WO2019091510A1 - Fahrzeug mit radselektiver antriebsmomentanordnung und knickgelenk sowie verfahren zum steuern des fahrzeugs - Google Patents

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WO2019091510A1
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wheel
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torque
axis
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Jürgen Römer
Philipp Kautzmann
Danilo Engelmann
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • B60W2510/20—Steering systems

Definitions

  • the invention relates to a vehicle having a first axle section, wherein the first axle section has a first axle, with a second axle section, wherein the second axle section has a second axle, with a wheel-selective drive torque arrangement, wherein at least one of the axles as a torque-influenced by the drive torque arrangement axis is formed, and with a control device, wherein the control device is designed to control the wheel-selective drive torque arrangement to implement a steering command in a cornering of the vehicle.
  • Knick steering is also known from the general state of the art, with a vehicle with articulated steering consisting of two vehicle parts which are connected to one another by a folding articulation device. If the vehicle is kinked in the articulation device, the axes of the vehicle are rotated against each other, thereby provoking cornering. The buckling of the articulated device is usually enforced by a hydraulic force acting on the articulation device.
  • the invention relates to a vehicle, which is designed in particular as a passenger car, truck, bus, etc.
  • vehicle is preferably designed as a four-wheel, but in modified embodiments, this may also be designed as a tricycle.
  • the vehicle is realized in two lanes.
  • the vehicle has a first axle section and a second axle section.
  • the axle sections each form part of the vehicle.
  • the vehicle is formed from the two axle sections.
  • the first axle section forms a first vehicle half and the second axle section forms a second vehicle half.
  • the first axis section has a first axis.
  • the first axis has two wheels and / or is formed in two lanes.
  • the second axis section has a second axis.
  • the second axis has two wheels and / or is formed in two lanes. Under the wheels each individual wheels, but also double or multiple wheels can be understood.
  • the first axis and the second axis are arranged parallel to each other.
  • the vehicle has exactly two axes, namely the first and the second axis.
  • the vehicle has a wheel-selective drive torque arrangement. At least one, exactly one or both axes are torque-influenced by the drive torque arrangement. In the event that one of the axes is influenced by the torque, this is referred to as a torque-influenced axis.
  • a (positive) drive torque for a propulsion and a negative drive torque for a braking is to be understood as "torque-influenced”.
  • wheel-selective means that different drive torques, in particular positive and / or negative drive torques, are directed to wheels of the axle.
  • the drive torque arrangement may comprise a wheel-selective drive arrangement.
  • the wheel-selective drive arrangement can distribute different drive torques to the wheels of an axle, so that the wheels are or are subjected to different drive torques.
  • the moment-affected axis is a driven axle.
  • the wheel-selective drive arrangement it is possible in principle for the wheel-selective drive arrangement to have a single motor for one axle, the motor drive torque being distributed to the two wheels of the axle as the drive torque. In particular, it is possible to disperse the motor drive torque unevenly and / or asymmetrically.
  • an engine an internal combustion engine can be used, but it is preferred that one or more electric motors are used. It can also be a hydraulic drive.
  • the wheel-selective drive torque arrangement can be designed, for example, as a central drive with torque vectoring differential.
  • wheel-specific motors such as wheel hub motors can be used as a wheel-selective drive torque arrangement.
  • the wheel-selective drive arrangement provides the traction torque for the vehicle as the drive torque.
  • the wheel-selective drive arrangement can implement a wheel-specific drive torque distribution. This distribution can also be referred to as torque vectoring.
  • the wheel-selective drive arrangement can also have coupling units for the torque-influenced and / or driven axle, with the different drive torques being implemented by opening, grinding and / or closing the coupling units.
  • the drive torque arrangement may comprise a wheel-selective delay arrangement.
  • the wheel-selective delay arrangement can distribute different, negative drive torques to the wheels of an axle, so that the wheels are or are subjected to different negative drive torques.
  • the negative drive torque is in particular a braking torque.
  • the moment-sensitive axis is a braking axis.
  • the wheel-selective delay arrangement can be implemented by braking on the wheels of the torque-influenced and / or braking axle. With the delay arrangement, it is in particular possible to act on the moment-influenced and / or braking axle with different negative drive torques and / or different braking torques on the wheels.
  • the drive torque arrangement can have a wheel-selective drive arrangement and a wheel-selective delay arrangement.
  • the arrangements can act on a common axis or on different axes.
  • the vehicle has a control device.
  • the control device may be designed as a separate control device, alternatively, the control device may also form part of higher-level control of the vehicle.
  • the control device is designed as a digital data processing device or includes these.
  • the control device is realized as a microcontroller or the like.
  • the control device is designed to control the wheel-selective drive torque arrangement in order to implement a steering command in a cornering of the vehicle by controlling the wheel-selective drive torque arrangement.
  • the control device has an input interface for taking over the steering command.
  • the input interface can be designed as a mechanical, electronic and / or data technology interface.
  • the control device has at least one output interface, which is connected in terms of data with the wheel-selective drive torque arrangement.
  • Starting from the steering command is a torque distribution for the driven axle determined, in particular calculated and output via the output interface to the wheel-selective drive torque arrangement.
  • the vehicle with the wheel-selective arrangement is steered by different strong drive torques, comprising positive drive torques and negative drive torques, on the various axles or wheels.
  • the vehicle has an articulated joint, wherein the first and the second axle section are coupled to one another in particular bendable and / or pivotable by the articulated joint.
  • the articulated joint allows the setting of a bending angle between the first axis portion and the second axis portion.
  • the bending angle results in particular around a vertical axis of the vehicle.
  • the bending angle is adjustable with a maximum pitch angle of at least 5 °, preferably of at least 10 ° and in particular of at least 15 °. If the first axis section and the second axis section are in alignment and / or the vehicle is driving straight ahead, the bending angle is 0 °.
  • the steering takes place by distributing the drive torques to the wheels of the torque-influenced axle or the torque-influenced axles.
  • the steering force is generated directly from the drive train and / or the brake of the vehicle.
  • the steering force is generated by wheel-selectively influencing the drive torque to one or more wheels.
  • a vehicle is proposed with a steering strategy, which combines the advantages of the armored steering with the advantages of articulated steering while avoiding the disadvantages of said steering strategies.
  • the vehicle can assume a "straight ahead" operating state, with the vehicle moving in the longitudinal direction.
  • the bending angle of the articulated joint is in this case equal to 0 °.
  • the vehicle can assume an operating state "cornering", wherein the bending angle of the articulated joint is not equal to 0 °.
  • the operating states are assumed by a corresponding control of the wheel-selective drive torque arrangement by the control device.
  • the different drive torques for the wheels of the driven axle are generated by a single motor.
  • the wheel-selective drive torque arrangement has two wheel motors on the driven axle.
  • the wheel motors are designed as hub motors and / or direct drive motors. This structural design makes it possible in a very simple manner to implement the steering via the wheel-selective drive arrangement.
  • the first axis and the second axis are each formed as an unguided axis.
  • the first and the second axis each have a constant and / or unchangeable steering angle.
  • the steering force and / or the buckling force is or are generated directly from the drive torque arrangement, in particular the drive train, in particular from the wheel motors.
  • an actuator for adjusting the bending angle of the articulated joint can be dispensed with and components can be saved.
  • the vehicle has an actuator for adjusting the bending angle of the articulated joint, wherein the wheel-selective drive torque arrangement operates as power steering assistance.
  • one of the axles is designed as the torque-influenced, in particular driven axle and the other axle as a passive axle.
  • the drive train and / or the selective brake is reduced to the drive or the wheel-selective braking of the single moment-influenced axis.
  • both axes are designed as torque-influenced axes.
  • each axle can be subjected to wheel-selectively with any desired drive torque, in particular positive or negative drive torque.
  • the control device is designed to act on each of the wheels of the two axes with the desired drive torque, in particular positive or negative drive torque.
  • Another object of the invention relates to a method for controlling the vehicle as described above.
  • a cornering of the vehicle is initiated by different drive torques on the wheels of the torque-influenced, in particular driven axle.
  • the bending angle of the articulated joint is changed by changing the drive torque distribution to the wheels of the at least one torque-influenced, in particular driven axle.
  • Figure 1 is a schematic block diagram of a vehicle as a
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the steering method with the vehicle of Figure 1.
  • the vehicle 1 shows a schematic block diagram of a vehicle 1 as an embodiment of the invention.
  • the vehicle 1 has a first a first axle portion 2a and a second axle portion 2b.
  • the axle sections 2a, b are arranged one behind the other in the longitudinal direction of the vehicle 1.
  • the axle sections 2a, b are formed as vehicle halves, in particular, the vehicle 1 is divided in the middle.
  • the pitch of the vehicle 1 may also be asymmetrical.
  • the axle section 2a has an axle 3a
  • the axle section 2b has an axle 3b.
  • the axles 3a, b each have two wheels 4.
  • the wheels 4 are arranged pivotably in the respective axle sections 2a, b with respect to a vertical axis of the vehicle 1.
  • the wheels 4 are arranged rigidly and / or pivotally with respect to a steering angle of the wheels 4.
  • the wheels 4 of the first axle 3a are each a wheel motor 5, which are each designed in particular as a wheel hub motor.
  • the first axis 3a has two wheel motors 5 and is formed as a driven axle.
  • the wheels 4 of the second axle 3b are each assigned a wheel motor 5, which are each designed in particular as a wheel hub motor.
  • the wheels 4 of the first and the second axle 3a, b each have a brake 13.
  • the first and the second axis a, b is formed as a torque-influenced axis.
  • the wheel motors 5 are controlled via a control device 6, so that each wheel 5 can be selectively assigned a freely selectable drive torque.
  • the wheel motors 5 together form a wheel-selective drive arrangement 10.
  • the brakes 13 together form a wheel-selective deceleration system 1.
  • the wheel-selective drive arrangement 10 and the wheel-selective delay arrangement 1 1 together or individually in each case form a wheel-selective drive torque arrangement 12.
  • the vehicle 1 has a control device 6 for controlling the wheel motors 5 and optionally additionally the brakes 13 and thus the wheel-selective drive torque arrangement 12.
  • the control device 6 is designed as a digital data processing device.
  • the control device 6 has an output interface 7 for data-related coupling with the wheel motors 5 and optionally in addition to the brakes 13. Furthermore, the control device 6 has an input interface 8 for taking over a steering command. Optionally, additional parameters, e.g. Prescribed driving speed specification of the driver and vehicle state variables. For example, the input interface 8 may be connected to a steering wheel of the vehicle 1 for taking over the steering command.
  • the vehicle 1 has an articulated joint 9, via which the first and the second axle section 2 a, b are pivotably connected to one another about the vertical axis of the vehicle 1.
  • the articulated joint 9 is designed as a purely mechanical, external energy-free joint, which is pivoted passively. In a straight ahead travel of the vehicle 1, a bending angle between the first axle section 2a and the second axle section 2b is 0 °. When cornering, the bending angle is increased.
  • the steering strategy of the vehicle 1 is a steering system for the vehicle 1 with articulated steering, wherein the steering force for adjusting the bending angle is generated by wheel-selectively influencing the drive torque to the wheels 4.
  • the steering force is generated directly from the drive train, namely by the wheel motors 5, and optionally in addition from the brakes 13.
  • FIG. 2 shows the vehicle 1 reduced to the functional sections, again showing the first and second axle sections 2a, b.
  • the vehicle 1 is in an operating state of cornering.
  • FIG. 2 shows the functional principle of the steering of the vehicle 1 by torque vectoring and / or braking force distribution in the vehicle 1 with articulated steering.
  • the second axis 3b rotates about an articulation point, which is guided by the articulated joint 9.
  • the articulation angle can be changed if a greater drive torque is transmitted to the right front wheel 4, that is to say the outer wheel on the curve, such as the left, front wheel 5, that is to say the inner wheel 5 on the curve.
  • Torque vectoring (wheel-specific torque distribution) or EPS (wheel-specific deceleration) is being used more and more frequently, especially in future mobile machines.
  • EPS wheel-specific deceleration
  • FIG. 2 shows the operating principle of the steering by torque vectoring or brake force distribution in vehicles with articulated steering. For example, on the left rear 4 a higher Drive torque transmitted as the right rear wheel 4, the rear axle 3b rotates about the articulation point of the articulated joint.

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Abstract

In Fahrzeugen werden für Kurvenfahrten unterschiedliche Lenkstrategien umgesetzt. So ist aus der Militärtechnik beispielsweise die Panzerlenkung bekannt, welche bei Kettenfahrzeugen, aber auch bei Baugeräten eingesetzt wird. Dabei werden die linken und rechten Räder bzw. Ketten des Fahrzeugs unterschiedlich stark beschleunigt oder gebremst. Hierdurch wird eine Lenkung durch Antreiben und/ oder Bremsen ermöglicht. Die Räder bzw. Kettenabschnitte werden nicht eingelenkt. Aufgrund der unterschiedlichen Raddrehzahlen oder Kettengeschwindigkeiten bildet sich ein Moment um die Hochachse des Fahrzeugs, so dass sich das Fahrzeug dreht. Es wird ein Fahrzeug (1) vorgeschlagen mit einem ersten Achsabschnitt (2a), wobei der erste Achsabschnitt (2a) eine erste Achse (3a) aufweist, mit einem zweiten Achsabschnitt (2b), wobei der zweite Achsabschnitt (2b) eine zweite Achse (3b) aufweist, mit einer radselektiven Antriebsmomentanordnung (10), wobei mindestens eine der Achsen (3a, 3b) als eine durch die radselektive Antriebsmomentanordnung (10) momentenbeeinflusste Achse ausgebildet ist, und mit einer Steuereinrichtung (6), wobei die Steuereinrichtung (6) zur Ansteuerung der radselektiven Antriebsmomentanordnung (10) ausgebildet ist, um einen Lenkbefehl in eine Kurvenfahrt des Fahrzeugs (1) umzusetzen, und mit einem Knickgelenk (9), wobei der erste und der zweite Achsabschnitt (2a, 2b) durch das Knickgelenk (9) miteinander gekoppelt sind.

Description

Fahrzeug mit radselektiver Antriebsmomentanordnung und Knickgelenk sowie Verfahren zum Steuern des Fahrzeugs
Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem ersten Achsabschnitt, wobei der ersten Achsabschnitt eine ersten Achse aufweist, mit einem zweiten Achsabschnitt, wobei der zweite Achsabschnitt eine zweite Achse aufweist, mit einer radselektiven Antriebsmomentanordnung, wobei mindestens eine der Achsen als eine durch die Antriebsmomentanordnung momentenbeeinflusste Achse ausgebildet ist, und mit einer Steuereinrichtung, wobei die Steuereinrichtung zur Ansteuerung der radselektiven Antriebsmomentanordnung ausgebildet ist, um einen Lenkbefehl in eine Kurvenfahrt des Fahrzeugs umzusetzen.
In Fahrzeugen werden für Kurvenfahrten unterschiedliche Lenkstrategien umgesetzt. So ist aus der Militärtechnik beispielsweise die Panzerlenkung bekannt, welche bei Kettenfahrzeugen, aber auch bei Baugeräten eingesetzt wird. Dabei werden die linken und rechten Räder bzw. Ketten des Fahrzeugs unterschiedlich stark beschleunigt oder gebremst. Hierdurch wird eine Lenkung durch Antreiben und/oder Bremsen ermöglicht. Die Räder bzw. Kettenabschnitte werden nicht eingelenkt. Aufgrund der unterschiedlichen Raddrehzahlen oder Kettengeschwindigkeiten bildet sich ein Moment um die Hochachse des Fahrzeugs, so dass sich das Fahrzeug dreht.
Aus dem allgemeinen Stand der Technik ist auch die Knicklenkung bekannt, wobei Fahrzeug mit Knicklenkung aus zwei Fahrzeugteilen bestehen, die durch eine Knickgelenkeinrichtung miteinander verbunden sind. Wird das Fahrzeug in der Knickgelenkeinrichtung geknickt, werden die Achsen des Fahrzeugs gegeneinander gedreht, um dadurch eine Kurvenfahrt zu provozieren. Das Knicken der Knickgelenkeinrichtung wird in der Regel durch eine Hydraulikkraft erzwungen, welche auf die Knickgelenkeinrichtung wirkt.
Aus der Druckschrift DE 10 2015 203 201 A1 , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, ist ein Fahrzeug mit einem Kontrollkreis zur Kontrolle eines IST- Gesamtrückstellmoments in einer Lenkanlage sowie ein entsprechendes Verfahren bekannt. Der Grundgedanke bei dem Kontrollkreis ist es, durch unterschiedliche Drehmomente am linken und am rechten Rad das zum Durchfahren einer Kurve benötigte Fahrer-Handmoment im Sinne einer Lenkkraftunterstützung beim Einlenken der Räder zu beeinflussen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fahrzeug mit einer Lenkstrategie vorzuschlagen, welche kostengünstig umsetzbar ist und/oder eine Alternative zum Stand der Technik bildet. Diese Aufgabe wird durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen 8 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
Gegenstand der Erfindung ist ein Fahrzeug, welches insbesondere als ein Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Bus etc. ausgebildet ist. Das Fahrzeug ist vorzugsweise als ein Vierrad ausgebildet, bei abgewandelten Ausführungsformen kann dieses jedoch auch als ein Dreirad ausgebildet sein. Besonders bevorzugt ist das Fahrzeug zweispurig realisiert.
Das Fahrzeug weist einen ersten Achsabschnitt sowie einen zweiten Achsabschnitt auf. Die Achsabschnitte bilden jeweils einen Teil des Fahrzeugs. Vorzugsweise wird das Fahrzeug aus den zwei Achsabschnitten gebildet. Insbesondere bildet der erste Achsabschnitt eine erste Fahrzeughälfte und der zweite Achsabschnitt eine zweite Fahrzeughälfte.
Der erste Achsabschnitt weist eine erste Achse auf. Vorzugsweise hat die erste Achse zwei Räder und/oder ist zweispurig ausgebildet. Der zweite Achsabschnitt weist eine zweite Achse auf. Vorzugsweise hat die zweite Achse zwei Räder und/oder ist zweispurig ausgebildet. Unter den Rädern können jeweils Einzelräder, jedoch auch Doppel- oder Mehrfachräder verstanden werden. Vorzugsweise sind die erste Achse und die zweite Achse parallel zueinander angeordnet. Besonders bevorzugt weist das Fahrzeug genau zwei Achsen, nämlich die erste und die zweite Achse auf. Das Fahrzeug weist eine radselektive Antriebsmomentanordnung auf. Mindestens eine, genau eine oder beide Achsen werden durch die Antriebsmomentanordnung momentenbeeinflusst. Für den Fall dass eine der Achsen momentenbeeinflusst wird, wird diese als momentenbeeinflusste Achse bezeichnet.
Insbesondere ist unter "momentenbeeinflusst" die Beeinflussung durch ein (positives) Antriebsmoment für einen Vortrieb und durch ein negatives Antriebsmoment für ein Bremsen zu verstehen. Insbesondere ist unter "radselektiv" zu verstehen, dass unterschiedliche Antriebsdrehmomente, insbesondere positive und/oder negative Antriebsdrehmomente, auf Räder der Achse geleitet werden.
Die Antriebsmomentanordnung kann eine radselektive Antriebsanordnung aufweisen. Die radselektive Antriebsanordnung kann unterschiedliche Antriebsmomente auf die Räder einer Achse verteilen, so dass die Räder mit unterschiedlichen Antriebsmomenten beaufschlagt werden oder sind. In diesem Fall ist die momentenbeeinflusste Achse ein angetriebene Achse. Dabei ist es prinzipiell möglich, dass die radselektive Antriebsanordnung einen einzigen Motor für eine Achse aufweist, wobei das Motorantriebsmoment auf die zwei Räder der Achse als Antriebsmoment verteilt wird. Insbesondere ist es möglich, das Motorantriebsmoment ungleich und/oder unsymmetrisch zu verteilen. Als Motor kann ein Verbrennungsmotor eingesetzt werden, bevorzugt wird jedoch, dass ein oder mehrere Elektromotoren verwendet werden. Es kann sich auch um einen Hydraulikantrieb handeln. Die radselektive Antriebsmomentanordnung kann z.B. als ein Zentralantrieb mit Torque Vectoring Differential ausgebildet sein. Alternativ hierzu können radindividuelle Motoren, wie z.B. Radnabenmotoren als radselektive Antriebsmomentanordnung eingesetzt werden. Die radselektive Antriebsanordnung stellt als Antriebsmoment das Traktionsmoment für das Fahrzeug zur Verfügung. Anders ausgedrückt kann die radselektive Antriebsanordnung eine radindividuelle Antriebsmomentverteilung umsetzen. Diese Verteilung kann auch als Torque Vectoring bezeichnet werden. Die radselektive Antriebsanordnung kann auch Kupplungseinheiten für die momentenbeeinflusste und/oder angetriebene Achse aufweisen, wobei die unterschiedlichen Antriebsmomente durch Öffnen, Schleifen und/oder Schließen der Kupplungseinheiten umgesetzt werden. Die Antriebsmomentanordnung kann eine radselektive Verzögerungsanordnung aufweisen. Die radselektive Verzögerungsanordnung kann unterschiedliche, negative Antriebsmomente auf die Räder einer Achse verteilen, so dass die Räder mit unterschiedlichen negativen Antriebsmomenten beaufschlagt werden oder sind. Bei dem negativen Antriebsmoment handelt es sich insbesondere um ein Bremsmoment. In diesem Fall ist die momentenbeeinflusste Achse eine bremsende Achse. Die radselektive Verzögerungsanordnung kann durch Bremsen an den Rädern der momentenbeeinflussten und/oder bremsenden Achse umgesetzt sein. Mit der Verzögerungsanordnung ist es insbesondere möglich, die momentenbeeinflusste und/oder bremsende Achse mit unterschiedlichen negativen Antriebsmomenten und/oder unterschiedlichen Bremsmomenten auf den Rädern zu beaufschlagen.
Es ist auch möglich, dass die Antriebsmomentanordnung eine radselektive Antriebsanordnung und eine radselektive Verzögerungsanordnung aufweist. Die Anordnungen können auf eine gemeinsame Achse oder auf unterschiedliche Achsen wirken.
Das Fahrzeug weist eine Steuereinrichtung auf. Die Steuereinrichtung kann als eine separate Steuereinrichtung ausgebildet sein, alternativ hierzu kann die Steuereinrichtung auch einen Teil übergeordneten Steuerung des Fahrzeugs bilden. Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung als eine digitale Datenverarbeitungseinrichtung ausgebildet oder umfasst diese. Beispielsweise ist die Steuereinrichtung als ein Mikrocontroller oder dergleichen realisiert.
Die Steuereinrichtung ist zur Ansteuerung der radselektiven Antriebsmomentanordnung ausgebildet, um einen Lenkbefehl in eine Kurvenfahrt des Fahrzeugs durch Ansteuerung der radselektiven Antriebsmomentanordnung umzusetzen. Insbesondere weist die Steuereinrichtung eine Eingangsschnittstelle zur Übernahme des Lenkbefehls auf. Die Eingangsschnittstelle kann als eine mechanische, elektronische und/oder datentechnisch Schnittstelle ausgebildet sein. Ferner weist die Steuereinrichtung mindestens eine Ausgangsschnittstelle auf, welche datentechnisch mit der radselektiven Antriebsmomentanordnung verbunden ist. Ausgehend von dem Lenkbefehl wird eine Antriebsmomentverteilung für die angetriebene Achse bestimmt, insbesondere berechnet und über die Ausgangsschnittstelle an die radselektive Antriebsmomentanordnung ausgegeben. Insbesondere wird das Fahrzeug mit der radselektiven Anordnung durch unterschiedliche starke Antriebsmomente, umfassend positive Antriebsmomente und negative Antriebsmomente, an den verschiedenen Achsen bzw. Rädern gelenkt.
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Fahrzeug ein Knickgelenk aufweist, wobei der erste und der zweite Achsabschnitt durch das Knickgelenk miteinander insbesondere knickbar und/oder schwenkbar gekoppelt sind. Insbesondere ermöglicht das Knickgelenk die Einstellung eines Knickwinkels zwischen dem ersten Achsabschnitt und dem zweiten Achsabschnitt. Der Knickwinkel ergibt sich insbesondere um eine Hochachse des Fahrzeugs. Vorzugsweise ist der Knickwinkel mit einem Maximalknickwinkel von mindestens 5°, vorzugsweise von mindestens 10° und insbesondere von mindestens 15° einstellbar. Sind der erste Achsabschnitt und der zweite Achsabschnitt in Flucht und/oder das Fahrzeug in Geradeausfahrt beträgt der Knickwinkel 0°.
Es ist dabei eine Überlegung der Erfindung, dass bei der eingangs beschriebenen Panzerlenkung Nachteile mit Blick auf die hohe Belastung des Fahrzeugs und des Untergrunds auftreten. Konventionelle Knicklenkungen haben dagegen den Nachteil, dass das Knickgelenk mit einem Aktor, insbesondere einem hydraulischen Aktor, manipuliert werden muss, um das Fahrzeug zu lenken. Derartige Aktoren benötigen einen großen Bauraum im Bereich des Lenksystems, so dass die Größe und das Gesamtgewicht des Fahrzeugs erhöht sind. Des Weiteren ist der Lenkenergiebedarf im Vergleich zu einer Achsschenkellenkung deutlich, nach Literaturangaben um den Faktor 3 höher. Dies kommt insbesondere beim Lenken im Stillstand zum Tragen. Ein weiterer Nachteil der hydraulischen Fremdkraftlenkung für die Knicklenkung ist die hohe Belastung der Rahmenteile des Fahrzeugs.
Im Rahmen der Erfindung wird dagegen vorgeschlagen, dass das Lenken durch eine Verteilung der Antriebsdrehmomente auf die Räder der momentenbeeinflussten Achse oder der momentenbeeinflussten Achsen erfolgt. Somit wird die Lenkkraft direkt aus dem Antriebsstrang und/oder der Bremse des Fahrzeugs erzeugt. Anders ausgedrückt, wird die Lenkkraft durch radselektives Beeinflussen der Antriebsmomente an einem oder mehreren Rädern erzeugt. Somit wird ein Fahrzeug mit einer Lenkstrategie vorgeschlagen, welche die Vorteile der Panzerlenkung mit den Vorteilen der Knicklenkung vereinigt und dabei die Nachteile der genannten Lenkstrategien vermeidet.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann das Fahrzeug einen Betriebszustand "Geradeausfahrt" einnehmen, wobei sich das Fahrzeug in Längsrichtung bewegt. Der Knickwinkel des Knickgelenks ist in diesem Fall gleich 0°. Ferner kann das Fahrzeug einen Betriebszustand "Kurvenfahrt" einnehmen, wobei der Knickwinkel des Knickgelenks ungleich 0° ist. Die Betriebszustände werden durch eine entsprechende Ansteuerung der radselektiven Antriebsmomentanordnung durch die Steuereinrichtung eingenommen.
Prinzipiell ist es möglich, dass die unterschiedlichen Antriebsmomente für die Räder der angetriebenen Achse von einem einzelnen Motor erzeugt werden. In einer möglichen konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung weist die radselektive Antriebsmomentanordnung jedoch an der angetriebenen Achse zwei Radmotoren auf. Insbesondere sind die Radmotoren als Nabenmotoren und/oder Direktantriebsmotoren ausgebildet. Diese konstruktive Ausgestaltung ermöglicht es in sehr einfacher Weise, die Lenkung über die radselektive Antriebsanordnung umzusetzen.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die erste Achse und die zweite Achse jeweils als ungelenkte Achse ausgebildet. Alternativ oder ergänzend weisen die erste und die zweite Achse jeweils einen konstanten und/oder unveränderbaren Lenkwinkel auf. Diese Weiterbildung unterstreicht die erfinderische Idee, eine Lenkung über Torque Vectoring und/oder Antriebsmomentverteilung mit positivem oder negativem Antriebsmoment und Knicklenkung umzusetzen und dabei auf konventionelle Lenkräder an den Achsen zu verzichten. Die Wirkung der Lenkung beruht somit auf einer kontrollierten Verteilung oder Umverteilung der Antriebsmomente, nicht auf der Änderung der Radstellung der Räder an der jeweiligen Achse. Es ist ferner bevorzugt, dass das Knickgelenk als ein passives Knickgelenk ausgebildet ist. Die Lenkkraft und/oder die Knickkraft wird bzw. werden direkt aus der Antriebsmomentanordnung, insbesondere dem Antriebsstrang, im Speziellen von den Radmotoren, erzeugt. Somit kann auf einen Aktor zur Einstellung des Knickwinkels des Knickgelenks verzichtet werden und es können Komponenten eingespart werden.
Bei einer alternativen Ausgestaltung weist das Fahrzeug einen Aktor zur Einstellung des Knickwinkels des Knickgelenks auf, wobei die die radselektive Antriebsmomentanordnung als Lenkkraftunterstützung arbeitet.
Bei einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist eine der Achsen als die momentenbeeinflusste, insbesondere angetriebene Achse und die andere Achse als eine passive Achse ausgebildet. Bei dieser Ausgestaltung reduziert sich der Antriebsstrang und/oder die selektive Bremse auf den Antrieb bzw. das radselektive Bremsen der einzigen momentenbeeinflussten Achse.
Bei einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung sind jedoch beide Achsen als momentenbeeinflusste Achsen ausgebildet. Vorzugsweise kann jede Achse radselektiv mit einem beliebigen Antriebsmoment, insbesondere positiven oder negativen Antriebsmoment, beaufschlagt werden. Insbesondere ist die Steuereinrichtung ausgebildet, jedes der Räder der beiden Achsen mit dem gewünschten Antriebsmoment, insbesondere positiven oder negativen Antriebsmoment, zu beaufschlagen.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern des Fahrzeugs wie dies zuvor beschrieben wurde. In dem Verfahren wird eine Kurvenfahrt des Fahrzeugs durch unterschiedliche Antriebsmomente auf die Räder der momentenbeeinflussten, insbesondere angetriebenen Achse eingeleitet. In einer Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Knickwinkel des Knickgelenks durch Änderung der Antriebsmomentverteilung auf die Räder der mindestens einen momentenbeeinflussten, insbesondere angetriebenen Achse geändert wird. Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkung der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Dabei zeigen:
Figur 1 ein schematisches Blockdiagramm eines Fahrzeugs als ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Figur 2 eine schematische Darstellung des Lenkverfahrens mit dem Fahrzeug der Figur 1 .
Die Figur 1 zeigt in einem schematischen Blockdiagramm ein Fahrzeug 1 als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Fahrzeug 1 weist eine erste einen ersten Achsabschnitt 2a und einen zweiten Achsabschnitt 2b auf. Die Achsabschnitte 2a, b sind in Längsrichtung des Fahrzeugs 1 hintereinander angeordnet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Achsabschnitte 2a, b als Fahrzeughälften ausgebildet, insbesondere ist das Fahrzeug 1 mittig geteilt. Bei alternativen Ausführungsbeispielen kann die Teilung des Fahrzeugs 1 auch asymmetrisch erfolgen. Der Achsabschnitt 2a weist eine Achse 3a auf, der Achsabschnitt 2b weist eine Achse 3b auf. Die Achsen 3a, b weisen jeweils zwei Räder 4 auf. Die Räder 4 sind in den jeweiligen Achsabschnitten 2a, b in Bezug auf eine Hochachse des Fahrzeugs 1 schwenkfest angeordnet. Insbesondere sind die Räder 4 in Bezug auf einen Lenkwinkel der Räder 4 starr und/oder schwenkfest angeordnet.
Den Rädern 4 der ersten Achse 3a sind jeweils ein Radmotor 5, welcher insbesondere jeweils als ein Radnabenmotor ausgebildet sind. Somit weist die erste Achse 3a zwei Radmotoren 5 auf und ist als eine angetriebene Achse ausgebildet. In gleicher Weise sind den Rädern 4 der zweiten Achse 3b jeweils ein Radmotor 5 zugeordnet, welcher insbesondere jeweils als ein Radnabenmotor ausgebildet sind. Optional ergänzend weisen die Räder 4 der ersten und der zweiten Achse 3a, b jeweils eine Bremse 13 auf. Damit ist die erste und die zweite Achse a, b als momentenbeeinflusste Achse ausgebildet. Die Radmotoren 5 werden über eine Steuereinrichtung 6 angesteuert, so dass jedem Rad 5 selektiv ein frei wählbares Antriebsmoment zugeordnet werden kann. Optional ergänzend werden die Bremsen 13 über die Steuereinrichtung 6 so angesteuert, so dass jedem Rad 5 selektiv ein frei wählbares negatives Antriebsmoment, insbesondere Verzögerungsmoment und/oder Bremsmoment, zugeordnet werden kann, Die Radmotoren 5 bilden gemeinsam eine radselektive Antriebsanordnung 10. Die Bremsen 13 bilden gemeinsam eine radselektive Verzögerungsanordnung 1 1. Die radselektive Antriebsanordnung 10 und die radselektive Verzögerungsanordnung 1 1 bilden gemeinsam oder jeweils einzeln eine radselektive Antriebsmomentanordnung 12.
Das Fahrzeug 1 weist eine Steuereinrichtung 6 zur Ansteuerung der Radmotoren 5 und optional ergänzend der Bremsen 13 und somit der radselektive Antriebsmomentanordnung 12 auf. Die Steuereinrichtung 6 ist als eine digitale Datenverarbeitungseinrichtung ausgebildet.
Die Steuereinrichtung 6 weist eine Ausgangsschnittstellen 7 zur datentechnischen Kopplung mit den Radmotoren 5 und optional ergänzend mit den Bremsen 13 auf. Ferner weist die Steuereinrichtung 6 eine Eingangsschnittstelle 8 zur Übernahme eines Lenkbefehls auf. Optional ergänzend werden weitere Parameter, wie z.B. Fahrgeschwindigkeitsvorgabe des Fahrers und Fahrzeugzustandsgrößen übergeben. Beispielsweise kann die Eingangsschnittstelle 8 mit einem Lenkrad des Fahrzeugs 1 zur Übernahme des Lenkbefehls datentechnisch verbunden sein.
Das Fahrzeug 1 weist ein Knickgelenk 9 auf, über das der erste und der zweite Achsabschnitt 2a, b miteinander um die Hochachse des Fahrzeugs 1 schwenkbar verbunden sind. Das Knickgelenk 9 ist als ein rein mechanisches, fremdenergiefreies Gelenk ausgebildet, welches passiv geschwenkt wird. In einer Geradeausfahrt des Fahrzeugs 1 beträgt ein Knickwinkel zwischen dem ersten Achsabschnitt 2a und dem zweiten Achsabschnitt 2b 0°. Bei einer Kurvenfahrt wird der Knickwinkel vergrößert.
Die Lenkstrategie des Fahrzeugs 1 ist ein Lenksystem für das Fahrzeug 1 mit Knicklenkung, wobei die Lenkkraft zur Einstellung des Knickwinkels durch radselektives Beeinflussen der Antriebsmomente an den Rädern 4 erzeugt wird. Somit wird die Lenkkraft direkt aus dem Antriebsstrang, nämlich durch die Radmotoren 5, und optional ergänzend aus den Bremsen 13 erzeugt. Die Figur 2 zeigt das Fahrzeug 1 reduziert auf die funktionalen Abschnitte, wobei nochmals der erste und der zweite Achsabschnitt 2a, b dargestellt sind. Das Fahrzeug 1 ist in einem Betriebszustand der Kurvenfahrt. Die Figur 2 zeigt das Funktionsprinzip der Lenkung des Fahrzeugs 1 durch Torque Vectoring und/oder Bremskraftverteilung bei dem Fahrzeug 1 mit Knicklenkung. Wird beispielsweise auf das linke, hintere Rad 4, also das kurveninnere Rad, ein höheres Antriebsmoment übertragen als auf das rechte hintere Rad 4, also das kurvenäussere Rad, dreht sich die zweite Achse 3b um einen Knickgelenkspunkt, welcher durch das Knickgelenk 9 geführt ist. Auf diese Weise wird eine Änderung des Knickwinkels des Knickgelenks 9 über die Verteilung der Antriebsdrehmomente eingeleitet. Alternativ oder ergänzend kann der Knickwinkel geändert werden, wenn auf das rechte vordere Rad 4, also das kurvenäussere Rad ein größeres Antriebsmoment übertragen wird, wie auf das linke, vordere Rad 5, also das kurveninnere Rad 5.
Die Grundgedanken sind wie folgt: Konventionelle Nutzfahrzeuge mit einer Knicklenkung (siehe Stand der Technik) sind auf eine hydraulische Fremdkraftlenkung angewiesen. Jedoch gehen mit einer hydraulischen Einrichtung einige negative Aspekte einher. Zum einen benötigt der Aktor einen großen Bauraum im Bereich des Lenksystems und dessen Existenz bewirkt gleichzeitig ein höheres Fahrzeuggewicht. Zum anderen ist der Lenkenergiebedarf im Vergleich zu einer Achsschenkellenkung um den Faktor 3 höher. Dies kommt insbesondere beim Lenken im Stillstand zum Tragen. Ein weiterer Nachteil der hydraulischen Fremdkraftlenkung ist die hohe Belastung der Rahmenteile.
Gerade bei zukünftigen mobilen Arbeitsmaschinen wird immer häufiger Torque Vectoring (radindividuelle Drehmomentverteilung) oder EPS (radindividuelle Verzögerung) eingesetzt. Dies bedeutet, dass ein Fahrzeug mit radselektiven Antrieben oder Bremsen durch unterschiedlich starke Antriebsmomente an den verschiedenen Achsen bzw. Rädern gelenkt werden kann. Torque Vectoring oder Bremskraftverteilung kann erfindungsgemäß in Verbindung mit Knicklenkern energetisch effizient eingesetzt werden. In Figur 2 ist das Funktionsprinzip der Lenkung durch Torque Vectoring oder Bremskraftverteilung bei Fahrzeugen mit Knicklenkung dargestellt. Wird beispielsweise auf das linke Hinterrad 4 ein höheres Antriebsmoment übertragen als auf das rechte Hinterrad 4, dreht sich die Hinterachse 3b um den Knickgelenkspunkt des Knickgelenks 9.
Es wird angenommen, dass Fahrzeuge 1 mit Knicklenker vollständig durch Torque Vectoring und/oder Bremskraftverteilung gelenkt werden können, sodass die bisher notwendige hydraulische Fremdkraftlenkung vollständig substituiert werden kann. Dies erfordert jedoch die Nutzung eines geeigneten Antriebsstrangs, optional einer geeigneten Verzögerungsanordnung, eines geeigneten Fahrwerks und einer intelligenten Ansteuerung. Durch die Nutzung von Torque Vectoring und/oder Bremskraftverteilung in Verbindung mit Knicklenkern ergeben sich einige Vorteile: Der größte Nutzen liegt im Wegfall der hydraulischen Fremdkraftlenkung, wodurch Bauraum und Gewicht gespart werden können. Gleichzeitig kann der Wendekreis des Fahrzeugs 1 dadurch maßgeblich reduziert oder der maximale Knickwinkel reduziert werden, wodurch sich die Kippgefahr des Fahrzeugs ebenfalls verringert. Darüber hinaus kann der sogenannte "Klappmessereffekt" d.h. das ungewollte Einknicken des Fahrzeugs 1 vermieden werden. Ebenfalls besteht mit Torque Vectoring und/oder Bremskraftverteilung im Vergleich zu einer hydraulischen Fremdkraftlenkung, insbesondere beim Lenken im Stillstand und bei geringeren Geschwindigkeiten, ein hohes energetisches Potential.
Bezugszeichenliste
Fahrzeug
a, b Achsabschnitte
a,b Achsen
Räder
Radmotoren
Steuereinrichtung
Ausgangsschnittelle
Eingangsschnittstelle
Knickgelenk
0 radselektive Antriebsanordnung
1 radselektive Verzögerungsanordnung2 radselektive Antriebsmomentanordnung3 Bremsen

Claims

Patentansprüche
1 . Fahrzeug (1 ) mit einem ersten Achsabschnitt (2a), wobei der erste Achsabschnitt (2a) eine erste Achse (3a) aufweist, mit einem zweiten Achsabschnitt (2b), wobei der zweite Achsabschnitt (2b) eine zweite Achse (3b) aufweist, mit einer radselektiven Antriebsmomentanordnung (10), wobei mindestens eine der Achsen (3a, b) als eine durch die radselektive Antriebsmomentanordnung (10) momentenbeeinflusste Achse ausgebildet ist, und mit einer Steuereinrichtung (6), wobei die Steuereinrichtung (6) zur Ansteuerung der radselektiven Antriebsmomentanordnung (10) ausgebildet ist, um einen Lenkbefehl in eine Kurvenfahrt des Fahrzeugs (1 ) umzusetzen, gekennzeichnet durch ein Knickgelenk (9), wobei der erste und der zweite Achsabschnitt (2a, b) durch das Knickgelenk (9) miteinander gekoppelt sind.
2. Fahrzeug (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (1 ) einen Betriebszustand "Geradeausfahrt" einnehmen kann, wobei ein Knickwinkel des Knickgelenks (9) gleich 0° ist, und dass das Fahrzeug (1 ) einen Betriebszustand "Kurvenfahrt" einnehmen kann, wobei ein Knickwinkel des Knickgelenks (9) ungleich 0° ist.
3. Fahrzeug (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebmomentanordnung (10) eine radselektive Antriebsanordnung und/oder eine radselektive Verzögerungsanordnung (1 1 ) aufweist.
4. Fahrzeug (1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die radselektive Antriebsanordnung (10) an einer angetriebenen Achse (3a, b) als die mindestens eine momentenbeeinflusste Achse zwei Radmotoren (5) aufweist und/oder dass die radselektive Verzögerungsanordnung (1 1 ) an einer abgebremsten Achse als die mindestens eine momentenbeeinflusste Achse zwei selektiv ansteuerbare Bremsen (13) aufweist.
5. Fahrzeug (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Achse (3a, b) als ungelenkte Achsen und/oder mit einem konstanten Lenkwinkel ausgebildet sind.
6. Fahrzeug (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Knickgelenk (9) als ein passives Knickgelenk ausgebildet ist.
7. Fahrzeug (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Achsen (3a,b) als die momentenbeeinflusste Achse Achse und die andere Achse (3b, a) als eine passive Achse ausgebildet ist.
8. Fahrzeug (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass beide Achsen (3a, b) als momentenbeeinflusste Achsen ausgebildet sind.
9. Verfahren zum Steuern des Fahrzeugs (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kurvenfahrt durch Einleitung von unterschiedlichen Antriebsmomenten auf die Räder (4) der mindestens einen momentenbeeinflussten Achse (3a, b) umgesetzt wird.
10. Verfahren zum Steuern des Fahrzeugs (1 ) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Knickwinkel des Knickgelenks (9) durch Änderung der
Antriebsmomentverteilung auf die Räder (4) der mindestens einen momentenbeeinflussten Achse geändert wird.
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