EP1590191A1 - Verfahren und vorrichtung zur radsturzverstellung - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur radsturzverstellung

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Publication number
EP1590191A1
EP1590191A1 EP04704538A EP04704538A EP1590191A1 EP 1590191 A1 EP1590191 A1 EP 1590191A1 EP 04704538 A EP04704538 A EP 04704538A EP 04704538 A EP04704538 A EP 04704538A EP 1590191 A1 EP1590191 A1 EP 1590191A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
camber
angle
axle
sensor
wheel
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.)
Withdrawn
Application number
EP04704538A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jürgen DAMM
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.)
CNH Industrial Baumaschinen GmbH
Original Assignee
CNH Baumaschinen GmbH
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 CNH Baumaschinen GmbH filed Critical CNH Baumaschinen GmbH
Publication of EP1590191A1 publication Critical patent/EP1590191A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B60G2800/019—Inclination due to load distribution or road gradient
    • B60G2800/0194—Inclination due to load distribution or road gradient transversal with regard to vehicle

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for wheel camber adjustment on commercial vehicles, in particular on wheeled construction machines, with which earthworks are carried out primarily on uneven terrain.
  • the kinematics of the chassis contributing to driving stability during load changes, cornering and earthworks with loads acting transversely to the direction of travel become the focus of further developments.
  • the grader chassis is characterized in particular by the wheelbase, the track width, the behavior of toe-in and camber and other significant parameters.
  • the camber or the relative inclination of the wheel plane against the vertical of the road, is of particular importance when keeping to the lane and steering, since a negative camber increases the transmittable force acting transversely to the direction of travel by the force gained by the camber.
  • the camber is also important in reducing the steering circle of the construction machine and tire wear, as well as the alignment of the front wheels after the front axle has leveled out when the terrain changes.
  • Electronic and automatic lintel adjustment possibilities for cars are known from DE 4020 5471 AI, in which the tie rod of the actuating device and a cycling handlebar are pivotally mounted about a horizontal axis running in the longitudinal direction of the vehicle by a rocker arm mounted on the wheel carrier. This ensures that the longitudinal forces that occur can be absorbed separately.
  • the advantage of cornering and driving straight ahead, especially at high speeds, is that that with minimal wheel position changes, a low tire pressure can be achieved via the spring travel, which leads to a significant increase in comfort.
  • a transfer of this invention to commercial vehicles, in particular wheeled construction machinery, is therefore already ruled out because the design features of a car axle differ significantly from those of a front axle for construction machinery and also in terms of the type of task associated therewith.
  • camber adjustment in commercial vehicles is usually implemented via a camber cylinder attached to a swinging front axle, which aligns a wheel pin unit by retracting and extending it.
  • camber angle has been adjusted manually.
  • a disadvantage of this construction is that the camber angle is also adjusted depending on the pendulum angle of the front axle, since the front axle and camber cylinder are directly connected to one another.
  • a manual adjustment of the camber angle is necessary, in particular after a front wheel has been engaged in a trench or when working on embankments.
  • the object of the invention is to automatically implement a camber adjustment for commercial vehicles as a function of the changing terrain profile, to relieve the driver in situations of increased stress by means of automatic mechanisms and to be able to continuously ensure an optimal or predetermined stagnation angle of the front wheels.
  • this automatic wheel camber adjustment is intended to reduce the steering circle of the construction machine and thus to improve the steering properties of the construction machine without burdening the driver with secondary vehicle-specific tasks.
  • the camber angle is set automatically by means of a camber cylinder and a wheel pin unit as a function of at least one of the driving parameters, such as, for example, axle swing angle, steering angle, lateral force on the vehicle wheels of the front axle and absolute inclination of the construction machine with respect to a horizontally oriented roadway.
  • the regulation and control of the retractable and extendable lintel cylinder is implemented by an electronic control unit. Alternatively, the camber cylinder can still be adjusted manually.
  • control is also used in the following for the automatic adjustment of the lintel cylinder.
  • the lintel cylinder is operatively connected to an actuator which, with electrical and / or pneumatic and / or hydraulic auxiliary energy, moves the lintel cylinder in a certain time in a predetermined way and, if necessary, positions it with a certain accuracy.
  • This actuator is preferably designed as a valve.
  • the driving parameters are advantageously recorded by (sensors and the output signals of these sensors are fed to the electronic control unit as input parameters.
  • These sensors are arranged in the front area of the vehicle, especially on the swinging front axle, on the vehicle frame, on the camber cylinder or on the wheel pin unit. Because the roll dynamics at Grader is taken over from the rear axle rigidly connected to the vehicle frame, but not described in detail, only the camber adjustment of the front wheels is intended.
  • a further sensor which detects the axis pendulum angle may be required to achieve the object according to the invention. This is necessary if the sensor for detecting the angle of inclination is not attached to the wheel journal unit but to the vehicle frame.
  • the signals from all sensors are connected to the electronic control unit as auxiliary variables; the size to be regulated is the camber angle.
  • the sensors are components of the control loop.
  • the sensors measure the path or the angle or forces or differences thereof and convert this information into an electrical standard signal.
  • the actuating device comprises the electrically controllable valve as an actuator as well as the camber cylinder and the wheel pin unit as an actuator.
  • the electronic control unit has an independent transmission function for each detectable driving parameter or signal from the sensor. This ensures that the individual driving parameters can be weighted differently to adjust the camber angle.
  • a particular advantage of the construction according to the invention is that the camber angle is set automatically, with the result that, on the one hand, the camber angle is constant at any time during driving or optimally set in a target value range and, on the other hand, that a somewhat unskilled driver of secondary vehicle-specific Tasks can be relieved. This relief ensures that the driver can concentrate on the operating functions, namely the functional adjustment of the construction machine itself or the associated work equipment. Further advantages of the invention include the lower wear of the tires compared to construction machines with non-automated camber angle adjustment and the smaller turning radius of the construction machine.
  • the camber adjustment is based on a constant value control.
  • the setpoint of the camber angle is specified by the driver of the construction machine or by the vehicle itself within the permissible limits and is continuously adjusted by the electronic control unit depending on the pendulum angle of the front axle. Regardless of the changing terrain profile and thus the axle pendulum the camber angle is kept constant.
  • the detection of the pendulum angle of the front axle is realized according to the invention by a sensor which directly or indirectly derives the angle of the front axle from the vehicle frame.
  • this control strategy can be implemented in that a sensor detects the absolute angle of inclination of the wheel journal unit with respect to a horizontally oriented roadway.
  • the inclination angle of the road can be used to take into account an optimal camber angle.
  • these measured variables are processed in the electronic control unit.
  • the camber adjustment is carried out in a “sliding” manner.
  • the camber angle is automatically variably adjustable in a permissible and adjustable setpoint range or control range.
  • the steering angle and / or the lateral force acting on the front wheels are determined and the camber angle is corrected in an optimally inadmissible setpoint range.
  • the camber angle can thus be automatically adjusted in a defined setpoint range, depending on the steering angle and / or the coulter side forces.
  • the steering angle and the coulter side force are recorded by sensors, the unit signals of which are converted from their respective measured variable and fed to the electronic control unit.
  • the automatic camber adjustment and adjustment is carried out by means of a transfer function and other control strategies.
  • a further control strategy for adjusting the camber angle consists in that the signals of all detectable driving parameters flow into the electronic control unit as auxiliary variables and that the camber angle is controlled constantly or “smoothly” depending on the predetermined weighting of the individual driving parameters.
  • the vehicle drivers are obliged to comply with traffic regulations when the construction machine is moved on public roads. In practice, it is therefore necessary to continue to make the camber adjustment manually in addition to the automatic adjustment , which is superimposed on the camber angle determined in automatic mode.
  • the switchover takes place here with an automatic manual switch which, in the corresponding switching state, on the one hand completely prevents the signal flow from the sensors and, on the other hand, only supplies signals from manual operation of the electronic control unit. Signals that vary due to the driving state are suppressed; the fall therefore persists at a set angle after manual adjustment by the driver.
  • an on / off switch is provided in the area of the driver's cab. The set camber angle is thus fixed, whereby the camber angle can only be adjusted or set again after approval.
  • Fig. La State of the art, front view, front axle on a level road
  • Fig. Lb State of the art, front view, front axle on an inclined road
  • Fig. 2 arrangement of the sensors according to the invention in the region of the front axle
  • FIGs la and lb illustrate the camber adjustment in the prior art.
  • the camber angle is adjusted manually by means of a camber cylinder 4 which is operatively connected to a wheel journal unit 5.
  • the camber cylinder 4 is detachably connected to the front axle 2 and arranged parallel to it and to the roadway.
  • the front axle 2 and the camber cylinder 4 arranged parallel to it follow the road inclination.
  • the camber cylinder 4 and the wheel journal unit 5 are perpendicular to one another in the case of the flat and the inclined roadway.
  • the camber angle is the same in both cases.
  • the rear axle 2 shows the advantageous arrangement of the sensors 6 in the region of the front axle 2.
  • at least one sensor for detecting the camber angle 6.1, one sensor for detecting the steering angle 6.2, one sensor for detecting the lateral force 6.3, one sensor for detecting the axle pendulum angle 6.4 and a sensor for detecting the absolute inclination of the construction machine or the front axle with respect to the vertical of the road is used to solve the task.
  • the sensor for detecting the axle pendulum angle 6.4 is arranged on the front axle 2 in the area of the vehicle frame 1. Since the front axle 2 and the vehicle frame 1 are orthogonal to one another on a flat roadway, any angle between the front axle 2 and the vehicle frame 1 that is different from 90 ° consequently means an axle oscillation.
  • the sensor for detecting the camber angle 6.1 is arranged on the front axle 2 in the area of the wheel journal unit 5, said camber angle being the variable to be corrected.
  • the side forces acting on the vehicle wheels 7 of the front axle 2 are recorded by a further sensor, which is also arranged on the front axle 2.
  • the steering angle is detected by a sensor 6.2, which is arranged on the front axle 2 as intended.
  • the absolute angle of inclination of the construction machine is detected by a further sensor 6.5, which can be used instead of sensors 6.1 to 6.4. This sensor 6.5, which detects the angle of inclination, can be arranged at any location of the construction machine.
  • the actuating device comprises the actuator 8 and, as an actuator, the camber cylinder 4 and the wheel pin unit 5. Depending on the action of the actuator, the camber cylinder 4 and the wheel pin unit 5 are extended and retracted and thus the camber angle is adjusted.
  • the sensor for detecting the camber angle 6.1 continuously determines the camber angle and supplies the electronic control unit 9 with the corresponding information.
  • the controller comprises the electronic control unit 9 and the comparator.
  • auxiliary auxiliary variables for forming the output signal in the electronic control unit 9 are the lateral force of the front axle 2, the axle pendulum angle, the steering angle and the absolute inclination of the construction machine with respect to the perpendicular to the road.
  • the electronic control unit 9 is able to suitably process the standard signals of these sensors 6.1 to 6.5, which measure angles or forces according to their task.
  • a transmission function is assigned to each unit signal in the electronic control unit 9.
  • the formation of the output signal for controlling the control device respectively the actuator and the ram cylinder 4 as well as the wheel journal unit 5, takes place by superimposing the individual transfer functions and weighting on one another.
  • Individual sensors 6.1 to 6.5 can also be switched off, so that the output signal for controlling the actuating device is generated by the sensors 6.1 to 6.5 that are in operation.
  • the automatic automatic camber adjustment can be deactivated by a changeover switch 10 and the camber angle adjustment can thus be carried out manually.
  • the standard signals of sensors 6.1 to 6.5 are therefore not taken into account in manual mode for camber angle adjustment.
  • an on / off switch 11 is provided in the area of the driver's cabin. The set camber angle is thus fixed, whereby the camber angle can only be adjusted or set again after approval.
  • the electronic control unit is also able to compensate for additional disturbance variables that cannot be determined in more detail, in order to keep a set camber angle constant or to control the camber angle in a desired camber angle range.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Radsturzverstellung an Nutzfahrzeugen, insbesondere an beräderten Baumaschinen, mit denen Erdarbeiten vor allem in unebenem Gelände durchgeführt werden. Erfmdungsgemäß wird der Sturzwinkel selbsttätig in Abhängigkeit von mindestens einem Fahrparameter eingestellt. Hicrzu werden die Fahrparameter, wie z. B. der Achspendelwinkel, der Lenkeinschlagwinkel, die Seitenkraft auf die Fahrzeugräder der Vorderachse und die absolute Neigung der Baumaschine durch Sensoren erfasst und deren Ausgangssignale einer elektronischen Steuereinheit als Eingangsparameter zugeführt. In Abhängigkeit des Stellsignals der elektronischen Steuereinheit wird der Sturzwinkel mittels eines Sturzzylinders und einer Radzapfeneinheit selbsttätig nach vorgegebenen Regelstrategien eingestellt. Neben der selbsttätigen Radsturzverstellung ist der Sturzzylinder auch weiterhin manuell bedienbar ausgebildet.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Radsturzverstellung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Radsturzverstellung an Nutzfahrzeugen, insbesondere an beräderten Baumaschinen, mit denen Erdarbeiten vor allem in unebenem Gelände durchgeführt werden. Mit der Tendenz zu höheren Fahrgeschwindigkeiten und Produktivität sowie mehr Komfort bei Baumaschinen, insbesondere bei Gradern, rückt die zur Fahrstabilität beitragende Kinematik des Fahrwerks bei Lastwechseln, Kurvenfahrten und Erdarbeiten mit quer zur Fahrtrichtung wirkenden Belastungen in den Mittelpunkt weiterer Entwicklungen.
Gekennzeichnet ist das Fahrwerk bei Gradern insbesondere durch den Radstand, die Spurweite, des Verhaltens von Vorspur und Sturz und weiteren signifikanten Kenngrößen.
Dem Sturz, respektive die relative Neigung der Radebene gegen die Senkrechte der Fahrbahn, kommt beim Spurhalten und Lenken eine besondere Bedeutung zu, da ein negativer Sturz die übertragbare, quer zur Fahrtrichtung wirkende Kraft um die durch den Sturz hinzugewonnene Kraft erhöht. Der Sturz hat des weiteren Bedeutung bei der Verringerung des Lenkkreises der Baumaschine und des Reifenverschleißes sowie der Ausrichtung der Vorderräder nach dem Einpendeln der Vorderachse bei wechselndem Geländeprofil. Elektronische und selbsttätige Sturzverstellmöghchkeiten für PKW sind aus der DE 4020 5471 AI bekannt, bei der die Spurstange der Stelleinrichtung sowie ein Radfahrungslenker um eine in Fahrzeuglängsrichtung verlaufende horizontale Achse durch einen am Radträger kugelgelagerten Kipphebel schwenkbar gelagert ist. Damit wird erzielt, dass die auftretenden Längskräfte getrennt aufgenommen werden können. Der Vorteil besteht bei Kurvenfahrten und Geradeausfahrten, insbesondere mit hohen Geschwindigkeiten, darin, dass durch minimale Radstellungsänderungen über den Federweg ein niedriger Reifenluftdruck gefahren werden kann, was zu einer deutlichen Komforterhöhung führt.
Eine Übertragung dieser Erfindung auf Nutzfahrzeuge, insbesondere beräderten Baumaschinen, scheidet schon deshalb aus, da sich die konstruktiven Merkmale einer PKW- Achse von denen einer Vorderachse für Baumaschinen signifikant und gattungsmäßig auch durch die daran geknüpfte Aufgabenstellung unterscheidet.
Die Sturzverstellung bei Nutzfahrzeugen, insbesondere bei Gradern, wird üblicherweise über einen an einer pendelnden Vorderachse befestigten Sturzzylinder realisiert, der durch sein Ein- und Ausfahren eine Radzapfeneinheit ausrichtet. Die Verstellung des Sturzwinkels erfolgte bislang manuell. Nachteilig bei dieser Konstruktion ist, dass sich in Abhängigkeit des Pendelwinkels der Vorderachse auch der Sturzwinkel verstellt, da Vorderachse und Sturzzylinder unmittelbar miteinander verbunden sind. Insbesondere nach dem Einspuren eines Vorderrades in einen Graben oder bei Arbeiten an Böschungen ist eine manuelle Verstellung des Sturzwinkels notwendig. Da in allen derartigen Fällen nach dem besagten Einspuren der Baumaschine der Radsturz wieder in Position gebracht werden muss, indem die ihm zugehörige hydraulische Funktion vom Fahrer betätigt wird ist zu verzeichnen, dass der anfangliche Arbeitsweg mit einem für das Fahrverhalten der Baumaschine ungünstigen Sturzwinkel zurückgelegt wird. Ursächlich dafür ist die Tatsache zu nennen, dass eine manuelle Sturzverstellung und eine Funktionsverstellung des Arbeitsgerätes durch den Fahrer nicht gleichzeitig realisiert werden kann. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Sturzverstellung für Nutzf hrzeuge in Abhängigkeit des wechselnden Geländeprofils -selbsttätig zu realisieren, den Fahrer in Situationen erhöhter Belastung durch Automatismen zu entlasten und einen optimalen oder vom Fahrer vorgegebenen Starzwinkel der Vorderräder kontinuierlich gewährleisten zu können.
Ferner soll durch diese selbsttätige Radsturzverstellung der Lenkkreis der Baumaschine verringert und damit die Lenkeigenschaften der Baumaschine verbessert werden ohne den Fahrer mit sekundären fahrzeugspezifischen Aufgaben zu belasten.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Vorrichtung zur Radsturzverstellung gemäß Patentanspruch 1 und durch die Merkmale der Verfahren zur Radsturzverstellung gemäß der Patentansprüche 8 bis 12 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in der Beschreibung und den Zeichnungen enthalten und Gegenstand der zugehörigen Unteransprüche. Erfindungsgemäß wird der Sturzwinkel mittels eines Sturzzylinders und einer Radzapfeneinheit selbsttätig in Abhängigkeit von mindestens einem der Fahrparameter, wie z.B. Achspendelwinkel, Lenkeinschlagwinkel, Seitenkraft auf die Fahrzeugräder der Vorderachse und absolute Neigung der Baumaschine gegenüber einer horizontal ausgerichteten Fahrbahn, eingestellt. Die Regelung bzw. Steuerung des ein- und ausfahrbaren Sturzzylinders wird hierbei durch eine elektronische Steuereinheit realisiert. Alternativ dazu kann die Verstellung des Sturzzylinders auch weiterhin manuell vorgenommen werden. Da die Verstellung des Sturzzylinders nicht zwangsläufig durch einen geschlossenen Regelkreis, respektive Regelung, gekennzeichnet ist, wird im Nachfolgenden auch der Begriff Steuerung zur selbsttätigen Verstellung des Sturzzylinders verwendet. Der Sturzzylinder steht in Wirkverbindung mit einem Stellantrieb, welcher mit elektrischer und/oder pneumatischer und/oder hydraulischer Hilfsenergie den Sturzzylinder in einer bestimmten Zeit auf einem vorgegebenen Weg bewegt und gegebenenfalls mit einer bestimmten Genauigkeit positioniert. Dieser Stellantrieb ist hierbei bevorzugt als Ventil ausgebildet. Die Fahrparameter werden vorteilhafter Weise durch (Sensoren erfasst und die Ausgangssignale dieser Sensoren der elektronischen Steuereinheit als Eingangsparameter zugeführt. Diese Sensoren sind im Frontbereich des Fahrzeuges, speziell an der pendelnden Vorderachse, am Fahrzeugrahmen, am Sturzzylinder oder an der Radzapfeneinheit angeordnet. Da die Wankdynamik beim Grader von der starr mit dem Fahrzeugrahmen verbundenen, aber nicht näher beschriebenen Hinterachse übernommen wird, erfolgt bestimmungsgemäß nur eine Sturzverstellung der Vorderräder.
In Abhängigkeit der lokalen Anordnung des Sensors zur Erfassung des Neigungswinkels wird zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe gegebenenfalls ein weiterer Sensor, der den Achspendelwinkel erfasst, benötigt. Diese Notwendigkeit ist dann gegeben, wenn der Sensor zur Erfassung des Neigungswinkels nicht an der Radzapfeneinheit sondern am Fährzeugrahmen angeschlagen ist.
Die Signale aller Sensoren sind als Hilfsgrößen auf die elektronische Steuereinheit aufgeschaltet; die zu regelnde Größe ist dabei der Sturzwinkel. Die Sensoren sind neben der Stelleinrichtung, den Signalleitungen und der elektronischen Steuereinheit Bestandteile des Regelkreises. Die Sensoren messen den Weg bzw. den Winkel oder Kräfte oder Differenzen davon und wandeln diese Informationen in ein elektrisches Einheitssignal. Die Stelleinrichtung umfasst das elektrisch ansteuerbare Ventil als Stellantrieb sowie den Sturzzylinder und die Radzapfeneinheit als Stellglied. Die elektronische Steuereinheit weist für jeden erfassbaren Fahrparameter bzw. Signal des Sensors eine unabhängige Übertxagungsfhnktion auf. Damit wird erreicht, dass die einzelnen Fahrparameter unterschiedlich zur Verstellung des Sturzwinkels gewichtet werden können. Da jeder Signaländerung jedes einzeln erfassbaren Fahrparameters eine definierte Übertragungsf nkti- on zu Grunde liegt, fließen diese Fahrparameter nicht als Störgrößen in die elektronische Regelung ein, sondern als Hilfsgrößen. Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Konstruktion besteht darin, dass die Einstellung des Sturzwinkels selbsttätig erfolgt, was zur Folge hat, dass einerseits zu jedem Zeitpunkt des Fahrens der Sturzwinkel konstant oder in einem Sollwertbereich optimal eingestellt ist und dass andererseits auch ein wenig qualifizierter Fahrer von sekundären fahrzeugspezifischen Aufgaben entlastet werden kann. Durch diese Entlastung ist sichergestellt, dass der Fahrer sich auf die Bedienfurjktionen, nämlich die Funktionsverstellung der Baumaschine selbst oder der zugehörigen Arbeitsgeräte konzentrieren kann. Als weitere Vorteile der Erfindung sind der geringere Verschleiß der Bereifung gegenüber Baumaschinen mit nicht automatisierter Sturzwinkelverstel- lung und der geringere Wenderadius der Baumaschine zu nennen. Die Sensoren sind sehr robust ausgeführt, um auch unter hohen mechanischen Belastungen und hohen Temperaturbelastungen der Baumaschine die zur selbsttätigen Radsturzverstellung notwendigen Informationen bereitzustellen. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung liegt der Sturzverstellung eine Konstantwertregelung zu Grunde. Der Sollwert des Sturzwinkels wird hierbei vom Fahrer der Baumaschine oder vom Fahrzeug selbst im Rahmen zulässiger Grenzen vorgegeben und in Abhängigkeit des Pendelwinkels der Vorderachse von der elektronischen Steuereinheit kontinuierlich ausgeregelt. Unabhängig von dem wechselnden Geländeprofil und damit des Achspendel- winkels wird der Sturzwinkel damit konstant gehalten. Die Erfassung des Pendelwinkels der Vorderachse wird erfindungsgemäß durch einen Sensor realisiert, der den Winkel der Vorderachse zum Fahrzeugrahmen mittelbar oder unmittelbar bestirnmt. Alternativ dazu kann diese Regelstrategie realisiert werden, indem ein Sensor den absoluten Neigungswinkel der Radzapfeneinheit gegenüber einer horizontal ausgerichteten Fahrbahn erfasst. Hierbei kann der Neigungswinkel der Fahrbahn zur Berücksichtigung eines optimalen Sturzwinkels herangezogen werden. Die Verarbeitung dieser Messgrößen erfolgt erfindungsgemäß in der elektronischen Steuereinheit. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Sturzverstellung „gleitend" vorgenommen. Bei der „gleitenden" Regelung ist der Sturzwinkel in einem zulässigen und einstellbaren Sollwertbereich, respektive Regelbereich, selbsttätig variabel einstellbar. Hierzu werden der Lenkeinschlagwinkel und/oder die auf die Vorderräder wirkende Seitenkraft ermittelt und der Sturzwinkel optimal unzulässigen Sollwertbereich ausgeregelt. Der Sturzwinkel ist damit in einem definierten Sollwertbereich, abhängig vom Lenkeinschlagwinkel und/oder der Schar-Seitenkräfte, selbsttätig verstellbar. Der Lenkeinschlagwinkel sowie die Schar-Seitenkraft werden durch Sensoren erfasst, deren aus ihrer jeweiligen Messgröße umgewandelte Einheitssignale der elektronischen Steuereinheit zugeführt werden. Es besteht darüber hinaus die Möglichkeit, mittels eines weiteren, am Radsturzgelenk oder am Fahrzeugrahmen der Baumaschine angeordneten Winkelsensor, die Fahrbahnquerneigung zu erfassen. Dieser Winkelsensor erfasst die absolute Neigung der Baumaschine gegenüber einer horizontal ausgerichteten Fahrbahn. Mittelbar werden mit diesem Winkelsensor damit die auf die Vorderachse wirkenden Querkräfte ermittelt. Diese Signale des Winkelsensors fließen als weitere Hilfsgröße in die elektronische Steuerein- heit ein. Mittels einer Übertragungsfunktion und weiteren Regelstrategien erfolgt die selbsttätige Radsturzver- bzw. -einstellung. Eine weitere Regelstrategie zur Verstellung des Sturzwinkels besteht erfindungsgemäß darin, dass die Signale aller erfassbaren Fahrparameter als Hilfsgrößen in die elektronische Steuereinheit einfließen und in Abhängigkeit der vorgegebenen Wichtung der einzelnen Fahrparameter eine konstante oder „gleitende" Regelung des Sturzwinkels vorgenommen wird. In vielen Ländern unseres Kulturkreises sind die Fahrzeugführer zur Einhaltung verkehrsrechtlicher Bestimmungen verpflichtet, wenn die Baumaschine im öffentlichen Straßenverkehr bewegt wird. In der Praxis ist es deshalb notwendig, die Sturzverstellung neben der automatischen Verstellung auch weiterhin manuell vornehmen zu können. Mittels eines Signalgebers wird hierbei der Steuerung ein gewünschter Sturzwinkel vorgegeben, der dem im Automatikmodus ermittelten Sturzwinkel überlagert ist.
Die Umschaltung erfolgt hierbei mit einem Automatik Manuell-Schalter, der im entsprechenden Schaltzustand einerseits den Signalfluss der Sensoren vollständig unterbindet und andererseits nur Signale aus der manuellen Bedienung der elektronischen Steuereinheit zufuhrt. Signale, welche durch den Fahrzustand variieren, werden unterdrückt; der Sturz beharrt folglich nach dem manuellen Einstellen durch den Fahrer auf einem eingestellten Winkel. Zur vollständigen Abschaltung jedweder Sturzwinkelverstellung, also manuell oder automatisch, ist im Bereich der Fahrerkabine ein Ein/Aüs-Schalter vorgesehen. Der eingestellte Sturzwinkel wird damit fixiert, wobei der Sturzwinkel erst wieder nach erfolgter Freigabe ver- bzw. eingestellt werden kann. Die signifikanten Vorteile und Merkmale der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik sind im Wesentlichen:
Selbsttätige und kontinuierliche Einstellung des Sturzwinkels und damit:
■ Entlastung des Fahrers bei sich ständig ändernden Fahrsituationen
■ Verringerung des Lenkkreises
■ Minimierung des Reifenverschleißes
Nachstehend wird die Erfindung beispielhaft anhand der folgenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. la: Stand der Technik, Frontansicht, Vorderachse auf ebener Fahrbahn
Fig. lb: Stand der Technik, Frontansicht, Vorderachse auf geneigter Fahrbahn
Fig. 2: erfindungsgemäße Anordnung der Sensoren im Bereich der Vorderachse
Fig. 3: Regelkreis und Signalflussbild
Die Fig. la und Fig. lb illustrieren die Sturzverstellung beim Stand der Technik. Der Sturzwinkel wird hierbei manuell mittels eines Sturzzylinders 4 verstellt, der in Wirkverbindung mit einer Radzapfeneinheit 5 steht. Durch das Ein- und Ausfahren des Sturzzylinders 4 wird die Radzapfeneinheit 5 bewegt und somit der Relativwinkel der Radebene 3 des Fahrzeugrades zur Senkrechten der Fahrbahn verändert. Der Sturzzylinder 4 ist lösbar mit der Vorderachse 2 verbunden und parallel zu dieser und zur Fahrbahn angeordnet. Bei einer geländeabhängigen Neigung der Fahrbahn folgt die Vorderachse 2 und der parallel zu ihr angeordnete Sturzzylinder 4 der Fahrbahnneigung. Der Sturzzylinder 4 und die Radzapfeneinheit 5 stehen im Fall der ebenen sowie der geneigten Fahrbahn senkrecht zueinander. Der Sturzwinkel ist in beiden Fällen gleich.
Fig. 2 zeigt die vorteilhafte Anordnung der Sensoren 6 im Bereich der Vorderachse 2. Erfindungsgemäß wird mindestens ein Sensor zur Erfassung des Sturzwinkels 6.1, ein Sensor zur Erfassung des LenkeinscMagwinkels 6.2, ein Sensor zur Erfassung der Seitenkraft 6.3, ein Sensor zur Erfassung des Achspendelwinkels 6.4 und ein Sensor zur Erfassung der absoluten Neigung der Baumaschine oder der Vorderachse gegenüber der Senkrechten der Fahrbahn zur Lösung der Aufgabe eingesetzt. Der Sensor zur Erfassung des Achspendelwinkels 6.4 ist an der Vorderachse 2 im Bereich des Fahrzeugrahmens 1 angeordnet. Da die Vorderachse 2 und der Fahrzeugrahmen 1 auf einer ebenen Fahrbahn orthogonal zueinander stehen, bedeutet jeder von 90° verschiedene Winkel zwischen Vorderachse 2 und Fahrzeugrahmen 1 folglich eine Achspendelung. Der Sensor zur Erfassung des Sturzwinkels 6.1 ist an der Vorderachse 2 im Bereich der Radzapfeneinheit 5 angeordnet, wobei der besagte Sturzwinkel die auszuregelnde Größe ist. Die auf die Fahrzeugräder 7 der Vorderachse 2 wirkenden Seitenkräfte werden durch einen weiteren Sensor, der ebenso an der Vorderachse 2 angeordnet ist, aufgenommen. Der Lenkeinschlagwinkel wird durch einen Sensor 6.2 erfasst, der bestimmungsgemäß an der Vorderachse 2 angeordnet ist. Der absolute Neigungswinkel der Baumaschine wird durch einen weiteren Sensor 6.5 erfasst, der anstelle der Sensoren 6.1 bis 6.4 eingesetzt werden kann. Die Anordnung dieses den Neigungswinkel erfassenden Sensors 6.5 kann an jedem beliebigem Standort der Baumaschine erfolgen. Da die Einheitssignale aller Sensoren 6 voneinander unabhängig erzeugt und verarbeitet werden, ist gewährleistet, dass bei Defekt oder Deaktivierung einzelner Sensoren 6 eine selbsttätige Sturzwinkelverstellung dennoch realisiert wird. Diese redundante Stiπzwiiikelverstellung wird durch die in der Fig. 3 dargestellte elektronische Steuereinheit 9 realisiert.
In Fig. 3 ist das Zusammenwirken der Komponenten des Regelkreises dargestellt. Die angegebene Darstellung erfolgte nach funktionalen und nicht nach örtlichen Aspekten. Die Stelleinrichtung umfasst den Stellantrieb 8 sowie als Stellglied den Sturzzylinder 4 und die Radzapfeneinheit 5. In Abhängigkeit der Beaufschlagung des Stellantriebs erfolgt das Ein- und Ausfahren des Sturzzylinders 4 und der Radzapfeneinheit 5 und damit die Einstellung des Sturzwinkels. Der Sensor zur Erfassung des Sturzwinkels 6.1 ermittelt kontinuierlich den Sturzwinkel und liefert der elektronischen Steuereinheit 9 die entsprechenden Informationen. Der, Regler umfasst die elektronische Steuereinheit 9 und das Vergleichsglied. Im Vergleichsglied wird die Regelabweichung gegenüber dem Sollwert des Sturzwinkels ermittelt Weitere Hilfsgrößen zur Bildung des Ausgangssignals in der elektronischen Steuereinheit 9 sind die Seitenkraft der Vorderachse 2, der Achspendelwinkel, der Lenkeinschlagwinkel und die absolute Neigung der Baumaschine gegenüber der Senkrechten der Fahrbahn. Die elektronische Steuereinheit 9 ist in der Lage, die Einheitssignale dieser Sensoren 6.1 bis 6.5, die entsprechend ihrer Aufgabenstellung Winkel bzw. Kräfte messen, geeignet verarbeiten zu können. Jedem Einheitssignal ist dazu in der elektronischen Steuereinheit 9 eine Über- tragirngsfirnktion zugeordnet. Die Bildung des Ausgangssignals zur Ansteue- rung der SteUeinrichtung, respektive des Stellglieds und des Stxrzzylinders 4 sowie der Radzapfeneinheit 5, erfolgt durch Überlagerung der einzelnen Übertragungsfunktionen und Wichtung zueinander. In speziellen Anwen- dungsfalleri sind einzelne Sensoren 6.1 bis 6.5 abschaltbar, so dass das Ausgangssignals zur Ansteuerung der Stelleinrichtung von den sich in Betrieb befindlichen Sensoren 6.1 bis 6.5 gebildet wird.
Die selbsttätige automatische Sturzverstellung kann durch einen Umschalter 10 deaktiviert werden und damit die Sturzwinkelverstellung manuell vorgenommen werden. Die Einheitssignale der Sensoren 6.1 bis 6.5 bleiben damit im manuellen Modus zur Sturzwinkelverstellung unberücksichtigt. Zur vollständigen Abschaltung jedweder Sturzwinkelverstellung, also manuell oder automatisch, ist im Bereich der Fahrerkabine ein Ein/Aus-Schalter 11 vorgesehen. Der eingestellte Sturzwinkel wird damit fixiert, wobei der Sturzwinkel erst wieder nach erfolgter Freigabe ver- bzw. eingestellt werden kann.
Es versteht sich für den Fachmann von selbst, dass die elektronische Steuereinheit auch in der Lage ist, zusätzlich auftretende und nicht näher bestimmbare Störgrößen auszuregeln, um einen eingestellten Sturzwinkel konstant zu halten oder den Sturzwinkel in einem gewünschtem Sturzwinkelbereich auszusteuern.
iste der Bezugszeichen
1 Fahrzeugrahmen
2 Vorderachse
3 Radebene
4 Sturzzylinder
5 Radzapfeneinheit
6 Sensoren
6.1 Sensor Sturzwinkel
6.2 Sensor Lenkeinschlagwinkel
6.3 Sensor Seitenkraft
6.4 Sensor Achspendelwinkel
6.5 Sensor absoluter Neigungswinkel
7 Fahrzeugrad/Frontrad
8 Stellantrieb
9 elektronische Steuereinheit
10 Umschalter Automatik/Manuell
11 Ein/Aus-Schalter

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Radsturzverstellung an Nutzfahrzeugen, insbesondere an beräderten Baumaschinen mit einer Verbundachse, mindestens bestehend aus einer Sturzstange, einer Achsbrücke, einem Sturzzylinder und einer Radzapfeneinheit, wobei der Sturzzylinder unmittelbar an der Radzapfeneinheit angelenkt ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektronische Steuereinheit (9) mit mindestens einem Sensor (6) und ein mit der Steuereinheit gekoppelter Stellantrieb (8) mit Wirkverbindung zum Sturzzylinder (4) vorgesehen sind, wobei der Sturzzylinder derart ein- und ausfahrbar ausgebildet ist, so dass ein betragsgleicher Sturzwinkel für beide Räder einer Achse in Abhängigkeit von mindestens einem Fahrparameter mittels der Verbundachse selbsttätig und gleichzeitig einstellbar ist.
2. Vorrichtung zur Radsturzverstellung an Nutzfahrzeugen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Radsturzverstellung auch weiterhin manuell einstellbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Sensor (6) ein Sensor für den Sturzwinkel (6.1) relativ zur Fahrbahn vorgesehen ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Sensor (6) ein Sensor für den Lenkeinschlagwinkel (6.2) vorgesehen ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Sensor (6) ein Sensor für die Seitenkraft (6.3) vorgesehen ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Sensor (6) ein Sensor für den Achspendelwinkel (6.4) vorgesehen ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Sensor (6) ein Sensor für den Sturzwinkel (6.5) als absoluter Neigungswinkel vorgesehen ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem Sturzzylinder (4) in Wirkverbindung stehende Stellantrieb als Ventil mit oder ohne Hilfsenergie ausgebildet ist.
9. Verfahren zur Radsturzverstellung an Nutzfahrzeugen, insbesondere an beräderten Baumaschinen mit einer Verbundachse unter Verwendung einer Sturzstange, einer Achsbrücke, eines Sturzzylinders und einer Radzapfeneinheit, dadurch gekennzeichnet, dass ein betragsgleicher Sturzwinkel für beide Räder einer Achse unabhängig von der Position der pendelnden Vorderachse und/oder abhängig vom Lenkeinschlagwinkel und/oder abhängig von den Schar-Seitenkräften und/oder abhängig vom absoluten Neigungswinkel geregelt wird.
10. Verfahren zur Radsturzverstellung an Nutzfahrzeugen, insbesondere an beräderten Baumaschinen, dadurch gekennzeichnet, dass ein betragsgleicher Sturzwinkel für beide Räder einer Achse unabhängig vom Achspendelwinkel konstant gehalten wird.
11. Verfahren zur Radsturzverstellung an Nutzfahrzeugen, insbesondere an beräderten Baumascliinen, dadurch gekennzeichnet, dass ein betragsgleicher Sturzwinkel für beide Räder einer Achse abhängig vom Lenkein- schlagwinkel „gleitend" verstellbar gesteuert wird.
12. Verfahren zur Radsturzverstellung an Nutzfahrzeugen, insbesondere an beräderten Baumaschinen, dadurch gekennzeichnet, dass ein betragsgleicher Sturzwinkel für beide Räder einer Achse abhängig von den Schar- Seitenkräften auf die Vorderachse gesteuert wird, wobei zunächst aus den angreifenden Seitenkräften eine mittlere Seitenkraft ermittelt wird und danach der Radsturzwinkel „gleitend" verstellbar gesteuert wird.
13. Verfahren zur Radsturzverstellung an Nutzfahrzeugen, insbesondere an beräderten Baumaschinen, dadurch gekennzeichnet, dass durch die gleichzeitige Aufschaltung mehrerer Einheitssignale der Sensoren (6) auf die elektronische Steuereinheit (9) eine gewünschte Redundanz erzielt wird.
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