DE4025697A1 - Lenkeinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Lenkeinrichtung mit einer Lenksteuereinheit, die durch eine Lenkwelle betätigbar ist, wobei die Lenkwelle durch eine mit einem Lenkhandrad verbundene Lenkhandradwelle und einen Motor antreibbar ist.

Bei einer bekannten Einrichtung dieser Art (US-PS 43 18 451), die zum Lenken eines LKW′s mit auf der Prit­ sche montiertem Kran dient, ist der Motor vom Führerhaus des Kranes aus fernsteuerbar und dient dazu, die Vorder­ räder zu lenken, ohne daß das Lenkhandrad bedient werden muß. Die Lenkhandradwelle und die Ausgangswelle des Motors werden über ein T-Getriebe auf die Lenkwelle geschaltet. Wenn der Fahrer das Lenkhandrad betätigt, muß er nicht nur die Lenkwelle, sondern auch den Motor mit antreiben.

Bei einer anderen bekannten Einrichtung (GB-PS 13 69 081) ist ein Hydraulikmotor vorgesehen, der die Lenkhandrad­ welle direkt über ein Paar Ritzel antreiben kann. Das Ritzel auf der Motorausgangswelle kann außer Eingriff mit dem Ritzel auf der Lenkhandradwelle gebracht werden. In diesem Zustand ist das Fahrzeug nur über das Lenkhand­ rad lenkbar. Vergißt der Fahrer, das Motor-Ritzel mit dem Lenkhandrad-Ritzel in Eingriff zu bringen, bevor er das Führerhaus verläßt, ist das Fahrzeug nicht mehr fernsteuerbar.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lenkeinrichtung anzugeben, die den Fahrer stärker ent­ lastet.

Diese Aufgabe wird bei einer Lenkeinrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß an der Lenkhandradwelle eine in zwei Drehrichtungen wirkende Lastmomentensperre angeordnet ist.

Diese Lastmomentensperre ermöglicht, daß auf der der Lenkhandradwelle abgewandten Seite der Lastmomentensperre Hilfsaggregate, wie beispielsweise der Motor, zur Verfü­ gung gestellt werden können, die permanent mit der Lenk­ welle in Eingriff stehen können, ohne daß der Fahrer beim Betätigen des Lenkhandrades diese Hilfseinrichtung mitbewegen muß.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Lastmomen­ tensperre als in zwei Drehrichtungen wirkende Überhol­ kupplung ausgebildet, über die der Motor auf die Lenk­ welle wirkt, wobei die Lenkhandradwelle bei Betätigung des Motors mitbewegt, eine Bewegung des Motors durch die Lenkhandradwelle aber verhindert wird. Bei einer Fernsteuerung des Fahrzeugs, die durch eine Steuerung des Motors bewirkt wird, dreht sich das Lenkhandrad mit. Dies ist jedoch unschädlich, da sich in diesem Fall in der Regel niemand im Fahrerhaus aufhalten wird, der durch ein sich bewegendes Lenkhandrad gestört werden könnte. Im umgekehrten Fall, wenn der Fahrer das Fahrzeug über das Lenkhandrad lenken möchte, muß er lediglich die Kraft aufbringen, die zur Betätigung der Lenkwelle notwendig ist. Die als Überholkupplung ausgebildete Lastmomentensperre verhindert, daß der Motor mitbewegt werden muß. Für die Dimensionierung des Motors muß ledig­ lich seine Antriebsleistung beachtet werden, nicht jedoch die zur Bewegung des stillstehenden Motors aufzubringen­ de Kraft. Wenn sich der Fahrer im Fahrerhaus aufhält, kann er jederzeit die Kontrolle über die Lenkung über­ nehmen. Beispielsweise kann er das Lenkrad festhalten, um eine Betätigung der Lenkung zu verhindern. Dies kann bei knickgesteuerten Fahrzeugen sinnvoll sein, die mit Hilfe einer Steuervorrichtung selbst ausrichtend gemacht worden sind, bei denen aber in bestimmten Situationen die Selbstausrichtung gehemmt werden soll.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Lastmomen­ tensperre eine mit der Lenkwelle verbundene Nabe auf, die durch die Lenkhandradwelle bewegbar ist, wobei die Nabe durch zwei in je eine Drehrichtung wirkende Klemm­ rollen, die bei Betätigung des Lenkhandrades gelöst werden, gegen ein vom Motor antreibbares Kupplungsgehäuse verkeilt ist. Die Nabe kann beispielsweise mit einer Passfeder formschlüssig mit der Lenkwelle verbunden sein. Die Lenkhandradwelle kann beispielsweise Mitnehmer­ bolzen aufweisen, die mit geringem Spiel in der Nabe gelagert sind. Zum Lösen der Klemmrollen können bei­ spielsweise Betätigungsstifte vorgesehen sein, die die Klemmrollen aus ihrer Verkeil-Stellung lösen. Wird nun an der Lenkhandradwelle eine Kraft ausgeübt, so drückt je nach Drehrichtung der eine oder der andere Betäti­ gungsstift die zugeordnete Klemmrolle außer Eingriff mit dem Gehäuse. Die Nabe läßt sich gegen das Gehäuse frei verdrehen. Da das Gehäuse nicht mitgedreht werden muß, muß der Motor nicht bewegt werden. Die von der Bedienungsperson aufzubringende Kraft beschränkt sich auf die zum Bewegen der Lenkwelle notwendige Kraft. Die im Eingriff verbliebene Klemmrolle wirkt dabei wie bei einem im Leerlaufsinn arbeitenden Freilauf. Wird andererseits das Gehäuse durch den Motor gedreht, verkei­ len sich die Klemmrollen zwischen Gehäuse und Nabe, wobei jeweils eine Klemmrolle für jede Drehrichtung vorgesehen ist. Um das Verkeilen zu erleichtern, kann zwischen den beiden Klemmrollen eine Feder vorgesehen sein. Bei Betätigung des Motors wird also nicht nur die Lenkwelle, sondern auch die Lenkhandradwelle mitge­ dreht.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Motor als Elektromotor, insbesondere als Schrittmotor, ausgebildet. Elektromotoren lassen sich sehr gut fernsteuern, da die Menge an elektrischer Energie, die dem Motor zuge­ führt werden muß, leicht von außen kontrolliert werden kann. Zudem erlauben Elektromotoren eine sehr präzise Einstellung des Drehwinkels. Für ihren Betrieb sind außer dem auf einem Fahrzeug ohnehin zur Verfügung stehenden Strom keine weiteren Hilfsquellen erforderlich.

Es ist von Vorteil, daß eine den Motor steuernde Steuer­ einrichtung vorgesehen ist, daß an der Lenkhandradwelle ein Drehwinkelsensor angeordnet ist und daß eine Lenk­ signalerzeugungseinrichtung vorgesehen ist, wobei die Steuereinrichtung den Motor betätigt, um eine Differenz zwischen dem Ausgangssignal des Drehwinkelsensors und dem Ausgangssignal der Lenksignalerzeugungseinrichtung auszugleichen. Die Lenksignalerzeugungsginrichtung kann beispielsweise durch einen Steuerknüppel oder "joy-stick" gebildet sein. Der Fahrer kann nun durch den Grad der Auslenkung des Steuerknüppels den gewünschten Lenkein­ schlag bestimmen, genauso, wie er dies normalerweise durch eine bestimmte Umdrehung des Lenkhandrades tun würde. Um eine Übereinstimmung zwischen der Auslenkung des Steuerknüppels und der Umdrehung des Lenkhandrades erreichen zu können, wird der Drehwinkel des Lenkhand­ rades erfaßt. Solange die Übereinstimmung zwischen der Auslenkung des Steuerknüppels und der Drehung des Lenk­ handrades nicht besteht, wird der Motor betätigt, d. h. er dreht das Lenkhandrad und betätigt die Lenksteuerein­ heit. Als Lenksignalerzeugungseinrichtung können neben dem genannten Steuerknüppel auch andere Einrichtungen vorgesehen sein, beispielsweise der Empfänger einer Fernsteuerung, die mit elektromagnetischen Wellen, Licht oder Schall arbeitet.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist vorge­ sehen, daß am Lenkmotor ein Lenkwinkelsensor angeordnet ist, wobei die Steuereinrichtung den Motor betätigt, um eine Differenz zwischen dem Ausgangssignal des Lenk­ winkelsensors und dem Ausgangssignal der Lenksignalerzeu­ gungseinrichtung auszugleichen. Hierdurch lassen sich beispielsweise durch mögliche Leckagen in der Lenksteuer­ einheit und im Lenkmotor auftretende Fehler kompensieren.

Bevorzugterweise ist die Lenksteuereinheit als hydrau­ lische Steuereinrichtung ausgebildet, die einen hydrau­ lischen Lenkmotor betätigt. Die Lenksteuereinheit ist also hilfskraft-unterstützt, so daß der Fahrer weitgehend entlastet wird. Er muß bei der Betätigung der Lenkwelle nur eine vergleichsweise geringe Kraft aufbringen.

Mit Vorteil ist zwischen Motor und Überholkupplung ein Schneckengetriebe angeordnet. Der Motor kann damit mit einer höheren Drehzahl betrieben werden, die durch das Schneckengetriebe, d. h. eine Spindel oder eine Schnecke mit zugeordnetem Zahnkranz, stark untersetzt wird. Zu dem wirkt das Schneckengetriebe weitgehend selbsthemmend, so daß eine zuverlässige Entriegelung, d. h. ein Lösen der Klemmrollen möglich ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Lenkradwelle über ein Planetengetriebe mit der Lenkwelle verbunden, wobei die Lastmomentensperre zwischen Lenkhandradwelle und Planetengetriebe angeordnet ist und Lenkhandradwelle, Lenkwelle und Motor jeweils einem anderen der Planetenge­ triebe-Elemente Sonnenrad, Planetenradhalter und Zahn­ kranz zugeordnet sind. Mit dieser Ausführungsform läßt sich zwischen Radbelastung und dem Moment am Lenkhandrad ein Zusammenhang herstellen. Die Lastmomentensperre oder Überholkupplung erlaubt, daß der Betätigungskraft, die vom Fahrer am Lenkhandrad aufgebracht wird, eine weitere Kraft überlagert wird, die vom Motor über das Planetengetriebe auf die Lenkwelle aufgebracht wird. Das Planetengetriebe erlaubt es in Verbindung mit der Lastmomentensperre darüber hinaus, daß die Lenkwelle angetrieben wird, ohne daß die Lenkhandradwelle durch den Motor gleichzeitig angetrieben wird. Dies ermöglicht eine Selbstausrichtung von Fahrzeugen, die an sich nicht selbstausrichtend sind, beispielsweise knickgesteuerte Fahrzeuge. Über das Planetengetriebe läßt sich darüber­ hinaus eine Übersetzung der Bewegung der Lenkhandrad­ welle auf die Bewegung der Lenkwelle erreichen, so daß bei einem entsprechend gewähltem Übersetzungsverhältnis die Lenkung optimal an die Bedürfnisse des Fahrers ange­ paßt werden kann.

Dabei ist bevorzugt, daß die Lenkhandradwelle dem Plane­ tenradhalter, die Lenkwelle dem Sonnenrad und der Motor dem Zahnkranz zugeordnet ist. Die Bezeichnungen für das Planetengetriebe sind hier funktional zu verstehen. Das Planetengetriebe ist nicht auf einer Ausbildung als ebenes Planetengetriebe beschränkt. Durch die erwähn­ te Zuordnung läßt sich nicht nur eine günstige Überset­ zung, sondern auch ein vorteilhaftes Bauvolumen realisie­ ren. Da die Lenkwelle dem Sonnenrad, d. h. dem Mittelpunkt des Planetengetriebes zugeordnet ist, läßt sich das Planetengetriebe praktisch um die Lenkwelle herum an­ ordnen.

Mit Vorteil ist der Planetenradhalter unmittelbar an der Abtriebsseite der Lastmomentensperre angeordnet. Auf diese Weise läßt sich die Bewegung der Lenkhandrad­ welle und die vom Motor erzeugte Bewegung überlagern.

Dabei ist von Vorteil, daß die Achsen der Planetenräder in der Nabe befestigt sind. Dies ermöglicht eine geringe Baugröße.

Mit Vorteil ist in Reihe mit dem Planetengetriebe ein zweites Planetengetriebe angeordnet, das das erste Plane­ tengetriebe antreibt. Mit einem zweiten Planetengetriebe ist man in der Wahl der jeweiligen Übersetzungsverhält­ nisse noch wesentlich freier.

Dabei ist bevorzugt, daß der Motor auf den Zahnkranz des ersten Planetengetriebes wirkt.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Zahnkranz des zweiten Planetengetriebes nicht drehbar, die Lenkhandradwelle ist mit dem Sonnenrad des zweiten Planetengetriebes verbunden, der Planetenradhalter des ersten Planetengetriebes ist mit dem Planetenradhalter des zweiten Planetengetriebes verbunden und die Lenkwelle ist mit dem Sonnenrad des ersten Planetengetriebes ver­ bunden. Hierdurch läßt sich erreichen, daß trotz der Verwendung eines Planetengetriebes eine 1 : 1 Übersetzung zwischen Drehung der Lenkhandradwelle und Drehung der Lenkwelle erreicht werden kann. Trotzdem können die Vorteile der Verwendung eines Planetengetriebes genutzt werden, insbesondere, daß sich die Bewegung der Lenkhand­ radwelle einer vom Motor erzeugten Bewegung überlagern kann. Auf diese Art und Weise lassen sich unterschied­ liche Lenkcharakteristiken realisieren.

Dabei ist besonders bevorzugt, daß das erste und das zweite Planetengetriebe jeweils gleiche Übersetzungsver­ hältnisse aufweisen. Es werden praktisch zwei identische Planetengetriebe verwendet.

Mit Vorteil ist am Lenkmotor ein Lenkwinkelsensor ange­ ordnet, wobei der Lenkwinkelsensor und der Drehwinkelsen­ sor mit der Steuerschaltung verbunden sind, die die Ausgangssignale der beiden Sensoren vergleicht und bei vorbestimmten Abweichungen den Motor als Stellglied betätigt. Der Drehwinkelsensor mißt die Bewegung, d. h. die Verdrehung der Lenkhandradwelle gegenüber einer Neutralstellung. Der Lenkwinkelsensor mißt den Lenkwin­ kel, d. h. das Verschwenken von gelenkten Rädern oder das Einknicken des Fahrzeugs bei knickgesteuerten Fahr­ zeugen. Durch das Lenkhandrad wird ein Sollwert vorge­ geben. Dieser Sollwert wird mit Hilfe des Drehwinkelsen­ sors ermittelt. Der Istwert ist der Lenkwinkel, der durch den Lenkwinkelsensor ermittelt wird. Stimmen die beiden Werte nicht überein, so wird der Motor betätigt. Der Motor wiederum betätigt über das Planetengetriebe die Lenkwelle, die die Lenksteuereinheit betätigt, was zu einer Änderung des Lenkwinkels führt. Durch die Last­ momentensperre ist sichergestellt, daß die Lenkhandrad­ welle nicht verdreht, der Sollwert also nicht verändert wird. Auf diese Art und Weise läßt sich ein direkter Zusammenhang zwischen der Stellung des Lenkhandrades und Lenkwinkel erzielen. Umgekehrt kann der Fahrer auf eine vorbestimmte Art und Weise unterstützt werden, indem bei Betätigung des Lenkhandrades der Motor gleich­ zeitig betätigt wird, wobei die bei der Betätigung des Lenkhandrades entstehende Differenz zwischen Drehwinkel und Lenkwinkel als Betätigungssignal für den Motor ver­ wendet wird. Je nach Aufbau der Steuerschaltung muß der Fahrer eine geringere Kraft aufwenden, wenn der Motor sehr bald zu seiner Unterstützung eingreift, oder eine größere Kraft, wenn der Motor sehr spät oder mit geringer Kraft auf die Lenkwelle wirkt.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist ein Fahrgeschwindigkeitssensor vorgesehen, der mit der Steuerschaltung verbunden ist, wobei die Steuerschaltung aufgrund der Informationen des Fahrgeschwindigkeitsensors die Zuordnung von Drehwinkel und Lenkwinkel verändert. Das Lenkverhalten läßt sich also an die Fahrgeschwindig­ keit anpassen.

Dabei ist bevorzugt, daß das Verhältnis zwischen Drehwin­ kel und Lenkwinkel mit zunehmender Geschwindigkeit ab­ nimmt. Bei niedriger Geschwindigkeit, etwa beim Rangieren oder Einparken des Fahrzeugs, kann es erwünscht sein, mit einer relativ kleinen Bewegung des Lenkhandrades einen großen Einschlag der Räder oder ein starkes Ein­ knicken des Fahrzeugs bei knickgesteuerten Fahrzeugen zu erzielen. Die gleiche Lenkcharakteristik würde jedoch bei höheren Geschwindigkeiten zu gefährlichen Situatio­ nen führen. Die Steuerschaltung verändert deswegen die Lenkcharakteristik, so daß bei höheren Geschwindigkeiten eine wesentlich größere Drehung des Lenkhandrades not­ wendig ist, um eine gleiche Auslenkung der gelenkten Räder oder ein gleiches Einknicken des Fahrzeuges zu bewirken.

In einer anderen bevorzugten Auführungsform ist eine mit der Steuerschaltung verbundener Fernfühler vorge­ sehen. Der Fernfühler ermöglicht, daß das Fahrzeug bei­ spielsweise durch eine Leitlinie gelenkt wird. Diese Leitlinie kann beispielsweise eine Bodenrille, eine optische Markierung, eine Schnittkante bei Erntegut oder eine im Boden verlegte Leiterschleife sein, die durch den Fernfühler abgetastet wird. Die Steuereinrich­ tung kann den Motor dann so betätigen, daß er die Lenk­ welle dreht, um die Richtung des Fahrzeuges zu ändern. Das Lenkhandrad bleibt in diesem Fall durch die Verwen­ dung des Planetengetriebes und der Lastmomentensperre in der Ruhestellung, so daß der Fahrer im Führerhaus verweilen kann, ohne durch das sich bewegende Lenkhand­ rad gestört oder gefährdet zu werden. Der Fernfühler kann auch ohne Planetengetriebe verwendet werden. In diesem Fall dreht sich das Lenkhandrad mit. Auf jeden Fall kann ein Fahrer schnell eingreifen und das Fahrzeug mit Handsteuerung weiterfahren, wenn sich bei der automa­ tischen Lenkung des Fahrzeugs gefährliche Situationen ergeben.

Mit Vorteil ist der Motor durch eine Fernsteuereinrich­ tung steuerbar. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Fahrzeug nicht nur vom Fahrerhaus, sondern beispielsweise von der Kabine eines auf dem Fahrzeug angeordneten Kranes oder einer anderen Arbeitseinrichtung gelenkt werden soll. Die Fernsteuereinrichtung kann jedoch auch im Fahrerhaus angeordnet sein. Es ist bei­ spielsweise denkbar, daß sie als Steuerknüppel oder "joy-stick" ausgebildet ist. Durch Betätigung des Steuer­ knüppels läßt sich das Fahrzeug ebenfalls lenken, ohne daß der Fahrer größere Bewegungen ausführen muß, die ihn auf Dauer ermüden würden. Schließlich kann die Fern­ steuerung auch von außerhalb des Fahrzeugs erfolgen, beispielsweise über Funk, Infrarotlicht oder Ultraschall. Natürlich ist eine Fernsteuerung auch über ein Kabel möglich.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipsskizze der Lenkeinrichtung,

Fig. 2 den prinzipiellen Aufbau einer Lastmomentensperre,

Fig. 3 das Zusammenwirken eines Motors mit der Lastmomen­ tensperre,

Fig. 4 einen Querschnitt durch die Lastmomentensperre,

Fig. 5 eine Ausführungsform mit Planetengetriebe,

Fig. 6 eine Schnittansicht der Ausführungsform mit Plane­ tengetriebe,

Fig. 7 eine Ausführungsform mit zwei Planetengetrieben,

Fig. 8 eine grafische Darstellung des Zusammenhangs zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Übersetzungsverhältnis zwischen Drehwinkel und Lenkwinkel und

Fig. 9 eine grafische Darstellung des Zusammenhangs zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Verhältnis von Motordrehung und Lenkhandrad­ drehung.

Eine Lenkeinrichtung 1 weist ein Lenkhandrad 2 auf, das mit einer Lenkhandradwelle 3 verbunden ist. Die Lenkhandradwelle ist in eine als Überholkupplung 4 ausge­ bildete Lastmomentensperre geführt. Ebenfalls mit der Überholkupplung 4 verbunden ist ein Motor 5. Am Ausgang der Überholkupplung 4 ist eine Lenkwelle 6 angeordnet, die mit einer hydraulischen Steuereinrichtung 7 verbunden ist. Die hydraulische Steuereinrichtung wird über eine Pumpe 8 mit Hydraulikflüssigkeit aus einem Tank 9 ver­ sorgt und erzeugt, je nach Auslenkung der Lenkwelle 6, unterschiedliche Hydraulikdrücke in Arbeitsräumen 11, 12 des Lenkmotors 10. Der Lenkmotor 10 kann bei­ spielsweise die Räder eines Fahrzeuges lenken oder, bei einem knickgesteuerten Fahrzeug, das Fahrzeug ein­ knicken, um bei Bewegung des Fahrzeugs eine Richtungs­ änderung des Fahrzeugs zu ermöglichen. An der Lenkhand­ radwelle 3 ist ein Drehwinkelsensor 13 angeordnet, der eine optische, mechanische oder magnetische Markierung 14 auf der Lenkhandradwelle 3 abtastet und so die Auslen­ kung der Lenkhandradwelle aus einer Neutralstellung ermittelt. Am Lenkmotor 10 ist ein Lenkwinkelsensor 15 angeordnet, der eine Markierung 16 auf einer Arbeits­ stange 17 des Lenkmotors abtastet. Diese Markierung 16 kann ebenfalls beispielsweise optisch, mechanisch oder magnetisch ausgeführt sein. Der Lenkwinkelsensor ermit­ telt den Lenkwinkel, d. h. den Winkel, um den die gelenk­ ten Räder des Fahrzeuges eingeschlagen sind oder den Winkel, um den das Fahrzeug eingeknickt ist.

Eine Druckmeßeinrichtung 18 ermittelt den Druck im Lenk­ motor 10, d. h. die Belastung der hydraulischen Steuerein­ richtung. Diese Belastung ist im Prinzip ein Maß für die Kraft, die der Fahrer des Fahrzeuges ohne Hilfskraft­ unterstützung aufbringen müßte, um das Fahrzeug zu len­ ken. Dargestellt ist lediglich die Druckermittlung in einem Arbeitsraum 12 des Lenkmotors 10. Natürlich kann die Druckermittlung in beiden Arbeitsräumen 11, 12 er­ folgen.

Die Ausgänge des Drehwinkelsensors 13, des Lenkwinkel­ sensors 15 und der Druckmeßeinrichtung 18 sind mit einer Steuerschaltung 19 verbunden. Der Ausgang der Steuer­ schaltung 19 steuert den Motor 5.

Mit der Steuerschaltung ebenfalls verbunden ist ein Fernfühler 20, der beispielsweise eine Kante 21 abtastet, entlang der das Fahrzeug geführt werden soll. Weiterhin ist mit der Steuerschaltung 19 ein Fahrgeschwindigkeits­ sensor 22 vorgesehen, der ein mit einem Fahrzeugrad 23 drehfest verbundenes Zahnrad 24 abtastet und aus den ermittelten Impulsen die Geschwindigkeit des Fahr­ zeugrades 23 ermittelt.

Mit der Steuerschaltung 19 verbunden ist ebenfalls ein Steuerknüppel oder "joy-stick" 25. Mit dem Steuerknüppel 25 kann der Fahrer angeben, in welche Richtung er das Fahrzeug zu lenken wünscht. Der Steuerknüppel 25 kann im Fahrerhaus angeordnet sein, um dem Fahrer zu ermög­ lichen, ohne eine wiederholte und mit großem Bewegungs­ aufwand verbundene Drehung des Lenkhandrades das Fahrzeug zu rangieren. Er kann jedoch auch außerhalb der Fahrer­ kabine angeordnet sein, beispielsweise in der Nähe von Betätigungselementen einer auf dem Fahrzeug angeordneten Arbeitsmaschine, wie z. B. einem Kran. Natürlich können auch mehrere Steuerknüppel 25 auf oder an dem Fahrzeug angeordnet sein. Es kann auch eine Antenne 55 mit einem Empfänger 56 vorgesehen sein, der mit der Steuerschal­ tung 19 verbunden ist, so daß das Fahrzeug über Funk fernsteuerbar ist. Ein nicht dargestellter Sender kann beispielsweise ebenfalls einen Steuerknüppel aufweisen, wobei das gesendete Signal abhängig von der Stellung oder der Bewegung des Steuerknüppels ist. Der Steuerknüp­ pel 25 dient zur Erzeugung eines Lenksteuersignals. Dieses Lenksteuersignal wird der Steuerschaltung 19 zugeführt, die wiederum den Motor 5 betätigt. Durch den Motor 5 wird die Überholkupplung betätigt, so daß sich die Lenkwelle 6 und die Lenkhandradwelle 3 dreht. Die Drehung der Lenkhandradwelle 3 wird mit Hilfe der Markierung 14 durch den Lenkwinkelsensor 13 erfaßt, der den Drehwinkel der Lenkhandradwelle 3 an die Steuer­ schaltung 19 zurückmeldet. Der Motor 5 wird solange betätigt, bis sich der Drehwinkel der Lenkhandradwelle 3 in Übereinstimmung mit der Auslenkung des Steuerknüp­ pels 25 befindet.

Fig. 2 bis 4 zeigen eine erste Ausführungsform der als Überholkupplung 4 ausgebildeten Lastmomentensteuerung. Bei dieser Ausführungsform können die Sensoren 13, 15, 18, 20 und 22 entfallen. Der Motor 5 kann durch den Steuerknüppel 25 auch direkt gesteuert werden.

Die Überholkupplung 4 ist als Lastmomentensperre ausge­ bildet. Lastmomentensperren dieser Art werden beispiels­ weise unter der Bezeichnung "Ringspann Siam" von der Ringspann Albrecht Maurer KG angeboten.

Die Lastmomentensperre oder Überholkupplung 4 weist eine Nabe 26 auf, die mit der Lenkwelle 6 drehfest ver­ bunden ist. Dies kann beispielsweise durch eine nicht dargestellte Passfeder erfolgen. Die Nabe ist in einem Gehäuse 27 angeordnet, das eine Außenverzahnung 28 auf­ weist. Die Außenverzahnung 28 steht in Eingriff mit einem Gewinde 29 einer Spindel oder Schnecke 30, die vom Motor 5 angetrieben werden kann.

An der Lenkhandradwelle 3 sind zwei Mitnehmerbolzen 31 befestigt, die in Bohrungen 32 in der Nabe 26 mit geringem Spiel eingreifen. Die Nabe 26 füllt den Innen­ raum des Gehäuses 27 nicht vollständig aus, sondern läßt einen Leerraum 33 frei, in dem zwei Klemmrollen 34 angeordnet sind, die mit Hilfe einer Feder 35 nach außen gedrückt werden und die Nabe gegen den Innenumfang des Gehäuses 27 verkeilen. Mit der Lenkwelle 3 ebenfalls verbunden sind zwei Betätigungsstifte 37.

Wird nun an der Lenkhandradwelle 3 eine Kraft ausgeübt, so drückt je nach Drehrichtung einer der Betätigungs­ stifte 37 eine der beiden Klemmrollen 34 gegen die Kraft der Feder 35 außer Eingriff mit dem Innenumfang 36 des Gehäuses 27. Damit läßt sich die mit der Nabe 26 verbun­ dene Lenkwelle 6 frei drehen. Die Nabe 26 selber wird mit Hilfe der Mitnehmerbolzen 31 durch die Lenkhandrad­ welle 3 gedreht. Die im Eingriff verbliebene Rolle wirkt dabei wie bei einem im Leerlaufsinn arbeitenden Freilauf. Durch den symmetrischen Aufbau der Lastmomentensperre 4 ist der beschriebene Vorgang auch in umgekehrter Dreh­ richtung in analoger Weise möglich. Versuchen aber Rück­ stellkräfte von der Lenkwelle 6 die Nabe 26 zu verdrehen, so wird die Nabe 26 durch die Klemmrollen 34 gegenüber dem Gehäuse 27 verklemmt. Dabei wirkt jede Klemmrolle für eine Drehrichtung. Wird nun das Gehäuse 27 über das durch die Spindel 30 und die Außenverzahnung 28 gebildete Schneckengetriebe durch den Motor 5 gedreht, nimmt das Gehäuse über die Klemmrollen 34, die Nabe 26 und die Mitnehmerbolzen 31 die Lenkhandradwelle 3 und somit das Lenkhandrad 2 mit. Bei Betätigung des Motors 5 dreht sich also nicht nur die Lenkwelle 6, sondern auch das Lenkhandrad 2. Wird jedoch die Lenkhandradwelle 3 durch das Lenkhandrad 2 bewegt, wird die Verkeilung oder Verklemmung zwischen den Klemmrollen 34 und dem Innenumfang 36 des Gehäuses 27 gelöst und die Lenkwelle 6 kann sich unbeeinflußt vom Motor 5 drehen. Der Fahrer kann also sein Fahrzeug lenken, ohne daß er ein Moment zur Bewegung des Motors 5 erzeugen muß.

Der Motor ist als Elektromotor ausgebildet. Für einen Elektromotor ist außer dem auf einem Fahrzeug in der Regel ohnehin vorhandenen elektrischen Strom keine weitere Hilfskraft erforderlich. Die durch den elek­ trischen Strom übertragene Leistung läßt sich leicht steuern, so daß eine Lenkung des Fahrzeuges mit Hilfe des Motors ohne Schwierigkeiten möglich ist. Zu diesem Zweck reicht es beispielsweise aus, wenn der Steuerknüp­ pel 25 eine Widerstandsbahn aufweist, die, je nach Aus­ lenkung des Steuerknüppels, einen vorbestimmten Strom einer vorbestimmten Polarität in den Motor 5 fließen läßt. Man kann den Motor 5 als Schrittmotor ausbilden. Durch die Verbindung des Motors 5 mit der Überholkupplung 4 durch das Schneckengetriebe 28, 30 ist dies allerdings nicht notwendig. Das Schneckengetriebe untersetzt die Drehzahl des Motors 5 in hohem Maße. Fig. 3 zeigt die Anordnung von Elektromotor und Überholkupplung teilweise im Aufriß.

Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch die als Überhol­ kupplung 4 ausgebildete Lastmomentensperre. Wird nun der Motor 5 aktiviert, dreht die Spindel 30 und, aufgrund des Schneckengetriebes 29, 28 dreht sich das Gehäuse 27 auch. Über die Klemmrollen 34 wird ein Moment auf die Lenkwelle 6 übertragen. Die Lenkwelle 6 dreht sich. Der Lenkmotor 10 wird betätigt. Gleichzeitig wird die Lenkhandradwelle 3 über die Mitnehmerbolzen 31 mitge­ dreht. Auch wenn das Lenkhandrad 2 während dieser Be­ wegung aktiviert wird, wird die Klemm- oder Reibungskupp­ lung zwischen der Nabe 26 und dem Gehäuse 27 gelöst. Der Motor 5 kann sich dann zwar weiterdrehen. Er übt jedoch in Bezug auf die Lenkung keine Funktion mehr aus. Die Lenkung kann also unbeeinflußt von dem Motor 5 erfolgen. Der Fahrer kann sogar in die entgegengesetzte Richtung wie der Motor 5 lenken, ohne daß er gegen die Kraft des Motors 5 arbeiten muß.

Die dargestellte Ausführungsform kann beispielsweise zur Fernsteuerung der Lenkeinrichtung verwendet werden, beispielsweise mit Hilfe des Steuerknüppels 25 oder auch mit Hilfe des Fernfühlers 20. Der Steuerknüppel kann den Fahrer bei großem Lenkbedarf entlasten. Möglich ist auch eine Fernlenkung des Fahrzeugs von der Pritsche des Fahrzeugs oder, z. B. mittels Funk, von außerhalb des Fahrzeugs. Mit dem Fernfühler ist es auch möglich, eine Bordsteinkante oder ähnliches abzutasten, wobei das Fahrzeug dieser Bordsteinkante folgt.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der zu­ sätzlich zur Lastmomentensperre 104 ein Planetengetriebe 40 vorgesehen ist. Das Planetengetriebe 40 weist ein Sonnenrad 41, drei Planetenräder 42, einen Planetenrad­ halter 43 und einen Zahnkranz 44 auf. Dargestellt ist ein Planetengetriebe in ebener Anordnung, d. h. Sonnenrad, Planetenräder und Zahnkranz befinden sich alle in einer Ebene. Es sind jedoch auch alle anderen Ausführungsbei­ spiele eines Planetengetriebes verwendbar. Der Zahnkranz 44 weist eine Außenverzahnung 45 auf, die mit dem Gewinde 29 der Spindel 30 kämmt. Der Zahnkranz 44 weist weiterhin eine Innenverzahnung 46 auf, die mit der Verzahnung 47 der Planetenräder 42 kämmt. Die Verzahnung 47 der Plane­ tenräder 42 ihrerseits kämmt mit einer Verzahnung 48 des Sonnenrades 41.

Der Planetenradhalter 43 ist unmittelbar mit der Nabe 26 der Lastmomentensperre verbunden. Die Mitnehmerbolzen 31 sind mit der Lenkhandradwelle 3 verbunden. Die Nabe 26 wird durch die Klemmrollen 34 gegen ein ortsfest angeord­ netes Gehäuse 49 verkeilt. Die Verkeilung kann mit Hilfe der Betätigungsstifte 37 gelöst werden, die ebenfalls an der Lenkhandradwelle befestigt sind.

Wenn das Lenkhandrad 2 nicht betätigt wird, wird die Planetenradhalterung 43 durch die Lastmomentensperre 104 gehäusefest gehalten, d. h. die Planetenradhalterung 43 läßt sich nicht drehen. Wird nun der Motor 5 aktiviert, wird über die Spindel 30 der Zahnkranz 44 gedreht. Auf­ grund des feststehenden Planetenradhalters 43 wird diese Drehung hochgeschaltet, d. h. übersetzt, auf das Sonnenrad 41 übertragen. Das Sonnenrad 41 ist mit der Lenkwelle 6 verbunden. Eine Drehung des Sonnenrades 41 bewirkt also in jedem Fall eine Drehung der Lenkwelle 6 und somit eine Betätigung der Lenksteuereinheit 7. Wird das Lenk­ handrad 2 allein aktiviert, wird die der Richtung ent­ sprechende Klemmrolle 34 durch den zugeordneten Betäti­ gungsstift 37 gelöst. Die Planetenradhalterung 43 kann sich nun im Gehäuse 49 frei drehen. Wenn der Motor 5 stillsteht, steht der Zahnkranz 44 ebenfalls still, da das durch die Spindel 30 und den Zahnkranz 44 gebil­ dete Schneckengetriebe selbsthemmend wirkt. Da der Zahn­ kranz 44 festgehalten ist, wird die Bewegung der Lenk­ handradwelle 3 ebenfalls hochgeschaltet, d. h. mit einem höheren Übersetzungsverhältnis auf das Sonnenrad 41 übergeführt. Wenn der Motor 5 und das Lenkhandrad 2 gleichzeitig aktiviert werden, werden durch das Planeten­ getriebe 40 die beiden Bewegungen addiert und die Summe der Bewegungen der Lenkwelle 6 zugeführt. Fig. 6 zeigt, daß das Sonnenrad mit Hilfe einer Steckkupplung, d. h. einer Innenverzahnung in der Lenkwelle 6 und einer Außen­ verzahnung auf einer mit dem Sonnenrad 41 verbundenen Welle 50 mit der Lenkwelle 6 verbunden ist.

Natürlich kann auch das Sonnenrad 41 oder der Zahnkranz 44 durch die Lastmomentensperre 104 festgehalten werden. In diesem Fall ergeben sich andere Übersetzungsverhält­ nisse.

Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform entsprechend der von Fig. 6, bei der zwei Planetengetriebe 40 und 51 in Reihe geschaltet sind. Beide Planetengetriebe 40, 51 weisen einen gemeinsamen Planetenradhalter 52 auf. Das Sonnenrad des zweiten Planetenradgetriebes 51 ist über die Lastmomentensperre 104 mit der Lenkhandradwelle 3 verbunden. Der Zahnkranz 54 des zweiten Planetengetrie­ bes 51 ist gehäusefest. Solange also das Lenkhandrad 2 und somit die Lenkhandradwelle 3 nicht betätigt werden, liegt der Planetenradhalter 52 im Gehäuse fest. Eine Bewegung des Motors 5 überträgt sich somit auf das Son­ nenrad 41 des ersten Planetengetriebes 40. Wird jedoch durch Betätigung des Lenkhandrades 2 die Lastmomenten­ sperre 104 gelöst, überträgt sich über das Sonnenrad 53 des zweiten Planetengetriebes und den gemeinsamen Plane­ tenradhalter 52 die Bewegung der Lenkhandradwelle 3 auf das Sonnenrad 41 des ersten Planetengetriebes 40. Wenn die beiden Planetengetriebe 40, 51 jeweils die gleichen Übersetzungsverhältnisse aufweisen, wird die Bewegung der Lenkhandradwelle 3 im Verhältnis 1 : 1 auf die Lenkwelle 6 übertragen.

Mit Hilfe des oder der Planetengetriebe 40, 51 sowie der Drehwinkel- und Lenkwinkelsensoren 13, 15 ist es möglich, das Fahrzeug mit einer größeren Präzision zu lenken als es bisher bei einem hydraulischen Lenksystem der Fall ist. Der Fehler zwischen dem Soll- und dem Istwert, d. h. zwischen dem an der Lenkhandradwelle 3 ermittelten Drehwinkel und dem an der Arbeitsstange 17 des Lenkmotors 10 ermittelten Lenkwinkels kann mit Hilfe einer Regelung, die den Motor 5 als Stellglied verwendet, minimiert werden. Dies erreicht man dadurch, daß der Motor 5 seine Bewegung zu der Bewegung des Lenk­ handrades 2 addiert bzw. subtrahiert.

Durch Messen der Fahrgeschwindigkeit mit Hilfe des Fahr­ geschwindigkeitssensors 22 ergibt sich die Möglichkeit, das Übersetzungsverhältnis zwischen Lenkhandraddrehung und Raddrehung, d. h. das Verhältnis zwischen Drehwinkel und Lenkwinkel als Funktion der Geschwindigkeit zu va­ riieren. Diese Möglichkeit ist beispielsweise dann vor­ teilhaft, wenn das Fahrzeug bei niedriger Geschwindigkeit durch geringe Bewegungen am Lenkhandrad rangiert werden soll, bei größeren Geschwindigkeiten aber die gleichen geringen Bewegungen am Lenkhandrad nicht zu einer Insta­ bilität des Fahrzeugs führen sollen. Um die unterschied­ lichen Übersetzungsverhältnisse zwischen Drehwinkel und Lenkwinkel zu erreichen, wird zu der Lenkhandrad­ drehung ein Beitrag addiert bzw. davon subtrahiert, der von der Fahrgeschwindigkeit und der Größe der Lenk­ handraddrehung abhängig ist. Insbesondere wird dies dadurch erreicht, daß bei steigender Fahrzeuggeschwindig­ keit die Lenkausschläge der Räder im Verhältnis zur Lenkraddrehung vermindert werden. Der Zusammenhang ist in Fig. 8 grafisch dargestellt. Mit R ist das Verhältnis zwischen Lenkwinkel und Drehwinkel dargestellt. R* gibt das Verhältnis wieder, das bei stillstehendem Fahrzeug gegeben ist. Bei der maximalen Geschwindigkeit sind hingegen viermal so viele Lenkhanddrehungen notwendig, um die gleiche Lenkwinkeländerung zu erzielen. Die Kurve verläuft bevorzugterweise linear über der Geschwindig­ keit, d. h. sie fällt linear ab.

Fig. 9 zeigt die Funktion, mit der der Motor 5 in Abhän­ gigkeit von der Geschwindigkeit bei einer Betätigung des Lenkhandrades 2 arbeiten muß. Hierbei gibt v die Fahrzeug-Geschwindigkeit an während U das Verhältnis zwischen der Drehung des Motors 5 und der Drehung des Lenkhandrades 2 darstellt. Bei stillstehendem Fahrzeug oder bei einem Fahrzeug, das lediglich mit 10% der maximalen Geschwindigkeit v_max fährt, unterstützt der Motor die Lenkhandradbewegung im Verhältnis 1 : 3, d. h. das Lenkhandrad 2 bringt lediglich ein Viertel der not­ wendigen Leistung zur Betätigung der Lenksteuereinrich­ tung auf. Bei einer mittleren Geschwindigkeit beträgt das Verhältnis nur noch 1 : 1,5, d. h. über das Lenkhandrad 2 müssen nun 40% der Leistung aufgebracht werden. Mit "Motorumdrehung" ist natürlich die am Ausgang des Schneckengetriebes erzeugte Umdrehung gemeint.

Je nach Anwendungsfall können auch andere Zahlenverhält­ nisse gewählt werden.

Claims (21)

1. Lenkeinrichtung mit einer Lenksteuereinheit, die durch eine Lenkwelle betätigbar ist, wobei die Lenk­ welle durch eine mit einem Lenkhandrad verbundene Lenkhandradwelle und einen Motor antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß an der Lenkhandradwelle (3) eine in zwei Drehrichtungen wirkende Lastmomenten­ sperre (4, 104) angeordnet ist.

2. Lenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Lastmomentensperre (4) als eine in zwei Drehrichtungen wirkende Überholkupplung ausgebildet ist, über die der Motor (5) auf die Lenkwelle (6) wirkt, wobei die Lenkhandradwelle (3) bei Betätigung des Motors (5) mitbewegt, eine Bewegung des Motors (5) durch die Lenkhandradwelle (3) aber verhindert wird.

3. Lenkeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Lastmomentensperre (4) eine mit der Lenkwelle (3) verbundene Nabe (26) aufweist, die durch die Lenkhandradwelle (3) bewegbar ist, wobei die Nabe (26) durch zwei in je eine Drehrich­ tung wirkende Klemmrollen (34), die bei Betätigung des Lenkhandrades (2) gelöst werden, gegen ein vom Motor (5) antreibbares Kupplungsgehäuse (27) verkeilt ist.

4. Lenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (5) als Elektro­ motor, insbesondere als Schrittmotor, ausgebildet ist.

5. Lenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine den Motor (5) steuernde Steuereinrichtung (19) vorgesehen ist, daß an der Lenkhandradwelle (3) ein Drehwinkelsensor (13) angeordnet ist und daß eine Lenksignalerzeugungs­ einrichtung (25) vorgesehen ist, wobei die Steuerein­ richtung (19) den Motor (5) betätigt, um eine Diffe­ renz zwischen dem Ausgangssignal des Drehwinkelsensors (13) und dem Ausgangssignal der Lenksignalerzeugungs­ einrichtung (25) auszugleichen.

6. Lenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Lenkmotor (10) ein Lenkwinkelsensor (15) angeordnet ist, wobei die Steuereinrichtung (19) den Motor (5) betätigt, um eine Differenz zwischen dem Ausgangssignal des Lenk­ winkelsensors (15) und dem Ausgangssignal der Lenksig­ nalerzeugungseinrichtung (25) auszugleichen.

7. Lenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenksteuereinheit (7) als hydraulische Steuereinrichtung ausgebildet ist, die einen hydraulischen Lenkmotor (10) betätigt.

8. Lenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Motor (5) und Überholkupplung (4) ein Schneckengetriebe (28, 29; 45; 29) angeordnet ist.

9. Lenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkhandradwelle (3) über ein Planetengetriebe (40) mit der Lenkwelle (6) verbunden ist, wobei die Lastmomentensperre (4) zwischen Lenkhandradwelle (3) und Planetenge­ triebe (40) angeordnet ist und Lenkhandradwelle (3), Lenkwelle (6) und Motor (5) jeweils mit einem anderen der Planetengetriebe-Elemente Sonnenrad (41), Planetenradhalter (43) und Zahnkranz (44) zugeordnet sind.

10. Lenkeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die Lenkhandradwelle (3) dem Planetenradhal­ ter (43), die Lenkwelle (6) dem Sonnenrad (41) und der Motor (5) dem Zahnkranz (44) zugeordnet ist.

11. Lenkeinrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Planetenradhalter (43) unmit­ telbar an der Abtriebsseite der Lastmomentensperre (104) angeordnet ist.

12. Lenkeinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Achsen der Planetenräder (42) in der Nabe (26) befestigt sind.

13. Lenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit dem Plane­ tengetriebe (40) ein zweites Planetengetriebe (51) angeordnet ist, das das erste Planetengetriebe (40) antreibt.

14. Lenkeinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Motor (5) auf den Zahnkranz (44) des ersten Planetengetriebes (40) wirkt.

15. Lenkeinrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Zahnkranz (54) des zweiten Planetengetriebes (51) nicht drehbar ist, die Lenk­ handradwelle (3) mit dem Sonnenrad (53) des zweiten Planetengetriebes (51) verbunden ist, der Planeten­ radhalter des ersten Planetengetriebes (40) mit dem Planetenradhalter des zweiten Planetengetriebes (51) verbunden ist und die Lenkwelle (6) mit dem Sonnenrad (41) des ersten Planetengetriebes (40) verbunden ist.

16. Lenkeinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das erste und das zweite Planetenge­ triebe (40, 51) jeweils gleiche Übersetzungsverhält­ nisse aufweisen.

17. Lenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß am Lenkmotor (10) ein Lenkwinkelsensor (15) angeordnet ist, wobei der Lenkwinkelsensor (15) und der Drehwinkelsensor (13) mit der Steuerschaltung (19) verbunden sind, die die Ausgangssignale der beiden Sensoren (13, 15) vergleicht und bei vorbestimmten Abweichungen den Motor (5) als Stellglied betätigt.

18. Lenkeinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Fahrgeschwindigkeitssensor (22) vorgesehen ist, der mit der Steuerschaltung (19) verbunden ist, wobei die Steuerschaltung (19) auf­ grund der Informationen des Fahrgeschwindigkeits­ sensors (22) die Zuordnung von Drehwinkel und Lenk­ winkel verändert.

19. Lenkeinrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Verhältnis zwischen Drehwinkel und Lenkwinkel mit zunehmender Geschwindigkeit ab­ nimmt.

20. Lenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit der Steuerschal­ tung (19) verbundener Fernfühler (20) vorgesehen ist.

21. Lenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (5) durch eine Fernsteuereinrichtung (25) steuerbar ist.