DE102016213265A1 - Control method for an electric drive of a two-wheeler - Google Patents

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Abstract

Ein Regelungsverfahren für einen elektrischen Antrieb eines Zweirads, wobei bei Erfassen einer momentan verringerten Leistungsanforderung an den Elektromotor durch einen Fahrer, das Zweirad entsprechend einem vorgegebenen Rekuperationsgrad abgebremst und elektrische Energie mittels des Elektromotors zurück gewonnen wird. Das Verfahren umfasst die zusätzlichen Schritte: Erfassen und Auswerten von momentanen Zustandsgrößen des Zweirades, wobei die momentanen Zustandsgrößen eine momentane Zweiradgeschwindigkeit und eine momentane Schräglage des Zweirades beinhalten, und Reduzieren des Rekuperationsgrades um eine durch Rekuperation verursachte Bremswirkung zu reduzieren, wenn die erfassten Zustandsgrößen vorgegebene Reduzierungsbedingungen erfüllen.A control method for an electric drive of a two-wheeler, wherein upon detection of a momentarily decreased power demand on the electric motor by a driver, the bicycle is decelerated according to a predetermined degree of recuperation, and electric energy is recovered by the electric motor. The method includes the additional steps of: acquiring and evaluating current state variables of the bicycle, wherein the current state variables include a current two-wheel speed and a momentary skew of the bicycle, and reducing the degree of recuperation to reduce a braking effect caused by recuperation if the detected state variables are predetermined reduction conditions fulfill.

Description

Die Erfindung betrifft ein Regelungsverfahren für den Traktionsantrieb elektrisch betriebener Zweiräder, insbesondere elektrisch betriebener Motorräder, Motorroller oder Scooter. Elektrisch betriebene Zweiräder weisen einen Elektromotor als Traktionsantrieb auf. In Anlehnung an Antriebe mit einem Verbrennungsmotor ist aber auch für elektrische Antriebe die Bezeichnung „Gas geben“ für eine Leistungsanforderung durch den Fahrer üblich. Manchmal wird in diesem Zusammenhang auch von „E-Gas“ gesprochen. The invention relates to a control method for the traction drive electrically operated two-wheelers, in particular electrically operated motorcycles, scooters or scooters. Electrically powered two-wheelers have an electric motor as a traction drive. In accordance with drives with an internal combustion engine, however, the term "give gas" is also customary for a power requirement by the driver for electric drives. Sometimes this is also referred to as "e-gas".

Bei elektrisch angetriebenen Zweirädern wird das Fahrzeug beim „Gas wegnehmen“ üblicherweise möglichst mit Hilfe des dann als Generator betriebenen Antriebsmotors zu einem gewissen Grad gebremst, um somit elektrische Energie zurück zu gewinnen (Rekuperation). Der Grad der Rekuperation kann dabei unmittelbar von dem beim Gaswegnehmen zurückgelegten Drehwinkel des Gasgriffs numerisch abhängig sein, d. h. ein Zurückdrehen um einem kleinen Drehwinkel bewirkt nur eine geringe Rekuperation, größere Drehwinkel entsprechend mehr davon. In allen Fällen kann auch die Geschwindigkeit, mit der der Gasgriff betätigt wird, den zeitlichen Anstieg der Rekuperation bis zum Erreichen des durch den Drehwinkel definierten Rekuperationsgrades vorgeben. Damit kann auch das bekannte Verhalten eines Verbrennungsmotors (Schleppmoment) beim Gaswegnehmen simuliert werden. Im Interesse einer möglichst hohen Energierückgewinnung können für den drehwinkelund den geschwindigkeitsabhängigen Grad der Rekuperation unterschiedliche Kennlinien durch den Fahrer einstellbar sein, vor allem bei Fahrzeugen mit 11kW oder mehr Antriebsleistung. In electrically powered two-wheelers, the vehicle is usually "braked" when possible with the help of then operated as a generator drive motor braked to a certain extent, thus recovering electrical energy (recuperation). The degree of recuperation can be numerically dependent directly on the rotation angle of the throttle grip, which is covered when the gas is removed. H. Turning back by a small angle of rotation causes only a small recuperation, larger rotation angle corresponding to more of it. In all cases, the speed at which the throttle is actuated, the temporal increase of the recuperation until reaching the defined by the rotation angle Rekuperationsgrades pretend. Thus, the known behavior of an internal combustion engine (drag torque) can be simulated when Gaswegnehmen. In the interest of the highest possible energy recovery different characteristic curves can be adjusted by the driver for the angle of rotation and the speed-dependent degree of recuperation, especially in vehicles with 11 kW or more drive power.

Es kann vorkommen, dass in bestimmten Fahrsituationen (vor allem bei höheren Geschwindigkeiten in Schräglage) und bei unvorsichtigem, plötzlichen Gaswegnehmen die Bremswirkung zu groß wird. Ein Sturz wird dann sehr wahrscheinlich. Das kann auch passieren, wenn in einer Kurve beim Rekuperieren plötzlich ein rutschigerer Fahrbahnabschnitt auftaucht. It may happen that in certain driving situations (especially at higher speeds in an inclined position) and in careless, sudden gas take away, the braking effect is too large. A fall then becomes very likely. This can also happen if suddenly a slippery road section appears in a curve when recuperating.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren anzugeben, mit welchem die Sturzgefahr in solchen Situationen verringert werden kann. The invention is therefore based on the object to provide a method with which the risk of falling in such situations can be reduced.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Anspruch. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.The object is achieved by a method according to the independent claim. Advantageous developments are specified in the dependent claims.

Die Erfindung sieht ein Regelungsverfahren für einen elektrischen Antrieb eines Zweirads vor. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Schritte: Antreiben des Zweirades mit einem Elektromotor und bei Erfassen einer momentan verringerten Leistungsanforderung durch einen Fahrer, Abbremsen des Zweirades entsprechend einem vorgegebenen Rekuperationsgrad und Rückgewinnung von elektrischer Energie mittels des dann als Generator betriebenen Elektromotors. The invention provides a control method for an electric drive of a bicycle. The inventive method comprises the steps of: driving the bicycle with an electric motor and upon detection of a momentarily reduced power demand by a driver, braking the bicycle according to a predetermined Rekuperationsgrad and recovery of electrical energy by means of then operated as a generator electric motor.

Eine momentan verringerte Leistungsanforderung durch den Fahrer erfolgt beispielsweise indem der Fahrer „vom Gas geht“ oder „Gas wegnimmt“. Durch den Rekuperationsgrad ist vorgegeben, wie stark das Zweirad durch den Elektromotor abgebremst wird, wenn der Fahrer vom Gas geht. Durch das Abbremsen wird elektrische Energie zurückgewonnen (rekuperiert). Somit ist durch den Rekuperationsgrad auch vorgegeben, wie viel elektrische Energie durch Rekuperation zurückgewonnen wird, wenn der Fahrer vom Gas geht. Je höher der Rekuperationsgrad, desto höher die Rekuperationsleistung. For example, a momentarily reduced power demand by the driver is made by the driver "going off the gas" or "taking gas off". The degree of recuperation determines how much the two-wheeled vehicle is slowed down by the electric motor when the driver turns off the accelerator. By decelerating electrical energy is recovered (recuperated). Thus, the amount of recuperation also determines how much electrical energy is recovered by recuperation when the driver is off the gas. The higher the degree of recuperation, the higher the recuperation rate.

Der Rekuperationsgrad kann beispielsweise durch eine Kennlinie dargestellt werden. Durch diese ist das ausgeübte Bremsmoment in Abhängigkeit von dem Verdrehwinkel des Gasgriffs oder auch der Drehgeschwindigkeit des Gasgriffs festgelegt. Die Kennlinie definiert so z.B. den Betrag des Rekuperationsgrades in Abhängigkeit vom Drehwinkel. Wenn der Fahrer vom Gas geht oder Gas gibt, verändert er den Verdrehwinkel des Gasgriffs. Auch die Drehgeschwindigkeit des Gasgriffs wird durch den Fahrer ausgeübt, wenn dieser beispielsweise plötzlich vom Gas geht. Insbesondere bei leistungsstarken Antrieben kann die Kennlinie, d.h. die Charakteristik, mit welcher der Rekuperationsgrad beeinflusst wird, durch den Fahrer einstellbar sein. The Rekuperationsgrad can be represented for example by a characteristic. By this, the applied braking torque is determined in dependence on the angle of rotation of the throttle or the rotational speed of the throttle. The characteristic defines such as e.g. the amount of Rekuperationsgrades depending on the angle of rotation. When the driver shuts off the gas or accelerates, he changes the twist angle of the throttle grip. The speed of rotation of the throttle grip is exerted by the driver, for example, if he suddenly goes off the gas. Especially with powerful drives, the characteristic, i. the characteristic with which the degree of recuperation is influenced should be adjustable by the driver.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht zusätzlich vor, momentane Zustandsgrößen des Zweirades zu erfassen und auszuwerten. Die momentanen Zustandsgrößen beinhalten mindestens eine momentane Zweiradgeschwindigkeit und eine momentane Schräglage des Zweirades. Als Schräglage wird eine momentane Winkelauslenkung des Zweirads aus der Vertikalen Achse bezeichnet. Je größer der Winkel zwischen der Fahrzeugachse und der vertikalen Achse ist, desto größer ist die Schräglage des Zweirades. Die Zustandsgrößen werden vorzugsweise über entsprechende Sensoren erfasst.The method according to the invention additionally provides for detecting and evaluating instantaneous state variables of the bicycle. The current state variables include at least a current two-wheel speed and a momentary skew of the bicycle. As an angle, a momentary angular deflection of the bicycle from the vertical axis is called. The greater the angle between the vehicle axis and the vertical axis, the greater the angle of the two-wheeler. The state variables are preferably detected via corresponding sensors.

Erfindungsgemäß wird der Rekuperationsgrad reduziert, um eine durch die Rekuperation verursachte Bremswirkung zu reduzieren, wenn die erfassten Zustandsgrößen vorgegebene Reduzierungsbedingungen erfüllen. Durch die erfindungsgemäße Reduzierung des Rekuperationsgrades kann in bestimmten gefährlichen Situationen eine zu starke Abbremsung des Fahrzeugs verhindert werden. Solche gefährliche Situationen können anhand der erfassten Zustandsgrößen erkannt werden. Dafür werden Reduzierungsbedingungen vorgegeben, welche die gefährliche Situation charakterisieren können. Eine solche Situation kann beispielsweise ein schnelles Durchfahren einer Kurve sein, was anhand einer momentanen Geschwindigkeit und einer Schräglage erkannt wird. Wenn nun der Fahrer in einer solchen Situation plötzlich vom Gas geht, würde das Zweirad gemäß dem Stand der Technik für eine möglichst hohe Energierückgewinnung mittels des Elektromotors abgebremst, was die Gefahr für einen Sturz erhöht. Die Erfindung sieht dagegen vor, in diesen speziellen Situationen den Rekuperationsgrad zu reduzieren um so ein zu starkes Abbremsen zu verhindern. Damit kann die Sturzgefahr in diesen Situationen verringert werden. Je nach Schräglage, Geschwindigkeit und ggf. weiteren Zustandsgrößen wie z.B. einer Gierrate wird eine neue, niedrigere Begrenzung des Rekuperationsgrades eingebaut, falls das schlagartig einsetzende Rekuperationsdrehmoment (gemäß der Kennlinie) zu einer Gefahr werden würde. According to the invention, the degree of recuperation is reduced in order to reduce a braking effect caused by the recuperation if the detected state variables fulfill predetermined reduction conditions. Due to the inventive reduction of the Rekuperationsgrades excessive braking of the vehicle can be prevented in certain dangerous situations. Such dangerous situations can be detected on the basis of the detected state variables. For this reduction conditions are specified, which can characterize the dangerous situation. Such a situation may be, for example, a fast passage through a curve, which is detected by a current speed and a tilt. If now the driver in such a situation suddenly goes from the gas, the bicycle would be decelerated according to the prior art for the highest possible energy recovery by means of the electric motor, which increases the risk of falling. In contrast, the invention provides for reducing the degree of recuperation in these special situations in order to prevent excessive braking. Thus, the risk of falling in these situations can be reduced. Depending on the inclination, speed and possibly other state variables such as a yaw rate, a new, lower limitation of the Rekuperationsgrades installed if the sudden onset of recuperation (according to the characteristic curve) would be a danger.

Das erfindungsgemäße Verfahren erhöht somit die Fahrsicherheit speziell für die Fahrer elektrisch angetriebener Zweiräder, indem die in der Regel vorhandene Sensorik mit der Regelung des Traktionsantriebs verknüpft wird. The method according to the invention thus increases the driving safety especially for the drivers of electrically driven two-wheelers by linking the sensor system, which is generally present, with the regulation of the traction drive.

Vorgegebene Reduzierungsbedingungen können beispielsweise darin bestehen, dass Schwellwerte für die Zustandsgrößen definiert sind. Wenn die Schwellwerte der Zustandsgrößen überschritten sind, wird der Rekuperationsgrad und somit die Rekuperationsleistung reduziert. Vereinfacht ausgedrückt ist beispielsweise ab einer bestimmten Schräglage und/oder ab einer bestimmten Geschwindigkeit eine Reduzierung des Rekuperationsgrades sinnvoll und vorgesehen.Predetermined reduction conditions may be, for example, that threshold values for the state variables are defined. If the threshold values of the state variables are exceeded, the degree of recuperation and thus the recuperation power is reduced. Expressed in simplified terms, for example, from a certain angle and / or from a certain speed, a reduction in the degree of recuperation makes sense and provided.

Gemäß einer einfachen Ausführungsvariante umfassen die vorgegebenen Reduzierungsbedingungen das Überschreiten einer vorgegebenen Schwellgeschwindigkeit und/oder das Überschreiten einer vorgegebenen Schwellschräglage. Durch diese Reduzierungsbedingungen kann beispielsweise ein schnelles Durchfahren einer Kurve erkannt werden.According to a simple embodiment, the predetermined reduction conditions include exceeding a predetermined threshold speed and / or exceeding a predetermined threshold threshold. By means of these reduction conditions, for example, a fast passage through a curve can be recognized.

Gemäß einer bevorzugten Variante der Erfindung erfolgt die Reduzierung des Rekuperationsgrades in Abhängigkeit von den erfassten Zustandsgrößen. D. h. durch die erfassten und ausgewerteten Zustandsgrößen wird nicht nur definiert, ob eine Reduzierung des Rekuperationsgrades erfolgt, sondern auch wie stark dieser reduziert wird. Diese Reduzierung des Rekuperationsgrades bzw. der Rekuperationsleistung in Abhängigkeit von den Zustandsgrößen kann auch durch eine Funktion PRekuperation = f(x, y, ...) über die Zustandsgrößen (x, y ...) dargestellt werden. Wenn die Zustandsgrößen allein aus Zweiradgeschwindigkeit v und Schräglage bestehen, kann dies somit als Funktion PRekuperation = f(α, v) dargestellt werden, wobei α der Neigungswinkel der Zweiradachse gegenüber der Vertikalen darstellt. PRekuperation(α, v) ist dann vorzugsweise eine fallende Funktion. D.h. je größer die Schräglage und die Geschwindigkeit sind, desto stärker wird der Rekuperationsgrad reduziert und entsprechend kleiner wird die Rekuperationsleistung.According to a preferred variant of the invention, the reduction of the recuperation degree takes place as a function of the detected state variables. Ie. The detected and evaluated state variables do not only define whether the degree of recuperation is reduced, but also how much it is reduced. This reduction in the degree of recuperation or the recuperation power as a function of the state variables can also be represented by a function P recuperation = f (x, y,...) Via the state variables (x, y...). Thus, if the state quantities consist solely of two-wheel speed v and skew, this can be represented as function P recuperation = f (α, v), where α represents the angle of inclination of the two-wheeled axle relative to the vertical. P recuperation (α, v) is then preferably a falling function. This means that the greater the inclination and the speed, the more the degree of recuperation is reduced and the recuperation power becomes correspondingly smaller.

Vorzugsweise umfassen die momentanen Zustandsgrößen auch eine momentane Gierbewegung. Als Gierbewegung wird eine Drehbewegung des Zweirads um seine Höhenachse bezeichnet. Gierbewegungen bei Fahrzeugen können ein Anzeichen für Schleuderbewegungen sein. Die Reduzierungsbedingungen können dann beispielsweise zusätzlich das Überschreiten einer zulässigen Gierbewegung umfassen. Eine Reduzierung des Rekuperationsgrades in Abhängigkeit von der erfassten Gierbewegung könnte auch durch eine fallende Funktion der Rekuperationsleistung über die Gierbewegung ausgedrückt werden. D.h., je größer die Gierbewegung, desto stärker wird der Rekuperationsgrad reduziert. Preferably, the current state variables also include a momentary yaw motion. As yawing a rotational movement of the two-wheel is referred to its height axis. Yawing on vehicles can be a sign of skidding. The reduction conditions may then include, for example, additionally exceeding an allowable yawing motion. A reduction in the degree of recuperation as a function of the detected yawing motion could also be expressed by a decreasing function of the recuperation power via the yawing motion. That is, the greater the yawing, the more the recuperation rate is reduced.

Für eine zuverlässige Steuerung ist es vorteilhaft, wenn mehrere Zustandsgrößen in Betracht gezogen werden. So können die momentanen Zustandsgrößen gemäß bevorzugten Weiterbildungen beispielsweise auch eine momentane Beschleunigung des Zweirads oder einen momentanen Lenkwinkel umfassen. Sofern das Zweirad über ein Antiblockiersystem (ABS) oder eine elektronische Stabilitätskontrolle (ESC) verfügt, können die dort jeweils vorhandenen Zustandsdaten zur Regelung des Rekuperationsgrades in der oben beschriebenen Art genutzt werden.For reliable control, it is advantageous if several state variables are taken into consideration. Thus, the current state variables may include, for example, a current acceleration of the bicycle or a current steering angle according to preferred developments. If the bicycle has an antilock braking system (ABS) or an electronic stability control (ESC), the status data available there can be used to control the degree of recuperation in the manner described above.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung werden die momentanen Zustandsdaten kontinuierlich erfasst und ausgewertet. Somit kann die Fahrsicherheit je nach momentaner Fahrsituation erhöht werden.According to an advantageous development, the current status data are continuously recorded and evaluated. Thus, the driving safety can be increased depending on the current driving situation.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:In the following the invention will be explained in more detail with reference to the drawing. Show it:

1: eine schematische Frontalansicht eines Zweirads in Schräglage; und 1 : a schematic frontal view of a two-wheeler in an inclined position; and

2: eine schematische Seitenansicht eines Zweirades. 2 : a schematic side view of a bicycle.

In 1 ist beispielhaft ein Zweirad 1 in Schräglage in Frontalansicht dargestellt. Die Schräglage ist durch den Winkel α zwischen der vertikalen Achse 3 und einer senkrechten Achse 4 durch das Zweirad 1 gekennzeichnet.In 1 is an example of a two-wheeler 1 shown in an inclined position in frontal view. The skew is defined by the angle α between the vertical axis 3 and a vertical axis 4 by the bicycle 1 characterized.

2 zeigt beispielhaft eine schematische Seitenansicht eines Zweirades 1, mit einem Elektromotor 2, welches sich mit Geschwindigkeit v in der durch den Pfeil angegebenen Richtung bewegt. Drehbewegungen des Zweirades 1 um die Höhenachse 4 werden als Gierbewegungen 5 bezeichnet. 2 shows an example of a schematic side view of a bicycle 1 , with an electric motor 2 which moves with velocity v in the direction indicated by the arrow. Rotational movements of the bicycle 1 around the height axis 4 be considered as yawing 5 designated.

Claims (9)

Regelungsverfahren für einen elektrischen Antrieb eines Zweirads (1), mit den Schritten: Antreiben des Zweirades (1) mit einem Elektromotor (2), bei Erfassen einer momentan verringerten Leistungsanforderung durch einen Fahrer, Abbremsen des Zweirades (1) entsprechend einem vorgegebenen Rekuperationsgrad und Rückgewinnung von elektrischer Energie mittels des Elektromotors (2), mit den zusätzlichen Schritten: Erfassen und Auswerten von momentanen Zustandsgrößen des Zweirades, wobei die momentanen Zustandsgrößen eine momentane Zweiradgeschwindigkeit (v) und eine momentane Schräglage (α) des Zweirades umfassen, und Reduzieren des Rekuperationsgrades um eine durch Rekuperation verursachte Bremswirkung zu reduzieren, wenn die erfassten Zustandsgrößen vorgegebene Reduzierungsbedingungen erfüllen.Control method for an electric drive of a two-wheeler ( 1 ), with the steps: driving the bicycle ( 1 ) with an electric motor ( 2 ), upon detection of a currently reduced power demand by a driver, braking the bicycle ( 1 ) according to a predetermined degree of recuperation and recovery of electrical energy by means of the electric motor ( 2 ), with the additional steps of: detecting and evaluating instantaneous state variables of the two-wheeler, wherein the current state variables include a momentary two-wheel speed (v) and a momentary tilt (α) of the bicycle, and reducing the recuperation degree to reduce a braking effect caused by recuperation, when the detected state variables satisfy predetermined reduction conditions. Regelungsverfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Reduzierung des Rekuperationsgrades in Abhängigkeit von den erfassten Zustandsgrößen erfolgt. Control method according to claim 1, wherein the reduction of the Rekuperationsgrades in dependence on the detected state variables. Regelungsverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die vorgegebenen Reduzierungsbedingungen das Überschreiten einer vorgegebenen Schwellgeschwindigkeit (v) und/oder das Überschreiten einer vorgegebenen Schwellschräglage (α) umfassen.Control method according to one of the preceding claims, wherein the predetermined Reduzierungsbedingungen comprise exceeding a predetermined threshold speed (v) and / or exceeding a predetermined Schwellschräglage (α). Regelungsverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die momentanen Zustandsgrößen auch eine momentane Gierbewegung (5) umfassen.Control method according to one of the preceding claims, wherein the current state variables also include a momentary yawing movement ( 5 ). Regelungsverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die momentanen Zustandsgrößen auch eine momentane Beschleunigung und/oder einen momentanen Lenkwinkel umfassen.Control method according to one of the preceding claims, wherein the current state variables also include a current acceleration and / or a current steering angle. Regelungsverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die momentanen Zustandsgrößen ABS-Steuerdaten und/oder ESC-Steuerdaten umfassen.Control method according to one of the preceding claims, wherein the current state variables include ABS control data and / or ESC control data. Regelungsverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die momentanen Zustandsdaten kontinuierlich erfasst und ausgewertet werden.Control method according to one of the preceding claims, wherein the current state data are continuously detected and evaluated. Regelungsverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Leistungsanforderung durch den Fahrer mit Hilfe eines Bedienelementes, insbesondere eines Gasgriffes ausgeübt wird. Control method according to one of the preceding claims, wherein a power requirement is exerted by the driver by means of a control element, in particular a throttle. Regelungsverfahren gemäß Anspruch 8, wobei der Rekuperationsgrad durch eine Kennlinie darstellbar ist, welche das ausgeübte Bremsmoment in Abhängigkeit von der Stellung des Bedienelementes definiert. Control method according to claim 8, wherein the Rekuperationsgrad is represented by a characteristic which defines the applied braking torque in dependence on the position of the control element.
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