DE4012699C2 - Lenksystem für einen mehrgliedrigen Straßenfahrzeugzug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Lenksystem für einen mehrgliedrigen Straßen­ fahrzeugzug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Ein solches Lenksystem ist aus dem Zeitschriftenartikel: Poppe, Werner: "Fahrzeug-Lenkung für geringe Breitenbeanspruchung in Kurven", in: ATZ Jahrg. 61 (1959), Heft 1, S. 18 bekannt.

Bei Rückwärtsfahrt erfolgt die Lenkung der Räder der hinteren Fahrzeugachse mittels eines gesondert anzukoppelnden und gesondert zu bedienenden sepa­ raten Lenkgetriebes. Dieses ist aufwendig, darüberhinaus können Probleme hinsichtlich der Lenkstabilität bei Rückwärtsfahrt auftreten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Lenksystem für einen mehr­ gliedrigen Straßenfahrzeugzug der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, mit dem ohne besondere bedienerseitige Maßnahmen eine fahrstabile Rückwärtsfahrt möglich ist.

Diese Aufgabe wird von einem Lenksystem gelöst, welches die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.

Durch die DE 28 10 651 A1 ist ein zweigliedriger Omnibus bekannt, der aus einem vorderen Fahrzeugteil und einem einachsigen Nachläufer besteht. Bei Vorwärtsfahrt ist die Achse dieses Nachläufers vom Knickwinkel zwischen dem vorderen Fahrzeugteil und dem Nachläufer zwangsgelenkt.

Die DE 34 35 394 A1 offenbart ein Verfahren zum Lenken eines Straßenfahr­ zeugzugs, bei dem bei Rückwärtsfahrt die Radbremsen der gelenkten Räder des Nachläufers betätigt werden, so daß sich ein verbessertes Rückwärts­ fahrverhalten ergibt.

Weiterhin ist aus der DE 29 48 181 C2 eine Vorrichtung zur Steuerung der Lenkbarkeit einer selbstlenkenden Schlepp- oder Vorlaufachse bekannt, bei der die Arretierung der Lenkbarkeit der Achse ein- und ausschaltbar ausgeführt ist, um ein stabiles Rückwärtsfahren zu erreichen.

Durch das erfindungsgemäße Lenksystem können mehrgliedrige Straßenfahr­ zeugzüge in beiden Fahrtrichtungen ohne besondere Spurführungseinrichtungen lenkstabil betrieben werden. Dadruch wird der für die Rückwärtsfahrt sich aus der Achsanordnung ergebende lenkunstabile Spießgang in eine gegenüber der Vorwärtsfahrt zwar weniger genaue, aber trotzdem stabile Spurfahrt übergeführt. Bei Erhöhung des Lenkwinkels auf einen Wert über den halben Knickwinkel wird eine Z-förmige, durch irreguläre Vorgänge entstandene Fahrzeugfigur auch in Rückwärtsfahrt auflösbar.

Ein besonders wichtiger Vorteil des erfindungsgemäßen Lenksystems bezüglich der Erfüllung von Sicherheitsanforderungen ist darin zu sehen, daß die lenk­ stabile Rückwärtsfahrt mit einfachen mechanischen Elementen erreicht wird. Die Änderbarkeit der Hebelverhältnisse ist dem nicht abträglich, weil die Änderung im Fahrzeugstillstand erfolgt und ihre den Fahrtrichtungen zugeordneten Sollpositionen vor Fahrtbeginn überprüft und gesichert werden können. Die Betriebsgenehmigung eines Fahrzeugs mit dem erfindungsgemäßen Lenksystem ist also nicht abhängig vom Nachweis eines fehlersicheren elektronischen Systems.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Der Anspruch 2 beschreibt ein zusätzliches Verstellelement in den Über­ tragungsmitteln, das eine überlagerte Beeinflussung des Lenkwinkels δ erlaubt. Mit seiner Hilfe können vorteilhafte Zusatzfunktionen des Lenksystems realisiert werden. Beispielsweise ist es in Kombination mit den Ansprüchen 3 bis 6 und 10 möglich, ein seitliches Versetzen des Fahrzeugs zu bewirken, wie es zum Anlegen an bzw. zum Ablegen von Haltesteigen vorteilhaft ist.

Besondere Möglichkeiten ergeben sich durch den Einsatz einer elektronischen Steuer- und/oder Regeleinrichtung nach Anspruch 6. Hiermit können sowohl die erwähnten Haltestellenmanöver optimiert werden als auch Korrekturen am Spurlauf bei Änderung des Spurradius vorgenommen werden, also am Einlauf in und am Auslauf aus engen Kurven. Zu diesem Zweck können Zustandsdaten der Fahrzeugkonfiguration, z. B. die über Sensoren ermittelten Istwerte der Knick­ winkel und der Lenkwinkel, und auch Daten über die Lagerelation zwischen Fahrzeug und Umgebung, wie die Abstände zu Haltesteigen, seitlichen Leitborden oder sonstigen Begrenzungen, über ein entsprechendes Rechen­ programm ausgewertet werden und die zusätzlichen Verstellelemente in der Richtung der erwünschten Beeinflussung angesteuert werden.

Die weitere Ausgestaltung nach Anspruch 7 dient dazu, im Fall einer Fehlfunktion der Elektronik eine Rückführung auf die fahrstabile mechanische Basisfunktion in Vorwärts- oder Rückwärtsfahrt zu bewirken. Die Rückstelleinrichtung kann aus einer Feder bestehen, die durch die Steuerbewegung eines Hydraulikzylinders als Verstellelement gespannt wurde und bei der Trennung von der Steuer- bzw. Regeleinrichtung gedämpft entspannt wird, so daß keine ruckartige Lenkbe­ wegung entsteht. Lenksysteme gemäß den Ansprüchen 11 bis 14 erlauben den Übergang zu einer mechanischen Spurführung in bestimmten Strecken­ abschnitten und die Rückkehr in den ursprünglichen Lenkmodus.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Diagramm der Spurkinematik bei einem mehrgliedrigen Straßenfahr­ zeugzug,

Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf das erfindungsgemäße Lenksystem.

In Fig. 1 sind mit L₁ die Längsmittelstrecke des zweiachsigen Führungswagens 1 und mit L₂, L₃ die Längsmittelstrecken der Nachläufer 2, 3 bezeichnet. Jeder Nachläufer 2, 3 ist über ein Wagengelenk G an dem jeweils vorlaufenden Fahr­ zeugzugglied aufgesattelt. Der erste Nachläufer 2 ist ebenfalls über ein Wagengelenk G auf dem Führungswagen 1 augesattelt. Der Führungswagen 1 und die Nachläufer 2, 3 weisen in einem Abstand a vom Wagengelenk G des Nachläufers eine gelenkte, nachlaufende Achse A₁, A₂, A₃ auf. Die lenkbare Vorderachse des zweiachsigen Führungswagens 1 ist in Fig. 1 mit A bezeichnet. Es ergibt sich damit ein mehrgliedriger Straßenfahrzeugzug, der aus einem Führungswagen 1 und damit sowie untereinander gelenkig verbundenen, einachsigen, aufgesattelten Nachläufern besteht.

In der kinetisch stabilen Vorwärtsfahrt ergibt sich bei einer Kreisfahrt, wie in Fig. 1 dargestellt, zwischen zwei benachbarten Fahrzeugzuggliedern 1, 2 bzw. 2, 3 jeweils ein Knickwinkel β. Der Scheitelpunkt des Knickwinkels β ist jeweils durch den Aufsattelpunkt des Nachläufers auf dem vorlaufenden Fahrzeugzugglied bestimmt. Die Lenkübersetzung (Verhältnis von Knickwinkel β und Lenkwinkel δ) wird so gewählt, daß bei einer Kreisfahrt der Spurkreismittelpunkt M im Schnittpunkt der Senkrechten S₁, S₂, S₃ auf die Mitten der Längsmittelstrecken L₁, L₂, L₃ der Fahrzeugzugglieder liegt. Der mittlere Spurkreis mit dem in Fig. 1 eingezeichneten mittleren Spurkreisradius r_sm schneidet also gleich große Längen an den Enden der Längsmittelstrecken der Fahrzeugzugglieder ab.

Durch die Tangente am mittleren Spurkreis wird der in der Fig. 1 mit δ bezeich­ nete mittlere theoretische Lenkwinkel für die Vorwärtsfahrt bestimmt, wobei im vorliegenden Fall die folgende Beziehung gilt:

mit L ist hierbei die Länge eines Fahrzeugzuggliedes bezeichnet.

Der in Fig. 1 dargestellte Zusammenhang ergibt in dem praktisch zu nutzenden Winkelbereich, daß der Lenkwinkel δ annähernd proportional zu Knickwinkel β ist und auch mit einfachen mechanischen beziehungsweise hydraulischen Mitteln ein sehr gutes Spurlaufverhalten zu erreichen ist. Die Abweichungen liegen etwa in der Größe von ohnehin unvermeidlichen Lenkfehlern, wie z. B. den Folgen von Elastizitäten, Schräglaufwinkeln und dynamischen Effekten.

In Fig. 2 ist in Vorwärtsfahrtrichtung 20 gesehen mit 1 ein vorlaufendes und mit 2 ein nachlaufendes Fahrzeugzugglied bezeichnet. Bei dem vorlaufenden Fahrzeugzugglied 1 kann es sich hierbei sowohl um den zweiachsigen Führungs­ wagen 1 - wie in Fig. 2 dargestellt - als auch um einen der einachsigen Nachläufer handeln.

Die lenkbaren Räder 9 und 10, in Fig. 2 nur im vorlaufenden Fahrzeugzugglied 1 dargestellt, sind über eine Spurstange 8 miteinander verbunden. Die Räder 9 und 10 sind in nicht näher dargestellter Weise gelagert und im Fahrzeugzugglied 1 gehalten. Hierfür ist eine Einzelradaufhängung mit Achsschenkellenkung denkbar.

Die Räder 9 und 10 sind in Abhängigkeit vom Knickwinkel β des nächstliegenden Wagengelenks G mit Hilfe von Übertragungsmitteln lenkbar. In dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel umfassen die Übertragungsmittel:

• - ein Übertragungsgestänge 4, das einerseits gelenkig mit dem nachlaufenden Fahrzeugzugglied 2 verbunden ist und andererseits an einem veränderbaren Hebelarm 5 angelenkt ist,
• - einen in seiner Länge veränderbaren Hebelarm 5, der an seinem freien Ende mit einem Verstellantrieb 6 gekoppelt ist,
• - einen nicht näher bezeichneten Hebelarm fester Länge, der über ein Führungs­ teil die kraftschlüssige Verbindung von dem veränderbaren Hebelarm 5 zu dem Übertragungsgestänge 5a herstellt,
• - ein zusätzliches Verstellelement 7, das in das Übertragungsgestänge 5a eingefügt und als zweiseitig wirkender Hydraulikzylinder ausgebildet ist, und
• - eine Spurstange 8, die über einen nicht näher bezeichneten Hebel mit dem zusätzlichen Verstellelement 7 verbunden ist.

Der Verstellantrieb 6 dient zur Änderung der wirksamen Länge des Hebelarms 5 und damit zur Änderung der Lenkübersetzung zwischen den für die Vorwärts- und die Rückwärtsfahrt erforderlichen Werten.

Bei einer Bewegung der Übertragungsmittel 4 und 5 infolge der Ausbildung eines Knickwinkels (β) in die mit den Pfeilen 21 und 22 bezeichneten Richtungen ergibt sich für das zusätzliche Verstellelement 7 sowie die Spurstange 8 die durch die Pfeile 23 und 24 dargestellte Bewegung. Für die lenkbaren Räder 9 und 10 resultiert daraus der mit Pfeil 25 bezeichnete Lenkeinschlag mit einem dem jeweils erreichten Knickwinkel (β) entsprechenden Lenkwinkel (δ).

Das zusätzliche Verstellelement 7 dient der überlagerten Beeinflussung des Lenkwinkels (δ), um z. B. eine genauere Spurfolge bei Änderungen des Spurradius zu erreichen und Haltestellen- oder andere Sondermanöver des mehrgliedrigen Straßenfahrzeugzugs durchzuführen.

Claims (14)

1. Lenksystem für einen mehrgliedrigen Straßenfahrzeugzug, der aus einem zweiachsigen, an der Vorderachse (A) gelenkten, an der Hinterachs (A₁) zwangsgelenkten Führungswagen (1) und aus mehreren einachsigen, zwangs­ gelenkten Nachläufern (2, 3) besteht, die an dem jeweils vorlaufenden Fahrzeug­ zugglied gelenkig aufgesattelt sind, wobei der Lenkwinkel (δ) der Räder einer nachlaufenden Achse (A₁, A₂, A₃) mit Hilfe von Übertragungsmitteln in Form eines Übertragungsgestänges (4, 5, 5a, 8) oder eines Übertragungsgestänges (4, 5, 5a, 8) mit zusätzlichen hydraulischen Übertragungseinrichtungen knickwinkelabhängig beeinflußt wird, wobei die Lenkübersetzung (Verhältnis von Knickwinkel β zu Lenkwinkel δ) bei Vorwärtsfahrt derart eingestellt ist, daß der Spurkreismittelpunkt (M) im wesentlichen im Schnittpunkt der Senkrechten (S₁, S₂, S₃) auf die Mitten der Längsmittelstrecken (L₁, L₂, L₃) der Fahrzeugzug­ glieder liegt, dadurch gekennzeichnet, daß bei Rückwärtsfahrt die Lenkübersetzung selbst­ tätig durch eine elektromotorisch oder hydraulisch bewirkte Änderung von Hebelverhältnissen im Übertragungsgestänge verkleinert wird.

2. Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Über­ tragungsgestänge (4, 5, 5a, 8) wenigstens ein zusätzliches hydraulisches oder elektromotorisches Verstellelement (7) enthält, welches eine überlagerte Beeinflussung des Lenkwinkels (δ) in beiden Fahrtrichtungen ermöglicht.

3. Lenksystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die überlagerte Beeinflussung des Lenkwinkels (δ) kontinuierlich erfolgt.

4. Lenksystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Lenkwinkel (δ) mittels des zusätzlichen Verstellelements (7), ausgehend von einer neutralen Nullstellung, in beiden Richtungen (im positiven oder negativen Drehsinn) veränderbar (vergrößer- oder verkleinerbar) ist.

5. Lenksystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Verstellelement (7) vom Fahrer direkt oder indirekt unter Berücksichtigung limitierender Parameter ansteuerbar ist.

6. Lenksystem nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Verstellelement (7) von einer elektronischen Steuer- und/oder Regeleinrichtung ansteuerbar ist.

7. Lenksystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und/oder Regeleinrichtung im Störungsfall von dem jeweiligen Verstellelement (7) getrennt wird und das betreffende Verstellelement (7) durch eine zuvor von der Steuer- und/oder Regeleinrichtung freigegebene fehlerredundante mechanische Rückstelleinrichtung in die neutrale Nullstellung zurückgeführt wird.

8. Lenksystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuer- und/oder Regeleinrichtung auf der Basis von Knickwinkeln (β) und/oder auf der Basis der Abweichungen von einer Sollspur unter Berück­ sichtigung der Fahrgeschwindigkeit einen fahrdynamisch notwendigen Korrekturwinkel ermittelt.

9. Lenksystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abweichungen von der Sollspur durch mechanische Abtasteinrichtungen ermittelbar sind.

10. Lenksystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abweichungen von der Sollspur durch elektronische Positionserfassungs­ einrichtungen ermittelbar sind.

11. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsmittel entkoppelbar sind und die Lenkung von Spurführ­ ungsrollen übernommen wird.

12. Lenksystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Ent­ kopplung durch seitliche Kräfte an den Spurführungsrollen eingeleitet und beendet wird.

13. Lenksystem nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Entkopplung durch Überbrückung der Hydraulik des zusätzlichen Verstell­ elements (7) erfolgt.

14. Lenksystem nach Anspruch 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß nach Beendigung der Entkopplung eine Zentrierung des zusätzlichen Verstellelements (7) in die neutrale Nullstellung erfolgt.