DE102015114689A1

DE102015114689A1 - Modularer Elektrofahrradantriebsstrang

Info

Publication number: DE102015114689A1
Application number: DE102015114689.4A
Authority: DE
Inventors: Christopher Peplin; Zachary David Nelson; David Melcher; Sudipto Aich; Jamel Seagraves
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2014-09-15
Filing date: 2015-09-02
Publication date: 2016-03-17
Also published as: CN105416192A; GB2532319A; US20160075225A1; GB201516092D0; RU2015139081A; MX2015012376A; US10005352B2

Abstract

Eine Antriebseinheit für ein Fahrzeug enthält eine Antriebseinheitsspindel. Die Antriebseinheitsspindel erstreckt sich entlang einer Achse zur Verbindung der Antriebseinheit mit dem Fahrzeug. Die Antriebseinheit enthält ferner eine oder mehrere Radanordnungen. Jede der Radanordnungen weist eine Nabe auf, die entfernbar durch die Spindel entlang der Achse gestützt wird. Mindestens eine der Radanordnungen enthält ein Rad, das sich um die Nabe dreht und einen Motor, der mit dem Rad zum Drehen des Rads um die Nabe verbunden ist.

Description

HINTERGRUND
Der Antriebsstrang ist weiterhin ein wesentlicher Faktor, der zu den Kosten von heutigen elektrifizierten Fahrzeugen beiträgt. Die Batterien und Motoren, die mit elektrifizierten Antriebssträngen in Verbindung stehen, erhöhen die Kosten signifikant im Vergleich zu herkömmlichen Antriebssträngen für innere Verbrennung. Des Weiteren müssen bei elektrifizierten Antriebssträngen hinsichtlich Effizienz in der Regel viele Kompromisse eingegangen werden. Die Optimierung eines elektrifizierten Fahrzeugs für eine verbesserte Effizienz bei Schnellstraßengeschwindigkeit führt zu einer geringeren Effizienz beim Fahren mit geringer Geschwindigkeit. Fahrzeuge, die für geringe Geschwindigkeiten optimiert sind, sind auf der Schnellstraße nicht zufriedenstellend. Somit besteht ein Erfordernis für elektrifizierte Antriebsstränge, die an ihre Betriebsbedingungen angepasst werden können.
Ferner kann ein multimodales Transportsystem ein Fahrzeug, das für einen ersten Teil einer Reise verwendet wird, und ein elektrisch unterstütztes Fahrrad für einen zweiten Teil der Reise enthalten. Zum Beispiel kann ein Benutzer das elektrisch unterstützte Fahrrad im Fahrzeug transportieren, so dass das elektrisch unterstützte Fahrrad nach Beendigung des ersten Teils der Reise in dem Fahrzeug von dem Fahrzeug entfernt und für den zweiten Teil der Reise verwendet werden kann. Jedoch kann der Transport des elektrisch unterstützten Fahrrads im Fahrzeug Platzmangel im Fahrzeug verursachen, insbesondere bei relativ kleinen Fahrzeugen. Somit gibt es weiterhin Möglichkeiten zur Verminderung von mit multimodalen Transportsystemen verbundenem Platzmangel.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht eines multimodalen Transportsystems, das ein Fahrzeug und ein Fahrrad mit einer Radanordnung enthält, die zum wahlweisen Anbringen an dem Fahrzeug und an dem Fahrrad geformt ist.
2 ist eine perspektivische Ansicht des Fahrzeugs, das eine Antriebseinheit mit mehreren Radanordnungen enthält.
3 ist eine auseinandergezogene Ansicht der Antriebseinheit des elektrifizierten Fahrzeugs.
4 ist ein Blockdiagramm eines Antriebssystems für eine der Radanordnungen.
5 ist eine perspektivische Ansicht eines Fahrzeugs, das eine Fahrradspindel zur Verbindung mit der Radanordnung enthält.
6 ist eine perspektivische Ansicht einer ersten Seite einer der Radanordnungen.
7 ist eine perspektivische Ansicht einer zweiten Seite der Radanordnung von 6.
8 ist eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform der Antriebseinheitsspindel mit elektrischen Verbindern, die sich entlang einer Außenfläche der Antriebseinheitsspindel erstrecken.
9 ist eine Draufsicht einer anderen Ausführungsform einer Nabe der Radanordnung mit elektrischen Verbindern an einer Innenfläche zur Verbindung mit der Antriebseinheitsspindel von 8.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf die Figuren, in denen gleiche Zahlen in sämtlichen der mehreren Ansichten gleiche Teile anzeigen, wird ein multimodales Transportsystem 10 allgemein gezeigt. Das multimodale Transportsystem 10 enthält eine Antriebseinheit 20 zur Verbindung mit einem Fahrzeug 11, ein Fahrrad 100 und mehrere Radanordnungen 50. Die Antriebseinheit 20 weist eine Antriebseinheitsspindel 30 auf, die sich entlang einer Achse A1 erstreckt, und das Fahrrad 100 weist eine Fahrradspindel 110 auf. Die mehreren Radanordnungen 50 enthalten jeweils eine Nabe 70, wobei die Naben 70 durch die Antriebseinheitsspindel 30 entlang der Achse A1 entfernbar gestützt werden. Eine Radanordnung 500 der mehreren Radanordnungen 50 enthält eine Rad 52, das um die Nabe 70 drehbar ist, und einen Motor 64 zum Antrieb des Rads 52 um die Nabe 70. Die Nabe 70 der einen Radanordnung 50 definiert eine Öffnung 78, die zur Befestigung auf der Antriebseinheitsspindel 30 und wahlweise zum Anbringen auf der Fahrradspindel 110 geformt ist.
Das multimodale System 10 gestattet das Teilen der einen Radanordnung 500 zwischen dem Fahrzeug 11 und dem Fahrrad 100. Dies weist den Vorteil auf, dass die Kosten des multimodalen Systems 10 reduziert werden, da eine eigens vorgesehene Radanordnung 500 für das Fahrrad 100 nicht erforderlich ist. Stattdessen kann die eine Radanordnung 500 am Fahrzeug 11 verwendet werden, während das Fahrzeug 11 das Fahrrad 100 transportiert. Bei Erreichen eines Zielorts kann die eine Radanordnung 500 von dem Fahrzeug 11 entfernt und am Fahrrad 100 angebracht werden. Dies hat den zusätzlichen Vorteil, dass das Fahrrad 100 während des Transports weniger Platz im Fahrzeug 11 einnimmt, da die eine Radanordnung 500 während dieser Phase einer Reise am Fahrzeug 11 angebracht sein wird.
Auf 1 Bezug nehmend, können die mehreren Radanordnungen 50 des multimodalen Transportsystems 10 an der Antriebseinheit 20 des Fahrzeugs 11 angebracht sein, während das Fahrzeug 11 das Fahrrad 100 transportiert. Wie in den 1 und 5 gezeigt, kann die eine Radanordnung 500 bei Erreichen eines Zielorts von der Antriebseinheit 20 entfernt und an der Fahrradspindel 110 angebracht werden. Dies gestattet ein Teilen der Radanordnung 500 zwischen dem Fahrzeug 11 und dem Fahrrad 100.
Das Fahrzeug 11 kann vielerlei Art sein, wie zum Beispiel jeglicher Art von Automobil. Ferner ist das Fahrzeug 11 nicht auf ein Automobil beschränkt, sondern kann irgendeine andere Art von Fahrzeug sein. Zum Beispiel kann das Fahrzeug 11 ein Golfwagen sein.
Das Fahrrad 100 kann beliebiger geeigneter Art sein. Als Alternative zu dem Fahrzeug 100 kann das multimodale Transportsystem 10 ein Dreirad, einen Scooter, ein Moped, ein Einrad, ein Geländefahrzeug usw. enthalten. Bei einer solchen Konfiguration können das Dreirad, der Scooter, das Moped, das Einrad, das Geländefahrzeug usw. die Fahrradspindel 110 zur Aufnahme der Radanordnung 500 enthalten.
Die Anzahl und die Position der am Fahrzeug 11 befestigten Antriebseinheiten 20 sind ebenfalls nicht einschränkend. Wie in den 1 und 2 gezeigt, kann das Fahrzeug 11 zum Beispiel zwei Antriebseinheiten 20 enthalten, eine in der rechten hinteren Ecke 13 und eine in der linken hinteren Ecke 15. Die Antriebseinheiten 20 könnten jedoch in der vorderen linken Ecke 17 bzw. der vorderen rechten Ecke (nicht gezeigt) des Fahrzeugs positioniert sein. An dem Fahrzeug 11 könnte nur eine einzige Antriebseinheit 20 verwendet werden. Als anderes Beispiel könnten vier Antriebseinheiten 20 an den vier Ecken des Fahrzeugs 11 verwendet werden. Mit anderen Worten, ein oder mehrere Räder des Fahrzeugs 11 können durch Antriebseinheiten 20 ersetzt werden.
Das Fahrrad 100 kann eine geeignete Anzahl von Fahrradspindeln 110 enthalten. Zum Beispiel kann das Fahrrad 100 die Fahrradspindel 110 an einer vorderen Radhalterstelle 104 aufweisen. Als anderes Beispiel können die Fahrradspindeln 110 des Fahrrads 100 sowohl an der vorderen Radhalterstelle 104 als auch an der hinteren Radhalterstelle 106 positioniert sein.
Immer noch unter Bezugnahme auf 1 kann das Fahrzeug 11 einen Heber 12 enthalten. Der Heber 12 hebt das ganze Fahrzeug 11 oder einen Teil davon an, um ein Entfernen und Befestigen der Radanordnungen 50 von bzw. an der Antriebseinheit 20 zu gestatten. Es kann entweder ein integrierter oder ein externer Heber 12 verwendet werden. Der Heber kann automatisch betätigt sein, zum Beispiel unter Verwendung eines (nicht gezeigten) Motors, oder er kann manuell betätigt sein, zum Beispiel unter Verwendung eines (nicht gezeigten) Hebels, der von dem Fahrer manuell bedient wird.
Wie in den 1–3 gezeigt, enthält die Antriebseinheit 20 eine Antriebseinheitsspindel 30, mehrere Radanordnungen 50, die entfernbar auf der Antriebseinheitsspindel 30 gestützt werden, und eine an der Antriebseinheitsspindel 30 befestigte Verriegelungskappe 90. Die in den 1–3 gezeigte beispielhafte Antriebseinheit 20 enthält vier Radanordnungen 50. Die Anzahl der Radanordnungen 50 ist jedoch nicht festgelegt. Eine Antriebseinheit 20 kann dazu ausgeführt sein, mehr oder weniger Radanordnungen 50 gemäß den erwarteten Erfordernissen eines bestimmten Fahrzeugs 11 zu enthalten.
Die Antriebseinheitsspindel 30 weist ein proximales Ende 42 und ein distales Ende 44 auf. Die Antriebseinheitsspindel 30 enthält einen Basisteil 32 am proximalen Ende 42 zur Verbindung mit dem Fahrzeug 11 und einen Achsteil 36, der sich entlang einer Achse A1 vom Basisteil 32 erstreckt. Der Achsteil 36 weist ein mit der Basis 32 verbundenes proximales Ende 46 und ein distales Ende 48 auf. Die Antriebseinheitsspindel 30 ist mit dem Fahrzeug 11 verbunden und stützt die mehreren Radanordnungen 50 zwischen dem proximalen Ende 42 und dem distalen Ende 44. Die Verriegelungskappe 90 ist mit dem distalen Ende 44 der Antriebseinheitsspindel 30 verbunden.
Wie in 5 gezeigt, weist das Fahrrad einen Rahmen 102 auf. Eine Fahrradspindel 110 ist am Rahmen angebracht und erstreckt sich entlang einer Achse A2 zur Abstützung einer Radanordnung 500. Die Radanordnung 500 enthält eine Nabe 70, die eine Öffnung 78 zur Befestigung der Radanordnung 500 auf der Fahrradspindel 110 bildet. Eine Befestigungskappe 190 kann auch auf der Fahrradspindel 110 angebracht sein.
Es können Vorkehrungen zur Ausrichtung der Naben 70 der Radanordnungen 50 auf der Antriebseinheitsspindel 30 getroffen sein.
Die Antriebseinheitsspindel 30 enthält ein Ausrichtungsmerkmal 38. Die Nabe 70 jeder Radanordnung 500, 502, 504, 506 definiert eine Öffnung 78, die mit dem Ausrichtungsmerkmal 38 zum Ausrichten der Nabe 70 auf der Antriebseinheitsspindel 30 in Eingriff steht.
Wie in 3 gezeigt, ist das Ausrichtungsmerkmal 38 auf dem Achsteil 36 ausgebildet. Der Achsteil 36 erstreckt sich entlang einer Achse A1 von dem Basisteil 32 der Antriebseinheitsspindel 30. Der Achsteil 36 weist eine halbzylindrische Form auf, und das Ausrichtungsmerkmal 38 ist als eine flache Fläche auf einer Seite des Achsteils 36 ausgebildet. Das proximale Ende 46 des Achsteils 36 ist am Basisteil 32 befestigt. Das distale Ende 48 des Achsteils 36 enthält einen Befestigungsteil 40 zum Anbringen der Verriegelungskappe 90 auf der Antriebseinheitsspindel 30. Das Ausrichtungsmerkmal 38 richtet die Radanordnungen 500, 502, 504, 506 aus, wenn sie auf dem Achsteil 36 der Antriebseinheitsspindel 30 angebracht sind. Es können andere Formen für den Achsteil 36 und das Ausrichtungsmerkmal 38 verwendet werden, die die Radanordnungen 500, 502, 504, 506 stützen und ausrichten.
Die zweite Radanordnung 502 der mehreren Radanordnungen 50 kann zusammen mit der ersten Radanordnung 500 ein Rad 52, das um die Nabe 70 drehbar ist, und einen Motor 64, der mit dem Rad 52 verbunden ist, enthalten. Der Motor 64 der einen Radanordnung 500 und der Motor 64 der zweiten Radanordnung 502 können unabhängig betreibbar sein. Wie unten besprochen, können die eine Radanordnung 500 sowie die zweite Radanordnung 502 jeweils ein Steuersystem 60 aufweisen. Das Steuersystem 60 sowohl der einen Radanordnung 500 als auch der zweiten Radanordnung 502 kann den Motor 64 sowohl in der einen Radanordnung 500 als auch in der zweiten Radanordnung 502 jeweils steuern.
Die Anzahl der Radanordnungen 500, 502, 504, 506, die motorisiert sind, ist nicht begrenzt. Zusätzlich zu der einen Radanordnung 500 können jegliche oder alle der anderen Radanordnungen 502, 504 und 506 einen Motor 64 zum Antrieb des Rads 52 um die Nabe 70 enthalten. Der Motor 64 jeder der Radanordnungen 500, 502, 504, 506 kann unabhängig betreibbar sein. Bei der beispielhaften Antriebseinheit 20 gemäß der Darstellung in 3 enthält jede der Radanordnungen 500, 502, 504, 506 ein Antriebssystem 60 und ist motorisiert.
Wie in 4 gezeigt, enthält das Antriebssystem 60 elektrische Verbinder 74, 174 zur elektrischen Verbindung der Radanordnungen 500, 502, 504, 506 mit der Antriebseinheitsspindel 30 und miteinander. Ferner enthält das Antriebssystem 60 den Motor 64 zum Drehen des Rads 52 um die Nabe 70, eine mit dem Motor 64 in Verbindung stehende Steuereinheit 62 und eine mit dem Motor 64 in Verbindung stehende Batterie 66.
Der Motor 64 kann ein Elektromotor sein.
Die Batterie 66 kann eine Lithiumbatterie sein, die mit dem Motor 64 in Verbindung steht.
Die eine Radanordnung 500 enthält eine Steuereinheit 62, die mit dem Motor 64 in Verbindung steht. Wie in den 3 und 4 gezeigt, enthält das Antriebssystem 60 jeder Radanordnung 500, 502, 504, 506 eine Steuereinheit 62.
Die Steuereinheit 62 kann eine Mikrosteuerung oder ein Computer oder eine digitale Logikschaltung oder irgendeine andere Form von elektronischer Schaltung sein, die Eingangssignale und Befehle empfangen kann, basierend auf den Eingangssignalen und Befehlen Entscheidungen treffen kann und Ausgangssignale zur Steuerung des Motors 64 bereitstellen kann.
Die Steuereinheit 62 kann zum Empfangen von Befehlen vom Fahrzeug 11 zum Betrieb der Radanordnung 500, 502, 504, 506 und/oder vom Fahrrad 100 zum Betrieb der Radanordnung 500 programmiert sein. Zum Beispiel könnte die Steuereinheit 62 einen Befehl vom Fahrzeug 11 zum Antreiben des Motors 64 mit einer bestimmten Drehzahl empfangen und entsprechende Ausgaben an den Motor 64 der Radanordnung 500, 502, 504, 506 bereitstellen.
Die Steuereinheit 62 kann ein gemeinsames Kommunikationsprotokoll zum Empfangen von Befehlen vom Fahrzeug 10 und Empfangen von Befehlen vom Fahrrad 100 verwenden. Das gemeinsame Kommunikationsprotokoll könnte irgendeiner geeigneten Art sein, zum Beispiel ein Standardprotokoll, ein angepasstes Protokoll, das speziell für Anwendungen von elektrischen Triebsträngen entwickelt wurde, oder irgendein anderes geeignetes Protokoll. Als anderes Beispiel kann die Steuereinheit 62 eine geeignete Art von Kommunikationsprotokoll zum Empfangen von Befehlen vom Fahrzeug 10 und eine andere geeignete Art von Kommunikationsprotokoll zum Empfangen von Befehlen vom Fahrrad verwenden.
Die eine Radanordnung 500 enthält eine Batterie 66 zur Zuführung von Leistung zum Motor 64. Wie in den 3 und 4 gezeigt und oben besprochen, enthält jede der Radanordnungen 500, 502, 504, 506 ein eine Batterie enthaltendes Antriebssystem 60.
Die eine Radanordnung 500 kann zum Empfangen von Befehlen vom Fahrzeug 11 bei Befestigung an der Antriebseinheitsspindel 30 programmiert sein und zum autonomen Betrieb bei Befestigung an der Fahrradspindel 110 programmiert sein.
Die Steuereinheit 62 kann zum Beispiel dazu programmiert sein, zu bestimmen, ob die eine Radanordnung 500 an der Antriebseinheit 20 eines Fahrzeugs 11 angebracht ist, und ferner zu bestimmen, ob die eine Radanordnung 500 auf einer Fahrradspindel 110 angebracht ist. Die Steuereinheit 62 könnte diese Bestimmung auf Vorliegen oder fehlendes Vorliegen von Befehlen von einem Fahrzeug 11 basieren. Gemäß der Bestimmung kann die Steuereinheit 62 zwischen einem Slave-Modus zum Entgegennehmen von Befehlen von einem Fahrzeug 11 und einem autonomen Modus zum Bereitstellen von Fahrunterstützung für das Fahrrad 100 schalten.
Als anderes Beispiel und unter Bezugnahme auf die 3 und 5 könnte die Steuereinheit 62 dazu programmiert sein, eine Differenz der Konfiguration eines elektrischen Verbinders 34 an der Antriebseinheitsspindel 30 und eines elektrischen Verbinders 120 an der Fahrradspindel 110 zu detektieren.
Die Antriebseinheitsspindel 30 enthält einen elektrischen Verbinder 34, und die Nabe 70 jeder der mehreren Radanordnungen 50 enthält einen elektrischen Verbinder 74, 174, der mit dem elektrischen Verbinder 34 der Antriebseinheitsspindel 30 verbunden ist.
Wie in 3 gezeigt, enthält der Basisteil 32 den elektrischen Verbinder 34. Wie ferner in 3 gezeigt, kann der elektrische Verbinder 34 in Form mehrerer Stifte vorliegen, die sich an den Achsteil 36 umgebenden Stellen vom Basisteil 32 erstrecken.
Der elektrische Verbinder 34 kann auch viele andere Formen annehmen. Zum Beispiel könnte der elektrische Verbinder 34 ein Streifenleiter mit abwechselnden leitenden und nicht leitenden Teilen oder mehrere Metallplatten oder andere Formen von Verbindern, die gemeinhin in der Automobilindustrie verwendet werden, sein. Der elektrische Verbinder 34 kann zum Kommunizieren von Daten zwischen dem Fahrzeug 11 und den Radanordnungen 50 verwendet werden. Der elektrische Verbinder 34 kann auch zum Bereitstellen einer Leistungsverbindung zwischen dem Fahrzeug 11 und den Radanordnungen 50 verwendet werden.
Die Radanordnungen 50 sind zum Anbringen an der Antriebseinheitsspindel 30 über die Nabe 70 konfiguriert. Unter Bezugnahme auf 3 definiert die Nabe 70 eine Öffnung 78, die mit dem Ausrichtungsmerkmal 38 zum Ausrichten der Nabe 70 auf der Antriebseinheitsspindel 30 in Eingriff steht. Auf diese Weise wird die Nabe 70 durch den Achsteil 36 in einer festgelegten Ausrichtung gestützt. Die Nabe 70 enthält auch elektrische Verbinder 74, 174. Der elektrische Verbinder 74 auf der Nabe 70 ist zum Zusammenfügen mit dem elektrischen Verbinder 34 auf der Antriebseinheitsspindel 30, wenn die Radanordnung 506 an der Antriebseinheit 20 angebracht ist, konfiguriert.
Auf ähnliche Weise weist die Fahrradspindel 110, wie in 5 gezeigt, eine Basis 112 zum Verbinden der Fahrradspindel 110 mit einem Fahrradrahmen 102 auf. Die Basis 112 kann einen elektrischen Verbinder 120 aufweisen, und der elektrische Verbinder 120 kann in Form von mehreren Stiften, die sich von dem Basisteil 112 erstrecken, vorliegen. Des Weiteren enthält die Fahrradspindel 110 einen Achsteil 114 mit einem Ausrichtungsmerkmal 116.
Die Radanordnung 500 ist auf ähnliche Weise wie oben unter Bezugnahme auf die Antriebseinheitsspindel 30 beschrieben an der Fahrradspindel 110 angebracht. Die Nabe 70 definiert eine Öffnung 78, die mit dem Ausrichtungsmerkmal 116 zum Ausrichten der Nabe 70 auf der Fahrradspindel 110 in Eingriff steht. Auf diese Weise wird die Nabe 70 durch den Achsteil 114 in einer festgelegten Ausrichtung gestützt. Der elektrische Verbinder 74 an der Nabe 70 ist zum Zusammenfügen mit dem elektrischen Verbinder 120 an der Fahrradspindel konfiguriert.
Auf diese Weise kann die zuvor am Fahrzeug 11 verwendete Radanordnung 500 an einem Fahrrad 100 befestigt werden und Fahrunterstützung für dieses liefern.
Als nächstes wird ein beispielhaftes Verbindungssystem zum elektrischen Miteinanderverbinden der Radanordnungen 500, 502, 504, 506 und des Fahrzeugs 11 gezeigt.
Erneut auf 3 Bezug nehmend, weist die Antriebseinheitsspindel 30 ein proximales Ende 42 zur Verbindung mit dem Fahrzeug 11 und ein distales Ende 44, das von dem proximalen Ende 42 beabstandet ist, auf. Das proximale Ende 42 enthält den elektrischen Verbinder 34, und die eine Radanordnung 506 enthält einen elektrischen Verbinder 74, der mit dem elektrischen Verbinder 34 der Antriebseinheitsspindel 30 verbunden ist.
Wie weiter in den 3, 6 und 7 gezeigt, enthält eine zweite Radanordnung 504 der mehreren Radanordnungen 50 ein um die Nabe 70 drehbares Rad 52, einen mit dem Rad 52 verbundenen Motor 64 und einen mit dem elektrischen Verbinder 74, 174 der einen Radanordnung 506 verbundenen elektrischen Verbinder 74, 174.
Die Radanordnungen 500, 502, 504, 506 sind zur Unterstützung von Verbindungsfähigkeit der Radanordnungen 500, 502, 504, 506 untereinander und mit dem Fahrzeug 11 konfiguriert. Wie in den 6 und 7 gezeigt, weisen die Radanordnungen 500, 502, 504, 506 eine erste Seite 51 und eine zweite Seite 53 auf. Die erste Seite 51 einer Radanordnung 500, 502, 504, 506 kann bei Befestigung auf der Antriebseinheitsspindel 30 von dem Fahrzeug 11 weg weisen. Wie in 6 gezeigt, enthält die erste Seite 51 der Radanordnungen 500, 502, 504, 506 einen elektrischen Verbinder 174. Der elektrische Verbinder 174 kann dann in Form von mehreren Stiften vorliegen, die sich von der Nabe 70 erstrecken.
Eine zweite Seite 53 der Radanordnungen 500, 502, 504, 506 kann bei Befestigung auf der Antriebseinheitsspindel 30 zum Fahrzeug 11 weisen. Wie in 7 gezeigt, enthält die zweite Seite 53 der Radanordnungen 500, 502, 504, 506 einen elektrischen Verbinder 74. Der elektrische Verbinder 74 kann in Form von mehreren Metallplatten vorliegen, die zur Verbindung mit den Stiften des elektrischen Verbinders 174 positioniert sind, wenn die Radanordnungen 50 auf der Antriebseinheitsspindel 30 gestützt werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass der elektrische Verbinder 74 und der elektrische Verbinder 174 einer Radanordnung 500, 502, 504, 506 unabhängige elektrische Verbinder sein können. Als Alternative dazu können der elektrische Verbinder 74 und der elektrische Verbinder 174 miteinander verbunden sein, so dass ein Verbindungspunkt des elektrischen Verbinders 74 direkt mit einem Verbindungspunkt am elektrischen Verbinder 174 verbunden sein kann.
Der elektrische Verbinder 34 auf der Antriebseinheitsspindel 30, die elektrischen Verbinder 74, 174 an den Radanordnungen 500, 502, 504 und 506 sind in Form einer "Daisy Chain" in Reihe verbunden, wenn die Radanordnungen 500, 502, 504 und 506 auf der Antriebseinheitsspindel 30 angebracht sind. Unter erneuter Bezugnahme auf 3 wird der elektrische Verbinder 74 der ersten Radanordnung 506, wenn eine erste Radanordnung 506 mit einer zweiten Seite 53 nach innen zum Fahrzeug weisend auf der Antriebseinheitsspindel 30 angebracht ist, mit dem elektrischen Verbinder 34 der Antriebseinheitsspindel 30 verbunden.
Wenn nach Anbringen der ersten Radanordnung 506 eine zweite Radanordnung 504 mit der zweiten Seite 53 nach innen zum Fahrzeug weisend angebracht wird, wird ferner der elektrische Verbinder 74 der zweiten Radanordnung 504 mit dem elektrischen Verbinder 174 der ersten Radanordnung verbunden. Ebenso könnten zusätzliche Radanordnungen 502, 500 auf der Antriebseinheitsspindel 30 der elektrischen Verbinder 74, 174, die mit den elektrischen Verbindern 74, 174 benachbarter Radanordnungen 504, 502 verbunden sind, angebracht werden. Auf diese Weise können zwischen der Antriebseinheitsspindel 30 und jeder der Radanordnungen 500, 502, 504, 506 elektrische Verbindungen hergestellt werden, und die Radanordnungen 500, 502, 504, 506 können jeweils elektrisch miteinander verbunden werden.
Gemäß dem Obigen kann jede der Radanordnungen 500, 502, 504, 506 unabhängig Befehle vom Fahrzeug 11 empfangen. Auf diese Weise kann der Motor 64 der ersten Radanordnung 506 unabhängig vom Motor 64 der zweiten Radanordnung 504 betrieben werden.
Darüber hinaus kann die Batterie 64 der einen Radanordnung 500 von dem Fahrzeug 11 durch die Verbindung zwischen dem elektrischen Verbinder 34 der Antriebseinheitsspindel 30 und dem elektrischen Verbinder 74 der einen Radanordnung 500 aufgeladen werden. Wenn die Radanordnung 500 am Fahrrad 100 angebracht ist, kann die in der Batterie 64 gespeicherte Ladung zur Bereitstellung von Leistung für die Radanordnung 500 zum Bereitstellen von Fahrunterstützung für das Fahrrad 100 verwendet werden.
Der elektrische Verbinder 174 und der elektrische Verbinder 74 sind nur ein Beispiel für das Zusammenfügen von elektrischen Verbindern, die zur elektrischen Verbindung benachbarter Radantriebsmodule 50 verwendet werden können. Es können viele andere wohlbekannte Arten von elektrischen Verbindern verwendet werden, um zwischen den Radanordnungen 50 in einer Antriebseinheit 20 elektrische Verbindungsfähigkeit bereitzustellen.
Unter Bezugnahme auf die 8 und 9 kann die Antriebseinheitsspindel 230 zum Beispiel eine Außenfläche 232 und einen elektrischen Verbinder 234 an der Außenfläche 232 enthalten, und die Nabe 170 jeder Radanordnung 150 kann eine Innenfläche enthalten, die eine Öffnung 172 definiert, welche die Antriebseinheitsspindel 230 aufnimmt. Die Nabe 170 jeder Radanordnung 150 kann einen elektrischen Verbinder 180 an der Innenfläche 172 enthalten, der mit dem elektrischen Verbinder 234 der Antriebseinheitsspindel 230 verbunden ist.
In dem in den 8 und 9 gezeigten Beispiel enthält die Radanordnung 150 eine Nabe 170, ein um die Nabe 170 drehendes Rad 52 und ein Antriebssystem 60 zum Antreiben des Rads 52 um die Nabe 170.
Die Nabe 170 weist einen elektrischen Verbinder 180 zur Bildung einer elektrischen Verbindung zwischen der Radanordnung 150 und der Antriebseinheitsspindel 230 auf. Eine Innenfläche 172 der Nabe 170 bildet eine Öffnung 178 zur Aufnahme des Achsteils 231 der Antriebseinheitsspindel 230. Der elektrische Verbinder 180 ist an der Innenfläche 172 der Nabe 170 positioniert.
Der elektrische Verbinder 180 kann zum Beispiel mehrere Metallkontaktpunkte sein, die an der Innenfläche 172 der Nabe 170 positioniert sind, so dass bei Anbringen der Radanordnung 150 auf der Spindel 120 elektrische Verbindungen zwischen dem elektrischen Verbinder 234 und dem elektrischen Verbinder 180 hergestellt werden.
Es können auch andere Formen von Verbindern, zum Beispiel auf der Spindel 120 ausgebildete Metallhöcker und Metallplatten mit Vertiefungen zur Aufnahme der Höcker an der Innenfläche 172 der Nabe 170, verwendet werden.
Ferner kann drahtlose Kommunikation zwischen dem Fahrzeug 11 und den Radanordnungen 500, 502, 504, 506, zwischen einer Radanordnung 500, 502, 504, 506 und einer anderen Radanordnung 500, 502, 504, 506 und zwischen dem Fahrrad 100 und der Radanordnung 500 verwendet werden.
Die Radanordnungen 500, 502, 504, 506 können so ausgeführt sein, dass sie verschiedene Leistungsmerkmale und auch verschiedene axiale Breiten aufweisen. Auf diese Weise können verschiedene Radanordnungen 500, 502, 504, 506 gewählt werden, um die Leistung der Antriebseinheit 20 für bestimmte Betriebsbedingungen zu optimieren.
Erneut auf die 3 und 4 Bezug nehmend, kann der Motor 64 der einen Radanordnung 506 ein höheres Antriebsvermögen als der Motor 64 der zweiten Radanordnung 504 aufweisen.
Allgemeiner können die Radanordnungen 500, 502, 504, 506 verschiedene Antriebsvermögen aufweisen. Das Antriebsvermögen hängt zumindest teilweise von der Nennleistung des Motors 64 ab.
Zum Beispiel kann eine Radanordnung 500 einen 300-W-Motor enthalten, und ein zweites Radmodul 50 kann einen 600-W-Motor enthalten, was zu einem höheren Antriebsvermögen führt.
Verschiedene Radanordnungen 50 können zum Beispiel auch Batterien 60 mit verschiedener Speicherkapazität enthalten. Auf diese Weise können die Antriebseinheiten 20 durch Wählen der geeigneten Kombination von Radantriebsanordnungen 50 an verschiedene Anforderungen (Fahren auf der Schnellstraße, Fahren auf Ortsstraßen, Schleppen eines Boots, Langstrecken usw.) angepasst werden.
Ferner kann die Breite der einen Radanordnung 506 entlang der Achse größer sein als die Breite der zweiten Radanordnung 504 entlang der Achse. Um Motoren verschiedener Größe oder Batterien verschiedener Größe Rechnung zu tragen, können verschiedene Versionen der Radanordnungen 50 auch mit verschiedenen axialen Breiten ausgeführt werden. Zum Beispiel könnten die Radanordnungen 50 mit einer axialen Breite für einen kleineren Motor und/oder einer kleineren Batterie und einer anderen, größeren axialen Breite, um einem größeren Motor 64 und/oder einer größeren Batterie 66 Rechnung zu tragen, ausgeführt werden.
Sowohl die Antriebseinheit 20 als auch das Fahrrad 100 können Verriegelungskappen 90, 190 enthalten.
Die beispielhafte Antriebseinheit 20 von 3 enthält eine Verriegelungskappe 90. Die Antriebseinheitsspindel 30 weist ein proximales Ende 42 und ein distales Ende 44 auf. Die Radanordnungen 500, 502, 504, 506 werden zwischen dem proximalen Ende 42 und dem distalen Ende 44 gestützt. Die Verriegelungskappe 90 wird dann am distalen Ende 44 mit der Antriebseinheitsspindel 30 verbunden. Die Verriegelungskappe 90 kann einen Zapfen 92 zur Befestigung der Verriegelungskappe 90 an der Antriebseinheitsspindel 30 aufweisen. Der Zapfen 92 nimmt den Befestigungsteil 40 des distalen Endes 44 des Achsteils 36 in Eingriff, um die Verriegelungskappe 90 auf der Antriebseinheitsspindel 30 zu befestigen.
Der Eingriffsteil 40 und der Zapfen 92 können zum Beispiel mit einem Gewinde versehen sein, um einander in Gewindeeingriff zu nehmen. Als Alternative dazu können der Eingriffsteil 40 und der Zapfen 92 einander auf eine beliebige geeignete Weise in Eingriff nehmen. Zum Beispiel kann die Antriebseinheitsspindel 30 einen Eingriffsteil 40 enthalten, der einen Zapfen 92 auf Schnellkupplungsweise aufnimmt.
Auf ähnliche Weise weist die Fahrradspindel 110 unter Bezugnahme auf 5 ein proximales Ende 119 zur Verbindung mit einem Rahmen 102 des Fahrrads 100 und ein distales Ende 121 auf. Die Fahrradspindel 110 weist einen Eingriffsteil 122 am distalen Ende 121 auf.
Die Radanordnung 500 wird zwischen dem proximalen Ende 119 und dem distalen Ende 121 der Fahrradspindel 110 gestützt. Eine Verriegelungskappe 190 kann am distalen Ende 121 der Fahrradspindel 110 befestigt sein. Wie in 5 gezeigt, weist die Verriegelungskappe 190 einen Zapfen 192 zur Befestigung der Verriegelungskappe 190 an der Fahrradspindel 110 auf. Der Zapfen 192 nimmt den Befestigungsteil 122 des distalen Endes 121 der Fahrradspindel 110 in Eingriff, um die Verriegelungskappe 190 auf der Fahrradspindel 110 zu befestigen.
Der Eingriffsteil 122 und der Zapfen 192 können mit einem Gewinde versehen sein, um einander in Gewindeeingriff zu nehmen. Als Alternative dazu können der Eingriffsteil 122 und der Zapfen 192 einander auf eine beliebige geeignete Weise in Eingriff nehmen. Zum Beispiel kann die Antriebseinheitsspindel 30 einen Eingriffsteil 122 enthalten, der einen Zapfen 192 auf Schnellkupplungsweise aufnimmt.
In den Zeichnungen zeigen die gleichen Bezugszahlen die gleichen Elemente an. Des Weiteren könnten einige oder alle dieser Elemente geändert werden. Demgemäß versteht sich, dass die obige Beschreibung veranschaulichend und nicht einschränkend sein soll. Viele andere Ausführungsformen und Anwendungen als die bereitgestellten Beispiele wären für den Fachmann bei Lektüre der obigen Beschreibung ersichtlich. Der Schutzumfang der Erfindung sollte nicht durch Bezugnahme auf die obige Beschreibung, sondern stattdessen durch Bezugnahme auf die angehängten Ansprüche, zusammen mit dem gesamten Äquivalenzbereich, welcher derartigen Ansprüchen zusteht, bestimmt werden. Es wird erwartet und ist beabsichtigt, dass zukünftige Entwicklungen bei der hier besprochenen Technik stattfinden werden, und dass die offenbarten Systeme und Verfahren in solche zukünftigen Ausführungsformen einbezogen werden. Zusammengefasst versteht sich, dass die Erfindung modifizierbar und abänderbar ist und nur durch die folgenden Ansprüche beschränkt wird.

Claims

Antriebseinheit für ein Fahrzeug, wobei die Antriebseinheit Folgendes umfasst: eine Antriebseinheitsspindel zur Verbindung mit einem Fahrzeug, die sich entlang einer Achse erstreckt; und mehrere Radanordnungen, die jeweils eine Nabe enthalten, die von der Antriebseinheitsspindel entlang der Achse entfernbar gestützt wird, wobei eine Radanordnung der mehreren Radanordnungen ein um die Nabe drehbares Rad und einen mit dem Rad verbundenen Motor zum Drehen des Rads um die Nabe enthält.
Antriebseinheit nach Anspruch 1, wobei die eine Radanordnung eine mit dem Motor in Verbindung stehende Steuereinheit umfasst.
Antriebseinheit nach Anspruch 1, wobei die eine Radeinheit eine Batterie zum Zuführen von Leistung zu dem Motor umfasst.
Antriebseinheit nach Anspruch 1, wobei die Antriebseinheitsspindel ein Ausrichtungsmerkmal umfasst, und die Nabe jeder Radanordnung eine Öffnung definiert, die mit dem Ausrichtungsmerkmal zum Ausrichten der Nabe auf der Spindel in Eingriff steht.
Antriebseinheit nach Anspruch 1, wobei eine zweite Radanordnung der mehreren Radanordnungen ein um die Nabe drehbares Rad und einen mit dem Rad verbundenen Motor umfasst, wobei der Motor der einen Radanordnung und der Motor der zweiten Radanordnung unabhängig betreibbar sind.
Antriebseinheit nach Anspruch 5, wobei der Motor der einen Radanordnung ein größeres Antriebsvermögen als der Motor der zweiten Radanordnung aufweist.
Antriebseinheit nach Anspruch 5, wobei die Breite der einen Radanordnung entlang der Achse größer ist als die Breite der zweiten Radanordnung entlang der Achse.
Antriebseinheit nach Anspruch 1, wobei die Antriebseinheitsspindel einen elektrischen Verbinder umfasst, und die Nabe jeder der mehreren Radanordnungen einen mit dem elektrischen Verbinder der Antriebseinheitsspindel verbundenen elektrischen Verbinder umfasst.
Antriebseinheit nach Anspruch 1, wobei die Antriebseinheitsspindel ein proximales Ende zur Verbindung mit dem Fahrzeug und ein distales Ende, das von dem proximalen Ende beabstandet ist, umfasst, wobei das proximale Ende einen elektrischen Verbinder umfasst und wobei die eine Radanordnung einen mit dem elektrischen Verbinder der Spindel verbundenen elektrischen Verbinder umfasst.
Antriebseinheit nach Anspruch 9, wobei eine zweite Radanordnung der mehreren Radanordnungen ein um die Nabe drehbares Rad, einen mit dem Rad verbundenen Motor und einen mit dem elektrischen Verbinder der einen Radanordnung verbundenen elektrischen Verbinder umfasst.
Antriebseinheit nach Anspruch 1, wobei: die Antriebseinheitsspindel eine Außenfläche und einen elektrischen Verbinder an der Außenfläche umfasst, und die Nabe jeder Radanordnung eine Innenfläche umfasst, die eine Öffnung definiert, welche die Antriebseinheitsspindel aufnimmt, wobei die Nabe jeder Radanordnung einen elektrischen Verbinder an der Innenfläche enthält, der mit dem elektrischen Verbinder der Spindel verbunden ist.
Antriebseinheit nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Verriegelungskappe, wobei: die Spindel ein proximales Ende und ein distales Ende aufweist, die Radanordnungen zwischen dem proximalen und dem distalen Ende gestützt werden, und die Verriegelungskappe an dem distalen Ende mit der Spindel verbunden ist.
Antriebseinheit nach Anspruch 8, wobei jede der mehreren Radanordnungen in der Antriebseinheit zum Empfangen von Befehlen vom Fahrzeug programmiert ist.
Multimodales Transportsystem, umfassend: eine Antriebseinheit, die eine sich entlang einer Achse zur Verbindung mit einem Fahrzeug erstreckende Antriebseinheitsspindel umfasst, ein Fahrrad mit einer Fahrradspindel, mehrere Radanordnungen, die jeweils eine Nabe enthalten, wobei eine der Radanordnungen ein um die Nabe drehbares Rad und einen mit dem Rad verbundenen Motor zum Drehen des Rads um die Nabe enthält, und eine in der Nabe der einen Radanordnung ausgebildete Öffnung, die zum Anbringen auf der Antriebseinheitsspindel und wahlweise Anbringen auf der Fahrradspindel geformt ist.
Multimodales Transportsystem nach Anspruch 14, wobei die eine Radanordnung eine mit dem Motor in Verbindung stehende Steuereinheit enthält.
Multimodales Transportsystem nach Anspruch 14, wobei die eine Radanordnung zum Empfangen von Befehlen vom Fahrzeug bei Befestigung an der Antriebseinheitsspindel programmiert ist und zum autonomen Betrieb bei Befestigung an der Fahrradachse programmiert ist.
Multimodales Transportsystem nach Anspruch 14, wobei die eine Radanordnung ferner eine Batterie umfasst.
Multimodales Transportsystem nach Anspruch 17, wobei die Antriebseinheitsspindel einen elektrischen Verbinder umfasst, die Nabe der einen Radanordnung einen elektrischen Verbinder umfasst und, wenn die eine Radanordnung auf der Antriebseinheitsspindel angebracht ist, der elektrische Verbinder der Antriebseinheitsspindel mit dem elektrischen Verbinder der einen Radanordnung verbunden ist und die Batterie durch das Fahrzeug geladen wird.
Multimodales Transportsystem nach Anspruch 14, ferner umfassend einen Heber, der zum Anbringen am Fahrzeug zum Heben des Fahrzeugs konfiguriert ist.
Multimodales Transportsystem nach Anspruch 14, wobei die eine Radanordnung zum Empfangen von Befehlen vom Fahrzeug bei Befestigung an der Antriebseinheitsspindel programmiert ist und zum Empfangen von Befehlen vom Fahrrad bei Befestigung an der Fahrradspindel programmiert ist.