DE102021208022A1

DE102021208022A1 - Verfahren zum Einstellen eines Motordrehmoments eines Motors eines elektrischen Fahrrads sowie zugehörige Vorrichtung zum Einstellen eines Motordrehmoments

Info

Publication number: DE102021208022A1
Application number: DE102021208022.7A
Authority: DE
Inventors: Joseph Reck
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-07-26
Filing date: 2021-07-26
Publication date: 2023-01-26
Also published as: US20230025393A1; JP2023017742A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren (100) zum Einstellen eines Motordrehmoments eines Motors eines elektrischen Fahrrads, welches ein Erfassen (101) eines Geschwindigkeitssignals, welches eine Geschwindigkeit des Fahrrades beschreibt, ein Auswählen (102) eines Filterparameters für eine Filtereinheit basierend auf einer Dynamik des Geschwindigkeitssignals, ein Filtern (103) des Geschwindigkeitssignals durch die Filtereinheit unter Anwendung des ausgewählten Filterparameters, und ein Ermitteln (104) eines Motordrehmoments basierend auf dem gefilterten Geschwindigkeitssignal umfasst. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine zugehörige Vorrichtung.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einstellen eines Motordrehmoments eines Motors eines elektrischen Fahrrads.
Durch gesetzliche Vorgaben ist bei Pedelecs eine Motorunterstützung nur bis zu einer gewissen Geschwindigkeit zulässig. Dies wird eingehalten, indem ab einer bestimmten Geschwindigkeit die Motorunterstützung linear heruntergefahren wird. Die Grenzgeschwindigkeit, ab der die Motorunterstützung heruntergefahren wird, ist üblicherweise der gesetzliche Wert zuzüglich einer Toleranz. Das Motordrehmoment berechnet sich vereinfacht aus einem Fahrerdrehmoment, einem Unterstützungsfaktor und dem Faktor der Geschwindigkeitsabriegelung.
Dabei ist der Unterstützungsfaktor typischerweise mittels einer Unterstützungskennlinie definiert, welche den Unterstützungsfaktor über mögliche Geschwindigkeiten angibt. Diese Unterstützungskennlinie weist typischerweise eine Rampe auf, durch welche der Unterstützungsfaktor nahe der Grenzgeschwindigkeit heruntergeregelt wird. Die steigende Rampe muss dabei einen Kompromiss zwischen zwei Anforderungen herstellen. Zum einen soll möglichst eine maximale Unterstützung bis zur Abregelungsgrenze erreicht werden, das bedeutet, eine steile Rampe ist wünschenswert. Zum anderen soll kein abruptes Stoppen der Unterstützung spürbar sein, womit eine möglichst flache Rampe ebenso wünschenswert ist.
Je steiler die Rampe ist, desto spürbarer werden kleine Schwankungen im Geschwindigkeitssignal, da sich diese direkt auf die Motorunterstützung auswirken. Schwankungen im Geschwindigkeitssignal können immer auftreten. Zum einen ist die Geschwindigkeitsmessung bei Pedelecs nicht besonders genau. Dies liegt zum Beispiel an der verwendeten Sensorik, wie beispielsweise Reed-Sensoren, welche das Geschwindigkeitssignal aus Pulsen berechnen. Solche Pulse stehen jedoch bauartbedingt zumeist nur einmal pro Radumdrehung zur Verfügung. Zum anderen schwankt die reale Geschwindigkeit selbst bei gleichbleibenden Umgebungsbedingungen und gleichmäßigem Tritt des Fahrers immer in einem gewissen Bereich.
Die sich aufgrund der veränderlichen gemessenen Geschwindigkeit verändernde Motorunterstützung wird von einem Fahrer des Fahrrades im Allgemeinen als unangenehm wahrgenommen.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Einstellen eines Motormoments eines Motors eines elektrischen Fahrrads umfasst ein Erfassen eines Geschwindigkeitssignals, welches eine Geschwindigkeit des Fahrrads beschreibt, ein Auswählen eines Filterparameters für eine Filtereinheit basierend auf einer Dynamik des Geschwindigkeitssignals, ein Filtern des Geschwindigkeitssignals durch die Filtereinheit unter Anwendung des ausgewählten Filterparameters und ein Ermitteln eines Motordrehmoments basierend auf dem gefilterten Geschwindigkeitssignal.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Einstellen eines Motordrehmoments eines Motors eines elektrischen Fahrrads ist dazu eingerichtet ist, die folgenden Schritte auszuführen: Erfassen eines Geschwindigkeitssignals, welches eine Geschwindigkeit des Fahrrads beschreibt, Auswählen eines Filterparameters für eine Filtereinheit basierend auf einer Dynamik des Geschwindigkeitssignals, Filtern des Geschwindigkeitssignals durch die Filtereinheit unter Anwendung des ausgewählten Filterparameters und Ermitteln eines Motordrehmoments basierend auf dem gefilterten Geschwindigkeitssignal.
Das ermittelte Motordrehmoment ist dabei insbesondere ein maximales Motordrehmoment, welches für eine Unterstützung eines Fahrers des Fahrrads bereitgestellt wird. Das ermittelte Motordrehmoment wird somit nicht zwingend tatsächlich durch den Motor bereitgestellt, ist aber verfügbar, wenn dieses für eine Unterstützung des Fahrers und des Fahrrads benötigt wird, beispielsweise dann, wenn dieses durch ein Fahrerdrehmoment angedeutet wird. Das Fahrerdrehmoment ist dabei ein von dem Fahrer des Fahrrads auf die Pedale des Fahrrads ausgeübtes Drehmoment. Alternativ ist das ermittelte Motordrehmoment ein Motordrehmoment, welches in Reaktion auf das Ermitteln des Motordrehmoments durch den Motor bereitgestellt wird.
Es erfolgt ein Erfassen eines Geschwindigkeitssignals, welches eine Geschwindigkeit des Fahrrads beschreibt. Das Erfassen des Geschwindigkeitssignals erfolgt bevorzugt durch einen an dem Fahrrad angeordneten Sensor. So wird das Geschwindigkeitssignal beispielsweise mittels eines Reed-Sensors erfasst. Das Geschwindigkeitssignal ist bevorzugt ein Signal, dessen Signalwert mit steigender Geschwindigkeit des Fahrrads ansteigt und dessen Signalwert mit fallender Geschwindigkeit des Fahrrads abfällt.
Es erfolgt ein Auswählen eines Filterparameters für eine Filtereinheit, basierend auf einer Dynamik des Geschwindigkeitssignals. Dabei wird typischerweise ein Wert für einen bestimmten Filterparameter ausgewählt. Die Dynamik des Geschwindigkeitssignals ist ein Parameter, welcher eine Veränderlichkeit des Geschwindigkeitssignals anzeigt. So ist die Dynamik des Geschwindigkeitssignals insbesondere dann Null, wenn das Geschwindigkeitssignal konstant ist. Die Dynamik des Geschwindigkeitssignals wird insbesondere durch eine Steigung des Geschwindigkeitssignals über dessen zeitlichen Verlauf hinweg beschrieben. Der Filterparameter für die Filtereinheit wird basierend auf der Dynamik ausgewählt. So wird der Filterparameter insbesondere in Reaktion auf eine Änderung der Dynamik des Geschwindigkeitssignals angepasst. Unterschiedliche Dynamiken des Geschwindigkeitssignals führen somit zu unterschiedlichen Werten für den Filterparameter. Bei dem Auswählen des Filterparameters wird dabei somit ein Wert für einen Parameter gewählt, welcher der Filtereinheit bereitgestellt wird. Eine Filtercharakteristik der Filtereinheit wird entsprechend dem Filterparameter angepasst.
Es erfolgt ein Filtern des Geschwindigkeitssignals durch die Filtereinheit unter Anwendung des ausgewählten Filterparameters. Das Filtern des Geschwindigkeitssignals erfolgt damit in Abhängigkeit von einer Dynamik des Geschwindigkeitssignals. Durch das Filtern des Geschwindigkeitssignals wird das gefilterte Geschwindigkeitssignal erzeugt.
Es erfolgt ein Ermitteln eines Motordrehmoments, basierend auf dem gefilterten Geschwindigkeitssignal. Das Motordrehmoment ist dabei insbesondere ein maximal bereitgestelltes Motordrehmoment. Das Motordrehmoment wird somit nicht unmittelbar aus dem Geschwindigkeitssignal erzeugt, sondern basierend auf dem gefilterten Geschwindigkeitssignal. Dabei sind beispielsweise einer Vielzahl von möglichen Werten des Geschwindigkeitssignals jeweils ein zugehöriges Motordrehmoment zugeordnet. Entsprechend dieser Zuordnung wird aus dem gefilterten Geschwindigkeitssignal das Motordrehmoment ermittelt. Das Motordrehmoment wird somit indirekt basierend auf der tatsächlichen Geschwindigkeit des elektrischen Fahrrads ermittelt, wobei jedoch eine vorgelagerte Filterung des Geschwindigkeitssignals erfolgt. Je nach der Auswahl des Filterparameters können somit einzelne Schwankungen in der tatsächlichen Geschwindigkeit des elektrischen Fahrrads nicht in das Ermitteln des Motordrehmoments einfließen.
Es kann somit eine gleichmäßige Unterstützung des Fahrers an der Abregelgrenze erfolgen, selbst wenn leichte Schwankungen im Geschwindigkeitssignal vorliegen. Es wird somit ein erhöhter Fahrkomfort erreicht, insbesondere bei gleichmäßiger Fahrt an der Abregelgrenze, wobei gleichzeitig sichergestellt wird, dass die gesetzlichen Rahmenbedingungen hinsichtlich der motorischen Unterstützung des Fahrers eingehalten werden.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Bevorzugt beschreibt die Dynamik des Geschwindigkeitssignals durch eine Beschleunigung des Fahrrads beschrieben wird. Dies bedeutet umgekehrt ebenfalls, dass eine Beschleunigung des Fahrrads als Dynamik des Geschwindigkeitssignals angesehen werden kann. Die Beschleunigung des Fahrrads wird dabei insbesondere durch eine Ableitung des Geschwindigkeitssignals über dessen zeitlichen Verlauf hinweg ermittelt. So ist die Beschleunigung des Fahrrads aus dem Geschwindigkeitssignal ablesbar, wobei die Beschleunigung insbesondere eine Steigung des Geschwindigkeitssignals über die Zeit beschreibt. Die Dynamik des Geschwindigkeitssignals wird somit bevorzugt rechnerisch aus dem Geschwindigkeitssignal ermittelt. Alternativ wird die Dynamik des Geschwindigkeitssignals unabhängig von dem Geschwindigkeitssignal ermittelt. So kann die Dynamik des Geschwindigkeitssignals beispielsweise basierend auf einem Sensor ermittelt werden, wenn dieser eine Beschleunigung des Fahrrads beschreibt. In diesem Falle kann die Dynamik des Geschwindigkeitssignals mittels eines Beschleunigungssensors erfasst werden.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die Filtereinheit einen Tiefpassfilter umfasst. Insbesondere ist die Filtereinheit ein Tiefpassfilter mit einstellbaren Filterparametern. So können durch eine Tiefpassfilterung des Geschwindigkeitssignals insbesondere kleinere Schwankungen im Geschwindigkeitssignal herausgefiltert werden, welche sich direkt auf die Motorunterstützung auswirken. So können insbesondere auch solche Schwankungen aus dem Geschwindigkeitssignal herausgefiltert werden, welche durch eine Tretbewegung des Fahrers verursacht werden.
Auch ist es vorteilhaft, wenn der Filterparameter derart gewählt wird, dass das Geschwindigkeitssignal bei einer ersten Dynamik weniger stark gefiltert wird als bei einer zweiten Dynamik, wobei die erste Dynamik größer ist als die zweite Dynamik. Das bedeutet in anderen Worten, dass bei einer starken Dynamik des Geschwindigkeitssignals eine weniger starke Filterung des Geschwindigkeitssignals erfolgt als bei einer schwächeren Dynamik. Eine stärkere Filterung bedeutet dabei, dass eine stärkere Dämpfung ungewollter Signalanteile erfolgt. Auf diese Weise kann insbesondere verhindert werden, dass durch den Motor des Fahrrads ein größeres Drehmoment bereitgestellt wird, als dieses für eine bestimmte Geschwindigkeit zulässig ist. Insbesondere kann ein Überschreiten einer zulässigen Unterstützung durch den Motor oberhalb einer Grenzgeschwindigkeit verhindert werden, was beispielsweise dann auftreten kann, wenn in einem sehr dynamischen Geschwindigkeitssignal eine starke Beschleunigung auftritt, diese jedoch gefiltert wird und das System somit fälschlich von einer geringeren Geschwindigkeit des Fahrrads ausgeht. Dies kann dadurch vermieden werden, dass durch eine weniger starke Filterung bei einer hohen Dynamik das Geschwindigkeitssignal nahezu ungefiltert bereitgestellt wird und zu dem Ermitteln des Motordrehmoments herangezogen wird.
Bevorzugt wird der Filterparameter oberhalb eines vordefinierten ersten Dynamikgrenzwertes auf einen Minimalwert gesetzt, bei dem eine für die Filtereinheit minimale Filterung oder keine Filterung des Geschwindigkeitssignals erfolgt. Das bedeutet, dass durch die Filtereinheit lediglich eine minimale Filterung oder keine Filterung durchgeführt wird, wenn die Dynamik des Geschwindigkeitssignals, insbesondere die Beschleunigung des Fahrrads, oberhalb des ersten Dynamikgrenzwertes liegt. Durch das Setzen eines solchen ersten Dynamikgrenzwertes kann sichergestellt werden, dass für eine hohe Dynamik des Geschwindigkeitssignals keine gefilterten Geschwindigkeitssignale ausgegeben werden, welche eine Geschwindigkeit des Fahrrads anzeigen, die von der eigentlichen Geschwindigkeit des Fahrrads abweichen. Es kann somit sichergestellt werden, dass kein Motordrehmoment bereitgestellt wird, wenn die tatsächliche Geschwindigkeit des Fahrrads oberhalb eines zulässigen Maximalwertes für eine Motorunterstützung liegt.
Auch ist es vorteilhaft, wenn der Filterparameter derart abhängig von einem Beschleunigen des Fahrrads gewählt wird, das ein Grad der Filterung des Geschwindigkeitssignals über die Zeit ansteigt, wenn die Beschleunigung unter einem zweiten Dynamikgrenzwert liegt und ein Grad der Filterung des Geschwindigkeitssignals über die Zeit abfällt, wenn die Beschleunigung über dem zweiten Dynamikgrenzwert liegt. Insbesondere bei gleichmäßigen Fahrten des Fahrrads führt dies zu einem glatteren Geschwindigkeitssignal und führt damit zu einer gleichmäßigeren Unterstützung des Fahrers an der Abregelgrenze. Die Abregelgrenze ist dabei die Geschwindigkeit, ab der keine motorische Unterstützung des Fahrrads mehr erfolgen soll.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn der erste Dynamikgrenzwert einer höheren Beschleunigung entspricht als der zweite Dynamikgrenzwert. Es kann somit sichergestellt werden, dass oberhalb des ersten Dynamikgrenzwertes ein Bereich geschaffen wird, in dem eine Verzerrung des Geschwindigkeitssignals durch eine Filterung ausgeschlossen ist und gleichzeitig ein Bereich unterhalb des ersten Dynamikgrenzwertes geschaffen wird, in dem die Filterkonstante dynamisch variieren kann, abhängig davon, ob die Dynamik über oder unter dem zweiten Dynamikgrenzwert liegt.
Auch ist es vorteilhaft, wenn bei dem Ermitteln des Motordrehmoments basierend auf dem gefilterten Geschwindigkeitssignal das Motordrehmoment basierend auf einer Unterstützungskennlinie ermittelt wird. Die Unterstützungskennlinie definiert dabei den Grad des verfügbaren Motordrehmoments für unterschiedliche Geschwindigkeiten und definiert insbesondere, ab welchem Geschwindigkeitswert eine Motorunterstützung des Fahrers verringert werden soll. Solche Unterstützungskennlinien werden allgemein bei der Steuerung elektrischer Fahrräder genutzt. Somit kann das erfindungsgemäße Verfahren auch auf Unterstützungskennlinien angewendet werden, wie bereits im Stand der Technik genutzt werden. Dabei kann die Unterstützungskennlinie unverändert übernommen werden, was jedoch nicht ausschließt, dass die Unterstützungskennlinie basierend auf weiteren Verfahren modifiziert wird.
Die Unterstützungskennlinie definiert bevorzugt einen Unterstützungsfaktor über eine Geschwindigkeit.
Figurenliste
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:

1 eine Darstellung eines elektrischen Fahrrads mit einer Vorrichtung zum Einstellen eines Motormoments eines Motors des elektrischen Fahrrads,
2 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Einstellen eines Motordrehmoments eines Motors eines elektrischen Fahrrads,
3 eine Darstellung einer beispielhaften Unterstützungskennlinie, und
4 ein Signalflussdiagramm, welches ein Durchführen des Verfahrens zum Einstellen eines Motordrehmoments eines Motors eines Fahrrads ermöglicht.

Ausführungsform der Erfindung
1 zeigt ein Fahrrad 1, welches eine Vorrichtung 2 zum Einstellen eines Motordrehmoments eines Motors des elektrischen Fahrrads 1 umfasst. Die Vorrichtung 2 ist dabei eine elektronische Steuereinheit eines Motors des elektrischen Fahrrads 1. Die Vorrichtung 2 ist dazu eingerichtet, das erfindungsgemäße Verfahren 100 zum Einstellen eines Motordrehmoments eines Motors eines elektrischen Fahrrads 1 auszuführen.
2 zeigt ein Ablaufdiagramm des Verfahrens 100 zum Einstellen eines Motordrehmoments eines Motors des elektrischen Fahrrads 1.
Wird das Verfahren 100 angestoßen, so wird zunächst ein erster Verfahrensschritt 101 ausgeführt. In dem ersten Verfahrensschritt 101 erfolgt ein Erfassen eines Geschwindigkeitssignals 10, welches eine Geschwindigkeit des Fahrrads 1 beschreibt. Das Geschwindigkeitssignal 10 ist dabei insbesondere ein Ausgangssignal eines Geschwindigkeitssensors, beispielsweise eines Reed-Sensors. So ist das Geschwindigkeitssignal 10 beispielsweise ein analoges Signal, welches eine Amplitude aufweist, welche die Geschwindigkeit des Fahrrads 1 beschreibt. So besteht beispielsweise ein linearer Zusammenhang zwischen der Amplitude des Geschwindigkeitssignals 10 und der Geschwindigkeit des elektrischen Fahrrads 1. In alternativen Ausführungsformen ist das Geschwindigkeitssignal 10 ein digitales Signal.
Im Anschluss an das Ausführen des ersten Verfahrensschritts 101 wird ein zweiter Verfahrensschritt 102 ausgeführt. In dem zweiten Verfahrensschritt 102 erfolgt in Auswählen eines Filterparameters die für eine Filtereinheit 11 basierend auf einer Dynamik des Geschwindigkeitssignals. Es wird somit in dem zweiten Verfahrensschritt 102 zumindest ein Filterparameter T ausgewählt oder erzeugt, welcher der Filtereinheit 11 bereitgestellt wird. Die Filtereinheit 11 ist dabei in dieser Ausführungsform ein Tiefpassfilter, durch welchen das Geschwindigkeitssignal 10 gefiltert wird. Durch den Filterparameter T wird eine Filtercharakteristik der Filtereinheit 11, hier des Tiefpassfilters, eingestellt. Dabei wird insbesondere ein Dämpfungswert des Tiefpassfilters durch den Filterparameter T eingestellt.
Die Dynamik des Geschwindigkeitssignals 10 ist grundsätzlich eine Veränderlichkeit des Geschwindigkeitssignals. In der hier beschriebenen Ausführungsform ist die Dynamik des Geschwindigkeitssignals durch eine Beschleunigung des elektrischen Fahrrads 1 definiert. So steigt das Geschwindigkeitssignal 10 bei einer starken Beschleunigung stark an, was zu einer starken Veränderung des Geschwindigkeitssignals 10 führt. Es ist somit eine hohe Dynamik des Geschwindigkeitssignals gegeben. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass alternativ auch andere eine Dynamik des Geschwindigkeitssignals beschreibende Werte zur Auswahl des Filterparameters hier genutzt werden können. So sind in den Geschwindigkeitssignalen beispielsweise Frequenzanteile vorhanden, die aus einer Trittfrequenz eines Fahrers des Fahrrads 1 resultieren. Die Dynamik könnte beispielsweise auch derart gewählt sein, dass diese eine Veränderlichkeit der Frequenzen des Geschwindigkeitssignals 10 beschreiben.
Der Filterparameter T wird derart gewählt, dass das Geschwindigkeitssignal 10 bei einer ersten Dynamik weniger stark gefiltert wird als bei einer zweiten Dynamik, wobei die erste Dynamik größer ist als die zweite Dynamik. Dies führt dazu, dass bei einer hohen Dynamik eine geringere Filterung des Geschwindigkeitssignals 10 erfolgt, wodurch beispielsweise eine genaue Einhaltung von Grenzwerten bei einer folgenden Ermittlung eines Motordrehmoments gewährleistet wird. In der hier beschriebenen Ausführungsform sind zwei Dynamikgrenzwerte festgelegt, wodurch eine Bandbreite möglicher die Dynamik des Geschwindigkeitssignals beschreibender Werte in drei Bereiche unterteilt wird. So ist ein erster Dynamikgrenzwert und ein zweiter Dynamikgrenzwert festgelegt. Der erste Dynamikgrenzwert entspricht einer höheren Beschleunigung als der zweite Dynamikgrenzwert.
Oberhalb des ersten Dynamikgrenzwertes, also wenn die Dynamik des Geschwindigkeitssignals größer als der erste Dynamikgrenzwert ist, wird der Filterparameter T auf einen Minimalwert gesetzt, bei dem eine für die Filtereinheit minimale Filterung oder keine Filterung des Geschwindigkeitssignals 10 erfolgt. So wird beispielsweise eine Dämpfung des Dämpfungsbereiches des Tiefpassfilters auf Null gesetzt. Dies entspricht einem Zustand, in dem der Tiefpassfilter deaktiviert ist. Es wird somit sichergestellt, dass bei einer sehr hohen Dynamik des Geschwindigkeitssignals keine Veränderung des Geschwindigkeitssignals 10 erfolgt, bevor dieses für ein Ermitteln des Motordrehmoments herangezogen wird.
Liegt die Dynamik des Geschwindigkeitssignals zwischen dem ersten Dynamikgrenzwert und dem zweiten Dynamikgrenzwert, so wird der Filterparameter T derart gesetzt, dass dieser über die Zeit abfällt. Es wird somit sichergestellt, dass eine Filterung des Geschwindigkeitssignals 10 nicht abrupt beendet wird, was zu einem unangenehmen Fahrgefühl führen könnte.
Liegt die Dynamik des Geschwindigkeitssignals 10 unterhalb des zweiten Dynamikgrenzwertes, so steigt ein Grad der Filterung des Geschwindigkeitssignals 10 über die Zeit an. Das bedeutet, dass über die Zeit eine besonders starke Filterung des Geschwindigkeitssignals 10 durch den Tiefpassfilter erreicht wird. Es wird also sichergestellt, dass gerade bei Fahrten mit kontinuierlicher Geschwindigkeit eine starke Filterung des Geschwindigkeitssignals 10 erfolgt, wodurch auch eine besonders kontinuierliche Unterstützung des Fahrers, also ein besonders kontinuierliches Ergebnis bei einem Ermitteln des Motordrehmoments, erfolgt. Es wird somit ein besonders angenehmes Fahrgefühl bei Fahrten mit kontinuierlicher Geschwindigkeit erreicht.
In einem dritten Verfahrensschritt 103, welcher an das Auswählen des Filterparameters T für die Filtereinheit 11 dem zweiten Verfahrensschritt 102 anschließt, erfolgt ein Filtern des Geschwindigkeitssignals 10 durch die Filtereinheit 11 unter Anwendung des ausgewählten Filterparameters T. Das Geschwindigkeitssignal 10 wird somit zunächst analysiert, um einen Filterparameter T für die Filtereinheit 11 zu bestimmen und wird im Folgenden entsprechend durch die Filtereinheit 11 gefiltert. Dabei werden die ungewollten Signalanteile aus dem Geschwindigkeitssignal 10 herausgefiltert. An einem Eingang der Filtereinheit 11 steht somit das Geschwindigkeitssignal 10 bereit. An einem Ausgang der Filtereinheit 11 wird ein gefiltertes Geschwindigkeitssignal 12 ausgegeben.
In einem Anschluss an den dritten Verfahrensschritt 103 wird ein vierter Verfahrensschritt 104 ausgeführt. In dem vierten Verfahrensschritt 104 erfolgt ein Ermitteln eines Motordrehmoments basierend auf dem gefilterten Geschwindigkeitssignal 12. Dabei wird das Motordrehmoment des Motors des elektrischen Fahrrads 1 basierend auf einer Unterstützungskennlinie ermittelt. Die Unterstützungskennlinie 20 definiert einen Unterstützungsfaktor S über eine Geschwindigkeit des Fahrrads 1.
Eine beispielhafte Unterstützungskennlinie 20 ist in 3 gezeigt. So ist in der Unterstützungskennlinie 20 definiert, wie stark eine Unterstützung des Fahrraddrehmoments durch den Motordrehmoment des Motors sein soll. Es ist beispielsweise ersichtlich, dass in einem niedrigeren Geschwindigkeitsbereich, beispielsweise unterhalb von 23 km/h, ein Unterstützungsfaktor S zu „1“ gewählt werden soll. Das bedeutet, dass ein von dem Fahrer aufgebrachter Fahrerdrehmoment mit dem Unterstützungsfaktor S mit dem Wert „1“ multipliziert wird, um die bereitzustellende Motorunterstützung, insbesondere den Motordrehmoment, zu berechnen. Im Anschluss an die beispielhafte Grenzgeschwindigkeit von 23 km/h fällt der Unterstützungsfaktor S gemäß einer Rampe ab und fällt bei einer Geschwindigkeit von ca. 26 km/h auf den Wert Null. Der Unterstützungsfaktor S fällt in diesem Bereich von einem Wert von „1“ auf einen Wert von „0“ ab. Das bedeutet, dass oberhalb der Grenze von 26 km/h keine Unterstützung des Fahrers durch ein Motordrehmoment des Motors mehr erfolgt. In einem dazwischenliegenden Bereich, also in dem Bereich von 23 bis 26 km/h, nimmt die Unterstützung des Fahrers durch den Motor linear ab. Solche Unterstützungskennlinien 20 sind aus dem Stand der Technik bekannt. Erfindungsgemäß werden der Motordrehmoment und hier somit auch der Unterstützungsfaktor jedoch basierend auf dem gefilterten Geschwindigkeitssignal 12 ermittelt und nicht auf dem Geschwindigkeitssignal, welches zunächst durch den Sensor erfasst wurde. Dies führt dazu, dass bei einem kontinuierlichen Vortrieb des elektrischen Fahrrads 1 Signalanteile aus dem Geschwindigkeitssignal 10 entfernt werden, welche zu einer Auswahl des Unterstützungsfaktors S führen würden, die als unangenehm empfunden werden kann.
4 zeigt dazu ein Signalflussdiagramm, durch welches das Verfahren 100 entsprechend realisiert werden kann. So ist aus 4 ersichtlich, dass eingangsseitig das Geschwindigkeitssignal 10 bereitgestellt wird. Dieses wurde zuvor beispielsweise durch einen Sensor erfasst. Das Geschwindigkeitssignal 10 wird direkt der Filtereinheit 11 bereitgestellt, welche ein Tiefpassfilter ist. Parallel wird eine Ableitung des Geschwindigkeitssignals 10 gebildet, um die Dynamik des Geschwindigkeitssignals 10 zu ermitteln. In diesem Beispiel wird die durch das Geschwindigkeitssignal 10 geschriebene Geschwindigkeit v in die Beschleunigung a transformiert. Basierend auf der Beschleunigung a wird in einer Rechenelektronik 13 aus der Beschleunigung a der Filterparameter T errechnet. Es erfolgt dabei eine dynamische Berechnung des Filterparameters T. Der Filterparameter T kann auch als Filterkonstante bezeichnet werden. Der Filterparameter T wird der Filtereinheit 11 bereitgestellt und eine Filtercharakteristik der Filtereinheit 11 eingestellt. Das Geschwindigkeitssignal 10 wird entsprechend der gewählten Filtercharakteristik der Filtereinheit 11 gefiltert und ausgangsseitig von der Filtereinheit 11 bereitgestellt. Das gefilterte Geschwindigkeitssignal 12 wird zur Errechnung eines Unterstützungsfaktors S genutzt. So wird beispielsweise durch eine Ermittlungseinheit 14 der Unterstützungsfaktor S aus der in 3 dargestellten Unterstützungskennlinie ausgelesen. Entsprechend dem ausgelesenen Unterstützungsfaktor S wird das Motordrehmoment des Motors des elektrischen Fahrrads 1 eingestellt. Das Motordrehmoment errechnet sich dabei beispielsweise aus dem Fahrraddrehmoment, dem Unterstützungsfaktor F und dem Faktor einer Geschwindigkeitsabregelung.
Durch das Verfahren 100 wird somit eine gleichmäßige Unterstützung des Fahrers an der Abregelgrenze auch bei leichten Schwankungen im Geschwindigkeitssignal erreicht.
Ein einfache und nicht dynamische Tiefpassfilterung des Geschwindigkeitssignals wird in einigen Situationen ebenfalls zu einer gleichmäßige Unterstützung des Fahrers an der Abregelgrenze führen. Allerdings führt der damit verbundene Phasenverzug des Signals zu einem verspäteten Aussetzen der Unterstützung. Damit ist eine Einhaltung der gesetzlichen Normen nicht möglich. Deshalb wird durch das Verfahren 100 ein Konzept mit einer dynamischen Tiefpassfilterung des Geschwindigkeitssignals geschaffen.
Dabei variiert die Filterkonstante T des Tiefpassfilters je nach Dynamik des Geschwindigkeitssignals 10. Es soll folgendes Verhalten erzielt werden:

a) Bei hoher Dynamik des Geschwindigkeitssignals (starke Beschleunigungs- oder Abbremsvorgänge) keine oder schwache Filterung des Geschwindigkeitssignals 10.
b) Bei keiner oder geringer Dynamik des Geschwindigkeitssignals 10 (konstante Fahrt) starke Filterung des Geschwindigkeitssignals 10.

Das Geschwindigkeitssignal 10 wird mit der Filterkonstante T gefiltert. Diese ist beschränkt auf Tmax (maximale Filterung) und Tmin (keine Filterung). Aus dem Geschwindigkeitssignal wird ein Beschleunigungsniveau berechnet. Oberhalb eines bestimmten Beschleunigungsniveaus a_grenz gilt stets T= Tmin. Damit ist gewährleistet, dass für starke Beschleunigungen an der Abregelgrenze die gesetzlichen Bestimmungen eingehalten werden und bei starkem Abbremsen oberhalb der Abregelgrenze die Unterstützung möglichst schnell wieder einsetzt.
Unterhalb von agrenz wird die Filterkonstante T dynamisch variiert. Bei geringem Beschleunigungsniveau steigt die Filterkonstante über die Zeit, bei höherem Beschleunigungsniveau sinkt die Filterkonstante über die Zeit. Bei konstanten Fahrten führt dies zu einem glatteren Geschwindigkeitssignal 10 und damit zu einer gleichmäßigeren Unterstützung des Fahrers an der Abregelgrenze.
Nebst obenstehender, schriftlicher Offenbarung wird explizit auf die Offenbarung der 1 bis 4 verwiesen.

Claims

Verfahren (100) zum Einstellen eines Motordrehmoments eines Motors eines elektrischen Fahrrads (1), umfassend: - Erfassen (101) eines Geschwindigkeitssignals (10), welches eine Geschwindigkeit des Fahrrades (1) beschreibt, - Auswählen (102) eines Filterparameters (T) für eine Filtereinheit (11) basierend auf einer Dynamik des Geschwindigkeitssignals (10), - Filtern (103) des Geschwindigkeitssignals (10) durch die Filtereinheit (11) unter Anwendung des ausgewählten Filterparameters (T), und - Ermitteln (104) eines Motordrehmoments basierend auf dem gefilterten Geschwindigkeitssignal (12).
Verfahren (100) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dynamik des Geschwindigkeitssignals (10) durch eine Beschleunigung des Fahrrads (1) beschrieben wird.
Verfahren (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Filtereinheit (11) einen Tiefpassfilter umfasst.
Verfahren (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Filterparameter (T) derart gewählt wird, dass das Geschwindigkeitssignal (10) bei einer ersten Dynamik weniger stark gefiltert wird als bei einer zweiten Dynamik, wobei die erste Dynamik größer ist als die zweite Dynamik.
Verfahren (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Filterparameter (T) oberhalb eines vordefinierten ersten Dynamikgrenzwertes auf einen Minimalwert gesetzt wird, bei dem eine für die Filtereinheit (11) minimale Filterung oder keine Filterung des Geschwindigkeitssignals (10) erfolgt.
Verfahren (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Filterparameter (T) derart abhängig von einer Beschleunigung des Fahrrads (1) gewählt wird, dass - ein Grad der Filterung des Geschwindigkeitssignals (10) über die Zeit ansteigt, wenn die Beschleunigung unter einem zweiten Dynamikgrenzwert liegt und - ein Grad der Filterung des Geschwindigkeitssignals (10) über die Zeit abfällt, wenn die Beschleunigung über dem zweiten Dynamikgrenzwert liegt.
Verfahren (100) gemäß der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Dynamikgrenzwert einer höheren Beschleunigung entspricht als der zweite Dynamikgrenzwert.
Verfahren (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Ermitteln des Motordrehmoments basierend auf dem gefilterten Geschwindigkeitssignal (12) das Motordrehmoment basierend auf einer Unterstützungskennlinie ermittelt wird.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterstützungskennlinie (20) einen Unterstützungsfaktor (S) über eine Geschwindigkeit definiert.
Vorrichtung (2) zum Einstellen eines Motordrehmoments eines Motors eines elektrischen Fahrrads (1), wobei die Vorrichtung (2) dazu eingerichtet ist die folgenden Schritte auszuführen: - Erfassen eines Geschwindigkeitssignals (10), welches eine Geschwindigkeit des Fahrrades beschreibt, - Auswählen eines Filterparameters (T) für eine Filtereinheit (11) basierend auf einer Dynamik des Geschwindigkeitssignals (10), - Filtern des Geschwindigkeitssignals (10) durch die Filtereinheit (11) unter Anwendung des ausgewählten Filterparameters (T), und - Ermitteln eines Motordrehmoments basierend auf dem gefilterten Geschwindigkeitssignal (12).