DE69810638T2

DE69810638T2 - Modularer fahrzeugaufbau und transportsystem

Info

Publication number: DE69810638T2
Application number: DE69810638T
Authority: DE
Inventors: Gordon Ewbank Dower
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-09-03
Filing date: 1998-09-03
Publication date: 2003-10-02
Anticipated expiration: 2018-09-04
Also published as: WO1999011508A1; CA2302761A1; DE69810638D1; US6059058A; WO1999011508A9; EP1009651A1; CA2302761C; AU8969198A; EP1009651B1

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft den modularen Aufbau von Fahrzeugen wie beispielsweise Automobilen, Lieferwagen, Lastkraftwagen, Bussen und dergleichen. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung Transportsysteme, die Fahrzeuge mit einem modularen Aufbau einsetzen. Der modulare Fahrzeugaufbau und das entsprechende Transportsystem werden als besonders geeignet, aber nicht beschränkt für Fälle angesehen, in denen die betroffenen Fahrzeuge elektrisch angetriebene Fahrzeuge sind.

Hintergrund der Erfindung

In den frühen Jahren dieses Jahrhunderts waren Eiektrofahrzeuge wahre Kandidaten für den Stadttransport. Ihre ruhige Eleganz unterschied sie vorteilhaft von der robusten, lauten und temperamentvollen Natur ihrer durch Verbrennungsmaschinen angetriebenen Rivalen. Heutzutage allerdings, obwohl erheblicher Aufwand für die Entwicklung von kosteneffektiven Leistungsquellen mit hoher Energiedichte für elektrische Fahrzeuge betrieben wurde, ist ihre Fähigkeit zum Wettbewerb mit den verbesserten, kraftvollen und vorteilhaften Fahrzeugen mit Verbrennungsmaschinen, die nun unsere Bedürfnisse befriedigen, bestenfalls stark begrenzt. Die Reichweite, die von einem vollen Benzintank angeboten wird, ist erheblich, selbst wenn Leistung für die Heizung, die Klimatisierung und weiteren Komfort eines modernen Fahrzeugs zur Verfügung gestellt werden muss (beispielsweise für Radio, Telefon, etc.). Trotz der von Elektrofahrzeugen gebotenen Vorzüge für die Umwelt führen ihre begrenzte Reichweite und die relativ hohen Kosten zu einem Hemmnis für ihre Akzeptanz.
Bedenken hinsichtlich der Umwelt werden in den verschiedenen Zuständigkeitsbereichen jedoch immer stärker. Dementsprechend ist es ein fortgesetztes Bestreben, Eiektrofahrzeuge zu entwickeln, die den strengen gesetzten Umweltstandards entsprechen oder diese übertreffen und trotzdem eine Bequemlichkeit für den Benutzer besitzen, die diejenige von mit Verbrennungsmaschinen angetriebenen Fahrzeugen erreicht.
Eine erhebliche Menge dieser Anstrengungen ist auf Fahrzeuge gerichtet worden, die mit Batterien angetrieben werden. In dieser Beziehung ist eine brauchbare Zusammenstellung an Kosten, Reichweiten und anderen Überlegungen in einem Aufsatz von Ronald Doctors von GMI Inc., Santa Barbara, Kalifornien, vorgestellt worden, mit dem Titel "A Systems Approach To Battery Powered Vehicles". Hier wird angegeben, dass Faktoren wie beispielsweise das Batteriegewicht, die Batteriekosten, die begrenzte Reichweite, das Wiederaufladen und andere Batteriewartungserfordernisse, ein erheblicher Verzögerungspunkt bei der Akzeptierung durch die fahrende Öffentlichkeit sein kann. Diese Nachteile werden angemerkt in Bezug auf konventionelle Elektrofahrzeuge, bei denen die Batterie in dem Fahrzeug als integraler Bestandteil verbleiben soll. Das Erfordernis für die Batteriewartung führt zu längeren Zeiträumen, während derer das Fahrzeug nicht benutzbar ist.
Um dieses Problem zu reduzieren, schlägt Doctors ein System unter Verwendung von Batteriemodulen vor, die kleiner sind als integrierte Batterien, die aber einen raschen Wechsel von entladenen Modulen durch frisch aufgeladene Module einfach durch das Fahren in ein Batterieaustauschzentrum erlauben. Die Austauschzentren sind entsprechend personell und ausrüstungsmäßig ausgestattet, um Batteriewiederaufladungen und Wartungen in fachmännischer Form zu handhaben und so dem Fahrzeugbesitzer derartige Sorgen abzunehmen.
Der Vorschlag von Doctors hat seine Vorzüge. Allerdings stellt er bestenfalls eine Teillösung dar. Die Reichweite mit den relativ kleinen modularen Batterien, die er vorschlägt, ist begrenzt. Dementsprechend werden Batteriewechsel zu sehr häufigen Intervallen erforderlich. In einem Beispiel, das er für einen kalifornischen Fahrer mit einem Durchschnitt von 40 Meilen pro Tag gibt, würde ein Batteriewechsel täglich erforderlich werden. Unter der Annahme, dass dieser Wechsel lediglich 30 Sekunden dauert, sieht er dies nicht als Problem an. Allerdings vernachlässigen diese 30 Sekunden natürlich den Zeitaufwand, der erforderlich ist, zum und von dem Austauschzentrum zu fahren. Außerdem wird die wiederholte Installation und Entfernung von Batterien selbst in modularer Form zu Wartungs-, Sicherheits- und weiteren Betriebsproblemen ihrer eigenen Art führen. Ein Batterieaustauschzentrum mag ausgezeichnete Wartung für Batteriemodule bieten, aber die Module und ihre entsprechenden Aufnahmen in den Fahrzeugen und elektrischen Verbindungen zwischen den Modulen und den Aufnahmen (welche letztere selten oder sporadisch gewartet werden mögen) werden zu einem erhöhten Risiko von Missbrauch, Beschädigung und Zerstörung bei wiederholten Batteriewechseln führen.
Batterieaustauschzentren mit einem Grad an Automatisierung sind bereits bei anderen vorgeschlagen worden: Zum Vergleich sei auf das US Patent 4,342,533 (Hane) vom 3. August 1982 und das US-Patent 5,549,443 (Hammerslag) vom 27. August 1996 verwiesen. Allerdings scheint die Verwendung derartiger Zentren abhängig von einer Standardisierung in der Anordnung von Batterien oder Batteriemodulen innerhalb der Fahrzeuge zu sein, sowie bei den Einrichtungen für den Zugang und Abgang für die Zwecke der Installierung und der Entfernung. Außerdem hängt die Verwendung von derartigen Zentren von ausgeklügelten Systemen für die Handhabung von Batterien oder Batteriemodulen ab, nachdem diese entfernt wurden: Vergleiche auch das US Patent 4,334,819 (Hammerslag) vom 15. Juni 1982 und das US Patent 4,450,400 (Gwyn) vom 22. Mai 1984.
Die EP-A-0 014 176 offenbart eine Struktur, in welcher der rückwärtige Teil eines Fahrgestells von dem Rest des Fahrzeugs trennbar ist. Der rückwärtige Teil schließt eine von einer Plattform getragene Batteriespannungsquelle, ein Räderpaar und eine von der Plattform aufragende Federung (Verstrebung oder Stoßdämpfer) ein. Der vordere Teil des Fahrgestells ist nicht modular und verbleibt integriert mit dem verbleibenden Fahrzeugkörper.
Die EP-A-0 014 176 offenbart kein Fahrzeug mit separaten und speziell vormontierten selbsttragenden Karosserie- und Fahrgestellmodulen, das Karosseriemodul wird normalerweise vollständig von dem Fahrgestellmodul getragen.
Durch die in den unabhängigen Ansprüchen 1, 9 und 13 angegebene Erfindung wird der Batterieaustausch verbessert.
Im folgenden sollte berücksichtigt werden, dass der Begriff Karosseriemodul ein Modul zum Tragen einer oder mehrerer Personen oder von Last oder sowohl von einer oder mehreren Personen und Last bedeuten soll.
Der vorerwähnte Fahrzeugaufbau führt insbesondere selbst zu einem raschen Ersatz und der Verwendung von unterschiedlichen Karosseriemodulen mit einem vorgegebenen Fahrgestellmodul und umgekehrt zu dem raschen Ersatz und der Verwendung von unterschiedlichen Fahrgestellmodulen mit einem vorgegebenen Karosseriemodul. Falls also die einem vorgegebenen Fahrgestellmodul zugeordnete Leistungsquelle einer Wartung bedarf, dann muss ein derzeit mit dem vorgegebenen Fahrgestellmodul gekoppeltes Karosseriemodul nicht unbenutzbar bleiben. In dieser Beziehung und in Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Handhabung eines ersten Karosseriemoduls gekoppelt mit einem ersten Fahrgestellmodul vorgeschlagen, aufweisend folgende Schritte:
- Entkoppeln und Trennen der beiden Module; dann
- Lösbares Ankoppeln des ersten Karosseriemoduls auf einem zweiten der Fahrgestellmodule, wobei die zugeordnete Leistungsquelle des zweiten Fahrgestellmoduls gerade keiner Wartung bedarf; dann
- die gemeinsame Inbetriebnahme des ersten Karosseriemoduls und des zweiten Fahrgestellmoduls als Fahrzeug;
- Durchführung des erforderlichen Wartungsdienstes für die zugeordnete Leistungsquelle des ersten Fahrgestellmoduls.
Wenn das erste Karosseriemodul mit dem zweiten Fahrgestellmodul verbunden ist, kann das entstehende Fahrzeug weggefahren werden. In der Zwischenzeit kann der von der Leistungsquelle des ersten Fahrgestellmoduls benötigte Wartungsdienst durchgeführt werden. Wenn dieser Wartungsdienst abgeschlossen ist, kann das erste Fahrgestellmodul mit einem zweiten Karosseriemodul verbunden und beide gemeinsam als Fahrzeug betrieben werden.
Schließlich wird damit gerechnet, dass die größten Vorteile, die aus den vorerwähnten Fahrzeugkonstruktionen und -methoden nach wie vor zu realisieren sind, mit Elektrofahrzeugen realisiert werden, und zwar insbesondere mit elektrischen Straßenfahrzeugen wie beispielsweise Automobilen, Lieferwagen, Lastkraftwagen, Bussen und dergleichen, die wiederaufladbare Batterien als Quelle für die Antriebsleistung des Fahrzeuges einsetzen. Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, viele der Handhabungsprobleme, die mit konventionellen Batteriewechseln in Zusammenhang stehen, zu vermeiden. Falls eine Batterie oder ein Batteriemodul eine kleinere Wartung wie beispielsweise eine Batterieaufladung benötigt, dann kann sie an ihrem Platz im Fahrgestellmodul verbleiben, während dieser Wartungsdienst stattfindet. Wie schon oben erwähnt wurde, kann das Karosseriemodul entkoppelt werden und bleibt gemeinsam mit einem anderen Fahrgestellmodul benutzbar.
Um die vorliegende Erfindung für den durchschnittlichen Fahrzeugbesitzer ökonomisch zu erleichtern, wird angenommen, dass wahrscheinlich ein Transportsystem mit einem zuverlässigen Netzwerk von Modulwechselstellen innerhalb gegenseitiger Reichweite benötigt wird, bevor eine generelle Akzeptanz erreicht werden kann. Fahrzeugbesitzer können eigene individuelle Karosseriemodule besitzen und unterschiedliche Fahrgestellmodule mieten. Allerdings wird abhängig von der Einrichtung eines solchen Netzwerkes und seiner Akzeptanz die vorliegende Erfindung so betrachtet, dass sie ihre Anwendung in eher begrenzten Bereichen besitzt. Zum Beispiel genügt bei der Befriedigung von Bedürfnissen von lokalen Fahrern für Geschäfte wie Taxiunternehmen und Fahrzeugvermietungsagenturen eine einzige Stelle, an der die Module in einer Flotte von gleichen oder unterschiedlichen Karosserien und gemeinsamen Fahrgestellen gewechselt und gewartet werden. Im Fall von Fahrzeugvermietungsagenturen ist die Möglichkeit des Verbindens eines gegebenen Karosseriemoduls mit einem beliebigen aus einer Anzahl von Fahrgestellmodulen besonders vorteilhaft, da das gegebene Karosseriemodul dann, wenn es von einem Kunden nachgefragt wird, nicht dadurch unbenutzbar ist, dass seine Leistungsquelle unbenutzbar ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der modularen Fahrzeugkonstruktion gemäß der vorliegenden Erfindung schließt das Karosseriemodul mehrere Unterstützungselemente zum Unterstützen der Karosseriemodule auf einer darunter liegenden Trageinrichtung ein, wenn es von dem Fahrgestellmodul entkoppelt ist. Vorteilhafterweise können die Unterstützungselemente jeweils einen Tragarm und ein daran befestigtes Rad zum Laufen auf einem Paar von beabstandeten Schienen aufweisen, das so aufgebaut ist, dass es die darunter liegende Trageinrichtung bildet und die Handhabung der Karosseriemodule an den Modulwechselstellen erleichtert. Bevorzugt sind die Unterstützungselemente beweglich zwischen einer ausgefahrenen Position, die nach Außen aus dem Karosseriemodul herausragt, sowie einer zurückgezogenen Position.
In einem bevorzugten Verfahren des Modulwechsels gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein erstes Fahrgestellmodul durch ein zweites Fahrgestellmodul ersetzt durch ein Verfahren, das die Schritte einschließt, das erste Fahrgestellmodul mit einem damit verbundenen Karosseriemodul zu einer Wechselstelle zu fahren; dann das Entkoppeln des Karosseriemoduls und des ersten Fahrgestellmoduls; dann das Trennen des Karosseriemoduls und des ersten Fahrgestellmoduls, um eine Kopplungsausrichtung zwischen dem Karosseriemodul und einem zweiten Fahrgestellmodul zu erlauben; dann das Positionieren des Karosseriemoduls und des zweiten Fahrgestellmoduls in Kopplungsausrichtung; dann das lösbare Verbinden des Karosseriemoduls mit dem zweiten Fahrgestellmodul; dann das Wegfahren des Fahrgestellmoduls mit dem damit verbundenen Karosseriemodul von der Wechselstelle. Wenn das Karosseriemodul mit Rädern versehene Unterstützungselemente zum Laufen auf einem vorbeschriebenen Schienenpaar enthält, kann der Schritt des Trennens des Karosseriemoduls von dem ersten Fahrgestellmodul vorteilhafter Weise die Schritte des Ausrichtens der Unterstützungsräder zum Laufen auf einem solchen Schienenpaar an der Wechselstelle und dann das Vorwärtsschieben des Karosseriemoduls auf den Schienen während einer zunehmenden vertikalen Trennung von dem Karosseriemodul aus seiner gekoppelten Position mit dem ersten Fahrgestellmodul aufweisen. Schließlich sind das Karosseriemodul und das erste Fahrgestellmodul vollständig voneinander getrennt. Während das Karosseriemodul auf den Schienen getragen verbleibt, kann das erste Fahrgestellmodul darunter weggefahren werden, und das zweite Fahrgestellmodul wird dann in eine Position bewegt, die zuvor von dem ersten Fahrgestellmodul eingenommen wurde.
Die vorstehenden und weiteren Merkmale und Vorzüge der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 bestehend aus den Fig. 1A bis 1H ist eine Aufeinanderfolge von Seitenansichten, die ein modulares Fahrzeug zeigen, das ein Karosseriemodul und ein Fahrgestellmodul gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt, sowie den Wechsel eines ersten Fahrgestellmoduls gegen ein zweites Fahrgestellmodul entsprechend dem Verfahren der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 ist eine explodierte isometrische Ansicht, die das Fahrgestellmodul des in Fig. 1 dargestellten Fahrzeuges und den Rahmen der Karosserie des in Fig. 1 dargestellten Fahrzeugs zeigt.
Fig. 3 ist eine isometrische Ansicht des Fahrgestellmoduls aus Fig. 2 mit abgenommener Abdeckung, um seinen Rahmen zu zeigen.
Fig. 4 ist eine Vorderansicht, die die zurückgezogene Position von einem von vier Unterstützungselementen zeigt, die Teile des Karosseriemoduls aus Fig. 2 bilden.
Fig. 5 ist eine Vorderansicht der ausgefahrenen Position der Unterstützungselemente aus Fig. 4.
Fig. 6 ist eine Draufsicht auf das Fahrgestellmodul aus Fig. 3.
Fig. 7 ist eine teilweise geschnittene und teilweise schematische Seitenansicht einer ersten Verbindungseinrichtung zum lösbaren Ankoppeln des in Fig. 2 dargestellten Karosseriemoduls an das in Fig. 2 dargestellte Fahrgestellmodul.
Fig. 8 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Lenksteuerungsverbindung zwischen dem in Fig. 2 dargestellten Karosseriemodul mit dem in Fig. 2 dargestellten Fahrgestellmodul.
Fig. 9 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Bremssteuerungsverbindung zwischen dem in Fig. 2 dargestellten Karosseriemodul und dem in Fig. 2 dargestellten Fahrzeugmodul.
Fig. 10 ist eine Vorderansicht der in Fig. 9 dargestellten Bremssteuerungsverbindung.
Fig. 11 ist eine schematische Übersicht, die die elektrischen und weiteren Betriebssysteme des in Fig. 1 dargestellten Fahrzeugs zeigt.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Fig. 1 stellt ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 5 bezeichnetes modulares Fahrzeug dar, welches ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 100 versehenes vorgefertigtes Karosseriemodul und ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 200 versehenes vorgefertigtes Fahrgestellmodul aufweist.
Das Fahrgestellmodul 200 schließt Fahrzeugräder 205 ein, die dem Fahrzeug das Bewegen auf einer Bewegungsoberfläche 10 erlauben. Außerdem, wie noch anschließend in größerem Detail beschrieben, schließt das Fahrgestellmodul 200 eine Leistungsquelle zum Zuführen von Betriebsleistung zum Fahrzeug und eine Einrichtung zum Richten gesteuerter Bewegungsleistung von der Leistungsquelle zu den Rädern ein.
Das Karosseriemodul 100 ist im Stil eines Lieferwagens aufgebaut und ist so konzipiert, dass es einen Fahrer, Passagiere und Last befördert. Allerdings kann man unmittelbar erkennen, dass das Modul 100 alternativ aufgebaut werden kann, um etwa den Stil eines Automobils, eines Lastkraftwagens, eines Busses oder eines anderen aus einer großen Vielfalt von möglichen Stilen zu besitzen, abhängig davon, zu welchem gewünschten Zweck das Fahrzeug eingesetzt werden soll.
In der Fig. 1A ist das Fahrzeug 5 in seinem üblichen Fahrzustand dargestellt, wie es sich der in Fig. 1B dargestellten Position nähert. In diesem Zustand, wie noch im Folgenden detaillierter beschrieben wird, ist das Karosseriemodul 100 lösbar mit dem Fahrgestellmodul 200 verbunden.
In Fig. 1B ist das Fahrzeug 5 mit einem auf Schienen laufenden Räderpaar 155 dargestellt, die jetzt von dem Karosseriemodul 100 nach außen ausgefahren und auf eine Schiene eines Paares an einem insgesamt mit 20 bezeichneten Modulwechselplatz angeordneter horizontal beabstandeter Schienen 25 ausgerichtet sind und auf dieser laufen. Ein korrespondierendes Räderpaar 155 (in Fig. 1 nicht dargestellt) ist auf der gegenüber liegenden Seite des Karosseriemoduls 100 nach außen ausgefahren, um auf eine korrespondierende der Schienen (die in Fig. 1 verdeckt ist) ausgerichtet zu sein und auf dieser zu laufen. Das Fahrzeug 5 ist zwischen die Schienen gefahren worden.
Unter üblichen Fahrbedingungen werden die Schienenräder 155 in den Körper des Karosseriemoduls 100 zurückgezogen. In Fig. 1 ist die zurückgezogene Position graphisch durch offene Kreise angedeutet und die ausgefahrene Position ist durch gefüllte Kreise angedeutet.
Wenn das Fahrzeug 5 in der in Fig. 1B dargestellten Position ist, wird das Karosseriemodul 100 vom Fahrzeugmodul 200 entkoppelt. Allerdings werden die Module noch nicht voneinander getrennt, während sie entkoppelt werden.
Der Vorgang der Trennung beginnt, wenn das Fahrzeug 5 sich bewegt oder zwischen den Schienen nach vorne bewegt wird. Das Fahrgestellmodul 200 beginnt dann, sich die Rampe 21 herunterzubewegen, die am Wechselplatz 20 angeordnet ist. In der Zwischenzeit läuft das Karosseriemodul 100 auf den Schienen 25 und setzt die Bewegung horizontal längs mit dem Fahrgestellmodul 200 fort.
In der Fig. 1C sind die Module 100 und 200 teilweise vertikal voneinander getrennt worden, während das Fahrzeug 5 seine Vorwärtsbewegung fortgesetzt hat. Die Vorderenden 101, 201 der Module sind vollständig voneinander getrennt, während die rückwärtigen Enden 102, 202 noch zusammen verblieben sind. In Fig. 1D hat sich die Vorwärtsbewegung beider Module fortgesetzt und die Module sind nunmehr vollständig vertikal getrennt. Daher kann man erkennen, dass wenn das Karosseriemodul 100 sich auf den Schienen 25 fortbewegt hat, es sich zunehmend vertikal aus seiner verbundenen Position mit dem Fahrgestellmodul 200 getrennt hat.
Beginnend mit der Fig. 1D kann man erkennen, dass dort nunmehr ein dreieckförmiger hinterer Haken 110 sichtbar nach unten aus dem rückwärtigen Ende des Karosseriemoduls 100 herabhängt. Wie noch im Folgenden im Detail beschrieben wird, ist der Haken 110 in das rückwärtige Ende des Fahrgestellmoduls 200 eingehängt, bis die Module 100 und 200 vertikal wie in Fig. 1D voneinander getrennt wurden. Wenn daher das Fahrgestellmodul nach vom und die Rampe 21 aus der Position in Fig. 1B in die Position in Fig. 1D herunterbewegt wird, nimmt sie wirkungsvoll das Karosseriemodul 100 längs der Schienen 25 mit.
Wenn die Module 100 und 200 vertikal voneinander getrennt sind, wie in Fig. 1E dargestellt, setzt das Fahrgestellmodul 200 seine Vorwärtsbewegung die Rampe 22 hinauf und aus dem Bereich unterhalb des Karosseriemoduls 100 heraus fort. Gleichzeitig wird ein zweites Fahrgestellmodul, das insgesamt mit dem Bezugszeichen 200a gekennzeichnet ist, vorwärts unter das Karosseriemodul 100 gebracht. Währenddessen verbleibt das Karosseriemodul 100 an seinem Platz und wird von den Schienen 25 in der in Fig. 1D dargestellten Position getragen.
Die Fahrgestellmodule 200 und 200a sind im Wesentlichen in ihrer Konstruktion identisch. Jedes schließt einen dreieckförmigen vorderen Haken 210 ein, der nach oben aus dem vorderen Ende des Moduls herausragt und der angepasst ist, nicht nur in das korrespondierende Vorderende des Karosseriemoduls 100 einzugreifen, sondern ebenso in den hinteren Haken 110 des Karosseriemoduls 100.
Insbesondere dann, wenn das Fahrgestellmodul 200a sich aus der in Fig. 1E dargestellten Position in die in Fig. 1F dargestellte Position bewegt, wird der vordere Haken 210 als erstes in Eingriff mit dem hinteren Haken 110 des Karosseriemoduls 100 gelangen. Dann, wenn das Fahrgestellmodul 200a sich weiter nach vorne bewegt, wird das Karosseriemodul 100 längs der Schienen 25 aus der in Fig. 1E dargestellten Position in die in Fig. 1F dargestellte Position geschoben. Da das Fahrgestellmodul 200a die Rampe 21 hinunterbewegt wurde, gleitet an dieser Stelle der Haken 210 des Moduls aus dem Eingriff mit dem Haken 110 des Karosseriemoduls 100. Das Karosseriemodul 100 verbleibt dann in der in Fig. 1F dargestellten Position, während das Fahrgestellmodul 200a sich nach vorne in die in Fig. 1G dargestellte Position bewegt.
In der in Fig. 1G dargestellten Position hat sich das Fahrgestellmodul 200a die Rampe 22 bis zu einem Punkt nach oben bewegt, an dem der vordere Haken 210 das Vorderende 101 des Karosseriemoduls 100 ergreift. Von diesem Punkt an, wird das Karosseriemodul 100 nach vorne auf den Schienen 25 durch das Fahrgestellmodul 200a gezogen. Während die Vorwärtsbewegung sich fortsetzt, werden beide Module vertikal zusammengezogen, bis sie zum Zwecke des Verbindens vollständig aufeinander ausgerichtet sind. Dann, wenn das Karosseriemodul die Schienen 25 verlässt, werden die Schienenräder 155 zurückgezogen, und das Karosseriemodul 100 wird lösbar mit dem Fahrgestellmodul 200a gekoppelt.
Anschließend, wie in Fig. 1H angedeutet, können das Karosseriemodul 100 und das Fahrgestellmodul 200a gemeinsam als Fahrzeug 5a betrieben und von dem Wechselplatz 20 fortgefahren werden. In der Zwischenzeit kann allen Wartungsbedürfnissen des Fahrgestellmoduls 200 die erforderliche Aufmerksamkeit gewidmet werden. Zum Beispiel in solchen Fällen, in denen die Leistungsquelle im Fahrgestellmodul 200 eine wieder aufladbare Batterie ist, kann die erforderliche Wartung einfach eine Batterieaufladung sein. Vorteilhafter Weise wird die Benutzbarkeit des Karosseriemoduls 100 nicht beeinträchtigt, während solche Wiederaufladungen stattfinden. Außerdem ist nach der Aufladung der Batterie das Fahrgestellmodul 200 am Wechselplatz bereit für einen Austausch entweder mit dem Fahrgestellmodul 200a, wenn dieses anschließend eine Wartung benötigt, oder mit einem Fahrgestellmodul eines anderen modularen Fahrzeugs als der Fahrzeuge 5 oder 5a.
In dem vorstehenden Verfahren des Modulaustausches, das Rampen 21, 22 und Schienen 25 einsetzt und das Schienenräder 155 und Haken 110, 210 einschließt, um während des Modulwechsels aktive Funktionen durchzuführen, sollte verstanden werden, dass die progressive Vorwärtsbewegung der Fahrgestellmodule 200, 200a durch den Wechselplatz 20 mit ihrer eigenen Kraft erreicht werden kann, oder alternativ durch Ziehen der Fahrgestellmodule durch den Wechselplatz 20 mit geeigneten Zieheinrichtungen (nicht dargestellt). Solche progressive Bewegungen werden als wünschenswert betrachtet, um den Vorgang des Modulaustausches zu vereinfachen. Allerdings wird Fachleuten ebenso klar sein, dass andere Verfahren des Modulaustausches, die keine Verwendung von Rampen oder Schienen oder Elementen wie den Schienenrädern 155 oder Haken 110, 210 erfordern, auch möglich sind.
Beispielsweise kann der Modulwechselplatz so aufgebaut sein, dass er entkoppelte Karosseriemodule 100 von oben greift, dann diese von dem Fahrgestellmodul 200 durch Anheben entfernt. Das Fahrgestellmodul 200 wird dann wegbewegt. Dann kann das Fahrgestellmodul 200a unter dem gegriffenen Karosseriemodul positioniert werden, welches danach abgesenkt und lösbar daran gekoppelt wird. Bei einer derartigen Anordnung kann das Karosseriemodul geeignete Einrichtungen einschließen, die durch den Greifer ergriffen werden.
Die kurz angerissene Greifmethode des Modulaustausches und die bevorzugte Methode unter Verwendung von Schienen 25 und Schienenrädern 155 erreichen beide, dass die Karosserie- und Fahrgestellmodule getrennt oder vertikal voneinander bewegt werden können, wenn die beiden Module entkoppelt werden. Natürlich können Anordnungen skizziert werden, die als erstes benötigen, dass das Karosseriemodul horizontal bezüglich des Fahrgestellmoduls bewegt wird, oder erst horizontal und dann vertikal, um eine vollständige Trennung zu erreichen. Allerdings wird angenommen, dass derartige Anordnungen an einem Modulwechselplatz komplizierter oder schwieriger einzusetzen wären.
Strukturelle Merkmale der Karosseriemodule 100 und der Fahrgestellmodule 200 werden nunmehr im Detail näher beschrieben.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 ist das dargestellte Karosseriemodul 100 oberhalb und in vertikaler Ausrichtung absenkbar und lösbar koppelbar mit dem Fahrgestellmodul 200. Das Karosseriemodul 100 schließt einen Rahmen oder ein Chassis ein, das insgesamt mit den Bezugszeichen 120 versehen ist, mit vorderen und hinteren Rahmenelementen 121, 122, die sich zwischen länglichen Rahmenelementen 123, 124 quer erstrecken. Zur Klarheit der Darstellung ist der in Fig. 1 dargestellte lieferwagenförmige Körper des Karosseriemoduls 100 nicht in Fig. 2 dargestellt. Dementsprechend ist eine Einrichtung zum Verbinden des Körpers mit dem Chassis nicht dargestellt. Für Fachleute ist es bekannt, dass es verschiedene geeignete Einrichtungen zum Verbinden eines Fahrzeugkörpers mit einem Tragrahmen oder Chassis gibt.
Das Karosseriemodul 100 schließt vier insgesamt mit dem Bezugszeichen 150 versehene Unterstützungselemente zum Tragen des Moduls auf einer darunter liegenden Unterstützungseinrichtung wie beispielsweise den in Fig. 1 dargestellten Schienen 25 ein. Jedes Unterstützungselement 150 weist einen Tragarm 152 auf, der sich durch ein Gehäuse 154 erstreckt, wobei letzteres an einer entsprechenden Rahmenverlängerung 130 befestigt ist, die sich quer nach außen vom Chassis 120 erstreckt. Ein Schienenrad 155 wie oben unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben ist an dem äußeren Ende eines jeden Tragarms 152 zum Laufen auf den Schienen 25 befestigt.
In Fig. 2 ist jedes Unterstützungselement 150 in seiner zurückgezogenen Position dargestellt. Das bedeutet, dass jeder Tragarm 152 nach innen durch ein entsprechendes Gehäuse 154 bis zu einem Punkt gezogen ist, an dem die Außenfläche des entsprechenden Schienenrades 155 nicht über die Außenseite des (nicht dargestellten) Fahrzeugkörpers hinausragt, der normalerweise auf dem Chassis 120 befestigt ist. Die zurückgezogene Position ist die übliche Fahrposition. Wie allerdings bereits oben unter Bezugnahme auf Fig. 1 erörtert wurde, ragen die Schienenräder 155 von dem Karosseriemodul 100 nach außen, wenn sie in einer Modulwechselstelle auf die tragenden Schienen ausgerichtet sein und auf diesen zu laufen sollen.
Die zurückgezogenen und ausgefahrenen Positionen der Unterstützungselemente 150 sind in größerem Detail in den Fig. 4 und 5 dargestellt. Jedes Unterstützungselement 150 schließt eine zugeordnete Feder 156 ein, die von dem Gehäuse 154 gegen ein zugeordnetes Schienenrad 155 wirkt. Ebenso schließt ein Unterstützungselement 150 einen zugeordneten Hydraulikzylinder 157 ein, dessen Kolbenarmende mit einer mechanischen Verbindung 158 an den Tragarm 152 gekoppelt ist. Das entgegengesetzte Ende des Zylinders 157 ist hydraulisch über eine zugeordnete Hydraulikleitung 159 mit dem Hydraulikzylinder 270 eines zugeordneten unten in Bezugnahme auf Fig. 7 beschriebenen Kopplungsmechanismus gekoppelt.
Wenn die Hydraulikleitung 159 nicht unter Druck steht, wird die Feder 156 das Schienenrad 155 mit dem Tragarm 152 in die ausgefahrene in Fig. 5 dargestellte Position drücken. Gleichzeitig mit der Bewegung des Tragarms 152 bewegt sich die Verbindung 158 und drückt den Kolben innerhalb des Hydraulikzylinders 157 in die voll ausgefahrene in Fig. 5 dargestellte Position. Wenn die Hydraulikleitung 159 anschließend hinreichend unter Druck gesetzt wird, um die Kraft der Feder 156 (und den anfänglichen Reibungswiderstand) zu überwinden, dann wird der Kolben innerhalb des Hydraulikzylinders 157 in die in Fig. 4 dargestellte Position gedrückt. Gleichzeitig mit der Bewegung des Kolbens bewegt sich die Verbindung 158 und zieht den Tragarm 152 um den Tragarm und das Schienenrad 155 in die in Fig. 4 dargestellte zurückgezogene Position zu ziehen.
Unter Bezugnahme nunmehr auf die Fig. 2, 3 und 6 schließt das Fahrgestellmodul 200 einen Rahmen oder ein Chassis ein, das insgesamt mit 220 bezeichnet ist (Fig. 3, 6), welches normalerweise durch eine obere Abdeckung 230 (Fig. 2) abgedeckt ist. Wie in Fig. 6, aber nicht in Fig. 3 dargestellt ist, bilden ein konventioneller hinterer torsionsgestützter Stoßdämpfer 227 und ein konventionelles Zahnstangenlenksystem 360 einen Teil des Moduls.
Die Abdeckung 230 schließt einen eingesetzten Mittelabschnitt 231 ein, der leicht abgenommen werden kann, um einen Zugang zur mittleren Abteilung 221 zu erlauben, die vom Chassis 220 gebildet wird. Die Abteilung 221 ist für den Zweck des Aufnehmens einer wiederaufladbaren Batterieleistungsquelle (nicht dargestellt) zum Zuführen von Arbeitsleistung zum Fahrzeug 5 (Fig. 1) aufgebaut. Unter typischen Fahrbedingungen wird ein wesentlicher Teil der zur Verfügung stehenden Leistung in konventioneller Form dem elektrischen Fahrzeugmotor 290 zugeführt, der die Bewegungsleistung für das hintere Paar der Fahrzeugräder 205 durch ein Getriebe 292 zur Verfügung stellt.
Der vordere Haken 210, der mittig an dem Rahmenelement 222 des Chassis 220 befestigt ist, ragt durch eine Öffnung in dem vorderen Ende der Abdeckung 230 nach oben und ist so angeordnet, dass er mit der Hakenaufnahme 111 übereinstimmt, die mittig an dem Rahmenelement 121 des Chassis 120 befestigt ist. Der hintere Haken 110, der mittig an dem Rahmenelement 122 des Chassis 120 befestigt ist, ist so angeordnet, dass er nach unten durch eine hintere Öffnung 232 in der Abdeckung 230 nach unten ragt und dann in Übereinstimmung mit der Aufnahme 211 ist, die mittig an dem Rahmenelement 223 des Chassis 220 befestigt ist.
Wie man auch in den Fig. 2 und 3 erkennen kann, schließt das Karosseriemodul 100 vier dreieckige Platten 125 ein, die an Verbindungen zwischen den mittleren und den vorderen und hinteren Abschnitten des Chassis 120 befestigt sind. Dementsprechend schließt das Fahrgestellmodul 200 vier ähnliche Platten 225 ein, die an ähnlichen Verbindungen des Chassis 220 befestigt sind. Die Platten 225 markieren die Orte in dem Fahrgestellmodul 200 für vier Kopplungsmechanismen (nicht in näherem Detail in der Fig. 3 dargestellt, dafür aber dargestellt und weiter unten näher erläutert in Bezugnahme auf Fig. 7), die ei nen Teil einer Verbindungseinrichtung zum lösbaren Koppeln des Karosseriemoduls 100 an das Fahrgestellmodul 200 bilden. Die Platten 125 stimmen mit den Platten 225 überein, um Eingriffspunkte zu bilden, wenn die Module gekoppelt werden.
Fig. 7 zeigt einen der vier Kopplungsmechanismen, wobei die anderen drei im Wesentlichen gleich sind. Der Kopplungsmechanismus schließt einen Elektromotor 240 ein, der eine Schraubenwelle 241 durch ein Zahnstangengetriebe 244, 246 dreht. Das Zahnrad 244 ist auf einer vom Motor 240 kommenden Welle befestigt, die Zahnstange 246 ist auf der Schraubenwelle 241 befestigt. Wenn die Welle 241 sich im Uhrzeigersinn dreht, schraubt sich der Verschlussbolzen 242 mit seinem oberen Ende durch eine schwimmende Mutter 248, die sich frei aufwärts und abwärts bewegen, sich jedoch nicht innerhalb des Gehäuses 250 drehen kann. Das Gehäuse 250 ist auf dem Boden der Platte 225 angeschraubt und schließt eine Vergrößerungsplatte 252 ein, an der der Motor 240 angeschraubt ist. Die Mutter 248 wird durch eine Feder 254 so vorgespannt, dass dann, wenn der Bolzen 242 sich dreht, der Bolzen 242 durch die Feder innerhalb des Gehäuses 250 gegen eine Verschlussmutter 126 gehoben wird, die mittels Bolzen an der Platte 125 des Karosseriemoduls 100 befestigt ist. Wenn der Bolzen 242 und die Mutter 126 ineinander eingreifen, wird die Welle 241 hochgezogen, bis der obere Teil der Zahnstange 246 den Boden des Gehäuses 250 erreicht. Wenn der Motor 240 weiter dreht, wird das Karosseriemodul 100 herangezogen und fest mit dem Fahrgestellmodul 200 verbunden.
Der Motor 240 bezieht seine Arbeitsleistung von einer Gleichstromleistungsquelle (nicht dargestellt), die in dem Fahrgestellmodul 200 angeordnet ist. Diese Leistungsquelle sollte im Allgemeinen die oben erwähnte wiederaufladbare Batterieleistungsquelle samt denjenigen Leistungsumformeinrichtungen (nicht dargestellt) aufweisen, die für das Erfüllen der Eingangsspannungserfordernisse des Motors benötigt werden. Mikroschalter 256, 258 (welche durch ringförmige Nuten 260, 261 im unteren Ende der Welle 241 gesteuert werden) dienen zum Abschalten des Motors 240, wenn der Verschlussbolzen 242 die oberen und unteren Anschlagpositionen erreicht. Die Aktivierung des Motors 240 zum Starten der Bewegung zwischen diesen Anschlägen wird durch einen zweipoligen, insgesamt mit 262 bezeichneten Wechselschalter hervorgerufen, der zum Schalten der Polarität der Eingangsspannung des Motors dient, welche durch die Mikroschalter zugeführt wird.
Wie auch in Fig. 7 zu erkennen ist, ist ein Hydraulikzylinder 270 unmittelbar oberhalb der Verschlussmutter 126 angeordnet. Der Zylinder 270 schließt einen Kolben 271 und eine Kolbenstange 272 in Längsausrichtung auf die Längsachse des Verschlussbolzens 242 ein. Wenn der Verschlussbolzen 242 aus seiner in Fig. 7 dargestellten Position so nach unten geschraubt wird, dass seine Spitze nicht mehr gegen das untere Ende der Stange 272 anstößt, dann wird der Hydraulikdruck in der Hydraulikleitung 159, die mit der Spitze des Zylinders 270 gekoppelt ist, den Kolben 271 auf den Boden des Zylinders 270 drücken. Wie zuvor unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben, wird ein derartiger Druck durch die Aktion der Feder 156 eines zugeordneten Unterstützungselementes 150 im Karosseriemodul 100 erzeugt. Wenn der Bolzen 242 nach oben geschraubt wird und gegen das untere Ende der Stange 272 stößt, dann wird Druck dem Zylinder 270 in der entgegengesetzten Richtung zugeführt. Derartiger entgegengesetzter Druck reicht aus, um den von der Feder 156 erzeugten zu überwinden. Wenn demzufolge, der Bolzen 242 durch die Verschlussmutter 126 geschraubt wird, um das Karosseriemodul 100 mit dem Fahrgestellmodul 200 zu koppeln, dann dient er auch dazu, das zugeordnete Unterstützungselement 150 aus seiner ausgefahrenen in Fig. 5 dargestellten Position in seine zurückgezogene in Fig. 4 dargestellte Position zu bewegen.
Das Karosseriemodul 100 schließt Steuereinrichtungen ein, die mit dem Fahrgestellmodul 200 zum Steuern der Betriebsweise des durch das Koppeln der Module definierten Fahrzeugs verbindbar sind. Wie für Fachleute unmittelbar verständlich ist, können verschiedene mechanische und/oder elektrische Einrichtungen für diesen Zweck konstruiert werden. Eine andere Einrichtung wie beispielsweise eine optische Verbindung kann ebenso entworfen werden.
Vorzugsweise sollte die Verbindung in einer im Wesentlichen nahtlosen oder automatischen Weise beim Koppeln der Module entstehen.

Beispiel 1 - Lenksteuerverbindung

Das modulare Fahrzeug 5 ist als Straßenfahrzeug aufgebaut und als solches benötigt es offensichtlich eine Lenkeinrichtung. Unter der Annahme, dass das Fahrzeug durch einen Fahrer aus dem Karosseriemodul 100 heraus gelenkt wird und nicht durch Fernsteuerung, wird normalerweise eine Lenksteuerverbindung zwischen dem Karosseriemodul 100 und dem Fahrgestellmodul 200 benötigt.
Aber für die benötigte Verbindung zwischen den Modulen ist die Lenkeinrichtung im Ganzen konventionell. Insbesondere schließt das Karosseriemodul 100 ein konventionelles Lenkrad und eine in Fig. 2 dargestellte Säulenanordnung 300 ein. Das Fahrgestellmodul 200 schließt einen weiteren konventionellen Teil einer Lenkeinrichtung wie vorstehend in Bezug auf Fig. 6 bemerkt, ein. Die Verbindung zwischen den Modulen, die eintritt, wenn die Module miteinander gekoppelt sind, ist in Fig. 8 dargestellt.
Die in Fig. 8 dargestellte Lenksteuerverbindung schließt ein und ist im Wesentlichen getragen von einer oberen an einem Rahmen 120 (nicht dargestellt in Fig. 8) befestigten Platte 310 des Karosseriemoduls 100 und von einer unteren an einem Rahmen 220 (ebenfalls nicht dargestellt in Fig. 8) befestigten Platte 330 des Fahrgestellmoduls 200. Die untere Oberfläche 311 der Platte 310 fluchtet im Wesentlichen mit der unteren Oberfläche des Rahmens 220. In ähnlicher Form fluchtet die obere Oberfläche 331 der Platte 330 im Wesentlichen mit der oberen Oberfläche des Rahmens 220. Daher sind die Oberflächen 311, 331 um etwa die Dicke der in Fig. 2 dargestellten Abdeckung 230 voneinander entfernt.
Eine Karosseriewelle 312 wird beim Drehen durch ein Lager 314 gestützt und ragt nach unten durch ein mit der oberen Platte 310 verschraubtes Gehäuse 316. Das obere Ende (nicht dargestellt) der Welle 312 ist mit dem Lenkrad und der Säulenanordnung 300 mittels einer in Fig. 2 dargestellten Universalverbindung 302 verbunden. Das untere Ende der Welle 312 endet in einer Außenverzahnung 318, die in eine federbelastete, kerbverzahnte, ringförmige Innenverzahnung 320 eingreift.
Eine Fahrgestellwelle 332 wird beim Drehen durch ein Lager 334 gestützt und ragt nach oben durch ein mit der unteren Platte 330 verschraubten Gehäuse 336, und ist längs ausgerichtet auf die Welle 312. Das untere (nicht dargestellte) Ende der Welle 332 ist mit einem in Fig. 6 dargestellten Zahnstangensteuerungssystem 360 verbunden. Das obere Ende der Welle 332 endet in einer Außenverzahnung 338. Wie die Außenverzahnung 318 ist auch die Außenverzahnung 338 im Eingriff mit der ringförmigen Verzahnung 320, aber nur wenn die Module wie in Fig. 8 dargestellt, verbunden sind. Sonst gleitet die Außenverzahnung 338 in oder aus dem Eingriff mit der Verzahnung 320, wenn das Karosseriemodul 100 und das Fahrgestellmodul 200 vertikal zusammengebracht und gekoppelt oder vertikal getrennt und entkoppelt werden.
Die ringförmige Verzahnung 320 ist das einzige Element der Lenksteuerverbindung, das sich zwischen dem Karosseriemodul 100 und dem Fahrgestellmodul 200 erstreckt. Man kann in Fig. 2 erkennen, dass eine Öffnung 304 in der Abdeckung 230 vorgesehen ist, die so bemessen ist, dass sie eine Passage für dieses Element erlaubt. Die Platten 310, 330 sind geeignet positioniert und an ihren entsprechenden Rahmen 120, 220 oberhalb und unterhalb der Öffnung 304 befestigt, um die erforderliche Ausrichtung der Wellen 312, 332 zu schaffen.
Als Ergebnis ist die in Fig. 8 dargestellte Lenksteuerverbindung in eine konventionelle Verbindung zwischengeschaltet, die zwischen dem Lenkrad und der Säulenanordnung 300 und dem Zahnstangenlenksystem 360 vermitteln würde, falls das Fahrzeug 5 keinen modularen Aufbau besitzen würde. Die Wellen 312 und 332 drehen, wenn die Lenksäule gedreht wird und in dieser Beziehung können sie als einfache Verlängerungen der Lenksäule angesehen werden. Ein wichtiger, zu bemerkender Punkt ist, dass die Lenksteuerverbindung automatisch aufgebaut wird, wenn das Karosseriemodul 100 und das Fahrgestellmodul 200 zusammengebracht werden.

Beispiel 2 Bremssteuerverbindung

Genau wie das modulare Fahrzeug 5 normalerweise eine Lenksteuerverbindung zwischen dem Karosseriemodul 100 und dem Fahrgestellmodul 200 benötigt, wenn das Fahrzeug durch einen Fahrer in dem Karosseriemodul 100 gesteuert wird, wird dann auch eine Bremssteuerverbindung zwischen den beiden Modulen erforderlich werden. Die Fig. 9 und 10 zeigen grundsätzliche Aspekte einer geeigneten Bremssteuerverbindung zwischen einer Bremspedalanordnung im Karosseriemodul 100 und einem Bremsaktivierungsmechanismus im Fahrgestellmodul 200.
Die Bremspedalanordnung weist ein Pedal 410 auf, das schwenkbar an einem Arm 412 mit einer Welle 420 zum Drehen um eine Längsachse der Welle 420 verbunden ist. Die Welle 420 wird durch ein Paar von gegenüber liegenden Flanschen 422, 423 getragen, die geeignet innerhalb des Karosseriemoduls gesichert sind. Eine Feder 424 spannt den Arm 412 (im Uhrzeigersinn in Fig. 9) gegen den Stift 421 (Fig. 10), der sich von der Welle 420 radial nach außen erstreckt. Ein Bremsarm 414 ist an der Welle 420 gesichert, um mit der Welle zu drehen. Wie man sieht, erstreckt sich der Arm 414 bis zum distalen Ende 416, das oberhalb der Bremsplatte 440 angeordnet ist.
Die Bremsplatte 440 und eine von dieser nach unten ragende Welle 442 bilden einen Teil des Bremsaktivierungsmechanismus im Fahrgestellmodul 200. Sie sind unmittelbar unterhalb einer Öffnung 400 in der oberen Abdeckung 230 des Fahrgestellmoduls (vergleiche Fig. 2) angeordnet.
Wenn das Bremspedal 410 getreten wird, dreht der Arm 412 auf der Welle 420 bis ein Kragen 413 an seinem unteren Ende an einem Kragen 415 des Bremsarms 414 angreift. Dann drehen der Arm 412, der Arm 414 und die Welle 420 gemeinsam. Das distale Ende 416 des Bremsarms 414 senkt sich durch die Öffnung 400, um auf die Bremsplatte 440 zu drücken. Das Drücken der Bremsplatte 440 mit der Welle 442 betätigt ein (nicht dargestelltes) konventionelles Bremssystem im Fahrgestellmodul 200 in einer Form, die exakt analog zum Treten eines Bremspedals in einem konventionellen Fahrzeug ist. Wenn das Bremspedal 410 freigegeben wird, kehrt sich der Vorgang um. Die Feder 424 bringt das Pedal in seine vorgespannte in den Fig. 9 und 10 dargestellte Position zurück.
Wie im Fall der Lenksteuerverbindung kann festgehalten werden, dass die Bremssteuerverbindung automatisch aufgebaut wird, wenn das Karosseriemodul 100 und das Fahrgestellmodul 200 zusammengebracht werden.

Elektrische und andere Betriebssysteme

Anhand eines Beispiels zeigt Fig. 11 in schematischer Form ein grundsätzliches elektrisches System für das Fahrzeug 5. Sie zeigt außerdem ein Beispiel einer elektrooptischen Verbindung zwischen dem Karosseriemodul 100 und dem Fahrgestellmodul 200. Oberhalb eines Verbindungsstücks M-M in Fig. 11 angeordnete Elemente werden vom Karosseriemodul 100 getragen. Diejenigen, die darunter liegen, werden vom Fahrgestellmodul 200 getragen.
Im Fahrgestellmodul 200 schließt das elektrische System eine wiederaufladbare Batterie 280 ein, die üblicherweise in der Batterieabteilung 221 (Fig. 3) gehalten wird und welche die primäre Betriebsleistung für das Fahrzeug 5 (Fig. 1) zur Verfügung stellt. Die Batterie 280 ist eine konventionelle elektrische Fahrzeugbatterie, die die Betriebsleistung für den Motor 290 über die Motorsteuerung 285 zur Verfügung stellt. Sie stellt außerdem die Betriebsleistung für einen Wechselstromgenerator 545 über eine Generatorsteuerung 540 und zu der Heizungs- und Klimaanlage 535 zur Verfügung. Die Motorsteuerung 285, die Heizungs- und Klimaanlage 535 und die Generatorsteuerung 540 werden alle durch eine digitale Signalverarbeitung 525 gesteuert. Eine Einrichtung zum Wiederaufladen der Batterie 280 ist nicht dargestellt, aber konventionell.
Es sei grundsätzlich angenommen, dass die Anlagen zum Heizen und Regeln des Klimas so aufgebaut sind, dass sie einen erheblichen Energieverbrauch konsumieren. Dementsprechend sind die Heizungs- und Klimaanlage 535 im Fahrgestellmodul 200 angeordnet. Selbstverständlich wird eine geeignete Leitung (nicht dargestellt) über das Verbindungsstück M-M benötigt, um die Vorzüge der Heizungs- und Klimaanlage den Passagieren im Karosseriemodul 100 zuführen zu können.
Der Wechselstromgenerator 545 liefert Leistung über eine induktive Leistungsleitung 550 zu einem Gleichrichter und Batterielader 555, der dazu dient, die Batterieladung 560 aufrechtzuerhalten. Die Batterie 560 ist eine relativ kleine Sekundärbatterie, die verwendet wird, um plötzliche geringere Leistungsbedürfnisse im Karosseriemodul 100 zu befriedigen. Derartige geringere Leistungsbedürfnisse können den Bedarf eines (unten diskutierten) Laptop-Computers 500, die Innenbeleuchtung, ein Radio und dergleichen einschließen. Die Batterie 560 stellt eine Einrichtung dar, um derartige Bedürfnisse zu befriedigen, auch wenn die Leistung nicht unmittelbar aus der Batterie 280 zur Verfügung gestellt werden kann (beispielsweise weil das Karosseriemodul 100 und das Fahrgestellmodul 200 entkoppelt sind).
Die digitale Signalverarbeitung 525 erhält Steuereingangssignale vom Karosseriemodul 100 über eine bidirektionale infrarote Datenleitung 520. Außerdem erhält sie Eingangssignale von den Fahrgestellsensoren 530 und kommuniziert diese Signale über die Datenleitung 520 an das Karosseriemodul 100. Die Sensoren 530 können Sensoren einschließen, die geeignet sind, verschiedene Bedingungen wie beispielsweise die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Anwendung der Bremsen, die Batteriespannung, die Batterietemperatur, und weitere charakteristische Bedingungen des Fahrgestellmoduls 200 und seiner Teile zu überwachen. Im Falle von Bremsen kann ein Bremssignal verarbeitet und als Ausgangssignal an die Motorsteuerung 285 gegeben werden, um die Leistung zum Motor 290 und die Hinterräder 205 (Fig. 6) zu unterbrechen. Das bedeutet, dass der Motor 290 nicht gegen die mechanischen Bremsaktionen des Fahrers arbeitet. In höher entwickelten Systemen können die Fahrgestellsensoren 530 eine Einrichtung zum Messen und Empfangen von Informationen wie beispielsweise von äußeren Quellen übermittelte Verkehrsinformationen einschließen.
Die von der digitalen Signalverarbeitung 525 über die Datenleitung 520 empfangenen Steuersignale können zum Beispiel Beschleunigungs- oder Geschwindigkeitssteuerungssignale einschließen, die verarbeitet und als Ausgangssignal an die Motorsteuerung 285 gegeben werden, um den Motor 290 höher zu drehen oder zu verlangsamen. Entsprechend können sie Temperatursteuersignale einschließen, die verarbeitet und als Ausgangssignal an die Heizungs- und Klimaanlage 535 gegeben werden, um die Heizung oder Klimaregelung an- oder auszuschalten. Entsprechend können sie Steuersignale einschließen, die verarbeitet und als Ausgangssignal an die Generatorsteuerung 540 gegeben werden, um die Leistung für den Wechselstromgenerator 545 an- oder auszuschalten.
Das Karosseriemodul 100 schließt einen Laptop-Computer 500 ein, der programmiert ist, um die Kommunikation zwischen dem Fahrer und dem Fahrgestellmodul 200 zu handhaben. Wie in schematischer Form dargestellt, empfängt der Computer 500 ein Beschleunigungseingangssignal als ein analoges Spannungseingangssignal von den Rheostaten 507. Die Größe dieser Spannung ist eine Funktion der Winkelposition des Gaspedals (Beschleunigungspedals) 505. Außerdem erhält der Computer 500 Eingangssignale von den Karosseriesensoren 510. Die Sensoren 510 können Sensoren einschließen, die so aufgebaut sind, dass sie verschiedene Bedingungen zu überwachen, einschließlich der Bedingungen, die oft in konventionellen Fahrzeugen überwacht werden (beispielsweise die Innentemperatur, ob die Türen geschlossen sind, ob die Sicherheitsgurte angelegt sind, usw.). Außerdem können die Sensoren 510 Sensoren einschließen, die angepasst sind, um Bedingungen zu überwachen, die speziell bei dem modularen Aufbau des Fahrzeugs 5 auftreten (beispielsweise ob das Karosseriemodul 100 sicher an dem Fahrgestellmodul angekoppelt ist, ob die Unterstützungselemente 150 vollständig ausgefahren oder vollständig eingefahren sind, die Spannung der Batterie 560, usw.). Durch die digitale Signalverarbeitung 525 und die Datenleitung 520 erhält der Computer 500 auch Eingangssignale von den Fahrgestellsensoren 530. Zusätzlich kann der Computer 500 so programmiert sein, dass er Tastatureingaben direkt vom Fahrer erhält, beispielsweise eine Eingabe, die der gewünschten Innentemperatur des Fahrzeugs entspricht, einen Wegsteuerungseingabe, etc.
Alle von dem Computer 500 empfangenen Mitteilungen werden in vorbestimmter Weise verarbeitet und sein Bildschirm kann verschiedene Anzeigen vorsehen, durch die der Fahrer vollständig über den Zustand des Fahrzeugs und seine Betriebsbedingungen informiert ist.
Abgesehen von den Ausgabebildschirmanzeigen stellt der Computer 500 als Ausgabe auch die oben beschriebenen Steuersignale zur Verfügung, die von der digitalen Signalverarbeitung 525 über die Datenleitung 525 empfangen werden.
Es wird von den Fachleuten vollständig verstanden werden, dass verschiedene Einrichtungen vorgeschlagen werden können, um gewünschte Kommunikations- und Steuerverbindungen zwischen dem Karosseriemodul 100 und dem Fahrgestellmodul 200 zu erreichen. Daher ist beispielsweise die Verwendung einer Leitung wie beispielsweise der Infrarot-Datenleitung 520 nicht zwingend. Die gleiche oder eine andere Information kann auch über Kabeldrähte mit geeigneten Steckern übermittelt werden, die verbunden oder getrennt werden, entweder automatisch oder (weniger wünschenswert) manuell, wenn die Module gekoppelt und entkoppelt werden. Entsprechend kann eine Beschleunigungssteuerung beispielsweise vollständig als manuelle Steuerung im Fall einer manuellen Bremssteuerung wie in Beziehung auf die Fig. 9 und 10 beschrieben ausgelegt sein.
Insgesamt wird angenommen, dass erfindungsgemäße Fahrzeuge typischerweise eine Lenkeinrichtung zum Lenken eines Räderpaares während der Fahrzeugfahrt einschließen. Außerdem wird die Lenkeinrichtung typischerweise gesteuert durch einen Fahrzeugbenutzer innerhalb des Karosseriemoduls - ein Benutzer, der ebenso die Fahrsignale aus dem Bereich des Karosseriemoduls heraus steuert. Allerdings soll nicht daraus geschlossen werden, dass die Erfindung auf Fahrzeuge mit derartigen Merkmalen begrenzt sein soll. Beispielsweise wird auch ermöglicht, dass Fahrzeuge mit einem erfindungsgemäß erforderten modularen Aufbau, auf Schienen betrieben werden können - und dementsprechend gar keine Lenkeinrichtung gefordern. Alternativ können Fahrzeuge auch nur drei Räder aufweisen, von denen nur eines lenkbar ist. Ähnlich wird ermöglicht, dass einige Fahrzeuge mit einem erfindungsgemäßen modularen Aufbau durch Fernsteuerung gefahren oder gelenkt und gefahren werden können - dementsprechend würden sie gar keinen Fahrzeugführer innerhalb des Karosseriemoduls benötigen. In derartigen Fällen kann das Karosseriemodul darauf beschränkt werden, Passagiere und/oder Ladung zu tragen.
Verschiedene Modifikationen, Änderungen und Variationen der Erfindung sind möglich innerhalb des Bereiches der folgenden Ansprüche. Die Erfindung soll nicht als auf bestimmte Ausführungsformen beschränkt angesehen werden, die beschrieben und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert sind.

Claims

1. Modulares Fahrzeug für Transportzwecke, mit:

(a) einem vormontierten, selbsttragenden Fahrgestellmodul (200), welches Fahrgestellmodul einschließt:

(i) Räder (205) zum Schaffen einer vollen Unterstützung für das Fahrgestellmodul auf einer Bewegungsoberfläche (10) und zum Ermöglichen einer Bewegung des Fahrzeuges auf dieser Oberfläche;

(ii) eine Abteilung (221) zum Halten einer Leistungsquelle zum Zuführen von Betriebsleistung zum Fahrzeug, wobei die Abteilung eine Umhüllung (230) einschließt, die normalerweise die Leistungsquelle von oben umhüllt, wobei die Umhüllung entfernbar ist, um die Wartung der Leistungsquelle zu erlauben, während die Leistungsquelle an ihrem Platz in der Abteilung verbleibt; und,

(iii) eine Einrichtung zum Richten gesteuerter Bewegungsleistung von der Leistungsquelle zu wenigstens einem der Räder;

(b) ein vormontiertes, selbsttragendes Karosseriemodul (100), das normalerweise im Ganzen auf dem Fahrgestellmodul (200) getragen wird, wobei das Karosseriemodul eine Steuereinrichtung (300, 400, 500) einschließt, die an das Fahrgestellmodul zum Steuern des Betriebes des Fahrzeuges anschließbar ist; und

(c) eine Kopplungseinrichtung (125) zum lösbaren Koppeln des Karosseriemoduls mit dem Fahrgestellmodul, wobei die Steuerungseinrichtung an das Fahrgestellmodul angeschlossen ist, während die Module so gekoppelt sind.

2. Fahrzeug nach Anspruch 1, in welchem die Kopplungseinrichtung (125) dem Karosseriemodul (100) erlaubt, nach der Entkopplung der Module nach oben aus seiner mit dem Fahrgestellmodul (200) gekoppelten Stellung angehoben zu werden.

3. Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, in welchem das Karosseriemodul (100) mehrere Unterstützungselemente (155) einschließt, die das Karosseriemodul auf einer darunter liegenden Unterstützungseinrichtung tragen, wenn das Karosseriemodul nach außen von dem Fahrgestellmodul entkoppelt wird.

4. Fahrzeug nach Anspruch 3, in welchem jedes der Unterstützungselemente (150) zwischen einer ausgestreckten Position, die sich von dem Karosseriemodul nach außen erstreckt, und einer eingezogenen Stellung beweglich ist.

5. Fahrzeug nach Anspruch 3 oder 4, in welchem jedes der Unterstützungselemente (150) einen Tragarm und ein Rad (155) aufweist, das an dem Tragarm zum Laufen auf der darunter liegenden Unterstützungseinrichtung befestigt ist.

6. Fahrzeug nach Anspruch 1, in welchem das Karosseriemodul (100) mehrere Unterstützungselemente (150) zum Tragen des Karosseriemoduls auf einem Paar von beabstandeten Schienen einschließt, wenn das Karosseriemodul von dem Fahrgestellmodul getrennt wird, wobei jedes der Unterstützungselemente einen Tragarm und ein an dem Tragarm befestigtes Rad zum Laufen auf einer der Schienen aufweist.

7. Fahrzeug nach Anspruch 6, in welchem jedes der Unterstützungselemente (150) zwischen einer ausgestreckten Stellung, die sich von dem Karosseriemodul nach außen zum Eingriff in die Schienen erstreckt, und einer eingezogenen Position beweglich ist.

8. Fahrzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche, in welchem die Leistungsquelle eine wiederaufladbare Batterie aufweist.

9. Verfahren zum Handhaben eines ersten Karosseriemoduls und eines ersten Fahrgestellmoduls für ein Fahrzeugtransportsystem aufweisend mehrere vormontierte, selbsttragende Fahrgestellmodule (200) und mehrere vormontierte selbsttragende Fahrzeugkarosseriemodule (100), in welchem:

jedes ausgewählte von den Karosseriemodulen (100) vollständig auf jedem ausgewählten der Fahrgestellmodule (200) zum gemeinsamen Betrieb von ausgewählten Modulen als Fahrzeug lösbar ankoppelbar ist;

jedes der Fahrgestellmodule (200) eine zugeordnete Leistungsquelle in dem Modul zum Zuführen von Fahrzeugsbetriebsleistung einschließt;

ein erstes der Karosseriemodule (100) lösbar mit einem ersten der Fahrgestellmodule gekoppelt ist, wobei die zugeordnete Leistungsquelle des ersten Fahrgestellmoduls einer Wartung bedarf,

welches Verfahren folgende Schritte aufweist:

(a) Entkoppeln und Trennen des ersten Karosseriemoduls (100) von dem ersten Fahrgestellmodul (200); dann

(b) lösbares Ankoppeln des ersten Karosseriemoduls (100) vollständig auf einem zweiten der Fahrgestellmodule (200), wobei die zugeordnete Leistungsquelle des zweiten Fahrgestellmoduls gerade keiner Wartung bedarf;

(c) Verbinden einer in dem ersten Karosseriemodul enthaltenen Steuereinrichtung (300, 400, 500) zum Steuern des gemeinsamen Betriebes des ersten Karosseriemoduls (100) und des zweiten Fahrgestellmoduls (200) als Fahrzeug;

(d) Durchführung des Wartungsdienstes für die zugeordnete Leistungsquelle des ersten Fahrgestellmoduls (200), während diese an ihrem Platz in dem ersten Fahrgestellmodul (200) verbleibt; und

(e) nach Durchführung dieses Dienstes das Zugänglichmachen des ersten Fahrgestellmoduls (200) an diesem Ort für anschließenden Austausch mit einem der anderen Fahrgestellmodule.

10. Verfahren nach Anspruch 9, einschließend folgende Schritte:

(a) lösbares Ankoppeln eines zweiten der Karosseriemodule (100) vollständig auf dem ersten Fahrgestellmodul (200), nachdem die zugeordnete Leistungsquelle des ersten Fahrgestellmoduls die benötigte Wartung erhalten hat;

(b) Verbinden einer in dem zweiten Karosseriemodul (100) enthaltenen Steuereinrichtung mit dem ersten Fahrgestellmodul (200) zum Steuern des gemeinsamen Betriebes des zweiten Karosseriemoduls und des ersten Fahrgestellmoduls als Fahrzeug.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, in welchem die zugeordnete Leistungsquelle eines jeden der Fahrgestellmodule eine wiederaufladbare Batterie aufweist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, in welchem der Schritt des Durchführens des benötigten Wartungsdienstes das Aufladen der Batterie der zugeordneten Leistungsquelle des ersten Fahrgestellmoduls aufweist.

13. Verfahren zum Auswechseln eines zweiten von mehreren Fahrgestellmodulen mit einem ersten Fahrgestellmodul und Durchführen eines Wartungsdienstes für eine zugeordnete Leistungsquelle des ersten Fahrgestellmoduls für ein Fahrzeugtransportsystem mit mehreren vormontierten, selbsttragenden Fahrgestellmodulen (200) und eines vormontierten, selbsttragenden Fahrzeugkarosseriemoduls (100), das lösbar vollständig auf einem ersten der Fahrgestellmodule (200) gekoppelt ist, zum gemeinsamen Betrieb mit einem ersten Fahrgestellmodul (200) als Fahrzeug, wobei das Fahrgestellmodul (200) eine zugeordnete Leistungsquelle in dem Modul zum Zuführen von Fahrzeugbetriebsleistung enthält, wobei jede Leistungsquelle einen periodischen Wartungsdienst erfordert, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

(a) das Fahren des ersten Fahrzeugmoduls (200) mit dem damit verbundenen Karosseriemodul (100) zu einer Modulwechselstelle;

(b) dann das Entkoppeln des Karosseriemoduls (100) von dem ersten Fahrgestellmodul (200);

(c) dann das Trennen des Karosseriemoduls (100) und des ersten Fahrgestellmoduls (200), um eine Kopplungsausrichtung zwischen dem ersten Karosseriemodul (100) und dem zweiten Fahrgestellmodul (200) zu ermöglichen;

(d) dann das Positionieren des Karosseriemoduls (100) und des zweiten Fahrgestellmoduls (200) in Kopplungsausrichtung;

(e) dann das lösbare Koppeln des Karosseriemoduls (100) vollständig auf dem zweiten Fahrgestellmodul (200) und das Verbinden mit dem zweiten Fahrgestellmodul (200) mit einer in dem Karosseriemodul (100) enthaltenen Steuereinrichtung (300, 400, 500) zum Steuern des gemeinsamen Betriebes des Karosseriemoduls (100) und des zweiten Fahrgestellmoduls (200) als Fahrzeug;

(f) dann das Fahren des zweiten Fahrgestellmoduls (200) mit dem daran gekoppelten Karosseriemodul (100) weg von der Auswechselstelle; und

(g) nach diesem Trennungsschritt das Durchführen eines Wartungsdienstes zu der zugeordneten Leistungsquelle des ersten Fahrgestellmoduls (200), während dasselbe an seiner Stelle im ersten Fahrgestellmodul (200) verbleibt, und dann das Zugänglichmachen des ersten Fahrgestellmoduls (200) für anschließende Auswechselungen mit einem anderen der Fahrgestellmodule.

14. Verfahren nach Anspruch 13, in welchem der Trennungsschritt einen Schritt des Anhebens des Karosseriemoduls (100) aus seiner mit dem ersten Fahrgestellmodul (200) gekoppelten Stellung nach oben und dann das Fortbewegen des ersten Fahrgestellmoduls (200) von unterhalb des Karosseriemoduls aufweist.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, in welchem der Positionierungsschritt die folgenden Schritte aufweist:

(a) das Bewegen des zweiten Fahrgestellmoduls (200) in eine Position unterhalb des Karosseriemoduls (100), während das Karosseriemodul (100) angehoben bleibt;

(b) dann das Absenken des Karosseriemoduls (100) auf das Fahrgestellmodul (200).

16. Verfahren nach Anspruch 13, in welchem das Karosseriemodul (100) mehrere Unterstützungselemente (150) zum Tragen des Karosseriemoduls auf einem Paar von beabstandeten Schienen (25) einschließt, die in der Auswechselstelle befindlich sind, wobei jedes der Unterstützungselemente (150) einen Tragarm und ein an dem Tragarm befestigtes Rad (155) zum Laufen auf einer der Schienen aufweist, und in welchem der Trennungsschritt die folgenden Schritte aufweist:

(a) Ausrichten der Räder (155) auf die Schienen (25), um auf den Schienen zu laufen;

(b) Vorwärtsbewegen der Karosseriemodule (100) auf den Schienen (25), während die Karosseriemodule (100) aus ihrer mit dem ersten Fahrgestellmodul (200) gekoppelten Stellung zunehmend vertikal getrennt werden.

17. Verfahren nach Anspruch 16, in welchem jedes der Unterstützungselemente (150) beweglich ist zwischen einer ausgestreckten Stellung, die sich von dem Karosseriemodul (100) nach außen erstreckt und einer zurückgezogenen Stellung, und in welcher der Ausrichtungsschritt die Bewegung eines jeden Unterstützungselementes aus seiner zurückgezogenen Position in seine ausgestreckte Position aufweist.