EP3652004A1 - Fahrzeug - Google Patents

Fahrzeug

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Publication number
EP3652004A1
EP3652004A1 EP18734487.4A EP18734487A EP3652004A1 EP 3652004 A1 EP3652004 A1 EP 3652004A1 EP 18734487 A EP18734487 A EP 18734487A EP 3652004 A1 EP3652004 A1 EP 3652004A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
vehicle
vehicle according
autonomous
control
vehicles
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP18734487.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Herwig Fischer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Innovative Dragon Ltd
Original Assignee
Innovative Dragon Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE102017115838.3A external-priority patent/DE102017115838A1/de
Priority claimed from DE102017008583.8A external-priority patent/DE102017008583A1/de
Priority claimed from DE102018002181.6A external-priority patent/DE102018002181A1/de
Application filed by Innovative Dragon Ltd filed Critical Innovative Dragon Ltd
Publication of EP3652004A1 publication Critical patent/EP3652004A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B60G17/016—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load the regulating means comprising electric or electronic elements characterised by their responsiveness, when the vehicle is travelling, to specific motion, a specific condition, or driver input
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    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
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    • B60L2260/00—Operating Modes
    • B60L2260/20—Drive modes; Transition between modes
    • B60L2260/34—Stabilising upright position of vehicles, e.g. of single axle vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/16—Information or communication technologies improving the operation of electric vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a vehicle, in particular a single-track vehicle with a narrow track width in relation to the vehicle height and three or four wheels.
  • the vehicle according to claim 1 which has an automatically controlled tilting kinematics in which the vehicle body and the wheels incline about a longitudinal axis of the vehicle.
  • the vehicles can drive with a small track width in relation to the vehicle height without tilting and at a comparatively high speed through a curve and are also by the way by a tipping by crosswind, side slope or the like preserved.
  • the inclination and balance of the driver of the vehicle In known concepts of narrow-gauge vehicles with a tilting kinematics, the inclination and balance of the driver of the vehicle
  • the vehicle has a track width of less than 1, 2 m, preferably less than 1, 0 m, and / or a height of at least 1, 30 m, so that a comfortable approach and / or a comfortable seating position for persons within the vehicle is possible.
  • a vehicle height of about 1, 80 m to 1, 90 m provided, so that too large
  • Overall height of a vehicle according to the invention provides in particular the small track width of less than 1, 2 m for multiple vehicles can drive on a conventional lane, which already relieves the flow of traffic considerably.
  • the automatically controlled tilt kinematics is preferably as
  • Vehicle stabilization designed to automatically tilt the vehicle in bends, in crosswind, when approaching people and / or at
  • Tilting mechanisms of single or two-lane vehicles to distinguish that allow only a deliberately induced by the driver inclination, for example, leaning when cornering in the curve.
  • the present automatically controlled tilt kinematics allows the predetermination of the required tilt angle, which is then adjusted by appropriately designed actuators.
  • the wheels and the vehicle body tilt at the same angle when tilting, so that the wheel planes and the vehicle body are aligned parallel to each other regardless of the inclination angle, which significantly increases the driving stability in cornering over such vehicles, in which the vehicle body are tilted independently of the wheels.
  • the present vehicle differs from known vehicles with a tilting technique in that an automatic control determines the angle by which the vehicle must be tilted if necessary.
  • the vehicle according to the invention has a Preferred embodiment, a target value control that determines the amount and the direction of the inclination from input parameters, in particular from the
  • Vehicle mass distribution the lateral acceleration, an existing asymmetric entry load and a decentralized load distribution within the vehicle, the crosswind and / or side impacts.
  • Vehicle body and the passenger compartment is aligned. This balance of power causes passengers to experience no lateral acceleration and thus are essentially unaffected by the actual cornering.
  • the present vehicle is designed according to a particularly preferred embodiment as an electric vehicle, so that the available electrical
  • Basic inclination is set in the right direction, without that actuators must actively intervene for a slope.
  • the inclination of the vehicle is adjusted because the upper part of the vehicle remains in the current position due to the inertia, while the lower part of the vehicle through the
  • Input parameter is optimized.
  • Inclined actuators provided, which are designed such that the virtual tilting axis of the vehicle at a height of 1, 5 m to 1, 8 m above the
  • a particular embodiment of the vehicles according to the invention and a particularly communicative embodiment provides that the seats are arranged in opposite orientation within the vehicle, so that passengers occupy a face-to-face position while driving. This orientation of the seats assumes that the vehicle is a self-propelled autonomous vehicle, which is the preferred embodiment of the vehicles with tilting kinematics.
  • the tires of the wheels have a rounded cross-section, so that the uprising level in curves through the
  • Wheel suspensions or actuators provided, namely
  • an actuator which includes a spindle drive, a hydraulic, a pneumatic and / or electromagnetic coils.
  • the latter electromagnetic coils form a
  • electromagnetic linear actuator so include a magnetic
  • Metal cylinder in a coil. When the coil is energized, the cylinder moves axially out of the coil and tilts the vehicle.
  • the vehicle has a 4-wheel steering and / or a 4-wheel hub drive, so that a drive of the vehicle in both
  • such a vehicle is preferably designed as a completely autonomously driving vehicle.
  • an embodiment of the vehicle is provided as a controlled vehicle, to which the driver only requires a normal driver's license, because the vehicle - of the
  • Tilting kinematics aside - in the conventional way can be controlled.
  • Steering movement is applied by a control, such as a steering wheel or a control horn or a handlebar directly as a way transfer from the driver.
  • the appropriate lateral inclination of the vehicle is adjusted as a function of the path speed to the curve radius, the road gradient and / or the crosswind force.
  • an automatic control is provided, preferably consisting of sensors, control, regulation and actuators, so that the driver does not like on a two-wheeled while standing or while driving the lateral To ensure balance.
  • the vehicle can be controlled much more like a conventional car on the track.
  • the present vehicle is based essentially on a four-wheel concept with a geometrically clean steering trapeze and slip-free rolling condition in all driving conditions with a front-wheel steering, so that it can be driven like a conventional car.
  • the steering has a direct power transmission between the stub axles and the steering wheel.
  • the transmission takes place via a mechanical decoupling kinematics or a hydraulic power transmission, which is executed in both cases as path control, so no drive-by-wire.
  • the required properties such as steering power, differentiation, restoring force, damping, steering feel and flutter inclination as a normal car freely tuned.
  • monitored speed limits are provided, i. in a
  • the vehicles can be specific
  • the stationary or extremely slow-moving traffic as a traffic jam via sensors, in particular ultrasound, radar, camera and / or lidar systems with appropriate software.
  • the positive identification of a jam from the outside is visually or acoustically displayed on the vehicle, e.g. through light signals, leaving the rest
  • Traffic can react accordingly, in particular clear by mid-range, no snaking lines and / or keep doors closed. Furthermore, this ad can also be used for police abuse monitoring.
  • the vehicle is designed as a one- or two-seater, with a tandem arrangement being preferred in the latter case.
  • the vehicle has an advantageous
  • the vehicle according to the invention has a GPS and cartography-controlled driving speed limit, with which e.g. Accident centers, crosswalks, tight bends etc. are detected and the available maximum speed is set and / or displayed to the driver.
  • a GPS and cartography-controlled driving speed limit with which e.g. Accident centers, crosswalks, tight bends etc. are detected and the available maximum speed is set and / or displayed to the driver.
  • the width of the vehicle is reduced to about half the size of a conventional car, but also the length is limited to 2.8 m, preferably 2.6 m or less, so that on a standard parking lot of a car 4 vehicles can park.
  • the vehicle with these dimensions can also be carried across an outside bracket at the rear of a car or RV.
  • the battery can preferably be removed. With this system can The vehicle will be passively carried on long-haul to be then brought to the city limits on a Park & Ride place used.
  • the vehicle is preferably powered electrically.
  • the battery is housed in a housing that is similar to a rolling suitcase and next Abiaufrollen a preferably
  • the battery has telescopic handle and can be easily removed from the outside and carried for loading, e.g. in an apartment or at work in the office.
  • the battery only has to be pulled by the handle and otherwise rolls on the ground, so that the usually high weight of a suitable battery does not have to be borne by the driver.
  • the vehicle according to the invention has a
  • the speed in this mode is set to e.g. 5 km / h reduced, allowing collision detection with simple
  • the vehicle instead of a second seat from inside and / or outside accessible storage space, so that the use as a delivery vehicle for last mile / post / parcel delivery or pizza taxi so possible again, the fact that the vehicle parked at the roadside does not block a complete lane again proves to be advantageous.
  • the kinematics of the automatic curve slope is chosen in a particular embodiment so that the virtual axis of rotation lies on the middle of the road.
  • the tilt control with a feedforward is chosen in a particular embodiment so that the virtual axis of rotation lies on the middle of the road.
  • this pilot control is triggered by the steering movement.
  • the parameterization of this precontrol is carried out so that the driver can intuitively learn the optimum for driving comfort steering movement.
  • each transverse link and / or chassis carrier in particular the right and left inclination control, are actuated with separate actuators.
  • each transverse link and / or chassis carrier in particular the right and left inclination control, are actuated with separate actuators.
  • this version is also a
  • the suspension kinematics is designed so that the track width increases with increasing inclination angle.
  • the suspension In order to reach the maximum angle of inclination without contact with the ground, the suspension is locked when reaching a critical angle.
  • the kinematics of the curve slope is designed so that the virtual axis is above the roadway, so that the on the Inmates acting acceleration forces are reduced especially at the height of the head.
  • the supporting structure of the vehicle is preferably sharpened at the ends so that the likelihood of a frontal or offset collision is significantly reduced with total absorption of the kinetic energy.
  • the vehicle with a
  • the known mobility concepts with autonomous vehicles are subject to usage limits because the traffic at the borders of the territories released for these vehicles, e.g. at city limits, not in the same vehicle can be continued.
  • the passenger has to change to another means of transport, which must also be available on the arterial roads to avoid waiting times.
  • the vehicle optionally as an autonomous
  • Fleet vehicle is operated completely without a driver or is person-controlled. This drive, tilting technology and the control of driving dynamics remain unchanged.
  • the driver sitting backwards in autonomous operation in the front part of the vehicle is in this case rotated by 180 degrees and aligned to the front and can
  • the integrated navigation software ensures that the driver always knows whether he is driving manually or autonomously, or whether he can drive autonomously or has to drive manually.
  • the vehicle is manually controlled with respect to the travel distance (trajectory) and the speed in manual mode and the respective to the curve radius,
  • Lane inclination, crosswind and orbital speed Appropriate angle of inclination is set automatically via a control.
  • the driver controls the vehicle via a
  • Control stick with its inclination or displacement to the side of the steering angle is specified.
  • a forward and backward movement of the joystick generates a positive or negative acceleration, the latter being preferably generated by recuperation of the electric drive or by mutual induction.
  • the control stick is preferably pulled further back with increased force, whereby a mechanical brake is then activated hydraulically, pneumatically or mechanically or electrically.
  • a steering wheel and brake and accelerator pedals are provided for directional control.
  • Actuation via joystick does not interfere directly with the mechanical coupling members, but only gives signals to electric or hydraulic or pneumatic actuators, so that the same signal transmission can be used for autonomous driving as for manual driving.
  • warning and orientation signals and systems are used as driver assistance systems.
  • the system can be used so that the vehicles in the peripheral areas drive manually on the way to the city center. Upon reaching the city limits, the vehicle receives a corresponding signal and can continue autonomously from there. Compared to the exclusive use of autonomous vehicles, however, the driver must park and load the vehicle himself after reaching his destination. In contrast, the driver can be dropped off with the public vehicles directly at the destination and the publicly available vehicle can automatically go to the nearest parking opportunity and load there and wait for a new customer.
  • the vehicle will drive autonomously to a privately rented and reserved parking space, which is only possible if the vehicle is in an autonomous territory.
  • the vehicle is supplied via a teach-in system with programs that lead the vehicle to always the same parking space, for example, the domestic garage inside or outside the autonomous area.
  • a teach-in system the driver manually controls a distance once, the control signals are stored and can then be retrieved as often as desired.
  • a measurement is carried out by means of suitable sensors, preferably via radar / lidar / DGPS or a camera, which are set up at the starting point.
  • the vehicle is not a private vehicle, but belongs to one
  • Vehicle pool and is released after use and continues autonomously.
  • Autonomous area can request and submit via app. Besides, he can
  • the present invention therefore not only describes a tiltable vehicle, but in comparison with DE 102016008800 also an expanded mobility concept with vehicles that can be used both in designated autonomous areas as an autonomously driving taxi and as a car pool vehicle outside the autonomous area.
  • a further advantage of the invention is that in times or areas where autonomous driving is permitted only with a driver present, e.g. in so-called model regions for test and registration purposes can be driven autonomously with the present driver, whereas vehicles without drivers would not be allowed.
  • Fig. 1 a, b is a vehicle for transporting people without body
  • Fig. 2a-c a vehicle for passenger transport with body.
  • the vehicle 1 which is designed for the transport of persons.
  • the vehicle 1 has a chassis 2 with a flat bottom 3, on which two opposite seats 4, 4 'are arranged, and a frame structure 5, which may be designed for safety reasons and precaution as a roll bar.
  • the illustrated vehicles 1 have four wheels 6a-6d, which are arranged below and laterally offset from the seats 4, 4 '. While the space 7 between the seats is configured as a luggage storage area, electrical units (not shown) are arranged below the seats 4, 4 'and serve to control the vehicle. Also not shown are electrical hub motors, the like are designed so that the vehicle can drive both forward and backward in the direction of arrow 8, 8 '.
  • FIG. 1 b shows the same vehicle 1 with a person 9 sitting on a seat.
  • FIGS. 2a-c show the vehicle 1 with a body 20 which consists of two body halves 22, 22 'displaceable relative to one another in the direction of the arrow 21, 21'.
  • the body halves 22, 22 ' are moved outwards and thus open the passenger compartment.
  • a conventional pivot or sliding door can be provided, from which the passengers can emerge from the body and thus the vehicle 1.
  • the flat floor 3 of the vehicle and the preferred total height of the vehicle of about 1, 8 m allows a comfortable entry and a comfortable exit.
  • the vehicle 1 is designed with a track width of less than 1, 2 m and is therefore one of the so-called single-track vehicles.
  • an automatic tilting kinematics is provided, which the vehicle 1 as a function of the instantaneous speed of the loading condition and the leading and predetermined trajectory tilts towards the inside of the curve about the tilting axis K, which is preferably arranged at the level of the heads of the person sitting in the vehicle (s).
  • Fig. 2c shows the vehicle 1 therefore with an inclination of about 75 ° relative to a horizontal H.
  • the actuators with which a corresponding inclination of the vehicle 1 can be adjusted, are not shown for clarity.
  • Fig. 2c it can be clearly seen in Fig. 2c that the planes of the wheels and the vertical axis of the vehicle in each position of the vehicle 1 are aligned parallel to each other, which increases the driving stability of the vehicle.
  • a virtual pivot axis which is preferably located at a height between 1, 5 and 1, 8 m and thus at head height of a person sitting in the vehicle from the riot levels, so that any lateral forces have no noticeable effect on the person to be transported. This will For example, it prevents transporting people from suffering from so-called seasickness.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug (1), insbesondere ein Einspurfahrzeug mit einer geringen Spurbreite im Verhältnis zur Fahrzeughöhe und drei oder vier Rädern. Um ein Fahrzeug zu schaffen, das bei einer hohen Verkehrsdichte eine hohe Fließgeschwindigkeit des Verkehrs erlaubt, ist vorgesehen, dass das Fahrzeug eine automatisch gesteuerte Neigekinematik, bei der sich der Fahrzeugaufbau (20) und die Räder um eine Längsachse des Fahrzeugs neigen, besitzt.

Description

Fahrzeug
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug, insbesondere ein Einspurfahrzeug mit einer geringen Spurbreite im Verhältnis zur Fahrzeughöhe und drei oder vier Rädern.
Insbesondere in Ballungsgebieten mit einer hohen Bevölkerungsdichte ist
zunehmend zu beobachten, dass der stetig wachsende Bedarf an Mobilität dazu führt, dass die Straßen verstopfen und insbesondere in Stoßzeiten ein rasches Fortkommen unmöglich ist, wovon insbesondere Berufspendler betroffen sind. Da nach wie vor ein großer Bedarf an der individuellen Mobilität besteht, hat es mehrere Versuche gegeben, die Fahrzeugdichte auf den Straßen in Ballungsgebieten zu erhöhen, ohne dabei die Fließgeschwindigkeit des Verkehrs negativ zu
beinträchtigen. Beispielsweise wurden vergleichsweise kurze PKW entwickelt, die mit einer Länge von ca. 2,5 m im Vergleich zu größeren Limousinen wenig Platz benötigen. Nachteiligerweise sind während der Fahrt großzügige
Sicherheitsabstände zwischen den Fahrzeugen von bis zu 25 m im Stadtverkehr einzuhalten, weshalb der Effekt der kleinen und kurzen PKW auf den Verkehrsfluss nahezu verschwindet.
Ein erfolgversprechendes Konzept, um die Verkehrsdichte bei gleicher
Flussgeschwindigkeit zu erhöhen, ist die Einführung vergleichsweise schmaler Fahrzeuge, so dass mehrere Fahrzeuge parallel auf einer herkömmlichen Fahrspur mit einer Breite von in der Regel zwischen 2,75 m und 3,75 m fahren können. Weil solche Fahrzeuge mit einer geringen Spurbreite im Verhältnis zur Fahrzeughöhe insbesondere in Kurvenfahrten kippanfällig sind, ist die Maximalgeschwindigkeit entsprechend zu limitieren, was sich wiederum negativ auf den Verkehrsfluss auswirkt. Zumindest haben sich bisherige Konzepte in der Praxis nicht durchsetzen können, wonach Fahrzeuge mit einer schmalen Spurbreite als neigefähige Drei- oder Vierräder bekannt sind. Ein solches neigefähiges Fahrzeug ist beispielsweise als Toyota I-Road bekannt. Hier wurde eine komplizierte Kinematik aus einer
Kombination aus Lenkung und Neigung auf zwei parallel laufenden Rädern umgangen, indem der Antrieb und die Neigeregelung an der Vorderachse und die Lenkung an der Hinterachse angebracht wurde, die jedoch beim angesprochenen Toyota i-Road nur ein Rad aufweist. Neben den Nachteilen einer schlechteren Kippstabilität einer solchen Dreiradkonfiguration wird dabei ein sehr unruhiges und instabiles Lenkverhalten in Kauf genommen. Zusätzlich schwenkt das Fahrzeug mit der Hinterachse in Richtung der Kurvenaußenbahn, womit die Gefahr besteht, dass sich das Fahrzeug an einer Bordsteinkante festfährt. Aus diesen Gründen werden diese Fahrzeuge auf ein sehr niedriges Geschwindigkeitsniveau begrenzt. Zudem muss jeder Fahrer eine Einweisung absolvieren.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fahrzeug zu schaffen, das bei einer hohen Verkehrsdichte eine hohe Fließgeschwindigkeit des Verkehrs erlaubt.
Diese Aufgabe wird durch das Fahrzeug gemäß Anspruch 1 gelöst, das eine automatisch gesteuerte Neigekinematik aufweist, bei der sich der Fahrzeugaufbau und die Räder um eine Längsachse des Fahrzeugs neigen. Hierdurch können die Fahrzeuge mit einer geringen Spurbreite im Verhältnis zur Fahrzeughöhe kippsicher und mit vergleichsweise hoher Geschwindigkeit durch eine Kurve fahren und sind auch im Übrigen von einem Kippen durch Seitenwind, seitlichem Gefälle oder dergleichen bewahrt. Bei bekannten Konzepten von Schmalspurfahrzeugen mit einer Neigekinematik wird die Neigung und Balance vom Fahrer des Fahrzeugs
aufgebracht und im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung nicht automatisch gesteuert.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläutert.
Nach einer ersten bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Fahrzeug eine Spurbreite von weniger als 1 ,2 m, vorzugsweise weniger als 1 ,0 m, und/oder eine Höhe von mindestens 1 ,30 m aufweist, so dass ein bequemer Zustieg und/oder eine bequeme Sitzposition für Personen innerhalb des Fahrzeugs möglich ist. Vorzugsweise ist bei gleicher Spurbreite von weniger als 1 ,2 m eine Fahrzeughöhe von ca. 1 ,80 m bis 1 ,90 m vorgesehen, so dass auch groß
gewachsene Personen ohne weiteres zusteigen und innerhalb des Fahrzeugs aufstehen können, um es beispielsweise zu verlassen. Unabhängig von der
Gesamthöhe eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs sorgt insbesondere die geringe Spurbreite von weniger als 1 ,2 m dafür, dass mehrere Fahrzeuge auf einer herkömmlichen Spur fahren können, was bereits den Verkehrsfluss erheblich entlastet.
Die automatisch gesteuerte Neigekinematik ist vorzugsweise als
Fahrzeugstabilisierung ausgestaltet, die automatisch ein Kippen des Fahrzeugs in Kurven, bei Seitenwind, beim Zustieg von Personen und/oder bei
Fahrbahnneigungen verhindert. Insbesondere beim Neigen des Fahrzeugs in Kurven ist die vorliegende automatische Neigekinematik von herkömmlichen
Neigemechaniken von Ein- oder Zweispurfahrzeugen zu unterscheiden, die lediglich eine von dem Fahrer bewusst veranlasste Neigung ermöglichen, indem er sich bei Kurvenfahrten beispielsweise in die Kurve lehnt. Die vorliegende automatisch gesteuerte Neigekinematik ermöglicht jedoch die Vorbestimmung des erforderlichen Neigewinkels, der anschließend von entsprechend ausgestalteten Aktuatoren eingestellt wird.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass sich die Räder und der Fahrzeugaufbau beim Neigen um denselben Winkel neigen, so dass die Radebenen und der Fahrzeugaufbau unabhängig vom Neigungswinkel parallel zueinander ausgerichtet sind, was die Fahrstabilität in Kurvenfahrten gegenüber solchen Fahrzeugen deutlich erhöht, bei denen der Fahrzeugaufbau unabhängig von den Rädern geneigt werden.
Es wurde bereits angesprochen, dass sich das vorliegende Fahrzeug von bekannten Fahrzeugen mit einer Neigetechnik dadurch unterscheidet, dass eine automatische Steuerung den Winkel bestimmt, um den das Fahrzeug im Bedarfsfall geneigt werden muss. Insofern besitzt das erfindungsgemäße Fahrzeug nach einer bevorzugten Ausgestaltung eine Zielwertregelung, die den Betrag und die Richtung der Neigung aus Eingangsparametern bestimmt, insbesondere aus dem
vorausliegenden Kurvenradius, dem vorausliegenden Gefälle sowie der
vorausliegenden Fahrbahnneigung, der Fahrzeuggeschwindigkeit und der
Fahrzeugmassenverteilung, der Querbeschleunigung, einer etwa vorhandenen asymmetrischen Einstiegslast sowie einer dezentralen Lastenverteilung innerhalb des Fahrzeugs, dem Seitenwind und/oder seitlichen Stößen. Diese (nicht
abschließend aufgezählten) Eingangsparameter werden fortlaufend während der Fahrt überprüft und der Neigungswinkel wird entsprechend angepasst. Dabei wird die Neigung des Fahrzeugs in jeder Position automatisch so geregelt, dass die
Resultierende aller angreifenden Kräfte, insbesondere der Gravitationskraft und der Zentrifugalkraft, im Wesentlichen parallel zur Richtung der Hochachse des
Fahrzeugaufbaus und der Fahrgastzelle ausgerichtet ist. Dieser Kräfteausgleich führt dazu, dass Passagiere keine Querbeschleunigungen erfahren und mithin von der eigentlichen Kurvenfahrt im Wesentlichen unbeeinträchtigt sind.
Das vorliegende Fahrzeug ist nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung als Elektrofahrzeug ausgestaltet, so dass die zur Verfügung stehende elektrische
Energie begrenzt ist. Weil eine Neigung des Fahrzeugs durch entsprechende Aktuatoren mit einem erheblichen elektrischen Energieverbrauch verbunden ist, ist nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass insbesondere bei Kurvenfahrten ein Kippmoment durch eine Gegensteuerung zur vorausliegenden Trajektorie erzeugt wird, so dass Linkskurven mit einer
Gegensteuerung nach rechts eingeleitet werden und umgekehrt. Die
Gegensteuerung führt dazu, dass bereits am Kurveneingang eine gewisse
Grundneigung in die richtige Richtung eingestellt wird, ohne dass Aktuatoren für eine Neigung aktiv eingreifen müssen. Die Neigung des Fahrzeugs wird deswegen eingestellt, weil der obere Teil des Fahrzeugs aufgrund der Massenträgheit in der aktuellen Position verharrt, während der untere Teil des Fahrzeugs durch die
Gegensteuerung bereits in eine Richtung verschwenkt wird. Hierdurch stellt sich ohne einen großen Bedarf an elektrischer Energie bereits eine Neigung des Fahrzeugs ein, die anschließend in Abhängigkeit der zuvor beschriebenen
Eingangsparameter optimiert wird.
Um den Komfort für Fahrgäste weiterhin zu erhöhen, sind nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung Lenkwinkelaktuatoren und
Neigungsaktuatoren vorgesehen, die derart ausgelegt sind, dass die virtuelle Kippachse des Fahrzeugs in einer Höhe von 1 ,5 m bis 1 ,8 m oberhalb der
Aufstandsebenen liegt. In dieser Höhe sind bei den erfindungsgemäßen Fahrzeugen in der Regel die Köpfe der Passagiere angeordnet, so dass die Köpfe mit der virtuellen Kippachse zusammenfallen. Hierdurch wird die Entstehung der
Seekrankheit bei den Passagieren wirksam verhindert und auch im Übrigen wird beim Fahren aufgrund fehlender Querbeschleunigungen am Kopf ein
entsprechendes Behaglichkeitsgefühl eingestellt.
Eine besondere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Fahrzeuge und eine besonders kommunikationsfreudige Ausführungsform sieht vor, dass die Sitze in entgegengesetzter Orientierung innerhalb des Fahrzeugs angeordnet sind, so dass Passagiere eine Face-to-Face Position beim Fahren einnehmen. Diese Orientierung der Sitze setzt voraus, dass das Fahrzeug ein selbständig autonom fahrendes Fahrzeug ist, was die bevorzugte Ausgestaltung der Fahrzeuge mit Neigekinematik ist.
Um die Fahrstabilität weiter zu erhöhen, ist nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Reifen der Räder einen gerundeten Querschnitt aufweisen, so dass in Kurven die Aufstandsebene durch die
Reifenflanken gebildet ist.
Darüber hinaus sind zur Ermöglichung der Kippbewegung verschiedene
Radaufhängungen beziehungsweise Aktuatoren vorgesehen, nämlich
Radaufhängungen und/oder Aktuatoren
- auf doppelten Querträgern, - mit Linearführungen mit Kugelumlauf, Spindelantrieb oder
elektromagnetischen Spulen,
- mit Torsionsstäben oder
- mit Längslenkern mit einer rotatorischen Lagerung.
Zur Einstellung der Neigung ist insbesondere eine Aktuatorik vorgesehen, die einen Spindelantrieb, eine Hydraulik, eine Pneumatik und/oder elektromagnetische Spulen enthält. Die zuletzt genannten elektromagnetischen Spulen bilden einen
elektromagnetischen Linearaktuator, umfassen also einen magnetischen
Metallzylinder in einer Spule. Wird die Spule bestromt, bewegt sich der Zylinder axial aus der Spule heraus und kippt das Fahrzeug.
Es ist nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung vorgesehen, dass das Fahrzeug eine 4-Radlenkung und/oder einen 4- Rad-Radnabenantrieb aufweist, so dass eine Fahrt des Fahrzeugs in beide
Richtungen uneingeschränkt möglich ist. Das so definierte Fahrzeug liefert die Möglichkeit, rasch in alle Richtungen in den Verkehr einzufädeln, was die
Fließgeschwindigkeit des Verkehrs deutlich erhöht und insbesondere im autonomen Betrieb vervielfacht.
Im Übrigen ist vorgesehen, dass ein solches Fahrzeug vorzugsweise als vollständig autonom fahrendes Fahrzeug ausgebildet ist. Alternativ ist auch eine Ausgestaltung des Fahrzeugs als gesteuertes Fahrzeug vorgesehen, wozu der Fahrer lediglich einen normalen Führerschein benötigt, weil sich das Fahrzeug - von der
Neigekinematik abgesehen - in herkömmlicher weise steuern lässt. Die
Lenkbewegung wird durch ein Steuerelement, wie beispielweise einem Lenkrad oder einem Steuerhorn oder einer Lenkstange direkt als Wegübertragung vom Fahrer aufgebracht. Die passende Seitenneigung des Fahrzeugs wird in Abhängigkeit der Bahngeschwindigkeit an den Kurvenradius, das Fahrbahngefälle und/oder an die Seitenwindkraft angepasst. Hierzu ist eine automatische Regelung vorgesehen, vorzugsweise bestehend aus Sensorik, Steuerung, Regelung und Aktuatorik, so dass der Fahrer nicht wie auf einem Zweirad im Stand oder während der Fahrt die seitliche Balance sicherstellen muss. Das Fahrzeug lässt sich vielmehr wie ein herkömmlicher PKW auf dem Fahrweg steuern.
Das vorliegende Fahrzeug basiert im Wesentlichen auf einem Vierradkonzept mit einem geometrisch sauberen Lenktrapez und schlupffreier Abrollbedingung in allen Fahrzuständen mit einer Vorderradlenkung, so dass es gefahren werden kann wie ein herkömmlicher PKW. Die Lenkung weist eine direkte Kraftübertragung zwischen den Achsschenkeln und dem Lenkrad auf. Die Übertragung erfolgt über eine mechanische Entkopplungskinematik oder eine hydraulische Kraftübertragung, die in beiden Fällen als Wegsteuerung ausgeführt ist, also kein Drive-by-Wire. Damit sind die geforderten Eigenschaften wie Lenkkraftverlauf, Differenzierung, Rückstell kraft, Dämpfung, Lenkgefühl und Flatterneigung wie bei einem normalen PKW frei abstimmbar.
Aufgrund der geringen Breite können die Fahrzeuge - länderabhängig frei oder mit einer Sondergenehmigung - im Stau auf der freien Seite in der Mitte zwischen den gestauten PKW weiterfahren. Langfristig ist auch die Errichtung von Sonderspuren möglich. Für solche Fahrten und auch für den Betrieb in Fußgängerzonen oder anderweitig verkehrsbeschränkten Gebieten sind in den Fahrzeugen GPS
überwachte Geschwindigkeitsbegrenzungen vorgesehen, d.h. in einer
Fußgängerzone oder in Stausituationen können die Fahrzeuge bestimmte
Geschwindigkeitslimits nicht überschreiten. Zur Stauerkennung wird eine Software installiert, die über Sensoren, insbesondere Ultraschall-, Radar-, Kamera- und/oder Lidar-Systeme mit entsprechender Software den stehenden oder extrem verlangsamt rollenden Verkehr als Stau identifiziert. In einer besonderen Ausführung wird die positiv erfolgte Identifikation eines Staus von außen erkennbar auf dem Fahrzeug optisch oder akkustisch angezeigt, z.B. durch Lichtsignale, so dass der übrige
Verkehr entsprechend reagieren kann, insbesondere durch Mittelbereich freimachen, keine Schlangenlinien fahren und/oder Türen geschlossen halten. Ferner kann diese Anzeige auch für die polizeiliche Missbrauchsüberwachung genutzt werden. Das Fahrzeug ist als Ein- oder Zweisitzer ausgeführt wobei im letzteren Fall eine Tandemanordnung bevorzugt ist. Das Fahrzeug weist in einer vorteilhaften
Ausführung eine komplett geschlossene Kabine auf und kann wie ein PKW genutzt werden. Alle Insassen sind über Anschnallgurte gesichert und brauchen keine Helme zu tragen.
Um die Freigängigkeit der komplexen Kinematik aus Lenkung und Neigung sowie Federung und Dämpfung sicherzustellen, werden nicht sinnvoll und selten benötigte kinematische Kombinationen über eine Software verhindert. So wird in einer besonderen Varianten der Neigungswinkel bei extremen Lenkwinkeln eingeschränkt, damit die Schwenkräume im Radbereich nicht zu groß werden. Sobald der Bereich dieser Beschränkung angefahren wird, erfolgt eine optische oder akustische
Warnung an den Fahrer.
Um das Fahrzeug auch für eine Klientel nutzbar zu machen, die nur über eine eingeschränkte Fahrerlaubnis verfügt, z.B. 16-jährige wir das Fahrzeug über eine codierte Software für unterschiedliche Geschwindigkeiten freigegeben.
Zur Erhöhung der Fahrsicherheit weist das erfindungsgemäße Fahrzeug ein über GPS und Kartographie gesteuerte Fahrgeschwindigkeitsbegrenzung auf, mit der z.B. Unfallschwerpunkte, Zebrastreifen, enge Kurven etc. erkannt werden und die verfügbare maximale Geschwindigkeit eingestellt und/oder dem Fahrer angezeigt wird.
In einer weiteren Ausführung ist nicht nur die Breite des Fahrzeuges auf ca. das halbe Maß eines herkömmlichen PKWs reduziert, sondern auch die Länge ist auf 2,8 m, vorzugsweise 2,6 m oder weniger beschränkt, so dass auf einem standardisierten Parkplatz eines PKWs 4 Fahrzeuge parken können. Außerdem kann das Fahrzeug mit diesen Maßen so auch quer auf einer Außenhalterung am Heck eines PKW oder Wohnmobils mitgeführt werden. Um das Gewicht in diesem Betrieb zu minimieren kann vorzugsweise die Batterie dazu entnommen werden. Mit diesem System kann das Fahrzeug passiv auf Langstrecke mitgeführt werden um dann an der Stadtgrenze auf einem Park & Ride Platz zum Einsatz gebracht zu werden.
Das Fahrzeug ist vorzugsweise elektrisch angetrieben. Um den Akku überall aufladen zu können, ist der Akku in einem Gehäuse untergebracht, das ähnlich wie ein Rollkoffer ausgeführt ist und neben Abiaufrollen einen vorzugsweise
teleskopierbaren Griff besitzt und leicht von außen entnommen und zum Laden mitgeführt werden kann, z.B. in eine Wohnung oder an den Arbeitsplatz im Büro. Hierzu muss der Akku lediglich am Griff gezogen werden und rollt im Übrigen auf dem Boden ab, so dass das üblicherweise hohe Gewicht eines geeigneten Akkus vom Fahrer nicht getragen werden muss.
In einer besonderen Ausführung weist das erfindungsgemäße Fahrzeug eine
Teachfunktion und einen Lenkungsaktuator auf, womit wiederkehrende Fahrstrecken autonom gefahren werden können. Um diese Funktion kostengünstig zu
ermöglichen, werden die Fahrten gesteuert und nicht geregelt. Um dabei das
Kollisionsrisiko minimal zu halten, wird die Geschwindigkeit in diesem Modus auf z.B. 5 km/h reduziert, so dass eine Kollisionserkennung mit einfachen
Ultraschallsensoren oder ähnlichem möglich ist. Wegen der geringen Breite stellt das Fahrzeug in diesem Modus trotz der geringen Geschwindigkeit kein Hindernis dar, da auf allen Straßen normaler Breite genug Raum für jeden PKW zum Überholen zur Verfügung bleibt.
Weiterhin sind in einem zukünftig weiter etablierten Zustand der Marktdurchdringung in Parkhäusern, auf Parkdecks oder Privatgelände optische oder sonstige
Markierungen vorgesehen, an denen sich das Fahrzeug für solche führerlosen Fahrten autonom orientieren kann.
In einer besonderen Ausführung weist das Fahrzeug statt eines zweiten Sitzes von innen von und/oder außen zugängliche Stauräume auf, so dass der Einsatz als Lieferfahrzeug für Last Mile /Post/Paket Zustellung oder Pizza-Taxi damit möglich wird, wobei sich erneut die Tatsache als vorteilhaft erweist, dass das Fahrzeug am Straßenrand parkend keine vollständige Spur blockiert.
Die Kinematik der automatischen Kurvenneigung ist in einer besonderen Ausführung so gewählt, dass die virtuelle Drehachse auf der Mitte der Fahrbahn liegt. In besonderen Varianten wird die Neigungssteuerung mit einer Vorsteuerung
eingeleitet, so dass die rotatorische Beschleunigung direkt und nicht erst den schon aufgebauten Seitenkräften entgegenwirken muss. In einer speziellen Variante wird diese Vorsteuerung von der Lenkbewegung ausgelöst. Die Parametrierung dieser Vorsteuerung erfolgt dabei so, dass der Fahrer die für den Fahrkomfort optimale Lenkbewegung intuitiv lernen kann.
Neben der Auslegung der Kinematik wird in einer weiteren Variante jeder Querlenker und/oder Fahrwerksträger, insbesondere die rechte und die linke Neigungsregelung mit separaten Aktuatoren angesteuert. In dieser Ausführung ist auch eine
Neigungsregelung um die Querachse (also die Längsneigung) möglich und je nach Modell vorgesehen.
In einer besonders sportlich ausgelegten Variante ist die Fahrwerkskinematik so ausgelegt, dass bei größer werdendem Neigungswinkel die Spurbreite zunimmt.
Um den maximalen Neigungswinkel ohne Bodenkontakt erreichen zu können wird die Federung beim Erreichen eines Grenzwinkels arretiert.
Um die Fahrsicherheit zu maximieren wird bei Erreichen von bestimmten
Grenzwerten der Fahrwerkskinematik, insbesondere die maximalen
Stellgeschwindigkeit der Neigungsaktuatoren oder der maximale Neigungswinkel, ein optisches oder akustisches Signal abgegeben.
In einer besonders komfortablen Ausführung ist die Kinematik der Kurvenneigung so ausgelegt, dass die virtuelle Achse oberhalb der Fahrbahn liegt, sodass die auf die Insassen wirkenden Beschleunigungskräfte besonders auf Höhe des Kopfes vermindert werden.
Die tragende Struktur des Fahrzeuges ist an den Enden vorzugsweise zugespitzt so dass die Wahrscheinlichkeit eine Frontal- bzw. Offset Kollision mit Totalabsorption der kinetischen Energie deutlich reduziert wird.
In einer besonders kostenschonenden Version wird das Fahrzeug mit einer
Käfigstruktur aus Hohlprofilen ausgeführt.
Die bekannten Mobilitätskonzepte mit autonom fahrenden Fahrzeugen unterliegen Nutzungsgrenzen, weil der Verkehr an den Grenzen der für diese Fahrzeuge freigegebenen Territorien, wie z.B. an Stadtgrenzen, nicht im gleichen Fahrzeug fortgesetzt werden kann. Der Passagier muss in ein anderes Verkehrsmittel umsteigen, das an den Ausfallstraßen zur Vermeidung von Wartezeiten auch verfügbar sein muss. Insbesondere der tägliche Berufsverkehr aus den
Wohngebieten heraus und in die Innenstädte hinein und umgekehrt trägt aber anteilig überproportional zu den werktäglichen Staus bei.
Um hier eine komfortable, verkehrssichere und umweltfreundliche Abhilfe zu schaffen, wird vorgeschlagen, dass das Fahrzeug wahlweise als autonomes
Flottenfahrzeug völlig fahrerlos betrieben wird oder personengesteuert ist. Dazu bleiben Antrieb, Neigetechnik und die Regelung der Fahrdynamik unverändert. Der im Autonomiebetrieb im vorderen Teil des Fahrzeugs rückwärts sitzende Fahrer ist in diesem Fall um 180 Grad gedreht und nach vorne ausgerichtet und kann das
Fahrzeug manuell steuern. Sobald er ein Stadtgebiet erreicht, das über die notwendige Infrastruktur mit Funksendern, Zentralkontrolle und Car-to-Car
Kommunikation verfügt, kann er das Fahrzeug dort einloggen und sich voll autonom fahren lassen. Umgekehrt meldet er sich ab, sobald er die Gebietsgrenzen des Autonomiegebietes erreicht. In jedem Fall sorgt die integrierte Navigationssoftware dafür, dass der Fahrer immer weiß, ob er gerade manuell oder autonom fährt oder ob er autonom fahren kann oder manuell fahren muss. Dazu wird das Fahrzeug im Handbetrieb bzgl. der Fahrstrecke (Trajektorie) und der Geschwindigkeit manuell gesteuert und der jeweils zum Kurvenradius,
Fahrbahnneigung, Seitenwind und Bahngeschwindigkeit passende Neigungswinkel wird über eine Regelung automatisch eingestellt.
In einer besonderen Variante steuert der Fahrer das Fahrzeug über einen
Steuerknüppel (Joystick), mit dessen Neigung oder Verschiebung zur Seite der Lenkwinkel vorgegeben wird. Eine Vor- und Rückbewegung des Steuerknüppels erzeugt eine positive oder negative Beschleunigung, wobei letztere vorzugsweise durch Rekuperation des elektrischen Antriebes oder durch Gegeninduktion erzeugt wird. Für den Fall dass die damit erreichbaren Verzögerungen nicht ausreichen, wird der Steuerknüppel (Joystick) vorzugsweise noch weiter mit erhöhter Kraft nach hinten gezogen, wodurch dann eine mechanische Bremse hydraulisch, pneumatisch oder mechanisch oder elektrisch aktiviert wird. Durch diese Steuerungseinrichtung kann eine aufwendige und raumgreifende Anordnung von Steuerelementen, an die sich Fahrer unterschiedlicher Größen mit komplizierter Sitzverstellung anpassen müssen, vermieden werden. In einer alternativen Ausgestaltung des Fahrzeugs ist für die Richtungssteuerung ein Lenkrad sowie Brems- und Fahrpedale (Gaspedal) vorgesehen.
Die Ansteuerung über den Steuerknüppel (Joystick) greift nicht direkt in die mechanischen Kopplungslieder ein, sondern gibt nur Signale an elektrische oder hydraulische oder pneumatische Aktuatoren, so dass die gleiche Signalübertragung für die autonome Fahrt wie für manuelle Fahrt genutzt werden kann. Bei nicht vollautonomer Fahrt werden Warn- und Orientierungssignale und -Systeme als Fahrassistenzsysteme genutzt.
In Gebieten in denen vollautonomes Fahren mit Fahrzeugen gleicher Auslegung zugelassen ist, kann das System so genutzt werden, dass die Fahrzeuge in den Randgebieten auf dem Weg in die Innenstadt manuell gesteuert fahren. Beim Erreichen der Stadtgrenze erhält das Fahrzeug ein entsprechendes Signal und kann von dort aus autonom weiterfahren. Im Vergleich zur ausschließlichen Nutzung autonomer Fahrzeuge muss der Fahrer allerdings das Fahrzeug nach dem Erreichen seines Fahrziels selbst parken und laden. Demgegenüber kann der Fahrer mit den öffentlichen Fahrzeugen direkt am Ziel abgesetzt werden und das öffentlich verfügbare Fahrzeug kann selbsttätig zur nächsten Parkgelegenheit fahren und dort laden und auf einen neuen Kunden warten.
Um den vorgenannten Nachteilen abzuhelfen werden vier bevorzugte Alternativen vorgeschlagen:
1 ) Das Fahrzeug fährt autonom bis zu einem privat gemieteten und reservierten Parkplatz weiter, was nur dann möglich ist, wenn sich das Fahrzeug in einem Territorium mit Autonomiebetrieb befindet.
2) Das Fahrzeug fährt zum nächsten öffentlichen Parkplatz, der beim Ausstieg der Person online von der Kontrollzentrale reserviert wird.
3) Das Fahrzeug wird über ein Teach-In System mit Programmen versorgt, die das Fahrzeug zum immer gleichen Abstellplatz führen, beispielsweise der heimischen Garage innerhalb oder außerhalb des Autonomiegebietes. Bei einem Teach-In System steuert der Fahrer manuell einmal eine Strecke, die Steuerungssignale werden gespeichert und können anschließend beliebig oft abgerufen werden. Zur Definition der Startkoordinaten, von wo aus die geteachte Fahrt beginnt, wird eine Messung mittels geeigneter Sensoren durchgeführt, vorzugsweise über Radar/Lidar/DGPS oder eine Kamera, die am Startpunkt eingerichtet sind.
4) Das Fahrzeug ist kein privates Fahrzeug, sondern gehört zu einem
Fahrzeugpool und wird nach der Nutzung freigegeben und fährt autonom weiter.
Der Ablauf des typischen Berufspendlers wäre im letztgenannten Fall dann so, dass der Fahrer sich in dem Fahrzeugpool einschreibt und ein Fahrzeug im
Autonomiegebiet per App anfordern und abgeben kann. Außerdem kann er
Fahrzeuge auch zu einer Destination außerhalb des Autonomiegebietes mitnehmen und dort z.B. über Nacht parken und laden. Abgerechnet werden in diesem Fall Gebühren für Fahrstrecke und für Parkzeit außerhalb des Autonomiegebietes sowie die gefahrenen Strecken im Autonomiegebiet.
Die vorliegende Erfindung beschreibt daher nicht nur ein neigefähiges Fahrzeug, sondern im Vergleich zur DE 102016008800 auch ein erweitertes Mobilitätskonzept mit Fahrzeugen, die sowohl in ausgewiesenen Autonomiegebieten als autonom fahrendes Taxi als auch als Car Pool Fahrzeug außerhalb des Autonomiegebietes einsetzbar sind.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass in Zeiten oder Gebieten, in denen autonomes Fahren nur mit einem anwesenden Fahrer gestattet ist, z.B. in sog. Modellregionen für Test- und Zulassungszwecke mit dem anwesenden Fahrer autonom gefahren werden kann, wohingegen Fahrzeuge ohne Fahrer nicht zugelassen wären.
Konkrete Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 a, b ein Fahrzeug zum Personentransport ohne Karosserie und
Fig. 2a-c ein Fahrzeug zum Personentransport mit Karosserie.
Die Fig. 1 a, b sowie 2a-c zeigen eine konkrete Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Fahrzeugs 1 , das zum Transport von Personen ausgelegt ist. Hierzu besitzt das Fahrzeug 1 ein Chassis 2 mit einem ebenen Boden 3, auf dem zwei gegenüberliegende Sitze 4, 4' angeordnet sind, und eine Rahmenstruktur 5, die aus Sicherheitsgründen und vorsorglich als Überrollbügel ausgestaltet sein kann. Die dargestellten Fahrzeuge 1 besitzen vier Räder 6a-6d, die unterhalb und seitlich versetzt zu den Sitzen 4, 4' angeordnet sind. Während der Raum 7 zwischen den Sitzen als Gepäckablagefläche ausgestaltet ist, sind unterhalb der Sitze 4, 4' (nicht dargestellte) elektrische Einheiten angeordnet, die zur Steuerung des Fahrzeugs dienen. Ebenfalls nicht dargestellt sind elektrische Radnabenmotoren, die derart ausgelegt sind, dass das Fahrzeug sowohl vorwärts als auch rückwärts in Pfeilrichtung 8, 8' fahren kann.
Fig. 1 b zeigt dasselbe Fahrzeug 1 mit einer auf einem Sitz sitzenden Person 9.
Die Fig. 2a-c zeigen das Fahrzeug 1 mit einer Karosserie 20, die aus zwei zueinander in Pfeilrichtung 21 , 21 ' verschiebbare Karosseriehälften 22, 22' besteht. Zum Ein- und Ausstieg von Personen werden die Karosseriehälften 22, 22' nach außen verschoben und öffnen mithin die Fahrgastzelle. Alternativ kann auch eine herkömmliche Schwenk- oder Schiebetür vorgesehen sein, aus der die Fahrgäste aus der Karosserie und mithin dem Fahrzeug 1 heraustreten können. Der flache Boden 3 des Fahrzeugs und die bevorzugte Gesamthöhe des Fahrzeugs von ca. 1 ,8 m erlaubt einen bequemen Einstieg sowie einen bequemen Ausstieg.
Das Fahrzeug 1 ist mit einer Spurbreite von weniger als 1 ,2 m ausgestaltet und zählt mithin zu den sogenannten Einspurfahrzeugen. Um trotz der bevorzugten Höhe von 1 ,8 m auch bei vergleichsweise hohen Geschwindigkeiten im innerstädtischen Bereich (maximal 70 bis 80 km/h) eine sichere Kurvenfahrt zu ermöglichen, ist eine automatische Neigekinematik vorgesehen, die das Fahrzeug 1 in Abhängigkeit der Momentangeschwindigkeit, des Beladungszustandes und der vorausliegenden und vorbestimmten Trajektorie zum Kurveninneren hin um die Kippachse K neigt, die vorzugsweise in der Höhe der Köpfe der im Fahrzeug sitzenden Person(en) angeordnet ist. Fig. 2c zeigt das Fahrzeug 1 daher mit einer Neigung von ca. 75° gegenüber einer Horizontalen H. Die Aktuatoren, mit denen eine entsprechende Neigung des Fahrzeugs 1 eingestellt werden kann, sind der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Demgegenüber ist in Fig. 2c deutlich zu erkennen, dass die Ebenen der Räder sowie die Hochachse des Fahrzeugs in jeder Position des Fahrzeugs 1 parallel zueinander ausgerichtet sind, was die Fahrstabilität des Fahrzeugs erhöht. Ebenfalls dargestellt ist eine virtuelle Schwenkachse, die vorzugsweise in einer Höhe zwischen 1 ,5 und 1 ,8 m und mithin in Kopfhöhe einer im Fahrzeug sitzenden Person von der Aufstandsebenen entfernt ist, so dass sich etwaige Querkräfte nicht bemerkbar auf die zu transportierende Person auswirken. Hierdurch wird beispielsweise verhindert, dass transportierende Personen unter der sogenannten Seekrankheit leiden.

Claims

Ansprüche
1 . Fahrzeug, insbesondere Einspurfahrzeug mit einer geringen Spurbreite im Verhältnis zur Fahrzeughöhe und drei oder vier Rädern (6a-6d) ,
gekennzeichnet durch
eine automatisch gesteuerte Neigekinematik, bei der sich der Fahrzeugaufbau und die Räder (6a-6d) um eine Längsachse des Fahrzeugs (1 ) neigen.
2. Fahrzeug nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch eine Spurbreite von
weniger als 1 ,2 m und/oder eine Höhe von mindestens 1 ,30 m, so dass ein bequemer Zustieg und/oder eine bequeme Sitzposition für Personen (9) möglich ist.
3. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigekinematik als Fahrzeugstabilisierung ausgestaltet ist, die automatisch ein Kippen des Fahrzeugs (1 ) in Kurven, bei Seitenwind, beim Zustieg von Personen und/oder bei Fahrbahnneigungen verhindert.
4. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Räder (6a-6d) und der Fahrzeugaufbau beim Neigen um denselben Winkel neigen, so dass die Radebenen und der Fahrzeugaufbau unabhängig vom Neigungswinkel parallel zueinander ausgerichtet sind.
5. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Zielwerteregelung, die den Betrag und die Richtung der Neigung aus
Eingangsparametern bestimmt, insbesondere aus
a) dem vorausliegenden Kurvenradius,
b) dem vorausliegenden Gefälle sowie der vorausliegenden
Fahrbahnneigung,
c) der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Fahrzeugmassenverteilung, d) der Querbeschleunigung, e) einer etwa vorhandenen asymmetrischen Einstiegslast sowie einer dezentralen Lastenverteilung innerhalb des Fahrzeugs,
f) dem Seitenwind und/oder
g) seitlichen Stößen.
6. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigung des Fahrzeugs (1 ) in jeder Position automatisch so geregelt wird, dass die Resultierende aller angreifenden Kräfte, insbesondere der Gravitationskraft und der Zentrifugalkraft, im Wesentlichen parallel zur Richtung der Hochachse des Fahrzeugaufbaus und der Fahrgastzelle ausgerichtet ist.
7. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass insbesondere bei Kurvenfahrten ein Kippmoment durch eine
Gegensteuerung zur vorausliegenden Trajektorie erzeugt wird, so dass Linkskurven mit einer Gegensteuerung nach rechts eingeleitet werden und umgekehrt.
8. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch
Lenkwinkelaktuatoren und Neigungsaktuatoren, die derart ausgelegt sind, dass die virtuelle Kippachse des Fahrzeugs in einer Höhe von 1 ,5 m-1 ,8 m oberhalb der Aufstandsebenen liegt.
9. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch zwei Sitze (4, 4'), die entgegengesetzt orientiert sind, so dass Passagiere eine Face-to-Face Position beim Fahren einnehmen.
10. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Reifen der Räder (6a-6d) einen gerundeten Querschnitt aufweisen, so dass in Kurven die Aufstandsebene durch die Reifenflanken gebildet ist.
1 1 . Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch eine Radaufhängung und/oder Aktuatorik
a) auf doppelten Querträgern,
b) mit Linearführungen mit Kugelumlauf, Spindelantrieb oder elektromagnetischen Spulen,
c) mit Torsionsstäben oder
d) mit Längslenkern mit einer rotatorischen Lagerung,
mit der die Kippbewegung ermöglicht wird.
12. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , gekennzeichnet durch eine Aktuatorik zur Einstellung der Neigung, die einen Spindelantrieb, eine
Hydraulik, eine Pneumatik und/oder elektromagnetische Spulen enthält.
13. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch eine 4- Radlenkung und/oder einen 4-Rad-Radnabenantrieb, so dass eine Fahrt des Fahrzeugs (1 ) in beiden Richtungen uneingeschränkt möglich ist.
14. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug als vollständig autonom fahrendes Fahrzeug ausgestaltet ist.
15. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigungsaktuatorik des Fahrzeugs als elektrische
Spindelaktuatoren oder mit einem elektrischen Getriebemotor ausgeführt ist.
16. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch
Sensoren und eine Auswerteeinheit mit einer Software, mit der
Stausituationen identifizierbar sind.
17. Fahrzeug nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erkennung einer Stausituation ein von außen erkennbares optisches und/oder akustisches Signal ausgelöst wird.
18. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Akkumulator des Fahrzeugs ein Gehäuse mit Abiaufrollen und einen vorzugsweise teleskopierbaren Griff aufweist und lösbar mit dem Fahrzeug verbunden ist, so dass der Akkumulator von außen oder innen entnehmbar ist.
19. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtlänge des Fahrzeugs weniger als 2,8 m, vorzugsweise weniger als 2,6 m beträgt, so dass das Fahrzeug in einer Parklücke quer geparkt werden kann und quer auf anderen Fahrzeugen transportierbar ist.
20. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 19, gekennzeichnet durch einen Geschwindigkeitsbegrenzer, der durch GPS-Signale oder Signale anderer externer Sender gesteuert ist und das Überschreiten kritischer
Kurvengeschwindigkeiten verhindert.
21 . Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug eine Struktur aufweist, die an den Enden zugespitzt ist, so dass Frontalkollisionen mit oder ohne Offset mit Totalabsorption der kinetischen Energie unwahrscheinlicher sind.
22. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kinematik der Neigungsregelung so ausgelegt ist, dass die virtuelle Drehachse in und auf der Fahrbahnmitte oder oberhalb der
Reifenaufstandsebenen liegt.
23. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 22, gekennzeichnet durch eine Vorsteuerung, die die Neigungsregelung voreilend regelt, so dass die Aktuatoren nicht gegen schon weitgehend aufgebaute
Querbeschleunigungskräfte arbeiten.
24. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Querlenker/Fahrwerksträger einzeln von je einem separaten Aktuator angesteuert wird.
25. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Einzelansteuerung der Fahrwerksträger und/oder Querlenker auch die Längsneigung des Fahrzeugs gesteuert wird.
26. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erreichen von Grenzwerten der Fahrwerkskinematik, wie
Arretierung wegen Freigängigkeitslimits, maximaler Stellgeschwindigkeit und/oder maximaler Neigungswinkel ein akustisches und/oder optisches Signal abgegeben wird.
27. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche Lenkaktuatorik und eine Kollisionserkennung vorgesehen ist, die einen autonomen Betrieb auf eingelernten Bahnen erlaubt.
28. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug wahlweise manuell steuerbar ist oder mit einer
Zentralsteuerung eines Autonomiegebietes verbindbar ist, so dass das Fahrzeug im Autonomiegebiet autonom und von der Zentralsteuerung steuerbar ist.
29. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die manuelle Steuerung des Fahrzeugs über einen Steuerknüppel erfolgt, wobei die positive und negative Längsbeschleunigung durch eine Bewegung des Steuerknüppels nach vorne und hinten und der Lenkwinkel durch eine seitliche Bewegung des Steuerknüppels ausgelöst wird.
30. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 29, gekennzeichnet durch eine Speichereinheit, die die Lenk- und Steuerbewegung des Fahrers in einem Teach-Innenmodus speichert, so dass die Fahrzeuge außerhalb eines Autonomiegebietes auf bestimmten Strecken autonom fahrbar sind, in dem die eingelernte Lenk- und Steuerbewegung autonom abgerufen wird.
31 . Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Startbedingung für eine Fahrt nach einer Teach-In-Trajektorie durch eine Vermessung am Startpunkt per Rader, GPS oder Kamera erfolgt.
32. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 31 , dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug Teil einer Fahrzeugflotte ist, wobei die Fahrzeuge sowohl autonom als auch manuell fahrbar sind und vorzugsweise einzeln von Benutzern anmietbar sind.
33. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Systeme für das autonome Fahren im Autonomiegebiet außerhalb des Autonomiegebietes als Fahrassistentsysteme einsetzbar sind.
34. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass das die Fahrzeuge Fahrten zwischen zwei unterschiedlichen
Autonomiegebieten ermöglichen, wobei die Steuerung des Fahrzeugs zwischen zwei Autonomiegebieten manuell erfolgt und beim Erreichen des weiteren Autonomiegebietes ein Login in die Zentralsteuerung erfolgt, wozu erforderlichenfalls eine geeignete Software bereitgestellt wird.
35. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeuge einen variablen Innenraum aufweisen, so dass wahlweise ein weiterer Passagier, Gepäck oder sonstige Entladungen transportierbar sind. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass der vordere Sitz um 180° drehbar gelagert ist, so dass wahlweise eine Face-to-Face oder eine vis-a-vis Position der Sitze einstellbar ist.
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