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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer ersten Radachse und einer zweiten Radachse, wobei die erste Radachse mittels eines Antriebsaggregats antreibbar ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs.
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Aus dem Stand der Technik ist die Druckschrift
DE 2015 207 616 A1 bekannt. Diese beschreibt ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs, umfassend einen Verbrennungsmotor und ein oder mehrere erste Maschinen zum Antrieb eines ersten Rades und ein oder mehrere zweite Maschinen zum Antrieb eines zweiten Rades des Fahrzeugs. Das erste Rad ist in einem Frontbereich und das zweite Rad ist in einem Heckbereich des Fahrzeugs angeordnet, oder umgekehrt. Das Verfahren umfasst das Ermitteln eines Betriebsparameters des Fahrzeugs. Außerdem umfasst das Verfahren das Betreiben des Fahrzeugs in einem ersten Betriebsmodus oder in einem zweiten Betriebsmodus, in Abhängigkeit von dem Betriebsparameter. Dabei wird in dem ersten Betriebsmodus eine Grundlage für den Betrieb des Fahrzeugs durch die ein oder mehreren ersten Maschinen und eine dynamische Leistung für den Betrieb des Fahrzeugs durch die ein oder mehreren zweiten Maschinen erbracht. In dem zweiten Betriebsmodus wird die Grundleistung durch den Verbrennungsmotor und die dynamische Leistung durch die ein oder mehreren zweiten Maschinen erbracht.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Kraftfahrzeug vorzuschlagen, welches gegenüber bekannten Kraftfahrzeugen Vorteile aufweist, insbesondere zumindest vorübergehend eine Erhöhung der Traktion bewerkstelligt.
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Dies wird erfindungsgemäß mit einem Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass Räder der zweiten Radachse von dem Antriebsaggregat entkoppelt sind, jeweils einen pneumatischen Radnabenmotor aufweisen und mittels diesem antreibbar sind.
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Das Kraftfahrzeug verfügt über die erste Radachse und die zweite Radachse, wobei die erste Radachse beispielsweise als Vorderradachse und die zweite Radachse als Hinterradachse oder umgekehrt ausgebildet ist. An jeder der Radachsen, also sowohl an der ersten Radachse als auch an der zweiten Radachse, liegen mehrere Räder vor. Die erste Radachse und mithin die Räder der ersten Radachse sind mithilfe des Antriebsaggregats antreibbar. Das Antriebsaggregat liegt beispielsweise in Form einer Brennkraftmaschine oder einer elektrischen Maschine vor. Die zweite Radachse beziehungsweise die Räder der zweiten Radachse sind hingegen von dem Antriebsaggregat entkoppelt.
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Das bedeutet, dass die Räder der zweiten Radachse nicht antriebstechnisch an das Antriebsaggregat angeschlossen sind und nicht über das Kraftfahrzeug selbst mithilfe des Antriebsaggregats antreibbar sind. Selbstverständlich können die Räder der zweiten Radachse jedoch über einen Untergrund, auf welchem sich das Kraftfahrzeug befindet beziehungsweise bewegt, von dem Antriebsaggregat angetrieben werden. In jedem Fall ist jedoch kein unmittelbares Antreiben der Räder der zweiten Radachse mittels des Antriebsaggregats vorgesehen, sondern allenfalls ein mittelbares über den Untergrund des Kraftfahrzeugs.
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Das Kraftfahrzeug verfügt also über lediglich eine mittels des Antriebsaggregats antreibbare Radachse, nämlich die erste Radachse. Das bedeutet, dass das von dem Antriebsaggregat bereitgestellte Antriebsdrehmoment allein über die Räder der ersten Radachse an den Untergrund des Kraftfahrzeugs absetzbar ist. Dies begrenzt die mögliche Traktion des Kraftfahrzeugs. Aus diesem Grund verfügen die Räder der zweiten Radachse jeweils über einen pneumatischen Radnabenmotor. Die pneumatischen Radnabenmotoren dienen dem Antreiben der Räder der zweiten Radachse. Hierzu wirken sie unmittelbar auf die Räder der zweiten Radachse. Von der ersten Radachse sind die pneumatischen Radnabenmotoren hingegen entkoppelt, stehen mit diesen also allenfalls mittelbar über den Untergrund des Kraftfahrzeugs in Wirkverbindung. Zusammenfassend bedeutet dies, dass die Räder der ersten Radachse allein mittels des Antriebsaggregats und die Räder der zweiten Radachse allein mittels der pneumatischen Radnabenmotoren antreibbar sind.
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Es kann vorgesehen sein, die Räder der zweiten Radachse stets dann mithilfe des pneumatischen Radnabenmotors anzutreiben, wenn auch die Räder der ersten Radachse mithilfe des Antriebsaggregats angetrieben werden. Besonders bevorzugt dienen die Radnabenmotoren jedoch lediglich einer vorübergehenden Erhöhung der Traktion. Das bedeutet, dass die Räder der zweiten Radachse lediglich dann mithilfe der Radnabenmotoren angetrieben werden, sofern über die Räder der ersten Radachse nicht das gewünschte Drehmoment abgesetzt werden kann. Vorzugsweise werden die Räder der zweiten Radachse also dann mithilfe der Radnabenmotoren angetrieben, sofern die Räder der ersten Radachse auf dem Untergrund durchdrehen oder ein solches Durchdrehen zumindest droht, also der an den Rädern der ersten Radachse auftretende Radschlupf größer ist als ein Grenzwert.
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Die Radnabenmotoren sind als pneumatische Radnabenmotoren ausgestaltet, werden also pneumatisch beziehungsweise mit Druckluft betrieben. Hierzu sind die Radnabenmotoren beispielsweise an eine Druckluftquelle strömungstechnisch angeschlossen. Als eine solche Druckluftquelle können beispielsweise ein Druckluftspeicher und/oder eine Druckluftpumpe vorliegen. Die Druckluftpumpe wird beispielsweise von dem Antriebsaggregat angetrieben, vorzugsweise lediglich zeitweise, nämlich dann, wenn die Radnabenmotoren betrieben werden sollen.
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Die beschriebene Ausgestaltung des Kraftfahrzeugs hat gegenüber bekannten Kraftfahrzeugen den Vorteil, dass auf einfache Art und Weise ein mehrachsgetriebenes Kraftfahrzeug realisiert ist. Die Verwendung der pneumatischen Radnabenmotoren ermöglicht eine besonders kompakte und kostengünstige Ausgestaltung.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Radnabenmotoren über eine Ventilanordnung strömungstechnisch an einen Druckluftspeicher angeschlossen sind. Der Druckluftspeicher dient der Zwischenspeicherung von Druckluft, welche zum Betreiben der Radnabenmotoren verwendet wird. Beispielsweise wird der Druckluftspeicher mittels der Druckluftpumpe befüllt. Zusätzlich oder alternativ kann es auch vorgesehen sein, die Radnabenmotoren zeitweise als Pumpen zu betreiben und zum Befüllen des Druckluftspeichers zu verwenden.
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Die Radnabenmotoren sind über die Ventilanordnung an den Druckluftspeicher angeschlossen. Die Ventilanordnung ermöglicht ein gezieltes Ansteuern der Radnabenmotoren, insoweit also ein gezieltes Zuführen der in dem Druckluftspeicher zwischengespeicherten Druckluft zu den Radnabenmotoren. Beispielsweise kann mithilfe der Ventilanordnung jeder der Radnabenmotoren einzeln, also unabhängig von den jeweils anderen der Radnabenmotoren, angesteuert werden.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass mittels der Ventilanordnung eine Drehrichtung der Radnabenmotoren einstellbar ist, insbesondere für jeden der Radnabenmotoren separat. Es kann also vorgesehen sein, dass die Radnabenmotoren mittels der Ventilanordnung mit unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten und/oder unterschiedlichen Drehrichtungen betrieben werden. Dies ermöglicht eine besonders flexible Betriebsweise des Kraftfahrzeugs.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass mittels der Ventilanordnung die Radnabenmotoren separat angesteuert sind. Hierauf wurde vorstehend bereits eingegangen. Beispielsweise verfügt die Ventilanordnung hierzu über mehrere Ventile, wobei zwischen dem Druckluftspeicher und jedem der Radnabenmotoren jeweils eines dieser Ventile strömungstechnisch angeordnet ist. Die Ventilanordnung ist beispielsweise derart ausgestaltet, dass die Radnabenmotoren mit unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten und/oder unterschiedlichen Drehrichtungen betreibbar sind. Hierdurch wird eine besonders hohe Flexibilität erzielt.
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Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Radachse und/oder die zweite Radachse eine aktive, pneumatische Radaufhängung aufweisen, die strömungstechnisch an den Druckluftspeicher angeschlossen ist. Die aktive Radaufhängung ist beispielsweise Bestandteil eines Luftfahrwerks. Sie ermöglicht vorzugsweise das Einstellen einer bestimmten Federkennlinie, vorzugsweise separat für die Räder der jeweiligen Radachse. Mithilfe der aktiven Radaufhängung können insoweit für die Räder ersten Radachse und/oder die Räder der zweiten Radachse unterschiedliche Federkennlinien eingestellt werden. Die Radaufhängung weist beispielsweise wenigstens eine Federung sowie einen Stoßdämpfer auf. Vorzugsweise ist der Stoßdämpfer der Radaufhängung zum Einstellen der gewünschten Federkennlinie beziehungsweise zum Einstellen einer gewünschten Dämpfung strömungstechnisch an den Druckluftspeicher angeschlossen.
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Es kann vorgesehen sein, dass lediglich die erste Radachse, nicht jedoch die zweite Radachse, über eine solche aktive Radaufhängung verfügt. Umgekehrt kann selbstverständlich lediglich die zweite Radachse, nicht jedoch die erste Radachse mit der aktiven Radaufhängung ausgestattet sein. Besonders bevorzugt weisen jedoch sowohl die erste Radachse als auch die zweite Radachse eine solche aktive Radaufhängung auf, nämlich für jedes Rad der jeweiligen Achse. Das Verwenden des Druckluftspeichers sowohl für die Radaufhängung als auch für die Radnabenmotoren hat den Vorteil, dass auf einen zusätzlichen Druckluftspeicher verzichtet werden kann, sodass insgesamt eine äußerst kompakte Ausgestaltung erzielt wird.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Radnabenmotor unmittelbar oder mittelbar über eine Kupplung an eine Radnabe des jeweiligen Rads angeschlossen ist. Der Radnabenmotor ist Bestandteil der ungefederten Masse des Kraftfahrzeugs. Der Radnabenmotor ist insoweit über die Radaufhängung, insbesondere ausschließlich über die Radaufhängung, mechanisch an eine Karosserie des Kraftfahrzeugs angebunden. Jedes Rad des Kraftfahrzeugs verfügt über eine Radnabe, welche über ein Radlager mit einem Radträger verbunden ist, welcher schlussendlich über die Radaufhängung mit der Karosserie verbunden ist. Die Radnabe ist insoweit drehbar bezüglich des Radträgers gelagert.
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Der Radnabenmotor dient dem Antreiben der Radnabe und mithin des Rads. Der Radnabenmotor kann hierbei unmittelbar mit der Radnabe verbunden sein, vorzugsweise starr und/oder permanent. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der Radnabenmotor über die Kupplung an die Radnabe angeschlossen ist, wobei die Kupplung vorzugsweise als Schaltkupplung vorliegt. In einer ersten Schaltstellung der Kupplung ist insoweit der Radnabenmotor mit der Radnabe gekoppelt, insbesondere drehfest, wohingegen er in einer zweiten Schaltstellung von der Radnabe entkoppelt ist. Hierdurch wird eine hohe Flexibilität erzielt.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Kupplung eine Freilaufkupplung oder eine Schaltkupplung ist. Unter der Freilaufkupplung ist eine Kupplung zu verstehen, welche bei einer Relativdrehbewegung von Radnabenmotor und Radnabe zueinander in einer ersten Drehrichtung den Radnabenmotor mit der Radnabe koppelt und bei einer der ersten Drehrichtung entgegengesetzten zweiten Drehrichtung den Radnabenmotor und die Radnabe voneinander entkoppelt. Hierdurch kann eine besonders deutliche Reduzierung eines Kraftstoffverbrauchs des Kraftfahrzeugs erzielt werden, weil ein Mitschleppen der Radnabenmotoren durch das Antriebsaggregat vermieden wird. Alternativ kann die Kupplung in Form der Schaltkupplung vorliegen, welche schaltbar ist und insoweit beispielsweise in der vorstehend bereits beschriebenen ersten Schaltstellung oder der zweiten Schaltstellung vorliegen kann. Hierdurch wird die bereits beschriebene Flexibilität realisiert.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Schaltkupplung eine strömungstechnisch an den Druckluftspeicher angeschlossene pneumatische Schaltkupplung ist. Auch die Schaltkupplung wird insoweit pneumatisch betätigt, sodass insgesamt das Kraftfahrzeug kostengünstig realisiert ist und Redundanzen vermieden werden.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Radnabenmotoren eine Impulseinheit zur Bereitstellung eines Drehmoments in Intervallen aufweisen oder als Verdrängermaschinen ausgebildet sind. Die Impulseinheit ermöglicht ein Betreiben der Radnabenmotoren nach Art eines Schlagschraubers. Die Impulseinheit ermöglicht das kurzfristige Bereitstellen eines vergleichsweise großen Drehmoments, sodass die Impulseinheit besonders bevorzugt bei einem Anfahren des Kraftfahrzeugs zum Einsatz kommt. Bei einer solchen Impulseinheit wird das größte Drehmoment bei einer Drehzahl von Null erzielt. Beispielsweise verfügt die Impulseinheit über eine Maximalleistung von höchstens 5 kW, höchstens 2,5 kW oder höchstens 1 kW. Bevorzugt ist der Druckluftspeicher derart ausgelegt, dass sich die Radnabenmotoren jeweils für mindestens 5 Sekunden, mindestens 7,5 Sekunden oder mindestens 10 Sekunden betreiben lassen.
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Alternativ können die Radnabenmotoren als Verdrängermaschinen ausgestaltet sein, also als Fluidenergiemaschinen, bei denen die Druckluft in einzelnen Volumina gleicher Größe durchlaufen wird. Die Verdrängermaschinen können beispielsweise in Form von Kolbenmaschinen oder Schraubenmaschinen vorliegen. Mithilfe der Impulseinheit ist ein sehr großes Drehmoment, insbesondere zum Anfahren des Kraftfahrzeugs, erzielbar. Die Verdrängermaschinen sind hingegen für eine besonders gleichmäßige Drehmomentbereitstellung ausgebildet, sodass ein hoher Komfort erzielt wird.
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Schließlich kann im Rahmen einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, dass die Verdrängermaschine als Schraubenmaschine oder Scrollmaschine vorliegt. Die Schraubenmaschine liegt nach Art eines Schraubenmotors beziehungsweise einer Schraubenpumpe vor. Die Scrollmaschine ist hingegen nach Art eines Scrollverdichters ausgebildet. Beide Bauformen ermöglichen die Bereitstellung eines hohen Drehmoments bei gleichzeitig kompakter Ausgestaltung.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung, wobei das Kraftfahrzeug eine erste Radachse und eine zweite Radachse aufweist und die erste Radachse mittels eines Antriebsaggregats antreibbar ist. Dabei ist vorgesehen, dass Räder der zweiten Radachse von dem Antriebsaggregat entkoppelt sind, jeweils einen pneumatischen Radnabenmotor aufweisen und mittels diesem zumindest zeitweise angetrieben werden.
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Auf die Vorteile einer derartigen Ausgestaltung des Kraftfahrzeugs beziehungsweise einer derartigen Vorgehensweise wurde bereits hingewiesen. Sowohl das Kraftfahrzeug als auch das Verfahren zu seinem Betreiben können im Rahmen dieser Beschreibung weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird. Beispielsweise ist es vorgesehen, dass die Radnabenmotoren lediglich für ein Anfahren des Kraftfahrzeugs verwendet werden. Hierzu weisen die Radnabenmotoren bevorzugt jeweils eine Impulseinheit auf.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs, sowie
- 2 eine schematische Darstellung einer Antriebseinrichtung des Kraftfahrzeugs, mit einem pneumatischen Radnabenmotor.
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Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs 1, welche eine erste Radachse 2 sowie eine zweite Radachse 3 aufweist. Jede der Radachsen 2 und 3 verfügt über mehrere Räder 4 beziehungsweise 5. Zu seinem Antrieb weist das Kraftfahrzeug 1 ein Antriebsaggregat 6 auf, welches in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel als Brennkraftmaschine vorliegt. Das Antriebsaggregat 6 ist ausschließlich mit den Rädern 4 der ersten Radachse 2 gekoppelt und von den Rädern 5 der zweiten Radachse 3 entkoppelt. Die Räder 5 der zweiten Radachse 3 hingegen verfügen zu ihrem Antrieb jeweils über einen pneumatischen Radnabenmotor 7. Die Radnabenmotoren 7 sind wiederum ausschließlich mit dem jeweiligen Rad 5 gekoppelt und von den jeweils anderen der Räder 5 sowie den Rädern 4 der ersten Radachse 2 entkoppelt. Mithilfe jedes der Radnabenmotoren 7 ist also genau eines der Räder 5 der zweiten Radachse 3 antreibbar.
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Die 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Antriebseinrichtung 8. Dargestellt ist einer der Radnabenmotoren 7. Der Radnabenmotor 7 weist eine Ausgangswelle 9 auf, die über eine Kupplung 10, in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel über eine Schaltkupplung, mit einer Abtriebswelle 11 verbunden ist, welche mit einer Radnabe des jeweiligen Rads 5 gekoppelt ist, vorzugsweise starr und/oder permanent. Der Radnabenmotor 7 ist über eine Ventilanordnung 12 an einen Druckluftspeicher 13 strömungstechnisch angeschlossen.
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Die Kupplung 10 ist als pneumatisch betätigbare Schaltkupplung ausgestaltet und ist daher ebenfalls strömungstechnisch an dem Druckluftspeicher 13 angeschlossen, nämlich über ein Schaltventil 14. Die Ventilanordnung 12 ist derart ausgestaltet, dass der Radnabenmotor 7 in unterschiedliche Drehrichtungen betreibbar ist. Das bedeutet, dass der Radnabenmotor 7 sowohl für eine Vorwärtsfahrt als auch für eine Rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs 1 einsetzbar ist. Zudem ist er mithilfe der Kupplung 10 gezielt von der Radnabe entkoppelbar, sodass der Radnabenmotor 7 lediglich zeitweise zum Antreiben des jeweiligen Rads 5 mit diesem verbunden wird.
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Die beschriebene Ausgestaltung des Kraftfahrzeugs 1 ermöglicht eine besonders einfache und kostengünstige Realisierung eines Mehrachsantriebs, mittels welchem eine deutliche Traktionsverbesserung erzielt werden kann. Beispielsweise werden die Radnabenmotoren 7 für ein Anfahren des Kraftfahrzeugs eingesetzt beziehungsweise dann, wenn über die Räder 4 der ersten Radachse 2 nicht das gewünschte Drehmoment abgesetzt werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeug
- 2
- 1. Radachse
- 3
- 2. Radachse
- 4
- Rad
- 5
- Rad
- 6
- Antriebsaggregat
- 7
- Radnabenmotor
- 8
- Antriebseinrichtung
- 9
- Ausgangswelle
- 10
- Kupplung
- 11
- Abtriebswelle
- 12
- Ventilanordnung
- 13
- Druckluftspeicher
- 14
- Schaltventil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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