DE19831183A1 - Beschleunigungseinrichtung für Elektrofahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Beschleunigungseinrichtung für Elektrofahrzeuge nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Elektrofahrzeuge wie elektrische Passagierfahrzeuge, elektri­ sche Golfkarren und elektrische Gabelstapler besitzen einen Antrieb in Form eines Elektromotors, der das notwendige Drehmoment zum Vorwärts- bzw. Rückwärtsfahren liefert. So verwendet ein elektrisch betriebener Gabelstapler einen batteriebetriebenen Elektromotor, der sich mit einem gesteuerten Drehmoment in einer gesteuerten Richtung drehen kann. Die Drehrichtung des Elektromotors wird durch einen Richtungssteuerhebel ge­ steuert, der schwenkbar an einer Seite einer Fahrzeugkonsole montiert ist. Der Richtungssteuerhebel ist handbetätigt und kann zwischen einer Vorwärtsfahrposition, einer neutralen Position und einer Rückwärtsfahr­ position verschwenkt werden. Mit dem Richtungssteuerhebel zusammenarbei­ tend sind Vorwärtsfahr- und Rückwärtsfahrmikroschalter, die mit einem Mikroprozessor gekoppelt sind, der in Ansprache auf die von den Mikro­ schaltern gelieferten elektrischen Signale den Stromfluß zum Elektromo­ tor steuert. Der Mikroschalter zum Vorwärtsfahren wird aktiviert, um Vorwärtsfahrsignale zum Mikroprozessor zu liefern, wenn der Richtungs­ steuerhebel in die Vorwärtsfahrposition geschwenkt wird, wohingegen der Mikroschalter für die Rückwärtsfahrt aktiv wird, um Rückwärtsfahrsignale an den Mikroprozessor zu liefern, wenn der Richtungssteuerhebel in die Rückwärtsfahrposition geschwenkt wird. Die beiden Mikroschalter bleiben inaktiv, wenn der Richtungssteuerhebel sich in der neutralen Position befindet, in der der Mikroprozessor die Stromzufuhr zum Elektromotor un­ terbindet.

Die Beschleunigung durch den Elektromotor, etwa in dem Gabel­ stapler, hängt von dem Schwenkwinkel eines fußbetätigten Pedals ab, das auf dem Boden des Gabelstaplers drückbar angeordnet ist. Das Beschleuni­ gungspedal wird durch eine Zugfeder in eine Ausgangsposition vorge­ spannt, in der der Elektromotor nur ein sehr geringes oder kein Drehmo­ ment erzeugt. Wenn der Schwenkwinkel des Pedals größer wird, steigt das von dem Elektromotor erzeugte Drehmoment fortschreitend an, so daß sich der Gabelstapler mit einer beschleunigten Geschwindigkeit bewegen kann. Diese Beschleunigung durch den Elektromotor wird durch Feststellen der Änderung des Pedalschwenkwinkels und Regeln des dem Elektromotor zuge­ führten Stroms gesteuert. Es ist bekannt, die Schwenkwinkeländerung ent­ weder durch photoelektrische Sensoren, die nacheinander aktiv werden und digitale Signale entsprechend dem Pedalschwenkwinkel erzeugen, oder durch ein Potentiometer festzustellen, das die elektromotorischen Kräfte mißt, die durch die Schwenkbewegung des Pedals erzeugt werden, um Ana­ logsignale entsprechend den elektromotorischen Kräften zu erzeugen. Die digitalen oder analogen Signale werden einem Mikroprozessor zugeführt, der seinerseits dazu dient, die Stromzufuhr zum Elektromotor zu regeln, um hierdurch das Drehmoment und die Geschwindigkeit des Elektrofahrzeugs zu steuern.

Eine derartige Einrichtung ist jedoch in bezug auf das Ein­ dringen von Wasser, Beschädigung durch Wasser und Lager-/Dichtungsabnut­ zung empfindlich und außerdem konstruktionsmäßig aufwendig, zumal die Einrichtung unter dem Fahrzeugboden in einer Position entfernt von dem Mikroprozessor angeordnet ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Beschleunigungsein­ richtung für Elektrofahrzeuge nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, bei der Fehlfunktionen aufgrund des Eindringens von Wasser oder der Abnutzung von Lagern und Dichtungen vermieden werden und die von einfacher Konstruktion ist.

Diese Aufgabe wird entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisiert und ausschnittsweise ein Elektro­ fahrzeug etwa in Form eines elektrisch betriebenen Gabelstaplers.

Fig. 2 zeigt teilweise im Schnitt einen Ausschnitt der Ein­ richtung von Fig. 1.

Fig. 3 zeigt eine Frontansicht der in Fig. 2 dargestellten Einrichtung.

Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf die Einrichtung von Fig. 2.

Fig. 5 zeigt ein Blockdiagramm der in der Einrichtung verwen­ deten Schaltung.

Ein Elektrofahrzeug, beispielsweise ein durch einen Elektromo­ tor betriebener Gabelstapler, umfaßt gemäß Fig. 1 eine Bodenplatte 10 und einen Aufsatz 11, der vorderseitig an der Bodenplatte 10 in einem Winkel angeordnet ist. Unmittelbar unter der Bodenplatte 10 ist ein fußbetätigtes Gaspedal 12 schwenkbar an einem Körper 14 des Elektrofahr­ zeugs mit Hilfe einer Montageklammer 16 befestigt, so daß es um eine Schwenkachse 18 zwischen einer durchgezogen dargestellten Ruheposition bis in eine gänzlich gedrückte, gestrichelt dargestellte Position ge­ schwenkt werden kann. Eine einstellbare Anschlagschraube 20 ist an der Bodenplatte 10 befestigt und dient dazu, ein zu starkes Drücken des Gas­ pedals zu verhindern. Ein stangenartiger Betätigungshebel 22 erstreckt sich von dem unteren Ende des Gaspedals 12 nach vorne und wird mit der Bewegung des Gaspedals 12 verschwenkt, wobei er bis in die strichpunk­ tiert dargestellte Stellung verschwenkbar ist.

Ein Steuergehäuse 24 ist an der Innenseite des Aufsatzes 11 befestigt. Wie aus den Fig. 2, 3 und 4 ersichtlich, besitzt das Steuer­ gehäuse 24 eine Leiterkartenkammer 26 und einen Führungskanal 28, die voneinander durch eine Wandung 30 getrennt sind. Die Leiterkartenkammer 26 ist am bodenseitigen Ende geschlossen, besitzt jedoch oberseitig eine Zugangsöffnung, die durch den sich rückwärts erstreckenden oberseitigen Abschnitt der Abdeckung 11 geschützt bleibt. Dies stellt sicher, daß die Leiterkartenkammer 26 gegenüber dem Eindringen von Wasser geschützt ist, das sonst zu einem Fehlverhalten oder einer Beschädigung der darin ent­ haltenen elektronischen Komponenten führen würde. Innerhalb der Leiter­ kartenkammer 26 ist eine logische komponententragende Leiterkarte 32 mit einer Vielzahl von elektronischen Komponenten durch Befestigungsschrau­ ben 34 entfernbar montiert. Einige der elektronischen Komponenten der Leiterkarte 32 sind als Mikroprozessor ausgebildet, dessen Funktion im Zusammenhang mit Fig. 5 erläutert wird. Es ist bevorzugt, daß das Steuergehäuse 24 aus antimagnetischem Material, beispielsweise rost­ freiem Stahl besteht, um nicht das magnetische Feld eines nachstehend beschriebenen Permanentmagneten zu stören.

Der Führungskanal 28 des Steuergehäuses 24 besitzt eine viel geringere Breite als die Leiterkartenkammer 26 und ist längs einer Sei­ tenkante des Steuergehäuses 24 angeordnet, vgl. Fig. 3 und 4. Der Füh­ rungskanal 28 ist am oberseitigen Ende geschlossen und bodenseitig of­ fen. In dem Führungskanal 28 ist verschiebbar ein Gleitelement 36, bei­ spielsweise ein langgestreckter biegbarer Plastikstreifen, eingesetzt, das an seinem außen befindlichen Ende einen daran befestigten metalli­ schen Haken 38 besitzt, der mit dem freien Ende des Betätigungshebels 22 in Eingriff steht, vgl. Fig. 1.

Wie aus Fig. 2 und 3 ersichtlich, ist der Haken 38 mit dem bo­ denseitigen Ende des Steuergehäuses 24 über ein Paar von Zugfedern 40 verbunden, damit sichergestellt wird, daß das Gleitelement 36 in seine oberste Stellung vorgespannt ist und das Gaspedal 12 auf diese Weise in seine Ruheposition zurückkehrt, wenn eine hierauf ausgeübte Druckkraft beseitigt wird. Ein Sensoraktivator 42, beispielsweise in Form eines Permanentmagneten, der allgemein scheibenförmig ist, ist am oberen Ende des Gleitelementes 36 befestigt, so daß er der Leiterkarte 32 zugewandt ist und sich längs des Führungskanals zusammen mit dem Gleitelement 36 bewegt.

Insgesamt acht magnetoelektrische Pedalpositionssensoren, bei­ spielsweise Hall-Generatoren H1 bis H8, sind auf der Leiterkarte 32 in im wesentlichen gleichen Abstand zueinander befestigt. Die Hall-Genera­ toren H1 bis H8 sind auf der Leiterkarte 32 in Ausrichtung mit dem Führungskanal 28 längs des Bewegungsweges des Gleitelements 36 und des Sensoraktivators 42 angeordnet, so daß letzterer einen oder zwei der Hall-Generatoren H1 bis H8 etwa durch den magnetischen Fluß des Perma­ nentmagneten aktivieren kann, wodurch ein Ausgangsspannungssignal vom Logikpegel "0" erzeugt wird, das der derzeitigen Pedalposition ent­ spricht. Jeder der Hall-Generatoren H1 bis H8, die nicht aktiviert sind, bleibt inaktiv und liefert ein Ausgangsspannungssignal vom logischen Pegel "1", solange sich der Sensoraktivator 42 nicht benachbart hierzu befindet. Die Größe des Magneten des Sensoraktivators 42 ist groß genug gewählt, um entweder einen Hall-Generator bei genauer Ausrichtung hier­ mit oder zwei Hall-Generatoren dann zu aktivieren, wenn er den Bereich zwischen zwei benachbarten Hall-Generatoren überbrückt.

Gemäß Fig. 5 ist ein Mikroprozessor 44 vorgesehen, der mit den Hall-Generatoren H1 bis H8 über einen Zwischenspeicher 46 verbunden ist, um die Pedalpositionssignale, die durch die Hall-Generatoren erzeugt werden, zu verarbeiten und das Drehmoment und die Geschwindigkeit eines Elektromotors 48 basierend auf den Pedalpositionssignalen zu steuern. Der Zwischenspeicher 46 dient zum zeitweisen Speichern der Pedalposi­ tionssignale und, wenn aktiviert, zum übermitteln der gespeicherten Signale an den Mikroprozessor 44. Der Mikroprozessor 44 ist zum Bestim­ men eines Beschleunigungswertes über die Verwendung der Pedalpositions­ signale, die von den Hall-Generatoren H1 bis H8 empfangen werden, zu be­ stimmen. In Abhängigkeit von der Größe des Beschleunigungswertes regelt der Mikroprozessor 44 die Größe des elektrischen Stroms, die dem Elek­ tromotor 48 zuzuführen ist, so daß eine genaue Steuerung des Drehmoments und der Geschwindigkeit des Elektromotors 48 proportional zum Schwenk­ winkel des Pedals 12 sichergestellt wird. Wenn keine Kraft auf das Pedal 12 einwirkt, wird dieses in Ruheposition gehalten, wobei der Permanent­ magnet des Sensoraktivators 42 des Gleitelements 36 durch die Vorspann­ kraft der Zugfedern 40 in seiner obersten Position gehalten wird. Dies bedeutet, daß der Permanentmagnet in Ausrichtung mit dem ersten Hall- Generator H1 ist, vgl. Fig. 2, 3 und 5, wodurch der erste Hall-Generator H1 aktiviert ist, so daß er ein Ausgangsspannungssignal vom Logikpegel "0" erzeugt, während die übrigen Hall-Generatoren H2 bis H8 inaktiv bleiben und ein Ausgangsspannungssignal vom logischen Pegel "1" liefern, vgl. auch die nachfolgende Tabelle 1. Die so erhaltenen Signale werden über den Zwischenspeicher 46 an den Mikroprozessor 44 gegeben, der sei­ nerseits bestimmt, daß der Beschleunigungswert Null zu sein hat und die elektrische Stromzufuhr zum Elektromotor 48 unterbindet, wodurch sich dieser nicht dreht.

Tabelle 1

Wenn sich der Permanentmagnet des Sensoraktivators 42 durch Drücken des Pedals 12 abwärts bewegt und die resultierende lineare Betä­ gigung des Gleitelements 36 in die Position über dem ersten und zweiten Hall-Generator H1, H2 führt, werden diese aufeinanderfolgend aktiviert, um Ausgangsspannungssignale vom logischen Pegel "0" zu liefern, während die verbleibenden Hall-Generatoren H3 bis H8 inaktiviert bleiben, um Ausgangsspannungssignale vom logischen Pegel "1" zu liefern, vgl. Tabel­ le 1. Als Ergebnis bestimmt der Mikroprozessor 44, daß der Beschleuni­ gungswert gleich Eins ist, wodurch ermöglicht wird, daß dem Elektromotor 48 ein minimaler Strompegel zur Drehung mit einem minimalen Drehmoment und einer entsprechenden Geschwindigkeit zugeführt wird, so daß sich das Elektrofahrzeug mit dem Elektromotor 48 dementsprechend vorwärts oder rückwärts bewegen kann.

Wenn der Schwenkwinkel des Pedals 12 ansteigt, werden ein oder zwei der zweiten bis achten Hall-Generatoren durch den Permanentmagneten des Sensoraktivators 42 aktiviert, um Ausgangsspannungssignale vom logischen Pegel "0" entsprechend dem Pedalschwenkwinkel zu erzeugen. Dies führt zu einem stufenweisen Anstieg des Beschleunigungswertes bis zu einem Wert von 14. Bei letzterem wird der Elektromotor 48 mit der größten elektrischen Stromstärke beaufschlagt, so daß das Elektrofahr­ zeug mit maximalem Drehmoment und Geschwindigkeit fahren kann.

In dem Fall, in dem kein Ausgangsspannungssignal vom logischen Pegel "0" durch irgendeinen der acht Hall-Generatoren H1 bis H8 erzeugt wird, bestimmt der Mikroprozessor 44, daß ein Fehler in bezug auf die Hall-Generatoren vorliegt. Aufgrund dessen verhindert der Mikroprozessor 44, daß der Elektromotor 48 weiterbetrieben wird und unterbricht dessen Stromversorgung. Dies wird dem Fahrer über ein Display 50 angezeigt.

Anstelle eines Permanentmagneten für den Sensoraktivator 42 kann auch eine lichtemittierende Diode verwendet werden, wobei anstelle der Hall-Generatoren Photodioden verwendet werden können. Die Zahl der Pedalpositionssensoren kann entsprechend dem Anwendungsfall angepaßt werden.

Claims (13)

1. Beschleunigungseinrichtung für Elektrofahrzeuge mit einem zwischen einer Ruheposition und einer maximal gedrückten Position ver­ schwenkbaren Pedal (12), einer Einrichtung zum Bestimmen des Schwenkwin­ kels des Pedals (12) und einer damit gekoppelten Einrichtung zum Steuern des Drehmoments und der Geschwindigkeit eines Elektromotors (48), da durch gekennzeichnet, daß mit dem Pedal (12) ein Gleitelement (36) ge­ koppelt ist, das längs eines vorbestimmten Wegs beweglich ist und einen Sensoraktivator (42) trägt, wobei längs des Wegs des Gleitelements (36) eine Vielzahl von Sensoren (H1 bis H8) angeordnet ist, die bei Aktivie­ rung durch den Sensoraktivator (42) ein logisches Signal eines ersten Pegels und inaktiv ein Logiksignal eines zweiten Pegels an die Steuer­ einrichtung liefern.

2. Beschleunigungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gleitelement (36) ein langgestreckter, flexibler Streifen ist, der mit einem Ende mit dem Pedal (12) gekoppelt ist und an seinem anderen Ende den Sensoraktivator (42) trägt.

3. Beschleunigungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Pedal (12) über einen hiermit verschwenkbaren Betätigungshebel (22) mit dem Gleitelement (36) gekoppelt ist.

4. Beschleunigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Steuergehäuse (24) mit einer Leiter­ kartenkammer (26) und einem von letzterer getrennten Führungskanal (28) für das Gleitelement (36) vorgesehen ist.

5. Beschleunigungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in der Leiterkartenkammer (26) eine Leiterkarte (32) mit elektronischen Schaltkreisen angeordnet ist.

6. Beschleunigungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Vielzahl von Sensoren (H1 bis H8) auf der Leiterkarte (32) entlang des Führungskanals (28) angeordnet ist.

7. Beschleunigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Pedal (12) in seine Ruheposition vor­ gespannt ist.

8. Beschleunigungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Anschlag (20) für die maximal gedrückte Position des Pedals (12) vorgesehen ist.

9. Beschleunigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensoraktivator (42) ein Permanentma­ gnet ist, der am Gleitelement (36) befestigt ist.

10. Beschleunigungseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Vielzahl der Sensoren (H1 bis H8) magnetoelektri­ sche, durch den magnetischen Fluß eines Permanentmagneten aktivierbare Sensoren sind.

11. Beschleunigungseinrichtung nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Sensoren (H1 bis H8) Hall-Sensoren sind.

12. Beschleunigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung einen Mikroprozes­ sor (44) umfaßt, der den an den Elektromotor (48) gelieferten Strom ent­ sprechend der Position des Pedals (12) steuert.

13. Beschleunigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung eine Anzeige (50) für fehlerhafte Sensoren (H1 bis H8) aufweist.