AT524771A4

AT524771A4 - Elektrifiziertes Lenk- und Antriebssystem mit Radseitenlenkung

Info

Publication number: AT524771A4
Application number: ATA50245/2021A
Authority: AT
Inventors: Huber Dr Techn Martin; Skoff Dipl -Ing Dr Gerhard
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2021-04-07
Filing date: 2021-04-07
Publication date: 2022-09-15
Also published as: WO2022213136A1; AT524771B1

Abstract

Die Erfindung betrifft Raupenfahrzeug aufweisend: eine erste Fahrzeugeinheit (1) mit zwei Spuren (16, 17) und einem ersten Antriebssystem (6, 8, 9, 10), eingerichtet für eine Radseitenlenkung der ersten Fahrzeugeinheit (1); eine zweite Fahrzeugeinheit (2) mit zwei Spuren (18, 19); ein Koppelelement (3, 4, 5), welches die beiden Fahrzeugeinheiten (1, 2) mechanisch verbindet und zwei Gelenke (4, 5) und eine Koppelstange (3) aufweist, wobei die Koppelstange (3) die beiden Gelenke (4, 5) in einem definierten Abstand miteinander verbindet und das erste Gelenk (4) und das zweite Gelenk (5) jeweils wenigstens eine vertikale Drehachse aufweisen; wobei die Spuren der ersten Fahrzeugeinheit (1) und der zweiten Fahrzeugeinheit (2) Raupen, insbesondere Gleisketten oder Gummiketten, aufweisen, wobei ein erstes Gelenk (4) in Fahrzeuglängsrichtung außerhalb eines ersten Abschnitts, welcher durch den Raum zwischen den zwei Spuren (16, 17) der ersten Fahrzeugeinheit (1) definiert ist, oder in einem Drittel des ersten Abschnitts, welches sich zu einem Heck der ersten Fahrzeugeinheit (1) erstreckt, angeordnet ist, wobei ein zweites Gelenk (5) in Fahrzeuglängsrichtung außerhalb eines zweiten Abschnitts, welcher durch den Raum zwischen den zwei Spuren (18, 19) der zweiten Fahrzeugeinheit (2) definiert ist, oder in einem Drittel des zweiten Abschnitts, welches sich zu einem Bug der zweiten Fahrzeugeinheit (2) erstreckt, angeordnet ist.

Description

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Elektrifiziertes Lenk- und Antriebssystem mit Radseitenlenkung

Die Erfindung betrifft ein Raupenfahrzeug mit einer ersten Fahrzeugeinheit mit zwei Spuren und einem ersten Antriebssystem, eingerichtet für eine Radseitenlenkung der ersten Fahrzeugeinheit, mit einer zweiten Fahrzeugeinheit mit zwei Spuren und mit einem Koppelelement, welches die beiden Fahrzeugeinheiten mechanisch verbindet, wobei die Spuren der ersten Fahrzeugeinheit und der zweiten Fahrzeugeinheit Raupen, insbesondere Gleisketten oder Gummiketten, aufweisen.

Um größere Raupenfahrzeuge man6vrierbarer zu gestalten oder eine höhere Modularität zu erschaffen, ist es im Stand der Technik bekannt, diese in zwei Fahrzeugeinheiten zu unterteilen. Hierbei wird eine in Fahrtrichtung vordere Fahrzeugeinheit und eine hintere Fahrzeugeinheit mit ähnlicher Kontur gelenkig verbunden.

In der vorderen Fahrzeugeinheit, in der allgemein ein Antrieb des Raupenfahrzeugs eingebaut ist, sind Sitze für Fahrer und Beifahrer vorgesehen. Des Weiteren weist die vordere Fahrzeugeinheit vorzugsweise weiteren Nutzraum auf, der für Transportaufgaben genutzt werden kann. In der hinteren Fahrzeugeinheit steht im Allgemeinen ebenfalls Nutzraum zur Verfügung.

Zum Antreiben solcher Raupenfahrzeuge wird im Allgemeinen die Motorleistung mittels eines Verteilergetriebes auf die vordere erste Fahrzeugeinheit und die hintere zweite Fahrzeugeinheit verteilt. In jeder Fahrzeugeinheit wird die Antriebsleistung symmetrisch auf beide Spuren übertragen, sodass eine Drehzahl der Raupe der jeweiligen Spuren im Wesentlichen identisch ist. Ein Differenzial kann vorhanden sein, wird aber häufig aus Kos-

tengründen weggelassen.

Eine Lenkung solcher Raupenfahrzeuge erfolgt im Allgemeinen mittels Hydraulikzylindern, die die hintere, zweite Fahrzeugeinheit gegen die vordere, erste Fahrzeugeinheit um ein Gelenk verschwenken. Eine solche Lenkung wird auch Knicklenkung genannt, ein Raupenfahrzeug mit einer derartigen Lenkung entsprechend ein Gelenkraupenfahrzeug.

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Die Antriebsleistung wird über eine Verbindungswelle, die durch das Gelenk geführt ist, von der vorderen, ersten Fahrzeugeinheit auf die hintere, zweite Fahrzeugeinheit übertragen.

Ein solches Gelenkraupenfahrzeug ist beispielsweise aus dem Dokument DE 102 00 901 44 01 A1 oder auch aus dem Dokument WO 2011/049509 A1 bekannt. Ein Vorteil derartiger Fahrzeuge ist die Kombination aus Manövrierbarkeit und Transportvolumen. Durch die Aufteilung auf die zwei angetriebenen und miteinander verbundenen, relativ kleinen Fahrzeugeinheiten wird einerseits das Transportvolumen eines großen Kettenfahrzeugs mit der Manövrierbarkeit eines kleineren Kettenfahrzeugs verbunden. Kombiniert mit breiten Raupen und niedrigem Gewicht können damit Geländearten befahren und Güter darüber transportiert werden, die sonst mit keinem anderen Fahrzeug befahren werden können.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Raupenfahrzeug mit zwei Fahrzeugeinheiten bereitzustellen. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Fahrverhalten eines solchen Raupenfahrzeugs zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch die Lehre der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die vorteilhaften Ausgestaltungen werden in den Unteransprüchen beansprucht.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Raupenfahrzeug, welches eine erste Fahrzeugeinheit mit zwei Spuren und einem ersten Antriebssystem, eingerichtet für eine Radseitenlenkung der ersten Fahrzeugeinheit, und eine zweite Fahrzeugeinheit mit zwei Spuren, aufweist, wobei ein Koppelelement die beiden Fahrzeugeinheiten mechanisch verbindet und zwei Gelenke aufweist. Vorzugsweise weist das Koppelelement darüber hinaus eine Koppelstange auf, welche die beiden Gelenke miteinander verbindet.

Die Spuren der ersten Fahrzeugeinheit und der zweiten Fahrzeugeinheit weisen vorzugsweise Raupen, insbesondere Gleisketten oder Gummiketten, auf.

Ein erstes Gelenk in Fahrzeuglängsrichtung ist vorzugsweise außerhalb eines ersten Abschnitts, welcher durch den Raum zwischen den zwei Spuren der ersten Fahrzeugeinheit definiert ist, oder in einem Drittel des ersten Abschnitts, welches sich zu einem Heck der ersten Fahrzeugeinheit erstreckt, angeordnet und ein zweites Gelenk ist weiter vorzugsweise in Fahrzeuglängsrichtung außerhalb eines zweiten Abschnitts, welcher durch den

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Raum zwischen den zwei Spuren der zweiten Fahrzeugeinheit definiert ist, oder in einem Drittel des zweiten Abschnitts, welches sich zu einem Bug der zweiten Fahrzeugeinheit erstreckt, angeordnet. Vorzugsweise sind das erste Gelenk und das zweite Gelenk beabstandet und weisen jeweils wenigstens eine vertikale Drehachse auf.

Der zweite Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Raupenfahrzeugs, wobei für eine Rechtskurve in Fahrtrichtung eine Differenzdrehzahl zwischen der linken Spur und der rechten Spur der ersten Fahrzeugeinheit eingestellt wird, bei welcher die linke Spur schneller läuft als die rechte Spur, wobei für eine Linkskurve in Fahrtrichtung eine Differenzdrehzahl zwischen der rechten Spur und der linken Spur der ersten Fahrzeugeinheit eingestellt wird, bei welcher die linke Spur langsamer läuft als die rechte Spur, und wobei für eine Geradeausfahrt beide Spuren wenigstens im Wesentlichen mit gleicher Drehzahl betrieben werden. Hierbei wird von einer Fahrt in der Ebene mit gleichem Unter-

grund ausgegangen.

Eine Radseitenlenkung im Sinne der Erfindung lenkt, indem eine Spur mit einer anderen Geschwindigkeit angetrieben wird als die andere Spur. Ein Antriebssystem für eine Radseitenlenkung treibt zur Kurvenfahrt daher die kurvenäußere Spur mit einer höheren Geschwindigkeit an als die kurveninnere Spur und übernimmt damit neben der Antriebsaufgabe zusätzlich auch die Lenkfunktion des Fahrzeugs. Zum Drehen eines solchen Fahrzeugs auf der Stelle werden die beiden Spuren im Allgemeinen in entgegengesetzter Richtung angetrieben.

Die Erfindung beruht auf dem Ansatz, bei einem Raupenfahrzeug mit zwei Fahrzeugeinheiten den beiden Fahrzeugeinheiten mehr Freiheitsgrade in der Bewegung zueinander

einzuräumen.

Hierfür ist erfindungsgemäß vorzugsweise ein Koppelelement vorgesehen, welches zwei Gelenke aufweist, welche beabstandet voneinander sind. Durch das Vorsehen der beiden beabstandeten Gelenke kann eine in Fahrtrichtung hintere Fahrzeugeinheit beim Folgen der vorderen Fahrzeugeinheit eine Trajektorie einschlagen, die weniger Knickpunkte aufweist als bei einem Koppelelement mit nur einem einzigen Gelenk. Hierbei treten insbesondere weniger Querkräfte auf die erste Fahrzeugeinheit und die zweite Fahrzeugeinheit auf. Vorzugsweise weist eine Trajektorie, mit welcher die zweite Fahrzeugeinheit der ersten Fahrzeugeinheit folgt, gar keine Knickpunkte auf.

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Durch die vorzugsweise Anordnung der Gelenke außerhalb des Raums, welcher zwischen den zwei Spuren der jeweiligen Fahrzeugeinheit gebildet ist oder wenigstens in einem Drittel eines Abschnitts dieses Raums, welcher der jeweils anderen Fahrzeugeinheit zugewandt ist, wird ein besseres Fahrverhalten der beiden Fahrzeugeinheiten erreicht. Das erfindungsgemäße Koppelelement wirkt durch die Stellung der beiden Gelenke hierbei ähnlich wie eine Deichsel eines Anhängers. Hierdurch wird eine höhere Manövrierbarkeit als bei zweiteiligen Raupenfahrzeugen mit nur einem Gelenk erreicht.

Gegenüber einem Gelenkraupenfahrzeug mit Knicklenkung wird bei dem erfindungsgemäßen Raupenfahrzeug ein wesentlich stabileres Fahrverhalten beim Lenken erreicht, weil die beiden Fahrzeugeinheiten nicht aktiv zueinander geknickt werden. Darüber hinaus hängt das Fahrverhalten beim Lenken gegenüber einer solchen Knicklenkung nicht oder nur in geringem Maße von dem jeweils vorhandenen Untergrund bzw. dem Reibkoeffizienten der einzelnen Fahreinheiten zum Untergrund ab.

Gegenüber einem Raupenfahrzeug mit Knicklenkung kann das erfindungsgemäße Raupenfahrzeug darüber hinaus mit wesentlich höherer Geschwindigkeit betrieben werden. Ein Verschleiß der Raupen, insbesondere bei Gummiraupen, durch ein Seitwärtsschwenken der Fahrzeugeinheiten, wie es beim Raupenfahrzeug mit Knicklenkung erzeugt wird, kann durch den höheren Freiheitsgrad der Bewegung der Fahrzeugeinheiten zueinander vermieden werden. Durch das Vorsehen einer Radseitenlenkung kann darüber hinaus der Wirkungsgrad des Antriebssystems bei Kurvenfahrten wesentlich verbessert werden, da eine mechanische oder elektrische Regeneration möglich ist. Ein Lenkmoment für die beiden Fahrzeugeinheiten entsteht nicht durch ein aktives Abknicken, sondern durch eine Drehzahldifferenz an den kurveninneren und kurvenäußeren Spuren. Hierdurch kann der Schlupf an der jeweiligen Spur im Vergleich zu Raupenfahrzeugen mit Knickgelenk klein gehalten werden.

Vorzugsweise weist das Koppelelement zwischen den zwei Gelenken eine starre Koppelstange auf. Eine optimale Länge einer solchen Verbindungsstange bemisst sich dabei in Abhängigkeit einer Geometrie beider Fahrzeugeinheiten, insbesondere der Länge und der Spurweite. Starr bedeutet hierbei, dass die Koppelstange im Sinne der Mechanik nicht verformbar ist. Es ist für den Fachmann jedoch selbstverständlich, dass dies nur bis zu einer definierten Belastungsgrenze gilt und eine solche Stange dennoch eine gewisse Elastizität aufweist.

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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Raupenfahrzeugs weist die zweite Fahrzeugeinheit ein zweites Antriebssystem auf, welches die zweite Fahrzeugeinheit unabhängig vom Antrieb der ersten Fahrzeugeinheit durch das erste Antriebssystem antreibt und ebenfalls für eine Radseitenlenkung der zweiten Fahrzeugeinheit eingerichtet ist. Durch das Vorsehen eines zweiten Antriebssystems in der zweiten Fahrzeugeinheit kann die Antriebsleistung auf beide Fahrzeugeinheiten verteilt werden. Darüber hinaus kann die zweite Fahrzeugeinheit tief mit der ersten Fahrzeugeinheit mitgelenkt werden und so zu einem besseren Fahrverhalten beim Lenken des Raupenfahrzeugs beitragen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Raupenfahrzeugs ist das erste Gelenk außerhalb der ersten Fahrzeugeinheit, insbesondere unmittelbar an der Außenseite der ersten Fahrzeugeinheit angeordnet und/oder das zweite Gelenk ist außerhalb der zweiten Fahrzeugeinheit, insbesondere unmittelbar an der Außenseite der zweiten Fahrzeugeinheit, angeordnet. Hierdurch können Beschränkungen des Aufbaus der Fahrzeugeinheiten durch das Vorsehen von Schwenkraum für das Koppelelement vermieden werden. Eine Stange des Koppelelements, welche die beiden Gelenke miteinander verbindet, kann sich dann im Wesentlichen in alle Raumrichtungen außerhalb der Fahrzeugeinheiten verschwenken.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Raupenfahrzeugs ist das erste Gelenk in etwa oder genau auf einer Mittelachse der ersten Fahrzeugeinheit angeordnet und das zweite Gelenk ist in etwa oder genau auf einer Mittelachse der zweiten Fahrzeugeinheit angeordnet. Hierdurch ergibt sich ein besonders vorteilhaftes Fahrverhalten mit einer symmetrischen Zugverteilung. Insbesondere entsteht an den Fahrzeugeinheiten kein Drehmoment um den Fahrzeugschwerpunkt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Raupenfahrzeugs ist das erste Antriebssystem und/oder das zweite Antriebssystem jeweils elektrisch betrieben und von einer Primärenergiequelle, insbesondere einem Verbrennungsmotor, einer Batterie oder einer Brennstoffzelle oder einer beliebigen Kombination dieser drei Primärenergiequellen mit elektrischer Leistung versorgt. Hierdurch wird ein besonders flexibles Antriebssystem verwirklicht, welches für eine Radseitenlenkung besonders geeignet ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Raupenfahrzeugs ist nur eine Primärenergiequelle in der ersten Fahrzeugeinheit oder in der zweiten Fahrzeugeinheit

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angeordnet und versorgt neben der eigenen auch die jeweils andere Fahrzeugeinheit mit elektrischer Leistung. Hierdurch wird ein besonders raumsparendes Konzept verwirklicht.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das erste Antriebssystem und/oder das zweite Antriebssystem eingerichtet, um die Spuren der ersten Fahrzeugeinheit drehzahlunabhängig voneinander und/oder die Spuren der zweiten Fahrzeugeinheit drehzahlunabhängig voneinander sowie drehzahlunabhängig von den Spuren der ersten Fahrzeugeinheit zu betreiben, wobei das Raupenfahrzeug Steuerungsmittel aufweist, welche eingerichtet sind, die Spuren der ersten Fahrzeugeinheit und/oder die Spuren der zweiten Fahrzeugeinheit in Abhängigkeit einer Lenkanforderung drehzahlgeregelt zu betreiben. Hierdurch kann insbesondere eine Radseitenlenkung verwirklicht werden sowie eine Steuerunterstützung durch die zweite Fahrzeugeinheit beim Lenken.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Raupenfahrzeugs weist das erste Antriebssystem und/oder das zweite Antriebssystem jeweils Antriebselemente für die Gleisketten oder für Gummiketten, ein Transfergetriebe und zwei Antriebswellen auf, wobei eine erste Antriebswelle mit einem Antriebselement der einen Spur und einer ersten Elektromaschine der Momentübertragung verbunden oder verbindbar ist und eine zweite Antriebswelle mit einem Antriebselement der anderen Spur und einer zweiten Elektromaschine der Momentübertragung drehmomentübertragend verbunden oder verbindbar ist, wobei beide Antriebswellen mit dem Transfergetriebe drehmomentübertragend verbunden oder verbindbar sind, und wobei ein Element des Transfergetriebes mit einer dritten Elektromaschine drehmomentübertragend verbunden oder verbindbar ist. Durch das Vorsehen eines Transfergetriebes kann eine Bremsleistung eines der kurveninneren Spur mechanisch rekuperiert werden, indem diese mechanisch an die kurvenäußere Spur übertragen

wird.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Raupenfahrzeugs weist dieses Steuerungsmittel auf, welche eingerichtet sind, um Bremsleistung mechanisch von einer kurveninneren Spur wenigstens teilweise als regenerative Antriebsleistung zu einer kurvenäußeren Spur der ersten Fahrzeugeinheit zwischen der Bremsleistung von einer kurveninneren Spur mechanisch wenigstens teilweise als regenerative Antriebsleistung zu einer kurvenäußeren Spur der zweiten Fahrzeugeinheit zu übertragen. Hierdurch kann ein besonders energieeffizienter Antrieb realisiert werden.

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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Raupenfahrzeugs weist das erste Gelenk und/oder das zweite Gelenk drei Freiheitsgrade auf und ist um zwei orthogonale Achsen verschwenkbar und um seine Achse drehbar. Hierdurch können sich die beiden Fahr-

zeugeinheiten in alle drei Raumrichtungen flexibel gegeneinander bewegen.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird, je nach Einsatzart, entweder ausschließlich die erste Fahrzeugeinheit angetrieben oder beide Fahrzeugeinheiten angetrieben. Hierdurch kann die zweite Fahrzeugeinheit flexibel in einer Art Anhängermodus betrieben werden. Dies ist besonders vorteilhaft in Bezug auf die Energieeffizienz des Raupenfahrzeugs.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird für eine Kurvenfahrt eine Differenzdrehzahl zwischen der linken Spur und der rechten Spur in Fahrtrichtung der zweiten Fahrzeugeinheit auf der Grundlage der Drehzahlen der Spuren der ersten Fahrzeugeinheit in der Weise erzeugt, dass die zweite Fahrzeugeinheit ein Lenkmanöver der ersten Fahrzeugeinheit unterstützt und der ersten Fahrzeugeinheit folgt, sodass ein Gegenlenken bzw. Ausscheren vermieden wird. Hierdurch wird ein besonders vorteilhaftes Fahrverhalten beim Lenken des Raupenfahrzeugs ermöglicht.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird eine geforderte Antriebsleistung zwischen der ersten Fahrzeugeinheit und der zweiten Fahrzeugeinheit aufgeteilt. Hierdurch kann eine besonders gute Traktion erreicht werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird die zweite Fahrzeugeinheit im Leerlauf von der ersten Fahrzeugeinheit gezogen oder in der Weise betrieben, dass für eine Rechtskurve in Fahrtrichtung eine Differenzdrehzahl zwischen der linken Spur und der rechten Spur der zweiten Fahrzeugeinheit eingestellt wird, bei welcher die linke Spur schneller läuft als die rechte Spur, und für eine Linkskurve in Fahrtrichtung eine Differenzdrehzahl zwischen der rechten Spur und der linken Spur der zweiten Fahrzeugeinheit eingestellt wird, bei welcher die linke Spur langsamer läuft als die rechte Spur, und wobei für eine Geradeausfahrt — in der Ebene mit gleichem Untergrund — beide Spuren wenigstens im Wesentlichen mit gleicher Drehzahl betrieben werden. Hierdurch folgt die zweite Fahrzeugeinheit der ersten Fahrzeugeinheit auf einer besonders vorteilhaften Trajektorie und unterstützt die erste Fahrzeugeinheit beim Lenken des Raupenfahrzeugs.

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Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren. Es zeigen wenigstens teilweise schematisch:

Figur 1 ein Ausführungsbeispiel eines Raupenfahrzeugs mit zwei Fahrzeugeinheiten, welche durch ein Koppelelement verbunden sind;

Figur 2 eine Draufsicht auf ein Raupenfahrzeug nach Fig. 1 in Schnittansicht;

Figur 3 eine Draufsicht auf eine der Fahrzeugeinheiten; und

Figur 4 ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Betrieb eines RaupenfahrZeugs.

Figur 1 zeigt ein Raupenfahrzeug mit einer ersten Fahrzeugeinheit 1 und einer zweiten Fahrzeugeinheit 2, deren beider Spuren 17, 19 Raupen, d.h. Gummiketten oder Metallketten, aufweisen. Die beiden Fahrzeugeinheiten 1, 2 sind durch ein Koppelelement 3, 4, 5 mechanisch verbunden.

Figur 2 zeigt ein Raupenfahrzeug nach Fig. 1 bei einer Kurvenfahrt, welch durch die vordere Fahrzeugeinheit 1 eingeleitet wird.

Die erste vordere Fahrzeugeinheit 1 weist eine erste Spur 16, welche in Fahrtrichtung rechts angeordnet ist und eine zweite Spur 17, welche in Fahrtrichtung links angeordnet ist, auf. Entsprechend weist die zweite Fahrzeugeinheit 2 eine erste Spur 18, welche in Fahrtrichtung rechts angeordnet ist und eine zweite Spur 19, welche in Fahrtrichtung links angeordnet ist, auf. Die Spuren 16, 17, 18, 19 weisen als Antriebselemente vorzugsweise eine Gummikette oder eine Metallkette auf.

Beide Fahrzeugeinheiten 1, 2 können unabhängig voneinander mittels einer Radseitenlenkung gelenkt werden. Diese wird verwirklicht, indem jeweils ein erster Elektromotor 8, 11 und ein zweiter Elektromotor 10, 13 die beiden Spuren der jeweilige Fahrzeugeinheit 1, 2 unabhängig voneinander antreiben können. Vorzugweise weisen die beiden Fahrzeugeinheiten 1, 2 jeweils ein Transfergetriebe 6, 7 auf. Weiter vorzugsweise kann auch nur die erste Fahrzeugeinheit 1 ein solches Transfergetriebe 6 aufweisen. Das oder die Transfergetriebe 6, 7 sind weiter vorzugsweise mit einer dritten Elektromaschine 9, 12 gekoppelt. Hierdurch kann ein Momentenfluss zwischen den beiden Spuren 16, 17; 18, 19 einer jeweiligen Fahrzeugeinheit 1; 2 verwirklicht werden. Insbesondere kann eine regenerative

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Antriebsleistung mittels einer solchen Anordnung bei einer Kurvenfahrt von der kurveninneren Spur 16, 18 zu der kurvenäußeren Spur 17, 19 als Antriebsleistung übertragen werden. Des Weiteren kann eine ausgeglichenere Lastverteilung zwischen den Elektromaschinen jeweils einer Fahrzeugeinheit 1; 2 erreicht werden.

Vorzugsweise verfügt nur eine der beiden Fahrzeugeinheiten 1; 2 über eine Energiequelle und versorgt die zweite Fahrzeugeinheit 1; 2 mittels eines, insbesondere flexiblen, Kabels oder Rohrs mit Energie. Als Energiequelle kommt beispielsweise eine Brennstoffzelle, ein Generator, ein Druckluftspeicher und/oder eine Batterie oder eine Kombination dieser Energiequellen in Frage.

Die erste Fahrzeugeinheit 1 und die zweite Fahrzeugeinheit 2 sind vorzugsweise über ein Koppelelement, welches ein erstes Gelenk 4 und ein zweites Gelenk 5 aufweist, mechanisch verbunden. Das Koppelelement weist des Weiteren eine vorzugsweise starre Koppelstange 3 auf, welche sich zwischen den beiden Gelenken 4 und 5 erstreckt.

Das Vorsehen von zwei Gelenken 4, 5 bietet eine verbesserte Manövrierbarkeit, insbesondere im Vergleich zum Stand der Technik mit einem Knicklenkungssteuerelement. Des Weiteren werden die typischen Nachteile einer artikulierten Lenkung von Kettenfahrzeugen, wie schlechter Wirkungsrad und hoher Kettenverschleiß, deutlich verbessert.

Die optimale Länge der Verbindungsstange ist dabei abhängig von der Geometrie beider Fahrzeugeinheiten 1, 2, insbesondere von deren Länge und Spurweite.

Vorzugsweise werden bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel alle vier Spuren 16,17,18,19 individuell geschwindigkeitsgeregelt. Darüber hinaus kann vorzugsweise das an jeder der vier Ketten anliegende Drehmoment eingestellt werden. Beim Lenkvorgang werden die Ketten demnach unterschiedlich schnell angetrieben. Das Lenkmoment für die jeweilige Fahrzeugeinheit entsteht also nicht durch aktives Abknicken wie bei einem Knicklenkungssteuerelement aus dem Stand der Technik, sondern durch die Drehmomentdifferenz an den kurveninneren und -äußeren Spuren.

Durch die individuell angepassten Drehzahlen während des Lenkens können die Querkräfte sowie der Schlupf an der jeweiligen Kette im Vergleich zum Stand der Technik verhältnismäßig gering gehalten, die Effizienz erhöht, der Kettenverschleiß reduziert und das Fahrverhalten verbessert werden.

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Eine weitere Effizienzerhöhung und Verbesserung des Fahrverhaltens wird durch die Koppelstange 3 ermöglicht. Hierfür ist es besonders vorteilhaft, wenn die beiden Gelenke 4, 5 über drei Freiheitsgrade verfügt, damit die Koppelstange 3 gegenüber den Fahrzeugeinheiten 1, 2 mehrdimensional geknickt und auch verdreht werden kann. Eine mögliche Ausführung für diese Gelenke sind z.B. drehbar angeordnete Kardangelenke.

Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die Position der beiden Gelenke 4, 5 nicht in der Nähe des jeweiligen Schwerpunktes oder Spurmittelpunkts der jeweiligen Fahrzeugeinheit 1, 2 liegt. Hierdurch wird erreicht, dass bei der Kurvenfahrt ein ausreichendes Lenkmoment zwischen den zwei Fahrzeugeinheiten 1, 2 übertragen werden kann. Dies bewirkt eine weitgehend automatische Spurfolge der hinteren zweiten Fahrzeugeinheit 2 zur vorderen ersten Fahrzeugeinheit 1, falls Fahrzeugeinheit 2 gezogen wird. Hierdurch kann das Lenkmoment für die hintere zweite Fahrzeugeinheit 2, welches vom dortigen Antrieb 22 aufgebracht werden muss, reduziert werden und die Komponenten können entsprechend kleiner dimensioniert werden. Bei einer Rückwärtsfahrt gilt dies entsprechend auch für den Antrieb 21 der dann hinteren ersten Fahrzeugeinheit 1.

Auch ein Abschalten des Antriebs 22 der hinteren Fahrzeugeinheit 2, bzw. ein Nachziehen dieser Fahrzeugeinheit bei der Kurvenfahrt ist möglich. Dies kann beispielsweise bei einer Straßenfahrt einen besonders effizienten Betrieb des Raupenfahrzeugs ermöglichen.

Wie in Fig. 3 dargestellt, sitzen die Gelenke 4, 5 vorzugsweise jeweils außerhalb der Fahrzeugeinheiten 1, 2. Durch eine solche Anordnung muss die Geometrie der Fahrzeugeinheiten 1, 2, beispielsweise deren „Kabinenaufbau“, nicht angepasst werden und kann von bereits bestehenden Realisierungen von Raupenfahrzeigen übernommen werden. Damit kann der ursprüngliche Einsatzzweck derartiger Fahrzeuge unverändert beibehalten werden, aber die systemimmanenten Schwachstellen der Ausführungen gemäß dem Stand der Technik werden gelöst. Des Weiteren sitzen die Gelenke 4, 5 vorzugsweise auf einer Mittelachse 20 der Fahrzeugeinheiten 1, 2. Dies gewährleistet eine ausbalancierte Kraftübertragung zwischen den beiden Fahrzeugeinheiten 1, 2.

In Fig. 2 führt das Raupenfahrzeug ein Lenkmanöver aus. Dieses wird in der vorderen Fahrzeugeinheit 1 mittels einer Differenzgeschwindigkeit zwischen der rechten Spur 16 und der linken Spur 17 eingeleitet. Das Raupenfahrzeug verschwenkt dann um eine Hochachse, deren Position durch die Kombination aus Lenkwinkel und Fahrgeschwindigkeit

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festgelegt wird. Der Gelenkpunkt 4 der ersten Fahrzeugeinheit 1 schwenkt dabei aus der idealen Kurvenbahn 14 aus. Je nachdem wie der Lenkwinkel variiert, beschreibt der Gelenkpunkt 4 der ersten Fahrzeugeinheit 1 eine Kurve 15, welche einem Polygon höherer Ordnung mit einem Singularitätspunkt entspricht (jener Punkt, an welchem die Kurve 15 von der idealen Kurvenbahn 14 abzuweichen beginnt). Wäre die Koppelstange 3 nicht vorhanden, müsste der durch das zweite Gelenk 5 gebildete Gelenkpunkt dem durch das erste Gelenk 4 gebildeten Gelenkpunkt und somit der Kurve 15 direkt folgen. Je nach Geometrie der hinteren zweiten Fahreinheit 2 kann dies zu stark variierenden Drehzahlanforderungen an dessen Spuren 18, 19 führen, die schwer zu regeln sind und einen erhöhten Kettenverschleiß verursachen. Auch ein unerwünschtes Gegenlenken der hinteren Fahrzeugeinheit 2 kann der Fall sein.

Durch die beiden Gelenke 4, 5 kann bei der Kurvenfahrt ein Lenkmoment zwischen den zwei Fahrzeugeinheiten 1, 2 übertragen werden. Dadurch kann eine Spurfolge der hinteren Fahrzeugeinheit 2 erreicht werden. Die zwei Gelenke 4, 5, welche mit der Koppelstange 3 verbunden sind, bewirken nämlich, dass die Kurvenbahn des durch das zweite Gelenk 5 gebildeten Gelenkpunkts nicht der Kurve 15, sondern einer geglätteten Kurve folgt, die zwischen der idealen Kurvenbahn 14 und der Kurve 15 liegt. Dies führt zu wesentlich glatteren und einfacher zu regelnden Drehzahlanforderungen an die Spuren 18, 19 der zweiten Fahrzeugeinheit 2. Ein Gegenlenken, bzw. eine Seitwärtsverschiebung der hinteren Fahrzeugeinheit 2, wie es beispielsweise beim Stand der Technik der Fall ist, kann verhindert werden.

Figur 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens 100 zum Betrieb eines Raupenfahrzeugs mit zwei Fahrzeugeinheiten 1, 2.

Hierbei sind beim Betrieb 101 des Raupenfahrzeugs zwei verschiede Fahrmodalitäten zu betrachten:

a) Nur die vordere Fahrzeugeinheit 1 ist angetrieben b) Beide Fahrzeugeinheiten 1, 2 sind angetrieben

Im ersten betrachteten Fall a) ist nur die vordere Fahrzeugeinheit 1 angetrieben. Die Getriebeeinheit 7 der hinteren Fahrzeugeinheit 2 ist dabei von den hinteren Spuren 18,19 abgekoppelt. Ein derartiger Fahrmodus kann speziell dann zur Anwendung kommen,

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wenn auf befestigten Straßen oder auf Wegen gefahren wird und keine hohe Geländegängigkeit erforderlich ist, aber dafür eine hohe Wirtschaftlichkeit gefordert ist.

In dieser Fahrmodalität ist der Antrieb 22 der zweiten Fahrzeugeinheit 2 sowohl bei einer Rechtskurve 102-R, bei einer Linkskurve 102-L als auch bei einer Geradeausfahrt 102-G im Leerlauf 103-N. Dies wird insbesondere über das Transfergetriebe 7 und/oder verschiedene Kupplungen (nicht dargestellt) realisiert.

In der zweiten Fahrmodalität b) wird auch die hintere Fahrzeugeinheit 2 angetrieben. Dieser Fahrmodus kommt vor allem dann zur Anwendung, wenn hohe Geländegängigkeit und/oder hohe Traktionsfähigkeit erforderlich sind. Hier kann die Antriebsleistung je nach Anforderung zwischen den zwei Fahrzeugeinheiten 1, 2 aufgeteilt werden.

Wird in diesem Fall eine Rechtskurve gefahren, so wird in Fahrtrichtung eine Differenzdrehzahl zwischen der linken Spur 19 und der rechten Spur 18 der zweiten Fahrzeugeinheit 2 eingestellt 103-R, bei welcher die linke Spur 19 schneller läuft als die rechte Spur 18. Wird eine Linkskurve gefahren, so wird in Fahrtrichtung eine Differenzdrehzahl zwischen der rechten Spur 18 und der linken Spur 19 der zweiten Fahrzeugeinheit 2 eingestellt 103-L, bei welcher die linke Spur 19 langsamer läuft als die rechte Spur 18. Für eine Geradeausfahrt werden beide Spuren wenigstens im Wesentlichen mit gleicher Drehzahl betrieben 103-G. Hierbei wird von einer Fahrt in der Ebene mit gleichem Untergrund ausgegangen.

Es sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung mindestens eines Ausführungsbeispiels gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt.

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8, 9, 10 11, 12, 13 14

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Bezugszeichenliste

erste Fahrzeugeinheit zweite Fahrzeugeinheit Koppelstange

erstes Gelenk zweites Gelenk Transfergetriebe Elektromaschine Elektromaschine Kurvenbahn

Kurve

erste Spur

zweite Spur Mittelachse

Antrieb

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Claims

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Patentansprüche

1. Raupenfahrzeug aufweisend: eine erste Fahrzeugeinheit (1) mit zwei Spuren (16, 17) und einem ersten Antriebssystem (6, 8, 9, 10), eingerichtet für eine Radseitenlenkung der ersten Fahrzeugeinheit (1); eine zweite Fahrzeugeinheit (2) mit zwei Spuren (18, 19); ein Koppelelement (3, 4, 5), welches die beiden Fahrzeugeinheiten (1, 2) mechanisch verbindet und zwei Gelenke (4, 5) und eine Koppelstange (3) aufweist, wobei die Koppelstange (3) die beiden Gelenke (4, 5) in einem definierten Abstand miteinander verbindet und das erste Gelenk (4) und das zweite Gelenk (5) jeweils wenigstens eine vertikale Drehachse aufweisen; wobei die Spuren der ersten Fahrzeugeinheit (1) und der zweiten Fahrzeugeinheit (2) Raupen, insbesondere Gleisketten oder Gummiketten, aufweisen, wobei ein erstes Gelenk (4) in Fahrzeuglängsrichtung außerhalb eines ersten Abschnitts, welcher durch den Raum zwischen den zwei Spuren (16, 17) der ersten Fahrzeugeinheit (1) definiert ist, oder in einem Drittel des ersten Abschnitts, welches sich zu einem Heck der ersten Fahrzeugeinheit (1) erstreckt, angeordnet ist, wobei ein zweites Gelenk (5) in Fahrzeuglängsrichtung außerhalb eines zweiten Abschnitts, welcher durch den Raum zwischen den zwei Spuren (18, 19) der zweiten Fahrzeugeinheit (2) definiert ist, oder in einem Drittel des zweiten Abschnitts, welches sich zu einem Bug der zweiten Fahrzeugeinheit (2) erstreckt, angeordnet ist.

2. Raupenfahrzeug nach Anspruch 1, wobei die zweite Fahrzeugeinheit (2) ein zwei-

tes Antriebssystem (7, 11, 12, 13) aufweist, welches die zweite Fahrzeugeinheit (2) unabhängig vom Antrieb der ersten Fahrzeugeinheit (1) durch das erste Antriebssystem (6, 8, 9, 10) antreibt und ebenfalls für eine Radseitenlenkung der zweiten Fahrzeugeinheit (2) eingerichtet ist.

3. Raupenfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste Gelenk (4) außerhalb

der ersten Fahrzeugeinheit (1), insbesondere unmittelbar an der Außenseite der ersten Fahrzeugeinheit (1) angeordnet ist und/oder wobei das zweite Gelenke (5)

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außerhalb der zweiten Fahrzeugeinheit (2), insbesondere unmittelbar an der AuRenseite der zweiten Fahrzeugeinheit (2) angeordnet ist.

4. Raupenfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, wobei das

erste Gelenk (4) in etwa oder genau auf einer Mittelachse (20) der ersten Fahrzeugeinheit (1) angeordnet ist und das zweite Gelenk (5) in etwa oder genau auf einer Mittelachse der zweiten Fahrzeugeinheit (2) angeordnet ist.

5. Raupenfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, wobei das

erste Antriebssystem (6, 8, 9, 10) und/oder das zweite Antriebssystem (7, 11, 12, 13) Jeweils elektrisch betrieben ist und von einer Primärenergiequelle, insbesondere einem Verbrennungsmotor, einer Batterie oder einer Brennstoffzelle oder einer beliebigen Kombination dieser drei Primärenergiequellen, mit elektrischer Leistung versorgt werden.

6. Raupenfahrzeug nach Anspruch 5, wobei die Primärenergiequelle in der ersten

Fahrzeugeinheit (1) oder in der zweiten Fahrzeugeinheit (2) angeordnet ist und die jeweils andere Fahrzeugeinheit (1; 2) ebenfalls mit elektrischer Leistung versorgt.

7. Raupenfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, wobei das

erste Antriebssystem (6, 8, 9, 10) und/oder das zweite Antriebssystem (7, 11, 12, 13) eingerichtet sind, um die Spuren (16, 17) der ersten Fahrzeugeinheit drehzahlunabhängig voneinander und/oder die Spuren (18, 19) der zweiten Fahrzeugeinheit (2) drehzahlunabhängig voneinander sowie drehzahlunabhängig von den Spuren (18, 19) der ersten Fahrzeugeinheit (1) zu betreiben, wobei das Raupenfahrzeug Steuerungsmittel aufweist, welche eingerichtet sind, die Spuren (16, 17) der ersten Fahrzeugeinheit (1) und/oder die Spuren (18, 19) der zweiten Fahrzeugeinheit (2) in Abhängigkeit einer Lenkanforderung drehzahlgeregelt zu betreiben.

8. Raupenfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, wobei das

erste Antriebssystem (6, 8, 9, 10) und/oder das zweite Antriebssystem (7, 11, 12, 13) Jeweils Antriebselemente (8,9,10,11,12,13) für die Gleisketten oder für Gummiketten, ein Transfergetriebe (6; 7) und zwei Antriebswellen aufweist, wobei eine

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erste Antriebswelle mit einem Antriebselement der einen Spur (17; 19) und einer ersten Elektromaschine (10; 13) drehmomentübertragend verbunden oder verbindbar ist und eine zweite Antriebswelle mit einem Antriebselement der anderen Spur (16; 18) und einer zweiten Elektromaschine (8; 11) drehmomentübertragend verbunden oder verbindbar ist, wobei beide Antriebswellen mit dem Transfergetriebe (6,7) drehmomentübertragend verbunden oder verbindbar sind, und wobei ein Element des Transfergetriebes (6,7) mit einer dritten Elektromaschine (9; 12) drehmomentübertragend verbunden oder verbindbar ist.

Raupenfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, welches Steuerungsmittel aufweist, eingerichtet, um Bremsleistung mechanisch von einer kurveninneren Spur der ersten Fahrzeugeinheit (1) wenigstens teilweise als regenerative Antriebsleistung zu einer kurvenäußeren Spur der ersten Fahrzeugeinheit (1) und/oder Bremsleistung von einer kurveninneren Spur der zweiten Fahrzeugeinheit (2) mechanisch wenigstens teilweise als regenerative Antriebsleistung zu einer kurvenäußeren Spur der zweiten Fahrzeugeinheit (2) zu übertragen.

Raupenfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, wobei das erste Gelenk (4) und/oder das zweite Gelenk (5) drei Freiheitsgrade aufweist und um zwei orthogonale Achsen verschwenkbar ist und um seine Achse drehbar ist.

Verfahren (100) zum Betreiben (101) eines Raupenfahrzeugs nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für eine Rechtskurve in Fahrtrichtung eine Differenzdrehzahl zwischen der linken Spur (17) und der rechten Spur (16) der ersten Fahrzeugeinheit (1) eingestellt wird (102-R), bei welcher die linke Spur (17) schneller läuft als die rechte Spur (16), wobei für eine Linkskurve in Fahrtrichtung eine Differenzdrehzahl zwischen der rechten Spur (16) und der linken Spur (17) der ersten Fahrzeugeinheit (1) eingestellt wird (102-L), bei welcher die linke Spur (17) langsamer läuft als die rechte Spur (16), und wobei für eine Geradeausfahrt beide Spuren wenigstens im Wesentlichen mit gleicher Drehzahl betrieben werden (1026).

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Verfahren nach Anspruch 11, wobei je nach Einsatzart entweder ausschließlich die erste Fahrzeugeinheit (1) angetrieben wird oder beide Fahrzeugeinheiten (1, 2) angetrieben werden.

Verfahren (100) nach Anspruch 11 oder 12, wobei für eine Kurvenfahrt eine Differenzdrehzahl zwischen der linken Spur (19) und der rechten Spur (18) in Fahrtrichtung der zweiten Fahrzeugeinheit (2) auf Grundlage der Drehzahlen der Spuren (16, 17) der ersten Fahrzeugeinheit (1) in der Weise erzeugt wird (103-R, 103-N), dass die zweite Fahrzeugeinheit (2) ein Lenkmanöver der ersten Fahrzeugeinheit (1) unterstützt und der ersten Fahrzeugeinheit (1) folgt, so dass ein Gegenlenken bzw. Ausscheren vermieden wird.

Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei eine geforderte Antriebsleistung zwischen der ersten Fahrzeugeinheit (1) und der zweiten Fahrzeugeinheit (2) aufgeteilt wird.

Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei die zweite Fahrzeugeinheit (2) im Leerlauf von der ersten Fahrzeugeinheit (1) gezogen wird (103-N) oder in der Weise betrieben wird, dass es für eine Rechtskurve in Fahrtrichtung eine Differenzdrehzahl zwischen der linken Spur (19) und der rechten Spur (18) der zweiten Fahrzeugeinheit (2) eingestellt wird (103-R), bei welcher die linke Spur (19) schneller läuft als die rechte Spur (18), und für eine Linkskurve in Fahrtrichtung eine Differenzdrehzahl zwischen der rechten Spur (18) und der linken Spur (19) der zweiten Fahrzeugeinheit (2) eingestellt wird (103-L), bei welcher die linke Spur (19) langsamer läuft als die rechte Spur (18), und wobei für eine Geradeausfahrt beide Spuren wenigstens im Wesentlichen mit gleicher Drehzahl betrieben werden (1036).