Lenkgestänge für Kurvenradius von unendlich bis 0 (bei einem Radfahrzeug)

[vohopri]

Ja,

das sind zwei Möglichkeiten, die ich in Betracht ziehe. Beide haben mit dem selben Teilproblem zu tun. Bei einem konventionellen Gestänge mit Führungshebel oder zwei Führungshebeln habe isch bei vielen Lösungen zwar durchaus einen Ackermannfehler der nahezu bei Null bleibt, aber die Winkel im Gestänge geraten in ungünstige Grössen, wo die auftretenden Kräfte hoch werden. Mit beiden Massnahmen handelt man sich auch Nachteile ein. Die Übersetzung erhöht die Kräfte im Gestänge davor und die Steuerscheiben bzw entsprechend geformten Gelenkführungen können auch ungünstige Winkel ergeben. Das alles wird zu prüfen sein.

Vorher Suche ich besser noch nach einem korrekten Lösungsweg und damit dann nach einer optimalen Lösung.

Der Bereich der Einschlagwinkel ist ja auch nicht soo gross. 135° sind es bei quadratischer Dimensionierung wie wieter oben schon überlegt. Bei kürzerem Radstand gegenüber der Spurweite wird der Bereich sogar kleiner und günstiger.

[Rabenauge]

Eine menge mechanischer Probleme könntest du umgehen, wenn du zwei Servos benutzt, das ist dir klar?
Dann kannst du die gewünschten Winkel sogar einfach berechnen lassen...ohne dich mit allzuviel Theorie herumzuschlagen.

[RoboHolIC]

Eine menge mechanischer Probleme könntest du umgehen, wenn du zwei Servos benutzt ...

Die sollten dann aber nicht ungenauer arbeiten als die beste Lösung a la Ackermann. Kriegt man das mit guten RC-Servos hin?

[ranke]

Eine Möglichkeit die ungünstigen Winkel einer Hebelanlenkung zu vermeiden wäre eine Anlenkung mit Seilzug. Für die Konstruktionsprinzipien einer solchen Kinematik kann man sich ein altes Radio ansehen, bei dem ein Seil mittels eines Drehknopfs einerseits einen Zeiger über die Skala und gleichzeitig einen Drehkondensator betätigt. Eine exzentrische Anordnung des Seilscheibenumfangs zum Lenkkreis könnte schon eine Annäherung zur Ackermannbedingung sein. Wenn das nicht reicht, kann man darüber nachdenken, dass die Seilscheiben zur Umlenkung nicht notwendigerweise kreisförmig sein müssen. Eine Herausforderung dabei ist sicher das Halten einer gleichmäßigen Seilspannung.

[vohopri]

@Sly: Die Anforderung ist nun mal EIN Servo, wie oben beschrieben.

@ranke: Seilscheibe, beziehungsweise Zahnriemen ziehe ich durchaus in Betracht, habe aber keinen Lösungsweg zur Berechnung gefunden. Hast du da einen konkreten Vorschlag??

[Geistesblitz]

Was ist eigentlich der Grund dafür, dass es mit einem Servo gehen muss? Ist das irgendwie eine akademische Aufgabe oder gibts einen anderen Grund dafür?

[ranke]

Seilscheibe, beziehungsweise Zahnriemen ziehe ich durchaus in Betracht, habe aber keinen Lösungsweg zur Berechnung gefunden. Hast du da einen konkreten Vorschlag?

Eine numerische Berechnung von solchen Seiltrieben ist gar nicht so einfach. Ein CAD-Programm kann das natürlich (ich habe aber keines). Ich stelle mal eine geometrische Konstruktion vor, die wenigstens für die 3 wichtigsten Stellungen (L = maximal Links, G = geradeaus, R = maximal Rechts) eine nach Ackermann korrekte Lenkstellung gibt (siehe Skizze).



Die Skizze zeigt eine Draufsicht auf das rechte Rad. Man geht vom Drehpunkt ML der Lenkachse aus. Um diese, zur Zeichenebene senkrechte Achse schwenkt das Rad. Für die drei Stellungen L, G, R habe ich die Radscheibe als Linie angedeutet. Auf einem Radius um ML habe ich für jede der drei Stellungen einen kleinen Kreis gezeichnet. Anstelle dieses Kreises darf man sich für die spätere Ausführung schon einen runden Zapfen vorstellen, der durch einen Schlitz in der Seilscheibe geführt wird.
Um den Mittelpunkt der Seilscheibe zu finden muss man sich nur klar machen, dass sich die Seilscheibe von L und G um den gleichen Winkel drehen soll wie von G nach R. Das ist die Bedingung, die erfüllt sein muss, damit es mit einer spiegelsymmetrischen Konstruktion am rechten Rad zusammenpasst. Der Einfachheit halber habe ich den Drehwinkel der Seilscheibe von L nach R 180 ° gewählt, G muss also bei 90° liegen. Andere Winkel können natürlich auch gewählt werden, es kommt nur auf die Gleichheit der Winkel an. Die einfache Konstruktion ist in der Skizze mit gestrichelten Linien ausgeführt und ergibt sofort den Drehpunkt MS der Seilscheibe. Die Kopplung zwischen Lenkkreis und Seilscheibe kann z.B. mit einem Zapfen in einem radialen Schlitz in der Seilscheibe erfolgen (auch hier hat man für die konstruktive Ausführung viele Möglichkeiten). Das Seil kann dann direkt, wie angedeutet, zum linken Rad geführt werden (das Servo muss natürlich auch noch irgendwo angekoppelt werden).
Weiterführende Arbeiten:
Jetzt wird man sich noch für die Geometrie von Zwischenstellungen interessieren. Hier werden sich mehr oder weniger große Abweichungen von Ackermann ergeben. In diesem Fall ist es möglicherweise hilfreich, wenn man die exakte Auslegung nicht für die Extremstellungen, sondern z.B. für 90% der Extremstellung konstruiert.

[vohopri]

Hallo, guten Morgen,

nein, das ist keine akademische Fragestellung, sondern ein praxisorientiertes Projekt mit der Zielsetzung, dass eine universell einsetzbare mechanische Lösung erreicht wird. Der Grund liegt in den Vorgaben für das Projekt und steht jetzt nicht zur Diskussion.

Aktuell ist erst einmal

* eine Struktur der mechanischen Lenkung zu finden,

* eine geometrischer oder (hoffentlich nicht allzu) mathematischer Lösungsweg zum Erreichen der Ackermann Bedingung,

* ein Weg zur Optimierung der Dimensionen für die Teile.

Zur Struktur habe ich schon einiges erarbeitet:
# Die Trapezlenkung scheidet aus, da sie nur für geringe Einschlagwinkel dimensionierbar ist.
# Zahnstangen Lenkung (Stand der Technik) ist mir auch nur für geringe Einschlagwinkel gelungen, zu dimensionieren. Da könnte aber vielleicht mehr drin sein, aber mir fehlt Info dazu.
# Lenkung mit 2 parallelen Führungshebeln lässt sich experimentell dimensionieren. Gutes Einhalten der A. Bedingung kann erreicht werden. Habe aber noch keine Möglichkeit gefunden, sie zu optimieren. Die erreichten Gestängewinkel könnten problematisch werden.
# Lenkung mit einem V förmigen doppel Führungshebel verspricht günstigere Gestänge Winkel. Ich kann sie aber geometrisch nicht lösen. Da arbeite ich gerade dran. Könnte aber Hilfe gut gebrauchen.

Im Anhang gebe ich mal eine Zeichnung der V Hebel Lenkung mit.


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Hallo ranke,

danke für deine Antwort, wir haben überschneidend gepostet. Ich werd mir das genau ansehen und später darauf antworten. Im Moment bin ich gerade zum sonntäglichen Fitnesstraining aufgerufen worden.