DE202008001682U1 - Fahrzeug mit elektrischem Antrieb - Google Patents
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Abstract
Fahrzeug
mit einem elektrischen Antrieb und mindestens einer zur Energieversorgung
mindestens eines Elektromotors wiederaufladbaren Batterie, dadurch
gekennzeichnet, dass auf einer Bodenplattform ein Karosserieaufbau
befestigt ist, der mit der Bodenplattform einen einzigen offenen
Innenraum bildet, der den Elektromotor, die Sitze sowie die für den Fahrzeuglenker
notwendigen Bedienelemente aufweist.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem elektrischen Antrieb und mindestens einer zur Energieversorgung mindestens eines Elektromotors wiederaufladbaren Batterie.
- Der hohe Wirkungsgrad eines rein elektromotorisch betriebenen Fahrzeugs, der ohne Verbrennungsmotoren schadstoff- und emissionsfrei betrieben werden kann, ist relativ groß. Die häufig als Nachteil eines Elektroautos angeführte geringe Reichweite von ca. 400 km ist bei Zweitwagen bzw. solchen Fahrzeugen, die nur über kurze Strecken gefahren werden, etwa um zum Arbeitsplatz und zurück zu gelangen, ohne Belang. Von größerer Bedeutung sind hingegen die inzwischen hohen Kosten der herkömmlichen Personenkraftwagen, die dadurch entstehen, dass eine hohe passive Sicherheit bis hin zu erreichbaren Geschwindigkeiten von mehr als 200 km ebenso geschaffen werden soll wie ein hoher Fahrkomfort, verbunden mit hoher aktiver Sicherheit, die beispielsweise durch ABS-Bremssysteme, Schlupfsysteme etc. ermöglicht werden. Zudem kommen hohe Anforderungen zur Erfüllung der Umweltvorschriften, insbesondere eine aufwendige Abgasreinigung bei Verbrennungsmotoren.
- Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine „preiswerte", für Kurzstrecken, insbesondere Stadtfahrten geeigneten Personenwagen zu schaffen, der elektromotorisch betrieben wird und leicht handhabbar ist.
- Diese Aufgabe wird durch das Fahrzeug nach Anspruch 1 gelöst. Dieses Elektrofahrzeug besitzt keinen Verbrennungsmotor, als Antrieb dient ausschließlich ein Elektromotor, der von einer wiederaufladbaren Batterie gespeist wird. Das Fahrzeug besitzt eine Bodenplattform, auf der ein Karosserieaufbau befestigt ist, der mit der Bodenplatte einen einzigen offenen Innenraum bildet, der den Elektromotor, die Sitze sowie die für die Fahrzeugführung notwendigen Bedienelemente umschließt. Anders als bei herkömmlichen Personenkraftwagen wird im Innenraum auf Schalttafeln, Mittelkonsolen sowie dem Fahrgastraum teilende Elemente wie ein Kardantunnel in der Fahrzeugmitte verzichtet. Das realisierte Einraumkonzept verzichtet ferner auf einen abgetrennten Motorraum und einen abgetrennten Kofferraum, was insgesamt zu einer besseren Raumausnutzung führt. Im innerstädtischen oder im Kurzstreckenverkehr macht sich die fehlende Abschottung des Passagierinnenraums gegenüber dem Motorraum kaum bemerkbar, zumal Elektromotoren in der Regel geräuscharmer arbeiten als Verbrennungsmotoren. Der wesentliche Vorteil dieses Wagens besteht darin, dass er preiswert hergestellt werden kann und auch mit geringeren Außenmaßen gebaut werden kann, so dass der Parkplatzbedarf entsprechend klein ist. Der Antrieb kann über die Vorderachse oder die Hinterachse, alternativ auch als Vierradantrieb an beiden Achsen erfolgen.
- Fahrzeuge mit elektrischem Antrieb ermöglichen zahlreiche Optionen bei der Gestaltung, da die komplizierte Integration der Komponenten, die mit dem Verbrennungsmotor verbunden sind, entfällt. Tatsächlich ist darunter nicht nur die Geometrie des Motors selbst zu berücksichtigen, die auf Grund der gegebenen Höhen-, Breiten- und Längenverhältnisse sehr ungünstig ist und deswegen in den meisten Fällen vorne an der Stelle untergebracht werden muss, wo sie den attraktivsten Raum den Passagieren wegnimmt und die Sicht nach vorne einschränkt, sondern zusätzlich müssen freie Räume um den Motor herum unverbaut bzw. ungenutzt verbleiben, damit der Motor in seinen elastischen Aufhängungen frei schwingen kann und damit die Kühlung und Belüftung sichergestellt bleibt. Weiterhin benötigt der Motor zahlreiche weitere Bauteile, wie Kraftstoff- und Öltanks, voluminöse Rohrführungen für Ansaug- und Abgassystem, Katalysatoren, Wärmetauscher, Kühler und – wegen der ungünstigen Leistungscharakteristik – aufwendige Wandler oder Kupplungen, Getriebe, Wellen etc.
- Bei der Gestaltung eines rein elektrischen Fahrzeuges ergeben sich somit andere Optionen, die erhebliche Verbesserungen des Nutzwertes, der Ergonomie, der passiven Sicherheit, der Rundumsicht, des Raumgefühls, der Raumausnutzung, der Variabilität und der Kosten zulassen.
- Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
- So kann vorzugsweise die Bodenplattform in ihrer Länge und Breite variabel ausgebildet sein, womit eine Anpassung an Karosserieaufbauten unterschiedlicher Größe ermöglicht wird. Eine solch variable Bodengruppe erlaubt die Realisierung unterschiedlicher Fahrzeugkonzepte, z. B. als Zwei- oder Vier-Sitzer.
- Vorzugsweise werden die Batterien unter der Bodenplattform lösbar befestigt, insbesondere zwischen den Fahrzeugachsen. Verwendet man zum Lösen und Befestigen der Batterien einen Schnellverschluss, der über einen Roboter bedient werden kann, lässt sich eine Batterie auch in einer entsprechend ausgebildeten Wechselstation schnell austauschen und gegen eine neue, aufgeladene Batterie ersetzen, so dass eine Fahrt nicht nach der längsmöglichen Wegstrecke für längere Zeit zur Batterieaufladung unterbrochen werden muss. In diesem Fall wird die Autobatterie gewechselt, wobei der Fahrer lediglich den zur Wiederaufladung der entnommenen Batterie benötigten Strom zahlt. Im Regelfall, d. h. nur beim Kurzstreckenverkehr, kann jedoch die Batterie unter dem Fahrzeug verbleiben und in Stillstandzeiten jeweils wieder aufgefüllt werden.
- Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind schwenkbare Türen vorgesehen, die ein- oder zweiteilig ausgebildet und so konstruiert sind, dass der seitlich benötigte Platz beim Öffnen der Türen gegenüber der konventionellen PKW-Türen, die um eine vertikale Achse geschwenkt werden, erheblich minimiert wird. Die verschwenkbare Tür bzw. der obere, vorzugsweise größere Teil der Tür wird um eine zumindest im wesentlichen horizontale Achse verschwenkt, so dass dieser Teil zum Öffnen in eine im wesentlichen horizontale Lage über dem Karosseriedach geführt wird. Bei einem zweiteiligen Türaufbau wird der untere, vorzugsweise kleinere Teil, seitlich abgeschwenkt und vertikal nach unten abgesenkt. Die Türen bzw. deren Teile sind an zwei gegenüberliegenden Seiten jeweils über Schwenkarme mit der Karosserie befestigt, wobei die Auslenkung gegenüber der durch die Karosserie bestimmten Form in der Breite und der Höhe geringer als 25%, vorzugsweise weniger als 10% beträgt. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erstrecken sich die Türen über eine Länge, mit der ein Einstieg für beide Sitzreihen (vorn und hinten) ermöglicht wird. Die Türen sind elektrisch betätigbar, jedoch für den Notfall mechanisch entriegelbar und manuell zu öffnen.
- Die beschriebene Kinematik der Türen basiert auf einer axialen Bewegung, bei der die Türteile seitlich aus der Dichtung herausgezogen werden und anschließend aus der Rahmenebene weiterbewegt werden, bevor der obere Türteil über eine Rotation auf einer Kurbel in die obere geöffnete Lage geführt wird, wohingegen der untere Türteil, soweit möglich, abgesenkt wird. Zumindest die oberen Türteile können bei langsamer Fahrt auch geöffnet bleiben. Dies hat den Vorteil, dass separat zu öffnende Fenster entfallen, da bei Bedarf, z. B. um einen Parkscheinautomat zu bedienen oder um bei einer Grenzkontrolle Pässe aushändigen zu können, die Tür-Oberteile schnell geöffnet werden können. Ähnlich wie bei Schiebetüren, die teilweise in Vans eingesetzt werden, wird zum Öffnen der Tür seitlich nur ein geringer Raum benötigt, ohne dass das Aus- und Einsteigen behindert wird.
- Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besitzt die Türdichtung einen elastischen Schlauch, der über einen Pneumatikzylinder entlüftet und belüftet wird. Der Pneumatikzylinder wird über den Elektromotor betätigt und kann zur Abdichtung der Türen gegen den Karosserieaufbau jeweils in geeigneter Weise Luft in den Schlauch hinein- bzw. wieder herauspumpen. Der Pneumatikzylinder kann hierbei Teil eines Pneumatiksystems sein, das auch für eine pneumatische Fahrzeugfederung verwendet wird.
- Der Antrieb erfolgt vorzugsweise durch separate Elektromotoren an Vorderachse und Hinterachse für jedes Rad einzeln, so dass Gleichlaufgetriebe entfallen. Eine separate Regelung der Leistungselektronik der Motoren mit Schnittstelle zum ESP System erlaubt eine positive wie negative Drehmomentregelung bei Kurvenfahrt und bei Stabilitätseingriffen (Torque Vectoring). Die vorderen, in einer weiteren Variante auch die hinteren Motoren werden im Schiebebetrieb zur Rekuperation genutzt. Die hinteren Motoren übertragen in einer bevorzugten Ausführung durch stufenlose Getriebe mit unendlicher Übersetzung die Leistung an die Hinterräder. In einer anderen Ausführung wird das Drehmoment der Motoren durch ein nachgeschaltetes Reduziergetriebe mit fester Übersetzung erhöht.
- Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind notwendige oder auch zusätzliche Bedienelemente für den Fahrer und die Beifahrer über schwenkbare, an den Sitzen befestigte Touch-Screens betätigbar. Auf konventionelle Instrumentenpaneels kann somit verzichtet werden. Die schwenkbaren Touch-Screens lassen Funktionen sowie Anzeigen für die Fahrzeugführung, Visualisierung der Funktionen, der Naviga tion, der Klimatisierung oder des Entertainments (für die Beifahrer) individuell steuern. Des Weiteren sind Rückhaltesysteme (Sicherheitsgurte) in die Sitze bzw. Sitzreihen integriert.
- Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden anstelle der Seitenspiegel sowie des Rückspiegels zumindest an jeder Fahrzeugseite Kameras verwendet, die in hinreichender Weise über ein entsprechendes Display für die notwendige Sicht nach hinten und zur Seite sorgen. Nach einer Weiterbildung können diese Kameras auch als Steuer- oder Regelelement zur Spurhaltung des Fahrzeugs eingesetzt werden. Dies geschieht z. B. durch Sensoren, welche jeweils den Abstand zu einem Mittel- oder Grenz-Streifen konstant halten oder zumindest bei stärkeren Abstandsänderungen ein Warnsignal abgeben.
- Schließlich ist das Lenkrad mit Anzeigeelemente bestückt, die vorzugsweise ein Bilddisplay aufweisen, das elektronisch horizontal gehalten wird, so dass auch bei einem Drehen des Lenkrades stets eine gleich bleibende Sicht auf das Display möglich ist.
- Nach einer weiteren Ausgestaltung verfügt das erfindungsgemäße Fahrzeug über ein Wärmeaustauschersystem, das die Batterie, die Elektromotoren, die Leistungselektronik, einen Kühler, die Klimaanlage und den Wärmetauscher zur Innenraumheizung verbindet.
- Weitere Ausgestaltungen sind den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen
-
1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Fahrzeuges und -
2 eine skizzenhafte Seitenansicht; -
3 eine perspektivische Skizze einer Bodenplattform; -
4 eine perspektivisch skizzierte Ansicht eines Fahrzeuges in einer weiteren Ausführungsform. - Das erfindungsgemäße Fahrzeug basiert auf einem Einraumkonzept, d. h., dass kein abgetrennter Motorraum und kein abgetrennter Kofferraum vorgesehen sind. Die gesamte Fläche oberhalb der Bodenplattform
15 , die als sog. Spaceframe ausgeführt ist und Variationen und Länge und Breite zur Anpassung an verschiedenste Konzepte erlaubt, ist durch einen offenen Raum überbaut und nutzbar. Die Batterien16 befinden sich unter dem Wagenboden zwischen den beiden Fahrzeugachsen, die getrennt angetrieben werden. Dargestellt sind 2 Elektromotoren, nämlich Elektromotor17 (für den Antrieb des rechten Hinterrades) mit einem Getriebe19 und Elektromotor18 (für den Antrieb des rechten Vorderrades) mit einem Getriebe20 . - Die Karosserie
11 besitzt einen Türausschnitt12 zum Einstieg auf beide (nicht dargestellte) Sitzreihen. In1 ist eine zweiteilige Tür erkennbar, deren oberes Teil22 mittels Schwenkvorrichtungen24 in die dargestellte Öffnungsstellung überführbar ist, wohingegen der untere Teil23 über Schwenkarme25 zur Seite und nach unten schwenkbar ist. - Wie
4 zeigt, kann das Fahrzeug auch in einer offenen Version (ohne Türen) gefertigt werden.
Claims (19)
- Fahrzeug mit einem elektrischen Antrieb und mindestens einer zur Energieversorgung mindestens eines Elektromotors wiederaufladbaren Batterie, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Bodenplattform ein Karosserieaufbau befestigt ist, der mit der Bodenplattform einen einzigen offenen Innenraum bildet, der den Elektromotor, die Sitze sowie die für den Fahrzeuglenker notwendigen Bedienelemente aufweist.
- Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenplattform in ihrer Länge und Breite variabel ist und eine Anpassung an Karosserieaufbauten unterschiedlicher Größe ermöglicht.
- Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterien unter der Bodenplattform lösbar befestigt sind, vorzugsweise zwischen den Fahrzeugachsen.
- Fahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zum Lösen und Befestigen der Batterien ein Schnellverschluss vorgesehen ist.
- Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Türen zweiteilig ausgebildet sind, wobei der obere Teil um eine zumindest im wesentlichen horizontale Achse schwenkbar so angelenkt ist, dass dieser Teil zum Öffnen in eine im wesentlichen horizontale Lage über dem Karosseriedach verschwenkbar ist, und wobei der untere Teil seitlich abschwenkbar und vertikal nach unten absenkbar angeordnet ist.
- Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Türen auf jeder Seite einteilig ausgebildet und um eine zumindest im wesentlichen horizontale Achse schwenkbar so angelenkt sind, dass jede Tür zum Öffnen in eine im wesentlichen horizontale Lage über dem Karosseriedach verschwenkbar ist.
- Fahrzeug nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Türen an zwei gegenüberliegenden Seiten jeweils über Schwenkarme mit der Karosserie befestigt sind, wobei die Auslenkung gegenüber der durch die Karosserie bestimmten Form in der Breite und in der Höhe weniger als 25%, vorzugsweise weniger als 10% beträgt.
- Fahrzeug nach Anspruch 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Türen eine Breite aufweisen, die sich über vordere und die hintere Sitzreihe erstreckt.
- Fahrzeug nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Türen elektrisch betätigbar sind.
- Fahrzeug nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Türen oder der obere und der untere Teil der Türen zusätzlich mechanisch entriegelbar und zu öffnen sind.
- Fahrzeug nach eine der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Türdichtung einen elastischen Schlauch enthält, der über ein Pneumatikzylinder entlüftet und belüftet wird.
- Fahrzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Rad über einen separaten Motor angetrieben wird und dass eine elektronische Regelung die für Kurvenfahrt notwendigen Differenzgeschwindigkeiten regelt.
- Fahrzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Regelung mit Lage-, Drehzahl- und Beschleunigungssensoren ausgestattet ist, so dass eine antriebstechnische Unterstützung des Einlenkverhaltens (Torque Vectoring) und ein aktiver stabilisierender Eingriff (ESP) sowohl mit negativen als auch mit positiven Momenteneinträgen möglich wird.
- Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die notwendigen oder zusätzlichen Bedienelemente für den Fahrer und die Beifahrer über schwenkbare, an den Sitzen befestige (Touch-)Screens betätigbar sind.
- Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass an jeder Fahrzeugseite mindestens eine Kamera angeordnet ist, die vorzugsweise als Steuer- oder Regelelement die Spurhaltung des Fahrzeugs unterstützt.
- Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkrad mit Anzeigelementen ausgestattet ist, vorzugsweise als Bilddisplay, die auch bei Lenkraddrehung über eine elektronische Regelung stets ihre Zentrallage beibehalten.
- Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein flüssigkeitsbasiertes Wärmetauschersystem die Elektromotoren, die Leistungs- und Ladeelektronik, die Batterie und die Klimatisierungseinrichtungen des Innenraumes ganz oder teilweise verbindet.
- Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein luftgeführtes Wärmetauschersystem die Elektromotoren, die Leistungs- und Ladeelektronik, die Batterie und die Klimatisierungseinrichtungen des Innenraumes ganz oder teilweise verbindet.
- Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass bis auf die Änderung des Lenkantriebes alle Teile des Fahrzeuges auch für eine Rechtslenkervariante identisch bleiben.
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