NL2004129C2

NL2004129C2 - Stuursysteem met parallelle hoeksensor gestuurde actuator.

Info

Publication number: NL2004129C2
Application number: NL2004129A
Authority: NL
Inventors: Cornelis Attema
Original assignee: Wetterwille Beheer B V De
Priority date: 2010-01-22
Filing date: 2010-01-22
Publication date: 2011-07-25
Also published as: EP2347945B1; EP2347945A1

Description

- 1 -

STUURSYSTEEM MET PARALLELLE HOEKSENSOR GESTUURDE ACTUATOR

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een stuursysteem voor een voertuig omvattende een verdraaibaar 5 stuurwiel, een door middel van besturingsmiddelen bedienbaar stuurorgaan, en een hydraulisch met het stuurwiel gekoppelde actuator die informatie van het stuurwiel overbrengt naar de besturingsmiddelen.

10 De uitvinding heeft voorts betrekking op een actuator die is ingericht om te worden gebruikt als parallelle actuator in het stuursysteem, en op een werkwijze waarbij door een verdraaien van een stuurwiel via koppeling met een hydraulisch gedeelte van een actuator stuursignalen via 15 besturingsmiddelen aan een stuurorgaan van een voertuig worden toegevoerd.

Een dergelijk stuursysteem voor voertuigen met bijbehorende werkwijze is bekend uit WO 2005/123486. Het 20 bekende stuursysteem omvat een verdraaibaar stuurwiel, een door middel van besturingsmiddelen in de vorm van een hydraulische stuurcilinder bedienbaar stuurorgaan, en een hydraulisch met het stuurwiel gekoppelde actuator uitgevoerd als een hulp actuator, die informatie van het 25 stuurwiel overbrengt naar de stuurcilinder. De hulp actuator die vast hydraulisch met het stuurwiel is gekoppeld is uitgevoerd met een regelklep met schuif wiens positie gelijke tred houdt met de verdraaiing van het stuurwiel en maatgevend is voor de totale hydraulische 30 opbrengst die beschikbaar is voor sturing van de stuurcilinder.

Op deze manier is de hulp actuator behulpzaam bij het verminderen van de krachten die nodig zijn om het stuurwiel dat via een hydraulische handpomp met de hulp actuator is 35 verbonden te verdraaien.

- 2 -

Doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een verbeterd stuursysteem en een dienovereenkomstige werkwijze waarbij voor het bedienen van het stuurwiel nog 5 minder krachten nodig zijn, en dat op eenvoudige wijze mogelijkheden biedt tot uitbreiding van het systeem met extra besturingen.

Daartoe heeft de stuursysteem overeenkomstig de 10 uitvinding het kenmerk dat het stuursysteem tevens omvat met het stuurwiel gekoppelde, eventueel contactloos werkende, hoekverplaatsing middelen voor het bepalen van hoek gerelateerde informatie, een tussen genoemde hoekverplaatsing middelen en de besturingsmiddelen 15 geschakelde parallelle actuator, en schakelmiddelen die zijn ingericht om bij het operationeel worden van de parallelle actuator de hydraulische koppeling met het stuurwiel te verbreken.

20 De dienovereenkomstige werkwijze volgens de uitvinding heeft het kenmerk dat na een verbreken van die koppeling de stuursignalen door, eventueel contactloos werkende, hoekverplaatsing middelen via een parallelle actuator aan de besturingsmiddelen worden toegevoerd.

25

Voordeel van het stuursysteem en de werkwijze volgens de uitvinding is dat de besturing uiterst licht hanteerbaar wordt, doordat bij het operationeel worden van de parallelle actuator de hydraulische connectie buiten 30 werking wordt gesteld c.q. de hydraulische koppeling wordt verbroken. Door de koppeling te vervangen door een contactloos werkende sensor wordt de hoekpositie van het al vrij lopende stuurwiel ook nog eens contactloos en dus zonder tegenkrachten anders dan de natuurlijke wrijving op 35 het stuurwiel gemeten. Ingeval van niet contactloos - 3 - werkende hoekverplaatsing sensoren kan bijvoorbeeld gedacht worden aan een -oneindig- verdraaibare, bij verdraaien in het algemeen ook weinig kracht vergende potentiometer.

5 Van voordeel is ook dat het stuursysteem volgens de uitvinding een dubbel systeem is, daar het twee parallelle en onder omstandigheden gescheiden van elkaar werkende takken heeft. Dat betekent dat bij niet goed functioneren van de ene systeemtak er altijd een andere is die als 10 reserve dienst kan doen, hetgeen een betrouwbare werking van het systeem volgens de uitvinding bevordert.

Van verder voordeel is dat het verplaatsen of het bij plaatsen van een of meer extra besturingen of 15 afstandsbesturingen eenvoudig door middel van een verlengen of elektrisch aftakken van betreffende elektrische leiding naar de contactloos metende hoekverplaatsing middelen kan worden gerealiseerd. Dit is eenvoudiger en veel minder omvattend dan het voorheen noodzakelijke onderbreken en 20 omleggen van volumineuze, zware leidingen en aansluitingen die ook nog eens aan voorgeschreven hoge eisen qua dichtheid dienen te voldoen.

Een uitvoeringsvorm van het stuursysteem volgens de 25 uitvinding heeft het kenmerk dat de schakelmiddelen verder zijn ingericht om bij een storing in de parallelle actuator de hydraulische koppeling met het stuurwiel tot stand te brengen.

Voordeel van de uitvoeringsvorm volgens de uitvinding 30 is dat de bedrijfszekerheid wordt verhoogd doordat bij een calamiteit als gevolg waarvan de parallelle actuator onvoldoende functioneert, de oorspronkelijke actuator door het omschakelen van de schakelmiddelen als noodsturing toch altijd direct beschikbaar blijft, wat erg belangrijk is 35 voor de veiligheid. Daarna ontstaat in die situatie, als - 4 - geen andere maatregelen worden getroffen zoals een reserve parallelle actuator, een klassiek handbediend hydraulisch en moeizaam verdraaibaar pomp stuursysteem.

5 De overige uitvoeringsvormen en de daarmee samenhangende voordelen zullen in de hierna volgende beschrijving nader worden toegelicht. Thans zullen met name het stuursysteem en de werkwij ze volgens de onderhavige uitvinding nader worden toegelicht aan de hand van de 10 onderstaande figuren, waarin overeenkomstige onderdelen van dezelfde verwijzingscijfers zijn voorzien. Daarbij toont: Figuur 1 schematisch een schakeldiagram van een mogelijke uitvoeringsvorm van het stuurschema volgens de uitvinding; en 15 Figuur 2; schematisch een schakeldiagram van een volgende mogelijke uitvoeringsvorm van het stuurschema volgens de uitvinding.

Figuren 1 en 2 tonen schakelschema's van diverse 20 uitvoeringsvormen van een stuursysteem 1 voor een voertuig, zoals bijvoorbeeld een schip of een tractor, maar ook voor andere mobiele toepassingen, zoals een zelfrijdend -groot-voertuig of een zelfrijdende machine. Het twee takken bezittende stuursysteem 1 omvat een verdraaibaar stuurwiel 25 2, een door middel van besturingsmiddelen 3 bedienbaar stuurorgaan 4, dat bij schepen wordt gevormd door ten minste één roer, en een hydraulisch met het stuurwiel 2 gekoppelde actuator 5 die door middel van hydraulische druk informatie van het stuurwiel overbrengt naar de 30 besturingsmiddelen 3. In de weergegeven schema's wordt deze informatie belichaamd door hydraulische verschildruk in hydraulische leidingen 6-1 en 6-2 die hier, vanuit een met het stuurwiel 2 direct of indirect, bijvoorbeeld via een pomp 9, zoals een helmpomp, aan de verdraaiing van het 35 stuurwiel 2 wordt ontleend. De leidingen, kortweg - 5 - gezamenlijk aangeduid met verwijzingscijfer 6, zijn aangesloten op de hydraulische besturingsmiddelen, in de vorm van bijvoorbeeld een hydraulische cilinder 3, waarin een dan met het roer 4 gekoppelde zuiger 7 onder invloed 5 van de verschildruk in twee richtingen beweegbaar is. In het algemeen kan het, eventueel handmatig verdraaibare, stuurwiel 2 voor het verdraaien van een zogeheten hekdrive, roerpropeller, schottel, azimut of buitenboordmotor zijn. Hierna wordt verder kortheidshalve slechts het roer 4 10 vermeld.

In de leidingen 6 zijn respectieve gestuurde terugslagkleppen 8-1, 8-2 opgenomen om scheiding van de beide takken van het systeem 1 te garanderen en om het roer 4 in positie te houden als dat niet bediend wordt. Bij het 15 in de ene draairichting verdraaien van het stuurwiel 2 zorgt de daarmee gekoppelde handpomp 9 voor een overdruk in de ene leiding 6, waardoor het roer 4 in de ene richting beweegt, en anders om. Bij het telkens tijdens het sturen verdraaien van het stuurwiel 2 moet voortdurend een 20 aanzienlijke kracht worden opgebracht om met de pomp 9 de noodzakelijke hydraulische verschildruk in leidingen 6 op te brengen. Verder is het realiseren van een extra bedienpunt op afstand van de vast plaats van het stuurwiel 2 een behoorlijke klus, omdat dit in de praktijk leidt tot 25 het aanleggen, en bij voorkeur enigszins wegwerken van zware en moeilijk te hanteren hydraulische leidingen.

Het stuursysteem 1 omvat tevens met het stuurwiel 2 gekoppelde, mogelijk doch noodzakelijkerwijze contactloos, werkende hoekverplaatsing middelen 10 voor het bepalen van 30 de hoek gerelateerde informatie van het stuurwiel 2, en een tussen genoemde hoekverplaatsing middelen 10 en de besturingsmiddelen 3 geschakelde parallelle actuator 11 in de tweede tak. Verder omvat het systeem 1 schakelmiddelen 12 die zijn ingericht om bij het operationeel worden van de 35 parallelle actuator 11 de hydraulische koppeling tussen in - 6 - dit geval het stuurwiel 2 en de normaal daarmee gekoppelde hydraulische pomp 9 met het stuurwiel 2 te verbreken. Als nu wordt omgeschakeld naar de andere toestand, namelijk naar de hierna verder toe te lichten parallelle actuator 5 11, waarbij tevens het stuurwiel 2 'los' wordt gemaakt van de hydrauliek en het stuurwiel 2 dus vrij loopt van de pomp 9, is voor het verdraaien nog slechts zeer weinig energie nodig, terwijl de nodige hoek- of hoek gerelateerde informatie van met het stuurwiel 2 gekoppelde 10 hoekverplaatsing middelen 10 afkomstig is. Voorbeelden van op zichzelf gangbare contactloos werkende hoekverplaatsing middelen 10 werken elektrisch, magnetisch, optisch, stroboscopisch en/of elektromagnetisch. Ook behoort een potentiometer tot de mogelijkheden. Kortom op een of andere 15 manier wordt de hoekverdraaiing van het stuurwiel of de wiskundige eerste afgeleide daarvan gebruikt om via de parallelle actuator 11 de positie van het roer 4 dienovereenkomstig te beïnvloeden. In eerste aanleg zal een van de middelen 10 afkomstig bijvoorbeeld elektrisch 20 signaal beschikbaar zijn, waaruit door de parallelle actuator 11 de hydraulische verschildruk in de leidingen 6-1 en 6-2 zal worden afgeleid. De actuator 11 is bij voorkeur programmeerbaar uitgevoerd om daarmee met voordeel een gewenste relatie te kunnen instellen tussen de 25 hoekverplaatsing c.q. hoekverplaatsing snelheid van het stuurwiel 2 en de mate of snelheid waarmee het roer 4 zich als gevolg daarvan verplaatst. De programmeerbaar instelbare relatie is bijvoorbeeld lineair zoals in het bij zonder geschikt voor vaartuigen met buitenboordmotoren 30 waarbij in het algemeen een vrij directe stuurwerking gewenst wordt, of bijvoorbeeld parabolisch wat bij waterverplaatsende schepen de voorkeur heeft, in welk geval veelal een 'omgekeerde' werking gewenst wordt.

In de praktijk is het noodzakelijk om er om 35 veiligheidsredenen voor te zorgen dat de schakelmiddelen 12 - 7 - verder zijn ingericht om bij een storing in de parallelle actuator 11 de oorspronkelijke hydraulische koppeling met het stuurwiel 2 tot stand te brengen, zodat dan weer klassiek, veilig, doch zwaar, gestuurd kan worden.

5 In de in de figuren 1 en 2 hydraulisch verder uitgewerkte schema's zijn de hydraulische schakelmiddelen 12 uitgevoerd met een elektrisch bediende hydraulische schuifklep 13 die na het bekrachtigen bij het in de figuren naar links verschuiven de druk in de leidingen 6 10 minimaliseert. Hierdoor blijft het stuurwiel 2 wel met de pomp 9 verbonden, maar levert de pomp geen druk en zal het dan vrijwel geen kracht meer kosten om het stuurwiel 2 te verdraaien.

De schakelmiddelen 12 in de eerste tak schakelen op 15 commando van de bestuurder om naar de parallelle actuator 11 in de tweede tak die een door een motor M aangedreven pomp 14 heeft. De motor M kan een elektromotor of een hydraulisch, mechanisch of pneumatisch aangedreven motor of een verbrandingsmotor zijn. Op verder op zichzelf bekende 20 wijze wordt ervoor gezorgd dat de hydraulische verschildruk in de leidingen 6 wordt geregeld door een door de hoekverplaatsing middelen 10 geleverd regelsignaal R. Dit regelsignaal bevat een maat voor de mate waarin het stuurwiel 2 tijdens vrijloop over een zekere hoek wordt 25 verdraaid.

Hiervoor zijn afgezien van de in de figuren 1 en 2 getoonde schema's verscheidene mogelijkheden. Daartoe kan bijvoorbeeld ook de motor M elektronisch geregeld worden door het regelsignaal R om de genoemde verschildruk tot 30 stand te brengen.

Zoals het schema van figuur 1 toont wordt de druk van de pomp 14 geregeld in afhankelijkheid van het regelsignaal R. Bij het inschakelen van de schakelmiddelen 12 schuift de schuif van een tussen de leidingen 6-1 en 6-2 opgenomen 35 klep 15 naar links en loopt het hydraulische medium naar - 8 - een door het regelsignaal geregeld kleppensysteem 16 voor het tot stand brengen van de gewenste positieve of negatieve genormeerde verschildruk in de leidingen 6-1 en 6-2 .

5 In figuur 2 is een volgende hydraulische variant getoond, waarbij door een regelbaar kleppensysteem 161 ook op basis van informatie uit de middelen 10 de verschildruk in de leidingen 6 wordt afgeregeld ter besturing van het roer 4.

10 Beide kleppensystemen 16 en 16' zijn ingericht als omkeerinrichting om het vaartuig naar beide vaarrichtingen te kunnen keren.

Door op geschikte plaatsen sensoren aan te brengen, waarmee een correcte werking van de parallelle actuator 11 15 wordt bewaakt of gewoon een noodknop aan te brengen, kan automatisch of handmatig, in geval van calamiteiten worden omgeschakeld naar het originele handgedreven, veilige helmpomp 9 stuursysteem 1.

Eén van de contactloze middelen 10 afkomstig 20 elektrisch regelsignaal R kan desgewenst worden gecombineerd of zelfs vervangen worden door elektrische van een automatische piloot afkomstige elektrische richting signalen, zodat deze dan -ook- de richting waarin het voertuig gaat, bepalen.

25 Waar mogelijk kan, waarvoor hierboven voor een hydraulische oplossing is gekozen, althans gedeeltelijk gebruik worden gemaakt van elektrische, mechanische, pneumatische of elektromechanische equivalente (combinaties van) onderdelen.

Claims

1. Stuursysteem voor een voertuig omvattende: - een verdraaibaar stuurwiel, 5. een door middel van besturingsmiddelen bedienbaar stuurorgaan, en - een hydraulisch met het stuurwiel gekoppelde actuator die informatie van het stuurwiel overbrengt naar de besturingsmiddelen, 10 met het kenmerk dat het stuursysteem tevens omvat: - met het stuurwiel gekoppelde, eventueel contactloos werkende, hoekverplaatsing middelen voor het bepalen van hoek gerelateerde informatie, - een tussen genoemde hoekverplaatsing middelen en 15 de besturingsmiddelen geschakelde parallelle actuator, en - schakelmiddelen die zijn ingericht om bij het operationeel worden van de parallelle actuator de hydraulische koppeling met het stuurwiel te 20 verbreken.

2. Stuursysteem volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de schakelmiddelen verder zijn ingericht om bij een storing in de parallelle actuator de hydraulische koppeling 25 met het stuurwiel tot stand te brengen.

3. Stuursysteem volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk dat het stuursysteem ten minste één in ten minste één van de actuator en parallelle actuator opgenomen 30 omkeerinrichting omvat voor het in de ene en andere richting bewegen van het stuurorgaan.

4. Stuursysteem volgens één van de conclusies 1-3, met het kenmerk dat de besturingsmiddelen een hydraulische 35 met het verdraaibare stuurwiel gekoppelde cilinder omvat, - 10 - en het, eventueel handmatig verdraaibare, stuurwiel het roer van een schip, en/of een hekdrive, roerpropeller, schottel, azimut of buitenboordmotor omvat.

5. Stuursysteem volgens conclusie 4, met het kenmerk dat de actuator een hydraulische door verdraaien van het stuurwiel aangedreven handpomp omvat.

6. Stuursysteem volgens conclusie 5, met het kenmerk 10 dat de handpomp een helmpomp is.

7. Stuursysteem volgens conclusie 5 of 6, met het kenmerk dat de schakelmiddelen zijn ingericht om op het moment dat deze worden ingeschakeld de handpomp hydraulisch 15 kort te sluiten.

8. Stuursysteem volgens één van de conclusies 1-7, met het kenmerk dat de schakelmiddelen zijn ingericht om op het moment dat deze worden ingeschakeld het stuurwiel te 20 laten vrijlopen van de actuator.

9. Stuursysteem volgens één van de conclusies 1-8, met het kenmerk dat de, eventueel contactloos werkende, hoekverplaatsing middelen elektrisch, magnetisch, optisch, 25 stroboscopisch en/of elektromagnetisch werkende middelen bevat.

10. Stuursysteem volgens één van de conclusies 1-9, met het kenmerk dat de besturingsmiddelen hydraulisch, 30 pneumatisch, motorisch mechanisch en/of elektrisch zijn uitgevoerd.

11. Actuator ingericht om te worden gebruikt als parallelle actuator in het stuursysteem volgens één van de 35 conclusies 1-10, met het kenmerk dat de parallelle actuator - 11 - is voorzien van een elektrisch deel voor aansluiting op, eventueel contactloos werkende, hoekverplaatsing middelen, en is voorzien van een hydraulisch deel voor aansluiting op de hydraulische besturingsmiddelen. 5

12. Werkwijze waarbij door een verdraaien van een stuurwiel via koppeling met een hydraulisch gedeelte van een actuator regelsignalen via besturingsmiddelen aan een stuurorgaan van een voertuig worden toegevoerd, 10 met het kenmerk dat na een verbreken van die koppeling de regelsignalen door, eventueel contactloos werkende, hoekverplaatsing middelen via een parallelle actuator aan de besturingsmiddelen worden toegevoerd.