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Beschreibung
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Gegenstand der Erfindung ist ein einspuriges Kraftfahrzeug mit einer
Karosserie, mindestens einem Fahrzeug sitz, zwei in Längsrichtung der Karosserie
hintereinander angeordneten Fahrzeugrädern, einer manuell oder automatisch betätigbaren
Bedienungsvorrichtung, einer Lenkvorrichtung, einem Antriebsaggregat und einer Verzögerungseinrichtung.
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Stand der Technik Zweispurige Kraftfahrzeuge weisen aufgrund Ihres
Konstruktionsprinzips ein hohes Eigengewicht, einen verhältnismäßig geringen Wirkungsgrad
infolge hoher Reibungsverluste und einer begrenzten Aerodynamik auf und unterliegen
einer begrenzten Raumnutzung und Raumgestaltung sowie ergonomischen Gestaltung für
den Ein- und Ausstieg sowie während des Fahrens einen durch die Fliehkraft und Kippkraft
nachteilig beeinflußten Fahrgefühl. Hinzu kommt ein erheblicher konstruktiver Aufwand
sowie ein erheblicher Platzbedarf, der die Anlage breiter Fahrstraßen erforderlich
macht. Aus den vorstehenden Nachteilen des zweispurigen Kraftfahrzeugs ergeben sich
erhebliche Betriebs-, Energie-, Unterhalts-, Herstellungs- und Investitionskosten.
So entfallen bei einer Energiebilanz ohne Berücksichtigung des Wirkungsgrads des
Antriebsaggregats von 100 Prozent an der Antriebsaggregat-Ausgangswelle abgegebener
Leistung nach Abzug von 24 Prozent Verlusten für Hilfsmaschinen sowie Reibungsverlusten
an Getrieben, Achsen und Wellen sowie nach Abzug von ca. 59 Prozent Verlusten für
Fahrwiderstände,
von denen 17 Prozent auf den Rollwiderstand und
42 Prozent auf den Luftwiderstand entfallen, als nutzbare Leistung 17 Prozent der
vom Antriebsaggregat abgegebenen Leistung.
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Wesentlicher Vorteil des zweispurigen Kraftfahrzeugs ist dagegen seine
relativ hohe Belastbarkeit, der Witterungsschutz, die relativ hohe passive und aktive
Sicherheit sowie der weitestgehende Verzicht auf besonders hohe Fahrfähigkeiten
sensomotorischer Art, wie sie zur Führung eines einspurigen Kraftfahrzeugs erforderlich
ist.
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Demgegenüber zeichnen sich einspurige Kraftfahrzeuge durch ein optimales
Leistungsgewicht, geringen Energieverbrauch, -gute Aerodynamik und durch einen geringen
Aufwand für Antrieb, Mechanik und Struktur aus. So ent- -zr fallen von 100 Prozent
an der Ausgangswelle des Antriebsaggregats abgegebener Leistung nach Abzug von 13
Prozent für Verluste an Hilfsmaschinen und Reibung sowie 37 Prozent an Fahrwiderständen
ca. 50 Prozent als Nutzleistung. Ein weiterer Vorteil des einspurigen Kraftfahrzeugs
ist der im Vergleich zum zweispurigen Kraftfahrzeug geringe Platzbedarf sowie ein
verbessertes Fahrgefühl; da beispielsweise bei der Kurvenfahrt durch eine entsprechende
Seitenneigung des einspurigen Kraftfahrzeugs die Fliehkraft aufgehoben wird.
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Nachteile des einspurigen Fahrzeugs sind die begrenzte Nutzbarkeit,
da erhöhte Anforderungen an die sensomotorischen Fähigkeiten und Fertigkeiten des
Fahrers, seinen Gleichgewichtssinn und seine Reaktionsfähigkeit gestellt werden
und da die Transportkapazität auf maximal zwei Personen bei ungünstigen Sitzverhältnissen,
ohne
Witterungsschutz und ohne ausreichende Sicherheit beschränkt ist.
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Zum Schutz der Insassen vor Witterungseinflüssen sowie zur Erhöhung
der Sicherheit ist aus der DE-PS 890 904 ein einspuriges Kraftfahrzeug bekannt,
bei dem die -Karosserie beiderseits des Fahrersitzraumes abschlieB-bare Fußausstiegsöffnungen
mit beweglich angeordneten Abschlußwänden aufweist, welcher unter der Wirkung der
auf Rasten stehenden Füße des Fahrers in ihrer Stellung gehalten, beim Abheben der
Füße von den Rasten aber freigegeben und in ihre öffnungsstellung gebracht werden.
Zur Verbesserung der Aerodynamik weist das bekannte einspurige Kraftfahrzeug eine
tropfenförmige Karosserie mit einem im wesentlichen elliptischen Vertikalquerschnitt
auf. Zusätzlich können an dem bekannten einspurigen Kraftfahrzeug ein- und ausfahrbare
Stützräder vorgesehen werden. Das Kraftfahrzeug eignet sich jedoch konstruktionsbedingt
nur zur Aufnahme einer Person und ist darüber hinaus nicht in der Lage, einseitige
Belastungen im Fahrbetrieb auszugleichen.
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Aus der DE-PS 1 067 326 ist ein Einspurfahrzeug in Limousinenform
bekannt, das in einer geschlossenen Karosserie mehrere hintereinander angeordnete
Fahrzeugsitze und zum Abstützen des Fahrzeugs seitlich angeordnete Stützräder aufweist.
Durch eine spezielle Ausgestaltung der Fahrzeugsitze kann eine variable Anzahl Personen
befördert werden. Das bekannte Einspurfahrzeug weist jedoch keine Maßnahmen zur
Stabilisierung des Gleichgewichts bei variabler Sitzanordnung sowie im Fahrbetrieb
auf. Beispielsweise sind die Insassen des bekannten Einspurfahrzeugs während der
Kurvenfahrt gezwungen, spezielle Bewegungen des Fahrers mit auszuführen, um die
dynamische Stabilität zu gewährleisten.
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Aufgabe Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe
zugrunde, ein einspuriges Kraftfahrzeug zu schaffen, das bei beliebiger Sitzplatzanordnung
in einer bequem zugänglichen, geschlossenen Fahrzeugkabine in ergonomisch günstiger
Form mit aerodynamisch optimaler äußerer Karosserieform bei jedem Belastungs- und
Fahrzustand eine stabile Gleichgewichtslage gewährleistet.
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Vorteile Mit dem einspurigen Fahrzeug nach der Erfindung wird bei
gleicher Transportkapazität wie bei einem vier- bis fünfsitzigen, zweispurigen Kraftfahrzeug
ein gegenüber einem zweispurigen Kraftfahrzeug wesentlich günstigeres Leistungsgewicht
erzielt, so daß die zur Fortbewegung des einspurigen Kraftfahrzeugs nutzbare Energie
ein Mehrfaches gegenüber der Energie beträgt, die zur Fortbewegung eines zweispurigen
Kraftfahrzeugs zur Verfügung steht. Dabei wird sichergestellt, daß neben einer erheblichen
Senkung der Herstellungs- und Betriebskosten für das Kraftfahrzeug der gleiche Romfort
für die Fahrzeuginsassen wie bei einem zweispurigen Kraftfahrzeug geboten wird und
durch die einspurige Anordnung der Räder größere konstruktive Freiheiten hinsichtlich
der Karosseriegestaltung gegeben sind, so daß sowohl die.innere Kabinengestaltung
als auch die äußere Karosseriegestaltung für eine aerodynamisch günstige Form optimiert
werden kann. Der Fahrkomfort selbst wird gegenüber dem zweispurigen Kraftfahrzeug
erhöht, da auf die Fahrzeug insassen nur Normalkräfte und keine Seiten-bzw. Fliehkräfte
einwirken. Die elektronische Gleichgewichtsregelung
stellt zum
einen sicher, daß der Fahrer des einspurigen Kraftfahrzeugs von der sensomotorischen
Aufgabe der Gleichgewichtskontrolle entbunden wird und zum anderen, daß auch bei
beliebiger Sitzplatzanordnung, d. h. Belastung des einspurigen Kraftfahrzeugs und
in jedem beliebigen Fahrzustand ein stabiles Gleichgewicht gegeben ist.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
beschrieben. Mit der Ausgestaltung des einspurigen Kraftfahrzeugs nach Anspruch
2 wird sichergestellt, daß bei allen Belastungs- und Fahrzuständen eine stabile
Gleichgewichtslage gewährleistet ist, ohne daß hierfür zusätzliche seitliche Abstützungen
oder Stützräder benötigt werden. Die seitliche Verstellung mindestens eines der
Räder erfolgt unabhängig vom Fahrer durch die Erfassung der Gleichgewichtslage mittels
einer gesonderten Sensoreinrichtung, die Verarbeitung der erfaßten Stellung des
Kraftfahrzeugs in einer Steuer- und Regelungseinrichtung unter Hinzuziehung gespeicherter
Belastungs- und Fahrzustände sowie Abgabe entsprechender Steuer- und Gleichgewichts-Stabilisierungssignale
an die verschiedenen Stelleinrichtungen des einspurigen Kraftfahrzeugs. Die Regelung
der seitlichen Stellung der Räder erfolgt dabei in Abstimmung mit Fahrtrichtungswechseln
und der Geschwindigkeit des einspurigen Kraftfahrzeugs, wobei mit der Regelung die
Ist- und Sollwerte der Belastung, Fahrtrichtung und Richtungswechsel, Fahrzeuggeschwindigkeit
und -neigung, Beschleunigung und Verzögerung, Radhaftung und Fliehkräfte berücksichtigt
und daraus entsprechende Antriebs-, Brems-; Leck=, Neigungs- und Radverschiebungsimpulse
abgeleitet und an die entsprechenden Stelleinrichtungen abgegeben werden.
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Darstellung der Erfindung Die Erfindung wird im folgenden anhand
schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt
durch den prinzipiellen Aufbau des einspurigen Kraftfahrzeuges; Fig. 2 einen Querschnitt
durch eine bevorzugte Form des einspurigen Kraftfahrzeuges; Fig. 3 einen Horizontalschnitt
durch den prinzipiellen Aufbau eines einspurigen Kraftfahrzeuges; Fig. 4 verschiedene
Schwerpunktdarstellungen bei unterschiedlicher Belastung des einspurigen Kraftfahrzeuges;
Fig. 5 einen Horizontalschnitt, Querschnitt und Längsschnitt durch ein einspuriges
Kraftfahrzeug im Bereich des Chassis; Fig. 6 einen Horizontal-, Quer- und Längsschnitt
durch ein elektromotorbetriebenes einspuriges Kraftfahrzeug; Fig. 7 ein Blockschaltbild
der Steuer- und Regeleinrichtung; Fig. 8 eine schematische Darstellung einer Radversetzeinrichtung
für ein nicht lenkbares Fahrzeugrad; Fig. 9 eine schematische Darstellung einer
Radversetzeinrichtung für ein lenkbares Fahrzeugrad; Fig. 10 eine schematische Darstellung
für eine Sensoreinrichtung zur Erfassung des Gleichgewichtszustandes;
Fig.
11 eine schematische Darstellung einer ausklappbaren Stillstands-Stützeinrichtung
und Fig. 12 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispieles für
eine Stillstands-Stützeinrichtung.
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Der in Fig. 1 dargestellte Längsschnitt durch ein einspuriges Kraftfahrzeug
1 zeigt die aerodynamisch günstige Form der Karosserie 2 und als Beispiel angenommen
drei Fahrzeug insassen. Die beiden Fahrzeug räder 3, 4 sind in Längsrichtung hintereinander
mittig angeordnet, wobei zum Ausgleich von Fahrbahnunebenheiten die Unterbringung
der Fahrzeugräder 3, 4 so bemessen ist, daß die Fahrzeugräder 3, 4 den Federweg
S ausführen können.
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Die Frontseite der Karosserie 2 schließt einen Winkel von 45" mit
der Senkrechten ein, während die Fahrzeugrückseite einen Winkel von 15° zur Senkrechten
bildet, so daß zum einen eine aerodynamisch günstige äußere Form der Karosserie
2 und zum anderen eine ergonomisch optimale Sitzposition für die Fahrzeuginsassen
gewährleistet ist. Zum Ein- und Aussteigen weist die Karosserie 2 eine Einstiegsöffnung
5 auf, die mittels einer oder mehrerer Schiebetüren 6 verschließbar ist.
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Vorzugsweise sind die Schiebetüren der Karosserieform angepasst und
in das Dach bzw. das Chassis des einspurigen Kraftfahrzeuges 1 verschiebbar.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Schiebetüren in horizontaler
Richtung geteilt, so daß der obere Teil der Schiebetüren in das Dach der Karosserie
2 verschiebbar ist, während der untere Teil der Schiebetüren in das Chassis des
einspurigen Kraftfahrzeuges 1 gleitet.
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Wie der Darstellung gemäß Fig. 1 ebenfalls deutlich zu entnehmen ist,
ist die Sitzposition des Fahrzeugführers in Bezug auf die Karosserieform so optimiert,
daß ein maximaler Blickwinkel für den Fahrer gewährleistet ist.
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Der in Fig. 2 dargestellte Querschnitt durch das erfindungsgemäße
einspurige Kraftfahrzeug entlang der Linie C-D gemäß Fig. 1 zeigt den im wesentlichen
dreieckförmigen Querschnitt der Karosserie mit seitlich abgerundeten Ecken, wobei
die die untere Spitze des Dreiecks bildenden Chassisflächen mit der Horizontalen
einen Winkel von ca. 30° einschließen. Die gewählte Querschnittsform stellt zum
einen einen größtmöglichen Neigungswinkel des einspurigen Kraftfahrzeuges und zum
anderen eine ergonomisch günstige Ein- und Ausstiegsform in bzw. aus dem einspurigen
Kraftfahrzeug sicher.
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Wie der Darstellung gemäß Fig. 2 zu entnehmen ist, ist die Türöffnungsfläche
so bemessen, daß die Insassen bequem ein- und aussteigen können. Die gestrichelte
Darstellung eines der Fahrzeug insassen zeigt, daß bei geöffneter Fahrzeugtür ein
in das einspurige Kraftfahrzeug einsteigender bzw. das einspurige Kraftfahrzeug
verlassende Insasse bequem neben bzw. vor dem Fahrzeugsitz stehen und den Sitz einnehmen
bzw. verlassen kann.
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Die gewählte Querschnittsform ermöglicht darüber hinaus ein optimales
Unterbringen der Kraftfahrzeugagregatet die unterhalb der Sitzposition im Bereich
der unteren Spitze der dreieckförmigen Karosserieform zwischen den hintereinander
liegenden Kraftfahrzeugrädern- angeordnet werden können. Dadurch ist eine günstige
Schwerpunktlage des einspurigen Kraftfahrzeuges sichergestellt,
wobei
die Fahrzeuginsassen im Inneren des Kraftfahrzeuges sowie beim Ein- und Aussteigen
durch die Anordnung der Kraftfahrzeugaggregate nicht behindert sind.
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Die vorzugsweise nach oben in das Karosseriedach-sowie nach unten
in das Karosseriechassis des einspurigen Kraftfahrzeuges gleitenden Schiebetüren
werden dadurch ebenfalls nicht durch die Anordnung der Kraftfahrzeugagregate behindert.
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Der in Fig. 3 dargestellte Horizontalschnitt durch die Karosserie
des erfindungsgemäßen einspurigen Kraftfahrzeuges entlang der Linie E-F der Darstellungen
gemäß den Fig. 1 und 2 verdeutlicht die möglichen Sitzanordnungen im Inneren des
einspurigen Kraftfahrzeuges sowie die Lage und Anordnung der hintereinander liegenden
Kraftfahrzeugräder 3, 4. Die bevorzugte Sitzplatzanordnung mit fünf Sitzplätzen
ermöglicht es, eine solche Aufteilung der Fahrzeug insassen vorzunehmen, daß grundsätzlich
eine gleichmäßige Auslastung des einspurigen Kraftfahrzeuges möglich ist. Durch
eine verschwenk-oder verschiebbare Steuereinrichtung ist der Sitzplatz des Fahrzeugführers
variabel gehalten und kann bei einer Einzel fahrt in der Mittenposition zwischen
den Fahrzeugräder 3, 4, bei einer Fahrt mit zwei Insassen in der vorderen linken
Sitzposition, bei drei Fahrzeuginsassen wiederum in der Mittenposition, bei vier
Fahrzeug insassen wiederum in der vorderen linken Sitzposition und bei fünf Fahrzeug
insassen wiederum in der mittigen Sitzposition eingenommen werden. Aufgrund der
erfindungsgemäßen Gleichgewichts-Stabilisierungseinrichtung ist jedoch grundsätzlich
die oben beschriebene Sitzverteilung nicht zwingend einzuhalten, sondern lediglich
als Empfehlung aufzufassen, die die Stabilisierungseinrichtung
von
einer Grundeinstellung befreit und für Schwerpunktverlagerungen bei unterschiedlichen
Fahrzuständen sowie unterschiedlicher Belastung freimacht.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das vordere Kraftfahrzeugrad
3 sowohl verschieb- als auch lenkbar und nimmt ein entsprechend größeres Volumen
zum seitlichen Versetzen sowie zur Durchführung von Drehbewegung gegenüber der Fahrzeugmitte
ein.
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Das hintere Fahrzeugrad 4 ist dagegen so ausgebildet, daß es nur seitlich
versetzbar ist. Demzufolge ist ein geringerer Platzbedarf gegeben. Beide Fahrzeugräder
3, 4 können darüber hinaus gegenüber der Senkrechten geneigt werden, so daß zusätzliche
Stabilisierungsmöglichkeiten für die unterschiedlichen Fahr- und Belastungszustände
gegeben sind.
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Die Darstellung gemäß Fig. 3 verdeutlicht die Größe un den öffnungswinkel
der Fahrzeugtüren zum Ein- und Ausstieg für die Fahrzeug insassen. Der öffnungswinkel
reicht über nahezu 1800, so daß ein bequemes Ein- und Aussteigen sämtlicher Fahrzeug
insassen, auch für den in der mittleren Sitzposition befindlichen Fahrzeuginsassen
gewährleistet ist.
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Zur Verdeutlichung der erfindungsgemäßen Gleichgewichts-Stabilisierungseinrichtung
sind in den Figuren 4a bis 4c verschiedene Beispiele der Schwerpunktverlagerung
bei unterschiedlicher Belastung des einspurigen Kraftfahrzeuges dargestellt.
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In Fig. 4a ist ein einspuriges Kraftfahrzeug mit mittig hintereinander
angeordneten Fahrzeugrädern 3, 4 in einem Horizontalschnitt dargestellt, wobei die
Fahrzeugräder 3, 4 ohne die Möglichkeit eines seitlichen Versatzes ausgestattet
sind. Bei einer solchen Ausgestaltung des Kraftfahrzeuges ist zur Einhaltung des
Gleichgewichtes erforderlich, daß in Abhängigkeit von der Zahl der Fahrzeug insassen
nur bestimmte Sitzpositionen eingenommen werden können. Damit alle Schwerpunkte
S1 bis S5 in Abhängigkeit von der Zahl der Fahrzeuginsassen auf der Mittelachse
des einspurigen Kraftfahrzeuges, d.h. auf der Linie der Radaufstandpunkte liegen,
ist es erforderlich, daß ein einzelner Fahrzeuginsasse auf der Sitzposition P3 Platz
nimmt, daß zwei Fahrzeug insassen die Positionen P1 und P2, drei Fahrzeug insassen
die Positionen P1, P2, P3, vier Fahrzeuginsassen die Positionen P1, P2, P3, P4,
und fünf Fahrzeug insassen die Sitzpositionen P1 bis P5 einnehmen. Darüber hinaus
ist es erforderlich, daß die Gepäckzuladung symmetrisch erfolgt. Der Platz des Fahrzeugführers
ist austauschbar zwischen den Sitzpositionen P1 und P3.
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Wie der Darstellung gemäß Fig. 4a im Zusammenhang mit der obenstehenden
Beschreibung zu entnehmen ist, ist damit gegenüber einem zweispurigen Kraftfahrzeug
eine erhebliche Einschränkung hinsichtlich der Sitzplatzwahl sowie Gepäckverteilung
gegeben.
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Abhilfe schafft hier ein seitlicher Versatz zumindest eines der beiden
Fahrzeugräder 3, 4 wie es der Darstellung gemäß Fig. 4b zu entnehmen ist.
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Durch den seitlichen Versatz beispielsweise des Hinterrades
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des einspurigen Kraftfahrzeuges ist somit eine unsymmetrische Zuladung sowie Platzverteilung
möglich, ohne daß die Gleichgewichtslage des Fahrzeuges gestört ist. Damit können
unterschiedliche Körpergewichte aber auch verschiedene Sitzpositionen sowie Gepäckverteilungen
ausgeglichen werden. Je nach Besetzung der vorgesehenen, verschiedenen Sitzpositionen
P1 bis PS erfolgt ein seitlicher Versatz des Hinterrades 4. Bei symmetrischer oder
voller Zuladung befindet sich der Radaufstandpunkt des Hinterrades 4 in der Position
R2, während die Position R2.1 als Aufstandpunkt des Hinterrades 4 eingenommen wird,
wenn das einspurige Kraftfahrzeug nur durch den Fahrzeugführer auf der Sitzposition
1 besetzt ist. Das Hinterrad 4 nimmt die Position R2.2 als Aufstandpunkt ein, wenn
das Fahrzeug mit Fahrzeuginsassen auf den Sitzpositionen 2 bis 4 besetzt ist. Je
nach Belastung des einspurigen Kraftfahrzeuges verschiebt sich durch den seitlichen
Versatz des Hinterrades 4 der Schwerpunkt des einspurigen Kraftfahrzeuges von den
Punkten S1 bis S5, -wobei die Position S3 bei der-Belastung des einspurigen Kraftfahrzeuges
mit drei Insassen sowie ohne Zuladung eingenommen wird. Der Radaufstandpunkt R1
des Vorderrades 3 wird bei dieser Ausführungsform ständig beibehalten.
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Eine weitere Verbesserung der Gleichgewichtsstabilisierung wird erzielt,
wenn gemäß der schematischen Darstellung in Fig. 4c sowohl das Vorder- als auch
das Hinterrad seitlich versetzbar sind.
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Der seitliche Versatz des Vorder- und Hinterrades kann dabei gleichzeitig
oder getrennt erfolgen. Die Schwerpunkte S1 bis S5 zeigen die Schwerpunktsverlagerungen
bei
wechselnder Zuladung des einspurigen Kraftfahrzeuges entsprechend der Einnahme der
Sitzpositionen P1 bis P5.
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Die Radaufstandpunkte Rl und R2 werden bei symmetrischer oder voller
Zuladung eingenommen, während bei einer Zuladung nur durch den Fahrzeugführer auf
der Sitzposition 1 der Radaufstandpunkt Rl.l und R2.1 eingenommen wird.
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Zur Verringerung des seitlichen Versatzes des Vorder-und Hinterrades
3, 4 ist es jedoch empfehlenswert, die Sitzpositionen P1 bis P5 symmetrisch zu besetzen
und eine Zuladungsfolge vorzunehmen, die die Sitzpositionen P1 bis P5 nacheinander
besetzt.
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Bei der bevorzugten Ausführungsform des einspurigen Kraftfahrzeuges
gemäß Fig. 4c beträgt der Achsabstand zwischen Vorder- und Hinterrad 2,02 Meter,
während der Achsabstand des Hinterrades von der«Schwerpunktstellung S3 820 mm und
der Abstand der Achse des Vorderrades von der Schwerpunktposition S3 1200 mm beträgt.
Die Sitzpositionen sind vorzugsweise jeweils 450 mm von der Fahrzeugmitte beabstandet.
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Fig. 5 zeigt mehrere Schnitte durch das einspurige Kraftfahrzeug
im Bereich des Chassis, wobei Fig. 5a einen Horizontalschnitt durch die Chassisebene,
Fig. 5b einen Querschnitt durch das Chassis im Bereich des seitenversetzbaren, lenkbaren
Vorderrades und Fig. 5c einen Längsschnitt durch das Chassis zeigt.
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Wie insbesondere Figr 5b zeigt, ist das Chassis im
Bereich
der Mittelachse als flacher Dreieckhohlkörper mit darunter verlaufender Fachwerkstruktur
ausgebildet und nimmt sämtliche mechanischen, elektrischen und elektronischen Agregate
sowie Vorratsbehälter, nämlich den Antriebsmotor 7, das automatische und/oder Schaltgetriebe
8, den Kraftstofftank 9 sowie die Kraftfahrzeugbatterie 10 auf. Zusätzlich können
im Dreieckhohlkörper Sensoreinheiten zur Erfassung der Gleichgewichtslage des einspurigen
Kraftfahrzeuges, beispielsweise Kreisel 11, vorgesehen werden. Darüber hinaus besteht
die Möglichkeit, Abstandsmesseinrichtungen sowie die gesamte Steuer- und Regeleinrichtung
13 im Bereich des flachen Dreieckhohlkörpers des einspurigen Kraftfahrzeuges unterzubringen.
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Die Darstellung gemäß Fig. 5c verdeutlicht die Anordnung der Agregate
unterhalb der Radachsen, so daß eine günstige Schwerpunktlage des einspurigen Kraftfahrzeuges
erzielt wird.
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In Fig. 6 ist ein mittels eines Elektromotors angetriebenes einspuriges
Kraftfahrzeug im Horizontalschnitt (Fig. 6a) sowie im Querschnitt (Fig. 6b) und
im Längsschnitt (Fig. 6c) dargestellt.
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Aufgrund seines hohen Leistungsgewichtes sowie der geringen Verluste
eignet sich das erfindungsgemäße einspurige Kraftfahrzeug insbesondere zur Verwendung
im Zusammenhang mit einem Elektromotor. Die im flachen Dreieckhohlkörper angeordneten
Batterien 14 zur Speisung des Elektromotors 15 stellen sicher, daß aufgrund ihres
hohen Eigengewichtes eine stabile Schwerpunktlage des einspurigen Kraftfahrzeuges
gegeben ist, da sie unterhalb
der Radachsen angeordnet sind.
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Der elektromotorische Antrieb des einspurigen Kraftfahrzeuges kann
mittels eines im Bereich der Batterien im flachen Dreieckhohlkörper angeordneten
Elektromotors oder im Zusammenhang mit einzelnen, den Fahrzeugrädern zugeordneten
Elektromotoren erfolgen Der Mehrfachantrieb des einspurigen Kraftfahrzeuges hat
den Vorteil gleichmäßiger Lastverteilung sowie der verbesserten Straßenlage und
Geländegängigkeit des einspurigen Kraftfahrzeuges.
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Die in Fig. 7 dargestellte Fahrzeugelektronik zeigt die Verknüpfung
der einzelnen Messwertgeber sowie Stelleinrichtungen mit der zentralen Steuer- und
Regeleinrichtung in Form eines Prozessors 50.
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Der Prozessor 50 ist eingangsseitig mit einer Einrichtung 53 zur Erfassung
der Motordrehzahl sowie der Geschwindigkeit, Beschleunigung und Verzögerung des
einspurigen Kraftfahrzeuges, einem Gleichgewichtssensor 54 sowie wahlweise einer
Abstandsmesseinrichtung 55, einer Radschlupf-Erfassungseinrichtung 56 sowie einem
Fahrbahnfühler 57 verbunden. Der Gleichgewichtssensor 54 kann beispielsweise aus
einem Kreisel, einem Sensor zur berührungsfreien Distanzmessung beispielsweise mit
Ultraschall, einem gedämpften Pendel oder einer optoelektronischen Messeinrichtung
bestehen. Er dient zur Erfassung der Schräglage des einspurigen Kraftfahrzeuges,
d.h. der Abweichung der Symmetrieachse des einspurigen Kraftfahrzeuges. von der
Normalen.
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Die Abstandsmesseinrichtung 55,- die Radschlupf-Erfassungseinrichtung
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sowie der Fahrbahnfühler 57 dienen zur Optimierung des Fahrverhaltens des einspurigen
Kraftfahrzeuges und sind in üblicher Weise aufgebaut.
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So kann beispielsweis die Abstandsmesseinrichtung 55 aus einer optoelektronischen,
einer Radareinrichtung sowie einer Ultraschalleinrichtung bestehen und den Abstand
zu vorausfahrenden Kraftfahrzeugen sowie sonstigen Hindernissen anzeigen. Die Radschlupf-Erfassungseinrichtung
dient dazu, die Schleuderneigung der Fahrzeugräder zu verringern und beispielsweise
in Verbindung mit einem Antiblockiersystem ein Blockieren der Räder zu vermeiden.
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Schließlich besteht die Möglichkeit, mit Hilfe eines Fahrbahnfühlers
57 eine automatische Steuerung des einspurigen Kraftfahrzeuges über einen im Bereich
der Fahrbahn verlegten Steuerdraht zu ermöglichen.
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Interne sowie externe Steuerbefehle werden dem Zentralprozessor 50
über eine Einrichtung 60 zugeführt, die beispielsweise mit einer vom Fahrzeugführer
zu betätigenden Lenkeinrichtung, Verzögerungseinrichtung, Drehzahl- und Beschleunigungs-Stelleinrichtung
sowie entsprechenden Signaleinrichtungen verbunden ist.
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Der Zentralprozessor 50 gibt entsprechende Steuerbefehle an den Antriebsmotor
7; eine Verzögerungseinrichtung 61; eine Lenkvorrichtung 62, eine Neigungsvorrichtung
63 sowie eine Fahrzeugrad-Versatzeinrichtung 64 ab. Während der Antriebsmotor 7,
die Verzögerungseinrichtung 61; sowie die Lenkvorrichtung 62 üblicherweise aufgebaut
sind, beinhaltet die Neigungsvorrichtung 63 eine Vorrichtung zur Herbeiführung
einer
Schräglage des einspurigen Kraftfahrzeuges und die Fahrzeugrad-Versatzeinrichtung
64 den seitlichen Versatz der Fahrzeugräder. Die Neigungsvorrichtung 63 sowie die
Fahrzeugrad-Versatzeinrichtung 64 -können jedoch auch miteinander kombiniert werden,
wobei die künstliche Erzeugung der Schräglage des einspurigen Kraftfahrzeuges mittels
des seitlichen Räderversatzes erzeugt werden kann.
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Der Zentralprozessor 50 steht zusätzlich in Wechselverbindung mit
einem Speicher mit wahlfreiem Zugriff 51 sowie mit einem Festwertspeicher 52. Im
Speicher mit wahlfreiem Zugriff 51 können von den Messeinrichtungen abgerufene Daten
abgelegt und zum Soll-Istwertvergleich herangezogen werden. Der Festwertspeicher
52 kann neben verschiedenartigen Fahrprogrammen spezielle Steuerbefehle in Verbindung
mit von den Messeinrichtungen 53 bis 57 erfassten Signalen enthalten, so daß für
eine bestimmte Fahrsituation die optimalen Steuerbefehle unter Berücksichtigung
der von der Einrichtung zur Abgabe der internen bzw. externen Steuerbefehle 60 abgegebenen
Signale erzeugt werden.
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Die im Festwertspeicher 52 enthaltenen Informationen können dem jeweiligen
Typ des einspurigen Kraftfahrzeuges angepasst und auf spezielle Bedürfnisse ausgerichtet
werden.
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Der Speicher mit wahlfreiem Zugriff 51 kann über einen zusätzlichen
Eingang mit einer Sitzplatz-Abfrageeinrichtung verbunden werden; die die Zahl der
besetzten, im einspurigen Kraftfahrzeug vorhandenen Sitze und darüber
hinaus
angibt, welcher Platz besetzt ist. Dementsprechend können bereits im Ruhezustand
des einspurigen Kraftfahrzeuges geeignete Maßnahmen zur Gleichgewichtsstabilisierung
ergriffen werden. Dies kann durch entsprechende Bitmuster im Speicher mit wahlfreiem
Zugriff 51 sowie in Verbindung mit dem Festwertspeicher 52 erfolgen.
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Nachstehend soll die Gebrauchs- und Funktionsweise des einspurigen
Kraftfahrzeuges gemäß den Figuren 1 bis 7 näher erläutert werden.
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Die den Fig. 1 bis 3 zu entnehmende Fahrzeugkabine dient zur Aufnahme
von 4 bis 5 Personen und zeichnet sich im Innenraum durch eine günstige ergonomische
Form aus, die den 4 bis 5 Personen eine optimale Sitzposition, Bewegungsfreiheit
sowie einen leichten Ein- und Aus stieg ohne Störung durch einen Motorraum und ungünstige
Radkästen bietet. Außen ist durch die Einspurigkeit des Kraftfahrzeuges eine -günstige
aerodynamische Form ohne Störung durch seitliche Radausschnitte gegeben, die gemäß
den Fig. 5 und 6 im Bereich der Mittelachse als flacher Dreieckhohlkörper mit darunter
verlaufender Fachwerkstruktur ausgebildet ist und alle mechanischen, elektrischen
und elektronischen Aggregate enthält. Im Bereich des flachen Dreieckhohlkörpers
sind die hintereinander angeordneten Fahrzeugräder vorgesehen, von denen mindestens
eins zum Gleichgewichtsausgleich seitlich versetzbar ist. Ein optimaler Gleichgewichtsausgleich
ist gegeben; wenn beide Räder gleichmäßig versetzbar sind wobei eines der beiden
Räder,-vorzugsweise das Vorderrad, lenk- und versetzbar ist.
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Der seitliche Versatz der Fahrzeugräder, ggf. in Verbindung mit einer
zusätzlichen Neigungsvorrichtung in Form eines quer zur Fahrrichtung verschiebbaren
Ballastes, führt zu einem fliehkraftfreien Fahren mit Schräglagen bis zu 30% für
Fahrzeug und Passagiere, auf die nur noch Normalkräfte einwirken. Die hohe Schräglage
wird durch die äußere Form der Karosserie ermöglicht, die im Radbereich dreieckförmig
ansteigt, wobei der Anstiegswinkel zur Horizontalen nach beiden Seiten 30° beträgt.
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Der Ein- und Ausstieg der Fahrzeug insassen erfolgt durch öffnen von
Schiebetüren, die über und unter den seitlichen vier Passagieren bis in das Fahrzeugdach
und den Fahrzeugboden angeordnet sind und ein Hinsetzen und Aufstehen ohne seitliche
Schwerpunktverlagerung ermöglichten.
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Durch seitliche Versetzen der Räder, durch Verschiebung oder Neigung
zur Kompensation von unsymmetrischen Auslastungen der Fahrzeugkabine erhält das
einspurige Kraftfahrzeug eine horizontale Lage bei der Geradeausfahrt.
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Die Bewegungen des einspurigen Kraftfahrzeuges werden unter Zuhilfenahme
eines Zentralprozessors gesteuert und geregelt, wobei die von den Sensoreinheiten
zur Erfassung der Gleichgewichtslage des Kraftfahrzeuges sowie in Form externer
oder interner Steuerbefehle an den Zentralprozessor abgegebenen Signale ggf. unter
Zuhilfenahme eines Optimierungsprogrammes in Steuer- und Stabilisierungssignale
umgesetzt werden und zur Ansteue rung der entsprechenden Fahrzeugaggregate dienen.
Auf
diese Weise wird das Gleichgewicht, die Fahrtrichtung, die
Schräglage des einspurigen Kraftfahrzeuges und Geschwindigkeit in optimaler Weise
gesteuert und aufeinander abgestimmt. So führt beispielsweise eine Rechtskurve dazu,
daß durch seitlichen Versatz eines oder beider Räder eine Kippbewegung des einspurigen
Kraftfahrzeuges in die entgegengesetzte Richtung ausgeführt wird und anschließend
eine Lenkbewegung die-gewünschte Rechtskurve einleitet. Die Schräglage während der
Kurvenfahrt wird durch die Geschwindigkeit, den Kurvenradius sowie die jeweilige
Belastung des Kraftfahrzeuges bestimmt.
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Neben einem seitlichen Versatz der Räder ist eine zusätzliche Neigung
der Räder gegenüber der Symmetrieachse des einspurigen Kraftfahrzeuges möglich und
ermöglicht somit eine Schwerpunktverlagerung ohne seitlichen Versatz bzw. in Verbindung
mit einem seitlichen Versatz zu einer Verstärkung der Schwerpunktverlagerung. Der
seitliche Versatz, die Verschiebung oder Neigung der Fahrzeugräder bewirkt die Lageänderung
der Verbindungslinie zwischen den beiden Radaufstandspunkten, so daß diese stets
die Resultierende aus dem jeweils wechselnden Schwerpunkt, z. B. dem Schwerpunkt
S1 des mit dem Fahrzeugführer belasteten Fahrzeuges, kreuzt.
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Wird der seitliche Versatz der Räder auf den seitlichen Versatz nur
eines Rades; vorzugsweise des Hinterrades, beschränkt, so vergrößert sich der seitliche
maximale Versatz der Radaufstandspunkte gegenüber der Fahze-11gmittelachse und es
entsteht ein Versatz zwischen den beiden Radaufstandspunkten zur Fahrtrichtung.
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Erst im Stand vor Abschalten des Motors oder bei Geschwindigkeiten
wenig über dem Stillstand stützen automatisch ausfahrbare Teleskopstützen oder kleine
Stütznachlaufräder das Fahrzeug und verhindern ein Umkippen auch bei unsymmetrischer
Belastung des Kraftfahrzeuges.
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Die Anordnung und Funktionsweise der Stützen wird nachstehend anhand
der Figuren 10 und 11 näher erläutert.
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In den Fig. 8 und 9 sind Ausführungsbeispiele für die Verstelleinrichtung
zum seitlichen Radversatz dargestellt. Sie unterscheiden sich voneinander dadurch,
daß die Verstelleinrichtung gemäß Fig. 9 für ein versetz-und lenkbares Fahrzeugrad
bestimmt, während dies gemäß Fig. 8 nur für ein versetzbares Fahrzeugrad der Fall
ist.
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Die innere Radachse 31 des versetzbaren Fahrzeugrades 3 ist fest mit
einer Achsverankerung 35 verbunden, die über eine gefederte Aufhängung an dem Fahrzeugchassis
befestigt ist. Die innere Radachse 31 weist einen vorstehenden Steg 311 auf, der
eine Verdrehung der festver ankerten, inneren Radachse 31 gegenüber der Achsverankerung
35 sowie gegen eine Verdrehung der hohlen, auf geschobenen Schiebeachse 32 dient.
Die letztgenannte ist mit einer inneren Nut 321 versehen und auf die innere Radachse
31 aufgeschoben. An ihrem äußeren Umfang ist die Schiebeachse 32 mit einem Zahnprofil
33 versehen; die mit einer entsprechenden Zahnstange, einem Schneckengetriebe 36
o.dgl. in Eingriff steht.
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Die Zahnstange 36 ist mit der Achse eines in beiden Drehrichtungen
betreibbaren Schrittmotors 34 verbunden, der unmittelbar oder über zwischengeschaltete
Verstärker mit dem Zentralprozessor verbunden.
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Auf der hohlen, aufgeschobenen Schiebeachse 32 ist das Radlager 37
mit den Kugellagern und der integrierten Felge des Fahrzeugrades 3 befestigt.
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Durch Vor- oder Rückwärtsdrehung des Schrittmotors 34 wird die aufgeschobene,
hohle Schiebeachse 32 in Richtung der inneren Radachse 31 verschoben und somit das
Fahrzeugrad 3 quer zur Laufrichtung versetzt. Dabei stellt der Schrittmotor 34 einen
millimetergenauen Versatz des Fahrzeugrades 3 sicher, wobei die nötigen Rräfte durch
die Zahnstangen-Schneckenradübersetzung sowie durch die hohe Ausgangsleistung des
Schrittmotors 34 gewährleistet sind.
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Die in Fig. 9 dargestellte Verstelleinrichtung entspricht im wesentlichen
der Darstellung gemäß Fig. 8, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen
sind. Zusätzlich zur Darstellung gemäß Fig. 8 weist die Achsverankerung 35 an ihrem
äußeren Umfang einen Drehkranz auf, der mit einer mit einem zweiten Schrittmotor
38 verbundenen Schneckenwelle 39 kämmt. Durch Rechts-oder Linkslauf des zweiten
Schrittmotors 38 wird der Drehkranz 39 in der einen oder anderen Richtung verdreht
und damit die Drehbewegung des Fahrzeugrades 3 ausgeführt.
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Die Art der Verstelleinrichtung ist jedoch nicht auf die vorbeschriebenen
Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern kann in analoger Weise auch durch beispielsweise
Anwendung von Linearmotoren o.dgl. bewerkstelligt werden. Wird die Achsverankerung
zusätzlich mit einer senkrecht sowohl zur Achsverankerung selbst als auch zur Ebene
des Fahrzeugrades verlaufenden Hebevorrichtung
versehen, die mit
einem weiteren Schrittmotor in Verbindung steht, so ist eine zusätzliche Neigung
des Fahrzeugrades möglich.
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Anhand der schematischen Darstellung gemäß Fig. 10 sollen die verschiedenen
Möglichkeiten zur Erfassung der Gleichgewichtslage des einspurigen Kraftfahrzeuges
erläutert werden.
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Eine erste Möglichkeit zur Erfassung der Schräglage de Fahrzeuges
besteht in zwei in Höhe des Fahrzeugbodens seitlich rechts und links vom Fahrzeug
rad angeordneten Sensoren 21, 22 zur berührungsfreien Distanzmessung.
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Die berührungsfreie Messung kann mittels eines Ultraschall- oder Infrarotsenders
und -empfängers ausgeführt werden, wobei Unebenheiten der Fahrstraße durch den Ve
gleich von aufeinanderfolgenden Messungen mittels des Zentralprozessors berücksichtigt
und eliminiert werden können.
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Eine weitere Möglichkeit zur Erfassung der Schräglage des einspurigen
Kraftfahrzeuges besteht in der Messung der Winkelabweichung durch ein gedämpftes
Pendel 23, das die Abweichung der Symmetrieachse des Fahrzeuges gegenüber der Normalen
erfasst und an den Zentralprozessor abgibt.
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Schließlich besteht die Möglichkeit der Messung der Winkelabweichung
der Symmetrieachse des Kraftfahrzeuges von der Fahrzeugnormalen mittels eines ständig
vertikal stehenden, schnell laufenden Kreisels 24, wobei anstelle der Erfassung
der Winkelabweichung auch die Messung des Kippwiderstandes erfolgen kann, den der
mit
dem Fahrzeug fest verbundenen Kreisel 24 gegen seine Neigungsänderung
aufbringt. Dieses aus Flugzeug- und Raketenleitsystemen bekannte Meßsystem eignet
sich in hervorragender Weise für die Schräglagenerfassung eines einspurigen Kraftfahrzeuges.
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Neben den vorbeschriebenen Messverfahren besteht auch die Möglichkeit
der Messung einer Wasserwaagen-Anzeige, die zum Winkelvergleich herangezogen werden
kann. Zusätzlich sind auch Kombinationen der vorbeschriebenen Messverfahren möglich,
so daß beispielsweise ein Messsystem eine ständige Schräglage infolge beispielsweise
ungleichmäßiger Belastung erfasst und rückmeldet, während eine zweite Sensoreinheit
dynamische Veränderungen der Winkelabweichung abtastet. Neben einer feinfühligeren
Steuerung und Regelung wird damit auch bei Ausfall eines der Systeme eine Funktionsfähigkeit
der Steuer- und Regeleinrichtung gewährleistet.
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In den Fig. 11 und 12 sind verschiedene Ausführungsbeispiele für Stützen
bei Stillstand oder langsamer Fahrt des einspurigen Kraftfahrzeuges dargestellt.
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In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 11 sind paarweise angeordnete
Stillstandsstützen 41; 42 vorgesehen, die jeweils aus einer Stützachse 43, 44 und
einer am Ende der Stützachse 43; 44 vorgesehenen Rolle 45, 46 aus Kunststoff oder
Hartgummi besteht. Die Stützachsen 43, 44 sind unterhalb des Schwerpunktes des Kraftfahrzeuges
in der Mitte des Fahrzeuges drehbar befestigt und klappen bei Bedarf bzw. automatisch
bei Geschwindigkeiten und 5 km/h oder darüber aus den unteren Seitenwänden
des
einspurigen Kraftfahrzeuges heraus. Durch die spezielle Anordnung der Stillstandsstützen
ist gewährleistet, daß ein sicherer Stand des einspurigen Kraftfahrzeuges auch bei
maximaler Schräglage möglich ist. Dies wird durch die gestrichelt bzw. strichpunktiert
eingetragenen Linien für verschiedene Fahrstraßenhöhen und -neigungen verdeutlicht.
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Anstelle ausklappbarer Fahrzeugstützen können auch ausfahrbare Stützen
vorgesehen werden, die dann im Bereich des unteren, hohlen Dreieckkörpers des Fahrzeugchassis
angeordnet sind.
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Die Stillstandsstützen können zusätzlich zur Belastungs messung bei
unsymmetrischer Gewichtsverteilung von Passagieren und Gepäck im Fahrzeug während
des Stillstandes des Fahrzeuges eingesetzt werden.
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In Fig. 12 ist eine Seitenansicht zur Verdeutlichung der Lage der
Stillstandsstützen 41, 42 dargestellt, wobei wahlweise zusätzliche Stillstandsstützen
in Längsrichtung des Fahrzeuges im Bereich der Fahrzeugräder ausklappbar angeordnet
werden können. Zusätzlich zu den Stillstandsstützen kann eine Vorrichtung zum Einziehen
der Fahrzeugräder 3; 4 bei Stillstand des Fahrzeuges vorgesehen werden, so daß der
Fahrzeugboden des einspurigen Kraftfahrzeuges auf der Fahrstraße aufliegt und ggf.
in Verbindung mit den Stillstandsstützen 41 42 eine sichere Auflage bietet.