Motor für Lenkung - Hilfe

[Kat]

Danke, für alle Antworten.

Hört sich nach einer Projektaufgabe einer Fachschule an.

Hinweis 1: Gewichtskraft ==> Flächenpressung zwichen Rad und Fahrbahn.
Hinweis 2: Rollreibung < Haftreibung.
Hinweis 3: Berührungsfläche Reifen/Fahrbahn ist abhängig von Raddurchmesser, Härte des Rades (Luftdruck bei Luftbereifung) und Festigkeit des Untergrund (Straße<->Erdboden).
Hinweis 4: Reibungsbeiwert ist abhängig von der Materialpaarung Reifen/Fahrbahn.

Hinweis 5: Zuerst äußere Kräfte ermitteln.
Hinweis 6: Dann Zuschlag für Reibungskräfte in Radaufhängung und Lenkung
Hinweis 7: Zuletzt anhand der Notwendigen Kraft und der geforderten Lenkgeschwindigkeit, Motor auswählen.

Ist eine Arbeit im Praktikum ja. Und im Studium haben wir diesbezüglich nichts gemacht, außer einfache Physik.

Und danke so etwas habe ich gesucht. Haftreibung etc war mir bewusst, ich habe nur keine Vorstellung welche Kräfte sonst noch alles wirken.
Das bringt mich schon mal weiter.

[i_make_it]

Gedankenexperiment:

Fahrad Vorderrad im Stillstand um 90° Lenken.
Einmal auf 80er Schleifpapier einmal auf geölter Teflonfolie. gibt zwei exterm unterschiedliche Lenkkräfte.
Erweiterung:
Einmal mit 3 Bar auf dem Reifen und einmal mit 0,8 Bar auf dem Reifen.
Jedesmal mit dem gleichen Anpressdruck zum Boden

Notwendige Lenkkraft in Abhängigkeit von Kontaktfläche und Reibung
##| Öl-teflon | 80er
----+----------+---------
0,8 | klein |sehr groß
----+----------+---------
3,0 |sehr klein| groß

Die Gewichtskraft aus Fahrzeuggewicht und Zuladung verteilt sich auf die vier Räder, allerdings nicht unbedingt gleichmäßig. Bsp.: Bei einem PKW mit Frontmotor ist die Vorderachse durch ein stärkeres Gewicht belastet als die Hinterachse (Bei leerem Kofferaum und nur dem Fahrer im Fahrzeug) Das linke Vorderrad ist bei einem Linkslenker bei symetricher Gewichtsverteilung von Seiten des Motors, durch die Zuladung Fahrer einer höheren Gewichtskraft unterworfen als das rechte Vorderrad.
Ohne weitere Daten würde ich das Eigengewicht durch 4 Teilen und die Zuladung addieren. Das würde eine symetriche Gewichtsverteilung des Eigengewichts und eine extrem assymetriche Zuladung darstellen. Die Geometrie des Untergrundes stellt in sofern einen potentiellen Einfluß dar, als das Fahrzeug z.B. in eine Spurrille kommen kann (Bsp.: Fahradreifen in Straßenbahnschiene) oder Einsinken in lockeren Untergrund eine höhere Lenkkraft notwendig macht. Von daher ist erst zu klären ob ein Outdoor Einsatz auf unbefestigtem Untergrund vorgesehen ist oder nicht. Mit den Kräften die man ermittelt hat, kann man dann das Lenkgetriebe dimensionieren. (Damit die Zahnstange und die Anlenkhebel unter der Druckkraft nicht abknicken). Über die größe des Zahnrades (und ein paar % Aufschlag für Reibungsverluste) kommt man dann auf das notwendige Drehmoment des Motors. Mit der geforderten Einschlaggeschwindigkeit der Lenkung kommt man dann über den Zahnradumfang auf die Drehzahl des Motors/Getriebeabtriebs. mit den Daten und der gegebenenen Bordspannung wählt man dann den Motor aus. Danach kümmert man sich um die Ansteuerung des Motors. Das Meßsystem der Lenkung kann man entweder bei der Motorauswahl schon mitberücksichtigen (z.B. Getriebemotor mit Encoder) oder separat aufbauen. Wichtig ist nur, das es eine Referenzmöglichkeit für die Graderausfahrt gibt.

Wenn der Motor zwei Räder anlenkt, dann die ermittelten kräfte mal ca. 1,8 nehmen. (die Zuladung ist ja assymetrich) so kommt schon eine gute Reserve dazu. Bei allen vier Rädern über einen Motor, würde ich mal 2,5 bis 3 nehmen.

Wenn man Spurrillen ausschließt, ist also das Lenken im Stillstand und beim größten möglichen Reibungskoefizienten der interessante Lastfall. und da dann der Beginn der Bewegung. Da Haftreibung größer ist wie Gleitreibung, ist also das Losbrechmoment die größte Kraft die durch die Lenkung aufzubringen ist.

Gesandete Antirutsch Steine haben in einer urbanen Umgebung mit den höchsten Reibungsbeiwert.
Im häuslichen Umfeld dürften das Teppiche sein.

[ranke]

Noch ein paar Aspekte, die noch nicht so deutlich angesprochen wurden:

Die Lage der Achse, um die jedes Rad beim Lenken geschwenkt wird, hat wesentlichen Einfluß auf die Lenkkräfte.
Besonders interessant ist die Lage des Schnittpunkts der Schwenkachse mit der Radaufstandsebene in Bezug auf die Berührfläche des Reifens (fachsprachlich "Latsch"). Ist der Abstand groß und der Latsch relativ klein, dann kann der Reifen die Schwenkbewegung durch Abrollen vollziehen. Das geht natürlich nur, wenn das Rad frei drehbar ist. Dadurch werden die Lenkkräfte zwar angenehm klein, aber es gibt starke Stützmomente auf die Lenkung durch Antriebs- und Bremskräfte. Diese können sich zwar im symmetrischen Fall von 2 Rädern einer Achse kompensieren, unangenehm wird es aber, wenn (wie in der Praxis) die Verhältnisse nicht symmetrisch sind. Geht die Schwenkachse aber mittig durch den Latsch, gibt es keine Reaktionskräfte vom Antrieb auf die Lenkung, aber der Reifen radiert beim Lenkeinschlag, so dass relativ hohe, aber auch gut vorhersehbare Kräfte auftreten.

Ist die Schwenkachse zur Senkrechten geneigt, dann ergeben sich weitere Kräfte, so wird das Fahrzeug beim Lenken gleichzeitig angehoben oder gesenkt. Auch können Rückstellkräfte auftreten, die Abhängig von der Stärke des Lenkeinschlags wirken. Das wird bei allen Zweirädern so gemacht, bei denen die geneigte Schwenkachse deutlich vor dem Latsch liegt.

Der einfachste Fall (Schwenkachse senkrecht, geht mittig durch den Latsch) wäre für eine einfache Abschätzung der Lenkkräfte anzustreben. Konstruktiv kann diese Auslegung manchmal schwierig sein, weil die Lagerung der Schwenkachse mit den sonstigen, in der Radebene befindlichen Bauteilen kollidiert. Das ist dann aber ein anderes Thema.