-
Einrichtung zur automatischen Regelung und manuellen Beeinflussung
der Lenkung, insbesondere für Traktoren und seLbstfahrende Landmaschinen Die Erfindung
betrifft eine Einrichtung zur automatisohen Regelung und manuellen Beeinflussung
der Lenkung, insbesondere für Traktoren und selbstfahrende Landmaschinen, die eine
gefahrlose Übersteuerung der Lenkung von Hand bei eingeschalteter Automatik ermöglicht
und es gestattet, die Führungsgröße individuell entsprechend den gegebenen Erfordernissen
zu beeinflussenÓ Es ist bekannt, zur Beeinflussung der Lenkung elektrohydraulische
Regelkreise in verschiedenen Varianten einzuschalten.
-
Dabei wird bei eingeschalteter Lenkautomatik das Lenkrad stillgesetzt
bzw. entsprechend der Lenkbewegung selbsttätig bewegt, Weiterhin ist eine handbetätigte
hydraulische Übersteuerung der Automatik bekannt, die jedoch funktionsunsicher ist0
Die vollhydraulischen Lenkungen lösen das Übersteuerungsproblem während der Automatikstellung
durch Veränderung der Bührungsgröße. Die Regelgrößen stehen dabei in nichtliniearem
funktionellen Zusammenhang mit den Regelstrecken. Die Abhängigkeiten sind durch
eingestellte Parameter vorgegeben. Bei eingeschalteter Automatik stillgesetzte Lenkräder
keine Lenkung von Hand ermöglichen und nicht stillgesetzte Lenkräder mit großem
Kraftaufwand durch die Automatik bewegt werden, ergibt sich zwangsläufig eine hohe
Unfallgefährdung durch das sich bewegende Lenkrad bzw durch die nicht sofort bestehende
Eingriffsmöglichkeit bei Störeinflüssen. Der elektrische Teil der Regelkreise besteht
in der Hauptsache aus Meßwerk- und Ruckführungsgebern, falls nicht eine starre Rückführung
vorgesehen ist. Die resultierenden Regelgrößen finden in der Regel in Zweikanalverstärkern
ihre Auswertung und gelangen als deren Ausgangsgrößen als Beaufschlagungswert an
elektrisch betätigte Wegeventile, die entsprechend dem elektrischen Signal die Stellglieder
von hydraulischen oder pnaumatischen
Kreisen steuern. Ebenfalls
sind Regelkreise ohne elektrische Zweige bekannt.
-
Vorwiegend werden neben vollhydraulischen oder vollpneumatischen Lenkungen
hydraulische oder pneumatische Lenkhilfen mit Anschlußmöglichkeit zur automatischen
Beeinflussung der Lenkkung, insbesondere über Umschaftventile angewendet. Bei der
Beeinflussung der Lenkung durch seitlich liegende Objekte über d die Meßwertgeberdrehpunkte
nicht gelegt werden können, ergeben sich unsymetrische Nichtlinearitäten im funktionellen
Zusammenhang zwischen Regelgrößen und Regelstrecken, die insbesondere bei der Anwendung
an einem Mähdrescher, zur Verringerung der möglichen Schnittbreite führen, Der Zweck
der Erfindung bestaht darin, die technisch mögliche Arbeitsbreite auch bei autematischer
Lenkung vollständig auszunutzen und eine Unfallgefährdung.des Fahrers während der
Fahrt durch das sich drehende Lenkrad zu vermeiden.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur automatischen
Regelung und manuellen Beeinflussung der Lenkung zu schaffen, durch die dem Regelkreis
unsymmetrische nic-htiineare Arbeitskennlinien der Regelgröße, bezüglich Führungsgröße
und Regelstrecke, verliehen werden und somit die Stabilität des Regelkreises erhöht
und damit die Anwendung auch für Fahrzeuge mit ungünstiger Lenkgeometrie ermöglicht
wird. Weiterhin ist die Regeleinrichtung für die Lenkungsbeeinflussung so zu gestalten,
daß sie gefahrlos während der Fahrt in und außer Betrieb gesetzt werden kann, eine
Falschbedienung beim Umschalten von Hand lenkung auf Automatikbetrieb und umgekehrt
ausschließt und Lenkkorrekturen ohne Außerbetriebsetzung des Regelkreises zuläßt.
-
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß bei Abtastung von
seitlichen Objekten, über deren Grenzlinie die Meßwertgeberdrehpunkte nicht gelegt
werden können, an den Meßwe gebern mechanisch ein Nullwinkel eingestellt wird, der
durch eine Referenzspannung auf einen Geradeausfahrtswlnkel einstellbar
ist.
Eine Veränderung des Geradeausfahrtwinkels ist durch Änderung der Referenzspannung
möglich und bewirkt gleichzeitig eine Änderung des Normabstandes der Meßwert#geber
vom abzutastenden Objekt. Die Referenzspannung kommt zur Wirkung, indem die Sekundärspannung
der Meßwertgeber über einen Referenzspannungsgeber geleitet wird. Der Referenzspannungsgeber
erhält seine Erregung über einen Primärregler, der für den Betrag der Referenz spannung
maßgebend ist. Die Einstellung der Phase und die Verteilung derselben auf rechts-
und linksseitigen Kanal geschieht durch Kopplungsvaration über polaritäts- oder
phasenbeeinflussende Glieder im Referenzspannungsgeber. Weiterhin wird der elektrische
Teil des Regeikreises zur Lenkbeeinflussung durch eine Haupttrennstelle, die mit
der Schutzabdeckung des Lenkrades betätigungsmäßig verbunden ist, so ein- und ausgeschaltet
daß beim Entfernen der Schutzabde'ckung ein elektrisch auslösbares Umschaltventil
die Speisung eines hydraulischen oder pneumatischen Stellgliedes im Regelkreis auf
Handbetätigung umstellt. Dabei ist das Randsteuerventil mit der Lenkradbewegung
betätigungsmäßig gekoppelt In Automatikstellung liegt das Stellglied über dem Umschaltventil
an einem elektrisch verstellbaren Wageventil. Die Haupttrennstelle wird hierbei
durch Kontaktgabe einer vorzugsweise über dem Lenkrad angeordneten Schalteinrichtung
geschlossen.
-
Eine handbetätigte Ubersteuerung des Regelkreises ist in Automatikstellung
ohne Eingriff -ins Lenkrad durch Mitten- und Seitentrennstellen möglich. Die Mittentrennstellen
unterbrechen dabei alle Gebererregungsspannungen außer der vom Rückführungs geber.
Hat der Rckführungsgeber sekundärseitig unsymmetrische Spannungen, so entsteht eine
Regelgröße , die bewirkt, daß die Lenkung über das Stellglied in der Regel auf Geradeausfahrt
eingestellt wird. Die Seitentrennstellen unterbrechen bei geschlossener Mittentrennstelle
die Sekundärsteuersignale auf der ihr jeweils zugeordneten Seite Dadurch entsteht
eine Regelgröße, die einen Lenkeinschlag nach der jeweils gewünschten Seite bewirkt.
Werden beide Seitentrennstellen gleichzeitig betätigt, so bleibt der Lenkeinschlag
erhalten, der zum Zeitpunkt der Betätigung bestand. Durch Anordnung weiterer Mitten-und
Seitentrennstellen,
die entsprechend ihrer Zuordnung untereinander in UND-Schaltung verbunden sind,
besteht auch die Möglichkeit, die Maschine von beliebigen Standorten außerhalb des
Fahrerstandes in Automatikstellung von Hand zu übersteuern.
-
Außerdem ist es möglich die Lenkautomatik durch drahtlose Fernsteuerung
zu betätigen Durch die Anwendung der Referenzspannung läßt sich manuell der Störgrößeneinfluß
teilweise einschränken oder kompensieren.
-
Der Normabstand kann laufend nachgestellt werden. Besonders bei Mähdreschern
mit Kopierlenkung ist die unsymetrische Regelgrößenerzeugung bezüglich des Normabstandes
der Meßwertgeber von der Grenze des abzutastenden Objektes durch die Referenzspannung
vorteilhaft, weil damit erreichbar ist, daß die Maschine bei zu starkem Hineinfahren
in den Bestand mit entsprechendem Lenkausschlag wieder herausgeführt wird0 Durch
die Umschaltung des Regelkreises von Handbetätigung auf Automatik wird eine wesentliche
Verbesserung des Arbeitsschutzes erreicht.' Bei automatischer Lenkbeeinflussung
ist es nicht erforderlich das Lenkrad stillzusetzen. Dadurch ist der Regelkreis
auch bei Lenkgetrieben mit einer pneumatischen oder hydraulischen Lenkhilfe anwendbar.
Die Verkleidung des Lenkrades verhindert unbeabsichtigte Eingriffe und gestattet
dem Fahrer bei gewohnter Armhaltung sich an Griffstücken auf der Lenkradabdeckung
festzuhalten. Die in den Griffstücken v%gesehenen Seitentrennstellen ermöglichen
ohne Entfernen der Hände von den Griffstücken eine Beeinflussung der Lenkung bei
eingeschalteter Automatik. Dies ist vor allem während der Arbeit mit zeitweilig
notwendigen Lenkkorrekturen erforderlich0, Eine Lenkung beeinflussung ist auch an
mehreren automatisch nach de;n Eoplerprinzip geführten Maschinen ohne wesentlichen
zusätzlichen Aufwand durch Fernbedienung drahtlos möglich Die Erfindung wird nachstehend
an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
Fig.
- Ii ein vereinfachtes Schaltbild des Regelkreises, Fig. 2 : die Draufsicht auf
einen schematisch dargestellten Mähdrescher mit den auftretenden charakteristischen
Daten einer Meßwertgebereinstellung bei Anwendung der Referenzspannung, Fig. 3 :
eine Lenkradabdeckung mit in den Griffstücken angeordneten Seitentrennstellen bei
Automatikstellung, Fig. As eine Draufsicht nach Fig. 3, Fig. 5: eine klappbare Lenkradabdeckung
in Automatikstellung, BigT 6: die Haupttrennstelle nach Fig. 5 bei Hand lenkung.
-
Aus Fig. 1 sind Aufbau und Arbeitsweise des Regelkreises ersichtlich.
Zwei Meßwertgeber 1; 2 ermitteln je einen Meßwertgeberwinkel 0 als Maß des Abstandes
bezüglich einer Regelstrecke 3. Entsprechend der gewünschten Stabilität des Regelkreises
sind ein, zwei oder mehrere Meßwertgeber vorgesehen, Die Meßwertgeber 1; 2 setzen
die Meßw'ertgeberwinkelOC in Ausgangsgrößen U der Meßwertgeber 1; 2, beispielsweise
in Sekundärspannung umo Die Ausgangsgrößen U der Meßwertgeber 1; 2 werden in jeweils
der entsprechenden Seite zugeordneten Kanälen gemischte Die resultierenden Ausgangsgrößen
UM passieren einen Referenzspannungsgeber 4, der sie mit einer Referenzs-oannung
# u überlagert. Nach dem Referenzspannungsgeber 4 gelangen die Signale des jeweiligen
Kanals über Seitentrennstellen 5 bzw0 6 an zugeordnete Mischstellen, an denen die
Ausgangsgrößen UR eines Rückführungsgebers 7 gegengeschal tet anliegens Hinter diesen
Mischstellen ;Liegt eine sich am Eingang eines Zweikanalverstärkers 8 auswirkende
Eingangsgrößendifferenz # xe an. Die Ausgangsgröße des Zweikanalverstärkers 8 beaufschlagt
ein elektrisch verstellbäres Wegeventil 9, im vorliegenden Beispiel ein 5/3-Wegeventil.
Bei
ausgelöstem Wegeventil 9 gelangt ein hydraulischer oder pneumatischer
Druckstrom über ein Umschaltventil 10 in ein Stellglied 11, das als Umsetzer von
hydraulischer oder pneumatischer in mechanische Energie wirkt. Das Umschältventil
10 ist im angegebenen Fall ein 9/2-Wegeventil, mit Federrückführung in die handbetätigte
Stellung, zur Beaufschlagung des Stellgliedes 11.
-
Das Stellglied 11 wirkt als eine hydraulische oder pneumatische Lenkhilfe,
die mechanisch mit einem Handsteuerventil 12 gekoppelt ist. Das Handsteuerventil
12 ist im vorliegenden Fall ein 4/3-Wegeventil. Das Stellglied 11 bewirkt durch
seine Verstellung die Umsetzung eines Stellweges in eine Winkelstellung, der dem
Rückführungsgeberwinkel ß entspricht.
-
Der Rückführungsgeber 7 setzt den Rückführungsgeberwinkel ß in seine
Ausgangsgröße UR um, Damit ist der Regelkreis geschlossen0 Ein Druckstromerzeuger
13 treibt einen hydrautischen oder pneumatischen Druckstrom an, dessen Druck durch
einen Druckbegrenzer 14 konstant gehalten wird. Zur Anzeige des Druckes dient ein
Manometer 15. Nach Passieren eines Filters 16 gelangt der Druckstrom zum Handsteuerventil
12 und zu elektrisch verstellbaren Wegeventil 90 Eine Bordnetzanlage 17 dient zur
elektrischen Versorgung des Regelkreises. Mit einer Haupttrennstelle 18 wird bei
Umstellung auf Handlenkung die Stromversorgung des Umschaltventils 10 unterbrochen.
Dabei zieht eine Feder im Umschaltventil 10 einen Steuerschieber in die Ruhelage.
Bei dieser Stellung des Umschaltventils 10 ist die Handbedienung möglich. Außerdem
unterbricht die Haupttrennstelle 18 die Versorgung eines fransverters 19, wodurch
die Erregung aller Geber 1; 2; 4; 7 unterbrochen ist und dieselben außer Funktion
gesetzt sind.
-
Hinter dem Transverter 19 befindet sich eine Verzweigung der Gebererregung.
In einem direkten Zweig liegt die Erregung des Riickführungsgebers 7, während die
Erregung der Meßwertgeber 1 ; 2 und des Referenzspannungsgebers 4 erst über die
Mittentrennstelle 20 gelangt, bei deren Unterbrechung nur der Rückführungsgeber
7 erregt wir.d und auf bereits teschriebene Art die Gwradeausstellung durch das
Stellglied 11 bewirkt. Mit
gleichzeitiger Unterbrechung der Seitentrennstellen
5 ; 6 ist offensichtlich der gleiche Effekt erreichbar, während bei Betätigung nur
einer Seitentrennstelle 5 oder 6 auf dem Jeweiligen Kanal infolge eines, die maximale
Eingangsgrößendifferenz # xe übersteigenden, Signals das Stellgleid 11 solange ausgelenkt
ist, bis die betreffende Seiten trennstelle 5 oder 6 wieder geschlossen, oder die
andere Seitentrennstelle 6 oder 5 bzw. die Mittentrennstelle 20 geöffnet ist Dadurch
läßt sich unabhängig von den Winkeln & und der Regelkreis auch so von Hand übersteuern,
daß jede gewünschte Auslenkung nach beiden Seiten möglich ist. Bei einer derartigen
Auslenkung nach einer Seite stellt sich mit dem Augenblick des gleichzeitigen Betätigens
der anderen Seitentrennstelle 5 oder 6 oder der Mittentrennstelle 20 bzw. der folgenden
Betätigung der Mittentrennstelle 20, die Einlenkung auf Geradeausfahrt ein. Wird
die allein betätigte Seitentrennstelle 5 oder 6 wieder losgelassen, stellt sich
ein Rückführungsgeberwinkel ß entsprechend dc n den rtgeberwinkeln ein. Räumlich
sind die Seitentrennstellen 5; 6 und die Mittentrennstelle 20 in einer Aufnahme
21 untergebracht. Hinter der Mittentrennstelle 20 gelangt die Erregung in die Meßwertgeber
1; 2 und über einen Primä-rregler 22 in den Referenzspannungsgeber 4. Mit dem Primärregler
22 ist. der Betrag der Referenzspannung # U stetig einstellbar. Richtige Phase bzw.
Polarität und richtige Betragsverteilung werden durch ents rechende Schaltelemente
und durch Kopplungsvariation im Referenzspannungsgeber 4 vorgenommen.
-
In Fig. 2 sind die Meßwertgeber 1i 2 an einem Mähdrescher mit Seitlicher
Abtastung eines Objejftes 23 unter Benutzung der Referenzspannung # # U in seiner
Arbeitsweise dargestellt. Bei einem Tastarm mit einer Länge # und einem Abstand
a vom Obje 23 sowie einem Abtastwinkel oC ergibt sich die Beziehung # = sin &
Wenn der Abstand a sich linear ändert, ändert sich & zunehmend
stärker.
Das führt zu dem Ergebnis, daß mit wachsendem Abstand a der Winkel & zunehmend
größer wird, d. h. die Maseine fährt mit größerem Winkel in den Bestand hinein,
als sie mit abnehmendem Abstand a widder herausgeführt wird, Dies bedeutet, daß
die vorhandene Arbeitsbreite nicht optimal ausgenutzt wird und bei ungünstiger,
Lenkgeometrie berits'bei niedriger Fahrgeschwindigkeit Instabilitäten des Regelkreises.
-
auftreten, Wird der Meßwertgeber 1; 2 mechanisch für Geradeausfahrt
auf einen Nuliwinkel # D' dann anschließend durch die Referenz spannung 6 u auf
den Normabstand a mit dem Geradeausfahrtwinkel &. eingestellt, so ergeben sich
folgende Beziehungen:
D. h. sin ß wächst mit wachsendem a schwächer als der Abstand a. Die/lenkbeeinflußte
Maschine wird also (nach den Beziehungen der Fig. 2) mit wachsendem Abstand a abnehmend
stark, an das Objekt 23 herangeführt, und mit abnehmendem Abstand a, besonders unterhalb
des Abstandes a0.,' zunehmend stark vom Objekt 23 weggeführt. Dieser geschilderte
Umstand bewirkt, daß die, technische Arbeitsbreite fast vollständig ausnutzbar isb.
Der Regelkreis beginnt erst bei höh#eren Fahrgeschwindigkeiten in-stabil zu werden,
weil seine Überschwingneigung durch die abnehmend starke Annäherung an das Objekt
23 stark gedämpft wird.
-
Bei entsprechender Relation zwischen Geradausfahrtwinkel & und
Nullwinkel #0 0 ergibt sich'ein Kurvenverlauf nach der Funkt ion
Durch die mechanische Einstellung des Nullwinkels #0 und durch
die Verstellung der Referenzspannung a U läßt sich der Kurvenverlauf beeinflussen,
Die Maschine kann so den wechselnden Verhältnissen des Objektes 23 best#möglich
angepaSt werden, Die in Fig. 3 und Bigo 4 dargestellte Variante einer Tenkradabdeckung
befindet sich in Automatikstellung mit einer Gegenauflage 24 auf einer Auflage 25,
die als Abstützmittelpunkt angeordnet, über einer Lenksäule 26 mit einem Lenkrad
27, .vorgesehen ist. Durch eine Verkleidung 28 ist das Lenkrad 27 unfallsicher umschlossen*
In der Mittelbohrung der Gegenauflage 24 ist die Haupttrennstelle 18 angebracht,
die in geschlossener Stellung dargestellt ist. Auf der Verkleidung 28 befindet sich
die Aufnahme 21, die an den Enden mit Griff stücken 29, versehen ist. In den Griff
stücken 29 der Aufnahme 21 befinden sich je eine Seitentrennstelle 5 und 6, und
in der Mitte der Aufnahme die Mittentrennstelle 20. Durch die Griff stücke 29 der
Aufnahme 21 kann der Fahrer die gewohnte Armhaltung auch bei überdecktem Lenkrad
27 einnehmen und ohne Freigabe der Griffstücke 29 den Regelkreis von Hand übersteuern.
-
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel (Fig. 5) sind die Mittentrennstelle
20 und Seitentrennstellen 5t 6 in einer Ebene nebeneinander angeordnet. Eine derartige
Anordnung ist für solche Maschinen geeignet, bei denen der Fahrer seinen Sitz zum
Überwachen der Arbeitsorgane oder dgl. verlassen kann und bei eingeschalteter Lenkautomatik
keine Griffstücke in der Nähe des Lenkrades 27 benötigt. An einer fialterung 30
ist die gesamte Schutzabdeckung angelenkt. Nach der Darstellung ist die Automatik
eingeschaLtete Die Halterung 30 hält die Haupttrennstelle 18 geschlossen. In Fig,
6 ist die Halterung abgeschwenkt dargestellt, dabei ist die Haupttrennstelle 18
geöffnet und die Lenkung erfolgt von Hand, Bei Lenkungen mit stillgesetztem Lenkrad
27, während der Automatikstellung, kann die Verkleidung 28 entfallen Für Eorrekturen
ist der Primärregler 22 vorzugsweise in der Aufnahme 21 untergebracht.
-
- Patentansprüche -