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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Pedalbetätigtes Fahrzeug mit elektrischem
Unterstützung, insbesondere Fahrrad mit einem durch menschliche Leistung betriebenen
Antriebssystem und einem elektrischen Antriebssystem, die parallel zueinander
vorgesehen sind, wobei eine Leistungsabgabe des elektrischen Antriebssystems in
Übereinstimmung mit den Änderungen des Ausgangs der Leistungsabgabe des durch
menschliche Leistung betriebenen Antriebssystems gesteuert wird, einer Erfassungseinrichtung
für die menschliche Leistung und einer Einrichtung zur Erfassung des
Änderungsbereiches der erfaßten menschlichen Leistung.
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Solche Fahrzeuge, z. B. Fahrräder, die ein personenbetriebenes Antriebssystem und ein
elektrisches Hilfsantriebssystem parallel zueinander aufweisen, die z. B. in EP-A2-0 517
224 oder in den nachveröffentlichten europäischen Patentanmeldungen EP-A-0 569 954
(18.11.93) und EP-A-0 590 674 (6.4.94) gezeigt sind, steuern üblicherweise den
Ausgang des elektrischen Antriebssystems in Abhängigkeit von der Änderung der
Pedalniederdrückkraft des personenbetriebenen Antriebssystems. Demgemäß erleichtert die
Anordnung die Last der menschlichen Anstrengung, indem die Antriebskraft des
elektrischen Hilfsmotors proportional zu der Größe der Personenleistung, wie der
Pedalniederdrückkraft, erhöht wird. Somit wurden die Erfassung der tatsächlichen
Antriebsbedingungen des Fahrzeugs ausgeführt, insbesondere in Größen der Pedalniederdrückkraft
(oder unter zusätzlicher Berücksichtigung der Fahrzeuggeschwindigkeit), wobei die
tatsächlichen Antriebsbedingungen bestimmt werden, um einen Sollwert für den
erwünschten elektrischen Hilfsantrieb abzuleiten.
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In einem solchen Fall ändert sich, wenn sich die Pedalkraft plötzlich ändert, der Sollwert
der Hilfsgröße ebenfalls stark. Wenn z. B. die Pedalkraft plötzlich zunimmt, nimmt der
Sollwert der Größe des elektrischen Hilfsantriebs auch plötzlich zu, und deshalb wird
auch der Motorstrom des Elektromotors plötzlich erhöht. Als Ergebnis wird ein großer
Stoß auf das Antriebssystem ausgeübt, der den Fahrkomfort verschlechtert.
Insbesondere nimmt zur Startzeit, wenn die Motordrehzahl niedrig ist, die elektrische Hilfsleistung
zu, wodurch neben dem unerwünschten Stoß auf das Antriebssystem auch die
Entladung der Batterie des elektrischen Antriebssystem beschleunigt wird.
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Somit ist es eine Zielsetzung der vorliegenden Erfindung, ein pedalbetriebenes
Fahrzeug mit elektrischem Hilfsantrieb zu schaffen, wie es oben angegeben ist, wobei die
Größe der Motorhilfe daran gehindert wird, sich plötzlich zu ändern, wenn eine plötzliche
Änderung der Pedalkraft erfaßt wird, so daß auf das Antriebssystem ausgeübte Stöße
verringert werden, der Fahrkomfort verbessert wird und die Batterie des elektrischen
Antriebssystem daran gehindert wird, sich schnell zu verschlechtern.
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Um die oben angegebene Zielsetzung auszuführen, ist das oben angegebene Fahrzeug
gemäß der vorliegenden Erfindung dahingehend verbessert, daß eine Steuereinrichtung
vorgesehen ist, die eine Berechnungseinrichtung umfaßt, um in konstanten
Zeitintervallen einen Sollwert für die Größe der elektrischen Hilfsleistung in Reaktion auf die
Personenantriebsleistung zu berechnen und den Elektromotor anzutreiben, die tatsächliche
elektrische Hilfsleistung dem genannten Sollwert anzunähern, und daß eine
Begrenzungseinrichtung für die Motorhilfe vorgesehen ist, die die Größe der Motorhilfe
allmählich in den genannten konstanten Zeitintervallen erhöht oder verringert, indem die Größe
der Änderung des Sollwerts zwischen aufeinanderfolgenden Zeitintervallen
vorgeschrieben wird.
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Somit wird, wenn die Steuereinrichtung den erwünschten Sollwert für die Größe der
elektrischen Hilfsleistung in konstanten Intervallen in Reaktion auf die
Personenantriebsleistung berechnet, eine geeignete Hilfsleistung zu der Pedalniederdrückkraft der Person
gewährleistet. Andererseits ändert sich, da eine Begrenzungseinrichtung für die
Motorhilfe vorgesehen ist, um die Größe der Hilfsleistung allmählich in den genannten
konstanten Zeitintervallen zu erhöhen oder zu verringern, während übermäßige Änderungen
der jeweiligen Sollwerte der elektrischen Hilfsleistung zwischen aufeinanderfolgenden
Intervallen vermieden werden, die Größe der Motorhilfsleistung allmählich, selbst wenn
sich die Antriebskraft der Person ändert. Als Ergebnis werden mechanische Stöße auf
das Antriebssystem des Fahrzeugs verringert, und der Fahrkomfort und das Fahrgefühl
werden verbessert.
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Des weiteren wird, wenn der Motorstrom des Elektromotors des elektrischen
Hilfsantriebssystems als Variable betrachtet wird, der in Reaktion auf die tatsächlichen
Antriebsbedingungen mittels der Begrenzungseinrichtung für den Hilfsmotor eingestellt
wird, der Motorstrom daran gehindert, übermäßig zur Startzeit erhöht zu werden und die
Batterie des elektrischen Hilfsantriebssystem wird daran gehindert, sich schnell zu
leeren.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann auch die
Fahrzeuggeschwindigkeit erfaßt und in das Erfassungssystem der tatsächlichen
Antriebsbedingungen eingegliedert werden, um die elektrische Hilfsleistung gemäß dem
Ausgang des personenbetriebenen Systems zu steuern.
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Gemäß einer noch anderen bevorzugten Ausführungsform berechnet die
Steuereinrichtung den Sollwert für die Größe der elektrischen Hilfsleistung gemäß dem Ausgang des
personenbetriebenen Antriebssystems und der Erfassungseinrichtung für die
Fahrzeuggeschwindigkeit.
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Im folgenden wird die vorliegende Erfindung ausführlicher mittels einer bevorzugten
Ausführungsform von ihr in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben,
in denen:
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Fig. 1 ein Fahrrad mit einem Elektromotor gemäß einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung ist,
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Fig. 2 ein Blockdiagramm des Antriebszuges des Fahrzeugs ist, das ein
personenbetriebenes Antriebssystem und ein elektrisches Hilfsantriebssystem
aufweist,
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Fig. 3 ein Funktionsblockdiagramm einer Steuereinheit der Ausführungsform ist,
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Fig. 4 ein Betriebsablaufdiagramm einer Fahr- und Stopsteuerfunktion ist,
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Fig. 5 ein Betriebsablaufdiagramm einer Systemschutzfunktion und einer
Fehlerdiagnosefunktion ist,
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Fig. 6 ein Betriebsablaufdiagramm einer Startdrehmoment-Rutschsteuerung der
Steuereinheit ist,
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Fig. 7 ein Betriebsablaufdiagramm einer Hilfsleistungs-Begrenzungsfunktion der
Steuereinheit ist,
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Fig. 8 ein Diagramm ist, das die Änderung der elektrischen Hilfsleistung als
Funktion der Zeit zeigt,
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Fig. 9 ein Betriebsablaufdiagramm einer Stopbestimmungssteuerung der
Steuereinheit ist,
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Fig. 10 ein Betriebsablaufdiagramm einer Prüffunktion der Steuereinheit für eine
niedrige Batteriespannung ist,
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Fig. 11 ein Betriebsablaufdiagramm einer Fehlerdiagnose des
Fahrzeuggeschwindigkeitssensors ist,
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Fig. 12a ein Diagramm ist, das die Fahrzeuggeschwindigkeit als Funktion der Zeit
zeigt, während
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Fig. 12b ein Diagramm der Pedalkraft des Fahrers als Funktion der Zeit zeigt,
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Fig. 13 ein Funktionsblockdiagramm der Fehlerdiagnosefunktion der
Steuerungseinheit bezüglich des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors ist.
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Eine Gesamtausbildung des Fahrzeugkörpers wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis
3 beschrieben. Fig. 1 zeigt einen Hauptrahmen 10, der umfaßt ein Abwärtsrohr 14, das
sich von einem Kopfrohr 12 nach rückwärts abwärts erstreckt, ein rechtes und linkes
Paar Kettenstreben 16 (nur eines ist gezeigt), die sich von dem unteren Ende des
Abwärtsrohrs 14 nach hinten erstrecken, ein Sattelrohr 18 und ein rechtes und linkes Paar
Hilfsstreben 20 (nur eines ist gezeigt), die von dem unteren Abschnitt des Abwärtsrohrs
14 aufwärts steigen, und ein rechtes und linkes Paar hintere Streben 22 (nur eines ist
gezeigt), die die oberen Enden des Sattelstützrohrs 18 und die Hilfsstreben 20 mit den
hinteren Enden der Kettenstreben 26 verbinden.
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Eine Gabel 24 ist durch das Kopfrohr 12 drehbar gelagert. Ein Vorderrad 26 ist an dem
unteren Ende der Gabel 24 gehalten. Eine Lenkstange 28 ist an dem oberen Ende der
Gabel 24 befestigt. Eine Sattelstütze 30 mit einem an dem oberen Ende befestigten
Sattel 32 ist von oben in das Sattelstützrohr 18 eingeführt, so daß sie in der Höhe
einstellbar ist.
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Eine Antriebseinheit 34 ist einstückig mit einem unteren Stützgehäuse 36 (nachfolgend
als BB Gehäuse bezeichnet) und einem Elektromotor 38 mit Permanentmagnet
hergestellt. Das BB Gehäuse 36 ist an dem rückwärtigen unteren Teil des Abwärtsrohrs 14
mittels Befestigungsteilen 40 und 42 befestigt. Eine Kurbelwelle 44 geht durch das BB
Gehäuse 36 der Antriebseinheit 34 hindurch, wobei Kurbeln 36 an beiden Enden
befestigt sind. An den Kurbeln 46 sind Kurbelpedale 48 befestigt.
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Die Antriebseinheit 34 umfaßt Zahnräder und Kettenräder (nicht gezeigt), um die
Drehung der Kurbelwelle 44 auf eine Kette 52 über eine Leerlaufkupplung (Fig. 2) auf der
Seite der Kurbelwelle zu übertragen. Ein Planetengetriebe ist zwischen der Kurbelwelle
44 und der Kette 52 eingefügt.
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Die Pedalkraft wird einem Planetenzahnrad des Planetengetriebes eingegeben und von
einem Innenzahnrad auf die Kette 52 ausgegeben. Die Pedalkraft F wird erfaßt, indem
das auf ein Sonnenzahnrad in der Mitte angewandte Drehmoment mittels eines
Pedalkraft-Erfassungsmechanismus erfaßt wird, der aus einem Potentiometer besteht. Die
Drehung des Motors 38 wird durch einen Drehzahluntersetzungsmechanismus 56 vom
Planetwalzentyp und einer Leerlaufkupplung 57 auf der Motorseite übertragen.
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Ein Hinterrad 58 ist an dem hinteren Ende der Kettenstreben 16 befestigt, nämlich an
der Verbindung zwischen den Kettenstreben 16 und den hinteren Streben 22. Hier bildet
die Nabe des Hinterrads 58 einen Leerlauf 60, der von der Kette 52 nur in der
Vorwärtsrichtung angetrieben wird. Fig. 1 zeigt eine aufladbare Batterie 62, wie ein
Bleisäurebatterie, die vertikal gestapelt und in einem länglichen Batteriegehäuse 64 gehalten ist.
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Ein Drehsensor 66 ist an dem BB Gehäuse 36 befestigt, um die Drehzahl des
Kettenrads (nicht gezeigt) zu erfassen, um das die Kette herumgeschlungen ist. Der
Drehsensor 66 dient auch als eine Fahrzeuggeschwindigkeitserfassungseinrichtung, um die
Fahrzeuggeschwindigkeit zu erfassen. Eine Steuereinheit 68 ist an dem vorderen
unteren Teil des Abwärtsrohrs 14 befestigt. Die Steuereinheit 68 und die Antriebseinheit 34
sind durch eine Abdeckung 70 abgedeckt.
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Die Pedalkraft F, die von dem aus einem Potentiometer bestehenden
Pedalkrafterfassungsmechanismus erfaßt wird, und die Fahrzeuggeschwindigkeit S. die von dem
Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 66 erfaßt wird, werden der Steuereinheit 68 eingegeben,
die den Motorstrom gemäß der Pedalkraft F und der Fahrzeuggeschwindigkeit S steuert,
um einen Motorausgang oder ein Motordrehmoment TM zu erzeugen.
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Die Steuereinheit 68 ist ausgebildet, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Der Motor 38 und die
Batterie 62 bilden zusammen mit einem Schalterkreis 72 eine geschlossene Schaltung.
Diese geschlossene Schaltung ist eine Hauptschaltung 74. Der Schalterkreis 72 ist
bspw. mit einem MOS-FET gebildet. Eine Schwungraddiode 66 ist parallel zu dem Motor
38 verbunden. Eine Überbrückung 78 zur Stromerfassung ist an der Hauptschaltung 74
angebracht.
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Eine CPU (zentrale Verarbeitungseinheit) 80 gibt einen Befehlswert (i) für den Ausgang
(Drehmoment) TM des Motors 38 gemäß der Pedalkraft F und der
Fahrzeuggeschwindigkeit S aus. Mit anderen Worten gibt die CPU den Befehlswert so aus, daß der
Ausgang (Drehmoment) TM des Motors 38 periodisch synchron zu den periodischen
Änderungen der Pedalkraft geändert wird. Es kann auch eine Anordnung getroffen werden,
daß die Fahrzeuggeschwindigkeit S beschränkt wird, indem der Motorausgang TM
beschränkt wird, wenn eine gegebene Fahrzeuggeschwindigkeit S erreicht ist.
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Eine Steuerschaltung 82 gibt ein Steuersignal (g) aus, um den Schalterkreis 72
entsprechend dem Befehlswert (i) für ein veränderbares Taktverhältnis anzusteuern, das von
der CPU 80 geliefert wird. Mit anderen Worten wird, um den Motorausgang TM zu
erhöhen, das Verhältnis der Einschaltzeit zu dem Gesamtwert der Einschaltzeit und der
Ausschaltzeit (Tastverhältnis genannt) des Befehlswerts (i) erhöht.
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Das Steuersignal (g), das von der Steuerschaltung 82 gemäß dem Befehlswert (i)
ausgegeben wird, wird zu einem Schalterelement des Schalterkreises 72 geschickt, um
jedes Schalterelement wahlweise ein- und auszuschalten.
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Ein Schlüsselhauptschalter 84 ist in Fig. 3 gezeigt. Wenn der Hauptschalter 84
eingeschaltet wird, schaltet die CPU 80 das Hauptrelais 86 ein, das in den Hauptkreis 74
eingreift, und bringt gleichzeitig den Stromquellenabschnitt 88, einen Zusatzeinrichtungs-
Steuerabschnitt 90, die Steuerschaltung 82 und alle Teile der Steuerschaltung 68 in
einen Startzustand. Der Stromquellenabstand 88 erzeugt eine Stromquellenspannung für
die CPU 80 und eine Ansteuerspannung für die Zusatzeinrichtungen 92, indem die
Spannung der Batterie 62 zum Betrieb mittels eines bspw. abschaltenden Reglers
heruntergestuft wird.
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Die Anordnung kann hier auch so getroffen werden, daß eine weitere Batterie geringer
Kapazität (nicht gezeigt) mit dem Stromquellenabschnitt 88 verbunden ist und durch den
herabgesetzten Strom von der Fahrbatterie 62 geladen wird. Die Zusatzeinrichtungen 92
umfassen Lampen und Meßeinrichtungen, die durch den Strom von dem
Stromquellenabschnitt 88 gemäß dem Befehl des Steuerabschnitts 90 für Zusatzeinrichtungen
betrieben werden.
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Die Aufgabe der CPU wird unten unter Bezugnahme auf die Fig. 3 bis 13 beschrieben.
Die CPU hat verschiedene Funktionen, die entsprechend der Software arbeiten. Diese
Funktionen werden grob in die folgenden vier unterteilt, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Sie
sind: eine Fahr- und Stopsteuerfunktion 100, eine Stopprozeßfunktion 102, eine
Systemschutzfunktion 104 und eine Störungsdiagnosefunktion 106. Die
Systemschutzfunktion 104 und die Störungsdiagnosefunktion 106 werden zu geeigneten Zeiten
wiederholt, während die CPU 80 andere Prozesse durchführt, und bspw. alle 10
Millisekunden verarbeitet. Fig. 4 ist ein Ablaufdiagramm, das grob die Arbeitsweise der Fahr- und
Stopsteuerfunktion 100 und der Stopprozeßfunktion 102 zeigt. Fig. 5 ist ein
Ablaufdiagramm, das grob die Arbeitsweise der Systemschutzfunktion 104 und der
Störungsdiagnosefunktion 106 zeigt.
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Die Fahr- und Stopsteuerfunktion 100 führt verschiedene Operationen vom Start bis zur
Stopbestimmung gemäß dem Einschalten des Schlüsselhauptschalters 84 durch. Dies
wird bspw. ungefähr alle 10 Millisekunden wiederholt. Der Inhalt der Funktion 100 wird
unten für jede Funktion beschrieben.
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Zuerst wird die Startbestimmungsfunktion 110 beschrieben. Diese Funktion 110
bestimmt eine Startabsicht, die auftritt, wenn die Pedalkraft F einen gewissen Wert F&sub0; (z. B.
30 kg) überschreitet, und bewegt sich in den Fahrsteuerzustand durch eine
Startdrehmoment-Rutschsteuerfunktion 120, die unten beschrieben wird.
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Die Startdrehmoment-Rutschsteuerung 120 dient zum Löschen des Ergebnisses der
Startbestimmung, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit S während einer gewissen
Zeitperiode (z. B. 3 Sekunden) null bleibt, nachdem die Startabsicht bestimmt worden ist, wie
es durch die Startbestimmungsfunktion 110 gezeigt ist. Ein Beispiel eines solchen Falls
ist, wenn eine Pedalkraft aufgebracht wird, während die Bremse angewendet wird, um
das Starten zu verhindern. Wenn der Motor 38 in diesem Fall in ähnlicher Weise wie bei
der normalen Fahrt angetrieben wird, fährt ein übermäßiger Strom fort, in dem Motor zu
fließen, und beschleunigt das Leeren der Batterie 62 und bringt eine große Last auf das
Antriebssystem auf. Das ist der Grund, den Start nach einer gegebenen Zeitdauer zu
unterbrechen.
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Wenn das Fahrzeug unter der Bedingung einer konstanten aufgebrachten Pedalkraft
angehalten bleibt wie in dem Fall wenn eine Pedalkraft unter der Bedingung aufgebracht
wird, daß das Vorderrad gegen eine Wand gedrückt wird, ist es nicht wünschenswert,
daß ein Motorstrom wiederholt in konstanten Zeitintervallen fließt. Im Hinblick darauf ist
diese Ausführungsform ausgebildet, dem gegebenen Wert zur Startbestimmung
(Pedalkraftbezugswert F&sub0; zur Startbestimmung) um einen konstanten Wert α jedesmal zu
erhöhen, wenn die Startbestimmung ausgeführt wird.
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Fig. 6 ist ein Ablaufdiagramm des obigen. Da diese Ausführungsform so ausgebildet,
daß der Startwartemodus automatisch eingestellt wird, wenn der Schlüsselhauptschalter
eingeschaltet wird, während das Fahrzeug in Ruhe ist oder nur durch Personenkraft
angetrieben wird, wird dies als der Startwartemodus im Schritt 110A bestimmen. Dieser
Bestimmungsschritt 110A für den Startwartemodus dient dazu, zu bestimmen, ob der
gegenwärtige Modus derjenige ist, der auf einen Start wartet oder nicht. Wenn der
Modus auf den Start wartet, wird die Startabsicht als vorhanden bestimmt, wenn die
Pedal
kraft F gleich oder größer als F&sub0; ist (Schritt 110B). Wenn F ≥ F&sub0;, wird der Hilfsmotor
gestartet und zur gleichen Zeit wird der Modus auf den sanften Startmodus eingestellt
(Schritt 110D). Als nächstes geht das Verfahren zur der
Startdrehmoment-Rutschsteuerung 120. In dieser Steuerung 120 wird zuerst der Zeitgeber gestartet (Schritt 120).
Wenn der Modus nicht der Startwartemodus ist, bedeutet dies, daß das Fahrzeug
bereits fährt, und deshalb umgeht das Verfahren die Startbestimmung 110 und die
Startdrehmoment-Rutschsteuerung 120 und geht zu dem nächsten Vorgang des sanften
Starts 130.
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Die Fahrzeuggeschwindigkeit S wird überprüft, ob sie null ist oder nicht (Schritt 120B).
Wenn S = 0, dann wird der Zeitgeber geprüft, ob sein Zeitzählwert (t) einen gegebenen
Wert t&sub0; (z. B. 3 Sekunden) erreicht hat (Schritt 120C). Wenn S nicht null ist, dann wird
bestimmt, daß das tatsächliche Fahren gestartet worden ist und die
Startbestimmungsfunktion beendet wird, ohne den Wert F&sub0; zu ändern (Schritt 120D).
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Wenn die Zeit t den Wert t&sub0; erreicht hat, wird dies so gesteuert, daß der Bezugswert F&sub0;
erhöht wird auf F&sub0; + α (Schritt 120E), und der Hilfsmotor angehalten wird. Das Verfahren
kehrt zu dem Startwartemodus zurück (Schritt 102). Wenn die Zeit t den Wert t&sub0; nicht
erreicht hat, kehrt das Verfahren zu dem Schritt 120B zurück, um zu prüfen, ob die
Fahrzeuggeschwindigkeit F null ist oder nicht. Wenn F ≥ F&sub0;, während die Pedalkraft
angewendet bleibt, wird erneut bestimmt, ob der Start beabsichtigt ist (Schritt 110B), und der
Hilfsmotor wird gestartet (Schritt 110D). Danach wird dieser Vorgang (n)-mal wiederholt
und wenn F ≥ F&sub0; + α wird die Motorhilfe nicht mehr weiter ausgeführt (Schritt 110B).
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Wenn die Hilfsgröße (nachfolgend als Sollhilfsgröße bezeichnet), wie sie berechnet
worden ist, plötzlich gegeben wird, fließt, wenn der Hilfsmotor gestartet wird, ein
Spitzenstrom wie ein großer Stoß zu dem Motor. Deshalb ist eine sanfte Startfunktion 130
vorgesehen, um die Hilfsgröße langsam zu erhöhen, die als ein tatsächlicher
Befehlswert gegeben wird (nachfolgend als tatsächliche Hilfsgröße bezeichnet). Es werden
nämlich 10% der tatsächlichen Hilfsgröße zu der tatsächlichen Hilfsgröße in konstanten
Zeitintervallen (bspw. 0,015 Sekunden) hinzuaddiert, und wenn die Sollhilfsgröße
erreicht ist, setzt das Verfahren den Fahrmodus und geht zu der Fahrsteuerung 140.
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In der Fahrsteuerung 140 für das normale Fahren wird eine optimale Hilfsgröße in
Anbetracht der Fahrzeuggeschwindigkeit S, der Pedalkraft F, der Stromquellenspannung und
des Motorstroms berechnet, und die Hilfsgröße wird in konstanten Zeitintervallen (z. B.
0,01 Sekunden) erneuert. In diesem Fall wird die Größe der Änderung gegenüber der
vorhergehenden Hilfsgröße beschränkt, um ein glattes Hilfsgefühl zu liefern. Es ist
nämlich eine Hilfsleistungs-Begrenzungsfunktion (Schritt 140A) vorgesehen, wie es in Fig. 4
gezeigt ist.
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Fig. 7 ist ein Betriebsablaufdiagramm der Hilfsleistung-Begrenzungsfunktion 140A, und
Fig. 8 ist ein Diagramm das ein Beispiel von Änderungen der Hilfsleistung als Funktion
der Zeit zeigt. Da diese Ausführungsform den Motorstrom durch PWM
(Impulsweitenmodulation) steuert, wenn der Motorstrom durch das Tastverhältnis D% ausgedrückt wird,
wird die Steuerung so ausgeführt, daß sich der Solltastwert D (der Sollhilfsgröße
äquivalent; der Tastwert ist der Hilfsgröße in der folgenden Beschreibung äquivalent) nicht über
einen gegebenen Wert hinaus (bspw. 10%) ändert.
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Bezugnehmend auf Fig. 7 werden ein laufender Tastwert DN und ein Solltastwert DN-1,
der mit einer Zeit τ vorausgeht, gespeichert (Schritt 140B), und wenn der Tastwert D
zunimmt (Schritt 140C), wird der Tastwert DN-1 um 10% erhöht, und das Ergebnis wird
als D&sub1; angesehen (Schritt 140D). Wenn Dn < D&sub1; ist, ist die Zunahme von DN nicht größer
als 10% (Schritt 140E), und es wird angenommen, daß D&sub2; = DN (Schritt 140E), und D&sub2;
wird als der Solltastwert angesehen, den Motorausgang zu steuern (Schritt 140G). Dann
wird D&sub2; als das vorhergehende DN-1 angenommen und das Verfahren kehrt zu dem
Schritt 140B zurück.
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Wenn DN gleich oder größer als D&sub1; beim Schritt 140D ist, bedeutet dies, daß die
Zunahme des Solltastwerts 10% oder mehr ist. Dann wird so vorgegangen, daß D&sub2; = D&sub1;
(Schritt 140I), und die Steuerung wird mit D&sub2; als Solltastwert durchgeführt.
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Wenn der Solltastwert abnimmt (Schritt 140C), wird der vorhergehende Solltastwert DN-1
um 10% verringert, und das Ergebnis wird als D&sub1; verwendet (Schritt 140J). Wenn DN >
D&sub1; (Schritt 140K) ist die Abnahme weniger als 10%. Deshalb wird DN als der Solltastwert
D&sub2; verwendet (Schritt 140L). Wenn DN ≤ D&sub1;, ist die Abnahme nicht weniger als 10%, und
D&sub1; wird als Solltastwert D&sub2; verwendet (Schritt 140M).
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Das obige Verfahren ist in Fig. 8 mit durchgezogenen Linien A gezeigt. Die
unterbrochenen Linien B zeigen Änderungen des Tastwerts D, wenn die Steuerung durch die
Hilfsleistungs-Begrenzungseinrichtung 140A nicht durchgeführt wird. Auf diese Weise wird
die Zunahme und Abnahme des Motorstroms durch die Verwendung der Steuerung
140A geglättet. Als Ergebnis wird das Fahrgefühl verbessert, und Stöße auf das
Antriebssystem werden verringert.
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Zur Startzeit wird insbesondere der Strom auf einen mäßigen Wert selbst bei niedrigen
Motordrehzahlen begrenzt, um zu verhindern, daß die Batterie schnell entladen wird.
Diese Fahrsteuerung beschränkt auch das Motorhilfsverhältnis bei hohen Drehzahlen.
Um dies auszuführen, kann das Hilfsverhältnis auf einen kleinen Wert auf einer Karte
eingestellt werden, die das Hilfsverhältnis als Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit S
und der Pedalkraft F definiert.
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Bei dieser Ausführungsform wird eine Stopabsicht durch die Verwendung der Pedalkraft
F und der Fahrzeuggeschwindigkeit S ohne Verwendung eines Bremsschalters
bestimmt.
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Zunächst wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit null ist (Schritt 150A) und wenn die
Pedalkraft geringer als ein gegebener Wert F&sub1; (bspw. entsprechend 12 kg oder einem
Drehmoment von ungefähr 2 kg·m) (Schritt 150B) ist, der Zeitgeber gestartet (Schritt
150E). Wenn der Zeitgeber bereits zählt, läßt man das Zählen fortfahren (Schritt 150D).
Wenn der aufaddierte Wert t des Zeitgebers einen gewissen Wert t&sub0; (z. B. 1 Sekunde)
erreicht (Schritt 150E), geht das Verfahren zu einem Stopvorgang, um dem Motorausgang
auf null zu bringen (Schritt 120F).
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Wenn nicht F < F&sub1; ist (Schritt 150B) und F nicht kleiner als F&sub2; ist (F&sub2; ist größer als F&sub1;,
bspw. 30 kg) (Schritt 150G), wird ein anderer Zeitgeber gestartet (Schritt 150I), wenn die
Unterschiedsweite ΔF&sub0; der Pedalkraft F nicht größer als ein gegebener Wert ΔF&sub0; (bspw.
12 kg) (Schritt 150H) ist. Wenn der Zeitgeber bereits zählt, läßt man das Zählen
fortfahren (Schritt 150J). Wenn der aufaddierte Wert t&sub1; zu einem gegebenen Wert t&sub1;&sub0; (z. B. 2
Sekunden) fortfährt, wird die Stopabsicht als vorhanden bestimmt (Schritt 150J). Der
Zeitgeber wird zurückgesetzt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit S nicht null ist (Schritt
150A) oder die obigen Bedingungen nicht erfüllt sind (Schritt 150L), und das Verfahren
kehrt zu dem Schritt 10 zurück. Zu diesem Zeitpunkt wird der Modus beibehalten, wie er
ist.
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Wenn die Stopabsicht als vorhanden bestimmt wird, wie es oben beschrieben wurde,
geht das Verfahren zu einem Stopprozeß (Schritt 102), um den Motorausgang nach und
nach zu verringern, und bereitet den nächsten Start vor oder wartet auf den nächsten
Eingang die Pedalkraft F, indem das Verfahren in dem Startwartemodus eingestellt wird.
Wenn es kein Eingangssignal außerhalb, wie der Pedalkraft F und die
Fahrzeuggeschwindigkeit S, länger als eine gegebene Zeitdauer gibt, geht das Verfahren in einen
Energiesparmodus. Beispielsweise werden die Steuerschaltung 82, das Hauptrelais 80
und der Stromquellenabschnitt 88 abgeschaltet, und die CPU 80 stoppt den Betrieb mit
Ausnahme der Funktion, die Gegenwart äußerer Eingaben zu bestimmen.
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Die Systemschutzfunktion 104 wird unten beschrieben. Wie es in Fig. 5 gezeigt ist,
besteht diese Funktion aus einer Prüffunktion 160 für eine Batterieüberspannung, einer
Prüffunktion 170 für eine Batterieniederspannung und einer Bestimmungsfunktion 180
für einen niedrigen Stromverbrauchsmodus.
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Das Prüfen 160 der Batterieüberspannung dient zum Schutz des Systems, wenn durch
eine Abänderung die Batterie durch eine mit einer höheren Spannung ersetzt wird.
Wenn der Schlüsselhauptschalter 84 (Fig. 3) eingeschaltet wird, wird nämlich die
Batteriespannung geprüft, ob sie höher als ein gegebener Wert ist. Wenn sie höher ist, wird
die Steuerung angehalten, um das Fahren zu beschränken, damit es in
Energiesparmodus fortgesetzt wird. Auf diese Weise wird das Fahren während des Aufladens
zuverlässig verhindert. Es ist erwünscht, die Sicherheit so zu verbessern, daß das Fahren
gesperrt wird, bis der Schlüsselhauptschalter 84 ausgestellt wird, selbst wenn sich die
Batteriespannung auf einen normalen Pegel unter dieser Bedingung erholt.
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Die Prüffunktion 170 für eine Batterieniederspannung dient dazu, die Batterie vor einer
übermäßigen Entladung zu schützen, wenn die Batteriespannung übermäßig absinkt.
Die Batteriespannung erholt sich selbst, wenn sie übermäßig während des Fahrens
absinkt, und steigt, wenn der Entladestrom durch Stoppen der Steuerung abgeschaltet
wird. Deshalb wird die Steuerung wieder möglich. Jedoch wird die Batterie wegen der
übermäßigen Entladung geschwächt. Deshalb wird bevorzugt, die Spannung ohne Last
unmittelbar nach dem Einschalten des Schlüsselhauptschalter 84 zu prüfen und eine
Warnung auszugeben, wenn die Spannung niedriger als ein voreingestellter Wert ist.
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Die Prüffunktion 170 für eine Batterieniederspannung kann ebenfalls sein, wie es in Fig.
10 gezeigt ist. Die Batteriespannung VB wird nämlich mit zwei Schwellenwerten Vth1 und
Vth2 (Vth1 < Vth2) verglichen (Schritte 170A, 170B). Wenn VB nicht größer als Vth1 ist, wird
eine Leuchtdiode LED eingeschaltet und der Zeitgeber wird gestartet (Schritt 170C).
Wenn der Zeitgeberwert eine aufaddierte Zeit t&sub2;&sub0; (bspw. 5 Sekunden) erreicht (Schritt
170D), wird die gesamte Steuerung angehalten (Schritt 192).
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Wenn VB zwischen Vth1 und Vth2 ist (Schritte 170A, 170B), blinkt die Leuchtdiode LED als
eine Warnung (Schritt 170F). Wenn VB nicht kleiner als Vth2 ist, gibt es kein Problem mit
der Batteriespannung und deshalb wird eine andere Steuerung durchgeführt (Schritt
170G).
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Wie es oben beschrieben wurde, wird, wenn die Spannung VB nicht größer als Vth1 ist,
das plötzliche Anhalten des Fahrzeugs durch die Ausgestaltung verhindert, daß die
Steuerung nicht unmittelbar aber nach einer gegebenen Zeitdauer angehalten wird,
während der die Leuchtdiode LED eingeschaltet ist. Es ist bspw. denkbar, daß, wenn
das Fahrzeug an einer Kreuzung gestartet wird, die Spannung absinkt und die
Leuchtdiode LED aufleuchtet, bevor das Durchfahren der Kreuzung beendet ist. Selbst in einem
solchen Fall kann das Fahren innerhalb der Einstelldauer t&sub2;&sub0; des Zeitgebers fortgesetzt
werden, um das Überfahren der Kreuzung zu beenden.
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Die Bestimmungsfunktion 180 für einen Modus mit niedrigem Energieverbrauch dient
dazu, den Energiesparmodus zu bestimmen, der vorhergehend beschrieben wurde.
Wenn das Fahrzeug in Ruhe ist (S = 0) und das Eingangssingal für die
Fahrzeuggeschwindigkeit S nicht fortlaufend länger als eine gegebene Zeitdauer (bspw. 5 Minuten)
hergestellt wird, wird dieses Verfahren in den Energiesparmodus gebracht. In diesem
Modus werden, wie es vorhergehend beschrieben wurde, die Steuerschaltung 82, das
Hauptrelais 86 und der Stromquellenabschnitt 88 abgeschaltet, und die CPU 80 stoppt
ihren Betrieb mit Ausnahme der Funktion, das Vorhandensein äußerer Eingaben zu
bestimmen.
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Die Failsafe-Einrichtung, die eine Fehlerdiagnosefunktion 106 bereitstellt, sucht
verschiedene Betriebsstörungen und Fehler, und wenn irgendeine Betriebsstörung vorliegt,
wird eine Warnung (Schritt 190) in ähnlicher Weise wie bei den Schritten 160 und 170
ausgegeben, um die Steuerung anzuhalten (Schritt 192). Beim Steuerstopschritt 192
wird das Hauptrelais 86 ausgeschaltet, und die CPU stoppt alle ihre Funktionen mit
Ausnahme des Warnverfahrens und der Bestimmungsfunktion für den
Niederenergieverbrauchsmodus. Fig. 11 ist ein Ablaufdiagramm, das die Bestimmungsfunktion für
eine Betriebsstörnung des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 66 als ein Beispiel der
Betriebsstörnung-Diagnosefunktion 106 zeigt, und Fig. 12 ist ein Erläuterungsdiagramm
der Arbeitsweise.
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Die Fehlererfassung des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 66 ist die Bestimmung, daß
ein Ausgang des Fahrzeuggeschwindigkeitssenosors 66 vor und nach dem Start fehlt.
Mit anderen Worten wird, wenn dieses Verfahren startet (Schritt 106A) und der Ausgang
des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors (Fahrzeuggeschwindigkeit S) null ist (Schritt
106B) die Änderungsweite ΔF der Pedalkraft F bestimmt (Schritt 106C). Die
Änderungsweite ΔF wird, wie es in Fig. 12 gezeigt ist, aus den Unterschieden zwischen den
Pedalkräften Fn und Fn+1 erhalten, oder ΔFn = Fn+1 - Fn wird in konstanten Zeitintervallen τ&sub1;
bestimmt. Die Zeit τ&sub1; wird bspw. auf 0,5 Sekunden gesetzt.
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Der Unterschied ΔFn wird mit einem konstanten Wert ΔF&sub0; (Schritt 106D) verglichen.
Wenn ΔFn ≥ ΔF&sub0; ist, wird der Zeitgeber gestartet (Schritt 106E), und wenn sein
aufaddierte Wert t&sub3; einen gegebenen Wert t&sub3;&sub0; erreicht, wird von dem
Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 66 bestimmt, daß eine Betriebsstörung vorliegt (Schritt 106G). Dann wird
eine Warnung ausgegeben und der Zeitgeber wird zurückgesetzt. Die Steuerung wird
angehalten (Schritt 192). Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit S nicht null wird, bevor der
aufaddierte Zeitgeberwert t&sub3; den Wert t&sub3;&sub0; erreicht (Schritt 106B), oder ΔF < ΔF&sub0; (Schritt
106D), wird dies als Fehlen einer Störung bestimmt, und der Zeitgeber wird
zurückgesetzt (Schritt 106I), und das Verfahren geht zu einer anderen Steuerung (Schritt 106J).
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Wie es oben beschrieben worden ist, wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit S null ist,
die Störung bei dem Fahrzeugsensor 66 als vorhanden bestimmt, wenn die
Änderungs
weite ΔF größer als ein gegebener Wert ist. Deshalb wird die Störung erfaßt, selbst
wenn der Ausgang von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 66 wegen eines
Drahtbruchs oder Ähnlichem nicht vorhanden ist. Wenn keine Störung nach der Beendigung
der Betriebsstörungsdiagnose 106 erfaßt wird, wie es oben beschrieben worden ist, geht
das Verfahren zu einer anderen normalen Steuerung (Schritt 194, Fig. 5).
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Die Betriebsstörung-Diagnosefunktion 106A des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 66
kann gebildet werden, wie es in dem Blockdiagramm der Fig. 13 gezeigt ist. Die
Fahrzeuggeschwindigkeit S. die durch die Fahrzeuggeschwindigkeitserfassungseinrichtung
erfaßt wird, die durch den Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 66 gebildet ist, wird nämlich,
wenn S = 0 oder nicht ist, durch eine Fahrzeuggeschwindigkeitserfassungseinrichtung
200 bestimmt. Das Bezugszeichen 202 bezeichnet eine Einrichtung, die Änderungsweite
der Pedalkraft F zu erfassen. Die Änderungsweite ΔF, die erhalten wird, wird einer
Vergleichseinrichtung 204 für die Veränderungsweite eingegeben, wenn die
Fahrzeuggeschwindigkeit S null ist, und mit einem gegebenen Wert ΔF&sub0; verglichen. Wenn ΔF größer
ΔF&sub0; ist, wird ein Startsignal T&sub0; für den Zeitgeber ausgegeben.
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Ein Zeitgeber 206 wird durch das Startsignal T&sub0; zurückgesetzt und beginnt, die Zeit zu
zählen. Der Zeitgeber 206 gibt ein Störungsbestimmungssignal I aus, wenn die
aufaddierten Zeitzählwerte eine gegebene Zeit t&sub3;&sub0; erreichen. Das Störungsbestimmungssignal
I wird in einem Pufferspeicher 208 gespeichert und bewirkt gleichzeitig, daß eine
Warneinrichtung 210 eine Warnung ausgibt, und bewirkt, daß eine
Verfahrensstopeinrichtung 212 die Steuerung anhält. Es setzt auch den Zeitgeber 206 zurück.
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Während die Sollhilfsgröße, die entsprechend der Pedalkraft F oder der Pedalkraft und
der Fahrzeuggeschwindigkeit berechnet worden ist, durch das Tastverhältnis in der
Hilfskraft-Begrenzungseinrichtung 140A dieser Ausführungsform dargestellt ist und
derart ausgestaltet ist, daß die Größe der Änderung in jedem Zeitintervall innerhalb von
10% begrenzt ist, ist diese Erfindung nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Sie
kann auch ausgestaltet werden, daß die Größe der Änderung bei der Sollhilfsgröße
innerhalb einer gegebenen Rate des Motorantriebsdrehmoments beschränkt wird, oder
die Änderungsgröße des Tastverhältnisses oder des Drehmoments wird innerhalb eines
numerisch bestimmten Bereiches festgelegt.
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Bei dieser Ausführungsform wird die Änderungsweite als die Differenz ΔF zwischen zwei
aufeinanderfolgend erfaßten Werten der Pedalkraft F genommen, die in konstanten
Zeitintervallen τ&sub1; bestimmt wird, wenn eine Betriebsstörung des
Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 66 erfaßt werden soll. Jedoch ist diese Erfindung nicht auf diese
Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise kann die Änderungsweite auch als die Differenz
zwischen dem maximalen Wert und dem minimalen Wert der Pedalkraft innerhalb einer
Änderungsperiode genommen werden. Diese Erfindung kann auch auf andere Fahrzeuge
als Fahrräder angewendet werden, wie auf eine von Hand geschobene Karre. In diesem
Fall ist die Antriebskraft einer Person die manuelle Kraft.