DK2753531T3 - Hydraulisk styreindretning - Google Patents

Description

Opfindelsen angår en hydraulisk styreindretning med de i krav 1 ’s indledning angivne træk.

Der kendes hydrauliske styreindretninger. Disse anvendes normalt i mobile hydrauliske anlæg, især i langsomt kørende køretøjer.

Hydrauliske styreindretninger af den kendte type omfatter en styrecylinder, som er forbundet med køretøjets styrbare hjul, et forsyningsanlæg, som omfatter en forsyningspumpe og en tank til opbygningen af et hydraulisk kredsløb, samt en imellem styrecylinderen og forsyningsanlægget indkoblet styreventil, der er tildannet som en drejestyreventil. Drejestyreventilen dannes af en ydre i et hus indpasset styremuffe og et indre centralt placeret styrestempel. Styrestemplet er dels forbundet med et manuelt betjeneligt rat via et tandnavprofil og dels relativt bevægelig med styremuffen via en stiftforbindelse. Styremuffen er stift forbundet med en doseringspumpes rotortandhjul via en stiftforbindelse og en drivaksel. Styrestemplet er lejecentreret ved hjælp af et fjederelement i forhold til styremuffen. Imod dette fjederelements kraft er styrestempel og styremuffe drejeligt begrænset i forhold til hinanden. Imellem drejestyreventilen og doseringspumpen er der en hydraulisk forbindelse via kommutatorboringer. Denne hydrauliske styreindretning har forbindelser med et tilløb og et tilbageløb til forsyningsanlægget og forbindelser til ledninger, som fører frem til styrecylinderen med henblik på en højrestyring henholdsvis en venstrestyring.

Denne styreindretning arbejder med understøtning af forsyningspumpen i ser-vodrift og ved udfald af forsyningspumpen i nøddrift, hvorved det nødvendige tryk i styreindretningen alene tilvejebringes ved hjælp af håndkraft på rattet. For at øge den hydrauliske styrings transportvolumen i et sådant tilfælde er det kendt at udskifte en hydraulisk styreindretning med en såkaldt strømforstærkning. Således kendes der f.eks. fra DE 103 01 752 A1 en hydraulisk styreindretning med strømforstærkning, som på kendt måde danner en via styreventilen førende hovedstrømledning og en hjælpestrømledning, som går uden om styreventilen. I hjælpestrømledningen er der anbragt en strømreguleringsventil, som styres af hovedstrømmen. Til denne strømreguleringsventils styring befinder der sig på styreindretningen en måleværdioptager til registreringen af et målesignal, som er afhængigt af hovedstrømmen. Dette målesignal tilføres et styreapparat til optagelsen, forarbejdningen og videregivelsen af målesignalet på strømreguleringsventilen i hjælpestrømledningen.

Strømreguleringsventilen er tildannet som drejestillingsstrømreguleringsventil, hvorved styrecylinderen i en omskifterstilling af strømreguleringsventilen kan styres til en venstresty ring eller en højrestyring. I en neutral stilling er hjælpestrømledningen spærret. Styringen af strømreguleringsventilen sker via styreapparatet, således at der opnås en styring efter det såkaldte steer-by-wire-prinzip.

Fra WO 2008/017290 A1 og DE 10 2009 013 633 B3 kendes hydrauliske styreindretninger med strømforstærkning. Den er forsynet med en strømregulerings-ventilindretning, som åbner mulighed for dannelsen af en hjælpestrømforbin-delse, som går uden om hovedstrømforbindelsen.

Formålet med opfindelsen er at tilvejebringe en hydraulisk styreindretning af den kendte type, som har et steer-by-wire-systems funktionalitet og omfatter en høj funktionel sikkerhed i forbindelse med det elektrohydrauliske styresystem, således at køretøjer, som er udstyret med det elektrohydrauliske styresystem ifølge opfindelsen, kan anvendes på veje, dvs. med gadetilladelse.

Dette opnås ved hjælp af en hydraulisk styreindretning med de i krav 1 angivne træk. Som følge af at den i hjælpestrømforbindelsen anbragte strømregulerings-ventilindretning omfatter enkelte styrbare ventilgrupper, som hver for sig er indkoblet i hjælpestrømforbindelsens fremløb henholdsvis tilbageløb, hvorved strømreguleringsventilindretningen omfatter fire ventiler, hvoraf den ene ventil er indkoblet i fremløb-højrestyringen, en ventil i tilbageløb-venstrestyringen, en ventil i fremløb-venstrestyringen, og en ventil i tilbageløb-venstrestyringen, er det med fordel muligt at opdage og eliminere eventuelle fejl i hjælpestrømforbindelsen ved hjælp af en plausibilitetsprøvning af ventilernes styresignaler og et udgangssignal, især aktivering af styrecylinderen. Herved stilles der et fejltolerant elektrohydraulisk styresystem til rådighed, som arbejder efter steer-by-wire-prin-cippet og samtidigt kan anvendes på veje.

Ved hjælp af enkeltventilarrangementet i strømreguleringsventilindretningen er det med fordel muligt at regulere et tryk i tilbageløbsledningen til forsyningsanlægget uden yderligere ekstraventiler. Herved bliver det med fordel muligt f.eks. at spare styrecylinderen, dvs. det til højrestyringen og også til venstrestyringen af styrecylinderen hørende kammer kan påvirkes med tryk.

Herved bliver det også med fordel muligt ved hjælp af enkelte styringer af hver af de fire ventiler at afprøve de til ventilerne gående styresignaler med hensyn til plausibilitet og om nødvendigt at forårsage en korrektur af en fejlagtig bevægelse af styrecylinderen ved hjælp af et korrektursignal til en af de andre ventiler. Herved korrigeres en fejlagtig bevægelse af styrecylinderen automatisk, og den skal ikke som ved de hidtil kendte løsninger foretages af chaufføren. I en yderligere fordelagtig udførelsesform for opfindelsen kan ventilerne være koblet ind foran en fælles frigivelses-frakoblingsventil. Herved bliver det med fordel muligt at omskifte hjælpestrømforbindelsen aktivt eller passivt ved styring af den fælles frigivelses-frakoblingsventil. Ved en fejlagtig styring af strømreguleringsventilen frakobles hjælpestrømmen altid. I en foretrukken udførelsesform for opfindelsen kan frigivelses-frakoblingsventilen styres af et ekstra betjeningsapparat. Herved bliver det med fordel muligt at køretøjet kan styres især via et Joy-stik-betjeningsapparat eller en GPS (Global Positionerierung System).

Yderligere fordelagtige udførelsesformer for opfindelsen fremgår af de øvrige i underkravene angivne træk.

Opfindelsen beskrives nærmere i det følgende i forbindelse med et udførelseseksempel under henvisning til tegningen, som viser et blokdiagram over den hydrauliske styreindretning ifølge opfindelsen.

Det i figur 1 viste blokdiagram viser et styrekredsløb til et langsomt kørende køretøj, f.eks. en traktor eller en landbrugsmaskine, som ikke er vist i detaljer.

Styrekredsløbet omfatter en styreindretning 10, som omfatter en styreventil 12. Styreventilen 12 har en drejeventilstyret doseringspumpe 14, som via en styrestang 16 er forbundet med et rat 18.

Styreindretningen 10 har en tilførselsforbindelse 20, som er forbundet med en første indgang 22 i styreventilen 12. Styreindretningen 10 har endvidere en tilbageløbsforbindelse 24, som er forbundet med styreventilens 12 afløb 26.

Til tilførselsforbindelsen 20 henholdsvis tilbageløbsforbindelsen 24 er der tilsluttet et forsyningsanlæg, som har det generelle henvisningstal 28. Forsyningsanlægget 28 omfatter en forsyningspumpe 30, som er forbundet med tilførselsforbindelsen 20 via en strømfordelingsventil 32. Derudover er der tilvejebragt en tank 34, som er forbundet med tilbageløbsforbindelsen 24.

Strømfordelingsventilen 32 danner en såkaldt prioritetsventil, ved hjælp af hvilken en forsyningsdrift af forsyningspumpen 30 kan styres imellem en arbejdshydrau-lik 36 og styreindretningen 10. Via en lastforbindelse 37 og en styreledning 38 modtager strømfordelingsventilen 32 ved aktivering ved hjælp af den hydrauliske styreindretning 10 et signal, som giver den hydrauliske styreindretning 10 prioritet forud for arbejdshydraulikken 36.

Styreindretningen 10 har endvidere cylinderforbindelser 40 og 42. Cylinderforbindelsen 40 er forbundet med styreventilen 12 via en ledning 44, og cylinderforbindelsen 42 er forbundet med styreventilen 12 via en ledning 46. Cylinderforbindelserne 40 og 42 er tilsluttet en styrecylinder 48, som på ikke nærmere vist måde er forbundet med køretøjets styrbare hjul. Forbindelsen 40 er forbundet med et i styrecylinderen 48 værende kammer til styreretningen venstre, og forbindelsen 42 er forbundet med et i styrecylinderen 48 værende kammer til styreretningen højre. Således dannes der en hovedstrømforbindelse fra forsyningspumpen 30 via strømfordelingsventilen 32, styreventilen 12 til styrecylinderen 48 og fra styrecylinderen 48 tilbage via styreventilen 12 og tanken 34.

Styreindretningen 10 omfatter endvidere en strømreguleringsventilindretning 50. Strømreguleringsventilindretningen 50 har en første ventilgruppe 52 og en anden ventilgruppe 54 samt en frigivelses-frakoblingsventil 56. Ventilgruppen 52 omfatter en tilførselsventil 58 og en tilbageløbsventil 60. Ventilgruppen 54 omfatter en tilførselsventil 62 og en tilbageløbsventil 64. Ventilerne 58, 60, 62, og 64 er hver for sig tildannet som proportionalventiler. Ved uaktiverede magneter fastholdes styrestemplet ved hjælp af trykfjederen i udgangsstillingen og spærrer for volumenstrømmen. Ved magnetiseringen af magneten forskydes styrestemplet direkte - proportionalt med det elektriske indgangssignal. Ventilerne 58 og 60 er forbundet med cylinderforbindelsen 40 og ventilerne 62 og 64 med cylinderforbindelsen 42. Ventilerne 58 og 62 er forbundet henholdsvis indrettet til at kunne forbindes med tilførselsforbindelsen 20 via frigivelses-frakoblingsventilen 56, og ventilerne 60 og 64 er forbundet eller indrettet til at kunne forbindes med tilbageløbsforbindelsen 24 via frigivelses-frakoblingsventilen 56. Således dannes der en hjælpestrømforbindelse fra forsyningspumpen 30 via strømreguleringsventilindretningen 50 til styrecylinderen 48, og fra styrecylinderen 48 tilbage via strømreguleringsventilindretningen 50 og tanken 34.

Styrecylinderen 48 er altså via styreventilen 12 virksomt forbundet med forsyningsanlægget 28 via en hovedstrømsforbindelse og via strømreguleringsventil-indretningen 50 via en hjælpestrømforbindelse, som går uden om hovedstrømforbindelsen.

Ventilerne 58, 60, 62 og 64 er tildannet som proportionalventiler. Til styringen er ventilerne 58, 60, 62 og 64 forbundet med et styreapparat 74 via styreledninger 66, 68, 70 henholdsvis 72.

Styreapparatet 74 er forbundet med måleværdioptagere 80 henholdsvis 82 via styreledninger 76 og 78. Måleværdioptagerne 80 og 82 er f.eks. drejevinkelsen-sorer, som er anbragt på rattets 18 styrestang 16 og registrerer som målestørrelser den indstillede drejevinkel og den tilsvarende drejehastighed samt rattets 18 drejeretning.

Styreapparatet 74 er endvidere forbundet med måleværdioptagerne 88 og 90 via styreledninger 84 og 85. Måleværdioptagerne 88 og 90 er længdesensorer, som som målestørrelse konstaterer den tilbagelagte længde af styrecylinderen 48 og dermed et styreudslag af hjulene. Den registrerer således en øjebliksstilling af styrecylinderen 48.

Den i figur 1 viste styreindretning 10 viser følgende funktion:

Under servostyredrift fører aktiveringen af rattet 18 inden i styreindretningens 10 styreventil 12 til drejningen af en til doseringspumpen 14 hørende drejestyreventil og dermed til åbningen af tilsvarende indstillelige drosselventiler. Den hydrauliske olie, som leveres fra forsyningspumpen 30, når derved via tilførselsforbindelsen 20 frem til doseringspumpen 14, hvor den doseres som hovedoliestrøm og i denne afmålte mængde transporteres via cylinderledningerne 44 henholdsvis 46 til styrecylinderen 48.

Samtidigt konstateres via måleværdioptagerne 80 henholdsvis 82 en tilsvarende måleværdi for styreventilens 12 tilstandsændring, som skyldes rattets 18 drejning, og denne stilles til rådighed for styreapparatet 74.

Derudover bliver via styreapparatet frigivelses-frakoblingsventilen 56 omskiftet fra sin viste spærrestilling til gennemstrømningsstillingen. Det vil sige at tilstrømningsforbindelsen 20 forbindes med ventilerne 58 og 62 og tilbageløbsforbindelsen 24 med ventilerne 60 og 64.

Styreapparatet 74 bearbejder de fra måleværdioptagerne 82 henholdsvis 80 leverede signaler og stiller tilsvarende styresignaler til rådighed for ventilerne 58, 60, 62 henholdsvis 64 via styreledningen 66, 68, 70 henholdsvis 72.

Alt efter om der via styreventilen 12, altså via rattet 18, foregår en venstre styreproces eller en højre styreproces, styres via styreapparatet 74 enten ventilen 58 og ventilen 64 ved venstrestyring eller ventilen 60 og ventilen 62 ved højrestyring. Herved indsætter der sig et bestemt åbningstværsnit, som leverer en til hoved-oliestrømmen proportional hjælpeoliestrøm. Herved når der fra forsyningspumpen 30 en hovedoliestrøm via styreventilen 12 og en hjælpeoliestrøm via strøm-reguleringsventilindretningen 50 som en forstærket styreoliestrøm frem til styrecylinderen 48, hvorved køretøjets hjul, som er forbundet med styrecylinderen 48, drejer. Hjulenes drejning sker herved i en lineær afhængighed af styreaktiveringens drejetal ved rattet 18.

Ved tilrådighed-stillelsen af totalt fire styresignaler til ventilerne 58, 60, 62 henholdsvis 64 og signalerne fra måleværdioptagerne 80, 82, 88 og 90 kan de enkelte styresignaler indbyrdes og med måleværdioptagernes signaler efterprøves med hensyn til plausibilitet i styreapparatet 74. Alt efter om det drejer sig om venstrestyring eller højrestyring ved hjælp af rattet 18 opnås der en ønsket strømforstærkning, som via signaler, der leveres fra måleoptagerne 80 henholdsvis 82, bestemmes ved hjælp af styreapparatet 74. Denne således elektrisk overlejrede hydrauliske styring (steer-by-wire-prinzip) skal sikre, at der via hjælpeoliestrøm-men ikke foregår nogen påvirkning af styrecylinderen 18, som modvirker hoved-oliestrømmen eller ikke svarer hertil. Det elektrohydrauliske styresystems funktionelle sikkerhed bliver hermed forbedret. Især kan via styreapparatet 74 det indgangssignal, som leveres fra måleværdioptagerne 82 henholdsvis 80, verificeres med det udgangssignal, som leveres fra måleværdioptagerne 88 og 90, og ved forekomsten af ikke-plausibilitet korrigeres der via en styring af ventilerne 58, 60, 62 og 64. Strømreguleringsventilindretningen 50 frakobles ved ikke-plausibilitet fortrinsvis via frigivelses-frakoblingsventilen 56. Korrekturen af den under frakoblingstiden mulige fejlbehæftede styrebevægelse af styrecylinderen 48 skal ikke gennemføres som ved hidtil kendte løsninger af chaufføren, men iværksættes automatisk ifølge opfindelsen.

Figur 1 viser endvidere muligheden for en styring af styreventilen 48 via rattet 18 ved hjælp af et betjeningsapparat 92, især en såkaldt Joy-stik-styring. Dette er forbundet med styreapparatet 74 via en styreledning 96.

Ved aktivering af betjeningsapparatet 92 af en køretøjschauffør kan styringen foregå enten automatisk eller operatørført, uden at rattet 18 skal aktiveres. Via styreledningen 94 kobles frigivelses-frakoblingsventilen 56 ind i sin gennemstrømningsstilling, og samtidigt informeres styreapparatet 74 via styreledningen 96 om styreanfordringerne. Styreapparatet 74 stiller de tilsvarende styresignaler til rådighed for ventilerne 58, 60, 62 henholdsvis 64, som ved passende åbning stiller en styreoliestrøm fra forsyningspumpen 30 til rådighed for styrecylinderen 48 via strømreguleringsventilindretningen 50. Også her kan der via det via styreledningen 96 leverede indgangssignal og de fra måleværdioptagerne 88 og 90 leverede udgangssignaler foregå en plausibilitetsprøvning og eventuelle fejl elimineres ved hjælp af passende korrigerede styresignaler til ventilerne 58, 60, 62 og/eller 64.

Ved hjælp af muligheden for enkeltstyringen af ventilerne 58, 60, 62 og 64 lader også trykket ved styrecylinderen 48 sig indstille via styreapparatet 74 på en sådan måde, at styrecylinderen 48 fastspændes i en bestemt position. Herved realiseres der til sidst på enkel måde en automatisk styring for køretøjet.

Derudover kan der være tilvejebragt en GPS-apparat 98, som via en styreledning 100 stiller styreapparatet passende positions- og/eller på forhånd opgivelige rutesignaler til rådighed.

Henvisningstalliste 10 Styreindretning 12 Styreventil 14 Doseringspumpe 16 Styrestænger 18 Rat 20 Tilførselsforbindelse 22 Indgang 24 Tilbageløbsforbindelse 26 Afløb 28 Forsyningsanlæg 30 Forsyningspumpe 32 Strømdeleventil 34 Tank 36 Arbejdshydraulik 37 Lastforbindelse 38 Styreledning 40 Cylinderforbindelse 42 Cylinderforbindelse 44 Ledning 46 Ledning 48 Styrecylinder 50 Strømreguleringsventilindretning 52 Ventilgruppe 54 Ventilgruppe 56 Frigivelses-frakoblingsventil 58 Tilførselsventil 60 Tilbageløbsventil 62 Tilførselsventil 64 Tilbageløbsventil 66 Styreledning 68 Styreledning 70 Styreledning 72 Styreledning 74 Styreapparat 76 Styreledning 78 Styreledning 80 Måleværdioptager 82 Måleværdioptager 84 Styreledning 86 Styreledning 88 Måleværdioptager 90 Måleværdioptager 92 Betjeningsapparat 94 Styreledning 96 Styreledning 98 GPS-apparat 100 Styreledning

Claims (5)

1. Hydraulisk styreindretning, som hydraulisk forbinder en styrecylinder (48) med et forsyningsanlæg (28), hvorved forsyningsanlægget (28) er indrettet til hydraulisk at kunne forbindes med styrecylinderen (48) via en styreventil (12) til dannelsen af en hovedstrømsforbindelse, og forsyningsanlægget (28) er indrettet til hydraulisk at kunne forbindes med styrecylinderen (48) via en strømregule-ringsventilindretning (50) til dannelsen af en hjælpestrømforbindelse, som går uden om hovedstrømforbindelsen, hvorved strømreguleringsventilindretningen (50) er indrettet til at kunne styres ved hjælp af et elektrisk styreapparat (74), kendetegnet ved, at strømreguleringsventilindretningen (50) omfatter enkelte styrbare ventilgrupper (52, 54), som hver for sig er koblet ind i hjælpestrømforbindelsens fremløb og tilbageløb, hvorved strømreguleringsventilindretningen (50) omfatter fire ventiler (58, 60, 62, 64), hvoraf en ventil (62) er koblet ind i fremløbet højrestyring, en ventil (64) i tilbageløbet venstrestyring, en ventil (58) i fremløbet venstrestyring, og en ventil (60) i tilbageløbet højrestyring.

2. Hydraulisk styreindretning ifølge krav 1, kendetegnet ved, at ventilerne (58, 60, 62, 64) er koblet ind foran en fælles frigivelses-frakoblingsventil (56).

3. Hydraulisk styreindretning ifølge et af de foregående krav, kendetegnet ved, at strømreguleringsventilindretningen (50) også er indrettet til at kunne drives som soloapparat som ren ”steer-by-wire-system”.

4. Hydraulisk styreindretning ifølge et af de foregående krav, kendetegnet ved, at frigivelses-frakoblingsventilen (56) frakobler strømreguleringsventilindretningen (50) i tilfælde af fejl.

5. Hydraulisk styreindretning ifølge et af de foregående krav, kendetegnet ved, at styreapparatet (74) er forbundet med måleværdioptagere (88, 90) til plausibilitetsprøvning af styresignalerne til ventilerne (58, 60, 62, 64), hvilke måleværdioptagere (88, 90) registrerer en øjebliks-stilling af styrecylinderen (48).