DE10152553A1

DE10152553A1 - Radnabenantrieb für Fahrzeuge mit Tretantrieb und Kraftübertragung durch Zugmittelgetriebe

Info

Publication number: DE10152553A1
Application number: DE2001152553
Authority: DE
Inventors: Joern-H Schaefertoens
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-10-24
Filing date: 2001-10-24
Publication date: 2003-05-08

Abstract

Radnabenantrieb für Fahrzeuge mit Tretantrieb und Kraftübertragung Zugmittelgetriebe, gekennzeichnet durch einen Kraft-Sensor zur Steuerung des Antriebs, der innerhalb der Radnabe angeordnet ist und die Kraftwirkung des Zugmittels auf die Achse des durch die Tretbewegung angetriebenen Rades erfaßt, DOLLAR A Radnabenantrieb für Fahrzeuge mit Tretantrieb und Kraftübertragung Zugmittelgetriebe, gekennzeichnet durch einen Kraft-Sensor zur Steuerung des Antriebs, der innerhalb der Radnabe angeordnet ist und die Kraftwirkung des Zugmittels auf die Achse des durch die Tretbewegung angetriebenen Rades erfaßt, DOLLAR A weiterhin gekennzeichnet durch einen Sensor, der die Relativbewegung des Zugmittels gegenüber der Radnabe erfaßt, DOLLAR A weiterhin gekennzeichnet durch Sensoren zur Erfassung der Nabendrehzahl, DOLLAR A weiterhin gekennzeichnet durch eine Regelelektronik, die vorzugsweise innerhalb der Radnabe angeordnet ist, Treiber für die Sensoren und Motorsteller enthält, sowie einen Regler für die Umsetzung der Meßwerte in die gewünschte Servocharakteristik, DOLLAR A weiterhin gekennzeichnet durch die Möglichkeit einer Beeinflussung der Regelcharakteristik durch Rückwärtsdrehen des Antriebsritzels durch Auswertung der Drehzahl oder Anzahl von Umdrehungen oder unterschiedlicher Zeiten zwischen zwei Bewegungsimpulsen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Radnabenantrieb für Fahrzeuge mit Tretantrieb und Kraftübertragung durch Zugmittelgetriebe, gekennzeichnet durch einen Kraft-Sensor zur Steuerung des Antriebs, der innerhalb der Radnabe angeordnet ist und die Kraftwirkung des Zugmittels auf die Achse des durch die Tretbewegung angetriebenen Rades erfaßt.

Die Entwicklung von Unterstützungsantrieben für Fahrräder, die sich unter dem Begriff "Extra-Energie" einordnen läßt, fordert die Verwendung eines Sensors der die Leistung des Unterstützungsantrieb proportional zur Leistung des Fahrers regelt, so dass sich ein Servoeffekt ergibt.

Die Anforderungen an den Sensor sind eine gute Proportionalität des Servoeffektes, gute mechanische Stabilität, zuverlässiger Betrieb bei jedem Wetter, geringer Aufwand für die Installation, niedriger Preis.

Diesen Anforderungen werden die bisher ausgeführten Lösungen nur teilweise gerecht. Hebel die unter Federspannung auf die Fahrradkette gedrückt werden und deren Winkel potentiometrisch erfasst wird, sind preiswert aber ungenau und durch mechanische Befestigungselemente und lange Anschlußleitungen störanfällig.

Schraubentriebe die durch das Drehmoment eine Querverschiebung erzeugen, die vorzugsweise induktiv gemessen wird, arbeiten zuverlässig erzeugen aber eine unangenehm weiches Gefühl beim Treten der Antriebspedale, sind verhältnismäßig teuer und nur in Antriebseinheiten an der Tretkurbel zu realisieren.

Eine Nachrüstung bei vorhandenen Fahrzeugen scheidet damit aus.

Andere Verfahren, die die Antriebskraft durch Messung von Tretfrequenz und Geschwindigkeit errechnen sind nur in bestimmten Betriebszuständen ausreichend genau.

Aufgabe der Erfindung ist deshalb die Schaffung eines Antriebs mit genauer, preiswerter und zuverlässiger Sensorsteuerung des Unterstützungsantriebs.

Die Aufgabe wird durch einen Radnabenmotor gelöst, dessen Steuerung einschließlich aller Sensoren in die Radnabe integriert ist. Ein solcher Antrieb ist problemlos bei jedem Fahrrad nachzurüsten, erfordert keinen Aufwand durch die Installation externer Steuerungselemente und ist zuverlässig, da Montagefehler ausgeschlossen sind und externe Kabel, die beschädigt werden könnten nicht vorhanden sind.

Der vorzugsweise in dem mit einer Kette als Zugmittel angetriebenen Hinterrad zu integrierende Unterstützungsantrieb wird dazu mit einem Sensor ausgestattet, der die Biegebeanspruchung der Hinterachse senkrecht zur Schwerkraftrichtung, also im wesentlichen in Richtung des Kettenzuges mißt. Als Sensorelement kommt vorzugsweise ein Dehnungsmeßstreifen zum Einsatz, der unter dem kettenseitigen Achs-Lager auf der Welle aufgeklebt ist. Der notwendige Platz für den Dehnungsmessstreifen wird durch eine Abflachung der Welle gewonnen, die in Fahrrichtung bzw. entgegen der Fahrtrichtung weist. Die Gewichtskraft wirkt senkrecht zum Kettenzug und beeinflußt die Messung in vernachlässigbarer Größenordnung.

Zusätzliche Informationen zur Verbesserung der Regeleigenschaften oder Betriebssicherheit können aus der Messung der Raddrehzahl und ggf. einer Abfrage für die Relativbewegung des Kettenritzels gegenüber der Radnabe gewonnen werden. Die bei bürstenlosen Antrieben üblichen Kommutierungssensoren können zur Drehzahlmessung genutzt werden. Damit kann eine Geschwindigkeitsabhänge Servocharakteristik eingestellt werden. Durch die Auswertertung der Ritzelbewegung kann der Zustand "Kettenzug nicht vorhanden" zum Null-Setzen der Zugkraft verwendet werden. Damit läßt sich die Gewichtsbelastung sogar vollständig kompensieren. Über eine Rückwärtsdrehung der Tretkurbel könnte der Fahrer in Verbindung mit einer entsprechenden Auswertung eine Programmierung des Servoreglers vornehmen und damit während der Fahrt die Charakteristik der Regelung in einem vorgegebenen Rahmen an seine Bedürfnisse anpassen.

Das Abschalten des Antriebs bei fehlender Kettenbewegung und bei Stillstand des Rades ist eine zusätzliche doppelte Sicherheit gegen ungewollte Bewegung des Antriebes. Ein weiterer Vorteil der Sensorsteuerung ist der damit mögliche Verzicht auf externe Bedienelemente am Lenker die damit verbundene Verkabelung.

Bezüglich des Motorprinzips bestehen keine prinzipiellen Einschränkungen. Die Vorteile der Sensorregelung werden aber erst bei vollständiger Integration von Motorsteller und Sensorelektronik in die Radnabe ausgeschöpft, weil damit die Verkabelung auf eine Leitung zum Hauptschalter der Stromversorgung minimiert wird. Der Rückleiter kann durch eine Masseverbindung dargestellt werden.

Der Erforderliche Platz kann dabei am besten durch die Verwendung einer einphasigen Transversalfußmaschine gewonnen werden, die höchste Leistungsdichte mit bestem Wirkungsgrad vereint.

Die Fig. 1 und 2 zeigen einen Radnabenmotor beispielhaft mit einem einphasigen Transversalflussmotor (8) in einer Doppelanordnung von Ecksammlern im als Radnabe (1) ausgebildeten magnetisch aktiven Rotor. Die Steuerung ist auf einer Scheibenförmigen Platine untergebracht, auf der sich die Sensoren (5) für die Bestimmung der Rotorlage befinden; Sensoren (6) für die Erkennung der Rizelbewegung sowie die Kommutierungelektronik für den Motor und die Sensorelektronik für den Kraftsensor sowie ein Microcontroller für die Regelung und ggf. die Programmierung des Antriebs während der Fahrt.
Auf das Nabenghäuse ist das Ritzelpacket (3) der Kettenschaltung wie üblich aufgeschraubt. Unter dem Ritzelseitigen Lager (9) ist der Kraftsensor (7) auf die Achse 2 aufgeklebt. Der Leiter (10) für die Stromversorgung ist vorzugsweise auf der gegenüberliegenden Seite herausgeführt.

Claims

Radnabenantrieb für Fahrzeuge mit Tretantrieb und Kraftübertragung Zugmittelgetriebe, gekennzeichnet durch einen Kraft-Sensor zur Steuerung des Antriebs, der innerhalb der Radnabe angeordnet ist und die Kraftwirkung des Zugmittels auf die Achse des durch die Tretbewegung angetriebenen Rades erfaßt,
Radnabenantrieb für Fahrzeuge mit Tretantrieb und Kraftübertragung Zugmittelgetriebe, gekennzeichnet durch einen Kraft-Sensor zur Steuerung des Antriebs, der innerhalb der Radnabe angeordnet ist und die Kraftwirkung des Zugmittels auf die Achse des durch die Tretbewegung angetriebenen Rades erfaßt,
weiterhin gekennzeichnet durch einen Sensor, der die Relativbewegung des Zugmittels gegenüber der Radnabe erfaßt,
weiterhin gekennzeichnet durch Sensoren zur Erfassung der Nabendrehzahl,
weiterhin gekennzeichnet durch eine Regelelektronik, die vorzugsweise innerhalb der Radnabe angeordnet ist, Treiber für die Sensoren und Motorsteller enthält, sowie einen Regler für die Umsetzung der Meßwerte in die gewünschte Servocharakteristik,
weiterhin gekennzeichnet durch die Möglichkeit einer Beeinflussung der Regelcharakteristik durch Rückwärtsdrehen des Antriebsritzels durch Auswertung der Drehzahl oder Anzahl von Umdrehungen oder unterschiedlicher Zeiten zwischen zwei Bewegungsimpuslen.