DE202005006684U1

DE202005006684U1 - Elektrofahrzeug

Info

Publication number: DE202005006684U1
Application number: DE200520006684
Authority: DE
Original assignee: Sun & Cycle Innovative Fa GmbH; Sun & Cycle Innovative Fahrzeugsysteme GmbH
Current assignee: ACCEL-HERCULES FAHRRAD GMBH & CO. KG, DE
Priority date: 2005-04-25
Filing date: 2005-04-25
Publication date: 2005-08-25
Anticipated expiration: 2015-04-26

Abstract

Fahrzeug mit einer Betätigungseinrichtung (4) zum Antrieb des Fahrzeugs durch einen Benutzer und mit einem Hilfsmotor (11), wobei weiterhin eine Steuerungseinrichtung (7) vorgesehen ist, die den Hilfsmotor (11) so beeinflusst, dass
– der Hilfsmotor (11) das Fahrzeug aus dem Stand oder von einer relativ niedrigen Geschwindigkeit durch den Hilfsmotor bis zu einer vorgegebenen Grenzgeschwindigkeit antreibt, und zwar auch ohne Antrieb durch den Benutzer,
– der Hilfsmotor (11) den Antrieb des Fahrzeugs durch den Benutzer ausgehend von der Grenzgeschwindigkeit unterstützt, solange eine vorgegebene Höchstgeschwindigkeit nicht überschritten ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Elektrofahrzeug, das durch Bewegungen seines Fahrers oder eines Passagiers angetrieben wird, wobei die Bewegung durch einen Elektromotor unterstützt wird.
Solche Fahrzeuge sind als "Pedelec" oder als "Fahrräder mit Trethilfe" bekannt. So offenbart die US 5,662,187 und die US 4,541,500 jeweils ein solches Fahrzeug.
Bei den dort bekannten Fahrrädern ist von Nachteil, dass diese von Postboten im Auslieferbetrieb nur ungern verwendet werden.
Es besteht daher die Aufgabe, ein Elektrofahrzeug bereitzustellen, das die vorstehend genannten Nachteile vermeidet.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Gemäß einem Grundgedanken der Erfindung wird die bekannte Regelung dieser Elektrofahrzeuge so verändert, dass diese ausgehend aus dem Stand oder von einer relativ niedrigen Geschwindigkeit alleine durch den Elektromotor bis zu einer vorgegebenen Grenzgeschwindigkeit beschleunigt werden können. Ausgehend von der Grenzgeschwindigkeit kann dann zusätzliche Antriebsenergie durch Pedale oder andere mechanische Einheiten in den Antriebsstrang des Fahrzeugs eingeleitet werden, wie dies vom Betrieb der sogenannten Pedelec bekannt ist. Wenn keine zusätzliche Energie eingebracht wird, dann fährt das Fahrzeug konstant mit Grenzgeschwindigkeit weiter. Selbstverständlich kann in der Anfahrphase des erfindungsgemäßen Fahrzeugs die Beschleunigung des Fahrzeugs durch den Elektromotor auch zusätzlich mit einer Bewegung des Fahrers beispielsweise durch Pedalieren unterstützt werden, wodurch sich eine noch schnellere Beschleunigung ergibt. Die erfindungsgemäße Ausbildung des Elektrofahrzeugs gewährleistet, dass dieses von Postboten gerne benutzt wird. Auch ältere Menschen kommen mit einem solchen Elektrofahrzeug besser zurecht, als mit den im Stand der Technik bekannten Elektrofahrzeugen.
Grenz- und Höchstgeschwindigkeit sind so in die Steuerung einprogrammiert, dass diese von einem Benutzer nicht auf einfache Weise – wie beispielsweise durch einen Schalter oder ein Potentiometer – durch den Fahrer verändert werden können.
Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren zum Betreiben eines Elektrofahrzeugs sowie eine Steuerung für ein solches Elektrofahrzeug. Dies wird darauf zurückgeführt, dass man gerade in den ersten Augenblicken des Beschleunigens eines Elektrofahrzeugs, insbesondere eines Elektrofahrrads, sich mit den Beinen um eine Stabilisierung des Fahrzeugs kümmern kann, solange man noch nicht treten muss. Bei dem sogenannten Pedelec wird wenigstens ein Bein benötigt oder sogar beide Beine, um das Fahrzeug aus dem Stand auf eine Geschwindigkeit zu beschleunigen, ab der die Momente der sich drehenden Laufräder für eine Stabilisierung sorgen. Gerade in diesem Geschwindigkeitsbereich, wenn nämlich der Elektromotor alleine zur Beschleunigung verwendet wird, kann bei der Erfindung die Aufmerksamkeit des Fahrers ungeteilt seinem Gefährt gewidmet werden. In einer besonderen Weiterbildung werden die Laufräder des Fahrzeugs so ausgeführt, dass diese gerade beim Erreichen der Grenzge schwindigkeit für zusätzliche Stabilisierung durch einen Kreiseleffekt sorgen, wie er aus der Erforschung der Fahrdynamik eines Zweirads bekannt ist.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass die Unzufriedenheit der Benutzer der im Stand der Technik bekannten Fahrräder von zwei Ursachen herrührt. Schwer beladene Pedelecs wie diejenigen von Postboten sind gerade beim Anfahren instabil, was zu wackeligen Situationen führen kann. Eine alleinige Anfahrhilfe bis zu einer Grenzgeschwindigkeit, bei der eine gewissen Fahrstabilität gegeben ist, behebt dieses Problem. Danach kann der Postbote durch Tretunterstützung so schnell fahren wie er es wünscht.
In noch einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Unterstützung durch den Elektromotor abgeschaltet wird, wenn eine bestimmte Höchstgeschwindigkeit erreicht wird. Ausgehend von dieser Weiterbildung bieten sich besonders zwei Varianten an. Zum Ersten kann eine zusätzlich überschüssige durch den Fahrer erzeugte Antriebsenergie dazu verwendet werden, das Fahrzeug auf noch höhere Geschwindigkeiten zu beschleunigen. In Abweichung davon kann auch – beispielsweise durch einen Wahlschalter oder einen Neigungswinkelmesser betätigt – die überschüssige Energie zum Aufladen der Batterie verwendet werden. Dies kann auch fest eingestellt, nicht vom Nutzer änderbar, in der Steuerung vorgegeben sein. Gerade durch einen Wahlschalter hat somit der Fahrer des Fahrzeugs die Wahl beispielsweise beim Bergabbetrieb, wenn das Fahrzeug eine bestimmte Geschwindigkeit überschreitet, die dadurch durch den Elektromotor im Generatorbetrieb erzeugte Energie in die Batterie einzuspeisen, was deren Haltbarkeit verbessert. Wenn der Fahrer auf gerader Strecke mit höherer Geschwindigkeit fahren möchte, dann schaltet er mit dem Wahlschalter den Generatorbetrieb aus, sodass die gesamte zusätzlich von ihm erzeugte Energie in die Geschwindigkeit des Fahrzeugs umgesetzt wird.
Dieser Aspekt lässt sich für Fitnesszwecke gut verwenden, so ist es nämlich denkbar, den Elektromotor in einer Fitnessstellung zu betreiben, in der vom Fahrer erzeugte Energie oberhalb des Erreichens der Grenzgeschwindigkeit in Ladekraft für den Elektromotor im Generatormotor umgewandelt wird. Dann wäre es denkbar, dass der Fahrer bei begrenztem Raumangebot wie beispielsweise auf kleinen Inseln seine gesamte Energie über den Generator in die Batterie einspeisen kann. Nach dem Ende des Trainings kann der Fahrer dann mit der in der Batterie gespeicherten Energie wieder zurück nach Hause fahren, gewissermaßen zur Belohnung.
Die Erfindung ist nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Elektrofahrrads und
2 zeigt ein Zeit-Geschwindigkeits-Diagramm des Elektrofahrrads aus 1 im Betrieb.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Elektrofahrrads 1. Das Elektrofahrrad 1 weist Teile eines herkömmlichen Fahrrads auf, beispielsweise diejenigen in der US 5,662,187 und in der US 4,5,41,500 gezeigten Teile und Komponenten. Hier ist nur ein Lenker 2 mit einem Gasdrehgriff 3, eine Treteinrichtung 4 und ein Zahnrad 5 eines hier nicht gezeigten Hinterrads sichtbar. Die Treteinrichtung 4 und das Zahnrad 5 sind über eine Kette 6 miteinander verbunden. Im Betrieb betätigt ein hier nicht gezeigter Fahrer die Treteinrichtung 4 und treibt über die Kette 6 das Zahnrad 5 und damit das Hinterrad des Elektrofahrrads 1 an. Mit dem Lenker 2 wird die Fahrtrichtung des Fahrrads bestimmt.
Gemäß der Erfindung ist das Elektrofahrrad 1 mit einer elektronischen Steuerung 7 ausgestattet. Die Steuerung 7 kann durch den Gasdrehgriff 3 betätigt werden, der mit der Steuerung 7 über ein Steuerungskabel 8 in Verbindung steht. Der Gasdrehgriff 3 kann dazu als Potentiometer ausgestaltet sein. Weiterhin ist ein Betätigungssensor 9 im Bereich der Treteinrichtung 4 vorgesehen. Dieser Betätigungssensor 9 kann ein Hallsensor oder Spule/Magnet-Sensor sein, mit dem eine am Rahmen des Elektrofahrrads 1 vorbei streichende Kurbel der Treteinrichtung 4 detektiert wird. Der Betätigungssensor 9 ist über ein weiteres Steuerungskabel 10 mit der Steuerung 7 verbunden.
Es ist noch ein elektrischer Antriebsmotor 11 vorgesehen, der über ein Antriebskabel 12 mit der Steuerung 7 in Verbindung steht. Ein Antriebsrad 13 des Antriebsmotors 11 steht über einem Zahnriemen 14 mit einer am Zahnrad 5 befestigten Zahnriemenscheibe 15 so in Verbindung, dass die Antriebsenergie des Antriebsmotors 11 auf das Zahnrad 5 und somit auf das Hinterrad aufgeprägt werden kann.
Schließlich ist noch eine elektrische Batterie 16 vorgesehen, die als Akkumulator ausgeführt ist. Die Batterie 16 steht über ein Batteriekabel 17 mit der Steuerung 7 in Verbindung.
Die erreichte Fahrgeschwindigkeit wird über hier nicht gezeigte Einrichtungen gemessen und der Steuerung 7 zugeführt.
Im Betrieb wird das Elektrofahrrad 1 im wesentlichen dadurch bewegt, dass der Fahrer Tretbewegungen an der Treteinrichtung 4 ausführt und somit das Hinterrad des Elektrofahrrads 1 antreibt.
Zusätzlich kann der Fahrer durch eine Drehung am Gasdrehgriff 3 die Steuerung 7 so beeinflussen, dass diese elektrische Energie von der Batterie 16 an den Antriebsmotor 11 weiterleitet. Dadurch wird das Antriebsrad 13 des Antriebsmotors 11 angetrieben und Antriebsenergie wird über den Zahnriemen 14 und die Zahnriemenscheibe 15 an das Zahnrad 5 weitergeleitet, was zu einem zusätzlichen Antrieb des Hinterrads beiträgt.
Die verschiedenen erfindungsgemäßen Betriebszustände werden nun mit Bezug auf 2 erläutert.
In einem ersten Betriebszustand I wird davon ausgegangen, dass der Fahrer des Elektrofahrrads 1 die Treteinrichtung 4 nicht betätigt, sondern vielmehr das Elektrofahrrad 1 alleine aufgrund der Betätigung am Gasdrehgriff in Bewegung versetzt. Wie man in 2 deutlich sieht, nimmt die Geschwindigkeit des Elektrofahrrads 1 innerhalb von 5 Sekunden von 0 km/h auf 6 km/h zu. In dieser Zeit führt die Steuerung 7 dem Antriebsmotor 11 elektrische Energie zu. Sofern die Grenzgeschwindigkeit von 6 km/h erreicht ist (Punkt 17), hält die Steuerung 7 die an dem Antriebsmotor 11 gelieferte Energie auf einem solchen Niveau, dass die momentane Geschwindigkeit des Elektrofahrrads 1 gleich der Grenzgeschwindigkeit von 6 km/h bleibt. In diesem Zustand übernimmt die Steuerung 7 die Funktion einer Regelung der Geschwindigkeit (Tempomat).
Wenn der Benutzer des Elektrofahrrads 1 den Gasdrehgriff 3 zurückdreht in seine Ausgangsstellung, dann verringert sich die Geschwindigkeit des Elektrofahrrads 1 normalerweise, wenn er nicht gleichzeitig zu treten beginnt. Dieser Zustand ist hier nicht gezeigt.
Im Betriebszustand II wird angenommen, dass der Benutzer des Elektrofahrrads 1 ausgehend vom Ruhezustand das Fahrrad nicht nur durch Drehen am Gasdrehgriff sondern auch durch Tretbewegungen an der Treteinrichtung 4 beschleunigt. Dementsprechend wird die Grenzgeschwindigkeit von 6 km/h auch schneller erreicht als im Betriebszustand I. Beim Erreichen der Grenzgeschwindigkeit von 6 km/h (Punkt 18) schaltet die Steuerung 7 auf ein anderes Programm um, gemäß dem die Unterstützung des Fahrers durch den Elektromotor 11 mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit progressiv verringert wird. Beim Erreichen einer Geschwindigkeit von 20 km/h hat sich ein Gleichgewicht zwischen dem Fahrtwiderstand des Elektrofahrrads 1 und der laufend durch den Elektromotor 11 und durch die Treteinrichtung in das Elektrofahrrad 1 zugeführten Energie eingestellt (Punkt 19). Das Elektrofahrrad 1 hält die Geschwindigkeit von 20 km/h ein. Im Zeitpunkt t = 15 Sekunden hört der Fahrer des Elektrofahrrads 1 auf, Tretbewegungen auszuführen (Punkt 20). Die Steuerung 7 detektiert dies über den Betätigungssensor 9 und unterbricht die Zufuhr von zusätzlicher Energie an den Elektromotor 11. Optional kann der Elektromotor 11 auch elektrisch in einen Freilaufzustand geschaltet werden, wenn dies nicht ohnehin mechanisch gewährleistet ist.
Wie man im weiteren Verlauf der Geschwindigkeitskurve zum Betriebszustand II sieht, verringert sich die Geschwindigkeit des Elektrofahrrads 1 bis zur Grenzgeschwindigkeit von 6 km/h. Der Fahrer, der zwar den Gasdrehgriff immer noch aufgedreht haben mag, tritt nicht mehr in die Treteinrichtung 4 und veranlasst dadurch die Steuerung 7 dazu, wieder in den oben beschriebenen Tempomat-Regelungszustand umzuschalten, in der diese das Elektrofahrrad 1 auf der Grenzgeschwindigkeit von 6 km/h hält. Wird schließlich auch der Gasdrehgriff 3 zurückgedreht, dann verringert sich die Geschwindigkeit des Elektrofahrrads 1 soweit, bis es stehen bleibt.
Im Betriebszustand III haben wir es mit einem kontinuierlich tretenden Fahrer zu tun, der das Elektrofahrrad 1 durch Treten und durch Drehen am Gasdrehgriff 3 auf eine Endgeschwindigkeit von 25 km/h beschleunigt (Punkt 21), wobei dem Fahrrad mit steigender Geschwindigkeit weniger Antriebsleistung zugeführt wird, wie im Zustand 2 genauer beschrieben ist. Beschleunigt der Fahrer durch Treten weiter und über eine Geschwindigkeit von 25 km/h hinaus, dann schaltet sich die Steuerung 7 in einen Endgeschwindigkeitszustand, in dem die Zufuhr von Energie zum Elektromotor 11 vollständig unterbrochen wird. Der Fahrer stellt sich hierauf ein und tritt daraufhin, d. h. beim Zeitpunkt t = 15 Sekunden, gerade so schnell, dass die Steuerung 7 den Elektromotor 11 so mit Energie versorgt, dass eine maximale Unterstützung seiner Tretbewegungen durch den Elektromotor 11 erreicht wird.
Im Betriebszustand IV schließlich wird von einem heftig tretenden Fahrer ausgegangen, der das Fahrrad innerhalb von 5 Sekunden durch Drehen am Gasdrehgriff 3 und durch weiteres Treten beschleunigt. Ab einer Geschwindigkeit von 6 km/h (Punkt 22) wird die Unterstützung mit Energie progressiv verringert, bis beim Erreichen der Höchstgeschwindigkeit von 25 km/h (Punkt 23) die Steuerung 7 die Energiezufuhr zum Elektromotor 11 ganz ausschaltet. Der Fahrer muss ab diesem Zeitpunkt t = 5 Sekunden den Fahrtwiderstand des Elektrofahrrads 1 alleine durch seine Tretbewegungen überwinden. Dies gelingt ihm hier bis zum Erreichen einer Höchstgeschwindigkeit von 30 km/h.
Grenz- und Höchstgeschwindigkeit sind so in die Steuerung (7) einprogrammiert, dass diese von einem Benutzer nicht auf einfache Weise – wie beispielsweise durch einen Schalter oder ein Potentiometer – durch den Fahrer verändert werden können. Dadurch wird die gesetzliche Zulassung des Fahrzeugs erleichtert.
Die Erfindung kann auch mit einem Verbrennungsmotor anstelle des Elektromotors (11) umgesetzt werden. Außerdem kann anstelle des Fahrrads eine dreirädrige Rikscha eingesetzt werden, dann ist vorteilhaft, dass das Beschleunigen gerade im unteren Geschwindigkeitsbereich erheblich erleichtert wird. Genauso trifft dies bei einem erfindungsgemäß ausgebildeten Tretauto zu.
In einem hier nicht gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt die Unterstützung durch den Elektromotor so, dass die Unterstützung nicht so erfolgt, dass zu einer vom Benutzer erbrachten Leistung eine im Betrag davon abhängige zusätzliche Leistung des Elektromotors vorgesehen wird. Vielmehr kann die Steuerung dann die gesamte Antriebsleistung des Elektrofahrzeugs bereitstellen, wenn nur eine Tretbewegung an der Treteinrichtung durchgeführt wird.
Für einen Betrachter sieht ein solches Fahrzeug dann so aus, als ob es von dem Benutzer angetrieben wird, obwohl die Antriebsleistung nahezu vollständig oder sogar vollständig vom Elektromotor erbracht wird. Das übrige Verhalten bezüglich Grenzgeschwindigkeit und Höchstgeschwindigkeit bleibt aber gleich, d. h. ohne Treten fährt das Fahrzeug nur 6 km/h.
Die oben angegebenen Geschwindigkeiten sind nur beispielhaft. So kann die Grenzgeschwindigkeit auch 3 km/h oder 5 km/h sein und die Höchstgeschwindigkeit kann 40 km/h oder auch anders sein.

Claims

Fahrzeug mit einer Betätigungseinrichtung (4) zum Antrieb des Fahrzeugs durch einen Benutzer und mit einem Hilfsmotor (11), wobei weiterhin eine Steuerungseinrichtung (7) vorgesehen ist, die den Hilfsmotor (11) so beeinflusst, dass – der Hilfsmotor (11) das Fahrzeug aus dem Stand oder von einer relativ niedrigen Geschwindigkeit durch den Hilfsmotor bis zu einer vorgegebenen Grenzgeschwindigkeit antreibt, und zwar auch ohne Antrieb durch den Benutzer, – der Hilfsmotor (11) den Antrieb des Fahrzeugs durch den Benutzer ausgehend von der Grenzgeschwindigkeit unterstützt, solange eine vorgegebene Höchstgeschwindigkeit nicht überschritten ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsmotor als Elektromotor (11) ausgebildet ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug als Fahrrad (1) ausgebildet ist.
Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung vom Benutzer betätigbar ist, und zwar insbesondere über einen Gasdrehgriff (3) und/oder über einen Zustandsumschalter.
Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (4) als Pedal-Kettentrieb-Einheit (4, 5, 6) ausgebildet ist.
Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (4) als Pedal-Kettentrieb-Einheit (4, 5, 6) ausgebildet ist.
Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Betätigungseinrichtung (4) ein mit der Steuerungseinrichtung (7) verbundener Betätigungssensor (9) vorgesehen ist.
Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Grenz- und Höchstgeschwindigkeit so in der Steuerung (7) vorgesehen sind, dass diese von dem Benutzer nicht einfach manuell verändert werden können und insbesondere nicht während der Fahrt manuell verändert werden können.