-
Die Erfindung betrifft einen biaxial ausfahrbaren und einfahrbaren Rad-Bein-Mechanismus sowie ein Fahrzeug mit einem solchen Rad-Bein-Mechanismus.
-
Aus der
US 2021/122030 A1 geht ein bionischer Roboter hervor, bestehend aus einem Körper sowie einer Vielzahl von Sätzen von mit Rädern versehenen Beinvorrichtungen, die in Abständen in einer Richtung von vorne nach hinten angeordnet sind, wobei jeder Satz von mit Rädern versehenen Beinvorrichtungen zwei symmetrisch in einer Links-Rechts-Richtung angeordnete mit Rädern versehene Beinvorrichtungen umfasst. Die zwei mit Rädern versehenen Beinvorrichtungen sind auf linken und rechten Seiten des Körpers angeordnet, wobei jede mit Rädern versehene Beinvorrichtung eine Beinanordnung und ein Laufrad umfasst. Eine Leistungsabgabewelle der Beinanordnung ist mit dem Laufrad verbunden, um das Laufrad zum Laufen anzutreiben. Der Roboter umfasst ferner eine Aufhängungsvorrichtung, die in dem Körper angeordnet und mit mindestens zwei Sätzen aus der Vielzahl von Sätzen von Beinvorrichtungen mit Rädern verbunden ist, wobei die mindestens zwei Sätze von Beinvorrichtungen mit Rädern am vordersten Ende bzw. am hintersten Ende angeordnet sind. Die Aufhängungsvorrichtung umfasst eine Vielzahl von Antriebsbaugruppen, wobei jede Antriebsbaugruppe mit einer entsprechenden Beinbaugruppe verbunden ist, um die anzuhebende oder herunterzudrückende Beinbaugruppe anzutreiben. Jede Antriebsbaugruppe umfasst einen Elektrozylinder und eine an dem Elektrozylinder angeordnete Teleskopstange, wobei der Elektrozylinder dazu konfiguriert ist, die Teleskopstange zum Ausfahren oder Einfahren anzutreiben.
-
Die
JP 2014- 168 971 A beschreibt einen Radsatzwagen mit einem biaxial aus- und einfahrbaren Rad-Bein-Mechanismus mit einer Pantograf-Koppelschenkelanordnung mit einem Nabenmotor-Rad, das ein Antriebsrad des Fahrzeugs antreibt.
-
Die
DE 10 2016 220 869 A1 beschreibt eine Treppensteighilfe mit einer Mehrzahl von antreibbaren Rotationselementen und einer Mehrzahl von Hubeinheiten, die jeweils an einem ersten Ende mit den Rotationselementen verbunden sind.
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen neuartigen, biaxial ausfahrbaren und einfahrbaren Rad-Bein-Mechanismus sowie ein Fahrzeug mit mindestens einem solchen Rad-Bein-Mechanismus vorzuschlagen. Diese Aufgabe wird durch einen Rad-Bein-Mechanismus mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
-
Ein erfindungsgemäßer biaxial aus- und einfahrbarer Rad-Bein-Mechanismus für ein Fahrzeug gemäß einem ersten Erfindungsaspekt umfasst eine Pantograf-Koppelschenkelanordnung mit mehreren gelenkig miteinander gekoppelten Koppelschenkeln, wobei an einem ersten Koppelschenkel ein Nabenmotorrad sowie ein damit wirkverbundener Lenkaktuator angeordnet sind, wobei das Nabenmotorrad dazu ausgebildet ist, ein damit antriebswirksam verbundenes Rad des Fahrzeugs drehanzutreiben, und wobei der Lenkaktuator dazu ausgebildet ist, einen Lenkwinkel des Rades des Fahrzeugs einzustellen, der Rad-Bein-Mechanismus ferner umfassend einen Drehantrieb zur Positionierung der Koppelschenkel, wobei der Drehantrieb an einem ersten Gelenk zwischen einem zweiten Koppelschenkel und einem dritten Koppelschenkel antriebswirksam angeordnet ist, wobei der Drehantrieb dazu vorgesehen ist, eine Winkellage der gelenkig miteinander gekoppelten Koppelschenkel derart relativ zueinander einzustellen, dass eine Position des Nabenmotorrades relativ zum Drehantrieb in Längsrichtung und/oder in Vertikalrichtung des Fahrzeugs verstellbar ist.
-
Über die spezifische Anordnung der Koppelschenkel der Pantograf-Koppelschenkelanordnung sowie der Anbindung des Drehantriebs an die Pantograf-Koppelschenkelanordnung kann das Nabenmotorrad entlang einer davon abhängigen Trajektorie bewegt werden, die je nach Drehrichtung des Drehantriebs eine Verstellung des Nabenmotorrades relativ zum Drehantrieb in Längsrichtung und/oder in Vertikalrichtung des Fahrzeugs ermöglicht. Mithin kann das Nabenmotorrad relativ zum Drehantrieb und damit relativ zum Chassis des Fahrzeugs biaxial ein- und ausgefahren werden, um fahrzeugspezifische Funktionen ausführen zu können, die es erfordern, eine Position des Nabenmotorrades relativ zum Drehantrieb bzw. zum Chassis wenigstens temporär zu verstellen. Derartige Funktionen können beispielsweise das Hinauf- oder Hinabsteigen einer Stufe sein und/oder eine Kurvenfahrt sein. Diese Trajektorie des Nabenmotorrades kann im Wesentlichen die Form eines Kreises oder eines Ovals haben. Denkbar ist auch, dass die Trajektorie des Nabenmotorrades im Wesentlichen die Form eines Dreiecks oder eines Vierecks aufweist, insbesondere mit abgerundeten Ecken. Die Form der Trajektorie ist abhängig von der Geometrie der Pantograf-Koppelschenkelanordnung sowie von dem Ort und der Winkellage der Anbindung des Drehantriebs an die Pantograf-Koppelschenkelanordnung. Die Pantograf-Koppelschenkelanordnung erzeugt vorzugsweise eine, rechtwinklige Trajektorie in Form eines abgerundeten Rechtecks an der Aufstandsfläche des jeweiligen Rades des Fahrzeugs. Mit einem derartigen Rad-Bein-Mechanismus wird ein asynchrones Ausfahren und Einfahren in vertikaler Richtung und/oder Längsrichtung des Fahrzeugs ermöglicht.
-
Das erste Gelenk, an dem der Drehantrieb an die Pantograf-Koppelschenkelanordnung antriebswirksam angekoppelt ist, ist als Betätigungsgelenk der Pantograf-Koppelschenkelanordnung bzw. des Rad-Bein-Mechanismus zu verstehen, über die eine Verstellung der Koppelschenkel der Pantograf-Koppelschenkelanordnung relativ zueinander erfolgt. Durch die Verstellung der Koppelschenkel erfolgt die genannte Positionierung des Nabenmotorrades relativ zum Drehantrieb entlang der definierten Trajektorie. Vorteilhafterweise ist nur ein einziger Drehantrieb erforderlich, um die Verstellung des Nabenmotorrades relativ zum Drehantrieb auszuführen.
-
Der Drehantrieb ist derart ausgebildet, dass eine Positionskontrolle der Pantograf-Koppelschenkelanordnung, insbesondere der Koppelschenkel, erfolgen kann. Dazu ist der Drehantrieb bevorzugt mit einer Steuereinrichtung verbunden, die eine Drehwinkellage einer Antriebswelle, insbesondere einer Rotorwelle, des Drehantriebs überwachen kann. Die Drehwinkellage der Antriebswelle liefert der Steuereinrichtung in Kombination mit der spezifischen Geometrie der Pantograf-Koppelschenkelanordnung Rückschlüsse auf die Stellung jedes einzelnen Koppelschenkels sowie letztlich auf die Position des Nabenmotorrades relativ zum Drehantrieb in Längsrichtung und/oder in Vertikalrichtung des Fahrzeugs. Über den Drehantrieb wird einerseits die Bewegung der Koppelschenkel gesteuert und es kann andererseits zumindest mittelbar eine Überwachung der Koppelschenkel- und/oder Nabenmotorradpositionen erfolgen. Als Drehantrieb eignet sich ein dreistufiger bürstenloser Planetengetriebemotor mit einem Drehmomentsensor, da ein derartiger Antrieb kompakt ist und eine hohe Drehmomentabgabe mit präziser Positionssteuerung ermöglicht. Der Rad-Bein-Mechanismus ist jedoch nicht auf diesen speziellen Getriebemotor beschränkt, sondern auf alle Getriebemotoren, die kompakt sind und eine hohe Drehmomentabgabe mit präziser Positionssteuerung ermöglichen.
-
Das Nabenmotorrad ist Teil eines elektrischen Radnabenmotors, über den der Antrieb des Fahrzeugs ausgeführt oder unterstützt werden kann. Der Radnabenmotor kann mit der oben genannten Steuereinrichtung verbunden sein, um den Antrieb des Fahrzeugs zu steuern. Die Steuereinrichtung kann somit mehrere Funktionen erfüllen. Der Radnabenmotor, der das Nabenmotorrad umfasst, ist vorzugsweise ein bürstenloser Motor, der am ersten Koppelschenkel angeordnet ist. Das Nabenmotorrad ist bevorzugt räumlich innerhalb eines dazugehörigen Rades des Fahrzeugs angeordnet und kann direkt oder über eine Felge mit einem Reifen des Fahrzeugs verbunden sein.
-
Der Lenkaktuator, der zusammen mit dem Nabenmotorrad am Ende des ersten Koppelschenkels der Koppelschenkelanordnung angebracht ist, ist dazu vorgesehen, einen Lenkwinkel des Nabenmotorrades einzustellen, um das Fahrzeug während des Betriebes navigieren zu können. Mittels des Lenkaktuators ist eine holonome Bewegung des Fahrzeugs realisierbar. Der Lenkaktuator ist so ausgelegt, dass ein hohes Drehmoment für die Lenkung einstellbar ist. Der Lenkaktuator kann direkt oder über ein Getriebe mit dem Nabenmotor wirkverbunden sein.
-
Unter dem Begriff „wirkverbunden“ oder „antriebswirksam verbunden“ ist zu verstehen, dass eine Ausgangswelle des Lenkaktuators direkt mit dem Nabenmotorrad des Rad-Bein-Mechanismus verbunden sein kann, oder dass sich zwischen dem Ausgang des Lenkaktuators und dem Nabenmotorrad noch weitere Elemente, insbesondere Getriebeelemente, beispielsweise ein oder mehrere Wellen oder Zahnräder, Getriebestufen, oder dergleichen befinden können.
-
Die Koppelschenkel sind bevorzugt stab- oder rohrförmige Elemente, die beispielsweise über Schulterbolzen, Sicherungsmuttern, Schrauben, Flanschbuchsen oder dergleichen gelenkig miteinander verbunden. Schulterbolzen und Kontermuttern halten die Schenkel in ihrer Position und bilden so zusammen mit den Gelenken eine Baugruppe, nämlich die Pantograf-Koppelschenkelanordnung des Rad-Bein-Mechanismus. Die Koppelschenkel drehen sich über die jeweilige gelenkige Verbindung reibungslos oder reibungsminimiert gegeneinander. Die Verbindungsmittel sind derart gewählt, dass möglichst geringe Reibverluste entstehen. Damit kann der Drehantrieb vergleichsweise klein bzw. kompakt gestaltet werden.
-
Die Pantograf-Koppelschenkelanordnung ermöglicht es dem vorgeschlagenen Rad-Bein-Mechanismus, eine Gangtrajektorie, nachfolgend auch Trajektorie genannt, zu erzeugen, sodass der vorgeschlagene Rad-Bein-Mechanismus sowohl in der Vertikalals auch in der Längsachse des Fahrzeugs asynchron aus- und einfahren kann. So können Fahrzeuge, insbesondere autonom fahrende Roboter, die mit einem vorgeschlagenen Rad-Bein-Mechanismus oder mehreren Rad-Bein-Mechanismen ausgestattet sind, beispielsweise Stufen erklimmen, eine Plattform- oder Chassis-Höhe anpassen, die Länge eines Radstandes variabel einstellen und/oder die Plattform bzw. das Chassis derart stabilisieren oder neigen, dass ein Wanken der Plattform bzw. des Chassis bei Kurvenfahrten ausgleichen wird. Zudem können die Größe und Form der Trajektorie des Rad-Bein-Mechanismus durch Änderung der Länge der Koppelschenkel und/oder der Position der Gelenke zueinander verändert werden.
-
Erfindungsgemäß umfasst die Pantograf-Koppelschenkelanordnung zumindest vier Koppelschenkel, wobei der erste Koppelschenkel mit dem zweiten Koppelschenkel und einem vierten Koppelschenkel gelenkig gekoppelt ist, und wobei der dritte Koppelschenkel mit dem zweiten und vierten Koppelschenkel gelenkig gekoppelt ist. Mit anderen Worten sind sowohl der erste Koppelschenkel als auch der dritte Koppelschenkel jeweils mit dem zweiten Koppelschenkel und mit dem vierten Koppelschenkel gelenkig verbunden. Für die gewünschte Funktionsweise des Rad-Bein-Mechanismus ist es ausreichend, wenn die Pantograf-Koppelschenkelanordnung genau vier Koppelschenkel aufweist, wobei jeder Koppelschenkel mit jeweils genau zwei weiteren Koppelschenkeln gelenkig verbunden ist.
-
Nach einem Ausführungsbeispiel weist die Pantograf-Koppelschenkelanordnung sechs Koppelschenkel auf. Der fünfte und/oder sechste Koppelschenkel können dabei spiegelverkehrt zum ersten und dritten Koppelschenkel oder zum zweiten und vierten Koppelschenkel ausgebildet sein. Dadurch ist die Pantograf-Koppelschenkelanordnung stabiler gestaltbar.
-
Erfindungsgemäß umfasst der Rad-Bein-Mechanismus ferner einen Chassis-Halter, der am vierten Koppelschenkel angeordnet und dazu ausgebildet ist, den Rad-Bein-Mechanismus an einem Chassis des Fahrzeugs zu befestigen. Der Chassis-Halter kann derart ausgebildet sein, dass der Rad-Bein-Mechanismus an das Chassis bzw. die Plattform des Fahrzeugs angeschraubt und/oder angenietet werden kann.
-
Das Nabenmotorrad und der Lenkaktuator sind bevorzugt über ein Ständerelement miteinander verbunden, das über ein Lagerelement am ersten Koppelschenkel radial und axial gelagert ist. Das Ständerelement ist als Stütze oder Gabel zu verstehen, die eine starre Verbindung zwischen dem Lenkaktuator und dem Nabenmotorrad herstellt. Das Ständerelement ist am Ende des ersten Koppelschenkels der Pantograf-Koppelschenkelanordnung durch das Lagerelement gehalten. Vorzugsweise ist das Lagerelement ein zweireihiges Schrägkugellager. Das Nabenmotorrad ist bevorzugt im Wesentlichen vertikal unterhalb des Lenkaktuators angeordnet und über das Ständerelement damit verbunden. Das Ständerelement ist durch den Lenkaktuator um dessen Längsachse rotierbar angeordnet. Das Lagerelement stützt das Ständerelement axial und radial an der Pantograf-Koppelschenkelanordnung ab.
-
Ferner bevorzugt ist am Nabenmotorrad eine Bremse angeordnet. Die Bremse umfasst einen Bremssattel mit Rotor. Der Bremssattel mit Rotor sorgt für die notwendige mechanische Bremskraft, wenn die elektrische Rückspeisung vom Radnabenmotor nicht ausreicht. Die Bremse kann ein hydraulischer konzentrischer Bremszylinder (im Englischen „Concentric Brake Cylinder“ bzw. CBC) sein. Der Rad-Bein-Mechanismus ist jedoch nicht auf eine CBC-Bremse beschränkt, sondern es kann jeder bekannte hydraulische und/oder mechanische Bremssattel mit Rotor verwendet werden, der kompakt ist und eine hohe Bremskraft erzeugt.
-
Vorzugsweise umfasst der Drehantrieb eine Kurbel, die mit dem ersten Gelenk antriebswirksam verbunden ist. Die Kurbel ist bevorzugt als Kurbelwelle ausgebildet. Die Kurbel kann mit der Antriebswelle des Drehantriebs drehfest verbunden sein oder die Antriebswelle bilden. Über die Kurbelwelle wird eine Antriebsleistung des Drehantriebs auf die Pantograf-Koppelschenkelanordnung übertragen, und zwar auf das erste Gelenk, welches derart ausgebildet ist, dass eine Winkelposition zwischen dem zweiten und dritten Koppelschenkel verändert wird. Dadurch erfolgt gleichzeitig eine Veränderung der Winkelposition der ebenfalls miteinander gelenkig gekoppelten Koppelschenkel, derart, dass die Position des sich am Ende des ersten Koppelschenkels befindlichen Nabenmotorrades relativ zum Drehantrieb, und damit auch relativ zum Chassis, verändert. Mithin wird durch die Kurbel eine Rotationsbewegung des Drehantriebs in eine kreisförmige Bewegungsabfolge am ersten Gelenk bzw. dem Betätigungsgelenk der Pantograf-Koppelschenkelanordnung umgewandelt.
-
Bevorzugt ist die Kurbel über einen Kurbelzapfen mit dem ersten Gelenk der Pantograf-Koppelschenkelanordnung antriebswirksam verbunden. Der Kurbelzapfen verbindet die Pantograf-Koppelschenkelanordnung mit dem Drehantrieb und der Kurbel. Der Kurbelzapfen dient als Antriebsgelenk für den biaxial aus- und einfahrbaren Rad-Bein-Mechanismus, wobei über den Drehantrieb Rückschlüsse über die Bewegungsabfolge des Rad-Bein-Mechanismus sowie die jeweilige Position der Koppelschenkelgewonnen werden. Der Kurbelzapfen kann exzentrisch zur Kurbel angeordnet sein, wobei der Kurbelzapfen über eine Übersetzungsstufe mit der Kurbel bzw. dem übrigen Drehantrieb wirkverbunden sein. Eine konzentrische Anordnung ist ebenfalls denkbar. Der Kurbelzapfen ist koaxial zum ersten Gelenk angeordnet. Über eine Änderung des Anbindungswinkels der Kurbel des Drehantriebs an den Kurbelzapfen kann die Mechanik der Pantograf-Koppelschenkelanordnung, insbesondere die Trajektorie, auf der sich das Nabenmotorrad bei Betätigung des Drehantriebs bewegt, verändert werden.
-
Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug gemäß einem ersten Erfindungsaspekt umfasst wenigstens einen biaxial aus- und einfahrbaren Rad-Bein-Mechanismus gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, wobei der jeweilige Rad-Bein-Mechanismus an einem gemeinsamen Chassis angeordnet und abgestützt ist. Vorzugsweise sind mehrere Rad-Bein-Mechanismen gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung am Chassis angebunden, um ein für verschiedene Anwendungsgebiete einsetzbares Fahrzeug bereitzustellen. Das Fahrzeug kann insbesondere als sogenannter AMR (im Englischen „Autonomous Mobile Robot“ bzw. autonom fahrender Roboter) ausgebildet sein, auf dem beispielsweise Güter transportiert werden können. Ein AMR ist ein intelligentes Fahrzeug, das sich selbstständig und ohne externe Unterstützung in ihrem Umfeld autonom bewegen kann.
-
Das Fahrzeug umfasst vorzugsweise eine Steuereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, mehrere Rad-Bein-Mechanismen jeweils derart separat anzusteuern, dass eine Position des Nabenmotorrades relativ zum Drehantrieb des jeweiligen Rad-Bein-Mechanismus in Längsrichtung und/oder in Vertikalrichtung des Fahrzeugs einstellbar ist. Jeder Rad-Bein-Mechanismus kann durch die Steuereinrichtung gesondert gesteuert werden. Dazu kann die Steuereinrichtung ferner mit Sensorik kommunizieren, die Informationen über das Umfeld, den Betriebszustand, die Position des Fahrzeugs oder dergleichen erfasst und der Steuereinrichtung zur Auswertung bereitstellt, sodass in Abhängigkeit dieser Informationen eine entsprechende Ansteuerung des Fahrzeugs, insbesondere des jeweiligen Rad-Bein-Mechanismus erfolgen kann.
-
Die obigen Ausführungen, Beispiele und Definitionen zu technischen Effekten, Vorteilen und Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Rad-Bein-Mechanismus gemäß dem ersten Erfindungsaspekt gelten sinngemäß ebenfalls für das erfindungsgemäße Fahrzeug gemäß dem zweiten Erfindungsaspekt, und umgekehrt.
-
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt, wobei gleiche oder ähnliche Bauteile mit demselben Bezugszeichen versehen sind. Es zeigen
- 1 eine vereinfachte schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs mit vier erfindungsgemäßen biaxial ausfahrbaren und einfahrbaren Rad-Bein-Mechanismen,
- 2 eine erste schematische Ansicht eines exemplarischen Rad-Bein-Mechanismus nach 1,
- 3 eine zweite schematische Ansicht des erfindungsgemäßen Rad-Bein-Mechanismus nach 1 und 2,
- 4 eine Explosionsdarstellung des erfindungsgemäßen Rad-Bein-Mechanismus nach 1 bis 3,
- 5 eine Darstellung einer ersten Bewegungsabfolge des erfindungsgemä-ßen Rad-Bein-Mechanismus nach 1 bis 4,
- 6 eine Darstellung einer zweiten Bewegungsabfolge des erfindungsgemä-ßen Rad-Bein-Mechanismus nach 1 bis 5, und
- 7 eine Darstellung einer dritten Bewegungsabfolge des erfindungsgemä-ßen Rad-Bein-Mechanismus nach 1 bis 6.
-
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 100 stark vereinfacht. Das Fahrzeug 100 umfasst ein Chassis 101 mit einer Plattform 104, wobei an dem Chassis 101 vier erfinderische, biaxial aus- und einfahrbare Rad-Bein-Mechanismen 1 angeordnet und abgestützt sind, und zwar jeweils ein Rad-Bein-Mechanismus 1 an einer jeweiligen Ecke des Chassis 101. Das Fahrzeug 100 ist ein AMR, wobei die Rad-Bein-Mechanismen 1 derart ausgebildet sind, dass eine holonome Bewegung des Fahrzeugs 100 möglich ist. Das Fahrzeug 100 umfasst eine Steuereinrichtung 102, die dazu eingerichtet ist, mit den Rad-Bein-Mechanismen 1 zu kommunizieren und diese derart separat anzusteuern, dass eine Position eines jeweiligen Rades 103 relativ zum Chassis 101 in Längsrichtung bzw. in Hochrichtung des Fahrzeugs 100 einstellbar ist sowie dass eine holonome Bewegung des Fahrzeugs 100 erfolgt. Mit einem solchen Fahrzeug 100 sind beispielsweise Waren 105 transportierbar, die auf der Plattform 104 positioniert sein können.
-
Die 2 bis 4 zeigen einen der Rad-Bein-Mechanismen 1 des Fahrzeugs 100 exemplarisch, wobei die anderen drei Rad-Bein-Mechanismen 1 identisch dazu ausgebildet sind. Daher gelten alle Ausführungen zum nachfolgend beschriebenen Rad-Bein-Mechanismus 1 gleichermaßen für die drei weiteren Rad-Bein-Mechanismen 1. Jedenfalls sind die Rad-Bein-Mechanismen 1 im Wesentlichen parallel zur Längsachse L des Fahrzeugs 100 ausgerichtet, zwei nach vorne und zwei entgegengesetzt dazu nach hinten gerichtet.
-
Der Rad-Bein-Mechanismus 1 umfasst gemäß 2 bis 4 eine Pantograf-Koppelschenkelanordnung 2 mit mehreren gelenkig miteinander gekoppelten Koppelschenkeln 2.1 - 2.6. Ein erster Koppelschenkel 2.1 ist vorliegend der längste Koppelschenkel der hier beispielhaft gezeigten Pantograf-Koppelschenkelanordnung 2, wobei ein Ende des ersten Koppelschenkel 2.1 den in vertikaler Richtung niedrigsten Punkt der Pantograf-Koppelschenkelanordnung 2 bildet. An diesem Punkt bzw. Ende des ersten Koppelschenkels 2.1 ist in einer kreisförmigen Ausnehmung 13 (vgl. 4) ein Lenkaktuator 4 angeordnet, der über ein Ständerelement 8 mit einem Nabenmotorrad 3 eines - hier nicht gezeigten - Radnabenmotors verbunden ist. Der Radnabenmotor ist mit dem jeweiligen Rad 103 nach 1 antriebswirksam verbunden, um das Fahrzeug 100 anzutreiben. Der Radnabenmotor ist mit der Steuereinrichtung 102 nach 1 steuerungstechnisch verbunden. Über den Lenkaktuator 4 ist das Ständerelement 8 um dessen Längsachse verdrehbar, sodass ein Lenkwinkel des Rades 103 des Fahrzeugs 100 einstellbar ist. Das Ständerelement 8 und der Lenkaktuator 4 sind gegenüber der Pantograf-Koppelschenkelanordnung 2 mittels eines als zweireihiges Schrägkugellager ausgebildeten Lagerelements 9 drehbar gelagert und daran abgestützt. Am Nabenmotorrad 3 ist zudem eine Bremse 10 angeordnet, um eine Bremskraft zur Verzögerung des Fahrzeugs 100 zu erzeugen. Die Bremse 10 ist in 3 und 4 gezeigt, wobei auf eine nähere Darstellung aus Vereinfachungsgründen verzichtet wird.
-
Neben dem ersten Koppelschenkel 2.1 weist die Pantograf-Koppelschenkelanordnung 2 fünf weitere Koppelschenkel 2.2 - 2.6 auf. Ein zweiter, dritter und fünfter Koppelschenkel 2.2, 2.3, 2.5 sind über ein ersten Gelenk 6.1 gelenkig miteinander verbunden. Der zweite und fünfte Koppelschenkel 2.2, 2.5 sind spiegelverkehrt zueinander ausgebildet und nehmen den dritten Koppelschenkel 2.3 am ersten Gelenk 6.1 und den vierten Koppelschenkel 2.4 an einem vierten Gelenk 6.4 räumlich zwischen sich auf. Der erste Koppelschenkel 2.1 ist an einem zweiten Gelenk 6.2 mit dem zweiten und fünften Koppelschenkel 2.2, 2.5 und an einem dritten Gelenk 6.3, das vorliegend am anderen Ende des ersten Koppelschenkels 2.1 angeordnet ist, mit dem dritten und sechsten Koppelschenkel 2.3, 2.6 gelenkig verbunden. Der dritte und sechste Koppelschenkel 2.3, 2.6 sind spiegelverkehrt zueinander ausgebildet und nehmen den ersten Koppelschenkel 2.1 am dritten Gelenk 6.3 und den dritten Koppelschenkel 2.3 am vierten Gelenk 6.4 zwischen sich auf. Der erste Koppelschenkel 2.1 ist mit dem zweiten Koppelschenkel 2.2 und dem vierten Koppelschenkel 2.3 gelenkig gekoppelt, wobei der dritte Koppelschenkel 2.3 mit dem zweiten und vierten Koppelschenkel 2.2, 2.4 gelenkig gekoppelt ist. Ebenso ist der erste Koppelschenkel 2.1 mit dem fünften Koppelschenkel 2.5 und dem sechsten Koppelschenkel 2.6 gelenkig gekoppelt, wobei der dritte Koppelschenkel 2.3 ebenfalls mit dem fünften und sechsten Koppelschenkel 2.5, 2.6 gelenkig gekoppelt ist.
-
Der fünfte und sechste Koppelschenkel 2.5, 2.6 dienen lediglich der Stabilität des Rad-Bein-Mechanismus 1. Das System des Rad-Bein-Mechanismus 1 funktioniert auch, wenn auf die beiden Koppelschenkel 2.5 und 2.6 verzichtet wird. An einem fünften Gelenk 6.5 ist ein Chassis-Halter 7 an einem Ende des vierten Koppelschenkels 2.4 angeordnet, der dazu ausgebildet ist, den Rad-Bein-Mechanismus 1 am Chassis 101 des Fahrzeugs 100 zu befestigen. Die Koppelschenkel 2.1 - 2.6 und die Gelenke 6.1 - 6.5 sind in der Explosionsdarstellung 4 gezeigt. Die Gelenke 6.1 - 6.5 sind durch Bolzen mit geflanschten Buchsen realisiert, die jeweils eine reibungsmindernde Wirkung auf die miteinander verbundenen Koppelschenkeln hat. Auf eine nähere Darstellung und Erläuterung der Gelenke 6.1 - 6.5 wird hier aus Vereinfachungsgründen verzichtet. Jedenfalls sind die Gelenke 6.1 - 6.5 derart ausgebildet, dass die Koppelschenkel 2.1 - 2.6 reibungsarm miteinander gelenkig gekoppelt sind. Unter einer gelenkigen Kopplung ist im Rahmen dieser Erfindung zu verstehen, dass die Koppelschenkel 2.1 - 2.6 um das jeweilige Gelenk 6.1 - 6.5 in einer Ebene, die senkrecht zur Längsachse des Gelenks 6.1 - 6.5 angeordnet ist, frei drehbar miteinander verbunden sind. Lediglich das erste Gelenk 6.1 bzw. das Betätigungsgelenk ist derart ausgebildet, dass es durch Antrieb des Drehantriebs 5 ein gezieltes Verschwenken des dritten Koppelschenkels 2.3 zum zweiten bzw. fünften Koppelschenkels 2.2, 2.5 ausführt.
-
Vorliegend ist das erste Gelenk 6.1 als Betätigungsgelenk zu verstehen, über das eine Veränderung der Position der miteinander gelenkig gekoppelten Koppelschenkel 2.1 - 2.6 zueinander erfolgt. Am ersten Gelenk 6.1 ist ein in 4 gezeigter Drehantrieb 5 mit einer Kurbel 11 und einem Kurbelzapfen 12 antriebswirksam angeordnet. Der Drehantrieb 5 ist eine elektrische Maschine, die eine Antriebsleistung erzeugt und über einen - hier nicht gezeigten - Rotor des Drehantriebs 5 auf die Kurbel 11 überträgt. Der Kurbelzapfen 12 kann koaxial oder über eine Übersetzungsstufe achsparallel zur Kurbel 11 angeordnet sein. Der Drehantrieb 5 ist zur Positionierung der Koppelschenkel 2.1 - 2.6 vorgesehen, wobei die Steuereinrichtung 102 nach 1 dazu eingerichtet ist, anhand der Position der Kurbel 11 Rückschlüsse über die aktuelle Position der Koppelschenkel 2.1 - 2.6 zu erhalten. Dazu sind auf der Steuereinrichtung 102 Informationen über die Ausgestaltung und die Mechanik der Pantograf-Koppelschenkelanordnung 2 für jede Winkelposition des Drehantriebs 5, insbesondere der Kurbel 11, hinterlegt. Anders gesagt weiß die Steuereinrichtung 102 in jeder Winkelposition des Drehantriebs 5 bzw. der Kurbel 11, wie die Koppelschenkel 2.1 - 2.6 zueinander positioniert sind, und dementsprechend auch, in welcher Position sich das Nabenmotorrad 3 relativ zum Drehantrieb 5 und zum Chassis 101 des Fahrzeugs 100 befindet. Demnach ist der Drehantrieb 5 dazu vorgesehen, eine Winkellage der gelenkig miteinander gekoppelten Koppelschenkel 2.1 - 2.4 derart relativ zueinander einzustellen, dass eine Position des Nabenmotorrades 3 relativ zum Drehantrieb 5 in Längsrichtung und/oder in Vertikalrichtung des Fahrzeugs 100 verstellbar ist, sodass die Steuereinrichtung 102 auf fahrbetriebsspezifische Situationen des Fahrzeugs 100 Einfluss nehmen kann.
-
Mittels der Pantograf-Koppelschenkelanordnung 2 wird eine Rotationsbewegung der Kurbel 11 bzw. des Kurbelzapfens 12 am ersten Gelenk 6.1 durch den Drehantrieb 5 in eine Bewegung des Nabenmotorrades 3 entlang einer von der Ausbildung der Pantograf-Koppelschenkelanordnung 2 und der Anbindung des Drehantriebs 5 abhängigen Gangtrajektorie umgewandelt. Die Gangtrajektorie ist eine Bewegungsabfolge des Nabenmotorrades 3, die es während der Betätigung des Drehantriebs 5 ausführt, wobei sich das Nabenmotorrad 3 währenddessen in Längsrichtung und/oder in vertikaler Richtung zum Chassis 101 des Fahrzeugs 100 bewegt. Dies sollen die 5 bis 7 zeigen, wobei die Gangtrajektorie 14 jeweils links unten im jeweiligen Rahmen als Rechteck mit abgerundeten Ecken dargestellt ist. Das Nabenmotorrad 3 verfährt entlang der gezeigten Gangtrajektorie 14, wenn die Kurbel 11 in eine Rotation versetzt wird und diese Bewegung in ein Verschwenken der Koppelschenkel 2.1 - 2.6 zueinander umgewandelt wird. Je nach Drehrichtung des Drehantriebs 5 kann so eine Position des Nabenmotorrades 3 relativ zum Drehantrieb 5 in Längsrichtung L und/oder in Vertikalrichtung V des Fahrzeugs 100 verstellt werden.
-
In den 5 bis 7 ist der Rad-Bein-Mechanismus 1 im oberen der drei Abbildungen jeweils in einer normal eingefahrenen Position gezeigt, analog zu 2 und 3. Die hier gezeigten Rad-Bein-Mechanismen 1 betreffen den in 2 bis 4 beschriebenen Rad-Bein-Mechanismus 1. Die drei vertikal untereinander gezeigten Abbildungen der jeweiligen 5 bis 7 zeigt eine jeweilige Bewegungsabfolge des Nabenmotorrades 3 bei Betätigung des Drehantriebs 5.
-
Wird der Drehantrieb 5 in eine erste Drehrichtung angetrieben, wird die Pantograf-Koppelschenkelanordnung 2 derart verstellt, dass das Nabenmotorrad 3 entlang der Trajektorie 14 entgegen dem Uhrzeigersinn verschwenkt, vgl. mittlere und untere Abbildung der 5. Mithin wird das Nabenmotorrad 3 nach vorwärts gerichtet im Wesentlichen entlang der Längsachse L des Fahrzeugs 100 verstellt. Dies kann bis zu einer Endposition erfolgen, beispielsweise so weit, wie sich das Nabenmotorrad 3 im Wesentlichen entlang der Längsachse L des Fahrzeugs 100 bewegt. Mithin folgt das Nabenmotorrad 3 der Trajektorie 14 lediglich für einen Teil ihres Umfangs entgegen dem Uhrzeigersinn.
-
Wird der Drehantrieb 5 in eine zur ersten Drehrichtung entgegengesetzten zweiten Drehrichtung angetrieben, wird die Pantograf-Koppelschenkelanordnung 2 derart verstellt, dass das Nabenmotorrad 3 entlang der Trajektorie 14 mit dem Uhrzeigersinn verschwenkt, vgl. mittlere und untere Abbildung der 6. Mithin wird das Nabenmotorrad 3 nach unten gerichtet im Wesentlichen entlang der Hochachse V des Fahrzeugs 100 verstellt. Dies kann ebenfalls bis zu einer Endposition erfolgen, beispielsweise so weit, wie sich das Nabenmotorrad 3 im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse L bzw. entlang der Hochachse V des Fahrzeugs 100 bewegt. Mithin folgt das Nabenmotorrad 3 der Trajektorie 14 lediglich für einen Teil ihres Umfangs im Uhrzeigersinn.
-
Mit 7 soll verdeutlicht werden, dass der Drehantrieb 5 auch um 360° verdrehbar ausgeführt sein kann, sodass das Nabenmotorrad 3 der gesamten Trajektorie 14 entweder entgegen oder im Uhrzeigersinn folgt. Damit ist eine diagonale bzw. teils vorwärtsstrebende und teils vertikale Bewegungsabfolge des Nabenmotorrades 3 entlang der Längsachse L sowie der Hochachse V des Fahrzeugs 100 realisierbar.
-
Selbstverständlich ist denkbar, den Drehantrieb 5 an jedem anderen der Gelenke 6.2 bis 6.5 antriebswirksam anzuordnen. Die Anbindung am ersten Gelenk 6.1 ist lediglich beispielhaft zu verstehen. Ebenso kann der Lenkaktuator 4 und das Nabenmotorrad 3 an jedem anderen Koppelschenkel 2.2 - 2.6 angeordnet sein.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Rad-Bein-Mechanismus
- 2
- Pantograf-Koppelschenkelanordnung
- 2.1 - 2.6
- Koppelschenkel
- 3
- Nabenmotorrad
- 4
- Lenkaktuator
- 5
- Drehantrieb
- 6.1 - 6.5
- Gelenk
- 7
- Chassis-Halter
- 8
- Ständerelement
- 9
- Lagerelement
- 10
- Bremse
- 11
- Kurbel
- 12
- Kurbelzapfen
- 13
- Ausnehmung am ersten Koppelschenkel
- 14
- Gangtrajektorie bzw. Trajektorie
- 100
- Fahrzeug
- 101
- Chassis
- 102
- Steuereinrichtung
- 103
- Rad
- 104
- Plattform
- L
- Längsachse bzw. Längsrichtung des Fahrzeugs
- V
- Hochachse bzw. Vertikalrichtung des Fahrzeugs
