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Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit wenigstens drei Rädern, insbesondere ein zweispuriges Fahrzeug, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Bei diesen Fahrzeugen handelt es sich um muskelkraftbetriebene und/oder motorunterstützte Fahrzeuge. Insbesondere handelt es sich dabei um motorunterstützte Lasten-Fahrzeuge, welche mit einem Elektroantrieb versehen sind, und die zusätzlich muskelkraftbetrieben werden, wie Lasten-Pedelecs, Lasten-E-Bikes, Lasten-LEV(Light Electric Vehicle)s oder dergleichen.
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Ein derartiges Fahrzeug ist zweispurig ausgestaltet und besitzt mehr als zwei Räder, wobei zwei Räder beabstandet voneinander sowie nebeneinander angeordnet sind. Für mindestens zwei Räder ist jeweils ein elektrischer Antrieb vorgesehen. Des Weiteren besitzt das Fahrzeug einen von einem Benutzer bewegbaren Lenker, der mit wenigstens zwei Rädern zu deren Richtungsänderung zusammenwirkt. Es hat sich herausgestellt, dass zum Lenken des Fahrzeugs höhere Kräfte des Benutzers erforderlich sind. Dies ist insbesondere bei einer Zuladung des Fahrzeugs der Fall, wenn es sich um ein mit einer Ladefläche versehenenes Lasten-Fahrzeug handelt. Insbesondere können bei den Lenkbewegungen auch Instabilitäten im Betrieb des Fahrzeugs auftreten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Fahrzeug derart weiterzuentwickeln, dass das Lenken des Fahrzeugs für den Benutzer erleichtert ist. Insbesondere sollen Instabilitäten während des Betriebes des Fahrzeugs beim Lenken weitgehend vermieden werden.
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Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Fahrzeug durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Beim erfindungsgemäßen, insbesondere zweispurigen, Fahrzeug sind die angetriebenen Räder bei einer Bewegung des Lenkers mit unterschiedlicher Drehzahl und/oder unterschiedlichem Drehmoment betreibbar. Und zwar derart, dass eine Unterstützung der Lenkbewegung für den Benutzer resultiert. In vorteilhafter Weise ist dabei eine Unterstützung der Lenkbewegung in einfacher Art und Weise geschaffen. Des Weiteren ist ein gleichbleibendes Fahrverhalten des Fahrzeugs auch während des Lenkens gewährleistet. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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In weiterer Ausgestaltung kann die Einstellung der Drehzahl und/oder des Drehmoments für die angetriebenen Räder in Abhängigkeit vom Lenkeinschlag des Lenkers vorgenommen sein, woraus eine weitere Verbesserung der Handhabung für den Benutzer resultiert. Zur Steigerung der Ergonomie für den Benutzer kann es auch beitragen, wenn die Einstellung der Drehzahl und/oder des Drehmoments für die angetriebenen Räder in Abhängigkeit von einer das Fahrzeug charakterisierenden Kenngröße, insbesondere der Neigung des Fahrzeuges, der Beladung des Fahrzeugs o. dgl., vorgenommen ist. Um die Sicherheit für den Benutzer weiter zu steigern, kann die Einstellung der Drehzahl und/oder des Drehmoments für die angetriebenen Räder in Abhängigkeit von einer das Umfeld des Fahrzeugs charakterisierenden Kenngröße vorgenommen sein. Bei dieser Kenngröße kann es sich insbesondere um den Schlupf der angetriebenen Räder, der Beschaffenheit des Untergrundes für die angetriebenen Räder o. dgl. handeln. In funktionssicherer Art und Weise kann für die Feststellung der das Fahrzeug und/oder das Umfeld des Fahrzeugs charakterisierenden Kenngröße ein Lenkwinkelsensor, ein Neigungssensor, ein Beladungssensor, ein Schlupf(ASR)-Sensor o. dgl. vorgesehen sein.
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Bei dem elektrischen Antrieb kann es sich in vorteilhafter Weise um einen Elektromotor handeln. In funktionssicherer Art und Weise kann der Elektromotor als ein Nabenmotor für das angetriebene Rad ausgestaltet sein. Die Unterstützung der Lenkbewegung für den Benutzer kann sich im Besonderen dann anbieten, wenn es sich bei dem Fahrzeug um ein wenigstens dreirädriges, muskelkraftbetriebenes und/oder motorunterstütztes Lasten-Pedelec, Lasten-E-Bike, Lasten-LEV(Light Electric Vehicle) o. dgl. handelt. Bei einem solchen Lasten-Fahrzeug kann eine Ladefläche sich über und/oder zwischen den beiden Vorderrädern befinden. In zweckmäßiger Weise können dann die beiden Vorderräder elektrisch angetrieben sein.
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Weiterhin stellt die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs, und zwar insbesondere eines wenigstens dreirädrigen, muskelkraftbetriebenen und/oder motorunterstützten Fahrzeugs, wie eines Lasten-Pedelecs, eines Lasten-E-Bikes, eines Lasten-LEV(Light Electric Vehicle)s o. dgl., bereit. Das Fahrzeug weist zwei beabstandet voneinander sowie nebeneinander angeordnete Räder auf, wobei die Räder jeweils von einem elektrischen Antrieb angetrieben werden. Weiter umfasst das Fahrzeug einen von einem Benutzer bewegbaren Lenker, der mit den beiden Rädern zu deren Richtungsänderung zusammenwirkt. Die Räder werden bei einer Bewegung des Lenkers mit einer derartigen Drehzahl und/oder einem derartigen Drehmoment angetrieben, dass eine Unterstützung der Lenkbewegung für den Benutzer resultiert. Insbesondere werden die Räder hierfür mit einer unterschiedlichen Drehzahl und/oder mit einem unterschiedlichen Drehmoment angetrieben. Dadurch wird der Benutzer nicht nur beim Lenken des Fahrzeugs unterstützt sondern in vorteilhafter Weise bleibt das Fahrverhalten des Fahrzeugs auch während des Lenkens gleich. Das erfindungsgemäße Betriebsverfahren für das Fahrzeug steigert somit auch die Sicherheit für den Benutzer.
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In einer zweckmäßigen weiteren Ausgestaltung kann bei dem Verfahren zum Betrieb des Fahrzeugs die Einstellung der Drehzahl und/oder des Drehmoments für die Räder in Abhängigkeit vom Lenkeinschlag des Lenkers vorgenommen werden. Des Weiteren kann die Einstellung der Drehzahl und/oder des Drehmoments in Abhängigkeit von einer das Fahrzeug charakterisierenden Kenngröße und/oder in Abhängigkeit von einer das Umfeld des Fahrzeugs charakterisierenden Kenngröße vorgenommen werden, wodurch die Sicherheit für den Benutzer weiter gesteigert werden kann.
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Für eine besonders bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ist nachfolgendes festzustellen.
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Es gibt zweispurige Fahrzeuge mit elektrischen Antrieben, die drei oder vier Räder haben. Insbesondere für Lastenräder, aber auch für andere drei- oder vierrädrige Fahrzeuge bietet es sich an, mehr als ein Rad anzutreiben. Dies hat gegenüber einem zentralen Antrieb verschiedene Vorteile. Da ein mehrspuriges Fahrzeug normalerweise schwerer zu bewegen und/oder zu lenken ist, bietet sich hier eine Maßnahme zur Lenkunterstützung an.
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Am Beispiel eines dreirädrigen Lasten-Pedelecs soll dies erläutert werden.
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Das exemplarische dreirädrige Lasten-Pedelec hat vorne zwei mit Nabenmotoren angetriebene Räder. Die Haupt-Ladefläche befindet sich hier zweckmäßigerweise über beziehungsweise zwischen den beiden Vorderrädern. Die beiden Nabenmotoren in den Vorderrädern „ziehen“ das Fahrzeug vorwärts. Werden die Vorderräder nun, abhängig vom Lenkeinschlag, oder einer anderen sinnvollen Kenngröße, wie beispielsweise die Neigung des Fahrzeuges, die mittels eines Beladungssensors gemessene, auf der Ladefläche befindliche Last o. dgl., mit unterschiedlicher Drehzahl und/oder unterschiedlichem Drehmoment betrieben, so ergibt sich eine Lenkunterstützung für den Fahrer. Diese Funktionalität kann mit Funktionen, wie beispielsweise einer Antischlupfregelung (ASR), einer Drehmomentanpassung an den Untergrund o. dgl., weiter ausgebaut werden.
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Geschaffen ist mit Hilfe der Erfindung eine Lenkunterstützung bei einem elektrisch angetriebenen zweispurigen Fahrzeug.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere in Folgendem:
- - Es sind geringere Kräfte und/oder Momente, um das Fahrzeug zu lenken, zu rangieren o. dgl., als bisher erforderlich.
- - Es sind geringere Lenkkräfte, insbesondere unter Einwirkung einer Last, erforderlich.
- - Es ergibt sich ein reduzierter Reifenverschleiß.
- - Es wird ein sichereres Fahrverhalten in Kurven und/oder bei schlechten Untergründen erzielt.
- - Es wird eine Reduzierung des Kippverhaltens durch die intelligente (smarte) Ansteuerung der Motoren erreicht.
- - Die Höhe der Lenkunterstützung kann abhängig von der Last auf dem Fahrzeug erfolgen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit verschiedenen Weiterbildungen und Ausgestaltungen ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
- 1 ein Fahrzeug mit einem Antrieb sowie einem Steuergerät für den Antrieb in perspektivischer Ansicht,
- 2 das Fahrzeug in Richtung II aus 1 und
- 3 das Steuergerät des Fahrzeugs als schematisches Blockschaltbild.
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In 1 ist ein Fahrzeug 1 mit einem Elektroantrieb für einen Benutzer zu sehen. Das Fahrzeug 1 besitzt einen Rahmen 2 und am Rahmen 2 angeordnete Räder 3, 4, 5. Und zwar besitzt das als Dreirad ausgestaltete Fahrzeug 1 zwei, an einer Achse befindliche und damit beabstandet voneinander sowie nebeneinander angeordnete Vorderräder 3, 4, nämlich ein linkes Vorderrad 3 und ein rechtes Vorderrad 4, sowie ein Hinterrad 5, so dass es sich bei dem Fahrzeug 1 also um ein zweispuriges sowie dreirädriges Fahrzeug mit mehr als zwei Rädern handelt. An der Vorderseite des Fahrzeugs 1 ist zwischen den beiden Vorderrädern 3, 4 und/oder über den Vorderrädern 3, 4 eine Ladefläche 6 zur Aufnahme einer Last am Rahmen 2 angeordnet, womit es sich bei dem Fahrzeug 1 insbesondere um ein Lasten-Pedelec, ein Lasten-E-Bike, ein Lasten-LEV(Light Electric Vehicle) o. dgl. handelt. Schließlich wirkt ein vom Benutzer bewegbarer Lenker 7 über ein Lenkgestänge 8 mit wenigstens zwei Rädern 3, 4, nämlich den Vorderrädern 3, 4, zu deren Richtungsänderung zusammen, wie in 2 zu sehen ist.
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Des Weiteren weist das Fahrzeug 1 einen Antriebsmotor 9, 10 zum Antrieb wenigstens eines Rades 3, 4 auf. Vorliegend besitzt das Fahrzeug 1 zwei Antriebsmotoren 9, 10, und zwar dient der eine Antriebsmotor 9 zum Antrieb des linken Vorderrades 3 sowie der andere Antriebsmotor 10 zum Antrieb des rechten Vorderrades 4. Falls gewünscht kann auch noch das Hinterrad 5 mittels eines Antriebsmotors 11 angetrieben werden, wie man anhand der 1 sieht, so dass es sich dann um ein Allrad-Fahrzeug handelt. Bei den Antriebsmotoren 9, 10, 11 handelt es sich um jeweils einen von einem am Rahmen 2 angeordneten Akku 12 mit Energie versorgten Elektromotor in der Art eines Radnabenmotors. Weiter ist für das Fahrzeug 1 ein Tretkurbelantrieb 13 für den muskelkraftbetriebenen Antrieb des Hinterrades 5 mittels einer Kette 14 durch den Benutzer vorgesehen, so dass das Fahrzeug 1 muskelkraftbetrieben sowie motorunterstützt ist. Selbstverständlich kann anstelle des Antriebsmotors 11 für das Hinterrad 5 auch ein direkt auf den Tretkurbelantrieb 13 einwirkender Mittelmotor am Fahrzeug 1 vorgesehen sein, was allerdings nicht weiter gezeigt ist.
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Die auf der Ladefläche 6 transportierte Last übt eine durch deren Gewicht verursachte Kraft 15 auf die Ladefläche 6 aus, wie in 2 schematisch eingezeichnet ist. Zur Messung der Zuladung des Fahrzeugs 1 durch die Last und damit der Kraft 15 ist ein in Verbindung mit der Ladefläche 6 stehender Sensor 16 vorgesehen. Und zwar handelt es sich bei dem Sensor 16 zur Messung der Zuladung um einen Kraftmesssensor und/oder um einen Gewichtssensor. Der Sensor 16 ist am Fahrzeug 1 integriert und hierzu zweckmäßigerweise an und/oder unterhalb der Ladefläche 6 angeordnet. Weiterhin ist ein mit dem Sensor 16 in Verbindung stehendes Steuergerät (CCU - Computer Controlled Unit) 17 für den Antriebsmotor 9, 10, 11 vorgesehen, wobei das Steuergerät 17 den Antriebsmotor 9, 10, 11 in Abhängigkeit von der durch die Kraft 15 erfassten Zuladung betreibt. Und zwar stellt das Steuergerät 17 insbesondere das Antriebsmoment für den Antriebsmotor 9, 10, 11 in Abhängigkeit von der erfassten Zuladung ein. Die vom Benutzer dabei gewünschte Unterstützung durch den Antriebsmotor 9, 10, 11 kann dieser mittels eines am Lenker 7 angeordneten Eingabegerätes 18 in der Art eines HMI (Human-Machine-Interface) in das Steuergerät 17 eingeben.
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Des Weiteren kann nicht nur die Fortbewegung der Last durch den Antriebsmotor 9, 10, 11 für den Benutzer unterstützt werden. Aufgrund der Last auf der Ladefläche 6 wird auch ein erhöhter Kraftaufwand für den Benutzer zur Lenkung des Fahrzeugs 1 erforderlich. Um dem Benutzer eine Art von Servolenkung zu bieten, können auch die mit dem Lenker 7 zusammenwirkenden Räder 3, 4 bei einer Bewegung des Lenkers 7 mit einer Drehzahl und/oder einem Drehmoment in Abhängigkeit von der Zuladung derart angetrieben werden, dass dabei eine Unterstützung der Lenkbewegung für den Benutzer resultiert. Insbesondere wird die Einstellung der Drehzahl und/oder des Drehmoments für die am Lenker 7 befindlichen, angetriebenen Räder 3, 4 in Abhängigkeit vom Lenkeinschlag des Lenkers 7 vorgenommen. Somit kann die Drehzahl und/oder das Drehmoment der Räder 3, 4 entsprechend den Erfordernissen auch unterschiedlich zueinander eingestellt werden.
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Falls gewünscht können auch andere und/oder noch weitere Kriterien zur Unterstützung des Benutzers für die Lenkbewegung herangezogen werden. So kann die Einstellung der Drehzahl und/oder des Drehmoments für die angetriebenen Räder 3, 4 in Abhängigkeit von einer das Fahrzeug 1 charakterisierenden Kenngröße vorgenommen werden. Bei dieser Kenngröße kann es sich um die Beladung des Fahrzeugs 1, um die Neigung des Fahrzeuges 1 o. dgl. handeln. Die Einstellung der Drehzahl und/oder des Drehmoments für die angetriebenen Räder 3, 4 kann auch in Abhängigkeit von einer das Umfeld des Fahrzeugs 1 charakterisierenden Kenngröße vorgenommen sein. Bei dieser Kenngröße kann es sich um den Schlupf der angetriebenen Räder 3, 4, um die Beschaffenheit des Untergrundes für die angetriebenen Räder 3, 4 o. dgl. handeln. Für die Feststellung der das Fahrzeug 1 und/oder das Umfeld des Fahrzeugs 1 charakterisierenden Kenngröße ist ein Lenkwinkelsensor, ein Neigungssensor, ein Beladungssensor 16, ein Schlupf(ASR)-Sensor o. dgl. vorgesehen.
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Das Steuergerät 17 für das Fahrzeug 1 ist als Blockschaltbild näher in 3 gezeigt. Das Steuergerät 17 umfasst eine Motorsteuerung (CCU) 19, die die Antriebsmotoren 9, 10 zu deren Betrieb ansteuert und dementsprechend mit elektrischer Spannung aus dem Akku 12 versorgt. Falls noch ein weiterer Antriebsmotor 11 für das Hinterrad 5 vorgesehen ist, wird auch dieser Antriebsmotor 11 mittels der Motorsteuerung 19 mit elektrischer Energie zu dessen Betrieb aus dem Akku 12 versorgt, was jedoch nicht weiter gezeigt ist. Die mittels des Sensors 16 in der Art eines Kraft- und/oder Gewichtssensors gemessene Zuladung auf der Ladefläche 6 steht der Motorsteuerung 19 als entsprechender Messwert zur Verfügung. Soweit vorhanden, stehen auch der Lenkwinkelsensor, der Neigungssensor, der Schlupf(ASR)-Sensor o. dgl. mit der Motorsteuerung 19 in Verbindung, um der Motorsteuerung 19 die diesbezüglichen Messwerte zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung zu stellen. Schließlich steht das Eingabegerät 18 zur Eingabe der Lastparameter durch den Benutzer für die gewünschte Unterstützung mittels der Antriebsmotoren 9, 10, 11 mit der Motorsteuerung 19 in Verbindung. Besitzt das Eingabegerät 18 ein Display, so können am Eingabegerät 18 auch Daten von der Motorsteuerung 19 zur entsprechenden Information des Benutzers zur Verfügung gestellt werden.
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Das Verfahren zum Betrieb des muskelkraftbetriebenen und/oder motorunterstützten, als Lasten-Pedelec oder Lasten-E-Bike oder Lasten-LEV(Light Electric Vehicle) ausgestalteten Fahrzeugs 1 arbeitet nunmehr wie folgt. Es wird die Zuladung des Fahrzeugs 1 durch die Last auf der Ladefläche 6 mittels des Sensors 16 aufgrund der von der Last auf die Ladefläche 6 ausgeübten Kraft und/oder aufgrund des auf die Ladefläche 6 einwirkenden Gewichts der Last gemessen. Der Messwert für die Zuladung wird vom Sensor 16 an die Motorsteuerung 19 weitergeleitet. Des Weiteren stellt der Benutzer die gewünschte Unterstützung am Eingabegerät 18 ein, wobei die so eingestellten Parameter der Motorsteuerung 19 zur Verfügung gestellt werden. Die Motorsteuerung 19 betreibt dann den Antriebsmotor 9, 10, 11 in Abhängigkeit von der erfassten Zuladung sowie der gewünschten Unterstützung. Insbesondere wird von der Motorsteuerung 19 das Antriebsmoment für den Antriebsmotor 9, 10, 11 dementsprechend in Abhängigkeit von der erfassten Zuladung eingestellt.
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In bevorzugter Weise erfolgt der Betrieb des Antriebsmotors 9, 10, 11 derart, dass das Fahrverhalten des Fahrzeugs 1 an die Zuladung angepasst wird. Und zwar werden die Antriebsmotoren 9, 10, 11 so betrieben, dass das Fahrverhalten des Fahrzeugs 1 mit Zuladung gegenüber dem Fahrzeug 1 ohne Zuladung im Wesentlichen unverändert ist. Bei dieser Anpassung kann es sich um die Fahrparameter für das Fahrzeug 1, und zwar insbesondere um die Beschleunigung, die Maximalgeschwindigkeit, das Drehmoment o. dgl. für das Fahrzeug 1, handeln. Des Weiteren können bei einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs 1 die mit dem Lenker 7 zusammenwirkenden Räder 3, 4 mit einer Drehzahl und/oder einem Drehmoment in Abhängigkeit von der Zuladung und/oder vom Lenkeinschlag des Lenkers 8 und/oder von das Fahrzeug 1 charakterisierenden Kenngrößen und/oder von das Umfeld des Fahrzeugs 1 charakterisierenden Kenngrößen angetrieben werden, derart dass eine Unterstützung der Lenkbewegung für den Benutzer resultiert.
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Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie umfasst vielmehr auch alle fachmännischen Weiterbildungen im Rahmen der durch die Patentansprüche definierten Erfindung. So kann die Erfindung sowie das erfindungsgemäße Betriebsverfahren nicht nur in Fahrzeugen 1, wie Lasten-Pedelecs oder Lasten-E-Bikes, eingesetzt werden sondern auch bei sonstigen LEV(Light Electric Vehicles)s, beispielsweise bei Quads o. dgl., Verwendung finden.
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Bezugszeichenliste
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- 1:
- Fahrzeug
- 2:
- Rahmen
- 3:
- Rad / linkes Vorderrad
- 4:
- Rad / rechtes Vorderrad
- 5:
- Rad / Hinterrad
- 6:
- Ladefläche
- 7:
- Lenker
- 8:
- Lenkgestänge
- 9,10:
- Antriebsmotor (für Vorderrad)
- 11:
- Antriebsmotor (für Hinterrad)
- 12:
- Akku
- 13:
- Tretkurbelantrieb
- 14:
- Kette
- 15:
- Kraft
- 16:
- Sensor / Beladungssensor
- 17:
- Steuergerät
- 18:
- Eingabegerät
- 19:
- Motorsteuerung (CCU)
