DE102015005499A1 - Test bench for bicycles, especially electric bicycles - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Prüfstand für Elektrofahrräder als konstruktive Einheit aus Grundgestell, Antrieb und Steuerung, welche eine Möglichkeit bietet, den realen Energiebedarf eines elektrisch betriebenen Fahrrades nachweislich festzustellen, um am Ende eine Aussage über die Stabilität und Zuverlässigkeit des elektrischen Hilfsantriebes treffen zu können, insbesondere der Leistungsfähigkeit des mitgeführten Fahrrad-Akkumulators. Dabei wird die Kraftübertragung derart ausgebildet, dass wenig Veränderungen an dem Prüfobjekt „Fahrrad” selbst vorgenommen werden müssen, um das Rad in einen autonomen Fahrbetrieb zu überführen. Die menschliche Muskelkraft wird durch einen externen Antrieb ersetzt, und ein Testlauf, nach einem vorgegebenen Fahrprofil gefahren. Die Leistungsfähigkeit des Systems ist nachweislich bestimmbar.The invention relates to a test bed for electric bicycles as a structural unit of base frame, drive and control, which provides a way to verifiable determine the real energy needs of an electrically operated bicycle to meet at the end of a statement about the stability and reliability of the electric auxiliary drive, in particular the performance of the entrained bicycle accumulator. The power transmission is designed such that little changes to the test object "bike" itself must be made in order to convert the wheel in an autonomous driving. The human muscle power is replaced by an external drive, and a test run, driven according to a predetermined driving profile. The performance of the system is demonstrably determinable.
Description
Die Erfindung betrifft einen Prüfstand, welcher die Funktionalität und Stabilität eines elektrischen Hilfsantriebes – vorzugsweise eingesetzt in elektrisch betriebenen Fahrrädern – prüft.The invention relates to a test stand, which checks the functionality and stability of an electric auxiliary drive - preferably used in electrically operated bicycles -.
Sinn und Zweck eines elektrischen Hilfsantriebes am Fahrrad ist es, eine hohe Verfügbarkeit der Trittkraftunterstützung während des gesamten Fahrbetriebes zu gewährleisten.The purpose of an electric auxiliary drive on the bicycle is to ensure a high availability of pedaling assistance during the entire driving operation.
Die Erfindung betrifft einen Prüfstand als konstruktive Einheit aus Grundgestell, Antrieb und Steuerung, welche eine Möglichkeit bietet, den realen Energiebedarf eines elektrisch betriebenen Fahrrades nachweislich festzustellen, um am Ende eine Aussage über die Stabilität und Zuverlässigkeit des elektrischen Hilfsantriebes treffen zu können, insbesondere der Leistungsfähigkeit des mitgeführten Fahrrad-Akkumulators.The invention relates to a test rig as a structural unit of the base frame, drive and control, which provides a way to verifiable determine the real energy needs of an electrically operated bicycle to meet at the end of a statement about the stability and reliability of the electric auxiliary drive can, in particular the performance of the accompanying bicycle accumulator.
Solche Hilfsantriebe wirken unterstützend bei der Tretbewegung und sind unter dem Namen „Pedelec” oder „E-Bike” bekannt. Dennoch gibt es Unterschiede, welche sich im Wesentlichen in der Ausführungsform der Trittkraftunterstützung und in den erzielbaren Geschwindigkeiten unterscheiden. „Pedelecs” erhalten Ihre Unterstützung über die Pedale und bis zu einer Geschwindigkeit von max. 25 km/h. „E-Bikes” dagegen haben einen Direktantrieb, welcher über einen Schalter zu-/abgeschaltet wird und bis zu einer Geschwindigkeit von max. 45 km/h unterstützend wirkt. E-Bikes sind deshalb rechtlich keine Fahrräder mehr, sondern Leichtmofas und müssen deshalb auch ein Versicherungskennzeichen tragen.Such auxiliary drives have a supporting effect on pedaling and are known by the name "pedelec" or "e-bike". Nevertheless, there are differences which differ substantially in the embodiment of the pedal assistance and in the achievable speeds. "Pedelecs" receive their support via the pedals and up to a speed of max. 25 km / h. "E-Bikes", on the other hand, have a direct drive, which is switched on / off via a switch and can be operated up to a speed of max. 45 km / h supporting effect. E-bikes are therefore legally no longer bicycles, but lightweight mopeds and must therefore carry an insurance mark.
Das Funktionsprinzip für den Auslösemechanismus der Trittkraftunterstützung basiert auf zwei physikalische Größen, der Trittfrequenz und dem Drehmoment. Im einen Fall löst die Veränderung der Trittfrequenz der Kurbel, im anderen Fall das Drehmoment der Kurbelwelle, die Unterstützung aus. Beide Systeme sind im Einsatz und bei beiden Systemen sorgt ein Elektromotor für die Unterstützung. Die notwendige elektrische Hilfsenergie kommt aus dem mitgeführten Akkumulator.The principle of operation of the kicking force release mechanism is based on two physical quantities, the cadence and the torque. In one case, the change in the cadence of the crank, in the other case, the torque of the crankshaft, triggers the support. Both systems are in use and both systems are powered by an electric motor. The necessary electrical auxiliary energy comes from the entrained accumulator.
Stand der Technik –State of the art -
Prüfvorrichtungen zu Elektrofahrräder sind bekannt durch die Schriften:
- • Patentschrift IPC – B62M 6/45 –
DE 10 2011 077 181 A1 - • Patentschrift IPC – G01M 17/007 –
AT 512 717 B1
- • Patent specification IPC - B62M 6/45 -
DE 10 2011 077 181 A1 - • Patent specification IPC - G01M 17/007 -
AT 512 717 B1
Unbefriedigend in diesen Vorrichtungen ist, dass die Prüfung nur auf Komponentenebene stattfindet. So wird in dem Verfahren (
Es ist daher Aufgabe der Erfindung die Funktionen nicht nur auf Komponentenebene, sondern im Zusammenspiel der Komponenten untereinander im realen Betrieb und im Gesamtsystem zu betrachten. Da auch viele Komponenten eines Fahrrades nicht dauerfest, sondern nur betriebsfest ausgelegt sind, müssen diese auch turnusmäßig gewartet werden. Eine klassische Wartung beinhaltet in der Regel nur Komponentenprüfungen – z. B. der Batterie im Ruhezustand – und erst im Fehlerfall die sofortige Instandsetzung der Einzelkomponente bzw. dessen Austausch. Dies kann äußerst teuer werden, oder eine Ausfahrt wird zur Kraftprobe, wenn dem Hilfsantrieb während der Fahrt die Energie ausgeht. Oftmals sind die Fehler in einer schlechten elektrischen Verbindung zu finden oder mechanische Komponenten verursachen einen höheren Energieeinsatz. Mit dem Prüfstand ist es möglich den Energieeinsatz über einen Dauerfunktionstest festzustellen. In den Werkstätten fehlt jedoch diese Art der Prüfung. Ziel ist es, den Prüfstand in die Werkstattausrüstung zu integrieren.It is therefore an object of the invention to consider the functions not only at the component level, but in the interaction of the components with each other in real operation and in the overall system. Since many components of a bicycle are not fatigue-proof, but are designed only for operation, they must also be regularly maintained. A classic maintenance usually includes only component checks - z. B. the battery at rest - and only in case of failure, the immediate repair of the individual component or its replacement. This can be extremely expensive, or an exit becomes a showdown when the auxiliary drive runs out of energy while driving. Often the faults are found in a poor electrical connection or mechanical components cause a higher energy input. With the test bench it is possible to determine the energy input via a continuous function test. In the workshops, however, this type of test is missing. The aim is to integrate the test bench in the workshop equipment.
Mit einer regelmäßigen Wartung lassen sich Störungen frühzeitig erkennen. Dadurch wird die Betriebsicherheit gewährleistet und erhöht damit die Verkehrssicherheit, Zuverlässigkeit und sorgt letztendlich für mehr Reichweite.With regular maintenance, faults can be detected early. This ensures operational safety, thereby increasing traffic safety, reliability and, ultimately, more range.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Der erfindungsgemäße Prüfstand eröffnet die Möglichkeit in einem Testlauf, den tatsächlichen Energiebedarf das Verhalten auch unter Last eines elektrischen Hilfsantriebes und im Zusammenspiel aller Komponenten im Gesamtsystem zu ermitteln.The test stand according to the invention opens the possibility in a test run to determine the actual energy demand, the behavior even under load of an electric auxiliary drive and the interaction of all components in the overall system.
Die Lösung sieht vor, dass anstelle des Menschen, ein externer Antrieb die menschliche Muskelkraft ersetzt, und in einem Testlauf, nach einem vorgegebenen Fahrlastprofil ein realer Fahrbetrieb autonom ohne Fahrereinfluss abläuft, um am Ende die Leistungsfähigkeit des Systems nachweislich zu bestimmen.The solution provides that instead of the human, an external drive replaces the human muscle power, and in a test run, according to a given Fahrlastprofil a real driving autonomously runs without driver influence, to ultimately determine the performance of the system.
Die Aufgabe der Erfindung besteht auch darin, die Kraftübertragung derart auszubilden, dass wenig Veränderungen an dem Prüfobjekt „Fahrrad” selbst vorgenommen werden müssen, um das Rad in einen autonomen Fahrbetrieb zu überführen.The object of the invention is also to form the power transmission such that little changes to the test object "bike" itself must be made in order to convert the wheel in an autonomous driving.
Die Erfindung lässt mehrere Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung des Funktionsprinzips des Prüfstandes werden diese in den nachfolgenden Zeichnungen näher beschrieben. The invention allows for several embodiments. To further clarify the functional principle of the test stand, these will be described in more detail in the following drawings.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Beispielhafte Ausführungsformen der ErfindungExemplary embodiments of the invention
Auf der Teilfläche (A) befindet sich das Testfahrrad (
Auf der Teilfläche (B) befinden sich die zur Bedienung und Anzeige des Prüfstandes notwendigen Komponenten wie Bedien- und Anzeigeelemente (
Der erfindungsgemäße Aufbau eröffnet die Möglichkeit, den Prüfstand sowohl als stationäre Einrichtung für Montage- und Wartungsarbeiten, als auch für den mobilen Einsatz nutzen zu können. Ein erfindungsgemäßer Zusatzvorteil liegt in der kompakten Baugröße, indem sich die beiden Teilflächen für Transportzwecke über mindestens ein Scharnier (
Der Prüfstand lässt sich über ein integriertes oder auch abgesetztes Bedientableau (
Wie bereits erwähnt gibt es verschiedene Ausführungsmöglichkeiten für die Kraftübertragung, welche nachfolgend näher beschrieben werden.As already mentioned, there are various possible embodiments for the power transmission, which will be described in more detail below.
Die Transmissionseinheit (
Für einen vibrationsarmen Lauf des Riemens und zum Schutz der Transmissionseinheit und weiterer Komponenten, hat sich der Einsatz einer bekannten, dem technischen Stand entsprechenden Spannvorrichtung bewährt. Die Spannvorrichtung sorgt für mehr Laufruhe und einen vibrationsfreien Riemenlauf. In Verbindung mit mindestens einem Sensor werden Geschwindigkeit, Trumkraft, Position und Drehmomente etc. gemessen und an die zentrale Auswerteeinheit gemeldet.For a low-vibration running of the belt and to protect the transmission unit and other components, the use of a known, the technical state corresponding fixture has proven. The clamping device ensures smoother running and a vibration-free belt run. In conjunction with at least one sensor, speed, tension, position and torques etc. are measured and reported to the central evaluation unit.
PrüfablaufTest procedure
Die vorliegende Erfindung beinhaltet eine erfindungsgemäße Entwicklung der Steuerungs- und Regelungseinheit welche den fahrerlosen Fahrbetrieb überhaupt erst ermöglicht.The present invention includes an inventive development of the control and regulation unit which enables the driverless driving in the first place.
Um einen möglichst realen Fahrbetrieb nachbilden zu können, werden zuvor dessen Daten wie Zeitpunkt, Position, Anstieg, Gefälle, Geschwindigkeit, Beschleunigung etc. über ein GPS oder über ein anderes sattelitengestütztes Messsystem gesammelt und in einem zentralen Datenspeicher gesichert. Ergänzend dazu ist es möglich, Streckenverläufe anhand von Video- und Audioaufzeichnungen, aus zuvor durchgeführten Testfahrten zu nutzen.In order to be able to simulate the most realistic driving operation, its data such as time, position, slope, gradient, speed, acceleration, etc., are previously collected via a GPS or via another satellite-based measuring system and saved in a central data memory. In addition to this, it is possible to use route courses based on video and audio recordings from previously performed test drives.
Aus den über mehreren Sensoren erfassten Messdaten wird mittels einer Auswerteeinheit zur Steuerung und Regelung der externen Antriebs- (
Die Aufgabe der externen Antriebseinheit (
Mit der erfindungsgemäßen Entwicklung einer Regelungs- und Steuerungseinheit kommt eine besonders vorteilhafte Bremseinheit (
Wie Eingangs erwähnt, hängt der Auslösemechanismus zur Trittkraftunterstützung von den Größen der Trittfrequenz und des Drehmoments ab. Ändert sich eine Größe kommt der elektrische Hilfsantrieb (
Als erfindungsgemäße Weiterentwicklung lässt sich die aus dem Prüflauf entstandene Bremsenergie auch wieder rückgewinnen. Für die Gewinnung bzw. Rückspeisung ins Netz kommt eine weitere Ansteuerelektronik zum Einsatz, auf die hier nicht näher eingegangen wird.As a further development according to the invention, the braking energy resulting from the test run can also be recovered. For the recovery or return to the grid, another control electronics is used, which will not be discussed here.
Am Ende der Testfahrt werden die Ergebnisse in einem Protokoll zusammengefasst.At the end of the test drive, the results are summarized in a log.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102011077181 A1 [0006, 0007] DE 102011077181 A1 [0006, 0007]
- AT 512717 B1 [0006, 0007] AT 512717 B1 [0006, 0007]
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- 2015-04-30 DE DE102015005499.6A patent/DE102015005499A1/en not_active Withdrawn
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