EP1667869A1 - Lenksystem f r ein landwirtschaftliches oder industrielles n utzfahrzeug und verfahren zum betreiben eines lenksystems - Google Patents

Lenksystem f r ein landwirtschaftliches oder industrielles n utzfahrzeug und verfahren zum betreiben eines lenksystems

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Publication number
EP1667869A1
EP1667869A1 EP04765423A EP04765423A EP1667869A1 EP 1667869 A1 EP1667869 A1 EP 1667869A1 EP 04765423 A EP04765423 A EP 04765423A EP 04765423 A EP04765423 A EP 04765423A EP 1667869 A1 EP1667869 A1 EP 1667869A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
wheel
steering
steering system
commercial vehicle
torque
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP04765423A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Nicolai Tarasinski
Joachim Sobotzik
Marco Reinards
Bernd Kneer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Deere and Co
Original Assignee
Deere and Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Deere and Co filed Critical Deere and Co
Publication of EP1667869A1 publication Critical patent/EP1667869A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K17/00—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles
    • B60K17/34—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles for driving both front and rear wheels, e.g. four wheel drive vehicles
    • B60K17/356—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles for driving both front and rear wheels, e.g. four wheel drive vehicles having fluid or electric motor, for driving one or more wheels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D6/00—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits
    • B62D6/002—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits computing target steering angles for front or rear wheels
    • B62D6/003—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits computing target steering angles for front or rear wheels in order to control vehicle yaw movement, i.e. around a vertical axis
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D9/00—Steering deflectable wheels not otherwise provided for
    • B62D9/002—Steering deflectable wheels not otherwise provided for combined with means for differentially distributing power on the deflectable wheels during cornering
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility

Definitions

  • the invention relates to a steering system for an agricultural or industrial utility vehicle, in particular for a tractor.
  • An electric drive is provided for each axle half of an axle - preferably a front axle - of the commercial vehicle, with which at least one wheel assigned to the respective axle half can be driven.
  • the electric drive can be controlled such that a predeterminable torque can be transmitted from the electric drive to the wheel driven by it.
  • the wheels assigned to a mechanical drive axle - in particular a rear axle - of the utility vehicle can preferably be driven with a mechanical drive of the utility vehicle.
  • the present invention relates to a method for operating a steering system.
  • a mechanical drive of a commercial vehicle is generally provided by an internal combustion engine with a transmission.
  • the wheels assigned to the rear axle of the commercial vehicle are driven by the mechanical drive via a gear and a differential gear connected downstream of the gear.
  • a commercial vehicle which has a mechanical drive in the form of an internal combustion engine with which the wheels of a drive axle can be driven. A sum gear is assigned to each wheel of this drive axle, which combines the mechanical output power of the drive shaft and the power of an electric motor and outputs it to the wheel.
  • a vehicle axle is provided which is provided purely with electric independent wheel drives. These electric single wheel drives are from fed to a generator which is driven by the internal combustion engine.
  • signals from steering angle sensors for detecting the steering angle of the steerable wheels and signals from wheel speed sensors are evaluated by an electronic control.
  • the controller calculates speed specifications for each wheel from predeterminable target and measured actual speeds and from calculated target and measured actual angles, on the basis of which the electric motors are controlled in such a way that the corners of the wheels driven by the electric motors are compensated for when cornering.
  • This control satisfies the Ackermann condition, which is known, for example, from EP 0 553 670 B1.
  • the front wheels have a lead of approximately 4% to the wheels on the rear axle, i.e. the wheels on the front axle turn faster than that of the rear axle.
  • the lead in particular of the wheel on the outside of the curve, is no longer sufficient and there are even braking torques on the front wheels from a certain steering angle, which have a negative effect on the driving behavior of the tractor.
  • the front axle therefore no longer transmits traction. So there is only a certain steering angle with an associated curve radius at which there are almost ideal kinematic driving conditions. Therefore, the front axle drive is switched off at many tractor manufacturers from a certain steering angle. In this case, however, no traction is transmitted from the front axle.
  • the invention is therefore based on the object of specifying and developing a steering system and a method for operating a steering system of the type mentioned at the outset, by means of which the aforementioned problems are overcome.
  • a steering system for an agricultural or industrial commercial vehicle is to be specified, with which traction forces are also transmitted from the wheels driven by the electric drives when cornering, with braking torques on these wheels in particular being avoided with certain steering angles.
  • the object is achieved by the teaching of claim 1. Further advantageous refinements and developments of the invention emerge from the subclaims.
  • a steering system of the type mentioned at the outset is characterized in that the torque to be transmitted for a wheel on the outside of the curve is greater than the torque to be transmitted for a wheel on the inside of the curve in order to support or effect steering of the commercial vehicle.
  • an electric drive for each axle half of an axle of the commercial vehicle preferably a front axle
  • the wheel assigned to this axle half can be driven with the electric drive independently of the wheel of the other axle half of this axle.
  • Such a solution would require a complicated and thus also expensive mechanical transmission to set different speeds on the wheels of the front axle.
  • An essential component of the steering system according to the invention is also the torque control of the wheels, which are driven by an electric drive. In principle, speed-controlled control is easy to implement.
  • a torque-controlled activation of the wheels driven by the electric drives can thus lead to an improved driving behavior of the commercial vehicle when cornering, since the activation can take place in such a way that traction power can also be transmitted from the front axle when cornering.
  • a torque-controlled control of the electric drives is also easy to implement, since the transmitted torque of an electric drive can be determined on the basis of the electrical power consumed by the electric drive and on the basis of the speed at hand.
  • a control unit is provided to control the electric drives, which could be implemented, for example, in the form of a single-board computer.
  • the predeterminable torque can be derived from the current operating state of the commercial vehicle.
  • a current operating state can be understood to mean, for example, driving straight ahead, cornering, driving forwards or backwards of the commercial vehicle.
  • Other parameters that characterize the current operating state of the commercial vehicle are, for example, the speed of the internal combustion engine, the current state of a traction gear or powershift transmission, a possible tensile load of the commercial vehicle or a changing axle load distribution of the commercial vehicle, as can occur, for example, during front loading work.
  • sensors are provided for this purpose, which detect the current operating state of the commercial vehicle and convey it to the control unit.
  • the predeterminable torque could additionally or alternatively also be derived on the basis of an operator input.
  • An operator input could include, for example, an operator actuating a steering wheel of the commercial vehicle.
  • the predeterminable torque to be transmitted is derived both from the current operating state of the commercial vehicle and from an operator input, so that operator-controlled control of the wheels can be achieved taking into account the current operating state of the commercial vehicle, which to a certain extent makes intelligent turning of the commercial vehicle possible.
  • the current operating state of the commercial vehicle relates in particular to a steering lock of a mechanical steering device of the commercial vehicle.
  • the mechanical steering device could, for example, include front axle steering.
  • the commercial vehicle is thus steered by a combination of a torque-controlled drive of the wheels driven by the electric drives and a mechanical steering device, so that application-specific steering strategies can be implemented in an advantageous manner. These include, for example, turning the vehicle with the smallest possible turning circle at a low vehicle speed or cornering at a medium speed of travel of a team consisting of the utility vehicle and a trailer.
  • the mechanical steering device of the commercial vehicle could be designed in the form of a steering knuckle, a turntable or an articulated arm.
  • the current mechanical steering lock is preferably detectable with a sensor.
  • the current operating state of the commercial vehicle in this regard can thus be detected with the sensor and taken into account accordingly by the control unit when steering.
  • a critical driving situation can occur, in particular when the front loader is loaded with a mechanical steering lock and simultaneous braking when driving downhill, since in this case the steering may not respond or the steering is overridden.
  • a measure of the rotation of a vehicle about its vertical axis is the yaw rate.
  • a yaw rate sensor is therefore provided with which the yaw rate of the commercial vehicle can be detected, the detected yaw rate being able to be included in the torque calculation.
  • the yaw rate sensor therefore detects the rotation about the vertical axis of the commercial vehicle, so that critical driving situations can be avoided in an advantageous manner, which may require appropriate activation of further components of the commercial vehicle, for example a wheel brake.
  • An input device that can be operated by an operator of the utility vehicle is preferably provided, with which a change in direction of the utility vehicle can be predetermined or influenced.
  • a change in direction is to be understood in particular as a lateral deviation of the driving movement of the commercial vehicle, which results as a result of a steering input.
  • the input device could, for example, have a steering wheel, a joystick, a steering pedal or at least one switch arranged on a steering wheel of the commercial vehicle. If the input direction has a steering wheel on which a switch is provided, an almost conventional operation of the commercial vehicle via the steering wheel would be possible if, for example, the switch can only be actuated in the event of extreme steering angles.
  • the commercial vehicle could be equipped with a system by means of which a target direction of travel can be specified.
  • a system could be a so-called AMS - Agriculture Management Solutions - with which, for example, a commercial vehicle in the form of a tractor receives a target travel direction for optimal field ordering, in particular by means of radio signals.
  • AMS global positioning system
  • Such a system could, for example, have a GPS (global positioning system) satellite navigation system, so that in the ideal case a commercial vehicle can also be operated autonomously, that is to say without an operator, since the commercial vehicle, controlled by the GPS or AMS, is to travel a predetermined path.
  • Such a system usually includes computer systems along with software, sensors and mobile control units.
  • the predeterminable torque can therefore be derived from a deviation of an actual driving direction from a target driving direction of the commercial vehicle, so that the steering of the commercial vehicle can be influenced accordingly.
  • the target direction of travel could be derived using a predeterminable route.
  • the predeterminable route could expediently be stored in a memory unit assigned to the commercial vehicle, and could be entered and stored, for example, by a single user input.
  • this can be derived from signals from a navigation system, which can be remotely transmitted, for example, from at least one transmitter of the navigation system to the commercial vehicle.
  • the navigation system could include GPS, as is already known per se from the prior art.
  • a remote control device which at least has a transmitter and a receiver arranged on the commercial vehicle.
  • the commercial vehicle can be at least partially controlled remotely and an operator can use it to enter a desired change in direction of the commercial vehicle.
  • a remote control device could have controls similar to those used to control model cars or model airplanes.
  • An electric drive has at least one electric motor, which is preferably designed in the form of an asynchronous motor.
  • Asynchronous motors are inexpensive to manufacture and therefore a commercial vehicle according to the invention can be manufactured with relatively little additional effort.
  • At least one reduction gear is preferably provided between the electric motor and the wheel assigned to it, by means of which a high speed of the electric motor can be reduced to a lower speed at which the wheel is ultimately driven.
  • a preferred embodiment provides a speed sensor for each wheel, which detects the current speed of the respective wheel.
  • a speed sensor for detecting the speed of a wheel of the front axle could be provided directly or indirectly on an electric drive, so that the speed of the electric drive is measured directly or indirectly, from which the speed of the respective wheel can be calculated.
  • This is advantageous in that such a speed sensor can be arranged more easily on the electric drive and supplied with line connections, since electrical lines run to the electric drive anyway.
  • the predeterminable torque can be calculated very particularly preferably as a function of the detected rotational speeds of the individual wheels.
  • there is a combination of a speed-controlled and a torque-controlled steering of the commercial vehicle if, for a given cornering, a wheel turning too fast inside the curve, the electric drive driving this wheel transmits a lower torque to the wheel in response to the speed measurement of this wheel.
  • the torque on the front wheels must be increased in order to equalize the circumferential speeds of all wheels again and to increase the traction share of the front wheels and thus the front axle. If the front wheels each have a greater peripheral speed than the rear wheels, the specified torque on the front wheels must be reduced. Basically, an attempt is made to achieve the smallest possible difference in the peripheral speeds of the wheels of the two drive axles.
  • the wheel on the outside of the curve must have a higher circumferential speed than the wheel on the inside of the curve, because - according to the Ackermann condition - it traverses a larger curve radius.
  • the difference between the mean value of the peripheral speeds of the wheels assigned to the rear axle of the commercial vehicle and the peripheral speed of the wheel driven by this electric drive can be taken into account when calculating the torque to be transmitted of an electric drive of a wheel.
  • an improved distribution of the tensile load of the individual drive axles of the commercial vehicle can be achieved when cornering, since in this case there are almost ideal kinematic driving conditions and therefore no braking torque or slip of a wheel occur.
  • the commercial vehicle is advantageously supported when steering by increasing the torque on the wheel on the outside of the curve and decreasing it on the wheel on the inside of the curve.
  • the front axle transmits the appropriate tractive effort even when cornering.
  • the torque specified on the wheel on the outside of the curve can be increased disproportionately in the case of tight curve radii in order to achieve a further reduction in the turning circle.
  • the tractor is then actively drawn around the curve.
  • a concrete implementation of a consideration when calculating the torque to be transmitted of an electric drive of a wheel could be implemented with the help of one or more lookup tables.
  • several tables could be provided, in particular one for each operating mode, for example depending on whether the electric drive is driving forwards or backwards.
  • Values of the torque to be transmitted as a function of the steering angle of the respective wheel of the front axle can now be stored in this table.
  • the difference between the mean values of the peripheral speeds of the wheels assigned to the rear axle of the commercial vehicle and the peripheral speed of the corresponding wheel could also be stored therein.
  • a predefinable speed threshold value of a wheel driven by an electric drive when a predefinable speed threshold value of a wheel driven by an electric drive is exceeded, a limitation of the torque to be transmitted of this wheel is provided. This primarily prevents an electrical Drive tries to transmit a predeterminable torque to the wheel it drives, although, for whatever reason, this wheel has no contact or traction with the ground and would therefore be accelerated further and further.
  • the wheels driven by the electric drives could be controlled in such a way that different torques can be specified for the wheels driven by the electric drives only after a predeterminable value of a current operating state of the commercial vehicle has been exceeded and / or only after an operator input. To a certain extent, this type of control represents threshold control.
  • the electric drives can be controlled non-linearly in such a way that the best possible tire protection is achieved with large curve radii and / or that a minimum turning circle diameter can be achieved with small curve radii.
  • a differential lock could be activated, with which the same peripheral speeds of the wheels driven by the electric drives can be generated. This is particularly useful for straight-ahead driving.
  • a steering lock of a possibly provided mechanical steering device of the commercial vehicle can be omitted in this case.
  • the steering system according to the invention enables the electric drives to be controlled in such a way that driving stabilization of the commercial vehicle, which is known per se from the prior art, can be achieved. In this way, the safety properties of the commercial vehicle can be improved in a particularly advantageous manner.
  • a method for operating a steering system for an agricultural or industrial commercial vehicle is characterized in that the torque to be transmitted from a wheel on the outside of the curve is greater than the torque to be transmitted from a wheel on the inside of the curve to support or to effect steering of the commercial vehicle.
  • the method is preferably used to operate a steering system according to one of Claims 1 to 23, so that reference is made to the preceding part of the description in order to avoid repetitions.
  • the agricultural utility vehicle 10 is designed in the form of a tractor and comprises a rear axle 12, to which the wheels 14 are assigned.
  • the rear axle 12 of the commercial vehicle 10 is driven by a mechanical drive 16 designed in the form of an internal combustion engine via a transmission and a differential.
  • the transmission and differential are shown as one unit 18 for simplicity.
  • the agricultural utility vehicle 10 comprises a front axle 20, an electric drive 22, 24 being provided for each axle half of the front axle 20 of the utility vehicle 10.
  • the electric drive 22 is here for the left axle half, the electric drive 24 is provided for the right axle half of the front axle 20.
  • a wheel 26 of the front axle 20 can be driven with the electric drives 22, 24.
  • the agricultural utility vehicle 10 comprises a steering system according to the invention, with which a steering of the utility vehicle can be assisted or effected, specifically in that the torque to be transmitted of an outside wheel is greater than the torque to be transmitted of an inside wheel.
  • a control device 28 is provided, with which the electric drives 22, 24 are controlled via the control lines 30, 32.
  • the predeterminable torque, which can be transmitted from an electric drive 22 or 24 to the respective driven wheel 26, can be derived on the one hand from the current operating state of the commercial vehicle.
  • sensors are provided for detecting the current operating state of the commercial vehicle. In particular, this includes two sensors 34, which detect the rotational speed of the wheels 14 assigned to the rear axle 12.
  • speed sensors 36 are provided, which are arranged on the electric drives 22, 24 and with which the speed of the wheels 26 assigned to the front axle 20 can be indirectly detected.
  • a yaw rate sensor 38 is provided, which also detects the yaw rate of the utility vehicle 10, the yaw rate being indicated by the double arrow on the yaw rate sensor 38.
  • the steering lock sensors 40 detect the respective steering lock of the mechanical steering device 42, which is designed in the form of a steering knuckle.
  • the signals detected by sensors 34, 36, 38 and 40 are passed via corresponding lines to an electrical unit 44, which in turn is connected to control unit 28 via a connecting line.
  • the electrical unit 44 could also be incorporated into the control unit 28.
  • the movements of the steering wheel 46 are fed to the steering device 48, which actuate the cylinders 50 of the mechanical steering knuckle 42.
  • the steering device 48 is connected via the connecting line 52 to the control device 28 of the steering system according to the invention.
  • a switch 54 shown only schematically, with which the operator of the commercial vehicle 10 can directly control the steering system according to the invention.
  • the signals generated by the switch 54 are transmitted via the steering device 48 to the control device 28 and thus to the electric drives 22, 24.
  • a receiver antenna 56 is shown on the control device 28, with which signals can be received by a navigation system (not shown in the single figure) or by a remote control device.
  • the two electric drives 22, 24 are designed in the form of asynchronous motors.
  • the mechanical steering device 42 has no steering lock. Without the steering system according to the invention, the commercial vehicle would only drive straight ahead. By incorporating the steering system according to the invention, however, slight changes in direction can not be carried out by the commercial vehicle 10 even when the mechanical steering device 42 does not turn, so that, for example, the operator does not actively need to counter-steer the commercial vehicle as editorial staff to a substantially constant external influence on the commercial vehicle.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lenksystem für ein landwirtschaftliches oder industrielles Nutzfahrzeug, insbesondere für einen Traktor. Für jede Achshälfte einer Achse - vorzugsweise einer Vorderachse (20) - des Nutzfahrzeugs (10) ist ein elektrischer Antrieb (22, 24) vorgesehen, mit welchem mindestens ein der jeweiligen Achshälfte zugeordnetes Rad (26) antreibbar ist. Der elektrische Antrieb (22, 24) ist derart ansteuerbar, dass von dem elektrischen Antrieb (22, 24) ein vorgebbares Drehmoment auf das von ihm angetriebene Rad (26) übertragbar ist. Vorzugsweise sind die einer mechanischen Antriebsachse - insbesondere einer Hinterachse (12) - des Nutzfahrzeugs (10) zugeordneten Räder (14) mit einem mechanischen Antrieb (16, 18) des Nutzfahrzeugs (10) antreibbar. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems. Um auch bei Kurvenfahrten des Nutzfahrzeugs (10) von den von den elektrischen Antrieben (22, 24) angetriebenen Rädern (26) Zugkräfte zu übertragen, wobei insbesondere Bremsmomente an diesen Rädern (26) bei bestimmten Lenkeinschlägen vermieden werden sollen, wird vorgeschlagen, dass zum Unterstützen oder zum Bewirken eines Lenkens des Nutzfahrzeugs das zu übertragende Drehmoment eines kurvenäusseren Rads grösser als das zu übertragende Drehmoment eines kurveninneren Rads ist.

Description

Lenksystem für ein landwirtschaftliches oder industrielles Nutzfahrzeug und Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems
Die Erfindung betrifft ein Lenksystem für ein landwirtschaftliches oder industrielles Nutzfahrzeug, insbesondere für einen Traktor. Für jede Achshälfte einer Achse - vorzugsweise einer Vorderachse - des Nutzfahrzeugs ist ein elektrischer Antrieb vorgesehen, mit welchem mindestens ein der jeweiligen Achshälfte zugeordnetes Rad antreibbar ist. Der elektrische Antrieb ist derart ansteuerbar, dass von dem elektrischen Antrieb ein vorgebbares Drehmoment auf das von ihm angetriebene Rad übertragbar ist. Vorzugsweise sind die einer mechanischen Antriebsachse - insbesondere einer Hinterachse - des Nutzfahrzeugs zugeordneten Räder mit einem mechanischen Antrieb des Nutzfahrzeugs antreibbar. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems.
Ein mechanischer Antrieb eines Nutzfahrzeugs wird im Allgemeinen von einem Verbrennungsmotor mit einem Getriebe zu Verfügung gestellt. Insbesondere bei landwirtschaftlichen oder industriellen Nutzfahrzeugen werden die der Hinterachse des Nutzfahrzeugs zugeordneten Rädern von dem mechanischen Antrieb über ein Getriebe und ein dem Getriebe nachgeschaltetes Differentialgetriebe angetrieben.
Aus der DE 196 23 738 AI ist ein Nutzfahrzeug bekannt, welches einen mechanischen Antrieb in Form eines Verbrennungsmotors aufweist, mit welchem die Räder einer Antriebsachse antreibbar sind. Jedem Rad dieser Antriebsachse ist ein Summengetriebe zugeordnet, welches die mechanische Ausgangsleistung der Antriebswelle und die Leistung eines Elektromotors kombiniert und an das Rad abgibt. In einer Ausführungsform des aus der DE 196 23 738 AI bekannten Nutzfahrzeugs ist eine Fahrzeugachse vorgesehen, die rein mit elektrischen Einzelradantrieben versehen ist. Diese elektrischen Einzelradantriebe werden von einem Generator gespeist, welcher vom Verbrennungsmotor angetrieben wird. In einer weiteren Ausführungsform werden von einer elektronischen Steuerung Signale von Lenkwinkelsensoren zur Erfassung der Lenkwinkel der lenkbaren Räder sowie Signale von Raddrehzahlsensoren ausgewertet. Die Steuerung berechnet sodann für jedes Rad aus vorgebbaren Soll- und den gemessenen Istdrehzahlen und aus errechneten Soll- und den gemessenen Istwinkeln Drehzahlvorgaben, aufgrund derer die Elektromotoren derart angesteuert werden, dass bei einer Kurvenfahrt ein Drehzahlausgleich der durch die Elektromotoren angetriebenen Räder erfolgt. Hierbei werden entsprechend der Fahrzeuggeometrie und der Abhängigkeit des Lenkwinkels beider Räder von den elektrischen Einzelradantrieben über die Räder gleiche Kräfte auf den Untergrund übertragen. Diese Ansteuerung genügt der Ackermann-Bedingung, welche beispielsweise aus der EP 0 553 670 Bl bekannt ist.
Grundsätzlich ist es zum Erreichen einer maximalen Zugleistung insbesondere für landwirtschaftliche oder industrielle Nutzfahrzeuge erforderlich, dass die Vorderachse entsprechend der Achslastverteilung ihren Teil an übertragener Leistung des Nutzfahrzeugs auf die Fahrbahn übernimmt. Da aber bei Kurvenfahrten die Vorderräder aufgrund der Fahrzeuggeometrie und insbesondere einer mechanischen Lenkung einen größeren Kurvenradius durchfahren als die Hinterräder, müssen diese eine größere Umfangsgeschwindigkeit aufweisen, da sonst ein schlupffreies Abrollen der entsprechenden Räder nicht möglich ist. Nun ist bei den heutigen Standardtraktoren - also nicht bei dem aus der DE 196 23 738 AI bekannten Nutzfahrzeug - das Drehzahlverhältnis der Räder zwischen Vorder- und Hinterachse starr. Somit muss ein Kompromiss zwischen einer engen Kurvenfahrt und einer Geradeausfahrt eingegangen werden.
Dieser wird dadurch realisiert, dass die Vorderräder eine Voreilung zu den Rädern der Hinterachse von circa 4% aufweisen, das heißt die Räder der Vorderachse drehen schneller als die der Hinterachse. Bei einer Geradeausfahrt tritt daher eine Verspannung sowie Blindleistung zwischen den Antriebsachsen auf, welche nachteilig für den Fahrwerkswirkungsgrad sind, das Getriebe zusätzlich belasten, einen erhöhten Reifenverschleiß zur Folge haben und den Untergrund bzw. die Fahrbahn beschädigen können, insbesondere bei Feldarbeiten mit einem Traktor.
Bei engen Kurvenfahrten dagegen reicht die Voreilung insbesondere des kurvenäußeren Rads nicht mehr aus und es treten sogar Bremsmomente an den Vorderrädern ab einem bestimmten Lenkeinschlag auf, welche sich negativ auf das Fahrverhalten des Traktors auswirken. Die Vorderachse überträgt somit auch keine Zugkraft mehr. Es gibt also nur einen bestimmten Lenkwinkel mit einem dazugehörigen Kurvenradius, bei welchem nahezu ideale kinematische Fahrverhältnisse vorliegen. Daher wird der Vorderachsantrieb bei vielen Traktorherstellern ab einem gewissen Lenkwinkel abgeschaltet. In diesem Fall wird dann aber wiederum keine Zugkraft von der Vorderachse übertragen.
Diese Probleme könnten mit einem aus der DE 196 23 38 AI bekannten Nutzfahrzeug gelöst werden, jedoch ist die Ausbildung einer hybriden Antriebsachse konstruktiv aufwendig und daher teuer.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Lenksystem und ein Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems der eingangs genannten Art anzugeben und weiterzubilden, durch welches die vorgenannten Probleme überwunden werden. Insbesondere soll ein Lenksystem für ein landwirtschaftliches oder industrielles Nutzfahrzeug angegeben werden, mit welchem auch bei Kurvenfahrten von den von den elektrischen Antrieben angetriebenen Rädern Zugkräfte übertragen werden, wobei insbesondere Bremsmomente an diesen Rädern bei bestimmten Lenkeinschlägen vermieden werden soll. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Lehre des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Erfindungsgemäß ist ein Lenksystem der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, dass zum Unterstützen oder zum Bewirken eines Lenkens des Nutzfahrzeugs das zu übertragende Drehmoment eines kurvenäußeren Rads größer als das zu übertragende Drehmoment eines kurveninneren Rads ist.
Erfindungsgemäß ist zunächst erkannt worden, dass durch das Vorsehen eines elektrischen Antriebs für jede Achshälfte einer Achse des Nutzfahrzeugs, vorzugsweise einer Vorderachse, das jeweils dieser Achshälfte zugeordnete Rad mit dem elektrischen Antrieb unabhängig von dem Rad der anderen Achshälfte dieser Achse angetrieben werden kann. Hierdurch ist es nicht erforderlich, die Räder dieser Achse mit einem mechanischen Antrieb des Nutzfahrzeugs über ein mechanisches Getriebe anzutreiben. Eine solche Lösung würde zur Einstellung unterschiedlicher Umdrehungszahlen an den Rädern der Vorderachse ein kompliziertes und somit auch teures mechanisches Getriebe erfordern. Eine wesentliche Komponente des erfindungsgemäßen Lenksystems stellt auch die Drehmomentansteuerung der Räder dar, welche von einem elektrischen Antrieb angetrieben werden. Grundsätzlich ist eine drehzahlgesteuerte Ansteuerung einfach zu realisieren. Hierbei kann jedoch nur unzureichend sichergestellt werden, dass die Vorderachse bei allen Lenkbedingungen eine vorgebbare Zugleistung des Nutzfahrzeugs übernimmt. Eine drehmomentgesteuerte Ansteuerung der von den elektrischen Antrieben angetriebenen Räder kann somit zu einem verbesserten Fahrverhalten des Nutzfahrzeugs bei einer Kurvenfahrt führen, da die Ansteuerung derart erfolgen kann, dass in einer Kurvenfahrt auch von der Vorderachse eine Zugleistung übertragen werden kann. Eine drehmomentgesteuerte Ansteuerung der elektrischen Antriebe ist ebenfalls einfach realisierbar, da das übertragene Drehmoment eines elektrischen Antriebs anhand der von dem elektrischen Antrieb aufgenommenen elektrischen Leistung sowie anhand der hierbei vorliegenden Drehzahl ermittelbar ist.
Durch die Ansteuerung des kurvenäußeren und des kurveninneren Rads mit unterschiedlichen Drehmomenten ist in besonders vorteilhafter Weise eine aktive Lenkung des Nutzfahrzeugs auch dann möglich, wenn der Lenkwinkel der von den elektrischen Antrieben angetriebenen Rädern und der hieraus resultierenden Geometrie nicht der Ackermann-Bedingung genügt. Jedenfalls ist durch diese Ansteuerstrategie ein auf die jeweilige Lenksituation abgestimmte optimale Leistungsübertragung der einzelnen Räder auf den Untergrund und somit eine optimale Fortbewegung des Nutzfahrzeugs möglich.
Grundsätzlich ist zur Ansteuerung der elektrischen Antriebe eine Steuereinheit vorgesehen, welche beispielsweise in Form eines Einplatinencomputers ausgeführt sein könnte. Das vorgebbare Drehmoment ist in einer bevorzugten Ausführungsform aus dem momentanen Betriebszustand des Nutzfahrzeugs ableitbar. Unter einem momentanen Betriebszustand kann beispielsweise eine Geradeausfahrt, eine Kurvenfahrt, eine Vorwärts- oder eine Rückwärtsfahrt des Nutzfahrzeugs verstanden werden. Weitere Parameter, welche den momentanen Betriebszustand des Nutzfahrzeugs charakterisieren, sind beispielsweise die Drehzahl des Verbrennungsmotors, der momentane Zustand eines Fahrgetriebes bzw. Lastschaltgetriebes, eine mögliche Zuglast des Nutzfahrzeugs oder eine sich verändernde Achslastverteilung des Nutzfahrzeugs, wie sie beispielsweise bei Frontladearbeiten auftreten kann. Dementsprechend sind hierzu Sensoren vorgesehen, welche den momentanen Betriebszustand des Nutzfahrzeugs detektieren und der Steuereinheit zuleiten. Das vorgebbare Drehmoment könnte zusätzlich oder alternativ auch aufgrund einer Bedienereingabe ableitbar sein. Eine Bedienereingabe könnte beispielsweise eine Betätigung eines Lenkrads des Nutzfahrzeugs durch einen Bediener umfassen. Vorzugsweise wird das zu übertragende, vorgebbare Drehmoment sowohl aus dem momentanen Betriebszustand des Nutzfahrzeugs als auch aus einer Bedienereingabe abgeleitet, so dass eine bedienergesteuerte Ansteuerung der Räder unter Berücksichtigung des momentanen Betriebszustands des Nutzfahrzeugs erzielbar ist, wodurch gewissermaßen eine intelligente Kurvenfahrt des Nutzfahrzeugs möglich ist.
Der momentane Betriebszustand des Nutzfahrzeugs betrifft insbesondere einen Lenkeinschlag einer mechanischen Lenkeinrichtung des Nutzfahrzeugs. Die mechanische Lenkeinrichtung könnte beispielsweise eine Vorderachslenkung umfassen. Somit erfolgt in diesem Fall eine Lenkung des Nutzfahrzeugs durch eine Kombination eines, drehmomentgesteuerten Antriebs der von den elektrischen Antrieben angetriebenen Räder und einer mechanischen Lenkeinrichtung, so dass in vorteilhafter Weise anwendungsspezifische Lenkstrategien umgesetzt werden können. Hierzu zählen beispielsweise ein Wenden des Fahrzeugs mit einem möglichst kleinen Wendekreis bei einer geringen Fahrzeuggeschwindigkeit oder eine Kurvenfahrt bei mittlerer Fahrgeschwindigkeit eines Gespanns, welches aus dem Nutzfahrzeug und einem Anhänger besteht.
Die mechanische Lenkeinrichtung des Nutzfahrzeugs könnte in Form einer Achsschenkellenkung, eines Drehschemels oder eines Knicklenkers ausgebildet sein. Vorzugsweise ist der momentan vorliegende mechanische Lenkeinschlag mit einem Sensor detektierbar . Somit kann mit dem Sensor der diesbezügliche momentane Betriebszustand des Nutzfahrzeugs detektiert und beim Lenken von der Steuereinheit entsprechend berücksichtigt werden. Bei einem in Form eines Traktors ausgeführten Nutzfahrzeug, welches einen Frontlader aufweist, kann es insbesondere im beladenen Zustand des Frontladers bei einem mechanischen Lenkeinschlag und gleichzeitigem Bremsen bei einer Bergabfahrt zu kritischen Fahrsituation kommen, da unter Umständen in diesem Fall die Lenkung nicht anspricht oder die Lenkung übersteuert ist. Ein Maß der Drehung eines Fahrzeugs um seine Hochachse ist die Gierrate. In einer bevorzugten Ausführungsform ist daher ein Gierratensensor vorgesehen, mit welchem die Gierrate des Nutzfahrzeugs detektierbar ist, wobei die detektierte Gierrate bei der Drehmomentberechung einbeziehbar ist. Mithilfe des Gierratensensors wird daher die Drehung um die Hochachse des Nutzfahrzeugs detektiert, so dass in vorteilhafter Weise kritische Fahrsituationen vermieden werden können, wobei hierzu eine entsprechende Ansteuerung weiterer Baugruppen des Nutzfahrzeugs erforderlich sein kann, beispielsweise einer Radbremse.
Vorzugsweise ist eine von einem Bediener des Nutzfahrzeugs bedienbare Eingabeeinrichtung vorgesehen, mit welcher eine Richtungsänderung des Nutzfahrzeugs vorgebbar oder beeinflussbar ist. Unter einer Richtungsänderung ist insbesondere eine seitliche Abweichung der Fahrbewegung des Nutzfahrzeugs zu verstehen, welche als Ergebnis einer Lenkeingabe sich ergibt. Die Eingabeeinrichtung könnte beispielsweise ein Lenkrad, einen Joystick, ein Lenkpedal oder mindestens einen an einem Lenkrad des Nutzfahrzeugs angeordneten Schalter aufweisen. Falls die Eingaberichtung ein Lenkrad aufweist, an welchem ein Schalter vorgesehen ist, wäre eine nahezu herkömmliche Bedienung des Nutzfahrzeugs über das Lenkrad möglich, wenn beispielsweise der Schalter lediglich bei extremen Lenkeinschlägen betätigt werden kann. Hierdurch ist in vorteilhafter Weise eine kurze Einlernphase für einen ein Nutzfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Lenksystem bedienenden ungeübten Bediener möglich. Nun könnte das Nutzfahrzeug mit einem System ausgestattet sein, durch welches eine Sollfahrtrichtung vorgebbar ist. Beispielsweise könnte es sich bei einem solchen System um ein sogenanntes AMS - Agriculture Management Solutions - handeln, mit welchem beispielsweise ein in Form eines Traktors ausgebildetes Nutzfahrzeug eine Sollfahrtrichtung zur optimalen Feldbestellung empfängt, insbesondere mittels Funksignale. Ein solches System könnte beispielsweise ein Satellitennavigationssystem GPS (Global-Positioning-System) aufweisen, so dass im Idealfall ein Nutzfahrzeug auch autonom betrieben werden kann, das heißt ohne einen Bediener, da das Nutzfahrzeug vom GPS beziehungsweise AMS gesteuert einen vorgegebenen Weg durchlaufen soll. Ein solches System umfasst üblicherweise Computersysteme nebst Software, Sensoren und mobilen Steuereinheiten. In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform ist daher das vorgebbare Drehmoment aus einer Abweichung einer Istfahrtrichtung zu einer Sollfahrtrichtung des Nutzfahrzeugs ableitbar, so dass die Lenkung des Nutzfahrzeugs hierdurch entsprechend beeinflusst werden kann.
So könnte die Sollfahrtrichtung anhand einer vorgebbaren Fahrroute ableitbar sein. Die vorgebbare Fahrroute könnte zweckmäßigerweise in einer dem Nutzfahrzeug zugeordneten Speichereinheit abspeichert sein, und beispielsweise durch eine einmalige Benutzereingabe eingegeben und abgespeichert werden. Zur aktuellen Positionsbestimmung des Nutzfahrzeugs - z.B. beim Abfahren der vorgebbaren Fahrroute - könnte vorgesehen sein, dass dies anhand von Signalen eines Navigationssystems ableitbar ist, welche beispielsweise von mindestens einem Sender des Navigationssystems zum Nutzfahrzeug fernübertragbar sind. Insoweit könnte das Navigationssystem GPS umfassen, wie es für sich gesehen bereits aus dem Stand der Technik bekannt ist.
Für manche Applikationen kann es vorteilhaft sein, wenn eine Fernsteuerungseinrichtung vorgesehen ist, welche mindestens einen Sender und einen am Nutzfahrzeug angeordneten Empfänger aufweist. Mit der Fernbedienungseinrichtung ist das Nutzfahrzeug zumindest teilweise fernsteuerbar und mit ihr kann eine gewünschte Richtungsänderung des Nutzfahrzeugs von einem Bediener eingegeben werden. Beispielsweise könnte eine Fernsteuerungseinrichtung ähnliche Bedienelemente aufweisen, wie solche, die zur Ansteuerung von Modellautos oder Modellflugzeugen verwendet werden.
Ein elektrischer Antrieb weist mindestens einen elektrischen Motor auf, welcher vorzugsweise in Form eines Asynchronmotors ausgeführt ist. Asynchronmotoren sind preiswert in der Herstellung und daher kann ein erfindungsgemäßes Nutzfahrzeug mit relativ geringem Mehraufwand hergestellt werden. Vorzugsweise ist zwischen dem elektrischen Motor und dem ihm zugeordneten Rad mindestens ein Untersetzungsgetriebe vorgesehen, mit welchem eine hohe Drehzahl des elektrischen Motors auf eine niedrigere Drehzahl untersetzt werden kann, mit welcher das Rad letztendlich angetrieben wird.
Zur Erfassung des momentanen Betriebszustands des Nutzfahrzeugs ist einer bevorzugten Ausführungsform für jedes Rad ein Drehzahlsensor vorgesehen, welcher die momentane Drehzahl des jeweiligen Rads detektiert.
Ein Drehzahlsensor zur Detektion der Drehzahl eines Rads der Vorderachse könnte mittelbar oder unmittelbar an einem elektrischen Antrieb vorgesehen sein, so dass mittelbar oder unmittelbar die Drehzahl des elektrischen Antriebs gemessen wird, woraus die Drehzahl des jeweiligen Rads errechenbar ist. Dies ist insoweit vorteilhaft, als ein solcher Drehzahlsensor einfacher am elektrischen Antrieb anzuordnen und mit Leitungsverbindungen zu versorgen ist, da zum elektrischen Antrieb sowieso elektrische Leitungen verlaufen. Ganz besonders bevorzugt ist das vorgebbare Drehmoment in Abhängigkeit der detektierten Drehzahlen der einzelnen Räder errechenbar. Insoweit liegt hierbei gewissermaßen eine Kombination einer drehzahlgesteuerten und einer drehmomentgesteuerten Lenkung des Nutzfahrzeugs vor, wenn nämlich für eine vorgegebene Kurvenfahrt ein zu schnell drehendes kurveninneres Rad der dieses Rad antreibende elektrische Antrieb als Reaktion auf die Drehzahlmessung dieses Rads ein geringeres Drehmoment auf das Rad überträgt.
Falls die Umfangsgeschwindigkeit der der Hinterachse zugeordneten, mechanisch angetriebenen Räder jeweils größer als die der Vorderräder ist, so ist das Drehmoment an den Vorderrädern zu erhöhen, um die Umfangsgeschwindigkeiten aller Räder wieder anzugleichen und den Zugleistungsanteil der Vorderräder und somit der Vorderachse zu erhöhen. Falls die Vorderräder jeweils eine größere Umfangsgeschwindigkeit als die Hinterräder aufweisen, muss das vorgegebene Drehmoment an den Vorderrädern reduziert werden. Es wird also grundsätzlich versucht, eine möglichst kleine Differenz der Umfangsgeschwindigkeiten der Räder der beiden Antriebsachsen zu erreichen.
Bei Kurvenfahrten muss das kurvenäußere Rad eine höhere Umfangsgeschwindigkeit als das kurveninnere Rad aufweisen, da es - gemäß der Ackermann-Bedingung - einen größeren Kurvenradius durchfährt.
Daher ist in einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass beim Errechnen des zu übertragenden Drehmoments eines elektrischen Antriebs eines Rads die Differenz zwischen dem Mittelwert der Umfangsgeschwindigkeiten der der Hinterachse des Nutzfahrzeugs zugeordneten Räder und der Umfangsgeschwindigkeit des von diesem elektrischen Antrieb angetriebenen Rads berücksichtigbar ist. Hierdurch kann in Abhängigkeit einer jeweils eingestellten Lenkwinkelgeometrie und der jeweiligen Umfangsgeschwindigkeiten der Räder des Nutzfahrzeugs eine verbesserte Zuglastverteilung der einzelnen Antriebsachsen des Nutzfahrzeugs bei einer Kurvenfahrt erreicht werden, da in diesem Fall nahezu ideale kinematische Fahrverhältnisse vorliegen und somit keine Bremsmomente oder kein Schlupf eines Rads auftreten.
In diesem Fall wird das Nutzfahrzeug in vorteilhafter Weise beim Lenken unterstützt, indem das Drehmoment am kurvenäußeren Rad erhöht und am kurveninneren Rad erniedrigt wird. Durch diese Vorgehensweise überträgt die Vorderachse auch bei einer Kurvenfahrt entsprechende Zugleistung. Das am kurvenäußeren Rad vorgegebene Drehmoment kann bei engen Kurvenradien überproportional erhöht werden, um eine weitere Reduzierung des Wendekreises zu erreichen. Der Traktor wird dann aktiv um die Kurve gezogen.
Eine konkrete Umsetzung einer Berücksichtigung beim Errechnen des zu übertragenden Drehmoments eines elektrischen Antriebs eines Rads könnte mit Hilfe einer oder mehreren Lookup- Tabellen realisiert werden. Insbesondere könnten mehrere Tabellen vorgesehen sein, insbesondere für jede Betriebsart eine, zum Beispiel je nachdem, ob der elektrische Antrieb eine Vorwärts- oder eine Rückwärtsfahrt ausführt. In dieser Tabelle können nun Werte des zu übertragenden Drehmoments als Funktion des Lenkeinschlags des jeweiligen Rads der Vorderachse abgespeichert sein. Auch die Differenz der Mittelwerte der Umfangsgeschwindigkeiten der der Hinterachse des Nutzfahrzeugs zugeordneten Räder zu - der Umfangsgeschwindigkeit des entsprechenden Rads könnten darin abgespeichert sein.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass beim Überschreiten eines vorgebbaren Drehzahlschwellwerts eines von einem elektrischen Antrieb angetriebenen Rads eine Begrenzung des zu übertragenden Drehmoments dieses Rads vorgesehen ist. Hierdurch wird vor allem verhindert, dass ein elektrischer Antrieb ein vorgebbares Drehmoment auf das von ihm angetriebene Rad versucht zu übertragen, obwohl dieses Rad, warum auch immer, keinen Kontakt bzw. keine Traktion zum Untergrund hat und daher immer weiter beschleunigt werden würde .
Nun könnte die Ansteuerung der von den elektrischen Antrieben angetriebenen Rädern derart erfolgen, dass erst nach dem Überschreiten eines vorgebbaren Werts eines momentanen Betriebszustands des Nutzfahrzeugs und/oder erst nach einer Bedienereingabe jeweils unterschiedliche Drehmomente den von den elektrischen Antrieben angetriebenen Rädern vorgebbar ist. Diese Art der Ansteuerung stellt in gewisser Weise eine Schwellwertansteuerung dar.
Mit dem erfindungsgemäßen Lenksystem kann eine Ansteuerung der elektrischen Antriebe nicht-linear derart erfolgen, dass bei großen Kurvenradien eine bestmögliche Reifenschonung und/oder dass bei kleinen Kurvenradien ein minimaler Wendekreisdurchmesser erzielbar ist.
Weiterhin könnte eine Differentialsperrung aktivierbar sein, mit welcher gleiche Umfangsgeschwindigkeiten der von den elektrischen Antrieben angetriebenen Räder erzeugbar sind. Dies ist insbesondere für Geradeausfahrten sinnvoll.
Falls eine geringe Richtungsänderung des Nutzfahrzeugs gewünscht sein sollte, könnte diese lediglich durch eine vorgebbare, zu übertragende Drehmomentdifferenz der elektrischen Antriebe erzielbar sein. Ein Lenkeinschlag einer eventuell vorgesehenen mechanischen Lenkeinrichtung des Nutzfahrzeugs kann in diesem Fall unterbleiben.
Es gibt Fahrsituationen, in welchen auf eine im Wesentlichen gleichbleibende äußere Einwirkung auf das Nutzfahrzeug ein Gegenlenken des Nutzfahrzeugs als Reaktion auf diese Einwirkungen erforderlich ist. Ein Beispiel für eine solche äußere Einwirkung tritt bei einer Fahrt des Nutzfahrzeugs parallel zu einem Hang auf. In einem solchen Fall ist vorzugsweise vorgesehen, dass ein Gegenlenken des Nutzfahrzeugs lediglich durch eine Ansteuerung der elektrischen Antriebe erzielbar ist.
Weiterhin ermöglicht das erfindungsgemäße Lenksystem eine Ansteuerung der elektrischen Antriebe derart, dass eine - für sich gesehen aus dem Stand der Technik bekannte Fahrstabilisierung des Nutzfahrzeugs erzielbar ist. Hierdurch lassen sich in besonders vorteilhafter Weise die Sicherheitseigenschaften des Nutzfahrzeugs verbessern.
Die eingangs genannte Aufgabe wird in verfahrensmäßiger Hinsicht durch die Merkmale des Patentanspruchs 24 gelöst. Hiernach ist ein Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems für ein landwirtschaftliches oder industrielles Nutzfahrzeug dadurch gekennzeichnet, dass zum Unterstützen oder zum Bewirken eines Lenkens des Nutzfahrzeugs das zu übertragende Drehmoment eines kurvenäußeren Rads größer als das zu übertragende Drehmoment eines kurveninneren Rads ist.
Vorzugsweise dient das Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems nach einem der Patentansprüche 1 bis 23, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf den vorangegangenen Teil der Beschreibung verwiesen wird.
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigen in der einzigen
Figur in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
In der einzigen Figur sind schematisch einzelne Baugruppen eines landwirtschaftlichen Nutzfahrzeugs 10 gezeigt. Das landwirtschaftliche Nutzfahrzeug 10 ist in Form eines Traktors ausgebildet und umfasst eine Hinterachse 12, welcher die Räder 14 zugeordnet sind. Die Hinterachse 12 des Nutzfahrzeugs 10 wird von einem in Form eines Verbrennungsmotors ausgestalteten mechanischen Antrieb 16 über ein Getriebe und ein Differenzial angetrieben. Das Getriebe und das Differenzial sind der Einfachheit halber als eine Einheit 18 gezeigt.
Das landwirtschaftliche Nutzfahrzeug 10 umfasst eine Vorderachse 20, wobei für jede Achshälfte der Vorderachse 20 des Nutzfahrzeugs 10 ein elektrischer Antrieb 22, 24 vorgesehen ist. Der elektrische Antrieb 22 ist hierbei für die linke Achshälfte, der elektrische Antrieb 24 ist für die rechte Achshälfte der Vorderachse 20 vorgesehen. Mit den elektrischen Antrieben 22, 24 ist jeweils ein Rad 26 der Vorderachse 20 antreibbar.
Das landwirtschaftliche Nutzfahrzeug 10 umfasst ein erfindungsgemäßes Lenksystem, mit welchem ein Lenken des Nutzfahrzeugs unterstützt oder bewirkt werden kann, und zwar indem das zu übertragende Drehmoment eines kurvenäußeren Rads größer als das zu übertragende Drehmoment eines kurveninneren Rads ist. Hierzu ist eine Steuereinrichtung 28 vorgesehen, mit welcher die elektrischen Antriebe 22, 24 über die Steuerleitungen 30, 32 angesteuert werden. Das vorgebbare Drehmoment, welches von einem elektrischen Antrieb 22 bzw. 24 auf das jeweils angetriebene Rad 26 übertragbar ist, ist einerseits aus dem momentanen Betriebszustand des Nutzfahrzeugs ableitbar. Zum Erfassen des momentanen Betriebszustands des Nutzfahrzeugs sind mehrere Sensoren vorgesehen. Hierzu zählen insbesondere zwei Sensoren 34, welche die Drehzahl der der Hinterachse 12 zugeordneten Räder 14 detektieren. Weiterhin sind Drehzahlsensoren 36 vorgesehen, welche an den elektrischen Antrieben 22, 24 angeordnet sind und mit welchen die Drehzahl der der Vorderachse 20 zugeordneten Räder 26 mittelbar detektierbar sind. Weiterhin ist ein Gierratensensor 38 vorgesehen, welcher die Gierrate des Nutzfahrzeugs 10 detektiert mit, wobei die Gierrate mit dem Doppelpfeil bei dem Gierratensensor 38 angedeutet ist. Die Lenkeinschlagsensoren 40 detektieren den jeweiligen Lenkeinschlag der mechanischen Lenkeinrichtung 42, welche in Form einer Achsschenkellenkung ausgeführt ist. Die von den Sensoren 34, 36, 38 und 40 detektierten Signale werden über entsprechende Leitungen zu einer elektrischen Einheit 44 geleitet, welche ihrerseits über eine Verbindungsleitung mit der Steuereinheit 28 verbunden ist. Die elektrische Einheit 44 könnte auch in die Steuereinheit 28 eingegliedert werden.
Andererseits ist eine Bedienereingabe über das schematisch angedeutete Lenkrad 46 möglich. Die Bewegungen des Lenkrads 46 werden hierbei der Lenkeinrichtung 48 zugeführt, welche die Zylinder 50 der mechanischen Achsschenkellenkung 42 ansteuern. Die Lenkeinrichtung 48 ist über die Verbindungsleitung 52 mit der Steuereinrichtung 28 des erfindungsgemäßen Lenksystems verbunden. In unmittelbarer Umgebung des Lenkrads 46 ist ein - lediglich schematisch gezeigter - Schalter 54 angeordnet, mit welchem der Bediener des Nutzfahrzeugs 10 unmittelbar das erfindungsgemäße Lenksystem ansteuern kann. Somit werden die vom Schalter 54 erzeugten Signale über die Lenkeinrichtung 48 zur Steuereinrichtung 28 und somit auf die elektrischen Antriebe 22, 24 übertragen. An der Steuereinrichtung 28 ist eine Empfängerantenne 56 eingezeichnet, mit welcher Signale von einem in der einzigen Figur nicht eingezeichneten Navigationssystem oder von einer Fernsteuerungseinrichtung empfangen werden können.
Die beiden elektrischen Antriebe 22, 24 sind in Form von Asynchronmotoren ausgeführt. In dem in der einzigen Figur dargestellten Betriebszustand des Nutzf hrzeugs 10 weist die mechanische Lenkeinrichtung 42 keinen Lenkeinschlag auf. Ohne das erfindungsgemäße Lenksystem würde das Nutzfahrzeug lediglich geradeaus fahren. Durch Einbeziehung des erfindungsgemäßen Lenksystems sind jedoch auch bei keinem Lenkeinschlag der mechanischen Lenkeinrichtung 42 geringfügige Richtungsänderungen vom Nutzfahrzeug 10 ausführbar, so dass beispielsweise ein Gegenlenken des Nutzfahrzeugs als Redaktion auf eine im Wesentlichen gleichbleibende äußere Einwirkung auf das Nutzfahrzeug aktiv vom Bediener nicht erforderlich ist.
Abschließend sei ganz besonders darauf hingewiesen, dass die voranstehend erörterten Ausführungsbeispiele lediglich zur Beschreibung der beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele einschränken.

Claims

Patentansprüche
1. Lenksystem für ein landwirtschaftliches oder industrielles Nutzfahrzeug, insbesondere für einen Traktor, wobei für jede Achshälfte einer Achse - vorzugsweise einer Vorderachse (20) - des Nutzfahrzeugs (10) ein elektrischer Antrieb (22, 24) vorgesehen ist, mit welchem mindestens ein, der jeweiligen Achshälfte zugeordnetes Rad (26) antreibbar ist, wobei der elektrische Antrieb (22, 24) derart ansteuerbar ist, dass von dem elektrischen Antrieb (22, 24) ein vorgebbares Drehmoment auf das von ihm angetriebene Rad (26) übertragbar ist, und wobei vorzugsweise die einer mechanischen Antriebsachse - insbesondere einer Hinterachse (12) - des Nutzfahrzeugs (10) zugeordneten Räder (14) mit einem mechanischen Antrieb (18, 18) des Nutzfahrzeugs (10) antreibbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass zum Unterstützen oder zum Bewirken eines Lenkens des Nutzfahrzeugs (10) das zu übertragende Drehmoment eines kurvenäußeren Rads größer als das zu übertragende Drehmoment eines kurveninneren Rads ist.
2. Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das vorgebbare Drehmoment aus dem momentanen Betriebszustand des Nutzfahrzeugs (10) und/oder aus einer Bedienereingabe ableitbar ist.
3. Lenksystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der momentane Betriebszustand des Nutzfahrzeugs (10) einen Lenkeinschlag einer mechanischen Lenkeinrichtung (42) des Nutzfahrzeugs (10) umfasst, wobei vorzugsweise die mechanische Lenkeinrichtung (42) eine Vorderachslenkung umfasst.
4. Lenksystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Lenkeinrichtung (42) des Nutzfahrzeugs (10) in Form einer Achsschenkellenkung, eines Drehschemels oder eines Knicklenkers ausgebildet ist, wobei vorzugsweise der momentan vorliegende mechanische Lenkeinschlag mit einem Sensor (40) detektierbar ist.
5. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gierratensensor (38) vorgesehen ist, mit welchem die Gierrate des Nutzfahrzeugs (10) detektierbar ist, wobei die detektierte Gierrate bei der Drehmomentberechnung einbeziehbar ist.
6. Lenksystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine von einem Bediener des Nutzfahrzeugs (10) bedienbare Eingabeeinrichtung vorgesehen ist, mit welcher eine Richtungsänderung des Nutzfahrzeugs (10) vorgebbar oder beeinflussbar ist.
7. Lenksystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingabeeinrichtung ein Lenkrad (46), einen Joystick, ein Lenkpedal oder mindestens einen an einem Lenkrad (46) des Nutzfahrzeugs (10) angeordneten Schalter (54) aufweist .
8. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das vorgebbare Drehmoment aus einer Abweichung einer Istfahrtrichtung zu einer Sollfahrtrichtung des Nutzfahrzeugs (10) ableitbar ist.
9. Lenksystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollfahrtrichtung des Nutzfahrzeugs (10) anhand einer vorgebbaren Fahrroute ableitbar ist, welche in einer dem Nutzfahrzeug zugeordneten Speichereinheit abspeicherbar ist .
10. Lenksystem nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollfahrtrichtung anhand von Signalen eines Navigationssystems ableitbar ist, welche vorzugsweise von mindestens einem Sender des Navigationssystems zum Nutzfahrzeug fernübertragbar ist.
11. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fernsteuerungseinrichtung vorgesehen ist, welche mindestens einen Sender und einen am Nutzfahrzeug angeordneten Empfänger (56) aufweist, wobei mit der Fernbedienungseinrichtung das Nutzfahrzeug (10) zumindest teilweise fernsteuerbar ist und mit welcher eine gewünschte Richtungsänderung des Nutzfahrzeugs (10) eingebbar ist.
12. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrischer Antrieb (22, 24) mindestens einen elektrischen Motor aufweist, welcher vorzugsweise in Form eines Asynchronmotors ausgeführt ist, und dass vorzugsweise zwischen dem elektrischen Motor und dem ihm zugeordneten Rad (26) mindestens ein Untersetzungsgetriebe vorgesehen ist.
13. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes Rad (14, 26) ein Drehzahlsensor (34, 36) vorgesehen ist, welcher die momentane Drehzahl des jeweiligen Rads (14, 26) detektiert .
14. Lenksystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drehzahlsensor (36) mittelbar oder unmittelbar an einem elektrischen Antrieb (22, 24) vorgesehen ist.
15. Lenksystem nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das vorgebbare Drehmoment in Abhängigkeit der detektierten Drehzahlen der einzelnen Räder (14, 26) errechenbar ist.
16. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass beim Errechnen des zu übertragenden Drehmoments eines elektrischen Antriebs (22, 24) eines Rads (26) die Differenz zwischen dem Mittelwert der Umfangsgeschwindigkeiten der der mechanischen Antriebsachse (12) des Nutzfahrzeugs (10) zugeordneten Räder (14) und der Umfangsgeschwindigkeit des von diesem elektrischen Antrieb (22, 24) angetriebenen Rads (26) berücksichtigbar ist.
17. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass beim Überschreiten eines vorgebbaren Drehzahlschwellwerts eines von einem elektrischen Antrieb (22, 24) angetriebenen Rads (14, 26) eine Begrenzung des zu übertragenden Drehmoments dieses Rads (26) vorgesehen ist .
18. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass erst nach dem Überschreiten eines vorgebbaren Werts eines momentanen Betriebszustands des Nutzfahrzeugs (10) und/oder erst nach einer Bedienereingabe jeweils unterschiedliche Drehmomente den von den elektrischen Antrieben (22, 24) angetriebenen Rädern (26) vorgebbar ist.
19. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung der elektrischen Antriebe (22, 24) nicht-linear derart erfolgt, dass bei großen Kurvenradien eine bestmögliche Reifenschonung und/oder dass bei kleinen Kurvenradien ein minimaler Wendekreisdurchmesser erzielbar ist.
20. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine Differentialsperrung aktivierbar ist, mit welcher gleiche Umfangsgeschwindigkeiten der von den elektrischen Antrieben (22, 24) angetriebenen Räder (26) erzeugbar sind.
21. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine geringe Richtungsänderung des Nutzfahrzeugs (10) lediglich durch eine vorgebbare Drehmomentdifferenz der elektrischen Antriebe (22, 24) erzielbar ist.
22. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gegenlenken des Nutzfahrzeugs (10) als Reaktion auf eine im Wesentlichen gleichbleibende äußere Einwirkung auf das Nutzfahrzeug (10) - beispielsweise bei einer Fahrt parallel zu einem Hang - lediglich durch eine Ansteuerung der elektrischen Antriebe (22, 24) erzielbar ist.
23. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung der elektrischen Antriebe (22, 24) derart erfolgt, dass eine Fahrstabilisierung des Nutzfahrzeugs erzielbar ist.
24. Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems für ein landwirtschaftliches oder industrielles Nutzfahrzeug, insbesondere für einen Traktor, wobei für jede Achshälfte einer Achse - vorzugsweise einer Vorderachse (20) - des Nutzfahrzeugs (10) ein elektrischer Antrieb (22, 24) vorgesehen ist, mit welchem mindestens ein der jeweiligen Achshälfte zugeordnetes Rad (26) angetrieben wird, wobei ein elektrischer Antrieb (22, 24) derart angesteuert wird, dass von dem elektrischen Antrieb (22, 24) ein vorgebbares Drehmoment auf das von ihm angetriebene Rad (26) übertragen wird, wobei vorzugsweise die einer mechanischen Antriebsachse - insbesondere einer Hinterachse (12) - des Nutzfahrzeugs (10) zugeordneten Räder (14) mit einem mechanischen Antrieb (16, 18) des Nutzfahrzeugs (10) angetrieben werden, und wobei vorzugsweise das Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems nach einem der Ansprüche 1 bis 23 dient, dadurch gekennzeichnet, dass zum Unterstützen oder zum Bewirken eines Lenkens des Nutzfahrzeugs (10) das zu übertragende Drehmoment eines kurvenäußeren Rads größer als das zu übertragende Drehmoment eines kurveninneren Rads ist.
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