DE1763005B2 - Steuerknüppel-Fahrschalter für Elektrofahrzeuge - Google Patents

Steuerknüppel-Fahrschalter für Elektrofahrzeuge

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Description

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Es ist bekannt, daß man die Lenkung eines Fahrzeugs mittels seiner einzeln angetriebenen Hinterräder bewerkstelligen kann, wenn auf diese unterschiedliche Drehmomente übertragen werden, deren Größcndiffcrcnz regelbar ist und ein Maß für die dem Fahrzeug zu erteilende Fahrtrichtung bildet.
Die Erfindung betrifft einen Steuerknüppel-Fahrschalter zur zur Richtungs- und Antriebssteuerung eines mit zwei Einzel-Fahrmotoren an den Hinterrädern antreibbaren Elektrofahrzeug* in Vorwärts- und Rückwänsriehtung, bei dem für jeden der beiden Fahrmotoren ein zur Steuerung eines entsprechenden Leistungs-Sleuergerütes dienender Signalgeber vorgesehen ist, deren Ausgangssignale über den in einem Kugelgelenk gelagerten Steuerknüppel verstellbar sind, indem jeweils ein bewegliches Bauteil gegenüber einem festen Bauteil vcrlagcrbar ist. wobei die Signalgeber in der Weise symmetrisch zur vertikalen, das Kugelgelenk enthaltenden Längsmittelebene angeordnet sind, daß sich in zwei einen Winkel von angenähert 90 einschlicßenden und symmetrisch zur Längsmittelebene liegenden Bewegungsrichtung des Steuerknüppels maximale Veränderungen des Ausgangssignals des einen bzw. des anderen Signalgeben; ergeben, während in den dayu senkrechten Bewegungseinrichtungen an dem einen bzw. an dem anderen Signalgeber keine Veränderungen erfolgen.
Derartige Fahrschalter werden bevorzugt bei in Industriebetrieben eingesetzten Elektrofahrzeuge^ nämlich bei Elektrokarren (CH-PS 364 184) und Gabelstaplern (US-PS 3 040 827 oder 3 100 548) eingesetzt. Dabei steuert die Schwenkbewegung des Hebels um die eine der Achsen die Beschleunigung und die Abbremsung, und die Schwenkbewegung des Hebels um die andere de,- Achsen ändert die Fahrtrichtung nach links oder nach rechts.
Die bekannten Fahrschalter haben eine Stufenschaltung, d. h. mit ihnen können nur diskrete Geschwindigkeitsstufen geschaltet werden, und demzufolge kann ein mit einem solchen Fahrschalter ausgerüstetes Elektrofahrzeug auch nur auf wenigen Kurvenradien gefah rcn werden, die sich durch die nur in Stufen mögliche Steuerung der Motore ergeben. Diese einfache Art des Antriebs und der Lenkung mag für einen Elektrokarren zur industriellen Verwendung ausreichend sein, genügt aber nicht für Elektrofahrzeuge im Straßenverkehr, beispielsweise für körperbehinderte Personen.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, einen Steuerknüppel-Fahrschalter der eingangs beschriebenen An bei einfachem und robustem Aufbau in seinen mechanischen und elektrischen Bauteilen so weiterzubilden, dull ein Elektrofahrzeug auf der Stelle drehen kann. Insbesondere mit einem lose gelagerten Vorderrad und von einander unabhängig angetriebenen Hinterrädern vor scheue Fahrzeuge können eine Drehbewegung längs eines Kreises ausführen, dessen Mittelpunkt in einem der Hinterräder liegt, Vorausgesetz!, daß dieses Hinterrad blockiert werden kann.
Der Steuerknüppel-Fahrschalter gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die beweglichen Bauteile der Signalgeber jeweils ausschließlich in Rieh tung der zugehörigen Rewcgungsrichtungcn des Steuerknüppels für maximale Signalverändcrungcn bewegbar und mit dem Steuerknüppel über in dessen Nullstellung ebenfalls in dieser Richtung liegende Stangen gelenkig verbunden sind.
Mit dieser Anordnung der Signalgeber und Übertragungsgestänge läßt sich mit ganz geringem Aufwand, nämlich in einer bevorzugten Ausführung im wesentlichen mit nur zwei Potentiometern und zwei Stangen, eine stufenlose Fahrsteuerung eines Elektrofahrzeugs erreichen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung an Hand der Zeichnung, und zwar zeigt
F i g. I ein Elcktro-Drcirad mit einem lose gelagerten Vorderrad und zwei unabhängig voneinander motorgetriebenen Hinterrädern, auf das die ciTindungsgcmäßc Vorrichtung zum Lenken und Steuern anwendbar ist,
F i g. 2 und 3 eine Draufsicht von unten bzw. eine lotrechte Seitenansicht des Dreirades nach F i g. 1,
F i g. 4 eine Steuervorrichtung bei der Potentiometer als Signalgeber verwendet sind, und
1 i g. 5 und b eine Steuervorrichtung bei der die Signalgeber progressiv arbeilende photoelektrische Lichtschranken sind.
Das Fahrgestell des in Fig. 1. 2 und 3 gezeigten Fahrzeuges zur Personenbeförderung besitzt RahmcnliiiigMräger 1, an dem Hinterräder 2 und 3 an einer Achse 6 drehbar gelagert sind, Sie worden mittels je
eines elektrischen Fahrmotors 4 bzw. 5 angetrieben oder gebremst. Am Vorderende des Fahrgestells ist an einem Ausleger des Rahmens ein Bügel 8 um eine im wesentlichen lotrechte Achse 9 frei schwenkbar gelagert, der das Vorderrad 10 trägt.
Wenn der Fahrzeugführer veranlaßt, daß der Fahrmotor 5 ein größeres Drehmoment als der Fahrmotor 4 an das zugehörige Rad abgibt, so ist die durch das Rad
3 auf das Fahrgestell übertragene Kraft Fl größer als die durch das Rad 2 auf das Fahrgestell übertragene Kraft FZ Aus diesen Kräften ergibt sich an der lotrechten Achse 9 ein Querschub F3, durch den der Bügel 8 schwenkt und die Vorderachse 11 in einen Winkel zur Hinterachse 6 eingestellt wird. Das Fahrzeug beschreibt dann eine gekrümmte Bahn und ist einer Zentrifugalbeschleunigung ausgesetzt, die in dem zwischen dem Vorderrad und den Hinterrädern gelegenen Schwerpunkt des Fahrzeuges eine Querkraft F4 ausübt, deren Komponente F5 an der Achse 9 des Bügels 8 das Gleichgewicht mit der Kraft F3 herzustellen sucht, die aus der Differenz der von den beiden Fahrmotoren 4 und 5 übertragenen Drehmomente herrührt.
Um das Fahrzeug stabil auf seiner Bahn zu halten, ist zu empfehlen, den Abstand d zwischen der lotrechten Achse 9 des Bügels 8 und der Achse 11 des Vorderrades im Bereich zwischen 1 % und 25% des Abstandes D der lotrechten Achse 9 von der Hinterradachse 6 zu wählen.
In F i g. 1 ist ein Steuerknüppel 12 dargestellt, der sowohl zur Steuerung der Fahrtrichtung als auch zur Steuerung der Fahrzeuggeschwindigkeit dient.
Der Steuerknüppel 12 ist in F i g. 4 als um ein Kugeloder Kardangelenk schwenkbarer Hebel zu denken, wie es z. B. in F i g. 5 dargestellt ist. Das untere Ende des Steuerknüppels ist mittels zweier Stangen 13 und 14 gelenkig mit an dem Ende einer dieser Stangen angebrachten Gleitkontakten 15 bzw. 16 je eines Potentiometers 17 bzw. 18 verbunden. Die Anordnung ist so getroffen, daß beim Verschwenken des oberen Endes des Steuerknüppels in Fahrtrichtung des Fahrzeugs beide Gleitkontakte zu denjenigen Enden des einen und des anderen Potentiometers verschoben werden, die mit dem positiven Pol einer Batterie 19 verbunden sind, während beim Verschwenken des Steuerknüppeis nach hinten die Gleitkontakte zu dem Ende des zugehörigen Potentiometers verschoben werden, das mit dem negativen Pol der Batterie verbunden ist. Wird der Steuerknüppel nach links oder nach rechts verschwenkt, so verschieben sich die Gleitkontakte an den Potentiometern in einander entgegengesetzten Richtungen.
In Ncbenschlußschaltung zur Batterie 19 liegen Widerstände 20 und 21 bzw. 22 und 23; die Ausgangssignale der Potentiometer werden jeweils zwischen dem Gleitkontakt 15 und dem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 20 und 21 bzw. zwischen dem Gleitkontakt 16 und den Widerständen 22 und 23 abgegriffen. Hieraus folgt, daß die Ausgangssignale der Potentiometer jeweils positives oder negatives Vorzeichen haben je nachdem, ob der Gleitkontakt eines Potentiometers sich diesseits oder jenseits der Mitte seiner Wicklung befindet.
Die Ausgangssignale der Potentiometer 17 bzw. 18 werden je einem Leistungs-Steuergerät 24 bzw. 26 und einem Richtungswender 25 bzw. 27 zugeführt. Eine Anuiebsbatterie 30 des Fahrzeugs speist die Fahrmotoren.
4 und 5 über die Leistungs-Steuergeräte 24 bzw. 26 und die Richtungswender 25 bzw. 27.
Die Aufgabe des jeweiligen Lcistungs-Steuergerätes besteht darin, eine« Ausganysstrom zu erzeugen, dessen Amplitude bzw. Stärke eine lineare Funktion des vom Gleitkontakt 15 bzw. 16 vorgegebenen Steuersignals ist Derartige Geräte sind in der Technik in vielfachen Ausführungen bekannt Sie können z.B. ein Stromtor aufweisen, das den Speisestrom entweder durchläßt oder sperrt und das durch einen Impulsgenerator getastet wird, dessen Impulsfolgefrequenz sich
ίο mit dem Steuersignal ändert. Nimmt man nan an, daß der Strom während der Dauer der Impulse fließt und während der Impulspausen gesperrt wird, so wächst die Amplitude des Ausgangsstrom mit der Frequenz der Impulsfolge.
x5 Der jedem Leistungs-Steuergerät nachgeschaltete Richtungswender hat den Zweck, die Richtung des Speisestroms und dadurch die Drehrichtung des Motors umzukehren.
Bei der Ausführungsform nach F i g. 4 sind die elek-
ao tromechanischen Signalgeber, die die jeweilige Stellung des Steuerknüppels in ein elektrisches Signal umwandeln, Potenliometer. Statt dessen können andere Ausführungsformen von elektromechanischen Signalgebern angewendet werden, z. B.:
»5 — steuerbare Blenden, die eins veränderliche Beleuchtung von elektrischen Pholozellen herbeiführen,
— Magnetwiderstände, die in einen magnetischen Kreis mit veränderlichem magnetischen Widerstand eingeschaltet sind,
— Detektoren mit wechselseitiger Induktion und
— Drehpotentiometer mit geringer mechanischer Reibung.
Der in F i g. 5 gleichfalls dargestellte Steuerknüppel 12 besitzt an seinem oberen Ende einen Griffknopf 31, auf dem die Hand des Fahrzeugführers ruht. Der Steuerknüppel kann um ein Kugelgelenk 32 in jede beliebige Richtung geneigt werden. Die Steuerstange des Steuerknüppels verschiebt bei der Ausführung nach F i g. 5 den mechanischen Teil eines Detektors 34. der auf die Leistungs-Steuergeräle der Fahrmotoren derart einwirkt, daß bei Verschwenken des Steuerknüppels nach vorn das Fahrzeug beschleunigt und bei Verschwenken des Steuerknüppels nach hinten das Fahrzeug gebremst oder auf Rückwärtsgang geschaltet
♦5 wird, während bei Verschwenkung des Steuerknüppels nach links der rcchie Fahrmotor beschleunigt und der linke Fahrmotor gebremst oder auf Rückwärtsgang geschaltet wird und bei Verschwenkung des Steuerknüppels nach rechts der linke Fahrmotor beschleunigt und der rechte Fahrmotor gebremst oder auf Rückwärtsgang geschaltet wird.
Am unteren Ende 35 des Steuerknüppels 12 sind zwei Seilzüge 36 und 37 befestigt, von denen das eine an eine Bremse 28 und das andere an eine Bremse 29 des linken bzw. des rechten Rades angeschlossen ist. Wird der Steuerknüppel stark nach hinten gezogen, was der Parkstellung de·; Fahrzeugs entspricht, so werden die Seilzüge 36 und 37 gespannt und bewirken die Bremsung, die am linken oder am rechten Rad stärker sein kann je nachdem, obe der Steuerknüppel nach links oder nach rechts geschwenkt wurde.
F i g. 6 zeigt schematisch den Detektor 34. Dieser Detektor umfaßt vier photoelektrische Signalgeber in Form ortsfester Photodioden 40, 41 und 42, 43, welche durch vier gleichfalls ortsfeste Lichtquellen, 44, 45 bzw. 46, 47 belichtet werden. Das Licht kann die Photodioden durch je eines von zwei Fens'ern 48 bzw. 49 erreichen, die in Verschlußplatten 50 bzw. 51 angebracht
sind. Die Verschlußplaitcn sind an einem Ende auf einer gemeinsamen ortsfesten Achse 52 gelagert. An ihren anderen Enden sind sie mittels Gelenken 53 bzw. 54 mit beweglichen Stangen 55 bzw. 56 verbunden, so daß die A/erschlußplatten und die Stangen zusammen ein Lenkerparallelogramm bilden.
Die beiden Stangen 55 und 56 sind mittels eines Kugelgelenkes 57 mit dem Steuerknüppel 12 verbunden. Wird das eine der Fenster zwischen die Lichtquelle und die zugehörige Photodiode eingeschoben, so ergibt sich am zugehörigen Motor ein maximales Drehmoment, das in dem Maße abnimmt, in dem das Fenster verschoben wird und die Verschlußplatte den Strahlendurchgang behindert. Die entsprechenden Veränderungen des Motordrehmomentes sind stark progressiv, aber kontinuierlich und erlauben dem Fahrzeugführer, sein Fahrzeug mit großer Genauigkeit und ohne Anwendung von Körperkraft nach Wunsch in die gewünschte Bahn zu lenken.
Wie eingangs ausgeführt wurde, kann der in einem Kugelgelenk verschwenkbare einzige Steuerknüppel Signale liefern, die den Antrieb der beiden motorgetriebenen Räder mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und insbesondere auch die Blockierung eines der Räder bewirken können, während das andere Rad angetrieben wird. Dies wird bei dem erfindungsgemäßen Steuersystem für Lenkung und Antrieb durch eine zweckentsprechende Ausbildung der beiden Signalgeber erreicht, die dem einen und dem anderen motorgetriebenen Rad zugeordnet sind. Bei jedem Signalgeber kann man eine Richtung maximaler Änderung des Übertragungswertes angeben, d. h. eine Richtung, bei der sich der Übergang von einem maximalen Steuersignal eines Vorzeichens zu dem maximalen Steuersignal entgegengesetzten Vorzeichens auf kürzestem Wege vollziehen läßt. Bei stabförmigen Potentiometern isl diese Richtung die Wicklungsachse. Wenn der Signalgeber gemäß F i g. 6 unter Verwendung von photoelcktrischen Schranken ausgebildet ist, ist es die Richtung der Verbindungslinie der Photozcllcn 40 und 41 bzw. 42 und 43.
Gemäß der Erfindung sind die Richtungen maximaler Änderung der Steuersignale in bezug auf je eines der angetriebenen Räder, praktisch senkrecht zueinander, damit, wenn der Steuerknüppel, ausgehend von seiner Ruhestellung, in die Richtung maximaler Änderung des einen Signalgebers verschwenkt wird, um die Geschwindigkeit des einen angetriebenen Rades auf ein Maximum zu bringen, der andere Signalgeber nicht be-
lj cinflußt wird. Wenn z. B. gemäß F i g. 6 der Griffknopf 31 in die Richtung verschwenkt wird, die in Verlängerung der Stange 56 verläuft, so tritt das Fenster 49 in die Verbindungslinie der Lampe 47 mit der Photozelle 43, während die Verschlußplatte 50, deren Stange 55
ao senkrecht zur Bewegungsrichtung des Steuerknüppels liegt, praktisch nicht bewegt wird. Entsprechend wird bei dem Signalgeber nach F i g. 4, wenn man den Steuerknüppel 12 nach oben in eine Richtung zieht, die zur Wicklung des Potentiometers 18 parallel ist, der
as Gleitkontakt 16 dieses Potentiometers verschoben während der Gleitkontakt 15 des Potentiometers 17 nicht verschoben wird.
In der Praxis ist es nicht unbedingt notwendig, daC die Richtungen maximaler Änderungen in beiden Si gnalgebern räumlich genau senkrecht verlaufen: mar kann zulassen, daß sie einen Winkel von 60° bis 120 miteinander bilden. In bezug auf die Längsrichtung de? Fahrzeuges bedeutet das. daß die Richtungen maxima lcr Änderungen gegen diese Längsrichtung zwischer 30/ und 60c geneigt sein dürfen.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

~'~ Patentansprüche:
1. Steuerknüppel-Fahrschalter zur Richtungs- und Antriebssteuerung eines mit zwei Einzel-Fahrmotoren an den Hinterrädern antreibbaren Elektrofahrzeugs in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung, bei dem für jeden der beiden Fahrmotoren ein zur Steuerung eines entsprechenden Leistungs-Steuergerätes dienender Signalgeber vorgesehen ist, deren Aus- ίο gangssignale über den in einem Kugelgelenk gelagerten Steuerknüppel verstellbar iind, indem jeweils ein bewegliches Bauteil gegenüber einem festen Bauteil verlagerbar ist, wobei die Signalgeber in der Weise symmetrisch zur vertikalen, das Kugelgelenk enthaltenden Längsmittelebene angeordnet sind, daß sich in zwei einen Winkel von angenähert 90° einschließenden und symmetrisch zur Längsaiittelebene liegenden Bewegungseinrichtung des Steuerknüppels maximale Veränderungen des Aus- so gangssignals des einen bzw. des anderen Signalgebers ergeben, während in den dazu senkrechten Bewegungsrichtungen an dem einen bzw. an dem anderen Signalgeber keine Veränderungen erfolgen, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegli- as chcn Bauteile der Signalgeber jeweils ausschließlich in Richtung der zugehörigen Bewegungsrichtungen des Steuerknüppels (12) für maximale Signalverändcrung bewegbar und mit dem Steuerknüppel über in dessen Nullstellung ebenfalls in dieser Richtung liegende Stangen (13, 14 bzw. 55, 56) gelenkig verbunden sind.
2. Steuerknüppel-Fahrschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalgeber Potentiometer (17 bzw. 18) mit stabförmigen Wicklungen sind, die ungefähr senkrecht zueinander angeordnet sind, und daß die Gleitkontakie (15, 16) der Potentiometer mit dem Steuerknüppel (12) durch zwei Stangen (13, 14) verbunden sind, von denen je eine parallel zu einer der Wicklungen verläuft (F i g. 4).
DE1763005A 1967-03-22 1968-03-21 Steuerknüppel-Fahrschalter für Elektrofahrzeuge Expired DE1763005C3 (de)

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