DE4203867A1

DE4203867A1 - Allradlenkung mit voller bewegungsfreiheit und leicht erfassbarer bedienoberflaeche

Info

Publication number: DE4203867A1
Application number: DE19924203867
Authority: DE
Inventors: Hayno Rustige
Original assignee: TDI GmbH
Current assignee: TDI GmbH
Priority date: 1992-02-11
Filing date: 1992-02-11
Publication date: 1993-08-12

Description

1. Stand der Technik Anwendung

Die Allradlenkung wird in zunehmender Weise in den verschiendenartigsten Fahrzeugen eingesetzt. Insbesondere bei Kranen, Schwertransportern mit sehr vielen Achsen, bei Hub geräten und anderen Sonderfahrzeugen ergibt sich die Notwendigkeit einer freien Bewegung und Drehung.

Antrieb der Achsen bzw. Räder

Häufig werden die teils zahlreichen Achsen durch elektronisch angesteuerte Servomotoren nach vorgegebenen Sollwerten betrieben. Andere Lösungen bedienen sich mechanischer Übertragungsglieder. Diese Techniken sind jedoch nicht Teil der Erfindung.

Bedienoberfläche und Ansteuerung bzw. Sollwertvorgabe der Lenkwinkel der einzelnen Achsen bzw. Räder

Die Erfindung beschränkt sich auf die Bedienoberfläche - also auf die Mensch/Maschine Be ziehung - und die Erzeugung der Sollwerte für die Stellung der einzelnen Achsen bzw. Räder.

Zur Ansteuerung der Achsen bzw. Räder als auch zur Bedienung der Steuereinrichtung wur den die unterschiedlichsten Ansätze und Übertragungstechniken erdacht und realisiert. Hier wird häufig in verschiedenen Programmen zwischen Normalfahrt und Sondermanövern unterschieden. Dabei lassen sich nicht immer alle physikalisch möglichen Bewegungen realisieren. Zudem erfordert dies ein Mitdenken des Fahrers, und der Lenkprozeß ist nicht leicht intuitiv erfaßbar.

2. Vorteile und Beschreibung der Erfindung

Eine intuitiv leicht erfaßbare Steuerung aller theoretisch möglichen Allradlenkbewegungen erlaubt jedoch das in dieser Erfindung vorgestellten Prinzip in mathematisch geschlossener Weise.

Physikalische Voraussetzungen (Siehe Fig. 1)

Jedes allradgelenkte Fahrzeug bewegt sich physikalisch gesehen auf einer beliebigen Bahnkurve 3 um einen momentanen Drehpunkt 4. Dieser Drehpunkt kann im Sonderfall der "Geradeausfahrt" auch im Unendlichen liegen. In relativen Koordinaten zu einem Refe renzpunkt auf dem Fahrzeug 5 (beispielsweise zum Ort des Führerhauses) läßt sich dieser Momentandrehpunkt am vorteilhaftesten in fahrzeugfesten Polarkoordinaten darstellen. Um diesen Momentandrehpunkt bewegt sich nun das Fahrzeug mit vorgegebener Fahrtrichtung 9 entlang der Momentantangente 2 mit einem Krümmungsradius R, welcher durch den Abstand des Fahrzeugreferenzpunktes zum Momentandrehpunkt vorgegeben ist.

Krümmungsradius R

Bei einem normalen PKW mit festen Hinterrädern befindet sich der Momentandrehpunkt 4 immer auf einer Gerade, welche durch die Hinterachsstrecke aufgezogen wird. Der Lenkvorgang wirkt also in diesem Fall nur auf den Krümmungsradius R ein. Die Momen tantangente stimmt in diesem Fall mit der Fahrzeughauptachse überein.

In identische Anlehnung an dieses Prinzip wird auch bei der erfindungsgemäßen Einrichtung der Krümmungsradius durch ein "normales" Lenkrad 7 angesteuert. Die Auslenkung des Lenkrades 7 in Bezug zu der Momentantangente 2 um den Winkel beta bestimmt also den Krümmungsradius R und damit den Abstand des Momentandrehpunktes vom Fahrzeug. Es ergibt sich vereinfacht ein Bezug

R = C1/(tan (C2 _* beta)) C1, C2: Konstanten

Dies ergibt sich beim PKW aus den mechanischen Gegebenheiten. Es ergibt sich durch diesen Bezug ein nicht gewöhnungsbedürftiges und sinnvolles Lenkverhalten. Dieses Lenkverhalten läßt sich beim Wegfall mechanischer Elemente auch rechnerisch nachbilden. Grundsätzlich ist jedoch auch ein anderer mathematischer Bezug zwischen Lenkrad und Krümmungsradius möglich.

Momentantangente 2

Neben dem Abstand des Momentandrehpunktes 4 vom Fahrzeug und dem damit verbunde nen Krümmungsradius R zeichnet sich nun ein Allradfahrzeug durch die theoretische Mög lichkeit der Drehung der Momentantangente 2 relativ zu einer auf dem Fahrzeug beliebig wählbaren Fahrzeughauptachse 1 aus. Die Momentantangente 2 kann in Relation zum Fahr zeug im Idealfall vollständig (um 360 Grad) beliebig gedreht werden. Im Extremfall eines Krümmungsradius von R=0 ist dieser Winkel nicht mehr definiert, wohl aber die Fahrt richtung, welche hier in eine Rechts- bzw. Linksdrehung ausartet.

Entlang der Momentantangente 2 bewegt sich nun das Fahrzeug und vermittelt dem Fahrer das Gefühl in Richtung der Momentantangente in einem herkömmlichen PKW zu sitzen.

Erfindungsgemäß wird nun die Stellung der Momentantangente 2 relativ zum Fahrzeug durch ein weiteres Lenkrad 6 realisiert (Winkel alpha). Hier ist eine direkte Kopplung zwischen der Lenkradstellung und der jeweiligen Stellung der Momentantangente 2 im Verhältnis 1: 1 sicher sinnvoll aber nicht notwendig. Ein anderes Übertragungsverhalten ist möglich. Eine in das Lenkrad festintegrierte Speiche oder ähnliches kann dabei dann immer die Richtung der Momentantangente als Hauptfahrtrichtung optisch signalisieren. Auch könnte es sinnvoll sein, den Fahrersitz mit diesem zweiten Lenkrad 6 fest verbunden immer in die Richtung der Momentantangente zu drehen. Somit würde der Fahrer mit seinem Sitz immer die augen blickliche Fahrtrichtung entlang der Momentantangente einstellen und mit dem "normalen" Lenkrad 7 in PKW-ähnlicher Weise lenken.

Überlagerung translatorischer und rotatorischer Bewegung

Das allradgelenkte Fahrzeug kann also durch zwei Lenkräder, welche praktischerweise ineinander auf derselben Achse laufen durch die Überlagerung der zwei Lenkbewegungen gleichzeitig translatorische und rotatorische Bewegungen ausführen. Dabei wird die relative Lage des Momentandrehpunktes zum Fahrzeug prinzipiell nach der Aufteilung der Polar koordinatendarstellung in eine Winkelstellung (Momentantangentenlenkrad 6) und einen Ab stand zum Mittelpunkt ("normale" Krümmungsradiuslenkung 7) aufgeteilt. Die Bedienung dieser Lenkvorrichtung ist einfacher als ihr theoretisches Verständnis, und sie ist intuitiv erlernbar.

Selbstverständlich können die rotatorischen Bewegungen der Lenkräder durch translatorische Bewegungen von Schiebern oder Ähnlichem bzw. durch eine integrale Ansteuerung mittels zweier Taster ersetzt werden.

Die Berechnung der Sollwerte der Lenkwinkel aller Achsen 8 ergibt sich aus dem mathema tischen Zusammenhang in Abhängigkeit des Momentandrehpunktes 4 und der Achskoor dinaten in Relation zum Fahrzeug. Die Berechnung erfolgt sinnvollerweise in einem Pro zeßrechner an Bord des Fahrzeuges. Die mathematischen Voraussetzungen können von einem Fachmann ermittelt werden.

Claims

1. Fahrzeug mit Allradlenkung und beliebiger Anzahl von Achsen (8) und beliebiger Ansteue rung der Lenkbewegungen auf diese Achsen, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage des Momentandrehpunktes (4) des Fahrzeuges relativ zu diesem nach dem Prinzip der Polarkoor dinatendarstellung durch mindestens zwei Lenkvorrichtungen so bestimmt wird, daß die eine Lenkvorrichtung (7) den Abstand des Momentandrehpunktes zum Fahrzeug und somit den Krümmungsradius bestimmt, während die zweite Lenkvorrichtung (6) die Winkelstellung der Momentantangente zur Fahrzeughauptachse (1) bestimmt.

2. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei :aoLenkvorrichtungen durch zwei herkömmlich Lenkräder, Drehschieber, Linearschieber, oder durch integrale Ansteuerung mittels Tasten realisiert sind.

3. Fahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Lenkräder auf einer Achse ineinander laufen und somit gleichzeitig zweihändig bedient werden können.

4. Fahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehwegung der Moment antangente (2) durch den fest mit dem zweiten Lenkrad (6) verbundenen Fahrersitz eingestellt wird, während das Lenkrad (7) für den Krümmungsradius mit der Hand bedient wird.

5. Fahrzeug nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkvorrichtungen je einzeln in Relation zum Fahrzeug sperrbar sind bzw. gegeneinander sperrbar sind.