DE102010005040A1 - Device i.e. inclination detection sensor, for detecting inclinations and conversion of measured value of electronic, steplessly addtionally-processable signals, has pendulum including dipping strut and guided in infra-red light barrier - Google Patents
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Abstract
Description
Der Begriff ”Elektrofahrräder” schließt alle möglichen Varianten der gesetzlichen sowie herstellerspezifischen Unterscheidungen und Varianten mit ein.The term "electric bicycles" includes all possible variants of the legal and manufacturer-specific distinctions and variants.
Es ist bekannt, dass Elektrofahrräder diverse Schalter, Gasgriffe und daher notwendige Displays besitzen. Somit kann einiges an Fehlbedienungen passieren, die dann während des Radfahrens korrigiert werden müssen und somit gefährlich werden können.
Dies kann durch Abwendung vom konzentrierten Fahrgeschehen zu Unfällen führen.
Den Schutzansprüchen liegt die Erfindung zur Vermeidung dieser bedauerlichen Geschehnisse zugrunde. Der Vorteil dieser Erfindung ergibt sich aus der Tatsache, dass an einem vollautomatischem ”Elektrofahrrad” weder Schalter, Displays oder anderweitige Bedienteile zu finden sind und somit die Aufmerksamkeit des Radfahrers voll beim Fahrgeschehen bleiben kann.
Also, das Elektrorad einfach aus dem Fahrradkeller holen und losfahren – alles andere geht von selbst, sogar das Ausschalten.It is known that electric bicycles have various switches, throttle handles and therefore necessary displays. Thus, some erroneous operations can happen, which must then be corrected during cycling and thus can be dangerous.
This can lead to accidents by averting concentrated driving.
The claims for protection is based on the invention to avoid these regrettable events. The advantage of this invention results from the fact that on a fully automatic "electric bike" neither switches, displays or other control panels are to be found and thus the attention of the cyclist can remain fully in the driving.
So, just get the electric bike out of the bicycle cellar and drive off - everything else goes by itself, even switching off.
Die Lösung des Problems liegt in der Erfindung dieser speziellen Vollautomatik.The solution to the problem lies in the invention of this special fully automatic.
Die Vollautomatiktechnik besteht aus folgenden Teilerfindungen:
- 1 einem
hallsensorgesteuertem Schwellwerteinschalter 1 /2 - 2 einem Steigungserkennungssensor
- 3 einem Gegenwinderkennungssensor
- 4 einem Sturzerkennungssensor
- 8 einer Tretrichtungserkennung und einer davon abgeleiteten,
- 5 automatischen Akkupack-Abschaltung
- 1 a Hall sensor controlled
threshold value switch 1 /2 - 2 a pitch detection sensor
- 3 a headwind detection sensor
- 4 a fall detection sensor
- 8 a directional sense detection and derived therefrom,
- 5 automatic battery pack shutdown
zu 1)to 1)
Die AufgabeThe task
Das automatische Einschalten muss verhindern, dass sich der Fahrradmotor
Die LösungThe solution
Ein Schwellwerteinschalter
Ausführungsbeispielembodiment
Der Schwellwertschalter
Der Schwellwerteinschalter
Das heißt, ein Impuls erhöht den nächsten, wenn ein Impuls ausfällt, fällt auch die Spannung.That is, one pulse increases the next, and if a pulse fails, the voltage also drops.
Das Auf- und Abgehen der Spannung entspricht dem schnelleren oder langsameren Gehen, Gehspannung
Der Einschaltpunkt
Die Antriebselektronik
Mit diesem Detail der Erfindung ist sichergestellt, dass bedienungsfrei und automatisch ohne Fehleinschaltung, durch versehentliches Betätigen des Tretarmes, der Motor zu Drehen beginnen kann.With this detail of the invention, it is ensured that the motor can start to rotate without operator intervention and automatically without incorrect activation, by accidentally actuating the pedal arm.
Hinweis: Die hallsensorgenerierte Tachospannung kann auch dynamisch erzeugt werden.Note: The Hall sensor-generated tachometer voltage can also be generated dynamically.
zu 2)to 2)
Um beim Radfahren in hügeligem Gelände nicht ständig am Unterstützungsstromschalter für den Motor hantieren zu müssen schafft ein Steigungserkennungssensor Abhilfe.In order to avoid having to constantly work on the support current switch for the motor when cycling in hilly terrain, a gradient detection sensor provides a remedy.
Da industriell hergestellte Neigungssensoren große Winkelbereiche abdecken, hier aber nur max. 8° Ausschlag benötigt werden, wäre der kleine Datenausschnitt für dieses Vorhaben ungeeignet, bzw. der Aufbereitungsaufwand zu hoch für diesen einfachen Zweck.Since industrially produced tilt sensors cover large angular ranges, but here only max. 8 ° rash are needed, the small data would be unsuitable for this project, or the Aufbereitungsaufwand too high for this simple purpose.
Auch liegt die Preisgestaltung bei Sondermengen dann außerhalb üblicher Reichweiten. Also, the pricing for special quantities then outside normal ranges.
Die AufgabeThe task
Die Konstruktion eines schmalbandigen, in seiner Bauart sehr robusten Neigungsserkennungssensors mit präziser Messwertausgabe in weitem Spannungsbereich bei gleichzeitig langer Lebensdauer und preisgünstiger Herstellung.The design of a narrow-band, in its design very robust inclination detection sensor with precise measurement value output in a wide voltage range with a long service life and low-cost production.
Die LösungThe solution
Eine pendelgesteuerte Infrarotlichtschranke mit Abblendschwert und Verzögerungsgewicht in Dämpfungsöl schwenkend
Dieser Neigungssensor gibt zwischen Ebene- und 7° Bergfahrt ein, genau der Abblendkontur
Mit dieser hohen Spannungsdifferenz lassen sich erdenklich viele, feinfühlige Steuerschaltungen realisieren.With this high voltage difference, it is possible to realize many sensitive control circuits.
Ausführungsbeispiel Fig. 5Embodiment FIG. 5
Der Sensor besteht hier aus einem hermetisch geschlossenem Acrylgehäuse
Zur einmaligen Einjustierung auf mechan. ”0” ist die Trägerwand
Zudem ist der Steigungssensor sehr robust gebaut, so dass ...
- – das
Pendel 26 oben nicht aus demPrismenwinkel 25 springen kann, weil es zwischenPendelträger 25 undDeckel 34 nur 0,2mm Luftspalt 39 hat. - – das Pendel
26 durch einbreites Auflagelineal 35 nicht aus der senkrechten Arbeitslage gebracht werden kann. - – das
Pendelgewicht 31 durch dieseitlichen Schlupfanschläge 36 geführt, durch denÖlgleitfilm 37 zwischenPendelgewicht 31 undSchlupfanschlägen 36 nicht anklebt, und so immer den aktuellen Steigungswert bei rauem wie bei ruhigem Fahrbetrieb weiterleitet. - – das
Auflagelineal 35 und derPrismenwinkel 25 aus verschieden hartem Material sind und somit äußerst geringer Verschleiß entsteht; die Garantie für lange Lebensdauer.
- - the
pendulum 26 not at the top of theprism angle 25 can jump because it is betweenpendulum carrier 25 andlid 34 only 0.2mm air gap 39 Has. - - the
pendulum 26 through awide support ruler 35 can not be brought out of the vertical working position. - - the
pendulum weight 31 through the lateral slip stops36 guided, by theoil sliding film 37 betweenpendulum weight 31 and slips36 does not stick, and so always forward the current slope value in rough as in quiet driving. - - the
pad ruler 35 and theprism angle 25 made of different hard material and thus extremely low wear occurs; the guarantee of long life.
Der Pendelanschlag
Der Pendelanschlag
Die feinnervig erzeugte Ausgangsspannung
Obendrein sind durch die individuelle Ausgestaltung der Abblendkurve
Mit diesem Detail der Erfindung ist sichergestellt, dass bedienungsfrei und automatisch geregelt auch verschieden steile Berge bei gleichbleibender Trittstärke hoch gefahren werden können.With this detail of the invention it is ensured that operated and automatically controlled also different steep mountains can be driven at a constant tread strength.
zu 3)to 3)
Jeder Fahrradfahrer weiß wie unschön es ist Gegenwind zu haben. Es fühlt sich an als würde man eine Steigung hoch fahren ... und das ist der Ansatzpunkt. Man sollte also einen Sensor haben der die relative Luftgeschwindigkeit misst und über eine Steuerung den Fahradmotor nachregelt.Every cyclist knows how unpleasant it is to have headwind. It feels like you're going up an incline ... and that's the starting point. So you should have a sensor that measures the relative air speed and readjusted by a control of the bicycle engine.
Die in Katalogen aufgefundenen Luftdrucksensoren sind entweder ”zu breit” in der Anwendung, von zu hoher Komplexität oder entsprechen nicht in der Verarbeitung der Ausgangswerte.The air pressure sensors found in catalogs are either "too wide" in the application, of too high complexity or not in the processing of the output values.
Die AufgabeThe task
Die Konstruktion eines einfachen, robusten Gegenwindmessers mit elektronisch, einfach verwertbarem Ausgangssignal.The construction of a simple, robust wind counter knife with electronic, easy-to-use output signal.
Außerdem muss der Sensor zwischen Fahrtwind und Gegenwind unterscheiden können.In addition, the sensor must be able to distinguish between wind and headwind.
Die LösungThe solution
Ein sich leichtläufig drehender Windmesser dessen Drehbeginn bei ca. 20 km/h liegt.A slightly rotating anemometer whose start of shooting is about 20 km / h.
D. h. Luftdruck der über 20 km/h liegt wird als Gegenwind erkannt und zur Regelung herangezogen. Die Ausgangsspannung wird erst ab 25 km/h bewertet.Ie. Air pressure above 20 km / h is detected as a headwind and used for control. The output voltage is rated only from 25 km / h.
Das ist die gesetzl. vorgeschriebene max. Fahrgeschwindigkeit für Pedelecs.That's the law. prescribed max. Driving speed for pedelecs.
Ausführungsbeispiel Fig. 8Embodiment FIG. 8
Der Sensor besteht aus einem Acrylrohr
Als Steuerspannungsgewinnung wird die erprobte Hallsensortechnik
Technisch hochwertige, schmiermittelfreie Leichtlauf-Präzisionskugellager
Die Flügelenden des Propellers
Diese erzeugen, in einer IC-Schaltung
Die Masse der Propeller hat eine gewisse Kinetik die verhindert, dass der Gegenwindmesser jeder kleinen Luftdruckveränderung sprunghaft folgt, z. B. wenn ein LKW entgegenkommt.The mass of the propellers has a certain kinetics which prevents the wind counter blade from following any small change in air pressure, eg. B. when a truck comes to meet.
Mit diesem Detail der Erfindung ist sichergestellt, dass bedienungsfrei und automatisch geregelt auch bei verschiedenen, wechselnden Gegenwindstärken mit gleichbleibender Trittstärke Rad gefahren werden kann.With this detail of the invention it is ensured that operated and automatically controlled even at different, changing headwind strengths with constant pedal strength wheel can be driven.
zu 4)to 4)
Die sehr hohen Kurzschlussströme moderner Lithium-Ionen Akkus stellen die absolute Sicherheit bei E-Fahrrädern in den Focus. Ein durch einen Sturz verursachter Kurzschluss kann Drähte zum Glühen bringen und Akkus explodieren lassen, ganz zu schweigen davon, dass ein gestürztes E-Fahrrad im ”Gestörten Betrieb” auf dem evtl. darunter liegendem Unfallopfer ohne Ende weiter dreht.The very high short-circuit currents of modern lithium-ion batteries put the absolute safety of electric bicycles in the focus. A short circuit caused by a fall can cause wires to glow and batteries to explode, not to mention that a crashed e-bike in the "disturbed operation" continues to turn on the possibly underlying accident victim without end.
Besonders wichtig ist, dass die Abschaltung bereits im Entstehen eines Sturzes erfolgt und man als ”Stürzender” mit dem Abschalten nichts zu tun hat da es vollautomatisch erfolgt.It is particularly important that the shutdown is already in the emergence of a fall and you as a "falling" with the shutdown has nothing to do because it is fully automatic.
Die AufgabeThe task
Konstruktion eines mechanisch sicheren, vorausschauenden und zuverlässig abschaltenden Sturzerkennungssensors.Construction of a mechanically safe, predictive and reliable turn-off detection sensor.
Die LösungThe solution
Ein Sturzsensor der zuverlässig ab einer Neigung von ca. 30° den Akkupack sicher von der Antriebselektronik abschaltet.A fall sensor that switches off the battery pack safely from the drive electronics reliably from an inclination of approx. 30 °.
Auch muss er unempfindlich gegen jegliche Art von Fahrerschütterungen sein.He must also be insensitive to any kind of rider vibration.
Ausführungsbeispiel Fig. 10Embodiment FIG. 10
Um dem Sturzsensor die beschriebene Verhaltenscharakteristik zu verleihen sind einige besondere Konstruktionsmerkmale einzubringen.In order to give the lintel sensor the described behavioral characteristics, some special design features have to be introduced.
Das hermetisch geschlossene Gehäuse
Als Kontaktgeber
Der optimale Sturzerkennungswinkel
Um ein hochsensitives Schaltvermögen zu garantieren müssen bereits kleinste Nadelimpulse
Weiter ist es sehr nützlich wenn die Kugel
Mit diesem Detail der Erfindung ist sichergestellt, dass bedienungsfrei und automatisch lange vor der Vollendung eines Sturzes die gesamte Antriebselektronik vom Akkupack getrennt ist.This detail of the invention ensures that the entire drive electronics are disconnected from the battery pack long before the completion of a fall, without any operator assistance and automatically.
zu 8)to 8)
Wird nicht behandelt, da Stand der Technik durch gesetzl. Vorschriften.Is not treated, since prior art by law. Regulations.
zu 5)to 5)
Um der angestrebten Vollautomatik gerecht zu werden muss sich das E-Fahrrad, bei ”Nichtgebrauch”, auch automatisch ausschalten. Akkuschonung!In order to meet the desired fully automatic, the e-bike, when "not in use", also switch off automatically. Battery optimized!
Die AufgabeThe task
Entwicklung einer elektronischen Schaltung die, nach Ablauf einer bestimmten Zeit des Nichtgebrauchs, den Akkupack
Die LösungThe solution
Eine ”abwärtszählende” Schaltung deren Startmarke sich aus einer Impulsbewegung bedient die sich ihrerseits an der zuletzt gemachten Tretbewegung orientiert.A "down-counting" circuit whose start mark is operated from a momentum movement which in turn is based on the last made pedaling.
Und das ist in diesem Falle die gesetzl. vorgeschriebene Tretrichtungs- und Tretstoperkennung,And that is the law in this case. prescribed puncture and pedal-stop detection,
Ausführungsbeispiel Fig. 11Embodiment FIG. 11
Die gesetzl. vorgeschriebene Tretrichtungs- und Tretstoperkennungsstufe, Tretarmsensorik
Am Ende der TimeOut-Laufzeit von 4,2 min. wird ein Kurzimpuls
Somit ist der Akkupack
Mit diesem Detail der Erfindung ist sichergestellt, dass das Elektrofahrrad bedienungsfrei und vollautomatisch mit der gesamten Antriebselektronik vom Akkupack getrennt ist.With this detail of the invention it is ensured that the electric bicycle is disconnected from the battery pack without any operation and fully automatically with the entire drive electronics.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
Fig. 1 Blockschaltbild
- 1
- Schwellwert-Einschalter
- 2
- Steigungserkennungssensor
- 3
- Gegenwinderkennungssensor
- 4
- Sturzerkennungssensor
- 5
- Autom. Ausschalter ”TimeOut”
- 6
- Tretarmsensorik
- 7
- Auswerteelektronik ”Spannungsaddierer”
- 8
- Controller f. Motor
- 9
- Motor
- 10
- Akkupack 36 V
- 11
- Tachospannung
- 12
- Magneten f. Hallsensoren
- 13
- Halleffektsensor
- 17
- Antriebselektronik
- 18
- Leistungs-Einschaltrelais
- 19
- ON-Impuls
- 1
- Schwellwert-Einschalter
- 9
- Motor
- 11
- Tachospannung
- 12
- Magneten f. Hallsensoren
- 13
- Halleffektsensor
- 20
- Radbewegung
- Am Beispiel: Fahrrad aus dem Schupfen holen und bis zum Stopschild fahren!
- 14
- Gehspannung
- 15
- Fahrspannung
- 16
- Einschaltpunkt der Schwellwert-Spannung
- 21
- Tachoimpulse
- 22
- Abblendkurve
- 23
- Abblendschwert
- 24
- Acrylgehäuse
- 25
- Prisma/Pendelträger/Prismenwinkel
- 26
- Pendel
- 27
- Infrarot-Sende- und Empfangsdioden
- 30
- Dämpfungsöl
- 31
- Pendelgewicht
- 32
- Trägerwand
- 33
- Justierausschnitt
- 34
- Deckel
- 35
- Auflagelineal
- 36
- Schlupfanschläge
- 37
- Ölgleitfilm
- 38
- Pendelanschlag
- 39
- Luftspalt
- 28
- Ausgang der Schaltung
- 29
- Spannungskurve
- 40
- Acrylrohr
- 41
- Propeller
- 42
- Passier-Bohrungen
- 43
- Hallsensorik
- 44
- Impulserzeugung
- 45
- Windbewegungskräfte
- 46
- Kugellager
- 47
- Magnete
- 48
- Halleffektsensor
- 49
- Ausgangsspannung
- 50
- IC-Schaltung
- 51
- Kugel
- 52
- Kugellauframpen
- 53
- Bremskante für minimale Neigungen
- 54
- Abweiskannte für mittlere Neigungen
- 55
- Kontakt/Kontaktgeber
- 56
- Elektronik
- 57
- Sturzerkennungswinkel
- 58
- Kontaktplättchen liegend
- 59
- Kontaktplättchen stehend
- 60
- Prellzustände/Nadelimpulse/Signalbündel
- 61
- Dämpfungsmedium
- 62
- Schleppkeil
- 63
- Gehäuse
- 64
- Kontaktausleitungen
- 65
- Impulsformer
- 66
- Abschaltimpuls
- 67
- Startmarke
- 68
- letzter Tretimpuls
- 69
- Tretkurbel
- 70
- Kurzimpuls 455 ms
- 1
- Threshold power switch
- 2
- Slope detection sensor
- 3
- Headwind detection sensor
- 4
- Fall detection sensor
- 5
- Auto off switch "TimeOut"
- 6
- Tretarmsensorik
- 7
- Evaluation electronics "voltage adder"
- 8th
- Controller f. engine
- 9
- engine
- 10
- Battery pack 36 V
- 11
- tacho voltage
- 12
- Magnets f. Hall sensors
- 13
- Hall effect sensor
- 17
- drive electronics
- 18
- Power switch-on
- 19
- ON pulse
- 1
- Threshold power switch
- 9
- engine
- 11
- tacho voltage
- 12
- Magnets f. Hall sensors
- 13
- Hall effect sensor
- 20
- wheel movement
- Example: Get the bike out of the way and drive to the stop sign!
- 14
- Gehspannung
- 15
- driving voltage
- 16
- Switch-on point of the threshold voltage
- 21
- Speed pulse
- 22
- Abblendkurve
- 23
- Abblendschwert
- 24
- acrylic case
- 25
- Prism / pendulum carrier / prism angle
- 26
- pendulum
- 27
- Infrared transmitting and receiving diodes
- 30
- damping oil
- 31
- bob
- 32
- support wall
- 33
- Justierausschnitt
- 34
- cover
- 35
- edition ruler
- 36
- slip attacks
- 37
- Ölgleitfilm
- 38
- pendulum stop
- 39
- air gap
- 28
- Output of the circuit
- 29
- voltage curve
- 40
- acrylic pipe
- 41
- propeller
- 42
- Pulping bores
- 43
- Hall sensor
- 44
- pulse generation
- 45
- Wind moving forces
- 46
- ball-bearing
- 47
- magnets
- 48
- Hall effect sensor
- 49
- output voltage
- 50
- IC circuit
- 51
- Bullet
- 52
- Ball ramps
- 53
- Brake edge for minimum inclinations
- 54
- Rejection known for medium inclinations
- 55
- Contact / contactor
- 56
- electronics
- 57
- Fall detection angle
- 58
- Contact plate lying
- 59
- Contact tiles standing
- 60
- Prell states / spikes / burst
- 61
- damping medium
- 62
- drag wedge
- 63
- casing
- 64
- Kontaktausleitungen
- 65
- pulse shaper
- 66
- turn-off
- 67
- start brand
- 68
- last tread pulse
- 69
- crank
- 70
- Short pulse 455 ms
Claims (6)
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