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Title:
STEERING SYSTEM FOR MOVABLE DRIVEN DEVICES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/091600
Kind Code:
A1
Abstract:
In order to influence the direction of movement of a movable driven device (e.g. vehicle), one or more pivotable soil-contacting elements (32, 33, 34, 35) (e.g. wheels) are used. The pivoting angle or angles of the pivotable ground-contacting elements (32, 33, 34, 35) are set and/or held by the forces which act eccentrically with respect to the respective pivot axis of the pivotable ground-contacting element (32, 33, 34, 35) and are generated by the relative movements of the axes of the ground-contacting elements driven at coordinated speeds. According to the invention, no steering drive device is required. Thus, no installation space is required for the steering drive device, and the steering drive device does not have to be developed, produced, installed, serviced and/or disposed of at the end of the service life. Movable driven devices can be inter alia: motor vehicles, industrial trucks, construction site vehicles, communal vehicles, model construction vehicles or also aircraft with chassis. Furthermore, the steering system can also be used, inter alia, for driven hospital beds, wheelchairs, robots or also for autonomous movable driven devices and devices.

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Inventors:
KOLBECK ROLAND (DE)
Application Number:
EP2018/025289
Publication Date:
May 16, 2019
Filing Date:
November 08, 2018
Export Citation:
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Assignee:
KOLBECK ROLAND (DE)
International Classes:
B62D9/00; B62D11/00; B62D12/00
Foreign References:
DE202005015825U12005-12-29
US20060266565A12006-11-30
DE10011639A12000-09-21
Other References:
None
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Claims:
Patentansprüche

1.

Lenksystem für bewegbare angetriebene Vorrichtungen mit mindestens einem schwenkbaren und dadurch die Bewegungsrichtung der bewegbaren angetriebenen Vorrichtung beeinflussenden bodenberührenden Element und mit insgesamt mindestens drei bodenberührenden Elemen¬ ten, von denen einige oder alle angetrieben werden,

dadurch gekennzeichnet, dass

der oder die Schwenkwinkel der schwenkbaren bodenberührenden Elemente durch die zur jeweiligen Schwenkachse des schwenkbaren bodenberührenden Elements exzentrisch wirkenden Kräfte, die durch die Relativbewegungen der Achsen der mit koordinierten Geschwindigkeiten angetriebenen bodenberührenden Elemente erzeugt werden, eingestellt und/oder gehalten werden.

2.

Lenksystem nach dem vorhergehenden Anspruch,

dadurch gekennzeichnet, dass

ein oder mehrere oder alle schwenkbaren bodenberührenden Elemente entsprechend einer Achsschenkellenkung, einer Drehschemellenkung, einer Knicklenkung, einer Dreiradlenkung oder einer Einzelradlenkung bzw. Einzelelementlenkung oder einer Kombination der vorgenannten Möglichkeiten ausgeführt werden.

3.

Lenksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

die unterschiedlichen koordinierten Geschwindigkeiten der ange- triebenen bodenberührenden Elemente realisiert werden durch Einzelantriebe, insbesondere durch elektrische, hydraulische und/oder pneumatische Einzelantriebe oder durch einen Zentralantrieb mit mechanischem Verteilsystem, insbesondere mit Überlagerungsge¬ triebe, Differentialgetriebe kombiniert mit einzeln bremsbaren bo¬ denberührenden Elementen, oder durch individuell vorzugsweise stufenlos einstellbare Einzelgetriebe oder durch einzeln bremsbare bodenberührende Elemente oder durch eine Kombination der oben ge¬ nannten Antriebs- und Bremssysteme wobei auch zusätzlich oder aus¬ schließlich eine Schubkraft, z.B. von einem Propeller oder einem Strahltriebwerk, eine Zug- oder Schubkraft von außen, eine Hangab¬ triebskraft oder eine Trägheitskraft auf die bewegbare angetrie¬ bene Vorrichtung einwirken kann.

Lenksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

zusätzlich ein oder mehrere oder alle bodenberührenden Elemente, die nicht zum Einstellen und/oder Halten der Schwenkwinkel der schwenkbaren bodenberührenden Elemente angetriebenen werden müssen, angetrieben werden.

Lenksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

ein oder mehrere Sensoren jeweils an einer oder mehreren Stellen jeweils an der bewegbaren angetriebenen Vorrichtung oder außerhalb der bewegbaren angetriebenen Vorrichtung jeweils Positionen, Drehlagen, Geschwindigkeiten und/oder Beschleunigungen jeweils über einen oder mehreren oder den ganzen Bereich jeweils zeitweise oder laufend messen und mit diesen Sensorwerten für ein oder mehrere o- der alle angetriebenen bodenberührenden Elemente die einzelnen Geschwindigkeiten entsprechend koordiniert nachgesteuert werden.

6.

Lenksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

für ein oder mehrere oder alle schwenkbaren bodenberührenden Elemente die Schwenkwinkel einzeln oder gruppiert oder gemeinsam ar¬ retiert werden können und für eine Änderung der Schwenkwinkel die Arretierungen einzeln oder gruppiert oder gemeinsam gelöst werden können .

7.

Lenksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

zwei oder mehrere schwenkbaren bodenberührenden Elemente gruppiert oder alle gemeinsam mechanisch gekoppelt werden.

Lenksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

ein oder mehrere oder alle schwenkbaren bodenberührenden Elemente zusätzlich mit einer Lenkantriebsvorrichtung gekoppelt werden.

Description:
Offenbart wird ein

Lenksystem für bewegbare angetriebene Vorrichtungen

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Lenksystem für bewegbare angetriebene Vorrichtungen mit mindestens drei bodenberührenden Elementen. Von den mindestens drei bodenberührenden Elementen sind ein oder mehrere schwenkbar und beeinflussen durch den oder die Schwenkwinkel die Bewegungsrichtung der bewegbaren angetriebenen Vorrichtung. Von den mindestens drei bodenberührenden Elementen können einige oder alle angetrieben und/oder gebremst werden.

Bewegbare angetriebene Vorrichtungen können unter anderem sein: Personenkraftfahrzeuge, Lastkraftfahrzeuge, Flurfördergeräte (z.B. fahrerlose Transportfahrzeuge), Hafenfahrzeuge (z.B. Schiffs-Por- talhubwagen) , Flughafenfahrzeuge, Container-Portalhubwagen, Sondertransportfahrzeuge, Schwertransportfahrzeuge (mit teilweise vielen schwenkbaren Rädern) , Roadtrains, Baustellenfahrzeuge, Bergbaufahrzeuge, Steinbruchfahrzeuge, Untertagebaufahrzeuge, Landwirtschaftsfahrzeuge, Langholztransportfahrzeuge, Kommunal- fahrzeuge, Rettungsfahrzeuge, Dreiradfahrzeuge, Hausmeisterfahr ¬ zeuge, Gartenbaufahrzeuge, Sportfahrzeuge (z.B. Golf Caddies) , Skipistenfahrzeuge, Geländefahrzeuge, Offroadfahrzeuge, Hobbyfahr ¬ zeuge (z.B. Quads), Kinderfahrzeuge, Modellbaufahrzeuge oder auch Flugzeuge mit Fahrwerken. Weiterhin ist das Lenksystem unter ande- rem auch anwendbar für angetriebene Krankenhausbetten, Rollstühle, Roilatoren, Einkaufswagen, Transportwagen für Stadt, Land und Strand (z.B. Bollerwagen), Roboter oder auch für autonome bewegbare angetriebene Vorrichtungen und Geräte.

Die bodenberührenden Elemente der bewegbaren angetriebenen Vor- richtungen können unter anderem Räder, Mehrfachräder, Rollen,

Mehrfachrollen, rad- oder rollenähnliche Elemente, Ketten und/oder Kufen sein.

Bewegbar angetrieben steht dafür, dass angetriebene bodenberührende Elemente die Geschwindigkeit vorwärts und/oder rückwärts er- höhen, halten und/oder verringern können. Die angetriebenen bodenberührenden Elemente einer bewegbaren angetriebenen Vorrichtung können in allen möglichen vorwärts-rückwärts-erhöhen-halten-ver- ringern Ausführungen kombiniert sein. Die bewegbare angetriebene Vorrichtung kann auch zusätzlich oder ausschließlich durch eine Schubkraft, z.B. von einem Propeller oder einem Strahltriebwerk, eine Zug- oder Schubkraft von außen, einer Hangabtriebskraft oder einer Trägheitskraft angetrieben werden.

Der oder die Schwenkwinkel der schwenkbaren bodenberührenden Elemente gegenüber der bewegbaren angetriebenen Vorrichtung beeinflussen die Bewegungsrichtung der bewegbaren angetriebenen Vorrichtung. Bei mehreren schwenkbaren bodenberührenden Elementen können die Schwenkwinkel der schwenkbaren bodenberührenden Elemente gegenüber der bewegbaren angetriebenen Vorrichtung unterschiedlich sein wie z.B. bei einer Einzelradlenkung oder unterschiedlich sein wie z.B. bei einer Achsschenkellenkung oder gleich sein wie z.B. bei einer Drehschemellenkung oder die Schwenkwinkel ergeben sich aus einer Knickung eines Teils der bewegbaren angetriebenen Vorrichtung gegenüber dem anderen Teil der bewegbaren angetriebenen Vorrichtung wie z.B. bei einer Knicklenkung oder unterschiedlich oder gleich wie bei einer Kombination der vorhergehenden Möglichkeiten.

Stand der Technik

Zur Beeinflussung der Bewegungsrichtung einer bewegbaren angetriebenen Vorrichtung (z.B. Fahrzeug) werden ein oder mehrere schwenkbare bodenberührende Elemente (z.B. Räder) verwendet. Der oder die Schwenkwinkel werden über eine Lenkantriebsvorrichtung verändert. Oft besteht die Lenkantriebsvorrichtung aus einem Lenkaktor der über Kopplung in Wirkverbindung mit dem oder den schwenkbaren bodenberührenden Elementen steht. Es können auch mehrere Lenkaktoren oder für jedes schwenkbare bodenberührende Element ein eigener Lenkaktor verwendet werden. Die Lenkaktoren stehen dabei über Kopplungen in Wirkverbindung mit den schwenkbaren bodenberührenden Elementen. Z.B. kann für eine Lenkantriebsvorrichtung auch für jedes schwenkbare bodenberührende Element ein einzelner Drehantrieb verwendet werden.

Lenkaktoren oft auch als Lenkantriebe bezeichnet können unter anderem manuelle, elektrische, hydraulische und/oder pneumatische Linear- oder Drehantriebe sein.

Bekannte Ausführungsformen für Kraftfahrzeuge

Zur Beeinflussung der Bewegungsrichtung eines Kraftfahrzeugs mit Rädern wird häufig die Achsschenkellenkung eingesetzt. Die Lenkan- triebsvorrichtung wird dabei typischerweise manuell über das Lenk- rad angetrieben und oft durch eine Servolenkung unterstützt. Die Kopplung mit den gelenkten Achsschenkeln erfolgt dabei über Spurstangen, Zwischenstangen und Zwischenhebel.

Neben der Achsschenkellenkung werden für Kraftfahrzeuge unter anderem auch die Drehschemel-, Knick- oder Dreiradlenkung verwendet.

Problem

Der im Patentanspruch 1 bis 8 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, dass zur Beeinflussung der Bewegungsrichtung für bewegbare angetriebene Vorrichtungen mit einem oder mehreren schwenkbaren bodenberührenden Elementen eine Lenkantriebsvorrich- tung notwendig ist. Für die Lenkantriebsvorrichtung wird Bauraum benötigt und die Lenkantriebsvorrichtung muss entwickelt, herge ¬ stellt, eingebaut, gewartet und/oder am Ende der Lebensdauer ent ¬ sorgt werden.

Zusammenfassung der Erfindung

Das offenbarte Lenksystem beschreibt ein Verfahren zur Beeinflus ¬ sung der Bewegungsrichtung von bewegbaren angetriebenen Vorrichtungen .

Der oder die Schwenkwinkel der schwenkbaren bodenberührenden Elemente werden durch die zur jeweiligen Schwenkachse des schwenkba ¬ ren bodenberührenden Elements exzentrisch wirkenden Kräfte, die durch die Relativbewegungen der Achsen der mit koordinierten Geschwindigkeiten angetriebenen bodenberührenden Elemente erzeugt werden, eingestellt und/oder gehalten.

Die gewünschte Bewegungsrichtung und die gewünschte Bewegungsge ¬ schwindigkeit der bewegbaren angetriebenen Vorrichtungen können manuell vorzugweise über Lenkrad und Gas- und Bremspedal, über Be ¬ dienhebel, über Bedienfeld, über Steer-by-wire und/oder über Fern ¬ steuerung vorgegeben werden. Die Vorgaben können wie z.B. beim autonomen Fahren auch teilweise oder ausschließlich automatisch von einem Computer berechnet werden. Dabei müssen eventuell die Be ¬ schaffenheit und die Unebenheit des Bodens und der Schlupf der an ¬ getriebenen bodenberührenden Elemente berücksichtigt werden. Die Geschwindigkeiten der angetriebenen bodenberührenden Elemente werden entsprechend den manuellen oder automatischen Vorgaben synchron koordiniert .

Ein oder mehrere oder alle schwenkbaren bodenberührenden Elemente können entsprechend einer Achsschenkellenkung, einer Drehschemellenkung, einer Knicklenkung, einer Dreiradlenkung, einer Einzelradlenkung bzw. Einzelelementlenkung oder einer Kombination der vorgenannten Möglichkeiten ausgeführt sein.

Die unterschiedlichen Geschwindigkeiten der angetriebenen bodenberührenden Elemente können durch Einzelantriebe, insbesondere durch elektrische, hydraulische und/oder pneumatische Einzelantriebe o- der durch einen Zentralantrieb mit mechanischem Verteilsystem, insbesondere mit Überlagerungsgetriebe, Differentialgetriebe kom ¬ biniert mit einzeln bremsbaren bodenberührenden Elementen, durch individuell vorzugsweise stufenlos einstellbare Einzelgetriebe, durch einzeln bremsbare bodenberührende Elemente oder durch eine Kombination der oben genannten Antriebs- und Bremssysteme reali ¬ siert werden.

Die Anzahl und die Ausführung der schwenkbaren bodenberührenden Elemente bestimmen, welche bodenberührenden Elemente wie angetrie ¬ ben werden müssen, um den oder die Schwenkwinkel der schwenkbaren bodenberührenden Elemente durch die zur jeweiligen Schwenkachse des bodenberührenden Elements exzentrisch wirkenden Kräfte, die durch die Relativbewegungen der Achsen der mit koordinierten Geschwindigkeiten angetriebenen bodenberührenden Elemente erzeugt werden, einstellen und/oder halten zu können. Es können zusätzlich ein oder mehrere oder alle bodenberührenden Elemente, die nicht zum Einstellen und/oder Halten der Schwenkwinkel der schwenkbaren bodenberührenden Elemente angetriebenen werden müssen, angetrieben werden .

Es können mit einem oder mehreren Sensoren jeweils an einer oder mehreren Stellen jeweils an der bewegbaren angetriebenen Vorrichtung oder außerhalb der bewegbaren angetriebenen Vorrichtung jeweils Positionen, Drehlagen, Geschwindigkeiten und/oder Beschleunigungen jeweils über einen oder mehreren oder den ganzen Bereich jeweils zeitweise oder laufend gemessen werden und mit diesen Sen ¬ sorwerten für ein oder mehrere oder alle angetriebenen bodenberührenden Elemente die einzelnen Geschwindigkeiten entsprechend koordiniert nachgesteuert werden.

Es können auch für ein oder mehrere oder alle schwenkbaren bodenberührenden Elemente die Schwenkwinkel einzeln oder gruppiert oder gemeinsam arretiert werden und für eine Änderung der Schwenkwinkel die Arretierungen einzeln oder gruppiert oder gemeinsam gelöst werden .

Es können auch zwei oder mehrere schwenkbare bodenberührenden Elemente gruppiert oder alle gemeinsam mechanisch gekoppelt werden.

Der oder die Schwenkwinkel der schwenkbaren bodenberührenden Elemente werden durch die zur jeweiligen Schwenkachse des schwenkba ¬ ren bodenberührenden Elements exzentrisch wirkenden Kräfte, die durch die Relativbewegungen der Achsen der mit koordinierten Geschwindigkeiten angetriebenen bodenberührenden Elemente erzeugt werden, eingestellt und/oder gehalten. Es wird keine Lenkantriebs- vorrichtung benötigt. Damit wird auch kein Bauraum für die Lenkan- triebsvorrichtung benötigt und die Lenkantriebsvorrichtung muss auch nicht entwickelt, hergestellt, eingebaut, gewartet und/oder am Ende der Lebensdauer entsorgt werden.

Für bewegbare angetriebene Vorrichtungen mit elektrisch, hydrau ¬ lisch, pneumatisch und/oder mechanisch einzeln angetriebenen bodenberührenden Elementen können je nach Ausführung die koordinierten Geschwindigkeiten der angetriebenen bodenberührenden Elemente z.B. nur mit zusätzlicher Software realisiert werden. Kurzbeschreibung der Figuren

Fig. 1 : Fahrzeug mit Drehsehernellenkung

Fig. 2 : Fahrzeug mit Knicklenkung

Fig. 3: Fahrzeug mit Achsschenkellenkung

Fig. 4 : Fahrzeug mit Dreiradlenkung

Fig. 5: Fahrzeug mit gekoppelter Achsschenkellenkung

Fig. 6: Fahrzeug mit Allradlenkung

Ausführungsbeispiel 1

Das Ausführungsbeispiel „Fahrzeug mit Drehschemellenkung und Über ¬ lagerungsgetriebe" ist in der Zeichnung Fig. 1 dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.

Ein Fahrzeug mindestens bestehend aus einer starren Hinterachse (11) mit zwei freilaufenden Hinterrädern (12, 13), einer als Drehschemel ausgeführten Vorderachse (14) mit zwei durch ein Überlage ¬ rungsgetriebe angetriebenen Vorderrädern (15, 16) und einer Verbindung zwischen Hinter- und Vorderachse (17) .

Über das Gas- und Bremspedal des Fahrzeugs wird die Drehzahl des Überlagerungsgetriebes beschleunigt, gehalten oder gebremst. Wer ¬ den das linke und rechte Vorderrad (15, 16) gleichschnell vor ¬ wärtsbewegt, bewegt sich die Vorderachse (14) senkrecht zur Vor ¬ derachse vorwärts und zieht die Hinterachse (11) über die Verbin ¬ dung (17) nach.

Wird über das Lenkrad und das Gaspedal das Überlagerungsgetriebe koordiniert so angesteuert, dass sich das linke Vorderrad (15) schneller vorwärts dreht als das rechte sich ebenfalls vorwärts drehende Vorderrad (16), bewegt sich die Vorderachse (14) kreis ¬ förmig um den Kurvenmittelpunkt (18) vorwärts nach rechts und zieht die Hinterachse (11) über die Verbindung (17) nach. Die

Pfeile in Fig. 1 zeigen die Bewegungsrichtung der angetriebenen Räder, die Längen der Pfeile entsprechen den unterschiedlichen Geschwindigkeiten . Über das Lenkrad und Gas- und Bremspedal des Fahrzeugs kann das Fahrzeug auch vorwärts nach links oder mit einer Möglichkeit der Richtungsumkehr auch rückwärts geradeaus, nach links oder nach rechts bewegt werden. Eventuell sind für die Rückwärtsbewegung ein oder mehrere weitere Bedienelemente notwendig.

Bei diesem Ausführungsbeispiel erfolgen das Einstellen und das Halten des Schwenkwinkels der schwenkbaren Räder durch die unter ¬ schiedlichen Geschwindigkeiten der schwenkbaren Vorderräder.

Berechnungsbeispiel: Bei einer Geschwindigkeit des linken Vorder- rads von vl5 = 1,1 m/s vorwärts, einer Geschwindigkeit des rechten Vorderrads von vi 6 = 0,9 m/s vorwärts und einer Spurbreite von 2 m ergibt sich ein Radius des linken Vorderrads von rl5 = 11 m und ein Radius des rechten Vorderrads von rl6 = 9 m. Bei einem Rad ¬ stand von 3 m und einem Schwenkwinkel der Vorderachse von al5 = al6 = 17,46 ° bewegen sich alle 4 Räder und damit das gesamte Fahrzeug um den Kurvenmittelpunkt (18) .

rl5 = rl6 + 2 m

vl5 = 1,1 m/s

vi 6 = 0,9 m/s

rl5 / vl5 = rl6 / vi 6

(rl6 + 2 m) / 1,1 m/s = rl6 / 0,9 m/s

rl6 + 2 m = rl6 * 1, 1 / 0, 9

rl6 = (2 * 0,9 / 1,1) / (1 - 0,9 / 1,1) m

rl6 = 9 m und rl5 = 11 m α15 = al6 = arcsin(3 m / ( (rl5 + rl6) / 2))

α15 = al6 = arcsin(3 m / ((11 m + 9 m) 1 2) )

α15 = al6 = 17, 46 °

Ausführungsbeispiel 2

Das Ausführungsbeispiel „Fahrzeug mit Knicklenkung und hydrauli ¬ schen Einzelradantrieben" ist in der Zeichnung Fig. 2 dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.

Ein Fahrzeug mindestens bestehend aus einer starren Hinterachse (21) mit zwei unabhängig hydraulisch angetriebenen Hinterrädern (22, 23), einer starren Vorderachse (24) ebenfalls mit zwei unab ¬ hängig hydraulisch angetriebenen Vorderrädern (25, 26) und einer Verbindung zwischen Hinter- und Vorderachse mit mittigem Knickgelenk (27) .

Werden bei 180° Knickwinkel des Fahrzeugs (gestreckt) über ein o- der mehrere Bedienelemente im Führerhaus des Fahrzeugs alle vier Hydraulikantriebe der Räder (22, 23, 25, 26) koordiniert so ange ¬ steuert, dass sich alle vier Räder gleichschnell vorwärtsbewegen, bewegt sich das Fahrzeug geradeaus vorwärts.

Werden im Stillstand bei 180° Knickwinkel des Fahrzeugs (ge ¬ streckt) über ein oder mehrere Bedienelemente im Führerhaus die vier Hydraulikantriebe der Räder koordiniert so angesteuert, dass sich das linke Vorderrad (25) und das rechte Hinterrad (23) vor ¬ wärts und das rechte Vorderrad (26) und das linke Hinterrad (22) rückwärts bewegen, knickt das Fahrzeug ein. Werden dann über ein oder mehrere Bedienelemente im Führerhaus die vier Hydraulikan ¬ triebe der Räder koordiniert so angesteuert, dass sich die linken Räder (22, 25) und die rechten Räder (23, 26) mit jeweils der dem jeweiligen Kurvenradius entsprechenden Geschwindigkeit vorwärtsbe wegen, fährt das Fahrzeug um den Kurvenmittelpunkt (28) vorwärts nach rechts.

Die Ansteuerung zum Verändern des Knickwinkels kann auch der An- steuerung zur Vorwärtsfahrt überlagert werden. Dabei ist zu be ¬ rücksichtigen, dass sich die Kurvenradien der Räder laufend ändern .

Über ein oder mehrere Bedienelemente im Führerhaus kann das Fahr ¬ zeug auch vorwärts nach links oder auch rückwärts geradeaus, nach links oder nach rechts bewegt werden. Eventuell sind für die Rück wärtsbewegung ein oder mehrere weitere Bedienelemente notwendig.

Berechnungsbeispiel: Bei einer Geschwindigkeit der linken Räder von v22 = v25 = 1,1 m/s vorwärts, einer Geschwindigkeit der rech ¬ ten Räder von v23 = v26 = 0,9 m/s vorwärts und einer Spurbreite von 2 m ergibt sich ein Radius der linken Räder von r22 = r215 = 11 m und ein Radius des rechten Räder von r23 = r26 = 9 m. Bei ei nem Radstand von 3 m und einem Knickwinkel von a27 = 162,75 ° be ¬ wegen sich alle 4 Räder und damit das gesamte Fahrzeug vorwärts um den Kurvenmittelpunkt (28) .

r22 = r25 = r23 + 2 m = r26 + 2 m

v22 = v25 = 1, 1 m/s

v23 = v26 = 0,9 m/s

r22 / v22 = r23 / v23 = r25 / v25 = r26 / v26

(r23 + 2 m) / 1, 1 m/s = r23 / 0, 9 m/s

r23 + 2 m = r23 * 1,1 / 0,9

r23 = (2 * 0,9 / 1,1) / (1 - 0,9 / 1,1) m

r23 = r26 = 9 m und r22 = r25 = 11 m a27 = 180 ° - 2 * arcsin((3 m / 2) / ( (r22 + r23) / 2) ) a27 = 180 ° - 2 * arcsin(l,5 m / ((11 m + 9 m) 1 2) )

a27 = 162,75 °

Ausführungsbeispiel 3

Das Ausführungsbeispiel „Fahrzeug mit Achsschenkellenkung und elektrischen Einzelradantrieben" ist in der Zeichnung Fig. 3 dar ¬ gestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.

Ein Fahrzeug mindestens bestehend aus einer starren Hinterachse (31) mit zwei unabhängig elektrisch angetriebenen Hinterrädern (32, 33), zwei schwenkbaren und ebenfalls unabhängig elektrisch angetriebenen Vorderrädern (34, 35) und einer Verbindung zwischen

Hinterachse und Vorderräder (36) .

Über das Lenkrad und Gas- und Bremspedal des Fahrzeugs werden die Drehzahlen der z.B. elektrischen Einzelantriebe koordiniert be ¬ schleunigt, gehalten oder gebremst. Stehen die beiden Vorderräder (34, 35) geradeaus nach vorne und werden alle vier Räder (32, 33, 34, 35) koordiniert gleichschnell vorwärtsbewegt, bewegt sich das Fahrzeug geradeaus vorwärts.

Im Stillstand des Fahrzeugs können das linke Vorderrad (34) und das rechte Vorderrad (35) jeweils so angetrieben werden, dass die jeweiligen Schenkwinkel den gewünschten Kurvenmittelpunkt (37) er ¬ geben. Werden dann alle vier Räder (32, 33, 34, 35) koordiniert mit der jeweiligen dem Kurvenradius des Rads entsprechenden Geschwindigkeit vorwärtsbewegt, bewegt sich das Fahrzeug um den Kur ¬ venmittelpunkt (37) vorwärts nach rechts.

Die Ansteuerung zum Verändern der Schwenkwinkel kann auch der An- steuerung zur Vorwärtsfahrt überlagert werden. Dabei ist zu be ¬ rücksichtigen, dass sich die Kurvenradien der Räder laufend ändern .

Über das Lenkrad und Gas- und Bremspedal des Fahrzeugs kann das Fahrzeug auch vorwärts nach links oder auch rückwärts geradeaus, nach links oder nach rechts bewegt werden. Eventuell sind für die Rückwärtsbewegung ein oder mehrere weitere Bedienelemente notwendig .

Die koordinierten Geschwindigkeiten der vier Räder können unter anderem mit einem Bordcomputer realisiert werden. Dieser berechnet z.B. 100-mal pro Sekunde die notwendigen Geschwindigkeiten der vier Räder entsprechend der gewünschten Bewegungsgeschwindigkeit und entsprechend der gewünschten Bewegungsrichtung und steuert entsprechend koordiniert die notwendigen Geschwindigkeiten der vier elektrischen Einzelantriebe.

Der Bordcomputer könnte auch zusätzlich aus über Sensoren erfass- ten Werten die aktuellen Schwenkwinkel und/oder Geschwindigkeiten ermitteln und bei Bedarf diese Werte zusätzlich oder ausschließlich für die Regelung der vier elektrischen Einzelantriebe verwenden .

Berechnungsbeispiel: Bei einer Geschwindigkeit des linken Hinter ¬ rads von v32 = 1,1 m/s vorwärts, einer Geschwindigkeit des rechten Hinterrads von v33 = 0,9 m/s vorwärts und einer Spurbreite von 2 m ergibt sich ein Radius des linken Hinterrads von r32 = 11 m und ein Radius des rechten Hinterrads von r33 = 9 m. Bei einem Rad ¬ stand von 3 m und jeweils einem Abstand vom Schwenkmittelpunkt bis zur Radmitte von 0,5 m bei den Vorderrädern ergeben sich für das linke Vorderrad ein Kurvenradius von r34 = 11,42 m, eine Geschwin ¬ digkeit v34 = 1,14 m/s und ein Schwenkwinkel von a34 = 15,95 ° und für das rechte Vorderrad ein Kurvenradius von r35 = 9,46 m, eine Geschwindigkeit v35 = 0,95 m/s und ein Schwenkwinkel von a35 = 17,53 °. Alle 4 Räder und damit das gesamte Fahrzeug bewegen sich vorwärts um den Kurvenmittelpunkt (37) .

r32 = r33 + 2 m

v32 = 1,1 m/s

v33 = 0,9 m/s

r32 / v32 = r33 / v33

(r33 + 2 m) / 1, 1 m/s = r33 / 0, 9 m/s

r33 + 2 m = r33 * 1,1 / 0,9

r33 = (2 * 0,9 / 1,1) / (1 - 0,9 / 1,1) m

r33 = 9 m und r32 = 11 m

r34 = ((r32 - 0,5 m) 2 + (3 m) 2 ) 1/2 + 0,5 m

r34 = ((11 m - 0,5 m) 2 + (3 m) 2 ) 1/2 + 0,5 m

r34 = 11,42 m

v34 / r34 = v32 / r32

v34 = v32 / r32 * r34

v34 = 1,1 m/s / 11 m * 11,42 m

v34 = 1,14 m/s

a34 = arccosf (r32 - 0,5 m) / (r34 - 0,5 m) )

a34 = arccos((ll m - 0,5 m) / (11,42 m - 0,5 m) )

a34 = 15, 95 °

r35 = ( (r33 + 0,5 m) 2 + (3 m) 2 ) 1/2 - 0,5 m

r35 = ( (9 m + 0,5 m) 2 + (3 m) 2 ) 1/2 - 0, 5 m

r35 = 9,46 m

v35 / r35 = v33 / r33

v35 = v33 / r33 * r35

v35 = 0,9 m/s / 9 m * 9, 46 m

v35 = 0, 95 m/s

a35 = arccos ( (r33 + 0,5 m) / (r35 + 0, 5 m) )

a35 = arccos ( ( 9 m + 0,5 m) / (9,46 m + 0,5 m)

a35 = 17,53 °

Ausführungsbeispiel 4

Das Ausführungsbeispiel „Fahrzeug mit Dreiradlenkung und elektri ¬ schen Einzelradantrieben" ist in der Zeichnung Fig. 4 dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.

Ein Fahrzeug mindestens bestehend aus einer starren Hinterachse (41) mit zwei unabhängig elektrisch angetriebenen Rädern (42, 43), einem schwenkbaren und ebenfalls unabhängig elektrisch angetriebenen Vorderrad (44) und einer Verbindung zwischen Hinterachse und Vorderrad (46) .

Über das Lenkrad und Gas- und Bremspedal des Fahrzeugs werden die Drehzahlen der z.B. elektrischen Einzelantriebe koordiniert beschleunigt, gehalten oder gebremst. Steht das Vorderrad (44) gera ¬ deaus nach vorne und werden alle drei Räder (42, 43, 44) koordi ¬ niert gleichschnell vorwärtsbewegt, bewegt sich das Fahrzeug gera ¬ deaus vorwärts.

Im Stillstand des Fahrzeugs kann das Vorderrad (44) so angetrieben werden, dass der Schenkwinkel den gewünschten Kurvenmittelpunkt (47) ergibt. Werden dann alle drei Räder (42, 43, 44) koordiniert mit der jeweiligen dem Kurvenradius des Rads entsprechenden Geschwindigkeit vorwärtsbewegt, bewegt sich das Fahrzeug um den Kur ¬ venmittelpunkt (47) vorwärts nach rechts.

Die Ansteuerung zum Verändern des Schwenkwinkels kann auch der An- steuerung zur Vorwärtsfahrt überlagert werden. Dabei ist zu be ¬ rücksichtigen, dass sich die Kurvenradien der Räder laufend ändern .

Über das Lenkrad und Gas- und Bremspedal des Fahrzeugs kann das Fahrzeug auch vorwärts nach links oder auch rückwärts geradeaus, nach links oder nach rechts bewegt werden. Eventuell sind für die Rückwärtsbewegung ein oder mehrere weitere Bedienelemente notwendig .

Die koordinierten Geschwindigkeiten der drei Räder können unter anderem mit einem Bordcomputer realisiert werden. Dieser berechnet z.B. 100-mal pro Sekunde die notwendigen Geschwindigkeiten der drei Räder entsprechend der gewünschten Bewegungsgeschwindigkeit und entsprechend der gewünschten Bewegungsrichtung und steuert entsprechend koordiniert die notwendigen Geschwindigkeiten der drei elektrischen Einzelantriebe. Der Bordcomputer könnte auch zusätzlich aus über Sensoren erfass- ten Werten die aktuellen Schwenkwinkel und/oder Geschwindigkeiten ermitteln und bei Bedarf diese Werte zusätzlich oder ausschließ ¬ lich für die Regelung der drei elektrischen Einzelantriebe verwen- den .

Berechnungsbeispiel: Bei einer Geschwindigkeit des linken Hinter ¬ rads von v42 = 1,1 m/s vorwärts, einer Geschwindigkeit des rechten Hinterrads von v43 = 0,9 m/s vorwärts und einer Spurbreite von 2 m ergibt sich ein Radius des linken Hinterrads von r42 = 11 m und ein Radius des rechten Hinterrads von r43 = 9 m. Bei einem Rad ¬ stand von 3 m und einem Abstand vom des in der Fahrzeugmittelachse liegenden Schwenkmittelpunkt bis zur Radmitte von 0,5 m des Vor ¬ derrads ergeben sich für das Vorderrad ein Kurvenradius von r44 = 10,94 m, eine Geschwindigkeit v44 = 1,09 m/s und ein Schwenkwinkel von a34 = 16,70 °. Alle 3 Räder und damit das gesamte Fahrzeug be ¬ wegen sich vorwärts um den Kurvenmittelpunkt (47) .

r42 = r43 + 2 m

v42 = 1,1 m/s

v43 = 0,9 m/s

r42 / v42 = r43 / v43

(r43 + 2 m) / 1, 1 m/s = r43 / 0, 9 m/s

r43 + 2 m = r43 * 1,1 / 0,9

r43 = (2 * 0,9 / 1,1) / (1 - 0,9 / 1,1) m

r43 = 9 m und r42 = 11 m

r44 = (((r42 + r43) / 2 ) 2 + (3 m) 2 ) 1/2 + 0,5 m

r44 = (((11 m + 9 m) / 2 ) 2 + (3 m) 2 ) 1/2 + 0,5 m

r44 = 10,94 m

v44 / r44 = v42 / r42

v44 = v42 / r42 * r44

v44 = 1,1 m/s / 11 m * 10,94 m

v44 = 1,09 m/s

a44 = arccosf ( (r42 + r43) / 2) / (r44 - 0,5 m) )

a44 = arccos(((ll m + 9 m) 1 2 ) / (10,94 m - 0,5 m) )

a44 = 16, 70 °

Durch die gepunktete Linie in Fig. 4 ist ein zweites Vorderrad (45) angedeutet. Es können ein oder beide dieser Vorderräder angetrieben werden. Wenn beide Räder eine Achse haben, würde eine Drehschemellenkung vorliegen. Das Fahrzeug würde aber eventuell auch als Dreirad bezeichnet werden.

Dieses Ausführungsbeispiel mit oder ohne zweitem Vorderrad ist un ¬ ter anderem auch ein Verwendungsbeispiel der Erfindung für ein Flugzeugfahrwerk .

Ausführungsbeispiel 5

Das Ausführungsbeispiel „Fahrzeug mit gekoppelter Achsschenkellen ¬ kung und elektrischen Einzelradantrieben" ist in der Zeichnung Fig. 5 dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.

Ein Fahrzeug mindestens bestehend aus einer starren Hinterachse (51) mit zwei freilaufenden Rädern (52, 53), zwei schwenkbaren und unabhängig elektrisch angetriebenen Vorderrädern (54, 55) , die entsprechend einer Achsschenkellenkung gekoppelt (56) sind, und einer Verbindung zwischen Hinterachse und Vorderräder (57) .

Über das Lenkrad und Gas- und Bremspedal des Fahrzeugs werden die Drehzahlen der z.B. elektrischen Einzelantriebe koordiniert be- schleunigt, gehalten oder gebremst. Stehen die beiden Vorderräder (54, 55) geradeaus nach vorne und werden koordiniert gleichschnell vorwärtsbewegt, bewegt sich das Fahrzeug geradeaus vorwärts.

Im Stillstand des Fahrzeugs können das linke Vorderrad (54) und das rechte Vorderrad (55) jeweils koordiniert so angetrieben wer- den, dass die jeweiligen Schenkwinkel den gewünschten Kurvenmittelpunkt (58) ergeben. Werden dann die beiden Vorderräder (54, 55) koordiniert mit der jeweiligen dem Kurvenradius des Rads entspre ¬ chenden Geschwindigkeit vorwärtsbewegt, bewegt sich das Fahrzeug um den Kurvenmittelpunkt (58) vorwärts nach rechts.

Die Ansteuerung zum Verändern der Schwenkwinkel kann auch der An- steuerung zur Vorwärtsfahrt überlagert werden. Dabei ist zu be ¬ rücksichtigen, dass sich die Kurvenradien der Räder laufend ändern .

Über das Lenkrad und Gas- und Bremspedal des Fahrzeugs kann das Fahrzeug auch vorwärts nach links oder auch rückwärts geradeaus, nach links oder nach rechts bewegt werden. Eventuell sind für die Rückwärtsbewegung ein oder mehrere weitere Bedienelemente notwendig .

Die koordinierten Geschwindigkeiten der beiden Vorderräder können unter anderem mit einem Bordcomputer realisiert werden. Dieser berechnet z.B. 100-mal pro Sekunde die notwendigen Geschwindigkeiten der beiden Vorderräder entsprechend der gewünschten Bewegungsgeschwindigkeit und entsprechend der gewünschten Bewegungsrichtung und steuert entsprechend koordiniert die notwendigen Geschwindig ¬ keiten der beiden elektrischen Einzelantriebe.

Der Bordcomputer könnte auch zusätzlich aus über Sensoren erfass- ten Werten die aktuellen Schwenkwinkel und/oder Geschwindigkeiten ermitteln und bei Bedarf diese Werte zusätzlich oder ausschließlich für die Regelung der vier elektrischen Einzelantriebe verwenden .

Ausführungsbeispiel 6

Das Ausführungsbeispiel „Fahrzeug mit Allradlenkung und elektri ¬ schen Einzelantrieben" ist in der Zeichnung Fig. 6 dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.

Ein Fahrzeug mindestens bestehend aus zwei schwenk- und arretier ¬ baren und unabhängig elektrisch angetriebenen Hinterrädern (61, 62), zwei ebenfalls schwenk- und arretierbaren und unabhängig elektrisch angetriebenen Vorderrädern (63, 64) und einer Verbindung zwischen den Hinter- und Vorderrädern (65) .

Die Ansteuerung der vier angetriebenen Räder und der vier Arretierungen erfolgt über ein oder mehrere Bedienelemente und einen Bordcomputer. Dieser berechnet z.B. 100-mal pro Sekunde die not ¬ wendigen Geschwindigkeiten der vier Räder entsprechend der gewünschten Bewegungsgeschwindigkeit und entsprechend der gewünsch ¬ ten Bewegungsrichtung und steuert dementsprechend koordiniert die vier elektrischen Einzelantriebe an und steuert ebenfalls dement ¬ sprechend koordiniert die vier Arretierungen an. Der Bordcomputer könnte auch zusätzlich aus über Sensoren erfass- ten Werten die aktuellen Schwenkwinkel und/oder Geschwindigkeiten ermitteln und bei Bedarf diese Werte zusätzlich oder ausschließlich für die Regelung der vier elektrischen Einzelantriebe verwenden .

Wenn die beiden Hinterräder (61, 62) senkrecht zur Achse arretiert sind, entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem Ausführungsbei ¬ spiel 3. Wenn die beiden Vorderräder (63, 64) senkrecht zur Achse arretiert sind, entspricht dieses Ausführungsbeispiel einem Fahr ¬ zeug mit Heck- bzw. Hinterradlenkung.

Es können auch alle vier Räder so geschwenkt werden, dass das Fahrzeug um den Kurvenmittel (66) vorwärts nach rechts, was in Fig. 6 dargestellt ist oder nach links fährt. Der minimale Wende ¬ kreis mit vier schwenkbaren Rädern ist dabei geringer als der minimale Wendekreis mit nur zwei schwenkbaren Rädern.

Wenn alle vier Räder den gleichen Schwenkwinkel haben, bewegt sich das Fahrzeug diagonal oder wenn dieser Schwenkwinkel 90 ° beträgt senkrecht zur Fahrzeugachse.

Die Bewegungsfreiheit einer bewegbaren angetriebenen Vorrichtung erhöht sich, wenn sich ein oder mehrere oder alle schwenk- und/oder arretierbaren Räder um 360 ° schwenken lassen. Diese Ausführung des Lenksystems kann z.B. für bewegbare Vorrichtungen, die wendig sein müssen, (z.B. für angetriebene Krankenhausbetten) verwendet werden.

Ausführungsbeispiel 7

Das Ausführungsbeispiel „Wagen mit Drehschemellenkung und hydrau ¬ lischen Bremsen" ist in der Zeichnung Fig. 1 dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.

Der Wagen mindestens bestehend aus einer starren Hinterachse (11) mit zwei freilaufenden Rädern (12, 13), einer als Drehschemel aus ¬ geführten Vorderachse (14) mit zwei unabhängig hydraulisch bremsbaren Vorderrädern (15, 16) und einer Verbindung zwischen Hinterund Vorderachse (17) . Der Wagen wird durch eine Hangabtriebskraft angetrieben.

Mit einem Lenkrad und einem Bremspedal werden die hydraulischen Bremsen des linken und rechten Vorderrads (15, 16) über eine Bremskraftverteilung angesteuert .

Werden das linke und das rechte Vorderrad (15, 16) mit jeweils der Bremskraft gebremst, dass sich beide Vorderräder koordiniert gleichschnell bewegen, bewegt sich die Vorderachse (14) senkrecht zur Achse vorwärts und zieht den Wagen in die sich daraus erge ¬ bende Richtung nach.

Werden das linke und das rechte Vorderrad (15, 16) jeweils mit der Bremskraft gebremst, dass sich das linke Vorderrad (15) koordi ¬ niert schneller bewegt als das rechte (16), bewegt sich die Vor ¬ derachse (14) vorwärts nach rechts und zieht den Wagen in die sich daraus ergebende Richtung nach.

Werden das linke und das rechte Vorderrad (15, 16) jeweils mit der Bremskraft gebremst, dass sich das rechte Vorderrad (16) koordi ¬ niert schneller bewegt als das linke (15) , bewegt sich die Vorder ¬ achse (14) vorwärts nach links und zieht den Wagen in die sich da ¬ raus ergebende Richtung nach.

Anstatt der Hangabtriebskraft kann auch die Trägheitskraft des sich bewegenden Wagens z.B. am Ende des Hangs, eine Zug- oder Schubkraft von außen oder die Schubkraft z.B. eines Propellers o- der eines Strahltriebwerks auf den Wagen einwirken. Bei einem angetriebenen Wagen kann auch die Trägheitskraft des sich bewegenden Wagens einwirken, wenn z.B. der Antrieb abgestellt wird oder aus ¬ fällt .

Weitere Ausführungsbeispiele

Bei allen Ausführungsbeispielen können die Vorderachsen auch als Hinterachsen und die Hinterachsen als Vorderachsen ausgeführt sein .

Bei allen Ausführungsbeispielen können die gewünschte Bewegungsrichtung und die gewünschte Bewegungsgeschwindigkeit der bewegba ¬ ren angetriebenen Vorrichtungen manuell vorzugweise über Lenkrad und Gas- und Bremspedal, über Bedienhebel, über Bedienfeld, über Steer-by-wire und/oder über Fernsteuerung vorgegeben werden. Die Vorgaben können auch teilweise oder ausschließlich automatisch von einem Computer berechnet werden.

Bei allen Ausführungsbeispielen können auch zusätzlich mit einem oder mehreren Sensoren jeweils an einer oder mehreren Stellen jeweils an der bewegbaren angetriebenen Vorrichtung oder außerhalb der bewegbaren angetriebenen Vorrichtung jeweils Positionen, Drehlagen, Geschwindigkeiten und/oder Beschleunigungen jeweils über einen oder mehreren oder den ganzen Bereich jeweils zeitweise oder laufend gemessen werden und mit diesen Sensorwerten für ein oder mehrere oder alle angetriebenen bodenberührenden Elemente die einzelnen Geschwindigkeiten entsprechend koordiniert nachgesteuert werden .

Alle Ausführungsbeispiele können mit ein oder mehreren zusätzlichen bodenberührenden Elementen in allen möglichen schwenkbaren / nicht schwenkbaren, arretierbaren / nicht arretierbaren und angetriebenen / nicht angetriebenen Kombinationen ausgeführt werden.

Allen Ausführungsbeispielen können mit allen möglichen Antrieben und allen möglichen Kombinationen von Antrieben ausgeführt werden.

Alle Ausführungsbeispiele können für alle möglichen bewegbaren Vorrichtungen verwendet werden.

Bei allen Ausführungsbeispielen können einige oder alle schwenkbaren bodenberührenden Elemente einzeln oder gruppiert arretiert werden .

Bei allen Ausführungsbeispielen können einige oder alle schwenkbaren bodenberührenden Elemente einzeln oder gruppiert gekoppelt werden .

Bei a

ren b

vorri

Alle oben aufgeführten Berechnungsbeispiele zeigen jeweils eine konkrete Berechnung einer jeweiligen konkreten Bewegungsrichtungsund Bewegungsgeschwindigkeitssituation . Die Berechnungen können für alle möglichen Bewegungsrichtungs- und Bewegungsgeschwindig- keitssituationen durchgeführt werden. Bei der Ansteuerung des oder der Antriebe müssen eventuell zusätzlich die Beschaffenheit und die Unebenheit des Bodens und der Schlupf der angetriebenen boden- berührenden Elemente berücksichtigt werden.

Alle oben beschriebenen Ausführungs- und Berechnungsbeispiele kön ¬ nen in allen möglichen Kombinationen ausgeführt werden.