DE102018213094A1 - Drive system for a motor-assisted bicycle and method for controlling an electric motor of a motor-assisted bicycle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem für ein motorisch unterstütztes Fahrrad, insbesondere Pedelec, umfassend eine durch Muskelkraft anzutreibende Tretkurbel, einen ersten Sensor, der ausgebildet ist zumindest einen Tretkurbelparameter zu erfassen und ein entsprechenden Signal zu erzeugen, einen Elektromotor zum Unterstützen der Muskelkraft durch Motorkraft, einen Speicher für elektrische Energie zum Zuführen von elektrischer Energie zum Elektromotor. Die Erfindung ist gekennzeichnet durch einen zweiten Sensor, der ausgebildet ist, zumindest eine in einen Fahrradsattel oder in eine Sattelstütze eingeleitete Kraft (F4, F3, F2, F1) zu erfassen und ein entsprechendes Signal zu erzeugen, und durch eine mit dem ersten Sensor und zweiten Sensor signaltechnisch gekoppelte Steuer-/Regeleinheit zur Ansteuerung des Elektromotors, welche ausgebildet ist, unter Verarbeitung des zumindest einen Tretkurbelparameter-Signals und des zumindest einen Kraft-Signals ein Steuersignal zur Bestromung des Elektromotors zu erzeugen.The invention relates to a drive system for a motor-assisted bicycle, in particular a pedelec, comprising a pedal crank to be driven by muscle power, a first sensor which is designed to detect at least one pedal crank parameter and to generate a corresponding signal, an electric motor to support the muscle power by motor power, one Electrical energy store for supplying electrical energy to the electric motor. The invention is characterized by a second sensor which is designed to detect at least one force (F4, F3, F2, F1) introduced into a bicycle saddle or into a seat post and to generate a corresponding signal, and by means of the first sensor and second sensor signal-coupled control / regulating unit for controlling the electric motor, which is designed to generate a control signal for energizing the electric motor by processing the at least one pedal crank parameter signal and the at least one force signal.
Description
Ein Pedelec ist eine Form eines motorisch unterstützbaren Fahrrads und unterstützt den Fahrer mit einem Elektromotor während des Tretens. Der Elektromotor hat üblicherweise eine Leistung von bis zu 250 W und unterstützt in der Regel bis zu einer Geschwindigkeit von 25 km/h. Der Unterstützungsgrad kann in mehreren Stufen eingestellt werden und ist abhängig von der Pedalkraft oder der Trittfrequenz des Fahrers. Pedelecs sind prinzipiell aus dem Stand der Technik bekannt.A pedelec is a form of a motor-assisted bicycle and supports the rider with an electric motor while pedaling. The electric motor usually has an output of up to 250 W and usually supports up to a speed of 25 km / h. The level of support can be set in several stages and depends on the pedal force or the pedaling frequency of the rider. Pedelecs are known in principle from the prior art.
So sind Pedelecs mit einem Drehmomentsensor oder Kraftsensor bekannt, welcher die Trittkraft bzw. das vom Fahrer aufgebrachte Drehmoment an der Tretkurbel misst. Abhängig von diesem gemessenen Signal wird ein Elektromotor angesteuert, um ein unterstützendes Antriebsmoment bzw. eine unterstützende Antriebskraft aufzubringen. Der Motor wird darüber hinaus auch abhängig von einer Trittfrequenz des Fahrers angesteuert. Zur Ermittlung der Trittfrequenz gibt es einen weiteren Sensor. Hört der Fahrer während der Fahrt auf zu treten, wird der Motor nicht weiter bestromt.Pedelecs with a torque sensor or force sensor are known which measure the pedaling force or the torque applied by the driver on the pedal crank. Depending on this measured signal, an electric motor is driven in order to apply a supporting drive torque or a supporting drive force. The motor is also controlled depending on the cadence of the driver. There is another sensor for determining the cadence. If the driver stops pedaling while driving, the motor is no longer energized.
Weiterhin gibt es auch kostengünstige Pedelecs, die einen Drehzahlsensor, aber keinen Drehmomentsensor für die Tretkurbel haben. Nachteilig dabei ist, dass der Motor erst aktiviert wird, nachdem eine Drehwinkeländerung am Pedal bzw. eine Trittfrequenz größer einer bestimmten Schwelle erkannt wird. Das bedeutet, dass die unterstützende Motorkraft erst kurz nach dem Anfahren einsetzen kann und der Fahrer nicht schon von Anfang an beim Anfahrvorgang unterstützt wird. Um ein unmotiviertes Einsetzen des Motors zu vermeiden, wird er erst dann aktiviert, nachdem ein Mindestdrehkurbelwinkel durchlaufen wurde oder eine Mindestdrehzahl erreicht wurde. Sonst kann es sein, dass beispielsweise beim Schieben des Pedelecs der Motor einsetzt, wenn das Pedal kleinste Bewegungen auf ge... Reibung im Freilauf am Hinterrad macht oder wenn das „Hosenbein“ am Pedal streift, wenn man neben dem Fahrrad hergeht und es schiebt.There are also inexpensive pedelecs that have a speed sensor but no torque sensor for the crank. The disadvantage here is that the motor is only activated after a change in the angle of rotation on the pedal or a cadence greater than a certain threshold is detected. This means that the supportive engine power can only be used shortly after starting and the driver is not supported from the start when starting. To avoid unmotivated engine insertion, it is only activated after a minimum crank angle has been reached or a minimum speed has been reached. Otherwise it may happen that the motor starts when the pedelec is pushed, when the pedal makes the smallest movements due to friction ... in freewheeling on the rear wheel or when the "pants leg" brushes against the pedal when you walk next to the bike and push it ,
Bei Systemen mit Drehmomentsensor wird der Motor schon bestromt, wenn ein Drehmoment gemessen wird. So wird der Fahrer schon zu Beginn der Anfahrt unterstützt. Drehmomentsensoren bzw. Kraftsensoren zur Messung der Tretkraft des Fahrers weisen allerdings folgende Nachteile auf: einerseits sind sie teuer. Andererseits benötigen sie eine Drehübertragung, da die Messstellen in Bewegung sind (die Tretkurbel rotiert). Zudem ist bei Mittelmotorkonzepten der Bauraum im Tretkurbelbereich stark begrenzt. Der Einbau eines Drehmomentsensors führt dazu, dass das System insgesamt mehr Bauraum benötigt und dadurch optisch auffälliger wird.In systems with a torque sensor, the motor is already energized when a torque is measured. The driver is supported right from the start. However, torque sensors or force sensors for measuring the pedaling force of the driver have the following disadvantages: on the one hand, they are expensive. On the other hand, they need a rotation transmission because the measuring points are in motion (the pedal crank rotates). In addition, the space in the pedal crank area is very limited for mid-engine concepts. The installation of a torque sensor means that the system as a whole requires more installation space and is therefore more visually noticeable.
Des Weiteren sind aus dem Stand der Technik Pedelecs mit Sitzkraftsensoren bekannt. So ist aus der
Aus der
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein alternatives Sensorkonzept zu finden, mit welchem ein gutes Fahrverhalten darstellbar ist, ohne dass ein Drehmomentsensor benötigt wird.The object of the present invention is to find an alternative sensor concept with which good driving behavior can be represented without the need for a torque sensor.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Antriebssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Aufgabe wird zudem gelöst durch ein motorisch unterstütztes Fahrrad mit den Merkmalen des Anspruchs 7. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Ansteuerung eines Elektromotors mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Die Erfindung wird zudem durch ein Computerprogrammprodukt gemäß den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst.The object is achieved by a drive system with the features of
Die Erfindung geht demnach aus von einem Antriebssystem für ein motorisch unterstütztes Fahrrad, insbesondere Pedelec. Das Antriebssystem umfasst eine durch Muskelkraft anzutreibende Tretkurbel und einen ersten Sensor der ausgebildet ist, zumindest einen Tretkurbelparameter zu erfassen und ein entsprechendes Signal zu erzeugen. Das Antriebssystem umfasst ferner einen Elektromotor zum Unterstützen der Muskelkraft durch Motorkraft und einen Speicher für elektrische Energie zum Zuführen von elektrischer Energie zum Elektromotor. Das Antriebssystem umfasst ferner eine mit dem ersten Sensor und Speicher signaltechnisch gekoppelte Steuer-/Regeleinheit zur Ansteuerung des Elektromotors basierend auf einem erfassten Tretkurbelparameter.The invention accordingly proceeds from a drive system for a motor-assisted bicycle, in particular a pedelec. The drive system comprises a pedal crank to be driven by muscle power and a first sensor which is designed to detect at least one pedal crank parameter and to generate a corresponding signal. The drive system further includes an electric motor to support muscle power by motor power and an electrical energy storage device for supplying electrical energy to the electric motor. The drive system further comprises a signal-coupled with the first sensor and memory Control unit for controlling the electric motor based on a detected pedal crank parameter.
Unter einem Tretkurbelparameter ist beispielsweise eine Tretkurbeldrehzahl oder ein Tretkurbelwinkel zu verstehen. Die Drehzahl oder der Winkel der Tretkurbel kann beispielsweise mittels eines Inkremental- oder Drehgebers erfasst werden. Unter einem Tretkurbelparameter kann auch die Trittkraft bzw. das vom Fahrer aufgebrachte Drehmoment an der Tretkurbel verstanden werden. Hierfür kann beispielsweise ein Kraftsensor bzw. ein Drehmomentsensor verwendet werden.A pedal crank parameter is understood to mean, for example, a pedal crank speed or a pedal crank angle. The speed or the angle of the pedal crank can be recorded, for example, using an incremental or rotary encoder. A pedal crank parameter can also be understood to mean the pedaling force or the torque applied to the pedal crank by the driver. For example, a force sensor or a torque sensor can be used for this.
Der Elektromotor kann beispielsweise ein permanentmagneterregter Gleichstrommotor sein. Bei einem solchen Elektromotor befinden sich die Erregermagnete auf dem Rotor. Das Drehfeld wird im Stator erzeugt. Zur elektrischen Erzeugung eines magnetischen Drehfelds kann insbesondere ein elektrischer Kommutator in einem sogenannten bürstenlosen oder EC-Motor zum Einsatz kommen. Der Elektromotor kann als Hinterrad-, Vorderrad- oder Mittelmotor verbaut werden. In dem Elektromotor kann beispielsweise ein Übersetzungsgetriebe eingebaut sein. Ein solches Übersetzungsgetriebe kann beispielsweise ein Umlaufrädergetriebe in der Form eines Planetengetriebes sein. Ein Übersetzungsgetriebe wird bevorzugt verwendet, um die Drehzahl des Elektromotors ins Langsame zu übersetzen. Bei einer Übersetzung ins Langsame wird die Drehzahl verkleinert, aber das übertragende Drehmoment vergrößert. Umgangssprachlich wird auch von einer Untersetzung gesprochen. Die Motorkraftunterstützung kann zudem in Stufen oder stufenlos erfolgen.The electric motor can be, for example, a permanent magnet excited DC motor. In such an electric motor, the excitation magnets are on the rotor. The rotating field is generated in the stator. In particular, an electrical commutator in a so-called brushless or EC motor can be used for the electrical generation of a rotating magnetic field. The electric motor can be installed as a rear wheel, front wheel or center motor. For example, a transmission gear can be installed in the electric motor. Such a transmission gear can be, for example, an epicyclic gear in the form of a planetary gear. A transmission gear is preferably used to translate the speed of the electric motor into slow. In the case of a translation into slow speed, the speed is reduced, but the transmitted torque is increased. Colloquially, it is also spoken of a reduction. The motor power support can also be done in stages or continuously.
Der Speicher für elektrische Energie kann beispielsweise in Form einer wiederaufladbaren oder nicht wiederaufladbaren Batterie vorliegen.The storage for electrical energy can be in the form of a rechargeable or non-rechargeable battery, for example.
Die Erfindung zeichnet sich aus durch einen mit der Steuer-/Regeleinheit signaltechnisch gekoppelten zweiten Sensor, der ausgebildet ist, zumindest eine in einen Fahrradsattel oder in eine Sattelstütze eingeleitete Kraft zu erfassen und ein entsprechendes Signal zu erzeugen, wobei die Steuer-/Regeleinheit ferner ausgebildet ist, unter Verarbeitung des zumindest einen Tretkurbelparameter-Signals und des zumindest einen Kraft-Signals ein Steuersignal zur Bestromung des Elektromotors zu erzeugen.The invention is characterized by a second sensor that is signal-technically coupled to the control / regulating unit and is designed to detect at least one force that is introduced into a bicycle saddle or into a seat post and to generate a corresponding signal, the control / regulating unit also being designed is to generate a control signal for energizing the electric motor while processing the at least one pedal crank parameter signal and the at least one force signal.
Bei dem zweiten Sensor kann es sich beispielsweise um einen Kraftsensor handeln, der bevorzugt in dem Sattel selbst oder in einer sogenannten Sattelstütze angeordnet ist.The second sensor can be, for example, a force sensor, which is preferably arranged in the saddle itself or in a so-called seat post.
Ein Signal im Sinne dieser Erfindung heißt eine von einer physikalischen Größe getragene Zeitfunktion, die einen Parameter hat, der den Wert und den Verlauf der interessierenden Größe abbildet. Typische Signalträger sind elektrische und elektromagnetische Größen, wie bspw. Strom, Spannung, Licht- und Funkwellen, oder ein Fluid, wie bspw. pneumatische oder hydraulische Signale. Es können Einrichtungen zur Signalübertragung vorgesehen sein, wenn der Ort der Gewinnung (Erfassung), Verarbeitung und Nutzung nicht örtlich zusammenfällt. So sind die Sensoren und die Steuer-/Regeleinheit zur Übertragung von Signalen signaltechnisch gekoppelt. Dazu dienen sowohl elektrische Signalleitungen wie auch Infrarot- oder Funksysteme. For the purposes of this invention, a signal is called a time function carried by a physical quantity, which has a parameter that represents the value and the course of the quantity of interest. Typical signal carriers are electrical and electromagnetic variables, such as, for example, current, voltage, light and radio waves, or a fluid, such as, for example, pneumatic or hydraulic signals. Devices for signal transmission can be provided if the location of the acquisition (acquisition), processing and use does not coincide locally. The sensors and the control unit for signal transmission are thus coupled in terms of signal technology. Electrical signal lines as well as infrared or radio systems are used for this.
Somit ist also zusätzlich zu demjenigen Sensor, der den Tretkurbelparameter misst, ein weiterer Sensor vorgesehen, der die am Sattel oder an der Sattelstütze wirkenden Kräfte erfasst. Anders ausgedrückt, wird ein Antriebssystem bereitgestellt, bei welchem die Steuer-/Regeleinheit derart konfiguriert ist, dass sie zur Ansteuerung des Elektromotors, d.h. zur Bestromung, sowohl die zur Verfügung gestellten Tretkurbelparameter als auch die am Sattel wirkenden Kräfte verwendet.Thus, in addition to the sensor that measures the pedal crank parameter, a further sensor is provided that detects the forces acting on the saddle or on the seat post. In other words, a drive system is provided in which the control unit is configured such that it is used to control the electric motor, i.e. for energizing, both the pedal crank parameters provided and the forces acting on the saddle are used.
Die Erfindung macht sich hierbei die Erkenntnis zunutze, dass das Vorhandensein eines bestimmten Tretkurbelparameters und das Vorhandensein eines Kraftsignals am Sattel bzw. an der Sattelstütze auf einen Fahrer hinweist, der das Fahrrad besteigt oder auf dem Sattel sitzt und den Wunsch hat, mit dem Fahrrad loszufahren. Die motorische Unterstützung der Muskelkraft setzt also schon frühzeitig ein, d.h. bei gerade beginnender Tretkurbelbewegung. Ohne ein solches Sitzkraftsignal müsste aus Sicherheitsgründen ein höherer Drehzahl- oder Drehwinkelschwellwert der Tretkurbel abgewartet werden, um zu verhindern, dass der Elektromotor ungewollt antreibt. Durch das frühzeitige Unterstützen der Muskelkraft wird der Fahrkomfort des Fahrers erhöht.The invention makes use of the knowledge that the presence of a certain pedal crank parameter and the presence of a force signal on the saddle or on the seat post indicate a rider who climbs on the bicycle or sits on the saddle and has the desire to start riding the bicycle , The motor support for muscle strength begins early, i.e. when the pedal crank movement is just beginning. Without such a seat force signal, a higher speed or angle of rotation threshold value of the pedal crank would have to be waited for in order to prevent the electric motor from driving unintentionally. By supporting muscle strength at an early stage, the driving comfort of the driver is increased.
In einer ersten Ausführung der Erfindung ist die Steuer-/Regeleinheit ausgebildet, die in den Sattel eingeleiteten Kräfte miteinander zu vergleichen, und ein Steuersignal zur Bestromung des Elektromotors zu erzeugen, wenn die Differenz von zwei erfassten Kräften am Sattel ungleich Null ist und der erfasste Tretkurbelparameter einen Grenzwert erreicht oder überschreitet. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform ist die zeitliche Veränderung der am Sattel wirkenden Kraft, also eine Kraftveränderung maßgeblich.In a first embodiment of the invention, the control / regulating unit is designed to compare the forces introduced into the saddle with one another and to generate a control signal for energizing the electric motor if the difference between two detected forces on the saddle is not equal to zero and the detected pedal crank parameter reached or exceeded a limit. In this preferred embodiment, the change over time of the force acting on the saddle, that is to say a change in force, is decisive.
Auf die zeitliche Reihenfolge kommt es nicht an. Die Bestromung des Elektromotors kann beispielsweise dann erfolgen, wenn zunächst die Sitzkraftveränderung festgestellt wird und anschließend ein bestimmter Tretkurbelparameter erfasst wird. Die Bestromung kann jedoch auch dann erfolgen, wenn zunächst der bestimmte Tretkurbelparameter erfasst wird und anschließend die Sitzkraftveränderung erfasst wird. Schließlich kann die Bestromung auch dann erfolgen, wenn die Erfassung des bestimmten Tretkurbelparameters und die Erfassung der Sitzkraftveränderung zeitgleich erfolgt.The chronological order is not important. The electric motor can be energized, for example, when the change in seat force is first determined and then a certain pedal crank parameter is recorded. However, the current can also be supplied if the specific pedal crank parameter is first recorded and then the change in seat force is recorded. Finally, the current supply can also then take place when the determination of the determined pedal crank parameter and the detection of the change in seat force take place simultaneously.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Steuer-/Regeleinheit ausgebildet, erst dann ein Steuersignal zu erzeugen, wenn die erfasste erste Kraft am Sattel einen Grenzwert erreicht oder überschreitet. Wenn also gar keine Sitzkraft oder nur eine sehr geringe Sitzkraft erfasst wird, wird der Elektromotor nicht bestromt. Dies erhöht die Sicherheit. Der Grenzwert kann beispielsweise einem Wert entsprechen, der innerhalb des Intervalls von 50 N (Newton) und 500 N liegt. Bevorzugt liegt der Grenzwert bei einem Wert von 50 N, 75 N, 100 N, 125 N, 150 N, 175 N, 200 N, 225 N, 250 N, 275 N, 300 N, 325 N, 350 N, 375 N, 400 N, 425 N, 450 N, 475 N oder 500 N. Weiterhin bevorzugt ist ein Antriebssystem, wobei die Steuer-/Regeleinheit des Elektromotors ausgebildet ist, ein Steuersignal zur Bestromung des Elektromotors zu erzeugen, wenn die erfasste zweite Kraft kleiner ist als die erfasste erste Kraft und der erfasste Tretkurbelparameter einen Grenzwert erreicht oder überschreitet. Sitzt der Fahrer auf dem Sattel und drückt mit zunehmender Kraft auf das Pedal, so sinkt die Sitzkraft ab. Es entsteht ein negativer Sitzkraftgradient, d.h. eine am Sattel gemessene zweite Kraft ist kleiner als eine am Sattel zeitlich früher gemessene erste Kraft.In a further embodiment of the invention, the control unit is designed to generate a control signal only when the detected first force on the saddle reaches or exceeds a limit value. If no seat force or only a very low seat force is detected, the electric motor is not energized. This increases security. The limit value can correspond, for example, to a value which lies within the interval of 50 N (Newton) and 500 N. The limit value is preferably 50 N, 75 N, 100 N, 125 N, 150 N, 175 N, 200 N, 225 N, 250 N, 275 N, 300 N, 325 N, 350 N, 375 N, 400 N, 425 N, 450 N, 475 N or 500 N. Also preferred is a drive system, the control / regulating unit of the electric motor being designed to generate a control signal for energizing the electric motor when the detected second force is less than that detected first force and the detected pedal crank parameter reaches or exceeds a limit value. If the rider sits on the saddle and presses the pedal with increasing force, the seat force drops. There is a negative seat force gradient, i.e. a second force measured on the saddle is smaller than a first force measured earlier on the saddle.
Darüber hinaus ist ein Antriebssystem bevorzugt, wobei die Steuer-/Regeleinheit des Elektromotors ausgebildet ist, in Abhängigkeit des Betrages der Differenz von zwei erfassten Kräften am Sattel und in Abhängigkeit eines Tretkurbelparameters ein entsprechendes Steuersignal zu erzeugen. So kann die Differenz der Sitzkraft als ein Maß für die vom Fahrer aufgebrachte Pedalkraft verwendet werden. Die Höhe des durch den Elektromotor zur Verfügung gestellten Motormoments wird also in Abhängigkeit der Kräftedifferenz ermittelt. Die Steuer-/Regeleinheit kann derart konfiguriert sein, dass ein umso größeres Motormoment zur Verfügung gestellt wird, je größer der Differenzbetrag ist.In addition, a drive system is preferred, the control / regulating unit of the electric motor being designed to generate a corresponding control signal as a function of the amount of the difference between two detected forces on the saddle and as a function of a pedal crank parameter. Thus, the difference in seat force can be used as a measure of the pedal force applied by the driver. The level of the motor torque provided by the electric motor is thus determined as a function of the difference in forces. The control unit can be configured such that the greater the difference, the greater the engine torque that is made available.
Darüber hinaus ist ein Antriebssystem bevorzugt, wobei ein mit der Steuer-/Regeleinheit signaltechnisch gekoppelter dritter Sensor vorgesehen ist, der ausgebildet ist, eine über den Fahrradlenker eingeleitete dritte Kraft zu erfassen und dass die Steuer-/Regeleinheit ausgebildet ist, unter Verarbeitung von dem erfassten Tretkurbelparameter, den erfassten Kräften am Sattel und der erfassten Kraft am Fahrradlenker ein Steuersignal zu erzeugen. Das Körpergewicht des Fahrers wird über den Sattel, die Pedale und den Fahrradlenker in das System Fahrrad eingeleitet. Durch die Zur-Verfügung-Stellung der am Fahrradlenker wirkenden Kraft kann das bereitzustellende Motormoment noch genauer ermittelt werden.In addition, a drive system is preferred, wherein a third sensor is provided that is signal-coupled to the control / regulating unit and is designed to detect a third force introduced via the bicycle handlebar and that the control / regulating unit is designed to process the detected one Pedal crank parameters, the detected forces on the saddle and the detected force on the bicycle handlebar to generate a control signal. The rider's body weight is introduced into the bicycle system via the saddle, the pedals and the bicycle handlebar. The engine torque to be provided can be determined even more precisely by making the force acting on the bicycle handlebar available.
Die Erfindung wird zudem durch ein motorisch unterstütztes Fahrrad, insbesondere Pedelec, gelöst, das ein vorstehend beschriebenes Antriebssystem aufweist.The invention is also achieved by a motor-assisted bicycle, in particular a pedelec, which has a drive system as described above.
Die Erfindung wird zudem durch ein Verfahren zur Ansteuerung eines Elektromotors eines motorisch unterstützten Fahrrads, insbesondere Pedelec, gelöst, das Verfahren umfassend die Schritte:
- - Erfassen eines Tretkurbelparameters zu einem ersten Zeitpunkt;
- - Erfassen über einen Sattel eingeleiteten ersten Kraft zu einem zweiten Zeitpunkt;
- - Erfassen einer über den Sattel eingeleiteten zweiten Kraft zu einem dritten Zeitpunkt;
- - Vergleichen der zwei erfassten Kräfte zu einem vierten Zeitpunkt;
- - Erzeugen eines Steuersignals zur Bestromung des Elektromotors zu einem fünften Zeitpunkt t5, eine Differenz der beiden Kräfte ungleich 0 ist und der Tretkurbelparameter einen Grenzwert erreicht oder überschreitet.
- - detecting a pedal crank parameter at a first point in time;
- - Detect first force introduced via a saddle at a second point in time;
- - Detecting a second force introduced via the saddle at a third point in time;
- Comparing the two detected forces at a fourth point in time;
- - Generating a control signal for energizing the electric motor at a fifth time t5, a difference between the two forces is not equal to 0 and the pedal crank parameter reaches or exceeds a limit value.
Durch die Erfassung eines Tretkurbelparameters und durch die Erfassung einer Veränderung der auf den Sattel wirkenden Kraft kann der Elektromotor frühzeitig bestromt werden. Das heißt, die motorische Unterstützung setzt schon bei gerade beginnender Drehbewegung der Tretkurbel ein.By recording a pedal crank parameter and by registering a change in the force acting on the saddle, the electric motor can be energized at an early stage. This means that the motor support starts as soon as the pedal crank begins to turn.
Bevorzugt ist ein Verfahren, wobei das Steuersignal erst dann erzeugt wird, wenn die erfasste zweite Kraft kleiner als die zuvor erfasste erste Kraft ist. Eine höhere erste Kraft repräsentiert den Fahrer, wenn er auf dem Sattel sitzt. Eine geringere zweite Kraft repräsentiert den Fahrer, wie er auf dem Sattel sitzt und in die Pedale tritt. Dadurch wird das Verfahren noch sicherer.A preferred method is one in which the control signal is only generated when the detected second force is smaller than the previously detected first force. A higher first force represents the rider when he is sitting on the saddle. A lesser second force represents the rider sitting on the saddle and pedaling. This makes the process even safer.
Zudem ist ein Verfahren bevorzugt, wobei ein Steuersignal in Abhängigkeit des Differenzbetrages der beiden Kräfte erzeugt wird. So kann je nachdem, wie groß der Betrag der Differenz ist, ein unterschiedlich großes Motormoment bereitgestellt werden.In addition, a method is preferred in which a control signal is generated as a function of the difference between the two forces. Depending on how large the amount of the difference is, a differently large engine torque can be provided.
Schließlich ist ein Verfahren bevorzugt, wobei eine über einen Fahrradlenker eingeleitete dritte Kraft zu einem sechsten Zeitpunkt erfasst wird und ein Steuersignal zur Bestromung des Elektromotors in Abhängigkeit des erfassten Tretkurbelparameters, der erfassten Kräfte am Sattel und der erfassten Kraft am Fahrradlenker erzeugt wird. Durch die Zur-Verfügung-Stellung der am Fahrradlenker wirkenden Kräfte können die zur Verfügung gestellten Motormomente genauer ermittelt werden.Finally, a method is preferred, in which a third force introduced via a bicycle handlebar is detected at a sixth point in time and a control signal for energizing the electric motor is generated as a function of the detected pedal crank parameter, the detected forces on the saddle and the detected force on the bicycle handlebar. The available engine torques can be determined more precisely by making the forces acting on the bicycle handlebar available.
Die Erfindung wird zudem durch ein Computerprogrammprodukt für ein vorstehend beschriebenes Antriebssystem gelöst, welches nach einem der vorstehend beschriebenen Verfahren betreibbar ist, wobei die Routine der Steuer-/Regeleinheit zum Vergleichen der erfassten Kräfte am Sattel und Berücksichtigung des Tretkurbelparameters zum Erzeugen eines entsprechenden Steuersignals durch entsprechende, in einer Software hinterlegte Steuerbefehle umgesetzt ist.The invention is further accomplished by a computer program product for a Drive system described solved, which can be operated according to one of the methods described above, wherein the routine of the control / regulating unit for comparing the forces detected on the saddle and taking into account the pedal crank parameter for generating a corresponding control signal is implemented by corresponding control commands stored in software.
Die Erfindung wird schließlich durch einen Datenträger mit einem vorstehend beschriebenen Computerprogrammprodukt gelöst.The invention is finally achieved by a data carrier with a computer program product described above.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnung weiter erläutert. Es zeigen:
-
1 ein motorisch unterstütztes Fahrrad mit einem Antriebssystem in einer ersten Ausführungsform der Erfindung in einer schematischen Ansicht; -
2 ein motorisch unterstütztes Fahrrad mit einem Antriebssystem in einer zweiten Ausführungsform der Erfindung in einer schematischen Ansicht; -
3 einen beispielhaften Verlauf der gemessenen Kraft am Sattel und der gemessenen Tretkurbeldrehzahl über die Zeit bei einem Anfahrvorgang eines motorisch unterstützten Fahrrads gemäß der1 .
-
1 a motor-assisted bicycle with a drive system in a first embodiment of the invention in a schematic view; -
2 a motor-assisted bicycle with a drive system in a second embodiment of the invention in a schematic view; -
3 an exemplary course of the measured force on the saddle and the measured pedal crank speed over time when starting a motor-assisted bicycle according to the1 ,
Eine Kette
Der die Muskelkraft unterstützende Elektromotor ist als ein Mittelmotor
Erfindungsgemäß ist nun ein Sensor in der Form eines Sitzkraftsensors
Die Ansteuerung des Mittelmotors
Im Unterschied zu der Ausführungsform gemäß
Anhand der
In dem oberen Graph ist die Sitzkraft F über die Zeit aufgetragen, während hingegen im unteren Graphen die Tretkurbeldrehzahl n über die Zeit aufgetragen ist. In the upper graph, the seat force F is plotted over time, while in the lower graph, the pedal crank speed n is plotted over time.
Ausgangssituation:Initial situation:
Zum Zeitpunkt t1 befindet sich das Fahrrad im Stillstand. Der Fahrer sitzt auf dem Sattel und stützt sich mit einem Fuß am Boden ab. Hände sind am Lenker. Das Körpergewicht verteilt sich auf Lenker, Sattel und Fuß. Der Anteil des Körpergewichts am Lenker sei für dieses Beispiel während des gesamten Ablaufes konstant. An der Sattelstütze
Zeitpunkt t1 bis t2:Time t1 to t2:
Der Fahrer nimmt den Fuß vom Boden, um anzufahren. Daher steigt die gemessene Sitzkraft auf den Wert
Zeitpunkt t3 bis t6:Time t3 to t6:
Der Fahrer drückt mit zunehmender Kraft auf das Pedal, daher sinkt die Sitzkraft ab (zunächst auf den Wert
Zeitpunkt t4 bis t5:Time t4 to t5:
Die Tretkurbel
Ohne ein Sitzkraftsignal müsste aus Sicherheitsgründen ein höherer Drehzahlschwellwert
Anstelle der Tretkurbeldrehzahl n könnte auch ein Tretkurbelwinkel α gemessen werden. Die Auswertung würde in sinngemäßer Weise hierzu erfolgen. Auch könnte ein anderer Tretkurbelparameter wie beispielsweise ein an der Tretkurbel
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Motorisch unterstütztes Fahrrad, Elektrofahrrad, PedelecMotor-assisted bike, electric bike, pedelec
- 22
- Drehzahlsensor, erster SensorSpeed sensor, first sensor
- 33
- Sitzkraftsensor, zweiter SensorSeat force sensor, second sensor
- 44
- Traktionsbatterie, elektrischer SpeicherTraction battery, electrical storage
- 55
- Tretlagerbottom bracket
- 5a5a
- TretlagerkurbelwelleTretlagerkurbelwelle
- 5b5b
- Kettenblattchainring
- 66
- Tretkurbelncranks
- 77
- Elektromotor, MittelmotorElectric motor, mid-engine
- 88th
- Kette/RiemenChain / belt
- 99
- Nabe mit FreilaufFreewheel hub
- 1010
- Rahmenframe
- 1111
- Oberrohrtop tube
- 1212
- Unterrohrdown tube
- 1313
- Sitzstrebeseat stay
- 1414
- Kettenstrebechainstay
- 1515
- Steuerrohrhead tube
- 1616
- Sitzrohrseat tube
- 1717
- Sattelstützeseatpost
- 2020
- Lenkstange, LenkerHandlebar, handlebar
- 3030
- Fahrradsattel, SattelBicycle saddle, saddle
- 4040
- Hinterradrear wheel
- 5050
- Vorderradfront
- 6060
- Kraftsensor, dritter SensorForce sensor, third sensor
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 202017001932 U1 [0005, 0035]DE 202017001932 U1 [0005, 0035]
- DE 102016002882 A1 [0006]DE 102016002882 A1 [0006]
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2018
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