WO2019091600A1 - Lenksystem für bewegbare angetriebene vorrichtungen - Google Patents

Lenksystem für bewegbare angetriebene vorrichtungen Download PDF

Info

Publication number
WO2019091600A1
WO2019091600A1 PCT/EP2018/025289 EP2018025289W WO2019091600A1 WO 2019091600 A1 WO2019091600 A1 WO 2019091600A1 EP 2018025289 W EP2018025289 W EP 2018025289W WO 2019091600 A1 WO2019091600 A1 WO 2019091600A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
ground
driven
steering
contacting elements
wheels
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/025289
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Roland Kolbeck
Original Assignee
Roland Kolbeck
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Roland Kolbeck filed Critical Roland Kolbeck
Priority to EP18833390.0A priority Critical patent/EP3707059A1/de
Publication of WO2019091600A1 publication Critical patent/WO2019091600A1/de

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D9/00—Steering deflectable wheels not otherwise provided for
    • B62D9/002—Steering deflectable wheels not otherwise provided for combined with means for differentially distributing power on the deflectable wheels during cornering
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D11/00—Steering non-deflectable wheels; Steering endless tracks or the like
    • B62D11/001—Steering non-deflectable wheels; Steering endless tracks or the like control systems
    • B62D11/003—Electric or electronic control systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D11/00—Steering non-deflectable wheels; Steering endless tracks or the like
    • B62D11/20—Endless-track steering having pivoted bogie carrying track
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D11/00—Steering non-deflectable wheels; Steering endless tracks or the like
    • B62D11/24—Endless track steering specially adapted for vehicles having both steerable wheels and endless track
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D12/00—Steering specially adapted for vehicles operating in tandem or having pivotally connected frames

Definitions

  • the invention relates to a steering system for movable driven devices with at least three ground-contacting elements.
  • the at least three ground-contacting elements one or more are pivotable and influence the direction of movement of the movable driven device by the pivoting angle (s).
  • the at least three ground-contacting elements some or all may be driven and / or braked.
  • Movable powered devices may include: passenger cars, trucks, industrial trucks (eg, driverless transport vehicles), harbor vehicles (eg, ship pallet trucks), airport vehicles, container straddle carriers, special transport vehicles, heavy transport vehicles (sometimes with many swiveling wheels), road trains, construction vehicles, mining vehicles, quarry trucks, underground mining vehicles, agricultural vehicles, long timber transport vehicles, municipal vehicles, rescue vehicles, tricycles, caretaker driving ⁇ tools, gardening vehicles, sport utility vehicles (eg golf caddies), ski slopes vehicles, ATVs, off-road vehicles, hobby riding ⁇ vehicles (eg quads), children's vehicles, model vehicles or Airplanes with landing gears.
  • the steering system is also applicable, inter alia, to powered hospital beds, wheelchairs, roilators, shopping trolleys, city, land and beach trolleys (eg carts), robots or even autonomous movable powered devices and appliances.
  • the ground contacting elements of the movable powered devices may include but not limited to wheels, multiple wheels, pulleys,
  • Movable driven means that driven ground contacting elements are able to move forward and / or backward. height, hold and / or can reduce.
  • the powered ground contacting elements of a movable powered device may be combined in all possible forward-reverse-increase-hold-lower versions.
  • the movable driven device may also be additionally or exclusively driven by a thrust, eg from a propeller or a jet engine, an external pulling or pushing force, a downhill force or an inertial force.
  • the one or more pivotal angles of the pivotal ground contacting elements relative to the movable driven device affect the direction of movement of the movable driven device.
  • the pivot angles of the pivotal ground contacting elements may be different than the movable powered device, such as e.g. in a single wheel steering or be different such. in a steering knuckle or be the same as e.g. in the case of a fifth wheel steering or the swivel angles result from a buckling of one part of the movable driven device with respect to the other part of the movable driven device, e.g. in a kinked steering or different or the same as a combination of the previous possibilities.
  • a movable driven device eg vehicle
  • one or more pivotable ground contacting elements eg wheels
  • the pivoting angle or angles are changed via a steering drive device.
  • the steering drive device consists of a steering actuator which is in operative connection with the pivoting or ground-contacting elements via coupling. It is also possible to use a plurality of steering actuators or a separate steering actuator for each pivotable ground-contacting element.
  • the steering actuators are via couplings in operative connection with the pivotal ground-contacting elements. For example, for a steering drive device for each pivotal ground contacting element, a single rotary drive be used.
  • Steering actuators often referred to as steering drives can be, inter alia, manual, electric, hydraulic and / or pneumatic linear or rotary actuators.
  • the axle steering is often used.
  • the steering drive device is typically driven manually via the steering wheel and often assisted by a power steering system.
  • the coupling with the steering knuckle takes place via tie rods, intermediate rods and intermediate lever.
  • the turntable, articulated or three-wheel steering are used for motor vehicles.
  • the invention specified in claim 1 to 8 is based on the problem that for influencing the direction of movement for movable driven devices with one or more pivotal ground-contacting elements a Lenkantriebsvorrich- device is necessary.
  • a Lenkantriebsvorrich- device is necessary for the steering drive device space is required and the steering drive device has developed Herge ⁇ is installed, maintained and / or end of life ent ⁇ provides.
  • the disclosed steering system describes a method for Beeinflus ⁇ solution the direction of movement of movable driven devices.
  • Be of or the pivot angle of the pivotable ground-contacting members by acting eccentrically to the respective pivot axis of the schwenkba ⁇ ren ground engaging element forces generated by the relative movements of the axes of the driven speeds coordinated with ground-contacting members be set, adjusted and / or held.
  • the desired direction of movement and the desiredthsge ⁇ speed of the movable powered devices may be set manually preferably above the steering wheel and the accelerator and brake pedal, about Be ⁇ serving lever, via control panel, over steer-by-wire and / or via remote ⁇ control.
  • the defaults can also be calculated partially or exclusively automatically by a computer, as in the case of autonomous driving.
  • the Be ⁇ create uniform and the unevenness of the ground and the slippage of the driven ⁇ on ground engaging elements are taken into account may need.
  • the speeds of the powered ground contacting elements are coordinated synchronously in accordance with manual or automatic specifications.
  • One or more or all pivotal ground-contacting elements may be designed in accordance with a steering knuckle, a fifth wheel steering, an articulated steering, a three-wheel steering, a single-wheel steering or individual element steering or a combination of the aforementioned possibilities.
  • the different speeds of the driven ground-contacting elements can by individual drives, in particular by electric, hydraulic and / or pneumatic individual drives o- by a central drive with mechanical distribution system, in particular with superposition gearbox, differential gear combined ⁇ with individually brakable ground-contacting elements, by individually preferably preferably infinitely adjustable single transmission, by individually braked ground-contacting elements, or by a combination of the above drive and braking systems ⁇ Siert be reali.
  • Positions, rotational positions, velocities and / or accelerations in each case over one or more or the entire region, in each case at one or more locations on the movable driven device or outside the movable driven device, can be measured in each case temporarily or continuously and the individual speeds are readjusted appropriately coordinated with these Sen ⁇ sor note for one or more or all driven ground-contacting members.
  • pivotal ground-contacting elements individually or grouped or locked together and for a change in the pivot angle, the detents individually or grouped or released together.
  • two or more pivotal ground contacting elements may be grouped or all mechanically coupled together.
  • the or the pivot angle of the pivotable ground-contacting members are adjusted by the eccentric acting on the respective pivot axis of the schwenkba ⁇ ren ground engaging element forces generated by the relative movements of the axes of the driven with coordinated speeds ground-contacting members, and / or held.
  • No steering drive device is required. Thus, no installation space for the Lenkan- driving device is required and the steering drive device must not be developed, manufactured, installed, maintained and / or disposed of at the end of life.
  • the coordinated speeds of the driven ground contacting elements can be realized, for example, only with additional software depending on the version.
  • Fig. 1 vehicle with aileron steering
  • Fig. 2 vehicle with articulated steering
  • Fig. 3 vehicle with axle steering
  • Fig. 4 vehicle with tricycle steering
  • Fig. 5 vehicle with coupled axle steering
  • Fig. 6 vehicle with four-wheel steering
  • a vehicle at least consisting of a rigid rear axle (11) having two free-running rear wheels (12, 13), a front axle embodied as a bogie (14) with two by an overlay ⁇ approximately gear driven front wheels (15, 16) and a connection between the rear and Front axle (17).
  • the speed of the superimposed gearbox is accelerated, held or braked via the accelerator and brake pedals of the vehicle.
  • the front axle (14) moves ⁇ perpendicular to the Prior ⁇ the axis forward and pulls the rear axle (11) through the Verbin ⁇ extension (17).
  • Arrows in Fig. 1 show the direction of movement of the driven wheels, the lengths of the arrows correspond to the different speeds.
  • the vehicle Via the steering wheel and accelerator and brake pedal of the vehicle, the vehicle can also be moved forward to the left or with a possibility of reversing direction also backward straight, left or right. It may be necessary for the backward movement of one or more other controls.
  • a vehicle at least consisting of a rigid rear axle (21) with two independently hydraulically driven rear wheels (22, 23), a rigid front axle (24) also having two inde pendent ⁇ hydraulically driven front wheels (25, 26) and a connection between the rear and front axles with a central articulated joint (27).
  • the control for changing the bending angle can also be superimposed on the control for forward travel. It must be taken into account that the curve radii of the wheels change constantly.
  • the Fahr ⁇ stuff can also be moved forward to the left or even backward, left or right. Eventually, one or more other controls are necessary for the rearward movement.
  • a27 180 ° - 2 * arcsin ((3m / 2) / ((r22 + r23) / 2))
  • a27 180 ° - 2 * arcsin (l, 5 m / ((11 m + 9 m) 1 2))
  • Fig. 3 represents ⁇ and will be described in more detail below.
  • a vehicle at least consisting of a rigid rear axle (31) with two independently electrically driven rear wheels (32, 33), two pivotable and also independently electrically driven front wheels (34, 35) and a connection between
  • the rotational speeds of eg individual electric drives are coordinated ⁇ accelerated, held or braked. If the two front wheels (34, 35) are straight ahead and if all four wheels (32, 33, 34, 35) are moved forward at the same speed, then the vehicle moves forward straight ahead.
  • the left front wheel (34) and the right front wheel (35) are each driven so that the respective Schenkwinkel the desired curve center point (37) he ⁇ give.
  • the control for changing the swivel angle can also be superimposed on the drive for forward travel. It must be taken into account that the curve radii of the wheels change constantly.
  • the vehicle Via the steering wheel and the accelerator and brake pedals of the vehicle, the vehicle can also be moved forward to the left or even backward, to the left or to the right. It may be necessary for the backward movement of one or more other controls.
  • the coordinated speeds of the four wheels can be realized among other things with an on-board computer. This calculates e.g. 100 times per second, the necessary speeds of the four wheels according to the desired movement speed and according to the desired direction of movement and controls coordinated the necessary speeds of the four individual electric drives.
  • the on-board computer could additionally determine the current swivel angles and / or speeds from values recorded via sensors and, if required, additionally or exclusively use these values for the control of the four individual electric drives.
  • r34 ((r32 - 0.5 m) 2 + (3 m) 2 ) 1/2 + 0.5 m
  • r35 ((r33 + 0.5 m) 2 + (3 m) 2 ) 1/2 - 0.5 m
  • a35 arccos ((r33 + 0.5 m) / (r35 + 0.5 m))
  • a35 arccos ((9 m + 0.5 m) / (9.46 m + 0.5 m)
  • a vehicle at least consisting of a rigid rear axle (41) with two independently electrically driven wheels (42, 43), a pivotable and also independently electrically driven front wheel (44) and a connection between the rear axle and front wheel (46).
  • the speeds of eg individual electric drives are coordinated accelerated, held or braked. If the front wheel (44) screened ⁇ deaus forward and all three wheels (42, 43, 44) coordi ⁇ defined moved forward at the same speed, the vehicle screened ⁇ deaus moved forward.
  • the control for changing the swivel angle can also be superimposed on the control for forward travel. It must be taken into account that the curve radii of the wheels change constantly.
  • the vehicle Via the steering wheel and the accelerator and brake pedals of the vehicle, the vehicle can also be moved forward to the left or even backward, to the left or to the right. It may be necessary for the backward movement of one or more other controls.
  • the coordinated speeds of the three wheels can be realized, inter alia, with an on-board computer. This calculates, for example, 100 times per second, the necessary speeds of the three wheels according to the desired movement speed and according to the desired direction of movement and controls coordinated the necessary speeds of the three individual electrical drives.
  • the onboard computer could also additionally via sensors erutz- th values, the current tilt angle and / or speeds identify and additionally or exclu ⁇ Lich used for less necessary, these values for the control of the three electric individual drives to.
  • r44 (((r42 + r43) / 2) 2 + (3 m) 2 ) 1/2 + 0.5 m
  • a second front wheel 45
  • One or both of these front wheels can be driven. If both wheels have an axle, there would be a turntable steering.
  • the vehicle would possibly also be referred to as a tricycle.
  • This exemplary embodiment with or without the second front wheel is, inter alia, also a usage example of the invention for an aircraft landing gear.
  • a vehicle comprising at least a rigid rear axle (51) with two freewheeling wheels (52, 53), two pivotally and independently electrically driven front wheels (54, 55) coupled (56) according to a steering knuckle joint, and a link between the rear axle and Front wheels (57).
  • the left front wheel (54) and the right front wheel (55) can each be driven in a coordinated manner such that the respective feed angles yield the desired curve center point (58). Then, the two front wheels (54, 55) coordinated with the respective the turning radius of the wheel is moved forward entspre ⁇ sponding speed, the vehicle moves to the center of curvature (58) forward to the right.
  • the control for changing the swivel angle can also be superimposed on the drive for forward travel. It must be taken into account that the curve radii of the wheels change constantly.
  • About the steering wheel and the accelerator pedal and the brake pedal of the vehicle can Vehicle also forward to left or even backward straight, left or right to be moved. It may be necessary for the backward movement of one or more other controls.
  • the coordinated speeds of the two front wheels can be realized among other things with an on-board computer. This is calculated, for example, 100 times per second, the required speeds of the two front wheels according to the desired moving speed and according to the desired direction of movement and correspondingly controls coordinated the necessary VELOCITY ⁇ speeds of the two individual electric drives.
  • the on-board computer could additionally determine the current swivel angles and / or speeds from values recorded via sensors and, if required, additionally or exclusively use these values for the control of the four individual electric drives.
  • a vehicle at least consisting of two pivoting and locking ⁇ ble and independently electrically driven rear wheels (61, 62), two also pivotable and lockable and independently electrically driven front wheels (63, 64) and a connection between the rear and front wheels (65 ).
  • the control of the four driven wheels and the four locks via one or more controls and an on-board computer.
  • This calculates, for example, 100 times per second, the not ⁇ maneuverable speeds of the four wheels according to the desired movement speed and according to the gewünsch ⁇ th direction of movement and controls coordinated accordingly the four individual electric drives and also controls accordingly ⁇ coordinated coordinated the four locks on.
  • the on-board computer could additionally determine the current swivel angles and / or speeds from values recorded via sensors and, if required, additionally or exclusively use these values for the control of the four individual electric drives.
  • this embodiment corresponds to the domesticsbei ⁇ game 3. If the two front wheels (63, 64) are locked perpendicular to the axis, this embodiment corresponds to a driving ⁇ stuff with rear or Rear wheel steering.
  • All four wheels can also be swiveled so that the vehicle moves forwards around the curve means (66) to the right, which is shown in FIG. 6 or to the left.
  • the minimum turning ⁇ circle with four pivoting wheels is less than the minimum turning circle with only two pivoting wheels.
  • the freedom of movement of a movable driven device increases when one or more or all pivot and / or lockable wheels can be swiveled through 360 °.
  • This embodiment of the steering system can e.g. for movable devices that need to be manoeuvrable (e.g., for powered hospital beds).
  • the carriage at least consisting of a rigid rear axle (11) with two freewheeling wheels (12, 13), as a turntable ⁇ out front axle (14) with two independently hydraulically braked front wheels (15, 16) and a connection between the rear and front axle (17 ).
  • the car is driven by a downhill force.
  • the hydraulic brakes of the left and right front wheels (15, 16) are controlled via a brake force distribution.
  • the inertial force of the moving carriage instead of the downward force can also the inertial force of the moving carriage, for example, at the end of the slope, a pulling or pushing force from the outside or the thrust of eg a propeller o- a jet engine act on the car.
  • a pulling or pushing force from the outside or the thrust of eg a propeller o- a jet engine act on the car.
  • the inertial force of the moving carriage can act, for example, if the drive is turned off or ⁇ falls.
  • the front axles may also be designed as rear axles and the rear axles as front axles.
  • the desired direction of movement and the desired speed of movement of the bewegba ⁇ Ren driven devices manually, preferably via the steering wheel and accelerator and brake pedals, via control levers, via control panel, via steer-by-wire and / or via remote control.
  • the presets can also be calculated partially or exclusively automatically by a computer.
  • positions, rotational positions, velocities and / or accelerations may in each case be temporarily transmitted over one or more or the entire range or continuously measured and with these sensor values for one or more or all driven ground-contacting elements, the individual speeds can be readjusted in a coordinated manner.
  • All of the embodiments may be practiced with one or more additional ground contacting elements in all sorts of pivotal / non-pivotable, lockable / non-lockable, and driven / non-driven combinations.
  • pivotal ground contacting elements may be locked individually or in groups.
  • pivotal ground contacting elements may be coupled individually or in groups.
  • Each of the calculation examples listed above each show a concrete calculation of a respective specific movement direction and movement speed situation.
  • the calculations can be carried out for all possible movement direction and movement speed situations.
  • it may also be necessary to take into account the condition and unevenness of the floor and the slippage of the driven floor-contacting elements.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Steering-Linkage Mechanisms And Four-Wheel Steering (AREA)
  • Automatic Cycles, And Cycles In General (AREA)

Abstract

Zur Beeinflussung der Bewegungsrichtung einer bewegbaren angetriebenen Vorrichtung (z.B. Fahrzeug) werden ein oder mehrere schwenkbare bodenberührende Elemente (32, 33, 34, 35) (z.B. Räder) verwendet. Der oder die Schwenkwinkel der schwenkbaren bodenberührenden Elemente (32, 33, 34, 35) werden durch die zur jeweiligen Schwenkachse des schwenkbaren bodenberührenden Elements (32, 33, 34, 35) exzentrisch wirkenden Kräfte, die durch die Relativbewegungen der Achsen der mit koordinierten Geschwindigkeiten angetriebenen bodenberührenden Elemente erzeugt werden, eingestellt und/oder gehalten. Es wird keine Lenkantriebsvorrichtung benötigt. Damit wird auch kein Bauraum für die Lenkantriebsvorrichtung benötigt und die Lenkantriebsvorrichtung muss auch nicht entwickelt, hergestellt, eingebaut, gewartet und/oder am Ende der Lebensdauer entsorgt werden. Bewegbare angetriebene Vorrichtungen können unter anderem sein: Kraftfahrzeuge, Flurfördergeräte, Baustellenfahrzeuge, Kommunalfahrzeuge, Modellbaufahrzeuge oder auch Flugzeuge mit Fahrwerken. Weiterhin ist das Lenksystem unter anderem auch anwendbar für angetriebene Krankenhausbetten, Rollstühle, Roboter oder auch für autonome bewegbare angetriebene Vorrichtungen und Geräte.

Description

Offenbart wird ein
Lenksystem für bewegbare angetriebene Vorrichtungen
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Lenksystem für bewegbare angetriebene Vorrichtungen mit mindestens drei bodenberührenden Elementen. Von den mindestens drei bodenberührenden Elementen sind ein oder mehrere schwenkbar und beeinflussen durch den oder die Schwenkwinkel die Bewegungsrichtung der bewegbaren angetriebenen Vorrichtung. Von den mindestens drei bodenberührenden Elementen können einige oder alle angetrieben und/oder gebremst werden.
Bewegbare angetriebene Vorrichtungen können unter anderem sein: Personenkraftfahrzeuge, Lastkraftfahrzeuge, Flurfördergeräte (z.B. fahrerlose Transportfahrzeuge), Hafenfahrzeuge (z.B. Schiffs-Por- talhubwagen) , Flughafenfahrzeuge, Container-Portalhubwagen, Sondertransportfahrzeuge, Schwertransportfahrzeuge (mit teilweise vielen schwenkbaren Rädern) , Roadtrains, Baustellenfahrzeuge, Bergbaufahrzeuge, Steinbruchfahrzeuge, Untertagebaufahrzeuge, Landwirtschaftsfahrzeuge, Langholztransportfahrzeuge, Kommunal- fahrzeuge, Rettungsfahrzeuge, Dreiradfahrzeuge, Hausmeisterfahr¬ zeuge, Gartenbaufahrzeuge, Sportfahrzeuge (z.B. Golf Caddies) , Skipistenfahrzeuge, Geländefahrzeuge, Offroadfahrzeuge, Hobbyfahr¬ zeuge (z.B. Quads), Kinderfahrzeuge, Modellbaufahrzeuge oder auch Flugzeuge mit Fahrwerken. Weiterhin ist das Lenksystem unter ande- rem auch anwendbar für angetriebene Krankenhausbetten, Rollstühle, Roilatoren, Einkaufswagen, Transportwagen für Stadt, Land und Strand (z.B. Bollerwagen), Roboter oder auch für autonome bewegbare angetriebene Vorrichtungen und Geräte.
Die bodenberührenden Elemente der bewegbaren angetriebenen Vor- richtungen können unter anderem Räder, Mehrfachräder, Rollen,
Mehrfachrollen, rad- oder rollenähnliche Elemente, Ketten und/oder Kufen sein.
Bewegbar angetrieben steht dafür, dass angetriebene bodenberührende Elemente die Geschwindigkeit vorwärts und/oder rückwärts er- höhen, halten und/oder verringern können. Die angetriebenen bodenberührenden Elemente einer bewegbaren angetriebenen Vorrichtung können in allen möglichen vorwärts-rückwärts-erhöhen-halten-ver- ringern Ausführungen kombiniert sein. Die bewegbare angetriebene Vorrichtung kann auch zusätzlich oder ausschließlich durch eine Schubkraft, z.B. von einem Propeller oder einem Strahltriebwerk, eine Zug- oder Schubkraft von außen, einer Hangabtriebskraft oder einer Trägheitskraft angetrieben werden.
Der oder die Schwenkwinkel der schwenkbaren bodenberührenden Elemente gegenüber der bewegbaren angetriebenen Vorrichtung beeinflussen die Bewegungsrichtung der bewegbaren angetriebenen Vorrichtung. Bei mehreren schwenkbaren bodenberührenden Elementen können die Schwenkwinkel der schwenkbaren bodenberührenden Elemente gegenüber der bewegbaren angetriebenen Vorrichtung unterschiedlich sein wie z.B. bei einer Einzelradlenkung oder unterschiedlich sein wie z.B. bei einer Achsschenkellenkung oder gleich sein wie z.B. bei einer Drehschemellenkung oder die Schwenkwinkel ergeben sich aus einer Knickung eines Teils der bewegbaren angetriebenen Vorrichtung gegenüber dem anderen Teil der bewegbaren angetriebenen Vorrichtung wie z.B. bei einer Knicklenkung oder unterschiedlich oder gleich wie bei einer Kombination der vorhergehenden Möglichkeiten.
Stand der Technik
Zur Beeinflussung der Bewegungsrichtung einer bewegbaren angetriebenen Vorrichtung (z.B. Fahrzeug) werden ein oder mehrere schwenkbare bodenberührende Elemente (z.B. Räder) verwendet. Der oder die Schwenkwinkel werden über eine Lenkantriebsvorrichtung verändert. Oft besteht die Lenkantriebsvorrichtung aus einem Lenkaktor der über Kopplung in Wirkverbindung mit dem oder den schwenkbaren bodenberührenden Elementen steht. Es können auch mehrere Lenkaktoren oder für jedes schwenkbare bodenberührende Element ein eigener Lenkaktor verwendet werden. Die Lenkaktoren stehen dabei über Kopplungen in Wirkverbindung mit den schwenkbaren bodenberührenden Elementen. Z.B. kann für eine Lenkantriebsvorrichtung auch für jedes schwenkbare bodenberührende Element ein einzelner Drehantrieb verwendet werden.
Lenkaktoren oft auch als Lenkantriebe bezeichnet können unter anderem manuelle, elektrische, hydraulische und/oder pneumatische Linear- oder Drehantriebe sein.
Bekannte Ausführungsformen für Kraftfahrzeuge
Zur Beeinflussung der Bewegungsrichtung eines Kraftfahrzeugs mit Rädern wird häufig die Achsschenkellenkung eingesetzt. Die Lenkan- triebsvorrichtung wird dabei typischerweise manuell über das Lenk- rad angetrieben und oft durch eine Servolenkung unterstützt. Die Kopplung mit den gelenkten Achsschenkeln erfolgt dabei über Spurstangen, Zwischenstangen und Zwischenhebel.
Neben der Achsschenkellenkung werden für Kraftfahrzeuge unter anderem auch die Drehschemel-, Knick- oder Dreiradlenkung verwendet.
Problem
Der im Patentanspruch 1 bis 8 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, dass zur Beeinflussung der Bewegungsrichtung für bewegbare angetriebene Vorrichtungen mit einem oder mehreren schwenkbaren bodenberührenden Elementen eine Lenkantriebsvorrich- tung notwendig ist. Für die Lenkantriebsvorrichtung wird Bauraum benötigt und die Lenkantriebsvorrichtung muss entwickelt, herge¬ stellt, eingebaut, gewartet und/oder am Ende der Lebensdauer ent¬ sorgt werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Das offenbarte Lenksystem beschreibt ein Verfahren zur Beeinflus¬ sung der Bewegungsrichtung von bewegbaren angetriebenen Vorrichtungen .
Der oder die Schwenkwinkel der schwenkbaren bodenberührenden Elemente werden durch die zur jeweiligen Schwenkachse des schwenkba¬ ren bodenberührenden Elements exzentrisch wirkenden Kräfte, die durch die Relativbewegungen der Achsen der mit koordinierten Geschwindigkeiten angetriebenen bodenberührenden Elemente erzeugt werden, eingestellt und/oder gehalten.
Die gewünschte Bewegungsrichtung und die gewünschte Bewegungsge¬ schwindigkeit der bewegbaren angetriebenen Vorrichtungen können manuell vorzugweise über Lenkrad und Gas- und Bremspedal, über Be¬ dienhebel, über Bedienfeld, über Steer-by-wire und/oder über Fern¬ steuerung vorgegeben werden. Die Vorgaben können wie z.B. beim autonomen Fahren auch teilweise oder ausschließlich automatisch von einem Computer berechnet werden. Dabei müssen eventuell die Be¬ schaffenheit und die Unebenheit des Bodens und der Schlupf der an¬ getriebenen bodenberührenden Elemente berücksichtigt werden. Die Geschwindigkeiten der angetriebenen bodenberührenden Elemente werden entsprechend den manuellen oder automatischen Vorgaben synchron koordiniert .
Ein oder mehrere oder alle schwenkbaren bodenberührenden Elemente können entsprechend einer Achsschenkellenkung, einer Drehschemellenkung, einer Knicklenkung, einer Dreiradlenkung, einer Einzelradlenkung bzw. Einzelelementlenkung oder einer Kombination der vorgenannten Möglichkeiten ausgeführt sein.
Die unterschiedlichen Geschwindigkeiten der angetriebenen bodenberührenden Elemente können durch Einzelantriebe, insbesondere durch elektrische, hydraulische und/oder pneumatische Einzelantriebe o- der durch einen Zentralantrieb mit mechanischem Verteilsystem, insbesondere mit Überlagerungsgetriebe, Differentialgetriebe kom¬ biniert mit einzeln bremsbaren bodenberührenden Elementen, durch individuell vorzugsweise stufenlos einstellbare Einzelgetriebe, durch einzeln bremsbare bodenberührende Elemente oder durch eine Kombination der oben genannten Antriebs- und Bremssysteme reali¬ siert werden.
Die Anzahl und die Ausführung der schwenkbaren bodenberührenden Elemente bestimmen, welche bodenberührenden Elemente wie angetrie¬ ben werden müssen, um den oder die Schwenkwinkel der schwenkbaren bodenberührenden Elemente durch die zur jeweiligen Schwenkachse des bodenberührenden Elements exzentrisch wirkenden Kräfte, die durch die Relativbewegungen der Achsen der mit koordinierten Geschwindigkeiten angetriebenen bodenberührenden Elemente erzeugt werden, einstellen und/oder halten zu können. Es können zusätzlich ein oder mehrere oder alle bodenberührenden Elemente, die nicht zum Einstellen und/oder Halten der Schwenkwinkel der schwenkbaren bodenberührenden Elemente angetriebenen werden müssen, angetrieben werden .
Es können mit einem oder mehreren Sensoren jeweils an einer oder mehreren Stellen jeweils an der bewegbaren angetriebenen Vorrichtung oder außerhalb der bewegbaren angetriebenen Vorrichtung jeweils Positionen, Drehlagen, Geschwindigkeiten und/oder Beschleunigungen jeweils über einen oder mehreren oder den ganzen Bereich jeweils zeitweise oder laufend gemessen werden und mit diesen Sen¬ sorwerten für ein oder mehrere oder alle angetriebenen bodenberührenden Elemente die einzelnen Geschwindigkeiten entsprechend koordiniert nachgesteuert werden.
Es können auch für ein oder mehrere oder alle schwenkbaren bodenberührenden Elemente die Schwenkwinkel einzeln oder gruppiert oder gemeinsam arretiert werden und für eine Änderung der Schwenkwinkel die Arretierungen einzeln oder gruppiert oder gemeinsam gelöst werden .
Es können auch zwei oder mehrere schwenkbare bodenberührenden Elemente gruppiert oder alle gemeinsam mechanisch gekoppelt werden.
Der oder die Schwenkwinkel der schwenkbaren bodenberührenden Elemente werden durch die zur jeweiligen Schwenkachse des schwenkba¬ ren bodenberührenden Elements exzentrisch wirkenden Kräfte, die durch die Relativbewegungen der Achsen der mit koordinierten Geschwindigkeiten angetriebenen bodenberührenden Elemente erzeugt werden, eingestellt und/oder gehalten. Es wird keine Lenkantriebs- vorrichtung benötigt. Damit wird auch kein Bauraum für die Lenkan- triebsvorrichtung benötigt und die Lenkantriebsvorrichtung muss auch nicht entwickelt, hergestellt, eingebaut, gewartet und/oder am Ende der Lebensdauer entsorgt werden.
Für bewegbare angetriebene Vorrichtungen mit elektrisch, hydrau¬ lisch, pneumatisch und/oder mechanisch einzeln angetriebenen bodenberührenden Elementen können je nach Ausführung die koordinierten Geschwindigkeiten der angetriebenen bodenberührenden Elemente z.B. nur mit zusätzlicher Software realisiert werden. Kurzbeschreibung der Figuren
Fig. 1 : Fahrzeug mit Drehsehernellenkung
Fig. 2 : Fahrzeug mit Knicklenkung
Fig. 3: Fahrzeug mit Achsschenkellenkung
Fig. 4 : Fahrzeug mit Dreiradlenkung
Fig. 5: Fahrzeug mit gekoppelter Achsschenkellenkung
Fig. 6: Fahrzeug mit Allradlenkung
Ausführungsbeispiel 1
Das Ausführungsbeispiel „Fahrzeug mit Drehschemellenkung und Über¬ lagerungsgetriebe" ist in der Zeichnung Fig. 1 dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
Ein Fahrzeug mindestens bestehend aus einer starren Hinterachse (11) mit zwei freilaufenden Hinterrädern (12, 13), einer als Drehschemel ausgeführten Vorderachse (14) mit zwei durch ein Überlage¬ rungsgetriebe angetriebenen Vorderrädern (15, 16) und einer Verbindung zwischen Hinter- und Vorderachse (17) .
Über das Gas- und Bremspedal des Fahrzeugs wird die Drehzahl des Überlagerungsgetriebes beschleunigt, gehalten oder gebremst. Wer¬ den das linke und rechte Vorderrad (15, 16) gleichschnell vor¬ wärtsbewegt, bewegt sich die Vorderachse (14) senkrecht zur Vor¬ derachse vorwärts und zieht die Hinterachse (11) über die Verbin¬ dung (17) nach.
Wird über das Lenkrad und das Gaspedal das Überlagerungsgetriebe koordiniert so angesteuert, dass sich das linke Vorderrad (15) schneller vorwärts dreht als das rechte sich ebenfalls vorwärts drehende Vorderrad (16), bewegt sich die Vorderachse (14) kreis¬ förmig um den Kurvenmittelpunkt (18) vorwärts nach rechts und zieht die Hinterachse (11) über die Verbindung (17) nach. Die
Pfeile in Fig. 1 zeigen die Bewegungsrichtung der angetriebenen Räder, die Längen der Pfeile entsprechen den unterschiedlichen Geschwindigkeiten . Über das Lenkrad und Gas- und Bremspedal des Fahrzeugs kann das Fahrzeug auch vorwärts nach links oder mit einer Möglichkeit der Richtungsumkehr auch rückwärts geradeaus, nach links oder nach rechts bewegt werden. Eventuell sind für die Rückwärtsbewegung ein oder mehrere weitere Bedienelemente notwendig.
Bei diesem Ausführungsbeispiel erfolgen das Einstellen und das Halten des Schwenkwinkels der schwenkbaren Räder durch die unter¬ schiedlichen Geschwindigkeiten der schwenkbaren Vorderräder.
Berechnungsbeispiel: Bei einer Geschwindigkeit des linken Vorder- rads von vl5 = 1,1 m/s vorwärts, einer Geschwindigkeit des rechten Vorderrads von vi 6 = 0,9 m/s vorwärts und einer Spurbreite von 2 m ergibt sich ein Radius des linken Vorderrads von rl5 = 11 m und ein Radius des rechten Vorderrads von rl6 = 9 m. Bei einem Rad¬ stand von 3 m und einem Schwenkwinkel der Vorderachse von al5 = al6 = 17,46 ° bewegen sich alle 4 Räder und damit das gesamte Fahrzeug um den Kurvenmittelpunkt (18) .
rl5 = rl6 + 2 m
vl5 = 1,1 m/s
vi 6 = 0,9 m/s
rl5 / vl5 = rl6 / vi 6
(rl6 + 2 m) / 1,1 m/s = rl6 / 0,9 m/s
rl6 + 2 m = rl6 * 1, 1 / 0, 9
rl6 = (2 * 0,9 / 1,1) / (1 - 0,9 / 1,1) m
rl6 = 9 m und rl5 = 11 m α15 = al6 = arcsin(3 m / ( (rl5 + rl6) / 2))
α15 = al6 = arcsin(3 m / ((11 m + 9 m) 1 2) )
α15 = al6 = 17, 46 °
Ausführungsbeispiel 2
Das Ausführungsbeispiel „Fahrzeug mit Knicklenkung und hydrauli¬ schen Einzelradantrieben" ist in der Zeichnung Fig. 2 dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
Ein Fahrzeug mindestens bestehend aus einer starren Hinterachse (21) mit zwei unabhängig hydraulisch angetriebenen Hinterrädern (22, 23), einer starren Vorderachse (24) ebenfalls mit zwei unab¬ hängig hydraulisch angetriebenen Vorderrädern (25, 26) und einer Verbindung zwischen Hinter- und Vorderachse mit mittigem Knickgelenk (27) .
Werden bei 180° Knickwinkel des Fahrzeugs (gestreckt) über ein o- der mehrere Bedienelemente im Führerhaus des Fahrzeugs alle vier Hydraulikantriebe der Räder (22, 23, 25, 26) koordiniert so ange¬ steuert, dass sich alle vier Räder gleichschnell vorwärtsbewegen, bewegt sich das Fahrzeug geradeaus vorwärts.
Werden im Stillstand bei 180° Knickwinkel des Fahrzeugs (ge¬ streckt) über ein oder mehrere Bedienelemente im Führerhaus die vier Hydraulikantriebe der Räder koordiniert so angesteuert, dass sich das linke Vorderrad (25) und das rechte Hinterrad (23) vor¬ wärts und das rechte Vorderrad (26) und das linke Hinterrad (22) rückwärts bewegen, knickt das Fahrzeug ein. Werden dann über ein oder mehrere Bedienelemente im Führerhaus die vier Hydraulikan¬ triebe der Räder koordiniert so angesteuert, dass sich die linken Räder (22, 25) und die rechten Räder (23, 26) mit jeweils der dem jeweiligen Kurvenradius entsprechenden Geschwindigkeit vorwärtsbe wegen, fährt das Fahrzeug um den Kurvenmittelpunkt (28) vorwärts nach rechts.
Die Ansteuerung zum Verändern des Knickwinkels kann auch der An- steuerung zur Vorwärtsfahrt überlagert werden. Dabei ist zu be¬ rücksichtigen, dass sich die Kurvenradien der Räder laufend ändern .
Über ein oder mehrere Bedienelemente im Führerhaus kann das Fahr¬ zeug auch vorwärts nach links oder auch rückwärts geradeaus, nach links oder nach rechts bewegt werden. Eventuell sind für die Rück wärtsbewegung ein oder mehrere weitere Bedienelemente notwendig.
Berechnungsbeispiel: Bei einer Geschwindigkeit der linken Räder von v22 = v25 = 1,1 m/s vorwärts, einer Geschwindigkeit der rech¬ ten Räder von v23 = v26 = 0,9 m/s vorwärts und einer Spurbreite von 2 m ergibt sich ein Radius der linken Räder von r22 = r215 = 11 m und ein Radius des rechten Räder von r23 = r26 = 9 m. Bei ei nem Radstand von 3 m und einem Knickwinkel von a27 = 162,75 ° be¬ wegen sich alle 4 Räder und damit das gesamte Fahrzeug vorwärts um den Kurvenmittelpunkt (28) .
r22 = r25 = r23 + 2 m = r26 + 2 m
v22 = v25 = 1, 1 m/s
v23 = v26 = 0,9 m/s
r22 / v22 = r23 / v23 = r25 / v25 = r26 / v26
(r23 + 2 m) / 1, 1 m/s = r23 / 0, 9 m/s
r23 + 2 m = r23 * 1,1 / 0,9
r23 = (2 * 0,9 / 1,1) / (1 - 0,9 / 1,1) m
r23 = r26 = 9 m und r22 = r25 = 11 m a27 = 180 ° - 2 * arcsin((3 m / 2) / ( (r22 + r23) / 2) ) a27 = 180 ° - 2 * arcsin(l,5 m / ((11 m + 9 m) 1 2) )
a27 = 162,75 °
Ausführungsbeispiel 3
Das Ausführungsbeispiel „Fahrzeug mit Achsschenkellenkung und elektrischen Einzelradantrieben" ist in der Zeichnung Fig. 3 dar¬ gestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
Ein Fahrzeug mindestens bestehend aus einer starren Hinterachse (31) mit zwei unabhängig elektrisch angetriebenen Hinterrädern (32, 33), zwei schwenkbaren und ebenfalls unabhängig elektrisch angetriebenen Vorderrädern (34, 35) und einer Verbindung zwischen
Hinterachse und Vorderräder (36) .
Über das Lenkrad und Gas- und Bremspedal des Fahrzeugs werden die Drehzahlen der z.B. elektrischen Einzelantriebe koordiniert be¬ schleunigt, gehalten oder gebremst. Stehen die beiden Vorderräder (34, 35) geradeaus nach vorne und werden alle vier Räder (32, 33, 34, 35) koordiniert gleichschnell vorwärtsbewegt, bewegt sich das Fahrzeug geradeaus vorwärts.
Im Stillstand des Fahrzeugs können das linke Vorderrad (34) und das rechte Vorderrad (35) jeweils so angetrieben werden, dass die jeweiligen Schenkwinkel den gewünschten Kurvenmittelpunkt (37) er¬ geben. Werden dann alle vier Räder (32, 33, 34, 35) koordiniert mit der jeweiligen dem Kurvenradius des Rads entsprechenden Geschwindigkeit vorwärtsbewegt, bewegt sich das Fahrzeug um den Kur¬ venmittelpunkt (37) vorwärts nach rechts.
Die Ansteuerung zum Verändern der Schwenkwinkel kann auch der An- steuerung zur Vorwärtsfahrt überlagert werden. Dabei ist zu be¬ rücksichtigen, dass sich die Kurvenradien der Räder laufend ändern .
Über das Lenkrad und Gas- und Bremspedal des Fahrzeugs kann das Fahrzeug auch vorwärts nach links oder auch rückwärts geradeaus, nach links oder nach rechts bewegt werden. Eventuell sind für die Rückwärtsbewegung ein oder mehrere weitere Bedienelemente notwendig .
Die koordinierten Geschwindigkeiten der vier Räder können unter anderem mit einem Bordcomputer realisiert werden. Dieser berechnet z.B. 100-mal pro Sekunde die notwendigen Geschwindigkeiten der vier Räder entsprechend der gewünschten Bewegungsgeschwindigkeit und entsprechend der gewünschten Bewegungsrichtung und steuert entsprechend koordiniert die notwendigen Geschwindigkeiten der vier elektrischen Einzelantriebe.
Der Bordcomputer könnte auch zusätzlich aus über Sensoren erfass- ten Werten die aktuellen Schwenkwinkel und/oder Geschwindigkeiten ermitteln und bei Bedarf diese Werte zusätzlich oder ausschließlich für die Regelung der vier elektrischen Einzelantriebe verwenden .
Berechnungsbeispiel: Bei einer Geschwindigkeit des linken Hinter¬ rads von v32 = 1,1 m/s vorwärts, einer Geschwindigkeit des rechten Hinterrads von v33 = 0,9 m/s vorwärts und einer Spurbreite von 2 m ergibt sich ein Radius des linken Hinterrads von r32 = 11 m und ein Radius des rechten Hinterrads von r33 = 9 m. Bei einem Rad¬ stand von 3 m und jeweils einem Abstand vom Schwenkmittelpunkt bis zur Radmitte von 0,5 m bei den Vorderrädern ergeben sich für das linke Vorderrad ein Kurvenradius von r34 = 11,42 m, eine Geschwin¬ digkeit v34 = 1,14 m/s und ein Schwenkwinkel von a34 = 15,95 ° und für das rechte Vorderrad ein Kurvenradius von r35 = 9,46 m, eine Geschwindigkeit v35 = 0,95 m/s und ein Schwenkwinkel von a35 = 17,53 °. Alle 4 Räder und damit das gesamte Fahrzeug bewegen sich vorwärts um den Kurvenmittelpunkt (37) .
r32 = r33 + 2 m
v32 = 1,1 m/s
v33 = 0,9 m/s
r32 / v32 = r33 / v33
(r33 + 2 m) / 1, 1 m/s = r33 / 0, 9 m/s
r33 + 2 m = r33 * 1,1 / 0,9
r33 = (2 * 0,9 / 1,1) / (1 - 0,9 / 1,1) m
r33 = 9 m und r32 = 11 m
r34 = ((r32 - 0,5 m) 2 + (3 m) 2 ) 1/2 + 0,5 m
r34 = ((11 m - 0,5 m) 2 + (3 m) 2 ) 1/2 + 0,5 m
r34 = 11,42 m
v34 / r34 = v32 / r32
v34 = v32 / r32 * r34
v34 = 1,1 m/s / 11 m * 11,42 m
v34 = 1,14 m/s
a34 = arccosf (r32 - 0,5 m) / (r34 - 0,5 m) )
a34 = arccos((ll m - 0,5 m) / (11,42 m - 0,5 m) )
a34 = 15, 95 °
r35 = ( (r33 + 0,5 m) 2 + (3 m) 2 ) 1/2 - 0,5 m
r35 = ( (9 m + 0,5 m) 2 + (3 m) 2 ) 1/2 - 0, 5 m
r35 = 9,46 m
v35 / r35 = v33 / r33
v35 = v33 / r33 * r35
v35 = 0,9 m/s / 9 m * 9, 46 m
v35 = 0, 95 m/s
a35 = arccos ( (r33 + 0,5 m) / (r35 + 0, 5 m) )
a35 = arccos ( ( 9 m + 0,5 m) / (9,46 m + 0,5 m)
a35 = 17,53 °
Ausführungsbeispiel 4
Das Ausführungsbeispiel „Fahrzeug mit Dreiradlenkung und elektri¬ schen Einzelradantrieben" ist in der Zeichnung Fig. 4 dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
Ein Fahrzeug mindestens bestehend aus einer starren Hinterachse (41) mit zwei unabhängig elektrisch angetriebenen Rädern (42, 43), einem schwenkbaren und ebenfalls unabhängig elektrisch angetriebenen Vorderrad (44) und einer Verbindung zwischen Hinterachse und Vorderrad (46) .
Über das Lenkrad und Gas- und Bremspedal des Fahrzeugs werden die Drehzahlen der z.B. elektrischen Einzelantriebe koordiniert beschleunigt, gehalten oder gebremst. Steht das Vorderrad (44) gera¬ deaus nach vorne und werden alle drei Räder (42, 43, 44) koordi¬ niert gleichschnell vorwärtsbewegt, bewegt sich das Fahrzeug gera¬ deaus vorwärts.
Im Stillstand des Fahrzeugs kann das Vorderrad (44) so angetrieben werden, dass der Schenkwinkel den gewünschten Kurvenmittelpunkt (47) ergibt. Werden dann alle drei Räder (42, 43, 44) koordiniert mit der jeweiligen dem Kurvenradius des Rads entsprechenden Geschwindigkeit vorwärtsbewegt, bewegt sich das Fahrzeug um den Kur¬ venmittelpunkt (47) vorwärts nach rechts.
Die Ansteuerung zum Verändern des Schwenkwinkels kann auch der An- steuerung zur Vorwärtsfahrt überlagert werden. Dabei ist zu be¬ rücksichtigen, dass sich die Kurvenradien der Räder laufend ändern .
Über das Lenkrad und Gas- und Bremspedal des Fahrzeugs kann das Fahrzeug auch vorwärts nach links oder auch rückwärts geradeaus, nach links oder nach rechts bewegt werden. Eventuell sind für die Rückwärtsbewegung ein oder mehrere weitere Bedienelemente notwendig .
Die koordinierten Geschwindigkeiten der drei Räder können unter anderem mit einem Bordcomputer realisiert werden. Dieser berechnet z.B. 100-mal pro Sekunde die notwendigen Geschwindigkeiten der drei Räder entsprechend der gewünschten Bewegungsgeschwindigkeit und entsprechend der gewünschten Bewegungsrichtung und steuert entsprechend koordiniert die notwendigen Geschwindigkeiten der drei elektrischen Einzelantriebe. Der Bordcomputer könnte auch zusätzlich aus über Sensoren erfass- ten Werten die aktuellen Schwenkwinkel und/oder Geschwindigkeiten ermitteln und bei Bedarf diese Werte zusätzlich oder ausschlie߬ lich für die Regelung der drei elektrischen Einzelantriebe verwen- den .
Berechnungsbeispiel: Bei einer Geschwindigkeit des linken Hinter¬ rads von v42 = 1,1 m/s vorwärts, einer Geschwindigkeit des rechten Hinterrads von v43 = 0,9 m/s vorwärts und einer Spurbreite von 2 m ergibt sich ein Radius des linken Hinterrads von r42 = 11 m und ein Radius des rechten Hinterrads von r43 = 9 m. Bei einem Rad¬ stand von 3 m und einem Abstand vom des in der Fahrzeugmittelachse liegenden Schwenkmittelpunkt bis zur Radmitte von 0,5 m des Vor¬ derrads ergeben sich für das Vorderrad ein Kurvenradius von r44 = 10,94 m, eine Geschwindigkeit v44 = 1,09 m/s und ein Schwenkwinkel von a34 = 16,70 °. Alle 3 Räder und damit das gesamte Fahrzeug be¬ wegen sich vorwärts um den Kurvenmittelpunkt (47) .
r42 = r43 + 2 m
v42 = 1,1 m/s
v43 = 0,9 m/s
r42 / v42 = r43 / v43
(r43 + 2 m) / 1, 1 m/s = r43 / 0, 9 m/s
r43 + 2 m = r43 * 1,1 / 0,9
r43 = (2 * 0,9 / 1,1) / (1 - 0,9 / 1,1) m
r43 = 9 m und r42 = 11 m
r44 = (((r42 + r43) / 2 ) 2 + (3 m) 2 ) 1/2 + 0,5 m
r44 = (((11 m + 9 m) / 2 ) 2 + (3 m) 2 ) 1/2 + 0,5 m
r44 = 10,94 m
v44 / r44 = v42 / r42
v44 = v42 / r42 * r44
v44 = 1,1 m/s / 11 m * 10,94 m
v44 = 1,09 m/s
a44 = arccosf ( (r42 + r43) / 2) / (r44 - 0,5 m) )
a44 = arccos(((ll m + 9 m) 1 2 ) / (10,94 m - 0,5 m) )
a44 = 16, 70 °
Durch die gepunktete Linie in Fig. 4 ist ein zweites Vorderrad (45) angedeutet. Es können ein oder beide dieser Vorderräder angetrieben werden. Wenn beide Räder eine Achse haben, würde eine Drehschemellenkung vorliegen. Das Fahrzeug würde aber eventuell auch als Dreirad bezeichnet werden.
Dieses Ausführungsbeispiel mit oder ohne zweitem Vorderrad ist un¬ ter anderem auch ein Verwendungsbeispiel der Erfindung für ein Flugzeugfahrwerk .
Ausführungsbeispiel 5
Das Ausführungsbeispiel „Fahrzeug mit gekoppelter Achsschenkellen¬ kung und elektrischen Einzelradantrieben" ist in der Zeichnung Fig. 5 dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
Ein Fahrzeug mindestens bestehend aus einer starren Hinterachse (51) mit zwei freilaufenden Rädern (52, 53), zwei schwenkbaren und unabhängig elektrisch angetriebenen Vorderrädern (54, 55) , die entsprechend einer Achsschenkellenkung gekoppelt (56) sind, und einer Verbindung zwischen Hinterachse und Vorderräder (57) .
Über das Lenkrad und Gas- und Bremspedal des Fahrzeugs werden die Drehzahlen der z.B. elektrischen Einzelantriebe koordiniert be- schleunigt, gehalten oder gebremst. Stehen die beiden Vorderräder (54, 55) geradeaus nach vorne und werden koordiniert gleichschnell vorwärtsbewegt, bewegt sich das Fahrzeug geradeaus vorwärts.
Im Stillstand des Fahrzeugs können das linke Vorderrad (54) und das rechte Vorderrad (55) jeweils koordiniert so angetrieben wer- den, dass die jeweiligen Schenkwinkel den gewünschten Kurvenmittelpunkt (58) ergeben. Werden dann die beiden Vorderräder (54, 55) koordiniert mit der jeweiligen dem Kurvenradius des Rads entspre¬ chenden Geschwindigkeit vorwärtsbewegt, bewegt sich das Fahrzeug um den Kurvenmittelpunkt (58) vorwärts nach rechts.
Die Ansteuerung zum Verändern der Schwenkwinkel kann auch der An- steuerung zur Vorwärtsfahrt überlagert werden. Dabei ist zu be¬ rücksichtigen, dass sich die Kurvenradien der Räder laufend ändern .
Über das Lenkrad und Gas- und Bremspedal des Fahrzeugs kann das Fahrzeug auch vorwärts nach links oder auch rückwärts geradeaus, nach links oder nach rechts bewegt werden. Eventuell sind für die Rückwärtsbewegung ein oder mehrere weitere Bedienelemente notwendig .
Die koordinierten Geschwindigkeiten der beiden Vorderräder können unter anderem mit einem Bordcomputer realisiert werden. Dieser berechnet z.B. 100-mal pro Sekunde die notwendigen Geschwindigkeiten der beiden Vorderräder entsprechend der gewünschten Bewegungsgeschwindigkeit und entsprechend der gewünschten Bewegungsrichtung und steuert entsprechend koordiniert die notwendigen Geschwindig¬ keiten der beiden elektrischen Einzelantriebe.
Der Bordcomputer könnte auch zusätzlich aus über Sensoren erfass- ten Werten die aktuellen Schwenkwinkel und/oder Geschwindigkeiten ermitteln und bei Bedarf diese Werte zusätzlich oder ausschließlich für die Regelung der vier elektrischen Einzelantriebe verwenden .
Ausführungsbeispiel 6
Das Ausführungsbeispiel „Fahrzeug mit Allradlenkung und elektri¬ schen Einzelantrieben" ist in der Zeichnung Fig. 6 dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
Ein Fahrzeug mindestens bestehend aus zwei schwenk- und arretier¬ baren und unabhängig elektrisch angetriebenen Hinterrädern (61, 62), zwei ebenfalls schwenk- und arretierbaren und unabhängig elektrisch angetriebenen Vorderrädern (63, 64) und einer Verbindung zwischen den Hinter- und Vorderrädern (65) .
Die Ansteuerung der vier angetriebenen Räder und der vier Arretierungen erfolgt über ein oder mehrere Bedienelemente und einen Bordcomputer. Dieser berechnet z.B. 100-mal pro Sekunde die not¬ wendigen Geschwindigkeiten der vier Räder entsprechend der gewünschten Bewegungsgeschwindigkeit und entsprechend der gewünsch¬ ten Bewegungsrichtung und steuert dementsprechend koordiniert die vier elektrischen Einzelantriebe an und steuert ebenfalls dement¬ sprechend koordiniert die vier Arretierungen an. Der Bordcomputer könnte auch zusätzlich aus über Sensoren erfass- ten Werten die aktuellen Schwenkwinkel und/oder Geschwindigkeiten ermitteln und bei Bedarf diese Werte zusätzlich oder ausschließlich für die Regelung der vier elektrischen Einzelantriebe verwenden .
Wenn die beiden Hinterräder (61, 62) senkrecht zur Achse arretiert sind, entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem Ausführungsbei¬ spiel 3. Wenn die beiden Vorderräder (63, 64) senkrecht zur Achse arretiert sind, entspricht dieses Ausführungsbeispiel einem Fahr¬ zeug mit Heck- bzw. Hinterradlenkung.
Es können auch alle vier Räder so geschwenkt werden, dass das Fahrzeug um den Kurvenmittel (66) vorwärts nach rechts, was in Fig. 6 dargestellt ist oder nach links fährt. Der minimale Wende¬ kreis mit vier schwenkbaren Rädern ist dabei geringer als der minimale Wendekreis mit nur zwei schwenkbaren Rädern.
Wenn alle vier Räder den gleichen Schwenkwinkel haben, bewegt sich das Fahrzeug diagonal oder wenn dieser Schwenkwinkel 90 ° beträgt senkrecht zur Fahrzeugachse.
Die Bewegungsfreiheit einer bewegbaren angetriebenen Vorrichtung erhöht sich, wenn sich ein oder mehrere oder alle schwenk- und/oder arretierbaren Räder um 360 ° schwenken lassen. Diese Ausführung des Lenksystems kann z.B. für bewegbare Vorrichtungen, die wendig sein müssen, (z.B. für angetriebene Krankenhausbetten) verwendet werden.
Ausführungsbeispiel 7
Das Ausführungsbeispiel „Wagen mit Drehschemellenkung und hydrau¬ lischen Bremsen" ist in der Zeichnung Fig. 1 dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
Der Wagen mindestens bestehend aus einer starren Hinterachse (11) mit zwei freilaufenden Rädern (12, 13), einer als Drehschemel aus¬ geführten Vorderachse (14) mit zwei unabhängig hydraulisch bremsbaren Vorderrädern (15, 16) und einer Verbindung zwischen Hinterund Vorderachse (17) . Der Wagen wird durch eine Hangabtriebskraft angetrieben.
Mit einem Lenkrad und einem Bremspedal werden die hydraulischen Bremsen des linken und rechten Vorderrads (15, 16) über eine Bremskraftverteilung angesteuert .
Werden das linke und das rechte Vorderrad (15, 16) mit jeweils der Bremskraft gebremst, dass sich beide Vorderräder koordiniert gleichschnell bewegen, bewegt sich die Vorderachse (14) senkrecht zur Achse vorwärts und zieht den Wagen in die sich daraus erge¬ bende Richtung nach.
Werden das linke und das rechte Vorderrad (15, 16) jeweils mit der Bremskraft gebremst, dass sich das linke Vorderrad (15) koordi¬ niert schneller bewegt als das rechte (16), bewegt sich die Vor¬ derachse (14) vorwärts nach rechts und zieht den Wagen in die sich daraus ergebende Richtung nach.
Werden das linke und das rechte Vorderrad (15, 16) jeweils mit der Bremskraft gebremst, dass sich das rechte Vorderrad (16) koordi¬ niert schneller bewegt als das linke (15) , bewegt sich die Vorder¬ achse (14) vorwärts nach links und zieht den Wagen in die sich da¬ raus ergebende Richtung nach.
Anstatt der Hangabtriebskraft kann auch die Trägheitskraft des sich bewegenden Wagens z.B. am Ende des Hangs, eine Zug- oder Schubkraft von außen oder die Schubkraft z.B. eines Propellers o- der eines Strahltriebwerks auf den Wagen einwirken. Bei einem angetriebenen Wagen kann auch die Trägheitskraft des sich bewegenden Wagens einwirken, wenn z.B. der Antrieb abgestellt wird oder aus¬ fällt .
Weitere Ausführungsbeispiele
Bei allen Ausführungsbeispielen können die Vorderachsen auch als Hinterachsen und die Hinterachsen als Vorderachsen ausgeführt sein .
Bei allen Ausführungsbeispielen können die gewünschte Bewegungsrichtung und die gewünschte Bewegungsgeschwindigkeit der bewegba¬ ren angetriebenen Vorrichtungen manuell vorzugweise über Lenkrad und Gas- und Bremspedal, über Bedienhebel, über Bedienfeld, über Steer-by-wire und/oder über Fernsteuerung vorgegeben werden. Die Vorgaben können auch teilweise oder ausschließlich automatisch von einem Computer berechnet werden.
Bei allen Ausführungsbeispielen können auch zusätzlich mit einem oder mehreren Sensoren jeweils an einer oder mehreren Stellen jeweils an der bewegbaren angetriebenen Vorrichtung oder außerhalb der bewegbaren angetriebenen Vorrichtung jeweils Positionen, Drehlagen, Geschwindigkeiten und/oder Beschleunigungen jeweils über einen oder mehreren oder den ganzen Bereich jeweils zeitweise oder laufend gemessen werden und mit diesen Sensorwerten für ein oder mehrere oder alle angetriebenen bodenberührenden Elemente die einzelnen Geschwindigkeiten entsprechend koordiniert nachgesteuert werden .
Alle Ausführungsbeispiele können mit ein oder mehreren zusätzlichen bodenberührenden Elementen in allen möglichen schwenkbaren / nicht schwenkbaren, arretierbaren / nicht arretierbaren und angetriebenen / nicht angetriebenen Kombinationen ausgeführt werden.
Allen Ausführungsbeispielen können mit allen möglichen Antrieben und allen möglichen Kombinationen von Antrieben ausgeführt werden.
Alle Ausführungsbeispiele können für alle möglichen bewegbaren Vorrichtungen verwendet werden.
Bei allen Ausführungsbeispielen können einige oder alle schwenkbaren bodenberührenden Elemente einzeln oder gruppiert arretiert werden .
Bei allen Ausführungsbeispielen können einige oder alle schwenkbaren bodenberührenden Elemente einzeln oder gruppiert gekoppelt werden .
Bei a
ren b
vorri
Alle oben aufgeführten Berechnungsbeispiele zeigen jeweils eine konkrete Berechnung einer jeweiligen konkreten Bewegungsrichtungsund Bewegungsgeschwindigkeitssituation . Die Berechnungen können für alle möglichen Bewegungsrichtungs- und Bewegungsgeschwindig- keitssituationen durchgeführt werden. Bei der Ansteuerung des oder der Antriebe müssen eventuell zusätzlich die Beschaffenheit und die Unebenheit des Bodens und der Schlupf der angetriebenen boden- berührenden Elemente berücksichtigt werden.
Alle oben beschriebenen Ausführungs- und Berechnungsbeispiele kön¬ nen in allen möglichen Kombinationen ausgeführt werden.

Claims

Patentansprüche
1.
Lenksystem für bewegbare angetriebene Vorrichtungen mit mindestens einem schwenkbaren und dadurch die Bewegungsrichtung der bewegbaren angetriebenen Vorrichtung beeinflussenden bodenberührenden Element und mit insgesamt mindestens drei bodenberührenden Elemen¬ ten, von denen einige oder alle angetrieben werden,
dadurch gekennzeichnet, dass
der oder die Schwenkwinkel der schwenkbaren bodenberührenden Elemente durch die zur jeweiligen Schwenkachse des schwenkbaren bodenberührenden Elements exzentrisch wirkenden Kräfte, die durch die Relativbewegungen der Achsen der mit koordinierten Geschwindigkeiten angetriebenen bodenberührenden Elemente erzeugt werden, eingestellt und/oder gehalten werden.
2.
Lenksystem nach dem vorhergehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein oder mehrere oder alle schwenkbaren bodenberührenden Elemente entsprechend einer Achsschenkellenkung, einer Drehschemellenkung, einer Knicklenkung, einer Dreiradlenkung oder einer Einzelradlenkung bzw. Einzelelementlenkung oder einer Kombination der vorgenannten Möglichkeiten ausgeführt werden.
3.
Lenksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die unterschiedlichen koordinierten Geschwindigkeiten der ange- triebenen bodenberührenden Elemente realisiert werden durch Einzelantriebe, insbesondere durch elektrische, hydraulische und/oder pneumatische Einzelantriebe oder durch einen Zentralantrieb mit mechanischem Verteilsystem, insbesondere mit Überlagerungsge¬ triebe, Differentialgetriebe kombiniert mit einzeln bremsbaren bo¬ denberührenden Elementen, oder durch individuell vorzugsweise stufenlos einstellbare Einzelgetriebe oder durch einzeln bremsbare bodenberührende Elemente oder durch eine Kombination der oben ge¬ nannten Antriebs- und Bremssysteme wobei auch zusätzlich oder aus¬ schließlich eine Schubkraft, z.B. von einem Propeller oder einem Strahltriebwerk, eine Zug- oder Schubkraft von außen, eine Hangab¬ triebskraft oder eine Trägheitskraft auf die bewegbare angetrie¬ bene Vorrichtung einwirken kann.
Lenksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
zusätzlich ein oder mehrere oder alle bodenberührenden Elemente, die nicht zum Einstellen und/oder Halten der Schwenkwinkel der schwenkbaren bodenberührenden Elemente angetriebenen werden müssen, angetrieben werden.
Lenksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein oder mehrere Sensoren jeweils an einer oder mehreren Stellen jeweils an der bewegbaren angetriebenen Vorrichtung oder außerhalb der bewegbaren angetriebenen Vorrichtung jeweils Positionen, Drehlagen, Geschwindigkeiten und/oder Beschleunigungen jeweils über einen oder mehreren oder den ganzen Bereich jeweils zeitweise oder laufend messen und mit diesen Sensorwerten für ein oder mehrere o- der alle angetriebenen bodenberührenden Elemente die einzelnen Geschwindigkeiten entsprechend koordiniert nachgesteuert werden.
6.
Lenksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
für ein oder mehrere oder alle schwenkbaren bodenberührenden Elemente die Schwenkwinkel einzeln oder gruppiert oder gemeinsam ar¬ retiert werden können und für eine Änderung der Schwenkwinkel die Arretierungen einzeln oder gruppiert oder gemeinsam gelöst werden können .
7.
Lenksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwei oder mehrere schwenkbaren bodenberührenden Elemente gruppiert oder alle gemeinsam mechanisch gekoppelt werden.
Lenksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein oder mehrere oder alle schwenkbaren bodenberührenden Elemente zusätzlich mit einer Lenkantriebsvorrichtung gekoppelt werden.
PCT/EP2018/025289 2017-11-10 2018-11-08 Lenksystem für bewegbare angetriebene vorrichtungen WO2019091600A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP18833390.0A EP3707059A1 (de) 2017-11-10 2018-11-08 Lenksystem für bewegbare angetriebene vorrichtungen

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017010427.1 2017-11-10
DE102017010427.1A DE102017010427A1 (de) 2017-11-10 2017-11-10 Lenksystem für bewegbare angetriebene Vorrichtungen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019091600A1 true WO2019091600A1 (de) 2019-05-16

Family

ID=65013637

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2018/025289 WO2019091600A1 (de) 2017-11-10 2018-11-08 Lenksystem für bewegbare angetriebene vorrichtungen

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP3707059A1 (de)
DE (1) DE102017010427A1 (de)
WO (1) WO2019091600A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019127269A1 (de) * 2019-10-10 2021-04-15 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Knicklenkerfahrzeug und Verfahren zur sicheren Lenkung und Spurhaltung eines Knicklenkerfahrzeugs

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10011639A1 (de) * 1999-03-10 2000-09-21 Honda Motor Co Ltd Kooperatives Fahrzeug-Steuer/Regelsystem
DE202005015825U1 (de) * 2005-10-08 2005-12-29 Linseal Gmbh Antriebseinrichtung
US20060266565A1 (en) * 2005-05-24 2006-11-30 Fontecchio Bruce E Articulating quad-drive wheelchair

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19632251B4 (de) * 1996-08-09 2004-08-26 Volkswagen Ag Vorrichtung und Verfahren zur Lenkung eines Kraftfahrzeuges
US20080140264A1 (en) * 2006-12-08 2008-06-12 O'dea Kevin A Method for providing stability control for a vehicle
US8965634B2 (en) * 2011-05-06 2015-02-24 Volvo Construction Equipment Ab Vehicle with a controllable wheel route
US20140190759A1 (en) * 2013-01-09 2014-07-10 Continental Automotive Systems, Inc. Autonomous vehicle braking and steering system
JP6243134B2 (ja) * 2013-04-05 2017-12-06 Ntn株式会社 車両の停車制御装置
DE102016008136A1 (de) * 2016-07-05 2018-01-11 Lucas Automotive Gmbh Steuerungs-System und Verfahren zum Unterstützen oder Erhalten eines sicheren Lenkbetriebs eines zumindest teilautonom fahrfähigen Kraftfahrzeuges

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10011639A1 (de) * 1999-03-10 2000-09-21 Honda Motor Co Ltd Kooperatives Fahrzeug-Steuer/Regelsystem
US20060266565A1 (en) * 2005-05-24 2006-11-30 Fontecchio Bruce E Articulating quad-drive wheelchair
DE202005015825U1 (de) * 2005-10-08 2005-12-29 Linseal Gmbh Antriebseinrichtung

Also Published As

Publication number Publication date
DE102017010427A1 (de) 2019-05-16
EP3707059A1 (de) 2020-09-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3106926C2 (de)
DE4237558A1 (de)
DE102011113226A1 (de) Transportfahrzeug mit Dreirad-Fahrwerk
DE2648081A1 (de) Vorrichtung zur steuerung der zugkraft eines motorfahrzeuges
DE2026295A1 (de) Raupenfahrwerk od dgl, welches msbe sondere an einem Personenkraftwagen anbring bar ist
EP3152102B1 (de) Fahrzeug-verbund mit mehreren angetriebenen fahrzeugmodulen
DE202019003072U1 (de) Fahrplattform und modulare Fahreinheit
DE102010060505A1 (de) Containertransportfahrzeug
WO2020127972A1 (de) Elektrofahrzeug mit transportfunktion und verfahren zu dessen zustandsänderung
US4266483A (en) Convertible rail-highway car moving vehicle
DE3426525C2 (de) Bodenfahrzeug
WO2019091600A1 (de) Lenksystem für bewegbare angetriebene vorrichtungen
EP0711698B1 (de) Verteiler-bzw. Zustellerwagen
DE3425698C2 (de)
DE202019000469U1 (de) Fahrplattform
DE19948486A1 (de) Lenken mittels des Antriebs bei nichtspurgebundenen Fahrzeugen
DE102011018916B4 (de) Lenkvorrichtung
DE928864C (de) Fahrzeug mit Raupenfahrgestellen in Drehschemelanordnung
DE102004013897B4 (de) Portalhubstapler mit elektrischer Lenkung
EP3653469A1 (de) Lenkvorrichtung eines fahrzeugs
DE202004001249U1 (de) Gezogener landwirtschaftlicher Wagen
EP0671309B1 (de) Nicht spurgebundenes Fahrzeug, insbesondere Omnibus
CH392289A (de) Fahrzeug
LU101495B1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Bodendruckverteilung
DE1943575A1 (de) Verfahren zur Lenkung von mindestens dreiachsigen Kraftfahrzeugen mit nichtlenkbaren Raedern

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18833390

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2018833390

Country of ref document: EP

Effective date: 20200610