DE2629970A1

DE2629970A1 - Elektrisch hilfsbetriebenes, pedalangetriebenes fahrzeug

Info

Publication number: DE2629970A1
Application number: DE19762629970
Authority: DE
Inventors: William David Holt
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1975-07-03
Filing date: 1976-07-03
Publication date: 1977-01-27
Also published as: CA1078944A; FR2330558B1; FR2330558A1; US4168758A; BE843744A; JPS529242A; IN145775B; IT1066957B; NL7607374A; GB1558564A

Description

COHAUSZ & FLORACK

PATENTANWALTS BÜRO D-4 DÜSSELDORF . SCHUMANNSTR. 97

PATENTANWÄLTE:
Dipl.-Ing. W. COHAUSZ · Dipl.-Ing. W. FLORACK · Dipl.-Ing. R. KNAUF · Dr.-Ing., Dipl.-Wirtsch.-Ing. A. GERBER · Dipl.-Ing. H. B. COHAUSZ

Lucas Industries Limited

Great King Street

GB-Birmingham 2. Ju»li 1976

Elektrisch hilfsbetriebenes, peaalangetriebenes^ahrzeug

Die Srfindung betrifft ein elektrisch hilfsbeiriebenes, pedalangetriebenes Fahrzeug, insbesondere ein elektrisch hilfsbetriebenes Pedalfahrrad.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein solches Fahrzeug mit einer zweckmäßigen Ausführung einer elektrischen Motorsteuerung zu versehen.

Ein elektrisch hilfsbetriebenes, pedalangetriebenes Fahrzeug gemäß der Srfindung hat einen Elektromotor als Hilfsantrieb für das Fahrzeug, einen Pedalantriebsmechanismus mit mindestens einem rotierenden Antriebsglied und einer elektronischen Motorsteuerschaltung, die den Antriebsmotor steuert und auf die ^rehung des rotierenden Antriebsglieds anspricht, wobei die Steuerschaltung ein Laufen des Motors bewirkt, wenn das Antriebsglied durch den Pedalantriebsmechanismus in einer Yorwärtsantriebsrichtung gedreht wird, jedoch »ein Anhalten des Motors bewirkt, wenn das Antriebsglied steht oder in umgekehrter Sichtung gedreht wird.

Torzugsweise weist die Motorsteuerschaltung zwei Schalter und ein Sch-altglied für die Schalter auf, wobei entweder die Schalter oder das Schaltglied am Antriebsglied sitzen und das Gegenstück an» einem feststehenden Teil angeordnet ist.

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Die beiden Schalter sitzen vorzugsweise nebeneinander, und die Steuerschaltung spricht auf die Schaltfolge der Schalter an.

Die Steuerschaltung kann ferner Mittel zur Verhinderung eines Einschaltens des Motors aufweisen, wenn die Schaltfrequenz der Schalter unter einem Sollwert liegt.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen sind:

Fig. 1 ein Beispiel für ein elektrisch hilfsbetriebenes Pedalfahrrad, Fig. 2 eine Einzelheit eines Teils einer Elektromotor-Antriebsvorrichtung,

Fig. 5 ^eiⁿ Schaltbild einer Motorsteuerschaltung für das Fahrrad und Fig. 4 eiⁿ Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeiepieis der Motorsteuerschal tung.

Das in Fig. 1 gezeigte Fahrrad hat ein Hinterrad 10 mit einem Zahnrad 11, das durch eine Kette 12 mit einem Kettenrad I5 gekoppelt ist, das Pedale I4 hat. Die Kette ist außerdem mit einem Antriebsglied in der Srm eines Zahnrads 15 gekoppelt, das durch einen Freilauf 16 (siehe Fig. 2) und ein Getriebe I7 mit einem Elektromotor 18 gekoppelt ist.

Am äußeren Laufring des Freilaufs 16 sitzt ein Schaltglied 19 für einen Schalter in der Form eines Magneten. Dieser Magnet wirkt mit zwei magnetisch schaltbaren Zungenschaltern 21, 22 zusammen, die einen Teil einer eingekapselten elektrischen Steuerschaltung 20 bilden, welche an einem feststehenden Teil des Fahrrads sitzt, nämlich an der Abdeckung 17a des Getriebes 17· Die Schalter 21, 22 sind so angeordnet, daß mit dem Drehen des Kettenrads 15 in Torwärtsantriebsrichtung der Schalter 21 geschlossen wird, der Schalter 22 geschlossen wird, der Schalter 21 geöffnet wird und der Schalter 22 geöffnet wird, und zwar jeweilssukzessive.

Die Schaltung weist ein retriggerbaren monostabilen Multivibrator 23 in integrierter Schaltkreisform auf, bei dem es sich um einen integrier-

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ten Schaltkreisteil der Firma Texas Instruments SN 741122N handeln kann. Dieser Teil wird in einem 14-Stift-Dual-In-Line-Paket geliefert, und die Stiffbenennungen, die nachstehend benutzt werden, sind jene, die im Datenblatt des Herstellers für diesen Teil benutzt werden. Die A1- und A2-Dateneingangsstifte sind miteinander und über einen Widerstand R₁ mit einer Lei tang 24 verbunden. Die B₁- B₃- und RÄHM-Stif te sind miteinander und über einen Widerstand mit einer Leitung 25 verbunden. Der Q-Ausgangsstift ist mit der Terbindung zwischen zwei Widerständen H,, R. in Reihe zwischen den Leitungen 24, 25 geschaltet. Der ERDE-Stift ist mit der Leitung 25 verbunden, und der YCC-Stift ist mit der Leitung 24 verbunden. Der REXT-Stift ist mit der Kathode einer Diode D₁ verbunden, deren Anode mit der Leitung 24 über einen Widerstand R,- verbunden ist. Der CBXT-Stift ist über einen Kondensator C₁ mit der Anode der Diode D₁ verbunden. Die verbleibenden Stifte sind nicht angeschlossen. Der Schalter 21 ist zwischen die Leitung 25 und die A₁- und Ap-Dateneingangsstifte geschaltet. Der Schalter 22 ist an einer Seite mit der Leitung 24 und an der anderen Seite durch einen Widerstand R^, zu dem ein Kondensator G_n parallelgeschaltet ist, mit den

O d.

B₁- und B_?-Dateneingangsstiften verbunden.

Der SüT-7 412 2N-Schaltkreis weist eine Logik schaltung auf, derart, daß der Ausgang am Q-Ausgangsstift niedrig ist, während der Schalter 21 allein geschlossen ist, jedoch hochgeht, wenn der Schalter 22 schließt, und dann hoch bleibt, und zwar für eine bestimmte Zeitdauer, die von den Werten von R₁., C₁ abhängt, außer wenn sich der Schalter 21 während dieses Invertalls wieder schließt. Wenn sich andererseits der Schalter 22 zuerst schließt, wird die Schaltung nicht getriggert, und der Q-Ausgang bleibt niedrig.

Die Verbindung zwischen den Widerständen R , R. ist mit der Anode einer Diode Dp verbunden, deren Kathode mit einer Seite eines Kondensators C₇. verbunden ist, dessen andere Seite mit der Leitung 25 verbunden ist. Ein Widerstand R verbindet die Kathode der Diode D_? mit der Steuerelektrode des Eingangs transistors T₁ eines n-p-n-Darlington-Paars T₁, T₂* wobei die Emissionselektrode des Transistors Tp mit der Leitung verbunden ist und die gemeinsamen Kollek-fcren der beiden Transistoren

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mit einem Ausgangsanschluß 27 verbunden sind. Ferner gehört zur eingekapselten Steuerschaltung 20 eine Freilaufdiode D-. für eine Relaisspule 28, wobei die D:
geschaltet ist.

28, wobei die Diode D zwischen zwei Anschlüsse 29, 50 der Schaltung

Um der Schaltung Energie zuzuleiten, hat sie Anschlüsse 51» 52. Der Anschluß 52 ist direkt mit der Leitung 25 verbunden, und der Anschluß 5I ist mit der Anode einer Schutzdiode D verbunden, deren Kathode mit dem Anschluß 50 und auch mit dem Kollektor eines n-p-n-Transistors T verbunden ist, dessen Emissionselektrode mit der Leitung 25 verbunden ist. "in Widerstand R verbindet den Kollektor des Transistors T mit der Steuerelektrode desselben, und diese Steuerelektrode ist mit der Kathode einer Zenerdiode D_ verbunden, deren Anode mit der Leitung 25 verbunden

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ist. Ein Kondensator 0. 13t zwischen die Leitungen 24 und 25 geschaltet.

Der Transistor T,, die Zenerdiode D., der Widerstand R_n und der Konden-

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sator C . bilden eine regulierte Energiequelle für die integrierte Schaltung.

Im Betrieb sind die Anschlüsse 5I, 52 mit dem +- und —Pol einer Batterie 55 verbunden, und ein Schalter 54 a™ Fahrzeuglenker (oder sonstwo) ist zwischen die Anschlüsse 27, 29 geschaltet. Der Motor 18 ist in Reihe mit einem normalerweise offenen Relaiskontakt 28a verbunden.

Wenn der Fahrer mit Hilfskraft fahren möchte, schließt er den Schalter 54· Wenn er nach vorne tritt, wird eine Vorwärtsdrehung des Kettenrads 15 durch die Steuerschaltung festgestellt, so daß das Relais 28 erregt wird und der Motor für eine zusätzliche Vorwärtsantriebskraft sorgt.

Wenn die Pedale nicht getreten werden oder wenn sie dazu benutzt werden, das Zahnrad 11 nach hinten zu drehen, zum Beispiel zum Gangwechsel oder zum Bremsen, wird das Relais nicht erregt.

Die diode D_?, der Kondensator G und der Widerstand R sorgen für eine Blättungεwirkung, so daß das Relais während der relativ kurzen Zeiten nicht erteegt wird, während der der Schalter 21 allein ^schlössen ist.

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Der in l?ig. 4 gezeigte Schaltkreis macht wiederum von einem retriggerbaren monostabilen integrierten Schaltkreis der Type SfT 74122N 12J Gebrauch, in diesem Fall sind die Yerbundungen zu diesem Teil jedoch etwas anders. Die A₁- und A₉-lüingangsan Schlüsse sind miteinander und durch einen Widerstand R mit der positiven Leitung I24 verbunden. Die A^- und A_?-Anschlüsse sind ferner durch einen Widerstand R_1n9 in Reihe mit dem ersten Schalter 121 an 3rde angeschlossen, d.h. an die Leitung 125, wobei zum T/iderstand 3. ein Kondensator G' . parallelgeschaltet ist. Die B- und IL-Dateneingangsanschlüsse sind miteinander und über einen Widerstand R_1n- mit der Leitung I24 verbunden. Die B.- und Bp-Anschlüsse sind außerdem durch den zweiten Schalter 122 mit der Leitung 125 verbunden. Der RAUM-Ansohl uß der Schaltung 125 ist mit der Verbindung zwischen zwei Widerständen R_1n. und R_1n,- verbunden, die in Reihe zwischen die Leitungen 124 und 125 geschaltet sind, wobei die widerstände R₁₀₄ und R_1Oc so gewählt sind, daß die Spannung an ihrer Verbindung niedriger als die Spannung an der Verbindung zwischen den Widerständen R_1n1 und R₁₀p ist, wenn der Schalter 121 ausreichend lange geschlossen warden ist, damit der Kondensator C₁₀₁ voll geladen worden ist, d.h. so daß

R :(R +R ) S R !(Η +R ) 102 ^v 101 102' 7 105 104 105

Wie zuvor ist die Leitung 124 mit dem R -Anschluß durch einen Widerstand R, , und eine Diode D in Reihe verbunden, und der G_ -Anschluß ist mit der Verbindung zwischen dem Widerstand R_1n/- und der Anode der Diode D durch einen Kondensator C. verbunden. Der Ausgang des Multivibrators wird in diesem Fall vom Q-Austangsanschluß der Schaltung 12J abgenommen.

Wenn beide Schalter 121 und 122 geöffnet sind, ist der Q-Ausgang niedrig. Wenn sich der Schalter 121 schließt, geht die Spannung an den A₁- und A--Anschlüssen niedriger als die am RlUM-Anschluß, und zwar für eine Zeit, die durch die Werte des Widerstands R_1n1 und des Kondensators C_n., bestimmt wird, und weil das Signal an den B₁- und B₂-Anschlüssen zu dieser Zeit hoch ist, geht der Ausgang am y-Ausgangsanschluß hoch. Das anschließende Schließen des Schalters 122 hat ©keinen Effekt, und der hohe ii-J

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gang bleibt für eine Zeit bestehen, die durch den Widerstand R₁₀g und. den Kondensator C. „ bestimmt wird, beispielsweise 50 mS. Entsprechend hat ein Öffnen der beiden Schalter keinen Effekt, selbst wenn dieses innerhalb deergenannten Ausgangsimpulslänge geschieht.

Wenn sich andererseits der Schalter 122 schließt, ehe das der Schalter 121 tut, erscheint kein Ausgangsimpuls, weil ein Ausgangsimpuls nur dann erzeugt werden kann, wenn das Signal an den B-Anschlüssen hoch geht, während das an den Α-Anschlüssen niedrig ist, oder wenn das Signal an den A-Ansehlüssen niedrig ist, während das an den B-Anschlüssen hoch geht. Keine dieser Bedingungen während während einer Rückwärtsdrehung erfüllt.

Der Ausgang des Multivibrators wird über einen Kopplungskondensator C₁₀, an einen Frequenz-Spannungs-Wandlerschaltkreis angelegt, der aus Widerständen R.,„-, L₀₀, Dioden D.„_o, D._nT und einem Kondensator C._ besteht.

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Der Widerstand R₁₀₇ verbinden den Kondensator C. mit der Anode der Diode D_1n,. und mit der Kathode der Diode B_1n? > deren Anode mit der Leitung 125 verbunden ist. Der Kondensator C₁ . und der Widerstand R_1f)8 sind parallel zwischen die Kathode der Diode D.,^,. und die Leitung 125

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geschaltet. Die Ladezeitkonstante des Widerstands R_1n7 ^ViIi^^L des Kondensators C _A hat eine Größenordnung, die größer als die Ausgangsimpulslänge der Schaltung 125 ist, und die Entladezeitkonstante des Widerstands R ^und des Kondensators C. _. ist von einer weiteren Größenordnung größer. Die durchschneittliche Spannung am Kondensator C._n/c erhöht sich also mit der Frequenz, mit der Impulse vom Multivibrator 12J erscheinen.

Der Frequenz/Spannungs-Wandler treibt eine Schmidt-Triggerschaltung, die um zwei n-p-n-Transistoren T_1n.. und T_1n? herumgebaut ist. Sin Widerstand Η.,_Λη verbindet die Kathode der Diode ΰ.._Λ, mit der Steuerelektro- \{jy IUp

de des Transistors 5?_1n1» dessen Kollekor über einen Widerstand R_11n mit der Leitung I24 verbunden ist. Der Kollektor des Transistors T₁ , ist ferner mit der Leitung 125 durch zwei widerstände R₁₁₁ und R_11? in Reihe verbunden, deren Verbindung mit der Steuerelektrode des Transistors T_1n^ verbunden ist. Der Kollektor des Transistors T₁₀₂ ^{isi; üter e}i^nen Wider-

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stand R₁₁, mit der Leitung 124 verbunden, und dessen Emissionselektrode ist durch zwei Regelwiderstände in Reihe mit der Leitung 125 verbunden. Der gemeinsame Punkt der Regelwiderstände VR₁ und VR₂ ist mit der Emissionselektrode des Transistors T₁- verbünden, so daß die Einschalt- und Abschalt-Eingangsspannungen der Triggerschaltung eingestellt werden können, indem die beiden Regelwiderstände VR₁ und VRp besnutzt werden.

Der Kollektor des Transistors T₁₀₂ ist mit der Kathode einer Zenerdiode B_1n . verbunden, deren Anode mit der Leitung 125 über einen Widerstand R₁₁- verbunden ist. Die Anode der Zenerdiode D. . ist ferner mit der Steuerelektrode eines Transistors T_1n, verbunden, der als ein Darlingtonpaar mit einem Transistor T₁- . geschaltet ist. Die Emissionselektrode des Transistors T_1n/I ist mit der Leitung 125 verbunden, und dessen Kollektor ist über die Relaiswicklung 128, eine Schutzdiode D_1n- und einen von Hand bedienbaren Schalter 129 in Reihe mit einem 12-Volt-Anschluß 150 verbunden, der auch über eine Spannungsregleranordnung 131 mit der Leitung I24 verbunden ist. Der Motor 132 ist in Reihe mit den Relaiskontakten an eine 24-Volt-Stromquelle angeschlossen.

Im Betrieb wird der Motor 132 immer dann eingeschaltet, wenn die Schalter 121, 122 in der richtigen Reihenfolge mit einer ausreichenden Frequenz betätigt werden, um die Schmidt-Triggerschaltung zu triggern. Vorzugsweise wird die in Fig. 4 gezeigte Schaltung in einem Fahrzeug benutzt, bei dem die Antriebsverbindung zwischen den Motor und dem Antriebsrad oder den Antriebsrädern des Fahrzeugs vom Pedalantriebsmechanismus unabhängig ist.

Im Falle der in Fig. 4 gezeigten Schaltung können zwei oder mehrere Magneten zur Betätigung der Schalter 121, 122 anstelle nur eines vorgesehen sein, und diese können außerdem dem Kettenrad anstatt dem Zahnrad zugeordnet sein.

Ansprüche

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Claims

Ansprüche

1J Elektrisch hilfsbetriebenes, pedalangetriebenes Fahrzeug, gekennzeichnet durch einen Elektrmotor als Hilfsantrieb für das Fahrzeug, einen Pedalantriebsmechanismus mit mindestens einem rotierenden Antriebsglied und eine elektronische K»otorsteuersehaltung, die den Antriebsmotor steuert und auf die Drehung des rotierenden Antriebsglieds anspricht, wobei die teuerschaltung ein Laufen des Motors bewirkt, wenn das Antriebsglied durch den Pedalantriebsmechanismus in einer Vorwärtsantriebsrichtung gedreht wird, jedoch ein Anhalten des Motors bewirkt, wenn das Antriebsglied steht oder in umgekerhiter Ri chtung gedreht wird.
2. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Motorsteuerschaltung zwei Schalter und ein Schaltglied für die Schalter aufweist, wobei entweder die Schalter oder das Schaltglied am Antriebsglied sitzen und das Gegenstück an einem feststehenden Teil angeordnet ist.
3. Fahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter nebeneineander sitzen und die Steuerschaltung Mittel zum Feststellen der Schaltfolge der Schalter aufweist.
4· ¥Fahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter magenetische Zungenschalter sind und die Schaltmittel ein Magnet sind.
5. Fahrzeug nach Anspruch 4» da du roh gekennzeichnet, daß die Srstreckung des Magneten derart in bezug auf die Lage der Schalter ist, daß beide Schalter in einer Vinkelposition des Antriebsglieds geschlossen sind, wobei eine Drehung des Antriebsglieds in eine Richtung ein Öffnen deines Schalters vor dem anderen und eine Drehung des Antriebsglieds in die entgegengesetzte Richtung ein Öffnen des einen Schalters nach dein anderen bewirkt.
6. Fahrzeug nach Anspruch 3» 4 oder 5» dadurch gekenn-

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zeichnet, daß die Motorsesteuerschaltung einen retriggerbaren inonso stabilen Schaltkreis mit einom ersten Da ten eingang, der von einem Schalter gesteuert wird, einem ζ v/ei ten Dateneingang, der vom ändert η Schalter gesteuert wird, und einen Alisgangsanschluß aufVeist, an dem ein Ausgangs signal nur dann erscheint, wenn der andere Schal, ter schließt, während der eine Schalter bereits geschlossen ist.
7· Fahrzeug nacü Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dai?> die Motorsteuerschaltung dafür ein Relais mit Kontakten, die den Motor steuern, und einen Antriebsschaltkreis aufweist, der den Ausgangsanschluß des retriggerbaren mono stabilen Schaltkreises mit der Relaiswicklung verbindet, wobei der Antriebsschaltkreis G-lättungsmittel zur Verhinderung eines intermittierenden Abschaltens des Relais während der Drehung des Antriebsglieds aufweist.
8. Fahrzeug nach Anspich J, 4 oder 5> dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Peststellen der Schaltfolge der Schalter einen Ausgangsimpuls immer dann liefern, wenn die Schalter in der erforderlichen Reihenfolge geschaltet werden, und daß die Steuerschaltung auf die Frequenz der Impulse ansprechende Mittel zum Verhindern eines Einschaltens des Motors aufweist, wenn die Frequen-z unter einem Sollwert liegt.
9. Fahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Frequenz ansprechenden Mittel einen Frequenz/ Spannungs-Wandler aufweisen, der mit einer Schmidt-Triggerschaltung verbunden i st.
10. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 3, 4, 5, 8 oder 9» dadurch gekennzeichnet , daß die Steuerschaltung auch einen retriggerbaren monostabilen Schaltkreis mit einem ersten Dateneingang, der von einem Schalter gesteuert wird, einem zweiten Dateneingang, der von eina»m anderen Schalter gesteuert wird, und einer Widerstands/Eondensatoranordnung aufweist, die dem ersten Dateneingang zugeordnet ist und die Erzeugung eines Ausgangsimpulses durch die Schaltung beim Schließen

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des einen Schalters sicheresteilen, nur wenn der andere Schalter geöffnet ist.

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