DE102016214109A1 - Radvorrichtung, Verfahren und Fahrzeug - Google Patents

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Abstract

Radvorrichtung (10) zum Bewegen eines Fahrzeug (12) sowie das Fahrzeug als auch ein Verfahren zum Bewegen, wobei die Radvorrichtung wenigstens einen Motor (15) und eine elektronische Steuerung (11) umfasst, wobei die Steuerung (11) mit einer externen elektronischen Steuerung (14) verbindbar ist, sodass Informationen (16) austauschbar sind, wobei die Informationen durch wenigstens einen Sensor (18) – insbesondere eines Beschleunigungssensors (181) und/oder einer Kamera (180) – der externen Steuerung (14) erzeugt werden.

Description

  • Stand der Technik
  • Es sind Fahrzeuge mit Radnabenmotoren bekannt, die eine Steuerung am Fahrzeug aufweisen. Diese Radnabenmotoren sind nicht mit externen Steuerungen verbunden, und sind daher in Ihren Funktionen beschränkt, da eine zusätzlichen Sensoren und Steueralgorithmen nachträglich hinzugefügt werden können.
  • Beschreibung
  • Die Erfindung gemäß der Hauptansprüche hat den Vorteil, da eine Vielzahl von neuen Funktionen einfach realisiert werden können. Dazu ist die Radvorrichtung zum Bewegen eines Fahrzeugs mit wenigstens einem Motor und einer elektronischen Steuerung ausgebildet. Die Steuerung der Radvorrichtung ist mit einer externen elektronischen Steuerung verbunden. So können Informationen zwischen der Radvorrichtung und der externen Steuerung ausgetauscht werden. Die Informationen werden durch wenigstens einen Sensor – insbesondere eine Beschleunigungssensor und/oder einer Kamera – der externen Steuerung erzeugt. Dabei ist die Radvorrichtung an dem Fahrzeug montiert. Die Radvorrichtung erzeugt eine Rollbewegung eines Reifens, die das Fahrzeug bewegt. Der Reifen ist insbesondere auf der Außenseite der Radvorrichtung angeordnet.
  • Weitere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen aufgeführt. Vorteilhafter Weise umfasst Radvorrichtung ein Getriebe, insbesondere ein Planetengetriebe, und einen Energiespeicher, insbesondere eine Batterie. Weiter kann eine Antenne an die Steuerung angeschlossen sein, die dazu eingerichtet ist die externe Steuerung mit der Radvorrichtung durch ein Funksignal miteinander zu verbinden. Ergänzend ist möglich, eine Leuchte an der Radvorrichtung anzubringen, sodass diese durch – insbesondere das Signal eines Helligkeitssensors – die externe Steuerung aktivierbar ist. Durch diese weiteren Bauteile sind vielfältige Funktionen realisierbar.
  • Diese Bauteile, also der Motor, die Steuerung, die Antenne, die Leuchte, da Getriebe und insbesondere der Energiespeicher sind in der Radvorrichtung eingebaut, und vorzugsweise von dem Gehäuse der Radvorrichtung vollständig umschlossen sind. So wird eine platzsparende Bauweise erreicht. Ist die Steuerung mit wenigstens einem Sensor verbunden, der in der Radvorrichtung angeordnet ist, und vorzugsweise mit der Steuerung eine elektronische Einheit bildet, so können weitere zweckmäßige Funktionen realisiert werden.
  • Es ist vorteilhaft die externe Steuerung als ein Smartphone und/oder eine Smart Watch und/oder ein Datenbrille und/oder Smart Pad und/oder ein mobiler Computer und/oder eine zweite Radvorrichtung auszuführen. Die zweite Radvorrichtung kommuniziert mit der ersten Radvorrichtung, und dabei können sie sich z.B. gegenseitig koordinieren. Die Radvorrichtungen können an einem oder an zwei unterschiedlichen Fahrzeugen angebracht sein. Zweckmäßiger Weise erkennt die Kamera Objekte – insbesondere Straßenschilder und/oder Menschen und/oder Fahrzeuge und/oder Bodenunebenheiten und/oder Gebäude – im Umfeld des Fahrzeuges. So kann die Radvorrichtung für ihre Funktionen Daten sammeln. Ebenso kann der Beschleunigungssensor, welcher Erschütterungen erkennt, Daten sammeln, sodass die externe Steuerung deren Wirkung auf die Radvorrichtung berechnen kann, um die Wirkung zu kompensieren. Die Kompensation kann rechnerische erfolgen indem Korrekturwerte ermittelt werden.
  • Zudem kann der Beschleunigungssensor eine Inklination gegenüber der Erdbeschleunigung erkennen, und insbesondere entsprechend einer Gesamtmasse des Fahrzeugs die Rotation des Reifens verändern. Dies ist hilfreich, um z.B. bei einer Fahrt auf einer schiefen Ebene wie eine Bergauf- und/oder abfahrt, ein zusätzliches positives oder negatives Drehmoment auf den Reifen zu erzeugen. So kann Gebremst oder Beschleunigt oder die Geschwindigkeit konstant gehalten oder eine Energiegewinnung durch einen Generatoreffekt des Motors realisiert werden.
  • Der Beschleunigungssensor kann eine für eine Kurvenfahrt charakteristische Beschleunigung, wie eine Fliehkraft, messen. Weiter kann die Steuerung die Reibung des Bodens bestimmen. Hierzu wird z.B. der Schlupf des Reifens durch wenigstens einen Sensor der Radvorrichtung erfasst. Der Schlupf kann z.B. aus dem Abgleich der translatorischen Geschwindigkeit der Radvorrichtung mit ihrer Drehzahl ermittelt werden. Entsprechend dieser Werte wird die Rotation des Reifens in einer Kurvenfahrt verändert, sodass eine kontrollierte Kurvenfahrt möglich ist. Die Rotation kann verlangsamt werden, und/oder eine Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit verhindert oder wenigstens begrenzt werden.
  • Auf die externe Steuerung kann ein Algorithmus geladen werden, um weitere Funktionen bereitzustellen. Der Algorithmus wirkt mit der externen Steuerung und der Radvorrichtung zusammen, wobei der Algorithmus gemäß dem Nutzer – insbesondere seiner Masse und/oder der Zuladung – personalisiert wird. So kann der Nutzer eine Software in die externe Steuerung, z.B. seinem Smart Phone, einlesen, und in dieser seine Masse und/oder die Masse des Fahrzeugs und/oder die Masse der Zuladung eingeben. Verbindet sich die externe Steuerung durch das Funksignal mit der Radvorrichtung, dann wird die Rotation gemäß der Gesamtmasse eingestellt.
  • Zeichnungen
  • Es ist gezeigt:
  • 1 ein Fahrzeug mit der Radvorrichtung, welche mit einer externen Steuerung
  • 2 Logikplan des Verfahrens zum Steuern einer Radvorrichtung
  • Ausführungsformen
  • In 1 ist ein Fahrzeug 12 mit einer Radvorrichtung zum Bewegen des Fahrzeugs 12 gezeigt. Die Radvorrichtung umfasst wenigstens einen Motor 15 und eine elektronische Steuerung 11, die in der Radvorrichtung 12 eingebaut sind. Die Steuerung 11 ist mit einer externen elektronischen Steuerung 14 verbunden, sodass Informationen 16 ausgetauscht werden. Die Informationen 16 werden durch wenigstens einen Sensor 18 – insbesondere einen Beschleunigungssensor 181 und/oder einer Kamera 180 – der externen Steuerung 14 erzeugt. Dabei ist der Sensor 18 an der externen Steuerung 14 elektrisch angeschlossen. Es ist auch denkbar eine Funkverbindung zwischen dem Sensor 18 und der externen Steuerung 14 herzustellen.
  • Die Radvorrichtung 10 aus 1 umfasst ein Getriebe 17, insbesondere ein Planetengetriebe, und einen Energiespeicher 19, insbesondere eine Batterie, umfasst. Das Getriebe 17 ist an den Motor 15 angeschlossen, und übermittelt das Drehmoment des Motors 15 auf bewegte Teile, die zur Bewegung dienen. Um einen Informationenaustausch 16 zu gewährleisten, ist die Radvorrichtung 10 in 1 und 2 mit einer Antenne 13 ausgestattet, die dazu eingerichtet ist die externe Steuerung 14 mit der Radvorrichtung 10 durch ein Funksignal 160 miteinander zu verbinden. So kann z.B. via Bluetooth und/oder Wireless Lan eine Informationen 16 des Sensors 18 an die Steuerung 11 übermittelt werden. Dazu weist die externe Steuerung 14 ebenfalls eine Antenne 27 auf. Es ist denkbar, dass das Funksignal 160 einen Informationenfluss 160 in beide Richtungen, also von der Steuerung 11 zur externen Steuerung 14 und umgekehrt zulässt. Zusätzlich ist in 1 und 2 eine Leuchte 22 aufgeführt, die in 1 an der Radvorrichtung 10 angebracht ist, sodass diese durch – insbesondere das Signal eines Helligkeitssensors 182 – die externe Steuerung 14 aktivierbar ist. In 2 ist gezeigt, dass bei dunklen Umgebungsverhältnissen, die durch das Mondsymbol symbolisiert sind, der Helligkeitssensor 182 einen Wert an die externe Steuerung 14 übermittelt, der wiederum durch ein Funksignal 160 an die Steuerung 11 durch die Antennen 13, 27 übermittelt wird. Die Steuerung 11 schaltet dann die Leuchte 22 ein. So kann ein Boden 24 des Fahrtwegs durch einen Lichtkegel 29 ausgeleuchtet werden.
  • Bei der Radvorrichtung 10 aus 1 sind der Motor 15, die Steuerung 11, die Antenne 13, die Leuchte 22, das Getriebe 17 und insbesondere der Energiespeicher 19 in der Radvorrichtung 10 eingebaut. Die Radvorrichtung 10 weist ein Gehäuse auf. Vorzugsweise sind die Bauteile von dem Gehäuse der Radvorrichtung 10 vollständig umschlossen. Es ist dabei denkbar, dass die Leuchte 22 und die Antenne 13 an der Oberfläche des Gehäuses angeordnet sind. Weiter kann das Gehäuse Öffnungen, Klappen und/oder Fenster aufweisen. Es sind auch Steckbuchsen am Gehäuse ausbildbar. Weiter können Flächen an dem Gehäuse ausgebildet sein, die durchlässig für elektromagnetische Strahlung, wie Licht 29 oder Funksignale 160 sind.
  • Die Steuerung 11 kann, wie in 1 und 2 gezeigt, mit wenigstens einem Sensor 21 verbunden sein, der in der Radvorrichtung 10 angeordnet ist. Vorzugsweise bildet der Sensor 21 mit der Steuerung 11 eine elektronische Einheit und ist insbesondere auf eine Platine der Steuerung 11 fixiert durch z.B. Löten.
  • Die externe Steuerung 14 kann ein Smartphone und/oder eine Smart Watch und/oder ein Datenbrille und/oder Smart Pad und/oder ein mobiler Computer und/oder eine zweite Radvorrichtung 10 sein. Diese externe Steuerung 14 kann sind vom Fahrzeug 12 losgelöst sein wie in 1, aber auch an dem Fahrzeug befestigt werden, durch z.B. eine Smart Phone-Halterung. Die externe Steuerung kann aber auch an einem Gebäude fixiert sein, z.B. als Steuerung in einem Wachturm oder einem Lagerhallenbüro. Weiter kann die externe Steuerung an einem Nutzer befestigt werden.
  • Die Radvorrichtung 10 ist an dem Fahrzeug 12 montiert, was aus 1 ersichtlich ist. Die Radvorrichtung 10 bewegt das Fahrzeug 12 durch erzeugen einer Rollbewegung eines Reifen 23. Insbesondere ist der Reifen 23 auf der Außenseite der Radvorrichtung 10 angeordnet. Der Reifen 23 kann dabei auf eine Felge angeordnet werden, wobei der Reifen luftgefüllt als auch aus Vollgummi sein kann.
  • Die Radvorrichtung 10 erhält Steuersignale s von der externen Steuerung 14, gemäß dem Logikplan aus 2. Der Logikplan zeigt die logische Verschaltung der Bauteile und den Signalfluss der Steuersignale s, die für das Verfahren relevant sind. Die Steuersignale s werden vorzugsweise durch die Sensoren 18 erzeugt, wobei die Steuersignale s eine Änderung einer Rotation r des Reifens 23 und/oder das Ein- und Ausschalten der Leuchte 21 bewirken.
  • Die Kamera 180 aus 1 und 2 erkennt Objekte 20 – insbesondere Straßenschilder und/oder Menschen und/oder Fahrzeuge und/oder Bodenunebenheiten und/oder Gebäude – im Umfeld des Fahrzeuges 12 erkennt. So kann die Kamera 180 z.B. Verkehrszeichen erkennen und die Rotation r anpassen. Ebenso können Menschen erkannt werden, um die Rotation r anzupassen, wobei eine personalisierte Rotation r denkbar ist, die anhand einer Gesichtserkennung eingestellt wird. Bodenunebenheiten wie Bordsteine oder Schlaglöcher können ebenfalls zur Rotationsveränderung führen, so dass diese z.B. umfahren werden. Weiter können bestimmte Gebäude erkannt werden, wie z.B. Schulen oder Behörden. Die Kameraerkennung stellt eine rechnerbasierte Auswertung der visuellen Aufnahmen der Kameraoptik dar. Dabei nimmt die Kamera 180 ein Signal s auf, dass sie an die externe Steuerung 14 übermittelt, dort wird dieses Signal s ausgewertet und das Ergebnis über ein Funksignal 160 durch die Antennen 13, 27 an die Steuerung 11 gesendet. Die Steuerung 11 verändert entsprechend der Auswertung die Rotation r.
  • Der Beschleunigungssensor 181 der 1 und 2 erkennt zudem Erschütterungen e, wobei diese Erschütterungsinformation e wird an die externe Steuerung 14 übermittelt. Die externe Steuerung 14 berechnet die Wirkung der Erschütterungen e auf die Radvorrichtung 10, um die Wirkung zu kompensieren. Die Wirkung der Erschütterung, kann ein Signalrauschen des Beschleunigungssensors 181 oder anderer Sensoren sein. Die externe Steuerung 14 ermittelt dabei das Signalrauschen, und erkennt dieses als ungewolltes Signal, welches aus den übrigen gewollten Signalen s rausgerechnet wird.
  • Der Beschleunigungssensor 181 der 1 und 2 erkennt eine Inklination i gegenüber der Erdbeschleunigung g, die in 1 zu sehen ist. Die Inklination richtet sich nach der Senkrechten bezüglich des Bodens 24, während die Erdbeschleunigung g mit dem Erdgravitationsfeld fluchtet. Insbesondere kann entsprechend einer Gesamtmasse m des Fahrzeugs 12 die Rotation r verändert werden, sodass z.B. eine Bergauffahrt und/oder -abfahrt durch die Radvorrichtung 10 unterstützt wird.
  • Der Beschleunigungssensor 181 kann eine für eine Kurvenfahrt charakteristische Beschleunigung k erkennen. Die Reibung des Bodens 24 kann aus der Bestimmung eines Schlupfes durch den Sensor 21 der Radvorrichtung 10 erfasst werden, indem die translatorische Geschwindigkeit v z.B. durch den Sensor 21, der eine Mehrzahl von Sensor 21 darstellen kann, oder durch einen Sensor 18 der externen Steuerung 14 gemessen wird. Zudem wird die Rotationsgeschwindigkeit w des Reifens durch den Sensor 21 bestimmt. Ist die translatorische Geschwindigkeit v geringer als eine aus dem Reifendurchmesser und der rotatorischen Geschwindigkeit w errechnete translatorische Geschwindigkeit, dann liegt ein Schlupf vor. Der errechnete translatorische Wert kann in der Steuerung 11 oder in der Steuerung 14 bestimmt werden, und durch das Funksignal 160 übermittelt werden. Liegt ein Schlupf vor, kann von einer verminderten Reibung zwischen Boden 24 und Reifen 23 ausgegangen werden, sodass die Rotation r in einer Kurvenfahrt anhand der Beschleunigung k und des Schlupfes verändert wird. In anderen Worten wird das Fahrzeug dadurch abgebremst oder dessen Geschwindigkeit begrenzt.
  • In 2 ist ein Algorithmus 25 gezeigt, der Informationen der Sensoren oder der Steuerung 11 der externen Steuerung 14 verarbeitet, und mit der Radvorrichtung 10 zusammenwirkt. Der Algorithmus 25 kann auf die externe Steuerung 14 geladen werden. Der Algorithmus 25 personalisiert gemäß dem Nutzer – insbesondere der Gesamtmasse m aus seiner Masse und/oder der Zuladung und/oder der Fahrzeugmasse – dir Rotation r, z.B. kann bei hoher Gesamtmasse m ein hohes Drehmoment auf dem Reifen 23 erzeugt, oder eine langsamere Kurvenfahrt bestimmt werden.

Claims (15)

  1. Radvorrichtung (10) zum Bewegen eines Fahrzeug (12), wobei die Radvorrichtung wenigstens einen Motor (15) und eine elektronische Steuerung (11) umfasst, wobei die Steuerung (11) mit einer externen elektronischen Steuerung (14) verbindbar ist, sodass Informationen (16) austauschbar sind, wobei die Informationen (16) durch wenigstens einen Sensor (18) – insbesondere einen Beschleunigungssensor (181) und/oder einer Kamera (180) – der externen Steuerung (14) erzeugt werden.
  2. Radvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Radvorrichtung (10) ein Getriebe (15), insbesondere ein Planetengetriebe, und einen Energiespeicher (19), insbesondere eine Batterie, umfasst.
  3. Radvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Radvorrichtung (10) eine Antenne (13) aufweist, die dazu eingerichtet ist die externe Steuerung (14) mit der Radvorrichtung (10) durch ein Funksignal (160) miteinander zu verbinden.
  4. Radvorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leuchte (22) an der Radvorrichtung (10) angebracht ist, sodass diese durch – insbesondere das Signal eines Helligkeitssensors (182) – die externe Steuerung (14) aktivierbar ist.
  5. Radvorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (15), die Steuerung (11), die Antenne (13), die Leuchte (22), da Getriebe (17) und insbesondere der Energiespeicher (19) in der Radvorrichtung (10) eingebaut sind, und vorzugsweise von einem Gehäuse der Radvorrichtung (10) vollständig umschlossen sind.
  6. Radvorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (11) mit wenigstens einem Sensor (21) verbunden ist, der in der Radvorrichtung (10) angeordnet ist, und vorzugsweise mit der Steuerung (11) eine elektronische Einheit bildet.
  7. Radvorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die externe Steuerung (14) ein Smartphone und/oder eine Smart Watch und/oder ein Datenbrille und/oder Smart Pad und/oder ein mobiler Computer und/oder eine zweite Radvorrichtung (10) ist.
  8. Fahrzeug (12) mit einer Radvorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Radvorrichtung (10) an dem Fahrzeug (12) montiert ist, und die Radvorrichtung (10) durch erzeugen einer Rollbewegung eines Reifen (23), das Fahrzeug (12) bewegt, wobei insbesondere der Reifen (23) auf der Außenseite der Radvorrichtung (10) angeordnet ist.
  9. Verfahren zum Steuern einer Radvorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Radvorrichtung (10) Steuersignale (s) von der externen Steuerung (14) erhält, die vorzugsweise durch die Sensoren (18) erzeugt werden, wobei die Steuersignale (s) eine Änderung einer Rotation (r) des Reifens (23) bewirken.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (180) Objekte (20) – insbesondere Straßenschilder und/oder Menschen und/oder Fahrzeuge und/oder Bodenunebenheiten und/oder Gebäude – im Umfeld des Fahrzeuges (12) erkennt.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschleunigungssensor (181) Erschütterungen (e) erkennt, sodass die externe Steuerung (14) deren Wirkung auf die Radvorrichtung (10) berechnet, um die Wirkung zu kompensieren.
  12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschleunigungssensor (181) eine Inklination (i) gegenüber der Erdbeschleunigung (g) erkennt, und insbesondere entsprechend einer Gesamtmasse (m) des Fahrzeugs (12) die Rotation (r) verändert.
  13. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschleunigungssensor (181) eine für eine Kurvenfahrt charakteristische Beschleunigung (k) und die Reibung des Bodens (24) aus der Bestimmung eines Schlupfes durch den Sensor (21) der Radvorrichtung (10) erfasst wird, und entsprechend dieser Werte (k, s) die Rotation (r) in einer Kurvenfahrt verändert wird.
  14. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchte (22) durch den Helligkeitssensor (182) eingeschaltet wird.
  15. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf die externe Steuerung (14) ein Algorithmus (25) geladen wird, der mit der externen Steuerung (14) und der Radvorrichtung (10) zusammenwirkt, wobei der Algorithmus (25) gemäß dem Nutzer – insbesondere der Gesamtmasse (m) aus seiner Masse und/oder der Zuladung und/oder der Fahrzeugmasse – personalisiert wird.
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