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Die Erfindung betrifft eine Arbeitsmaschine mit einer hydraulischen Lenkanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Arbeitsmaschine, insbesondere einen Radlader, mit einer hydraulischen Lenkanlage umfassend wenigstens eine mittels eines Verbrennungsmotors angetriebene Hauptlenkpumpe sowie mindestens eine Notlenkpumpe.
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Die Ölversorgung strassenfahrtauglicher Lenkanlagen von Bau- und Arbeitsmaschinen stellt höchste Ansprüche an die Verfügbarkeit im Fehlerfall und damit an die Steuerungsgüte. Grundlage dafür sind die relevanten Normen für die Steuerungssicherheit unter dem Dach der Maschinenrichtlinien.
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Aus dem Stand der Technik ist hierzu die
DE 10 2014 010 174 A1 zu nennen. Diese beschreibt ein elektrohydraulisches Lenksystem, das für mobile Arbeitsmaschinen vorgesehen ist, insbesondere für Radlader und durch das die Funktionstüchtigkeit der Lenkung auch im Fehlerfall gewährleistet wird. Zudem konnte durch besagtes elektrohydraulisches Lenksystem eine Senkung der Herstellungskosten gegenüber anderer aus dem Stand der Technik bekannter Systeme erreicht werden.
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Ferner offenbart die
DE 10 2011 106 276 A1 eine redundante hydraulische Lenkung einer gattungsgemäßen Arbeitsmaschine. Durch das Verhindern eines Voreilens der Lenkung bei in Lenkrichtung wirkende „helfende“ Kräfte erweist sich dieses System als eine hydraulische Lenkung, die eine maximale Arbeitssicherheit erreicht.
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Die
DE 10 2013 018 237 A1 beschreibt ebenfalls ein elektrohydraulisches Lenksystem, dessen Herstellkosten gegenüber bekannter Systeme mit vollständig redundanten Systemen verringert werden konnten und gleichwohl im Fehlerfall die Lenkbarkeit gewährleistet bleibt.
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Zudem offenbart die
DE 24 34 155 A1 einen Hüttenkoks-Transportwagen und ein Steuersystem hierfür.
Bei größeren Radladern wird die Lenkanlage typischerweise durch eine Hydraulikpumpe mit Öl versorgt, welche durch den Dieselmotor angetrieben wird. Im Fehlerfall am Dieselmotor oder an der Hydraulikpumpe würde eine elektrisch angetriebene Notlenkpumpe die Ölversorgung der Lenkung aufrechterhalten, womit die Lenkbarkeit des Fahrzeuges weiterhin sichergestellt werden kann. Dadurch bleibt das Fahrzeug auch im Fehlerfall bis zum sicheren Stillstand lenkbar.
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Durch das Überwachen des Hydraulikdruckes an der Hauptlenkpumpe lässt sich ein Fehler durch eine elektronische Steuerung erkennen, welche bei Druckeinbruch die Notlenkpumpe aktivieren würde. In der Regel übernimmt der Fahrzeugleitrechner die Aufgabe der Fehlererkennung und das Einleiten geeigneter Gegenmaßnahmen wie die Aktivierung der Notlenkpumpe. Ein Druckverlust an der Hauptlenkpumpe kann jedoch auch aus einer gewollten Abschaltung des Dieselmotors resultieren, beispielsweise im Rahmen einer Start-Stopp-Automatik, bei der der Fahrzeugleitrechner den Dieselmotor über eine CAN-Kommunikation abstellt. Dieses Szenario gilt es vor der Aktivierung der Notlenkpumpe vom Fehlerfall zu unterscheiden.
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In einem Worst-Case Szenario wäre es mit äußerst geringer Wahrscheinlichkeit denkbar, dass durch einen schwerwiegenden Fehler im Fahrzeugleitrechner der Dieselmotor abgestellt und keine weiteren Steuerungsaufgaben mehr ergriffen werden. Für ein fahrendes Fahrzeug hätte dieses Fehlerszenario zur Folge, dass weder die durch den Dieselmotor angetriebene Hauptlenkpumpe noch die elektrisch angetriebene Notlenkpumpe Öl für die Lenkung liefern und das Fahrzeug folglich unlenkbar wäre.
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Die vorliegende Erfindung sucht daher nach Lösungen, die selbst beim Auftreten eines Mehrfachfehlers eine Lenkfunktion des Fahrzeugs gewährleisten und ein sicheres Zumstillstandbringen des Fahrzeuges im Fehlerfall ermöglichen.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Arbeitsmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Arbeitsmaschine sind Gegenstand der sich an Hauptanspruch anschließenden abhängigen Unteransprüche.
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Nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1sind zur Ansteuerung der Hauptlenkpumpe sowie der Notlenkpumpe separate Steuerlogiken vorgesehen. Die eingesetzten Steuerlogiken sind idealerweise hardwaremäßig voneinander getrennt, zumindest jedoch softwaremäßig voneinander getrennt, sodass diese unabhängig voneinander arbeiten und der Ausfall einer Steuerlogik nicht die ordnungsgemäße Funktion der weiteren separaten Steuerlogik beeinflusst. Ferner sind die beiden separaten Steuerlogiken diversitär zueinander ausgeführt. In diesem Sinne sind die Steuerkanäle bzw. Logiken unterschiedlich realisiert, d.h. es werden für die Steuerpfade der Lenkpumpen keine baugleichen Einzelsysteme eingesetzt, wobei der Unterschied in unterschiedlichen Software- und/oder Hardwaresystemen liegen kann. Im Gegensatz zur einfachen Redundanz lässt sich durch die Diversität des Systems nicht nur ein zusätzlicher Sicherheitsgewinn erzielen sondern ebenfalls ein Kostenvorteil erreicht. In Summe ergibt sich für die erfindungsgemäße Arbeitsmaschine eine sehr hochwertige Steuerungsarchitektur mit zwei eigenständigen Kanälen, die sich jeweils durch eigenständige Steuerlogiken auszeichnen. Dadurch kann eine Steuerungsgüte von Performance Level (PL) bis zu PLe erreicht werden. Die Steuerlogik der Notlenkpumpe ist ausschließlich für die Ansteuerung der Notlenkpumpe zuständig.
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Die Ansteuerung der Hauptlenkpumpe durch die entsprechende Steuerlogik erfolgt nicht zwingend unmittelbar, sondern kann ebenso mittelbar durch geeignete Steuerung des Verbrennungsmotors erfolgen. Beispielsweise kann durch gezielte An- und Abschaltung des Verbrennungsmotors die Hauptlenkpumpe entsprechend aktiviert bzw. deaktiviert werden. Dies gilt insbesondere für die erfindungsgemäße Ausführungsform, wenn der Fahrzeugleitrechner als Steuerlogik für die Hauptlenkpumpe Verwendung findet. Der Einfachheit halber wird im Folgenden stets von der Steuerlogik der Hauptlenkpumpe gesprochen, selbst wenn diese in einer Ausführungsform eigentlich den Verbrennungsmotor steuert und lediglich die Funktion der Hauptlenkpumpe überwacht.
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Die Steuerung/Regelung der Haupt- und/oder Notlenkfunktion, d.h. der Haupt- und/oder Notlenkpumpe, kann mittels eigenständiger zusätzlicher Bauteile - Logiken realisiert sein und/oder die beschriebenen Funktionen können in einem bestehenden Fahrzeugleitrechner (VCU=Vehicle Control Unit, Master), in einer Motorsteuerung/- regelung (ECU=Engine Control Unit) oder in einer Getriebesteuerung/-regelung oder in jeder anderen in der Arbeitsmaschine bereits existierenden Steuerungs-/Regelungseinheit nach funktionaler Möglichkeit implementiert sein.
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Selbiges gilt für die Ansteuerung der Notlenkpumpe. Durch Steuerung vorgeordneter Schalter in der Leistungsversorgung der Notlenkpumpe lässt sich diese indirekt steuern. Denkbar ist eine Steuerung der Energieversorgung der Notlenkpumpe, insbesondere der elektrischen Energiequelle.
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Bevorzugt ist die Steuerlogik der wenigstens einen Notlenkpumpe mit einem gegenüber der Steuerlogik der Hauptlenkpumpe dedizierten Funktionsumfang ausgestattet. Regelmäßig wird als Steuerlogik für die Hauptlenkpumpe der Fahrzeugleitrechner eingesetzt. Eine redundante Ausgestaltung dieses Leitrechners für die Steuerung der Notlenkpumpe würde hohe Produktionskosten nach sich ziehen. Die Verwendung einer dedizierten Steuerlogik für die Notfallpumpe birgt damit ein enormes Kosteneinsparungspotenzial. Zudem wird durch den dedizierten Funktionsumfangs die Ausfallwahrscheinlichkeit reduziert. Insgesamt bedeutet die diversitäre Ausführung einen zusätzlichen Sicherheitsgewinn.
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Erfindungsgemäß handelt es sich bei der Steuerlogik der Notfallpumpe um ein programmierbares Relais. Grundsätzlich ist jedoch jeder Mikroprozessor mit entsprechender Softwaresteuerung geeignet. Denkbar ist auch die Verwendung eines ASICs oder alternativ eines PLDs oder eines FPGAs. Bei Softwaretrennung der Steuerlogiken kann auf dem Fahrzeugleitrechner auch ein separates Steuerprogramm zu Anwendung kommen. Die Hardwarearchitektur des Fahrzeugleitrechners muss jedoch sicherstellen, dass beide Programme unabhängig voneinander ausführbar sind und im Fehlerfall der ersten Steuerlogik eine fehlerfreie Ausführung der zweiten Steuerlogik gewährleistet ist.
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Um den Funktionszustand der Lenkanlage zu überwachen und unter Berücksichtigung einer Reihe von Sondersituationen zielsicher die Notlenkpumpe aktivieren zu können, ist es erforderlich, dass innerhalb der Steuerlogik der Notlenkpumpe gewisse Informationen zur Verfügung stehen. Zweckmäßig kann es sein, wenn der Steuerlogik der Notlenkpumpe als Eingangssignal zumindest der Druckpegel der Hauptlenkpumpe und/oder der Zündungsstatus und/oder der Status des Verbrennungsmotors zur Verfügung steht bzw. stehen. Weiterhin kann wenigstens eine Information der Steuerlogik der Hauptlenkpumpe am Eingang der Steuerlogik der Notlenkpumpe anliegen.
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Idealerweise ist es ausreichend, wenn nur die obengenannten Eingangssignale an der Steuerlogik der Notlenkpumpe anliegen. Anhand des Druckpegels der Hauptlenkpumpe kann die ordnungsgemäße Funktion der hydraulischen Lenkanlage erfasst werden. Der Zündungsstatus gibt wieder, ob der Verbrennungsmotor bewusst bzw. unbewusst ausgeschaltet wurde. Der Status des Verbrennungsmotors spiegelt beispielsweise den laufenden Betrieb des Verbrennungsmotors bzw. den Motorstillstand wieder. Beispielsweise lässt sich dieser Status im Bereich der Lichtmaschine durch eine geeignete Sensorik abgreifen. Über den Informationskanal der Steuerlogik der Hauptlenkpumpe kann beispielsweise ein durch die Steuerlogik der Hauptlenkpumpe erkannter Fehlerfall unmittelbar an die Steuerlogik der Notlenkpumpe mitgeteilt werden.
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Idealerweise entspricht dieses Informationssignal einem konstanten Signalpegel. Im Fehlerfall bzw. einer Fehlfunktion der Steuerlogik der Hauptlenkpumpe wird dieser Eingang stromlos geschaltet, sodass sich für die Steuerlogik der Hauptlenkpumpe ein sicherer Zustand für den Stromlosfall ergibt.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Energieversorgung der Notlenkpumpe über ein steuerbares Leistungsrelais geschaltet. Der Steuersignaleingang des Leistungsrelais steht mit einem ersten Steuerausgang der Steuerlogik der Notlenkpumpe in Verbindung. Durch Betätigung des ersten Steuerausgangs lässt sich das Leistungsrelais schalten und damit die Energieversorgung der Notlenkpumpe zur Pumpenaktivierung herstellen.
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Wie bereits im einleitenden Teil beschrieben wurde, kann im Rahmen einer Start-Stopp-Automatik eine gewollte Abschaltung des Verbrennungsmotors durch den Fahrzeugleitrechner erzwungen werden. Aufgrund des dedizierten Funktionsumfangs der Steuerlogik der Notlenkpumpe kann diese jedoch nicht unterscheiden, wodurch ein mit der Abschaltung des Verbrennungsmotors einhergehender Druckeinbruch an der Hauptlenkpumpe ausgelöst worden ist. Für den Fall einer Start-Stopp-Automatik wäre es unsinnig, die Notlenkpumpe zu aktivieren. Zur Problemlösung ist es gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sinnvoll, dem Steuereingang des Leistungsrelais zur Aktivierung der Notlenkpumpe wenigstens ein Unterbrechungsrelais vorzustellen, dass manuell durch einen Strassenfahrtschalter betätigbar ist. Dieses Unterbrechungsrelais dient zur Unterbrechung der Steuerleitung des Leistungsrelais, d.h. zur Unterbrechung der Steuerleitung zwischen erstem Steuerausgang der Steuerlogik und Steuereingang des Leistungsrelais.
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Das Unterbrechungsrelais ist so ausgestaltet, dass dieses während einer ersten Schaltstellung, vorzugsweise der Strassenfahrtstellung des Strassenfahrtschalters geschlossen bleibt. Die Möglichkeit der Pumpenaktivierung der Notlenkpumpe bleibt durch entsprechende Steuerung des Leistungsrelais erhalten. In der Folge wird die Notlenkpumpe bei jedem erkannten Druckabfall an der Hauptlenkpumpe aktiviert.
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Befindet sich der Strassenfahrtschalter hingegen in einer abweichenden Stellung, verbleibt das Unterbrechungsrelais in geöffneter Schaltstellung und die Steuerleitung zwischen Leistungsrelais und Steuerlogik bleibt unterbrochen. Die Notlenkpumpe bleibt auch bei entsprechendem Aktvierungssignal auf dem ersten Steuerausgang der Steuerlogik deaktiviert. Im Fehlerfall muss dennoch eine Aktivierung der Notlenkpumpe gewährleistet sein. Dafür sieht die Steuerlogik wenigstens einen zweiten Steuerausgang vor, mit dem eine Überbrückung des Unterbrechungsrelais bewirkt wird. Bei einer Schaltung des zweiten Steuerausgangs wird das Unterbrechungsrelais unabhängig von der Schaltstellung des Strassenfahrtschalters geschlossen, sodass durch die Ansteuerung des ersten Steuerausgangs eine Aktivierung des Leistungsrelais und damit eine Energieversorgung der Notlenkpumpe bereitgestellt wird.
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Damit kann eine Aktivierung der Notlenkpumpe bei gewollter Abschaltung des Verbrennungsmotors, bspw. im Zuge einer Start-Stopp-Automatik, zuverlässig unterdrückt werden, ohne dass es dazu einer aufwändigen Unterscheidungslogik innerhalb der Steuerlogik der Notlenkpumpe bedarf. Die Aktivierung der Notlenkpumpe im Fehlerfall ist jedoch weiterhin durch Betätigung des Unterbrechungsrelais durch die Steuerlogik der Notlenkpumpe über den zweiten Steuerausgang sichergestellt.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Steuerlogik der Notlenkpumpe derart programmiert ist, sodass bei einem festgestellten Druckabfall der Hauptlenkpumpe der erste Steuerausgang geschaltet wird. Wird ein Zustandswechsel am eingehenden Informationssignal der Steuerlogik der Hauptlenkpumpe erkannt und tritt zudem ein Druckabfall an der Hauptlenkpumpe auf, werden beide Steuerausgänge der Steuerlogik der Notlenkpumpe zeitgleich geschaltet. Dadurch wird sichergestellt, dass unabhängig von der Schaltstellung des Strassenfahrtschalters eine Aktivierung der Notlenkpumpe bewirkt wird.
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Idealerweise ist die Steuerlogik der Hauptlenkpumpe derart ausgestaltet, so dass diese im fehlerfreien Fall ein an der Steuerlogik der Notlenkpumpe anliegendes Informationssignal mit konstantem Signalpegel generiert. Im Fehlerfall wird dieses Signal abgeschaltet und die Steuerlogik der Notlenkpumpe erhält folglich die notwendige Information zu Schaltung des zweiten Steuerausgangs. Dadurch wird sichergestellt, dass auch bei einem Totalausfall der Steuerlogik der Hauptlenkpumpe und der damit einhergehenden Stromlosschaltung des Informationssignals eine Aktivierung der Notlenkpumpe möglich ist. Wird die Stromlosschaltung des eingehenden Informationssignals durch die Steuerlogik der Notlenkpumpe erkannt, wird vorzugsweise immer der zweite Steuerausgang geschaltet. Tritt dieser Zustand in Kombination mit einem erkannten Druckabfall an der Hauptlenkpumpe auf, so wird durch die Schaltung des ersten Steuerausgangs die Notlenkpumpe aktiviert.
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In einer Weiterentwicklung der vorliegenden Erfindung kann es zudem vorgesehen sein, dass die Steuerlogik der Notlenkpumpe zusätzlich einen dritten Steuerausgang umfasst, der kommunikativ mit der Steuerlogik der Hauptlenkpumpe in Verbindung steht. Dieser dritte Steuerausgang dient insbesondere zur Ausführung einer durch die Steuerlogik der Notlenkpumpe initiierten Testprozedur. Damit kann die Notfallaktivierung der Notlenkpumpe zu gewissen Zeiten auf ihre ordnungsgemäße Funktionalität überprüft bzw. überwacht werden. Denkbar ist es, dass die Initiierung der Testprozedur bei jeder Betätigung der Zündung ausgelöst wird. Alternativ ist eine Ausführung der Testprozedur erst nach einer gewissen Anzahl an erfolgten Zündungen. Möglich ist es zudem, die Testprozedur auch im Regelbetrieb der Arbeitsmaschine in gewissen zeitlichen Abständen zu wiederholen.
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Während der Testprozedur tritt die Steuerlogik der Hauptlenkpumpe als Prüf- bzw. Überwachungseinheit auf, die die ordnungsgemäße Funktionalität der Steuerlogik der Notfallpumpe prüft. Beispielsweise werden während der Testprozedur einzelne Fehlerfälle durch die Steuerlogik der Hauptlenkpumpe simuliert und die entsprechenden ausgehenden Steuersignale der Steuerlogik der Notlenkpumpe gegengeprüft, vorzugsweise unter Verwendung einer Wahrheitstabelle als Zustandsautomat.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass über den dritten Steuerausgang der Notlenkpumpe der durch diese erfasste Druckpegel an die Steuerlogik der Hauptlenkpumpe übermittelbar ist. Innerhalb der Steuerlogik der Hauptlenkpumpe kann dieser gegen den intern erfassten Druckpegel gegenprüfbar sein. Die Druckmessung der Steuerlogik der Notlenkpumpe lässt sich auf ordnungsgemäße Funktionalität und Genauigkeit überwachen.
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In einer weiteren Abfolge der Testprozedur kann vorgesehen sein, dass durch die Steuerlogik der Hauptlenkpumpe ein Zustandswechsel des Informationssignals erzeugbar ist und nachfolgend die damit einhergehende Aktivierung der Notlenkpumpe durch die Steuerlogik der Notlenkpumpe prüfbar ist.
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Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung sollen im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:
- 1: ein Blockschaltbild der Lenkanlage der erfindungsgemäßen Arbeitsmaschine und
- 2: eine schematische Darstellung der resultierenden Kanalketten für die Steuerung der Hauptlenkpumpe bzw. Notlenkpumpe.
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1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild für die Lenkpumpenansteuerung der erfindungsgemäßen Arbeitsmaschine. Die Arbeitsmaschine ist vorzugsweise in Form eines Radladers ausgestaltet, dessen Lenkanlage hydraulisch betrieben wird.
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Aus Sicherheitsgründen ist vorgesehen, dass die Steuerung der Hauptlenkpumpe zum einen als auch die Steuerung der Notlenkpumpe zum anderen über separate Steuerlogiken realisiert sind, die voneinander unabhängig arbeiten und zudem diversitär zueinander ausgestaltet sind. Die Unabhängigkeit dieser Steuerlogiken wird verlangt, um auch bei Ausfall der Steuerlogik der Hauptlenkpumpe eine ordnungsgemäße Aktivierung der Notlenkpumpe gewährleisten zu können. Realisiert wird diese Vorgabe gemäß dem Blockschaltbild der 1.
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Erkennbar ist die Hauptlenkpumpe 9, die am Ausgang des Verbrennungsmotors 10 angeflanscht ist und durch diesen angetrieben wird. Die Steuerung des Verbrennungsmotors 10 und damit der Hauptlenkpumpe 9 wird über den Fahrzeugleitrechner 11 als erste Steuerlogik realisiert, der kommunikativ mit dem Verbrennungsmotor 10 in Verbindung steht und diesen bei Bedarf abschalten kann. Zudem empfängt der Fahrzeugleitrechner von dem Hauptdruckschalter 12 das Drucksignal P, das nachfolgend noch genauer erläutert wird.
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Bei Druckabfall des erforderlichen Hydraulikdruckes für die Lenkanlage soll die Notlenkpumpe 16 anspringen. Diese Notlenkpumpe 16 wird elektrisch betrieben, wobei die Energieversorgung über ein steuerbares Leistungsrelais 8 geschaltet wird. Im geschalteten Zustand des Leistungsrelais 8 wird die Notlenkpumpe 16 mit elektrischer Energie versorgt und dadurch aktiviert.
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Die Steuerung der Notlenkpumpe 16 wird mittels des programmierbaren Relais 19 verwirklicht, dass sowohl hardware- als auch softwaretechnisch von dem Fahrzeugleitrechner 11 getrennt ist und unabhängig agiert. Das Relais 19 umfasst die Signaleingänge Y, X, 15, Z. Über den Eingang X wird dem Relais der Druck P des Hauptdruckschalters 12 mitgeteilt, der Signaleingang dient folglich als Indikator für die ordnungsgemäße Funktion der Hauptlenkpumpe 9. Ein Druckabfall an der Hauptlenkpumpe 9 führt zu eine erkennbaren Signaländerung am Eingang X des Relais 19, sodass hier ein Ausfall der Hauptlenkpumpe 9 erkannt werden kann.
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Über den Eingang 15 wird dem Relais 19 der Status des Zündschalters der Arbeitsmaschine mitgeteilt, d.h. für den Fall, dass die Zündung deaktiviert ist, kann verhindert werden, dass das Relais 19 eine Aktivierung der Notlenkpumpe 16 einleitet. Der Signaleingang Z liefert über eine Sensorik 14 den Status D+ des Dieselmotors 10.
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Beispielsweise wird hier an der Lichtmaschine erkannt, ob der Dieselmotor 10 im Betrieb ist oder sich im Stillstand befindet.
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Über den Informationskanal 5, der am Eingang Y des Relais 19 anliegt, steht der Fahrzeugleitrechner 11 kommunikativ mit dem Relais 19 in Verbindung. Im ordnungsgemäßen Betrieb wird hier vom Fahrzeugleitrechner 11 ein konstanter Signalpegel DO_Master angelegt. Bei einem Fehlverhalten der Hauptlenkpumpe 9, das von dem Fahrzeugleitrechner 11 erkannt wird, wird dieses Signal DO_Master durch den Fahrzeugleitrechner 11 stromlos geschaltet. Gleiches gilt selbstverständlich auch beim Ausfall des Fahrzeugleitrechners 11, sodass dieses Signal DO_Master automatisch stromlos ist.
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Weiterhin umfasst das Relais 19 zwei Steuerausgänge 87a, 87, von denen die Steuerleitungen 2, 3 ausgehen. Der Steuerausgang 87a steht über das Unterbrechungsrelais 7 mit dem Steuereingang des Leistungsrelais 8 in Verbindung. Durch Betätigung des Steuerausgangs 87a kann damit ein Schalten des Leitungsrelais 8 bewirkt werden, sodass die Energieversorgung für die Notlenkpumpe 16 bereitgestellt und diese folglich aktiviert wird. Das Steuersignal des Ausgangs 87a liegt jedoch am Steuereingang des Leistungsrelais 8 nur dann an, wenn das Unterbrechungsrelais 7 geschaltet ist. Dieses Unterbrechungsrelais 7 wird über einen Fahrtzustandsschalter 6 betätigt, der eine Strassenfahrtstellung sowie eine Off-Road-Stellung anbietet. In der Strassenfahrtstellung wird das Unterbrechungsrelais 7 geschlossen, sodass eine Verbindung zwischen dem Steuerausgang 87a des Relais 19 und dem Steuereingang des Leistungsrelais 8 besteht. Im Off-Road-Zustand des Strassenfahrtschalters 6 wird demgegenüber das Unterbrechungsrelais 7 geöffnet.
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Der Steuerausgang 87 des Relais 19 dient zur Überbrückung des Unterbrechungsrelais 7. Durch Betätigung des Steuerausgangs 87 kann das Unterbrechungsrelais 7 unabhängig von der Schaltstellung des Fahrschalters 6 betätigt oder geschlossen werden.
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Über den Steuerausgang C mit der ausgehenden Verbindungsleitung 4 kann von der Steuerlogik 19 eine Testprozedur in Gang gesetzt werden, um die ordnungsgemäße Funktionalität der Notlenkpumpe 16 bzw. der Steuerlogik 19 in gewissen zeitlichen Abständen zu überprüfen. Weiterhin ist an der Notlenkpumpe 16 ein Drucksensor 17 angeordnet, der kommunikativ mit dem Fahrzeugleitrechner 11 in Verbindung steht. Der Fahrzeugleitrechner kann über den Sensor 17 prüfen, ob die Notlenkpumpe ordnungsgemäß arbeitet oder deaktiviert ist.
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Der vorgeschlagene Hardware-Aufbau stellt formal eine sehr hochwertige Steuerungsarchitektur mit zwei eigenständigen Kanälen nach Kategorie 3 oder 4 mit jeweils eigenständiger Logik 11, 19 zur Verfügung, womit eine Steuerungsgüte von Performancelevel bis zu PL e erreicht werden kann. Das Prinzip der Kanaltrennung für die Ansteuerung der beiden Lenkpumpen 9 und 16 wird durch 2 nochmals verdeutlicht.
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Die Funktionsweise der Lenkanlage gemäß 1 soll im Folgenden ausführlich beschrieben werden. Um den Funktionszustand der Lenkanlage überwachen und unter Berücksichtigung einer Reihe von Sondersituationen zielsicher die Notlenkpumpe 16 aktivieren zu können, sind die vorgenannten Informationen in der Logik 19 des zweiten, eigenständigen Steuerungskanals zu verarbeiten:
- • Der Druckpegel P an der Hauptlenkpumpe 9, gemessen durch den Hauptdruckschalter 12
- • das Zündungssignal an der Klemme 15, als Indikator ob die Zündung eingeschaltet ist
- • das Signal D+ am Eingang Z als Statusinformation des Dieselmotors 10, bspw. durch Signalabgriff an der Lichtmaschine
- • das Informationssignal DO_Master, dass vom Fahrzeugleitrechner 11 über die Leitung 5 am Eingang Y anliegt
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Um die Notlenkpumpe 16 ansteuern und die Funktionsbereitschaft der Logik 19 im Wachbetrieb sicherstellen zu können, werden zumindest die folgenden digitalen Ausgänge benötigt:
- • erster Steuerausgang 2: Notlenkpumpe ein
- • zweiter Steuerausgang 3: Überbrückung des Unterbrechungsrelais 7 (Strassenfahrtschalter 6)
- • dritter Steuerausgang 4: Information an den Fahrzeugleitrechner 11 (Testkanal)
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Die eigenständige Logik 19 steuert bei Druckeinbruch durch Bewertung des digitalen Signales P am Eingang X die Notlenkpumpe 16 an, und ist aufgrund der strikten hardware- und softwaremäßigen Trennung vom Fahrzeugleitrechner 11 nicht in der Lage zu unterscheiden, wodurch der Druckeinbruch ausgelöst wurde. Ggf. könnte der Dieselmotor 10 aufgrund eines Fahrfehlers abgewürgt worden sein, es wäre jedoch auch ein durch den Fahrzeugleitrechner 11 befohlener Motorstillstand über den CAN-Bus möglich (z. B. durch eine Start-Stopp Funktion im Fahrzeugleitrechner 11), wobei die eigenständige Logik 19 aufgrund der strikten Trennung diese beiden Fälle nicht differenzieren kann und in beiden Fällen die Notlenkpumpe 16 angesteuert würde.
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Beherrscht wird dieser Zustand des durch den Fahrzeugleitrechner 11 befohlenen Motorstillstandes, indem
- • im Off-Road Betrieb (PL d) der befohlene Motorstillstand durch die Start-Stopp-Automatik zugelassen wird, die Stellung des Strassenfahrtschalter 6 sich im Off-Road Modus befindet, der Fahrzeugleitrechner 11 die Stellung des Strassenfahrtschalters 6 über den Informationskanal 20 abfragt, und das Unterbrechungsrelais 7 aufgrund der Schalterstellung des Strassenfahrtschalters 6 schließt, wodurch der Betätigungspfad der Notlenkpumpe 16 trotz Ansteuerung des Ausganges 2 der eigenständigen Logik 19 unterbrochen bleibt, und
- • bei tatsächlichem Bedarf der Notlenkpumpe 16 dieser Bedarf durch den Fahrzeugleitrechner 11 erkannt wird, und der Fahrzeugleitrechner 11 den Ausgang DO_Master stromlos schaltet, wodurch die eigenständige Logik 19 dies über den Eingang Y erkennt und beide Ausgänge 2, 3 ansteuert. Dadurch schließt auch das Unterbrechungsrelais 7 und der Ansteuerungspfad zur Notlenkpumpe 16 ist geschlossen.
- • Im On-Road Betrieb (PL e) würde der befohlene Motorstillstand der Start-Stopp-Automatik aufgrund des Status der Information des Strassenfahrtschalters 6, repräsentiert durch die Abfrage des Informationskanals 20 inaktiv geschaltet. Ein selbständiger Stillstand des Dieselmotors 10 kommt für diesen Fall ausschließlich aufgrund eines Fehlers zustande, wodurch die Ansteuerung der Notlenkpumpe 16 über den Ausgang 2 und des aufgrund des gewählten Strassenfahrmodus (Strassenfahrtschalter 6 in On-Road Stellung) geschlossenen Unterbrechungsrelais 7 möglich ist.
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Die einzige Information, die vom Fahrzeugleitrechner 11 in Kanal 1 zur Logik 19 kommt, ist trotz strikter Trennung der beiden Kanäle das digitale Signal DO_Master über die Leitung 5, über welches
- • die eigenständige Logik 19 in Kanal zwei nach dem Fahrzeugstart und nach Abschluss von Prüfroutinen scharfgeschaltet wird,
- • nach dem Scharfschalten den Pegel EINS einnimmt, und
- • bei Abfall auf den Pegel NULL von der eigenständigen Logik 19 als Trigger für das Anwerfen der Notlenkpumpe 16 interpretiert wird.
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Das Abfallen des Signals DO_Master auf den Pegel NULL kann entweder durch den Fahrzeugleitrechner 11 gezielt veranlasst werden oder würde im Fehlerfall bei Energieloswerden des Fahrzeugleitrechners 11 automatisch eintreten. In beiden Fällen würde die Notlenkpumpe 16 durch die eigenständige Logik 19 angesteuert werden.
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Die Funktion der eigenständigen Logik 19 wird in regelmäßigen zeitlichen Abständen im Zuge der Funktionsprüfung der elektrischen Notlenkpumpe 16 auf schleichende Fehler überprüft:
- • Der Druckpegel P wird nach dem Einschalten der Zündung und in weitere Folge nach dem Startvorgang des Dieselmotors 10 durch den Ausgang 3 der eigenständigen Logik 19 dem Fahrzeugleitrechner 11 mitgeteilt. Der Fahrzeugleitrechner 11 vergleicht diese Informationen mit dem selbst beobachteten Druckpegel P des gleichen Sensors 12 und entscheidet, ob der Eingangspfad P der eigenständigen Logik 19 richtig arbeitet.
- • In weiterer Folge schaltet der Fahrzeugleitrechner 11 den Ausgang DO_Master stromlos, wodurch - unabhängig von der Stellung des Strassenfahrtschalters 6 - durch die Ausgänge 2 und 3 die Notlenkpumpe 16 angesteuert wird. Der Fahrzeugleitrechner 11 überwacht den Druck an der Notlenkpumpe 16 über den Sensor 17 und entscheidet, ob der Ausgangspfad der eigenständigen Logik 19 (Ausgänge 2 und 3), sowie die elektrische Bauteilkette bis hin zur Notlenkpumpe 16 selbst richtig arbeiten.
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In 2 sind die dazu benötigten Testpfade 18 zum Hauptdruckschalter 12 sowie zum eigenständigen Relais 19 strichliert eingezeichnet. Nach positiv abgeschlossener Funktionsprüfung wird die eigenständige Logik 19 sich selbst überlassen und überwacht den Druck P an der Hauptlenkpumpe 9, solange bis das Signal an der Klemme 15 auf den Pegel NULL fällt, was im Normalfall bedeutet, dass die Maschine über den Zündstartschalter ausgeschaltet wird.
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Die Funktionsprüfung erfolgt bei jedem Dieselmotorstart, wobei zur Erhöhung der Diagnosefähigkeit innerhalb der mehrstündigen Intervalle zwischen den Startvorgängen ein taktendes Totmannsignal über den Ausgang 3 an den Fahrzeugleitrechner 11 geschickt wird. Der Fahrzeugleitrechner 11 tritt in Kanal eins als Beobachtungsposten auf und übernimmt an dieser Stelle die Testfunktion für den Kanal zwei zwischen den Prüfzyklen beim Dieselmotorstart.
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Die beschriebenen Funktions- und Prüfzustände lassen sich durch eine Wahrheitstabelle als Zustandsautomat als echtzeitfähige Software abbilden, wobei die Software der eigenständigen Logik 19 in Kanal zwei mit PL d Güte diversitär zur Logik des Fahrzeugleitrechners 11, ebenfalls mit PL d Güte, programmiert ist.
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Entsprechend dem Normenreglement nach EN ISO 13849 ist durch diese Steuerungsarchitektur einer Kategorie 3 oder 4 mit unterschiedlicher Hardware und diversitär programmierter Logik 11, 19 in beiden Kanälen, jeweils nach PL d Anforderungen, ein Gesamtsystem mit PL e - Güte geschaffen, und daher strassenfahrttauglich.