DE102017001742A1

DE102017001742A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Antriebssteuerung von Schub-Anhängern

Info

Publication number: DE102017001742A1
Application number: DE102017001742.5A
Authority: DE
Inventors: Andreas Schell; Peter Ostermeier
Original assignee: Electrail GmbH
Current assignee: E2trail De GmbH
Priority date: 2017-02-23
Filing date: 2017-02-23
Publication date: 2018-08-23

Abstract

Die Erfindung betrifft die Steuerung eines Anhängers (1) mit eingebautem Hilfsmotor (2) für Fahrräder oder ähnliche, nicht motorisierte Fahrzeuge. Das Antriebssystem ist für den Schub- oder den kombinierten Schub- und Bremsbetrieb ausgelegt. Die Trägheitskräfte von Anhängern sind abhängig von der Masse des Anhängers und der Beschleunigung bei jeglicher Änderung der Geschwindigkeit. Bei Anhängern ohne Motor ist die Masse wegen der resultierenden Zugkraft limitiert. Ohne Bremseinrichtung im Anhänger können beim Bremsen hohe Schubkräfte entstehen.
Die Antriebsleistung wird in der hier vorliegenden Lösung aus der Zug- oder der Schubkraft abgeleitet, die zwischen Zugfahrzeug (3) und Anhänger über die Deichsel (4) übertragen wird. Die Messung der Deichsel-Schub- oder Zugkraft erfolgt kontinuierlich mit einem Kraftsensor in der Deichsel. Sie wird im Sinne eines Regelkreises als Messgröße zum Stellen der Schub- oder Zugkraft verwendet, die der Antriebsmotor entwickelt. Insbesondere Elektromotoren können in einem solchen Gespann mit Vorteil sowohl als Schub- als auch Bremsaggregat eingesetzt werden.
Einsatzgebiet für die beschriebene Vorrichtung sind insbesondere Schubanhänger für kleine, teilweise nur mit Muskelkraft betriebene Gespanne. Die Steuerung des Antriebs im hier beschriebenen Sinne kann zu einer nahezu vollständigen Entlastung der Deichsel oder zum Anlegen einer von Beschleunigung und Bremsung unabhängigen, konstanten Schub- oder Zugkraft verwendet werden. Dieses Verhalten ist unter dem Begriff „Phantomanhänger“ bekannt.

Description

Die Erfindung betrifft die Steuerung eines Antriebssystems für Fahrrad- oder sonstige Anhänger, die zum Befördern von Personen und Lasten geeignet sind und mit wenigstens einem elektrisch angetriebenen Antriebsrad, beispielsweise als Radnaben-Motor, sowie einem elektrischem Energiespeicher zur Versorgung des Antriebsrades mit elektrischer Energie. Lastenanhänger und Kinderanhänger für Fahrräder, sowie Fahrräder mit einer Ladefläche sind lange bekannt und weit verbreitet. Bisweilen werden solche Fahrräder oder Gespanne mit Antriebsmotoren z.B. elektrischen Radnaben-Motoren eingesetzt, um den Lenker des Fahrrades ganz oder teilweise beim Vortrieb des Fahrzeugs zu unterstützen.
Insbesondere bei niedrigen Antriebsleistungen und falls der Antrieb nicht zu jeder Zeit benötigt wird, erscheint der Einbau des Antriebsmotors in den Anhänger vorteilhaft. In vielen Fällen erscheint nämlich nur beim Befördern von Lasten eine motorische Unterstützung notwendig und sinnvoll. Die Kombination aus motor-unterstütztem Anhänger und nicht motorisiertem Fahrrad ist dem elektrisch unterstützten Fahrrad mit nicht motorisiertem Anhänger annähernd gleichwertig.
Der Antrieb kann, falls er im Anhänger eingebaut ist, komplett vom Fahrrad abgekoppelt werden, so dass nur im Bedarfsfall mit wenigen Handgriffen ein Umbau eines nicht motorisierten Fahrrads zum motorisierten Gespann erfolgen kann. Der Platzbedarf für einen Fahrradanhänger ist, abhängig vom Aufbau, klein.
Die Steuerung eines Antriebes erfolgt, auch im Falle motorisierter Gespanne, in der Regel vom Lenker des Fahrrades aus. Realisiert wird dies durch Bedienelemente, die vorteilhaft kabellos ausgeführt werden können, so dass nur minimale Umbaumaßnahmen am Fahrrad erforderlich sind und keine langen Kabel zur Übertragung von Steuersignalen im Gespann verbaut werden müssen.
Bisher ist zur Steuerung des Antriebs die manuelle Bedienung von Schalt- und Regelelementen am Lenker des Fahrrades erforderlich. Bei handelsüblichen elektrisch unterstützten Fahrrädern ist die Regelung der Motorleistung in Abhängigkeit von der Pedalumlaufgeschwindigkeit und/oder des am Pedal anliegenden Drehmoments üblich. Das Ausmaß der Unterstützung ist von Bedienelementen am Lenker einstellbar.
Bei einem über eine Deichsel mit dem Zugfahrzeug verbundenen Anhänger stellt sich die Aufgabe, die Kräfte, insbesondere Zug-, Schub- und Stütz- und Hebekräfte zu kontrollieren, die über die Deichsel auf das Zugfahrzeug übertragen werden. Stand der Technik sind insbesondere bei größeren Anhängern mechanische Auflauf-Bremssysteme, die der Massenträgheit des Anhängers beim Bremsen entgegen wirken. Bei Fahrradanhängern werden diese eher selten verbaut.
Die in den Schutzansprüchen dargelegte Erfindung beschäftigt sich mit der Aufgabe, Schub- und Zugkräfte zwischen Zugfahrzeug und Anhänger durch Steuerung des im Anhänger verbauten Antriebs zu steuern und zu regeln. Das Ziel ist es dabei, einen Motor, der sowohl als Schubaggregat als auch als, z.B. elektrodynamische Bremse wirken kann, über einen in der Deichsel verbauten Kraftmesser und einen entsprechenden Regelkreis so zu regeln, dass Schub- und Zugkräfte zwischen Zugfahrzeug und Anhänger entweder minimiert, oder neutralisiert, oder auf einen konstanten Wert eingestellt werden können. Der Kraftsensor kann beispielsweise unter Einsatz eines FSR-Sensors (Force Sesitive Resistor) aufgebaut werden, dessen Signal in der Motorsteuerung weiter verarbeitet wird. Eine andere Lösung ist die Wegmessung an einer Feder und Übersetzung des entsprechenden Signals zur Weiterverarbeitung in der Motorsteuerung. Als Motor kann beispielsweise ein getriebeloser Synchronmotor verbaut werden, der im Schubbetrieb über einen Wechselrichter mit elektrischer Energie versorgt wird und im Bremsfall entweder durch getaktetes Kurzschließen der Wicklungen die kinetische Energie des Fahrzeugs thermisch, z.B. über einen Heizwiderstand, vernichtet oder als Aggregat zur Energierückgewinnung eingesetzt wird, wobei ein Teil der elektrischen Energie in den Energiespeicher zurück geführt wird.

Claims

Antriebssteuerung für Anhänger zum Antrieb von Fahrrädern und ähnlichen, nicht motorisierten Fahrzeugen mit zumindest einem Rad, davon zumindest ein Rad des Anhängers mit einem Hilfsmotor gekoppelt, der vorzugsweise als Radnabenmotor ausgeführt ist, ausgebildet als Einrichtung zum Befördern von Personen und Lasten, sowie elektrischem Energiespeicher zur Versorgung des Antriebsrades mit elektrischer Energie dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung oder Regelung des Antriebsmotors mit einem Messmittel für die Schub- oder Zugkraft erfolgt, die der Anhänger in das ziehende Fahrzeug, beispielsweise ein Fahrrad, über die Deichsel einleitet und die gemessene Schub- oder Zugkraft eine Änderung der Antriebsleistung des Anhängers im Sinne einer Verkleinerung des Betrags oder die Einstellung eines Bereichs der anliegenden Zug- oder Schubkraft bewirkt.
Antriebssteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Messmittel für die Schub- oder Zugkraft der Deichsel die Mess-Signale kabellos oder kabel-gebunden an die Steuerung des Antriebsmotors leitet.
Antriebssteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung der Deichsel-Schubkraft durch eine Wegmessung an einer Feder erfolgt.
Antriebssteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung der Deichsel-Schubkraft durch einen so genannten „Force Sensing Resistor“ erfolgt.
Antriebssteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor des Anhängers für den reinen Schub-Betrieb oder für Schub- und, beispielsweise, elektrodynamischen Bremsbetrieb wahlweise unter Rückgewinnung elektrischer Energie, ausgelegt ist.
Antriebssteuerung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierung des Antriebssystems durch Fahrtaufnahme, oder ein Signal aus einem entsprechenden Bedienelement am Zugfahrzeug, oder über Messung der Pedalbewegung an einem ziehenden Fahrrad erfolgen kann.
Antriebssteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorwärtsumlauf der Pedalkurbel des Fahrrads zur Aktivierung der Schubfunktion führt, und dies auch nur, wenn der Antrieb vorher durch eine einzelne, oder eine Kombination von Rückwärtsbewegungen der Pedalkurbel aktiviert wurde.
Antriebssteuerung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierung des Antriebs, der Grad der Unterstützung der Antriebs- oder der Bremsfunktion, durch einzelne, oder Kombinationen von Rückwärtsbewegungen der Pedalkurbel aktiviert und deaktiviert werden.