DE19732468A1 - Ein- oder mehrspuriges Muskel-Elektro-Hybrid-Fahrzeug - Google Patents
Ein- oder mehrspuriges Muskel-Elektro-Hybrid-FahrzeugInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein ein- oder mehrspuriges
Muskel-Elektro-Hybrid-Fahrzeug, insbesondere ein Fahrrad,
mit elektromechanischer Kraftübertragung gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Ein derartiges Fahrrad ist aus der DE A1-43 33 638 bekannt.
Hier wird über die Pedale des Pedaltriebes und über ein
Getriebe ein Elektrogenerator angetrieben und der dabei
erzeugte Strom an einen Elektromotor am Hinterrad des
Fahrrades geliefert. Die Leistung des Motors wird über
einen verstellbaren Widerstand stufenlos geregelt.
Bei derartigen Muskel-Elektro-Hybrid-Fahrzeugen werden die
Räder somit nicht mehr mechanisch durch einen z. B.
Kettenantrieb oder durch einen Kettenantrieb und einen
unterstützenden zusätzlichem Elektromotor angetrieben,
sondern ausschließlich durch die Kraft eines
Elektromotores. Durch das hohe Gewicht des Fahrzeuges und
die hohen Übertragungsverluste wird nur ein geringer
Fahrkomfort erreicht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeug der
in Rede stehenden Art so zu modifizieren, daß das Fahren
trotz eines relativ hohen Gewichtes, anderer
Fahrwiderstände und Systemverluste erleichtert wird.
Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die Merkmale
des Patentanspruches 1 gelöst.
Neben einer zusätzlichen Batterie ist in dem Motor des
Generators ein Sensor zur Leistungsmessung vorgesehen, der
seine Sensorsignale an eine Steuerschaltung abgibt, die
aufgrund dieser Sensorsignale die Motoren der Räder, d. h.
die Traktionsmotoren, durch entsprechende Zuschaltung der
Batterie vorzugsweise so steuert, daß die im Wesentlichen
durch das Gewicht des Fahrzeuges, durch die
elektromechanischen Übertragungsverluste, durch die
Rollreibung der Räder und den Luftwiderstand bedingten
Leistungsverluste kompensiert werden. Hierdurch wird ein
quasi ideales Rad zur Verfügung gestellt, so daß der
Fahrer kräftemäßig nur sein eigenes Gewicht und ggf. das
des mitgeführten Gepäcks durch seine Tretarbeit überwinden
muß. Der Fahrer bewegt dann ein quasi ideales Fahrrad, das
kein Gewicht hat und 100% Wirkungsgrad in seiner
Kraftübertragung hat. Wenn der Fahrer z. B. eine
Generatorleistung von 100 Watt durch sein Treten erzeugt,
wird das System durch Zuschalten der Batterie so gesteuert,
daß diese Leistung auch auf die Straße gebracht wird.
Es ist natürlich wahlweise möglich, nur einen Teil dieser
Verluste zu kompensieren.
Die Kompensation des Gewichtes des Fahrzeuges erfolgt auf
zweifache Weise:
Zum einen ist, z. B. im Rahmen des Fahrzeuges, ein Steigungssensor vorgesehen, der die Neigung des Fahrzeuges gegenüber der Horizontalen bestimmt. Aus diesen Sensorsignalen errechnet die Steuerschaltung die vom Hangabtrieb erzeugten Kräfte und steuert durch Zuschalten der Batterie die Motoren so, daß diese Kräfte kompensiert werden. Bei einem Gefälle kann automatisch das Fahrrad abgebremst werden, so daß etwa nur eine bestimmte Geschwindigkeit erreicht und beim erforderlichen Abbremsen die Batterie generatorisch aufgeladen wird.
Zum einen ist, z. B. im Rahmen des Fahrzeuges, ein Steigungssensor vorgesehen, der die Neigung des Fahrzeuges gegenüber der Horizontalen bestimmt. Aus diesen Sensorsignalen errechnet die Steuerschaltung die vom Hangabtrieb erzeugten Kräfte und steuert durch Zuschalten der Batterie die Motoren so, daß diese Kräfte kompensiert werden. Bei einem Gefälle kann automatisch das Fahrrad abgebremst werden, so daß etwa nur eine bestimmte Geschwindigkeit erreicht und beim erforderlichen Abbremsen die Batterie generatorisch aufgeladen wird.
Zum anderen sind, bevorzugt in zumindest einem der
Traktionsmotoren, Geschwindigkeitssensoren vorgesehen, aus
deren Sensorsignalen die Geschwindigkeit, daraus die
Beschleunigung und hieraus die durch das Gewicht des
Fahrzeuges bedingte Trägheit errechnet werden, wobei dann
während des Beschleunigungsvorganges der Fahrer durch
Zuschalten der Batterie wiederum unterstützt wird.
Es ist denkbar, auch andere Systemverluste zu kompensieren,
z. B. das Gewicht des gerade mitgeführten Gepäckes oder
Übertragungsverluste der elektrischen Leitungen etc.
Bevorzugt wird für jedes Rad des Fahrzeuges ein
Elektromotor vorgesehen, wobei die Motoren vorzugsweise
radintegriert und direkt angetrieben sind, sowie
generatorisch gebremst werden können. Die bei den
generatorischen Bremsen gewonnene Energie wird der
aufladbaren Batterie zugeführt, die für die oben erwähnten
Kompensationen verwendet wird.
Vorzugsweise ist der Generator vom gleichen Aufbau wie die
einzelnen Radmotoren, wobei jedoch dann zwischen dem
Muskelantrieb, z. B. einem Pedalantrieb und diesem
Elektrogenerator ein Getriebe vorhanden ist.
Des weiteren sind vorzugsweise die einzelnen Räder
unabhängig voneinander federnd aufgehängt. Bei einem
Fahrrad kann die Federung des Vorderrades z. B. mit einer
Tauchgabel erfolgen, die des Hinterrades mit einer
Hebelaufhängung.
Bei einem direkt angetriebenen Radnaben-Motor können kleine
Laufräder mit einem Durchmesser von 40 bis 50 cm verwendet
werden; die an sich nicht so gute Laufkultur derart kleiner
Räder kann durch die erwähnte Federung kompensiert werden.
Durch die kleinen Räder, den Allradantrieb und die kleinen
Motoren können Größe und Gewicht des Fahrzeuges gering
gehalten werden.
Insgesamt kann durch die angegebene Konstruktion eines
Muskel-Elektro-Hybrid-Fahrzeuges die Mechanik vereinfacht
werden: so fallen z. B. bei einem Zweirad die ansonsten
notwendigen Teile für einen Kettenantrieb und eine
Gangschaltung fort. Mit einem solchen Fahrrad ist die
Verbesserung der Sicherheit, des Fahrkomforts, der
Ergonomie der Alltagstauglichkeit und u. a. natürlich auch
der Produktionstechnik zu erreichen.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die erwähnte
Steuerschaltung mit einer Anzeige zu versehen und
programmierbar auszugestalten. Hierdurch wird es
ermöglicht, mit unterschiedlichen Programmen fahren zu
können und die für den Fahrer zumutbare Belastung
entsprechend der Tagesform oder einem Trainingsplan
einzustellen. Ferner können über die Anzeige die relevanten
Fahrdaten angezeigt oder auch zur Kommunikation mit
zukünftigen Telematiksystemen benützt werden.
Ein wesentlicher Vorteil eines Fahrzeuges gemäß der
Erfindung ist die vereinfachte Produktionstechnik. Das
Fahrzeug ist aus wenigen, oft bau-gleichen Teilen
zusammengesetzt, so daß Module vorgefertigt werden können,
die sich zu immer neuen Kombinationen, z. B. auch in Drei- und
Vierrad-Fahrzeugen zusammenstellen lassen. Die
einzelnen Module sind untereinander nur durch elektrische
und - für das Bremssystem - hydraulische Leitungen
verbunden und lassen sich einfach automatisch montieren.
Auch das Umrüsten auf neue Modelle erfolgt mit geringem
Zeit- und Werkzeugaufwand und bietet damit die
Voraussetzung zu einer flexiblen und individuellen
Produktion bei hoher Kosteneffizienz.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den
Unteransprüchen hervor. Die Erfindung ist in einem
Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert.
In dieser stellen dar:
Fig. 1 eine teilweise geschnittene Darstellung eines
Elektro-Hybrid-Fahrrades gemäß der Erfindung;
Fig. 2 ein Blockschaltdiagramm der Steuerung des
Fahrrades;
Fig. 3 ein Blockschaltbild eines in dem Fahrzeug
verwendeten elektrischen Getriebes.
In Fig. 1 ist ein Elektro-Hybrid-Fahrrad 1 mit einem etwa
V-förmigen Rahmen 2 und Motorrollerradgroßen Rädern, nämlich
einem Vorderrad 3 und einem Hinterrad 4 dargestellt. Das
Vorderrad 3 ist in einer Tauchgabel 5 mit einer Federung
gelagert, das Hinterrad 4 ist in einer entsprechend
federgestützten Hebelschwinge 6 gelagert. Die Tauchgabel 5 ist
mit einem Lenkerrohr 7 verbunden, an dessen oberem Ende ein
Lenker 8 angeordnet ist. Oberhalb der Lagerung der
Hinterradschwinge 6 im Rahmen ist ein Sitz 9 für einen Fahrer
vorgesehen. Außerdem ist mit dem Rahmen ein Pedaltrieb 10 mit
zwei Pedalen 11 und einem Kettenblatt 12 verbunden, wobei das
Kettenblatt gekapselt ist. Das Kettenblatt wird von einem
Zahnriemen 13 umgriffen, der auf ein Ritzel 14 eines
Generators 15 wirkt. Für die Einstellung der Spannung des
Zahnriemens 13 ist z. B. eine Spannrolle 16 vorgesehen.
Im vorderen Bereich des Rahmens sind Batterien 17
angeordnet. Zwischen dem Generator 15 und den Batterien 17
ist als Steuerschaltung 18 eine Steuerungs- und
Leistungselektronik vorgesehen.
In den Naben der beiden Räder 3 und 4 sind jeweils
Radnaben-Motoren 21 angeordnet, wobei die Radnaben-Motoren
die gleiche Konstruktion wie der Motor des Generators 15
aufweisen. Die Radnaben-Motoren sind so ausgelegt, daß beim
Bremsen des Fahrrades diese die Funktion eines Generators
ausüben und die Batterien 17 laden. In den Radnaben-Motoren
sind Lagesensoren 22 angeordnet, die die Lage von Rotor und
Stator und damit die Geschwindigkeit des Fahrrades
erfassen.
Im Rahmen 2 des Fahrrades 1 ist ein Steigungssensor 23
vorgesehen, der die Neigung des Fahrrades in Fahrtrichtung
gegenüber der Horizontalen mißt.
Mit der Batterie 17 ist ebenfalls eine Sensor-Anordnung 24
gekoppelt, mit der z. B. der Ladezustand der Batterie 17
bestimmt wird.
Der Generator 15 enthält noch einen Leistungssensor 25, mit
dem Spannung und Strom des Generators bestimmt werden.
In Fig. 2 ist die Steuerung des Fahrzeuges schematisch
dargestellt, wobei mit durchgezogenen Linien elektrische
Leitungen zur Übertragung von Leistung und mit
gestrichelten Linien Steuer- bzw. Sensorleitungen
dargestellt sind. Die Steuerschaltung 18 ist mit einer
Anzeige 26 und einer Eingabe 27 verbunden, wobei auf der
Anzeige Funktionsparameter, wie Geschwindigkeit,
Batterieladung, Generatorleistung oder Motorleistung etc.
dargestellt werden, wohingegen mit der Eingabe
Fahrparameter, z. B. die gewünschte Trittfrequenz oder das
gewünschte Drehmoment eingegeben werden können.
Die Sensor-Anordnungen 22 bis 25 sind mit der
Steuerschaltung 18 verbunden. Aufgrund der Sensorsignale
und der voreinzustellenden bzw. vorgegebenen Fahrparameter
ermittelt die Steuerschaltung 18, die einen kleinen
Mikrocomputer enthält, die für die obige Kompensation zu
erbringenden Leistungen der Motoren und steuert diese
entsprechend an.
Der Steigungssensor 23 kann auch dazu verwendet werden, daß
der Fahrer beim Schieben des Fahrrades an einer Steigung
unterstützt wird. Der Zustand des Schiebens kann z. B. durch
einen elektrischen Kontakt im Sitz definiert werden, der
anzeigt, ob der Sitz belastet ist oder nicht. Gleichzeitig
wird mit dem Sensor 23 angezeigt, ob es bergauf geht. Nur
wenn diese beiden Voraussetzungen erfüllt sind, kann der
Fahrer mit Hilfe der Eingabe eine Geschwindigkeit bis zu
etwa 4 km vorgeben, wonach das Fahrrad mit dieser
Geschwindigkeit neben ihm herfährt. Die Steuerung ist
wiederum so ausgelegt, daß die Geschwindigkeit unabhängig
von der tatsächlichen Last eingehalten wird. Auf diese
Weise kann z. B. ein Kind oder Gepäck ohne Anstrengung einen
Berg hochgeschoben werden.
In Fig. 3 ist das Blockschaltbild des elektrischen
Getriebes des Fahrrades für lediglich einen Motor 21
dargestellt. Der dreiphasige Generator 15 wird von einer
Systemsteuerung 28, die Teil der Steuerschaltung 18 ist,
über eine Ansteuerung 29 angesteuert, die auf einen
Gleichrichter und Hochsetzsteller 30 des Generators wirkt.
Dieser Block ist mit einem elektronischen Kommutator 31 für
die drei Phasen des Motors 21 verbunden; auf den Kornmutator
wirkt eine Ansteuerung 32, die wiederum mit der
Systemsteuerung 28 kommuniziert. Die Batterie 17 ist an die
Leitungen zwischen Gleichrichter und Kommutator
angeschlossen. Außerdem ist eine Batterieüberwachung 33
vorgesehen, die an die Systemsteuerung den Batteriezustand
meldet und von der Steuerung entsprechende Zuschaltsignale
erhält. Der oben erwähnte Sensor 24 ist Teil dieser
Überwachung 33.
Auch wenn in vorhergehenden integrierte Radnaben-Motoren
zum Antrieb des Fahrrades verwendet werden, so ist es
selbstverständlich, daß auch Elektromotoren mit
herkömmlichen Getrieben verwendet werden können.
Claims (9)
1. Ein oder mehrspuriges Muskel-Elektro-Hybrid-Fahrzeug mit
einer elektromechanischen Kraftübertragung aus einem durch
Muskelkraft angetriebenen Generator und zumindest einem
Elektromotor zum Antrieb eines Rades, wobei eine
Einrichtung zum Einstellen der Antriebskraft vorgesehen
ist, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine mit dem
Generator (15) und den Elektromotoren (21) verbundene
aufladbare Batterie (17) vorgesehen ist, daß in dem
Generator Sensoren (25) zur Leistungsmessung vorgesehen
sind, und daß die Einrichtung zum Einstellen der
Antriebskraft Teil einer Steuerschaltung (18) ist, die
aufgrund der Sensorsignale und vorgebbarer Systemparameter
die Motoren (21) unter Zuschalten der Batterie (17) so
steuert, daß Systemverluste des Fahrzeuges kompensiert
werden.
2. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Steuerschaltung (18) die Motoren (21) so steuert, daß im
Wesentlichen die durch das Gewicht des Fahrzeuges, durch
den elektromechanischen Antrieb die Rollreibung der Räder
und den Luftwiderstand des Fahrzeuges bedingten
Leistungsverluste kompensiert werden.
3. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß für jedes Rad (3, 4) des Fahrzeuges (1)
ein Elektromotor (21) vorgesehen ist.
4. Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die verwendeten Motoren (21) und der
Generator (15) baugleich sind.
5. Fahrzeug nach einer der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Generator (15) über ein Getriebe
(12, 13, 14) angetrieben ist.
6. Fahrzeug nach einer der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Räder (3, 4) des
Fahrzeuges (1) federnd aufgehängt sind.
7. Fahrzeug insbesondere nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß im Fahrzeug (1) zumindest ein
Steigungssensor (23) vorgesehen ist der die Neigung des
Fahrzeuges in Fahrtrichtung gegenüber der Horizontalen
bestimmt, und daß die Steuerschaltung (18) daraus durch
Zuschalten der Batterie den zumindest einen Motor (21) so
steuert, daß bei einer Steigung die durch den Hangabtrieb
erzeugten Kräfte zumindest teilweise kompensiert werden.
8. Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß Sensoren (22) zum Erfassen der
Beschleunigung des Fahrzeuges vorgesehen sind, und daß die
Steuerschaltung (18) daraus die durch das Gewicht des
Fahrzeuges bedingte Trägkeit ermittelt und den zumindest
einen Motor während eines Beschleunigungsvorganges so
steuert, daß die Trägheitskräfte zumindest teilweise
kompensiert werden.
9. Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (18) mit einer
Eingabeeinheit verbunden ist, über die zum Unterstützen des
Schiebens des Fahrzeuges (1) eine konstante Geschwindigkeit
des Fahrzeuges eingebbar ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19732468A DE19732468A1 (de) | 1996-07-27 | 1997-07-28 | Ein- oder mehrspuriges Muskel-Elektro-Hybrid-Fahrzeug |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19630081 | 1996-07-27 | ||
DE19732468A DE19732468A1 (de) | 1996-07-27 | 1997-07-28 | Ein- oder mehrspuriges Muskel-Elektro-Hybrid-Fahrzeug |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19732468A1 true DE19732468A1 (de) | 1998-06-10 |
Family
ID=7800848
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19732468A Withdrawn DE19732468A1 (de) | 1996-07-27 | 1997-07-28 | Ein- oder mehrspuriges Muskel-Elektro-Hybrid-Fahrzeug |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19732468A1 (de) |
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