DE19510717C2 - Elektrische Lenkvorrichtung für Flurförderzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Lenkvor­ richtung für Flurförderzeuge nach dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruchs 1.

Es ist für Flurförderzeuge bekannt, eine elektrische Lenk­ vorrichtung einzusetzen. Die Drehbewegung des Lenkrades wird im Hinblick auf die Schnelligkeit und den Drehwinkel erfaßt und elektrisch auf eine Steuervorrichtung übertra­ gen, die einen Elektromotor, zum Beispiel einen Gleich­ strommotor, steuert, der seinerseits das zu lenkende Rad verstellt. Eine derartige Servolenkung wird eingesetzt, wenn das Gewicht des Fahrzeugs einschließlich Last bei einer mechanischen Lenkübersetzung zu unvertretbar hohen Lenkkräften führt.

Aus "Motorcontroller For Electronic Power Steering" Fir­ menschrift von Atlas Copco Controls AG ist bekannt, im Zusammenhang mit einer elektrischen Lenkvorrichtung einen Tachogenerator mit der Lenkwelle zu koppeln. Der Tachoge­ nerator erzeugt eine lenkdrehzahlabhängige Spannung mit drehrichtungsabhängigen Vorzeichen. Es ist ferner bekannt, mit der Lenkwelle einen handelsüblichen Inkrementalgeber zu koppeln, der einen Impulszug erzeugt, wobei die Impuls­ frequenz ein Maß für die Winkelgeschwindigkeit des Lenk­ rades bzw. der Lenkwelle ist. Zur Erkennung der Drehrich­ tung wird ein um 90° phasenverschobener Impulszug erzeugt, woraus sich die Drehrichtung des Lenkrades ergibt.

Aus Sicherheitsgründen ist vorgeschrieben, daß die Funk­ tion einer derartigen Lenkvorrichtung überwacht werden muß, insbesondere die Funktion des Lenksensors. Beim Auf­ treten eines Fehlers, der dazu führt, daß die Lenkfunktion nicht mehr gegeben ist, muß das Fahrzeug automatisch kon­ trolliert abgebremst werden. In diesem Zusammenhang ist bekannt, einen Näherungsschalter vorzusehen, der erkennt, ob sich die Lenkwelle dreht. Ist dies zum Beispiel nicht der Fall, obwohl der Inkrementalgeber Impulse erzeugt, liegt ein Fehler vor, und es wird ein Notstoppsignal er­ zeugt zum kontrollierten Abbremsen des Fahrzeugs. Bei der Verwendung eines Tachogenerators wird dem Nutzsignal, das eine Gleichspannung darstellt, ein Wechselspannungssignal überlagert. Anhand dieses Signals läßt sich erkennen, ob Kabelbruch oder ein Kurzschluß im Tachogeneratorkreis vor­ liegt.

Nachteilig bei den bekannten Systemen ist, daß ein einzi­ ger Fehler im Sensorkreis sofort zu einem Notstopp führt. Ferner hat die Verwendung eines Tachogenerators den Nach­ teil, daß durch Vibrationen kurzzeitig die Kohlen vom Kom­ mutator abheben und dadurch ein Kabelbruch sensiert werden kann, obwohl ein Fehler nicht vorliegt. Schließlich ist die Ankopplung der Sensoren an die Lenkwelle relativ auf­ wendig, zumal axiale und radiale Kräfte nicht übertragen werden sollen.

Aus DE 33 10 386 C2 ist eine Hilfskraftlenkung für Fahrzeuge bekanntgeworden. Die Lenkwelle zwischen Lenkrad und einem hydromechanischen Lenkgetriebe ist geteilt. Die Abschnitte der Lenkwelle sind über eine Torsionsfeder miteinander verbunden. Ein erster Sensor mißt die Drehwinkeldifferenz zwischen dem Lenkrad und dem getriebeseitigen Teil der Lenkwelle. Die Drehwinkeldifferenz ist mithin ein Maß für die am Lenkrad aufgebrachte Lenkkraft. Ein weiterer Sensor mißt den Verdrehwinkel der getriebeseitigen Gelenkwelle. Sein Ausgangssignal ist mithin ein Maß für den Lenkein­ schlag. Durch die Lenkeinschlagsmessung wird vermieden, daß das Lenkgetriebe eine Verstellbewegung ausführt, wenn der Fahrer das Lenkrad losläßt, so daß keine Lenkkraft mehr ausgeübt wird. Mithin wird ein sogenanntes Driften des Lenkgetriebes vermieden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Lenkvorrichtung für Flurförderzeuge zu schaffen, die einen geringeren Herstellungs- und Montageaufwand verursacht und die eine Differenzierung der auftretenden Fehler ermög­ licht.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Lenkvorrichtung ist die Lenk­ welle in zwei Kugellagern gelagert, die beide mit einer Einrichtung zur Drehzahl- und Drehrichtungserkennung ver­ sehen sind und entsprechende Impulszüge erzeugen, wenn die Lenkwelle gedreht wird. Die Impulszüge beider Einrichtun­ gen werden auf die Überwachungsschaltung gegeben, welche sie miteinander vergleicht, um entsprechende Aussagen zu treffen.

Rollen- bzw. Wälzlager, die gleichzeitig als Inkremental­ geber arbeiten, sind bekannt und zum Beispiel für Antriebs- und Stellmotoren verwendet worden. Da ohnehin ein Rollen­ lager für die Lagerung der Lenkwelle erforderlich ist, ist der Aufwand für die speziellen Wälzlager weitaus geringer als der für ein herkömmliches Wälzlager und einen an die Lenkwelle angeflanschten Sensor in Form eines Inkremental­ gebers oder eines Tachogenerators. Die Erfindung sieht je­ doch nicht nur die Anwendung eines einzigen Lenksensors vor, sondern von zwei Sensoren, die gleichwertige Signale erzeugen, die daher zu Überwachungszwecken auf einfache Weise miteinander verglichen werden können.

Bei fehlerhaft arbeitenden Sensoren ist eine Reihe von Fehlermöglichkeiten vorhanden. So kann jeder Sensor zum Beispiel mehr Impulse pro Zeiteinheit erzeugen als ein Maximalwert. Dieser Maximalwert liegt oberhalb der größt­ möglichen Lenkwinkelgeschwindigkeit. Tritt daher eine höhere Impulszahl auf, deutet dies auf einen Fehler hin. Ferner besteht die Möglichkeit, daß von einem oder beiden Sensoren keine Impulse abgegeben werden. Außerdem können die Sensoren eine gegenläufige Bewegung sensieren. Schließ­ lich können die Impulszahlen beider Sensoren voneinander abweichen. Aus dieser Betrachtung ergibt sich, daß einige Fehler nicht so gravierend sind, daß umgehend ein Not­ stoppsignal zu einer Abbremsung des Fahrzeugs führen muß. Vielmehr sollen nach einer Ausgestaltung der Erfindung nur solche detektierten Fehler zu einer Notstoppabbremsung führen, wenn die Impulse beider Lager gegensinnige Lenk­ wellenbewegungen und/oder jeweils Unbrauchbarkeit der La­ ger anzeigen. Letzteres ist zum Beispiel der Fall, wenn von keinem der Sensoren Impulse abgegeben werden. Es ist jedoch auch möglich, bei allen auftretenden Fehlern ein Notstoppsignal zu erzeugen, das jedoch bei leichteren Feh­ lern unterdrückt wird, solange das Fahrzeug seine Fahrt noch fortsetzt, ohne an Sicherheit einzubüßen. Dies hat den Vorteil, daß das Flurförderzeug nicht in jeder dem Zu­ fall überlassenen Situation plötzlich stehenbleibt, son­ dern ein kontrolliertes Außerbetriebsetzen des defekten Fahrzeugs erfolgen kann, wenn es zum Beispiel an einer gewünschten Stelle zum Stillstand gekommen ist. Dies ver­ mindert auch die Unfallgefahr. Solche leichteren Fehler, die zu einer ersten Fehlergruppe gezählt werden können, können solche sein, bei denen ein Lager oder auch beide Lager Fehlimpulse erzeugen, ein Lager keine Impulse er­ zeugt oder die Impulszahlen beider Lager unterschiedlich sind.

Zur Erzeugung eines angenehmen Lenkverhaltens ist eine ge­ wisse Lenkkraft erforderlich. Da die Lagerung der Lenk­ welle reibungsarm ist, ist es nach einer Ausgestaltung der Erfindung vorteilhaft, wenn eine Reibfesselung vorgesehen ist. In diesem Zusammenhang sieht eine weitere Ausgestal­ tung der Erfindung vor, daß die Reibfesselung eine Buchse aufweist, die von einer Feder gegen eine stirnseitig in der Buchse angeordnete Reibfläche gedrückt wird und die Federkraft von einer auf der Lenkwelle sitzenden Mutter einstellbar ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Lenkvorrichtung nach der Er­ findung.

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild für die Sensorik der Lenk­ vorrichtung nach Fig. 1.

In Fig. 1 ist ein Lenkrad 10 mit einer Lenkwelle 12 ver­ bunden, die in zwei Rillenkugellagern 14 und 16 drehbar gelagert ist. Die Kugellager 14, 16 sind in einem Gehäuse 18 angeordnet, das mit einer Verstellvorrichtung 20 für die Lenkung verbunden ist. Mit Hilfe der Verstellvorrich­ tung kann das Lenkrad axial und quer dazu verstellt wer­ den. Hierauf wird im einzelnen nicht eingegangen.

Auf der Lenkwelle 12 sitzt eine Buchse 22, die mit Hilfe eines Keils 24 drehfest mit der Welle 12 ist. Die Buchse weist einen Flansch 26 auf mit einer konischen Außenfläche 28, die mit einer komplementären Reibfläche des Gehäuses 18 zusammenwirkt. Die Buchse 22 wird mit Hilfe einer Feder 30 gegen das Gehäuse 18 angedrückt, wobei die Feder 30 sich am anderen Ende über eine auf der Welle 12 sitzende Scheibe 32 abstützt, die gegen eine Mutter 34 anliegt, die auf einem Gewindeabschnitt 36 der Welle 12 angeordnet ist. Mit Hilfe der Mutter 34 kann mithin die Federkraft an der Buchse 22 und damit die Reibkraft eingestellt werden. Auf diese Weise wird eine wirksame Reibfesselung für die Len­ kung erhalten.

Die Rillenkugellager 14, 16 sind gleichzeitig als zweika­ nalige Inkrementalgeber ausgebildet, was im einzelnen nicht zu erkennen ist. Derartige Lager sind handelsüblich.

In Fig. 2 sind die Lager als Geber eingezeichnet. Über einen ersten Ausgang 40 bzw. 42 wird ein erster Impulszug und über einen weiteren Ausgang 44 bzw. 46 ein zweiter Impulszug auf eine erste Auswertevorrichtung 48 bzw. 50 gegeben. Aus den Impulsen der Inkrementalgeber (siehe Fig. 2 unten) werden Drehrichtung und Impulszahl pro Zeitein­ heit über Leitungen 52 bzw. 54 bzw. 56 bzw. 58 auf eine elektronische Auswerteschaltung 60 gegeben, die Signale erzeugt, die für die nicht gezeigte Steuervorrichtung mit einem nicht gezeigten Lenkmotor verwendet werden. Diese soll jedoch außer acht gelassen werden. Gleichzeitig führt die Schaltungsanordnung 60 verschiedene Fehlerprüfungen durch. So wird zum Beispiel bestimmt, ob die Impulse von den Lagern 14, 16 unterhalb oder oberhalb eines vorgegebe­ nen Maximalwertes liegen. Der Maximalwert entspricht einem Wert der Impulse pro Zeiteinheit, der größer ist als die bei der maximalen Lenkwinkelgeschwindigkeit erreichbare. Wird der Maximalwert überschritten, liegt ein Fehler vor. In der Schaltungsanordnung 60 wird außerdem festgestellt, ob von den Lagern 14, 16 eine gegenläufige Bewegung gemel­ det wird. Falls ja, liegt ein Fehler vor. Ferner wird fest­ gestellt, ob von den Lagern Impulse kommen. Schließlich kann durch Vergleich der Impulszüge auch festgestellt wer­ den, ob die Anzahl der Impulse unterschiedlich ist. Bei der Fehlerart "gegensinnige Bewegung" liegt ein Defekt vor, der die sofortige Stillsetzung des Förderfahrzeugs erfor­ dert. Ein entsprechendes Notstoppsignal wird bei 62 abge­ geben und führt zu einer kontrollierten Abbremsung des Fahrzeugs und zum Stillsetzen des Motors. Liegt hingegen ein anderer Fehler vor, der ursächlich auf dem Defekt nur eines Lagers beruht, wird über den Ausgang 64 ebenfalls ein Notstoppsignal erzeugt, das jedoch nicht sofort zu einer Abbremsung führt, sondern den Weiterbetrieb des Fahrzeugs ermöglicht bis es an einem gewünschten Ort zum Stillstand gekommen und der Motor ausgeschaltet ist. Ein erneutes Anfahren ist dann nicht mehr möglich.

Es versteht sich, daß eine zusätzliche Fehleranzeige, zum Beispiel auf optische Weise, vorgesehen werden kann.

Claims (5)

1. Elektrische Lenkvorrichtung für Flurförderzeuge, mit einem Lenkrad, einer mit dem Lenkrad verbundenen Lenk­ welle, die in zwei Wälzkörperlagern gelagert ist, einem mit der Lenkwelle gekoppelten Inkrementalgeber, dessen dem Lenkwinkel und der Lenkwinkelgeschwindigkeit pro­ portionale Impulse auf eine Steuervorrichtung für einen Lenkmotor gegeben werden, und einer die Bewegung der Lenkwelle überwachenden Überwachungsschaltung, die ein Notstoppsignal für das Flurförderzeug erzeugt, wenn ein Fehler erkannt wird, dadurch gekennzeichnet, daß beide Wälzkörperlager (14, 16) mit einer Einrichtung zur Drehzahl- und Drehrichtungserkennung versehen sind und entsprechende Impulszüge erzeugen, wenn die Lenkwelle (12) gedreht wird und die Überwachungsschaltung (60) die Impulse beider Einrichtungen (14, 16) vergleicht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Notstoppsignal von der Überwachungsschaltung (60) nur erzeugt wird, wenn die Impulse beider Einrich­ tungen (14, 16) gegensinnige Wellenbewegung und/oder jeweils Unbrauchbarkeit anzeigen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei anderen Fehlerzuständen die Erzeugung des Not­ stoppsignals unterdrückt wird, bis das Fahrzeug abge­ schaltet wird.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Lenkwelle (12) eine Reibfesse­ lung (22) zugeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibfesselung eine Buchse (22) aufweist, die von einer Feder (30) gegen eine stirnseitig in der Buchse (22) angeordnete Reibfläche gedrückt wird und die Federkraft von einer auf der Lenkwelle (12) sitzen­ den Mutter (34) einstellbar ist.