DE69006574T2

DE69006574T2 - Einsatzfahrzeug mit variabler Konfiguration für unebenes Gelände.

Info

Publication number: DE69006574T2
Application number: DE69006574T
Authority: DE
Inventors: H Jean Rene Lab De Ma Argouarc
Original assignee: Alcatel Alsthom Compagnie Generale dElectricite
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1989-10-31
Filing date: 1990-10-29
Publication date: 1994-06-01
Anticipated expiration: 2010-10-30
Also published as: EP0427999A1; ES2049892T3; JPH03154790A; US5111898A; EP0427999B1; FR2653732A1; FR2653732B1; DE69006574D1; JP2591531B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rettungsfahrzeug mit variabler Konfiguration gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 zur Verwendung auf einem Gelände mit Hindernissen.
Ein solches Fahrzeug ist in der Druckschrift FR-A-2 529 157 offenbart.
Es wird vor allem in Industrieanlagen eingesetzt, wenn eine Hilfsaktion erforderlich ist, die für menschliche Einsatzkräfte gefährlich oder undurchführbar wäre. Es kann dann ein Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Hierzu kann es mit geeigneten Instrumenten, wie Videokameras, Meßgeräten und Werkzeugen ausgerüstet sein, mit deren Hilfe man einen Roboter aufbaut.
Ein Roboter gemäß der vorliegenden Erfindung kann vor allem bei einem Kernkraftwerk oder einer Anlage zur Wiederaufbereitung von Kernbrennstoffen nützlich sein, wenn Reparaturen oder Inspektionen in Bereichen durchgeführt werden müssen, die nach bestimmten Betriebsunfällen starker ionisierender Strahlung ausgesetzt sind. Solche Roboter können aber auch in anderen Industrien von Nutzen sein, beispielsweise in der chemischen Industrie bei Explosionsgefahr oder bei zivilen Sicherheitseinsätzen oder bei der Geländeüberwachung, oder auch im Rahmen von Roboterdiensten, beispielsweise Reinigungs- Operationen in der Landwirtschaft oder bei militärischen Aktivitäten.
Eine wichtige Eigenschaft eines Fahrzeuges dieser Art besteht in seiner Fähigkeit, sich auf einem unebenen Gelände bewegen zu können, d.h., einem Gelände mit Hindernissen, die überwunden werden müssen. Letztere können sehr unterschiedliche Formen besitzen, beispielsweise die Form einer Personentreppe, die montiert oder heruntergelassen werden muß, oder die Form eines auf einen Boden gefallenen Rohres. Die Sicherheit solcher Fahrzeuge bei der Überwindung von solchen Hindernissen Art ist unter zwei Hauptaspekten zu betrachten. Der eine ist die Stabilität, d.h., die Fähigkeit des Fahrzeugs, unter seinem eigenen Gewicht und dem seiner Last nicht umzukippen. Der andere Aspekt ist die Flächenhaftung und betrifft jedes der Fahrwerke des Fahrzeugs, d.h., der Organe, die sich auf dem Boden abstützen, um das Fahrzeug zu stützen und vorrücken zu lassen, oder um es anzuhalten. Die Flächenhaftung besteht in der Fähigkeit der Antriebe, bei der Berührung mit dem Boden nicht übermäßig zu rutschen, selbst wenn der Boden örtlich eine ungünstige Oberflächenbeschaffenheit aufweist.
Eine andere wichtige Eigenschaft eines Fahrzeugs dieser Art betrifft seinen Platzbedarf, insbesondere in Quer- und Längsrichtung, der genügend klein sein muß, damit das Fahrzeug im Inneren eines Gebäudes unterschiedliche, mehr oder weniger enge Flure oder Durchgänge passieren kann, die nur für eine menschliche Einsatzkraft vorgesehen waren.
Eine weitere wichtige Eigenschaft besteht darin, daß das Fahrzeug so leicht wie möglich sein muß.
Es sind verschiedene Fahrzeuge mit der Zielsetzung entworfen worden, eine besondere Eignung für die sichere Überwindung von Hindernissen zu besitzen. Ein erstes Fahrzeug ist durch das europäische Patent EP 197 020 der Firma ACEC bekannt geworden, das ein ferngesteuertes Fahrzeug beschreibt, das einen Roboter für Inspektionen und Einsätze in gefährlicher Umgebung bildet. Es besitzt eine Antriebsgruppe, d.h., Einrichtungen zum Antreiben und Bremsen, die in ein Hauptchassis eingebaut ist, das einen Fahrzeugkörper bildet. Es besitzt weiter Einrichtungen zum Übertragen der durch die Antriebseinheit definierten Vorwärtsbewegung auf Raupenketten, die an der Außenseite des Chassis von Fahrwerken getragen werden, die am Fahrzeugkörper befestigt sind. Das Fahrzeug ist vorne und hinten mit zwei Fahrwerken ausgerüstet, wobei über jedes von ihnen zwei Raupenketten, eine rechte und eine linke, geführt sind. Jeder Antrieb kann relativ zum Fahrzeugkörper und von diesem aus schräg gestellt werden. Wenn daher der Roboter auf ein vor ihm liegendes Hindernis mäßiger und in Querrichtung im wesentlichen konstanter Höhe trifft, kann er dasselbe unter Beibehaltung einer praktisch waagrechten Lage des Fahrzeugkörpers überwinden. Wenn er hingegen auf ein vor ihm liegendes Hindernis mit starker Abschrägung in Querrichtung trifft, läuft er Gefahr, bei seiner Überwindung auf die Seite zu kippen.
Ein zweites bekanntes Fahrzeug bewegt sich mit Hilfe von Füßen, die eine spinnenartige Form besitzen und es dem Fahrzeug ermöglichen, kleine Hindernisse sehr unterschiedlicher Form zu überwinden. Allerdings bewegt sich das Fahrzeug sehr langsam, da ein gleichzeitiges Bewegen mehrerer Füße des Gerätes im allgemeinen nicht möglich ist.
Ein drittes bekanntes Fahrzeug enthält vier mit Raupenketten versehene Fahrwerke, die relativ zum Fahrzeugkörper schräg gestellt werden können. Die Raupe jedes dieser Fahrwerke wird von einer bestimmten Anzahl von Führungsorganen geführt, insbesondere von zwei Zahnrädern, von denen das eine ein Antriebsrad für die Vorwärtsbewegung der betreffenden Raupe ist. Diese Organe werden von einem Rahmen getragen, der das Gerüst des Fahrwerkes bildet und an den Fahrzeugkörper so angebaut ist, daß das Fahrwerk um eine Querachse geneigt werden kann. Der Rumpf des Fahrzeugs trägt Antriebseinheiten für das Vorrücken und Schrägstellen mit Motoren, die die Antriebszahnräder über mechanische Kraftübertragungssysteme antreiben bzw. die Schrägstellungsbewegungen der Fahrwerke herbeiführen. Diese Einheiten weisen ferner Bremsen auf, um diese Bewegungen zu steuern. Der Fahrzeugrumpf trägt weiter Batterien für die Versorgung mit elektrischer Energie und Mittel zur Steuerung der Antriebseinheiten.
Dieses dritte bekannte Fahrzeug wurde von der japanischen Firma Mitsubishi unter der Bezeichnung MRV vorgeschlagen (Multifunctional Robot Vehicle) und ist auf den Seiten 425 und 426 des Konferenzberichtes "B5 ICAR International Conference on Advanced Robotics", September 9-10, 1985, Tokio, Japan, veranstaltet durch die Robotics Society of Japan, The Society of Biomechanisms, Japan Industrial Robot Association beschrieben.
Offenbar kann das Fahrzeug Hindernisse von bekannter Form überwinden und seine durchschnittliche Vorwärtsgeschwindigkeit ist wesentlich größer als diejenige des oben erwähnten zweiten bekannten Fahrzeugs.
Es scheint jedoch, daß das Fahrzeug die weiter oben erwähnten wichtigen Eigenschaften nur in einem unzureichenden Maße besitzt.
Die europäische Patentanmeldung EP-A-0 206 930 beschreibt ein viertes bekanntes Fahrzeug mit einem vorderen und einem hinteren Fahrwerkspaar, die von vorderen und hinteren Abschnitten des Fahrzeugrumpfes getragen werden und jeweils aus zwei Fahrwerken mit Raupenketten bestehen, nämlich je einem Fahrwerk rechts und links. Jedes Fahrwerk enthält zwei Räder, ein vorderes und ein hinteres, eine von diesen Rädern getragene und angetriebene Raupenkette, und Mittel zur Abstützung der Kette zwischen den beiden Rädern.
Dieses bekannte Fahrzeug besitzt eine variable Konfiguration in dem Sinne, daß die vorderen und hinteren Abschnitte des Fahrzeugrumpfes relativ zueinander um ein mittlere Querachse schwenkbar gelagert sind. Die Achse stimmt mit derjenigen der hinteren Räder des vorderen Fahrwerkpaares und mit der Achse der vorderen Räder des hinteren Paares überein.
Vom vorderen und hinteren Abschnitt wird ein Rumpf ohne Raupenketten getragen, derart, daß er durch Drehung um die gemeinsame mittlere Querachse in seiner Winkelstellung verschoben werden kann.
Es wird behauptet, daß eine Verschiebung des Schwerpunktes des Fahrzeugs und Änderungen der gegenseitigen Winkelstellung der beiden Abschnitte des Fahrzeugs Hindernisse ohne Beeinträchtigung der Stabilität des Fahrzeugs überwinden lassen.
Obwohl das bekannte Fahrzeug tatsächlich die Fähigkeit zur Überwindung von Hindernissen ohne Stabilitätsverlust zu besitzen scheint, dürfte diese Fähigkeit begrenzt sein.
Die vorliegende Erfindung verfolgt vor allem das Ziel, auf einfache Weise ein Einsatzfahrzeug zu schaffen, das in der Lage ist, mit einer erhöhten Sicherheit unterschiedliche Hindernisse zu überwinden, dabei aber begrenzte Abmessungen behält, die es ihm ermöglichen, für den Menschen vorgesehene Gänge zu durchfahren. Ihr Ziel ist es weiter, durch Anbringen von Werkzeugen an einem solchen Fahrzeug die Herstellung eines Roboters zu ermöglichen, der fähig ist, Einsätze in unterschiedlichen Gebäuden durchzuführen, insbesondere wenn ein Unfall diese Räume für menschliche Einsatzkräfte unzugänglich gemacht hat.
Im Hinblick auf diese Ziele betrifft die Erfindung ein Einsatzfahrzeug mit variabler Konfiguration für ein Gelände mit Hindernissen gemäß dem Patentanspruch 1.
Vorteilhafte Maßnahmen sind in den Ansprüchen 2 bis 4 beschrieben.
Nachfolgend wird anhand der beigefügten schematischen Figuren beschrieben, wie die vorliegende Erfindung ausgeführt werden kann, wobei zu beachten ist, daß die erwähnten und dargestellten Elemente und Maßnahmen nur beispielshalber und ohne Beschränkungsabsicht gewählt wurden. Wenn ein Element in mehreren Figuren dargestellt ist, wird es mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Fig. 1 stellt eine Seitenansicht eines Fahrzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung dar;
Fig. 2 stellt eine Hinteransicht des gleichen Fahrzeugs dar;
Fig. 3 stellt eine Seitenansicht eines ersten Fahrwerkes des gleichen Fahrzeugs dar, wobei dessen äußere Abdekkungen entfernt worden sind, um die inneren Kraftübertragungseinrichtungen des Fahrwerkes zu zeigen;
Fig. 4 stellt eine Ansicht einer Seitenflanke des unteren Rumpfes des gleichen Fahrzeugs ohne Fahrwerke und ohne Antriebs- oder Steuerelemente dar;
Fig. 5 stellt eine Ansicht einer Fahrwerksmontageplatte dar, die einen Teil der Seitenflanke der Fig. 4 bildet;
Fig. 6 stellt eine Draufsicht auf das Fahrwerk der Fig. 3 dar, dessen Raupenkette und obere Führungselemente entfernt worden sind; und
Fig. 6A stellt einen zentralen Abschnitt der Fig. 6 in einer durch eine waagrechte Ebene geführten Schnittansicht im vergrößerten Maßstab dar.
Gemäß den Figuren 1 und 2 enthält ein autonomes Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung ein unteres Gehäuse 1 und ein oberes Gehäuse 3, die zusammen einen Fahrzeugrumpf 2 bilden. Das untere Gehäuse 1 ist auf vier Fahrwerken 4, 6 und 7 mit Raupenketten montiert, durch die es sich in Längsrichtung X bewegen kann. Es enthält einen tiefliegenden Abschnitt für die elektrischen Versorgungsbatterien, deren Gewicht und tiefe Lage zur Stabilität des Gehäuses beitragen. Über den Batterien sind Motoren angeordnet, die später beschrieben werden und die die Fahrwerke antreiben.
Das obere Gehäuse 3 ist in Querrichtung Y breiter als das untere Gehäuse. Es enthält relativ leichte Einbauten, wie etwa Mittel zur Erzeugung von Abstützsignalen 158, Mittel zur Informationsverarbeitung 160, Nachrichtenübertragungsmittel, elektronische Leistungsorgane sowie umweltempfindliche Sensoren und ein nicht dargestelltes Trägheitssystem. Die relativ zum Fahrzeug senkrecht verlaufende Richtung wird durch einen Pfeil Z dargestellt.
Die Querdehnung des oberen Gehäuses entspricht der Ausdehnung des mit den Fahrwerken ausgerüsteten Gehäuses, so daß man über einen ausreichenden Raum verfügt, ohne die Querabmessungen des Fahrzeugs vergrößern zu müssen.
Nachfolgend werden verschiedene vorteilhafte Maßnahmen aufgezeigt, die alle beim vorliegenden Fahrzeug angewandt werden, von denen aber einige fortgelassen werden können, bei gleichzeitiger Beibehaltung der Vorteile der anderen Maßnahmen.
Einige der angesprochenen Maßnahmen sind mechanischer Natur:
- Mittel zum Verbinden der Fahrwerke, die später beschrieben werden, werden vom Fahrzeugrumpf getragen und dienen zur Halterung der Fahrwerke;
- jedes der Fahrwerke, wie beispielsweise das Fahrwerk 4, weist mindestens eine querliegende angetriebene Welle 8 auf, die sich zum Fahrzeugrumpf hin erstreckt und von diesem Rumpf mechanische Energie in Gestalt einer Drehung dieser Welle empfängt, derart, daß dem Fahrwerk mindestens eine Vorwärtsbewegung erteilt wird, um den Antrieb des Fahrzeugs zu bewirken;
- das Fahrzeug enthält weiter Motoren 10, 12, die vom Fahrzeugrumpf getragen werden und die mechanische Energie an jedes der Fahrwerke in Gestalt der Umdrehung einer querliegenden Antriebswelle 14, 16 liefern, die relativ zum Fahrzeugrumpf drehbeweglich gelagert ist,
- für jede angetriebene Welle sind äußere Kraftübertragungseinrichtungen vorgesehen, um jede von einer Antriebswelle angetriebene Welle in Bewegung zu versetzen;
- eine vorteilhafte Maßnahme besteht darin, daß die äußeren Kraftübertragungseinrichtungen zum Antreiben einer Antriebswelle 8, 9 durch ein antreibende Welle 14, 16 im wesentlichen aus einem Transmissionskornpaß bestehen, der aufweist:
. ein Antriebsrad 18, 20 mit einer quer zur antreibenden Welle angeordneten Welle,
. ein erstes lineares Übertragungselement 22, 24, das sich vom Antriebsrad her entlang eines ersten, im wesentlichen senkrecht zur Achse des Rades verlaufenden Kompaßschenkels erstreckt und durch dieses Rad angetrieben wird,
. eine querliegende Zwischenwelle 26, 28,
. Mittel zur Abstandshaltung 30, die einen ersten Abstand zwischen den Antriebswellen 14, 16 und den Zwischenwellen 26, 28, und einen zweiten Abstand zwischen den Zwischenwellen und den angetriebenen Wellen 8, 9 halten, jedoch eine Verschiebung dieser Wellen 26, 28, 8, 9 senkrecht zu sich selber erlauben,
. ein Zwischenantriebsrad 32, 34, das vom ersten linearen Übertragungselement angetrieben wird und auf der Zwischenwelle montiert ist, um diese anzutreiben,
. ein angetriebenes Zwischenrad 36, 38, das auf der Zwischenwelle montiert ist,
. ein zweites lineares Übertragungselement 40, 42, das sich vom angetriebenen Zwischenrad ausgehend entlang eines zweiten, im wesentlichen senkrecht zur Achse dieses Rades verlaufenden Kompaßschenkels erstreckt und von diesem Rad angetrieben wird,
. und ein angetriebenes Rad 44, 46, das vom zweiten linearen Übertragungselement angetrieben wird und auf der angetriebenen Welle befestigt ist, um dieselbe anzutreiben.
Bei diesem als Beispiel angegebenen Fahrzeug handelt es sich bei den erwähnten antreibenden und angetriebenen Rädern und bei weiteren Rädern, die nachfolgend erwähnt werden, um Ritzel, deren Zähne in die Maschen von Ketten eingreifen, die die linearen Übertragungselemente bilden. Letztere können jedoch auch aus Riemen bestehen, die glatt oder gezahnt sind.
Die äußeren Antriebseinrichtungen werden so in einfacher Weise ausgeführt, was Senkrechte und längsgerichtete Auslenkungen der Fahrwerke mit großer Amplitude ermöglicht. Gleichzeitig vergrößern das Vorhandensein dieser Antriebseinrichtungen die Querdehnung des Fahrzeugs nicht oder nur wenig, insbesondere wenn es sich um Seitenfahrwerke handelt, die in Querrichtung zu beiden Seiten des Fahrzeugrumpfes angeordnet sind.
Eine weitere vorteilhafte Maßnahme besteht darin, daß die Fahrwerkverbindungsmittel bei jedem Fahrwerk 4 aufweisen:
- eine Fahrwerktragestruktur 48, die relativ zum Fahrzeugrumpf 2 beweglich ist und geführt wird, um ihm Verschiebungen zu ermöglichen, bei denen es sich um Längsverschiebungen der Struktur innerhalb mindestens eines Verschiebungsintervalls, wie beispielsweise 60 entlang einer entsprechenden Verschiebungsrichtung handelt, die senkrecht zur Querrichtung Y verläuft, wobei diese Struktur das Fahrwerk trägt,
- und Fahrwerkpositionierungsmittel 50, um der Fahrwerkträgerstruktur eine innerhalb eines solchen Verschiebungsintervalls gesteuerte Position zu erteilen.
Es kann dabei entweder nur ein längsgerichtetes Verschiebungsintervall oder nur ein senkrecht gerichtetes Verschiebungsintervall geben, oder beide.
Eine solche Maßnahme ermöglicht eine kontinuierliche Stabilisierung des Fahrzeugs, wenn es sich auf einem Boden mit sich ändernden Neigungen bewegt.
Eine weitere vorteilhafte Maßnahme besteht darin, daß die Fahrwerktragestruktur aufweist:
- eine Senkrechtführungsstruktur, beispielsweise bestehend aus Schienen 52, die das Fahrwerk mit Hilfe eines Hängelagers 49 tragen, wobei die Struktur senkrecht geführt wird, um ihr eine Hängeverschiebung innerhalb eines Verschiebungsintervalls zu ermöglichen, das senkrecht verläuft,
- und eine Längsführungsstruktur 54, die die Senkrechtführungsstruktur mit Hilfe von Aufhängemitteln 56 trägt, um eine Aufhängung des Fahrzeugs zu erreichen, wobei die Längsführungsstruktur relativ zum Fahrzeugrumpf 2 in Längsrichtung geführt wird, um es diesem zu ermöglichen, eine gesteuerte Position innerhalb eines Verschiebungsintervalls 60 einzunehmen, das in Längsrichtung verläuft, derart, daß das Fahrzeug durch Längsverschiebung seines Schwerpunktes relativ zum Fahrwerk stabilisiert werden kann, wenn es einen Hang hinauf- oder hinabfährt, den der Boden, auf dem sich des Fahrzeug bewegt, aufweist.
Eine weitere vorteilhafte Maßnahme besteht darin, daß das Fahrwerk 4 eine Bodenberührungslänge 58 besitzt, die sich in der Längsrichtung bis an zwei Enden erstreckt, und auf der sich das Fahrwerk am Boden abstützen kann, um den Fahrzeugrumpf zu tragen.
Die Fahrwerktragstruktur 48 kann gesteuerte Schrägstellungsbewegungen 62 durchzuführen, bei denen es sich um Drehungen um eine Fahrwerkachse 64 handelt.
Das Fahrzeug weist für jedes Fahrwerk 4 auf:
- einen Vorwärtsbewegungsmotor 10 und einen Schrägstellmotor 12, die jeweils mit einer Vorwärtsantriebswelle 14 und einer Schrägstellantriebswelle 16 versehen sind, bei denen es sich um zwei Antriebswellen handelt,
- eine angetriebene Vorwärtsbewegungswelle 8 und eine angetriebene Schrägstellwelle 9, die beide angetriebene Wellen sind und sich koaxial entlang der Fahrwerksachse 64 erstrekken,
- und äußere Vorwärtsbewegungs- und Schrägstellungsübertragungsmittel 22, 40 und 24, 42, bestehend aus zwei Übertragungskompassen zum Antreiben der angetriebenen Vorwärtsbewegungs- und Schrägstellungswellen jeweils durch die antreibenden Vorwärtsbewegungs- und Schrägstellungsantriebswelle.
Der Schrägstellungsmotor bildet ein Fahrwerkschrägstellungsorgan.
Eine Schrägstellung eines Fahrwerks kann die Längsverschiebung des mittleren Auflagepunktes des Fahrwerks auf dem Boden sowie die senkrechte Verschiebung der Achse des Fahrwerks relativ zum Boden zur Folge haben. Sie dient dem Zweck, dem Fahrzeug die Überwindung eines Hindernisses zu ermöglichen.
Eine weitere vorteilhafte Maßnahme besteht darin, daß die Fahrwerkstragstruktur 48 eine Fahrwerksträgerwelle 66 aufweist, die sich entlang der Fahrwerksachse 64 des Fahrzeugrumpfes 2 bis zum Fahrwerk 4 erstreckt.
Das Fahrwerk enthält:
- einen Fahrwerksrahmen 68, 70, der drehbar um eine Tragewelle 66 gelagert ist,
- die angetriebenen Vorwärtsbewegungs- und Schrägstellungswellen 8 bzw. 9, die koaxial drehbar in dieser Tragewelle geführt sind,
- eine Fahrwerksabstützeinheit 72, 74, 76, 80 zum Aufsetzen auf den Boden entlang der Bodenberührungslänge 58, wobei die Einheit mindestens ein drehbar in Bezug auf den Fahrwerksrahmen 68, 70 um eine Querachse gelagertes Vorwärtsbewegungsrad 72 aufweist,
- innere Vorwärtsbewegungsübertragungsmittel 82, 84, 86 zum Antreiben mindestens des Vorwärtsbewegungsrades durch die angetriebene Vorwärtsbewegungswelle 8, derart, daß dem Fahrwerk eine Vorwärtsbewegung erteilt wird,
- und innere Schrägstellungsübertragungsmittel 88, 90, 92, 94, 96, 98, 100, die vom Fahrwerksrahmen getragen werden und durch die angetriebene Schrägstellungswelle in Drehung versetzt werden und drehbeweglich auf der Fahrwerksträgerwelle gelagert sind, um dem Fahrwerk eine Schrägstellungsbewegung zu erteilen.
Eine weitere vorteilhafte Maßnahme besteht darin, daß die Abstandshaltemittel zum Einhalten eines Abstandes zwischen zwei Wellen aufweisen:
- eine Pleuelstange 30, die sich abstützend zwischen den beiden Wellen 28, 9 erstreckt, dabei aber deren Drehung ermöglicht,
- und Abstandseinstellmittel, die es ermöglichen, der Pleuelstange entweder eine Betriebslänge zu geben, die die Spannung eines elastischen linearen Übertragungselementes, wie etwa die antreibende oder die angetriebene Kette 42 oder eines Transmissionsriemens mit der gleichen Funktion bewirkt, oder eine Montagelänge zu geben, die kürzer als die Betriebslänge ist, um die Montage oder Demontage des Verbindungselementes zu ermöglichen. Diese Mittel sind symbolisch durch eine Schraube 31 und eine Mutter 31A dargestellt. Weitere Pleuelstangen, die eine analoge Funktion haben, sind mit 30A, 30B und 30C bezeichnet. Diesen anderen Pleuelstangen sind entsprechende Abstandsmittel zugeordnet.
Eine weitere vorteilhafte Maßnahme besteht darin, daß das Fahrzeug für jedes seitliche Fahrwerk 4 eine Fahrwerksmontageplatte 102 aufweist, die beweglich am Fahrzeugrumpf 2 befestigt ist und sich entlang der Längs- und Vertikalrichtungen X bzw. Z erstreckt, und die die Motoren und die antreibenden Vorwärtsbewegungs- und Schrägstellungswellen 10, 14 bzw. 12, 16, sowie die äußeren Vorwärtsbewegungsübertragungsmittel 20, 40 und die Schrägstellungsmittel 24, 42 trägt.
Diese Montageplatte trägt die Längsführungsstruktur wie etwa die Struktur 54, die einen Zwischenabschnitt 48A der Tragestruktur 48 trägt, die ihrerseits die aus Schienen bestehende Vertikal-Führungsstruktur 52 trägt. Letztere trägt ein rechteckiges Hängelager 49, das im Gleichgewicht, d.h., mit der Möglichkeit der Drehung, auf der Tragewelle 66 montiert ist.
Das Fahrzeug enthält vier seitliche Fahrwerke, nämlich die Fahrwerke 4 vorne rechts und vorne links, das Fahrwerk 6 hinten rechts, und das Fahrwerk 7 hinten links. Es besitzt weiter vier Längsführungsstrukturen, nämlich vorne rechts 54 und vorne links, und hinten rechts 55 und hinten links, jeweils für eines der vier Fahrwerke. In diesem Falle besteht eine weitere vorteilhafte Maßnahme darin, daß die Fahrwerkspositionierungsmittel Mittel zur Positionskoordination 50, 104 aufweisen, um die von ihnen gesteuerten Positionen von zwei Fahrwerken über zwei entsprechende waagrechte Führungsstrukturen 54, 55 zu koordinieren.
Eine weitere vorteilhafte Maßnahme besteht darin, daß die Fahrwerkspositionierungsmittel für jedes der beiden (rechten und linken) Paare, die das rechte vordere und das rechte hintere Fahrwerk 4 und 5 bzw. das linke vordere und das linke hintere Fahrwerk 7 enthalten, aufweisen:
- einen Längsverbindungssteg 108, der die eine der beiden waagrechten Führungsstrukturen 54, 55, die zu den beiden Fahrwerken des betreffenden Paares gehören, mit der anderen verbindet,
- eine Längspositionierungsschraube 104, die ebenfalls die beiden Führungsstrukturen verbindet,
- eine drehbare Antriebsmutter 106, die mit dieser Schraube zusammenwirkt und in Längsrichtung relativ zum Fahrzeugrumpf 2 blockiert ist,
- und einen Motor 50 zum Drehen der Antriebsmutter.
Der Motor bildet einen Positionierungsantrieb für die beiden Paaren gemeinsamen Fahrwerke. Er treibt über eine Kette 110 eine Querwelle 112 an, die an jedem ihrer beiden Enden eine der beiden Antriebsmuttern, wie etwa 106, über einen Ritzelmechanismus vom Typ des Winkelvorgeleges, wie beispielsweise 114, antreibt.
Eine weitere vorteilhafte Maßnahme besteht darin, daß die inneren Schrägstellungsübertragungseinrichtungen mindestens aufweisen:
- ein erstes Antriebsrad 88, das auf der angetriebenen Schrägstellungswelle jenseits der Tragewelle 66 angebracht ist,
- ein erstes lineares Kraftübertragungselement 90, das von diesem ersten Rad angetrieben wird,
- eine innere Schrägstellungsübertragungszwischenwelle 92, die quer verläuft und relativ zum Fahrwerksrahmen drehbar gelagert ist,
- ein erstes angetriebenes Rad 94, das auf dieser Zwischenwelle angebracht ist und vom ersten linearen Übertragungselement angetrieben wird, um diese Welle in Drehung zu versetzen,
- ein zweites Antriebsrad 96, das auf dieser Zwischenwelle angebracht ist,
- ein zweites lineares Kraftübertragungselement 98, das vom zweiten treibenden Rad angetrieben wird,
- und ein angetriebenes Schrägstellungstragrad 100, das mit dem zweiten Übertragungselement zusammenwirkt und, mindestens winkelmäßig, auf der Tragewelle befestigt ist, um das Zwischenrad und den Fahrwerksrahmen um die Tragewelle in Drehung zu versetzen, so daß eine Schrägstellungsbewegung herbeigeführt wird.
Eine weitere vorteilhafte Maßnahme besteht darin, daß die Antriebsräder 88 und 96 der inneren Schrägstellungsübertragungsmittel Durchmesser besitzen, die kleiner als die angetriebenen Räder 94 und 100 sind, derart, daß die Übertragungsmittel einen Geschwindigkeitsreduktionsmechanismus bilden, um der Schrägstellungsbewegung eine Drehgeschwindigkeit zu erteilen, die kleiner als diejenige der angetriebenen Schrägstellungswelle ist, damit die zur Herbeiführung der Schrägstellungsbewegung vom Schrägstellungsmotor 12 auf die äußeren Übertragungsmittel auszuübenden Kräfte begrenzt werden.
Bei den inneren Kraftübertragungsmitteln ebenso wie bei den äußeren Kraftübertragungsmitteln bestehen die Antriebs- und die angetriebenen Räder aus Ritzeln und die linearen Kraftübertragungselemente aus Ketten.
Eine weitere Maßnahme besteht darin, daß die Bodenberührungseinheit jedes seitlichen Fahrwerks aufweist:
- eine Raupenkette 80, die am Boden aufliegt,
- Mittel 72, 74, 76, 78 zum Führen der Raupenkette,
- und ein Vorwärtsbewegungsrad 72, das sich um eine querliegende Achse dreht, um die Raupenkette anzutreiben.
Genauer gesagt enthält diese Einheit an beiden Enden der Berührungslänge das Vorwärtsbewegungsrad 72 und ein Führungsrad 74, ferner Zwischenabstützrollen, wie etwa 76, und Umkehrrollen, wie etwa 78, um die Raupenkette 80 zu führen, die als einzige in Berührung mit dem Boden steht. Die Kette ist im Inneren gezahnt und die Räder 72 und 74 bilden Ritzel, deren Zähne in die Ausschnitte der Kette eingreifen.
Eine weitere vorteilhafte Maßnahme besteht darin, daß die inneren Vorwärtsbewegungsübertragungsmittel aufweisen:
- ein Antriebsrad, wie etwa ein erstes Ritzel 82, das von der angetriebenen Vorwärtsbewegungswelle 8 jenseits der Tragewelle 66 getragen wird,
- ein lineares Kraftübertragungselement, wie etwa eine Kette 84, die von diesem ersten Ritzel angetrieben wird,
- und ein angetriebenes Rad, wie etwa ein zweites Ritzel 86, das mit dem Vorwärtsbewegungsrad 72 fest verbunden ist und von der Kette angetrieben wird, um eine Vorwärtsbewegung des Fahrwerks 4 herbeizuführen.
Die Durchmesser der beiden Räder sind gleich groß dargestellt, können aber verschieden sein, beispielsweise um ein Geschwindigkeitsuntersetzungsgetriebe zu bilden.
Weitere, beim gleichen Fahrzeug getroffene vorteilhafte Maßnahmen beziehen sich auf Meß- und Signalverarbeitungseinrichtungen, mit denen das Fahrzeug ausgestattet ist. Hierzu soll zunächst daran erinnert werden, daß sich jedes Fahrwerk auf dem Boden abstützt und auf ihn eine Anzahl von Kräften ausübt, die zweckmäßig, zumindest teilweise, durch eine bestimmte Anzahl von Parametern dargestellt werden können. Diese Parameter werden nachfolgend als "Abstützparameter" bezeichnet.
Eine dieser vorteilhaften Maßnahmen besteht darin, daß zur Bestimmung einer bestimmten Anzahl von Abstützparametern eines Fahrwerks 4 am Boden Belastungssignale erzeugt werden, die die vom Fahrzeugrumpf 2 auf das Fahrwerk ausgeübten Belastungen darstellen. Diese Belastungssignale werden zur Erzeugung von Abstützsignalen verarbeitet, welche die zu bestimmenden Abstützparameter darstellen.
Im einzelnen werden mindestens drei Belastungssignale erzeugt, die die vom Fahrzeugrumpf 2 auf das Fahrwerk 4 ausgeübten Kräfte darstellen. Diese drei Belastungssignale werden zur Erzeugung dreier Abstützsignale verarbeitet, die drei Abstützparameter darstellen, welche ihrerseits die Komponente der Abstützkraft des Fahrwerks in einer senkrechten Längsebene darstellen.
Hierzu besitzt das Fahrzeug Belastungssensoren 150, 152, 154 zur Erzeugung der Belastungssignale und Mittel 158 zur Erzeugung der Abstützsignale, die vor allem die Belastungssignale empfangen und verarbeiten, um die Abstützsignale zu erzeugen.
Die Abstützsignale stellen beispielsweise die Komponente der Abstützkraft, beispielsweise durch ihre Schräglage, die Längsposition ihres Angriffspunktes am Boden, und eine Belastungsstärke dar.
Eine weitere vorteilhafte Maßnahme besteht darin, daß die Tragewelle 66 in einem Hängelager 49 montiert ist, das Teil der Tragestruktur 48 ist, so daß sie drehbeweglich um die Fahrwerksachse 64 geführt ist. Insbesondere wird die Tragewelle 66 in Gleichgewichtslage im Hängelager 49 montiert, das mit Hilfe der senkrechten Führungsstruktur 52 relativ zur Tragestruktur 48 senkrecht geführt wird. Das Fahrzeug besitzt also einen Schrägstellungsbelastungssensor 152, bei dem es sich um einen Kraftmeßfühler handelt, der zwischen der Tragewelle und einem nicht drehbaren Teil der Tragestruktur angebracht ist, derart, daß die Drehung dieser Welle verhindert und ein Schrägstellungsbelastungssignal geliefert wird, das ein vom Fahrzeugrumpf 2 auf das Fahrwerk 4 ausgeübtes Schrägstellungsmoment darstellt.
Eine weitere vorteilhafte Maßnahme besteht darin, daß ein Vorwärtsbewegungsbelastungssensor 154 dem Vorwärtsbewegungsmotor 10 oder den äußeren Vorwärtsbewegungsübertragungsmitteln 20, 40 zugeordnet ist, um ein Vorwärtsbewegungsbelastungssignal zu erzeugen, das das von den äußeren Vorwärtsbewegungsübertragungsmitteln auf die angetriebene Vorwärtsbewegungswelle 8 ausgeübte Vorwärtsbewegungsmoment darstellt, derart, daß das Belastungssignal dazu benutzt werden kann, die am Fahrwerk in einer senkrechten Längsebene tangential angreifende Komponente der Abstützkraft zu bestimmen.
Eine weitere vorteilhafte Maßnahme besteht darin, daß ein Vertikalbelastungssensor 150 der Senkrechtführungsstruktur zugeordnet ist, um ein Senkrechtbelastungssignal zu liefern, das eine vom Fahrzeugrumpf 2 auf das Fahrwerk entlang einer relativ zum Fahrzeugrumpf senkrecht verlaufenden Richtung ausgeübte senkrechte Belastung darstellt, derart, daß das Senkrechtbelastungssignal dazu benutzt werden kann, die senkrecht zur Abstützoberfläche des Fahrwerks gerichtete Komponente der Abstützkraft zu bestimmen.
Eine weitere vorteilhafte Maßnahme besteht darin, daß das Fahrzeug weiter Konfigurationssensoren 156 zur Lieferung von Konfigurationssignalen aufweist, die die Konfigurationsparameter, wie etwa die Position und/oder die Schrägstellung jedes Fahrwerks relativ zum Fahrzeugrumpf 2, und/oder die Ausrichtung des Fahrzeugrumpfes relativ zur Senkrechten, darstellen, wobei die Mittel zur Erzeugung der Abstützsignale 158 auch die Konfigurationssignale verarbeiten, um die genannten Abstützsignale zu erzeugen.
Einer der Konfigurationssensoren ist ein Schrägstellungssensor 156, der vom Fahrzeugrumpf 2 getragen wird. Mit Hilfe eines Ritzels 155, das koaxial zu ihm angeordnet ist und mit einem fest mit dem Rahmen 70 des Fahrwerks 4 verbundenen Ritzel 157 zusammenwirkt, mißt er die Drehung des Rahmens um die Fahrwerksachse 64. Er liefert ein Fahrwerksschrägstellungssignal, das die Schrägstellung des Fahrwerks relativ zum Fahrzeugrumpf darstellt.
Ein anderer Konfigurationssensor ist ein Längspositionssensor 51 (vgl. Fig. 4), der die Längsposition aller Fahrwerke relativ zum Fahrzeugrumpf 2 mißt und ein Längspositionssignal liefert.
Aus dem bisher Gesagten geht hervor, daß das Fahrzeug Fahrwerkverschiebungsorgane 12, 50 zur Verschiebung der Fahrwerke relativ zum Fahrzeugrumpf, und Abstützsignalerzeugungsmittel aufweist, die die Abstützparameter darstellen.
Eine weitere vorteilhafte Maßnahme besteht darin, daß das Fahrzeug weiter Sicherheitssteuermittel aufweist, die Teil der Informationsverarbeitungsmittel 160 sind und die Abstützsignale dazu benutzen, die Verschiebungsorgane derart zu steuern, daß die Sicherheit des Fahrzeugs verbessert wird.
Diese Verschiebungsorgane enthalten das aus dem Motor 50 bestehenden Positionierungsorgan sowie die vier Schrägstellungsorgane, die aus den vier Schrägstellungsmotoren, wie etwa 12, bestehen.
Eine weitere vorteilhafte Maßnahme besteht darin, daß die Sicherheitssteuereinrichtungen 160 nicht nur die Abstützsignale, sondern auch die die Geschwindigkeit der Fahrwerke 4 darstellenden Geschwindigkeitssignale benutzen, wozu das Fahrzeug Geschwindigkeitssensoren zur Lieferung dieser Signale besitzt.
Eine weitere vorteilhafte Maßnahme besteht darin, daß die Sicherheitssteuereinrichtung 160 nicht nur die Verschiebungsorgane 12, 50, sondern auch die Vorwärtsbewegungsmotoren 10 steuert. Genauer gesagt ermitteln diese Steuereinrichtungen in jedem Augenblick einerseits den aktuellen Sicherheitsgrad, d.h., sie bestimmen in Echtzeit die Sicherheitsparameterwerte, vor allem die Stabilität und die Bodenhaftung des Fahrzeugs. Diese Bestimmung ergibt sich besonders aus der Ermittlung bestimmter Abstützparameter. Die Stabilität hängt beispielsweise von der Position der senkrechten Projektion des Schwerpunkts innerhalb des durch die Abstützpunkte der Fahrwerke definierten Stützpolygons ab. Für jedes der Fahrwerke hängt die Haftung von der Winkelneigung der Abstützkraft ab, die dieses Organ relativ zu einer Abstützoberfläche auf den Boden aufbringt.
Die Steuereinrichtungen 160 bestimmen andererseits vor allem den Einfluß, den die Verschiebungen der Fahrwerke oder die Veränderungen der Vorwärtsbewegungsmomente auf die Sicherheitsparameter haben können. Schließlich berechnen sie Befehle, um die Sicherheitsparameter zu optimieren.

Claims

1. Rettungsfahrzeug mit variabler Konfiguration für ein Gelände mit Hindernissen, das folgende Komponenten aufweist:

- einen Fahrzeugrumpf (2), der eine Länge und eine Breite entlang der Längsrichtung (X) bzw. der Querrichtung (Y) aufweist,

- Fahrwerke (4, 6), die vom Fahrzeugrumpf getragen werden und sich auf dem Boden abstützen, um das Fahrzeug in Längsrichtung anzutreiben,

- eine Tragstruktur (48) zum Tragen mindestens eines der Fahrwerke (4), wobei die Struktur beweglich ist und eine Längsführungsstruktur (54) aufweist, die in Längsrichtung relativ zum Fahrzeugrumpf (2) geführt und von einem Positionsbetätigungsorgan (50) verschoben wird, um ihr eine gesteuerte Position in einem Längsverschiebungsintervall (60) zu erteilen, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrzeug eine Tragstruktur (48) für jedes Fahrwerk (4) aufweist und diese Struktur weiter eine Vertikalführungsstruktur (52) enthält, die das Fahrwerk trägt und in der Senkrechten geführt wird, um dem Fahrwerk eine Verschiebung innerhalb eines senkrechten Verschiebungsintervalls zu ermöglichen,

und daß die Längsführungsstruktur (54) die Vertikalführungsstruktur über Aufhängemittel (56) trägt, um ein Aufhängung des Fahrzeugs zu schaffen.

2. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrwerk (4) eine Bodenberührungslänge (58) besitzt, die sich in Längsrichtung erstreckt und bis zu deren beiden Enden sich das Fahrwerk auf dem Boden abstützen kann, wobei es auf diesen Boden Abstützkräfte ausübt, um den Fahrzeugrumpf (2) zu tragen,

daß die das Fahrwerk tragende Tragstruktur (48) das Fahrwerk gesteuerte Schrägstellungsbewegungen (62) durchführen läßt, bei denen es sich um Drehungen um eine querliegende Fahrwerksachse (64) handelt,

und daß das Fahrzeug für jedes Fahrwerk (4) aufweist:

- einen Vorwärtsbewegungsmotor (10) zum Vorwärtsbewegen des Fahrwerks auf dem Boden,

- und einen Schrägstellungsmotor (12), um die Schrägstellungsbewegungen des Fahrwerks herbeizuführen.

3. Fahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es Sicherheitssteuereinrichtungen (160) aufweist, die mindestens das Positionierungsorgan steuern, und zwar einerseits aufgrund von Abstützsignalen, die die Abstützkräfte darstellen, und andererseits aufgrund von Verschiebungssignalen und/oder Geschwindigkeitssignalen, die die Verschiebungen und/oder Geschwindigkeiten der Fahrwerke (4) darstellen, wobei das Fahrzeug Verschiebungssensoren (51) und/oder Geschwindigkeitssensoren (156) aufweist, die diese Signale liefern.

4. Fahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitssteuereinrichtungen (160) nicht nur die Positionierungsorgane (50), sondern auch die Vorwärtsbewegungs- und Schrägstellungsmotoren (10) bzw. (12) steuern.