DE102016215458A1 - Wheel device, as well as vehicle with such a wheel device and method for driving the wheel device - Google Patents
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Abstract
Radvorrichtung als auch Verfahren zum Ansteuern solch einer Radvorrichtung und ein Fahrzeug mit solch einer Radvorrichtung, wobei die Radvorrichtung einen Motor, eine Steuerung, eine Sensoreinheit umfassen.Wheel device and method for driving such a wheel device and a vehicle with such a wheel device, wherein the wheel device comprises a motor, a controller, a sensor unit.
Description
Stand der TechnikState of the art
Es sind Räder bekannt, die an Fahrzeuge angebracht werden. Dabei sind die Räder im Wesentlichen passive Bauteile, was bedeutet, dass sie nicht selbstständig das Drehmoment für die Fortbewegung des Fahrzeugs aufbringen. In der Regel ist ein extern angeordnetes Traktionsmittel an dem Fahrzeug angebracht, welches über eine Transmission wenigstens ein Rad des Fahrzeugs antreibt. Eine bekannte Weiterentwicklung solch eines extern angeordneten Traktionsmittel ist ein Rad, welches einen Motor umfasst. Solch ein Rad ist über den Motor hinausgehend nicht mit weiteren Elementen ausgestattet, die für das Bewegen des Fahrzeugs notwendig sind. Solche Räder müssen somit in aufwändiger Weise mit dem Fahrzeug verbunden werden. Es sind aufwändige mechanische Schnittstellen, als auch Leitungen vom Rad zum Fahrzeug notwendig.There are known wheels that are attached to vehicles. The wheels are essentially passive components, which means that they do not automatically apply the torque for the movement of the vehicle. As a rule, an externally arranged traction means is mounted on the vehicle, which drives via a transmission at least one wheel of the vehicle. A known further development of such an externally arranged traction means is a wheel which comprises a motor. Such a wheel is not beyond the engine equipped with other elements that are necessary for moving the vehicle. Such wheels must therefore be connected in a complex manner with the vehicle. There are complex mechanical interfaces, as well as cables from the wheel to the vehicle necessary.
Beschreibungdescription
Die Erfindung gemäß der unabhängigen Ansprüche hat den Vorteil, dass eine aufwändige Leitungsverlegung zwischen Radvorrichtung und Fahrzeug nicht nötig ist. Dabei zeichnet sich die Radvorrichtung, welche geeignet ist zum Anbringen an ein Fahrzeug, durch Bauteile aus, die an dem Rad angebracht sind. Die Bauteile umfassen dabei wenigstens einen Motor, eine Steuerung, eine Sensoreinheit und vorzugsweise ein Getriebe, sowie Aktuatoren. Die Aktuatoren können z.B. Leuchten, akustische Signalgeber, Zylinder, Laser, Ultraschallsender und/oder Mikrowellensender sein. Die Radvorrichtung, welche an dem Fahrzeug angebracht sein kann, bewegt das Fahrzeug, indem es eine Rotation eines Reifens erzeugt. The invention according to the independent claims has the advantage that a complex wiring between the wheel device and the vehicle is not necessary. In this case, the wheel device, which is suitable for attachment to a vehicle, characterized by components that are attached to the wheel. The components include at least one motor, a controller, a sensor unit and preferably a transmission, as well as actuators. The actuators may e.g. Lights, sounders, cylinders, lasers, ultrasonic transmitters and / or microwave transmitters be. The wheel device, which may be mounted on the vehicle, moves the vehicle by generating a rotation of a tire.
Vorteilhafte Weiterführungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen wiedergegeben.Advantageous developments of the invention are given in the dependent claims.
Als Bauteil ist es vorteilhaft, einen Energiespeicher zu bedenken. Solch ein Energiespeicher kann an der Radvorrichtung und/oder extern am Fahrzeug angebracht werden. Es kann eine Radvorrichtung bereitgestellt werden, die einen Energiespeicher, z.B. eine Batterie umfasst. Ist diese Batterie der Radvorrichtung nicht ausreichend, besteht die Möglichkeit, eine externe Batterie zu ergänzen. Dabei ist auch denkbar, dass die Batterie, welche an der Radvorrichtung angebracht ist, aus Kostengründen vollständig weggelassen wird und lediglich eine externe Batterie vorzusehen. Zum Laden solch eines Energiespeichers sind verschiedene Möglichkeiten denkbar. Es kann eine induktive Ladevorrichtung und/oder eine solarbetriebene Ladevorrichtung und/oder eine mit am Kabel anschließbare Ladevorrichtung bereitgestellt werden. Beim Induktivladen ist es ausreichend, die Radvorrichtung in den induktiven Ladebereich einer solchen Ladevorrichtung zu positionieren. Es ist auch denkbar, eine solarbetriebene Ladevorrichtung mit einem Kabel an die Radvorrichtung anzuschließen. Ein Solarmodul kann ebenfalls an die Radvorrichtung angebracht werden. Diese Ausführungen gewährleisten auf einfache Weise, Energie bereitzustellen.As a component, it is advantageous to consider an energy storage. Such an energy store may be attached to the wheel device and / or externally to the vehicle. There may be provided a wheel apparatus having an energy storage, e.g. includes a battery. If this battery of the wheel device is not sufficient, it is possible to supplement an external battery. It is also conceivable that the battery, which is attached to the wheel device is completely omitted for cost reasons and provide only an external battery. To load such an energy storage various possibilities are conceivable. An inductive charging device and / or a solar-powered charging device and / or a charging device which can be connected to the cable can be provided. In inductive charging, it is sufficient to position the wheel device in the inductive charging area of such a charging device. It is also conceivable to connect a solar-powered charging device with a cable to the wheel device. A solar module can also be attached to the wheel device. These designs provide a simple way to provide energy.
Bevorzugt werden die Bauteile von einem Gehäuse der Radvorrichtung umgeben. So wird gewährleistet, dass die Bauteile von Umwelteinflüssen abgeschirmt sind. Dieses Gehäuse ist vorzugsweise eine äußerste Schale der Radvorrichtung. Die Radvorrichtung prägt ihre den Stand der Technik überragenden Vorteile besonders gut aus, wenn sie rotationssymmetrisch ausgebildet ist, was eine blechdosenartige äußerste Schale bevorzugt. Solch eine blechdosenartige äußerste Schale weist einen rotationssymmetrischen Mantel auf, der radial außen sitzt. An den quer zu dieser Mantelfläche ausgebildeten Grundseiten dieser zylinderförmigen Struktur können z.B. Preferably, the components are surrounded by a housing of the wheel device. This ensures that the components are shielded from environmental influences. This housing is preferably an outermost shell of the wheel device. The wheel device particularly impresses its superior advantages over the prior art if it is designed to be rotationally symmetrical, which prefers a plate-like outermost shell. Such a can-like outer shell has a rotationally symmetrical shell, which sits radially outward. At the base sides of this cylindrical structure formed transversely to this lateral surface, e.g.
Solarmodule angeformt sein. Es ist auch denkbar, dass Fenster, Löcher, Klappen, Schlösser, Schrauben, Steckbuchsen und für Infrarot oder elektromagnetische Wellen durchlässige Flächen an den Grundseiten angeformt sind. Das Gehäuse kann auch eckig, oval und/oder halbkreisförmig sein. Insbesondere ist eine kreissegmentförmige Form möglich.Be formed solar modules. It is also conceivable that windows, holes, flaps, locks, screws, sockets and infrared or electromagnetic waves permeable surfaces are integrally formed on the bases. The housing may also be angular, oval and / or semicircular. In particular, a circular segment shape is possible.
An dem radial außen liegenden Mantel ist vorzugsweise eine Felge angebracht. Diese Felge dient zum Aufziehen eines Reifens auf die Radvorrichtung. Somit ist die Felge eine Reifenfelge, die im Wesentlichen konzentrisch zu der blechdosenartigen Schale der Radvorrichtung ausgebildet ist. Es ist denkbar, dass die blechdosenartige Schale achsial zu der Felge versetzt ist. On the radially outer shell, preferably a rim is attached. This rim is used for mounting a tire on the wheel device. Thus, the rim is a tire rim formed substantially concentric with the can-like shell of the wheel apparatus. It is conceivable that the tin-can-like shell is offset axially to the rim.
Die erfindungsgemäße Sensoreinheit ist vorteilhafter Weise wenigstens mit einem Sensor ausgestattet. Um eine Radvorrichtung zweckmäßig zu steuern, müssen Sensorsignale der Sensoreinheit ausgewertet werden. Die Sensoreinheit ermittelt Signale durch die Sensoren, um ein Startsignal zu interpretieren, welches die Radvorrichtung dazu bringt, eine Rotation des Reifens zu erzeugen. Solch eine Rotation bewirkt eine Fortbewegung des Fahrzeugs. Dieser Sensor kann ein Inertialsensor und/oder ein Beschleunigungssensor und/oder ein Magnetsensor und/oder ein Lichtsensor und/oder ein Bewegungssensor und/oder ein Induktivitätssensor und/oder ein Kapazitivitätssensor und/oder ein Rotationssensor und/oder ein Kraftsensor und/oder ein Lagesensor und/oder eine Antenne und/oder einen akustischen Sensor umfassen. Es kann jeweils einer dieser genannten Sensoren in der Sensoreinheit eingebaut sein. Es ist aber auch denkbar, dass eine Teilmenge oder alle genannten Sensoren in der Sensoreinheit angeordnet sind, so dass eine Vielzahl von Größen aus dem Umfeld der Radvorrichtung ausgewertet werden. So können z.B. Lenkbewegungen eines Nutzers des Fahrzeugs oder Rotationsgrößen des Reifens und der damit verbundenen Mechanik, als auch Sprachsteuerungsbefehle des Nutzers erfasst werden. Über die Antennen können Funksignale von externen Sensoren oder externen Steuereinheiten empfangen werden. Darüber hinaus kann die Antenne auch GPS-Signale und/oder Bluetooth-Signale und/oder Wireless-LAN-Signale empfangen. Ein Induktivitätssensor ist geeignet um z.B. Metalle in dem darunterliegenden Erdreich zu detektieren. Somit könnte ein Mienensuchgerät mit solch einer Radvorrichtung ausgestattet werden. Der Bewegungssensor kann Bewegungen eines Nutzers oder anderer sich bewegender Objekte im Umfeld der Radvorrichtung detektieren. So ist denkbar, dass die Radvorrichtung dazu eingerichtet ist, auf Handbewegungen des Nutzers zu reagieren und/oder dem Körper des Nutzers folgt, wenn dieser sich von der Radvorrichtung wegbewegt und/oder stoppt, bevor oder wenn ein Objekt die Bewegungsrichtung der Radvorrichtung kreuzt. Ein Kapazitivitätssensor kann die Beschaffenheit des Untergrunds ermitteln und somit Rückschlüsse auf seinen Ort oder die Traktion feststellen. Ein Lichtsensor ist geeignet, Helligkeitswerte der Umgebung festzustellen und demnach eine Leuchte für bessere Sicht zu aktivieren. Magnetsensoren, wie Hall-Sensoren, können das Erdmagnetfeld erfassen, um das Fahrzeug besser im Raum zu orientieren. Weiter sind Beschleunigungssensoren geeignet, um Lenkbewegungen oder Neigungen festzustellen. Ein Kraftsensor kann dazu dienen, die Beladung eines Fahrzeugs zu messen. The sensor unit according to the invention is advantageously equipped with at least one sensor. In order to appropriately control a wheel device, sensor signals of the sensor unit must be evaluated. The sensor unit detects signals through the sensors to interpret a start signal that causes the wheel device to generate a rotation of the tire. Such a rotation causes the vehicle to move. This sensor may be an inertial sensor and / or an acceleration sensor and / or a magnetic sensor and / or a light sensor and / or a motion sensor and / or an inductance sensor and / or a capacitance sensor and / or a rotation sensor and / or a force sensor and / or a position sensor and / or an antenna and / or an acoustic sensor. It can each one of these sensors in the sensor unit be installed. However, it is also conceivable that a subset or all the mentioned sensors are arranged in the sensor unit, so that a large number of variables from the environment of the wheel device are evaluated. Thus, for example, steering movements of a user of the vehicle or rotational variables of the tire and the associated mechanism as well as voice control commands of the user can be detected. The antennas can receive radio signals from external sensors or external control units. In addition, the antenna can also receive GPS signals and / or Bluetooth signals and / or wireless LAN signals. An inductance sensor is suitable to detect, for example, metals in the underlying soil. Thus, a face search device could be equipped with such a wheel device. The motion sensor may detect movements of a user or other moving objects around the wheel apparatus. Thus, it is conceivable that the wheel device is adapted to respond to hand movements of the user and / or follows the body of the user when it moves away from the wheel device and / or stops before or when an object crosses the direction of movement of the wheel device. A capacitance sensor can determine the condition of the ground and thus determine its location or traction. A light sensor is capable of detecting brightness levels of the environment and thus activating a luminaire for better visibility. Magnetic sensors, such as Hall sensors, can detect the Earth's magnetic field to better orient the vehicle in space. Furthermore, acceleration sensors are suitable for determining steering movements or inclinations. A force sensor can be used to measure the load of a vehicle.
Ist das Startsignal ein Befehlsmuster, welches z.B. durch einen Nutzer in die Sensoreinheit eingespeist wird, so kann eine hohe Sicherheitsstufe gegen ungewolltes Aktivieren gewährleistet werden. Solch ein Befehlsmuster kann durch Parallel- und/oder serielle Gesten und/oder akustische Signale und/oder elektrische Signale und/oder Funksignale erzeugt werden. Es ist denkbar, dass ein Nutzer z.B. eine Handgeste mit einem Befehlswort kombiniert und diese innerhalb eines Zeitintervalls gleichzeitig ausführen muss, und möglicherweise gefolgt von der Betätigung einer externen Steuereinheit wie einem Smartphone, welches ein Funksignal an die Steuereinheit übermittelt. Es ist auch denkbar, dass der Nutzer das Fahrzeug auf eine bestimmte Weise bewegt und somit eine Rotation der Radvorrichtung erzeugt, die wiederum als Befehlsmuster interpretiert wird und ein Startsignal auslöst. Es ist denkbar, dass der Nutzer wenigstens zweimal eine Bewegung mit dem Fahrzeug wiederholt, so dass der Reifen ein Abrollen einer bestimmten Rotationsabfolge als Befehlsmuster an die Steuereinheit übermittelt. Das Befehlsmuster ist somit eine Aneinanderreihung von Rotationen zum Beispiel in und gegen den Uhrzeigersinn des Reifens.If the start signal is a command pattern, e.g. is fed by a user in the sensor unit, so a high level of security against unintentional activation can be ensured. Such a command pattern may be generated by parallel and / or serial gestures and / or acoustic signals and / or electrical signals and / or radio signals. It is conceivable that a user may e.g. combining a hand gesture with a command word and simultaneously executing it within a time interval, and possibly followed by the operation of an external control unit, such as a smartphone, which transmits a radio signal to the control unit. It is also conceivable that the user moves the vehicle in a certain way and thus generates a rotation of the wheel device, which in turn is interpreted as a command pattern and triggers a start signal. It is conceivable that the user repeats a movement with the vehicle at least twice, so that the tire transmits a rolling of a specific rotation sequence as a command pattern to the control unit. The command pattern is thus a series of rotations, for example, clockwise and counterclockwise of the tire.
Nachdem das vorteilhafte Startsignal gegeben wurde, startet der Motor in der Radvorrichtung und erzeugt eine Rotationsabfolge des Reifens. Dieser Rotationsabfolge kann in der Steuereinheit gespeichert sein. Dabei kann die Speicherung der Rotationsabfolge über eine Antenne und/oder eine elektrische Schnittstelle, wie ein USB- oder LAN-Stecker und/oder der Radvorrichtung selbst erfolgen. Wird die Rotationsabfolge über die Radvorrichtung selber eingelesen, muss ein Lesemodus gestartet werden, welcher eine lesemodusablaufende Rotationsabfolge des Reifens einliest und speichert. So ist denkbar, dass ein Nutzer diesen Lesemodus startet und einen bestimmten Weg mit der Radvorrichtung bzw. dem Fahrzeug abfährt. Das Fahrzeug bzw. die Radvorrichtung kann dann nach dem Startsignal diesen Weg automatisch abfahren. Dabei kann die Steuereinheit die Radvorrichtung in Verbindung mit einem GPS-Signal oder anderen Positionierungssignalen und der Radabfolge im Raum koordinieren. Es ist auch denkbar, dass man GPS-Koordinaten in die Steuerung einliest, welche wiederum eine Rotationsabfolge automatisch anhand der Parameter des Reifens berechnet. Dabei können Gewicht, als auch Abmessungen des Fahrzeugs mit berücksichtigt werden. Weiter können Sensorsignale verschiedener Sensoren, wie. z.B. Bewegungssensoren, Abstandssensoren und/oder wenigstens einer der vorstehend genannten Sensoren verwendet werden. Logistikfahrzeuge, die derartig ausgestattet sind, können die Topografie einer Baustelle kennen, und sich selbstständig zum Entladen positioniert. Dementsprechend kann ein Logistikfahrzeug sich bezüglich des Nutzers ausrichten.After the advantageous start signal has been given, the engine starts in the wheel device and generates a rotation sequence of the tire. This rotation sequence may be stored in the control unit. In this case, the storage of the rotation sequence via an antenna and / or an electrical interface, such as a USB or LAN connector and / or the wheel device itself can be done. If the rotation sequence is read in via the wheel device itself, a reading mode must be started, which reads in and stores a read mode-running rotation sequence of the tire. Thus, it is conceivable that a user starts this reading mode and departs a certain distance with the wheel device or the vehicle. The vehicle or the wheel device can then start this route automatically after the start signal. In this case, the control unit can coordinate the wheel device in conjunction with a GPS signal or other positioning signals and the wheel sequence in space. It is also conceivable to read in GPS coordinates in the control, which in turn automatically calculates a rotation sequence based on the parameters of the tire. In this case, weight as well as dimensions of the vehicle can be taken into account. Further, sensor signals of various sensors, such as. e.g. Motion sensors, distance sensors and / or at least one of the aforementioned sensors can be used. Logistics vehicles equipped in this way can know the topography of a construction site and position themselves for unloading. Accordingly, a logistics vehicle can align with the user.
Eine besonders zu betonende Funktion der Radvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass ein abgespeicherter Soll-Abstand mit dem tatsächlichen Ist-Abstand zwischen einem Objekt, wie dem Nutzer, und der Radeinheit bzw. dem Fahrzeug verglichen wird. Unterscheidet sich der Soll-Abstand von dem Ist-Abstand, so regelt die Radvorrichtung durch eine Rotation den Ist-Abstand gemäß dem Soll-Abstand nach. So ist ein Folgemodus des Fahrzeugs bezüglich eines bewegten Objekts, z.B. des Nutzers, möglich. Mit anderen Worten kann der Nutzer das Fahrzeug, z.B. eine Schubkarre, mit Steinen beladen und einen Soll-Abstand in Größe einer Armlänge in der Steurung der Radvorrichtung hinterlegen. Entnimmt nun der Nutzer die Steine von Hand aus der Schubkarre, kann sich dieser von der Schubkarre entfernen, so dass sich die Schubkarre in einem Abstand einer Armlänge in Richtung des Nutzers mitbewegt. Dies ist auch für einen Rollstuhl denkbar, bei dem man die Entfernung einer Armlänge einprogrammieren kann, so dass der Rollstuhl selbstständig vor einem den Rollstuhl schiebenden Nutzer fährt, so dass er in einer Notsituation in schneller Weise die Kontrolle über den Rollstuhl übernehmen kann, da dieser lediglich eine Armlänge entfernt ist. A particularly emphasized function of the wheel device is characterized in that a stored desired distance is compared with the actual actual distance between an object, such as the user, and the wheel unit or the vehicle. If the desired distance is different from the actual distance, the wheel device regulates the actual distance according to the desired distance by means of a rotation. Thus, a sequential mode of the vehicle with respect to a moving object, eg the user, is possible. In other words, the user can load the vehicle, eg a wheelbarrow, with stones and deposit a desired distance in the size of an arm's length in the control of the wheel device. If the user removes the stones by hand from the wheelbarrow, this can be removed from the wheelbarrow so that the wheelbarrow moves at a distance of one arm's length in the direction of the user. This is also conceivable for a wheelchair, in which you can program the removal of an arm's length, so that the wheelchair independently before a Wheelchair pushing user drives so that he can take over control of the wheelchair in an emergency situation in a quick way, since this is only one arm's length away.
Die Radvorrichtung unterstützt in einer weiteren Ausführungsform eine manuell eingespeiste Rotationsenergie in den Reifen bzw. des Reifens. So kann ein Lagesensor z.B. eine Steigung erkennen und einen Schiebevorgang des Fahrzeugs durch den Nutzer mit einem Drehmoment am Reifen, welches durch den Motor der Radvorrichtung erzeugt wird, unterstützen. Ebenso ist ein Bremsen bei Bergabfahrten möglich. Die kann auch auf einer ebenen Fahrbahn unterstützen.In a further embodiment, the wheel device supports a manually injected rotational energy in the tire or the tire. Thus, a position sensor may e.g. Recognize a slope and support a sliding operation of the vehicle by the user with a torque on the tire, which is generated by the engine of the wheel device. Likewise, braking on downhill slopes is possible. The can also support on a flat road.
Die Rotation des Reifens kann durch ein Stoppsignal gestoppt werden, was eine sichere Bedienung des Fahrzeugs zulässt. Das Stopp-Signal ist ein Befehlsmuster. Somit unterscheidet man verschiedene Befehlsmuster zur Erzeugung unterschiedlicher Signale. Mit anderen Worten kann ein Befehlsmuster für ein Startsignal, als auch ein Befehlsmuster für ein Lernsignal, sowie ein Befehlsmuster für ein Stopp-Signal abgespeichert sein. Die Befehlsmuster können identisch sein. Insbesondere sind solche Verfahren für die erfindungsgemäßen Radvorrichtungen vorteilhaft bei Logistikfahrzeugen wie Schubkarren und Rollstühle. The rotation of the tire can be stopped by a stop signal, which allows safe operation of the vehicle. The stop signal is a command pattern. Thus, one distinguishes different command patterns for generating different signals. In other words, a command signal for a start signal, as well as a command signal for a learning signal, as well as a command pattern for a stop signal may be stored. The command patterns can be identical. In particular, such methods for the wheel devices according to the invention are advantageous in logistics vehicles such as wheelbarrows and wheelchairs.
Figuren der ErfindungFigures of the invention
Es zeigenShow it
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
In
Die Bauteile sind im Wesentlichen innerhalb der Radvorrichtung
In
In
In
Unter Gesten versteht man Bewegungen eines Nutzers
Bei dem Start-Befehlsmuster ms aus
Um solch eine Rotationsabfolge a in den Speicher
Jede Rotation r des Reifens
Die Befehlsmuster m können ebenfalls in dem Speicher editierbar hinterlegt sein. Es können auch weitere Befehlsmuster erzeugt werden. Die Befehlsmuster können identisch sein.The command pattern m can also be stored in the memory editable. Other command patterns can also be generated. The command patterns can be identical.
Claims (15)
Priority Applications (1)
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DE102016215458A1 true DE102016215458A1 (en) | 2018-02-22 |
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2016
- 2016-08-18 DE DE102016215458.3A patent/DE102016215458A1/en active Pending
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Legal Events
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