DE102017126253A1

DE102017126253A1 - Verbesserungen an oder bezüglich der ersten/letzten Meile der Beförderung

Info

Publication number: DE102017126253A1
Application number: DE102017126253.9A
Authority: DE
Inventors: Torsten Gerhardt; James Neugebauer; Robert Spahl; Bruce Southey; Christoph Ruberg
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-11-10
Filing date: 2017-11-09
Publication date: 2018-05-17
Also published as: CN108068949A; GB2555810B; US10597100B2; CN108068949B; GB2555810A; US20180127038A1

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum Befördern einer Traglast über unterschiedliches Terrain vorgesehen. Die Vorrichtung umfasst: eine erste Radgruppe, die zwei oder mehr Räder in ebener Konfiguration umfasst; eine zweite Radgruppe, die zwei oder mehr Räder in ebener Konfiguration umfasst; und eine ebene Ladefläche, die ausgelegt ist, um die Traglast aufzunehmen. Jede der Radgruppen ist mit einem einen elektrischen Anschluss umfassenden Konnektor zum Verbinden der Gruppe mit der Ladefläche versehen, so dass die Vorrichtung in drei ebene Teile geteilt werden kann.

Description

Einer der wesentlichen Nachteile bei den meisten, wenn nicht gar allen, Formen des öffentlichen Verkehrs ist die Integration von Beförderungslösungen in den Alltag der Nutzer. Häufig nimmt die erste und/oder letzte Meile einer Strecke im Kontext der Gesamtstrecke überproportional viel Zeit und Aufwand in Anspruch. Dies ist einer der häufigsten Gründe, der für die Nutzung von Individualtransport angeführt wird: er kann eine echte Lösung von Tür zu Tür bieten. Dadurch besteht ein eindeutiger Bedarf nach praktischer, effizienter Beförderung in der ersten/letzten Meile.
Es gibt mehrere unterschiedliche Technologien, die für dieses Problem eine teilweise Lösung bieten. Selbst ausbalancierende einachsige Vorrichtungen, wie etwa elektrische Einräder, Segway® und sogenannte Hoverboards können über im Wesentlichen flaches Terrain für Beförderung sorgen und weisen eine angemessene Reichweite auf, doch werden sie schnell durch Stufen, Bordsteine und andere Stadtmöbel zum Anhalten gebracht. Weiterhin sind sie für einfaches Verstauen zu schwer und sperrig und lassen sich daher nicht gut mit anderen Beförderungslösungen integrieren, da sie in einem Fahrzeug zu viel Platz einnehmen, wenn sie denn überhaupt erfolgreich in dem Fahrzeug verstaut werden können.
Es gibt auch zweiachsige Systeme, die das Potential haben, stabiler als einachsige Systeme zu sein. Auch sie können jedoch nicht das Problem von Höhenänderungen Bordsteinen, Stufen und Spalten angehen.
Treppensteiger und anderen ähnliche Vorrichtungen mit dreirädrigen Gruppen wurden eigens zum Bewältigen von Treppen entwickelt. Zum Verstauen in einem Fahrzeug oder für Integration mit anderen Beförderungslösungen sind sie aber typischerweise zu schwer und sperrig.
Vor diesem Hintergrund kam es zu der vorliegenden Erfindung.
Es kann eine Vorrichtung zum Befördern einer Traglast über unterschiedliches Terrain vorgesehen werden. Die Vorrichtung kann umfassen: eine erste Radgruppe, die zwei Räder in ebener Konfiguration umfasst; eine zweite Radgruppe, die zwei Räder in ebener Konfiguration umfasst; und eine ebene Ladefläche, die ausgelegt ist, um die Traglast aufzunehmen; wobei die Ladefläche ausgelegt ist, um relativ zu der ersten und der zweiten Radgruppe zu drehen und in jeder Position entlang eines Kontinuums zu arbeiten, welches zwischen einer ersten Position, die im Wesentlichen mit einem ersten Rad in sowohl der ersten als auch der zweiten Radgruppe ausgerichtet ist, und einer zweiten Position, die im Wesentlichen mit einem zweiten Rad in sowohl der ersten als auch der zweiten Radgruppe ausgerichtet ist, definiert ist.
Innerhalb des Kontextes dieser Erfindung wird der Begriff „Traglast“ verwendet, um jede zu befördernde Last zu bezeichnen, und soll Folgendes einschließen, ohne aber darauf beschränkt zu sein: den Nutzer, eine andere Person, ein oder mehrere Tiere, eine unbelebte Fracht, die Fluggepäck, Lebensmitteleinkäufe oder eine Kombination des vorstehend Erwähnten umfassen könnte.
Innerhalb des Kontextes dieser Erfindung wird der Begriff „unterschiedliches Terrain“ verwendet, um an unterschiedlichen Orten jede Art von Fußgängerinfrastruktur zu bezeichnen. Er soll Stadtmöbel, einschließlich Bordsteine, Gehsteige, Gehwege, einzelne Stufen nach oben oder unten, mehrere Stufen nach oben oder unten, Spalte, wie sie sich zwischen dem Zug und dem Bahnsteigrand finden, oder eine beliebige Kombination des Vorstehenden, umfassen. Er soll auch ein Rollfeld, markierte, mit Schotter bedeckte, geflieste oder mit Teppich ausgelegte Flächen und anderes ähnliches Terrain umfassen.
Die Bewegung der Ladefläche in der vertikalen Ebene kombiniert mit der Drehung der Ladefläche bezüglich der Radgruppen ermöglicht ein sanftes Überqueren von Spalten und Steigen von Bordsteinen nach unten bzw. von unten auf Bordsteine, wodurch eine Integration mit allen Aspekten der Fußgängerinfrastruktur erreicht wird.
Die Fähigkeit der Ladefläche, an einem beliebigen Punkt am Kontinuum zwischen den beiden genannten Extremen positioniert zu werden, ermöglicht ein Positionieren der Ladefläche auf halber Strecke zwischen den Extremen, um eine stabile vierrädrige Lastbeförderungskonfiguration zu bieten.
Die Ebene der ersten Radgruppe ist im Wesentlichen parallel zur Ebene der zweiten Radgruppe. Die Ebene der Ladefläche ist im Wesentlichen orthogonal zu den Ebenen der ersten und der zweiten Radgruppe.
Die Entfernung zwischen den Mitten der zwei Räder in jeder Gruppe kann größer als die Summe der Radien der zwei Räder sein. Wäre dem nicht so, dann würden sich die Räder überlappen und einander stören.
Die Entfernung zwischen den zwei Radmitten in jeder Gruppe kann größer als die Höhe des Bordsteins sein. Dies stellt sicher, dass die Mitte des oberen Rads über den Bordstein steigen und das Verlagern von Gewicht auf den Bordstein erleichtern kann.
Die Vorrichtung kann ferner einen Motor umfassen, der ausgelegt ist, um den Schiebemechanismus der Ladefläche relativ zu den Rädern anzutreiben. Die Vorrichtung kann ferner einen Motor umfassen, der ausgelegt ist, um die Drehung der Radgruppen relativ zu der Ladefläche anzutreiben. Die Vorrichtung kann ferner einen Motor umfassen, der in der Nabe jedes Rads vorgesehen ist. Dies ermöglicht ein unabhängiges Antreiben der Räder.
In manchen Ausführungsformen ermöglicht das Vorsehen eines Motors, der ausgelegt ist, um die Drehung der Radgruppen relativ zu der Ladefläche anzutreiben, ein Ausbalancieren des Schwerpunkts (CoG) auf einem im Wesentlichen flachen, ebenen Boden. Bei diesem Szenario ist die Standardausrichtung der Ladefläche im Wesentlichen horizontal. Das Ausbalancieren erfolgt durch winzige Änderungen der Drehzahl der angetriebenen Räder. Gerät die Traglast nach vorne hin aus dem Gleichgewicht, dann beschleunigt die Vorrichtung unterhalb der Traglast, um den Traglastschwerpunkt zwischen den zwei Achsen neu zu zentrieren, die Räder verbinden, die an diesem Punkt Bodenkontakt haben.
Die Vorrichtung kann ferner einen Sensor umfassen, um Stufen nach oben zu detektieren. Diese Detektion wäre unter den Umständen erforderlich, unter denen die Vorrichtung ausgelegt ist, um mit abgesenkter Ladefläche zu fahren und dann in Erwartung einer Stufe die Ladefläche anzuheben. Diese Konfiguration hat den Vorteil erhöhter Stabilität, Steuerung und eines erhöhten Sicherheitsgefühls für den Fahrer.
Die Vorrichtung kann ferner einen Sensor umfassen, um Stufen nach unten zu detektieren. Der Sensor kann eine Ultraschallvorrichtung oder eine Kamera sein.
Alle vier Räder, d.h. beide Räder in jeder der zweirädrigen Gruppen, können ausgelegt sein, um den Boden gleichzeitig zu berühren, um ein Laden der Traglast zu ermöglichen. Wenn alle vier Räder gleichzeitig mit dem Boden in Kontakt stehen, ist die Vorrichtung stabil. Dies ermöglicht vor Beginn der Beförderung ein Stehen des Nutzers in stabilem Zustand auf der Vorrichtung.
Die Vorrichtung kann weiterhin ein Steuersystem umfassen. Das Steuersystem kann eine Benutzeroberfläche umfassen, um dem Nutzer das Registrieren der Notwendigkeit, nach oben oder nach unten zu steigen, zu ermöglichen. Das Steuersystem ist ferner ausgelegt, um die Motoren als Reaktion auf Daten von den Sensoren zu steuern, um eine gleichmäßige Beförderung der Traglast zu erreichen.
Wenn der Nutzer die Vorrichtung besteigt oder eine unbelebte Traglast auf die Vorrichtung geladen wird, ist die Vorrichtung in ihrer stabilsten Konfiguration ausgelegt, nämlich mit allen vier Rädern in Kontakt mit dem Boden. Dies erleichtert für den Nutzer das Besteigen der Vorrichtung und sieht eine stabile Ladefläche für eine unbelebte Traglast vor. Zum Aufnehmen der Beförderung steuert das Steuersystem dann die Ladefläche entweder hin zur vorderen oder hinteren Radgruppe. Sobald die Drehachse der Ladefläche vollkommen koinzident und koaxial mit der Achse ist, die durch das Rad von jeder Gruppe projiziert ist, zu dem sie angetrieben wurde, dreht der Drehmotor der Ladefläche dann die Radgruppen um 90 Grad und hebt dadurch ein Rad in jeder Radgruppe in einer Drehbewegung an, bis sie sich über dem anderen Rad in jeder Gruppe befinden.
Weiterhin kann eine Vorrichtung zum Befördern einer Traglast über unterschiedliches Terrain vorgesehen werden, wobei die Vorrichtung umfasst: eine erste Radgruppe, die drei Räder in ebener Konfiguration umfasst; eine zweite Radgruppe, die drei Räder in ebener Konfiguration umfasst; und eine ebene Ladefläche, die ausgelegt ist, um sich relativ zu der ersten und der zweiten Radgruppe zu drehen und die Traglast aufzunehmen; wobei jedes Rad und die Ladefläche unabhängig angetrieben werden, so dass die Vorrichtung lenken und Stufen hinauf- und hinab steigen kann.
Die Ebene der ersten Radgruppe kann im Wesentlichen parallel zur Ebene der zweiten Radgruppe sein. Die Ebene der Ladefläche kann im Wesentlichen orthogonal zu den Ebenen der ersten und der zweiten Radgruppe sein.
Jedes Rad kann unabhängig angetrieben werden, und dieser unabhängige Antrieb kann durch einen in der Radnabe vorgesehenen Motor erreicht werden. Dies stellt sicher, dass das Rad jeder Gruppe, das nicht mit dem Boden in Kontakt steht, nicht ziellos dreht. Es ermöglicht auch unterschiedliche Raddrehzahlen, was eine effektive Kurvenfahrt und ein effektives Steigen ermöglicht.
Die Ladefläche kann angetrieben werden, um sicherzustellen, dass sie während der Stufensteigvorgänge im Wesentlichen horizontal bleibt. Dies sieht wie vorstehend beschrieben den unabhängig angetriebenen Aspekt der Ladefläche vor. Die Ladefläche kann angetrieben werden, um eine Winkeldrehung der Radgruppen bezüglich der Ausrichtung der Ladefläche zu erzeugen.
Die erste und die zweite Radgruppe können so ausgelegt sein, dass vier Räder vorhanden sind, die während einer normalen Fahrt mit dem Boden in Kontakt stehen. In diesem Kontakt wird der Begriff normale Fahrt verwendet, um den Großteil der Aktivitäten zu bezeichnen, die im Wesentlichen über ebenen Boden erfolgen. Er beinhaltet jede Aktivität, die kein Höhenwechsel- oder Bordsteinüberwindungsmanöver ist.
Diese Konfiguration, mit vier Rädern in Bodenkontakt - zwei pro Gruppe - bedeutet, dass ein gyroskopisches Ausbalancieren nicht notwendig ist.
Die Räder können von gleichem Radius sein. Die drei Räder in jeder Gruppe können gleich weit weg voneinander sein. Die Drehachse der Gruppe kann ein Schnittpunkt von drei senkrechten Linien sein, die jede der Verbindungslinien zwischen jedem Paar von Rädern in einer dreirädrigen Gruppe halbieren.
Die Räder können bei einem Abstand getrennt sein, der den Raddurchmesser oder den doppelten Radradius übersteigt. Dies stellt sicher, dass die Räder einander nicht beeinträchtigen. Die Größenordnung, um die der Trennungsabstand den Raddurchmesser übersteigt, sollte minimiert sein, um eine enge Gruppe zu bilden und den Radstand der Vorrichtung bei einer vorgegebenen Radgröße zu minimieren. Diese Konfiguration verhindert auch, dass sich die Vorrichtung an einem Bordstein verfängt, da nichts zwischen die Räder gelangen kann. Weiterhin reduziert die Konfiguration Reifenverschleiß und das Potential von Reifenschlupf.
Der Radius der Räder und der Abstand der Radachsen in der Gruppe kann so gewählt werden, dass er die Höhe eines Bordsteins übersteigt. Dies stellt sicher, dass die Vorrichtung tatsächlich auf den Bordstein steigen kann und beim Versuch des Steigens nicht zurückrutscht.
Die Ladefläche kann zu Drehung relativ zu der Achse fähig sein, die die erste und die zweite dreirädrige Gruppe verbindet, um die Stufensteigfähigkeit der Vorrichtung zu erreichen. Da die Ladefläche relativ zu der Achse drehen kann, die die dreirädrigen Gruppen verbindet, löst bei Anschlagen des vordersten Rads jeder Gruppe an einer Stufe nach oben oder einem Bordstein die kinetische Energie der Traglast eine Drehung um die vordere Radachse aus.
Die Drehung der Ladefläche relativ zu der Achse, die die erste und die zweite dreirädrige Gruppe verbindet, kann durch Antreiben erfolgen. Das Vorsehen einer Ladefläche, die zu einer angetriebenen Drehung relativ zu der Achse fähig ist, die die erste und die zweite Radgruppe verbindet, lässt das Verwirklichen vieler der wesentlichen Aspekte der Konstruktion zu. In manchen Ausführungsformen kann die Vorrichtung so ausgelegt sein, dass eine Vorgabeausrichtung für die Ladefläche besteht, die parallel zu einer Linie ist, die die Radmitten der Radmitten der zwei Räder jeder Gruppe, die mit dem Boden in Kontakt stehen, verbindet. In diesen Ausführungsformen gibt es drei bevorzugte Ausrichtungen, die um 120° beabstandet sind. Das Vorsehen einer angetriebenen Drehung der Ladefläche relativ zu den Radgruppen stellt sicher, dass sich die Ladefläche nach einem Vorgang des Steigens eine Stufe hinauf oder eine Stufe herunter richtig in eine der drei bevorzugten Ausrichtungen begibt.
Die Drehung der Ladefläche sieht auch die Drehzahlsteuerung vor, wenn die Vorrichtung durch die (menschliche) Traglast gesteuert wird. Unter der Annahme, dass der Nutzer in die Fahrtrichtung blickend steht, verlagert der Nutzer zum Bewirken der Beschleunigung der Vorrichtung sein Gewicht nach vorne, um die vordere Kante der Ladefläche relativ zur hinteren Kante nach unten zu drücken. Um das Abbremsen der Vorrichtung zu bewirken, verlagert der Nutzer umgekehrt sein Gewicht nach hinten, um die hintere Kante der Ladefläche relativ zur vorderen Kante nach unten zu drücken. Es versteht sich, dass die vordere und die hintere Kante ausgetauscht werden können, wenn der Nutzer in die Gegenrichtung blickend auf der Vorrichtung steht, da die Vorrichtung in jeder Richtung gleich angetrieben werden kann.
In manchen Ausführungsformen kann die Ladefläche mit zwei Druckscheiben versehen sein. Diese sind ausgelegt, um ein Lenken der Vorrichtung nach links und rechts zu ermöglichen. Der Nutzer legt einen erhöhten Druck an einer der zwei Scheiben unter Bevorzugung gegenüber der anderen an, um die Vorrichtung um eine Ecke zu lenken. Diese Druckdifferenz wird durch das Steuersystem von den Druckscheiben an der Ladefläche übermittelt und das Einlenken der Vorrichtung wird an der Außenseite der Kurve durch Erhöhen des Drehmoments verwirklicht, das von dem Nabenmotor in den Rädern vorgesehen wird. Wenn der Nutzer beispielsweise einen erhöhten Druck auf die linke Druckscheibe ausübt, dann beschleunigen die Räder der rechten Radgruppe, die mit dem Boden in Kontakt stehen, um die Vorrichtung die Ecke herum zu fahren.
In manchen Ausführungsformen kann die Ladefläche in zwei Teile aufgeteilt sein, die so angelenkt sind, dass der von einem Nutzer vorgesehene Differenzdruck, der eine Absicht signalisiert, um eine Ecke zu fahren, zu einem physischen Niedertreten eines der Teile der Ladefläche relativ zum anderen bewirkt. Diese Höhendifferenz entweder der gesamten Seite der Ladefläche oder ihrer vorderen Kante wird von dem Steuersystem so ausgelegt, dass zwischen den Rädern ein Differentialmoment erforderlich ist, um die Vorrichtung um die Ecke herum zu fahren.
Die Vorrichtung kann mit einem Erfassungssystem versehen sein, das ausgelegt ist, um bei Hinuntersteigen einer Stufe die redundanten Räder nach vorne zu drehen und vor dem Hindernis zu positionieren. Das Erfassungssystem kann weiterhin einen Beschleunigungssensor oder Beschleunigungsmesser umfassen. Dieser würde so ausgelegt sein, dass die Vorrichtung, wenn sie mit einem Bordstein in Kontakt kommt, eine hohe ‚g‘-Abbremsung verzeichnet, beispielsweise wenn die Vorrichtung eine Stufe steigt. Das Erfassungssystem umfasst ferner ein Steuergerät, das programmiert ist, um eine Bordstein-Steigesequenz auszulösen, wenn der Beschleunigungssensor einen Beschleunigungswert registriert, der einen vorbestimmten Wert übersteigt. Der vorbestimmte Wert kann 0,2g oder 2 m/s² betragen.
Das Erfassungssystem kann weiterhin ausgelegt sein, um zu erfassen, wann das redundante Rad auf den Boden trifft, was eine Rückkehr zu Antriebsparametern für ebenen Boden signalisiert.
Die Vorrichtung kann ausgelegt sein, um in einem sogenannten Tethered-Modus oder autonomen Modus ohne Unterstützung Lasten zu befördern. In diesem Kontext bezeichnet Tethered eine digitale Verbindung mittels WiFi® oder mittels eines anderen ähnlichen drahtlosen lokalen Netzes oder BlueTooth®. Mittels der digitalen Verbindung ist die Vorrichtung durch Tethering mit einer zweiten Vorrichtung verbunden, die ein Smartphone eines Nutzers oder eine andere vorstehend dargelegte Vorrichtung sein kann. Die Vorrichtung beschleunigt oder bremst ab, um innerhalb einer vorbestimmten Reichweite der Vorrichtung zu bleiben, mit der sie durch Tethering verbunden ist. Wenn die Vorrichtung durch Tethering mit dem Smartphone des Nutzers verbunden ist und der sein Smartphone mitführende Nutzer in einer ersten Richtung zu gehen beginnt, folgt die Vorrichtung daher automatisch dem Smartphone des Nutzers, wobei sie einen vorbestimmten Abstand von dem Nutzer hält. In diesem Kontext bezeichnet autonom die Nutzung von vorprogrammierten Befehlen, einschließlich das Befolgen einer Reihe von Befehlen oder eines Befehls, einer Karte zu folgen. Bei Betrieb in einem autonomen Modus ist das Ziel typischerweise bekannt, wogegen in einem Tethered-Modus das Ziel unbekannt sein kann.
Die Vorrichtung kann weiterhin einen Behälter zum Aufnehmen von unbelebten Traglasten umfassen, wobei der Behälter eine Flip-Box-Aufbewahrungsvorrichtung sein kann, die ausgelegt ist, um bei Nichtverwendung flach zusammengefaltet zu werden. Eine solche Aufbewahrungsvorrichtung kann genutzt werden, um mehrere nicht miteinander verbundene Artikel zu fassen, zum Beispiel Lebensmitteleinkäufe.
Die Vorrichtung kann weiterhin einen Drehmomentausgleichshebel umfassen, der eine halbautonome Beförderung vorsieht. Der Hebel kann ausziehbar sein. Mit dem Hebel kann ein Bediener die Vorrichtung unterstützen, ohne Gewicht der Traglast zu tragen. Bei Steigen aus einem stationären Zustand auf einen Bordstein besitzt die Traglast beispielsweise keine kinetische Energie, um sie nach vorne zu befördern. Wenn die Ladenflächendrehung nach hinten eingesetzt hat, würde die Ladefläche daher einfach nach hinten kippen und die Traglast würde hinten von der Vorrichtung herunterfallen. Bei Vorsehen des Hebels hält der Bediener den Hebel fest, um sicherzustellen, dass sich die Radgruppen nach vorne drehen und die Vorrichtung das Steigen die Treppe hinauf beginnt. Der Hebel kann ausgelegt sein, um dem Nutzer das Vorsehen eines Gegengewichts zu ermöglichen, um das Umkippen einer unbelebten Traglast zu vermeiden. Ohne das Vorsehen eines Hebels könnte eine unbelebte Traglast während des Vorgangs des Stufensteigens von der Vorrichtung kippen. Der Hebel ermöglicht es dem Nutzer, den von einem Motor in der Ladefläche angelegten Kräften entgegenzuwirken, wobei der Motor die Drehung der Ladefläche relativ zu der ersten und der zweiten Radgruppe antreibt.
Die Vorrichtung weist eine Höchstgeschwindigkeit von 25 km/h auf und erfüllt daher AB604-2016, die das neueste kalifornische Gesetz bezüglich Powerboards ist. Damit liegt der Fokus auf dem Nutzwert der Vorrichtung: es hätte keinen Sinn, eine technisch brillante Vorrichtung herzustellen, die infolge von Nichteinhaltung lokaler Bestimmungen nicht verwendet werden könnte. Diese Vorrichtung wurde unter Berücksichtigung der relevanten Gesetzgebung entwickelt.
Die Vorrichtung hat zwischen Ladevorgängen eine Reichweite von 5 km. Die Vorrichtung kann mit einer 12V-Gleichstromversorgung in einem Fahrzeug geladen werden, was etwa 90 Minuten in Anspruch nimmt. Dies ist vorteilhaft, wenn die Vorrichtung für die erste UND letzte Meile einer Fahrt genutzt werden muss, da sie unterwegs in einem Auto oder einem Lieferwagen geladen werden kann.
Alternativ oder zusätzlich kann die Vorrichtung mit einem 12V-Hochleistungsladegerät eines Autos/Lieferwagens mit 500W Leistung geladen werden, was etwa 20 Minuten in Anspruch nimmt. Dies ist schneller, doch haben nicht alle Nutzer Zugriff auf diese Ladeoption, daher ist es wichtig, dass sie eine von zahlreichen verfügbaren Optionen ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Vorrichtung mit einer Wechselstrom-Haushaltssteckdose geladen werden, was etwa 20 Minuten dauert, was es zu einer schnelleren Ladeoption als die 12V-Versorgung in einem Auto macht.
Die Vorrichtung kann vom Gewicht her leicht genug sein, damit sie der Nutzer mit einer Hand heben kann. Beispielsweise kann sie ein Gewicht in dem Bereich von 10-15 kg haben.
In der Last tragenden Ladefläche sind Leuchten vorgesehen, die die Vorrichtung für andere Personen sichtbar machen und auch einem Nutzer bei Fahrt auf der Vorrichtung das Erkennen der davor liegenden Straße ermöglichen.
Weiterhin wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung zum Befördern einer Traglast über unterschiedliches Terrain vorgesehen, wobei die Vorrichtung umfasst: eine erste Radgruppe, die zwei oder mehr Räder in ebener Konfiguration umfasst; eine zweite Radgruppe, die zwei oder mehr Räder in ebener Konfiguration umfasst; und eine ebene Ladefläche, die ausgelegt ist, um die Traglast aufzunehmen; wobei jede der Radgruppen mit einem einen elektrischen Anschluss umfassenden Konnektor zum Verbinden der Gruppe mit der Ladefläche versehen ist, so dass die Vorrichtung in drei ebene Teile geteilt werden kann.
Viele Vorrichtungen, die andernfalls für die Beförderung der ersten/letzten Meile geeignet wären, können nicht geeignet zerlegt und verstaut werden. Bei den meisten Formen der Personenbeförderung ist Platz kostbar, daher muss während der Fahrt des Nutzers die Vorrichtung zum Verstauen flach zusammengepackt werden können, sei es nun in einem übervollen Pendlerzug oder einem Auto oder Lieferwagen, das/der für private oder gewerbliche Nutzung eingesetzt wird.
Das Vorsehen der Vorrichtung in drei ebenen Teilen ermöglicht den Zusammenbau der Vorrichtung mit nur zwei Klicks.
Die Ladefläche kann mit einer rutschfesten Oberfläche versehen sein. Dies ist besonders wichtig, wenn die Vorrichtung genutzt wird, um eine unbelebte Fracht zu befördern, da bis zu dem Problempunkt, da die Fracht herunterrutscht, keine Rückmeldung von dem Nutzer kommt.
Der Konnektor kann einen Freigabeknopf pro Radgruppe enthalten, der entweder an der Radgruppe oder an der Ladefläche vorgesehen werden kann. Ist der Freigabeknopf an der Ladefläche vorgesehen, kann ein Freigabeknopf pro Radgruppe vorgesehen werden. Der Freigabeknopf kann durch Ziehen oder Drücken betätigt werden. Der Konnektor kann weiterhin einen gefederten Stift umfassen, der an der Ladefläche oder an der Radgruppe montiert sein kann. Der Konnektor kann weiterhin gefederte Kugellager umfassen.
Der elektrische Anschluss zwischen der Ladefläche und der Radgruppe kann mithilfe eines Schleifrings vorgesehen werden, der an der Ladefläche montiert werden kann. Der elektrische Anschluss kann weiterhin ausgelegt sein, um ein Übertragen von Daten zwischen der Radgruppe und der Ladefläche zu ermöglichen.
Nun wird die Erfindung lediglich anhand eines Beispiels und unter Verweis auf die Begleitzeichnungen spezifischer weiter beschrieben. Hierbei zeigen:

1 eine zweirädrige Gruppenkonfiguration der Vorrichtung mit der Ladefläche in der unteren Position für normale Fahrt auf im Wesentlichen flachen Boden;
2 die zweirädrige Gruppenkonfiguration der Vorrichtung, die ausgelegt ist, um eine unbelebte Traglast auf einer im Wesentlichen flachen Oberfläche zu befördern;
3A bis 3C die zweirädrige Gruppenkonfiguration bei Steigen die Stufen hinauf und hinunter;
4A bis 4G verschiedene Schritte in der Abfolge bei Stufensteigen der zweirädrigen Gruppenkonfiguration;
5A bis 5D verschiedene Schritte in der Abfolge bei Stufensteigen der zweirädrigen Gruppenkonfiguration nach unten;
6 eine dreirädrige Gruppenkonfiguration;
7A bis E Details von Radkonfigurationen für eine dreirädrige Gruppenkonfiguration;
8A bis 8F Beispiele der Verbindung zwischen der dreirädrigen Gruppe und der Ladefläche;
9 ein Schaltbild, das die Bestandteile eines Steuersystems zeigt;
10 ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für die Schritte in Verbindung mit dem Aufbauen der Vorrichtung zeigt;
11A bis 11C die Vorrichtung von 6 bei Stufensteigen nach oben;
12A bis 12C verschiedene Betriebsmodi der Vorrichtung von 6;
13 die Vorrichtung von 6 bei Hinabsteigen einer Treppe; und
14A und 14B das Verstauen der Vorrichtung in einem Fahrzeug.

1 zeigt eine zweirädrige Gruppenkonfiguration einer Vorrichtung 10. Die Vorrichtung 10 weist zwei Gruppen von Rädern auf, die jeweils zwei Räder 20 umfassen. Jedes Rad 20 mit Radius r weist eine Nabe 21 auf, die mit einem Motor 22 versehen ist. Ein Verbindungsarm 12 von Länge L ist in jeder Gruppe vorgesehen, um die Räder 20 in der Gruppe miteinander zu verbinden.
Die Vorrichtung 10 ist auch mit einer Ladefläche 30 versehen, auf der bei Gebrauch eine Traglast abgesetzt wird. Die Ladefläche 30 ist mit einem Drehmechanismus 302 und einer Kraftlosbrech-Sperrklinke 304 versehen, um eine Winkelverlagerung zwischen dem Verbindungsarm 12 und der Ladefläche 30, die durch ein plötzliches hohes Drehmoment hervorgerufen wird, zu ermöglichen. Der Verbindungsarm 12 ist ferner mit einer riemenbetriebenen Schiebeanordnung versehen, um die Bewegung der Ladefläche 30 entlang der Länge des Verbindungsarms 12 zu ermöglichen.
Dies zeigt die Vorrichtung 10 in dem normalen Fahrzustand auf einem im Wesentlichen flachen Boden mit einer lebendigen Traglast, typischerweise einer Person, wobei die Ladefläche 30 mit den unteren Rädern 20 ausgerichtet ist. Diese Konfiguration bietet größere Stabilität und ein größeres Sicherheitsgefühl für den Nutzer.
Auch kann die Vorrichtung 10 so konfiguriert werden, dass der normale Fahrzustand umgekehrt ist, so dass die Ladefläche 30 mit dem oberen Satz Räder 20 ausgerichtet ist. Diese Konfiguration ermöglicht es der Vorrichtung 10, ohne Vorbereiten nach oben zu steigen, doch muss der Nutzer sicherer sein und das Ausbalancierungssystem muss ausgelegt werden, um in kürzeren Zeitintervallen und mit höherer Leistung zu reagieren. Diese Anpassungen sind erforderlich, da die Unwuchten viel größer sind, wenn die normale Fahrposition hoch ist, da die Ladefläche, auf der die Last ruht, einen längeren Hebel hat, was das Moment um die Kontaktstelle an dem Rad auf dem Boden um das Verhältnis (L + r) / r vergrößert.
2 zeigt eine zweirädrige Konfiguration der Vorrichtung 10, die ausgelegt ist, um eine Traglast über eine im Wesentlichen flache Oberfläche zu befördern. Die Traglast kann unbelebt sein, wenngleich diese Konfiguration abhängig von der Nutzungsentscheidung des Fahrers auch für einen menschlichen Fahrgast verwendet werden kann. Diese Konfiguration kann für eine menschliche Traglast geeignet sein, wenn Stabilität statt Geschwindigkeit oder Strecke Vorrang hat. Die Ladefläche 30 ist an dem mittleren Punkt des Verbindungsarms 12 positioniert und dreht so, dass sie im Wesentlichen parallel zu dem Verbindungsarm 12 ist, so dass alle vier der Räder 20 Bodenkontakt haben. Auf der Vorrichtung 10 ist eine unbelebte Traglast 66 positioniert.
3A bis 3C zeigen die zweirädrige Konfiguration der Vorrichtung 10, die Lasten Treppen hinauf und hinunter befördert. Dieser Vorgang wird von einem in 3A gezeigten Hebel 50 unterstützt. Der Hebel 50 lässt die Vorrichtung 10 in einem halbautonomen Modus arbeiten, so dass der Nutzer die Vorrichtung 10 lenken kann, ohne das Gewicht der Traglast 66 zu irgendeinem Zeitpunkt tragen zu müssen.
3B zeigt eine Abwärtsfahrt. Die Ladefläche 30 wird zu dem unteren Rad 20 geschoben, das obere Rad 20 wird dann zu der unteren Stufe gedreht. Die Ladefläche 30 gleitet dann weiter in einer Abwärtsrichtung, wobei sie sich dieses Mal in die andere Richtung entlang des Verbindungsarms 12, zurück zu dem ersten Rad, bewegt. Durch Wiederholen dieses Ablaufs bewegt sich die Vorrichtung 10 die Stufen hinunter.
3C zeigt die Fahrt nach oben. Die Ladefläche 30 wird zu dem oberen Rad 20 geschoben, das untere Rad 20 wird dann zu der oberen Stufe gedreht. Die Ladefläche 30 gleitet dann weiter in einer Aufwärtsrichtung, wobei sie sich dieses Mal in die andere Richtung entlang des Verbindungsarms 12, zurück zu dem ersten Rad, bewegt. Durch Wiederholen dieses Ablaufs bewegt sich die Vorrichtung 10 die Stufen hinauf.
4A bis 4G zeigen die verschiedenen Phasen des Stufensteigvorgangs der zweirädrigen Gruppenvorrichtung 10. In manchen Ausführungsformen werden die gezeigten Schritte allein als Reaktion auf einen Sensor ausgelöst, der die Notwendigkeit erkennt, dass die Vorrichtung nach oben steigt. In manchen Ausführungsformen kann eine Benutzeroberfläche vorgesehen sein, so dass der Nutzer einen Stufensteigvorgang auslösen kann.
Die Vorrichtung 10 ist ausgelegt, um eine normale Fahrt mit tiefer Ladefläche 30, wie in 4A gezeigt, in Übereinstimmung mit dem tieferen Rädersatz zu unternehmen. Wenn die Vorrichtung detektiert, dass sie sich einem Hinaufsteigen nähert, wird die Ladefläche 30 in Übereinstimmung mit den oberen Rädern 20 angehoben. 4B zeigt, wie der Nutzer die Vorrichtung 10 nach vorne hin zu der Stufe nach oben fährt. Die Ladefläche 30 wird von der horizontalen Position gekippt, so dass die vordere Kante der Ladefläche tiefer als die hintere Kante ist. Dies bewirkt ein Antreiben der unteren Räder nach vorne durch die in den Naben vorgesehenen Motoren.
Wie in 4C gezeigt ist, lehnt sich der Nutzer zurück, um die Vorrichtung 10 so zu steuern, dass sie langsamer wird, wenn sich die Vorrichtung 10 dem Bordstein oder einer weiteren Stufe nach oben nähert. Auch wenn diese Darstellung die Vorrichtung 10 beim Bewältigen einer einzelnen Stufe zeigt, ist offensichtlich, dass der Ablauf gleichermaßen bei einer Reihe von Stufen anwendbar ist. Wenn das untere Rad 20 der Vorrichtung 10 auf die Setzstufe der Stufe trifft, stoppt das untere Rad sofort. Die kinetische Energie der Vorrichtung und Traglast sieht ein Vorwärtsmoment vor, welches wieder eine Drehung um die Achse des untere Rads erzeugt. Da die Nutzersteuerung die Vorrichtung verlangsamt, ist an dem unteren Rad ein Rückdrehmoment vorhanden. Wird dieses Rad durch einen Bordstein gestoppt und wird Leistung nicht sofort zu dem Rad unterbrochen, dann dreht das Rückdrehmoment den Verbindungsarm und die Ladefläche nach vorne, was das Fortbewegen der oberen Räder und der Traglast für ein Fortfahren in der Vorwärtsrichtung unterstützt.
Die Kraft an dem Verbindungsarm 12 erzeugt ein Drehmoment gegen die Ladefläche 30, die durch die Masse und das Gleichgewicht des stehenden Nutzers im Wesentlichen waagerecht gehalten wird, was ein Ausbruchmerkmal oder eine gesteuerte Freigabe der Winkelverbindung zwischen dem Verbindungsarm 12 und der Ladefläche 30 bewirkt. Wie in 4D gezeigt ist, lassen das Moment und die Masse des Nutzers diesen nun effektiv nach vorne fallen, wobei er die Ladefläche 30 mitnimmt.
Sobald das obere Rad auf die erhöhte Fläche trifft, wie in 4E gezeigt ist, wird das Moment der Ladefläche angehalten und das verbleibende Moment des Nutzers bewirkt ein Vorlehnen desselben auf der Ladefläche 30, was eine Steuereingabe für Vorwärtsantrieb beider Räder 20 in jeder Gruppe vorsieht, d.h. für alle vier der Räder 20, die an dem in 4E gezeigten Punkt angetrieben werden. Das gesamte Gewicht der Traglast befindet sich auf dem vorderen Rad, der Verbindungswinkel ist immer noch von der Ladefläche getrennt und die Vorrichtung 10 fährt weiter, wobei das (ebenfalls angetriebene) untere Rad den Bordstein hinauf gezogen wird. An diesem Punkt balanciert die Vorrichtung 10 nur auf den vorderen Rädern, so als ob die hinteren Räder nicht existieren, während der Verbindungsarm 12 noch ungehindert drehen kann.
Sobald das Steuersystem detektiert, dass das folgende Rad 20 auf der gleichen Fläche wie das vordere Rad ist, wie in 4F gezeigt ist, ordnet das Steuersystem ein Antreiben der Verbindungsarme relativ zur Ladefläche 30 im Uhrzeigersinn nach vorne an. Die nicht belasteten Räder bewegen sich nach oben, bis der Verbindungsarm 12 wieder senkrecht zu der Ladefläche 30 ist, wie in 4G gezeigt ist. Sobald die in 4G gezeigte senkrechte Position erreicht ist, arretieren die Ladefläche 30 und der Verbindungsarm 12 ihre Drehverbindung wieder. Der Stufensteigablauf wird für die Konfiguration beendet, bei der die normale Fahrposition mit der Ladefläche 30 in Übereinstimmung mit den unteren Rädern ist.
In manchen Ausführungsformen, bei denen keine Sperrklinke oder keine Trennkupplung vorhanden ist, wird die Drehverbindung nicht erneut arretiert, da die Drehung der Verbindung relativ zu der Ladefläche von Fahr- und Kraftsensoren gesteuert wird, der Motor, der die Drehung der Ladefläche relativ zu den Rädern steuert, die Drehung anhält, wenn sich die Ladefläche in einer von vier vorbestimmten bevorzugten Fahrkonfigurationen befindet, die als 0°, 90°, 180° und 270° definiert sind, wobei 0° und 180° die horizontalen Vierradantriebsmodi sind.
Wenn die Standardfahrposition die Ladefläche in Übereinstimmung mit den oberen Rädern aufweist, lässt der Riemenantrieb die Ladefläche 30 zurück zur oberen Radmitte gleiten, wie in 4B gezeigt ist.
5A bis 5D zeigen die verschiedenen Phasen beim Steigen einer Stufe nach unten durch die zweirädrige Gruppenkonfiguration. Die Kinematik beim Annähern an eine Stufe nach unten ist relativ zu der Stufe nach oben umgekehrt, wie vorstehend unter Verweis auf 4A bis 4G beschrieben.
In manchen Ausführungsformen werden die gezeigten Schritte allein als Reaktion auf einen Sensor ausgelöst, der die Notwendigkeit erkennt, dass die Vorrichtung nach oben steigt. In manchen Ausführungsformen kann eine Benutzeroberfläche vorgesehen sein, um dem Nutzer das Auslösen des Ablaufs des Steigens einer Stufe nach oben oder nach unten zu ermöglichen.
Wenn die Fahrposition hoch ist, dann wird vor Annähern an den Bordstein oder die Stufe nach unten die Ladefläche 30 zu der Achse des unteren Rads abgesenkt, so dass die Vorrichtung wie in 5A gezeigt ausgelegt ist. Wenn die Fahrposition hoch ist, dann zeigt 5A die normale Fahrposition und der Vorgang des Steigens einer Stufe nach unten wird durch die Drehung des Verbindungsarms 12 bei den freien angehoben Rädern 20 nach vorne begonnen, bis diese auf den Boden treffen, um vor den belasteten unteren Rädern zu laufen, die sich nun relativ zu den unbelasteten Rädern in einer hinteren Position befinden. Dieser Zustand ist in 5B gezeigt. Das Steuersystem detektiert, dass die vorderen Räder nun Bodenkontakt haben, liefert aber weiterhin eine Abwärtskraft zu dem Verbindungsarm 12, was das vordere Rad 20 gegen den Boden drückt.
Sobald das System detektiert, dass das vordere Rad auf der tieferen Ebene aufgesetzt hat, wie in 5C gezeigt wird, bremst das Steuergerät kurz alle Räder ab, um die Vorwärtsbewegung der Vorrichtung 10 zu verzögern. Die Detektion, dass das vordere Rad auf der tieferen Ebene aufgesetzt hat, kann durch Detektieren erreicht werden, dass die Drehung des Verbindungsarms 12 beendet ist, oder durch einen Beschleunigungsmesser, der an jedem äußeren Ende des Verbindungsarms angebracht ist und der detektiert, wenn die Abwärtsbewegung des vorderen äußeren Endes der Verbindung abrupt gestoppt wird. Die Bremskraft an dem vorderen Rad erzeugt eine entgegengesetzte Drehkraft an dem Verbindungsarm 12, die die Ladefläche 30 nach vorne und nach oben bewegt. Diese Bewegung entspricht dem Vorwärtsmoment des Nutzers, wobei die Ladefläche gegen den Nutzer nach oben drückt, was diesen nach oben hebt. Diese Bewegung ist in 5D durch den gebogenen Pfeil angedeutet. Die freie Bewegung des Nutzers, die gegen die gebremste Bewegung der Vorrichtung 10 wirkt, führt zu einem Vorwärtslehnen des Nutzers auf der Vorrichtung 10 und einem Freigeben der Bremsen an dem unteren Rad durch das Steuergerät, um ein Neuausbalancieren des Nutzers auf der Vorrichtung 10 einzuleiten.
Ist die Vorrichtung für normale Fahrt mit der Ladefläche 30 in Übereinstimmung mit dem unteren Paar von Rädern ausgelegt, dann treibt nach Neuausbalancieren des Nutzers auf der Ladefläche 30 der Riemenantrieb die Ladefläche 30 den Verbindungsarm 12 nach unten an, bis sie auf einer Höhe mit dem unteren Paar von Rädern ist.
6 zeigt eine dreirädrige Radgruppenkonfiguration der Vorrichtung 10. Es sind sechs Antriebsräder 20 vorhanden, die in zwei Gruppen ausgebildet sind, die jeweils drei Räder enthalten. Jedes Rad weist eine Nabe 21, mehrere Speichen 23 und einen Reifen 25 auf. Die Anzahl an Speichen wird gewählt, um ein Gleichgewicht zwischen der Anforderung an Festigkeit und der Anforderung, dass die Vorrichtung leicht genug für einfache Handhabung ist, zu schaffen. Der Reifen 25 ist aus Kautschuk oder Kunststoff gefertigt und ist mit einem Profil versehen, um sicherzustellen, dass die Reifen 25 auf nassen Oberflächen nicht ins Rutschen kommen. Der Reifen kann auch ein Luftreifen sein und kann daher auch einen (nicht gezeigten) Innenschlauch umfassen. Ein Luftreifen kann leichter als ein massiver Reifen sein, könnte aber auch Reifenpannen haben.
Jedes der sechs Räder 20 ist mit einem Radantriebsmotor 22 versehen, der sich in der Nabe 21 befindet. Alle sechs dieser Motoren 22 werden unabhängig gesteuert. Dies stellt sicher, dass Leistung nur zu den Rädern 20 geliefert wird, die zu einem Zeitpunkt Bodenkontakt haben. Durch Einspeisen von mehr Leistung zu den Rädern an einer Seite der Vorrichtung als zu denen an der anderen Seite der Vorrichtung wird dadurch eine Lenkfähigkeit geboten, wodurch ein Einlenken der Vorrichtung bewirkt wird.
7A bis 7E zeigen die Details der Konfiguration jeder dreirädrigen Gruppe. Die Gruppe ist mit einem Radträger 24 versehen, der ausgelegt ist, um die Gruppe von drei Rädern miteinander zu verbinden. Der Radträger 4 ist im Wesentlichen ein gleichseitiges Dreieck. Der Träger 24 hält die drei Räder in der Gruppe in einer festen relativen Stellung. Der Träger 24 sieht auch einen Kommunikationskanal zu den Rädern 20 vor. Der Träger 24 legt in der Praxis drei Radachsen A₁, A₂, A₃ zwischen benachbarten Rädern fest, wie in 7A gezeigt ist. Die drei Räder 20 in jeder Gruppe sind gleich weit weg voneinander. Die Drehachse der Gruppe befindet sich an dem Schnittpunkt I der drei senkrechten Linien, die jede der Verbindungslinien zwischen Paaren von benachbarten Radmitten halbieren.
Die Beziehung zwischen der Größe des Trägers 24 und dem Radius der Räder 20 ist in 7B bis 7E dargelegt. Auch wenn jede dieser Figuren nur zwei Räder zeigt, versteht sich, dass dies zwei Räder sein könnten, die einen Teil einer dreirädrigen Gruppe bilden, wobei das dritte Rad für vereinfachte Darstellung nicht gezeigt ist.
7B zeigt die Beziehung zwischen dem Radradius r, dem Achsabstand L, dem Radspalt D und der Breite S der Ladefläche 30. Diese Faktoren tragen zusammen mit der Höhe des Bordsteins H alle zu der Optimierung der Konfiguration der Vorrichtung bei. Bordsteine haben typischerweise eine Höhe von 200 mm oder weniger. In manchen Ausführungsformen werden daher die folgenden Proportionen genutzt: $150 mm > r > H/ 1,75$
$L > 2 r$
$S < r/ 2$
$20 mm < D < S$
In manchen Ausführungsformen kann r zwischen 115 mm und 150 mm betragen; L kann größer als 230 mm sein; S kann innerhalb des Bereichs von 50 mm bis 75 mm liegen; und D kann innerhalb des Bereichs von 20 mm bis 75 mm liegen.
7C zeigt in weiterem Detail die Konstruktionseinschränkung, dass L größer als H sein muss. Die Mitte des den Bordstein überwindenden Rads muss auf der Oberseite des Bordsteins landen, wie in 7C gezeigt ist, ansonsten könnte die Vorrichtung den Bordstein eventuell nicht überwinden und könnte wieder zurück rutschen. Um ein Bordsteinüberwinden effektiv sicherzustellen, muss L, welches die Summe des Raddurchmessers und des Radspalts ist, größer als die Höhe H des Bordsteins sein.
7D und 7E zeigen zwei extreme Konfigurationen, die nicht effektiv wären. Wie in 7D gezeigt ist der Radius der Räder zu klein und daher berührt die Ladefläche den Bordsteinrand, was einen gleichmäßigen Bordsteinüberwindungsvorgang verhindert. Wie in 7E gezeigt ist, ist der Achsabstand L nur gleich dem Raddurchmesser 2r, der ebenfalls gleich der Bordsteinhöhe H ist. Daher kann das obere Rad nicht effektiv auf dem Bordstein landen und die Vorrichtung kann den Bordstein nicht überwinden. Weiterhin beeinträchtigen sich die Räder in jeder Gruppe gegenseitig, da L nicht 2r übersteigt, und daher wäre eine so konfigurierte Vorrichtung nicht funktionsfähig.
Die Vorrichtung 10 umfasst ferner eine Ladefläche 30, die hohl und ausgelegt ist, um ein Steuersystem und eine Batterie zu enthalten und auch das Gesamtgewicht der Vorrichtung minimal zu halten. Die obere Fläche der Ladefläche 30 weist eine rutschfeste Fläche 32 auf. Die Ladefläche 30 ist auch mit Leuchten 34 versehen, die sicherstellen, dass die Vorrichtung für andere Nutzer des Gehwegs, Gehsteigs, Bahnhofs oder wo immer die Vorrichtung zum Einsatz kommt, sichtbar ist, doch zusätzlich ermöglichen die Leuchten 34 einem Nutzer das Fahren der Vorrichtung 10 bei Dunkelheit, damit er deutlich sieht, was direkt vor der Vorrichtung 10 liegt.
Ein Paar von Konnektoren 36 befestigt die Ladefläche 36 an den Radträgern 24. Die Einzelheiten der Konnektoren 36 werden nun anhand von 8A bis 8F näher beschrieben. 8A bis 8F zeigen eine Radgruppe und die Ladefläche 30, wobei der Übersichtlichkeit halber auf die Darstellung der zweiten Radgruppe verzichtet wird. Es versteht sich, dass der Verriegelungsmechanismus an der zweiten Radgruppe wiederholt werden kann. Die Ladefläche 30 ist mit Motoren 37 versehen, um die Drehung der Ladefläche relativ zu den Radträgern 24 anzutreiben. Auch wenn bei dem gezeigten Beispiel zwei separate Motoren 37 vorgesehen sind, könnte die Vorrichtung 10 mit einem einzigen Motor 37 mit zwei unabhängigen Antriebswellen versehen sein. Die Ladefläche 30 ist mit einem abgestimmten Paar von innen geriffelten Antriebswellen 35 versehen, die Verriegelungsausnehmungen 38 aufweisen.
Zum Greifen mit diesen Verriegelungsausnehmungen 38 sind die Radträger 24 mit einer sichernden Führungskappe 27 versehen, die sich in die Verriegelungsausnehmung 38 erstreckt. Sobald die Führungskappe 27 in die Ausnehmung 38 eingedrungen ist, wird sie durch arretierende Keile 28 ortsfest gehalten. Die arretierenden Keile 28 sind ausgelegt, um nach unten zu drücken, wenn sie mit der Vorderseite der Antriebswelle 35 in Kontakt kommen, nachdem die sichernde Führungskappe 27 in die Hohlwelle getreten ist, und um dann herauszuspringen, sobald sie in der Ausnehmung 28 in Position ist. Der Radträger ist ebenfalls mit einem außen geriffelten Achsschenkel versehen, der mit einer innen geriffelten Antriebswelle 35, die an der Ladefläche 30 vorgesehen ist, in Eingriff tritt.
Um die Radgruppe von der Ladefläche 30 freizugeben, ist der Radträger 24 mit einem Freigabeknopf 26 versehen, der die Form einer Ziehlasche annimmt, die an einem durchgehenden Innenstab vorgesehen ist, der zu der sichernden Führungskappe 27 hindurch verbindet.
8A zeigt eine innen gefederte abgekantete Ausnehmung 38. Der Freigabeknopf 26 ist an dem Radträger 24 zwischen den Rädern vorgesehen, so dass der Nutzer von der Außenseite der Vorrichtung, weg von der Ladefläche 30, darauf zugreifen kann.
8B und 8C zeigen den Freigabeknopf 26, der an dem Radträger 24 vorgesehen ist, zusammen mit der Ausnehmung 38. In 8B ist der Radträger 24 ausgespart, um die Ausnehmung 38 aufzunehmen. In 8C ist der Radträger 24 im Wesentlichen eben, so dass die Ausnehmung von der Radgruppe absteht. Von der Ladefläche 30 steht ein gefederter Stift 39 ab. Das Lösen zwischen dem Radträger 24 und der Ladefläche 30 wird durch Ziehen an dem Knopf 26, um den gefederten Stift 39 von der Ausnehmung 38 zu lösen, bewirkt.
8D zeigt die Freigabeknöpfe 26, die an der Ladefläche 30 benachbart zu der Ausnehmung 38 vorgesehen sind, wobei der gefederte Stift 39 an dem Radträger 24 vorgesehen ist. Der Freigabeknopf 26 wird gezogen, um den Radträger 24 von der Ladefläche 30 zu lösen.
8E zeigt den Freigabeknopf 26 verkörpert als Stößel, der koaxial mit der Ladefläche 30 vorgesehen ist. Wird der Freigabeknopf 26 gedrückt, bewirkt er ein Trennen der Radgruppe 24 von der Ladefläche 30. Zum Bewirken dieses Trennens ist die Ladefläche 30 mit gefederten Kugellagern versehen.
8F zeigt die elektrischen Anschlüsse zwischen der Radgruppe und der Ladefläche 30. Die Anschlüsse umfassen einen Schleifring 43, der an der Ladefläche befestigt ist, und mehrere Bürstanschlüsse 45, die ausgelegt sind, um mit den an dem Radträger 24 vorgesehenen Anschlüssen 47 eine Steckverbindung herzustellen. Der Schleifring 43 und die Anschlüsse 45, 47 ermöglichen ein Übermitteln von Befehlen zwischen den Rädern 20 und der Ladefläche 30 zusätzlich zum Liefern von Leistung zu den in den Radnaben 21 eingebauten Motoren.
9 ist eine schematische Darstellung eines Steuersystems 40. Das Steuersystem 40 ist in der Ladefläche eingeschlossen. Das Steuersystem 40 umfasst Eingaben von verschiedenen Sensoren, einschließlich Beschleunigungsmessern, Stufendetektionssensoren, gyroskopischen Sensoren, Wägezellen/Dehnungsaufnehmern und Kollisionsvermeidungssensoren. Das Steuersystem 40 liefert den in den Naben montieren Motoren in jeder der Naben mittels der Radträger 24 Befehle. In dem Steuersystem 40 befindet sich auch ein WLAN-Zugang, etwa WiFi®. Dies ermöglicht ein Tethering der Vorrichtung an eine andere Vorrichtung, etwa das Mobiltelefon des Nutzers.
10 zeigt schematisch die Aspekte des Steuersystems 40, wie ein Nutzer sie sehen würde. Die Vorrichtung 10 kann in verschiedenen Betriebsmodi genutzt werden, einschließlich Fahrmodus, Folgemodus, autonomer Modus und unterstützter Treppensteigmodus. Die erste Handlung des Nutzers ist das Wählen des entsprechenden Modus für die gewünschte Nutzung. Wird Fahrmodus gewählt, dann fragt das Steuersystem die Systemsensoren ab, um festzustellen, ob zwei koaxiale Radpaare Bodenkontakt haben. Ist diese Bedingung erfüllt, dann weist das Steuersystem den Motor in der Ladefläche an, die Ladefläche relativ zu den Rädern zu drehen, so dass die Vorrichtung mit der Ladefläche horizontal und lastaufnahmebereit ausgelegt ist. Dann erfasst das Steuersystem das Vorhandensein der Traglast. Ist eine Traglast vorhanden, dann macht sich das Steuersystem daran, verschiedene Prüfungen vor Start auszuführen, darunter: ob die Not-Aus-Taste gedrückt ist; ob die Gewichtsverteilung der Traglast gleichmäßig genug ist, um sicheren Betrieb zu ermöglichen. Dann ist die Vorrichtung bereit, sich im Fahrmodus vorwärtszubewegen.
Wenn das Steuersystem während der Fahrt mittels eines Beschleunigungsmessers oder eines anderen geeigneten Sensors ein plötzliches Abbremsen detektiert, dann wird der normale Fahrmodus unterbrochen und ein Bordsteinüberwindungsmodus wird ausgelöst. In diesem Kontext kann ein plötzliches Abbremsen entweder als Abbremsen, das einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt, und/oder als Erfahren eines plötzlichen Bremsmoments, das einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt, von mindestens einem Rad des Paars vorderer Räder definiert sein. Sobald der Borsteinüberwindungsmodus startet, legt das Steuersystem einen Umkehrschub an dem Motor, der die Drehung der Ladefläche antreibt, und auch an dem vorderen koaxialen Paar von Rädern mit Bodenkontakt an. Dies erzeugt ein hinreichendes Drehmoment, um ein Drehen der Ladefläche relativ zu den Rädern nach hinten zu beginnen. Das Steuersystem stellt auch sicher, dass die Nabenmotoren in dem hinteren Rädersatz angehalten werden, so dass das hintere koaxiale Paar von Rädern nicht länger angetrieben wird, um zu drehen.
Dann führt das Steuersystem die Vorrichtung durch einen Bordsteinüberwindungsvorgang. Das System detektiert, ob das hintere Räderpaar Bodenkontakt verloren hat. Das System detektiert auch, ob die Ladefläche eine Drehung von 70° relativ zu den Radgruppen erreicht hat.
Kurz bevor das dritte Räderpaar, d.h. die Räder, die während der unmittelbar vorhergehenden Fahrmodusphase nicht aktiv waren, den Boden berührt, wird an diesen Rädern eine Vorwärtsdrehung angelegt. An dem ersten koaxialen Radpaar wird auch ein Vorwärtsschub angelegt, um dieses koaxiale Radpaar beim Fahren den Bordstein hoch zu unterstützen.
Das System erfasst das Beenden des Bordsteinüberwindungsvorgangs durch Detektieren von Kontakt zwischen dem dritten koaxialen Räderpaar und dem Boden. Als zusätzliche Überprüfung detektiert das System auch den Drehungsgrad der Ladefläche relativ zu den Radgruppen. Sofern diese Drehung 110° übersteigt, wird dies als Beenden des Bordsteinüberwindungsvorgangs durch die Vorrichtung betrachtet. Sobald der Bordsteinüberwindungsvorgang beendet ist, schaltet das Steuersystem automatisch zurück zum normalen Fahrmodus. Die Vorrichtung 10 bleibt im normalen Fahrmodus, bis der Nutzer aktiv einen anderen Modus wählt oder bis eine weitere plötzliche Abbremsung detektiert wird, die das System erneut in den Bordsteinüberwindungsmodus bringt, oder bis der Sensor feststellt, dass sich die Vorrichtung 10 einer Stufe nach unten nähert, was ein Bewegen der Vorrichtung in einen Modus zum Steigen einer Stufe nach unten erfordert.
11A, B und C zeigen das Fahrzeug mit dreirädriger Gruppe beim Stufensteigen. Wenn die Vorrichtung auf einen Bordstein trifft, wie in 11A gezeigt ist, wird der Vorwärtsbewegung der Vorrichtung eine gleiche und entgegengerichtete Kraft entgegengesetzt, die von dem Bordstein auf die Vorderräder, die den Bordstein berühren, ausgeübt wird. Die Traglast 66 wird relativ zu der nun stehenden Vorrichtung 10 durch ihre eigene kinetische Energie nach vorne geschoben. Die Vorrichtung ist so ausgelegt, dass die Kraft des Bordsteins auf das Rad unterhalb der Drehachse der Ladefläche wirkt. Die kinetische Energie der Traglast leitet, übertragen mittels Reibung zwischen Schuhen und Ladefläche, eine Drehbewegung des Radträgers 24 um die Vorderradachse ein, so dass sich die Vorrichtung effektiv nach vorne überschlagen möchte. Da die Ladefläche ausgelegt ist, um unabhängig um ihre eigene Achse zu drehen, dreht die Ladefläche dann relativ zu dem Radträger nach hinten, um ein weiteres Vorwärtsbewegen der Vorrichtung an dem Hindernis Bordstein vorbei zu ermöglichen und um das Gewicht der Traglast auf das koaxiale Radpaar zu übertragen, das gedreht und oben auf den Bordstein gesetzt wurde.
Die angetriebene Rückwärtsdrehung der Ladefläche unterstützt die Vorwärtsdrehung der Radgruppe, um die redundanten Räder nach vorne auf den Bordstein zu bringen. Während der Drehung der Radgruppe hebt und senkt sich die Ladefläche leicht. Dies bedeutet, dass die Rotationsenergie zwischen Ladefläche und Radgruppen ausreichend sein muss, um die Traglast während des Anstiegsteils der Bewegung zu heben. Ein Teil ist kinetische Energie und ein Teil ist die zeitgenaue Rückwärtsdrehung des Motors 37 der Ladeflächenachse.
Wie in 11A gezeigt ist, ist die Drehachse der lastbefördernden Ladefläche 30 höher als die Radachse A₁, die Kontakt mit dem Bordstein/der Stufe herstellt. Der resultierende Kraftvektorversatz der entgegengerichteten Kräfte erzeugt um die Vorderradachse A₂ Drehmoment, was ein Heben der Ladefläche 30 auslöst, was zu Drehung der Vorrichtung 10 führt. Diese Vorwärtsdrehung der Vorrichtung 10 wird durch einen zeitlich festgelegten Rückwärtsschub nur an dem vorderen Rad 20A und ein an der Achse der Ladefläche 30 angelegtes gesteuertes Drehmoment unterstützt. Sobald das vordere Rad 20B die obere Stufe berührt, wie in 11C gezeigt ist, zieht das an beiden Rädern 20A und 20B angelegte nach vorne antreibende Drehmoment das hintere Rad 20B hoch auf die obere Stufe, erneut unterstützt von gesteuertem Drehmoment, das an der Achse der Ladefläche 30 mittels Motor(en) 37 angelegt wird.
Wenn die Vorrichtung 10 eine gyroskopische Steuerung aufweist, erreicht der Nutzer die gezeigte Abfolge durch zuerst Verlangsamen der Vorrichtung durch Zurücklehnen, wie in 11A gezeigt ist, wo die Ferse des Nutzers tiefer als die Zehe ist, was anzeigt, dass der Nutzer sich zurücklehnt, um die Vorrichtung 10 zu verlangsamen. Wenn das vordere Rad 20A auf den Bordstein trifft, löst das Moment Drehung um das vordere Rad 20A aus. Ein gesteuertes Drehmoment durch Räder 20A und 20B und die Ladefläche 30 ermöglicht die Steigbewegung. Sobald das höhere Niveau erreicht ist, kann der Nutzer durch Vorlehnen wieder beschleunigen.
In diesem Kontext würde die gyroskopische Steuerung einen gyroskopischen Sensor und eine Wägezelle/einen Dehnungsaufnehmer umfassen. Der gyroskopische Sensor ist ausgelegt, um die tatsächliche Bewegung der Vorrichtung zu erfassen. Die Wägezelle/der Dehnungsaufnehmer erfasst Benutzereingabe. Zusammen erzeugen sie eine Rückkopplungsschleife, die tatsächliche Bewegung mit erwünschter Nutzerbewegung vergleicht.
Es versteht sich, dass der gleiche Prozess in der zweiten Gruppe von drei Rädern, die an der anderen Seite der Vorrichtung vorgesehen ist, auftritt, aber diese aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt sind.
12 zeigt drei Nutzungsmodi. Jeder dieser Modi kann nacheinander ohne Änderung der Vorrichtung zum Einsatz kommen. In 12A wird ein menschlicher Nutzer befördert. In 12B trägt die Vorrichtung 10 eine Last und hat WiFi®-Konnektivität, was ein Tethering der Vorrichtung 10 an das Smartphone des Nutzers ermöglicht. Die Vorrichtung 10 befördert eine Traglast 66 und beschleunigt, bremst ab und steuert, um ständig innerhalb einer zulässigen Reichweite des Nutzers zu bleiben. In 12C lenkt der Nutzer die Vorrichtung mithilfe eines ausfahrbaren Hebels 50, der ansonsten in die Ladefläche 30 eingezogen ist, manuell.
13 zeigt die Vorrichtung im Treppensteigmodus. Die angetriebene Drehung der zwei jedes Trios von komplanaren Rädern, die mit den Stufen jederzeit in Kontakt stehen, ermöglicht den erforderlichen Ablauf zum Heben der Vorrichtung einen einzelnen Bordstein hoch, der wiederholt wird, um der Vorrichtung Treppensteigen zu ermöglichen.
Der Nutzer unterstützt lediglich das Arbeiten der Vorrichtung 10 durch Halten eines ausfahrbaren Hebels 50, der als physischer Drehmomentreaktionshebel dient.
14A und 14B zeigen zwei Beispiele für Integration in ein Fahrzeug. In 14A ist ein Niederflurtransporter gezeigt, bei dem sich jeder Radträger 24 hinter einem Radlauf, einer an jeder Seite des Fahrzeugs, befindet. Die Ladefläche 30 befindet sich oben auf einem der Radläufe. In 14B, die ein Schaubild eines Wagens mit einem Radkasten ist, passen jeder der Radträger 24 und die Ladefläche in den Kasten unter dem Ladeboden.
Es versteht sich für den Fachmann ferner, dass die Erfindung zwar beispielhaft unter Bezug auf mehrere Ausführungsformen beschrieben wurde, sie aber nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, und dass andere Ausführungsformen entwickelt werden könnten, ohne vom Schutzumfang der in den beigefügten Ansprüchen festgelegten Erfindung abzuweichen.

Claims

Vorrichtung zum Befördern einer Traglast über unterschiedliches Terrain, wobei die Vorrichtung umfasst: eine erste Radgruppe, die zwei oder mehr Räder in ebener Konfiguration umfasst; eine zweite Radgruppe, die zwei oder mehr Räder in ebener Konfiguration umfasst; und eine ebene Ladefläche, die ausgelegt ist, um die Traglast aufzunehmen; wobei jede der Radgruppen mit einem einen elektrischen Anschluss umfassenden Konnektor zum Verbinden der Gruppe mit der Ladefläche versehen ist, so dass die Vorrichtung in drei ebene Teile geteilt werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Ladefläche mit einer rutschfesten Oberfläche versehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Konnektor einen Freigabeknopf für jede Radgruppe umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Freigabeknopf an der Radgruppe vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Freigabeknopf an der Ladefläche vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Ladefläche mit einem Freigabeknopf pro Radgruppe versehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei der Freigabeknopf durch Ziehen ausgelöst wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei der Freigabeknopf durch Drücken ausgelöst wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Konnektor weiterhin einen gefederten Stift umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei der gefederte Stift an der Ladefläche montiert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei der gefederte Stift an der Radgruppe montiert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Konnektor weiterhin gefederte Kugellager umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der elektrische Anschluss mithilfe eines an der Ladefläche montierten Schleifrings vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der elektrische Anschluss weiterhin ausgelegt ist, um ein Übertragen von Daten zwischen der Radgruppe und der Ladefläche zu ermöglichen.