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Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem für ein Muskel-Elektro-Hybridfahrzeug sowie ein Muskel-Elektro-Hybridfahrzeug. Muskel-Elektro-Hybridfahrzeuge sind auch als Velomobile oder Bio-Bikes bekannt.
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Die
DE 197 32 468 A1 betrifft ein Muskel-Elektro-Hybridfahrzeug, bei dem neben einer mit einem Generator und mindestens einem Elektromotor verbundene zusätzlichen Batterie ein Sensor zur Leistungsmessung vorgesehen ist. Damit soll ein systembedingter Leistungsverlust, wie beispielsweise ein elektromechanischer Übertragungsverlust, wegen einer Rollreibung der Räder und wegen eines Luftwiderstands bedingter Leistungsverlust, mittels einem dem Leistungsverlust entsprechendem Antrieb kompensiert werden.
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Aus der
WO 2007/117149 A1 geht ein elektromotorunterstütztes Fahrrad mit drei oder mehr Rädern hervor, mit Mitteln zum Antreiben und Steuern der Drehung aller Räder des Fahrrads und einem System zur Traktionskontrolle an allen Rädern. Das Fahrrad umfasst ferner Elektromotoren, die in den Radnaben der Räder befestigt sind, Dynamos oder Elektromotoren mit optionaler Dynamofunktion, eine elektrische Energiequelle, sowie ein elektrisches und elektronisches System mit Rechenmitteln, Sensoren und Steuereinheiten für Leistung, Traktion und Bremsen. Außerdem umfasst das Fahrrad Mittel zur Überwachung und Eingabe von Funktionsdaten, Bremsen mit Mitteln für eine ABS-Funktion sowie Bremsen mit Mitteln zur Unterstützung des Traktionskontrollsystems.
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Außerdem offenbart
EP 3 696 068 A1 ein Fahrzeug, bei dem mindestens einer von einem Vorderradabschnitt und einem Hinterradabschnitt aus einem linken/rechten Radpaar konfiguriert ist und das durch eine Betätigungskraft eines Fahrers angetrieben werden kann. Ein Zustand des Fahrzeugs kann erfasst werden, wobei eine Rotationskraft jedes Radpaars als Reaktion auf die Erfassung unabhängig voneinander gesteuert werden kann. Außerdem können synchrone und gleiche Bremskräfte für jedes Radpaar erzeugt werden.
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Weiterer Stand der Technik ist in
EP 0 784 378 A2 ,
DE 10 2014 005 527 A1 sowie der Dissertation von H. D. Perassi aus dem Jahr 2006 mit dem Titel „Feldorientierte Regelung der permanenterregten Synchronmaschine ohne Lagegeber für den gesamten Drehzahlbereich bis zum Stillstand“ offenbart.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Antrieb für ein Muskel-Elektro-Hybridfahrzeug bereitzustellen, der eine Kippstabilität des Fahrzeugs verbessert. Die Aufgabe wird gelöst gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung durch ein Antriebssystem mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 und gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung durch ein Antriebssystem mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 2 sowie gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung durch ein Muskel-Elektro-Hybridfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche, der folgenden Beschreibung sowie der Figuren.
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Ein erfindungsgemäßes Antriebssystem für ein Muskel-Elektro-Hybridfahrzeug umfasst ein Tretlagergetriebe, das dazu eingerichtet ist, zumindest mit einem ersten Antriebsdrehmoment von einem Benutzer über eine Tretkurbelwelle beaufschlagt zu werden, um wenigstens ein Fahrzeugrad zumindest mittelbar drehanzutreiben, sowie wenigstens eine erste antreibbare Achse, aufweisend eine erste elektromechanische Antriebseinheit und wenigstens eine zweite elektromechanische Antriebseinheit, wobei die erste Antriebseinheit einem damit wirkverbundenen Fahrzeugrad der linken Fahrzeugseite zugeordnet ist und die zweite Antriebseinheit einem damit wirkverbundenen weiteren Fahrzeugrad der rechten Fahrzeugseite zugeordnet ist, wobei wenigstens eine der Antriebseinheiten mit einer Steuereinrichtung des Muskel-Elektro-Hybridfahrzeugs elektronisch verbunden ist.
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Die jeweilige elektromechanische Antriebseinheit ist bevorzugt eine elektrische Maschine, wobei die Antriebswelle ein Rotor der elektrischen Maschine ist oder mit dem Rotor drehfest verbunden bzw. gekoppelt ist. Der Rotor ist gegenüber einem gehäusefesten Stator der elektrischen Maschine drehbar gelagert. Es ist denkbar, dass die elektromechanische Antriebseinheit ferner eine Getriebestufe umfasst, in die eine Antriebsleistung aus der elektrischen Maschine eingeleitet und anschließend zumindest mittelbar auf das jeweilige Fahrzeugrad übertragen wird. Die jeweilige Antriebseinheit ist von der Steuereinrichtung steuer- bzw. regelbar. Die jeweilige Antriebseinheit erzeugt eine Antriebsleistung, die über die Antriebswelle zumindest mittelbar, insbesondere über eine Untersetzungsstufe, auf das jeweilige Fahrzeugrad übertragen wird.
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Vorzugsweise ist die jeweilige als elektrische Maschine ausgebildete Antriebseinheit ein bürstenloser Gleichstrommotor, auch als Brushless DC Motor (abgekürzt BLDC- oder BL-Motor) bezeichnet, oder ein electronically commutated Motor (abgekürzt EC-Motor) oder ein Permanent Magnet Synchron Motor (abgekürzt PMSM). Üblicherweise weist ein bürstenloser Gleichstrommotor einen Rotor mit einem Permanentmagneten auf, während der feststehende Stator die Spulen umfasst. Der Stator wird von einer elektronischen Versorgungsschaltung zeitlich versetzt mit elektrischer Energie versorgt, um ein elektromagnetisches Drehfeld zu erzeugen. Das Drehfeld verursacht ein Drehmoment am permanent erregten Rotor. Um winkelabhängige Drehmomentschwankungen zu reduzieren, kommen höhere Phasensysteme zum Einsatz, wobei neben dem üblichen Dreiphasensystem auch höhere Phasenanzahlen zur Anwendung kommen können. Durch eine hohe Polzahl werden die Laufeigenschaften verbessert, so dass das Drehfeld auch durch Ansteuerung mit einer rechteckförmigen Wechselspannung gebildet werden kann. Bürstenlose Gleichstrommotoren werden elektronisch kommutiert. Dazu muss die Rotorposition und die Drehzahl erfasst werden. Dies kann sensorgestützt oder sensorlos erfolgen.
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Gemäß einem ersten Erfindungsaspekt weist wenigstens eine der Antriebseinheiten eine Rotorlagesensorik auf, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, ein Drehzahlsignal der Rotorlagesensorik zu empfangen und zur ABS- und/oder ESP-Steuerung des Muskel-Elektro-Hybridfahrzeugs weiterzuverarbeiten. Mit anderen Worten ist die in der Regel ohnehin vorhandene Rotorlagesensorik der jeweiligen Antriebseinheit nutzbar, um eine ABS- und/oder ESP-Steuerung des Muskel-Elektro-Hybridfahrzeugs auszuführen. Die Rotorlage des Rotors der jeweiligen Antriebseinheit wird über den Rotorlagesensor bestimmt, der bevorzugt aus einem Rotorlagensensor-Rotor und einem Rotorlagensensor-Stator besteht. Dabei kann der Rotorlagesensor-Rotor drehfest mit dem Rotor der elektrischen Maschine verbunden sein und gegenüber dem Rotorlagesensor-Stator drehbar ausgebildet sein.
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Der Rotorlagesensor erfasst Messdaten über die Drehzahl des Rotors bzw. der Antriebswelle der jeweiligen Antriebseinheit und stellt diese der Steuereinrichtung zur Weiterverarbeitung zur Verfügung. Bevorzugt ist die Rotorlagesensorik derart ausgebildet, dass der Steuereinrichtung ein Drehzahlsignal eines Rotors bzw. einer Antriebswelle der dem linken Fahrzeugrad des Fahrzeugs zugeordneten ersten Antriebseinheit sowie ein Drehzahlsignal eines Rotors bzw. einer Antriebswelle der dem rechten Fahrzeugrad des Fahrzeugs zugeordneten zweiten Antriebseinheit bereitgestellt wird, sodass anhand der Drehzahlsignale durch gezielte Ansteuerung der Antriebseinheiten der jeweiligen angetrieben Achse eine Fahrdynamikbeeinflussung, insbesondere eine Stabilisierung des Fahrzeugs während der Fahrt, erfolgen kann.
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In diesem Sinn wird in einem Verfahren zum Betreiben eines solchen Antriebssystems für ein Muskel-Elektro-Hybridfahrzeugs mittels der Steuereinrichtung ein Drehzahlsignal der Rotorlagesensorik empfangen und zur ABS- und/oder ESP-Steuerung des Muskel-Elektro-Hybridfahrzeugs weiterverarbeitet. Für das Verfahren wird auf die Ausführungen, insbesondere die Ausführungsbeispiele und Vorteile, zu dem ersten Erfindungsaspekt verwiesen.
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Gemäß einem zweiten Erfindungsaspekt kann die ABS- und/oder ESP-Steuerung auch durch Messdaten erfolgen, die durch eine sensorlose elektronische Kommutierung der jeweiligen elektrischen Maschine gewonnen wurden. In diesem Sinn ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, eine Back-EMF-Messung an einer der Antriebseinheiten auszuführen und die erfassten Messdaten zur ABS- und/oder ESP-Steuerung des Muskel-Elektro-Hybridfahrzeugs weiterzuverarbeiten.
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Unter einer Back-EMF-Messung ist die Erfassung der Rotorposition über die in den Spulen des Stators ausgelöste Gegenspannung zu verstehen, welche von der elektronischen Steuereinrichtung ausgewertet wird. Dazu ist die jeweilige elektromechanische Antriebseinheit vorzugsweise ein bürstenloser Gleichstrommotor mit Permanentmagnetrotor und drei Spulen im Stator. Insbesondere eignet sich ein sogenannter elektronisch kommutierter Motor (EC-Motor). Die Erfindung ist aber, wie bereits erwähnt, nicht auf Motoren mit drei Spulen im Stator beschränkt.
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Bei der Back-EMF-Messung wird die Polradspannung zur Bestimmung der Rotorposition gemessen. Die Polradspannung ist die Spannung, die vom rotierenden Rotor in die Wicklungen des Stators induziert wird. Dies wird im Allgemeinen als Back-EMF bezeichnet. Damit Back-EMF gemessen werden kann, muss der Strom in einer Spule vorübergehend null sein. Jede Spule kann beispielsweise zu 2/3 der Periodendauer bestromt und zu 1/3 der Periodendauer stromfrei bleiben. In der Spule, in der temporär kein Strom fließt, kann Back-EMF gemessen werden. Die so gewonnen Informationen über die Rotorposition sind sodann nutzbar, um eine Drehzahl des Rotors bzw. der Antriebswelle bestimmen zu können, wobei anhand der Drehzahlinformationen eine ABS- und/oder ESP-Steuerung des Fahrzeugs erfolgen kann. Als Back-EMF-Messung ist insbesondere das Rücklesen einer Generatorspannung und Drehfeld-Frequenz bei drehenden Motoren zu verstehen, das ohne Verwendung diskreter Sensoren als Nebengröße ein Drehzahlsignal erzeugt, das für die ABS- und/oder ESP-Signalauswertung nutzbar ist.
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Bevorzugt wird die Back-EMF-Messung an der ersten Antriebseinheit der antreibbaren ersten Achse sowie an der zweiten Antriebseinheit derselben Achse durchgeführt, sodass der Steuereinrichtung ein Drehzahlsignal eines Rotors bzw. einer Antriebswelle der dem linken Fahrzeugrad des Fahrzeugs zugeordneten ersten Antriebseinheit sowie ein Drehzahlsignal eines Rotors bzw. einer Antriebswelle der dem rechten Fahrzeugrad des Fahrzeugs zugeordneten zweiten Antriebseinheit bereitgestellt wird, damit anhand der Drehzahlsignale durch gezielte Ansteuerung der Antriebseinheiten der jeweiligen angetrieben Achse eine Fahrdynamikbeeinflussung, insbesondere eine Stabilisierung des Fahrzeugs während der Fahrt, erfolgen kann.
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In diesem Sinn wird in einem Verfahren zum Betreiben eines solchen Antriebssystems für ein Muskel-Elektro-Hybridfahrzeugs mittels der Steuereinrichtung eine Back-EMF-Messung an einer der Antriebseinheiten ausgeführt und die erfassten Messdaten werden zur ABS- und/oder ESP-Steuerung des Muskel-Elektro-Hybridfahrzeugs weiterverarbeitet. Für dieses Verfahren wird auf die Ausführungen, insbesondere die Ausführungsbeispiele und Vorteile, zu dem zweiten Erfindungsaspekt verwiesen.
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Unabhängig davon, ob die Steuereinrichtung die Drehzahlsignale sensorgestützt, also mittels Rotorlagesensorik, oder sensorlos, also mittels Back-EMF-Messung erhält, ergibt sich der Vorteil, dass auf zusätzliche Sensoren, insbesondere auf separate ABS- und/oder ESP-Sensoren, mit denen eine Drehzahl z.B. am jeweiligen Fahrzeugrad erfassbar sind, verzichtet werden kann. Vielmehr kann die für die ABS- und/oder EPS-Steuerung erforderliche Drehzahl des jeweiligen Fahrzeugrades direkt an der jeweiligen Antriebseinheit, und zwar am Rotor bzw. der Antriebswelle, abgegriffen und dieses Drehzahlsignal dazu weiterverwendet werden, die ABS- und/oder ESP-Funktion des Fahrzeugs auszuführen. Durch Einsparung zusätzlicher Sensoren werden Kosten und Gewicht eingespart.
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Durch eine ABS-Steuerung (ABS steht für „Antiblockiersystem“) wird verhindert, dass die Fahrzeugräder insbesondere bei einer Vollbremsung blockieren und der Fahrer des Fahrzeugs so die Kontrolle über das Fahrzeug verliert. Dazu wird der Bremsdruck in den Bremsen des Fahrzeugs wiederholt abgesenkt und angehoben. Dadurch kann beispielsweise ein unkontrolliertes Schleudern des Fahrzeugs verhindert werden, das durch den Verlust der Seitenführungskräfte auftreten kann. Das ABS erhöht die Spurtreue, insbesondere bei Kurvenfahrten. Zudem erhält es die Lenkfähigkeit bei einer Vollbremsung, so dass Hindernisse umfahren werden können. Durch das hier vorgeschlagene Antriebssystem und Verfahren zum Betreiben dieses Antriebssystems ist die Bremskraft an jedem Fahrzeugrad durch die der Steuereinrichtung zur Verfügung gestellten Drehzahlinformationen individuell regelbar. Dadurch wird das sogenannte Giermoment, das Drehen des Fahrzeugs um die eigene Hochachse, und damit auch die Schleuderneigung abgeschwächt.
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Die ESP-Steuerung (ESP steht für „Elektronisches Stabilitätsprogramm“) ist dazu vorgesehen, Fahrfehler zu korrigieren, die das Schleudern in Kurven bewirken. Die ESP-Steuerung verhindert ein Untersteuern und ein Übersteuern des Fahrzeugs. Die ESP-Steuerung kann die zuvor beschriebene ABS-Steuerung umfassen. Die Steuereinrichtung kann Schleuderbewegungen des Fahrzeugs erkennen und kann diesen Bewegungen durch eine entsprechende Ansteuerung der Antriebseinheiten aktiv entgegenwirken. Dazu nutzt es die zuvor beschriebenen Drehzahlsignale, die der Steuereinrichtung zur Weiterverarbeitung zur Verfügung gestellt werden.
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Als Weiterverarbeitung von Daten und Information ist zu verstehen, dass die Steuereinrichtung anhand der Drehzahlsignale eine Antriebsleistung, also ein Drehmoment und/oder eine Drehzahl der Antriebswelle zumindest temporär anpasst, um die Fahrstabilität des Fahrzeugs zu verbessern oder aufrechtzuerhalten. Die Steuereinrichtung ist bevorzugt derart ausgebildet, dass für jedes mit einer Antriebseinheit wirkverbundene Fahrzeugrad eine Antriebsleistung unabhängig einstellbar ist.
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Beispielsweise bei einem als Velomobil ausgebildeten Muskel-Elektro-Hybridfahrzeug, bei dem sich der Fahrer sitzend oder liegend im Fahrzeug befindet, ist das Tretlagergetriebe im vorderen Teil des Fahrzeugs angeordnet, wobei das über die Tretkurbelwelle von dem Benutzer mechanisch eingebrachte erste Antriebsdrehmoment beispielsweise direkt auf mindestens ein Vorderrad des Fahrzeugs übertragbar ist oder über ein Ritzel mit damit wirkverbundener Antriebskette zu wenigstens einem Hinterrad des Fahrzeugs weitergeleitet werden kann. Die Antriebskette kann über Umlenkrollen bzw. Umlenkzahnräder im Bodenbereich des Fahrzeugs geführt werden.
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Mittels der ersten elektromechanischen Antriebseinheit ist ein zweites Antriebsdrehmoment erzeugbar, das auf ein erstes Fahrzeugrad der jeweiligen angetriebenen Achse übertragbar ist. Mittels der zweiten elektromechanischen Antriebseinheit ist ein drittes Antriebsdrehmoment erzeugbar, das auf ein zweites Fahrzeugrad derselben angetriebenen Achse übertragbar ist. Die beiden Fahrzeugräder sind bevorzugt auf entgegengesetzten Seiten der Achse angeordnet. Somit ist denkbar, dass eines der Fahrzeugräder des Fahrzeugs teilweise mittels Muskelkraft und teilweise mittels eines Antriebsdrehmoments einer der Antriebseinheiten antreibbar ist. So kann ein Gesamtantriebsdrehmoment erzeugt werden, das aus einem aus Muskelkraft mechanisch eingebrachten Antriebsdrehmoment sowie aus einem Motordrehmoment der Antriebseinheiten besteht. Vorzugsweise wird das aus Muskelkraft mechanisch eingebrachte Antriebsdrehmoment auf mindestens ein Hinterrad des Fahrzeugs übertragen, wobei das jeweilige Motordrehmoment auf die Vorderräder des Fahrzeugs übertragen wird. Denkbar ist, dass ein mit Muskelkraft antreibbares Fahrzeugrad gleichzeitig ein elektromechanische antreibbares Fahrzeugrad ist, das in Wirkverbindung mit einer der Antriebseinheiten steht.
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Wenigstens eine der Achsen des Fahrzeugs ist zudem eine lenkbare Achse, die mit einer Lenkeinrichtung wirkverbunden ist, über die der Fahrer einen Lenkbefehl zur Einstellung eines Lenkwinkels der entsprechenden Fahrzeugräder an die jeweilige Achse übertragen kann. Die lenkbare Achse kann gleichzeitig eine antreibbare Achse im Sinne der Erfindung sein. Als antreibbare Achse ist im Rahmen dieser Erfindung primär eine elektrisch antreibbare Achse zu verstehen. Selbstverständlich ist auch die mit Muskelkraft antreibbare Achse, wenn diese an einer von der antreibbaren Achse verschiedenen Achse angeordnet ist, antreibbar. Eine solche Achse wird hier jedoch als mit Muskelkraft antreibbare Achse bezeichnet.
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Vorzugsweise umfasst das Antriebssystem neben der ersten antreibbaren Achse eine zweite antreibbare Achse, aufweisend eine dritte elektromechanische Antriebseinheit und wenigstens eine vierte elektromechanische Antriebseinheit. Die Funktionsweise der Steuereinrichtung ist analog zu den ersten beiden Antriebseinheiten. Die Steuereinrichtung ist derart ausgebildet, dass sie die Antriebsleistung jeder der Antriebseinheiten situationsgerecht, also zur Ausführung einer ABS- und/oder ESP-Funktion, anpassen kann. Damit lässt sich ein Allradantrieb für das Fahrzeug realisieren, sofern dieses genau zwei Achsen aufweist. Eine der Achsen oder beide Achsen können dabei zusätzlich als lenkbare Achse gemäß den obigen Ausführungen ausgebildet sein, um ein Lenkmanöver einzuleiten oder auszuführen.
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Erfindungsgemäß ist zwischen wenigstens einer der elektromechanischen Antriebseinheiten und dem dazugehörigen Fahrzeugrad eine Untersetzungsstufe zur Übersetzung einer Drehzahl einer Antriebswelle der jeweiligen Antriebseinheit angeordnet, wobei die Untersetzungsstufe ein Antriebsrad, das mit einer Antriebswelle zumindest mittelbar drehfest verbunden ist, sowie ein damit wirkverbundenes Abtriebsrad, das mit einer Radnabe des jeweiligen Fahrzeugrades zumindest mittelbar drehfest verbunden ist, umfasst, wobei zumindest die Antriebswelle der jeweiligen Antriebseinheit und das Antriebsrad im Bodenbereich des Fahrzeugs und in Schwerkraftrichtung unterhalb des Abtriebsrades der Untersetzungsstufe angeordnet sind. Das Abtriebsrad ist im Wesentlichen achsparallel zum Antriebsrad angeordnet, wobei das Abtriebsrad oberhalb des Antriebsrades angeordnet ist. Daraus ergibt sich die Situation im Fahrzeug, dass die Antriebswelle der jeweiligen Antriebseinheit im Bodenbereich des Fahrzeugs angeordnet ist und die Antriebsleistung an die linke und/oder rechte Fahrzeugflanke zu dem jeweiligen Fahrzeugrad geführt wird. Erst kurz vor dem jeweiligen antreibbaren Fahrzeugrad wird die Antriebsleistung über die Untersetzungsstufe mit den achsparallelen Rädern hoch zur Radnabe geführt. Daraus ergibt sich ein niedriger Fahrzeugschwerpunkt, da ein wesentlicher Teil des Antriebssystems in den Bodenbereich des Fahrzeugs, insbesondere an einen möglichst tiefen Punkt des Fahrzeugs, verlagert werden kann, wodurch die Kippstabilität des Fahrzeugs verbessert wird.
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Der Bodenbereich des Fahrzeugs ist Teil des Innenraums des Fahrzeugs und ist getrennt vom Außenbereich. Die Trennung des Innenraums des Fahrzeugs vom Außenbereich erfolgt bevorzugt über die Karosserie, wobei der Bodenbereich mit dem entsprechenden Karosserieteil an der Unterseite des Fahrzeugs den Innenraum vom befahrenen Untergrund räumlich trennt. Je tiefer Bauteile des Fahrzeugs in oder an der Karosserie des Fahrzeugs angeordnet sind, desto tiefer liegt der Schwerpunkt des Fahrzeugs. Der Bodenbereich befindet sich insbesondere in Schwerkraftrichtung unterhalb des Fahrersitzes oder unterhalb der Pedale des Tretlagergetriebes. Der Bodenbereich ist insbesondere als Fußbodenbereich des Fahrzeugs zu verstehen.
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Die Untersetzungsstufe ist derart ausgeführt, dass das Antriebsrad kleiner ist, also einen kleineren Durchmesser aufweist, als das Abtriebsrad, um die Untersetzung, also die Übersetzung ins Langsame, zu realisieren. Mittels der Untersetzungsstufe wird also eine Drehzahl der Antriebswelle reduziert, um das Fahrzeug entsprechend anzutreiben. Über die Untersetzungsstufe kann eine Leistungsdichte des Antriebs erhöht werden.
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Vorzugsweise ist das Abtriebsrad der Untersetzungsstufe im Wesentlichen koaxial zur Radnabe des dazugehörigen Fahrzeugrades angeordnet. Damit wird die Anbindung der Untersetzungsstufe an die Radnabe des jeweiligen Fahrzeugrades vereinfacht und platzsparender gestaltet.
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Vorzugsweise ist die jeweilige elektromechanische Antriebseinheit räumlich zwischen einer Fahrzeugmittelachse und der dazugehörigen Untersetzungsstufe angeordnet. Vorzugsweise ist die jeweilige Antriebseinheit räumlich zwischen den Beinen des Fahrers im Bodenbereich des Fahrzeugs angeordnet. Die Antriebswelle der jeweiligen Antriebseinheit erstreckt sich ausgehend von der Antriebseinheit zur linken bzw. rechten Fahrzeugseite hin, wo sie mit der Radnabe wirkverbunden ist, insbesondere über die Untersetzungsstufe. Um Winkelversätze oder Achsversetze zwischen der jeweiligen Antriebseinheit und der Radnabe auszugleichen, können ferner Gelenkwellen, insbesondere verlängerbare und/oder verkürzbare Gelenkwellen, vorgesehen werden. In diesem Sinn ist, sofern eine Untersetzungsstufe vorgesehen ist, die Antriebswelle der jeweiligen Antriebseinheit bevorzugt über eine Gelenkwelle mit dem Antriebsrad der jeweiligen Untersetzungsstufe antriebswirksam verbunden.
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Unter einer „Welle“ ist ein rotierbares Bauteil des Antriebssystems zu verstehen, über welches je zugehörige Komponenten des Antriebssystems drehfest miteinander verbunden sind. Die jeweilige Welle kann die Komponenten dabei axial oder radial oder auch sowohl axial und radial miteinander verbinden. Unter einer Welle ist nicht ausschließlich ein beispielsweise zylindrisches, drehbar gelagertes Maschinenelement zur Übertragung von Drehmomenten zu verstehen, sondern vielmehr sind hierunter auch allgemeine Verbindungselemente zu verstehen, die einzelne Bauteile oder Elemente miteinander verbinden, insbesondere Verbindungselemente, die mehrere Elemente drehfest miteinander verbinden.
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Dass zwei Bauelemente des Antriebssystems drehfest „verbunden“ bzw. „gekoppelt“ sind bzw. „miteinander in Verbindung stehen“, meint im Sinne der Erfindung eine permanente Koppelung dieser Bauelemente, sodass diese nicht unabhängig voneinander rotieren können. Insbesondere ist zwischen diesen Bauelementen, bei welchen es sich um Elemente der jeweiligen Antriebseinheit und/oder des Untersetzungsgetriebes und/oder anderen Bauteilen des Antriebssystems handeln kann, kein Schaltelement vorgesehen, sondern die entsprechenden Bauelemente sind fest miteinander gekoppelt. Auch eine drehelastische Verbindung zwischen zwei Bauteilen wird als fest oder drehfest verstanden. Insbesondere kann eine drehfeste Verbindung auch Gelenke beinhalten, z.B. um eine Lenkbewegung oder eine Einfederung eines Fahrzeugrades zu ermöglichen.
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Vorzugsweise ist die Antriebswelle der jeweiligen Antriebseinheit wenigstens abschnittsweise in einem Lenktunnel im Bodenbereich des Fahrzeugs angeordnet. Ferner kann die Gelenkwelle und/oder eine Eingangswelle des Antriebsrades der Untersetzungsstufe wenigstens teil- oder abschnittsweise im Lenktunnel angeordnet sein. Der Lenktunnel ist beispielsweise ein aus einem dünnwandigen Profil ausgeformtes Bauteil, das am Boden der Fahrzeugkarosserie befestigt oder darin integriert ist. Der Lenktunnel schützt die Bauteile des Antriebssystems vor einer ungewollten Beschädigung, insbesondere bei Ein- und Ausstieg des Fahrers in das oder aus dem Fahrzeug.
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Nach einem Ausführungsbeispiel ist die Untersetzungsstufe eine Stirnradstufe. Das Antriebsrad ist demnach ein Ritzel und das Abtriebsrad ist ein größeres Zahnrad, wobei das Zahnrad mit dem Ritzel direkt in Zahneingriff steht oder über ein dazwischen geschaltetes Zwischenrad wirkverbunden ist. Alternativ ist die Untersetzungsstufe ein Riementrieb oder ein Kettentrieb. Ein Riementrieb bzw. Kettentrieb ist im Vergleich zur Stirnradstufe mit miteinander kämmenden Zahnrädern unempfindlicher gegenüber äußeren Einflüssen wie Schmutz und/oder Feuchtigkeit.
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Unter dem Begriff „wirkverbunden“ ist eine nicht schaltbare Verbindung zwischen zwei Bauteilen zu verstehen, welche zu einer permanenten Übertragung einer Antriebsleistung, insbesondere einer Drehzahl und/oder eines Drehmoments, vorgesehen ist. Die Verbindung kann dabei sowohl direkt oder über eine Festübersetzung erfolgen. Die Verbindung kann beispielsweise über eine feste Welle, eine Verzahnung, insbesondere eine Stirnradverzahnung, und/oder ein Umschlingungsmittel erfolgen.
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Unter dem Begriff „zumindest mittelbar“ ist zu verstehen, dass zwei Bauteile über mindestens ein weiteres Bauteil, das zwischen den beiden Bauteilen angeordnet ist, miteinander (wirk-)verbunden sind oder direkt und somit unmittelbar miteinander verbunden sind. Mithin können zwischen Wellen oder Zahnrädern noch weitere Bauteile angeordnet sein, die mit der Welle bzw. dem Zahnrad wirkverbunden sind.
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Die Steuereinrichtung steuert insbesondere die Drehzahl der Antriebswelle der jeweiligen Antriebseinheit derart, dass gemäß den vorherigen Ausführungen eine Drehzahl eines Fahrzeugrades im Vergleich zur Drehzahl eine weiteren Fahrzeugrades wenigstens temporär verringert oder vergrößert wird
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Das genannte Verfahren zum Betreiben des Antriebssystems ist ebenso vorteilhaft einsetzbar, wenn das Antriebssystem neben der ersten antreibbaren Achse ferner eine zweite antreibbare Achse umfasst, aufweisend eine dritte elektromechanische Antriebseinheit und wenigstens eine vierte elektromechanische Antriebseinheit, wobei die dritte Antriebseinheit einem damit wirkverbundenen Fahrzeugrad der linken Fahrzeugseite zugeordnet ist und die vierte Antriebseinheit einem damit wirkverbundenen weiteren Fahrzeugrad der rechten Fahrzeugseite zugeordnet ist. Als Fahrzeugseite ist entweder die linke oder rechte Fahrzeugflanke zu verstehen, wobei, wenn das Fahrzeug mehrere antreibbare Achsen aufweist, die Drehzahlen der Fahrzeugräder der linken und/oder der rechten Seite anpassbar sind, um die vorteilhafte Wirkung gemäß den obigen Abschnitten der Beschreibung zu realisieren.
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Das erfindungsgemäße Antriebssystem gemäß dem ersten oder zweiten Erfindungsaspekt ist gemäß einem dritten Erfindungsaspekt in einem erfindungsgemäßen Muskel-Elektro-Hybridfahrzeug einsetzbar, aufweisend eine erste Achse und wenigstens eine zweite Achse, wobei an jeder Achse wenigstens zwei Fahrzeugräder drehbar angeordnet sind. Vorzugsweise weist das Fahrzeug in Summe vier Räder auf, je zwei an der Vorderachse und Hinterachse. Dabei kann, wie zuvor beschrieben, mindestens ein Fahrzeugrad, vorzugsweise die beiden Fahrzeugräder einer der Achsen, mit Muskelkraft angetrieben werden, und die beiden Fahrzeugräder der gleichen und/oder der jeweils anderen Achse, besonders bevorzugt alle Fahrzeugräder des Fahrzeugs, elektromechanisch und unabhängig voneinander angetrieben werden.
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Das Antriebssystem, insbesondere die jeweilige Antriebseinheit, ist bevorzugt in Front-Quer-Bauweise verbaut, sodass die Antriebswelle sowie das Antriebsrad und, falls vorgesehen, das Abtriebsrad der Untersetzungsstufe im Wesentlichen quer zur Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtet sind.
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Das Muskel-Elektro-Hybridfahrzeug ist als Mikromobilitätsfahrzeug zu verstehen, beispielsweise als teilweise mit Muskelkraft und teilweise elektrisch betriebenes Fahrrad, insbesondere als Lastenrad oder Cargo-Bike, oder als sogenanntes Velomobil. Ein Lastenrad kann ein Hinterrad und zwei Vorderräder, oder umgekehrt, umfassen, wobei jeweils die Achse mit zwei Fahrzeugrädern als angetriebene Achse im Sinn dieser Erfindung zu verstehen ist. Ein Velomobil umfasst bevorzugt zwei Hinterräder und zwei Vorderräder. In diesem Fall können beide Achsen antreibbar sein. Der mit Muskelkraft erfolgende Antrieb des Muskel-Elektro-Hybridfahrzeugs wird zumindest teilweise von der jeweiligen Antriebseinheit unterstützt, um den Benutzer zu entlasten. Eine vollständige Übernahme des Antriebs durch die jeweilige Antriebseinheit ist zumindest temporär möglich. Das Muskel-Elektro-Hybridfahrzeug kann auch einspurig ausgebildet sein, umfassend ein erstes Fahrzeugrad an der Vorderachse und ein zweites Fahrzeugrad an der Hinterachse.
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Die obigen Definitionen sowie Ausführungen zu technischen Effekten, Vorteilen und vorteilhaften Ausführungsformen des jeweiligen erfindungsgemäßen Antriebssystems gelten sinngemäß ebenfalls für das jeweilige Verfahren zum Betreiben des Antriebssystems sowie für das erfindungsgemäße Muskel-Elektro-Hybridfahrzeug, und umgekehrt.
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Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert, wobei gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Hierbei zeigt
- 1 eine stark schematische Längsschnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Muskel-Elektro-Hybridfahrzeug gemäß einer bevorzugten Ausführungsform,
- 2 eine stark schematische Draufsicht auf das erfindungsgemäße Fahrzeug nach 1,
- 3 eine stark schematische Teillängsschnittdarstellung der Vorderachse des erfindungsgemäßen Fahrzeugs nach 1 und 2,
- 4 eine stark schematische Draufsicht der Vorderachse des erfindungsgemäßen Fahrzeugs nach 1 bis 3,
- 5 eine stark schematische Draufsicht auf das erfindungsgemäße Fahrzeug nach 1 bis 4 während eines Lenkmanövers ohne Anpassung der Antriebsleistung der Antriebseinheiten, und
- 6 eine stark schematische Draufsicht auf das erfindungsgemäße Fahrzeug nach 1 bis 5 während eines Lenkmanövers mit Anpassung der Antriebsleistung der Antriebseinheiten.
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Gemäß 1 und 2 ist ein erfindungsgemäßes mehrspuriges Muskel-Elektro-Hybridfahrzeug 1 in Form eines Velomobils dargestellt, das nachfolgend vereinfacht Fahrzeug 1 genannt wird. Das Fahrzeug 1 weist zwei Achsen 13a, 13b auf, wobei die erste Achse 13a eine Vorderachse des Fahrzeugs 1 mit zwei drehbar daran angeordneten Fahrzeugrädern 4a, 4b und die zweite Achse 13b eine Hinterachse des Fahrzeugs 1 ebenfalls mit zwei drehbar daran angeordneten Fahrzeugrädern 4c, 4d ist. Beide Achsen 13a, 13b sind, wie nachfolgend beschrieben, antreibbare Achsen. Das erste und dritte Fahrzeugrad 4a, 4c sind auf der linken Fahrzeugseite angeordnet, wie in 1 zu sehen ist, wohingegen das zweite und vierte Fahrzeugrad 4b, 4d auf der rechten Fahrzeugseite angeordnet sind. 3 zeigt die erste Achse 13a mit dem ersten Fahrzeugrad 4a in der Seitenansicht und 4 zeigt die erste Achse 13a in der Draufsicht. In 1 und teilweise in 3 ist ein Fahrer P des Fahrzeugs 1 in einer für das als Velomobil ausgebildete Fahrzeug 1 typischen Sitzposition angedeutet.
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Das Fahrzeug 1 weist ein Antriebssystem auf, umfassend eine manuell betätigbares Tretlagergetriebe 2, in das von einem Benutzer über eine Tretkurbelwelle 3 ein erstes Antriebsdrehmoment eingebracht werden kann. An der Tretkurbelwelle 3 sind Pedale 3a, 3b angeordnet, über die der Fahrer P die Antriebsleistung in das Tretlagergetriebe 2 mit seiner eigenen Muskelkraft einleiten kann. Das Tretlagergetriebe 2 weist ferner ein - hier nicht näher gezeigtes - Ritzel auf, das mit einer Antriebskette 14 in Wirkverbindung steht, welches die mit Muskelkraft erbrachte Antriebsleistung auf die Fahrzeugräder 4c, 4d der zweiten Achse 13b bzw. Hinterachse des Fahrzeugs 1 überträgt. Mithin werden mittels des Tretlagergetriebes 2 die Fahrzeugräder mit dem Bezugszeichen 4c und 4d an der Hinterachse des Fahrzeugs 1 mittelbar drehangetrieben.
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An der Vorderachse bzw. der ersten Achse 13a sind, wie in 2 bis 4 deutlich zu sehen ist, zwei elektromechanische Antriebseinheiten 5a, 5b angeordnet, die erste 5a links einer Fahrzeugmittelachse A und die zweite 5b rechts der Fahrzeugmittelachse A. Zwischen den Antriebseinheiten 5a, 5b der ersten Achse 13a und dem dazugehörigen Fahrzeugrad 4a, 4b ist eine Untersetzungsstufe 6 wirksam angeordnet. Die jeweilige elektromechanische Antriebseinheit 5a, 5b der ersten Achse 13a ist räumlich zwischen einer Fahrzeugmittelachse A und der jeweiligen Untersetzungsstufe 6 angeordnet. An der Hinterachse bzw. der zweiten Achse 13b sind ebenfalls zwei elektromechanische Antriebseinheiten 5c, 5d wirksam angeordnet, die dritte 5c links der Fahrzeugmittelachse A und die vierte 5d rechts der Fahrzeugmittelachse A. Damit sind alle vier Fahrzeugräder 4a - 4d separat angetriebene Fahrzeugräder, die durch entsprechenden regelbaren Antrieb mittels einer Steuereinrichtung 16 die Fahrdynamik des Fahrzeugs 1 durch situationsabhängiges Antreiben und Verzögern beeinflussen können. Die erste Achse 13a ist zudem eine lenkbare Achse, wobei an der ersten Achse 13a eine - hier nicht näher gezeigte - Lenkvorrichtung vorgesehen ist, um einen Lenkwinkel des ersten und zweiten Fahrzeugrades 4a, 4b einzustellen. Die Lenkvorrichtung ist mit dem Bezugszeichen 19 in 5 und 6 stark schematisch angedeutet.
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Die Antriebseinheiten 5a - 5d der jeweiligen Achse 13a, 13b sind jeweils identisch als elektrische Maschinen ausgebildet. Die elektrischen Maschinen werden durch einen - hier nicht gezeigten - Akkumulator mit elektrischer Energie versorgt, welcher mit einem - hier ebenfalls nicht gezeigten - gehäusefesten Stator der jeweiligen Antriebseinheit 5a - 5d elektronisch verbunden ist. Die Antriebseinheiten 5a - 5d sind mit einer Steuereinrichtung 16 zur Steuerung und Regelung derselben elektronisch verbunden. Die jeweilige Antriebseinheit 5a - 5d und/oder die Steuereinrichtung 16 können mit Kühlrippen ausgestattet sein, die nach unten aus einer Karosserie K des Fahrzeugs 1 herausragen und direkt vom Fahrtwind gekühlt werden.
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Wie in 2 in Verbindung mit 4 zu sehen ist, erstrecken sich ausgehend von der ersten Antriebseinheit 5a eine dazugehörige drehantreibbare Antriebswelle 7 in Richtung des bezogen auf die Fahrzeugmittelachse A linken Fahrzeugrades 4a der ersten Achse 13a und ausgehend von der zweiten Antriebseinheit 5b eine dazugehörige drehantreibbare Antriebswelle 7 in Richtung des bezogen auf die Fahrzeugmittelachse A rechten Fahrzeugrades 4b der ersten Achse 13a. Die Antriebswelle 7 der ersten Antriebseinheit 5a sowie wenigstens ein Teil einer weiter unten beschriebenen Gelenkwelle 15 erstreckt sich abschnittsweise in einem Lenktunnel 11 im Bodenbereich des Fahrzeugs 1. Die Antriebswelle 7 der zweiten Antriebseinheit 5b sowie wenigstens ein Teil einer weiteren Gelenkwelle 15 erstreckt sich ebenfalls abschnittsweise im Lenktunnel 11 im Bodenbereich des Fahrzeugs 1.
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Nach 2 erstreckt sich ausgehend von der dritten Antriebseinheit 5c eine dazugehörige drehantreibbare Antriebswelle 7 in Richtung des bezogen auf die Fahrzeugmittelachse A linken Fahrzeugrades 4c der zweiten Achse 13b und ausgehend von der vierten Antriebseinheit 5d eine dazugehörige drehantreibbare Antriebswelle 7 in Richtung des bezogen auf die Fahrzeugmittelachse A rechten Fahrzeugrades 4d der zweiten Achse 13b.
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Durch Bestromung des jeweiligen Stators wird ein drehbar dazu angeordneter Rotor, welcher wiederum drehfest mit der jeweiligen Antriebswelle 7 verbunden ist, in eine Drehbewegung relativ zum Stator versetzt. Die jeweilige Antriebswelle 7 kann alternativ auch mit einer separaten Rotorwelle des Rotors drehfest verbunden bzw. damit gekoppelt sein.
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Die jeweilige Antriebseinheit 5a - 5d ist dazu eingerichtet, ein jeweiliges Antriebsdrehmoment und eine Drehzahl auf das dazugehörige Fahrzeugrad 4a - 4d zu übertragen. Nachfolgend wird die antriebstechnische Verbindung zwischen der ersten Antriebseinheit 5a und dem ersten Fahrzeugrad 4a sowie zwischen der dritten Antriebseinheit 5c und dem dritten Fahrzeugrad 4c detaillierter beschrieben. Die Verbindung zwischen der zweiten Antriebseinheit 5b und dem zweiten Fahrzeugrad 4b bzw. zwischen der vierten Antriebseinheit 5d und dem vierten Fahrzeugrad 4d ist analog dazu ausgebildet, wobei die Anordnung der jeweiligen Achse 13a, 13b lediglich spiegelverkehrt ausgeführt ist.
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Zwischen der ersten Antriebseinheit 5a und dem damit antreibbaren ersten Fahrzeugrad 4a ist eine Untersetzungsstufe 6 zur Übersetzung einer Drehzahl der Antriebswelle 7 der ersten Antriebseinheit 5a angeordnet. Die Untersetzungsstufe 6 ist in 3 in der Ansicht zu sehen. Die Untersetzungsstufe 6 ist vorliegend als Stirnradstufe ausgebildet. Demnach weist die Untersetzungsstufe 6 ein als Ritzel ausgeführtes Antriebsrad 8 auf, das über eine in 2 gezeigte Gelenkwelle 15 mit der Antriebswelle 7 antriebswirksam verbunden ist. Mittels der Gelenkwelle 15 ist ein Achsversatz, eine Längenänderung, ein Winkelversatz und oder eine Federbewegung zwischen der Antriebswelle 7 und dem Antriebsrad 8 ausgleichbar. Ferner weist die Untersetzungsstufe 6 ein als Zahnrad ausgebildetes Abtriebsrad 9 auf, das einen größeren Durchmesser aufweist als das Antriebsrad 8 sowie über eine Abtriebswelle 12 mit einer Radnabe 10 des ersten Fahrzeugrades 4a drehfest verbunden und koaxial dazu angeordnet ist. Dazu kann das Abtriebsrad 9 mit der Radnabe 10 über eine Steck- und/oder Schraubverbindung verbunden sein. Das Antriebsrad 8 und das Abtriebsrad 9 kämmen miteinander. 3 zeigt außerdem, dass die Antriebswelle 7 der ersten Antriebseinheit 5a und das Antriebsrad 8 der Untersetzungsstufe 6 im Bodenbereich des Fahrzeugs 1 und in Schwerkraftrichtung unterhalb des Abtriebsrades 9 der Untersetzungsstufe 6 angeordnet sind. Bezogen auf eine Horizontale ist die jeweilige Radnabe 10 und das Abtriebsrad 9 der Untersetzungsstufe 6 oberhalb der ersten bzw. dritten Antriebseinheit 5a, 5c und dem Antriebsrad 8 der Untersetzungsstufe 6 angeordnet.
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Zum Schutz der Stirnradverzahnung der Untersetzungsstufe 6 wird ein kapselndes Gehäuse G vorgesehen, das den die Räder 8, 9 aufnehmenden Innenraum des Gehäuses G abdichtet. Die jeweils als Stirnrad ausgebildeten Antriebsrad 8 und Abtriebsrad 9 können gefettet sein. Alternativ kann das Gehäuse G mit Schmiermittel, insbesondere Öl, gefüllt sein und die Untersetzungsstufe 5 kann durch geeignete Mittel geschmiert werden. Der Füllstand ist in diesem Fall beispielsweise auf Höhe der Verzahnung des in Schwerkraft Richtung unteren Antriebsrades, sodass per Schleuder- und Schleppwirkung das Schmiermittel beide Stirnräder vollständig benetzen kann. Alternativ könnte man den Achsversatz anstatt zweier Stirnräder mit Riemen oder Kette darstellen. In diesem Sinn wäre die Untersetzungsstufe 6 als Riementrieb oder als Kettentrieb ausgebildet, wobei die beiden Räder 8, 9 in diesem Fall über ein Zugmittel miteinander wirkverbunden wären.
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Im Leistungsfluss zwischen der ersten Antriebseinheit 5a und der Gelenkwelle13 ist zudem ein - hier nicht gezeigter - elektrisch aktuierbarer, also schaltbarer, Freilauf angeordnet, mittels dessen eine Fahrwiderstandsoptimierung, insbesondere eine Reduzierung von Schlepp- und Reibmomenten, erfolgt. Der Freilauf kann alternativ auch zwischen dem Abtriebsrad 9 und der Radnabe 10 positioniert sein.
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Die dritte Antriebseinheit 5c an der zweiten Achse 13b, insbesondere die Antriebswelle 7 der dritten Antriebseinheit 5c, ist koaxial zur Radnabe 10 des dritten Fahrzeugrades 4c angeordnet, wobei die Antriebswelle 7 eine Antriebsleistung direkt auf das dritte Fahrzeugrad 4c überträgt. Für die zweite Achse 13b ist ebenso denkbar, Gelenkwellen und/oder Untersetzungsstufen vorzusehen, um eine Antriebsleistung umzuwandeln oder einen Winkel- und/oder Längenausgleich zu realisieren. Da in dem hier gezeigten Fahrzeug 1 aber an der Hinterachse 13b mehr Bauraum zur Verfügung steht als an der Vorderachse 13a kann es insbesondere zur Reduzierung von Bauteilen vorteilhaft sein, die Antriebseinheiten 5c, 5d der Hinterachse 13b koaxial zur jeweiligen Radnabe 10 des dritten bzw. vierten Fahrzeugrades 4c, 4d anzuordnen.
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Die Antriebseinheiten 5a - 5d sind nach 2 mit der Steuereinrichtung 16 elektronisch verbunden und von dieser unabhängig voneinander antreibbar. Die Steuereinrichtung 16 ist dazu eingerichtet, die Antriebseinheiten 5a - 5d der antreibbaren Achsen 13a, 13b in einem normalen Fahrbetrieb zu steuern und zu regeln. Dies zeigt 5 exemplarisch, wobei in dem in 5 gezeigten Fahrbetrieb auch eine Kurvenfahrt derart ausgeführt wird, dass alle Fahrzeugräder 4a - 4d gleichmäßig, das heißt mit einer für die linke und rechte Fahrzeugseite identischen Drehzahl und einem identischen Antriebsdrehmoment, angetrieben werden. Ein derartiger Antrieb erfolgt, wenn keine für jede Antriebseinheit 5a - 5d individuelle Steuerung erfolgt. In 5 befindet sich das Fahrzeug 1 in einer Rechtskurvenfahrt, wobei die Pfeile 17a - 17d der linken und rechten Fahrzeugseite alle in die Antriebsrichtung des Fahrzeugs 1, also nach vorne zeigen. Damit soll dargestellt werden, dass alle Fahrzeugräder 4a - 4d eine im Wesentlichen gleiche Drehzahl aufweisen und mit einem im Wesentlichen gleichen Antriebsdrehmoment angetrieben werden. Der vor dem Fahrzeug 1 angedeutete gestrichelte Pfeil 18 deutet einen Wendekreis des Fahrzeugs 1 bei einem derartigen Antrieb des Fahrzeugs 1 an. Das in 5 und 6 gezeigte Fahrzeug 1 entspricht dem Fahrzeug 1 nach 1 bis 4, wobei hier auf eine Darstellung der Komponenten und Teile des Antriebssystems zum besseren Verständnis des Verfahrens zum Betreiben des Fahrzeugs 1 verzichtet wird.
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6 zeigt die Funktionsweise einer ABS- und ESP-Steuerung für das Muskel-Elektro-Hybridfahrzeug 1. Auch nach 6 befindet sich das Fahrzeug 1 ebenso wie in 5 in einem Lenkmanöver für eine Rechtskurvenfahrt. Das erste und dritte Fahrzeugrad 4a, 4c sind bei einer Rechtskurvenfahrt als kurvenäußeres Fahrzeugrad zu verstehen und das zweite und vierte Fahrzeugrad 4b, 4d sind als kurveninneres Fahrzeugrad zu verstehen. Bei einer Linkskurvenfahrt wäre dies umgekehrt.
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Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weisen alle Antriebseinheiten 5a - 5d jeweils eine Rotorlagesensorik 20 auf. Mittels der Rotorlagesensorik 20 kann eine Drehzahl der Antriebswelle 7 erfasst werden. Die Steuereinrichtung 16 ist neben der Steuerung des normalen Fahrbetriebs ferner dazu eingerichtet, ein Drehzahlsignal der Rotorlagesensorik 20 zu empfangen und dieses Signal zur ABS- und/oder ESP-Steuerung des Muskel-Elektro-Hybridfahrzeugs 1 weiterzuverarbeiten. Das Fahrzeug 1 weist somit ein ABS- und ESP-System auf, das auf der Steuerungseinrichtung 16 ausgeführt wird. Die Steuereinrichtung 16 nutzt die Drehzahlsignale der Antriebseinheiten 5a - 5d bzw. der jeweiligen Rotorlagesensorik, um eine geeignete Steuerung des ABS- bzw. ESP-Systems auszuführen. Mithin kann auf separate Sensoren, beispielsweise ABS-Sensoren am jeweiligen Fahrzeugrad, verzichtet werden. Vielmehr kann direkt am Antrieb eine Drehzahl aufgenommen werden und diese Informationen zum Fahrbetrieb, insbesondere zur Bremsung im Fall einer Voll- bzw. Notbremsung, genutzt werden. Gleichermaßen lässt sich bei Lenkmanövern ein Unter- oder Übersteuern des Fahrzeugs 1 vermeiden, indem mittels der Steuereinrichtung 16 anhand der Drehzahlen der Antriebswellen 7 eine geeignete Anpassung der Antriebsleistung der Antriebseinheiten 5a - 5d vorgenommen wird.
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Alternativ kann die Steuereinrichtung 16 dazu eingerichtet sein, eine Back-EMF-Messung an einer der Antriebseinheiten 5a, 5b auszuführen und die erfassten Messdaten zur ABS- und/oder ESP-Steuerung des Muskel-Elektro-Hybridfahrzeugs 1 weiterzuverarbeiten. Damit ist eine sensorlose Rotorlagedetektion während des Fahrbetriebs des Fahrzeugs 1 realisierbar. Dabei werden die Spannungen der Phasen der jeweiligen als elektrische Maschine ausgebildeten Antriebseinheiten 5a - 5d betrachtet und eine Stellung der jeweiligen Antriebswelle 7 abgeschätzt. Damit lässt sich eine Drehzahl der jeweiligen Antriebswelle 7 bestimmen. Die Back-EMF-Messung ist insbesondere bei höheren Drehzahlen der Antriebswelle 7 sinnvoll und vorteilhaft.
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Weitere Vorteile des Antriebssystems sind unter anderem eine geringere gefederte Masse im Vergleich beispielsweise zu Nabenmotoren, verbesserte Fahrwerksleistungen, bessere Dämpfungseigenschaften, weniger Vibration im Fahrzeug durch Fahrbahnunebenheiten, eine vereinfachte Rad-Demontage als bei Nabenmotoren, eine höhere mögliche Drehzahl der Antriebswelle 7 sowie eine höhere Leistungsdichte der jeweiligen Antriebseinheit 5a, 5b. Indem die jeweilige Antriebseinheit 5a - 5d im Bereich oder auf der Fahrzeugmittelachse A angeordnet ist, ist sie besser vor Umwelteinflüssen geschützt. Zudem wird ein niedrigerer Fahrzeugschwerpunkt erreicht, der eine erhöhte Kippstabilität zur Folge hat.
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Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt. Andere Ausführungsformen oder Variationen ergeben sich für den Fachmann bei der Verwendung der vorliegenden Erfindung sowie bei einer genauen Analyse der Zeichnungen, der Beschreibung und der Patentansprüche. Denkbar ist beispielsweise, dass nur die Vorderachse 13a oder nur die Hinterachse 13b als antreibbare Achse mit entsprechenden Antriebseinheiten 5a, 5c bzw. 5b, 5d ausgestattet ist. Mit nur einer antreibbaren Achse 13a, 13b ist das System gleichermaßen dazu geeignet, die genannten Wirkungen zu erzielen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Muskel-Elektro-Hybridfahrzeug bzw. Fahrzeug
- 2
- Tretlagergetriebe
- 3
- Tretkurbelwelle
- 3a
- Erstes Pedal
- 3b
- Zweites Pedal
- 4a
- Erstes Fahrzeugrad
- 4b
- Zweites Fahrzeugrad
- 4c
- Drittes Fahrzeugrad
- 4d
- Viertes Fahrzeugrad
- 5a
- Erste Antriebseinheit
- 5b
- Zweite Antriebseinheit
- 5c
- Dritte Antriebseinheit
- 5d
- Vierte Antriebseinheit
- 6
- Untersetzungsstufe
- 7
- Antriebswelle
- 8
- Antriebsrad
- 9
- Abtriebsrad
- 10
- Radnabe des Fahrzeugrades
- 11
- Lenktunnel
- 12
- Abtriebswelle
- 13a
- Erste Achse bzw. Vorderachse des Muskel-Elektro-Hybridfahrzeugs
- 13b
- Zweite Achse bzw. Hinterachse des Muskel-Elektro-Hybridfahrzeugs
- 14
- Antriebskette
- 15
- Gelenkwelle
- 16
- Steuereinrichtung
- 17a
- Erster Pfeil
- 17b
- Zweite Pfeil
- 17c
- Dritter Pfeil
- 17d
- Vierter Pfeil
- 18
- Gestrichelter Pfeil
- 19
- Lenkvorrichtung
- 20
- Rotorlagesensorik
- A
- Fahrzeugmittelachse
- G
- Gehäuse
- P
- Fahrer
