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Die vorliegende Erfindung betrifft ein geschütztes Fahrzeug und ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen geschützten Fahrzeugs.
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Geländegängige Fahrzeuge umfassen oftmals einen Allradantrieb, um einen bestmöglichen Vortrieb des Fahrzeugs auch im Gelände zu gewährleisten. Dabei können Rädern des Fahrzeugs Sensoren zum Erfassen einer Drehzahl und einer Radlast des jeweiligen Rads zugeordnet sein. Bei einem Überwinden von Bodenunebenheiten kann anhand von Sensorwerten dieser Sensoren ermittelt werden, ob das jeweilige Rad Kontakt mit einem Untergrund, auf dem sich das Fahrzeug fortbewegt, aufweist oder nicht. Fährt das Fahrzeug langsam, beispielsweise im Schritttempo, durch ein Gelände, so können die Räder entsprechend den Sensorwerten angesteuert werden.
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Weist das Fahrzeug einzeln angetriebene Räder auf, die nicht über ein gemeinsames Getriebe miteinander gekoppelt sind, kann es bei hohen Geschwindigkeiten des Fahrzeugs und bei einem Überwinden von Bodenunebenheiten, beispielsweise in Form von unmittelbar hintereinander angeordneten Bodenwellen, dazu kommen, dass Regelungsprobleme dahingehend auftreten können, dass einzelne Räder bei einem Verlust des Kontakts mit dem Untergrund von einer Regel- und Steuereinrichtung des Fahrzeugs zunächst kurz abgebremst und bei einem Auftreffen auf den Untergrund nach einer Bodenunebenheit zwangsweise durch sich das mit unveränderter Geschwindigkeit fortbewegende Fahrzeug wieder beschleunigt werden. Dies führt zu einem unerwünschten leichten Abbremsen des Fahrzeugs und damit zu einer Verschlechterung der Fahreigenschaften. Dies gilt es zu vermeiden.
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Vor diesem Hintergrund besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein verbessertes geschütztes Fahrzeug zur Verfügung zu stellen.
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Demgemäß wird ein geschütztes Fahrzeug, insbesondere ein Hybridfahrzeug, vorgeschlagen. Das geschützte Fahrzeug umfasst mehrere Räder, mehrere Radnabenmotoren zum Antreiben der Räder, wobei jedem Rad ein Radnabenmotor zugeordnet ist, mehrere Sensoren zum Erfassen von Radlasten und Drehzahlen der Räder und eine Regel- und Steuereinrichtung zum Ansteuern der Radnabenmotoren basierend auf Sensorsignalen der Sensoren, wobei die Regel- und Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, ein in einer Fahrtrichtung des geschützten Fahrzeugs vorderstes Rad der Räder antriebslos zu schalten, so dass das vorderste Rad mitsamt seiner Sensoren als freilaufendes Spürrad zum Erkennen von Bodenunebenheiten fungiert.
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Dadurch, dass das vorderste Rad als Spürrad fungiert, ist es möglich, die Bodenunebenheiten zu erkennen und die Radnabenmotoren der dem vordersten Rad in der Fahrtrichtung des geschützten Fahrzeugs folgenden Räder in geeigneter Art und Weise anzusteuern, so dass das geschützte Fahrzeug die Bodenunebenheiten ohne das zuvor erwähnte unerwünschte kurzeitige Abbremsen einzelner Räder überwinden kann.
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Das geschützte Fahrzeug kann ein militärisches Fahrzeug, insbesondere ein militärisches Nutzfahrzeug, sein. Das geschützte Fahrzeug kann daher auch als Militärfahrzeug oder als Militärnutzfahrzeug bezeichnet werden. Das geschützte Fahrzeug ist insbesondere ein gepanzertes Transportfahrzeug. Das geschützte Fahrzeug umfasst eine geschützte Fahrgastzelle oder Fahrzeugzelle. Die Fahrzeugzelle ist gegen Beschuss, Sprengfallen, unkonventionelle Spreng- oder Brandvorrichtungen (USBV, Engl.: Improvised Explosive Devices, IED), Minen oder dergleichen geschützt. Die Fahrzeugzelle kann eine Fahrzeugwanne sein oder daher auch als solche bezeichnet werden. Vorzugsweise weist das geschützte Fahrzeug eine Einzelradaufhängung auf. Mit anderen Worten ist jedem Rad eine Einzelaufhängung zugeordnet. Die Einzelradaufhängungen sind an die Fahrzeugzelle, insbesondere an ein Chassis des geschützten Fahrzeugs, angekoppelt. Das geschützte Fahrzeug kann bewaffnet sein.
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Das geschützte Fahrzeug ist ein Radfahrzeug. Das geschützte Fahrzeug umfasst mehrere Radachsen, an denen die Räder vorgesehen sind. Jeder Radachse sind zwei Einzelradaufhängungen zugeordnet. Das geschützte Fahrzeug weist somit bevorzugt keine Starrachse auf. Die Anzahl der Räder ist beliebig. Beispielsweise können vier, sechs oder acht Räder vorgesehen sein. Jeder Radachse sind zwei Räder zugeordnet. Vorzugsweise weist das geschützte Fahrzeug vier Radachsen und damit acht Räder auf. Vorzugsweise umfasst das geschützte Fahrzeug einen Allradantrieb. Das heißt, alle Radachsen sind angetrieben. Zumindest ein Teil der Räder ist lenkbar. Vorzugsweise sind zumindest zwei vordere Radachsen des geschützten Fahrzeugs lenkbar. Besonders bevorzugt sind jedoch alle Radachsen und damit alle Räder lenkbar.
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Das geschützte Fahrzeug kann einen Verbrennungsmotor aufweisen. Mit Hilfe des Verbrennungsmotors können die Räder oder zumindest einige der Räder angetrieben werden. Der Verbrennungsmotor kann ein Dieselmotor sein. Das geschützte Fahrzeug ist bevorzugt ein Hybridfahrzeug und kann daher auch als solches, insbesondere als geschütztes Hybridfahrzeug, bezeichnet werden. Demgemäß sind die Begriffe „Fahrzeug“ und „Hybridfahrzeug“ beliebig gegeneinander tauschbar. Das geschützte Fahrzeug umfasst mehrere Elektromotoren, insbesondere in Form der Radnabenmotoren. Der Verbrennungsmotor kann genutzt werden, um einen Generator anzutreiben, der die Radnabenmotoren mit elektrischer Energie versorgt. Der Verbrennungsmotor kann die Räder somit mittelbar oder indirekt über den Generator und die Radnabenmotoren antreiben.
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Dem geschützten Fahrzeug ist ein Koordinatensystem mit einer Längenrichtung oder x-Richtung, einer Hochrichtung oder y-Richtung und einer Tiefenrichtung oder z-Richtung zugeordnet. Die Richtungen sind senkrecht zueinander orientiert. Eine Schwerkraftrichtung kann im Wesentlichen entgegen der y-Richtung orientiert sein. Das geschützte Fahrzeug kann sich entlang einer Fahrtrichtung und entgegen der Fahrtrichtung auf einem Untergrund fortbewegen, der die Bodenunebenheiten aufweist. Die Fahrtrichtung kann entlang der x-Richtung orientiert sein. Der Untergrund kann eine Fahrbahn oder ein beliebiges Gelände sein.
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Jedem Rad sind mehrere Sensoren zugeordnet. Insbesondere sind jedem Rad ein Radlastsensor zum Erfassen der jeweiligen Radlast und ein Drehzahlsensor zum Erfassen der jeweiligen Drehzahl zugeordnet. Der Radlastsensor kann beispielsweise Teil eines Stoßdämpfers des jeweiligen Rads sein. Der Stoßdämpfer kann Teil der dem jeweiligen Rad zugeordneten Einzelradaufhängung sein. Der Drehzahlsensor kann Teil des dem jeweiligen Rad zugeordneten Radnabenmotors sein.
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Die Regel- und Steuereinrichtung kann Teil einer Fahrzeugsteuerung des geschützten Fahrzeugs sein. Beispielsweise kann die Regel- und Steuereinrichtung ein in der Fahrzeugsteuerung hinterlegtes Computerprogramm sein. Die Regel- und Steuereinrichtung kann eine Recheneinheit und/oder eine Speichereinheit umfassen. Die Regel- und Steuereinrichtung ist dazu geeignet, die Radnabenmotoren anzusteuern, insbesondere zu bestromen. Mit Hilfe der Regel- und Steuereinrichtung kann beispielsweise ein auf das jeweilige Rad wirkendes Antriebsmoment verändert werden. Insbesondere werden die Radnabenmotoren von dem vordersten Rad in der Fahrtrichtung des geschützten Fahrzeugs folgenden Rädern basierend auf den Sensorsignalen des vordersten Rads geregelt oder angesteuert. Es erfolgt somit insbesondere eine radlastabhängige und/oder drehzahlabhängige Antriebsmomentsteuerung.
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Dass die Regel- und Steuereinrichtung „dazu eingerichtet“ ist, das vorderste Rad antriebslos zu schalten, ist insbesondere so zu verstehen, dass die Regel- und Steuereinrichtung den Radnabenmotor des vordersten Rads abschaltet. Dabei blockiert der Radnabenmotor das vorderste Rad jedoch nicht, sondern das vorderste Rad ist frei drehbar. „Antriebslos“ heißt demgemäß vorliegend insbesondere, dass der dem vordersten Rad zugeordnete Radnabenmotor kein Antriebsmoment auf das vorderste Rad aufbringt und dass das vorderste Rad frei drehbar ist. Vorzugsweise umfasst das Fahrzeug zwei vorderste Räder, die an einer gemeinsamen vordersten Radachse vorgesehen sind. Dabei ist es ausreichend, dass eines der vordersten Räder antriebslos geschaltet wird. Besonders bevorzugt werden jedoch beide vordersten Räder der vordersten Radachse antriebslos geschaltet. „Freilaufend“ heißt insbesondere, dass das entsprechende Rad nicht angetrieben wird, sich jedoch frei drehen kann.
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Unter einem „Spürrad“ oder „Sensorrad“ ist vorliegend zu verstehen, dass das vorderste Rad die Bodenunebenheiten erkennen, aufspüren oder sensieren kann. Dies erfolgt mit Hilfe des jeweiligen Radlastsensors und des Drehzahlsensors des vordersten Rads. Beispielsweise federt das vorderste Rad an den Bodenunebenheiten ein oder aus. Eine Veränderung der Radlast und/oder der Drehzahl des vordersten Rads nutzt die Regel- und Steuereinrichtung zum Erfassen oder Erkennen der Bodenunebenheiten und steuert die Radnabenmotoren der dem vordersten Rad folgenden Räder zum Überwinden der Bodenunebenheiten an. Beispielsweise beschleunigt die Regel- und Steuereinrichtung die dem vordersten Rad folgenden Räder oder bremst diese bereits vor dem Erreichen der Bodenunebenheiten ab. Insbesondere schaltet die Regel- und Steuereinrichtung das geschützte Fahrzeug von einem Normalbetrieb in einen Spürbetrieb, um die Bodenunebenheiten zu erkennen. In dem Spürbetrieb ist im Vergleich zum Normalbetrieb das vorderste Rad beziehungsweise die vorderste Radachse antriebslos geschaltet.
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Insbesondere ist mit Hilfe des als Spürrad fungierenden vordersten Rads eine Bodenbeschaffenheit oder Beschaffenheit des Untergrunds erkennbar oder sensierbar. Die Begriffe „Bodenbeschaffenheit“ und „Bodenunebenheiten“ sind daher beliebig gegeneinander tauschbar. Das vorderste Rad mitsamt seiner Sensoren kann somit als freilaufendes Spürrad zum Erkennen einer Bodenbeschaffenheit oder Beschaffenheit des Untergrunds fungieren. Insbesondere kann ein Oberflächenprofil des Untergrunds erfasst oder erkannt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Regel- und Steuereinrichtung dazu eingerichtet, Radnabenmotoren von dem vordersten Rad in der Fahrtrichtung folgenden Rädern basierend auf Sensorsignalen der Sensoren des vordersten Rad derart anzusteuern, dass die folgenden Räder die Bodenunebenheiten ohne eine Reduzierung einer Winkelgeschwindigkeit derselben überwinden.
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Vorzugsweise wird die Winkelgeschwindigkeit während des Überwindens der Bodenunebenheiten konstant gehalten. Dies wird durch eine geeignete Ansteuerung des jeweiligen Radnabenmotors mit Hilfe der Regel- und Steuereinrichtung erzielt. Insbesondere kann die Winkelgeschwindigkeit bei dem Überwinden der Bodenunebenheiten auch leicht erhöht werden. Die Regel- und Steuereinrichtung verhindert jedoch, dass sich die Winkelgeschwindigkeit vor dem Auftreffen des jeweiligen folgenden Rads auf den Untergrund reduziert. Hierdurch wird zuverlässig das einleitend erwähnte unerwünschte Abbremsen des geschützten Fahrzeugs beziehungsweise einzelner Räder verhindert.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Regel- und Steuereinrichtung dazu eingerichtet, zwei vorderste Räder einer gemeinsamen vordersten Radachse des geschützten Fahrzeugs antriebslos zu schalten, so dass die vorderste Radachse als freilaufende Spürachse zum Erkennen der Bodenunebenheiten fungiert.
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Wie zuvor erwähnt, weist das geschützte Fahrzeug eine Einzelradaufhängung auf. Der Begriff „Radachse“ ist vorliegend demgemäß nicht im Sinne einer Starrachse, sondern als Drehachse für die beiden vordersten Räder zu verstehen.
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Der Begriff „Spürachse“ kann durch den Begriff „Sensorachse“ ersetzt werden. Die vorderste Radachse kann somit mit Hilfe der Regel- und Steuereinrichtung antriebslos geschaltet werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Regel- und Steuereinrichtung dazu eingerichtet, bis auf eine der vordersten Radachse in der Fahrtrichtung folgende Radachse sämtliche Räder der folgenden Radachse antriebslos zu schalten.
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Beispielsweise wird in diesem Fall lediglich eine letzte Radachse des geschützten Fahrzeugs angetrieben. Insbesondere werden im Betrieb des Fahrzeugs bei höheren Fahrgeschwindigkeiten und auf ebenem Gelände möglichst viele Radachsen antriebslos geschaltet. Dies führt zu einer Energieersparnis und damit einer Reichweitenverlängerung des geschützten Fahrzeugs. Grundsätzlich ist es dabei ausreichend, wenn nur eines der Räder angetrieben wird. Besonders bevorzugt werden jedoch zumindest zwei Räder einer gemeinsamen Radachse angetrieben.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Regel- und Steuereinrichtung dazu eingerichtet, anhand eines in der Regel- und Steuereinrichtung hinterlegten Achsabstands zwischen dem vordersten Rad und dem jeweiligen folgenden Rad sowie einer Fahrgeschwindigkeit des geschützten Fahrzeugs zu errechnen, zu welchem Zeitpunkt das jeweilige folgende Rad die Bodenunebenheiten erreicht.
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Insbesondere ist in der Regel- und Steuereinrichtung ein Achsabstand zwischen einer ersten oder vordersten Radachse, die als Spürachse fungiert, einer zweiten Radachse, einer dritten Radachse und einer vierten oder letzten Radachse hinterlegt. Die Regel- und Steuereinrichtung kann somit errechnen, wann das jeweilige Rad die Bodenunebenheiten erreicht und den entsprechenden Radnabenmotor des betreffenden Rads in geeigneter Art und Weise ansteuern, so dass sich die Winkelgeschwindigkeit des Rads beim Überwinden der Bodenunebenheiten möglichst nicht ändert, wodurch das unerwünschte Abbremsen des geschützten Fahrzeugs vermieden wird.
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Ferner wird ein Verfahren zum Betreiben eines geschützten Fahrzeugs, insbesondere eines Hybridfahrzeugs, vorgeschlagen, wobei das geschützte Fahrzeug mehrere Räder, mehrere Radnabenmotoren zum Antreiben der Räder, wobei jedem Rad ein Radnabenmotor zugeordnet ist, mehrere Sensoren zum Erfassen von Radlasten und Drehzahlen der Räder und eine Regel- und Steuereinrichtung zum Ansteuern der Radnabenmotoren basierend auf Sensorsignalen der Sensoren aufweist. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: a) antriebslos Schalten eines in einer Fahrtrichtung des geschützten Fahrzeugs vordersten Rads der Räder mit Hilfe der Regel- und Steuereinrichtung, und b) Erkennen von Bodenunebenheiten mit Hilfe des vordersten Rads und seiner Sensoren, wobei das vorderste Rad mitsamt seiner Sensoren als freilaufendes Spürrad fungiert.
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Vorzugsweise werden die Schritte a) und b) aufeinanderfolgend durchgeführt. Während des Schritts a) wird der dem vordersten Rad zugeordnete Radnabenmotor mit Hilfe der Regel- und Steuereinrichtung abgeschaltet. Das vorderste Rad kann sich nun frei drehen. Insbesondere werden beide vordersten Räder der vordersten Radachse des geschützten Fahrzeugs während des Schritts a) abgeschaltet. Das Erkennen der Bodenunebenheiten während des Schritts b) erfolgt dadurch, dass die Sensoren des vordersten Rads eine Veränderung der Radlast und/oder der Drehzahl des vordersten Rads detektieren, was einen Rückschluss darauf erlaubt, ob das vorderste Rad einen Kontakt mit dem Untergrund aufweist oder nicht.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner einen Schritt c) eines Ansteuerns von Radnabenmotoren von dem vordersten Rad in der Fahrtrichtung folgenden Rädern basierend auf Sensorsignalen der Sensoren des vordersten Rads derart, dass die Bodenunebenheiten von den folgenden Rädern ohne eine Reduzierung einer Winkelgeschwindigkeit derselben überwunden werden.
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Wie zuvor erwähnt, sinkt die Winkelgeschwindigkeit der dem vordersten Rad folgenden Räder nicht unter eine Winkelgeschwindigkeit, welche die folgenden Räder vor Erreichen der Bodenunebenheiten aufweisen. Bei dem Überwinden der Bodenunebenheiten werden die Radnabenmotoren der folgenden Räder demgemäß derart angesteuert, dass sich die Winkelgeschwindigkeit der folgenden Räder nicht reduziert oder alternativ geringfügig erhöht. Beispielsweise können die Radnabenmotoren der folgenden Räder bei einem Erreichen der Bodenunebenheiten kurz abgeschaltet werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird während des Schritts c) anhand eines in der Regel- und Steuereinrichtung hinterlegten Achsabstands zwischen dem vordersten Rad und dem jeweiligen folgenden Rad sowie einer Fahrgeschwindigkeit des geschützten Fahrzeugs errechnet, zu welchem Zeitpunkt das jeweilige folgende Rad die Bodenunebenheiten erreicht.
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Die Regel- und Steuereinrichtung kann hierzu eine wie zuvor erwähnte Recheneinheit aufweisen. Ferner kann ein geeignetes Programm in der Regel- und Steuereinrichtung hinterlegt sein. Sobald das jeweilige folgende Rad die Bodenunebenheiten zu dem errechneten Zeitpunkt erreicht, wird der entsprechende Radnabenmotor von der Regel- und Steuereinrichtung in geeigneter Art und Weise angesteuert, um die Bodenunebenheiten störungsfrei zu überwinden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird während des Schritts c) der jeweilige Radnabenmotor des jeweiligen folgenden Rads unmittelbar vor oder bei einem Erreichen der Bodenunebenheiten derart angesteuert, dass die Bodenunebenheiten von dem jeweiligen folgenden Rad ohne eine Reduzierung seiner Winkelgeschwindigkeit überwunden werden.
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Das jeweilige folgende Rad kann somit unmittelbar bevor oder während es den Kontakt mit dem Untergrund verliert, von der Regel- und Steuereinrichtung über den entsprechenden Radnabenmotor angesteuert und dabei beschleunigt oder abgebremst werden. Bevor das Rad den Untergrund wieder kontaktiert, wird dessen Winkelgeschwindigkeit jedoch derart verändert, dass die Winkelgeschwindigkeit zumindest wieder einen Wert annimmt, den die Winkelgeschwindigkeit unmittelbar vor dem Verlust des Kontakts des Rads mit dem Untergrund aufwies. „Unmittelbar“ kann in diesem Zusammenhang einen Zeitraum von wenigen Millisekunden bis zu wenigen Sekunden umfassen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird während des Schritts c) ein auf das jeweilige folgende Rad wirkendes Antriebsmoment unmittelbar vor oder bei dem Erreichen der Bodenunebenheiten reduziert.
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Sobald das jeweilige folgende Rad wieder Kontakt mit dem Untergrund aufweist, wird das entsprechende Antriebsmoment durch eine geeignete Ansteuerung des dem jeweiligen folgenden Rads zugeordneten Radnabenmotors mit Hilfe der Regel- und Steuereinrichtung wieder auf das Rad aufgebracht.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden während des Schritts a) zwei vorderste Räder einer gemeinsamen vordersten Radachse antriebslos geschaltet, so dass die vorderste Radachse als Spürachse fungiert.
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Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, nur eines der vordersten Räder antriebslos zu schalten. Besonders bevorzugt werden jedoch beide vordersten Räder der vordersten Radachse gemeinsam antriebslos geschaltet. Mit Hilfe der als Spürachse oder Sensorachse fungierenden vordersten Radachse können somit die Bodenunebenheiten erkannt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden während des Schritts a) bis auf eine der vordersten Radachse in der Fahrtrichtung folgende Radachse sämtliche Räder der folgenden Radachsen antriebslos geschaltet.
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In diesem Fall ist bevorzugt nur eine Radachse angetrieben. Beispielsweise kann die letzte oder hinterste Radachse des geschützten Fahrzeugs angetrieben werden. Das Abschalten sämtlicher Radachsen bis auf nur eine Radachse wird vorzugsweise bei höheren Geschwindigkeiten des Fahrzeugs in ebenem Gelände durchgeführt. Hierdurch kann eine Energieersparnis erzielt werden, welche zu einer Reichweitenerhöhung des geschützten Fahrzeugs führt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird während des Schritts b) das vorderste Rad eingefedert und/oder ausgefedert, wobei das vorderste Rad einen Kontakt mit einem Untergrund, der die Bodenunebenheiten aufweist, verliert.
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Beispielsweise federt das vorderste Rad bei einem Überwinden von Geröll oder dergleichen ein. Demgemäß kann das vorderste Rad ausfedern, wenn dieses beispielsweise durch eine Bodenunebenheit in Form einer Vertiefung, insbesondere in Form eines Schlaglochs, fährt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden während des Schritts b) die Bodenunebenheiten von der Regel- und Steuereinrichtung anhand einer Veränderung einer Radlast und/oder einer Drehzahl des vordersten Rads erkannt.
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Hierzu sind dem vordersten Rad, wie zuvor erwähnt, ein Radlastsensor und ein Drehzahlsensor zugeordnet. Der Radlastsensor ermittelt, ob auf dem vordersten Rad ausreichend Radlast aufliegt, um das vorderste Rad derart anzutreiben, dass es sich über den Untergrund fortbewegt. Mit Hilfe des Drehzahlsensors kann erfasst werden, ob das vorderste Rad beschleunigt oder abbremst.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Verfahren nur ab einer vorbestimmten Fahrgeschwindigkeit des geschützten Fahrzeugs durchgeführt.
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Beispielsweise wird das Verfahren bei einer Schrittgeschwindigkeit des geschützten Fahrzeugs nicht durchgeführt. Insbesondere kann das Verfahren beispielsweise auch nur bei bestimmten Oberflächenbeschaffenheiten des Untergrunds eingesetzt werden. Die Regel- und Steuereinrichtung kann dazu eingerichtet sein, das Verfahren selbstständig durchzuführen, sobald eine das Verfahren erfordernde Oberflächenbeschaffenheit des Untergrunds erkannt wird. Ferner kann das Verfahren auch manuell von einem Mitglied einer Besatzung des geschützten Fahrzeugs gestartet werden.
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Die für das vorgeschlagene geschützte Fahrzeug beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale gelten für das vorgeschlagene Verfahren entsprechend und umgekehrt.
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„Ein“ ist vorliegend nicht zwingend als beschränkend auf genau ein Element zu verstehen. Vielmehr können auch mehrere Elemente, wie beispielsweise zwei, drei oder mehr, vorgesehen sein. Auch jedes andere hier verwendete Zählwort ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Beschränkung auf genau die genannte Anzahl von Elementen gegeben ist. Vielmehr sind zahlenmäßige Abweichungen nach oben und nach unten möglich, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
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Weitere mögliche Implementierungen des geschützten Fahrzeugs und/oder des Verfahrens umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform des geschützten Fahrzeugs und/oder des Verfahrens hinzufügen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte des geschützten Fahrzeugs und/oder des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele des geschützten Fahrzeugs und/oder des Verfahrens. Im Weiteren werden das geschützte Fahrzeug und/oder das Verfahren anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
- 1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform eines geschützten Fahrzeugs;
- 2 zeigt eine schematische Aufsicht des geschützten Fahrzeugs gemäß 1;
- 3 zeigt schematische Seitenansichten einer Ausführungsform eines Rads eines weiteren Fahrzeugs;
- 4 zeigt schematische Seitenansichten einer Ausführungsform eines Rads für das geschützte Fahrzeug gemäß 1;
- 5 zeigt eine weitere schematische Seitenansicht des geschützten Fahrzeugs gemäß 1;
- 6 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben des geschützten Fahrzeugs gemäß 1.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist.
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Die 1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform eines geschützten Fahrzeugs 1. Die 2 zeigt eine schematische Aufsicht des geschützten Fahrzeugs 1. Nachfolgend wird auf die 1 und 2 gleichzeitig Bezug genommen.
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Das geschützte Fahrzeug 1 wird nachfolgend lediglich als Fahrzeug bezeichnet. Das Fahrzeug 1 kann ein militärisches Fahrzeug, insbesondere ein militärisches Nutzfahrzeug, sein. Das Fahrzeug 1 kann daher auch als Militärfahrzeug oder als Militärnutzfahrzeug bezeichnet werden. Insbesondere ist das Fahrzeug 1 ein gepanzertes Transportfahrzeug. Das Fahrzeug 1 umfasst eine geschützte Fahrgastzelle oder Fahrzeugzelle 2. Die Fahrzeugzelle 2 ist gegen Beschuss, Sprengfallen, unkonventionelle Spreng- oder Brandvorrichtungen (USBV, Engl.: Improvised Explosive Devices, IED), Minen oder dergleichen geschützt. Die Fahrzeugzelle 2 kann eine Fahrzeugwanne sein und daher auch als solche bezeichnet werden. Die Begriffe „Fahrzeugzelle“ und „Fahrzeugwanne“ sind daher beliebig gegeneinander tauschbar. Das Fahrzeug 1 kann bewaffnet sein.
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Die Fahrzeugzelle 2 ist gepanzert. Die Fahrzeugzelle 2 umschließt einen Innenraum 3, in dem sich eine Besatzung des Fahrzeugs 1 aufhalten kann. Der Innenraum 3 ist über nicht gezeigte Türen und/oder Luken von einer Umgebung 4 des Fahrzeugs 1 her zugänglich. Der Innenraum 3 kann in mehrere Abschnitte oder Räume unterteilt sein, die voneinander getrennt sein können. Beispielsweise kann der Innenraum 3 in einen Maschinenraum, einen Besatzungsraum und/oder in einen Fahrzeugführerraum unterteilt sein. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich.
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Die Fahrzeugzelle 2 kann ferner zumindest teilweise oder vollständig modular ausgetauscht werden. In diesem Fall kann das Fahrzeug 1 unterschiedliche Missionsmodule aufweisen, die beliebig austauschbar sind. Als Beispiel für ein derartiges Missionsmodul kann ein Sanitätsmodul genannt werden. Dieser zuvor erläuterte modulare Aufbau ist jedoch beliebig.
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Das Fahrzeug 1 kann ein Radfahrzeug sein. Das Fahrzeug 1 umfasst mehrere Radachsen 5, 6, 7, 8, an denen Räder 9, 10, 11, 12 vorgesehen sind. Unter einer „Radachse“ ist vorliegend eine Achse zu verstehen, um die sich das jeweilige Rad 9, 10, 11, 12 dreht. Jedes Rad 9, 10, 11, 12 weist bevorzugt eine Einzelradaufhängung und keine Starrachse auf. In diesem Fall sind jeder Radachse 5, 6, 7, 8 zwei Einzelradaufhängungen zugeordnet. Eine Starrachse ist jedoch nicht ausgeschlossen. Beispielsweise sind vier Radachsen 5, 6, 7, 8 mit acht Rädern 9, 10, 11, 12 vorgesehen. Die Anzahl der Radachsen 5, 6, 7, 8 ist grundsätzlich beliebig. Beispielsweise können vier Radachsen 5, 6, 7, 8 oder drei Radachsen 5, 6, 7, 8 vorgesehen sein.
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Insbesondere können eine vorderste oder erste Radachse 5, eine zweite Radachse 6, eine dritte Radachse 7 und eine vierte oder letzte Radachse 8 vorgesehen sein. Die zweite Radachse 6 ist entlang einer x-Richtung x betrachtet um einen Achsabstand a1 von der ersten Radachse 5 beabstandet angeordnet. Die dritte Radachse 7 ist entlang der x-Richtung x betrachtet um einen Achsabstand a2 von der ersten Radachse 5 beabstandet angeordnet. Die vierte Radachse 8 ist entlang der x-Richtung x betrachtet um einen Achsabstand a3 von der ersten Radachse 5 beabstandet angeordnet.
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Jeder Radachse 5, 6, 7, 8 sind zwei Räder 9, 10, 11, 12 zugeordnet. Nachfolgend wird davon ausgegangen, dass vier Radachsen 5, 6, 7, 8 mit insgesamt acht Rädern 9, 10, 11, 12 vorgesehen sind. Zumindest die Räder 9, 10 sind lenkbar. Bevorzugt sind jedoch alle Räder 9, 10, 11, 12 lenkbar. Vorzugsweise umfasst das Fahrzeug 1 einen Allradantrieb. Das heißt, alle Radachsen 5, 6, 7, 8 sind angetrieben.
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Das Fahrzeug 1 kann einen Verbrennungsmotor 13 aufweisen. Mit Hilfe des Verbrennungsmotors 13 können die Räder 9, 10, 11, 12 oder zumindest einige der Räder 9, 10, 11, 12 angetrieben werden. Der Verbrennungsmotor 13 kann ein Dieselmotor sein. Das Fahrzeug 1 ist ein Hybridfahrzeug und kann daher auch als solches, insbesondere als geschütztes Hybridfahrzeug, bezeichnet werden. Das heißt, dass das Fahrzeug 1 zumindest einen Elektromotor, insbesondere in Form eines Radnabenmotors 14, 15, 16, 17, umfasst.
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Bevorzugt ist jedem Rad 9, 10, 11, 12 ein Radnabenmotor 14, 15, 16, 17 zugeordnet. Die Radnabenmotoren 14, 15, 16, 17 sind Elektromotoren. Die Radnabenmotoren 14, 15, 16, 17 können daher auch als Radnabenelektromotoren bezeichnet werden. Der Verbrennungsmotor 13 kann genutzt werden, um einen Generator anzutreiben, der die Radnabenmotoren 14, 15, 16, 17 mit elektrischer Energie versorgt. Der Verbrennungsmotor 13 kann die Räder 9, 10, 11, 12 somit mittelbar oder indirekt über den Generator und die Radnabenmotoren 14, 15, 16, 17 antreiben.
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Dem Fahrzeug 1 ist ein Koordinatensystem mit einer Längenrichtung oder wie zuvor erwähnten x-Richtung x, einer Hochrichtung oder y-Richtung y und einer Tiefenrichtung oder z-Richtung z zugeordnet. Die Richtungen x, y, z sind senkrecht zueinander orientiert. Eine Schwerkraftrichtung g kann im Wesentlichen entgegen der y-Richtung y orientiert sein. Das Fahrzeug 1 kann sich entlang einer Fahrtrichtung F und entgegen der Fahrtrichtung F auf einem Boden oder Untergrund 18 fortbewegen. Die Fahrtrichtung F kann entlang der x-Richtung x orientiert sein. Der Untergrund 18 kann eine Fahrbahn oder ein beliebiges Gelände sein.
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Die 3 zeigt ein Rad 19 eines nicht dargestellten weiteren betriebsintern bekannten Fahrzeugs ohne Radnabenmotoren 14, 15, 16, 17.
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Das Rad 19 rollt auf dem Untergrund 18 ab. Der Untergrund 18 weist eine Bodenunebenheit 20, beispielsweise in Form einer Bodenwelle, eines Schlaglochs oder dergleichen, auf. Das Fahrzeug, das insbesondere ein Geländefahrzeug ist, ist stets bemüht, eine maximale Traktion zu haben, um bestmöglichen Vortrieb zu gewährleisten. Über eine Sensorik ermittelt das Fahrzeug, ob genug Reibung an dem Rad 19 vorhanden ist, um so ein Antriebsmoment zu übertragen. Mit anderen Worten ermittelt die Sensorik, ob der Reibwert an dem Rad 19 hoch genug ist.
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Über einen Sensor, der beispielsweise in oder an einem Stoßdämpfer des Rads 19 vorgesehen ist, wird ein Druck gemessen, welcher durch die Berührung des Rads 19 mit dem Untergrund 18 entsteht. Hierdurch kann ein Steuersystem eine aktuelle Radlast erfassen und so dementsprechend ermitteln, welches Antriebsmoment von dem Rad 19 übertragen werden kann.
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Ein Extrembeispiel zeigt jedoch, dass das Erfassen der Radlast allein nicht ausreicht. Beispielsweise ist dies der Fall, wenn sich das Rad 19 mit maximaler Radlast beispielsweise auf Eis befindet. Hier ist die Übertragung eines Antriebsmoments nicht möglich, obwohl die Radlast vorhanden ist. Als Kontrollsensor wird daher noch ein Drehzahlsensor zum Erfassen einer Drehzahl des Rads 19 benötigt. Erst wenn die Drehzahl und die Radlast plausible Werte ergeben, kann ein Antriebsmoment übertragen werden. Fährt nun das Fahrzeug langsam, beispielsweise im Schritttempo, durch ein Gelände, so kann das jeweilige Rad 19 entsprechend Sensorwerten der Sensorik angesteuert werden. Auch bei höheren Geschwindigkeit ist die Regelung noch ausreichend.
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Bei sehr hohen Geschwindigkeiten ergibt sich vor allem für das zuvor erwähnte Fahrzeug 1 gemäß den 1 und 2 mit den einzeln angetriebenen Rädern 9, 10, 11, 12 jedoch ein einem speziellen Fall ein nachfolgend erläutertes Problem. Die Kombination aus einzeln angetriebenen Rädern 9, 10, 11, 12, wobei jedem Rad 9, 10, 11, 12 ein Radnabenmotor 14, 15, 16, 17 zugeordnet ist, und schnell aufeinanderfolgenden Bodenunebenheiten 20, beispielsweise in Form von Bodenwellen, insbesondere in Form eines sogenannten sinnbildlichen Waschbretts, kann zu Regelungsproblemen führen.
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Bei betriebsintern bekannten Fahrzeugen mit einem starren Allradantrieb hingegen haben alle Räder 19 stets eine gleiche Winkelgeschwindigkeit ω0. Das heißt, wenn sich das Fahrzeug mit nahezu konstanter Geschwindigkeit fortbewegt, dann drehen sich die Räder 19 mit gleicher Winkelgeschwindigkeit ω0, unabhängig davon, ob das jeweilige Rad 19 in der Luft hängt oder nicht.
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Wenn also ein Rad 19 mit der Geschwindigkeit des Fahrzeugs kurzzeitig im Bereich der Bodenunebenheit 20 die Bodenhaftung verliert, dann trifft das Rad 19 auch wieder mit der passenden Geschwindigkeit auf der anderen Seite der Bodenunebenheit 20 auf den Untergrund 18 auf. In dem vorgenannten Fall dreht sich kein Rad 19 schneller als die anderen Räder 19, da alle Räder 19 mechanisch über ein gemeinsames Getriebe miteinander verbunden sind.
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Die 4 zeigt eines der Räder 9, 10, 11, 12 des Fahrzeugs 1, nämlich das Rad 9, das auf dem Untergrund 18 abrollt.
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Das Fahrzeug 1 mit jeweils separat angetriebenen Rädern 9, 10, 11, 12 hingegen umfasst im Gegensatz zu dem zuvor mit Bezug auf die 3 erläuterten Fahrzeug kein Sperrdifferential oder einen starren Allradantrieb. Diese Zustände müssen „künstlich“ durch eine entsprechende Ansteuerung der Radnabenmotoren 14, 15, 16, 17 generiert werden.
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Hat ein Rad 9, 10, 11, 12 des Fahrzeugs 1 keine Traktion, die mit Hilfe der Radlast und der Drehzahl ermittelt wird, dann regelt eine Elektronik in Form einer Regel- und Steuereinrichtung 21 ein jeweiliges Antriebsmoment zurück und lässt das Fahrzeug 1 über die anderen Räder 9, 10, 11, 12 antreiben. Hat das eine Rad 9, 10, 11, 12 wieder Traktion, wird über den jeweiligen Radnabenmotor 14, 15, 16, 17 wieder ein Antriebsmoment erzeugt.
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Bei schnell aufeinander folgenden Bodenunebenheiten 20 regelt die Regel- und Steuereinrichtung 21 ebenfalls nach demselben Muster. Jedoch hat die Regel- und Steuereinrichtung 21 erst dann Kenntnis über den Zustand des jeweiligen Rads 9, 10, 11, 12, wenn der jeweilige Zustand bereits eingetreten ist.
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Nachfolgend wird nur auf das Rad 9 Bezug genommen. Alle Ausführungen betreffend das Rad 9 sind entsprechend auf die Räder 10, 11, 12 anwendbar. Dem Rad 9 sind ein Sensor 22 zum Erfassen der Radlast des Rads 9 und ein Sensor 23 zum Erfassen der Drehzahl des Rads 9 zugeordnet. Der Sensor 22 ist ein Radlastsensor und kann daher auch als solcher bezeichnet werden. Der Sensor 23 ist ein Drehzahlsensor und kann daher auch als solcher bezeichnet werden. Wie zuvor erwähnt, kann der Sensor 22 Teil eines Stoßdämpfers des Rads 9 sein. Demgemäß weisen auch alle anderen Räder 10, 11, 12 jeweils einen Sensor 22 sowie einen Sensor 23 auf. Der Sensor 23 kann Teil des Rads 9 oder des Radnabenmotors 14 sein.
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Die Regel- und Steuereinrichtung 21 kommuniziert über Datenverbindungen 24, 25 mit den Sensoren 22, 23. Die Datenverbindung 24 ist dem Sensor 22 zugeordnet. Die Datenverbindung 25 ist dem Sensor 23 zugeordnet. Die Datenverbindungen 24, 25 können drahtlos oder drahtgebunden sein.
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Die Regel- und Steuereinrichtung 21 kann Teil einer Steuereinheit des Fahrzeugs 1 sein. Jedem Rad 9, 10, 11, 12 kann eine derartige Regel- und Steuereinrichtung 21 zugeordnet sein. Ferner können auch alle Räder 9, 10, 11, 12 eine gemeinsame Regel- und Steuereinrichtung 21 aufweisen. Es ist auch möglich, dass mehreren der Räder 9, 10, 11, 12 eine gemeinsame Regel- und Steuereinrichtung 21 zugeordnet ist. Beispielsweise ist den Rädern 9, 10 eine gemeinsame Regel- und Steuereinrichtung 21 zugeordnet. Nachfolgend wird jedoch nur auf das Rad 9 Bezug genommen.
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Die Regel- und Steuereinrichtung 21 kommuniziert mit dem Radnabenmotor 14 des Rads 9 über eine Datenverbindung 26. Die Datenverbindung 26 kann drahtlos oder drahtgebunden sein. Beispielsweise kann die Regel- und Steuereinrichtung 21 den Radnabenmotor 14 basierend auf Sensorsignalen der Sensoren 22, 23 ansteuern.
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Wenn sich nun das Fahrzeug 1 mit einer konstanten Geschwindigkeit entlang der Fahrtrichtung F fortbewegt, dann wird zum Halten der Geschwindigkeit eine gewisse Energie für den Radnabenmotor 14 zur Verfügung gestellt. Das Rad 9 dreht sich mit einer Winkelgeschwindigkeit ω0, wie dies in der linken Teilfigur der 4 dargestellt ist.
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Verliert das Rad 9 nun schlagartig die Bodenhaftung, indem das Rad 9 die Bodenunebenheit 20 erreicht, so wird die Reibung ebenfalls schlagartig reduziert aber die Energie bleibt bis zum Eingriff der Regel- und Steuereinrichtung 21 gleich. Das Rad 9 beschleunigt also kurz und weist dann eine Winkelgeschwindigkeit ω1 auf, die grösser als die Winkelgeschwindigkeit ω0 ist, wie dies in der zweiten Teilfigur von links der 4 gezeigt ist.
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Die Regel- und Steuereinrichtung 21 erkennt nun basierend auf Sensorsignalen der Sensoren 22, 23, dass die Drehzahl des Rads 9 nicht zur Radlast des Rads 9 sowie zu den übrigen Rädern 10, 11, 12 passt und bremst das Rad 9 ab. Die Regel- und Steuereinrichtung 21 nimmt also Energie weg. Nun verringert sich die Winkelgeschwindigkeit ω1 auf eine Winkelgeschwindigkeit ω2 und das Rad 9 dreht sich nun mit der reduzierten Winkelgeschwindigkeit ω2, die kleiner als die Winkelgeschwindigkeit ω0 ist, wie dies in der zweiten Teilfigur von rechts in der 4 dargestellt ist.
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Wie in der rechten Teilfigur der 4 gezeigt, verlässt das Rad 9 anschließend die Bodenunebenheit 20, woraufhin das Rad 9 wieder Traktion erhält und zwangsläufig von der Winkelgeschwindigkeit ω2 auf die Winkelgeschwindigkeit ω0 beschleunigt wird. Dieser kurzzeitige Winkelgeschwindigkeitsausgleich führt zu einem leichten Bremsen des Fahrzeugs 1. Fährt das Fahrzeug 1 nun mit hoher Geschwindigkeit auf einem Untergrund 18 mit einer Vielzahl unmittelbar hintereinander platzierter Bodenunebenheiten 20, nämlich sinnbildlich auf einem endlosen Waschbrett, so führt dies zu einer Verschlechterung des Fahrverhaltens des Fahrzeugs 1.
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Bei sehr langsamer Fahrt ist die Regelung mit Hilfe der Regel- und Steuereinrichtung 21 ausreichend. Hängt also das Rad 9 in der Luft, erkennt die Regel- und Steuereinrichtung 21, dass keine Radlast vorhanden ist und die Regel- und Steuereinrichtung 21 verteilt die Kraft auf andere Räder 10, 11, 12, bei denen eine Radlast gemessen wird.
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Fährt jedoch das Fahrzeug 1, wie zuvor erwähnt, mit sehr hoher Geschwindigkeit über den Untergrund 18 in Form eines Waschbretts, so hat jedes Rad 9, 10, 11, 12 mit einer hohen Frequenz abwechselnd eine Radlast und keine Radlast. Wenn die Regelung zu langsam ist, dann wird die Kraft praktisch antizyklisch auf die Räder 9, 10, 11, 12 verteilt. Dies gilt es zu vermeiden.
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Zielsetzung ist dabei, den Rädern 9, 10, 11, 12 des Fahrzeugs 1 ohne Differentialsperre und starrem Allradantrieb so früh wie möglich die Information zu liefern, ob das jeweilige Rad 9, 10, 11, 12 zu einem zukünftigen Zeitpunkt eine Radlast haben wird oder nicht. Gewünscht ist also aus der Sicht eines jeden Rads 9, 10, 11, 12 eine zukünftige Prognose über den zu erwartenden Reibwert in Bezug auf den Untergrund 18.
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Um dieses vorgenannte Problem lösen zu können, muss die Regel- und Steuereinrichtung 21 eine Bodenbeschaffenheit oder Beschaffenheit des Untergrunds 18, insbesondere in Form der Bodenunebenheit 20, vorab erkennen können, um den Radnabenmotor 14 in geeigneter Art und Weise ansteuern zu können, damit es nicht zu dieser vorgenannten unerwünschten antizyklischen Regelung kommt. Diese Prognose bezüglich des Untergrunds 18 kann, wie nachfolgend ausgeführt wird, mit Hilfe des Rads 9, der dem Rad 9 zugeordneten Sensoren 22, 23 und der Regel- und Steuereinrichtung 21 durchgeführt werden.
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Hierzu werden der Antrieb und die Regelung der ersten Radachse 5 des Fahrzeugs 1, der zwei Räder 9 zugeordnet sind, in Bezug auf die Fahrtrichtung F in bestimmten Situationen abgeschaltet. Die beiden vordersten Räder 9 des Fahrzeugs 1 befinden sich dann im Freilauf. Das heißt, der jeweilige Radnabenmotor 14 ist abgeschaltet und behindert ein freies Drehen des jeweiligen Rads 9 nicht.
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Die übrigen Räder 10, 11, 12 werden nach wie vor mit Hilfe der ihnen zugeordneten Radnabenmotoren 15, 16, 17 angetrieben. Mittels der Sensoren 22, 23 der beiden vordersten Räder 9 wird ein Zustandsbild des Untergrunds 18 ermittelt. Die Räder 9 der ersten Radachse 5 fungieren somit als Spürräder. Die erste Radachse 5 kann demgemäß als Spürachse oder Sensorachse bezeichnet werden.
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Insbesondere ist mit Hilfe der als Spürräder fungierenden Räder 9 beziehungsweise mit der als Spürachse fungierenden ersten Radachse 5 die Bodenbeschaffenheit oder Beschaffenheit des Untergrunds 18 erkennbar oder sensierbar. Die Begriffe „Bodenbeschaffenheit“ und „Bodenunebenheit“ sind daher beliebig gegeneinander tauschbar. Insbesondere wird ein Profil oder Oberflächenprofil des Untergrunds 18 erfasst oder erkannt.
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Die 5 zeigt eine weitere schematische Seitenansicht des Fahrzeugs 1.
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Der Untergrund 18 weist hierbei beispielsweise eine Bodenunebenheit 20 in Form einer Erhöhung auf. Die Bodenunebenheit 20 kann ein Stein sein. Die Bodenunebenheit 20 kann jedoch auch, wie mit Bezug auf die 4 erläutert, eine Vertiefung, beispielsweise in Form eines Schlaglochs, sein.
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In der Regel- und Steuereinrichtung 21 sind die aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs 1 in Zeit pro Strecke sowie die Achsabstände a1, a2, a3 der ersten Radachse 5 zu den anderen Radachsen 6, 7, 8 hinterlegt. Wie zuvor erwähnt, werden die Räder 9 der ersten Radachse 5 bei hohen Geschwindigkeiten nicht angetrieben. Das heißt, dass das Fahrzeug 1 bei hohen Geschwindigkeiten nur noch durch die übrigen Radachsen 6, 7, 8 angetrieben wird. Auf die Räder 10, 11, 12 wirkt jeweils ein von dem entsprechenden Radnabenmotor 15, 16, 17 erzeugtes Antriebsmoment M10, M11. M12, wohingegen auf die nicht angetriebenen Räder 9 der ersten Radachse 5 kein Antriebsmoment aufgebracht wird.
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Grundsätzlich können alle Radachsen 5, 6, 7, 8 bis auf eine Radachse 5, 6, 7, 8 abgeschaltet werden. Zunächst befindet sich das Fahrzeug 1 in einem in den 1 und 2 gezeigten Normalbetrieb B1, in dem alle Räder 9, 10, 11, 12 angetrieben werden. Die erste Radachse 5 ist für einen in der 5 gezeigten Spürbetrieb B2 des Fahrzeugs 1 jedoch immer abgeschaltet.
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Das nicht angetriebene Rad 9 trifft auf die Bodenunebenheit 20 und federt dabei aus oder, wie in der 5 gezeigt, ein. Mit Hilfe der Sensoren 22, 23 des Rads 9 erkennt die Regel- und Steuereinrichtung 21 die Bodenunebenheit 20 und kann die Radnabenmotoren 15, 16, 17 der übrigen Räder 10, 11, 12 entsprechend ansteuern, ohne dass das zuvor erwähnte kurze Abbremsen des Fahrzeugs 1 aufgrund der Veränderung der Winkelgeschwindigkeit ω0 erfolgt.
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Mit Hilfe der „Abtastung“ der Bodenunebenheit 20 mittels des Rads 9 oder der Räder 9 der ersten Radachse 5 können die nachfolgenden Räder 10, 11, 12 entsprechend im richtigen Moment reagieren und das Fahrzeug 1 kann ungehindert über die Bodenunebenheit 20 hinwegfahren. Wichtig dabei ist, dass die Räder 10, 11, 12, bevor sie wieder eine Bodenhaftung erhalten, mit zumindest der Winkelgeschwindigkeit ω0 oder etwas schneller wieder auf dem Untergrund 18 auftreffen, so dass das Fahrzeug 1 nicht abgebremst wird.
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Die mit Hilfe der Sensoren 22, 23 erfassten Sensordaten der ersten Radachse 5 können auch für andere Regelkreise wie beispielsweise aktive Dämpfer, insbesondere aktive Stoßdämpfer, oder dergleichen genutzt werden.
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Es ist somit eine radlastabhängige Antriebsmomentsteuerung möglich. Insbesondere handelt es sich um eine Antriebsmomentsteuerung für ein mehrachsiges Fahrzeug 1. Ferner wird eine Prognose zur Oberflächenbeschaffenheit des Untergrunds 18 zur Verfügung gestellt. Durch diese Prognose „weiß“ jedes Rad 10, 11, 12 wann es den Untergrund 18 berührt und wann nicht, also wann das jeweilige Rad 10, 11, 12 Traktion hat und wann nicht. Konkret wann eine Radlast vorhanden ist und wann nicht und somit wann ein Antriebsmoment M10, M11, M12 auf das jeweilige Rad 10, 11, 12 beaufschlagt werden kann und wann nicht.
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Der Vorteil ist, dass das System umfassend die Regel- und Steuereinrichtung 21, die Sensoren 22, 23 und die Räder 9, 10, 11, 12 mit den Radnabenmotoren 14, 15, 16, 17 Zeit hat, zu regeln. Bei jedem Positivanteil würde das jeweilige Rad 9, 10, 11, 12 sonst abbremsen und bei jedem Negativanteil ins Leere drehen. Das Fahrzeug 1 ist weniger komplex, kostengünstiger, wartungsärmer und ausfallsicherer.
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Die 6 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben des Fahrzeugs 1.
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Das Verfahren wurde zuvor bereits mit Bezug auf die 4 und 5 erläutert. Nachfolgend wird das Verfahren jedoch nochmals kurz zusammengefasst. Das Verfahren umfasst einen Schritt S1 eines antriebslos Schaltens des in der Fahrtrichtung F des Fahrzeugs 1 vordersten Rads 9 der Räder 9, 10, 11, 12 mit Hilfe der Regel- und Steuereinrichtung 21. In einem Schritt S2 werden Bodenunebenheiten 20 mit Hilfe des vordersten Rads 9 und seiner Sensoren 22, 23 erkannt. Dabei fungiert das vorderste Rad 9 mitsamt seiner Sensoren 22, 23 als freilaufendes Spürrad oder Sensorrad.
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Das Verfahren kann einen Schritt S3 eines Ansteuerns von Radnabenmotoren 15, 16, 17 von dem vordersten Rad 9 in der Fahrtrichtung F folgenden Rädern 10, 11, 12 basierend auf Sensorsignalen der Sensoren 22, 23 des vordersten Rads 9 umfassen. Das Ansteuern in dem Schritt S3 erfolgt derart, dass die Bodenunebenheiten 20 von den folgenden Rädern 10, 11, 12 ohne eine Reduzierung ihrer Winkelgeschwindigkeit ω0 überwunden werden.
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Während des Schritts S3 wird anhand des in der Regel- und Steuereinrichtung 21 hinterlegten Achsabstands a1, a2, a3 zwischen dem vordersten Rad 9 und dem jeweiligen folgenden Rad 10, 11, 12 sowie einer Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs 1 errechnet, zu welchem Zeitpunkt das jeweilige folgende Rad 10, 11, 12 die Bodenunebenheiten 20 erreicht.
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Dabei wird während des Schritts S3 der jeweilige Radnabenmotor 15, 16, 17 des jeweiligen folgenden Rads 10, 11, 12 unmittelbar vor oder bei einem Erreichen der Bodenunebenheiten 20 derart angesteuert, dass die Bodenunebenheiten 20 von dem jeweiligen folgenden Rad 10, 11, 12 ohne eine Reduzierung seiner Winkelgeschwindigkeit ω0 überwunden werden. Insbesondere kann während des Schritts S3 das auf das jeweilige folgende Rad 10, 11, 12 wirkende Antriebsmoment M10, M11, M12 unmittelbar vor oder bei dem Erreichen der Bodenunebenheiten 20 reduziert werden.
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Während des Schritts S1 können zwei vorderste Räder 9 der gemeinsamen ersten oder vordersten Radachse 5 antriebslos geschaltet werden, so dass die vorderste Radachse 5 als Spürachse oder Sensorachse fungiert. Insbesondere können bei dem Schritt S1 bis auf eine der vordersten Radachse 5 in der Fahrtrichtung F folgende Radachse 6, 7, 8 sämtliche Räder 10, 11, 12 der folgenden Radachsen 6, 7, 8 antriebslos geschaltet werden. Bevorzugt werden dann nur zwei Räder 10, 11, 12 einer gemeinsamen Radachse 6, 7, 8 angetrieben.
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Während des Schritts S3 wird das vorderste Rad 9 eingefedert und/oder ausgefedert, wobei das vorderste Rad 9 einen Kontakt mit dem Untergrund 18, der die Bodenunebenheiten 20 aufweist, verliert. Hierdurch verändert sich die Radlast und/oder die Drehzahl des vordersten Rads 9. Dies wird von der Regel- und Steuereinrichtung 21 ausgewertet, um die Bodenunebenheiten 20 zu erkennen. Mit anderen Worten werden während des Schritts S2 die Bodenunebenheiten 20 von der Regel- und Steuereinrichtung 21 anhand der Veränderung der Radlast und/oder der Drehzahl des vordersten Rads 9 erkannt.
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Bevorzugt wird das Verfahren nur ab einer vorbestimmten Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs 1 durchgeführt. Beispielsweise wird das Verfahren bei einer Schrittgeschwindigkeit des Fahrzeugs 1 nicht durchgeführt. Insbesondere kann das Verfahren beispielsweise auch nur bei bestimmten Oberflächenbeschaffenheiten des Untergrunds 18 eingesetzt werden. Die Regel- und Steuereinrichtung 21 kann dazu eingerichtet sein, das Verfahren selbstständig durchzuführen, sobald eine das Verfahren erfordernde Oberflächenbeschaffenheit des Untergrunds 18 erkannt wird. Ferner kann das Verfahren auch manuell von einem Mitglied der Besatzung des Fahrzeugs 1 gestartet werden.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeug
- 2
- Fahrzeugzelle
- 3
- Innenraum
- 4
- Umgebung
- 5
- Radachse
- 6
- Radachse
- 7
- Radachse
- 8
- Radachse
- 9
- Rad
- 10
- Rad
- 11
- Rad
- 12
- Rad
- 13
- Verbrennungsmotor
- 14
- Radnabenmotor
- 15
- Radnabenmotor
- 16
- Radnabenmotor
- 17
- Radnabenmotor
- 18
- Untergrund
- 19
- Rad
- 20
- Bodenunebenheit
- 21
- Regel- und Steuereinrichtung
- 22
- Sensor
- 23
- Sensor
- 24
- Datenverbindung
- 25
- Datenverbindung
- 26
- Datenverbindung
- a1
- Achsabstand
- a2
- Achsabstand
- a3
- Achsabstand
- B1
- Normalbetrieb
- B2
- Spürbetrieb
- F
- Fahrtrichtung
- g
- Schwerkraftrichtung
- M10
- Antriebsmoment
- M11
- Antriebsmoment
- M12
- Antriebsmoment
- S1
- Schritt
- S2
- Schritt
- S3
- Schritt
- x
- x-Richtung
- y
- y-Richtung
- z
- z-Richtung
- ω0
- Winkelgeschwindigkeit
- ω1
- Winkelgeschwindigkeit
- ω2
- Winkelgeschwindigkeit
