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Die Erfindung betrifft ein motorisiertes niederfluriges Fahrzeug, umfassend eine erste Achse mit zwei Rädern und eine zweite Achse mit wenigstens einem Rad, einer Platte, an der die beiden Achsen angebracht sind, und eine zumindest die erste oder die zweite Achse antreibende Antriebseinrichtung.
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Solche Fahrzeuge sind im Bereich der Mikromobilität zur Fortbewegung von stehenden Personen bekannt und resultieren insbesondere aus der Überlegung, ein Skateboard mit einem elektrischen Antrieb zu versehen. Dabei ist der Einsatz solcher Fahrzeuge jedoch nicht nur auf einen Personentransport beschränkt, sondern kann auch für den führerlosen Transport von Gütern genutzt werden.
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Dabei weist ein solches Fahrzeug eine Platte, welche als Trittbrett oder Transportfläche dienen kann, eine erste Achse und eine zweite Achse sowie eine Antriebseinrichtung auf. Der in dieser Anmeldung verwendete Begriff Achse umfasst dabei sowohl starre Achsen, die an ihren Enden Räder aufnehmen als auch andere Ausführungen, bei denen Räder auf einer gedachten Drehachse mechanisch gekoppelt gelagert werden. Daneben kann eine Antriebseinrichtung auch wenigstens einen Motor, insbesondere einen Elektromotor, sowie steuerungs- und leistungselektronische Mittel, die zum Betreiben des wenigstens einen Motors nötig sind, umfassen.
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An der ersten Achse sind dabei zwei Räder angeordnet, welche von der Antriebseinrichtung angetrieben werden. Die zweite Achse, auf welche die Antriebseinrichtung ebenso wirken kann, umfasst wenigstens ein Rad, so dass das Fahrzeug typischerweise drei- oder vierrädrig ausgebildet ist. Es ist dabei unerheblich, ob die erste Achse im Sinne einer Vorzugsfahrrichtung vorn und die zweite Achse hinten angeordnet ist oder umgekehrt. Als Antriebseinrichtung kommt vorzugsweise ein von einer Energiespeichereinrichtung versorgter Elektromotor oder eine Gruppe mehrerer Elektromotoren in Betracht.
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Ein solches Fahrzeug ist beispielsweise aus der
DE 100 34 277 A1 bekannt, welche ein motorisiertes Rollbrett mit mindestens zwei Rädern, von denen mindestens eines durch einen Elektromotor angetrieben wird, beschreibt.
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Die
FR 2 982 498 A1 offenbart einen stabartigen Lenker für einen elektrisch angetriebenen Roller oder ein elektrisch angetriebenes Skateboard, wobei eine zum Beschleunigen und Abbremsen dienende Fernbedienung vorgesehen ist.
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Ferner kann ein gattungsgemäßes Fahrzeug eine Bremseinrichtung umfassen, wie sie beispielsweise in der
WO 2013/163683 beschrieben ist, wobei zum Bedienen ein Hebel am Heck vorgesehen ist.
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Herkömmliche motorisierte niederflurige Fahrzeuge weisen jedoch den Nachteil auf, dass sie lediglich wie vergleichbare durch Körperkraft angetriebene Fahrzeuge gelenkt werden. Dies bedeutet, dass der Fahrer zum Erzielen einer Lenkbewegung seinen Körperschwerpunkt verlagern muss, um das Fahrzeug in eine gewünschte Richtung zu lenken. Die für die Erzeugung einer Lenkbewegung erforderliche Verlagerung des Körperschwerpunkts erfordert allerdings eine gewisse Geschicklichkeit und Übung.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeug anzugeben, das einfacher geführt werden kann.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem motorisierten niederflurigen Fahrzeug der eingangs genannten Art vorgesehen, dass die beiden Räder der ersten Achse zum Erzeugen eines Giermoments um die Hochachse der Platte durch die Antriebseinrichtung mit unterschiedlichen Drehmomenten antreibbar sind und/oder das Fahrzeug wenigstens einen Linearaktor aufweist, der zum Erzeugen eines Giermoments um die Hochachse der Platte zum Schwenken der ersten Achse und/oder der zweiten Achse um die Hochachse ausgebildet ist.
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Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, eine auf wenigstens eine Achse des Fahrzeugs wirkende aktive elektrische Lenkung bzw. Lenkunterstützung zu realisieren, damit die Lenkaufgabe nicht mehr primär durch den Fahrer selbst, sondern durch dessen Vorgabe und einen technischen Lenkeingriff durchgeführt wird. Das zur Lenkung erforderliche Giermoment kann dabei auf zwei verschiedene Weisen erzeugt werden, welche erfindungsgemäß alternativ oder kumulativ realisierbar sind:
Zum einen ist die Antriebseinrichtung derart ausgebildet, dass sie die beiden Räder der ersten Achse mit unterschiedlichen Drehmomenten antreibt, so dass durch sogenanntes Torquevectoring das Giermoment erzeugt wird. Dabei kann selbstverständlich noch vorgesehen sein, dass zwei Räder der zweiten Achse ebenso mit unterschiedlichen Drehmomenten antreibbar sind. Es wird somit vorteilhafterweise erreicht, dass ohne zusätzliche mechanische Komponenten eine aktive Achslenkung oder Lenkunterstützung des Fahrzeugs umgesetzt wird.
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Zum anderen kann das Fahrzeug wenigstens einen Linearaktor umfassen, welcher wenigstens eine Achse so aus einer Neutrallage verschwenkt, dass das Giermoment erzeugt wird. Diese bei einem nicht motorisierten Skateboard durch Verlagerung des Körperschwerpunkts des Fahrers umgesetzte Art der Lenkung kann so mit Vorteil durch den wenigstens einen Linearaktor realisiert werden. Dies kann wiederum einer vollständigen aktiven Lenkung oder einer bloßen Lenkunterstützung dienen. Es ist hierbei von besonderem Vorteil, dass das Giermoment durch Verschwenken der Achsen erzeugt wird, so dass die Lenkung weitestgehend unabhängig von der Beschaffenheit eines Untergrunds des Fahrzeugs ist.
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Durch das Umsetzen beider dargestellter Lenkkonzepte für ein Fahrzeug können die genannten Vorteile darüber hinaus kombiniert werden. Insgesamt wird mit einem erfindungsgemäßen Fahrzeug eine höhere Fahrdynamik und eine sichere und stabile Positionierung insbesondere unerfahrener Fahrer erreicht. Darüber hinaus ist das erfindungsgemäße Fahrzeug agiler zu bewegen und vermittelt mithin einen höheren Fahrspaß. Wird anstatt eines selbstgesteuerten Personentransports ein Gütertransport durch das Fahrzeug bezweckt, so wird überhaupt erst durch die erfindungsgemäßen Merkmale eine fahrerlose Lenkung möglich.
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Eine bevorzugte Ausführung sieht vor, dass das Fahrzeug wenigstens eine zum Erfassen eines Bedienkommandos ausgebildete Eingabeeinrichtung und/oder wenigstens einen zum Erfassen eines Bedienkommandos ausgebildeten ersten Sensor sowie eine mit der Antriebseinrichtung und/oder dem wenigstens einen Linearaktor verbundene Steuerungseinrichtung umfasst. Bedienkommandos können dabei grundsätzlich sowohl die Querführung bzw. das Lenken des Fahrzeugs als auch die Längsführung, also ein Beschleunigen oder Abbremsen des Fahrzeugs, betreffen. Eine Steuerungseinrichtung, welche zur Verarbeitung des Bedienkommandos ausgebildet ist, kann beispielsweise als Mikrokontroller oder anwendungsspezifischer Schaltkreis (ASIC) realisiert werden. Je nach vorgesehener Art der Lenkung ist die Steuerungseinrichtung dann zur Vorgabe der Drehmomente einzelner Räder durch die Antriebseinrichtungen und/oder zum Steuern des Verschwenkens der ersten Achse und/oder der zweiten Achse durch den wenigstens einen Linearaktor ausgebildet. Selbstverständlich kann die Steuerungseinrichtung auch grundsätzlich zur Längsführung des Fahrzeugs, also zum Beschleunigen oder Abbremsen, ausgebildet sein.
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Darüber hinaus können Bedienkommandos durch wenigstens einen ersten Sensor erfasst werden. Ein solcher erster Sensor kann beispielsweise dazu ausgebildet sein, eine Verlagerung des Körperschwerpunkts des Fahrers zu erkennen und so eine im Wesentlichen von einem nicht motorisierten Skateboard bekannter Lenktechnik, bei der die Platte bezüglich der Achsen verschwenkt wird, als Bedienkommando zu erfassen. So wird mit Vorteil eine dem natürlichen Fahrerverhalten entsprechende Lenkunterstützung realisiert, was zu einer verbesserten Fahrdynamik beiträgt. Es ist aber auch möglich, dass die Platte und die Achsen starr gekoppelt sind. Der erste Sensor kann beispielsweise durch zwei Drucksensoren, welche die über die Platte auf die Achsen wirkenden Kräfte ermittelt, realisiert sein, wobei aus den Sensordaten die Position und/oder die Verlagerung des Körperschwerpunkts ermittelt wird. In ähnlicher Weise kann auch an der Oberfläche der Platte eine drucksensitive Sensorfolie als erster Sensor angebracht sein.
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Es ist bei einem zuvor beschriebenen Fahrzeug von besonderem Vorteil, wenn es einen als Stab ausgebildeten Lenker aufweist, welcher mit einem ersten Sensor zum Erfassen eines Bedienkommandos verbunden ist. Ein solcher Lenker erleichtert die Handhabbarkeit des Fahrzeugs und reduziert so die Gefahr eines unbeabsichtigten Absteigens oder Stürzens des Fahrers. Dazu ist der Lenker mit einem ersten Sensor verbunden, welcher zum Erfassen einer vom Fahrer auf den Lenker ausgeübten Querkraft als Bedienkommando ausgebildet ist. Vorteilhafterweise ermöglicht dies eine bessere Stabilisierung des stehenden Fahrers insbesondere bei der Kurvenfahrt. Selbstverständlich kann der erste Sensor darüber hinaus auch die Längsführung des Fahrzeugs betreffende Bedienkommandos über den Lenker erfassen.
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Vorteilhaft ist es bei einem erfindungsgemäßen Fahrzeug mit Lenker, wenn dieser um wenigstens eine Drehachse schwenkbar an der Platte angeordnet ist. Dabei ist es besonders sinnvoll, ein Verschwenken des Lenkers in Längsrichtung des Fahrzeugs als ein die Längsführung betreffendes Bedienkommando zu erfassen, wobei insbesondere ein Verschwenken gegen die aktuelle Fahrtrichtung, das heißt eine zum Fahrer gerichtete Bewegung, ein Abbremsen des Fahrzeugs signalisieren kann. Es ist darüber hinaus auch denkbar, dass mit dem Lenker weitere mechanische Mittel, wie ein Übersetzungsgetriebe oder ein Seilzug, gekoppelt sind, die der Erfassung eines Bedienkommandos dienen.
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Es kann ferner vorgesehen sein, dass der Stab klappbar und/oder abnehmbar und/oder in seiner Länge veränderbar und/oder als Tragegriff arretierbar ausgebildet ist. Darüber hinaus können in den Lenker weitere Bedien- und/oder Anzeigeelemente integriert werden. Es kann darüber hinaus vorgesehen sein, dass der Lenker eine Schnittstelle für eine mobile Datenverarbeitungs- und/oder Kommunikationseinrichtung, wie beispielsweise ein Smartphone oder ein Tablet, aufweist. Diese Schnittstelle kann zur Realisierung einer erweiterten Mensch-Maschine-Schnittstelle durch die mobile Datenverarbeitungs- und/oder Kommunikationseinrichtung und/oder zu deren Versorgung mit elektrischer Energie ausgebildet sein. Dabei können Betriebsdaten des Fahrzeugs angezeigt und/oder Betriebsparameter für das Fahrzeug vorgegeben und/oder Sensordaten der mobilen Datenverarbeitungs- und/oder Kommunikationseinrichtung an das Fahrzeug übergeben werden. Weiterhin eignet sich der Lenker auch dafür, dass an ihm eine oder mehrere Beleuchtungseinrichtungen angeordnet sind. Schließlich ist es auch denkbar, dass der Lenker Mittel zur Umfelderkennung aufweist, welche durch die Steuerungseinrichtung verarbeitbar sind.
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Es ist bei einem erfindungsgemäßen Fahrzeug mit einem Lenker darüber hinaus zweckmäßig, dass ein freier Endabschnitt des Lenkers um wenigstens eine Drehachse schwenkbar gelagert und zum Erfassen eines Bedienkommandos ausgebildet ist. Solche Bedienkommandos können insbesondere die Längsführung des Fahrzeugs betreffen, so dass ein Beschleunigen und Abbremsen des Fahrzeugs vorgegeben werden kann. Es ist dabei von besonderem Vorteil, wenn der freie Endabschnitt deutlich kürzer als der gesamte Lenker ist, beispielsweise nur ein Viertel seiner Länge umfasst, um ein für die Standsicherheit auf der Platte ungünstiges Vorbeugen des Fahrers bei einer positiven Beschleunigung zu verhindern. Darüber hinaus ist es denkbar, dass weitere Abschnitte des Lenkers jeweils um wenigstens eine Drehachse schwenkbar und/oder drehbar gelagert sind, um weitere Eingabemöglichkeiten für Bedienkommandos zu realisieren.
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Es ist bei einem erfindungsgemäßen Fahrzeug mit einer Eingabeeinrichtung des Weiteren vorteilhaft, wenn diese als Fernbedienung ausgebildet ist. Daher kann es sich um eine kabelgebundene Fernbedienung, welche der Fahrer in Händen hält, und/oder Bedienelemente an der Oberfläche der Platte handeln. Alternativ oder zusätzlich kann eine kabellose Fernbedienung mit einem entsprechenden Empfänger vorgesehen sein.
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Es ist im Rahmen der Erfindung bei einem Fahrzeug mit einer Steuerungseinheit von besonderem Vorteil, wenn diese zum Regeln des Giermoments anhand des erfassten Bedienkommandos ausgebildet ist. Dabei wirkt die Steuerungseinheit so auf die Antriebseinrichtung und/oder den wenigstens einen Linearaktor, dass ein Ist-Giermoment des Fahrzeugs auf ein aus dem erfassten Bedienkommando abgeleitetes Soll-Giermoment geregelt wird.
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Bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeug wird es besonders bevorzugt, wenn das Fahrzeug wenigstens einen zum Detektieren eines Betriebszustands der Antriebseinrichtung und/oder des wenigstens einen Linearaktors ausgebildeten zweiten Sensor umfasst, wobei die Steuerungseinrichtung zum Stabilisieren des Fahrverhaltens des Fahrzeugs und/oder zum Vermeiden eines Verlusts eines Kontakts eines Rads mit einem Untergrund des Fahrzeugs unter Berücksichtigung des detektierten Betriebszustands ausgebildet ist. Es wird mithin vorgeschlagen, das Ist-Giermoment mittels des wenigstens einen zweiten Sensors zu ermitteln und drüber hinaus die Betriebsparameter der Antriebseinrichtung und des wenigstens einen Linearaktors derart zu überwachen, dass Anzeichen für den Verlust des Kontakts eines Rades zum Untergrund des Fahrzeugs, beispielsweise im Falle eines Sturzes, an die Steuerungseinrichtung rückzukoppeln. So kann die Steuerungseinrichtung beispielsweise bei zu großem Schlupf eines Rades erkennen, dass dieses den Kontakt zum Untergrund verloren hat. Es ist somit möglich, ein sichereres Fahrverhalten des Fahrzeugs, insbesondere eine hohe Standsicherheit des Fahrers, zu realisieren und dabei gleichzeitig ein Maximum an Fahrdynamik zu erreichen. Zum Detektieren des Betriebszustands kommt insbesondere ein Erfassen der Drehzahl der Räder, des Stromaufnahme der Antriebseinrichtung und des wenigstens einen Linearaktors, des Körperschwerpunkts des Fahrers, oder einer Kraft, welche auf das Fahrzeug wirkt und vergleichbare Messgrößen in Betracht. Selbstverständlich kann die Steuerungseinrichtung darüber hinaus auch zum Regeln der Längsbewegung des Fahrzeugs anhand des erfassten Bedienkommandos ausgebildet sein.
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Es ist bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeug mit wenigstens einem Linearaktor zweckmäßig, wenn dieser einen Spindeltrieb umfasst, welcher zum Verändern der Lage einer starren, einen Abschnitt der ersten Achse an einer ersten Längsseite des Fahrzeugs mit einem Abschnitt der zwei Räder aufweisenden zweiten Achse an einer zweiten Längsseite des Fahrzeugs verbindenden ersten Kopplungseinrichtung ausgebildet ist. Insbesondere verbindet die erste Kopplungseinrichtung also zwei diagonal gegenüberliegende Räder. Die erste Kopplungseinrichtung verlagert sich in Abhängigkeit des zu erzeugenden Giermoments dabei so, dass die Achsen durch jeweiliges Schwenken um ihren Drehpunkt gegeneinander angewinkelt werden. Es wird dabei besonders bevorzugt, dass der Spindeltrieb als Kugelgewindetrieb ausgebildet ist.
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Das zuvor beschriebene Fahrzeug kann zur Stabilisierung der Achsausrichtung vorteilhafterweise weitergebildet werden, indem der Linearaktor eine starre, einen Abschnitt der ersten Achse an der zweiten Längsseite des Fahrzeugs mit einem Abschnitt der zweiten Achse an der ersten Längsseite des Fahrzeugs verbindende zweite Kopplungseinrichtung aufweist, welche zum gegengleichen Verändern ihrer Lage bezüglich der ersten Kopplungseinrichtung ausgebildet ist. Die zweite Kopplungseinrichtung verbindet insbesondere die beiden übrigen diagonal zueinander liegenden Räder und ist so ausgebildet, dass sie eine Bewegung der ersten Kopplungseinrichtung entgegengesetzt nachvollzieht. Auch hierfür kann ein Spindeltrieb, bevorzugt ein besonders reibungsarmer Kugelgewindetrieb, vorgesehen sein.
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Alternativ zu einem einen Spindeltrieb aufweisenden Linearaktor kann es bei einem erfindungsgemäßen Fahrzeug vorgesehen sein, dass es einen zum Schwenken der ersten Achse ausgebildeten ersten Linearaktor und/oder einen zum Schwenken der zweiten Achse ausgebildeten zweiten Linearaktor aufweist. Dabei genügt es lediglich eine Achse zum Erzeugen eines Giermoments zu verschwenken, wobei es jedoch bevorzugt wird, einen ersten und einen zweiten Linearaktor zu realisieren, so dass beide Achsen unabhängig voneinander lenkbar sind. Dies kann insbesondere vorteilhaft zum Stabilisieren des Fahrverhaltens im Rahmen der Regelung durch die Steuereinrichtung ausgenutzt werden.
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Es kann bei einem erfindungsgemäßen Fahrzeug zusätzlich vorgesehen sein, dass es einen Aktor zum Schwenken der Platte um ihre Längsachse umfasst, welcher mit der Steuerungseinrichtung verbunden ist. Dabei wird sinnvollerweise vorgesehen, dass die Platte in Abhängigkeit der Lenkbewegung verschwenkt wird. Das Fahrzeug nimmt die bei einer nicht starr an den Achsen gelagerten Platte erforderliche Kippbewegung also aktiv selbst vor. Vorteilhafterweise kann so die Lenkbarkeit und die Fahrstabilität des Fahrzeugs, insbesondere bei unerfahrenen Fahrern, signifikant verbessert werden.
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Es ist bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeug ferner besonders vorteilhaft, wenn es einen elektrischen Energiespeicher aufweist, welcher zum Versorgen der Antriebseinrichtung und/oder des wenigstens einen Linearaktors und/oder der Steuerungseinrichtung und/oder der Sensoren und/oder der Eingabeeinrichtung und/oder weiterer elektrischer Verbraucher mit einer elektrischen Spannung ausgebildet ist. Das Fahrzeug kann ferner z. B. an seiner Oberfläche eine oder mehrere Solarzellen aufweisen, welche zum Laden des elektrischen Energiespeichers mit diesem verbunden sind. Ferner kann an der Platte eine Beleuchtungsvorrichtung, insbesondere ein Bremslicht, vorgesehen sein. Es ist darüber hinaus auch denkbar, dass an der Platte eine Anzeigeeinrichtung ausgebildet ist, welche zum Ausgeben von Informationen über den Betriebszustand des Fahrzeugs ausgebildet ist.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:
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1 eine Ansicht von unten eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs;
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2 eine Seitenansicht des in 1 gezeigten Fahrzeugs;
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3 eine Draufsicht des in 1 gezeigten Fahrzeugs;
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4 eine Ansicht von unten eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs, umfassend einen Linearaktor, eine erste Kopplungseinrichtung und eine zweite Kopplungseinrichtung;
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5 eine Ansicht von unten eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs;
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6 eine Seitenansicht eines vierten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs, umfassend einen Lenker;
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7 eine Frontalansicht des in 6 gezeigten Fahrzeugs;
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8 eine Seitenansicht des in 6 gezeigten Fahrzeugs;
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9 eine Ansicht von unten eines fünften Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs mit drei Rädern;
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10 eine Frontalansicht eines sechsten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs, umfassend einen Aktor zum Schwenken der Platte um ihre Längsachse;
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11 eine Ansicht von unten des in 10 gezeigten Fahrzeugs; und
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12 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs.
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Die 1 bis 3 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel eines motorisierten niederflurigen Fahrzeugs 1, umfassend eine erste Achse 2 mit zwei Rädern 3, 4 und eine zweite Achse 5 mit zwei Rädern 6, 7 sowie eine Platte 8, an welcher die erste Achse 2 und die zweite Achse 5 angeordnet sind.
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1 zeigt das Fahrzeug 1 in einer Ansicht von unten. Die Räder 3, 4, 6, 7 werden mittels vier Elektromotoren 9, 10, 11, 12 einer Antriebseinrichtung angetrieben, die mit einer Steuerungseinrichtung 13 verbunden sind. Diese ist dazu ausgebildet, die Elektromotoren 9, 10, 11, 12 beim translatorischen Fahren des Fahrzeugs 1 gleichmäßig anzutreiben und zum Lenken ein Giermoment um die Hochachse der Platte 8 dadurch zu erzeugen, dass die Elektromotoren 9, 10, 11, 12 ein unterschiedliches Drehmoment auf die ihnen zugeordneten Räder 3, 4, 6, 7 ausüben. Ein solches Torquevectoring wird im Falle eines Lenkens zu der die Räder 3, 6 aufweisenden Seite des Fahrzeugs 1 dadurch bewirkt, dass das auf die Räder 3, 6 wirkende Drehmoment der Elektromotoren 9, 11 reduziert und/oder das auf die Räder 4, 7 wirkende Drehmoment der Elektromotoren 10, 12 erhöht wird, wodurch das zur Platte 8 senkrechte Giermoment entsteht. Zur Erzeugung eines entgegengesetzten Giermoments wird die beschriebene Antriebsweise seitenverkehrt ausgeführt. Die Platte 8 weist darüber hinaus einen aufladbaren elektrischen Energiespeicher 14, z. B. eine Batterie, auf, welcher die Steuerungseinrichtung 13 und die Antriebseinrichtung mit einer elektrischen Spannung versorgt.
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2 zeigt das Fahrzeug 1 in einer Seitenansicht auf die die Räder 3, 6 aufweisende Seite. Der Energiespeicher 14 weist an dieser Seite einen Ladeanschluss 15 auf, über welchen der Energiespeicher 14 mittels einer externen Spannungsquelle aufladbar ist. Die Platte 8 weist an ihrem Heck ein durch geeignete Leuchtmittel realisiertes Bremslicht 16 auf, welches durch die Steuerungseinrichtung 13 aktiviert wird, wenn das Fahrzeug 1 abgebremst wird.
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3 zeigt das Fahrzeug 1 in einer Aufsicht. Dort weist die Platte 8 drei Solarzellen 17, 18 und 19 auf, welche durch photovoltaische Energiewandlung auf die Platte 8 einstrahlendes Licht in eine elektrische Spannung zum Laden des Energiespeichers 14 umsetzen.
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4 zeigt eine Ansicht von unten eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Fahrzeugs 1, umfassend eine erste Achse 2 mit zwei Rädern 3, 4 und eine zweite Achse 5 mit zwei Rädern 6, 7, einer Platte 8, an der die beiden Achsen 2, 5 angebracht sind und vier Elektromotoren 9, 10, 11, 12 als Antriebseinrichtung für die Räder 3, 4, 6, 7. Das Fahrzeug 1 weist einen mit der Platte 8 verbundenen Linearaktor 20 auf, welcher mittels einer ersten Kopplungseinrichtung 21 einen Abschnitt der ersten Achse 2 an einer ersten Längsseite 22 mit einem Abschnitt der zweiten Achse 5 an einer zweiten Längsseite 23 verbindet. Darüber hinaus weist der Linearaktor 20 eine zweite Kopplungseinrichtung 24 auf, die einen Abschnitt der ersten Achse 2 an der zweiten Längsseite 23 mit einem Abschnitt der zweiten Achse 5 an der ersten Längsseite 22 verbindet. Der Linearaktor 20 umfasst einen nicht näher dargestellten als Kugelgewindetrieb ausgebildeten Spindeltrieb, durch welchen die Lage der ersten Kopplungseinrichtung 21 innerhalb des Spindeltriebs veränderbar ist. Bei einem Lenken in Richtung der zweiten Längsseite 23 wird dazu die Lage der ersten Kopplungseinrichtung 21 in Richtung der gezeigten Pfeile durch den Linearaktor 20 verändert, so dass die erste Achse 2 und die zweite Achse 5 entgegengesetzt um die Hochachse der Platte 8 verschwenkt werden. Das resultierende Anwinkeln der ersten Achse 2 und der zweiten Achse 5 erfolgt dabei in Richtung der gezeigten Pfeile. Zur Verbesserung der mechanischen Stabilität verfolgt die zweite Kopplungseinrichtung 24 die Lageveränderung der ersten Kopplungseinrichtung 21 gegengleich in Richtung des gezeigten Pfeils nach. Im Fall einer Lenkung in Richtung der ersten Längsseite 22 kehren sich die beschriebenen Bewegungsrichtungen entsprechend um.
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5 zeigt eine Ansicht von unten eines dritten Ausführungsbeispiels eines Fahrzeugs 1, umfassend eine erste Achse 2 mit zwei Rädern 3, 4 und eine zweite Achse 5 mit zwei Rädern 6, 7, einer Platte 8, an der die beiden Achsen 2, 5 angebracht sind und vier Elektromotoren 9, 10, 11, 12 als Antriebseinrichtung für die Räder 3, 4, 6, 7. Das Fahrzeug 1 weist einen ersten Linearaktor 25 an einem Abschnitt der ersten Achse 2 an einer zweiten Längsachse 23 des Fahrzeugs 1 sowie einen zweiten Linearaktor 26 an einem Abschnitt der zweiten Achse 5 an einer ersten Längsseite 22 des Fahrzeugs 1 auf. Zum Lenken des Fahrzeugs 1 in Richtung der zweiten Längsseite 23 schwenkt der erste Linearaktor 25 die erste Achse 2 und der zweite Linearaktor 26 die zweite Achse 5 in Richtung der gezeigten Pfeile, wodurch die erste Achse 2 und die zweite Achse 5 entgegengesetzt in Pfeilrichtung verschwenkt werden. So wird bei einem fahrenden Fahrzeug ein Giermoment um die Hochachse der Platte 8 erzeugt. Zum Lenken in Richtung der ersten Längsseite 22 kehren sich die beschriebenen Richtungen entsprechend um.
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Die 6 bis 8 zeigen ein viertes Ausführungsbeispiel eines Fahrzeugs 1, welches dem ersten Ausführungsbeispiel entspricht, jedoch zusätzlich einen Lenker 27 aufweist.
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6 zeigt das Fahrzeug 1 in einer Seitenansicht. Der Lenker 27 umfasst einen freien Endabschnitt 28, welcher in Richtung eines Pfeils 29 um eine Drehachse 30 schwenkbar gelagert ist. Ein Verschwenken des Endabschnitts 28 in Richtung des Pfeils 29 wird dabei als ein Bedienkommando für eine Beschleunigung in Fahrtrichtung erfasst und von der Steuerungseinrichtung 13 entsprechend verarbeitet. Der Lenker 27 ist ferner in Richtung eines Pfeils 31 um eine nahe der Platte 8 angeordnete Drehachse 32 schwenkbar gelagert. Ein Bewegen des Lenkers 27 in Richtung des Pfeils 31 wird dabei als ein Bedienkommando zum Abbremsen des Fahrzeugs 1 ausgewertet und von der Steuerungseinrichtung 13 entsprechend verarbeitet. Dabei sind der Lenker 27 und der Endabschnitt 28 in Gegenrichtung des Pfeils 31 bzw. des Pfeils 29 nicht weiter als in die mit durchgezogener Linie gezeigter Stellung schwenkbar, sie weisen mithin jeweils einen Anschlag in dieser Stellung auf.
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7 zeigt das Fahrzeug 1 in einer Frontalansicht. Es weist nahe der Platte 8 einen ersten Sensor 33 auf, welcher zum Detektieren einer Kraft auf den Lenker 27 in Richtung einer ersten Längsseite 22 oder der zweiten Längsseite 23 ausgebildet ist. Zum Lenken des Fahrzeugs 1 in Richtung der zweiten Längsseite 23 wird dazu eine in Richtung eines Pfeils 34 wirkende Kraft auf den Lenker 27 als ein Bedienkommando erfasst und von der Steuerungseinrichtung 13 verarbeitet.
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8 zeigt das Fahrzeug 1 in einer Seitenansicht mit einem Fahrer 35. Sie verdeutlicht, dass der Fahrer 35 zum Beschleunigen des Fahrzeugs 1 lediglich den Endabschnitt 28 in Richtung des Pfeils 29 um die Drehachse 30 schwenken muss, um ein Bedienkommando zum Beschleunigen des Fahrzeugs 1 zu erzeugen, und dabei seine aufrechte Körperhaltung beibehalten kann. Es ist nicht erforderlich, sich nach vorne zu lehnen, wie es nötig wäre, wenn zum Beschleunigen der gesamte Lenker 27 um die Drehachse 32 zu schwenken wäre. Der Fahrer 35 muss also seinen Körperschwerpunkt nicht in ungünstiger Weise in Fahrtrichtung verlagern und verfügt so über eine deutlich bessere Standsicherheit. Umgekehrt lehnt oder bewegt sich der Fahrer 35 zum Abbremsen des Fahrzeugs 1 leicht in Rücklage, um den Lenker 27 um die Drehachse 32 in Richtung des Pfeils 31 zu schwenken, wie es gestrichelt in der 8 angedeutet ist. Auch so ergibt sich vorteilhafterweise eine der Fahrsituation angepasste Körperhaltung mit entsprechender Standsicherheit.
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9 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel eines Fahrzeugs 1, das dem ersten Ausführungsbeispiel entspricht, jedoch eine zweite Achse 5 mit nur einem Rad 6 aufweist. Dieses Rad 6 ist weder angetrieben noch lenkbar. Die Steuereinrichtung 13 steuert also lediglich die mit den Rädern 3, 4 verbundenen Elektromotoren 9, 10 und setzt die Lenkung durch Torquevectoring um. Alternativ kann die Lenkung auch mittels eines Linearaktors, der auf die erste Achse 2 wirkt, entsprechend dem dritten Ausführungsbeispiel realisiert werden. Es ist auch denkbar, dass ein solches einzelnes Rad lenkbar und/oder angetrieben ist.
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Die 10 und 11 zeigen ein sechstes Ausführungsbeispiel eines Fahrzeugs 1, das auf dem ersten Ausführungsbeispiel basiert und zusätzlich einen Aktor 44 und eine Welle 45 zum Verschwenken der Platte 8 um ihre Längsachse aufweist.
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10 zeigt das Fahrzeug 1 in einer Frontalansicht. Beim Lenken des Fahrzeugs in Richtung der zweiten Längsseite 23 wird die Platte 8 in Richtung des gezeigten Pfeils verschwenkt, um eine seitliche Kippbewegung, die ein Fahrer durch Verlagerung seines Körperschwerpunkts vollziehen müsste, von selbst vorzunehmen. Dazu steuert die Steuerungseinrichtung 13 den Aktor 44 gleichzeitig mit einer von ihr gegebenenfalls vorzunehmenden Lenkbewegung an.
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11 zeigt das Fahrzeug 1 in einer Ansicht von unten. Die Platte 8 ist dazu schwenkbar mit der ersten Achse 2 und der zweiten Achse 5 verbunden, wobei die Welle 45 dazu ausgebildet ist, diese gegeneinander zu verdrehen. Die Kippbewegung der Platte 8 wird durch eine Rotation der Welle 45 mittels des Aktors 44 in Richtung des gezeigten Pfeiles erzeugt.
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12 zeigt ein Blockschaltbild eines Fahrzeugs 1 zur Verdeutlichung des Zusammenwirkens seiner Komponenten. Es umfasst alle Komponenten, die in den beschriebenen Ausführungsbeispielen vorgesehen sind. Innerhalb des Blockschaltbilds zeigen fette Verbindungslinien eine elektrische Energieversorgung und dünne Verbindungslinien einen Datenfluss. Über die in den vorangehenden Ausführungsbeispielen beschriebenen Komponenten hinaus umfasst das Fahrzeug 1 mehrere Eingabeeinrichtungen, die als plattenartige Schaltfläche 36, als kabelgebundene Fernbedienung 37 und als Empfänger 38 für eine kabellose Fernbedienung 39 ausgebildet sind. Ferner weist das Fahrzeug eine Mensch-Maschine-Schnittstelle 40 auf. Jedem Elektromotor 9, 10 sowie jedem Linearaktor 20 ist jeweils ein zweiter Sensor 41, 42, 43 zugeordnet. Es können weitere durch Punkte angedeutete Elektromotoren, Linearaktoren, Räder und zweite Sensoren sowie ein Aktor mit einer Welle vorgesehen sein.
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Das Fahrzeug 1 umfasst eine Steuerungseinrichtung 13, welche als Eingangssignale Informationen über einen Ladezustand eines Energiespeichers 14, Bedienkommandos eines Endabschnitts 28, eines ersten Sensors 33, der Schaltfläche 36, der kabelgebundenen Fernbedienung 37, der kabellosen Fernbedienung 39 über den Empfänger 38 und der Mensch-Maschine-Schnittstelle 40 sowie Informationen über Betriebszustände der zweiten Sensoren 41, 42, 43 erhält. Daneben erzeugt die Steuerungseinrichtung 13 Ausgangssignale für die Elektromotoren 9, 10 und für den Linearaktor 20 sowie für die Mensch-Maschine-Schnittstelle 40.
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Die Steuerungseinrichtung 13 ist dazu ausgebildet, mittels aus dem Stand der Technik bekannter regelungstechnischer Maßnahmen ein Ist-Giermoment auf ein durch das Bedienkommando repräsentiertes Soll-Giermoment zu regeln. In gleicher Weise regelt sie auch eine Ist-Längsbewegung des Fahrzeugs 1 auf eine durch das Bedienkommando repräsentierte Soll-Längsbewegung, wenn das Bedienkommando eine Beschleunigung oder Abbremsen betrifft. Dazu werden das Ist-Giermoment und die Ist-Längsbewegung zur Steuerungseinrichtung 13 rückgekoppelt, indem sie durch die zweiten Sensoren 41, 42, 43 detektierten Betriebszustände der Elektromotoren 9, 10 und des Linearaktors 20 auswertet. Im Rahmen der Regelung stellt die Steuerungseinrichtung 13 gleichzeitig ein stabiles Fahrverhalten des Fahrzeugs 1 sicher, indem sie die Eingangssignale der zweiten Sensoren 41, 42 dahingehend auswertet, ob ein Rad 3, 4 einen Kontakt mit einem Untergrund des Fahrzeugs 1 verloren hat. Dabei berücksichtigt die Steuerungseinrichtung 13 auch ein in ihr hinterlegtes Modell zur Nachbildung der Fahrdynamik des Fahrverhaltens des Fahrzeugs 1.
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Der erste Sensor 33 ist dazu ausgebildet, eine auf den Lenker 27 wirkende Kraft als Bedienkommando zum Lenken zu detektieren. Er ist daneben so ausgestaltet, dass er eine Verlagerung eines Körperschwerpunkts eines Fahrers ebenfalls als solch ein Bedienkommando erfasst. So kann der Fahrer das Fahrzeug 1 in einer von einem nicht motorisierten Skateboard bekannten Weise lenken oder bei der Lenkung unterstützt werden.
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Im Rahmen des Regelungsverfahrens der Steuerungseinrichtung 13 ist ferner vorgesehen, dass der Grad der stabilisierenden Regelung durch den Fahrer verändert werden kann. So kann er eine volle automatische Stabilisierung einstellen, auf diese vollständig verzichten oder einen gewünschten Zwischenwert vorgeben.
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Die Mensch-Maschine-Schnittstelle 40 ist zur Darstellung von Informationen, welche ihr durch die Steuerungseinrichtung 13 bereitgestellt werden, sowie zum Erfassen von Bedienkommandos ausgebildet. Diese Bedienkommandos können sowohl das Lenken als auch das Beschleunigen und Abbremsen des Fahrzeugs 1 betreffen. Ferner können beliebige Betriebsparameter des Fahrzeugs 1 und seiner Komponenten über die Mensch-Maschine-Schnittstelle 40 angezeigt werden, wie z. B. die mit den zweiten Sensoren 41, 42, 43 erfassten Betriebszustände oder davon abgeleitete physikalische Größen. Ebenso kann der Ladezustand des Energiespeichers 14 dort angezeigt werden.
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Der Energiespeicher 14 ist zum Laden mit einem Ladeanschluss 15 sowie mit einer Solarzelle 17 verbunden. Der Energiespeicher 14 stellt der Steuerungseinrichtung 13, der Elektromotoren 9, 10 sowie dem Linearaktor 20 die für ihren Betrieb erforderliche elektrische Spannung bereit. Das Bremslicht 16 ist jedoch nicht direkt mit dem Energiespeicher 14 verbunden, sondern erhält die zu seinem Betrieb erforderliche elektrische Spannung über die Steuerungseinrichtung 13, welche das Bremslicht 16 im Falle eines Abbremsens des Fahrzeugs 1 schaltet. Weitere hier nicht näher dargestellte Beleuchtungseinrichtungen des Fahrzeugs 1 können in gleicher Weise durch die Steuerungseinrichtung 13 in Abhängigkeit bestimmter Ereignisse geschaltet oder permanent durch den Energiespeicher 14 betrieben werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeug
- 2
- erste Achse
- 3
- Rad
- 4
- Rad
- 5
- zweite Achse
- 6
- Rad
- 7
- Rad
- 8
- Platte
- 9
- Elektromotor
- 10
- Elektromotor
- 11
- Elektromotor
- 12
- Elektromotor
- 13
- Steuerungseinrichtung
- 14
- Energiespeicher
- 15
- Ladeanschuss
- 16
- Bremslicht
- 17
- Solarzelle
- 18
- Solarzelle
- 19
- Solarzelle
- 20
- Linearaktor
- 21
- erste Kopplungseinrichtung
- 22
- erste Längsseite
- 23
- zweite Längsseite
- 24
- zweite Kopplungseinrichtung
- 25
- erster Linearaktor
- 26
- zweiter Linearaktor
- 27
- Lenker
- 28
- Endabschnitt
- 29
- Pfeil
- 30
- Drehachse
- 31
- Pfeil
- 32
- Drehachse
- 33
- Erster Sensor
- 34
- Pfeil
- 35
- Fahrer
- 36
- Schaltfläche
- 37
- kabelgebundene Fernbedienung
- 38
- Empfänger
- 39
- kabellose Fernbedienung
- 40
- Mensch-Maschine-Schnittstelle
- 41
- zweiter Sensor
- 42
- zweiter Sensor
- 43
- zweiter Sensor
- 44
- Aktor
- 45
- Welle
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10034277 A1 [0005]
- FR 2982498 A1 [0006]
- WO 2013/163683 [0007]
