DE202021001653U1

DE202021001653U1 - Lenkvorrichtung

Info

Publication number: DE202021001653U1
Application number: DE202021001653.8U
Authority: DE
Original assignee: Isel Automation & Co KG GmbH
Current assignee: Isel Automation & Co Kg De GmbH
Priority date: 2021-05-05
Filing date: 2021-05-05
Publication date: 2022-09-05
Anticipated expiration: 2031-05-06

Abstract

Lenkvorrichtung,
aufweisend ein Fahrgestell (10), eine Antriebsradeinheit (20) und eine Stützradanordnung (30),
wobei die Antriebsradeinheit (20) ein erstes Antriebsrad (21.1), ein zweites Antriebsrad (21.2), eine Antriebseinheit (24) und eine Steuerungseinheit (25) aufweist,
wobei die Antriebsräder (21.1 21.2) an dem Fahrgestell (10) mittels einer jeweiligen ersten und zweiten Antriebsradaufnahme (22.1, 22.2) rotierbar um eine gemeinsame Antriebsradhorizontalachse (23) und axial beabstandet aufgenommen sind,
wobei die Antriebseinheit (24) einen ersten Radantrieb (24.1) und einen zweiten Radantrieb (24.2) aufweist, wobei der erste Radantrieb (24.1) dem ersten Antriebsrad (21.1) und der zweite Radantrieb (24.2) dem zweiten Antriebsrad (21.2) zugeordnet ist, wobei jeder der Radantriebe (24.1, 24.2) ausgebildet ist, das jeweils zugeordnete Antriebsrad (21.1, 21.2) separat mit einem Drehmoment zu beaufschlagen,
wobei die Steuerungseinheit (25) mit den Radantrieben (24.1, 24.2) verbunden und ausgebildet ist, Steuersignale an die Radantriebe (24.1, 24.2) zu übertragen,
wobei die Antriebradeinheit (20) ausgebildet ist, das Fahrgestell (10) mittels einer unterschiedlichen Drehgeschwindigkeit der Antriebsräder (21.1, 21.2) rotatorisch und mittels einer gleichen Drehgeschwindigkeit der Antriebsräder (21.1, 21.2) translatorisch zu bewegen,
wobei die Stützradanordnung (30) mindestens eine Stützradeinheit (31) aufweist,
wobei die mindestens eine Stützradeinheit (31) ein Drehgestell (31.1), das an dem Fahrgestell (10) um eine Vertikalachse drehbar gelagert ist, und ein Stützrad (31.2), das mittels einer Stützradaufnahme (31.3) an dem Drehgestell (31.1) rotierbar um eine Stützradhorizontalachse (31.4) gelagert ist, aufweist,
und wobei dem Drehgestell (31.1) ein Drehgestellantrieb (31.5) zugeordnet ist, der ausgebildet ist, die Stützradhorizontalachse (31.4) radial auf einen Momentanpol auszurichten.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lenkvorrichtung eines Fahrzeugs. Insbesondere betrifft die Erfindung eine unterflurfähige Lenkvorrichtung für eine elektromotorische Fahrplattform modularer Bauart.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Möglichkeiten für Lenkvorrichtungen für Fahrzeuge bekannt.
Bei einer Schwenkachslenkung, welche insbesondere als Drehschemellenkung bekannt ist, wird eine gesamte Achse einschließlich der an deren Enden angeordneten Räder um eine Drehachse geschwenkt. Bei der Achsschenkellenkung wird jedes Rad an einem Achsstummel geführt und um eine separate Drehachse geschwenkt. Die Verdrehung um die Drehachse wird mittels einer Lenkkraft bewirkt, die in der Regel durch ein Lenkgetriebe bereitgestellt wird.
DE 20 2018 005 272 U1 offenbart ein sehr vorteilhafte Lösung einer Lenkung, die sehr enge Wenderadien ermöglicht und sich besonders für kleine elektromotorisch angetriebene Fahrplattformen eignet. Diese Lösung weist ein Drehgestell mit zwei separat angetriebenen Antriebsrädern auf, das um eine Vertikalachse frei drehbar zu dem Fahrgestell angeordnet ist. Je nach dem, ob die Antriebsräder gleich oder mit einer Drehzahldifferenz angetrieben werden, läuft das Drehgestell gerade oder in einer Kurvenfahrt, wobei die angelenkte Fahrplattform folgt. Diese Lösung stellt einen wertvollen Beitrag zu dem Stand der Technik dar, bedarf aber bei unebener Fahrbahn gegebenenfalls zusätzlicher Dämpfungsmaßnahmen, um ein unkontrolliertes Verdrehen des Drehgestells gegenüber der Fahrplattform zu verhindern.
Ferner beschreibt DE 20 2019 000 469 U1 eine hierauf aufbauende Weiterentwicklung, bei der einem Mehrzahl von um eine Vertikalachse passiv drehbaren Drehgestellen mit zwei separat angetriebenen Antriebsrädern vorgesehen ist. Diese Lösung ermöglicht ein sehr wendiges allradgetriebenes Fahrzeug, wobei auch hier das Erfordernis von Dämpfungsmaßnahmen gegen ein unkontrolliertes Verdrehen der Drehgestelle gegenüber der Fahrplattform bei unebener Fahrbahn besteht.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug aufzuzeigen, welche eine gute Lenkbarkeit auf kleinem Raum aufweist, ein schnelles Lenken ermöglicht, einen geringen Bauraum beansprucht, eine hohe Fahr- und Lenkstabilität bereitstellt und kostengünstig herstellbar ist.
Die Aufgabe wird durch die im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die erfindungsgemäße Lenkvorrichtung weist eine Antriebsradeinheit und eine Stützradanordnung auf.
Hierbei weist die Antriebsradeinheit als die erste Hauptkomponente ein erstes und ein zweites Antriebsrad eine Antriebseinheit und eine Steuerungseinheit auf.
Das erste und das zweite Antriebsrad sind mittels einer Antriebsradaufnahme rotierbar um eine gemeinsame Horizontalachse an dem Drehgestell aufgenommen. Die gemeinsame Horizontalachse der beiden Antriebsräder wird nachfolgend als die Antriebsradhorizontalachse bezeichnet.
Bei der Antriebsradaufnahme handelt es sich um eine Radaufnahme die so ausgebildet ist, dass die beiden Antriebsräder mit paralleler Laufrichtung und angeordnet sind. Vorzugsweise weisen die Antriebsräder eine Anordnung am seitlichen Rad des Fahrgestells auf um eine hohe Kippstabilität zu ermöglichen. Die Antriebsradaufnahmen beider Antriebsräder können auch baulich verbunden sein. Insbesondere können die Antriebsradaufnahmen auch einen gemeinsamen Achskörper oder zwei Teilachsen aufweisen. Die Antriebsradaufnahmen sind so ausgestaltet, dass sie eine Rotationsbewegung der Antriebsräder um die gemeinsame Antriebsradhorizontalachse ermöglichen.
Erfindungsgemäß sind die beiden Antriebsräder sind in der Antriebsradaufnahme voneinander unabhängig drehbar gelagert.
Die erfindungsgemäße Antriebseinheit weist einen ersten Radantrieb, einen zweiten Radantrieb und eine Steuereinheit auf.
Der erste Radantrieb ist dabei dem ersten Antriebsrad zugeordnet. Analog ist der zweite Radantrieb dem zweiten Antriebsrad zugeordnet.
Die beiden Radantriebe sind vorzugweise als elektromotorische Antriebe ausgebildet. Besonders bevorzugt sind die Radantriebe jeweils durch einen Nabenmotor realisiert. Dies ermöglicht eine Kraftübertragung durch Direktantrieb mit hohem Wirkungsgrad bei konstruktiv einfacher Ausbildung und einem geringen Platzbedarf.
Nach einer anderen möglichen Konstruktion sind der Radantrieb und das jeweilige Antriebsrad baulich separat ausgebildet, wobei die Kraftübertragung dann über ein Getriebe erfolgt. Diese Lösung ermöglicht es zudem, einen gemeinsamen Motor für beide Radantriebe einzusetzen und die Zuordnung der Drehmomentübertragung auf die beiden Antriebsräder mittels Getriebe zu realisieren.
Jeder der beiden Radantriebe ist ausgebildet, das jeweils zugeordnete Antriebsrad separat mit einem Drehmoment zu beaufschlagen. Mittels der separaten Drehmomentbeaufschlagung wird die Drehgeschwindigkeit jedes Antriebsrades einzeln festgelegt.
Dies ermöglicht es, unterschiedliche Betriebszustände in Bezug auf das Verhältnis der Drehbewegungen der beiden Laufräder zueinander bereitzustellen. Die Drehmomentbeaufschlagung kann dabei sowohl als Antrieb als auch als Abbremsung erfolgen.
Die wichtigsten möglichen Betriebszustände bestehen darin, beide Antriebsräder mit gleicher Geschwindigkeit drehen zu lassen, das erste Antriebsrad schneller als das zweite Antriebsrad zu drehen und umgekehrt, nur ein Antriebsrad zu drehen und das andere zu blockieren oder beide Antriebsräder in entgegengesetzten Richtungen zu drehen.
Im Fahrbetrieb ist es also unter anderem möglich, ein Antriebsrad stärker als das andere zu beschleunigen, ein Antriebsrad zu verzögern oder beide Antriebsräder unterschiedlich stark zu verzögern, das Beschleunigen nur eines Antriebsrades durchzuführen oder auch die Drehrichtung eines Antriebsrades oder beider Antriebsräder umzukehren.
Als weiteres Element der Antriebsradeinheit ist die Steuerungseinheit erfindungsgemäß mit beiden Radantrieben verbunden.
Die Steuerungseinheit ist ausgebildet ein Steuersignal zu erzeugen und dieses an die Radantriebe zu übertragen. Sie ist dazu ausgebildet die Fahrbefehle vom Fahrer, dem Fahrzeug selbst oder einer anderen Quelle durch eine Anpassung des Steuersignals umzusetzen. Das Steuersignal ist getrennt zu jeweils einem Radantrieb oder zu beiden Radantrieben zusammen übertragbar. Das Steuersignal bremst oder beschleunigt jeden der Radantriebe einzeln und bewirkt so in der Folge eine Lenkbewegung oder gerade Fahrbewegung des Fahrgestells.
Erfindungsgemäß ist die Antriebsradeinheit ausgebildet, sich mittels einer unterschiedlichen Drehgeschwindigkeit der Antriebsräder das Fahrgestell linear und/oder rotatorisch zu bewegen.
Durch die parallele Anordnung der Antriebsräder wird durch eine unterschiedliche Drehgeschwindigkeit ein Drehmoment um die Rotationsachse der Laufräder hervorgerufen. Das Drehmoment wird von den Laufrädern auf das Fahrgestell übertragen und bewirkt ein Drehmoment um die Vertikalachse des Fahrgestells und erzeugt eine Rotation des Fahrgestells um die Vertikalachse hervor. Das Drehmoment, welches das Fahrgestell verdreht, wird also zwischen dem Fahrgestell und der Fahrbahn erzeugt. Für eine optimale Übertragung des Drehmomentes sind die beiden Antriebsräder vorzugsweise in der Längsachse des Fahrgestells mittig sowie möglichst weit beabstandet angeordnet. So sind zudem Lenkvorgänge auf kleinstem Raum möglich. Hierbei ist auch eine Lenkbewegung durch Drehmomentbeaufschlagung der Antriebsräder im entgegengesetzten Drehsinn möglich.
Bei einer gleichen Drehgeschwindigkeit der Antriebsräder führt das Fahrgestell eine translatorische bzw. lineare Bewegung aus.
Die Stützradanordnung bildet die zweite Hauptkomponente der erfindungsgemäßen Lenkvorrichtung.
Die Stützradanordnung weist mindestens eine Stützradeinheit, bevorzugt aber eine Mehrzahl von Stützradeinheiten auf.
Die Stützradanordnung hat die Funktion, neben der Antriebsradeinheit die vertikalen Lasten von dem Fahrgestell auf die Fahrbahn abzuführen und zudem die Kippstabilität des Fahrgestells in einem Fahrbetrieb um die Antriebsradhorizontalachse bereitzustellen sowie vorzugsweise je nach Anordnung der Stützradeinheit auch die Kippstabilität des Fahrgestells um die Längsachse zu unterstützen. Vorzugsweise wird hierbei jedoch der größte Teil der Last durch die Antriebsräder aufgenommen, so dass die Stützradanordnung insoweit lediglich eine supplementäre Funktion hat. Insbesondere sind auch Fahrzustände möglich, bei denen einzelen oder mehrere Stützräder zeitweilig von der Fahrbahn abheben. Durch die primäre Belastung der Antriebsräder ist vorteilhaft zugleich sichergestellt, dass wohl die Traktion für deren Antriebsfunktion als auch für deren Lenkfunktion aufrechterhalten bleibt.
Jede Stützradeinheit weist erfindungsgemäß ein Drehgestell auf, das gegenüber dem Fahrgestell um eine Vertikalachse drehbar gelagert ist. Ferner weist die Stützradeinheit ein Stützrad auf, das mittels einer Stützradaufnahme an dem Drehgestell drehbar um eine Stützradhorizontalachse gelagert ist. Bei einer Verdrehung des Drehgestells verändert sich die Richtung der Stützradhorizontalachse.
Insbesondere ist die erfindungsgemäße Lösung dadurch gekennzeichnet, dass dem Drehgestell ein Drehgestellantrieb zugeordnet und dieser ausgebildet ist, die Stützradhorizontalachse radial auf eine Momentanpol auszurichten.
Als Momentanpol wird hierbei der Punkt verstanden, der den Mittelpunkt der Kreisbahn der rotatorischen Fahrbewegung des Fahrgestells bei einer Kurvenfahrt bildet. Aufgrund der gegenüber dem Fahrgestell starren Anordnung der Antriebsräder befindet sich der Momentanpol immer auf der Antriebsradhorizontalachse, wobei der Abstand des Momentanpols zu den Antriebsrädern durch die Differenz der Drehgeschwindigkeiten der Antriebsräder bestimmt wird. Je größer die Differenz der Drehgeschwindigkeiten ist, umso näher liegt der Momentanpol. Steht beispielsweise das erste Antriebsrad bei gleichzeitiger Drehung des zweiten Antriebsrads, befindet sich der Momentanpol in der Aufstandsfläche des ersten Antriebsrads. Bei entgegengesetzter Drehrichtung befindet er sich zwischen den Antriebsrädern.
Es wurde überraschend gefunden, dass sich eine wesentliche Verbesserung der Laufeigenschaften sowohl bei einer Kurvenfahrt als auch bei einer Geradeausfahrt erreichen lässt, indem die Stützradeinheiten in der Winkelstellung ihrer Vertikalachse motorisch angetrieben so eingestellt werden, dass die Laufrichtung der Stützräder tangential zu der Kreisbahn erfolgt, wie sie sich für das jeweilige Stützrad infolge der aktiven Lenkung der beiden Antriebsräder ergibt.
Die Besonderheit der vorliegenden Lösung besteht darin, dass die Lenkbewegung in Funktionsintegration mit der Antriebserzeugung durch die Antriebseinheit bewirkt wird und dass die Stützräder der Stützradanordnung in der Winkelstellung zum Fahrgestell aktiv nachgeführt werden.
Durch eine separate Ansteuerung der Stützradantriebe aller Stützradeinheiten besteht der Vorteil, dass die Steuerungseinheit anhand eines geometrischen Modells die ideale Kreisbahn für jedes Rad und somit zugleich die ideale Winkelstellung eines jeden Stützrads errechnen kann, dass die Stützradantriebe die Stützräder exakt hiernach ausrichten können und dass somit kein Radieren der Räder auftritt.
Es ist jedoch optional in einer Weiterentwicklung zudem möglich, dass die Steuerungseinheit zusätzlich gezielte geringe Abweichungen der Winkelstellungen bewirkt, um so insbesondere durch ein Untersteuern oder Übersteuern das Lenkverhalten zusätzlich zu beeinflussen. Hierbei kann die Lenkvorrichtung in einer Weiterbildung zudem Sensoren, insbesondere Beschleunigungs- und/oder Neigungssensoren aufweisen um kritische Lenkzustände zu erkennen und reaktiv beantworten zu können. Insbesondere ist es möglich, dass bei einem etwaigen Abheben eines Antriebsrads durch ein Gegensteuern ein seitliches Kippen des Fahrgestells verhindert wird.
Die Antriebsradeinheit ist in Bezug auf den Antrieb und auf die Lenkung aktiv ausgebildet. Die Stützradanordnung ist in Bezug auf den Antrieb passiv ausgebildet. In Bezug auf die Lenkung weist die Stützradanordnung zwar eine aktive Nachführung der Winkelstellung auf; sie ist aber in Bezug auf die Erzeugung der Lenkwirkung trotzdem passiv. Es liegt somit sowohl eine Antriebspassivität als auch Lenkpassivität der Stützräder vor.
Ein wesentlicher Vorteil dieser Lösung besteht darin, dass die Stützräder durch deren antriebspassive und zugleich lenkpassive Ausbildung keine Antriebs- oder Lenkkräfte aufnehmen müssen. Insbesondere müssen die Stützräder entgegen dem Stand der Technik keine Seitenbeschleunigungskräfte zur Herbeiführung einer Lenkzustandsänderung aufnehmen. Vielmehr werden sie durch die aktive Nachführung der Winkelstellung hiervon entlastet. Zudem wird durch die erfindungsgemäße Nachführung der Winkelstellung eine hohe Laufruhe auch bei Fahrbahnunebenheiten erreicht.
Weiterhin werden alle Vorteile der Funktionsintegration aus Antrieb und Lenkung mittels der beiden Antriebsräder durch die aktive Nachführung der Winkelstellung aufrechterhalten und unterstützt.
Ein Umkehren der Drehrichtung eines Antriebsrades gegenüber der Drehrichtung des anderen Antriebsrades ermöglicht eine Drehung des Fahrgestells auf engstem Raum, wobei der Momentanpol sogar in der von dem Fahrgestell überdeckten Fläche und weiterführend sogar in der Mitte des Fahrgestells liegen kann. Das Fahrgestell vollzieht dann eine Verdrehung auf der Stelle.
Dies ist insbesondere bei einer Wende oder bei Einparkmanövern sehr vorteilhaft.
Als besonderer Vorteil wurde somit überraschend eine Lösung gefunden, bei der eine Lenkbewegung ohne zusätzliche Mittel zur Bereitstellung einer Lenkkraft ermöglicht wird. Vielmehr wird die Änderung der Position der Lenkvorrichtung allein mit den Antrieben der Antriebsräder bewirkt. Die erfindungsgemäße Lösung nutzt vorteilhaft das Funktionsprinzip der Panzerganglenkung und überwindet zugleich deren Nachteile wie insbesondere das sogenannte Radieren von Rädern auf der Fahrbahn.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass eine Lenkung im Stand ausgeführt werden kann. Ferner ist es als Vorteil möglich, die Lenkbewegung, insbesondere auch im Stand, besonders schnell zu vollziehen. Besonders vorteilhaft wird hierbei die Winkelstellung der Stützräder so nachgeführt, dass diese sich nicht erst passiv ausrichten müssen. Dies vermeidet Anfahrwiderstände, wie sich sonst bei nicht aktiv geführten Stützrädern auftreten können.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass das Fahrgestell einen Vollkreisverdrehung durchführen und jede beliebige Winkelstellung gegenüber der Ausgangsposition einnehmen kann. Damit geht einher, dass die Verdrehung in beiden Richtungen auch für einen beliebigen Winkel von über 360 Grad fortgesetzt werden kann und somit insbesondere bei Einparkmanövern für einen Wechsel zwischen einer Lenkrichtung von links nach rechts oder umgekehrt keine vorherige Rückstellung in eine vorbestimmte Neutralstellung erforderlich ist.
Gemäß einer ersten vorteilhaften Weiterbildung weist die Stützradanordnung eine Mehrzahl von Stützradeinheiten auf.
Diese Weiterbildung ermöglicht vorteilhaft eine hohe Fahrstabilität und eine vorteilhaftes Lenkverhalten, insbesondere wenn die Stützradeinheiten beidseits der Antriebsradhorizontalachse angeordnet sind.
Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist die Stützradanordnung vier Stützradeinheiten auf, wobei die vier Stützradeinheiten in einer Fahrgestelllängsachse und eine einer Fahrgestellquerachse symmetrisch zu den Antriebsrädern angeordnet sind.
Vorteilhaft ist somit vor und hinter jedem Antriebsrad jeweils in gleichem Abstand ein Stützrad positioniert, wobei die Abfolge von Stützrad-Antriebsrad-Stützrad spiegelsymmetrisch auf beiden Seiten vorhanden ist. Durch die somit insgesamt sechs Räder, von denen die Antriebsräder in der Fahrgestelllängsachse mittig angeordnet sind, wird einerseits eine hohe Fahr- und Lenkstabilität erreicht und gleichzeitig auch eine Wendung der Plattform sogar um die eigene vertikale Mittelachse. Die Fahrplattform ist zudem gegen ungewollte Bewegungen um die beiden horizontalen Fahrplattformachsen, also gegen das Nicken um die Querachse und das Rollen um die Längsachse, besonders stabil.
Gemäß einer nächsten Weiterbildung ist der Drehgestellantrieb als Schneckenradantrieb ausgebildet.
Der Drehgestellantrieb gemäß dieser Weiterbildung eignet sich besonders vorteilhaft eine gesonderte Winkelstellung einer jeden Stützradeinheit. Zudem besteht der Vorteil, dass der Schneckenradantrieb selbsthemmend gegenüber Stößen aus Fahrbahnunebenheiten ist, so dass eine eingestellte Winkelstellung auch bei einem großen Kraftangriff und damit einem hohen Drehmoment um die Vertikalachse des jeweiligen Drehgestells zuverlässig aufrechterhalten bleibt.
Die Erfindung wird als Ausführungsbeispiel anhand von

1 Unteransicht als Funktionsschema
2 Isometrische Ansicht
3 Unteransicht mit Schneckenantrieb

Hierbei beziehen sich gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Figuren auf jeweils gleiche Merkmale oder Bauteile. Die Bezugszeichen werden in der Beschreibung auch dann verwandt, sofern sie in der betreffenden Figur nicht dargestellt sind.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels mit vier symmetrisch angeordneten Stützradeinheiten 31, 31n in einer Unteransicht.
Das Fahrgestell 10 nimmt sowohl die Antriebsradeinheit 20 als auch die Stützradanordnung 30 auf.
Die Antriebsradeinheit 20 weist das erste Antriebsrad 21.1 und das zweite Antriebsrad 21.2 auf, die beide so ausgerichtet sind, dass deren Drehachsen auf der Antriebsradhorizontalachse 23 liegen. Sie werden durch die jeweiligen Radaufnahmen 22.1, 22.2 drehbar aufgenommen und weisen zueinander einen Abstand, der im Ausführungsbeispiel nahezu der Breite des Fahrgestells entspricht. Die Antriebsräder 21.1, 21, 2 werden durch die Antriebseinheit 20 angetrieben. Hierbei wirkt der erste Radantrieb 22.1 auf das erste Antriebsrad 21.1 und der zweite Radantrieb 22.2 auf das zweite Antriebsrad 21.2. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine zweiteilige durch zwei Nabenmotoren ausgebildete Antriebseinheit 20.
Die Steuerungseinheit 25 ist als eine elektronische Schaltung ausgebildet und im Ausführungsbeispiel mit der Antriebseinheit 20 und mit den Drehgestellantrieben 31.5 der Stützradanordnung 30 verbunden. Mittels der Steuerungseinheit 25 werden das Drehmoment und die Drehgeschwindigkeit der Antriebsräder 21.1, 21.2 separat gesteuert, so dass bei unterschiedlicher Drehgeschwindigkeit eine Kurvenfahrt ausgeführt wird.
Die Stützradanordnung 30 mit ihren vier Stützradeinheiten 31, 31n wird anhand einer Stützradeinheit 31 exemplarisch näher beschrieben, wobei die Beschreibungsinhalte in entsprechender Weise auf für die weiteren Stützradeinheiten 31 n gelten.
Die Stützradeinheit 31 weist ein Drehgestell 31.1 auf, dass um eine Vertikalachse drehbar an dem Fahrgestell 10 angeordnet ist. Das Drehgestell trägt mittels der Stützradaufnahme 31.3 das Stützrad 31.2. Die Drehachse des Stützrads 31.2 definiert die Stützradhorizontalachse 31.4. Aufgrund der Drehbarkeit des Drehgestells 31.1 kann die Stützradhorizontalachse 31.4 unterschiedliche Winkelstellungen zu der Antriebsradhorizontalachse 23 einnehmen. Das Drehgestell 31.1 ist hierbei durch den Drehgestellantrieb 31.5 aktiv angetrieben, wobei es sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel um einen Einzelantrieb mittels eines Schneckenantriebs handelt. Die Ansteuerung erfolgt im Ausführungsbeispiel für den Drehgestellantrieb 31.5 einer jeden Stützradeinheit 31, 31n durch die Steuerungseinheit 25 separat. Die Steuerungseinheit 25 errechnet dabei bei einer Kurvenfahrt die durch den Drehgestellantrieb 31.5 einzustellende Winkelstellung so, dass die Stützradhorizontalachsen 31.4 aller Stützradeinheiten 31.31n auf den Momentanpol ausgerichtet sind und dort die Antriebsradhorizontalachse 23 schneiden. 1 zeigt die Winkelstellung bei einer Geradeausfahrt.
2 zeigt das Ausführungsbeispiel in einer isometrischen Ansicht.
Die Antriebsradeinheit 20 mit dem ersten und dem zweiten Antriebsrad 21.1, 21.2 ist bezogen auf die Fahrgestellängsachse axial mittig zwischen den Stützradeinheiten der Stützradanordnung 30 an dem Fahrgestell 10 angeordnet.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einen als Schneckentrieb ausgebildeten Drehgestellantrieb 31.5 in einer Unteransicht.
Der Drehgestellantrieb 31.5 einer jeden Stützradeinheit 31, 31n weist dabei einen separaten Elektromotor auf, dessen Rotorwelle direkt auf eine Schnecke wirkt. Die Schnecke steht im Eingriff mit einem horizontal angeordneten Zahnrad, das konzentrisch zu der Drehachse des Drehgestells 31.1 des Stützrads 31.2 angeordnet und torsionsfest mit dem Drehgestell 31.1 verbunden ist.
Die Elektromotoren werden separat durch die Steuerungseinheit 25 angesteuert und erhalten von dieser ihre Stellbefehle. Die Stellbefehle werden von der Steuerungseinheit 25 anhand eines geometrischen Modells so ausgerechnet, dass alle Stützradhorizontalachsen 31.4 die Antriebsradhorizontalachse 23 in einem gemeinsamen Punkt schneiden. Bei diesem Punkt handelt es sich um den als Momentanpol bezeichneten Mittelpunkt der Kreisbahnen aller Räder 21.1, 21.2, 31.2
Bezugszeichenliste

10: Fahrgestell
20: Antriebsradeinheit
21.1: erstes Antriebsrad
21.2: zweites Antriebsrad
22.1: erste Antriebsradaufnahme
22.2: zweite Antriebsradaufnahme
23: Antriebsradhorizontalachse
24: Antriebseinheit
24.1: erster Radantrieb
24.2: zweiter Radantrieb
25: Steuerungseinheit
30: Stützradanordnung
31: Stützradeinheit
31.1: Drehgestell
31.2: Stützrad
31.3: Stützradaufnahme
31.4: Stützradhorizontalachse
31.5: Drehgestellantrieb
31n: weitere Stützradeinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202018005272 U1 [0004]
DE 202019000469 U1 [0005]

Claims

Lenkvorrichtung, aufweisend ein Fahrgestell (10), eine Antriebsradeinheit (20) und eine Stützradanordnung (30), wobei die Antriebsradeinheit (20) ein erstes Antriebsrad (21.1), ein zweites Antriebsrad (21.2), eine Antriebseinheit (24) und eine Steuerungseinheit (25) aufweist, wobei die Antriebsräder (21.1 21.2) an dem Fahrgestell (10) mittels einer jeweiligen ersten und zweiten Antriebsradaufnahme (22.1, 22.2) rotierbar um eine gemeinsame Antriebsradhorizontalachse (23) und axial beabstandet aufgenommen sind, wobei die Antriebseinheit (24) einen ersten Radantrieb (24.1) und einen zweiten Radantrieb (24.2) aufweist, wobei der erste Radantrieb (24.1) dem ersten Antriebsrad (21.1) und der zweite Radantrieb (24.2) dem zweiten Antriebsrad (21.2) zugeordnet ist, wobei jeder der Radantriebe (24.1, 24.2) ausgebildet ist, das jeweils zugeordnete Antriebsrad (21.1, 21.2) separat mit einem Drehmoment zu beaufschlagen, wobei die Steuerungseinheit (25) mit den Radantrieben (24.1, 24.2) verbunden und ausgebildet ist, Steuersignale an die Radantriebe (24.1, 24.2) zu übertragen, wobei die Antriebradeinheit (20) ausgebildet ist, das Fahrgestell (10) mittels einer unterschiedlichen Drehgeschwindigkeit der Antriebsräder (21.1, 21.2) rotatorisch und mittels einer gleichen Drehgeschwindigkeit der Antriebsräder (21.1, 21.2) translatorisch zu bewegen, wobei die Stützradanordnung (30) mindestens eine Stützradeinheit (31) aufweist, wobei die mindestens eine Stützradeinheit (31) ein Drehgestell (31.1), das an dem Fahrgestell (10) um eine Vertikalachse drehbar gelagert ist, und ein Stützrad (31.2), das mittels einer Stützradaufnahme (31.3) an dem Drehgestell (31.1) rotierbar um eine Stützradhorizontalachse (31.4) gelagert ist, aufweist, und wobei dem Drehgestell (31.1) ein Drehgestellantrieb (31.5) zugeordnet ist, der ausgebildet ist, die Stützradhorizontalachse (31.4) radial auf einen Momentanpol auszurichten.
Lenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützradanordnung (30) eine Mehrzahl von Stützradeinheiten (31, 31n) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützradanordnung (30) vier Stützradeinheiten (31, 31n) aufweist, wobei die vier Stützradeinheiten (31, 31n) in einer Fahrgestelllängsachse und eine einer Fahrgestellquerachse symmetrisch zu den Antriebsrädern (21.1, 21.2) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehgestellantrieb (31.5) ist als ein Schneckenradantrieb ausgebildet ist.