Die Erfindung betrifft ein modulares Antriebs- und Lenkungssystem für Fahrplattformen, die sowohl für einen Lasten- als auch für einen Personentransport insbesondere für urbane Anwendungen ausgebildet sein können.

Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Antriebs- und Lenkungssystem für derartige Fahrplattformen bekannt.

Beispielsweise sind klassische Achsschenkellenkungen bekannt. Nachteilig sind der vergleichsweise aufwändige Aufbau und die Begrenztheit der Lenkgeometrien.

In DE 20 2019 003 072 U1 wird eine modulare Fahreinheit vorgeschlagen, die das Problem der Begrenztheit der Lenkgeometrien behebt und eine Fahrplattform aufzeigt, die unterschiedlichste Lenkbewegungen zulässt. Diese Lösung leistet einen wichtigen Beitrag zum Stand der Technik, sie ist jedoch technisch vergleichsweise anspruchsvoll.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine modulare Lösung für ein Antriebs- und zugleich Lenkungssystem aufzuzeigen, das ein gutes Lenkverhalten und eine hohe Kurvenstabilität aufweist sowie universell für Anwendungen im Außenraum und in Innenräumen geeignet ist.

Die Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Das erfindungsgemäße modulare Antriebs- und Lenkungssystem weist als Grundkomponenten ein Fahrgestell, ein erstes Antriebs- und Lenkungsmodul, ein zweites Antriebs- und Lenkmodul sowie eine Steuerungseinheit auf. Die Numerale erste und zweite werden im Sinne der vorliegenden Erfindung nicht als Rangfolge verstanden, sondern dienen lediglich der eindeutigen Zuordnung.

Das erste Antriebs- und Lenkungsmodul weist eine erste Passivradeinheit und eine erste Aktivradeinheit auf.

Die erste Passivradeinheit weist erfindungsgemäß zwei erste Laufräder auf, die rotierbar um eine gemeinsame erste Laufradhorizontalachse angeordnet sind. Sie sind ferner auf dieser ersten Laufradhorizontalachse axial beabstandet angeordnet. Die erste Laufrad horizontalachse ist lagefest zu dem Fahrgestell und quer zu der Hauptlängsachse des Fahrgestells angeordnet. Hierbei wird die gemeinsame erste Laufradhorizontalachse als eine geometrische Kategorie verstanden, so dass in physischer Ausbildung jedes der zwei ersten Laufräder vorzugsweise eine separate Achse aufweist. Als Passivradeinheit wird dabei verstanden, dass von den Laufrädern keine Antriebsdrehmomente aufgebracht werden.

Die erste Aktivradeinheit weist ein erstes Drehgestell und ein erstes Antriebsrad auf. Hierbei ist das erste Drehgestell an dem Fahrgestell angeordnet.

Das Drehgestell ist erfindungsgemäß um eine erste Vertikalachse aktiv drehbar gelagert. Hierfür ist dem Drehgestell ein erster Lenkantrieb zugeordnet mit dem ein Lenkdrehmoment bereitgestellt werden kann, so dass eine Verdrehung des Drehgestells um die Vertikalachse bewirkt werden kann. Der Lenkantrieb ist bevorzugt als Torquemotor ausgebildet.

Das erste Antriebsrad ist an dem ersten Drehgestell um eine erste Antriebsradhorizontalachse aktiv drehbar angeordnet. Für die aktive Verdrehung ist dem ersten Antriebsrad ein erster Radantrieb zugeordnet. Bei dem ersten Radantrieb handelt es sich bevorzugt um einen Elektromotor. Die Antriebsradhorizontalachse ist gegenüber dem Fahrgestell nicht lagefest, sondern folgt einer Verdrehung des Fahrgestells. Somit ist die Antriebsradhorizontalachse in einer Hauptplanebene des Fahrgestells verdrehbar.

Die Lagebeziehung zwischen der Passivradeinheit und der Aktivradeinheit ist erfindungsgemäß so festgelegt, dass die zwei ersten Laufräder und das erste Antriebsrad zueinander ein erstes Dreieck aufspannen. Bevorzugt handelt es sich um ein gleichschenkliges Dreieck, bei dem die Basis die erste Laufradhorizontalachse ist und die Schenkel durch die Verbindungslinien zwischen dem ersten Antriebsrad und jeweils einem der zwei ersten Laufräder gebildet werden.

Das zweite Antriebs- und Lenkungsmodul weist eine zweite Passivradeinheit und eine zweite Aktivradeinheit auf.

Gemäß der erfindungsgemäßen Modularität sind das erste Antriebs- und Lenkungsmodul sowie das zweite Antriebs- und Lenkungsmodul in gleicher weise aufgebaut, so dass die Beschreibungsinhalte zu dem ersten Antriebs- und Lenkungsmodul in entsprechender Weise auch für das zweite Antriebs- und Lenkungsmodul gelten.

Erfindungsgemäß sind ferner die erste Laufradhorizontalachse und die zweite Laufradhorizontalachse zueinander parallel und vorzugsweise exakt orthogonal zu der Hauptlängsachse der Fahrplattform angeordnet. Die erste Antriebsradeinheit und die zweite Antriebsradeinheit sind einander gegenüberliegend und zudem beidseits der Laufradhorizontalachsen angeordnet.

Hierbei sind die von dem ersten Antriebs- und Lenkungsmodul und von dem zweiten Antriebs- und Lenkungsmodul aufgespannten Dreiecke vorzugsweise gleich und um eine zwischen den Laufradhorizontalachsen liegende Symmetrieachse gespiegelt angeordnet. Es ist aber auch möglich, dass der Abstand der ersten Antriebsradeinheit von der ersten Laufradhorizontalachse und der Abstand der zweiten Antriebsradeinheit von der zweiten Laufradhorizontalachse voneinander abweichend sind.

Das modulare Antriebs- und Lenkungssystem weist ferner die Steuerungseinheit auf. Diese ist mit dem ersten und dem zweiten Lenkantrieb sowie mit dem ersten und dem zweiten Radantrieb verbunden.

Die erfindungsgemäße Steuerungseinheit ist ausgebildet, erstens Antriebssteuerbefehle zu erzeugen und an die Radantriebe zu übertragen und zweitens Lenksteuerbefehle zu erzeugen und an die Lenkantriebe zu übertragen. Die Lenksteuerbefehle bewirken einen zueinander gegensinnigen Einschlag der beiden Drehgestelle, so dass eine Gleichlauflenkung erreicht wird.

Bei der Steuerungseinheit handelt es sich bevorzugt um eine elektronische Schaltung oder um einen Prozessor.

Das erfindungsgemäße modulare Antriebs- und Lenkungssystem weist insbesondere die nachfolgenden Vorteile auf.

Es wurde überraschend eine Lösung gefunden, mit der mit einfachen Mitteln sowohl eine hohe Lastaufnahme möglich ist, als auch ein gutes Lenkverhalten ermöglicht wird.

Vorteilhaft wird die Hauptlast über die beiden Passivradeinheiten abgetragen. Damit wird die Aktivradeinheit entlastet.

Zugleich wird vorteilhaft das Problem gelöst, dass eine Entlastung der gelenkten Achse mit einer Reduzierung der Lenkstabilität einhergehen kann, indem erfindungsgemäß zwei einander gegenüberliegende Aktivradeinheiten vorgesehen werden. Insbesondere in Beschleunigungs- oderVerzögerungsbetriebszuständen wird immer eine der beiden Aktivradeinheiten durch das Kippmoment um die Querachse bzw. Nickachse mit einer höheren Auflast beaufschlagt und sichert so eine hohe seitliche Traktion des jeweiligen Antriebsrades. Im Falle einer Beschleunigung betrifft dies das heckseitige Antriebsrad und im Falle eines Abbremsens das frontseitige Antriebsrad.

Weiterhin ist es vorteilhaft, dass diese Fahrdynamikvorteile in einfacher Weise dadurch erlangt werden, dass ein Antriebs- und Lenkungsmodul in gleichartiger Weise zweifach und vorzugsweise symmetrisch angeordnet wird.

Vorteilhaft kann zudem durch die Gleichlauflenkung ein besonders enger Wendekreis erreicht werden. Insbesondere ist es vorteilhaft möglich, dass der Momentanpol, also der Punkt um den die Lenkung erfolgt, sogar innerhalb des durch die Laufräder gebildeten axialen Abstands liegen kann.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist das modulare Antriebs- und Lenkungssystem dadurch gekennzeichnet, dass das erste Antriebsrad oder das zweite Antriebsrad als ein Doppelrad ausgebildet ist.

Nach dieser Weiterbildung ist mindestens eines der Antriebsräder, vorzugsweise sind jedoch beide Antriebsräder als Doppelrad ausgebildet. Als Doppelrad wird ein Antriebsrad verstanden, bei dem zwei Einzelräder in einem engen Abstand auf ein und derselben Antriebswelle, hier auf der Antriebsradhorizontalachse, befestigt sind.

Vorteilhaft liegt entsprechend dieser Weiterbildung mit einem geringen Mehraufwand eine deutlich verbesserte Traktion und ein stabileres Fahr- und Lenkverhalten vor.

Entsprechend einer nächsten vorteilhaften Weiterbildung ist das modulare Antriebsund Lenkungssystem dadurch gekennzeichnet, dass die erste Passivradeinheit und die zweite Passivradeinheit ineinander integriert sind und dass die ersten zwei Laufräder zugleich die zweiten zwei Laufräder ausbilden. Nach dieser Weiterbildung weist das erfindungsgemäße Antriebs- und Lenkungssystem insgesamt zwei Laufräder und zwei Antriebsradeinheiten auf, so dass die beiden aufgespannten vorzugsweise gleichschenkligen Dreiecke eine gemeinsame Basisseite aufweisen. Besonders bevorzugt sind dabei beide Antriebsradeinheiten in dem gleichen Abstand lotrecht zu der gemeinsamen Laufradhorizontalachse angeordnet, so dass die Laufrad horizontalachse zugleich eine quer zu der Hauptlängsachse liegende Symmetrieachse ausbildet.

Mit dieser Weiterbildung wird vorteilhaft eine weitere Vereinfachung der technischen Lösung bereitgestellt. Vorteilhaft kann somit zugleich jegliches Radieren der Laufräder auch bei engsten Wenderadien ausgeschlossen werden. Dies gilt sogar bei einer Drehung des modularen Antriebs- und Lenkungssystems um die eigene Hoch- bzw. Gierachse.

Die Erfindung wird als Ausführungsbeispiel anhand von

Fig. 1 Schematische Darstellung in einer Grundform

Fig. 2 Vereinfachte schematische Darstellung mit Doppelrad

Fig. 3 Vereinfachte schematische Darstellung mit integrierten Passiveinheiten und mit Doppelrad

Fig. 4 Vereinfachte schematische Darstellung mit integrierten Passiveinheiten näher erläutert.

Hierbei beziehen sich gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Figuren auf jeweils gleiche Merkmale oder Bauteile. Die Bezugszeichen werden in der Beschreibung auch dann verwandt, sofern sie in der betreffenden Figur nicht dargestellt sind. Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel in einer Grundform.

Das erste Lenkungs- und Antriebsmodul 1 weist die erste Passivradeinheit 1.1 mit den ersten zwei Laufrädern 1.11 auf, die in der ersten Laufradhorizontalachse 1.12 angeordnet sind. Die beiden ersten Laufräder 1.11 weisen hierbei axial einen Abstand auf, der vorliegend im Wesentlichen der Breite der Fahrplattform 3 entspricht. Spiegelsymmetrisch und in einem geringen Abstand entlang der Hauptlängsachse der Fahrplattform ist die zweite Passivradeinheit 2.1 mit den zweiten zwei Laufrädern 2.11 an der zweiten Laufradhorizonalachse 2.12 angeordnet.

Jedes der beiden Lenkungs- und Antriebsmodule 1 , 2 weist zudem jeweils ein Drehgestell 1.21 , 2.21 auf, das jeweils um eine Vertikalachse 1.22, 2.22 (hier quer zu der schematischen Darstellungsebene angeordnet und daher durch einen Punkt dargestellt) mittels eines Lenkantriebs 1.23, 2.23, hier einem Torquemotor, aktiv verdrehbar ist. Hierdurch wird der Lenkeinschlag des jeweiligen Antriebsrades 1.24,

2.24 festgelegt, wobei sich deren jeweilige Antriebsradhorizontalachse 1.25, 2.25 verschwenkt (dargestellt durch die gebogenen Doppelpfeile). Das erste Antriebsrad

1.24 ist hierbei durch den ersten Radantrieb 1.26 und das zweite Antriebsrad 2.24 durch den zweiten Radantrieb 2.26 angetrieben.

Die Steuerungseinheit 4 ist mit dem ersten Lenkantrieb 1.23 und dem ersten Radantrieb 1.26 sowie mit dem zweiten Lenkantrieb 2.23 und dem zweiten Radantrieb 2.26 verbunden und überträgt so an die Radantriebe 1.26, 2.26 die Antriebssteuerbefehle und an die Lenkantriebe 1.23, 2.23 die Lenksteuerbefehle.

Fig. 2 bis 4 sind vereinfachte schematische Darstellungen, in denen im Interesse der Übersichtlichkeit auf eine Darstellung der Antriebe 1.23, 1.24, 2.23, 2.24 sowie der Steuereinheit 4 verzichtet wurde. Fig. 2 entspricht im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 , weist jedoch als Antriebsrad 1.24, 2.24 jeweils ein Doppelrad auf. In Fig. 2 sind zudem die beiden durch die Laufräder 1.11 , 2.11 und die Antriebsräder 1.22, 2.22 aufgespannten Dreiecke zur Verdeutlichung der Lagebeziehungen als fette Strichlinie dargestellt.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die erste und die zweite Passivradeinheit 1.1 , 2.1 ineinander integriert sind, so dass lediglich eine gemeinsame Laufradhorizontalachse 1.25, 2.25 sowie gemeinsame zwei Laufräder 1.24, 2.4 vorliegen. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Antriebsräder 1.24, 2.24 ebenfalls als Doppelräder ausgebildet.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel. Dieses entspricht im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3, weist jedoch als eine Vereinfachung Antriebsräder 1.24, 2.24 auf, die jeweils als ein Einfachrad ausgebildet sind.

Verwendete Bezugszeichen

1 erstes Antriebs- und Lenkungsmodul

1.1 erste Passivradeinheit

1.11 zwei erste Laufräder

1.12 erste Laufradhorizontalachse

1.2 erste Aktivradeinheit

1.21 erstes Drehgestell

1.22 erste Vertikalachse

1.23 erster Lenkantrieb

1.24 erstes Antriebsrad

1.25 erste Antriebsrad horizontalachse

1.26 erster Radantrieb

2 zweites Antriebs- und Lenkungsmodul

2.1 erste Passivradeinheit

2.11 zwei erste Laufräder

2.12 zweite Laufrad horizontalachse

2.2 zweite Aktivradeinheit

2.21 zweites Drehgestell

2.22 zweite Vertikalachse

2.23 zweiter Lenkantrieb

2.24 zweites Antriebsrad

2.25 zweite Antriebsradhorizontalachse

2.26 zweiter Radantrieb

3 Fahrgestell

4 Steuerungseinheit