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Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für ein Fahrzeug mit einem Fahrwerk, das mehrere Radmodule umfasst. Jedes der Radmodule weist ein um mindestens bis zu 90 Grad lenkbares Rad zum Wenden des Fahrzeugs auf der Stelle und/oder zum Querfahren des Fahrzeugs auf. Die Antriebsanordnung umfasst einige Antriebseinrichtungen, die in einigen der Radmodulen integriert sind. Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug mit der Antriebsanordnung.
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Fahrzeuge, die auf der Stelle wenden, Quer- und Diagonalfahrten ausführen können, sind bereits hinreichend bekannt. Üblicherweise weisen die Fahrgestelle dieser Fahrzeuge mehrere lenkbare Radeinheiten auf, wobei oftmals in jeder Radeinheit ein Radnabenantrieb integriert ist.
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Beispielsweise beschreibt die Druckschrift
DE 20 2012 002 846 U1 , die wohl den nächstliegenden Stand der Technik bildet, ein Elektrokraftfahrzeug mit einem hochbeweglichen und/oder modularem Fahrwerk. Das Fahrwerk umfasst mindestens drei Räder, eine Vorderachse und eine Hinterachse. In jedem Rad ist ein Radnabenmotor integriert, der ein simultanes Lenken der Räder der Vorderachse und der Hinterachse, ein Wenden des Fahrzeugs auf der Stelle und ein Seitwärts- und Diagonalfahren des Fahrzeugs ermöglicht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige Antriebsanordnung für ein Fahrzeug bereitzustellen, die ein Wenden des Fahrzeugs auf der Stelle und/oder Quer- sowie Diagonalfahrten des Fahrzeugs ermöglicht. Diese Aufgabe wird durch eine Antriebsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Fahrzeug mit der Antriebsanordnung gemäß dem Anspruch 10 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen der nachfolgenden Beschreibung und/oder den beigefügten Figuren.
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Es wird eine Antriebsanordnung vorgeschlagen, die zur Integration in einem Fahrzeug, z.B. in einem Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug, ausgebildet ist. Vorzugsweise weist das Fahrzeug eine kompakte Bauweise, insbesondere für den Stadtverkehr, auf. Beispielsweise kann das Fahrzeug eine Einrichtung für das autonome Fahren umfassen und/oder bereitstellen.
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Vorzugsweise ist das Fahrzeug als ein 2-Sitzerfahrzeug, 3-Sitzerfahrzeug oder 4-Sitzerfahrzeug dazu ausgebildet, Personen zu befördern. Alternativ oder optional ergänzend zur Personenbeförderung kann das Fahrzeug auch als ein ansteuerbarer und/oder programmierbarer Fahrzeugroboter und/oder als ein autonomes Liefertaxi ausgebildet sein, mit dem insbesondere ein Transport von Gegenständen, z.B. von Paketen, zu einem gewünschten Zielort erfolgen kann.
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Die Antriebsanordnung umfasst ein Fahrwerk, das in einer möglichen konstruktiven Umsetzung der Erfindung einen rechteckigen Aufbau aufweist. Vorzugsweise umfasst das Fahrwerk mehrere Achsen, z.B. eine Vorderachse und eine Hinterachse. Insbesondere sind die Achsen beabstandet voneinander und parallel zueinander angeordnet.
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Das Fahrwerk umfasst mehrere Radmodule, vorzugsweise mindestens drei Radmodule, insbesondere vier oder mehr Radmodule. Um den z.B. rechteckigen Aufbau des Fahrwerks zu gewährleisten, ist es in einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass an jeder Achse genau zwei Radmodule angeordnet sind, die insbesondere miteinander ein Rechteck aufspannen.
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Jedes der Radmodule weist ein um mindestens bis zu 90 Grad lenkbares Rad auf, das dazu ausgebildet ist, ein Wenden des Fahrzeugs auf der Stelle, ein Querfahren und/oder ein Diagonalfahren des Fahrzeugs, insbesondere relativ zu einer Fahrzeuglängsachse des Fahrzeugs, zu gewährleisten. Natürlich ist mit den Rädern der Radmodule auch eine Geradeausfahrt des Fahrzeugs möglich, insbesondere wenn diese nicht um einen Lenkwinkel eingeschlagen sind.
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Bevorzugt umfasst jedes der Radmodule eine Radaufhängung, an der das entsprechende Rad befestigt ist. Vorzugsweise ermöglicht die Radaufhängung einen Radeinschlag des Rades von mindestens bis zu 90 Grad. Vorteilhaft ist, dass das Fahrzeug dadurch einen sehr geringen Wendekreis, z.B. von weniger als fünf Metern, aufweist. Insbesondere ist das Fahrzeug deshalb für den Einsatz in den immer voller werdenden Städten geeignet.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist jedes der Radmodule einen Lenkaktuator zur Aktivierung des Radeinschlags des jeweiligen Rades auf. Beispielsweise ist der Lenkaktuator ein Bestandteil eines sogenannten steer by wire-Systems, durch das Lenkbewegungen einer Lenkeinrichtung des Fahrzeugs, z.B. eines Lenkrads, oder Lenkbewegungen, die auf Basis von Sensoren oder einer Fernsteuerung des Fahrzeugs auslösbar sind, auf die Räder der Radmodule übertragen werden.
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Die Antriebsanordnung umfasst einige Antriebseinrichtungen für die Radmodule. Die Antriebseinrichtungen sind in einigen der Radmodule integriert. Bevorzugt ist die Anzahl der Radmodule größer als die Anzahl der Antriebseinrichtungen. Insbesondere ist maximal eine der Antriebseinrichtungen einem der Radmodule zugeordnet.
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Beispielsweise sind die Antriebseinrichtungen als Elektroantriebe oder Hybridantriebe ausgebildet. Besonders bevorzugt ist, dass die Antriebseinrichtungen als Radnabenantriebe, insbesondere als Traktionsmotoren, ausgebildet sind. Alternativ sind im Rahmen der Erfindung auch Verbrennungsmotoren als Antriebseinrichtungen möglich. Insbesondere ist der Radnabenantrieb zur Drehmomenterzeugung in dem Rad des entsprechenden Radmoduls integriert, z.B. indem er eine Radnabe des Rades trägt. Im Speziellen rotiert der Radnabenantrieb mit dem jeweiligen Rad.
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Erfindungsgemäß weist die Antriebsanordnung zumindest ein antriebseinrichtungsfreies Radmodul auf. Vorteilhaft daran ist, dass aufgrund der reduzierten Anzahl der Antriebseinrichtungen gegenüber der Anzahl der Radmodule ein erhebliches Kosteneinsparungspotential im Vergleich zu herkömmlichen Fahrwerken gegeben ist, bei denen alle Radmodule mit einer eigenen Antriebsanordnung ausgestattet sind. Trotz der gegenüber den Radmodulen reduzierten Anzahl an Antriebseinrichtungen kann das Fahrzeug bedarfsgerecht angetrieben und verfahren werden. Insbesondere wird/werden das Rad des mindestens einen antriebseinrichtungsfreien Radmoduls, insbesondere die Räder der beiden antriebseinrichtungsfreien Radmodule, durch die angetriebenen Räder sicher mitbewegt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind an der ersten Achse, z.B. an der Vorderachse, zwei Radmodule, insbesondere zwei Vorderradmodule, angeordnet. Vorzugsweise ist einem Radmodul, das an der ersten Achse angeordnet ist, insbesondere einem ersten Vorderradmodul, eine erste Antriebseinrichtung zugeordnet. Bevorzugt ist das andere an der ersten Achse angeordnete Radmodul, insbesondere ein zweites Vorderradmodul, antriebseinrichtungsfrei ausgebildet. Insbesondere weist dieses keine Antriebseinrichtung auf. Zusammenfassend ist es im Rahmen der Erfindung besonders bevorzugt ist, dass an der ersten Achse zwei Radmodule vorgesehen sind, von denen eines die erste Antriebseinrichtung aufweist und von denen das andere ohne Antriebseinrichtung, insbesondere antriebseinrichtungsfrei, ausgebildet ist.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung sind an der zweiten Achse, insbesondere an der Hinterachse, weitere zwei Radmodule, insbesondere zwei Hinterradmodule, angeordnet. Vorzugsweise ist einem Radmodul, das an der zweiten Achse angeordnet ist, insbesondere einem zweiten Hinterradmodul, eine zweite Antriebseinrichtung zugeordnet. Bevorzugt ist das andere an der zweiten Achse angeordnete Radmodul, insbesondere das erste Hinterradmodul, antriebseinrichtungsfrei ausgebildet. Insbesondere weist dieses keine Antriebseinrichtung auf. Zusammenfassend ist es im Rahmen der Erfindung besonders bevorzugt, dass an der zweiten Achse zwei weitere Radmodule vorgesehen sind, von denen eines die zweite Antriebseinrichtung aufweist und von denen das andere ohne Antriebseinrichtung, insbesondere antriebseinrichtungsfrei, ausgebildet ist.
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In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Antriebseinrichtung in dem vorzugsweise rechteckigen Fahrwerk diagonal zu der zweiten Antriebseinrichtung angeordnet. Beispielsweise sind die erste Antriebseinrichtung und die zweite Antriebseinrichtung in dem Fahrwerk und/oder relativ zu der Fahrwerk- und Fahrzeuglängsrichtung schräg versetzt zueinander angeordnet.
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Optional weist das erste Vorderradmodul die erste Antriebseinrichtung auf und das zweite Hinterradradmodul die zweite Antriebseinrichtung auf, wobei das erste Vorderradmodul mit der ersten Antriebseinrichtung auf einer Seite des Fahrwerks und/oder Fahrzeugs, z.B. auf der rechten Seite, angeordnet ist und wobei das zweite Hinterradmodul mit der zweiten Antriebseinrichtung auf der anderen Seite des Fahrwerks und/oder Fahrzeugs, z.B. auf der linken Seite, angeordnet ist. Beispielsweise sind das zweite Vorderradmodul und das erste Hinterradmodul insbesondere in dieser Anordnung antriebseinrichtungsfrei ausgebildet. Bevorzugt sind die antriebseinrichtungsfreien Radmodule diagonal und/oder schräg gegenüberliegend zueinander in dem Fahrwerk und/oder relativ zu der Fahrwerk- und Fahrzeuglängsrichtung angeordnet.
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Insbesondere kann mit der diagonalen Anordnung der Antriebseinrichtungen sichergestellt werden, dass das Fahrzeug längs, quer und/oder diagonal zur Fahrwerk- und Fahrzeuglängsrichtung verfahren werden kann. Weiterhin können ungewollte Gierbewegungen über die diagonal versetzt angeordneten Antriebseinrichtungen ausgeglichen werden. Außerdem können unebene Fahrbahnen z.B. mit Schlaglöchern oder Hindernissen, z.B. Randsteinen, sicher gemeistert und überfahren werden.
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In einer weiteren möglichen Ausführungsform der Erfindung weist jedes der Radmodule des Fahrwerks eine Feder- und/oder Dämpfereinrichtung auf. Die Feder- und/oder Dämpfereinrichtung ist beispielsweise in der Radaufhängung des entsprechenden Rades des Radmoduls integriert. Vorzugsweise ist die Feder- und/oder Dämpfereinrichtungen des zumindest einen antriebseinrichtungsfreien Radmoduls anders ausgelegt als die Feder- und/oder Dämpfereinrichtungen der Radmodule, denen die Antriebseinrichtungen zugeordnet sind. Dadurch können zum Beispiel die unterschiedlichen Antriebssituationen des Rades des mindestens einen antriebseinrichtungsfreien Radmoduls und der angetriebenen Räder berücksichtigt werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das zumindest eine antriebseinrichtungsfreie Radmodul eine Beschwerungseinrichtung zum Ausgleich eines Eigengewichts der in den übrigen Radmodulen integrierten Antriebseinrichtungen auf. Beispielsweise kann die Beschwerungseinrichtung ein oder mehrere Gewichte umfassen, die in dem mindestens einen antriebseinrichtungsfreien Radmodul integriert sind.
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Eine weitere bevorzugte Umsetzung der Erfindung sieht vor, dass die Antriebsanordnung eine Steuerungseinrichtung umfasst, die zur synchronen Ansteuerung der Antriebseinrichtungen ausgebildet ist. Dadurch kann gewährleistet werden, dass alle Räder der mit der Antriebseinrichtung versehenen Radmodule mit übereinstimmenden Drehmomenten beaufschlagt werden können. Optional ergänzend ist die Steuerungseinrichtung dazu ausgebildet, die Lenkaktuatoren der Radmodule dazu anzusteuern, die benötigten übereinstimmenden Radeinschläge der Räder zu aktivieren.
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Einen weiteren Gegenstand der Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit der Antriebsanordnung nach der bisherigen Beschreibung und/oder nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung. Dabei zeigen:
- 1 eine Antriebsanordnung für ein Fahrzeug mit einem Fahrwerk in einer Geradeausfahrt;
- 2 die Antriebsanordnung aus 1 mit dem Fahrwerk in einer Querfahrt.
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Einander entsprechende oder gleiche Teile sind in den Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine Antriebsanordnung 1, die in einem Fahrzeug integrierbar ist. Das Fahrzeug ist als ein Elektro- oder Hybridfahrzeug ausgebildet und kann autonome Fahreigenschaften umfassen. Es wird zur Personenbeförderung eingesetzt oder wird als ansteuerbarer und/oder programmierbarer Fahrzeugroboter zur Auslieferung von Waren und Gegenständen verwendet.
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Die Antriebsanordnung 1 umfasst ein Fahrwerk 2 das mehrere Radmodule, z.B. vier Radmodule 3a, 3b, 3c, 3d, umfasst. Jedes Radmodul 3a, 3b, 3c, 3d umfasst ein Rad 4a, 4b, 4c, 4d und eine Radaufhängung. Jedes Rad 4a, 4b, 4c, 4d ist an der entsprechenden Radaufhängung lenkbar angeordnet. Zur Aktivierung eines Radeinschlags des Rades umfasst jedes Radmodul 3a, 3b, 3c, 3d einen nicht gezeigten Lenkaktuator als Bestanteil eines stire by wire- Systems des Fahrzeugs. Die Aktivierung des Radeinschlags ist z.B. durch eine Lenkbewegung an einer Lenkeinrichtung des Fahrzeugs und/oder durch eine Sensorik- und/oder Fernsteuerung, z.B. für das autonome Fahren des Fahrzeugs, auslösbar.
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Das Fahrwerk 2 weist zwei zueinander parallele Achsen, insbesondere eine Vorderachse 5a und eine Hinterachse 6a auf, die quer, insbesondere rechtwinklig, zu einer Fahrwerk- und Fahrzeuglängsrichtung L verlaufen und beabstandet voneinander angeordnet sind. Jede Achse 5a, 5b trägt genau zwei Radmodule 3a, 3b, 3c, 3d. Die Fahrwerk- und Fahrzeuglängsrichtung L entspricht einer Ausrichtung der Räder 4a, 4b, 4c, 4d bei einer Geradeausfahrt G, die in 1 dargestellt ist. Bei der Geradeausfahrt G des Fahrzeugs ist der Lenkeinschlag jedes Rades 4a, 4b, 4c, 4d gleich Null.
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An der Vorderachse 5a sind das Radmodul 3a als ein rechtes Vorderradmodul und das Radmodul 3b als ein linkes Vorderradmodul angeordnet. An der Hinterachse 5b bilden das Radmodul 3c ein rechtes Hinterradmodul und das Radmodul 3d ein linkes Hinterradmodul. Somit spannen die Radmodule 3a, 3b, 3c, 3e ein Rechteck auf, durch das das Fahrwerk 2 rechtwinklig aufgebaut ist.
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Wie in der 2 dargestellt, sind die Räder 4a, 4b, 4c, 4d so lenkbar und so weit einschlagbar, dass das Fahrzeug insbesondere relativ zu der Fahrwerk- und/oder Fahrzeuglängsrichtung L Quer- und/oder Diagonalfahrten Q vornehmen kann. Weiterhin ist durch den Radeinschlag ein Wenden des Fahrzeugs auf der Stelle, z.B. mit einem Wendekreis von weniger als 5 Metern, möglich. Hierzu ist jedes Rad 4a, 4b, 4c, 4d um mindestens bis zu 90 Grad lenkbar ausgebildet und/oder angeordnet, insbesondere beträgt der mögliche Radeinschlag jedes Rades 4a, 4b, 4c, 4d mindestens bis zu 90 Grad. Dadurch ist das Fahrzeug sehr wendig und ist insbesondere für den Stadtverkehr gut geeignet.
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Die Antriebsanordnung umfasst einige Antriebseinrichtungen, z.B. zwei Antriebseinrichtungen 6a, 6b, die in einigen der Radmodule 3a, 3b, 3c, 3d, z.B. in zwei Radmodulen 3a, 3d integriert sind. Die Antriebseinrichtungen 6a, 6b sind als elektrische Radnabenantriebe, insbesondere als Traktionsmotoren, ausgebildet. Alternativ können die Radnabenantriebe auch als Hybridmotoren oder Verbrennungsmotoren ausgebildet sein. Die Radnabenantriebe sind in dem Rad 4a, 4d des entsprechenden Radmoduls 3a, 3d integriert, indem sie die Radnaben der Räder 4a, 4d tragen und mit dem Rad 4a, 4b mitrotieren.
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Die Anzahl der vorhandenen Antriebseinrichtungen ist geringer als die Anzahl der vorhandenen Radmodule, sodass mindestens eines der Radmodule antriebseinrichtungsfrei ausgebildet ist. Insbesondere ist mindestens ein Radmodul an dem Fahrwerk 2 vorgesehen, das keine Antriebseinrichtung aufweist. Das führt in vorteilhafter Weise zu einer erheblichen Kostenreduzierung gegenüber Antriebsanordnungen mit Fahrwerken, bei denen jedem Radmodul eine Antriebseinrichtung zugeordnet ist. Der sichere und bedarfsgerechte Antrieb des Fahrzeugs kann auch bei mindestens einem antriebseinrichtungsfreien Radmodul 3b, 3c gewährleistet werden, da die Räder 4b, 4c der antriebseinrichtungsfreien Radmodule 3b, 3c mit den angetriebenen Rädern 4a, 4d mitrotieren und mitverfahren werden.
Zum Gewichtsausgleich zwischen den leichteren antriebseinrichtungsfreien Radmodulen 3b, 3c und den aufgrund der integrierten Antriebseinrichtungen 6a, 6b schwereren Radmodulen 3a, 3d weisen die antriebseinrichtungsfreien Radmodule 3b, 3c eine Beschwerungseinrichtung z.B. in Form von zusätzlichen Gewichten in den entsprechenden Radmodulen 3b, 3c auf. Durch den Gewichtsausgleich kann erreicht werden, dass jedes Radmodul 3a, 3b, 3c, 3d gleich schwer ist, sodass eine sichere Lage des Fahrwerks 2 bzw. des Fahrzeugs auf der Fahrbahn, insbesondere bei schnellen Kurvenfahren, gewährleistet werden kann.
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Gemäß den 1 und 2 weist das Radmodul 3a als das rechte Vorderradmodul eine erste Antriebseinrichtung 6a auf und das Radmodul 3d als das linke Hinterradmodul eine zweite Antriebseinrichtung 6b. Die Anordnung der beiden Antriebseinrichtungen 6a, 6b ist somit in dem rechteckig aufgebauten Fahrwerk 2 diagonal.
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Durch die diagonale Anordnung kann eine sichere Längs-, Quer- und/oder Diagonalfahrt des Fahrzeugs unter Ausgleich bzw. Vermeidung von ungewollten Gierbewegungen gewährleistet werden. Das Überfahren von Erhöhungen oder Schlaglöchern auf der Fahrbahn oder von Hindernissen wie Randsteinen o.ä. ist durch die diagonale Anordnung der Antriebseinrichtungen 6a, 6b problemlos möglich. Alternativ zu den 1 und 2 können die beiden Antriebseinrichtungen 6a, 6b auch in dem Radmodul 3b als das linke Vorderradmodul und an dem Radmodul 3c als das rechte Hinterradmodul integriert sein, um somit ebenfalls in dem Fahrwerk 2 diagonal angeordnet zu sein.
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Jedes Radmodul 3a, 3b, 3c, 3d umfasst eine nicht gezeigte Feder- und/oder Dämpfereinrichtung zur Abfederung und/oder Dämpfung von Unebenheiten auf der Fahrbahn. Die Auslegung der Feder- und/oder Dämpfereinrichtungen, die in den mit den Antriebseinrichtungen 6a, 6b versehenen Radmodulen 3a, 3d integriert sind, ist eine andere, als die Feder- und/oder Dämpfereinrichtungen, die in den antriebseinrichtungsfreien Radmodulen 3b, 3c integriert sind. Insbesondere kann bei der unterschiedlichen Auslegung der Feder- und/oder Dämpfereinrichtungen ein Antriebsverhalten in den einzelnen Radmodulen berücksichtigt werden und dadurch eine angenehme erschütterungsarme Fahrt in dem Fahrzeug gewährleistet werden.
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Die Antriebsanordnung 1 umfasst eine Steuerungseinrichtung zur synchronen Ansteuerung der Antriebseinrichtungen 6a, 6b. Insbesondere werden die Antriebseinrichtungen 6a, 6b dazu angesteuert, gleiche Drehmomente auf die Räder 4a, 4d zu übertragen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebsanordnung
- 2
- Fahrwerk
- 3a
- rechtes Vorderradmodul
- 3b
- linkes Vorderradmodul
- 3c
- rechtes Hinterradmodul
- 3d
- linkes Hinterradmodul
- 4a
- Rad des rechten Vorderradmoduls
- 4b
- Rad des linken Vorderradmoduls
- 4c
- Rad des rechten Hinterradmoduls
- 4d
- Rad des linken Hinterradmoduls
- 5a
- Vorderachse
- 5b
- Hinterachse
- 6a
- Antriebseinrichtung des rechten Vorderradmoduls
- 6b
- Antriebseinrichtung des linken Vorderradmoduls
- G
- Geradeausfahrt
- L
- Fahrwerk- und Fahrzeuglängsrichtung
- Q
- Quer- und/oder Diagonalfahrt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202012002846 U1 [0003]
