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DE1763005C3 - Steuerknüppel-Fahrschalter für Elektrofahrzeuge - Google Patents

Steuerknüppel-Fahrschalter für Elektrofahrzeuge

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Publication number
DE1763005C3
DE1763005C3 DE1763005A DE1763005A DE1763005C3 DE 1763005 C3 DE1763005 C3 DE 1763005C3 DE 1763005 A DE1763005 A DE 1763005A DE 1763005 A DE1763005 A DE 1763005A DE 1763005 C3 DE1763005 C3 DE 1763005C3
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DE
Germany
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joystick
control
signal
wci
potentiometer
Prior art date
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Expired
Application number
DE1763005A
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English (en)
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DE1763005B2 (de
DE1763005A1 (de
Inventor
Jacques Henri Le Vesinet Jarret
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Individual
Original Assignee
Individual
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Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
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Publication of DE1763005B2 publication Critical patent/DE1763005B2/de
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Description

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F.s ist bekannt, daß man die Lenkung eines Fahrzeugs mittels seiner ein/ein angetriebenen Hinterräder bewerkstelligen kann, wenn auf diese unterschiedliche Drehmomente übertragen werden, deren Größendiffcfenz regelbar ist und ein Maß für die dem Fahrzeug /u erteilende Fahrtrichtung bildet.
Die Erfindung betrifft einen Steucrknüppel-Fahrtchalter zur zur Richtungs- und Antriebssteuerung tines mit zwei Fin/cl-Fahrmoioren an den Hinterrädern antreibbaren Elektrofahrzeug;» in Vorwärts- und ftückwärtsrichtung. bei dem für jeden der beiden Fahl «lötofen ein zur Steuerung eines entsprechenden Lei-Mungs-Steuergcräies dienender Signalgeber vorgesehen ist. deren Ausgangssignale über den in einem Kugelgelenk gelagerten Steuerknüppel verstellbar sind. indem jeweils ein bewegliches Bauteil gegenüber einem testen Bauteil verlagcrbar ist. wobei die Signalgeber in der Weise symmetrisch zur vertikalen, das Kugelgelenk enthaltenden Längsmittelebene angeordnet sind, daß sich in zwei einen Winkel von angenähert 90" einschließenden und symmetrisch zur Längsniittelebenc liegenden Bewegungsrichtung des Steuerknüppels maximale Veränderungen des Ausgangssignals des einen bzw. des
005
anderen Signalgebers ergeben, während in den dazu senkrechten Bcwegungseinrich-ungcn an dem einen b/w. an dem anderen Signalgeber keine Veränderungen erfolgen.
Derartige Fahrschalter werden bevorzugt bei in Industriebetrieben eingesetzten Elektrofahrzeuge^ nämlich bei Elektrokarren (CH-PS 3b4 184) und Gabelstaplern (US-PS 3 040 827 oder 3 100 548) eingesetzt. Dabei steuert die Schwenkbewegung des Hebels um die eine der Achsen die Beschleunigung und die Abbremsung, und die Schwenkbewegung des Hebels um die andere der Achsen ändert die Fahrtrichtung nach links oder nach rechts.
Die bekannten Fahrschalter haben eine Stufenschaltung, d. h. mit ihnen können nur diskrete Gcschwindigkcitbstufen geschaltet werden, und demzufolge kann ein mit einem solchen Fahrschalter ausgerüstetes Elektrofahrzeug auch nur auf wenigen Kurvenradien gefahren werden, die sich durch die nur in Stufen mögliche Steuerung der Motore ergeben. Diese einfache Art des Antriebs und der Lenkung mag für einen Elektrokarren zur industriellen Verwendung ausreichend sein, genügt aber nicht für Elektrofahrzeuge im Straßenverkehr, beispielsweise für körperbehinderte Personen.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, einen Steuerknüppel-Fahrschalter der eingangs beschriebenen Art bei einfachem und robustem Aufbau in seinen mechanischen und elektrischen Bauteilen so weiterzubilden, daß ein Elektrofahrzeug auf der Stelle drehen kann. Insbesondere mit einem lose gelagerten Vorderrad und voneinander unabhängig angetriebenen Hinterrädern versehene Fahrzeuge können eine Drehbewegung längs eines Kreises ausführen, dessen Mittelpunkt in einem der Hinterräder liegt, vorausgesetzt, daß dieses Hinterrad blockiert werden kann.
Der Steuerknüppel-Fahrschalter gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die beweglichen Bauteile der Signalgeber jeweils ausschließlich in Richtung der zugehörigen Bewegungsrichiungen des Steuerknüppels für maximale Signalvcränderungen be wegbar und mit dem Steuerknüppel über ;n desser Nullstellung ebenfalls in dieser Richtung liegende Stan gen gelenkig verbunden sind.
Mit dieser Anordnung der Signalgeber und Übertra gungsgestänge läßt sich mit ganz geringem Aufwand nämlich in einer bevorzugten Ausführung im wesentli chen mit nur zwei Potentiometern und zwei Stangen eine stufenlose Fahrsteuerung eines Elektrofahrzeug; erreichen.
Ausführungsbcispiele der Erfindung ergeben sich au: der nachstehenden Beschreibung an Hand der Zeich nung. und /war zeigt
F i g. 1 ein Elektro-Dreirad mit einem lose gelagcr ten Vorderrad und zwei unabhängig voneinander mo torgetriebenen Hinterrädern, auf das die erfindungsge mäße Vorrichtung /um Lenken und Steuern anwcnd bar ist.
F i g. 2 und i eine Draufsicht von unten b/w. ein lotrechte Seitenansicht des Dreirades nach F i g. I,
F i g. 4 eine Steuervorrichtung bei der Potentiomete als Signalgeber verwendet sind, und
I i g. 5 und b eine Steuervorrichtung bei der die Si gnalgeber progressiv arbeitende photoelektrisch Lichtschranken sind.
Das Fahrgestell des in Fig. 1. 2 und 3 gezeigte Fahrzeuges zur Personenbeförderung besitzt Rahmer längsträger 1, an dem Hinterräder 2 und 3 an eine Achse 6 drehbar gelagert sind. Sie werden mittels j
eines elektrischen Fahrmotors 4 bzw. 5 angetrieben oder gebremst. Am Vorderende des Fahrgestells ist an einem Ausleger des Rahmens ein Bügel 8 um eine im wesentlichen lotrechte Achse 9 frei schwenkbar gelagert, der das Vorderrad 10 trägt. 5
Wenn der Fahrzeugführer veranlaßt, daß der Fahrmotor 5 ein größeres Drehmoment als der Fahrmotor 4 an das zugehörige Rad abgibt, so ist die durcn das Rad 3 auf das Fahrgestell übertragene Kraft FS größer als die durch das Rad 2 auf das Fahrgestell übertragene io Kraft Fl. Aus diesen Kräften ergibt sich an der lotrechten Achse 9 ein Querschub F3, durch den der Bugei 8 schwenkt und die Vorderachse U in einen Winkel zur Hinierachse 6 eingestellt wird. Das Fahrzeug beschreibt dann eine gekrümmte Bahn und is! einer Zen- 15 trifugalbeschleunigung ausgesetzt, die in dem zwischen dem Vorderrad und den Hinierrädern gelegenen Schwerpunkt des Fahrzeuges eine Querkrafi F4 ausübt, deren Komponente f5 an der Achse 9 des Bügels 8 das Gleichgewicht mit dei Kraft /-3 herzustellen sucht, die 10 aus der Differenz der von den beiden Fahrmotoren 4 und 5 übertragenen Drehmomente herrührt.
Um das Fahrzeug stabil auf seiner Bahn zu halten, ist zu empfehlen, den Abstand d zwischen der lotrechten Achse 9 des Bügels 8 und der Achse 11 des Vorderra- »5 des im Bereich zwischen 1% und 25% des Abstandes D der lotrechten Achse 9 von der Hinterradaehse 6 zu wählen.
In F i g. 1 ist ein Steuerknüppel 12 dargestellt, der sowohl zur Steuerung der Fahrtrichtung als auch zur Steuerung der Fahrzeuggeschwindigkeit dient.
Der Steuerknüppel 12 ist in F i g. 4 als um ein Kugcl- oder Kardangelenk schwenkbarer Hebel zu denken, wie es z. B. in F i g. 5 dargestellt ist. Das untere F.nde des Steuerknüppels ist mittels zweier Stangen 13 und 14 gelenkig mit an dem F.nde einer dieser Stangen angebrachten Gleitkontakten 15 bzw. 16 je eines Potentiometers 17 bzw. 18 verbunden. Die Anordnung ist so getroffen, daß beim Verschwenken des oberen Endes des Steuerknüppels in Fahrtrichtung des Fahrzeugs beide Gleitkontakte zu denjenigen Enden des einen und des anderen Potentiometers verschoben werden, die mit dem positiven Pol einer Batterie 19 verbunden sind, während beim Verschwenken des Steuerknüppels nach hinten die Gleitkontaktc zu dem F.nde des zügehörigen Potentiometers verschoben werden, das mit dem negativen Pol der Batterie verbunden ist. Wird der Steuerknüppel nach links oder nach rechts verschwenkt, so verschieben sich die Gleitkontaktc an den Potentiometern in einander entgegengesetzten Rieh-
Hingen.
In Nebcnschlußschaltung zur Batterie 19 liegen Widerstände 20 und 21 bzw. 22 und 23; die Ausgangssignale der Potentiometer werden jeweils zwischen dem Gleitkontakt 15 und dem Verbindung<<punkt zwisehen den Widerständen 20 und 21 bzw. zwischen dem Gleitkontakt 16 und den Widerständen 22 und 23 abgegriffen. Hieraus folgt, daß die Ausgangssignale der Potentiometer jeweils positives oder negatives Vorzeichen haben je nachdem, ob der Gleitkontakt eines Pi/-tcntiomcters sich diesseits oder jenseits der Mitte seiner Wicklung befindet.
Die Ausgangssignalc der Potentiometer 17 bzw. 18 werden je einem Leistungs-Steuergerät 24 bzw. 26 und einem Richtungswender 25 bzw. 27 zugeführt. Eine Antricbsbattcrie 30 des Fahrzeugs speist die Fahrmotoren 4 und 5 über die Leistungs-Steuergeräte 24 bzw. 26 und die Richtungswcnder 25 bzw. 27.
Die Aufgabe des jeweiligen Leistungs-Steuergerätes besteht darin, einen Ausgangsstrom zu erzeugen, dessen Amplitude bzw. Stärke eine lineare Funktion des vom Gleitkontakt 15 bzw. 16 vorgegebenen Steuersignals ist. Derartige Geräte sind in der Technik in vielfachen Ausführungen bekannt. Sie können z. B. ein Stromtor aufweisen, das den Speisestrom entweder durchläßt oder sperrt und das durch einen Impulsgenerator getastet wird, dessen Impulsfolgefrequenz sich mit dem Steuersignal ändert. Nimmt man nun an, daß der Strom während der Dauer der Impulse fließt und während der Impulspausen gesperrt wird, so wächst die Amplitude des Ausgangsstrom mit der Frequenz der Impulsfolge.
Der jedem Leistungs-Steuergerät nachgeschaltete Richtungswender hat den Zweck, die Richtung des Speisestroms und dadurch die Drehrichtung des Molors umzukehren.
Bei der Ausführungsform nach F i g. 4 sind die elektromechanischen Signalgeber, die die jeweilige Stellung des Steuerknüppels in ein elektrisches Signal umwandeln, Potentiometer. Statt dessen können andere Ausführungsformen von elektromechanischen Signalgebern angewendet werden, z. B.:
— steuerbare Blenden, die eine veränderliche Beleuchtung von elektrischen Photozellen herbeiführen,
— Magnetwiderstände, die in einen magnetischen Kreis mit veränderlichem magnetischen Widerstand eingeschaltet sind,
— Detektoren mit wechselseitiger Induktion und
— Drehpotentiometer mit geringer mechanischer
Reibung.
Der in F i g. 5 gleichfalls dargestellte Steuerknüppel 12 besitzt an seinem oberen Ende einen Grilfknopf 31, auf dem die Hand des Fahrzeugführers ruht. Der Steuerknüppel kann um ein Kugelgelenk 32 in jede beliebige Richtung geneigt werden. Die Steuerstange des Steuerknüppels verschiebt bei der Ausführung nach F i g. 5 den mechanischen Teil eines Detektors 34, der auf die Leistungs-Steuergeräte der Fahrmotoren derart einwirkt, daß bei Verschwenken des Steuerknüppels nach vorn das Fahrzeug beschleunig; und bei Verschwenken des Steuerknüppels nach hinten das Fahrzeug gebremst oder auf Rückwärtsgang geschaltet wird, während bei Verschwenkung des Steuerknüppels nach links der rechte Fahrmotor beschleunigt und der linke Fahrmotor gebremst oder auf Rückwärtsgang geschaltet wird und bei Verschwenkung des Steuerknüppels nach rechts der linke Fahrmotor beschleunigt und der rechte Fahrmotor gebremst oder auf Rückwärtsgang geschaltet wird.
Am unteren Ende 35 des Steuerknüppels 12 sind zwei Seilzüge 36 und 37 befestigt, von denen das eine an eine Bremse 28 und das andere an eine Bremse 29 des linken bzw. des rechten Rad~s angeschlossen ist. Wird der Steuerknüppel stark nach hinten gezogen, was der Parkstellung des Fahrzeugs entspricht, so werden die Seilz.üge 36 und 37 gespannt und bewirken die Bremsung, die am linken oder am rechten Rad stärker sein kann je nachdem, obc der Steuerknüppel nach links oder nach rechts geschwenkt wurde.
F i g. 6 zeigt schematisch den Detektor 34. Dieser Detektor umfaßt vier photoelektrische Signalgeber in Form ortsfester Photodioden 40, 41 und 42, 43, welche durch vier gleichfalls ortsfeste Lichtquellen, 44, 45 bzw. 46, 47 belichtet werden. Das Licht kann die Photodioden durch je eines von zwei Fenstern 48 bzw. 49 erreichen, die in Verschlußplatten 50 bzw. 51 angebracht
sind. Die Vcrschlußplatten sind an einem Ende auf einer gemeinsamen ortsfesten Achse 52 gelagert. An ihren anderen Enden sind sie mittels Gelenken 53 b/.w. 54 mit beweglichen Stangen 55 b/.w. 56 verbunden, so daß die Verschlußplatten und die Stangen zusammen ein Lcnkerparallelograimn bilden.
Die beiden Stangen 55 und 56 sind mitteis eines Kugelgelenkes 57 mit dem Steuerknüppel 12 verbunden. Wird das eine der Fenster zwischen die Lichtquelle und die zugehörige Photodiode eingeschoben, so ergibt sich am zugehörigen Motor ein maximales Drehmoment, das in dem Maße abnimmt, in dem das Fenster verschoben wird und die Verschlußplatte den Sirahlendurchgang behindert. Die entsprechenden Veränderungen des Motordrehmomentes sind stark progressiv, aber kontinuierlich und erlauben dem Fahrzeugführer, sein Fahrzeug mil großer Genauigkeit und ohne Anwendung von Körperkraft nach Wunsch in die gewünschte Bahn zu lenken.
Wie eingangs ausgeführt wurde, kann der in einem Kugelgelenk verschwenkbarc einzige Steuerknüppel Signale liefern, die den Antrieb der beiden motorgetriebenen Räder mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und insbesondere auch die Blockierung eines der Räder bewirken können, während das andere Rad angetrieben wird. "Dies wird bei dem erfindungsgemäßen Steuersystem für Lenkung und Antrieb durch eine zweckentsprechende Ausbildung der beiden Signalgeber erreicht, die dem einen und dem anderen motorgetriebenen Rad zugeordnet sind. Bei jedem Signalgeber kann man eine Richtung maximaler Änderung des Übertragungswertes angeben, d. h. eine Richtung, bei der sich der Übergang von einem maximalen Steuersignal eines Vorzeichens zu dem maximalen Steuersignal entgegengesetzten Vorzeichens auf kürzestem Wege vollziehen läßt. Bei slabförniigcn Potentiometern ist diese Richtung die Wicklungsachsc. Wenn der Sign; geber gemäß F i g. 6 unier Verwendung von photoelekirischcn Schranken ausgebildet ist, ist es die Richtung der Verbindungslinie der Photozcllcn 40 und 41 b/w. 42 und 43.
Gemäß der Erfindung sind die Richtungen maximaler Änderung der Steuersignale in bezug auf je eine der angetriebenen Räder, praktisch senkrecht zueinander, damit, wenn der Steuerknüppel, ausgehend von sei ncr Ruhestellung, in die Richtung maximaler Änderung des einen Signalgebers versehwcnki wird, um die Ge schwindigkeit des einen angetriebenen Rades aiii eir Maximum zu bringen, der andere Signalgeber nicht be einflußt wird. Wenn z. B. gemäß F i g. b der Griff knop1 31 in die Richtung verschwenkt wird, die in Verlange rung der Stange 56 verläuft, so tritt das Fenster 49 ii die Verbindungslinie der Lampe 47 mit der Pholo/elle 43, während die Verschliißplatte 50. deren Stange 55
ao senkrecht zur Bewegungsrichtung des Steuerknüppel· liegt, praktisch nicht bewegt wird. Entsprechend wire bei dem Signalgeber nach Fig.4. wenn man der Steuerknüppel 12 nach oben in eine Richtung zieht, die zur Wicklung des Potentiometers 18 parallel ist. der Gleitkontakt 16 dieses Potentiometers verschoben während der Gleitkontakt 15 des Potentiometers 17| nicht verschoben wird.
In der Praxis ist es nicht unbedingt notwendig, dal: die Richtungen maximaler Änderungen in beiden Si gnalgcbern räumlich genau senkrecht verlaufen; mar kann zulassen, daß sie einen Winkel von 60' bis 120 miteinander bilden. In bezug auf die Längsrichtung de1 Fahrzeuges bedeutet das, daß die Richtungen maxima lcr Änderungen gegen diese Längsrichtung zwischei
30' und 60" geneigt sein dürfen.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1 Patentansprüche:
1. Steuerknüppel-Fahrschalter zur Richlungs- und Antriebssteuerung eines mit /wci Einzel-Fahrmotoren an den Hinterrädern antreibbaren Elektrofahrzeug:-! in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung, bei dem für jeden der beiden Fahrmotoren ein zur Steuerung eines entsprechenden Leistungs-Stcuergerätes dienender Signalgeber vorgesehen ist. deren Ausgangssignale über den in einem Kugelgelenk gcla gerten Steuerknüppel verstellbar sind, indem jeweils ein bewegliches Bauteil gegenüber einem fc-Mcn Bauteil vcrlagcrbar ist. wobei die Signalgeber in der Weise symmetrisch zur vc.tikalen,das Kugel- «5 gelenk enthaltenden Längsmittclcbene angeordnet sind, daß sich in /wci einen Winkel von angenähert 90 einschließenden und symmetrisch /ur Lungsmiitclcbene liegenden Bewegungseinrichtung des Steuerknüppels maximale Veränderungen des Aus- ao gangssignals des einen b/w. des anderen Signalgebers ergeben, wahrend in den da/u senkrechten Bewegungsrichtungen an dem einen b/w. an dem anderen Signalgeber keine Veränderungen erfolgen, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegli- »5 ehen Bauteile der Signalgeber jeweils ausschließlich in Richtung der zugehörigen Bewegungsrichtungen des Steuerknüppels (12) für maximale Signalveränderung bewegbar und mit dem Steuerknüppel über in dessen Nullstellung ebenfalls in dieser Richtung liegende Stangen (13. 14 bzw. 55, 56) gelenkig verbunden sind.
2. Steuerknüppel-Fahrschalter nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalgeber Potentiometer (17 b/w. 18) mit stubförmigen Wicklungen sind, die ungefähr senkrecht zueinander angeordnet sind, und daß die Gleitkontakte (15. 16) der Potentiometer mit dem Steuerknüppel (12) durch /wci Stangen (13. 14) verbunden sind, von denen je eine parallel zu einer der Wicklungen vcrläuft (F ig. 4).
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