DE2915070A1

DE2915070A1 - Fahrzeug mit mindestens drei um eine vertikale achse schwenkbaren raedern

Info

Publication number: DE2915070A1
Application number: DE19792915070
Authority: DE
Inventors: Laszlo Arato
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-04-17
Filing date: 1979-04-12
Publication date: 1979-10-25
Also published as: CH634000A5; JPS54146336A; US4335800A

Description

Fahrzeug mit mindestons drei um eine vertikale Achse schwenkbaren Hadern

Fahrzeuge bekannter Ausführung haben ein ader zwei durch die Fahrzeugstijuerung gelenkte Räder, mährend die übrigen Räder ihre Winkelstellung nicht verändern oder sich durch eine freie Schu/enkba'rkeit selbsttätig in die gewählte Fahrtrichtung einstellen.

Für viele Anwendungsbereiche, z.B. Flugzeugschlepper_f Artillerie- und Raketenlafotten, Waschfahrzeuge, Transportfahrzeuge in Produktions- oder Lagerhallen usiu. ist die damit verbundene begrenzte Beweglichkeit des Fahrzeuges nicht ausreichend, und es luird ein Fahrzeug benötigt, das beliebigen Kurven folgen und sich auch um den eigenen Mittelpunkt drehen kann. Es hat sich gezeigt, dass mechanische Lenksysteme nicht ausreichen, diesen seit langem vorliegenden Bedarf auf zufriedenstellende Ueise zu befriedigen. Die Aufgabe diesen Bedarf zu befriedigen ujird durch ein Fahrzeug gelöst, wie es im Anspruch 1 definiert ist.Der Unteranspruch definiert eine vorteilhafte Ausführungsform eines solchen Fahrzeuges.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 «ine Ansicht eines Rades mit einem Radnabenantrieb und einem Stellantrieb,

Fig. 2 eine Aufsicht auf die Anordnung nach Fig. 1 mit einem Tail des Fahrgestells,

Fig. 3 eine Ansicht von der ifadaussenseite auf die Anordnung nach Fig. 1 oder 2,

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Fig. 4 bis 7 Aufsichten auf ein Fahrzeug in schematischer Darstellung zur l/eranschauliehung der für die Derechnung der erforderlichen einzelnen Hadrichtungen verwendeten geometrischen Beziehungen, UJODBi jeweils die Beziehungen für einen links und einen rechts vom Fahrzeug gelegenen Mittelpunkt der Fahrkurve in der gleichen Figur dargestellt sind,

Fig. 8 ein Fliessbild des algorithmischen Rechenablaufes und
Fig. 9 ein Blockdiagramm des gesamten Systems. Das Fahrzeug hat beispielsweise ein Rad 2 an jedem Eckpunkt eines Fahrgestelles 4. Diese v/ier Räder sind entsprechend den Darstellungen der Fig. 1 bis 3 an dem Fahrgestell über Tragarine 6, 8, 10 gehalten, die an einem Stellantrieb 12 angreifen. Dieser Stellantrieb dient der mechanisch voneinander unabhängigen Winkelverstellung des jeu/eiligen Rades um eine vertikale Achse, und es kann hierfür ein an sich bekannter hydraulischer Drehflügelantrieb verwendet u/erden, der z.B. unter der Bezeichnung "Hyd-ro-oc" im Handel erhältlich ist und in dem Firmenprospekt der Firma Mageba SA ausführlich beschrieben ist.

Ausserdem ist vorzugsweise jedes Rad mit einem Radnabenantrieb 14 verbunden, der ebenso wie der Winkel-Stellantrieb hydraulisch angetrieben sein kann. Die Leitungen 16, 10 dienen der Zu- und Ableitung der Hydraulikflüssigkeit zu einer zentralen, nicht dargestellten Hydraulikquelle. Ein solcher, hydraulischer Radnabenantrieb wird beispielsweise durch die Firma Poclain, USA vertrieben. Ausserdem ist jedes Rad mit einem in FIc₁. 3 schematisch angedeuteten Winkelgeber 20 verbunden, der den vorhandenen Einstellwinkel gegenüber einer vorgegebenen 0 - Richtung einer nichtdargestellten zentralen elektronischen Steuerungsanlage signalisiert.

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ORIGINAL INSPECTED

Eines der vier Räder, 21, bildet das Leitrad, das allein von Hand z.B. über das Hydrauliksystem oder nach einem vorgegebenen Fahrprogramm gesteuert wird, während die Einstellung der Winkelposition der übrigen Räder aufgrund der durch einen Rechner ermittelten digitalen Zahlenwerte unter Zwischenschaltung eines Digital-/ Analog-Umsetzers erfolgt.

Der Rechner arbeitet aufgrund der in Fig. 4 bis 7 dargestellten geometrischen Beziehungen. Die gewünschte Hauptfahrtrichtung mit dem- Hauptfahrtrichtungswinkel o(._w gegenüber einer z.B. nach dem Kompass festgelegten O - Richtung gilt für Parallelsteuerung und wird von einem nicht dargestellten Führerstand aus über einen ebenfalls nicht dargestellten Windrosenschr.lter für sämtliche Räder eingestellt bzw. vorgegeben. Damit istoL#für alle Räder gleich. Etwas anderes gilt für eine Drehung auf der Stelle, bei der sich für die Hälfte der Räder das Vorzeichen von oc^ umkehrt. Ein zweiter Windrosenschalter liefert wie der erste für jede Winkelposition ein bestimmtes elektrisches Signal an den Stellantrieb 12 des Leitrades 21. Bei einer erforderlichen Korrektur wird das Leitrad auf den Hauptfahrtrichtungswinkel cc_w eingestellt, indem ein Korrekturwinkel Δοί^ dem momentanen zu korrigierenden Winkel U. hinzugefügt wird, d.h.

Beim Kurvenfahren gestattet der Ilauptfahrtrichtungswinkel OC₁^ einen maximalen Korrekturwinkel Δο(ή > ^mit dem das Leitrad eine Drehung von beispielsweise + 90° erfährt. Sollte ein größerer Drehwinkel erforderlich sein, so muß der Hauptfahrtrichtungswin kelOinrneu eingestellt werden. Auf diese Weise kann das Leitrad jede beliebige Winkeleinstellung erhalten.

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Die momentanen Fahrtrichtungswinkel der übrigen Räder 22, 23 und 24 sind Of₂, Oi₃, oC, und jedem dieser Winkel kann ebenfalls ein Korrekturwinkel AoL₀, AcC-, vl.AoCa hinzugefügt werden. Auf diese Weise wird erreicht, daß alle Räder des Fahrzeuges richtig im Winkel eingestellt werden, um das Fahrzeug, bzw. dessen Mittelpunkt auf einem momentanen Bogenstück mit dem Drehmittelpunkt Dn oder Dn' zu bewegen, ohne daß z.B. ein Rad aus der Sichtung läuft. Die Berechnung der Korrekturwinkel ACt_n, AoCr₃ und Δ oC* für die übrigen drei Bäder wii-d aufgrund der folgenden geometrischen bzw. mathematischen Beziehungen algorithmisch durch den Rechner ausgeführt.

Im linken schraffierten rechtwinkligen Dreieck der schematischen Darstellung der Fig. 4 mit der Hypotenuse 26 zwischen der

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vertikalen Achse des Leitrades 21 und dam Drehmittelpunkt Dn istiiol , oder R , d.h. der Radius von Dn zum Fahrzcugmittel- punkt M bekannt. Falls R nicht bekannt ist, wird es über das rechtwinklige Dreieck mit der Hypotenuse C zwischen vertika ler Radachse und Fahrzeugmittelpunkt, und mit Hilfe des Winkels miß folgt berechnet:

Durch den Radius R des momentanen Fahrtbagonatückes des Fahrzeugmittelpunktes ist der Drehniittelpunkt Dn geometrisch für alle viur Räder festgelegt.

Aus dem Dreieck nach Fig. 5 mit den Eckpunkten vertikale Radachse, Fahrzeugmittelpunkt M und Drehmittelpunkt Dn lässt sich der Korrekturiuinkel Λοί. für das Rad 24 tuie folgt berechnen:

. - arc sin

V(Ii ² + C² » ^v ui

. _ ) + (2,! · C cosO( ) ω ' ^v tu ur

DaO(| bekannt ist ergibt sich Oi. -.- (X -L·^, wt-nn^Oi-,^ CJ

und 0<₄ π Oi^ +Δθ(^ ωβηπ4<Χ< 0 ist

Aus dem in Fig. 6 gezeigten Dreieck mit den l.ckpunkten vertikale Radachse des Rades 22, M, Dn ergibt sich die Üeziehung für den Korrekturiuinkel dos fiades 22 wio folgt:

sin p( · c

(R ² + C²) - (2 R C

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und <X ₂ = 0<_ω +Ad₂ ujennAoC₂ > O

Schliesslich lässt sich aufgrund des in Fig. 7 dargestellten Dreiecks mit dun Eckpunkten vertikale Radachse des Rades 23, M, Dn der Korrekturwinkel des Rades 23 wie folgt berechnen:

cos _m · C

( = arc sin^oC

(Π,,,² ₊ C²) - (2 R_m - C - sinrfj

und

Diese Dreieckbeziehungen wurden für einen links worn Fahrzeug gelegenen Drehmittelpunkt Dn gegeben und die entsprechenden Winkeltet ^_{1 fais} ^ sind in den Fig. 4 bis 7 jeweils mit dem Index (L) versehen.

Für ein Fahrbogenstück mit einem rechts vom Fahrzeug gelegenen Drehmittelpunkt Dn¹, wenn als Mittelachse die 0° - Achse angenommen wird, gelten entsprechende Beziehungen die sich jeweils aus den Dreiecken mit den Eckpunkten vertikale Radachse des jeweiligen Rades; Fahrzeugmittelpunkt M und Drehmittelpunkt Dn¹ errechnen lassen.

Bei Rückwärtsfahrten gelten die gleichen Beziehungen, und es ändert sich lediglich die Drehrichtung der Räder um ihre Abrollachse. .

In Fig. 8 ist ein Rechendurchlauf des Rechners in der in der digitalen Rechentechnik üblichen Weise schematisch dargestellt. Die Beschriftungen der einzelnen Symbole geben die jeweiligen aufeinanderfolgenden Operationsstufen des Rechners mieder. Das Ende dieses riechendurchlauf es ist mit dem Start verbunden, aodass sich der Rechandurchlauf mährend der Ausführung der Fahrbewegung ständig wiederholt. Durch die Verwendung der in dar modernen Transistorlogik (TTL) üblichen oder höherintegrierten Gausteine erfolgt die Regelung mit sehr hoher Geschwindigkeit, sodass ein Programm der Fahrtrichtungen bei jeder Fahrgeschwindigkeit genau eingehalten werden kann.

Der Regelmechanismus, in dem der Rechner den erfindungswesentlichen Teil bildet, kann auf übliche Waise ausgeführt sein, wie es für die digitale automatische Steuerung z.B. von Werkzeugmaschinen bekannt ist. Die digitalen Zahlenwerte des Rechners gelangen zu einem Analogwandler dessen Ausgangssignale über Verstärker zu den Servoantrieben, bzw. Stellantrieben der einzelnen (iäder z2, 23 und 24 gelangen. Der Winkelgeber 20 meldet den erreichten Winkel nach Betätigung des Stellantriebes an den Rechner zurück.

Der Schwenkbereich der einzelnen Räder wird im Rechner begrenzt, indem dieser z.D. die Bedingung untersucht ob kleiner oder grössor als - 90° ist. Zusätzlich können auch mechanische Anschläge vorhanden sein, da für die allseitige unbegrenzte Beweglichkeit des Fahrzeuges keine 360° Drehung der Räder erforderlich ist. .

Das Fahrzeug eignet sich aufgrund der Programmiorbarkeit seiner Fahrabläufe u.a^. vorteilhaft in der Ausführung eis Flugzeugwaschfahrzeug, das an dem Flugzeug auf vorbestimmten Bahnen stufenweise herumfährt, während sein Waschgerät die Flugzeugoberfläche bearbeitet. Die nicht erfindungsiuesentliche Ausführung des Viaschfahrzcuges kann entsprechend dem Schweizer Patentgesuch Nr. 1097/76 des gleichen Anmelders erfolgen.

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Fig. 9 ist ein Blockdiagramm des gesamten Systems.

Bei Parallelsteuerung, wobei alle Steuerkreise das gleiche Signal und damit die gleichen Positionswerte erhalten, liefert die Steuerung 40 für die Hauptfahrtrichtung ein Steuersignal an den Rechner 45, der wiederum über den Digital-/Analog-Umsetzer 47 Steuersignale an die Stellantriebe 12 der einzelnen Räder 21 - 24 liefert. Sin Winkelgeber 20 an jedem Rad liefert ein die tatsächliche Position des Rades angebendes Positionssignal an den Rechner.

Im Falle einer Korrektur bzw. eines Kurvenfahrens liefert die Leitradsteuerung 48 ein Steuersignal unmittelbar an den Stellantrieb 12 des Leitrades 21. Der Winkelgeber 20 dieses Rades überträgt ein Positionssignal an den Rechner 45, der daraufhin seinerseits die erforderlichen Korrektursignale an die Antriebe der übrigen Räder, 22 - 24, liefert.

Wie gesagt erhält der Rechner stets die Positionssignale aus den Winkelgebern aller vier Räder. Er enthält die erforderlichen Schaltkreise, um diese i.a. analogen Signale für die Weiterverarbeitung in digitale Signale umzuwandeln. Die von dem Rechner hervorgebrachten Steuersignale für die Antriebe 12 der Räder gelangen dorthin über den Digital-ZAnalog-ümsetzer 47.

Das beschriebene System ist selbstverständlxch auch für drei- oder auch mehr als vierrädrige Fahrzeuge anwendbar, wobei jeweils eines der Räder die Rolle des Leitrades spielt.

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'40-

Leerseite

Claims

Laszlo Arato 6374 Quochs/Schweiz

Patentansprüche

l) . Fahrzeug mit mindestens drei um eine vertikale Achse schwenkbaren Rädern, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit einem Winkelgeber versehenes Had (21) das Leitrad bildet und durch einen Handantrieb oder durch einen programmsteuerbaren Antrieb steuerbar ist und die übrigen Räder (22, 23, 24) jeweils mit einem Stellantrieb (12) für die Veränderung der Radwinkelstellung um eine vertikale Schwenkachse verbunden sind, deren Regelung in Abhängigkeit von in einem Rechner für diese Räder (22, 23, 24) ermittelten Stellu/erten erfolgt, wobei der Stellwert aufgrund eines alnorithmischen Rechenablaufes ermittelt wird, der durch die gooniotrischen Beziehungen von Dreiecken bestimmt ist, deren Fckpunkte durch die Schwenkachse des jeweiligen Rades den Fahrzaugmittelpunkt M und den Mittelpunkt Dn, Dn¹ einer momentanen Fahrkurve gebildet sind.
2) Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Rad (21 bis 24) einen Radnabenantrieb (14) aufweist.

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