DE3538802A1

DE3538802A1 - Automatisches differential-sperrsystem fuer arbeitsfahrzeuge sowie mit einem automatischen differential-sperrsystem ausgestattetes arbeitsfahrzeug

Info

Publication number: DE3538802A1
Application number: DE19853538802
Authority: DE
Inventors: Kouji Fujiwara; Osami Fujiwara; Katsumi Ito; Mitsugu Sakai Osaka Kobayashi; Yoshizo Kuroiwa; Kunisuke Nakamura; Norimi Nakamura; Shigeaki Okuyama; Jituo Yoshida
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1984-10-31
Filing date: 1985-10-31
Publication date: 1986-04-30
Also published as: US4671376A; GB2168116B; GB2168116A; CA1263088C; AU564090B2; GB8523275D0; CA1263088A; AU4695585A; DE3538802C2

Description

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Für die vorliegende Anmeldung wird die Priorität der japanischen Gebrauchsmusteranmel dung 59-164831 vom 31. Oktober 1984, der japanischen Gebrauchsmusteranmeldung 59-164833 vom 31. Oktober 1984, der japanischen Patentanmeldung 59-166939 vom 01. November 1984 und der japanischen Patentanmeldung 59-245673 vom 20. November 1984 in Anspruch genommen.

Die Erfindung betrifft ein automatisches Different!al-Sperrsystem für Arbeitsfahrzeuge, insbesondere jedoch ein automatisches Differential-Sperrsystem für die automatische Begrenzung derunterschiedlichen Umdrehungen der Vorder- und Hinterräder in Abhängigkeit von einem gewählten Lenkmodus.

Wenn ein Arbeitsfahrzeug über abschüssiges oder unebenes Gelände bewegt wird, entsteht durch den Schlupf der Räder eine Differenz zwischen den Umdrehungen eines rechten und eines linken Rades, derart, daß die Geradeausfahrt des Fahrzeugs beeinträchtig wird. Deshalb ist man dazu übergegangen, Traktoren für Rasen- und Gartenarbeiten, die über ein zuverlässiges Geradeauslaufverhalten bzw. über sehr gute Spurtreue verfügen müssen, mit einem Differential-Sperrmechanismus auszustatten, derart, daß die unterschiedlichen Umdrehungen der Räder zwangsmäßig gestoppt werden. Wenn der Differential-Sperrmechanismus während der Fahrt aber dauerend in Betrieb ist, muß eines der rechten oder linken Räder schleifen bzw. rutschen und hinterläßt deshalb unerwünschte Schieifspuren auf dem Gelände.

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Zur Lösung dieses Problems beschreibt die japanische Patentanmeldungs-Veröffentlichung 58-246744 ein automatisches Differential-Sperrsystem, bei welchem das Differential nur dann gesperrt wird, wenn der Lenkwinkel unter einem vorgegebenen Wert liegt, und bei welchem die Sperre aufgehoben wird, wenn der Lenkwinkel diesen Wert übersteigt.

Andererseits kennt man auch eine sogenannte Parallel-Lenkung, wonach die Vorder- und Hinterräder parallel zueinander beweglich sind und in gleicher Richtung gelenkt werden. Diese Lenkung ist insbesondere dann sinnvoll, wenn während der Fahrt einem Hindernis auszuweichen und die Position des Fahrzeugs in bezug auf die Fahrspur geändert werden soll oder wenn das Fahrzeug seitwärts zu bewegen ist. All diese Vorgänge sind möglich, ohne das Fahrzeug drehen oder wenden zu müssen. Da bei der Paral1 el-Lenkung alle vier Räder in einer Richtung gedreht werden, entsteht keine Differenz in der Umdrehung der Räder. Entsprechend gering ist auch die Wahrscheinlichkeit einer Schi upfbildung. Die Parallel-Lenkung hat sich also insbesondere auf abschüssigem Gelände als sehr wirksam erwiesen.

Bei dem in der vorstehend genannten japanischen Patentanmeldung beschriebenen System wird die Differentialsperre ungeachtet des Lenkmodus automatisch aufgehoben, sobald die Lenkgröße einen vorgegebenen Wert übersteigt. Deshalb kann die an sich vorteilhafte Parallellenkung auf das vorgeschlagene System nicht angewendet werden .

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Damit liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein automatisches Differential-Sperrsystem der eingangs genannten Art dahingehend auszubilden, daß die Differentialsperre im Hinblick auf ein besseres Fahrverhalten auf abschüssigem oder unebenem Gelände während der Paral1 el-Lenkung konstant beibehalten wird.

Darüberhinaus zielt vorliegende Erfindung auf die Vorteile eines zuverlässigen Geradeauslaufs und ausgezeichneter Leistung bei den auszuführenden Arbeiten sowie auf eine Entlastung des Fahres durch Fernsteuerung des Fahrzeugs bei Fahrt über abschüssiges oder unebenes Gelände und schließlich auf einen Differenti al sperr-Sicherhei tsmechani smus für die Aufhebung der Differential sperre im Falle überdurchschnittlicher Last, um damit Zahnräder und andere Teile des Differentials weitgehend vor Schaden zu schützen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird bei einem Gegenstand nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 erfindungsgemäß durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.

Dazu weist ein erfindungsgemäßes automatisches Differential-Sperrsystem für Arbeitsfahrzeuge mit lenkbaren Vorder- und Hinterrädern eine Einrichtung für die Wahl des Lenkmodus für das Fahrzeug, eine Einrichtung für die Betätigung und Freigabe des Differential-Sperrmechanismus sowie eine Torschaltung bzw. ein Gate für die Steuerung der Betätigungseinrichtung in Abhängigkeit von einem Signal auf, das von der Selektionseinrichtung ausgegeben wird, wobei das Gate derart ausgelegt ist, daß in Abhängigkeit von einem Paral1 el-Lenkmodus-Signal aus der Se-

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1ektionseinrichtung ein Signal für die Betätigung des Different!al-Sperrmechanismus an die Betätigungseinrichtung ausgegeben wird.

Ein mit dem erfindungsgemäßen automatischen Differential-Sperrsystem ausgestattetes Arbeitsfahrzeug weist einen Fahrzeugkörper mit lenkbaren Vorder- und Hinterrädern auf, einen an dem Fahrzeugkörper befestigten Lenkgriff zur Bestimmung der Lenkgröße für die Vorder- und Hinterräder, eine Selektionseinrichtung zur Wahl des Lenkmodus für das Fahrzeug, eine Lenksteuerungsein· richtung zur Lenkung der Vorder- und Hinterräder in Abhängigkeit von der über den Lenkgriff festgelegten Lenkgröße und von dem durch die Selektionseinrichtung gewählten Lenkmodus, einen Differential-Sperrmechanismus zur Begrenzung der Umdrehungsdifferenz der Räder, eine Betätigungseinrichtung für die Betätigung und Freigabe des Differential-Sperrmechanismus und ein Gate bzw. eine Gateschaltung für die Steuerung der Betätigungseinrichtung in Abhängigkeit von einem Signal aus der Selektionseinrichtung, wobei das Gate bzw. die Gateschaltung derart ausgelegt ist, daß in Abhängigkeit von einem Paral1 el-Lenkmodus-Signal aus der Selektionseinrichtung ein Signal für die Betätigung des Differential-Sperrmechanismus unabhängig von der über den Lenkgriff festgelegten Lenkgröße an die Betätigungseinrichtung ausgegeben wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildung der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform im Zusammenhang mit den Zeichnungen.

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Es zeigt:

Figur 1 ein Schaltungsdiagramm für einen Steuermechani smus;

Figur 2 ein Blockdiagramm zur Darstellung des gesamten Steuersystems;

Figur 3 eine schematische Darstellung eines von einem Motor abführenden Kraftübertragungssystems ·,

Figur 4 eine Draufsicht auf ein Mähfahrzeug;
Figur 5 eine Seitenansicht des Mähfahrzeugs;

Figur 6 eine vergrößerte Seitenansicht zur Darstellung der Relation zwischen einem Geschwindigkeitswechselpedal und einem automatischen Geschwindigkeitswechsel-Betätigungselement;

Figur 7 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Differential sperre;

Figur 8 die Differential sperre in zum Teil abgebrochener Schnittansicht.

Zunächst wird auf die Figuren 4 und 5 Bezug genommen, die ein Mähfahrzeug mit Allradantrieb darstellen, das einen Fahrzeugkörper V mit einem Rahmen 1 in seinem unteren Bereich aufweist. An dem Rahmen 1 sind ein Fahrersitz 2, ein Lenkgriff H, ein Getriebegehäuse M im hinteren Bereich und ein Motor E im vorderen Bereich befestigt. Unter dem Rahmen 1 befinden sich die Räder 3, nämlich vordere Antriebsräder 3F und hintere

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Antriebsräder 3R. Ein in vertikaler Richtung beweglicher Mäher 4 ist hängend zwischen den Vorderrädern 3F und Hinterrädern 3R montiert und behaust ein scheibenartiges Messer.

Wie in Figur 3 dargestellt ist, wird die Ausgangsleistung eines Motors E auf ein in einem Getriebegehäuse M montiertes stufenloses Hydraulikgetriebe HST übertragen. Die Ausgangsleistung des Motors durchläuft dann einen Geschwindigkeitswechsel, der durch ein Geschwindigkeitswechsel pedal 9 oder einen Verlangsamungsmotor 10, der als automatisches Geschwindigkeitssteuerungs-Betätigungselement wirkt, ausgeführt wird. Die reduzierte bzw. herabgesetzte Antriebskraft wird dann auf den Mäher 4 sowie auf jeweilige Differentiale 3a und 3b der Vorderräder 3F und Hinterräder 3R übertragen und sorgt für den gleichzeitigen Antrieb der Vorder- und Hinterräder 3F und 3R sowie des Mähers 4.

Wie Figur 6 zeigt, sind das Pedal 9 und eine Hilfsplatte 9a an einer Haltewelle 9b befestigt und somit gemeinsam schwenkbar. Ein Ablenkelement 11 ist ebenfalls an der Haltewelle 9b befestigt. Das Ablenkelement 11 ist über ein Schubstange 12 mit einem Ende eines Schwenkarms 13 betrieblich verbunden. Das andere Ende des Schwenkarms 13 ist über eine weitere Schubstange 12, einen ersten Arm 10a und eine Mehrscheiben-Reibungsübertragungseinrichtung D mit dem automatischen Geschwindigkeitssteuermotor 10 verbunden. Ein Plattenelement 13a ist an dem Schwenkarm 13 befestigt und gemeinsam mit letzterem schwenkbar. Das Plattenelement 13a definiert eine zentral ausgesparte Nockenfläche Q. Ein auf die Nockenfläche Q wirkendes Nockenelement 14a ist an einem zweiten Arm 14b befestigt, der von einer Steuerwelle 14 des stufenlosen Hydraulik

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getriebes HST abführt. Der zweite Arm 14b trägt an seinem äußeren Ende eine Zugfeder 14c, die die Nockenfläche Q und das Nockenelement 14 in konstanter Angriffslage hält. Je weiter das Pedal 9 oder die Hilfsplatte 9a aus der Neutrallage N heraus nach vorne gedrückt werden, desto schneller wird das Fahrzeug vorwärts bewegt,und je weiter das Pedal 9 oder die Platte 9a nach rückwärts bewegt werden, desto schneller wird das Fahrzeug rückwärts bewegt. Wenn der Fahrer seinen Fuß von dem Pedal 9 oder der Platte 9a nimmt, kehrt der zweite Arm 14b durch eine Vorspannkraft 25 der Feder 14c automatisch zurück in die ursprüngliche Geschwindigkeitswechselposition. Da der Motor 10 über die Mehrscheiben-Reibungsübertragungseinrichtung D mit dem Schwenkarm 13 verbunden ist, wird letzterer durch die Pedalbetätigung konstant schwenkbar gehalten. Das heißt die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs kann durch die Betätigung des Pedals 9 selbst dann manuell geändert werden, wenn der Motor 10 zur Durchführung der automatischen Geschwindigkeitssteuerung in Betrieb ist,

Die Geschwindigkeitswechsel Positionen des Pedals 9 und des Motors 10 werden durch einen mit den Drehungen der Steuerwelle 14 des stufenlosen Hydraulikgetriebes HST betätigbaren Spannungsmesser R3 nachgewiesen und zu einem Steuermechanismus I zurück übertragen.

Die Vorderräder 3F und Hinterräder 3R sind nicht nur Antriebsräder, sondern auch durch Servolenkung lenkbare Räder. Die Lenkung der Räder kann erfolgen über die Betätigung des Lenkgriffes H durch den Fahrer, über Fernsteuerung durch Funksignale oder automatisch durch voreingestellte Steuergrößen.

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Der Lenkgriff H ist in vertikaler Richtung relativ zu dem Fahrzeugkörper teleskopartig ein- und ausziehbar und wird bei Nichtbenutzung, das heißt während der ferngesteuerten oder automatisch gesteuerten Lenkung des Fahrzeugs nach unten geschoben bzw. eingezogen und ist somit nicht störend im Wege. Die durch den Griff H eingestellte Lenkgröße wird durch einen damit betriebsmäßig verbundenen Spannungsmesser Ro erfaßt bzw. nachgewi esen.

Der Mäher 4 trägt einen Rahmen 8 mit Fühlerelementen bzw. Sensoren 5, die an den äußeren Enden des Rahmens auf die vier Ecken des Fahrzeugkörpers V verteilt befestigt sind. Die Sensoren 5 dienen als Einrichtung für die Erfassung bzw. den Nachweis des Arbeitsfeldes und erfaßen die Grenzlinie L zwischen einer unbearbeiteten Fläche B und einer bereits bearbeiteten Fläche C. Die Grenzlinie L dient zugleich als Führungslinie für die Fahrtstrecke während der automatischen Lenksteurung.

Am rückseitigen Ende des Fahrzeugskörpers V ist ein Nebenrad 6A angeordnet, das einen Distanzfühler 6 in der Art eines Photo-Unterbrechers bildet, nämlich zur Ausgabe eines Impulssignals Po, das eine bestimmte Anzahl von Impulsen pro gefahrener Streckeneinheit enthält. Die nachgewiesene zurückgelegte Distanz wird als Steuergröße für die Auslösung einer Wendesteuerung während der automatischen Steuerung des Fahrzeugs verwendet, um so daß Fahrzeug von der bereits durchfahrenen und fertig bearbeiteten Bahn auf die nächste Bahn zu 1enken.

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Darüber hinaus weist das Fahrzeug einen Orientierungsfühler 7 mit einem geomagnetischen Fühler zur Erfassung geomagnetischer Abweichungen auf, der zum Nachweis der Orientierung des Fahrzeugs während der Fahrt dient. Die nachgewiesene Orientierung wird als Steuergröße für die Beibehaltung der Geradeausfahrt und zur Bestimmung der Fahrtrichtung des Fahrzeugs bei ferngesteuerter oder automatisch gesteuerter Lenkung verwendet.

Wie bereits erwähnt, sind die Vorderräder 3F und Hinterräder 3R lenkbar. Demzufolge stehen drei Lenkmodi wahlweise zur Verfugung, nämlich ein Paral1 el-Lenkmodus, der eine Seitwärtsbewegung des Fahrzeugs durch Drehen der Vorder- und Hinterräder in derselben Richtung erlaubt, ein Wendemodus, der durch Drehen bzw. Lenken der Vorder- und Hinterräder in entgegengesetzter Richtung das Wenden des Fahrzeugs in einem engen bzw. sehr kleinen Wendekreis erlaubt, und ein normaler Zweirad-Lenkmodus zur Lenkung nur der Vorderräder, wie das auch bei normalen Straßenfahrzeugen der Fall ist.

In Figur 2 weist der Rahmen 1 in dessen vorderem und und hinterem Bereich jeweils doppelt wirkende Zylinder 15F und 15R auf, die jeweils über Lenkverbindungsstangen 16 mit den Vorderrädern 3F betriebsmäßig verbunden sind. Die Zylinder 15F und 15R werden durch den AN/AUS-Betrieb elektromagnetischer Ventile 17F und 17R gesteuert. Die elektromagnetischen Ventile 17F und 17R sind unter einer Rückkopplungssteuerung betätigbar, welche die Lenkwinkel, die durch die jeweils für die Vorder- und Hinterräder vorgesehenen Spannungsmesser

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Rl und R2 nachgewiesen wurden, durch Betätigung des Griffs H oder durch Funksteuerung mit den erforderlichen Lenkgrößen in Übereinstimmung bringt.

Das Differential 3b der Hinterräder 3R ist mit einem Different!al-Sperrmechanismus F ausgebildet, wie in den Figuren 7 und 8 gezeigt. Dabei ist das Differential 3b über Lager 18 durch das Getriebegehäuse M gehalten und weist ein Differentialgetriebegehäuse 19, eine linke Differential- bzw. Ausgleichswelle 20 und eine rechte Differential- bzw. Ausgleichswelle 21 auf. Der Different!al-Sperrmechanismus F weist eine Differential-Sperrmuffe 22 auf, die axial verschiebbar an bzw. auf der linken Differentialwel1e 20 befestigt ist. Die Muffe 22 und das Differential gehäuse 19 definieren zwischen sich eine Kupplungsvorrichtung 22K, 19K, die zum Sperren des Differentials 3b eingerückt werden kann.

Das Getriebegehäuse M trägt ein Element 23 mit einem Kolben 24, der über einen Steuerarm 25 mit der Muffe 22 betrieblich verbunden ist. Das Element 23 definiert einen Öldurchlaß 26, der über ein elektromagnetisches Differential-Sperrventi1 27 mit einer Hydraulikeinrichtung (nicht dargestellt) kommuniziert. Während der Kolben 24 durch den AN/AUS-Betrieb des elektromagnetischen Ventils 27 in vertikaler Richtung bewegt wird, bewirkt der Steuerarm 25, daß die Muffe 22 an bzw. auf der linken Differentialwel1e 20 nach rechts oder nach links gleitet, wodurch die Kupplung derart betätigt wird, daß der Differential-Sperrmechanismus F entweder in oder außer Aktion gesetzt wird. Vorzugsweise ist der Differential-Sperrmechanismus F mit einer Sicherheitseinrichtung ausgestattet, durch welche Zahnräder

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und andere Teile vor einer Beschädigung durch Überlastung geschützt werden. Zu diesem Zweck ist die Muffe 22 durch eine Feder 28 in Richtung auf die Einrückposition der Kupplung konstant vorgespannt, und die Eingriffstei1e der Kupplung sind mit schräg verlaufenden Flächen ausgebildet, derart, daß sich diese Teile voneinander lösen, wenn ein Drehmoment auf sie wirkt, das den durch die Feder 28 eingestellten Wert übersteigt. Wenn also ein über diesen Wert hinausgehendes Drehmoment auf die Kupplung wirkt, wird der Differential-Sperrmechanismus F freigegeben und das Differential 3b entsperrt bzw. entriegelt.

Das vordere Ende des Steuerarms 25 stößt derart an die Muffe 22, daß diese in Richtung auf die Position bewegt wird, in der die Different!al sperre aufgehoben wird. Die Hubtoleranz des Kolbens 24 ist so bemessen, daß die Aufhebung der Different!al sperre auch dann zuverlässig ausgeführt wird, wenn das vordere Ende des Steuerarms 25 abgenutzt ist.

Das Element 23 weist auf seiner rechten und linken Seite über den Different! al we! I en 20 und 21 jeweils Kolben 29 auf, die an der Außenseite des Elements 23 seitlich ausgefahren werden können. An jeder lateralen Seite des Elements 23 ist ein Element 30 außen an dem Kolben 29 und diesem gegenüberliegend angeordnet. Das Element 23 und das Element 30 weisen jeweils Kissen

31 auf. Scheiben 32 sind jeweils auf Naben der rechten und linken Differentialwel1 en 20 und 21 außerhalb des Getriebegehäuses M aufgekeilt, wobei sich jede Scheibe

32 in den Raum zwischen dem Kissen 31 an dem Element 23 und dem Kissen 31 an dem Element 30 hineiη erstreckt

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Diese Elemente bilden hydraulische Scheibenbremsen DB. Bezugsziffer 33 in Figur 8 bezeichnet ein elektromagnetisches Ventil für den Einsatz der Bremse. Die elektromagnetischen Ventile 27 und 33 sind in Längsrichtung des Fahrzeugkörpers angeordnet, weshalb in Figur 7 nur das Ventil 27 und in Figur 8 nur das Ventil 33 gezeigt ist.

Jeder der Grenzlinienfühler 5, die an dem an dem Mäher

4 montierten Rahmen 8 befestigt sind, weist eine Kombination von zwei Photofühlern S auf. Jeder Photofühler weist ein Lichtübertragungselement und ein Lichtempfangselement auf, die einander über einer Schlitzöffnung gegenüberliegen. Ob sich der Photofühler S auf einem noch unbearbeiteten Bereich B oder einem bereits bearbeiteten Bereich C befindet, wird bestimmt durch den Nachweis von vorhandenem oder nicht vorhandenem Rasen, der zwischen dem Lichtübertragungselement und dem Lichtempfangselement hindurchzieht. Die Kombination der Ergebnisse aus dem Nachweis vorhandenen oder nicht vorhandenen Rasens durch die beiden Photofühler

5 bildet die Basis für die Bestimmung des rechten und linken Lageverhältnisses des Fahrzeugkörpers hinsichtlich der Grenzlinie L. Es erfolgt die Beurteilung, daß sich das Fahrzeug entlang der Grenzlinie bewegt, wenn der seitlich außerhalb des Fahrzeugkörpers angeordnete Photofühler S den bereits bearbeiteten Bereich C und der andere Photofühler S den noch unbearbeiteten Bereich B erfaßt bzw. nachweist. Wenn der rechte und linke Grenzfühler 5 an der Frontseite des Fahrzeugkörpers jeweils den bearbeiteten Bereich C nachweisen und wenn die durch den Distanzfühler 6 erfaßte zurückgelegte Distanz den Wert erreicht, der als Bezugsdistanz für eine Bahn vorgegeben ist, so wird der erfaßte bzw.

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nachgewiesene Wert als Steuerparanieter zur Einleitung einer Fahrzeugwendesteuerung verwendet, um das Fahrzeug auf den nächsten Kurs bzw. die nächste Bahn zu überführen.

Da der Rasen unter dem Fahrzeug diskontinuierlich hindurchzieht, zeigt ein aus dem Photofühler S ausgegebenes Signal für den Nachweis des Zustandes des Arbeitsfeldes bzw. -bereiches die Form eines Signals mit unterteilten Impulsen auf. Nach Integration durch eine Signalverlauf-Prozessorschaltung 33', wie in Figur 1 gezeigt, wird das Signal an den Steuermechanismus I angelegt. Die Integrationszeitkonstante der Wellenform-Prozessorschaltung 33 wird durch das aus dem Distanzfühler 6 ausgegebene Impulssignal Po auf einen optimalen Wert gemäß der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs eingestellt. Die Prozessorschaltung 33 arbeitet digital und übernimmt die Funktion eines Digitalfi1ters.

Die Einzelheiten des Steuermechanismus I werden nachfolgend im Zusammenhang mit dem Schaltungsdiagramm in Figur 1 erläutert.

Der Steuermechanismus I eine zentrale Prozessoreinheit 34 auf, kurz Zentraleinheit genannt, zur Aufnahme der Impulssignale Po aus dem Distanzfühler über eine Zähler/Timer-Schaltung CTC und der Arbeitsfeld-Zustandssignale aus den Photofühlern S über die Signalverlauf-Prozessorschal tung 33'und ein paralleles Eingangs/Ausgangs-Tor (PIO) 35. Die Signale aus den Photofühlern S werden mittels eines Signals aus dem Distanzfühler 6 verarbeitet, der pro zurückgelegter Streckeneinheit des Fahrzeugs ein Unterbrechungssignal erzeugt. Es.jwird die

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die Position des Fahrzeugs relativ zur Grenz- bzw. Begrenzungslinie L bestimmt, und es wird ein Steuersignal zur Lenkung der Vorder- und Hinterräder 3F und 3R aus einem parallelen Eingangs/Ausgangs-Tor 35 auf einer Ausgangsseite ausgegeben. Gleichzeitig erhält die Zentraleinheit 34 ein Signal aus einem Betriebsartenwahl schalter SW3 und ein Signal aus einem Startschalter SW4 über das parallele Eingangs/Ausgangs-Tor (PIO) 35 auf der Eingangsseite. Das Signal aus dem Startschalter SW4 dient zum Starten des Steuermechanismus I. Das Signal aus dem Betriebsartenwahlschalter SW3 dient zur Wahl einer der drei Betriebsarten, nach welcher der Steuermechanismus zu arbeiten hat. Die drei Betriebsarten sind eine manuelle, einer unterweisende und eine repetierende Betriebsart. Bei der manuellen Betriebsart wird das Fahrzeug mit Hilfe des Lenkgriffes H durch den Fahrer gelenkt. Bei der unterweisenden Betriebsart wird das Fahrzeug manuell den Rand eines zu bearbeitenden Platzes entlanggelenkt, um in Vorbereitung auf die automatische Fahrsteuerung einen bearbeiteten Bereich C zu bilden, wobei die Programmierung des Arbeitsbereiches derart erfolgt, daß gefahrene Distanzen bzw. Streckenabschnitte und durch den Orientierungsfühler 7 während der Fahrt entlang der Peripherie erfaßte Orientierungen sondiert werden. Bei der repetierenden Betriebsart oder dem sogenannten Playback wird das Fahrzeug ferngesteuert oder automatisch innerhalb des Arbeitsbereiches bewegt, der im Unterweisungsmodus bestimmt wurde.

Das durch den OrientierungsfUhler 7 ausgegebene Signal passiert ein Bandfilter 36 und einen Puffer Ao und wird dann zusammen mit Signalen aus den Spannungsmessern R0-R3 einem Multiplexer 37 zugeleitet. Zum

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Zwecke der Zuleitung zur Zentraleinheit 34 werden die Signale durch einen A/D-Wandler 38 in Digitalsignal e umgesetzt.

Der Steuermechanismus I weist des weiteren einen Lenkmodus-Wahlschalter SWl zur Wahl des parallelen Lenkmodus, des Wende- bzw. Umkehrmodus oder des Zweiräder-Lenkmodus zum Zeitpunkt des manuell gesteuerten Fahrbetriebs auf sowie einenFernsteuerungsschalter SW2 zum Umschalten von dem manuellen Fahrbetrieb auf den ferngesteuerten Fahrbetrieb, bei welchem die Steuerung des Fahrzeugs durch Führungs- oder Lenksignale erfolgt, die von einem nicht dargestellten Signal übertragungselement zu einem Empfänger übertragen werden.

Die durch den Empfänger 39 auf einem ersten, nämlich Lenkmodus-Selektionskanal CHl, einem zweiten, nämlich Lenksteuerkanal CH2 und einem dritten, nämlich Geschwindigkeitswechselkanal CH3 ausgegebenen Signale werden durch Frequenz/Spannungs-Umsetzer 40 in Spannungssignale umgesetzt und über Analogschalter Go nur dann mit dem Kern des Steuermechanismus I gekoppelt, wenn der Fernsteuerungsschalter SW2 betätigt wird. Andererseits werden die Ausgangsleitungen aus dem Lenkmodus-Wahlschalter SWl durch die Analogschalter Go abschaltet, wenn der Schalter SW2 betätigt bzw. auf "AN" gestelIt wi rd.

Die während der manuellen Steuerung durch den Spannungsmesser Ro nachgewiesene Lenkgröße oder die während der Fernsteuerung in den zweiten Kanal CH2 eingespeiste Lenkgröße wird in Antriebsschaltungen 41F und 41R für die elektromagnetischen Ventile 17F und 17R

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eingegeben, die an die Vorder- und Hinterräder 3F und 3R angeschlossen sind. Die Ventile 17F und 17R werden dann solange angetrieben, bis die durch die Spannungsmesser Rl und R2 nachgewiesenen Lenkwinkel der Vorder- und Hinterräder 3F und 3R der eingegebenen Lenkgröße entsprechen.

Beim Wende- bzw. Umkehrmodus werden die Vorder- und Hinterräder 3F und 3R in entgegengesetzter Richtung gelenkt. Wenn zu diesem Zweck in der manuellen Betriebsart mit Hilfe des Lenkmodus-Selektionsschalters SWl der Wende- bzw. Umkehrmodus gewählt wird, passiert das Ausgangssignal aus dem Spannungsmesser Ro, das die Lenkgröße des Griffes H nachweist, einen invertierenden Verstärker A2 zur Umkehr seiner Polarität und wird dann der Antriebsschaltung 41R. für das mit den Hinterrädern 3R verbundene elektromagnetische Ventil zugeleitet. Auch bei der Wahl des Wende- bzw. Umkehrmodus im ferngesteuerten Zustand des Fahrzeugs wird ein auf dem zweiten Kanal übertragenes, der erforderlichen Lenkgröße entsprechendes Signal vor der Zuleitung zur Antriebsschaltung 41R des elektromagnetischen Ventils durch den invertierenden Verstärker bzw. Umkehrverstärker A2 geschickt.

Das auf dem dritten Kanal, nämlich dem Geschwindigkeitswechselkanal CH3 gesendete Signal wird über den Analogschalter Go nur dann der Antriebsschaltung 42 für den automatischen Geschwindigkeits-Steuermotor 10 zugeleitet, wenn der Fernsteuerungsschalter SW2 auf "AN" geschaltet wird. Dann wird das stufenlose Hydraulikgetrieb HST solange angetrieben, bis der durch den Spannungsmesser R3 für den Nachweis der Geschwindigkeitswechselposition bzw. Schaltstellung nachgewiesene Wert

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dem Signal entspricht, das über den dritten Kanal eingegeben wurde.

Das elektromagnetische Ventil 27 des Differential-Sperrmechanismus behält die automatische Sperrfunktion für das Differential der Hinterräder 3R bei, wenn der Paral1 el-Lenkmodus durch den Lenkmodus-Selektionsschalter SWl gewählt wird, wenn der Paral1 el-Lenkmodus durch das während des ferngesteuerten Betriebszustands ' über den ersten Kanal CHl gespeiste Signal gewählt wird und wenn das Fahrzeug in Abhängigkeit von dem Nachweis der Grenzlinie L durch die Grenzlinienfühler 5 durch die Zentraleinheit 34 automatisch im Parallel-Lenkmodus gesteuert wird. In anderen Modi als dem Paral IeI -Lenkmodus wird das Differential automatisch gesperrt, wenn die Lenkgröße klein ist. Um diese automatische Differential sperre zu erreichen, wird die Ausgabe des Spannungsmessers Rl für den Nachweis des Lenkwinkels der Vorderräder 3F durch identisch ausgebildete Komparatoren Al überprüft. Liegt die Ausgabe dabei innerhalb eines vorgegebenen Spannungsbereichs, so wird ein Signal zur Aktivierung des elektromagnetischen Ventilsd 27 ausgegeben. Der Differential-Sperrmechanismus F wird also nur dann freigegeben, wenn das Fahrzeug in einem Lenkwinkel bewegt wird, der höher ist als ein vorgegebener Wert. Wenn das elektromagnetische Ventil 27 angeschaltet ist, erfolgt keine Ölzufuhr zu dem Öldurchlaß 26. Das heißt der Differential-Sperrmechanismus F bleibt durch die Kupplung 19K, 22K, die durch die Vorspannkraft der Feder im eingerückten Zustand gehalten wird, in Betrieb.

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Zur Einstellung der Position des Fahrzeugs in bezug auf die Grenz- bzw. Begrenzungslinie ist der Parallel-Lenkmodus vorzuziehen, der eine Seitwärtsbewegung des Fahrzeugs erlaubt, ohne dieses drehen oder wenden zu müssen, weshalb das Fahrzeug auch keine zickzackförmigen Spuren oder ungemähte Stellen auf dem Rasen hinterläßt. Das Nachweissignal aus den Grenzfühlern S wird als Steuergröße für die Paral1 el-Lenkung unter automatischer Steuerung durch die Zentraleinheit 34 verwendet. Mit an anderen Worten, die Positionseinstellung erfolgt durch die Seitwärtsbewegung des Fahrzeugs solange, bis die Grenz- bzw. Begrenzungsfühler 5 die Grenz- bzw. Begrenzungslinie L erfaßen.

Wenn sich das Fahrzeug während der ParalIeI-Lenkung versehentlich dreht, kann es nicht in die ursprüngliche Richtung zurückgelenkt werden. In diesem Falle muß also der Wendemodus angewendet werden, der auf durch den Fühler 7 nachgewiesenen Orientierungs- bzw. Richtungsabweichungen basiert, um das Fahrzeug solange zu drehen oder zu wenden, bis die Richtungsabweichung wieder ein tolerierbares Maß erreicht hat. Nach erfolgter Einstellung der Orientierung des Fahrzeugs wird der Modus erneut auf den ParalIeI-Lenkmodus umgestellt, um die Position des Fahrzeugs in bezug auf die Grenzlinie einzustellen. Das heißt der für die Einstellung des Fahrzeugs in Geradeausrichtung geeignete Lenkmodus, durch welchen das Fahrzeug entlang der Grenzlinie L geradeaus bewegt werden kann, wird automatisch gewählt.

Bezugsziffer A3 in Figur 1 bezeichnet Different!al verstärker und Bezugsziffer Gl bezeichnet drei Zustandspuffer zur Änderung der Steuersignale für das elektromagnetische Ventil zur Sperrung des Differentials, für

Du I -hm (Mn I lu.ud. Dipl.-luv Μ;ιηΙ"α·ιΙ S.mor. l',iK'nt;inu.illc. C'osimastr. SI. I)-S München 81

die Antriebsschaltungen 41F und 41R zum Antrieb der mit der Vorder- und Hinterrädern verbundenen elektromagnetischen Ventile und für die Antriebsschaltung 42 für den Geschwindigkeitssteuermotor 10 von der manuellen Steuerung oder der Fernsteuerung auf die Steuerung durch die Zentraleinheit 34.

In der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung ist der Different!al-Sperrmechanismus für die Hinterräder 3R vorgesehen. Es können stattdessen aber auch die Vorderräder mit dem Differential-Sperrmechanismus ausgestattet werden, wobei Funktion und Wirkung unverändert bleiben. Um die Sicherheitseinrichtung in den Differential-Sperrmechanismus zu intergrieren, wird die Kupplung in der beschriebenen Ausführungsform durch die Vorspannkraft der Feder konstant in Einrücklage gehalten und durch ein AUS-Signal aus dem elektromagnetischen Ventil 27 freigegeben bzw. ausgerückt. Wo eine solche Sicherheitseinrichtung nicht erforderlich ist, kann die Kupplung konstant in Ausrücklage gehalten und durch ein AN-Signal aus dem elektromagnetischen Ventil 27 eingerückt werden. In diesem Falle wird dem ODER-Gate, das als Gate für die Ausgabe von Signalen an das elektromagnetische Ventil 27 in Figur 1 dient, ein Inverter zugeordnet. Wesentlich ist, daß die Differential sperre nur dann aufgehoben wird, wenn der Lenkwinkel des Fahrzeugs einen vorgegebenen Wert überstei gt.

3R3880?

Dipl.-	1	nu Otto I !tii'd. I Jipi.-hiK. Munlied ΝΊμοι. hik'nt.inu.illc. ( <>sim;islr. SI, D-8 München SI
2	Rahmen
3F	Fahrersitz
3R	Vorderräder / 3b Differential
4	Hinterräder
5	Mäher
6	Fühler
7	Distanzfühler / 6A Nebenrad
8	Orientierungs- bzw. Richtungfühler
9	Rahmen
9a	Geschwindigkeitswechsel pedal
9b	Hilfsplatte
10	Haltewelle
10a	Verlangsamungsmotor
11	erster Arm
12	Verbindungsei ement
13	Schubstange
13a	Schwenkarm
14	Plattentei1
14a	Steuerwelle des stufenlosen Hydraulikgetriebes
14b	Nockenelement
14c	zweiter Arm
15F 15R	Zugfeder
16	doppelt wirkende Zylinder
17F 17R	Lenkverbindungsstangen
18	elektromagnetische Ventile
19	Lager
20	Differentialgehäuse / 19K Kupplungseinrichtung
21	linke Differentialwel1e
22	rechte Differentialwel1e
23	Di fferential-Sperrmuffe / 22K Kupplungseinrichtung
24	Element am Getriebegehäuse M
25	Kolben
Steuerarm

	26	ο 5 3 ρ ρ η 9
I)M !	27	Im:. Otto I Ιϊιι.'λ·Ι. ΠιρΙ.-Ιιη· M.iulicil S.mcr. I'nU-nt.inu.ilk·. Cosimaslr. SI. I)-S München SI
28	^cG - Oldurchlaß
29	elektrom. Ventil für Differential sperre
30	Feder
31	Kolben
32	Element an den Seiten des Elements 23
33	Ki ssen
33'	Schei ben
34	elektrom. Bremsanwendungsventi1
35	Signalverlauf-Prozessorschaltung
36	Zentraleinheit
37	paralleles Eingangs/Ausgangs-Tor
38	Bandfilter
39	Multiplexer
40	A/D-Wandler
41F	Empfänger
41 R	Frequenz/Spannungs-Umsetzer
Ao	Antriebsschaltungen für elektrom. Ventile 17F,17R
A2
B	Puffer
C	Verstärker
CHI	unbearbeiteter Flächenbereich
CH2	bearbeiteter Flächenbereich
CH3	Lenkmodus-Selektionskanal bzw. erster Kanal
D	Lenksteuerkanal bzw. zweiter Kanal
DB	Geschwindigkeitswechselkanal bzw. dritter Kanal
E	Reibungsübertragungseinrichtung
F	hydraulische Scheibenbremsen
Go	Motor
H	Differential-Sperrmechanismus
HST	Analogschalter
I	Lenkgriff
L	stufenloses Hydraulikgetriebe
M	Steuermechanismus
Q	Grenze bzw. Begrenzungslinie
Getri ebegehäuse
Nockenf1äche

_ ; : οςοοοηο

Πϊρΐ.-ln;-;. (Mio ] lii.ud. Dipl.-Ing. Manfred S;igor, I'atentaiuvältL·. ("osimastr. 81, I)-S München 81

RO - R3	Spannungsmesser
S	Photofühler
SWl	Lenkmodus-Wahl schalter
SW2	Fernsteuerungsschalter
SW3	Betri ebsartenwahl schalter
SW4	Startschalter
V	Fahrzeugkörper

Leerseite

Claims

Dipl.-lPü. Otto I-'liigd. DiH-Ing. ManlVed S.jta-r. I'iik-ni.M'.-.ilu·. I'n-inwsir. Xi. 0-8 München SI KUBOTA LTD. 47-go, 2-ban,■1-chome Shikitsuhigashi, Naniwa-ku Osaka-shi, Osaka-fu Japan 12.818 sä/wa AUTOMATISCHES DIFFERENTIAL-SPERRSYSTEM FÜR ARBEITSFAHRZEUGE SOWIE MIT EINEM AUTOMATISCHEN DIFFERENTIAL-SPERRSYSTEH AUSGESTATTETES ARBEITSFAHRZEUG Patentansprüche

1. Automatisches Different!al-Sperrsystem für Arbeitsfahrzeuge mit lenkbaren Vorder- und Hinterrädern, gekennzeichnet durch eineSelektionseinrichtung zur Wahl des Lenkmodus für das Fahrzeug, eine Betätigungseinrichtung zur Betätigung und Freigabe eines Different!al-Sperrmechanismus und eine Torschaltung bzw. ein Gate für die Steuerung der Betätigungseinrichtung in Abhängigkeit von einem Signal aus der Selektionseinrichtung, wobei das Gate derart ausgelegt ist, daß in Abhängigkeit von dem Empfang eines dem Paral1 el-Lenkmodus entsprechenden Signals aus der Selektionseinrichtung ein Signal zur Betätigung des Different!al Sperrmechanismus an die Betätigungseinrichtung ausgegeben wird.

2. Automatisches Different!al-Sperrsystem nach Anspruch !,gekennzeichnet durch eine ODER-Einrichtung zur Ausgabe eines Ausgangssignals in Abhängigkeit von dem Empfang eines Wende- bzw. Umkehrsignals und eines dem Zweirad-Lenkmodus entsprechenden Signals aus der Selektionseinrichtung, eine Lenkwinkel-Detektoreinrichtung für den Nachweis des Lenkwinkels der Vorderräder und zur Ausgabe eines Ausgangssignals,

3538302

Γ)ιι-^: In:: ()ΐ|.ι I Im·.· I. ΠιρΙ.-Ιιιιΐ. ΜηηΙϊαΙ S.iui-r. I'.ili-niMiiw.illc. ( osiiiKisli. Sl. I)-S München Sl

wenn der Lenkwinkel innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt, und eine UND-Einrichtung zur Ausgabe eines Ausgangssignals in Abhängigkeit von dem Empfang von Ausgangssignalen aus der ODER-Einrichtung und der Lenkwinkel-Detektoreinrichtung, wobei das Gate derart ausgelegt ist, daß in Abhängigkeit von dem Empfang des Signals aus der UND-Einrichtung ein Signal zur Betätigung des Different!al-Sperrmechanismus an die Betätigungseinrichtung ausgegeben wird.

3. Automatisches Differential-Sperrsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkwinkel-Detektoreinrichtung eine Kombination von Spannungsmessern für den Nachweis des Lenkwinkels und eine Vergleichseinrichtung aufweist.

4. Automatisches Differential-Sperrsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichseinrichtung einen ersten und zweiten Komparator-Operationsverstärker mit einem gemeinsamen Eingang aufweist, wobei die Verstärker jeweils so ausgelegt sind, daß ein oberes Limit und ein unteres Limit des vorgegebenen Lenkwinkelbereiches eingestellt werden kann.

5. Arbeitsfahrzeug mit einem Differential-Sperrsystem, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Fahrzeugkörper mit lenkbaren Vorder- und Hinterrädern, einen an dem Fahrzeugkörper montierten Lenkgriff zur Bestimmung bzw. Festlegung der Lenkgröße für die Vorder- und Hinterräder, eine Selektionseinrichtung zur Wahl des Lenkmodus für das Fahrzeug, eine Lenksteuer-

Uii-.l.-|iiü. Otto I lusid. Iiipi -Ing. Manl'rod S.iiier. I'ak-nuinw'ilio. CoMmasir. Si. I)-X München Sl

einrichtung zum Lenken der Vorder- und Hinterräder in Abhängigkeit von der mittels des Lenkgriffs bestimmten Lenkgröße und des mittels der Selektionseinrichtung gewählten Lenkmodus, einen Differential-Sperrmechanismus zur Begrenzung der unterschiedlichen Umdrehungszahl der Räder, eine Betätigungseinrichtung zur Betätigung und Freigabe des Differential-Sperrmechanismus und ein Gate zur Ausgabe eines Steuersignals an die Betätigungseinrichtung in Abhängigkeit von dem Empfang eines Signals aus der Selektionseinrichtung, wobei das Gate derart ausgelegt ist, daß in Abhängigkeit von dem Empfang eines dem Paral1 el-Lenkmodus entsprechenden Signals aus der Selektionseinrichtung ein Steuersignal zur Betätigung des Different!al-Sperrmechanismus an die Betätigungseinrichtung ausgegeben wird, und zwar unabhängig von der mittels des Lenkgriffs festgelegten Lenkgröße.

6. Arbeitsfahrzeug nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen an dem Fahrzeugkörper montierten Empfänger für den Empfang eines Steuersignals aus einem Funksender, wobei der Empfänger jeweils einen ersten Kanal und einen zweiten Kanal zum Senden von Signalen an das Gate und an die Lenksteuereinrichtung aufweist und wobei auf dem ersten Kanal ein Lenkmodussignal und auf dem zweiten Kanal ein Lenkgrößensignal gesendet wird.

7. Arbeitsfahrzeug nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen Fernsteuerungsumschalter zur Freigabe des ersten und zweiten Kanals und zur gleichzeitigen Unterbrechung der Verbindung des Lenkgriffes und der Selektionseinrichtung mit der

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Lenksteuereinrichtung und mit dem Gate.

8. Arbeitsfahrzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Differential-Sperrmechanismus eine Differential-Sperrmuffe aufweist, die verschiebbar an einer Differentialwel1e eines Differentialmechanismus befestigt ist, derart, daß die Muffe mit dem Gehäuse gekuppelt werden kann, wobei die Differential-Sperrmuffe durch die Betätigungseinrichtung mit dem Differential gehäuse gekuppelt und entkuppelt wird.

9. Arbeitsfahrzeug nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Sicherheitseinrichtung für die Differential sperre, wobei die Sicherheitseinrichtunng eine Feder zur Vorspannung der Differential-Sperrmuffe in einer Position zur Kuppelung mit dem Differentialgehäuse und eine Sicherheitskupplung aufweist, durch welche die Differential-Sperrmuffe gegen die Vorspannkraft der Feder von dem Differentialgehäuse entkuppelt bzw. gelöst wird, wenn das übertragenen Drehmoment zwischen Differential-Sperrmuffe und Differentialgehäuse einen vorher bestimmten Wert übersteigt .

10. Arbeitsfahrzeug nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen Grenzfühler zur Erfassung bzw. zum Nachweis der Grenze zwischen einem bereits bearbeiteten und einem noch unbearbeiteten Geländebereich und zum Nachweis der Position der Grenzbzw. Begrenzungslinie und eine Steuereinrichtung zur Verbindung des Grenzfühlers mit der Lenksteuereinrichtung und der Betätigungseinrichtung, wobei die Steuer-

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einrichtung für die Betätigung der Lenksteuereinrichtung in Abhängigkeit von dem Nachweis der Position der Grenzlinie durch den Grenzfühler ausgelegt ist, derart, daß eine Parallelbewegung des Fahrzeugs in Richtung auf die Grenzlinie bewirkt wird, bis der Grenzfühler die Grenzlinie nachweist, und daß gleichzeitig ein Steuersignal zur Betätigung des Different!al-Sperrmechanismus an die Betätigungseinrichtung ausgegeben wi rd.

11. Arbeitsfahrzeug nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen Orientierungs- bzw. Richtungsfühler für die Erfassung bzw. den Nachweis der Fahrtrichtung des Fahrzeugs, wobei die Steuereinrichtung so ausgelegt ist, daß die durch den Orientierungsfühler nachgewiesene Abweichung von der Bezugsorientierung bzw. Bezugsrichtung gemessen wird, daß die Lenksteuereinrichtung betätigt wird, wenn die Abweichung einen Toleranzwert übersteigt, daß das Fahrzeug solange gedreht bzw. gewendet wird, bis sich der Abweichungswert auf den Toleranzwert verringert hat, und daß die Lenksteuereinrichtung betätigt wird, wenn sich der Abweichungswert auf den Toleranzwert verringert hat, so daß das Fahrzeug parallel in Richtung auf Grenze bewegt wird, bis der Grenzfühler die Grenze bzw. Grenzlinie nachweist.