NO165668B - Automatisk styresystem for hurtiggaaende kjoeretoey hvis styrehjul har pneumatiske dekk. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår et automatisk styresystem for et hurtiggående kjøretøy hvis styrehjul har pneumatiske dekk og som eventuelt samtidig er drivhjul, omfattende i området mellom styrehjulene: en første bærevange som i lengderetningen strekker seg i kjøretøyets bevegelsesretning og har et løpehjul innrettet for å følge en skinne, og en andre bærevange som i lengderetningen strekker seg motsatt kjøretøyets bevegelsesretning og på motsatt side av systemets styreaksel og likeledes har et løpehjul, idet bærevangene er svingbart lagret om to hovedsakelig horisontale aksler festet til kryssbjelker som er opplagret i tilnærmet vertikale svingbolter og i horisontalplanet kan svinge ut et gitt vinkelomfang, hvor svingboltene er festet til et krysshode som er forbundet med minst ett styrestag som i tillegg er leddforbundet med en styrearm for det ene styrehjul på styreakselen slik at dennes krysshode kan svinge om en hovedsakelig vertikal bæretapp, og hvor den første bærevange danner en stivere forbindelse med krysshodet enn den tilsvarende forbindelse mellom den andre bærevange og dette.

Oppfinnelsen finner sin hovedanvendelse innenfor transport med kjøretøyer som ruller på hjul med dekk.

Særlig angår oppfinnelsen et automatisk styresystem for et kjøretøy av bimodustypen, dvs. et kjøretøy som alternativt styres automatisk fra en skinne når det beveger seg på

en dertil egnet infrastruktur eller manuelt ved en sjåfør når kjøretøyet skal kunne beveges fritt omkring.

Man kjenner fra EP 0062370 et automatisk styresystem for kjøretøyer, omfattende i det minste én styreaksel med dekkforsynte hjul som eventuelt også kan være drivhjul.

Dette kjente system omfatter en første arm, kalt sensorarmen med utstrekning i kjøretøyets bevegelsesretning og plassert nær dets styreaksel. Armen er festet til et krysshode som er montert på en tilnærmet vertikal bæretapp og forbundet med i det minste ett leddforbundet styrestag som på sin side er forbundet med en styrearm ved et av styrehjulene.

Systemet omfatter videre en andre arm, kalt følge-armen og som strekker seg i motsatt retning i forhold til kjøretøyets bevegelsesretning og på motsatt side av dettes styreaksel. Denne andre arm er festet til krysshodet slik at armen kan svinge horisontalt om en aksel som hovedsakelig står vertikalt og i en utstrekning som er bestemt og uavhengig av krysshodet .

De to armer har hver et løpehjul innrettet for å følge en styreskinne.

Dette kjente system omfatter løfteorganer for både sensor- og følgearmen, og ved å løfte opp disse armer og koble styreakselen til et ratt vil man kunne styre kjøretøyet manuelt.

Kjøringen kan foregå i begge retninger ved at det er anordnet organer som utfører funksjonsombytte for de to armer slik at den første arm som da opprinnelig var sensorarmen blir følgearmen og tillates å svinge horisontalt innenfor et gitt vinkelomfang uavhengig av krysshodet, hvorved utsvingbevegelsen for den andre arm som var følgearmen begrenses eller blokkeres, idet denne arm går over til å være sensorarmen.

Imidlertid er det i dette system problemer med å utbalansere de naturlige oscillatoriske modi som er knyttet til styreakselens hjul. Oscillatoriske tendenser kan følgelig oppstå i visse kritiske hastighetsområder såsom mellom 30 og 60 km/h og forårsake kraftige siderettede rystelser i hjulene.

Under slike forhold vil enhver bruk av kjøretøyet ved disse hastigheter kunne medføre risiko, siden utilsiktet avsporing av løpehjulet da kan finne sted uansett hvilken bane skinnen følger, rettlinjet eller krum.

I et ubetjent kjøretøy for bruk på vei roterer styrehjulenes aksel samtidig som det foregår en viss sideveis bevegelse hit og dit, hvilket overføres til en viss slingring i banen ved at styrehjulene alternativt svinger noe til venstre eller til høyre avhengig av forstyrrelser eller forhold i vei-banen, eller på grunn av statisk og/eller dynamisk ubalanse av hjulets roterende deler, dvs. navet, felgen og dekket, eller gyroskopiske effekter kan spille en rolle.

Amplitude og frekvens av disse slingringer eller utsving vil være avhengig av de ytre påvirkninger, men også

av den roterende masse og størrelsen av de tilbakeførende krefter som er knyttet til hjulstillingen (kingboltens helling innover hhv. bakover).

For å unngå periodiske fenomener som har sin årsak

i manglende styring av styreakselen er det av stor betydning å utbalansere de roterende masser, begrense disse og utforme hjulopphenget og styremekanismen med en slik geometri at systemets egenresonansfrekvenser ikke sammenfaller med de for-ventede påtrykte frekvenskomponenter for således å unngå rystelser av den art som er vanlig i rattstyrte kjøretøyer når særlig forhjulene er i ubalanse (eng.: shimmy).

Det har også vist seg nødvendig å redusere ethvert spill til et minimum i de kuleledd som forbinder hjulene med styremekanismen.

Rystelsene som skyldes ubalanse har..gjerne maksima ved visse kritiske frekvenser og vil forsterkes ved spesielle forhold i kjørebanen.

Man har funnet at anvendelsen av et styresystem hvor det inngår et løpehjul som ruller langs en skinne og en styreaksel såsom beskrevet i EP 0062370 kan medføre oscillatoriske forstyrrelser av styrehjulene i en slik utstrekning at det i avhengighet av tilstanden av løpehjulene og skinnen og fra og med kjøretøyhastigheter på 30 km/h kan tilsvare de periodiske fenomener som er kjent som ratt- eller kjøretøy-rystelser i en manuelt styrt vogn, i det minste dersom man ikke tar spesielle forholdsregler.

Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å hindre slike periodiske fenomener i forbindelse med en styreaksel som benytter en styremekanisme med løpehjul som føres langs en skinne.

Den løsning som oppfinnelsen foreslår fremgår av kravenes karakteristikk og går særlig ut på at det mellom minst to av de forbindelseselementer i systemets styremekanisme som er innrettet for å overføre styreretningen bestemt av skinnen til styrehjulene er innført en mekanisk klaring som tillater styrehjulene å dreies en viss vinkel i forhold til den skinnebestemte styreretning.

Denne løsning kan fortrinnsvis kompletteres med en viss bevegelsesfrihet for styreakselen i forhold til kjøre-tøyets avfjærede masse.

Forskjellige virkemidler kan tenkes benyttet for

å frakoble styreakselen fra den øvrige del av styresystemet som ellers innebærer automatikk "løpehjul- skinne".

Et første slikt virkemiddel består i at minst ett av løpehjulene gis en bestemt klaring i tverretningen mellom bærevangene ved at dets eller hvert løpehjuls sentrale aksel mellom stoppere som begrenser den sideveis forskyvning kan gli inne i lagerbøssinger i bærevangene.

En andre mulighet består i at minst ett av løpe-hjulene gis en bestemt klaring i tverretningen mellom bærevangene ved at dets eller hvert løpehjuls sentrale nav mellom stoppere som begrenser den sideveis forskyvning kan gli i forhold til et bærelager på navets aksel som har flate sider og er festet i bærevangene.

En tredje mulighet består i at den første bærevange kan beveges horisontalt i forhold til krysshodet, men med et mindre, fastlagt bevegelsesutsving enn utsvinget for

den tilsvarende horisontale bevegelse som tillates for den andre bærevange i forhold til krysshodet, idet det finnes organer innrettet for å begrense bevegelsen av en returvender for kjøretøyets bevegelsesretning ved å opprettholde en klaring mellom returvenderen og en nedre flens på den av kryssbjelkene som den første bærevange er festet til.

En fjerde mulighet består i at krysshodet tillates et bestemt vinkelmessig horisontalt utsving i forhold til styrehjulene ved at det finnes organer som tillater at endene av styrestaget som forbinder krysshodet med styrehjulene kan forskyves i forhold til hverandre mellom stoppere anordnet for å holde forskyvningen innenfor fastlagte grenser.

i

Bevegelighetsfrihet mellom styrehjulene og skinnen kan fortrinnsvis kompletteres ved en viss frihetsgrad for styreakselen i forhold til den avfjærede masse. Dette kan utføres med en passende rammetravers i kjøretøyets chassis slik at tendensen til tverrettede akselerasjoner ved styrehjulene reduseres.

En slik rammetravers består fortrinnsvis av sylindriske kapper som omslutter pneumatiske elastiske beholdere slik at disse hovedsakelig blir liggende på linje med ramme-traversens stempler. Både de sylindriske kapper og de til-hørende endestoppere begrenser den tverrgående bevegelse til et gitt omfang. En hydraulisk støtdemper som er hovedsakelig horisontalt plassert demper så de bevegelser som måtte fore-komme i tverretningen.

Disse muligheter for bevegelsesfrihet reduserer ikke det automatiske styresystems fordeler: absolutt stabilitet og høy pålitelighet. Risikoen for resonansfenomener blir effektivt undertrykket helt opp til hastigheter over minst 80 km/h, og større mekaniske påkjenninger i systemet unngås.

Ytterligere særegenheter og detaljer ved oppfinnelsen vil fremgå av den følgende detaljbeskrivelse som støtter seg til de ledsagende tegninger, idet utførelseseksempler som ikke er ment å være begrensende vises for visse former av automatiske styresystemer for kjøretøyer ifølge oppfinnelsen.

På tegningene viser fig. 1 et planriss av en hoved-eller styreaksel med dekkforsynte styrehjul og som omfattes av et automatisk styresystem ifølge oppfinnelsen, fig. 2 et snitt i samsvar med linjen II-II på fig. 1, fig. 3 og 4 vertikalsnitt av systemets mekanisme for bevegelsesfrihet-i forbindelse med et styrt løpehjul hvorved dette kan beveges noe i forhold til styremekanismens bærevanger, fig. 5 et plan-^ riss av en bevegelsestillatende innretning for en bærevange som er svingbart festet til et krysshode på en bæretapp, fig. 6 et snitt av en tilsvarende innretning som virker på bære-tappen i forhold til styrehjulene, fig. 7 et vertikalsnitt av en klaringsinnretning som virker på løpehjulet i forhold til skinnen, fig. 8 et vertikalsnitt aven innretning for fri svingebevegelse av et løpehjul i forhold til styremekanismens bærevange, og fig. 9 et vertikalsnitt på tvers av en klaringsinnretning som virker på styreakselen i forhold til kjøre-tøyets avfjærede masse.

I tegningene vil samme henvisningstall finnes igjen

på identiske eller tilsvarende elementer.

Som vist på fig. 1 og 2 hvor det automatiske styresystem for et hurtiggående kjøretøy hvis styrehjul har pneumatiske dekk illustreres, omfatter dette system 1 en hoved-eller styreaksel 2 som på hver av sine ender har svingelagre 3 som bærer styrehjul 4 med pneumatiske dekk 5 og som kan styres ved hjelp av styrearmer 6. På styreakselen 2 er montert en bidirek-sjonal automatisk f^ringsmekanisme hvis hovedkomponenter er to løpehjul 7 og 7<1> innrettet for å føres langs en skinne 8 som strekker seg i et ikke vist kjøretøys bevegelsesretning.

^Løpehjulene 7 og 7' er montert på aksler 9 og 9', festet mellom sideliggende bærevanger 10 hhv. 10' med utstrekning i kjøretøyets to mulige bevegelsesretninger i forhold til styreakselgy 2. Bærevangene 10 og 10' kan svinge vertikalt om tilnærmet horisontale bæreaksler 11 og 11' festet til kryssbjelker 12 og 12' som på sin side kan svinge horisontalt om

hovedsakelig vertikale svingbolter 13 og 13' båret av et krysshode som i sammenstilling har fått henvisningstallet 14. Krysshodet 14 er anordnet på en bæretapp 15 som strekker seg hovedsakelig vertikalt under styreakselen 2.

Krysshodet 14 har en forlengelse 16 på hvilken er montert det ene styreledd 17 for et styrestag 18 som forbinder krysshodet 14 med i det minste én av styrearmene 6 ved det tilsvarende styrehjul 4, idet de to styrehjul 4 også er koblet sammen med et parallellstag 19 festet til kuleledd 20 ytterst på begge styrearmer 6.

Kryssbjelkene 12 og 12' er' utstyrt med nedre flenser 21 og 21' som begrenser kryssbjeikenes horisontale utsving og likeledes bevegelsesutsvinget for bærevangene 10 og 10' innenfor et fastlagt område, mellom stoppere 22 og 22' på krysshodet 14 på hver side av de nedre flenser 21 og 21'. En innretning for vending av kjøreretningen, her i sammenstilling angitt med henvisningstallet 23 og kalt retningsvender, hindrer alternativt utsvinget for bærevangen 10 eller vangen 10' ved blokkering-av den nedre flens 21 eller den tilsvarende flens 21' på en av kryssbjelkene 12 eller 12'.

For at løpehjulene 7 og 7' skal kunne føres effektivt i skinnen 8 spennes de henholdsvis ved bæreflenser 24 og

24' ytterst på kryssbjelkene 12 og 12' ned mot skinnen av fjæ-rer i en sammenstilling som her skal kalles fjærben 25 og 25'. Erfaringen har vist at ét automatisk styresystem av denne type i forbindelse med en tradisjonell styreaksel kan gi årsak til ustabilitetsfenomener som tilsvarer rattrystelsene som skyldes

ubalanse i en bils hjulsystem.

En klassisk løsning av dette problem består hovedsakelig i å redusere samtlige klaringer i styremekanismen til det absolutte minimum.

I kontrast til denne klassiske løsning som er

allment akseptert foreslår den foreliggende oppfinnelse det motsatte, nemlig å innføre et større spill i styresystemet for å tillate at både løpehjulene 7 og 7' og styrehjulene 4 kan få bevege seg noe hit og dit i samsvar med sine naturlige svinge-tendenser uten at disse tendenser får anledning til å inter-

ferere seg imellom ved at det er sørget for en stiv mekanisk forbindelse med tosidig virkning innenfor systemets styremekanisme.

Ifølge et særlig kjennetegn ved oppfinnelsen eli-mineres rystelser i det automatiske styresystem 1 dersom løpe-hjulene 7 og 7<1> tillates en viss frihet i å kunne forskyve seg på tvers i forhold til de omsluttende bærevanger 10 og 10' .

Fig. 3 og 4 illustrerer to forskjellige utførel-sesformer av innretninger ifølge oppfinnelsen og som tillater en viss frihet i tverrgående glidning mellom løpehjulene 7

og 7<1> og bærevangene 10, 10'.

På fig. 3 tillates glidningen ved at løpehjulet

7 fritt kan dreies i forhold til sin aksel 9, men hvor akse-

len kan beveges i sin lengderetning til begge sider inne i sylindriske glidelagre 26 som er anordnet i en gaffel- eller sylinderformet del ytterst på de sideliggende bærevanger 10

innenfor den begrensning som bestemmes av innlagte elastiske stoppere 27.

Den glidning som .tillates ifølge utførelsen vist

på fig. 4 skjer ved at løpehjulet 7, 7' fritt kan rotere om et nav 28 som er anordnet rundt et bærelager 29, .og dette lager kan på sin side gli frem og tilbake på en aksel 9' hvis sider er maskinert slik at det dannes flate partier. Akselen 9' er så festet til bærevangene 10 slik at det dannes en.viss klar-

ing mellom løpehjulet 7, 7' og innlagte elastiske stoppere 27,

her i en noe annen utførelse.

Den innretning som er vist på fig. 5 tillater et

visst utsving i horisontalplanet av bærevangen 10 og dennes

kryssbjelke 12 i forhold til krysshodet 14.

Denne svingbare innretning omfatter bærevangen 10 som bæres av kryssbjelken 12 hvis nedre flens 21 begrenses i utsvingbevegelsen av retningsvenderen 23 som er festet til krysshodet 14. Friheten til oscillasjon i forhold til krysshodet 14 for det sett bærevanger 10 som ligger forrest i forhold til kjøretøyets foroverretning må nødvendigvis holdes mindre enn den tilsvarende frihetsgrad for det motsatt rettede sett bærevanger 10' for å oppnå en stabil styring, dvs. at det skjer en automatisk korreksjon eller tilbakeføring av de utsving som styrehjulene'4 måtte få i forhold til den bane som bestemmes av skinnen 8.

En innretning som tillater en viss forskyvning kan monteres inn i et av elementene i styremekanismen for å tillate et visst utsving av styrehjulene 4 for å kunne oppta det vinkelutsving i horisontal retning som forårsakes av oscillatoriske fenomener i disse. En slik innretning er vist på

fig. 6, i form av en hulsylinder 18' i hvilken fritt kan gli et stempel 30 som er festet til den ene del 18" av styrestaget 18 som i dette tilfelle er oppdelt, mens hulsylinderen 18' er forbundet med styrestagets 18 motsatte del. Denne innretning tillater en viss forskyvning i styrestagets lengderetning mellom forlengelsen 16 av krysshodet 14 og delen 18" som er festet til styrearmen 6 ved det ene styrehjul 4. Forskyvningen av stemplet 30 i hulsylinderen 18' er begrenset av innlagte elastiske stoppere 31.

Fig. 7 viser et skjematisk bilde av en innretning ifølge oppfinnelsen, og denne innretning tillater en viss tverrgående bevegelse av løpehjulet 7, 7' i forhold til skinnen 8 .

Innretningen er kjennetegnet ved at styrehjulet 7, 7' har en hjulstamme 32 som er noe bredere enn skinnen 8, og følgelig tillates en viss siderettet bevegelse av løpehjulet 7, 7' på skinnen 8 inntil anslag mellom dennes sideflater og løpe-hjulets flenser 33.

Et løpehjul som har for trang pasning i forhold til skinnen, med yttergrense at det ikke finnes klaring i det hele tatt, vil gi risiko for uforholdsmessig stor slitasje, fastkiling og til og med avsporing.

Fig. 8 viser et skjematisk snitt av en innretning ifølge oppfinnelsen hvor det tillates en siderettet vandring av løpehjulet 7 i forhold til de sideliggende bærevanger 10, 10' .

Denne innretning tillater at løpehjulet 7 fritt kan dreies om et nav 28, og dette nav kan dreies i forhold til en hovedsakelig vertikal aksel 34 som er festet til den horisontale aksel 9' med flate partier og omsluttes av et bærelager.

Ifølge et særlig kjennetegn ved oppfinnelsen omfatter kjøretøyets karosseri i tillegg til styreakselen 2 med dekkforsynte hjul også et tverroppheng som kompletterer hjulopphenget for å oppta vertikale krefter.

Den bevegelsesfrihet i vertikal retning som et slikt hjuloppheng har for opptak av vertikale krefter mellom kjøre-tøyets karosseri 35 og styreakselen 2 er på fig. 9 antydet med henvisningstallet 36.

Fig. 9 viser skjematisk en innretning som således gir en viss frihetsgrad både i vertikal og horisontal retning for styreakselen 2 i forhold til kjøretøyets karosseri 35.

I den spesielle utførelsesform som her er vist dannes hjulopphenget av to pneumatiske sylinderformede kammere 39 med tilnærmet sentralt anordnede stempler 3 8 i samvirke med respektive pneumatiske organer 37. Forskyvning til siden begrenses av sideliggende elastiske stoppere 40 og en hydraulisk støtdemper 41 som virker i begge retninger er tilnærmet horisontalt anordnet for å dempe. oscillasjoner i tverretningen.

Det er innlysende at den foreliggende oppfinnelse ikke begrenses av de beskrevne utførelseseksempler og tallrike modifikasjoner vil kunne tenkes uten derved å gå ut over ram-men for oppfinnelsen som kun begrenses av de etterfølgende krav.

Det er således ikke utelukket at andre mekaniske organer kan tilpasses for bevegelsesfrihet av styrehjulene i forhold til skinnen med den hensikt å unngå de periodiske svingefenomener som vil kunne oppstå.

Claims (7)

1. Automatisk styresystem (1) for hurtiggående kjøre-tøyer hvis styrehjul (4) har pneumatiske dekk (5) og som eventuelt samtidig er drivhjul, omfattende i området mellom styrehjulene (4): en første bærevange (10) som i lengderetningen strekker seg i kjøretøyets bevegelsesretning og har et løpehjul (7) innrettet for å følge en skinne (8), og en andre bærevange (10') som i lengderetningen strekker seg motsatt kjøretøyets bevegelsesretning og på motsatt side av systemets styreaksel (2) og likeledes har et løpehjul (7<1>)/ idet bærevangene (10, 10') er svingbart lagret om to hovedsakelig horisontale aksler (11, 11') festet til kryssbjelker (12, 12') som er opplagret i tilnærmet vertikale svingbolter (13, 13') og i horisontalplanet kan svinge ut et gitt vinkelomfang, hvor svingboltene (13, 13') er festet til et krysshode (14) som er forbundet med minst ett styrestag (18) som i tillegg er leddforbundet med en styrearm (6) for det ene styrehjul (4) på styreakselen (2) slik at dennes krysshode (14) kan svinge om en hovedsakelig vertikal bæretapp (15), og hvor den første bærevange (10) danner en stivere forbindelse med krysshodet (14) enn den tilsvarende forbindelse mellom den andre bærevange (10') og dette, KARAKTERISERT VED at det mellom minst to av de forbindelseselementer i systemtes styremekanisme som er innrettet for å overføre styreretningen bestemt av skinnen (8) til styrehjulene (4) er innført en mekanisk klaring som tillater styrehjulene (4) å dreies en viss vinkel i forhold til den skinnebestemte styreretning.

2. System ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at minst ett av løpehjulene (7, 7') gis en bestemt klaring i tverr-retningen mellom bærevangene (10, 10') ved at dets eller hvert løpehjuls sentrale aksel(9) mellom stoppere (27) som begrenser den sideveis forskyvning kan gli inne i lagerbøssinger (26) i bærevangene (10, 10').

3. System ifølge krav 1 eller 2, KARAKTERISERT VED at minst ett av løpehjulene,(7, 7') gis en bestemt klaring i tverretningen mellom bærevangene (10, 10') ved at dets eller hvert løpehjuls sentrale nav (28) mellom stoppere (27) som begrenser den sideveis forskyvning kan gli i forhold til et bærelager (29) på navets (28) aksel (9<1>) som har flate sider og er festet i bærevangene (10, 10').

4. System ifølge ett av de foregående krav, KARAKTERISERT VED at den første bærevange (10) kan beveges horisontalt i forhold til krysshodet (14), men med et mindre, fastlagt bevegelsesutsving enn utsvinget for den tilsvarende horisontale bevegelse som tillates for den" andre bærevange (10') i forhold til krysshodet (14), idet det finnes organer innrettet for å begrense bevegelsen av en returvender (23) for kjøretøyets bevegelsesretning ved å opprettholde en klaring mellom returvenderen (23) og en nedre flens (21) på den av kryssbjelkene (12) som den første bærevange (10) er festet til.

5. System ifølge ett av de foregående krav, KARAKTERISERT VED at krysshodet (14) tillates et bestemt vinke.l-messig horisontalt utsving i forhold til styrehjulene (4) ved at det finnes organer som tillater at endene av styrestaget (18) som forbinder krysshodet (14) med styrehjulene (4) kan forskyves i forhold til hverandre mellom stoppere (31) anordnet for å holde forskyvningen innenfor fastlagte grenser.

6. System ifølge ett av de foregående krav, KARAKTERISERT VED at i det minste ett av løpehjulene (7, 7') kan forskyves en bestemt distanse i tverretningen i forhold til skinnen (8) ved at dets hjulstamme (32) er bredere enn skinnen (8) for å danne en sideveis klaring mellom løpehjulets (7, 7') flenser (33) og skinnens (8) sideflater.

7. System ifølge ett av de foregående krav, KARAKTERISERT VED at minst ett av løpehjulene (7, 7') til en viss grad kan svinge om en hovedsakelig vertikal aksel (34) i forhold til de omsluttende sidevanger (10, 10') ved at det er anordnet organer som tillater at navet (28) som løpehjulene (7, 7') kan dreies rundt kan svinges horisontalt om den hovedsakelig vertikale aksel (34), i rett vinkel i forhold til akselen (9') med flate sidepartier og som er festet til de sideliggende bærevanger (10, 10').