DE102017001060A1

DE102017001060A1 - Modulsystem für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE102017001060A1
Application number: DE102017001060.9A
Authority: DE
Inventors: Yuh-Fong Tsai
Original assignee: DESIGNHANSA GmbH
Current assignee: DESIGNHANSA GmbH
Priority date: 2017-02-04
Filing date: 2017-02-04
Publication date: 2018-08-09

Abstract

Herkömmliche Fahrzeuge fallen für den Betrieb komplett aus, wenn ein Teil des Fahrzeuges defekt ist und ausgetauscht werden muss. Die Fahrzeuggröße kann nicht verändert werden, dadurch entstehen unnötige Kosten und Belastung für die Umwelt, wenn nur wenige Personen das Fahrzeug nutzen. Die Manövrierbarkeit herkömmlicher Fahrzeuge ist begrenzt, beispielsweise haben diese Fahrzeuge einen relativ hohen Wendekreis, auch kann der Vorgang des Einparkens schwierig sein. Unsere Zielsetzung war daher die Entwicklung eines Modulsystems für Fahrzeuge, welches die Anpassung der Fahrzeuggröße an den jeweiligen Nutzungszweck ermöglicht, so dass ein kosteneffizienter und umweltschonender Einsatz möglich ist. Wir wollten zudem die Manövrierbarkeit und Sicherheit der Fahrzeuge verbessern, den Wendekreis verkleinern, sowie den Einparkvorgang beschleunigen und erleichtern.Unser Modulsystem für Fahrzeuge zur Beförderung von Personen oder zum Transport von Materialien besteht aus einem oder mehreren Modulen, welche hintereinander oder nebeneinander angeordnet sind und verbunden werden können. Jedes Modul verfügt über eine eigene Antriebseinheit und zwei Räder. Die Räder sind um bis zu 360° in beide Richtungen schwenkbar. Jedes Rad kann mit einer frei einstellbaren Drehzahl und in beliebiger Rotationsrichtung angetrieben werden. Sind mindestens zwei Module nebeneinander angeordnet, kann die Position der einzelnen Module dabei während der Fahrt auf ihrer Achse variiert und somit der Abstand der nebeneinander liegenden Module verändert werden.Durch unser Modulsystem kann die Größe des Fahrzeugs dem beabsichtigten Einsatzzweck des Fahrzeugs angepasst werden. Module können zur Reparatur oder zum Austausch entnommen oder hinzugefügt werden. Dadurch, dass die Räder um bis zu 360° nach links und rechts schwenkbar sind, wird der Wenderadius des Fahrzeugs deutlich verkleinert. Falls nötig, kann durch die gegenläufige Rotation der Räder unser Fahrzeug sogar auf der Stelle gedreht werden. Der Vorgang des Einparkens wird durch die Möglichkeit, die Räder um 90° nach links und rechts zu drehen, wodurch sich unser Fahrzeug durch den Allradantrieb seitlich bewegen kann, deutlich beschleunigt und vereinfacht. Die gesteuerte Veränderung der Position der Module auf ihrer Achse während der Fahrt führt zu einer besseren Straßen- und Kurvenlage unseres Fahrzeugs. Auch die Möglichkeit, in Kurven durch schnelleren Antrieb der kurvenäußeren Räder die Trägheits- bzw. Zentrifugalkraft zu reduzieren, erhöht die Sicherheit während der Fahrt.Unser Modulsystem für Fahrzeuge soll zur Beförderung von Personen oder zum Transport von Materialien eingesetzt werden. Durch unser Modulsystem kann beispielsweise der Fahrzeugkörper deutlich kleiner gestaltet sein, anders als bei einem herkömmlichen Fahrzeug. Der tägliche Weg zur Arbeit ist mit einem solchen kleineren und übersichtlicheren Fahrzeug erleichtert. Ein solches Fahrzeug ist zudem effizienter und energiesparender, als ein Fahrzeug mit Raum für bis zu fünf Personen täglich alleine zu nutzen. Die Möglichkeit, dem Fahrzeugköper zusätzliche Module hintereinander oder nebeneinander hinzuzufügen, wenn der Zweck des Modulsystems für Fahrzeuge in der Beförderung von mehreren Personen oder größeren Mengen an Materialien besteht, bietet hohe Flexibilität.

Description

Unsere Erfindung stellt ein Modulsystem für Fahrzeuge dar, das aus einem oder mehreren trennbaren Bauteilen, nachfolgend Module genannt, besteht. Diese Module sind dabei hintereinander oder nebeneinander angeordnet. Die Anzahl und die Anordnung der Module hängt mit Art und Einsatzzweck des Fahrzeugs zusammen, bei einem Ein-Personen-Fahrzeug wären ein oder wenige Module denkbar, bei einem Bus oder LKW wären deutlich mehr Module hintereinander oder nebeneinander möglich. Bei einem Fahrzeug, das aus mindestens zwei hintereinander angeordneten Modulen besteht, bilden die Module somit die verschiedenen Achsen des Fahrzeugs. Beispielsweise wird bei einem Fahrzeug, das aus zwei hintereinander angeordneten Modulen besteht, das vordere Modul die Vorderachse des Fahrzeugs, das hintere Modul entsprechend die Hinterachse bilden. Ein Fahrzeug aus lediglich einem Modul oder mehreren nebeneinander angeordneten Modulen hat demnach nur eine Achse. Die Module können auch nachträglich, dass heißt nach Fertigstellung des Fahrzeugs, hinzugefügt, entfernt, oder in ihrer Anordnung verändert werden.
Jedes der vorhandenen Module verfügt über zwei parallel liegende, also auf einer Achse verlaufende Räder und eine eigene Antriebseinheit wie beispielsweise einen Elektromotor. Zu jedem Modul gehören auch die Verbindungselemente (A1 bis A3), an denen die Räder befestigt werden, sowie das darüber liegende Teil der Karosserie. A1 ist dabei die Basis oder Oberachse, die drehbar ist und die Räder mit dem darüber liegenden Teil der Karosserie verbindet. Hierdurch ist das Schwenken der Räder nach links und rechts möglich, und zwar, gemäß unserer beigefügten Zeichnung, um bis zu 360° in jede Richtung. Ein Federsystem zur Stoßdämpfung, wie man es von herkömmlichen Fahrzeugen kennt, ist in der Regel sinnvoll und daher Bestandteil unseres Fahrzeugs im Bauteil A2. A2 verbindet dabei Oberachse A1 und Radachse A3. Durch die Radachse A3 werden die Räder B1 und B2 angetrieben. Es besteht dabei die Möglichkeit, einzelne Räder mit unterschiedlicher Geschwindigkeit anzutreiben oder sogar in gegenläufiger Richtung rotieren zu lassen. Die Verbindungselemente A1, A2 und A3 können auch zu einem einzigen Teil zusammengefasst werden, sofern die Funktionen der Bauteile A1 bis A3 erhalten bleiben: Schwenkbarkeit der Räder B1 und B2 zur Richtungsänderung des Fahrzeugs um bis zu 360°, Federsystem zur Stoßdämpfung, Antrieb der Räder, wahlweise auch mit unterschiedlicher Geschwindigkeit oder in gegenläufiger Richtung.
Die Art und Gestaltung der über den Rädern und Verbindungselementen liegenden Karosserie hängt mit dem Einsatzweck des Fahrzeugs zusammen. Die Karosserie eines Fahrzeugs, das als Bus eingesetzt werden soll, wird von der eines LKWs oder eines Ein-Personen-Fahrzeugs abweichen.
Sofern das Fahrzeug aus mehreren Modulen besteht, die hintereinander angeordnet sind, liegen die Räder der einzelnen Module dabei ebenfalls hintereinander, ähnlich wie bei einem herkömmlichen Fahrzeug. Eine Ausnahme des Grundsatzes, dass die Räder der hintereinander angeordneten Module auf einer Linie liegen, ist möglich, sofern auch mindestens zwei Module nebeneinander angeordnet sind. Dann kann während der Fortbewegung der Abstand der nebeneinander liegenden Module zueinander und damit auch der Abstand der nebeneinander liegenden Räder verändert werden. Die nebeneinander liegenden Module können sich somit während der Fahrt auf ihrer Achse durch Steuerung in beide Richtungen bewegen. So kann der Abstand der auf einer Achse angeordneten Module während der Fahrt vergrößert oder verringert werden, die Räder liegen dann beispielsweise weiter außen am Fahrzeug, wodurch sich Straßenlage und Stabilität insbesondere in Kurven verbessern. Bei einem hohen Schwenkwinkel der Räder kann die Verschiebung der Module nach innen verhindern, dass die Räder mit einem Hindernis kollidieren. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn die Räder zum seitlichen Einparken um 90° nach links oder rechts geschwenkt wurden. Unsere Zeichnung mit vier Modulsystemen zeigt dabei die möglichen Bewegungsrichtungen der Module durch den Pfeil an. Das Bauteil C dient dabei als eine Art Schiene und ermöglicht die gesteuerte Bewegung der Module während der Fahrt seitwärts auf ihrer Achse ohne Einbußen bei der Stabilität des Fahrzeugs und ohne Gefahr, dass die Räder inklusive der Verbindungselemente sich vom Fahrzeug lösen können.
Ein weiterer Unterschied zu einem herkömmlichen Fahrzeug liegt, wie oben bereits angesprochen, darin, dass die Räder jeweils mit unterschiedlicher Geschwindigkeit angetrieben werden können. Bei dem einfachen Fall, dass das Fahrzeug aus einem Modul besteht und somit zwei Räder hat, sorgt eine höhere Antriebsgeschwindigkeit des in einer Fahrkurve außen liegenden Rades für eine Reduzierung der Trägheitskraft bzw. Zentrifugalkraft und damit für eine sicherere Straßenlage. Indem die Antriebsgeschwindigkeit und als Folge die Rotationsgeschwindigkeit des kurvenäußeren Rades in Relation zum kurveninneren Rad erhöht ist, wirkt somit auch eine geringere Zentrifugalkraft auf die Personen im Fahrzeuginneren, wodurch zusätzlich zur verbesserten Straßenlage der Fahrkomfort erhöht wird. Das Prinzip, dass in einer Kurve die innen liegenden Räder mit einer geringeren Geschwindigkeit angetrieben werden können, als die kurvenäußeren Räder, gilt auch bei mehreren Modulen, egal, ob diese hintereinander oder nebeneinander angeordnet sind.
Zusätzlich zu der Möglichkeit, die Räder je nach Bedarf mit unterschiedlicher Geschwindigkeit anzutreiben, können die verschiedenen Räder in gegenläufiger Richtung angetrieben werden. Bei einem Ein - Modul - Fahrzeug mit zwei Rädern oder einem Fahrzeug mit mehreren hintereinander angeordneten Modulen bewirkt die gegenläufige Rotation der linken und rechten Räder, dass sich das Fahrzeug auf der Stelle drehen kann. Dies ist bisher nur bei einigen Kettenfahrzeugen wie Panzern, Baggern oder Schneepflügen der Fall. Wenn das Fahrzeug über mehrere nebeneinander liegende Module verfügt, bleibt das Grundprinzip der gegenläufig rotierenden Räder erhalten. Die Räder im rechten Bereich des Fahrzeugs drehen sich entgegengesetzt zu den Rädern im linken Bereich des Fahrzeugs.
Während herkömmliche KFZ oder LKWs gewöhnlich nur über die Vorderachse, Gabelstapler hingegen nur über die Hinterachse gelenkt werden können, ist bei unserem Fahrzeug das Schwenken aller Räder möglich. Die Räder des Fahrzeugs lassen sich, unanhängig von der Anzahl der verbundenen Module, um bis zu 360° in beide Richtungen drehen. Dadurch kann sich das Fahrzeug bei einer 90° - Stellung der Räder und Allradantrieb seitlich bewegen, was beispielsweise den Vorgang des Einparkens deutlich erleichtert.
Sofern unser Modulsystem für Fahrzeuge nicht über mehrere nebeneinander angeordnete Module verfügt, kann, um die Seitenstabilität zu verbessern, eine Gyroskopkraft eingesetzt werden. Ein Gyroskop ist ein bewegliches Lager, in dem ein Kreisel asymmetrisch rotiert. Das bewegliche Lager kann hierbei verschiedene Formen haben. Eine solche Gyroskopkraft verbessert die Stabilität und verhindert im Extremfall ein seitliches Kippen des Fahrzeugs.
Stand der Technik sind somit Fahrzeuge, egal, ob es sich dabei um Autos, Busse oder LKWs handelt, die aus einem einzigen, nur als Ganzes funktionierenden Teil bestehen. Dabei ist es zwar möglich, dieses Teil wiederum in Einzelteile zu zerlegen, jedoch sind diese Einzelteile für sich nicht als Fahrzeug nutzbar. Gibt es beispielsweise einen Defekt an einem einzelnen Bestandteil dieser Fahrzeuge, muss das gesamte Fahrzeug vorübergehend außer Betrieb genommen werden. Manchmal lassen sich Einzelteile nicht oder nur unter Verursachung erheblicher Kosten austauschen. Bei unserem Modulsystem für Fahrzeuge können einzelne Module hingegen auch nachträglich hinzugefügt oder entfernt werden, defekte Module können daher schnell entfernt und ausgetauscht werden, das Fahrzeug ist sofort wieder einsatzbereit. Hierdurch werden erhebliche Kosten gespart, insbesondere Reparatur- und Wartungskosten. Durch Hinzufügen und Entfernen von Modulen und durch die Anordnung der Module hintereinander oder nebeneinander kann unser Fahrzeug dem jeweiligen Nutzungszeck angepasst werden. Herkömmliche Autos oder Busse können hingegen nicht auf diese Art und Weise ihrem Nutzungszweck entsprechend angepasst werden.
Herkömmliche LKWs oder Autos können zwar durch Hinzufügen von Anhängern, ähnlich wie bei unserem Modulystem durch das Ergänzen von Modulen, erweitert werden, jedoch funktionieren diese Anhänger nicht unabhängig. Bei Beschädigungen der Antriebseinheit, also bei einem Schaden im Bereich des Autos oder LKWs selbst, kann der Anhänger nicht eigenständig bewegt werden. Da unsere Module jeweils über eine Antriebseinheit verfügen, kann unser Fahrzeug hingegen auch nach dem Austausch eines Moduls sofort weiterverwendet werden.
Stand der Technik sind Fahrzeuge, bei denen jeweils maximal die Räder einer Achse um einen begrenzten Winkel geschwenkt werden können. Bei KFZ erfolgt die Lenkung regelmäßig über die Vorderachse, bei Staplern über die Hinterachse, Kettenfahrzeuge können ihre Richtung durch unterschiedliche Drehzahlen der angetriebenen Seiten ändern. Um sich auf der Stelle drehen zu können, können hier die jeweiligen Ketten in gegenläufiger Richtung angetrieben werden. Unser Modulsystem für Fahrzeuge bietet die Möglichkeit, alle Räder um bis zu 360° in beide Richtungen zu schwenken, wodurch ein seitliches Einparken möglich ist. Gleichzeitig können einzelne Räder mit unterschiedlicher Drehzahl angetrieben werden, beispielsweise mit der Intention, die auf das Fahrzeug und die Insassen wirkende Zentrifugalkraft in einer Kurve zu verringern. Herkömmliche Fahrzeuge bieten auch keine Möglichkeit, die Räder auf ihrer Achse zu bewegen und damit zusätzliche Stabilität und Sicherheit bei hoher Geschwindigkeit oder Kurvenfahrt zu gewährleisten. Zudem kann sich unser Fahrzeug durch gegenläufige Rotation der rechten und linken Räder auf der Stelle drehen, sofern erforderlich. Denkbar ist die Steuerung der Rotationsgeschwindigkeit und Rotationsrichtung der einzelnen Räder unseres Modulsystems für Fahrzeuge über eine digitale Programmierung.
Durch den Aufbau im Modulsystem und die Möglichkeit, einzelne Module nachträglich austauschen zu können, kann die Größe des Fahrzeugs somit der jeweiligen Nutzung angepasst werden, Kosten für Reparatur und Wartung können reduziert werden. Ein extrem geringer Wendekreis durch die um 360° schwenkbaren Räder und sogar das Drehen auf der Stelle durch gegenläufige Rotation der angetriebenen Seiten machen unser Modulsystem für Fahrzeuge besonders im Stadtverkehr vielseitig einsetzbar. Langes Rangieren beim Einparken, wodurch viel Schadstoff ausgestoßen oder bei Elektrofahrzeugen viel Energie verbraucht wird, fällt durch die mögliche Seitwärtsbewegung unseres Fahrzeugs weg.

Claims

Modulsystem für Fahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, dass das Modulsystem für Fahrzeuge aus mindestens einem Bauteil, nachfolgend Modul genannt, besteht und je nach geplantem Einsatzzweck beliebig viele Module miteinander verbunden werden können. Die Anordnung der Module ist dabei nebeneinander oder hintereinander möglich, die Module können fest oder über ein Gelenkteil miteinander verbunden werden, sie können auch nachträglich voneinander getrennt werden, so dass einzelne Module ausgetauscht werden können.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Module jeweils über zwei Räder und eine eigenständige Antriebseinheit verfügen. Über eine Basis sind die Räder mit dem darüber liegenden Teil der Karosserie verbunden. Die beiden Räder eines Moduls liegen dabei parallel und bilden eine Achse. Bei mehreren nebeneinander angeordneten Modulen bilden sämtliche Räder dieser Module eine Achse bzw. die Module selbst liegen dabei auf einer Achse.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass beide Räder eines Moduls um 360° in jede Richtung geschwenkt werden können.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der beiden Räder eines Moduls mit unterschiedlicher und frei einstellbarer Drehzahl angetrieben werden kann. Außerdem können die beiden Räder eines Moduls in gegenläufiger Richtung angetrieben werden.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Position von mehreren nebeneinander liegenden Modulen inklusive der Räder bei Bewegung des Fahrzeugs entlang der Achse nach rechts oder links verändert werden kann. Dadurch kann der Abstand zwischen den Modulen während der Fortbewegung vergrößert oder verkleinert werden, wodurch sich auch der Abstand der Räder eines Moduls zu den Rädern eines anderen auf der gleichen Achse liegenden Moduls verändert.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 3, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionen der Schwenkbarkeit der Räder um bis zu 360° in jede Richtung, sowie der Einstellbarkeit von Drehzahl und Rotationsrichtung der einzelnen Räder, sich unabhängig von der Anzahl der verbundenen Module ausführen lassen, unabhängig auch davon, ob die Module neben- oder hintereinander angeordnet sind. Lediglich die Änderung der Position der einzelnen Module auf Ihrer Achse erfordert, dass bei unserem Modulsystem für Fahrzeuge mindestens zwei Module nebeneinander angeordnet sind.