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Die
Erfindung betrifft ein hydrostatisches Lenksystem für Fahrzeuge
mit einer ersten Stelleinrichtung für den Lenkwinkel (z. B. einem
Lenkrad), das auf ein Lenkventil einwirkt. Das Lenkventil steuert
einen Lenkantrieb, indem eine Druckmittelquelle mit einem Lenkzylinder
in Abhängigkeit
von der Bewegung der Stelleinrichtung für den Lenkwinkel verbunden
wird. Das Lenksystem weist einen Sensor auf, der der Stelleinrichtung
für den
Lenkwinkel zugeordnet ist, um den eingestellten Wert des Lenkwinkels
zu erfassen. Weiter ist ein Sensor vorgesehen, der dem Lenkantrieb
zugeordnet ist, um den tatsächlichen
Wert des erreichten Lenkwinkels zu erfassen. Eine korrigierende
Steuereinrichtung vergleicht den eingestellten Wert und den tatsächlichen
Wert des Lenkwinkels und synchronisiert die Position der Stelleinrichtung
für den
Lenkwinkel (Lenkrad) mit der Position des Lenkantriebs, um jegliche
Differenz zu korrigieren.
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Derartige
Lenkgetriebe sind aus der
DE
103 00 686 A1 bekannt. Es gibt jedoch keine detaillierte Beschreibung,
auf welchem Wege die Steuereinrichtung eine Synchronisation des
Lenkantriebs erreicht, wenn eine Differenz zwischen der Stellung
der Stelleinrichtung für
den Lenkwinkel und der Position des Lenkantriebs besteht. Weiterhin
ist dieser Stand der Technik auf ein hydraulisches Korrekturmittel
gerichtet, welches eine Synchronisation des Lenkwinkels nur dann
erreicht, wenn das Fahrzeug geradeaus vorwärts gefahren wird. Diese Korrekturmittel
können nicht
benutzt werden, wenn der Fahrer höhere Geschwindigkeiten fährt oder
sich durch eine Kurve bewegt. Bei Kurvenfahrt genügt die Lenkeinrichtung
ihrer Anforderung nur unzureichend.
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In Übereinstimmung
mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1 beschreiben die
US 2003/178243 und die
EP-A-1 508 498 hydraulische
Lenksysteme, bei denen das mechanische Lenken der Fahrzeugräder über einen
Hydraulikzylinder unterstützt
wird. Die
US-A-3,651,885 beschreibt
eine Anordnung, bei der ein Steuerventil durch einen ersten Ventilbetätiger über ein
zugeordnetes Lenkrad durch einen zweiten Ventilbetätiger gesteuert
wird, der über
einen Elektromotor gesteuert wird. Die beiden Ventilbetätiger sind miteinander über eine
elastische und nachgiebige Verbindung verbunden, beispielsweise
einen Drehstab.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes hydrostatisches
Lenksystem bereitzustellen, welches die Korrektur von Differenzen
zwischen der Stellung der Stelleinrichtung für den Lenkwinkel und der Stellung
des Lenkantriebs zu allen Zeiten ermöglicht. Das Lenksystem soll
auch beim Lenken von Fahrzeugen in verschiedenen Betriebsweisen
ohne wesentliche Anpassung einsetzbar sein.
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Erfindungsgemäß wird dies
durch ein hydrostatisches Lenksystem für Fahrzeuge mit einer ersten,
durch einen Fahrer betätigbaren
Stelleinrichtung für
den Lenkwinkel, mit einem Lenkventil, das über die Stelleinrichtung zur
Steuerung des Druckmittels aus einer Druckquelle in einen hydraulischen
Lenkzylinder betätigt
wird, der das einzige Mittel zum Lenken eines zugeordneten Fahrzeugrades über einen Lenkantrieb
darstellt, mit einem ersten Sensor, der der Stelleinrichtung für den Lenkwinkel
zum Erfassen der eingestellten Werte des Lenkwinkels zugeordnet ist,
mit einem zweiten Sensor, der dem Lenkantrieb zum Erfassen der tatsächlichen
Werte des Lenkwinkels zugeordnet ist, und mit einer korrigierenden Steuereinrichtung,
die die eingestellten Werte mit den tatsächlichen Werten des Lenkwinkels
zur Synchronisation der Stellung der Stelleinrichtung für den Lenkwinkel
mit der Stellung des Lenkantriebs vergleicht, erreicht, und welches
sich dadurch kennzeichnet, dass ein Planeten-Stellgetriebe vorgesehen
und zwischen der Stelleinrichtung für den Lenkwinkel und dem Lenkventil
eingeschaltet ist, wobei das Planeten-Stellgetriebe ein erstes,
mit der Stelleinrichtung für
den Lenkwinkel verbundenes Eingangselement, ein mit dem Lenkventil
verbundenes Ausgangselement und ein zweites, auch mit dem Ausgangselement
verbundenes Eingangselement aufweist, wobei die Bewegung des zweiten
Eingangselements über
die Steuereinrichtung abhängig
von verschiedenen Betriebsweisen des Fahrzeugs zur Synchronisation
der eingestellten mit den tatsächlichen
Werten des Lenkwinkels einstellbar ist.
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Das
hydrostatische Lenken nach der vorliegenden Erfindung ist für kommerzielle
Fahrzeuge besonders nützlich,
wie beispielsweise für
Schlepper, die in verschiedenen Betriebsweisen gefahren werden und
höhere
Geschwindigkeiten nutzen. Oft ist die Betriebsweise an die Art des
Gebrauchszwecks des Fahrzeugs angepasst. Die Steuereinrichtung ist
mit einem Mikrocomputer ausgestattet, der die Möglichkeit erbringt, das Fahrzeug
in der Betriebsweise "Normalfahrt" in bekannter Weise
zu bewegen, indem ein Lenkrad als Stelleinrichtung für den Lenkwinkel
benutzt wird. Die Steuereinrichtung gibt Korrektursignale zu allen
Zeiten an das Stellgetriebe. Folglich ist die Position der Stelleinrichtung
für den Lenkwinkel
mit der Position des Lenkantriebs synchronisiert.
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Eine
weitere Betriebsweise "Rückwärtsfahrt" ist für Fahrzeuge
nützlich,
die in beiden Fahrtrichtungen bewegt werden. Bei einem Wechsel der
Fahrtrichtung wird der Sitz für
den Fahrer zusammen mit dem Lenkrad vorzugsweise als eine Einheit
in der Fahrerkabine in die gewünschte
Fahrtrichtung gedreht. Diese Drehbewegung ist nicht bei allen kommerziellen
Fahrzeugen möglich,
die einen begrenzten Raum in der Kabine besitzen. Demzufolge ist
es nur der Sitz des Fahrers, der gedreht wird, ohne dass das Lenkrad
mitdreht. In einer solchen Situation schafft das Lenksystem nach
der vorliegenden Erfindung die Möglichkeit,
beispielsweise im hinteren Bereich der Fahrerkabine einen Joystick
zu installieren, der als Stelleinrichtung für den Lenkwinkel während der
Rückwärtsfahrt
in Verbindung mit der Steuereinrichtung wirkt. In diesem Falle kann
die Möglichkeit einer
Rückwärtsfahrt
relativ einfach mit dem System nach der vorliegenden Erfindung realisiert
werden.
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Das
Lenksystem nach der vorliegenden Erfindung kann auch in einfacher
Weise eine weitere Betriebsweise bereitstellen, in der das Fahrzeug
automatisch entlang einer gegebenen "Fahrspur" bewegt wird, wie sie durch ein GPS-System
definiert wird. Ein GPS-Sensor ist vorgesehen, der Positionssignale
empfängt,
die an die Steuereinrichtung weitergegeben werden. Die Steuereinrichtung
erzeugt eine Folge von Lenkwinkelsignalen, um das Fahrzeug parallel
zu einer vorher manuell gefahrenen Fahrspur zu lenken. Die Steuereinrichtung
vergleicht diese generierten Lenkwinkelsignale mit Signalen des
zweiten Sensors und stellt die Position des zweiten Eingangselements
ein, um diese Signale zu synchronisieren. Im Ergebnis zeigt sich
eine bessere Führung
des Fahrzeugs entlang der Fahrspur im Vergleich mit bekannten Lenksystemen.
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Mit
besonderem Vorteil ist das Stellgetriebe ein Planetengetriebe mit
einem ersten Eingangselement in Form eines ersten Sonnenrads und
einem zweiten Sonnenrad, welches als Ausgangselement fungiert. Beide
Sonnenräder
kämmen
mit entsprechenden Planetenrädern,
die über
Wellen in Verbindung stehen, wobei die Wellen in einem Planetenträger aufgenommen
sind, der als zweites Eingangselement wirkt und durch einen Elektromotor
in Drehung versetzt wird.
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Der
Planetenträger
kann auf seiner Außenseite
mit einer Außenverzahnung
versehen sein, die mit einem Schneckenrad kämmt, das über den Elektromotor angetrieben
wird, der wiederum durch Signale der Steuereinrichtung gesteuert
wird.
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IN
der Betriebsweise "Rückwärtsfahrt" ist die Stelleinrichtung
für den
Lenkwinkel blockiert, so dass der Eingang in das Stellgetriebe über das
zweite Eingangselement erfolgt.
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In ähnlicher
Weise ist das Stellgetriebe für den
Lenkwinkel in der Betriebsweise "Fahrspurführung" durch eine Bremse
blockiert. Der Fahrer muss deshalb das Lenkrad mit der Hand nicht
festhalten. Er kann jedoch die automatische Lenkung in der Betriebsweise "Fahrspurführung" bei Bedarf korrigieren.
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Die
Erfindung wird nachfolgend genauer, jedoch nur im Rahmen eines Ausführungsbeispiels und
unter Hinweis auf die anliegende Zeichnung beschrieben, die eine
perspektivische Darstellung des hydrostatischen Lenksystems für ein Fahrzeug,
wie beispielsweise einen Schlepper zeigt.
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Das
Lenksystem weist eine Stelleinrichtung 1 für den Lenkwinkel
auf, die zwei Wellen 1a, 1b und ein Lenkrad 2 umfasst,
welches an dem Ende der Welle 1a befestigt ist. Das andere
Ende der Stelleinrichtung 1 für den Lenkwinkel ist getrieblich
mit einem Lenkventil 3 verbunden. Das Lenkventil 3 steht über zwei
Leitungen 7, 8 mit einer Druckmittelquelle 6 in Verbindung.
Zwei weitere Leitungen 4 und 5 führen zu
einem Lenkzylinder 9 des Lenksystems. Der Lenkzylinder 9 ist
mit den Rädern
des Fahrzeugs über
ein Gestänge 10 verbunden.
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Zwischen
den zwei Wellen 1a und 1b ist ein Stellgetriebe 11 angeordnet.
Das Stellgetriebe 11 ist ein Planetengetriebe mit innerer Übersetzung.
Das Ende der Welle 1a ist drehfest mit einem Sonnenrad 12 verbunden,
welches Teil des Stellgetriebes 11 ist. Das Ende der Welle 1b,
zugekehrt der Welle 1a, ist drehfest mit einem weiteren
Sonnenrad 13 des Stellgetriebes 11 verbunden.
Die Sonnenräder 12 und 13 besitzen
unterschiedliche Durchmesser. Es ist nicht wichtig, welches der
beiden Sonnenräder 12 und 13 den
größeren Durchmesser
besitzt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist es das Sonnenrad 12,
welches einen Durchmesser aufweist, der etwa 20% größer als
der Durchmesser des Sonnenrads 12 ist. Das Sonnenrad 12,
welches mit der Welle 1a verbunden ist, ist ein erstes
Eingangselement des Stellgetriebes 11. Das Sonnenrad 12 kämmt mit
drei Planetenrädern 14,
die einen Planetensatz bilden. Das Sonnenrad 13 kämmt auch
mit drei Planetenrädern 15.
Jedes Planetenrad 14 ist mit einem Planetenrad 15 durch
eine gemeinsame Welle 16 verbunden. Die Wellen 16 sind
in einem Planetenträger 17 aufgenommen,
der das Gehäuse
des Stellgetriebes 11 bildet. Somit rotieren die beiden
Planetenradsätze
miteinander.
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Auf
dem äußeren Umfang
des Planetenträgers 17 ist
eine Außenverzahnung 17a vorgesehen. Mit
dieser Außenverzahnung 17 kämmt ein
Schneckenrad 19, welches über einen Elektromotor 18 angetrieben
wird. Das Schneckenrad 19 ist selbstblockierend ausgebildet.
Die Drehrichtung und die Anzahl der Drehungen des Elektromotors 18 wird über eine
Steuereinrichtung 20 gesteuert, die einen Mikroprozessor
aufweist. Der Elektromotor treibt das Schneckenrad 19 an,
so dass hieraus eine Drehbewegung des Planetenträgers 17 resultiert.
Diese Bewegung wird infolge der inneren Übersetzung des Stellgetriebes 11 erheblich
reduziert. Die Bewegung wird von den Planetenrädern 14, 15 auf
das Sonnenrad 13 übertragen.
Infolgedessen wird die Welle 1b mit einer zusätzlichen
Rotationsbewegung angetrieben. Der Planetenträger 17 ist das zweite
Eingangselement. Das Sonnenrad 13 stellt das Ausgangselement
des Stellgetriebes 11 dar.
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Die
Steuereinrichtung 20 steht mit einem Sensor 21 in
Verbindung, der mit der Welle 1a zusammenarbeitet und den
Wert des Lenkwinkels erfasst, der durch das Lenkrad 2 bestimmt
wird. An dem Lenkzylinder 9 ist ein Sensor 22 angeordnet,
der den augenblicklichen Wert der Lenkbewegung erfasst. Beide Signale
werden in der Steuereinrichtung 20 während einer ersten Arbeitsweise "Normalfahrt" benutzt. Die Steuereinrichtung 20 vergleicht
den eingestellten Wert des Sensors 21 kontinuierlich mit dem
tatsächlichen
Wert der Lenkbewegung des Sensors 22. Auf diese Weise ist
die Stellung der Stelleinrichtung 1 mit der Stellung des
Gestänges 10 über eine
Betätigung
des Elektromotors 18 synchronisiert. Die Steuereinrichtung
weist einen digitalen Speicher auf, in welchem die Werte der Stellung
der Stelleinrichtung 1 für den Lenkwinkel und die jeweiligen
Werte der Stellung des Lenkantriebs miteinander verglichen werden.
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Die
Steuereinrichtung 20 weist zwei weitere Eingänge auf.
Es ist eine zweite Stelleinrichtung 23 für den Lenkwinkel
in Form eines Joysticks vorgesehen, der bei "Rückwärtsfahrt" benutzt wird. Es
ist ein weiterer Sensor 24 vorgesehen, der in einer weiteren Arbeitsweise "Fahrspurführung" benutzt wird.
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Bei
Einschaltung der Arbeitsweise "Rückwärtsfahrt", die manuell oder
automatisch in Abhängigkeit
von der Stellung des Fahrersitzes eingeleitet werden kann, betätigt der
Fahrer die Stelleinrichtung 1 für den Lenkwinkel nicht, sondern
nur die Stelleinrichtung 23 für den Lenkwinkel in Form des
Joysticks, der im hinteren Bereich der Fahrerkabine angeordnet ist.
Somit werden in der Steuereinrichtung 20 Signale durch
Vergleich der eingestellten Werte des Joysticks 23 mit
den Werten des Sensors 22 erzeugt.
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Ein
Ausgangssignal, welches aus diesem Vergleich resultiert, der Steuereinrichtung 20 geht
an den Elektromotor 18. Diese Bewegung wird über das Schneckenrad 19 an
den Planetenträger 17 und
die Planetenräder 15 an
das Sonnenrad 13 weitergegeben. Damit wird das Lenkventil 3 abhängig von
der Bewegung des Joysticks 23 betätigt.
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Eine
genaue Lenkbewegung des Fahrzeugs bei dieser Arbeitsweise ist nur
dann möglich,
wenn die Stelleinrichtung 1 für den Lenkwinkel während der Zeit,
in der diese Arbeitsweise durchgeführt wird, festgehalten ist.
Somit wird jeglicher unerwünschter Einfluss über die
Stelleinrichtung 1 vermieden. Auf der Welle 1a kann
eine Bremseinrichtung 25 angeordnet sein. Die Bremseinrichtung
wird während
dieser Arbeitsweise über
die Steuereinrichtung 20 betätigt. Somit ist die Stelleinrichtung 1 für den Lenkwinkel
fixiert und kann nicht bewegt werden. Die Steuereinrichtung weist
einen weiteren digitalen Speicher auf, in dem ein Vergleich der
eingestellten Werte über den
Joystick 23 mit den tatsächlichen Werten der Stellung
des Lenkzylinders über
dem Sensor 22 erfolgt.
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In
der Arbeitsweise "Fahrspurführung" lenkt der Fahrer
zu Beginn das Fahrzeug entlang einer ersten geraden Fahrspur auf
normale Weise. Ein GPS-Sensor 24 erfasst den Startpunkt
und den Endpunkt dieser ersten geraden Fahrspur. Wenn der Fahrer
die Arbeitsbreite des Fahrzeugs in das GPS-System eingegeben hat,
kann das System den Bewegungsweg der nachfolgenden geraden Fahrspuren
festlegen, die alle parallel zu der ersten manuell gelenkten Fahrspur
sind.
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Bei
dieser Arbeitsweise werden die GPS-Signale von dem Sensor 24 aufgenommen
und an die Steuereinrichtung 20 weitergeleitet, in der
die benötigten
Lenkwinkelwerte für
die Fahrspuren in einem zusätzlichen
digitalen Verarbeitungsspeicher erzeugt werden. Diese erzeugten
Werte werden mit den tatsächlichen
Werten des Sensors 22, wie zuvor beschrieben, verglichen
und der Elektromotor wird so gesteuert, dass er die notwendigen
Korrekturen über den
Planetenträger 17 ausführt. Auch
bei dieser Arbeitsweise ist die Bremseinrichtung 23 wiederum
aktiv, um sicherzustellen, dass jeglicher Einfluss über die
Stelleinrichtung 1 für
den Lenkwinkel vermieden und damit eine saubere Funktion des Stellgetriebes 11 garantiert
ist. In dieser Betriebsweise ist das Bremsmoment der Bremseinrichtung 25 begrenzt, um
dem Fahrer die Möglichkeit
zu eröffnen,
das Lenkrad 2 notfalls mit einer hohen Kraft zu bewegen, um
auf die Lenkbewegung Einfluss zu nehmen oder eine solche einzustellen.
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Die
Arbeitsweise "Fahrspurführung" wird durch Betätigung eines
geeigneten manuellen Schalters eingeleitet. Aus Sicherheitsgründen sollte
dies Arbeitsweise nur bei Geschwindigkeiten kleiner als 20 km/h
eingeleitet werden, wie es für
das Arbeiten auf dem Feld üblich
ist.