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Die
Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit wenigstens einer über eine
Achsschenkellenkung lenkbare Fahrzeugachse, wobei die Achsschenkellenkung
mit einem Hauptlenkzylinder ausgeführt ist.
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Aus
der Praxis bekannte Fahrzeuge sind zum Manövrieren mit wenigstens einer
lenkbaren Fahrzeugachse ausgeführt,
deren Aufbau unter anderem von der Antriebsart des Fahrzeugs und
von der Art der Radaufhängung
abhängig
ist. Grundsätzlich
werden Lenkbewegungen des Fahrers bzw. eine fahrerseitige Lenkanforderung über ein
Lenkrad, eine Lenksäule,
ein Lenkgetriebe und eine aus mehreren über Gelenke miteinander verbundenen
Bauteilen bestehende Verschwenkkinematik auf die Räder der lenkbaren
Fahrzeugachse übertragen,
so dass die Räder
in Bezug auf eine zu einer Geradeausfahrt äquivalenten Position heraus
verschwenkbar sind.
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Dabei
wird grundsätzlich
zwischen einer so genannten Drehschemellenkung und einer so genannten
Achsschenkellenkung unterschieden. So werden die Räder einer
lenkbaren Fahrzeugachse, deren Räder
in Abhängigkeit
eines angeforderten Lenkwinkels nach dem Prinzip der Drehschemellenkung
verstellt werden, zusammen mit einer zwischen den Rädern in
Fahrzeugquerrichtung verlaufenden Achse um einen gemeinsamen Drehpunkt
bzw. um eine gemeinsame Lenkdrehachse verschwenkt, wobei durch die
Verschwenkung der Achse und der Räder eine Standfläche des
Fahrzeugs verkleinert wird, womit eine Kippneigung des Fahrzeugs
ansteigt. Die Drehschemellenkung wird vorzugsweise bei zweiachsigen
Anhängern
eingesetzt, da mit einer Drehschemellenkung ausgeführte Fahrzeuge
durch eine gute Rangierfähigkeit
gekennzeichnet sind.
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Werden
die angeforderten Lenkbewegungen nach dem Achsschenkellenkungsprinzip
umgesetzt, wird jedes Rad der lenkbaren Fahrzeugachse um eine eigene
Lenkdrehachse verschwenkt, die an den den Rädern zugewandten Enden einer
zwischen den Rädern
in Fahrzeugquerrichtung verlaufenden Achse angeordnet sind. Die
Lenkdrehachsen werden durch die Verbindungen der Lenkpunkte der
Radaufhängung
oder durch die Längsachsen
der Achsschenkelbolzen gebildet. Die Achsschenkellenkung findet
vorzugsweise bei zweispurigen Kraftfahrzeugen Anwendung, da die
Standfläche
des Fahrzeugs beim Einschlagen der Räder um die zugeordneten Lenkdrehachsen
annähernd
gleich groß bleibt,
wodurch eine Kippneigung des Fahrzeugs in wesentlich geringerem
Umfang ansteigt, als dies beim Einsatz einer Drehschemellenkung
der Fall ist.
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Je
höher die
Anforderungen an die Wendigkeit eines Fahrzeugs sind, desto größer ist
bei einer Drehschemellenkung der maximale Verschwenkwinkel der Achse
bzw. bei einer Achsschenkellenkung der Einschlagwinkel der Räder um die
Lenkdrehachsen vorzusehen. Insbesondere bei Baumaschinen ist ein
möglichst
kleiner Wendekreis gefordert, da im Einsatzbereich von Baumaschinen
der zum Manövrieren
zur Verfügung
stehende Raum meist stark begrenzt ist und aufwändige Fahrmanöver unwirtschaftlich
sind.
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In
der Regel sind die Lenkungen von Baumaschinen als Achsschenkellenkungen
ausgeführt,
bei der die Lenkbewegungen eines Fahrers über einen als Gleichlaufzylinder
mit durchgehender Kolbenstange ausgeführten Hauptlenkzylinder auf
die Räder
aufgebracht werden. Die Kraftübertragung
zwischen den Rädern
und der Kolbenstange des Hauptlenkzylinders erfolgt über eine
Spurstange, die wiederum mit einem Gelenkgehäuse bzw. einem Radkopf verbunden
ist, der mit den Rädern
wirkverbunden ist und gemeinsam mit diesen um die zugeordnete Lenkdrehachse
verschwenkt wird.
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Werden
beide verschwenkbaren Räder
einer mit einer Achsschenkellenkung ausgebildeten lenkbaren Fahrzeugachse
bei einer Kurvenfahrt gleich stark eingeschlagen, kann keines der
beiden Räder auf
seiner natürlichen
Bahn abrollen. Jedes Rad wird dann vom anderen Rad auf eine unnatürliche Bahn gezwungen,
so dass beide Räder
zusätzlich
zur Rollbewegung in Bezug auf den Untergrund noch eine mehr oder
weniger starke Gleitbewegung ausführen, die zu einem unerwünscht hohen
Verschleiß der
Räder führt.
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Aus
diesem Grund sollen die Räder
grundsätzlich
im Betrieb eines Fahrzeugs und besonders während einer Kurvenfahrt ohne
die für
die Reifen unter Umständen
sehr belastende seitliche Gleitbewegung abrollen, wie es bei einer
Drehschemellenkung der Fall ist. Dies wird bei Achsschenkellenkungen
dadurch erreicht, dass der Einschlagwinkel des kurveninneren Rades
größer als
der des kurvenäußeren Rades
vorgesehen ist.
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Zusätzlich stellt
sich die Problematik der hohen Reifenbelastung während einer Kurvenfahrt nicht
nur zwischen den Rädern
einer Fahrzeugachse. Nach dem so genannten Ackermann-Prinzip müssen sich
die verlängerten
Mittellinien der Achsschenkel der eingeschlagenen Räder für einen
möglichst
verschleißarmen
bzw. einen verschleißfreien Betrieb
des Fahrzeugs auf der verlängerten
Mittellinie einer zweiten nicht lenkbaren Fahrzeugachse treffen
oder sich mit den verlängerten
Mittellinien der Achsschenkel der Räder einer zweiten lenkbaren Fahrzeugachse
in genau einem Punkt schneiden. Die von den Rädern der beiden Fahrzeugachsen durchfahrenen
Kreisbahnen haben dann einen gemeinsamen Mittelpunkt, so dass die
vorbeschriebenen Gleitbewegungen der Räder erheblich reduziert bzw.
gänzlich
vermieden sind.
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Treffen
sich die Strahlen bzw. die Verlängerungen
der Mittellinien der Achsschenkel der Räder nicht in einem Punkt, liegt
ein so genannter Spurwin kelfehler oder ein so genannter Lenkwinkelfehler
vor. Dabei ist die Belastung der Reifen umso höher, je größer der aktuelle Spurwinkelfehler
ist.
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Besonders
bei Fahrzeugen, wie Baufahrzeugen, die mit einem kurzen Radstand
und einer Achsschenkellenkung ausgeführt sind, nimmt der Lenkwinkelfehler
mit steigenden Einschlagwinkeln der Räder zu, die zur Umsetzung der
geforderten Fahrzeugwendigkeit notwendig sind, was jedoch aufgrund
des ebenfalls ansteigenden Reifenverschleißes unerwünscht ist, zudem eine neue
Bereifung von Baufahrzeugen hohe Kosten verursacht.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeug zur Verfügung zu
stellen, welches sowohl durch eine hohe Wendigkeit als auch durch
eine geringe Reifenbelastung während
einer Kurvenfahrt gekennzeichnet ist.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe mit einem Fahrzeug gemäß den Merkmalen
des Patentanspruches 1 gelöst.
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Das
erfindungsgemäß ausgebildete
Fahrzeug mit wenigstens einer über
eine Achsschenkellenkung lenkbaren Fahrzeugachse, bei dem die Achsschenkellenkung
mit einem Hauptlenkzylinder ausgeführt ist, weist eine gute Manövrierbarkeit
bei gleichzeitig niedrigen Belastungen der Räder insbesondere während Kurvenfahrten
auf.
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Dies
wird dadurch erreicht, dass eine Lenkkinematik der Achsschenkellenkung
jeweils im Bereich zwischen dem Hauptlenkzylinder und einem Rad
der lenkbaren Fahrzeugachse zugeordneten Radträger in Abhängigkeit eines angeforderten
Lenkwinkels derart veränderbar
ist, dass ein Lenkwinkelfehler minimal ist.
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Damit
besteht auf einfache Art und Weise die Möglichkeit, die in Abhängigkeit
eines aktuell angeforderten Lenkwinkels stehenden Einschlagwinkel der
Räder der
lenkbaren Fahrzeugachse, welche zunächst von dem Hauptlenkzylinder
und der Lenkkinematik der Achsschenkellenkung eingestellt werden, derart
aufeinander abzustimmen, dass ein Lenkwinkelfehler zwischen den
beiden Rädern
der beiden lenkbaren Fahrzeugachse sowie zwischen den Rädern der
lenkbaren Fahrzeugachse und einer weiteren Fahrzeugachse gegen Null
geht. Das bedeutet, dass die über
den Hauptlenkzylinder eingestellten Einschlagwinkel der Räder über die
zwischen dem Hauptlenkzylinder und den Radträgern der Räder entsprechend veränderte Lenkkinematik
zur Minimierung des Lenkwinkelfehlers aufeinander abgestimmt werden.
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Weitere
Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den Patentansprüchen
und dem unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen
Ausführungsbeispiel.
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Es
zeigt:
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1 eine
mit einer Achsschenkellenkung ausgeführte lenkbare Fahrzeugachse
in Alleinstellung, deren Lenkkinematik im Bereich zwischen dem Hauptlenkzylinder
und den Radträgern
veränderbar ausgeführt ist;
und
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2 eine
stark schematisierte Darstellung eines hydraulischen Überlagerungssystems
zur Ansteuerung der in 1 dargestellten Fahrzeugachse.
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In 1 ist
eine lenkbar ausgeführte
Fahrzeugachse 1 eines Baufahrzeugs in einer stark schematisierten
Alleindarstellung gezeigt. Räder 2A und 2B der
lenkbaren Fahrzeugachse 1 sind aus der dargestellten Position, welche
einer Geradeausfahrt des Fahrzeugs entspricht, in eine verschwenkte
bzw. in eine eingeschlagene Position für eine Kurvenfahrt des Fahrzeugs überführbar. Dazu
sind die Räder 2A und 2B der
Fahrzeugachse 1 über
eine Achsschenkellenkung 4 aus der dargestellten Position
in die dem jeweils angeforderten Lenkwinkel entsprechende verschwenkte
Position bringbar.
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Die
Achsschenkellenkung 4 ist vorliegend mit einem als Gleichlaufzylinder
ausgeführten
Hauptlenkzylinder 6 ausgebildet, der in Fahrzeugquerrichtung
parallel zu einer zwischen den Rädern 2A, 2B in an
sich bekannter Art und Weise angeordneten Achse der Fahrzeugachse 1 verlaufend
angeordnet ist. Eine Kolbenstange 7 des Hauptlenkzylinders 6 ist
an ihren beiden Enden jeweils über
ein als Kugelgelenk ausgeführtes
Kolbenstangengelenk 7A, 7B mit jeweils einer Spurstange 8A bzw. 8B verbunden.
Die Spurstangen 8A und 8B sind wiederum über an ihren der
Kolbenstange 7 abgewandten Enden angeordnete Spurstangengelenke 9A, 9B mit
Radträgern 10A, 10B verbunden.
Die Radträger 10A, 10B sind
fest mit Radnaben 11A, 11B der Räder 2A und 2B verbunden,
die wiederum gemeinsam mit den Rädern 2A und 2B um
Lenkdrehachsen 12A, 12B gegenüber der Achse 3 verschwenkbar
ausgeführt
sind.
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Zur
Beeinflussung der von der Bewegung der Kolbenstange 7 bewirkten
Schwenkbewegung der Räder 2A, 2B der
Fahrzeugachse 1 sind die Abstände zwischen den Spurstangengelenken 9A, 9B und
den Kolbenstangengelenken 7A, 7B veränderbar
ausgeführt.
Dazu sind die Spurstangen 8A, 8B zweiteilig ausgeführt, wobei
die Spurteilstangen 8A_1, 8A_2 bzw. 8B_1, 8B_2 über ebenfalls
als Kugelgelenke ausgeführte
Verbindungsgelenke 8A_3 bzw. 8B_3 gelenkig miteinander
verbunden sind. Die Spurstangen 8A, 8B sind im
Bereich der Verbindungsgelenke 8A_3, 8B_3 in Kulissen
bzw. Steuerkurven 22A, 22B geführt, deren Form über den
gesamten Lenkwinkelbereich an den jeweils angeforderten Lenkwinkel
angepasst ist, dass die Lenkkinematik der Achsschenkellenkung 4 im
Bereich der Spurstangen 8A und 8B dahingehend
ver ändert wird,
dass ein Lenkwinkelfehler zwischen den Rädern 2A, 2B der
lenkbaren Fahrzeugachse 1 und einer weiteren Fahrzeugachse über den
gesamten Lenkwinkelbereich möglichst
gegen Null geht.
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Damit
ist die Hebelkinematik der Achsschenkellenkung 4 zwischen
der Kolbenstange 7 des Hauptlenkzylinders 6 und
den Rädern 2A, 2B auf
einfache Art und Weise in Abhängigkeit
des jeweils angeforderten Lenkwinkels veränderbar und der Einschlagwinkel
des Rades 2A und der Einschlagwinkel des Rades 2B derart
aufeinander abstimmbar, dass ein Lenkwinkelfehler im Vergleich zu
herkömmlichen Achsschenkellenkungen
reduziert bzw. ganz vermieden werden kann.
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Die
in 1 gezeigte Fahrzeugachse kann in Fahrzeugen sowohl
als Fahrzeugvorderachse oder auch als Fahrzeughinterachse eingesetzt
werden, um ein Fahrzeug mit einer im Bereich der Räder 2A und 2B verschleißarmen Vorderradlenkung
oder verschleißarmen
Hinterradlenkung auszuführen. Darüber hinaus
besteht jedoch auch die Möglichkeit, ein
zweiachsiges Fahrzeug mit zwei Fahrzeugachsen auszubilden, die der
in 1 stark schematisiert dargestellten Fahrzeugachse
entspricht, um ein allradgelenktes Fahrzeug mit einer hohen Wendigkeit bei
gleichzeitig geringer Reifenbelastung zur Verfügung stellen zu können.
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2 zeigt
ein stark schematisiert dargestelltes Überlagerungssystem 13,
mittels welchem dem über
die Achsschenkellenkung 4 darstellbaren Anteil des Lenkeinschlags
der Räder 2A, 2B der Fahrzeugachse 1 ein über die
Veränderung
des Abstandes zwischen den Kolbenstangengelenken 7A, 7B und
den Spurstangengelenken 9A, 9B darstellbarer Teil
des Lenkeinschlags der Räder
in Abhängigkeit
des angeforderten Lenkwinkels überlagert
wird, wodurch ein Lenkwinkelfehler zwischen den Rädern 2A, 2B der
lenkbaren Fahrzeugachse 1 sowie auch zwischen den Rädern zweier
lenkbarer Fahrzeugach sen eines Fahrzeugs auf einfache Art und Weise
im Vergleich zu herkömmlichen
Achsschenkellenkungen reduzierbar bzw. ausgleichbar ist. Das Überlagerungssystem 13 weist
sowohl mechanische als auch hydraulische Komponenten auf, die in
der nachbeschriebenen Art und Weise zusammenwirken.
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Eine
Kolbenstange 14 einer Steuerungszylindereinrichtung 15 des
hydraulischen Überlagerungssystems 13 ist
mit ihrem aus einem Zylinder 16 der Steuerungszylindereinrichtung 15 herausragenden
Endes in einer Steuerkurvenführung 17 geführt, die
in Abhängigkeit
des aktuell angeforderten Lenkwinkels in den durch den Doppelpfeil
A dargestellten Richtungen bewegt wird, so dass die Kolbenstange 14 in
Abhängigkeit
des aktuell angeforderten Lenkwinkels mehr oder weniger stark in
den Zylinder 16 der Steuerungszylindereinrichtung 15 eintaucht.
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In
Abhängigkeit
der über
die Steuerkurvenführung 17 eingestellten
Position der Kolbenstange 14 wird eine fluidisch mit der
Steuerungszylindereinrichtung 15 verbundene Überlagerungszylindereinrichtung 18 mit
einem aus der Verschiebung der Kolbenstange 14 und einem
damit wirkverbundenen Kolben 20 resultierenden Verschiebevolumen
der Steuerungszylindereinrichtung 15 beaufschlagt, wobei
ein weiterer Kolben 21 und eine damit wirkverbundene weitere
Kolbenstange 19 der Überlagerungszylindereinrichtung 18 in
Abhängigkeit
des Verschiebevolumens in eine der beiden durch den Doppelpfeil
B dargestellten Richtungen verschoben wird.
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Das
bedeutet, dass das Überlagerungssystem 13 mit
einer lenkeinschlagabhängigen
mechanischen Kurvenführung
ausgebildet ist, über
die im Überlagerungssystem 13 ein
hydraulisches Verschiebevolumen erzeugt wird, das zur Ansteuerung der Überlagerungszylindereinrichtung 18 verwendet wird.
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Die
Steuerkurvenführung 17 wird
in Abhängigkeit
des angeforderten Lenkwinkels relativ zur Steuerungszylindereinrichtung 15 bewegt,
wobei die Steuerkurvenführung 17 prinzipiell
mit jedem beweglich ausgeführten
Bauteil der Fahrzeuglenkung, wie beispielsweise der Lenksäule, dem
Gleichlaufzylinder, der Spurstange, dem Achsstummel oder dergleichen
verbunden werden kann. Durch den jeweils vorliegenden Lenkeinschlag
am Lenkrad oder einem vergleichbaren für den Fahrer vorgesehen Bedienelement
wird die Kolbenstange 14 des Steuerungszylinders 15 bewegt
und das im Zylinder 16 der Steuerungszylindereinrichtung 15 angeordnete Ölvolumen derart
verschoben, dass die Überlagerungszylindereinrichtung 18 in
der gewünschten
Art und Weise angesteuert wird.
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Die Überlagerungszylindereinrichtung 18 ist vorliegend
mit den Verbindungsgelenken 8A_3, 8B_3 der Achsschenkellenkung 4 verbunden,
um einen Abstand zwischen den Kolbenstangengelenken 7A, 7B und
den Spurstangengelenken 9A, 9B durch Verschieben
der Verbindungsgelenke 8A_3, 8B_3 zu verändern. Damit
wird den über
die Bewegung der Kolbenstange 7 des Hauptlenkzylinders 6 eingestellten
Schwenkwinkeln der Räder 2A, 2B eine
in Abhängigkeit
des angeforderten Lenkwinkels stehende Lageveränderung der Verbindungsgelenke 8A_3, 8B_3 und
eine daraus resultierende Veränderung
der Schwenkwinkel der Räder
vorteilhafterweise derart überlagert,
dass ein Lenkwinkelfehler zwischen den Rädern 2A, 2B der
lenkbaren Fahrzeugachse 1 bzw. zwischen den Rädern der
lenkbaren Fahrzeugachse und Rädern
einer weiteren Fahrzeugachse ausgeglichen wird.
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Darüber hinaus
kann es auch vorgesehen sein, dass die Kolbenstange 19 der Überlagerungszylindereinrichtung 18 mit
den in 1 dargestellten Kurvenführungen 8A_3, 8B_3 verbunden
ist, um eine Position der Steuerkurven 22A und 22B in
Abhängigkeit
des angeforderten Lenkwinkels derart zu verändern, dass ein Lenkwinkelfehler
im Vergleich zu herkömmlichen
Achsschenkellenkungen weitestgehend ausgeglichen wird.
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Hiervon
abweichend besteht selbstverständlich
auch die Möglichkeit,
die Überlagerungszylindereinrichtung
mit Hilfe von Elektronik, wie im Bereich der beweglichen Bauteile
der Fahrzeuglenkung angeordneten Sensoren und Ventilen, anzusteuern und/oder
zu regeln, um einen Lenkwinkelfehler gering zu halten bzw. vermeiden
zu können.
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- 1
- Fahrzeugachse
- 2A,
2B
- Rad
- 3
- Achse
- 4
- Achsschenkellenkung
- 6
- Hauptlenkzylinder
- 7
- Kolbenstange
- 7A,
7B
- Kolbenstangengelenk
- 8A,
8B
- Spurstange
- 8A_1,
8A_2, 8B_1, 8B_2
- Spurteilstange
- 8A_3,
8B_3
- Verbindungsgelenk
- 9A,
9B
- Spurstangengelenk
- 10A,
10B
- Radträger
- 11A,
11B
- Radnabe
- 12A,
12B
- Lenkdrehachse
- 13
- Überlagerungssystem
- 14
- Kolbenstange
- 15
- Steuerungszylindereinrichtung
- 16
- Zylinder
- 17
- Steuerkurvenführung
- 18
- Überlagerungszylindereinrichtung
- 19
- weitere
Kolbenstange
- 20
- Kolben
- 21
- Kolben
- 22A,
22B
- Steuerkurve