DE4109930C2

DE4109930C2 - Elektrofahrzeug

Info

Publication number: DE4109930C2
Application number: DE4109930A
Authority: DE
Inventors: Masahiro Ichihara; Shigenori Kimura; Yasuhiro Yamamoto; Jiro Kuramoto; Naoaki Sato; Gonshiro Kawabata
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1990-03-27
Filing date: 1991-03-26
Publication date: 1995-12-14
Anticipated expiration: 2011-03-27
Also published as: FR2660258A1; GB2244352B; GB2244352A; GB9105666D0; US5161634A; FR2660258B1; DE4109930A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein langsam fahrendes Elektrofahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 (DE 38 07 129 A1).

Elektrofahrzeuge werden heutzutage mehr und mehr als selbstfahrende Rollstühle für ältere und gehbehinderte Personen eingesetzt. Ein derartiges Fahrzeug fährt nicht mit einer so hohen Geschwindigkeit wie übliche Fahrzeuge sondern fährt mit Gehgeschwindigkeit. Aus diesem Grund unterliegt die Geschwindigkeitsregelung und die Sicherheit bei Elektrofahrzeugen anderen Bedingungen als bei Kraftfahrzeugen.

Bei einem bekannten Verfahren zur Regelung der Geschwindigkeit eines Elektrofahrzeugs wird die Stellung eines Geschwindigkeitsgebers, z. B. eines Beschleunigungshebels mit einem Potentiometer oder ähnlichem erfaßt und das Ergebnis dieser Erfassung wird von einer Einrichtung zur Bestimmung der Energiezufuhr zu einem Elektromotor verwendet.

Aus der DE 38 07 129 A1 ist es beispielsweise bekannt, eine Regeleinrichtung für ein langsam fahrendes Elektrofahrzeug, insbesondere für einen Rollstuhl, so auszubilden, daß bei Auf treten von Fehlern bei einer Istwert-Erfassung mittels eines Wahlschalters von einer Regelung auf eine Steuerung umgeschaltet und bei Beseitigung des Fehlers wieder zur Regelung zurückge schaltet werden kann.

Wenn das Fahrzeug jedoch auf einer ansteigenden Straße fährt, wird beispielsweise seine Geschwindigkeit geringer als auf einer ebenen Straße, auch wenn der Beschleunigungshebel auf einen bestimmten Wert eingestellt ist. Entgegengesetzt wird die Geschwindigkeit höher, wenn das Fahrzeug bergab fährt. Dieses Tatsache ist nachteilig.

Auf dem Gebiet der Geschwindigkeitsregelung ist eine Rückkopplungsregelung allgemein bekannt, wobei eine Ist- Geschwindigkeit erfaßt wird und die Energiezufuhr zum Motor eingestellt wird, damit die Geschwindigkeit einem Soll-Wert folgt. Diese Regelung ist als genaue Geschwindigkeitsregelung geeignet, wobei lediglich geringe Laständerungen auftreten. Sie ist jedoch nicht als eine Geschwindigkeitsregelung geeignet, bei der große Laständerungen beim Fahren auf einer geneigten oder unbefestigten Straße am Motor auftreten.

In der DE-OS 15 63 978 ist ein Steuersystem zur Steuerung der Geschwindigkeitsänderung eines Fahrzeugantriebs für schnelle Beförderungssysteme, wie z. B. Eisenbahnwagen, beschrieben. Die ses Steuersystem mißt einen Geschwindigkeits-Istwert und ver gleicht ihn mit dem Geschwindigkeits-Sollwert, wobei ein Ge schwindigkeitsänderungssignal zu dem Geschwindigkeits-Sollwert addiert wird, wenn der Geschwindigkeits-Istwert kleiner als der Geschwindigkeits-Sollwert ist bzw. ein Geschwindigkeitsände rungssignal von dem Geschwindigkeits-Sollwert subtrahiert wird, wenn der Geschwindigkeits-Istwert größer als der Geschwindig keits-Sollwert ist. Dieses Regelsystem ist eine verein fachte Ausführungsform eines an sich bekannten Proportional-Reg lers.

Ferner geht eine weitere Steuereinrichtung für einen Antriebs motor eines Fahrzeuges aus der DE 22 31 948 C2 hervor, die spe ziell für verschiedene Fahrzeuge vorgesehen ist, die selbsttätig beschleunigen und verzögern. Bei dieser Steuereinrichtung wird die aufgrund eines geschlossenen Regelkreises erzeugte Änderung der Beschleunigung überwacht, indem der durch den Regelkreis bestimmte Beschleunigungswert einmal abgeleitet wird, um darauf hin integriert zu werden, wobei beim Integrationsvorgang die Überwachung der maximalen Beschleunigungsgrenzwerte ausgeführt wird. Diese Steuereinrichtung stellt somit eine modifizierte Regelschleife mit einem zusätzlichen Beschleunigungs-Überwa chungsglied dar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein langsam fahrendes Elektrofahrzeug zu schaffen, das auch während der Fahrt auf beispielsweise einer geneigten Straße den Geschwindigkeits-Soll wert beibehält.

Die Aufgabe wird durch ein langsam fahrendes Elektrofahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines kleinen Elektrofahrzeugs;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Elektrofahrzeugs gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine Schnittansicht eines Getriebes;

Fig. 4 eine vergrößerte Ansicht einer Handbremse;

Fig. 5 eine schematische Ansicht einer Verriegelung zwischen der Handbremse, einer Negativ-Bremse und einem Beschleunigungshebel;

Fig. 6 ein Blockdiagramm einer Geschwindigkeitsregelung;

Fig. 7 ein Fließbild einer Geschwindigkeitsregelfolge; und

Fig. 8 und 9 schematische Ansichten unterschiedlicher Verriegelungskonstruktionen zwischen der Bremse und der Negativ-Bremse.

Fig 1 zeigt ein kleines dreirädriges Elektrofahrzeug, das ein Chassis 1 aus einem Metallrohrrahmen und einer darauf angeordneten Kunststoffabdeckung aufweist. Das Chassis oder der Fahrzeugkörper 1 hat ein einziges steuerbares Vorderrad 2, einen Lenker 3 zum Steuern des Vorderrades 2 ein rechtes und linkes Hinterrad 4 und einen Sitz 5.

Die Hinterräder 4 sind in einem Untersetzungsgehäuse 7, das einen elektrischen Impulsmotor 6 aufweist, gelagert. Eine Batterie 3 unter dem Sitz 5 versorgt den Elektromotor 6 mit Energie.

Wie aus Fig. 1 und Fig 2 ersichtlich ist am Fahrzeugkörper 1 eine Lenksäule 9 drehbar um eine vertikale Achse P gelagert. Die Lenksäule 9 hat Lagerschenkel 10, die vertikal schwingbar am unteren Ende derselben angebracht sind und das Vorderrad 2 drehbar lagern. An der Lenksäule 9 ist weiter der Lenker 3, der in Form eines nach hinten geöffneten C ausgebildet ist, als auch ein Steuergehäuse 15 am oberen Ende angebracht. Das Steuergehäuse 15 umfaßt einen Geschwindigkeitsschalthebel 11 mit drei Stellungen, für eine hohe Geschwindigkeit, eine mittlere Geschwindigkeit und eine niedrige Geschwindigkeit unterschiedliche Schalter, einschließlich eines Vorwärts/Rückwärts-Umschalters 12, Beschleunigungshebel 13, die wahlweise von Hand bedienbar sind und einen Scheinwerfer 14. An der rechten Seite des Lenkers 3 ist ein Handbremshebel 16 angebracht, der durch Ergreifen bedient wird.

Fig. 3 zeigt ein Getriebe des Elektrofahrzeugs.

Der Antrieb vom Elektromotor 6 wird mittels eines im Untersetzungsgehäuse 7 angeordneten Getriebes untersetzt und über ein Differential 17 auf die rechte und linke hintere Achswelle 18 übertragen. Das Untersetzungsgehäuse 17 beinhaltet einen Mechanismus 19, der ein Umschalten der Getriebeuntersetzung zu einer freien Drehung gestattet, damit das Elektrofahrzeug geschoben werden kann.

Das Differential 17 ist in einem Differentialgehäuse 20 montiert, das eine Handbremse 50 mit einer inneren Trommelbremse trägt, die auf die linke hintere Achswelle 18 wirkt.

Wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt, umfaßt die Bremse 50 eine an der linken hinteren Achswelle 18 befestigte drehbare Trommel 21, eine an einer Endfläche des Differentialgehäuses 20 angeschraubte Stirnplatte 22, einen an der Stirnplatte 22 befestigten Ankerstift 23, einen sich durch die Stirnplatte 22 drehbar erstreckenden Bremsnocken 24, ein Paar sich zwischen den Nocken 24 und dem Ankerstift 23 erstreckende Bremsschuhe 25 und eine Feder 26, die die Schuhe 25 gegeneinander drückt. Die Stirnplatte 22 trägt eine Kabelhalterung 28 zur Festlegung eines Bremskabels 27 und einen Grenzschalter 29. Der Nocken 24 ist an einem Nockenhebel 30 befestigt, mit dem das Bremskabel 27 schwenkbar verbunden ist. Eine Rückholfeder 31 ist vorgesehen, um den Nockenhebel 30 in eine Schließrichtung der Schuhe 25 zu drücken.

Der Nockenhebel 30 umfaßt eine an dem einen Ende von ihm angebrachte Begrenzungsplatte 32 zur Berührung einer Endfläche der Stirnplatte 22 und zur Einstellung einer Rückführgrenzlage des Nockenhebels 30. Die Begrenzungsplatte 32 schließt die normalerweise offenen Grenzschalter 29, wenn sich der Nockenhebel 30 in einer Rückführlage befindet.

Wie in Fig. 5 dargestellt, ist das Bremskabel 27 mit dem am Lenker 3 angebrachten Bremshebel 16 verbunden. Wenn der Bremshebel 16 ergriffen wird, wird das Kabel 27 zur Betätigung der Bremse 50 angezogen. Gleichzeitig überträgt der Grenzschalter 29 ein Signal zu einer Regeleinrichtung 200, die mit einer Sollwert-Korrektureinrichtung 100 verbunden ist, wie weiter unten beschrieben.

Der Elektromotor 6 umfaßt eine Negativ-Bremse 60 (wie sie im Stand der Technik bekannt ist, so daß eine weitere Beschreibung hier entfällt), um eine Bremskraft aufgrund einer Federlast auf eine Motorwelle 33 aufzubringen und zum Aufheben der Bremskraft mittels einer von einer Energiezufuhr kommenden elektromagnetischen Kraft zur Überwindung der Federlast. Die Negativ-Bremse 60 wird betrieben, wenn der Beschleunigungshebel 13 in eine Stop-Stellung zurückgeführt wird.

Wie weiter aus Fig. 1 ersichtlich, umfaßt das Elektrofahrzeug einen Hindernisdetektor 70 mit einem Grenzschalter 36, der bei einer Bewegung einer Stoßstange 35, die am vorderen Ende eines vorderen Kotflügels 36 angebracht ist, und rückwärts und vorwärts gleiten kann, bedient. Dieser Grenzschalter 36 ist ebenfalls mit der Regeleinrichtung 200 verbunden. Die Nega tiv-Bremse 60 wird bedient, wenn sich die Stoßstange nach hin ten, z. B. durch Kollision mit einem Fremdkörper, bewegt.

Fig. 6 zeigt ein Blockdiagramm einer Geschwindigkeitsregelung mit einem Bremssystem für das Elektrofahrzeug. Wie man aus die sem Blockdiagramm sieht, führt der Beschleunigungshebel 13 über ein zugeordnetes Potentiometer ein einer ausgewählten Geschwin digkeitsstellung zugeordnetes Geschwindigkeitseinstellsignal der Sollwert-Korrektureinrichtung 100 zu. Ähnlich teilt der Geschwindigkeitsschalthebel 11 der Sollwert-Korrektureinrichtung 100 über einen nicht dargestellten Schaltkreis einen ausgewähl ten Geschwindigkeitszustand mit, z. B. den hohen, den mittleren oder den niedrigen Geschwindigkeitsbereich. Der Vorwärts/Rück wärts-Umschalter 12 überträgt ebenfalls seinen Ausgang direkt zur Sollwert-Korrektureinrichtung 100. Die zweite, mit der Soll wert-Korrektureinrichtung verbundene Regeleinrichtung 200 empfängt ein Geschwindigkeitsregelsignal von der ersten Steuer einheit 100. Die Regeleinrichtung 200 wandelt das Geschwindig keitsregelsignal in ein Antriebsimpulssignal um, das über einen Impulswellenmodulator 80 dem als Antriebsquelle des Fahrzeugs dienenden Motor 6 zugeführt wird. Die Regeleinrichtung 200 ist weiter mit der Negativ-Bremse 60, einem Hindernisfühler 70 und dem Grenzschalter 29 zur Erfassung der Betätigung der Handbremse 50 verbunden.

Der Impulsmotor 6 umfaßt einen Drehzahlgeber 90 mit zwei Über tragungsfotosensoren, die mit einem 90°-Phasenwinkel angeordnet sind. Der Drehzahlgeber 90 erfaßt die Richtung und einen Betrag der Drehzahl des Motors 6 und führt das Erfassungssignal über einen Frequenz-Spannungswandler 91 der Sollwert-Korrekturein richtung und Regeleinrichtung 100, 200 zu.

Bei dieser Geschwindigkeitsregelung leitet die Sollwert-Korrektureinrichtung 100 eine Sollwertgeschwindigkeit von einer Stellung des Beschleunigungshebels 13 ab, d. h. einen von dem Potentiometer 13a gelieferten Wert, und zwar auf der Grundlage einer ausgewählten Stellung des Geschwindigkeitsschalthebels 11 und einer Lage des Vorwärts/Rückwärts-Umschalters 12. Die Maximalgeschwindigkeiten für den Vorwärtsbetrieb werden auf 6,0 km/h, 4,5 km/h und 1,5 km/h für die Stellungen des Geschwindigkeitsschalthebels 11 für die hohe Geschwindigkeit, die mittlere Geschwindigkeit und die niedrige Geschwindigkeit eingestellt. Für den Rückwärtsbetrieb werden die Maximalgeschwindigkeiten auf 3,0 km/h, 2,5 km/h und 1,0 km/h für die Stellungen des Geschwindigkeitschalthebels 11 für die hohe Geschwindigkeit, für die mittlere Geschwindigkeit und niedrige Geschwindigkeit eingestellt.

Die abgeleitete Sollwertgeschwindigkeit wird zur Regeleinrich tung 200 übertragen, wo die Sollwertgeschwindigkeit mit der Ist- Geschwindigkeit entsprechend dem Drehzahlbetrag vom Drehzahlge ber 90 verglichen wird. Die Regeleinrichtung 200 bestimmt die dem Impulsmotor 6 zugeführte Energie, um eine Differenz zwischen den zwei Werten aufzuheben. Die Stellgröße entsprechend der zugeführten Energie wird dem Impulswellenmodulator 80 zugeführt.

Die Sollwert-Korrektureinrichtung 100 vergleicht die von der Sollwert-Korrektureinrichtung 100 berechnete Sollwertgeschwindigkeit mit der Ist-Geschwindigkeit entsprechend ein von dem Drehzahlgeber 90 empfangenen Drehzahl. Wenn die Differenz zwischen beiden einen vorbestimmten Wert überschreitet, wird dem Sollwert ein Korrekturwert hinzuaddiert, wenn die Differenz positiv ist, und ein Korrekturwert vom Sollwert abgezogen, wenn die Differenz negativ ist. Darauf wird der berichtigte Sollwert der Regeleinrichtung 200 zugeführt. Wenn beispielsweise die Sollgeschwindigkeit auf 5 km/h eingestellt ist, die Ist- Geschwindigkeit jedoch 1 km/h beträgt, bewegt sich das Fahrzeug auf einer ansteigenden Straße. In diesem Fall wird ein Korrekturwert, z. B. 5 km/h hinzuaddiert, damit sich ein Sollwert von 10 km/h ergibt, der als Sollwert für die Geschwindigkeitsregelung durch die Regeleinrichtung 200 ausgegeben wird. Hierdurch fährt das Fahrzeug mit einer Geschwindigkeit entsprechend der Bedienung des Geschwindigkeitsschalthebels 11 und des Beschleunigungshebels 13.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Sollwert-Korrektureinrichtung 100 als Hauptkomponente einen Mikrocomputer und verwirklicht die Rückkopplungssteuerung mit einer Software. Die Regeleinrichtung 200 verwirklicht die Rückkopplungssteuerung mit einer Hardware, die als Hauptkomponente einen Differentialverstärker umfaßt. Dies ist mittels einer ersten Rückkopplungsleitung L1 und einer zweiten Rückkopplungsleitung L2 in Fig. 6 dargestellt.

Im folgenden soll das Bremssystem beschrieben werden. Wenn der Beschleunigungshebel 13 auf einen Geschwindigkeitswert von Null, d. h. die Stop-Stellung, eingestellt ist, wird die Sollwertgeschwindigkeit zwangsweise auf Null reduziert, um die Energiezufuhr zu Motor 6 zu unterbrechen. Der Motor 6 mit der unterbrochenen Energiezufuhr wirkt jetzt als Generator-Bremse und die Energie der Negativ-Bremse 60 wird gleichzeitig unterbrochen. Hierdurch nimmt die Negativ-Bremse 60 eine Lage unter der Federbelastung ein, wodurch das Anhalten des Fahrzeugs positiv unterstützt wird.

Wenn die Handbremse im Notfall bedient wird, wird die Energiezufuhr zur Negativ-Bremse ebenfalls unterbrochen, wodurch das Fahrzeug zuverlässig angehalten wird.

Die Negativ-Bremse arbeitet ähnlich, wenn der Hindernisfühler 70 eingeschaltet ist.

Unter Bezugnahme auf Fig. 7 soll im folgenden der Ablauf beschrieben werden, mit der die Sollwert-Korrektureinrichtung 100 eine Sollwertgeschwindigkeit berechnet.

Zuerst nimmt die Sollwert-Korrektureinrichtung 100 in den Schritten #10, #20 und #30 die Signale auf, die die Lage des Geschwindigkeitsschalthebels 11, des Vorwärts/Rückwärts- Umschalthebels 12 bzw. des Beschleunigungshebels 13 anzeigen. Dann wird in #40 ein Sollwert unter Bezugnahme auf eine Tabelle berechnet, die unter Verwendung der Stellungen des Geschwindigkeitsschalthebels 11, des Vorwärts/Rückwärts- Umschalthebels 12 und des Beschleunigungshebels 13 als Parameter gebildet ist. In Schritt #50 wird eine Istwert- Geschwindigkeit R entsprechend dem Signal bestimmt, das einer von dem Drehzahlgeber 90 erfaßten Drehzahl des Motors 6 entspricht. In Schritt #60 wird der Sollwert S mit dem Istwert R unter Berücksichtigung eines vorbestimmten Wertes K verglichen. Wenn der Vergleich ergibt, daß S größer als R + K ist, wird ein neuer Sollwert durch Hinzufügen eines Korrekturwertes zu dem Sollwert in Schritt #70 eingestellt. Wenn S + K kleiner als R ist, wird ein neuer Sollwert durch Subtrahieren eines Korrekturwertes von dem Sollwert in Schritt #80 eingestellt. In anderen Fällen, d. h., wenn K größer gleich der absolute Wert von (S-R) ist, wird der Sollwert nicht geändert.

Nach diesem Ablauf wird der Sollwert der Regeleinrichtung 200 als eine Bezugsmenge für den Differentialverstärker zugeführt, wo der Sollwert mit dem Signal verglichen wird, das der von dem Drehzahlgeber 90 erfaßten Drehzahl des Motors 6 entspricht. Der Ausgang des Differentialverstärkers wird dem Impulswellenmodulator 80 zugeführt, wo der Ausgang in geeignete Impulse für die Drehung des Impulsmotors 6 umgewandelt wird.

Fig. 8 und 9 zeigen geänderte Verriegelungskonstruktionen zwischen der Bremse 50 und dem Hindernisfühler 70.

Wie in Fig. 8 dargestellt, kann an einer mittleren Stelle des Bremskabels 27 ein Schwenkglied 37 vorgesehen sein, wobei ein die Vorderseite des Bremsschalters 36 umgebendes Verriegelungskabel 38 am unteren Ende desselben befestigt und am oberen Ende mit dem Glied 37 verbunden ist.

Wie in Fig. 9 dargestellt, kann der Handbremshebel 16 einen Bremsschalter umfassen, der beim Ergreifen des Bremshebels 16 bedient wird, wobei dieser Grenzschalter 39 und der mit der Stoßstange 35 verbundene Grenzschalter 36 mit der zweiten Steuereinheit 200 verbunden sind.

Bei der erstgenannten Konstruktion wird das Verriegelungskabel 38 angezogen, wenn der Bremshebel 16 ergriffen wird, wodurch der Grenzschalter 36 zwangsweise nach Rückwärts bewegt und damit bedient wird.

Die Bremse 50 und die Negativ-Bremse 60 können so angeordnet sein, daß sie auf das Vorderrad 2 oder das rechte Hinterrad 4 wirken. Die Bremssteuereinrichtung 16 kann ein Fußbremspedal umfassen.

Claims

1. Langsam fahrendes Elektrofahrzeug mit

- einer Geschwindigkeitsvorgabeeinrichtung (11, 12, 13) zur Ausgabe eines Geschwindigkeits-Sollwertes;
- einer Geschwindigkeitserfassungs-Einrichtung (90, 91) zur Ausgabe eines Geschwindigkeits-Istwertes;
- einer Regeleinrichtung (200) zum Regeln der Fahrzeug geschwindigkeit in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem Geschwindigkeits-Sollwert und dem Geschwindigkeits-Ist wert,

gekennzeichnet durch

- eine Sollwert-Korrektureinrichtung (100) zum Korrigieren des Geschwindigkeits-Sollwertes in Abhängigkeit der Diffe renz zwischen dem Geschwindigkeits-Sollwert und dem Geschwindigkeits-Istwert mit einem Korrekturwert (K), wobei
- der Korrekturwert vom Geschwindigkeits-Sollwert sub trahiert wird, wenn der Geschwindigkeits-Istwert um einen vorbestimmten Wert größer als der Geschwindigkeits-Sollwert ist, und
- der Korrekturwert zu dem Geschwindigkeits-Sollwert addiert wird, wenn der Geschwindigkeits-Istwert um einen vorbestimmten Wert kleiner als der Geschwindigkeits-Soll wert ist.

2. Elektrofahrzeug nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Hilfsbremse, wobei die Sollwert-Korrektureinrichtung (100) einen Geschwindigkeits-Sollwert Null und gleichzeitig ein Bremsbedienungssignal zu der Hilfsbremse ausgibt.

3. Elektrofahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsbremse eine mittels einer elektromagnetischen Kraft lösbare Negativ-Bremse (60) ist, die, wenn die elek tromagnetische Kraft aufgehoben ist, eine Bremskraft mit tels mechanischer Energie, z. B. einer Feder, aufbringt.

4. Elektrofahrzeug nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch eine Handbremse (50) mit einer Bremsbedienungserfassungs einrichtung, die mit der Regeleinrichtung (200) verbunden ist, wobei gleichzeitig, wenn eine Bremsbedienung erfaßt wird, das Bremsbedienungssignal der Hilfsbremse zugeführt wird.

5. Elektrofahrzeuge nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (200) aus einer Hardwareschaltung mit einem Differentialverstärker ausgebildet ist, und die Sollwert-Korrektureinrichtung (100) als Hauptkomponente einen Computer aufweist.