DE102019216550B4 - Dynamisch selbstbalancierendes Zweirad-Fahrzeug - Google Patents

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Abstract

Dynamisch selbstbalancierendes Zweirad-Fahrzeug (1),- mit einem Fahrgestell (2), das einen Fahrzeugsitz (3) trägt,- mit zwei Rad-Einheiten (4), die jeweils ein am Fahrgestell (2) um eine Raddrehachse (10) drehbar angeordnetes Rad (6) und einen am Fahrgestell (2) angeordneten Elektromotor (7) zum Antreiben des jeweiligen Rads (6) aufweisen,- mit einer Neigungssensorik (11),- mit einer Balancesteuerung (12) zum Ansteuern beider Elektromotoren (7), die mit der Neigungssensorik (11) gekoppelt ist, und- mit wenigstens einer Batterie (13) zum Versorgen der beiden Elektromotoren (7), der Neigungssensorik (11) und der Balancesteuerung (12) mit elektrischer Energie,- wobei das Zweirad-Fahrzeug (1) eine Fahrzeuglängsachse (X) aufweist, entlang der sich das Zweirad-Fahrzeug (1) bei Geradeausfahrt bewegt, und- wobei die beiden Rad-Einheiten (4) so am Fahrgestell (2) befestigt sind, dass die beiden Rad-Einheiten (4) in einer senkrecht zur Fahrzeuglängsachse (X) verlaufenden Fahrzeugquerachse (Y) des Zweirad-Fahrzeugs (1) voneinander beabstandet sind, dadurch gekennzeichnet,- dass der jeweilige Elektromotor (7) wenigstens zwei separate Wicklungen (30i, 30ii) aufweist,- dass die Balancesteuerung (12) die beiden Wicklungen (30i, 30ii) des jeweiligen Elektromotors (7) synchron ansteuert oder nur eine der beiden Wicklungen (30i, 30ii) ansteuert, während sie die andere Wicklung (30i, 30ii) deaktiviert.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein dynamisch selbstbalancierendes Zweirad-Fahrzeug, das mit einem Fahrgestell ausgestattet ist und einen Fahrzeugsitz aufweist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder 6. Ein derartiges Zweirad-Fahrzeug ist daher für einen sitzenden Fahrer (männlich, weiblich, divers) vorgesehen.
  • Allgemein bekannt sind elektrisch angetriebene Rollstühle, die als Vierrad-Fahrzeuge ausgestaltet sind und dementsprechend vier Räder aufweisen. Diese Vierrad-Fahrzeuge besitzen in der Regel eine geringe Geschwindigkeit, eine geringe Reichweite, im Grunde keine Geländegängigkeit und eignen sich zwar für den täglichen Gebrauch, jedoch nicht für Ausflüge, insbesondere auf nicht geteerten Wegen, wie z.B. Waldwegen. Hinzu kommt, dass derartige konventionelle rollstuhlartige Vierrad-Fahrzeuge in der Regel ein wenig attraktives Aussehen besitzen und leicht zu einer Stigmatisierung der Fahrer als optisch sichtbar behinderte Menschen führen. Die Betroffenen fühlen sich deshalb häufig ausgeschlossen und werden nicht selten ausgegrenzt oder ziehen sich dadurch von selbst zurück.
  • Erleichterung schaffen dynamisch selbstbalancierende Zweirad-Fahrzeuge der eingangs genannten Art. Derartige Zweirad-Fahrzeuge sind beispielsweise aus der DE 10 2015 219 848 B3 bekannt. Sie besitzen ein Fahrgestell, das einen Fahrzeugsitz trägt und das zwei Räder aufweist, die quer zur Fahrzeuglängssachse voneinander beabstandet, also an den Fahrzeugseiten angeordnet sind. Beim bekannten Zweirad-Fahrzeug sind die beiden Räder um eine gemeinsame Raddrehachse drehbar am Fahrgestell angeordnet. Jedes Rad ist über ein eigenes Getriebe mit einem eigenen Elektromotor antriebsverbunden. Ferner sind für beide Räder wenigstens eine gemeinsame Batterie, eine gemeinsame Neigungssensorik und eine gemeinsame Balancesteuerung vorgesehen. Ferner ist ein derartiges Zweirad-Fahrzeug außerdem mit einer Lenkeinrichtung zum Lenken des Zweirad-Fahrzeugs ausgestattet.
  • Derartige selbstbalancierende Zweirad-Fahrzeuge zeichnen sich gegenüber herkömmlichen rollstuhlähnlichen Vierrad-Fahrzeugen durch eine bessere Geländegängigkeit aus, da ihre Räder üblicherweise einen deutlich größeren Durchmesser und auch Querschnitt aufweisen als die Räder eines rollstuhlartigen Vierrad-Fahrzeugs. Außerdem zeichnen sich diese Zweirad-Fahrzeuge durch ein deutlich attraktiveres Erscheinungsbild aus, wodurch die vorstehend erwähnte Stigmatisierung häufig ausbleibt.
  • Derartige Zweirad-Fahrzeuge für sitzende Fahrer bauen dabei auf dynamisch selbstbalancierenden Zweirad-Fahrzeugen für stehende Fahrer auf, wie sie beispielsweise aus der US 7 740 099 B2 bekannt sind und unter der Bezeichnung „Segway“ ® des Herstellers Segway Incorporated bekannt geworden sind. Derartige dynamisch balancierende Zweirad-Fahrzeuge, ob nun für einen stehenden oder für einen sitzenden Fahrer, werden dadurch zum Beschleunigen oder zum Bremsen betätigt, dass der Fahrer seinen Schwerpunkt nach vorne bzw. nach hinten verlagert, wodurch das Fahrgestell um die gemeinsame Raddrehachse nach vorn oder nach hinten kippt. Dies führt zu einer Veränderung der Neigung der Neigungssensorik um eine parallel zur Raddrehachse verlaufende Neigungsachse gegenüber einer Horizontalebene, die den ausbalancierten Zustand repräsentiert. Die Balancesteuerung kann nun in Abhängigkeit der Neigung die Räder zum Beschleunigen oder Abbremsen des Fahrzeugs ansteuern, um das Fahrzeug so wieder auszubalancieren. Diese dynamisch ablaufende Selbstbalancierung führt dann zur gewünschten Beschleunigung bzw. Abbremsung des Fahrzeugs. Zum Lenken des Fahrzeugs betätigt der Fahrer die Lenkeinrichtung, die dann von einer entsprechenden Lenksteuereinrichtung dazu genutzt wird, eines der Räder stärker, also letztlich schneller anzutreiben als das andere, um so die gewünschte Kurve zu erzeugen. Diese Lenksteuereinrichtung kann dabei zweckmäßig in die Balancesteuerung integriert sein. Der Umbau eines solchen Zweirad-Fahrzeugs für einen stehenden Fahrzeugführer zu einem Zweirad-Fahrzeug für einen sitzenden Fahrzeugführer ist mit hohen Kosten verbunden. Durch das zusätzliche Gewicht des Fahrzeugsitzes reduziert sich außerdem die mögliche Zuladung, also das maximale Gewicht, das der Fahrer noch haben darf, um das Zweirad-Fahrzeug benutzen zu können. Schließlich ist durch die Verwendung eines Zweirad-Fahrzeugs für einen stehenden Fahrer bereits die in der Fahrzeugquerachse gemessene Breite des damit hergestellten Zweirad-Fahrzeugs für einen sitzenden Fahrer vorgegeben, wodurch die Nutzung des Zweirad-Fahrzeugs z.B. in einer Wohnung beeinträchtigt sein kann.
  • Für stehende Fahrer sind außerdem dynamisch selbstbalancierendes Einrad-Fahrzeuge bekannt, beispielsweise aus der US 8 800 697 B2 und US 8 807 250 B2 . Ein derartiges dynamisch selbstbalancierendes Einrad-Fahrzeug weist einen Elektromotor, ein Rad, ein Gehäuse, eine Batterie, eine Neigungssensorik und eine Balancesteuerung auf. Das Rad und der Elektromotor sind am Gehäuse angeordnet, wobei das Rad um eine Raddrehachse drehbar ist. Das Gehäuse enthält außerdem die Batterie, die Neigungssensorik und die Balancesteuerung. Ferner kann das Fahrzeug außen am Gehäuse, insbesondere ausklappbare, Trittbretter aufweisen, die beiderseits des Rads am Gehäuse angeordnet sind und auf denen der Fahrer stehen kann. Alternativ dazu kann auch bei einem solchen Einrad-Fahrzeug ein Fahrersitz mittig am Gehäuse angeordnet sein, auf dem der Fahrer Platz nehmen kann. Zum Beschleunigen und Abbremsen des Einrad-Fahrzeugs kann der Fahrer sich selbst oder über seine Füße das Einrad-Fahrzeug nach vorn bzw. nach hinten neigen. Die Balancesteuerung balanciert das Einrad-Fahrzeug dann dynamisch von selbst, also automatisch nach vorn bzw. nach hinten, was zur gewünschten Beschleunigung bzw. Abbremsung führt. Zum Lenken muss der Fahrer selbst nach links bzw. nach rechts balancieren, um die gewünschte Kurvenfahrt zu erzeugen.
  • Ferner sind für stehende Fahrer sogenannte Hoverboards bekannt, wie zum Beispiel aus der US 8 738 278 B2 . Ein derartiges Hoverboard ist ebenfalls ein dynamisch selbstbalancierendes Zweirad-Fahrzeug mit einem Fahrgestell, das zwei Fahrgestellhälften aufweist, die mittig gelenkig miteinander verbunden sind, derart, dass sie sich um die gemeinsame Raddrehachse gegeneinander verdrehen lassen. Jede Fahrgestellhälfte weist ein Rad, einen Elektromotor, eine Neigungssensorik und eine Balancesteuerung auf. Jede Fahrgestellhälfte definiert ein Trittbrett für je einen Fuß des auf dem Zweirad-Fahrzeug stehenden Fahrers. Durch synchrones bzw. symmetrisches Neigen beider Fahrgestellhälften nach vorn bzw. hinten erfolgt ein Beschleunigen bzw. Abbremsen des Zweirad-Fahrzeugs. Durch ein asynchrones bzw. asymmetrisches Neigen der beiden Fahrgestellhälften, also durch ein Verwinden des Fahrgestells um die Raddrehachse lässt sich dieses Zweirad-Fahrzeug lenken.
  • Aus der CN 203 888 957 U sind nun für stehende Fahrer Zweirad-Fahrzeuge bekannt, bei denen zwei Einrad-Fahrzeuge, insbesondere der vorstehend beschriebenen Art, an einem gemeinsamen Fahrgestell befestigt sind, wobei das Fahrgestell mittig geteilt ist und die beiden Fahrgestellhälften über ein Gelenk um die gemeinsame Raddrehachse zueinander verschwenkbar sind. Jede Fahrgestellhälfte weist eine Trittfläche für einen Fuß des Fahrers und eine Lenkstange für eine Hand des Fahrers auf. Der Fahrer kann nun die beiden Lenkstangen mit seinen Händen bewegen und so die beiden Fahrgestellhälften um die Raddrehachse relativ zueinander verschwenken. Hierdurch funktioniert dieses Zweirad-Fahrzeug quasi wie ein weiter oben beschriebenes Hoverboard.
  • Aus der CN 203 996 652 U und der WO 2016/ 095 203 A1 sind zwei weitere Zweirad-Fahrzeuge für stehende Fahrer bekannt, bei denen zwei Einrad-Fahrzeuge, insbesondere der vorstehend beschriebenen Art, direkt miteinander verbunden sind, wobei die Verbindung durch ein Gelenk gebildet ist, das ein Verschwenken der beiden Einrad-Fahrzeuge zueinander um die gemeinsame Raddrehachse erlaubt. Auch hier sind wieder zwei Lenkstangen vorgesehen, die an je einem Einrad-Fahrzeug befestigt sind. Auch weist jedes Einrad-Fahrzeug eine Trittfläche für je einen Fuß des Fahrers auf. Durch Betätigen der beiden Lenkstangen lassen sich die beiden Einrad-Fahrzeuge relativ zueinander um die Raddrehachse verschwenken, um so die Funktion eines Hoverboards nachzubilden.
  • Ein gattungsgemäßes Zweirad-Fahrzeug ist aus der US 2009/0 256 331 A1 bekannt. Das bekannte Zweirad-Fahrzeug ist außerdem mit einer Neigetechnik ausgestattet.
  • Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem allgemeinen Problem, die Attraktivität der eingangs genannten dynamisch selbstbalancierenden Zweirad-Fahrzeuge für sitzende Fahrer zu verbessern.
  • Gemäß einem ersten Aspekt sollen die Traglast und Reichweite des Zweirad-Fahrzeugs erhöht werden, damit das Zweirad-Fahrzeug auch für Fahrer mit erhöhtem Körpergewicht nutzbar ist und auch größere Unternehmungen erlaubt. Menschen mit Gehbehinderung nehmen mangels Bewegung häufig an Gewicht zu und können dadurch die Traglast herkömmlicher dynamisch selbstbalancierender Zweirad-Fahrzeuge für sitzende Fahrer erreichen bzw. übersteigen. Da die herkömmlichen dynamisch selbstbalancierenden Zweirad-Fahrzeuge für sitzende Fahrer in der Regel auf der Plattform eines herkömmlichen dynamisch selbstbalancierenden Zweirad-Fahrzeugs für stehenden Fahrer aufgebaut werden, steht grundsätzlich die Traglast des für den stehenden Fahrer vorgesehenen Zweirad-Fahrzeugs zur Verfügung, wobei jedoch das zusätzliche Gewicht des Fahrzeugsitzes und des hierfür erforderlichen Aufbaus die Zuladung für den Fahrer reduziert.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt soll die Sicherheit, insbesondere die Ausfallsicherheit eines derartigen Zweirad-Fahrzeugs verbessert werden. Bei einem herkömmlichen selbstbalancierenden Zweirad-Fahrzeug kann die Elektronik das Auftreten eines Fehlers, beispielsweise der drohende Ausfall eines der Elektromotoren, erkennen und dem Fahrer signalisieren. Sofern der Fahrer diese Signale erkennt, kann er das Fahrzeug in der Regel rechtzeitig zum Stillstand bringen. Ein stehender Fahrer kann zur Not einfach vom Fahrzeug abspringen. Ein sitzender Fahrer, insbesondere ein gehbehinderter Fahrer, kann dies dagegen nicht. Somit besteht für sitzende Fahrer bei herkömmlichen selbstbalancierenden Zweirad-Fahrzeugen ein gewisses Risiko, falls beispielsweise einer der Elektromotoren oder eine der elektronischen Komponenten ausfällt. Dieses Risiko soll gemäß dem zweiten Aspekt reduziert werden.
  • Gemäß einem dritten Aspekt soll die Handhabung eines derartigen Zweirad-Fahrzeugs vereinfacht werden. Beispielsweise sind Menschen mit stärkerer körperlicher Behinderung nicht immer in der Lage, ihren Körperschwerpunkt ausreichend oder schnell genug verlagern zu können, um das Zweirad-Fahrzeug in gewünschter Weise beschleunigen bzw. bremsen zu können. Auch fehlt manchen Fahrern bereits die Kraft, eine herkömmliche Lenkstange ausreichend zum Lenken des Fahrzeugs zu betätigen. Gemäß dem dritten Aspekt soll das erfindungsgemäße Zweirad-Fahrzeug hier Abhilfe schaffen und das Lenken bzw. das Steuern zum Beschleunigen und Bremsen des Fahrzeugs vereinfachen.
  • Weitere wichtige Aspekte der vorliegenden Erfindung sind beispielsweise auch eine Verbesserung des Zweirad-Fahrzeugs hinsichtlich des Bremsverhaltens, insbesondere bei Notfällen. Beispielsweise kann bei drohender Gefahr eine stärkere Abbremsung als üblich erforderlich werden, um beispielsweise eine Kollision zu vermeiden. Ebenso ist denkbar, die Handhabung des Zweirad-Fahrzeugs für einen gehbehinderten Fahrer zu vereinfachen, um das Zweirad-Fahrzeug in ein Kraftfahrzeug des Fahrers oder in eine zugehörige Garage zu überführen und umgekehrt.
  • Das erfindungsgemäße Problem wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, ein dynamisch selbstbalancierendes Zweirad-Fahrzeug dadurch zu bilden, dass das mit dem Fahrzeugsitz ausgestattete Fahrgestell des Zweirad-Fahrzeugs mit zwei Rad-Einheiten ausgestattet wird, wobei jede dieser beiden Rad-Einheiten jeweils ein Rad und einen Elektromotor aufweist. Dabei ist das jeweilige Rad um eine Raddrehachse am Fahrgestell drehbar angeordnet. Ferner ist der jeweilige Elektromotor am Fahrgestell angeordnet. Außerdem ist das erfindungsgemäße Zweirad-Fahrzeug mit einer für beide Rad-Einheiten gemeinsamen Neigungssensorik, mit einer für beide Rad-Einheiten gemeinsamen Balancesteuerung zum Ansteuern beider Elektromotoren und mit wenigstens einer Batterie zur Stromversorgung der elektrischen Verbraucher, also zumindest der Elektromotoren, der Neigungssensorik und der Balancesteuerung ausgestattet. Weitere elektrische Verbraucher sind beispielsweise eine Fahrzeugbeleuchtung und elektrische Komponenten einer optionalen Lenkeinrichtung zum Lenken des Zweirad-Fahrzeugs, mit der das Zweirad-Fahrzeug zweckmäßig ausgestattet sein kann.
  • Die beiden Rad-Einheiten werden erfindungsgemäß am gemeinsamen, entlang der Fahrzeugquerachse durchgehenden Fahrgestell so angebracht, so dass sie das Fahrgestell tragen und in der Fahrzeugquerachse voneinander beabstandet sind. Die Fahrzeugquerachse erstreckt sich senkrecht zur Fahrzeuglängsachse, die dadurch definiert ist, dass sich das Zweirad-Fahrzeug bei Geradeausfahrt entlang dieser Fahrzeuglängsachse bewegt, sowohl bei Vorwärtsfahrt als auch bei Rückwärtsfahrt. Im ausbalancierten Zustand des Zweirad-Fahrzeugs und auf einem ebenen und horizontalen Untergrund erstrecken sich die Fahrzeuglängsachse und die Fahrzeugquerachse jeweils parallel zur Horizontalen.
  • Da einerseits die Rad-Einheiten das Fahrgestell tragen und da andererseits das Fahrgestell den Fahrzeugsitz trägt, sind die Rad-Einheiten an einer Unterseite des Fahrgestells angeordnet, während der Fahrzeugsitz an einer Oberseite des Fahrgestells angeordnet ist. Die Fahrgestellunterseite ist dem Untergrund, auf dem das Zweirad-Fahrzeug steht oder fährt, zugewandt, während die Fahrzeugoberseite vom Untergrund abgewandt ist.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Rad-Einheiten über mechanische Schnittstellen am Fahrgestell befestigt, wobei die jeweilige mechanische Schnittstelle eine an der Rad-Einheit ausgebildete radseitige Schnittstellenkomponente und eine dazu komplementäre, am Fahrgestell ausgebildete gestellseitige Schnittstellenkomponente aufweist, die um die Fahrzeugquerachse drehfest miteinander verbunden sind. Die jeweilige radseitige Schnittstellenkomponente ist über die zugehörige gestellseitige Schnittstellenkomponente um die Fahrzeugquerachse drehfest am Fahrgestell befestigt. Ferner sind die gestellseitigen Schnittstellenkomponenten der beiden Rad-Einheiten am Fahrgestell relativ zueinander um die Fahrzeugquerachse drehfest angeordnet, so dass sie nicht um die Fahrzeugquerachse zueinander verdrehbar sind.
  • Das Fahrgestell des erfindungsgemäßen Zweirad-Fahrzeugs kann insbesondere als bezüglich der Fahrzeugquerachse starre und/oder steife Einheit ausgestaltet sein. Insbesondere ist somit das Fahrgestell bezüglich der Fahrzeugquerachse starr und/oder gelenkfrei und/oder steif ausgestaltet. Das bedeutet insbesondere, dass das Fahrgestell kein Verschwenken oder kein wesentliches Verschwenken einer linken Fahrgestellseite gegenüber einer rechten Fahrgestellseite um die Fahrzeugquerachse erlaubt. Insbesondere ist somit ein Gelenk zwischen der linken und rechten Fahrgestellseite ausgeschlossen, das ein Verschwenken der beiden Fahrgestellseiten um die Fahrzeugquerachse erlaubt. Vielmehr sind die beiden Fahrgestellseiten starr bzw. steif miteinander verbunden bzw. ist das Fahrgestell entlang der Fahrzeugquerachse durchgehend starr bzw. steif ausgestaltet. Insbesondere kann das Fahrgestell somit in der Fahrzeugquerrichtung einteilig oder ungeteilt ausgestaltet sein, um besagte Einheit zu bilden. Eine solche einteilige oder ungeteilte Bauweise erfasst im vorliegenden Zusammenhang auch eine Bauweise, bei welcher das Fahrgestell aus mehreren separaten Fahrgestellkomponenten zusammengebaut ist. Die einzelnen Fahrgestellkomponenten sind dann so aneinander befestigt, dass sich die bezüglich der Fahrzeugquerachse starre und/oder steife Einheit ausbildet. Durch die starre bzw. steife Ausgestaltung des Fahrgestells wird verhindert, dass eine Verwindung der linken Fahrgestellseite gegenüber der rechten Fahrgestellseite um die Fahrzeugquerachse eine Lenkbetätigung des Zweirad-Fahrzeugs bewirkt. Außerdem kann dadurch der Fahrersitz einfach und stabil getragen werden.
  • Zur Realisierung des hier vorgestellten Zweirad-Fahrzeugs lassen sich insbesondere im Handel erhältliche Einrad-Fahrzeuge verwenden, von denen jedoch nur die jeweilige Rad-Einheit benötigt wird, also die Einheit aus Rad und damit antriebsgekoppeltem Elektromotor. Insbesondere werden also die individuelle Neigungssensorik und die individuelle Balancesteuerung des jeweiligen Einrad-Fahrzeugs für die jeweilige Rad-Einheit bzw. für das erfindungsgemäße Zweirad-Fahrzeug nicht benötigt. Diese konventionellen Einrad-Fahrzeuge sind erheblich preiswerter als konventionelle Zweirad-Fahrzeuge für stehende Fahrer, so dass selbst die Verwendung von zwei solchen Einrad-Fahrzeugen noch eine signifikante Einsparung mit sich bringt. Denkbar ist bei einer preiswerten Ausführungsform, das Gehäuse des jeweiligen Einrad-Fahrzeugs beizubehalten, um damit die Rad-Einheit am Fahrgestell zu befestigen. Hierzu lassen sich insbesondere mechanische Schnittstellen des Gehäuses verwenden, die beim Einrad-Fahrzeug zum Befestigen eines Trittbretts dienen.
  • Des Weiteren besitzen derartige konventionelle Einrad-Fahrzeuge eine Traglast, die für einen durchschnittlichen Fahrer ausreicht. Durch die Verwendung von zwei solchen Einrad-Fahrzeugen bzw. deren Rad-Einheiten am erfindungsgemä-ßen Zweirad-Fahrzeug lässt sich die Traglast des erfindungsgemäßen Zweirad-Fahrzeugs signifikant erhöhen. Hierdurch wird das hier vorgestellte dynamisch selbstbalancierende Zweirad-Fahrzeug auch für Fahrer mit erhöhtem Gewicht nutzbar. Beispielsweise kann das erfindungsgemäße Zweirad-Fahrzeug eine Traglast von mindestens 150 kg aufweisen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann auch eine Traglast von mindestens 200 kg vorgesehen sein.
  • Ferner hat sich gezeigt, dass beispielsweise der Ausfall eines Elektromotors nicht zwingend zu einem vollständigen Balanceverlust des Zweirad-Fahrzeugs führen muss, da der jeweils andere Elektromotor und somit das zugehörige Einrad-Fahrzeug noch voll funktionsfähig ist. Insbesondere kann das verbleibende Einrad-Fahrzeug - abhängig von der aktuellen Fahrsituation - das Fahrgestell noch immer ausbalancieren. Gegebenenfalls kann es zu einer Kurvenfahrt kommen, die jedoch noch nicht per se gefährlich sein muss.
  • Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der jeweilige Elektromotor als Radnabenmotor ausgestaltet ist, dessen Stator am Fahrgestell befestigt ist, insbesondere mittels zumindest einer der vorstehend genannten mechanischen Schnittstellen, und dessen Rotor fest mit dem Rad verbunden ist. Hierdurch wird in der Fahrzeugquerrichtung eine extrem kompakte Bauweise realisiert. Außerdem steht nun in der Fahrzeugquerrichtung zwischen den beiden Rad-Einheiten Bauraum am Fahrgestell zur Verfügung der für ein verbessertes Design und/oder für zusätzliche Funktionalitäten genutzt werden kann.
  • Grundsätzlich kann die optionale Lenkeinrichtung mit einem Lenkgestänge ausgestattet sein, das zum Beispiel eine Lenkstange und ein Lenkungslager mit einer Lenkwinkelsensorik aufweist. Die Lenkwinkelsensorik kann mit der Balancesteuerung gekoppelt sein, um in Abhängigkeit des aktuellen Lenkwinkels die Elektromotoren entsprechend anzusteuern, um den Lenkbefehl am Zweirad-Fahrzeug umzusetzen.
  • Zusätzlich oder alternativ kann die optionale Lenkeinrichtung gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform einen Joystick aufweisen, der mit der Balancesteuerung gekoppelt ist und der so ausgestaltet ist, dass der Fahrzeugführer am Joystick Lenkbefehle manuell erzeugen kann, wobei die Balancesteuerung abhängig von den Lenkbefehlen die Elektromotoren zum Abbremsen des einen Rads und/oder zum Beschleunigen des anderen Rads ansteuert. Ein derartiger Joystick benötigt deutlich weniger Bauraum als ein Lenkgestänge, wodurch sich insbesondere das Einsteigen in das Zweirad-Fahrzeug und das Aussteigen aus dem Zweirad-Fahrzeug erheblich vereinfachen lässt.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann der Joystick außerdem so ausgestaltet sein, dass der Fahrzeugführer am Joystick Fahrbefehle zum Beschleunigen und Abbremsen des Zweirad-Fahrzeugs manuell erzeugen kann, wobei die Balancesteuerung abhängig von den Fahrbefehlen die Elektromotoren zum synchronen Abbremsen oder Beschleunigen beider Räder ansteuert. In diesem Zusammenhang ist „synchron“ so zu verstehen, dass sich durch das Abbremsen bzw. Beschleunigen keine Änderung des aktuellen Lenkwinkels ergibt.
  • Darüber hinaus kann optional vorgesehen sein, dass der Joystick zusätzlich zu der Lenk- und/oder Fahrfunktion so ausgestaltet ist, dass der Fahrzeugführer am Joystick einen Notbremsbefehl erzeugen kann, wobei die Balancesteuerung abhängig vom Notbremsbefehl die Elektromotoren zum Abbremsen der beiden Räder bis zum Stillstand des Fahrzeugs ansteuert, wobei ein möglichst kurzer Bremsweg angestrebt ist. Die Erzeugung des Notbremsbefehls am Joystick kann auf unterschiedliche Weise realisiert werden. Beispielsweise ist denkbar, dass ein Knüppel des Joysticks nach unten in eine Konsole des Joysticks gedrückt wird. Ebenso ist denkbar, dass am Knüppel oder an der Konsole oder unabhängig vom Joystick ein separater Nothaltknopf vorhanden ist, der für den Notbremsbefehl gedrückt werden muss. Ferner ist denkbar, dass der Knüppel des Joysticks wie zum Bremsen betätigt bzw. bewegt wird, jedoch über einen Druckpunkt hinaus, bei dem die maximale Bremsleistung erzielt wird. Auf diese Weise kann die Notbremsfunktion intuitiv ausgelöst werden.
  • Als besonders vorteilhaft hat sich eine Ausführungsform herausgestellt, bei der die beiden Rad-Einheiten so am Fahrgestell angeordnet sind, dass die Räder einen negativen Sturz gegenüber dem Fahrgestell aufweisen. Hierzu sind die Raddrehachsen der beiden Räder gegenüber der Fahrzeugquerachse um einen Sturzwinkel geneigt. Geeignete Sturzwinkel liegen beispielsweise im Bereich von 0,5° bis 20°. Bevorzugt kann der Sturzwinkel in einem Bereich von 1° bis 5°, insbesondere in einem Bereich von 1° bis 3° liegen. Bei einem negativen Sturzwinkel besitzen die beiden Räder unten, also an den Stellen, mit denen die Räder den Untergrund berühren, einen größeren Abstand voneinander als im übrigen Radumfang. Hierdurch kann die Standfestigkeit des Zweirad-Fahrzeugs bei Kurvenfahrt verbessert werden. Dies ermöglicht höhere Kurvengeschwindigkeiten und eine erhöhte Agilität des Zweirad-Fahrzeugs.
  • Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass das Fahrgestell einen nach vorn, nach hinten und nach unten offenen Tragrahmen aufweist, an dem die Rad-Einheiten und der Fahrzeugsitz angebracht sind. Hierdurch erhält das Fahrgestellt eine relativ hohe Bodenfreiheit, was die Geländetauglichkeit des Zweirad-Fahrzeugs erhöht. Außerdem kann auf diese Weise das Gewicht des Fahrgestells reduziert werden.
  • Das jeweilige Rad kann eine Felge und einen Reifen aufweisen, der an der Felge angeordnet ist. Der Reifen kann schlauchlos ausgestaltet sein oder einen Schlauch enthalten. Bei einem als Radnabenmotor ausgestalteten Elektromotor ist dessen Rotor fest bzw. drehfest mit der Felge verbunden.
  • Bei einer Beschädigung des Reifens, zum Beispiel bei einem sogenannten „Platten“, ist ein herkömmliches Zweirad-Fahrzeug nicht mehr fahrtüchtig. Bei einem gehbehinderten Fahrer ist dies besonders unangenehm, da er das Zweirad-Fahrzeug in der Regel nicht schieben kann. Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die jeweilige Rad-Einheit zwei Räder aufweist, die mit dem Elektromotor der jeweiligen Rad-Einheit antriebsgekoppelt sind. Hierdurch wird für das jeweilige Rad eine vollständige Redundanz geschaffen, die es auch bei einem Defekt eines Rades ermöglicht, das Zweirad-Fahrzeug nahezu unverändert zu verwenden. Jedenfalls bleibt es auch bei einem defekten Rad fahrtüchtig.
  • Eine andere Ausführungsform schlägt vor, dass der Elektromotor der jeweiligen Rad-Einheit einen ersten Elektromotor bildet, wobei beide Rad-Einheiten zusätzlich zum ersten Elektromotor jeweils einen zweiten Elektromotor zum Antreiben des jeweiligen Rads aufweisen und wobei die Balancesteuerung den ersten und zweiten Elektromotor der jeweiligen Rad-Einheit synchron, also wie einen einzigen Elektromotor ansteuert. In diesem Zusammenhang bedeutet „synchron“, dass die beiden Elektromotoren mit gleicher Leistung und Drehzahl angesteuert werden. Hierdurch wird eine vollständige Redundanz für den Antrieb der beiden Räder geschaffen, was die Unfallgefahr bei Ausfall eines Elektromotors erheblich reduziert. Diese synchrone Ansteuerung erfolgt dabei während eines Normalbetriebs, bei dem beide Elektromotoren aktiv bzw. eingeschaltet sind. Wird bei einem Elektromotor eine Fehlfunktion festgestellt, wird für einen Notbetrieb der fehlerhafte Elektromotor deaktiviert bzw. ausgeschaltet. Es ist klar, dass die beiden Elektromotoren in diesem Notbetrieb dann nicht mehr synchron angesteuert werden.
  • Alternativ ist auch eine Ausführungsform denkbar, bei welcher die Balancesteuerung im Normalbetrieb nur einen der beiden Elektromotoren ansteuert, während sie den anderen Elektromotor deaktiviert. Diese Deaktivierung erfolgt dabei derart, z.B. über einen entsprechenden Schaltungszustand innerhalb einer Kommutierungsanordnung, dass der deaktivierte Elektromotor passiv mitläuft bzw. im Leerlaufbetrieb betrieben wird, so dass quasi keine elektromagnetischen Verluste entstehen.
  • Bei einer vorteilhaften Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass der jeweilige erste Elektromotor als erster Radnabenmotor ausgestaltet ist, dessen erster Stator am Fahrgestell befestigt ist und dessen erster Rotor fest mit dem jeweiligen Rad verbunden ist, wobei der jeweilige zweite Elektromotor als zweiter Radnabenmotor ausgestaltet ist, dessen zweiter Stator am ersten Stator und/oder am Fahrgestell drehfest befestigt ist und dessen zweiter Rotor am ersten Rotor drehfest befestigt ist. Hierdurch wird eine extrem kompakte Bauform in der Fahrzeugquerrichtung erreicht.
  • Eine alternative Ausführungsform schlägt vor, dass die jeweilige Rad-Einheit als Doppelrad-Einheit ausgestaltet ist, die zwei Räder und zwei Elektromotoren zum Antreiben der Räder aufweist, wobei die Balancesteuerung die beiden Elektromotoren der jeweiligen Doppelrad-Einheit synchron ansteuert. Auch hier bedeutet „synchron“ eine Ansteuerung der beiden Elektromotoren mit gleicher Leistung und Drehzahl. Bei dieser Ausführungsform wird somit eine vollständige Redundanz für die Elektromotoren und die Räder geschaffen, so dass bei Ausfall eines Elektromotors und/oder eines Rades das Zweirad-Fahrzeug fahrtüchtig bleibt. Darüber hinaus lässt sich bei dieser Bauform die Traglast des Zweirad-Fahrzeugs nochmal deutlich steigern, quasi verdoppeln. Auch hier erfolgt diese synchrone Ansteuerung während eines Normalbetriebs, bei dem beide Elektromotoren aktiv bzw. eingeschaltet sind. Wird bei einem Elektromotor eine Fehlfunktion festgestellt, wird für einen Notbetrieb der fehlerhafte Elektromotor deaktiviert bzw. ausgeschaltet. Es ist klar, dass die beiden Elektromotoren in diesem Notbetrieb dann nicht mehr synchron angesteuert werden.
  • Alternativ ist auch hier eine Ausführungsform denkbar, bei welcher die Balancesteuerung im Normalbetrieb nur einen der beiden Elektromotoren ansteuert, während sie den anderen Elektromotor deaktiviert. Diese Deaktivierung erfolgt dabei derart, z.B. über einen entsprechenden Schaltungszustand innerhalb einer Kommutierungsanordnung, dass der deaktivierte Elektromotor passiv mitläuft bzw. im Leerlaufbetrieb betrieben wird, so dass quasi keine elektromagnetischen Verluste entstehen.
  • Zweckmäßig können die beiden Räder und die beiden Elektromotoren der jeweiligen Doppelrad-Einheit so am Fahrgestell angeordnet, dass die beiden Räder jeweils um die Raddrehachse dieser Doppelrad-Einheit drehbar sind, die insoweit für beide Räder eine gemeinsame Drehachse definieren kann.
  • Eine andere Weiterbildung schlägt vor, dass in der jeweiligen Doppelrad-Einheit der eine Elektromotor als erster Radnabenmotor ausgestaltet ist, dessen erster Stator am Fahrgestell befestigt ist und dessen erster Rotor fest mit dem einen Rad verbunden ist, wobei in der jeweiligen Doppelrad-Einheit der andere Elektromotor als zweiter Radnabenmotor ausgestaltet ist, dessen zweiter Stator am Fahrgestell und/oder am ersten Stator befestigt ist und dessen zweiter Rotor fest mit dem anderen Rad verbunden ist. Auch hier bewirken die Radnabenmotoren eine kompakte Bauweise in der Fahrzeugquerrichtung.
  • Der erste Rotor und der zweite Rotor können bei einer bevorzugten Ausführungsform um die gemeinsame Drehachse relativ zueinander verdrehbar angeordnet sein, was den Aufbau vereinfacht. Alternativ können der erste Rotor und der zweite Rotor drehfest miteinander gekoppelt sein, so dass bei Ausfall eines Elektromotor dennoch beide Räder antreibbar sind, was die Traktion verbessert.
  • Eine andere vorteilhafte Weiterbildung schlägt vor, dass die beiden Räder der Doppelrad-Einheit unabhängig voneinander parallel zur Fahrzeughochachse relativ zum Fahrgestell gegen eine Feder- und/oder Dämpferkraft verstellbar sind. Dies verbessert den Bodenkontakt bei einem unebenen Untergrund 5 und kann z.B. mittels separater Feder- und/oder Dämpfereinrichtungen realisiert werden, welche die Räder bzw. Radträger, an denen die Räder gehalten sind, am Fahrgestell abstützen. In diesem Fall definieren die beiden Raddrehachse bei einem ebenen Untergrund eine gemeinsame Drehachse, also wenn beide Räder nicht oder synchron zum Fahrgestell in der Fahrzeughochachse verstellt sind.
  • Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der vorstehend vorgestellten redundanten Systeme kann vorgesehen sein, dass die Balancesteuerung die Funktion der beiden Elektromotoren der jeweiligen Rad-Einheit überwacht und abhängig von einer Fehlfunktion bei einem der beiden Elektromotoren den jeweiligen Elektromotor deaktiviert und nur noch den anderen Elektromotor zum Beschleunigen oder Abbremsen ansteuert. Hierdurch wird der defekte Elektromotor aus dem Antriebssystem antriebsmäßig entfernt, was die Redundanz verbessert und die Fahrtüchtigkeit des Zweirad-Fahrzeugs bei einem Ausfall eines Elektromotors verbessert. Eine Fehlfunktion kann auch beispielsweise dann festgestellt werden, wenn die Elektromotoren innerhalb derselben Rad-Einheit unterschiedliche Drehzahlen aufweisen. Dazu kann es beispielsweise kommen, wenn bei einem der Räder der Reifen defekt ist und sich dadurch dessen Traktion verändert.
  • Sofern wie weiter oben geschildert im Normalbetrieb nur einer der Elektromotoren aktiv betrieben wird, erfolgt bei einem Fehler dieses Elektromotors ein Umschalten auf den anderen bis dahin passiven bzw. deaktivierten Elektromotor.
  • Eine Weiterbildung schlägt vor, dass die Balancesteuerung für den Fall, dass bei einer der beiden Rad-Einheiten einer der beiden Elektromotoren deaktiviert ist, die beiden Elektromotoren der anderen Rad-Einheit mit reduzierter Leistung ansteuert. Hierdurch wird die Handhabung des Zweirad-Fahrzeugs vereinfacht, da sich durch diese Maßnahme im Falle einer Fehlfunktion das Lenkungsverhalten und Fahrverhalten des Zweirad-Fahrzeugs kaum verändern. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die Balancesteuerung für den Fall, dass bei einer der beiden Rad-Einheiten einer der beiden Elektromotoren deaktiviert ist, den anderen Elektromotor dieser Rad-Einheit mit erhöhter Leistung ansteuert.
  • Auch dies führt zu einer Stabilisierung des Lenk- und Fahrverhaltens des Zweirad-Fahrzeugs. Die kumulative Realisierung dieser beiden Maßnahmen ist bevorzugt.
  • Bei einer alternativen Ausführungsform kann dagegen vorgesehen sein, dass die Balancesteuerung für den Fall, dass bei einer der beiden Rad-Einheiten einer der beiden Elektromotoren deaktiviert ist, einen der beiden Elektromotoren der anderen Rad-Einheit ebenfalls deaktiviert. Hierdurch werden die beiden Fahrzeugseiten antriebsmäßig wieder ausgeglichen.
  • Gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Lösung ist vorgesehen, dass der jeweilige Elektromotor zwei separate Wicklungen aufweist, wobei die Balancesteuerung in einem Normalbetrieb die beiden Wicklungen des jeweiligen Elektromotors synchron ansteuert. In diesem Zusammenhang bedeutet „synchron“, dass die beiden Wicklungen mit gleicher elektrischer Leistung, also insbesondere mit gleicher elektrischer Spannung und Stromstärke, angesteuert werden. Durch diese Maßnahme wird die Ausfallsicherheit des Elektromotors erheblich vergrößert, da die beiden separaten Wicklungen redundant arbeiten und so quasi zwei separate Elektromotoren repräsentieren. Bei Ausfall der einen Wicklung lässt sich der Elektromotor über die andere Wicklung weiter betreiben. Das Zweirad-Fahrzeug bleibt dadurch fahrtüchtig. Diese synchrone Ansteuerung erfolgt dabei während eines Normalbetriebs, bei dem beide Wicklungen aktiv bzw. eingeschaltet sind. Wird bei einer Wicklung eine Fehlfunktion festgestellt, wird für einen Notbetrieb die fehlerhafte Wicklung deaktiviert bzw. ausgeschaltet. Es ist klar, dass die beiden Wicklungen in diesem Notbetrieb dann nicht mehr synchron angesteuert werden.
  • Gemäß einer Weiterbildung kann die Balancesteuerung die Funktion der beiden Wicklungen des jeweiligen Elektromotors überwachen und abhängig von einer Fehlfunktion bei einer Wicklung die jeweilige fehlerhafte Wicklung deaktivieren. Das Beschleunigen bzw. Abbremsen des jeweiligen Rads wird dann dadurch erreicht, dass die Balancesteuerung hierzu nur noch die andere Wicklung des jeweiligen Elektromotors ansteuert.
  • Vorteilhaft kann dabei vorgesehen sein, dass die Balancesteuerung für den Fall, dass bei einem der beiden Elektromotoren eine der beiden Wicklungen deaktiviert ist, die beiden Wicklungen des anderen Elektromotors mit reduzierter Leistung ansteuert. Hierdurch kann der Leistungsabfall an der einen Rad-Einheit, bei deren Elektromotor eine Wicklung deaktiviert ist, durch eine reduzierte Leistung an der anderen Rad-Einheit mehr oder weniger ausgeglichen werden. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die Balancesteuerung für den Fall, dass bei einem der beiden Elektromotoren eine der beiden Wicklungen deaktiviert ist, die andere Wicklung dieses Elektromotors mit erhöhter Leistung ansteuert. Hierdurch kann der Leistungsabfall an der einen Rad-Einheit, bei deren Elektromotor eine Wicklung deaktiviert ist, durch eine erhöhte Leistung an der anderen Wicklung mehr oder weniger ausgeglichen werden.
  • Besonders vorteilhaft ist dabei eine kumulierte Umsetzung der beiden vorstehenden Ausgestaltungen. Demnach kann die Balancesteuerung für den Fall, dass bei einem der beiden Elektromotoren eine der beiden Wicklungen deaktiviert ist, die andere Wicklung dieses Elektromotors mit erhöhter Leistung ansteuern und die beiden Wicklungen des anderen Elektromotors mit reduzierter Leistung ansteuern. Die Änderung oder Anpassung der Ansteuerung kann durch die Balancesteuerung dabei so erfolgen, dass beide Elektromotoren, also beide Rad-Einheiten leistungsmäßig ausgeglichen sind.
  • Bei einer alternativen Ausführungsform kann dagegen vorgesehen sein, dass die Balancesteuerung für den Fall, dass bei einem der beiden Elektromotoren eine der beiden Wicklungen deaktiviert ist, eine der beiden Wicklungen des anderen Elektromotors ebenfalls deaktiviert. Hierdurch werden die beiden Fahrzeugseiten antriebsmäßig wieder ausgeglichen.
  • Alternativ ist auch hier eine Ausführungsform denkbar, bei welcher die Balancesteuerung im Normalbetrieb nur eine der beiden Wicklungen ansteuert, während sie die andere Wicklung deaktiviert. Diese Deaktivierung erfolgt dabei derart, z.B. über einen entsprechenden Schaltungszustand innerhalb einer Kommutierungsanordnung, dass die deaktivierte Wicklung passiv mitläuft bzw. im Leerlaufbetrieb betrieben wird, so dass quasi keine elektromagnetischen Verluste entstehen. Bei einem Fehler in der aktiven Wicklung wird dann für den Notbetrieb die bis dahin passive Wicklung aktiviert, während die fehlerhafte aktive Wicklung deaktiviert wird.
  • Gemäß einer zweiten erfindungsgemäßen Lösung ist vorgesehen, dass der jeweilige Elektromotor eine Wicklung mit mehreren Strängen aufweist, die mit der Balancesteuerung gekoppelt sind, wobei die Balancesteuerung außerdem so ausgestaltet und/oder programmiert ist, dass die Balancesteuerung die Stränge einzeln ansteuern kann, und dass die Balancesteuerung in einem Normalbetrieb alle Stränge ansteuert und in einem Notbetrieb einen der Stränge deaktiviert und nur noch den verbleibenden Strang oder die verbleibenden Stränge ansteuert. Auch diese Maßnahme erhöht die Fahrzeugsicherheit, da bei einem Fehler in einem der Stränge der Elektromotor noch weiter betrieben werden kann, wenn auch mit reduzierter Leistung.
  • Bei einer alternativen Ausführungsform kann dagegen vorgesehen sein, dass die Balancesteuerung für den Fall, dass sie bei einem der beiden Elektromotoren einen der Stränge deaktiviert, einen Strang, vorzugsweise den korrespondierenden Strang, der Wicklung des anderen Elektromotors ebenfalls deaktiviert. Hierdurch werden die beiden Fahrzeugseiten antriebsmäßig wieder ausgeglichen.
  • Analog zu den weiter oben beschriebenen Ausführungsformen ist auch hier denkbar, dass die Balancesteuerung für den Fall, dass bei einem der beiden Elektromotoren ein Strang der zugehörigen Wicklung deaktiviert wird, die anderen Stränge dieser Wicklung mit erhöhter Leistung ansteuert und/oder die Wicklung des anderen Elektromotors mit reduzierter Leistung ansteuert. Die Änderung oder Anpassung der Ansteuerung kann durch die Balancesteuerung dabei zweckmäßig so erfolgen, dass beide Elektromotoren, also beide Rad-Einheiten leistungsmäßig ausgeglichen sind.
  • Gemäß einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass die Stränge als Stern geschaltet sind, so dass alle Stränge mit einem gemeinsamen Sternpunkt verbunden sind, wobei die Balancesteuerung zum Deaktivieren eines Strangs die Verbindung des jeweiligen Strangs zum Sternpunkt auftrennt.
  • Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die Wicklung genau drei Stränge aufweist, wobei die Balancesteuerung die drei Stränge über eine Vollbrückenschaltung ansteuert, die für jeden der drei Stränge wenigstens einen zusätzlichen Halbleiterschalter zum Aktivieren und Deaktivieren des jeweiligen Strangs aufweist.
  • Für weitere Details dieser Ausführungsformen mit Elektromotoren, die eine mehrsträngige Wicklung aufweisen, wird bezüglich der Elektromotoren auf die EP 1 511 666 B1 verwiesen, deren Offenbarung hiermit durch Bezugnahme vollinhaltlich zur Offenbarung der vorliegenden Anmeldung hinzugefügt wird.
  • Bei den vorstehend beschriebenen Systemen mit redundantem Antriebssystem ist jeweils sichergestellt, dass das Zweirad-Fahrzeug fahrtüchtig bleibt. Je nach Konzeption der Redundanz und abhängig vom aktuellem Fahrzustand, bei dem eine Fehlfunktion bei einem der Elektromotoren auftritt und die Balancesteuerung quasi vom Normalbetrieb auf den Notbetrieb umschaltet, kann dieser Umschaltvorgang so erfolgen, dass er vom Fahrer unbemerkt bleibt, was die Fahrsicherheit des Zweirad-Fahrzeugs erheblich verbessert. Es ist jedoch klar, dass der Fahrer z.B. über ein Display oder eine Signaleinrichtung, insbesondere eine Leuchteinrichtung, eine Fehlermeldung, einen Warnhinweis oder ähnliches erhält, wenn die Balancesteuerung auf den Notbetrieb umstellt. So kann der Fahrer zu einem geeigneten Zeitpunkt das Zweirad-Fahrzeug zu einer Inspektion oder Reparatur bringen.
  • Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
  • Es zeigen, jeweils schematisch,
    • 1 eine stark vereinfachte Seitenansicht eines dynamisch selbstbalancierenden Zweirad-Fahrzeugs,
    • 2 eine Seitenansicht wie in 1, jedoch bei einer anderen Ausführungsform,
    • 3 eine Frontansicht des Zweirad-Fahrzeugs aus 1,
    • 4 eine Frontansicht des Zweirad-Fahrzeugs aus 2,
    • 5 eine weitere Frontansicht des Zweirad-Fahrzeugs, jedoch bei einer weiteren Ausführungsform,
    • 6-11 weitere Frontansichten des Zweirad-Fahrzeugs, jedoch nur im Bereich einer Rad-Einheit und bei verschiedenen anderen Ausführungsformen,
    • 12 eine stark vereinfachte, schaltplanartige Prinzipdarstellung einer Elektronik des Zweirad-Fahrzeugs,
    • 13 eine stark vereinfachte, schaltplanartige Prinzipdarstellung eines Elektromotors, und
    • 14 eine Ansicht wie in 13, jedoch bei einer anderen Ausführungsform.
  • Entsprechend den 1 bis 11 umfasst ein dynamisch selbstbalancierendes Zweirad-Fahrzeug 1 ein Fahrgestell 2, einen Fahrzeugsitz 3 und zwei separate Rad-Einheiten 4. Das Fahrgestell 2 trägt den Fahrzeugsitz 3, und die beiden Rad-Einheiten 4 stützen das Fahrgestell 2 an einem Untergrund 5 ab, auf dem das Zweirad-Fahrzeug 1 steht oder fährt.
  • Jede dieser zwei Rad-Einheiten 4 weist jeweils ein Rad 6 und einen Elektromotor 7 auf. Zweckmäßig weist das jeweilige Rad 6 eine Felge 8 und einen Reifen 9 auf, der bevorzugt mit Luft befüllt ist, einen Schlauch enthalten kann oder schlauchlos ausgestaltet sein kann. Ferner ist das jeweilige Rad 6 um eine Raddrehachse 10 am Fahrgestell 2 drehbar angeordnet. Der jeweilige Elektromotor 7 ist am Fahrgestell 2 angeordnet. Außerdem ist das erfindungsgemäße Zweirad-Fahrzeug 1 mit wenigstens einer für beide Rad-Einheiten 4 gemeinsamen Neigungssensorik 11, mit wenigstens einer für beide Rad-Einheiten gemeinsamen Balancesteuerung 12 zum Ansteuern beider Elektromotoren 7 und mit wenigstens einer Batterie 13 zur Stromversorgung der elektrischen Verbraucher, also zumindest der Elektromotoren 7, der Neigungssensorik 11 und der Balancesteuerung 12 ausgestattet. Weitere elektrische Verbraucher sind beispielsweise eine Fahrzeugbeleuchtung und elektrische Komponenten einer Lenkeinrichtung 14 zum Lenken des Zweirad-Fahrzeugs 1, mit der das Zweirad-Fahrzeug 1 zweckmäßig ausgestattet sein kann. Es ist klar, dass entsprechende Leitungen zur elektrischen Verbindung der einzelnen elektrischen Komponenten vorgesehen sind, die hier jedoch nicht dargestellt sind.
  • Die beiden Rad-Einheiten 4 werden am gemeinsamen, entlang einer durch einen Doppelpfeil angedeuteten Fahrzeugquerachse Y durchgehenden Fahrgestell 2 so angebracht, so dass sie das Fahrgestell 2 tragen und in der Fahrzeugquerachse Y voneinander beabstandet sind. Die Fahrzeugquerachse Y erstreckt sich senkrecht zu einer durch einen Doppelpfeil angedeuteten Fahrzeuglängsachse X, die dadurch definiert ist, dass sich das Zweirad-Fahrzeug 1 bei Geradeausfahrt entlang dieser Fahrzeuglängsachse X bewegt, sowohl bei Vorwärtsfahr als auch bei Rückwärtsfahrt. Im ausbalancierten Zustand des Zweirad-Fahrzeugs 1 erstrecken sich die Fahrzeuglängsachse X und die Fahrzeugquerachse Y jeweils parallel zur Horizontalen, sofern auch der Untergrund 5 eben und horizontal ist. Eine ebenfalls durch einen Doppelpfeil angedeutete Fahrzeughochachse Z erstreckt sich senkrecht zur Fahrzeuglängsachse X und senkrecht zur Fahrzeugquerachse Y. Im ausbalancierten Zustand des Zweirad-Fahrzeugs 1 erstreckt sich die Fahrzeughochachse Z somit parallel zur Vertikalen, sofern der Untergrund 5 eben und horizontal ist.
  • Die Rad-Einheiten 2 sind zweckmäßig über mechanische Schnittstellen 15 am Fahrgestell 2 befestigt, wobei die jeweilige mechanische Schnittstelle 15 eine an der Rad-Einheit 4 ausgebildete radseitige Schnittstellenkomponente 15r und eine dazu komplementäre, am Fahrgestell 2 ausgebildete gestellseitige Schnittstellenkomponente 15g aufweist. Beispielsweise kann die jeweilige Schnittstelle 15 als Flanschverbindung mit mehreren Verschraubungen ausgestaltet sein, so dass die Schnittstellenkomponenten 15r, 15g dann Gewindeöffnungen, Durchgangsöffnungen, Schrauben und dergleichen sein können. Die jeweilige radseitige Schnittstellenkomponente 15r ist über die zugehörige gestellseitige Schnittstellenkomponente 15g um die Fahrzeugquerachse Y drehfest am Fahrgestell 2 befestigt. Ferner sind die gestellseitigen Schnittstellenkomponenten 15g der beiden Rad-Einheiten 4 relativ zueinander um die Fahrzeugquerachse Y drehfest am Fahrgestell 2 angebracht.
  • Das Fahrgestell 2 des erfindungsgemäßen Zweirad-Fahrzeugs 1 kann insbesondere als bezüglich der Fahrzeugquerachse Y starre und/oder steife Einheit ausgestaltet sein. Insbesondere ist somit das Fahrgestell 2 bezüglich der Fahrzeugquerachse Y starr und/oder gelenkfrei und/oder steif ausgestaltet. Das bedeutet insbesondere, dass das Fahrgestell 2 kein Verschwenken oder kein wesentliches Verschwenken einer linken Fahrgestellseite 21 gegenüber einer rechten Fahrgestellseite 2r um die Fahrzeugquerachse Y erlaubt. Die relativen Ortsangaben „links“ und „rechts“ beziehen sich dabei auf das Zweirad-Fahrzeug 1 bei Vorwärtsfahrt. Insbesondere ist somit ein Gelenk innerhalb des Fahrgestells 2 zwischen der linken und rechten Fahrgestellseite 21, 2r ausgeschlossen, das ein Verschwenken der beiden Fahrgestellseiten 21, 2r um die Fahrzeugquerachse Y erlaubt. Vielmehr sind die beiden Fahrgestellseiten 21, 2r starr bzw. steif miteinander verbunden. Insoweit ist das Fahrgestell 2 entlang der Fahrzeugquerachse Y durchgehend starr bzw. steif ausgestaltet. Insbesondere kann das Fahrgestell 2 somit in der Fahrzeugquerrichtung Y einteilig oder ungeteilt ausgestaltet sein, um besagte Einheit zu bilden. Eine solche einteilige oder ungeteilte Bauweise erfasst im vorliegenden Zusammenhang auch eine Bauweise, bei welcher das Fahrgestell 2 aus mehreren separaten Fahrgestellkomponenten zusammengebaut ist. Die einzelnen Fahrgestellkomponenten sind dann so aneinander befestigt, dass sich die bezüglich der Fahrzeugquerachse Y starre und/oder steife Einheit ausbildet. Durch die starre bzw. steife Ausgestaltung des Fahrgestells 2 wird verhindert, dass eine Verwindung der linken Fahrgestellseite 21 gegenüber der rechten Fahrgestellseite 2r um die Fahrzeugquerachse Y eine Lenkbetätigung des Zweirad-Fahrzeugs 1 bewirkt. Außerdem kann dadurch der Fahrersitz 3 einfach und stabil getragen werden.
  • Zur Realisierung des hier vorgestellten Zweirad-Fahrzeugs 1 lassen sich grundsätzlich im Handel erhältliche Einrad-Fahrzeuge verwenden, von denen jedoch nur die jeweilige Rad-Einheit 4 benötigt wird, also die Einheit aus Rad 6 und damit antriebsgekoppeltem Elektromotor 7. Insbesondere werden also die individuelle Neigungssensorik und die individuelle Balancesteuerung des jeweiligen Einrad-Fahrzeugs für die jeweilige Rad-Einheit 4 bzw. für das hier vorgestellte Zweirad-Fahrzeug 1 nicht benötigt. Denkbar ist bei einer preiswerten Ausführungsform, das hier nicht gezeigte Gehäuse des jeweiligen Einrad-Fahrzeugs beizubehalten, um damit die Rad-Einheit 4 am Fahrgestell 2 zu befestigen. Hierzu lassen sich insbesondere mechanische Schnittstellen dieses Gehäuses verwenden, die beim Einrad-Fahrzeug zum Befestigen eines Trittbretts dienen.
  • Das hier vorgestellte dynamisch selbstbalancierende Zweirad-Fahrzeug 1 ist auch für Fahrer mit erhöhtem Gewicht nutzbar. Beispielsweise kann das Zweirad-Fahrzeug 1 eine Traglast von mindestens 150 kg aufweisen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann auch eine Traglast von mindestens 200 kg vorgesehen sein.
  • Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der jeweilige Elektromotor 7 als Radnabenmotor 16 ausgestaltet ist, dessen Stator 17 am Fahrgestell 2 befestigt ist und dessen Rotor 18 fest mit dem Rad 6 verbunden ist. Beispielsweise ist der Rotor 18 fest mit der Felge 8 verbunden, die den Reifen 9 trägt.
  • Grundsätzlich kann die Lenkeinrichtung 14 mit einem hier nicht gezeigten Lenkgestänge ausgestattet sein, das zum Beispiel eine Lenkstange und ein Lenkungslager mit einer Lenkwinkelsensorik aufweist. Die Lenkwinkelsensorik kann mit der Balancesteuerung 12 gekoppelt sein, um in Abhängigkeit des aktuellen Lenkwinkels die Elektromotoren 7 entsprechend anzusteuern, um den Lenkbefehl am Zweirad-Fahrzeug 1 umzusetzen.
  • Bei den hier gezeigten Beispielen kann die Lenkeinrichtung 14 einen Joystick 19 aufweisen, der auf geeignete Weise, insbesondere über hier nicht gezeigte Kabel, mit der Balancesteuerung 12 gekoppelt ist. Der Joystick 19 weist einen manuell betätigbaren Knüppel 20 und eine Konsole 21 auf, die am Fahrgestell 2 bzw. an einer Armlehne 22 des Zweirad-Fahrzeugs 1 befestigt ist und an welcher der Knüppel 20 beweglich angebracht ist. Der Joystick 19 ist so ausgestaltet, dass der Fahrzeugführer am Joystick 19 Lenkbefehle manuell erzeugen kann, wobei die Balancesteuerung 12 abhängig von den Lenkbefehlen die Elektromotoren 7 zum Abbremsen des einen Rads 6 und/oder zum Beschleunigen des anderen Rads 6 ansteuert. Mit diesem Joystick 19 lassen sich weitere vorteilhafte Funktionalitäten für das Zweirad-Fahrzeug 1 realisieren.
  • Beispielsweise kann der Joystick 19 außerdem so ausgestaltet sein, dass der Fahrzeugführer am Joystick 19 Fahrbefehle zum Beschleunigen und Abbremsen des Zweirad-Fahrzeugs 1 manuell erzeugen kann, wobei die Balancesteuerung 12 abhängig von den Fahrbefehlen die Elektromotoren 7 zum synchronen Abbremsen oder Beschleunigen beider Räder 6 ansteuert. In diesem Zusammenhang ist „synchron“ so zu verstehen, dass sich durch das Abbremsen bzw. Beschleunigen keine wesentliche Änderung des aktuellen Lenkwinkels ergibt.
  • Darüber hinaus kann optional vorgesehen sein, dass der Joystick 19 zusätzlich zu der Lenk- und/oder Fahrfunktion so ausgestaltet ist, dass der Fahrzeugführer am Joystick 19 einen Notbremsbefehl erzeugen kann, wobei die Balancesteuerung 12 abhängig vom Notbremsbefehl die Elektromotoren 7 zum Abbremsen der beiden Räder 6 bis zum Stillstand des Zweirad-Fahrzeugs 1 ansteuert. Dabei ist ein möglichst kurzer Bremsweg angestrebt. Das bedeutet, dass eine maximale Verzögerung erzeugt wird, ohne dabei ein Umkippen des Zweirad-Fahrzeugs 1 zu riskieren. Die Erzeugung des Notbremsbefehls am Joystick 19 kann auf unterschiedliche Weise realisiert werden. Beispielsweise ist denkbar, dass der Knüppel 20 des Joysticks 19 gemäß einem vertikalen Pfeil P nach unten in die Konsole 21 des Joysticks 19 gedrückt wird. Ebenso ist denkbar, dass am Knüppel 20 oder an der Konsole 21 oder unabhängig vom Joystick 19 ein hier nicht gezeigter separater Nothaltknopf vorhanden ist, der für den Notbremsbefehl gedrückt werden muss. Ferner ist denkbar, dass der Knüppel 20 des Joysticks 19 wie zum Bremsen betätigt bzw. bewegt wird, jedoch über einen Druckpunkt hinaus, bei dem die maximale Bremsleistung erzielt wird. Auf diese Weise kann die Notbremsfunktion intuitiv ausgelöst werden.
  • Bei den Ausführungsformen der 3 und 4 sind die beiden Rad-Einheiten 4 so am Fahrgestell 2 angebracht, dass die beiden Raddrehachsen 10 zusammenfallen und eine gemeinsame Raddrehachse 23 bilden. Im Unterschied dazu zeigt 5 eine andere Ausführungsform, bei der die beiden Rad-Einheiten 4 so am Fahrgestell 2 angeordnet sind, dass die Räder 6 einen negativen Sturz gegenüber dem Fahrgestell 2 aufweisen. Demnach sind die Raddrehachsen 10 der beiden Räder 6 gegenüber der Fahrzeugquerachse Y um einen Sturzwinkel 24 geneigt. In 5 ist zur Darstellung des jeweiligen Sturzwinkels eine strichpunktierte Gerade 25 eingetragen, die parallel zur Fahrzeugquerachse Y verläuft. Der Sturzwinkel 24 kann beispielsweise mindestens 0,5° betragen. Beispielsweise beträgt der Sturzwinkel 24 maximal 20°, vorzugsweise maximal 15° oder maximal 5°. Ein bevorzugter Bereich liegt zwischen 1° und 3°. Besonders vorteilhaft ist ein Sturzwinkel 24 von 2° ± 1°.
  • Vorteilhaft kann gemäß den 1, 3 und 5 vorgesehen sein, dass das Fahrgestell 2 einen nach vorn, nach hinten und nach unten offenen Tragrahmen 26 aufweist, an dem die Rad-Einheiten 4 und der Fahrzeugsitz 3 angebracht sind. Hierdurch erhält das Fahrgestellt 2 eine relativ hohe Bodenfreiheit, was die Geländetauglichkeit des Zweirad-Fahrzeugs 1 erhöht. Außerdem kann auf diese Weise das Gewicht des Fahrgestells 2 reduziert werden.
  • Bei den in den 1 bis 5 gezeigten Ausführungsformen weist die jeweilige Rad-Einheit 4 nur ein Rad 6 und nur einen Elektromotor 7 auf. Denkbar ist auch eine Ausführungsform, bei der die jeweilige Rad-Einheit 4 zwei Räder 6 aufweist, die mit dem gemeinsamen Elektromotor 7 der jeweiligen Rad-Einheit 4 antriebsgekoppelt sind.
  • In den 6 bis 11 sind weitere unterschiedliche Ausführungsformen der Zweirad-Fahrzeuge 1 jeweils im Bereich einer der beiden Rad-Einheiten 4 gezeigt. Es ist klar, dass das das übrige Zweirad-Fahrzeug 1 dann wie in den 1 bis 5 gezeigt ausgestaltet sein kann.
  • Gemäß 6 schlägt eine andere Ausführungsform vor, dass der Elektromotor 7 der jeweiligen Rad-Einheit 4 einen ersten Elektromotor 7i bildet, wobei beide Rad-Einheiten 4 zusätzlich zum ersten Elektromotor 7i jeweils einen zweiten Elektromotor 7ii zum Antreiben des jeweiligen Rads 6 aufweisen. Die Balancesteuerung 12 steuert dann den ersten und zweiten Elektromotor 7i, 7ii der jeweiligen Rad-Einheit 4 synchron, also wie einen einzigen Elektromotor 7 an. In diesem Zusammenhang bedeutet „synchron“, dass die beiden Elektromotoren 7i, 7ii mit gleicher Leistung und Drehzahl angesteuert werden. Hierdurch wird eine vollständige Redundanz für den Antrieb des jeweiligen Rads 6 geschaffen, was die Unfallgefahr bei Ausfall eines Elektromotors 7 erheblich reduziert. Diese synchrone Ansteuerung erfolgt dabei während eines Normalbetriebs, bei dem beide Elektromotoren 7i, 7ii aktiv bzw. eingeschaltet sind. Wird bei einem Elektromotor 7i, 7ii eine Fehlfunktion festgestellt, wird für einen Notbetrieb der fehlerhafte Elektromotor 7i, 7ii deaktiviert bzw. ausgeschaltet. Es ist klar, dass die beiden Elektromotoren 7i, 7ii in diesem Notbetrieb dann nicht mehr synchron angesteuert werden. Ebenso ist denkbar, dass im Normalbetrieb nur einer der Elektromotoren 7i, 7ii aktiv betrieben wird, während der andere passiv betrieben wird, z.B. im Leerlauf. Bei einem Fehler des aktiven Elektromotors 7i, 7ii wird für den Notbetrieb der bis dahin passive Elektromotor 7i, 7ii aktiviert, während der fehlerhafte deaktiviert wird.
  • Bei der in 6 gezeigten vorteilhaften Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass der jeweilige erste Elektromotor 7i als erster Radnabenmotor 16i ausgestaltet ist, dessen erster Stator 17i am Fahrgestell 2 befestigt ist und dessen erster Rotor 18i fest mit dem jeweiligen Rad 6 verbunden ist. Der jeweilige zweite Elektromotor 7ii ist dann als zweiter Radnabenmotor 16ii ausgestaltet, dessen zweiter Stator 17ii am ersten Stator 17i und/oder am Fahrgestell 2 befestigt ist und dessen zweiter Rotor 18ii am ersten Rotor 18i befestigt ist. Im Beispiel der 5 ist der zweite Stator 17ii am ersten Stator 17i und am Fahrgestell 2 bezüglich der Fahrzeugquerachse Y drehfest befestigt. Ferner sind der erste und zweite Rotor 18i, 18ii über eine geeignete Kopplung 27 drehfest miteinander verbunden, so dass sie immer synchron um die Raddrehachse 10 rotieren können.
  • In 6 sind der erste und zweite Stator 17i, 17ii jeweils mittels einer mechanischen Schnittstelle 15 der vorstehend beschriebenen Art am Fahrgestell 2 bzw. am Radträger 29 drehfest befestigt. Außerdem sind die beiden Statoren 17i, 17ii aneinander mittels einer ähnlichen mechanischen Schnittstelle 15' drehfest befestigt. Entsprechendes gilt auch für die Ausführungsformen der 7 bis 9, wobei in 9 die beiden Statoren 17i, 17ii nicht aneinander befestigt sind, so dass die Schnittstelle 15' fehlt.
  • In den Beispielen der 7 bis 11 wird eine alternative Ausführungsform vorgestellt, bei der die jeweilige Rad-Einheit 4 als Doppelrad-Einheit 44 ausgestaltet ist, die zwei Räder 6 bzw. 6i, 6ii und zwei Elektromotoren 7 bzw. 7i, 7ii zum Antreiben der Räder 6; 6i, 6ii aufweist, wobei die Balancesteuerung 12 die beiden Elektromotoren 7; 7i, 7ii der jeweiligen Doppelrad-Einheit 44 synchron ansteuert. Auch hier bedeutet „synchron“ eine Ansteuerung der beiden Elektromotoren 7; 7i, 7ii mit gleicher Leistung und Drehzahl. Bei diesen Ausführungsformen wird somit eine vollständige Redundanz für die Elektromotoren 7; 7i, 7ii und die Räder 6; 6i, 6ii geschaffen, so dass bei Ausfall eines Elektromotors 7; 7i, 7ii und/oder eines Rades 6; 6i, 6ii das Zweirad-Fahrzeug 1 fahrtüchtig bleibt. Auch hier erfolgt diese synchrone Ansteuerung während eines Normalbetriebs, bei dem beide Elektromotoren 7; 7i, 7ii aktiv bzw. eingeschaltet sind. Wird bei einem Elektromotor 7; 7i, 7ii eine Fehlfunktion festgestellt, wird für einen Notbetrieb der fehlerhafte Elektromotor 7; 7i, 7ii deaktiviert bzw. ausgeschaltet. Es ist klar, dass die beiden Elektromotoren 7; 7i, 7ii in diesem Notbetrieb dann nicht mehr synchron angesteuert werden. Ebenso ist denkbar, dass im Normalbetrieb nur einer der Elektromotoren 7i, 7ii aktiv betrieben wird, während der andere passiv betrieben wird, z.B. im Leerlauf. Bei einem Fehler des aktiven Elektromotors 7i, 7ii wird für den Notbetrieb der bis dahin passive Elektromotor 7i, 7ii aktiviert, während der fehlerhafte deaktiviert wird.
  • Zweckmäßig sind die beiden Räder 6i, 6ii und die beiden Elektromotoren 7i, 7ii der jeweiligen Doppelrad-Einheit 44 so am Fahrgestell 2 angeordnet, dass die beiden Räder 6i, 6ii jeweils um die Raddrehachse 10 drehbar sind. Die Raddrehachse 10 bildet innerhalb der Doppelrad-Einheit 44 somit eine gemeinsame Drehachse für beide Räder 6i, 6ii. Sofern mit den Doppelrad-Einheiten 44 ein Sturz wie in 5 realisiert werden soll, haben die beiden Räder 6 der jeweiligen Doppelrad-Einheit 44 dann separate, also voneinander beabstandete Raddrehachsen 10, die parallel zueinander verlaufen und jeweils den Sturzwinkel 24 gegenüber der Fahrzeugquerachse Y aufweisen.
  • Zweckmäßig wird auch für diese Ausführungsformen der 7 bis 11 vorgeschlagen, dass in der jeweiligen Doppelrad-Einheit 44 der eine oder erste Elektromotor 7i als erster Radnabenmotor 16i ausgestaltet ist, dessen erster Stator 17i am Fahrgestell 2 befestigt ist und dessen erster Rotor 18i fest mit dem einen oder ersten Rad 6i verbunden ist. In der jeweiligen Doppelrad-Einheit 44 ist dann der andere oder zweite Elektromotor 7ii als zweiter Radnabenmotor 16ii ausgestaltet, dessen zweiter Stator 17ii am Fahrgestell 2 und/oder am ersten Stator 17i befestigt ist und dessen zweiter Rotor 18ii fest mit dem anderen oder zweiten Rad 6ii verbunden ist.
  • Im Beispiel der 7 und 8 sind der erste und zweite Stator 17i, 17ii bezüglich der Raddrehachse 10 drehfest am Fahrgestell 2, z.B. über geeignete mechanische Schnittstellen 15, und bezüglich der Raddrehachse 10 drehfest aneinander befestigt. Beispielsweise sind die Statoren 17i, 17ii miteinander verschraubt.
  • Bei den in den 9 bis 11 gezeigten Ausführungsformen sind der erste Stator 17i und der zweite Stator 17ii jeweils bezüglich der Raddrehachse 10 wieder drehfest am Fahrgestell 2 befestigt, z.B. über besagte Schnittstellen 15. Im Unterschied zu den Beispielen der 7 und 8 sind hier die beiden Statoren 17i, 17ii nicht unmittelbar aneinander befestigt. In den 9 bis 11 sind die beiden Statoren 17i, 17ii voneinander axial beabstandet. In 9 ist eine axiale Lücke 28 erkennbar.
  • Der erste Rotor 18i und der zweite Rotor 18ii können bei den in den 7, 9 bis 11 gezeigten Ausführungsformen um die gemeinsame Drehachse bzw. um die jeweilige Raddrehachse 10 relativ zueinander verdrehbar angeordnet sein, was den Aufbau vereinfacht. Alternativ können der erste Rotor 18i und der zweite Rotor 18ii gemäß der in 8 gezeigten Ausführungsform drehfest miteinander gekoppelt sein, so dass bei Ausfall eines Elektromotor 7i, 7ii dennoch beide Räder 6i, 6ii antreibbar sind, was die Traktion verbessert. Zur drehfesten Verbindung der beiden Rotoren 18i, 18ii kann auch hier eine geeignete Kopplung 27 vorgesehen sein.
  • In den Beispielen der 1 bis 9 weist das Fahrgestell 2 für jede Rad-Einheit 4 einen Radträger 29 auf, an dem die jeweilige Rad-Einheit 4 angebracht ist, so dass die jeweilige Rad-Einheit 4 über diesen Radträger 29 das übrige Fahrgestell 2 trägt. Der jeweilige Radträger 29 kann als Stab, Stange, Platte, Rohr oder Profil ausgestaltet sein. Bei den hier gezeigten Beispielen weist der jeweilige Radträger 29 rein exemplarisch in der Fahrzeuglängsachse X einen U-förmigen Querschnitt auf, so dass der Radträger 29 die jeweilige Rad-Einheit 4 in der Fahrzeugquerachse Y einseitig oder auch beidseitig tragen kann. Insbesondere lässt sich dadurch der jeweilige Stator 17 axial beidseitig drehfest am Radträger 29 drehfest befestigen.
  • In den Beispielen der 1 bis 5 nimmt der jeweilige Radträger 29 jeweils eine Rad-Einheit 4 mit einem Rad 6 und einem Elektromotor 7 auf. Im Beispiel der 6 nimmt der jeweilige Radträger 29 jeweils eine Rad-Einheit 4 mit einem Rad 6 und zwei Elektromotoren 7 auf. In den Beispielen der 7 bis 9 nimmt der jeweilige Radträger 29 jeweils eine als Doppelrad-Einheit 44 ausgestaltete Rad-Einheit 4 mit zwei Rädern 6 und zwei Elektromotoren 7 auf. Bei den in den 10 und 11 gezeigten Ausführungsformen sind für die jeweilige Doppelrad-Einheit 44 zwei solche Radträger 29 bzw. 29i, 29ii vorgesehen, die je ein Rad 6 bzw. 6i, 6ii und einen Elektromotor 7 bzw. 7i, 7ii aufnehmen. Im Beispiel der 10 können die beiden Radträger 29i, 29ii aneinander befestigt sein. Auch ist denkbar, anstelle von zwei solchen im Querschnitt U-förmigen Radträgern 29i, 29ii einen im Querschnitt E-förmigen Radträger (nicht gezeigt) zu verwenden, so dass die in 10 erkennbare Doppelwand, die durch die axial aneinander anliegenden separaten Radträger 29 entsteht, zu einer integralen einfachen Wand wird, an der axial beidseitig je einer der Statoren 17i, 17ii befestigt ist.
  • Im Beispiel der 11 sind die beiden Radträger 29i, 29ii zueinander lose angeordnet. In 11 ist eine Lücke 52 erkennbar, die bezüglich der Fahrzeugquerachse Y zwischen den benachbarten Radträgern 29i, 29ii ausgebildet ist. In 11 ist nun außerdem vorgesehen, dass die beiden Radträger 29i, 29ii jeweils über eine Feder- und/oder Dämpfereinrichtung 51 am Fahrgestell 2 abgestützt sind. Hierdurch sind die beiden Räder 6i, 6ii parallel zur Fahrzeughochachse Z relativ zum Fahrgestell 2 beweglich bzw. verstellbar angeordnet. Diese Verstellbarkeit ist in 11 jeweils durch einen Doppelpfeil 53 angedeutet und erfolgt gegen eine Feder- und/oder Dämpferkraft, die von der jeweiligen Feder- und/oder Dämpfereinrichtung 51 erzeugt wird. Durch die vertikale Verstellbarkeit 53 der beiden Räder 6i, 6ii können die beiden Räder 6i, 6ii der Kontor des Untergrunds 5 individuell folgen, was den Bodenkontakt und letztlich die Traktion verbessert. Neben der erhöhten Fahrsicherheit ergibt sich dadurch auch ein Komfortgewinn.
  • Es ist klar, dass sich solche Feder- und/oder Dämpfereinrichtungen 51 auch an anderer Stelle, z.B. in die Schnittstellen 15 oder an einem zentralen Rahmenträger integrieren lassen, so dass das jeweilige Rad 6 bzw. der jeweilige Stator 17 direkt vertikal verstellbar am Fahrgestell 2 gehalten ist, also nicht indirekt wie in 11 über den jeweiligen Radträger 29. Ferner kann auch bei den Ausführungsformen der 1 bis 6, bei denen nur ein Rad 6 pro Fahrzeugseite vorgesehen ist, eine derartige Feder- und/oder Dämpfereinrichtung 51 vorgesehen sein, z.B. zur Komfortsteigerung.
  • Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der vorstehend vorgestellten redundanten Systeme kann vorgesehen sein, dass die Balancesteuerung 12 die Funktion der beiden Elektromotoren 7 der jeweiligen Rad-Einheit 4 überwacht und abhängig von einer Fehlfunktion bei einem der beiden Elektromotoren 7 den jeweiligen Elektromotor 7 deaktiviert und nur noch den anderen Elektromotor 7 zum Beschleunigen oder Abbremsen ansteuert. Hierdurch wird der defekte Elektromotor 7 aus dem Antriebssystem antriebsmäßig entfernt, was die Redundanz verbessert und die Fahrtüchtigkeit des Zweirad-Fahrzeugs 1 bei einem Ausfall eines Elektromotors 7 verbessert. Eine Fehlfunktion kann auch beispielsweise dann festgestellt werden, wenn die Elektromotoren 7 innerhalb derselben Rad-Einheit 4 unterschiedliche Drehzahlen aufweisen. Dazu kann es beispielsweise kommen, wenn bei einem der Räder 6 der Reifen 9 defekt ist und sich dadurch dessen Traktion verändert.
  • Eine Weiterbildung schlägt vor, dass die Balancesteuerung 12 für den Fall, dass bei einer der beiden Rad-Einheiten 4 einer der beiden Elektromotoren 7 deaktiviert ist, die beiden Elektromotoren 7 der anderen Rad-Einheit 4 mit reduzierter Leistung ansteuert. Hierdurch wird die Handhabung des Zweirad-Fahrzeugs 1 vereinfacht, da sich durch diese Maßnahme im Falle einer Fehlfunktion das Lenkungsverhalten und Fahrverhalten des Zweirad-Fahrzeugs 1 kaum verändern. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die Balancesteuerung 12 für den Fall, dass bei einer der beiden Rad-Einheiten 4 einer der beiden Elektromotoren 7 deaktiviert ist, den anderen Elektromotor 7 dieser Rad-Einheit 4 mit erhöhter Leistung ansteuert. Auch dies führt zu einer Stabilisierung des Lenk- und Fahrverhaltens des Zweirad-Fahrzeugs 1. Die kumulative Realisierung dieser beiden Maßnahmen ist bevorzugt. Alternativ kann dagegen vorgesehen sein, dass die Balancesteuerung 12 für den Fall, dass bei einer der beiden Rad-Einheiten 4 einer der beiden Elektromotoren 7 deaktiviert ist, einen der beiden Elektromotoren 7 der anderen Rad-Einheit 4 ebenfalls deaktiviert. Auch hierdurch werden die beiden Fahrzeugseiten relativ einfach hinsichtlich ihres Antriebs wieder synchronisiert.
  • Gemäß 13 weist ein Elektromotor 7 üblicherweise eine Wicklung 30 auf, die mehrere Spulen 31, 32, 33 ausbildet, die am bzw. im Elektromotor 7 in der Umfangsrichtung verteilt angeordnet sind, um ein rotierendes Magnetfeld erzeugen zu können. Gemäß 13 ist bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen, dass der jeweilige Elektromotor 7 zwei separate Wicklungen 30i, 30ii aufweist, die dementsprechend mehrere separate Spulen 31i, 31ii, 32i, 32ii, 33i, 33ii ausbilden. Der Elektromotor 7 enthält dann quasi eine Doppelwicklung 30, die doppelt gewickelte Spulen 31, 32, 33 aufweist. In 13 sind drei Spulen 31, 32, 33 angedeutet, die doppelt gewickelt sind, um einen dreiphasigen Elektromotor 7 anzudeuten.
  • Die Balancesteuerung 12 kann nun so konzipiert und mit den Wicklungen 30; 30i, 30ii verschaltet sein, dass die Balancesteuerung 12 in einem Normalbetrieb die beiden Wicklungen 30i, 30ii des jeweiligen Elektromotors 7 synchron ansteuert. In diesem Zusammenhang bedeutet „synchron“, dass die beiden Wicklungen 30i, 30ii mit gleicher elektrischer Leistung, also insbesondere mit gleicher elektrischer Spannung und Stromstärke, angesteuert werden. Durch diese Maßnahme wird die Ausfallsicherheit des Elektromotors 7 erheblich vergrößert, da die beiden separaten Wicklungen 30i, 30ii redundant arbeiten und so quasi zwei separate Elektromotoren 7 repräsentieren. Bei Ausfall der einen Wicklung 30i (oder 30ii) lässt sich der Elektromotor 7 über die andere Wicklung 30ii (oder 30i) weiter betreiben. Das Zweirad-Fahrzeug 1 bleibt dadurch fahrtüchtig. Diese synchrone Ansteuerung erfolgt dabei während eines Normalbetriebs, bei dem beide Wicklungen 30i, 30ii aktiv bzw. eingeschaltet sind. Wird bei einer Wicklung 30i, 30ii eine Fehlfunktion festgestellt, wird für einen Notbetrieb die fehlerhafte Wicklung 30i, 30ii deaktiviert bzw. ausgeschaltet. Es ist klar, dass die beiden Wicklungen 30i, 30ii in diesem Notbetrieb dann nicht mehr synchron angesteuert werden. Ebenso ist denkbar, dass im Normalbetrieb nur eine der Wicklungen 30i, 30ii aktiv betrieben wird, während die andere passiv betrieben wird, z.B. im Leerlauf. Bei einem Fehler der aktiven Wicklung 30i, 30ii wird für den Notbetrieb die bis dahin passive Wicklung 30i, 30ii aktiviert, während die fehlerhafte deaktiviert wird.
  • Gemäß einer Weiterbildung kann die Balancesteuerung 12 die Funktion der beiden Wicklungen 30i, 30ii des jeweiligen Elektromotors 7 überwachen und abhängig von einer Fehlfunktion bei einer Wicklung 30i (oder 30ii) die jeweilige fehlerhafte Wicklung 30i (oder 30ii) deaktivieren. Das Beschleunigen bzw. Abbremsen des jeweiligen Rads 6 wird dann dadurch erreicht, dass die Balancesteuerung 12 hierzu nur noch die andere Wicklung 30ii (oder 30i) des jeweiligen Elektromotors 6 ansteuert.
  • Vorteilhaft kann dabei vorgesehen sein, dass die Balancesteuerung 12 für den Fall, dass bei einem der beiden Elektromotoren 7 eine der beiden Wicklungen 30i, 30ii deaktiviert ist, die beiden Wicklungen 30i, 30ii des anderen Elektromotors 6 mit reduzierter Leistung ansteuert. Hierdurch kann der Leistungsabfall an der einen Rad-Einheit 4, bei deren Elektromotor 6 eine Wicklung 30i, 30ii deaktiviert ist, durch eine reduzierte Leistung an der anderen Rad-Einheit 4 mehr oder weniger ausgeglichen werden. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die Balancesteuerung 12 für den Fall, dass bei einem der beiden Elektromotoren 6 eine der beiden Wicklungen 30i, 30ii deaktiviert ist, die andere Wicklung 30i, 30ii dieses Elektromotors 6 mit erhöhter Leistung ansteuert. Hierdurch kann der Leistungsabfall an der einen Rad-Einheit 4, bei deren Elektromotor 6 eine Wicklung 30i, 30ii deaktiviert ist, durch eine erhöhte Leistung an der anderen Wicklung 30i, 30ii mehr oder weniger ausgeglichen werden.
  • Besonders vorteilhaft ist dabei eine kumulierte Umsetzung der beiden vorstehenden Ausgestaltungen. Demnach kann die Balancesteuerung 12 für den Fall, dass bei einem der beiden Elektromotoren 6 eine der beiden Wicklungen 30i, 30ii deaktiviert ist, die andere Wicklung 30i, 30ii dieses Elektromotors 6 mit erhöhter Leistung ansteuern und die beiden Wicklungen 30i, 30ii des anderen Elektromotors 6 mit reduzierter Leistung ansteuern. Die Änderung oder Anpassung der Ansteuerung kann durch die Balancesteuerung 12 dabei so erfolgen, dass beide Elektromotoren 6, also beide Rad-Einheiten 4 leistungsmäßig ausgeglichen sind.
  • Alternativ ist auch hier denkbar, dass die Balancesteuerung 12 für den Fall, dass bei einem der beiden Elektromotoren 7 eine der beiden Wicklungen 30i, 30ii deaktiviert ist, eine der beiden Wicklungen 30i, 30ii des anderen Elektromotors 6 ebenfalls deaktiviert.
  • Diese Ausführungsform mit zwei Wicklungen 30i, 30ii je Elektromotor 7 kann auch mit den weiter oben beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden, bei denen zwei Elektromotoren 7i, 7ii je Rad-Einheit 4 oder je Doppelrad-Einheit 44 vorgesehen sind. Auch sind diese Ausführungsformen mit den als Radnabenmotor 16 bzw. 16i, 16ii ausgestalteten Elektromotoren 7 bzw. 7i, 7ii kombinierbar.
  • Entsprechend 12 kann die Ausfallsicherheit des Zweirad-Fahrzeugs 1 optional auch dadurch verbessert werden, dass eine weitere Neigungssensorik 11' vorgesehen ist. Zusätzlich oder alternativ kann auch eine weitere Balancesteuerung 12' vorgesehen sein. Die beiden Neigungssensoriken 11, 11' und/oder die beiden Balancesteuerungen 12, 12' sind zweckmäßig parallel geschaltet, so dass bei Ausfall einer Neigungssensorik 11, 11' und/oder bei Ausfall einer Balancesteuerung 12, 12' alle Funktionalitäten unverändert zur Verfügung stehen und das Zweirad-Fahrzeug 1 unverändert verwendbar ist. Zweckmäßig können die wenigstens eine Neigungssensorik 11, 11' und die wenigstens eine Balancesteuerung 12, 12' zu einer Steuerungseinheit 34 zusammengefasst sein. Die jeweilige Balancesteuerung 12, 12' bzw. die Steuerungseinheit 34 steht mit den Elektromotoren 7 bzw. 7i, 7ii bzw. mit den Wicklungen 30 bzw. 30i, 30ii der Elektromotoren 7 der jeweiligen Rad-Einheit 4 in Verbindung.
  • Gemäß 14 kann bei einer alternativen Ausführungsform vorgesehen sein, dass der jeweilige Elektromotor 7 eine Wicklung 30 mit mehreren Strängen 54, 55, 56 aufweist, die mit der Balancesteuerung 12 gekoppelt sind. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit sind hier genau drei Stränge 54, 55, 56 gezeigt. Es ist klar, dass grundsätzlich auch zwei, vier oder mehr Stränge möglich sind. Bevorzugt sind jedoch wie gezeigt genau drei Stränge 54, 55, 56. Die Balancesteuerung 12 ist hier so ausgestaltet und/oder programmiert, dass die Balancesteuerung 12 die Stränge 54, 55, 56 einzeln ansteuern kann. In einem Normalbetrieb steuert die Balancesteuerung 12 alle Stränge 54, 55, 56 an. In einem Notbetrieb deaktiviert die Balancesteuerung 12 einen der Stränge 54, 55, 56 und steuert dann nur noch die verbleibenden Stränge 54, 55, 56 an.
  • Hierzu können die Stränge 54, 55, 56 als Stern geschaltet sein, so dass alle Stränge 54, 55, 56 mit einem gemeinsamen Sternpunkt verbunden sind. Stern und Sternpunkt sind allgemein bekannt und hier nicht gezeigt. Die Balancesteuerung 12 kann nun zum Deaktivieren eines Strangs 54, 55, 56 die Verbindung des jeweiligen Strangs 54, 55, 56 zum Sternpunkt auftrennen.
  • Die Balancesteuerung 12 kann in einer bevorzugten Ausführungsform die drei Stränge 54, 55, 56 über eine Vollbrückenschaltung 57 ansteuern, die für jeden der drei Stränge 54, 55, 56 wenigstens einen zusätzlichen Halbleiterschalter 58, 59, 60 zum Aktivieren und Deaktivieren des jeweiligen Strangs 54, 55, 56 aufweist. Hierdurch lässt sich ein fehlerhafter Strang 54, 55, 56 besonders einfach deaktivieren. Die Vollbrückenschaltung 57, die auch als 3H-Schaltung bezeichnet werden kann, kann dabei ein Bestandteil einer Kommutierungsanordnung 61 bilden. Die Vollbrückenschaltung 57 bzw. die Kommutierungsanordnung 61 kann in die Balancesteuerung 12 bzw. in die mit Bezug auf 12 vorgestellte Steuerungseinheit 34 integriert sein.
  • Auch hier ist denkbar, die beiden Rad-Einheiten 4 hinsichtlich ihrer Antriebsleistung im Notbetrieb anzugleichen, indem bei einem Fehler in einem Strang 54, 55, 56 der Wicklung 30 des einen Elektromotors 7 der fehlerhafte Strang 54, 55, 56 deaktiviert wird, während die beiden verbleibenden Stränge 54, 55, 56 mit erhöhter Leistung angesteuert werden und/oder die Wicklung 30 des anderen Elektromotors 7 mit reduzierter Leistung angesteuert wird. Alternativ kann diese Angleichung der Antriebsleistung auch dadurch erfolgen, dass bei der Wicklung 30 des anderen Elektromotors 7 ebenfalls einer der Stränge 54, 55, 56 deaktiviert wird, vorzugsweise der zu dem fehlerhaften korrespondierende Strang 54, 55, 56.
  • Bei allen hier gezeigten Ausführungsformen kann der jeweilige Elektromotor 7 als bürstenloser Gleichstrommotor ausgestaltet sein, also als BLDC-Motor. In Verbindung mit einer Sternschaltung von Wicklungssträngen 54, 55, 56 kann der BLDC-Motor auch als Dreieck-BLDC-Motor oder Delta-BLDC-Motor oder kurz DBLDC-Motor ausgestaltet sein.
  • Wie in den 1 bis 5 gezeigt, kann das Zweirad-Fahrzeug 1 außerdem mit einer Rückenlehne 35 ausgestattet sein. Gemäß den 1 bis 3 kann das Zweirad-Fahrzeug 1 außerdem mit Armlehnen 22 ausgestattet sein, von denen in den Seitenansichten der 1 und 2 jedoch nur eine gezeigt ist, nämlich die rechte Armlehne 22. Die jeweilige Armlehne 22 weist zweckmäßig einen Armlehnenträger 36 und ein Armpolster 37 auf. Der Armlehnenträger 36 trägt das Armpolster 37 und z.B. bei der rechten Armlehne 22 den Joystick 19. Die Rückenlehne 35 weist einen Rückenlehnenträger 38 auf, der ein Rückenpolster 39 trägt.
  • Der Fahrzeugsitz 3 weist in den Beispielen der 1 und 2 außerdem einen Sitzträger 40 und ein Sitzpolster 41 auf. Der Sitzträger 40 ist am Fahrgestell 2 befestigt. Optional kann der Sitzträger 40 in der Fahrzeuglängsachse X verstellbar am Fahrgestell 2 angebracht sein, was in den 1 und 2 durch einen Doppelpfeil 42 angedeutet ist. Durch diese Verstellbarkeit 42 lässt sich eine Schwerpunktverschiebung entlang der Fahrzeuglängsachse X vereinfachen, was die Dynamik des Zweirad-Fahrzeugs 1 erhöht, wenn der Fahrer das Zweirad-Fahrzeug 1 durch Verlagern seines Schwerpunkts nach vorn beschleunigen möchte oder durch Verlagern seines Schwerpunkts nach hinten abbremsen möchte. Am Sitzträger 40 können auch die Armlehnenträger 36 sowie der Rückenlehnenträger 38 befestigt sein, so dass letztlich eine Sitzeinheit aus Fahrzeugsitz 3, Armlehnen 33 und Rückenlehne 35 relativ zum Fahrgestell 2 gemäß dem Doppelpfeil 42 in der Fahrzeuglängsachse X verstellbar ist. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass der Sitzträger 40 keine Verstellbarkeit 42 besitzt, sondern fest am Fahrgestell 2 befestigt ist. Ebenso ist denkbar, den Sitzträger 40 wegzulassen. In diesem Fall sind dann z.B. gemäß 3 der Fahrzeugsitz 3, die Armlehnenträger 36 und der Rückenlehnenträger 38 am Fahrgestell 2 bzw. an dessen Tragrahmen 26 befestigt.
  • Wie bereits weiter oben erwähnt, ist der Tragrahmen 26 des Fahrgestells 2 zumindest in den Beispielen der 1, 3 und 5 nach unten offen. In den Beispielen der 2 und 4 ist gezeigt, dass das Fahrgestell 2 unterhalb des Fahrersitzes 3 noch eine optionale Stützstruktur 43 aufweisen kann. Diese Stützstruktur 43 kann auf geeignete Weise am Tragrahmen 26 befestigt sein. Sie kann exemplarisch als Tragplatte oder als fachwerkartige Rahmenstruktur konzipiert sein. Je nach Konzeption kann diese Stützstruktur 43 den Tragrahmen 26 mehr oder weniger nach unten verschließen. Diese Stützstruktur 43 kann gemäß 4 an den Radträgern 29 befestigt sein. Ebenso ist denkbar, dass diese Radträger 29 die Stützstruktur 43 bilden.
  • Das Zweirad-Fahrzeug 1 kann mit einem Fußabstellbrett 45 ausgestattet sein, auf dem der Fahrer seine Füße abstellen kann. Dieses Fußabstellbrett 45 lässt sich z.B. an der Stützstruktur 43 bzw. an den Radträgern 29 festlegen.
  • Das Zweirad-Fahrzeug 1 kann außerdem mit wenigstens einer ausfahrbaren Stütze 46 ausgestattet sein. Beispielsweise lässt sich die jeweilige Stütze 46 mittels der Stützstruktur 43 am Fahrgestell 2 anbringen. In den Beispielen der 2 und 4 sind genau zwei solche ausfahrbare Stützen 46 gezeigt, nämlich eine vordere Stütze 46, die sich vor den Raddrehachsen 10 befindet, und eine hintere Stütze 46, die sich hinter den Raddrehachsen 10 befindet. Die Stützen 46 sind in den 2 und 4 in einem eingefahrenen Zustand gezeigt, so dass deren Stützfüße 47 vom Untergrund 5 abgehoben sind. Zum stabilen Parken des Zweirad-Fahrzeugs 1 lassen sich die Stützfüße 47 der Stützen 46 bis auf den Untergrund 5 absenken bzw. ausfahren.
  • Außerdem kann das hier gezeigte Zweirad-Fahrzeug 2 mit einem vorderen Kippschutz 48 und/oder mit einem hinteren Kippschutz 49 ausgestattet sein. Der jeweilige Kippschutz 48, 49 verhindert ein Umkippen des Zweirad-Fahrzeugs 1 um eine Kippachse, die parallel zur Fahrzeugquerachse Y durch die Räder 6 verläuft. Der vordere Kippschutz 48 verhindert dabei ein Kippen nach vorn, während der hintere Kippschutz 49 ein Kippen nach hinten verhindert. Der jeweilige Kippschutz 48, 49 kann als Stab, Stange, Platte, Rohr oder Profil ausgestaltet sein. In den gezeigten Beispielen ist der jeweilige Kippschutz 48, 49 als Rolle ausgestaltet oder mit einer Rolle ausgestattet. Es ist klar, dass der vordere Kippschutz 48 und/oder der hintere Kippschutz 49 quasi doppelt ausgestaltet sein kann, so dass sich auf jeder Fahrzeugseite ein solcher vorderer bzw. hinterer Kippschutz 48, 49 befindet.
  • In den 1 bis 4 ist angedeutet, dass der Tragrahmen 26 an seiner Unterseite ein Gehäuse 50 aufweisen kann, das die Neigungssensorik 11 und die Balancesteuerung 12 und insbesondere die Steuerungseinheit 34 aufnehmen kann. In 3 ist die Batterie 13 an der Unterseite des Gehäuses 50 angeordnet. Es ist klar, dass die Batterie 13 gemäß 5 auch im Gehäuse 50 untergebracht sein kann. Gemäß 4 lässt sich die Batterie 13 beispielsweise auch auf der Stützstruktur 43 platzieren, was hinsichtlich des Fahrzeugschwerpunkts von Vorteil sein kann.
  • Es ist klar, dass die mit Bezug auf die 1 bis 4 beschriebenen Ausführungsformen auch mit den Ausführungsformen der 5 bis 11 kombinierbar sind. Ebenso sind die Ausführungsformen der 12 bis 14 mit den Ausführungsformen der 1 bis 11 kombinierbar.

Claims (14)

  1. Dynamisch selbstbalancierendes Zweirad-Fahrzeug (1), - mit einem Fahrgestell (2), das einen Fahrzeugsitz (3) trägt, - mit zwei Rad-Einheiten (4), die jeweils ein am Fahrgestell (2) um eine Raddrehachse (10) drehbar angeordnetes Rad (6) und einen am Fahrgestell (2) angeordneten Elektromotor (7) zum Antreiben des jeweiligen Rads (6) aufweisen, - mit einer Neigungssensorik (11), - mit einer Balancesteuerung (12) zum Ansteuern beider Elektromotoren (7), die mit der Neigungssensorik (11) gekoppelt ist, und - mit wenigstens einer Batterie (13) zum Versorgen der beiden Elektromotoren (7), der Neigungssensorik (11) und der Balancesteuerung (12) mit elektrischer Energie, - wobei das Zweirad-Fahrzeug (1) eine Fahrzeuglängsachse (X) aufweist, entlang der sich das Zweirad-Fahrzeug (1) bei Geradeausfahrt bewegt, und - wobei die beiden Rad-Einheiten (4) so am Fahrgestell (2) befestigt sind, dass die beiden Rad-Einheiten (4) in einer senkrecht zur Fahrzeuglängsachse (X) verlaufenden Fahrzeugquerachse (Y) des Zweirad-Fahrzeugs (1) voneinander beabstandet sind, dadurch gekennzeichnet, - dass der jeweilige Elektromotor (7) wenigstens zwei separate Wicklungen (30i, 30ii) aufweist, - dass die Balancesteuerung (12) die beiden Wicklungen (30i, 30ii) des jeweiligen Elektromotors (7) synchron ansteuert oder nur eine der beiden Wicklungen (30i, 30ii) ansteuert, während sie die andere Wicklung (30i, 30ii) deaktiviert.
  2. Zweirad-Fahrzeug (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Balancesteuerung (12) die Funktion der beiden Wicklungen (30i, 30ii) des jeweiligen Elektromotors (7) überwacht und abhängig von einer Fehlfunktion bei einer Wicklung (30i, 30ii) die jeweilige Wicklung (30i, 30ii) deaktiviert und nur noch die andere Wicklung (30i, 30ii) des jeweiligen Elektromotors (7) zum Beschleunigen oder Abbremsen des jeweiligen Rads (6) ansteuert.
  3. Zweirad-Fahrzeug (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Balancesteuerung (12) für den Fall, dass bei einem der beiden Elektromotoren (7) eine der beiden Wicklungen (30i, 30ii) deaktiviert ist, die beiden Wicklungen (30i, 30ii) des anderen Elektromotors (7) mit reduzierter Leistung ansteuert oder eine der beiden Wicklungen (30i, 30ii) des anderen Elektromotors (7) deaktiviert.
  4. Zweirad-Fahrzeug (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Balancesteuerung (12) für den Fall, dass bei einem der beiden Elektromotoren (7) eine der beiden Wicklungen (30i, 30ii) deaktiviert ist, die andere Wicklung (30i, 30ii) dieses Elektromotors (7) mit erhöhter Leistung ansteuert.
  5. Zweirad-Fahrzeug (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Balancesteuerung (12) für den Fall, dass bei einem der beiden Elektromotoren (7) eine der beiden Wicklungen (30i, 30ii) deaktiviert ist, die andere Wicklung (30i, 30ii) dieses Elektromotors (7) mit erhöhter Leistung ansteuert und die beiden Wicklungen (30i, 30ii) des anderen Elektromotors (7) mit reduzierter Leistung ansteuert, derart, dass beide Elektromotoren (7) leistungsmäßig ausgeglichen sind.
  6. Dynamisch selbstbalancierendes Zweirad-Fahrzeug (1), - mit einem Fahrgestell (2), das einen Fahrzeugsitz (3) trägt, - mit zwei Rad-Einheiten (4), die jeweils ein am Fahrgestell (2) um eine Raddrehachse (10) drehbar angeordnetes Rad (6) und einen am Fahrgestell (2) angeordneten Elektromotor (7) zum Antreiben des jeweiligen Rads (6) aufweisen, - mit einer Neigungssensorik (11), - mit einer Balancesteuerung (12) zum Ansteuern beider Elektromotoren (7), die mit der Neigungssensorik (11) gekoppelt ist, und - mit wenigstens einer Batterie (13) zum Versorgen der beiden Elektromotoren (7), der Neigungssensorik (11) und der Balancesteuerung (12) mit elektrischer Energie, - wobei das Zweirad-Fahrzeug (1) eine Fahrzeuglängsachse (X) aufweist, entlang der sich das Zweirad-Fahrzeug (1) bei Geradeausfahrt bewegt, und - wobei die beiden Rad-Einheiten (4) so am Fahrgestell (2) befestigt sind, dass die beiden Rad-Einheiten (4) in einer senkrecht zur Fahrzeuglängsachse (X) verlaufenden Fahrzeugquerachse (Y) des Zweirad-Fahrzeugs (1) voneinander beabstandet sind, dadurch gekennzeichnet, - dass der jeweilige Elektromotor (7) eine Wicklung (30) mit mehreren Strängen (54, 55, 56) aufweist, die mit der Balancesteuerung (12) gekoppelt sind, - dass die Balancesteuerung (12) so ausgestaltet und/oder programmiert ist, dass sie die Stränge (54, 55, 56) einzeln ansteuern kann, in einem Normalbetrieb alle Stränge (54, 55, 56) ansteuert und in einem Notbetrieb, in dem einer der Stränge (54, 55, 56) fehlerhaft ist, den fehlerhaften Strang (54, 55, 56) deaktiviert und nur noch den verbleibenden Strang (54, 55, 56) oder die verbleibenden Stränge (54, 55, 56) ansteuert.
  7. Zweirad-Fahrzeug (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Balancesteuerung (12) in einem Notbetrieb bei der Wicklung (30) des einen Elektromotors (7) den fehlerhaften Strang (54, 55, 56) deaktiviert und bei der Wicklung (30) des anderen Elektromotors (7) ebenfalls einen Strang (54, 55, 56) deaktiviert.
  8. Zweirad-Fahrzeug (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, - dass die Stränge (54, 55, 56) als Stern geschaltet sind, so dass alle Stränge (54, 55, 56) mit einem gemeinsamen Sternpunkt verbunden sind, - dass die Balancesteuerung (12) zum Deaktivieren eines Strangs (54, 55, 56) die Verbindung des jeweiligen Strangs (54, 55, 56) zum Sternpunkt auftrennt.
  9. Zweirad-Fahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, - dass die Wicklung (30) genau drei Stränge (54, 55, 56) aufweist, - dass die Balancesteuerung (12) die drei Stränge (54, 55, 56) über eine Vollbrückenschaltung (57) ansteuert, die für jeden der drei Stränge (54, 55, 56) wenigstens einen zusätzlichen Halbleiterschalter (58, 59, 60) zum Aktivieren und Deaktivieren des jeweiligen Strangs (54, 55, 56) aufweist.
  10. Zweirad-Fahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass die beiden Rad-Einheiten (4) über mechanische Schnittstellen (15) am Fahrgestell (2) befestigt sind, - dass die jeweilige mechanische Schnittstelle (15) eine an der Rad-Einheit (4) ausgebildete radseitige Schnittstellenkomponente (15r) und eine dazu komplementäre, am Fahrgestell (2) ausgebildete gestellseitige Schnittstellenkomponente (15g) aufweist, - dass die jeweilige radseitige Schnittstellenkomponente (15r) über die zugehörige gestellseitige Schnittstellenkomponente (15g) um die Fahrzeugquerachse (Y) drehfest am Fahrgestell (2) befestigt ist, - dass die gestellseitigen Schnittstellenkomponenten (15g) der beiden Rad-Einheiten (4) am Fahrgestell (2) relativ zueinander um die Fahrzeugquerachse (Y) drehfest angeordnet sind.
  11. Zweirad-Fahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Elektromotor (7) als Radnabenmotor (16) ausgestaltet ist, dessen Stator (17) am Fahrgestell (2) befestigt ist und dessen Rotor (18) fest mit dem Rad (6) verbunden ist.
  12. Zweirad-Fahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zweirad-Fahrzeug (1) eine Lenkeinrichtung (14) zum Lenken des Zweirad-Fahrzeugs (1) aufweist, wobei die Lenkeinrichtung (14) einen Joystick (19) aufweist, der mit der Balancesteuerung (12) gekoppelt ist und der so ausgestaltet ist, dass der Fahrzeugführer am Joystick (19) Lenkbefehle manuell erzeugen kann, wobei die Balancesteuerung (12) abhängig von den Lenkbefehlen die Elektromotoren (7) zum Abbremsen des einen Rads (6) und/oder zum Beschleunigen des anderen Rads (6) ansteuert.
  13. Zweirad-Fahrzeug (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Joystick (19) außerdem so ausgestaltet ist, dass der Fahrzeugführer am Joystick (19) Fahrbefehle zum Beschleunigen oder Abbremsen des Zweirad-Fahrzeugs (1) manuell erzeugen kann, wobei die Balancesteuerung (12) abhängig von den Fahrbefehlen die Elektromotoren (7) zum synchronen Abbremsen oder Beschleunigen beider Räder (6) ansteuert.
  14. Zweirad-Fahrzeug (1) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Joystick (19) außerdem so ausgestaltet ist, dass der Fahrzeugführer am Joystick (19) einen Notbremsbefehl erzeugen kann, wobei die Balancesteuerung (12) abhängig vom Notbremsbefehl die Elektromotoren (7) zum Abbremsen der beiden Räder (6) bis zum Stillstand des Fahrzeugs ansteuert.
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