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Kraftfahrzeug mit Lenkhandrad
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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit Lenkhandrad sowie mit
einer vorzugsweise elektromotorischen Antriebseinheit für das Lenkhandrad nach dem
Oberbegriff von Anspruch 1. Ein solches Kraftfahrzeug geht beispielsweise aus der
DE-OS 2 818 754 als bekannt hervor. Bei dem dort behandelten Kraftfahrzeug handelt
es sich um einen mechanisch in einer rinnenförmigen Fahrbahn spurgeführten Omnibus
mit seitlichen Querführungsrollen, die auf die lenkbaren Fahrzeugräder einwirken.
Die dem Lenkhandrad zugeordnete Antriebseinheit dient dazu, beim spurgebundenen
Einsatz des Omnibusses beim Durchfahren von eichen oder sonstigen Fahrbahnabschnitten,
in denen einseitig ein Querführungssteg an der Fahrbahn fehlt, die Fahrzeuglenkung
und mit ihr die eine dem vorhandenen durchlaufenden Querführungssteg zugeordnete
Querführungsrolle einseitig in Richtung auf ded durchlaufenden Querführungssteg
zu verspannen. Durch die einseitige Verspannung der Lenkung wird gewissermaßen die
Wirkung des fehlenden Querführungssteges ersetzt; durch die einseitige
Verspannung
der Lenkung bzw. der Querführungsrolle wird deren Formschluß mit dem zugehörigen
nur einseitig vorhandenen Querfiihrungssteg aufrechterhalten.
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Der vorliegenden Erfindung liegt eine andere Problematik zugrunde.
Und zwar sollen an Versuchsfahrzeugen mit Hilfe einer solchen dem Lenkhandrad zugeordneten
Antriebs einheit sehr rasche Lenkbewegungen reproduzierbar ausgeführt werden. Beispielsweise
sollen in einem sogenannten Wedeltest des Versuchsfahrzeuges sehr starke und rasche
Lenkeinschläge nach der einen bzw. nach der anderen Seite erfolgen, die vorzugsweise
nach einem sinusförmigen Bewegungsgesetz ausgeführt werden sollen. Sowohl für die
Reproduzierbarkeit der Lenkausschlage als auch für deren rasche Durchführung ist
ein programmsteuerbarer motorischer Antrieb für das Lenkrad bzw. die Lenkwelle erforderlich.
Wegen der hohen Beschleunigungen ist es jedoch wünschenswert, die Drehmasse innerhalb
des Lenkantriebes möglichst gering zu halten. Nun hat jedoch das Lenkhandrad wegen
seines großen Durchmessers eine besonders hohe Drehmasse, so daß es mit Rücksicht
auf eine leichtere Auslegung der Antriebseinheit wünschenswert wäre, das Lenkhandrad
bei einer solchen Testfahrt ganz wegzulassen und das Fahrzeug lediglich mit Hilfe
der programmsteuerbaren Antriebseinheit zu lenken, und zwar nicht nur beim unmittelbaren
Test selber, sondern auch bei unvermeidbaren Fahrten zwischen den einzelnen Tests
von und zum Einsatzort. Andererseits ist es jedoch bei einem Schleudern des Fahrzeuges
in einem solchen Kedeltest unerläßlich, daß ein nach wie vor auf dem Fahrers,itz
befindlicher Testpilot die blöglichkeit hat, durch manuelles Eingreifen in den Programmablauf,
d. h. durch unmittelbares manuelles Lenken am Lenkhandrad selber das Fahrzeug wieder
unter Kontrolle zu bringen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, zwar einerseits die Antriebseinheit
von dem Ballast der Drehmasse des Lenkhandrades zu befreien, andererseits aber einem
Testpiloten gleichwohl die Möglichkeit eines unmittelbaren manuellen Eingreifens
in die Fahrzeuglenkung über das Lenkhandrad zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale
von Anspruch 1 gelöst. Dank der drehbaren Lagerung des Lenkhandrades wenigstens
mittelbar auf dem Rotor der Antriebseinheit braucht es beim programmgesteuerten
Lenken des Versuchs fahrzeuges nicht durch die Antriebseinheit mitverdreht zu werden,
sondern kann vielmehr aufgrund seiner trägen Masse stehenbleiben. Andererseits kann
der Testfahrer bei einem Schleudern des Fahrzeuges durch Eingreifen in das Lenkhandrad
eine verdrehfeste Koppelung zwischen Lenkwelle und Lenkhandrad herstellen und durch
manuelles Lenken das Fahrzeug wieder unter Kontrolle bringen. Beim Einrücken einer
solcheplvorzugsweise als Stirnzahnkupplung ausgebildeteil Kupplung kann zweckmäßigerweise
die Energiezufuhr zu der Antriebseinheit selbsttätig abgeschaltet werden, so daß
beim manuellen Lenken des Versuchs fahrzeuges die Drehmomente der Antriebseinheit
nicht überdreht zu werden brauchen.
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Zweckmäßige weitere Ausgestaltungen der Erfindung sowie weitere Vorteile
ergeben sich aus den Unteransprüchen bzw. aus der nachfolgenden Beschreibung eines
in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles; dabei zeigen: Fig. 1 einen
Teilausschnitt eines Fahrzeuges mit einer Lenkung nach der Erfindung,
Fig.
2 einen Schnitt durch die Antriebseinheit der Lenkung in vereinfachter Darstellung
u n d Fig. 3 eine vergrößerte und detailgetreuere Darstellung der Drehlagerung und
Koppelung des Lenkhandrades mit dem Rotor der Antriebseinheit.
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Das in Fig. 1 dargestellte Kraftfahrzeug 1 weist ein Lenkhandrad 2
auf, welches mit einer Lenkwelle 3 wenigstens mittelbar verbunden ist. Die Lenkwelle
ist ihrerseits in einem Mantelrohr 4 drehbar gelagert, welches selber verdrehfest
am Fahrzeugaufbau befestigt ist. Im Nabenbereich des Lenkhaneides ist eine Antriebseinheit
6 vorgesehen.
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Die Antriebseinheit 6 weist einen aus Rotor 8 sowie aus Stator 7 mit
Statorgehäuse 11 bestehenden Motor 5 auf. Der Rotor ist mit der Rotorwelle 9 unmittelbar
im Statorgehäuse 11 gelagert. Der Motor ist als sogenannter Tor que-Motor ausgebildet,
der es erlaubt, im Stillstand ein nach Betrag und Richtung frei wählbares Drehmoment
abzugeben. Aufgrund der Drehlagerung des Rotors im Statorgehäuse mittels der Rotorlager
1o ist der umfangsmäßige Luftspalt zwischen Rotor und Stator ungeachtet irgendwelcher
Rundlauf- oder Taumelfehler der Lenkwelle relativ zum Mantelrohr stets konstant.
Dadurch können sich solche Rundlauffehler nicht nachteilig auf die Größe des Drehmomentverlaufes
des Torçque-Motors auswirken.
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Die Antriebseinheit umfaßt noch eine an das Mantelrohr 4 anflanschbare
Gehäusegrundplatte 35 sowie eine eine Doppelkupplung 36 zwischen Lenkwelle 3 und
Rotorwelle 9 aufnehmende Kupplungskammer 37. Die Doppelkupplung 36 kann einerseits
mit dem oberen Lenkwellenende verschraubt werden, andererseits
kann
sie mit ihrem anderen Ende axial formschlüssig mit der Rotorwelle 9 zusammengesteckt
werden. Die Kupplungskammer 37 kann axial mit ihrem offenen Ende über die Doppelkupplung
36 hinweggestülpt und mit der Gehäusegrundplatte 55 verschraubt werden. Die Doppelkupplung
36 ist außerdem zum Ausgleich von Rundlauf und Taumel fehlern zwischen Lenkwelle
und Mantelrohr elastisch ausgebildet. Mit der Kupplungskammer ist noch ein Drehlagengeber
38 verbunden, der über einen Zahnrad- oder Zahnriementrieb mit einem auf der Rotorwelle
angeordneten Antriebsrad formschlüssig in Eingriff steht. Aufgrund einer solchen
Ausgestaltung der Antriebseinheit 6 kann diese austauschbar nachträglich in beliebige
Versuchsfahrzeuge eingebaut werden.
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Auf der Rotorwelle 9 ist verdrehfest eine Kupplungsglocke 15 sowie
ein Lagerzapfen 13 mit einer Anschlagschulter 14 angeordnet. Die innere zylindrische
Oberfläche der Kupplungsglocke sowie der Lagerzapfen 1 dienen als liälzbahn für
Nadellager 12, die den beweglichen Teil einer noch zu erörternden Kupplung bzw.
das Lenkhandrad 2 drehbar auf dem Rotor bzw. der Rotorwelle und der Kupplungsglocke
15 lagern.
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Lenkradseitig ist den Lagern 12 das Lagerauge 17 bzw. der Lagerkragen
18 zugeordnet.
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Der Lagerkragen 18 ragt axial von dem beweglichen Teil 19 der bereits
angesprochenen Kupplung zwischen Lenkhandrad und Rotor ab. Dieser Teil ist fest
mit dem Lenkhandrad 2 bzw. der Lenkradnabe 29 verschraubt, die das Lagerauge 17
trägt. Zwischen der Kupplungsglocke 15 und dem beweglichen Teil 19 der Kupplung
ist eine formschlüssige Stirnzahnkupplung 16 aus zwei axial ineinander eingreifenden
Stirnzankränzen
vorgesehen, die in Eingriffsstellung gezeigt sind.
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Die wälzlager 12 erlauben eine axiale Verschiebung des beweglichen
Teils 19 der Kupplung bzw. des ganzen Lenkhandrades um die lfingriffstiefe der Stirnzahnkupplung
16. Zwischen der Kupplungsglocke 15 und dem beweglichen Teil 19 ist eine Spreizfeder
20 vorgesehen, die sich an der Kupplungsglocke 15 unmittelbar, an dem beweglichen
Teil 19 der Kupplung hingegen unter Zwischenschaltung eines nruckringes 21 bzw.
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eines Drucklagers 22 abstützt. Das Drucklager 22 soll Schleppreibungsmomente
zwischen den beiden Teilen 15 und 19 der Kupplung im ausgerückten Zustand vermeiden.
Die Spreizfeder soll den ausgerückten Zustand der Kupplung aufrechterhalten; hierbei
wird der bewegliche Teil 19 bis an die Anschlagschulter 14 herangedrückt, wo er
drehbeweglich und reibungsarm anliegt. Zweckniäßigerweise kann dort ebenfalls ein
Drehlager zur Vermeidung von Schleppreibung vorgesehen sein, was jedoch zeichnerisch
nicht dargestellt ist.
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Zur Aufrechterhaltung des in den Zeichnungen dargestellten eingerückten
Zustandes der Kupplung 15, 16, 19 sind an zwei diametral gegenüberliegenden Stellen
des beweglichen Teils der Kupplung Lagerböckchen 28 vorgesehen, in denen mit einer
etwa tangentialliegenden Schwenkachse 32 axial ausgerichtete etwa widerhakenartig
ausgebildete Fanghaken 23 schwenkbar gelagert sind, die unter der radial nach innen
gerichteten Vorspannung einer als Drehfeder ausgebildeten Rastfeder 25 stehen. Jeder
der beiden Fanghaken ist mit einem radial nach außen abstehenden Handhebel 24 verbunden,
über den die Fanghaken entgegen der Kraft der Rastfedern 25 manuell ausgerastet
werden können. Die Fanghaken 23 arbeiten funktionell mit einer umlaufenden an der
Kupplungsglocke 15 vorgesehenen
Rastkante 26 zusammen, die auf
ihrer den Lagerböckchen 28 zugekehrten Seite mit einer Anlaufschräge 27 am gesamten
Umfang versehen ist, um ein Aufgleiten der Fanghaken 23 zu erleichtern. In Öffnungsrichtung
der Kupplung hinter der Rastkante 26 ist eine breite Rille zur berührungsfreien
Aufnahme der ausgerasteten Fanghaken vorgesehen.
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Mit dem beweglichen Teil 19 der Kupplung bzw. mit dem Nabenteil des
Lenkhandrades ist noch eine runde ringförmige Blechscheibe 33 aus magnetisierbarem
Material verschraubt, die gleichachsig und achssenkrecht in konstanter Relativlage
zum Lenkhandrad gehaltert ist. In dem in den Figuren dargestellten eingerasteten
Zustand der Kupplung 15, 16, 19 hat diese Blechscheibe von dem Statorgehäuse 11
einen geringen und definierten Abstand. An einer Stelle am Umfang des Statorgehäuses
ist ein Magnetschalter 34 befestigt, der mit der Blechsckibe zusammenwirkt und mittelbar
in der Stromzufuhr für den Motor 5 angeordnet ist. Der Magnetschalter 34 ist derart
elektrisch-funktinell ausgebildet bzw. geschaltet, daß bei der in den Figuren gezeigten
Annäherungsstellung der Blechscheibe 33 an den Magnetschalter, in der die Kupplung
15, 16 19 geschlossen ist, die Energiezufuhr zu dem Motor 5 unterbrochen ist, wohingegen
sie im abgehobenen Zustand der Blechscheibe bzw. im geöffneten Zustand der Kupplung
geschlossen ist.
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Die Wirkungsweise der Anordnung ist nun folgende: Beim Fahren des
Versuchs fahrzeuges zum Einsatzort ist die Kupplung zwischen Lenkhandrad und Rotor
der Antriebseinheit geschlossen (Fig. 2 und 3). Die Stirnzahnkupplung 16 ist eingerastet
und
das Gesperre 23, 25, 26 und 27 ist eingefallen und hält den geschlossenen Zustand
der Kupplung aufrecht. In diesem Zustand ist dank der selbsttätigen Unterbrechung
der Energiezufuhr zu der Antriebseinheit eine motorische Drehmomentaufgabe auf die
Fahrzeuglenkung nicht möglich. Vor Testbeginn werden die beiden Handhebel 24 manuell
zum Lenkradkranz 31 des Lenkhandrades gezogen, wobei die Fanghaken 23 ausgerastet
und die Stirnzahnkupplung 16 durch die Spreizfeder 20 geöffnet wird. In dieser abgerückten
Stellung der Blechscheibe von dem Magnetschalter 34 ist die Stromzufuhr zu dem Motor
5 geschlossen und eine motorische programmgesteuerte Drehmomentaufgabe auf die Fahrzeuglenkung
möglich. In diesem abgekoppelten Zustand des Lenkhandrades ist das Massenträgheitsmoment
der Lenkung nur gering, weil der ganze Nabenteil, die Lenkradspeichen 3o und der
Lenkradkranz 31 des Lenkhandrades die Lenkwelle und den Rotor der Antriebseinheit
nicht mehr massenmäßig belasten. Es können jetzt sehr hohe Winkelbeschleunigungen
mit der kleinen Antriebseinheit auf die Lenkwelle ausgeübt werden. Sollte bei einem
derartigen Test das Versuchsfahrzeug zu schleudern beginnen, so kann der auf dem
Fahrersitz befindliche Versuchs fahrer durch axialen Schlag auf das Lenkhandrad
die Kupplung 15, 16, 19 schließen, wobei das Rastgesperre einfällt und den geschlossenen
Zustand der Kupplung aufrechterhält und wobei ferner durch die Blechscheibe 33 und
den Magnetschalter 34 die Stromversorgung zu dem Motor 5 selbsttätig abgeschaltet
wird. In diesem sehr rasch durch eine spontane Eingriffs reaktion manuell herbeiführbaren
Zustand kann sofort manuell mit dem Lenkhandrad weitergelenkt und das schleudende
Fahrzeug wieder unter Kontrolle gebracht werden.
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