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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung für ein elektrisches
Fahrzeug von dem Typ, der mindestens zwei Räder, ein mechanisches Antriebssystem,
um es dem Benutzer zu ermöglichen,
eine Muskelenergie zu liefern, eine elektrische Energiequelle und
einen elektromechanischen Wandler aufweist, der elektrisch mit der
elektrischen Energiequelle und mechanisch mit einem der Räder verbunden
ist, wobei der Wandler dazu dient, die vom Rad kommende mechanische
Energie in elektrische Energie umzuwandeln, die die Quelle speist,
und die von der Quelle kommende elektrische Energie in mechanische
Energie umzuwandeln, die das Rad speist.
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Die
erfindungsgemäße Steuervorrichtung enthält einen
Steuermodul, eine Leistungselektronik, um die Energieübertragung
zwischen der Quelle und dem Wandler zu gewährleisten, die vom Steuermodul
gesteuert wird, eine Bremse, um die Geschwindigkeit des Fahrzeugs
zu reduzieren, eine Mensch-Maschine-Schnittstelle, die mit dem Modul verbunden
ist und Mittel aufweist, um die Verteilung der von der elektrischen
Energiequelle an den Wandler gelieferten Energie zu steuern, und
Sensoren, die dazu bestimmt sind, den Betrieb des Fahrzeugs betreffende
Parameter zu messen, und die mit dem Steuermodul verbunden sind.
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Die
französische
Patentanmeldung 2 413 254 beschreibt ein Fahrrad, das diese Merkmale
aufweist. Es ist mit einer elektrischen Energiequelle und mit einer
Steuerschaltung versehen, die ausgelegt ist, damit die Geschwindigkeit
konstant bleibt, unabhängig
von der vom Radfahrer gelieferten Kraft. So wird vorgeschlagen,
dass die Energiequelle einen Zusatz beiträgt, so lange die Geschwindigkeit
unter einer Grenzgeschwindigkeit liegt, während mechanische Energie vom
Wandler in elektrische Energie umgewandelt wird, wenn diese Schwelle überschritten
wird. Man kann diese durch die Wahl eines von mehreren Widerständen ändern, die
in die Steuerschaltung eingebunden sind und verschiedene Geschwindigkeiten
definieren. Einer solchen Lösung fehlt
es aber an Flexibilität,
da der Benutzer praktisch gezwungen ist, mit einer der durch die
Steuerschaltung vorgegebenen Geschwindigkeiten zu fahren.
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Ein
anderes Elektrofahrrad wird im Patent
US
3 921 741 beschrieben. Es besitzt einen Motor und einen
Generator, die beide mechanisch mit einem der Räder und elektrisch mit der
Energiequelle verbunden sind, sowie einen Stellknopf, der auf einen Rheostat
einwirkt, der mit der Steuerschaltung verbunden ist. Letztere ermöglicht es,
in Abhängigkeit von
der Position des Stellknopfs die von der elektrischen Energiequelle
an den Motor gelieferte Energiemenge oder die mechanische Energiemenge
zu variieren, die vom Generator umgewandelt wird, um in der elektrischen
Energiequelle gespeichert zu werden.
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Genauer
gesagt, kann der Benutzer den Stellknopf in der mittleren Position
halten, in der die elektrische Energiequelle nicht beansprucht wird.
Die Verschiebung des Stellknopfs in eine Richtung ermöglicht es,
den Rheostat in eine solche Position zu bringen, dass die elektrische
Energiequelle den Motor speist und sich so an der Vorwärtsbewegung
des Fahrrads beteiligt. Je weiter der Stellknopf in diese Richtung
verschoben wird, desto höher
ist der gelieferte Strom. Durch Verschieben des Stellknopfs in die andere
Richtung verbindet der Benutzer den Generator mit der elektrischen
Energiequelle, so dass das an den Klemmen des Generators von der
Bewegung des Fahrrads erzeugte elektrische Signal das Laden der
Quelle gewährleistet.
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Auf
diese Weise kann der Benutzer die von der Energiequelle entnommene – oder an
sie gelieferte – Energiemenge
regeln. Eine solche Lösung
ermöglicht
dem Radfahrer eine größere Nutzungsflexibilität als bei
dem System gemäß dem oben
erwähnten
französischen
Patent. Diese ist aber sehr begrenzt. Jedes Mal, wenn die Steigung
variiert, ist es nämlich
notwendig, die gelieferte Energiemenge anzupassen.
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Aus
der Druckschrift
EP 0 590 674 ist
es auch bekannt, ein Fahrzeug herzustellen, bei dem die von der
Energiequelle ausgegebene Energie proportional zur auf die Pedale
ausgeübten
Kraft ist, wobei der Proportionalitätskoeffizient in Abhängigkeit von
der Geschwindigkeit variiert. Bei einem solche Fahrzeug ist es nicht
möglich,
das Fahrzeug allein die Energie liefern zu lassen, und auch nicht,
die Geschwindigkeit bei der Talfahrt zu beherrschen, indem die Energieentnahme
geregelt wird.
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Wie
aus den obigen Erläuterungen
hervorgeht, wurde bereits vorgeschlagen, Elektrofahrräder herzustellen,
bei denen die elektrische Energiequelle eine Zusatzfunktion hat.
Diese Fahrräder
werden gemäß verschiedenen
Modi gesteuert, um die Energielieferung zu dosieren. Überraschenderweise
besitzen die Fahrräder
aber nur einen Steuermodus.
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, dem Benutzer solcher Fahrzeuge
die Möglichkeit
zu geben, Bezugsparameter betreffend die Zufuhr oder die Entnahme
von Zusatzenergie zu wählen
und so mehrere Alternativen anzubieten, zum Beispiel je nachdem,
ob er eine gleichmäßige Kraft
liefern oder mit einer konstanten Geschwindigkeit fahren möchte. Zu
diesem Zweck ist die erfindungsgemäße Steuervorrichtung dadurch gekennzeichnet,
dass die Schnittstelle außerdem
einen Moduswähler
aufweist, um unter mehreren Steuermodi den einen oder anderen Modus
auszuwählen,
wobei jeder Modus in Abhängigkeit
von mindestens einem der Parameter die zwischen dem Wandler und
der Quelle übertragene Energiemenge
mit Hilfe der Leistungselektronik und ausgehend von den vom Steuermodul
gegebenen Befehlen definiert.
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Die
vorliegende Erfindung hat insbesondere zum Ziel, dem Benutzer einfache
und leicht zu handhabende Mittel zur Gewährleistung der Steuerung der
Vorrichtung anzubieten. Dieses Ziel wird dadurch erreicht, dass
die Mittel zur Steuerung der Energieverteilung von einem Stellknopf
gebildet werden und dass der Moduswähler aus einem Hebel besteht,
der ebenso viele Positionen einnehmen kann, wie die Vorrichtung
Steuermodi aufweist.
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Vorzugsweise
ist der Steuermodul der erfindungsgemäßen Vorrichtung so ausgelegt,
dass je nach der Position des Hebels die an den Wandler gelieferte
elektrische Energie eine Geschwindigkeit und/oder ein Drehmoment
gewährleistet,
die von der Position des Stellknopfs abhängig sind.
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Ein
anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine optimale Fahrsicherheit
zu gewährleisten. Zu
diesem Zweck, und in einer besonderen Ausführungsform, ist die Vorrichtung
so ausgelegt, dass die Zufuhr elektrischer Energie zum Wandler unterbrochen
wird, wenn die Geschwindigkeit einen Grenzwert überschreitet.
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Bei
den konventionellen Fahrzeugen geht die Bremsenergie vollständig verloren.
Die vorliegende Erfindung hat ebenfalls zum Ziel, eine optimale Energierückgewinnung
zu gewährleisten.
Die Vorrichtung, die es ermöglicht,
dieses Ziel zu erreichen, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse
ein Aktivierungsorgan und eine elektrische Bremse aufweist, die
vom Organ betätigt
wird und mit dem Steuermodul verbunden ist, der so ausgelegt ist,
dass er den Wandler als Generator arbeiten lässt, wenn die Bremse aktiviert
wird.
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Die
Benutzung eines Fahrzeugs ist angenehmer, wenn man seine Betriebsparameter
kennt. Zu diesem Zweck weist die erfindungsgemäße Vorrichtung außerdem eine
Anzeigevorrichtung auf, um dem Benutzer die Informationen bezüglich des
Betriebs des Fahrzeugs und der Steuervorrichtung anzuzeigen.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der nachfolgenden
ausführlichen
Beschreibung eines veranschaulichend und nicht einschränkend zu
verstehenden Ausführungsbeispiels in
Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung hervor. Es zeigen:
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1 ein
mit einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung
versehenes Fahrrad;
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2 ein
Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
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3 und 4 die
Leistungen eines mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung versehenen Fahrzeugs
für das
gleiche typische Straßenprofil
und für
zwei Steuermodi.
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Das
in 1 gezeigte Fahrrad weist in üblicher Weise einen Rahmen 10,
eine vordere Gabel 11, einen Lenker 12 und ein
Vorderrad 13 auf. Es weist außerdem ein Hinterrad 14,
ein Tretlager 15 und eine Kette 16 auf, um das
Tretlager 15 mit dem Hinterrad 14 zu verbinden.
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Eine
elektrische Energiequelle 17 ist am Rahmen 10 befestigt.
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Ein
am Lenker 12 befestigtes Elektronikgerät 18 enthält verschiedene
elektronische Bestandteile, deren Besonderheiten anhand von 2 genauer beschrieben
werden. Es wird von einem Hebel 19, einem Stellknopf 20 sowie
von einem Bremshebelgriff 23 gesteuert, die alle am Lenker 12 befestigt
sind. Eine Anzeigevorrichtung 21 ist auf dem Gerät 18 angeordnet.
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Der
Hebel 19 ermöglicht
es, zwei unterschiedliche Betriebsmodi der Vorrichtung auszuwählen, nämlich einen
Modus mit konstanter Geschwindigkeit und einen Modus mit konstantem
Drehmoment. Der Stellknopf 20 definiert durch seine Position den
Wert des dem ausgewählten
Modus entsprechenden Parameters, in diesem Fall der Geschwindigkeit
und des Drehmoments. Der Bremshebelgriff 23 steuert eine
elektrische Bremse 23a, die in 2 schematisch
dargestellt ist, und einen üblichen Bremsmechanismus,
der in der Zeichnung nicht dargestellt ist.
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Ein
elektromechanischer Wandler 22 ist der Radachse und der
Nabe des Vorderrads 13 zugeordnet und mit dem Steuergerät 18 verbunden.
Dieser Wandler ist vom dreiphasigen "brushless"-Typ, der von einem Wechselstromsignal
gesteuert wird, mit auf die Nabe montierten Magneten, die einen
Rotor bilden, und mit fest mit der Radachse verbundenen Spulen,
die einen Stator bilden. Er ist so bemessen, dass die Anzahl von
Halbperioden des Steuersignals, die notwendig sind, um ihn eine
Umdrehung durchführen
zu lassen, zwischen etwa 30 und 60 liegt.
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Ein
solcher Wandler kann sowohl als Motor als auch als Generator arbeiten,
je nach den vom Steuergerät 18 gegebenen
Befehlen. Er ermöglicht es,
das Fahrrad ohne Untersetzungssystem anzutreiben, was zu einem besonders
guten Wirkungsgrad führt.
Da die Spulen ortsfest sind, müssen
keine Bürsten
angeordnet werden. Folglich ist seine Wartung besonders einfach.
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Die
schematisch in 2 dargestellte Steuervorrichtung
wird vom Steuergerät 18,
einem Amperemeter 32, einem Magnetfühler 33 und einem
Dynamometer 34 sowie vom Hebel 19, vom Stellknopf 20 und
von der elektrischen Bremse 23a gebildet. Die Anzeigevorrichtung 21,
die elektrische Energiequelle 17 und der Wandler 22 sind
ebenfalls in 2 gezeigt.
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Das
Steuergerät 18 wird
von einem Steuer- und Messmodul 30 und von einer Leistungselektronik 31 gebildet.
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Der
Modul 30 wird vorteilhafterweise mittels eines Mikroprogrammierers,
zum Beispiel demjenigen, der von der Firma Siemens (DE) mit der
Referenz 80C537 verkauft wird, hergestellt. Er weist eine Verwaltungseinheit 35 und
einen Recheneinheit 36 auf.
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Die
Verwaltungseinheit 35 ist mit dem Hebel 19, der
schematisch durch einen Wählschalter
dargestellt ist, sowie mit dem Stellknopf 20 und mit der elektrischen
Bremse 23a verbunden, die beide durch einen Rheostat dargestellt
sind. Sie empfängt
auch Informationen, die von der Recheneinheit 36 geliefert werden,
und sendet Befehle an sie.
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Die
Recheneinheit 36 empfängt
Steuersignale von der Verwaltungseinheit 35, der Leistungselektronik 31,
dem Amperemeter 32, dem Magnetfühler 33 und dem Dynamometer 34.
Sie sendet Befehle an die Leistungselektronik 31, um zu
definieren, ob der Wandler 22 als Motor oder als Generator
arbeiten soll und welches die Dichte des entnommenen oder gelieferten
Stroms sein soll.
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Die
Leistungselektronik 31 enthält eine Aufbereitungsschaltung 37,
eine Dreiphasenbrücke 38 und
ein Amperemeter 39. Die Aufbereitungsschaltung 37 empfängt Befehle
von der Verwaltungseinheit 35 und überträgt sie nach Aufbereitung an
die Dreiphasenbrücke 38.
Letztere ist mit dem Wandler 22 verbunden, um dessen Versorgung
zu gewährleisten,
wenn er als Motor arbeitet, und um das Signal gleichzurichten, um
die Energiequelle 17 zu laden, wenn der Wandler 22 als
Generator arbeitet.
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Das
Amperemeter 39 misst den Lade- oder Entladestrom, der zwischen
der Dreiphasenbrücke 38 und
dem Wandler 22 fließt.
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Der
Magnetfühler 33 ist
auf dem Stator des Wandlers 22 in der Nähe des Rotors montiert. Er
sendet ein Signal an die Recheneinheit 36 jedes Mal dann,
wenn ein Pol des Rotors in seiner Nähe vorbeigeht. Die Einheit 36 bestimmt
die Anzahl von pro Zeiteinheit empfangenen Signalen. Sie berechnet anschließend die
Geschwindigkeit des Fahrzeugs in Abhängigkeit vom Raddurchmesser.
Die Kenntnis dieses Werts ermöglicht
es der Recheneinheit 36 und der Verwaltungseinheit 35,
die Versorgungsbedingungen des Wandlers 22 zu definieren,
wenn er als Motor arbeitet.
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Das
Dynamometer 34 ist dem Tretlager 15 zugeordnet,
um das vom Benutzer gelieferte Muskeldrehmoment zu messen.
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Das
Amperemeter 32, das zwischen die Energiequelle 17 und
die Leistungselektronik 31 eingefügt ist, ermöglicht es, das Laden und das
Entladen der Energiequelle 17 zu messen und folglich die
verfügbaren
Mittel zu definieren, um sie auf der Anzeigevorrichtung 21 anzuzeigen.
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Wie
bereits erwähnt,
ermöglicht
die beschriebene Steuervorrichtung es dem Benutzer, den Steuermodus
mit Hilfe des Hebels 19 auszuwählen. In einer von dessen Positionen
fährt das
Fahrrad mit konstanter Geschwindigkeit, und in der anderen Position
mit konstantem Drehmoment. Der Benutzer muss noch mittels des Stellknopfs 20 den
Wert des dem gewählten
Modus entsprechenden konstanten Parameters definieren, in diesem
Fall die gewünschte
Fahrgeschwindigkeit oder das an das Antriebsrad anzulegende Drehmoment.
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Wenn
der Hebel 19 den Modus mit konstanter Geschwindigkeit wählt, muss
der Benutzer schließlich
mittels des Stellknopfs 20 die Geschwindigkeit definieren,
mit der er sich fortbewegen möchte.
Die Steuervorrichtung funktioniert dann folgendermaßen.
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Die
Verwaltungseinheit 35 befiehlt der Recheneinheit 36,
ihr die Informationen bezüglich
der Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu liefern. Zu diesem Zweck fragt
die Einheit 36 den Magnetfühler 33 ab und berechnet
die Geschwindigkeit.
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Die
Verwaltungseinheit 35 vergleicht dann die so berechnete
Geschwindigkeit mit der durch die Position des Stellknopfs 20 definierten
Geschwindigkeit. Wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs niedriger
ist als die gewünschte
Geschwindigkeit, befiehlt die Einheit 35 der Aufbereitungsschaltung 37,
den Wandler 22 zu versorgen. Der angelegte Strom kann entweder
konstant sein oder progressiv dosiert werden, indem er reduziert
wird, je kleiner der Unterschied wird.
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Wenn
die Geschwindigkeit des Fahrzeugs höher ist als die gewünschte Geschwindigkeit,
befiehlt die Verwaltungseinheit 35 der Aufbereitungsschaltung 37,
Energie am Wandler 22 zu entnehmen. In anderen Worten arbeitet
dieser als Generator. Auch hier ist die entnommene Energie entweder
konstant oder eine Funktion des Unterschieds zwischen den Geschwindigkeiten.
Im letzteren Fall vermeidet man Stöße im Betrieb des Fahrzeugs.
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Der
Benutzer kann natürlich
die Geschwindigkeit des Fahrzeugs während seiner Fortbewegung verändern, indem
er den Stellknopf 20 dreht. Die Verwaltungseinheit 35 verarbeitet
dann die auf dieser neuen Basis empfangenen Informationen, indem
sie dem Wandler 22 befiehlt, entweder als Motor oder als Generator
zu arbeiten, je nachdem, ob die Geschwindigkeit des Fahrzeugs höher oder
niedriger als die gewünschte
Geschwindigkeit ist.
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Wenn
unterwegs ein Hindernis auftritt, betätigt der Benutzer den Bremshebelgriff 23 und
treibt zuerst den Rheostat der elektrischen Bremse 23a an. Die
Verwaltungseinheit 35 empfängt diese Information als den
Befehl bezüglich
der konstanten Geschwindigkeit annullierend und befiehlt sofort
der Aufbereitungsschaltung 37, den Wandler 22 als
Generator arbeiten zu lassen, in Abhängigkeit von der Position des
Bremshebelgriffs 23, so lange er betätigt wird.
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Die
zur Gewährleistung
das elektrische Bremsens entnommene Energie ist umso größer, je größer der
auf den Bremshebelgriff 23 ausgeübte Druck ist. Jenseits eines
Grenzwerts, der etwa 60 % des Hubs des Griffs 23 entspricht,
wird die mechanische Bremse ebenfalls angetrieben und arbeitet als Ergänzung zur
elektrischen Bremse. Daraus folgt sicher ein Wirkungsgradverlust.
Diese Lösung
ist aber aus Sicherheitsgründen
unabdingbar für
den Fall, dass der Stromversorgungskreis unterbrochen würde.
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Die
in diesem Betriebsmodus erhaltenen Betriebsleistungen werden unter
Bezugnahme auf 3 näher erläutert.
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Wenn
der Benutzer mit Hilfe des Hebels 19 den Modus mit konstantem
Drehmoment gewählt hat,
arbeitet die erfindungsgemäße Vorrichtung
folgendermaßen.
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Die
Position des Stellknopfs 20 definiert den Pegel des Drehmoments,
der an das Fahrzeug angewendet werden muss. Die Recheneinheit 36 berücksichtigt
die vom Amperemeter 32, vom Magnetfühler 33 und vom Dynamometer 34 empfangenen
Informationen, um die elektrischen bzw. mechanischen Drehmomente
zu berechnen, die vom Wandler 22 und vom Tretlager 15 an
das Fahrzeug angewendet werden. Sie bestimmt das vom Wandler 22 erzeugte Drehmoment
ausgehend vom durch das Amperemeter 32 gemessenen Strom
und von der ausgehend von den vom Magnetfühler 33 gelieferten
Informationen definierten Geschwindigkeit genauer. Das Muskeldrehmoment
wird in Abhängigkeit
von der vom Dynamometer 34 gemessenen Kraft und vom Hebelarm des
Tretlagers 15 definiert.
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In
diesem Steuermodus ist das angelegte Drehmoment immer gleich, unabhängig vom
Profil des Geländes,
natürlich
nur so lange, wie die Position des Stellknopfs 20 nicht
verändert
wird.
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Die
Recheneinheit 36 definiert also permanent das Antriebsdrehmoment.
Wenn dieses unter dem gewünschten
Drehmoment liegt, das der Position des Stellknopfs 20 entspricht,
informiert sie die Verwaltungseinheit 35 darüber, die
dann der Aufbereitungsschaltung 37 befiehlt, die von der
Quelle 17 gelieferte Energie zu erhöhen. Wenn dagegen das gemessene
Drehmoment das gewünschte
Drehmoment übersteigt,
befiehlt die Verwaltungseinheit 35 der Schaltung 37,
die gelieferte Energie zu reduzieren.
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Dieser
Steuermodus könnte
gefährlich
sein, wenn das Antriebsdrehmoment nicht bei steilen Talfahrten verändert wird.
Dies kann manuell mit Hilfe des Stellknopfs 20 erfolgen.
Es ist auch möglich,
die Verwaltungseinheit 35 so zu programmieren, dass sie
automatisch in den Modus mit konstanter Geschwindigkeit übergeht,
sobald eine Höchstgeschwindigkeit
erreicht wurde.
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Eine
Einwirkung auf den Bremshebelgriff 23 hat die gleiche Wirkung
wie oben beschrieben, nämlich
die Unterbrechung des Programms bezüglich der Steuerung mit konstantem
Drehmoment und das Auslösen
des Betriebs des Wandlers als Generator.
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Es
können
andere Betriebsmodi in Betracht gezogen werden. Hierzu genügt es, die
Verwaltungseinheit 35 entsprechend zu programmieren und
eine größere Anzahl
von Positionen des Hebels 19 vorzusehen.
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Unter
den möglichen
Modi seien eine Konstantstromversorgung oder auch eine Stromversorgung
proportional zur Muskelkraft erwähnt.
Beide Modi können
ohne weiteres mittels der beschriebenen Vorrichtung angewendet werden,
wenn die Verwaltungseinheit 35 entsprechend programmiert
wird.
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Das
Diagramm der 3 ermöglicht es, das Verhalten eines
mit einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung
ausgestatteten Fahrzeugs besser zu verstehen, das gemäß dem Modus
mit konstanter Geschwindigkeit arbeitet.
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Die
obere Linie des Diagramms, die mit dem Buchstaben A bezeichnet ist,
zeigt schematisch das Profil einer Strecke, die vom Fahrzeug verfolgt
werden kann. Die zweite Linie, die mit dem Buchstaben B bezeichnet
ist, stellt die entlang der ganzen Strecke vom Fahrzeug abgeführte oder
wiedergewonnene Leistung dar. Die Linie C zeigt die Geschwindigkeit, mit
der das Fahrzeug sich bewegt. Schließlich zeigt die Linie D das
Antriebsdrehmoment des Fahrzeugs. Für jede dieser Linien ist die
Zeit in der Ordinate dargestellt.
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Wie
man in Linie A sehen kann, enthält
die Strecke ebene Abschnitte, Steigungen und Gefälle.
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Wie
Linie C zeigt, ist die Geschwindigkeit entsprechend der vom Benutzer
getroffenen Wahl über
die ganze Strecke konstant. Es ist festzustellen, dass diese Geschwindigkeit
bei starken Neigungen geringer sein könnte, wenn die verfügbare Leistung nicht
ausreichend ist.
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Um
diese Fortbewegung zu gewährleisten, gibt
die Steuervorrichtung eine umso größere Energiemenge aus, je stärker die
Neigung ist, wie man an der Linie B der 3 sehen
kann. Wenn das Fahrzeug ein Gefälle
herunterfährt,
gibt es Energie zurück.
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Die
Kurve der Linie D, die das Drehmoment darstellt, ist proportional
zur Kurve der Linie B, sobald die Geschwindigkeit konstant ist.
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Im
Beispiel der 3 liefert der Benutzer keine
Muskelenergie. Bei einer Zufuhr würde die Geschwindigkeit des
Fahrzeugs nicht verändert.
Die Autonomie würde
aber erhöht.
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Das
Diagramm der 4 zeigt schematisch das Verhalten
eines Fahrzeugs, das im Modus mit konstantem Drehmoment arbeitet.
Die obere Linie A zeigt, wie in
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3,
das Profil einer typischen Strecke, die vom Fahrzeug gefahren werden
kann. Die zweite Linie, mit dem Buchstaben B bezeichnet, stellt
die abgeführte
Leistung dar. Die Geschwindigkeit des Fahrzeugs entspricht der Kurve
vor dem Buchstaben C. Die untere Linie D stellt das Antriebsdrehmoment
dar.
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Das
Profil der gefahrenen und in A gezeigten Strecke ist gleich demjenigen
der 3.
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Unter
Bezugnahme auf die Linie D stellt man fest, dass das Drehmoment
konstant ist, entsprechend der Wahl des Benutzers.
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Die
Linie C zeigt, dass die Geschwindigkeit sich deutlich ändert, je
nachdem, ob das Fahrzeug einen Berg hinauf, in der Ebene oder ins
Tal fährt.
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Aufgrund
dieser Geschwindigkeitsänderungen
unterscheidet sich die Kurve der abgeführten Leistung beträchtlich
von derjenigen der 3. Da das an das Fahrzeug angewendete
Antriebsdrehmoment unabhängig
von der Neigung der Straße
konstant ist, verbraucht das Fahrzeug dauernd Energie. Die abgeführte Leistung
ist für
eine beliebige Entfernung gleich, ob in der Ebene, bei einer Talfahrt
oder einer Bergfahrt. Folglich ist die abgeführte Leistung umso höher, je
größer die
Geschwindigkeit ist. Dies schadet der Autonomie aber nicht, so lange
die zum Durchfahren einer gegebenen Strecke benötigte Zeit mit der Erhöhung der
Geschwindigkeit abnimmt.
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In
diesen Tabellen haben die Maßstäbe nur einen
hinweisenden und relativen Wert.
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Es
kann präzisiert
werden, dass ein mit einer wie oben beschriebenen Vorrichtung ausgestattetes Fahrrad,
mit einer Energiequelle wie zum Beispiel einem Akkumulator vom Typ
Ni-MH mit 24 V und 20 Ah, bei einer konstanten Geschwindigkeit von
20 km/h und einem Benutzer von mittlerer Statur auf einer Strecke
gemäß ECE-Normen
und ohne Zufuhr von Muskelenergie über eine Autonomie von etwa
70 km verfügt.
Wenn die Zufuhr von Muskelenergie 50 % erreicht, ist die Autonomie
verdoppelt.
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Im
Modus mit konstantem Drehmoment ermöglicht das Anwenden eines Drehmoments
von 16 Nm, in der Ebene eine Geschwindigkeit von 20 km/h zu erreichen.
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In
anderen Modi, wie sie weiter oben in Betracht gezogen wurden, kann
die Geschwindigkeit des Fahrzeugs von der vom Benutzer gelieferten Muskelenergie
abhängen.
Dies ist zum Beispiel bei einem Konstantstrom-Modus oder auch bei
zum Muskeldrehmoment proportionalem Strom der Fall.
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Der
oben beschriebene Herstellungsmodus betrifft ein Fahrrad. Es ist
klar, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung
ohne weiteres auf andere Fahrzeuge angewendet werden kann, die mit
einer Quelle elektrischer Energie versehen sind. Man kann sich so ein
stromlinienförmiges
Fahrzeug mit drei oder vier Rädern
oder auch sogar einen Roller vorstellen.
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Die
mit Hilfe der Vorrichtung 21 angezeigten Informationen
wurden nicht näher
erläutert,
da sie nicht direkt Teil der Erfindung sind. Sie werden so ausgewählt, dass
sie es dem Benutzer erlauben, die verfügbaren Mittel bestmöglich zu
nutzen und den Ablauf seiner Fahrt sowie die das Fahrzeug betreffenden
Parameter zu kennen. Es werden insbesondere die Geschwindigkeit,
das Laden der Energiequelle, die vorhersehbare Autonomie usw. angezeigt. Die
Anzeigevorrichtung 21, die in der Zeichnung nicht dargestellten
Steuermitteln zugeordnet ist, muss es außerdem ermöglichen, die in der Verwaltungseinheit 35 enthaltenen
Parameter zu verändern.
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Dadurch,
dass dem Benutzer eines Fahrzeugs mit elektrischer Energiequelle
verschiedene Steuermodi vorgeschlagen werden, werden dessen Nutzungsflexibilität und Attraktivität deutlich
verbessert.