СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТРАНСПОРТНЫМ СРЕДСТВОМ
AUTOMOTIVE CONTROL SYSTEM

Изобретение относится к системе управления транспортным средством, по меньшей мере, с тремя управляемыми независимо друг от друга колесами и датчиком заданных значений управления, управляющим колесами посредством выбираемой программы управления, например рулевым колесом.
Гибкие системы управления колесными транспортными средствами уже известны в большом разнообразии. В то время как обычные легковые и грузовые автомобили имеют, как правило, управление передним мостом и жесткие задние колеса, для особых применений известны специальные машины, достигающие очень высокой маневренности за счет того, что системы управления могут быть выбраны с разными жесткими программами управления. Подобными специальными машинами, которые должны обладать особенно высокой маневренностью, являются, например, рабочие машины, используемые, например, в алюминиевой или сталелитейной промышленности, или напольные транспортные средства для внутризаводского транспорта. Здесь речь может идти, например, о машинах для загрузки тиглей, машинах для загрузки мульд, вычерпывающих машинах, механизмах для пробивания корки, транспортных средствах для перевозки анодов, 4-ходовых штабелерах, тележках для замены инструментов, машинах для манипулирования контейнерами, аэродромных машинах и любых других специальных машинах. У подобных специальных машин должна обеспечиваться возможность простого и гибкого рулевого управления на заводе и на заводской территории. Здесь, однако, и у любых других машин, например транспортных машин, строительных машин и других колесных специальных машин, для достижения высокой маневренности существует возможность выбора определенной программы управления.
Пример возможности выбора подобных программ управления в специальной машине изображен на фиг.1. Здесь программы управления изображены схематично и с помощью рисунков 12, причем здесь показаны соответствующие положения колес. Поз.10 обозначены соответствующие клавиши панели управления, посредством которых водитель может выбирать нужные программы управления. В соответствии с выбранной нужной программой управления управляемые мосты машины относятся к нейтральному положению заново выбранной программы управления. В соответствии с этим машиной можно управлять с помощью встроенного датчика заданных значений управления, например, рулевого колеса, согласно активной программе управления. На фиг.1 слева показаны так называемые продольные программы, а справа - поперечные программы. Это значит, что у продольной программы все колеса установлены прямо, причем прямая направленность обозначена здесь стрелкой на рис.12. В поперечной программе колеса повернуты на 90°, так что машина движется поперек продольной оси по стрелке на рис.12'. Помимо этой жесткой программы на основе продольной или поперечной программы может быть реализовано управление всеми колесами. Другой альтернативой является диагональное управление или также изображенное здесь управление передним или задним мостом. Дополнительно в соответствии с уровнем техники могут быть выбраны специальные программы, такие как круговое движение, парковочная программа или автоматическое движение.
У машины с известной системой управления посредством жестких программ управления следует предпринять ряд отдельных шагов, чтобы, например, исходя из нормального продольного движения, пристыковаться поперек к позиции передачи. Прежде всего, машина должна быть остановлена в своем продольном движении перед въездом на позицию стыковки. После остановки машины выбирают программу управления для поперечного движения. Затем надо подождать, пока управляемые мосты не повернутся в соответствии с управляющими командами. После этого в поперечном движении подъезжают к позиции передачи. Если при подъезде к позиции передачи необходимы корректировки, программу управления, возможно, придется снова заменить. Это - сравнительно сложная и некомфортная программа управления.
Задачей настоящего изобретения является поэтому создание системы управления несколькими колесами для колесных машин, которая должна быть реализована максимально гибко.
Согласно изобретению эта задача решается посредством совокупности признаков пункта 1 формулы. В соответствии с этим создана система управления для машин с несколькими управляемыми колесами, у которой помимо датчика заданных значений управления для колес, например рулевого колеса, дополнительно предусмотрены исполнительный элемент для непрерывного смещения линии управления и исполнительный элемент для непрерывного управления главным направлением движения машины. За счет этой совокупности признаков создано интуитивное управление, которое позволяет полностью отказаться от жестких программ управления. С соответствующим непрерывно настраиваемым задаванием заданных значений достигается большая гибкость системы управления.
Преимущество интуитивного управления заключается в плавном переходе между направлениями и формами движения машины. Смены программ управления, усложняющие обслуживание и замедляющие процессы, необязательны. Жесткие программы управления требуют обычно опытного водителя, чтобы для актуальной ситуации можно было выбрать соответственно самую оптимальную программу управления. При интуитивном управлении, согласно изобретению, водитель совершает желаемое движение машины с помощью исполнительных элементов во время ее движения, причем машина непосредственно следует за этим соответствующим заданным движением. За счет этого, быстро освоившись, водитель может надежно управлять машиной, поскольку интуитивно правильно использует исполнительные элементы. При неправильном направлении движения машины он может интуитивно правильно управлять ею параллельно посредством датчика заданных значений управления, исполнительного элемента для непрерывного смещения линии управления и исполнительного элемента для непрерывного управления главным направлением движения машины. Затруднительное маневрирование или сложная перенастройка программ управления при остановке машины больше не нужны. В частности, предотвращено истирание поверхностей колес об основание во время управления при остановке, поскольку управление посредством системы управления, согласно изобретению, происходит обычно во время движения.
Для того чтобы с помощью системы управления, согласно изобретению, пристыковаться из продольного движения к позиции передачи, требуется следующий процесс. Машина движется в продольном направлении к позиции передачи. Как только машина подъедет к позиции передачи, главное направление движения машины ориентируют на позицию передачи, и главное направление может здесь приблизительно соответствовать поперечному направлению. Во время этого процесса изменения машину не требуется останавливать, поскольку посредством исполнительного элемента для непрерывного управления главным направлением движения это главное направление может быть непрерывно изменено во время движения. В ответ на это машина движется в направлении позиции передачи. Во время приближения к позиции передачи на ориентацию машины можно также легко оказать влияние посредством датчика заданных значений управления, т.е., например, посредством рулевого колеса, и исполнительного элемента для непрерывного смещения линии управления так, что для точного достижения определенного положения на позиции передачи не потребуется никакой дополнительной корректировки.
Особенно предпочтительные варианты осуществления изобретения приведены в следующих за основным пунктом зависимых пунктах.
В соответствии с этим датчиком заданных значений управления, как это само по себе уже известно из уровня техники, может быть рулевое колесо, джойстик, датчик угла поворота (например, потенциометр, датчик Холла и т.д.) или кодирующее устройство.
Исполнительным элементом для смещения линии управления может быть предпочтительно джойстик, ползунковый регулятор (например, ползунковый потенциометр, линейный регулятор и т.д.), тумблер или клавишный выключатель. При наличии клавишного выключателя могут быть настроены, правда, только заданные линии управления.
Исполнительный элемент для управления главным направлением движения машины может состоять из вращаемого элемента, положение которого может определяться датчиком угла поворота. Для определенных направлений движения здесь могут быть заданы предпочтительно фиксированные положения для углового датчика. Здесь речь может идти, например, о движении прямо, поперечном движении под углом +90° в одном направлении или поперечном движении под углом -90° в противоположном направлении. В качестве альтернативы исполнительный элемент может состоять также из джойстика, который оставляют в выбранном направлении, а его положение измеряют посредством измерительного устройства.
Исполнительный элемент для смещения линии управления и исполнительный элемент для управления главным направлением движения особенно предпочтительно могут быть объединены в один исполнительный элемент. Таким образом, водитель машины позднее может легко одной рукой непрерывно смещать линию управления и одновременно управлять главным направлением движения.
Согласно одному варианту осуществления изобретения управляющие команды датчика заданных значений управления, исполнительного элемента для смещения линии управления и исполнительного элемента для управления главным направлением движения машины могут подаваться к своему блоку управления, который определяет управляющие команды для устройств управления колесами и передает их устройствам управления.
Другие признаки, подробности и преимущества изобретения приведены в примере его осуществления, изображенном на чертеже, на котором на фиг.2-8 в схематичном виде показан простой пример осуществления, причем здесь поясняются соответственно разные возможности управления системы управления.
На фиг.2 схематично изображена машина 20 с четырьмя колесами 22, отдельно управляемыми посредством устройств управления (не показаны). Здесь в рамках изобретения посредством системы управления можно управлять любым произвольным числом колес 22. Интуитивным управлением, согласно изобретению, управляют посредством трех исполнительных элементов. Здесь речь идет о датчике 1 заданных значений управления в виде рулевого колеса. Помимо него изображен исполнительный элемент 2 для смещения линии управления в виде ползункового потенциометра.
Последний вмонтирован в исполнительный элемент 3, выполненный в виде вращаемой пластины для непрерывного управления главным направлением движения машины. Эта вращаемая монтажная пластина содержит угловой датчик абсолютного измерения (не показан), который регистрирует положение этого устройства. Здесь подробно не показаны, однако обозначены стрелками 4 фиксированные положения, которые соответствуют преселекции основной настройки при 0°, т.е. движению вдоль и прямо, +90°, т.е. движению поперек прямо вправо, и -90°, т.е. движению поперек прямо влево. Принцип действия отдельных исполнительных элементов поясняется на нижеследующих фигурах.
На фиг.3 посредством датчика 1 заданных значений управления в виде рулевого колеса задают движение машины 20 по кривой. Пока исполнительные элементы 2 и 3 остаются в своем нулевом положении, происходит управление всеми колесами, имеющее линию 24 управления посередине машины 20. Посредством датчика 1 заданных значений управления в виде рулевого колеса можно в противоположность изменению других исполнительных элементов изменить ориентацию машины, т.е. машина может быть повернута. Вращение рулевого колеса смещает полюс 26 управления на линии управления и создает движение по кривой с актуальным полюсом управления в качестве центра кривой. Все управляемые мосты соответственно по отдельности управляемых колес ориентируются на этот полюс 26 управления. При выпрямлении рулевого колеса полюс управления удален от машины небесконечно далеко. С увеличением поворота управляемых колес полюс управления в зависимости от направления управления все дальше приближается к машине слева или справа.
На фиг.4 представлено изменение положения датчика 1 заданных значений управления в виде рулевого колеса и исполнительного элемента 2 для непрерывного смещения линии 24 управления, причем смещение линии управления влияет на геометрию управления машиной за счет того, что линия 24 управления может быть смещена вперед и назад, причем смещение происходит, согласно изобретению, плавно посредством настройки исполнительного элемента 2. При смещении линии 24 управления вперед, как это показано на фиг.4, влияние передних колес на рулевое управление уменьшается. При максимальном смещении вперед, т.е. до предельного значения, точно показанного на фиг.4, передние колеса неподвижны. С этой настройкой машина, например, может хорошо двигаться вперед, заезжать в узкий проход или двигаться назад стабильно с высокой скоростью.
Если линия управления находится в нейтральном положении, как это показано на фиг.5, то происходит управление всеми колесами, при котором углы поворота передних и задних колес симметричны. При этой настройке достигаются минимальный радиус кривой и, тем самым, наибольшая маневренность. При настройке на фиг.5 исполнительный элемент 3 для управления главным направлением движения также находится в нейтральном положении. Если теперь посредством исполнительного элемента 2 для непрерывного смещения линии управления последню сместить назад, то влияние задних колес на рулевое управление будет уменьшаться. При максимальном смещении назад, как это показано на фиг.6, задние колеса неподвижны. При этой настройке машина может двигаться вперед стабильно с высокой скоростью, как легковой автомобиль, и хорошо заезжать в узкие проходы.
С помощью фиг.7 более подробно поясняется управление главным направлением движения. Для непрерывного управления главным направлением движения служит исполнительный элемент 3. Возможность настройки этого исполнительного элемента 3, выполненного в виде вращаемой пластины, обозначена двойной стрелкой а. Соответствующее положение этой пластины, настраиваемое водителем, может регистрироваться угловым датчиком абсолютного измерения (не показан), как об этом уже сказано выше. Это устанавливаемое главное направление устанавливается управляемыми колесами 22, как это показано на фиг.7 двойными стрелками b непосредственно в зоне колес 22.
На фиг.8 изображен пример использования всех трех исполнительных элементов, т.е. рулевого колеса 1, исполнительного элемента 2 для непрерывного смещения линии управления и исполнительного элемента 3 для непрерывного управления главным направлением движения машины. Изменение главного направления соответствует здесь повороту линии 24 управления, включая полюс 26 управления, вокруг середины 28 машины.