DE69805157T2

DE69805157T2 - Lenkung für ein fahrzeug mit knickrahmen

Info

Publication number: DE69805157T2
Application number: DE69805157T
Authority: DE
Inventors: A. Dvorak; E. Jantz; A. Vogt; R. Wells
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1997-09-12
Filing date: 1998-09-02
Publication date: 2002-12-19
Anticipated expiration: 2018-09-03
Also published as: WO1999014100A1; EP0938424A1; JP4300277B2; US6158544A; EP0938424B1; DE69805157D1; JP2001507310A

Description

Technisches Gebiet

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Lenksystem für eine Gelenkmaschine und insbesondere auf ein Lenksystem, welches eine mechanische Rückkoppelung für das Lenkrad vorsieht.

Technischer Hintergrund

Im Betrieb von Gelenkmaschinen ist es üblich, einen Lenkmechanismus zu verwenden, der ein Paar von Hydraulikzylindern aufweist, die zwischen dem vorderen und dem hinteren Rahmen der Maschine an entgegengesetzten Seiten eines Gelenkpunktes angeschlossen sind. Die Lenkzylinder können selektiv betätigt werden, um einen auszufahren und den anderen einzufahren, um den vorderen Rahmen mit Bezug auf den hinteren Rahmen zu schwenken, um ein Lenkmanöver zu beeinflussen.
Die Steuerung des unter Druck gesetzten Strömungsmittels für die Lenkzylinder ist auf verschiedene unterschiedliche Arten durchgeführt worden. Viele Lenksysteme verwendeten eine Handzumeßeinheit (HMU = hand metering unit), die mit dem Lenkrad verbunden ist und Strömungsmittel zu den Lenkzylindern ansprechend auf die Drehung des Lenkrades pumpen wird. Während bekannt gewesen ist, dass dies in wirkungsvoller Weise funktioniert, ist es auch bekannt gewesen, dass eine Ermüdung des Bedieners verursacht wird, wenn man eine Maschine, wie beispielsweise einen Radlader bedient, der eine übermäßige Manövrierarbeit erfordert.
Versuche zur Verbesserung dieses Systems haben die Zugabe von elektronischen Steuerungen aufgewiesen, die in einer Lenksteuerung eingebaut werden können, und zwar andere als ein Lenkrad, wie beispielsweise einen Handgriff oder Hebel. Dies verringert nicht nur die Ermüdung des Bedieners, es gestattet das Vorsehen von anderen Maschinenfunktionen, wie beispielsweise Getriebesteuerungen in dem Hebel. Diese Art der Steuerung ist im Betrieb von Maschinen, wie beispielsweise Radladern vorgesehen worden, die verwendet werden, um Material von einer Stelle zur anderen zu bewegen, oftmals durch Aufladen des Materials auf einen benachbarten Lastwagen. Während diese Art der Steuerung ziemlich gut bei Anwendungen zur Beladung von Lastwägen funktioniert, ist es bekannt gewesen, dass sie einige kleinere Nachteile zeigt, wenn Material von einer Seite zur anderen bewegt wird, und zwar bei einem Betriebsvorgang, der üblicherweise als "Straßenbau" bekannt ist.
Andere Verbesserungen bei der Gelenklenkung haben die elektronischen Getriebe- bzw. Übertragungssteuerungen in einem Lenkrad mit eingebaut, welches sich über einen relativ kleinen Bereich dreht, was somit gestatte, dass die Getriebesteuerungen in dem Lenkrad eingebaut bleiben. Das Lenkrad ist mit einem hydraulischen Steuerventil verbunden, welches am vorderen Rahmen befestigt ist, der sich mit Bezug auf den hinteren Rahmen gelenkig bewegt, auf dem das Lenkrad montiert ist. Gemäß EP-A-0737612, die als Grundlage für den Oberbegriff des Anspruches 1 verwendet wurde, verwendet die Verbindung zwischen dem Lenkrad und dem Steuerventil ein Paar von W-Verbindungen bzw. Kreuzgelenken in W-Bauart (engl. "U- Bauart"), die an einer speziellen Phase mit Bezug zueinander positioniert sind, um eine mechanische Modulation des Steuerventils zu erzeugen, wenn sich die jeweiligen Rahmen gelenkartig bewegen. Wenn man dies so tut, wird dem Bediener eine mechanische Rückkoppelung zugebracht, wenn die Maschine gelenkt wird. Zusätzlich ist das Ansprechen der Maschine derart, dass anfängliche Bewegungen des Lenkrades von der Neutralposition kleinere Ansprechgrößen beim Steuerventil zur Folge haben, als das, welches auftritt, wenn die Maschine mit Gelenken versehen ist bzw. gelenkt wird. Es ist bekannt gewesen, dass dies ein Lenksystem bietet, welches viel weniger "sprunghaft" während der "Straßenbauvorgänge" ist, und welches mit weniger großer Lenkraddrehung während Vorgängen der Lastwagenbeladung anspricht. Während dies beim Betrieb von größeren Radladern ziemlich erfolgreich war, ist die mechanische Modulation nicht genauso effektiv oder komfortabel für den Einzelnen, der kleinere Radlader betreibt, die auf Landstraßen mit höherer Geschwindigkeit betrieben werden können.
Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme zu überwinden.

Offenbarung der Erfindung

Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Lenksystem, das zur Anwendung bei einer Gelenkmaschine geeignet ist, die in Anspruch 1 dargelegten Merkmale auf. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können aus den abhängigen Ansprüchen erhalten werden.
Mit dem oben dargelegten Lenksystem können die Strömungsmittelbetätigungsvorrichtungen, die sich zwischen den Rahmengliedern einer Gelenkmaschine erstrecken, durch ein Lenkrad gesteuert werden, welches eine relativ kleine Größe der Gesamtdrehung zwischen den maximalen Positionen erfordert. Die Verbindung zwischen dem Lenkrad und der Betätigung innerhalb des Steuerventils gestattet die Modulation des unter Druck gesetzten Strömungsmittels zu den Lenkzylindern, so dass nur eine kleine Menge von unter Druck gesetzten Strömungsmittel zu den Lenkzylindern während des Anfangsteils der Drehung des Lenkrades geleitet wird, um kleine Veränderungen der Gelenkbewegung zu gestatten. Dies ist sehr nützlich für den Betrieb mit relativ hohen Geschwindigkeiten. Alternativ gestattet die Modulation des Steuerventils bei den größeren Teilen der Drehung des Lenkrades das Aufbringen eines vergrößerten Flusses von unter Druck gesetztem Strömungsmittel zu den Lenkzylindern, um eine größere Bewegung davon zu erreichen, wenn man die Maschine in begrenzten Belastungssituationen betreibt. Dieses Lenksystem sieht letztendlich eine Steuerung für die Maschine vor, die extrem in allen Phasen des Betriebes der Maschine anwendbar ist, und verringert doch die Ermüdung, die normalerweise auf einen Maschinenbediener zukommt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine diagrammartige Seitenansicht einer Maschine, welche die Prinzipien der vorliegenden Erfindung verkörpert;
Fig. 2 ist eine diagrammartige Perspektivansicht der vorderen und hinteren Rahmenglieder der in Fig. 1 gezeigten Maschine, wobei ein Teil der Rahmenglieder aufgebrochen ist, um genauer die Erfindung zu zeigen;
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung des Steuerventils der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 ist eine diagrammartige Schnittansicht eines Teils der Wellenanordnung aufgenommen entlang der Linien 4-4 der Fig. 3;
Fig. 5 ist eine diagrammartige Vergrößerung des Gebietes, das in Fig. 2 bei 5 angezeigt ist;
Fig. 6 ist eine diagrammartige Draufsicht der vorderen und hinteren Rahmenglieder, die die Positionierung der verschiedenen Komponenten der Lenkungsanordnung in der nicht ausgelenkten Position zeigt;
Fig. 7 ist eine diagrammartige Draufsicht der vorderen und hinteren Rahmenglieder ähnlich wie in Fig. 6, die die Positionierung der verschiedenen Komponenten der Lenkanordnung an einer ersten Gelenkposition zeigt;
Fig. 8 ist eine diagrammartige Draufsicht der vorderen und hinteren Rahmenglieder, die die Positionierung der verschiedenen Komponenten der Lenkungsanordnung in einer zweiten Gelenkposition zeigt; und
Fig. 9 ist eine Kurvendarstellung, die die Beziehung zwischen der Drehung des Vorsteuerventils und des Vorsteuerdruckes zeigt, der von dem Steuerventil abgeleitet wird.

Bester Weg zur Ausführung der Erfindung

Mit Bezug auf die Zeichnungen ist eine Maschine 10 gezeigt, die erste und zweite Rahmenglieder 12 bzw. 14 besitzt, die aneinander zur Schwenkbewegung um eine im Wesentlichen vertikale Achse 15 montiert sind. Das erste oder hintere Rahmenglied sieht eine Unterstützung für ein Paar von Rädern 16 vor (eines ist in Fig. 1 gezeigt) die auf entgegengesetzten Seiten der Maschine positioniert sind, und für eine Motorummantelung 18, die einen (nicht gezeigten) Motor aufnimmt, der einen Antrieb für die Räder 16 vorsieht. Eine Bedienerstation 20 ist auf dem hinteren Rahmen 12 montiert und nimmt eine Vielzahl von Steuerungen auf, die verwendet werden, um die Maschine zu betreiben. Unter diesen Steuerungen ist ein Lenkungssteuerglied, wie beispielsweise eine Lenkradanordnung 22, die normalerweise von einer (nicht gezeigten) Konsole getragen wird, die wiederum von der Bedienerstation getragen wird.
Das zweite oder vordere Rahmenglied 14 trägt auch ein Paar von Rädern 24 (von denen eines in Fig. 1 gezeigt ist) die an entgegengesetzten Seiten der Maschine positioniert sind. Normalerweise sieht eine Maschine wie beispielsweise der in Fig. 1 gezeigte Radlader auch einen Antrieb vom Motor für die Vorderräder 24 vor, obwohl dies nicht speziell in den Zeichnungen gezeigt ist. Ein Arbeitswerkzeug, wie beispielsweise eine Schaufel 26 ist am vorderen Rahmen der Maschine montiert und ist in einer im Wesentlichen vertikalen Ebene bewegbar, um Material in wohl bekannter Weise abzuladen und abzulagern. Die Steuerungen zum Betrieb des Arbeitswerkzeuges sind auch innerhalb der Bedienerstation gelegen.
Ein Paar von Strömungsmittelbetätigungsvorrichtungen oder hydraulischen Lenkzylindern 28 (von denen einer gezeigt ist) ist zwischen den Rahmengliedern 12 und 14 auf gegenüberliegenden Seiten einer längs verlaufenden Mittellinie 29 (siehe Fig. 6 bis 8) befestigt, die entlang der Länge der Maschine verläuft. Die Lenkzylinder können betätigt werden, um das vordere Rahmenglied mit Bezug auf das hintere Rahmenglied auf jede Seite der längs verlaufenden Mittellinie zu schwenken, um eine Lenkung der Maschine vorzusehen. Ein erster Endteil 30 des Lenkzylinders 28 ist mit dem hinteren Rahmenglied 12 verbunden, während ein zweiter Endteil 32 am vorderen Rahmenteil angeschlossen ist, wie am besten in Fig. 2 zu sehen. Während dies nicht in den Zeichnungen gezeigt wurde, ist der andere Lenkzylinder auf der gegenüberliegenden Seite der Maschine in identischer Weise montiert.
Strömungsmittelsteuermittel, die im Allgemeinen bei 34 gezeigt sind, sind vorgesehen, um sequentiell den Fluß des unter Druck gesetzten Strömungsmittels zu den Lenkzylindern 28 zu steuern, so dass einer der Lenkzylinder ausgefahren wird, während der andere zurückgezogen wird, und zwar in einer Art und Weise, die genauer im Folgenden beschrieben wird. Die Strömungsmittelsteuermittel weisen ein Steuerventil 36 auf, welches auf den vorderen Rahmen 24 zur Bewegung damit montiert ist. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Steuerventil 36 derart gezeigt, dass es ein Pilot- bzw. Vorsteuerventil ist, welches einen Vorsteuerdruck von einer motorgetriebenen Pumpe 38 zu einem Lenkventil 40 leitet. Das Lenkventil 40 ist wiederum mit den Lenkzylindern durch ein Paar von Leitungen verbunden, die sich von dem jeweiligen Kopf- und Stangenenden eines jeden Lenkzylinders in wohl bekannter Weise erstrecken. Der Betrieb des Lenkventils ansprechend auf den Vorsteuerdruck wird den Fluß des unter Druck gesetzten Strömungsmittels von einer (nicht gezeigten) Hauptsystempumpe zu den Lenkzylindern in wohl bekannter Weise leiten, um einen sequentiellen Betrieb davon zu bewirken, d. h. das Ausfahren eines Zylinders, während man den anderen einfährt. Das Vorsteuersystem ist schematisch in Fig. 3 gezeigt.
Das Steuerventil 36 weist einen Richtungssteuerteil in Form einer Drehbetätigungsvorrichtung 42 auf, ein Druckregulierungsventil 44 mit einem Ventilkolben 46, der in geradliniger Richtung bewegbar ist, und eine Betätigungsvorrichtung 48, um mechanisch eine geradlinige Bewegung des Ventilkolbens 46 aufzuprägen, wenn die Drehbetätigungsvorrichtung 42 in jeder Richtung aus einer neutralen Position bewegt wird. Die Drehbetätigungsvorrichtung 42 weist ein Paar von Steueranschlüssen 50 und 52 auf, die mit dem Steuerventil 40 verbunden sind, einen Ablaufanschluß 54, der mit einem Tank 56 und einem Einlaßdurchlaß 58 verbunden ist. Die Drehbetätigungsvorrichtung 42 hat eine neutrale Position, in der die Steueranschlüsse 50, 52 mit dem Ablaufanschluß 54 in Verbindung stehen und von dem Einlaßdurchlaß 58 abgeblockt werden. Wenn die Drehbetätigungsvorrichtung im Uhrzeigersinn bewegt wird, wie in Fig. 3 zu sehen, wird eine Verbindung zwischen dem Einlaßdurchlaß 58 und dem Steueranschluß 50 durch einen Flußpfad 60 eingerichtet, während die Verbindung zwischen dem Steueranschluß 52 und dem Ablaufanschluß 54 durch einen Flußpfad 62 beibehalten wird. In ähnlicher Weise richtet die Bewegung der Drehbetätigungsvorrichtung 42 im Uhrzeigersinn eine Verbindung zwischen dem Einlaßdurchlaß 58 und dem Steueranschluß 52 durch einen Flußpfad 64 ein, während eine Kommunikation zwischen dem Steueranschluß 50 und dem Ablaufanschluß 54 durch einen Flußpfad 66 aufrecht erhalten wird.
Zu Veranschaulichungszwecken ist das Steuerventil als Vorsteuerventil beschrieben worden, welches einen Vorsteuerdruck zu dem Lenkventil leitet, welches wiederum einen Systemdruck und Fluß zu den jeweiligen Lenkzylindern leitet. Es sei bemerkt, dass das Steuerventil in direkter Verbindung mit der vom Motor angetriebenen Pumpe sein könnte, und dass jedes System akzeptabel wäre, ohne von den Prinzipen der vorliegenden Erfindung abzuweichen. In jedem Fall wird der Fluß des unter Druck gesetzten Strömungsmittels (Vorsteuerdruck oder Systemdruck) durch die Drehbetätigungsvorrichtung 42 vorgegeben, die zur Drehung innerhalb des Steuerventils 36 montiert ist.
Mit Bezug auf die Fig. 3 und 5 ist zu sehen, dass die Drehbetätigungsvorrichtung 42 eine Welle 68 hat, die sich in dem Ventilkörper 70 zur Drehung um eine Achse 72 erstreckt. Ein Nockenglied 74 ist entlang der Achse positioniert und ist mit der Welle 68 drehbar. Das Nockenglied definiert eine Vielzahl von Betriebsflächen, die sich im Wesentlichen entlang einer horizontalen Ebene erstrecken, wie in den Zeichnungen zu sehen. Das Nockenglied 74 hat eine mittig angeordnete neutrale Position 76, die im wesentlichen unter der Achse 72 zentriert ist, wie in der Zeichnung zu sehen. Eine erste Betriebsfläche 78 ist an entgegengesetzten Seiten der Neutrafposition positioniert und wird durch einen vorgewählten Radius definiert, der relativ groß ist, um die erste Betriebsfläche mit einer leichte Krümmung zu versehen. Eine zweite Betriebsfläche 80 ist benachbart zu jeder der ersten Betriebsflächen 78 an gegenüberliegenden Seiten davon positioniert. Jede der zweiten Betriebsflächen 80 ist mit einem zweiten vorgewählten Radius definiert der kleiner ist, als jener der ersten Betriebsfläche, um dadurch eine Krümmung mit einem größeren Ausmaß an Krümmung zu erzeugen als bei der ersten Betriebsfläche.
Eine Betätigungsvorrichtung 48 in Form einer Nockenfolgevorrichtung ist unter dem Nockenglied 74 positioniert und hat einen ersten Endteil 84, der mit dem Nockenglied in Eingriff steht, und einen zweiten Endteil 86, der mit dem Druckregulierungsventil 44 über eine Feder 87 (Fig. 3) in Eingriff steht. Die Betätigungsvorrichtung 48 bewegt sich in dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel in linearer Richtung und prägt eine geradlinge Bewegung auf den Ventilkolben 46 auf, wie oben beschrieben wird. Wenn die Betätigungsvorrichtung in einer linearen Richtung als eine Folge ihres Kontaktes mit dem Nockenglied 74 bewegt wird, steuert diese die Druckgröße, die zu dem Lenkungsventil geleitet wird und somit auch die Lenkzylinder 28 genauso wie die Rate, mit der der Druck des Strömungsmittels vergrößert wird.
Die Bewegung der Drehbetätigungsvorrichtung 42 wird durch eine Wellenanordnung 88 aufgeprägt, wobei ein erster Endteil 90 davon mit dem Lenkrad 22 verbunden ist, und wobei ein zweiter Endteil 92 davon mit der Welle 68 verbunden ist, die von der Drehbetätigungsvorrichtung 42 definiert wird. Die Wellenanordnung 88 weist ein Paar von CV-Verbindungen (CV = constant velocity = konstante Drehzahl) bzw. Kreuzgelenkverbindungen in W- Anordnung auf, die in beabstandeter Beziehung zueinander entlang der Wellenanordnung positioniert sind. Der erste Endteil 90 der Wellenanordnung ist in der Bedienerstation 20 positioniert und erstreckt sich zwischen dem Lenkrad 22 und einer ersten Kreuzgelenkverbindung 94. Der zweite Teil 92 der Wellenanordnung ist mit der Welle 68 verbunden, die durch die Drehbetätigungsvorrichtung 42 über eine Kreuzgelenkverbindung 96 definiert wird. Die zwei Kreuzgelenkverbindungen sind durch einen dritten Wellenteil 98 verbunden, der teleskopartig ausgeführt ist, um die Bewegung der zweiten Kreuzgelenkverbindung 96 zu der ersten Kreuzgelenkverbindung 94 hin und von dieser weg aufzunehmen, wenn der zweite Rahmen 14 mit Bezug auf den ersten Rahmen 12 gelenkartig bewegt wird. Im veranschaulichten Ausführungsbeispiel sind beide Kreuzgelenkverbindungen derart gezeigt, dass sie von der Bauart sind, die als doppelte Cardan-W-Verbindung bekannt ist. Es sei jedoch bemerkt, dass eine andere Art einer Kreuzgelenkverbindung entweder an einer oder an beiden Stellen verwendet werden könnte, ohne vom Inhalt der vorliegenden Erfindung abzuweichen, wie beispielsweise eine Verbindung, die als Rzeppa-Verbindung bekannt ist oder auch irgendeine andere von verschiedenen üblicherweise bekannten Kreuzgelenkverbindungen. Die wichtige Funktion der zwei Kreuzgelenkverbindungen ist es, im Wesentlichen die gleiche Drehgröße zwischen dem Lenkrad 22 und der Drehbetätigungsvorrichtung 42 aufzuprägen, und zwar ungeachtet der Größe der Gelenkbewegung zwischen dem vorderen und hinteren Rahmen 14 bzw. 12.

Industrielle Anwendbarkeit

Die Beschreibung des Betriebs des Lenksystems wird mit den vorderen Und hinteren Rahmengliedern 12 und 14 beginnen, die im Wesentlichen entlang der längs verlaufenden Mittellinie 29 zentriert sind, was am besten in Fig. 6 gezeigt ist. An dieser Position ist ein flacher Teil, der von dem Lenkrad definiert wird, so gezeigt, dass er im Allgemeinen horizontal orientiert ist und parallel zu den quer verlaufenden Teilen des vorderen Rahmens 14.
Entsprechend ist die Drehbetätigungsvorrichtung 42 in der neutralen Position, wenn die Betätigungsvorrichtung 48 mit dem Mittelteil 76 des Nockengliedes 74 in Eingriff steht.
Mit Bezug auf Fig. 7 ist zu sehen, dass das Lenkrad 22 gegen den Uhrzeigersinn gedreht worden ist. Das Ausmaß der Drehung ist so gezeigt, dass es ungefähr 10 Grad ist, wie durch den Winkel "A" veranschaulicht, der durch eine Linie angezeigt wird, die sich durch den flachen Teil des Lenkrades erstreckt, und mit einer quer verlaufenden Linie schneidet, die die nicht gedrehte Position des Lenkrades darstellt. Bei der Einleitung der Lenkfunktion, d. h. der anfänglichen Drehung des Lenkrades, wird das gleiche Ausmaß an Drehung durch die Wellenanordnung 88 zur Drehbetätigungsvorrichtung 42 übertragen. Dies dreht die Nocke 74 anfänglich in einer Richtung gegen den Uhrzeigersinn wie in Fig. 3 zu sehen, um die gleichen 10 Grad. Dieses Ausmaß der Drehung wird bewirken, dass die Nocke mit der Betätigungsvorrichtung 48 entlang der ersten Betriebsfläche 78 in Eingriff kommt. Wenn dieser Zustand existiert, wird das Regulierungsventil 44 betätigt, und unter Druck gesetztes Strömungsmittel wird dann zum Einlaßdurchlaß 58 geleitet. Das unter Druck gesetzte Strömungsmittel wird durch den Flußpfad 64 zum Steueranschluß 52 geleitet, während gleichzeitig der Steueranschluß 50 mit dem Ablauf 54 durch den Flußpfad 66 in Verbindung steht. Dies leitet unter Druck gesetztes Strömungsmittel zum Lenkventil 40, welches wiederum den Strömungsmittelfluß vom Hauptsystem zum Kopfende von einem Lenkzylinder 28 steuern wird, um sein Ausfahren zu verursachen und zum Stangenende des anderen Lenkzylinders, um seine Einfahrbewegung zu verursachen.
Da das Lenkrad um ein gewisses Ausmaß (10 Grad) gedreht worden ist, welches innerhalb des ersten Bereiches der Drehung ist, 0 bis 13 Grad, wird das Steuerventil 36 in dem ersten Zustand betätigt, was einen Vorsteuerdruck zum Lenkventil 40 innerhalb eines Druckbereiches leitet, der zwischen 550 und 850 kPa fällt. Dieser erste Zustand wird eingeleitet, nachdem das Lenkrad um mehr als 2 Grad gedreht wurde, woraufhin der Druck von 0 relativ schnell auf 550 ansteigt. Der Vorsteuerdruck wird typischerweise zum Lenkventil mit einem Druck übermittelt, der in dem Bereich zwischen 550 und 850 kPa fällt.
In dem Fall, wo das anfängliche Ausmaß der Lenkraddrehung 13 Grad übersteigt, beispielsweise wie durch den Winkel "C" in Fig. 8 angezeigt, wird die Drehbetätigungsvorrichtung in einem äquivalenten Maße gedreht, wobei gezeigt wird, dass dies ungefähr 25 Grad ist. Bei diesem Ausmaß an Drehung wird die Betätigungsvorrichtung 48 in Eingriff mit der zweiten Betriebsfläche 80 gebracht. In diesem Zustand wird die Betätigungsvorrichtung das Regulierungsventil 44 in eine Position bewegen, in der unter Druck gesetztes Strömungsmittel zum Lenkventil 40 in der gleichen Weise geleitet wird, wie zuvor beschrieben, jedoch wird der Druckbereich zwischen 850 und 1925 kPa fallen. Wenn man dies tut, wird der vordere Rahmen mit Bezug auf den hinteren Rahmen 12 in einem Ausmaß gedreht, das im Wesentlichen äquivalent dem Winkel von 25 Grad des Lenkrades ist. Diese Position wird durch den Winkel "D" in Fig. 8 gezeigt.
Wie in der in Fig. 9 veranschaulichten Kurvendarstellung zu sehen, ist der Strömungsmitteldruck im zweiten Bereich R2 nicht nur größer als jener des ersten Bereiches R1 sondern er steigt auch mit einer schnelleren Rate über einen gegebenen Bereich der Lenkraddrehung.
Es sei bemerkt, dass die Zustände wie oben mit Bezug auf den Betrieb der Drehbetätigungsvorrichtung 42 beschrieben, nur bei der Einleitung der Lenkfunktion auftreten. Wenn der vordere Rahmen 14 beginnt, sich mit Bezug auf den hinteren Rahmen 12 zu drehen, wird sich die Position der Betätigungsvorrichtung 48 mit Bezug auf die Nocke 74 verändern, wobei er sich zurück zur neutralen Position bewegt. Dies tritt als eine Folge der Positionierung des Steuerventils 36 mit Bezug auf die Gelenkachse 15 und das Lenkrad 22 auf. Wenn der vordere Rahmen 14 beginnt, sich zu bewegen, wird sich das Steuerventil damit um eine Bogenlänge bewegen, die auf der Gelenkachse 15 zentriert ist. Da die erste Kreuzgelenkverbindung an dem ersten Teil 90 der Wellenanordnung 88 befestigt ist und am hinteren Rahmen 12 befestigt ist, dreht sie sich nicht mit der Bewegung des Steuerventils. Daher wird die Distanz zwischen den zwei Kreuzgelenkverbindungen steigen, wenn die Gelenkbewegung der Rahmen fortfährt. Die Veränderung der Distanz wird durch den teleskopartigen dritten Teil der Wellenanordnung 88 aufgenommen. Da auch die Distanz zwischen der zweiten Kreuzgelenkverbindung 96 und der vertikalen Achse 15 größer ist, als die Distanz zwischen den zwei Kreuzgelenkverbindungen 94 und 96, wird sich auch die Winkelbeziehung zwischen den zwei Kreuzgelenkverbindungen verändern, wenn der vordere Rahmen schwenkt. Da die Drehbetätigungsvorrichtung 42 mit dem Lenkrad durch eine Wellenanordnung verbunden ist, die die zwei Kreuzgelenkverbindungen aufweist, und da die Betätigung der Drehbetätigungsvorrichtung durch das Lenkrad vorgegeben wird, wird die relative Drehung zwischen der Drehbetätigungsvorrichtung 42 und dem Steuerventil 36 natürlich auftreten, wenn der vordere Rahmen sich im Gelenk bewegt. Diese relative Drehung tritt auf, da die Schnittstelle zwischen der Drehbetätigungsvorrichtung und dem Steuerventil die einzige Verbindung zwischen dem Steuerventil und dem Lenkrad ist, die nicht festgelegt ist. Daher muss eine relative Drehung zwischen diesen Komponenten bei einer Gelenkbewegung des vorderen Rahmens auftreten. Die Richtung der relativen Drehung ist entgegengesetzt zu jener der ursprünglichen Richtung der Lenkradeingabe, wenn daher der vordere Rahmen sich im Gelenk bewegt, wird die Betätigungsvorrichtung 42 in einer Richtung zurück zu der neutralen Position 76 der Nocke 74 bewegt, um allmählich die Menge des unter Druck gesetzten Strömungsmittels für das Lenkventil zu verringern, wenn die Gelenkbewegung fortfährt, und schließt letztendlich die Verbindung zusammen ab, wenn der Gelenkwinkel den Winkel der Lenkraddrehung erreicht, und zwar unter der Annahme, dass die Lenkradposition sich nicht von ihrem anfänglichen Drehwinkel aus verändert hat.
Somit ist zu sehen, dass bei einem Lenksystem, wie es oben dargelegt wurde, eine Gelenkmaschine in sehr vielseitiger Weise gesteuert werden kann. Wenn man mit relativ hohen Geschwindigkeiten arbeitet, wie beispielsweise auf einer Landstraße werden die Lenkkorrekturen normalerweise relativ gering, was kleine Drehungen des Lenkrades erfordert.
Diese Arten von Korrekturen werden bewirken, dass das Steuerventil im ersten Zustand arbeitet, was Lenkkorrekturen vorsieht, die relativ sanft und klein sind. Wenn man im Gegensatz dazu in einer Situation arbeitet, in der Lastwägen beladen werden, wo die Gelenkwinkel zwischen den Rahmen ziemlich groß sind, erfordern die Lenkkorrekturen größere Gradzahlen der Lenkraddrehung. Als eine Folge wird das Steuerventil in seinem zweiten Zustand arbeiten, und die Lenkkorrekturen werden schneller wobei sie eine vergrößerte Rahmenbeschleunigung vorsehen, was sehr wünschenswert ist, wenn man in eingeengten Gebieten arbeitet. Diese Aspekte des Lenksystems gestatten, dass eine Maschine besonders vielseitig ist, während man gleichzeitig das Ausmaß der Drehung zwischen den maximalen Positionen des Lenkrades stark verringert. Ein zusätzlicher Vorteil der verringerten Drehung gestattet, dass verschiedene andere Maschinensteuerungen, wie beispielsweise Getriebesteuerungen in der Konstruktion des Lenkrades vorgesehen werden, falls erwünscht. Das Vorsehen der Maschinensteuerungen kann stark die Ermüdung des Bedieners verringern.
Andere Aspekte, Ziele und Vorteile dieser Erfindung können aus einem Studium der Zeichnungen, der Offenbarung und der beigefügten Ansprüche erhalten werden.

Claims

1. Lenksystem zur Verwendung mit einer Gelenkmaschine (10) mit ersten und zweiten Rahmengliedern (12, 14) angebracht aneinander zur Schwenkbewegung relativ zueinander ansprechend auf die Bewegung von mindestens einer dazwischen verbundenen Strömungsmittelbetätigungsvorrichtung (28), wobei das Lenksteuerglied (22) drehbar gelagert am ersten Rahmenglied (12) ist; ein Steuerventil (36) angebracht auf dem zweiten Rahmenglied (14), wobei das Steuerventil eine Drehbetätigungsvorrichtung (42) aufweist, und bei Drehung des Lenksteuergliedes (22) betätigbar ist, um die Bewegung der Strömungsmittelbetätigungsvorrichtung (28) selektiv zu steuern; eine Wellenanordnung (88) mit ersten und zweiten Endteilen (90, 92), wobei der erste Endteil (90) mit dem Lenksteuerglied (22) verbunden ist, und wobei der Endteil (92) mit der Drehbetätigungssteuervorrichtung (42) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Paar von Kreuzgelenkverbindungen (94, 96) mit konstanter Geschwindigkeit in W-Anordnung in Abstandsbeziehung angeordnet ist zwischen den ersten und zweiten Endteilen (90, 92) der Wellenanordnung (88); und das erwähnte Steuerventil (36) in einem ersten Zustand betätigbar ist, wo unter Druck stehendes Strömungsmittel zu der Strömungsmittelbetätigungsvorrichtung (28) geleitet wird, und zwar innerhalb eines ersten vorgewählten Bereiches R1 des Drucks bei anfänglicher Verdrängung des Lenksteuerglieds (22) innerhalb eines ersten vorgewählten Drehbereichs, und wobei das Steuerventil (36) in einem zweiten Zustand betätigbar ist, wo unter Druck stehendes Strömungsmittel zu der Strömungsmittelbetätigungsvorrichtung (28) geleitet wird, und zwar innerhalb eines zweiten vorgewählten Bereichs R2 des Druckes bei anfänglicher Drehung des Lenksteuergliedes (22) innerhalb eines zweiten vorgewählten Bereiches der Drehung.

2. Lenksystem nach Anspruch 1, wobei das Paar von Kreuzgelenkverbindungen (94, 96) mit konstanter Geschwindigkeit in W-Anordnung geeignet ist, um die Winkeländerung zwischen den zwei Rahmengliedern (12, 14) aufzunehmen, wenn sie bezüglich einander bewegt werden, um ein Drehverhältnis von annähernd 1 : 1 zwischen den ersten und zweiten Teilen (90, 92) der Wellenanordnung (88) aufrechtzuerhalten.

3. Lenksystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Lenksteuerglied (22) ein Lenkrad ist.

4. Lenksystem nach Anspruch 1, wobei das Steuerventil (36) ein Pilot- oder Vorsteuerventil ist, das die Verbindung von unter Druck stehendem Strömungsmittel mit einem Lenkventil (40) vorsieht, und zwar zur Steuerung der Bewegung der Strömungsmittelbetätigungsvorrichtung (28).

5. Lenksystem nach Anspruch 4, wobei das Vorsteuerventil (36) in einem ersten Zustand arbeitet, wo die Ausgangsgröße des unter Druck stehenden Strömungsmittels verbunden mit dem Lenkventil (40) innerhalb eines ersten vorgewählten Bereichs des Drucks erhalten wird, und zwar ansprechend auf einen ersten vorgewählten Drehbereich des Lenksteuerglieds (22), und wobei das Vorsteuerventil (36) in einem zweiten Zustand arbeitet, wo die Ausgangsgröße des unter Druck stehenden Strömungsmittels verbunden mit dem Lenkventil (40) innerhalb eines zweiten vorgewählten Bereichs R2 des Drucks gehalten wird, während einer zweiten vorgewählten Größe der Drehung des Lenksteuerglieds (22), wobei der erwähnte zweite Druckbereich R2 in seiner Größe und Vergrößerungsanstiegsrate größer ist als der erwähnte erste Druckbereich R1.

6. Lenksystem nach Anspruch 4 oder 5, wobei das Vorsteuerventil (36) eine Drehbetätigungsvorrichtung (42) aufweist, mit einem Nockenteil (74) und einer Linearbetätigungsvorrichtung (48) positioniert zum Eingriff mit dem Nockenteil (74) und geeignet zur Steuerung der Menge von unter Druck stehendem Strömungsmittel die zu dem Lenkventil (40) geleitet wird.

7. Lenksystem nach Anspruch 6, wobei das Nockenglied (74) einen Mittelteil (76) definiert, ferner eine erste Betriebsoberfläche (78) an entgegengesetzten Seiten des Mittelteils (76) und eine zweite Betriebsoberfläche (80) positioniert benachbart zur ersten Betriebsoberfläche (78) an einer entgegengesetzt liegenden Seite davon von dem Mittelteil (76), wobei der Eingriff der erwähnten Linearbetätigungsvorrichtung (48) mit der einen oder anderen der entsprechenden ersten Betriebsoberflächen (78) den Betrieb des Pilotventils (36) in dem ersten Zustand bewirkt und einen Eingriff der Linearbetätigungsvorrichtung (48) mit der einen oder anderen der zweiten Betriebsoberflächen (80) den Betrieb des Pilot- oder Vorsteuerventils (36) in dem zweiten Zustand hervorruft.

8. Lenksystem nach Anspruch 7, wobei die ersten und zweiten Betriebsoberflächen (78, 80) sich von dem Mittelteil (76) in einer allgemeinen horizontalen Ebene wegerstreckt, wobei die ersten Betriebsoberflächen (78) durch einen Radius einer ersten vorgewählten Größe definiert sind, und wobei die zweite Betriebsoberfläche (80) durch einen Radius einer zweiten vorgewählten Größe definiert ist, die kleiner ist als die erste Bbtriebsoberfläche (78) um eine Oberfläche zu schaffen, die eine größere Krümmung besitzt als die der ersten Betriebsoberfläche (78).

9. Lenksystem nach Anspruch 1, wobei eine erste Verbindung (94) des Paares von Kreuzgelenkverbindungen (94, 96) mit konstanter Geschwindigkeit in W-Anordnung verbunden ist mit dem Lenkrad (22), und zwar durch einen ersten Teil (90) der Wellenanordnung (88), und eine zweite Verbindung (96) des Paares von Kreuzgelenkverbindungen (94, 96) mit konstanter Geschwindigkeit in W-Anordnung verbunden ist mit der Drehbetätigungsvorrichtung (42), wobei die Wellenanordnung (88) geeignet ist, um eine Drehgröße zu der Drehbetätigungsvorrichtung (42) zu übertragen, die im wesentlichen gleich der Drehgröße des Lenkrades (22) ist, und zwar über den gesamten Bereich der Relativbewegung zwischen den ersten und zweiten Rahmengliedern (12, 14) hinweg.

10. Lenksystem nach Anspruch 1, wobei die Drehbetätigungsvorrichtung (42) eine Neutralposition besitzt, wo kein unter Druck stehendes Strömungsmittel zu der Strömungsmittelbetätigungsvorrichtung (28) geleitet wird, wobei ferner die Drehbetätigungsvorrichtung (42) aus seiner Neutralposition wegbewegbar ist infolge einer Dreheingangsgröße vom Lenkrad (22) um unter Druck stehendes Strömungsmittel zu der Strömungsmittelbetätigungsvorrichtung (28) zu leiten, um das zweite Rahmenglied (14) bezüglich des ersten Rahmengliedes (12) zu bewegen, und wobei die Bewegung des zweiten Rahmengliedes (14) bezüglich des ersten Rahmengliedes (12) bewirkt, dass die Drehbetätigungsvorrichtung (42) sich in einer Richtung entgegengesetzt zu der der Eingangsgröße des Lenkrades (22) verdreht, zurück zu seiner Neutralposition um allmählich den Strömungsmittelfluß zu der Strömungsmittelbetätigungsvorrichtung (28) zu reduzieren und schließlich zu eliminieren, dann wenn der Gelenkverbindungswinkel zwischen den ersten und zweiten Rahmengliedern (12, 14) im wesentlichen gleich dem Drehwinkel des Lenkrads (22) bei Nichtvorhandensein irgendeiner zusätzlichen Drehung des Lenkrades (22) ist.

11. Lenksystem nach Anspruch 10, wobei die Drehbetätigungsvorrichtung (42) einen Nockenteil (74) aufweist, mit einem Mittelteil (76) der die Neutralposition der Drehbetätigungsvorrichtung (42) definiert, und wobei ferner ein Paar von ersten Betriebsoberflächen (78) benachbart zum Mittelteil (76) auf entgegengesetzten Seiten davon vorgesehen ist, und schließlich ein zweites Paar von Betriebsoberflächen (80) positioniert benachbart zu den ersten Betriebsoberflächen (78) auf entgegengesetzten Seiten davon vom Mittelteil (76).

12. Lenksystem nach Anspruch 11, wobei das Vorsteuerventil (36) eine Betätigungsvorrichtung (48) aufweist mit einem ersten Endteil (84) geeignet zum Eingriff mit dem Nockenteil (74) und einem zweiten Endteil (86) geeignet zum Eingriff mit einem Druckregulierungsventil (44) zur Steuerung der mit dem Lenkventil (40) verbundenen Druckgröße.

13. Lenksystem nach Anspruch 11, wobei die Betätigungsvorrichtung (48) in Eingriff zu bringen ist mit dem Mittelteil (76) des Nockenteils (74) wenn die Drehbetätigungsvorrichtung (42) sich in seiner Neutralposition befindet, mit der ersten Betriebsoberfläche (78) wenn das Steuerventil (36) in seinem ersten Zustand betrieben wird und mit der zweiten Betriebsoberfläche (80) wenn das Steuerventil in seinem zweiten Zustand betrieben wird.

14. Lenksystem nach Anspruch 4, wobei der erste Betriebszustand des Steuerventils (36) die Verbindung des Pilot- oder Vorsteuerdrucks zwischen dem Steuerventil (36) und dem Lenkventil (40) umfaßt, und zwar innerhalb eines Bereichs R1 des Drucks der annähernd zwischen 0 und 850 kPa liegt, und zwar während des ersten vorgewählten Bereichs der Verdrehung des Lenkrades (22), die annähernd zwischen 0 und 13 Grad liegt, und wobei der zweite Zustand des Betriebes des Steuerventils (36) die Verbindung des Vorsteuerdruckes aufweist, und zwar zwischen Steuerventil (36) und Lenkventil (40) innerhalb eines Bereichs R2 von annähernd 850 bis 1925 kPa während des zweiten vorgewählten Bereichs der Drehung des Lenkrades (22) der annähernd zwischen 14 und 35 Grad liegt.

15. Lenksystem nach Anspruch 14, wobei die Anstiegsrate des Strömungsmitteldruckes, der zwischen dem Steuerventil (36) und dem Lenkventil (40) übermittelt wird, ungefähr 850 kPa über den ersten Bereich der Drehung des Lenkrades (22) ist und annähernd 1075 kPa über den zweiten Bereich der Drehung des Lenkrades (22) ist.

16. Lenksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Rahmenglied (12) und das zweite Rahmenglied (14) mit Bezug aufeinander um eine im wesentlichen vertikal orientierte Achse (15) schwenken.

17. Lenksystem nach Anspruch 16, wobei ein Paar von Strömungsmittelbetätigungsvorrichtungen (28) angeschlossen ist, zwischen den ersten und zweiten Rahmengliedern (12, 14) und zwar positioniert auf entgegengesetzten Seiten der Achse (15).

18. Lenksystem nach Anspruch 1, wobei der Druck des Strömungsmittels zwischen dem Steuerventil (36) und einem Lenkventil (40) in einer Art und Weise übermittelt wird, wobei der Druck annähernd zwischen 0 und 850 kPa während des Betriebes des Steuerventils (36) im ersten Zustand ansteigt und annähernd zwischen 850 und 1925 kPa ansteigt während des Betriebs im zweiten Zustand des Steuerventils (36).

19. Lenksystem nach Anspruch 16, wobei die erste Kreuzgelenkverbindung (94) mit konstanter Geschwindigkeit in W-Anordnung am Rahmenglied (12) positioniert ist mit einem festen Abstand von der Schwenkachse (15) und wobei die zweite Kreuzgelenkverbindung (96) mit konstanter Geschwindigkeit in W-Anordnung benachbart zum Steuerventil (36) positioniert ist, angebracht auf dem zweiten Rahmenglied (14) mit einem Abstand von der Schwenkachse (15), der sich verändert, wenn der zweite Rahmen (14) sich bezüglich des ersten Rahmens (12) verdreht, wobei die ersten und zweiten Kreuzgelenkverbindungen (94, 96) in W-Anordnung durch einen Teil (98) der Wellenanordnung (88) verbunden sind, der teleskopartig ausgebildet ist, um die Bewegung der zweiten Kreuzgelenkverbindung (96) in W- Anordnung in einer Richtung zu der ersten Kreuzgelenkverbindung (94) in W-Anordnung hin und von dieser weg ermöglicht wird, und zwar ansprechend auf die Relativbewegung zwischen den ersten und zweiten Rahmengliedern (12, 14).

20. Lenksystem nach Anspruch 19, wobei die ersten und zweiten Kreuzgelenkverbindungen (94, 96) mit konstanter Geschwindigkeit in W- Anordnung Doppel-Cardan-W-Verbindungen sind.