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Die Erfindung betrifft ein Radantriebsmodul, das durch mehrere als Module austauschbare Baugruppen gebildet ist und dessen Steuerungslogik modular auf mehrere Baugruppen des Radantriebsmoduls implementierbar ist.
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Im Stand der Technik ist bereits eine Vielzahl von Radantriebsmodulen und Radantriebskonzepten für die verschiedensten Anwendungsgebiete bekannt. Meist werden hierbei mehrere Radantriebsmodule für eine Applikation verwendet. Zum Antrieb eines Transportschlittens und insbesondere zum Antrieb eines fahrerlosen Transportfahrzeugs als Teil eines fahrerlosen Transportsystems im Bereich der Logistik können beispielsweise vier Radantriebsmodule verwendet werden. Alternativ können auch mehr oder weniger Radantriebsmodule verwendet werden, welche mit Stützrollen kombiniert werden können. Beispielsweise können Transportfahrzeuge zwei Radantriebsmodule und eine oder zwei Stützrollen oder alternativ ebenso acht Radantriebsmodule aufweisen, um eine auf den jeweiligen Einsatzzweck angepasste Antriebsleistung und Belastbarkeit zu erreichen.
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Sollen die Radantriebskonzepte in einem einzelnen Modul gebündelt werden, ist es vorteilhaft, wenn dieses kompakt aufgebaut ist und folglich nur einen geringen Platzbedarf aufweist. Bei den bekannten Radantriebskonzepten führt dies jedoch meist dazu, dass das Radantriebskonzept zwar in einem Modul zusammengefasst ist, die einzelnen Komponenten des dadurch entstehenden Radantriebsmoduls jedoch nicht ausgetauscht werden können. Insbesondere bei Logistikanwendungen, welche von den Radantriebsmodulen eine hohe Belastbarkeit bei zugleich langer Lebensdauer erfordern, ist es jedoch beispielsweise bei auftretendem Verschleiß notwendig, einzelne Komponenten schnell und einfach tauschen zu können.
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Neben der Reparatur und Wartung können die vorbekannten Radantriebsmodule zudem auch bei der Herstellung nicht oder zumindest nicht kosteneffizient auf den angedachten Einsatzzweck oder die für die jeweilige Anwendung spezifischen Kundenwünsche angepasst werden, da nicht einzelne Komponenten der Radantriebsmodule ausgetauscht werden können.
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Hinzukommt, dass die Steuerung der Motoren des Radantriebsmoduls bei den im Stand der Technik bekannten Radantriebsmodulen zumeist zentral für mehrere Radantriebsmodule gelöst ist, so dass die zentrale Steuerung alle Informationen, wie beispielsweise Sensordaten, von allen Radantriebsmodulen empfangen, alle Steuersignale für alle Motoren aller Radantriebsmodule berechnen und an alle Radantriebsmodule senden muss. Dadurch ergeben sich hohe Datenraten von zu übertragenden Informationen sowie eine hohe Rechenlast zur Berechnung der Steuersignale in der zentralen Steuerung. Wird ein einzelnes Radantriebsmodul ausgetauscht oder ändern sich einzelne Komponenten eines Radantriebsmoduls, ist eine Anpassung der gesamten zentralen Steuerung notwendig.
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Zur Berechnung der Steuersignale für die Motoren und Überwachung der Radantriebsmodule sind zudem verlässliche bzw. sichere Informationsquellen notwendig. Im Stand der Technik wird dies dadurch erreicht, dass alle Informationsquellen oder Sensoren ausgebildet sind, einen korrekten Wert oder eine Fehlermeldung zu prüfen und alle Komponenten nach dem jeweils relevanten Sicherheitsstandard zu zertifizieren. Dadurch werden jedoch die Radantriebsmodule bzw. die einzelnen Komponenten sehr teuer.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile zu überwinden und ein Radantriebsmodul bereitzustellen, welches kompakt aufgebaut ist und nur einen geringen Bauraumbedarf aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß wird ein Radantriebsmodul umfassend ein Rad, ein Überlagerungsgetriebe sowie einen ersten Elektromotor und einen zweiten Elektromotor vorgeschlagen. Der erste und der zweite Elektromotor sind ausgebildet, das Rad gemeinsam mittels des Überlagerungsgetriebes um eine Radachse anzutreiben und um eine zu der Radachse orthogonale Lenkachse zu lenken. Ferner umfasst das Radantriebsmodul eine erste Motorelektronik zur Ansteuerung des ersten Elektromotors und eine zweite Motorelektronik zur Ansteuerung des zweiten Elektromotors sowie eine Zentralelektronik, die mit der ersten und zweiten Motorelektronik elektrisch bzw. steuerungstechnisch verbunden ist, so dass zwischen dem ersten und dem zweiten Elektromotor sowie der Zentralelektronik ein Signalaustausch möglich ist. Zur Steuerung des ersten und zweiten Elektromotors umfasst das Radantriebsmodul eine Steuerungslogik, um das Rad um die Radachse anzutreiben und um die Lenkachse zu lenken. Die Steuerungslogik ist durch die erste und zweite Motorelektronik, die Zentralelektronik, eine Applikationselektronik, welche einen Signalaustausch ermöglichend mit der Zentralelektronik verbunden ist, oder gemeinsam durch die Zentralelektronik und die erste und zweite Motorelektronik bereitgestellt.
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Verwendet beispielsweise ein Transportfahrzeug mehrere Radantriebsmodule kann dieser eine eigene Steuerung aufweisen, welche Fahrbefehle an die Steuerungslogik des Radantriebsmoduls sendet und selbst auf der Applikationselektronik bereitgestellt ist. Die Radantriebsmodule entsprechen einem Fahr-Lenk-System, welches zugleich eine Antriebs- bzw. Fahrfunktionalität und eine Lenkfunktionalität über die beiden verwendeten Elektromotoren bereitstellt, welche jeweils gemeinsam ein Rad sowohl antreiben als auch lenken. Die Applikationselektronik kann hierbei außerhalb des eigentlichen Radantriebsmoduls bzw. außerhalb des Fahr-Lenk-Systems angeordnet sein.
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Werden die Radantriebskonzepte wie vorgeschlagen in einer einzelnen Baugruppe bzw. Radantriebsmodul gebündelt, ist vorteilhaft, dass dieses kompakt aufgebaut werden kann und folglich nur einen geringen Platzbedarf aufweist, um beispielsweise bei einem fahrerlosen Transportfahrzeug eine Bündelung und Unterbringung des Antriebs und der Lenkung in dem Modul zu ermöglichen. Hinzukommt, dass durch die Bündelung der Fahr- und Lenkfunktionalität (Antrieb und Lenkung) in einem Radantriebsmodul weitere Komponenten, wie beispielsweise mechanische Verstrebungen oder Kabelstränge zwischen den Radantriebsmodulen eines Fahrzeugs untergebracht werden können. Aus dem Aufbau des Radantriebsmoduls ergibt sich zudem eine flache Bauform der einzelnen Radantriebsmodule und eine flache Bauform des gesamten Fahrzeugs, so dass oberhalb der einzelnen Radantriebsmodule sicherheitsrelevante Komponenten, wie beispielsweise ein Laserscanner zur Abtastung der Umgebung angeordnet werden können, so dass um das fahrerlose Transportfahrzeug ein Schutzfeld aufgebaut werden kann, in dem das Fahrzeug auf durch den bzw. die Laserscanner erfasste Objekte reagieren kann.
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Eine vorteilhafte Ausführungsvariante sieht vor, dass der erste Elektromotor zusammen mit der ersten Motorelektronik eine als Modul austauschbare erste Motorbaugruppe bildet und der zweite Elektromotor zusammen mit der zweiten Motorelektronik eine als Modul austauschbare zweite Motorbaugruppe bildet. Die Motorbaugruppen weisen vorzugsweise jeweils eine Kommunikationsschnittstelle auf, durch welche alle Komponenten der jeweiligen Motorbaugruppe den Informationsaustausch ermöglichend mit der Zentralelektronik oder der jeweils anderen Motorbaugruppe verbunden werden können.
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Durch die Bündelung des jeweiligen Elektromotors zusammen mit der unmittelbar zur Ansteuerung des Elektromotors notwendigen Motorelektronik zu einer Baugruppe wird ein geringer Bauraumbedarf des gesamten Radantriebsmoduls erreicht. Durch die Bündelung der einzelnen funktionell zusammenhängenden Komponenten, wie des ersten Elektromotors mit der ersten Motorelektronik und des zweiten Elektromotors mit der zweiten Motorelektronik zu jeweils einer als Modul austauschbaren Motorbaugruppe, können die Motorbaugruppen bzw. Module bei der Auslegung eines Radantriebsmoduls abhängig von dem jeweiligen Einsatzzweck gewählt und verbaut werden. Beispielsweise können die verschiedenen Motorbaugruppen, zwischen denen gewählt werden kann, verschiedene Leistungsklassen, Funktionsumfänge, Steuerungsfunktionalitäten, Abmessungen oder dergleichen aufweisen.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht zudem auch eine Radbaugruppe vor, bei welcher das Rad mit dem Überlagerungsgetriebe eine Baugruppe bilden.
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Die Radbaugruppe kann bei der Konzeption bzw. der Auslegung des Radantriebsmoduls so ausgewählt werden, dass je nach Einsatzzweck bestimmte Vorgaben erfüllt werden. Beispielsweise können die verschiedenen Radbaugruppen, aus denen ausgewählt werden kann, verschiedene Raddurchmesser des Rades, Radeintauchtiefen des Rades in das Überlagerungsgetriebe oder Bodenfreiheiten des Rades aufweisen bzw. ermöglichen.
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Durch die als Module austauschbaren Baugruppen soll ein modular aufgebautes Radantriebsmodul bereitgestellt werden, welches auf zwei Elektromotoren basiert, die das Rad des Radantriebsmoduls über ein Überlagerungsgetriebe antreiben und um die Lenkachse des Rades drehen können. Dadurch kann mit den zwei Elektromotoren eine Fahrfunktion, Bremsfunktion, Haltefunktion und Lenkfunktion bereitgestellt werden, wobei durch die beiden Motoren gemeinsam ein Optimum an Drehmoment zum Fahren und Lenken des Rades zur Verfügung stehen. Dabei können durch die das Rad gemeinsam antreibenden Elektromotoren maximale Arbeitspunktanforderungen erfüllt werden. Beispielsweise wird durch die beiden Elektromotoren ein schnelles Geradeausfahren, Beschleunigen und Bremsen mit großer Last sowie ein hohes Lenkmoment bei Stillstand ermöglicht.
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Die Modularisierung bzw. die Verwendung von vorkonfektionierten Baugruppen ermöglicht insbesondere bei der Auslegung eines Radantriebsmoduls eine auf den jeweiligen Einsatzzweck und die Anforderungen angepasste Individualisierung bzw. Individualisierbarkeit, wobei zugleich durch die Verwendung von Gleichteilen und Standardkomponenten eine Kostenersparnis erzielt werden kann.
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Beide Motoren tragen daher je nach Situation immer zum Fahren und Lenken bei. Die Drehmomente der Motoren werden dabei abhängig von der Situation, ob die Motoren eine Lenk- und Fahrbewegung oder eine reine Fahrbewegung realisieren sollen, auf die jeweiligen Aufgaben aufgeteilt. Bei einer reinen Fahrbewegung, unabhängig davon, ob vorwärts oder rückwärts, erfolgt keine Lenkbewegung. Daher addieren sich die Drehmomente beider Motoren. Die Motoren stellen dabei an dem Rad über das Überlagerungsgetriebe eine identische Drehzahl bereit, so dass an der Lenkachse bei der reinen Fahrbewegung keine Drehzahldifferenz anliegt und keine Rotation des Rades um die Lenkachse verursacht wird. Die Motoren halten somit das Rad bei einer reinen Fahrbewegung indirekt.
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Hinzukommt, dass durch die Verwendung von Motoren mit hoher Leistungsdichte und einer hohen kurzzeitigen Überlastfähigkeit hohe Gesamtdrehmomente bei geringem Bauraumbedarf realisierbar sind, da sich die Einzeldrehmomente bei einer reinen Fahrbewegung zu dem Gesamtdrehmoment addieren. Im Überlastbereich ergibt sich zudem durch die Addition aus einer drei bis vierfachen Einzellastfähigkeit eines einzelnen Motors eine sechs bis achtfache Gesamtüberlastfähigkeit der beiden Motoren eines Radantriebsmoduls bzw. eines Fahr-Lenk-Systems.
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Vorteilhafterweise werden bei einer Variante zudem jeweils zwei baugleiche Elektromotoren für ein Radantriebsmodul verwendet, wobei die Elektromotoren bei der Konzeption bzw. Auslegung des Radantriebsmoduls abhängig von dem Einsatzzweck und einer Belastbarkeit ausgewählt werden. Dadurch können zudem höhere Stückzahlen eines einzelnen Typs von Elektromotor verwendet werden, was die Anschaffung und Wartung sowie die Vorratshaltung günstig beeinflusst.
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Zur Steuerung des Motors sieht eine weitere vorteilhafte Ausbildungsvariante vor, dass die erste Motorbaugruppe zumindest einen ersten Sensor zur Erfassung von Motorkennwerten des ersten Elektromotors, insbesondere zur Erfassung einer Rotorposition eines Rotors des ersten Elektromotors und/oder zur Erfassung einer Drehzahl des ersten Elektromotors, umfasst. Der erste Sensor zur Erfassung der Rotorposition kann insbesondere ein Hall-Sensor sein, mit welchem die Position bzw. Ausrichtung des magnetischen Drehfelds am Rotor erfasst und der zugehörige Elektromotor basierend auf der Rotorposition gesteuert werden kann. Der erste Sensor kann hierzu unmittelbar in den ersten Elektromotor integriert oder an dem ersten Elektromotor ausgerichtet und durch die Baugruppe zugeordnet sein.
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Analog sieht eine ebenfalls vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, dass die zweite Motorbaugruppe zumindest einen zweiten Sensor zur Erfassung von Motorkennwerkten des zweiten Elektromotors, insbesondere zur Erfassung einer Rotorposition eines Rotors des zweiten Elektromotors und/oder zur Erfassung einer Drehzahl des zweiten Elektromotors, umfasst. Auch der zweite Sensor kann insbesondere ein Hall-Sensor sein, mit welchem die Position bzw. Ausrichtung des magnetischen Drehfelds am Rotor des zugehörigen Elektromotors erfasst und der Elektromotor gesteuert werden kann. Für den zweiten Sensor gilt ebenfalls, dass dieser unmittelbar in den zweiten Elektromotor integriert oder an dem zweiten Elektromotor ausgerichtet und durch die Baugruppe zugeordnet sein kann.
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Alternativ können/kann der erste und/oder der zweite Sensor auch als Multi-Turn-Sensor zur redundanten Drehzahlerfassung oder Single-Turn-Sensor zur Absolutwerterfassung der Rotorlage ausgebildet sein. Die erste und zweite Motorbaugruppe können hierzu auch mehrere erste bzw. zweite Sensoren umfassen.
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Die Zentralelektronik bildet bei einer zusätzlichen, vorteilhaften Variante der Erfindung eine als Modul austauschbare Zentralbaugruppe. Abhängig davon, in welcher Baugruppe bzw. in welchen Baugruppen die Steuerungslogik implementiert ist, kann die Zentralelektronik auch lediglich eine Verbindung zwischen den weiteren Baugruppen und der Steuerung der Applikation, wie beispielsweise der Steuerung eines Transportschlittens, herstellen und keine eigene Intelligenz besitzen. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn die Steuerungslogik auf die erste und zweite Motorelektronik verteilt ist und die Zentralelektronik lediglich dem Informationsaustausch zwischen der ersten und zweiten Motorelektronik oder der ersten und zweiten Motorelektronik und der Applikationselektronik dient. Insbesondere, wenn die Steuerungslogik durch die Zentralelektronik bereitgestellt wird, ist es möglich, diese schnell und effizient gegen eine andere Steuerungslogik auszutauschen. Beispielsweise kann die Steuerungslogik von dem Radantriebsmodul unabhängig angepasst und dann getauscht werden, wodurch sich potentielle Standzeiten einer das Radantriebsmodul verwendenden Applikation verkürzen. Zudem kann die Zentralelektronik bzw. die Zentralbaugruppe bei der Auslegung abhängig von den verwendeten Elektromotoren und/oder einem vorbestimmten Einsatzzweck aus mehreren vorkonfektionierten zur Verfügung stehenden Zentralbaugruppen und mit unterschiedlichen Zentralelektroniken ausgewählt werden.
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Eine weitere Ausgestaltungsvariante sieht vor, dass das Radantriebsmodul ferner einen dritten Sensor zur Erfassung von Radkennwerten des Rades, insbesondere zur Erfassung einer Raddrehzahl des Rades um die Radachse und/oder eines Lenkwinkels des Rades um die Lenkachse, aufweist. Der dritte Sensor ist einen Signalaustausch ermöglichend mit der Zentralelektronik verbunden.
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Insbesondere, wenn die Raddrehzahl und der Lenkwinkel erfasst werden soll, sieht eine vorteilhafte Variante zudem die Verwendung des dritten Sensors für die Raddrehzahl und eines weiteren, beispielsweise sechsten Sensors für den Lenkwinkel vor. Der Lenkwinkel und die Raddrehzahl können aber alternativ auch durch die Drehzahlen der Elektromotoren zusammen mit dem Übersetzungsverhältnis des Überlagerungsgetriebes bzw. den Übersetzungsverhältnissen von den Elektromotoren zu dem Rad bestimmt werden.
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Darüber hinaus umfasst das Radantriebsmodul bei einer weiteren vorteilhaften Variante eine Sicherheitsbremse zur Bremsung einer Rotation des Rades um die Radachse oder um die Lenkachse. Vorzugsweise umfasst das Radantriebsmodul bzw. die Sicherheitsbremse eine zu der Sicherheitsbremse gehörende und diese steuernde Bremselektronik. Die Sicherheitsbremse bzw. die Bremselektronik ist mit der Zentralelektronik verbunden, so dass ein Signalaustausch möglich ist.
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Um eine Rotation des Rades um die Lenkachse sowie eine Rotation des Rades um die Radachse bremsen zu können, kann das Radantriebsmodul zwei in ihrer Funktion voneinander getrennte Sicherheitsbremsen umfassen, die in einer gemeinsamen Baugruppe zusammengefasst sein können.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der dritte Sensor und die Sicherheitsbremse eine als Modul austauschbare Bremsbaugruppe bilden.
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Die Steuerungslogik ist darüber hinaus vorzugsweise ausgebildet, den Elektromotor abhängig von dem verwendeten Typen von Elektromotor oder abhängig von einem Steuerbefehl durch die übergeordnete Applikation mit verschiedenen Steuerverfahren anzusteuern. Beispielsweise kann ein jeweiliger Elektromotor abhängig von seinem Typ durch die Steuerungslogik durch ein feldorientiertes Steuerungsverfahren oder ein anderes für den jeweiligen Typ geeignetes Steuerverfahren angesteuert werden.
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Zur redundanten Erfassung von Mess- bzw. Sensorwerten sieht eine vorteilhafte Ausbildungsvariante ferner vor, dass das Radantriebsmodul einen vierten Sensor zur Erfassung von Motorkennwerten des ersten Elektromotors umfasst. Der vierte Sensor ist insbesondere zur Erfassung einer Drehzahl des ersten Elektromotors vorgesehen. Darüber hinaus kann der vierte Sensor als eine als Modul austauschbare erste Sensorbaugruppe ausgebildet sein.
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Analog umfasst das Radantriebsmodul bei einer ebenfalls vorteilhaften Ausführungsform einen fünften Sensor zur Erfassung von Motorkennwerten des zweiten Elektromotors, insbesondere zur Erfassung einer Drehzahl des zweiten Elektromotors. Der fünfte Sensor ist vorzugsweise ebenfalls als eine als Modul austauschbare zweite Sensorbaugruppe ausgebildet, wobei der vierte und der fünfte Sensor auch in einer gemeinsamen Sensorbaugruppe aufgenommen sein können.
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Zur Ermöglichung des Signalaustauschs können die einzelnen Baugruppen durch eine einfache Verbindung miteinander in Kontakt stehen oder alternativ durch ein Bussystem verbunden sein. Vorzugsweise sind zumindest die erste und zweite Motorbaugruppe durch ein Bussystem mit der Zentralbaugruppe verbunden, so dass das Bussystem den Signalaustausch ermöglicht.
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Darüber hinaus kann durch die Steuerungslogik zur Steuerung der Elektromotoren ein Verfahren implementiert sein, wodurch von der Steuerungslogik von der übergeordneten Applikation beispielsweise nur Sollgeschwindigkeit bzw. Solldrehzahl des Rades um die Radachse sowie ein Solllenkwinkel des Rades um die Lenkachse oder andere auf das Rad bezogene Zustandswerte empfangen werden und durch das Verfahren jeweils Motorsollwerte zur Ansteuerung der beiden Elektromotoren bestimmt werden.
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An die übergeordnete Applikation werden durch das Radantriebsmodul zudem vorzugsweise Zustandsinformationen des Rades und/oder der Elektromotoren weitergeleitet. Um zu verifizieren, dass es sich bei den weitergeleiteten Zustandsinformationen tatsächlich um die korrekten Zustandsinformationen handelt und nicht, beispielsweise durch den Defekt eines Sensors, um falsche Zustandsinformationen, können Informationsquellen, wie beispielsweise Sensoren, redundant vorhanden sein. Die von den Sensoren und Aktoren zur Verfügung stehenden Zustandsinformationen können durch eine Sicherheitslogik umgerechnet und miteinander verglichen werden, um die Zustandsinformationen zu plausibilisieren und verifizieren und solche plausibilisierte bzw. tatsächliche Zustandsinformationen an die übergeordnete Applikation bzw. an die Steuerungslogik zur Steuerung der Elektromotoren weiterzuleiten.
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Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
- 1 ein von einem ersten und einem zweiten Elektromotor durch ein Überlagerungsgetriebe angetriebenes Rad;
- 2 eine schematische Darstellung des Radantriebsmoduls.
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Die Figuren sind beispielhaft schematisch. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren weisen auf gleiche funktionale und/oder strukturelle Merkmale hin.
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In 1 sind das Rad R, der erste und zweite Elektromotor M1, M2 sowie das Überlagerungsgetriebe G zum Antrieb und Lenken des Rades R durch die beiden Elektromotoren M1, M2 dargestellt. Dabei wird durch die 1 nur eine mögliche Ausbildungsalternative des Antriebs des Rades R um die Radachse A und die Lenkachse L durch den ersten und zweiten Elektromotor M1, M2 illustriert. Beispielsweise kann das Rad R unterhalb der Antriebszahnkränze G3, G3' angeordnet sein oder die Elektromotoren M1, M2 eine andere Übersetzung auf die Antriebszahnkränze G3, G3' sowie eine andere Orientierung aufweisen. Das Überlagerungsgetriebe G umfasst in dem dargestellten Beispiel die Ritzel G1, G1', die Zwischenräder G2, G2', die Antriebszahnkränze G3, G3' sowie das Abtriebszahnrad G4 und die Abtriebswelle G5. Darüber hinaus kann das Überlagerungsgetriebe G bei anderen Ausführungsvarianten auch noch weitere Komponenten umfassen.
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Der erste und der zweite Elektromotor M1, M2 treiben den ersten und den zweiten Antriebszahnkranz G3, G3' an. Der erste Elektromotor M1 ist bei der gezeigten Ausführungsform entgegengesetzt zu dem zweiten Elektromotor M2 angeordnet, wobei die Elektromotoren M1, M2 jeweils ein eigenes Motorgetriebe umfassen können. Über jeweils eine Motorwelle sind die Elektromotoren M1, M2 mit jeweils einem Ritzel G1, G1' verbunden.
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Das erste Ritzel G1 greift mit seiner Verzahnung in eine Verzahnung eines ersten Zwischenrades G2 ein, welches mit seiner Verzahnung in eine Antriebsverzahnung des ersten Antriebszahnkranzes G3 eingreift, so dass durch eine Rotation des ersten Ritzels G1 der erste Antriebszahnkranz G3 von dem ersten Elektromotor M1 angetrieben um die Rotationsachse bzw. Lenkachse L rotierbar ist.
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Analog gilt das gleiche für den zweiten Antriebszahnkranz G3'. Das zweite Ritzel G1' greift mit seiner Verzahnung in eine Verzahnung eines zweiten Zwischenrades G2' ein, welches mit seiner Verzahnung in eine Antriebsverzahnung des zweiten Antriebszahnkranzes G3' eingreift, womit durch eine Rotation des zweiten Ritzels G1' der zweite Antriebszahnkranz G3' von dem zweiten Elektromotor M2 angetrieben um die Rotationsachse bzw. Lenkachse L rotierbar ist.
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Zwischen dem ersten und dem zweiten Antriebszahnkranz G3, G3' ist ein Abtriebszahnrad G4 angeordnet, welches mit seiner Verzahnung sowohl in eine zu dem Abtriebszahnrad G4 weisende Verzahnung des ersten Antriebszahnkranzes G3 als auch in eine zu dem Abtriebszahnrad G4 weisende Verzahnung des zweiten Antriebszahnkranzes G3' eingreift. Die Rotation des Abtriebszahnrades G4 (dritte Rotation) ist folglich sowohl von der Rotation des ersten Antriebszahnkranzes G3 (erste Rotation) als auch von der Rotation des zweiten Antriebszahnkranzes G3' (zweite Rotation) bestimmt.
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Von dem Abtriebszahnrad G4 erstreckt sich eine mit dem Abtriebszahnrad G4 drehfest verbundene Abtriebswelle G5 entlang einer Radachse A in Richtung der Rotationsachse bzw. der Lenkachse L der Antriebszahnkränze G3, G3'. An einer von dem Abtriebszahnrad G4 entlang der Radachse A beabstandeten Seite ist das Rad R drehfest mit der Abtriebswelle G5 verbunden, wodurch eine Rotation (dritte Rotation) des Abtriebszahnrades G4 über die Abtriebswelle G5 auf das Rad R übertragen wird. Das Rad R ist wie dargestellt abschnittsweise zwischen dem ersten Antriebszahnkranz G3 und dem zweiten Antriebszahnkranz G3' aufgenommen, welche entlang ihrer Rotationsachse L beabstandet sind und zwischen sich einen Radaufnahmeraum aufspannen. Beide Antriebszahnkränze G3, G3' weisen eine sich entlang der Rotationsachse L durch den jeweiligen Antriebszahnkranz G3, G3' erstreckende Kranzöffnung auf. Das Rad R erstreckt sich zumindest auf seiner dem Boden zugewandten Seite durch die jeweilige Kranzöffnung, womit das Rad R im Wesentlichen fünf Abschnitte aufweist. Ein erster Abschnitt, mit welchen das Rad R zwischen den Antriebszahnkränzen angeordnet ist, zwei zweite Abschnitte, mit welchen das Rad R in den Kranzöffnungen der Antriebszahnkränze G3, G3' angeordnet ist, und zwei dritte Abschnitte, mit welchen das Rad R entlang der Rotationsachse L außerhalb der Antriebszahnkränze G3, G3' liegt. Die Anordnung des Rades R in dem Radaufnahmeraum führt zu drei vorteilhaften Effekten. Der Bauraum des Radantriebsmoduls wird deutlich reduziert, da das Rad R bei einer Lenkbewegung die Antriebszahnkränze G3, G3' nicht umlaufen muss, und der mögliche Lenkwinkel wird erweitert, da das Rad R in den Antriebszahnkränzen G3, G3' um 360° rotiert werden kann, ohne dass die Lenkbewegung bzw. Rotation um die Rotationsachse L durch die Zwischenräder G2, G2' begrenzt ist. Hinzukommt, dass das Rad R von dem Radantriebsmodul 1 bzw. von dem ersten und zweiten Antriebszahnkränzen G3, G3' geschützt wird, da diese einen Käfig um das Rad R bilden.
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In 2 ist das Radantriebsmodul schematisch dargestellt. Durch den Antrieb des Rades R um die Lenkachse L und die Radachse A wird am bzw. durch das Rad R eine Fahrfunktion X2 und eine Lenkfunktion X1 bereitgestellt. Zur Bereitstellung der Lenk- und Fahrfunktion X1, X2 mittels des Überlagerungsgetriebes G, wird dieses durch den ersten und zweiten Elektromotor M1, M2 mittels der ersten und zweiten Wirkverbindung X31, X32 angetrieben.
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Um einen schnellen Austausch der Elektromotoren M1, M2 zu ermöglichen, sind diese mit zugehörigen Komponenten jeweils in einer Motorbaugruppe 101, 102 gebündelt. Die erste Motorbaugruppe 101 bzw. die zweite Motorbaugruppe 102 sind jeweils als Modul schnell und einfach austauschbar. Dadurch kann beispielsweise eine der Motorbaugruppen 101, 102 oder beide Motorbaugruppen 101, 102 gegen eine alternative Motorbaugruppe ersetzt werden, welche einen Elektromotor einer höheren Leistungsklasse sowie mit auf die Steuerung des Elektromotors angepassten Komponenten aufweist.
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Die erste bzw. zweite Motorbaugruppe 101, 102 umfasst hierzu in der gezeigten Ausführungsform jeweils eine erste bzw. zweite Motorelektronik 10, 20 zur unmittelbaren Ansteuerung des jeweiligen Elektromotors M1, M2 sowie einen ersten bzw. zweiten Sensor S1, S2 durch welchen Motorwerte, wie beispielsweise die Rotorposition des jeweiligen Elektromotors M1, M2 ermittelt werden. Bei der gezeigten Ausführungsform ist der erste bzw. zweite Sensor S1, S2 unmittelbar mit der jeweiligen Motorelektronik 10, 20 gekoppelt, wobei die durch die Sensoren S1, S2 ermittelten Motorwerte zur Steuerung des jeweiligen Elektromotors M1, M2 verwendet werden und die Motorwerte bei Bedarf auch an weitere Baugruppen geleitet werden können.
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Die erste und zweite Motorbaugruppe 101, 102 sind über als durchgehende Linien symbolisierte Busleitungen mit der Zentralbaugruppe 103 verbunden, welche eine Zentralelektronik 30 umfasst. Abhängig davon, ob eine Steuerungslogik zur Steuerung der Elektromotoren M1, M2 durch die erste und zweite Motorelektronik 10, 20, die Zentralelektronik 30 oder eine übergeordnete Applikationselektronik 40 implementiert ist, kann die Zentralelektronik auch lediglich eine Verbindung der verschiedenen Daten- bzw. Busleitungen herstellen und dadurch lediglich als Informationsschnittstellte dienen oder aber selbst eine durch die Zentralelektronik implementierte Steuerungslogik besitzen.
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Zur Steuerung der Elektromotoren M1, M2 ist bei der in 2 gezeigten Ausführungsform zudem jeweils ein weiterer Sensor S4, S5 an den Elektromotoren M1, M2 zur Erfassung der Drehzahl der Elektromotoren vorgesehen. Der vierte Sensor S4 ist dem ersten Elektromotor M1 zugeordnet, jedoch nicht Teil der ersten Motorbaugruppe 101, und der fünfte Sensor S5 ist dem zweiten Elektromotor M2 zugeordnet, jedoch nicht Teil der zweiten Motorbaugruppe 102. Der vierte und fünfte Sensor S4, S5 sind bei der gezeigten Ausführungsform jeweils mit der Zentralelektronik 30 verbunden, wobei die Sensorinformationen bzw. die durch den vierten und fünften Sensor S4, S5 erfassten Werte über die Zentralelektronik 30 auch der Applikationselektronik 40 oder der ersten bzw. zweiten Motorelektronik 10, 20 bereitgestellt werden können.
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Um im Falle eines Defekts des ersten oder zweiten Elektromotors M1, M2 einen sicheren Zustand erreichen zu können ist zudem eine Sicherheitsbremse B vorgesehen, welche mit einem dritten Sensor S3 zu einer Bremsbaugruppe 104 zusammengefasst sind. Durch die Sicherheitsbremse B kann zumindest die Fahrfunktion X2 blockiert bzw. die Rotation des Rades R um die Radachse A gebremst werden, so dass das Radantriebsmodul bzw. das Rad R zum Stillstand gebracht und somit ein sicherer Zustand hergestellt werden kann. Der dritte Sensor S3 erfasst dabei unmittelbar Zustandswerte des Rades R, wie beispielsweise die Rotationsgeschwindigkeit oder Drehzahl des Rades R um die Radachse A, wobei die erfassten Werte über die Verbindung der Bremsbaugruppe 104 mit der Zentralelektronik 30 dieser bzw. den weiteren Baugruppen zur Verfügung stehen.
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Die Steuerungslogik zur Steuerung des ersten und zweiten Elektromotors M1, M2 kann auf die erste und zweite Motorelektronik 10, 20 verteilt sein, so dass jeweils nur ein Teil der Rechenlast getragen werden muss. Alternativ kann die Steuerungslogik auch durch die Zentralelektronik 30 bereitgestellt werden, welche der ersten und zweiten Motorelektronik 10, 20 beispielsweise eine Motorsolldrehzahl bereitstellt.
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Alternativ kann die Steuerungslogik auch durch die Applikationselektronik 40 bereitgestellt werden.
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Durch einen Austausch der jeweiligen Baugruppe kann folglich eine implementierte Steuerungslogik schnell durch eine davon abweichende Steuerungslogik ersetzt werden. Hinzukommt, dass die zu Übertragenden Informationen an und von der Steuerungslogik sowie die von der Steuerungslogik zu leistende Rechenlast reduziert werden, da für jedes Radantriebsmodul einer Applikation eine separate Steuerungslogik vorgesehen ist und keine zentrale Steuerungslogik für alle Radantriebsmodule.
