DE102015104513A1

DE102015104513A1 - Fahrzeug

Info

Publication number: DE102015104513A1
Application number: DE102015104513.3A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-03-25
Filing date: 2015-03-25
Publication date: 2016-09-29
Also published as: CN107531310A; US20180043916A1; WO2016150426A1; EP3274249A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug, insbesondere zum Antrieb durch Muskelkraft vorgesehenes Fahrzeug. Erfindungsgemäß weist das Fahrzeug Einrichtungen (6–11) zur Kompensation von Kräften (14; 16) auf, die infolge Abweichung von definierten Betriebsbedingungen auf das Fahrzeug in oder entgegen der Fahrtrichtung einwirken. Vorteilhaft zeigt das Fahrzeug auch bei Abweichung von den Betriebsbedingungen ein diesen entsprechendes, unverändertes Fahrverhalten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug, insbesondere ein zum Antrieb durch Muskelkraft vorgesehenes Fahrzeug, wie z.B. einen Golfcaddy, einen Kinderwagen oder ein Fahrrad.
Gemäß der Erfindung weist das Fahrzeug Einrichtungen zur Kompensation von Kräften auf, die infolge Abweichung von vorgegebenen Betriebsbedingungen auf das Fahrzeug in oder entgegen der Fahrtrichtung einwirken.
Vorteilhaft behält das Fahrzeug in jeder Fahrsituation sein den definierten Betriebsbedingungen entsprechendes Fahrverhalten bei, an das der Benutzer des Fahrzeugs ggf. gewöhnt ist und das er ggf. als vorteilhaft empfindet. Als Betriebsbedingung kann z.B. die Bewegung des Fahrzeugs in einer horizontalen Ebene, die Bewegung des Fahrzeugs in einem bestimmten Beladungszustand, die Bewegung des Fahrzeugs auf festem Untergrund oder/und die Fahrt bei Windstille definiert sein. Infolge Abweichung von diesen Bedingungen auftretende Hangabtriebskräfte, zusätzliche Rollreibungskräfte oder Luftwiderstandskräfte werden erfindungsgemäß kompensiert.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfassen die Kompensationseinrichtungen einen die kompensierenden Kräfte erzeugende elektrische Maschine.
Insbesondere ist die elektrische Maschine unter Erzeugung einer kompensierenden Kraft in Fahrtrichtung als Motor und einer kompensierenden Kraft entgegen der Fahrtrichtung als Generator betreibbar. Hangaufwärts erzeugt die elektrische Maschine eine die rückwärts gerichtete Hangabtriebskraft kompensierende Motorkraft, bei Fahrt hangabwärts eine entsprechende Bremskraft.
Insbesondere umfassen die Kompensationseinrichtungen Mittel zur Bestimmung der Größe der kompensierenden Kräfte in Echtzeit und zur automatischen Einstellung der kompensierenden Kräfte anhand der ermittelten Kraftwerte. Die Einstellung erfolgt in Echtzeit derart, dass der Benutzer z.B. Hangabtriebskräfte und sogar deren Änderung gar nicht wahrnimmt.
In einer Ausführungsform umfassen die Mittel zur Bestimmung der Größe zu kompensierender Kräfte einen Lagesensor zur Bestimmung von Neigungen des Fahrzeugs zur Horizontalen.
Anhand von Signalen des Lagesensors kann bei bekannter Fahrzeugmasse eine Steuereinrichtung die jeweilige Hangabtriebskraft ermitteln.
Ferner können die Mittel einen Beschleunigungssensor umfassen. Weicht die Gesamtmasse des Fahrzeugs infolge Beladung von dem bekannten Massewert ab, so ist durch gezielte Beaufschlagung des Fahrzeugs durch die elektrische Maschine mit einer bestimmten Kraft und durch Messung der Beschleunigung die Fahrzeugmasse zu ermitteln, wobei aus Masse und Neigung die jeweils zu kompensierende Hangabtriebskraft bestimmt werden kann.
Zweckmäßigerweise erzeugt die elektrische Maschine eine definierte Kraft-Zeit-Funktion. Eine solche Kraft-Zeit-funktion kann eine oszillierende Beaufschlagung mit einer Antriebskraft beinhalten, wobei sich durch Auswertung des resultierenden Beschleunigungs-Zeit-Verhaltens sowohl die Fahrzeugmasse als auch Rollreibungskräfte ermitteln lassen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die elektrische Maschine Bestandteil eines den Betrieb durch Muskelantriebskraft zusätzlich zu der erfindungsgemäßen Kompensation unterstützenden Hilfsantriebs sein.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der beiliegenden, sich auf diese Ausführungsbeispiele beziehenden Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:
1 ein erfindungsgemäßes Fahrzeug in einer Seitenansicht,
2 eine in dem Fahrzeug von 1 verwendete Kompensationseinrichtung nach der Erfindung in schematischer Darstellung, und
3 und 4 den Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung von 1 erläuternde Darstellungen.
Ein zum Antrieb durch Muskelkraft vorgesehenes Fahrzeug mit Rädern 1 und einem Ladebereich 2 umfasst eine Schub-/Zugstange 3 mit einem Handgriff 4. Auf den Handgriff 4 kann z.B. in Fahrtrichtung eine Schubkraft gemäß Pfeil 5 ausgeübt werden. Bei dem Fahrzeug handelt es sich beispielsweise um einen Golfcaddy oder einen Kinderwagen.
Gemäß 2 umfasst das in 1 gezeigte Fahrzeug eine elektrische Maschine 6, die vorzugsweise in einem der Räder 1 untergebracht ist. Anstelle einer einzigen elektrischen Maschine könnten mehrere, insbesondere jeweils in einem der Räder 1 untergebrachte solche Maschinen vorgesehen sein. Die elektrische Maschine 6 steht über eine Leistungssteuereinrichtung 7 in Verbindung mit einer aufladbaren Batterie 8.
Wie 2 ferner entnommen werden kann, ist die Leistungssteuereinrichtung 7 an eine zentrale, einen Computer 18 umfassende Steuerung 9 angeschlossen. Die Steuerung 9 steht ihrerseits in Verbindung mit einem Neigungen des Fahrzeugs gegen die Vertikale erfassenden Lagesensor 10 und einem Fahrweglängensensor 11. Wie durch Strichlinien angedeutet ist, kann an die zentrale Steuerung 9 ferner ein Kraftsensor 12 angeschlossen sein, welcher auf den Handgriff 4 ausgeübte Muskelantriebskräfte misst und z.B. in den Handgriff integriert sein kann.
Unter definierten Betriebsbedingungen, die im beschriebenen Beispiel darin bestehen, dass der Benutzer das Fahrzeug auf horizontalem, ebenen Untergrund unbeladen bewegt, bleibt die in 2 gezeigte elektrische Maschine 6 inaktiv. Erst bei Abweichung von diesen Betriebsbedingungen, d.h. bei Bewegung des Fahrzeugs hangauf- oder -abwärts oder/und bei Beladung des Fahrzeugs, kommt die Maschine 6 zum Einsatz.
Gemäß 3a wird die elektrische Maschine 6 bei Fahrt hangaufwärts als Motor wirksam und erzeugt jeweils in Fahrtrichtung eine Kraft 13, welche die entgegen der Fahrtrichtung wirkende Hangabtriebskraft 14 gerade aufhebt. Bei Fahrt hangabwärts gemäß 3b arbeitet die elektrische Maschine als Generator und erzeugt eine die in Fahrtrichtung wirkende Hangabtriebskraft 14‘ kompensierende generatorische Bremskraft 13‘.
Eine z.B. durch Beladung mit einer Last 15 erzeugte zusätzliche Rollreibungskraft 16 wird gemäß 4a durch eine Kraft 17 der als Motor wirksamen elektrischen Maschine 6 kompensiert. Bei weiter erhöhter Last 15‘ wird eine entsprechend der gestiegenen zusätzlichen Rollreibungskraft 16‘ erhöhte Kompensationskraft 17‘ erzeugt.
Vor automatischer Einstellung der jeweiligen, durch die elektrische Maschine 6 zu erzeugenden Kompensationskraft empfängt die zentrale Steuerung 9 das Signal des Lagesensors 10. Bei unbeladenem Fahrzeug und bekannter Gesamtmasse des Fahrzeugs berechnet der Computer 18 die jeweils erforderliche Kompensationskraft und die zentrale Steuerung 9 übermittelt entsprechende Steuersignale an die Leistungssteuereinrichtung 7, welche für eine entsprechende Bestromung der elektrischen Maschine 6 sorgt, und z.B. die Spannung der aufladbaren Batterie 8 entsprechend dem Pulsweitenmodulationsverfahren an mehrere Phasen der elektrischen Maschine 6 anlegt. Das Fahrzeug verhält sich bei Fahrt hangauf- und hangabwärts wie bei Fahrt auf der Ebene und rollt wie auf der Ebene aus, wenn der Benutzer das Fahrzeug loslässt.
Ist das Fahrzeug beladen, so wirkt sich dies nicht nur, wie in 4 gezeigt, auf eine Erhöhung der Rollreibungskraft aus, sondern auch unmittelbar auf die Hangabtriebskraft. Zur Einstellung der Kompensationskräfte bei Abweichung vom unbeladenen Zustand bedarf es daher einer Ermittlung der jeweiligen Gesamtmasse des Fahrzeugs.
Zu diesem Zweck sorgt die zentrale Steuerung 9 für die Erzeugung einer definierten Beschleunigungskraft durch die elektrische Maschine 9 und der Computer 18 der zentralen Steuerung 9 ermittelt durch zweimalige Differentation des Messsignals des Fahrweglängensensors 11 die daraus resultierende Beschleunigung. Aus der bekannten Beschleunigungskraft und dieser Beschleunigung ermittelt der Computer die jeweilige Fahrzeugmasse. Anhand der jeweiligen Fahrzeugmasse und dem Messsignal des Lagesensors 10 lässt sich dann die jeweils zu kompensierende Hangabtriebskraft in Echtzeit ermitteln.
Aus einem zweckmäßig durch eine oszillierende Beschleunigungskraft erzeugten Beschleunigungssignal lässt sich ferner die jeweils wirksame Rollreibungskraft bestimmen und so die entsprechende, die erhöhte Rollreibung kompensierende Kräfte der elektrischen Maschine 6 einstellen.
Eine besonders spürbare Erleichterung würden die vorangehend beschriebenen kompensationsfreien Einrichtungen bei einem Fahrrad bringen, dessen Benutzer aus dem Stand hangaufwärts oder hangabwärts anfahren will. Die mühevolle Beschleunigung bis zum Erreichen des Gleichgewichst gegen die rückwärts gerichtete Hangabtriebskraft entfällt. Ein Anfahren bergab kann durch die Hangabtriebskraft nicht gestört werden.
Die in 2 gezeigte, die elektrische Maschine 6 umfassende Anordnung kann über die vorangehend beschriebene Kompensation hinaus auch einen den Betrieb des Fahrzeugs durch Muskelkraft unterstützenden Hilfsantrieb bilden, welcher dafür sorgt, dass durch die elektrische Maschine 6 die auf den Handgriff 4 ausgeübte, und durch den Kraftsensor 12 ermittelte Muskelantriebskraft durch die elektrische Maschine um einen vorgegebenen Faktor verstärkt wird. So sind um diesen Faktor verringerte Antriebskräfte erforderlich, wobei unterschiedliche Gesamtmassen des Fahrzeugs dennoch im Fahrverhalten wahrgenommen werden.
Es versteht sich, dass die definierten Betriebsbedingungen von dem oben beschriebenen Beispiels abweichen können und z.B. die Bewegung auf einer geneigten Ebene vorgegeben sein kann. In jedem Fall erzeugen die Kompensationseinrichtungen automatisch das Fahrverhalten des Fahrzeugs beeinflussende Kräfte, denen der Benutzer des Fahrzeugs durch ihn beeinflussbare Kräfte hinzufügen kann.

Claims

Fahrzeug, gekennzeichnet durch Einrichtungen (6–11) zur Kompensation von Kräften (14; 16), die infolge Abweichung von definierten Betriebsbedingungen auf das Fahrzeug in oder entgegen der Fahrtrichtung einwirken.
Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug zum Betrieb durch Muskelkraft vorgesehen ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationseinrichtung (6–11) eine die kompensierenden Kräfte erzeugende elektrische Maschine (6) umfassen.
Fahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (6) unter Erzeugung einer kompensierenden Kraft in Fahrtrichtung als Motor und einer kompensierenden Kraft entgegen der Fahrtrichtung als Generator betreibbar ist.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationseinrichtungen (6–11) Mittel zur Bestimmung der Größe der zu kompensierenden Kräfte in Echtzeit und zur automatischen Einstellung der kompensierenden Kräfte anhand der ermittelten Größe umfassen.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Kräften (14; 16) um Hangabtriebskräfte (14) oder/und Rollreibungskräfte (16) handelt.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Betriebsbedingung die Bewegungen des Fahrzeugs in einer horizontalen Ebene oder/und die Bewegung des Fahrzeugs im unbeladenen Zustand definiert ist.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Bestimmung der Größe zu kompensierender Kräfte einen Lagesensor (10) zur Bestimmung der Neigung des Fahrzeugs umfassen.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Bestimmung der Größe zu kompensierender Kräfte einen Beschleunigungssensor umfassen.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Bestimmung der Größe zu kompensierender Kräfte zur Erzeugung einer bestimmten Kraft-Zeit-Funktion durch die elektrische Maschine vorgesehen sind.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine Bestandteil eines den Antrieb des Fahrzeugs durch Muskelkraft unterstützenden Hilfsantriebs ist.