DE1763005A1 - Steuervorrichtung zum Lenken und fuer den Antrieb eines Elektrofahrzeuges - Google Patents

Steuervorrichtung zum Lenken und fuer den Antrieb eines Elektrofahrzeuges

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DE1763005A1 DE19681763005 DE1763005A DE1763005A1 DE 1763005 A1 DE1763005 A1 DE 1763005A1 DE 19681763005 DE19681763005 DE 19681763005 DE 1763005 A DE1763005 A DE 1763005A DE 1763005 A1 DE1763005 A1 DE 1763005A1
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Description

Betrifft: Patentanmeldung P 17 63 OO5#6 Anmelder: Jean Jarret, Fourqueux,
und
Jacques Jarret,
Ie Vesinet (Frankreich.)
Steuervorrichtung zum Lenken und für den Antrieb eines Elektrofahrzeugs
Die Erfindung bezieht sich auf Fahrzeuge mit elektrischem Antrieb über zwei aus einer Batterie über je einen Elektromotor angetriebene Hinterräder und mit einem auf einer Achse lose an einem frei drehbaren Bügel gelagerten lenkrad und betrifft eine Fahrzeugsteuerung, bei der die Fahrtrichtung, die Beschleunigung und die Bremsung mittels eines Steuerhebels oder Steuerknüppels bewirkt wird, der in einem Gelenk, vorzugsweise einem kardanischen Gelenk gelagert ist.
Es ist bekannt, daß man die Lenkung eines Fahrzeugs der
eingangs genannten Art mittels zweier motorgetriebener
Hinterräder bewerkstelligen kann, auf die unterschiedliche
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Brief vom i6 Blatt 2 Π?Ι.-[ng. G. Schilob·
das Deutsche Patentamt München p*t*ntinwait' /
Drehmomente übertragen werden, deren Größendifferenz regelbar ist und ein Haß für die dem Fahrzeug zu erteilende Fahrtrichtung bildet.
Es wurde bereits vorgeschlagen, sowohl die Fahrtrichtung als auch die Geschwindigkeit eines Fahrzeuges mittels eines einzigen Steuergliedes zu steuern, das aus einem an zwei zueinander senkrechten Achsen kardanisch aufgehängten bzw. gelagarten Hebel besteht. Dabei steuert die Schwenkbewegung des Hebels um die eine der Achsen die Beschleunigung und die Abbremsung und die Schwenkbewegung des Hebels um die andere der Achsen die Änderung der Fahrtrichtung nach links oder nach reeilte ο
Mit anderen Worten sind bei dieser Vorrichtung, weil die Gelenkachsen zueinander senkrecht stehen, die Steuerung der Fahrtrichtung und die Steuerung der Beschleunigung des Fahr- zeuges nicht miteinander gekoppelt, sondern gänzlich voneinander getrennt, und zwar ist eine Stellung des Hebels, in der dieser einen bestimmten Winkel mit der Vertikalen bildet, bzw. die in einer vertikalen Längeebene des Fahrzeugs liegende Komponente dieses Winkels ein MaB für die Beschleunigung und die Komponente dieser Winkelstellung des Hebele, die in einer vertikalen Querebene liegt, ein MaB für die Fahrtrichtung des Fahrzeuges.
Mit einem lose gelagerten Vorderrad und voneinander unabhängig motorgetriebenen Hinterrädern versehene Fahrzeuge haben den Vorteil, daß sie eine Drehbewegung längs eines Kreises ausführen können, dessen Mittelpunkt in einem der Hinterräder liegt, vorausgesetzt, daß dieses Hinterrad blockiert werden kann.
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Brief vom QuijiGO Blatt 3 DI?·.-hg. Q. Schilob«
an das Deutsche Patentamt München Patentanwalt
Die Erfindung strebt an und hat zum Gegenstand, eine Steuervorrichtung zu schaffen, die für sich allein sowohl die Fahrt-• richtung als auch den Antrieb eines Fahrzeugs mittels eines Steuerknüppels oder Steuerhebels derart steuert, daß das Fahrzeug auf der Stelle drehen kann.
Die Steuervorrichtung gemäß der Erfindung weist einen um ein Gelenk schwenkbaren Steuerhebel oder -knüppel auf, zwei elektro· mechanische Wandler, die der Winkelstellung des Steuerhebels entsprechende elektrische Signale erzeugen, und zwei Fahrschalter, die die Stärke der von der im Fahraeug untergebrachten Grleichstromquelle gelieferten Ströme in Abhängigkeit von den durch je einen der Wandler gelieferten Signalen verändern, welche die beiden Elektromotoren für den Antrieb je eines der Hinterräder speisen.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung besitzt jeder Wandler ein bewegliches und ein geradliniges ortsfestes Glied (z.B. den Gleitkontakt und die zugehörige Wicklung eines Potentiometers), durch deren Zusammenwirken, nämlich durch Verschiebung des beweglichen längs des ortsfesten Gliedes, ein veränderliches elektrisches Signal erzeugt wird. Dabei sind die Verstellrichtungen der beiden Wandler etwa senkrecht zueinander angeordnet, und eine Stelle des Steuerhebels ist alt den beweglichen Gliedern der Wandler durch je eines von swei Gestängen verbunden, die parallel an den ortsfesten Gliedern verlaufen und somit senkrecht zueinander gerichtet sind. Hieraus folgt, daß bei Verschwenken des Steuerhebels in einer vertikalen, die Verstellbewegung eines der Wandler enthaltenden Ebene, dieser Wandler beeinflußt wird, diese Schwenkbewegung aber keine Einwirkung auf den anderen Übertrager ausübt.
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Brief vom £6·4·6Ο Blatt 4 Dl?:.-Lig. Q. Schilob·
an das Deutsche Patentamt München Patontanwait
Weitere Merkmale der Aueführung der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung anhand der Zeichnung, und zwar zeigen beispieleweise:
Fig. 1 ein Elektro-Dreirad mit einem lose gelagerten Vorderrad und zwei unabhängig voneinander motorgetriebenen Hinterrädern und der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Lenken und Steuern;
Pig· 2 eine Draufsicht von unten bzw. eine lotrechte Seiten- und 3 ansicht des Dreirades nach Pig. 1,
Pig. 4 eine Steuervorrichtung, bei der die Wandler Potentiometer sind, und
Pig. 5 eine Steuervorrichtung, bei der die Wandler progressiv und 6 arbeitende photoelektrische Lichtschranken sind.
Das Fahrgestell des in Fig. 1, 2 und 3 gezeigten Fahrzeuges zur Personenbeförderung besitzt Rahmenlängsträger 1, an dem die Hinterräder 2 und 3 an einer Achse 6 drehbar gelagert sind. Sie v/erden mittels je eines Elektromotors 4 bzw. 5 angetrieben oder gebremst. Am Vorderende des Fahrgestells ist an einem Ausleger des Rahmens ein Bügel 8 um eine im wesentlichen lotrechte Achse 9 frei schwenkbar gelagert, der das Vorderrad 10 trägt.
Wenn der Fahrzeugführer veranlaßt, daß der Motor 5 ein größeres Drehmoment als der Motor 4 an das zugehörige Rad abgibt, so ist die durch das Rad 3 auf das Fahrgestell übertragene Kraft P1 größer als die durch das Rad 2 auf das Fahrgestell übertragene Kraft F2. Aus diesen Kräften ergibt sich an der lotrechten Achse 9 ein Querschub P3, durch den der Bügel β schwenkt und die Vorderachse 11 in einen Winkel zur Hinterachse 6 eingestellt wird· Das Fahrzeug beschreibt dann eine
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Brief vom Blatt 5 1763005 DJpl.-lng. G. Schllebs
a" das Beutsche Patentamt München Patentanwalt
gekrümmte Bahn und ist einer Zentrifugal "be schleunigung ausgesetzt, die in dem zwischen dem Vorderrad und den Hinterrädern gelegenen Schwerpunkt des Fahrzeuges eine Querkraft F4 ausübt, deren Komponente F5 an der Achse 9 des Bügels 8 das Gleichgewicht mit der Kraft F3 herzustellen sucht, die aus der Differenz der von den "beiden Motoren 4 und 5 übertragenen Drehmomente herrührt.
Um das Fahrzeug stabil auf seiner Bahn zu halten, ist zu empfehlen, den Abstand d zwischen der lotrechten Achse 9 des Bügels 8 und der Achse 11 des Vorderrades im Bereich zwischen 1 <?» und 25 # des Abstandes D der lotrechten Achse 9 von der Hinterradachse 6 zu wählen.
In Fig. 1 ist ein Steuerhebel 12 dargestellt, der sowohl zur Steuerung der Fahrtrichtung als auch zur Steuerung der Fahrzeuggeschwindigkeit dient.
Der Steuerhebel 12 ist in Fig. 4 als um ein Kugel- oder Kardangelenk schwenkbarer Hebel dargestellt. Das untere Ende des Hebels ist mittels zweier Gestänge 13 und 14 gelenkig mit an dem Ende je eines dieser Gestänge angebrachten Gleitkontakten 15 bzw. 16 je eines Potentiometers 17 bzw. 18 verbunden. Die Anordnung ist so getroffen, daß beim Verschwenken des oberen Endes des Hebels in Fahrtrichtung des Fahrzeugs beide Gleitkontakte zu denjenigen Enden des einen und des anderen Potentiometers verschoben werden, die mit dem positiven Pol einer Batterie 19 verbunden sind, während beim Verschwenken des Hebels nach hinten die Gleitkontakte zu dem Ende des zugehörigen Potentiometers verschoben werden, das mit dem negativen Pol der Batterie verbunden ist. Wird der Hebel nach linke oder nach rechts verschwenkt, so verschieben sich die Gleitkontakte an den Potentiometern ii^einander entgegengesetzten Richtungen·
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Brief vom iifi Blatt 6 1753005 Dlpl.-Ing. Q. Schileb«
an das Deutsche Patentamt München Patentanwalt
In Nebenschlußschaltung zur Batterie 19 liegen Widerstände und 21 bzw. 22 und 23J die Ausgangssignale der Potentiometer werden jeweils zwischen dem Gleitkontakt 15 und dem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 20 und 21 bzw. zwischen dem Gleitkontakt 16 und den Widerständen 22 und 23 abgegriffen. Hieraus folgt, daß die Ausgangssignale der Potentiometer jeweils positives oder negatives Vorzeichen haben je nachdem, ob der Gleitkontakt eines Potentiometers sich diesseits oder jenseits der Mitte seiner Wicklung befindet.
Sie Ausgangseignale der Potentiometer 17 bzw· 18 werden je einem Fahrschalter 24 bzw· 26 und einem Umkehrschalter bzw. 21 zugeführt. Eine Antriebsbatterie 30 des Fahrzeugs speist die Motoren 4 und 5 über die Fahrschalter 24 bzw. und die Umkehrschalter 25 bzw. 27·
Die Aufgabe des jeweiligen Fahrschalters besteht darin, aus einem konstanten Eingangsstrom einen Ausgangsstrom zu erzeugen, dessen Amplitude bzw. Stärke eine lineare Funktion eines Steuersignals ist. Derartige Geräte sind in der Technik in vielfachen Ausführungen bekannt. Sie können z.B· ein Stromtor aufweisen, das den Speisestrom entweder durohläßt oder sperrt und das duroh einen Impulsgenerator getastet wird, dessen Impulsfolgefrequenz sich mit dem Steuersignal ändert· Nimmt man nun an, daß der Strom während der Dauer der Impulse fließt und während der Impulspausen gesperrt wird, so wächst die Amplitude des Ausgangsstrom mit der Frequenz der Impulsfolge.
Der jedem Fahrschalter nachgeschaltete Umkehrschalter kann z.B. ein polarisiertes Relais sein. Er hat den Zweck, die Richtung dee Speisestroms und dadurch die Drehrichtung des Motors umzukehren·
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Brief vom 06 ι 1 ι6β Blatt 7 1753QQR Dipl.-Ing. G. Schilebe
an das Deutsche Patentamt München Patentanwalt
Die Motore 4 und 5 können vorteilhaft Motoren mit veränderlichem magnetischem Widerstand und veränderlicher Geschwindigkeit sein·
Bei der Ausführungsform nach Pig. 4 sind die elektromechanischen Wandler, die die jeweilige Stellung des Steuerhebels in ein elektrisches Signal umwandeln, Potentiometer. Statt dessen können andere Ausführungsformen von elektromechanischen Übertragern angewendet v^erden, z.B.:
- steuerbare Blenden, die eine veränderliche Beleuchtung von elektrischen Photozellen herbeiführen,
- Magnetwiderstände, die in einen magnetischen Kreis mit veränderlichem magnetischen Widerstand eingeschaltet sind,
- Detektoren mit wechselseitiger Induktion und
- Drehpotentiometer mit geringer mechanischer Reibung.
Der in Pig 5 gleichfalls dargestellte Steuerhebel 12 besitzt an seinem oberen Ende einen Griffknopf 31, auf dem die Hand des Fahrzeugführers ruht. Der Hebel kann um ein Kardan- oder Kugellager i)2 in jede beliebige Richtung geneigt werden. Die Steuerstange des Hebels verschiebt bei der Ausführung nach Pig. 5 den mechanischen Teil eines Detektors 34, der auf die Fahrschalter der Elektromotoren derart einwirkt, daß bei Verschwenken des Hebels nach vorn das Fahrzeug beschleunigt und bei Verschwenken des Hebels nach hinten das Fahrzeug gebremst oder auf Rückwärtsgang geschaltet wird, während bei Verschwenkung des Hebels nach links der rechte Antriebsmotor beschleunigt und der linke Antriebsmotor gebremst oder auf Rückwärtsgang geschaltet wird und bei Verschwenkung des Hebels nach rechts der linke Antriebsmotor beschleunigt und der rechte
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Brief vom a^ ■ * 1^* Blatt 8 1763005 Dipping. Q. Schilebe
an das Deutsche Patentamt München Patentanwalt
Antriebsmotor gebremst oder auf Rückwärtsgang geschaltet wird.
Am unteren Ende 35 des Hebels 12 sind zwei Seilzüge 36 und befestigt, von denen das eine an eine Bremse 28 und das andere an eine Bremse 29 des linken bzw. des rechten Rades angeschlossen ist. Wird der Hebel stark nach hinten gezogen, was der Parkstellung des Fahrzeugs entspricht, so v/erden die Seilzüge 36 und 37 gespannt und bewirken die Bremsung, die am linken oder am rechten Rad stärker sein kann je nachdem, ob der Hebel nach links oder nach rechts geschwenkt wurde.
Pig. 6 zeigt schematisch den Detektor 34. Dieser Detektor umfaßt vier photoelektrische Wandler in Form ortsfester Photodioden 40, 41 und 42, 43, welche durch vier gleichfalls ortsfeste Lichtquellen 44, 45 bzw. 46, 47 belichtet v/erden. Das Licht kann die Photodioden durch je eines von zwei Penstern 48 bzw. 49 erreichen, die in Verschlußplatten 50 bzw. angebracht sind. Die Verschlußplatten sind an einem Ende auf einer gemeinsamen ortsfesten Achse 52 gelagert. An ihren anderen Enden sind sie mittels Gelenken 53 bzw. 54 mit beweglichen Lenkern 55 bzw. 56 verbunden, so daß die Verschlußplatten und die Lenker zusammen ein Lenkerparallelogramm bilden.
Die beiden Lenker 55 und 56 sind mittels eines Kugelgelenkes 57 mit dem Steuerhebel 12 verbunden. Wird das eine der;"Fenster zwischen die Lichtquelle und die zugehörige Photodiode eingeschoben, so ergibt sich am zugehörigen Motor ein maximales Drehmoment, das in dem Maße abnimmt, in dem das Fenster verschoben wird und die Verschlußplatte den Strahlendurchgang behindert. Die entsprechenden Veränderungen des Motordrehmoments sind stark progressiv, aber kontinuierlich und erlauben dem Fahrzeugführer, sein Fahrzeug mit großer Genauigkeit und ohne Anwendung von Körperkraft nach Wunsch in die gewünschte Bahn zu lunken.
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Brief vom uui'i iuu Blatt ^1763005 DIpl.-lng. G. Schllebe
an das Deutsche Patentamt München Patentanwalt
Wie eingangs ausgeführt wurde, kann der in einem Gelenk verschwenkbare einzige Steuerhebel Signale liefern, die den Antrieb der beiden motorgetriebenen Räder mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und insbesondere auch die Blockierung eines der Räder bewirken können, während das andere Rad angetrieben wird. Dies wird bei dem erfindungsgemäßen Steuersystem für Lenkung und Antrieb durch eine zweckentsprechende Ausbildung der beiden Wandler erreicht, die dem einen und dem anderen motorgetriebenen Rad zugeordnet sind. Bei jedem Wandler kann man eine Sichtung maximaler Änderung des Übertragungswertes angeben, d.h.· eine Richtung, bei der sich der Übergang von einem maximalen Steuersignal eines Vorzeichens zu dem maximalen Steuersignal entgegengesetzten Vorzeichens auf kürzestem Wege vollziehen läßt. Bei stabförmigen Potentiometern ist diese Richtung die Wicklungsachse. Wenn die Wandler gemäß Fig. 6 als photoelektrische Schranken ausgebildet sind, ist es die Richtung der Verbindungslinie der Photozellen 40 und 41 bzw. 42 und 45.
Gemäß der Erfindung sind die Sichtungen maximaler Änderung der Steuersignale in bezug auf je eines der angetriebenen Räder praktisch senkrecht zueinander, damit, wenn der Steuerhebel, ausgehend von seiner Ruhestellung, in die Richtung maximaler Änderung des einen Wandlers verschwenkt wird, um die Geschwindigkeit dea einen angetriebenen Rades auf ein Maximum zu bringen, der andere Wandler nicht beeinflußt wird. Wenn z.B. gemäß Fig. 6 der Handgriff 31 in die Richtung verschwenkt wird, die in Verlängerung des Lenkers 56 verläuft, so tritt das Fenster 49 in die Verbindungslinie der Lampe mit der Photozelle 43, während die Verachlußplatte 50, deren Lenker 55 senkrecht zur Bewegungsrichtung des Hebels liegt, praktisch nicht bewegt wird· Entsprechend wird bei dem Wandler nach Fig. 4, wenn man den Steuerhebel 12 nach oben
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Brief vom «β£*4*6φ· Blatt 10 1 7 β 3 Q Q 5 Wp^-lng. Q. Schitebs
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in eine Richtung zieht, die zur Wicklung des Potentiometers parallel ist, der Gleitkontakt 16 dieses Potentiometers verschoben, während der Gleitkontakt 15 des Potentiometers 17 nicht verschoben wird.
In der Praxis ist es nicht unbedingt notwendig, daß die Richtungen maximaler Änderungen in beiden Wandlern räumlich genau senkrecht verlaufen; man kann zulassen, daß sie einen Winkel von 60° bis 120° miteinander bilden. In bezug auf die Längsrichtung des Fahrzeuges bedeutet das, daß die Richtungen maximaler Änderungen gegi geneigt sein dürfen.
maler Änderungen gegen diese Längsrichtung zwischen 30° und
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Claims (5)

-~ _. , -^1 ^ ^ j_ τ. - , Patentanwalt an das Deutsche Patentamt Manchen Patentansprüche
1. Steuervorrichtung zum Lenken und für den Antrieb eines Elektrofährzeugee, das ein leerlaufendes und einstellbares Vorderrad und zv/ei aus einer Batterie über je einen Elektromotor angetriebene Hinterräder besitzt, gekennzeichnet durch einen um ein Gelenk schwenkbaren Steuerhebel oder -knüppel (12), zv/ei elektromechani sehe Wandler (15 bis 18 bzv.'. 40 bis 47), die die Stellung des Steuerhebels in elektrische Signale umsetzen und zwei Fahrschalter (24, 26), die durch die Signale gesteuert werden und die Stärke der von der Gleichstromquelle (30) gelieferten und die Antriebsmotoren (4, 5) der beiden Hinterräder (2, 3) speisenden Ströme verändern.
2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dab jeder elektromechanisehe Wandler ein bevegliches Glied und ein geradliniges ortsfestes Glied aufweist, durch deren Zusammenwirken ein veränderliches elektrisches Signal erzeugt wird, und dad die ortsfesten geradlinigen Glieder der beiden Wandler senkrecht zueinander angeordnet und die beweglichen Glieder mit dem Steuerhebel durch je eines von zwei Gestängen verbunden sind, die parallel zu den ortsfesten Gliedern verlaufen derart, daß der Steuerhebel, wenn er in Richtung des einen ortsfesten Gliedes verschoben v/ird, dessen bev.'egliches Glied mitnimmt und das andere bev/egliehe Glied nicht be» egt.
3. Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, da!; die elektromechanischen Wandler Potentiometer (15> 17 bzw. 16, 18) mit stabförmigen Wicklungen (17 und 18) sind, die ungefähr senkrecht zueinander angeordnet t;ind, und daß die Gleitkontakte (15, 16) der Potentiometer mit dem Steuerhebel (12) durch zwei Gestänge (1j, 14) verbunden sind,
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Brief vom 6.i6 Blatt 12176300b Dipt-Ing. β. Sch«·*
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von denen je eines parallel zu einer der Wicklungen ▼erläuft (Fig. 4).
4. Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromechanischen Wandler photoelektrische Schranken (40 bis 48) sind, die je zwei Photozellen (40 bis 43) und je eine Lichtquelle (44 bis 47) für jede Photozelle aufweisen, sowie eine zwischen Photozellen und Lichtquellen verschiebbare Verschlußplatte (50 bzw, 51) mit einem Fenster (48 bzw. 49), die sich derart um eine Achse (52) drehen kann, daß sich das Fenster längs der Verbindungslinie der beiden Photozellen (40 - 41 bzw. 42 - 43) bewegt, wobei die beiden photoelektriachen Schranken so angeordnet sind, daß ihre resp. Verbindungslinien annähernd senkrecht zueinander stehen, und ihre Verschlußplatten (50, 51) mit dem Steuerhebel (12) mittels Lenkern (55, 56) verbunden sind, von denen je einer parallel zur Verbindungslinie der zugehörigen Schranke und die mit den Verschlußplatten ein Lenkerparallelogramm bilden (Fig. 6).
5. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche für ein Fahrzeug, dessen angetriebene Räder mit mechanischen Bremsen versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremshebel der Bremsen (28, 29) mittels Stangen oder Seilzügen (36, 37) mit dem Steuerhebel (12) verbunden sind (Fig. 5).
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