CH634000A5

CH634000A5 - Fahrzeug mit mindestens drei um eine vertikale achse schwenkbaren raedern.

Info

Publication number: CH634000A5
Application number: CH406278A
Authority: CH
Inventors: Laszlo Arato
Original assignee: Arato Gyoergyi
Priority date: 1978-04-17
Filing date: 1978-04-17
Publication date: 1983-01-14
Also published as: DE2915070A1; JPS54146336A; US4335800A

Description

634000

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PATENTANSPRUCH Fahrzeug mit mindestens drei Rädern (21 bis 24), die um je eine vertikale Achse durch je einen Stellantrieb schwenkbar sind, wobei ein mit einem Winkelgeber versehenes Rad das Leitrad (21) des Fahrzeuges bildet, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitrad durch Handbetrieb oder einen programmgesteuerten Antrieb steuerbar ist, indem für eine zu befahrende Fahrkurve die Schwenklage der übrigen drei Räder (22 bis 24) geregelt wird, durch repetitive Abarbeitung eines Regelalgorithmus in einem Rechner, unter Berücksichtigung und Festlegung der Stellwerte der Räder bezüglich des Leitrades (21), wobei der Regelalgorithmus auf den trigonometrischen Beziehungen von Dreiecken beruht, deren Eckpunkte durch die Schwenkachse des jeweiligen Rades, den Mittelpunkt (M) des Fahrzeuges und den momentanen Krümmungsmittelpunkt (Dn, D'n) der Fahrkurve festgelegt sind.

Fahrzeuge bekannter Ausführung haben ein oder zwei durch die Fahrzeugsteuerung gelenkte Räder, während die übrigen Räder ihre Winkelstellung nicht verändern oder sich durch eine freie Schwenkbarkeit selbsttätig in die gewählte Fahrtrichtung einstellen.

Für viele Anwendungsbereiche, z.B. Flugzeugschlepper, Artillerie- und Raketenlafetten, Waschfahrzeuge, Transportfahrzeuge in Produktions- oder Lagerhallen usw. ist die damit verbundene begrenzte Beweglichkeit des Fahrzeuges nicht ausreichend, und es wird ein Fahrzeug benötigt, das beliebigen Kurven folgen und sich auch um den eigenen Mittelpunkt drehen kann. Es hat sich gezeigt, dass mechanische Lenksysteme nicht ausreichen, diesen seit langem vorliegenden Bedarf auf zufriedenstellende Weise zu befriedigen. Die Aufgabe, diesen Bedarf zu befriedigen, wird durch ein Fahrzeug und dessen Steuerung gelöst, wie es im Patentanspruch definiert ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Ansicht eines Rades mit einem Radnabenantrieb und einem Stellantrieb,

Fig. 2 eine Aufsicht auf die Anordnung nach Fig. 1 mit einem Teil des Fahrgestells,

Fig. 3 eine Ansicht von der Radaussenseite auf die Anordnung nach Fig. 1 oder 2,

Fig. 4 bis 7 Aufsichten auf ein Fahrzeug in schematischer Darstellung zur Veranschaulichung der für die Berechnung der erforderlichen einzelnen Radrichtungen verwendeten geometrischen Beziehungen, wobei jeweils die Beziehungen für einen links und einen rechts vom Fahrzeug gelegenen Mittelpunkt der Fahrkurve in der gleichen Figur dargestellt sind und

Fig. 8 ein Fliessbild des algorithmischen Rechenanblaufes.

Das Fahrzeug hat beispielsweise ein Rad 2 an jedem Eckpunkt eines Fahrgestelles 4. Diese vier Räder sind entsprechend den Darstellungen der Fig. 1 bis 3 an dem Fahrgestell über Tragarme 6,8,10 gehalten, die an einem Stellantrieb 12 angreifen. Dieser Stellantrieb dient der mechanisch voneinander unabhängigen Winkelverstellung des jeweiligen Rades um eine vertikale Achse, und es kann hierfür ein an sich bekannter hydraulischer Drehflügelantrieb verwendet werden, der z.B. unter der Bezeichnung «Hyd-ro-oc» im Handel erhältlich ist und in dem Firmenprospekt (der Firma Mageba SA) ausführlich beschrieben ist.

Ausserdem ist vorzugsweise jedes Rad mit einem Radnabenantrieb 14 verbunden, der ebenso wie der Winkel-Stell-antrieb 12 hydraulisch angetrieben sein kann. Die Leitungen 16,18 dienen der Zu- und Ableitung der Hydraulikflüssigkeit zu einer zentralen, nicht dargestellten Hydraulikquelle. . Ein solcher hydraulischer Radnabenantrieb wird beispielsweise durch die Firma Poclain, USA vertrieben. Ausserdem ist jedes Rad mit einem in Fig. 3 schematisch angedeuteten Winkelgeber 20 verbunden, der den vorhandenen Einstellwinkel gegenüber einer vorgegebenen 0°-Richtung einer nichtdar-gestellten zentralen elektronischen Steuerungsanlage signalisiert.

Im folgenden wird auf die Figuren 4 bis 7 Bezug genommen:

Eines der vier Räder bildet das Leitrad 21, das allein von Hand z.B. über das Hydrauliksystem oder nach einem vorgegebenen Fahrprogramm gesteuert wird, während die Einstellung der Winkelposition der übrigen Räder aufgrund der durch einen Rechner ermittelten digitalen Zahlenwerte unter Zwischenschaltung eines Analogwandlers erfolgt. Der Rechner arbeitet aufgrund der in den Fig. 4 bis 7 dargestellten geometrischen Beziehungen. Die gewünschte Hauptfahrtrichtung mit dem Fahrtrichtungswinkel gegenüber einer z.B. nach dem Kompass festgelegten 0°-Richtung wird von einem nicht-dargestellten Führerstand aus über einen Windrosenschalter für das Leitrad 21 eingestellt bzw. vorgegeben. Durch einen zweiten Windrosenschalter, der wie der erste für jede Winkelposition ein bestimmtes elektrisches Signal an den Rechner ab: gibt, erfolgt das Einlenken des Leitrades 21 auf die Hauptfahrtrichtung aw, indem ein Korrekturwinkel A «j dem momentanen zu korrigierenden Winkel a, zugefügt wird, d.h.

aw = ai + A <*1 (1)

Die momentanen Fahrtrichtungswinkel der übrigen Räder 22, 23 und 24 sind a2, a3, a4, und jedem dieser Winkel ist ebenfalls ein Korrekturwinkel A «2> A «3, u. a4 hinzuzufügen. Auf diese Weise wird erreicht, dass alle Räder des Fahrzeuges richtig im Winkel eingestellt werden, um das Fahrzeug, bzw. dessen Mittelpunkt auf einem momentanen Bogenstück mit dem Drehmittelpunkt Dn oder Dn' zu bewegen, ohne dass z.B. ein Rad aus der Richtung läuft. Die Berechnung der Korrekturwinkel A «2> A <x3 und A für die übrigen 3 Räder wird aufgrund der folgenden trigonometrischen Beziehungen algorithmisch durch den Rechner ausgeführt.

Im linken schraffierten rechtwinkligen Dreieck der schematischen Darstellung der Fig. 4 mit der Hypotenuse 26 zwischen vertikaler Achse des Leitrades 21 und dem Drehmittelpunkt Dn ist A oder Rw, d.h. der Radius von Dn zum Fahrzeugmittelpunkt M bekannt. Falls Rw nicht bekannt ist, wird es über das rechtwinklige Dreieck mit der Hypotenuse C zwischen vertikaler Radachse und Fahrzeugmittelpunkt, und mit Hilfe der Winkel aw und A «i wie folgt berechnet:

Rw = C (cos aw . cot A «i + sin aw) (2)

Durch den Radius Rw des momentanen Fahrtbogenstückes des Fahrzeugmittelpunktes ist der Drehmittelpunkt Dn geometrisch für alle vier Räder festgelegt.

Aus dem Dreieck nach Fig. 5 (feinpunktiert hervorgehoben) mit den Eckpunkten vertikale Radachse des Rades 24, Fahrzeugmittelpunkt M und Drehmittelpunkt Dn lässt sich der Korrekturwinkel A «4 für das Rad 24 wie folgt berechnen:

/ C. sin aw) \

A a4 = arc sin / =— \ (3)

1 l/(Rw2 + c2) - (2RW. C cos aw) J

Da aw bekannt ist ergibt sich a4 = aw — A «4> (4)

wenn a4 > 0

und a4 = aw + A (5)

wenn A a4 < 0 ist.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

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Aus dem in Fig. 6 gezeigten Dreieck mit den Eckpunkten vertikale Radachse des Rades 22, M, Dn ergibt sich die Beziehung für den Korrekturwinkel des Rades 22 wie folgt:

C . sin a„

A «2 = arc sin i

/(Rw2 + C2) - (2 . Rw. C. cos aw)

und a2 = aw + A «2>

wenn a2 > 0

«2 = - A a2,

wenn A «2 < 0

(6)

(7)

(8)

Schliesslich lässt sich aufgrund des in Fig. 7 dargestellten Dreiecks mit den Eckpunkten vertikale Radachse des Rades 23, M, Dn der Korrekturwinkel des Rades 23 wie folgt berechnen:

cos aw . C

a3 = are sin

]/(Rw2 + C2) - (2 . Rw. C. sin a„.)

und a3 = aw — A a3,

wenn A «3 > 0

&3 osw ~f" A öi3j wenn A a3 < 0

(9)

(10)

(11)

Diese Dreieckbeziehungen wurden für einen links vom Fahrzeug gelegenen Drehmittelpunkt Dn gegeben und die entsprechenden Winkel A «i bis A a4 sind in den Fig. 4 bis 7 jeweils mit dem Index (L) versehen.

Für ein Fahrbogenstück mit einem rechts vom Fahrzeug gelegenen Drehmittelpunkt Dn', wenn als Mittelachse die 0°-Achse angenommen wird, gelten entsprechende Beziehungen die sich jeweils aus den Dreiecken mit den Eckpunkten vertikale Radachse des jeweiligen Rades, Fahrzeugmittelpunkt M und Drehmittelpunkt Dn' errechnen lassen.

Bei Rückwärtsfahrten gelten die gleichen Beziehungen, und es ändert sich lediglich die Drehrichtung der Räder um 5 ihre Abrollachse.

In Fig. 8 ist ein Rechendurchlauf in der in der digitalen Rechentechnik üblichen Weise (Flussdiagramm) schematisch dargestellt. Die Beschriftungen der einzelnen Symbole geben die jeweiligen aufeinanderfolgenden Operationsstufen des io Rechners wieder. Das Ende dieses Rechendurchlaufes ist mit dem Start verbunden, so dass sich der Rechendurchlauf während der Ausführung der Fahrbewegung ständig wiederholt. Durch die Verwendung der in der modernen Transistorlogik (TTL) üblichen oder höherintegrierten Bausteine erfolgt die 15 Regelung mit sehr hoher Geschwindigkeit, so dass ein Programm der Fahrtrichtungen bei jeder Fahrgeschwindigkeit genau eingehalten werden kann.

Der Regelmechanismus kann auf übliche Weise ausgeführt sein, wie es für die digitale automatische Steuerung z.B. von 20 Werkzeugmaschinen bekannt ist. Die digitalen Zahlenwerte des Rechners gelangen zu einem D/A-Wandler, dessen Ausgangssignale über Verstärker zu den Servoantrieben, bzw. Stellantrieben 12 der einzelnen Räder 22,23 und 24 gelangen. Der Winkelgeber 20 meldet den erreichten Winkel nach Betä-25 tigung des Stellantriebes an den Rechner zurück.

Der Schwenkbereich der einzelnen Räder wird im Rechner begrenzt, indem dieser z.B. die Bedingung untersucht, ob w kleiner oder grösser als ± 90° ist. Zusätzlich können auch mechanische Anschläge vorhanden sein, da für die allseitige 30 unbegrenzte Beweglichkeit des Fahrzeuges keine 360° Drehung der Räder erforderlich ist.

Das Fahrzeug eignet sich aufgrund dere Programmierbarkeit seiner Fahrabläufe u.a. vorteilhaft in der Ausführung als Flugzeugwaschfahrzeug, das an dem Flugzeug auf vorbe-35 stimmten Bahnen stufenweise herumfährt, während sein Waschgerät die Flugzeugoberfläche bearbeitet. Die nicht erfindungswesentliche Ausführung des Waschfahrzeuges kann entsprechend der schweizerischen Patentschrift 603 383 des gleichen Patentinhabers erfolgen.

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4 Blätter Zeichnungen