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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft allgemein Kinderwagen, die mit einem Elektroantrieb versehen sind.
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Stand der Technik
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Seit einiger Zeit sind Kinderwagen bekannt, die ihre Benutzer durch einen automatischen Antrieb, insbesondere in Form eines Elektroantriebs, entlasten. Dazu ist ein Antriebsrad mit einem Elektromotor gekoppelt und am Griff des Kinderwagens eine Bedieneinrichtung vorgesehen, durch die die Kraft bzw. das Drehmoment des Vortriebs des Kinderwagens eingestellt werden kann. Die Bedieneinrichtung kann dabei in Form eines Drehgriffs vorgesehen sein. Durch Vorgabe der Stellung des Drehgriffs kann ein Benutzer die Kraft zum Vortrieb des Kinderwagens variabel einstellen und gleichzeitig den Kinderwagen führen.
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Jedoch ist bei einer solchen Betriebsweise eines Kinderwagens der Energieverbrauch hoch, da der Benutzer den gesamten Vortrieb durch den Elektroantrieb abruft und lediglich die Führung des Kinderwagens übernimmt. Dadurch wird der elektrische Energiespeicher, aus dem der Elektroantrieb gespeist wird, schnell erschöpft.
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Maßnahmen zum Wiederaufladen des elektrischen Energiespeichers durch Rückgewinnung von mechanischer Bewegungsenergie durch generatorischen Betrieb des Elektroantriebs sind zwar ebenfalls bekannt, jedoch nicht in der Lage, die Betriebsdauer eines solchen Kinderwagens nennenswert zu erhöhen.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kinderwagen zur Verfügung zu stellen, bei dem ein Elektroantrieb zur Unterstützung eines Benutzers des Kinderwagens vorgesehen ist, der den Benutzer des Kinderwagens mit einem geringeren Energieaufwand bestmöglich unterstützt. Es ist weiterhin Aufgabe, eine komfortable Bedienung des Kinderwagens zur Verfügung zu stellen.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird durch das Verfahren zum Betreiben eines Kinderwagens gemäß Anspruch 1 sowie durch die Vorrichtung und den Kinderwagen gemäß den nebengeordneten Ansprüchen gelöst.
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Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Betreiben eines Kinderwagens mit einem Antrieb vorgesehen, das die folgenden Schritte umfasst:
- – Ermitteln einer Betätigungskraft, die als eine Schiebe- oder Zugkraft in einer Längsbewegungsrichtung des Kinderwagens durch einen Benutzer aufgebracht wird; und
- – Betreiben des Antriebs, so dass abhängig von der Betätigungskraft eine Unterstützungskraft des Antriebs in Richtung der Betätigungskraft bewirkt wird.
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Eine Idee des obigen Kinderwagens besteht darin, diesen so zu betreiben, dass ein Benutzer beim Schieben oder Ziehen des Kinderwagens durch einen Antriebsmotor des Antriebs unterstützt wird und die Unterstützung entsprechend der Betätigungskraft, d.h. der Schiebe- oder Zugkraft, die vom Benutzer auf den Kinderwagen aufgebracht wird, angepasst wird. Dadurch wird der Betriebsfall vermieden, in dem der Antriebsmotor die gesamte Antriebskraft für eine Bewegung des Kinderwagens aufbringen muss. Auf diese Weise kann ein Benutzer des Kinderwagens optimal unterstützt und gleichzeitig der Energiespeicher, aus dem der Antriebsmotor die Antriebsenergie bezieht, möglichst sparsam genutzt werden, so dass der Kinderwagen länger mit Antriebsunterstützung bewegt werden kann. Bei einer derart verlängerten Benutzungsdauer des Energiespeichers kann bei Elektroantrieben auch eine reduzierte Batteriekapazität und damit auch ein geringeres Batteriegewicht vorgesehen werden.
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Insgesamt ist es dadurch möglich, dass der Benutzer beim einfachen Schieben des Kinderwagens in angepasster Weise unterstützt wird. Dies erhöht ebenfalls die Sicherheit beim Führen des Kinderwagens, da die Steuerbarkeit des Kinderwagens bei Anliegen einer Zug- oder Schiebekraft verbessert ist.
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Weiterhin kann, wenn festgestellt wird, dass die Betätigungskraft und die Bewegungsrichtung des Kinderwagens zueinander entgegengesetzt sind, die Unterstützungskraft alternativ oder zusätzlich mithilfe einer Bremskraft einer Bremseinrichtung bereitgestellt werden
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Es kann vorgesehen sein, dass die Unterstützungskraft abhängig von einer Unterstützungsrate bestimmt wird, wobei die Unterstützungsrate durch einen Benutzer vorgegeben wird bzw. vorgebbar ist.
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Weiterhin kann die Unterstützungskraft abhängig von einer Neigungsangabe angepasst werden, die einer Neigung einer Fahrbahn entspricht, auf der der Kinderwagen bewegt wird.
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Insbesondere kann die Unterstützungsrate bei einer Betätigungskraft bei einer Bewegung des Kinderwagens in Richtung einer Steigung erhöht und bei einer Betätigungskraft bei einer Bewegung des Kinderwagens in Richtung eines Gefälles verringert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform kann, wenn festgestellt wird, dass der Benutzer eine Handführung des Kinderwagens nicht hält, eine Bremseinrichtung aktiviert werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Bremseinrichtung bei einem Stillstand des Kinderwagens vollständig aktiviert wird und bei einer Bewegung des Kinderwagens zum Bereitstellen einer vorgegebenen Bremskraft aktiviert wird, so dass der Kinderwagen gemäß einer vorgegebenen Verzögerung zum Stillstand kommt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung, insbesondere Steuereinheit, zum Betreiben eines Kinderwagens mit einem Antrieb vorgesehen, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, um den Antrieb so zu betreiben, dass eine Unterstützungskraft des Antriebs in Richtung einer Betätigungskraft, die durch einen Benutzer als eine Schiebe- oder Zugkraft in einer Längsbewegungsrichtung des Kinderwagens aufgebracht wird, abhängig von der Betätigungskraft bewirkt wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Kinderwagen vorgesehen, umfassend:
- – einen Antrieb zum Bewirken einer Unterstützungskraft;
- – einen Betätigungskraftsensor zum Erfassen einer Betätigungskraft; und
- – die obige Vorrichtung.
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Weiterhin kann eine Unterstützungsbedienungseinheit vorgesehen sein, die ausgebildet ist, um eine Unterstützungsrate in einstellbarer Weise vorzugeben.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann ein Neigungssensor vorgesehen sein, um eine Neigungsangabe entsprechend einer Neigung der Fahrbahn, auf der sich der Kinderwagen befindet, bereitzustellen, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, um die Unterstützungsrate abhängig von einer Neigungsangabe, die einer Neigung einer Fahrbahn des Kinderwagens entspricht, anzupassen.
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Insbesondere kann eine Bremseinrichtung vorgesehen sein, die ausgebildet ist, um eine Bremskraft variabel einzustellen.
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Dazu kann die Vorrichtung ausgebildet sein, um die Bremseinrichtung zu aktivieren, wenn (insbesondere durch einen Sensor) festgestellt wird, dass der Benutzer eine Handführung des Kinderwagens nicht hält, insbesondere um die Bremseinrichtung bei einem Stillstand des Kinderwagens vollständig zu aktivieren und bei einer Bewegung des Kinderwagens zum Bereitstellen einer vorgegebenen Bremskraft zu aktivieren, so dass der Kinderwagen gemäß einer vorgegebenen Verzögerung zum Stillstand kommt.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Kinderwagens mit einem Elektroantrieb; und
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2 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung des Verfahrens zum Betreiben des elektrisch betriebenen Kinderwagens.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Kinderwagens 1. Der Kinderwagen 1 weist ein Gestell 10 auf, an dem ein Kindersitz oder eine Kinderwiege 11 zur Aufnahme eines Kindes angebracht ist. Das Gestell 10 ist mit Rädern 2 versehen, einschließend eines oder mehrere Antriebsräder 3.
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An das Gestell 10 ist ein Elektroantrieb 4 als Antrieb angebracht, der mit dem Antriebsrad 3 des Kinderwagens 1 gekoppelt ist. Mithilfe des Elektroantriebs 4 kann direkt oder über ein geeignetes Getriebe (nicht gezeigt) ein Drehmoment auf das Antriebsrad 3 ausgeübt werden. Der Elektroantrieb 4 weist einen Elektromotor auf, der als Radnabenmotor ausgebildet sein kann.
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Der Elektroantrieb 4 wird über einen elektrischen Energiespeicher 5 mit elektrischer Energie versorgt. Der elektrische Energiespeicher 5 ist vorzugsweise als wiederaufladbarer Akkumulator vorgesehen. Dieser kann mithilfe eines (nicht gezeigten) Ladekabels und Steckers zum Aufladen an einer haushaltsüblichen Steckdose mit Netzspannung aufgeladen werden.
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Die Ansteuerung des Elektroantriebs 4 erfolgt über eine Treibereinheit 6, die von einer Steuereinheit 7 variabel ansteuerbar ist bzw. angesteuert wird, um den Elektroantrieb 4 mit einer entsprechenden Leistung anzusteuern, um ein bestimmtes Antriebsmoment an dem Antriebsrad 3 bereitzustellen.
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Das Gestell 10 ist mit einem Handgriff 12 versehen, an dem ein Benutzer den Kinderwagen 1 greifen und diesen entsprechend seiner Wunschrichtung und Geschwindigkeit führen kann. Insbesondere kann der Benutzer über den Handgriff 12 eine Schiebe- oder Zugkraft auf den Kinderwagen 1 ausüben.
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Der Elektroantrieb 4 und/oder das Antriebsrad 3 können mit einem Drehzahlsensor 8 versehen sein, der eine Angabe über die Drehzahl des Antriebsrads 3 oder über eine Geschwindigkeit (und Bewegungsrichtung) des Kinderwagens 1 bereitstellen kann.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit 7 mit einem Neigungssensor 9 gekoppelt ist, der ausgebildet ist, um die Neigung der Fahrbahn anzugeben, auf der der Kinderwagen 1 bewegt wird. Auf diese Weise kann der Steuereinheit 7 eine Neigungsangabe als eine Information darüber bereitgestellt werden, ob und in welchem Maß die Fahrbahn, auf der der Kinderwagen 1 geführt wird, eine Steigung oder ein Gefälle aufweist. Der Neigungssensor 9 kann beispielsweise in Form eines MEMS-Sensors vorgesehen sein, der den Sensoren ähnelt, die auch in Mobiltelefonen eingesetzt werden. Insbesondere kann der Neigungssensor 9 als piezoresistiver oder kapazitiver Neigungssensor ausgebildet sein.
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Der Handgriff 12 ist mit dem Gestell 10 über einen Kraft- bzw. Momentensensor verbunden, der als Betätigungskraftsensor 15 zur Bestimmung der aktuell von einem Benutzer des Kinderwagens 1 aufgebrachten Betätigungskraft, d. h. einer Schiebe- oder Zugkraft, dient. Insbesondere ist der Betätigungskraftsensor 15 geeignet, die Betätigungskraft in Längsbewegungsrichtung des Kinderwagens 1, die durch die Ausrichtung der Räder 2 des Kinderwagens 1 bestimmt ist, zu ermitteln und der Steuereinheit 7 als Betätigungskraftangabe bereitzustellen.
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Die Steuereinheit 7 ist ausgebildet, um abhängig von einer durch die Betätigungskraftangabe angegebenen auf den Handgriff 12 ausgeübten Betätigungskraft eine in Richtung der Betätigungskraft wirkende bereitgestellte Beschleunigungs- oder Verzögerungskraft, d. h. eine Antriebskraft, durch entsprechende Ansteuerung des Elektroantriebs 4 bereitzustellen. Dabei dient die resultierende Gesamtkraft aus der Betätigungskraft und der Antriebskraft zum Beschleunigen, zum Abbremsen oder zum Fahren des Kinderwagens 1 mit konstanter Geschwindigkeit. Dabei soll die von dem Elektroantrieb 4 bereitgestellte Antriebskraft so bemessen sein, dass sie den Benutzer beim Bewegen des Kinderwagens 1 lediglich unterstützt.
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Weiterhin kann eine Bremseinrichtung 16 vorgesehen sein, die z. B. elektrisch über eine in der Nähe des Handgriffs 12 angebrachte Bremsbedienung 13 aktivierbar ist. Die Bremseinrichtung 16 kann insbesondere auch (zusätzlich) durch die Steuereinheit 7 so betrieben werden, dass eine einstellbare Bremskraft zur Verfügung gestellt wird. Auf diese Weise kann bei einer Bergabfahrt die Bewegungsenergie des Kinderwagens 1 nicht nur von dem Elektroantrieb 4 (z.B. durch einen generatorischen Betrieb) aufgenommen werden, sondern zumindest teilweise auch durch die Bremseinrichtung 16.
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Weiterhin kann eine Unterstützungsbedienungseinheit 14 in der Nähe des Handgriffs 12 vorgesehen sein, um eine Unterstützungsrate einzustellen, gemäß der der Elektroantrieb 4 die Betätigungskraft unterstützen soll. Insbesondere kann die Unterstützungsrate beispielsweise eine Einstellung von zwischen 10% und 90% ermöglichen und vorgeben, dass ein entsprechender Anteil der Gesamtkraft, d. h. der Summe der Antriebskraft und der Betätigungskraft als Antriebskraft, durch den Elektroantrieb 4 bereitgestellt wird.
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In Verbindung mit dem Flussdiagramm der 2 wird nun das Verfahren zum Betreiben des Kinderwagens 1 mithilfe der Steuereinheit 7 beschrieben.
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In Schritt S1 wird zunächst überprüft, ob und welche Betätigungskraft ein Benutzer auf den Handgriff 12 in einer möglichen Bewegungsrichtung ausübt. Die Betätigungskraft kann je nach Richtung eine Schiebe- oder Zugkraft sein und wird in Form der Betätigungskraftangabe an die Steuereinheit 7 bereitgestellt.
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Weiterhin werden in Schritt S2 mithilfe des Drehzahlsensors 8 eine Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung des Kinderwagens 1 ermittelt.
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In Schritt S3 wird darüber hinaus die Neigung des Kinderwagens 1 bzw. der Fahrbahn, auf der sich der Kinderwagen 1 bewegt, ermittelt und der Steuereinheit 7 eine entsprechende Neigungsangabe zur Verfügung gestellt.
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Im Schritt S4 wird überprüft, ob auf den Handgriff 12 eine zum Ziehen oder Schieben des Kinderwagens 1 relevante Betätigungskraft ausgeübt wird. Dazu kann beispielsweise ein Vergleich eines Betrags der Betätigungskraft mit einem vorgegebenen Schwellenwert für die Betätigungskraft, z.B. in Höhe zwischen 5 und 20N, durchgeführt werden. Ist der Betrag der Betätigungskraft kleiner als der vorgegebene Betätigungskraftschwellenwert (Alternative: Nein), so wird das Verfahren mit Schritt S10 fortgesetzt. Anderenfalls (Alternative: Ja) wird das Verfahren mit Schritt S5 fortgesetzt.
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Wird in Schritt S4 kein Anliegen einer relevanten Betätigungskraft festgestellt und in Schritt S10 anhand der in Schritt S2 festgestellten Geschwindigkeit festgestellt, dass sich der Kinderwagen 1 im Stillstand befindet (Alternative: Ja), so kann in Schritt S11 die Bremseinrichtung 16 aktiviert und zu Schritt S1 zurückgesprungen werden. Anderenfalls (Alternative: Nein) wird unmittelbar zu Schritt S1 zurückgesprungen.
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Wird in Schritt S4 eine relevante Betätigungskraft festgestellt (Alternative. Ja), so soll in der gleichen Richtung, in der die Betätigungskraft wirkt, durch den Elektroantrieb 4 eine Antriebskraft als Unterstützungskraft bereitgestellt werden. Dazu wird in Schritt S5 überprüft, ob die Betätigungskraft in die gleiche Richtung wirkt, in der sich der Kinderwagen 1 bewegt, oder ob der Kinderwagen 1 stillsteht. Ist dies der Fall (Alternative: Ja), so wird das Verfahren mit Schritt S6 fortgesetzt. Anderenfalls (Alternative: Nein) wird das Verfahren mit Schritt S15 fortgesetzt.
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In Schritt S6 wird nun basierend auf der Betätigungskraft, die der Benutzer auf den Handgriff 12 ausübt, sowie basierend auf einer eingestellten Unterstützungsrate, die über die Unterstützungsbedienungseinheit 14 eingestellt wird, eine bereitzustellende Unterstützungskraft ermittelt. Beispielsweise kann die Unterstützungskraft gemäß der folgenden Rechenvorschrift proportional zur Betätigungskraft ermittelt werden: Unterstützungskraft = Betätigungskraft/Unterstützungsrate, wobei die Unterstützungsrate als eine prozentuale Angabe angegeben ist.
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Wurde die Unterstützungskraft in Schritt S6 ermittelt, so wird in Schritt S7 die Treibereinheit 6 angesteuert, um durch den Elektroantrieb 4 unter Berücksichtigung der Radgröße (Radius) des Antriebsrads 3 ein der Unterstützungskraft entsprechendes Antriebsmoment bereitzustellen. Im Wesentlichen entspricht das bereitzustellende Antriebsmoment dem Produkt aus Unterstützungskraft und dem Radius des Antriebsrads 3. Anschließend wird zu Schritt S1 zurückgesprungen.
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Wird in Schritt S5 festgestellt, dass sich der Kinderwagen 1 in eine zur Betätigungskraft entgegengesetzte Richtung bewegt, so wird entsprechend dem Schritt S6 in Schritt S8 eine Unterstützungskraft in Richtung der Betätigungskraft ermittelt und in Schritt S9 die Treibereinheit 6 betrieben, um den Elektroantrieb 4 in einem generatorischen Betrieb zu betreiben. Dadurch kann aus der Bewegungsenergie des Kinderwagens 1 elektrische Energie zurückgewonnen werden, die zum Beispiel in den elektrischen Energiespeicher 5 zurückgespeist werden kann, um diesen aufzuladen. Anschließend wird zu Schritt S1 zurückgesprungen.
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Reicht die im generatorischen Betrieb des Elektroantriebs 4 erreichbare Bremswirkung nicht aus, so kann eine zusätzliche Bremskraft durch entsprechende elektrische Ansteuerung des Elektroantriebs 4 und/oder durch Aktivieren der einstellbaren Bremseinrichtung 16 bewirkt werden. In diesem Fall bewirken das Generatormoment des Elektroantriebs 4 sowie die einstellbare Bremseinrichtung 16 gemeinsam das bereitzustellende Unterstützungsmoment (Unterstützungsmoment, das der Fahrtrichtung des Kinderwagens 1 entgegenwirkt).
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Wenn also beispielsweise ein Benutzer den Kinderwagen 1 bergab bewegt und der Kinderwagen wird zu schnell, kann der Benutzer den Kinderwagen 1 bremsen, indem er am Handgriff 12 zieht bzw. eine Kraft entgegen der Fahrtrichtung erzeugt. In diesem Fall erkennt der Betätigungskraftsensor 15 eine Betätigungskraft in Form einer Zugkraft und der Drehzahlsensor 8 die Fahrtrichtung des Kinderwagens 1. Weiterhin kann der Neigungssensor 9 ein Gefälle in Fahrtrichtung des Kinderwagens 1 erkennen.
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In der Steuereinheit 7 wird anhand der erfassten Informationen festgestellt, dass (ob) eine Bremsunterstützung gewünscht ist und die Steuereinheit 7 steuert die Bremseinrichtung 16 variabel an, abhängig von der durch den Betätigungskraftsensor 15 erfassten Stärke der Betätigungskraft, wenn diese der Fahrtrichtung entgegengesetzt ist. Die Stärke der Ansteuerung der Bremseinrichtung 16 kann weiterhin abhängig von der durch den Neigungssensor 9 erfassten Steilheit des Gefälles erfolgen. Somit muss der Benutzer zum Bremsen nicht manuell die Bremsbedienung 13 betätigen.
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Ein solcher Bremsassistent kann nicht nur bei Bergabfahrten eingesetzt werden, sondern auch im flachem Gelände. Hierbei ist vorgesehen, dass die Betätigungskraft (die Schub- bzw. die Zugkraft) in Abhängigkeit von der Fahrtrichtung erkannt wird, je nachdem ob der Kinderwagen geschoben oder gezogen wird.
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Weiterhin ist es möglich, dass die in den Schritten S6 und S8 berücksichtigte Unterstützungsrate durch die in Schritt S3 festgestellte Neigungsangabe zur Neigung der Fahrbahnneigung beaufschlagt wird, so dass ein in Richtung der Betätigungskraft liegendes Gefälle von dem Neigungssensor 9 detektiert und die Unterstützungsrate entsprechend reduziert wird, da durch das Eigengewicht des Kinderwagens 1 bereits eine Vortriebskraft bewirkt wird. Gleichzeitig kann vorgesehen sein, dass bei einem vorausliegenden Anstieg die Unterstützungsrate entsprechend der Neigung der Fahrbahn, auf der sich der Kinderwagen 1 bewegt, erhöht wird, um es so dem Benutzer des Kinderwagens 1 zu erleichtern, den Kinderwagen 1 bergauf zu schieben.
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Weiterhin kann ein zusätzlicher Sensor 17 an dem Handgriff 12 vorgesehen sein, der feststellt, ob eine Hand des Benutzers an dem Handgriff 12 aufliegt oder der Handgriff 12 nicht durch eine Person gehalten wird. Anstelle dieses zusätzlichen Sensors 17 kann auch durch Auswertung einer durch den Betätigungskraftsensor 15 festgestellten Betätigungskraft mithilfe eines weiteren Schwellenwertvergleichs festgestellt werden, ob eine Hand eines Benutzers an dem Handgriff 12 anliegt. Wird festgestellt, dass der Handgriff 12 nicht durch eine Person gehalten wird, so kann automatisch die Bremseinrichtung 16 aktiviert werden. Befindet sich der Kinderwagen 1 in einer Bewegung und wird festgestellt, dass der Handgriff 12 nicht durch einen Benutzer gehalten wird, so wird die Bremseinrichtung 16 und/oder der Elektroantrieb 4 vorzugsweise sanft so aktiviert, dass der Kinderwagen 1 langsam, d. h. entsprechend einer vorgegebenen Verzögerung, zum Stehen kommt. Auf diese Weise kann ein Wegrollen des Kinderwagens 1 bei einem Gefälle verhindert werden.
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Anstelle eines Kinderwagens lässt sich obiges Verfahren auf bei anderen Arten von Handwägen anwenden, insbesondere Handwägen, die zum Transport von Lasten ausgebildet sind.
