Motoren für "Traktor" Lenkung

[ranke]

Wichtig sind sicher die Radbelastung (nehme ich mal mit 350kg an => 3500N).
Wichtig ist auch der Lenkrollradius: 108mm
Multipliziere ich die Werte, bekomme ich von der Einheit schon mal ein Moment.

Wo spielt aber nun die Fläche des Reifen bzw. der Untergrund eine Rolle?
Vermutlich gibt's hier einfach einen Faktor, der abhängig ist vom Untergrund und dem Reifen.
Hat hier Jemand eine Ahnung bzgl. der Richtwerte?

Das wäre der Reibwert rho, der in der Praxis maximal etwa 1 wird, bei guten Reifen und griffiger Fahrbahn.
Damit rechnet sich das Reibmoment, das die Lenkung aufbringen muß zu etwa:
Mr = m*g*rho*Lenkrollradius = 378 Nm
Die Formel vereinfacht insofern, weil es mit einem Aufstandspunkt des Reifens rechnet, statt mit einer Aufstandsfläche. Das kann man auch leicht daran erkennen, dass das nötige Lenkmoment nach der Formel Null wird, wenn der Lenkrollradius Null gewählt wird. Das ist natürlich unrichtig. In diesem Fall wäre dann die halbe Reifenbreite als "Ersatzradius" anzusetzen.

[maju]

Das wäre der Reibwert rho, der in der Praxis maximal etwa 1 wird, bei guten Reifen und griffiger Fahrbahn.
Damit rechnet sich das Reibmoment, das die Lenkung aufbringen muß zu etwa:
Mr = m*g*rho*Lenkrollradius = 378 Nm
Die Formel vereinfacht insofern, weil es mit einem Aufstandspunkt des Reifens rechnet, statt mit einer Aufstandsfläche. Das kann man auch leicht daran erkennen, dass das nötige Lenkmoment nach der Formel Null wird, wenn der Lenkrollradius Null gewählt wird. Das ist natürlich unrichtig. In diesem Fall wäre dann die halbe Reifenbreite als "Ersatzradius" anzusetzen.

Danke für die Hilfe.
Ich denke alle Parameter die das Drehmoment erhöhen, kann ich vernachlässigen, da im Normalfall ja die Räder nicht blockierend über den Asphalt radieren müssen sondern ich die Steuerung so programmiere, dass ich die Räder leicht antreibe in Richtung der Lenkbewegung. Somit dürfte das eigentlich benötigte Lenkmoment um Potenzen niedriger sein als bei der Annahme.

Ausserdem: Da die Lenkbewegung ja nicht sehr schnell sein muss, kann ich den Motor über ein Zahnrad untersetzen. Bei einer 10:1 Untersetzung reicht somit ein Motor mit einem Moment von 30-40Nm ohne Probleme aus.

Nochmals vielen Dank für eure Hilfe.
Jetzt kann ich mal was bestellen ohne viel zu raten und werde sehen, wie das in der Praxis funktioniert.

Martin

[ranke]

Ich denke alle Parameter die das Drehmoment erhöhen, kann ich vernachlässigen, da im Normalfall ja die Räder nicht blockierend über den Asphalt radieren müssen sondern ich die Steuerung so programmiere, dass ich die Räder leicht antreibe in Richtung der Lenkbewegung. Somit dürfte das eigentlich benötigte Lenkmoment um Potenzen niedriger sein als bei der Annahme.

Die Strategie, den Antrieb so zu steuern, dass er die Lenkbewegung unterstützt, wird wahrscheinlich nicht in allen Fahrzuständen gut funktionieren. Du mußt auch bedenken, dass die normalen Antriebskräfte ein rückwirkendes Moment auf die Lenkung aufbringen, die der Lenkmechanismus abstützen muß, selbst wenn eine Richtungsänderung gar nicht gewünscht ist. Jedesmal wenn Du an einem Rad "Vollgas" gibst, muß der Lenkmechanismus dieses Rads ca. 380 Nm abstützen nur um die Richtung beizubehalten! Das könnte man zwar mit einem selbsthemmenden Getriebe abfangen, das ist aber vielleicht keine gute Idee. Selbsthemmende Getriebe haben generell eine erhöhte Reibung, wenn man dann gegen das volle Antriebsmoment gegenlenken muß, ist das vom Lenkmotor aufzubringende Moment noch größer als abgeschätzt.
Da Du den Antrieb recht großzügig dimensioniert hast, werden solche Momente regelmäßig auftreten, ein zusätzlicher Sicherheitszuschlag ist meiner Meinung nach durchaus gerechtfertigt.

Da die Lenkbewegung ja nicht sehr schnell sein muss, kann ich den Motor über ein Zahnrad untersetzen. Bei einer 10:1 Untersetzung reicht somit ein Motor mit einem Moment von 30-40Nm ohne Probleme aus.

Das ist sicher richtig. Das Lenkgetriebe muß eben so dimensioniert werden, dass es die nötigen Momente aushält. Wenn man sich eine brauchbare Winkelgeschwindigkeit für die Schwenkbewegung überlegt und einen Zuschlag für die Getriebeverluste einrechnet sieht man schnell, welche Motorleistung für die Lenkung installiert werden muß. Aufgrund dieser Überlegung sucht man sich einen geeigneten Motor und hat dann alle Daten um das Lenkgetriebe rechnen zu können.

[maju]

Die Strategie, den Antrieb so zu steuern, dass er die Lenkbewegung unterstützt, wird wahrscheinlich nicht in allen Fahrzuständen gut funktionieren. Du mußt auch bedenken, dass die normalen Antriebskräfte ein rückwirkendes Moment auf die Lenkung aufbringen, die der Lenkmechanismus abstützen muß, selbst wenn eine Richtungsänderung gar nicht gewünscht ist. Jedesmal wenn Du an einem Rad "Vollgas" gibst, muß der Lenkmechanismus dieses Rads ca. 380 Nm abstützen nur um die Richtung beizubehalten! ...

Annahme ist, dass die auftretenden und auf den Lenkmotor rückwirkenden Momente aus der Fahrdynamik nie höher werden können, als das der Reifen die Haftung verliert. Da der Lenkmotor auf die Haftungsgrenze der Reifen ausgelegt ist, fühle ich mich hier auf der sicheren Seite.

Da die Lenkmotoren über eine Mikroprozessorsteuerung geregelt werden, sollten entstehende kleinere Positionsänderungen der Lenkung durch Antriebskräfte auch sofort korrigiert werden, da der Mikroprozessor ja ständig dafür sorgt, dass die Motoren in der von der Lenkung vorgegebenen Stellung sind.

Auch rückwirkenden Momente aus der Fahrdynamik (= Kurvenfahrten oder "Vollgas" aus dem Stand bei eingeschlagenen Rädern) dürften auch deshalb gering sein, weil ich die Antriebe der 4 Räder ebenfalls über einen Mikroprozessor gesteuert werden. D.h. je nach Lenkeinschlag wird der durch den Lenkeinschlag gewünschte Kurvenradius berechnet und der Umfang dieser je nach Rad unterschiedlichen Lenkkreise in Relation zueinander gesetzt. Das Rad auf dem größten Kreisradius bekommt 100% der gewählten Antriebsleistung und die anderen Räder nur die aliquoten Anteile laut Verhältnis der Lenkkreise. So verhindere ich das Durchdrehen der inneren Räder auch bei sehr engen Kurven und somit sicher auch eine deutliche Verminderung von rückwirkenden Momenten auf die Lenkung durch die Fahrdynamik.

Trotzdem Danke für den Hinweis. Mal sehen ob ich einen Motor finde, der über eine ausreichende Eigenhemmung verfügt, damit die Steuerung nicht ständig nachregeln muss.

Martin