann durch die Betätigung des Pedals 9 selbst dann manuell geändert werden, wenn der Motor 10 zur Durchführung der automatischen Geschwindigkeitssteuerung in Betrieb ist.
Die Geschwindigkeitswechselpositionen des Pedals 9 und des Motors 10 werden durch einen mit den Drehungen der Steuerwelle 14 des stufenlosen Hydraulikgetriebes HST betätigbaren Spannungsmesser R 3 nachgewiesen und zu einem Steuermechanismus I zurück übertragen.
Die Vorderräder 3 F und Hinterräder 3 R sind nicht nur Antriebsräder, sondern auch durch Servolenkung lenkbare Räder. Die Lenkung der Räder kann erfolgen über die Betätigung des Lenkgriffes H durch den Fahrer, über Fernsteuerung durch Funksignale oder automatisch durch voreingestellte Steuergrößen.
Der Lenkgriff H ist in vertikaler Richtung relativ zu dem Fahrzeugkörper teleskopartig ein- und ausziehbar und wird bei Nichtbenutzung, das heißt während der ferngesteuerten oder automatisch gesteuerten Lenkung des Fahrzeugs nach unten geschoben bzw. eingezogen und ist somit nicht störend im Wege. Die durch den Griff H eingestellte Lenkgröße wird durch einen damit betriebsmäßig verbundenen Spannungsmesser Ro erfaßt bzw. nachgewiesen.
Der Mäher 4 trägt einen Rahmen 8 mit Fühlerelementen bzw. Sensoren 5, die an den äußeren Enden des Rahmens auf die vier Ecken des Fahrzeugkörpers V verteilt befestigt sind. Die Sensoren 5 dienen als Einrichtung für die Erfassung bzw. den Nachweis des Arbeitsfeldes und erfaßen die Grenzlinie L zwischen einer unbearbeiteten Fläche B und einer bereits bearbeiteten Fläche C. Die Grenzlinie L dient zugleich als Führungslinie für die Fahrtstrecke während der automatischen Lenksteuerung.
Am rückseitigen Ende des Fahrzeugkörpers V ist ein Nebenrad 6 A angeordnet, das einen Distanzfühler 6 in der Art eines Photo-Unterbrechers bildet, nämlich zur Ausgabe eines Impulssignals Po, das eine bestimmte Anzahl von Impulsen pro gefahrener Streckeneinheit enthält. Die nachgewiesene zurückgelegte Distanz wird als Steuergröße für die Auslösung einer Wendesteuerung während der automatischen Steuerung des Fahrzeugs verwendet, um so daß Fahrzeug von der bereits durchfahrenen und fertig bearbeiteten Bahn auf die nächste Bahn zu lenken.
Darüber hinaus weist das Fahrzeug einen Orientierungsfühler 7 mit einem geomagnetischen Fühler zur Erfassung geomagnetischer Abweichungen auf, der zum Nachweis der Orientierung des Fahrzeugs während der Fahrt dient. Die nachgewiesene Orientierung wird als Steuergröße für die Beibehaltung der Geradeausfahrt und zur Bestimmung der Fahrtrichtung des Fahrzeugs bei ferngesteuerter oder automatisch gesteuerter Lenkung verwendet.
Wie bereits erwähnt, sind die Vorderräder 3 F und Hinterräder 3 R lenkbar. Demzufolge stehen drei Lenkmodi wahlweise zur Verfügung, nämlich ein Parallel-Lenkmodus, der eine Seitwärtsbewegung des Fahrzeugs durch Drehen der Vorder- und Hinterräder in derselben Richtung erlaubt, ein Wendemodus, der durch Drehen bzw. Lenken der Vorder- und Hinterräder in entgegengesetzter Richtung das Wenden des Fahrzeugs in einem engen bzw. sehr kleinen Wendekreis erlaubt, und ein normaler Zweirad-Lenkmodus zur Lenkung nur der Vorderräder, wie das auch bei normalen Straßenfahrzeugen der Fall ist.
In Fig. 2 weist der Rahmen 1 in dessen vorderem und hinterem Bereich jeweils doppelt wirkende Zylinder 15 F und 15 R auf, die jeweils über Lenkverbindungsstangen 16 mit den Vorderrädern 3 F betriebsmäßig verbunden sind. Die Zylinder 15 F und 15 R werden durch den AN/AUS- Betrieb elektromagnetischer Ventile 17 F und 17 R gesteuert. Die elektromagnetischen Ventile 17 F und 17 R sind unter einer Rückkopplungssteuerung betätigbar, welche die Lenkwinkel, die durch die jeweils für die Vorder- und Hinterräder vorgesehenen Spannungsmesser R 1 und R 2 nachgewiesen wurden, durch Betätigung des Griffs H oder durch Funksteuerung mit den erforderlichen Lenkgrößen in Übereinstimmung bringt.
Das Differential 3 b der Hinterräder 3 R ist mit einem Differential-Sperrmechanismus F ausgebildet, wie in den Fig. 7 und 8 gezeigt. Dabei ist das Differential 3 b über Lager 18 durch das Getriebegehäuse M gehalten und weist ein Differentialgetriebegehäuse 19, eine linke Differential- bzw. Ausgleichswelle 20 und eine rechte Differential- bzw. Ausgleichswelle 21 auf. Der Differential-Sperrmechanismus F weist eine Differential-Sperrmuffe 22 auf, die axial verschiebbar an bzw. auf der linken Differentialwelle 20 befestigt ist. Die Muffe 22 und das Differentialgehäuse 19 definieren zwischen sich eine Kupplungsvorrichtung 22 K, 19 K, die zum Sperren des Differentials 3 b eingerückt werden kann.
Das Getriebegehäuse M trägt ein Element 23 mit einem Kolben 24, der über einen Steuerarm 25 mit der Muffe 22 betrieblich verbunden ist. Das Element 23 definiert einen Öldurchlaß 26, der über ein elektromagnetisches Differential-Sperrventil 27 mit einer Hydraulikeinrichtung (nicht dargestellt) kommuniziert. Während der Kolben 24 durch den AN/AUS-Betrieb des elektromagnetischen Ventils 27 in vertikaler Richtung bewegt wird, bewirkt der Steuerarm 25, daß die Muffe 22 an bzw. auf der linken Differentialwelle 20 nach rechts oder nach links gleitet, wodurch die Kupplung derart betätigt wird, daß der Differential-Sperrmechanismus F entweder in oder außer Aktion gesetzt wird. Vorzugsweise ist der Differential-Sperrmechanismus F mit einer Sicherheitseinrichtung ausgestattet, durch welche Zahnräder und andere Teile vor einer Beschädigung durch Überlastung geschützt werden. Zu diesem Zweck ist die Muffe 22 durch eine Feder 28 in Richtung auf die Einrückposition der Kupplung konstant vorgespannt, und die Eingriffsteile der Kupplung sind mit schräg verlaufenden Flächen ausgebildet, derart, daß sich diese Teile voneinander lösen, wenn ein Drehmoment auf sie wirkt, das den durch die Feder 28 eingestellten Wert übersteigt. Wenn also ein über diesen Wert hinausgehendes Drehmoment auf die Kupplung wirkt, wird der Differential-Sperrmechanismus F freigegeben und das Differential 3 b entsperrt bzw. entriegelt.
Das vordere Ende des Steuerarms 25 stößt derart an die Muffe 22, daß diese in Richtung auf die Position bewegt wird, in der die Differentialsperre aufgehoben wird. Die Hubtoleranz des Kolbens 24 ist so bemessen, daß die Aufhebung der Differentialsperre auch dann zuverlässig ausgeführt wird, wenn das vordere Ende des Steuerarms 25 abgenutzt ist.
Das Element 23 weist auf seiner rechten und linken Seite über den Differentialwellen 20 und 21 jeweils Kolben 29 auf, die an der Außenseite des Elements 23 seitlich ausgefahren werden können. An jeder lateralen Seite des Elements 23 ist ein Element 30 außen an dem Kolben 29 und diesem gegenüberliegend angeordnet. Das Element 23 und das Element 30 weisen jeweils Kissen 31 auf. Scheiben 32 sind jeweils auf Naben der rechten und linken Differentialwellen 20 und 21 außerhalb des Getriebegehäuses M aufgekeilt, wobei sich jede Scheibe 32 in den Raum zwischen dem Kissen 31 an dem Element 23 und dem Kissen 31 an dem Element 30 hinein erstreckt.
Diese Elemente bilden hydraulische Scheibenbremsen DB. Bezugsziffer 33 in Fig. 8 bezeichnet ein elektromagnetisches Ventil für den Einsatz der Bremse. Die elektromagnetischen Ventile 27 und 33 sind in Längsrichtung des Fahrzeugkörpers angeordnet, weshalb in Fig. 7 nur das Ventil 27 und in Fig. 8 nur das Ventil 33 gezeigt ist.
Jeder der Grenzlinienfühler 5, die an dem an dem Mäher 4 montierten Rahmen 8 befestigt sind, weist eine Kombination von zwei Photofühlern S auf. Jeder Photofühler weist ein Lichtübertragungselement und ein Lichtempfangselement auf, die einander über einer Schlitzöffnung gegenüberliegen. Ob sich der Photofühler S auf einem noch unbearbeiteten Bereich B oder einem bereits bearbeiteten Bereich C befindet, wird bestimmt durch den Nachweis von vorhandenem oder nicht vorhandenem Rasen, der zwischen dem Lichtübertragungselement und dem Lichtempfangselement hindurchzieht. Die Kombination der Ergebnisse aus dem Nachweis vorhandenen oder nicht vorhandenen Rasens durch die beiden Photohfühler S bildet die Basis für die Bestimmung des rechten und linken Lageverhältnisses des Fahrzeugkörpers hinsichtlich der Grenzlinie L. Es erfolgt die Beurteilung, daß sich das Fahrzeug entlang der Grenzlinie bewegt, wenn der seitlich außerhalb des Fahrzeugkörpers angeordnete Photofühler S den bereits bearbeiteten Bereich C und der andere Photofühler S den noch unbearbeiteten Bereich B erfaßt bzw. nachweist. Wenn der rechte und linke Grenzfühler 5 an der Frontseite des Fahrzeugkörpers jeweils den bearbeiteten Bereich C nachweisen und wenn die durch den Distanzfühler 6 erfaßte zurückgelegte Distanz den Wert erreicht, der als Bezugsdistanz für eine Bahn vorgegeben ist, so wird der erfaßte bzw. nachgewiesene Wert als Steuerparameter zur Einleitung einer Fahrzeugwendesteuerung verwendet, um das Fahrzeug auf den nächsten Kurs bzw. die nächste Bahn zu überführen.
Da der Rasen unter dem Fahrzeug diskontinuierlich hindurchzieht, zeigt ein aus dem Photofühler S ausgegebenes Signal für den Nachweis des Zustandes des Arbeitsfeldes bzw. -bereiches die Form eines Signals mit unterteilten Impulsen auf. Nach Integration durch eine Signalverlauf-Prozessorschaltung 33&min;, wie in Fig. 1 gezeigt, wird das Signal an den Steuermechanismus I angelegt. Die Integrationszeitkonstante der Wellenform- Prozessorschaltung 33 wird durch das aus dem Distanzfühler 6 ausgegebene Impulssignal Po auf einen optimalen Wert gemäß der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs eingestellt. Die Prozessorschaltung 33 arbeitet digital und übernimmt die Funktion eines Digitalfilters.
Die Einzelheiten des Steuermechanismus I werden nachfolgend im Zusammenhang mit dem Schaltungsdiagramm in Fig. 1 erläutert.
Der Steuermechanismus I eine zentrale Prozessoreinheit 34 auf, kurz Zentraleinheit genannt, zur Aufnahme der Impulssignale Po aus dem Distanzfühler über eine Zähler/Timer-Schaltung CTC und der Arbeitsfeld-Zustandssignale aus den Photofühlern S über die Signalverlauf-Prozessorschaltung 33&min; und ein paralleles Eingangs/Ausgangs- Tor (PIO) 35. Die Signale aus den Photofühlern S werden mittels eines Signals aus dem Distanzfühler 6 verarbeitet, der pro zurückgelegter Streckeneinheit des Fahrzeugs ein Unterbrechungssignal erzeugt. Es wird die Position des Fahrzeugs relativ zur Grenz- bzw. Begrenzungslinie L bestimmt, und es wird ein Steuersignal zur Lenkung der Vorder- und Hinterräder 3 F und 3 R aus einem parallelen Eingangs/Ausgangs-Tor 35 auf einer Ausgangsseite ausgegeben. Gleichzeitig erhält die Zentraleinheit 34 ein Signal aus einem Betriebsartenwahlschalter SW 3 und ein Signal aus einem Startschalter SW 4 über das parallele Eingangs/Ausgangs-Tor (PIO) 35 auf der Eingangsseite. Das Signal aus dem Startschalter SW 4 dient zum Starten des Steuermechanismus I. Das Signal aus dem Betriebsartenwahlschalter SW 3 dient zur Wahl einer der drei Betriebsarten, nach welcher der Steuermechanismus zu arbeiten hat. Die drei Betriebsarten sind eine manuelle, eine unterweisende und eine repetierende Betriebsart. Bei der manuellen Betriebsart wird das Fahrzeug mit Hilfe des Lenkgriffes H durch den Fahrer gelenkt. Bei der unterweisenden Betriebsart wird das Fahrzeug manuell den Rand eines zu bearbeitenden Platzes entlanggelenkt, um in Vorbereitung auf die automatische Fahrsteuerung einen bearbeitenden Bereich C zu bilden, wobei die Programmierung des Arbeitsbereiches derart erfolgt, daß gefahrene Distanzen bzw. Streckenabschnitte und durch den Orientierungsfühler 7 während der Fahrt entlang der Peripherie erfaßte Orientierungen sondiert werden. Bei der repetierenden Betriebsart oder dem sogenannten Playback wird das Fahrzeug ferngesteuert oder automatisch innerhalb des Arbeitsbereiches bewegt, der im Unterweisungsmodus bestimmt wurde.
Das durch den Orientierungsfühler 7 ausgegebene Signal passiert ein Bandfilter 36 und einen Puffer Ao und wird dann zusammen mit Signalen aus den Spannungsmessern R 0-R 3 einem Multiplexer 37 zugeleitet. Zum Zwecke der Zuleitung zur Zentraleinheit 34 werden die Signale durch einen A/D-Wandler 38 in Digitalsignale umgesetzt.
Der Steuermechanismus I weist des weiteren einen Lenkmodus-Wahlschalter SW 1 zur Wahl des parallelen Lenkmodus, des Wende- bzw. Umkehrmodus oder des Zweiräder- Lenkmodus zum Zeitpunkt des manuell gesteuerten Fahrbetriebs auf sowie einen Fernsteuerungsschalter SW 2 zum Umschalten von dem manuellen Fahrbetrieb auf den ferngesteuerten Fahrbetrieb, bei welchem die Steuerung des Fahrzeugs durch Führungs- oder Lenksignale erfolgt, die von einem nicht dargestellten Signalübertragungselement zu einem Empfänger übertragen werden.
Die durch den Empfänger 39 auf einem ersten, nämlich Lenkmodus-Selektionskanal CH 1, einem zweiten, nämlich Lenksteuerkanal CH 2 und einem dritten, nämlich Geschwindigkeitswechselkanal CH 3 ausgegebenen Signale werden durch Frequenz/Spannungs-Umsetzer 40 in Spannungssignale umgesetzt und über Analogschalter Go nur dann mit dem Kern des Steuermechanismus I gekoppelt, wenn der Fernsteuerungsschalter SW 2 betätigt wird. Andererseits werden die Ausgangsleitungen aus dem Lenkmodus-Wahlschalter SW 1 durch die Analogschalter Go abgeschaltet, wenn der Schalter SW 2 betätigt bzw. auf "AN" gestellt wird.
Die während der manuellen Steuerung durch den Spannungsmesser Ro nachgewiesene Lenkgröße oder die während der Fernsteuerung in den zweiten Kanal CH 2 eingespeiste Lenkgröße wird in Antriebsschaltungen 41 F und 41 R für die elektromagnetischen Ventile 17 F und 17 Reingegeben, die an die Vorder- und Hinterräder 3 F und 3 R angeschlossen sind. Die Ventile 17 F und 17 R werden dann solange angetrieben, bis die durch die Spannungsmesser R 1 und R 2 nachgewiesenen Lenkwinkel der Vorder- und Hinterräder 3 F und 3 R der eingegebenen Lenkgröße entsprechen.
Beim Wende- bzw. Umkehrmodus werden die Vorder- und Hinterräder 3 F und 3 R in entgegengesetzter Richtung gelenkt. Wenn zu diesem Zweck in der manuellen Betriebsart mit Hilfe des Lenkmodus-Selektionsschalters SW 1 der Wende- bzw. Umkehrmodus gewählt wird, passiert das Ausgangssignal aus dem Spannungsmesser Ro, das die Lenkgröße des Griffes H nachweist, einen invertierenden Verstärker A 2 zur Umkehr seiner Polarität und wird dann der Antriebsschaltung 41 R für das mit den Hinterrädern 3 R verbundene elektromagnetische Ventil zugeleitet. Auch bei der Wahl des Wende- bzw. Umkehrmodus im ferngesteuerten Zustand des Fahrzeugs wird ein auf dem zweiten Kanal übertragendes, der erforderlichen Lenkgröße entsprechendes Signal vor der Zuleitung zur Antriebsschaltung 41 R des elektromagnetischen Ventils durch den invertierenden Verstärker bzw. Umkehrverstärker A 2 geschickt.
Das auf dem dritten Kanal, nämlich dem Geschwindigkeitswechselkanal CH 3 gesendete Signal wird über den Analogschalter Go nur dann der Antriebsschaltung 42 für den automatischen Geschwindigkeits-Steuermotor 10 zugeleitet, wenn der Fernsteuerungsschalter SW 2 auf "AN" geschaltet wird. Dann wird das stufenlose Hydraulikgetriebe HST solange angetrieben, bis der durch den Spannungsmesser R 3 für den Nachweis der Geschwindigkeitswechselposition bzw. Schaltstellung nachgewiesene Wert dem Signal entspricht, das über den dritten Kanal eingegeben wurde.
Das elektromagnetische Ventil 27 des Differential- Sperrmechanismus behält die automatische Sperrfunktion für das Differential der Hinterräder 3 R bei, wenn der Parallel-Lenkmodus durch den Lenkmodus-Selektionsschalter SW 1 gewählt wird, wenn der Parallel-Lenkmodus durch das während des ferngesteuerten Betriebszustands über den ersten Kanal CH 1 gespeiste Signal gewählt wird und wenn das Fahrzeug in Abhängigkeit von dem Nachweis der Grenzlinie L durch die Grenzlinienfühler 5 durch die Zentraleinheit 34 automatisch im Parallel- Lenkmodus gesteuert wird. In anderen Modi als dem Parallel-Lenkmodus wird das Differential automatisch gesperrt, wenn die Lenkgröße klein ist. Um diese automatische Differentialsperre zu erreichen, wird die Ausgabe des Spannungsmessers R 1 für den Nachweis des Lenkwinkels der Vorderräder 3 F durch identisch ausgebildete Komparatoren A 1 überprüft. Liegt die Ausgabe dabei innerhalb eines vorgegebenen Spannungsbereichs, so wird ein Signal zur Aktivierung des elektromagnetischen Ventils 27 ausgegeben. Der Differential-Sperrmechanismus F wird also nur dann freigegeben, wenn das Fahrzeug in einem Lenkwinkel bewegt wird, der höher ist als ein vorgegebener Wert. Wenn das elektromagnetische Ventil 27 angeschaltet ist, erfolgt keine Ölzufuhr zu dem Öldurchlaß 26. Das heißt der Differential-Sperrmechanismus F bleibt durch die Kupplung 19 K, 22 K, die durch die Vorspannkraft der Feder im eingerückten Zustand gehalten wird, in Betrieb.
Zur Einstellung der Position des Fahrzeugs in bezug auf die Grenz- bzw. Begrenzungslinie ist der Parallel- Lenkmodus vorzuziehen, der eine Seitwärtsbewegung des Fahrzeugs erlaubt, ohne dieses drehen oder wenden zu müssen, weshalb das Fahrzeug auch keine zickzackförmigen Spuren oder ungemähte Stellen auf dem Rasen hinterläßt. Das Nachweissignal aus den Grenzfühlern S wird als Steuergröße für die Parallel-Lenkung unter automatischer Steuerung durch die Zentraleinheit 34 verwendet. Mit anderen Worten, die Positionseinstellung erfolgt durch die Seitwärtsbewegung des Fahrzeugs solange, bis die Grenz- bzw. Begrenzungsfühler 5 die Grenz- bzw. Begrenzungslinie L erfaßen.
Wenn sich das Fahrzeug während der Parallel-Lenkung versehentlich dreht, kann es nicht in die ursprüngliche Richtung zurückgelenkt werden. In diesem Falle muß also der Wendemodus angewendet werden, der auf durch den Fühler 7 nachgewiesenen Orientierungs- bzw. Richtungsabweichungen basiert, um das Fahrzeug solange zu drehen oder zu wenden, bis die Richtungsabweichung wieder ein tolerierbares Maß erreicht hat. Nach erfolgter Einstellung der Orientierung des Fahrzeugs wird der Modus erneut auf den Parallel-Lenkmodus umgestellt, um die Position des Fahrzeugs in bezug auf die Grenzlinie einzustellen. Das heißt der für die Einstellung des Fahrzeugs in Geradeausrichtung geeignete Lenkmodus, durch welchen das Fahrzeug entlang der Grenzlinie L geradeaus bewegt werden kann, wird automatisch gewählt.
Bezugsziffer A 3 in Fig. 1 bezeichnet Differentialverstärker und Bezugsziffer G 1 bezeichnet drei Zustandspuffer zur Änderung der Steuersignale für das elektromagnetische Ventil zur Sperrung des Differentials, für die Antriebsschaltungen 41 F und 41 R zum Antrieb der mit den Vorder- und Hinterrädern verbundenen elektromagnetischen Ventile und für die Antriebsschaltung 42 für den Geschwindigkeitssteuermotor 10 von der manuellen Steuerung oder der Fernsteuerung auf die Steuerung durch die Zentraleinheit 34.
In der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung ist der Differntial-Sperrmechanismus für die Hinterräder 3 R vorgesehen. Es können statt dessen aber auch die Vorderräder mit dem Differential-Sperrmechanismus ausgestattet werden, wobei Funktion und Wirkung unverändert bleiben. Um die Sicherheitseinrichtung in den Differential-Sperrmechanismus zu intergrieren, wird die Kupplung in der beschriebenen Ausführungsform durch die Vorspannkraft der Feder konstant in Einrücklage gehalten und durch ein AUS-Signal aus dem elektromagnetischen Ventil 27 freigegeben bzw. ausgerückt. Wo eine solche Sicherheitseinrichtung nicht erforderlicht ist, kann die Kupplung konstant in Ausrücklage gehalten und durch ein AN-Signal aus dem elektromagnetischen Ventil 27 eingerückt werden. In diesem Falle wird dem ODER-Gate, das als Gate für die Ausgabe von Signalen an das elektromagnetische Ventil 27 in Fig. 1 dient, ein Inverter zugeordnet. Wesentlich ist, daß die Differentialsperre nur dann aufgehoben wird, wenn der Lenkwinkel des Fahrzeugs einen vorgegebenen Wert übersteigt.

1 Rahmen
2 Fahrersitz
3 F Vorderräder / 3 b Differential
3 R Hinterräder
4 Mäher
5 Fühler
6 Distanzfühler / 6 A Nebenrad
7 Orientierungs- bzw. Richtungsfühler
8 Rahmen
9 Geschwindigkeitswechselpedal
9 a Hilfsplatte
9 b Haltewelle
10 Verlangsamungsmotor
10 a erster Arm
11 Verbindungselement
12 Schubstange
13 Schwenkarm
13 a Plattenteil
14 Steuerwelle des stufenlosen Hydraulikgetriebes
14 a Nockenelement
14 b zweiter Arm
14 c Zugfeder
15 F, 15 R doppelt wirkende Zylinder
16 Lenkverbindungsstangen
17 F, 17 R elektromagnetische Ventile
18 Lager
19 Differentialgehäuse/ 19 K Kupplungseinrichtung
20 linke Differentialwelle
21 rechte Differentialwelle
22 Differential-Sperrmuffe/ 22 K Kupplungseinrichtung
23 Element am Getriebegehäuse M
24 Kolben
25 Steuerarm
26 Öldurchlaß
27 elektrom. Ventil für Differentialsperre
28 Feder
29 Kolben
30 Element an den Seiten des Elementes 23
31 Kissen
32 Scheiben
33 elektrom. Bremsanwendungsventil
33&min; Signalverlauf-Prozessorschaltung
34 Zentraleinheit
35 paralleles Eingangs/Ausgangs-Tor
36 Bandfilter
37 Multiplexer
38 A/D-Wandler
39 Empfänger
40 Frequenz/Spannungs-Umsetzer
41 F, 41 R Antriebsschaltungen für elektrom. Ventile 17 F,17 R
Ao Puffer
A 2 Verstärker
B unbearbeiteter Flächenbereich
C bearbeiteter Flächenbereich
CH 1 Lenkmodus-Selektionskanal bzw. erster Kanal
CH 2 Lenksteuerkanal bzw. zweiter Kanal
CH 3 Geschwindigkeitswechselkanal bzw. dritter Kanal
D Reibungsübertragungseinrichtung
DB hydraulische Scheibenbremsen
E Motor
F Differential-Sperrmechanismus
Go Analogschalter
H Lenkgriff
HST stufenloses Hydraulikgetriebe
I Steuermechanismus
L Grenze bzw. Begrenzungslinie
M Getriebegehäuse
Q Nockenfläche
R 0-R 3 Spannungsmesser
S Photofühler
SW 1 Lenkmodus-Wahlschalter
SW 2 Fernsteuerungsschalter
SW 3 Betriebsartenwahlschalter
SW 4 Startschalter
V Fahrzeugkörper

Claims

1. Automatisches Differential-Sperrsystem für Arbeitsfahrzeuge mit lenkbaren Vorder- und Hinterrädern, gekennzeichnet durch eine Selektionseinrichtung zur Wahl des Lenkmodus für das Fahrzeug, eine Betätigungseinrichtung zur Betätigung und Freigabe eines Differential-Sperrmechanismus und eine Torschaltung bzw. ein Gate für die Steuerung der Betätigungseinrichtung in Abhängigkeit von einem Signal aus der Selektionseinrichtung, wobei das Gate derart ausgelegt ist, daß in Abhängigkeit von dem Empfang eines dem Parallel-Lenkmodus entsprechenden Signals aus der Selektionseinrichtung ein Signal zur Betätigung des Differential- Sperrmechanismus an die Betätigungseinrichtung ausgegeben wird.

2. Automatisches Differential-Sperrsystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine ODER-Einrichtung zur Ausgabe eines Ausgangssignals in Abhängigkeit von dem Empfang eines Wende- bzw. Umkehrsignals und eines dem Zweirad-Lenkmodus entsprechenden Signals aus der Selektionseinrichtung, eine Lenkwinkel- Detektoreinrichtung für den Nachweis des Lenkwinkels der Vorderräder und zur Ausgabe eines Ausgangssignals, wenn der Lenkwinkel innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt, und eine UND-Einrichtung zur Ausgabe eines Ausgangssignals in Abhängigkeit von dem Empfang von Ausgangssignalen aus der ODER-Einrichtung und der Lenkwinkel-Detektoreinrichtung, wobei das Gate derart ausgelegt ist, daß in Abhängigkeit von dem Empfang des Signals aus der UND-Einrichtung ein Signal zur Betätigung des Differential-Sperrmechanismus an die Betätigungseinrichtung ausgegeben wird.

3. Automatisches Differential-Sperrsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkwinkel-Detektoreinrichtung eine Kombination von Spannungsmessern für den Nachweis des Lenkwinkels und eine Vergleichseinrichtung aufweist.

4. Automatisches Differential-Sperrsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichseinrichtung einen ersten und zweiten Komparator-Operationsverstärker mit einem gemeinsamen Eingang aufweist, wobei die Verstärker jeweils so ausgelegt sind, daß ein oberes Limit und ein unteres Limit des vorgegebenen Lenkwinkelbereiches eingestellt werden kann.

5. Arbeitsfahrzeug mit einem Differential-Sperrsystem, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Fahrzeugkörper mit lenkbaren Vorder- und Hinterrädern, einen an dem Fahrzeugkörper montierten Lenkgriff zur Bestimmung bzw. Festlegung der Lenkgröße für die Vorder- und Hinterräder, eine Selektionseinrichtung zur Wahl des Lenkmodus für das Fahrzeug, eine Lenksteuereinrichtung zum Lenken der Vorder- und Hinterräder in Abhängigkeit von der mittels des Lenkgriffs bestimmten Lenkgröße und des mittels der Selektionseinrichtung gewählten Lenkmodus, einen Differential-Sperrmechanismus zur Begrenzung der unterschiedlichen Umdrehungszahl der Räder, eine Betätigungseinrichtung zur Betätigung und Freigabe des Differential-Sperrmechanismus und ein Gate zur Ausgabe eines Steuersignals an die Betätigungseinrichtung in Abhängigkeit von dem Empfang eines Signals aus der Selektionseinrichtung, wobei das Gate derart ausgelegt ist, daß in Abhängigkeit von dem Empfang eines dem Parallel-Lenkmodus entsprechenden Signals aus der Selektionseinrichtung ein Steuersignal zur Betätigung des Differential-Sperrmechanismus an die Betätigungseinrichtung ausgegeben wird, und zwar unabhängig von der mittels des Lenkgriffs festgelegten Lenkgröße.

6. Arbeitsfahrzeug nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen an dem Fahrzeugkörper montierten Empfänger für den Empfang eines Steuersignals aus einem Funksender, wobei der Empfänger jeweils einen ersten Kanal und einen zweiten Kanal zum Senden von Signalen an das Gate und an die Lenksteuereinrichtung aufweist und wobei auf dem ersten Kanal ein Lenkmodussignal und auf dem zweiten Kanal ein Lenkgrößensignal gesendet wird.

7. Arbeitsfahrzeug nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen Fernsteuerungsumschalter zur Freigabe des ersten und zweiten Kanals und zur gleichzeitigen Unterbrechung der Verbindung des Lenkgriffes und der Selektionseinrichtung mit der Lenksteuereinrichtung und mit dem Gate.

8. Arbeitsfahrzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Differential- Sperrmechanismus eine Differential-Sperrmuffe aufweist, die verschiebbar an einer Differentialwelle eines Differentialmechanismus befestigt ist, derart, daß die Muffe mit dem Gehäuse gekuppelt werden kann, wobei die Differential-Sperrmuffe durch die Betätigungseinrichtung mit dem Differentialgehäuse gekuppelt und entkuppelt wird.

9. Arbeitsfahrzeug nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Sicherheitseinrichtung für die Differentialsperre, wobei die Sicherheitseinrichtung eine Feder zur Vorspannung der Differential-Sperrmuffe in einer Position zur Kupplung mit dem Differentialgehäuse und eine Sicherheitskupplung aufweist, durch welche die Differential-Sperrmuffe gegen die Vorspannkraft der Feder von dem Differentialgehäuse entkuppelt bzw. gelöst wird, wenn das übertragene Drehmoment zwischen Differential-Sperrmuffe und Differentialgehäuse einen vorher bestimmten Wert übersteigt.

10. Arbeitsfahrzeug nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen Grenzfühler zur Erfassung bzw. zum Nachweis der Grenze zwischen einem bereits bearbeiteten und einem noch unbearbeiteten Geländebereich und zum Nachweis der Position der Grenz- bzw. Begrenzungslinie und eine Steuereinrichtung zur Verbindung des Grenzfühlers mit der Lenksteuereinrichtung der Betätigungseinrichtung, wobei die Steuereinrichtung für die Betätigung der Lenksteuereinrichtung in Abhängigkeit von dem Nachweis der Position der Grenzlinie durch den Grenzfühler ausgelegt ist, derart, daß eine Parallelbewegung des Fahrzeugs in Richtung auf die Grenzlinie bewirkt wird, bis der Grenzfühler die Grenzlinie nachweist, und daß gleichzeitig ein Steuersignal zur Betätigung des Differential-Sperrmechanismus an die Betätigungseinrichtung ausgegeben wird.

11. Arbeitsfahrzeug nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen Orientierungs- bzw. Richtungsfühler für die Erfassung bzw. den Nachweis der Fahrtrichtung des Fahrzeugs, wobei die Steuereinrichtung so ausgelegt ist, daß die durch den Orientierungsfühler nachgewiesene Abweichung von der Bezugsorientierung bzw. Bezugsrichtung gemessen wird, daß die Lenksteuereinrichtung betätigt wird, wenn die Abweichung einen Toleranzwert übersteigt, daß das Fahrzeug solange gedreht bzw. gewendet wird, bis sich der Abweichungswert auf den Toleranzwert verringert hat, und daß die Lenksteuereinrichtung betätigt wird, wenn sich der Abweichungswert auf den Toleranzwert verringert hat, so daß das Fahrzeug parallel in Richtung auf Grenze bewegt wird, bis der Grenzfühler die Grenze bzw. Grenzlinie nachweist.