DE102022103845A1

DE102022103845A1 - Autonom fahrendes, nicht schienengebundenes Kraftfahrzeug und Fahrzeugkonfigurationssystem

Info

Publication number: DE102022103845A1
Application number: DE102022103845.9A
Authority: DE
Inventors: Nico Wolf
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2022-02-18
Filing date: 2022-02-18
Publication date: 2023-08-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein autonom fahrendes, nicht schienengebundenes Kraftfahrzeug (1), umfassend ein aktiv lenkbares erstes mehrspuriges, mehrachsiges und ein erstes Antriebsdrehmoment bereitstellendes erstes Antriebsmodul (2), ein aktiv lenkbares zweites mehrspuriges, mehrachsiges und ein zweites Antriebsdrehmoment bereitstellendes zweite Antriebsmodul (3), sowie ein Auflagemodul (4), das auf dem ersten Antriebsmodul (2) über eine erste Drehverbindung (5) und auf dem zweiten Antriebsmodul (3) über eine zweite Drehverbindung (6) jeweils drehbar gekoppelt aufliegt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein autonom fahrendes, nicht schienengebundenes Kraftfahrzeug sowie ein Fahrzeugkonfigurationssystem.
Insbesondere mit dem Aufkommen von automatisierten E-Fahrzeugen und neuen Gesamtfahrzeugkonzepten, werden bspw. auch zunehmend sogenannte People-Mover für den urbanen Raum eingesetzt, die als autonom fahrendes Kraftfahrzeug konzipiert sind. Als autonomes Kraftfahrzeug oder selbstfahrendes Kraftfahrzeug bezeichnet man ein Kraftfahrzeug, das ohne Einfluss eines menschlichen Fahrers fahren, steuern und beispielsweise auch einparken kann (hochautomatisiertes Fahren bzw. autonomes Fahren). Eine Sonderform des autonomen Kraftfahrzeugs ist das autonome Personenbeförderungsfahrzeug, welches auch als People Mover oder autonomer People Mover bezeichnet wird. Autonom bedeutet in diesem Zusammenhang, dass keine der beförderten Personen das Fahrzeug steuert, sondern dass das Personenbeförderungsfahrzeug selbstgesteuert oder automatisch gesteuert ist. Die beförderten Personen sind also in der Regel „nur“ Fahrgäste/Passagiere.
Es besteht ein anhaltendes Bedürfnis daran, die Einsatzgebiete derartiger People-Mover zu erweitern. So ist es beispielsweise grundsätzlich bekannt, die Plattform eines autonom fahrenden Kraftfahrzeugs zu verwenden, um dieses zum Ziehen von LKW-Aufliegern zu nutzen, wie es beispielsweise in der DE1752295U beschrieben ist. Hierbei wird ein autonom fahrender Unterbau mittels einer definierten Koppelstelle mit einem Auflieger verbunden. Ein ähnliches Konzept ist in der DE102019119074A1 gezeigt. Das Dokument US 2018/0129958 A offenbart ein modulares Elektrofahrzeug mit austauschbaren Fahrzeugmodulen, wodurch ein Benutzer das Fahrzeug für unterschiedliche Anwendungsfälle zerlegen und wieder zusammenbauen kann.
Ein wesentlicher Nachteil derartiger bislang bekannter Konzepte ist, dass ein entsprechendes Fahrzeug weiterhin hinsichtlich seiner Manövrierfähigkeit vergleichsweise beschränkt ist. Der mit einem Anhänger vergleichbare Auflieger schränkt mögliche Fahrmanöver, beispielsweise in urbanen Fahrsituationen oder in Einparksituationen, extrem ein. Zusätzlich bedarf es neben der Konstruktion des autonom fahrenden Triebkopfes einer zweiten Fahrwerksauslegung beim Auflieger, was ein modulares Fahrzeugkonzept weiter erschwert.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme zu verhindern oder zumindest abzumildern. Es ist insbesondere die Aufgabe der Erfindung ein einfach skalierbares und modular aufgebautes autonom fahrendes Kraftfahrzeug mit besonders guter Manövrierbarkeit bereitzustellen. Es ist ferner die Aufgabe der Erfindung ein modulares und einfach zu skalierendes Fahrzeugkonfigurationssystem zu realisieren.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein autonom fahrendes, nicht schienengebundenes Kraftfahrzeug, umfassend ein aktiv lenkbares erstes mehrspuriges, mehrachsiges und ein erstes Antriebsdrehmoment bereitstellendes erstes Antriebsmodul, ein aktiv lenkbares zweites mehrspuriges, mehrachsiges und ein zweites Antriebsdrehmoment bereitstellendes zweite Antriebsmodul, sowie ein Auflagemodul, das auf dem ersten Antriebsmodul über eine erste Drehverbindung und auf dem zweiten Antriebsmodul über eine zweite Drehverbindung jeweils drehbar gekoppelt aufliegt.
Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug zum einen eine besonders gute und einfache Skalierbarkeit bei gleichzeitig hoher Manövrierbarkeit in sich vereint. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug verwendet mindestens zwei autonome Antriebsmodule, die auch als Mover-Fahrzeuge bezeichnet werden können. Diese dienen als Unterbauten für das Auflagemodul, das sich komplett auf diesen abstützt. Maßgeblicher Vorteil ist, dass dadurch die Skalierbarkeit von Mover-Fahrzeugen in verschiedene Fahrzeugklassen deutlich einfacher umgesetzt wird. So kann beispielsweise ein relativ kleines, flaches Antriebsmodul als Basisfahrzeug bereitgestellt werden, das als solches bereits allein auch als ein vollwertiges, autonom fahrendes Kraftfahrzeug dienen kann. Um auf dieser Basis größere, schwere Kraftfahrzeuge zum Beispiel zum Transport einer größeren Personenzahl oder schweren Gütern bereitstellen zu können, können zwei oder mehr dieser Mover-Fahrzeuge hintereinander gesetzt und mit dem Auflagemodul verbunden werden. Das hierdurch gebildete Kraftfahrzeug ähnelt somit in gewisser Weise einer Lokomotive mit zwei oder mehr Drehgestellen mit je zwei Achsen.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs ist es, dass nicht das gesamte Fahrwerk des Kraftfahrzeugs neu ausgelegt werden muss, um eine neue Größenvariante von Mover-Fahrzeugen zu erschaffen. Hierzu bedarf es dann lediglich einer entsprechenden Anpassung oder Auswahl eines Auflagemoduls. Durch die Verwendung einer Mehrzahl der Antriebsmodule bzw. Mover-Fahrzeuge erhöht sich die Antriebsleistung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs entsprechend.
Wollte man bisher die Größe eines Kraftfahrzeuges verändern, so war es üblicherweise auch nötig, das gesamte Fahrzeug mit Rahmen, Fahrwerk, Antrieb und Lenkung, Bremse usw. anzupassen. So ändert sich beispielsweise beim Fahrwerk mit jeder größentechnischen Modifikation das gesamte Fahrverhalten. Ein simples Skalieren ist hier also nicht möglich. Der Einsatz insbesondere von gleichen autonomen Antriebsmodulen senkt die Entwicklungsaufwände und verschiebt zudem die Komplexität bei der Entwicklung in die Antriebsmodule im Unterbau. Außerdem lassen sich so leicht größen- und gewichtstechnische Varianten von Kraftfahrzeugen bilden.
Bei den sogenannten Antriebsmodulen handelt es sich um autonom fahrende Vehikel für den Straßenbetrieb in bevorzugt flacher Plattform bauweise. Besonders bevorzugt weist ein Antriebsmodul eine Einzelradlenkung und einen Einzelradantrieb auf. Mittels bevorzugt standardisierter Schnittstellen, den Drehverbindungen, kann ein Auflagemodul auf wenigstens zwei Antriebsmodule aufgesetzt werden, wodurch dann ein vollständiges Kraftfahrzeug gebildet wird. Soll nun beispielsweise ein Kraftfahrzeug bereitgestellt werden, dass zum Beispiel mehr Gewicht transportieren soll oder ein größeres Ladevolumen besitz, so wird hierzu ein entsprechendes Auflagemodul konstruiert bzw. ausgewählt, der die entsprechenden Güter oder Personen aufnehmen kann. Dieser stützt sich dann wie bereits erläutert über die bevorzugt standardisierten Drehverbindungen drehbar an mindestens zwei Antriebsmodulen ab. Das Fahrwerk der Antriebsmodule kann dann beispielsweise bei veränderter Fahrzeuggröße unverändert bleiben. Die Leistungen von Antrieb und Lenkung wachsen automatisch mit der Verwendung mehrerer Antriebsmodule und passen sich so an die neue Fahrzeugklasse an. Besonders bevorzugt kommunizieren zwei oder mehrere Antriebsmodule eines Kraftfahrzeugs kabellos oder über eine kabelgebundene Schnittstelle miteinander, insbesondere zum Austausch von Betriebs- und Steuersignalen. So können beispielsweise Antriebs- und Bremsmoment sowie der Lenkwinkel aufeinander abgestimmt werden, um einer vorgegebenen Trajektorie zu folgen.
Bevorzugt weist ein Antriebsmodul wenigstens vier Fahrzeugräder auf. Das Fahrzeugrad weist insbesondere einen Fahrzeugreifen auf, über den das an das Kraftfahrzeugrad übertragene oder auf das Kraftfahrzeugrad einwirkende Antriebsmoment auf einen Untergrund übertragen werden kann, um das Kraftfahrzeug zu bewegen. Der Fahrzeugreifen kann von einer Fahrzeugfelge gehalten werden, die mittelbar oder unmittelbar mit der Antriebswelle verbunden werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Fahrzeugräder zweier Achsen, des ersten Antriebsmoduls und/oder die Fahrzeugräder zweier Achsen, des zweiten Antriebsmoduls lenkbar ausgeführt sind, wodurch die Manövrierbarkeit des Kraftfahrzeugs weiter verbessert werden kann.
Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass das erste Antriebsmodul einen ersten elektrisch betreibbaren Antriebsstrang und/oder das zweite Antriebsmodul einen zweiten elektrisch betreibbaren Antriebsstrang aufweisen/aufweist und der erste elektrisch betreibbare Antriebsstrang und der zweite elektrisch betreibbare Antriebsstrang im Wesentlichen identisch ausgebildet sind.
Ein elektrisch betreibbarer Antriebsstrang umfasst eine elektrische Maschine und bevorzugt eine mit der elektrischen Maschine gekoppelte Getriebeanordnung. Die Getriebeanordnung und die elektrische Maschine bilden eine bauliche Einheit. Diese kann beispielsweise mittels eines Antriebsstranggehäuses gebildet sein, in welchem die Getriebeanordnung und die elektrische Maschine gemeinsam aufgenommen sind.
Derartige elektrische Maschinen dienen zur Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie und/oder umgekehrt, und umfassen in der Regel einen als Stator, Ständer oder Anker bezeichneten ortsfesten Teil sowie einen als Rotor oder Läufer bezeichneten und gegenüber dem ortsfesten Teil beweglich angeordneten Teil. Im Falle von als Rotationsmaschinen ausgebildeten elektrischen Maschinen wird insbesondere zwischen Radialflussmaschinen und Axialflussmaschinen unterschieden. Dabei zeichnet sich eine Radialflussmaschine dadurch aus, dass die Magnetfeldlinien in dem zwischen Rotor und Stator ausgebildeten Luftspalt, sich in radialer Richtung erstrecken, während im Falle einer Axialflussmaschine sich die Magnetfeldlinien in dem zwischen Rotor und Stator gebildeten Luftspalt in axialer Richtung erstrecken. Im Zusammenhang mit der Erfindung kann die elektrische Maschine sowohl als Axialflussmasche als auch als Radialflussmaschine ausgebildet sein.
Insbesondere ist die elektrische Maschine so dimensioniert, dass Fahrzeuggeschwindigkeiten größer als 50 km/h, vorzugsweise größer als 80 km/h und insbesondere größer als 100 km/h erreicht werden können. Besonders bevorzugt weist der Elektromotor eine Leistung größer als 30 kW, vorzugsweise größer als 50 kW und insbesondere größer als 70 kW auf. Es ist des Weiteren bevorzugt, dass die elektrische Maschine Drehzahlen größer als 5.000 U/min, besonders bevorzugt größer als 10.000 U/min, ganz besonders bevorzugt größer als 12.500 U/min bereitstellt.
Die Getriebeanordnung des elektrisch betreibbaren Antriebsstrangs ist insbesondere mit der elektrischen Maschine koppelbar, welche zur Erzeugung eines Antriebsdrehmoments für das Kraftfahrzeug ausgebildet ist. Bei dem Antriebsdrehmoment handelt es sich besonders bevorzugt um ein Hauptantriebsdrehmoment, sodass das Kraftfahrzeug ausschließlich durch das Antriebsdrehmoment angetrieben wird. Bevorzugt ist die Getriebeanordnung als ein Planetengetriebe ausgebildet.
Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass das Kraftfahrzeug ein aktiv lenkbares drittes mehrspuriges, mehrachsiges und ein drittes Antriebsdrehmoment bereitstellendes drittes Antriebsmodul umfasst, wobei das Auflagemodul auf dem dritten Antriebsmodul über eine dritte Drehverbindung drehbar gekoppelt aufliegt. Die vorteilhafte Wirkung dieser Ausgestaltung ist darin begründet, dass so schwere und längere Gesamtfahrzeuge konfiguriert werden können, die dann beispielsweise schwere Güter oder aber auch eine größere Anzahl von Personen transportieren können.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass das Auflagemodul eine Personenbeförderungskabine, ein Warencontainer oder ein Tieflader ist. Grundsätzlich wären auch weitere Auflagemodule mit Spezialfunktionen denkbar, wie beispielsweise Betonmischer, Feuerwehraufbauten, Aufbauten für Rettungsfahrzeuge usw.
Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass die Fahrzeugräder einer Achse eines Antriebsmoduls mittels einer elektrischen Maschine antreibbar sind. Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass sich eine hinreichend gute Fahrdynamik und Fahrstabilität des Kraftfahrzeugs erreichen lässt.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass die Fahrzeugräder einer Achse eines Antriebsmoduls jeweils mit einer elektrischen Maschine antreibbar sind, wodurch die Fahrdynamik und Fahrstabilität weiter verbessert werden kann.
Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass jeweils ein aktiv lenk- und antreibbares Fahrzeugrad, eine elektrische Maschine, ein Lenkaktuator und eine Bremseinrichtung ein Radmodul bilden. Besonders bevorzugt ist es in diesem Zusammenhang, dass ein Antriebsmodul wenigstens vier, bevorzugt identische Radmodule aufweist, wodurch sich zum einen die Modularität des Kraftfahrzeugs weiter verbessern lässt, und zum anderen die Fahreigenschaften des Kraftfahrzeugs noch weiter optimiert werden können.
Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass die Fahrzeugräder beider Achsen, des ersten Antriebsmoduls und die Fahrzeugräder beider Achsen, des zweiten Antriebsmoduls in einen Lenkwinkel zwischen 45°-60°, bevorzugt 50°-55°, höchst bevorzugt in etwa 53° überführbar sind. Hierdurch kann erreicht werden, dass die Antriebsmodule auf der Stelle kreiseln können, was insbesondere beim Einparken oder in engen urbanen Fahrsituationen von Vorteil sein kann. So ist es beispielsweise auch möglich, ein Querstellen der Antriebsmodule beispielsweise zum Einparken des Kraftfahrzeugs zu ermöglichen, ohne einen Lenkwinkel an den Fahrzeugrädern von 90°realisieren zu müssen.
Schließlich kann die Erfindung auch in vorteilhafter Weise dahingehend ausgeführt sein, dass die Fahrzeugräder beider Achsen, des ersten Antriebsmoduls und/oder die Fahrzeugräder beider Achsen, des zweiten Antriebsmoduls in einen Lenkwinkel von 90° überführbar sind, was ebenfalls insbesondere beim Einparken oder Manövrieren in engen Verkehrssituationen vorteilhaft sein kann.
Die Aufgabe der Erfindung wird ferner gelöst durch ein Fahrzeugkonfigurationssystem umfassend eine Mehrzahl von aktiv lenkbaren mehrspurigen / mehrachsigen und jeweils ein Antriebsdrehmoment bereitstellenden Antriebsmodulen sowie eine Mehrzahl von Auflagemodulen, die jeweils auf einem ersten Antriebsmodul über ein erstes Drehverbindung und auf einem zweiten Antriebsmodul über ein zweites Drehverbindung jeweils drehbar gekoppelt auflegbar sind.
Der Vorteil, der sich hierdurch ergibt, ist insbesondere, dass eine Vielzahl von verschiedenen Kraftfahrzeugen durch insbesondere baugleiche Antriebsmodule zusammengestellt werden können, wobei die verschiedenen Kraftfahrzeuge jeweils über eine hohe Manövrierfähigkeit verfügen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
Es zeigt:

1 ein Antriebsmodul in einer ersten Ausführungsform in einer schematischen Darstellung,
2 ein Kraftfahrzeug mit zwei Antriebsmodulen und einem Auflagemodul in einer schematischen Darstellung,
3 ein Kraftfahrzeug mit drei Antriebsmodulen und einem Auflagemodul in einer schematischen Darstellung,
4 zwei Antriebsmodule eines Kraftfahrzeugs in einer zweiten Ausführungsform in einer schematischen Darstellung,
5 zwei Antriebsmodule eines Kraftfahrzeugs in einer dritten Ausführungsform in einer schematischen Darstellung,
6 ein Kraftfahrzeug mit zwei Antriebsmodulen bei einer Kurvenfahrt in einer schematischen Darstellung,
7 ein Fahrzeugkonfigurationssystem mit einer Mehrzahl an Antriebsmodulen und Auflagemodulen in einer schematischen Darstellung,
8 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Drehverbindung in einer schematischen Schnittansicht,
9 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Drehverbindung in einer schematischen Schnittansicht,
10 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Drehverbindung in einer schematischen Schnittansicht,
11 ein Kraftfahrzeug mit zwei Antriebsmodulen in einer beispielhaften Kurvenfahrt mit Darstellung der Fahrspuren und Lenkwinkel, und
12 ein Kraftfahrzeug mit drei Antriebsmodulen in einer beispielhaften Kurvenfahrt mit Darstellung der Fahrspuren und Lenkwinkel.

Die 1 zeigt ein autonom fahrendes, nicht schienengebundenes Kraftfahrzeug 1, umfassend ein aktiv lenkbares erstes mehrspuriges, mehrachsiges und ein erstes Antriebsdrehmoment bereitstellendes erstes Antriebsmodul 2 und ein aktiv lenkbares zweites mehrspuriges, mehrachsiges und ein zweites Antriebsdrehmoment bereitstellendes zweite Antriebsmodul 3.
Ferner besitzt das Kraftfahrzeug 1 ein Auflagemodul 4, das auf dem ersten Antriebsmodul 2 über eine erste Drehverbindung 5 und auf dem zweiten Antriebsmodul 3 über eine zweite Drehverbindung 6 jeweils drehbar gekoppelt aufliegt. Mögliche Ausführungsvarianten der Drehverbindungen 5,6 sind auch in den Detailansichten der 8-10 dargestellt.
Grundsätzlich sind derartige Drehverbindungen 5,6 aus dem Stand der Technik bekannt, so dass hierauf nicht näher eingegangen werden muss. Eine elektrische und/oder hydraulische und/oder pneumatische Kopplung eines Antriebsmoduls 2,3 mit einem Auflagemodul 4 kann, wie in der 8 skizziert, exzentrisch zur Drehverbindung 5,6 mittels entsprechender Leitungen 19 erfolgen oder aber auch koaxial zur Drehverbindung 5,6, wie es in der 9 gezeigt ist. Ferner ist es möglich, dass an dem Auflagemodul 4 und/oder einem Antriebsmodul 2,3 ein zur Drehverbindung 5,6 beabstandetes Kippschutzelement 20 angeordnet ist, dass ein Verkippen des Auflagemoduls 4 gegenüber einem Antriebsmodul 2,3 verhindert oder zumindest minimiert. Dies ist in der 10 abgebildet.
Zur Lenkung des Kraftfahrzeugs 1, können die Fahrzeugräder 21 der zwei Achsen 7,8 des ersten Antriebsmoduls 2 und die Fahrzeugräder 21 der zwei Achsen 9,10 des zweiten Antriebsmoduls 3 lenkbar ausgeführt sein, wodurch sich in Verbindung mit den Drehverbindungen 5,6 eine sehr gute Manövrierbarkeit des Kraftfahrzeugs ergibt. Dies ist exemplarisch in der 2 gezeigt.
Wie in der 3 dargestellt, kann das Kraftfahrzeug 1 auch ein aktiv lenkbares drittes mehrspuriges, mehrachsiges und ein drittes Antriebsdrehmoment bereitstellendes drittes Antriebsmodul 17 umfassen, wobei das Auflagemodul 4 auf dem dritten Antriebsmodul 17 über eine dritte Drehverbindung 18 drehbar gekoppelt aufliegt, beispielsweise wenn die Traglast von zwei Antriebsmodulen 2,3 nicht ausreicht, um allein das Gewicht eines Auflagemoduls 4 tragen zu können. Selbstverständlich können auch mehr als drei Antriebsmodule 2,3,17 verwendet werden, um ein Auflagemodul 4 zu tragen. Das Auflagemodul 4 kann beispielsweise eine Personenbeförderungskabine, ein Warencontainer oder ein Tieflader sein.
Zum Antrieb kann das erste Antriebsmodul 2 einen ersten elektrisch betreibbaren Antriebsstrang 11 und das zweite Antriebsmodul 3 einen zweiten elektrisch betreibbaren Antriebsstrang 12 aufweisen, was in der Ausführungsform der 4 gezeigt ist. Der erste elektrisch betreibbare Antriebsstrang 11 und der zweite elektrisch betreibbare Antriebsstrang 12 sind hierbei im Wesentlichen identisch ausgebildet. Die Fahrzeugräder 21 einer Achse 7,8 eines Antriebsmoduls 2,3,27 sind in dieser Ausführungsform mittels einer elektrischen Maschine 22 antreibbar. Jedes der Fahrzeugräder 21 besitzt einen separaten Lenkaktuator 13 und eine separate Bremseinrichtung 14, die von der Steuereinrichtung 15 des Antriebsmoduls 2,3 gesteuert werden. Auch hier ist gut zu erkennen, dass die Antriebsmodule 2,3 im Wesentlichen baugleich sind.
Um die Fahreigenschaften des Kraftfahrzeugs 1 bzw. eines Antriebsmoduls 2,3 weiter zu verbessern, können die Fahrzeugräder 21 einer Achse 7,8 eines Antriebsmoduls 2,3,17 auch jeweils mit einer elektrischen Maschine 22,23 antreibbar sein, so wie es in der 5 gezeigt ist.
Der Grad der Modularisierung des Kraftfahrzeugs 1 kann weiter verbessert werden, indem jeweils ein aktiv lenk- und antreibbares Fahrzeugrad 21, eine elektrische Maschine 22,23, ein Lenkaktuator 13 und eine Bremseinrichtung 14 ein Radmodul 24 bilden, so wie es beispielhaft in der 2 gezeigt ist. In diesem Ausführungsbeispiel der 2 besitzt ein Antriebsmodul 2,3 vier Radmodule 4, die über eine Steuereinrichtung 15 gesteuert werden. Durch derartige Radmodule 24 wird es u.a. auch ermöglicht, dass die Fahrzeugräder 21 beider Achsen 7,8 des ersten Antriebsmoduls 2 und die Fahrzeugräder 21 beider Achsen 9,10 des zweiten Antriebsmoduls 3 in einen Lenkwinkel von 90° überführbar sind, was die Manövrierbarkeit des Kraftfahrzeugs 1 weiter verbessert und beispielsweise ein seitwärtiges Einparken des Kraftfahrzeugs 1 erlaubt.
Die 6 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 mit zwei Antriebsmodulen in einer Kurvenfahrt. Man erkennt, dass durch die Lenkung aller Fahrzeugräder 21 an den Antriebsmodulen 2,3 in Verbindung mit den Drehverbindungen 5,6 sehr kleine Wendekreise realisierbar werden. So wäre es beispielsweise auch möglich, das Kraftfahrzeug 1 auf der Stelle kreiseln zu lassen, indem die Fahrzeugräder 21 beider Achsen 7,8 des ersten Antriebsmoduls 2 und die Fahrzeugräder 21 beider Achsen 9,10 des zweiten Antriebsmoduls 3 durch die Steuereinrichtung 15 gesteuert in einen Lenkwinkel zwischen 45°-60°, bevorzugt 50°-55°, höchst bevorzugt in etwa 53° überführt werden.
Mittels der Antriebsmodule 2,3,17 und der Auflagemodule 4 lässt sich insbesondere auch ein Fahrzeugkonfigurationssystem 30 realisieren, dass eine Mehrzahl von aktiv lenkbaren mehrspurigen, mehrachsigen und jeweils ein Antriebsdrehmoment bereitstellenden Antriebsmodulen 2,3,17, sowie eine Mehrzahl von Auflagemodulen 4, die jeweils auf einem ersten Antriebsmodul 2 über ein erstes Drehverbindung 5 und auf einem zweiten Antriebsmodul 3 über ein zweites Drehverbindung 6 jeweils drehbar gekoppelt auflegbar sind, umfasst. Wie aus der 7 ersichtlich, können hierdurch mit einer vorgegebenen Anzahl an Antriebsmodulen 2,3,17,16 verschiedene Auflagemodule 4 zu einem Kraftfahrzeug 1 kombiniert werden.
11 zeigt noch einmal die Fahrspuren und Lenkwinkel eines Kraftfahrzeugs 1 mit zwei Antriebsmodulen 2,3 bei einer Kurvenfahrt. Hierbei weisen alle in der Kurvenfahrt innenliegende Fahrzeugräder 21 einen Lenkwinkel von α_i und alle in der Kurvenfahrt außenliegende Fahrzeugräder 21 einen Lenkwinkel von α_a auf. Man erkennt, dass der Lenkwinkel α_i für alle in der Kurvenfahrt innenliegende Fahrzeugräder 21 der Antriebsmodule 2,3 identisch ist. Gleiches gilt für alle in der Kurvenfahrt außenliegende Fahrzeugräder 21, die dann entsprechend einen identischen Lenkwinkel α_a besitzen. Die Antriebsmodule 2,3 drehen sich dabei auch um die Drehverbindungen 5,6, was gut aus der 11 hervorgeht und erkennen lässt, dass der Radius r des Wendekreises des Kraftfahrzeugs 1 so sehr klein werden kann, so dass das Kraftfahrzeug 1 auch in engen Fahrumgebungen gut manövrierbar bleibt.
Die 12 zeigt schließlich die Fahrspuren und Lenkwinkel eines Kraftfahrzeugs 1 mit drei Antriebsmodulen 2,3,17 bei einer Kurvenfahrt. Hierbei sind die Lenkwinkel der beiden äußersten Lenkmodule 2,3 wie in der 11 bereits gezeigt und erläutert, eingestellt. In der Mitte der beiden Lenkmodule 2,3 stützt sich das Auflagemodul 4 drehbar auf dem dritten Antriebsmodul 17 über die dritte Drehverbindung 18 ab.
Die Lenkwinkel der bei der Kurvenfahrt an dem dritten Antriebmodul 17 befindlichen vier Fahrzeugräder 21 ergibt sich aus: $α_{m i} = s i n^{- 1} (\frac{l}{2 \sqrt{r^{2} + x^{2} {(\frac{L}{2})}^{2} - {(\frac{L}{2})}^{2}} - b})$
$α_{m a} = s i n^{- 1} (\frac{l}{2 \sqrt{r^{2} + x^{2} {(\frac{L}{2})}^{2} - {(\frac{L}{2})}^{2}} + b})$
Hierbei ist α_ma der Lenkwinkel der außenliegenden Fahrzeugräder 21 des dritten Antriebsmoduls 17 und α_mi der Lenkwinkel der innenliegenden Fahrzeugräder 21 des dritten Antriebsmoduls 17. Es versteht sich, dass die Steuereinrichtungen 15 der Antriebsmodule 2,3,17 so konfiguriert sind, dass sich die Lenkwinkel an den Antriebsmodulen 2,3,17 entsprechend den aufgezeigten mathematischen Zusammenhängen von den Steuereinrichtungen 15 durch eine entsprechende Software bei einer Kurvenfahrt des Kraftfahrzeugs 1 eingestellt werden. Die Steuereinrichtungen 15 der Antriebsmodule 2,3,17 können drahtlos oder kabelgebunden miteinander gekoppelt sein und so die hierzu notwendigen Betriebs- und/oder Steuerungsparameter austauschen.
Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
Bezugszeichenliste

1: Kraftfahrzeug
2: Antriebsmodul
3: Antriebsmodul
4: Auflagemodul
5: Drehverbindung
6: Drehverbindung
7: Achse
8: Achse
9: Achse
10: Achse
11: Antriebsstrang
12: Antriebsstrang
13: Lenkaktuator
14: Bremseinrichtung
15: Steuereinrichtung
16: Antriebsmodul
17: Antriebsmodul
18: Drehverbindung
19: Leitungen
20: Kippschutzelement
21: Fahrzeugräder
22: elektrische Maschine
23: elektrische Maschine
24: Radmodul
25: Drehverbindung
30: Fahrzeugkonfigurationssystem

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 1752295 U [0003]
DE 102019119074 A1 [0003]
US 20180129958 A [0003]

Claims

Autonom fahrendes, nicht schienengebundenes Kraftfahrzeug (1), umfassend • ein aktiv lenkbares erstes mehrspuriges, mehrachsiges und ein erstes Antriebsdrehmoment bereitstellendes erstes Antriebsmodul (2), • ein aktiv lenkbares zweites mehrspuriges, mehrachsiges und ein zweites Antriebsdrehmoment bereitstellendes zweite Antriebsmodul (3), sowie • ein Auflagemodul (4), das auf dem ersten Antriebsmodul (2) über eine erste Drehverbindung (5) und auf dem zweiten Antriebsmodul (3) über eine zweite Drehverbindung (6) jeweils drehbar gekoppelt aufliegt.
Kraftfahrzeug (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugräder (21) zweier Achsen (7,8) des ersten Antriebsmoduls (2) und/oder die Fahrzeugräder (21) zweier Achsen (9,10) des zweiten Antriebsmoduls (3) lenkbar ausgeführt sind.
Kraftfahrzeug (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Antriebsmodul (2) einen ersten elektrisch betreibbaren Antriebsstrang (11) und/oder das zweite Antriebsmodul (3) einen zweiten elektrisch betreibbaren Antriebsstrang (12) aufweisen/aufweist und der erste elektrisch betreibbare Antriebsstrang (11) und der zweite elektrisch betreibbare Antriebsstrang (12) im Wesentlichen identisch ausgebildet sind.
Kraftfahrzeug (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug (1) ein aktiv lenkbares drittes mehrspuriges, mehrachsiges und ein drittes Antriebsdrehmoment bereitstellendes drittes Antriebsmodul (17) umfasst, wobei das Auflagemodul (4) auf dem dritten Antriebsmodul (17) über eine dritte Drehverbindung (18) drehbar gekoppelt aufliegt.
Kraftfahrzeug (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Auflagemodul (4) eine Personenbeförderungskabine, ein Warencontainer oder ein Tieflader ist.
Kraftfahrzeug (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugräder (21) einer Achse (7,8) eines Antriebsmoduls (2,3,17) mittels einer elektrischen Maschine (22) antreibbar sind.
Kraftfahrzeug (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugräder (21) einer Achse (7,8) eines Antriebsmoduls (2,3,17) jeweils mit einer elektrischen Maschine (22,23) antreibbar sind.
Kraftfahrzeug (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein aktiv lenk- und antreibbares Fahrzeugrad (21), eine elektrische Maschine (22,23), ein Lenkaktuator (13) und eine Bremseinrichtung (14) ein Radmodul (24) bilden.
Kraftfahrzeug (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugräder (21) beider Achsen (7,8) des ersten Antriebsmoduls (2) und die Fahrzeugräder (21) beider Achsen (9,10) des zweiten Antriebsmoduls (3) in einen Lenkwinkel zwischen 45°-60°, bevorzugt 50°-55°, höchst bevorzugt in etwa 53° überführbar sind.
Kraftfahrzeug (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugräder (21) beider Achsen (7,8) des ersten Antriebsmoduls (2) und/oder die Fahrzeugräder (21) beider Achsen (9,10) des zweiten Antriebsmoduls (3) in einen Lenkwinkel von 90° überführbar sind.
Fahrzeugkonfigurationssystem (30) umfassend - eine Mehrzahl von aktiv lenkbaren mehrspurigen / mehrachsigen und jeweils ein Antriebsdrehmoment bereitstellenden Antriebsmodulen (2,3,17), sowie - eine Mehrzahl von Auflagemodulen (4), die jeweils auf einem ersten Antriebsmodul (2) über ein erstes Drehverbindung (5) und auf einem zweiten Antriebsmodul (3) über ein zweites Drehverbindung (6) jeweils drehbar gekoppelt auflegbar sind.