DE19918358A1 - Regelung gegen seitliches Ausbrechen eines Fahrzeugs - Google Patents

Abstract

Die Erfindung verringert die Gefahr des Ausbrechens eines Fahrzeugs, indem bei Fahrzeugen mit zwei voneinander unabhängigen Bewegungsmöglichkeiten die Relativgeschwindigkeit in Richtung des Ausbrechens zwischen Boden und Aufstandspunkt am Fahrzeug durch eine Regelung - ähnlich einem Anti-Blockier-System bzw. einer Anti-Schlupf-Regelung - gering gehalten wird und so einen höheren Reibungskoeffizienten bewirkt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf (Straßen-)Fahrzeuge, bei denen an mindestens einem Aufstandspunkt des Fahrzeugs eine nicht-gleitende Bewegung senkrecht zur Hauptbewegungsrichtung (Fahrzeuglängsrichtung) unabhängig von der (nicht-glei­ tenden) Abrollbewegung in Längsrichtung des Fahrzeugs möglich ist. Derartige Fahrzeuge sind bereits aus WO 93/08067 und US 4678051 bekannt. Diese Fahrzeuge sind jedoch nicht für den Gebrauch auf der Straße mit den heute üblichen Geschwindigkeiten geeignet. Die Aufstandspunkte herkömmlicher Fahrzeuge bilden meist Räder verschiedener Art.

Bei Fahrzeugen aller Art, insbesondere Personenkraftwagen, kann es bei Kurvenfahrten mit überhöhter Geschwindigkeit zum Ausbrechen des Fahrzeugs kommen. Dabei übersteigt die aus der Zentrifugalkraft resultierende, vom Fahrzeug auf die Räder wirkende Seitenkraft die Haftkraft der Räder am Boden. Die Räder mindestens einer Achse verlieren ihre Haftung am Boden und gleiten in Richtung der Radachse auf dem Boden (reines Gleiten), wobei die Räder in Richtung der Radebene jedoch weiterhin haften können. Durch das reine Gleiten in Richtung der Radachse sinkt die ohnehin zu geringe Reibkraft der Räder nochmals, da der Reibkoeffizient bei reinem Gleiten (100% Schlupf) kleiner ist als bei Haften (Schlupf << 100%). Bei Vermeidung des reinen Gleitens könnte eine größere Reibkraft beibehalten werden. Um das reine Gleiten in Richtung der Radachse zu vermeiden, muss die Relativgeschwindigkeit der Radaufstandsfläche zum Boden in Richtung der Radachse klein gehalten werden (geringer Schlupf!). Bei gewöhnlichen PKW entspricht die Geschwindigkeit in Richtung der Radachse immer der Relativgeschwindigkeit zwischen Rad und Boden in dieser Richtung und es tritt reines Gleiten in dieser Richtung auf, da eine nicht-gleitende Bewegung der Räder in Richtung der Radachse nicht möglich ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, das reine Gleiten senkrecht zur gewünschten Bewegungsrichtung in den Aufstandspunkten eines Fahrzeugs zu verhindern und wird in Fahrzeugen, die eine nicht-gleitende Bewegung senkrecht zur Hauptbewegungsrichtung (Fahrzeuglängsrichtung) unabhängig von der (nicht-gleitenden) Abrollbewegung in Längsrichtung des Fahrzeugs erlauben, gemäß Anspruch 1 gelöst.

Bei diesen Fahrzeugen wird eine Kurvenfahrt durch Überlagerung von einer Bewegung in Fahrzeugslängsrichtung mit einer Bewegung senkrecht dazu ausgeführt. Der Hauptanspruch der Erfindung besteht darin, die Reibkraft senkrecht zur gewünschten Bewegungsrichtung (bei herkömmlichen PKW in Richtung der Radachse) in den Aufstandspunkten eines Fahrzeugs zu jedem Zeitpunkt größer als die Reibkraft bei reinem Gleiten zu halten, indem die Bewegung senkrecht zur gewünschten Bewegungsrichtung in den Aufstandspunkten so geregelt wird, dass die zur gewünschten Bewegungsrichtung in den Aufstandspunkten senkrechte Relativgeschwindigkeit der Aufstandsfläche gegenüber dem Boden gering gehalten wird und somit in dieser Richtung kein reines Gleiten auftritt. Die Regelung erfolgt analog zu den heute in PKW üblichen Anti-Blockier-Systemen und den Antriebs-Schlupf-Regelungen, jedoch nicht, wie bisher ausschließlich üblich, in der gewünschten Bewegungsrichtung in den Aufstandspunkten, sondern senkrecht dazu. Die Systeme nach Anspruch 2 oder 3 können ein Rad oder mehrere Räder in herkömmlichen Fahrzeugen, die zwei oder mehr Räder besitzen, ersetzen, und zwar sowohl angetriebene als auch nicht angetriebene. Beispielsweise können in einem Personenkraftwagen mit vier Rädern die zwei Vorderräder durch Systeme nach Anspruch 2 oder 3 ersetzt werden. So kann einem Ausbrechen des Fahrzeugs an der Vorderachse entgegengewirkt werden, nicht jedoch an der Hinterachse. Werden je ein Vorder- und ein Hinterrad ersetzt, kann an jeder Achse dem Ausbrechen eingeschränkt (nur einseitig) entgegengewirkt werden. Die größtmögliche Wirkung gegen das Ausbrechen kann durch Ersetzen aller Räder erreicht werden. Sinnvoll erscheint die Einbau von zwei solchen Systemen (auf der Vorderachse, da sie die Lenkung übernehmen können) oder vier solchen Systemen (eines anstelle jeden herkömmlichen Rades). Eine nicht-gleitende Bewegungsmöglichkeit senkrecht zur gewünschten Bewegungsrichtung in den Aufstandspunkten, eventuell ähnlich den Fahrwerken in den oben genannten Schriften, ist jedoch zwingende Voraussetzung dafür.

In den Abbildungen sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt und nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt Fig. 1 die Ansicht eines Systems gemäß Anspruch 1 und 2, das das angetriebene linke Vorderrad eines herkömmlichen Fahrzeugs ersetzen soll, wobei die Fahrzeuglängsrichtung in die Blattebene weist.

Fig. 2 die Seitenansicht des Systems aus Fig. 2.

Fig. 3 die Draufsicht auf dasselbe System.

Fig. 4 den Schnitt durch ein System gemäß Anspruch 1 und 3, das ein angetriebenes Rad eines herkömmlichen Fahrzeugs ersetzen soll.

Fig. 5 den Schnitt A-A aus Fig. 4.

Das in den Abbildungen Fig. 1 bis Fig. 3 dargestellte System setzt die unabhängige Bewegungsmöglichkeit in zwei Richtungen durch ein kugelförmiges Element 1 um, das beispielsweise hydrostatisch oder durch Wälzkörper 2 gelagert ist. Das kugelförmige Element 1 kann aus einem starren oder einem elastischen Körper bestehen. Zur Verbesserung des Reibkoeffizienten sollte seine Oberfläche ähnlich beschaffen sein wie die üblicher Luftreifen. Das kugelförmige Element wird durch zwei unabhängige Motoren 4a und 4b über Reibräder 3a und 3b angetrieben, deren Achsen in der Horizontalebene liegen und vorzugsweise senkrecht zueinander stehen. Die Leistung könnte aber auch von einem einzigen Motor mit einem angeschlossenen Verteilergetriebe übertragen werden. Die Verzögerung erfolgt entweder über dieselben Reibräder 3a und 3b, die mit herkömmlichen Bremsen 5a und 5b versehen sind, oder durch Bremselemente, die direkt auf das kugelförmige Element einwirken. Sowohl die Verzögerung der kugelförmigen Elemente 1 als auch ihre Beschleunigung ist durch eine bekannte Antriebs-Schlupf-Regelung bzw. durch ein bekanntes Anti-Blockier-System zu regeln, so dass zu jeder Zeit die Haftung des Elements 1 auf dem Untergrund gegeben ist. Diese Lösung bietet gegenüber einem System gemäß WO 93/08067 den Vorteil einer wesentlich einfacheren Lagerung der kugelförmigen Elemente und deutliche Platzersparnis. Grundsätzlich könnte aber eine Regelung der Bewegung senkrecht zur Fahrzeugslängsachse gemäß Anspruch 1 auch in einem Fahrzeug gemäß WO 93/08067 angewendet werden.

In den Abbildungen Fig. 4 und Fig. 5 ist eine weitere Möglichkeit zur Erlangung einer nicht-gleitenden Bewegungsmöglichkeit senkrecht zur gewünschten Bewegungsrichtung in den Aufstandspunkten dargestellt. Dieses System besteht aus einem lenkbaren oder unlenkbaren Rahmen 1, der die Form eines gleichmäßigen Polygons hat, und mindestens einem Rad 2 pro Seite des Polygons. Die Räder sind auf dem Rahmen durch Wälzkörper 3 gelangen, an beiden Breitseiten mit einer Verzahnung 4 versehen und so angeordnet, dass sie mit den jeweils benachbarten Rädern ineinandergreifen. Sie können als Felgen für Luftreifen dienen. Der Rahmen ist durch seine Speichen 5 mit einer Achse 6 verbunden, durch die er angetrieben wird. Dadurch entsteht die Bewegung in Fahrzeuglängsrichtung bei unlenkbaren Rahmen bzw. die gewünschte Bewegung bei lenkbaren Rahmen. Der Antrieb der Räder 2 auf dem Rahmen 1 ist bei Verwendung von unlenkbaren Rahmen 1 an mindestens einem Rahmen 1 pro Fahrzeug notwendig, um das Fahrzeug lenkbar zu machen, wenn nicht die Lenkung durch ein anderes System erfolgen soll. Dieser Antrieb kann beispielsweise durch ein Reibradgetriebe 7 pro Rahmen 1 erfolgen, das durch einen bei Umdrehungen des Rahmens 1 mitgeführten Motor 8 oder über ein Verzweigungsgetriebe vom Hauptmotor angetrieben wird. Erfolgt die Lenkung des Fahrzeugs nicht durch den Antrieb der Räder 2, entfällt der Motor 8. Die Verzögerung der Räder auf dem Rahmen muss auf allen Rahmen 1, deren Räder 2 nicht angetrieben werden, möglich sein, um dem reinen Gleiten gemäß Anspruch 1 entgegenwirken zu können. Die Verzögerung der Räder 2 erfolgt beispielsweise über eine Verzögerung der Reibräder 7a und 7b durch Bremselemente. Der Antrieb der Räder 2 ist mit einer bekannten Antriebs-Schlupf-Regelung, die Verzögerung der Räder 2 mit einem bekannten Anti-Blockier-System zu versehen. Damit kann das Haften des Systems am Untergrund in Richtung der Rotationsachse des Rahmens erreicht werden. Ein solches System gemäß Anspruch 3 lässt gegenüber einem Fahrzeug gemäß US 4678051 neben Platzersparnis auch durch die gleichmäßige Rotationsbewegung höhere Geschwindigkeiten zu.

Werden nicht angetriebene Räder in herkömmlichen Fahrzeugen durch Systeme gemäß Anspruch 2 oder 3 ersetzt, ist der Antrieb zur Erzeugung der Hauptbewegung nicht notwendig. Damit entfällt der Motor 4a in Fig. 1, Fig. 2 und Fig. 3, ebenso der Antrieb der Achse 6 in Fig. 4.

Claims (3)

1. Fahrzeug, dessen nicht-gleitende Bewegungsmöglichkeit senkrecht zur Hauptbewegungsrichtung (Fahrzeuglängsrichtung) in mindestens einem Aufstandspunkt des Fahrzeugs von der nicht-gleitenden Bewegung in Hauptbewegungsrichtung entkoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass in diesem Aufstandspunkt oder in diesen Aufstandspunkten Beschleunigung oder Verzögerung oder Beschleunigung und Verzögerung in Richtung senkrecht zur gewünschten Bewegungsrichtung im jeweiligen Aufstandspunkt durch bekannte Antriebs-Schlupf-Re­ gelungen und/oder Anti-Blockier-Systeme so geregelt wird, dass einem seitlichen Gleiten entgegengewirkt wird.

2. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einem Aufstandspunkt die Entkopplung der nicht-gleitenden Bewegungsmöglichkeit senkrecht zur Hauptbewegungsrichtung von der nicht-gleitenden Bewegung in Hauptbewegungsrichtung durch ein kugelförmiges Element (1) erfolgt, das durch zwei Reibräder (3a, 3b), deren Rotationsachsen in der Horizontalebene liegen und nicht parallel angeordnet sind, angetrieben und gebremst oder nur angetrieben oder nur gebremst wird. Dabei sind der Antrieb und die Verzögerung oder nur der Antrieb oder nur die Verzögerung in Richtung senkrecht zur gewünschten Bewegungsrichtung in jedem derartigen Aufstandspunkt entsprechend Anspruch 1 zu regeln.

3. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einem Aufstandspunkt die Entkopplung der nicht-gleitenden Bewegungsmöglichkeit senkrecht zur Hauptbewegungsrichtung von der nicht-gleitenden Bewegung in Hauptbewegungsrichtung durch ein folgendermaßen beschaffenes System erfolgt: Auf einem gleichmäßigen Polygon als Rahmen (1) ist pro Seite mindestens ein Rad (2), das an beiden Breitseiten mit einer (Kegel-)Verzahnung (4) versehen ist, so gelagert, dass es jeweils mit den benachbarten Rädern ineinandergreift. Der mit Speichen (5) versehene, eventuell lenkbare Rahmen wird durch seine Achse 6 angetrieben und bewirkt die Hauptbewegung in Richtung der Rahmenebene, die vertikal und (bei lenkbarem Rahmen: in ihrer Nullstellung) in Fahrzeuglängsrichtung liegt. Die gewünschte Bewegung senkrecht dazu erzeugt bei unlenkbaren Rahmen (1) der Antrieb mindestens eines Rades (2) auf dem Rahmen (1). Dabei sind der Antrieb und die Verzögerung oder nur der Antrieb oder nur die Verzögerung in Richtung der Rahmenachse in jedem derartigen Aufstandspunkt entsprechend Anspruch 1 zu regeln.