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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrwerk für ein Fahrzeug mit Einzelradlenkung sowie eine Verwendung einer solchen Einzelradlenkung in einem Fahrzeug. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrwerk und/oder die Verwendung des Fahrwerks für ein Fahrzeug mit Einzelradlenkung für den Transport- und/oder Logistikbereich.
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Das Einsatzgebiet der Erfindung erstreckt sich insbesondere auf Kraftfahrzeuge, wie sie im Transport- und/oder Logistikbereich eingesetzt werden, bspw. Flurförderfahrzeuge, wie ein Gabelstapler, sowie fahrerlose Transportsysteme, etc.
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Stand der Technik
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Gegenwärtig werden die Fahrwerke für Fahrzeuge im Transport- und/oder Logistikbereich in der Regel in Abhängigkeit ihres Einsatzortes ausgelegt. Für den Außenbereich ist es erforderlich, dass das Fahrwerk gewisse Unebenheiten des Untergrunds ausgleichen kann, um die Fahrsicherheit zu gewährleisten und/oder den Fahrkomfort zu erhöhen und/oder eine Schieflage bzw. ein Kippen des Fahrzeugs zu vermeiden. Im Innenbereich ist der Untergrund in der Regel sehr eben gestaltet, weshalb ein Fahrwerk für den Einsatz im Innenbereich nur eine geringe oder gar keine Federung benötigt. Das bedeutet, das Fahrwerk für ein Fahrzeug, das im Außenbereich eingesetzt werden soll, unterscheidet sich von einem Fahrwerk für ein Fahrzeug, das im Innenbereich eingesetzt werden soll. Für den Außenbereich werden häufig Fahrwerke verwendet, die auch im Automotive-Sektor eingesetzt werden. Im Innenbereich werden häufig weniger komplex und/oder ungefederte Fahrwerke eingesetzt, da diese kostengünstiger sind als Fahrwerke aus dem Automotive-Sektor. Für Fahrzeuge, die sowohl im Innenbereich als auch im Außenbereich eingesetzt werden, werden in der Regel standardisierte Automotive-Fahrwerke eingesetzt.
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Aus der
DE 10 2016 222 434 A1 und der
DE 10 2017 106 810 A1 sind bereits Fahrwerke für Fahrzeuge bekannt, welche ein Rad, das mit einem Radträger gekoppelt ist, einen Querlenker, einen Lenkaktuator und eine Feder-Dämpfereinheit aufweisen.
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Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Fahrwerk für ein Fahrzeug mit Einzelradlenkung, insbesondere für den Transport- und Logistikbereich, bereitzustellen, insbesondere ein Fahrwerk für ein Fahrzeug mit Einzelradlenkung bereitzustellen, das für den Außenbereich und für den Innbereich einsetzbar ist und kostengünstig herstellbar ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese und andere Aufgaben, die beim Lesen der folgenden Beschreibung noch genannt oder vom Fachmann erkannt werden können, werden durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen.
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Das erfindungsgemäße Fahrwerk für ein Fahrzeug mit Einzelradlenkung, insbesondere für die Anwendung im Transport- und/oder Logistikbereich, weist ein Rad, einen Querlenker, einen Lenkaktuator, eine Antriebseinheit, eine Gelenkwelle und eine Feder-Dämpfereinheit auf. Das Rad ist über ein Radlager mit einem Radträger gekoppelt. Der Querlenker besitzt eine Pendelachsfunktion, und ist radseitig an einer ersten Lagerstelle um eine erste Achse schwenkbar mit dem Radträger gekoppelt. Ferner weist der Querlenker zwei Schenkel auf, die rahmenseitig jeweils über eine zweite Lagerstelle um eine zweite Achse schwenkbar mit einer Trägerplatte gekoppelt ist. Der Lenkaktuator ist dazu eingerichtet, ein Lenkmoment bzw. ein Stellmoment zum Lenken des Rades bereitzustellen. Die Antriebseinheit ist dazu eingerichtet, ein Antriebsmoment zum Antreiben des Rades bereitzustellen. Die Gelenkwelle ist in einem vorgebeugten Zustand angeordnet und ferner dazu eingerichtet, die Antriebseinheit und das Rad drehmomentübertragend zu koppeln. Die Feder-Dämpfereinheit ist dazu eingerichtet, externe Kräfte, insbesondere vertikale Kräfte, die auf das Rad wirken, abzustützen.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt insbesondere darin, dass das Fahrwerk durch den Querlenker mit Pendelachsfunktion sowie die Feder-Dämpfereinheit, insbesondere ein Blattfederpaket, ausreichend robust ist, um bei Fahrbahnunebenheiten, insbesondere im Außenbereich, und/oder mit großen Lasten einsetzbar zu sein. Gleichzeitig ermöglicht die Anordnung der Gelenkwelle im vorgebeugten Zustand, dass das Rad in zumindest eine Lenkeinschlagrichtung Lenkwinkel von gleich oder größer als 45° aufweist. Dadurch bietet das Fahrwerk eine erhöhte Manövrierbarkeit, wie bspw. Wenden auf der Stelle, die insbesondere für den Einsatz im Innenbereich genutzt wird. Darüber hinaus ist das gesamte Fahrwerk kostengünstig herstellbar. Insbesondere ist der Querlenker mit Pendelachsfunktion kostengünstig herstellbar.
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Mit anderen Worten kann man sagen, dass das Fahrwerk eine Einzelrad-Pendelachse mit einem asymmetrischen Lenkwinkelbereich und einer Feder-Dämpfereinheit aufweist, bei dem ein Rad einzeln mittels einem einzelnen Querlenker mit Pendelachsfunktion aufgehängt ist, was die Achsgeometrie sehr kostengünstig machen. Eine Kraftabstützung erfolgt über den Querlenker, und eine einfache, herkömmliche Gelenkwelle kann zur Übertragung des Antriebsmoments genutzt werden, wobei der Lenkwinkel in eine Richtung größer sein kann als in die andere, ohne dabei einen maximalen Beugewinkel eines radseitigen Gelenks der Gelenkwelle, das sogenannte Antriebsgelenk, zu überschreiten. Ein solches Fahrwerk ermöglicht es dem Fahrzeug auf der Stelle zu wenden, sofern alle vier Räder über das gleiche Fahrwerk an das Fahrzeug gekoppelt sind. Die Feder-Dämpfereinheit dient zu Federung und Dämpfung des Fahrzeugs, so dass das Fahrwerk zum einen robust genug ist, um im Außenbereich einsetzbar zu sein, und zum anderen durch einen großen Lenkwinkelbereich eine erhöhte Manövrierbarkeit bietet, die insbesondere für den Innenbereich von Vorteil ist. Darüber hinaus ist das Fahrwerk kostengünstig herstellbar.
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Gemäß einer Ausführungsform ist ein Lenkwinkelbereich des Rades asymmetrisch. Die Asymmetrie des Lenkwinkelbereichs ermöglicht es, das Rad in zumindest eine Lenkrichtung um einen Lenkwinkel von gleich oder größer als 45° einzuschlagen, ohne einen maximalen Beugewinkel eines Antriebsgelenks zu überschreiten. Das Antriebsgelenk definiert die gelenkige, drehmomentübertragende Anbindung der Gelenkwelle an dem Radträger. Dadurch kann das Fahrzeug bspw. ein Wenden auf der Stelle durchführen, was insbesondere für den Einsatz im Innenbereich vorteilhaft ist, da dort der Platz zum Manövrieren in der Regel begrenzt ist. Für den Außenbereich sind Fahrten mit üblichen Kurvenradien durch die Allradlenkung möglich.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Lenkaktuator rahmenseitig über eine Gelenkverbindung mit der Trägerplatte gekoppelt. Die Gelenkverbindung ermöglicht es, die Positionsveränderung, die durch eine Lenkbewegung des Rades hervorgerufen wird, auszugleichen.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die Antriebseinheit einen Antriebsmotor und ein Getriebe auf, die achsparallel zueinander angeordnet sind. Ferner, gemäß einer Ausführungsform sind der Antriebsmotor und das Getriebe achsparallel versetzt zu einer Radmittelachse an der Trägerplatte angeordnet. Dadurch wird der vorgebeugte Zustand der Gelenkwelle erzeugt bzw. ermöglicht, wodurch wiederum ein asymmetrischer Lenkwinkelbereich ermöglicht wird. Ferner kann dadurch eine einfach, kostengünstige Gelenkwelle eingesetzt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform sind die zwei Schenkel des Querlenkers jeweils derart zangenartig ausgebildet, dass eine obere (Quer-)Lenkerebene und eine untere (Quer-)Lenkerebene im selben Bauteil integriert sind. Unter zangenartig ist in diesem Kontext zu verstehen, dass jeder der Schenkel jeweils zwei Schenkel, Stäbe, Streben etc. aufweist, die sich an einem axialen Ende schneiden und von dort ausgehend im Wesentlichen linear in entgegengesetzte Richtungen auseinander laufen. Mit anderen Worten kann man sagen, dass die zwei Stäbe jedes Schenkels die untere sowie die obere Lenkerebene ausbilden und so beide Lenkerebenen an einem Punkt vereint an der Trägerplatte anbindet. Durch die integrierte Bauweise kann die Gesamtteileanzahl reduziert werden, wodurch Kosten eingespart werden können.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform ist die erste Lagerstelle als ein Zylindergelenk ausgebildet, welches eine Lenkbewegung des Rades zulässt. Dadurch sind alle Freiheitsgrade, bis auf die Pendelbewegung um eine Drehachse, gesperrt. Die Drehachse des Zylindergelenks bildet gleichzeitig die Lenkachse des Rades.
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Gemäß einer Ausführungsform sind die zweiten Lagerstellen jeweils als ein Zylindergelenk ausgebildet, welches eine Pendelbewegung um eine horizontale Achse zulässt. Dadurch sind alle Freiheitgrade, bis auf die Pendelrichtung um eine Drehachse, gesperrt. Somit ermöglichen die zweiten Lagerstellen Relativbewegungen des Rades zur Trägerplatte, bspw. durch Fahrbahnunebenheiten. Dadurch werden zumindest kleinere Bewegungen des Rades in einer Richtung senkrecht zur Fahrbahn ausgeglichen und somit nicht auf das Fahrzeug, insbesondere nicht auf eine Karosserie des Fahrzeugs, übertragen.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Feder-Dämpfereinheit als ein Querblattfederpaket ausgebildet. Das Querblattfederpaket ermöglicht insbesondere die Abstützung von Vertikalkräften, d.h., Kräfte in einer Richtung senkrecht zur Fahrbahn. Die Reibung der Blattfedern untereinander erzeugt innerhalb des Querblattfederpaket eine Dämpfung. Die Kräfte in die verbleibenden Raumrichtungen werden durch die gelenkige Anbindung des Querlenkers an die Trägerplatte aufgenommen.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Verwendung von zumindest einem vorstehend und nachfolgend beschriebenen Fahrwerk zur Einzelradlenkung in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Transport- und Logistikfahrzeug.
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Hinsichtlich der möglichen Ausgestaltungen und/oder Variationen des Fahrwerks für ein Fahrzeug gelten obige und nachfolgend beschriebene Ausführungen.
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Figurenliste
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Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines Fahrwerks gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer perspektivischen Ansicht,
- 2 eine schematische Darstellung eines Fahrwerks gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer Draufsicht,
- 3 eine schematische Darstellung eines Fahrwerks gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer Vorderansicht,
- 4 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit mehreren Fahrwerken gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer Seitenansicht; und
- 5 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit mehreren Fahrwerken gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer Draufsicht.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 bis 3 zeigen schematisch und beispielhaft ein Fahrwerk 1 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung in verschiedenen Ansichten. Das Fahrwerk 1 weist ein Rad 2, und einen Querlenker 3 auf, der das Rad 2 an eine Trägerplatte 4 koppelt. Das Fahrwerk 1 kann auch als ein Corner Modul bezeichnet werden.
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Das Rad 2 ist über ein Radlager 5 mit einem Radträger 6 derart verbunden, dass sich das Rad 2 relativ zum Radträger 6 um die Radmittelachse drehen kann, und Stellbewegungen zur Lenkung des Rades 2 von dem Radträger 6 auf das Rad 2 übertragen werden. Der Querlenker 3 ist radseitig über ein erstes Zylindergelenk 7 mit dem Radträger 6 gekoppelt. Das erste Zylindergelenk 7 sperrt alle Freiheitsgrade, außer einer Pendelbewegung um eine Achse 8, die im Wesentlichen senkrecht, also in z-Richtung in 1, verläuft und eine Lenkachse des Rades 2 ausbildet.
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Der Querlenker 3 weist zwei Schenkel 9 auf, die rahmenseitig, also an einer Seite zum Fahrzeug 100 (siehe 4 und 5) hin, jeweils über ein zweites Zylindergelenk 10 an der Trägerplatte 4 befestigt sind. Die zweiten Zylindergelenke 10 sperren alle Freiheitsgrade, außer einer Pendelbewegung um eine Achse 11, die im Wesentlichen horizontal, also in y-Richtung in 1, verläuft. Jeder Schenkel 9 ist als eine Art Zange ausgeführt, d.h., jeder der Schenkel 9 weist jeweils zwei Streben/Stangen 12 auf, die in dem zweiten Zylindergelenk 10 zusammenlaufen und von dort ausgehend im Wesentlichen linear auseinanderlaufen. Dadurch ist eine Stange 12 an einem in z-Richtung gesehen, oberen Ende mit dem Zylindergelenk 7 gekoppelt und die andere Stange 12 ist an einem in z-Richtung gesehen, unteren Ende mit dem Zylindergelenk 7 gekoppelt. Dadurch sind eine obere und eine untere Lenkebene in einem Bauteil, also in je einem Schenkel 9 und dem Querlenker 3 vereint. Diese Achsgeometrie kann bei einer Federbewegung zu einer sich etwas stärker ändernden Spurweite führen, deren Auswirkungen auf die Fahrdynamik insbesondere bei Fahrzeugen zum Transport von Gütern bei kleinen bis mittleren Geschwindigkeiten vernachlässigbar sind.
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Die Trägerplatte 4 dient als Schnittstelle zwischen dem Fahrwerk 1 und einem Fahrzeugsaufbau 13 (siehe 4 und 5), wie bspw. eine Karosserie des Fahrzeugs 100. Zusätzlich zum Querlenker 3 sind an der Trägerplatte 4 eine Antriebseinheit 14, eine Gelenkwelle 15 und ein Lenkaktuator 16 angeordnet. Die Antriebseinheit 14 weist einen Antriebsmotor 17 und ein Getriebe 18 auf, die achsparallel zueinander, aber achsparallel versetzt zu einer Mittelachse des Rads 2 angeordnet sind. Die versetzte Anordnung einer Antriebsachse und der Mittelachse des Rads 2 bewirkt eine vorgebeugte Anordnung der Gelenkwelle 15, die die Antriebseinheit 14 zur Übertragung eines Antriebsdrehmoments drehmomentfest mit dem Rad 2 koppelt. Die vorgebeugte Anordnung der Gelenkwelle 15 ermöglicht es, radseitig große bzw. hohe Lenkwinkel, insbesondere in einem Bereich von bis zu 65° in eine Lenkrichtung zu erreichen. Die einseitig hohen Lenkwinkel dienen insbesondere dazu, ein Wenden auf der Stelle zu ermöglichen.
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Ferner weist das Fahrwerk 1 eine Feder-Dämpfereinheit 19 auf, die in der in den 1 bis 3 gezeigten beispielhaften Ausführungsform als ein Querblattfederpaket 20 ausgebildet ist. Das Querblattfederpaket 20 ist dazu eingerichtet, Vertikalkräfte, also Kräfte in z-Richtung, abzustützen. Die Reibung der Blattfedern untereinander bewirkt zusätzlich eine Dämpfung. Die Anordnung des Querlenker 3 an der Trägerplatte 4 über die zweiten Zylindergelenke 10 ermöglicht es, Kräfte in x- und y-Richtung abzustützen. Eine Steifigkeit der Federn der Feder-Dämpfereinheit 19, insbesondere der Blattfedern des Querblattfederpaktes 20, kann so gewählt werden, dass sich im Nennlastbereich einer Fahrzeugladung ein kleiner Sturz einstellt. Insbesondere ermöglicht die vorstehend erläuterte Kombination der Zylindergelenke 7, 10, dass ein radseitiges Gelenk 21, ein sogenanntes Antriebsgelenk 21, der Gelenkwelle 15 von einer Federbewegung nicht beeinflusst wird, wodurch ein maximal erlaubter Beugewinkel des Antriebsgelenks 21 für die Lenkbewegung genutzt werden kann, ohne eine größere Reserve für Federvorgänge vorhalten zu müssen.
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Mit anderen Worten lässt sich sagen, dass insbesondere die vorstehend beschriebene Ausführung des Querlenkers 3 es ermöglicht, in eine Richtung mehr Bauraum vorzuhalten als in die andere. Dadurch ergibt sich ausreichend Platz für das einlenkende Rad 2 und den erforderlichen Lenkwinkel für ein Wenden auf der Stelle des Fahrzeugs 100.
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Die Lenkung des Rads 2 erfolgt über den Lenkaktuator 16, der radseitig an dem Radträger 6 und rahmenseitig an der Trägerplatte 4 jeweils gelenkig angebunden ist. Vorzugsweise ist der Lenkaktuator 16 als ein Linearaktuator ausgebildet. Der durch die vorgebeugte Anordnung der Gelenkwelle 15 erzeugte asymmetrische Lenkwinkelbereich orientiert sich an einem Radstand sowie einer Spurweite des Fahrzeugs 100 (siehe 4 und 5), da diese einen erforderlichen Winkel zum Wenden auf der Stelle beeinflussen. Beträgt der erforderliche Winkel hierfür bspw. 55° muss die Gelenkwelle 15 um etwas mehr als 10° in Konstruktionslage vorgebeugt angeordnet werden, um die erlaubten Beugewinkel von 45° einer herkömmlichen Gelenkwelle nicht zu überschreiten. Somit ermöglicht die vorgebeugte Anordnung der Gelenkwelle 15 von etwas mehr als 10°, den bei herkömmlicher Montage der Gelenkwelle symmetrisch aufgeteilten Lenkwinkelbereich von 45°/45° zu einem Lenkwinkelbereich von 55°/35° zu ändern.
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4 und 5 zeigen schematisch und beispielhaft das Fahrzeug 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung in verschiedenen Ansichten. Der Fahrzeugaufbau 15 des Fahrzeugs 100 ist hier beispielhaft als eine Basisplattform 22 mit einer ebenen Plattformfläche 23 ausgebildet. Die ebene Plattformfläche 23 kann vollständig als Ladefläche für den Gütertransport verwendet werden. Alternativ kann die ebene Plattformfläche 23 die Verwendung einer größeren Batterie ermöglichen. Die Verwendung des Fahrwerks 1 als Corner Modul an allen vier Radpositionen des Fahrzeugs 100, ermöglicht eine hohe Manövrierbarkeit, die in 5 durch die beispielhafte Darstellung einer Radkonfiguration zum Wenden auf der Stelle veranschaulicht ist. Darüber hinaus können mit der Einzelradlenkung auch herkömmliche Kurvenradien im normalen Fahrbetrieb gefahren werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrwerk
- 2
- Rad
- 3
- Querlenker
- 4
- Trägerplatte
- 5
- Radlager
- 6
- Radträger
- 7
- erstes Zylindergelenk
- 8
- Pendelachse/Lenkachse
- 9
- Schenkel
- 10
- zweites Zylindergelenk
- 11
- Pendelachse
- 12
- Stange
- 13
- Fahrzeugaufbau
- 14
- Antriebseinheit
- 15
- Gelenkwelle
- 16
- Lenkaktuator
- 17
- Antriebsmotor
- 18
- Getriebe
- 19
- Feder-Dämpfereinheit
- 20
- Querblattfedereinheit
- 21
- Antriebsgelenk
- 22
- Basisplattform
- 23
- Plattformfläche
- 100
- Fahrzeug
