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Die
Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit wenigstens einer über eine
Achsschenkellenkung lenkbare Fahrzeugachse, wobei die Achsschenkellenkung
mit einem Hauptlenkzylinder ausgeführt ist.
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Zum
Manövrieren
sind aus der Praxis bekannte Fahrzeuge mit wenigstens einer lenkbaren Fahrzeugachse
ausgeführt,
deren Aufbau unter anderem von der Antriebsart des Fahrzeugs und
von der Art der Radaufhängung
abhängig
ist. Lenkbewegungen des Fahrers bzw. eine fahrerseitige Lenkanforderung
werden grundsätzlich über ein
Lenkrad, eine Lenksäule,
ein Lenkgetriebe und eine aus mehreren über Gelenke miteinander verbundenen
Bauteilen bestehende Verschwenkkinematik auf die Räder der
lenkbaren Fahrzeugachse übertragen,
so dass die Räder
in Bezug auf eine zu einer Geradeausfahrt äquivalenten Position verschwenkbar
sind.
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Dabei
wird zwischen zwei Grundprinzipien unterschieden, nämlich zwischen
einer so genannten Drehschemellenkung und einer so genannten Achsschenkellenkung.
So werden die Räder
einer lenkbaren Fahrzeugachse, deren Räder in Abhängigkeit eines angeforderten
Lenkwinkels nach dem Prinzip der Drehschemellenkung verstellt werden,
zusammen mit einer zwischen den Rädern in Fahrzeugquerrichtung
verlaufenden Achse um einen gemeinsamen Drehpunkt bzw. um eine gemeinsame
Lenkdrehachse verschwenkt, wobei durch die Verschwenkung der Achse
und der Räder
eine Standfläche
des Fahrzeugs verkleinert wird, womit eine Kippneigung des Fahrzeugs
zunimmt. Die Drehschemellenkung wird vorzugsweise bei zweiachsigen
Anhängern
verwendet, da mit einer Drehschemellenkung ausgeführte Fahrzeuge
durch eine gute Rangiereähigkeit
gekennzeichnet sind.
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Erfolgt
eine Umsetzung der angeforderten Lenkbewegungen der Räder nach
dem Achsschenkellenkungsprinzip, wird jedes Rad einer lenkbaren Fahrzeugachse
um eine eigene Lenkdrehachse verschwenkt, die an den den Rädern zugewandten
Enden einer zwischen den Rädern
in Fahrzeugquerrichtung verlaufenden Achse angeordnet sind, wobei
die Achse in Bezug auf die Fahrzeugkarosserie immobil ausgeführt ist.
Die Lenkdrehachsen werden durch die Verbindungen der Lenkpunkte
der Radaufhängung
oder durch die Längsachsen
der Achsschenkelbolzen gebildet. Achsschenkellenkungen finden vorzugsweise
bei zweispurigen Kraftfahrzeugen Anwendung, da beim Einschlagen
der Räder
um die jeweils zugeordnete Lenkdrehachse die Standfläche des Fahrzeugs
annähernd
gleich groß bleibt,
wodurch eine Kippneigung des Fahrzeugs in wesentlich geringerem
Umfang ansteigt, als dies beim Einsatz einer Drehschemellenkung
der Fall ist.
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Je
höher die
Anforderungen an die Wendigkeit eines Fahrzeugs gestellt werden,
desto größer ist bei
einer Drehschemellenkung der maximale Verschwenkwinkel der Achse
bzw. bei einer Achsschenkellenkung der Einschlagwinkel der Räder vorzusehen.
Insbesondere bei Baumaschinen ist ein möglichst kleiner Wendekreis
gefordert, da im Einsatzbereich von Baumaschinen der zum Manövrieren
zur Verfügung
stehende Raum meist stark begrenzt ist und aufwändige Fahrmanöver unwirtschaftlich
sind. In der Regel sind die Lenkungen von Baumaschinen als Achsschenkellenkungen
ausgeführt,
bei der die Lenkbewegungen eines Fahrers über einen als Gleichlaufzylinder
mit durchgehender Kolbenstange ausgeführten Hauptlenkzylinder auf
die Räder
aufgebracht werden. Die Kraftübertragung
zwischen den Rädern
und der Kolbenstange des Hauptlenkzylinders erfolgt über eine
Spurstange, die wiederum mit einem Gelenkgehäuse bzw. einem Radkopf verbunden
ist, der mit den Rädern
wirkverbunden ist und gemeinsam mit diesen um die zugeordnete Lenkdrehachse
verschwenkt wird.
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Werden
beide verschwenkbaren Räder
einer mit einer Achsschenkellenkung ausgebildeten lenkbaren Fahrzeugachse
bei einer Kurvenfahrt gleich stark eingeschlagen, kann keines der
beiden Räder auf
seiner natürlichen
Bahn abrollen. Jedes Rad wird dann vom anderen Rad auf eine unnatürliche Bahn gezwungen,
so dass beide Räder
zusätzlich
zur Rollbewegung in Bezug auf den Untergrund noch eine mehr oder
weniger starke Gleitbewegung ausführen, die zu einem unerwünscht hohen
Verschleiß der
Räder führt.
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Aus
diesem Grund wird versucht, die Räder grundsätzlich im Betrieb eines Fahrzeugs
besonders während
einer Kurvenfahrt ohne die für
die Reifen unter Umständen
sehr belastende seitliche Gleitbewegung abrollen zu lassen, wie
es bei einer Drehschemellenkung der Fall ist. Dies wird bei Achsschenkellenkungen
dadurch erreicht, dass der Einschlagwinkel des kurveninneren Rades
größer als der
des kurvenäußeren Rades
vorgesehen ist. Darüber
hinaus stellt sich die Problematik der hohen Reifenbelastung während einer
Kurvenfahrt nicht nur zwischen den Rädern einer Fahrzeugachse. Nach dem
so genannten Ackermann-Prinzip müssen
sich die verlängerten
Mittellinien der Achsschenkel der eingeschlagenen Räder für einen
im Bereich der Räder
möglichst
verschleißarmen
bzw. verschleißfreien Betrieb
des Fahrzeugs auf der verlängerten
Mittellinie einer zweiten nicht lenkbaren Fahrzeugachse treffen
oder sich mit den verlängerten
Mittellinien der Achsschenkel der Räder einer zweiten lenkbaren Fahrzeugachse
in genau einem Punkt schneiden. Die von den Rädern der beiden Fahrzeugachsen durchfahrenen
Kreisbahnen haben dann einen gemeinsamen Mittelpunkt, so dass die
vorbeschriebenen Gleitbewegungen der Räder erheblich reduziert bzw.
gänzlich
vermieden sind.
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Treffen
sich die Strahlen bzw. die Verlängerungen
der Mittellinien der Achsschenkel der Räder nicht in einem Punkt, liegt
ein so genannter Spurwinkelfehler oder ein so genannter Lenkwinkelfehler
vor. Dabei ist die Belastung der Reifen umso höher, je größer der aktuelle Spurwinkelfehler
ist.
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Besonders
bei Fahrzeugen, wie Baufahrzeugen, die mit einem kurzen Radstand
und einer Achsschenkellenkung ausgeführt sind, nimmt der Lenkwinkelfehler
mit steigenden Einschlagwinkeln der Räder zu, was jedoch aufgrund
des ebenfalls ansteigenden Reifenverschleißes unerwünscht ist, zudem eine neue
Bereifung von Baufahrzeugen hohe Kosten verursacht.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeug mit einer
hohen Wendigkeit zur Verfügung
zu stellen, bei dem eine Belastung der Räder im Betrieb im Vergleich
zu aus der Praxis bekannten Fahrzeugen auf einfache Art und Weise
minimiert ist.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe mit einem Fahrzeug gemäß den Merkmalen
des Patentanspruches 1 gelöst.
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Das
erfindungsgemäß ausgeführte Fahrzeug
mit wenigstens einer über
eine Achsschenkellenkung lenkbaren Fahrzeugachse, bei der die Achsschenkellenkung
mit einem Hauptlenkzylinder ausgeführt ist, um Schwenkbewegungen
von Rädern
der Fahrzeugachse in Abhängigkeit
einer translatorischen Bewegung einer Kolbenstange des Hauptlenkzylinders
auszuführen,
ist durch eine hohe Wendigkeit bei gleichzeitig geringem Reifenverschleiß gekennzeichnet.
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Dies
wird dadurch erreicht, dass eine Lage des Lenkzylinders in eine
die Lenkbewegung der Achsschenkellenkung beeinflussenden Art und
Weise veränderbar
ist und eine von der Lageveränderung
des Lenkzylinders ausgehende Schwenkbewegung der Räder der
Fahrzeugachse und eine von der translatorischen Bewegung der Kolbenstange
des Hauptlenkzylinders bewirkte Schwenkbewegung der Räder in Abhängigkeit
eines angeforderten Lenkwinkels derart überlagert sind, dass ein Lenkwinkelfehler minimal
ist.
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Der
beweglich ausgeführte
Hauptlenkzylinder der Achsschenkellenkung bietet auf einfache Art und
Weise die Möglichkeit,
die hebelbasierte Anlenkgeometrie der Achsschenkellenkung jeweils
zwischen dem Hauptlenkzylinder und den Rädern der lenkbaren Fahrzeugachse
in Abhängigkeit
eines aktuell angeforderten Lenkwinkels derart zu verändern, dass
ein Lenkwinkelfehler reduziert wird bzw. vorzugsweise Null ist.
Das bedeutet, dass die Lage des Hauptlenkzylinders in Abhängigkeit
eines angeforderten Lenkwinkels verändert wird, so dass ein Einschlagwinkel
des einen Rades der lenkbaren Fahrzeugachse in Bezug auf den Einschlagwinkel
des anderen Rades der Fahrzeugachse derart angepasst ist, dass der
Lenkwinkelfehler minimiert ist und vorzugsweise gegen Null geht.
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Weitere
Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben
sich aus den Patentansprüchen
und den unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen
Ausführungsbeispielen,
wobei in der Beschreibung der verschiedenen Ausführungsbeispiele der Übersichtlichkeit
halber für
bau- und funktionsgleiche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet
werden.
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Es
zeigt:
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1 eine
mit einer Achsschenkellenkung ausgeführte lenkbare Fahrzeugachse
in Alleinstellung, deren Hauptlenkzylinder in Fahrzeuglängsrichtung
verschiebbar ausgeführt
ist;
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2 die
in 1 dargestellte Fahrzeugachse, wobei der Hauptlenkzylinder
um einen Drehpunkt verdrehbar ausgeführt ist;
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3 die
in 1 dargestellte Fahrzeugachse, deren Hauptlenkzylinder
im Bereich seiner Enden in Fahrzeuglängsrichtung verschiebbar ausgeführt ist;
und
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4 eine
stark schematisierte Darstellung des hydraulischen Überlagerungssystems
zur Ansteuerung der in 1 bis 3 dargestellten
Fahrzeugachsen.
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In 1 ist
eine lenkbare Fahrzeugachse 1 eines Baufahrzeugs dargestellt,
bei dem Räder 2A und 2B der
Fahrzeugachse 1 aus der dargestellten Position für eine Geradeausfahrt
des Fahrzeugs in eine verschwenkte bzw. eingeschlagene Position
für eine
Kurvenfahrt des Fahrzeugs verbracht werden können. Die Räder 2A und 2B der
Fahrzeugachse 1 sind über
eine Achsschenkellenkung 4 aus der in 1 dargestellten
Position in die dem jeweils angeforderten Lenkwinkel entsprechende
verschwenkte Position überführbar.
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Die
Achsschenkellenkung 4 ist vorliegend mit einem als Gleichlaufzylinder
ausgeführten
Hauptlenkzylinder 6 ausgebildet, der in Fahrzeugquerrichtung
im Wesentlichen parallel zu einer zwischen den Rädern 2A, 2B in
an sich bekannter Art und Weise angeordneten Achse 3 der
Fahrzeugachse 1 verlaufend angeordnet ist. Eine Kolbenstange 7 des
Hauptlenkzylinders 6 ist an ihren beiden Enden jeweils über ein
als Kugelgelenk ausgebildetes Kolbenstangengelenk 7A, 7B mit
jeweils einer Spurstange 8A bzw. 8B verbunden.
Die Spurstangen 8A und 8B sind über an ihren
der Kolbenstange 7 abgewandten Enden angeordnete ebenfalls
als Kugelgelenke ausgeführte Spurstangengelenke 9A, 9B mit
Radträgern 10A, 10B verbunden.
Die Radträger 10A, 10B sind
fest mit Radnaben 11A, 11B der Räder 2A und 2B verbunden,
die wiederum gemeinsam mit den Rädern 2A und 2B um
Lenkdrehachsen 12A, 12B gegenüber der Achse 3 verschwenkbar
ausgeführt
sind.
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Die
in 1 gezeigte Fahrzeugachse 1 kann in Fahrzeugen
als Fahrzeugvorderachse oder auch als Fahrzeughinterachse eingesetzt
werden, um ein Fahrzeug mit einer im Bereich der Räder 2A und 2B verschleißarmen Vorderradlenkung
oder Hintenadlenkung auszuführen.
Darüber
hinaus besteht jedoch auch die Möglichkeit,
ein zweiachsiges Fahrzeug mit zwei Fahrzeugachsen auszubilden, die
der in 1 stark schematisiert dargestellten Fahrzeugachse 1 entsprechen,
um ein allradgelenktes Fahrzeug mit einer hohen Wendigkeit bei gleichzeitig
geringer Reifenbelastung zur Verfügung stellen zu können.
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Der
Hauptlenkzylinder 6 ist zur Beeinflussung der Schwenkbewegung
der Räder 2A, 2B in Fahrzeuglängsrichtung
translatorisch verfahrbar ausgeführt.
Damit ist die Hebelkinematik der Achsschenkellenkung 4 zwischen
der Kolbenstange 7 des Hauptlenkzylinders 6 und
den Rädern 2A und 2B auf einfache
Art und Weise in Abhängigkeit
des jeweils angeforderten Lenkwinkels dahingehend veränderbar,
dass der Einschlagwinkel des Rades 2A und der Einschlagwinkel
des Rades 2B aufeinander abstimmbar sind und ein Lenkwinkelfehler
reduziert bzw. vermieden wird.
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Bei
der in 2 dargestellten Fahrzeugachse 1, deren
Aufbau im Wesentlichen dem Aufbau der in 1 dargestellten
Fahrzeugachse entspricht, ist der Hauptlenkzylinder 6 um
den Drehpunkt P verdrehbar ausgeführt, um die Hebelkinematik
zwischen der Kolbenstange 7 des Hauptlenkzylinders 6 und den
Rädern 2A und 2B zur
Vermeidung bzw. Reduzierung eines Lenkwinkelfehlers in Abhängigkeit
eines angeforderten Lenkwinkels zu verändern.
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In 3 ist
eine weitere Fahrzeugachse 1 gezeigt, deren grundsätzliche
konstruktive Gestaltung den in 1 und 2 dargestellten
Fahrzeugachsen entspricht. Bei der in 3 dargestellten
Fahrzeugachse ist der Hauptlenkzylinder 6 im Bereich seiner
dem Rad 2A bzw. dem Rad 2B zugewandten Enden in
Fahrzeuglängsrichtung
verschiebbar ausgeführt,
um die Hebelkinematik der Achsschenkellenkung 4 zwischen
der Kolbenstange 7 und den Rädern 2A und 2B zur
Minimierung eines Lenkwinkelfehlers beeinflussen zu können. Das
bedeutet, dass die in 3 dargestellte Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen lenkbaren
Fahrzeugachse im Gegensatz zu der in 2 dargestellten
Ausführungsform
mit zwei Drehpunkten P1 und P2 für
den Hauptlenkzylinder 6 ausgeführt ist. Damit stehen prinzipiell
zwei zusätzliche
Freiheitsgrade zur Veränderung
der Lenkkinematik im Bereich der Achsschenkellenkung 4 zur
Verfügung,
um einen Lenkwinkelfehler möglichst
gering halten zu können.
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Selbstverständlich liegt
es im Ermessen des Fachmannes, den Hauptlenkzylinder der Achsschenkellenkung
abweichend von der zu 2 und 3 beschriebenen
Art und Weise um einen beliebig positionierten Drehpunkt, dessen
Position über
eine geeignete Steuereinrichtung auch veränderbar ausgeführt sein
kann, zu verdrehen, um die zur Minimierung des Lenkwinkelfehlers
erfindungsgemäß vorgesehene
Veränderbarkeit
der Lenkwinkelkinematik der Achsschenkellenkung in Abhängigkeit
eines angeforderten Lenkwinkels zusätzlich variieren zu können.
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Darüber hinaus
besteht selbstverständlich auch
die Möglichkeit,
den Hauptlenkzylinder sowohl in Fahrzeuglängsrichtung translatorisch
verschiebbar als auch um wenigstens einen Drehpunkt verdrehbar auszuführen, um
die Lenkkinematik der Achsschenkellenkung in Abhängigkeit einer vorzugsweise
fahrerseitigen Lenkanforderung in geeigneter Art und Weise zur Minimierung
eines Lenkwinkelfehlers verändern
zu können.
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In 4 ist
ein Überlagerungssystem 13 äußerst schematisiert
dargestellt, mittels welchem dem über die Achsschenkellenkung 4 darstellbaren
Anteil des Lenkeinschlags der Räder 2A, 2B ein über die Lageveränderung
des Hauptlenkzylinders 6 darstellbarer Teil des Lenkeinschlags
der Räder
in Ab hängigkeit
des angeforderten Lenkwinkels überlagert wird,
wodurch ein Lenkwinkelfehler zwischen den Rädern einer lenkbaren Fahrzeugachse
sowie auch zwischen den Rädern
zweier lenkbarer Fahrzeugachsen eines Fahrzeuges auf einfache Art
und Weise im Vergleich zu herkömmlichen
Achsschenkellenkungen reduzierbar ist. Das Überlagerungssystem 13 weist
sowohl mechanische als auch hydraulische Komponenten auf, die in
der nachbeschriebenen Art und Weise zusammenwirken.
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Eine
Kolbenstange 14 einer Steuerungszylindereinrichtung 15 des
hydraulischen Überlagerungssystems 13 ist
mit ihrem aus einem Zylinder 16 der Steuerungszylindereinrichtung 15 herausragenden
Endes in einer Steuerkurvenführung 17 geführt, die
in Abhängigkeit
des aktuell angeforderten Lenkwinkels in die durch den Doppelpfeil
A dargestellten Richtungen bewegt wird, so dass die Kolbenstange 14 in
Abhängigkeit
des aktuell angeforderten Lenkwinkels mehr oder weniger stark in
den Zylinder 16 der Steuerungszylindereinrichtung 15 eintaucht.
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In
Abhängigkeit
der über
die Steuerkurvenführung 17 eingestellten
Position der Kolbenstange 14 wird eine fluidisch mit der
Steuerungszylindereinrichtung 15 verbundene Überlagerungszylindereinrichtung 18 mit
einem aus der Verschiebung der Kolbenstange 14 und einem
damit wirkverbundenen Kolben 20 resultierenden Verschiebevolumen
der Steuerungszylindereinrichtung 15 beaufschlagt, wobei
ein weiterer Kolben 21 und eine damit wirkverbundene weitere
Kolbenstange 19 der Überlagerungszylindereinrichtung 18 in
Abhängigkeit
des Verschiebevolumens in eine der beiden durch den Doppelpfeil
B dargestellten Richtungen verschoben werden.
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Das
bedeutet, dass das Überlagerungssystem 13 mit
einer lenkeinschlagabhängigen
mechanischen Kurvenführung
ausgebildet ist, über
die im Überlagerungssystem 13 ein
hydraulisches Verschiebevolumen erzeugt wird, das zur Ansteuerung der Überlagerungszylindereinrichtung 18 verwendet wird.
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Die
Steuerkurvenführung 17 wird
in Abhängigkeit
des angeforderten Lenkwinkels relativ zur Steuerungszylindereinrichtung 15 bewegt,
wobei die Steuerkurvenführung 17 prinzipiell
mit jedem beweglich ausgeführten
Bauteil der Fahrzeuglenkung, wie beispielsweise der Lenksäule, dem
Gleichlaufzylinder, der Spurstange, dem Achsstummel oder dergleichen
verbunden werden kann. Durch den jeweils vorliegenden Lenkeinschlag
am Lenkrad oder einem vergleichbaren für den Fahrer vorgesehen Bedienelement
wird die Kolbenstange 14 der Steuerungszylindereinrichtung 15 bewegt
und das im Zylinder 16 der Steuerungszylindereinrichtung 15 angeordnete Ölvolumen
derart verschoben, dass die Überlagerungszylindereinrichtung 18 in
der gewünschten
Art und Weise angesteuert wird.
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Die Überlagerungszylindereinrichtung 18 ist vorliegend
mit dem Hauptlenkzylinder 6 der Achsschenkellenkung 4 verbunden,
um eine Lage des Hauptlenkzylinders 6 durch Verschieben,
Verdrehen oder eine kombinierte Translations- und Drehbewegung zu
verändern.
Damit werden den über
die Achsschenkellenkung eingestellten Schwenkwinkeln der Räder jeweils
Schwenkwinkel überlagert,
die aus einer in Abhängigkeit
des angeforderten Lenkwinkels stehenden Lageveränderung des Hauptlenkzylinders resultieren.
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Hiervon
abweichend besteht selbstverständlich
auch die Möglichkeit,
den Überlagerungszylinder mit
Hilfe von Elektronik, wie im Bereich der beweglichen Bauteile der
Fahrzeuglenkung angeordneten Sensoren und Ventilen, anzusteuern
und/oder zu regeln, um einen Lenkwinkelfehler gering zu halten bzw.
vermeiden zu können.
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- 1
- Fahrzeugachse
- 2A,
2B
- Rad
- 3
- Achse
- 4
- Achsschenkellenkung
- 6
- Hauptlenkzylinder
- 7
- Kolbenstange
- 7A,
7B
- Kolbenstangengelenk
- 8A,
8B
- Spurstange
- 9A,
9B
- Spurstangengelenk
- 10A,
10B
- Radträger
- 11A,
11B
- Radnabe
- 12A,
12B
- Lenkdrehachse
- 13
- Überlagerungssystem
- 14
- Kolbenstange
- 15
- Steuerungszylindereinrichtung
- 16
- Zylinder
- 17
- Steuerkurvenführung
- 18
- Überlagerungszylindereinrichtung
- 19
- weitere
Kolbenstange
- 20
- Kolben
- 21
- Kolben
- P,
P1, P2
- Drehpunkt