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DE69931625T2 - Steuerungsvorrichtung für elektrofahrzeuge - Google Patents

Steuerungsvorrichtung für elektrofahrzeuge Download PDF

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DE69931625T2
DE69931625T2 DE69931625T DE69931625T DE69931625T2 DE 69931625 T2 DE69931625 T2 DE 69931625T2 DE 69931625 T DE69931625 T DE 69931625T DE 69931625 T DE69931625 T DE 69931625T DE 69931625 T2 DE69931625 T2 DE 69931625T2
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DE
Germany
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energy
source
vehicle
electrical energy
converter
Prior art date
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DE69931625T
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Roger Parrat
Mohamed Karmous
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ECOLE D INGENIEURS DU CANTON D
ECOLE D'INGENIEURS DU CANTON DE NEUCHATEL-ETS
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ECOLE D INGENIEURS DU CANTON D
ECOLE D'INGENIEURS DU CANTON DE NEUCHATEL-ETS
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Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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:
  • 1 ein mit einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung versehenes Fahrrad;
  • 2 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
  • 3 und 4 die Leistungen eines mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung versehenen Fahrzeugs für das gleiche typische Straßenprofil und für zwei Steuermodi.
  • 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.
  • Eine elektrische Energiequelle 17 ist am Rahmen 10 befestigt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Das Steuergerät 18 wird von einem Steuer- und Messmodul 30 und von einer Leistungselektronik 31 gebildet.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Das Amperemeter 39 misst den Lade- oder Entladestrom, der zwischen der Dreiphasenbrücke 38 und dem Wandler 22 fließt.
  • 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.
  • Das Dynamometer 34 ist dem Tretlager 15 zugeordnet, um das vom Benutzer gelieferte Muskeldrehmoment zu messen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die in diesem Betriebsmodus erhaltenen Betriebsleistungen werden unter Bezugnahme auf 3 näher erläutert.
  • Wenn der Benutzer mit Hilfe des Hebels 19 den Modus mit konstantem Drehmoment gewählt hat, arbeitet die erfindungsgemäße Vorrichtung folgendermaßen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Wie man in Linie A sehen kann, enthält die Strecke ebene Abschnitte, Steigungen und Gefälle.
  • 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.
  • 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.
  • Die Kurve der Linie D, die das Drehmoment darstellt, ist proportional zur Kurve der Linie B, sobald die Geschwindigkeit konstant ist.
  • Im Beispiel der 3 liefert der Benutzer keine Muskelenergie. Bei einer Zufuhr würde die Geschwindigkeit des Fahrzeugs nicht verändert. Die Autonomie würde aber erhöht.
  • Das Diagramm der 4 zeigt schematisch das Verhalten eines Fahrzeugs, das im Modus mit konstantem Drehmoment arbeitet. Die obere Linie A zeigt, wie in
  • 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.
  • Das Profil der gefahrenen und in A gezeigten Strecke ist gleich demjenigen der 3.
  • Unter Bezugnahme auf die Linie D stellt man fest, dass das Drehmoment konstant ist, entsprechend der Wahl des Benutzers.
  • 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.
  • 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.
  • In diesen Tabellen haben die Maßstäbe nur einen hinweisenden und relativen Wert.
  • 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.
  • Im Modus mit konstantem Drehmoment ermöglicht das Anwenden eines Drehmoments von 16 Nm, in der Ebene eine Geschwindigkeit von 20 km/h zu erreichen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Dadurch, dass dem Benutzer eines Fahrzeugs mit elektrischer Energiequelle verschiedene Steuermodi vorgeschlagen werden, werden dessen Nutzungsflexibilität und Attraktivität deutlich verbessert.

Claims (8)

  1. Vorrichtung zur Steuerung eines Fahrzeugs von dem Typ, der Folgendes aufweist: – mindestens zwei Räder (13, 14), – ein mechanisches Antriebssystem (15, 16), um es dem Benutzer zu ermöglichen, eine Muskelenergie zu liefern, – eine elektrische Energiequelle (17), und – einen elektromechanischen Wandler (22), der elektrisch mit der Quelle (17) und mechanisch mit einem der Räder (13) verbunden ist, wobei der Wandler (22) dazu dient, die vom Rad (13) kommende mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln, die die Quelle (17) speist, und die von der Quelle (17) kommende elektrische Energie in mechanische Energie umzuwandeln, die das Rad (13) speist, wobei die Vorrichtung Folgendes aufweist: – einen Steuermodul (30), – eine Leistungselektronik (31), um die Energieübertragung zwischen der Quelle (17) und dem Wandler (22) zu gewährleisten und die vom Modul (30) gesteuert wird, – eine Bremse (23, 23a), um die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu verringern, und – eine Mensch-Maschine-Schnittstelle (19, 20), die mit dem Modul (30) verbunden ist und Mittel (20) aufweist, um die Verteilung der von der elektrischen Energiequelle (17) gelieferten Energie an den Wandler (22) zu steuern, – Sensoren (33, 34), die mit dem Steuermodul (30) verbunden und dazu bestimmt sind, das an das Fahrzeug angewendete Drehmoment, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs, den von der elektrischen Energiequelle gelieferten Strom und die vom Benutzer gelieferte Muskelenergie zu messen, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle außerdem einen Moduswähler (19) aufweist, um unter den Steuermodi mit konstantem Drehmoment, mit konstanter Geschwindigkeit, mit konstantem Strom und mit zur gelieferten Muskelkraft proportionalem Strom den einen oder anderen Modus auszuwählen, wobei jeder Modus die zwischen dem Wandler (22) und der Quelle (17) übertragene Energiemenge mit Hilfe der Leistungselektronik (31) und ausgehend von den vom Modul (30) in Abhängigkeit vom an das Fahrzeug angewendeten Drehmoment bzw. von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs bzw. vom von der elektrischen Energiequelle gelieferten Strom bzw. vom von der elektrischen Energiequelle gelieferten Strom in Kombination mit der vom Benutzer gelieferten Muskelenergie gegebenen Befehlen definiert.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Steuerung der Energieverteilung von einem Stellknopf (20) gebildet werden, und dass der Wähler aus einem Hebel (19) besteht, der ebenso viele Positionen einnehmen kann wie die Vorrichtung Steuermodi aufweist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einer der Positionen des Hebels (19) der Modul (30) so ausgelegt ist, dass die an den Wandler (22) gelieferte elektrische Energie eine von der Position des Stellknopfs (20) abhängige Geschwindigkeit gewährleistet, die unabhängig von der Konfiguration der Strecke für eine gegebene Position konstant ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einer der Positionen des Hebels (19) der Modul (30) so ausgelegt ist, dass das vom Wandler an das Fahrzeug angewendete Drehmoment für eine Position des Stellknopfs (20) konstant ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Modul (30) so ausgelegt ist, dass die Zufuhr elektrischer Energie zum Wandler (22) unterbrochen wird, wenn die gemessene Geschwindigkeit einen Grenzwert überschreitet.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse (23, 23a) ein Aktivierungsorgan (23) und eine elektrische Bremse (23a) aufweist, die vom Organ (23) betätigt wird und mit dem Modul (30) verbunden ist, wobei der Modul (30) so ausgelegt ist, dass er den Wandler (22) als Generator arbeiten lässt, wenn die Bremse (23) aktiviert wird.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie außerdem eine Anzeigevorrichtung (21) aufweist, um dem Benutzer Informationen bezüglich des Betriebs des Fahrzeugs und der Steuervorrichtung anzuzeigen.
  8. Fahrrad, das Folgendes aufweist: – mindestens zwei Räder (13, 14), – ein mechanisches Antriebssystem (15, 16), um es dem Benutzer zu ermöglichen, eine Muskelenergie zu liefern, – eine elektrische Energiequelle (17), und – einen elektromechanischen Wandler (22), der elektrisch mit der Quelle (17) und mechanisch mit einem der Räder (13) verbunden ist, wobei der Wandler (22) dazu dient, die vom Rad (13) kommende mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln, die die Quelle (17) speist, und die von der Quelle (17) kommende elektrische Energie in mechanische Energie umzuwandeln, die das Rad (13) speist, dadurch gekennzeichnet, dass es außerdem eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 aufweist.
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