DE4224887A1

DE4224887A1 - Fahrzeug

Info

Publication number: DE4224887A1
Application number: DE19924224887
Authority: DE
Inventors: Hubert Hering; Ulrich Baeurer
Original assignee: Deere and Co
Current assignee: Deere and Co
Priority date: 1992-07-28
Filing date: 1992-07-28
Publication date: 1993-09-30

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug, insbesondere ein indu strielles oder landwirtschaftliches Vierradfahrzeug, mit lenkbaren Rädern, einer automatischen Lenkwinkelerfassungs einrichtung und wenigstens einem linken und einem rechten axial zueinander angeordneten Rad, denen je eine eigene, unabhängig voneinander betätigbare, druckmittelgesteuerte Bremse zugeordnet ist.

Bei industriellen oder landwirtschaftlichen Vierradfahrzeu gen, wie beispielsweise bei Ackerschleppern, werden möglichst kleine Wendekreisdurchmesser gefordert, um die Manövrierfä higkeit des Fahrzeuges zu erhöhen. Der kleinste Spurkreis ist definiert als der Kreis, den die Radmitte des äußeren gelenk ten Rades bei größtem Lenkeinschlag beschreibt.

Um bei gegebenem Lenkwinkel eine Spurkreisdurchmesserver ringerung zu erreichen, ist es bekannt, entweder den Vorlauf der lenkbaren Räder zu erhöhen oder die Lenkbremse an der nicht gelenkten Hinterachse zu betätigen.

Durch die DE-A-36 33 399 ist eine Antriebsvorrichtung für allradangetriebene Fahrzeuge bekannt geworden, die den Vor lauf der gelenkten Vorderräder mit zunehmendem Lenkwinkel steigert. Hierbei bleiben die kinematischen Abrollverhält nisse weitgehend erhalten. Es hat sich jedoch gezeigt, daß sich selbst durch einen Vorlauf von ca. 35% der Spurkreis durchmesser lediglich um bis zu etwa 10% verringern läßt. Ferner ist ein beträchtlicher und kostenintensiver mechani scher und konstruktiver Aufwand erforderlich, um den hohen Vorlauf der Vorderräder zu realisieren.

Es sind Fahrzeuge, insbesondere Ackerschlepper, bekannt, deren linkes und rechtes Hinterrad durch Betätigung gesonder ter Bremspedale unabhängig voneinander abbremsbar sind. Beim Kurvenfahren läßt sich durch die Abbremsung des kurveninneren Rades der Spurkreisdurchmesser wesentlich stärker verringern, als durch eine Erhöhung des Vorlaufs der Vorderräder. Hierbei kommt es zu einer Verzerrung der Abrollverhältnisse, so daß diese Maßnahme nicht auf allen Böden zweckmäßig ist. Die Lenkbremsbetätigung erfolgt durch die Bedienungsperson ent sprechend dem gewünschten Wenderadius und den vorliegenden Bodenverhältnissen. Dabei muß die Blockierung des abgebrem sten kurveninneren Rades vermieden werden, um eine Beschä digung des Untergrundes und eine Abnutzung der Reifen zu ver meiden. Die Lenkbremsbetätigung erfordert Erfahrung und Einfühlsamkeit. Da das Kurvenfahren ohnehin eine erhöhte Aufmerksamkeit erfordert, wäre es jedoch wünschenswert, die Bedienungsperson in diesen Fahrsituationen von einer Betäti gung der Lenkbremsen zu entlasten.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird darin gese hen, ein Fahrzeug der eingangs genannten Art vorzuschlagen, welches beim Kurvenfahren die Verringerung eines durch die Fahrzeuggeometrie vorgegebenen Spurkreisdurchmessers bei re lativ geringem konstruktiven Aufwand ermöglicht, ohne daß die Bedienungsperson eingreifen muß oder ihr eine erhöhte Auf merksamkeit abverlangt wird.

Die Aufgabe wird bei einem Fahrzeug der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß eine elektrische und/oder elektroni sche Steuereinrichtung vorgesehen ist, die in Abhängigkeit des Lenkwinkels Steuersignale an die druckmittelgesteuerten Bremsen abgibt, so daß bei Überschreiten eines vorgebbaren Grenzlenkwinkels das hinsichtlich der Kurve innenliegende des linken und rechten Rades abgebremst wird.

Durch die automatische Betätigung der Bremse des kurveninnen liegenden Rades, die in Abhängigkeit des Lenkwinkels erfolgt, ist eine erhebliche Verringerung des Spurkreisdurchmessers auf einfache und wirksame Weise möglich, ohne daß beim Kur venfahren die Bedienungsperson eingreifen muß oder ihr eine erhöhte Aufmerksamkeit abverlangt wird.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Steuerung der Lenkbremsbetätigung so eingestellt, daß die Bremswirkung stufenlos mit zunehmendem Lenkwinkel steigt. Bei dieser lenkwinkelabhängigen modulierten Lenkbremsbetätigung setzt die Bremskraft bei einem vorgebbaren Grenzwinkel ein und wächst vorzugsweise überproportional mit zunehmendem Lenkwinkel.

Um eine Anpassung an die aktuellen Betriebsbedingungen vor nehmen zu können, läßt sich der Grenzlenkwinkel in vorteil hafter Weise von dem Bedienungsstand des Fahrzeuges aus durch die Bedienungsperson einstellen. Hierfür kann ein Drehknopf mit Grenzwinkelskala vorgesehen sein, durch den ein Potentio meter angetrieben wird, dessen Ausgangssignale der elektri schen Steuereinrichtung zugeführt werden. Es kann jedoch für eine stufenweise Einstellung auch ein Schalter mit mehreren Schaltstufen vorgesehen sein.

Um ein Blockieren des abgebremsten Rades zu vermeiden, ist es zweckmäßig, die an die Bremsen abgegebenen Steuersignale auf einen maximalen Bremsdruckwert zu begrenzen, der kleiner ist als der Bremsdruck, der zum Blockieren führt. Der maximale Bremsdruckwert wird durch die Steuereinrichtung beispiels weise dann eingestellt, wenn der durch die Fahrzeugkonfigura tion vorgegebene maximale Lenkwinkel erreicht wird. Ein dem maximalen Lenkwinkel entsprechender Wert wird vorzugsweise durch die Bedienungsperson der Steuereinrichtung als Ein gangsgröße vorgegeben. Dies kann beispielsweise durch die Einstellung eines Stellgliedes oder durch Programmierung der Steuereinrichtung erfolgen. Die Steuereinrichtung ist vor zugsweise derart programmiert, daß sie bei einem erfaßten Lenkwinkelwert, der oberhalb des vorgebbaren maximalen Lenk winkelwertes liegt, den Bremsdruckwert auf einen maximalen Wert begrenzt.

Ferner ist es zweckmäßig, daß sich die erfindungsgemäße Steuerung von dem Bedienungsstand des Fahrzeuges aus, bei spielsweise durch einen Umschalter, wahlweise ein- oder aus schalten läßt. Die Steuerung läßt sich somit dann unwirksam machen, wenn eine Unterstützung des Lenkeinschlages durch au tomatische Bremsung des kurveninneren Rades bei Kurvenfahrt nicht erwünscht ist.

Werden das linke und das rechte Rad über ein Achsdifferential angetrieben, das sich durch eine Differentialsperre sperren läßt, so ist es zweckmäßig, die Sperrwirkung automatisch durch die elektrische Steuereinrichtung aufzuheben, wenn die Steuereinrichtung ein Bremssignal an eine der Bremsen abgibt.

Handelt es sich bei dem Fahrzeug um ein allradangetriebenes Fahrzeug, so ist bei nominalem Vorlauf der Vorderräder ein mechanischer Vierradantrieb nachteilig, da hierbei die Vor derräder gezwungenermaßen nachlaufen. Dies kann einen grö ßeren Spurkreisdurchmesser und Bodenzerstörung zur Folge haben. Aus diesem Grund ist es sinnvoll, den Vorderachsan trieb ab einem bestimmten Lenkwinkel, beispielsweise bei 20°, automatisch auszuschalten oder auf Vorlauf umzuschalten. Vorzugsweise läßt sich auch dieser bestimmte Lenkwinkel von dem Bedienungsstand aus durch die Bedienungsperson vorgeben. Dieser bestimmte Lenkwinkel stimmt zweckmäßigerweise mit dem oben genannten Grenzwinkel überein.

Das Blockieren der Räder sollte für alle Betriebszustände vermieden werden, um eine erhöhte Abnützung der Reifen und eine Beschädigung des Bodens zu vermeiden. Daher ist es vor teilhaft, die Drehzahlen des linken und des rechten Rades durch die Steuereinrichtung zu erfassen und die Abbremsung des kurveninneren Rades so zu steuern, daß dessen Blockieren vermieden wird.

Es ist von Vorteil, die Fahrzeuggeschwindigkeit bei der Fest legung der automatisch eingestellten Bremskraft zu berück sichtigen, um bei höheren Geschwindigkeiten keine gefährli chen Fahrbedingungen zu erhalten.

Es ist ferner zweckmäßig, die bisher üblichen gesonderten Bremspedale für das linke und das rechte Rad neben der erfin dungsgemäßen automatischen Steuerung beizubehalten, um der Bedienungsperson einen individuellen Eingriff zu ermöglichen.

Die erfindungsgemäße Steuerung ist individuell einstellbar und für beliebige Einsatzfälle anwendbar. Sie ist insbesonde re dann preiswert realisierbar, wenn die hydraulische Peri pherie bereits vorhanden ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Anhand der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel der Erfin dung zeigt, werden nachfolgend die Erfindung sowie weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung näher beschrieben und erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 die schematische Darstellung der Steuerung eines erfindungsgemäßen Fahrzeuges und

Fig. 2 ein Diagramm der Abhängigkeit des Bremsdruckes von dem Lenkwinkel.

In Fig. 1 sind die beiden lenkbaren Vorderräder 10, 12 und das linke und rechte Hinterrad 14, 16 eines Ackerschleppers dargestellt. Der Lenkwinkel der Vorderräder 10, 12 wird durch einen hydraulisch betätigbaren Lenkzylinder 18 eingestellt, der seinerseits durch Betätigung des nicht dargestellten Lenkrades gesteuert wird. Der Einschlagwinkel der Vorderräder 10, 12 wird durch eine mechanische Lenkwinkelerfassungsein richtung 20 abgetastet und beispielsweise durch ein Potentio meter in ein zum Einschlagwinkel proportionales elektrisches Signal umgewandelt. Dieses Signal wird über die elektrische Leitung 22 einer elektrischen Steuereinrichtung 24 zugeführt.

Die zueinander axial angeordneten Hinterräder 14, 16 werden durch eine Antriebseinheit, deren Ausgangswelle 26 angedeutet wurde, über ein Hinterachsdifferential 28 und die beiden Hin terachswellen 30, 32 angetrieben. Jede Hinterachswelle 30, 32 trägt drehfest eine Bremsscheibe 34, 36, die zwischen nicht näher dargestellten Bremsringen und Bremsdruckkolben liegt und bei Hydraulikdruckbeaufschlagung des Bremsdruckkolbens abbremsbar ist. Der linken Bremsscheibe 34 ist eine linke Hydraulikleitung 38 und der rechten Bremsscheibe 36 ist eine rechte Hydraulikleitung 40 zugeordnet.

Die linke und die rechte Hydraulikleitung 38, 40 stehen mit je einem Bremszylinder 42, 44 in Verbindung. Die Bremszylin der 42, 44 sind gemeinsam oder unabhängig voneinander durch ein linkes und ein rechtes Bremspedal 46, 48 betätigbar. Beim Niedertreten eines Bremspedals 46, 48 wird in dem zugehörigen Bremszylinder 42, 44 ein Hydraulikdruck aufgebaut, der über die Hydraulikleitung 38 bzw. 40 der entsprechenden Bremse zu geführt wird, so daß die zugehörige Bremsscheibe 34, 36 abge bremst wird.

Die linke und die rechte Hydraulikleitung 38, 40 verzweigen sich und stehen über je ein Rückschlagventil 50, 52 und je ein hydraulisches Steuerventil 54, 56 mit einer Hydraulikpum pe 58 in Verbindung, die Hydraulikflüssigkeit aus einem Vor ratsbehälter 60 entnimmt. Bei den Steuerventilen 54, 56 han delt es sich um elektromagnetische 2/2-Ventile, die durch die Steuereinrichtung 24 über die elektrischen Leitungen 62, 64 derart ansteuerbar sind, daß mit steigendem Ausgangssignal der Steuereinrichtung 24 das Steuerventil 54, 56 kontinuier lich geöffnet wird. Die Hydraulikpumpe kann durch ein bereits im Fahrzeug vorhandenes Hydraulikdrucknetz ersetzt werden.

In der nicht dargestellten Fahrzeugkabine befindet sich ein durch die Bedienungsperson betätigbarer Schalter 66, vorzugs weise ein Umschalter, durch den der Pluspol 68 der Fahrzeug batterie mit der Steuereinrichtung 24 verbindbar ist. Die Steuereinrichtung 24 und damit auch die automatische Lenk bremsbetätigung ist nur dann betriebsbereit, wenn der Schal ter 66 geschlossen ist. Auch bei abgeschalteter Steuerein richtung 24 bleiben die über die Bremspedale 46, 48 betätig baren Hinterradbremsen funktionsfähig.

In der Fahrzeugkabine ist ferner ein Drehknopf 70 mit einer Skala angeordnet, durch den ein Potentiometer betätigbar ist, um ein Steuersignal, das einem vorgebbaren Grenzlenkwinkel entspricht, an die Steuereinrichtung 24 abzugeben. Falls ge wünscht, kann ein zweiter, nicht dargestellter Drehknopf vor gesehen sein, durch den sich ein bestinmter Lenkwinkel ein stellen läßt, bei dessen Überschreiten die Steuereinrichtung 24 ein Ausgangssignal an eine Frontantriebskupplung 72 ab gibt, um diese zu öffnen und den Vorderradantrieb 74 automa tisch abzuschalten.

Die Funktionsweise der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsan ordnung ist folgende:

Durch den Schalter 66 wird die Steuereinrichtung 24 in Be trieb gesetzt. Sie erfaßt den aktuellen Lenkwinkel der Vor derräder 10, 12 über die Lenkwinkelerfassungseinrichtung 20 und vergleicht diesen mit einem durch den Drehknopf 70 ein stellbaren Grenzlenkwinkel. Sofern der tatsächliche Lenkwin kel größer ist als der Grenzlenkwinkel, berechnet die Steuer einrichtung 24 anhand einer mathematischen Beziehung oder ei ner Wertetabelle den Wert des zugehörigen Bremsdruckes.

Ein Beispiel für eine Beziehung zwischen dem Lenkwinkel Alpha und dem Bremsdruck P ist in Fig. 2 durch die durchgezogene Linie A dargestellt. Der Bremsdruck P ist unterhalb eines Grenzlenkwinkels Alpha_G Null. Er steigt oberhalb des Grenz lenkwinkels Alpha_G kontinuierlich an, bis er bei dem maxima len Lenkwinkel Alpha_max seinen maximalen Wert P_max erreicht. Dieser maximale Wert des Bremsdruckes P_max wird so vorgegeben, daß er kleiner ist als der Wert des Bremsdruckes, der zum Blockieren der Räder führt.

Die in Fig. 2 dargestellte durchgezogene Kurve A steigt nicht linear an, sondern zeigt einen überproportionalen Verlauf, so daß der Wert des Bremsdruckes P rascher zunimmt als der Lenk winkel Alpha. Dies hat zur Folge, daß beim Überschreiten des Grenzlenkwinkels Alpha_G ein sanftes Abbremsen des kurveninne ren Rades 14, 16 einsetzt. Mit zunehmendem Einschlagwinkel erfolgt eine überproportionale Abbremsung des kurveninneren Rades 14, 16, so daß ein besonders enger Wendekreis durch fahren werden kann. Der Spurkreisdurchmesser kann sich hier bei gegenüber unwirksamer Lenkbremsung um bis zu 25% ver ringern. Oberhalb des maximalen Lenkwinkels Alpha_max wird der Bremsdruck P nicht weiter gesteigert sondern bleibt auf P_max begrenzt.

Die Beziehung zwischen Lenkwinkel Alpha und Bremsdruck P läßt sich durch feste Programmierung der Steuereinrichtung 24 vorgeben. Alternativ hierzu läßt sich die Beziehung jedoch auch durch Variation von Eingangsparametern der Steuerein richtung 24 beeinflussen. Als Eingangsparameter kommen bei spielsweise der maximale Lenkwinkel Alpha_max und der Grenz lenkwinkels Alpha_G in Betracht, bei deren Variation die Kurve A gestaucht (steilerer Anstieg) oder auseinander gezogen (flacherer Anstieg) wird wie dies durch die Kurven B und C in Fig. 2 angedeutet ist.

Der maximale Lenkwinkel Alpha_max läßt sich entsprechend dem maximal möglichen Lenkeinschlag, der von der Spurbreite, der Reifengröße oder der Verwendung von Kotschützern abhängen kann, beispielsweise durch Programmierung der Steuereinrich tung 24 auf folgende Weise einstellen: es wird zunächst durch Betätigung des Lenkrades der maximale Lenkeinschlag einge stellt und dann durch Drücken eines Eingabeknopfes der Steu ereinrichtung 24 der zugehörige durch die Lenkwinkelerfas sungseinrichtung 20 ermittelte Lenkwinkelwert als maximaler Lenkwinkelwert Alpha_max abgespeichert. Andererseits kann es jedoch auch vorteilhaft sein, den maximalen Lenkwinkel Al pha_max unabhängig von dem maximal möglichen Lenkeinschlag (beispielsweise mit Hilfe eines Potentiometers) einzustellen, um den Verlauf der Kurve A zu beeinflussen.

Die Steuereinrichtung 24 erzeugt ein dem Wert des Bremsdruckes entsprechendes elektrisches Signal und gibt dieses über die Leitung 62 bzw. 64 an das linke oder rechte Steuerventil 54, 56 ab, je nach dem, ob die Vorderräder 10, 12 links oder rechts eingeschlagen sind. Aufgrund des elektrischen Signals öffnet das Steuerventil 54, 56, so daß sich auf seiner der Bremse zugewandten Seite ein zu dem elektrischen Signal pro portionaler Druck einstellt, durch den die Bremse betätigt wird.

Die Steuereinrichtung 24 gibt, was nicht näher dargestellt wurde, bei Überschreiten des Grenzlenkwinkels ein Steuersig nal zum Öffnen einer Differentialsperre des Hinterachsdiffe rentials 28 und bei Überschreiten eines bestimmten Lenkwin kels ein Steuersignal zum Öffnen der Frontantriebskupplung 72 ab. Der bestimmte Lenkwinkel kann mit dem Grenzlenkwinkel übereinstimmen oder durch ein gesondertes Einstellmittel vorgegeben werden.

Die Steuerung kann ferner die Drehzahlen der Hinterräder 14, 16 erfassen und bei Gefahr eines Blockierens des kurveninne ren Rades 14, 16 das Steuerventil 54, 56 so weit schließen, daß ein Blockieren vermieden wird.

Ferner läßt sich die Steuereinrichtung 24 so auslegen, daß sie die Fahrzeuggeschwindigkeit erfaßt und den in Fig. 2 bei spielhaft gezeigten Zusammenhang zwischen Lenkwinkel und Bremsdruck abändert, so daß mit Erhöhung der Fahrzeugge schwindigkeit der Bremsdruck bei gegebenem Lenkwinkel abge senkt wird.

Unabhängig von der beschriebenen Steuerung lassen sich die linke bzw. die rechte Bremsscheibe 34, 36 durch Betätigung des linken bzw. rechten Bremspedals 46, 48 abbremsen. Die Rückschlagventile 50, 52 verhindern, daß sich bei einer Be tätigung der Pedale 46, 48 Hydraulikdruck über die Steuerven tile 54, 56 abbauen kann.

Auch wenn die Erfindung lediglich an Hand eines Ausführungs beispiels beschrieben wurde, erschließen sich für den Fach mann im Lichte der vorstehenden Beschreibung viele verschie denartige Alternativen, Modifikationen und Varianten, die unter die vorliegende Erfindung fallen.

Claims

1. Fahrzeug, insbesondere industrielles oder landwirt schaftliches Vierradfahrzeug, mit lenkbaren Rädern (10, 12), einer automatischen Lenkwinkelerfassungseinrich tung (20) und wenigstens einem linken und einem rechten axial zueinander angeordneten Rad (14, 16), denen je eine eigene, unabhängig voneinander betätigbare, druck mittelgesteuerte Bremse (34, 36) zugeordnet ist, da durch gekennzeichnet, daß eine elektrische und/oder elektronische Steuereinrichtung (24) vorgesehen ist, die in Abhängigkeit des Lenkwinkels (Alpha) Steuersig nale an die Bremsen (34, 36) abgibt, so daß bei Über schreiten eines vorgebbaren Grenzlenkwinkels (Alpha_G) das kurveninnenliegende linke oder rechte Rad (14, 16) abgebremst wird.

2. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremswirkung stufenlos mit zunehmendem Lenkwinkel (Alpha) zunimmt.

3. Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß der Grenzlenkwinkel (Alpha_G) von dem Bedie nungsstand des Fahrzeuges aus einstellbar ist.

4. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (24) die Steu ersignale an die Bremsen auf einen maximalen Brems druckwert (P_max) begrenzt.

5. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, daß im Bedienungsstand des Fahrzeuges ein Betätigungsorgan (66) vorgesehen ist, durch das die Wirkungsweise der elektrischen Steuereinrichtung (24) aufhebbar ist.

6. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, daß die Differentialsperre eines Achsdif ferentials (28), von dem das linke und das rechte Rad (14, 16) angetrieben werden, durch die Steuereinrich tung (24) automatisch ausgeschaltet wird, wenn die Steuereinrichtung (24) ein Bremssignal an eine der Bremsen (34, 36) abgibt.

7. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, daß bei einem Fahrzeug mit Vierradantrieb die Steuereinrichtung (24) mit Überschreiten eines be stimmten Lenkwinkels die Vorderräder (10, 12) automa tisch vom Antriebsstrang abkoppelt oder auf Vorlauf umschaltet.

8. Fahrzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der bestimmte Lenkwinkel von dem Bedienungsstand des Fahrzeuges aus einstellbar ist.

9. Fahrzeug nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeich net, daß der bestimmte Lenkwinkel mit dem Grenzlenkwin kel (Alpha_G) übereinstimmt.

10. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge kennzeichnet, daß die Drehzahlen des linken und des rechten Rades (14, 16) durch die Steuereinrichtung (24) erfaßt werden und die Abbremsung des innenliegenden Rades (14, 16) so gesteuert wird, daß dessen Blockieren vermieden wird.

11. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge kennzeichnet, daß ein Geschwindigkeitssensor zur Erfas sung der Fahrzeuggeschwindigkeit vorgesehen ist und daß die Steuereinrichtung (24) die Bremswirkung in Abhän gigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit steuert.

12. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge kennzeichnet, daß die Bremse (34) des linken Rades (14) und die Bremse (36) des rechten Rades (16) unabhängig von Steuersignalen der Steuereinrichtung (24) durch je ein Bremspedal (46, 48) betätigbar sind.