DE19600243A1 - Steuerung der Energiezumessung bei einem Fahrzeug mit elektrischem Antrieb - Google Patents
Steuerung der Energiezumessung bei einem Fahrzeug mit elektrischem AntriebInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Steuerung der Energiezumessung bei einem Fahrzeug,
insbesondere bei einem Fahrrad mit elektrischem Hilfsantrieb gemäß dem Oberbe
griff des Anspruchs 1.
Aus dem US-Patent 5.375.676 ist ein Fahrrad mit einem elektrischen Hilfsantrieb
bekannt, dessen Elektromotor eine Stromaufnahme aufweist, die proportional zu der
Pedalkraft zugemessen wird. Die Steuerung erfolgt über einen Controller, der die
Signale der Pedalkräfte zu der Stromaufnahme des Elektromotors ins Verhältnis
setzt, wodurch der Fahrer die Möglichkeit bekommt, die Vortriebskraft für das Fahr
rad allein durch seinen Muskeleinsatz auf die Pedale zu erhöhen oder zu senken.
Über einen Speicher kann die Geschwindigkeit gespeichert und abgerufen werden,
wenn der Fahrer mit reiner Motorkraft ohne Muskeleinsatz fahren will.
Dem US-Patent 5.433.284 ist ein weiterer elektrischer Hilfsantrieb für Fahrräder zu
entnehmen, dessen elektrische Steuerung eine Schaltkontrolleinrichtung aufweist,
die die benötigte Leistung am Elektromotor der Handbetätigung anpaßt und dem
Elektromotor die erforderliche Stromaufnahme zumißt. Weitere Regeleinrichtungen
vergleichen die Geschwindigkeit des Fahrrades mit der zugemessenen Stromauf
nahme des Elektromotors und veranlassen eine Änderung der Stromaufnahme in
der einen oder anderen Richtung.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Steuerung der Energiezumessung aus einer
Batterie an einen Elektromotor für den Hilfsantrieb eines Fahrrades zu schaffen, wo
durch die Leistung des Elektromotors von mehreren Faktoren, in erster Linie aber
von dem Ladezustand der Batterie abhängig gemacht wird, um mit der vorhandenen
Energie der Batterie eine möglichst große Fahrstrecke zu erzielen.
Die Lösung der Aufgabe wird in den Ansprüchen beschrieben.
Anhand von Skizzen wird die energiesparende Steuerung eines Fahrrades mit elek
trischem Hilfsantrieb beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Fahrrad mit einem elektrischen Hilfsantrieb, bestehend aus einem Elek
tromotor, einer Batterie, einer Leistungselektronik und einem Mikrocontroller
Fig. 2 ein Schaubild für die Ladung der Batterie bei Bergabfahrt oder beim Bremsen
Fig. 3 ein Schaubild über den funktionellen Zusammenhang aller am elektrischen
Hilfsantrieb beteiligten Elemente
Fig. 4 ein Kennfeld für die Ladeleistung für die Batterie in Abhängigkeit vom La
dungszustand und der Geschwindigkeit
Fig. 5 ein Kennfeld über die Leistungsaufnahme des Elektromotors in Abhängigkeit
vom Ladungszustand und der Geschwindigkeit.
Wird mit 1 ein Fahrrad bezeichnet, so besteht dieses normalerweise aus einem
Rahmen 2, einem Vorderrad 3, einem Hinterrad 4, einem Tretlager 5, einer Antriebs
kette 6 sowie einer Lenkstange 7. Es ist hier zur Unterstützung des Fahrers ein
elektrischer Hilfsantrieb 10 vorgesehen, der einen Elektromotor 11, eine Batterie 12,
eine Leistungselektronik 13, einen Mikrocontroller 14 sowie eine Anzeige 15 des La
dungszustandes der Batterie 12 umfaßt, wobei dem elektrischen Hilfsantrieb 10 noch
weitere Stromverbraucher 16, wie beispielsweise ein Scheinwerfer, ein Rücklicht,
eine Armaturenbeleuchtung etc. zuzurechnen sind. Der Elektromotor 11 ist über ei
nen Antrieb 17 mit einem der Laufräder des Fahrrades 1, also entweder mit dem
Vorderrad 3 oder dem Hinterrad 4, verbunden. Der Hilfsantrieb 10 umfaßt ferner eine
Anzahl von Signalgebern, wie einen Signalgeber 21 für die Drehzahl, einen Signal
geber 22 für den Ladungszustand sowie einen Signalgeber 23 für die Leistungsauf
nahme des Elektromotors 11. Die Signale der Signalgeber 21, 22, 23 für die in der
Aufgabe beschriebene sparsame Zumessung der elektrischen Energie werden im
Mikrocontroller gemäß einprogrammierter Kennfelder verarbeitet und in der Lei
stungselektronik 13 umgesetzt. Neben den für die Leistungszumessung wichtigen
Signalgebern können auch Signalgeber für weitere Zusatzfunktionen des Hilfsan
triebs 10 angeordnet sein.
Der Antrieb 17 weist in seiner einfachen Form eine Überholkupplung auf, so daß die
Antriebsleistung durch den Elektromotor 11 in Fahrt-Drehrichtung auf das Hinterrad
4 übertragen werden kann, während bei abgeschaltetem Elektromotor 11 das Fahr
rad 1 in Fahrtrichtung leerlaufen oder durch die Betätigung der Pedale durch Mus
kelkraft angetrieben werden kann. Eine andere und hier bevorzugte Art der Kupp
lung des Elektromotors 11 mit dem Hinterrad 4 ist eine zuschaltbare Kupplung, die
den Elektromotor 11 auch im Schiebebetrieb des Fahrrades 1, beispielsweise bei
Bergabfahrt oder beim Bremsen, mit dem Hinterrad 4 gekuppelt läßt, wobei der
Elektromotor 11 angetrieben wird und elektrischen Strom erzeugen kann, sofern er
dafür ausgelegt ist und einen Ladekreis L aufweist, über den die Ladeleistung des
Generators 11 der Batterie 12 wieder zufließen kann. Gemäß der Aufgabe kann mit
abnehmender Ladung der Batterie 12 die Leistungsaufnahme des Elektromotors 11
verkleinert und/oder die Muskelkraft des Fahrers in die Energieerzeugung mit einbe
zogen werden. Dies geschieht über den Mikrocontroller 14, der programmierbar ist
und die Signale der Signalgeber 21, 22, 23 gemäß einem dem vorgegebenen Fahr
zyklus angepaßten Programm in der Weise verarbeitet, daß eine Leistungsaufnahme
des Elektromotors 11 zugelassen wird, die dem Ladungszustand und der vom Fah
rer gewünschten Geschwindigkeit entspricht. Dem Fahrer wird es somit nicht mehr
möglich sein, bei teilweise geladener Batterie 12 dem Elektromotor 11 elektrische
Energie zuzumessen, die der Stellung der Handbetätigung bei voller Energiezumes
sung entspricht; vielmehr wird diese geringer ausfallen und das Fahrrad ist nur noch
mit geringerer Geschwindigkeit bewegbar. Dem Programm des Mikrocontrollers 14
liegt ein willkürlich programmiertes Kennfeld gemäß Fig. 5 zugrunde, das die Lei
stungsaufnahme des Elektromotors 11 in Prozent von der Maximalleistung unter Be
rücksichtigung des Ladezustandes der Batterie 12 und der Geschwindigkeit angibt.
Gemäß Fig. 4 wird ein Kennfeld beschrieben, das den Zusammenhang zwischen
dem Ladestrom im Ladekreis L zum Laden der Batterie 12 und dem Ladungszustand
der Batterie 12 sowie der jeweiligen Geschwindigkeit des Fahrrades 1 beim Bergab
fahren oder beim Bremsen angibt. Es bleibt immer das Ziel, die mögliche Fahrstrecke
zu erhöhen, weshalb auch unterwegs die Gefahr allein auf die Muskelkraft des
Fahrers angewiesen zu sein, möglichst lang hinausgeschoben wird.
Fig. 3 zeigt ein Schaubild für die Entscheidungswege des Mikrocontrollers 14 am
Beispiel der Zumessung des Ladestromes vom als Generator arbeitenden Elektro
motor 11 an die Stromverbraucher 16, wobei zugunsten des elektrischen Vortriebs
auf die Mitverwendung von anderen elektrischen Stromverbrauchern 16 verzichtet
werden kann. Sie werden abgeschaltet ohne Zutun des Fahrers, wenn sich die La
dungsdichte der Batterie 12 unter ein vom Mikrocontroller 14 erkennbares Maß ver
ringert hat.
Die Fig. 2 zeigt die Verknüpfung aller am Hilfsantrieb 10 beteiligten Elemente.
Der Mikrocontroller 14 des elektrischen Hilfsantriebs 10 läßt sich zur Verlängerung
der Fahrstrecke auch dahingehend programmieren, daß die Stromverbraucher 16 in
Abhängigkeit vom Ladungszustand der Batterie zu- und abgeschaltet werden kön
nen, wie die Fig. 2 erkennen läßt.
Um alle am Vortrieb des Fahrrades 1 beteiligten Einflüsse zur einer sinnvollen Lei
stungsabgabe an den Antrieb 17 umsetzen zu können, sind die Signalgeber 21, 22
und 23 jeder für sich mit dem Mikrocontroller 14 in elektrischer Verbindung. Der Fah
rer braucht - abgesehen von der rechtzeitigen Ladung der Batterie 12 - keine beson
deren Maßnahmen zum sparsamen Energieverbrauch beim Fahren zu ergreifen.
Kann er aber absehen, daß in Erwartung einer verkürzten Fahrtstrecke die Batte
rie 12 leergefahren werden darf, so kann er mittels eines Schalters 19 die steuernde
Wirkung des Mikrocontrollers 14 beseitigen und die noch verfügbare Energie nach
Gutdünken über eine Handbetätigung 18 an der Lenkstange 7 des Fahrrades 1 zu
messen.
Um die Wirkung des Mikrocontrollers 14 noch weiter zu steigern, kann z. B. ein Si
gnalgeber 24 für die Pedalkraft angeordnet sein, dessen Signale die Energiezumes
sung noch genauer und möglicherweise pulsierend entsprechend der Tretlagerfre
quenz steuern. Die exakte Einbindung der Muskelkraft des Fahrers erhöht die Ener
giebilanz des Hilfsantriebs 10 entscheidend.
Claims (7)
1. Steuerung der Energiezumessung, insbesondere bei einem Fahrrad mit einem
elektrischen Hilfsantrieb (10) sowie mit anderen Stromverbrauchern (16), wobei
der Hilfsantrieb (10) aus einem Elektromotor (11), einem Antrieb (17) auf eines
der beiden Laufräder (3 oder 4) des Fahrrades (1), einer Batterie (12) sowie einer
Leistungselektronik (13) für den Einsatz und die Zumessung der elektrischen
Energie an den Antrieb (17) wie auch an die übrigen Stromverbraucher (16) be
steht, wobei der Elektromotor (11) angetrieben als Generator arbeiten kann und
wobei Signalgeber (21, 22, 23) zur Übermittlung von Daten zur Beschreibung ei
nes augenblicklichen Zustandes zwischen der Leistungselektronik (13) und den
übrigen am Betrieb des Fahrrades (1) beteiligten Elemente angeordnet sind
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Mikrocontroller (14) der Leistungselektronik (13) vorgeschaltet ist und mit
den Signalgebern (21, 22, 23) zusammenwirkt, wobei die Zumessung der elektri
schen Energie sowohl an den Elektromotor (11) wie auch an die übrigen Strom
verbraucher (16) von den durch die Signalgeber (21, 22, 23) übermittelten Impul
sen, die im Mikrocontroller (14) nach einem ihm eingegebenen Programm verar
beitet werden, abhängig gemacht wird.
2. Steuerung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Mikrocontroller (14) mit allen für die Energiebereitstellung nötigten Si
gnalgebern verbunden ist, um die Daten des Ladezustandes der Batterie (12), der
Geschwindigkeit des Fahrrades (1), der Leistungsaufnahme des Elektromotors
(14) sowie anderer relevanter Daten für eine energiesparende Leistungsabgabe
bereit zu stellen und zu koordinieren.
3. Steuerung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Mikrocontroller (14) derart programmiert ist, daß
- - über die Signale des Ladungszustandes der Batterie (12) und/oder über die Signale der Geschwindigkeit des Fahrrades (1) die Ladeleistung der als Ge nerator laufenden Elektromotors (11) dem Ladungszustand der Batterie (12) und der Geschwindigkeit des Fahrrades (1) bei Bergabfahrt oder beim Bremsen nach einem vorgegebenen Kennfeld angepaßt werden können,
- - mindestens ein Stromverbraucher (16) in Abhängigkeit vom Ladungszu stand der Batterie (12) ein- oder abgeschaltet werden kann,
- - über die Signale der Signalgeber (21, 22, 23) die Leistungsaufnahme des Elektromotors (11) dem Ladungszustand der Batterie (12) und/oder der Fahrgeschwindigkeit nach einem Kennfeld angepaßt werden kann.
4. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Anzeige (15) des Ladungszustandes der Batterie (12) an der Lenk
stange (7) des Fahrrades (1) angeordnet ist, die sich aus den Signalen der rele
vanten Signalgeber (21, 22, 23) gespeist wird.
5. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß an der Lenkstange (7) ein Handschalter (1 9) angeordnet ist, der die Zu
messung der Steuerung der Leistungszumessung außer Kraft setzt und die Lei
stungszumessung an den Elektromotor (11) direkt von einer Betätigungsein
richtung (18) von der Lenkstange (7) aus erlaubt.
6. Steuerung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß beim Bergabfahren oder beim Bremsen abhängig von den Signalen des
Signalgebers (21) für die Drehzahl insbesondere bei langsamer Fahrt eine elek
tronische Spannungshöherschaltung vom Mikroprozessor (14) aktiviert wird.
7. Verfahren zur Steuerung der Energiezumessung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß
- - im Fahrbetrieb über eine Handbetätigungseinrichtung (18) die Freigabe für die Energiezumessung an den Elektromotor erteilt wird,
- - der Mikrocontroller (14) die für den Fahrbetrieb relevanten Signale der Sig nalgeber (21, 22, 23) für die Drehzahl, den Ladestrom und die Leistungs aufnahme des Elektromotors (11) auswertet und eine entsprechende Ener giezumessung für den Elektromotor (11) zuläßt,
- - die während der Fahrt auftretenden Verzögerungen durch den als Generator arbeitenden angetriebenen Motor zur Energieerzeugung genutzt und als Ladeleistung an die Batterie (12) zurückgespeist werden.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19600243A DE19600243A1 (de) | 1996-01-05 | 1996-01-05 | Steuerung der Energiezumessung bei einem Fahrzeug mit elektrischem Antrieb |
Applications Claiming Priority (1)
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DE19600243A DE19600243A1 (de) | 1996-01-05 | 1996-01-05 | Steuerung der Energiezumessung bei einem Fahrzeug mit elektrischem Antrieb |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19600243A1 true DE19600243A1 (de) | 1997-07-10 |
Family
ID=7782200
Family Applications (1)
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DE19600243A Withdrawn DE19600243A1 (de) | 1996-01-05 | 1996-01-05 | Steuerung der Energiezumessung bei einem Fahrzeug mit elektrischem Antrieb |
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