DE4210001A1

DE4210001A1 - Steering of vehicle by wheels of rear axle or trailer - is controlled by computer with allowance for vehicle-specific characteristics and measurements of steering angles

Info

Publication number: DE4210001A1
Application number: DE19924210001
Authority: DE
Inventors: Albert Dipl Ing Balke
Original assignee: Fahrzeugbau Langendorf & Co Kg 45731 Waltrop De GmbH
Current assignee: Fahrzeugbau Langendorf & Co Kg 45731 Waltrop De GmbH
Priority date: 1991-12-19
Filing date: 1992-03-27
Publication date: 1993-09-23

Abstract

The trailer (2) has two wheels (4,6) steerable by a mechanism (14) driven by two hydraulic cylinders (12) fed via a positioning valve (10) from an electric pump (8). The computer (30) calculates the required steering angle for the wheels from measurements of the setting of the steering wheel and the angle between the tractor and trailer. The road speed of the vehicles, their load and/or the deg. of damping in the steering also may be taken into account in the computation. ADVANTAGE - Vehicle benefits from good riding and roadholding on curves, with min. complexity of forced steering.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Zwangslenkung eines Fahrzeuges, bei dem der Lenkwin kel von lenkbaren Hinterrädern und/oder lenkbaren Rädern eines Anhängers über Stelleinrichtungen zwangsweise ein gestellt wird.The invention relates to a method and a device for the forced steering of a vehicle in which the steering winch steerable rear wheels and / or steerable wheels of a trailer via actuators is provided.

Bei einer Zwangslenkung von lenkbaren Hinterrädern und/oder lenkbaren Rädern eines Anhängers soll eine gute Kurvenläufigkeit, eine gute Wendigkeit und ein gutes Fahrverhalten gewährleistet sein. Dies gilt insbesondere für Fahrzeuge mit Anhänger, besonders für Sattelzüge, bei denen der Sattelzug eine große Wendigkeit besitzen und andererseits ein stabiles Fahrverhalten auch bei höheren Geschwindigkeiten haben soll. Ferner muß eine einwand freie Betriebssicherheit der Lenkung vorhanden sein.With forced steering of steerable rear wheels and / or steerable wheels of a trailer are said to be good Cornering, good maneuverability and good Driving behavior be guaranteed. This is especially true for vehicles with trailers, especially for semitrailers, at which the tractor have great maneuverability and on the other hand, stable driving behavior even at higher ones Should have speeds. Furthermore, a flawless there is free operational reliability of the steering.

Bisher werden Zwangslenkungen in der Regel mit me chanischen oder hydraulischen Übertragungselementen und Stelleinrichtungen gebaut, wobei letztere nach dem Verdrängerprinzip arbeiten. Die Übertragung der Stellsi gnale auf mechanischem oder hydraulischem Wege ist auch insofern nachteilig, als die mechanischen oder hydrau lischen Systeme dadurch aufwendig werden. Außerdem sind die Stellsignale direkt von dem Lenkradeinschlag bzw. von dem Lenkwinkel zwischen Zugmaschine und Anhänger abhängig und können auch nur mit großem Aufwand auf die Gegeben heiten eines speziellen Fahrzeuges abgestimmt werden.So far, forced steering is usually with me mechanical or hydraulic transmission elements and Actuators built, the latter after the Displacement principle work. The transfer of the Stellsi gnale by mechanical or hydraulic means is also disadvantageous in that the mechanical or hydraulic systems become complex. Also are the control signals directly from the steering wheel lock or the steering angle between the tractor and trailer and can only with great effort on the given units of a special vehicle.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Zwangslenkung eines Fahrzeuges dahingehend zu verbessern, daß das Fahr zeug eine gute Kurvenläufigkeit und ein gutes Fahrverhal ten erhält, wobei auch der Aufwand für die Realisierung der Lenkung optimiert werden soll.The invention is based on the object a method and an apparatus for forced steering to improve a vehicle so that the driving testify to good cornering ability and good driving behavior ten receives, with the effort for implementation the steering should be optimized.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Haupt anspruch und die Vorrichtung gemäß dem ersten Vorrich tungsanspruch gelöst. Durch den Einsatz des Rechners und die Übertragung elektronischer Signale an die Stellein richtungen wird nicht nur der Bauaufwand verringert, son dern auch die Flexibilität des Systems erhöht, so daß die Zwangslenkung besser auf verschiedene Fahrzeugtypen ein gestellt werden kann.This task is accomplished by the main procedure claim and the device according to the first Vorrich claim resolved. By using the calculator and the transmission of electronic signals to the site directions will not only reduce construction costs, son also increases the flexibility of the system, so that the Forced steering is better suited to different types of vehicles can be put.

Besonders bei der Kurvenfahrt eines Sattelzuges ergeben sich für die zwangsgelenkten Achsen des Sattelanhängers Lenkwinkel, die von vielen Einflußgrößen abhängig sind. So fordern beispielsweise gesetzliche Vorschriften das Einhalten bestimmter Kreisringflächen während der Kurven fahrt. Dies hat zur Folge, daß sich die geometrischen Abmessungen des Sattelzuges als Einflußgrößen auswirken. Bei der Kurvenfahrt wirken sich außerdem die Quer beschleunigung des Fahrzeuges und damit die Fahrtge schwindigkeit aus. Weitere Einflußgrößen auf das Kurven- Fahrverhalten sind die Elastizität und die Dämpfung des Lenksystems sowie der Belastungszustand des Fahrzeuges. Derartige Einflußgrößen können gemäß den vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung, die in den Unteransprüchen angegeben sind, berücksichtigt werden.Especially when cornering a semitrailer for the positively steered axles of the semitrailer Steering angles that depend on many influencing factors. For example, legal regulations require that Adherence to certain circular ring surfaces during the curves journey. As a result, the geometric The dimensions of the tractor-trailer have an impact. The cross also has an effect when cornering acceleration of the vehicle and thus the cruise dizziness. Other factors influencing the curve Driving behavior is the elasticity and damping of the Steering system and the load condition of the vehicle. Such influencing variables can be according to the advantageous ones Embodiments of the invention, which are in the subclaims are taken into account.

Bei der Berechnung der Ausgangssignale kann der Rechner Kennlinien oder Kennfelder verarbeiten, so daß die genannten Einflußgrößen berücksichtigt werden können und dadurch das Fahrverhalten optimiert werden kann. Es kön nen auch zum Teil widersprüchliche Anforderungen an das Lenkverhalten erfüllt werden. So ist beispielsweise bei niedrigen Geschwindigkeiten des Fahrzeuges eine hohe Wen digkeit und damit ein großer Lenkwinkel erwünscht, wäh rend bei hohen Geschwindigkeiten ein Fahrverhalten des Fahrzeuges erwünscht ist, wie es bei starren Achsen der Fall wäre. Durch die Erfindung läßt sich somit in beson ders vorteilhafter Weise die Lenkung so gestalten, daß die Größe des Lenkwinkels der Räder an den gelenkten Achsen geschwindigkeitsabhängig gesteuert werden kann.The computer can calculate the output signals Process characteristic curves or maps so that the mentioned influencing factors can be taken into account and thereby the driving behavior can be optimized. It can partly contradictory requirements for that Steering behavior are met. For example, at low vehicle speeds a high Wen digkeit and thus a large steering angle desired, wah driving behavior at high speeds Vehicle is desired, as is the case with rigid axles Would be the case. By the invention can thus in particular ders advantageously the steering so that the size of the steering angle of the wheels on the steered Axes can be controlled depending on the speed.

Schließlich kann durch die Erfindung eine große Betriebssicherheit der Lenkung erreicht werden, so daß auch die Zulassung der Fahrzeuge mit dieser Lenkung nach den Bestimmungen der StVZO oder gemäß den Vorschriften anderer problemlos möglich ist. Die Betriebssicherheit der Lenkung wird dadurch erhöht, daß diese gegenüber dem Ausfall der wichtigsten Komponenten der Lenkung abgesi chert ist, beispielsweise gegen Stromausfall, Hydraulik ausfall, Rechnerausfall und dgl. Gegenüber herkömmlichen Lenksystemen ist dies ein Fortschritt, da bei solchen Lenkungen der Ausfall einer Komponente der Lenkung das Versagen der Lenkung verursacht und damit zu Unfällen führen kann. Bei einem derartigen Ausfall kann dafür gesorgt werden, daß die Zwangslenkung abgeschaltet, die lenkbaren Räder auf Geradeausfahrt gestell und dem Fahrer ein Warnsignal gegeben wird.Finally, the invention can be a great one Operational reliability of the steering can be achieved so that also the approval of vehicles with this steering the regulations of the StVZO or according to the regulations others is easily possible. The operational security the steering is increased by the fact that this compared to Failure of the most important components of the steering system chert is, for example, against power failure, hydraulics failure, computer failure and the like. Compared to conventional Steering systems, this is an advancement since such Steering the failure of a component of the steering that Steering failure causes accidents can lead. In the event of such a failure, this can be done be ensured that the forced steering is switched off, the steerable wheels on straight-ahead frame and the driver a warning signal is given.

Bei der Zwangslenkung gemäß der Erfindung und deren Ausführungsbeispielen ist es außerdem möglich, den Ver schleiß des Lenkungssystems und wichtige Einstellgrößen zu erkennen und anzuzeigen. Beispielsweise können die Spurwinkel durch entsprechende Meßwertgeber erfaßt und nach Größe und Abweichung von Sollwerten angezeigt wer den. Entsprechendes gilt für das Spiel in der Lenkung.In the forced steering according to the invention and its Embodiments it is also possible to Ver wear of the steering system and important parameters to recognize and display. For example, the Track angle detected by appropriate sensors and according to size and deviation from target values the. The same applies to the game in the steering.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung können bei Fahrzeugen mit zwangsgelenkten Hinterachsen und bei Fahrzeugen mit Anhängern angewendet werden, die zwangsgelenkte Achsen aufweisen. Besonders vorteilhaft kann die Erfindung bei Sattelzügen mit einer oder mehreren Lenkachsen eingesetzt werden, wobei im Fahrzeug auch eine Kombination von starren und gelenkten Achsen möglich ist.The inventive method and the inventive Device can be used in vehicles with positive steering Rear axles and used on vehicles with trailers that have forced axles. Especially The invention can be advantageous with a tractor-trailer or more steering axles are used, in which Vehicle also a combination of rigid and steered Axes is possible.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:.An embodiment of the invention is now based on the Described drawings. Show it:.

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Vorrichtung zur Zwangslenkung eines Fahrzeuges; Figure 1 is a schematic representation of the device for positive steering of a vehicle.

Fig. 2A-2C Stelleinrichtungen für einzelne Räder; Fig. 2A-2C, control devices for individual wheels;

Fig. 3 eine Kennlinie, die den Zusammenhang zwischen dem Relativwinkel zwischen einer Sattelzugmaschine und einem Sattelanhänger während der Kurvenfahrt und dem Lenkwin kel an den Achsen des Sattelanhängers zeigt; und Fig. 3 is a characteristic curve showing the relationship between the relative angle between a tractor unit and a semi-trailer during cornering and the Lenkwin angle on the axles of the semi-trailer; and

Fig. 4 eine Kennlinie, die den Zusammenhang zwischen dem Schräglaufwinkel und den am Rand übertragenen Seitenkräf ten zeigt. Fig. 4 is a characteristic curve showing the relationship between the slip angle and the side forces transmitted at the edge.

Fig. 1 zeigt schematisch einen Sattelanhänger 2 mit der Zwangslenkungsvorrichtung. Der Sattelanhänger 2 hat zwei lenkbare Räder 4, 6, deren Lenkwinkel später von einer Stelleinrichtung eingestellt wird, die eine Elektropumpe 8, ein nachgeschaltetes Stellventil 10 und Hydraulik zylinder 12 aufweist, die über mechanische Stellglieder 14 bzw. ein Gestänge mit den Aufhängungselementen der Räder 4, 6 verbunden sind. Die Lenkung weist eine Dämpfungseinrichtung 16 auf. Fig. 1 shows schematically a semi-trailer 2 with the forced steering device. The semitrailer 2 has two steerable wheels 4 , 6 , the steering angle of which is later set by an actuating device which has an electric pump 8 , a downstream control valve 10 and hydraulic cylinder 12 , which have mechanical actuators 14 or a linkage with the suspension elements of the wheels 4 , 6 are connected. The steering has a damping device 16 .

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein Meßwertgeber 20 am Federsystem vorgesehen, mit dem der Belastungszu stand des Anhängers aufgenommen wird. An einem drehbar gelagerten Teil 22 des Gestänges 14 ist ein Winkel meßwertgeber 24 angeordnet, mit dem der Lenkwinkel der Räder 4, 6 abgetastet wird. Ein weiterer Winkelmeßwertge ber 26 ist bei dem Lager des Sattelanhängers an der Zug maschine angeordnet, der den Relativwinkel alpha mißt. Schließlich ist ein Geschwindigkeits-Meßwertgeber 28 an dem Rad 4 vorgesehen, mit dem die Fahrtgeschwindigkeit gemessen wird. Die Signale der Meßwertgeber 20, 24, 26, 28 werden als Eingangssignale P, α, β bzw. V an einen Rechner 30 gegeben. Der Rechner 30 hat einen weiteren Eingang 32, an dem manuell Eingabesignale M eingegeben werden können. Weitere Eingänge 34 des Rechners 30 können zur Eingabe weiterer Eingangsgrößen genutzt werden, die beispielsweise den Zustand der Dämpfungseinrichtung 16, den funktionsfähigen Zustand der Hydraulik oder die Betriebsfähigkeit der Stromversorgung darstellen können. Der Rechner 30 verarbeitet die Eingangssignale und gibt Ausgangs-Stellsignale an die Aggregate der Zwangslenkung ab. In Fig. 1 sind die Ausgänge an die Elektropumpe 8, das Stellventil 10, die Dämpfungseinrichtung 16 und das Federungssystem bei dem Meßwertgeber 20 dargestellt. Wei tere Ausgänge 36 des Rechners 30 können genutzt werden, um beispielsweise bei Stromausfall oder Hydraulikausfall entsprechende Stellvorgänge zu steuern.In the embodiment shown, a transducer 20 is provided on the spring system, with which the trailer was loaded. On a rotatably mounted part 22 of the linkage 14 , an angle sensor 24 is arranged, with which the steering angle of the wheels 4 , 6 is scanned. Another Winkelmeßwertge over 26 is arranged in the bearing of the semitrailer on the tractor, which measures the relative angle alpha. Finally, a speed sensor 28 is provided on the wheel 4 , with which the speed of travel is measured. The signals from the measuring transducers 20 , 24 , 26 , 28 are given to a computer 30 as input signals P, α, β or V. The computer 30 has a further input 32 , at which input signals M can be entered manually. Further inputs 34 of the computer 30 can be used to input further input variables, which can represent, for example, the state of the damping device 16 , the functional state of the hydraulics or the operability of the power supply. The computer 30 processes the input signals and outputs output control signals to the units of the forced steering. In Fig. 1, the outputs to the electric pump 8 , the control valve 10 , the damping device 16 and the suspension system in the transmitter 20 are shown. Further outputs 36 of the computer 30 can be used, for example, to control corresponding actuation processes in the event of a power failure or hydraulic failure.

Die in Fig. 1 dargestellten Übertragungselemente der Stelleinrichtung sind nur beispielsweise dargestellt. Es können auch die Räder einzeln bezüglich ihres Lenkwinkels eingestellt werden, wie in Fig. 2, A-C dargestellt ist, wobei Fig. 2A einen Hydraulikzylinder, Fig. 2B einen Schwenkantrieb und Fig. 2C einen Antrieb mit Hydromotor darstellt. Zur Einstellung der Lenkwinkel können außer hydraulischen und mechanischen auch elektrische Einrich tungen verwendet werden.The transmission elements of the actuating device shown in FIG. 1 are only shown by way of example. The wheels can also be individually adjusted with respect to their steering angle, as shown in FIG. 2, AC, FIG. 2A representing a hydraulic cylinder, FIG. 2B a swivel drive and FIG. 2C a drive with a hydraulic motor. In addition to hydraulic and mechanical, electrical devices can also be used to adjust the steering angle.

Der Rechner 30 berechnet aus den Eingangssignalen und Kennlinien oder Kennlinienfeldern die Ausgangssignale. Fig. 3 zeigt Kennlinien für den Zusammenhang zwischen dem Relativwinkel α zwischen der Sattelzugmaschine und dem Sattelanhänger während der Kurvenfahrt und dem Lenkwinkel β an den Achsen des Sattelanhängers. Die Kennlinien A und B sind zwei Beispiele für diesen Zusammenhang. Jede die ser Kennlinien ist einer bestimmten Konstruktion der Len kung zugeordnet, die von Hersteller zu Hersteller ver schieden ist. In dem Rechner können beliebig viele derar tige Kennlinien gespeichert sein, so daß die Zwangslen kung bei den verschiedensten Fahrzeugen einsetzbar ist.The computer 30 calculates the output signals from the input signals and characteristic curves or characteristic curve fields. Fig. 3 shows characteristic curves for the relationship between the relative angle α between the tractor unit and the semitrailer during cornering and the steering angle β on the axles of the semitrailer. The characteristic curves A and B are two examples of this relationship. Each of these characteristics is assigned to a specific steering design, which differs from manufacturer to manufacturer. Any number of such characteristic curves can be stored in the computer, so that the forced steering can be used in a wide variety of vehicles.

Fig. 4 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Schräglaufwin kel γ und den am Rad übertragenen Seitenkräften F, die wiederum von dem Belastungszustand des Fahrzeuges sowie von der Fahrgeschwindigkeit abhängen. Der Schräglaufwin kel verstärkt einen bereits vorliegenden Lenkwinkel und beeinflußt damit das Fahrverhalten. Die Seitenkräfte kön nen auch vom Reifentyp, vom Kreisradius und vom Fahrwerk abhängen. Fig. 4 shows the relationship between the Schräglaufwin angle γ and the lateral forces F transmitted to the wheel, which in turn depend on the load condition of the vehicle and the driving speed. The skew angle reinforces an existing steering angle and thus influences driving behavior. Lateral forces can also depend on the type of tire, the radius of the circle and the chassis.

Die genannten Kennlinien werden in dem Rechner zu einem mehrdimensionalen Kennfeld kombiniert und bei der Erzeu gung der Ausgangssignale berücksichtigt. Damit kann nicht nur der Lenkradeinschlagwinkel, sondern es können die verschiedensten Einflußgrößen berücksichtigt werden. Die Übertragung der Ausgangssignale bzw. Stellimpulse von dem Rechner zu den Stelleinrichtungen ist problemlos und daher auch mit einem geringen Aufwand verbunden.The characteristics mentioned become one in the computer multi-dimensional map combined and in the generation The output signals are taken into account. Can't do that only the steering wheel angle, but it can various influencing factors are taken into account. The Transmission of the output signals or control pulses from the Calculator to the actuators is easy and therefore also associated with little effort.

Claims

1. A method for the forced steering of a vehicle in which the steering angle of steerable rear wheels and / or steerable wheels of a trailer is forcibly adjusted via adjusting devices, characterized in that the steering angle of the steerable wheels is calculated by a computer, the steering angle Outputs signals, and that the Stellinrich device are controlled by output signals of the computer.

2. The method according to claim 1, characterized in that the computer input signals according to the Steering wheel lock of the vehicle can be entered that the output signals of the computer under consideration of these input signals can be calculated.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized records that the computer input signals accordingly the steering angle between the tractor and the trailer ger entered and that the output signals calculated taking into account the input signals will.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the computer input signal according to the speed of the vehicle can be entered, and that the output signals under Taking into account the input signals and a Ge speed-steering angle characteristic curve can be calculated.

5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the computer input signal according to the load condition of the vehicle given, and that the output signals under consideration the input signals and a load status Steering angle characteristic curve can be calculated.

6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the computer input signal nale according to the damping of the steering system for the entered steerable wheels of the vehicle be so that the output signals under consideration consideration of the input signals and a damping Steering angle characteristic curve can be calculated.

7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the steering locks of the named steerable wheels for each wheel individually can be set.

8. The method according to any one of the preceding claims characterized in that the steering against one Power failure and / or a hydraulic failure and / or a computer failure is saved.

9. Device for the forced steering of a vehicle Implementation of the method according to one of the claims 1-8, characterized by a computer whose off output signals manipulated variables for the steering angle of the represent steerable wheels mentioned, and by Stel set up on the steerable wheels mentioned are arranged, the output signals of the computer as Record manipulated variables.

10. The device according to claim 9, characterized by Sensor for steering wheel lock and / or Steering angle and / or the speed of the vehicle and / or the load condition of the vehicle and / or the Damping the steering system of the steerable wheels.

11. The device according to claim 9 or 10, characterized records that on each of the steerable wheels a Stel l device is arranged.