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WO2018162229A1 - Lenkvorrichtung für ein fahrzeug und verfahren zum lenken eines fahrzeugs - Google Patents

Lenkvorrichtung für ein fahrzeug und verfahren zum lenken eines fahrzeugs Download PDF

Info

Publication number
WO2018162229A1
WO2018162229A1 PCT/EP2018/054205 EP2018054205W WO2018162229A1 WO 2018162229 A1 WO2018162229 A1 WO 2018162229A1 EP 2018054205 W EP2018054205 W EP 2018054205W WO 2018162229 A1 WO2018162229 A1 WO 2018162229A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
drive
wheel
vehicle
drive wheel
steering
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/054205
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thilo WOLFF VON GUDENBERG
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2018162229A1 publication Critical patent/WO2018162229A1/de

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60S—SERVICING, CLEANING, REPAIRING, SUPPORTING, LIFTING, OR MANOEUVRING OF VEHICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60S9/00—Ground-engaging vehicle fittings for supporting, lifting, or manoeuvring the vehicle, wholly or in part, e.g. built-in jacks
    • B60S9/14—Ground-engaging vehicle fittings for supporting, lifting, or manoeuvring the vehicle, wholly or in part, e.g. built-in jacks for both lifting and manoeuvring
    • B60S9/16—Ground-engaging vehicle fittings for supporting, lifting, or manoeuvring the vehicle, wholly or in part, e.g. built-in jacks for both lifting and manoeuvring for operating only on one end of vehicle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60S—SERVICING, CLEANING, REPAIRING, SUPPORTING, LIFTING, OR MANOEUVRING OF VEHICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60S9/00—Ground-engaging vehicle fittings for supporting, lifting, or manoeuvring the vehicle, wholly or in part, e.g. built-in jacks
    • B60S9/14—Ground-engaging vehicle fittings for supporting, lifting, or manoeuvring the vehicle, wholly or in part, e.g. built-in jacks for both lifting and manoeuvring
    • B60S9/16—Ground-engaging vehicle fittings for supporting, lifting, or manoeuvring the vehicle, wholly or in part, e.g. built-in jacks for both lifting and manoeuvring for operating only on one end of vehicle
    • B60S9/18—Ground-engaging vehicle fittings for supporting, lifting, or manoeuvring the vehicle, wholly or in part, e.g. built-in jacks for both lifting and manoeuvring for operating only on one end of vehicle mechanically
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D11/00—Steering non-deflectable wheels; Steering endless tracks or the like
    • B62D11/02—Steering non-deflectable wheels; Steering endless tracks or the like by differentially driving ground-engaging elements on opposite vehicle sides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D61/00—Motor vehicles or trailers, characterised by the arrangement or number of wheels, not otherwise provided for, e.g. four wheels in diamond pattern
    • B62D61/12—Motor vehicles or trailers, characterised by the arrangement or number of wheels, not otherwise provided for, e.g. four wheels in diamond pattern with variable number of ground engaging wheels, e.g. with some wheels arranged higher than others, or with retractable wheels

Definitions

  • the invention is based on a device or a method according to the preamble of the independent claims.
  • Single wheel drives in which the wheels of an axle can be driven individually, are known in particular for electric or hydraulic drives. By individually controlling the wheels, a vehicle can thus be forced to drive a curve.
  • Future autonomous vehicles have different and new requirements compared to conventional vehicles. Since, in addition to the development of autonomous driving, the electrification of the powertrain is being pushed further and further, a large part of the future autonomous vehicles will have electric drive concepts. Current prototypes and concepts confirm this trend. These concepts also confirm that many vehicles of this type tend to travel in low speed areas. This results in new possibilities for the realization of the steering.
  • a steering device for a vehicle a method for steering a vehicle and further a control device, which uses this method according to the main claims presented.
  • a control device which uses this method according to the main claims presented.
  • a steering device for an at least two-axle vehicle wherein the vehicle has a first drive wheel and a second drive wheel
  • Has drive wheel which are associated with a drive axle of the vehicle, and at least one further wheel, which is another axis of the
  • the steering device has the following features: a drive device which is designed to apply different torques to the first drive wheel and the second drive wheel for effecting a cornering of the vehicle; at least one shunting wheel for shunting the vehicle; and an adjusting device, which is formed to a distance of the Rangierrads to a road surface between a Rangier too and a
  • the vehicle may be a two-lane motor vehicle
  • the drive axle may be a front or rear axle of the vehicle.
  • a drive axle can be understood to mean a pair of wheels consisting of opposing wheels. The wheels can be carried by separate wheel carriers. Also can be imaginary under the drive axle
  • Line are understood by axes of rotation of the drive wheels.
  • a mechanical device can be understood under the drive axle.
  • the drive axle for example, have one or more shafts for driving the drive wheels.
  • the drive axle can, for example, with one or more transfer cases to implement a provided for example by a central drive unit of the drive device drive torque may be coupled in different torques for rotating the drive wheels.
  • the drive wheels can be driven directly by a respective drive motor of the drive device.
  • the drive device may be configured, for example, to act on the drive wheels with opposing torques, so that the drive wheels rotate in opposite directions.
  • the drive means may be configured to apply a torque to one of the drive wheels and to apply no torque to the other of the drive wheels.
  • the drive device may be designed to provide at least one suitable control signal to at least one drive, for example an electric motor or internal combustion engine, of the vehicle.
  • Rangierrad Under a Rangierrad can be understood a height-adjustable, in particular non-driven support wheel of the vehicle.
  • the shunting may, for example, as Castorrad, also called steering roller, be designed to be able to align independently according to a direction of movement of the vehicle.
  • the shunting may be rotatably mounted, for example, at least two different axes by 360 degrees, the two axes can be skewed to each other.
  • the shunting wheel can be arranged, for example, adjacent to the further axis, so that the shunting has a greater distance from the drive axis than the other axis.
  • a hydraulically, pneumatically or electrically operable device for height adjustment of the Rangierrads, in particular for adjusting the Rangierrads in the vertical direction, approximately parallel to a vertical axis of the vehicle to be understood.
  • the adjusting device can be designed to additionally drive the shunting wheel.
  • the shunting wheel can be used, for example, to raise a non-driven axle of the vehicle, such as a one- or two-wheeled passively steered trailing axle, in shunting.
  • a non-driven axle of the vehicle such as a one- or two-wheeled passively steered trailing axle, in shunting.
  • Such steering is particularly suitable for
  • the shunting wheel can be designed as a steering roller with a rotation axis and a skew axis aligned with the rotation axis. It can thereby be achieved that the shunting wheel automatically aligns itself in accordance with a direction of movement of the vehicle. Thus, a Lenkaktuatorik omitted for steering the Rangierrads.
  • the shunting wheel can be pivotable about the pivot axis by at least 360 degrees. This can increase the maneuverability of the vehicle.
  • the shunting wheel is arranged or can be arranged adjacent to the further axis.
  • the further axis can be raised with the least possible expenditure of force.
  • the shunting wheel can be fully rubber-tired.
  • the shunting can be particularly robust and compact realized.
  • the drive device
  • the drive device may have a first drive motor for driving the first drive wheel and a second drive motor, which can be controlled separately from the first drive motor, for driving the second drive wheel.
  • the drive wheels can be driven particularly efficiently.
  • the drive device can according to a further embodiment, at least one transfer case for converting an input torque into a first torque for driving the first drive wheel and a second
  • the drive wheels can efficiently with different torques, in particular, for example, with each other
  • the steering device may have the further axis.
  • the further axis can be designed as a steerable trailing axle.
  • a trailing axle for example, a passively steered trailing axle can be understood, the wheels run loosely on the road and thus passively be steered by the barrel of the vehicle.
  • the further axis may have at least two other wheels.
  • the stability of the vehicle can be increased when cornering.
  • the approach presented here also provides a method for steering a vehicle by means of a steering device according to one of the preceding
  • Embodiments the method comprising the steps of:
  • This method can be implemented, for example, in software or hardware or in a mixed form of software and hardware, for example in a control unit.
  • the approach presented here also provides a control unit which is designed to implement the steps of a variant of a method presented here to implement, control or implement appropriate facilities. Also by this embodiment of the invention in the form of a control device, the problem underlying the invention can be solved quickly and efficiently.
  • the controller is adapted to operate said steering device or devices of said steering device.
  • the control device comprises a receiving unit for receiving at least one control signal for maneuvering the vehicle, and an output unit which is designed to provide an adjustment signal to an interface to the adjusting device using the control signal in order to shift the shunting wheel into the Rangier ein, and formed is to use the control signal at least one drive signal to an interface to the
  • control unit may comprise at least one arithmetic unit for processing signals or data, at least one memory unit for storing signals or data, at least one interface to a sensor or an actuator for reading sensor signals from the sensor or for outputting control signals to the actuator and / or or at least one
  • the arithmetic unit may be, for example, a signal processor, a microcontroller or the like, wherein the memory unit is a flash memory, an EPROM or a
  • the magnetic storage unit can be.
  • the communication interface can be designed to read or output data wirelessly and / or by line, wherein a communication interface that can read or output line-bound data, for example, electrically or optically read this data from a corresponding data transmission line or output in a corresponding data transmission line.
  • a control device can be understood as an electrical device which processes sensor signals and, depending on these, controls and / or outputs data signals.
  • the control unit may have an interface, which may be formed in hardware and / or software. In a hardware training, the interfaces may for example be part of a so-called system ASICs, the various functions of the
  • Control unit includes.
  • the interfaces are their own integrated circuits or at least partially consist of discrete components.
  • the interfaces may be software modules that are present, for example, on a microcontroller in addition to other software modules.
  • control unit is used to control the vehicle.
  • control unit can access, for example, sensor signals such as acceleration, rotational speed, pressure, steering angle or environmental sensor signals.
  • sensor signals such as acceleration, rotational speed, pressure, steering angle or environmental sensor signals.
  • the control takes place via actuators such as brake or steering actuators or an engine control unit of the vehicle.
  • Fig. La is a schematic representation of a vehicle with a
  • Fig. Lb is a schematic representation of a vehicle with a
  • Fig. 2a is a schematic representation of a vehicle with a
  • 2b is a schematic representation of a vehicle with a
  • Fig. 3 is a schematic representation of a vehicle of Figure 2 in the rest position.
  • Fig. 4 is a schematic representation of a vehicle of Fig. 2 in
  • Fig. 5 is a schematic representation of a vehicle with a
  • Fig. 6 is a schematic representation of a vehicle with a
  • Fig. 7 is a schematic representation of a control device according to a
  • FIG. 1a shows a schematic illustration of a vehicle 100 with a steering device 102 according to one exemplary embodiment.
  • the vehicle 100 includes a drive axle 104, here by way of example a front axle of the vehicle
  • the further axis 106 is designed as a passively steered unicycling rear axle with a further wheel 108.
  • the further axis 106 is to be considered as a component of the steering device 102.
  • the further axis 106 can also be embodied as a multi-wheeled, in particular two-wheeled axle.
  • the drive axle 104 comprises a first drive wheel 110 and a second drive wheel 112 arranged opposite the first drive wheel 110. Both drive wheels 110, 112 are connected by a drive wheel 110
  • Drive device 114 with a first drive motor 116 for driving the first drive wheel 110 and a second drive motor 118 for driving the second drive wheel 112 executed.
  • the drive motors 116, 118 are each directly coupled to the corresponding drive wheel.
  • the drive wheels 110, 112 by means of the drive motors 116, 118 simultaneously rotatable in opposite directions of rotation.
  • the vehicle 100 is equipped with a shunting wheel 120 for shunting the vehicle 100 at low speeds.
  • the shunting wheel 120 according to FIG. 1 a is adjacent to the further axis 106 arranged.
  • the shunting wheel 120 may also be placed at a different location on the vehicle 100.
  • the Rangierrad 120 is mounted vertically adjustable on the vehicle 100. For height adjustment of the Rangierrads 120, the vehicle 100 includes a corresponding
  • Rangierrad 120 contact with the road surface, wherein the further axis 106 is raised by the extension of the Rangierrads 120 so far that the other wheel 108 has no contact with the road surface.
  • the rest position which corresponds to a retracted state of the Rangierrads 120
  • only the two drive wheels 110, 112 and the other wheel 108 contact with the road surface.
  • the vehicle 100 according to this embodiment is therefore only with a total of three wheels on the road surface, so a high maneuverability
  • the Rangierrad 120 is realized as a pivotable by 360 degrees, trailing steering roller.
  • high maneuverability can be achieved independently of a respective direction of travel of the vehicle 100 and without the use of additional steering actuators.
  • the vehicle may also be equipped with two Rangierziern, which are located on an axis parallel to the drive axle. In this case, the vehicle is in shunting position on a total of four wheels. A possible arrangement of the wheels can be seen in Fig. Lb.
  • the vehicle 100 has a controller 124 which is adapted to generate and output a first drive signal 126 for driving the first drive motor 116 and a second drive signal 128 for driving the second drive motor.
  • the controller 124 is according to a
  • Embodiment adapted to output at least one of the drive signals 126, 128 when the Rangierrad 120 is in the Rangier ein.
  • the controller 124 is part of
  • the controller 124 is further configured to output an adjustment signal 130 for driving the adjusting device 122 to the adjusting device 122.
  • the adjustment signal 130 is designed to effect the height adjustment of the Rangierrads 120.
  • the controller 124 additionally or alternatively configured to receive a position signal from the adjusting device 122, which indicates whether the Rangierrad 120 is in the rest position or the Rangier too.
  • the controller 124 may be configured to output at least one of the drive signals 126, 128 when the position signal indicates that the jog wheel 120 is in the
  • Shunting position is located. Is the further axis 106 as passively steered
  • control unit 124 Run after axle, the control unit 124 is also in the normal
  • Fig. Lb shows a schematic representation of a vehicle 100 with a
  • the steering device 102 comprises two shunting wheels 120 each having an adjusting device 122.
  • the shunting wheels 120 are, for example, at one another at a rear end of the vehicle 100
  • Rangierzier 120 and the respective adjusting devices 122 are identical.
  • FIG. 2 a shows a schematic illustration of a vehicle 100 having a steering device 102 according to an exemplary embodiment, for example a steering device described above with reference to FIG. 1.
  • the further axle 106 according to this exemplary embodiment is designed as a two-wheeled, passively steered trailing axle.
  • the shunting wheel 120 is arranged adjacent to the further axis 106. Also, two
  • Rangierzier 120 are used as shown in Fig. 2b.
  • FIG. 2 b shows a schematic illustration of a vehicle 100 having a steering device 102 according to an exemplary embodiment.
  • the steering device 102 according to this exemplary embodiment comprises two shunting wheels 120 each having an adjusting device 122.
  • the shunting wheels 120 are, for example, at one another at a rear end of the vehicle 100
  • Rangierzier 120 and the respective adjusting devices 122 are identical.
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of a vehicle 100 from FIG. 2 a in the rest position of the shunting wheel 120.
  • the vehicle 100 is shown in FIG. 3
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of a vehicle 100 from FIG. 2 a in the maneuvering position of the shunting wheel 120.
  • the vehicle 100 is shown in FIG. 4
  • the Rangierrad 120 is mounted about a pivot axis 400 and about a rotation axis 402 rotatably mounted on the vehicle 100.
  • the two axes 400, 402 are skewed to each other, so that the Rangierrad 120 has a caster 404.
  • the adjusting device 122 is designed, for example, to adjust the shunting wheel 120 in the direction of a vertical axis 406 of the vehicle 100.
  • the Rangierrad 120 is adjustable in at least one of the vertical axis 406 deviating direction.
  • the pivot axis 400 is aligned parallel to the vertical axis 406.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a vehicle 100 with a steering device 102 according to an exemplary embodiment.
  • the structure of the vehicle 100 shown in FIG. 5 essentially corresponds to the structure described above with reference to FIG. 1 a, with the difference that, according to this exemplary embodiment, the drive axle 104 is realized as a rear axle and the further axle 106 as a front axle. A front end of the vehicle 100 is indicated by a taper of the vehicle outline.
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a vehicle 100 with a steering device 102 according to one exemplary embodiment.
  • the structure of the vehicle 100 shown in FIG. 6 essentially corresponds to the structure described above with reference to FIGS. 2 to 4, with the difference that, according to this exemplary embodiment, the drive axle 104 is realized as a rear axle and the additional axle 106 as a front axle.
  • a front end of the vehicle 100 shown in FIG. 5 essentially corresponds to the structure described above with reference to FIG. 1 a, with the difference that, according to this exemplary embodiment, the
  • Vehicle 100 is indicated as in FIG. 5 by a tapering of the vehicle outline.
  • FIG. 7 shows a schematic representation of a control device 124 according to an exemplary embodiment, for example a control device, as described above with reference to FIG. 1.
  • the control device 124 comprises a receiving unit 710 for receiving at least one example of a driver of the
  • Vehicle or a device for automated driving of the vehicle generated control signal 712 for maneuvering the vehicle.
  • the control signal 712 specifies a directional change of the vehicle suitable for making a desired turn.
  • An output unit 720 is configured to receive the control command 712 and process it to generate the adjustment signal 130 and the two drive signals 126, 128.
  • the controller 124 is configured to provide the adjustment signal 130 to an interface to the adjusting device 122 in response to the receipt of the control signal 712, the adjustment signal 130 being suitable for effecting an adjustment of the shunting wheel into the shunting position. Further, the controller 124 is configured to use the
  • Control signal 712 to provide at least one of the drive signals 126, 128 to an interface to the drive means, wherein the at least one drive signal 126, 128 is adapted to apply to the first drive wheel and the second drive wheel to effect the desired change in direction with appropriate different torques.
  • a magnitude of the torques can be determined by the control unit 124 using the control signal 712 or predetermined by the control signal 712.
  • FIG. 8 shows a flowchart of a method 800 according to FIG.
  • the method 800 for steering a vehicle may for example, using a steering device, as described above with reference to Figures 1 to 7, performed.
  • a step 810 the shunting wheel by means of the adjusting device in the
  • Rangier einzel provided.
  • the drive wheels of the drive axle are acted upon by appropriate driving of the drive means with different torques, as soon as the further axle has been raised by extending the Rangierrads in the Rangier ein on the road surface.
  • a passively steered trailing axle is raised as a further axle 106, which is designed as either one-wheeled or two-wheeled, in shunting operation of the vehicle 100 by one or more small castor wheels as shunting wheels 120.
  • Rangierrad 120 which is rotatable by 360 degrees, a very high maneuverability is now achieved in combination with the individually driven drive wheels 110, 112 of the front axle.
  • the vehicle chassis basically has the following topology.
  • Front axle is designed as a drive axle 104, wherein the drive wheels 110, 112 are individually controlled. This is realized by electric or hydraulic single wheel drives. The use of a central drive unit is possible if the drive train has corresponding transfer case, which are designed for wheel-individual control of the torques.
  • the rear axle includes either a central wheel 108 or two wheels 108 of arbitrary track width, the wheels 108 being air-ripened and may be similar or equal to the front wheels 110, 112.
  • the wheels 108 of the rear axle are designed, for example via corresponding axle suspensions as trailing wheels, with no complete rotation of 360 degrees is required. A restriction of the steering angle by space requirements is allowed.
  • the rotation of the wheel 108 or the wheels 108 about the vehicle vertical axis For example, additionally damped by optional damping elements.
  • the wheels 108 are connected to each other, for example via a trapezoidal linkage.
  • the wheels 108 of the rear axle are made individually rotatable.
  • the Rangierrad 120 is additionally mounted below the chassis, which is rotatable about 360 degrees about the vertical axis.
  • the shunting wheel 120 can be lowered by means of the adjusting device such that the rear axle is lifted from the ground, as shown in Fig. 4.
  • the Rangierrad 120 In the retracted state, previously also called rest position, the Rangierrad 120 is in or near the vehicle floor, so that the ground clearance is guaranteed to the road surface.
  • the extension mechanism in the form of the adjusting device 122 is realized hydraulically, pneumatically or via an electric spindle drive. Various linkages and guides are possible for the extension mechanism.
  • the shunting wheel 120 is
  • the Rangierrad 120 is fully retracted.
  • the vehicle 100 then stands, for example, completely on pneumatic tires.
  • Rangierrad 120 For Rangierfahrten the Rangierrad 120 is extended so far that the actual rear wheels lose contact with the ground.
  • the vehicle 100 stands on the rotating by 360 degrees Rangierrad 120. This can now be steered very freely on an individual control of the drive wheels 110, 112 on the front axle. Depending on the direction of rotation of the drive wheels 110, 112 is also a reverse or even a turn on the spot around the Vorderachsmitte possible.
  • the front and rear axles can be exchanged so that the
  • Rear axle is wheel-individually driven and the front axle as
  • Trailing axle is executed, as shown in Figures 5 and 6.
  • the Rangierrad 120 is then near the front axle.
  • Rangierrad 120 is passively steered, can be omitted an additional Lenkaktuatorik.
  • the regulation for maneuvering is thus virtually identical to the regulation during normal cornering.
  • the steered axle can also be designed as an actively steered axle, if this is constructively necessary, for example, due to the driving stability at higher speeds. In this case, cornering in normal forward operation works as usual via a steering actuator. By maneuvering, however, a very high maneuverability can be achieved.
  • an exemplary embodiment comprises an "and / or" link between a first feature and a second feature, then this is to be read so that the embodiment according to one embodiment, both the first feature and the second feature and according to another embodiment either only first feature or only the second feature.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Automatic Cycles, And Cycles In General (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lenkvorrichtung (102) für ein Fahrzeug (100), wobei das Fahrzeug (100) zumindest eine Antriebsachse (104) mit zumindest einem ersten Antriebsrad (110) und einem zweiten Antriebsrad (112) und zumindest eine weitere Achse (106) mit zumindest einem weiteren Rad (108) aufweist. Die Lenkvorrichtung (102) umfasst eine Antriebseinrichtung (114), die ausgebildet ist, um das erste Antriebsrad (110) und das zweite Antriebsrad (112) zum Bewirken einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs(100) mit unterschiedlichen Drehmomenten zu beaufschlagen. Des Weiteren umfasst die Lenkvorrichtung (102) zumindest ein Rangierrad(120) zum Rangieren des Fahrzeugs(100) und eine Verstelleinrichtung(122), die ausgebildet ist, um einen Abstand des Rangierrads(120) zu einer Fahrbahnoberfläche zwischen einer Rangierstellung und einer Ruhestellung zu verstellen, wobei in der Rangierstellung das erste Antriebsrad (110), das zweite Antriebsrad (112) und das Rangierrad (120) Kontakt mit der Fahrbahnoberfläche haben, während das weitere Rad (108) keinen Kontakt mit der Fahrbahnoberfläche hat, und in der Ruhestellung zumindest das erste Antriebsrad (110), das zweite Antriebsrad (112) und das weitere Rad (108) Kontakt mit der Fahrbahnoberfläche haben.

Description

Beschreibung Titel
Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug und Verfahren zum Lenken eines Fahrzeugs Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung oder einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche.
Einzelradantriebe, bei der die Räder einer Achse individuell angetrieben werden können, sind insbesondere bei elektrischen oder hydraulischen Antrieben bekannt. Durch das individuelle Ansteuern der Räder kann ein Fahrzeug somit zum Fahren einer Kurve gezwungen werden.
Zukünftige autonom fahrende Fahrzeuge haben andere und neue Anforderungen gegenüber herkömmlichen Fahrzeugen. Da neben der Entwicklung des autonomen Fahrens auch die Elektrifizierung des Antriebsstrangs immer weiter vorangetrieben wird, wird ein Großteil der zukünftigen autonomen Fahrzeuge elektrische Antriebskonzepte besitzen. Aktuelle Prototypen und Konzepte bestätigen diesen Trend. Diese Konzepte bestätigen auch, dass viele Fahrzeuge dieser Art eher in niedrigen Geschwindigkeitsbereichen unterwegs sind. Daraus ergeben sich neue Möglichkeiten zur Realisierung der Lenkung.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine
Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug, ein Verfahren zum Lenken eines Fahrzeugs und weiterhin ein Steuergerät, das dieses Verfahren verwendet gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
Es wird eine Lenkvorrichtung für ein zumindest zweiachsiges Fahrzeug vorgestellt, wobei das Fahrzeug ein erstes Antriebsrad und ein zweites
Antriebsrad aufweist, die einer Antriebsachse des Fahrzeugs zugeordnet sind, und zumindest ein weiteres Rad aufweist, das einer weiteren Achse des
Fahrzeugs zugeordnet ist, und wobei die Lenkvorrichtung folgende Merkmale aufweist: eine Antriebseinrichtung, die ausgebildet ist, um das erste Antriebsrad und das zweite Antriebsrad zum Bewirken einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs mit unterschiedlichen Drehmomenten zu beaufschlagen; zumindest ein Rangierrad zum Rangieren des Fahrzeugs; und eine Versteileinrichtung, die ausgebildet ist, um einen Abstand des Rangierrads zu einer Fahrbahnoberfläche zwischen einer Rangierstellung und einer
Ruhestellung zu verstellen, wobei in der Rangierstellung das erste Antriebsrad, das zweite Antriebsrad und das Rangierrad Kontakt mit der Fahrbahnoberfläche haben, während das weitere Rad keinen Kontakt mit der Fahrbahnoberfläche hat, und in der Ruhestellung zumindest das erste Antriebsrad, das zweite Antriebsrad und das weitere Rad Kontakt mit der Fahrbahnoberfläche haben. Bei dem Fahrzeug kann es sich um ein zweispuriges Kraftfahrzeug,
insbesondere etwa ein Elektrofahrzeug, handeln. Bei der Antriebsachse kann es sich um eine Vorder- oder Hinterachse des Fahrzeugs handeln. Unter einer Antriebsachse kann dabei ein aus gegenüberliegenden Rädern bestehendes Räderpaar verstanden werden. Die Räder können von voneinander separierten Radträgern getragen werden. Auch kann unter der Antriebsachse eine gedachte
Linie durch Drehachsen der Antriebsräder verstanden werden. Zusätzlich oder alternativ kann unter der Antriebsachse eine mechanische Einrichtung verstanden werden. Dabei kann die Antriebsachse beispielsweise eine oder mehrere Wellen zum Antreiben der Antriebsräder aufweisen. Die Antriebsachse kann beispielsweise mit einem oder mehreren Verteilergetrieben zum Umsetzen eines beispielsweise von einer zentralen Antriebseinheit der Antriebseinrichtung bereitgestellten Antriebsmoments in unterschiedliche Drehmomente zum Drehen der Antriebsräder gekoppelt sein. Alternativ können die Antriebsräder direkt durch je einen Antriebsmotor der Antriebseinrichtung antreibbar sein.
Insbesondere kann die Antriebseinrichtung beispielsweise ausgebildet sein, um die Antriebsräder mit einander entgegengerichteten Drehmomenten zu beaufschlagen, sodass sich die Antriebsräder in einander entgegengesetzte Richtungen drehen. Auch kann die Antriebseinrichtung ausgebildet sein, um eines der Antriebsräder mit einem Drehmomenten zu beaufschlagen und das andere der Antriebsräder mit keinem Drehmoment zu beaufschlagen. Zum Beaufschlagen der Drehmomente kann die Antriebseinrichtung ausgebildet sein, um zumindest ein geeignetes Steuersignal an zumindest einen Antrieb, beispielsweise einen Elektromotor oder Verbrennungsmotor, des Fahrzeugs bereitzustellen.
Unter einem Rangierrad kann ein höhenverstellbares, insbesondere nicht angetriebenes Stützrad des Fahrzeugs verstanden werden. Das Rangierrad kann beispielsweise als Castorrad, auch Lenkrolle genannt, ausgebildet sein, um sich selbstständig entsprechend einer Bewegungsrichtung des Fahrzeugs ausrichten zu können. Dabei kann das Rangierrad beispielsweise um zumindest zwei unterschiedliche Achsen um 360 Grad drehbar gelagert sein, wobei die beiden Achsen windschief zueinander ausgerichtet sein können. Das Rangierrad kann beispielsweise benachbart zur weiteren Achse angeordnet sein, sodass das Rangierrad einen größeren Abstand zur Antriebsachse als zur weiteren Achse aufweist.
Unter einer Versteileinrichtung kann eine hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch betätigbare Einrichtung zur Höhenverstellung des Rangierrads, insbesondere zur Verstellung des Rangierrads in vertikaler Richtung, etwa parallel zu einer Hochachse des Fahrzeugs, verstanden werden. Optional kann die Versteileinrichtung ausgebildet sein, um das Rangierrad zusätzlich anzutreiben.
Der hier vorgestellte Ansatz beruht auf der Erkenntnis, dass durch Kombination einer Fahrzeuglenkung aus zwei getrennt voneinander antreibbaren Antriebsrädern mit einem bei Bedarf ausfahrbaren Rangierrad eine
kostengünstige Lenkung mit sehr hoher Wendigkeit bereitgestellt werden kann. Das Rangierrad kann beispielsweise dazu dienen, eine nicht angetriebene Achse des Fahrzeugs, etwa eine ein- oder zweirädrige passiv gelenkte Nachlaufachse, im Rangierbetrieb anzuheben. Eine solche Lenkung eignet sich insbesondere zur
Verwendung mit elektrisch angetriebenen Fahrzeugen im Stadtverkehr.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Rangierrad als eine Lenkrolle mit einer Drehachse und einer windschief zur Drehachse ausgerichteten Schwenkachse ausgeführt sein. Dadurch kann erreicht werden, dass sich das Rangierrad selbstständig entsprechend einer Bewegungsrichtung des Fahrzeugs ausrichtet. Somit kann eine Lenkaktuatorik zum Lenken des Rangierrads entfallen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Rangierrad um zumindest 360 Grad um die Schwenkachse schwenkbar sein. Dadurch kann die Wendigkeit des Fahrzeugs erhöht werden.
Es ist von Vorteil, wenn das Rangierrad benachbart zur weiteren Achse angeordnet oder anordenbar ist. Dadurch kann die weitere Achse mit möglichst geringem Kraftaufwand angehoben werden.
Das Weiteren kann das Rangierrad vollgummibereift sein. Dadurch kann das Rangierrad besonders robust und kompakt realisiert werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Antriebseinrichtung
ausgebildet sein, um das erste Antriebsrad und das zweite Antriebsrad in einander entgegengesetzte Richtungen zu drehen. Dadurch ist es ohne
Lenkaktuatorik möglich, das Fahrzeug auf der Stelle zu drehen. Ferner kann die Antriebseinrichtung einen ersten Antriebsmotor zum Antreiben des ersten Antriebsrades und einen getrennt vom ersten Antriebsmotor ansteuerbaren zweiten Antriebsmotor zum Antreiben des zweiten Antriebsrades aufweisen. Dadurch können die Antriebsräder besonders effizient angetrieben werden. Die Antriebseinrichtung kann gemäß einer weiteren Ausführungsform zumindest ein Verteilergetriebe zum Umsetzen eines Eingangsmomentes in ein erstes Drehmoment zum Antreiben des ersten Antriebsrades und ein zweites
Drehmoment zum Antreiben des zweiten Antriebsrades aufweisen. Durch diese Ausführungsform können die Antriebsräder effizient mit unterschiedlichen Drehmomenten, insbesondere beispielsweise auch mit einander
entgegengerichteten Drehmomenten, beaufschlagt werden.
Die Lenkvorrichtung kann die weitere Achse aufweisen. Dabei kann die weitere Achse als lenkbare Nachlaufachse ausgeführt sein. Unter einer Nachlaufachse kann beispielsweise eine passiv gelenkte Nachlaufachse verstanden werden, deren Räder lose auf der Fahrbahn mitlaufen und somit passiv durch den Lauf des Fahrzeugs mitgelenkt werden. Durch die weitere Achse kann die
Lenkfunktion gewährleistet werden, wenn das Rangierrad nicht aktiv ist.
Die weitere Achse kann zumindest zwei weitere Räder aufweisen. Durch diese Ausführungsform kann die Stabilität des Fahrzeugs bei Kurvenfahrten erhöht werden.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft zudem ein Verfahren zum Lenken eines Fahrzeugs mittels einer Lenkvorrichtung gemäß einer der vorstehenden
Ausführungsformen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Stellen des Rangierrads in die Rangierstellung mittels der Versteileinrichtung; und
Beaufschlagen des ersten Antriebsrades und des zweiten Antriebsrades mit unterschiedlichen Drehmomenten mittels der Antriebseinrichtung, wenn das Rangierrad in die Rangierstellung gestellt wurde.
Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware, beispielsweise in einem Steuergerät, implementiert sein.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner ein Steuergerät, das ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form eines Steuergeräts kann die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Steuergerät geeignet, um die genannte Lenkvorrichtung oder Einrichtungen der genannten Lenkvorrichtung zu betreiben. Dazu umfasst das Steuergerät eine Empfangseinheit zum Empfangen zumindest eines Steuersignals zum Rangieren des Fahrzeugs, und eine Ausgabeeinheit, die ausgebildet ist, um unter Verwendung des Steuersignals ein Verstellsignal an eine Schnittstelle zu der Versteileinrichtung bereitzustellen, um das Rangierrad in die Rangierstellung zu verstellen, und ausgebildet ist, um unter Verwendung des Steuersignals zumindest ein Ansteuersignal an eine Schnittstelle zu der
Antriebseinrichtung bereitzustellen, um das erste Antriebsrad und das zweite Antriebsrad zum Bewirken einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs mit
unterschiedlichen Drehmomenten zu beaufschlagen.
Hierzu kann das Steuergerät zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine
Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher, ein EPROM oder eine
magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einlesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einlesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann.
Unter einem Steuergerät kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Das Steuergerät kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen des
Steuergeräts beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt durch das Steuergerät eine Steuerung des Fahrzeugs. Hierzu kann das Steuergerät beispielsweise auf Sensorsignale wie Beschleunigungs-, Drehzahl-, Druck-, Lenkwinkel- oder Umfeldsensorsignale zugreifen. Die Ansteuerung erfolgt über Aktoren wie Brems- oder Lenkaktoren oder ein Motorsteuergerät des Fahrzeugs.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. la eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer
Lenkvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. lb eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer
Lenkvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 2a eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer
Lenkvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 2b eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer
Lenkvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs aus Fig. 2 in Ruhestellung; Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs aus Fig. 2 in
Rangierstellung;
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer
Lenkvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer
Lenkvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; Fig. 7 eine schematische Darstellung eines Steuergeräts gemäß einem
Ausführungsbeispiel; und
Fig. 8 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem
Ausführungsbeispiel.
In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren
dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche
Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
Fig. la zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 100 mit einer Lenkvorrichtung 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Fahrzeug 100 umfasst eine Antriebsachse 104, hier beispielhaft eine Vorderachse des
Fahrzeugs 100, sowie eine nicht angetriebene Hinterachse als weitere Achse 106. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die weitere Achse 106 als passiv gelenkte Einradhinterachse mit einem weiteren Rad 108 ausgeführt. Somit ist die weitere Achse 106 als eine Komponente der Lenkvorrichtung 102 zu betrachten. Alternativ kann die weitere Achse 106 auch als mehrrädrige, insbesondere zweirädrige Achse ausgeführt sein. Die Antriebsachse 104 umfasst ein erstes Antriebsrad 110 und ein gegenüber dem ersten Antriebsrad 110 angeordnetes zweites Antriebsrad 112. Beide Antriebsräder 110, 112 sind durch eine
Antriebseinrichtung 114 des Fahrzeugs 100 mit unterschiedlichen
Drehmomenten beaufschlagbar, um eine Kurvenfahrt des Fahrzeugs 100 zu bewirken. Gemäß dem in Fig. la gezeigten Ausführungsbeispiel ist die
Antriebseinrichtung 114 mit einem ersten Antriebsmotor 116 zum Antreiben des ersten Antriebsrades 110 und einem zweiten Antriebsmotor 118 zum Antreiben des zweiten Antriebsrades 112 ausgeführt. Die Antriebsmotoren 116, 118 sind je direkt mit dem entsprechenden Antriebsrad gekoppelt. Insbesondere sind die Antriebsräder 110, 112 mittels der Antriebsmotoren 116, 118 gleichzeitig in einander entgegengesetzte Drehrichtungen drehbar.
Des Weiteren ist das Fahrzeug 100 mit einem Rangierrad 120 zum Rangieren des Fahrzeugs 100 bei niedrigen Geschwindigkeiten ausgestattet. Beispielhaft ist das Rangierrad 120 gemäß Fig. la benachbart zur weiteren Achse 106 angeordnet. Je nach Ausführung des Fahrzeugs 100 kann das Rangierrad 120 auch an einer anderen Stelle am Fahrzeug 100 platziert sein. Das Rangierrad 120 ist höhenverstellbar am Fahrzeug 100 befestigt. Zur Höhenverstellung des Rangierrads 120 umfasst das Fahrzeug 100 eine entsprechende
Versteileinrichtung 122, die ausgebildet ist, um das Rangierrad 120,
beispielsweise mithilfe eines hydraulischen, pneumatischen oder elektrischen Antriebs, zwischen einer Ruhestellung und einer Rangierstellung zu verstellen. In der Rangierstellung haben die beiden Antriebsräder 110, 112 sowie das
Rangierrad 120 Kontakt mit der Fahrbahnoberfläche, wobei die weitere Achse 106 durch das Ausfahren des Rangierrads 120 so weit angehoben ist, dass das weitere Rad 108 keinen Kontakt mehr mit der Fahrbahnoberfläche hat. Hingegen haben in der Ruhestellung, die einem eingefahrenen Zustand des Rangierrads 120 entspricht, lediglich die beiden Antriebsräder 110, 112 und das weitere Rad 108 Kontakt mit der Fahrbahnoberfläche. In der Rangierstellung steht das Fahrzeug 100 gemäß diesem Ausführungsbeispiel also nur mit insgesamt drei Rädern auf der Fahrbahnoberfläche, sodass eine hohe Wendigkeit beim
Rangieren gewährleistet ist. Insbesondere ist das Rangierrad 120 dabei als eine um 360 Grad schwenkbare, nachlaufgelenkte Lenkrolle realisiert. Dadurch kann eine hohe Wendigkeit unabhängig von einer jeweiligen Fahrtrichtung des Fahrzeugs 100 und ohne Verwendung einer zusätzlichen Lenkaktuatorik erreicht werden. Alternativ kann das Fahrzeug auch mit zwei Rangierrädern ausgestattet sein, welche sich auf einer Achse parallel zur Antriebsachse befinden. In diesem Fall steht das Fahrzeug in Rangierstellung auf insgesamt vier Rädern. Eine mögliche Anordnung der Räder ist in Fig. lb zu sehen.
Gemäß dem in Fig. la gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Fahrzeug 100 ein Steuergerät 124 auf, das ausgebildet ist, um ein erstes Antriebssignal 126 zum Ansteuern des ersten Antriebsmotors 116 und ein zweites Antriebsignal 128 zum Ansteuern des zweiten Antriebsmotors zu erzeugen und auszugeben. Zum Lenken des Fahrzeugs 100 ist das Steuergerät 124 gemäß einem
Ausführungsbeispiel ausgebildet, um zumindest eines der Antriebssignale 126, 128 auszugeben, wenn sich das Rangierrad 120 in der Rangierstellung befindet. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Steuergerät 124 Teil der
Antriebseinrichtung 114 oder Teil der Lenkvorrichtung 102. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Steuergerät 124 ferner ausgebildet, um ein Verstellsignal 130 zum Ansteuern der Versteileinrichtung 122 an die Versteileinrichtung 122 auszugeben. Das Verstellsignal 130 ist ausgebildet, um die Höhenverstellung des Rangierrads 120 zu bewirken. Gemäß einem
Ausführungsbeispiel ist das Steuergerät 124 zusätzlich oder alternativ ausgebildet, um ein Positionssignal von der Versteileinrichtung 122 zu empfangen, das anzeigt, ob sich das Rangierrad 120 in der Ruhestellung oder der Rangierstellung befindet. In diesem Fall kann das Steuergerät 124 ausgebildet sein, um zumindest eines der Antriebssignale 126, 128 auszugeben, wenn das Positionssignal anzeigt, dass sich das Rangierrad 120 in der
Rangierstellung befindet. Ist die weitere Achse 106 als passiv gelenkte
Nachlaufachse ausgeführt, gibt das Steuergerät 124 auch im normalen
Fahrbetrieb die Antriebssignale 126,128 aus. Fig. lb zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 100 mit einer
Lenkvorrichtung 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu Fig. la umfasst die Lenkvorrichtung 102 gemäß diesem Ausführungsbeispiel zwei Rangierräder 120 mit je einer Versteileinrichtung 122. Die Rangierräder 120 sind beispielhaft an einem Hinterende des Fahrzeugs 100 einander
gegenüberliegend angeordnet. Beispielsweise sind die Rangierräder 120 und die jeweiligen Versteileinrichtungen 122 baugleich ausgeführt.
Fig. 2a zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 100 mit einer Lenkvorrichtung 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel, etwa einer vorangehend anhand von Fig. 1 beschriebenen Lenkvorrichtung. Im Unterschied zu Fig. la ist die weitere Achse 106 gemäß diesem Ausführungsbeispiel als zweirädrige, passiv gelenkte Nachlaufachse ausgeführt. Wie in Fig. la ist das Rangierrad 120 benachbart zur weiteren Achse 106 angeordnet. Ebenfalls können zwei
Rangierräder 120 wie in Fig. 2b gezeigt verwendet werden.
Eine derartige Achskonstruktion ermöglicht trotz des eingeschränkten
Lenkwinkels der weiteren Achse 106 ein Rangieren mit maximaler Wendigkeit, ohne dass beim Rückwärtsfahren die weitere Achse 106 gesperrt werden muss. Dadurch kann der Reifenabrieb beim Rangieren deutlich gesenkt werden. Das gilt auch für das in Fig.la gezeigte Ausführungsbeispiel. Wenn die weitere Achse 106 in der in Fig.la gezeigten Darstellung jedoch so ausgeführt, dass sie um 360° drehbar ist, ist der zusätzliche Nutzen durch das Rangierrad 120 geringer.
Fig. 2b zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 100 mit einer Lenkvorrichtung 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu Fig. 2a umfasst die Lenkvorrichtung 102 gemäß diesem Ausführungsbeispiel zwei Rangierräder 120 mit je einer Versteileinrichtung 122. Die Rangierräder 120 sind beispielhaft an einem Hinterende des Fahrzeugs 100 einander
gegenüberliegend angeordnet. Beispielsweise sind die Rangierräder 120 und die jeweiligen Versteileinrichtungen 122 baugleich ausgeführt.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 100 aus Fig. 2a in der Ruhestellung des Rangierrads 120. Das Fahrzeug 100 ist in der
Seitenansicht gezeigt.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 100 aus Fig. 2a in der Rangierstellung des Rangierrads 120. Das Fahrzeug 100 ist in der
Seitenansicht gezeigt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das Rangierrad 120 um eine Schwenkachse 400 und um eine Drehachse 402 drehbar am Fahrzeug 100 gelagert. Die beiden Achsen 400, 402 sind windschief zueinander ausgerichtet, sodass das Rangierrad 120 einen Nachlauf 404 aufweist. Die Versteileinrichtung 122 ist beispielsweise ausgebildet, um das Rangierrad 120 in Richtung einer Hochachse 406 des Fahrzeugs 100 zu verstellen. Alternativ oder zusätzlich ist das Rangierrad 120 in zumindest einer von der Hochachse 406 abweichenden Richtung verstellbar. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Schwenkachse 400 parallel zur Hochachse 406 ausgerichtet.
Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 100 mit einer Lenkvorrichtung 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der in Fig. 5 gezeigte Aufbau des Fahrzeugs 100 entspricht im Wesentlichen dem vorangehend anhand von Fig. la beschriebenen Aufbau, mit dem Unterschied, dass gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Antriebsachse 104 als Hinterachse und die weitere Achse 106 als Vorderachse realisiert ist. Ein Vorderende des Fahrzeugs 100 ist durch eine Verjüngung des Fahrzeugumrisses angedeutet. Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 100 mit einer Lenkvorrichtung 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der in Fig. 6 gezeigte Aufbau des Fahrzeugs 100 entspricht im Wesentlichen dem vorangehend anhand der Figuren 2 bis 4 beschriebenen Aufbau, mit dem Unterschied, dass gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Antriebsachse 104 als Hinterachse und die weitere Achse 106 als Vorderachse realisiert ist. Ein Vorderende des
Fahrzeugs 100 ist wie in Fig. 5 durch eine Verjüngung des Fahrzeugumrisses angedeutet.
Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung eines Steuergeräts 124 gemäß einem Ausführungsbeispiel, etwa eines Steuergeräts, wie es vorangehend anhand von Fig. 1 beschrieben ist. Das Steuergerät 124 umfasst eine Empfangseinheit 710 zum Empfangen zumindest eines beispielsweise von einem Fahrer des
Fahrzeugs oder einer Einrichtung zum automatisierten Fahren des Fahrzeugs, erzeugten Steuersignals 712 zum Rangieren des Fahrzeugs. Das Steuersignals 712 gibt beispielsweise eine zum Durchführen einer gewünschten Kurvenfahrt geeignete Richtungsänderung des Fahrzeugs vor. Eine Ausgabeeinheit 720 ist ausgebildet, um den Steuerbefehl 712 zu empfangen und zur Erzeugung des Verstellsignals 130 sowie der beiden Ansteuersignale 126, 128 zu verarbeiten. Beispielsweise ist das Steuergerät 124 ausgebildet, um ansprechend auf den Empfang des Steuersignals 712 das Verstellsignal 130 an eine Schnittstelle zu der Versteileinrichtung 122 bereitzustellen, wobei das Verstellsignal 130 geeignet ist, um eine Verstellung des Rangierrads in die Rangierstellung zu bewirken. Ferner ist das Steuergerät 124 ausgebildet, um unter Verwendung des
Steuersignals 712 zumindest eines der Ansteuersignale 126, 128 an eine Schnittstelle zu der Antriebseinrichtung bereitzustellen, wobei das zumindest eine Ansteuersignal 126, 128 geeignet ist, um das erste Antriebsrad und das zweite Antriebsrad zum Bewirken der gewünschten Richtungsänderung mit geeigneten unterschiedlichen Drehmomenten zu beaufschlagen. Dabei kann eine Größe der Drehmomente von dem Steuergerät 124 unter Verwendung des Steuersignals 712 ermittelt werden oder durch das Steuersignal 712 vorgegeben sein.
Fig. 8 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 800 gemäß einem
Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 800 zum Lenken eines Fahrzeugs kann beispielsweise unter Verwendung einer Lenkvorrichtung, wie sie vorangehend anhand der Figuren 1 bis 7 beschrieben ist, durchgeführt werden. Dabei wird in einem Schritt 810 das Rangierrad mittels der Versteileinrichtung in die
Rangierstellung gestellt. In einem weiteren Schritt 820 werden die Antriebsräder der Antriebsachse durch entsprechendes Ansteuern der Antriebseinrichtung mit unterschiedlichen Drehmomenten beaufschlagt, sobald die weitere Achse durch Ausfahren des Rangierrads in die Rangierstellung über die Fahrbahnoberfläche angehoben wurde. Nachfolgend werden verschiedene Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten
Ansatzes nochmals mit anderen Worten zusammengefasst.
Gemäß einem etwa aus den Figuren 1 und 2 ersichtlichen Ausführungsbeispiel wird eine passiv gelenkte Nachlaufachse als weitere Achse 106, die entweder ein- oder zweirädrig ausgeführt ist, im Rangierbetrieb des Fahrzeugs 100 durch ein oder mehrere kleine Castorräder als Rangierräder 120 angehoben. Dadurch wird die weitere Achse 106, die auf den normalen Vorwärtsbetrieb optimiert ist, deaktiviert. Durch das Rangierrad 120, das um 360 Grad drehbar ist, wird nun in Kombination mit den individuell angesteuerten Antriebsrädern 110, 112 der Vorderachse eine sehr hohe Wendigkeit erreicht.
Das Fahrzeugchassis besitzt grundsätzlich die folgende Topologie. Die
Vorderachse ist als Antriebsachse 104 ausgeführt, wobei die Antriebsräder 110, 112 individuell ansteuerbar sind. Dies ist über elektrische oder hydraulische Einzelradantriebe realisiert. Auch die Verwendung einer zentralen Antriebseinheit ist möglich, wenn der Antriebsstrang entsprechende Verteilergetriebe aufweist, die zur radindividuellen Ansteuerung der Drehmomente ausgebildet sind.
Die Hinterachse umfasst entweder ein zentrales Rad 108 oder zwei Räder 108 mit beliebiger Spurbreite, wobei die Räder 108 luftbereift und ähnlich oder gleich groß wie die Vorderräder 110, 112 sein können. Die Räder 108 der Hinterachse sind beispielsweise über entsprechende Achsaufhängungen als Nachlaufräder ausgeführt, wobei keine vollständige Drehung um 360 Grad erforderlich ist. Eine Beschränkung des Lenkwinkels durch Bauraumvorgaben ist zulässig. Die Verdrehung des Rades 108 oder der Räder 108 um die Fahrzeughochachse wird beispielsweise durch optionale Dämpfungselemente zusätzlich gedämpft. Bei der Ausführung als Zweiradachse sind die Räder 108 beispielsweise über ein Trapezgestänge miteinander verbunden. Alternativ sind die Räder 108 der Hinterachse individuell drehbar ausgeführt. In der Nähe der Hinterachse ist zusätzlich das Rangierrad 120 unterhalb des Chassis angebracht, das um 360 Grad um die Hochachse drehbar ist. Das Rangierrad 120 kann mittels der Versteileinrichtung derart heruntergefahren werden, dass die Hinterachse vom Boden angehoben wird, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist. Im eingefahrenen Zustand, vorangehend auch Ruhestellung genannt, befindet sich das Rangierrad 120 im oder nahe am Fahrzeugboden, sodass die Bodenfreiheit zur Fahrbahnoberfläche gewährleistet ist. Der Ausfahrmechanismus in Form der Versteileinrichtung 122 ist je nach Ausführungsbeispiel hydraulisch, pneumatisch oder über einen elektrischen Spindelantrieb realisiert. Verschiedene Gestänge und Führungen sind für den Ausfahrmechanismus möglich. Das Rangierrad 120 ist
beispielsweise als Vollgummirad ausgeführt, da dieses nur bei niedrigen
Geschwindigkeiten im Rangierbetrieb aktiv ist.
Um bei normalen Vorwärtsfahrten eine Kurvenfahrt des Fahrzeugs 100 zu ermöglichen, werden die beiden Antriebsräder 110, 112 mittels der
Antriebseinrichtung 114 derart angetrieben, dass das jeweils kurvenäußere Rad mit einem höheren Drehmoment als das jeweils kurveninnere Rad belastet wird. Dadurch fährt das Fahrzeug 100 in die Kurve; die Hinterräder lenken durch den Nachlauf von selbst mit. Ein Lenkaktuator kann somit entfallen. Beim
Vorwärtsfahren ist das Rangierrad 120 vollständig eingezogen. Das Fahrzeug 100 steht dann beispielsweise vollständig auf luftbereiften Rädern.
Für Rangierfahrten wird das Rangierrad 120 so weit ausgefahren, dass die eigentlichen Hinterräder den Bodenkontakt verlieren. Das Fahrzeug 100 steht auf dem um 360 Grad drehbaren Rangierrad 120. Dadurch kann nun über eine individuelle Ansteuerung der Antriebsräder 110, 112 an der Vorderachse sehr frei gelenkt werden. Je nach Drehrichtung der Antriebsräder 110, 112 ist auch ein Rückwärtsfahren oder sogar ein Drehen auf der Stelle um die Vorderachsmitte möglich. Alternativ können Vorder- und Hinterachse getauscht sein, sodass die
Hinterachse radindividuell angetrieben ist und die Vorderachse als
Nachlaufachse ausgeführt ist, wie dies in den Figuren 5 und 6 gezeigt ist. Das Rangierrad 120 befindet sich dann in der Nähe der Vorderachse.
Dadurch, dass das Rangierrad 120 passiv gelenkt ist, kann eine zusätzliche Lenkaktuatorik entfallen. Die Regelung zum Rangieren ist somit quasi identisch zur Regelung bei normalen Kurvenfahrten.
Die gelenkte Achse kann auch als aktiv gelenkte Achse ausgeführt sein, wenn dies beispielsweise aufgrund der Fahrstabilität bei höheren Geschwindigkeiten konstruktiv notwendig ist. In diesem Fall funktioniert das Kurvenfahren im normalen Vorwärtsbetrieb wie üblich über einen Lenkaktuator. Durch den Rangierbetrieb kann jedoch eine sehr hohe Wendigkeit erreicht werden.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine„und/oder"- Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.

Claims

Ansprüche
1. Lenkvorrichtung (102) für ein zumindest zweiachsiges Fahrzeug (100), wobei das Fahrzeug (100) ein erstes Antriebsrad (110) und ein zweites Antriebsrad (112) aufweist, die einer Antriebsachse (104) des Fahrzeugs (100) zugeordnet sind, und zumindest ein weiteres Rad (108) aufweist, das einer weiteren Achse (106) des Fahrzeugs (100) zugeordnet ist, wobei die Lenkvorrichtung (102) folgende Merkmale aufweist: eine Antriebseinrichtung (114), die ausgebildet ist, um das erste
Antriebsrad (110) und das zweite Antriebsrad (112) zum Bewirken einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs (100) mit unterschiedlichen Drehmomenten zu beaufschlagen; zumindest ein Rangierrad (120) zum Rangieren des Fahrzeugs (100); und eine Versteileinrichtung (122), die ausgebildet ist, um einen Abstand des Rangierrads (120) zu einer Fahrbahnoberfläche zwischen einer
Rangierstellung und einer Ruhestellung zu verstellen, wobei in der Rangierstellung das erste Antriebsrad (110), das zweite
Antriebsrad (112) und das Rangierrad (120) Kontakt mit der
Fahrbahnoberfläche haben, während das weitere Rad (108) keinen Kontakt mit der Fahrbahnoberfläche hat, und in der Ruhestellung zumindest das erste Antriebsrad (110), das zweite Antriebsrad (112) und das weitere Rad (108) Kontakt mit der Fahrbahnoberfläche haben.
2. Lenkvorrichtung (102) gemäß Anspruch 1, bei der das Rangierrad (120) als eine Lenkrolle mit einer Drehachse (402) und einer windschief zur Drehachse (402) ausgerichteten Schwenkachse (400) ausgeführt ist. Lenkvorrichtung (102) gemäß Anspruch 2, bei der das Rangierrad (120) um zumindest 360 Grad um die Schwenkachse (400) schwenkbar ist.
Lenkvorrichtung (102) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der das Rangierrad (120) benachbart zur weiteren Achse (106) angeordnet oder anordenbar ist.
Lenkvorrichtung (102) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der das Rangierrad (120) vollgummibereift ist.
Lenkvorrichtung (102) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der die Antriebseinrichtung (114) ausgebildet ist, um das erste Antriebsrad (110) und das zweite Antriebsrad (112) in einander entgegengesetzte Richtungen zu drehen.
Lenkvorrichtung (102) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der die Antriebseinrichtung (114) einen ersten Antriebsmotor (116) zum Antreiben des ersten Antriebsrades (110) und einen getrennt vom ersten Antriebsmotor (116) ansteuerbaren zweiten Antriebsmotor (118) zum Antreiben des zweiten Antriebsrades (112) aufweist.
Lenkvorrichtung (102) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der die Antriebseinrichtung (114) zumindest ein Verteilergetriebe zum Umsetzen eines Eingangsmomentes in ein erstes Drehmoment zum Antreiben des ersten Antriebsrades (110) und ein zweites
Drehmoment zum Antreiben des zweiten Antriebsrades (112) aufweist.
Lenkvorrichtung (102) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit der weiteren Achse (106), wobei die weitere Achse (106) als lenkbare Nachlaufachse ausgeführt ist.
Lenkvorrichtung (102) gemäß Anspruch 9, bei der der weiteren
Achse (106) zumindest zwei weitere Räder (108) zugeordnet sind. Verfahren (800) zum Lenken eines Fahrzeugs (100) mittels einer Lenkvorrichtung (102) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Verfahren (800) folgende Schritte umfasst:
Stellen (810) des Rangierrads (120) in die Rangierstellung mittels der Versteileinrichtung (122); und
Beaufschlagen (820) des ersten Antriebsrades (110) und des zweiten Antriebsrades (112) mit unterschiedlichen Drehmomenten mittels der Antriebseinrichtung (114), wenn das Rangierrad (120) in die
Rangierstellung gestellt wurde.
Steuergerät (124) zum Betreiben einer Lenkvorrichtung (102) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Steuergerät (124) die folgenden Merkmale aufweist: eine Empfangseinheit (710) zum Empfangen zumindest eines
Steuersignals (712) zum Rangieren des Fahrzeugs; und eine Ausgabeeinheit (720), die ausgebildet ist, um unter Verwendung des Steuersignals (712) das Verstellsignal (130) an eine Schnittstelle zu der Versteileinrichtung (122) bereitzustellen, um das Rangierrad (120) in die Rangierstellung zu verstellen, und ausgebildet ist, um unter
Verwendung des Steuersignals (712) zumindest eines der
Ansteuersignale (126, 128) an eine Schnittstelle zu der
Antriebseinrichtung (114) bereitzustellen, um das erste Antriebsrad (110) und das zweite Antriebsrad (112) zum Bewirken einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs (100) mit unterschiedlichen Drehmomenten zu
beaufschlagen.
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