CN107107986A - 具有电驱动装置的车辆、尤其电动自行车，以及用于运行这种车辆的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种以肌力和/或踏板力运行的车辆、尤其电动自行车，包括电驱动装置(3)、用于操控所述电驱动装置(3)的控制单元(10)、用于驱动所述车辆的具有第一曲柄(8)和第二曲柄(9)的曲柄传动机构(2)、用于检测在规定的曲柄角度(γ)上的运行时间(Z)的第一检测装置(11)、用于检测由骑行者施加的力(F)的第二检测装置(12)和用于检测第一时间(Z1)或者第二时间(Z2)的第三检测装置(13)，在该第一时间内由所述骑行者施加的所述力(F)位于阈值(S)以上，在该第二时间内由所述骑行者施加的所述力位于阈值以下，其中，所述控制单元(10)设立成用于计算所述第一时间(Z1)与所述运行时间(Z)的商数(Q)，或者计算所述第一时间(Z1)与所述第二时间(Z2)的商数，并且其中，所述控制单元(10)还设立成用于根据计算出的所述商数(Q)控制所述电驱动装置(3)。

Description

具有电驱动装置的车辆、尤其电动自行车，以及用于运行这种 车辆的方法

技术领域

本发明涉及一种能以肌力和/或踏板力运行的车辆、尤其电动自行车。本发明还涉及一种用于运行这种自行车的方法。

背景技术

在高价值的电动自行车中通常使用转矩传感器用于检测骑行者转矩。之后在支持骑行者的期望时，通过电驱动装置成比例地增强检测出的骑行者转矩。由此得到对于骑行者来说自然的骑行感觉，因为力被提高地引入与将支持提高直到最大支持同时进行。较低成本的电动自行车常常仅具有一个踏板转数传感器。在此，之后在大多数情况下以恒定的转矩通过电驱动装置来实现支持。由此，尤其在高支持级别的情况下大大限制了马达转矩的可计量性。此外，由DE 102010017742 A1已知一种用于控制自行车电驱动装置的方法，在该方法中骑行者转矩被估测。然而该方法由此具有高的不精确性，使得通过电驱动装置实现的支持可能导致差的骑行感觉。

发明内容

与此相对，能以马达力和马达踏板力驱动的、具有权利要求1的本发明车辆、尤其电动自行车具有这样的优点，即能够省去转矩传感器，尽管如此也能够通过电驱动装置实现支持，该电驱动装置能够实现高品质的骑行感觉。在此能够以高精确性来计量通过电驱动装置实现的支持，使得实现对于骑行者来说出色的骑行感觉。通过省去昂贵的转矩传感器能够特别低成本地实现本发明。这根据本发明由此实现：所述车辆具有电驱动装置以及用于操控该电驱动装置的控制单元。所述车辆还包括具有第一和第二曲柄的曲柄传动机构。所述车辆还包括用于检测所述曲柄中的至少一个所走过的曲柄角度的第一检测装置和用于检测运行时间的第二检测装置，曲柄以该运行时间运动通过所述走过的曲柄角度，所述车辆还包括用于检测时间的第三检测装置，在该时间内由骑行者施加的力位于规定阈值以上或以下。因为仅检测骑行者力是否位于该阈值以上或以下，因此能够使用简单的传感器，该传感器仅检测所述骑行者力是否达到该阈值。所述控制单元现在设立成用于计算在骑行者力方面所检测出的时间与运行时间的商数或者计算阈值以上的时间与阈值以下的时间的商数，并且根据计算出的商数来控制电驱动装置。在此，该商数是由骑行者施加的骑行者转矩的量度。当然也能够通过倒数确定该商数。因此，根据本发明能够实现没有转矩传感器的调节回路。通过改变对规定阈值的选取能够简单地接受不同车辆制造商的不同要求。要注意的是，当然也能够借助控制单元基于商数来计算电驱动装置，在该商数的情况下所述时间间隔位于阈值以下。

从属权利要求示出本发明的优选扩展方案。

为了改善电驱动装置的操控精确性，优选用于检测由骑行者施加的力的第三检测装置布置在踏板和/或曲柄和/或曲轴上。

进一步优选，所述规定的曲柄角度是固定值。由此尤其能够非常简单地实施用于检测针对规定曲柄角度的运行时间的第一检测装置。所述规定的曲柄角度优选是针对曲柄转动半周的角度，即180°。在此，特别优选地检测在曲柄传动机构的上止点与下止点之间的曲柄转动半周。替代地，所述控制单元也能够设立成用于检测针对多个走过的曲柄角度的运行时间的值。之后优选求出检测出的值的平均值。

进一步优选，所述控制单元设立成用于利用检测出的值来探测骑行者的不均匀踩踏并且通知该骑行者。由此能够提供一种针对骑行者的训练功能，使得该骑行者在骑行期间接近最优的圆形踩踏足迹。

进一步优选，所述第二检测装置包括弹簧元件，以便确定由骑行者施加的力。例如能够这样设置所述弹簧元件，使得仅在弹簧元件完全压缩的情况下才将用于骑行者转矩的相应信号传送给控制单元，该信号表明：所述骑行者以例如相应于弹簧元件的弹簧常数的规定转矩刚好施加一力，并且该力因此位于阈值以上。如果弹簧元件未完全压缩，那么由骑行者施加的转矩位于阈值以下。所述弹簧元件的弹簧常数优选能改变，使得能够单独地调节所述阈值。

进一步优选，所述电驱动装置能借助多个支持级别来运行，其中，对于每个支持级别限定一个不同的规定阈值。由此，根据由骑行者选出的对应支持级别能够明显更好地操控电驱动装置。

本发明的车辆特别优选是电动自行车。进一步优选，所述电驱动装置布置在曲柄传动机构的区域中。由此能够实现自行车的马达中置方案，这与其它方案相比具有明显的优点。

本发明还涉及一种用于运行能以肌力和/或踏板力运行的车辆、尤其电动自行车的方法。在此，本发明的方法包括以下步骤：检测在走过的规定曲柄角度上的运行时间、检测由骑行者施加的力，并且检测一时间，在该时间内由骑行者在走过所述曲柄角度期间施加的力位于阈值以上。接着计算所述时间与运行时间的商数，并且根据这样计算出的商数来操控电驱动装置。因此，不必在车辆上布置转矩传感器用于检测骑行者转矩。因此，通过本发明的方法也会实现对于所述车辆来说所存在的优点。

进一步优选，设置控制单元，该控制单元检验，所述时间与所述运行时间之间的商数是否处于规定范围内。之后根据所述商数所处的范围来操控电驱动装置。由此能够非常精确地计量电驱动装置的转矩，尤其当所述范围选择得相对较小时。

进一步优选，所述电驱动装置具有多个支持级别，其中，每个支持级别配属有一个不同的范围。

根据本发明方法的另一优选构型，走过的规定曲柄角度被改变。也就是说，所述曲柄角度例如能够为曲柄转动半周，或者也能够为多个相继的曲柄转动周。

优选，在车辆行驶期间改变并匹配曲柄角度。由此能够提供学习型***，使得通过电驱动装置能实现最优的支持。

附图说明

下面参照附图详细描述本发明的优选实施例。在附图中：

图1 根据本发明实施例的车辆的示意性视图，

图2 图1的曲柄传动机构的示意图，

图3 运行的规定曲柄角度的示意图，和

图4 示出骑行者转矩、商数和马达转矩与时间的关系的曲线图。

具体实施方式

下面参照图1至4详细描述根据本发明优选实施例的电动自行车1。

如由图1可见的那样，电动自行车1包括曲柄传动机构2和电驱动装置3，该曲柄传动机构具有第一和第二曲柄8,9。以附图标记4表示电池。

此外，在曲柄传动机构上设置了链轮7，链条5与该链轮啮合，使得转矩能够从链轮7传递到电动自行车后轮上的变速装置6上的小齿轮上。

此外，本发明的电动自行车1包括控制单元10。控制单元10与电驱动装置3连接并且设立成用于控制该电驱动装置3，这会在下面详细解释。

电动自行车还包括第一检测装置11，用于检测在所述曲柄中的一个在规定的曲柄角度γ上的运行时间。这在图3中示意性地被示出，其中，γ＝180°。此外设置了用于检测由骑行者施加的力F的第二检测装置12。借助该力能够确定由骑行者所施加的骑行者转矩。在此，第二检测装置12布置在第一曲柄8的踏板80上。此外设置了检测时间的第三检测装置13，在该时间内由骑行者施加在踏板80上的力位于规定阈值S以上或以下。

现在，控制单元10设立成用于计算商数Q，其中，所述商数Q是第一时间Z1与运行时间Z的比(Q＝Z1/Z)，在该第一时间内骑行者施加处于阈值以上的力F，该运行时间是曲柄用于走过规定的曲柄角度γ所需的时间。

在此，控制单元10还设立成用于根据计算出的商数Q来控制电驱动装置。因此，根据本发明可能的是，不必在电动自行车1上设置用于检测由骑行者施加的转矩M1的转矩传感器。通过根据本发明合适地布置三个检测装置11,12,13，这能够无转矩传感器地进行该检测。

第二检测装置12例如能够构造为弹簧元件。在此，例如仅须检测由骑行者施加在踏板80上的力是否足以使弹簧元件完全压缩在一起。如果是这种情况，那么由骑行者施加的力F大于规定的阈值S，使得开始对时间Z1的时间检测，在该时间内由骑行者施加的力F位于阈值以上。一旦弹簧元件又不再完全通过骑行者压缩在一起，那么达到检测的时间Z1的结束时刻。

在图4中，在上方的曲线图中示出自然的骑行者转矩M1与时间t的关系，它近似呈正弦形状。在此，以附图标记S表示用于借助第三检测装置13来确定时间Z1的所述阈值。

图3示意性示出曲柄传动机构2，其中，走过的曲柄角度γ从上止点14达到下止点15。在此，在以T1和T3表示的角度范围内，力F还不会高到足以超过阈值S。然而在范围T2内，力F大于规定的阈值S。现在，根据本发明检测时间间隔(时间Z1)，在该时间间隔内，力F大于阈值S。此外也检测从上止点14到下止点15的运行时间Z，并且求它们的相互比例，以便计算商数Q(Q＝Z1/Z)。接着基于该商数Q来控制电驱动装置3。

图4的中间的曲线图示意性示出踏板转动半周商数Q与时间t的关系。在此，在范围B1内存在对于骑行者来说最优的范围，在该范围内能够通过电驱动装置3实现感觉细微的、也就是说察觉不到的支持。如果商数Q太小，那么必须提高马达转矩M2(范围B0)，如在图4的第三曲线图中表明的那样，因为骑行者转矩太大。如果骑行者转矩太小(范围B2)，那么可以降低马达转矩M2。在图4的最下方的曲线图中示出马达转矩M2与时间的关系。

要注意的是，代替踏板转动半周地也能够考虑踏板转动多周。在这里尤其能够求取平均值，并且例如通过骑行者来支持均匀的曲柄运动。

代替观察曲柄角度γ上的时间间隔T2地，当然也能够使两个时间间隔T1和T3相加，在该时间间隔内骑行者的力不超过所述阈值。

此外也能够考虑，例如以理想的正弦形转矩变化过程形式的数学函数作为参考，控制单元10能够以该参考来控制电驱动装置3。

Claims (12)

1.以肌力和/或踏板力运行的车辆、尤其电动自行车，包括

-电驱动装置(3)，

-用于操控所述电驱动装置(3)的控制单元(10)，

-用于驱动所述车辆的曲柄传动机构(2)，具有第一曲柄(8)和第二曲柄(9)，

-用于检测在规定的曲柄角度(γ)上的运行时间(Z)的第一检测装置(11)，

-用于检测由骑行者施加的力(F)的第二检测装置(12)，和

-用于检测第一时间(Z1)或者第二时间(Z2)的第三检测装置(13)，在该第一时间内由所述骑行者施加的所述力(F)位于阈值(S)以上，在该第二时间内由所述骑行者施加的所述力位于阈值以下，

-其中，所述控制单元(10)设立成用于计算所述第一时间(Z1)与所述运行时间(Z)的商数(Q)，或者计算所述第一时间(Z1)与所述第二时间(Z2)的商数，并且

-其中，所述控制单元(10)还设立成用于根据计算出的所述商数(Q)控制所述电驱动装置(3)。

2.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述第二检测装置(12)布置在踏板(80)上和/或所述曲柄(8,9)中的一个上或曲轴上。

3.根据上述权利要求中任一项所述的车辆，其特征在于，所述规定的曲柄角度(γ)是固定值，尤其是曲柄转动半周，在所述规定的曲柄角度上检测所述运行时间(Z)。

4.根据上述权利要求中任一项所述的车辆，其特征在于，所述控制单元(10)设立成用于检测在走过多个曲柄角度的情况下所述运行时间(Z)的值并且尤其求出平均值。

5.根据上述权利要求中任一项所述的车辆，其特征在于，所述控制单元(10)设立成用于使用检测出的所述值来探测不均匀的踩踏过程，并且尤其在显示器上通知所述骑行者。

6.根据上述权利要求中任一项所述的车辆，其特征在于，所述第二检测装置(12)包括弹簧元件，尤其具有可变弹簧常数的弹簧元件，借助该弹簧元件能确定由所述骑行者施加的力。

7.根据权利要求6所述的车辆，其特征在于，所述弹簧元件的完全压缩限定了骑行者转矩的阈值(S)。

8.根据上述权利要求中任一项所述的车辆，其特征在于，所述电驱动装置(3)能借助多个支持级别运行，其中，针对每个支持级别选择一个不同的规定阈值(S)。

9.一种用于运行能以肌力和/或踏板力运行的车辆、尤其电动自行车的方法，该车辆具有电驱动装置(3)、带有第一曲柄和第二曲柄(8，9)的曲柄传动机构(2)和控制单元(10)，本方法包括以下步骤：

-检测在所述曲柄传动机构(2)上的规定曲柄角度上的运行时间(Z)，

-检测由骑行者施加的力(F)，

-检测第一时间(Z1)，在该第一时间内由所述骑行者施加的力位于阈值(S)以上，或者检测第二时间(Z2)，在该第二时间内由所述骑行者施加的力位于阈值(S)以下，

-借助函数Q＝Z1/Z计算所述第一时间(Z1)与所述运行时间(Z)的商数(Q)，或者借助函数Q＝Z2/Z计算所述第二时间(Z2)与所述运行时间(Z)的商数(Q)，或者借助函数Q＝Z1/Z2计算所述第一时间(Z1)与所述第二时间(Z2)的商数(Q)，其中，所述商数(Q)是用于骑行者转矩(M1)的量度，和

-根据计算出的所述商数(Q)操控所述电驱动装置(3)。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述控制单元(10)检验所述商数(Q)是否落入到规定的范围(B1)内，并且根据所述范围(B1)操控所述电驱动装置(3)。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述电驱动装置(3)具有多个支持级别，所述支持级别中的每一个配属有一个不同的阈值(S)。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，其特征在于，使在运行期间走过的规定曲柄角度(γ)改变。