DE3911885C2 - Mehrachsfahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Mehrachsfahrzeug, insbesondere vielachsiges Kranfahrzeug nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches, wie es durch die DE 29 44 208 A1 bekannt ist. Bei diesem Mehrachsfahrzeug ist zwischen dem Lenkgetriebe und dem Verbindungsgestänge eine Kulissenführung angeordnet, die die Lenkung der Hinterräder erst nach einem Einschlagwinkel der Vorderräder von mehr als 5 Grad aktiviert. Eine längenveränderbare Koppeleinrichtung dient, wie durch die DE 32 34 475 A1 bekannt, als Nachlenkeinrichtung und verhindert, daß das Fahrzeug auch bei von Seitenwind oder Straßenneigung herrührenden Seitenkräften schräg läuft. Durch diese Nachlenkeinrichtung werden die hinteren Achsen im gleichen Sinne wie die Vorderachsen gelenkt.

Hier ist neben einem Verstellzylinder in der längsveränderbaren Koppeleinrichtung zusätzlich auch eine Kulissenführung zwischen dem Lenkgetriebe und der Koppelstange vorhanden, die eine Lenkbewegung an die Hinterachsgruppe erst bei einem Lenkeinschlag der Vorder­ achsgruppe von größer als etwa 5° weiterleitet.

Die DE 24 38 617 A1 betrifft eine elektronisch-hydraulische Fahrzeuglenkeinrichtung ohne mechanisches Koppelglied für vielachsige Schwerlastfahrzeuge wie z. B. Sektionstransporter für den Einsatz in Werften oder Stahlwerken. Die Lenkeinrichtung steuert über einen am Lenkrad angeordneten Sollwertgeber die servohydraulischen Regelkreise der lenkbaren Fahrzeugachsen an.

Ein Einsatz für den öffentlichen Straßenverkehr ist nicht vorgesehen bzw. zugelassen.

Nach § 32 d der StVZO dürfen festgelegte Werte über das Ausschermaß des Fahrzeuges bei einer 120 Grad Teilkreisfahrt sowie die befahrene Ringfläche bei voller Kreisfahrt nicht überschritten werden. Diese Werte sind bei großen Transportgewichten und großen Fahrzeuglängen nicht mehr einhaltbar.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Mehrachsfahrzeug so zu gestalten, daß das Fahrzeug sowohl bei Fahren mit hoher Geschwindigkeit bei Seitenwind und stark gewölbten Straßen sicher gelenkt werden kann und bei Kurven und Kreisfahrt die vorgeschriebenen Werte nicht überschreitet. Auch soll es in dem sog. Hundegang von einer Bordsteinkante oder einer Wand wegfahren können. Die o.g. verzögerte Weiterleitung der Lenkbewegung an die Hinterachsgruppe soll unter Vermeidung einer mechanisch konstruktiv aufwendigen Kulissenführung erfolgen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Hauptanspruches gelöst.

Die Lenkung des Mehrfachfahrzeuges läßt

• 1. eine Lenkbegrenzung,
• 2. eine Nachlenkkorrektur bei Seitenwind bzw. Schräglage,
• 3. eine 120° Teilkreisfahrt nach § 32d StVZO,
• 4. eine Rangiermöglichkeit nach Art des sog. Hundegangs und
• 5. eine Notlenkbarkeit bei Ausfall der Elektronik

zu.

Unter der verwendeten Bezeichnung "Winkelpotentiometer" versteht man ein übliches Drehpotentiometer, was hier zur Aufnahme der Winkel ws und wi dient.

Bei dem erfindungsgemäßen Mehrachsfahrzeug sind die gelenkten Achsen im Lenksystem in Vorder- und Hinterachsgruppen unterteilt. Die Lenkbewegung des Lenkrades zu den Lenkachsen wird hydraulisch unterstützt und durch Lenkhebel und Koppelglieder gesteuert übertragen. Zwei dieser Lenkhebel zwischen den Vorder- und lenkbaren Hinterachsen sind in Verbindung mit der längeneinstellbaren Koppelstange die mechanischen Teile der Lenkeinrichtung. Die Lage des Lenkhebels der vorderen Achsen wird mit Hilfe des Winkelpotentiometers erfaßt und gilt, je nach Programm entsprechend aufbereitet, als Sollwert für den Lenkeinschlag des hinteren Lenkhebels, der ebenfalls mit einem Winkelpotentiometer versehen ist. Sollwert und Istwert werden im Rechner miteinander verglichen, und die Differenz der Werte verändert den Stellwert für das Regelventil im Sinne der Angleichung an den im Programm vorgegebenen Sollwert.

Die elektronische Auswertung kann mit mehreren Programmen für verschiedene Fahrweisen versehen werden, wobei die Hinterachsgruppen unabhängig voneinander gelenkt werden können.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Mehrachsfahrzeug in der Draufsicht,

Fig. 2 den Bereich über der Vorderachse 2a aus Fig. 1 in größerem Maßstab,

Fig. 3 einen senkrechten Schnitt durch die Fig. 2 im Bereich der Achse 15,

Fig. 4 einen senkrechten Schnitt durch die Fig. 2 im Bereich der Achse 16,

Fig. 5 ein Signalflußdiagramm der Lenkkorrektur,

Fig. 6 einen Hydraulikschaltplan der Lenkkorrektur und

Fig. 7 die Auswirkungen verschiedener Lenkprogramme.

Vom Lenkgetriebe eines Lenkrades 1 führen starre Koppelstangen 5 zu mehreren Vorderachsen 2 und 2a und weiter über einen Doppel-Lenkhebel 11 und eine längenveränderbare Koppelstange 6 zu einem Doppel-Lenkhebel 12. Unterhalb der beiden Hebel sind, wie die Fig. 3 und 4 zeigen, in Verlängerung der über Lagerböcke 17 und 18 am Fahrzeug gelagerten Lagerachsen 15 und 16 die Winkelpotentiometer 23a und 22a angeordnet. Über einen weiteren Hebel 12a führt eine starre Koppelstange 5a zu der lenkbaren Hinterachsgruppe 4. Vor dieser Gruppe ist eine unlenkbare Achse 3 angeordnet. Die starren Koppelstangen 5 und 5a sind über Spurschubstangen 10, Lenkwinkelhebel 7 und Spurstangen 8 mit den Rädern verbunden, wobei an die Lenkhebel 7 Lenkhilfszylinder 9 angreifen. In Fig. 2 ist auch zu erkennen, daß der untere Lenk-Istwert-Hebel 12a zwischen Anschlägen 19 des oberen Lenk-Istwert-Hebels 12 etwas winkelbeweglich angeordnet ist.

Der Kolben 13 wird im drucklosen Zustand bzw. beim Ausfall der Elektronik von Federn 20 in der Nullstellung im Verstellzylinder 14 gehalten, so daß das Fahrzeug ohne Lenkkorrektur gelenkt werden kann.

Aus den festgestellten Winkeldifferenzen erfolgt über die elektronische Auswertung 21 die Lagebestimmung des Kolbens 13 im Verstellzylinder 14 der längenveränderbaren Koppelstange 6. Das dem Doppellenkhebel 11 zugeordnete Winkelpotentiometer 22a erfaßt die Stellung der Vorderachsgruppe 2 und 2a. Dieser Wert wird dem Rechner 25 zugeführt und bewirkt je nach Programm die Längenveränderung der Koppelstange 6. Der Wert des Winkelpotentiometers 23a schließt als Rückkopplung den Regelkreis. Die Steuerung der einzelnen Lenkachsen mit Unterstützung von Druckmittelzylindern erfolgt in bekannter und bewährter Art über ein Lenkhebel- und Koppelstangensystem.

Fig. 5 zeigt ein Signalflußdiagramm der Lenkkorrektur. Die Drehbewegung des Lenkrades wird in einer mechanischen Übersetzung 24a durch ein Lenkgetriebe in eine Axialbewegung der starren Koppelstange 5 umgewandelt. Die mechanische Übersetzung 24a wird gebildet aus den unterschiedlichen Hebelarmlängen zwischen den Angriffspunkten der Koppelstangen 5 und 6 an dem Lenk-Sollwert-Hebel 11. Die Koppelstange 6 macht nun einen Hub L und bewegt so den Hebel 11, der eine Drehbewegung um den Winkel ws ausführt. (Kmes 24a stellt dabei die mechanische Sollwert-Übersetzung dar.) Der Winkel wird vom Sollwert- Winkelpotentiometer 22a erfaßt und in der Sollwert-Verstärkung 22b in eine elektrische Spannung Uw umgewandelt, die als Sollwert auf das Rechnermodul uP1 25 gegeben wird. Je nach gewähltem Lenkprogramm P1- P5, welches über ein Steuerpult wähl-und abrufbar ist, liefert der Rechner 25 eine über einen PI-Regler 25a dementsprechend aufbereitete Spannung Us, die als Stellwert für ein Regelventil 32 dient (Fig. 6). Dieser Stellwert Us wird einem elektrischen Stellwert-Verstärker 26 des Regelventils 32 zugeführt, der diese elektrische Spannung Us in einen Strom umwandelt, der seinerseits die Regelventilsteuerung 27 zur Ölfördermengenbestimmung Q ansteuert. (Position 28 stellt hierbei die Zylinderverstärkung dar.) Die so ausgelöste Fördermenge bewirkt einen Hub H des Kolbens 13 im Verstellzylinder 14, der damit den Lenk-Istwert-Hebel 12 betätigt und eine Drehbewegung um den Winkel wi ausführt. (Kmei 24b stellt dabei die mechanische Istwert-Übersetzung dar.) Dieser Winkelbetrag wi wird von dem Istwert-Winkelpotentiometer 23a erfaßt und in der Istwert-Verstärkung 23b in eine elektrische Spannung Ui umgewandelt und dem Rechnermodul uP1 25 als Istwert zugeführt. Das Rechnermodul uP2 dient als Fehlerüberwachung des uP1 insofern, daß es im Fehlerfall das Regelventil 32 abschaltet. Die von der Nachlenk-Sollwert-Verarbeitung 36 erfaßte Längenänderung der Koppelstange 6 wird in eine elektrische Spannung Un umgewandelt, die als Nachlenk-Sollwert ebenfalls dem Rechnermodul uP1 25 zugeführt wird.

Im Hydraulikschaltplan der Lenkkorrektur nach Fig. 6 ist links der Verstellzylinder 14 mit dem Kolben 13 an der längenveränderbaren Koppelstange 6 zu erkennen, die bei Ausfall der Lenkkorrektur von Federn 20 in der Null-Stellung gehalten ist. Eine druckgeregelte Pumpe 30 ist abgesichert mit einem Druckbegrenzungsventil 31 und versorgt das Regelventil 32 mit Drucköl. Dieses Regelventil 32 steuert die Druckmittelzufuhr zu den Zylinderräumen im Verstellzylinder 14 und damit die Lage des Kolbens 13 und die Länge der längenveränderbaren Koppelstange 6. Das Regelventil 32 erhält seinen Steuerbefehl vom Rechner 25 über den Sollwert-Verstärker 26. Zwischen dem Regelventil 32 und dem Verstellzylinder 14 ist ein Sicherheitsventil 29 sowie eine als Schockabsorber 33 wirkende Ventilgruppe angeordnet. Diese hat zwischen jeweils zwei Rückschlagventilen 34 ein Druckbegrenzungsventil 35. Vom Zylinderraum 14 zu hohen Druckes strömt das Druckmittel durch das jeweils zu öffnende Rückschlagventil, das Druckbegrenzungsventil und durch das jeweils gering beaufschlagte Rückschlagventil in den Zylinderraum niedrigen Druckes.

Fig. 7 zeigt die einzelnen Lenkprogramme. Beim Lenkprogramm A ist unter I die Geradeausfahrt gezeichnet. Bis zum Lenkeinschlag bis zu 5 Grad der Räder der Vorderachsen 2 bleiben die Räder der Hinterachsen 4 ungelenkt, wie die Situation nach II zeigt. Beim Lenken der Vorderachsen 2 über 5 Grad hinaus bis zur Endstellung von ca. 20 Grad wird der Lenkvorsprung der Vorderachsen 2 durch Lenkeinschlag der Hinterachsen 4 nachgeholt (Situation III).

Beim Lenkprogramm B können die Hinterachsen 4 bei der Situation II bis zu 5 Grad als Rechtslenkkorrektur verschwenkt werden, während die Vorderachsen 1 keinen Lenkeinschlag erfahren. Bei einer Linkslenkkorrektur nach der Situation III werden auch nur die Hinterräder der Achse 4 verschwenkt.

Das Lenkprogramm D zeigt den sog. Hundegang, wobei die Vorderachsen 2 in gleichem Sinne gelenkt werden wie die lenkbaren Hinterachsen 4.

Das Lenkprogramm C ermöglicht eine 120 Grad Teilkreisfahrt mit reduziertem Ausschermaß. Bei der Geradeausfahrt nach Situation I ist keins der Räder eingeschlagen. Es werden durch Teillenkung nach der Situation II Vorderachsen und Hinterachsen gleichsinnig gelenkt. Nach der Situation III werden die Vorderachsen 2 stärker eingelenkt und die Hinterachsen 4 wieder auf Geradeausfahrt zurückgestellt. Anschließend werden nach der Situation IV die Vorderachsen immer noch stärker nach rechts eingeschlagen, während die Hinterachsen 4 einen starken Lenkeinschlag nach links erfahren. Der Lenkvorsprung der Vorderachsen wird im ersten Teil des Lenkeinschlages der Hinterachsen nachgeholt.

Das Lenkprogramm E ist ein Not-Aus-Programm, das bei Ausfall der Elektronik automatisch einsetzt. Die längenverstellbare Koppelstange 6 wird mittels der Rückstellfedern 21 im Zylinder 14 in Nullstellung gebracht, das ist die Grundlänge der Koppelstange. Diese verhält sich danach wie jede andere Koppelstange im Lenksystem. Beim Lenken der Vorderachsen 2 bei geringem Lenkeinschlag machen die Hinterachsen 4 jede Lenkbewegung mit. Dies ist auch bei stärkerem Lenkeinschlag der Achsen nach der Situation III der Fall.

Es erfolgt eine Berechnung eines Ausführungsbeispiels.

Berechnung des Ausführungsbeilspiels

Die Drehbewegung des Lenkrades (1 ) wird durch ein mechanisches Lenkgetriebe in Axialbewegung der starren Koppelstange (5) umgewandelt.

Die Lenkstange macht einen Hub L und bewegt den Hebel (11), der eine Drehbe­ wegung ausführt und beschreibt damit Winkel ws.

Die mechanische Übersetzung Kmes beträgt dann:

Der Winkel wird vom Potentiometer (22a) erfaßt und in elektrische Spannung umgewandelt

Die Spannung Uw wird dem uP1 zugeführt, der diesen Wert je nach Programm entsprechend aufbereitet.

Dieser aufbereitete Führungswert W wird mit dem Wert Ui von Potentiometer (22) verglichen.

y = W - Ui

Die Regeldifferenz y wird dem PI-Regelalgorythmus zugeführt. Der durch den Regelalgorithmus errechnete Wert wird als Stellwert (Us) dem elektrischen Ver­ stärker des Regelventils zugeführt.

Der elektrische Verstärker wandelt die Spannung Us in entsprechenden elektri­ schen Strom und betätigt damit das Regelventil (32).

Die hydraulische Übersetzung der Stelleinrichtung beträgt:

Das Regelventil läßt einen bestimmten Ölstrom fließen und betätigt damit den Zylinder mit Zylinderverstärkung

Der Kolben (13) im Zylinder (14) macht damit einen Hub und betätigt damit den Hebel (12), der eine Drehbewegung ausführt, und beschreibt damit Winkel wi. Die mechanische Übersetzung des Hebels beträgt:

Das Potentiometer (22) erfaßt den Winkel und wandelt ihn in elektrische Span­ nung

Die elektrische Spannung Ui wird dem uP1 als Istwert zugeführt. Der uP2 über­ wacht den uP1, und wenn ein Fehler festgestellt wird, überbrückt die Regelung durch Abschalten des Sicherheitsventils (29).

Bezugszeichenliste

1 Lenkrad
2 lenkbare Vorderachsen
3 unlenkbare Mittelachse
4 lenkbare Hinterachsen
5 starre Koppelstange
6 längenveränderbare Koppelstange
7 Lenkwinkelhebel
7a Lenkhebel
8 Spurstangen
9 Lenkhilfszylinder
10 Spurschubstange
11 Lenk-Sollwert-Hebel
12 Lenk-Istwert-Hebel
13 Kolben
14 Verstellzylinder
15 Achse
16 Achse
17 Lagerbock-(Sollwert)
18 Lagerbock-(Istwert)
19 Anschlag
20 Federn
21 elektronische Auswertung
22a Sollwert-Winkelpotentiometer
22b Sollwert-Verstärkung
23a Istwert-Winkelpotentiometer
23b Istwert-Verstärkung
24a mechanische Sollwert-Übersetzung
24b mechanische Istwert-Übersetzung
25 Rechner, Rechnermodule: uP1, uP2
25a PI-Regler
26 Sollwert-Verstärker
27 Regelventilsteuerung
28 Zylinderverstärkung
29 Sicherheitsventil
30 Pumpe
31 Druckbegrenzungsventil
32 Regelventil
33 Schockabsorber
34 Rückschlagventil
35 Druckbegrenzungsventil
36 Nachlenk-Sollwert- Verarbeitung

Claims (6)

1. Mehrachsfahrzeug, insbesondere vielachsiges Kranfahr­ zeug mit einer über ein Lenkgetriebe und einem damit verbundenen Lenkgestänge lenkbaren Vorachsgruppe, einem längenveränderbaren zwischen dem Lenkgestänge der Vorderachsgruppe und einem weiteren Lenkgestänge einer Hinterachsgruppe angeordneten Koppelglied und einer dem Koppelglied zugeordneten Steuerung zu dessen Längenver­ änderung mittels einer Kolben/Zylindereinheit, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Lenkgestänge der Hinterachsgruppe ein Istwert-Winkelpotentiometer (23a) zur Erfassung des Lenkeinschlages und an dem Lenkgestänge der Vorderachs­ gruppe (2, 2a) ein Sollwert-Winkelpotentiometer (22a) zur Erfassung des Lenkeinschlages und Vorgabe eines Soll­ wertes angeordnet ist, die Ist- und Sollwertpotentiometer (23a, 22a) an einen mit einem Programm für verschiedene Fahrweisen zur Veränderung des relativen Lenkeinschlages der Achsgruppen (2, 2a, 4) zueinander speisbaren Rechner (25) angeschlossen sind und der Rechner (25) in Abhängigkeit des Istwertes, des Sollwertes und der vorgewählten Fahrweise die Steuerung zur Längenver­ änderung der Koppelstange (6) steuert.

2. Mehrachsfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die längenveränderbare Koppelstange (6) an dem vorderen Ende an einen Lenk- Sollwert-Hebel (11) der Vorderachsgruppe (2, 2a) und am hinteren Ende an einem mit der lenkbaren Hinterachsgruppe (4) verbundenen Lenk-Istwert-Hebel (12) angreift und daß die Lenkhebel (11, 12) über das Istwert-Winkelpotentiometer (23a) und das Sollwert- Winkelpotentiometer (22a) mit einer elektronischen Auswertung (21) verbunden sind.

3. Mehrachsfahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkhebel (11, 12) über senkrechte, mit den Winkelpotentiometern (23a, 22a) versehenen Achsen (15, 16) am Fahrzeugrahmen gelagert sind.

4. Mehrachsfahrzeug nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelpotentiometer (23a, 22a) direkt an den Lenkhebeln (11, 12) angeordnet sind und nur je ein Winkelpotentiometer pro Achsgruppe benötigt wird.

5. Mehrachsfahrzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Lenk-Sollwert-Hebel (11) ein zweiarmiger Hebel ist, an dessen dem Angriffsarm der Koppelstangen (5, 6) gegenüberliegenden Arm eine zum Lenkwinkelhebel (7) führende Spurschubstange (10) angreift.

6. Mehrachsfahrzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Lenk-Istwert-Hebel (12) gering winkelbeweglich ein weiterer Hebel (12a) zugeordnet ist, an dem eine starre Koppelstange (5a) für die hinteren Achsen (4) angelenkt ist.